JP2005161340A - ヘリカル歯車の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 型の寿命を長くし、ヘリカル歯車の品質をよくする。
【解決手段】 自動車用パワートレーンのヘリカル歯車を冷間鍛造によって製造する方法において、金属材料の素材を初期用の型に挿入して、素材の端面を加圧することによって、初期ヘリカル歯形を有する初期加工品を冷間鍛造で形成する初期工程と、初期加工品を中間用の型の中に相対的に回転させながら挿入して、所定の位置で、初期ヘリカル歯形の歯厚とほぼ同一に歯厚を維持するか、初期ヘリカル歯形の歯厚よりも１０％以下の範囲内で歯厚を減少させると同時に、初期ヘリカル歯形よりも歯先を突き出すことによって、中間ヘリカル歯形を有する中間加工品を成形する中間工程と、中間加工品の中間ヘリカル歯形をサイジング加工して完成ヘリカル歯形を形成する完成工程とを含む。
【選択図】 図３

Description

本発明は、冷間鍛造によるヘリカル歯車の製造方法に関する。

金属材料の素材を使用して冷間鍛造によって歯車を製造する方法は、特許文献１に示されているように、公知である。

図１（Ａ）（Ｂ）は、特許文献１に記載の従来の冷間鍛造による平歯車の製造方法を示している。円筒形状の金属材料の素材１０は、所望の歯車の外径に近い寸法を有する。その円筒形状の金属材料の素材１０の下端を型１１の穴１１Ａに挿入して、矢印Ｘの方向から押し込んで、パンチ（図示せず）によってその金属材料の素材１０を押圧して、材料１０の外周に雄の歯形を形成する。この材料１０の外周に形成された雄の歯形は、型１１の歯形１２に対応するものである。歯形の歯元と歯先の関係は、材料１０と型１１では逆になる。この型１１の歯形１２は、正規の全歯タケＨを有する。それゆえ、材料１０の外周に形成された歯形も、これと同様に正規の全歯タケＨを有することになる。

図１（Ａ）（Ｂ）において、符号１３はピッチ円を示している。符号１４は型１１の歯形１２の歯先円を示しており、符号１５はその歯元円を示している。

従来の冷間鍛造による歯車の製造方法において、型１１の歯形１２の歯形成形開始部の端面１６は傾斜しているが、型１１の軸心に直交する面に対する端面１６の傾斜角度Ｂは３０°以下となっている。この傾斜角度Ｂが小さいほど、不完全な歯形部が少なくなる。

また、材料１０は一つの工程で冷間鍛造する場合もあるが、あらかじめ熱間又は温間で予備成形した後、焼なまし、表面潤滑処理などを行ってから、冷間鍛造で仕上げ形成をすることもある。

図１に示されている従来の冷間鍛造による歯車の製造方法においては、最終製品の歯車の品質の良悪は、鍛造用の型に関する要因が５０ないし８０％を占めると考えられる。

図１に示す方法においては、雌の型の内部で成形を行っており、これをインダイ成形と呼んでいる。この製造方法に用いる金属材料の素材は、中実の丸棒、リング状の素材、熱間又は温間鍛造による予備加工品等である。

図１の従来法においては、一つの工程で歯車を冷間鍛造して仕上り寸法を得るものである。そのため、歯形１２の歯形成形開始部の傾斜端面１６にかかる荷重（圧力）は、２００ｋｇｆ／ｍｍ^２ないし２８０ｋｇｆ／ｍｍ^２にもなる。この荷重（圧力）は、型材として最高レベルの材質であっても型の破壊強度の７０ないし９０％になっている。

他方、特許文献２に示されているように、素材を得るべき平歯車の歯車形状の歯輪郭より歯先と歯厚の両方が小さく設定された歯車形状を有する一次加工歯車にすえ込み成形する第１の加工工程と、上記一次加工歯車に歯形以外の部分で材料を自由に流動させつつ二次加工歯車に圧縮成形する第２の加工工程と、上記二次加工歯車を最終製品にしごき成形する第３の加工工程とからなり、これらの各工程を冷間鍛造加工で行う平歯車の鍛造加工方法も公知である。

図２の（Ａ）から（Ｅ）は特許文献２に記載の方法を表わしており、図２（Ａ）は第１の加工工程、図２（Ｂ）は第２の加工工程を実施する金型を表わしている。

図２（Ａ）において、２００はダイ、２０１はダイ２００の歯形部であり、ダイ２００に嵌合するパンチ２０２及びパンチ２０２と対応して透孔２０３内に挿通したノックアウトピン２０４が設けられている。２０５は素材、２０６はダイ２００で加工された一次加工歯車である。

