JPH1099937A - 歯車の成形方法および成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷間鍛造による成形では、成形工程が非常
に多いと共に、大型の冷間鍛造用プレス装置が必要であ
るといった問題があり、このような問題を解決すること
が課題であった。 【解決手段】 歯車を成形するに際し、熱間鍛造Ｂ２に
より歯車素材を歯部を含み所定の形状に成形したのち、
冷間鍛造Ｂ５により歯車素材を歯車に成形することか
ら、熱間鍛造により歯車素材が歯部を含めて完成寸法に
近い状態に成形されるので、歯部の成形等の最小限の成
形を冷間鍛造で行うこととなり、成形工程の数が大幅に
削減されると共に、大型の冷間鍛造用プレス装置でなく
ても歯車を成形し得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プレスにより、歯
車を成形するのに利用される歯車の成形方法および成形
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図８および図９は、従来における歯車の
成形過程を説明する図である。例示した歯車１０１は、
図９（ｇ）に示すように、外歯１０１ａを有し且つ中空
状を成すものであって、その片側にフランジ部１０１ｂ
を介して中空状の軸部１０１ｃを一体的に備えており、
軸部１０１ｃの先端側にはセレーション１０１ｄが設け
てある。

【０００３】上記歯車１０１を成形するには、図８のブ
ロックＢ１０１において材料を切断して図９（ａ）に示
す歯車素材１００を用意し、ブロックＢ１０２において
歯車素材１００を熱処理（焼鈍）したのち、ブロックＢ
１０３において歯車素材１００にショットブラストを行
い、さらに、ブロックＢ１０４において潤滑処理を行っ
たのち、ブロックＢ１０５において１回目の冷間鍛造
（ｏｐ１）を行って歯車素材１００を図９（ｂ）に示す
形状に成形する。

【０００４】こののち、ブロックＢ１０２〜Ｂ１０５に
示す熱処理、ショットブラスト、潤滑処理および冷間鍛
造を繰り返し行い、２回目の冷間鍛造（ｏｐ２）では、
図９（ｃ）に示す如く中空部１００ｅを成形し、３回目
の冷間鍛造（ｏｐ３）では、図９（ｄ）に示す如く全体
成形とともに軸部１００ｃを成形し、４回目の冷間鍛造
（ｏｐ４）では、図９（ｅ）に示す如く全体成形ととも
にフランジ部１００ｂを成形し、５回目の冷間鍛造（ｏ
ｐ５）では、図９（ｆ）に示す如く全体成形とともに外
歯１００ａを成形し、最後の６回目の冷間鍛造（ｏｐ
６）により、歯車素材１００を、外歯１０１ａ、フラン
ジ部１０１ｂ、軸部１０１ｃおよびセレーション１０１
ｄを有する歯車１０１に成形する。このようにして成形
された歯車１０１は、ブロックＢ１０６において外観目
視が行われ、成形不良の有無が確認されることとなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記したよ
うな従来の歯車の成形にあっては、冷間鍛造による成形
であるため、成形工程が非常に多いと共に、大型の冷間
鍛造用プレス装置が必要であるといった問題があり、こ
のような問題を解決することが課題であった。

【０００６】

【発明の目的】本発明は、上記従来の課題に着目して成
されたもので、プレスによる歯車の成形において、成形
工程を削減することができると共に、設備の縮小や省力
化などを図ることができる歯車の成形方法を提供するこ
とを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる歯車の成
形方法は、請求項１として、歯車を成形するに際し、熱
間鍛造により歯車素材を歯部を含み所定の形状に成形し
たのち、冷間鍛造により歯車素材を歯車に成形する構成
とし、請求項２として、熱間鍛造において成形された歯
車素材の歯部を冷間鍛造においてしごき加工する構成と
し、請求項３として、歯車素材の歯部のしごき加工にお
いて、歯先面および歯面のしごき量よりも歯底面のしご
き量を小さくした構成とし、請求項４として、歯車が外
歯であり且つ中空状であって、冷間鍛造において、中空
状に成形された歯車素材の内径を拡大する成形を行う構
成とし、請求項５として、熱間鍛造において、固体潤滑
剤を添加した白色離型剤を用いる構成とし、請求項６と
して、片側に内向きのフランジ部を介して中空状の軸部
を備えると共に、軸部にセレーションとその先端の小径
部を有し且つセレーションの先端に面取り部を有してお
り、熱間鍛造において軸部の先端部外周に先端側を小径
とするテーパ部を形成し、冷間鍛造において軸部に面取
り部を有するセレーションおよび小径部を形成する構成
とし、請求項７として、冷間鍛造において軸部の先端の
肉を内側に流出させて面取り部を有するセレーションお
よび小径部を形成する構成とし、請求項８として、歯車
の軸部の軸線に直交する線に対する面取り部の角度をθ
１とし、歯車の小径部の外径をφ１とした場合、熱間鍛
造において軸部の軸線に直交する線に対するテーパ部の
角度θ２をθ１＋５゜〜θ１＋１５゜に形成し、テーパ
部の小径端部の直径φ２をφ１−１ｍｍに形成する構成
としており、上記の構成を従来の課題を解決するための
手段としている。

