JP5644627B2

JP5644627B2 - 歯車成形装置及び方法

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Publication number: JP5644627B2
Application number: JP2011071761A
Authority: JP
Inventors: 將木中島; 新井　慎二; 慎二新井; 誠緑川
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
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Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2031-03-29
Also published as: JP2012206128A

Description

本発明は、素材に冷間密閉鍛造を行って、外周に外歯を有する外歯歯車を成形する装置及び方法に関する。

外歯を有する歯車を成形するに当たっては、切削、転造等を行って成形することが一般的である。これに対し、例えば、特許文献１の歯車鍛造装置等に開示されるように、冷間密閉鍛造によって歯車を成形する方法がある。この歯車鍛造装置においては、外周面に歯面を有する歯車を成形するに際し、パンチコア、パンチ、ダイス及びダイスリーブによって囲んで形成された密閉鍛造空間において、パンチを構成するインナーパンチ及びアウターパンチによって歯車用素材を加圧するタイミングを適宜調整して、ダイスの歯型成形穴によって外歯を成形している。また、密閉鍛造空間を形成する際には、ダイスリーブの外周に形成した歯面をダイスの歯型成形穴に係合し、アウターパンチの下端部をダイスの歯型成形穴の上方開口部の周辺に当接させている。

特開２００９−１７８７３８号公報

ところで、特許文献１においては、歯車の外周角部における歯面形状を安定させるために、インナーパンチによる加圧力をなくす又は減少させた状態で、アウターパンチによって歯車用素材の外周側部分を加圧している。これは、インナーパンチによる加圧力をなくす又は低減させることにより、アウターパンチによって加圧する歯車用素材の外周側部分の一部を、外周側と内周側とへ分流させて成形するものである。

しかしながら、歯車の外周角部の歯面形状を成形するために、歯車用素材の流動性を一層向上させるためには、更なる工夫が必要とされる。特許文献１においては、上記分流成形を行う際に、アウターパンチによって加圧を行うときには、インナーパンチの外周面が、内周側への素材の流動を妨げる壁として機能する。これによって、外周側への素材の流動性も悪く、歯車の外周角部の歯面形状を安定させるためには、アウターパンチに一層大きな成形荷重を必要としてしまう。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、小さな成形荷重によって、外周角部の歯面形状が安定した外歯歯車を成形することができる歯車成形装置及び方法を提供しようとするものである。

第１の発明は、素材に冷間密閉鍛造を行って、外周に外歯を有するとともに外周側部分の軸方向幅が内周側部分の軸方向幅よりも大きい外歯歯車を成形する装置であって、
上記外歯を成形するためのダイス内周歯を形成したダイス成形穴を有するダイスと、
上記素材の一端面の外周側部分を加圧する外周パンチと、
該外周パンチの内周側に配置し、上記素材の一端面の内周側部分を加圧する内周パンチと、
上記素材の他端面の外周側部分を加圧する外周スリーブと、
該外周スリーブの内周側に配置し、上記素材の他端面の内周側部分を加圧する内周スリーブと、を備えており、
上記内周パンチの先端部の外周面には、上記素材の一部を流動させるためのパンチ側逃し溝が、その周方向の複数箇所に形成してあり、
上記内周スリーブの先端部の外周面には、上記素材の一部を流動させるためのスリーブ側逃し溝が、その周方向の複数箇所に形成してあり、
上記内周パンチ、上記外周スリーブ及び上記内周スリーブを上記ダイス成形穴内に挿入するとともに、上記内周パンチの先端を上記外周パンチの先端よりも突出させ、かつ上記内周スリーブの先端を上記外周スリーブの先端よりも突出させて形成される鍛造空間において、上記外周パンチ及び上記内周パンチと上記外周スリーブ及び上記内周スリーブとによって上記素材を圧縮し、該素材の一部を上記ダイス内周歯へ流動させて、上記外歯歯車を成形するよう構成してあり、
上記内周パンチの加圧力及び上記内周スリーブの加圧力をなくす又は減少させた状態で、上記外周パンチが上記素材の一端面の外周側部分を加圧するとともに上記外周スリーブが上記素材の他端面の外周側部分を加圧するときに、上記素材の一部を、上記パンチ側逃し溝及び上記スリーブ側逃し溝がある内周側へ流動させるとともに上記ダイス内周歯がある外周側へ流動させるよう構成してあることを特徴とする歯車成形装置にある（請求項１）。

第２の発明は、素材に冷間密閉鍛造を行って、外周に外歯を有するとともに外周側部分の軸方向幅が内周側部分の軸方向幅よりも大きい外歯歯車を成形する装置であって、
上記外歯を成形するためのダイス内周歯を形成したダイス成形穴を有するダイスと、
上記素材の一端面を加圧するパンチと、
上記素材の他端面の外周側部分を加圧する外周スリーブと、
該外周スリーブの内周側に配置し、上記素材の他端面の内周側部分を加圧する内周スリーブと、を備えており、
上記内周スリーブの先端部の外周面には、上記素材の一部を流動させるためのスリーブ側逃し溝が、その周方向の複数箇所に形成してあり、
上記外周スリーブ及び上記内周スリーブを上記ダイス成形穴内に挿入するとともに、上記内周スリーブの先端を上記外周スリーブの先端よりも突出させて形成される鍛造空間において、上記パンチと上記外周スリーブ及び上記内周スリーブとによって上記素材を圧縮し、該素材の一部を上記ダイス内周歯へ流動させて、上記外歯歯車を成形するよう構成してあり、
上記内周スリーブの加圧力をなくす又は減少させた状態で、上記外周スリーブが上記素材の他端面の外周側部分を加圧するときに、上記素材の一部を、上記スリーブ側逃し溝がある内周側へ流動させるとともに上記ダイス内周歯がある外周側へ流動させるよう構成してあることを特徴とする歯車成形装置にある（請求項２）。

第３の参考発明は、素材に冷間密閉鍛造を行って成形され、外周に外歯を有するとともに外周側部分の軸方向幅が内周側部分の軸方向幅よりも大きい外歯歯車であって、
上記内周側部分における少なくとも一方の軸方向端面には、上記外周側部分と繋がる突起部が、周方向の複数箇所において等間隔に形成されており、
該突起部は、その一対の周方向側面が、内周側へ向かうほど互いの間隔が縮小するテーパ状に形成されていることを特徴とする外歯歯車にある。

