JP3709324B2 - 歯車成形方法及びその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱間鍛造又は冷間鍛造により歯車を成形するための歯車成形方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の歯車成形装置において、例えば、自動車の変速機に用いられる歯車を熱間鍛造又は冷間鍛造により成形する場合、複数の製造工程を経て成形されている。
【０００３】
図９Ａ及び図９Ｂに、この従来技術に係る歯車成形装置の歯車成形工程を概略的に示す。先ず、第１の工程として、図９Ａに示すように、先端部３が略三角形状の歯形成形部２が形成された金型１に歯車素材４を収容した後、パンチによって該歯車素材４を鉛直下方向に押圧し、該歯形成形部２内に該歯車素材４を流動させる。その後、一端部が略三角形状に形成された前記歯車素材４を前記金型１から脱型する。
【０００４】
次に、第２の工程として、図９Ｂに示すように、該歯車素材４の他端部を、テーパ部７と直線部８とからなる歯形成形部６が形成された金型５に収容する。その後、パンチによって前記歯車素材４を鉛直下方向に押圧して、該歯形成形部６内に該歯車素材４を流動させることにより歯形９を成形する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記歯車成形装置では、歯車が成形されるまでに前記の通り歯車素材を反転させる等複数の製造工程を要するため、製造に長時間を要し、製造作業が煩雑であり且つ費用の高騰化を招くという問題が指摘されている。さらに、異なる種類の金型を配置するため、成形装置を複数台設置する必要があり、設備費用の増大と設置スペースの拡大化とを招き、装置自体の効率的な稼働が困難になっている。
【０００６】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、歯車の形状に適合する歯形成形部が形成された金型を配置することにより、１回の製造工程で歯車を成形することが可能な、また歯車の製造時間を短縮するとともに、設備費用の削減と設置スペースの縮小化、さらには成形装置の運用効率を向上させるとともに、成形品に対する製造コストの低廉化を図ることができる歯車成形方法及びその装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１の歯形成形部が形成された第１の金型と、第２の歯形成形部が形成された第２の金型と、前記第１と第２の金型のいずれか一方に臨むパンチとを用いて歯車を成形する歯車成形方法であって、前記第１の歯形成形部又は前記第２の歯形成形部の一方に、一端に向かって集束する複数の傾斜部と、前記傾斜部に連なるとともに鉛直方向に延在する直線部とを設け、前記第１の金型又は前記第２の金型の一方で歯車素材を支持し、前記第１の金型の第１の歯形成形部の端部と前記第２の金型の第２の歯形成形部の端部とを、鉛直方向に対し直交するように接合させるとともに、前記第１の金型と前記第２の金型との間に歯車素材を収納し、前記パンチによって前記歯車素材を押圧することにより、該歯車素材を前記第１の歯形成形部内と前記第２の歯形成形部内とに同時に流動させて１回のパンチ作用で前記歯車の歯形部を成形することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、第１の金型と、第２の金型とを有し、前記第１の金型に形成された第１の歯形成形部と、前記第２の金型に形成された第２の歯形成形部とにより歯車の歯形部を成形するための歯形成形部が画成され、前記第１の金型と前記第２の金型の端部に、鉛直方向に対し直交する接合面を有するとともに、前記第１の歯形成形部又は前記第２の歯形成形部の一方に、一端に向かって集束する複数の傾斜部と、前記傾斜部に連なるとともに鉛直方向に延在する直線部とを設けたことを特徴とする。
【０００９】
さらに、前記第１の歯形成形部は、略三角形状に形成された一対の互いに対向するチャンファ部と、軸方向に対して離間する方向に一主面が所定の角度傾斜したアンダーカット部と、軸方向に対して一主面が平行な直線部とからなり、前記第２の歯形成形部は、テーパ部と、軸方向に対して離間する方向に上面が所定の角度傾斜した第１の直線部と、該第１の直線部から軸方向に接近する方向に所定の角度傾斜した第２の直線部とを有し、前記直線部の上端と前記テーパ部の下端とが鉛直方向に対し直交して接合するとよい。
【００１０】
