JP2790376B2 - 薄鋼板からの歯車の冷間成形 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、例えば自動車のスタータ装置として使用さ
れる形式の歯車に関するものであり、特に、この種の歯
車の製造方法の改良に関するものである。

発明の背景 自動車の機械部品の取扱いは、自動車の用途に特有で
あって他の用途では生じない幾つかの固有の課題を有す
る。今日、機械部品の重量は特別の課題であり、強度を
満足させつつ重量を最低限に減じることが常に要求され
る。使用寿命の延長もまた、重要視される特性である。
また、大抵の自動車及び部品が大量生産で製造されるの
で、コストに関する有効性は最も必要な特性の１つであ
る。

ここで用いられる歯車は、スタータ歯車、タイミング
ベルト歯付プーリ、パルスリング等を含むが、特にスタ
ータ歯車が重要である。

スタータ歯車の製造における従来の慣例は、例えば打
抜き等の適当な冷間成形によって薄鋼板から環状本体を
形成することである。この環状本体は、歯車の中心壁を
構成し、別体の環状歯車を受けるのに適した周部形状を
有する。環状歯車は、短形横断面形状を有した金属環か
らなり、一般に複数の歯が切削工程によって機械加工さ
れる。スタータ歯車は、環状歯車を薄鋼板の本体の周部
にスポット溶接することによって完成させる。このよう
にして相応の有効寿命を付与しつつ形成された構造は、
いくぶん重く、製造コストが多少かさむ。

冷間成形技術を用いて薄鋼板に最終形状を付与するこ
とにより１枚の薄鋼板から満足できる歯車を製造できる
ならば、実質的な製造コスト及び重量の削減を達成でき
ることは昔から知られている。いわゆる『グロブ（Gro
b）』機械がしばしば利用されている。この機械は、歯
車の歯群を鍛造成形すること、より詳しくは、割出し台
上で材料の環状ブランクを半径方向内方へ鍛造して歯群
間に間隙を形成することができる。実際のところ、特許
文献はこのグロブ技術及び機械を利用して自動車のスタ
ータ歯車を製造することを提案している。例えば米国特
許第4,796,345号に、スタータ歯車の製造方法が開示さ
れている。この方法では、円形ブランクの外周部に軸方
向フランジを冷間成形することにより円形の薄鋼板から
荒地（preform）が形成された後、グロブ鍛造技術によ
ってこの荒地の外周部に歯群が形成される。出願人の知
る限りでは、′345特許の方法によって製造された歯車
は、自動車産業界において幅広い支持を受けていない。

この成形方法における課題は、所定径の円筒壁を同一
外径の波形壁に不可欠に変形することにある。円筒壁の
外表面と内表面とによって形成される環状部分において
材料が、同じ円筒状外表面とより小さい円筒状内表面と
によって画定されるより大きな環状部分へと波形状に事
実上拡げられるので、壁の厚さは必然的に減少する。ま
たこの減少は、形成される歯群の山や谷ではなく中央の
螺旋部分に生じる。類似歯車に噛合可能な歯車構造で
は、金属に応力を及ぼす力は、最も弱い部位である螺旋
部分の表面に沿って伝わる。したがって、螺旋部分に所
望の強度を付与するためには、大きな厚さを有する薄鋼
板の原板を選択する必要があり、そりによって重量及び
コストがかなり増加する。

′345特許の方法を実施する際の他のコスト因子は、
割出し台上で作業しなければならないことが歯車加工に
要する時間及び労力を増大させることにある。近年、′
345特許の荒地を′345特許の完成品に加工するに要する
時間及び労力を、割出し鍛造工具の代わりに同様の完成
品を成形する冷間圧延工具を用いることによって低減さ
せた機械が市場に出回っている。圧延工具による成形は
割出し加工に起因するコストを低減できるが、より重い
荒地を成形する必要から生じるコストを低減する課題が
歯車成形に関して残される。

より重い荒地の課題を解決する１つの試みは、英国特
許第4,945,783号に開示される。この特許は、薄鋼板の
円板を荒成形して、円板の円形周辺部に半径方向内方へ
折り返されたリップを形成し、ほぼ均一厚さのＵ溝断面
を有する外周部を形成することを提案する。荒成形され
た板は、Ｕ溝の半径方向外表面を露出するとともにリッ
プ縁部の半径方向内方支持を付与するように固定され
る。次いで圧延工具を、露出した外表面上でブランクの
軸に平行な経路に沿って転動させ、各圧延動作の後にブ
ランクを割出すことによって完全な一連の歯群を冷間成
形する。′738特許の方法は、手順の割出し態様によっ
て実質的に制限されるので、また成形された歯群の両面
が、仕上げのために高価な機械加工を有する鋭利な縁部
を形成しがちな制御不能の軸方向隆起を有するという付
加的理由によって、最善策とは言えない。そのような制
御不能な軸方向隆起は排除されるべきであり、仮にそれ
らが保持し続けるに足る円滑さを有していても、それら
は完成した歯群の強度及び完成度にとって不必要なもの
である。いずれにしても、歯群又は歯群を支持する半径
方向内方部分に強度及び完全性を付与するために使用さ
れる部材は、非作用的な超過重量として排除されるか又
は保持される。

