JP5742527B2

JP5742527B2 - 内歯ヘリカルギア製造用マンドレル、内歯ヘリカルギア製造装置、及び、内歯ヘリカルギアの製造方法

Info

Publication number: JP5742527B2
Application number: JP2011155055A
Authority: JP
Inventors: 正尚藤原
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2011-07-13
Filing date: 2011-07-13
Publication date: 2015-07-01
Anticipated expiration: 2031-07-13
Also published as: JP2013018042A

Description

本発明は、内歯ヘリカルギア製造用マンドレル、内歯ヘリカルギア製造装置、及び、内歯ヘリカルギアの製造方法に関し、さらに詳しくは、内周面に螺旋状の内歯が形成されたギア部と、内周面に内歯が形成されていないストレート部とを備えた内歯ヘリカルギアをプレス加工により製造するための内歯ヘリカルギア製造用マンドレル、並びに、これを用いた内歯ヘリカルギア製造装置及び内歯ヘリカルギアの製造方法に関する。

「ヘリカルギア（はすば歯車）」とは、回転軸に対して歯が螺旋状に傾斜している歯車をいう。「ねじれ角」とは、ヘリカルギアの回転軸と歯すじの接線とのなす角をいう。ヘリカルギアの内、円筒の内周面に歯が形成されているものを「内歯ヘリカルギア」という。
内歯ヘリカルギアは、切削加工により製造することもできるが、材料歩留まりを向上させるためには、前方押出法や肉寄せ製法などの鍛造法により製造するのが好ましい。そのため、鍛造法を用いた内歯ヘリカルギアの製造方法に関し、従来から種々の提案がなされている。

例えば、特許文献１には、
（１）外周面にヘリカル成形歯が形成された回転可能なマンドレルにリング状の素材を挿入し、
（２）パンチを用いて素材をマンドレルに沿って下方に押圧移動させる
内歯ヘリカルギアの製造方法（前方押出法）が開示されている。
同文献には、
（イ）素材をマンドレルに沿って下方に押圧移動させると、マンドレル表面の成形歯によって素材の内周面にヘリカル歯が形成される点、及び、
（ロ）押出加工時に金型及び／又は素材を加温すると、歯車の寸法が安定する点、
が記載されている。

また、特許文献２には、上部の歯形マンドレル部と下部の歯形サイジングマンドレル部とを一体的に有するマンドレル、及び、ダイスの内周面によって形成される円筒状成形空間に３個のリング状素材を重ね合わせ、パンチによって上方から下方に押圧するヘリカル内歯ギアの加工方法（前方押出法）が開示されている。
同文献には、サイジングマンドレル部におけるサイジング圧力が上方に位置する素材に作用するので、素材下面に生ずるダレ（未充填部）が少なくなり、機械加工による取り代が減少する点が記載されている。

また、特許文献３には、
（１）ダイスの内周面にストレートギア成形歯を設け、マンドレルの外周面にヘリカルギア成形歯を設け、
（２）ダイスとマンドレルを同軸上に配置し、両者の間にリング状の素材を挿入し、
（３）パンチによって素材とマンドレルを軸方向に沿って押圧し、ダイスの内周面に設けられた縮径部により素材を中心寄りに塑性移動させることにより、素材の内周面にヘリカルギアを成形し、これと独立又は平行して素材の外周面にストレートギアを成形する、
内外ギア同時成形法（肉寄せ製法）が開示されている。
同文献には、このような方法を用いると、素材の内外両周面における相対的なねじれ変形量を低減できる点が記載されている。

さらに、特許文献４には、
（１）内径の大きい円筒形部、内径の小さい円筒形部、及び両者を繋ぐ縮径部を備えたダイスと、ヘリカルギア成形歯を備えたマンドレルとの間に環状の歯車素材を挿入し、
（２）上方から下方に向かってマンドレル及び歯車素材を押圧し、ダイスの縮径部により歯車素材を径方向に圧縮すると同時に、下方から歯車素材を押圧する
歯車の製造方法（肉寄せ製法）が開示されている。
同文献には、歯車素材の両端面を加圧しながら、歯車素材を径方向に塑性移動させると、歯車素材の先端に生ずる「だれ」を防止できる点が記載されている。

前方押出法を用いて内歯ヘリカルギアを製造する場合、ヘリカル歯型が形成されたマンドレルは、円筒形の素材に対して相対的に回転しながら、円筒形の素材の内部を通過する。そのため、成形時に素材に強いねじりが生じ、製品のギア歯精度が悪化する。ねじれ角が２０°以下の内歯ヘリカルギアの場合、押し出し初期の歯型の形状（特許文献３にいう「歯形マンドレル部」）を工夫することで、素材のねじれを抑え、成形精度を保つことはできる。しかしながら、高ねじれ角の内歯ヘリカルギアに対しては、前方押出法では精度が保てず、鍛造による成形は不可能とされてきた。