【０００８】なお、請求項１における冷間鍛造には、請
求項２に記載したしごき加工あるいはサイジングや絞り
加工などが含まれる。

【０００９】また、請求項８において、熱間鍛造におい
て軸部の軸線に直交する線に対するテーパ部の角度θ２
をθ１＋５゜〜θ１＋１５゜としたのは、角度θ２をθ
１＋５゜よりも小さくすると、冷間鍛造において軸部に
面取り部を有するセレーションおよび小径部を形成する
際に、軸部の先端部分（セレーションおよび小径部の形
成部分）の肉の流動性が充分に得られず、フランジ部と
軸部との連続部分に座屈が生じたり、セレーション先端
の谷部分に肉引けが生じたりすることがあるからであ
り、さらに、角度θ２をθ１＋１５゜よりも大きくする
と、最終的に形成される面取り部の角度θ１よりも大き
くなり過ぎて面取り部への肉が不足し、面取り部に欠肉
が生じることがあるからである。さらに、テーパ部の小
径端部の直径φ２をφ１−１ｍｍとしたのは、冷間鍛造
時の先端部の抵抗を小さくして、成形性を高めるためで
あって、φ１−１ｍｍよりも小さくすると、抵抗が小さ
くなりすぎて欠肉が生じやすくなるからである。

【００１０】また、本発明の請求項９に係わる成形装置
は、上記歯車の成形方法の実施に使用し得るもので、外
歯を有する中空状の歯車を成形する装置であって、歯車
素材の内側に挿入されるパンチと、パンチとともに歯車
素材が圧入されるダイを備え、パンチとダイとの間隔に
基づくしごき量の設定として、歯先面および歯面のしご
き量よりも歯底面のしごき量を小さくした構成としてい
る。

【００１１】

【発明の作用】本発明の請求項１に係わる歯車の成形方
法では、熱間鍛造により歯車素材が歯部を含めて完成寸
法に近い状態に成形されるので、歯部の成形等の最小限
の成形を冷間鍛造で行うことが可能となり、これによ
り、成形工程の数が大幅に削減されると共に、大型の冷
間鍛造用プレス装置でなくても歯車を成形し得ることと
なる。

【００１２】本発明の請求項２に係わる歯車の成形方法
では、冷間鍛造において、熱間鍛造で成形された歯車素
材の歯部をしごき加工することにより、同冷間鍛造にお
いて歯部の歯形精度が得られることとなる。

【００１３】本発明の請求項３に係わる歯車の成形方法
では、歯車素材の歯部のしごき加工において、歯先面お
よび歯面のしごき量よりも歯底面のしごき量を小さくし
たので、とくに歯形精度が要求される歯先面および歯面
が充分なしごき量で成形されることとなり、歯先面およ
び歯面に比べて歯形精度が多少ラフでよい歯底面にあっ
ては、これを成形する型（例えばダイ）との当たりが弱
められ、型に対するかじりが防止されることとなる。

【００１４】本発明の請求項４に係わる歯車の成形方法
では、歯車が外歯であり且つ中空状であって、冷間鍛造
において、中空状に成形された歯車素材の内径を拡大す
る成形を行うので、少ないしごき量で所定の歯形精度が
得られることとなる。

【００１５】本発明の請求項５に係わる歯車の成形方法
では、熱間鍛造において、固体潤滑剤を添加した白色離
型剤を用いているので、潤滑性が良好であり、後の冷間
鍛造に送る歯車素材として抜け勾配の少ない歯車素材が
得られることとなる。

