JP3764918B2 - ヘリカル歯車の製造方法及びその製造装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヘリカル歯車を冷間鍛造により形成するヘリカル歯車の製造方法およびその製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダイスとポンチによって歯車を鍛造により成形する製造方法が知られている。例えば特公昭５９−３０４９９号公報には、製造しようとする平歯車の歯の歯形型面が形成された軸孔を持つダイスと、外周面に該平歯車の歯と同じ歯形面が形成されたポンチとマンドレルとを用い、被加工材をダイスの軸孔内に配置すると共にポンチを軸孔に挿入してポンチとダイス及びマンドレルにより被加工材を鍛造してダイスとポンチで形成されるキャビティー形状に塑性加工するものである。
【０００３】
被加工材としては中心孔を持たない円柱粗材を用い、この円柱粗材をポンチで軸方向に加圧したり、また、この円柱粗材の中心部にマンドレルを打込み、円柱粗材の中心部を押圧して外方に粗材の流れを創って円柱粗材が軸孔の歯形型面に流れ込むようにしている。
また、特開平８−２０６７７２号公報には、ヘリカル歯車の粗形材を内周面にヘリカル歯の歯形型面が形成された軸孔を持つダイス内にダイスと粗形材とを相対回転させつつポンチで押し込み、ヘリカル歯を精度良く加工する方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特公昭５９−３０４９９号公報は平歯車の鍛造方法が開示されているがヘリカル歯車については具体的にその鍛造方法が示されていない。また、特開平８−２０６７７２号公報は、ヘリカル歯車の粗形材の歯部のみを仕上げるものであり、ビレット状の粗材からヘリカル歯車を鍛造により製造するものではない。
【０００５】
本発明は、ビレット状粗材から直接ヘリカル歯車を製造するヘリカル歯車の製造方法およびその製造装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者はヘリカル歯車を鍛造する場合、被加工材を軸方向に押し潰して歯部を形成すると共に同時に被加工材をねじり、押し潰すことにより形成される歯部がダイスのヘリカル溝に沿って流れることが必要であることに思い至り、ダイスとポンチで被加工材をねじりつつ押し潰してヘリカル歯車に塑性加工する方法を完成したものである。
【０００７】
すなわち、本発明のヘリカル歯車の製造方法は、内周面にヘリカル歯の歯形型面が形成された軸孔を持つダイスと、外周面に該ヘリカル歯と同じ歯形面が形成され該ダイスの該軸孔に螺合するポンチと、該ダイスを固定する下ダイと、該下ダイに立設して上方に延び上ダイを支持する支柱と、該上ダイに設置され該ポンチが先端に配設された加圧ロッドと、該加圧ロッドに軸回りに回転自在に両端が軸支された回転軸部材と、を備えたヘリカル歯車の製造装置において、該ダイスの該軸孔内に被加工材を配置する配置工程と、該ポンチが該ダイスの該軸孔に螺合するように、前記加圧ロッドの下降にともなう前記ダイスと前記ポンチとの相対移動を前記回転軸部材の回転に変換する第１回転機構と、変換された該回転軸部材の回転を前記ダイスと前記ポンチとの相対回転に変換する第２回転機構との２段階の回転機構により変換を実施し、前記ポンチに軸方向の移動にともなう水平面内の回転を与え、該ポンチと該ダイスとを同軸的に近づけつつ同軸的に回転して該ポンチを該ダイスの該軸孔に螺合させながら該被加工材を軸方向に押し付けるとともに該被加工材の中心軸を中心にしてねじり該被加工材をヘリカル歯車に成形する成形工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明のヘリカル歯車の製造装置は、本発明のヘリカル歯車の製造方法に使用されるもので、内周面にヘリカル歯の歯形型面が形成された軸孔を持つダイスと、外周面に該ヘリカル歯と同じ歯形面が形成され該ダイスの該軸孔に螺合するポンチと、該ダイスを固定する下ダイと、該下ダイに立設して上方に延び上ダイを支持する支柱と、該上ダイに設置され該ポンチが先端に配設された加圧ロッドと、該加圧ロッドに軸回りに回転自在に両端が軸支された回転軸部材と、を備えたヘリカル歯車の製造装置において、該ポンチが該ダイスの該軸孔に螺合するように、前記加圧ロッドの下降にともなう該ダイスと前記ポンチとの相対移動を前記回転軸部材の回転に変換する第１回転機構と、変換された該回転軸部材の回転を該ダイスと該ポンチとの相対回転に変換する第２回転機構との２段階の回転機構を具備し、前記ポンチに軸方向の移動にともなう水平面内の回転を与え、該ポンチと該ダイスとを同軸的に近づけつつ同軸的に回転して該ポンチを該ダイスの該軸孔に螺合させながら該ダイスの該軸孔内に配置された被加工材を軸方向に押し付けるとともに該被加工材の中心軸を中心にしてねじり該被加工材をヘリカル歯車に成形する回転押圧手段と、を含む。
【０００９】
