(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部端面が円錐状に面取りされた円柱状素材（１）を昇降自在な下カウンタパンチ（１４）と内周に歯形を備えた下ダイ（１２）とからなる下金型に挿入し、前記素材（１）を上カウンタパンチ（８）と前記下ダイ（１２）と接する下端面が平面な昇降自在な上ダイ（１１）とからなる上金型によって押圧することによって、背面側歯の端面部を正規な歯の端面（４ｃ）よりも高く、かつ幅の狭い不完全な歯成形部（２a）を形成する初期成形工程と、得られた初期成形品（２）を、内周に歯の雌型を備えたダイ（２１）と、外周に前記ダイ（２１）の歯と噛み合う平歯車とを備えた装置で成形加工する工程とを備えたことを特徴とするかさ歯車の塑性加工方法。
【請求項２】
前記上カウンタパンチ（８）の先端部に、素材（１）の背面に先細の凹部（２６）を形成する凸部があることを特徴とする請求項１項記載のかさ歯車の塑性加工方法。
【請求項３】
下部端面が円錐状に面取りされた円柱状素材（１）を初期成形品（２）に加工する冷間鍛造用の上金型と下金型であり、上金型は上カウンタパンチ（８）と上ダイ（１１）とで構成され、上カウンタパンチ（８）の先端部は初期成形品（２）の背面とこの背面に先細りの凹部（２６）を形成する凸部を有し、前記上ダイ（１１）の下端面は平面で、クッションピン（１０）によって下ダイ（１２）に向かって付勢され、前記下型を構成する下ダイ（１２）は、内周に正規の歯形を、背面側歯端面部の歯面を正規のものより幅が狭くかつ背の高い不完全成形部（２a）を形成するための歯形を有するものであることを特徴とする初期成形品用かさ歯車の塑性加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、かさ歯車の塑性加工方法及び装置に関するものである。かさ歯車は、主として自動車の車輪軸に設けられるデファレンシャルに組み込まれるものを対象とする。そして、塑性加工は、プレス機械に金型を装着して行われる所謂冷間鍛造を意味する。
【０００２】
【従来の技術】
デイファレンシャル用の小傘歯車は自転すると共に公転する。そのため、この背面の歯端面は他部材との干渉を避ける為の逃げが必要であって、かつ有効歯面を確保する目的から、前記背面は球状又は円錐状とされる。この様なかさ歯車の塑性加工に関する文献は多数存在する。その一例として、特開昭６１−２７１３７の特許公開公報を挙げることが出来る。当該公報の第１図（Ａ）を見ると、上型１aと下型１ｂとの合わせ面において、上型１a側に歯形を成した部分が突出している。この、突出した部分を有する金型を用いて上下型によって形成されたキャビテイに素材を隈なく充満させる成形を行う場合、突出した部分の損耗が激しく、金型寿命が短くなる。そして、この突出した部分は歯形を形成しなければならない関係上、補強は不可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明の目的は、金型に過大な荷重を負荷させることなく所定の形状、寸法のかさ歯車を得る方法及び装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本願発明においては、初期の成形工程において、かさ歯車の背面側の歯部を不完全な成形部と成し、次工程でこの不完全部を所望の形状、寸法に成形する。
すなわち、第１の発明は、下部端面が円錐状に面取りされた円柱状素材１を昇降自在な下カウンタパンチ１４と内周に歯形を備えた下ダイ１２とからなる下金型に挿入し、前記素材１を上カウンタパンチ８と前記下ダイ１２と接する下端面が平面な昇降自在な上ダイ１１とからなる上金型によって押圧することによって、背面側歯の端面部を正規な歯の端面４ｃよりも高く、かつ幅の狭い不完全な歯成形部２aを形成する初期成形工程と、得られた初期成形品２を、内周に歯の雌型を備えたダイ２１と、外周に前記ダイ２１の歯と噛み合う平歯車とを備えた装置で成形加工する工程とからなる、かさ歯車の塑性加工方法である。