【００１６】本発明の請求項６に係わる歯車の成形方法
では、歯車が、片側に内向きのフランジ部を介して中空
状の軸部を備えると共に、軸部にセレーションとその先
端の小径部を有し且つセレーションの先端に面取り部を
有するものであって、この歯車を成形するに際し、熱間
鍛造において軸部の先端部外周に先端側を小径とするテ
ーパ部を形成することにより、冷間鍛造における軸部の
先端部分の肉の流動性を確保する。つまり、熱間鍛造で
形成した軸部には長さや径の寸法にばらつきが生じてい
ることがあり、その誤差が大きくなると、冷間鍛造にお
いて軸部にセレーションを形成する際に軸部の先端部分
の肉の流動性が低下し、先端側に余肉が発生しにくくな
って、フランジ部と軸部との連結部分に座屈が生じた
り、セレーション先端の谷部分に肉引けが生じたりする
ことがある。これに対して、当該歯車の成形方法では、
熱間鍛造において軸部の先端部外周にテーパ部を形成し
ているので、冷間鍛造において軸部の先端部分の肉の流
動性が高められ、セレーションを形成しやすくなると共
に、先端側に余肉が発生し易くなり、これにより、座屈
や肉引けといった成形不良を発生させることなく、軸部
に面取り部を有するセレーションおよび小径部を形成し
得ることとなる。

【００１７】本発明の請求項７に係わる歯車の成形方法
では、冷間鍛造において軸部の先端の肉を内側に流出さ
せて面取り部を有するセレーションおよび小径部を形成
するので、軸部に対するセレーションおよび小径部の部
分の断面積減少率が小さい状態となり、押し切り時の座
屈応力による成形不良が防止される。

【００１８】本発明の請求項８に係わる歯車の成形方法
では、歯車の軸部の軸線に直交する線に対する面取り部
の角度をθ１とし、歯車の小径部の外径をφ１とした場
合、熱間鍛造において軸部の軸線に直交する線に対する
テーパ部の角度θ２をθ１＋５゜〜θ１＋１５゜に形成
し、テーパ部の小径端部の直径φ２をφ１−１ｍｍに形
成するので、後の冷間鍛造において、軸部の先端部分の
肉の流動性が不充分になったり、最終的に形成される面
取り部の角度θ１よりも大きくなり過ぎて面取り部への
肉が不足したりすることがなく、フランジ部と軸部との
連続部分の座屈、セレーション先端の谷部分の肉引け、
あるいは面取り部の欠肉といった成形不良を防止し得
る。

【００１９】本発明の請求項９に係わる歯車の成形装置
では、パンチとダイの協働による冷間鍛造が行われ、こ
の冷間鍛造として外歯をしごき加工する際に、パンチで
中空状歯車素材の内側形状を保持し、または、歯車素材
の内径を拡大する成形を行って少ないしごき量で所定の
歯形精度を得るようにしており、さらに、パンチとダイ
との間隔に基づくしごき量の設定として、歯先面および
歯面のしごき量よりも歯底面のしごき量を小さくしてい
るので、とくに歯形精度が要求される歯先面および歯面
を充分なしごき量で成形することとなり、歯先面および
歯面に比べて歯形精度が多少ラフでよい歯底面にあって
は、ダイとの当たりを弱めてかじりを防止する。

【００２０】

【発明の効果】本発明の請求項１に係わる歯車の成形方
法によれば、熱間鍛造の後に冷間鍛造を行う工程とした
ことから、熱間鍛造により歯車素材を歯部を含めて完成
寸法に近い状態に成形し、歯部の成形等の最小限の成形
を冷間鍛造で行うことが可能となり、冷間鍛造だけで成
形を行っていた従来と比べると、成形工程の数を大幅に
削減することができると共に、大型の冷間鍛造用プレス
装置でなくても充分に歯車を成形することができ、これ
により、製作時間の短縮、作業性および生産性の向上、
設備の縮小、省力化および低コスト化などがもたらされ
る。

【００２１】本発明の請求項２に係わる歯車の成形方法
によれば、請求項１と同様の効果を得ることができるう
えに、とくに冷間鍛造において、熱間鍛造で成形された
歯車素材の歯部をしごき加工することにより、同冷間鍛
造において歯部の良好な歯形精度を得ることができる。

【００２２】本発明の請求項３に係わる歯車の成形方法
によれば、請求項２と同様の効果を得ることができるう
えに、とくに歯形精度が要求される歯先面および歯面を
充分なしごき量で成形することができ、その一方で、歯
先面および歯面に比べて歯形精度が多少ラフでよい歯底
面にあっては、これを成形するダイとの当たりを弱めて
ダイに対するかじりを防止することができ、離型性を高
めることができると共に、ダイの寿命向上も図ることが
できる。

