JP3840264B2 - 伝動装置の外歯部品を製造する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提概念に記載の伝動装置の外歯部品を製造する方法、および請求項４，６の前提概念に記載の、前記方法を実施するための装置に関するものである。
伝動装置の外歯部品は、たとえば自動車の変速機或いは始動機のフライホイールとして広範囲に使用されている。従来、この種の伝動装置部品の製造は、たとえばフライホイールを２分割に形成することにより行われていた。この場合、フライホイールのディスクは冷間成形された薄板から製造され、外歯は切削成形により特別なリングに形成される。リングはフライホイールディスクに溶接される。この公知の構成はコスト高であること、および溶接により完全に視認できない程度ではあるが、フライホイールの材料に変化が生じるのが欠点である。
伝動装置の部品全体の重量を軽量化するとともに、ディスク領域においても外歯領域においても強度を十分なものにするため、すでに欧州特許公告第０３３３９１７号公報において、外歯を成形する前に、薄板ブランクの縁を肉厚化し、この肉厚化した縁から外歯を形成し、しかも外歯の横断面が、薄板ブランクの板厚をもった対応する長さのリングゾーンの横断面よりも大きくなるように外歯を形成することが提案された。
このため、外歯を成形する前に、鍛造等の適当な薄板成形方法により該当する縁領域を肉厚化し、これにより材料の組織を変化させる。この伝動装置部品に対しては通常炭素鋼が使用されるので、必然的に硬化が生じるが、これはその後の加工工程にとって具合の悪いものである。このような実施の形態の場合、歯の形成は同様に従来の技術にしたがって歯をハンマーで叩くことにより行われる。この２番目に取り上げた方法の欠点は、歯のフランクに十分な耐久性がないため、高荷重時に歯が折れてしまうことである。さらにこの公知の装置の欠点は、歯がブランクの縁領域に形成されるばかりでなく、後方のブランク内部空間側で縁領域が波状に波形化するため、歯車が回転するとかなりの騒音が発生することである。
欧州特許公開第０１４０５７６号公報から知られるようになったフライホイールは、プレス材、即ち予絞り材から製造される。この場合、軸線方向に延びている部材の外面に設けられる歯はローリングにより形成される。この公報に添付の図面によれば、この部材は、歯の内側リムが平坦に形成されているかのように図示されている。この方法の欠点は、予絞り材を前提としていることであり、軸線方向に延びている筒状の領域の壁厚がボス面の壁厚に正確に対応しているため、リングギアの底部リムが薄すぎたり、弱すぎたりし、その結果歯が折れることがあり、或いはボス面が厚すぎるために、このボス面において材料が浪費されることになり、また重量がかさむことである。
ドイツ特許公開第４００６５８２号公報から知られている歯車の製造方法では、加工される工作物の周方向に位置する軸線の周りに歯付きローラが周回するとともに、成形作業が多数の個別成形工程で行われ、即ち歯が工作物の縁に叩き込まれる。このため組織が破壊され、即ち金属繊維の延在態様が乱され、後でこの部分が破損することがある。
ドイツ特許第３９３２８２３号公報に記載の方法においても、ボス面の壁厚に厚さが対応している軸線方向の面に歯が圧入される。
米国特許第４２７３５４７号公報から知られるようになったベルトプーリまたはポリ・Ｖプーリの製造方法では、最初の工程で金属ブランドが深絞りされる。このため鍋状のプレス材が生じる。このプレス材は、ボス面の領域と、これに同軸の筒状の面、即ちボス面に対してほぼ垂直に延びている筒状の面の領域とで同じ壁厚を有している。次の工程では、形成された筒状の面の縁領域を精密加工する必要がある。次の工程では、筒状の縁面がいわゆる「コラプス(Kollapsen)」される。この「コラプス」により筒状の縁面が変形して高さが低くなる。これと同時に、縁領域はボス面と筒状の面との間で折畳まれる。次に、このようにコラプスした縁領域を圧縮ローラにより成形して圧縮させる。
