JP4584301B2 - プレス成形金型及びダブルヘリカルギヤの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、プレス成形金型及びダブルヘリカルギヤの製造方法に関する。

ヘリカルギヤを製造する手段の一として、プレス成形によるものがある。上型と下型とに分割して構成されたプレス成形金型でプレス成形して素材をヘリカルギヤに形成する場合、下型に対して上型がヘリカルギヤの軸線回りに固定されていると、プレス成形時に金型内部で素材がダイスに付設されたヘリカル歯形のリードに沿って軸線回りに捩れるように回動して、歯形精度の悪化や型の破損の虞がある。そこで従来から、成形時に下型に対して上型をヘリカルギヤの軸線の回りに回動させることで素材に生じる捩れモーメントを吸収することが行われている。例えば、特許文献１には、内周面にヘリカル歯形形成用内歯を有する貫通孔が設けられた回動自在なダイスと、上記貫通孔の軸心上に軸方向へ進退可能に配置されたエジェクタピンとを備え、まず、略円筒状の素材をパンチによってダイスの貫通孔内へ押し込んで素材を回動させることなく一方向へ通過させ、次に、エジェクタピンによりダイスの貫通孔内に押し込まれた素材を回動させることなく逆方向へ通過させることにより、素材の外周面にヘリカル歯形を形成するヘリカルギヤの製造方法が開示されている。

上記先行技術文献では、素材がダイスの貫通孔を通過する際のパンチの押し込み作用により、素材の外周面にダイスのヘリカル歯形形成用内歯との圧接面側が高精度となるヘリカル歯形が成形される。また、素材がエジェクタピンにより押し出される際にヘリカル歯形の不完全な面、即ち上記圧接面と反対側の面が高精度に成形されることとなる。そして、押し込み、押し出しのいずれの場合も、素材を回動させずにダイス（可動ダイス）を回動させている。ところで、ヘリカルギヤには同一の軸に二つのヘリカル歯形が形成されるダブルヘリカルギヤがある。該ダブルヘリカルギヤをプレス成形により形成する場合、二つのヘリカル歯形の相互の軸線回りの角度位相は、上型と下型とに分割された各型の単体精度とこれらの型の組付け精度とで保証される。

一般に、ダブルヘリカルギヤをプレス成形により形成する場合、成形完了後、パンチを上昇させると共にパンチの上昇に同期させてパンチピンを駆動し、該パンチピンによって素材の上端面を押圧してヘリカル歯形をパンチから脱離させる。この時、パンチとヘリカル歯形とがダブルヘリカルギヤの軸線方向（以下、単に軸線方向という）へ相対移動するに伴い、上型が軸線方向へ回動される。この場合、ヘリカル歯形をパンチから脱離させた後、下型に対する上型のダブルヘリカルギヤの軸線回り（以下、単に軸線回りという）の角度位相（以下、単に角度位相という）を成形前の角度位相（以下、初期位相と称す）に復帰させる必要がある。
特公平６−８５９７１号公報

そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、高い精度のダブルヘリカルギヤが得られるプレス成形金型及びダブルヘリカルギヤの製造方法を提供することを課題としてなされたものである。

