マグネシウム製歯車及びその製造方法
【課題】 本発明は、マグネシウムが発火しないように処理して、安全にマグネシウム製歯車を製造することができる方法を提供することを目的とするものである。
【解決手段】 本発明は、軽量なマグネシウムを主成分とする材料を円盤状に切断する切断加工工程と、切断加工済材料をチャックに嵌め込み中心を突き通す内径下穴加工、端面及び外周面を粗く削る端面及び外径荒引加工、端面及び外周面を細かく削る端面及び外径仕上加工、内周面を細かく削る内径仕上加工、反対側端面及び外周面を粗く削る反対側端面及び外径荒引加工、及び反対側端面及び外周面を細かく削る反対側端面及び外径仕上加工からなる旋盤加工工程と、旋盤加工済材料の外周面にホブを回転させながら歯を刻むことで歯車を形成する歯切加工工程とからなることを特徴とするマグネシウム製歯車及びその製造方法の構成とした。
【解決手段】 本発明は、軽量なマグネシウムを主成分とする材料を円盤状に切断する切断加工工程と、切断加工済材料をチャックに嵌め込み中心を突き通す内径下穴加工、端面及び外周面を粗く削る端面及び外径荒引加工、端面及び外周面を細かく削る端面及び外径仕上加工、内周面を細かく削る内径仕上加工、反対側端面及び外周面を粗く削る反対側端面及び外径荒引加工、及び反対側端面及び外周面を細かく削る反対側端面及び外径仕上加工からなる旋盤加工工程と、旋盤加工済材料の外周面にホブを回転させながら歯を刻むことで歯車を形成する歯切加工工程とからなることを特徴とするマグネシウム製歯車及びその製造方法の構成とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軽量なマグネシウムを主成分とするマグネシウム製歯車及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マグネシウムは、鉄やアルミニウム等に比べ格段に軽く、強度に関しても十分であるため、自動車、航空機又は産業用機器等の幅広い工業製品に利用できれば、性能を格段に向上させることができる。
【０００３】
マグネシウムは、アルミニウムを約３％、亜鉛を約１％添加したＡＺ３１や、アルミニウムを約６％、亜鉛を約１％添加したＡＺ６１等の合金として利用されるが、比較的塑性加工しやすいため、圧延又は押出加工により成形される。
【０００４】
特許文献１に記載されているように、マグネシウム合金素材の液体化処理工程と、予歪を与えるための第１の鍛造加工工程と、鍛造加工後の時効処理工程と、結晶粒を微細化するための第２の鍛造加工工程とからなるマグネシウム合金部材の製造方法という発明も公開されている。
【特許文献１】特開２００３−２７７８９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、マグネシウムは爆発しやすい、又は発火しやすい等の弱点があり、切削時に切粉が燃えないように、取り扱いに十分注意する必要がある。また、切粉が水分を含むと水素が発生して爆発する可能性もある。
【０００６】
そこで、本発明は、マグネシウムが発火しないように処理して、安全にマグネシウム製歯車を製造することができる方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するために、軽量なマグネシウムを主成分とする円柱状の材料を円盤状に切断する切断加工工程２と、前記切断加工工程２後に切断加工済材料５をチャック６に嵌め込み中心をドリル７で突き通す内径下穴加工３ａ、前記内径下穴加工３ａした切断加工済材料５の端面５ａ及び外周面５ｂを超硬バイト７ａで粗く削る端面及び外径荒引加工３ｂ、前記端面及び外径荒引加工３ｂした切断加工済材料５の端面５ａ及び外周面５ｂをダイヤモンドバイト７ｂで細かく削る端面及び外径仕上加工３ｃ、前記端面及び外径仕上加工３ｃした切断加工済材料５の内周面５ｆを超硬バイト７ｃで細かく削る内径仕上加工３ｄ、前記内径仕上加工３ｄした切断加工済材料５を反対側にしてチャック６に嵌め込み反対側端面５ｃ及び外周面５ｂを超硬バイト７ａで粗く削る反対側端面及び外径荒引加工３ｅ、及び前記反対側端面及び外径荒引加工３ｅした切断加工済材料５の反対側端面５ｃ及び外周面５ｂをダイヤモンドバイト７ｂで細かく削る反対側端面及び外径仕上加工３ｆからなる旋盤加工工程３と、前記旋盤加工工程３後に旋盤加工済材料９の外周面９ｂにホブ１０を回転させながら歯９ｅを刻むことで歯車１１を形成する歯切加工工程４とからなり、前記切断加工工程２、旋盤加工工程３及び歯切加工工程４の各工程において、切削時にカバー及び切粉受けを設け、切粉に空気とともに切削油を吹き付けながら切粉が飛散しないように集積することで、温度がマグネシウム発火点に達しないように制御することを特徴とするマグネシウム製歯車の製造方法１、並びに前記マグネシウム製歯車の製造方法１により製造されたマグネシウム製歯車１ａ、１ｂの構成とした。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、以上の構成であるから以下の効果が得られる。第１に、マグネシウムを主成分とすることで、アルミニウムを主成分とする歯車の３分の２の重さ、鉄を主成分とする歯車の４分の１の重さという非常に軽量な歯車を製造することができる。
【０００９】
第２に、切削時に切粉に空気とともに切削油を吹き付けながら切粉が飛散しないように集積することで、マグネシウムが温度や水分等の原因により発火するのを防止し、安全に加工することができる。
【００１０】
第３に、マグネシウムは、軽量で切削性が良く加工しやすいにもかかわらず、強度も十分にあるため、自動車、航空機又は産業用機器等の幅広い工業製品の性能を格段に向上させることができる。
【００１１】
第４に、マグネシウムは、天然資源が豊富でリサイクル性が良く、環境的にも非常に優れているので、マグネシウム製歯車が広く普及すれば、全世界的に問題となってくるエコロジー対策にもなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
切削時に温度がマグネシウム発火点に達しないように制御するという目的を、カバー及び切粉受けを設け、切粉に空気とともに切削油を吹き付けながら切粉が飛散しないように集積することで実現した。
【実施例１】
【００１３】
以下に、添付図面に基づいて、本発明であるマグネシウム製歯車及びその製造方法について詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の流れを示すフローチャートであり、図２は、本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の旋盤加工工程の詳細な流れを示すフローチャートである。
【００１５】
マグネシウム製歯車の製造方法１は、軽量なマグネシウムを主成分とする円柱状の材料を円盤状に切断する切断加工工程２と、前記切断加工工程２後に切断加工済材料５をチャック６に嵌め込み中心をドリル７で突き通す内径下穴加工３ａ、前記内径下穴加工３ａした切断加工済材料５の端面５ａ及び外周面５ｂを超硬バイト７ａで粗く削る端面及び外径荒引加工３ｂ、前記端面及び外径荒引加工３ｂした切断加工済材料５の端面５ａ及び外周面５ｂをダイヤモンドバイト７ｂで細かく削る端面及び外径仕上加工３ｃ、前記端面及び外径仕上加工３ｃした切断加工済材料５の内周面５ｆを超硬バイト７ｃで細かく削る内径仕上加工３ｄ、前記内径仕上加工３ｄした切断加工済材料５を反対側にしてチャック６に嵌め込み反対側端面５ｃ及び外周面５ｂを超硬バイト７ａで粗く削る反対側端面及び外径荒引加工３ｅ、及び前記反対側端面及び外径荒引加工３ｅした切断加工済材料５の反対側端面５ｃ及び外周面５ｂをダイヤモンドバイト７ｂで細かく削る反対側端面及び外径仕上加工３ｆからなる旋盤加工工程３と、前記旋盤加工工程３後に旋盤加工済材料９の外周面９ｂにホブ１０を回転させながら歯９ｅを刻むことで歯車１１を形成する歯切加工工程４とからなり、前記切断加工工程２、旋盤加工工程３及び歯切加工工程４の各工程において、切削時にカバー及び切粉受けを設け、切粉に空気とともに切削油を吹き付けながら切粉が飛散しないように集積することで、温度がマグネシウム発火点に達しないように制御することを特徴とする。