【００２３】本発明の請求項４に係わる歯車の成形方法
によれば、請求項３と同様の効果を得ることができるう
えに、冷間鍛造において外歯であり且つ中空状に成形さ
れた歯車素材の内径を拡大する成形を行うことから、少
ないしごき量で所定の歯形精度を得ることができ、冷間
鍛造用プレス装置のさらなる省力化などにも貢献し得
る。

【００２４】本発明の請求項５に係わる歯車の成形方法
によれば、請求項１〜４と同様の効果を得ることができ
るうえに、熱間鍛造において、固体潤滑剤を添加した白
色離型剤を採用したことにより、潤滑性が高められ、後
の冷間鍛造に送る歯車素材として抜け勾配の少ない歯車
素材を得ることができ、もしくは完成寸法により近い形
状の歯車素材を得ることができ、後の冷間鍛造における
負担をより小さくすることができる。

【００２５】本発明の請求項６に係わる歯車の成形方法
によれば、フランジ部、軸部、先端に面取り部を有する
セレーションおよび小径部を有する歯車の成形におい
て、請求項１〜５と同様の効果を得ることができるうえ
に、熱間鍛造においてテーパ部を形成することにより、
熱間鍛造後の軸部の寸法にばらつきがあるとしても、冷
間鍛造において軸部の先端部分の肉の流動性を高めるこ
とができ、面取り部を有するセレーションおよび小径部
を精度良く形成することができると共に、フランジ部と
軸部との連続部分の座屈、セレーション先端の谷部分の
肉引け、あるいは面取り部の欠肉といった成形不良を防
止することができ、高品質の歯車を成形することができ
る。

【００２６】本発明の請求項７に係わる歯車の成形方法
によれば、請求項６と同様の効果を得ることができるう
えに、冷間鍛造において、軸部に対するセレーションお
よび小径部の部分の断面積減少率を小さくして、押し切
り時の座屈応力による成形不良を防止することができ、
歯車の品質さらなる向上に貢献し得る。

【００２７】本発明の請求項８に係わる歯車の成形方法
によれば、請求項６および７と同様の効果を得ることが
できるうえに、冷間鍛造において、軸部の先端部分の肉
の流動性が一層適切なものとなり、成形不良をより確実
に防止することができると共に、フランジ部、軸部、先
端に面取り部を有するセレーションおよび小径部を備え
た高精度の歯車を得ることができる。

【００２８】本発明の請求項９に係わる歯車の成形装置
によれば、冷間鍛造として外歯をしごき加工する際に、
パンチで中空状歯車素材の内側形状を確実に保持するこ
とができ、または、歯車素材の内径を拡大する成形を行
って少ないしごき量で所定の歯形精度を得ることがで
き、さらに、パンチとダイとの間隔に基づくしごき量の
設定として、歯先面および歯面のしごき量よりも歯底面
のしごき量を小さくしているので、とくに歯形精度が要
求される歯先面および歯面を充分なしごき量で成形する
ことができ、他方、歯先面および歯面に比べて歯形精度
が多少ラフでよい歯底面にあっては、ダイとの当たりを
弱めてかじりを防止することができ、離型性の向上やダ
イの寿命向上をも実現することができる。

【００２９】

【実施例】以下、図面に基づいて、本発明の請求項１〜
５および請求項９に係わる歯車の成形方法および成形装
置の一実施例を説明する。図２（ｃ）に示すこの実施例
の歯車１は、例えば、自動車の自動変速機構におけるハ
ブアッセンブリ・ハイクラッチとして用いられるもので
あって、歯部としての外歯２を有し且つ中空状を成すと
共に、その片側にフランジ部３を介して中空状の軸部４
を一体的に備えており、軸部４の先端側にはセレーショ
ン５が設けてある。また、セレーション５のさらに先端
側には小径部６を有している。

【００３０】上記歯車１を成形するには、図１に示すよ
うに、ブロックＢ１において材料を切断し、初期の歯車
素材（図９（ａ）参照）を得る。こののち、ブロックＢ
２において熱間鍛造を行い、ブロックＢ３のショットブ
ラストおよびブロックＢ４の潤滑処理を終えたのち、ブ
ロックＢ５の冷間鍛造を行う。この実施例では、先に述
べた軸部４を有する歯車１を成形する都合上、冷間鍛造
の工程として、ブロックＢ６の冷間軸絞りおよびブロッ
クＢ７の冷間サイジングを行い、とくに、冷間サイジン
グにおいて、歯部である外歯２およびセレーション５の
しごき加工を行う。このようにして成形された歯車１
は、ブロックＢ８の外観目視において成形不良の有無が
確認される。