これに対し、肉寄せ製法は、ヘリカル歯型が形成されたマンドレルに向かって円筒形の素材を圧縮することにより、円筒形の素材の内面にヘリカル歯型を転写する方法である。そのため、成形時に素材に強いねじりは発生しない。また、特許文献４に記載されているように、肉寄せ時に素材の両端を拘束すると、素材先端部のだれに起因するギア歯精度の悪化を抑制することができる。
しかしながら、肉寄せ製法により内歯ヘリカルギアを製造する場合、ダイスには、円筒形の素材を挿入可能な大径部と成形終了後の内歯ヘリカルギアの外径を決める小径部との間に、大径部から小径部に向かって素材を円滑に塑性流動させるための縮径部が必要となる。素材を押圧するためのパンチの外径は、ダイスの大径部の内径とほぼ同等であるため、プレス時にパンチを挿入できるのは、縮径部の手前までである。そのため、成形終了後のギアの上端には、縮径部の形状に倣ったテーパ状の押し残し部が残存する。

さらに、内歯ヘリカルギアは、内周面全面に内歯が形成される場合もあるが、内歯が形成された部分（ギア部）に隣接して、内歯が形成されていない部分（ストレート部）が設けられる場合もある。しかしながら、従来の前方押し出し法や肉寄せ製法を用いて内歯ヘリカルギアを製造する場合、円筒形素材の内面のほぼ全面に内歯が形成される。そのため、従来の方法では、ストレート部は切削加工により形成する必要があり、材料歩留まりが悪いという問題がある。

特開２００５−３４２７７９号公報特開２０１０−２０１４４２号公報特開平１１−１４７１５８号公報特開２０１０−０６４１００号公報

本発明が解決しようとする課題は、内歯が形成されたギア部に隣接してストレート部が設けられた内歯ヘリカルギアを高精度、かつ、高歩留まりで製造することが可能な内歯ヘリカルギア製造用マンドレル、並びに、これを用いた内歯ヘリカルギア製造装置及び内歯ヘリカルギアの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明に係る内歯ヘリカルギア製造用マンドレルは、
円筒形の素材の内部にマンドレルが挿入された状態で、前記素材の外径より小さい内径を有する小径部を備えたダイスと、前記素材を押圧するためのパンチとを用いて前記素材をプレスし、前記素材を前記小径部から押し出すと同時に前記素材を前記マンドレルの径方向に圧縮する肉寄せにより、前記素材の内周面に螺旋状の内歯を形成するための内歯ヘリカルギア製造用マンドレルであって、
前記内歯を形成するための歯型が外周面に設けられた円板状のマンドレル部と、
前記マンドレル部の軸方向上面側又は軸方向下面側に設けられ、かつ、前記素材が前記ダイスから押し出される時に前記素材の一部を軸方向に塑性変形させることによって前記内歯ヘリカルギアの軸方向に伸びるストレート部を形成するためのスペーサ部と、
前記パンチを前記ダイス内に挿入する時は、前記内歯ヘリカルギア製造用マンドレルを前記パンチに一時的に保持させ、前記パンチを前記ダイスから後退させる時は、前記素材及び前記内歯ヘリカルギア製造用マンドレルを前記ダイス内に残した状態で、前記内歯ヘリカルギア製造用マンドレルを前記パンチから脱離させる保持手段と
を備えていることを要旨とする。

本発明に係る内歯ヘリカルギア製造装置は、
円筒形の素材の内部に挿入するための、本発明に係る内歯ヘリカルギア製造用マンドレルと、
前記素材を挿入可能な大径部と、前記素材の外径より小さい内径を有する小径部と、前記大径部と前記小径部を繋ぐ縮径部とを備えたダイスと、
前記内歯ヘリカルギア製造用マンドレルが挿入された状態で前記素材を押圧し、前記素材を前記小径部から押し出すと同時に前記素材を前記内歯ヘリカルギア製造用マンドレルの径方向に圧縮するためのパンチと、
前記パンチを前記ダイス内に挿入する時は、前記内歯ヘリカルギア製造用マンドレルを前記パンチに一時的に保持させ、前記パンチを前記ダイスから後退させる時は、前記素材及び前記内歯ヘリカルギア製造用マンドレルを前記ダイス内に残した状態で、前記内歯ヘリカルギア製造用マンドレルを前記パンチから脱離させる保持手段と
を備えていることを要旨とする。

さらに、本発明に係る内歯ヘリカルギアの製造方法は、以下の工程を備えていることを要旨とする。
（イ）本発明に係る内歯ヘリカルギア製造装置を用いて、前記パンチの先端面に内歯ヘリカルギア製造用マンドレル（Ａ）を一時的に保持させ、前記ダイス内に円筒形の素材（Ａ）を挿入する第１セット工程。
（ロ）前記パンチを前記ダイス内に挿入し、前記素材（Ａ）の内部に前記内歯ヘリカルギア製造用マンドレル（Ａ）が挿入された状態で前記パンチの先端の外周部により前記素材（Ａ）を押圧し、前記素材（Ａ）を前記小径部から押し出すと同時に前記素材（Ａ）を前記内歯ヘリカルギア製造用マンドレル（Ａ）の径方向に圧縮し、
次いで、前記パンチを後退させ、前記素材（Ａ）及び前記内歯ヘリカルギア製造用マンドレル（Ａ）を前記ダイス内に残した状態で、前記内歯ヘリカルギア製造用マンドレル（Ａ）を前記パンチから脱離させる第１プレス工程。
（ハ）前記パンチの先端面に内歯ヘリカルギア製造用マンドレル（Ｂ）を一時的に保持させ、前記ダイス内に円筒形の素材（Ｂ）を挿入する第２セット工程。
（ニ）前記パンチを前記ダイス内に挿入し、前記素材（Ｂ）の内部に前記内歯ヘリカルギア製造用マンドレル（Ｂ）が挿入された状態で前記パンチの先端の外周部により前記素材（Ｂ）を押圧し、前記素材（Ｂ）を前記小径部から押し出すと同時に前記素材（Ｂ）を前記内歯ヘリカルギア製造用マンドレル（Ｂ）の径方向に圧縮し、
前記素材（Ｂ）の肉寄せと同時に、前記パンチの押圧力によって前記内歯ヘリカルギア製造用マンドレル（Ａ）を抱き込んだ前記素材（Ａ）を前記ダイスから完全に押し出し、前記素材（Ａ）の一部を塑性変形させることによって前記スペーサ部に沿って前記内歯ヘリカルギアの軸方向に伸びるストレート部を形成し、
次いで、前記パンチを後退させ、前記素材（Ｂ）及び前記内歯ヘリカルギア製造用マンドレル（Ｂ）を前記ダイス内に残した状態で、前記内歯ヘリカルギア製造用マンドレル（Ｂ）を前記パンチから脱離させる第２プレス工程。