第１の発明の歯車成形装置において、外歯歯車を成形するに当たっては、ダイスのダイス成形穴内に素材を配置し、内周パンチ及びダイスリーブをダイス成形穴内に挿入するとともに、内周パンチの先端を外周パンチの先端よりも突出させて、鍛造空間を形成する。そして、鍛造空間内において、外周パンチ及び内周パンチによって素材を加圧する。このとき、外周パンチ及び内周パンチとダイスリーブとによる加圧力を受けて、素材が圧縮されるとともに、素材の一部がダイス成形穴のダイス内周歯へ流動し、素材の外周部に、ダイス内周歯による歯面形状が転写される。こうして、外周に外歯を有する外歯歯車が成形される。この外歯歯車は、その一端面における内周側部分が外周側部分よりも陥没し、外周側部分の軸方向幅が内周側部分の軸方向幅よりも大きく成形される。

本発明においては、内周パンチの先端部の外周面には、素材の一部を流動させるためのパンチ側逃し溝が、その周方向の複数箇所に形成してある。そのため、外周パンチによって素材の一端面の外周側部分を加圧する際には、この素材の一部を、パンチ側逃し溝がある内周側へ流動させることにより、ダイス内周歯がある外周側へ流動させ易くすることができる。

この理由は、以下のように説明することができる。
一般的に、加圧力によってリング状の素材をその幅方向（軸方向）に圧縮するときに、リング状の素材の内周側及び外周側のいずれも拘束されていなければ、小さな加圧力によって、内周側及び外周側へ素材の一部を流動させることができる。これに対し、リング状の素材の内周側又は外周側のいずれかが拘束されていると、素材が流動できる面積が外周側又は内周側のみとなることによって流動抵抗が増加する。これに加え、拘束がなければ内周側へ流動されるはずの素材が、拘束により外周側へ流動させられることによっても流動抵抗力が増加する。そのため、大きな加圧力を与えないと、拘束されていない側へ素材を流動させることができない。

本発明においては、内周パンチの先端を外周パンチの先端よりも深くダイス成形穴内に挿入して形成した鍛造空間において冷間鍛造を行う際には、素材の一部が鍛造空間内の空スペースに据え込まれて、内周側部分よりも外周側部分が軸方向外方へ突出する形状（外周側部分の軸方向幅が内周側部分の軸方向幅よりも大きい形状）が形成される。

上記冷間鍛造を行うとき、外周パンチの先端の外周側付近に位置するダイス内周歯の部分には外周側の空スペースが形成されていたとしても、外周パンチの先端の内周側付近に、内周パンチの外周面が存在すると、外周パンチの内周側への素材の流動は、内周パンチの外周面によって阻止されることになる。これに対し、本発明においては、素材の内周側部分よりも軸方向外方へ突出する外周側部分を外周パンチによって加圧する際に、内周パンチの先端部の外周面に形成したパンチ側逃し溝によって、外周パンチの先端の内周側付近に内周側の空スペースを形成することができる。

これにより、素材において内周側部分よりも軸方向外方へ突出する外周側部分を加圧する際に、上記外周側の空スペースと、上記内周側の空スペースとの両方へ、素材の一部を流動させることができる。そのため、外周パンチの先端の外周側付近において、外周側の空スペースを形成するダイス内周歯の部分へ、小さな加圧力により、安定して素材を流動させることができる。
それ故、第１の発明の歯車成形装置によれば、小さな成形荷重によって、外周角部の歯面形状が安定した外歯歯車を成形することができる。

第２の発明においては、第１の発明における内周パンチに形成したパンチ逃し溝と同様のスリーブ逃し溝を、内周スリーブに形成している。そして、第１の発明と同様にして形成した鍛造空間において外歯歯車を成形する際に、外周スリーブによって素材の他端面の外周側部分を加圧するときには、この素材の一部を、スリーブ側逃し溝がある内周側へ流動させることにより、ダイス内周歯がある外周側へ流動させ易くすることができる。
それ故、第２の発明の歯車成形装置によれば、第１の発明と同様の理由により、小さな成形荷重によって、外周角部の歯面形状が安定した外歯歯車を成形することができる。
なお、第２の発明において成形される外歯歯車は、その他端面における内周側部分が外周側部分よりも陥没し、外周側部分の軸方向幅が内周側部分の軸方向幅よりも大きく成形される。

第３の参考発明の外歯歯車は、その内周側部分における少なくとも一方の軸方向端面に、一対の周方向側面がテーパ状に形成された複数の突起部を有している。この複数の突起部は、外歯歯車を成形するための素材に冷間密閉鍛造を行う際に形成されたものである。また、この複数の突起部は、外歯における外周角部に十分に素材を流動させるために形成されたものである。
従って、本発明の外歯歯車によれば、これを成形する際の成形荷重を小さくすることができ、外歯における外周角部の歯面形状を安定させることができる。

実施例１にかかる、歯車成形装置を示す断面図。実施例１にかかる、鍛造空間に素材を配置した状態の歯車成形装置の主要部を拡大して示す断面図。実施例１にかかる、鍛造空間に配置した素材を内周パンチによって加圧する状態の歯車成形装置の主要部を拡大して示す断面図。実施例１にかかる、鍛造空間に配置した素材を外周パンチによって加圧する状態の歯車成形装置の主要部を拡大して示す断面図。実施例１にかかる、内周パンチに形成したパンチ側逃し溝を拡大して示す斜視図。実施例１にかかる、鍛造空間内の素材の一部を、パンチ側逃し溝がある内周側へ流動させるとともにダイス内周歯がある外周側へ流動させた状態を、軸方向から見た状態で示す断面図。実施例１にかかる、外歯歯車を示す斜視図。実施例１にかかる、外歯歯車を示す断面図。実施例２にかかる、鍛造空間に配置した素材を内周パンチによって加圧する状態の歯車成形装置の主要部を拡大して示す断面図。実施例２にかかる、鍛造空間に配置した素材を外周パンチによって加圧する状態の歯車成形装置の主要部を拡大して示す断面図。

