JP2009178738A - 歯車鍛造装置及び歯車鍛造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】歯車の成形精度の向上と、インナーパンチの耐久性の向上とを両立させることができる歯車鍛造装置及び歯車鍛造方法を提供すること。
【解決手段】歯車鍛造装置１は、パンチコア２、インナーパンチ３１、アウターパンチ３２、ダイス５及びダイスリーブ６を有している。アウターパンチ３２は、第１加圧源による加圧力を受けて、歯車用素材８０の軸方向上端面８０１の外周側部分８３を成形する。インナーパンチ３１は、第１加圧源に比べて小さな加圧力を発生させる第２加圧源によって、歯車用素材８０の軸方向上端面８０１の内周側部分８２を成形する。パンチコア２は、その外周面における全周に、インナーパンチ３１の下端面に対する内周側位置の近傍からその下方位置まで内周側へ陥没させた環状凹部２１を形成してなる。歯車８の成形時には、環状凹部２１を歯車用素材８０の内周面８０３の上側部分に対向させた状態が維持される。
【選択図】図６

Description

本発明は、いわゆる密閉鍛造を行って、軸穴を備えた筒形状の歯車用素材の外周面に歯面を成形する歯車鍛造装置及び歯車鍛造方法に関する。

冷間密閉鍛造を行って、外周面につる巻状の歯面を有する歯車（はすば歯車等）を製造する装置又は方法としては、例えば、特許文献１に開示されたものがある。この特許文献１においては、つる巻き状の歯面を形成したダイスの歯型成形穴内に歯車用素材を配置した状態において、パンチとダイスリーブとにより歯車用素材の軸方向における両端面を加圧して、ダイスの歯型成形面内に外周面につる巻状の歯面を有する歯車を成形している。

また、特許文献２においては、円筒状の素材における中央穴に挿入するコアパンチと、素材の軸方向における一方の端面を加圧する押圧パンチと、素材の外周面を成形するダイスと、素材の軸方向における他方の端面を加圧するダイスリーブとを備えた円筒部品の成形装置及び成形方法が開示されている。この特許文献２においては、はすば歯車等の円筒部品の外周面が、軸方向に向けて外径がテーパ状に変形して成形されることを防止するために、コアパンチの内周成形面を、素材の内周面との間の距離が軸方向に沿ってテーパ状に変化する状態に形成している。

ところで、特許文献２においては、図１２に示すごとく、押圧パンチ（インナーパンチ９３１、アウターパンチ９３２）とダイスリーブ９６とによって素材８０を加圧して冷間鍛造を行う際に、円筒部品の軸方向上端部近傍の外径が拡大して成形されることを防止するために、上記テーパ状に形成したコアパンチ９２の内周成形面をインナーパンチ９３１の内周側にも対向させている。同図において、内周成形面の最も縮径した軸方向位置を２点鎖線Ｘによって示す。

そのため、パンチコア９２の内周成形面とインナーパンチ９３１との間に形成された隙間９２１に素材の一部が進入してバリ８９が形成されることがある。このとき、インナーパンチ９３１に対してコアパンチ９２を前進させると、インナーパンチ９３１がバリ８９による引張応力を受けて劣化し、最悪の場合には、インナーパンチ９３１が破損するおそれがある。
また、引用文献１においては、パンチに破損が生じないものの、成形する歯車の外周面に生ずるテーパ状の変形を防止することができない。

特開２００４−９８１５９号公報 特開２００５−１６１３２３号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、歯車の成形精度の向上と、インナーパンチの耐久性の向上とを両立させることができる歯車鍛造装置及び歯車鍛造方法を提供しようとするものである。

第１の発明は、筒形状の歯車用素材の軸穴に挿通するパンチコアと、該パンチコアの外周に位置して上記歯車用素材の軸方向上端面を加圧するパンチと、上記歯車用素材の外周面に歯面を転写成形するダイスと、上記パンチコアの下端部を保持した状態で、上記パンチと対向して上記歯車用素材の軸方向下端面を受け止めるダイスリーブとを有しており、
上記パンチコア、上記パンチ、上記ダイス及び上記ダイスリーブによって形成された密閉鍛造空間において、外周面に歯面を有する歯車を成形するよう構成してなる歯車鍛造装置において、
上記パンチは、上記パンチコアの外周に位置するインナーパンチと、該インナーパンチの外周に位置するアウターパンチとからなり、
該アウターパンチは、第１加圧源による加圧力を受けて、上記ダイスを押し下げながら、上記歯車用素材の軸方向上端面の外周側部分を成形するよう構成してあり、
上記インナーパンチは、上記アウターパンチと共に下降可能であると共に、その下端面が上記アウターパンチの下端面よりも下方に突出した状態で、上記第１加圧源に比べて小さな加圧力を発生させる第２加圧源によって、上記歯車用素材の軸方向上端面の内周側部分を成形するよう構成してあり、
上記パンチコアは、上記インナーパンチと共に下降可能であると共に、その外周面における全周に、上記インナーパンチの下端面に対する内周側位置の近傍からその下方位置まで内周側へ陥没させた環状凹部を形成してなり、かつ上記歯車の成形時には、上記環状凹部を上記歯車用素材の内周面の上側部分に対向させた状態が維持されるよう構成してあることを特徴とする歯車鍛造装置にある（請求項１）。

