JP4179501B2 - ピニオンギアの冷間鍛造成形方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピニオンギアの冷間鍛造成形方法に係り、特に家電品あるいは自動車部品の駆動軸として好適なピニオンギアの冷間鍛造成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ヘリカルピニオンギアを冷間鍛造成形により成形し、上型によって歯車素材を加圧して下型のダイス内に押し込んでギア部を成形するものがある（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−３０８７２９号公報（第６頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記のような公知例では、中実材を内周に加工歯を有するダイスに常温で強制的に押し込みながら外周にヘリカルスピニオンギアを形成して行く手法なので、前記ダイスには大きな加工変形圧が加わることになる。
【０００５】
従って、前記加工変形圧からダイスを保護し、破損を防止するにはその加工変形圧を受け止めるだけの装置が必要となり、この場合はダイスの周囲を内側リングと外側リングと外側リングで二重に受け止め対策している。
【０００６】
このような装置では比較的小さいピニオンギアの成形であっても、大きな塑性変形圧に耐えるだけの設備投資が余儀なくされ、その設備投資が生産コストに反映してしまうと言った懸念がある。また、ダイスそのものにかかる成形荷重も大きなものであるため形寿命の点でも不利なものであり、寸法制度の安定した製品を長期にわたりメンテナンスフリーで供給することは難しかった。
【０００７】
本発明の目的は、生産性に優れたピニオンギアの冷間鍛造成形方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ギア素材の外周に冷間鍛造成形によりピニオンギアを成形してなるピニオンギアの冷間鍛造成形方法であって，
前記ギア素材の中心部に少なくともギア成形範囲幅の深さで、横断面積が中実部の横断面積に対して１３％〜１５％の中空部を予め形成し，
ギア成形時の塑性変形圧を前記中空部で吸収しながら成形することにより達成される。
【０００９】
本発明の好ましくは、ピニオンギアはヘリカルギアであって、ギア成形金型若しくは中空ギア素材をギア成形金型の移動に対して従動回転させながら成形することにより達成される。
【００１１】
本発明の好ましくは、ギアは鍔付シャフトにすることにより達成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に示す実施例により説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施例における冷間鍛造成形方法により得られた鍔付ピニオンギアシャフトの斜視図を示すもので、鍔付ピニオンギアシャフト１は駆動源となるシャフト部１１と、ヘリカルギア部１２と、該ヘリカルギア部１２の後方にあって該ヘリカルギアに契合する従動ギア（図示せず）の軸方向の移動を規制する鍔部１３が設けられている。
【００１５】
次に前記鍔付ピニオンギアシャフトの冷間鍛造成形方法を図２から図４の工程に従って順に説明する。
【００１６】
図２（第１工程）はギア素材１Ａを、前記鍔部１３を利用して雌型２１に戴置した状態を示すもので、このギア素材はギアの冷間鍛造の特性から一般的にＳ１０Ｃ〜ＳＣＭ等が用いられるが、ギア成形時に極端な座屈現象が生じないように最適な材料としてＨＲＢ８５が選ばれている。この材料の選択は多くの冷間鍛造素材の中から試作、試験に基づいて求められたものである。
【００１７】
まず、このギア素材１Ａはいわゆる一般的な冷間鍛造成形より鍔部１３と同時に、中心部に前記鍔部１３付近まで達する中空部１４が設けられている。この中空部１４の深さはギア成形部である中実部１５の外周に形成されるギアの幅の範囲に相当し必要以上に長くする必要はない。また、中空部１４の横断面積Ｓ２（Φｄに相当）は前記中実部１５の横断面積Ｓ１（ΦＤ−Φｄに相当）に対して１３％〜１５％範囲内にして冷間塑性加工時の座屈の発生を抑えている。
【００１８】
冷間塑性加工で言う座屈現象は、用いられる材料によって左右される部分もあるが、一般的な中空の冷間鍛造素材であれば中空部の横断面積（Ｓ２）と中実部の横断面積（Ｓ１）の比Ｓ２/Ｓ１で決まり、図５のグラフに示すようにその有効範囲は１３％〜１５％とされる。
