JP2004098070A

JP2004098070A - Helical gear and its manufacturing apparatus and method

Info

Publication number: JP2004098070A
Application number: JP2002259372A
Authority: JP
Inventors: Kozo Igaki; 井垣　幸三; Norihito Kunitani; 訓谷　法仁
Original assignee: Sumikin Seiatsuhin Kogyo KK
Current assignee: Sumikin Seiatsuhin Kogyo KK
Priority date: 2002-09-04
Filing date: 2002-09-04
Publication date: 2004-04-02
Anticipated expiration: 2022-09-04
Also published as: JP4229427B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a helical gear that can be mass-produced without shortening the life of dies, metallic molds or the like and that has a high-precision tooth form in helical teeth, and also to provide an apparatus and a method for manufacturing such helical gear. <P>SOLUTION: The helical gear 1 is composed of a columnar shaft 2, a drawing part 4 having a tapered face 3 inclined in the direction drawing the outer diameter of the shaft 2, a gear part 5 extending in the axial direction of the shaft 2 from the drawing part 4, and helical teeth 6 formed on the gear part 5 in a plurality of lines with the tapered face 3 as the starting point a. The helix angle in the incomplete part 6a of the helical teeth 6 in the section corresponding to the tapered face 3 is set smaller than the helix angle of the tooth form part 6b in the section corresponding to the gear part 5. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸部をギヤ部に一体化した所謂軸付ヘリカルギア（はすば歯車）、その製造装置（ダイス，金型等）及び製造方法（押出し，鍛造等）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明に関わるヘリカルギアは、自動車、産業用機器一般に広く使用されている。特に今回対象となるヘリカルギアの一つは、自動車のステアリング（ラック・ピニオン機構）の部品として使用されるピニオンである。当該ヘリカルギアは全体として、円筒状を成すと共に外周面に対しつる巻形又は螺旋を描くように傾斜した歯、即ち、外周面の周りにつる巻状に湾曲して形成された歯（以下に「ヘリカル歯」と記す。）を備え、そのヘリカル歯の一端側にテーパ面を介して円筒状の軸部が形成された構造である。
【０００３】
この種のヘリカルギアは、従来、切削加工によって製造されていたが、コスト低減の目的で、現在、その一部が冷間鍛造によって製造されている。その事例として、円筒状のダイスに素材を軸線方向に圧入することにより、ヘリカルギアを冷間鍛造することが周知である。
【０００４】
このようにヘリカルギア１１０の押出し又は鍛造を行う場合、それによって象られるヘリカル歯１００は軸線Ｃに対してつる巻状にねじれているため、図６に示すように、ヘリカル歯１００の端面１０１と、ヘリカル歯１００の両側の歯面１０２ａ，１０２ｂとのなす角度が、各ヘリカル歯１００の一方の歯面１０２ａと他方の歯面１０２ｂでは相違している。そのために、ヘリカルギア１１０の材料である金属素材の流動、即ち、押出又は鍛造に伴って塑性変形が次第に起こる際の金属の状態がヘリカル歯１００の両側近傍で相違する。これが原因となってヘリカル歯１００の両側の歯面１０２ａ，１０２ｂの形状が微妙に違えることになる。つまり、歯形の精度が悪くなるという問題が生じる。
【０００５】
そこで、同図に示すように、ヘリカル歯１００の端面１０１を扇形（三角形）に広げることが試みられている。詳しくは、端面１０１を、押出し成形時の金属素材がダイスに圧入される方向を向く傾斜面とした上で、この部分が扇形になるように肉盛りしている。或いは、図７に示すように、ヘリカル歯１００が傾斜する方向と同じ方向に向かって広がる扇形の膨出部１０３を形成することが試みられている。
【０００６】