本発明のヘリカル歯車の製造方法及び製造装置では、被加工材がダイスの軸孔内で軸方向に押し潰され、これにより形成される歯部がねじりによりダイスの軸孔のヘリカル溝に沿って流れる。このため、形成される歯部そのものもヘリカル溝内で溝に沿って押され、ヘリカル溝内で移動しつつ歯部が膨大してヘリカル歯に形成される。形成される歯部がヘリカル溝に沿って移動するため抵抗も少なく容易にヘリカル歯車が成形できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明のヘリカル歯車の製造方法及び製造装置において、内周面にヘリカル歯の歯形型面が形成された軸孔を持つダイスと、外周面に該ヘリカル歯と同じ歯形面が形成され該ダイスの該軸孔に螺合するポンチと、該ポンチと該ダイスとを該ポンチが該ダイスの該軸孔に螺合するように、前記加圧ロッドの下降にともなう該ダイスと前記ポンチとの相対移動を回転軸部材の回転に変換する第１回転機構と、変換された該回転軸部材の回転を該ダイスと該ポンチとの相対回転に変換する第２回転機構との２段階の回転機構を具備し、前記ポンチに軸方向の移動にともなう水平面内の回転を与え、該ポンチと該ダイスとを同軸的に近づけつつ同軸的に回転して該ポンチを該ダイスの該軸孔に螺合させながら該ダイスの該軸孔内に配置された被加工材を軸方向に押し付けるとともに該被加工材の中心軸を中心にしてねじり該被加工材をヘリカル歯車に成形する回転押圧手段と、を用いる。
【００１１】
ダイスはその軸孔内で被加工材が塑性加工されるもので、得られるヘリカル歯車の軸方向長さより十分に軸方向長さの長い軸孔を持つものである必要がある。軸孔の内周面に形成されるヘリカル歯の歯形型面は、得られるヘリカル歯車の外周面と型対象のものとなる。しかし型面はその軸方向に長く、ヘリカル状に延びている必要がある。
【００１２】
本発明のヘリカル歯車の製造方法及び製造装置においては、中心孔をもつリング状のヘリカル歯車を製造することができる。この中心孔をもつヘリカル歯車の場合、前記回転押圧手段にダイスの軸孔の中心に配置されるマンドレルを設け、被加工材をダイスの軸孔に配置する際に、マンドレルを中心孔に挿通する。そして、ポンチがダイスの軸孔に螺合するようにポンチを回転させつつポンチとダイスを近づけ、ポンチで被加工材をねじりつつ軸孔内で軸方向に押し潰す。ポンチは、加圧ロッドの下降にともなうダイスとポンチとの相対移動を回転軸部材の回転に変換する第１回転機構と、変換された回転軸部材の回転をダイスとポンチとの相対回転に変換する第２回転機構とを組み合わせた回転機構によりポンチの降下にともなう軸周りの回転を与えられる。このねじりにより、被加工材の外周部は、ダイスの軸孔のヘリカル溝に沿って流れ、ヘリカル溝内で移動しつつ膨大してヘリカル状の歯部に形成される。このときマンドレルは押圧される被加工材と共に軸方向に押される（請求項３，９）。
【００１３】
成形工程の終期にはマンドレルを後退させて被加工材の中心孔の一部を空隙として残した状態で被加工材を軸方向にねじりつつ押圧すると、被加工材の内側部が該空隙に膨大し、被加工材の材料流動が全体的に促進され、ダイスの軸孔のヘリカル溝に沿ったより精度の高いヘリカル状の歯部を形成することができる。（請求項４）。
【００１４】
本発明において、被加工材を軸方向に押圧するポンチの押圧面に、該被加工材の被加工面との間での回り方向の滑りを阻止する中心部より放射状に延びる突条をもつことが好ましい。この突条は被加工材の端面にくい込み突条と被加工材との相対回転を阻止する。なお、ポンチの押圧面と被加工材の端面との滑りは放射方向には好ましい。被加工材が押し潰され、ポンチの押圧面と接している被加工材の端面部が放射方向に滑って被加工材の径が増大するのは好ましいことである。
（請求項５、１１）。
【００１５】
また、前記成形工程及び前記回転押圧手段は加圧ロッドの下降にともなう前記ダイスと前記ポンチとの軸方向の相対移動を回転軸部材の回転に変換するラック−ピニオン装置と変換された回転軸部材の回転を該ダイスと該ポンチとの水平面内の相対回転に変換するウオームギヤー装置とを具備している。これにより確実にダイスとポンチとが螺合するとともにウオームギヤー装置で確実にダイスとポンチとを相対回転させることができる。なお、大きな回転力が必要な場合には適当な増力装置を組み込んでも良い（請求項２，１０）。
【００１６】
前記ポンチは同軸的に互いに対向する２個のポンチで構成し、被加工材を軸方向の両方から互いに逆方向にねじりつつ押圧してもよい。この場合、二つのポンチの回転方向を違えることにより、被加工材が軸方向に半分づつねじられ、各ポンチの加圧力を低減できる（請求項６、１２）。また、この方法を採用することにより幅の厚いヘリカル歯車、歯車の傾きが大きいヘリカル歯車の製造が容易になる。
【００１７】
【実施例】
本発明のヘリカル歯車の製造方法及びその製造装置の実施例を示す図面に基づいて説明する。
本発明のヘリカル歯車の製造方法は、図１〜図３に示す製造装置によって達成される。図１〜図３に示す本発明のヘリカル歯車の製造装置は、機台１と、該機台１に固設された下ダイ２と、該下ダイ２から上方に延びた支柱３と、該支柱３に支持された上ダイ４と、該上ダイ４に設置された加圧ロッド５と、該加圧ロッド５の先端に配設される上ポンチ６と、該加圧ロッド５の下降に伴って該上ポンチ６を回転させる回転機構７と、該下ダイ２に固定されたダイス８と、該ダイス８側に設けられ、該上ポンチ６と協動して被加工材９（図４〜図７）を成形する下ポンチ１０およびマンドレル１１とを具備する。
【００１８】