上述した第１、第２の発明の歯車成形装置における好ましい実施の形態につき説明する。
第１の発明において、上記ダイスリーブは、上記ダイスへ向けて移動する上記外周パンチ及び上記内周パンチが素材の一端面を加圧する際の荷重を受けることにより、素材の他端面を加圧することができる。また、ダイスリーブは、外周パンチ及び内周パンチと同様にダイスへ向けて移動するときに、素材の他端面を加圧することもできる。

また、第１の発明において、上記ダイスリーブは、上記素材の他端面の外周側部分を加圧する外周スリーブと、該外周スリーブの内周側に配置し、上記素材の他端面の内周側部分を加圧する内周スリーブとから構成し、上記鍛造空間を形成するときには、上記内周スリーブの先端を上記外周スリーブの先端よりも突出させるよう構成し、上記内周スリーブの先端部の外周面には、上記素材の一部を流動させるためのスリーブ側逃し溝を、その周方向の複数箇所に形成する。

これにより、内周パンチにおけるパンチ側逃し溝の形成、及び内周スリーブにおけるスリーブ側逃し溝の形成によって、小さな成形荷重によって、軸方向両側の外周角部の歯面形状が安定した外歯歯車を成形することができる。
なお、外周スリーブ及び内周スリーブによる、素材の他端面の外周側部分及び内周側部分への加圧力は、外周スリーブ及び内周スリーブをダイス成形穴内へ移動させて付与することができる。また、この加圧力は、外周スリーブ及び内周スリーブの位置を固定し、外周パンチ及び内周パンチによる加圧力を受けて付与することもできる。

また、第１の発明において、歯車成形装置は、上記内周パンチの加圧力をなくす又は減少させた状態で、上記外周パンチが上記素材の一端面の外周側部分を加圧するときに、上記素材の一部を、上記パンチ側逃し溝がある内周側へ流動させるとともに上記ダイス内周歯がある外周側へ流動させるよう構成する。
これにより、素材の一部を、パンチ側逃し溝がある内周側とダイス内周歯がある外周側とへ、より流動させ易くすることができる。そのため、より小さな成形荷重によって、外周角部の歯面形状がより安定した外歯歯車を成形することができる。

また、第１、第２の発明において、歯車成形装置は、上記内周スリーブの加圧力をなくす又は減少させた状態で、上記外周スリーブが上記素材の他端面の外周側部分を加圧するときに、上記素材の一部を、上記スリーブ側逃し溝がある内周側へ流動させるとともに上記ダイス内周歯がある外周側へ流動させるよう構成する。
これにより、素材の一部を、スリーブ側逃し溝がある内周側とダイス内周歯がある外周側とへ、より流動させ易くすることができる。そのため、より小さな成形荷重によって、外周角部の歯面形状がより安定した外歯歯車を成形することができる。

また、第１の発明において、上記パンチ側逃し溝は、上記内周パンチの周方向の複数箇所に等間隔に形成するとともに、その一対の周方向側面が、内周側へ向かうほど互いの間隔が縮小するテーパ状に形成することが好ましい（請求項３）。
この場合には、素材の一部をパンチ側逃し溝へ流動させる際に、内周側へ流動するほどこの流動に対する抵抗を増加させることができる。一方、ダイス内周歯は、外歯歯車の外歯を成形するために、その一対の周方向側面が外周側へ向かうほど互いの間隔が縮小するテーパ状に形成されている。そして、素材の一部がダイス内周歯へ流動する際には、外周側へ流動するほどこの流動に対する抵抗が増加するようになっている。
そのため、ダイス内周歯の外周先端へ流動する素材の一部に加わる抵抗と、ダイス側逃し溝へ流動する素材の一部に加わる抵抗とをできるだけ合わせることができる。これにより、素材の一部を、パンチ逃し溝がある内周側とダイス成形歯がある外周側とへ、できるだけ平等に分散させて流動させることができる。それ故、外周角部の歯面形状がより安定した外歯歯車を成形することができる。

また、第１、第２の発明において、上記スリーブ側逃し溝は、上記内周スリーブの周方向の複数箇所に等間隔に形成するとともに、その一対の周方向側面が、内周側へ向かうほど互いの間隔が縮小するテーパ状に形成することが好ましい（請求項４）。
この場合には、パンチ側逃し溝の場合と同様に、素材の一部を、スリーブ逃し溝がある内周側とダイス成形歯がある外周側とへ、できるだけ平等に分散させて流動させることができる。これにより、外周角部の歯面形状がより安定した外歯歯車を成形することができる。

また、第１の発明においては、上記歯車成形装置を用いて、外周に外歯を有するとともに外周側部分の軸方向幅が内周側部分の軸方向幅よりも大きい外歯歯車を成形する方法であって、上記素材を配置した鍛造空間を形成し、次いで、上記内周パンチによって上記素材の内周側部分を加圧し、次いで、上記外周パンチ及び上記内周パンチによって上記素材の外周側部分及び内周側部分を加圧し、その後、上記内周パンチによる加圧力をなくす又は減少させた状態で、上記外周パンチによって上記素材の外周側部分を加圧するときに、上記素材の一部を、上記パンチ側逃し溝がある内周側へ流動させるとともに上記ダイス内周歯がある外周側へ流動させることを特徴とする歯車成形方法を実現することができる。

これにより、鍛造空間において外歯歯車を成形する際に、外周パンチによって素材の一端面の外周側部分を加圧するときには、この素材の一部を、パンチ側逃し溝がある内周側へ流動させることにより、ダイス内周歯がある外周側へ流動させ易くすることができる。それ故、この歯車成形方法によれば、小さな成形荷重によって、外周角部の歯面形状が安定した外歯歯車を成形することができる。

また、第１の発明においては、歯車成形装置を用いて、外周に外歯を有するとともに外周側部分の軸方向幅が内周側部分の軸方向幅よりも大きい外歯歯車を成形する方法であって、上記素材を配置した鍛造空間を形成し、次いで、上記内周パンチと上記内周スリーブとによって上記素材の内周側部分を加圧し、次いで、上記外周パンチ及び上記内周パンチと上記外周スリーブ及び上記内周スリーブとによって上記素材の外周側部分及び内周側部分を加圧し、その後、上記内周パンチによる加圧力及び上記内周スリーブによる加圧力をなくす又は減少させた状態で、上記外周パンチと上記外周スリーブとによって上記素材の外周側部分を加圧するときに、上記素材の一部を、上記パンチ側逃し溝及び上記スリーブ側逃し溝がある内周側へ流動させるとともに上記ダイス内周歯がある外周側へ流動させることを特徴とする歯車成形方法を実現することもできる（請求項５）。

