JP2007203376A - 歯形成形用の型 - Google Patents

Abstract

【課題】 寿命を長くし、歯形の品質をよくすることができる歯形成形用の型を提供する。
【解決手段】 複数の型の歯形を組み合わせて歯形部品の歯形を冷間鍛造によって成形するための型において、歯形部品を型の入口から中に入れて型の軸心方向に型の最奥位置まで移動させる間に、その歯形部品の歯形の歯底を型の歯形によって歯形の半径方向に圧縮し、それと同時に、歯形部品の歯先を歯形の半径方向に突き出し、その突き出しのときに歯形部品の歯形の歯先の頂部が型の歯形に接触しない状態を維持し、かつ、後続の型が、先行の型によって成形された歯形部品の歯形のピッチ円上の歯厚をほぼ同一に維持する歯形、又は、先行の型によって成形された歯形部品の歯形のピッチ円上の歯厚を減少させる歯形を有する。
【選択図】 図２９

Description

本発明は、歯車、スプロケット歯、スプライン歯等の歯形部品の歯形を冷間鍛造により成形するための型に関する。

金属材料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、被加工物の歪が大きくなり、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、寿命を長くできるとともに、良質な歯形を冷間鍛造により成形することができる型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、次に示すような歯形成形用の型である。

（１）複数の型の歯形を組み合わせて歯形部品の歯形を冷間鍛造によって成形するための型であって、歯形部品を型の入口から中に入れて型の軸心方向に型の最奥位置まで移動させる間に、その歯形部品の歯形の歯底を型の歯形によって歯形の半径方向に圧縮し、それと同時に、歯形部品の歯先を歯形の半径方向に突き出し、その突き出しのときに歯形部品の歯形の歯先の頂部が型の歯形に接触しない状態を維持し、かつ、後続の型が、先行の型によって成形された歯形部品の歯形のピッチ円上の歯厚をほぼ同一に維持する歯形、又は、先行の型によって成形された歯形部品の歯形のピッチ円上の歯厚を減少させる歯形を有することを特徴とする歯形成形用の型。

（２）先行の型の歯底の両側の丸みが後続の型の歯形の歯底の両側の丸みよりも大きいことを特徴とする、前述の歯形成形用の型。

本発明の１つの実施形態によれば、本発明の型により成形する部品の好適例が歯車である。以下に述べるような種々の型を使用して、冷間鍛造で歯車の歯形を成形する。その方法は、次のような一連の工程を含む。

（１）金属材料の素材（たとえば円柱の中実材）から冷間鍛造で初期歯形を有する初期加工品を成形する初期工程。このとき、歯底の両側の丸みが完成歯形における歯底の両側の丸みよりも大きい初期歯形とする。

（２）初期歯形の初期加工品を冷間鍛造して、初期歯形の歯厚とほぼ同一に維持するか、１０％以下の範囲で歯厚を減少させると同時に、歯先を突き出し成形する中間工程。

（３）その中間工程のあと、歯形をサイジング（仕上げ絞り）加工して完成歯形を形成する工程。

中間加工の際に、歯厚を増加させない。歯厚は、中間加工のときには、ほぼ同一か、むしろ（１０％以下の範囲で）減少させる。それにより、より低い荷重で鍛造を実行できる。その結果、加工圧力を低減できるだけでなく、加工スピードを高めることも可能となる。

さらに、例えば歯車やスプライン歯などの歯形部品を高精度に冷間鍛造により製造することができる。

前述のような中間工程を介在させれば、最終的な工程で加工品の歯形が型の歯形と一致しやすい。ヘリカル歯車の場合でも、歯のネジレ角が大きくなっても、製品精度に差があまり生じない。

従来の絞り加工のみによる歯車の製造法と比較して、型に高い面圧下の摩擦がなくなるため、型の命数を延長できる。例えば、従来の絞り成形法に比べて命数は３〜１０倍になる。

歯幅の薄い歯車、チェーンスプロケット等を冷間鍛造により製造できる。この場合、他の鍛造法と比べて強度と生産速度を向上できる。

金属材料の周方向の外側領域を、内側領域と比較して軸方向に厚くすれば、歯形に沿ったファイバーフローとなり、切削歯切に比し、高い強度を得ることができる。従来の精密剪断で生じていたダレや二次破断が生じない。

