(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に歯型が形成された円盤形のマンドレルであって、プレス装置の押圧部に設けたマグネットの磁力により重量が負担されることで該押圧部に設けた環状パンチの内側に同軸上に保持される一方、成形時に歯車素材から受ける引張力によっては該押圧部から離脱するように離脱可能な保持手段を備えていることを特徴とする内歯ギア製造用マンドレル。
【請求項２】
貫通状の円筒形空孔の内周面にテーパ状の縮径部が形成されたダイスをプレス装置に配設し、該ダイスと相対する該プレス装置の押圧部に環状パンチを設け、外周面に歯型が形成された円盤形のマンドレルが該環状パンチの内側に同軸上でかつ成形時に歯車素材から受ける引張力によっては該プレス装置の押圧部から離脱可能に保持され、前記縮径部上に環状の歯車素材をセットして前記環状パンチおよび前記マンドレルを該円筒形空孔内に進出させることにより、該マンドレルを該歯車素材内に挿入するとともに該環状パンチにより該歯車素材を軸方向に押圧し該歯車素材を前記縮径部に沿って内向きに塑性変形させることにより該歯車素材が該マンドレルを抱き込んで外周面の歯型内に侵入し、該歯車素材がマンドレルを抱き込んで塑性変形するのに従い該マンドレルは該プレス装置の押圧部から離脱し、次いで該マンドレルを円筒形空孔内に残したまま該環状パンチを後退させて該プレス装置の押圧部に新たな同形状のマンドレルを保持させるとともに、先にセットされた歯車素材上に新たな同形状の歯車素材をセットしてから該環状パンチおよび新たなマンドレルを円筒形空孔内に進出させることにより、新たにセットされた歯車素材は新たなマンドレルを抱き込んで塑性変形し、先にセットされた歯車素材は新たにセットされた歯車素材によってさらに押圧されることによりさらに塑性変形してマンドレルを抱き込んだ状態で該円筒形空孔を貫通し排出されるようにしたことを特徴とする内歯ギアの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載したマンドレルは、前記押圧部に設けたマグネットの磁力により重量が負担されることで該押圧部に設けた環状パンチの内側に同軸上に保持される一方、成形時に歯車素材から受ける引張力によっては該押圧部から離脱するように保持されていることを特徴とした内歯ギアの製造方法。
【請求項４】
マンドレルを抱き込んだ状態で排出された歯車素材からマンドレルを分離することなく該マンドレルを把持して該歯車素材を機械加工することを特徴とする請求項２または３に記載した内歯ギアの製造方法。
【請求項５】
プレス装置と、貫通状の円筒形空孔の内周面にテーパ状の縮径部が形成されたダイスと、該ダイスと相対する該プレス装置の押圧部に設けられた環状パンチと、複数の請求項１に記載した内歯ギア製造用マンドレルとを具備してなることを特徴とする内歯ギアの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鍛造により内歯ギアを製造するためのマンドレル、およびそのマンドレルを使用した内歯ギア製造方法と製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１に、冷間鍛造によって押出し成形を行う内歯ギアの製造方法が示されている。しかし従来の押出し成形による製造方法では、特にヘリカルギヤ（歯スジがねじれた歯車）を製造しようとすると、押出し時に素材に強いねじりが生じるために、十分な成形精度が得られないという問題がある。それでも、ねじれ角が２０度以下であれば、押出し初期の導入部（ネジレはじめ）の形状を工夫することで素材のねじれが抑えられ、ある程度の成形精度を保つことができたが、高ねじれ角のヘリカルギヤを製造するには押出し製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。なお、下記特許文献２に示されたような肉寄せ製法を用いた成形方案も提示されているが、この肉寄せ製法は成形初期部分のギア歯精度が悪いといった問題がある。