これにより、鍛造空間において外歯歯車を成形する際に、外周パンチによって素材の一端面の外周側部分を加圧するとともに、外周スリーブによって素材の他端面の外周側部分を加圧するときには、この素材の一部を、パンチ側逃し溝及びスリーブ側逃し溝がある内周側へ流動させることにより、ダイス内周歯がある外周側へ流動させ易くすることができる。それ故、この歯車成形方法によれば、小さな成形荷重によって、軸方向両側の外周角部の歯面形状が安定した外歯歯車を成形することができる。

また、第２の発明においては、歯車成形装置を用いて、外周に外歯を有するとともに外周側部分の軸方向幅が内周側部分の軸方向幅よりも大きい外歯歯車を成形する方法であって、上記素材を配置した鍛造空間を形成し、次いで、上記内周スリーブによって上記素材の内周側部分を加圧し、次いで、上記外周スリーブ及び上記内周スリーブによって上記素材の外周側部分及び内周側部分を加圧し、その後、上記内周スリーブによる加圧力をなくす又は減少させた状態で、上記外周スリーブによって上記素材の外周側部分を加圧するときに、上記素材の一部を、上記スリーブ側逃し溝がある内周側へ流動させるとともに上記ダイス内周歯がある外周側へ流動させることを特徴とする歯車成形方法を実現することができる（請求項６）。

これにより、鍛造空間において外歯歯車を成形する際に、外周スリーブによって素材の他端面の外周側部分を加圧するときには、この素材の一部を、スリーブ側逃し溝がある内周側へ流動させることにより、ダイス内周歯がある外周側へ流動させ易くすることができる。それ故、この歯車成形方法によれば、小さな成形荷重によって、外周角部の歯面形状が安定した外歯歯車を成形することができる。

以下に、本発明の歯車成形装置及び方法にかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
（実施例１）
本例の歯車成形装置１は、図７、図８に示すごとく、素材８０に冷間密閉鍛造を行って、外周に外歯８１を有するとともに外周側部分８０３の軸方向幅Ｌ１が内周側部分８０４の軸方向幅Ｌ２よりも大きい外歯歯車８を成形する装置である。
歯車成形装置１は、図１〜図３に示すごとく、以下のダイス２、外周パンチ３、内周パンチ４及びダイスリーブ５０を備えている。ダイス２は、外歯８１を成形するためのダイス内周歯２２を形成したダイス成形穴２１を有し、付勢手段２３によって上方に付勢されている。外周パンチ３は、素材８０の上面（一端面）の外周側部分８０３を加圧するものである。内周パンチ４は、外周パンチ３の内周側に配置し、素材８０の上面の内周側部分８０４を加圧するものである。ダイスリーブ５０は、素材８０の下面（他端面）を受けるものである。本例の素材８０の一端面は上面であり、素材８０の他端面は下面である。

歯車成形装置１は、図２に示すごとく、外周パンチ３、内周パンチ４及びダイスリーブ５０をダイス成形穴２１内に挿入するとともに、内周パンチ４の先端４０１を外周パンチ３の先端３０１よりも深くダイス成形穴２１内に挿入して形成される鍛造空間１１において、図３、図４に示すごとく、外周パンチ３及び内周パンチ４によって素材８０を加圧し、この素材８０の一部をダイス内周歯２２へ流動させて、外歯歯車８を成形するよう構成してある。
内周パンチ４の先端部の外周面には、素材８０の一部を流動させるためのパンチ側逃し溝４１が、その周方向の複数箇所に形成してある。

以下に、本例の歯車成形装置１及び方法につき、図１〜図８を参照して詳説する。
本例の各図においては、ダイス成形穴２１（及び外周パンチ３、内周パンチ４、ダイスリーブ５０）の軸方向を矢印Ｌで示し、周方向を矢印Ｃで示す。
図７、図８に示すごとく、本例の歯車成形装置１によって成形する外歯歯車８は、軸中心に軸穴８２を有するものである。また、冷間鍛造に用いる素材８０は、軸穴８２を設けた中空円柱形状（円環形状）に形成されている。
また、本例の歯車成形装置１によって成形する外歯歯車８は、外歯８１を螺旋状に形成してなるはすば歯車である。また、本例において成形する外歯歯車８は、軸方向Ｌの両端面において、内周側部分８０４が外周側部分８０３から陥没した形状を有する。
なお、図８においては、外歯８１の軸方向Ｌの両端面における外周角部８１１が、軸方向外方へ突出する形状を誇張して示す。

図１、図３に示すごとく、本例の歯車成形装置１は、素材８０の軸穴８２に挿入配置するマンドレル７を備えている。外周パンチ３と内周パンチ４とは、素材８０に対して分流成形を行うために、パンチを２つに分割して形成したものである。本例のダイスリーブ５０は、素材８０の下面の外周側部分８０３を加圧する外周スリーブ５と、外周スリーブ５の内周側に配置し、素材８０の下面の内周側部分８０４を加圧する内周スリーブ６とからなる。内周スリーブ６の先端部の外周面には、素材８０の一部を流動させるためのスリーブ側逃し溝６１が、その周方向Ｃの複数箇所に形成してある。また、内周スリーブ６は、その軸中心位置に、マンドレル７の下端部分を挿入配置するスリーブ穴６２を有している。

マンドレル７の外周は平坦面に形成することができる。これに対し、マンドレル７の外周には、軸方向Ｌに沿って周方向Ｃに等間隔で繰り返し形成した溝によるスプライン成形歯を形成することもできる。この場合には、冷間鍛造を行う際に、このスプライン成形歯によって、素材８０の軸穴８２の内周面に、スプライン形状を成形することができる。

