JP7099253B2

JP7099253B2 - 歯車の鍛造成形方法及び鍛造成形装置

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Publication number: JP7099253B2
Application number: JP2018205721A
Authority: JP
Inventors: 敏孝鈴木; 剛之木村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2022-07-12
Anticipated expiration: 2038-10-31
Also published as: CN111112541A; US20200130046A1; EP3650137A1; EP3650137B1; CN111112541B; US11305334B2; JP2020069514A

Description

本開示は、歯車の鍛造成形方法及び鍛造成形装置に関し、例えば、第１のパンチにより、歯形ダイスの一方側から素材を当該歯形ダイスの貫通孔に押し込み、外歯が成形された歯車を歯形ダイスの他方側から排出する歯車の鍛造成形方法及び鍛造成形装置に関する。

一般的な歯車の鍛造成形では、パンチにより、素材を歯形ダイスの貫通孔に押し込んで当該素材に外歯を成形している。例えば、特許文献１のヘリカルギヤの製造方法は、ヘリカル歯成形ダイスと予備成形ダイスとを積層し、先ず予備成形ダイスの内部に素材を押し込んで当該素材に予備歯形を成形した後に、ヘリカル歯成形ダイスの内部に素材を押し込んで当該素材にヘリカル歯形を成形している。これにより、特許文献１のヘリカルギヤの製造方法は、歯車の先端部の未充填部の発生を抑制している。

特開２０１６－９７４３０号公報

本出願人は、以下の課題を見出した。一般的な歯車の鍛造成形では、特許文献１のヘリカルギヤの製造方法のように、素材を歯形成形用のダイスに押し込んで当該素材に外歯を成形するため、素材の外歯における当該素材の押し込み方向と逆側の面の縁部にバリが発生する課題を有する。

本開示は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、素材の外歯における当該素材の押し込み方向と逆側の面の縁部でのバリの発生を抑制可能な歯車の鍛造成形方法及び鍛造成形装置を実現する。

本開示の一態様に係る歯車の鍛造成形方法は、第１のパンチにより、歯形ダイスの一方側から素材を当該歯形ダイスの貫通孔に押し込み、外歯が形成された歯車を前記歯形ダイスの他方側から排出する歯車の鍛造成形方法であって、
前記歯形ダイスの貫通孔の一方側の端部の外径寸法よりも小さい内径寸法の貫通孔を有するガイドダイスを前記歯形ダイスの一方側に配置し、前記ガイドダイスの内周面に形成された歯形溝部と前記歯形ダイスの内周面に形成された歯形溝部とを連続させる工程と、
前記素材を前記ガイドダイスの貫通孔に押し込む工程と、
前記素材の次に第２のパンチを前記ガイドダイスの貫通孔に押し込んで、前記第２のパンチの外周部に形成された歯押さえ部を前記ガイドダイスの歯形溝部に挿入して前記第２のパンチを前記ガイドダイスの歯形溝部に沿って移動させ、前記素材と前記第２のパンチとをこの順で積層する工程と、
前記素材と前記第２のパンチとを積層した状態で押し込んで前記歯形ダイスの歯形溝部を通過させる工程と、
を備え、
前記第２のパンチの歯押さえ部は、前記素材が前記歯形ダイスの歯形溝部を通過する際に当該素材の前記第１のパンチの側の面の外歯が形成される領域の少なくとも縁部を覆う。
これにより、素材に外歯を成形する際に、第２のパンチの歯押さえ部で素材の第１のパンチの側の面における外歯が形成される領域の少なくとも縁部（即ち、素材の外歯における当該素材の押し込み方向と逆側の面の縁部）を押圧することができる。そのため、素材の第１のパンチの側の面からバリが発生しようとしても、バリが成長する隙間が第２のパンチと歯形ダイスの歯形溝部との間で殆ど無く、バリの発生を抑制することができる。

上述の歯車の鍛造成形方法において、前記素材が前記歯形ダイスの歯形溝部を通過する際の当該素材の余肉は、前記第２のパンチが前記歯形ダイスの歯形溝部を通過する際に、前記第２のパンチの歯元で前記素材から削ぎ落とし、前記第２のパンチの外周面に前記歯車の歯底円に対して窪むように形成された収容部に収容することが好ましい。
これにより、第２のパンチの外周部への素材の余肉の付着を抑制することができる。

上述の歯車の鍛造成形方法において、前記素材が前記歯形ダイスの歯形溝部を通過する際の当該素材の余肉は、前記第２のパンチが前記歯形ダイスの歯形溝部を通過する際に、前記第２のパンチにおける前記素材の側の面に当該第２のパンチの周方向に連続するように形成され、前記歯車の歯底円直径よりも小さい内径寸法を有し、且つ前記歯車の歯底円直径よりも大きい外径寸法を有する凹状の収容部に収容することが好ましい。
これにより、第２のパンチの外周部への素材の余肉の付着を抑制することができる。

本開示の一態様に係る歯車の鍛造成形装置は、第１のパンチにより、歯形ダイスの一方側から第１の素材を当該歯形ダイスの貫通孔に押し込み、外歯が形成された歯車を前記歯形ダイスの他方側から排出する歯車の鍛造成形装置であって、
前記第１の素材と積層される第２のパンチと、
前記歯形ダイスの一方側に配置され、前記第１の素材と前記第２のパンチとがこの順で挿入されるガイドダイスと、
を備え、
前記ガイドダイスは、前記歯形ダイスの貫通孔の一方側の端部の外径寸法よりも小さい内径寸法の貫通孔を有し、
前記ガイドダイスの内周面には、歯形溝部が形成されており、前記歯形溝部は、前記ガイドダイスが前記歯形ダイスの一方側に配置された状態で当該歯形ダイスに形成された歯形溝部と連続し、
前記第１のパンチは、前記第１の素材と前記第２のパンチとが積層された状態で前記歯形ダイスの歯形溝部を通過するように、前記第１の素材と前記第２のパンチとを押し込み、
前記第２のパンチは、前記第１の素材における前記第１のパンチの側の面の外歯が形成される領域の少なくとも縁部を押さえる歯押さえ部を有し、前記歯押さえ部は、前記ガイドダイスの歯形溝部及び前記歯形ダイスの歯形溝部に挿入される。
これにより、素材に外歯を成形する際に、第２のパンチの歯押さえ部で素材の第１のパンチの側の面における外歯が形成される領域の少なくとも縁部を押圧することができる。そのため、素材の第１のパンチの側の面からバリが発生しようとしても、バリが成長する隙間が第２のパンチと歯形ダイスの歯形溝部との間で殆ど無く、バリの発生を抑制することができる。

