JP2010064100A - 歯車の製造装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】著しく良好な歯形精度を有するヘリカルギアを環状の歯車素材の内周面全体に亘って形成し得る歯車の製造装置及び該歯車の製造方法を提供する。
【解決手段】押圧手段(D)により歯車素材(W)を、縮径部(3)を経て、ダイス(A)のより小さい直径を有する円筒形部分(4)とマンドレル(B)のヘリカルギア成形歯型(5)を備える部分とにより形成される間隙に押し込む際に、歯車素材(W)を、押圧手段(D)による押圧方向とは反対方向に、歯車素材(W)の他端から開口部に向かって押圧し得る手段(E)を更に備え、かつ押圧手段(D)及び(E)により環状の歯車素材(W)を押圧しつつ、歯車素材(W)、押圧手段(D)及び(E)、並びにマンドレル(B)が一緒になって、ダイス(A)の円筒形部分(4)の内周面に沿って押圧手段(D)による押圧方向に移動し得ることを特徴とする装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、歯車の製造装置及び歯車の製造方法に関し、さらに詳しくは、環状の歯車素材の内周面にヘリカルギアを形成する歯車の製造装置及び該歯車の製造方法に関する。

従来、ヘリカルギアを製造する方法としては、歯車素材を冷間鍛造において押出し加工して、歯形を成形する方法が知られていた（特許文献１及び２）。該方法においては、押出し時に歯車素材に強いねじれが生じるため、得られた製品の歯形精度が悪いと言う欠点を有していた。それでも、歯車のねじれ角が２０度以下と小さい場合には、押出し初期の導入部の形状を工夫することにより、素材のねじれを抑制して歯形精度をある程度保持することはできた。しかし、高ねじれ角の歯車の製造にあたっては、歯形精度を十分に保持することはできない。それ故、従来、高ねじれ角の歯車を冷間鍛造により成形することは不可能とされてきた。

高ねじれ角のヘリカルギアを冷間鍛造により成形すべく、肉寄せ法による歯車の成形方法が開発された。例えば、リング状の素材をダイスと該ダイスの円筒形孔内に同軸状に配置したマンドレルとの間のリング状間隙内に挿入し、パンチ等の押圧手段により上記素材とマンドレルを共に該素材及びマンドレルの軸方向に沿って押圧し、ダイスの円筒形孔の内周面に設けた縮径部により上記素材をその中心よりに塑性移動させ、上記素材の内周面側をマンドレルの外周面に設けたヘリカルギア成形歯型に押付けて該内周面にヘリカルギアを成形すると共に、その後、上記素材の外周面側をダイスの円筒形孔の内周面に設けたストレートギア成形歯型に押付けて該外周面にストレートギアを上記ヘリカルギアの成形と独立に、又は平行して成形する内外ギア同時成形方法が知られている（特許文献３）。これにより、高ねじれ角の歯車を冷間鍛造により成形することは可能となったが、成形先端部では未だ十分な歯形精度が得られないと言う欠点があった。従って、製品にするためには、成形初期の歯形精度の悪い箇所を切断する必要があり、歯車素材の歩留りが悪くコスト高を招いていた。

また、外周に平歯車を有し、内周にヘリカルスプラインを有するギヤの製造方法であって、環状体を成す素材と、内周に平歯車成形歯を有する外歯成形部材と、外周にヘリカルスプライン成形歯を有する内歯成形部材とを準備し、前記外歯成形部材の内周に前記内歯成形部材を挿入して、前記ヘリカルスプライン成形歯の外周空間に前記素材を配置し、その素材の外周面を規制した状態で前記素材を両端面から加圧することで前記素材の内周にヘリカルスプラインを成形し、更に連続して前記素材を前記平歯車成形歯の内周空間に押し出すことにより前記素材の外周に平歯車を成形するところのギヤの製造方法が知られている（特許文献４）。該方法によれば、ヘリカルスプラインの成形が、素材を両端から加圧する据え込みにより実施される故、ギヤを一気に成形することになる。従って、抵抗が大きくなり素材を十分にヘリカルスプライン成形歯型内に押し込むことができず、十分な歯形精度が得られない。また、高ねじれ角の製品の成形においてはより一層抵抗が大きくなり、ヘリカルスプライン成形歯も大きな荷重を受けて本来の傾きより大きく傾き、歯筋精度が悪化すると言う問題があった。加えて、外周に平歯車を成形する際に、素材が平歯車成形歯により内側に寄せられる部分と寄せられない部分とが生じ、それにより内歯であるヘリカルスプラインを円周方向に均一に仕上げ成形することができず、歯形精度が悪くなると言う問題もあった。

特開２００５−３４２７７９号公報 特開平１０−９９９３７号公報 特開平１１−１４７１５８号公報 特開平１０−２１１５３９号公報

本発明は、形成されるヘリカルギアのねじれ角に関係なく、著しく良好な歯形精度を有するヘリカルギアを環状の歯車素材の内周面全体に亘って形成し得る歯車の製造装置及び該歯車の製造方法を提供するものである。