外周パンチ３は、ダイス成形穴２１のダイス内周歯２２に係合するパンチ外周歯３１を形成してなるとともに円環断面形状を有している。内周パンチ４は、外周パンチ３の内周側であってマンドレル７の外周側に配置する円環断面形状を有している。
外周パンチ３、内周パンチ４及びマンドレル７は、パンチホルダ３２内に配設してある。パンチホルダ３２は、パンチベース３０として、油圧、電動等の第１駆動源Ｐ１による推力を受けて下降するよう構成してある。本例の歯車成形装置１は、パンチベース３０を下降させる１ショット動作を行って、軸穴８２を有する素材８０から、軸穴８２を有する外歯歯車８を成形するものである。また、内周パンチ４は、油圧、電動等の第２駆動源Ｐ２による推力を受けて、外周パンチ３を含むパンチベース３０に対して下降可能に配設されている。

図１に示すごとく、ダイス２は、外歯歯車８を成形するために、外周パンチ３及び内周パンチ４によって素材８０を加圧して螺旋状の外歯８１を成形する際、及び成形後の外歯歯車８を取り出す際に、ダイス内周歯２２の螺旋状傾斜に倣って回転するよう構成されている。
ダイス２は、ダイスホルダ２５内に配置してある。ダイス２の下方には、ダイスホルダ２５内において、上下にスライド可能であると共に回転可能である軸受部２４が設けてある。軸受部２４は、付勢手段２３としてのガスクッションによって上方へ付勢されており、ダイス２は、ガスクッションによって、軸受部２４を介して上方へ付勢されている。ガスクッションは、ガスの圧力による所定の力を、一定方向である上方に向けて常時付与するものである。
また、パンチベース３０には、成形後の外歯歯車８をダイス２のダイス成形穴２１から取り出す際に、ダイス２を押し下げる押下げロッド３３が配設してある。

内周スリーブ６は、油圧、電動等の第３駆動源Ｐ３による推力を受けて、ダイス２を含むダイスホルダ２５に対して上昇可能に配設されている。
本例のダイス成形穴２１のダイス内周歯２２、外周パンチ３のパンチ外周歯３１、外周スリーブ５のスリーブ外周歯５１は、螺旋状の外歯８１を成形するために螺旋状に形成されている。ダイス２は、外周パンチ３及び外周スリーブ５に対して、ダイス内周歯２２の螺旋状傾斜に沿って相対的に摺動回転可能である。

図２に示すごとく、本例の歯車成形装置１は、ダイス２のダイス成形穴２１に、外周パンチ３及び内周パンチ４を上方から挿入し、外周スリーブ５及び内周スリーブ６を下方から挿入して、素材８０の上下から加圧を行って外歯歯車８の密閉冷間鍛造を行う。また、鍛造空間１１を形成する際には、内周パンチ４の先端４０１を外周パンチ３の先端３０１よりも深くダイス成形穴２１内に挿入するとともに、内周スリーブ６の先端６０１を外周スリーブ５の先端５０１よりも深くダイス成形穴２１内に挿入する。そして、一端面及び他端面の両端面において、内周側部分８０４が外周側部分８０３よりも陥没し、外周側部分８０３の軸方向幅Ｌ１が内周側部分８０４の軸方向幅Ｌ２よりも大きい外歯歯車８を成形する（図７、図８参照）。

本例の歯車成形装置１は、図２に示すごとく、マンドレル７の下端部分を内周スリーブ６のスリーブ穴６２と素材８０の軸穴８２とに挿入配置した状態で、ダイス２をそのダイス内周歯２２の螺旋状傾斜に沿って従動回転させながら、内周パンチ４と内周スリーブ６とによって素材８０の内周側部分８０４を加圧し、次いで、図３に示すごとく、外周パンチ３及び内周パンチ４と外周スリーブ５及び内周スリーブ６とによって素材８０の外周側部分８０３及び内周側部分８０４を加圧し、その後、図４に示すごとく、内周パンチ４及び内周スリーブ６による加圧力をなくした状態で外周パンチ３及び外周スリーブ５によって素材８０の外周側部分８０３を加圧するよう構成してある。

また、歯車成形装置１は、図４に示すごとく、内周パンチ４及び内周スリーブ６の加圧力をなくした状態で、外周パンチ３及び外周スリーブ５が素材８０の上面及び下面の外周側部分８０３を加圧するときに、素材８０の一部を、パンチ側逃し溝４１及びスリーブ側逃し溝６１がある内周側へ流動させるとともにダイス内周歯２２がある外周側へ流動させるよう構成してある。
ここで、内周パンチ４による加圧力をなくした状態とは、第２駆動源Ｐ２による推力を内周パンチ４に作用させず、鍛造空間１１内を流動する素材８０によって押されて、内周パンチ４が上方へ位置ずれ可能な状態をいう。
なお、図２〜図４においては、ダイス２、外周パンチ３、内周パンチ４、内周スリーブ６が移動する状態を矢印によって示す。また、図４、図６においては、素材８０の一部が流動する状態を矢印によって示す。

図５、図６に示すごとく、本例のパンチ側逃し溝４１は、内周パンチ４の周方向Ｃの複数箇所に等間隔に形成するとともに、その一対の周方向側面４１１が、内周側へ向かうほど互いの間隔が縮小するテーパ状に形成してある。また、本例のスリーブ側逃し溝６１も同様に、内周スリーブ６の周方向Ｃの複数箇所に等間隔に形成するとともに、その一対の周方向側面６１１が、内周側へ向かうほど互いの間隔が縮小するテーパ状に形成してある。
各逃し溝４１，６１は、必ずしも外歯８１の歯数と同じにする必要はないが、外歯８１の歯数に近い数で形成することが好ましい。本例の各逃し溝４１，６１は、軸方向Ｌに沿って周方向Ｃに等間隔で繰り返し形成した溝によるスプライン形状に形成してある。

次に、本例の歯車成形装置１によって、外歯歯車８を成形する方法につき説明する。
歯車を成形するに当たっては、図１、図２に示すごとく、外周スリーブ５及び内周スリーブ６をダイス２のダイス成形穴２１内に配置した原位置にし、ダイス成形穴２１内において、内周スリーブ６の上面に円筒形状の素材８０を載置する。また、ダイス成形穴２１のダイス内周歯２２には、外周スリーブ５のスリーブ外周歯５１が係合し、内周スリーブ６の先端（上端）６０１は、外周スリーブ５の先端（上端）５０１よりも深くダイス成形穴２１内に配置する。
次いで、第１駆動源Ｐ１によってパンチベース３０を下降させることによって、マンドレル７、外周パンチ３及び内周パンチ４を同時に下降させる。