本発明の歯車鍛造装置においては、上記アウターパンチ、インナーパンチ及びパンチコアの構成に工夫を行い、歯車の成形精度の向上と、インナーパンチの耐久性の向上とを両立させている。
具体的には、本発明のインナーパンチは、アウターパンチに加圧力を付与する第１加圧源よりも小さな加圧力を発生させる第２加圧源によって、歯車用素材の軸方向上端面の内周側部分を成形するよう構成してある。また、本発明のパンチコアは、インナーパンチと共に昇降して、歯車の成形時には、歯車用素材に生じる圧力を逃がすための環状凹部を、歯車用素材の上側部分に対向させた状態が維持されるよう構成してある。これらの構成により、歯車の成形精度の向上と、インナーパンチの耐久性の向上とを両立させることができる。

具体的には、本発明の歯車鍛造装置による歯車の成形動作は、以下のように行うことができる。
まず、第１加圧源を動作させ、アウターパンチ、インナーパンチ及びパンチコアを一体的に下降させる。そして、パンチコアの下端部がダイスリーブ内に保持されると共に、アウターパンチの下端面がダイスに当接する。このとき、パンチコア、アウターパンチ、インナーパンチ、ダイス及びダイスリーブによって密閉鍛造空間が形成される。そして、アウターパンチによってダイスが押し下げられると共に、インナーパンチの下端面がアウターパンチの下端面よりも下方に突出していることにより、第２加圧源による加圧力を受けたインナーパンチによって、歯車用素材の軸方向上端面の内周側部分が加圧される。
これにより、インナーパンチとダイスリーブとの間に歯車用素材の内周側部分が成形される。

次いで、第１加圧源の動作を継続する。このとき、第２加圧源によって、インナーパンチに加圧力を付与した状態が維持されているものの、インナーパンチ及びパンチコアは、歯車用素材及びダイスリーブによって受け止められることによって下降することができない。そして、第１加圧源による加圧力が第２加圧源による加圧力よりも大きいことにより、アウターパンチは、ダイスをさらに押し下げながら、インナーパンチ及びパンチコアに対して相対的に下降する。こうして、第１加圧源による加圧力を受けたアウターパンチによって、歯車用素材の軸方向上端面の外周側部分が加圧される。
これにより、アウターパンチとダイスリーブとの間に歯車用素材の外周側部分の多くが成形されると共に、ダイスによる転写成形が行われて、歯車用素材の外周面に歯面が成形される。

上記歯車用素材の外周面に歯面を成形する際には、インナーパンチとパンチコアとの位置関係が維持されていることにより、パンチコアの環状凹部が歯車用素材の上側部分に対向する状態が維持されている。また、環状凹部は、パンチコアの外周面における全周において、インナーパンチの下端面に対する内周側位置の近傍からその下方位置まで内周側へ陥没させて形成されている。
これにより、歯車用素材の上側部分の外径が下側部分よりも大きくなることを抑制することができる。

すなわち、歯車用素材を成形する際には、インナーパンチ及びダイスリーブから歯車用素材に付与される圧縮力により、歯車用素材の外周側部分はダイスに向かって（外周側へ）変形し、一方、歯車用素材の内周側部分はパンチコアに向かって（内周側へ）変形する。このとき、環状凹部に対向する歯車用素材の上側部分の径方向（内外周方向）への変形可能量は、歯車用素材の下側部分に比べて大きくなる。そのため、歯車用素材がダイスから受ける反力は、歯車用素材の上側部分の方が歯車用素材の下側部分に比べて小さくなる。これにより、歯車用素材の上側部分に対応するダイスが拡径する撓みが従来よりも減少し、歯車用素材の上側部分が下側部分よりも大径化することを抑制することができる。

次いで、第１加圧源の動作をさらに継続する。このとき、インナーパンチに対する第２加圧源による加圧力の付与の停止又は低減を行うことにより、インナーパンチから歯車用素材の内周側部分に付与される加圧力がほとんどなくなる又は減少し、歯車用素材の内周側部分の変形を拘束する力をほとんどなくす又は減少させることができる。
そして、アウターパンチが、ダイスをさらに押し下げながらインナーパンチ及びパンチコアに対してさらに相対的に下降するときには、歯車用素材の軸方向上端面の外周側部分がさらに加圧される。このとき、歯車用素材の内周側部分の変形を拘束する力がほとんどなくなっている又は減少していることにより、歯車用素材の上側部分の外径が下側部分よりも大きくなることを抑制して、歯車用素材の外周面に歯面の最終的な成形をすることができる。そのため、歯車の成形精度を向上させることができる。

また、上記歯車の成形を行う際には、パンチコアとインナーパンチとの位置関係が維持されており、パンチコアの環状凹部が歯車用素材の上側部分に対向する状態が維持されている。これにより、歯車の成形途中において、パンチコアとインナーパンチとの間に歯車用素材の一部が進入することを防止することができ、これらの間にバリが形成されることを防止することができる。そして、パンチコアとインナーパンチとが相対的に移動することがないため、インナーパンチがバリによる引張応力を受けて劣化することを防止することができる。そのため、インナーパンチの耐久性を向上させることができる。

