(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイス孔の内周面に製品の外歯に対応する歯型が形成されたダイと、ダイのダイス孔を閉塞する上パンチと下パンチとを具備する密閉金型を用い、ダイのダイス孔に配置された被加工材料を主に上パンチで加圧してダイス孔の隅々にまで被加工材料を完全充満させることによって一方の端面にボスを有するボス付き歯車を成形する際、前記の上パンチとして得るべき製品のボス外径と等しい径で外パンチと内パンチとに分割された分割パンチを用いるとともに、内パンチの加圧面を得るべき製品のボス高さの９０％以下の範囲内で外パンチの加圧面よりも後退させた初期設定状態で内外パンチの両方による加圧を開始し、その後外パンチによる加圧はそのまま継続する一方、内パンチによる加圧はその加圧面が前記の初期設定位置から一定の距離だけ後退するまでの間、所定の工具面圧に維持した後に内パンチによる加圧を解除し、この内パンチの加圧解除後もさらに外パンチによる加圧を継続するボス付き歯車の成形方法。
【請求項２】
内外パンチによる加圧開始の前に、内パンチの加圧面を外パンチの加圧面よりも前進させた状態で加圧を行う請求項１に記載のボス付き歯車の成形方法。
【請求項３】
前記所定の工具面圧を、被加工材料の変形抵抗の２．５倍または下パンチに加わる荷重を下パンチの受圧面積で除して求められる平均工具面圧の０．８０倍以下にする請求項１または２に記載のボス付き歯車の成形方法。
【請求項４】
ダイス孔の内周面に製品の外歯に対応する歯型が形成されたダイと、ダイのダイス孔を閉塞する主パンチと下パンチとを具備する密閉金型を用い、ダイのダイス孔に配置された被加工材料を主に主パンチで加圧してダイス孔の隅々にまで被加工材料を完全充満させることによって一方の端面にボスを有するボス付き歯車を成形する際、前記の上パンチとして得るべき製品のボス外径と等しい径で外パンチと内パンチとに分割された分割パンチを用いるとともに、内外パンチの加圧面を一致させるか、または内パンチの加圧面を得るべき製品のボス高さの３０％以下の範囲内で外パンチの加圧面よりも前進させた初期設定状態で内外パンチの両方による加圧を開始し、その後外パンチによる加圧は継続する一方、内パンチによる加圧はその加圧面が前記の初期設定位置から一定の距離だけ後退するまでの間、所定の工具面圧に維持した後に内パンチによる加圧を解除し、この内パンチの加圧解除後もさらに外パンチによる加圧を継続するボス付き歯車の成形方法。
【請求項５】
前記所定の工具面圧を、被加工材料の変形抵抗の２．１５倍または下パンチに加わる荷重を下パンチの受圧面積で除して求められる平均工具面圧の０．８０倍以下にする請求項４に記載のボス付き歯車の成形方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のボス付き歯車の成形方法において、得るべき製品が内歯を備えた軸孔を有する場合、被加工材料の軸心部に内パンチと下パンチの軸深部を貫通する外径が前記の軸孔径に等しく、その外周面に製品の内歯に対応する歯型が形成されたマンドレルを配置する一方、内パンチによる加圧解除後における外パンチによる加圧終了後、外パンチを後退させた後に被加工材料の変形抵抗の２．７〜３．３倍の工具面圧で内パンチによる再加圧を行うボス付き歯車の成形方法。
【請求項７】
