JP5921324B2 - 歯車の成形方法 - Google Patents

Description

本明細書に開示の技術は、歯車の鍛造による成形方法に関する。

平歯車やはす歯車等の歯車を鍛造で製造する技術が開発されている。例えば、特許文献１の製造技術では、ダイと、下パンチと、上パンチとを備える金型により素材を鍛造して歯車を製造する。ダイの内周面には、製品の外歯に対応する歯型が形成されている。下パンチは、一体に成形されており、ダイの内周面に形成された歯型に歯合する歯型が形成されている。上パンチは、内パンチと外パンチに分割されている。この製造技術では、まず、下パンチにより素材を下から支えつつ、上パンチ（内パンチと外パンチの両方）で素材を上から加圧して上下に押しつぶし、素材の外周部をダイの内周面に形成された歯型に向かって流入させる。その後、素材のダイの内部への充満が進み成形荷重が上昇したところで、内パンチによる加圧を解除する一方、外パンチによる加圧を継続する。これにより、内パンチの位置に余肉が流入して捨てボスが形成される。内パンチによる加圧が解除されるため材料の流動性が向上して成形荷重の増加を抑制され、低荷重で歯車の成形を行うことができる。

特開２００１−２０５３８４号公報

歯車の鍛造による成形では、成形された製品の歯部に欠肉が生じることを防止する必要がある。特許文献１の歯車製造方法では、分割されているのは上パンチのみであるため、捨てボスにより材料の流動性を高める効果は上パンチ側に偏っている。そのため、歯巾方向で、歯部の材料の流動状態に差異が生じる。その結果、成形された製品の内、特に、分割されていない下パンチ側の歯部に欠肉が生じ易い。

本明細書は上記の課題を解決する技術を提供する。本明細書は、歯部に欠肉が発生し難い歯車成形方法を提供する。

本明細書は、歯車の成形方法を開示する。その成形方法は、内周面又は外周面に製品の歯形に対応した凹凸が形成された成形面を有する成形金型と、成形金型に対して成形金型の成形面側に位置し、素材を下方から支える下パンチと、成形金型の上面に当接した状態で成形金型と共に下方に移動して素材を上方から加圧する上パンチによって、素材の外周面又は内周面に歯形を成形する歯車の成形方法である。その成形方法では、上パンチは、成形金型側に位置する第１上パンチと、第１上パンチに対して成形金型の反対側に位置すると共に第１上パンチに対して上下方向にスライド可能とされている第２上パンチを有している。下パンチは、成形金型側に位置する第１下パンチと、第１下パンチに対して成形金型の反対側に位置すると共に第１下パンチに対して上下方向にスライド可能とされている第２下パンチを有している。また、その成形方法は、第１上パンチと第２上パンチは上下方向に互いに相対位置を保つと共に、第１下パンチと第２下パンチは上下方向に互いに相対位置を保ちながら、上パンチで素材を下パンチに向かって押圧する第１工程を備えている。また、その成形方法は、第１工程後に、第１上パンチが素材を第１下パンチに向かって押し込みつつ、第１上パンチに対して第２上パンチを後退させると共に、第１下パンチに対して第２下パンチを後退させる第２工程を備えている。その成形方法では、第２工程は、第２上パンチと第２下パンチのいずれか一方のみを、その対応する第１上パンチまたは第１下パンチから後退させる第１ステップを有している。また、その成形方法では、第１ステップ後に、第２上パンチと第２下パンチのうち、少なくとも、第１ステップで後退させなかった方を、その対応する第１上パンチ及び第１下パンチに対して後退させる第２ステップを有している。

上記の歯車成形方法は、第１、第２上パンチで素材を上から下方に加圧する第１工程を備え、さらに、第１上パンチと第１下パンチで上下から押圧しつつ、第２上パンチ及び第２下パンチの両方を第１上パンチ、第１下パンチに対して後退させる第２工程を備えている。これにより、素材を上下方向に押圧して成形面に材料を充満させつつ、上下の捨て肉部に材料を流入させることで成形荷重の増大を抑制できる。また、上下の片側のみの捨て肉部に材料を流入させる場合と比較して材料の流れが製品の軸方向の両側で均一化する。また、上記の歯車成形方法では、第２工程は、上下の第２パンチのいずれか一方のみを後退させる第１ステップを有し、さらに、上下の第２パンチの少なくとも他方を後退させる第２ステップを有している。これにより、上下の第２パンチの両方を後退させることで材料の流れを製品の軸方向の両側で均一化できるとともに、上下の第２パンチを異なるタイミングで後退させているので、材料の流れを製品の軸方向の両側でさらに均一化できる。これにより、製品の歯部に欠肉が生じることを抑制することができる。