それ故、本発明の歯車鍛造装置によれば、歯車の成形精度の向上と、インナーパンチの耐久性の向上とを両立させることができる。

第２の発明は、筒形状の歯車用素材の軸穴に挿通するパンチコアと、該パンチコアの外周に位置して上記歯車用素材の軸方向上端面を加圧するパンチと、上記歯車用素材の外周面に歯面を転写成形するダイスと、上記パンチコアの下端部を保持した状態で、上記パンチと対向して上記歯車用素材の軸方向下端面を受け止めるダイスリーブとを有しており、
上記パンチは、上記パンチコアの外周に位置するインナーパンチと、該インナーパンチの外周に位置するアウターパンチとからなり、
該アウターパンチは、第１加圧源による加圧力を受けて、上記ダイスを押し下げながら、上記歯車用素材の軸方向上端面の外周側部分を成形するよう構成してあり、
上記インナーパンチは、上記アウターパンチと共に下降可能であると共に、その下端面が上記アウターパンチの下端面よりも下方に突出した状態で、上記第１加圧源に比べて小さな加圧力を発生させる第２加圧源によって、上記歯車用素材の軸方向上端面の内周側部分を成形するよう構成してあり、
上記パンチコアは、上記インナーパンチと共に下降可能であると共に、その外周面における全周に、上記インナーパンチの下端面に対する内周側位置の近傍からその下方位置まで内周側へ陥没させた環状凹部を形成してなり、
上記パンチコア、上記パンチ、上記ダイス及び上記ダイスリーブによって形成された密閉鍛造空間において、外周面に歯面を有する歯車を成形するよう構成してなる歯車鍛造装置を用い、
上記第１加圧源によって、上記アウターパンチ、上記インナーパンチ及び上記パンチコアを一体的に下降させ、上記アウターパンチによって上記ダイスを押し下げながら、上記密閉鍛造空間において、上記第２加圧源による加圧力を受けた上記インナーパンチによって上記歯車用素材の軸方向上端面の内周側部分を加圧して、該歯車用素材の内周側部分を成形する第１成形工程と、
上記第１加圧源によって、上記アウターパンチを、上記ダイスをさらに押し下げながら上記インナーパンチ及び上記パンチコアに対して相対的に下降させ、上記インナーパンチに対する上記第２加圧源による加圧力の付与を維持した状態で、上記第１加圧源による加圧力を受けた上記アウターパンチによって上記歯車用素材の軸方向上端面の外周側部分を加圧して、該歯車用素材の外周面に上記歯面を転写成形する第２成形工程と、
上記第１加圧源によって、上記アウターパンチを、上記ダイスをさらに押し下げながら上記インナーパンチ及び上記パンチコアに対してさらに相対的に下降させると共に、上記インナーパンチに対する上記第２加圧源による加圧力の付与の停止又は低減を行い、上記第１加圧源による加圧力を受けた上記アウターパンチによって上記歯車用素材の軸方向上端面の外周側部分をさらに加圧して、上記歯車を成形する第３成形工程とを行うことを特徴とする歯車鍛造方法にある（請求項６）。

本発明の歯車鍛造方法は、上記歯車鍛造装置を用いて、インナーパンチの劣化を抑制して、成形精度に優れた歯車を製造することができる方法である。
具体的には、本発明においては、上述した歯車鍛造装置の発明における第１加圧源による動作と同様の工程を、上記第１〜第３成形工程として行って、歯車を製造する。
それ故、本発明の歯車鍛造方法によれば、上記歯車鍛造装置の発明と同様に、歯車の成形精度の向上と、インナーパンチの耐久性の向上とを両立させることができる。

上述した第１、第２の発明における好ましい実施の形態につき説明する。
第１の発明において、上記環状凹部は、上記インナーパンチの下端面に対する内周側位置からその下方位置まで内周側へ陥没させて形成してあり、かつ上記インナーパンチの下端面の近傍に対向する位置の陥没量が最も大きく、該インナーパンチの下端面の近傍から下方に向かうに連れて陥没量が小さくなるテーパ状に形成してあることが好ましい（請求項２）。
この場合には、インナーパンチによって歯車用素材に加わる加圧力は、歯車用素材の上端に近いほど大きくなるのに対して、歯車用素材の上端に近いほどパンチコアによる拘束力を小さくすることができる。これにより、歯車用素材の上端に近いほど外径が大きくなる歯車の成形不良を、効果的に改善することができ、成形する歯車の歯面の真直度をより向上させることができる。

また、上記パンチコアは、上記歯車の成形時に上記インナーパンチと係合していることによって、該インナーパンチと一体的に下降するよう構成してあることが好ましい（請求項３）。
この場合には、インナーパンチとパンチコアとを別体で構成して、歯車の成形時に一体化させておくことができる。

また、上記歯車鍛造装置は、上記第１加圧源によって、上記アウターパンチ、上記インナーパンチ及び上記パンチコアを一体的に下降させ、上記アウターパンチによって上記ダイスを押し下げながら、上記密閉鍛造空間において、上記第２加圧源による加圧力を受けた上記インナーパンチによって上記歯車用素材の軸方向上端面の内周側部分を加圧して、該歯車用素材の内周側部分を成形する第１成形動作と、上記第１加圧源によって、上記アウターパンチを上記インナーパンチ及び上記パンチコアに対して相対的に下降させ、上記インナーパンチに対する上記第２加圧源による加圧力の付与を維持した状態で、上記アウターパンチによって上記ダイスをさらに押し下げながら、上記第１加圧源による加圧力を受けた上記アウターパンチによって上記歯車用素材の軸方向上端面の外周側部分を加圧して、該歯車用素材の外周面に上記歯面を転写成形する第２成形動作と、上記第１加圧源によって、上記アウターパンチを上記インナーパンチ及び上記パンチコアに対して相対的に下降させ、上記インナーパンチに対する上記第２加圧源による加圧力の付与の停止又は低減を行い、上記アウターパンチによって上記ダイスをさらに押し下げながら、上記第１加圧源による加圧力を受けた上記アウターパンチによって上記歯車用素材の軸方向上端面の外周側部分をさらに加圧して、上記歯車を成形する第３成形動作とを、上記第１加圧源による上記アウターパンチの１回の下降ストローク中に行うよう構成してあることが好ましい（請求項４）。
この場合には、第１加圧源による１回の下降ストロークを行う際に、上記第１〜第３成形動作を行うことができ、歯車を製造するサイクルタイムを短縮することができる。また、歯車鍛造装置の構成を簡単にすることもできる。