内パンチによる再加圧を、被加工材料の変形抵抗の２．８〜３．１倍で行う請求項６に記載のボス付き歯車の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歯車、より具体的には一方の端面にボスを有する平歯車やはすば歯車（以下、単にボス付き歯車という）の密閉金型を用いた冷間または温間による成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のボス付き歯車は、一般に、熱間鍛造でブランクを成形し、このブランクに切削加工を施して製品とされていた。しかし、この方法は、旋削→ホブ切り→面取り→シェービング→浸炭焼入→ホーニングと製造工程が長く、コスト高につく。このため、製造工程の短縮化の要望が強く、これに応えるために、従来から金型を用いた冷間鍛造による種々の歯車成形方法の開発がなされてきた。
【０００３】
図３は、その代表的な方法の１つで、低い工具面圧での成形が可能な不完全密閉金型を用いた１段階捨て軸法と称される方法を説明するための図である。
【０００４】
すなわち、この１段階捨て軸法は、図に示すように、ダイス孔の内周面に得るべき製品の外歯に対応する歯型１ａが形成され、この歯型１ａに歯合する歯型４ａが外周面に形成された下パンチ４が歯合されたダイ１内に中空の被加工材料２を配置するとともに、被加工材料２の軸心部にその大径部が位置するようにマンドレル５を配置する。そして、この状態で内径がマンドレル５の大径部の外径よりも大きい上パンチ３により加圧し、加工中にマンドレル５と上パンチ３の内径で画成される空隙部に被加工材料２を流入させるようにした方法である。
【０００５】
この１段階捨て軸法によれば、マンドレル５と上パンチ３の内径で画成される空隙部に流入した材料６の部分をボスと見なすことができ、ボス付き歯車が成形可能である。しかし、この１段階捨で軸法は、ボス径が歯車全体の横断面積に対する面積率で約４０％以下で、しかもボス高さがボス径に応じた一定高さのボス付き歯車しか成形できないという欠点を有している。このことは、図４に示す実験結果から明らかである。
【０００６】
図４は、表１に示す化学組成を有する２鋼種のうちの鋼種Ｓ１０Ｃ製で、その寸法諸元が表２に示すヘリカル歯車を、前述した図３の上パンチ３の内径を種々変化させて室温下で成形した際における結果の一例を示す図で、横軸に平均工具面圧、縦軸にボス高さを採って示してある。
【０００７】
なお、横軸の平均工具面圧は下パンチに作用する荷重をその受圧面積で除して求められる値（ＭＰａ）、縦軸のボス高さはボスを含む全高さに対するボス高さ率（％）であり、図中の（  ）内値はダイ１の歯型に対する材料の充満率（％）である。
【０００８】
また、図４は、被加工材料２として、その質量がいずれも切削加工後の製品の質量の１．１倍のものを用いた場合の結果である。
【０００９】
【表１】
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【表２】
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この図４からわかるように、ボス径が歯車全体の横断面積に対する面積率で３３％と４０％の場合には、ダイ１の歯型１ａに対する材料の充満率が１００％になる平均工具面圧が存在する。したがって、完全な外歯を有するボス（図３中の６部分）付き歯車の成形が可能である。しかし、そのボス高さは、ボスの面積率が３３％の場合にはボスを含む全高さの４０％、４０％の場合には４７％と一定であり、これよりも高さの低いボスや高いボスは成形できない。
【００１０】
これに対し、ボスの面積率が５０％と６５％の場合には、ダイ１の歯型１ａに対する材料の充満率が１００％になる平均工具面圧が存在しない。したがって、ボスは成形されるが製品の外歯が成形されず、完全な外歯を有するボス付き歯車の成形は不可能である。なお、ボスの面積率６５％とは、ボス径が外歯の溝底径に等しいことを意味している。
【００１１】
ここで、ボスの面積率が４０％を超えると完全な外歯を有するボス付き歯車の成形が不可能になるのは、マンドレル５と上パンチ３の内径で画成される空隙部の断面積が大きすぎ、この空隙部への材料流入抵抗が不足するためである。