第１、２実施例における、素材形状を示す平面図および断面図。 第１、２実施例における、製品形状を示す平面図および断面図。 第１、２実施例における、成形装置の全体構成を示す断面図。 第１、２実施例における、素材が成形装置内に配置された状態を示す部分断面図（成形前の状態）。 第１、２実施例における、素材が成形装置内に配置された状態を示す部分断面図（第１工程中の状態）。 第１実施例における、素材が成形装置内に配置された状態を示す部分断面図（第２工程中の第１ステップ中の状態）。 第１実施例における、素材が成形装置内に配置された状態を示す部分断面図（第２工程の第２ステップ終了時の状態）。 第２実施例における、素材が成形装置内に配置された状態を示す部分断面図（第２工程の第２ステップ終了時の状態）。 第３、４実施例における、素材形状を示す平面図および断面図。 第３、４実施例における、製品形状を示す平面図および断面図。 第３、４実施例における、成形装置の全体構成を示す断面図。 第３、４実施例における、素材が成形装置内に配置された状態を示す部分断面図（成形前の状態）。 第３、４実施例における、素材が成形装置内に配置された状態を示す部分断面図（第１工程が行われている状態）。 第３実施例における、素材が成形装置内に配置された状態を示す部分断面図（第２工程の第１ステップ中の状態）。 第３実施例における、素材が成形装置内に配置された状態を示す部分断面図（第２工程の第２ステップ終了時の状態）。 第４実施例における、素材が成形装置内に配置された状態を示す部分断面図（第２工程の第２ステップ終了時の状態）。 第１および第３実施例における、工程フロー図。 第２および第４実施例における、工程フロー図。

以下、本明細書で開示する実施例の技術的特徴の幾つかを記す。なお、以下に記す事項は、各々単独で技術的な有用性を有している。

（特徴１） 本明細書で開示する歯車の成形方法では、第２工程の第２ステップは、第１ステップ後に、第２上パンチと第２下パンチの両方を、その対応する第１上パンチ及び第１下パンチに対して後退させる工程であってもよい。

上記の歯車の成形方法では、第２工程の第１ステップにおいて上下の第２パンチのうち歯部への充填が不足している側の第２パンチを後退させ、その後第２ステップにおいて両方の第２パンチを後退させることにより、製品の歯部への材料の充填が上下で均一化し、製品の歯部の欠肉を抑制することができる。

（特徴２） 本明細書で開示する歯車の成形方法では、第２工程の第２ステップは、第１ステップ後に、第２上パンチと第２下パンチのうち、第１ステップで後退させなかった方のみを、その対応する第１上パンチ及び第１下パンチに対して後退させる工程であってもよい。

上記の歯車の成形方法によれば、上下のボス部への材料の流入を上下の片方ずつ行うため、過度に捨て肉部に材料が流入することによる歯部への材料の充填不足を抑制しつつ、製品の歯部の欠肉を抑制することができる。

（特徴３） 本明細書で開示する歯車の成形方法では、製品は内歯車であってもよい。 成形金型はその外周面に製品の歯形に対応した凹凸が形成された成形面を有するマンドレルであってもよい。

上記の歯車の成形方法によれば、製品の歯部の欠肉を抑制しつつ、内歯車を生成することができる。

（特徴４） 本明細書で開示する歯車の成形方法は、製品は外歯車であってもよい。
成形金型はその内周面に製品の歯形に対応した凹凸が形成された成形面を有するダイスであってもよい。

上記の歯車の成形方法によれば、製品の歯部の欠肉を抑制しつつ、外歯車を生成することができる。

第１実施例の成形方法について説明する。第１実施例は、上記の成形装置５０を用いて、素材７６を成形し、内歯車８２を得るものである（図１、図２参照）。第１実施例は図１７のフローに従って成形を行う。成形によって得られる外歯車８２は、例えば自動車部品として使用される。

