JP2000135544A - 内はすば歯車の成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワークの形状精度を高く出せる内はすば歯車
の成形装置の提供。 【解決手段】 外周にマンドレル軸芯と平行な線から傾
斜する歯溝２１が形成されたマンドレル２０と、マンド
レル２０の外側に配置され軸方向にいくに従ってマンド
レル２０に近づく方向に傾斜する斜面１１を有する絞り
ダイス１０と、を備えた内はすば歯車の成形装置であっ
て、絞りダイス１０の斜面１１に、マンドレル２０の歯
溝２１と同じ方向のリードを有する歯溝１２を設けた内
はすば歯車の成形装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内はすば歯車の成
形装置に関し、とくに内はすば歯車を寄肉押出し加工に
より塑性加工する成形装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内周面にヘリカル状の歯を形成した内は
すば歯車の例として、たとえば自動車のオートマチック
トランスミッションの遊星歯車機構のリングギヤがあ
る。従来、内はすば歯車の歯溝は、ワークの内周にヘリ
カルブローチまたはヘリカルセーパを用いて機械加工す
るか、または、寄肉押出し加工、据込み加工、押出し加
工などにより塑性加工するか、によって製造されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の内はす
ば歯車の製造方法には、つぎの問題がある。 機械加工は、生産性が悪く、製造コストが高くな
る。 塑性加工では、マンドレルの歯溝の背面側への肉寄
せが困難で、製品の歯溝の精度が悪く、場合によっては
欠肉が生じる。 また、製品の歯溝の深さに制限がある。また、マンドレ
ルの歯溝に大きな荷重がかかり、型寿命が短い。本発明
の目的は、精度が高く、型寿命を長くできる内はすば歯
車の成形装置（寄肉押出し加工成形装置）を提供するこ
とにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、つぎの通りである。 （１） 外周にマンドレル軸芯と平行な線から傾斜する
歯溝が形成されたマンドレルと、前記マンドレルの外側
に配置され軸方向にいくに従って前記マンドレルに近づ
く方向に傾斜する斜面を有する絞りダイスと、を備えた
内はすば歯車の成形装置であって、前記絞りダイスの前
記斜面に、前記マンドレルの歯溝と同じ方向のリードを
有する歯溝を設けたことを特徴とする内はすば歯車の成
形装置。 （２） 前記絞りダイスの前記斜面に設けられた歯溝
は、入口側の溝深さが前記絞りダイスの入口径と出口径
の差の１／３〜１／１０とされ、出口側の溝深さが０と
されている（１）記載の内はすば歯車の成形装置。 （３） 前記絞りダイスの前記斜面に設けられた歯溝と
歯溝との間の部分のダイス入口側端面に、前記絞りダイ
スの前記斜面に設けられた歯溝のリードと同方向の傾斜
をつけた（１）記載の内はすば歯車の成形装置。 （４） 前記絞りダイスの前記斜面に設けられた歯溝の
本数が製品である内はすば歯車の歯数の１／２〜１／３
とされている（１）記載の内はすば歯車の成形装置。

【０００５】上記（１）の内はすば歯車の成形装置で
は、絞りダイスの斜面に、マンドレルの歯溝と同じ方向
のリードをもつ歯溝を設けたので、ワークを押出し成形
する時、ワークが絞りダイスの斜面の歯溝によってマン
ドレルの歯溝のリード方向に回転され、マンドレルの歯
溝の両面に、したがって歯の背面にも円滑にワークの肉
が寄せられ、製品の歯溝の精度が出るとともに製品の歯
の欠肉も生じにくくなる。また、マンドレルの歯の両面
にワークの肉が寄せられるので、マンドレルの歯に大き
な曲げ荷重がかからなくなり、型の寿命が長くなる。上
記（２）の内はすば歯車の成形装置では、絞りダイスの
斜面の歯溝の深さを、絞りダイスの入口径と出口径の差
の１／３以下としたので、減面率（（ワークの絞り成形
前の断面積−ワークの絞り成形後の断面積）／ワークの
絞り成形前の断面積）が大きく変わらず、製品の歯溝の
成形が円滑となりかつ精度が高くなる。また、絞りダイ
スの斜面の歯溝の深さを絞りダイスの入口径と出口径の
差の１／１０以上としたので、成形時にワークが確実に
回転する。また、絞りダイスの斜面の溝の出口側の深さ
が０とされているので、成形後の製品の外周面に凹凸が
無く、成形後に行われるかもしれない製品外周の機械加
工の削り代を小さくすることができる。上記（３）の内
はすば歯車の成形装置では、絞りダイスの斜面の歯溝と
歯溝との間の部分のダイス入口側端面に、斜面の溝のリ
ードと同方向の傾斜をつけたので、ワークが絞りダイス
に進入する時に斜面の歯溝のリード方向の回転を付与さ
れ、歯溝による回転付与が円滑になる。上記（４）の内
はすば歯車の成形装置では、絞りダイスの斜面に設けら
れた歯溝の本数が製品である内はすば歯車の歯数の１／
２〜１／３、すなわち、減面率が３０〜５０％とされて
いるので、減面率３０％以上で歯の形状の精度を出すこ
とができ、減面率５０％以下で荷重が高くなり過ぎるこ
とを抑制できる。