一方、特許文献３に示された内歯ギアの製造方法は、プレス装置に設けられる鍛造型の概略を図１３〜図１５に示すように、内周面に一定の傾斜角度を有するテーパ状の縮径部ａが形成された円筒形空孔ｇを有するダイスｂを設け、外周面に歯型ｈが形成された円柱形のマンドレルｄを該ダイスｂと相対するように該プレス装置の押圧部iに設け、該マンドレルｄの外周に環状のパンチｃを該マンドレルｄとは独立して可動し得るように設け、ダイスｂの縮径部ａ上に環状の歯車素材ｅを配置した後、図１４、図１５に示したように、マンドレルｄおよびパンチｃを圧下することにより該素材ｅを該縮径部ａに沿って内向きに塑性変形させ、該素材ｅをマンドレルｄの外周面歯形内に侵入させることにより、内歯ギアを製造するものである。このように、歯車素材ｅを縮径部ａに沿って内向きに塑性変形させてマンドレルｄの外周面歯形内に侵入させ内歯ギアを製造する方法によれば、高ねじれ角のヘリカルギヤでも高精度を保つことが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３４２７７９号公報
【特許文献２】特開平１１−１４７１５８号公報
【特許文献３】特開２０１０−６４１００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、図１３〜図１５に示した製造方法では、成形時に歯車素材ｅに押し残し部ｆが残存してしまい、この押し残し部ｆは成形後の機械加工で切除せざるを得ない部分になるために、歩留りが悪く、製造コストが高くなるという問題がある。また、この製造方法では、成形後の歯車素材に例えば旋盤により組付部分等を機械加工する際に、成形で出来た歯形と機械加工部との芯合わせが難しく、旋盤のチャックで把持する部分が悪いと、製品の精度を悪化させるおそれがある。さらには、この製造方法を採るためには、機構的に複雑な多軸複動プレス装置が必要となるので、設備が高価なものになるといった問題があった。
本発明は、このような従来技術の問題点を解決し、高精度な内歯ギアを鍛造により低コストで製造できるようにするための、内歯ギア製造用マンドレルおよびそのマンドレルを使用した内歯ギア製造方法と製造装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そのために請求項１に記載した内歯ギア製造用マンドレルの発明は、外周面に歯型が形成された円盤形のマンドレルであって、プレス装置の押圧部に設けたマグネットの磁力により重量が負担されることで該押圧部に設けた環状パンチの内側に同軸上に保持される一方、成形時に歯車素材から受ける引張力によっては該押圧部から離脱するように離脱可能な保持手段を備えていることを特徴とする。
また、請求項２に記載した内歯ギアの製造方法の発明は、貫通状の円筒形空孔の内周面にテーパ状の縮径部が形成されたダイスをプレス装置に配設し、該ダイスと相対する該プレス装置の押圧部に環状パンチを設け、外周面に歯型が形成された円盤形のマンドレルが該環状パンチの内側に同軸上でかつ成形時に歯車素材から受ける引張力によっては該プレス装置の押圧部から離脱可能に保持され、前記縮径部上に環状の歯車素材をセットして前記環状パンチおよび前記マンドレルを該円筒形空孔内に進出させることにより、該マンドレルを該歯車素材内に挿入するとともに該環状パンチにより該歯車素材を軸方向に押圧し該歯車素材を前記縮径部に沿って内向きに塑性変形させることにより該歯車素材が該マンドレルを抱き込んで外周面の歯型内に侵入し、該歯車素材がマンドレルを抱き込んで塑性変形するのに従い該マンドレルは該プレス装置の押圧部から離脱し、次いで該マンドレルを円筒形空孔内に残したまま該環状パンチを後退させて該プレス装置の押圧部に新たな同形状のマンドレルを保持させるとともに、先にセットされた歯車素材上に新たな同形状の歯車素材をセットしてから該環状パンチおよび新たなマンドレルを円筒形空孔内に進出させることにより、新たにセットされた歯車素材は新たなマンドレルを抱き込んで塑性変形し、先にセットされた歯車素材は新たにセットされた歯車素材によってさらに押圧されることによりさらに塑性変形してマンドレルを抱き込んだ状態で該円筒形空孔を貫通し排出されるようにしたことを特徴とする。