本発明者らは、特許文献３の方法において成形先端部に十分な歯形精度が得られないのは、如何なる原因によるのかを種々検討した。その結果、ダイスに設けられた縮径部により素材をその中心よりに塑性移動させ、素材の内周面側をマンドレルの外周面に設けられたヘリカルギア成形歯型に押付けてヘリカルギアを成形する際、素材が、ヘリカルギア成形歯型内に十分に侵入できずに、押圧端部とは反対側の端部において下方に流れる現象、いわゆる「だれ」が発生するためであることを突き止めた。しかし、この「だれ」を防止すべく、特許文献４に記載されたように、素材を両端面から均等に加圧して据え込みにより内歯を形成したのでは、特許文献４記載の方法と同様な欠点が生じて歯形精度を高めることができない。そこで、本発明者らは、更に検討を重ねた結果、素材を両端面から加圧しつつ縮径部により塑性移動させてヘリカルギアを成形すれば、意外にも、「だれ」を防止し得ると共に素材を良好に塑性変形させることができて、ヘリカルギア成形歯型内に素材を十分に侵入させ得ることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、
（１）軸方向に伸びる円筒形空孔（１）を有するダイス（Ａ）、ここで、該空孔（１）は、開口部（Ｏ）から伸びる円筒形部分（２）、それに続く縮径部（３）、及びそれに続くより小さい直径を有する円筒形部分（４）を備える、
上記円筒形部分（４）の直径より小さい外径を有し、かつ外周面にヘリカルギア成形歯型（５）を備える円筒形のマンドレル（Ｂ）、ここで、該マンドレルは、ダイス（Ａ）の円筒形空孔（１）内に同軸的に配置され得る、
ダイス（Ａ）とマンドレル（Ｂ）との間に形成される環状の空隙（Ｃ）、ここで、該空隙には環状の歯車素材（Ｗ）が配置される、及び
環状の空隙（Ｃ）に配置される歯車素材（Ｗ）を、開口部から内部に向って軸方向に沿って押圧する手段（Ｄ）
を備え、押圧手段（Ｄ）により環状の歯車素材（Ｗ）を、縮径部（３）を経て、ダイス（Ａ）のより小さい直径を有する円筒形部分（４）とマンドレル（Ｂ）のヘリカルギア成形歯型（５）を備える部分とにより形成される間隙に押し込んで、歯車素材（Ｗ）の内周面にヘリカルギアを形成する歯車の製造装置において、押圧手段（Ｄ）により環状の歯車素材（Ｗ）を上記間隙に押し込む際に、歯車素材（Ｗ）を、押圧手段（Ｄ）による押圧方向とは反対方向に、歯車素材（Ｗ）の他端から開口部に向かって押圧し得る手段（Ｅ）を更に備え、かつ押圧手段（Ｄ）及び（Ｅ）により環状の歯車素材（Ｗ）を押圧しつつ、歯車素材（Ｗ）、押圧手段（Ｄ）及び（Ｅ）、並びにマンドレル（Ｂ）が一緒になって、ダイス（Ａ）の円筒形部分（４）の内周面に沿って押圧手段（Ｄ）による押圧方向に移動し得ることを特徴とする装置である。

好ましい態様として、
（２）押圧手段（Ｄ）により歯車素材（Ｗ）に加える圧力に対する押圧手段（Ｅ）により歯車素材（Ｗ）に加える圧力の比が、０．１以上１．００未満であるところの上記（１）記載の装置、
（３）押圧手段（Ｄ）により歯車素材（Ｗ）に加える圧力に対する押圧手段（Ｅ）により歯車素材（Ｗ）に加える圧力の比が、０．１３以上１．００未満であるところの上記（１）記載の装置、
（４）押圧手段（Ｄ）により歯車素材（Ｗ）に加える圧力に対する押圧手段（Ｅ）により歯車素材（Ｗ）に加える圧力の比が、０．２〜０．３であるところの上記（１）記載の装置、
（５）形成されるヘリカルギアのねじれ角が１５〜４０度であるところの上記（１）〜（４）のいずれか一つに記載の装置、
（６）形成されるヘリカルギアのねじれ角が２０〜４０度であるところの上記（１）〜（４）のいずれか一つに記載の装置、
（７）形成されるヘリカルギアのねじれ角が２０〜３０度であるところの上記（１）〜（４）のいずれか一つに記載の装置、
（８）縮径部（３）の傾斜角（θ）が、２０〜３０度であるところの上記（１）〜（７）のいずれか一つに記載の装置
を挙げることができる。

本発明はまた、
（９）軸方向に伸びる円筒形空孔（１）を有するダイス（Ａ）、ここで、該空孔（１）は、開口部（Ｏ）から伸びる円筒形部分（２）、それに続く縮径部（３）、及びそれに続くより小さい直径を有する円筒形部分（４）を備える、と、上記円筒形部分（４）の直径より小さい外径を有し、かつ外周面にヘリカルギア成形歯型（５）を備える円筒形のマンドレル（Ｂ）とを用意し、該マンドレル（Ｂ）をダイス（Ａ）の円筒形空孔（１）内に同軸的に配置して、ダイス（Ａ）とマンドレル（Ｂ）との間に環状の空隙（Ｃ）を形成せしめ、該環状の空隙（Ｃ）に環状の歯車素材（Ｗ）を配置し、次いで、歯車素材（Ｗ）を開口部から内部に向って軸方向に沿って押圧して、歯車素材（Ｗ）を、縮径部（３）を経て、ダイス（Ａ）のより小さい直径を有する円筒形部分（４）とマンドレル（Ｂ）のヘリカルギア成形歯型（５）を備える部分とにより形成される間隙に押し込んで、歯車素材（Ｗ）の内周面にヘリカルギアを形成する歯車の製造方法において、環状の歯車素材（Ｗ）を上記間隙に押し込む際に、歯車素材（Ｗ）を、上記押圧方向とは反対方向に、歯車素材（Ｗ）の他端から開口部に向かって押圧しつつ、歯車素材（Ｗ）をダイス（Ａ）の円筒形部分（４）の内周面に沿って内部に向って移動して、歯車素材（Ｗ）の内周面にヘリカルギアを形成することを特徴とする方法である。