このような形状のヘリカル歯１００を象るためのダイス又は金型等は、金属素材に上記のような扇形の形状を転写できるように、ヘリカル歯１００の端面１０１付近に対応する部分を扇形に彫り込んだ形状となっている。このため、金属素材を図中の上方から当該ダイス又は金型等へ圧入させる際に、金属素材は扇形の形状に沿って漸次絞られつつ、両側の歯面１０２ａ，１０２ｂの近傍において均一に塑性変形することになる。これは、歯面１０２ａ，１０２ｂの近傍における塑性変形の状態を均一にすることで、ヘリカル歯１００の歯形の精度の向上を図る技術である。
【０００７】
また、図７に示したヘリカルギア１１１は、金属素材を図中の上方から当該ヘリカルギア１１１を象るダイス又は金型等へ圧入させる際に、金属素材の一部が膨出部１０３に沿って円滑に流入する作用を奏するので、これによって金属素材の流動するような塑性変形が促進される。また同様に、金属素材に対する急激な捩りが加わることが抑制される。これは、製造後の残留応力による歯形誤差の生じ難いヘリカルギアを製造する技術である（下記文献を参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平７−３０８７２９号公報
【特許文献２】
特開平１１−１０２７４号公報
【特許文献３】
特開２０００−３９０５６号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ヘリカル歯１００の端面１０１での金属素材の流動するような塑性変形の方向は、ヘリカル歯１００のねじれた方向に沿って促進されるので、この反力は金属素材をその周方向へ回転させる力となる。このため、金属素材を回転しないように拘束しつつ、金属素材を上記のダイス又は金型等へに圧入する必要がある。
【００１０】
以上に説明した従来技術では、ヘリカル歯１００の端面１０１の近傍における金属素材の塑性変形が促進される一方で、金属素材を回転させようとする反力に起因する残留応力が蓄積されるために、製造後のヘリカルギア１１０に捩り変形が生じる。このような捩り変形は、ヘリカルギア１１０の全体で均一に生じるわけではなく、そのためヘリカル歯１００の歯形に狂いが生じ、結局、製品としてのヘリカルギア１１０の精度が低いものとなる。
【００１１】
また、ヘリカルギア１１０，１１１を製造するに際して、ヘリカル歯１００を象るダイスの形状を金属素材に完全に転写させるのは技術的に難しい。即ち、ダイスにおけるヘリカル歯１００の歯元に対応する部分は、比較的広い空間であるため、金属素材が塑性変形しつつ容易に入り込める。しかし、ダイスにおけるヘリカル歯１００の歯先に対応する部分は、比較的細い空間であるため金属素材が塑性変形しつつ容易に入り込めないので、ヘリカル歯１００の歯先部は欠肉気味になり易い。
【００１２】
これは、金属素材がヘリカル歯１００の歯先の狭い空間へ向かって流動するように塑性変形するよりも、軸線Ｃ方向に沿って（図中の下方へ向かって）塑性変形する方がエネルギーが少なくて済むからである。その結果、ヘリカル歯１００の歯形の精度の向上を図ることが妨げられる。
【００１３】
このような金属加工の特性に鑑みて、上記のダイス又は金型等に金属素材を圧入させる圧力を増大させるべく加工の諸条件を設定すると、上記のダイス又は金型等に大きな負担を与えることになる。更に、既述の通り、ダイス又は金型等におけるヘリカル歯１００の端面１０１付近に対応する部分は、扇形に彫り込んだ幅広の形状であるため、隣り合うヘリカル歯１００同士の間に対応する部分のダイス又は金型等の肉厚が薄く（エッジ状に）なることは避けられない。このために、上記のダイス又は金型等の機械的強度が低下する。以上の理由により、上記のダイス又は金型等の寿命が短くなる恐れがある。
【００１４】
そこで、本発明は上記問題点を解決し、ダイス又は金型等の寿命を縮めることなく量産することができ、しかも、ヘリカル歯の歯形精度の高いヘリカルギアを提供することを目的とする。更には、そのようなヘリカルギアを製造するための製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、請求項１に記載のヘリカルギアは、円柱状の軸部と、該軸部の外径を絞る方向に傾斜したテーパ面を有する絞り加工部と、該絞り加工部から前記軸部の軸方向へ延長したギヤ部と、該ギヤ部に前記テーパ面を起点として複数条形成されたヘリカル歯とを備えるヘリカルギアにおいて、前記テーパ面に対応する区間における前記ヘリカル歯の不完全部のねじれ角を、前記ギヤ部に対応する区間における歯形部のねじれ角より小さく設定したことを特徴とするものである。
【００１６】
また、請求項２に記載のヘリカルギアは、更に高精度化を目的に、前記ヘリカル歯の不完全部の歯先円の直径を、前記歯形部の歯先円の直径より大きく設定したものである。
【００１７】
更に、前記ヘリカル歯の不完全部の歯先円の直径が、前記歯形部へ向かって漸次縮小するようにしても良い。
【００１８】
また、本発明に係るヘリカルギアの製造装置は、ダイスの内部に、上記の絞り加工部、ヘリカル歯型の不完全部及び歯形部を金属素材へ転写する型を形成したことを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明に係るヘリカルギアの製造は、上記のヘリカルギアの製造装置によるヘリカルギアの製造方法であって、前記金属素材を前記ダイスに圧入して塑性変形させることにより、前記金属素材に前記絞り加工部及びギヤ部の形状を転写することを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明に係る実施の形態を以下に説明する。先ず、図１は本発明に係る軸付ヘリカルギアを側面視した一例である。当該ヘリカルギア１は、円柱状の軸部２と、軸部２の外径を絞る方向に傾斜したテーパ面３を有する絞り加工部４と、絞り加工部４から軸部２の軸方向へ延長したギヤ部５と、ギヤ部５にテーパ面３を起点ａとして複数条形成されたヘリカル歯６とを備える。