図２（Ｂ）において、２１０はダイ、２１１はダイ２１０の歯形部、２１２は歯形部２１１と連通しダイ２１０を貫通する透孔、２１３はダイ２１０に嵌合するパンチ、２１４はダイ２１０の透孔２１２内に挿入したノックアウトピンである。なお、２１５はダイ２００で加工された二次加工歯車で透孔２１２に向って、材料の隆起部２１６が形成されている。

図２（Ａ）において、素材２０５からすえ込み成形された一次加工歯車２０６は、材料のダイへの充満は不十分であって、欠肉２０７が生じている。次に、図２（Ｂ）のダイへ一次加工歯車２０６を投入し、パンチ２１３による圧縮成形によって材料を歯形部２１１に充満させ、二次加工歯車２１５を成形する。

パンチ２１３による圧縮成形において成形された二次加工歯車２１５は、成形加工中に歯形以外の部分に材料を拘束しない箇所で材料を自由に流動させて隆起部２１６を形成していることにより、材料が歯形部２１１に充満し歯先部に生じる欠肉を解消している。

図２（Ｃ）〜（Ｅ）は、第１の加工工程で成形加工される一次加工歯車２０６と第２の加工工程で成形加工される一次加工歯車２１５との歯形形状を比較した図であり、第１の加工工程で成形された歯形輪郭２０６Ａは第２の加工工程で成形された歯形輪郭２１５Ａよりも歯先も歯厚も小さくなるように設定されている。
特開平９−３０００４１号公報 特許第２９１３５２２号公報

特許文献１に記載の方法では、冷間鍛造時の最高荷重は、型の内面の歯形成形開始部の傾斜端面１６に発生することが多い。従来は、この最高荷重を下げる工夫が足りなかったために、型１１の寿命が短かった。それに起因して製品精度が悪化する欠点もあった。

とくに、ヘリカル歯車を冷間鍛造により製造する場合には、型１１の歯形１２を一方側のみに倒そうとする荷重が加えられるため、傾斜面１６付近の破損の確率が高くなりがちであった。それが、結果的に、型１１の寿命を短くしていた。

本発明者の知見によれば、ヘリカル歯車の、冷間鍛造による加工の場合には、型の歯形の一方の面（表側の面）に集中的に荷重がかかり、その裏側の面にはあまり荷重がかからない。そのため、歯形の表側と裏側で荷重の差が顕著であり、それに基因する歯形欠損が多い。

特許文献２に記載の方法は、次のような問題がある。

図２（Ｅ）に示すように、完成ヘリカル歯形の輪郭よりも歯先と歯厚の両方を含めて歯形全体を小さい（やせた）形状、寸法に成形するため、塑性加工率が大きくなる。

加工率が大きくなると、加工品の塑性加工硬化が進み、変形抵抗が大となり、成形が困難になる。

さらに形状係数も大となり、張り出し成形圧（成形荷重）が大きくなり、型の歪が大となる。そのため加工品の精度が低くなる。型も、加工スピードを高めると破損仕易い。

一次加工で小さく成形した歯形を図２（Ｅ）で示すように二次加工で大きくする（太らせる）方法は精度上好ましくない。たとえば、歯幅が大きくなるに従い、歯幅の中央部と端面部の太る率（成形度合い）の差が大きくなってしまう。歯形が不均一になり、円筒度が悪くなる。

とくに高精度の歯車を多量生産する方法としては特許文献２に記載の方法は不向きである。

精度を上げようとして成形荷重を大きくして行くと、加工品の歪が大きくなり、後の熱処理時の処理歪が大きくなる。荷重が大きくなるほど、型が割れ易くなる。

そこで、本発明は、加工用の型の寿命を長くできるとともに、良質な歯形を製造することができる、冷間鍛造によりヘリカル歯車を製造する方法を提供することを目的としている。