好ましい態様として、
（１０）歯車素材（Ｗ）を、その他端から開口部に向かって押圧しつつ、歯車素材（Ｗ）をダイス（Ａ）の円筒形部分（４）の内周面に沿って内部に向って移動することが、歯車素材（Ｗ）、それを両端から押圧している押圧手段（Ｄ）及び（Ｅ）、並びにマンドレル（Ｂ）を一緒に移動することにより実行されるところの上記（９）記載の方法、
（１１）歯車素材（Ｗ）を開口部から内部に向って軸方向に沿って押圧する圧力に対する上記押圧方向とは反対方向に歯車素材（Ｗ）の他端から開口部に向かって押圧する圧力の比が、０．１以上１．００未満であるところの上記（９）又は（１０）記載の方法、
（１２）歯車素材（Ｗ）を開口部から内部に向って軸方向に沿って押圧する圧力に対する上記押圧方向とは反対方向に歯車素材（Ｗ）の他端から開口部に向かって押圧する圧力の比が、０．１３以上１．００未満であるところの上記（９）又は（１０）記載の方法、
（１３）歯車素材（Ｗ）を開口部から内部に向って軸方向に沿って押圧する圧力に対する上記押圧方向とは反対方向に歯車素材（Ｗ）の他端から開口部に向かって押圧する圧力の比が、０．２〜０．３であるところの上記（９）又は（１０）記載の方法、
（１４）形成されるヘリカルギアのねじれ角が１５〜４０度であるところの上記（９）〜（１３）のいずれか一つに記載の方法、
（１５）形成されるヘリカルギアのねじれ角が２０〜４０度であるところの上記（９）〜（１３）のいずれか一つに記載の方法、
（１６）形成されるヘリカルギアのねじれ角が２０〜３０度であるところの上記（９）〜（１３）のいずれか一つに記載の方法
を挙げることができる。

本発明の装置及び方法によれば、著しく良好な歯形精度を有するヘリカルギアを環状の歯車素材の内周面全体に亘って形成し得る。とりわけ、形成されるヘリカルギアのねじれ角が大きいものであっても、著しく良好な歯形精度を得ることができる。従って、歯車を製造するに際に、その材料歩留まりを著しく高めることができ、著しく良好な歯形精度を有するヘリカルギア製品を極めて安価に製造することができる。一方、本発明の装置及び方法によれば、例えば、内歯としてヘリカルギアを有し、外歯として平歯を有する内外歯車を製造するには、内歯成形後に外歯を機械加工等により成形する必要がある。しかし、本発明においては、内歯ヘリカルギアは著しく良好な歯形精度を有すると共に、著しく高い歩留で製造することができる故に、例えば、特許文献３及び４に記載されたような内外歯車を同時に形成する装置及び方法により製造された内外歯車に比べても、本発明により製造された内外歯車は、著しく優れておりかつ安価である。

本発明の歯車の製造装置の好ましい一実施態様を図面に基づいて説明する。図１は本発明の歯車の製造装置の垂直断面図を示す。図１において、ダイス（Ａ）は下部プレート（１１）上に設置されており、ダイス（Ａ）の中央に軸方向（図１の垂直方向）に伸びる円筒形空孔（１）を有している。該円筒形空孔（１）は、その開口部（Ｏ）から伸びる円筒形部分（２）を有し、次いで、該円筒形部分（２）から続く、縮径部（３）を有し、次いで、該縮径部（３）から続く、円筒形部分（２）の直径より小さい直径を有する円筒形部分（４）を備えている。円筒形空孔（１）は、円筒形部分（２）と円筒形部分（４）との接続部分、即ち、縮径部（３）で縮径、即ち、内径が小さくされている。縮径部（３）は、環状の歯車素材（Ｗ）（図１中に点線で示されている）を、開口部（Ｏ）から内部（図１の垂直下方向）に向って押圧して、ダイス（Ａ）のより小さい直径を有する円筒形部分（４）とマンドレル（Ｂ）のヘリカルギア成形歯型（５）を備える部分とにより形成される間隙に押し込むことができるところの、図２に示される傾斜角（θ）を有している。傾斜角（θ）は好ましくは２０〜３０度である。ダイス（Ａ）は、ダイ押さえプレート（１２）及びダイハウジング（１３）により下部プレート（１１）に固定されている。