次に、内歯車８２を成形するための成形装置５０について説明する。図３、図４に示すように、成形装置５０は、下型１４と、下型１４の上方に配置された上型１２を有する。上型１２は、図示しない押圧機構によって、下型１４に向かって素材７６の成形抵抗を超える力で押圧可能となっている。下型１４には、成形荷重値を計測する荷重計（図示しない）が設置されている。一方、上型１２には、押し込み量（長さ）を計測する変位計（図示しない）が設置されている。本実施例において、成形時の各工程の切り替えの判断には、成形荷重値または押し込み量が使用される。予め予備実験を行い成形荷重値と押し込み量との関係を把握してある場合には、成形荷重値は押し込み量から知ることができる。上型１２と下型１４の間には、上下のパンチ６６、６８、７０、７２、成形金型（マンドレル）７４、有孔金型８０、上下の油圧機構２７、２８、スプリング機構２９が設けられている。

下型１４とマンドレル７４の間には、圧縮された状態でスプリング機構２９が配置されている。スプリング機構２９の下端２９２は、下型１４の上面１４１に固定されている。スプリング機構２９の上端２９１は、マンドレル７４の下面に固定されている。マンドレル７４の上面には、上パンチ６６，６８が配置されている。上パンチ６６，６８の下面は、マンドレル７４の上面に当接している。上パンチ６６，６８の上面６６１は、上型１２の下面１２２に固定されている。スプリング機構２９は、マンドレル７４を上パンチ６６、６８に向かって付勢している。マンドレル７４の外周面７４４には、製品の歯形に対応した凹凸部である歯部７４４ａが形成されている。下パンチ７０、７２は、マンドレル７４の外周面７４４の外側に配置されている。下パンチ７０，７２は、マンドレル７４に対して上下方向に移動可能となっている。下パンチ７０，７２の下面７０２は、下型１４の上面１４１に固定されている。有孔金型８０の下面８０２は、下型１４の上面１４１に固定されている。有孔金型８０の内周面８０３は、下パンチの外周面７２４および上パンチの外周面６８４と上下移動可能に接している。下パンチ７０、７２の内周面７０３は、マンドレル７４のガイド面７４７に上下移動可能に接している。

下パンチ７０、７２は、マンドレル７４側に配置された第１下パンチ７０と、第１下パンチ７０の外側に配置された第２下パンチ７２に分割されている。第１下パンチ７０の外周面は、第２下パンチ７２の内周面に当接している。第２下パンチ７２は、その内周面が第１下パンチ７０の外周面に当接した状態で、第１下パンチ７０に対して上下方向に移動可能となっている。第２下パンチ７２と下型１４の間には、下油圧機構２８が配されている。下油圧機構２８の上端２８１は、第２下パンチ７２の下面に固定されている。下油圧機構２８の下端２８２は、下型１４の上面１４１に固定されている。

上パンチ６６、６８は、マンドレル７４側に配置された第１上パンチ６６と、第１上パンチ６６の外側に配置された第２上パンチ６８に分割されている。第１上パンチ６６の外周面は、第２上パンチ６８の内周面に当接している。第２上パンチ６８は、その内周面が第１上パンチ６６の外周面に当接した状態で、第１上パンチ６６に対して上下方向に移動可能となっている。第２上パンチ６８と上型１２の間には、上油圧機構２７が配されている。上油圧機構２７の下端２７２は、第２上パンチ６８の上面に固定されている。下油圧機構２８の上端２７１は、上型１２の下面１２２に固定されている。

上下の油圧機構２７，２８は、油圧配管(図示しない)によって背圧付与装置（図示しない）に接続されている。背圧付与装置は、リリーフ弁（図示しない）を有する。リリーフ弁は、油圧機構２７,２８の圧力が所定の設定値以上となると開放状態となる。これによって、油圧機構２７，２８内の液体が排出され、油圧機構２７，２８に付与する圧力が一定に保たれる。また、油圧機構２７，２８から液体が排出されると、下型１４と第２下パンチ７２の間の距離が短くなり、また、上型１２と第２上パンチ６８の間の距離が短くなる。上油圧機構２７から液体が排出されると、第２上パンチ６８が第１上パンチ６６に対して後退する。下油圧機構２８から液体が排出されると、第２下パンチ７２が第１下パンチ７０に対して後退する。

リリーフ弁が作動する設定値は、手動又はコントローラー（図示しない）からの電気的な信号により任意に設定・変更することができる。以下に説明する各実施例において、リリーフ弁が作動する設定値を材料の成形抵抗に対応する圧力値よりも十分大きい値に設定することで、成形加工中に第２上パンチ６８または第２下パンチ７２の後退が発生しない状態とすることを、油圧機構の閉塞（または閉塞状態）と呼ぶ。また、リリーフ弁が作動する圧力設定値を材料の成形抵抗に対応する圧力値よりも低い値に設定することで、成形加工中に第２上パンチ６８または第２下パンチ７２の後退が発生する状態とすることを、油圧機構の除圧（または除圧状態）と呼ぶ。