【０００６】

【発明の実施の形態】図１、図２は本発明の何れの実施
例にも適用可能な内はすば歯車の成形装置を示し、図３
は本発明の何れの実施例にも適用可能な内はすば歯車の
成形装置の作動を示し、図４は本発明の第１実施例の内
はすば歯車の成形装置を示し、図５は本発明の第２実施
例の内はすば歯車の成形装置を示す。本発明の全実施例
に共通する部分には、本発明の全実施例にわたって同じ
符合を付してある。

【０００７】まず、本発明の全実施例に共通する部分
を、図１、図２、図３、およびたとえば図４を参照し
て、説明する。本発明実施例の内はすば歯車の成形装置
は、外周にマンドレル軸芯と平行な線から傾斜する歯溝
２１が形成されたマンドレル２０と、マンドレル２０の
外側に配置され軸方向（図２、図４の例では軸方向下
方）にいくに従ってマンドレル２０に近づく方向（図
２、図４の例では半径方向内方）に傾斜する斜面１１を
有する絞りダイス１０と、を備えている。絞りダイス１
０の斜面１１は、リング状部３１を有するワーク３０の
リング状部３１を内側に寄肉する。斜面１１の鉛直から
の角度θは２５〜３５°であることが望ましい。角度θ
を２５〜３５°に設定する理由は、２５°より小さいと
摩擦面である斜面が大きくなり過ぎ、３５°より大きい
と製品内歯歯車の歯の先端にだれが生じ易いからであ
る。

【０００８】絞りダイス１０は、非回転部材である。マ
ンドレル２０は、回転しても回転しなくてもよいが、図
３では回転自在に支持されている。ワーク３０はリング
状部３１を有していれば形状は任意であり、底部３２
（図５参照）を有していてもよいし、フランジを有して
いてもよい。ワーク３０は、リング状部３１を、絞りダ
イス１０とマンドレル２０との間の環状空間に配置され
て、成形される。内はすば歯車の成形装置は、ワーク３
０の上下に、それぞれ、配置された、押出パンチ（上パ
ンチともいう）４０と背面パンチ（下パンチともいう）
５０を有する。上パンチ４０と下パンチ５０はワーク３
０を上下から挟む。

【０００９】リング状素材３０が上パンチ４０により押
されて下降し絞りダイス１０の斜面１１によってマンド
レル２０側に寄肉されると、リング状素材３０のリング
状部３１の肉がマンドレル２０の歯溝２１に流入し、内
周にマンドレル２０の歯溝２１の形状が転写された歯車
歯を有する製品（内はすば歯車）となる。

【００１０】本発明実施例の内はすば歯車の成形装置で
は、絞りダイス１０の斜面１１に、マンドレル２０の歯
溝２１と同じ方向のリード（１回転するのに進む距離、
ねじれの大きさを示す量）を有する歯溝１２が形成され
ている。歯溝１２は複数本形成されている。歯溝１２は
絞りダイス１０の周方向に等間隔に形成されている。絞
りダイス１０の斜面１１の歯溝１２は、リング状素材３
０が絞りダイス１０に対して相対的に移動（図３の例で
は下降）する時、リング状素材３０にマンドレル２０の
歯溝２１のリード方向の回転を与える。