発明の概要 本発明の目的は、従来の方法における全ての利点を実
質的に達成する一方で、その全ての欠点を実質的に排除
する歯車の製造方法を提供することである。本発明の本
質に従って、この目的は、（１）ほぼ半径方向外方の制
御表面を提供する構造を有する回転保持ユニットと、
（２）回転軸線及びこの回転軸線の周りに環状に延在す
る歯成形周辺部を有する回転歯成形工具ユニットとを利
用して所定距離だけ隔てられた側部を有する冷間成形さ
れた周囲歯群を有する歯車の成形方法を提供することに
よって達成される。回転ユニットの一つは、その外方向
に延在し、所定距離だけ隔てられて互いに対向する表面
を形成する円滑な二つの歯側部を有する二つの環状フラ
ンジを有する。この方法は、ほぼ均一断面形状の外側環
状部分と、荒地の軸線方向に外側環状部分から中心方向
へ環状に延在するほぼ所定厚さの一体金属シート中央壁
とを有する荒地へ所定厚さの金属シート円形部材を冷間
成形する最初の工程を有し、この外側環状部分が、
（１）所定厚さより大きいが所定の距離より大きくはな
い幅と、（２）歯形成工具ユニットの歯形成周辺部と噛
み合い作用をする外周部とを有している。この方法は、
（１）回転保持ユニットを、荒地軸線の回りにそれに固
定された荒地と、環状部分の少なくとも一部の下側に位
置する制御表面と共に回転させ、（２）歯形成工具ユニ
ットを、その軸線の回りに、軸線が平行で回転速度が同
期するような所定の回転関係を持って回転させる工程を
有している。それに固定された荒地を有する回転保持ユ
ニットと、歯形成工具ユニットとは、所定の回転関係で
ある一方で、この方法は、環状部分の金属シートが歯群
を冷間成形されるまで、金属の変形に協働する歯形成工
具ユニットの歯形成周辺部を、環状部分の外周部の中心
方向に環状部分と係合させるために、互いの方向へのユ
ニットとそれらの軸線との間の相対的な動作をもたらす
工程を更に有し、環状部分の周囲は、歯形成工具ユニッ
トの歯成形周辺部との転がり接触によって冷間形成さ
れ、その側部は、円滑な歯側面形成表面との接触によっ
て滑らかに冷間成形され、それにより、他の方法で円滑
な歯側面形成表面の軸線外方向へ抑制し難し出っ張る金
属シートの量は、歯及び／又はその結果として半径方向
内方のバックアップ内に集中する。

本発明のもう一つの目的は、従来の方法において効果
が犠牲にされる前述の方法の実施から結果として生じる
歯車構造を提供することである。

本発明のこれらの及び他の目的は、以下の詳細な記述
及び添付請求の範囲の中で更に明らかになる。

本発明は、実施例が図示されている添付図面を参照し
て良く理解される。

図面の簡単な説明 図１は、本発明の方法により構成された整数パルスリ
ングを有するスタータギヤの部分的に実線で部分的に点
線の斜視図である。

図２は、本発明の本質を実施する最初の材料を構成す
る金属シートの円形部材の二分割断面図である。

図３は、金属シートの円形部材が缶状部材に冷間成形
される本発明の方法における第１工程を示す図２と同様
な図である。

図４は、缶状部材からの環状部分の成形を含む本発明
の方法における次の工程を示す図３と同様な図である。

図５は、最終的な荒地が環状部分を厚くすることによ
って冷間成形される本発明の方法における次の工程を示
す図４と同様な図である。

図６は、荒地の厚くされた環状部分が連続の歯に冷間
成形される本発明の方法における歯成形工程を示す図５
と同様な図である。

図７は、図６に示された回転保持ユニットと回転歯成
形ユニットの全体を示す断面図である。

図８、９、及び10は、本発明の方法のもう一つの実施
例を実施する各工程を示す図２〜６と同様な図である。

図11〜13は、本発明の方法の更にもう一つの実施例に
おける各工程を示す図８〜10と同様な図である。

図14〜17は、本発明の方法の更にもう一つの変更例に
おける各工程を示す図２〜６と同様な図である。

発明を実施するための最良の形態 ここで図１から７を特に参照すると、本発明の本質に
従って構成される参照番号10で概して示されているスタ
ータギアの形状の歯車が示されている。図２から６は、
本発明の方法の１つの実施例に従ったスタータギア10を
製作する方法における種々の工程を示している。示され
るように、スタータギア10は、例えば、冷間成形される
ことができる鋼のような金属シートの１つの円形状部品
から作成される。図１で最もよく示されているように、
スタータギア10は、最初の材料を形成する金属シートの
所定の厚さにほぼ等しい厚さを有する金属シートの中央
壁12を含む。図２は金属シート14の円形状部品の二分の
一の断面を示しており、その形状は本発明の方法の第１
工程を構成する。

また、スタータギア10は、中央壁12の外周部と一体的
に形成される環状部分を含み、その一部は冷間成形され
たギア歯群16になり、その一部は一定間隔で半径方向に
そこを通って延びる一連の開口部20を有する軸線方向へ
延びる円筒形フランジの形態のパルスリング18を形成す
る。示されるように、各々の開口部20が概して長方形の
形状でありながら、スタータギア10の軸線の周りで環状
的に等しく間を開けている12個の開口部20がある。