次に、素材７６を内歯車８２に成形する際の成形装置５０の動作について説明する。素材７６から内歯車８２を成形するには、図１７に示すように、上パンチ６６、６８と下パンチ７０，７２で素材７６を上下に加圧し素材７６を外周半径方向外側に広げ、所定の量までの歯の成形を行う第１工程と、捨て肉部７６７，７６８を成形しながら歯部７６９を成形する第２工程を有する。

内歯車８２を成形するには、まず、成形装置５０内に素材７６をセットする。すなわち、上型１２と下型１４を開いた状態とし、素材７６を下パンチ７０，７２の上面７０１，７２１に載置する。次いで、下型１４に対して上型１２を下降させ、上パンチ６６，６８の下面６６２，６８２を素材７６の上面に当接させる。この状態では、マンドレル７４の外周面７４４と素材７６の内周面７６５の間にわずかな隙間が形成され、また、第１上パンチ６６の下面がマンドレル７４の上面に当接している。また、素材７６の外周面７６は、有孔金型８０の内周面８０３に当接する。

第１工程では、上下の油圧装置２７，２８のリリーフ弁を閉塞状態としつ、上型１２を下型１４に向かって下降させる。これにより、第１上パンチ６６と第２上パンチ６８が互い同位置を保ちつつ素材７６を上から押し込む一方、第１下パンチ７０と第２下パンチは互いに同位置を保ちつつ素材７６を下から支える（図５）。つまり、第１工程では、第１上パンチ６６と第２上パンチ６８は互いに上下方向に相対位置を保ち、第１下パンチ７０と第２下パンチは互いに上下方向に相対位置を保っている。素材７６は上下に押しつぶされ、内側に広がった素材７６の内周部は、成形金型の歯部７４４ａに徐々に充填される。

第２工程では、上下の第２パンチ６８，７２の内一方（本実施例では第１上パンチ６８）のみを除圧状態としつつ素材７６を加圧する第１ステップと、上下の第２パンチ６８，７２の両方を除圧状態としつつ素材７６を加圧する第２ステップとが実行される（図１７）。

なお、第１工程から第２工程への切り替えは、成形荷重値（または対応する押し込み量）が所定の設定値に達したときに切替えることができる。この設定値は、成形装置５０の破壊荷重に基づいて適宜設定することができる。

図６に示すように、第２工程の第１ステップでは、上型１２を下降して素材７６を加圧しつつ、上下の第２パンチ６８，７２の内、一方のみを除圧状態とする。ここで、除圧状態とするのは、上下の第２パンチ６８，７２の内、第１工程終了時において、歯部７４４ａへの充填が不足していた側の第２パンチのみである。第１工程終了時において歯部７４４ａの上下のいずれの充填が不足していたかは、予備試験により素材７６の寸法を実際に計測して決定することができる。以下の説明では、歯部７４４ａの上側の充填が不足しているとして説明する。すなわち、第１ステップでは、第２上パンチ６８のみが除圧状態とされる。これにより、上捨て肉部（上捨てリブ部）７６７のみ形成される。上捨て肉部７６７付近の材料の流動性が向上するため、材料の充填が不足していた歯部７４４ａの上側に、歯部７４４ａの下側と比較して多くの材料が充填される。なお、仮に第１工程終了時において歯部７４４ａの下側の充填度が不足している場合は、第２下パンチ７２を除圧状態とすればよい。

第２ステップでは、第１ステップで除圧状態とされた第２上パンチ６８に加え、第２下パンチ７２も除圧状態とする。すなわち、上下の第２パンチ６８，７２の両者を除圧状態とし、素材７６への加圧を継続する。図７に示すように、上下の第２パンチ６８，７２が後退するため、上捨て肉部（上捨てリブ部）７６７に加え、下捨て肉部（下捨てリブ部）７６８も形成される。歯部７４４ａに完全に材料が充填されると、上型１２の下降を停止し、第２工程を終了する。その後、上型１２を上昇して型を開き、成形された製品８２を成形装置５０から取り出す。