上記課題を解決するために、本発明のプレス成形金型は、捩れが同一方向の二つのヘリカル歯形が形成されるダブルヘリカルギヤの一方のヘリカル歯形の像を有する上型と前記ダブルヘリカルギヤの他方のヘリカル歯形の像を有する下型とを備え、前記上型が前記下型に対して前記ダブルヘリカルギヤの軸線回りに回動可能であって、成形時に前記素材に生じる捩れモーメントによって前記素材を回転させて、前記上型に付設されたヘリカル歯形の像と前記下型に付設されたヘリカル歯形の像とを前記素材に転造して前記ダブルヘリカルギヤを形成するプレス成形金型であって、回動動作された前記上型の前記下型に対する角度位相を初期の角度位相に復帰させる初期位相復帰手段を備え、前記初期位相復帰手段は、前記上型と一体で前記ダブルヘリカルギヤの軸線回りに回動可能な回動部材と、前記上型を前記ダブルヘリカルギヤの軸線回りに回動可能に支持するホルダに固定され、前記回動部材を当接させて前記回動部材の回動動作を規制して前記上型の前記下型に対する角度位相を初期の角度位相に復帰させる規制部材と、を備え、前記回動部材は、前記規制部材の基準面に当接可能な当接面が形成された当接部と、該当接部を着脱可能に支持する支持部と、を備え、前記規制部材は、前記基準面が形成された基準ブロックと、該基準ブロックを回動可能に支持する支持ブロックと、を備えることを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明のダブルヘリカルギヤの製造方法は、捩れが同一方向の二つのヘリカル歯形が形成されるダブルヘリカルギヤの一方のヘリカル歯形の像を有する上型と前記ダブルヘリカルギヤの他方のヘリカル歯形の像を有する下型とを備えるプレス成形金型を用いて素材をプレス成形して前記ダブルヘリカルギヤを形成するダブルヘリカルギヤの製造方法であって、前記上型をホルダによって前記ダブルヘリカルギヤの軸線回りに回動可能に支持しておいて、成形時に前記素材に生じる捩れモーメントによって前記素材を回転させて、前記上型に付設されたヘリカル歯形の像と前記下型に付設されたヘリカル歯形の像とを前記素材に転造して前記ダブルヘリカルギヤを形成し、前記素材を前記プレス成形金型によってプレス成形して前記ダブルヘリカルギヤを形成し、次に、前記上型を前記下型に対して前記ダブルヘリカルギヤの軸線回りに回動させつつ前記ダブルヘリカルギヤを前記上型から脱離させ、前記ダブルヘリカルギヤを前記上型から脱離させた後、前記上型を脱離時と反対の方向へ回動させて、前記上型と一体で前記ダブルヘリカルギヤの軸線回りに回動する回動部材の当接面を、前記ホルダに固定された規制部材の基準面に面接触で当接させ、前記上型の前記下型に対する前記ダブルヘリカルギヤの軸線回りの角度位相を成形前の初期の角度位相に復帰させることを特徴とする。

本発明のプレス成形金型によれば、下型に対して回動された上型の下型に対する角度位相が、初期位相復帰手段によって初期の角度位相に復帰される。また、初期位相復帰手段は、回動部材を規制部材に当接させて回動部材の回動動作を規制することにより、上型の下型に対する角度位相を初期の角度位相に復帰させる。

本発明のダブルヘリカルギヤの製造方法によれば、下型に対して回動された上型の下型に対する角度位相が、成形前の初期の角度位相に復帰される。また、上型の下型に対する角度位相は、回動部材を規制部材に当接させて回動部材の回動動作を規制することにより初期の角度位相に復帰される。

本発明によれば、高い精度のダブルヘリカルギヤが得られるプレス成形金型及びダブルヘリカルギヤの製造方法を提供することができる。

本発明の一実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。本実施形態のプレス成形金型１は、パンチ６（上型）とダイス７（下型）とに付設されたヘリカル歯形３，４の像を円柱形状の素材２に転造させることにより、図６に示されるように、同一軸に捩れが同一方向の二つのヘリカル歯形３，４が形成されたダブルヘリカルギヤ５を形成するものである。プレス成形金型１では、成形完了後、素材２（ヘリカル歯形３）をパンチ６から脱離させる時に、パンチ６がヘリカル歯形３に対して軸線方向へ相対移動するのに伴って、パンチ６がダイス７に対して回動、すなわち、パンチ６が、図１及び図４に示されるパンチ６とダイス７との角度位相が初期位相の状態から、図１における紙面視で軸線回りに時計回り方向へ回動される。そして、素材２（ヘリカル歯形３）をパンチ６から脱離させた後、初期位相復帰手段によって、パンチ６をダイス７に対して素材２（ヘリカル歯形３）をパンチ６から脱離させる時と反対の方向へ回動させ、パンチ６とダイス７との角度位相を成形前の初期位相に復帰させる。

プレス成形金型１は、図３に示すように、プレス成形機のラムに取付けられた型上部９と、プレス成形機のテーブルに設置された型下部１０と、に分割して構成される。型下部１０は、ダブルヘリカルギヤ５のヘリカル歯形４の像が付設されたダイス７を備え、該ダイス７をダイスホルダ３４で保持している。また、型下部１０には、素材２と同軸上に配置されるノックアウトピン１１が上下にスライド移動可能に設けられ、成形が完了して型上部９を上昇させた後、ノックアウトピン１１を上方へ駆動してノックアウトピン１１によってダイス７に嵌合された素材２（ダブルヘリカルギヤ５）を押し出すことにより、素材２（ダブルヘリカルギヤ５）がダイス７から型抜きされる。

型上部９は、プレス成形機のラムに固定されたベースプレート８に取付けられるパンチホルダ１２と、略円柱形状に形成されてスラストベアリング１３を介してパンチホルダ１２に軸線回りに回動可能に支持される回動ブロック１４と、を含む。回動ブロック１４には、ダブルヘリカルギヤ５のヘリカル歯形３の像が付設されたパンチ６が装着される。また、回動ブロック１４には、素材２と同軸上に配置されたパンチピン１５が設けられる。そして、プレス成形金型１では、成形完了後、パンチ６の上昇に同期させてパンチピン１５を駆動し、パンチ６に嵌合された素材２（ダブルヘリカルギヤ５）をパンチピン１５によって押し出すことにより、素材２（ダブルヘリカルギヤ５）がパンチ６から型抜きされる。

