JP2001205385A - ウェブ付き傘歯車冷間鍛造用型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】冷間鍛造によりウェブ付き傘歯車を不都合なく
製造することができる冷間鍛造用型を提供すること。 【解決手段】本発明のウェブ付き傘歯車冷間鍛造用型
は、ウェブ部を形成する型の部分２０３、２１２、２１
０１、２１３で区画されるキャピティの部分が遠心方向
に向かう程狭くなる形状であることを特徴とする。つま
り、間隔を狭くしていくことによって常に一定以上の圧
縮応力を鍛造素材に付与することができ、圧縮応力の低
下による鍛造品の割れを防止することが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウェブ付き傘歯車
の製造に用いる冷間鍛造用型に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、傘歯車に強度を与える目的
で、歯の外側の端部の谷部分に歯車を補強する目的でウ
ェブ部を設けたウェブ付き傘歯車が用いられている。

【０００３】このウェブ付き傘歯車を製造する方法とし
ては、従来、切削加工による方法や熱間鍛造による方法
が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ウェブ付き歯車の製造方法は、切削加工では加工に長時
間必要であること、熱間鍛造法では精度が悪く別の後加
工がさらに必要であること等の理由から、それぞれに多
くの工程数および時間が必要であり、製造コストの増加
が問題となる。

【０００５】そこで、本発明者は、ウェブ付き傘歯車を
より低コストで製造することを目指して研究を行う過程
において加工精度の高い冷間鍛造によるウェブ付き傘歯
車の製造を試みた。その結果、冷間鍛造により製造する
と、製造に要する工数、時間は低減するものの、ウェブ
部において材料に割れが生じ歩留まりが低下するという
不都合が生じることがわかった。

【０００６】したがって、本発明では、冷間鍛造により
ウェブ付き傘歯車を不都合なく製造することができる冷
間鍛造用型を提供することを解決すべき課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する目的
で本発明者は、鋭意研究の結果、ウェブ部の割れの原因
を発見した。すなわち、図７に示すような鍛造用型を使
用して図９に示すようなウェブ付き傘歯車４を冷間鍛造
により製造すると、図８に示すように、鍛造素材がダイ
ス５０、５１内に流動する過程において、流動する鍛造
素材の先端部が、歯の谷部分に相当するダイスの部分５
０２において一度、圧縮されることで加工硬化する。こ
の先端部が歯の谷部分に相当するダイス内の部分５０２
からウェブ部に相当する部分５０３へと移動していく際
に、谷部分とウェブ部とでは角度が異なるので、その先
端部は変曲線Ｂにおいてダイス５０から離れる。そうす
ると、鍛造素材の先端部への圧縮応力が低減し、先端部
の円周方向に対して引っ張り応力が発生する。その結
果、ウェブ部４２に応力割れが発生するのである。以上
の発見に基づいて本発明者は、以下の発明を行った。

【０００８】すなわち、本発明のウェブ付き傘歯車冷間
鍛造用型は、歯車基部と、該歯車基部の周縁に一体的に
形成され、かつ該歯車基部の中心軸に対し斜めに延びる
山部分と谷部分とからなる歯部と、該歯部の外側端部と
一体的に形成され該外側端部の該谷部分を閉じるウェブ
部とをもつウェブ付き傘歯車の、前記歯部の歯面側を形
成する歯表側対応部と前記ウェブ部の該歯面側の面を形
成するウェブ表側対応部とをもつ第１ダイスと、前記歯
部の前記歯面側に対して裏側を形成する歯裏側対応部
と、前記ウェブ部の該裏側を形成するウェブ裏側対応部
と、前記歯車基部の少なくとも該ウェブ部に隣接する該
裏側の面の第１所定部分を形成する歯車基部裏側対応部
とをもち、前記第１ダイスとともに該歯部と該ウェブ部
と該歯車基部の第１所定部分とを形成するキャビティを
区画する第２ダイスと、前記キャビティの中心部に位置
する鍛造素材を軸方向に押圧して該鍛造素材を遠心方向
に流動するように塑性変形させ該歯部、該ウェブ部およ
び該第１所定部分を成型するポンチと、からなるウェブ
付き傘歯車冷間鍛造用型であって、前記歯車基部裏側対
応部は、中心軸側に位置し前記ウェブ裏側対応部に隣接
する一部である第２所定部分と、残余の部分である第３
所定部分とをもち、該第２所定部分および該ウェブ裏側
対応部と、該ウェブ表側対応部とで区画される前記キャ
ピティの部分が遠心方向に向かう程狭くなる形状である
ことを特徴とする。