【００３１】上記の成形工程において、図２（ａ）に示
す熱間鍛造が施された歯車素材１１には、所定の前形状
である歯部としての外歯１２、フランジ部１３および軸
部１４が成形してあり、完成寸法に近い形状になってい
る。このように、熱間鍛造において、材料から切断され
た歯車素材を図２（ａ）に示す歯車素材１１の形状にす
ることは、冷間鍛造のように熱処理、ショットブラスト
および潤滑処理を繰り返し行う場合に比べて、はるかに
少ない工程数で実施できる。

【００３２】また、熱間鍛造においては、窒化ホウ素等
の固体潤滑剤を添加した潤滑性能の高い白色離型剤を用
いており、これにより、後の冷間鍛造に送る歯車素材と
して抜け勾配の少ない歯車素材１１が得られている。

【００３３】次に、熱間鍛造で成形した歯車素材１１
は、図２（ｂ）に示すように、冷間軸絞りが施される。
この場合には、軸部１４をその肉厚を減少させ且つ軸線
方向に延ばす成形を行う。このような軸部１４のみの成
形は、全体の冷間鍛造を行うような大型の冷間鍛造用プ
レス装置を用いなくても行うことが可能である。

【００３４】こののち、歯車素材１１には、図５に示す
冷間鍛造用プレス装置により、最終的な冷間サイジング
を行う。図５は、当該歯車の成形方法の実施に使用し得
る成形装置ならびに本発明に係わる歯車の成形装置の一
実施例を示すものである。

【００３５】冷間鍛造用プレス装置は、下側の固定型２
１にダイ２２を備えると共に、上側の可動型２３にパン
チ２４を備えている。ダイ２２は、複数のブロック２２
ａ〜２２ｅを組み合わせると共に、これらブロック２２
ａ〜２２ｅの側部全周をダイケース２５で保持した構成
になっている。また、ダイ２２の下側には、押し出し機
構２６が設けてあって、この押し出し機構２６には、ワ
ーク押し出し用の複数のノックアウトピン２７ａ〜２７
ｃが設けてある。

【００３６】ダイ２２は、図３にも示すように、歯車素
材（１１）の外側形状に対応する成形凹部２８を有して
いる。成形凹部２８は、歯車素材（１１）の軸部（１
４）の先端側に対応する位置に、内歯状のセレーション
５の成形部２８ａを有すると共に、これに連続する小径
部６の成形部２８ｂが設けてあり、さらに、歯車素材
（１１）の歯部である外歯（１２）をしごき加工するた
めの内歯２８ｃが設けてある。

【００３７】パンチ２４は、歯車素材（１１）の内側形
状に対応する成形部２４ａを有すると共に、軸線上に下
側に突出する状態でマンドレル２９を備えており、マン
ドレル２９の突出部分が軸部（１４）の成形部に相当す
る。また、パンチ２４は、マンドレル２９の先端に、本
体部分よりも直径を小さくした段差部３０が設けてあ
る。これにより、パンチ２４を押し切った際に軸部（１
４）の先端の肉を段差部３０内に流出させて、軸部（１
４）に対するセレーション５および小径部６の断面積減
少率が小さくなる形態に成形し、押し切り時の座屈応力
による成形不良を防止する。

【００３８】さらに、ダイ２２およびパンチ２４は、双
方の間隔に基づくしごき量の設定として、図４に示すよ
うに、歯先面２ａおよび歯面２ｂのしごき量よりも歯底
面２ｃのしごき量が小さくなるようにしてある。すなわ
ち、図４中に仮想線で示す熱間鍛造後の形状に対して、
図４中に実線で示す冷間鍛造後の形状が得られるよう
に、ダイ２２およびパンチ２４の間隔が設定してあり、
言い換えれば、仮想線で示す熱間鍛造後の歯車素材（１
１）を実線で示す内歯を有するダイを用いてしごき加工
する。図４では、歯底面２ｃにおける仮想線と実線との
間隔が他の部分よりも小さくなっており、同歯底面２ｃ
しごき量が小さいことを示している。