図１〜図３に示すように、回動ブロック１４には、回動ブロック１４の直径上に配置されて両端部を回動ブロック１４から半径方向へ突出させた回動アーム１６が設けられる。図３に示すように、回動アーム１６の両端面には、対向する側壁２４，２５の一対が上下方向に配置される溝２６が形成される。また、回動アーム１６の各溝２６には、各流体圧シリンダ２７のロッド２８の先端部に取付けられたジョイントブロック２９を貫通して回動アーム１６と各ジョイントブロック２９とを連結するジョイントピン３０が設けられる。図１及び図２に示すように、各流体圧シリンダ２７の基部には取付ブラケット３１が設けられ、各取付ブラケット３１は、ベースプレート８に立設された軸３２によって回動可能に支持される。そして、プレス成形金型１は、各流体圧シリンダ２７の各ロッド２８を突出側へ動作させて、回動ブロック１４を図１及び図２における紙面視で軸線回りに反時計回り方向へ付勢させている。

図１及び図２に示すように、回動ブロック１４には、回動ブロック１４の略半径方向に向けて突出し、図１及び図２における紙面視で回動アーム１６に対して任意の角度位相をなして配置される回動部材１７が設けられる。回動部材１７は、後述する規制部材１８の基準面２１ａに当接可能な当接面１９ａが形成されたプレート１９（当接部）と、該プレート１９を着脱可能に保持して基部が回動ブロック１４に固定された支持部２０と、によって構成される。そして、パンチホルダ１２には、回動部材１７のプレート１９が当接して回動部材１７の軸線回りの回動動作を規制する規制部材１８が設けられる。規制部材１８は、略円筒状の部材の一側を軸線と平行な面で切欠いて形成された基準面２１ａを有する基準ブロック２１と、パンチホルダ１２に固定されて基準ブロック２１を軸２２の回りに回動可能に支持する支持ブロック２３と、によって構成される。

プレス成形金型１では、各流体圧シリンダ２７に任意の流体圧の流体が供給されることにより、回動ブロック１４は、図１及び図２における紙面視で軸線回りに反時計回り方向へ回動するように付勢される。そして、成形完了後、素材２（ヘリカル歯形３）をパンチ６から脱離させる時に、パンチ６がヘリカル歯形３に対して軸線方向へ相対移動するのに伴って、図２に示されるように、回動ブロック１４が軸線回りに時計回り方向へ回動される。素材２（ヘリカル歯形３）をパンチ６から脱離させると、回動ブロック１４が軸線回りに回動可能となり、これにより、回動ブロック１４は、各流体圧シリンダ２７による付勢力によって反時計回り方向へ回動する。そして、図１に示されるように、回動部材１７と一体で軸線回りに回動するプレート１９が規制部材１８の基準面２１ａに当接することにより、回動ブロック１４の軸線回りの回動動作が規制され、パンチ６（上型）とダイス７（下型）との軸線回りの角度位相が初期位相に復帰される。

本実施形態の初期位相復帰手段は、回動アーム１６、回動部材１７、規制部材１８、及び流体圧シリンダ２７により主要な構成がなされている。また、本実施形態のプレス成形金型１は、回動部材１７のプレート１９と支持部２０との間にシム３３が介挿され、該シム３３（初期位相補正手段）の厚みＴ（図１参照）を調節することにより、パンチ６（上型）とダイス７（下型）との初期位相を補正して、ダブルヘリカルギヤ５の各ヘリカル歯形３，４の軸線の回りの角度位相が適正に保持される。

次に、本実施形態のプレス成形金型１を用いて、図６に示されるダブルヘリカルギヤ５の製造方法を説明する。まず、図４に示すように、プレス成形金型１に円柱形状の素材２をセットする。図１に示されるように、この状態におけるプレス成形金型１は、回動部材１７のプレート１９（当接部）の当接面１９ａが規制部材１８の基準ブロック２１の基準面２１ａに当接され、パンチ６とダイス７との角度位相が初期位相となるように、パンチ６がダイス７に対して軸線回りに位置決めされる。この状態で、図５に示されるように、型上部９を下降させてプレス成形金型１で素材２を加圧し、パンチ６とダイス７とに付設されたヘリカル歯形３，４の像を素材２に転造することによりダブルヘリカルギヤ５を形成する。