本発明の解決手段を例示すると、次に示すようなヘリカル歯車の製造方法である。

（１）ヘリカル歯車を冷間鍛造によって製造する方法において、
金属材料で円柱状に形成された素材を初期用型に挿入して、素材の端面を加圧することによって素材を半径方向に張り出して、初期ヘリカル歯形を有する初期加工品を形成し、その後、初期加工品を初期用型の中でその初期歯形に沿って相対的に回転させながら初期加工品を初期用型から取り出す初期工程と、
中間用型の中でその中間歯形に沿って初期加工品を相対的に回転させながら中間用型の中に挿入して所定の位置に設定し、そのまま、初期加工品の端面を加圧することによって、初期ヘリカル歯形の歯厚とほぼ同一に歯厚を維持するか、初期ヘリカル歯形の歯厚よりも１０％以下の範囲内で歯厚を減少させ、かつ、初期ヘリカル歯形よりも歯先を突き出して中間加工品を成形し、その際、中間加工品の中間ヘリカル歯形の歯先と中間用型の中間歯形の歯底との間に空間を残し、その後、中間加工品を中間用型の中でその中間歯形に沿って相対的に回転させながら中間用型から取り出す中間工程と、
中間加工品の中間ヘリカル歯形をサイジング加工して完成ヘリカル歯形を形成する完成工程と、
を含むことを特徴とする、ヘリカル歯車の製造方法。

（２）初期工程と中間工程において同一の型または別異の型を使用し、初期加工品の初期ヘリカル歯形と中間加工品の中間ヘリカル歯形の各々の歯先の中央部分が、それぞれ初期用型と中間用型のヘリカル歯形の歯底の中央部分に接触する前に、初期ヘリカル歯形と中間ヘリカル歯形の冷間鍛造を停止して、初期ヘリカル歯形と中間ヘリカル歯形の各々の歯先のところに空間を残すことを特徴とする前述のヘリカル歯車の製造方法。

（３）中間工程において、歯厚が同一に維持されるか、または減少する一方で、中間加工品の中間ヘリカル歯形の各々の歯先が複数回の冷間鍛造によって丸みのある形で段階的に突き出されて完成ヘリカル歯形の歯先の形に近づいていくことを特徴とする前述のヘリカル歯車の製造方法。

（４）完成工程において、厚みが０．０２〜０．１ｍｍ減少するように中間加工品の中間ヘリカル歯形のヘリカル歯形をサイジング加工して調整することを特徴とする前述のヘリカル歯車の製造方法。

（５）初期工程と中間工程との間で初期加工品の歯形の軟化焼なまし処理をすることを特徴とする前述のヘリカル歯車の製造方法。

（６）初期工程と中間工程との間で初期加工品の歯形の潤滑被膜付け処理をすることを特徴とする前述のヘリカル歯車の製造方法。

（７）コイルを切断して多数の素材を形成することを特徴とする前述のヘリカル歯車の製造方法。

本発明の好適な実施形態を説明する。

本発明の方法で製造されるヘリカル歯車は、好ましくは、特に大量生産や高い寸法精度が求められる自動車用パワートレーンのヘリカル歯車であり、そのようなヘリカル歯車を冷間鍛造によって製造する方法が、少くとも次の３種類の工程を含む。

（１）金属材料の素材を初期用型に挿入して、素材の端面を加圧することによって、初期ヘリカル歯形を有する初期加工品を冷間鍛造で形成する初期工程。

（２）初期加工品を中間用の型の中に相対的に回転させながら挿入して、所定の位置で、初期ヘリカル歯形の歯厚とほぼ同一に歯厚を維持するか、初期ヘリカル歯形の歯厚よりも１０％以下の範囲内で歯厚を減少させる一方で、初期ヘリカル歯形よりも歯先を突き出すことによって、中間ヘリカル歯形を有する中間加工品を１回以上の冷間鍛造で成形する中間工程。

（３）中間加工品の中間ヘリカル歯形をサイジング加工して完成ヘリカル歯形を形成する完成工程。

初期工程後の加工品（初期加工品）の歯厚寸法は完成ヘリカル歯形と同一か又は１０％以下の範囲内で歯厚を増加するように設定する。しかも、初期加工品の初期ヘリカル歯形の歯底の丸みを完成ヘリカル歯形のものより大きく設定する。この場合、初期工程と中間工程との加工率を適性に配分すると、成形加工圧（成形荷重）は、従来の張り出し成形のみの場合に比較して１０〜５０％低くしても、中間加工と完成加工（サイジング仕上加工）により所望の完成ヘリカル歯形を得ることが出来る。

中間工程後の中間加工品の歯形の外径は完成ヘリカル歯形よりも少し大きくなるように成形する。これにより、その後のサイジング工程（仕上げ絞り加工）で精確な歯形を得ることが容易になる。