ここで特に図２を参照すると、金属シート14の円形状
部品が、鋼の連続シートから型抜きされた分離部品であ
るように、示されている。シート材のロールの又は連続
のウェブからの円形の最初の部品14の分離は、円形状部
品14が続いての処理のために製作されて、しかし方法の
多数の工程シーケンスの一部として遷移的に形成される
ような１つの工程で達成される必要はない。例えば、円
形状部品14は缶状部材22を冷間成形する工程において遷
移部分でもよい。しかしながら、図３で示されるよう
に、金属シート14の円形状部品は円形支持部材24にわた
って位置され、そこに円筒形開口部28を有する型26が軸
線方向に動かされて、円形状部品14の外側環状部分と係
合し、その外側環状部分を中央壁12の外周部から軸線方
向に延びるフランジ30に冷間成形する。

次に、図４で示されるように、缶状部材22は、中央壁
12がそこの環状凹部34を有する支持部材32と隣接するよ
うに位置され、缶状部材22の軸線方向フランジ30内で係
合するような大きさの円筒形外周部38を有する中央押込
みプラグ36が、支持部材32の方へ動かされて、環状ショ
ルダー40によって形成された中央凹部と共に缶状部材22
の中央壁12を形成する。第２外側環状押込みプラグ42
は、それから支持部材32の方へ動かされて、押込みプラ
グ42はノッチになった円筒形状である内周部44を有し、
缶状部材22の軸線方向フランジ30の外側面と端部面との
両方に係合する。

支持部材32の方へ外側環状押込みプラグ42が動く間、
中央壁12に隣接した軸線方向フランジ30の部分は外に突
出し、並列の二つの環状壁部分46及び48を形成し、その
１つは中央壁12の外周部と内周部において一体的であ
り、そのもう１つは軸線方向フランジ30の残りの部分の
隣接端部と内周部において一体的である。環状壁部分46
及び48の両方の外周部は参照番号50で示されているよう
に一体的に相互接続されている。これらの手順の終期に
おいて、金属シート14の最初の円形状部品は、ここで
は、外周部と一体的な外側環状部分を有する中央壁12を
含む薄くなっていない荒地に冷間成形され、それは並列
の二つの環状壁部分46及び48と、軸線方向フランジ30の
残りの部分を含む。

ここで特に図５を参照すると、次に、参照番号52によ
って全体的に示されている回転保持ユニットが増厚され
ていない荒地に取り付けられる。この回転保持ユニット
52は一対の相補的な環状保持部材54及び56を具備する。
図５に示されるように、保持部材54が中央壁12の一方の
側面と係合すると共に他方の保持部材56が中央壁12の反
対側の表面と係合する。保持部材56はほぼ半径方向外方
に向いた制御表面58を具備し、その制御表面58は、相互
連結部50、環状壁部分48、及び軸線方向フランジ30の残
りの部分の下方位置に中央壁12の外周部からほぼ軸線方
向に延びている。図示される実施例では、保持部材54及
び56はそれぞれ環状フランジ60及び62を具備し、これら
のフランジ60、62は、増厚されていない荒地が保持部材
内に取り付けられた時に関連する環状部分を越えて延び
ている。フランジ60及び62はそれぞれ、対向する歯側部
形成表面64及び66を具備し、これら歯側部形成表面64、
66は、図示されるように半径方向に配置され且つ互いに
平行な円滑な平坦形態をしており、歯側部形成表面64、
66は、金属シートの所定の厚さよりも大きい所定の距離
だけ間隔を開けて配置されるということに注意された
い。このようにして回転保持ユニット52内に取り付けら
れた増厚されていない荒地は次いで、回転保持ユニット
52が回転されている間に回転増厚工具68を、増厚されて
いない荒地の環状壁部分46及び48の外周部における連結
部50と係合するように半径方向内方に移動させることに
よって、最終的に増厚された荒地に冷間成形される。こ
うして環状部分の外周部は、二つの環状壁部分46及び48
間の一体的な連結部50と環状壁部分自体の隣接部分とが
厚さを増大された形態になるように半径方向内方に冷間
成形される。

本方法における次の冷間成形工程は、最終的な荒地が
回転保持ユニット52に対して取り付け関係で保持されて
いる間に最終的な荒地の増厚された環状部分内に歯群16
を冷間成形することである。図７は、回転保持ユニット
52が荒地の環状部分内に歯群16を冷間成形することがで
きる冷間成形機械の一部を形成することを示している。
歯群16の冷間成形は、参照番号70によって全体的に示さ
れる歯形成回転工具ユニットによって達成され、この歯
形成回転工具ユニット70はその外周部に歯形成工具構造
72を有する。歯形成回転工具ユニット70は、回転保持ユ
ニット52と歯形成回転工具ユニット70との所定の回転関
係での回転運動を行わせるための手段を提供する機械の
一部を形成し、回転保持ユニット52の軸線と歯形成回転
工具ユニット70の軸線とは平行であり、且つ回転速度は
同期されている。