【００１１】絞りダイス１０の斜面１１に設けられた歯
溝１２は、入口側の溝深さｈが絞りダイスの入口径Ｄｉ
と出口径Ｄｏの差（Ｄｉ−Ｄｏ）の１／３〜１／１０と
され、出口側の溝深さが０とされている。歯溝１２の深
さを絞りダイスの入口径と出口径の差の１／３以下とす
る理由は、１／３以下とすると、減面率が大きく変わら
ず製品の歯溝の成形が円滑となりかつ歯溝の成形精度が
高くなるからである。また、歯溝１２の深さを絞りダイ
スの入口径と出口径の差の１／１０以上とする理由は、
１／１０以上とすると、成形時にワーク３０が確実に回
転するからである。また、歯溝１２の出口側の深さを０
とする理由は、成形後の製品の外周面に凹凸を付けない
ようにするためである。成形後の製品の外周面に凹凸が
無いと、成形後に行われるかもしれない製品外周の機械
加工の削り代を小さくすることができる。

【００１２】絞りダイス１０の斜面１１に設けられた歯
溝１２と歯溝１２との間の部分１３のダイス入口側端面
１４に、絞りダイス１０の斜面１１に設けられた歯溝１
２のリードと同方向の傾斜がつけられている。この傾斜
の水平からの角度αは１０°〜２０°であることが望ま
しい。この角度αを設けることにより、ワーク３０が歯
溝１２に係合する前に歯溝１２による回転と同方向の回
転を付与され、ワーク３０の回転が円滑になる。角度α
を１０°〜２０°とする理由は、角度αを１０°より小
にすると角度αによる回転が得られにくくなり、角度α
を２０°より大にすると上端に鋭角の部分（尖った部
分）ができてその部分の強度が低下するとともに尖った
部分がワークに食い込みワークの回転を阻害するからで
ある。

【００１３】絞りダイス１０の斜面１１に設けられた歯
溝１２の本数は製品である内はすば歯車の歯数の１／２
〜１／３とされている。歯溝１２の本数を製品内はすば
歯車の歯数の１／２〜１／３とする理由は、１／２より
多いと歯溝１２間の歯の部分の強度が低下して耐久性が
低下し、１／３より少ないとワークを寄肉が周方向に均
等でなくなり製品内歯歯車の歯にピッチ誤差が出る場合
があるからである。

【００１４】つぎに、本発明の全実施例に共通な部分の
作用を説明する。上パンチ４０でワーク３０を押し下パ
ンチ５０でワーク３０の押し方向背面を受ける。ワーク
３０の外周が絞りダイス１０の歯溝１２の間の部分１３
の上端面１４に当たりワーク３０が上パンチ４０でさら
に押されると、上端面１４の角度αの傾斜によりワーク
３０は歯溝１２のリード方向の回転を付与される（図３
の工程１０１）。ついで、ワーク３０が上パンチ４０で
さらに押されると、ワーク３０は絞りダイス１０の斜面
１１によって内側に（マンドレル２０側に）寄せられな
がら下降する。この時、肉寄せと同時に、ワーク３０の
外周部が絞りダイス１０の斜面１１の歯溝１２に食い込
みワーク３０はリード方向の回転を付与される（図３の
工程１０２）。絞りダイス１０の斜面１１の歯溝１２の
リードとマンドレル２０の歯溝２１のリードとはほぼ合
わせてあるので、ワーク３０の、マンドレル２０の歯溝
２１に流入していく肉はマンドレル２０の歯溝２１を充
填でき、マンドレル２０の歯溝２１と歯溝２１との間の
歯の部分の背面にも隙間なく流入していく（図３の工程
１０３）。これによって、製品内はすば歯車の歯の寸法
を高精度に出せ、マンドレル２０の歯溝２１の形状を高
精度に転写した歯形状が得られる。また、製品内はすば
歯車の歯の欠損なども生じない。また、マンドレルの歯
溝の両面にワークの肉が隙間なく寄せられるので、マン
ドレル２０の歯（歯溝２１と歯溝２１の間の部分）の両
面に材料が流入し、マンドレル２０の歯に大きな曲げ荷
重がかからなくなり、型の寿命が長くなる。ワーク３０
が絞りダイス１０の斜面１１の歯溝１２の部分から下方
に出る時には、歯溝１２の深さが出口で０であるから、
素材の外周に歯溝１２のによってついていた溝は無くな
る（図３の工程１０４）。工程１０１は工程１０２、１
０３より先に実行され、工程１０２と工程１０３は同時
であり、工程１０４は工程１０２、１０３より後に実行
される。

