JP4053405B2 - 外歯形部品の成形用金型及び成形方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、据込み成形方法によって外歯形部品を製造するための技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、平歯車等の外歯形部品を製造する方法の１つとして、据込み方法が用いられている。据込み方法は、ブランクの上下面を工具で圧縮して高さを縮め、材料を軸と直角方向に広げる加工方法である。外歯形部品を成形する場合には、外歯形成形面を有するダイスと、該ダイスの中心部に位置するマンドレルと、キャビティの上面を構成するパンチと、キャビティの底面を構成するカウンタパンチとを有する金型を用い、キャビティ内で環状ブランクの上下面を圧縮することにより、ダイスの外歯形形状を環状ブランクに転写する手法が採られる。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６３−１０８９４０号公報（第２項、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の据込み成形方法によって環状ブランク１から平歯車等の外歯形部品を成形する場合には、図８（左右対称形状であるため、中心線の左側のみ示す。以下、図１０、図１〜図３、図５も同じ。）に示すパンチ２の成形面２ａの摩擦抗μＦが大きいために、環状ブランク１のパンチ２の成形面２ａに接触している部分及び同様の理由でカウンタパンチに接触している部分の素材流動が阻害され、環状ブランクの外周部１ａは、高さ方向中央部が最も外側に突出する「タル状」に変形しながら、成形が進行することとなる。その結果として、特に外歯形の端部において、素材の充填不良が生じることとなる。
また、一般的に、素材を金型の内部に密閉して外歯形へと素材を充填する場合には、図９に示すように、加工面圧の増加と外歯形充填率の増加との関係は、外歯形充填率が100％に近づくほど鈍くなる。すなわち、完全充填の付近において急激に加工面圧が増大することとなり、完全充填以前に金型が破損する（図９の斜線部の領域に突入する。）こととなる。
【０００５】
また、従来の据込み成形方法によって環状ブランク１からボス付の外歯形部品を成形する場合には、図１０に示すパンチ３の下端面３ａ及び内周面３ｂの摩擦抵抗μＦが大きいため、ボス部１ｂに十分な素材流動をさせることができず、その結果としてボス部１ｂに必要な高さを持たせることが困難となっていた。さらに、ボス高さ率（図２に例示するように、成形品全体の高さＨ１に対するボス部のみの高さｈｂの比率。）と、ボス面積率Ａｂ/Ａ０（ボス付外歯形部品を平面視したときの、全体の投影面積Ａ０とボス部のみの投影面積Ａｂとの比率。）との関係は、図１１に示すような関係があり、製品全体に占めるボス部の面積比Ａｂ/Ａ０が小さい製品形状の場合には、加工面圧比ｋ（加工面圧と素材の変形抵抗との比率）も増大して、金型破損領域Ｔに容易に突入してしまうといった問題もあった。このため、従来の据込み成形方法によってボス付外歯形部品を成形する場合は、金型の破損を防ぐために、製品形状の自由度が制限されるといった問題も生じていた。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、据込み成形方法によって、様々な形状の外歯形部品を精密に成形することにある。そして、高精度かつ低価格のボス付外歯形部品を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための、本発明の請求項１に係る外歯形部品の成形用金型は、外歯形成形面を有するダイスと、該ダイスの中心部に位置するマンドレルと、キャビティの上面を構成するパンチと、キャビティの底面を構成するカウンタパンチとを有し、キャビティ内で厚み一定の環状ブランクの上下面を圧縮して軸と直角方向へと変形させ、前記環状ブランク外周部に外歯形を成形する金型であって、前記パンチまたは前記カウンタパンチの少なくとも一方は、製品を前記ダイスに残したまま、前記ダイスおよび前記マンドレルに対して交換可能な、先工程用パンチと後工程用パンチとを備え、前記先工程用パンチは、環状の突起部が設けられた成形面を有し、前記後工程用パンチは、前記先工程用パンチの環状の突起部により環状ダイスに形成される環状溝を、素材の逃がし部に用いることが可能な形状の成形面として、前記先工程用パンチが備える環状の突起部に比して小さな環状の突起部を備える成形面を有することを特徴とするものである。
【０００８】
本発明によれば、前記環状ブランクの上下面を圧縮する際、前記先工程用パンチの成形面に設けた環状の突起部によって、前記環状ブランクの歯形成形部分とボス成形部分との間に位置する環状の溝を、上下面の少なくとも一方に成形し、当該溝の成形によって生じる素材流動により、ダイスの歯形成形面に対する素材充填を均一に制御する。また、当該先工程の初期段階では、前記環状の突起部と前記環状ブランクとの当接部分に荷重を集中させ、金型に加わる加工面圧の増加を防ぎつつ、素材流動を促進させることができる。
その後、前記先工程用パンチを前記後工程用パンチに交換し、前記後工程用パンチの成形面によって環状ブランクの上下面を圧縮すると、前記先工程用パンチの環状の突起部により環状ブランクに形成される環状溝を、素材の逃がし部に用いることとなるので、当該成形用金型に加わる加工面圧の増加を防ぎつつ、前記ダイスの外歯形成形面への素材の充填を更に促進させることができる。
【０００９】
しかも、前記先工程用パンチの成形面に設けた環状の突起部によって前記環状ブランクに成形した環状溝に対し、前記後工程用パンチの小さな環状の突起部が、隙間をもって嵌り込むこととなる。当該隙間は素材の逃がし部として機能し、当該成形用金型に加わる加工面圧の増加を防ぎつつ、前記ダイスの外歯形成形面への素材の充填を更に促進させることができる。しかも、当該後工程において素材の流動が進むと、前記隙間は徐々に埋りそれに伴って素材の流動抵抗が増加して行くので、素材の逃げが制限され、型締完了に近づくに従い、前記ダイスの外歯形成形面へとより高い圧力で素材を充填させることが可能となる。
【００１０】
また、本発明の請求項２に係る外歯形部品の成形用金型は、請求項１記載の外歯形部品の成形用金型において、前記マンドレルの外周面と、前記パンチまたは前記カウンタパンチの少なくとも一方の内周面とで、前記環状ブランク内周部にボスを成形するための成形面を構成するものである。
本発明によれば、前記先工程用パンチの成形面に設けた環状の突起部により成形される環状の溝が、前記ダイスの外歯形成形面と、前記環状ブランク内周部にボスを成形するための成形面とに、必要な素材流動を行うための分水嶺として機能し、外歯形部とボス部の双方へと十分な素材流動を行うことができる。
【００１１】