マンドレル（Ｂ）は円筒形であり、ダイス（Ａ）の円筒形部分（４）の直径より小さい外径を有する。図１において、マンドレル（Ｂ）は、その外周面の下部に複数のヘリカル歯型から成るヘリカルギア成形歯型（５）を備えている。該ヘリカルギア成形歯型（５）は、所望するヘリカルギアのスペック（例えば、ねじれ角等）に応じて種々変更することができる。マンドレル（Ｂ）は、ダイス（Ａ）とは独立して軸方向に上下移動し得る。また、図１においてマンドレル（Ｂ）は、ダイス（Ａ）の円筒形空孔（１）内に、円筒形空孔（１）と同軸的に配置し得るようにダイス（Ａ）の上方に位置されている。マンドレル（Ｂ）は、マンドレルホルダー（１４）及び上部ハウジング（１５）を介して上部プレート（１６）に接続されている。

図１において、環状の歯車素材（Ｗ）を、開口部（Ｏ）から内部（図１の垂直下方向）に向って軸方向に沿って押圧する環状の押圧手段（成形パンチ）（Ｄ）が、マンドレル（Ｂ）に備えられているヘリカルギア成形歯型（５）の上方の外周面を取り囲んで設けられている。該押圧手段（Ｄ）の内径はマンドレル（Ｂ）の外径と略同一であり、かつ外径はダイス（Ａ）の開口部（Ｏ）から伸びる円筒形部分（２）の内径に略同一である。押圧手段（Ｄ）は、第一上部ノックアウトピン（Ｐ１）を介して、第二上部ノックアウトピン（Ｐ２）に接続されている。押圧手段（Ｄ）、それに付随する第一上部ノックアウトピン（Ｐ１）及び第二上部ノックアウトピン（Ｐ２）と、マンドレル（Ｂ）、それに付随するマンドレルホルダー（１４）、上部ハウジング（１５）及び上部プレート（１６）とは、夫々、独立して形成されている。押圧手段（Ｄ）及びそれに付随する部分とマンドレル（Ｂ）及びそれに付随する部分との間には上部スペーサー（１８）が存在する。押圧手段（Ｄ）により、環状の歯車素材（Ｗ）に加えられる圧力は、歯車素材（Ｗ）の寸法及び製造されるヘリカルギアのスペック、装置の規模及び形状等、並びに下記の押圧手段（Ｅ）により加えられる圧力等に依存して変化するが、通常、ギア成形時の歯車素材（Ｗ）の軸方向下向き（図１の垂直下方向）への移動速度が１〜５ｍｍ／秒程度になるように設定される。このように押圧手段（Ｄ）により加えられる圧力は一義的に特定することは困難であるが、およそ２００〜５００トン程度である。該圧力が小さ過ぎると、歯車素材（Ｗ）を、ダイス（Ａ）のより小さい直径を有する円筒形部分（４）とマンドレル（Ｂ）のヘリカルギア成形歯型（５）を備える部分とにより形成される間隙に十分に押し込むことができず、該圧力が大き過ぎると、顕著な効果も得られず、過度の圧力により装置スペックが過大となってコスト高を招くばかりである。

図１の状態において、上部プレート（１６）及び第二上部ノックアウトピン（Ｐ２）を軸方向（図１の垂直方向）に上下させることにより、マンドレル（Ｂ）及び押圧手段（Ｄ）をそのままの状態で一緒に軸方向に上下させることができる。また、上部プレート（１６）を軸方向上方に移動させ、同時に第一上部ノックアウトピン（Ｐ１）及び第二上部ノックアウトピン（Ｐ２）を下方に移動させことにより、マンドレル（Ｂ）を上方に、押圧手段（Ｄ）を下方に、夫々、独立して移動させることもできる。

図１において、環状の歯車素材（Ｗ）を、押圧手段（Ｄ）による押圧方向とは反対方向（図１の垂直上方向）に、歯車素材（Ｗ）の他端から押圧し得る押圧手段（背圧リング）（Ｅ）が、ダイス（Ａ）のより小さい直径を有する円筒形部分（４）の内周面に沿って環状に設けられている。押圧手段（Ｅ）の外径は、ダイス（Ａ）の円筒形部分（４）の内径に略同一であり、かつ内径は、マンドレル（Ｂ）の外径と略同一である。押圧手段（Ｅ）により歯車素材（Ｗ）に加えられる圧力は、押圧手段（Ｄ）により加えられる圧力より小さい。押圧手段（Ｄ）により歯車素材（Ｗ）に加える圧力に対する押圧手段（Ｅ）により歯車素材（Ｗ）に加える圧力の比の下限は、好ましくは０．１、より好ましくは０．１３、更に好ましくは０．１４、特に好ましくは０．２である。上限は、１．００未満であれば特に制限はないが、好ましくは０．８、より好ましくは０．３である。上記下限未満では、歯車素材（Ｗ）の下側端部において素材が下方に流れる現象、いわゆる「だれ」を十分に防止することができない。圧力比が大き過ぎると、必要な成形圧が増加し、プレス装置の容量が大きくなってコスト高を招く。

