JP2006239725A - 段付きギヤの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成で、押し出し成形により成形されたギヤとギヤと異なる径を有する被加工部分とを互いに軸方向に隣接して成形し、被加工部分を後に精度良く機械加工することが可能な段付きギヤを安定して製造することができる方法を提供する。
【解決手段】 軸部Ｗａと第１ギヤＧ１・被加工部分Ｇ２を構成する大径部Ｗｂとを有し、大径部Ｗｂの第１ギヤＧ１となる側の端面の径方向内側に周状凹部１が形成された粗形材Ｗを成形する第１工程と、粗形材Ｗを押し出し成形して大径部Ｗｂの軸方向一端側に第１ギヤＧ１を形成すると共に第１ギヤＧ１の周状凹部１が形成された端面をコイニングして軸方向と直交する平面２を形成する第２工程と、平面２を軸方向基準面として軸方向基準ＳＡに当接して被加工部分Ｇ２を機械加工する第３工程とにより、第１ギヤＧ１と異なる径を有する被加工部分Ｇ２とを互いに軸方向に隣接して成形してなる段付きギヤを製造する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、段付きギヤの製造方法に関し、特に、押し出し成形により成形されたギヤと、該ギヤと異なる径を有し後に機械加工が施されてギヤとなる被加工部分と、を互いに軸方向に隣接して成形してなる段付きギヤの製造方法に関するものである。

互いに軸方向に隣接して異なる径のギヤと被加工部分とを有する段付きギヤを製造する場合、図７および図８に示すように、後にギヤＧ１’と被加工部分Ｇ２’とを構成する大径部Ｗｂ’が軸部Ｗａ’に形成された粗形材Ｗ’を素材から冷間鍛造などにより成形し、この粗形材Ｗ’を押し出し成形してその大径部Ｗｂ’の軸方向一方端側に小径のギヤ（第１ギヤ）Ｇ１’を形成する。その後、図９に示すように、粗形材Ｗ’の大径部Ｗｂ’を外径基準ＳＲに突き当てると共に、所定の基準位置とする軸部Ｗａ’を軸方向基準ＳＲに突き当てて位置決めする。そして、回転加工装置のチャックなどにより固定して大径部Ｗｂ’の他方端側に第２のギヤを切削加工する。このように、被加工部分Ｇ２’に所定の機械加工を施すことが従来から一般に行われている。そして、成形型の大径部Ｗｂ’の第１ギヤＧ１’が形成される側の端面と対応する部分は、粗形材Ｗ’に第１ギヤＧ１’を押し出し成形する際に成形荷重が高くなって成形型が破損しないように、密閉することなく材料の流動を許容するような形状に設定されている。

また、別の従来の技術としては、特許文献１が知られている。特許文献１には、図１１に示すように、外周面に軸方向に沿う複数条の歯形部Ｔ₂を有する小径部３２と、大径のフランジ部３１から成る段付き歯車の製造方法において、予め外形輪郭が整えられ粗加工された歯形部Ｔ₁を有する中間成形素材Ｗ₁を鍛造成形すると共に前記中間成形素材Ｗ₁のフランジ部３１下面に周状突起Ｍ₁を形成する第１の工程と、前記第１工程により形成された歯形部Ｔ₁にサイジング加工を施すと共にサイジング金型１６上端面１８で前記周状突起Ｍ₁の先端を押潰しレース基準面３８を形成する第２の工程と、前記レース基準面３８をレース加工突き当て基準として素材を把持しながら、中間成形素材Ｗ２の外径部等にレース加工を施す第３の工程を有することを特徴とする段付歯車の製造方法が開示されている。

