精密鍛造部品の延性割れメカニズムの解明（2024年度TPM論文賞テクノロジー部門第1席受賞）

執筆
ヤマハ発動機株式会社
生産技術部鍛造技術グループ
石川　健吾、牧野　則俊

論文要旨
　当社の電動アシスト自転車ドライブユニットに使用される歯車部品は、ラチェットとヘリカルギアが1部品内に設けられた設計となっており、ドライブユニットのコンパクト化・軽量化に貢献している。ラチェット部の成形は、生産効率の良い鍛造工法が採用されており、鍛造品特有の延性割れ不良を防ぐため、精密冷間鍛造2工程で量産されている。
　生産効率の更なる向上と、製造コスト削減のため、精密冷間鍛造工程の1工程化が求められている。また、延性割れを予測する解析技術の開発が課題となっている。
　本研究では、鍛造ラチェットの延性割れメカニズムと、コストダウンに向けた技術検証を報告する

はじめに

　電動アシスト自転車市場は、グローバル規模で力強い成長を続けている。世界新商品として1993年に産声を上げたヤマハPAS(Fig．1)は、2023年に誕生30年の節目を迎える。自転車の持つ手軽さや利便性に加え、動力源に化石燃料を必要としない、“人に地球にやさしいパーソナルコミューター”を開発コンセプトとして、当社では製品の機能向上や普及に取り組んでいる。

　モーターアシスト力を供給するドライブユニット（Fig．2）の機能向上には、モーターの高出力化に加え、ハウジングや歯車部品等のコンパクト化・軽量化が求められる。

　本研究の対象部品（Fig．3）は、人がペダルを漕ぐ力とモーターアシスト力をチェーンへ伝達する歯車部品であり、2つの動力はそれぞれ、ラチェットとヘリカルギアから伝達される。2種のギアが1部品内に設けられた設計は、ドライブユニットのコンパクト化・軽量化に貢献している。 本稿では、精密冷間鍛造技術によるラチェット成形について、延性割れ不良のメカニズムと、コストダウンに向けた技術検証を報告する。

Fig.1 電動アシスト自転車PAS　　Fig.2　ドライブユニット　　Fig.3　対象歯車部品