上記課題を解決するための、本発明の請求項３に係る外歯形部品の成形方法は、請求項１記載の外歯形部品の成形用金型を用い、歯形成形面を有するダイス内で、厚み一定の環状ブランクの上下面を圧縮して軸と直角方向へと変形させ、前記環状ブランク外周部に外歯形を成形する方法であって、前記先工程用パンチにより、前記ダイスの歯形成形面への素材充填をその途中まで行い、かつ、前記環状ブランクの上下面の少なくとも一方に、前記環状ブランクの歯形成形部分と中心部分との間に位置する環状の溝を成形する先工程と、一度型開きを行って製品を前記ダイスに残したまま前記先工程用パンチを前記後工程用パンチに交換し、再び型締めを行い、この際に、前記環状の溝を流動する素材の逃がし部として用い、かつ、前記環状の溝を消滅させることなく、前記ダイスの歯形成形面への素材充填を完了する後工程とを含むことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明によれば、前記先工程において、前記先工程用パンチにより、前記環状ブランクの上下面を圧縮する際、上下面の少なくとも一方に成形する環状の溝の形状に応じて、ダイスの歯形成形面に対する素材の充填を均一に制御することが可能となる。なお、当該先工程では、前記ダイスの歯形成形面への素材充填をその途中まで行うことから、金型に加わる加工面圧が大きく増加することはない。
続く後工程では、一度型開きを行って製品を前記ダイスに残したまま前記先工程用パンチを前記後工程用パンチに交換し、再び型締めを行い、この際に、前記先工程で成形した環状の溝を素材の逃がし部として用いかつ、前記環状の溝を消滅させることなく、前記ダイスの歯形成形面への素材充填を完了することで、前記ダイスを含む成形用金型に加わる加工面圧の増加を防ぎつつ、前記ダイスの外歯形成形面への素材の充填を更に促進させることができる。
【００１３】
本発明の請求項４に係る外歯形部品の成形方法は、請求項３記載の外歯形部品の成形方法において、前記後工程の初期段階から最終段階に向けて、前記素材の逃がし部における素材の流動抵抗を徐々に高めることを特徴とするものである。
本発明によれば、後工程の初期段階では、成形用金型に加わる加工面圧の増加を防ぎつつ、前記ダイスの外歯形成形面への素材の充填を更に促進させることができる。素材の流動が進むと、前記環状の溝は徐々に埋りそれに伴って素材の流動抵抗が増加して行くので、素材の逃げが制限され、型締完了に近づくに従い、前記ダイスの外歯形成形面へとより高い圧力で素材を充填させることが可能となる。なお、前記環状の溝は、前記素材の逃がし部としての機能を確保するために、外歯形の成形完了時まで、完全に埋ることなく残すものとする。
【００１４】
また、本発明の請求項５に係る外歯形部品の成形方法は、請求項２記載の外歯形部品の成形用金型を用い、歯形成形面を有するダイス内で、厚み一定の環状ブランクの上下面を圧縮して軸と直角方向へと変形させ、前記環状ブランク外周部に外歯形を成形する方法であって、前記先工程用パンチにより、前記ダイスの歯形成形面への素材充填をその途中まで行い、かつ、前記環状ブランクの上下面の少なくとも一方に、前記環状ブランクの歯形成形部分と中心部分との間に位置する環状の溝を成形すると共に前記環状ブランク内周部にボスを成形する先工程と、一度型開きを行って製品を前記ダイスに残したまま前記先工程用パンチを前記後工程用パンチに交換し、再び型締めを行い、この際に、前記環状の溝を流動する素材の逃がし部として用い、かつ、前記環状の溝を消滅させることなく、前記ダイスの歯形成形面への素材充填を完了する後工程とを含むことを特徴とするものである。
【００１５】
本発明によれば、前記先工程において、前記先工程用パンチにより、前記環状ブランクの上下面を圧縮する際、上下面の少なくとも一方に成形する環状の溝の形状に応じて、ダイスの歯形成形面に対する素材の充填を均一に制御することが可能となる。なお、当該先工程では、前記ダイスの歯形成形面への素材充填をその途中まで行うことから、金型に加わる加工面圧が大きく増加することはない。しかも、前記先工程で成形する環状の溝が、前記環状ブランクの歯形成形部分とボス成形部分とに必要な素材流動を行うための分水嶺として機能し、外歯形部とボス部の双方へと十分な素材流動を行うことができる。
続く後工程では、一度型開きを行って製品を前記ダイスに残したまま前記先工程用パンチを前記後工程用パンチに交換し、再び型締めを行い、この際に、前記先工程で成形した環状の溝を素材の逃がし部として用いかつ、前記環状の溝を消滅させることなく、前記ダイスの歯形成形面への素材充填を完了することで、前記ダイスを含む成形用金型に加わる加工面圧の増加を防ぎつつ、前記ダイスの外歯形成形面への素材の充填を更に促進させることができる。
【００１６】
また、上記課題を解決するための、本発明の請求項６に係る成形方法は、請求項５記載の外歯形部品の成形方法前記後工程の初期段階から最終段階に向けて、前記素材の逃がし部における素材の流動抵抗を徐々に高めることを特徴とするものである。
本発明によれば、後工程の初期段階では、成形用金型に加わる加工面圧の増加を防ぎつつ、前記ダイスの外歯形成形面への素材の充填を更に促進させることができる。素材の流動が進むと、前記環状の溝は徐々に埋りそれに伴って素材の流動抵抗が増加して行くので、素材の逃げが制限され、型締完了に近づくに従い、前記ダイスの外歯形成形面へとより高い圧力で素材を充填させることが可能となる。なお、前記環状の溝は、前記素材の逃がし部としての機能を確保するために、外歯形の成形完了時まで、完全に埋ることなく残すものとする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。なお従来技術と同一部分若しくは相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明を省略する。
【００１８】
図１には、本発明の実施の形態に係る成形用金型４の要部と、成形用金型４によって成形された成形品５を模式的に示している。成形用金型４は、パンチ６及びカウンタパンチ７の双方の成形面に、環状の突起部６ａ、７ａを設けたものである。また、パンチ６は、図１の左側に示す先工程用パンチ601と、図１の右側に示す後工程用パンチ602とを交換可能に備えている。両者の違いは、先工程用パンチ601の環状の突起部６ａに比して、後工程用パンチ602の環状の突起部６ａ’は、その幅、高さ共に小さなものとなっている点にある。
より具体的には、環状の突起部６ａ、６ａ’、７ａは、何れも成形品５の外歯形部５ａとボス部５ｂとの間に環状溝５ｃ、５ｄを形成するものとして、金型４の開閉方向に突出するように設けられ、かつ、ボス部５ｂの成形面となるパンチ６及びカウンタパンチ７の内周面６ｂ、７ｂに連続する位置に設けられている。よって、先工程用パンチ601の環状の突起部６ａに対し、後工程用パンチ602の環状の突起部６ａ’は、内周径は同一であるが外周径が小さなものとして形成されている。したがって、先工程用パンチ601の突起部６ａによって成形された環状溝５ｃに、後工程用パンチ602の環状の突起部６ａ’が嵌り込むと、環状溝５ｃの半径方向外側に寄った位置に、隙間Ｓが形成されることとなる。
【００１９】
なお、環状の突起部６ａ、７ａの位置は、製品の外歯形部５ａとボス部５ｂへの所望の素材流動配分に応じ、適切な位置に配置するものである。また、図１では、先工程用パンチ601の環状の突起部６ａは、パンチ７の環状の突起部７ａに比して広く低い形状のものとして図示されているが、突起部６ａ、７ａの形状はこの関係に限定されるものではなく、必要に応じて、突起部６ａ、７ａを同一幅、同一高さとする場合や、パンチ７の環状の突起部７ａを、パンチ６の環状の突起部６ａに比して広く低い形状とする場合もある。
【００２０】