【００１６】
図１に示すように、マグネシウム製歯車の製造方法１は、切断加工工程２、旋盤加工工程３及び歯切加工工程４からなる。
【００１７】
切断加工工程２は、軽量なマグネシウムを主成分とする円柱状の材料を円盤状に切断する。尚、切断加工工程２については、図３において詳細に説明する。
【００１８】
旋盤加工工程３は、切断加工工程２後に、旋盤その他の器具により精度を上げて切削加工し、所定の寸法に仕上げる。尚、旋盤加工工程３については、図２及び図４から図１１において詳細に説明する。
【００１９】
歯切加工工程４は、旋盤加工工程３後に、旋盤加工済材料９の外周面９ｂにホブ１０を回転させながら歯９ｅを刻むことで歯車１１を形成する。尚、歯切加工工程４については、図１２から図１５において詳細に説明する。
【００２０】
切断加工工程２、旋盤加工工程３及び歯切加工工程４の各工程においては、切削時にカバー及び切粉受けを設け、切粉に空気とともに切削油を吹き付けながら切粉が飛散しないように集積することで、温度がマグネシウム発火点に達しないように制御する。
【００２１】
図２に示すように、旋盤加工工程３は、内径下穴加工３ａ、端面及び外径荒引加工３ｂ、端面及び外径仕上加工３ｃ、内径仕上加工３ｄ、反対側端面及び外径荒引加工３ｅ及び反対側端面及び外径仕上加工３ｆからなる。
【００２２】
内径下穴加工３ａは、切断加工済材料５をチャック６に嵌め込み中心をドリル７で突き通す。尚、内径下穴加工３ａについては、図５において詳細に説明する。
【００２３】
端面及び外径荒引加工３ｂは、内径下穴加工３ａした切断加工済材料５の端面５ａ及び外周面５ｂを超硬バイト７ａで粗く削る。尚、端面及び外径荒引加工３ｂについては、図６において詳細に説明する。
【００２４】
端面及び外径仕上加工３ｃは、端面及び外径荒引加工３ｂした切断加工済材料５の端面５ａ及び外周面５ｂをダイヤモンドバイト７ｂで細かく削る。尚、端面及び外径仕上加工３ｃについては、図７において詳細に説明する。
【００２５】
内径仕上加工３ｄは、端面及び外径仕上加工３ｃした切断加工済材料５の内周面５ｆを超硬バイト７ｃで細かく削る。尚、内径仕上加工３ｄについては、図８において詳細に説明する。
【００２６】
反対側端面及び外径荒引加工３ｅは、内径仕上加工３ｄした切断加工済材料５を反対側にしてチャック６に嵌め込み反対側端面５ｃ及び外周面５ｂを超硬バイト７ａで粗く削る。尚、反対側端面及び外径荒引加工３ｅについては、図９において詳細に説明する。
【００２７】
反対側端面及び外径仕上加工３ｆは、反対側端面及び外径荒引加工３ｅした切断加工済材料５の反対側端面５ｃ及び外周面５ｂをダイヤモンドバイト７ｂで細かく削る。尚、反対側端面及び外径仕上加工３ｆについては、図１０において詳細に説明する。
【００２８】
図３は、本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の切断加工工程において切断加工された材料を示す斜視図である。
【００２９】
マグネシウム製歯車の材料は、マグネシウムにアルミニウムを約３％、亜鉛を約１％添加したＡＺ３１合金、又はアルミニウムを約６％、亜鉛を約１％添加したＡＺ６１合金を押出加工により円柱状にしたものである。
【００３０】
マグネシウム製歯車を製造するにあたり、予め、製品に応じた材質及び外径の選定を行っておく。切断加工工程２において、材料の外径が大きい場合にはノコ盤などで材料を輪切りに切断し、小さい場合には旋盤などで材料を輪切りに切断する。
【００３１】
円柱状の材料を円盤状に切断したものが切断加工済材料５である。切断加工済材料５は、単に切断しただけで、端面５ａ及び外周面５ｂは粗い状態のままであるので、旋盤加工工程３でバイト等を使用して細かく仕上げる。
【００３２】
尚、バイトとは、旋盤等に用いる切削用の刃物のことであり、材質によりハイスバイト、超硬バイト又はダイヤモンドバイト等の種類があり、用途により荒引バイト、仕上バイト又は穴ぐりバイト等の種類がある。
【００３３】
図４は、本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の旋盤加工工程において使用するチャックを示す斜視図である。尚、チャックとは、旋盤に加工する材料を取り付けるための器具のことである。
【００３４】
チャック６は、チャック本体６ａに三本の爪６ｂを等間隔に配置したもので、旋盤加工工程３において、粗い状態の切断加工済材料５の端面５ａ及び外周面５ｂを仕上げるために利用する。
【００３５】
チャック本体６ａは、円盤状のチャック６の本体部材である。チャック本体６ａの表面は、切断加工済材料５を固定する側であり、チャック本体６ａの裏面は、旋盤に取り付けられ、チャック本体６ａの中心を軸として回転する。
【００３６】
爪６ｂは、凸部６ｃと凹部６ｄからなるＬ字状の部材で、凹部６ｄに切断加工済材料５を嵌め込み、凸部６ｃで切断加工済材料５を押さえることで、チャック６を介して旋盤に切断加工済材料５を取り付ける。
【００３７】
三本の爪６ｂは、凸部６ｃがチャック本体６ａの外周側に立つように、チャック本体６ａの表面に１２０°の間隔を空けて取り付けられる。チャック６の中心に嵌め込まれた切断加工済材料５は、爪６ｂにより三方からしっかりと押さえ付けられる。
【００３８】
図５は、本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の旋盤加工工程における内径下穴加工の状況を示す断面図である。
【００３９】
切断加工済材料５を旋盤加工するに際して、切断加工済材料５をチャック本体６ａに設けられた爪６ｂの凹部６ｄに嵌め込み、爪６ｂの凸部６ｃで押さえることで、チャック６に取り付ける。
【００４０】
切断加工済材料５の一方の端面５ａが加工を行う表面となり、反対側端面５ｃがチャック６に接する裏面となる。切断加工済材料５の外周面５ｂには、反対側端面５ｃの側にチャック６の爪６ｂが掛けられる。
【００４１】
尚、図５では、上側の爪６ｂと下側の爪６ｂによって切断加工済材料５をチャック６に固定するように示しているが、実際には、三本の爪６ｂによって切断加工済材料５をチャック６に固定する。
【００４２】
内径下穴加工３ａでは、切断加工済材料５に対してドリル７を垂直に当て、切断加工済材料５の中心の穴５ｅとなる突通箇所５ｄを、ドリル７を回転させながら突貫８する。穴５ｅを貫通させるだけで、内周面５ｆの仕上げは後で行う。
【００４３】
図６は、本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の旋盤加工工程における端面及び外径荒引加工の状況を示す断面図である。
【００４４】
端面及び外径荒引加工３ｂでは、切断加工済材料５の端面５ａと、外周面５ｂの端面５ａの側を、超硬バイト７ａを使用して粗削りする。まず、端面５ａの切削箇所５ｇを端面切削８ａし、その後、外周面５ｂの切削箇所５ｇを外径切削８ｂする。
【００４５】
旋盤を回転させることで、チャック６に取り付けられた切断加工済材料５も回転するので、切断加工済材料５の端面５ａ及び外周面５ｂの切削箇所５ｇに超硬バイト７ａを当てることで、端面切削８ａ及び外径切削８ｂが行われる。
【００４６】
外径切削８ｂに関しては、端面５ａの側からチャック６の爪６ｂが押さえている箇所の前までを切削する。爪６ｂの高さは、切断加工済材料５の厚さの半分以下であり、外周面５ｂの半分以上を削ることができる。
【００４７】
尚、超硬バイト７ａは、タングステンカーバイトとコバルトの微粉末を焼き固めて刃先形状としたもので、ハイスバイトよりも硬度が高く、高い温度でも刃先強度が落ちないという特徴がある。
【００４８】
図７は、本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の旋盤加工工程における端面及び外径仕上加工の状況を示す断面図である。
【００４９】