【００１９】
仮にそれ以上に比率が小さいと小荷重で鍛造加工が可能であるが座屈が発生しやすく、精度の高い製品は得られない。逆に前記比率が大きくなると座屈現象は発生しないが、大きな成形荷重が必要となり生産性が極めて悪くなるばかり、金型に対する負担も大きく、精度の高い製品を省資源型にして提供することは難しい。
【００２０】
図３（第２工程）の成形初期では雌型２１に戴置したギア素材１Ａにヘリカルギアを成形するため前記中実部１５の外周部端面に、内周にヘリカルギア加工歯２２Ａを備えた雄型２２を当て下降させる。この雄型はヘリカルギアの成形であるため加工するに従って徐々に回転しながららせん状に沿って移動していくように構成されている。
【００２１】
前記雄型２２の下降は図４の成形終了工程からも分かるように、ヘリカルギア加工歯２２Ａの前記中実部１５への喰い込みによって生じる外圧は前記中実部１５の内径部に歪となって現れる。すなわち冷間成形の特徴的なギア成形時の塑性流動圧をバランスよく内部で吸収しながら雄型２２が鍔部１３に当接するまでヘリカルギアを成形して行く。
【００２２】
このようにして成形されるヘリカルギアは、なんら無理な成形圧を加えることなく形造られて行くため、無理やり金型に押し込んで成形するものに対して成形荷重が低く抑えられるため、製品精度が非常に高く、装置の面から見ても必要以上に装置に剛性が要求されず、きわめて理想的なピニオンギアの冷間鍛造成形方法が提供される。
【００２３】
なお、上記実施例ではヘリカルギアの成形を主体に述べたが、ストレートのギアでも同様に加工でき、満足できる製品を得るための捩れ角は０〜２３度程までと言える。
【００２４】
また、ギアは必ずしもシャフト付あるいは鍔付のものでなくとも良く円筒形の部材に成形するのにも効果的である。
【００２５】
さらには、ギア素材１Ａは冷間鍛造成形により鍔部１３と同時に、中心部に中空部１４を設けられているが、この中空部は無垢の素材に切削等で加工しても本質的な相違はない。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は、ギア素材の中心部に少なくともギア成形範囲幅の深さで、横断面積が中実部の横断面積に対して１３％〜１５％の中空部を予め形成し，ギア成形時の塑性変形圧を前記中空部で吸収しながら成形することにより、生産性に優れたピニオンギアの冷間鍛造成形方法が提供される。
【００２７】
本発明は、ギア成形金型若しくは中空ギア素材をギア成形金型の移動に対して従動回転させながら成形することによりスムーズな塑性流動バランスができ、より安定した製品が得られる。
【００２９】
本発明は、鍔付シャフトにすることによりギア成形時に鍔部が下降雄型のストッパとして働き簡易型の成形機の提供に有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で得られるピニオンギアの斜視図である。
【図２】本発明の実施例における第１加工工程図である。
【図３】本発明の実施例における第２加工工程図である。
【図４】本発明の実施例における成形終了工程図である。
【図５】本発明の本発明の成形時における座屈現象比較グラフである。
【符号の説明】
１…鍔付ピニオンギアシャフト １Ａ…ギア素材 １１…シャフト部
１２…ヘリカル部 １３…鍔部 １４…中空部 １５…中実部
２２…雄型 ２１…雌型 ２２Ａ…ヘリカルギア加工歯

Claims (3)

1. ギア素材の外周に冷間鍛造成形によりピニオンギアを成形してなるピニオンギアの冷間鍛造成形方法であって，
   前記ギア素材の中心部に少なくともギア成形範囲幅の深さで、横断面積が中実部の横断面積に対して１３％〜１５％の中空部を予め形成し，
   ギア成形時の塑性変形圧を前記中空部で吸収しながら成形することを特徴としたピニオンギアの冷間鍛造成形方法。
2. 前記ピニオンギアは，
   ヘリカルギアであって、ギア成形金型若しくは中空ギア素材をギア成形金型の移動に対して従動回転させながら成形するものである請求項１に記載のピニオンギアの冷間鍛造成形方法。
3. 前記ギアは，
   鍔付シャフトである請求項１又は２に記載のピニオンギアの冷間鍛造成形方法。

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