また、請求項３に記載した発明は、請求項２に記載したマンドレルが、前記押圧部に設けたマグネットの磁力により重量が負担されることで該押圧部に設けた環状パンチの内側に同軸上に保持される一方、成形時に歯車素材から受ける引張力によっては該押圧部から離脱するように保持されていることを特徴とする。
また、請求項４に記載した発明は、請求項２または３に記載した内歯ギアの製造方法において、マンドレルを抱き込んだ状態で排出された歯車素材からマンドレルを分離することなく該マンドレルを把持して該歯車素材を機械加工することを特徴とする。これによって成形後の機械加工精度が向上する。
【０００６】
また、請求項５に記載した内歯ギアの製造装置の発明は、プレス装置と、貫通状の円筒形空孔の内周面にテーパ状の縮径部が形成されたダイスと、該ダイスと相対する該プレス装置の押圧部に設けられた環状パンチと、複数の請求項１に記載した内歯ギア製造用マンドレルとを具備してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、簡単な構造のプレス装置により内歯ギアを連続的に成形することができ、生産効率が向上するとともに、高ねじれ角のヘリカルギヤでも高精度にしかも歩留りよく成形され、製造コストが軽減される。また、成形後の機械加工精度も向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る内歯ギア製造用マンドレルの外観斜視図。
【図２】図１に示したマンドレルの縦断面図。
【図３】複数のマンドレルを連ねたときの縦断面図。
【図４】本発明に係る内歯ギア製造装置の縦断面図。
【図５】図４に示した装置の作動状態図。
【図６】図５に示した装置のさらなる作動状態図。
【図７】図６に示した装置のさらなる作動状態図。
【図８】図７に示した装置のさらなる作動状態図。
【図９】図８に示した装置のさらなる作動状態図。
【図１０】本発明に係る内歯ギア製造装置の製造ラインの概略図。
【図１１】本発明に係る内歯ギアの機械加工時の要部の概略図。
【図１２】本発明に係る内歯ギアの機械加工時の要部の概略図。
【図１３】従来の内歯ギア製造装置の要部の縦断面図。
【図１４】図１３に示した装置の作動状態図。
【図１５】図１４に示した装置のさらなる作動状態図。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に本発明の実施形態を説明する。図１、図２に示したように、本発明に係る内歯ギア製造用マンドレル１は、硬質金属からなり、外周面に歯型２が形成された円盤形のもので、その上面中心に円柱状の凸部３が一体に形成され、下面中心には該凸部３が摺動自在に嵌合し得る凹部４が形成されたものである。そして、該凸部３と凹部４とを互いに嵌合することにより、図３に示したように、複数のマンドレル１が同軸上に位置決めされて連なり得るようにしている。
【００１０】
図４は該マンドレル１を使用した内歯ギア製造装置を示し、５はプレス装置、６は該プレス装置のボルスターにベースプレート５ａによって固設されたダイスで、該ダイスには貫通状の円筒形空孔７が形成され、該円筒形空孔７は、上方開口縁から続く大径円筒形部分８と、該円筒形部分に続くテーパ状の縮径部９と、該縮径部９に続く小径円筒形部分１０とからなり、該小径円筒形部分１０の下方は下部空間１１に開口し、該下部空間１１の側方に取出口１２が形成されている。該プレス装置５はダイス６に相対するように押圧部１３がベースプレート５ｂに固設されていて、該押圧部１３が油圧によって進出動および後退動（図では上下動）する簡単な構造のもので、該押圧部１３の周縁部に前記大径円筒形部分８中に嵌入し得る外径の環状パンチ１４が設けられる。１５は該環状パンチ１４の内側の押圧部１３の中心に同軸上に形成された凹所、１６は該凹所１５の内底部に固設されたマグネットで、前記マンドレル１の凸部３を該凹所１５に嵌入するとともに、該マグネットの磁力により該マンドレル１を吸着することにより、該マンドレル１は環状パンチ１４の内側に同軸上でかつ該押圧部１３から離脱可能に保持される。ここに離脱可能に保持とは、マグネット１６の磁力がマンドレル１の重量を負担し得る以上でありつつも、後述するように、成形時に歯車素材から受ける引張力によっては離脱し得る程度の保持力であることをいう。