【００２１】
ヘリカルギア１は、図２に示すように、略円柱状の金属素材７を製造装置８を用いて押出成形して得られる一体物である。ヘリカルギア１の全体形状は、概ね円筒状の軸部２に続いてテーパ部３があり、そのテーパ部３の途中から複数条のヘリカル歯６が形成されたものである。複数条のヘリカル歯６は、それぞれの歯すじが軸方向に対し、図１の右上から左下へ向けて傾いており、互いに等間隔で形成されている。個々のヘリカル歯６の歯厚は、通常のギアと同様に、歯すじの全長のわたって同一である。製造装置８については後述する。
【００２２】
図３にヘリカルギア１の要部を詳しく表している。同図（ａ）はヘリカルギア１を断面視した概略図であり、同図（ｂ）はヘリカルギア１を側面視したヘリカル歯６の展開図である。ヘリカル歯６の特徴とするところは、テーパ面３に対応する区間におけるヘリカル歯６の不完全部６ａのねじれ角を、ギヤ部５に対応する区間における歯形部６ｂのねじれ角より小さく設定したことにある。
【００２３】
上記のテーパ面３に対応する区間とは、テーパ面３とヘリカル歯６の歯先部が交わる部分である起点ａから、テーパ面３とギア部５との境界ｂまでの範囲である。この範囲におけるヘリカル歯６の歯丈は、ヘリカル歯６の歯先部からテーパ面３までの寸法によって限られるので、ヘリカル歯６の形状は、歯車としての用をなさない不完全なものである。これがヘリカル歯６の不完全部６ａである。
【００２４】
上記のギヤ部５に対応する区間とは、テーパ面３とギア部５との境界ｂからギア部５の先端５ａまでの範囲である。この範囲におけるヘリカル歯６が、歯形部６ｂであり、ヘリカルギア１が歯車としての役割を有効に果たす部分である。
【００２５】
ねじれ角とは、図３に示すように、ヘリカル歯６の中心線であるつる巻線ｃとヘリカルギア１の軸線ｃ０（図中で鉛直線）との交差する角度である。一般式として、つる巻線ｃのリードをＬ、つる巻線ｃの旋回する半径をｒとしたとき、ねじれ角γは、ｔａｎγ＝Ｌ／２πｒとなる。つまり、ねじれ角を小さく設定することは、不完全部６ａにおけるつる巻線ｃと軸線ｃ０との交差する角度を小さく（より鋭角に）することである。
【００２６】
これは、同図において明らかなように、不完全部６ａのつる巻線ｃは、歯形部６ｂのつる巻線ｃと比較して、鉛直に近い方向又は鉛直方向へ向かって立ち上がっている。具体的に、不完全部６ａのねじれ角は歯形部６ｂのねじれ角よりも２０゜以下の範囲で小さく、より好ましくは、１０゜以下の範囲で小さく設定されている。
【００２７】
このように、ねじれ角を小さく設定する範囲は、図４（ａ）に示すように、起点ａから境界ｂまでの全域としても良いが、同図（ｂ）に示すように、起点ａから境界ｂまでの途中の任意の箇所ａ１までの範囲のみで、ねじれ角を小さく設定しても良い。或いは、境界ｂからａ１までの範囲に加え、ａ１から境界ｂまでの更に途中の任意の箇所ａ２までの範囲で、それぞれ異なるねじれ角を設定しても良い。
【００２８】
以上に述べたねじれ角の設定に加えて、図５に示すように、ヘリカル歯６の不完全部６ａの歯先円の直径Ｄ１を、歯形部６ｂの歯先円ｄ１の直径より大きく設定しても良い。図５（ａ）はヘリカルギア１の要部を側面視した概略図であり、このＡ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面を、同図（ｂ）及び（ｃ）にそれぞれ表している。具体的に、Ｄ１／ｄ１＝１．０〜１．１の比率となる範囲で設定し、より好ましくは、１．０５〜１．１の範囲で設定する。
【００２９】
この場合、ヘリカル歯６の不完全部６ａの歯先円の直径Ｄ１は、歯形部６ｂへ向かって漸次縮小することが好ましい。これは、同図（ａ）において明らかなように、テーパ面３に対応する区間において、不完全部６ａの歯先の輪郭がテーパ状に傾斜することが好ましい。この傾斜角度は、ヘリカルギア１の軸線ｃ０に対して３０゜以下の範囲に設定することが好ましい。
【００３０】
次に、上記の製造装置８について図２に基づき説明する。当該製造装置８は、ダイス９の内周面に、金属素材７の外径を絞る方向に傾斜したテーパ面３０と、テーパ面３０からこの途中の起点ａ０として矢印ｙで指した方向（金属素材７をダイス９に圧入する方向）へ延びる複数条のヘリカル歯型６０とを形成したものである。
【００３１】
同図において、ヘリカル歯型６０の不完全部６０ａ及び歯形部６０ｂの詳細な形状は省略している。これらは、図１に例示のヘリカルギア１の輪郭を象る型である。またダイス９のテーパ面３０は図１に例示のテーパ面３を象る部分である。つまり、ヘリカル歯型６０は、テーパ面３０に対応する区間におけるヘリカル歯型６０の不完全部６０ａのねじれ角を、図１に例示のギヤ部５に対応する区間における歯形部６０ｂのねじれ角より小さく設定している。この点が、製造装置８の特徴であり、ダイス９の内周面の形状は、ヘリカルギア１に対して凹凸を反転した形状に他ならない。
【００３２】