複数の異なる型を用いて、各型に合わせて段階的に歯形を成形すれば、ファイバーフローが良好となり、亀裂を生じない。

同一の型を用いても、中間工程の「突き出し」や「張り出し」の程度を変えながら段階的に歯形を複数段で成形すれば、歯先が円弧や他の山形の丸みのある形（頂部が真中に位置する曲面）をつくりながら、型内で完成歯形の歯先の形に近づいていき、ファイバーフローが良好となり、亀裂を生じない。

複数の冷間鍛造毎に、次のようにすると、その直後は、さらにより低い荷重で鍛造を実行できる。

（１） 潤滑被膜を施す。

（２） 軟化焼なましを施す。

（３） 歯形の調整を行う。歯厚はほぼ同一。

（４） 加工硬化率の高い材質の場合は第３加工も考慮して寸法配分する。

（５） 歯形部以外の形状、寸法も荷重が低くなるよう配分する。

（６） （１）〜（５）を組合せる。

本発明の別の実施形態の型を使用する方法を説明する。

中間工程後の歯形の外径は完成歯形より少し大きく成形する。これにより、その後の工程のサイジング（仕上げ絞り加工）で精確な歯形を得る。

初期工程後の加工品の歯厚寸法は完成歯形と同一か又は１０％以下の範囲内で歯厚を増加するように設定して、初期歯形の歯底の丸みを完成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１０〜５０％低くしても、中間加工と完成工程のサイジング（仕上加工）により所望の完成歯形を得ることが出来る。

加工圧を大きくしないために、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、初期工程や中間工程において、冷間鍛造の後に、型の歯形の歯先の先端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。

また、初期加工型の歯形の歯先部になる部分は完成歯形とほぼ同じ歯厚か、それより小さい歯厚に設定し、かつ、加工品の歯先全体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。丸みを大きくすることにより、加工型の割れに対する強度が向上する。

素材のコイル材から始めて、パーツホーマーにより３段〜７段で完成歯形の成形が可能になる。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も、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。

歯先の突き出し高さは完成歯形の６０％以上あれば相当な効果が認められる。

本発明は、前述のように非閉塞鍛造とすることにより、より低い成形荷重とすることを可能とする。成形機械は、好ましくは鍛造プレス（とくにパーツフォーマー）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。

さらに、本発明のさらに別の好適な実施形態の型を使用する方法を述べると、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、型命数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、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） 歯形部品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） 歯形部品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） 歯形部品を洗浄する。

（１０） 歯形部品を防錆処理（一般には防錆油塗布）する。

これらの一連の工程（１）〜（１０）は代表的な例である。（１）〜（４）が重要な工程である。

本発明の更に別の実施形態の型を使用する方法を説明する。

円筒形状の外周面を有する金属材料（たとえば円柱）の素材が、所定のメス歯形を有する型の中に挿入され、その型内で金属材料がパンチにより張り出し成形されて中間の歯形が冷間鍛造で形成される。

円柱素材の直径を、型の歯先円の直径より小さくしても良いし、歯車の谷径より小さくしても良い。

円柱素材をその軸心方向に沿って加圧して、型に向けて周方向に押付けるようにしても良い。

円柱素材の軸心方向の一端に支持部材を設け、他端に押圧部材を設け、押圧部材を用いて円柱素材を支持部材に向けて押圧しても良い。更に支持部材と押圧部材を、型の歯形と対応する歯形を有するようにしても良い。円柱素材の軸心方向の両端に押圧部材を設けても良い。

円柱素材がその軸心方向に貫通した孔を有し、孔の形状を保持するためのピンを孔内に配置するようにできる。

複数の異なる型を用いて、各型に合わせて段階的に歯形を成形しても良いし、同一の型を用いて、歯先の突き出しの程度を変えて段階的に歯形を成形しても良い。

円柱素材を初期成形させた後、軟化焼なましにより内部応力を除去しても良い。

絞り加工によって初期の歯形を成形しても良い。絞り加工した初期の歯形を、型内で歯先の突き出し成形をしても良い。

本発明の更に別の実施形態の型を使用する方法を説明する。

本発明は、冷間鍛造による歯車の製造法を改良したものである。とくに、本発明は、ヘリカル歯車の製造について顕著な効果を奏する。ヘリカル歯は、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、ヘリカル歯車またはそれに類する歯車を効率よくかつ高精度に製造できる。