初期工程や中間工程において、加工圧を大きくしないために、各冷間鍛造のときに、完全閉塞状態に近づけないこと（つまり非閉塞鍛造とすること）が好ましい。たとえば、各冷間鍛造の後に、型の歯形の歯底と加工品の歯形の歯先の先端との間に空間が残るようにする。

各冷間鍛造の後に、加工品の歯先は丸みをもつようにし、その丸みは、円弧その他の山形の曲面形（真中に頂部が位置する形）にし、かつ大きく設定する。加工品の歯先の丸みを大きくすることにより、型の割れに対する強度が向上する。

本発明は、前述のように非閉塞鍛造で、加工品の歯形の歯先に丸みをもたせることにより、より低い成形荷重とすることを可能とする。

次のようにすると、各冷間鍛造において、より低い荷重で加工することができる。

（１）硫化モリブデンコーティング又はボンディングの潤滑被膜を施す。

（２）鋼の場合６００℃〜６５０℃で、９０分〜２４０分間、軟化焼なましを行う。

（３）歯形の調整をする。歯厚は初期加工と中間加工でほぼ同一とする。歯先の高さ（歯タケ）と、歯元（歯底）の丸みと、歯先の丸みの取り方をうまく組合せる。

（４）加工硬化率の高い材質の場合は中間の追加的な三次加工の設定も考慮して寸法配分する。

（５）歯形部分以外の形状、寸法の設定、配分を行う。

（６）初期加工用の型の口元部にガイド部分を設ける。ガイド部の長さはほぼ加工品の歯幅とする。中間加工の型と初期加工の型との寸法差のロスを解消し、歯先の高さの増加（突き出し）を有効に得る。これは多量生産において実用的に有効な方法である。

長いコイル材から始めて、切断その他の自動加工により多数の円柱状素材を形成し、それらの素材をパーツホーマーにより３段〜７段で冷間鍛造して、完成ヘリカル歯形を成形することが好ましい。この場合、コスト面で最良の量産形態が取れる。

ヘリカル歯形の場合、ネジレ角が正確に精度良く成形出来るため、後工程の精度出し基準面にすることが出来る。

本発明による別の好適な加工手順の一例を述べると、次のとおりである。

（１）歯成形の初期工程は円柱の素材を型内に入れた状態で素材の両端をパンチで押圧して、外向きに素材の側面を張り出す成形とする。さらに、中間工程として突き出し成形をし、そのときの成形圧力を低くする。こうすれば、精度と、型寿命向上に効果が大きい。

（２）初期工程の直後に軟化焼なましと潤滑被膜付けを行う。これの主な目的は良好な表面粗さを得ることである。

（３）中間工程の突き出し成形では、加工品の歯外径、歯面、歯底の各面に０．０２〜０．１０のサイジング代（仕上げ絞り代）をつけておく。ケースバイケースで突き出し成形を３回行うこともある。

（４）完成工程でサイジング（仕上げ絞り加工）を行い、歯形を仕上げる。サイジング用の型は型の穴口元部にガイド部を設けて、歯筋をブランクの全長に恒りブランクと型の歯面を当てる。このことによりサイジング圧力による歯筋の狂いを防止できる。このようにすると、歯形仕上に要する加工圧が低いため、内部応力は小さくなり精度が高い。

（５）ヘリカル歯車の端面と穴は切削する。加工基準面は歯面又は歯外径とする。さらに端面角部の面取り切削を行う場合もある。

（６）硬化熱処理指定のある歯車は焼入れを行う。

（７）表面粗さ向上と微小なバリの除去をする。たとえば、バレル研磨や、ショットピーニングを行う。電解研磨や化学研磨を行ってもよい。

（８）ヘリカル歯車の穴と端面を研削加工する。指定なしの場合は研削加工はしない。

（９）ヘリカル歯車を洗浄する。

（１０）ヘリカル歯車を防錆処理（一般には防錆油塗布）する。

本発明は、冷間鍛造によるヘリカル歯車の製造法を改良したものであり、ヘリカル歯車について顕著な効果を奏する。ヘリカル歯車は、冷間鍛造による製造が極めて困難なものであると認識されてきたが、本発明によれば、ヘリカル歯車を効率よくかつ高精度に製造できる。たとえば、本発明の製造方法によれば、ヘリカル歯車の製品精度は、ＪＩＳ規格２級ないし５級にすることができる。