前記ダイス８は内周面にヘリカル歯の歯形型面が形成された軸孔８ａを持つ。該軸孔８ａは被加工材９の軸方向長さより大きいものとする。前記下ポンチ１０は、マンドレル１１とは別の昇降ラム１９上にベアリング１２を介して回転自在に支持され、該昇降ラム１９の上昇に伴って前記上ポンチ６に対向した押上げを行うことができ、その外周には前記軸孔８ａに螺合する歯形１０ａを持つ。該下ポンチ１０は該軸孔８ａの底部を形成することになる。該下ポンチ１０にはマンドレル１１が中心軸状に貫通している。該下ポンチ１０を貫通する該マンドレル１１は、図示しない昇降手段によって軸孔８ａに突出した状態と下ポンチ１０内に没した状態とに上下動可能に構成されている。
【００１９】
一方、前記回転機構７は、二つの回転機構から構成されている。第１の回転機構は、前記支柱３の一つに形成されたラック３ａと、該ラック３ａに噛合した平歯車１３と、該平歯車１３の軸部を構成するシャフト部材であって、軸回りに回転自在に前記加圧ロッド５に両端が支持されている。第２の回転機構は、シャフト部材の中間部分に設けられたウォーム１４と、ウォーム１４をもつ回転軸部材１５と、該ウォーム１４に噛合したウォームホイール１６とから構成されている。該ウォームホイール１６は前記加圧ロッド５に取付けられたブラケット１７に保持されている。該ウォームホイール１６は加圧ロッド５との間に介装されたベアリング１８によって回転可能になっている。
【００２０】
前記上ポンチ６は、外周面に製品のヘリカル歯と同じ歯形面６ａが形成されていて、前記ダイス８の軸孔８ａに嵌合可能な筒体で、前記ウォームホイール１６の同軸位置に保持されている。また、上ポンチ６は前記被加工材９を軸方向に押圧する該上ポンチ６の押圧面には、凸部６ｂが形成されている。ここで、被加工材９は、製品の歯底円直径と等しいか少し小さい外径をもち、マンドレル１１の外径と等しいか少し大きい内径の中心孔９ａを持つ円筒粗材であり、該凸部６ｂは、マンドレル１１の外径と等しい外径をもつ。
【００２１】
上記構成からなる製造装置を用いてヘリカル歯車を製造する方法は、図４〜図７に示すように行う。
第１の工程では、図４に示すように、前記ダイス８の軸孔８ａ内に被加工材９を配置する（配置工程）。このとき、マンドレル１１は先端が軸孔８ａに突出した状態に設定される。被加工材９は、該マンドレル１１に該中心孔９ａを挿通しつつ該軸孔８ａ内に配置される。
【００２２】
第２の工程では、前記加圧ロッド５を下降し前記軸孔８ａに螺合するように前記ポンチ６を前記ダイス８に同軸的に近づける。このとき、回転軸部材１５は平歯車１３がラック３ａ上を下方に移動するのに伴って回転し、ウォーム１４と噛合したウォームホイール１６を回転させる。該ウォームホイール１６の回転により前記上ポンチ６は該軸孔８ａに同軸的に回転して該軸孔８ａに螺合する。この螺合は、前記加圧ロッド５が所定位置のときの前記上ポンチ６の外周面歯形の位相と軸孔８ａの内周面歯形の位相とを所定の関係に設定しておくことにより、前記下ポンチ６が前記ダイス８に当接する位置で確実に行われる。このためには、ウォーム１４とウォームホイール１６とのギヤ比と、平歯車１３の歯数とを決定することにより、加圧ロッド５の下降と上ポンチ６の回転を同期させればよい。
【００２３】
第３の工程は、図５に示すように、螺合した上ポンチ６を加圧ロッド５を更に下降させて被加工材９を加圧し、該被加工材９を該軸孔８ａ内で密閉鍛造する。このとき下ポンチ１０は昇降ラム１９を上昇させて上ポンチ６に対向して被加工材９を下側から押し上げる。マンドレル１１は上ポンチ６に押されるまま下降する。これにより、被加工材９は、上ポンチ６と下ポンチ１０の間にすべりなく挟持される。これにより、被加工材９は上ポンチ６と下ポンチ１０との間に狭圧された状態でねじられつつ上ポンチ６と下ポンチ１０によって軸方向に両打ちされる。被加工材９の外周部は全体がねじられつつ外方へ押しのけられるが、押しのけられた部分は、軸孔８ａのヘリカル溝に沿って流れ、隣の溝に乗越えることはない。この流れ込みがある程度進んだら、上ポンチ６と下ポンチ１０の加圧を止める。
【００２４】
第４の工程は、上ポンチ６と下ポンチ１０の加圧を止めた状態で、マンドレル１１を所定量下降して、図６に示すように被加工材９の中心孔９ａに空間２０を創る。図では、空間２０が被加工材９の中間部分に生じるようにしている。この空間２０は、被加工材９の逃げ場となる。
第５の工程では、加圧ロッド５を更に押下げる。これにより、被加工材９の内側部が空間２０に逃れることで、被加工材９の材料流動を全体的に促進し、加圧ロッド５を更に押下げたときの上ポンチ６および下ポンチ１０の被加工材９との加工面圧を下げることができ、急激な加工面圧の増加を回避しつつ、ダイスの軸孔のヘリカル溝に沿ったより精度の高いヘリカル状の歯部を形成することができる。
【００２５】
第６の工程では、図７に示すようにマンドレル１１を押上げると共に加圧ロッド５を上げる。該マンドレル１１が押し上がるとき、空間２０に膨らんだ被加工材９が除去される。中心孔２１が形成された製品に鍛造することができる。
このように本実施例は、中心孔２１をもつヘリカル歯車の製造方法において、（１）被加工材９の中心孔２０にマンドレル１１が挿入された状態で該被加工材９を軸回りにねじりつつ軸方向に加圧し、（２）ある程度被加工材９が外方に押しのけられた段階でマンドレル１１を退避して中心孔２０に被加工材９の逃げ場としての空間２０を形成し、（３）かつ再度の加圧の後に空間２０に膨出した被加工材９をマンドレル１１で除去している。従って、被加工材９は軸まわりにねじられつつ軸方向に押されて外方に流れ、外方に逃れた被加工材部分は軸孔８ａの溝に沿って流れる。この流れは隣の溝に乗越えることがなく、加圧力を省力化できて、軸孔８ａの歯形型面へ均一に粗材を流し込み精密な型鍛造が可能となる。