また、上記歯車は、外周面につる巻状の歯面を有するはすば歯車であり、上記歯車鍛造装置は、上記アウターパンチによって、上記ダイスを押し下げると共に回転させながら、上記密閉鍛造空間において上記歯車を成形するよう構成してあることが好ましい（請求項５）。
この場合には、成形精度に優れたはすば歯車を容易に製造することができる。

第２の発明において、上記第１成形工程、上記第２成形工程及び上記第３成形工程は、上記第１加圧源による上記アウターパンチの１回の下降ストローク中に行うことが好ましい（請求項７）。
この場合には、第１加圧源による１回の下降ストロークによって、上記第１〜第３成形工程を行うことができ、歯車を製造するサイクルタイムを短縮することができる。また、歯車鍛造装置の構成を簡単にすることもできる。

また、上記歯車は、外周面につる巻状の歯面を有するはすば歯車であり、上記第１成形工程、上記第２成形工程及び上記第３成形工程においては、上記アウターパンチによって、上記ダイスを押し下げると共に回転させながら、上記密閉鍛造空間において上記歯車を成形することが好ましい（請求項８）。
この場合には、成形精度に優れたはすば歯車を容易に製造することができる。

以下に、本発明の歯車鍛造装置及び歯車鍛造方法にかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
本例の歯車鍛造装置１は、図１に示すごとく、筒形状の歯車用素材８０の軸穴８１に挿通するパンチコア２と、パンチコア２の外周に位置して歯車用素材８０の軸方向上端面８０１を加圧するパンチ３と、歯車用素材８０の外周面８０４に歯面８４を転写成形するダイス５と、パンチコア２の下端部を保持した状態で、パンチ３と対向して歯車用素材８０の軸方向下端面８０２を受け止めるダイスリーブ６とを有している。また、歯車鍛造装置１は、パンチコア２、パンチ３、ダイス５及びダイスリーブ６によって形成される密閉鍛造空間１１において、外周面８０４に歯面８４を有する歯車８を成形するよう構成されている。ここで、図１は、歯車用素材８０を配置しない状態で、パンチコア２、パンチ３、ダイス５及びダイスリーブ６によって密閉鍛造空間１１を形成した状態の歯車鍛造装置１を示す図である。

図２に示すごとく、パンチ３は、パンチコア２の外周に位置するインナーパンチ３１と、インナーパンチ３１の外周に位置するアウターパンチ３２とからなる。アウターパンチ３２は、第１加圧源による加圧力を受けて、ダイス５を押し下げながら、歯車用素材８０の軸方向上端面８０１の外周側部分８３を成形するよう構成してある。インナーパンチ３１は、アウターパンチ３２と共に下降可能であると共に、その下端面がアウターパンチ３２の下端面よりも下方に突出した状態で、第１加圧源に比べて小さな加圧力を発生させる第２加圧源によって、歯車用素材８０の軸方向上端面８０１の内周側部分８２を成形するよう構成してある。なお、第１加圧源及び第２加圧源の図示は省略する。

図２、図６に示すごとく、パンチコア２は、インナーパンチ３１と共に下降可能であると共に、その外周面における全周に、インナーパンチ３１の下端面に対する内周側位置の近傍からその下方位置まで内周側へ陥没させた環状凹部２１を形成してなり、かつ歯車８の成形時には、環状凹部２１を歯車用素材８０の内周面の上側部分に対向させた状態が維持されるよう構成してある。

以下に、本例の歯車鍛造装置１及び歯車鍛造方法につき、図１〜図１０を参照して詳説する。
本例の歯車鍛造装置１は、密閉冷間鍛造を行うものであり、パンチ３（アウターパンチ３２）の１回の連続した下降ストロークによって、筒形状の歯車用素材８０から、外周面８０４につる巻き状の歯面８４を有するはずば歯車（ヘリカルギヤ）８を成形（鍛造）するものである。また、歯車鍛造装置１は、アウターパンチ３２によって、ダイス５を押し下げると共に回転させながら、密閉鍛造空間１１においてはすば歯車８を成形するよう構成してある。図１０には、本例において成形するはすば歯車８を示す。

図３に示すごとく、本例のダイス５は、ダイケース７１内に保持された状態で、ダイケース７１及びダイスリーブ６に対して回転可能であると共に、付勢手段としてのガスクッション７２によって上方へ付勢されており、かつ、歯車用素材８０につる巻き状の歯面８４を成形するためのつる巻き状歯筋を形成した歯型成形穴５１を有している。
ダイス５の歯型成形穴５１の上方開口部には、アウターパンチ３２の下端部を嵌入させるための嵌入凹部５２が形成してある。そして、アウターパンチ３２の下端部が嵌入凹部５２内に嵌入されることによって、上記密閉鍛造空間１１を安定して形成することができる。

上記ガスクッション７２は、ダイベース７に配設してあり、ガスクッション７２の可動部７２１には、ダイス５を回転可能にするためのスラストベアリング７３を配設したダイス保持部７４が配設してある。ダイス５は、スラストベアリング７３を介してダイス保持部７４に回転可能に配設してあると共に、ガスクッション７２によって上下に揺動可能である。なお、ガスクッション７２は、ガスの流動によってストロークするピストン構造を有しており、ガスの圧力を利用して所定の反発力を発生させるものである。