本実施形態では、ダイス７（下型）が軸線回りに固定されることから、成形中、すなわち、素材２にヘリカル歯形３，４が成形（転造）されている間、素材２には、軸線回りの捩れモーメントが生じる。この素材２に生じる捩れモーメント、言い換えると、プレス成形金型１に作用する成形反力によって、回動ブロック１４が図１及び図２における紙面視で軸線回りに反時計回り方向へ付勢される。ここで、回動部材１７のプレート１９の当接面１９ａが規制部材１８の基準ブロック２１の基準面２１ａに当接されて回動ブロック１４の反時計回り方向への回動動作が規制されていることから、成形中においては、パンチ６はダイス７に対して軸線回りに反時計回り方向へ回動することができず、素材２がプレス成形金型１の中で回転する。

次に、型上部９を上昇させてパンチ６を上昇させると共にパンチ６の上昇に同期させてパンチピン１５を駆動して当該パンチピン１５で素材２の上端面を押圧し、素材２（ヘリカル歯形３）をパンチ６から脱離させる。この時、パンチ６とヘリカル歯形３とが軸線方向へ相対移動するに伴い、回動ブロック１４は、軸線回りに時計回り方向へ回動する。そして、素材２（ヘリカル歯形３）がパンチ６から脱離した時点で、各流体圧シリンダ２７のロッド２８が突出し、回動ブロック１４が軸線回りに反時計回り方向へ回動して回動ブロック１４と一体で回動する規制部材１８のプレート１９の当接面１９ａが型上部９のベースプレート８に設けられた基準ブロック２１の基準面２１ａに当接する。これにより、回動ブロック１４の回動動作が制止され、図１に示されるように、パンチ６（上型）とダイス７（下型）との軸線回りの角度位相が初期位相に復帰する。

次に、ノックアウトピン１１を上昇させて当該ノックアウトピン１１で素材２の下端面を押圧し、ダイス７から素材２（ヘリカル歯形４）を脱離させて金型１からダブルヘリカルギヤ５を型抜きする。これにより、ヘリカル歯形３とヘリカル歯形４との軸線回りの角度移動が高い精度で形成されたダブルヘリカルギヤ５を得ることができる。なお、パンチ６とダイス７との初期位相は、同一形状（角度位相）の製品（ダブルヘリカルギヤ５）を成形する場合であっても、素材２の機械的な特性や潤滑状態等の諸条件の差異により型転写性、回動ブロック１４の回動量が異り、これら諸条件により生じる誤差は、テストピース成形後、製品の精度チェックを行い、正規値との誤差に応じて回動部材１７のプレート１９と支持部２０との間にシム３３を介挿させることで容易に補正することができる。

本実施形態では以下の効果を奏する。
本実施形態によれば、パンチホルダ１２によって回動可能に支持される回動ブロック１４に、回動ブロック１４と一体で回動する回動部材１７を設け、プレス成形機のラムに固定されるベースプレート８に規制部材１８を設けておいて、回動部材１７のプレート１９を規制部材１８の基準ブロック２１に当接させてパンチ６とダイス７との軸線回りの角度位相を初期位相に復帰させたので、パンチ６とダイス７とを確実に、且つ高い精度で初期位相に復帰させることができる。これにより、各ヘリカル歯形３，４間の軸線回りの角度位相が高い精度で形成されたダブルヘリカルギヤ５を得ることができる。
回動ブロック１７に半径方向へ延びる回動アーム１６を設け、該回動アーム１６を流体圧シリンダ２７で押圧して回動ブロック１４を回動させたので、構造が簡易で、機構としての信頼性が高く、また金型製作費を低く抑えて製造コストの増大を抑制することができる。
回転部材１７のプレート１９と支持部２０との間に介挿されるシム３３の厚みを調節してパンチ６とダイス７との初期位相が補正されるので、素材２の機械的な特性、潤滑状態等の諸条件の差異により生じる各ヘリカル歯形３，４間の軸線の回りの角度位相の誤差を補正して、高い精度のダブルヘリカルギヤ５を形成することができる。

なお、実施の形態は上記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。
本実施の形態では、回動ブロック１４を２つの流体圧シリンダ２７で駆動して素材２の軸線の回りに回動させたが、１つの流体圧シリンダ２７で回動ブロック１４を回動させてもよい。
回動アーム１６に流体圧シリンダ２７のロッド２８を連結して回動ブロック１４を回動させる機構を構成したが、回動ブロック１４と一体で素材２の軸線の回りに回動可能なピニオンギヤを設け、また該ピニオンギヤにラックギヤを噛合させて、当該ラックギヤを流体圧シリンダでスライド移動させて回動ブロック１４を回動させてもよい。
回動ブロック１４をサーボモータで素材２の軸線の回りに回動及び位置決めさせてもよい。
本実施形態では、プレス成形金型１の中で素材２を回転させてパンチ６とダイス７とのヘリカル歯形３，４の像を素材２に転造させたが、成形時にパンチ６をダイス７に対して軸線回りに回動させて素材２に作用する捩れモーメントを解放させるように、プレス成形金型１を構成してもよい。