【００１２】
なお、図示は省略するが、表１に示す鋼種ＳＣｒ４２０Ｈの場合も、横軸の平均工具面圧がＳ１０Ｃの場合よりも変形抵抗が大きい分だけ増大するが、図４と同じ結果であった。すなわち、Ｓ１０Ｃの変形抵抗は、ひずみが１の時、４８２ＭＰａであり、ＳＣｒ４２０Ｈでは６２３ＭＰａで、その比１．３倍だけ、平均工具面圧が増大した結果であった。
【００１３】
ところが、実際に要求されるボス付き歯車には、ボスの面積率が４０％を超えるものや、４０％以下でもその高さが種々異なるものがある。具体的に例示すると、例えば自動車の手動変速機用のボス付き歯車には、表３に示すような寸法範囲のものが多い。また、その軸孔の内周面にはスプラインと称される内歯を有するものもあり、このようなボス付き歯車を高い材料歩留まりで成形することが可能な方法の開発が強く望まれていた。
【００１４】
【表３】
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【発明が解決しようとする課題】
本発明の第１の目的は、ボスの面積率が６５％以下、すなわちボス径が外歯の溝底径以下で、かつその高さが種々異なるボス付き歯車を高い材料歩留まりで成形することが可能な方法を提供することにある。また、第２の目的は、得るべき製品が内歯を備えた軸孔を有する場合、全高さにわたって十分な深さを有する内歯を備えたボス付き歯車を成形することが可能な方法を提供することにある。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、上記の課題を達成するために数多くの実験を行った。その結果、以下のことを知見した。
【００１６】
上パンチには、得るべき製品のボス径に等しい径で分割された内パンチと外パンチとからなるものを用いる必要がある。
【００１７】
内パンチと外パンチによる加圧は、内パンチの加圧面を得るべき製品のボス高さに等しい寸法だけ外パンチの加圧面から後退させた位置に初期設定して加圧する方法では不十分で、下記のいずれかに初期設定して内外パンチの両方で加圧を開始する必要がある。
【００１８】
すなわち、その１つは、内パンチの加圧面を外パンチの加圧面から所定の距離だけ後退させた位置、具体的には得るべき製品のボス高さの９０％以下の範囲内で後退させた位置に設定する。他の１つは、内外パンチの加圧面を一致させるか、または内パンチの加圧面を外パンチの加圧面から所定の距離だけ前進させた位置、具体的には得るべき製品のボス高さの３０％以下の範囲内で前進させた位置に設定する。
【００１９】
そして、内外パンチの両方による加圧開始後は、外パンチによる加圧はそのまま加工終了まで継続してよいが、内パンチによる加圧はその加圧面が初期設定位置から一定の距離だけ後退する間、所定の工具面圧に維持し、しかる後に内パンチによる加圧を解除する必要がある。
【００２０】
また、得るべきボス付き歯車が内歯を備えた軸孔を有する場合は、外径が前記の軸孔径に等しく、その外周面に製品の内歯に対応する歯型が形成されたマンドレルを被加工材料の軸心部に配置する。しかし、それだけでは不十分で、上記の内パンチによる加圧解除後における外パンチのみでの加圧による加工終了後、所定の工具面圧で内パンチによる再加圧を行う必要がある。
【００２１】
上記の知見に基づく本発明の要旨は、下記（１）〜（３）のボス付き歯車の成形方法にある。