特開平３−１５５４２９号公報

しかしながら、上記従来の技術のうち、図７および図８に示したように粗形材を成形したものにあっては、粗形材Ｗ’を押し出し成形してその大径部Ｗｂ’の軸方向一方端側に小径のギヤ（第１ギヤ）Ｇ１’を形成するときに、大径部Ｗｂ’の材料が流動することによる第１ギヤＧ１’の端面の押し出し量が多いために、図８に鎖線で示したように、後の切削加工による切削代など、機械加工による加工代Ｌが多くなり、手間がかかると共に材料に無駄が生じるなどの問題があった。
また、図８に矢印で示したように、押し出し成形時において大径部Ｗｂ’の径方向内側（矢印Ａ）と外側（矢印Ｂ）では、一般に材料の流動に差が生じる。すなわち、第１ギヤＧ１’の歯形を成形する径方向外側（矢印Ｂ）では型形状により流動抵抗が大きくなるために流動速度が遅くなり、径方向内側（矢印Ａ）では流動抵抗が小さいために流動速度が速くなる。そのため、かかる流動速度の差によって大径部Ｗｂ’の端面の押し出し量は径方向内側が多くなるように変形することとなる。さらに、かかる材料の流動による押し出し量は、押し出し成形を行うごとにばらつきがある。そのため、後に切削加工などの機械加工のための位置決めを行う際に、第１ギヤＧ１’の端面を軸方向の基準位置とすることができない。そのため、図９に示すように、大径部Ｗｂ’の第１ギヤＧ１’と被加工部分Ｇ２’の境界端面に軸方向基準ＳＡを突き当てて機械加工の際の軸方向基準位置とすることが考えられる。一方、大径部Ｗｂ’の第１ギヤＧ１’と被加工部分Ｇ２’の境界端面は、材料の流動を許容するための導入部として、軸方向に対して所定の角度αで傾斜するよう形成されている。そのため、外径に誤差が生じた粗形材Ｗ’を外径基準ＳＲに突き当てると、大径部Ｗｂ’の第１ギヤＧ１’との境界端面の軸方向基準ＳＲに接する位置が粗形材Ｗ’毎に異なり、その結果、粗形材Ｗ’の軸方向の位置に狂いが生じて、後に被加工部分Ｇ２’に第２ギヤを切削加工するときに支障がある。そのため、結局、大径部Ｗｂ’の第１ギヤＧ１’と被加工部分Ｇ２’の境界端面を軸方向基準面とすることはできないという問題があった。
そして、これらの問題から、小径の第１ギヤＧ１’と大径の第２ギヤＧ２’とを有する２段ギヤを製造する場合、小径の第１ギヤＧ１’の成形に押し出し成形を採用することが困難となり、第１ギヤＧ１’の成形に切削加工を採用することが考えられる。しかし、この場合には、小径の第１ギヤＧ１’を切削する際に切削工具が大径部Ｗｂ’に干渉するため、図１０に示すように、第１ギヤＧ１’と第２ギヤＧ２’との間に間隔Ｍを形成する必要があり、かかる間隔を形成するための工程が増えると共に、２段ギヤの設計自由度が制限されるなどの問題があった。また、第２ギヤＧ２’を別体で分割成形して第１ギヤＧ１’に隣接させて組み付けることも考えられるが、かかる場合には、各ギヤＧ１’，Ｇ２’をそれぞれ別に成形する工程や両ギヤＧ１’，Ｇ２’を組付ける工程が必要となるなど、工程数が増加するという問題があった。

また、特許文献１に開示された図１１に示す段付歯車の製造方法では、第１工程で歯形部Ｔ₁と周状突起Ｍ₁とを同時に成形するため、歯形部Ｔ₁を精度よく成形することができない。このことから、かかる歯形部Ｔ₁を第２工程でサイジングする必要があった。また、特許文献１では、第２工程で周状突起Ｍ₁の先端を正確な高さに押潰すことは困難であり、しかも、突起Ｍ₁を押し潰すことにより形成されるレース基準面３８は部分的であるため、第３工程でレース加工を施す際にレース基準面３８を安定したレース加工突き当て基準とすることはできなかった。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、押し出し成形により成形されたギヤと、このギヤと異なる径を有する被加工部分と、を互いに軸方向に隣接して成形し、被加工部分を後に精度良く機械加工することが可能な段付きギヤを安定して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。