回転関係をもたらすために任意の適切な運動伝達手段
が機械内に設けられうる。例えば、図示されるように、
回転保持ユニット52は回転保持ユニット52に共に回転す
るように固定されたタイミングベルトプーリ74を有し、
同様に歯形成回転工具ユニット70には歯形成回転工具ユ
ニット70と共に回転するタイミングベリトプーリ76が設
けられる。二つの回転ユニット52及び70間の回転関係が
維持される一方で、これら二つの回転ユニット間の相対
移動を許容し、且つこれら二つの回転ユニットの軸線が
互いに向かう方向及び互いから離れる方向に移動するこ
とを許容するように、タイミングベルト78が二つのタイ
ミングベルトプーリ74及び76周り、及び一対の移動可能
なアイドラプーリ80周りに順次巻かれる。タイミングベ
ルト78は、その内側表面上及び外画表面上の両方にタイ
ミング歯を有するタイプのものである。図示されるよう
に、内周部の歯は回転保持ユニット52に対して固定され
たタイミングベルトプーリ74の外周部の周りに巻かれ、
一方タイミングベルト78の外側歯は歯形成回転工具ユニ
ット70に固定されたタイミングベルトプーリ76の周りに
巻かれる。二つの回転ユニットの回転軸線を通る平面の
両側にある二つのアイドラプーリ80は、二つの回転ユニ
ットが互いに向かう方向及び互いから離れる方向に相対
移動する結果としてのベルト形態の変化を吸収するよう
に移動可能となっており、且つアイドラプーリ80の移動
は、同期的な回転運動を維持するように適合されてい
る。

この点に関して、回転ユニット52及び70の回転方向が
互いに反対方向であり、その結果回転工具ユニット70の
歯形成周辺部72は、回転保持ユニット52に取り付けられ
た荒地の環状部分の周辺部と噛合関係をなすように移動
されることができるということに注意されたい。また、
荒地の環状部分の厚さは、所定の金属シートの厚さより
も厚く、且つ所定の表面間の距離以下であるということ
に注意されたい。特に、図示されるように、環状部分の
厚さは、所定の金属シートの厚さの２倍よりも僅かに大
きいが、フランジ60及び62の歯側部形成表面64及び66間
の所定の距離よりも小さい。

所定の回転関係が達成させると、二つの回転ユニット
52、70は所定の回転関係で、例えば反対方向に毎分150
から180回転の等しいスピードで回転させられる。二つ
の回転ユニット52、70が図７に示される位置にあり、且
つ回転関係が維持されている間に、二つの回転ユニット
とそれらの平行な垂直軸線（図７で見られる）との間の
相対運動が互いに向かう方向に行われる。好ましくは、
両回転ユニットが、あるいは回転ユニット50のみが動か
されることができるけれども、回転保持ユニット52の回
転軸線が静止状態に維持される間に回転工具ユニット70
は動かされる。回転工具ユニット70の軸線の回転保持ユ
ニット52の軸線に向かう運動の送り速度の例は約毎分12
0mmである。歯形成工具ユニット70の外側工具形成周辺
部72が動いて荒地の環状部分の周辺部と係合され、外周
部から内方に金属を変形する関係で協働し、環状部分の
金属シートは歯群に冷間成形される。好ましくは、これ
は、回転工具ユニット70の保持ユニットに向かう約４回
の噛み合い回転と等しい程度の運動を行うことによって
達成される。この送り運動が達成された時、二つのユニ
ットの駆動が逆転され、それからさらなる４回の噛み合
う回転が達成されるまで送り運動が進行する。これらの
交互の送りは、完全な歯の形状が得られるまで繰り返さ
れる。

よって、インフィードの間に、歯群16の周辺部は歯形
成工具ユニット70の歯形成周辺部72との転がり接触によ
って冷間成形され、歯群16の側面の部分はフランジ60、
62の円滑な歯側部形成表面64、66との接触によって冷間
成形され、従って、さもなければ歯側部形成表面の軸線
方向外方へ制御不能に流れてしまうある量の金属シート
が歯内及び／又はその半径方向内側のバックアップ内に
集中する。この点に関して、円筒形である制御表面58は
歯群の冷間成形の間に環状部分の半径方向内方の運動を
制御する効果があることに留意されたい。好ましい実施
例においては、制御表面58は円筒形であり且つ軸線方向
フランジ30の残りの部分の内部と接触し、歯群16の冷間
成形の間にその接触は圧力接触とされ、好ましくは歯群
16の冷間成形の間に半径方向内方に動かされる際に環状
部分の全制御表面の接触も生じるようにされる。

環状部分の体積は、歯群16の冷間成形の完成時に、金
属シートが冷間成形されて中央壁12の外周部から延びる
全制御表面58と接触するようになっているのが好まし
い。更に好ましくは、円滑な歯側部形成表面64、66はそ
の頂部に隣接する丸い遷移領域を除いた歯の実質的に全
側面と接触する。このようにして、荒地の環状部分のあ
る量の金属は歯及び完成品の半径方向内側にある歯のた
めにバックアップに集中する。これによって、最小の重
量で最大の強度を得ることができるようになる。表面6
4、66との接触によって形成される歯の円滑な側面と歯
そのものの周辺部との間の遷移表面の目的は、歯の冷間
成形前の荒地の環状部分の材料の正確な量に従って変え
ることのできる体積許容範囲を提供することである。こ
の点に関して、環状部分が歯群の頂部の寸法と少なくと
も同じくらい大きく且つこの寸法を107パーセント、又
は初期係合が生じる時に荒地の環状部分と歯形成工具ユ
ニットの周辺部との間の噛み合い関係を可能にする量の
程度まで越えない外周の寸法をもつようにするのが、非
常に好ましいことである。この大きさの関係は、半径方
向外方に冷流が生じる必要がなく、むしろ材料の冷流の
方向が軸線方向外方に又は半径方向内方に又はその組合
せとなる、ことを保証する。しかし、その最も広い範囲
において、この方法は半径方向外方の冷流を含むもので
あることを理解されたい。更に、上記遷移表面は好まし
くは遭遇するあらゆる体積許容範囲を提供するものであ
るが、そのような許容範囲を、歯群16の冷間成形が完成
したときに制御表面58と接触関係に達しない環状部分の
金属の冷流によって提供することもできる。