【００２６】
また、本実施例のヘリカル歯車の製造方法では、ポンチ（上ポンチ）の回転を、加圧ロッド５の降下に伴って回転するウォーム１４とウォームホイール１６との噛合によって該ポンチを回転させているため、ヘリカル歯車のねじれ角の影響を受けず、比較的大きなねじれ角のヘリカル歯車でも容易に製造することができる。
なお、図８に示すように、ダイス８を機台１に固定し、ダイス８の上下に２個一対のポンチ６をそれぞれ上側加圧ロッド５、下側加圧ロッド５に取り付け、さらに上下の回転機構７を設け、被加工材を上下のポンチで押し潰しつつ互いに逆方向にねじるようにしてもよい。この場合、被加工材の軸方向の中心はポンチに対して不同とすることができ、より小さい力でヘリカル歯車を製造できる。
【００２７】
なお、図８に示すように、ダイス８を機台１に固定し、ダイス８の上下に２個一対のポンチ６をそれぞれ上側加圧ロッド５、下側加圧ロッド５に取り付け、さらに上下の回転機構７を設け、被加工材を上下のポンチで押し潰しつつ互いに逆方向にねじるようにしてもよい。この場合、被加工材の軸方向の中心はポンチに対して不同とすることができ、より小さい力でヘリカル歯車を製造できる。
【００２８】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、ダイスの軸孔に配置された被加工材が全体的にその中心軸を中心にねじられつつ該軸方向に押され、該被加工材を軸孔の歯形型面に均一に流し込んで、精密なヘリカル歯型鍛造が可能となる。
また、ポンチとダイスとの軸方向の相対移動を回転軸部材の回転に変換する第１回転機構と、変換された回転軸部材の回転を前記ダイスと前記ポンチとの相対回転に変換する第２回転機構との２段階の回転機構を組み合わせてポンチの軸周りの回転に変換しているのでヘリカル歯車のねじれ角の影響を受けず、大きなねじれ角のヘリカル歯車でも容易に製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るヘリカル歯車の製造装置を示す正断面図である。
【図２】 本発明に係るヘリカル歯車の製造装置を図１の一側から見た側断面図である。
【図３】 本発明に係るヘリカル歯車の製造装置の平面図である。
【図４】 本発明に係るヘリカル歯車の製造装置に被加工材を配置した工程を示す工程図である。
【図５】 本発明に係るヘリカル歯車の製造装置において、ポンチをダイスの軸孔に螺合させた状態を示す工程図である。
【図６】 本発明に係るヘリカル歯車の製造装置において、被加工材を密閉鍛造している様子を示す工程図である。
【図７】 本発明に係るヘリカル歯車の製造装置において、中心孔に膨らんだ粗材を除去する工程を示す工程図である。
【図８】 本発明に係る他のヘリカル歯車の製造装置を示す正断面図である。
【符号の説明】
１…機台、２…下ダイ、３…支柱、４…上ダイ、５…加圧ロッド、６…上ポンチ、６ａ…歯形面、７…回転機構、８…ダイス、８ａ…軸孔、９…被加工材、１０…下ポンチ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヘリカル歯車を冷間鍛造により形成するヘリカル歯車の製造方法およびその製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダイスとポンチによって歯車を鍛造により成形する製造方法が知られている。例えば特公昭５９−３０４９９号公報には、製造しようとする平歯車の歯の歯形型面が形成された軸孔を持つダイスと、外周面に該平歯車の歯と同じ歯形面が形成されたポンチとマンドレルとを用い、被加工材をダイスの軸孔内に配置すると共にポンチを軸孔に挿入してポンチとダイス及びマンドレルにより被加工材を鍛造してダイスとポンチで形成されるキャビティー形状に塑性加工するものである。
【０００３】
被加工材としては中心孔を持たない円柱粗材を用い、この円柱粗材をポンチで軸方向に加圧したり、また、この円柱粗材の中心部にマンドレルを打込み、円柱粗材の中心部を押圧して外方に粗材の流れを創って円柱粗材が軸孔の歯形型面に流れ込むようにしている。
また、特開平８−２０６７７２号公報には、ヘリカル歯車の粗形材を内周面にヘリカル歯の歯形型面が形成された軸孔を持つダイス内にダイスと粗形材とを相対回転させつつポンチで押し込み、ヘリカル歯を精度良く加工する方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特公昭５９−３０４９９号公報は平歯車の鍛造方法が開示されているがヘリカル歯車については具体的にその鍛造方法が示されていない。また、特開平８−２０６７７２号公報は、ヘリカル歯車の粗形材の歯部のみを仕上げるものであり、ビレット状の粗材からヘリカル歯車を鍛造により製造するものではない。
【０００５】
本発明は、ビレット状粗材から直接ヘリカル歯車を製造するヘリカル歯車の製造方法およびその製造装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者はヘリカル歯車を鍛造する場合、被加工材を軸方向に押し潰して歯部を形成すると共に同時に被加工材をねじり、押し潰すことにより形成される歯部がダイスのヘリカル溝に沿って流れることが必要であることに思い至り、ダイスとポンチで被加工材をねじりつつ押し潰してヘリカル歯車に塑性加工する方法を完成したものである。
【０００７】