そして、図２に示すごとく、マンドレル７の下端部分が、素材８０の軸穴８２と内周スリーブ６のスリーブ穴６２とに連続して挿入配置される。また、下降する外周パンチ３のパンチ外周歯３１がダイス成形穴２１のダイス内周歯２２に係合し、内周パンチ４の先端（下端）４０１が素材８０の上面に当接する。これにより、ダイス２、外周パンチ３、内周パンチ４、外周スリーブ５及び内周スリーブ６によって囲まれるとともに、素材８０が内部に配置された状態の鍛造空間１１が形成される。

次いで、図３に示すごとく、内周スリーブ６には、第３駆動源Ｐ３による推力を作用させ、内周スリーブ６によって荷重を受け止めた状態で、第２駆動源Ｐ２による推力を受けた内周パンチ４によって素材８０の上面の内周側部分８０４が加圧される。そして、内周パンチ４及び内周スリーブ６によって素材８０の内周側部分８０４が押し潰されて厚みが縮小し、素材８０の外周部が外周側に向けてダイス内周歯２２の壁面へ流動する。このとき、ダイス２は、付勢手段２３の付勢力に抗して、ダイス内周歯２２の螺旋状傾斜に沿って回転しながら押し下げられる。

次いで、同図に示すごとく、内周パンチ４による素材８０の加圧状態を維持したままで、第１駆動源Ｐ１によってパンチベース３０をさらに下降させる。このとき、外周パンチ３によってダイス２がさらに押し下げられ、外周スリーブ５及び内周スリーブ６によって荷重を受け止めた状態で、外周パンチ３及び内周パンチ４によって素材８０の上面の外周側部分８０３及び内周側部分８０４が加圧される。

次いで、図４に示すごとく、第２駆動源Ｐ２及び第３駆動源Ｐ３による各推力をゼロにして、内周パンチ４及び内周スリーブ６による素材８０への加圧力をなくし、パンチベース３０をさらに下降させて、外周スリーブ５によって受け止めながら外周パンチ３によってさらに素材８０の上面の外周側部分８０３を加圧する。このとき、図６に示すごとく、素材８０の一部を、パンチ側逃し溝４１及びスリーブ側逃し溝６１がある内周側へ流動させるとともにダイス内周歯２２がある外周側へ流動させる。
これにより、素材８０の一部を、外周側部分８０３へ流動させるとともに内周側部分８０４へも流動させて分流成形を行い、鍛造空間１１の外周側へ効果的に素材８０の一部を流動させることができる。

そして、素材８０の外周部がダイス成形穴２１のダイス内周歯２２の壁面へ流動し、素材８０の外周部に、ダイス内周歯２２による螺旋状の歯型形状が転写される。こうして、図７、図８に示すごとく、外周に螺旋状の外歯８１を有する外歯歯車８が成形される。この外歯歯車８は、その一端面及び他端面の両端面における内周側部分８０４が外周側部分８０３よりも陥没し、外周側部分８０３の軸方向幅Ｌ１が内周側部分８０４の軸方向幅Ｌ２よりも大きく成形される。
その後、パンチベース３０を上昇させる一方、押下げロッド３３によって、ダイスホルダ２５に対してダイス２を押し下げて、ダイス成形穴２１から成形後の外歯歯車８を取り出す。

本例においては、図５に示したように、内周パンチ４の先端部の外周面には、素材８０の一部を流動させるためのパンチ側逃し溝４１が、その周方向Ｃの複数箇所に形成してある。また、内周スリーブ６の先端部の外周面には、素材８０の一部を流動させるためのスリーブ側逃し溝６１が、その周方向Ｃの複数箇所に形成してある。そのため、外周パンチ３によって素材８０の一端面の外周側部分８０３を加圧し、外周スリーブ５によって素材８０の他端面の外周側部分８０３を加圧する際には、この素材８０の一部を、パンチ側逃し溝４１及びスリーブ側逃し溝６１がある内周側へ流動させることにより、ダイス内周歯２２がある外周側へ流動させ易くすることができる。

また、本例においては、内周パンチ４の先端４０１を外周パンチ３の先端３０１よりも深くダイス成形穴２１内に挿入するとともに、内周スリーブ６の先端６０１を外周スリーブ５の先端５０１よりも深くダイス成形穴２１内に挿入して形成した鍛造空間１１において冷間鍛造を行う際には、素材８０の一部が鍛造空間１１内の空スペースに据え込まれて、両端面において内周側部分８０４よりも外周側部分８０３が軸方向Ｌの外方へ突出する形状（外周側部分８０３の軸方向幅Ｌ１が内周側部分８０４の軸方向幅Ｌ２よりも大きい形状）が形成される。

上記冷間鍛造を行うとき、図３に示すごとく、外周パンチ３の先端３０１の外周側付近に位置するダイス内周歯２２の部分、及び外周スリーブ５の先端５０１の外周側付近に位置するダイス内周歯２２の部分には、素材８０の一部が流動し難いことにより、外周側の空スペースＳ１が形成されている。このとき、外周パンチ３の先端３０１の内周側付近に、内周パンチ４の外周面が存在すると、外周パンチ３の内周側への素材８０の流動は内周パンチ４の外周面によって阻止されることになる。また、外周スリーブ５の先端５０１の内周側付近に、内周スリーブ６の外周面が存在すると、外周スリーブ５の内周側への素材８０の流動は、内周スリーブ６の外周面によって阻止されることになる。

これに対し、本例においては、同図に示すごとく、素材８０の内周側部分８０４よりも軸方向Ｌの外方へ突出する外周側部分８０３を外周パンチ３によって加圧する際に、内周パンチ４の先端部の外周面に形成したパンチ側逃し溝４１によって、外周パンチ３の先端３０１の内周側付近に内周側の空スペースＳ２を形成することができる。また、素材８０の内周側部分８０４よりも軸方向Ｌの外方へ突出する外周側部分８０３を外周スリーブ５によって加圧する際に、内周スリーブ６の先端部の外周面に形成したスリーブ側逃し溝６１によって、外周スリーブ５の先端５０１の内周側付近に内周側の空スペースＳ２を形成することができる。