また、初期成形工程で、下部端面が円錐状に面取りされた円柱状素材１を初期成形品２に加工するための上金型は、上カウンタパンチ８と上ダイ１１とで構成され、上カウンタパンチ８の先端部は初期成形品２の背面とこの背面に先細りの凹部２６を形成する凸部を有し、前記上ダイ１１の下端面は平面で、クッションピン１０によって下ダイ１２に向かって付勢され、前記下型を構成する下ダイ１２は、内周に正規の歯形を、背面側歯端面部の歯面を正規のものより幅が狭くかつ背の高い不完全成形部２aを形成するための歯形を有する塑性加工装置である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１に、第１の実施例の工程が示されている。即ち、同図中、各部材の下に記したＡ、Ｂ、Ｃ及びＤは、素材、荒加工工程、穴明け工程及び仕上げ工程を順に示す。この実施例の成形品４には穴があけられているが、この穴は無くてもよい。但し、当該穴がある成形品の方が、穴の無い成形品よりも本願発明の効果は大きい。この点に付いては追って説明する。
【０００６】
図１において、素材１は中実の円柱で、後に歯に成形される近傍は斜めに面取りされている。この素材１は金型によって初期成形品２に成形させる。初期成形品には不完全な成形部２ａと凹部２ｂがある。不完全な成形部２ａは金型の負荷を軽減させるために故意に発生させたものである。
【０００７】
初期成形品２のAA断面を図３に示す。図３において、不完全な成形部２ａは正規の背面側歯端面４ｃよりも背が高く、幅は狭くなっていて、例えば平歯車状をしている。即ち、不完全な成形部２ａと正規の背面側歯端面４ｃ近傍の材料の収支が図られている。
【０００８】
凹部２ｂは初期成形品２の途中まで明けられた円形の穴である。そして、凹部２ｂはテーパになっている。即ち、凹部の開口部はその奥部よりも広くなっている。これは、素材１の材料が歯部に向かって流動するのを促すためである。換言すれば、当該凹部２ａによって歯部がより完全に成形され易くなるので本願発明の効果はより大きく発揮される。
【０００９】
凹部２ｂの底は次の工程で打ち抜かれ、穴明品３における穴３ａとなる。穴明品３は、前記不完全な成形部２ａが正規の形状に成形されて成形品４となる。成形品４は、背面４ａにおいて背面側歯端面４ｃに面取り部４ｂが設けられている。成形品４の歯部は、歯元４ｅから歯先４ｄに亙って所定の形状に成形されている。
【００１０】
図２は、初期成形品を得るための装置を示している。上ダイプレート５と下ダイプレート６及びこれらの間に設けられた部材は金型を構成している。上ダイプレート５はプレス機械のスライドに、下ダイプレート６はプレス機械のボルスタに固定され、プレス機械の運転に伴って当該金型は作動し、素材１が成形されて初期成形品２になる。
【００１１】
図２において、上ダイプレート５には上カウンタパンチ８がホルダ９で固定されている。上カウンタパンチ８の先端部は、初期成形品２の背面及び凹部２ｂを成形するに足る形状をしている。この凹部２ｂを成形する部分は先端に行く程細くなっている。よって、成形された凹部はテーパになる。前述の如く、このテーパの効果として素材１の材料が歯部に向かって流動し易くなる。
【００１２】
上ダイプレート５には上筒体７が固定され、筒体７と上カウンタパンチ８でその外周、内周を夫々案内されて上ダイ１１が昇降自在に設けられている。
上ダイ１１の下限は、上筒体７に設けられた鉤部で規制される。上ダイ１１はクッションピン１０で下方に向けて付勢されている。
【００１３】