（１）ダイス孔の内周面に製品の外歯に対応する歯型が形成されたダイと、ダイのダイス孔を閉塞する上パンチと下パンチとを具備する密閉金型を用い、ダイのダイス孔に配置された被加工材料を主に上パンチで加圧してダイス孔の隅々にまで被加工材料を完全充満させることによって一方の端面にボスを有するボス付き歯車を成形する際、前記の上パンチとして得るべき製品のボス外径と等しい径で外パンチと内パンチとに分割された分割パンチを用いるとともに、内パンチの加圧面を得るべき製品のボス高さの９０％以下の範囲内で外パンチの加圧面よりも後退させた初期設定状態で内外パンチの両方による加圧を開始し、その後外パンチによる加圧はそのまま継続する一方、内パンチによる加圧はその加圧面が前記の初期設定位置から一定の距離だけ後退するまでの間、所定の工具面圧に維持した後に内パンチによる加圧を解除し、この内パンチの加圧解除後もさらに外パンチによる加圧を継続するボス付き歯車の成形方法。
（２）ダイス孔の内周面に製品の外歯に対応する歯型が形成されたダイと、ダイのダイス孔を閉塞する主パンチと下パンチとを具備する密閉金型を用い、ダイのダイス孔に配置された被加工材料を主に主パンチで加圧してダイス孔の隅々にまで被加工材料を完全充満させることによって一方の端面にボスを有するボス付き歯車を成形する際、前記の上パンチとして得るべき製品のボス外径と等しい径で外パンチと内パンチとに分割された分割パンチを用いるとともに、内外パンチの加圧面を一致させるか、または内パンチの加圧面を得るべき製品のボス高さの３０％以下の範囲内で外パンチの加圧面よりも前進させた初期設定状態で内外パンチの両方による加圧を開始し、その後外パンチによる加圧は継続する一方、内パンチによる加圧はその加圧面が前記の初期設定位置から一定の距離だけ後退するまでの間、所定の工具面圧に維持した後に内パンチによる加圧を解除し、この内パンチの加圧解除後もさらに外パンチによる加圧を継続するボス付き歯車の成形方法。
（３）上記（１）または（２）に記載のボス付き歯車の成形方法において、得るべき製品が内歯を備えた軸孔を有する場合、被加工材料の軸心部に内パンチと下パンチの軸深部を貫通する外径が前記の軸孔径に等しく、その外周面に得るべき製品の内歯に対応する歯型が形成された形成されたマンドレルを配置する一方、内パンチによる加圧解除後における外パンチによる加圧終了後、外パンチを後退させた後に被加工材料の変形抵抗の２．７〜３．３倍の工具面圧で内パンチによる再加圧を行うボス付き歯車の成形方法。
【００２２】
上記（１）の方法においては、内外パンチによる加圧開始の前に、内パンチの加圧面を外パンチの加圧面よりも前進させた状態で加圧を行うのが好ましい。
【００２３】
また、（１）と（２）の方法における前記所定の工具面圧は、前者の場合には被加工材料の変形抵抗の２．５倍または下パンチに加わる荷重を下パンチの受圧面積で除して求められる平均工具面圧の０．８０倍以下、後者の場合には被加工材料の変形抵抗の２．１５倍または下パンチに加わる荷重を下パンチの受圧面積で除して求められる平均工具面圧の０．８０倍以下とするのが好ましい。
【００２４】
さらに、（３）の方法における内パンチによる再加圧は、被加工材料の変形抵抗の２．８〜３．１倍の工具面圧で行うのがより好ましい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のボス付き歯車の成形方法について、得るべき製品がはすば歯車の場合を例に挙げて、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２６】
まず始めに、本発明で用いる完全密閉型の金型について説明する。なお、従来の一段階捨て軸法で用いられる不完全密閉金型と同様の部材には、従来と同じ符号を付して説明する。
【００２７】
図１は、本発明の方法で用いる完全密閉型の金型の一例を示す模式的縦断面である。図に示すように、金型は、軸長方向の全長にわたってはすば歯車の外歯を成形するための歯型１ａがその全周面に形成されたダイス孔を有するダイ１、前記の歯型１ａに歯合する歯型４ａが外周面に形成されていてその一部が前記の歯型１ａに歯合された中空の下パンチ４、この下パンチ４の中空部に配置された中実の軸長方向に同一外径のマンドレル５０、得るべき製品のボス径と等しい径で２分割され、その内径がマンドレル５０の外径と実質的に等しい内パンチ３ａと、外径がダイ１のダイス孔径よりも大きい外パンチ３ｂで構成されている。
