JP2023077473A

JP2023077473A - 歯車素材並びにその製造方法及び仕上げ加工方法

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Publication number: JP2023077473A
Application number: JP2021190739A
Authority: JP
Inventors: 一晶瀧戸; Kazuaki Takido; 賢児田崎; Kenji Tasaki; 直貴坂井; Naoki Sakai
Original assignee: Gohsyu Corp
Current assignee: Gohsyu Corp
Priority date: 2021-11-25
Filing date: 2021-11-25
Publication date: 2023-06-06
Also published as: KR20230077615A; US20230234121A1

Abstract

【課題】完成品の歩留まりを向上させ、ホブ加工機による歯切り加工のランニングコストを削減し、切削速度を飛躍的に早くして加工時間を削減し、トータルの製造コストを低減することができる外周にスパー歯形又はヘリカル歯形を有するデフリングギア等の比較的大きい形状をした歯車素材を提供すること。【解決手段】外径１７０ｍｍ以上、外周厚さ３０ｍｍ以上のリング形状からなり、外周面に、片側０．２～２．０ｍｍの取り代を付けたスパー歯形又はヘリカル歯形を有する歯車素材。【選択図】図２

Description

新規性喪失の例外適用申請有り

本発明は、歯車素材並びにその製造方法及び仕上げ加工方法に関し、特に、外周にスパー歯形又はヘリカル歯形を有するデフリングギア（ファイナルギア）等の歯車素材並びにその製造方法及びホブ加工機（ホブ盤）による仕上げ加工方法に関するものである。

従来、デフリングギアは、外径が約２００ｍｍ、歯幅が約４０ｍｍあり、比較的大きい形状をしているため、例えば、（１）～（３）に示す方法で製造するようにしていた（特許文献１参照。）。
（１）リング状の素材を、４０００ＴＯＮプレスで鍛造成形する方法
（２）ドイツのワグナー方式の鍛造→ローリング→揺動転造する方法
（３）２個のエッジロールと１個の受けロールとで圧延転造する方法
そして、これらの方法は、いずれも、素材の外周に、ホブ加工機による歯切り加工を施して外周面に歯形を形成し、その後、シェービング、浸炭熱処理、ショットブラストを施した後、研磨等により歯形を仕上げるようにしている。

このうち、（１）のリング状の素材を、４０００ＴＯＮプレスで鍛造成形する方法は、図３に示すように、第１工程でビレットを上下方向から据え込み鍛造して樽形のブランク（ａ１）を成形し、続いて第２工程で前記ブランク（ａ１）を上下から圧延して円板状のブランク（ａ２）を成形し、これを第３工程で４０００ＴＯＮプレスで型鍛造して半製品形状（ａ３）とし、最後に第４工程で中心部のウェブを打ち抜きして最終製品形状（ａ４）を成形している。
しかしながら、この方法は、工程数が多いため、金型費が高くなってしまう欠点があった。

また、（２）のドイツのワグナー方式の鍛造→ローリング→揺動転造する方法は、図４に示すように、ビレット（ｂ１）を第１工程で上下方向から据え込み鍛造して円板状のブランク（ｂ２）を成形し、これを第２工程で１６００ＴＯＮプレスにより型鍛造して粗製品形状（ｂ３）を成形し、これを第３工程で中心部のウェブ（ｂ４）を打ち抜きし、続いて第４工程でローリング加工して半製品形状（ｂ５）とし、最後に第５工程で揺動転造して最終製品形状（ｂ６）を成形している。
しかしながら、この方法は、設備種類、台数が多く、また揺動転造の金型が非常に高価である。さらに、多工程となるのみならず、２ヒートでローリング、転造を行うため、加熱費が２倍必要となるため、全体として、やはり素材コストが高くつく欠点があった。

また、（３）の２個のエッジロールと１個の受けロールとで圧延転造する方法は、図５に示すように、ビレット（ｃ１）を円板状のブランク（ｃ２～ｃ３）に据え込みし、このブランク（ｃ３）の底部中央を打ち抜く鍛造プレス工程と、この鍛造ブランク（ｃ４）に軸方向の押圧力を作用させる２個のエッジロール１１、１２と径方向内方への押圧力を作用させ、最終製品の外周面形状を付与する１個の受けロール１３とで転造成形して最終製品形状（ｄ）を成形している。
しかしながら、この方法は、最終製品形状（ｄ）のものがリング形状であり、ホブ加工機で歯切りする場合、加工取り代が多く、加工歩留まりを悪化させ、工具寿命を低下させるという欠点があった。また、切削速度も、通常最高２００ｍ／ｍｉｎで、時間がかかり、加工工程でもコストが高くつく欠点があった。