ここで、本発明の実施の形態によりボス付外歯形部品の成形を行う手順を説明する。本発明の実施の形態では、図２の上段に示す高さＨ０の環状ブランク１から、先工程において、図２の中段に示す成形品全体の高さＨ１、外歯形部５ａの高さｈｇ、ボス部のみの高さｈｂで、かつ、幅Ｗ、深さＤの環状溝５ｃを備えるボス付外歯形部品５の中間体を、据込み成形方法により成形する。そして、続く後工程において、図２の下段に示す、成形品全体の高さＨ１、外歯形部５ａの高さｈｇ’、ボス部のみの高さｈｂ’で、かつ、幅Ｗ’、深さＤ’の環状溝５ｃを備えるボス付外歯形部品５を、据込み成形方法により成形するものである。
【００２１】
具体的な金型構造および成形手順は、図３（ａ）〜（ｃ）に示す通りである。まず、成形用金型４は、外歯形成形面８ａを有するダイス８と、ダイス８の中心部に位置するマンドレル９とを有し、さらに、パンチ６でキャビティの上面を構成し、カウンタパンチ７によってキャビティの底面を構成している。カウンタパンチ７およびマンドレル９はその位置が固定されており、パンチ６およびダイス８がカウンタパンチ７およびマンドレル９に対し上下方向に移動可能となっている。マンドレル９の外周面には、必要に応じ、スプライン成形溝９ａを設けることで、製品のボス内周面にスプラインを転写することができる。さらに、パンチ６の内周面６ｂとマンドレル９のスプライン成形溝９ａとで、環状ブランク１内周部にボスを成形するための成形面を構成すると共に、内周面６ｂとスプライン成形溝９ａとの隙間10を、環状ブランク１が変形して素材の流動が生じたときの素材の逃がし部として用いる。
【００２２】
据込み成形を行う際には、まず、図３（ａ）に示すように、環状ブランク１を成形用金型４のキャビティ内にセットする。この時点で、環状ブランク１の外周面は、ダイス８の外歯形成形面８ａの山頂部に当接し、環状ブランク１の内周面はマンドレル９のスプライン成形溝９ａの山頂部に当接する。また、環状ブランク１の上面は先工程用パンチ601の環状の突起部６ａに当接し、環状ブランク１の下面はカウンタパンチ７の環状の突起部７ａに当接している。
【００２３】
続いて、先工程用パンチ601を下降させ、成形用金型４のキャビティ内で環状ブランク１の上下面を圧縮する。そして、図３（ｂ）に示すように、先工程用パンチ601及びカウンタパンチ７の環状の突起部６ａ、７ａを環状ブランク１の上下面に食い込ませる。さらに先工程用パンチ601を下降させて、環状ブランクの上下面を圧縮して軸と直角方向へと変形させる。環状ブランク１の素材は、ダイス８の外歯形成形面８ａに食い込み、外歯形の転写が進行していく。また、環状ブランク１の素材は、先工程用パンチ601の内周面６ｂとマンドレル９のスプライン成形溝９ａとの隙間に流動し、ボス部５ｂの成形を進める。なお、先工程用パンチ601による成形完了時点では、ボス部５ｂについては製品として必要な形状を完成させることが可能であるが、ダイス８の歯形成形面８ａへの素材充填は完了せず途中の状態となっている。よって、当該先工程で、成形用金型４が受ける加工面圧が大きく増加することはない。
【００２４】
次に、一度型開きを行って製品をダイス８に残したまま先工程用パンチ601を後工程用パンチ602に交換し、再び型締めを行う。すると、図３（ｃ）に示すように、環状溝５ｃに対し後工程用パンチ602の小さな環状の突起部６ａ’が、隙間Ｓをもって嵌り込むこととなる。この隙間Ｓは、素材の逃がし部として機能し、成形用金型４に加わる加工面圧の増加を防ぎつつ、ダイス８の外歯形成形面８ａへの素材の充填を更に促進させることができる。しかも、後工程において素材の流動が進むと、隙間Ｓは徐々に埋りそれに伴って素材の流動抵抗が増加して行くので、素材の逃げが徐々に制限され、型締完了に近づくに従い、ダイス８の外歯形成形面８ａへとより高い圧力で素材を充填させることが可能となる。よって、ダイス８の外歯形成形面８ａに十分に素材が充填されて、外歯形部５ａが高精度に転写され、かつ、パンチ６の内周面６ｂとマンドレル９のスプライン成形溝９ａとの隙間にも素材が十分に充填され必要な高さのボス部５ｂを備えた、ボス付外歯形部品５を得ることができる。また、ボス付外歯形部品５は、上記加工工程中において、ダイス８から外れることがないので金型４への密着、転写状態が損なわれることがなく、高い精度を維持することが可能である。
また、カウンタパンチ７に形成した突起部７ａも同様に交換することで、更なる効果が期待できる。
【００２５】
上記構成をなす本発明の実施の形態によって得られる作用効果は、以下の通りである。まず、先工程用パンチ601には突起部６ａを、カウンタパンチ７には突起部７ａを設け、先工程用パンチ601の突起部６ａとカウンタパンチ７の突起部７ａとを環状ブランク１の上下面に食い込ませて環状溝５ｃ、５ｄを形成し、環状溝５ｃ、５ｄの成形によって生じる素材流動により、ダイス８の歯形成形面８ａに対する素材充填を均一に制御することができる。よって、外歯形成形時に「タル状」に変形しながら成形が進行することを防ぐことができるので、外歯形の端部において素材の充填不良が生じることを防ぎ、高精度の歯形を成形することが可能となる。
また、環状の溝５ｃ、５ｄが、環状ブランク１の歯形成形部分に必要な素材流動とボス成形部分に必要な素材流動を行うための分水嶺として機能し、先工程で必要高さのボス部５ｂを成形することができ、後工程で高精度の外歯形部５ａを成形することが可能となる。
【００２６】
また、先工程の初期段階では、先工程用パンチ601の環状の突起部６ａと環状ブランク１との当接部分に荷重を集中させ、金型に加わる加工面圧の増加を防ぎつつ、素材流動を促進させることができる。その後、先工程用パンチ601を後工程用パンチ602に交換し、後工程用602パンチの成形面によって環状ブランクの上下面を圧縮する。
後工程用パンチ602の成形面は、先工程用パンチ601が備える環状の突起部６ａに比して小さな環状の突起部６ａ’を備えるものであることから、先工程用パンチ601の環状の突起部６ａによって環状ブランク１に成形した環状溝５ｃに対し、後工程用パンチ602の小さな環状の突起部６ａ’が、隙間Ｓをもって嵌り込むこととなる。隙間Ｓは素材の逃がし部として機能し、成形用金型４に加わる加工面圧の増加を防ぎつつ、ダイス８の外歯形成形面８ａへの素材の充填を更に促進させることができる。しかも、後工程において素材の流動が進むと、隙間Ｓは徐々に埋りそれに伴って素材の流動抵抗が増加して行くので、素材の逃げが制限され、型締完了に近づくに従い、ダイス８の外歯形成形面８ａへとより高い圧力で素材を充填させることが可能となる。かかる作用を得るために、環状溝５ｃを最後まで消滅させることなく、先工程で成形された環状の溝よりも小さな溝として残すこととする。
【００２７】
また、本発明の実施の形態では、パンチ６の内周面６ｂとマンドレル９のスプライン成形溝９ａとの間に隙間10を設け、隙間10を、環状ブランク１が変形して素材の流動が生じたときの素材の逃がし部として用いている。よって、先工程で型締完了状態となっても、隙間10によりキャビティは密閉状態とはならず、加工面圧比ｋを低減することができる。
【００２８】
図４には、先工程Ｐ１及び後工程Ｐ２における加工面圧（ＭＰａ）と外歯形充填率（％）との関係を示している。また、比較のために、従来の金型を用いて据込み成形方法により外歯形部品を成形した場合を曲線Ｌで示している。なお、ここで示す加工面圧と外歯形充填率との関係は、一般的な歯車用鋼（ＪＩＳ ＳＣＲ系、例えばＳＣＲ４２０。）を用いた結果である。図示の如く、本発明の実施の形態によれば、先工程Ｐ１で、従来の二倍近い８０％の充填率を達成し、さらに、後工程Ｐ２ではほぼ１００％の充填率を、金型が破損する加工面圧に至る前（図９参照）に得ることが可能となる。