端面及び外径仕上加工３ｃでは、切断加工済材料５の端面５ａと、外周面５ｂの端面５ａの側を、ダイヤモンドバイト７ｂを使用して細かく削って綺麗に仕上げる。端面及び外径荒引加工３ｂの場合と同様に、端面５ａの切削箇所５ｇを端面切削８ａし、外周面５ｂの切削箇所５ｇを外径切削８ｂする。
【００５０】
尚、ダイヤモンドバイト７ｂは、刃先がダイヤモンドで出来た主に仕上加工に使用するバイトである。ダイヤモンドバイト７ｂを使用すれば、超精密に加工して鏡面を形成することも可能である。
【００５１】
図８は、本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の旋盤加工工程における内径仕上加工の状況を示す断面図である。
【００５２】
内径仕上加工３ｄでは、切断加工済材料５の内周面５ｆの切削箇所５ｈを、穴ぐり用の超硬バイト７ｃを使用して内径切削８ｃし、切断加工済材料５の内径が製品の仕様となるように仕上げる。
【００５３】
尚、穴ぐり用の超硬バイト７ｃは、予めドリル７等で開けておいた穴５ｅを、任意の径に拡げていくバイトである。切断加工済材料５を回転させながら、内周面５ｆの切削箇所５ｈに当てることで、内径切削８ｃが行われる。
【００５４】
図９は、本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の旋盤加工工程における反対側端面及び外径荒引加工の状況を示す断面図である。
【００５５】
端面５ａの加工が完了したら、一旦、切断加工済材料５をチャック６から取り外す。切断加工済材料５を裏返しにし、反対側端面５ｃが表面、端面５ａが裏面となるようにチャック６へ再び付け直す。
【００５６】
反対側端面及び外径荒引加工３ｅでは、端面及び外径荒引加工３ｂの場合と同様に、切断加工済材料５の反対側端面５ｃと、外周面５ｂの反対側端面５ｃの側を、超硬バイト７ａを使用して粗削りする。
【００５７】
外周面５ｂの反対側端面５ｃの側で、かつ、端面及び外径荒引加工３ｂ及び端面及び外径仕上加工３ｃにおいて切削されていない部分である切削箇所５ｉを一度に反対側端面及び外径切削８ｄする。
【００５８】
反対側端面及び外径切削８ｄでは、端面及び外径荒引加工３ｂ及び端面及び外径仕上加工３ｃにおいてチャック６の爪６ｂが押さえていた反対側端面５ｃの側を切削する。爪６ｂの高さは、切断加工済材料５の厚さの半分以下であるので、切削箇所５ｉが爪６ｂで隠れることはない。
【００５９】
図１０は、本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の旋盤加工工程における反対側端面及び外径仕上加工の状況を示す断面図である。
【００６０】
反対側端面及び外径仕上加工３ｆでは、切断加工済材料５の反対側端面５ｃと、外周面５ｂの反対側端面５ｃの側を、ダイヤモンドバイト７ｂを使用して細かく削って綺麗に仕上げる。反対側端面及び外径荒引加工３ｅの場合と同様に、切削箇所５ｉを反対側端面及び外径切削８ｄする。
【００６１】
図１１は、本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の旋盤加工工程において旋盤加工された材料を示す斜視図である。
【００６２】
旋盤加工済材料９は、切断加工済材料５に対して旋盤加工工程３を行ったもので、中央には円形の穴９ｃが空けられ、ドーナツ状である。旋盤加工済材料９は、旋盤加工工程３により全周測定でプラスマイナス０．０３ミリメートル以内の精度で仕上げられる。
【００６３】
旋盤加工済材料９の端面９ａ、外周面９ｂ及び内周面９ｄは、切削した箇所が研磨された状態であるが、外周面９ｂについては、歯切加工工程４において歯９ｅが形成される。
【００６４】
図１２は、本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の歯切加工工程において使用するホブを示す斜視図である。尚、ホブとは、円筒外周に多くの切歯を付けた切削具の一つであり、ホブ盤に取り付けて回転させることで切削を行う。
【００６５】
ホブ１０は、ホブ本体１０ａに複数の切歯１０ｃを設けたもので、鉄材やステンレス材を切削しているのと同一のものを使用することができる。ホブ１０は、歯切加工工程４において、切歯１０ｃにより旋盤加工済材料９の外周面９ｂを切削して歯９ｅを形成するために使用する。
【００６６】
ホブ本体１０ａは、円筒状の部材であり、外周上には切歯１０ｃが並べられ、内周側は中空の軸穴１０ｂである。ホブ本体１０ａの軸穴１０ｂには、ホブ盤の回転軸を通し、ホブ１０を回転８ｅさせることができる。
【００６７】
切歯１０ｃは、長い板状の部材に、略三角状の山型の突起１０ｄと谷型の溝１０ｅを繰り返して複数の凹凸を付けたもので、ホブ本体１０ａの外周上を縦断するように長手方向に取り付ける。
【００６８】
複数の切歯１０ｃをホブ本体１０ａの外周上を回るように並べて配置することで、ホブ１０を回転８ｅさせた際に、連続して切歯１０ｃの突起１０ｄを旋盤加工済材料９に当てることができる。
【００６９】
図１３は、本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の歯切加工工程における歯切加工の状況を示す斜視図である。
【００７０】
歯切加工工程４では、ホブ１０を使用して旋盤加工済材料９に歯９ｅを形成する。ホブ１０は軸穴１０ｂが水平となるように配置し、旋盤加工済材料９を横向きにして外周面９ｂを垂直に当てる。
【００７１】
ホブ１０を縦に回転８ｅさせると、ホブ１０の切歯１０ｃが次々に旋盤加工済材料９に当たり、切歯１０ｃの形状が転写されるように切削され、外周面９ｂに突起９ｆと溝９ｇが生じる。
【００７２】
ホブ１０を当てた箇所が切削されたら、旋盤加工済材料９を少し横に回転８ｆさせ、外周面９ｂの別の箇所を切削していく。外周面９ｂ全てを切削すると、旋盤加工済材料９に歯９ｅが形成される。
【００７３】
図１４及び図１５は、本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の歯切加工工程において歯切加工された歯車を示す斜視図である。
【００７４】
マグネシウム製歯車１ａ及びマグネシウム製歯車１ｂは、共に旋盤加工済材料９に歯切加工工程４を行ったもので、マグネシウム製歯車１ａは大きなサイズに、マグネシウム製歯車１ｂは小さなサイズに形成したものである。
【００７５】
マグネシウム製歯車１ａ又はマグネシウム製歯車１ｂの歯車１１は、中央には円状の穴１１ａが空いており、略ドーナツ状の縁側には突起１１ｃと溝１１ｄによる凹凸が繰り返された歯１１ｂを有する。
【００７６】
歯車１１の穴１１ａには回転軸が通され、歯１１ｂには別の歯車が噛み合わせられる。マグネシウム製歯車１ａ又はマグネシウム製歯車１ｂを回転させることで、回転力を別の歯車に伝達することができる。
【００７７】
マグネシウム製歯車の製造方法１では、切断加工工程２、旋盤加工工程３及び歯切加工工程４を通じて、切削時には、切粉及び粉塵が発火しないように、暖房、静電気又はその他の発火原因となるようなものに充分注意して作業する必要がある。
【００７８】
特に、歯切加工工程４は、ホブ１０による断続切削になり、非常に細かな切粉が発生するため、少量の切粉でも製造装置からすぐに排出して製造装置内に溜まらないように処置しなければならない。
【００７９】
マグネシウムの発火点は１５０〜２００℃であり、発火点に達しないようにするため、マグネシウムと反応しない材料を用いてカバー及び切粉受けを作成し、切粉が飛散しないようにする。
【００８０】
切粉を集積するため、カバー内全体、ホブ１０又は非切削物に対し、切削油を空気と共に吹き付け、切粉を流動させる。尚、切削油は、水溶性、非水溶性又はその他のものを条件に応じて使い分ける。
【００８１】
集積した切粉は、切削油で満たしたタンク内に一時的に保存し、その後、液切り及び小分けして保管する。尚、切削油を使用するのは、切粉を水中に投入すると水素が発生し、爆発する可能性があるので、水分を排除するためである。
【実施例２】
【００８２】
図１４及び図１５は、本発明であるマグネシウム製歯車の斜視図である。
【００８３】