押圧手段（Ｅ）は、下部ノックアウトピン（１７）を介して図１２に示されている油圧回路（Ｆ）に接続されている。該油圧回路（Ｆ）は、押圧手段（Ｅ）により環状の歯車素材（Ｗ）に加える圧力を、押圧手段（Ｄ）により加える圧力未満に制御し得、かつ両者の押圧手段により加えられる圧力の差を略一定に保持しつつ、環状の歯車素材（Ｗ）の軸方向下向き（図１の垂直下方向）への移動速度を略一定に制御し得る。即ち、押圧手段（Ｄ）により環状の歯車素材（Ｗ）を、縮径部（３）を経て、ダイス（Ａ）のより小さい直径を有する円筒形部分（４）とマンドレル（Ｂ）のヘリカルギア成形歯型（５）を備える部分とにより形成される間隙に押し込んで、歯車素材（Ｗ）の内周面にヘリカルギアを形成する際に、環状の歯車素材（Ｗ）、該歯車素材（Ｗ）を上下から押圧している押圧手段（Ｄ）及び（Ｅ）、並びにマンドレル（Ｂ）を一緒に、ダイス（Ａ）の円筒形部分（４）の内周面に沿って軸方向下向きに移動し得、かつその移動速度を制御し得る。上記のダイス（Ａ）、マンドレル（Ｂ）並びに押圧手段（Ｄ）及び（Ｅ）の各部分の寸法は、製造される歯車の寸法、即ち、環状の歯車素材（Ｗ）の寸法に依存して、適宜、変更することができる。

次に、図１に示した歯車の製造装置による歯車の製造方法について説明する。マンドレル（Ｂ）をダイス（Ａ）の円筒形空孔（１）内に同軸的に配置すると、ダイス（Ａ）の円筒形空孔（１）の内周面とマンドレル（Ｂ）の外周面との間に環状の空隙（Ｃ）が形成される。該環状の空隙（Ｃ）には、環状の歯車素材（Ｗ）が配置される。好ましくは、環状の歯車素材（Ｗ）の内径はマンドレル（Ｂ）の外径より僅かに大きく、かつ外径はダイス（Ａ）の円筒形部分（２）の内径より僅かに小さい。図１に示されているように、マンドレル（Ｂ）がダイス（Ａ）の上方に位置する状態において、環状の歯車素材（Ｗ）は環状の空隙（Ｃ）に据え付けられる。図２に示されているように、配置された歯車素材（Ｗ）の下端は、ダイス（Ａ）の縮径部（３）により支持されている。次に、マンドレル（Ｂ）及び押圧手段（Ｄ）を一緒に軸方向下向き（図１の垂直下方向）に移動する。該移動は、上部プレート（１６）及び第二上部ノックアウトピン（Ｐ２）を、押圧手段(図示されていない)を使用して軸方向下向きに一緒に押圧することにより、該上部プレート（１６）に上部ハウジング（１５）及びマンドレルホルダー（１４）を介して固定されているマンドレル（Ｂ）が軸方向下向きに移動し、同時に、マンドレルホルダー（１４）の下面に当接して設置されている押圧手段（Ｄ）が、マンドレルホルダー（１４）に押圧されて、マンドレル（Ｂ）と一緒になって軸方向下向きに移動することにより達成される。そして、図３（成形開始時）に示されているように、歯車素材（Ｗ）の上面に押圧手段（Ｄ）が当接し、かつ歯車素材（Ｗ）の内面がマンドレル（Ｂ）の外周面に存在するヘリカルギア成形歯型（５）と向かい合うように配置される。この状態で、マンドレル（Ｂ）及び押圧手段（Ｄ）を軸方向下向きに更に移動すると、ダイス（Ａ）の縮径部（３）により支持されている歯車素材（Ｗ）の下部は、軸方向下向きの移動を阻止されてマンドレル（Ｂ）方向に塑性変形を開始する。更に、マンドレル（Ｂ）及び押圧手段（Ｄ）を軸方向下向きに移動すると、図４（成形途中）に示されているように、歯車素材（Ｗ）の下面は、押圧手段（Ｅ）に当接して、押圧手段（Ｄ）による軸方向下向きの圧力未満の圧力で軸方向上向きの押圧を受け始めると共に、歯車素材（Ｗ）の下部が、マンドレル（Ｂ）の外周面に存在するヘリカルギア成形歯型（５）内に進入し始める。更に、上部プレートを押圧して、マンドレル（Ｂ）及び押圧手段（Ｄ）を軸方向下向きに移動し続けると、歯車素材（Ｗ）は、押圧手段（Ｅ）により、押圧手段（Ｄ）による軸方向下向きの圧力未満の、軸方向上向きの圧力を受けながら、マンドレル（Ｂ）と一緒になって軸方向下向きに移動して、図５（成形完了時）に示されているように、歯車素材（Ｗ）の内面側の全てが、マンドレル（Ｂ）外周面に存在するヘリカルギア成形歯型（５）内に進入して、歯車素材（Ｗ）の内周面にヘリカルギアが形成される。歯車素材（Ｗ）の内周面にヘリカルギアが形成された後、上部プレート（１６）による軸方向下向きへの押圧を停止する。