図１に最もよく示されるように、中央壁12の中心部に
は冷間成形工程によって開口部82が設けられ、この工程
は歯群16が冷間成形された後に行われ、あるいは好まし
くはこの開口部82は歯群16が冷間成形されるのに先立っ
て形成される。歯群16が冷間成形された後に行われる冷
間成形工程においては、長方形をなす一連の開口部20を
軸線方向フランジ30の残りの部分に沿って一定間隔でも
って打抜く。軸線方向フランジ30の残りの部分の外表面
は好ましくは旋盤により加工されて正確な円筒形状をな
す外表面を有するパルスリング18が形成され、この円筒
形状をなす外表面は互いに隣接する開口部20間に延びて
信号を一定間隔で正確に提供するようにする。この信号
はエンジンのコンピュータ制御を提供すべく用いられ
る。

上述した方法により製造されたスタータギア10の場
合、最終的な形状は、少なくとも歯群16の領域において
熱処理によって与えられるのが好ましい。好ましくは、
熱処理は850から900℃の温度まで誘導加熱し、次いで水
中で室温まで急冷することにより行われる。スタータギ
アの場合には、作動時に大きな負荷が歯の螺旋表面に沿
って作用するので熱処理を施すことが好ましいと考えら
れる。本発明において、歯を中心領域において実質的に
中実であるように形成することができ、この中心領域に
は、軸線方向外方への他の制御不能な冷流を制限する
か、あるいは外方に向いている制御表面58により半径方
向への冷流を制御することによって、負荷が作用する。
実際、鋼材の冷流が円筒形の制御表面58の全体にわたっ
て接触される場合には、全体の歯はバックアップ環状部
を含む中実である。しかしながら、本発明の広い観点に
おいて上述したように、バックアップ環状部は許容空隙
を有することができる。円筒形の制御表面58が非常に好
ましいが、本発明の広い観点において、本発明をスカラ
ップ形、または断続的な制御表面と共に実施できること
が理解されるであろう。

図８から10は、本発明の思想に含まれる、追加の方法
の工程の変更実施例を示している。図８は、所定の厚さ
を有する金属シート114からなる円形状部品を示してお
り、この金属シート114は改良型の回転保持ユニット152
内に固締される。回転保持ユニット152は第１及び第２
の環状保持部材154,156を含む。図示されるように、第
２環状保持部材156は外側に向いている円筒形状の制御
表面158を備え、この制御表面158は金属シート114から
なる円形状部品の外周部において円形状部品の中心部か
らほぼ軸線方向に延びており、最終製品の中央壁112を
形成する。図９に示す回転保持ユニット152において、
図７に示す回転保持ユニット52から変更された点は、回
転保持ユニット152が、歯側部形成表面64,66を提供する
外方へ延びるフランジ60,62を含まないことである。そ
の代わり、回転保持ユニット152には、フランジ60,62が
設けられていた位置に凹部が設けられる。凹部が設けら
れた第１及び第２の環状保持部材154,156は回転荒地転
がり部材168と協働する。この回転荒地転がり部材168は
その外周部に形成されたＵ字形状の溝169を有する。

上述した回転部材68の場合と同様に、回転荒地転がり
部材168を回転保持ユニット152に対して移動させること
により、制御表面158を越えて半径方向外方に延びる円
形状部品114の外側環状部は、冷間成形されて外方に延
びた後に湾曲制御部から下方に延びる周縁フランジにさ
れ、それによりほぼ半径方向内方に開口する断面形状が
提供される。環状部分の荒地は回転荒地転がり部材168
によって冷間成形される。回転荒地転がり部材168は逆
半円形状でもよいが、一対の環状壁部分146,148を有す
る逆Ｕ字形状が好ましく、この場合一対の環状壁部分14
6,148は互いに並行して延び、また中心のアーチ状遷移
壁部分150によって互いに一体的に連結される。

理解されうるように、図８から10による方法におい
て、壁部分146,148,150により提供される環状部分の厚
さは、増厚工具68と同様な工具を用いることにより増大
されうる。図８から10による方法において、次の工程
は、環状部分を冷間成形して歯群116にすることであ
る。この工程は回転歯形成工具ユニット170によって達
成され、この回転歯形成工具ユニット170は回転歯形成
工具ユニット70と同様に構成され且つ作用し、しかしな
がらこの回転歯形成工具ユニット170は、歯形成周辺部1
72に加えて、歯形成周辺部170の互いに対向する側部に
おいてほぼ半径方向外方に延びる一対のフランジ160,16
2も含んでいる。これらフランジ160,162は滑らかで且つ
平坦な歯形成表面164,166を有し、これら歯形成表面16
4,166は互いに対面しつつ半径方向に延びている。歯形
成表面164,166は、回転保持ユニット52及び回転歯形成
工具70が移動している時における歯形成表面64,66の場
合のように、冷間成形を行うべく回転歯形成工具170が
回転保持ユニット152に対して移動している時に歯側部
の制限・形成機能を果たす。しかしながら、最終的に形
成される歯側部は、歯形成表面64,66との相対的な不動
接触というよりもむしろ、歯形成表面164,166との相対
的な摺動接触によって形成される。なお、歯側部形成表
面164,166は互いに並行をなすように示されているが、
他方に対して外方に拡開する平坦な面、あるいは滑らか
に湾曲する面から構成することもできる。