上述の歯車の鍛造成形装置において、前記第２のパンチは、
前記歯車の断面形状と等しい断面形状を有する第１のプレート部材と、
前記歯車の断面形状と等しい断面形状を有し、前記第２のパンチの厚さ方向で間隔を開けて配置される第２のプレート部材と、
前記歯形ダイスの貫通孔を通過可能であって、前記第１のプレート部材と前記第２のプレート部材との間に配置される筒状部材と、
を備え、
前記筒状部材は、前記歯車の歯底円に対して窪み、且つ前記第１の素材から削ぎ落とされた余肉を収容する収容部を有することが好ましい。
これにより、第２のパンチの外周部への素材の余肉の付着を抑制することができる。

上述の歯車の鍛造成形装置において、前記第２のパンチにおける前記第１の素材の側の面には、前記第１の素材の端面に予め設定された製品形状を転写する転写部が形成されていることが好ましい。
これにより、歯車を成形した後の当該歯車の後加工の工程数を減少させることができ、その結果、歯車の生産性を向上させることができる。

上述の歯車の鍛造成形装置は、前記第１の素材と前記第２のパンチと第２の素材とがこの順で前記ガイドダイスの貫通孔に挿入される連続鍛造成形装置であり、
前記第２のパンチにおける前記第２の素材の側の面には、前記第２の素材の端面に予め設定された製品形状を転写する転写部が形成されていることが好ましい。
これにより、歯車を成形した後の当該歯車の後加工の工程数を減少させることができ、その結果、歯車の生産性を向上させることができる。

上述の歯車の鍛造成形装置において、前記第２のパンチは、前記第１の素材と対向する側の面に前記第２のパンチの周方向に連続し、前記第１の素材の余肉を収容する凹状の収容部を備え、
前記収容部の内径寸法は、前記歯車の歯底円直径よりも小さく、前記収容部の外径寸法は、前記歯車の歯底円直径よりも大きいことが好ましい。
これにより、第２のパンチの外周部への素材の余肉の付着を抑制することができる。

本開示によれば、素材の外歯における当該素材の押し込み方向と逆側の面の縁部でのバリの発生を抑制可能な歯車の鍛造成形方法及び鍛造成形装置を実現できる。

実施の形態１の歯車の鍛造成形装置の基本構成を模式的に示す部分断面図である。実施の形態１の歯車の鍛造成形装置の一部を模式的に示す部分断面図である。図２のIII部分を示す拡大図である。実施の形態１の歯車の鍛造成形装置のガイドダイスを模式的に示す斜視図である。第２のパンチを模式的に示す斜視図である。ガイドダイスの貫通孔及び歯形ダイスの貫通孔で第２のパンチが素材と積層された状態を模式的に示す断面図である。第２のパンチを素材と積層した状態を模式的に示す斜視図である。図７のVIII部分の一部透視図である。第２のパンチを素材と積層させた状態を模式的に示す一部透視図である。第２のパンチを模式的に示す分解図である。第２のパンチを用いることなく成形した斜歯歯車を示す図である。実施の形態２の第２のパンチを用いて成形した斜歯歯車を示す図である。実施の形態３の第２のパンチを模式的に示す斜視図である。実施の形態３の第２のパンチを模式的に示す異なる斜視図である。実施の形態３の第２のパンチが素材と積層された状態を模式的に示す断面図である。実施の形態４の第２のパンチを模式的に示す斜視図である。実施の形態４の第２のパンチを模式的に示す異なる斜視図である。

以下、本開示を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本開示が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

＜実施の形態１＞
先ず、本実施の形態の歯車の鍛造成形装置の基本構成を説明する。図１は、本実施の形態の歯車の鍛造成形装置の基本構成を模式的に示す部分断面図である。図２は、本実施の形態の歯車の鍛造成形装置の一部を模式的に示す部分断面図である。図３は、図２のIII部分を示す拡大図である。図４は、本実施の形態の歯車の鍛造成形装置のガイドダイスを模式的に示す斜視図である。ここで、以下の説明では、説明を明確にするために、三次元（ＸＹＺ）座標系を用いて説明する。

本実施の形態の歯車の鍛造成形装置１は、図１に示すように、斜歯歯車Ｇを連続鍛造成形する構成とされている。鍛造成形装置１は、圧力板１１、歯形ダイス１２、ガイドダイス１３、第１のパンチ１４、マンドレル１５及び排出用部材１６を備えている。

圧力板１１は、外歯が成形された斜歯歯車Ｇが通過可能な貫通孔を備えている。歯形ダイス１２は、円筒状の素材Ｍの外周面に予め設定された形状（即ち、製品形状）の外歯を本成形する。

歯形ダイス１２は、図１及び図２に示すように、素材Ｍが挿入される貫通孔を備えており、圧力板１１の貫通孔と歯形ダイス１２の貫通孔とがＺ軸方向で連続するように、圧力板１１のＺ軸＋側に配置されている。そして、歯形ダイス１２の貫通孔の内周面には、予め設定された形状の外歯が素材Ｍの外周面に転写されるように、螺旋状の歯形溝部１２ａが形成されている。