円板状のマンドレル部の上面又は下面にスペーサ部が設けられた内歯ヘリカルギア製造用マンドレル（Ａ）をパンチに一時的に保持させ、素材（Ａ）の内部にマンドレル（Ａ）が挿入された状態で素材（Ａ）のプレスを行うと、素材（Ａ）が径方向に圧縮され、マンドレル（Ａ）表面の歯型が素材（Ａ）の内周面に転写される。プレス終了後、パンチを後退させると、マンドレル（Ａ）がパンチから離脱し、マンドレル（Ａ）を抱き込んだ素材（Ａ）がダイス内に残される。
次に、マンドレル（Ｂ）をパンチに一時的に保持させ、素材（Ｂ）の内部にマンドレル（Ｂ）が挿入された状態で素材（Ｂ）のプレスを行うと、素材（Ｂ）の内周面にマンドレル（Ｂ）の歯型が転写される。これと同時に、マンドレル（Ａ）を抱き込んだ素材（Ａ）がダイスから完全に押し出され、スペーサ部に沿ってストレート部が形成される。

円板状のマンドレルを抱き込んだ素材を逐次、ダイスから押し出すと、肉寄せによってギア部が形成されると同時に、ダイスの縮径部に残った素材の押し残し部が塑性変形し、ギア部に隣接してストレート部が形成される。そのため、押し残し部を除去したり、あるいはストレート部を形成するための切削加工が不要となり、材料歩留まりが向上する。
また、プレス成形が行われた直後の素材（Ａ）及びマンドレル（Ａ）は、ダイスに嵌り込んだ状態になっているので、次のプレス成形時においては、素材（Ｂ）の下端が素材（Ａ）の上端で拘束された状態（すなわち、素材（Ｂ）に背圧がかかった状態）で、素材（Ｂ）のプレスが行われる。そのため、素材（Ｂ）の下端のだれに起因するギア歯精度の低下を抑制することができる。
さらに、マンドレル部とスペーサ部を分離可能とすると、マンドレルの製造が容易となるだけでなく、スペーサ部の厚さを調節することができる。また、これによってギアのストレート部の長さや、成形時に素材にかかる背圧を調節することができる。そのため、ストレート部の形状が異なる内歯ヘリカルギアであっても、低コストかつ高い材料歩留まりで製造することができる。

内歯ヘリカルギア製造用マンドレルの平面図（図１（ａ））、正面図（図１（ｂ））、及び、Ｃ−Ｃ'線断面図（図１（ｃ））である。第１の実施の形態に係る内歯ヘリカルギア製造装置の概略図である。図２に示す装置を用いた内歯ヘリカルギアの製造方法の工程図である。図３に示す工程図の続きである。第２の実施の形態に係る内歯ヘリカルギア製造装置の概略図である。図５に示す装置を用いた内歯ヘリカルギアの製造方法の工程図である。図６に示す工程図の続きである。

以下に、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
［１．内歯ヘリカルギア製造用マンドレル］
図１に、本発明の一実施の形態に係る内歯ヘリカルギア製造用マンドレルの平面図、正面図、及び、Ｃ−Ｃ’線断面図を示す。
内歯ヘリカルギア製造用マンドレル（以下、単に「マンドレル」ともいう）１０は、肉寄せにより、円筒形の素材の内周面に螺旋状の内歯を形成するためのものである。
「肉寄せ」とは、鍛造加工の一種であって、円筒形の素材の内部にマンドレルが挿入された状態で、素材の外径より小さい内径を有する小径部を備えたダイスと、素材を押圧するためのパンチとを用いて素材をプレスし、素材を小径部から押し出すと同時に素材をマンドレルの径方向に圧縮する加工方法をいう。マンドレルの表面に内歯を形成するための歯型を形成すると、素材を径方向に圧縮することにより、素材の内周面に歯型を転写することができる。

マンドレル１０は、マンドレル部１２と、スペーサ部１４とを備えている。マンドレル部１２は、内歯ヘリカルギアの内歯が形成された部分（ギア部）を形成するためのものである。スペーサ部１４は、ギア部の軸方向に隣接し、かつ内歯が形成されていない部分（ストレート部）を形成するためのものである。マンドレル部１２及びスペーサ部１４には、いずれも硬質金属が用いられる。