また、図３に示すごとく、本例においては、ダイス保持部７４がダイベース７及びダイケース７１に対して回転してしまうことを防止するため、ダイス保持部７４には、上下方向に沿った直線溝７４１が形成してあり、ダイケース７１には、直線溝７４１に係合する係合部７１１が形成してある。なお、ダイケース７１に直線溝７４１を形成し、ダイス保持部７４に係合部７１１を形成することもできる。

また、上記ダイスリーブ６は、ダイベース７に対して固定してあり、ダイス５の回転に伴って回転しないよう構成してある。ダイスリーブ６の外周面には、ダイス５の歯型成形穴５１におけるつる巻き状歯筋に螺合するつる巻き状歯筋が形成してある。そして、ダイス５は、その歯型成形穴５１におけるつる巻き状歯筋を、ダイスリーブ６の外周面におけるつる巻き状歯筋に沿って摺動させることによって回転しながら上昇又は下降するよう構成してある。

図３、図６に示すごとく、ダイスリーブ６は、歯車用素材８０の軸方向下端面８０２の内周側部分８２を受け止めるインナースリーブ６１と、インナースリーブ６１の外周に位置し、歯車用素材８０の軸方向下端面８０２の外周側部分８３を受け止めるアウタースリーブ６２とを有している。また、インナースリーブ６１内には、パンチコア２を上方へ付勢することができる付勢ピン６３が配置してある。
インナースリーブ６１は、上昇可能なノックアウト部材６４によって押し上げられて、成形後のはすば歯車８をダイス５の歯型成形穴５１内から上方へ押し出すことができるよう構成してある。

図２に示すごとく、パンチコア２、インナーパンチ３１及びアウターパンチ３２は、第１加圧源によって下降可能なパンチベース４に対して配置してある。パンチベース４には、インナーパンチ３１を下降させるためのインナーベース４５がスライド可能に配設してあり、インナーベース４５は、第２加圧源によって下降するよう構成してある。パンチベース４には、アウターパンチ３２と共にダイス５を押し下げるための押下部４１と、ダイケース７１に当接してアウターパンチ３２の下降端を決定する下降端当接部４２とが設けてある。

また、図示は省略するが、本例の第１加圧源は、アウターパンチ３２に加圧力を付与することができる油圧シリンダーを用いて構成してある。また、第２加圧源がインナーパンチ３１への加圧力の付与を停止するタイミングは、第１加圧源によるパンチベース４の移動位置をリニアスケース等の位置検出手段を用いて監視することによって、決定している。また、第２加圧源は、インナーパンチ３１に加圧力を付与することができる油圧シリンダーを用いて構成してある。なお、第１加圧源は、サーボモータを用いて構成することもできる。

図２に示すごとく、パンチコア２は、はすば歯車８の成形時にインナーパンチ３１と係合していることによって、インナーパンチ３１と一体的に昇降するよう構成してある。本例のパンチコア２の外周面には、突起部２２が形成してあり、第２加圧源の加圧力によってインナーパンチ３１に加圧力を付与することができる部材３３には、突起部２２に係合する凹部３３１が形成してある。そして、はすば歯車８の成形時に、第２加圧源によってインナーパンチ３１を下方へ付勢するときには、突起部２２と凹部３３１との係合によって、パンチコア２は、インナーパンチ３１と一体的に昇降することができる。

本例の歯車鍛造装置１は、インナーパンチ３１によって歯車用素材８０の軸方向上端面８０１の内周側部分８２を加圧する第１成形動作、インナーパンチ３１による加圧力を維持した状態で、アウターパンチ３２によって歯車用素材８０の軸方向上端面８０１の外周側部分８３を加圧する第２成形動作、インナーパンチ３１による加圧力をなくした状態で、アウターパンチ３２によって歯車用素材８０の軸方向上端面８０１の外周側部分８３を加圧する第３成形動作とを、第１加圧源による１回の下降ストロークによって行うよう構成してある。

図６に示すごとく、パンチコア２における環状凹部２１は、インナーパンチ３１の下端面に対する内周側位置からその下方位置まで内周側へ陥没させて形成してある。環状凹部２１は、インナーパンチ３１の下端面に対する内周側位置の近傍の陥没量が最も大きく（パンチコア２の外径が最も小さく）、インナーパンチ３１の下端面に対する内周側位置の近傍から下方に向かうに連れて陥没量が小さくなる（パンチコア２の外径が大きくなる）テーパ状に形成してある。同図において、環状凹部２１の陥没量が最も大きい軸方向位置を２点鎖線Ｘによって示す。
なお、インナーパンチ３１の下端面に対する内周側位置は、成形するはずば歯車８の軸穴８１の軸方向長さ、すなわち、アウターパンチ３２が下降端に位置してはすば歯車８の成形が完了するときのインナーパンチ３１の下端面からダイスリーブ６の上端面までの距離（１００％）に対して、インナーパンチ３１の下端面に対する内周側位置から下方に２０％の範囲内の位置とすることができる。

次に、本例の歯車鍛造装置１を用いて、はすば歯車８を成形する歯車鍛造方法につき説明する。
本例においては、歯車鍛造装置１による第１〜第３成形動作によって、はすば歯車８を成形する第１〜第３成形工程を行う。また、以下に示す第１〜第３成形工程は、第１加圧源によるアウターパンチ３２の１回の下降ストローク中に行う。