【００２９】
さらに、本発明の実施の形態では、環状の溝５ｃ、５ｄが製品の機能を損なうものでない限り、この環状の溝５ｃ、５ｄを、ボス付外歯形部品５の製品形状として残しておくことで、製品の軽量化に寄与することができる。
【００３０】
なお、環状の突起部６ａ、６ａ’、７ａは、パンチ６及びカウンタパンチ７と一体に形成されたものでも良く、別部品として設けるものであっても良い。そして、一体形成した場合には、パンチ６及びカウンタパンチ７の強度を高めることが容易となり、別部品とした場合には、環状の突起部６ａ、７ａの形状変更が容易となるといった利点を有する。また、本発明の実施の形態では、環状の突起部６ａ、７ａを、パンチ６及びカウンタパンチ７の双方に設けたが、必要に応じてパンチ６にのみ設けることとしても良い。また、先工程用パンチ６の環状の突起部６ａに対し、後工程用パンチ６ａ’の幅を同じくして高さのみ小さなものとしても良く、幅を小さくして高さを同じものとしても良い。また、幅と高さを同時に小さくしてもよい。
【００３１】
図５には、図１に示す成形用金型４の応用例として、中心部分にボスを持たない外歯形部品11を成形するための、成形用金型12を示している。なお、成形用金型４と同一部分若しくは相当する部分については同一符号で示している。成形用金型12においても、先工程用パンチ601の環状の突起部６ａに対し、後工程用パンチ602の環状の突起部６ａ’は、内周径が大きく外周径が小さなものとして形成されている。したがって、先工程用パンチ601の突起部６ａによって成形された環状溝11ｃに、後工程用パンチ602の環状の突起部６ａ’が嵌り込むと、隙間Ｓは環状溝の半径方向外側及び内側の双方に形成されることとなる。そして、後工程において、成形用金型４と同様の作用効果を得て、製品の外歯形部11ａを高精度に成形することが可能となる。
【００３２】
また、先工程用パンチと後工程用パンチを１つのパンチで賄うことができるように、図６に示す金型構造を採用することも可能である。すなわち、パンチ６の環状の突起部をその半径方向内側６ａ１と、半径方向外側６ａ２とに分割し、分割した内側６ａ１と外側６ａ２の高さを別々に変更するように制御可能とすることで、１サイクルでの成形が可能となり、金型交換または切り替え時間の短縮が可能となる。かかる場合には、先工程用パンチと後工程用パンチとを別個に備える必要が無く１つのパンチ６に統合されるので、金型の在庫量を減少させることが可能となる。さらに、カウンタパンチ７を、先工程用パンチと後工程用パンチとを交換可能に備えるものとしても良い。
【００３３】
図７には、一例として、従来方法（突起なし）と、図１に示すような先工程用パンチおよび後工程用パンチを用いる場合（本発明１〜15）との結果を比較した図表を示している。この比較例は、モジュール1.75、歯数30、ピッチ円65ｍｍの歯車を試作した場合を示したものであるが、先工程にて環状溝を成形し、後工程で環状溝の一部を隙間Ｓとして素材の逃がし部に活用することで、成形面圧（加工面圧）を低減し、歯先充填度が高く、歯車精度の良い歯車をえることが確認される。なお、図表中、溝部面積率の値は（溝面積）/（外歯ピッチ円面積）×１００で求められ、溝深さ率の値は（溝突起長さ）/（歯車製品歯幅）×１００で求められるものである。また、成形後の歯車の精度は歯車精度８級基準（ＪＩＳ Ｂ １７０２−１）を基準としたものである。
【００３４】
【発明の効果】
本発明はこのように構成したので、据込み成形方法によって、様々な形状の外歯形部品を精密に成形することが可能となる。そして、高精度かつ低価格の外歯形部品を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る成形用金型の要部と、成形用金型によって成形された成形品とを示す模式図である。
【図２】 図の上段は本発明の実施の形態に用いられる環状ブランクの一部断面図を、図の中段は、本発明の実施の形態の先工程により得られるボス付外歯形部品の一部断面図を、図の下段は本発明の実施の形態の後工程により得られるボス付外歯形部品の一部断面図を示すものである。
【図３】 本発明の実施の形態に係る成形用金型の具体的な金型構造および成形手順を示す概略図である。
【図４】 本発明の実施の形態に係る成形方法の、先工程及び後工程における加工面圧と外歯形充填率との関係を示す図である。
【図５】 本発明の実施の形態に係る成形用金型の応用例の要部と、当該成形用金型によって成形された成形品とを示す模式図である。
【図６】 本発明の実施の形態に係る成形用金型の更なる応用例の要部と、当該成形用金型によって成形された成形品とを示す模式図である。
【図７】 本発明の実施の形態に係る方法とで得られる製品を、従来方法による製品と比較した図表である。
【図８】 従来の据込み成形方法によって環状ブランクから平歯車等の外歯形部品を成形する場合の問題点を示す説明図である。
【図９】 加工面圧と外歯形充填率との関係を示すグラフである。
【図１０】 従来の据込み成形方法によって環状ブランクからボス付外歯形部品を成形する場合の問題点を示す説明図である。
【図１１】 ボス高さ率とボス面積率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 環状ブランク
４、11 成形用金型
５ 成形品
５ａ 外歯形部
５ｂ ボス部
５ｃ、５ｄ 環状溝
６ パンチ
601 先工程用パンチ
602 後工程用パンチ
６ａ、６ａ’、７ａ 突起部
６ｂ、７ｂ 内周面
７ カウンタパンチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、据込み成形方法によって外歯形部品を製造するための技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、平歯車等の外歯形部品を製造する方法の１つとして、据込み方法が用いられている。据込み方法は、ブランクの上下面を工具で圧縮して高さを縮め、材料を軸と直角方向に広げる加工方法である。外歯形部品を成形する場合には、外歯形成形面を有するダイスと、該ダイスの中心部に位置するマンドレルと、キャビティの上面を構成するパンチと、キャビティの底面を構成するカウンタパンチとを有する金型を用い、キャビティ内で環状ブランクの上下面を圧縮することにより、ダイスの外歯形形状を環状ブランクに転写する手法が採られる。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６３−１０８９４０号公報（第２項、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の据込み成形方法によって環状ブランク１から平歯車等の外歯形部品を成形する場合には、図８（左右対称形状であるため、中心線の左側のみ示す。以下、図１０、図１〜図３、図５も同じ。）に示すパンチ２の成形面２ａの摩擦抗μＦが大きいために、環状ブランク１のパンチ２の成形面２ａに接触している部分及び同様の理由でカウンタパンチに接触している部分の素材流動が阻害され、環状ブランクの外周部１ａは、高さ方向中央部が最も外側に突出する「タル状」に変形しながら、成形が進行することとなる。その結果として、特に外歯形の端部において、素材の充填不良が生じることとなる。