更に図11から13を参照すると、本発明の方法の変形例
の工程が示されている。図11はここでも再度、円形状部
材の薄鋼板材214で開始されるところを示している。円
形状部材はそれから参照番号252で全体的に示されてい
る回転保持ユニット内に保持され、これは上記した保持
ユニット52、152と比べると幾らか修正した構造になっ
ている。前記のように、回転保持ユニット252は、二つ
の保持部材254、256を含み、その外周部は保持部材54、
56のようにフランジとされているよりもむしろ環状保持
部材154、156のように凹部を設けてある。しかし、前記
のように保持部材56又は156に単一の制御表面が設けら
れる代わりに、保持部材254、256の各々は制御表面258
を備えている。

円形状部材214は、制御表面258が円形状部材214の中
央壁212を形成する中央部分の外周部から両方向に半径
方向外方に延びるように保持部材254、256の間に保持さ
れる。

制御表面258を越えて延びる円形状部材214の外側環状
部分は厚くなっていて、環状部分246を提供し、これは
一体的な制御壁とともに荒地を形成する。環状部分の冷
間成形はその外周部に設けられたＵ形の厚くする溝269
を有する回転増厚工具268によって達成される。

前記のように、回転保持ユニット252の回転に加えて
回転増厚工具268を前進させることによって、円形状部
材214の外側環状部分は厚くされて形成すべき歯の幅よ
りも小さな幅をもった固体の環状部分246となる。増厚
する作動の間に、鋼の冷流が制御表面258の内方部分と
接触することに留意されたい。環状部分246の外径は成
形すべき歯の頂部の直径よりも僅かに大きい。

歯群216は上記したのと同様にフランジ付き歯形成工
具ユニット170を使用して中実の環状部分246に冷間成形
される。

次に特に図14から17を参照すると、本発明の原理内に
ある方法の修正された工程が示されている。ここで、再
び、図14は円形状部材の薄鋼板材314で開始するところ
を示している。円形状部材314は回転保持ユニット352と
共に保持され、これは上記した保持ユニット52、152、2
52とはいくらか異なっている。前記のように、回転保持
ユニット352は、二つの回転保持部材354、356を含む。
保持ユニット252のように、回転保持部材354、356の各
々は外に向いた円筒形制御表面358を備えている。保持
ユニット152、252とは異なり、そして保持ユニット52と
同様に、保持部材354、356はそれぞれフランジ360、362
を含む。フランジ360は歯側部形成表面364を含み、フラ
ンジ362は反対方向を向いた表面365を有する。

前記のように、円形状部材314は制御表面358が円形状
部材の中央壁312を形成する中央部分の外周部から対向
する方向に概ね半径方向外方に延びるように保持部材35
4、356の間に保持される。円形状部材314の円環は厚く
なっていて、増厚工具68と同様に第１の増厚工具368を
使用することによって初期の中実の環状部分348を提供
する。それから、第２の増厚工具369を使用して冷間成
形するのと同様に初期の環状部分348を軸線方向のフラ
ンジ330を有する最終的な中実の環状部分349を形成す
る。図面に示されるように、軸線方向フランジ330は中
央壁312と一体的であり且つその内周部に沿って保持部
材356の制御表面358に接触し、その外端部がフランジの
表面365に接触する。環状部分349は中央壁312と一体的
な軸線方向のフランジ330と一体的である。環状部分349
はシート材の所定の厚さよりも大きく且つ形成すべき歯
の幅よりも小さい幅を有することに再度、留意された
い。再度、環状部分349の外周部は成形すべき歯の頂部
の直径よりも僅かに大きい。

荒地が中央壁312、軸線方向フランジ330、及び環状部
分349を含んで冷間成形された後、環状部分349は歯群31
6に冷間成形される。歯は歯形成工具ユニット70と同様
な回転歯形成工具ユニット370を使用して同様に形成さ
れる。回転歯形成工具ユニット370は、周辺部の歯形成
構造372に加えて、周辺部の歯形成構造372に沿って半径
方向外方に延びるフランジ373も含んでいる。フランジ3
73は歯側部形成表面366を備え、これは保持ユニット352
の歯側部形成表面364から所定の距離離れている。ユニ
ット352、370がユニット52、70に関してした上記説明と
同様に作動するとき、留意すべきは、歯群316の一側は
保持ユニット352のフランジ360の歯側部形成表面364と
の不動接触によって形成され、歯群316の他側はユニッ
ト370のフランジ373の歯側部形成表面366との摺動接触
によって形成される。

よって本発明の目的は十分に各効果的に達成されるこ
とが分かる。しかし、認識されるべきは、上記特定の実
施例は本発明の説明の目的で図示及び説明されたもので
あり、本発明の原理から離れることなく変化を与えるこ
とができる。従って、本発明は精神及び次の請求の範囲
内に包含される全ての修正を含むものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−207541（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−117729（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−151131（ＪＰ，Ａ) 特公 平３−71207（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B21H 5/00