【０００９】つまり、図４に示すように、第１ダイスの
ウェブ表側対応部と第２ダイスのウェブ裏側対応部と第
２所定部分とで区画されるウェブ部を形成するキャビテ
ィＣを遠心方向に向かうにしたがいウェブ表側対応部と
ウェブ裏側対応部および第２所定部分との間隙を狭くす
ることによって、冷間鍛造によりウェブ部を形成する際
の鍛造素材の流動した先端部が、歯表側対応部からウェ
ブ表側対応部に至る変曲線Ｂにおいても鍛造素材９０に
加わる圧縮応力が低減せず、ウェブ部の外縁部に到達す
るまでの間、常時一定以上の圧縮応力をその先端部に加
え続けることができる。その結果、ウェブ部に円周方向
の引っ張り応力が発生せず、ウェブ部の割れが防止でき
る。このように、常に一定以上の圧縮応力を加え続ける
ためには、鍛造素材の先端部がダイス内の歯の谷部分に
相当する部分からウェブ部に相当する部分へと移動して
いく際に、すでに第１ダイスのウェブ表側対応部方向に
応力を加える必要がある。したがって、ウェブ部のキャ
ビティを狭くし始める位置は、第２ダイスの歯裏側対応
部と歯車基部裏側対応部との境界より歯車基部裏側対応
部側、すなわち、第２所定部分から開始する必要があ
る。これにより、常に充分な圧縮応力を加え続けること
ができる。なお、第２ダイスにおいてウェブ裏側対応部
および第２所定部分の形状を変化させて、キャビティＣ
を狭くすることが好ましい。第１ダイス側のウェブ表側
対応部の形状を変化させると、歯車の強度に与える影響
が大きいからである。

【００１０】したがって、本発明によると、冷間鍛造に
よって低コストにウェブ付き傘歯車を製造することがで
きる冷間鍛造用型を提供できる。さらに、圧縮応力を歯
面方向に加えているので、ウェブ部の上面のフィルアッ
プ性が向上し、製品精度および製品強度の向上を図るこ
とが可能となる

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に本発明のウェブ付き傘歯車
冷間鍛造用型（以下、単に「鍛造型」と略す。）の実施
形態について、以下に説明する。なお、本発明は、本実
施形態により限定されるものではないことはいうまでも
ない。また、本実施形態で示す図は模式図であり、その
寸法および形状等は正確なものではない。

【００１２】本実施形態の鍛造用型により成型されるウ
ェブ付き傘歯車粗材は、図１および図５に示すように、
歯車基部１０と、その歯車基部１０の周縁に一体的に形
成され、かつその歯車基部１０の中心軸に対し斜めに延
びる山部分１１０と谷部分１１１、１１２とからなる歯
部１１と、その歯部１１の外側端部と一体的に形成され
その外側端部のその谷部分１１１、１１２を閉じるウェ
ブ部１２とをもつものでウェブ部１２の形状が遠心方向
に行くにしたがって薄くなるものが一例として挙げられ
る。このウェブ付き傘歯車粗材１は、ウェブ部１２の形
状が図５に示すような歯車基部１０の中心軸を通る断面
図においてその中心軸に対して概ね垂直、もしくは歯部
１１と反対方向に傾いた線となる形状とすることが好ま
しい。冷間鍛造においてウェブ部１２に相当するダイス
内のキャビティに鍛造素材を流動させやすいからであ
る。ウェブ付き傘歯車粗材１の材質は、特に限定され
ず、鍛造により歯車が形成可能な材質であればよい。こ
のウェブ付き傘歯車粗材１に裏面を切削する等の後加工
を行ってウェブ付き傘歯車とする。

【００１３】本実施形態の鍛造用型は、図２に示すよう
に、第１ダイスとしての上ダイス２０と、第２ダイスと
しての下ダイス２１と、ポンチとしての上ポンチ３０お
よび下ポンチ３１とからなる。なお、ダイス２０、２１
の位置関係は特に問題ではなく、上ダイス２０と下ダイ
ス２１とが反転してもよいし、その他の位置関係でも良
い。