まず、第１成形工程においては、第１加圧源の動作を開始し、第１加圧源による第１成形動作として、パンチベース４に配設したアウターパンチ３２、インナーパンチ３１及びパンチコア２を一体的に下降させる。このとき、第２加圧源により、インナーパンチ３１には、下方への一定の加圧力を付与しておく。
そして、図４、図６に示すごとく、パンチコア２の下端部がインナースリーブ６１内に保持され、かつアウターパンチ３２の下端面がダイス５の環状凹部２１に当接すると共に、パンチベース４の押下部４１がダイス５に当接する。このとき、パンチコア２、アウターパンチ３２、インナーパンチ３１、ダイス５、インナースリーブ６１及びアウタースリーブ６２によって密閉鍛造空間１１が形成される。

そして、図７に示すごとく、アウターパンチ３２及び押下部４１によってダイス５が押し下げられると共に、インナーパンチ３１の下端面がアウターパンチ３２の下端面よりも下方に突出していることにより、第２加圧源による加圧力を受けたインナーパンチ３１によって、歯車用素材８０の軸方向上端面８０１の内周側部分８２が加圧される。
これにより、インナーパンチ３１とダイスリーブ６（インナースリーブ６１及びアウタースリーブ６２）との間に歯車用素材８０の内周側部分８２が成形される。

次いで、図８に示すごとく、第１加圧源の動作を継続し、第１加圧源による第２成形動作として、パンチベース４をさらに下降させる。このとき、第２加圧源によって、インナーパンチ３１に加圧力を付与した状態が維持されているものの、インナーパンチ３１及びパンチコア２は、歯車用素材８０及びダイスリーブ６によって受け止められることによって下降することができない。そして、第１加圧源による加圧力が第２加圧源による加圧力よりも大きいことにより、アウターパンチ３２は、ダイス５をさらに押し下げながら、インナーパンチ３１及びパンチコア２に対して相対的に下降する。こうして、第１加圧源による加圧力を受けたアウターパンチ３２によって、歯車用素材８０の軸方向上端面８０１の外周側部分８３が加圧される。
これにより、アウターパンチ３２とダイスリーブ６との間に歯車用素材８０の外周側部分８３の多くが成形されると共に、ダイス５による転写成形が行われて、歯車用素材８０の外周面８０４に歯面８４が成形される。

上記歯車用素材８０の外周面８０４に歯面８４を成形する際には、インナーパンチ３１とパンチコア２との位置関係が維持されていることにより、パンチコア２の環状凹部２１が歯車用素材８０の内周面８０３の上側部分に対向する状態が維持されている。ここで、図６〜図９において、環状凹部２１の陥没量が最も大きい軸方向位置を２点鎖線Ｘによって示す。
また、環状凹部２１は、パンチコア２の外周面における全周において、インナーパンチ３１の下端面に対する内周側位置の近傍からその下方位置まで内周側へ陥没させて形成されている。これにより、歯車用素材８０の上側部分の外径が下側部分よりも大きくなることを抑制することができる。

すなわち、歯車用素材８０を成形する際には、インナーパンチ３１及びダイスリーブ６から歯車用素材８０に付与される圧縮力により、歯車用素材８０の外周側部分はダイス５に向かって（外周側へ）変形し、一方、歯車用素材８０の内周側部分はパンチコア２に向かって（内周側へ）変形する。このとき、環状凹部２１に対向する歯車用素材８０の上側部分の径方向（内外周方向）への変形可能量は、歯車用素材８０の下側部分に比べて大きくなる。そのため、歯車用素材８０がダイス５から受ける反力は、歯車用素材８０の上側部分の方が歯車用素材８０の下側部分に比べて小さくなる。これにより、歯車用素材８０の上側部分に対応するダイス５が拡径する撓みが従来よりも減少し、歯車用素材８０の上側部分が下側部分よりも大径化することを抑制することができる。

次いで、図５、図９に示すごとく、第１加圧源の動作をさらに継続し、第１加圧源による第３成形動作として、パンチベース４をさらに下降させる。このとき、インナーパンチ３１に対する第２加圧源による加圧力の付与を停止することにより、インナーパンチ３１から歯車用素材８０の内周側部分８２に付与される加圧力がほとんどなくなり、歯車用素材８０の内周側部分８２における変形を拘束する力がほとんどなくなる。

そして、アウターパンチ３２が、ダイス５をさらに押し下げながら、インナーパンチ３１及びパンチコア２に対してさらに相対的に下降するときには、歯車用素材８０の軸方向上端面８０１の外周側部分８３がさらに加圧される。このとき、歯車用素材８０の内周側部分の変形を拘束する力が減少していることにより、歯車用素材８０の上側部分の外径が下側部分よりも大きくなることを抑制して、歯車用素材８０の外周面８０４に歯面８４の最終的な成形をすることができる。こうして、成形精度に優れたはすば歯車８を成形（鍛造）することができる。
図示は省略するが、はすば歯車８を成形した後、パンチベース４を上昇させると、ダイス５が回転しながら元の位置に上昇復帰する。そして、ノックアウト部材６４によってインナースリーブ６１を上昇させることによって、成形後のはすば歯車８をダイス５から取り出すことができる。

また、上記はすば歯車８の成形を行う際には、パンチコア２とインナーパンチ３１との位置関係が維持されており、パンチコア２の環状凹部２１が歯車用素材８０の内周面８０３の上側部分に対向する状態が維持されている。これにより、はすば歯車８の成形途中において、パンチコア２とインナーパンチ３１との間に歯車用素材８０の一部が進入することを防止することができ、これらの間にバリが形成されることを防止することができる。そして、パンチコア２とインナーパンチ３１とが相対的に移動することがないため、インナーパンチ３１がバリによる引張応力を受けて劣化することを防止することができる。そのため、インナーパンチ３１の耐久性を向上させることができる。