マンドレル部１２は円板状を呈しており、その外周面には内歯を形成するための歯型１２ａ、１２ａ…が形成されている。歯型１２ａ、１２ａ…の断面形状、ねじれ角等は、特に限定されるものではなく、目的に応じて任意に選択することができる。
マンドレル部１２の上面及び下面には、それぞれ、突起１２ｂ及び突起１２ｃが設けられている。突起１２ｂ、１２ｃは、複数個のマンドレル１０を同軸上に重ねる際の位置決めに用いられる。また、突起１２ｂ又は突起１２ｃは、パンチに一時的に保持させるための保持手段としても用いられる。この点については、後述する。

スペーサ部１４は、素材がダイスから押し出される時に素材の一部を軸方向に塑性変形させることによって、内歯ヘリカルギアの軸方向に伸びるストレート部を形成するためのものである。スペーサ部１４は、マンドレル部１２の軸方向上面側又は軸方向下面側のいずれに設けられていても良い。図１に示す例において、スペーサ部１４は、マンドレル部１２の下面側に設けられている。スペーサ部１４の厚さ（軸方向の長さ）は、特に限定されるものではなく、目的に応じて任意に選択することができる。スペーサ部１４の直径は、必ずしもマンドレル部１２の直径と同一である必要はなく、ストレート部の形成が可能である限りにおいて、任意に選択することができる。

スペーサ部１４の中央には貫通孔１４ａが設けられ、貫通孔１４ａ内にはマンドレル部１２の突起１２ｃが挿入されている。スペーサ部１４は、複数個のボルト１６、１６によりマンドレル部１２に固定されている。すなわち、本実施の形態において、マンドレル部１２とスペーサ部１４は、分離可能になっている。
貫通孔１４ａの内径は、マンドレル部１２の上部の突起１２ｂより僅かに大きくなっており、複数個のマンドレル１０を同軸上に重ねることができるようになっている。

マンドレル部１２とスペーサ部１４は、一体的に形成されていても良い。しかしながら、歯型１２ａ…が形成されたマンドレル部１２と、歯型が形成されていないスペーサ部１４とを一体的に加工するのは、加工コストの増大を招く。一方、マンドレル部１２とスペーサ部１４とを分離可能にすると、加工が容易化するだけでなく、スペーサ部１４の厚さを調節することにより、ストレート部の長さや、成形時に素材にかかる背圧を調節することができる。そのため、ストレート部１４の形状が異なる内歯ヘリカルギアであっても、低コストかつ高い材料歩留まりで製造することができる。

さらに、マンドレル１０は、保持手段を備えている。「保持手段」とは、パンチをダイス内に挿入する時は、マンドレル１０をパンチに一時的に保持させ、パンチをダイスから後退させる時は、素材及びマンドレル１０をダイス内に残した状態で、マンドレル１０をパンチから脱離させる手段をいう。保持手段は、プレス前後においてマンドレル１０を着脱自在に保持できるものであれば良い。

保持手段としては、例えば、
（１）磁石の磁力によってマンドレル１０をパンチに着脱自在に保持する磁力保持手段、
（２）マンドレル１０を真空吸着する真空吸着手段、
（３）機械的なチャッキング機構によりマンドレル１０を着脱する機械チャック手段、
などがある。
本実施の形態において、保持手段には、磁力保持手段が用いられる。すなわち、後述するようにパンチの先端面には、マンドレル部１２の突起１２ｂに対向するように磁石が設けられる。また、少なくともマンドレル部１２の突起１２ｂは、磁性材料からなる。マンドレル部１０は、全体がこのような磁性材料からなるものでも良い。一方、スペーサ部１４は、必ずしも磁性材料からなる必要はない。

［２．内歯ヘリカルギア製造装置（１）］
図２に、本発明の第１の実施の形態に係る内歯ヘリカルギア製造装置の概略構成図を示す。図２において、内歯ヘリカルギア製造装置２０ａは、内歯ヘリカルギア製造用マンドレル１０と、ダイス３０と、パンチ４０と、保持手段５０とを備えている。
これらの内、内歯ヘリカルギア製造用マンドレル１０については、上述した通りであるので、説明を省略する。

ダイス３０は、ベースプレート３２によってプレス装置のボルスター３４に固定されている。ダイス３０の中央には、貫通状の円筒形空孔３６が形成されている。円筒形空孔３６は、円筒形の素材６０を挿入可能な大径部３６ａと、素材６０の外径より小さい内径を有する小径部３６ｂと、大径部３６ａと小径部３６ｂとを繋ぐ縮径部３６ｃとを備えている。縮径部３６ｃは、テーパ状になっており、素材６０を大径部３６ａから小径部３６ｂに向かって円滑に押し出せるようになっている。
ダイス３０の小径部３６ｂの下方には、下部空間３８ａが設けられている。また、下部空間３８ａの側方には、取り出し口３８ｂが設けられている。取り出し口３８ｂは、小径部３６ｂから完全に押し出され、ボルスター３４上に落下した素材６０及びこれに抱き込まれたマンドレル１０を取り出すために用いられる。

パンチ４０は、マンドレル１０が挿入された状態で素材６０を押圧し、素材６０を小径部３６ｂから押し出すと同時に素材６０をマンドレル１０の径方向に圧縮するためのものである。パンチ４０の先端中央には、後述する保持手段により、マンドレル１０が一時的に保持されている。パンチ４０は、ダイス３０の円筒形空孔３６に挿入できるように、ベースプレート４２によってプレス装置のスライド４４に固定されている。