Claims (20)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（１）ほぼ半径方向外方を向いた制御表面
   手段を提供する構造を有する回転保持ユニットと、
   （２）回転軸線及び該回転軸線の周りに環状に延在する
   歯部形成周辺部を有する回転歯形成工具ユニットとを用
   いて冷間形成された周辺の歯群を備えた歯車を形成する
   形成方法において、 ほぼ均一な予め定められた厚さを有する円形状金属シー
   ル片をほぼ均一な断面形状を有する外側の環状部分と、
   該環状部分からほぼ半径方向内方に荒地軸線に向かって
   延びる中央壁であって全体にわたって前記予め定められ
   た厚さを有する一体の金属製のシート状の中央壁とを有
   する荒地に冷間成形する工程を具備し、前記環状部分
   は、（１）前記環状部分が該環状部分と一体である前記
   中央壁を越えて延びる軸線方向部分を有するように前記
   予め定められた厚さよりも大きい幅と、（２）前記歯部
   形成工具ユニットの歯部形成周辺部と噛合する外周部と
   を有し、 （１）前記荒地が前記回転保持ユニットに取り付けられ
   且つ前記制御表面手段が少なくとも前記環状部分の一部
   の下側に位置した状態で前記回転保持ユニットを該荒地
   軸線周りで回転させると共に、（２）前記歯形成工具ユ
   ニットをその回転軸線周りで予め定められた回転関係で
   回転させる工程を具備し、このとき前記両軸線が互いに
   並行であると共に回転速度が同期化され、 前記荒地の外周部が前記回転保持ユニットに取り付けら
   れた状態の前記回転保持ユニットと前記回転歯形成工具
   ユニットとを前記予め定められた回転関係にある間に、
   該両ユニット及び該両ユニットの軸線を互いに近づける
   ように相対移動させ、協動作用により金属を変形させる
   ように前記歯形成工具ユニットの歯形成周辺部を前記環
   状部分に係合させ、該環状部分をその外周部の内側へ変
   形させて該環状部分のシート状の金属を前記中央壁と一
   体の環状構造に冷間成形する工程を具備し、該環状構造
   が（１）前記歯群を具備し、該歯群の周辺部は前記歯形
   成工具ユニットの歯形成周辺部と転がり接触することに
   より冷間成形され、前記環状構造がさらに（２）前記歯
   群の周辺部からほぼ半径方向内方へ延びるほぼ反対を向
   いた歯側面形成表面手段と、（３）ほぼ半径方向内方を
   向いた表面手段とを具備し、該ほぼ半径方向内方を向い
   た表面手段が前記回転保持ユニットの前記ほぼ半径方向
   外方を向いた制御表面手段により画成され、且つ該ほぼ
   半径方向内方を向いた表面手段と一体の前記中央壁から
   ほぼ軸線方向へ延びる歯車形成方法。
2. 【請求項２】前記両回転ユニットが回転軸線と、予め定
   められた距離を隔てて対面する歯側面形成表面手段とを
   有する総計二つの円滑な歯形成工具ユニットを有し、前
   記環状部分が前記予め定められた距離より大きくない幅
   を有し、前記冷間成形された環状構造の前記歯側面形成
   表面手段が前記円滑な歯側面形成表面手段と接触するこ
   とにより形成され、これにより該円滑な歯側面形成表面
   手段の軸線方向外方へ制御不能に流れてしまうある量の
   シート状金属を前記歯内に及び／又は半径方向内方のバ
   ックアップ内に集中する請求項１に記載の歯車形成方
   法。
3. 【請求項３】前記荒地が前記回転保持ユニットに取り付
   けられた状態で該荒地が最終形状に冷間成形され、前記
   制御表面手段の少なくとも一部が前記荒地の冷間成形中
   に前記環状部分の少なくとも一部と接触する請求項２に
   記載の歯車形成方法。
4. 【請求項４】前記環状部分が円形金属シート片の中央部
   分と一体の第２の環状壁部分と、該第２の環状壁部分に
   対して並列な第１の環状壁部分とを具備し、これにより
   該並列な二つの環状壁部分がこれらの外周部で一体的に
   連結されて厚さが増厚されていない荒地が形成される請
   求項３に記載の歯車形成方法。
5. 【請求項５】前記厚みが増厚されていない荒地が前記回
   転保持ユニットに取り付けられ且つ前記第１の環状壁部
   分が前記制御表面手段に横たわった状態で、前記二つの
   並列な環状壁部分の一体的に連結された外周部を半径方
   向内方に向かって冷間圧延して前記環状壁部分の外側部
   分及び該環状壁部分間の一体的に連結された部分の厚み
   を増厚させることにより、前記厚みが増厚されていない
   荒地が増厚された最終の荒地に冷間成形される請求項４
   に記載の歯車形成方法。
6. 【請求項６】前記円形金属シート片の外側の環状部分を
   該円形金属シート片の中央部分から軸線方向に延びる周
   辺フランジに冷間成形し、該周辺フランジの一部を該周
   辺フランジの残りの部分と一体に外方へ延びる前記二つ
   の並列な環状壁部分に冷間成形することにより前記厚み
   が増厚されていない荒地が形成され、前記中央部分が前
   記中央壁を提供し、前記の一対の並列な一体的に連結さ
   れた環状壁部分が前記環状部分を提供し、前記周辺フラ
   ンジの残りの部分がパルスリングを提供する請求項５に
   記載の歯車形成方法。
7. 【請求項７】前記外方を向いた制御表面手段が前記荒地
   の中央壁の外周部から軸線方向に延びる環状の制御表面
   を備え、該環状制御表面は、歯群の冷間成形中に周辺フ