【００２８】
上記のダイ１は、複動プレスの基台７に対し、スラストベアリングなどの適宜な手段を介してスプリングなどの伸縮自在な部材８により、その下面が支持されている。
【００２９】
金型を構成する上記各工具のうち、下パンチ４、マンドレル５０、内パンチ３ａおよび外パンチ３ｂは、複動プレス（図示は省略するが、下方が２シリンダー、上方が３シリンダーの複動プレス）の各ラムに対して個別に連結されている。
【００３０】
なお、プレスは油圧ダイセット付きの機械式プレスであってもよい。また、内パンチ３ａが連結されたラムには、荷重計と距離計が取り付けられており、内パンチ３ａに作用する工具面圧（加圧力）と外パンチ３ｂに対する内パンチ３ａの相対移動距離が測定可能で、その工具面圧を所定の値に一定の時間保持できるようになっている。なお、荷重計は各工具に取り付けてもよく、距離計は外パンチ３ｂにも取り付けるのが望ましい。
【００３１】
次に、上記のように構成された金型によるはすば歯車の成形方法のうち、第１の方法（特許請求の範囲の欄の請求項１に記載の方法）について説明する。
【００３２】
すなわち、第１の方法においては、図１の（ａ）に示すように、内パンチ３ａの加圧面を外パンチ３ｂの加圧面よりも距離Ａだけ後退させた位置に初期設定する。また、この初期設定前または後に、被加工材料２をダイ１のダイス孔内に装入して下パンチ４上に載置する。この時、被加工材料２としては、外径がダイス孔内径と同一またはそれよりも若干小さく、内径がマンドレル５０の外径と同一またはそれよりも若干大きく、かつ質量が得るべき製品の質量に成形後の切削代に相当する質量を加えた質量のものを用いる。
【００３３】
次いで、内パンチ３ａと外パンチ３ｂを同時に下降させて両パンチの相互の位置関係を変えずに加圧を行い、内パンチ３ａの工具面圧が所定の値になるまで継続する。その後、外パンチ３ｂは外歯の高さが得るべき製品の高さに達するまで加圧を継続する。
【００３４】
一方、内パンチ３ａは、外パンチ３ｂとの一体の加圧により所定の工具面圧の値に到達してから、加圧の進行に伴って被加工材料２が塑性変形して図１（ｂ）を経て図１（ｃ）に示す状態、すなわち、内パンチ３ａの加圧面が初期設定位置から一定の距離Ｂだけ後退するまでの間、その工具面圧を所定の値に保持して加圧し、内パンチ３ａの加圧面が距離Ｂだけ後退した時点で内パンチによる加圧を解除する。
【００３５】
上記のようにして外パンチ３ｂと内パンチ３ａで被加工材料２を加圧する場合には、ボスの面積率が４０％を超える場合でも、マンドレル５０に沿った上方への材料流入量が内パンチ３ａの加圧面によって規制されるので、図１（ｃ）に示すように、ダイ１の歯型１ａに対する材料の充満率が１００％となる。
【００３６】
また、ボスの高さは、図１（ｄ）に示すように、上記内ダイス３ａによる加圧解除後も継続する外パンチ３ｂによる加圧により、材料が内ダイス３ａの抵抗を受けることなくマンドレル５０に沿って上方へ流入するので確保される。
【００３７】
この第１の方法において、上記の距離ＡとＢおよび内パンチ３ａが距離Ｂだけ後退する間保持する内パンチ３ａの工具面圧は、得るべきボス付き歯車の鋼種によっては、ひずみが１の時の変形抵抗の大きさの比で決まるだけであるが、その寸法および歯車諸元によって異なる。したがって、これらの値は、予め実験を行って適宜定める必要があるが、例えば、鋼種が前述の表１に示すＳ１０Ｃ製、歯車本体が同じく前述の表２に示すはすば歯車で、かつボスの面積率が４０％と５０％であり、ボス高さがいずれもボスを含む全高さの４０〜５０％のボス付きはすば歯車の場合、上記の距離Ａは１０ｍｍ、距離Ｂは１ｍｍとし、内パンチ３ａの加圧面が距離Ｂだけ後退する間保持する内パンチ３ａの工具面圧はボスの面積率に応じて表４に示す範囲とするのがよい。