ダイス９は、コンテナ１０の一端（図中の下端）に取り付けられている。コンテナ１０の内部に挿入された金属素材７が、ラム１１により矢印ｙで指したようにダイス９に向けて押圧されると、金属素材７は、ダイス９の内面形状に従って塑性変形し、その外径がテーパ面３０によって絞られる。これと同時に、ヘリカル歯型６０によってヘリカル歯６が転写される。詳しくは、金属素材７のテーパ面３０に対応する部分に、図３に例示の不完全部６ａの形状が転写されると共に、金属素材７のギヤ部５に対応する部分に、図３に例示の歯形部６ｂの形状が転写される。
【００３３】
更に、既述のように、図５に例示の不完全部６ａの歯先円の直径Ｄ１を歯形部６ｂの歯先円ｄ１の直径より大きく設定する場合には、ダイス９に係る直接の図示は上記同様に省略するが、ヘリカル歯型６０の不完全部６０ａの歯先円の直径を、歯形部６０ｂの歯先円の直径より大きく設定する。この場合、ヘリカル歯型６０の不完全部６０ａの歯先円の直径が、歯形部６０ｂへ向かって漸次縮小するような型形状を適用することが好ましい。
【００３４】
以上に述べた製造装置８によれば、ダイス９に、ラム１１によって金属素材７を徐々に圧入すると、この過程で、不完全部６０ａのねじれ角を歯形部６０ｂのねじれ角より小さく設定しているので、不完全部６０ａに塑性変形して入り込む金属素材７の流動するような塑性変形の方向は、歯形部６０ｂに塑性変形して入り込む過程に比較して、ヘリカルギア１の軸線ｃ０に沿った方向又はその向きにに近づくことになる。
【００３５】
従って、従来の技術では金属素材７をその周方向へ回転させる力となっていた塑性変形の反力は、ねじれ角を小さく設定した分、軸線ｃ０に沿った方向の反力として置き換えられる。このため、ヘリカルギア１を製造するに際して金属素材７を回転しないように拘束する力を大幅に低減できるので、金属素材７を回転させようとする反力に起因する残留応力がヘリカルギア１に蓄積されることが殆どなく、製造後のヘリカルギア１に捩り変形が生じることもない。
【００３６】
また、従来の技術では、ヘリカル歯６の形状を金属素材７に転写させる過程で、ダイス９におけるヘリカル歯６の歯先に対応する部分（ヘリカル歯型６０の歯先の部分）は、その歯元に比べると細い空間であるために金属素材７が塑性変形しつつ入り込むことが困難であるとされていた。このような問題は、上記のようなヘリカル歯型６を適用する事により解消される。
【００３７】
即ち、金属素材７をその周方向へ回転させる力を軽減すれば、金属素材７の不完全部６０ａの近傍での塑性変形が軸線ｃ０に沿った円滑なものとなるので、ラム１１によって金属素材７に過大な圧力を加えなくても、ダイス９におけるヘリカル歯６の歯先に対応する部分に、金属素材７を隙間無く確実に充填できる。従って、ヘリカル歯６の歯先部は欠肉気味になる事が無く、高精度なヘリカル歯６を形成することができる。
【００３８】
また、不完全部６０ａの歯先円の直径を、歯形部６０ｂの歯先円の直径より大きく設定すれば、ヘリカル歯型６０の幅寸法（ヘリカル歯６の歯厚に相当）を広げることなく、不完全部６０ａの断面積を増大できる。従って、不完全部６０ａの断面積を増大することで、上記のような金属素材７の軸線ｃ０に沿った円滑な塑性変形を促しつつも、隣り合うヘリカル歯型６０同士の間を狭めなくて済む。このため、隣り合うヘリカル歯６同士の間に対応する部分のダイス９の肉厚を薄くする必要がないので、ダイス９の機械的強度を十分に確保し、ダイス９の寿命を長く保つことができる。
【００３９】
更に、ヘリカル歯型６０の不完全部６０ａの歯先円の直径が、歯形部６０ｂへ向かって漸次縮小するような型形状を適用すれば、金属素材７の軸線ｃ０に沿った円滑な塑性変形を促すという効果は一層に顕著になる。
【００４０】
尚、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々なる改良，修正，変形を加えた態様で実施できるものである。
【００４１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係るヘリカルギアによれば、これを押出し成形（製造）する場合に、成形型であるダイスの寿命を損なうことなく、高精度のヘリカルギアを成形することができる。即ち、金属素材の円滑な塑性変形を促す事により整形後の残留応力を軽減すると共に、このような製造に使用するダイスの機械的強度を確保し、当該ダイスに設けたヘリカル歯型の破損を防止できるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るヘリカルギアの側面図。
【図２】本発明の実施の形態に係るヘリカルギアの製造装置の断面図。
【図３】本発明の実施の形態に係るヘリカルギアの要部を側面視した概略図及びその展開図。
【図４】本発明の実施の形態に係るヘリカルギアの要部の変形例の展開図。
【図５】本発明の実施の形態に係るヘリカルギアの変形例の要部を側面視した概略図及びその断面図。
【図６】従来例の一のヘリカルギアの側面図。
【図７】従来例の他のヘリカルギアの側面図。
【符号の説明】
１：ヘリカルギア
２：軸部
３：テーパ面
４：絞り加工部
５：ギヤ部
６：ヘリカル歯
６ａ：不完全部
６ｂ：歯形部
７：金属素材
８：製造装置
９：ダイス[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a so-called helical gear with a shaft (helical gear) in which a shaft portion is integrated with a gear portion, a manufacturing apparatus (die, die, etc.) and a manufacturing method (extrusion, forging, etc.).