   ランジの残りの部分の半径方向内方への動きが該環状制
   御表面との係合により制御されるように前記周辺フラン
   ジの残りの部分と実質的に当接して係合する請求項６に
   記載の歯車形成方法。
8. 【請求項８】前記二つの歯側面形成表面手段が互いに平
   行な半径方向表面を備え、前記環状フランジは、前記歯
   群の側面が前記歯側面形成表面との相対的に動かない接
   触により冷間成形されるように、前記最終の荒地が固定
   された時に該最終の荒地の外周に対して半径方向外方へ
   と延びるように前記回転保持ユニット上にある請求項７
   に記載の歯車形成方法。
9. 【請求項９】前記歯群の両側面全体は、前記歯群の両側
   面と該歯群の外周部との間のアーチ状遷移表面を除いて
   前記歯側面形成表面との接触により冷間成形される請求
   項８に記載の歯車形成方法。
10. 【請求項１０】前記予め定められた回転関係は、回転方
    向の反転を含む複数の回転を通じた互いに反対方向の噛
    合での前記ユニットの同期回転を有する請求項９に記載
    の歯車形成方法。
11. 【請求項１１】前記環状フランジは、歯群の側面が前記
    歯側面形成表面手段と相対的に摺動接触することにより
    冷間成形されるように前記歯形成工具ユニット上にある
    請求項４に記載の歯車形成方法。
12. 【請求項１２】前記外方を向いた制御表面手段は前記荒
    地の中央液の外周部から軸線方向に互いに反対方向に延
    びる一対の環状制御表面であって前記環状部分の相互に
    重複した部分の半径方向内側にある環状制御表面を有
    し、歯群の冷間成形中における前記環状部分の相互に重
    複した部分の半径方向内方に向かう動きが前記一対の環
    状制御表面との係合により制御される請求項３に記載の
    歯車形成方法。
13. 【請求項１３】該円形金属シート片が回転保持ユニット
    に固定されている間に前記円形金属シート片の外側の環
    状部分を前記一対の環状制御表面に接触する二つの部分
    を有する前記環状部分を形成するのに十分な厚さを持つ
    まで半径方向内方に該環状部分を冷間圧延することによ
    り前記円形金属シート片が前記荒地に冷間成形される請
    求項12に記載の歯車形成方法。
14. 【請求項１４】前記一対の環状制御表面は円筒状であ
    り、歯群の冷間成形の終期に前記環状部分の重複した部
    分を圧力接触により制御する請求項13に記載の歯車形成
    方法。
15. 【請求項１５】前記制御表面手段が前記荒地の中央壁の
    外周部から軸線方向に延びる環状制御表面であって前記
    環状部分の相互に重複した部分の半径方向内側にある環
    状制御表面を有し、歯群の冷間成形中に前記環状部分の
    相互に重複した部分の半径方向内方に向かう動きが前記
    環状制御表面との係合により制御される請求項３に記載
    の歯車形成方法。
16. 【請求項１６】前記環状制御表面は円筒状であり、歯群
    の冷間成形の終期に前記環状部分の重複した部分を圧力
    接触により制御する請求項15に記載の歯車形成方法。
17. 【請求項１７】円形金属シート片の外側の環状部分を周
    辺フランジの形に冷間成形することにより前記荒地が形
    成され、該周辺フランジは前記円形金属シート片の湾曲
    した中央部分から外方へと延び、次いで内方へと延びて
    ほぼ半径方向内側に開いた断面輪郭形状を提供し、前記
    中央部分が前記中央壁を提供し、アーチ状断面を有する
    前記周辺フラジが前記環状部分を提供する請求項３に記
    載の歯車形成方法。
18. 【請求項１８】環状の部分が前記制御表面手段を越えて
    外方に延びるように円形金属シート片を回転保持ユニッ
    トに固定し、前記環状部分を冷間圧延により初期の中実
    環状部分へと厚さを増大させ、次いで前記初期の中実環
    状部分を該中実環状部分から延びる軸線方向のフランジ
    部を有する最終的な中実環状部分へ冷間圧延することに
    より前記荒地が形成される請求項２に記載の歯車形成方
    法。
19. 【請求項１９】予め定められた厚さの円形金属シート片
    から冷間成形される歯車であって、ほぼ前記予め定めら
    れた厚さを有する中央壁と、歯群を有する前記中央壁の
    外周部の周りに環状に延びる外側の環状部分とを具備
    し、該環状部分が、冷間成形表面とのほぼ軸線方向の外
    方の接触により冷間成形された内部粒子構造を有する前
    記円形金属シート片の鋼により提供された前記予め定め
    られた厚さより大きい予め定められた距離を隔てて対向
    する円滑な側面と、回転歯形成工具ユニットの歯形成表
    面との圧延噛合により冷間成形された内部粒子構造を有
    する前記円形金属シート片からの鋼により提供される歯
    面形状の外周面と、回転荒地保持ユニットの制御表面と
    のほぼ半径方向内方の圧力接触により冷間成形された内
    部粒子構造を有する前記円形金属シート片からの鋼によ
    り提供される前記中央壁の外周部からほぼ軸線方向に延
    びるほぼ半径方向内方を向いた遷移表面とを備えた歯
    車。
20. 【請求項２０】前記外周面はスタータギヤ形状であり、
    前記環状部分は円周方向に一定間隔で形成された一連の
    開口部を有する軸線方向に延びる円筒フランジの形状の
    一体のパルスリングを有する請求項19に記載の歯車。