【００１１】
次にこの装置により内歯ギアを製造するための鍛造工程を説明する。歯車素材Ｗは、外径が前記大径円筒形部分８より僅かに小さく（直径差で０．１ｍｍ程度）、内径がマンドレル１の外径よりも僅かに大きい（直径差で０．１ｍｍ程度）環状に予め形成されたもので、該歯車素材Ｗを図４に示したように前記縮径部９上にセットする。そして図５に示したように押圧部１３を圧下することにより環状パンチ１４およびマンドレル１を円筒形空孔７内に進出させ、該マンドレル１を該歯車素材Ｗ内に挿入させる。そして、該環状パンチ１４により歯車素材Ｗを押圧する。これにより図６に示したように該歯車素材Ｗを縮径部６に沿って内向きに塑性変形させ、該歯車素材Ｗを該マンドレル１を抱き込んで歯型２内に侵入させる。このように歯車素材Ｗがマンドレル１を抱き込んで塑性変形するとき、該歯車素材Ｗは軸方向にも伸びることから該歯車素材Ｗはその変形に従い該マンドレル１を押圧部１３から離脱させる。即ち、歯車素材Ｗが変形するのに伴いマンドレル１が引っ張られ、その引張力は前記マグネット１６による保持力より強力であることから、該マンドレル１は図６に示したように押圧部１３から次第に離脱する。
【００１２】
次いで図７に示したように、円筒形空孔７内に該マンドレル１を残したままで環状パンチ１４のみをいったん後退させ、押圧部１３に新たな同形状のマンドレル１′をマグネット１６により保持させる。そして先に塑性変形している歯車素材Ｗの上に新たな同形状の歯車素材Ｗ′をセットし、図８に示したように該環状パンチ１４および新たなマンドレル１′を円筒形空孔４内に再進出させ、該歯車素材Ｗ′を同様に塑性変形をさせる。このとき、先にセットされた歯車素材Ｗはこの新たな歯車素材Ｗ′によってさらに押圧されることからさらに塑性変形しマンドレル１を抱き込んだ状態で該円筒形空孔４を貫通して、図９に示したように下部空間１１に排出される。そして該下部空間１１に排出された歯車素材Ｗはマンドレル１とともに取出口１２から側方に取り出される。
【００１３】
図９に示したように先にセットされた歯車素材Ｗおよびマンドレル１が下部空間１１に排出され、新たにセットされた歯車素材Ｗ′が塑性変形しマンドレル１′を抱き込んで歯型２内に侵入したら、該マンドレル１′を円筒形空孔７内に残したままで再び環状パンチ１４を図７に示したように後退させて、押圧部１３にまた新たな同形状のマンドレルをマグネット１６により保持させるとともに該歯車素材Ｗ′の上にまた新たな同形状の歯車素材をセットし、該環状パンチ１４およびマンドレルを円筒形空孔４内に再々進出させる。以降も同様に環状パンチ１４を進出動・後退動させる度に新たなマンドレルおよび歯車素材を上記にようにセットすることにより、該歯車素材が歯型２内に侵入することで内歯が形成され、マンドレルを一体的に抱き込んだ状態で下部空間１１に連続的に排出される。
【００１４】
なお、図８に示したように円筒形空孔４内に複数のマンドレルが連なっているとき、それらのマンドレルは互いの凸部３と凹部４とが軸方向に摺動自在に嵌合していることでそれらのマンドレルは常に同軸上に保持され、該マンドレルが常に円筒形空孔４の中心に位置する。このため円筒形空孔４の内周面とマンドレルの外周面との間に歯車素材が充填する空隙が高精度で形成され、成形精度を極めて高くすることができる。
【００１５】
また、この製造方法によれば、高ねじれ角のヘリカルギヤでも高精度に成形できるとともに、先にセットされた歯車素材が新たにセットされた歯車素材によって押圧されて縮径部６から小径円筒形部分１０に移動するので、下部空間１１に排出された歯車素材の外径を一様に小径円筒形部分１０の内径に一致させることができる。このため、従来の歯車素材のように押し残し部が生じることなく歩留りが向上し、製造コストを軽減させる。また、この製造方法には単純なプレス装置が使用され、従来のような複雑な構造の高価な多軸複動プレス装置を必要としないので設備費も軽減される利点がある。