このようにこの公知の方法は、どうしても必要な重要な加工工程をほぼ５回必要とする。この場合コラプスに使用される力はかなりのものであり、したがってかなりの機械的コストが必要である。
欧州特許公開第３４３３１４号公報に説明されているベルトプーリの製造方法では、金属ブランクがその周領域を縁取りされ、次に縁取り部を面押圧して取り付け面を形成させる。このようにして形成した取付け面に、周方向に延びる溝を形成させ、或いはこの取付け面に横歯を形成させる。その結果、横歯を備えたベルトプーリが形成される。しかし縁取り部の材料は取付け面を形成させるためにすでに圧縮されているので、歯部を形成するには特別な条件があり、即ち圧縮された金属部分に歯部を形成しなければならない。
同じ技術分野であるドイツ特許第４２０５７１１号公報からは、外歯の精密伝動装置部品を金属ブランクから製造する方法が知られるようになった。この外歯部品は、ボス面と、底部リムとこの底部リムから外側へ突出している周回歯から形成されるリングギヤとを備えている。リングギヤはボス面に対してほぼ垂直に延びている。この場合金属ブランクはその周領域において縁取りされ、縁取り部は同時に歯を形成させながら歯付きローラの受容空間内へ面押圧され、即ちチップを発生させずに非切削加工で成形される。縁取りを行った後、歯付きローラが縁取り部に送りこまれ、さらに歯付きローラを送りこむことにより歯の間の中間空間に縁取り部が圧入され、これによりリングギヤが形成される。この場合、周回駆動される工作物と周回駆動される成形工具(即ち歯付きローラ)とを連結させる必要があるが、この公知の提案によればこれはチェーンによって行われる。周回駆動される工作物と周回駆動される工具とを同期させるには大きな動力が必要であり、工作物と工具の位置を互いに常時追従制御しなければならない。
本発明の課題は、工作物と工具を同期させる必要がなく、低コストで伝動装置部品を製造でき、製造された伝動装置の歯領域に組織変化がなく、また製造された工作物を後加工する必要もないような方法および装置を提供することである。
本発明のこの課題は、独立請求項に記載の構成により解決される。
有利な構成は装置に関する請求項４および５に記載されており、これら請求項のさらに有利な構成は従属項６ないし９に記載されている。
換言すれば、自由に回転可能な歯付きローラが成形ローラとして使用される。この歯付きローラは、歯を形成している間スピンドル・囲い体軸線Ｘ−Ｘの方向へ半径方向に移動するのではなく、この軸線Ｘ−Ｘに対して位置固定するされるよう位置決めされている。したがって、形成される歯は歯付きローラにより工作物に圧入されるのではなく、工作物の材料が歯付きローラの中へ流れ込む。この場合、縁領域が肉厚化されたブランクを前提とすることができる。この場合、肉厚化された部分は、互いに接近する押圧ローラにより成形ローラとしての歯付きローラの歯の隙間の中へ圧入される。或いは、縁領域だけが押圧ローラにより圧縮されるブランクも使用することができる。圧縮の際、材料は成形ローラの歯に圧入される。このような工作物はたとえば自転車のチェーンホイールとして使用することができる。
最後に、予絞り材(Vorzug)を前提にすることもできる。その縁領域、即ち予絞り材の筒状の鍋領域は、コラプスにより成形され、コラプスを行っている間、材料は歯付きローラの歯の空間内へ流れ込む。
次に、本発明の実施形態を添付の図面を用いて説明する。
図１は ブランクから歯付き伝動装置部品を形成させるための構成を初期状態において図示した概略図である。
図２は 図１の構成を、ブランクの縁領域を肉厚にした後の状態で示した図である。
図３は 図１および図２の構成を、成形ローラが肉厚にしたブランクの外周に接近した後の状態で示した図である。
図４は 協働してブランクを保持している押圧ローラと歯付きローラの歯の空間内へ圧入されている歯付き縁領域の部分断面図である。