マグネシウム製歯車の製造方法１で製造されたマグネシウム製歯車１ａは、重さが約６グラムであり、同形状の鉄（Ｓ４５Ｃ）製歯車の重さが約２８グラムであることから、４分の１から５分の１に軽量化することができる。
【００８４】
また、マグネシウム製歯車の製造方法１で製造されたマグネシウム製歯車１ｂは、重さが約１グラムであり、同形状のステンレス（ＳＵＳ３０４）製歯車の重さが約１０グラムであることから約１０分の１に軽量化することができる。
【００８５】
図１６は、本発明であるマグネシウム製歯車の化学成分を示す表である。
【００８６】
成分表１２に示すように、マグネシウム製歯車１ａ又はマグネシウム製歯車１ｂは、マグネシウムにアルミニウムを約３％、亜鉛を約１％など添加したＡＺ３１、又はマグネシウムにアルミニウムを約６％、亜鉛を約１％など添加したＡＺ６１の合金を材料として使用する。
【００８７】
ＡＺ３１は、マグネシウムに対し、アルミニウムを２．５〜３．５％、亜鉛を０．５０〜１．５％、マンガンを０．２０％以上、鉄を０．０３％以下、ケイ素を０．２０％以下、銅を０．１０％以下、ニッケルを０．００５％以下、カルシウムを０．０４％以下、及びその他合計を０．３０％以下添加した合金である。
【００８８】
ＡＺ６１は、マグネシウムに対し、アルミニウムを５．５〜７．２％、亜鉛を０．５０〜１．５％、マンガンを０．１５〜０．４０％、鉄を０．０３％以下、ケイ素を０．１０％以下、銅を０．１０％以下、ニッケルを０．００５％以下、及びその他合計を０．３０％以下添加した合金である。
【００８９】
尚、マグネシウム製歯車の製造方法１は、マグネシウム製歯車１ａ又はマグネシウム製歯車１ｂのような外歯に限らず、ウォームギア、内歯ギア、ホブカッター、シングルカッター、シェービングカッターなど、切削によるマグネシウムの歯形成型技術に応用することができる。
【００９０】
以上のように、本発明であるマグネシウム製歯車及びその製造方法１は、マグネシウムを主成分とすることで、アルミニウムを主成分とする歯車の３分の２の重さ、鉄を主成分とする歯車の４分の１の重さという非常に軽量な歯車を製造することができる。
【００９１】
また、切削時に切粉に空気とともに切削油を吹き付けながら切粉が飛散しないように集積することで、マグネシウムが温度や水分等の原因により発火するのを防止し、安全に加工することができる。
【００９２】
更に、マグネシウムは、軽量で切削性が良く加工しやすいにもかかわらず、強度も十分にあるため、自動車、航空機又は産業用機器等の幅広い工業製品の性能を格段に向上させることができる。
【００９３】
最後に、マグネシウムは、天然資源が豊富でリサイクル性が良く、環境的にも非常に優れているので、マグネシウム製歯車が広く普及すれば、全世界的に問題となってくるエコロジー対策にもなる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の流れを示すフローチャートである。
【図２】本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の旋盤加工工程の詳細な流れを示すフローチャートである。
【図３】本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の切断加工工程において切断加工された材料を示す斜視図である。
【図４】本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の旋盤加工工程において使用するチャックを示す斜視図である。
【図５】本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の旋盤加工工程における内径下穴加工の状況を示す断面図である。
【図６】本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の旋盤加工工程における端面及び外径荒引加工の状況を示す断面図である。
【図７】本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の旋盤加工工程における端面及び外径仕上加工の状況を示す断面図である。
【図８】本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の旋盤加工工程における内径仕上加工の状況を示す断面図である。
【図９】本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の旋盤加工工程における反対側端面及び外径荒引加工の状況を示す断面図である。
【図１０】本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の旋盤加工工程における反対側端面及び外径仕上加工の状況を示す断面図である。
【図１１】本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の旋盤加工工程において旋盤加工された材料を示す斜視図である。
【図１２】本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の歯切加工工程において使用するホブを示す斜視図である。
【図１３】本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の歯切加工工程における歯切加工の状況を示す斜視図である。
【図１４】本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の歯切加工工程において歯切加工された歯車を示す斜視図である。
【図１５】本発明であるマグネシウム製歯車の斜視図である。
【図１６】本発明であるマグネシウム製歯車の化学成分を示す表である。
【符号の説明】
【００９５】
１ マグネシウム製歯車の製造方法
１ａ マグネシウム製歯車
１ｂ マグネシウム製歯車
２ 切断加工工程
３ 旋盤加工工程
３ａ 内径下穴加工
３ｂ 端面及び外径荒引加工
３ｃ 端面及び外径仕上加工
３ｄ 内径仕上加工
３ｅ 反対側端面及び外径荒引加工
３ｆ 反対側端面及び外径仕上加工
４ 歯切加工工程
５ 切断加工済材料
５ａ 端面
５ｂ 外周面
５ｃ 反対側端面
５ｄ 突通箇所
５ｅ 穴
５ｆ 内周面
５ｇ 切削箇所
５ｈ 切削箇所
５ｉ 切削箇所
６ チャック
６ａ チャック本体
６ｂ 爪
６ｃ 凸部
６ｄ 凹部
７ ドリル
７ａ 超硬バイト
７ｂ ダイヤモンドバイト
７ｃ 超硬バイト
８ 突貫
８ａ 端面切削
８ｂ 外径切削
８ｃ 内径切削
８ｄ 反対側端面及び外径切削
８ｅ 回転
８ｆ 回転
９ 旋盤加工済材料
９ａ 端面
９ｂ 外周面
９ｃ 穴
９ｄ 内周面
９ｅ 歯
９ｆ 突起
９ｇ 溝
１０ ホブ
１０ａ ホブ本体
１０ｂ 軸穴
１０ｃ 切歯
１０ｄ 突起
１０ｅ 溝
１１ 歯車
１１ａ 穴
１１ｂ 歯
１１ｃ 突起
１１ｄ 溝
１２ 成分表
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軽量なマグネシウムを主成分とするマグネシウム製歯車及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マグネシウムは、鉄やアルミニウム等に比べ格段に軽く、強度に関しても十分であるため、自動車、航空機又は産業用機器等の幅広い工業製品に利用できれば、性能を格段に向上させることができる。
【０００３】
マグネシウムは、アルミニウムを約３％、亜鉛を約１％添加したＡＺ３１や、アルミニウムを約６％、亜鉛を約１％添加したＡＺ６１等の合金として利用されるが、比較的塑性加工しやすいため、圧延又は押出加工により成形される。
【０００４】
特許文献１に記載されているように、マグネシウム合金素材の液体化処理工程と、予歪を与えるための第１の鍛造加工工程と、鍛造加工後の時効処理工程と、結晶粒を微細化するための第２の鍛造加工工程とからなるマグネシウム合金部材の製造方法という発明も公開されている。