【００１４】上ダイス２０は、前述のウェブ付き傘歯車
１の歯部１１の歯面側１１０、１１１、１１２を形成す
る歯表側対応部２００、２０１、２０２と、ウェブ部１
２の歯面側の面を形成するウェブ表側対応部２０３とか
らなる。歯表側対応部は、歯部１１の山部分１１０に対
応する山部分対応部２００と、谷部分１１１、１１２に
それぞれ対応する谷部分対応部２０１、２０２とをも
つ。

【００１５】下ダイス２１は、歯部１１の歯面側に対し
て裏側を形成する歯裏側対応部と、ウェブ部１２の裏側
を形成するウェブ裏側対応部２１２と、歯車基部１０の
裏側の面の少なくともウェブ部１２に隣接する第１所定
部分１０ｂを形成する歯車基部裏側対応部２１０とをも
つ。なお、本実施形態の鍛造型は、ウェブ部１２の外周
面に相当する部分を成型する目的で下ダイス２１に外周
部対応部２１３を設けているが、この部分に相当する部
分を上ダイス２０に設けることもできる。

【００１６】下ダイス２１は、上ダイス２０とともに歯
部１１とウェブ部１２と歯車基部１０の第１所定部分１
０ｂとを形成するキャビティを区画する。歯車基部裏側
対応部２１０は、図３に示すように、中心軸側に位置し
ウェブ裏側対応部２１２に隣接する一部である第２所定
部分２１０１と、残余の部分である第３所定部分２１０
２とをもつ。

【００１７】歯車基部裏側対応部２１０は、歯車基部１
０の裏側すべてに対応する必要はなく、歯車基部１０の
裏側の任意に選択される領域を示す。ここで、ウェブ裏
側対応部２１２と歯車基部裏側対応部２１０との境界線
は、鍛造素材が流動する際の変曲線である上ダイス２０
の谷部分対応部２００とウェブ表側対応部２０３との境
界線Ｂから下ダイス２１に対して、鍛造素材の流動する
方向に垂直な方向におろされた線により決定され、この
線よりもウェブ付き傘歯車１の遠心方向が歯裏側対応部
２１２であり求心方向が歯車基部裏側対応部２１０であ
る。この定義では、上記変曲線の存在しない歯部１１の
裏側に対応する部分の境界が明確ではないが、本発明に
おいては特に重要ではないのでこの境界線は任意に決定
することができる。たとえば、上記の下ダイス２１にお
ける境界線の隣り合った端部間を単純に接続する直線で
境界を表すことができる。

【００１８】そして、第２所定部分２１０１およびウェ
ブ裏側対応部２１２と、ウェブ表側対応部２０３とで区
画されるキャピティの部分が遠心方向に向かう程狭くな
る形状である。たとえば、図２に示すように、上記キャ
ビティを遠心方向に向けて単純減少させるテーパ形状
や、その他、図６に示すように、階段状に上記キャビテ
ィを遠心方向に向けて減少させる形状を例として挙げる
ことができる。このなかでも第２所定部分２１０１の表
面とウェブ裏側対応部２１２の表面とを合わせた面の形
状は、略平面であることが好ましく、さらには、テーパ
状とすることがより好ましい。この場合にこのテーパ形
状として好ましいのは、歯車基部１０の中心軸に相当す
る線を含む任意の面と、ウェブ表側対応部２０３の表面
を含む面と第２所定部分２１０１の表面およびウェブ裏
側対応部２１２の表面を含む面との交線の角度が１０〜
４０度、より好ましくは、２０度程度となるような形状
である。

【００１９】上ダイス２０と下ダイス２１とは、キャビ
ティ部分が密閉されるように形成され、本ダイス２０、
２１において行われる鍛造は、閉塞鍛造である。

【００２０】上ポンチ３０および下ポンチ３１は、鍛造
素材（図略）を軸方向に押圧して鍛造素材を遠心方向に
塑性変形させて、上ダイス２０、下ダイス２１により形
成されるキャビティ内に鍛造素材を押し込む作用を有す
る部材である。