本発明は、熱間又は温間で予備成形した後に冷間鍛造で仕上げ成形する方法や、必要に応じて切削加工等を鍛造の前後や途中に付加する方法を含むものである。つまり、本発明は、冷間鍛造のみで初めから終わりまでヘリカル歯車の最終製品を製造する方法に限定されるものではない。

本発明において使用する素材は、厳密な意味の円柱に限定されず、最も広義の円柱の形状でよく、リング状の素材その他を含むものである。

素材は、孔の無い場合もあるが、歯形の成形前に孔が有る場合もある。孔の有る場合は、中心部に芯金ピンを配置すると良い。この場合、材料長さは孔無し材料より孔有り材料の方を長くする。初期の張り出し加工の時、孔を塑性加工しながら両端面を加圧して歯形を成形することもできる。コスト面から好ましい素材は、金属の長いコイル素材を所定の間隔で切断したものである。材質は歯車の材料として通常使用されているものは原則として使用できる。

本発明においては、金属材料の素材を使用して、張り出し加工と、絞り加工と、突き出し加工を組み合わせて用いることができる。歯車の歯幅が比較的大きくなり、張り出し成形と突き出しのみでは円筒度が得にくい場合は、適度な加工率の配分を行って絞り加工すると、良い効果が得られる。展延性の良くない材質の場合も、絞り加工を併用すると、効果的である。加工率は寸法と材質を考慮して設定する。

前述のいずれの実施形態においても、張り出し成形と突き出し成形は、パンチやピンを使用して素材や加工品の端面を押圧する圧縮成形とするのが好ましい。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施例を説明する。

図３〜６は、本発明の１つの好適な実施例を示す。図６は、図３〜５の各加工状態を合わせて示す。図中の符号５０は歯車を示す。符号５４は正規の歯形のピッチ円を示す。

以下、各工程を説明する。

初期工程において、金属材料の円柱素材を第１の型３０（歯底とその近くの部分のみを示す）に挿入して張り出し成形をする。これにより、図３に示す初期加工品の初期ヘリカル歯形５１を得る。初期ヘリカル歯形５１は丸みのある歯先５１ａを有する。

中間工程において、初期工程で得られた丸みのある歯先形状の初期ヘリカル歯形５１を、第２の型４０（歯底とその近くの部分のみを図４に示す）に挿入して突き出し成形をする。これにより、図４に示す中間工程の丸みのある歯先形状の中間歯形５２を有する中間加工品を得る。この中間歯形５２は、丸みのある歯先５２ａを有する。

初期工程と中間工程では、歯厚は同一に維持される。それと同時に、歯先５１ａ、５２ａは、複数回の冷間鍛造によって丸みのある形を変化させながら段階的に突き出していって完成ヘリカル歯形の歯先に近づいていく。中間工程は、１回の冷間鍛造によって歯先に丸みのある形を形成してもよいが、成形圧を小さくするために、複数回の冷間鍛造によって歯先に丸みのある形を形成するのが好ましい。

初期工程と中間工程のいずれにおいても、加工品５０の歯形５１、５２の歯先５１ａ、５２ａと、型３０、４０の歯形の歯底との間に、空間が残るようにする。つまり、密閉鍛造ではなく、非密閉鍛造とする。

加工品５０の歯形５１、５２の歯先５１ａ、５２ａの形状は、大きな丸みを持つようにする。

完成工程において、中間工程で得られた歯形５２を、サイジング加工（すなわち絞り加工）によって歯形を仕上げ成形する。これにより、図５に示す完成ヘリカル歯形５３を得る。

得られた完成ヘリカル歯形５３は、正規の歯形であり、ファイバーフローが良好となり、亀裂を生じない。

図６は、前述の種々の歯形５１、５２、５３を合わせて示している。

このようなヘリカル歯車の一連の冷間鍛造工程について重要なポイントを以下に説明する。

（１）ヘリカル歯形の成形の初期工程は張り出し成形とする。これによりネジレ角を正確に転写できるとともに、中間の加工から成形圧力を低くできる。

（２）初期工程の直後に軟化焼なましと潤滑皮膜付けを行う。この工程は、主に表面粗さを得るため採用される。

（３）初期工程の型から初期加工品をねじれ角に沿って回転させながら抜き出す。これは、一方向から加工品の端面を押すことによって実施できる。

（４）初期加工品を中間工程用の型の中にねじれ角に沿って回転させながら挿入して、所定位置にセットしてから、中間工程の突き出し成形を行う。このとき、中間加工品のヘリカル歯形の外径、歯面、歯底の各面に０．０２〜０．１０ｍｍのサイジング（仕上げ絞り加工）代をつけておく。ケースバイケースで突き出し成形を計３回行うこともある。その後、中間加工品をねじれ角に沿って回転させながら中間型から抜き出す。これは、一方向から加工品の端面を押すことによって実施できる。