[0002]
[Prior art]
The helical gear according to the present invention is widely used in automobiles and industrial equipment in general. In particular, one of the helical gears targeted this time is a pinion used as a component of an automobile steering (rack and pinion mechanism). The helical gear as a whole has a cylindrical shape and teeth inclined to draw a helical shape or a spiral with respect to the outer peripheral surface, that is, teeth formed in a helical curve around the outer peripheral surface (hereinafter, teeth). This is a structure in which a cylindrical shaft portion is formed at one end of the helical tooth via a tapered surface.
[0003]
This type of helical gear has conventionally been manufactured by cutting, but for the purpose of cost reduction, a part thereof is currently manufactured by cold forging. As an example, it is well known that a helical gear is cold forged by axially pressing a material into a cylindrical die.
[0004]
When the helical gear 110 is extruded or forged in this manner, the helical tooth 100 formed thereby is twisted in a helical shape with respect to the axis C, and as shown in FIG. The angle formed between the tooth surfaces 102a and 102b on both sides of the helical tooth 100 is different between the one tooth surface 102a and the other tooth surface 102b of each helical tooth 100. For this reason, the flow of the metal material as the material of the helical gear 110, that is, the state of the metal when plastic deformation gradually occurs with extrusion or forging, is different near both sides of the helical tooth 100. Due to this, the shapes of the tooth surfaces 102a and 102b on both sides of the helical tooth 100 are slightly different. That is, there is a problem that accuracy of the tooth profile is deteriorated.
[0005]
Therefore, as shown in the figure, an attempt has been made to expand the end face 101 of the helical tooth 100 into a fan shape (triangle). More specifically, the end face 101 is formed as an inclined surface facing the direction in which the metal material at the time of extrusion molding is pressed into the die, and the portion is padded so as to form a sector. Alternatively, as shown in FIG. 7, an attempt has been made to form a fan-shaped bulge 103 spreading in the same direction as the direction in which the helical teeth 100 are inclined.
[0006]
A die or a mold for forming the helical tooth 100 having such a shape has a fan-shaped portion corresponding to the vicinity of the end face 101 of the helical tooth 100 so that the above-described sector shape can be transferred to a metal material. It has a carved shape. Therefore, when the metal material is pressed into the die or the mold or the like from above in the figure, the metal material is gradually narrowed along the fan shape, and is uniformly plasticized near the tooth surfaces 102a and 102b on both sides. It will be deformed. This is a technique for improving the accuracy of the tooth profile of the helical tooth 100 by making the state of plastic deformation near the tooth surfaces 102a and 102b uniform.
[0007]
The helical gear 111 shown in FIG. 7 is configured such that when the metal material is pressed into a die or a mold representing the helical gear 111 from above in the figure, a part of the metal material follows the bulging portion 103. As a result, a smooth plastic flowing deformation of the metal material is promoted. Similarly, the addition of a sharp twist to the metal material is suppressed. This is a technique for manufacturing a helical gear in which a tooth profile error due to residual stress after manufacturing is unlikely to occur (see the following document).
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-7-308729 [Patent Document 2]
JP-A-11-10274 [Patent Document 3]
JP 2000-39056 A
[Problems to be solved by the invention]
However, since the direction of the plastic deformation of the metal material at the end face 101 of the helical tooth 100 such that the metal material flows is promoted along the twisting direction of the helical tooth 100, this reaction force rotates the metal material in the circumferential direction. It is the power to make it. For this reason, it is necessary to press-fit the metal material into the above-mentioned die or mold while restraining the metal material from rotating.
[0010]
In the prior art described above, while plastic deformation of the metal material in the vicinity of the end face 101 of the helical tooth 100 is promoted, residual stress due to a reaction force for rotating the metal material is accumulated. Then, torsion deformation occurs in the helical gear 110 after manufacturing. Such torsional deformation does not occur uniformly in the entire helical gear 110, so that the tooth profile of the helical teeth 100 is out of order, and as a result, the accuracy of the helical gear 110 as a product is low.
[0011]
Further, when manufacturing the helical gears 110 and 111, it is technically difficult to completely transfer the shape of the dice representing the helical teeth 100 to a metal material. That is, since the portion of the die corresponding to the root of the helical tooth 100 is a relatively large space, the metal material can easily enter while being plastically deformed. However, the portion of the die corresponding to the tip of the helical tooth 100 is a relatively narrow space, so that the metal material cannot easily enter while being plastically deformed, so the tip of the helical tooth 100 tends to be underfilled. easy.