なお、第１ステップから第２ステップへの切り替えは、上下の歯部７４４ａでの材料の充填度が均一になったときに切り替えることができる。例えば、予備試験により、第１ステップにおいて歯部７４４ａの上下で充填度が均一になる成形荷重値（または押し込み量）を計測する。そして、歯車成形時に、成形荷重値（または押し込み量）が設定値に達したとき、第１ステップから第２ステップに切り替えればよい。

本実施例の歯車成形法では、上下の第２パンチ６８，７２の後退により、上下の捨て肉部７６７，７６８が形成される。これによって、材料の流れが内歯車８２の上下で均一化するため、内歯車８２の歯部７６９の欠肉を防止することができる。また、本実施例の歯車成形法では、歯部７４４ａの上下の内、第１工程で材料の充填が不足した側について、第２工程の第１ステップで材料の充填が高められる。これにより、歯部７４４ａの上下の材料の充填が均一化し、製品３２の歯部７６９の欠肉を防止することができる。

第２実施例の歯車成形法を図を用いて説明する。第２実施例の歯車成形法においても、素材７６および内歯車８２の形状、成形装置５０、第１工程、第１工程から第２工程への切り替え方法は、第１実施例と同一である。このため、第１実施例と同一の部分については、その説明を省略し、第２工程以降の工程のみを説明する。第２実施例の歯車成形法の第２工程では、上下の第２パンチの内一方のみ除圧状態としつつ素材７６を加圧する第１ステップと、上下の第２パンチの内他方のみを除圧状態としつつ素材７６を加圧する第２ステップとが行われる（図１８）。

第２工程の第１ステップでは、上型１２を下降して素材７６を加圧しつつ、上油圧装置２７のみを除圧状態とする。これにより、上下の第２パンチ６８，７２の内、第２上パンチ６８のみが第１上パンチ６６に対してから後退する（第１実施例で示した図６の状態と同一）。この時、閉塞状態のままである第２下パンチ７２の上面と、第１下パンチ７０の上面とは同一位置を保っている。第２工程の第１ステップにより、上捨て肉部（上捨てリブ部）７６７のみ形成される。

第２工程の第２ステップでは、第１ステップで除圧状態とされていた第２上パンチ６８を除圧状態から閉塞状態に変更する。また、第１ステップで除圧状態とされていない第２下パンチ７２のみを除圧状態に切り替える。そして、上記の状態で素材７６への加圧を継続する。このため、図８に示すように、上下の第２パンチ６８，７２の内、第２下パンチ７２のみが後退し、下捨て肉部７６８のみが成形される。歯部７４４ａへの材料の充填が完了すると、上型１２の下降を停止し、第２工程の第２ステップを終了する。その後、成形された製品３２を成形装置５０から取り出す。

なお、第１ステップから第２ステップへの切り替えは、マンドレル７４の歯部７４４ａの体積に対する、充填された材料の体積の割合（以下、充填度と呼ぶ）に基づいて行うことができる。例えば、充填度が所定値（例えば、８０％）以上となったときに、第１ステップから第２ステップに切り替えてもよい。充填度は、成形荷重又は上型１２の押し込み量によって特定することができる。すなわち、予備試験によって、材料の充填度が所定値となるときの成形荷重（または押し込み量）を計測し、成形荷重（または押し込み量）が計測値となったときに第１ステップから第２ステップへ切り替えればよい。

第２実施例の歯車成形法では、上下の第２パンチ６８，７２の両方を後退させているため、材料の流れが内歯車８２の軸方向の両側で均一化する。また、第２実施例の歯車成形法では、上下の第２パンチ６８，７２の後退を片方ずつ行うため、材料が上下の捨て肉部７６７，７６８へ過度に流入することが抑制される。これによって、歯部７４４ａへの材料の充填不足を防止することができ、製品３２の歯部７６９の欠肉を防止することができる。

なお、第２実施例の歯車成形法では、第１ステップで第１上パンチ６６を除圧状態とし、第２ステップで第２下パンチ７２を除圧状態としたが、第１ステップで第２下パンチ７２を除圧状態とし、第２ステップで第２上パンチ６８を除圧状態としてもよい。

第３実施例の歯車成形方法を図に基づいて説明する。本実施例では、図９に示す素材２６を、鍛造することにより図１０に示す製品（外歯車）３２に成形する。図９に示すように、素材２６は円柱状の本体部２６０と、本体の上下に形成された上下ボス部２７１，２７２を有する。上下ボス部２７１，２７２は、本体部２６０より小径の円柱状に形成されている。