すなわち、本発明のヘリカル歯車の製造方法は、内周面にヘリカル歯の歯形型面が形成された軸孔を持つダイスと、外周面に該ヘリカル歯と同じ歯形面が形成され該ダイスの該軸孔に螺合するポンチと、該ダイスを固定する下ダイと、該下ダイに立設して上方に延び上ダイを支持する支柱と、該上ダイに設置され該ポンチが先端に配設された加圧ロッドと、該加圧ロッドに軸回りに回転自在に両端が軸支された回転軸部材と、を備えたヘリカル歯車の製造装置において、該ダイスの該軸孔内に被加工材を配置する配置工程と、該ポンチが該ダイスの該軸孔に螺合するように、前記加圧ロッドの下降にともなう前記ダイスと前記ポンチとの相対移動を前記回転軸部材の回転に変換する第１回転機構と、変換された該回転軸部材の回転を前記ダイスと前記ポンチとの相対回転に変換する第２回転機構との２段階の回転機構により変換を実施し、前記ポンチに軸方向の移動にともなう水平面内の回転を与え、該ポンチと該ダイスとを同軸的に近づけつつ同軸的に回転して該ポンチを該ダイスの該軸孔に螺合させながら該被加工材を軸方向に押し付けるとともに該被加工材の中心軸を中心にしてねじり該被加工材をヘリカル歯車に成形する成形工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明のヘリカル歯車の製造装置は、本発明のヘリカル歯車の製造方法に使用されるもので、内周面にヘリカル歯の歯形型面が形成された軸孔を持つダイスと、外周面に該ヘリカル歯と同じ歯形面が形成され該ダイスの該軸孔に螺合するポンチと、該ダイスを固定する下ダイと、該下ダイに立設して上方に延び上ダイを支持する支柱と、該上ダイに設置され該ポンチが先端に配設された加圧ロッドと、該加圧ロッドに軸回りに回転自在に両端が軸支された回転軸部材と、を備えたヘリカル歯車の製造装置において、該ポンチが該ダイスの該軸孔に螺合するように、前記加圧ロッドの下降にともなう該ダイスと前記ポンチとの相対移動を前記回転軸部材の回転に変換する第１回転機構と、変換された該回転軸部材の回転を該ダイスと該ポンチとの相対回転に変換する第２回転機構との２段階の回転機構を具備し、前記ポンチに軸方向の移動にともなう水平面内の回転を与え、該ポンチと該ダイスとを同軸的に近づけつつ同軸的に回転して該ポンチを該ダイスの該軸孔に螺合させながら該ダイスの該軸孔内に配置された被加工材を軸方向に押し付けるとともに該被加工材の中心軸を中心にしてねじり該被加工材をヘリカル歯車に成形する回転押圧手段と、を含む。
【０００９】
本発明のヘリカル歯車の製造方法及び製造装置では、被加工材がダイスの軸孔内で軸方向に押し潰され、これにより形成される歯部がねじりによりダイスの軸孔のヘリカル溝に沿って流れる。このため、形成される歯部そのものもヘリカル溝内で溝に沿って押され、ヘリカル溝内で移動しつつ歯部が膨大してヘリカル歯に形成される。形成される歯部がヘリカル溝に沿って移動するため抵抗も少なく容易にヘリカル歯車が成形できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明のヘリカル歯車の製造方法及び製造装置において、内周面にヘリカル歯の歯形型面が形成された軸孔を持つダイスと、外周面に該ヘリカル歯と同じ歯形面が形成され該ダイスの該軸孔に螺合するポンチと、該ポンチと該ダイスとを該ポンチが該ダイスの該軸孔に螺合するように、前記加圧ロッドの下降にともなう該ダイスと前記ポンチとの相対移動を回転軸部材の回転に変換する第１回転機構と、変換された該回転軸部材の回転を該ダイスと該ポンチとの相対回転に変換する第２回転機構との２段階の回転機構を具備し、前記ポンチに軸方向の移動にともなう水平面内の回転を与え、該ポンチと該ダイスとを同軸的に近づけつつ同軸的に回転して該ポンチを該ダイスの該軸孔に螺合させながら該ダイスの該軸孔内に配置された被加工材を軸方向に押し付けるとともに該被加工材の中心軸を中心にしてねじり該被加工材をヘリカル歯車に成形する回転押圧手段と、を用いる。
【００１１】
ダイスはその軸孔内で被加工材が塑性加工されるもので、得られるヘリカル歯車の軸方向長さより十分に軸方向長さの長い軸孔を持つものである必要がある。軸孔の内周面に形成されるヘリカル歯の歯形型面は、得られるヘリカル歯車の外周面と型対象のものとなる。しかし型面はその軸方向に長く、ヘリカル状に延びている必要がある。
【００１２】
本発明のヘリカル歯車の製造方法及び製造装置においては、中心孔をもつリング状のヘリカル歯車を製造することができる。この中心孔をもつヘリカル歯車の場合、前記回転押圧手段にダイスの軸孔の中心に配置されるマンドレルを設け、被加工材をダイスの軸孔に配置する際に、マンドレルを中心孔に挿通する。そして、ポンチがダイスの軸孔に螺合するようにポンチを回転させつつポンチとダイスを近づけ、ポンチで被加工材をねじりつつ軸孔内で軸方向に押し潰す。ポンチは、加圧ロッドの下降にともなうダイスとポンチとの相対移動を回転軸部材の回転に変換する第１回転機構と、変換された回転軸部材の回転をダイスとポンチとの相対回転に変換する第２回転機構とを組み合わせた回転機構によりポンチの降下にともなう軸周りの回転を与えられる。このねじりにより、被加工材の外周部は、ダイスの軸孔のヘリカル溝に沿って流れ、ヘリカル溝内で移動しつつ膨大してヘリカル状の歯部に形成される。このときマンドレルは押圧される被加工材と共に軸方向に押される（請求項３，９）。
【００１３】