（５）完成工程では、歯形の表面の厚みを０．０２〜０．２ｍｍ減少させるようにサイジング加工を行い、ヘリカル歯形を仕上げる。サイジング用の型には、好ましくは、その穴口元部にガイド部を設ける。歯スジをブランク（金属材料の素材）の全長に亘り当てる。このことによりサイジング圧力による歯スジの狂いがでない。歯形仕上げに要する加工圧が低いため、内部応力は小さく精度が高い。

（６）ヘリカル歯車の端面と穴の加工は切削による。加工基準面は歯面又は歯外径とする。

（７）硬化熱処理指定のある歯車は焼入れを行う。

（８）表面粗さ向上と微小なバリの除去を目的として、バレル研磨やショットピーニングを行う。電解研磨や化学研磨を行っても良い。

（９）歯車の孔と端面を研削加工する。指定無しの場合は研削加工しない。

（１０）完成品を洗浄する。

（１１）完成品を防錆処理する。

図７は、本発明の別の実施例を示す。この実施例２においては、ヘリカル歯形ピニオンが成形される。

ヘリカル歯形ピニオン９０を成形する方法の一例を説明する。

予め孔を設けた円筒形の金属材料の素材を所定の型に設置する（図示省略）。孔の中に、その孔の形に対応する形状のピン（図示省略）を挿入した状態で、素材の端面をその軸心方向に沿って押圧する。押圧された素材は、周方向に張り出し成形される。その後、同じ型を使用して、突き出し成形をする。これによって、対応する型の歯形が、歯先部分を除いて成形される。

突き出し成形後に、ヘリカル歯形ピニオン９０をねじれ角に沿って回転させながら型から抜き出す。

ヘリカル歯形ピニオン９０の一例を示すと、ねじれ角（ねじれ方向）が２５°（左）で、歯の精度がＪＩＳ４級又は５級のものである。

このようなヘリカル歯形ピニオン９０は、次に説明する実施例３の方法によって製造することができる。

図８〜９の実施例３では、型と加工品の相対的な移動距離を少なくして、型の精度により近い加工品を得ている。

図８は、素材を加工する直前の状態、つまり加工品の成形開始状態を示す。図９は、加工品の成形完了状態を示す。

初期歯形と中間歯形を成形する共通の型１０１が使用される。解り易くするため、図８では型１０１は固定されるタイプのものが描かれている。型１０１は動くようにしても良い。

型１０１は軸心方向に貫通した孔１０１ａを有する。この孔１０１ａの周面には、雌の歯形１０７が成形されている。歯形１０７は正規の歯形であるが、それ以外の歯形でもよい。

図８において、金属材料の素材１００の上方には、押圧部材として上押出しピン１０８が設けられている。上押し出しピン１０８は、素材１００の端面を上から押圧するものである。

上押し出しピン１０８の周囲には、上側スリーブ１０２が設けられている。上側スリーブ１０２は、素材１００と上押出しピン１０８を側方から支持する。

素材１００の下方には、押圧部材として下押出しピン１０９が設けられている。下押出しピン１０９は、素材１００を下から押圧するものである。

下押出しピン１０９の周囲には、下側スリーブ１０４が設けられている。下側スリーブ１０４は、固定されていて、素材１００と下押出しピン１０９を側方から支持する。

型１０１を使用して、初期工程と中間工程の冷間鍛造によってヘリカル歯車の初期歯形と中間歯形を形成する方法の一例を説明する。

円柱状の素材１００を型１０１の中央部に投入する。その後、上押出しピン１０８と上側スリーブ１０２が下方に移動して、金属材料の素材１００を閉じ込め、上側スリーブ１０２と下側スリーブ１０４を停止させた状態にする。