また、一般的に、素材を金型の内部に密閉して外歯形へと素材を充填する場合には、図９に示すように、加工面圧の増加と外歯形充填率の増加との関係は、外歯形充填率が100％に近づくほど鈍くなる。すなわち、完全充填の付近において急激に加工面圧が増大することとなり、完全充填以前に金型が破損する（図９の斜線部の領域に突入する。）こととなる。
【０００５】
また、従来の据込み成形方法によって環状ブランク１からボス付の外歯形部品を成形する場合には、図１０に示すパンチ３の下端面３ａ及び内周面３ｂの摩擦抵抗μＦが大きいため、ボス部１ｂに十分な素材流動をさせることができず、その結果としてボス部１ｂに必要な高さを持たせることが困難となっていた。さらに、ボス高さ率（図２に例示するように、成形品全体の高さＨ１に対するボス部のみの高さｈｂの比率。）と、ボス面積率Ａｂ/Ａ０（ボス付外歯形部品を平面視したときの、全体の投影面積Ａ０とボス部のみの投影面積Ａｂとの比率。）との関係は、図１１に示すような関係があり、製品全体に占めるボス部の面積比Ａｂ/Ａ０が小さい製品形状の場合には、加工面圧比ｋ（加工面圧と素材の変形抵抗との比率）も増大して、金型破損領域Ｔに容易に突入してしまうといった問題もあった。このため、従来の据込み成形方法によってボス付外歯形部品を成形する場合は、金型の破損を防ぐために、製品形状の自由度が制限されるといった問題も生じていた。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、据込み成形方法によって、様々な形状の外歯形部品を精密に成形することにある。そして、高精度かつ低価格のボス付外歯形部品を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための、本発明の請求項１に係る外歯形部品の成形用金型は、外歯形成形面を有するダイスと、該ダイスの中心部に位置するマンドレルと、キャビティの上面を構成するパンチと、キャビティの底面を構成するカウンタパンチとを有し、キャビティ内で厚み一定の環状ブランクの上下面を圧縮して軸と直角方向へと変形させ、前記環状ブランク外周部に外歯形を成形する金型であって、前記パンチまたは前記カウンタパンチの少なくとも一方は、製品を前記ダイスに残したまま、前記ダイスおよび前記マンドレルに対して交換可能な、先工程用パンチと後工程用パンチとを備え、前記先工程用パンチは、環状の突起部が設けられた成形面を有し、前記後工程用パンチは、前記先工程用パンチの環状の突起部により環状ダイスに形成される環状溝を、素材の逃がし部に用いることが可能な形状の成形面として、前記先工程用パンチが備える環状の突起部に比して小さな環状の突起部を備える成形面を有することを特徴とするものである。
【０００８】
本発明によれば、前記環状ブランクの上下面を圧縮する際、前記先工程用パンチの成形面に設けた環状の突起部によって、前記環状ブランクの歯形成形部分とボス成形部分との間に位置する環状の溝を、上下面の少なくとも一方に成形し、当該溝の成形によって生じる素材流動により、ダイスの歯形成形面に対する素材充填を均一に制御する。また、当該先工程の初期段階では、前記環状の突起部と前記環状ブランクとの当接部分に荷重を集中させ、金型に加わる加工面圧の増加を防ぎつつ、素材流動を促進させることができる。
その後、前記先工程用パンチを前記後工程用パンチに交換し、前記後工程用パンチの成形面によって環状ブランクの上下面を圧縮すると、前記先工程用パンチの環状の突起部により環状ブランクに形成される環状溝を、素材の逃がし部に用いることとなるので、当該成形用金型に加わる加工面圧の増加を防ぎつつ、前記ダイスの外歯形成形面への素材の充填を更に促進させることができる。
【０００９】
しかも、前記先工程用パンチの成形面に設けた環状の突起部によって前記環状ブランクに成形した環状溝に対し、前記後工程用パンチの小さな環状の突起部が、隙間をもって嵌り込むこととなる。当該隙間は素材の逃がし部として機能し、当該成形用金型に加わる加工面圧の増加を防ぎつつ、前記ダイスの外歯形成形面への素材の充填を更に促進させることができる。しかも、当該後工程において素材の流動が進むと、前記隙間は徐々に埋りそれに伴って素材の流動抵抗が増加して行くので、素材の逃げが制限され、型締完了に近づくに従い、前記ダイスの外歯形成形面へとより高い圧力で素材を充填させることが可能となる。
【００１０】
また、本発明の請求項２に係る外歯形部品の成形用金型は、請求項１記載の外歯形部品の成形用金型において、前記マンドレルの外周面と、前記パンチまたは前記カウンタパンチの少なくとも一方の内周面とで、前記環状ブランク内周部にボスを成形するための成形面を構成するものである。
本発明によれば、前記先工程用パンチの成形面に設けた環状の突起部により成形される環状の溝が、前記ダイスの外歯形成形面と、前記環状ブランク内周部にボスを成形するための成形面とに、必要な素材流動を行うための分水嶺として機能し、外歯形部とボス部の双方へと十分な素材流動を行うことができる。
【００１１】
上記課題を解決するための、本発明の請求項３に係る外歯形部品の成形方法は、請求項１記載の外歯形部品の成形用金型を用い、歯形成形面を有するダイス内で、厚み一定の環状ブランクの上下面を圧縮して軸と直角方向へと変形させ、前記環状ブランク外周部に外歯形を成形する方法であって、前記先工程用パンチにより、前記ダイスの歯形成形面への素材充填をその途中まで行い、かつ、前記環状ブランクの上下面の少なくとも一方に、前記環状ブランクの歯形成形部分と中心部分との間に位置する環状の溝を成形する先工程と、一度型開きを行って製品を前記ダイスに残したまま前記先工程用パンチを前記後工程用パンチに交換し、再び型締めを行い、この際に、前記環状の溝を流動する素材の逃がし部として用い、かつ、前記環状の溝を消滅させることなく、前記ダイスの歯形成形面への素材充填を完了する後工程とを含むことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明によれば、前記先工程において、前記先工程用パンチにより、前記環状ブランクの上下面を圧縮する際、上下面の少なくとも一方に成形する環状の溝の形状に応じて、ダイスの歯形成形面に対する素材の充填を均一に制御することが可能となる。なお、当該先工程では、前記ダイスの歯形成形面への素材充填をその途中まで行うことから、金型に加わる加工面圧が大きく増加することはない。
続く後工程では、一度型開きを行って製品を前記ダイスに残したまま前記先工程用パンチを前記後工程用パンチに交換し、再び型締めを行い、この際に、前記先工程で成形した環状の溝を素材の逃がし部として用いかつ、前記環状の溝を消滅させることなく、前記ダイスの歯形成形面への素材充填を完了することで、前記ダイスを含む成形用金型に加わる加工面圧の増加を防ぎつつ、前記ダイスの外歯形成形面への素材の充填を更に促進させることができる。
【００１３】
本発明の請求項４に係る外歯形部品の成形方法は、請求項３記載の外歯形部品の成形方法において、前記後工程の初期段階から最終段階に向けて、前記素材の逃がし部における素材の流動抵抗を徐々に高めることを特徴とするものである。