【００３８】
【表４】
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ただし、距離Ａは、得るべき製品のボス高さの９０％以下の値とする必要がある。その理由は、距離Ａが得るべき製品のボス高さの９０％を超えると、実質的に距離Ｂが確保できなくなり、下パンチ４に作用する平均工具面圧が過大になって金型が破損する恐れがある。このため、上記第１の方法では、距離Ａを得るべき製品のボス高さの９０％以下の範囲内とした。
【００３９】
なお、以上に述べた第１の方法は、ボスの面積率が大きい場合、成形途中において上部の外歯は十分に成形されるが下部の外歯が十分に成形されず、加工途中でダイ１の上部のダイス孔が大きくなることがある。その結果、得られた製品のオーバーボールダイアが上部で大きく、下部で小さくなり、用途によっては要求される寸法仕様を満たさなくなるものや、著しい場合には外歯の部分に被さり疵と称される欠陥が生じることがある。
【００４０】
例えば、上記のボスの面積率が５０％のボス付き歯車の場合、上下のオーバーボールダイア差が０．０７〜０．０９ｍｍにもなって自動車のトランスミッション用には不適なものになったり、ボスの面積率が６５％のボス付き歯車の場合、上記の欠陥が生じることがある。
【００４１】
第１の方法において生じる上記のような問題は、次の手段を講じることにより解決することができる。すなわち、その手段は、上記の初期設定状態での内外パンチの両方による加圧開始の前に、内パンチ３ａの加圧面を外パンチ３ｂの加圧面よりも前進させた状態で予備加圧を行う方法である。この予備加圧を行う場合には、被加工材料２の中央部分が主として圧縮変形し、長手方向の中央部が外側に膨らんだ形状になる。その結果、その後の加工において上記のような変形態様が生じなくなり、上下のオーバーボールダイア差の小さな製品が得られるようになる。
【００４２】
したがって、第１の方法においては、上記の初期設定状態での内外パンチの両方による加圧開始の前に、内パンチ３ａの加圧面を外パンチ３ｂの加圧面よりも前進させた状態で予備加圧を行うのが好ましい。なお、その際の予備加圧量としては、加圧前の被加工材料２の高さをＨ0、製品の外歯の高さをＨ1とした時、下式で定義される据込み率で１５〜２５％程度とするのがよい。
【００４３】
据込み率＝（１−Ｈ1／Ｈ0）×１００（％）
しかし、この予備加圧工程の付加は加工時間の増加を招くが、この問題は次に説明する第２の方法（特許請求の範囲の欄の請求項４に記載の方法）により解決できる。
【００４４】
図２は、第２の方法を説明するための図であり、この第２の方法は、図２の（ａ）に示すように、内パンチ３ａの加圧面を外パンチ３ｂの加圧面よりも距離Ｃだけ前進させた位置に初期設定した状態で内パンチ３ａと外パンチ３ｂの両方による加圧を開始し、その後は実質的に第１の方法と同じ工程を採る方法である。具体的には、外パンチ３ｂによる加圧は、第１の方法と同じく、外歯の高さが得るべき製品の高さに達するまでそのまま継続する。これに対し、内パンチ３ａによる加圧は、外パンチ３ｂと一体の加圧の進行に伴ってその工具面圧が所定の値にまで上昇した時点から被加工材料２が塑性変形して図２（ｂ）を経て図２（ｃ）に示す状態、すなわち、内パンチ３ａの加圧面が初期設定位置から一定の距離Ｄだけ後退するまでの間、その工具面圧を所定の値に保持して加圧し、内パンチ３ａの加圧面が距離Ｄだけ後退して時点で内パンチによる加圧を解除する。
【００４５】