このとき、図３に示すように、歯形ダイス１２の貫通孔のＺ軸＋側の部分が外歯の成形空間Ａ１とされており、成形空間Ａ１の内径部分（小径部分）は、Ｚ軸－側に向かうに従って歯形ダイス１２の径方向内側に絞られたテーパー状に形成されている。

これにより、歯形ダイス１２の成形空間Ａ１を通過した素材Ｍの外周面には、予め設定された形状の外歯が本成形される。なお、図３では、歯形ダイス１２の歯形溝部１２ａ及び後述のガイドダイス１３の歯形溝部１３ａの形状が明確になるように、第１のパンチ１４及びマンドレル１５を省略して示している。

ガイドダイス１３は、素材Ｍの外周面に予め設定された形状の外歯の歯先を予備成形する。ガイドダイス１３は、図１及び図２に示すように、素材Ｍが挿入される貫通孔を備えており、歯形ダイス１２の貫通孔とガイドダイス１３の貫通孔とがＺ軸方向で連続するように、歯形ダイス１２のＺ軸＋側に配置されている。

ガイドダイス１３の貫通孔の内周面には、予め設定された形状の外歯の歯先が素材Ｍの外周面に転写されるように、図４に示すように、螺旋状の歯形溝部１３ａが形成されており、歯形ダイス１２の歯形溝部１２ａとガイドダイス１３の歯形溝部１３ａとが連続している。

このとき、詳細な機能は後述するが、ガイドダイス１３の貫通孔の内径寸法（小径寸法）Ｄ１は、図３に示すように、歯形ダイス１２の成形空間Ａ１のＺ軸＋側の外径寸法（大径寸法）Ｄ２よりも小さく、且つ、ガイドダイス１３の貫通孔の外径寸法（大径寸法）Ｄ３は、歯形ダイス１２の成形空間Ａ１のＺ軸＋側の外径寸法Ｄ２と略等しい。

このような圧力板１１、歯形ダイス１２及びガイドダイス１３は、ダイスケース１７に保持されている。第１のパンチ１４は、Ｚ軸方向に駆動可能であり、素材ＭをＺ軸－方向に押し込む。

詳細には、第１のパンチ１４は、後述のマンドレル１５の外径寸法よりも大きい内径寸法を有する円筒形状を基本形態としており、図２に示すように、第１のパンチ１４の外周面にガイドダイス１３の歯形溝部１３ａと噛合されるネジ部１４ａが形成されている。そして、ガイドダイス１３の歯形溝部１３ａと第１のパンチ１４のネジ部１４ａとが噛み合わされた状態で、第１のパンチ１４が回転することで、第１のパンチ１４はＺ軸方向に駆動する。

ここで、図１及び図２では、第１のパンチ１４の動作を明確にするために、第１のパンチ１４の中心軸を境に当該第１のパンチ１４の２つの状態を示している。つまり、図１及び図２では、中心軸に対してＹ軸－側に第１のパンチ１４がガイドダイス１３の貫通孔から抜去された状態を示し、中心軸に対してＹ軸＋側に第１のパンチ１４がガイドダイス１３の貫通孔に挿入された状態を示している。しかし、第１のパンチ１４は、このように分割されるものではなく、一体でＺ軸方向に駆動される。

マンドレル１５は、斜歯歯車Ｇの内径寸法と略等しい外径寸法を有する円柱部材であり、図１に示すように、圧力板１１、歯形ダイス１２及びガイドダイス１３の貫通孔に通された状態で、圧力板１１のＺ軸－側の端部から突出している。このようなマンドレル１５は、素材Ｍが外嵌された状態で当該素材ＭのＺ軸方向の移動を案内する。このとき、歯形ダイス１２の貫通孔の中心軸と、ガイドダイス１３の貫通孔の中心軸と、マンドレル１５の中心軸と、は略重なる。

排出用部材１６は、マンドレル１５に対してＺ軸－側に配置されている。排出用部材１６は、Ｙ軸方向に駆動可能であり、第１のパンチ１４で素材Ｍを押し込む際に排出用部材１６がＹ軸＋側に配置されてマンドレル１５をＺ軸－側から支持する。

一方、斜歯歯車Ｇを排出する際に排出用部材１６がＹ軸－側に配置され、当該排出用部材１６に形成された排出部１６ａがマンドレル１５のＺ軸－側に配置される。そして、圧力板１１の貫通孔から排出された斜歯歯車Ｇは、排出部１６ａを通過して、排出用部材１６に設けられた傾斜板１６ｂを滑落して、鍛造成形装置１の排出口１８から外部に排出される。

このような鍛造成形装置１を用いて斜歯歯車Ｇを成形する場合、一般的な鍛造成形装置と同様に、第１のパンチ１４で素材ＭをＺ軸－側に押し込むため、素材Ｍに成形される外歯のＺ軸＋側の面の縁部にバリが発生する可能性がある。

そこで、本実施の形態の鍛造成形装置１は、第２のパンチ２０を備えている。図５は、第２のパンチを模式的に示す斜視図である。図６は、ガイドダイスの貫通孔及び歯形ダイスの貫通孔で第２のパンチが素材と積層された状態を模式的に示す断面図である。

第２のパンチ２０は、図５に示すように、素材Ｍが歯形ダイス１２の歯形溝部１２ａを通過する際に当該素材ＭのＺ軸＋側の面における外歯が形成される領域の少なくとも縁部を覆う歯押さえ部２０ａを備えている。

例えば、第２のパンチ２０は、斜歯歯車Ｇの軸方向と直交する当該斜歯歯車Ｇの断面形状と略等しい歯車状のプレート部材であり、詳細は後述するが、第２のパンチ２０の歯部が歯押さえ部２０ａとして構成されている。