以上のように、本発明によれば、歯車の歯形部を形成するための歯形成形部が、第１の金型に形成された第１の歯形成形部と第２の金型に形成された第２の歯形成形部とにより画成されるとともに、該第１の金型と該第２の金型とが１台の成形装置に配置されるため、１回の製造工程で歯車を鍛造成形することができ、歯車の製造時間を著しく短縮できる。しかも、歯車を成形するために異なる種類の金型を配置した成形装置を複数台設置する必要がないため、設備費用の削減と設置スペースの縮小化ができ、装置自体の運用効率が飛躍的に向上し、さらには成形品に対する製造コストの低廉化を図ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る歯車成形方法につき、その装置との関係において好適な実施の形態を挙げ、添付の図１〜図８を参照しながら以下詳細に説明する。なお、この歯車成形装置は、その用途が限定されるものではないが、例えば、自動車の変速機用歯車を製造するために用いられると好ましい。
【００１２】
本実施の形態に係る歯車成形装置１０は、環状の歯車素材１２（図８Ａ参照）を鍛造成形するためのものであり、図１に示すように、環状の第１の下架台１４と、該第１の下架台１４上に固着され該第１の下架台１４より小径な環状の第２の下架台１６と、該第１の下架台１４及び該第２の下架台１６の上方に位置する環状の第１の上架台１８と、該第１の上架台１８の底面側に固着され該第１の上架台１８より小径な環状の第２の上架台２０と、前記第１及び第２の下架台１４及び１６と前記第１及び第２の上架台１８及び２０との間に設けられる固定部２２及びパンチ部２４とを有する。前記第２の上架台２０の底面には該第２の上架台２０の軸を中心に等角度で離間する複数のガイドホルダ２６が固着される。このガイドホルダ２６には、それよりも小径な先端部２８が設けられている。前記各ガイドホルダ２６の先端部２８と前記第２の下架台１６との間には複数のガイド３０が立設され、前記各ガイド３０には、前記第２の下架台１６の上面と前記先端部２８とに着座するコイルスプリング３２が巻回されている。
【００１３】
前記第１の下架台１４及び前記第２の下架台１６の略中央部には、該第１の下架台１４及び該第２の下架台１６に連通した孔部３４が形成されている。また、前記第１の上架台１８の略中央部には大径な第１の開口部３６が形成され、同様に、前記第２の上架台２０の略中央部には該第１の開口部３６に連通し、この第１の開口部３６より小径な第２の開口部３８が形成されている。前記第１の開口部３６及び前記第２の開口部３８内には、それぞれ内方に突出する爪部１８ａ及び２０ａが形成され、該爪部１８ａは該爪部２０ａより突出長さが短くなっている。
【００１４】
固定部２２は、前記第２の下架台１６の略中央部に形成された第１の凹部４０に嵌着され略中央部に開口部４３が形成された環状の基台４２と、該基台４２上に固着された略円柱状の第１のプレート４４とを有し、該第１のプレート４４の上端面の略中央部には、略円柱状のパンチガイド４６が立設されている。このパンチガイド４６の第１のプレート４４側には、第２のプレート４８及び第１のリング５０が外装され、この第１のリング５０上には該パンチガイド４６に外嵌したノックアウトパンチ５２が固着されている。前記ノックアウトパンチ５２は、図１において、下方が肉厚部５２ｂとして形成され、次いでテーパ部を介して上方が肉薄部５２ａとして形成される。
【００１５】
また、前記第２のプレート４８に被着するようにスリーブ５４が前記第１のプレート４４上に固着され、該スリーブ５４上には前記ノックアウトパンチ５２を囲繞するようにスペーサ５６及び該スペーサ５６に外嵌する固定金型５８が設けられている。前記ノックアウトパンチ５２と前記スリーブ５４との間には、該ノックアウトパンチ５２を周回する空間部５５が形成されている。前記第１のプレート４４には環状の載置部６０が形成され、該第１のプレート４４と前記スリーブ５４の芯だしをするための第２のリング６２が該第１のプレート４４と該スリーブ５４の外周面に嵌合している。前記第２のリング６２は、前記第１のプレート４４の載置部６０に保持されている。
【００１６】
前記固定金型５８の外周面には爪部５８ａが形成されており、該爪部５８ａにホルダ６４の爪部６４ａが係合することにより、前記基台４２、前記第１のプレート４４、前記第２のプレート４８、前記スリーブ５４、前記スペーサ５６及び該固定金型５８を鉛直下方向に押圧している。すなわち、前記基台４２、前記第２のリング６２及び前記ホルダ６４の外側は、前記第２の下架台１６に形成された第２の凹部６６に着座する第１の保持材６８に囲繞され、この第１の保持材６８の上端部外周に刻設された螺子に第２の保持材７０の内周に形成された螺子が螺合し、該第２の保持材７０の屈曲部７２が前記ホルダ６４に係合していることから、該第２の保持材７０を螺回させることにより該ホルダ６４、前記固定金型５８、前記スリーブ５４、前記第１のプレート４４及び基台４２を鉛直下方向に押圧する。