本発明によれば、後工程の初期段階では、成形用金型に加わる加工面圧の増加を防ぎつつ、前記ダイスの外歯形成形面への素材の充填を更に促進させることができる。素材の流動が進むと、前記環状の溝は徐々に埋りそれに伴って素材の流動抵抗が増加して行くので、素材の逃げが制限され、型締完了に近づくに従い、前記ダイスの外歯形成形面へとより高い圧力で素材を充填させることが可能となる。なお、前記環状の溝は、前記素材の逃がし部としての機能を確保するために、外歯形の成形完了時まで、完全に埋ることなく残すものとする。
【００１４】
また、本発明の請求項５に係る外歯形部品の成形方法は、請求項２記載の外歯形部品の成形用金型を用い、歯形成形面を有するダイス内で、厚み一定の環状ブランクの上下面を圧縮して軸と直角方向へと変形させ、前記環状ブランク外周部に外歯形を成形する方法であって、前記先工程用パンチにより、前記ダイスの歯形成形面への素材充填をその途中まで行い、かつ、前記環状ブランクの上下面の少なくとも一方に、前記環状ブランクの歯形成形部分と中心部分との間に位置する環状の溝を成形すると共に前記環状ブランク内周部にボスを成形する先工程と、一度型開きを行って製品を前記ダイスに残したまま前記先工程用パンチを前記後工程用パンチに交換し、再び型締めを行い、この際に、前記環状の溝を流動する素材の逃がし部として用い、かつ、前記環状の溝を消滅させることなく、前記ダイスの歯形成形面への素材充填を完了する後工程とを含むことを特徴とするものである。
【００１５】
本発明によれば、前記先工程において、前記先工程用パンチにより、前記環状ブランクの上下面を圧縮する際、上下面の少なくとも一方に成形する環状の溝の形状に応じて、ダイスの歯形成形面に対する素材の充填を均一に制御することが可能となる。なお、当該先工程では、前記ダイスの歯形成形面への素材充填をその途中まで行うことから、金型に加わる加工面圧が大きく増加することはない。しかも、前記先工程で成形する環状の溝が、前記環状ブランクの歯形成形部分とボス成形部分とに必要な素材流動を行うための分水嶺として機能し、外歯形部とボス部の双方へと十分な素材流動を行うことができる。
続く後工程では、一度型開きを行って製品を前記ダイスに残したまま前記先工程用パンチを前記後工程用パンチに交換し、再び型締めを行い、この際に、前記先工程で成形した環状の溝を素材の逃がし部として用いかつ、前記環状の溝を消滅させることなく、前記ダイスの歯形成形面への素材充填を完了することで、前記ダイスを含む成形用金型に加わる加工面圧の増加を防ぎつつ、前記ダイスの外歯形成形面への素材の充填を更に促進させることができる。
【００１６】
また、上記課題を解決するための、本発明の請求項６に係る成形方法は、請求項５記載の外歯形部品の成形方法前記後工程の初期段階から最終段階に向けて、前記素材の逃がし部における素材の流動抵抗を徐々に高めることを特徴とするものである。
本発明によれば、後工程の初期段階では、成形用金型に加わる加工面圧の増加を防ぎつつ、前記ダイスの外歯形成形面への素材の充填を更に促進させることができる。素材の流動が進むと、前記環状の溝は徐々に埋りそれに伴って素材の流動抵抗が増加して行くので、素材の逃げが制限され、型締完了に近づくに従い、前記ダイスの外歯形成形面へとより高い圧力で素材を充填させることが可能となる。なお、前記環状の溝は、前記素材の逃がし部としての機能を確保するために、外歯形の成形完了時まで、完全に埋ることなく残すものとする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。なお従来技術と同一部分若しくは相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明を省略する。
【００１８】
図１には、本発明の実施の形態に係る成形用金型４の要部と、成形用金型４によって成形された成形品５を模式的に示している。成形用金型４は、パンチ６及びカウンタパンチ７の双方の成形面に、環状の突起部６ａ、７ａを設けたものである。また、パンチ６は、図１の左側に示す先工程用パンチ601と、図１の右側に示す後工程用パンチ602とを交換可能に備えている。両者の違いは、先工程用パンチ601の環状の突起部６ａに比して、後工程用パンチ602の環状の突起部６ａ’は、その幅、高さ共に小さなものとなっている点にある。
より具体的には、環状の突起部６ａ、６ａ’、７ａは、何れも成形品５の外歯形部５ａとボス部５ｂとの間に環状溝５ｃ、５ｄを形成するものとして、金型４の開閉方向に突出するように設けられ、かつ、ボス部５ｂの成形面となるパンチ６及びカウンタパンチ７の内周面６ｂ、７ｂに連続する位置に設けられている。よって、先工程用パンチ601の環状の突起部６ａに対し、後工程用パンチ602の環状の突起部６ａ’は、内周径は同一であるが外周径が小さなものとして形成されている。したがって、先工程用パンチ601の突起部６ａによって成形された環状溝５ｃに、後工程用パンチ602の環状の突起部６ａ’が嵌り込むと、環状溝５ｃの半径方向外側に寄った位置に、隙間Ｓが形成されることとなる。
【００１９】
なお、環状の突起部６ａ、７ａの位置は、製品の外歯形部５ａとボス部５ｂへの所望の素材流動配分に応じ、適切な位置に配置するものである。また、図１では、先工程用パンチ601の環状の突起部６ａは、パンチ７の環状の突起部７ａに比して広く低い形状のものとして図示されているが、突起部６ａ、７ａの形状はこの関係に限定されるものではなく、必要に応じて、突起部６ａ、７ａを同一幅、同一高さとする場合や、パンチ７の環状の突起部７ａを、パンチ６の環状の突起部６ａに比して広く低い形状とする場合もある。
【００２０】
ここで、本発明の実施の形態によりボス付外歯形部品の成形を行う手順を説明する。本発明の実施の形態では、図２の上段に示す高さＨ０の環状ブランク１から、先工程において、図２の中段に示す成形品全体の高さＨ１、外歯形部５ａの高さｈｇ、ボス部のみの高さｈｂで、かつ、幅Ｗ、深さＤの環状溝５ｃを備えるボス付外歯形部品５の中間体を、据込み成形方法により成形する。そして、続く後工程において、図２の下段に示す、成形品全体の高さＨ１、外歯形部５ａの高さｈｇ’、ボス部のみの高さｈｂ’で、かつ、幅Ｗ’、深さＤ’の環状溝５ｃを備えるボス付外歯形部品５を、据込み成形方法により成形するものである。
【００２１】
具体的な金型構造および成形手順は、図３（ａ）〜（ｃ）に示す通りである。まず、成形用金型４は、外歯形成形面８ａを有するダイス８と、ダイス８の中心部に位置するマンドレル９とを有し、さらに、パンチ６でキャビティの上面を構成し、カウンタパンチ７によってキャビティの底面を構成している。カウンタパンチ７およびマンドレル９はその位置が固定されており、パンチ６およびダイス８がカウンタパンチ７およびマンドレル９に対し上下方向に移動可能となっている。マンドレル９の外周面には、必要に応じ、スプライン成形溝９ａを設けることで、製品のボス内周面にスプラインを転写することができる。さらに、パンチ６の内周面６ｂとマンドレル９のスプライン成形溝９ａとで、環状ブランク１内周部にボスを成形するための成形面を構成すると共に、内周面６ｂとスプライン成形溝９ａとの隙間10を、環状ブランク１が変形して素材の流動が生じたときの素材の逃がし部として用いる。
【００２２】