【００２１】上述の鍛造型の素材としては、特に限定さ
れず、たとえば、冷間ダイス鋼、高速度鋼、超硬合金等
の公知の素材が使用できる。鍛造型の製造についても、
特に限定されず、たとえば、旋盤やフライス盤にて行わ
れ型の内径および外形の寸法や形状を概略的に仕上げる
荒加工から、真空焼入炉や焼きもどし炉にて行われる型
に必要な強度を与えるための熱処理、研削盤や放電加工
機等にて行われる型の寸法や形状を必要な精度にする仕
上げ加工、そして、ラップ盤やホーニング盤等にて行わ
れる型の面粗度を冷間鍛造型に必要なものとするラッピ
ングに至る方法のような一連の方法である公知の方法が
使用できる。

【００２２】以下に、上記鍛造型を使用したウェブ付き
傘歯車の製造方法について説明する。

【００２３】鍛造素材を用意する。鍛造素材の調製は、
本方法に用いる鍛造型が閉塞形式のものなのでその全体
量はある程度一定にする必要がある他は特に限定される
ものではない。また、変形抵抗や型との抵抗を少なくす
る等の目的で、組織を塑性変形をしやすいものとした
り、表面の清浄化、潤滑化を行ったりすることもでき
る。

【００２４】たとえば、棒鋼を所定の大きさに切断し、
その後、変形抵抗を下げる目的で焼鈍する。そして、シ
ョットブラスト等の操作によって表面の清浄化を行い、
鍛造時の潤滑用の潤滑油を表面に塗布する。

【００２５】鍛造型２０、２１、３０、３１をプレス
（図略）に固定する。下ダイス２１と下ポンチ３１とを
組み合わせて下側に、上側に上ダイス２０と上ポンチ３
１とを組み合わせて設置する。上下ダイス２０、２１間
のキャビティ内に鍛造素材を設置し、ダイス２０、２１
間を密着させる。プレスによってポンチ３０、３１およ
びダイス２０、２１を加圧することによって、鍛造素材
をダイス内のキャビティ内に押し込んでウェブ付き傘歯
車粗材を形成する。

【００２６】すなわち、本実施形態のウェブ付き傘歯車
の製造方法は、歯車基部１０と、該歯車基部１０の周縁
に一体的に形成され、かつ該歯車基部１０の中心軸に対
し斜めに延びる山部分１１０と谷部分１１１、１１２と
からなる歯部１１と、該歯部１１の外側端部と一体的に
形成され該外側端部の該谷部分１１１、１１２を閉じる
ウェブ部１２とをもつウェブ付き傘歯車１を、ポンチに
より鍛造素材を押圧することによって該ウェブ付き傘歯
車１の形状に相当するキャビティを内部に形成するダイ
ス内に流動させる冷間鍛造法によって製造するウェブ付
き傘歯車の製造方法であって、前記ダイスにより前記鍛
造素材に付与される圧縮応力が、少なくとも前記ポンチ
により押圧されて該鍛造素材が前記ウェブ部に対応する
前記キャビティの一部分内に流動する部分の前よりも、
該キャビティの該一部分内に流動した後で、大きくなる
ようにすることを特徴とする。

【００２７】つまり、鍛造型を本発明の鍛造型とするこ
とで、鍛造素材をキャビティ内に押し込むときに、ダイ
ス２０、２１により前記鍛造素材に付与される圧縮応力
が、少なくともポンチ３０、３１により押圧されて鍛造
素材がウェブ部１２に対応するキャビティの部分Ｃ内に
流動する部分の前、すなわち、前述の境界線Ｂよりも、
キャビティの部分Ｃ内に流動した後で、大きくなってい
る。これによって、流動する鍛造素材は、鍛造型の内面
から離れることなく常に一定以上の圧縮応力を受けてい
る。

【００２８】その後、鍛造により形成したウェブ付き傘
歯車粗材に軸を通すための芯抜き、歯車の精度を出すた
めの切削、研削等の仕上げ加工を行い、ウェブ付き傘歯
車の完成品とする。

【００２９】この製造方法によると、低コストなウェブ
付き傘歯車の製造方法を提供することができるという効
果を有する。

【００３０】

【発明の効果】したがって、本発明では、冷間鍛造によ
りウェブ付き傘歯車を割れ等の不都合なく製造すること
ができる冷間鍛造用型を提供することができるという効
果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の鍛造型により形成されるウェブ付
き傘歯車粗材を示した斜視図である。