【００１５】また、絞りダイス１０の斜面１１の歯溝１
２の深さを絞りダイスの入口径と出口径の差の１／３以
下としたので、減面率が大きく変わらず製品の歯溝の成
形が円滑となり、かつ、精度が高くなる。また、絞りダ
イス１０の斜面１１の歯溝１２の深さを絞りダイス１０
の入口径と出口径の差の１／１０以上としたので、成形
時にワーク３０が確実に回転する。また、絞りダイス１
０の斜面１１の歯溝１２の出口側の深さが０とされてい
るので、成形後の製品の外周面に歯溝１２によってでき
る凹凸が無く、成形後に行われるかもしれない製品外周
の機械加工の削り代を小さくすることができる。また、
絞りダイス１０の斜面１１に設けられた歯溝１２の本数
が製品である内はすば歯車の歯数の１／２〜１／３、す
なわち、減面率が３０〜５０％とされているので、減面
率３０％以上により、製品のはすば歯車の歯の形状の形
状寸法精度を出すことができ、減面率５０％以下により
成形荷重が高くなり過ぎることを抑制できる。

【００１６】つぎに、本発明の各実施例に特有な構成、
作用を説明する。本発明の第１実施例では、図４に示す
ように、ワーク３０はリング状素材である。上パンチ４
０、下パンチ５０は、スラストベアリング４１、５１を
介して上ラム４２、上下方向可動部材５２に、それぞ
れ、回転自在に支持されている。マンドレル２０は回転
可能であることが望ましい（ただし、回転しなくてもよ
い）。そのため、マンドレル２０も、スラストベアリン
グ２２を介して下ラム２３に回転自在に支持されてい
る。マンドレル２０は上下方向には動かない。下パンチ
５０を支持する上下方向可動部材５２はシリンダ（たと
えば、ガスシリンダ）により上方に付勢支持されてお
り、上パンチ４０によってワーク３０を介して下パンチ
５０が押された時、下降する。下パンチ５０は材料の先
端が下方に流れるのを抑制し、マンドレル２０の歯溝２
１に流入しやすくする。絞りダイス１０は固定である。
絞りダイス１０の入口径はワーク３０の外径より０．２
〜１％程度大とされており、ワーク３０が絞りダイス１
０に円滑に入っていくようにしてある。絞りダイス１０
の斜面１１の歯溝１２のリードは、マンドレル２０の歯
溝２１のリードと同じか、または２％以内の範囲で小さ
くする。２％以内の範囲で小さくした場合は、ワーク３
０の肉がマンドレル２０の歯溝２１に流入する時若干ワ
ーク３０は回転し、マンドレル２０の歯の背面への流入
が円滑になる。

【００１７】本発明の第１実施例の作用は本発明の全実
施例の共通部分の作用と同じである。すなわち、ワーク
３０をマンドレル２０の歯のリードに合わせて回転させ
ながら下降させるので、材料がマンドレル２０の歯溝２
１に沿って寄肉、押出されるので、マンドレル２０の歯
の背面にも材料が流入する。したがって、マンドレル２
０の歯の両面に材料が流入するので、マンドレル２０の
歯に大きな曲げ力がかからない。

【００１８】本発明の第２実施例では、図５に示すよう
に、ワーク３０はリング状部３１を有するカップ状素材
（底部３２、またはフランジ付き素材）である。ワーク
３０は底部３２で上パンチ４０と下パンチ５０およびマ
ンドレル２０の上端面２４とに挟まれて、上パンチ４０
と下パンチ５０およびマンドレル２０と共に下降する。
上パンチ４０、下パンチ５０は、スラストベアリング４
１、５１を介して上ラム４２、上下方向可動部材５２
に、それぞれ、回転自在に支持されている。マンドレル
２０は回転可能でなければならない。そのため、マンド
レル２０も、スラストベアリング２２を介して下ラム２
３に回転自在で上方に付勢支持されている。マンドレル
２０は上下方向には可動である。下パンチ５０を支持す
る上下方向可動部材５２はシリンダ（たとえば、ガスシ
リンダ）により上方に付勢支持されており、上パンチ４
０によってワーク３０を介して下パンチ５０が押された
時、下降する。下パンチ５０は材料の先端が下方に流れ
るのを抑制し、マンドレル２０の歯溝２１に流入しやす
くする。絞りダイス１０は固定である。