各種の歯車を、本発明の方法によって製造することができる。大小二つの歯車を有する二段歯車や、フランジ付きの歯車や、喰い付き面取り歯車や、ラチェット歯付きの歯車や、セレーション付きの歯車等を冷間鍛造で成形できる。さらに、直歯傘歯車やこれに類した歯車の冷間鍛造加工も可能である。

本発明の型を使用する製造方法によれば、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。

本発明の型を使用する製造方法によれば、フランジ付き歯車や、二段歯車や、スプライン付きの歯車であっても、１つの金属材料を冷間鍛造のみで一体加工することができる。

本発明の型を使用する方法は、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。

本発明の型を使用する方法において使用する材料は、主として金属であり、丸棒、リング状の素材、熱間又は温間鍛造による予備成形品その他である。コスト面から好ましい金属材料はコイル素材である。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すべて使用できる。

加工素材の外周を予め増肉して加工すれば、以下の点で有利である。

（１）歯形に沿ったファイバーフローになり、強度的に有利である。

（２）歯面の面粗さは、型と同一に近いため、量産時に面粗さの悪化が少ない。

（３）歯車の精度は、型（ダイ）の精度が転写される。

（４）後工程は、ファインブランキングと同一にできる。

本発明の型を使用する方法において、金属材料の「張り出し」とは、金属材料を膨らませることを含む。金属材料を膨らませることを、単に「はらし」ともいう。「突き出し」は、歯先の部分を集中して隆起させる成形であり、特殊な張り出し成形（ただし歯厚が増加しない成形）といえる。

本発明は、平歯車、ヘリカル歯車（スパイラル歯車やネジレ歯車とも呼ぶ）の他、種々の歯車にも適用できる。

本発明は、歯幅の薄いものにも、厚いものにも適用できる。

本発明の型を使用する方法においては、金属材料の張り出し加工と、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。

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。

本発明の型を利用したヘリカル歯車の成形法の一例を以下に示す。

（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） 初期工程の型から加工品をねじれ角に沿って回転させながら抜き出す。

（４） 加工品を中間工程用の型にねじれ角に沿って回転させながら挿入して、中間工程の突き出し成形を行う。ヘリカル歯の外径、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、加工品をねじれ角に沿って回転させながら型から抜き出す。

（５） 厚みを０．０２〜０．２ｍｍ減少させるようにサイジングを行い、ヘリカル歯形を仕上げる。サイジング用の型には、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） 洗浄する。

（１１） 防錆処理する。

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、本発明のいろいろな実施例を、図面を参照して説明する。

図３の実施例
図３は、本発明の好適な実施例の１つを示す。この実施例においては、金属材料２０が加工されて平歯車が成形される。図３は、説明のために、歯形を成形する前の状態を示している。

型２１は軸心２６方向に貫通した孔２１ａを有する。この孔２１ａの周面には、雌の歯形２７が成形されている。歯形２７は正規の平歯形である。符号２３はピッチ円を示す。

符号２４は歯形２７の歯先円を示す。符号２５は歯形２７の歯元円を示す。

図１に示す従来例と比較したとき、図３の金属材料２０は、その直径が歯先円２４の直径よりも小さい点で相違する。例えば、金属材料２０の直径が３５ｍｍ程度のとき、歯先円２４の直径はそれより０．０２〜０．２ｍｍ大きくする。

金属材料２０の上方には、押圧部材として加圧ピン２８が設けられている。加圧ピン２８は、矢印Ｘ方向に金属材料２０を押圧するものである。加圧ピン２８は、金属材料２０に接する先端部２８ａを有する。先端部２８ａの直径は、金属材料２０の直径とほぼ同じである。

金属材料２０の下方には、支持部材として支えピン２９が設けられている。支えピン２９は、金属材料２０を支持する。支えピン２９は、図示省略された支持手段により動かないようになっている。支えピン２９の周囲には、雄の歯形２９ａが成形されている。支えピン２９の雄の歯形２９ａは、型２１の雌の歯形２７に対応している。