[0012]
This is because energy is more plastically deformed along the direction of the axis C (downward in the figure) than plastically deformed so that the metal material flows toward the narrow space at the tip of the helical tooth 100. This is because less is needed. As a result, it is difficult to improve the accuracy of the helical teeth 100.
[0013]
In view of such characteristics of metal processing, setting various processing conditions to increase the pressure for press-fitting the metal material into the above-described die or mold causes a large burden on the above-described die or mold. become. Further, as described above, the portion corresponding to the vicinity of the end face 101 of the helical tooth 100 in the die or the mold has a wide shape engraved in a fan shape. It is inevitable that the thickness of the die or the mold becomes thin (in the form of an edge). For this reason, the mechanical strength of the above-mentioned die or die decreases. For the above reasons, there is a possibility that the life of the above-mentioned die or mold may be shortened.
[0014]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above problems and to provide a helical gear that can be mass-produced without shortening the life of a die or a mold and has a high helical tooth profile accuracy. Still another object is to provide a manufacturing apparatus and a manufacturing method for manufacturing such a helical gear.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the helical gear according to claim 1, wherein the drawing portion has a cylindrical shaft portion, a tapered surface inclined in a direction to reduce the outer diameter of the shaft portion, and the drawing portion. And a helical gear including a gear portion extending in the axial direction of the shaft portion, and a plurality of helical teeth formed from the tapered surface as a starting point, in the gear portion, the helical teeth in a section corresponding to the tapered surface. The torsion angle of the incomplete portion is set smaller than the torsion angle of the tooth profile portion in the section corresponding to the gear portion.
[0016]
Further, in the helical gear according to claim 2, the diameter of the addendum circle of the incomplete portion of the helical tooth is set to be larger than the diameter of the addendum circle of the tooth profile portion for the purpose of further improving the accuracy. is there.
[0017]
Furthermore, the diameter of the tip circle of the incomplete portion of the helical tooth may be gradually reduced toward the tooth profile.
[0018]
Further, the helical gear manufacturing apparatus according to the present invention is characterized in that a die for transferring the above-mentioned drawn portion, the incomplete portion of the helical tooth form and the tooth shape portion to a metal material is formed inside the die. It is.
[0019]
Further, the manufacturing of the helical gear according to the present invention is a method of manufacturing a helical gear by the above-described helical gear manufacturing apparatus, wherein the metal material is pressed into the die and plastically deformed, so that the metal material is deformed. The shape of the drawn portion and the gear portion are transferred.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment according to the present invention will be described below. First, FIG. 1 is an example of a side view of a shaft-mounted helical gear according to the present invention. The helical gear 1 has a cylindrical shaft portion 2, a drawing portion 4 having a tapered surface 3 inclined in a direction to reduce the outer diameter of the shaft portion 2, and extends from the drawing portion 4 in the axial direction of the shaft portion 2. Gear portion 5 and a plurality of helical teeth 6 starting from the tapered surface 3 of the gear portion 5.
[0021]
As shown in FIG. 2, the helical gear 1 is an integral body obtained by extruding a substantially cylindrical metal material 7 using a manufacturing apparatus 8. The overall shape of the helical gear 1 is such that a tapered portion 3 follows a substantially cylindrical shaft portion 2, and a plurality of helical teeth 6 are formed in the middle of the tapered portion 3. The plurality of helical teeth 6 have their respective tooth traces inclined from the upper right to the lower left in FIG. 1 with respect to the axial direction, and are formed at equal intervals. The tooth thickness of each helical tooth 6 is the same over the entire length of the tooth trace as in a normal gear. The manufacturing device 8 will be described later.
[0022]
FIG. 3 shows a main part of the helical gear 1 in detail. FIG. 1A is a schematic view of the helical gear 1 in a sectional view, and FIG. 1B is a development view of the helical teeth 6 in a side view of the helical gear 1. A feature of the helical tooth 6 is that the torsion angle of the incomplete portion 6a of the helical tooth 6 in the section corresponding to the tapered surface 3 is set smaller than the torsion angle of the tooth profile 6b in the section corresponding to the gear portion 5. It is in.
[0023]
The section corresponding to the tapered surface 3 is a range from the starting point a where the tapered surface 3 and the tip of the helical tooth 6 intersect to the boundary b between the tapered surface 3 and the gear portion 5. Since the length of the helical tooth 6 in this range is limited by the dimension from the tip of the helical tooth 6 to the tapered surface 3, the shape of the helical tooth 6 is incomplete and does not serve as a gear. . This is the incomplete portion 6a of the helical tooth 6.
[0024]
The section corresponding to the gear section 5 is a range from the boundary b between the tapered surface 3 and the gear section 5 to the tip 5a of the gear section 5. The helical teeth 6 in this range are the tooth-shaped portions 6b, and are portions where the helical gear 1 effectively plays a role as a gear.