このような第２のパンチ２０は、図６に示すように、素材ＭをＺ軸＋側から覆うように、ガイドダイス１３の貫通孔に挿入される。詳細には、第２のパンチ２０の歯押さえ部２０ａは、ガイドダイス１３の歯形溝部１３ａ及び歯形ダイス１２の歯形溝部１２ａに挿入（噛合）可能である。

そのため、第２のパンチ２０の歯押さえ部２０ａがガイドダイス１３の歯形溝部１３ａ又は歯形ダイス１２の歯形溝部１２ａに噛み合わされた状態で、第２のパンチ２０が回転すると、第２のパンチ２０がガイドダイス１３の歯形溝部１３ａ及び歯形ダイス１２の歯形溝部１２ａに沿って移動する。

このとき、ガイドダイス１３の歯形溝部１３ａと歯形ダイス１２の歯形溝部１２ａとは略連続しているので、第２のパンチ２０が回転しつつＺ軸－側に移動すると、素材Ｍに形成される外歯と第２のパンチ２０の歯押さえ部２０ａとの位相が略一致した状態で、第２のパンチ２０で素材ＭのＺ軸＋側の面を覆うことになる。

次に、本実施の形態の歯車の鍛造成形方法の流れを説明する。図７は、第２のパンチを素材と積層した状態を模式的に示す斜視図である。図８は、図７のVIII部分の一部透視図である。

先ず、第１のパンチ１４をＺ軸－側に移動させて素材（第１の素材）Ｍ１をガイドダイス１３の貫通孔に挿入しつつ、素材Ｍ１の貫通孔にマンドレル１５を通す。詳細には、第１のパンチ１４を回転させてＺ軸－側に移動させて当該第１のパンチ１４で素材Ｍ１を押し込みつつ、第１のパンチ１４の貫通孔にマンドレル１５を通すことで、素材Ｍ１をガイドダイス１３の貫通孔に押し込みつつ、素材Ｍ１の貫通孔にマンドレル１５を通す。

これにより、素材Ｍ１はガイドダイス１３の歯形溝部１３ａに倣って回転しつつＺ軸－側に移動し、素材Ｍ１の外周面に予め設定された形状の外歯の歯先が予備成形される。

さらに、第１のパンチ１４を回転させつつＺ軸－側に移動させることで、素材Ｍ１をＺ軸－側に押し込み、素材Ｍ１を歯形ダイス１２の貫通孔に挿入させ、図６に示すように、素材Ｍ１のＺ軸＋側の面を歯形ダイス１２のＺ軸＋側の面と略等しい高さに配置する。これにより、素材Ｍ１の一部が歯形ダイス１２の成形空間Ａ１を通過し、素材Ｍ１の外周面の一部に予め設定された形状の外歯が形成される。

一方、素材Ｍ１の残りの部分は、未だに歯形ダイス１２の成形空間Ａ１に配置されている。この状態で、一旦、第１のパンチ１４を回転させつつＺ軸＋側に移動させ、第１のパンチ１４をガイドダイス１３の貫通孔から抜去する。

次に、図６に示すように、第２のパンチ２０と新たな素材（第２の素材）Ｍ２とをこの順でガイドダイス１３の貫通孔に挿入する。ここで、歯形ダイス１２の歯形溝部１２ａとガイドダイス１３の歯形溝部１３ａとは略連続し、ガイドダイス１３の貫通孔の内径寸法Ｄ１は、歯形ダイス１２の成形空間Ａ１のＺ軸＋側の外径寸法Ｄ２よりも小さく、且つ、ガイドダイス１３の貫通孔の外径寸法Ｄ３は、歯形ダイス１２の成形空間Ａ１のＺ軸＋側の外径寸法Ｄ２と略等しい。

そのため、第２のパンチ２０をガイドダイス１３の貫通孔に挿入した際に、第２のパンチ２０の歯押さえ部２０ａをガイドダイス１３の歯形溝部１３ａに噛み合わせることができる。そして、第２のパンチ２０の歯押さえ部２０ａをガイドダイス１３の歯形溝部１３ａに噛み合わせた状態で、第１のパンチ１４によって第２のパンチ２０及び新たな素材Ｍ２をＺ軸－側に押し込む。

これにより、第２のパンチ２０がガイドダイス１３の歯形溝部１３ａに倣って回転しつつＺ軸－側に移動すると共に、新たな素材Ｍ２もガイドダイス１３の歯形溝部１３ａに倣って回転しつつＺ軸－側に移動して、新たな素材Ｍ２の外周面に外歯の歯先が予備成形される。

このとき、図７及び図８に示すように、Ｚ軸＋側に向かって素材Ｍ１と第２のパンチ２０と新たな素材Ｍ２とはこの順で積層され、第２のパンチ２０のＺ軸－側の面に素材Ｍ１のＺ軸＋側の面が略面接触し、第２のパンチ２０のＺ軸＋側の面に新たな素材Ｍ２のＺ軸－側の面が略面接触する。なお、図７及び図８では、素材Ｍ１と第２のパンチ２０との配置関係を明確に示すために、新たな素材Ｍ２を簡略化して示している。また、図８では、新たな素材Ｍ２を透視して示している。

そして、第２のパンチ２０をガイドダイス１３の歯形溝部１３ａに沿って移動させることができるので、素材Ｍ１の外周面に形成された外歯の歯先と第２のパンチ２０の歯押さえ部２０ａとは略等しい位相で配置することができる。そのため、第２のパンチ２０の歯押さえ部２０ａで素材Ｍ１のＺ軸＋側の面における外歯が形成される領域を確実に覆うことができる。