【００１７】
さらに、前記第１のリング５０の底面には、前記第１のプレート４４及び前記第２のプレート４８を貫通してノックアウトピン７４が固着されている。前記ノックアウトピン７４は、前記基台４２に形成された開口部４３内を、図１において下方に延在するとともに、前記第１及び第２の下架台１４及び１６に連通する孔部３４内に挿入された固定部用油圧ピストンのピストンロッド７６に連結されている。
【００１８】
従って、前記ノックアウトピン７４は、固定部用油圧機構（図示せず）の作用下に変位する前記固定部用油圧ピストンのピストンロッド７６により軸方向に上下動自在に構成されている。そして、前記ノックアウトピン７４に連動して前記ノックアウトパンチ５２が前記パンチガイド４６の外周面を軸方向に摺動自在となる。
【００１９】
一方、図２に示すように、前記ノックアウトパンチ５２の先端面上部には、前記パンチガイド４６と前記固定金型５８との間を周回するキャビティ７８が形成されている。このキャビティ７８は、後述するように、歯車素材１２をその上面から押圧したときに、該歯車素材１２の肉が流動する流動スペースとなる。
【００２０】
さらに、前記固定金型５８は、図２及び図３に示すように、歯車素材１２を載置するために略平坦状に形成された素材載置部８０を有し、この素材載置部８０の外周の段差部８３を利用して略三角形状に形成されるように互いに対向する傾斜したチャンファ部８１ａ、８１ａと、パンチガイド４６の軸方向に対して離間する方向に一主面が所定の角度傾斜したアンダーカット部８１ｂと、該パンチガイド４６の軸方向に対して一主面が平行な直線部８１ｃとからなる固定歯形成形部８２が形成されている。この場合、素材載置部８０と平行な段差部８３の上面で、チャンファ部８１ａと直線部８１ｃとが終端している。
【００２１】
パンチ部２４は、図１に示すように、筒状の第１のホルダ８４と、該第１のホルダ８４の上端部に外装される第２のホルダ８６とを有し、該第２のホルダ８６の内側に突出するように形成された突部８８が該第１のホルダ８４の上端面に当接する。また、第２のホルダ８６の下端面には、前記第１のホルダ８４の外周面に形成された第１の爪部８４ａに係着される止めリング９０が嵌合し、該突部８８と該止めリング９０とで該第１のホルダ８４を保持することにより、該第１のホルダ８４と該第２のホルダ８６とを固定する。すなわち、前記止めリング９０を鉛直上方向に係止するように前記第２のホルダ８６の外周の螺子に支持リング９２の内側に形成された螺子が螺合している。前記第２のホルダ８６の図１における上端部には、外方に突出する屈曲部９４が形成され、この屈曲部９４が前記第２の上架台２０に形成された爪部２０ａに係合する。前記第１のホルダ８４の内周面に形成された第２の爪部８４ｂには、凹部９８を有する環状の可動金型９６が固着され、該凹部９８には、スペーサ１００が嵌合されている。勿論、この可動金型９６は、前記固定金型５８と対向するように配置されている。
【００２２】
前記可動金型９６と前記スペーサ１００との固着面を含むように、該可動金型９６及び該スペーサ１００の上面に第１の押圧プレート１０２ａが固着され、該第１の押圧プレート１０２ａ及び前記第２のホルダ８６に形成された前記突部８８上に第２の押圧プレート１０２ｂが固着されている。さらに、前記第２の押圧プレート１０２ｂと前記第２のホルダ８６との固着面を含むように、該第２の押圧プレート１０２ｂ及び該第２のホルダ８６上に第３の押圧プレート１０２ｃが固着されるとともに、該第３の押圧プレート１０２ｃは前記第１の上架台１８に形成された爪部１８ａに係合している。この第１〜第３の押圧プレート１０２ａ〜１０２ｃは、該第１〜第３の押圧プレート１０２ａ〜１０２ｃの順にその直径が大きくなっている。
【００２３】
そして、前記可動金型９６、前記スペーサ１００及び前記第１〜第３の押圧プレート１０２ａ〜１０２ｃのそれぞれの略中心部には、鉛直下方向に延在したロッド１０４が貫通している。このロッド１０４は、下方に向かうにつれて直径が４段にわたって小さくなる略円柱状に形成されている。前記ロッド１０４の一端部にはパンチ１０６が固定され、その他端部は可動部用油圧機構（図示せず）に連結されており、該可動部用油圧機構の作用下に該ロッド１０４は軸方向に上下動自在である。従って、前記パンチ１０６も軸方向に上下動自在となる。