パンチ４０の先端外周には、環状突起４０ａが設けられている。環状突起４０ａは、ダイス３０の大径部３６ａとマンドレル１０の外周面との間に挿入される素材６０を下方に押圧するためのものである。環状突起４０ａの高さＨは、マンドレル１０のスペーサ部１４の厚さ、及び、素材６０の重量（又は体積）に応じて、最適な値を選択する。具体的には、スペーサ部１４に沿って必要な長さのストレート部を形成することができ、かつ、次のプレスで成形される素材６０に適切な背圧が加わるように、環状突起４０ａの高さＨを選択するのが好ましい。

さらに、内歯ヘリカルギア製造装置１０は、保持手段５０を備えている。「保持手段」とは、上述したように、パンチ４０をダイス３０内に挿入する時は、マンドレル１０をパンチ４０に一時的に保持させ、パンチ４０をダイス３０から後退させる時は、素材６０及びマンドレル１０をダイス３０内に残した状態で、マンドレル１０をパンチ４０から脱離させる手段をいう。

本実施の形態において、保持手段５０には、磁石５２の磁力によってマンドレル１０をパンチ４０に着脱自在に保持する磁力保持手段が用いられる。
すなわち、パンチ４０の先端面の中央には、凹部４０ｂが設けられ、凹部４０ｂ内には、マンドレル部１２の突起１２ｂに対向するように磁石５２が固定されている。また、マンドレル１０の内、少なくとも突起１２ｂは、磁性材料からなる。さらに、凹部４０ｂの内径は、突起１２ｂの外径より僅かに大きくなっており、マンドレル１０を保持する際には、突起１２ｂが凹部４０ｂ内に挿入されるようになっている。
そのため、プレス前においては、磁石５２と突起１２ｂ間に生ずる磁力によって、パンチ４０の先端に一時的にマンドレル１０を保持させることができる。一方、プレス終了後は、マンドレル１０を抱き込んだ素材６０がダイス３０の小径部３６ｂに嵌り込んだ状態になっているので、パンチ４０を上方に後退させると、磁石５２の磁力に抗して、マンドレル１０をパンチ４０から脱離させることができる。

［３．内歯ヘリカルギアの製造方法（１）］
図３及び図４に、本発明の第１の実施の形態に係る内歯ヘリカルギアの製造方法の工程図を示す。図３及び図４において、本実施の形態に係る方法は、第１の実施の形態に係る内歯ヘリカルギア製造装置２０ａを用いた方法であって、第１セット工程と、第１プレス工程と、第２セット工程と、第２プレス工程とを備えている。

［３．１．第１セット工程］
第１セット工程は、図３（ａ）に示すように、第１の実施の形態に係る内歯ヘリカルギア製造装置２０ａを用いて、パンチ４０の先端面に内歯ヘリカルギア製造用マンドレル（Ａ）１０ａを一時的に保持させ、ダイス３０内に円筒形の素材（Ａ）６０ａを挿入する工程である。
素材（Ａ）６０ａは、外径がダイス３０の大径部３６ａより僅かに小さく（直径差で０．１ｍｍ程度）、内径がマンドレル（Ａ）１０ａの外径よりも僅かに大きく（直径差で０．１ｍｍ程度）なるように、円筒状に成形されたものである。素材（Ａ）６０ａの厚さは、マンドレル１０のスペーサ部１４の厚さに応じて、最適な値を選択する。
このような素材（Ａ）６０ａをダイス３０の大径部３６ａに挿入すると、素材（Ａ）６０ａは、縮径部３６ｃ上で止まる。

［３．２．第１プレス工程］
第１プレス工程は、
パンチ４０をダイス３０内に挿入し、素材（Ａ）６０ａの内部にマンドレル（Ａ）１０ａが挿入された状態でパンチ４０の先端の外周部により素材（Ａ）６０ａを押圧し、素材（Ａ）６０ａを小径部３６ｂから押し出すと同時に素材（Ａ）６０ａをマンドレル１０ａの径方向に圧縮し、
次いで、パンチ４０を後退させ、素材（Ａ）６０ａ及びマンドレル（Ａ）１０ａをダイス３０内に残した状態で、マンドレル（Ａ）１０ａをパンチ４０から脱離させる工程である。

図３（ｂ）に示すように、パンチ４０をダイス３０内に挿入すると、パンチ４０の先端の外周部に形成された環状突起４０ａによって、素材（Ａ）６０ａが小径部３６ｂから押し出される。これと同時に、素材（Ａ）６０ａがマンドレル１０ａの径方向に圧縮され、素材（Ａ）６０ａの一部がマンドレル１０ａの歯型１２ａ間に侵入する。また、パンチ４０は、縮径部３６ｃの手前までしか押し込めないので、素材（Ａ）６０ａの上端には、テーパ状の押し残し部ｆが残る。さらに、塑性変形よって素材（Ａ）６０ａの軸方向の長さが伸びるために、磁石５２と突起１２ｂとの間隔が広がり、磁石５２−突起１２ｂ間の引力が弱まる。
プレス終了後、パンチ４０を後退（上昇）させると、マンドレル（Ａ）１０ａがパンチ４０から脱離し、ダイス３０内には、塑性加工が加えられた素材（Ａ）６０ａ及びこれに抱き込まれたマンドレル（Ａ）１０ａが残る。