型２１その他を使用して、冷間鍛造によってヘリカル歯車を製造する方法の一例を説明する。

まず、型２１内に金属材料２０を挿入する。金属材料２０の直下には、予め支えピン２９を設置しておく。

型２１内に挿入した金属材料２０を、加圧ピン２８で押圧する。

まず初期工程として、押圧された金属材料２０は、１回目の加圧で、圧縮され、上下の端面間が縮小し、かつ側面が外向きに張り出されて型２１内に隆起し、型２１の正規の歯形２７の途中のところに、歯形２７よりも小さな歯形が成形される。

そのように１回目の押圧で歯形を成形し、さらに、中間の工程として、成形圧力と成形速度を変更して、２回目又は３回目の押圧で、正規の歯形２７に対応する正規の歯形を加工品に成形する。

この中間工程では、歯厚が同一に維持されると同時に、歯先が複数回の冷間鍛造によって円弧の形をつくりながら段階的に突き出していって完成歯形の歯先に近づいていく。

また、歯幅の厚い製品や高い精度の製品の場合は、完成工程として、歯形を有するサイジングダイ内を通過させることにより、歯形、その他について高い精度を得る。この場合、サイジング量は、例えば０．０１〜０．２ｍｍが適当である。

初期工程と中間工程と完成工程の際に、型の歯形を換えることにより、同様な方法で平歯車を成形することもできる。

図４〜５の実施例
図４〜５は、本発明の別の実施例を示す。この実施例においては、金属材料３０の外周に比較的低い荷重で平歯車が成形される。図４は、説明のために、歯形を成形する前の状態を示している。図５は、図４のＡ−Ａ断面図である。

型３１は軸心３６方向に貫通した孔３１ａを有する。この孔３１ａの周面には、雌の歯形３７が成形されている。歯形３７は正規の平歯形である。符号３４は歯形３７の歯先円を示す。符号３５は歯形３７の歯元円を示す。符号３０ａは金属材料３０の外径を示す。

符号３１ｂは型３１のピッチ円を示す。

金属材料３０は、外周が円筒形になった薄板であり、外周の歯成形部分の両側が同じ幅にわたって増肉してある。金属材料３０の両側を同等に増肉するのが好ましいが、両側のうち一方だけを増肉しても良い。

金属材料３０の上方には、歯を持つパンチ３８が設けられている。パンチ３８は、矢印Ｘ方向に金属材料３０を押圧するものである。パンチ３８は、下部に雄の歯形３８ａを有する。雄の歯形３８ａは、型３１の雌の歯形３７に対応している。

金属材料３０の下方には、支持部材として支えピン３９が設けられている。支えピン３９は、金属材料３０を支持する。支えピン３９は、図示省略された支持手段により動かないようになっている。支えピン３９の周囲には、雄の歯形３９ａが成形されている。支えピン３９の雄の歯形３９ａは、型３１の雌の歯形３７に対応している。

型３１その他を使用して冷間鍛造によって平歯車を製造する方法の一例を説明する。

まず、型３１内に金属材料３０を挿入する。金属材料３０の直下には、予め支えピン３９を設置しておく。

１回目の鍛造で、型３１内に挿入した金属材料３０を、パンチ３８で押圧する。それにより、まず、金属材料３０の増肉部が押圧されて外向きに張り出され、２回以降の押圧で金属材料３０は型３１内に突き出し、型３１と同じ精度の歯車に成形される。こうして型３１に対応した正規の歯車を得ることができる。

最後に、完成工程として、加工品の歯形をサイジング加工して仕上げる。

図６の実施例
図６は、本発明の更に別の実施例を示しており、とくに、金属材料の１回の張り出しと２回の突き出しの工程に分けて行う状況を示す。図中の符号４０は、本発明の歯車としてのクランクスプロケットを示す。符号４０ａはピッチ円を示す。

以下、各工程を説明する。

第１工程において、金属材料を所定の型（図示省略）に挿入してパンチにより張り出し成形をする。これにより、正規の歯形よりも低い歯先（歯タケ）を有する第１工程の初期歯形４１を得る。第１工程の歯形部分の歯先は符号４１ａで示されている。この歯先４１ａは大きな円弧となっている。