【００１９】本発明の第２実施例の作用は本発明の全実
施例の共通部分の作用と同じである。すなわち、ワーク
３０をマンドレル２０の歯のリードに合わせて回転させ
ながら下降させるので、材料がマンドレル２０の歯溝２
１に沿って寄肉、押出されるので、マンドレル２０の歯
の背面にも材料が流入する。したがって、マンドレル２
０の歯の両面に材料が流入するので、マンドレル２０の
歯に大きな曲げ力がかからない。

【００２０】

【発明の効果】請求項１の内はすば歯車の成形装置によ
れば、絞りダイスの斜面に、マンドレルの歯溝と同じ方
向のリードをもつ歯溝を設けたので、ワークを押出し成
形する時、ワークが絞りダイスの斜面の歯溝によってマ
ンドレルの歯溝のリード方向に回転され、マンドレルの
歯溝の両面に、したがってマンドレルの歯の背面にも円
滑にワークの肉が寄せられ、製品の歯溝の精度が出ると
ともに製品の歯の欠肉も生じにくくなる。また、マンド
レルの歯の両面にワークの肉が寄せられるので、マンド
レルの歯に大きな曲げ荷重がかからなくなる。請求項２
の内はすば歯車の成形装置によれば、絞りダイスの斜面
の歯溝の深さを、絞りダイスの入口径と出口径の差の１
／３以下としたので、減面率が大きく変わらず製品の歯
溝の成形が円滑となりかつ精度が高くなる。また、絞り
ダイスの斜面の歯溝の深さを絞りダイスの入口径と出口
径の差の１／１０以上としたので、成形時にワークが確
実に回転する。また、絞りダイスの斜面の溝の出口側の
深さが０とされているので、成形後の製品の外周面に凹
凸が無く、成形後に行われるかもしれない製品外周の機
械加工の削り代を小さくすることができる。請求項３の
内はすば歯車の成形装置によれば、絞りダイスの斜面の
歯溝と歯溝との間の部分のダイス入口側端面に、斜面の
溝のリードと同方向の傾斜をつけたので、ワークが絞り
ダイスに進入する時に斜面の歯溝のリード方向の回転を
付与され、歯溝による回転付与が円滑になる。請求項４
の内はすば歯車の成形装置によれば、絞りダイスの斜面
に設けられた歯溝の本数が製品である内はすば歯車の歯
数の１／２〜１／３とされているので、歯の形状の精度
を出すことができ、かつ、荷重が高くなり過ぎることも
抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の何れの実施例にも適用可能な、内はす
ば歯車の成形装置の平面図である。

【図２】図１の装置の断面図である。

【図３】図１の装置を用いた塑性加工の工程図である。

【図４】本発明の第１実施例の内はすば歯車の成形装置
の断面図である。

【図５】本発明の第２実施例の内はすば歯車の成形装置
の断面図である。

【符号の説明】

１０ 絞りダイス １１ 斜面 １２ 歯溝 １３ 歯溝と歯溝の間の部分 １４ 歯溝と歯溝の間の部分の端面 ２０ マンドレル ２１ 歯溝 ３０ ワーク ４０ 上パンチ ５０ 下パンチ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周にマンドレル軸芯と平行な線から傾
   斜する歯溝が形成されたマンドレルと、 前記マンドレルの外側に配置され軸方向にいくに従って
   前記マンドレルに近づく方向に傾斜する斜面を有する絞
   りダイスと、を備えた内はすば歯車の成形装置であっ
   て、前記絞りダイスの前記斜面に、前記マンドレルの歯
   溝と同じ方向のリードを有する歯溝を設けたことを特徴
   とする内はすば歯車の成形装置。
2. 【請求項２】 前記絞りダイスの前記斜面に設けられた
   歯溝は、入口側の溝深さが前記絞りダイスの入口径と出
   口径の差の１／３〜１／１０とされ、出口側の溝深さが
   ０とされている請求項１記載の内はすば歯車の成形装
   置。
3. 【請求項３】 前記絞りダイスの前記斜面に設けられた
   歯溝と歯溝との間の部分のダイス入口側端面に、前記絞
   りダイスの前記斜面に設けられた歯溝のリードと同方向
   の傾斜をつけた請求項１記載の内はすば歯車の成形装
   置。
4. 【請求項４】 前記絞りダイスの前記斜面に設けられた
   歯溝の本数が製品である内はすば歯車の歯数の１／２〜
   １／３とされている請求項１記載の内はすば歯車の成形
   装置。