［３．３．第２セット工程］
第２セット工程は、図４（ａ）に示すように、パンチ４０の先端面に内歯ヘリカルギア製造用マンドレル（Ｂ）１０ｂを一時的に保持させ、ダイス３０内に円筒形の素材（Ｂ）６０ｂを挿入する工程である。
素材（Ｂ）６０ｂ及びマンドレル１０ｂの詳細は、素材（Ａ）６０ａ及びマンドレル１０ａと同一であるので説明を省略する。
素材（Ｂ）６０ａをダイス３０の大径部３６ａに挿入すると、素材（Ｂ）６０ｂは、小径部３６ｂに嵌り込んでいる素材（Ａ）６０ａの上に載る。

［３．４．第２プレス工程］
第２プレス工程は、図４（ｂ）に示すように、
パンチ４０をダイス３０内に挿入し、素材（Ｂ）６０ｂの内部にマンドレル（Ｂ）１０ｂが挿入された状態でパンチ４０の先端の外周部により素材（Ｂ）６０ｂを押圧し、素材（Ｂ）６０ｂを小径部３６ｂから押し出すと同時に素材（Ｂ）６０ｂをマンドレル（Ｂ）１０ｂの径方向に圧縮し、
素材（Ｂ）６０ｂの肉寄せと同時に、パンチ４０の押圧力によってマンドレル（Ａ）１０ａを抱き込んだ素材（Ａ）１０ａをダイス３０から完全に押し出し、素材（Ａ）６０ａの一部を塑性変形させることによってスペーサ部１４に沿って内歯ヘリカルギアの軸方向に伸びるストレート部を形成し、
次いで、パンチ４０を後退させ、素材（Ｂ）６０ｂ及びマンドレル（Ｂ）１０ｂをダイス３０内に残した状態で、マンドレル（Ｂ）１０ｂをパンチ４０から脱離させる工程である。

素材（Ａ）６０ａがダイス３０に嵌り込んだ状態（図４（ａ）の状態）で、素材（Ａ）６０ａ及び素材（Ｂ）６０ｂのプレスを行うと、まず、マンドレル（Ｂ）１０ｂがマンドレル（Ａ）１０ａを下方に押圧する。そのため、素材（Ａ）６０ａ上端の押し残し部ｆが小径部３６ｂにより圧縮され、マンドレル（Ｂ）１０ｂのスペーサ部１４の外周面に沿って軸方向に伸びる。その結果、ギア部に隣接してストレート部が形成される。
さらにパンチ４０を下方に押圧すると、やがて素材（Ａ）６０ａが小径部３６ｂから下部空間３８ａに押し出され、自重によってボルスター３４上に落下する。これと同時に、素材（Ｂ）６０ｂの肉寄せが行われる（図４（ｂ））。ボルスター３４上に落下した素材（Ａ）６０ａは、取り出し口３８ｂから側方に取り出される。
プレス終了後、パンチ４０を後退（上昇）させると、マンドレル（Ｂ）１０ｂがパンチ４０から脱離し、ダイス３０内には、塑性加工が加えられた素材（Ｂ）６０ｂ及びこれに抱き込まれたマンドレル（Ｂ）１０ｂが残る。

以下同様にして、新たなマンドレル１０及び素材６０を用いて、逐次、素材のプレスを行う。マンドレル１０を抱き込んだ塑性加工後の素材６０は、必要に応じて切削加工が加えられた後、マンドレル１０が取り外される。取り外されたマンドレル１０は、次の素材６０のプレス加工に再利用される。

［４．内歯ヘリカルギア製造装置（２）］
図５に、本発明の第２の実施の形態に係る内歯ヘリカルギア製造装置の概略構成図を示す。図５において、内歯ヘリカルギア製造装置２０ｂは、内歯ヘリカルギア製造用マンドレル１０と、ダイス３０と、パンチ４０と、保持手段５０とを備えている。なお、図５中、図２に対応する部分には、図２と同一の符号を用いた。

本実施の形態において、マンドレル１０は、スペーサ部１４が上方に来るように、パンチ４０により保持されている。そのため、保持手段５０は、パンチ４０の先端面中央の凹部４０ｂ内に固定された磁石５２と、マンドレル１０の突起１２ｃにより構成される。
また、パンチ４０の先端の外周部には、素材６０を押圧するための、環状突起４０ｃが設けられている。環状突起４０ｃの高さＨは、マンドレル１０のスペーサ部１４の厚さ、及び、素材６０の重量（又は体積）に応じて、最適な値を選択する。具体的には、スペーサ部１４に沿って必要な長さのストレート部を形成することができ、かつ、次のプレスで成形される素材６０に適切な背圧が加わるように、環状突起４０ｃの高さＨを選択するのが好ましい。
その他の点については、第１の実施の形態に係る内歯ヘリカルギア製造装置２０ａと同様であるので、説明を省略する。

［５．内歯ヘリカルギアの製造方法（３）］
図６及び図７に、本発明の第２の実施の形態に係る内歯ヘリカルギアの製造方法の工程図を示す。図６及び図７において、本実施の形態に係る方法は、第２の実施の形態に係る内歯ヘリカルギア製造装置２０ｂを用いた方法であって、第１セット工程と、第１プレス工程と、第２セット工程と、第２プレス工程とを備えている。