上記のようにして外パンチ３ｂと内パンチ３ａで被加工材料２を加圧する場合には、第１の方法の場合と同様に、ボスの面積率が４０％を超える場合でも、マンドレル５０に沿った上方への材料流入量が内パンチ３ａの加圧面によって規制されるので、図２（ｃ）に示すように、ダイ１の歯型１ａに対する材料の充満率が１００％となる。
【００４６】
また、ボスの高さは、図２（ｄ）に示すように、上記内ダイス３ａによる加圧解除後も継続する外パンチ３ｂによる加圧により、材料が内ダイス３ａの抵抗を受けることなくマンドレル５０に沿って上方へ流入するので確保される。
【００４７】
さらに、加圧の初期に内パンチ３ａによる加圧を受けて被加工材料２の中央部分が圧縮変形し、その材料形状が長手方向の中央部が外側に膨らんだ形状になるので、上下のオーバーボールダイア差の小さな製品が得られる。
【００４８】
この第２の方法においても、第１の方法の場合同様に、上記の距離ＣとＤおよび内パンチ３ａが距離Ｄだけ後退する間保持する内パンチ３ａの工具面圧は、得るべきボス付き歯車の鋼種によっては、ひずみが１の時の変形抵抗の大きさの比で決まるだけであるが、その寸法および歯車諸元によって異なる。したがって、これらの値は、予め実験を行って適宜定める必要があるが、例えば、鋼種が前述の表１に示すＳ１０Ｃ製、歯車本体が同じく前述の表２に示すはすば歯車で、かつボスの面積率が４０％、５０％および６５％であり、ボス高さがボスを含む全高さの３０〜５０％のボス付きはすば歯車の場合、上記の距離ＣとＤはいずれも１ｍｍとし、内パンチ３ａの加圧面が距離Ｄだけ後退する間保持する内パンチ３ａの工具面圧はボスの面積率に応じて表５に示す範囲とするのがよい。
【００４９】
【表５】
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ただし、距離Ｃは、得るべき製品のボス高さの３０％以下の値とする必要がある。その理由は、距離Ｃが得るべき製品のボス高さの３０％を超えると、必要なボス高さが確保できなくなる。このため、この第２の方法では、距離Ｃを得るべき製品のボス高さの３０％以下の範囲内とした。
【００５０】
なお、この第２の方法においては、内外パンチの加圧面の初期位置を上記のように設定する必要は必ずしもなく、外パンチ３ｂの加圧面と内パンチ３ａの加圧面を一致させて両パンチによる加圧を開始しするようにしてもよい。しかし、この場合には、得られた製品の上下のオーバーボールダイア差が、第１の方法によった場合よりも小さいものの若干大きくなる。このため、その初期設定位置は上記のようにするのが好ましい。
【００５１】
次に、第３の方法（特許請求の範囲の欄の請求項６に記載の方法）について説明する。この第３の方法は、上記の第１の方法または第２の方法により、軸孔の内周面にスプラインと称される軸長方向に平行な内歯が形成されたボス付き歯車を成形する方法である。
【００５２】
したがって、この第３の方法においては、図１と図２に示すマンドレル５０に代えて、図示は省略するが、その外周面に得るべき製品の内歯に対応する歯型が形成されたマンドレルを用いる。しかし、この場合、上記の第１の方法または第２の方法によっただけでは、外歯に対向する部分の内歯は成形されるものの、ボスに対向する部分の内歯、なかでもボスの上部に対向する部分の内歯は成形されない。これは、内パンチ３ａによる加圧解除後も継続される外パンチ３ｂによる加圧時における被加工材料２の軸方向への変形量が径方向への変形量よりも大きく、マンドレルに形成された歯型の凹部に対して材料が十分に充満しないためである。
【００５３】
このため、この第３の方法では、内パンチ３ａによる加圧解除後も継続される外パンチ３ｂによる加圧終了（図１と図２の（ｄ））後、外パンチ３ｂを後退させ、しかる後に内パンチ３ａによる再加圧を行うこととした。
【００５４】