特開平７－２７５９８９号公報

本発明は、上記従来のデフリングギアの製造方法が有する問題点に鑑み、完成品の歩留まりを向上させ、ホブ加工機による歯切り加工のランニングコストを削減し、切削速度を飛躍的に早くして加工時間を削減し、トータルの製造コストを低減することができる外周にスパー歯形又はヘリカル歯形を有するデフリングギア等の比較的大きい形状をした歯車素材並びにその製造方法及びホブ加工機による仕上げ加工方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の歯車素材は、外径１７０ｍｍ以上（１７０～２３０ｍｍ程度）、外周厚さ３０ｍｍ以上（３０～５０ｍｍ程度）のリング形状からなり、外周面に、片側０．２～２．０ｍｍの取り代を付けたスパー歯形又はヘリカル歯形を有してなることを特徴とする。

この場合、歯車のモジュールが、１．５～３．５である歯車素材とすることができる。

また、本発明の歯車素材の製造方法は、上記歯車素材を、ビレットから熱間鍛造のみで成形することを特徴とする。

また、本発明の歯車素材の仕上げ加工方法は、上記歯車素材を、ホブ加工機により、切削速度２５０～５００ｍ／ｍｉｎで仕上げ加工することを特徴とする。
ここで、切削速度は、高速度工具鋼（ハイス）製のカッタを使用した場合の数値である。

本発明の歯車素材並びにその製造方法及びホブ加工機による仕上げ加工方法によれば、外周にスパー歯形又はヘリカル歯形を有するデフリングギア等の比較的大きい形状をした歯車素材の完成品の歩留まりを向上させ、ホブ加工機による歯切り加工のランニングコストを削減し、切削速度を飛躍的に早くして加工時間を削減し、トータルの製造コストを低減することができる。

本発明の歯車素材の製造方法の一実施例を示す説明図である。（ａ）は本発明と従来例のホブ加工代の説明図、（ｂ）は本発明と従来例の完成品の歩留まりの説明図である。リング状の素材を、４０００ＴＯＮプレスで鍛造成形する方法の説明図である。ドイツのワグナー方式の鍛造→ローリング→揺動転造する方法の説明図である。２個のエッジロールと１個の受けロールとで圧延転造する方法の説明図である。

以下、本発明の歯車素材並びにその製造方法及びホブ加工機による仕上げ加工方法の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１に、本発明の歯車素材の製造方法の一実施例を示す。
この歯車素材の製造方法は、従来の歯車の無いリングギアを鍛造していたラインを使い、一連の工程の中で、歯形を成形するようにしたものである。
まず、ビレット（円柱状素材）１を誘導加熱炉で所定温度に加熱し、複数工程からなる据え込み工程で、円板状のブランク２に据え込みし、荒工程でボリューム配分して外周部が肉厚のブランク３に成形し、仕上げ工程で鍛造型（内周面を成形するスパー歯形又はヘリカル歯形に対応した形状に形成した鍛造型）を用いて、外径１７０ｍｍ以上（１７０～２３０ｍｍ程度）、外周厚さ３０ｍｍ以上（３０～５０ｍｍ程度）のリング形状からなり、外周面に、片側０．２～２．０ｍｍ（好ましくは、０．２～１．５ｍｍ、より好ましくは、０．２～１．０ｍｍ）の取り代を付けた、モジュール１．５～３．５のスパー歯形又はヘリカル歯形（ねじれ角：最大３５°程度）を形成した歯車素材４に成形し、最終の穴抜き工程で穴あけした歯車素材５を得るようにしたものである。
ここで、歯形部分は、ボリュームが少なく温度低下しやすいため、温度を維持する必要があるが、本工程の場合は、ビレット１から熱間鍛造のみで歯車素材５を成形するプレス機内の短時間の一連の成形工程で完結しており、十分温度が高い状態で成形できるため、リヒートの必要が無い。より具体的には、ビレット１から歯車素材５を成形する各工程のサイクルタイムは、１０秒以下、例えば、４～６秒程度に設定する。これにより、温度管理が容易になるとともに、酸化スケールの発生量を低減することができる。