請求項１の段付きギヤの製造方法に係る発明は、上記目的を達成するため、押し出し成形により成形されたギヤと、該ギヤと異なる径を有し後に機械加工が施される被加工部分と、を互いに軸方向に隣接して成形してなる段付きギヤの製造方法であって、軸部に前記ギヤおよび被加工部分を構成する大径部を有しており、該大径部のギヤとなる側の端面の径方向内側に周状凹部が形成された粗形材を成形し、該粗形材を押し出し成形して前記大径部の軸方向一端側にギヤを形成すると共に、該ギヤの前記周状凹部が形成された端面をコイニングして軸方向と直交する平面を形成し、該平面を軸方向基準面として被加工部分を機械加工することを特徴とする。

請求項１の発明では、段付きギヤを製造するに際し、軸部にギヤと被加工部分を構成する大径部を有しており、この大径部のギヤとなる側の端面の径方向内側に周状凹部が形成された粗形材を冷間鍛造などにより成形する。次いで、この粗形材を押し出し成形して大径部の軸方向一端側にギヤを形成すると共に、このギヤの周状凹部が形成された端面をコイニングして軸方向と直交する平面を形成する。このとき、粗形材の大径部の材料が流動するが、大径部の端面に周状凹部が形成されているため、押し出し成形によりギヤを形成することによってギヤの端面が突出したり、コイニングにより面圧が上昇することはなく、軸方向と直交する平面が無理なく安定して形成される。その後、コイニングされた平面を軸方向基準面として軸方向基準に突き当てて把持し正確に位置決めして被加工部分に切削加工や研削加工などの機械加工を適切に施すことが可能な段付きギヤが安定して製造される。

請求項１の発明によれば、軸部に前記ギヤおよび被加工部分を構成する大径部を有しており、該大径部のギヤとなる側の端面の径方向内側に周状凹部が形成された粗形材を成形し、該粗形材を押し出し成形して前記大径部の軸方向一端側にギヤを形成すると共に、該ギヤの前記周状凹部が形成された端面をコイニングして軸方向と直交する平面を形成し、該平面を軸方向基準面として被加工部分を機械加工することとした簡単な構成で、押し出し成形により成形されたギヤと、このギヤと異なる径を有する被加工部分と、を互いに軸方向に隣接して成形し、被加工部分を後に精度良く機械加工することが可能な段付きギヤを安定して製造することができる方法を提供することができる。

本発明の段付きギヤの製造方法の実施の一形態を図１〜図６に基づいて詳細に説明する。なお、同様の部分または相当する部分については同一符号を付してその説明を省略する。
本発明の段付きギヤの製造方法は、概略、ギヤ（以下、第１ギヤという）Ｇ１および被加工部分Ｇ２を構成する大径部Ｗｂと軸部Ｗａとを有しており、この大径部Ｗｂの第１ギヤＧ１となる側の端面の径方向内側に周状凹部１が形成された粗形材Ｗを成形する第１工程と、この粗形材Ｗを押し出し成形して大径部Ｗｂの軸方向一端側に第１ギヤＧ１を形成すると共に、この第１ギヤＧ１の周状凹部１が形成された端面をコイニングして軸方向と直交する平面２を形成する第２工程と、この平面２を軸方向基準面として軸方向基準ＳＡに当接して被加工部分Ｇ２を機械加工する第３工程とにより、第１ギヤＧ１と異なる径を有する被加工部分Ｇ２とを互いに軸方向に隣接して成形してなる段付きギヤを製造するものである。

段付きギヤを製造するに際し、最初に粗形材Ｗを成形する（第１工程）。粗形材Ｗは、図１および図２に示すように、軸部Ｗａの軸方向中間に大径部Ｗｂが形成されている。大径部Ｗｂは、後の工程で第１ギヤＧ１と被加工部分Ｇ２とを構成するものである。大径部Ｗｂの第１ギヤＧ１が形成される側の端面（図１および図２における下方端面）の径方向内側には、周状凹部１が形成されている。周状凹部１の軸方向深さＤ（図２）は、後の第２工程（後述する）で第１ギヤＧ１の形成時に材料が流動することによって端面から軸方向に押し出されると予想される長さよりも僅かに深く（例えば、予想押し出し量に０．２〜１ｍｍ程度加えた深さ）設定される。また、周状凹部１の径方向の幅も、第１ギヤの形成時に材料が流動することによって端面から軸方向に押し出されると予想される径方向の幅に応じて設定される。このような周状凹部１が端面の径方向内側に形成された大径部Ｗｂを有する粗形材Ｗは、棒状素材を冷間鍛造することによって成形することができる。