スペーサ部１４がマンドレル１０の上面側にある場合であっても、第１の実施の形態と同様に素材６０の加工を行うことができる。
すなわち、まず、図６（ａ）に示すように、パンチ４０の先端面にマンドレル（Ａ）１０ａを一時的に保持させ、ダイス３０内に円筒形の素材（Ａ）６０ａを挿入する（第１セット工程）。

次に、図６（ｂ）に示すように、パンチ４０をダイス３０内に挿入し、素材（Ａ）６０ａの内部にマンドレル（Ａ）１０ａが挿入された状態でパンチ４０の先端の外周部により素材（Ａ）６０ａを押圧し、素材（Ａ）６０ａを小径部３６ｂから押し出すと同時に素材（Ａ）６０ａをマンドレル（Ａ）１０ａの径方向に圧縮する。この時、塑性変形よって素材（Ａ）６０ａの軸方向の長さが伸びるために、磁石５２と突起１２ｃとの間隔が広がり、磁石５２−突起１２ｃ間の引力が弱まる。
次いで、パンチ４０を後退させ、素材（Ａ）６０ａ及びマンドレル（Ａ）１０ａをダイス３０内に残した状態で、マンドレル（Ａ）１０ａをパンチ４０から脱離させる（第１プレス工程）。

次に、図７（ａ）に示すように、パンチ４０の先端面にマンドレル（Ｂ）１０ｂを一時的に保持させ、ダイス３０内に円筒形の素材（Ｂ）６０ｂを挿入する（第２セット工程）。
素材（Ｂ）６０ｂをダイス３０の大径部３６ａに挿入すると、素材（Ｂ）６０ｂは、小径部３６ｂに嵌り込んでいる素材（Ａ）６０ａの上に載る。

次に、図７（ｂ）に示すように、パンチ４０をダイス３０内に挿入し、素材（Ｂ）６０ｂの内部にマンドレル（Ｂ）１０ｂが挿入された状態でパンチ４０の先端の外周部により素材（Ｂ）６０ｂを押圧し、素材（Ｂ）６０ｂを小径部３６ｂから押し出すと同時に素材（Ｂ）６０ｂをマンドレル（Ｂ）１０ｂの径方向に圧縮する。
また、素材（Ｂ）６０ｂの肉寄せと同時に、パンチ４０の押圧力によってマンドレル（Ａ）１０ａを抱き込んだ素材（Ａ）６０ａをダイス３０から完全に押し出し、素材（Ａ）６０ａの一部を塑性変形させることによって、マンドレル（Ａ）１０ａのスペーサ部１４に沿って内歯ヘリカルギアの軸方向に伸びるストレート部を形成する。
さらに、パンチ４０を後退させ、素材（Ｂ）６０ｂ及びマンドレル（Ｂ）１０ｂをダイス３０内に残した状態で、マンドレル（Ｂ）１０ｂをパンチ４０から脱離させる（第２プレス工程）。

［６．内歯ヘリカルギア製造用マンドレル、内歯ヘリカルギア製造装置、及び内歯ヘリカルギアの製造方法の作用］
円板状のマンドレルを抱き込んだ素材を逐次、ダイスから押し出すと、肉寄せによってギア部が形成されると同時に、ダイスの縮径部に残った素材の押し残し部が塑性変形し、ギア部に隣接してストレート部が形成される。そのため、押し残し部を除去したり、あるいはストレート部を形成するための切削加工が不要となり、材料歩留まりが向上する。
また、プレス成形が行われた直後の素材（Ａ）及びマンドレル（Ａ）は、ダイスにはまり込んだ状態になっているので、次のプレス成形時においては、素材（Ｂ）の下端が素材（Ａ）の上端で拘束された状態（すなわち、素材（Ｂ）に背圧がかかった状態）で、素材（Ｂ）のプレスが行われる。そのため、素材（Ｂ）の下端のだれに起因するギア歯精度の低下を抑制することができる。
さらに、マンドレル部とスペーサ部を分離可能とすると、マンドレルの製造が容易となるだけでなく、スペーサ部の厚さを調節することができる。また、これによってストレート部の長さや、成形時に素材にかかる背圧を調節することができる。そのため、ストレート部の形状が異なる内歯ヘリカルギアであっても、低コストかつ高い材料歩留まりで製造することができる。

（実施例１、比較例１）
［１．試料の作製］
図２に示す装置を用いて、ギア部とストレート部とを備えた内歯ヘリカルギアを作製した（実施例１）。また、ブローチ加工を用いて同様の形状を有する内歯ヘリカルギアを作製した（比較例１）。
作製した内歯ヘリカルギアは、外径：１３５ｍｍ、内径：１１０ｍｍ、高さ：３０ｍｍ、モジュール：１．３Ｍ、製品重量：５７０ｇである。
［２．結果］
比較例１の場合、上述した形状の内歯ヘリカルギアを作製するのに必要な素材重量は、１３３０ｇであった（歩留まり：４２．３％）。これに対し、実施例１の場合、必要な素材重量は、１０１０ｇであった（歩留まり：５６．４％）。

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は、上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。