[0025]
As shown in FIG. 3, the torsion angle is the angle at which the helical winding c, which is the center line of the helical tooth 6, intersects with the axis c0 (vertical line in the figure) of the helical gear 1. As a general formula, when the lead of the vine winding c is L and the turning radius of the vine winding c is r, the torsion angle γ is tan γ = L / 2πr. In other words, setting the torsion angle to be small means making the angle at which the vine winding c and the axis c0 intersect in the incomplete portion 6a smaller (more acutely).
[0026]
This is because, as is evident in the figure, the vine winding c of the incomplete portion 6a rises in a direction close to the vertical direction or the vertical direction as compared with the vine winding c of the tooth profile portion 6b. Specifically, the torsion angle of the incomplete portion 6a is set smaller than the torsion angle of the tooth profile portion 6b in a range of 20 ° or less, more preferably, in a range of 10 ° or less.
[0027]
As described above, the range in which the torsion angle is set to be small may be the entire area from the starting point a to the boundary b as shown in FIG. 4A, but as shown in FIG. The torsion angle may be set small only in the range up to an arbitrary portion a1 on the way to b. Alternatively, in addition to the range from the boundary b to a1, a different torsion angle may be set in the range from the a1 to the arbitrary point a2 further on the way from the boundary b.
[0028]
In addition to the above-mentioned setting of the torsion angle, as shown in FIG. 5, the diameter D1 of the tip circle of the incomplete portion 6a of the helical tooth 6 is set to be larger than the diameter of the tip circle d1 of the tooth profile portion 6b. May be. FIG. 5A is a schematic view of a main part of the helical gear 1 as viewed from the side, and the AA section and the BB section are shown in FIGS. 5B and 5C, respectively. Specifically, the ratio is set in a range where D1 / d1 = 1.0 to 1.1, and more preferably, it is set in a range of 1.05 to 1.1.
[0029]
In this case, it is preferable that the diameter D1 of the tip circle of the incomplete portion 6a of the helical tooth 6 gradually decreases toward the tooth profile 6b. It is preferable that the contour of the tip of the incomplete portion 6a be tapered in a section corresponding to the tapered surface 3 as is apparent from FIG. This inclination angle is preferably set within a range of 30 ° or less with respect to the axis c0 of the helical gear 1.
[0030]
Next, the manufacturing apparatus 8 will be described with reference to FIG. The manufacturing apparatus 8 includes, on the inner peripheral surface of the die 9, a tapered surface 30 inclined in a direction to reduce the outer diameter of the metal material 7, and a direction indicated by an arrow y from the tapered surface 30 as a starting point a0 in the middle (metal material). And a plurality of helical tooth forms 60 extending in the direction of press-fitting the die 7 into the die 9).
[0031]
In the figure, the detailed shapes of the incomplete portion 60a and the tooth profile 60b of the helical tooth form 60 are omitted. These are models that imitate the contour of the helical gear 1 illustrated in FIG. Further, the tapered surface 30 of the die 9 is a portion that is similar to the tapered surface 3 illustrated in FIG. That is, in the helical tooth form 60, the torsion angle of the incomplete portion 60a of the helical tooth form 60 in the section corresponding to the tapered surface 30 is set to be smaller than the torsion angle of the tooth profile part 60b in the section corresponding to the gear section 5 illustrated in FIG. It is set small. This is a feature of the manufacturing apparatus 8, and the shape of the inner peripheral surface of the die 9 is nothing but a shape obtained by inverting the unevenness with respect to the helical gear 1.
[0032]
The die 9 is attached to one end (the lower end in the figure) of the container 10. When the metal material 7 inserted into the container 10 is pressed toward the die 9 by the ram 11 as indicated by the arrow y, the metal material 7 is plastically deformed according to the inner surface shape of the die 9, The diameter is reduced by the tapered surface 30. At the same time, the helical tooth 6 is transferred by the helical tooth form 60. Specifically, the shape of the incomplete portion 6a illustrated in FIG. 3 is transferred to a portion corresponding to the tapered surface 30 of the metal material 7, and a portion corresponding to the gear portion 5 of the metal material 7 is illustrated in FIG. The shape of the tooth profile 6b is transferred.
[0033]
Further, as described above, when the diameter D1 of the addendum circle of the incomplete portion 6a illustrated in FIG. 5 is set to be larger than the diameter of the addendum circle d1 of the tooth profile portion 6b, the direct illustration relating to the die 9 is performed. Is omitted as above, but the diameter of the addendum circle of the incomplete portion 60a of the helical tooth form 60 is set to be larger than the diameter of the addendum circle of the tooth profile portion 60b. In this case, it is preferable to apply a mold shape in which the diameter of the addendum circle of the incomplete portion 60a of the helical tooth mold 60 gradually decreases toward the tooth profile 60b.
[0034]
According to the manufacturing apparatus 8 described above, when the metal material 7 is gradually pressed into the die 9 by the ram 11, the twist angle of the incomplete portion 60a is set smaller than the twist angle of the tooth profile portion 60b in this process. Therefore, the direction of the plastic deformation in which the metal material 7 flows into the incomplete portion 60a by plastic deformation is more along the axis c0 of the helical gear 1 than in the process of plastically deforming and entering the tooth profile portion 60b. Direction or approaching that direction.