【００３９】上記構成を備えた冷間鍛造用プレス成形装
置で歯車素材１１を成形するにあたっては、ダイ２２の
成形凹部２８に歯車素材１１をセットしたのち、パンチ
２４を下降させて歯車素材１１の内側に圧入し、さらに
歯車素材１１を成形凹部２８内に圧入していくことによ
り、パンチ２４で歯車素材１１の内側をしごくと同時に
外歯１２にしごき加工を行う。そして、さらにパンチ２
４が下降すると、セレーション５の成形が開始され、最
終的にパンチ２４を押し切ったところで、軸部１４の先
端側にセレーション５および小径部６を成形し、外歯
２、フランジ部３および軸部４を有する歯車１が完成す
る。

【００４０】上記実施例で説明したように、当該歯車の
成形方法では、熱間鍛造によって歯車素材１１が歯部を
含めて完成寸法に近い状態に成形されるので、歯部であ
る外歯２の成形等の最小限の成形が冷間鍛造で行われ、
同冷間鍛造において、しごき加工により外歯２の歯形精
度が得られることとなり、成形工程の数が大幅に削減さ
れると共に、大型の冷間鍛造用プレス装置でなくても歯
車１を成形し得る。

【００４１】また、当該歯車の成形方法および成形装置
では、冷間鍛造で歯部である外歯２（１２）をしごき加
工する際に、パンチ２４で中空状歯車素材１１の内側形
状を保持し、または、歯車素材１１の内径を拡大する成
形を行って、少ないしごき量で所定の歯形精度を得るよ
うにしており、さらに、歯先面２ａおよび歯面２ｂのし
ごき量よりも歯底面２ｃのしごき量が小さくなるように
設定してあるので、とくに歯形精度が要求される歯先面
２ａおよび歯面２ｂを充分なしごき量で成形し、歯先面
２ａおよび歯面２ｂに比べて歯形精度が多少ラフでよい
歯底面２ｃにあっては、ダイ２２との当たりを弱め、と
くに、図４に示す歯面２ｂと歯底面２ｃの連続部分Ａに
おけるかじりを防止している。

【００４２】図６および図７は、本発明の請求項６〜８
に係わる歯車の成形方法の一実施例を説明する図であ
る。

【００４３】図６（ｃ）に示す歯車１は、先の実施例で
説明した歯車（図２（ｃ）参照）と同様の構成を有する
ものであって、歯部としての外歯２を有し且つ中空状を
成すと共に、その片側に内向きのフランジ部３を介して
中空状の軸部４を同軸状に備えており、軸部４の先端側
外周にはセレーション５が設けてある。また、セレーシ
ョン５の先端部には、面取り部５ａが設けてあり、セレ
ーション５のさらに先端側には、セレーション５の谷部
分に外周が対応する小径部６を有している。

【００４４】上記の歯車１を成形するには、先の実施例
と同様に、材料を切断して初期の歯車素材を得たのち、
熱間鍛造により図６（ａ）に示す歯車素材１１を成形す
る。この歯車素材１１には、外歯１２、フランジ部１３
および軸部１４が成形してある。また、歯車素材１１に
は、軸部の先端部外周に先端側を小径とするテーパ部１
７が形成してある。

【００４５】歯車素材１１のテーパ部１７は、歯車１に
おいて軸部４の軸線Ｃに直交する線に対する面取り部５
ａの角度をθ１とした場合、軸部１４の軸線Ｃに直交す
る線に対する角度θ２をθ１＋５゜〜θ１＋１５゜の範
囲としている。また、歯車１において小径部６の外径を
φ１とした場合、テーパ部１７の小径端部の直径φ２を
φ１−１ｍｍとしている。

【００４６】上記の熱間鍛造は、図７に示す熱間鍛造用
プレス装置により行われる。熱間鍛造用プレス装置は、
歯車素材１１の内側形状に対応するパンチ４１と、歯車
素材１１の外側形状に対応する成形凹部４２を有するダ
イ４３を備えている。パンチ４１は、軸部１４の内側に
貫通状態となるマンドレル４４を備えている。ダイ４３
は、外歯１２を形成する内歯４５、マンドレル４４との
間で軸部１４を形成する軸孔４６などを備えており、軸
孔４６内の所定の位置には、テーパ部１７を形成するた
めの上向きの段部４７を有している。また、軸孔４６内
には、軸部１４の先端部を押圧して歯車素材１１をダイ
４３から押し出すためのノックアウト部材４８が収容し
てある。