下ダイプレート６には下筒体１３が固定され、下筒体１３の中にブロック１５、下ダイ１２が組み込まれている。ブロック１５、下ダイ１２は下筒体１３に設けられている鉤部で押さえられ、下ダイプレート６に固定されている。
【００１４】
下ダイ１２の内周には歯形が成形されている。この歯形が素材１に転写されて初期成形品２になる。不完全な成形部２ａの上部には上ダイ１１と下ダイ１２で形成されたキャビテイに材料が満たされていない空間が存在する。この空間が存在するため上ダイ１１と下ダイ１２に過大な荷重が負荷されることがない。
【００１５】
ブロック１５と下ダイ１２に亙って下カウンタパンチ１４が昇降自在に組み込まれている。下カウンタパンチ１４は、ノックアウトピン１６で上方に向けて付勢される構造になっている。初期成形品２は成形後下ダイ１２に残るが、ノックアウトピン１６の作用で下カウンタパンチ１４を介して取り出される。
【００１６】
図１の素材１が図２の下ダイ１２の凹部に供給されると、プレス機械の運転に伴って成形され、初期成形品２になる。下ダイ１２から取り出された初期成形品２は次の工程で穴抜きされ、図１の穴明品３になる。穴明品３の穴３ａは初期成形品２の凹部２ｂの延長になっている。
【００１７】
図４は、穴明品３を成形して図１の成形品４を得るための装置を示している。上ダイプレート１７と下ダイプレート１８及び両者の間に設けられている部材は金型を構成している。上ダイプレート１７と下ダイプレート１８はプレス機械のスライドとボルスタに夫々固定される。
【００１８】
上ダイプレート１７には上パンチ１９が上ホルダ２０で固定されている。
【００１９】
下ダイプレート１８にはマンドレル２３が下ホルダ２４で固定されている。下ダイプレート１８には筒体２６が固定され、筒体２６にブロック２７とダイ２１が組み込まれている。ダイ２１とブロック２７はダイ２１と筒体２６とに設けられた鉤部が係合することによって下ダイプレート１８に固定されている。
【００２０】
ダイ２１とブロック２７とに亙ってその外周が案内されると共に、マンドレル２３でその内周が案内された下パンチ２２が昇降自在に設けられている。下パンチ２２は、ノックアウトピン２５で上方に向けて付勢されている。
【００２１】
ダイ２１の内周はかさ歯車とひら歯車の雌形が形成されている。即ち、ダイ２１の凹部に図１の穴明品３が入り込む形状になっている。上パンチ１９は外周が平歯車になっていてダイ２１の歯部と噛み合うと共に、先端部が図１の成形品４の背面側歯端面４ｃを成形する形状になっている。
【００２２】
ダイ２１の凹部に図１の穴明品３が供給され、プレス機械が運転されると、穴明品３は上パンチ１９とダイ２１とで不完全な成形部２ａが正規の形状に成形される。ダイ２１に残った成形品４はノックアウトピン２５で下パンチ２２を介してダイ２１から突き出され、取り出される。
【００２３】
図５は、図１の穴明品３を成形して成形品４を得る装置を示している。従って、図５に示された装置は、図４に示された装置の他の実施例に相当する。
【００２４】
図５において、上ダイプレート２８、下ダイプレート２９及び両者の間に設けられている部材で金型が構成されている。上ダイプレート２８には上パンチ３０が上ホルダ３１で固定されている。下ダイプレート２９には筒体３７が固定され、筒体３７にはブロック３８とダイ３２が組み込まれている。ダイ３２とブロック３８は、ダイ３２と筒体37に設けられた鉤部が係合することによって下ダイプレート２９に固定されている。
【００２５】
下ダイプレート２９にはマンドレル３３が下ホルダ３５で固定されている。マンドレル３３は穴明品３が成形される際にその内径を拘束し、正規の寸法にする機能を有する。
【００２６】
その外周がブロック３８とダイ３２に亙って案内され、その内周がマンドレル３３で案内されて、下パンチ３４が昇降自在に設けられている。下パンチ３４はノックアウトピン３６で上方に向けて付勢されている。
【００２７】