第２工程において、第１工程で得られた初期歯形４１が、第１工程で用いた型よりも数パーセント小さい歯厚を有する歯形の型によって更に冷間鍛造されて突き出し成形させる。これにより、第２工程の歯形４２を得る。第２工程の歯形部分の歯先は符号４２ａで示されている。この歯先４２ａは、非円形の丸みのある曲面形状になっている。

第３工程において、第２工程で得られた歯形４２を、第２工程で用いた型よりも数パーセント小さい歯厚を有する歯形の型によって突き出し成形をする。これにより、第３工程の歯形４３を得る。第３工程の歯形の歯先は符号４３ａで示されている。この歯先４３ａは、非円形の丸みのある曲面形状になっている。

こうして、３種類の型を用いて、張り出しや突き出しの程度を変えて歯厚を減少させつつ段階的に歯形を成形し、各型に合わせて段階的に丸みのある歯先を有する歯形を成形する。

得られた歯形４３は、正規の歯形にサイジング代を有しており、ファイバーフローが良好となり、亀裂を生じない。

この歯形４３は、仕上げサイジング絞り加工を行う。

図７〜１０の実施例
図７〜１０は、本発明の更に別の実施例を示す。図１０は、図７〜９を合わせて示す。

図中の符号５０は歯車を示す。符号５４はピッチ円を示す。

以下、各工程を説明する。

初期工程において、金属材料を所定の第１の型（図示省略）に挿入して張り出し成形をする。これにより、図７に示す初期工程の初期歯形５１を得る。

中間工程において、初期工程で得られた丸みのある歯底形状の初期歯形５１を、所定の第２の型（図示省略）に挿入して突き出し成形をする。これにより、図８に示す中間工程の丸みのある歯底形状の歯形５２を得る。

この中間工程では、歯厚が同一に維持されると同時に、歯底が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歯形の歯先に近づいていく。

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（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９に示す完成歯形５３を得る。

得られた完成歯形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１１〜１４の実施例
図１１〜１４は、本発明の更に別の実施例を示す。この実施例は、金属材料の張り出しと突き出しを２つの工程に分け、更にサイジング（仕上げ絞り加工）工程と組み合わせて行う例である。図中の符号６０は歯車を示す。符号６４はピッチ円を示す。

以下、各工程を説明する。

初期工程において、金属材料を所定の型（図示省略）に挿入して張り出し成形をする。

これにより、図１１に示す円弧状の歯先を有する初期歯形６１を得る。

中間工程において、初期工程で得られた初期歯形６１を、初期工程で用いた型と別の型（図示省略）に挿入して突き出し成形をする。これにより、図１２に示す円弧状の歯先を有する歯形６２を得る。

完成工程において、中間工程で得られた歯形６２を、サイジングする。これにより、図１３に示す歯形６３を得る。

図１４は、図１１〜１３を合わせて示す。

符号６５は、第２工程後のファーバーフローを概念的に示す。得られた歯形６３は、ファイバーフロー６５が良好となり、亀裂を生じない。

図１５の実施例
図１５は、本発明の更に別の実施例を示す。

この実施例は、金属材料を張り出しと突き出しで成形したヘリカル歯車の歯形（Ａ）と歯スジ（Ｂ）を、三次元測定機により計測したデータを示す。

図１５中、（Ａ）と（Ｂ）の各上側の１、５、１０、１４の数字は、歯の順番号を意味する。（Ａ）と（Ｂ）の各下側の数値は、基準値を０として測定した測定値とＪＩＳ規格の精度等級を示す。左側は左歯面の形状を示し、右側は右歯面の形状を示す。

表１は、この図１５の実施例で用いたヘリカル歯車の歯数、モジュール、圧力角、ネジレ角、転位係数、及び基礎円径を示す。

張り出しと突き出し歯車を成形しても、最高級の歯車を成形できることがわかる。

図１６の実施例
図１６は、本発明の更に別の実施例を示す。

この実施例は、金属材料を張り出しと突き出しで成形し、更に絞り加工して成形したヘリカル歯車の歯形（Ａ）と歯スジ（Ｂ）を、三次元測定機により計測したデータを示す。

図１６中、（Ａ）と（Ｂ）の各上側の１、５、１０、１４の数字は、歯の順番号を意味する。（Ａ）と（Ｂ）の各下側の数値は、基準値を０として測定した測定値とＪＩＳ規格の精度等級を示す。左側は左歯面の形状を示し、右側は右歯面の形状を示す。