【特許文献１】特開２００３−２７７８９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、マグネシウムは爆発しやすい、又は発火しやすい等の弱点があり、切削時に切粉が燃えないように、取り扱いに十分注意する必要がある。また、切粉が水分を含むと水素が発生して爆発する可能性もある。
【０００６】
そこで、本発明は、マグネシウムが発火しないように処理して、安全にマグネシウム製歯車を製造することができる方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するために、軽量なマグネシウムを主成分とする円柱状の材料を円盤状に切断する切断加工工程２と、前記切断加工工程２後に切断加工済材料５をチャック６に嵌め込み中心をドリル７で突き通す内径下穴加工３ａ、前記内径下穴加工３ａした切断加工済材料５の端面５ａ及び外周面５ｂを超硬バイト７ａで粗く削る端面及び外径荒引加工３ｂ、前記端面及び外径荒引加工３ｂした切断加工済材料５の端面５ａ及び外周面５ｂをダイヤモンドバイト７ｂで細かく削る端面及び外径仕上加工３ｃ、前記端面及び外径仕上加工３ｃした切断加工済材料５の内周面５ｆを超硬バイト７ｃで細かく削る内径仕上加工３ｄ、前記内径仕上加工３ｄした切断加工済材料５を反対側にしてチャック６に嵌め込み反対側端面５ｃ及び外周面５ｂを超硬バイト７ａで粗く削る反対側端面及び外径荒引加工３ｅ、及び前記反対側端面及び外径荒引加工３ｅした切断加工済材料５の反対側端面５ｃ及び外周面５ｂをダイヤモンドバイト７ｂで細かく削る反対側端面及び外径仕上加工３ｆからなる旋盤加工工程３と、前記旋盤加工工程３後に旋盤加工済材料９の外周面９ｂにホブ１０を回転させながら歯９ｅを刻むことで歯車１１を形成する歯切加工工程４とからなり、前記切断加工工程２、旋盤加工工程３及び歯切加工工程４の各工程において、切削時にカバー及び切粉受けを設け、切粉に空気とともに切削油を吹き付けながら切粉が飛散しないように集積することで、温度がマグネシウム発火点に達しないように制御することを特徴とするマグネシウム製歯車の製造方法１、並びに前記マグネシウム製歯車の製造方法１により製造されたマグネシウム製歯車１ａ、１ｂの構成とした。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、以上の構成であるから以下の効果が得られる。第１に、マグネシウムを主成分とすることで、アルミニウムを主成分とする歯車の３分の２の重さ、鉄を主成分とする歯車の４分の１の重さという非常に軽量な歯車を製造することができる。
【０００９】
第２に、切削時に切粉に空気とともに切削油を吹き付けながら切粉が飛散しないように集積することで、マグネシウムが温度や水分等の原因により発火するのを防止し、安全に加工することができる。
【００１０】
第３に、マグネシウムは、軽量で切削性が良く加工しやすいにもかかわらず、強度も十分にあるため、自動車、航空機又は産業用機器等の幅広い工業製品の性能を格段に向上させることができる。
【００１１】
第４に、マグネシウムは、天然資源が豊富でリサイクル性が良く、環境的にも非常に優れているので、マグネシウム製歯車が広く普及すれば、全世界的に問題となってくるエコロジー対策にもなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
切削時に温度がマグネシウム発火点に達しないように制御するという目的を、カバー及び切粉受けを設け、切粉に空気とともに切削油を吹き付けながら切粉が飛散しないように集積することで実現した。
【実施例１】
【００１３】
以下に、添付図面に基づいて、本発明であるマグネシウム製歯車及びその製造方法について詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の流れを示すフローチャートであり、図２は、本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の旋盤加工工程の詳細な流れを示すフローチャートである。
【００１５】
マグネシウム製歯車の製造方法１は、軽量なマグネシウムを主成分とする円柱状の材料を円盤状に切断する切断加工工程２と、前記切断加工工程２後に切断加工済材料５をチャック６に嵌め込み中心をドリル７で突き通す内径下穴加工３ａ、前記内径下穴加工３ａした切断加工済材料５の端面５ａ及び外周面５ｂを超硬バイト７ａで粗く削る端面及び外径荒引加工３ｂ、前記端面及び外径荒引加工３ｂした切断加工済材料５の端面５ａ及び外周面５ｂをダイヤモンドバイト７ｂで細かく削る端面及び外径仕上加工３ｃ、前記端面及び外径仕上加工３ｃした切断加工済材料５の内周面５ｆを超硬バイト７ｃで細かく削る内径仕上加工３ｄ、前記内径仕上加工３ｄした切断加工済材料５を反対側にしてチャック６に嵌め込み反対側端面５ｃ及び外周面５ｂを超硬バイト７ａで粗く削る反対側端面及び外径荒引加工３ｅ、及び前記反対側端面及び外径荒引加工３ｅした切断加工済材料５の反対側端面５ｃ及び外周面５ｂをダイヤモンドバイト７ｂで細かく削る反対側端面及び外径仕上加工３ｆからなる旋盤加工工程３と、前記旋盤加工工程３後に旋盤加工済材料９の外周面９ｂにホブ１０を回転させながら歯９ｅを刻むことで歯車１１を形成する歯切加工工程４とからなり、前記切断加工工程２、旋盤加工工程３及び歯切加工工程４の各工程において、切削時にカバー及び切粉受けを設け、切粉に空気とともに切削油を吹き付けながら切粉が飛散しないように集積することで、温度がマグネシウム発火点に達しないように制御することを特徴とする。
【００１６】
図１に示すように、マグネシウム製歯車の製造方法１は、切断加工工程２、旋盤加工工程３及び歯切加工工程４からなる。
【００１７】
切断加工工程２は、軽量なマグネシウムを主成分とする円柱状の材料を円盤状に切断する。尚、切断加工工程２については、図３において詳細に説明する。
【００１８】
旋盤加工工程３は、切断加工工程２後に、旋盤その他の器具により精度を上げて切削加工し、所定の寸法に仕上げる。尚、旋盤加工工程３については、図２及び図４から図１１において詳細に説明する。
【００１９】
歯切加工工程４は、旋盤加工工程３後に、旋盤加工済材料９の外周面９ｂにホブ１０を回転させながら歯９ｅを刻むことで歯車１１を形成する。尚、歯切加工工程４については、図１２から図１５において詳細に説明する。
【００２０】
切断加工工程２、旋盤加工工程３及び歯切加工工程４の各工程においては、切削時にカバー及び切粉受けを設け、切粉に空気とともに切削油を吹き付けながら切粉が飛散しないように集積することで、温度がマグネシウム発火点に達しないように制御する。
【００２１】
図２に示すように、旋盤加工工程３は、内径下穴加工３ａ、端面及び外径荒引加工３ｂ、端面及び外径仕上加工３ｃ、内径仕上加工３ｄ、反対側端面及び外径荒引加工３ｅ及び反対側端面及び外径仕上加工３ｆからなる。
【００２２】
内径下穴加工３ａは、切断加工済材料５をチャック６に嵌め込み中心をドリル７で突き通す。尚、内径下穴加工３ａについては、図５において詳細に説明する。
【００２３】
端面及び外径荒引加工３ｂは、内径下穴加工３ａした切断加工済材料５の端面５ａ及び外周面５ｂを超硬バイト７ａで粗く削る。尚、端面及び外径荒引加工３ｂについては、図６において詳細に説明する。
【００２４】
端面及び外径仕上加工３ｃは、端面及び外径荒引加工３ｂした切断加工済材料５の端面５ａ及び外周面５ｂをダイヤモンドバイト７ｂで細かく削る。尚、端面及び外径仕上加工３ｃについては、図７において詳細に説明する。
【００２５】
内径仕上加工３ｄは、端面及び外径仕上加工３ｃした切断加工済材料５の内周面５ｆを超硬バイト７ｃで細かく削る。尚、内径仕上加工３ｄについては、図８において詳細に説明する。
【００２６】
反対側端面及び外径荒引加工３ｅは、内径仕上加工３ｄした切断加工済材料５を反対側にしてチャック６に嵌め込み反対側端面５ｃ及び外周面５ｂを超硬バイト７ａで粗く削る。尚、反対側端面及び外径荒引加工３ｅについては、図９において詳細に説明する。
【００２７】