図５は 工作物として予絞り材を使用した実施形態を示す図である。
図６は 予絞り材の縁領域をコラプスし、成形ローラの歯の空間内へ挿入した状態の図５に対応する図である。
図中１はスピンドルで、２は囲い体であり、囲い体２は持ち上げられた状態で図示されている。スピンドル１はその上面に工作物３を担持している。工作物は円形ブランク８として形成されている。４は、矢印Ｆ₄の方向において工作物３に対し接離可能な縁取りローラまたは鍛造ローラである。歯付きローラ５は矢印Ｆ₅の方向において工作物３に対し接離可能である。他方歯付きローラ５はその軸１４の周りに自由に回転可能に適当な担持体１５および１６で支持されている。
歯付きローラ５に対向するように２つの押圧ローラ６と７が設けられている。両押圧ローラ６と７は矢印Ｆ₆およびＦ₇の方向に互いに接離するように移動可能である。縁取りローラまたは鍛造ローラ４或いは複数個のローラは必要に応じて適宜構成してよく、たとえば図１に図示したように半円形に構成することができる。しかし他の形状も可能である。特に縁取りローラまたは鍛造ローラ４は、得られる肉厚部が円形ブランク８の面に対して対称に形成されているように、または歯車をどのような形状に成形するかに応じて肉厚部が一つの側または他の側に形成されるように構成されていてよい。たとえばスターターリムを製造する場合には、形成されたリングギヤが伝動装置部品のボス面の一つの側または他の側に対してほぼ垂直に延びているように肉厚部が形成される。また、形成されたリングギヤが伝動装置部品のボス面に対し同心に方向付けられていてもよい。
同様に、押圧ローラ６と７の作用面を、たとえば図面に図示したような面取り部が設けられるように構成してよい。これも本発明の他の実施形態である。
図２は、縁取りローラ４が円形ブランク８に接近し、その縁を半円形に成形している状態、即ち肉厚部を形成させている状態を示している。歯付きローラ５も押圧ローラ６，７も図１のホームポジションにある。
図３は、次の段階として、歯付きローラ５が肉厚に成形された円形ブランク８の外周に半径方向に接近してこれに接触している状態を示している。しかし以後の作業工程では、歯付きローラ５はこの位置に留まったままであり、即ち円形ブランク８の材料内部には移動しない。
いま、図４からわかるように、円形ブランク８の肉厚の縁領域を押圧ローラ６と７により圧縮させると、円形ブランク８の肉厚の縁領域の材料が歯付きローラ５の突出している歯の間の空間に流入し、外歯の伝動装置部品を形成させる。
図５の実施形態でも、スピンドル１と囲い体２が設けられ、予絞り材９として形成されている工作物３を不動に挟持している。即ち予絞り材９は筒状の鍋状の部材であり、その外側エッジは図５の矢印Ｆ₁₀の方向に移動可能である圧潰（またはコラプス）リング１０で調心されている。成形ローラ１７は、半径方向に位置調整することにより、１個または複数個の基準屈曲個所を生じさせる。基準屈曲個所はコラプスライン１８，１９とも言う。
工作物３の上面は支持ローラ１２により支持される。この場合囲い体２を、予絞り材９のエッジを支持する支持ローラとして用いることができるような大きさにしてもよい。また、２個或いは複数個の支持ローラを設けてもよい。５は歯付きローラである。いま、図６に示したように、予絞り材９の鍋状のエッジ領域を圧潰リング１０により潰すと、図６の左側に図示したようにエッジ領域は外側へ湾曲する。この湾曲した領域は、歯付きローラ５の領域に達し、歯付きローラ５の歯の間の空間内へ流れ込む。即ち、回転可能ではあるが囲い体・スピンドル軸線Ｘ−Ｘの方向には不動である歯付きローラで成形されることにより歯が形成される。圧潰リング１０を終端位置まで常時送り込むことにより、このような歯が形成される。
なお、図示した実施形態は作業工程をわかりやすく説明するために概略的に図示したものである。もちろん、まくれの形成を回避するためのバッキングローラや、成形過程中に材料が迂回するのを防止するための支持ローラを設けてもよい。