この図１６の実施例で用いたヘリカル歯車の歯数、モジュール、圧力角、ネジレ角、転位係数、及び基礎円径は、表１と同じである。

歯形はＪＩＳ規格０〜１級であるが、歯スジの左歯面と右歯面の等級で２〜５級の差がある。測定誤差はあるものの、実力値は２〜４級と判断できる。

図１７の実施例
図１７は、本発明の更に別の実施例を示す。この実施例は、金属材料の張り出しと突き出しを、種々の冷間鍛造加工と組み合わせて行う例である。歯車としてクランクスプロケットが製造される。

以下、一連の製造工程を説明する。

（Ａ）は、中実円柱の金属材料をコイル素材から所定の長さ毎に切断した円柱の素材７０を示している。

（Ｂ）は、前述の（Ａ）の状態にある素材７０を冷間鍛造により加工して、下側に縮径部７１とくぼみ７２を成形した加工品を示している。

（Ｃ）は、前述の（Ｂ）の状態にある加工品７０を冷間鍛造により加工して、上側のくぼみ７３と下側の穴７４を成形した状態を示している。

（Ｄ）は、前述の（Ｃ）の状態にある加工品７０を冷間鍛造により加工して、拡径部７６と下側の深い穴７５を成形した状態を示している。

（Ｅ）は、前述の（Ｄ）の状態にある加工品７０を図示省略した型内で張り出し成形して、正規の歯形よりも歯厚が大きく、かつ、歯先の低い初期の歯形７７を成形した状態を示している。なお、下側には新たに穴７８が成形されている。

以上の諸工程の後、穴を貫通させて図１８に示す完成品を得る。

図１８〜１９は、正規の歯形８７を有する完成品のクランクスプロケット７９を示す。

図１９は、図１８の概略正面図である。

図１８及び図１９に示すクランクスプロケット７９は、図１７の加工品７０から成形されたクランクスプロケットである。

初期歯形７７の歯厚とほぼ同一に維持するか、初期歯形７７よりも数％小さい範囲内で歯厚を減少させると同時に、初期歯形７７よりも歯先を突き出す。その結果、完成歯形８７（図１８〜２０）を有する完成品が得られる。

図２０の実施例
図２０は、図１８〜１９に示すスプロケットを製造する一例を示す。図２０は、完成歯形８７を成形した後の状態を示している。

型セット８１は、型８１ａと型８１ｂからなる。

型８１ａの軸心８６方向には、孔８１ｃが通っている。この孔８１ｃの周面に雌の歯形８７が成形されている。この歯形８７は、正規の歯形である。符号８７ａは歯形８７の歯先円を示す。符号８７ｂは歯形８７の歯元円を示す。

型８１ｂは、型８１ａの下側に配置されている。型８１ｂの軸心８６方向には、孔８１ｃよりも小径の孔８１ｄが通っている。この孔８１ｄの周面がクランクスプロケット７９の下側外周面と対応している。型８１ｂの上面は歯形８７を支持する。

クランクスプロケット７９の上方には、押圧部材としてパンチ８８が設けられている。

パンチ８８は、矢印Ｘ方向にクランクスプロケット７９を押圧するものである。

パンチ８８の外周面には、雄の歯形８８ａが成形されている。雄の歯形８８ａは、型８１ａの雌の歯形８７と対応している。パンチ８８は、下方に先端部８８ｂを有する。先端部８８ｂは、クランクスプロケット７９の上面の形状と対応する形状を有している。

クランクスプロケット７９の下方には、クランクスプロケット７９の下端を支持するためのノックアウトスリーブ８９が設けられている。ノックアウトスリーブ８９は、図示省略された支持手段により動かないようになっている。

クランクスプロケット７９の内側には、パンチ芯金８２が通っている。

図２０の型を使用して冷間鍛造によってクランクスプロケットを成形する方法を説明する。

まず、型８１内に歯成形前の金属材料（図示省略）を挿入する。金属材料の直下には、予めノックアウトスリーブ８９を設置しておく。金属材料の内部には、パンチ芯金８２を挿入しておく。