反対側端面及び外径仕上加工３ｆは、反対側端面及び外径荒引加工３ｅした切断加工済材料５の反対側端面５ｃ及び外周面５ｂをダイヤモンドバイト７ｂで細かく削る。尚、反対側端面及び外径仕上加工３ｆについては、図１０において詳細に説明する。
【００２８】
図３は、本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の切断加工工程において切断加工された材料を示す斜視図である。
【００２９】
マグネシウム製歯車の材料は、マグネシウムにアルミニウムを約３％、亜鉛を約１％添加したＡＺ３１合金、又はアルミニウムを約６％、亜鉛を約１％添加したＡＺ６１合金を押出加工により円柱状にしたものである。
【００３０】
マグネシウム製歯車を製造するにあたり、予め、製品に応じた材質及び外径の選定を行っておく。切断加工工程２において、材料の外径が大きい場合にはノコ盤などで材料を輪切りに切断し、小さい場合には旋盤などで材料を輪切りに切断する。
【００３１】
円柱状の材料を円盤状に切断したものが切断加工済材料５である。切断加工済材料５は、単に切断しただけで、端面５ａ及び外周面５ｂは粗い状態のままであるので、旋盤加工工程３でバイト等を使用して細かく仕上げる。
【００３２】
尚、バイトとは、旋盤等に用いる切削用の刃物のことであり、材質によりハイスバイト、超硬バイト又はダイヤモンドバイト等の種類があり、用途により荒引バイト、仕上バイト又は穴ぐりバイト等の種類がある。
【００３３】
図４は、本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の旋盤加工工程において使用するチャックを示す斜視図である。尚、チャックとは、旋盤に加工する材料を取り付けるための器具のことである。
【００３４】
チャック６は、チャック本体６ａに三本の爪６ｂを等間隔に配置したもので、旋盤加工工程３において、粗い状態の切断加工済材料５の端面５ａ及び外周面５ｂを仕上げるために利用する。
【００３５】
チャック本体６ａは、円盤状のチャック６の本体部材である。チャック本体６ａの表面は、切断加工済材料５を固定する側であり、チャック本体６ａの裏面は、旋盤に取り付けられ、チャック本体６ａの中心を軸として回転する。
【００３６】
爪６ｂは、凸部６ｃと凹部６ｄからなるＬ字状の部材で、凹部６ｄに切断加工済材料５を嵌め込み、凸部６ｃで切断加工済材料５を押さえることで、チャック６を介して旋盤に切断加工済材料５を取り付ける。
【００３７】
三本の爪６ｂは、凸部６ｃがチャック本体６ａの外周側に立つように、チャック本体６ａの表面に１２０°の間隔を空けて取り付けられる。チャック６の中心に嵌め込まれた切断加工済材料５は、爪６ｂにより三方からしっかりと押さえ付けられる。
【００３８】
図５は、本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の旋盤加工工程における内径下穴加工の状況を示す断面図である。
【００３９】
切断加工済材料５を旋盤加工するに際して、切断加工済材料５をチャック本体６ａに設けられた爪６ｂの凹部６ｄに嵌め込み、爪６ｂの凸部６ｃで押さえることで、チャック６に取り付ける。
【００４０】
切断加工済材料５の一方の端面５ａが加工を行う表面となり、反対側端面５ｃがチャック６に接する裏面となる。切断加工済材料５の外周面５ｂには、反対側端面５ｃの側にチャック６の爪６ｂが掛けられる。
【００４１】
尚、図５では、上側の爪６ｂと下側の爪６ｂによって切断加工済材料５をチャック６に固定するように示しているが、実際には、三本の爪６ｂによって切断加工済材料５をチャック６に固定する。
【００４２】
内径下穴加工３ａでは、切断加工済材料５に対してドリル７を垂直に当て、切断加工済材料５の中心の穴５ｅとなる突通箇所５ｄを、ドリル７を回転させながら突貫８する。穴５ｅを貫通させるだけで、内周面５ｆの仕上げは後で行う。
【００４３】
図６は、本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の旋盤加工工程における端面及び外径荒引加工の状況を示す断面図である。
【００４４】
端面及び外径荒引加工３ｂでは、切断加工済材料５の端面５ａと、外周面５ｂの端面５ａの側を、超硬バイト７ａを使用して粗削りする。まず、端面５ａの切削箇所５ｇを端面切削８ａし、その後、外周面５ｂの切削箇所５ｇを外径切削８ｂする。
【００４５】
旋盤を回転させることで、チャック６に取り付けられた切断加工済材料５も回転するので、切断加工済材料５の端面５ａ及び外周面５ｂの切削箇所５ｇに超硬バイト７ａを当てることで、端面切削８ａ及び外径切削８ｂが行われる。
【００４６】
外径切削８ｂに関しては、端面５ａの側からチャック６の爪６ｂが押さえている箇所の前までを切削する。爪６ｂの高さは、切断加工済材料５の厚さの半分以下であり、外周面５ｂの半分以上を削ることができる。
【００４７】
尚、超硬バイト７ａは、タングステンカーバイトとコバルトの微粉末を焼き固めて刃先形状としたもので、ハイスバイトよりも硬度が高く、高い温度でも刃先強度が落ちないという特徴がある。
【００４８】
図７は、本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の旋盤加工工程における端面及び外径仕上加工の状況を示す断面図である。
【００４９】
端面及び外径仕上加工３ｃでは、切断加工済材料５の端面５ａと、外周面５ｂの端面５ａの側を、ダイヤモンドバイト７ｂを使用して細かく削って綺麗に仕上げる。端面及び外径荒引加工３ｂの場合と同様に、端面５ａの切削箇所５ｇを端面切削８ａし、外周面５ｂの切削箇所５ｇを外径切削８ｂする。
【００５０】
尚、ダイヤモンドバイト７ｂは、刃先がダイヤモンドで出来た主に仕上加工に使用するバイトである。ダイヤモンドバイト７ｂを使用すれば、超精密に加工して鏡面を形成することも可能である。
【００５１】
図８は、本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の旋盤加工工程における内径仕上加工の状況を示す断面図である。
【００５２】
内径仕上加工３ｄでは、切断加工済材料５の内周面５ｆの切削箇所５ｈを、穴ぐり用の超硬バイト７ｃを使用して内径切削８ｃし、切断加工済材料５の内径が製品の仕様となるように仕上げる。
【００５３】
尚、穴ぐり用の超硬バイト７ｃは、予めドリル７等で開けておいた穴５ｅを、任意の径に拡げていくバイトである。切断加工済材料５を回転させながら、内周面５ｆの切削箇所５ｈに当てることで、内径切削８ｃが行われる。
【００５４】
図９は、本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の旋盤加工工程における反対側端面及び外径荒引加工の状況を示す断面図である。
【００５５】
端面５ａの加工が完了したら、一旦、切断加工済材料５をチャック６から取り外す。切断加工済材料５を裏返しにし、反対側端面５ｃが表面、端面５ａが裏面となるようにチャック６へ再び付け直す。
【００５６】
反対側端面及び外径荒引加工３ｅでは、端面及び外径荒引加工３ｂの場合と同様に、切断加工済材料５の反対側端面５ｃと、外周面５ｂの反対側端面５ｃの側を、超硬バイト７ａを使用して粗削りする。
【００５７】
外周面５ｂの反対側端面５ｃの側で、かつ、端面及び外径荒引加工３ｂ及び端面及び外径仕上加工３ｃにおいて切削されていない部分である切削箇所５ｉを一度に反対側端面及び外径切削８ｄする。
【００５８】
反対側端面及び外径切削８ｄでは、端面及び外径荒引加工３ｂ及び端面及び外径仕上加工３ｃにおいてチャック６の爪６ｂが押さえていた反対側端面５ｃの側を切削する。爪６ｂの高さは、切断加工済材料５の厚さの半分以下であるので、切削箇所５ｉが爪６ｂで隠れることはない。
【００５９】
図１０は、本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の旋盤加工工程における反対側端面及び外径仕上加工の状況を示す断面図である。
【００６０】