据込み成形を行う際には、まず、図３（ａ）に示すように、環状ブランク１を成形用金型４のキャビティ内にセットする。この時点で、環状ブランク１の外周面は、ダイス８の外歯形成形面８ａの山頂部に当接し、環状ブランク１の内周面はマンドレル９のスプライン成形溝９ａの山頂部に当接する。また、環状ブランク１の上面は先工程用パンチ601の環状の突起部６ａに当接し、環状ブランク１の下面はカウンタパンチ７の環状の突起部７ａに当接している。
【００２３】
続いて、先工程用パンチ601を下降させ、成形用金型４のキャビティ内で環状ブランク１の上下面を圧縮する。そして、図３（ｂ）に示すように、先工程用パンチ601及びカウンタパンチ７の環状の突起部６ａ、７ａを環状ブランク１の上下面に食い込ませる。さらに先工程用パンチ601を下降させて、環状ブランクの上下面を圧縮して軸と直角方向へと変形させる。環状ブランク１の素材は、ダイス８の外歯形成形面８ａに食い込み、外歯形の転写が進行していく。また、環状ブランク１の素材は、先工程用パンチ601の内周面６ｂとマンドレル９のスプライン成形溝９ａとの隙間に流動し、ボス部５ｂの成形を進める。なお、先工程用パンチ601による成形完了時点では、ボス部５ｂについては製品として必要な形状を完成させることが可能であるが、ダイス８の歯形成形面８ａへの素材充填は完了せず途中の状態となっている。よって、当該先工程で、成形用金型４が受ける加工面圧が大きく増加することはない。
【００２４】
次に、一度型開きを行って製品をダイス８に残したまま先工程用パンチ601を後工程用パンチ602に交換し、再び型締めを行う。すると、図３（ｃ）に示すように、環状溝５ｃに対し後工程用パンチ602の小さな環状の突起部６ａ’が、隙間Ｓをもって嵌り込むこととなる。この隙間Ｓは、素材の逃がし部として機能し、成形用金型４に加わる加工面圧の増加を防ぎつつ、ダイス８の外歯形成形面８ａへの素材の充填を更に促進させることができる。しかも、後工程において素材の流動が進むと、隙間Ｓは徐々に埋りそれに伴って素材の流動抵抗が増加して行くので、素材の逃げが徐々に制限され、型締完了に近づくに従い、ダイス８の外歯形成形面８ａへとより高い圧力で素材を充填させることが可能となる。よって、ダイス８の外歯形成形面８ａに十分に素材が充填されて、外歯形部５ａが高精度に転写され、かつ、パンチ６の内周面６ｂとマンドレル９のスプライン成形溝９ａとの隙間にも素材が十分に充填され必要な高さのボス部５ｂを備えた、ボス付外歯形部品５を得ることができる。また、ボス付外歯形部品５は、上記加工工程中において、ダイス８から外れることがないので金型４への密着、転写状態が損なわれることがなく、高い精度を維持することが可能である。
また、カウンタパンチ７に形成した突起部７ａも同様に交換することで、更なる効果が期待できる。
【００２５】
上記構成をなす本発明の実施の形態によって得られる作用効果は、以下の通りである。まず、先工程用パンチ601には突起部６ａを、カウンタパンチ７には突起部７ａを設け、先工程用パンチ601の突起部６ａとカウンタパンチ７の突起部７ａとを環状ブランク１の上下面に食い込ませて環状溝５ｃ、５ｄを形成し、環状溝５ｃ、５ｄの成形によって生じる素材流動により、ダイス８の歯形成形面８ａに対する素材充填を均一に制御することができる。よって、外歯形成形時に「タル状」に変形しながら成形が進行することを防ぐことができるので、外歯形の端部において素材の充填不良が生じることを防ぎ、高精度の歯形を成形することが可能となる。
また、環状の溝５ｃ、５ｄが、環状ブランク１の歯形成形部分に必要な素材流動とボス成形部分に必要な素材流動を行うための分水嶺として機能し、先工程で必要高さのボス部５ｂを成形することができ、後工程で高精度の外歯形部５ａを成形することが可能となる。
【００２６】
また、先工程の初期段階では、先工程用パンチ601の環状の突起部６ａと環状ブランク１との当接部分に荷重を集中させ、金型に加わる加工面圧の増加を防ぎつつ、素材流動を促進させることができる。その後、先工程用パンチ601を後工程用パンチ602に交換し、後工程用602パンチの成形面によって環状ブランクの上下面を圧縮する。
後工程用パンチ602の成形面は、先工程用パンチ601が備える環状の突起部６ａに比して小さな環状の突起部６ａ’を備えるものであることから、先工程用パンチ601の環状の突起部６ａによって環状ブランク１に成形した環状溝５ｃに対し、後工程用パンチ602の小さな環状の突起部６ａ’が、隙間Ｓをもって嵌り込むこととなる。隙間Ｓは素材の逃がし部として機能し、成形用金型４に加わる加工面圧の増加を防ぎつつ、ダイス８の外歯形成形面８ａへの素材の充填を更に促進させることができる。しかも、後工程において素材の流動が進むと、隙間Ｓは徐々に埋りそれに伴って素材の流動抵抗が増加して行くので、素材の逃げが制限され、型締完了に近づくに従い、ダイス８の外歯形成形面８ａへとより高い圧力で素材を充填させることが可能となる。かかる作用を得るために、環状溝５ｃを最後まで消滅させることなく、先工程で成形された環状の溝よりも小さな溝として残すこととする。
【００２７】
また、本発明の実施の形態では、パンチ６の内周面６ｂとマンドレル９のスプライン成形溝９ａとの間に隙間10を設け、隙間10を、環状ブランク１が変形して素材の流動が生じたときの素材の逃がし部として用いている。よって、先工程で型締完了状態となっても、隙間10によりキャビティは密閉状態とはならず、加工面圧比ｋを低減することができる。
【００２８】
図４には、先工程Ｐ１及び後工程Ｐ２における加工面圧（ＭＰａ）と外歯形充填率（％）との関係を示している。また、比較のために、従来の金型を用いて据込み成形方法により外歯形部品を成形した場合を曲線Ｌで示している。なお、ここで示す加工面圧と外歯形充填率との関係は、一般的な歯車用鋼（ＪＩＳ ＳＣＲ系、例えばＳＣＲ４２０。）を用いた結果である。図示の如く、本発明の実施の形態によれば、先工程Ｐ１で、従来の二倍近い８０％の充填率を達成し、さらに、後工程Ｐ２ではほぼ１００％の充填率を、金型が破損する加工面圧に至る前（図９参照）に得ることが可能となる。
【００２９】
さらに、本発明の実施の形態では、環状の溝５ｃ、５ｄが製品の機能を損なうものでない限り、この環状の溝５ｃ、５ｄを、ボス付外歯形部品５の製品形状として残しておくことで、製品の軽量化に寄与することができる。
【００３０】
なお、環状の突起部６ａ、６ａ’、７ａは、パンチ６及びカウンタパンチ７と一体に形成されたものでも良く、別部品として設けるものであっても良い。そして、一体形成した場合には、パンチ６及びカウンタパンチ７の強度を高めることが容易となり、別部品とした場合には、環状の突起部６ａ、７ａの形状変更が容易となるといった利点を有する。また、本発明の実施の形態では、環状の突起部６ａ、７ａを、パンチ６及びカウンタパンチ７の双方に設けたが、必要に応じてパンチ６にのみ設けることとしても良い。また、先工程用パンチ６の環状の突起部６ａに対し、後工程用パンチ６ａ’の幅を同じくして高さのみ小さなものとしても良く、幅を小さくして高さを同じものとしても良い。また、幅と高さを同時に小さくしてもよい。
【００３１】
図５には、図１に示す成形用金型４の応用例として、中心部分にボスを持たない外歯形部品11を成形するための、成形用金型12を示している。なお、成形用金型４と同一部分若しくは相当する部分については同一符号で示している。成形用金型12においても、先工程用パンチ601の環状の突起部６ａに対し、後工程用パンチ602の環状の突起部６ａ’は、内周径が大きく外周径が小さなものとして形成されている。したがって、先工程用パンチ601の突起部６ａによって成形された環状溝11ｃに、後工程用パンチ602の環状の突起部６ａ’が嵌り込むと、隙間Ｓは環状溝の半径方向外側及び内側の双方に形成されることとなる。そして、後工程において、成形用金型４と同様の作用効果を得て、製品の外歯形部11ａを高精度に成形することが可能となる。