上押出しピン１０８に矢印Ｃ（図９）の方向に圧力を加える。下押出しピン１０４に矢印Ｄ（図９）の方向に圧力を加える。上側スリーブ１０２と下側スリーブ１０４は、油圧又はバネ圧により、型１０１を挟んだ状態で止まっている。このような状態で、型１０１の歯形１０７に向けて円柱の素材１００を半径方向に張り出し、成形する。これにより型１０１の歯形１０７に対応した初期歯形が初期加工品１１０に成形される。ただし、型１０１の歯形１０７と初期加工品１１０の歯形が対応するのは、初期加工品１１０の歯形の歯先１０３を除いた部分であり、歯先１０３のところは型１０１の歯形１０７に対応していない。型１０１の歯形１０７と初期加工品１１０の歯形の歯先１０３との間には、空間が残っている。

初期工程で使用したものと同じ型１０１を使用して、中間工程として複数回の冷間鍛造を行う。その際、鍛造の条件（成形の圧力や速度など）を変更する。中間工程で複数回の冷間鍛造をするときでも、鍛造の条件（成形の圧力や速度など）を成形毎に変更しなくてもよい。

また、初期工程と中間工程で種々の型を成形毎に使用することもできる。

中間工程に行なわれる各冷間鍛造の終了時には、中間加工品の中間歯形の歯先は、図に示されていないが、初期加工品の初期歯形の歯先１０３と、型１０１の歯形１０７の歯底との間に位置する。それゆえ、中間加工品の中間歯形の歯先と、型１０１の歯形１０７の歯底との間には、小さな空間が残る。

図９の例では、最終段の中間加工品の中間歯形の歯先と、型１０１の歯形１０７の歯底とが接触しているが、本発明は、この例に限定されない。

図９の矢印Ｅは、各冷間鍛造時の金属材料の流れを模式的に示している。

中間成形品１１０を型１０１から取り出すには、まず、上押出しピン１０８と上側スリーブ１０２を上方に移動させる。その後、下押出しピン１０９を上方に動かして成形品１１０を型１０１に対して相対的に回転させながら型１０１の外へ抜き出す。

このように成形すれば、成形される歯車と型との相対的移動距離は極めて少ないため、歯車を高精度に成形できる。

図１０は、本発明の更に別の実施例を示す。この実施例４では、中間工程の型内で加工品の歯先部分を突き出させた後、仕上げ用のサイジングとして更に絞り加工によって歯形を成形する。

絞り加工型１１１は、軸心１１６方向に貫通した孔１１１ａを有する。この孔１１１ａの周面に雌のヘリカル歯形１１４が成形されている。符号１１７はピッチ円を示す。

絞り加工型１１１は、ガイド部１１２と絞り部１１３からなる。

ガイド部１１２は、絞り加工型１１１の口元に倣（ならい）のために設けられる。ガイド部１１２のピッチ円１１７の直径は、突き出し加工された前工程品のピッチ円の直径より僅かに大きくするのが良い。例えば０．０５〜０．２ｍｍ大きくするのが良い。ガイド部１１２の軸方向長さは歯モジュールの５倍以上が好ましい。

絞り部１１３は、ガイド部１１２の下端に設けられている。絞り部１１３の歯形１１４は、正規の歯形である。

完成ヘリカル歯形を成形する際、初期工程は、金属材料の素材の周面を全体的に隆起させる張り出し工程とし、そのあと、加工品の歯先部分のみを隆起させる突き出し工程とする。これにより精密な歯スジを成形することが容易となる。さらに、中間加工品を孔１１１ａに挿入する。そして、突き出し加工された歯面を倣（ならい）面として、絞り部１１３により金属材料の素材を０．０５〜０．２ｍｍ絞り加工する。これにより歯形の誤差を極めて小さくすることができる。

前述の実施例２〜４においても、前述の実施例１に関して述べた重要なポイント(１)〜（１１）を採用するのが好ましい。とくに、複数の冷間鍛造毎に（少なくとも張り出し成形と突き出し成形の間に）加工品を型から取り出し、潤滑被膜を施したり、軟化焼なましを施して、低い荷重の鍛造を可能とするのが好ましい。

また、前述のいずれの実施例１〜４においても、密閉鍛造をしないこと、つまり、多段（複数の冷間鍛造）の各々で、加工品の歯形の歯先が型の歯形の歯底に到達する前に成形を停止することが、成形荷重の増大を避けるために好ましい。加工品の歯先の形状は丸みがあり、そこと型の歯底との間に小さな空間が残るようにする。突き出しにより形成された歯形の歯先の頂部の形状は、円弧に限らず、突き出しを有利にするものであれば、種々の丸みのある形状や、他の自由な形状にすることができる。