型８１内に挿入した金属材料を、パンチ８８で押圧する。

押圧された金属材料は、張り出し成形されて、型８１ａの歯形に対応した歯形８７を有する。

こうして型８１セットによってクランクスプロケット７９を得ることができる。

図２１の実施例
図２１は、本発明の更に別の実施例を示す。この実施例においては、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、金属材料をその軸心方向に沿って押圧する。押圧された金属材料は、周方向に張り出し成形され、その後、突き出し成形によって、対応する型の歯形と同じ歯形を有するように成形される。

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。

図２２と図２３の実施例
型と被加工物の相対的な移動距離を少なくすれば、型の精度により近い加工物が得られる。その手法の一例を以下図２２〜２３を参照して説明する。

図２２は、被加工物の成形開始状態を示す。図２３は、被加工物の成形完了状態を示す。

歯を成形する主型は型１０１である。解り易くするため、図２２では型１０１は固定された状態で描かれている。実際には型１０１は動いても良い。

型１０１は軸心１０６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。符号１０３はピッチ円を示す。符号１０５は歯形１０７の歯元円を示す。

金属材料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、金属材料１００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、金属材料１００と上押出しピン１０８を側方から支持する。

金属材料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、金属材料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、金属材料１００と下押出しピン１０９を側方から支持する。

図２２の型１０１等を使用して冷間鍛造によって歯車を製造する方法の一例を説明する。

金属材料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１００を閉じ込める。

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方向の圧力を加える。下押出しピン１０４に矢印Ｄ方向の圧力を加える。上側スリーブ１０２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。こうして型１０１の歯形１０７に向けて金属材料１００を張り出し、成形する。同じ型を使用して、鍛造の条件（成形の圧力や速度など）を成形毎に変更したり、種々の型を成形毎に使用する。

図２３の矢印Ｅは、金属材料の流れる方向を模式的に示している。

成形品１１０を型１０１から取り出すには、上押出しピン１０８と上側スリーブ１０２を上方に移動させた後、下押出しピン１０９を上方に動かして成形品１１０を型１０１の外へ出す。

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２４の実施例
図２４は、本発明の更に別の実施例を示す。この実施例は、中間工程の型内で金属材料を突き出させた後、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例である。

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。

完成歯形を成形する際、初期工程は、金属材料の張り出し工程とし、そのあと、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。さらに、金属材料を孔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。

前述のいずれの実施例においても、複数の冷間鍛造毎に（少なくとも張り出し突き出しの間に）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形態においても、最終段を除いて、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、加工品の歯先が型の歯先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は好ましい。

図２５〜２８の実施例
図２５〜２８は、本発明の更に別の実施例を示す。この実施例は、金属材料の張り出しと突き出しを２つの工程に分け、更にサイジング（仕上げ絞り加工）工程と組み合わせて行う例である。図中の符号１２０は歯車を示す。符号１２４はピッチ円を示す。

以下、各工程を説明する。

初期工程において、金属材料を所定の型の歯形１２０ａの内側に挿入して張り出し成形をする。これにより、図２５に示す大きな円弧形状の歯先を有する。初期歯形１２１を得る。そのとき、符号１２０ｂで示す三ケ月形の空間が加工品の初期歯形１２１の歯先と型の歯形１２０ａの歯先との間に残っている。

中間工程において、初期工程で得られた初期歯形１２１を、初期工程で用いた型と別の型１２０ｃに挿入して突き出し成形をする。これにより、図２６に示す歯形１２２を得る。符号１２０ｄはサイジング代を示す。なお、加圧加減によっては、歯形１２２は型１２０ｃの輪郭全面に当接しない場合もある。

完成工程において、中間工程で得られた歯形１２２を、サイジングする。これにより、図２７に示す完成歯形１２３を得る。

図２８は、図２５〜２７を合わせて示す。

符号１２５は、第２工程後のファーバーフローを概念的に示す。得られた歯形１２３は、ファイバーフロー１２５が良好となり、亀裂を生じない。なお、図中符号１２０ｅで示した径ｒは、プラス側であれば幅広い公差があってもよい。

図２９の実施例
図２９は、本発明の更に別の実施例を示す。この実施例は、金属材料の張り出しと突き出しを２つの工程に分け、更にサイジング（仕上げ絞り加工）工程と組み合わせて行う例である。図中の符号１３０は歯車を示す。符号１３４はピッチ円を示す。