次に、第１のパンチ１４を回転させつつＺ軸－側に移動させることで、素材Ｍ１と第２のパンチ２０と新たな素材Ｍ２とを積層した状態でＺ軸－側に押し込む。これにより、素材Ｍ１が歯形ダイス１２の歯形溝部１２ａに倣って回転しつつ当該素材Ｍ１の残りの部分が成形空間Ａ１を通過する。

それと共に、第２のパンチ２０の歯押さえ部２０ａが歯形ダイス１２の歯形溝部１２ａに挿入され、第２のパンチ２０が歯形ダイス１２の歯形溝部１２ａに倣って回転しつつ当該歯形ダイス１２の成形空間Ａ１を通過する。

このとき、第２のパンチ２０は素材Ｍ１と共に歯形ダイス１２の歯形溝部１２ａに倣って回転するので、第２のパンチ２０の歯押さえ部２０ａで素材Ｍ１のＺ軸＋側の面における外歯が形成される領域を覆った状態に維持することができる。つまり、素材Ｍ１の残りの部分が歯形ダイス１２の成形空間Ａ１を通過する際に、素材Ｍ１のＺ軸＋側の面における外歯が形成される領域をＺ軸＋側から第２のパンチ２０によって押圧することができる。

そのため、素材Ｍ１の余肉が当該素材Ｍ１に形成された外歯のＺ軸＋側の面の縁部から突出しようとしても、当該余肉が第２のパンチ２０によってＺ軸－側に押し込まれる。これにより、素材Ｍ１に形成された外歯のＺ軸＋側の面からのバリの発生を抑制することができる。

その後、第１のパンチ１４を回転させつつＺ軸－側に移動させることで、素材Ｍ１と第２のパンチ２０と新たな素材Ｍ２とを積層した状態でＺ軸－側に押し込み、新たな素材Ｍ２のＺ軸＋側の面と歯形ダイス１２のＺ軸＋側の面とを略等しい高さに配置する。

そして、上述の流れと同様に、第１のパンチ１４をガイドダイス１３の貫通孔から抜去し、新たな第２のパンチ及び素材をこの順でガイドダイス１３の挿入孔に挿入して第１のパンチ１４によって押し込む工程を繰り返すことで、連続的に斜歯歯車Ｇを成形する。

このように本実施の形態の歯車の鍛造成形方法及び鍛造成形装置１は、素材Ｍに成形された外歯のＺ軸＋側の面からのバリの発生を抑制することができる。つまり、素材Ｍに外歯を成形する際に、第２のパンチ２０の歯押さえ部２０ａで素材Ｍ１のＺ軸＋側の面における外歯が形成される領域の少なくとも縁部を押圧するので、素材ＭのＺ軸＋側の面からバリが発生しようとしても、バリが成長する隙間が第２のパンチ２０と歯形ダイス１２の歯形溝部１２ａとの間で殆ど無く、バリの発生を抑制することができる。

しかも、本実施の形態の歯車の鍛造成形方法及び鍛造成形装置１は、ガイドダイス１３を用いて素材Ｍに外歯の歯先を成形するので、当該外歯の歯先まで素材Ｍの充填性が高く、その結果、斜歯歯車Ｇの形状精度を向上させることができる。

また、本実施の形態の歯車の鍛造成形方法及び鍛造成形装置１は、第２のパンチ２０をガイドダイス１３の歯形溝部１３ａに倣って回転させつつＺ軸－側に移動させるので、第２のパンチ２０の歯押さえ部２０ａと素材Ｍに成形される外歯の歯先との位相を簡単に略一致させることができる。

ここで、ガイドダイス１３の貫通孔の内径寸法Ｄ１と、歯形ダイス１２の成形空間Ａ１のＺ軸＋側の外径寸法Ｄ２と、素材Ｍの外径寸法Ｄ４と、は以下の＜式１＞の関係が成り立つとよい。
＜式１＞Ｄ４＜Ｄ１＜Ｄ２

これにより、歯形ダイス１２の成形空間Ａ１のＺ軸＋側の外径寸法Ｄ２よりも小さい外径寸法Ｄ４を有する素材Ｍは、歯形ダイス１２の貫通孔に押し込まれる前に、歯形ダイス１２の成形空間Ａ１のＺ軸＋側の外径寸法Ｄ２よりも小さい内径寸法Ｄ１を有するガイドダイス１３の貫通孔によって、外径寸法がＤ２よりも小さい状態で拘束される。

その結果、素材Ｍは、歯形ダイス１２の成形空間Ａ１のＺ軸＋側の外径寸法Ｄ２まで広がることなく（即ち、据込まれることがなく）、歯形ダイス１２の貫通孔に押し込まれるため、鍛造成形時の成形荷重を低減することができる。その結果、歯形ダイス１２の型寿命を延ばすことができる。

このとき、ガイドダイス１３の貫通孔の内径寸法Ｄ１及び素材Ｍの外径寸法Ｄ４の上限値を定義するだけでなく、斜歯歯車Ｇのピッチ円直径Ｄ５を用いて、以下の＜式２＞の関係が成り立つように下限値も定義すればよい。
＜式２＞Ｄ５＜Ｄ４＜Ｄ１＜Ｄ２

＜実施の形態２＞
実施の形態１の第２のパンチ２０を用いて斜歯歯車Ｇを成形する場合、素材Ｍが歯形ダイス１２の成形空間Ａ１を通過する際の当該素材Ｍの余肉が第２のパンチ２０と歯形ダイス１２の歯形溝部１２ａとの隙間に流動し、第２のパンチ２０の外周部に付着する可能性がある。

そこで、本実施の形態の第２のパンチは、素材Ｍが歯形ダイス１２の歯形溝部１２ａを通過する際に当該素材Ｍから破断した余肉を収容可能な構成とされている。図９は、第２のパンチを素材と積層させた状態を模式的に示す一部透視図である。図１０は、第２のパンチを模式的に示す分解図である。なお、図９の一部の素材Ｍは、当該素材Ｍを簡略化して示しつつ透視した状態で示している。