次いで、成形後の環状の歯車素材（Ｗ）を装置から取り外す。歯車素材（Ｗ）の成形が完了すると、まず、マンドレル（Ｂ）、押圧手段（Ｄ）及び歯車素材（Ｗ）が、そのままの状態で、歯車素材（Ｗ）をマンドレル（Ｂ）から取り外すための所定の位置まで引き上げられる。次いで、図６に示されているように、押圧手段（Ｅ）が軸方向上向きに移動されて、歯車素材（Ｗ）の下面に当接して歯車素材（Ｗ）を支える。この状態で、押圧手段（Ｄ）を固定して、マンドレル（Ｂ）のみを上方に引き上げると、環状の歯車素材（Ｗ）が、マンドレル（Ｂ）の外周面に形成されているヘリカル歯型に沿って回転して相対的に下降して、図７に示されているように、歯車素材（Ｗ）がマンドレル（Ｂ）から取り外され１サイクルを完了する。

図１２は、本発明で用いられる基本的な油圧回路の概略図である。以下、これに基づいて、図１に示されている本発明の装置と該油圧回路との関係を説明する。下部ノックアウトピン（１７）に当接しているピストンロッド（２１）は、主ポンプ（２４）及び切替弁（２６）により昇降可能に制御される。歯車の成形を開始する前は、ピストンロッド（２１）の所定位置（歯車成形開始前の歯車素材（Ｗ）セット位置に対応する位置）にて、主ポンプ（２４）側の切替弁（２６）のスプールが中立位置にされている（図１２に示す状態）。一方、補助ポンプ（３０）側の切替弁（２７）のスプールは連通位置にされている（図１２に示す状態）。圧力制御弁（２８）のばね圧力は所定の背圧となるように事前に調整されている。また、流量制御弁（２９）は所定の流量となるように絞り量が事前に設定されている。この状態で、歯車素材（Ｗ）の押圧手段（Ｄ）による上方からの押圧が開始すると、圧力制御弁（２８）により背圧が一定に保持されつつピストンロッド（２１）が下降し、歯車素材（Ｗ）の成形が完了する。歯車素材（Ｗ）の成形が完了すると、マンドレル（Ｂ）、押圧手段（Ｄ）及び歯車素材（Ｗ）は、そのままの状態で、歯車素材（Ｗ）をマンドレル（Ｂ）から取り外すための位置まで引き上げられる。歯車素材（Ｗ）が取り外し位置まで引き上げられると、主ポンプ側の切替弁（２６）のスプールが中立位置から上昇位置に切替えられると共に、補助ポンプ側の切替弁（２７）のスプール位置が連通位置から遮断位置に切替えられ、ピストンロッド（２１）は所定位置（歯車素材（Ｗ）の取り外し位置に対応する位置）まで上昇し、主ポンプ側の切替弁（２６）のスプールが上昇位置から中立位置に切替えられ、ピストンロッド（２１）の上昇が停止する。これにより、押圧手段（Ｅ）が歯車素材（Ｗ）の下面に当接して歯車素材（Ｗ）を支える。この状態にて、上記の［００２０］段落にて説明したように、マンドレル（Ｂ）のみを上方に引き上げることにより、歯車素材（Ｗ）がマンドレル（Ｂ）から取り外される。その後、主ポンプ側切替弁（２６）のスプールが中立位置から下降位置に切替えられ、ピストンロッド（２１）は下降する。ピストンロッド（２１）が所定位置（歯車成形開始前の歯車素材（Ｗ）セット位置に対応する位置）まで下降したら、主ポンプ側切替弁（２６）のスプールが下降位置から中立位置に切替えられ、ピストンロッド（２１）が停止する。そして、補助ポンプ側切替弁（２７）のスプールが遮断位置から連通位置に切替えられ、歯車素材（Ｗ）のセット及び成形準備が完了する。

上記のようにして、環状の歯車素材（Ｗ）の内面にヘリカルギアを形成することができる。このようにして得られた内面にヘリカルギアを有する環状の歯車素材（Ｗ）は、必要に応じて所定の寸法に切断される。また、例えば、外周面にストレートギアを有する内外歯車を製造するためには、その外周面に機械加工によりストレートギアを形成することができる。本発明により製造されるヘリカルギアのねじれ角には特に制限はなく、小さいものから大きいものまでその角度を問わない。好ましくは１５〜４０度、より好ましくは２０〜４０度、更に好ましくは２０〜３０度である。

以下、実施例において本発明を更に詳細に説明するが、本発明は該実施例により限定されるものではない。

実施例及び比較例において使用した歯車製造装置及び環状の歯車素材は、下記の通りである。

＜装置＞
使用した歯車製造装置は、図１に示したものである。主要部分の寸法は下記の通りである。
ダイス（Ａ）の円筒形部分（２）の直径：１４９．２ｍｍ
ダイス（Ａ）の円筒形部分（４）の直径：１３８．０ｍｍ
マンドレル（Ｂ）の外径：１２５．０ｍｍ
環状の空隙（Ｃ）の幅：２４．２ｍｍ
縮径部（３）の傾斜角（θ）：２５度

＜環状の歯車素材（Ｗ）＞
形状：外径：１４９．０ｍｍ、内径：１２５．０ｍｍ、長さ：３６．０ｍｍ
材質：クロム合金鋼ＳＣｒ４２０Ｈ−ＳＡ材
潤滑用表面処理として、ボンデ処理に加えて石鹸処理を施した。