【００２４】
なお、前記ロッド１０４と同様に、前記第３の押圧プレート１０２ｃも、前記可動部用油圧機構に連結されている。従って、前記可動部用油圧機構の作用下に互いに固着された前記第１〜第３の押圧プレート１０２ａ〜１０２ｃは軸方向に上下動自在である。それに伴い、前記第１の押圧プレート１０２ａに固着された可動金型９６も軸方向に上下動自在となり、前記固定金型５８に対して接近又は離間自在となる。
【００２５】
前記可動金型９６は、図２及び図３に示すように、テーパ部１０８と、パンチガイド４６の軸方向に対して離間する方向に上面が所定の角度傾斜した第１の直線部１１０ａと、該第１の直線部１１０ａから該パンチガイド４６の軸方向に接近する方向に急激に上面が所定の角度傾斜した第２の直線部１１０ｂとからなる可動歯形成形部１１２を有する。
【００２６】
前記可動歯形成形部１１２のテーパ部１０８の下端と、固定金型５８に形成された固定歯形成形部８２の直線部８１ｃの上端とが、鉛直方向に対し直交（パンチガイド４６の軸方向に対し直交する方向）して接合することにより歯車１１６（図８Ｂ参照）の歯形部１１８を成形する歯形成形部１１４を画成する。
【００２７】
本実施の形態に係る歯車成形装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用及び効果について説明する。
【００２８】
先ず、可動部用油圧機構（図示せず）の作用下に、図４に示すように、パンチ１０６及び可動金型９６を固定金型５８に対して離間した状態にする。そして、前記固定金型５８に形成された素材載置部８０に歯車素材１２を載置する。その後、前記可動部用油圧機構の作用下に前記可動金型９６を鉛直下方向に移動させ、該可動金型９６を前記固定金型５８に接近当接させる（図５参照）。
【００２９】
次いで、同様に、前記可動部用油圧機構の作用下に、ロッド１０４を鉛直下方向に移動させる。これにより、パンチ１０６が鉛直下方向に変位し、該パンチ１０６によって前記歯車素材１２の上面が鉛直下方向に押圧される（図６参照）。その際、歯車素材１２を押圧するパンチ１０６の押圧速度は、予め所定の速度に設定されている。
【００３０】
前記パンチ１０６によって鉛直下方向に押圧された歯車素材１２の肉は、固定歯形成形部８２と可動歯形成形部１１２とにより画成された歯形成形部１１４内に流動して、歯車１１６の歯形部１１８が成形される（図６及び図８Ｂ参照）。それと同時に、前記パンチガイド４６と前記固定金型５８との間に形成された該パンチガイド４６に周回するキャビティ７８にも前記歯車素材１２の肉が流動することになる。
【００３１】
その後、前記可動部用油圧機構（図示せず）の作用下に前記ロッド１０４を鉛直上方向に移動させる。これにより、前記パンチ１０６が鉛直上方向に変位することになり、該パンチ１０６が成形後の歯車１１８から離間する。同様に、前記可動部用油圧機構の作用下に可動金型９６を鉛直上方向に移動させ前記固定金型５８から離間させる（図７参照）。
【００３２】
前記可動金型９６及び前記パンチ１０６を前記固定金型５８に対して離間した状態で、固定部用油圧機構（図示せず）を作動させる。前記固定部用油圧機構の作用下に固定部用油圧ピストンのピストンロッド７６が鉛直上方向に移動し、それに伴いノックアウトピン７４を介して第１のリング５０に固着したノックアウトパンチ５２がパンチガイド４６の外周面を鉛直上方向に摺動する。鉛直上方向に摺動した前記ノックアウトパンチ５２は、図７に示すように、やがて歯車１１６に当接し、該歯車１１６を前記固定金型５８に形成された素材載置部８０から離間させる。その後、前記歯車１１６は、搬送装置（図示せず）によって次工程に搬送され、最終的に所定の寸法及び形状に機械加工が施され製品として完成される。
【００３３】