本実施の形態の第２のパンチ２１も、図９に示すように、素材Ｍが歯形ダイス１２の成形空間Ａ１を通過する際に、素材ＭのＺ軸＋側の面における外歯が形成される領域の少なくとも縁部を覆う。詳細には、第２のパンチ２１は、図１０に示すように、第１のプレート部材２２、第２のプレート部材２３及び筒状部材２４を備えている。

第１のプレート部材２２は、斜歯歯車Ｇの軸方向と直交する当該斜歯歯車Ｇの断面形状と略等しい形状の歯車状のプレート部材である。第２のプレート部材２３も、斜歯歯車Ｇの軸方向と直交する当該斜歯歯車Ｇの断面形状と略等しい形状の歯車状のプレート部材である。このような第１のプレート部材２２と第２のプレート部材２３とは、Ｚ軸方向（即ち、第２のパンチ２１の厚さ方向）に間隔を開けて配置されている。

このとき、第１のプレート部材２２の歯部２２ａ及び第２のプレート部材２３の歯部２３ａを歯形ダイス１２の歯形溝部１２ａ及びガイドダイス１３の歯形溝部１３ａと噛み合わせることができるように、第１のプレート部材２２の歯部２２ａと第２のプレート部材２３の歯部２３ａとの位相がずれた状態で、第１のプレート部材２２と第２のプレート部材２３とが配置される。

筒状部材２４は、歯形ダイス１２の歯形溝部１２ａを通過可能な形状であって、第１のプレート部材２２と第２のプレート部材２３との間に配置される。そして、筒状部材２４は、図９に示すように、斜歯歯車Ｇの歯底円に対して窪み、素材Ｍから破断した余肉（バリ）を収容する収容部２４ａを備えている。

例えば、筒状部材２４は、斜歯歯車Ｇの歯底円直径よりも小さい外径寸法を有する円筒部材で構成されており、斜歯歯車Ｇの歯底円直径よりも筒状部材２４の径方向内側の部分が収容部２４ａとされている。

このような第２のパンチ２１も、図９に示すように、素材Ｍと積層されるように配置される。このとき、第１のプレート部材２２の歯部２２ａが第２のパンチ２１に対してＺ軸－側に配置される素材ＭのＺ軸＋側の面における外歯が形成される領域に略面接触する。そして、第２のプレート部材２３の歯部２３ａが第２のパンチ２１に対してＺ軸＋側に配置される素材ＭのＺ軸－側の面における外歯が形成される領域に略面接触する。

そして、第１のパンチ１４で素材Ｍ及び第２のパンチ２１を押し込んで、歯形ダイス１２の歯形溝部１２ａを通過させると、素材Ｍが歯形ダイス１２の成形空間Ａ１を通過する際に当該素材Ｍの余肉（即ち、素材Ｍにおける歯形ダイス１２の成形空間Ａ１で当該素材Ｍの径方向に張り出すデルタ部分ＭＤの材料）がＺ軸＋側に流動する。

このとき、素材Ｍの余肉は、第２のパンチ２１の第１のプレート部材２２と歯形ダイス１２の歯形溝部１２ａとの隙間に侵入しようとした際に、当該第１のプレート部材２２の歯元で素材Ｍから削ぎ落とされて破断し、その後、筒状部材２４の収容部２４ａに収容される。

このように本実施の形態の第２のパンチ２１を用いて素材Ｍに外歯を成形すると、素材Ｍの余肉を当該素材Ｍから破断させて、筒状部材２４の収容部２４ａに収容することができる。そのため、実施の形態１の第２のパンチ２０を用いて素材Ｍに外歯を成形する場合に比べて、第２のパンチ２１の外周部への素材Ｍの余肉の付着を抑制することができる。

図１１は、第２のパンチを用いることなく成形した斜歯歯車を示す図である。図１２は、本実施の形態の第２のパンチを用いて成形した斜歯歯車を示す図である。図１１に示すように、第２のパンチ２１を用いることなく成形した斜歯歯車ｇは、当該斜歯歯車ｇの端面から余肉Ｂが発生しているが、図１２に示すように、第２のパンチ２１を用いて成形した斜歯歯車Ｇは、当該斜歯歯車Ｇの端面から余肉Ｂが殆ど発生していない。

なお、本実施の形態の筒状部材２４は、第１のプレート部材２２と第２のプレート部材２３とを連結していないが、第１のプレート部材２２と第２のプレート部材２３とを連結する構成でもよい。

また、本実施の形態の筒状部材２４は、斜歯歯車Ｇの歯底円直径よりも小さい外径寸法を有する円筒部材で構成しているが、この限りでない。筒状部材２４は、歯形ダイス１２の歯形溝部１２ａを通過可能な形状であって、且つ筒状部材２４の少なくとも一部に斜歯歯車Ｇの歯底円に対して窪むように収容部２４ａが形成されていればよい。

＜実施の形態３＞
本実施の形態の第２のパンチは、素材Ｍが歯形ダイス１２の歯形溝部１２ａを通過する際に当該素材Ｍの余肉を収容する収容部を備えている。図１３は、本実施の形態の第２のパンチを模式的に示す斜視図である。図１４は、本実施の形態の第２のパンチを模式的に示す異なる斜視図である。図１５は、本実施の形態の第２のパンチが素材と積層された状態を模式的に示す断面図である。なお、図１５では、第２のパンチに対してＺ軸＋側に配置された素材を簡略化して示している。

本実施の形態の第２のパンチ３１は、図１３及び図１４に示すように、実施の形態１の第２のパンチ２０と略等しい形状とされているが、第２のパンチ３１のＺ軸－側の面に素材Ｍの余肉を収容する収容部３１ａを備えている。