【図２】本実施形態の鍛造型の歯車基部の中心線に相当
する線を含んだ面での断面図である。

【図３】本実施形態の下ダイスの正面図である。

【図４】本実施形態の鍛造型を用いて冷間鍛造を行った
場合における材料流れの様子を鍛造型の歯車基部の中心
線に相当する線を含んだ面での断面端面図にて示した図
である。

【図５】本実施形態の鍛造型により形成されるウェブ付
き傘歯車粗材の歯車基部の中心線を含んだ面での断面図
である。

【図６】他の一実施形態の鍛造型の歯車基部の中心線に
相当する線を含んだ面での断面図である。

【図７】従来技術の鍛造型の歯車基部の中心線に相当す
る線を含んだ面での断面図である。

【図８】従来技術の鍛造型を用いて冷間鍛造を行った場
合における材料流れの様子を鍛造型の歯車基部の中心線
に相当する線を含んだ面での断面端面図にて示した図で
ある。

【図９】従来技術の鍛造型により形成されるウェブ付き
傘歯車粗材の歯車基部の中心線を含んだ面での断面図で
ある。

【符号の説明】

１、４：ウェブ付き傘歯車粗材（鍛造品） １０、４０：歯車基部 １１、４１：歯部 １２、
４２：ウェブ部 Ａ：第１所定部分 ２０、５０：上ダイス ２００、２０１、５００、５０１：歯表側対応部（２０
０、５００：山部分対応部 ２０１、２０２、５０
１、５０２：谷部分対応部） ２０３、５０３：ウェ
ブ表側対応部 ２１、２２、５２：下ダイス ２１０、２２０、５１０：歯車基部裏側対応部 ２１
０１、２２０１：第２所定部分 ２１０２、２２０
２：第３所定部分 ２１２、２２２、５１２：ウェブ
裏側対応部 ３０、３１、６０、６１：ポンチ ９０：鍛造素材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 歯車基部と、該歯車基部の周縁に一体的
   に形成され、かつ該歯車基部の中心軸に対し斜めに延び
   る山部分と谷部分とからなる歯部と、該歯部の外側端部
   と一体的に形成され該外側端部の該谷部分を閉じるウェ
   ブ部とをもつウェブ付き傘歯車の、 前記歯部の歯面側を形成する歯表側対応部と前記ウェブ
   部の該歯面側の面を形成するウェブ表側対応部とをもつ
   第１ダイスと、 前記歯部の前記歯面側に対して裏側を形成する歯裏側対
   応部と、前記ウェブ部の該裏側を形成するウェブ裏側対
   応部と、前記歯車基部の少なくとも該ウェブ部に隣接す
   る該裏側の面の第１所定部分を形成する歯車基部裏側対
   応部とをもち、前記第１ダイスとともに該歯部と該ウェ
   ブ部と該歯車基部の第１所定部分とを形成するキャビテ
   ィを区画する第２ダイスと、 前記キャビティの中心部に位置する鍛造素材を軸方向に
   押圧して該鍛造素材を遠心方向に流動するように塑性変
   形させ該歯部、該ウェブ部および該第１所定部分を成型
   するポンチと、からなるウェブ付き傘歯車冷間鍛造用型
   であって、 前記歯車基部裏側対応部は、中心軸側に位置し前記ウェ
   ブ裏側対応部に隣接する一部である第２所定部分と、残
   余の部分である第３所定部分とをもち、 該第２所定部分および該ウェブ裏側対応部と、該ウェブ
   表側対応部とで区画される前記キャピティの部分が遠心
   方向に向かう程狭くなる形状であることを特徴とするウ
   ェブ付き傘歯車冷間鍛造用型。
2. 【請求項２】 前記ウェブ表側対応部は、前記歯車基部
   の中心軸に対して略垂直の平面であって、 前記第２所定部分の表面と前記ウェブ裏側対応部の表面
   とを合わせた面の形状は、略平面である請求項１に記載
   のウェブ付き傘歯車冷間鍛造用型。
3. 【請求項３】 前記ウェブ表側対応部の表面を含む面
   と、前記第２所定部分の表面および前記ウェブ裏側対応
   部の表面を含む面とのなす角度が１０度〜４０度の範囲
   である請求項２記載のウェブ付き傘歯車冷間鍛造用型。