なお、本発明は前述の実施例に限定されない。

図１（Ａ）は、図１（Ｂ）の１−１線に沿った断面図で、従来の冷間鍛造による平歯車の製造方法を示す。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の矢印Ａの方から見た、型の歯形成形開始部分を示す。 （Ａ）は、従来の他の別の方法における第１の加工工程で使用する金型の断面図。（Ｂ）は、第２の加工工程で使用する金型の断面図。（Ｃ）〜（Ｅ）は、前述の第１の加工工程と第２の加工工程で成形加工された歯形の比較図。 本発明の更に別の実施例で得られた歯形５１を示す。 図３の次の工程で得られた歯形５２を示す。 図４の次の工程で得られた歯形５３を示す。 図３〜５を合わせて示す。 本発明の更に別の実施例を示す。 本発明の更に別の実施例であり、加工品の成形開始状態を示す。 図８の加工品の成形完了状態を示す。 本発明の更に別の実施例を示す。

符号の説明

３０ 型
４０ 型
５０ ヘリカル歯車
５１ ヘリカル歯形
５１ａ 歯先
５２ ヘリカル歯形
５２ａ 歯先
５３ ヘリカル歯形
５４ ピッチ円
９０ ヘリカル歯形ピニオン
１００ 金属材料の素材
１０１ 型
１０２ 上側スリーブ
１０４ 下側スリーブ
１０５ 歯底
１０７、１１４ 雌の歯形
１０８ 上押出しピン
１０９ 下押出しピン
１１１ 絞り加工型
１１２ ガイド部
１１３ 絞り部
１１６ 軸心
１１７ ピッチ円

Claims (7)

1. ヘリカル歯車を冷間鍛造によって製造する方法において、
   金属材料で円柱状に形成された素材を初期用型に挿入して、素材の端面を加圧することによって素材を半径方向に張り出して、初期ヘリカル歯形を有する初期加工品を形成し、その後、初期加工品を初期用型の中でその初期歯形に沿って相対的に回転させながら初期加工品を初期用型から取り出す初期工程と、
   中間用型の中でその中間歯形に沿って初期加工品を相対的に回転させながら中間用型の中に挿入して所定の位置に設定し、そのまま、初期加工品の端面を加圧することによって、初期ヘリカル歯形の歯厚とほぼ同一に歯厚を維持するか、初期ヘリカル歯形の歯厚よりも１０％以下の範囲内で歯厚を減少させ、かつ、初期ヘリカル歯形よりも歯先を突き出して中間加工品を成形し、その際、中間加工品の中間ヘリカル歯形の歯先と中間用型の中間歯形の歯底との間に空間を残し、その後、中間用型の中でその中間歯形に沿って中間加工品を相対的に回転させながら中間用型から取り出す中間工程と、
   中間加工品の中間ヘリカル歯形をサイジング加工して完成ヘリカル歯形を形成する完成工程と、
   を含むことを特徴とする、ヘリカル歯車の製造方法。
2. 初期工程と中間工程において同一の型または別異の型を使用し、初期加工品の初期ヘリカル歯形と中間加工品の中間ヘリカル歯形の各々の歯先の中央部分が、それぞれ初期用型と中間用型のヘリカル歯形の歯底の中央部分に接触する前に、初期ヘリカル歯形と中間ヘリカル歯形の冷間鍛造を停止して、初期ヘリカル歯形と中間ヘリカル歯形の各々の歯先のところに空間を残すことを特徴とする請求項１に記載の、ヘリカル歯車の製造方法。
3. 中間工程において、歯厚が同一に維持されるか、または減少する一方で、中間加工品の中間ヘリカル歯形の各々の歯先が複数回の冷間鍛造によって丸みのある形で段階的に突き出されて完成ヘリカル歯形の歯先の形に近づいていくことを特徴とする請求項１または２に記載の、ヘリカル歯車の製造方法。
4. 完成工程において、厚みが０．０２〜０．１ｍｍ減少するように中間加工品の中間ヘリカル歯形のヘリカル歯形をサイジング加工して調整することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の、ヘリカル歯車の製造方法。
5. 初期工程と中間工程との間で初期加工品の歯形の軟化焼なまし処理をすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の、ヘリカル歯車の製造方法。
6. 初期工程と中間工程との間で初期加工品の歯形の潤滑被膜付け処理をすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の、ヘリカル歯車の製造方法。
7. コイルを切断して多数の素材を形成することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の、ヘリカル歯車の製造方法。
   
   

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