成形工程の終期にはマンドレルを後退させて被加工材の中心孔の一部を空隙として残した状態で被加工材を軸方向にねじりつつ押圧すると、被加工材の内側部が該空隙に膨大し、被加工材の材料流動が全体的に促進され、ダイスの軸孔のヘリカル溝に沿ったより精度の高いヘリカル状の歯部を形成することができる。（請求項４）。
【００１４】
本発明において、被加工材を軸方向に押圧するポンチの押圧面に、該被加工材の被加工面との間での回り方向の滑りを阻止する中心部より放射状に延びる突条をもつことが好ましい。この突条は被加工材の端面にくい込み突条と被加工材との相対回転を阻止する。なお、ポンチの押圧面と被加工材の端面との滑りは放射方向には好ましい。被加工材が押し潰され、ポンチの押圧面と接している被加工材の端面部が放射方向に滑って被加工材の径が増大するのは好ましいことである。
（請求項５、１１）。
【００１５】
また、前記成形工程及び前記回転押圧手段は加圧ロッドの下降にともなう前記ダイスと前記ポンチとの軸方向の相対移動を回転軸部材の回転に変換するラック−ピニオン装置と変換された回転軸部材の回転を該ダイスと該ポンチとの水平面内の相対回転に変換するウオームギヤー装置とを具備している。これにより確実にダイスとポンチとが螺合するとともにウオームギヤー装置で確実にダイスとポンチとを相対回転させることができる。なお、大きな回転力が必要な場合には適当な増力装置を組み込んでも良い（請求項２，１０）。
【００１６】
前記ポンチは同軸的に互いに対向する２個のポンチで構成し、被加工材を軸方向の両方から互いに逆方向にねじりつつ押圧してもよい。この場合、二つのポンチの回転方向を違えることにより、被加工材が軸方向に半分づつねじられ、各ポンチの加圧力を低減できる（請求項６、１２）。また、この方法を採用することにより幅の厚いヘリカル歯車、歯車の傾きが大きいヘリカル歯車の製造が容易になる。
【００１７】
【実施例】
本発明のヘリカル歯車の製造方法及びその製造装置の実施例を示す図面に基づいて説明する。
本発明のヘリカル歯車の製造方法は、図１〜図３に示す製造装置によって達成される。図１〜図３に示す本発明のヘリカル歯車の製造装置は、機台１と、該機台１に固設された下ダイ２と、該下ダイ２から上方に延びた支柱３と、該支柱３に支持された上ダイ４と、該上ダイ４に設置された加圧ロッド５と、該加圧ロッド５の先端に配設される上ポンチ６と、該加圧ロッド５の下降に伴って該上ポンチ６を回転させる回転機構７と、該下ダイ２に固定されたダイス８と、該ダイス８側に設けられ、該上ポンチ６と協動して被加工材９（図４〜図７）を成形する下ポンチ１０およびマンドレル１１とを具備する。
【００１８】
前記ダイス８は内周面にヘリカル歯の歯形型面が形成された軸孔８ａを持つ。該軸孔８ａは被加工材９の軸方向長さより大きいものとする。前記下ポンチ１０は、マンドレル１１とは別の昇降ラム１９上にベアリング１２を介して回転自在に支持され、該昇降ラム１９の上昇に伴って前記上ポンチ６に対向した押上げを行うことができ、その外周には前記軸孔８ａに螺合する歯形１０ａを持つ。該下ポンチ１０は該軸孔８ａの底部を形成することになる。該下ポンチ１０にはマンドレル１１が中心軸状に貫通している。該下ポンチ１０を貫通する該マンドレル１１は、図示しない昇降手段によって軸孔８ａに突出した状態と下ポンチ１０内に没した状態とに上下動可能に構成されている。
【００１９】
一方、前記回転機構７は、二つの回転機構から構成されている。第１の回転機構は、前記支柱３の一つに形成されたラック３ａと、該ラック３ａに噛合した平歯車１３と、該平歯車１３の軸部を構成するシャフト部材であって、軸回りに回転自在に前記加圧ロッド５に両端が支持されている。第２の回転機構は、シャフト部材の中間部分に設けられたウォーム１４と、ウォーム１４をもつ回転軸部材１５と、該ウォーム１４に噛合したウォームホイール１６とから構成されている。該ウォームホイール１６は前記加圧ロッド５に取付けられたブラケット１７に保持されている。該ウォームホイール１６は加圧ロッド５との間に介装されたベアリング１８によって回転可能になっている。
【００２０】
前記上ポンチ６は、外周面に製品のヘリカル歯と同じ歯形面６ａが形成されていて、前記ダイス８の軸孔８ａに嵌合可能な筒体で、前記ウォームホイール１６の同軸位置に保持されている。また、上ポンチ６は前記被加工材９を軸方向に押圧する該上ポンチ６の押圧面には、凸部６ｂが形成されている。ここで、被加工材９は、製品の歯底円直径と等しいか少し小さい外径をもち、マンドレル１１の外径と等しいか少し大きい内径の中心孔９ａを持つ円筒粗材であり、該凸部６ｂは、マンドレル１１の外径と等しい外径をもつ。
【００２１】
上記構成からなる製造装置を用いてヘリカル歯車を製造する方法は、図４〜図７に示すように行う。
第１の工程では、図４に示すように、前記ダイス８の軸孔８ａ内に被加工材９を配置する（配置工程）。このとき、マンドレル１１は先端が軸孔８ａに突出した状態に設定される。被加工材９は、該マンドレル１１に該中心孔９ａを挿通しつつ該軸孔８ａ内に配置される。
【００２２】