本体部２６０は、その外周面に歯部２６９（図１０参照）が形成される。本体部２６０の外径は、成形される外歯車３２の外径よりも小さくされている。本体部２６０の軸方向の厚みは、成形される外歯車３２の軸方向の厚みより厚くされている。本実施例では、上下ボス部２７１，２７２は、製品の形状の一部として利用される。また、成形加工中においては、上下ボス部２７１，２７２は、素材２６の中心が成形装置内でぶれない為の芯出しの機能を果たす。なお、最終製品において上下ボス部が製品の形状の一部として利用されない場合には、上下ボス部を有する素材を加工する代わりに、上ボス部２７１の位置から下ボス部２７２の位置にかけて貫通孔が形成された素材を使用してもよい。この場合、貫通孔に位置決めピンを挿入することで、成形装置に対して素材を位置決めするようにしてもよい。

外歯車３２は、平歯車であり、その外周面に歯部２６９が形成された本体部２６０を有している。本体部２６０の上部と下部には、上捨て肉部（上捨てボス部）２６７と下捨て肉部（下捨てボス部）２６８が形成されている。上捨て肉部２６７と下捨て肉部２６８の上部と下部には、上ボス部２７１と下ボス部２７２がそれぞれ形成されている。

外歯車３２を成形するための成形装置１０について説明する。図１１、図１２に示すように、成形装置１０は、第１実施例と同様に、下型１４及び上型１２を備える。以下、成形装置１０について、第１実施例の成形装置１０との差異点を中心に説明する。

成形装置１０は、上型１２と下型１４の間に、上下のパンチ（１６、１８、２０、２２）、成形金型（ダイス）２４、上下の油圧機構２７、２８、スプリング機構２９を備えている。ここで、本実施例のダイス２４は、実施例１のマンドレル７４に相当する。ダイス２４の内周面（成形面）２４３には、外歯車３２の歯形に応じた歯部２４３ａが形成されている。下型１４とダイス２４の間には、スプリング機構２９が配置されている。ダイス２４の上面２４１には、上パンチ１６、１８が配されている。上パンチ１６，１８の上面１６１は、上型１２の下面１２２に固定されている。スプリング機構２９はダイス２４を、上型１２に向かって付勢している。下パンチ２０、２２の下面２０２は、下型１４の上面１４１に固定されている。下パンチ２０，２２の外周面には、歯部２０４ａが形成されている。歯部２０４ａは、ダイス２４の歯部２４３ａと歯合している。

成形装置１０内に素材２６がセットされると、ダイス２４の内周面２４３と素材２６の外周面２６６との間にはわずかなクリアランスが形成される。素材２６の上面は上パンチの下面１６２、１８２に当接し、素材２６の下面は下パンチ２０、２２の上面２０１，２２１に当接する。

下パンチ２０、２２は、第１下パンチ２０と、第１下パンチ２０の内側に配置された第２下パンチ２２に分割されている。第４実施例における、第１下パンチ２０と第２下パンチ２２との関係は、第１実施例の第１下パンチ７０と第２下パンチ７２との関係に対して、内側と外側が逆になっている。第１下パンチ２０は、第２下パンチ２２に対して上下移動可能となっている。第２下パンチ２２と下型１４との間には、下油圧機構２８が配置されている。

上パンチ１６，１８は、第１上パンチ１６と、第１上パンチ１６の内側に配置された第２上パンチ１８に分割されている。第３実施例における、第１上パンチ１６と第２上パンチ１８との関係は、第１実施例の第１上パンチ６６と第２上パンチ６８との関係に対して、内側と外側が逆になっている。第１上パンチ１６は、第２上パンチ１８に対して上下移動可能となっている。第２上パンチ１８と上型１２の間には、上油圧機構２７が配置されている。

図１７に示すように、第３実施例の歯車成形法でも、第１工程と第２工程を実行する。図１３に示すように、第１工程では、第１および第２の上パンチ１６，１８で加圧する。素材２６は上下に押し潰され、素材２６の外周部は外側に押し広げられ、ダイス２４の歯部２４３ａへ徐々に充填される。

次いで、第２工程の第１ステップでは、上下の第２パンチ１８，２２の内、第１工程で材料の充填が不足した側である第２上パンチ１８のみを後退させる（図１４に示す状態）。第２工程の第２ステップでは、上下の第２パンチ１８，２２の両方を後退させる（図１５に示す状態）。歯部２４３ａへの材料の充填が完了すると、第２工程を終了する。