次いで、この粗形材Ｗを押し出し成形して大径部Ｗｂの軸方向一端側に第１ギヤＧ１を形成すると共に、この第１ギヤＧ１の周状凹部１が形成された端面をコイニングして軸方向と直交する平面２を形成する（第２工程）。図３は、成形型１０により粗形材Ｗが押し出し成形およびコイニングされた状態を説明するために示したもので、中心線から左側に成形前の状態を、中心線から右側に成形後の状態を示している。

ここで、成形型１０の構成を説明する。成形型１０は、プレスのラムに取付けられたパンチ１１と、ボルスタに取付けられたダイス１２と、により構成されている。パンチ１１は、粗形材Ｗの大径部Ｗｂの第１ギヤＧ１が形成される側とは反対側の端面（上端面）を押圧する筒状パンチ１１０と、軸部Ｗａの上端面を規制するセンタパンチ１１１と、により構成されている。また、ダイス１２は、この実施の形態の場合、ガイドダイス１２０と、ギヤ押し出しダイス１２１と、コイニングダイス１２２と、ノックアウトダイス１２３と、により構成されており、ノックアウトピン１２４を備えている。

ガイドダイス１２０は、その内径が粗形材Ｗの大径部Ｗｂを挿入し得る大きさに形成されたもので、ボルスタ上に着脱可能に取付けられたダイスホルダ１２５に保持されている。
ギヤ押し出しダイス１２１は、その内径の軸方向上方がガイドダイス１２０と同じ径に形成されており、軸方向中間部が粗形材Ｗに形成する第１ギヤＧ１の歯形に応じた形状に形成された歯形形成部１２１ａを有しており、軸方向下方がコイニングダイス１２２の外径に応じて形成されたもので、ダイスホルダ１２５によって保持されたダイスホルダ１２６内に担持されている。
コイニングダイス１２２は、その外径がギヤ押し出しダイス１２１の内径に応じて形成され、内径が粗形材Ｗの下方の軸部Ｗａに応じて形成され、上端面が粗形材Ｗの大径部Ｗｂに形成された第１ギヤＧ１の歯形の下端面に応じた形状であって粗形材Ｗの中心軸線と直交する平面１２２ａが成形されたもので、ギヤ押し出しダイス１２１内に担持されている。
ノックアウトダイス１２３は、ボルスタ上に載置されダイスホルダ１２５によって保持されたダイスホルダ１２８に担持されており、ノックアウトピン１２４はノックアウトダイス１２３に対して相対的に昇降移動可能に担持されている。