また、本例においては、インナーパンチ３１によって歯車用素材８０に加わる加圧力は、歯車用素材８０の上端に近いほど大きくなるのに対して、歯車用素材８０の上端に近いほどパンチコア２による拘束力を小さくすることができる。これにより、歯車用素材８０の上端に近いほど外径が大きくなるはすば歯車８の成形不良を、効果的に改善することができ、成形するはすば歯車８の歯面８４の真直度をより向上させることができる。

それ故、本例の歯車鍛造装置１及び歯車鍛造方法によれば、はすば歯車８の成形精度の向上と、インナーパンチ３１の耐久性の向上とを両立させることができる。
また、本例においては、第１加圧源によるパンチベース４の１回の下降ストロークによって上記第１〜第３成形工程を行うことができ、はすば歯車８を製造するサイクルタイムを短縮することができる。また、歯車鍛造装置１の構成を簡単にすることもできる。

（比較例）
本比較例においては、従来の歯車鍛造装置１における成形動作について説明する。
本比較例においては、パンチコア２をアウタースリーブ６２と一体的に下降させるよう構成し、パンチコア２の外周面には環状凹部２１を形成した。そして、図１１に示すごとく、インナーパンチ３１が歯車用素材８０の軸方向上端面８０１の内周側部分８２を成形しているときまでは、パンチコア２における環状凹部２１が歯車用素材８０の内周面８０３の上側部分に対向する状態が維持されるものの、アウターパンチ３２が歯車用素材８０の軸方向上端面８０１の外周側部分８３を成形するときには、パンチコア２も下降してしまう。同図において、環状凹部２１の陥没量が最も大きい軸方向位置を２点鎖線Ｘによって示す。
そのため、歯車用素材８０の上端に近いほど外径が大きくなる歯車の成形不良を、十分に改善することができないことがわかる。

実施例における、歯車鍛造装置の全体を示す断面説明図。 実施例における、パンチベースの周辺を示す断面説明図。 実施例における、ダイベースの周辺を示す断面説明図。 実施例における、密閉鍛造空間を形成した状態を示す断面説明図。 実施例における、はすば歯車を成形した状態を示す断面説明図。 実施例における、密閉鍛造空間を形成した状態を拡大して示す断面説明図。 実施例における、インナーパンチにより歯車用素材を加圧した状態を拡大して示す断面説明図。 実施例における、アウターパンチにより歯車用素材を加圧した状態を拡大して示す断面説明図。 実施例における、はすば歯車を成形した状態を拡大して示す断面説明図。 実施例における、はすば歯車を示す斜視図。 比較例における、はすば歯車を成形する状態を拡大して示す断面説明図。 従来例における、はすば歯車を成形する状態を拡大して示す断面説明図。

符号の説明

１ 歯車鍛造装置
１１ 密閉鍛造空間
２ パンチコア
２１ 環状凹部
３ パンチ
３１ インナーパンチ
３２ アウターパンチ
４ パンチベース
５ ダイス
５１ 歯型成形穴
６ ダイスリーブ
６１ インナースリーブ
６２ アウタースリーブ
６３ 付勢ピン
７ ダイベース
８ 歯車（はずば歯車）
８０ 歯車用素材
８０１ 軸方向上端面
８０２ 軸方向下端面
８０３ 内周面
８０４ 外周面
８１ 軸穴
８２ 内周側部分
８３ 外周側部分
８４ 歯面

Claims (8)