第３実施例の歯車成形法でも、第１実施例と同様に、上下の第２パンチ１８、２２の後退により、上下の捨て肉部２６７，２６８が形成され、材料の流れが製品３２の軸方向の両側で均一化する。このため、製品３２の歯部２６９の欠肉を防止することができる。また、ダイス２４の歯部２４３ａの上下の内、第１工程で材料の充填が不足した側について、第２工程の第１ステップで材料の充填が高められる。このため、歯部２４３ａの上下方向の材料の充填が均一化し、外歯車３２の歯部２６９の欠肉を防止することができる。

第４実施例の歯車成形法は、第２実施例と同一のフローにより外歯車３２を成形する。第４実施例の歯車成形法では、図１８に示すように、まず、第３実施例と同様の第１工程を実行する。次いで、第２工程の第１ステップで、上下の第２パンチ１８、２２の内、第２上パンチ１８のみを第１上パンチ１６に対して後退させる（図１４に示す状態）。第２工程の第２ステップでは、上下の第２パンチ１８，２２の内、第２下パンチ２２のみを第１下パンチ２０に対して後退させる（図１６に示す状態）。

第４実施例の歯車の成形法でも、第２実施例と同様の効果を得ることができる。すなわち、上下の第２パンチ１８，２２の両方を後退させているため、材料の流れが内歯車３２の軸方向の両側で均一化する。また、上下の捨て肉部２６７，２６８への材料の流入を片方ずつ行うため、過度に捨て肉部２６７，２６８に材料が流入し、歯部２４３ａへの材料の充填が不足することを防止できる。これにより、外歯車３２の歯部２６９の欠肉を防止することができる。

上記の実施例では、素材７６、２６の上下の面（上下パンチによって押圧される面）が平坦である場合について説明した。従って、上記の実施例では素材７６、２６を成形装置５０，１０にセットした状態で、上下の第１パンチの素材側の面６６２、７０１、１８２、２２１は、対応する上下の第２パンチの素材側の面６８２、７２１、１６２、２０１と上下方向で互いに同位置にあった。しかし、第１工程の開始時に、上下の第１パンチの素材側の面６６２、７０１、１８２、２２１と、対応する上下の第２パンチの素材側の面６８２、７２１、１６２、２０１とはオフセットしていてもよい。例えば、素材２６、７６の上下の面に凹凸がある場合に、その凹凸に対応してパンチを当接させる為にオフセットされていてもよい。また、例えば、上記の実施例の成形方法を実施する前段階として、他の成形方法を実施し、当該他の成形方法で成形された材料を素材として連続的に上記の実施例の成形方法を実施する場合があり得る。このような場合に、当該他の成形方法の終了時の状態に応じて第１、第２パンチの素材側の面がオフセットしていてもよい。

また、上記の実施例の成形方法では、形成される捨て肉部２６７、２６８、７６７、７６８は周囲の材料よりも凸である形状に限られない。第２パンチが第１パンチよりも突出している状態から第１工程を開始した場合には、第２工程終了時において、第２パンチが第１パンチよりも突出している場合があり得る。このような場合に、形成される捨て肉部２６７、２６８、７６７、７６８が周囲の材料よりも凹となっていてもよい。

なお、第１、２実施例では、下パンチが歯部を有さず、成形金型（マンドレル）７４の歯部７４４ａと歯合していない成形装置を用いて歯車を成形する場合について説明した。しかし、第１、２実施例では、パンチが歯部を有し、成形金型（マンドレル）７４の歯部７４４ａと歯合している成形装置を用いて成形してもよい。また、第３、４実施例では、下パンチが歯部２０４ａを有し、成形金型（ダイス）２４の歯部２４４ａと歯合している成形装置を用いて歯車を成形する場合を説明した。しかし、第３、４実施例では、下パンチが歯部を有さず、成形金型（ダイス）２４の歯部２４４ａと歯合していない成形装置用いて成形してもよい。

上記の実施例では、平歯車を成形する場合について説明したが、本明細書に記載の技術は、はす歯歯車を成形する場合にも適用することができる。なお、はす歯を成形する場合であって、下パンチの歯部と成形金型（ダイス、マンドレル）の歯部とが歯合している成形装置を用いる場合は、上型１２の下降に応じて、成形金型と下パンチとが、歯スジのねじれに対応して互いに相対回転するように構成される。例えば、成形金型と下パンチの少なくともいずれか一方が、下型に対してスラスト軸受け等により回転可能に支持されていればよい。