【００４７】そして、上記の熱間鍛造用プレス装置によ
り得た歯車素材１１は、ショットブラストおよび潤滑処
理が施された後、冷間鍛造の第１工程として、図６
（ｂ）に示すように、冷間軸絞りが行われ、軸部１４を
伸長させるとともに同軸部１４の肉厚を減少させ、この
のち、冷間鍛造の第２工程として、外歯１２、セレーシ
ョン５および小径部６のしごき加工（冷間サイジング）
を行うことにより、図６（ｃ）に示す如く外歯２、フラ
ンジ部３、軸部４、先端に面取り部４ａを有するセレー
ション５および小径部６を備えた歯車１を得る。

【００４８】ここで、上記のしごき加工は、先の実施例
で説明した冷間鍛造用プレス装置（図３および図５参
照）により行われ、段差部（３０）を有するマンドレル
（２９）を備えたパンチ（２４）により、軸部１４の先
端の肉を内側に流出させる状態にして、面取り部５ａを
有するセレーション５および小径部６を形成する。この
ように、軸部１４の先端の肉を内側に流出させることに
より、軸部４に対するセレーション５および小径部６の
部分の断面積減少率が小さい状態となり、押し切り時の
座屈応力による成形不良が防止される。

【００４９】さらに、当該歯車の成形方法では、熱間鍛
造において歯車素材１１の軸部１４の先端部外周に先端
側を小径とするテーパ部１７を形成することにより、後
の冷間鍛造における軸部１４の先端部分の肉の流動性を
確保している。すなわち、熱間鍛造では、軸部１４の長
さや径に寸法のばらつきが生じることがある。この場
合、冷間鍛造において軸部１４をセレーションの成形部
（図３の符号２８ａ）に押し込んでいくときに、軸部１
４の先端部分（セレーションおよび小径部の形成部分）
の肉の流動性が低下し、先端側に余肉が発生しにくくな
って、フランジ部と軸部との連結部分に座屈が生じた
り、セレーション５の先端の谷部分に肉引けが生じたり
することがある。

【００５０】そこで、当該歯車の成形方法では、熱間鍛
造において軸部１４の先端部外周にテーパ部１７を形成
し、このとき、面取り部５ａの角度θ１に対してテーパ
部１７の角度θ２をθ１＋５゜〜θ１＋１５゜に形成
し、小径部６の外径φ１に対してテーパ部１７の小径端
部の直径φ２をφ１−１ｍｍに形成することにより、冷
間鍛造における軸部１４の先端部分の肉の流動性を高め
且つ適切なものにし、セレーション５を形成し易くする
と共に、先端側に余肉が発生し易くなるようにしてお
り、これにより、座屈や肉引けといった成形不良を発生
させることなく、軸部４に、面取り部５ａを有するセレ
ーション５および小径部６を形成し得ることとなる。

【００５１】ここで、熱間鍛造によりテーパ部１７の角
度θ２を異ならせていくつかの歯車素材を形成すると共
に、テーパ部１７の代わりに面取り部５ａの角度θ１に
近似したＲ形状を有する歯車素材を形成し、これらに冷
間鍛造（冷間軸絞りおよび冷間サイジング）を行って面
取り部５ａを有するセレーション５および小径部６を形
成した。なお、テーパ部１７の小径端部の直径φ２はい
ずれもφ１−１ｍｍとした。冷間鍛造の過程において、
冷間軸絞りではθ２がθ１に対して約−１０゜となっ
た。また、Ｒ形状のものは冷間軸絞りにおいてシャープ
コーナーに近い状態となった。そして、各歯車素材につ
いて、冷間サイジング後の成形不良の有無を確認した。
その結果を次の表に示す

【表１】

【００５２】表から明らかなように、テーパ部１７の角
度θ２が面取り部の角度θ１と等しいものと、Ｒ形状を
有するものは、フランジ部１３と軸部１４との連続部分
に座屈が生じ、セレーション先端の谷部分に肉引けが生
じた。これは、軸部１４の先端部分（セレーション５お
よび小径部６の形成部分）の肉の流動性が不充分である
ためである。また、テーパ部１７の角度θ２をθ１＋２
０゜としたものでは、面取り部５ａに欠肉が生じた。こ
れは、テーパ部１７の角度θ２が最終的に形成される面
取り部５ａの角度θ１よりも大きくなり過ぎて、面取り
部５ａへの肉が不足したためである。そして、テーパ部
１７の角度θ２をθ１＋５゜〜θ１＋１５゜としたもの
には、成形不良が生じていないことを確認した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の請求項１〜５に係わる歯車の成形方法
を説明するブロック図である。