本実施の形態の説明図で、特に、パンチとダイスとの素材の軸線の回りの角度位相が初期位相に復帰した状態を示す金型の一部の平面図である。 本実施の形態の説明図で、特に、図１の状態から回動ブロックが素材の軸線の回りに回動した成形完了時の状態を示す一部の平面図である。 本プレス成形金型の主要部を断面で示した図である。 本プレス成形金型の一部を断面で示した図で、特に、素材が金型にセットされた状態を示す図である。 本プレス成形金型の一部を断面で示した図で、特に、成形完了時の状態（パンチが下降端位置に位置する状態）を示す図である。 ダブルヘリカルギヤの説明図である。

符号の説明

１ プレス成形金型、２ 素材、３，４ ヘリカル歯形、５ ダブルヘリカルギヤ、６ パンチ（上型）、７ ダイス（下型）、１６ 回動アーム（初期位相復帰手段）、１７ 回動部材（初期位相復帰手段）、１８ 規制部材（初期位相復帰手段）、２７ 流体圧シリンダ（初期位相復帰手段）

Claims (2)

1. 捩れが同一方向の二つのヘリカル歯形が形成されるダブルヘリカルギヤの一方のヘリカル歯形の像を有する上型と前記ダブルヘリカルギヤの他方のヘリカル歯形の像を有する下型とを備え、前記上型が前記下型に対して前記ダブルヘリカルギヤの軸線回りに回動可能であって、成形時に前記素材に生じる捩れモーメントによって前記素材を回転させて、前記上型に付設されたヘリカル歯形の像と前記下型に付設されたヘリカル歯形の像とを前記素材に転造して前記ダブルヘリカルギヤを形成するプレス成形金型であって、
   回動動作された前記上型の前記下型に対する角度位相を初期の角度位相に復帰させる初期位相復帰手段を備え、
   前記初期位相復帰手段は、前記上型と一体で前記ダブルヘリカルギヤの軸線回りに回動可能な回動部材と、前記上型を前記ダブルヘリカルギヤの軸線回りに回動可能に支持するホルダに固定され、前記回動部材を当接させて前記回動部材の回動動作を規制して前記上型の前記下型に対する角度位相を初期の角度位相に復帰させる規制部材と、を備え、
   前記回動部材は、前記規制部材の基準面に当接可能な当接面が形成された当接部と、該当接部を着脱可能に支持する支持部と、を備え、
   前記規制部材は、前記基準面が形成された基準ブロックと、該基準ブロックを回動可能に支持する支持ブロックと、を備えることを特徴とするプレス成形金型。
2. 捩れが同一方向の二つのヘリカル歯形が形成されるダブルヘリカルギヤの一方のヘリカル歯形の像を有する上型と前記ダブルヘリカルギヤの他方のヘリカル歯形の像を有する下型とを備えるプレス成形金型を用いて素材をプレス成形して前記ダブルヘリカルギヤを形成するダブルヘリカルギヤの製造方法であって、
   前記上型をホルダによって前記ダブルヘリカルギヤの軸線回りに回動可能に支持しておいて、成形時に前記素材に生じる捩れモーメントによって前記素材を回転させて、前記上型に付設されたヘリカル歯形の像と前記下型に付設されたヘリカル歯形の像とを前記素材に転造して前記ダブルヘリカルギヤを形成し、前記素材を前記プレス成形金型によってプレス成形して前記ダブルヘリカルギヤを形成し、次に、前記上型を前記下型に対して前記ダブルヘリカルギヤの軸線回りに回動させつつ前記ダブルヘリカルギヤを前記上型から脱離させ、前記ダブルヘリカルギヤを前記上型から脱離させた後、前記上型を脱離時と反対の方向へ回動させて、前記上型と一体で前記ダブルヘリカルギヤの軸線回りに回動する回動部材の当接面を、前記ホルダに固定された規制部材の基準面に面接触で当接させ、前記上型の前記下型に対する前記ダブルヘリカルギヤの軸線回りの角度位相を成形前の初期の角度位相に復帰させることを特徴とするダブルヘリカルギヤの製造方法。

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