これにより、図４に示すごとく、素材８０において内周側部分８０４よりも軸方向Ｌの外方へ突出する外周側部分８０３を加圧する際に、素材８０の上端部８０１における外周側の空スペースＳ１と内周側の空スペースＳ２との両方、及び素材８０の下端部８０２における外周側の空スペースＳ１と内周側の空スペースＳ２との両方へ、素材８０の一部を流動させることができる。そのため、素材８０の上端部８０１及び下端部８０２において、外周側の空スペースＳ１を形成するダイス内周歯２２の部分へ、小さな加圧力により、安定して素材８０を流動させることができる。そして、外歯歯車８の外歯８１を、上端部８０１及び下端部８０２の外周角部８１１まで安定して形成することができる。

図６、図７に示すごとく、本例において成形される外歯歯車８は、内周側部分８０４の軸方向両端面において、外周側部分８０３と繋がる突起部８３が、周方向Ｃの複数箇所において等間隔に形成される。また、突起部８３は、その一対の周方向側面８３１が、内周側へ向かうほど互いの間隔が縮小するテーパ状に形成される。
また、パンチ側逃し溝４１及びスリーブ側逃し溝６１の一対の周方向側面４１１，６１１をテーパ状に形成したことにより、素材８０の一部をパンチ側逃し溝４１及びスリーブ側逃し溝６１へ流動させる際に、内周側へ流動するほどこの流動に対する抵抗を増加させることができる。

一方、ダイス内周歯２２は、外歯歯車８の外歯８１を成形するために、その一対の周方向側面２２１が外周側へ向かうほど互いの間隔が縮小するテーパ状に形成されている。そして、素材８０の一部がダイス内周歯２２へ流動する際には、外周側へ流動するほどこの流動に対する抵抗が増加するようになっている。

そのため、素材８０の上端部８０１及び下端部８０２においてダイス内周歯２２の外周先端へ流動する素材８０の一部に加わる抵抗と、パンチ側逃し溝４１及びスリーブ側逃し溝６１へ流動する素材８０の一部に加わる抵抗とをできるだけ合わせることができる。これにより、素材８０の一部を、パンチ側逃し溝４１及びスリーブ側逃し溝６１がある内周側とダイス内周歯２２がある外周側とへ、できるだけ平等に分散させて流動させることができる。それ故、外周角部８１１の歯面形状がより安定した外歯歯車８を成形することができる。
それ故、本例の歯車成形装置１及び方法によれば、小さな成形荷重によって、両端面に位置する外周角部８１１の歯面形状が安定した外歯歯車８を成形することができる。

本例においては、内周スリーブ６の先端部の外周面に、複数のスリーブ側逃し溝６１を形成した。これに対し、内周スリーブ６には、複数のスリーブ側逃し溝６１を形成しないこともできる。この場合には、内周パンチ４の先端部の外周面に形成した複数のパンチ側逃し溝４１の形成によって、外歯歯車８の一端面に位置する外周角部８１１の歯面形状を安定させることができる。
また、内周パンチ４には、複数のパンチ側逃し溝４１を形成しないこともできる。この場合には、内周スリーブ６の先端部の外周面に形成した複数のスリーブ側逃し溝６１によって、外歯歯車８の他端面に位置する外周角部８１１の歯面形状を安定させることができる。

（実施例２）
本例は、図９、図１０に示すごとく、外周パンチ３の外周にパンチ外周歯３１を形成せず、外周パンチ３をダイス成形穴２１の上方開口部２６の周辺に当接させて、鍛造空間１１を形成する例である。
また、本例において成形する外歯歯車８は、軸方向Ｌの一端面において、内周側部分８０４が外周側部分８０３から陥没した形状を有する。本例の鍛造空間１１を形成する際には、外周スリーブ５の先端と内周スリーブ６の先端とは、略同一面を形成する。

本例においても、内周パンチ４による素材８０の加圧力をなくし、外周パンチ３によって素材８０の上面の外周側部分８０３を加圧する際には、素材８０の上端部８０１において、素材８０の一部を、パンチ側逃し溝４１がある内周側へ流動させるとともにダイス内周歯２２がある外周側へ流動させることができる。
本例においても、その他の構成は上記実施例１と同様であり、上記実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

１歯車成形装置
１１鍛造空間
２ダイス
２１ダイス成形穴
２２ダイス内周歯
３外周パンチ
３１パンチ外周歯
４内周パンチ
４１パンチ側逃し溝
５外周スリーブ
５１スリーブ外周歯
６内周スリーブ
６１スリーブ側逃し溝
８外歯歯車
８０素材
８０１上端部
８０２下端部
８０３外周側部分
８０４内周側部分
８１外歯
８３突起部