【００３２】
また、先工程用パンチと後工程用パンチを１つのパンチで賄うことができるように、図６に示す金型構造を採用することも可能である。すなわち、パンチ６の環状の突起部をその半径方向内側６ａ１と、半径方向外側６ａ２とに分割し、分割した内側６ａ１と外側６ａ２の高さを別々に変更するように制御可能とすることで、１サイクルでの成形が可能となり、金型交換または切り替え時間の短縮が可能となる。かかる場合には、先工程用パンチと後工程用パンチとを別個に備える必要が無く１つのパンチ６に統合されるので、金型の在庫量を減少させることが可能となる。さらに、カウンタパンチ７を、先工程用パンチと後工程用パンチとを交換可能に備えるものとしても良い。
【００３３】
図７には、一例として、従来方法（突起なし）と、図１に示すような先工程用パンチおよび後工程用パンチを用いる場合（本発明１〜15）との結果を比較した図表を示している。この比較例は、モジュール1.75、歯数30、ピッチ円65ｍｍの歯車を試作した場合を示したものであるが、先工程にて環状溝を成形し、後工程で環状溝の一部を隙間Ｓとして素材の逃がし部に活用することで、成形面圧（加工面圧）を低減し、歯先充填度が高く、歯車精度の良い歯車をえることが確認される。なお、図表中、溝部面積率の値は（溝面積）/（外歯ピッチ円面積）×１００で求められ、溝深さ率の値は（溝突起長さ）/（歯車製品歯幅）×１００で求められるものである。また、成形後の歯車の精度は歯車精度８級基準（ＪＩＳ Ｂ １７０２−１）を基準としたものである。
【００３４】
【発明の効果】
本発明はこのように構成したので、据込み成形方法によって、様々な形状の外歯形部品を精密に成形することが可能となる。そして、高精度かつ低価格の外歯形部品を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る成形用金型の要部と、成形用金型によって成形された成形品とを示す模式図である。
【図２】 図の上段は本発明の実施の形態に用いられる環状ブランクの一部断面図を、図の中段は、本発明の実施の形態の先工程により得られるボス付外歯形部品の一部断面図を、図の下段は本発明の実施の形態の後工程により得られるボス付外歯形部品の一部断面図を示すものである。
【図３】 本発明の実施の形態に係る成形用金型の具体的な金型構造および成形手順を示す概略図である。
【図４】 本発明の実施の形態に係る成形方法の、先工程及び後工程における加工面圧と外歯形充填率との関係を示す図である。
【図５】 本発明の実施の形態に係る成形用金型の応用例の要部と、当該成形用金型によって成形された成形品とを示す模式図である。
【図６】 本発明の実施の形態に係る成形用金型の更なる応用例の要部と、当該成形用金型によって成形された成形品とを示す模式図である。
【図７】 本発明の実施の形態に係る方法とで得られる製品を、従来方法による製品と比較した図表である。
【図８】 従来の据込み成形方法によって環状ブランクから平歯車等の外歯形部品を成形する場合の問題点を示す説明図である。
【図９】 加工面圧と外歯形充填率との関係を示すグラフである。
【図１０】 従来の据込み成形方法によって環状ブランクからボス付外歯形部品を成形する場合の問題点を示す説明図である。
【図１１】 ボス高さ率とボス面積率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 環状ブランク
４、11 成形用金型
５ 成形品
５ａ 外歯形部
５ｂ ボス部
５ｃ、５ｄ 環状溝
６ パンチ
601 先工程用パンチ
602 後工程用パンチ
６ａ、６ａ’、７ａ 突起部
６ｂ、７ｂ 内周面
７ カウンタパンチ
Claims (6)
- 外歯形成形面を有するダイスと、該ダイスの中心部に位置するマンドレルと、キャビティの上面を構成するパンチと、キャビティの底面を構成するカウンタパンチとを有し、キャビティ内で厚み一定の環状ブランクの上下面を圧縮して軸と直角方向へと変形させ、前記環状ブランク外周部に外歯形を成形する金型であって、
前記パンチまたは前記カウンタパンチの少なくとも一方は、製品を前記ダイスに残したまま、前記ダイスおよび前記マンドレルに対して交換可能な、先工程用パンチと後工程用パンチとを備え、
前記先工程用パンチは、環状の突起部が設けられた成形面を有し、
前記後工程用パンチは、前記先工程用パンチの環状の突起部により環状ダイスに形成される環状溝を、素材の逃がし部に用いることが可能な形状の成形面として、前記先工程用パンチが備える環状の突起部に比して小さな環状の突起部を備える成形面を有することを特徴とする外歯形部品の成形用金型。 - 前記マンドレルの外周面と、前記パンチまたは前記カウンタパンチの少なくとも一方の内周面とで、前記環状ブランク内周部にボスを成形するための成形面を構成することを特徴とする請求項１記載の外歯形部品の成形用金型。
- 請求項１記載の外歯形部品の成形用金型を用い、歯形成形面を有するダイス内で、厚み一定の環状ブランクの上下面を圧縮して軸と直角方向へと変形させ、前記環状ブランク外周部に外歯形を成形する方法であって、
前記先工程用パンチにより、前記ダイスの歯形成形面への素材充填をその途中まで行い、かつ、前記環状ブランクの上下面の少なくとも一方に、前記環状ブランクの歯形成形部分と中心部分との間に位置する環状の溝を成形する先工程と、
一度型開きを行って製品を前記ダイスに残したまま前記先工程用パンチを前記後工程用パンチに交換し、再び型締めを行い、この際に、前記環状の溝を流動する素材の逃がし部として用い、かつ、前記環状の溝を消滅させることなく、前記ダイスの歯形成形面への素材充填を完了する後工程とを含むことを特徴とする外歯形部品の成形方法。 - 前記後工程の初期段階から最終段階に向けて、前記素材の逃がし部における素材の流動抵抗を徐々に高めることを特徴とする請求項３記載の外歯形部品の成形方法。
- 請求項２記載の外歯形部品の成形用金型を用い、歯形成形面を有するダイス内で、厚み一定の環状ブランクの上下面を圧縮して軸と直角方向へと変形させ、前記環状ブランク外周部に外歯形を成形する方法であって、
前記先工程用パンチにより、前記ダイスの歯形成形面への素材充填をその途中まで行い、かつ、前記環状ブランクの上下面の少なくとも一方に、前記環状ブランクの歯形成形部分と中心部分との間に位置する環状の溝を成形すると共に前記環状ブランク内周部にボスを成形する先工程と、
一度型開きを行って製品を前記ダイスに残したまま前記先工程用パンチを前記後工程用パンチに交換し、再び型締めを行い、この際に、前記環状の溝を流動する素材の逃がし部として用い、かつ、前記環状の溝を消滅させることなく、前記ダイスの歯形成形面への素材充填を完了する後工程とを含むことを特徴とする外歯形部品の成形方法。 - 前記後工程の初期段階から最終段階に向けて、前記素材の逃がし部における素材の流動抵抗を徐々に高めることを特徴とする請求項５記載の外歯形部品の成形方法。
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