ここで、本実施の形態においては、固定金型５８に形成された固定歯形成形部８２の直線部８１ｃの上端と、可動金型９６に形成された可動歯形成形部１１２のテーパ部１０８の下端とが鉛直方向に対し直交して接合することにより歯車１１６の歯形部１１８を形成するための歯形成形部１１４が画成される。しかも、前記固定金型５８と前記可動金型９６とが１台の歯車成形装置１０に配置されているため、該歯車成形装置１０によって歯車素材１２を鍛造成形する際、１回のパンチ作業で歯車１１６の歯形部１１８を成形することが可能となる。すなわち、１回の製造工程で歯車素材１２から歯車１１６を鍛造成形することが可能となる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、歯車の歯形部を形成するための歯形成形部が、固定金型に形成された固定歯形成形部と可動金型に形成された可動歯形成形部とにより画成され、該固定金型と該可動金型とが１台の成形装置に配置されているため、１回の製造工程で歯車を鍛造成形することができ、歯車の製造時間を著しく短縮できる。しかも、従来技術のように歯車を成形するために異なる種類の金型を配置した成形装置を複数台設置する必要がないため、設備費用の削減と設置スペースの縮小化を図ることができ、装置自体の運用効率が飛躍的に向上し、さらには成形品に対する製造コストの低廉化を図ることができるという特有の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る歯車成形装置を示す一部省略縦断面図である。
【図２】図１の歯車成形装置における歯形成形部を示す一部省略拡大縦断面説明図である。
【図３】図２の歯形成形部を示す一部省略拡大斜視説明図である。
【図４】図１の歯車成形装置において、固定部からパンチ部が離間した状態を示す一部省略拡大縦断面説明図である。
【図５】図１の歯車成形装置において、固定金型に可動金型が当接した状態を示す一部省略拡大縦断面説明図である。
【図６】図１の歯車成形装置において、パンチにより歯車素材が押圧された直後の状態を示す一部省略拡大縦断面説明図である。
【図７】図１の歯車成形装置において、鍛造成形された後の歯車が前記固定金型から離型した状態を示す一部省略拡大縦断面説明図である。
【図８】図８Ａは歯車素材を示す斜視図であり、図８Ｂは鍛造成形された後の歯車を示す斜視図である。
【図９】図９Ａ及び図９Ｂは従来の歯車成形装置の概略動作説明図である。
【符号の説明】
１０…歯車成形装置 １２…歯車素材
５８…固定金型 ８１ａ…チャンファ部
８１ｂ…アンダーカット部 ８１ｃ…直線部
８２…固定歯形成形部 ９６…可動金型
１０６…パンチ １０８…テーパ部
１１０ａ…第１の直線部 １１０ｂ…第２の直線部
１１２…可動歯形成形部 １１４…歯形成形部
１１６…歯車 １１８…歯形部

Claims (3)

1. 第１の歯形成形部が形成された第１の金型と、第２の歯形成形部が形成された第２の金型と、前記第１と第２の金型のいずれか一方に臨むパンチとを用いて歯車を成形する歯車成形方法であって、
   前記第１の歯形成形部又は前記第２の歯形成形部の一方に、一端に向かって集束する複数の傾斜部と、前記傾斜部に連なるとともに鉛直方向に延在する直線部とを設け、
   前記第１の金型又は前記第２の金型の一方で歯車素材を支持し、
   前記第１の金型の第１の歯形成形部の端部と前記第２の金型の第２の歯形成形部の端部とを、鉛直方向に対し直交するように接合させるとともに、前記第１の金型と前記第２の金型との間に歯車素材を収納し、
   前記パンチによって前記歯車素材を押圧することにより、該歯車素材を前記第１の歯形成形部内と前記第２の歯形成形部内とに同時に流動させて１回のパンチ作用で前記歯車の歯形部を成形することを特徴とする歯車成形方法。
2. 第１の金型と、第２の金型とを有し、
   前記第１の金型に形成された第１の歯形成形部と、前記第２の金型に形成された第２の歯形成形部とにより歯車の歯形部を成形するための歯形成形部が画成され、
   前記第１の金型と前記第２の金型の端部に、鉛直方向に対し直交する接合面を有するとともに、
   前記第１の歯形成形部又は前記第２の歯形成形部の一方に、一端に向かって集束する複数の傾斜部と、前記傾斜部に連なるとともに鉛直方向に延在する直線部とを設けたことを特徴とする歯車成形装置。
3. 請求項２記載の歯車成形装置において、
   前記第１の歯形成形部は、略三角形状に形成された一対の互いに対向するチャンファ部と、軸方向に対して離間する方向に一主面が所定の角度傾斜したアンダーカット部と、軸方向に対して一主面が平行な直線部とからなり、
   前記第２の歯形成形部は、テーパ部と、軸方向に対して離間する方向に上面が所定の角度傾斜した第１の直線部と、該第１の直線部から軸方向に接近する方向に所定の角度傾斜した第２の直線部とを有し、
   前記直線部の上端と前記テーパ部の下端とが鉛直方向に対し直交して接合することを特徴とする歯車成形装置。

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