第２工程では、図３の中心線の左方に示すように、パンチ１１を上方に退避させた状態で粗形材Ｗをダイス１２内に挿入する。粗形材Ｗは、その大径部Ｗｂの下端面がギヤ押し出しダイス１２１の歯形形成部１２１ａの上面に接している。この状態からラムの駆動によってパンチ１１をダイス１２に対して相対的に下降させると、図３の中心線から右方に示すように、粗形材Ｗの大径部Ｗｂの上端面が筒状パンチ１１０によって押圧されると共に、軸部Ｗａの上端面がセンタパンチ１１１に衝合されることにより規制され、大径部Ｗｂの下方はギヤ押しダイス１２１の歯形形成部１２１ａを流動することによって第１ギヤＧ１の歯形が押し出し成形される。そして、粗形材Ｗの大径部Ｗｂの径方向外周側の下端面は、図４に鎖線で示すように、部分的にコイニングダイス１２２の平面１２２ａに衝合することにより、図５に示すように、第１ギヤＧ１の歯形の端面には、粗形材Ｗの中心軸線に対して直交する平面２が圧印により形成される。このとき、粗形材Ｗの大径部Ｗｂの下端面がコイニングダイス１２２に対して全面にわたって衝合されることがないことから、面圧の上昇を抑制してダイス１２の破損を防止し、軸方向と直交する平面２を無理なく安定して形成することができる。また、このとき、粗形材Ｗの大径部Ｗｂの径方向内周側は、その材料の流動により、下端面に形成された周状凹部１の径方向の幅および軸方向の深さが縮小して平面２に近付くように成形される。押し出し成形により第１ギヤＧ１を形成することによって、第１ギヤＧ１の端面が平面２よりも下方に突出することがない。そして、周状の凹部１が既に形成された大径部Ｗｂに対して、第１ギヤＧ１の押し出し成形による歯形の形成とその端面へのコイニングによる平面２の形成とを同時に行うため、第１ギヤＧ１の歯形を精度良く形成することができる。

このように第２工程が完了した粗形材Ｗは、大径部Ｗｂの被加工部分Ｇ２として例えば、第１ギヤＧ１の上方側に切削加工や研削加工などの機械加工によって第２のギアが成形される。このとき、機械加工を行うための回転加工装置のチャックなどに粗形材Ｗを固定するが、その位置決めの際に図６に示すように、第２ギヤを形成する被加工部分Ｇ２と軸部Ｗａとに外径基準ＳＲを当接すると共に、第１ギヤＧ１の端面の平面２に軸方向基準ＳＡを当接する。粗形材Ｗの大径部Ｗｂと軸部Ｗａの外径寸法に誤差が生じている場合であっても、第１ギヤＧ１の端面に平面２が形成されているため、粗形材Ｗを軸方向に正確に位置決めすることができる。そのため、被加工部分Ｇ２に所定の機械加工を適切に施すことが可能な段付きギヤを安定して容易に製造することができる。

本発明の方法において第１工程で成形された粗形材の形状を説明するために示した正面図である。 大径部の端面に形成された周状凹部を拡大して示した要部断面図である。 本発明の方法において、第２工程を行う成形型を示す部分断面図である。 第２工程で第１ギヤの歯形を形成すると共にその端面をコイニングする状態を説明するために示した部分拡大断面図である。 第２工程によって成形された粗形材を示す断面図である。 第３工程を行うために外径基準と軸方向基準を突き当てた状態を示す概念図である。 従来の成形材を示す正面図である。 従来の粗形材と切削加工などの機械加工により成形される製品の形状、および第１ギヤの成形時の材料の流動を説明するために示した部分断面図である。 従来の粗形材に外径基準と軸方向基準を突き当てた状態を示す概念図である。 従来の第１ギヤと大径部との間に間隙を必要とした製品を示した正面図である。 特許文献１に示す段付き歯形成形の概要図であり、Ｗ₁は成形前、Ｗ₂は成形後の中間成形素材を示す図である。

符号の説明

Ｗ：粗形材、 Ｗａ：軸部、 Ｗｂ：大径部、 Ｇ１：第１ギヤ、 Ｇ２：被加工部分、 １：周状凹部、 ２：平面、 ＳＡ：軸方向基準

Claims (1)

1. 押し出し成形により成形されたギヤと、該ギヤと異なる径を有し後に機械加工が施される被加工部分と、を互いに軸方向に隣接して成形してなる段付きギヤの製造方法であって、
   軸部に前記ギヤおよび被加工部分を構成する大径部を有しており、該大径部のギヤとなる側の端面の径方向内側に周状凹部が形成された粗形材を成形し、
   該粗形材を押し出し成形して前記大径部の軸方向一端側にギヤを形成すると共に、該ギヤの前記周状凹部が形成された端面をコイニングして軸方向と直交する平面を形成し、
   該平面を軸方向基準面として被加工部分を機械加工することを特徴とする段付きギヤの製造方法。
   

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