第２の工程では、前記加圧ロッド５を下降し前記軸孔８ａに螺合するように前記ポンチ６を前記ダイス８に同軸的に近づける。このとき、回転軸部材１５は平歯車１３がラック３ａ上を下方に移動するのに伴って回転し、ウォーム１４と噛合したウォームホイール１６を回転させる。該ウォームホイール１６の回転により前記上ポンチ６は該軸孔８ａに同軸的に回転して該軸孔８ａに螺合する。この螺合は、前記加圧ロッド５が所定位置のときの前記上ポンチ６の外周面歯形の位相と軸孔８ａの内周面歯形の位相とを所定の関係に設定しておくことにより、前記下ポンチ６が前記ダイス８に当接する位置で確実に行われる。このためには、ウォーム１４とウォームホイール１６とのギヤ比と、平歯車１３の歯数とを決定することにより、加圧ロッド５の下降と上ポンチ６の回転を同期させればよい。
【００２３】
第３の工程は、図５に示すように、螺合した上ポンチ６を加圧ロッド５を更に下降させて被加工材９を加圧し、該被加工材９を該軸孔８ａ内で密閉鍛造する。このとき下ポンチ１０は昇降ラム１９を上昇させて上ポンチ６に対向して被加工材９を下側から押し上げる。マンドレル１１は上ポンチ６に押されるまま下降する。これにより、被加工材９は、上ポンチ６と下ポンチ１０の間にすべりなく挟持される。これにより、被加工材９は上ポンチ６と下ポンチ１０との間に狭圧された状態でねじられつつ上ポンチ６と下ポンチ１０によって軸方向に両打ちされる。被加工材９の外周部は全体がねじられつつ外方へ押しのけられるが、押しのけられた部分は、軸孔８ａのヘリカル溝に沿って流れ、隣の溝に乗越えることはない。この流れ込みがある程度進んだら、上ポンチ６と下ポンチ１０の加圧を止める。
【００２４】
第４の工程は、上ポンチ６と下ポンチ１０の加圧を止めた状態で、マンドレル１１を所定量下降して、図６に示すように被加工材９の中心孔９ａに空間２０を創る。図では、空間２０が被加工材９の中間部分に生じるようにしている。この空間２０は、被加工材９の逃げ場となる。
第５の工程では、加圧ロッド５を更に押下げる。これにより、被加工材９の内側部が空間２０に逃れることで、被加工材９の材料流動を全体的に促進し、加圧ロッド５を更に押下げたときの上ポンチ６および下ポンチ１０の被加工材９との加工面圧を下げることができ、急激な加工面圧の増加を回避しつつ、ダイスの軸孔のヘリカル溝に沿ったより精度の高いヘリカル状の歯部を形成することができる。
【００２５】
第６の工程では、図７に示すようにマンドレル１１を押上げると共に加圧ロッド５を上げる。該マンドレル１１が押し上がるとき、空間２０に膨らんだ被加工材９が除去される。中心孔２１が形成された製品に鍛造することができる。
このように本実施例は、中心孔２１をもつヘリカル歯車の製造方法において、（１）被加工材９の中心孔２０にマンドレル１１が挿入された状態で該被加工材９を軸回りにねじりつつ軸方向に加圧し、（２）ある程度被加工材９が外方に押しのけられた段階でマンドレル１１を退避して中心孔２０に被加工材９の逃げ場としての空間２０を形成し、（３）かつ再度の加圧の後に空間２０に膨出した被加工材９をマンドレル１１で除去している。従って、被加工材９は軸まわりにねじられつつ軸方向に押されて外方に流れ、外方に逃れた被加工材部分は軸孔８ａの溝に沿って流れる。この流れは隣の溝に乗越えることがなく、加圧力を省力化できて、軸孔８ａの歯形型面へ均一に粗材を流し込み精密な型鍛造が可能となる。
【００２６】
また、本実施例のヘリカル歯車の製造方法では、ポンチ（上ポンチ）の回転を、加圧ロッド５の降下に伴って回転するウォーム１４とウォームホイール１６との噛合によって該ポンチを回転させているため、ヘリカル歯車のねじれ角の影響を受けず、比較的大きなねじれ角のヘリカル歯車でも容易に製造することができる。
なお、図８に示すように、ダイス８を機台１に固定し、ダイス８の上下に２個一対のポンチ６をそれぞれ上側加圧ロッド５、下側加圧ロッド５に取り付け、さらに上下の回転機構７を設け、被加工材を上下のポンチで押し潰しつつ互いに逆方向にねじるようにしてもよい。この場合、被加工材の軸方向の中心はポンチに対して不同とすることができ、より小さい力でヘリカル歯車を製造できる。
【００２７】
なお、図８に示すように、ダイス８を機台１に固定し、ダイス８の上下に２個一対のポンチ６をそれぞれ上側加圧ロッド５、下側加圧ロッド５に取り付け、さらに上下の回転機構７を設け、被加工材を上下のポンチで押し潰しつつ互いに逆方向にねじるようにしてもよい。この場合、被加工材の軸方向の中心はポンチに対して不同とすることができ、より小さい力でヘリカル歯車を製造できる。
【００２８】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、ダイスの軸孔に配置された被加工材が全体的にその中心軸を中心にねじられつつ該軸方向に押され、該被加工材を軸孔の歯形型面に均一に流し込んで、精密なヘリカル歯型鍛造が可能となる。
また、ポンチとダイスとの軸方向の相対移動を回転軸部材の回転に変換する第１回転機構と、変換された回転軸部材の回転を前記ダイスと前記ポンチとの相対回転に変換する第２回転機構との２段階の回転機構を組み合わせてポンチの軸周りの回転に変換しているのでヘリカル歯車のねじれ角の影響を受けず、大きなねじれ角のヘリカル歯車でも容易に製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るヘリカル歯車の製造装置を示す正断面図である。
【図２】 本発明に係るヘリカル歯車の製造装置を図１の一側から見た側断面図である。
【図３】 本発明に係るヘリカル歯車の製造装置の平面図である。
【図４】 本発明に係るヘリカル歯車の製造装置に被加工材を配置した工程を示す工程図である。
【図５】 本発明に係るヘリカル歯車の製造装置において、ポンチをダイスの軸孔に螺合させた状態を示す工程図である。