【図２】熱間鍛造で成形した歯車素材（ａ）、軸絞りが
行われた歯車素材（ｂ）および冷間サイジングにより得
た歯車（ｃ）を説明する断面図である。

【図３】冷間鍛造における歯車、パンチおよびダイを説
明する断面図である。

【図４】熱間鍛造後の形状に対する冷間鍛造後の形状を
説明する歯車の部分的な水平断面図である。

【図５】冷間鍛造用プレス装置の全体を説明する断面図
である。

【図６】本発明の請求項６〜８に係わる歯車の成形方法
において、熱間鍛造で成形した歯車素材（ａ）、冷間軸
絞りを行った歯車素材（ｂ）および冷間サイジングによ
り得た歯車（ｃ）を説明する各々断面図である。

【図７】熱間鍛造用プレス装置を説明する要部の断面図
である。

【図８】従来における歯車の成形方法を説明するブロッ
ク図である。

【図９】従来の歯車の成形方法において、材料切断によ
り得た歯車素材を歯車に成形する過程を説明する側面図
（ａ）（ｂ）および断面図（ｃ）〜（ｇ）である。

【符号の説明】

１ 歯車 ２ 外歯（歯部） ２ａ 歯先面 ２ｂ 歯面 ２ｃ 歯底面 ３ フランジ部 ４ 軸部 ５ セレーション ５ａ 面取り部 ６ 小径部 １１ 歯車素材 １２ 歯車素材の外歯（歯部） １３ 歯車素材のフランジ部 １４ 歯車素材の軸部 １７ テーパ部 ２２ ダイ ２４ パンチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太 田 明 男 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 池 内 淳 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 歯車を成形するに際し、熱間鍛造により
   歯車素材を歯部を含み所定の形状に成形したのち、冷間
   鍛造により歯車素材を歯車に成形することを特徴とする
   歯車の成形方法。
2. 【請求項２】 熱間鍛造において成形された歯車素材の
   歯部を冷間鍛造においてしごき加工することを特徴とす
   る請求項１に記載の歯車の成形方法。
3. 【請求項３】 歯車素材の歯部のしごき加工において、
   歯先面および歯面のしごき量よりも歯底面のしごき量を
   小さくしたことを特徴とする請求項２に記載の歯車の成
   形方法。
4. 【請求項４】 歯車が外歯であり且つ中空状であって、
   冷間鍛造において、中空状に成形された歯車素材の内径
   を拡大する成形を行うことを特徴とする請求項３に記載
   の歯車の成形方法。
5. 【請求項５】 熱間鍛造において、固体潤滑剤を添加し
   た白色離型剤を用いることを特徴とする請求項１〜４の
   いずれかに記載の歯車の成形方法。
6. 【請求項６】 歯車が、片側に内向きのフランジ部を介
   して中空状の軸部を備えると共に、軸部にセレーション
   とその先端の小径部を有し且つセレーションの先端に面
   取り部を有しており、熱間鍛造において軸部の先端部外
   周に先端側を小径とするテーパ部を形成し、冷間鍛造に
   おいて軸部に面取り部を有するセレーションおよび小径
   部を形成することを特徴とする請求項１〜５に記載の歯
   車の成形方法。
7. 【請求項７】 冷間鍛造において軸部の先端の肉を内側
   に流出させて面取り部を有するセレーションおよび小径
   部を形成することを特徴とする請求項６に記載の歯車の
   成形方法。
8. 【請求項８】 歯車の軸部の軸線に直交する線に対する
   面取り部の角度をθ１とし、歯車の小径部の外径をφ１
   とした場合、熱間鍛造において軸部の軸線に直交する線
   に対するテーパ部の角度θ２をθ１＋５゜〜θ１＋１５
   ゜に形成し、テーパ部の小径端部の直径φ２をφ１−１
   ｍｍに形成することを特徴とする請求項６または７に記
   載の歯車の成形方法。
9. 【請求項９】 外歯を有する中空状の歯車を成形する装
   置であって、歯車素材の内側に挿入されるパンチと、パ
   ンチとともに歯車素材が圧入されるダイを備え、パンチ
   とダイとの間隔に基づくしごき量の設定として、歯先面
   および歯面のしごき量よりも歯底面のしごき量を小さく
   したことを特徴とする歯車の成形装置。