（実施例１）
図１に示した装置の環状の空隙（Ｃ）に、上記環状の歯車素材（Ｗ）を配置して冷間鍛造を実施し、表１に示すスペックを有する内歯ヘリカルギアを製造した。該操作を１０個の環状の歯車素材（Ｗ）に対して繰り返した。上記の全ての操作において、押圧手段（Ｅ）により加えられた圧力（背圧）は５０ｔｏｎであり、押圧手段（Ｄ）により加えられた圧力は３５８ｔｏｎであった（押圧手段（Ｅ）により加えられた圧力／押圧手段（Ｄ）により加えられた圧力＝０．１４）。また、環状の歯車素材（Ｗ）の軸方向下向きへの移動速度は３ｍｍ／秒であった。

上記のようにして製造された１０個の内歯ヘリカルギアについて、ＪＩＳ Ｂ１７０２に準拠して、単一ピッチ誤差（左、右）、累積ピッチ誤差（左、右）、歯溝の振れ誤差、最大歯形誤差（左、右）及び最大歯筋誤差（左、右）を測定して、ＪＩＳ歯車精度等級を求めた。結果を図８に示した。各等級は１０個の内歯ヘリカルギアの平均値から求めたものである。

（実施例２）
押圧手段（Ｅ）により加えられた圧力（背圧）が１００ｔｏｎであり、押圧手段（Ｄ）により加えられた圧力が４２１ｔｏｎであった（押圧手段（Ｅ）により加えられた圧力／押圧手段（Ｄ）により加えられた圧力＝０．２３）こと以外は、実施例１と同一に実施した。結果を図９に示した。

（比較例１）
比較例１は従来法である特許文献３記載の装置及び方法を使用したものである。即ち、図１の装置において押圧手段（Ｅ）により圧力（背圧）を加えず、押圧手段（Ｄ）のみにより３０２ｔｏｎの圧力を加えて（押圧手段（Ｅ）により加えられた圧力／押圧手段（Ｄ）により加えられた圧力＝０．００）、環状の歯車素材（Ｗ）の軸方向下向きへの移動速度を実施例１と同一の３ｍｍ／秒としたこと以外は、実施例１と同一に実施して、内歯ヘリカルギアを製造し、各ＪＩＳ歯車精度等級を求めた。結果を図１０示した。

（比較例２）
押圧手段（Ｅ）により加えられた圧力（背圧）が２０ｔｏｎであり、押圧手段（Ｄ）により加えられた圧力が３２３ｔｏｎであった（押圧手段（Ｅ）により加えられた圧力／押圧手段（Ｄ）により加えられた圧力＝０．０６）こと以外は、実施例１と同一に実施した。結果を図１１に示した。

本発明の歯車製造装置及び歯車製造方法を使用して製造された実施例１及び２の内歯ヘリカルギアは、従来の装置及び方法を使用して製造された比較例１の内歯ヘリカルギアと比較して、単一ピッチ誤差（左、右）、累積ピッチ誤差（左、右）、歯溝の振れ誤差、最大歯形誤差（左、右）、及び最大歯筋誤差（左、右）のいずれにおいても高い精度を有していた。とりわけ、最大歯筋誤差（左、右）に関しては、その効果が顕著であった。また、実施例１及び２の結果から、押圧手段（Ｄ）により加える圧力に対する押圧手段（Ｅ）により加える圧力の比を大きくすると、歯車精度がより一層高くなることが分かった。一方、比較例２から分かるように、該圧力の比が小さいと、歯車精度は高くならない。

本発明の装置及び方法によれば、著しく良好な歯形精度を有するヘリカルギアを環状の歯車素材の内周面全体に亘って形成し得る。とりわけ、形成されるヘリカルギアのねじれ角が大きいものであっても、著しく良好な歯形精度を得ることができる。従って、本発明の装置及び方法により得られたヘリカルギアを内周面に有する内外歯車は、例えば、自動車のオートマチックトランスミッションのリングギア等に極めて有用である。

本発明の歯車の製造装置の一実施態様の垂直断面図である。 図１に示した歯車の製造装置のダイス部分の垂直断面図である。 図１に示した歯車の製造装置における成形開始時の垂直断面図である。 図１に示した歯車の製造装置における成形途中の垂直断面図である。 図１に示した歯車の製造装置における成形完了時の垂直断面図である。 図１に示した歯車の製造装置における成形後の歯車素材取り出し途中の垂直断面図である。 図１に示した歯車の製造装置における成形後の歯車素材取り出し時の垂直断面図である。 本発明の装置により製造したヘリカルギアのＪＩＳ歯車精度等級を示したグラフである（実施例１）。 本発明の装置により製造したヘリカルギアのＪＩＳ歯車精度等級を示したグラフである（実施例２）。 従来法の装置により製造したヘリカルギアのＪＩＳ歯車精度等級を示したグラフである（比較例１)。 本発明の装置により小さな背圧を使用して製造したヘリカルギアのＪＩＳ歯車精度等級を示したグラフである（比較例２）。 本発明で使用する基本的な油圧回路の概略図である。