【図６】 本発明に係るヘリカル歯車の製造装置において、被加工材を密閉鍛造している様子を示す工程図である。
【図７】 本発明に係るヘリカル歯車の製造装置において、中心孔に膨らんだ粗材を除去する工程を示す工程図である。
【図８】 本発明に係る他のヘリカル歯車の製造装置を示す正断面図である。
【符号の説明】
１…機台、２…下ダイ、３…支柱、４…上ダイ、５…加圧ロッド、６…上ポンチ、６ａ…歯形面、７…回転機構、８…ダイス、８ａ…軸孔、９…被加工材、１０…下ポンチ。
Claims (12)
- 内周面にヘリカル歯の歯形型面が形成された軸孔を持つダイスと、外周面に該ヘリカル歯と同じ歯形面が形成され該ダイスの該軸孔に螺合するポンチと、該ダイスを固定する下ダイと、該下ダイに立設して上方に延び上ダイを支持する支柱と、該上ダイに設置され該ポンチが先端に配設された加圧ロッドと、該加圧ロッドに軸回りに回転自在に両端が軸支された回転軸部材と、を備えたヘリカル歯車の製造装置において、
該ダイスの該軸孔内に被加工材を配置する配置工程と、
該ポンチが該ダイスの該軸孔に螺合するように、該加圧ロッドの下降にともなう前記ダイスと前記ポンチとの相対移動を前記回転軸部材の回転に変換する第１回転機構と、変換された該回転軸部材の回転を前記ダイスと前記ポンチとの相対回転に変換する第２回転機構との２段階の回転機構により変換を実施し、前記ポンチに軸方向の移動にともなう水平面内の回転を与え、該ポンチと該ダイスとを同軸的に近づけつつ同軸的に回転して該ポンチを該ダイスの該軸孔に螺合させながら該被加工材を軸方向に押し付けるとともに該被加工材の中心軸を中心にしてねじり該被加工材をヘリカル歯車に成形する成形工程と、
を含むことを特徴とするヘリカル歯車の製造方法。 - 前記成形工程の前記２段階の回転機構は、前記加圧ロッドの下降にともなう前記ダイスと前記ポンチとの相対移動を前記回転軸部材の回転に変換するラック−ピニオン装置と、変換された該回転軸部材の回転を該ダイスと該ポンチとの相対回転に変換するウオームギヤー装置とで構成されている請求項１記載のヘリカル歯車の製造方法。
- 前記ダイスの前記軸孔の中心にはマンドレルが配置されており、前記被加工材は中心孔を有するリング形状であり、前記配置工程は該マンドレルに該中心孔を挿通しつつ該被加工材を該ダイス内に配置する工程である請求項１又は２記載のヘリカル歯車の製造方法。
- 前記成形工程の終期に前記マンドレルを後退させて前記被加工材の中心孔の一部を空隙として残した状態で該被加工材を軸方向にねじり押圧し、前記被加工材の内側部を該空隙に膨大させる請求項３記載のヘリカル歯車の製造方法。
- 前記被加工材を軸方向に押圧する前記ポンチの押圧面は該被加工材の被押圧面との間での回り方向の滑りを阻止する中心部より放射状に延びる突条を持つ請求項１又は２記載のヘリカル歯車の製造方法。
- 前記ポンチは同軸的に互いに対向する２個のポンチで構成され、前記ダイスの前記軸孔内に配置された前記被加工材は、前記成形工程で２個の該ポンチで押圧されつつねじられる請求項１又は２記載のヘリカル歯車の製造方法。
- 内周面にヘリカル歯の歯形型面が形成された軸孔を持つダイスと、外周面に該ヘリカル歯と同じ歯形面が形成され該ダイスの該軸孔に螺合するポンチと、該ダイスを固定する下ダイと、該下ダイに立設して上方に延び上ダイを支持する支柱と、該上ダイに設置され該ポンチが先端に配設された加圧ロッドと、該加圧ロッドに軸回りに回転自在に両端が軸支された回転軸部材と、を備えたヘリカル歯車の製造装置において、
該ポンチが該ダイスの該軸孔に螺合するように、該ポンチと該ダイスとを同軸的に近づけつつ同軸的に回転して該ポンチを該ダイスの該軸孔に螺合させながら該ダイスの該軸孔内に配置された被加工材を軸方向に押し付けるとともに該被加工材の中心軸を中心にしてねじり該被加工材をヘリカル歯車に成形する回転押圧手段と、
を含むことを特徴とするヘリカル歯車の製造装置。 - 前記回転押圧手段は前記加圧ロッドの下降にともなう前記ダイスと前記ポンチの相対移動を前記回転軸部材の回転に変換する第１回転機構と、変換された該回転軸部材の回転を該ダイスと該ポンチとの相対回転に変換する第２回転機構との２段階の回転機構からなる請求項７記載のヘリカル歯車の製造装置。
- 前記回転押圧手段は前記ダイスの前記軸孔の中心に配置されたマンドレルを持ち、前記被加工材は中心孔を有するリング形状であり、該マンドレルに該中心孔を挿通された状態で該被加工材は該ダイス内に配置される請求項７記載のヘリカル歯車の製造装置。
- 前記回転押圧手段の前記回転機構は、前記加圧ロッドの下降にともなう前記ダイスと前記ポンチとの相対移動を前記回転軸部材の回転に変換するラック−ピニオン装置と、変換された該回転軸部材の回転を該ダイスと該ポンチとの相対回転に変換するウオームギヤー装置とである請求項８記載のヘリカル歯車の製造装置。
- 前記被加工材を軸方向に押圧する前記ポンチの押圧面は該被加工材の被押圧面との間での回り方向の滑りを阻止する中心部より放射状に延びる突条を持つ請求項７記載のヘリカル歯車の製造装置。
- 前記ポンチは同軸的に互いに対向する２個のポンチで構成され、前記ダイスの前記軸孔内に配置された前記被加工材は、２個の該ポンチで押圧されつつねじられる請求項７記載のヘリカル歯車の製造装置。
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