1. 筒形状の歯車用素材の軸穴に挿通するパンチコアと、該パンチコアの外周に位置して上記歯車用素材の軸方向上端面を加圧するパンチと、上記歯車用素材の外周面に歯面を転写成形するダイスと、上記パンチコアの下端部を保持した状態で、上記パンチと対向して上記歯車用素材の軸方向下端面を受け止めるダイスリーブとを有しており、
   上記パンチコア、上記パンチ、上記ダイス及び上記ダイスリーブによって形成された密閉鍛造空間において、外周面に歯面を有する歯車を成形するよう構成してなる歯車鍛造装置において、
   上記パンチは、上記パンチコアの外周に位置するインナーパンチと、該インナーパンチの外周に位置するアウターパンチとからなり、
   該アウターパンチは、第１加圧源による加圧力を受けて、上記ダイスを押し下げながら、上記歯車用素材の軸方向上端面の外周側部分を成形するよう構成してあり、
   上記インナーパンチは、上記アウターパンチと共に下降可能であると共に、その下端面が上記アウターパンチの下端面よりも下方に突出した状態で、上記第１加圧源に比べて小さな加圧力を発生させる第２加圧源によって、上記歯車用素材の軸方向上端面の内周側部分を成形するよう構成してあり、
   上記パンチコアは、上記インナーパンチと共に下降可能であると共に、その外周面における全周に、上記インナーパンチの下端面に対する内周側位置の近傍からその下方位置まで内周側へ陥没させた環状凹部を形成してなり、かつ上記歯車の成形時には、上記環状凹部を上記歯車用素材の内周面の上側部分に対向させた状態が維持されるよう構成してあることを特徴とする歯車鍛造装置。
2. 請求項１において、上記環状凹部は、上記インナーパンチの下端面に対する内周側位置からその下方位置まで内周側へ陥没させて形成してあり、かつ上記インナーパンチの下端面に対する内周側位置の近傍の陥没量が最も大きく、該インナーパンチの下端面に対する内周側位置の近傍から下方に向かうに連れて陥没量が小さくなるテーパ状に形成してあることを特徴とする歯車鍛造装置。
3. 請求項１又は２において、上記パンチコアは、上記歯車の成形時に上記インナーパンチと係合していることによって、該インナーパンチと一体的に下降するよう構成してあることを特徴とする歯車鍛造装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、上記第１加圧源によって、上記アウターパンチ、上記インナーパンチ及び上記パンチコアを一体的に下降させ、上記アウターパンチによって上記ダイスを押し下げながら、上記密閉鍛造空間において、上記第２加圧源による加圧力を受けた上記インナーパンチによって上記歯車用素材の軸方向上端面の内周側部分を加圧して、該歯車用素材の内周側部分を成形する第１成形動作と、
   上記第１加圧源によって、上記アウターパンチを上記インナーパンチ及び上記パンチコアに対して相対的に下降させ、上記インナーパンチに対する上記第２加圧源による加圧力の付与を維持した状態で、上記アウターパンチによって上記ダイスをさらに押し下げながら、上記第１加圧源による加圧力を受けた上記アウターパンチによって上記歯車用素材の軸方向上端面の外周側部分を加圧して、該歯車用素材の外周面に上記歯面を転写成形する第２成形動作と、
   上記第１加圧源によって、上記アウターパンチを上記インナーパンチ及び上記パンチコアに対して相対的に下降させ、上記インナーパンチに対する上記第２加圧源による加圧力の付与の停止又は低減を行い、上記アウターパンチによって上記ダイスをさらに押し下げながら、上記第１加圧源による加圧力を受けた上記アウターパンチによって上記歯車用素材の軸方向上端面の外周側部分をさらに加圧して、上記歯車を成形する第３成形動作とを、上記第１加圧源による上記アウターパンチの１回の下降ストローク中に行うよう構成してあることを特徴とする歯車鍛造装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項において、上記歯車は、外周面につる巻状の歯面を有するはすば歯車であり、
   上記アウターパンチによって、上記ダイスを押し下げると共に回転させながら、上記密閉鍛造空間において上記歯車を成形するよう構成したことを特徴とする歯車鍛造装置。
6. 筒形状の歯車用素材の軸穴に挿通するパンチコアと、該パンチコアの外周に位置して上記歯車用素材の軸方向上端面を加圧するパンチと、上記歯車用素材の外周面に歯面を転写成形するダイスと、上記パンチコアの下端部を保持した状態で、上記パンチと対向して上記歯車用素材の軸方向下端面を受け止めるダイスリーブとを有しており、
   上記パンチは、上記パンチコアの外周に位置するインナーパンチと、該インナーパンチの外周に位置するアウターパンチとからなり、
   該アウターパンチは、第１加圧源による加圧力を受けて、上記ダイスを押し下げながら、上記歯車用素材の軸方向上端面の外周側部分を成形するよう構成してあり、
   上記インナーパンチは、上記アウターパンチと共に下降可能であると共に、その下端面が上記アウターパンチの下端面よりも下方に突出した状態で、上記第１加圧源に比べて小さな加圧力を発生させる第２加圧源によって、上記歯車用素材の軸方向上端面の内周側部分を成形するよう構成してあり、
   上記パンチコアは、上記インナーパンチと共に下降可能であると共に、その外周面における全周に、上記インナーパンチの下端面に対する内周側位置の近傍からその下方位置まで内周側へ陥没させた環状凹部を形成してなり、
   上記パンチコア、上記パンチ、上記ダイス及び上記ダイスリーブによって形成された密閉鍛造空間において、外周面に歯面を有する歯車を成形するよう構成してなる歯車鍛造装置を用い、
   上記第１加圧源によって、上記アウターパンチ、上記インナーパンチ及び上記パンチコアを一体的に下降させ、上記アウターパンチによって上記ダイスを押し下げながら、上記密閉鍛造空間において、上記第２加圧源による加圧力を受けた上記インナーパンチによって上記歯車用素材の軸方向上端面の内周側部分を加圧して、該歯車用素材の内周側部分を成形する第１成形工程と、
   上記第１加圧源によって、上記アウターパンチを、上記ダイスをさらに押し下げながら上記インナーパンチ及び上記パンチコアに対して相対的に下降させ、上記インナーパンチに対する上記第２加圧源による加圧力の付与を維持した状態で、上記第１加圧源による加圧力を受けた上記アウターパンチによって上記歯車用素材の軸方向上端面の外周側部分を加圧して、該歯車用素材の外周面に上記歯面を転写成形する第２成形工程と、
   上記第１加圧源によって、上記アウターパンチを、上記ダイスをさらに押し下げながら上記インナーパンチ及び上記パンチコアに対してさらに相対的に下降させると共に、上記インナーパンチに対する上記第２加圧源による加圧力の付与の停止又は低減を行い、上記第１加圧源による加圧力を受けた上記アウターパンチによって上記歯車用素材の軸方向上端面の外周側部分をさらに加圧して、上記歯車を成形する第３成形工程とを行うことを特徴とする歯車鍛造方法。
7. 請求項６において、上記第１成形工程、上記第２成形工程及び上記第３成形工程は、上記第１加圧源による上記アウターパンチの１回の下降ストローク中に行うことを特徴とする歯車鍛造方法。
8. 請求項６又は７において、上記歯車は、外周面につる巻状の歯面を有するはすば歯車であり、
   上記第１成形工程、上記第２成形工程及び上記第３成形工程においては、上記アウターパンチによって、上記ダイスを押し下げると共に回転させながら、上記密閉鍛造空間において上記歯車を成形することを特徴とする歯車鍛造方法。

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