【００１６】
取出口１２から取り出されたマンドレル１と一体的となった歯車素材Ｗは、図１０に製造ラインを示したように、鍛造工程Ａから機械加工工程Ｂに移動され、図１１に示したように旋盤２０のチャック２１に該マンドレル１の凸部３を把持させ、バイト２２を歯車素材Ｗの所要外周部分や端部に当てることによりこれらの部分が切削加工される。このようにマンドレル１を抱き込んだ状態で排出された歯車素材Ｗから該マンドレル１を分離することなく該マンドレル１の凸部３をチャック２１により把持し、該マンドレル１を証として歯車素材Ｗを機械加工することにより、該歯車素材Ｗに成形された内歯と該機械加工部分との同芯性が保たれるので、加工精度を向上させ、不良品をなくし、高精度の内歯ギアが容易に製造されるようになる。
【００１７】
次いで、これを機械加工工程Ｃに移動し、マンドレル１の凸部３を取外し機構（図示せず）により把持固定し、歯車素材Ｗの一端面を軸方向に押し込むことにより、該歯車素材Ｗが回転しながら該マンドレル１から分離する。そして必要に応じ、図１２に示したように、旋盤２３のチャック２４により該歯車素材Ｗの外周部分を把持し、該歯車素材Ｗの端部や内周面の一部にバイト２５を当てて該歯車素材Ｗの端部や内周面が切削加工され、さらにバリ取り工程Dに移されてバリ取りが行われた後、検査工程Eに移動され、出来上がった内歯ギアの製品検査をする。
【００１８】
一方、機械加工工程Ｃにて分離されたマンドレル１は鍛造工程Ａに戻され再使用される。このため本発明に係るマンドレルは、一つの製造ラインについて予め数個から十数個備えておき、これら複数のマンドレルを鍛造工程Ａと機械加工工程Ｃとの間で循環させることで、内歯ギアを連続的に製造することが可能となり生産効率を高められる。
【００１９】
なお、この実施形態ではマンドレルをマグネット１６によって押圧部１３に保持するようにしたが、マンドレルの保持はこの実施形態のような磁力による吸着のほか、押圧部１３に真空吸着部材を設けてマンドレルを真空吸着し、その吸着力が上記引張力よりも弱くなるように設定することでマンドレルを離脱可能に保持してもよい。或いは、押圧部１３に保持力が上記引張力よりも弱いように設定し得る機械的なチャッキング機構を設けることで、マンドレルを離脱可能に保持してもよい。
【符号の説明】
【００２０】
１，１′    マンドレル
２          歯型
３          凸部
４          凹部
５          プレス装置
６          ダイス
７          円筒形空孔
８          大径円筒形部分
９          縮径部
１０        小径円筒形部分
１１        下部空間
１２        取出口
１３        押圧部
１４        環状パンチ
１５        凹所
１６        マグネット
２０        旋盤
２１        チャック
Ｗ，Ｗ′    歯車素材
【図１】
0005609291.tif 000002
【図２】
0005609291.tif 000003
【図３】
0005609291.tif 000004
【図４】
0005609291.tif 000005
【図５】
0005609291.tif 000006
【図６】
0005609291.tif 000007
【図７】
0005609291.tif 000008
【図８】
0005609291.tif 000009
【図９】
0005609291.tif 000010
【図１０】
0005609291.tif 000011
【図１１】
0005609291.tif 000012
【図１２】
0005609291.tif 000013
【図１３】
0005609291.tif 000014
【図１４】
0005609291.tif 000015
【図１５】
0005609291.tif 000016