以下、各工程を説明する。

初期工程において、金属材料を所定の型（図示省略）に挿入して張り出し成形する。これにより、大きな円弧形の歯先を有する初期歯形１３１を得る。

中間工程において、初期工程で得られた初期歯形１３１を、初期工程で用いた型と別の型（図示省略）に挿入して突き出し成形をする。これにより、別の大きな円弧形の歯先を有する歯形１３２を得る。

完成工程において、中間工程で得られた歯形１３２を、サイジングする。これにより、歯形１３３を得る。符号１３０ｄはサイジング代を示す。

なお、符号１３１ａ、１３３ａは、加工品の歯の形状を示す。そのとき、符号１３５ａ、１３５ｂで示す空間が型の内側に残っている。突き出しにより形成された歯形の歯先の頂部は型の歯形の歯先に接触しないようになっている。歯形１３３ａには、小さい角Ｒがないので、型の耐破壊（耐割れ）強度が向上する。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。 本発明の実施例の１つを示す。 本発明の別の実施例を示す。 図４のＡ−Ａ断面図である。 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得られた歯形５１を示す。 図７の次の工程で得られた歯形５２を示す。 図８の次の工程で得られた歯形５３を示す。 図７〜９を合わせて示す。 本発明の更に別の実施例で得られた歯形６１を示す。 図１１の次の工程で得られた歯形６２を示す。 図１２の次の工程で得られた歯形６３を示す。 図１１〜１４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を示す。 本発明の更に別の実施例を示す。 本発明により製造された完成品のクランクスプロケットの一例を示す。 図１８の概略正面図である。 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を示す。 本発明の更に別の実施例であり、被加工物の成形開始状態を示す。 図２２の被加工物の成形完了状態を示す。 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得られた歯形１２１を示す。 図２５の次の工程で得られた歯形１２２を示す。 図２６の次の工程で得られた歯形１２３を示す。 図２５〜２７を合わせて示す。 本発明の更に別の実施例を示す。

符号の説明

２０、３０、７０、１００ 金属材料
２１、３１、８１ａ、８１ｂ、１０１ 型
２３、３１ａ、４０ａ、５４、６４、１０３、１１７、１２４ ピッチ円
２４、３４、８７ａ、１０４ 歯先円
２５、３５、８７ｂ、１０５ 歯元円
２６、３６、８６、１０６、１１６ 軸心
２７、３７、８７、１０７、１１４ 雌の歯形
２８ 加圧ピン
２８ａ、８８ｂ 先端部
２９、３９ 支えピン
２９ａ、３８ａ、３９ａ、８８ａ 雄の歯形
３０ａ 外径
３８、８８ パンチ
４０、７９ クランクスプロケット
４１、４２、４３、５１、５２、５３、６１、６２、６３、７７、８７、１２１、１２２、１２３ 歯形
４１ａ、４２ａ、４３ａ、６５、１２５ ファイバーフロー
５０、６０、１２０ 歯車
７１ 縮径部
７２、７３ くぼみ
７４、７５、７８ 穴
７６ 拡径部
８２ パンチ芯金ピン
８９ ノックアウトスリーブ
９０ ヘリカル歯形ピニオン
１０２ 上側スリーブ
１０４ 下側スリーブ
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

Claims (2)

1. 複数の型の歯形を組み合わせて歯形部品の歯形を冷間鍛造によって成形するための型であって、歯形部品を型の入口から中に入れて型の軸心方向に型の最奥位置まで移動させる間に、その歯形部品の歯形の歯底を型の歯形によって歯形の半径方向に圧縮し、それと同時に、歯形部品の歯先を歯形の半径方向に突き出し、その突き出しのときに歯形部品の歯形の歯先の頂部が型の歯形に接触しない状態を維持し、かつ、後続の型が、先行の型によって成形された歯形部品の歯形のピッチ円上の歯厚をほぼ同一に維持する歯形、又は、先行の型によって成形された歯形部品の歯形のピッチ円上の歯厚を減少させる歯形を有することを特徴とする歯形成形用の型。
2. 先行の型の歯底の両側の丸みが後続の型の歯形の歯底の両側の丸みよりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の歯形成形用の型。

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