詳細には、収容部３１ａは、図１４に示すように、第２のパンチ３１の周方向に連続する環状であり、Ｚ軸＋側に凹状に形成されている。そして、収容部３１ａの内径寸法（小径寸法）Ｄ６は、斜歯歯車Ｇの歯底円直径Ｄ７よりも小さく、収容部３１ａの外径寸法（大径寸法）Ｄ８は、斜歯歯車Ｇの歯底円直径Ｄ７よりも大きい。

ここで、第２のパンチ３１のＺ軸－側の面における収容部３１ａよりも当該第２のパンチ３１の径方向外側の形状は、素材ＭのＺ軸＋側の面における外歯が形成される領域の少なくとも縁部を覆うことができる形状であればよい。本実施の形態では、図１４に示すように、第２のパンチ３１の歯部３１ｂの縁部に沿うように歯押さえ部３１ｃを形成し、当該歯押さえ部３１ｃの内部を収容部３１ａと連続する空洞部としている。これにより、素材Ｍの余肉の収容容積を広くすることができる。

このような第２のパンチ３１も、図１５に示すように、素材Ｍと積層されるように配置される。このとき、第２のパンチ３１の歯押さえ部３１ｃは、第２のパンチ３１に対してＺ軸－側に配置される素材ＭのＺ軸＋側の面における外歯が形成される領域の縁部に接触する。

そして、第１のパンチ１４で素材Ｍ及び第２のパンチ２１を押し込んで、歯形ダイス１２の歯形溝部１２ａを通過させると、素材Ｍが歯形ダイス１２の成形空間Ａ１を通過する際に当該素材Ｍの余肉がＺ軸＋側に流動する。

このとき、収容部３１ａの内径寸法（小径寸法）Ｄ６が斜歯歯車Ｇの歯底円直径Ｄ７よりも小さく、収容部３１ａの外径寸法（大径寸法）Ｄ８が斜歯歯車Ｇの歯底円直径Ｄ７よりも大きくなるように、収容部３１ａは形成されているので、素材Ｍの余肉は、収容部３１ａに侵入しつつ、収容部３１ａの内部で素材Ｍの周方向に流動して当該収容部３１ａに収容される。

このように本実施の形態の第２のパンチ３１を用いて素材Ｍに外歯を成形すると、素材Ｍの余肉を第２のパンチ３１の収容部３１ａに収容することができる。そのため、実施の形態１の第２のパンチ２０を用いて素材Ｍに外歯を成形する場合に比べて、第２のパンチ３１の外周部への素材Ｍの余肉の付着を抑制することができる。

＜実施の形態４＞
本実施の形態の第２のパンチは、素材Ｍの端面に予め設定された製品形状を転写する転写部を備えている。図１６は、本実施の形態の第２のパンチを模式的に示す斜視図である。図１７は、本実施の形態の第２のパンチを模式的に示す異なる斜視図である。なお、本実施の形態の第２のパンチは、実施の形態２の第２のパンチ２１と略等しい構成とされているため、重複する説明は省略し、等しい部材には等しい符号を用いて説明する。

実施の形態２の第２のパンチ２１を素材Ｍの間に配置して当該素材Ｍに外歯を形成する場合、上述のように第１のプレート部材２２の歯部２２ａが第２のパンチ２１に対してＺ軸－側に配置される素材ＭのＺ軸＋側の面における外歯が形成される領域に略面接触し、第２のプレート部材２３の歯部２３ａが第２のパンチ２１に対してＺ軸＋側に配置される素材ＭのＺ軸－側の面における外歯が形成される領域に略面接触する。

そこで、本実施の形態の第２のパンチ４１は、図１６に示すように、第２のパンチ４１に対してＺ軸－側に配置される素材ＭのＺ軸＋側の面に予め設定された製品形状を転写する第１の転写部４１ａを第１のプレート部材２２のＺ軸－側の面に備えている。

また、第２のパンチ４１は、図１７に示すように、第２のパンチ４１に対してＺ軸＋側に配置される素材ＭのＺ軸－側の面に予め設定された製品形状を転写する第２の転写部４１ｂを第２のプレート部材２３のＺ軸＋側の面に備えている。

このような第２のパンチ４１を素材Ｍの間に配置して、第２のパンチ４１及び素材Ｍを押し込むと、素材ＭのＺ軸＋側の面及びＺ軸－側の面に予め設定された製品形状を簡単に転写することができる。そのため、斜歯歯車Ｇを成形した後の当該斜歯歯車Ｇの後加工の工程数を減少させることができる。その結果、斜歯歯車Ｇの生産性を向上させることができる。

なお、本実施の形態の第２のパンチ４１は、実施の形態２の第２のパンチ２１と略等しい構成とされているが、実施の形態１の第２のパンチ２０と略等しい構成とされていてもよい。この場合、第２のパンチ２０のＺ軸＋側の面及びＺ軸－側の面に転写部を形成するとよい。

本開示は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
例えば、上記実施の形態では、斜歯歯車Ｇを成形したが、平歯車を成形する場合も、略同様に実施することができる。
例えば、上記実施の形態では、斜歯歯車Ｇを連続鍛造しているが、歯車を一個づつ鍛造成形してもよい。