符号の説明

Ａ ダイス
Ｂ マンドレル
Ｃ 環状の空隙
Ｄ 歯車素材（Ｗ）を、開口部から内部に向って軸方向に沿って押圧する押圧手段
Ｅ 歯車素材（Ｗ）を、押圧手段（Ｄ）による押圧方向とは反対方向に歯車素材（Ｗ）の他端から押圧する押圧手段
Ｆ 背圧・速度制御装置
Ｏ ダイス（Ａ）の開口部
Ｐ１ 第一上部ノックアウトピン
Ｐ２ 第二上部ノックアウトピン
Ｗ 環状の歯車素材
１ ダイス（Ａ）の円筒形空孔
２ ダイス（Ａ）の開口部（Ｏ）から伸びる円筒形部分
３ ダイス（Ａ）の縮径部
４ ダイス（Ａ）のより小さい直径を有する円筒形部分
５ ヘリカルギア成形歯型
１１ 下部プレート
１２ ダイ押さえプレート
１３ ダイハウジング
１４ マンドレルホルダー
１５ 上部ハウジング
１６ 上部プレート
１７ 下部ノックアウトピン
１８ 上部スペーサー
２１ ピストンロッド
２２ シリンダーチューブ
２４ 主ポンプ
２６ 主ポンプ側切換弁
２７ 補助ポンプ側切換弁
２８ 圧力制御弁
２９ 流量制御弁
３０ 補助ポンプ
３１ 油圧タンク

Claims (4)

1. 軸方向に伸びる円筒形空孔（１）を有するダイス（Ａ）、ここで、該空孔（１）は、開口部（Ｏ）から伸びる円筒形部分（２）、それに続く縮径部（３）、及びそれに続くより小さい直径を有する円筒形部分（４）を備える、
   上記円筒形部分（４）の直径より小さい外径を有し、かつ外周面にヘリカルギア成形歯型（５）を備える円筒形のマンドレル（Ｂ）、ここで、該マンドレルは、ダイス（Ａ）の円筒形空孔（１）内に同軸的に配置され得る、
   ダイス（Ａ）とマンドレル（Ｂ）との間に形成される環状の空隙（Ｃ）、ここで、該空隙には環状の歯車素材（Ｗ）が配置される、及び
   環状の空隙（Ｃ）に配置される歯車素材（Ｗ）を、開口部から内部に向って軸方向に沿って押圧する手段（Ｄ）
   を備え、押圧手段（Ｄ）により環状の歯車素材（Ｗ）を、縮径部（３）を経て、ダイス（Ａ）のより小さい直径を有する円筒形部分（４）とマンドレル（Ｂ）のヘリカルギア成形歯型（５）を備える部分とにより形成される間隙に押し込んで、歯車素材（Ｗ）の内周面にヘリカルギアを形成する歯車の製造装置において、押圧手段（Ｄ）により環状の歯車素材（Ｗ）を上記間隙に押し込む際に、歯車素材（Ｗ）を、押圧手段（Ｄ）による押圧方向とは反対方向に、歯車素材（Ｗ）の他端から開口部に向かって押圧し得る手段（Ｅ）を更に備え、かつ押圧手段（Ｄ）及び（Ｅ）により環状の歯車素材（Ｗ）を押圧しつつ、歯車素材（Ｗ）、押圧手段（Ｄ）及び（Ｅ）、並びにマンドレル（Ｂ）が一緒になって、ダイス（Ａ）の円筒形部分（４）の内周面に沿って押圧手段（Ｄ）による押圧方向に移動し得ることを特徴とする装置。
2. 押圧手段（Ｄ）により歯車素材（Ｗ）に加える圧力に対する押圧手段（Ｅ）により歯車素材（Ｗ）に加える圧力の比が、０．１以上１．００未満であるところの請求項１記載の装置。
3. 形成されるヘリカルギアのねじれ角が１５〜４０度であるところの請求項１又は２記載の装置。
4. 軸方向に伸びる円筒形空孔（１）を有するダイス（Ａ）、ここで、該空孔（１）は、開口部（Ｏ）から伸びる円筒形部分（２）、それに続く縮径部（３）、及びそれに続くより小さい直径を有する円筒形部分（４）を備える、と、上記円筒形部分（４）の直径より小さい外径を有し、かつ外周面にヘリカルギア成形歯型（５）を備える円筒形のマンドレル（Ｂ）とを用意し、該マンドレル（Ｂ）をダイス（Ａ）の円筒形空孔（１）内に同軸的に配置して、ダイス（Ａ）とマンドレル（Ｂ）との間に環状の空隙（Ｃ）を形成せしめ、該環状の空隙（Ｃ）に環状の歯車素材（Ｗ）を配置し、次いで、歯車素材（Ｗ）を開口部から内部に向って軸方向に沿って押圧して、歯車素材（Ｗ）を、縮径部（３）を経て、ダイス（Ａ）のより小さい直径を有する円筒形部分（４）とマンドレル（Ｂ）のヘリカルギア成形歯型（５）を備える部分とにより形成される間隙に押し込んで、歯車素材（Ｗ）の内周面にヘリカルギアを形成する歯車の製造方法において、環状の歯車素材（Ｗ）を上記間隙に押し込む際に、歯車素材（Ｗ）を、上記押圧方向とは反対方向に、歯車素材（Ｗ）の他端から開口部に向かって押圧しつつ、歯車素材（Ｗ）をダイス（Ａ）の円筒形部分（４）の内周面に沿って内部に向って移動して、歯車素材（Ｗ）の内周面にヘリカルギアを形成することを特徴とする方法。

Images