そして、歯車素材５は、熱間鍛造後に素材熱処理（鍛造高温焼きなまし若しくは焼準又は鍛造のまま）、ショットブラストを施した後、レース・穴加工、ホブ加工（ホブ加工機による外周面の歯形の加工）、熱処理（浸炭処理又は高周波焼入焼戻し等）、必要に応じて、歯面研磨処理等を行うことにより完成品に仕上げるようにしている。

ここで、歯車素材５の鍛造型を用いて形成されたスパー歯形又はヘリカル歯形は、従来のリング状素材を加工しているホブ加工機で、歯形の位相を合わせることによりホブ加工（ホブ加工機による外周面の歯形の仕上げ加工）可能である。
そして、図２（ａ）に示すように、歯車素材５は、外周面に、片側０．２～２．０ｍｍの取り代を付けた歯形を有してなることから、取り代が少なく、最大５００ｍ／ｍｉｎ（２５０～５００ｍ／ｍｉｎ）の高速切削加工で仕上げ加工することが可能であり、加工時間の短縮化を図ることができる。ここで、切削速度は、高速度工具鋼（ハイス）製のカッタ（カッタ径：φ８５ｍｍ、条数：４条、溝数：１４溝）を使用した場合の数値である。なお、一般的に高速度工具鋼（ハイス）製のカッタの切削速度は、２００ｍ／ｍｉｎ前後である。

このようにして製造した完成品（歯車素材５）の諸元値（一例）を示す。
［完成品（歯車素材５）の諸元値］
・外径：２０６ｍｍ
・基準円直径：１６３ｍｍ
・外周厚さ（歯幅）：４０ｍｍ
・歯数：５１枚
・モジュール：３．２
・歯丈：８．７ｍｍ
・ねじれ角：３１°
・取り代：片側０．２～１．０ｍｍ

これにより、外周にスパー歯形又はヘリカル歯形を有するデフリングギア等の比較的大きい形状をした歯車素材の完成品の歩留まりを向上させ、ホブ加工機による歯切り加工のランニングコスト（工具寿命の向上による工具のコストを含む。）を削減し、切削速度を飛躍的に早くして加工時間を削減し、トータルの製造コストを低減することができる。
具体的には、図２（ｂ）に示すように、取り代を片側０．２～２．０ｍｍ（好ましくは、０．２～１．５ｍｍ、より好ましくは、０．２～１．０ｍｍ）にすることにより、完成品の歩留まりが、従来例（歯車の無いリングギア）の５６％から、実施例の６５％に約１０％向上するとともに、ホブ加工（ホブ加工機による外周面の歯形の仕上げ加工）による切削量を削減できる（切削量を１／２～１／３程度にすることができる。）。
また、切削速度を２５０～５００ｍ／ｍｉｎに上げることが可能となるため、切削量を削減できることと相俟って、実加工時間を、従来例（歯車の無いリングギア）の約４２秒から、実施例の約１４秒に削減でき、サイクルタイムの短縮化（４０％以上の短縮化）を図ることができる。
また、ホブ加工による切削負荷が小さいため、ワーク（歯車素材５）の温度上昇が抑制され、ホブ加工時の温調が不要である。
また、鍛造型を用いて、歯車素材５の外周面に形成されたスパー歯形又はヘリカル歯形は、メタルフローが切断されていないため、強度の大きな歯形とすることができる。

以上、本発明の歯車素材並びにその製造方法及び仕上げ加工方法について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

本発明の歯車素材並びにその製造方法及び仕上げ加工方法は、完成品の歩留まりを向上させ、ホブ加工機による歯切り加工のランニングコストを削減し、切削速度を飛躍的に早くして加工時間を削減し、トータルの製造コストを低減することができることから、外周にスパー歯形又はヘリカル歯形を有するデフリングギア等の比較的大きい形状をした歯車素材並びにその製造方法及び仕上げ加工方法に広く用いることができる。

１ビレット（円柱状素材）
２ブランク
３ブランク
４歯車素材
５歯車素材

Claims

外径１７０ｍｍ以上、外周厚さ３０ｍｍ以上のリング形状からなり、外周面に、片側０．２～２．０ｍｍの取り代を付けたスパー歯形又はヘリカル歯形を有してなることを特徴とする歯車素材。
歯車のモジュールが、１．５～３．５であることを特徴とする請求項１に記載の歯車素材。
請求項１又は２に記載の歯車素材を、ビレットから熱間鍛造のみで成形することを特徴とする歯車素材の製造方法。
請求項１又は２に記載の歯車素材を、ホブ加工機により、切削速度２５０～５００ｍ／ｍｉｎで仕上げ加工することを特徴とする歯車素材の仕上げ加工方法。