本発明に係る内歯ヘリカルギア製造用マンドレル、内歯ヘリカルギア製造装置、及び、内歯ヘリカルギアの製造方法は、各種機械に用いられる内歯ヘリカルギアの製造に用いることができる。

Claims

円筒形の素材の内部にマンドレルが挿入された状態で、前記素材の外径より小さい内径を有する小径部を備えたダイスと、前記素材を押圧するためのパンチとを用いて前記素材をプレスし、前記素材を前記小径部から押し出すと同時に前記素材を前記マンドレルの径方向に圧縮する肉寄せにより、前記素材の内周面に螺旋状の内歯を形成するための内歯ヘリカルギア製造用マンドレルであって、
前記内歯を形成するための歯型が外周面に設けられた円板状のマンドレル部と、
前記マンドレル部の軸方向上面側又は軸方向下面側に設けられ、かつ、前記素材が前記ダイスから押し出される時に前記素材の一部を軸方向に塑性変形させることによって前記内歯ヘリカルギアの軸方向に伸びるストレート部を形成するためのスペーサ部と、
前記パンチを前記ダイス内に挿入する時は、前記内歯ヘリカルギア製造用マンドレルを前記パンチに一時的に保持させ、前記パンチを前記ダイスから後退させる時は、前記素材及び前記内歯ヘリカルギア製造用マンドレルを前記ダイス内に残した状態で、前記内歯ヘリカルギア製造用マンドレルを前記パンチから脱離させる保持手段と
を備えた内歯ヘリカルギア製造用マンドレル。
前記マンドレル部と前記スペーサ部は、分離可能になっている請求項１に記載の内歯ヘリカルギア製造用マンドレル。
前記保持手段は、磁石の磁力によって前記内歯ヘリカルギア製造用マンドレルを前記パンチに着脱自在に保持する磁力保持手段である請求項１又は２に記載の内歯ヘリカルギア製造用マンドレル。
円筒形の素材の内部に挿入するための、請求項１から３までのいずれかに記載の内歯ヘリカルギア製造用マンドレルと、
前記素材を挿入可能な大径部と、前記素材の外径より小さい内径を有する小径部と、前記大径部と前記小径部とを繋ぐ縮径部とを備えたダイスと、
前記内歯ヘリカルギア製造用マンドレルが挿入された状態で前記素材を押圧し、前記素材を前記小径部から押し出すと同時に前記素材を前記内歯ヘリカルギア製造用マンドレルの径方向に圧縮するためのパンチと、
前記パンチを前記ダイス内に挿入する時は、前記内歯ヘリカルギア製造用マンドレルを前記パンチに一時的に保持させ、前記パンチを前記ダイスから後退させる時は、前記素材及び前記内歯ヘリカルギア製造用マンドレルを前記ダイス内に残した状態で、前記内歯ヘリカルギア製造用マンドレルを前記パンチから脱離させる保持手段と
を備えた内歯ヘリカルギア製造装置。
以下の工程を備えた内歯ヘリカルギアの製造方法。
（イ）請求項４に記載の内歯ヘリカルギア製造装置を用いて、前記パンチの先端面に内歯ヘリカルギア製造用マンドレル（Ａ）を一時的に保持させ、前記ダイス内に円筒形の素材（Ａ）を挿入する第１セット工程。
（ロ）前記パンチを前記ダイス内に挿入し、前記素材（Ａ）の内部に前記内歯ヘリカルギア製造用マンドレル（Ａ）が挿入された状態で前記パンチの先端の外周部により前記素材（Ａ）を押圧し、前記素材（Ａ）を前記小径部から押し出すと同時に前記素材（Ａ）を前記内歯ヘリカルギア製造用マンドレル（Ａ）の径方向に圧縮し、
次いで、前記パンチを後退させ、前記素材（Ａ）及び前記内歯ヘリカルギア製造用マンドレル（Ａ）を前記ダイス内に残した状態で、前記内歯ヘリカルギア製造用マンドレル（Ａ）を前記パンチから脱離させる第１プレス工程。
（ハ）前記パンチの先端面に内歯ヘリカルギア製造用マンドレル（Ｂ）を一時的に保持させ、前記ダイス内に円筒形の素材（Ｂ）を挿入する第２セット工程。
（ニ）前記パンチを前記ダイス内に挿入し、前記素材（Ｂ）の内部に前記内歯ヘリカルギア製造用マンドレル（Ｂ）が挿入された状態で前記パンチの先端の外周部により前記素材（Ｂ）を押圧し、前記素材（Ｂ）を前記小径部から押し出すと同時に前記素材（Ｂ）を前記内歯ヘリカルギア製造用マンドレル（Ｂ）の径方向に圧縮し、
前記素材（Ｂ）の肉寄せと同時に、前記パンチの押圧力によって前記内歯ヘリカルギア製造用マンドレル（Ａ）を抱き込んだ前記素材（Ａ）を前記ダイスから完全に押し出し、前記素材（Ａ）の一部を塑性変形させることによって前記スペーサ部に沿って前記内歯ヘリカルギアの軸方向に伸びるストレート部を形成し、
次いで、前記パンチを後退させ、前記素材（Ｂ）及び前記内歯ヘリカルギア製造用マンドレル（Ｂ）を前記ダイス内に残した状態で、前記内歯ヘリカルギア製造用マンドレル（Ｂ）を前記パンチから脱離させる第２プレス工程。