反対側端面及び外径仕上加工３ｆでは、切断加工済材料５の反対側端面５ｃと、外周面５ｂの反対側端面５ｃの側を、ダイヤモンドバイト７ｂを使用して細かく削って綺麗に仕上げる。反対側端面及び外径荒引加工３ｅの場合と同様に、切削箇所５ｉを反対側端面及び外径切削８ｄする。
【００６１】
図１１は、本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の旋盤加工工程において旋盤加工された材料を示す斜視図である。
【００６２】
旋盤加工済材料９は、切断加工済材料５に対して旋盤加工工程３を行ったもので、中央には円形の穴９ｃが空けられ、ドーナツ状である。旋盤加工済材料９は、旋盤加工工程３により全周測定でプラスマイナス０．０３ミリメートル以内の精度で仕上げられる。
【００６３】
旋盤加工済材料９の端面９ａ、外周面９ｂ及び内周面９ｄは、切削した箇所が研磨された状態であるが、外周面９ｂについては、歯切加工工程４において歯９ｅが形成される。
【００６４】
図１２は、本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の歯切加工工程において使用するホブを示す斜視図である。尚、ホブとは、円筒外周に多くの切歯を付けた切削具の一つであり、ホブ盤に取り付けて回転させることで切削を行う。
【００６５】
ホブ１０は、ホブ本体１０ａに複数の切歯１０ｃを設けたもので、鉄材やステンレス材を切削しているのと同一のものを使用することができる。ホブ１０は、歯切加工工程４において、切歯１０ｃにより旋盤加工済材料９の外周面９ｂを切削して歯９ｅを形成するために使用する。
【００６６】
ホブ本体１０ａは、円筒状の部材であり、外周上には切歯１０ｃが並べられ、内周側は中空の軸穴１０ｂである。ホブ本体１０ａの軸穴１０ｂには、ホブ盤の回転軸を通し、ホブ１０を回転８ｅさせることができる。
【００６７】
切歯１０ｃは、長い板状の部材に、略三角状の山型の突起１０ｄと谷型の溝１０ｅを繰り返して複数の凹凸を付けたもので、ホブ本体１０ａの外周上を縦断するように長手方向に取り付ける。
【００６８】
複数の切歯１０ｃをホブ本体１０ａの外周上を回るように並べて配置することで、ホブ１０を回転８ｅさせた際に、連続して切歯１０ｃの突起１０ｄを旋盤加工済材料９に当てることができる。
【００６９】
図１３は、本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の歯切加工工程における歯切加工の状況を示す斜視図である。
【００７０】
歯切加工工程４では、ホブ１０を使用して旋盤加工済材料９に歯９ｅを形成する。ホブ１０は軸穴１０ｂが水平となるように配置し、旋盤加工済材料９を横向きにして外周面９ｂを垂直に当てる。
【００７１】
ホブ１０を縦に回転８ｅさせると、ホブ１０の切歯１０ｃが次々に旋盤加工済材料９に当たり、切歯１０ｃの形状が転写されるように切削され、外周面９ｂに突起９ｆと溝９ｇが生じる。
【００７２】
ホブ１０を当てた箇所が切削されたら、旋盤加工済材料９を少し横に回転８ｆさせ、外周面９ｂの別の箇所を切削していく。外周面９ｂ全てを切削すると、旋盤加工済材料９に歯９ｅが形成される。
【００７３】
図１４及び図１５は、本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の歯切加工工程において歯切加工された歯車を示す斜視図である。
【００７４】
マグネシウム製歯車１ａ及びマグネシウム製歯車１ｂは、共に旋盤加工済材料９に歯切加工工程４を行ったもので、マグネシウム製歯車１ａは大きなサイズに、マグネシウム製歯車１ｂは小さなサイズに形成したものである。
【００７５】
マグネシウム製歯車１ａ又はマグネシウム製歯車１ｂの歯車１１は、中央には円状の穴１１ａが空いており、略ドーナツ状の縁側には突起１１ｃと溝１１ｄによる凹凸が繰り返された歯１１ｂを有する。
【００７６】
歯車１１の穴１１ａには回転軸が通され、歯１１ｂには別の歯車が噛み合わせられる。マグネシウム製歯車１ａ又はマグネシウム製歯車１ｂを回転させることで、回転力を別の歯車に伝達することができる。
【００７７】
マグネシウム製歯車の製造方法１では、切断加工工程２、旋盤加工工程３及び歯切加工工程４を通じて、切削時には、切粉及び粉塵が発火しないように、暖房、静電気又はその他の発火原因となるようなものに充分注意して作業する必要がある。
【００７８】
特に、歯切加工工程４は、ホブ１０による断続切削になり、非常に細かな切粉が発生するため、少量の切粉でも製造装置からすぐに排出して製造装置内に溜まらないように処置しなければならない。
【００７９】
マグネシウムの発火点は１５０〜２００℃であり、発火点に達しないようにするため、マグネシウムと反応しない材料を用いてカバー及び切粉受けを作成し、切粉が飛散しないようにする。
【００８０】
切粉を集積するため、カバー内全体、ホブ１０又は非切削物に対し、切削油を空気と共に吹き付け、切粉を流動させる。尚、切削油は、水溶性、非水溶性又はその他のものを条件に応じて使い分ける。
【００８１】
集積した切粉は、切削油で満たしたタンク内に一時的に保存し、その後、液切り及び小分けして保管する。尚、切削油を使用するのは、切粉を水中に投入すると水素が発生し、爆発する可能性があるので、水分を排除するためである。
【実施例２】
【００８２】
図１４及び図１５は、本発明であるマグネシウム製歯車の斜視図である。
【００８３】
マグネシウム製歯車の製造方法１で製造されたマグネシウム製歯車１ａは、重さが約６グラムであり、同形状の鉄（Ｓ４５Ｃ）製歯車の重さが約２８グラムであることから、４分の１から５分の１に軽量化することができる。
【００８４】
また、マグネシウム製歯車の製造方法１で製造されたマグネシウム製歯車１ｂは、重さが約１グラムであり、同形状のステンレス（ＳＵＳ３０４）製歯車の重さが約１０グラムであることから約１０分の１に軽量化することができる。
【００８５】
図１６は、本発明であるマグネシウム製歯車の化学成分を示す表である。
【００８６】
成分表１２に示すように、マグネシウム製歯車１ａ又はマグネシウム製歯車１ｂは、マグネシウムにアルミニウムを約３％、亜鉛を約１％など添加したＡＺ３１、又はマグネシウムにアルミニウムを約６％、亜鉛を約１％など添加したＡＺ６１の合金を材料として使用する。
【００８７】
ＡＺ３１は、マグネシウムに対し、アルミニウムを２．５〜３．５％、亜鉛を０．５０〜１．５％、マンガンを０．２０％以上、鉄を０．０３％以下、ケイ素を０．２０％以下、銅を０．１０％以下、ニッケルを０．００５％以下、カルシウムを０．０４％以下、及びその他合計を０．３０％以下添加した合金である。
【００８８】
ＡＺ６１は、マグネシウムに対し、アルミニウムを５．５〜７．２％、亜鉛を０．５０〜１．５％、マンガンを０．１５〜０．４０％、鉄を０．０３％以下、ケイ素を０．１０％以下、銅を０．１０％以下、ニッケルを０．００５％以下、及びその他合計を０．３０％以下添加した合金である。
【００８９】
尚、マグネシウム製歯車の製造方法１は、マグネシウム製歯車１ａ又はマグネシウム製歯車１ｂのような外歯に限らず、ウォームギア、内歯ギア、ホブカッター、シングルカッター、シェービングカッターなど、切削によるマグネシウムの歯形成型技術に応用することができる。
【００９０】
以上のように、本発明であるマグネシウム製歯車及びその製造方法１は、マグネシウムを主成分とすることで、アルミニウムを主成分とする歯車の３分の２の重さ、鉄を主成分とする歯車の４分の１の重さという非常に軽量な歯車を製造することができる。
【００９１】
また、切削時に切粉に空気とともに切削油を吹き付けながら切粉が飛散しないように集積することで、マグネシウムが温度や水分等の原因により発火するのを防止し、安全に加工することができる。
【００９２】
更に、マグネシウムは、軽量で切削性が良く加工しやすいにもかかわらず、強度も十分にあるため、自動車、航空機又は産業用機器等の幅広い工業製品の性能を格段に向上させることができる。
【００９３】
最後に、マグネシウムは、天然資源が豊富でリサイクル性が良く、環境的にも非常に優れているので、マグネシウム製歯車が広く普及すれば、全世界的に問題となってくるエコロジー対策にもなる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の流れを示すフローチャートである。