上ダイプレート２８、下ダイプレート２９はプレス機械のスライド、ボルスタに夫々固定され、プレス機械の運転に伴い、ダイ３２の凹部に供給された穴明品３は不完全な成形部２ｂが正規の形状に成形され、成形品４となる。
【００２８】
図５のダイ３２は歯部が上方に突出する形状になっているが、図５で行われる成形は、不完全な成形部２ｂを正規な形状に局部的に成形するだけなので、この突出した歯部に大きな負荷が掛かる心配はない。
【００２９】
成形された成形品４は、ダイ３２に残るが、ノックアウトピン３６で下パンチ３４を介して突き出され取り出される。
【００３０】
図６は、本願発明が適用出来る他の部品についての工程を示す。即ち、同図中、各部材の下に記したＡ、Ｂ、Ｃ及びＤは、素材、荒加工工程、穴明け工程及び仕上げ工程を順に示す。当該工程に係わる部品は、前述のかさ歯車の背面にボスを有するものである。素材３９は、初期成形品４０に成形され、穴明けされ穴明品４１になり、不完全な成形部４０ｂが正規の形状に成形される。これらの加工方法及び装置は前述の実施例と同様である。
【００３１】
図７により、図４の仕上げ工程金型に穴明品３が挿入され、成形されるときの作用、効果を説明する。潰される部位４３は上パンチ１９がパンチ下降位置まで下降することにより潰され、ダイ２１内に充満する。このとき、穴明品３の下端部とダイ２１の凹部との間に隙間４４が生じるように穴明品３の形状、寸法を設定しておけば、成形時に歯面がサイジングされることになり、高品位の歯面を得ることが出来る。更に、穴明品３のテーパ状凹部２ｂとマンドレル２３との間に、テーパ状凹部２ｂ隙間４５が生じるようにしておけば、当該隙間４５に部材が流動するので金型部材に過度の応力が発生しない。
【００３２】
尚、本願の実施例の説明においては、上カウンタパンチ８、下カウンタパンチ１４のように上下の関係をもたせて説明したが、かさ歯車の向きを変えてこれらの上下を逆にしても問題はない。
【００３３】
【発明の効果】
本願発明においては、初期成形品に不完全な成形部を設け、その後の工程でこの不完全な成形部を所定の形状に成形する構成にしたので、金型に過大な負荷をかけることがなく金型の寿命を大にすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例における工程の説明図
【図２】初期成形品を得るための装置の縦断面図
【図３】図１の初期成形品のＡＡ断面図
【図４】成形品を得るための装置の縦断面図
【図５】成形品を得るための他の実施例における装置の縦断面図
【図６】本願発明を他の部品に適用された場合の工程の説明図
【図７】図４の装置に穴明品３を挿入するときの説明図
【符号の説明】
１は素材、２は初期成形品、３は穴明品、４は成形品、５は上ダイプレート、６は下ダイプレート、７は筒体、８は上カウンタパンチ、９はホルダ、１０はクッションピン、１１は上ダイ、１２は下ダイ、１３は下筒体、１４は下カウンタパンチ、１５はブロック、１６はノックアウトピン、１７は上ダイプレート、１８は下ダイプレート、１９は上パンチ、２０は上ホルダ、２１はダイ、２２は下パンチ、２３はマンドレル、２４は下ホルダ、２５はノックアウトピン、２６は筒体、２７はブロック、２８は上ダイプレート、２９は下ダイプレート、３０は上パンチ、３１は上ホルダ、３２はダイ、３３はマンドレル、３４は下パンチ、３５は下ホルダ、３６はノックアウトピン、３７は筒体、３８はブロック、３９は素材、４０は初期成形品、４１は穴明品、４２は成形品、４３は潰される部位、４４は隙間、４５はテーパ状凹部による隙間、４６はパンチ下降位置である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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