１歯車の鍛造成形装置
１１圧力板
１２歯形ダイス、１２ａ歯形溝部
１３ガイドダイス、１３ａ歯形溝部
１４第１のパンチ、１４ａネジ部
１５マンドレル
１６排出用部材、１６ａ排出部、１６ｂ傾斜板
１７ダイスケース
１８排出口
２０第２のパンチ、２０ａ歯押さえ部
２１第２のパンチ
２２第１のプレート部材、２２ａ歯部
２３第２のプレート部材、２３ａ歯部
２４筒状部材、２４ａ収容部
３１第２のパンチ、３１ａ収容部、３１ｂ歯部、３１ｃ歯押さえ部
４１第２のパンチ、４１ａ第１の転写部、４１ｂ第２の転写部
Ａ１成形空間
Ｂ余肉
Ｇ斜歯歯車
ｇ斜歯歯車
Ｍ（Ｍ１、Ｍ２）素材、ＭＤデルタ部分

Claims

第１のパンチにより、歯形ダイスの一方側から素材を当該歯形ダイスの貫通孔に押し込み、外歯が形成された歯車を前記歯形ダイスの他方側から排出する歯車の鍛造成形方法であって、
前記歯形ダイスの貫通孔の一方側の端部の外径寸法よりも小さい内径寸法の貫通孔を有するガイドダイスを前記歯形ダイスの一方側に配置し、前記ガイドダイスの内周面に形成された歯形溝部と前記歯形ダイスの内周面に形成された歯形溝部とを連続させる工程と、
前記素材を前記ガイドダイスの貫通孔に押し込む工程と、
前記素材の次に第２のパンチを前記ガイドダイスの貫通孔に押し込んで、前記第２のパンチの外周部に形成された歯部で構成された歯押さえ部を前記ガイドダイスの歯形溝部に挿入して前記第２のパンチを前記ガイドダイスの歯形溝部に沿って移動させ、前記素材と前記第２のパンチとをこの順で積層する工程と、
前記素材と前記第２のパンチとを積層した状態で押し込んで前記歯形ダイスの歯形溝部を通過させる工程と、
を備え、
前記第２のパンチの歯押さえ部は、前記素材が前記歯形ダイスの歯形溝部を通過する際に当該素材の前記第１のパンチの側の面の外歯が形成される領域の少なくとも縁部を覆う、歯車の鍛造成形方法。
前記素材が前記歯形ダイスの歯形溝部を通過する際の当該素材の余肉は、前記第２のパンチが前記歯形ダイスの歯形溝部を通過する際に、前記第２のパンチの歯元で前記素材から削ぎ落とし、前記第２のパンチの外周面に前記歯車の歯底円に対して窪むように形成された収容部に収容する、請求項１に記載の歯車の鍛造成形方法。
前記素材が前記歯形ダイスの歯形溝部を通過する際の当該素材の余肉は、前記第２のパンチが前記歯形ダイスの歯形溝部を通過する際に、前記第２のパンチにおける前記素材の側の面に当該第２のパンチの周方向に連続するように形成され、前記歯車の歯底円直径よりも小さい内径寸法を有し、且つ前記歯車の歯底円直径よりも大きい外径寸法を有する凹状の収容部に収容する、請求項１に記載の歯車の鍛造成形方法。
第１のパンチにより、歯形ダイスの一方側から第１の素材を当該歯形ダイスの貫通孔に押し込み、外歯が形成された歯車を前記歯形ダイスの他方側から排出する歯車の鍛造成形装置であって、
前記第１の素材と積層される第２のパンチと、
前記歯形ダイスの一方側に配置され、前記第１の素材と前記第２のパンチとがこの順で挿入されるガイドダイスと、
を備え、
前記ガイドダイスは、前記歯形ダイスの貫通孔の一方側の端部の外径寸法よりも小さい内径寸法の貫通孔を有し、
前記ガイドダイスの内周面には、歯形溝部が形成されており、前記歯形溝部は、前記ガイドダイスが前記歯形ダイスの一方側に配置された状態で当該歯形ダイスに形成された歯形溝部と連続し、
前記第１のパンチは、前記第１の素材と前記第２のパンチとが積層された状態で前記歯形ダイスの歯形溝部を通過するように、前記第１の素材と前記第２のパンチとを押し込み、
前記第２のパンチは、前記第１の素材における前記第１のパンチの側の面の外歯が形成される領域の少なくとも縁部を押さえる歯押さえ部を構成する歯部を有し、前記歯押さえ部は、前記ガイドダイスの歯形溝部及び前記歯形ダイスの歯形溝部に挿入される、歯車の鍛造成形装置。
前記第２のパンチは、
前記歯車の断面形状と等しい断面形状を有する第１のプレート部材と、
前記歯車の断面形状と等しい断面形状を有し、前記第２のパンチの厚さ方向で間隔を開けて配置される第２のプレート部材と、
前記歯形ダイスの貫通孔を通過可能であって、前記第１のプレート部材と前記第２のプレート部材との間に配置される筒状部材と、
を備え、
前記筒状部材は、前記歯車の歯底円に対して窪み、且つ前記第１の素材から削ぎ落とされた余肉を収容する収容部を有する、請求項４に記載の歯車の鍛造成形装置。
前記第２のパンチにおける前記第１の素材の側の面には、前記第１の素材の端面に予め設定された製品形状を転写する転写部が形成されている、請求項４又は５に記載の歯車の鍛造成形装置。
前記歯車の鍛造成形装置は、前記第１の素材と前記第２のパンチと第２の素材とがこの順で前記ガイドダイスの貫通孔に挿入される連続鍛造成形装置であり、
前記第２のパンチにおける前記第２の素材の側の面には、前記第２の素材の端面に予め設定された製品形状を転写する転写部が形成されている、請求項４乃至６のいずれか１項に記載の歯車の鍛造成形装置。
前記第２のパンチは、前記第１の素材と対向する側の面に前記第２のパンチの周方向に連続し、前記第１の素材の余肉を収容する凹状の収容部を備え、
前記収容部の内径寸法は、前記歯車の歯底円直径よりも小さく、前記収容部の外径寸法は、前記歯車の歯底円直径よりも大きい、請求項４に記載の歯車の鍛造成形装置。