Claims

素材に冷間密閉鍛造を行って、外周に外歯を有するとともに外周側部分の軸方向幅が内周側部分の軸方向幅よりも大きい外歯歯車を成形する装置であって、
上記外歯を成形するためのダイス内周歯を形成したダイス成形穴を有するダイスと、
上記素材の一端面の外周側部分を加圧する外周パンチと、
該外周パンチの内周側に配置し、上記素材の一端面の内周側部分を加圧する内周パンチと、
上記素材の他端面の外周側部分を加圧する外周スリーブと、
該外周スリーブの内周側に配置し、上記素材の他端面の内周側部分を加圧する内周スリーブと、を備えており、
上記内周パンチの先端部の外周面には、上記素材の一部を流動させるためのパンチ側逃し溝が、その周方向の複数箇所に形成してあり、
上記内周スリーブの先端部の外周面には、上記素材の一部を流動させるためのスリーブ側逃し溝が、その周方向の複数箇所に形成してあり、
上記内周パンチ、上記外周スリーブ及び上記内周スリーブを上記ダイス成形穴内に挿入するとともに、上記内周パンチの先端を上記外周パンチの先端よりも突出させ、かつ上記内周スリーブの先端を上記外周スリーブの先端よりも突出させて形成される鍛造空間において、上記外周パンチ及び上記内周パンチと上記外周スリーブ及び上記内周スリーブとによって上記素材を圧縮し、該素材の一部を上記ダイス内周歯へ流動させて、上記外歯歯車を成形するよう構成してあり、
上記内周パンチの加圧力及び上記内周スリーブの加圧力をなくす又は減少させた状態で、上記外周パンチが上記素材の一端面の外周側部分を加圧するとともに上記外周スリーブが上記素材の他端面の外周側部分を加圧するときに、上記素材の一部を、上記パンチ側逃し溝及び上記スリーブ側逃し溝がある内周側へ流動させるとともに上記ダイス内周歯がある外周側へ流動させるよう構成してあることを特徴とする歯車成形装置。
素材に冷間密閉鍛造を行って、外周に外歯を有するとともに外周側部分の軸方向幅が内周側部分の軸方向幅よりも大きい外歯歯車を成形する装置であって、
上記外歯を成形するためのダイス内周歯を形成したダイス成形穴を有するダイスと、
上記素材の一端面を加圧するパンチと、
上記素材の他端面の外周側部分を加圧する外周スリーブと、
該外周スリーブの内周側に配置し、上記素材の他端面の内周側部分を加圧する内周スリーブと、を備えており、
上記内周スリーブの先端部の外周面には、上記素材の一部を流動させるためのスリーブ側逃し溝が、その周方向の複数箇所に形成してあり、
上記外周スリーブ及び上記内周スリーブを上記ダイス成形穴内に挿入するとともに、上記内周スリーブの先端を上記外周スリーブの先端よりも突出させて形成される鍛造空間において、上記パンチと上記外周スリーブ及び上記内周スリーブとによって上記素材を圧縮し、該素材の一部を上記ダイス内周歯へ流動させて、上記外歯歯車を成形するよう構成してあり、
上記内周スリーブの加圧力をなくす又は減少させた状態で、上記外周スリーブが上記素材の他端面の外周側部分を加圧するときに、上記素材の一部を、上記スリーブ側逃し溝がある内周側へ流動させるとともに上記ダイス内周歯がある外周側へ流動させるよう構成してあることを特徴とする歯車成形装置。
請求項１に記載の歯車成形装置において、上記パンチ側逃し溝は、上記内周パンチの周方向の複数箇所に等間隔に形成してあるとともに、その一対の周方向側面が、内周側へ向かうほど互いの間隔が縮小するテーパ状に形成してあることを特徴とする歯車成形装置。
請求項１又は２に記載の歯車成形装置において、上記スリーブ側逃し溝は、上記内周スリーブの周方向の複数箇所に等間隔に形成してあるとともに、その一対の周方向側面が、内周側へ向かうほど互いの間隔が縮小するテーパ状に形成してあることを特徴とする歯車成形装置。
素材に冷間密閉鍛造を行って、外周に外歯を有するとともに外周側部分の軸方向幅が内周側部分の軸方向幅よりも大きい外歯歯車を成形する方法であって、
上記外歯を成形するためのダイス内周歯を形成したダイス成形穴を有するダイスと、
上記素材の一端面の外周側部分を加圧する外周パンチと、
該外周パンチの内周側に配置し、上記素材の一端面の内周側部分を加圧する内周パンチと、
上記素材の他端面の外周側部分を加圧する外周スリーブと、
該外周スリーブの内周側に配置し、上記素材の他端面の内周側部分を加圧する内周スリーブと、を備えた歯車成形装置を用い、
上記内周パンチの先端部の外周面には、上記素材の一部を流動させるためのパンチ側逃し溝が、その周方向の複数箇所に形成してあり、
上記内周スリーブの先端部の外周面には、上記素材の一部を流動させるためのスリーブ側逃し溝が、その周方向の複数箇所に形成してあり、
上記内周パンチ、上記外周スリーブ及び上記内周スリーブを上記ダイス成形穴内に挿入するとともに、上記内周パンチの先端を上記外周パンチの先端よりも突出させ、かつ上記内周スリーブの先端を上記外周スリーブの先端よりも突出させて形成される鍛造空間に上記素材を配置し、
次いで、上記内周パンチと上記内周スリーブとによって上記素材の内周側部分を加圧し、
次いで、上記外周パンチ及び上記内周パンチと上記外周スリーブ及び上記内周スリーブとによって上記素材の外周側部分及び内周側部分を加圧し、
その後、上記内周パンチによる加圧力及び上記内周スリーブによる加圧力をなくす又は減少させた状態で、上記外周パンチと上記外周スリーブとによって上記素材の外周側部分を加圧するときに、上記素材の一部を、上記パンチ側逃し溝及び上記スリーブ側逃し溝がある内周側へ流動させるとともに上記ダイス内周歯がある外周側へ流動させることを特徴とする歯車成形方法。
素材に冷間密閉鍛造を行って、外周に外歯を有するとともに外周側部分の軸方向幅が内周側部分の軸方向幅よりも大きい外歯歯車を成形する方法であって、
上記外歯を成形するためのダイス内周歯を形成したダイス成形穴を有するダイスと、
上記素材の一端面を加圧するパンチと、
上記素材の他端面の外周側部分を加圧する外周スリーブと、
該外周スリーブの内周側に配置し、上記素材の他端面の内周側部分を加圧する内周スリーブと、を備えた歯車成形装置を用い、
上記内周スリーブの先端部の外周面には、上記素材の一部を流動させるためのスリーブ側逃し溝が、その周方向の複数箇所に形成してあり、
上記外周スリーブ及び上記内周スリーブを上記ダイス成形穴内に挿入するとともに、上記内周スリーブの先端を上記外周スリーブの先端よりも突出させて形成される鍛造空間に上記素材を配置し、
次いで、上記内周スリーブによって上記素材の内周側部分を加圧し、
次いで、上記外周スリーブ及び上記内周スリーブによって上記素材の外周側部分及び内周側部分を加圧し、
その後、上記内周スリーブによる加圧力をなくす又は減少させた状態で、上記外周スリーブによって上記素材の外周側部分を加圧するときに、上記素材の一部を、上記スリーブ側逃し溝がある内周側へ流動させるとともに上記ダイス内周歯がある外周側へ流動させることを特徴とする歯車成形方法。