【図２】本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の旋盤加工工程の詳細な流れを示すフローチャートである。
【図３】本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の切断加工工程において切断加工された材料を示す斜視図である。
【図４】本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の旋盤加工工程において使用するチャックを示す斜視図である。
【図５】本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の旋盤加工工程における内径下穴加工の状況を示す断面図である。
【図６】本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の旋盤加工工程における端面及び外径荒引加工の状況を示す断面図である。
【図７】本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の旋盤加工工程における端面及び外径仕上加工の状況を示す断面図である。
【図８】本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の旋盤加工工程における内径仕上加工の状況を示す断面図である。
【図９】本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の旋盤加工工程における反対側端面及び外径荒引加工の状況を示す断面図である。
【図１０】本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の旋盤加工工程における反対側端面及び外径仕上加工の状況を示す断面図である。
【図１１】本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の旋盤加工工程において旋盤加工された材料を示す斜視図である。
【図１２】本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の歯切加工工程において使用するホブを示す斜視図である。
【図１３】本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の歯切加工工程における歯切加工の状況を示す斜視図である。
【図１４】本発明であるマグネシウム製歯車の製造方法の歯切加工工程において歯切加工された歯車を示す斜視図である。
【図１５】本発明であるマグネシウム製歯車の斜視図である。
【図１６】本発明であるマグネシウム製歯車の化学成分を示す表である。
【符号の説明】
【００９５】
１ マグネシウム製歯車の製造方法
１ａ マグネシウム製歯車
１ｂ マグネシウム製歯車
２ 切断加工工程
３ 旋盤加工工程
３ａ 内径下穴加工
３ｂ 端面及び外径荒引加工
３ｃ 端面及び外径仕上加工
３ｄ 内径仕上加工
３ｅ 反対側端面及び外径荒引加工
３ｆ 反対側端面及び外径仕上加工
４ 歯切加工工程
５ 切断加工済材料
５ａ 端面
５ｂ 外周面
５ｃ 反対側端面
５ｄ 突通箇所
５ｅ 穴
５ｆ 内周面
５ｇ 切削箇所
５ｈ 切削箇所
５ｉ 切削箇所
６ チャック
６ａ チャック本体
６ｂ 爪
６ｃ 凸部
６ｄ 凹部
７ ドリル
７ａ 超硬バイト
７ｂ ダイヤモンドバイト
７ｃ 超硬バイト
８ 突貫
８ａ 端面切削
８ｂ 外径切削
８ｃ 内径切削
８ｄ 反対側端面及び外径切削
８ｅ 回転
８ｆ 回転
９ 旋盤加工済材料
９ａ 端面
９ｂ 外周面
９ｃ 穴
９ｄ 内周面
９ｅ 歯
９ｆ 突起
９ｇ 溝
１０ ホブ
１０ａ ホブ本体
１０ｂ 軸穴
１０ｃ 切歯
１０ｄ 突起
１０ｅ 溝
１１ 歯車
１１ａ 穴
１１ｂ 歯
１１ｃ 突起
１１ｄ 溝
１２ 成分表
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軽量なマグネシウムを主成分とする円柱状の材料を円盤状に切断する切断加工工程と、前記切断加工工程後に切断加工済材料をチャックに嵌め込み中心をドリルで突き通す内径下穴加工、前記内径下穴加工した切断加工済材料の端面及び外周面を超硬バイトで粗く削る端面及び外径荒引加工、前記端面及び外径荒引加工した切断加工済材料の端面及び外周面をダイヤモンドバイトで細かく削る端面及び外径仕上加工、前記端面及び外径仕上加工した切断加工済材料の内周面を超硬バイトで細かく削る内径仕上加工、前記内径仕上加工した切断加工済材料を反対側にしてチャックに嵌め込み反対側端面及び外周面を超硬バイトで粗く削る反対側端面及び外径荒引加工、及び前記反対側端面及び外径荒引加工した切断加工済材料の反対側端面及び外周面をダイヤモンドバイトバイトで細かく削る反対側端面及び外径仕上加工からなる旋盤加工工程と、前記旋盤加工工程後に旋盤加工済材料の外周面にホブを回転させながら歯を刻むことで歯車を形成する歯切加工工程とからなり、前記切断加工工程、旋盤加工工程及び歯切加工工程の各工程において、切削時にカバー及び切粉受けを設け、切粉に空気とともに切削油を吹き付けながら切粉が飛散しないように集積することで、温度がマグネシウム発火点に達しないように制御することを特徴とするマグネシウム製歯車の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のマグネシウム製歯車の製造方法により製造されたことを特徴とするマグネシウム製歯車。
【請求項１】
軽量なマグネシウムを主成分とする円柱状の材料を円盤状に切断する切断加工工程と、前記切断加工工程後に切断加工済材料をチャックに嵌め込み中心をドリルで突き通す内径下穴加工、前記内径下穴加工した切断加工済材料の端面及び外周面を超硬バイトで粗く削る端面及び外径荒引加工、前記端面及び外径荒引加工した切断加工済材料の端面及び外周面をダイヤモンドバイトで細かく削る端面及び外径仕上加工、前記端面及び外径仕上加工した切断加工済材料の内周面を超硬バイトで細かく削る内径仕上加工、前記内径仕上加工した切断加工済材料を反対側にしてチャックに嵌め込み反対側端面及び外周面を超硬バイトで粗く削る反対側端面及び外径荒引加工、及び前記反対側端面及び外径荒引加工した切断加工済材料の反対側端面及び外周面をダイヤモンドバイトバイトで細かく削る反対側端面及び外径仕上加工からなる旋盤加工工程と、前記旋盤加工工程後に旋盤加工済材料の外周面にホブを回転させながら歯を刻むことで歯車を形成する歯切加工工程とからなり、前記切断加工工程、旋盤加工工程及び歯切加工工程の各工程において、切削時にカバー及び切粉受けを設け、切粉に空気とともに切削油を吹き付けながら切粉が飛散しないように集積することで、温度がマグネシウム発火点に達しないように制御することを特徴とするマグネシウム製歯車の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のマグネシウム製歯車の製造方法により製造されたことを特徴とするマグネシウム製歯車。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００６−３２６７５１（Ｐ２００６−３２６７５１Ａ）
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１５３６４５（Ｐ２００５−１５３６４５）
【出願日】平成１７年５月２６日（２００５．５．２６）
【出願人】（３０５０１４０２１）株式会社早川精機 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月２６日（２００５．５．２６）
【出願人】（３０５０１４０２１）株式会社早川精機 (1)
【Ｆターム（参考）】
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