[0035]
Therefore, the reaction force of the plastic deformation, which is the force for rotating the metal material 7 in the circumferential direction in the conventional technique, is replaced by the reaction force in the direction along the axis c0 by the smaller twist angle. For this reason, when manufacturing the helical gear 1, the force for restraining the metal material 7 from rotating can be greatly reduced, so that the residual stress due to the reaction force for rotating the metal material 7 accumulates in the helical gear 1. The helical gear 1 after the manufacturing is hardly deformed.
[0036]
Further, in the conventional technique, in the process of transferring the shape of the helical tooth 6 to the metal material 7, a portion corresponding to the tip of the helical tooth 6 in the die 9 (the tip of the helical tooth mold 60) is replaced by the tooth. It was said that it was difficult for the metal material 7 to enter while plastically deforming because the space was smaller than the original space. Such a problem is solved by applying the helical tooth form 6 as described above.
[0037]
That is, if the force for rotating the metal material 7 in the circumferential direction is reduced, the plastic deformation near the incomplete portion 60a of the metal material 7 becomes smooth along the axis c0. The metal material 7 can be reliably filled into the portion of the die 9 corresponding to the tip of the helical tooth 6 without any gap without applying excessive pressure to the die 7. Therefore, the tip of the helical teeth 6 does not become underfilled, and the helical teeth 6 can be formed with high precision.
[0038]
If the diameter of the addendum circle of the incomplete portion 60a is set to be larger than the diameter of the addendum circle of the tooth profile portion 60b, the width dimension of the helical tooth form 60 (corresponding to the tooth thickness of the helical teeth 6) is not increased. The cross-sectional area of the incomplete portion 60a can be increased. Therefore, by increasing the cross-sectional area of the incomplete portion 60a, while promoting smooth plastic deformation along the axis c0 of the metal material 7 as described above, it is not necessary to narrow the space between the adjacent helical tooth molds 60. I'm done. For this reason, it is not necessary to reduce the thickness of the die 9 corresponding to the portion between the adjacent helical teeth 6, so that the mechanical strength of the die 9 is sufficiently ensured and the life of the die 9 can be maintained long. it can.
[0039]
Furthermore, if a mold shape is adopted in which the diameter of the tip circle of the incomplete portion 60a of the helical tooth mold 60 gradually decreases toward the tooth profile 60b, smooth plastic deformation along the axis c0 of the metal material 7 is achieved. The effect of prompting is more remarkable.
[0040]
The present invention can be practiced in various modified, modified, and modified forms based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention.
[0041]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the helical gear according to the present invention, when extruding (manufacturing) the helical gear, a high-precision helical gear is formed without impairing the life of the die as a forming die. be able to. That is, by promoting the smooth plastic deformation of the metal material, the residual stress after shaping is reduced, and the mechanical strength of the die used for such manufacturing is secured, and the helical tooth form provided on the die is damaged. This is because it can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view of a helical gear according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of a helical gear manufacturing apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view of a main part of the helical gear according to the embodiment of the present invention, as viewed from the side, and a developed view thereof.
FIG. 4 is a development view of a modification of a main part of the helical gear according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic side view of a main part of a modification of the helical gear according to the embodiment of the present invention, and a cross-sectional view thereof.
FIG. 6 is a side view of one conventional helical gear.
FIG. 7 is a side view of another conventional helical gear.
[Explanation of symbols]
1: Helical gear 2: Shaft 3: Tapered surface 4: Drawing portion 5: Gear 6: Helical teeth 6a: Incomplete portion 6b: Tooth profile 7: Metal material 8: Manufacturing device 9: Dies

Claims

A cylindrical shaft portion, a drawing portion having a tapered surface inclined in a direction to reduce the outer diameter of the shaft portion, a gear portion extending from the drawing portion in the axial direction of the shaft portion, and a gear portion. In a helical gear including a plurality of helical teeth formed from the tapered surface as a starting point,
A helical gear, wherein a torsion angle of an incomplete portion of the helical tooth in a section corresponding to the tapered surface is set smaller than a torsion angle of a tooth profile in a section corresponding to the gear portion.

The helical gear according to claim 1, wherein a diameter of an addendum circle of an incomplete portion of the helical tooth is set larger than a diameter of an addendum circle of the tooth profile portion.

The helical gear according to claim 1, wherein the diameter of the tip circle of the incomplete portion of the helical tooth gradually decreases toward the tooth profile.

4. A helical gear manufacturing apparatus, wherein a die for transferring the drawing portion, the incomplete portion of the helical tooth form, and the tooth shape portion to a metal material is formed inside a die. .

A method for manufacturing a helical gear by the helical gear manufacturing apparatus according to claim 4, wherein the metal material is press-fitted into the die and plastically deformed, thereby forming the drawn portion and the gear portion on the metal material. A method for manufacturing a helical gear, comprising transferring a shape.