個々の機械において方法のステップを別個に実施するのが有利である。したがって、受容または保持工具は目標とする工作物およびそれぞれの方法ステップに最適に適合している。円形ブランクの厚みに対応して複数個の縁取りローラまたは肉厚化ローラを使用することができる。

Claims (9)

1. 円形ブランクとしての金属製工作物から伝動装置の外歯部品を製造する方法であって、外歯部品がボス面と、ボス面から外側へ突出している歯とを備え、円形ブランクの肉厚化された縁を歯付きローラで非切削加工により成形して歯を形成させるようにした前記方法において、工作物の肉厚化された縁を、この縁を挟持して面押圧する２つの押圧ローラにより面押圧し、工作物を面押圧することにより歯を形成している間に、自由に回転可能に支持される歯付きローラをスピンドル・囲い体軸線（Ｘ−Ｘ）の方向で不動になるように半径方向で位置調整し、面押圧により工作物の材料を歯付きローラの中へ流入させることにより歯を形成させることを特徴とする方法。
2. 鍋状の予絞り材としての金属製工作物から伝動装置の外歯部品を製造する方法であって、外歯部品がボス面と、ボス面から外側へ突出している歯とを備え、工作物をスピンドルと囲い体の間で締付け固定し、鍋状の予絞り材である工作物の筒状の縁をスピンドル・囲い体軸線の方向で圧潰して、歯を歯付きローラで非切削加工により成形させるようにした前記方法において、圧潰した領域を、回転可能であるが半径方向においては不動に位置固定した歯付きローラで成形することを特徴とする方法。
3. 円形ブランクである工作物の縁を、面押圧する前に縁取りまたは肉厚化することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 円形ブランクとしての金属製工作物から伝動装置の外歯部品を製造するための、請求項１または３に記載の方法を実施する装置であって、工作物をスピンドル（１）と囲い体（２）の間で位置固定している受容装置と、歯付きローラ（５）とを備え、工作物（３）を面押圧する前に歯付きローラ（５）の歯頭ラインが工作物の肉厚化されたまたは縁取りされた外周に当接するように歯付きローラ（５）が半径方向において位置固定可能に位置調整可能である前記装置において、工作物（３）の縁を挟持して面押圧する二つの押圧ローラ（６，７）が設けられていることを特徴とする装置。
5. 円形ブランク（８）としての工作物（３）の縁を肉厚にするための１個または複数個の縁取りローラまたは鍛造ローラ（４）が設けられていることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
6. 鍋状の予絞り材としての金属製工作物から伝動装置の外歯部品を製造するための、請求項２に記載の方法を実施する装置であって、外歯部品がボス面と、ボス面から外側へ突出している歯とを備え、スピンドル（１）と、工作物（３）を位置固定するための囲い体（２）と、スピンドル・囲い体軸線（Ｘ−Ｘ）の方向に移動可能な圧潰リングまたは圧潰チャック（１０）と、歯付きローラ（５）とが設けられている前記装置において、歯付きローラ（５）が、自由に回転可能であるが、半径方向においては不動に固定されるように構成されていることを特徴とする装置。
7. 圧潰ライン（１８）と（１９）を生じさせるための成形ローラ（１７）が設けられていることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
8. 予絞り材（９）の上面に当接する１個または複数個の支持ローラ（１２）または支持リングが設けられていることを特徴とする、請求項６または７に記載の装置。
9. 歯を形成している間、圧潰チャックまたは圧潰リング（１０）が支持チャックとして作用することを特徴とする、請求項６または７に記載の装置。

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