上記の実施例では、歯車の歯部７６９、２６９は、スプラインやセレーション加工、ローレット加工等の、内周面又は外周面に成形された凹凸部であってもよい。

なお、上記の実施例の歯車成形法では、第２工程で除圧状態とする際の圧力の設定値は、上下の油圧装置２７，２８で異なる値としてもよい。例えば、第１工程において成形金型の歯部への材料の充填が上下で相違する場合には、材料の充填量が少ない方の油圧装置の設定値を、他方の油圧装置の設定値よりも小さな値としてもよい。これにより、歯部のうち材料の流動性の悪い側への材料の充填がより促進される。その結果、歯部への材料の充填量が上下で均一化し、歯部の欠肉を防止することができる。

上記の実施例では、リリーフ弁はサーボ弁であってもよい。また、各油圧装置を閉塞状態から除圧状態に変化させる際、圧力設定値を徐々に減少させてもよい。これにより、第２上パンチ１８、６８、又は第２下パンチ２２、７２が急激に後退し、捨て肉部に材料が急激に流れ込むことが防止される。その結果、成形金型の歯部２４４ａ、７４４ａに充填される材料が不足し、成形後の歯車に欠肉が生じることを避けることができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２６ 素材（外歯車）
３２ 製品（外歯車）
２６９ 製品の歯形
２４ 成形金型（ダイス）
２４３ 成形面
２４３ａ 製品の歯形に対応した凹凸
１６ 第１上パンチ
１８ 第２上パンチ
２０ 第１下パンチ
２２ 第２下パンチ
７６ 素材（内歯車）
８２ 製品（内歯車）
６６ 第１上パンチ
６８ 第２上パンチ
７０ 第１下パンチ
７２ 第２下パンチ
７４ 成形金型（マンドレル）
７４４ 成形面
７４４ａ 製品の歯形に対応した凹凸
８０ 有孔ダイス

Claims (5)

1. 内周面又は外周面に製品の歯形に対応した凹凸が形成された成形面を有する成形金型と、成形金型に対して成形金型の成形面側に位置し、素材を下方から支える下パンチと、成形金型の上面に当接した状態で成形金型と共に下方に移動して素材を上方から加圧する上パンチによって、素材の外周面又は内周面に歯形を成形する歯車の成形方法であり、
   上パンチは、成形金型側に位置する第１上パンチと、第１上パンチに対して成形金型の反対側に位置すると共に第１上パンチに対して上下方向にスライド可能とされている第２上パンチを有しており、
   下パンチは、成形金型側に位置する第１下パンチと、第１下パンチに対して成形金型の反対側に位置すると共に第１下パンチに対して上下方向にスライド可能とされている第２下パンチを有しており、
   その成形方法は、
   第１上パンチと第２上パンチは上下方向に互いに相対位置を保つと共に、第１下パンチと第２下パンチは上下方向に互いに相対位置を保ちながら、上パンチで素材を下パンチに向かって押圧する第１工程と、
   第１工程後に、第１上パンチが素材を第１下パンチに向かって押し込みつつ、第１上パンチに対して第２上パンチを後退させると共に、第１下パンチに対して第２下パンチを後退させる第２工程と、を備え、
   第２工程は、
   第２上パンチと第２下パンチのいずれか一方のみを、その対応する第１上パンチまたは第１下パンチから後退させる第１ステップと、
   第１ステップ後に、第２上パンチと第２下パンチのうち、少なくとも、第１ステップで後退させなかった方を、その対応する第１上パンチ及び第１下パンチに対して後退させる第２ステップと、を有している、
   歯車の成形方法。
2. 第２ステップは、第１ステップ後に、第２上パンチと第２下パンチの両方を、その対応する第１上パンチ及び第１下パンチに対して後退させる工程である、
   請求項１に記載の歯車の成形方法。
3. 第２ステップは、第１ステップ後に、第２上パンチと第２下パンチのうち、第１ステップで後退させなかった方のみを、その対応する第１上パンチ及び第１下パンチに対して後退させる工程である、
   請求項１に記載の歯車の成形方法。
4. 製品は内歯車であり、
   成形金型はその外周面に製品の歯形に対応した凹凸が形成された成形面を有するマンドレルである、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の歯車の成形方法。
5. 製品は外歯車であり、
   成形金型はその内周面に製品の歯形に対応した凹凸が形成された成形面を有するダイスである、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の歯車の成形方法。

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