しかし、この内パンチ３ａによる再加圧時の加圧力、すなわち内パンチ３ａの工具面圧が適切でないと、必要とされる内歯は成形されない。したがって、内パンチ３ａによる再加圧時におけるその工具面圧は所定の値に設定する必要があるが、この値は必要とされる内歯の材料充満率によって異なる。
【００５５】
このため、その工具面圧は、予め実験を行って適宜定める必要があるが、例えば、鋼種が前述の表１に示すＳ１０Ｃ製、歯車本体が同じく前述の表２に示すはすば歯車で、内歯の大径（内歯の溝底径）が３５ｍｍ、小径（軸孔径）が３３ｍｍ、歯数が２４であり、かつボスの面積率が４０％、５０％および６５％で、ボス高さがボスを含む全高さの３０〜５０％の内歯を有すボス付きはすば歯車の場合、その工具面圧は要求される内歯の材料充満率に応じて表６に示す値以上とするのがよい。
【００５６】
ただし、金型の寿命を考慮した場合、その上限は３．３倍以下、より好ましくは３．１倍以下とするのがよい。これは、前述の表１に示す２鋼種のうち、鋼種ＳＣｒ４２０Ｈの場合、その工具面圧がＳＣｒ４２０Ｈの変形抵抗の３．３倍を超えると金型が破損する恐れがあるからである。
【００５７】
【表６】
0003674437.tif 000007
なお、以上の説明は、外歯がはすば歯車の場合であるが、外歯が平歯車の場合にはダイ１と下パンチ４に形成する歯型を平歯車用にすることにより、成形可能である。
【００５８】
【実施例】
《実施例１》
鋼種が前述の表１に示すＳ１０Ｃ、歯車本体が前述の表２に示す寸法、ボスの面積率が４０％と５０％で、ボス高さがボスを含む全高さの４０〜５０％のボス付きはすば歯車を第１の方法によって成形した。
【００５９】
その際、内パンチ３ａの加圧面は外パンチ３ｂの加圧面よりも１０ｍｍ後退した位置に初期設定した。また、内パンチ３ａによる加圧は、工具面圧を種々変え、その加圧面が初期設定位置から１ｍｍ後退する間、一定に保持して加圧した。
【００６０】
なお、被加工材料２には、いずれの場合も、外径５５．１ｍｍ、内径３５．２ｍｍ、高さ３０．５ｍｍのものを用いた。
【００６１】
そして、各条件のもとに成形して得られたボス付きはすば歯車の外歯の材料充満率、ボス高さを調べる一方、各条件下での据込み率と下パンチ４の平均工具面圧も併せて調べた。
【００６２】
以上の調査結果を、成形条件と合わせて表７に示した。
【００６３】
【表７】
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表７からわかるように、ボスの面積率が４０％のものは、いずれの条件においても外歯の材料充満率１００％、ボス高さ４０％以上のものが得られたが、試番３は下パンチ４の平均工具面圧が被加工材料の変形抵抗の３．３倍と過大なため、鋼種がＳ１０Ｃの場合には問題ないが、ＳＣｒ４２０Ｈの場合では金型破損の恐れがあった。
【００６４】
また、ボスの面積率が５０％のものは、いずれの条件においてもボス高さ４０％以上のものが得られた。しかし、試番４〜６では外歯の材料充満率が６０％以下のものしか得られず、試番１４と１５では外歯の材料充満率は１００％であるが、下パンチ４の平均工具面圧が被加工材料の変形抵抗の３．３倍と過大なため、金型破損の恐れがあった。
【００６５】
以上のことは、第１の方法によって上記の鋼種、寸法のボス付きはすば歯車を成形する場合における内パンチ３ａの工具面圧としては、前述した表４に示す範囲に設定するのがよいことを意味している。
【００６６】
なお、表７中への記載は省略したが、各試番のうち、良否判定結果が良の製品の上下のオーバーボールダイア差は、０．０７〜０．０９ｍｍであった。
【００６７】
《実施例２》
鋼種が前述の表１に示すＳ１０Ｃ、歯車本体が前述の表２に示す寸法、ボスの面積率が４０％、５０％および６５％で、ボス高さがボスを含む全高さの３０〜５０％のボス付きはすば歯車を第２の方法によって成形した。
【００６８】
その際、内パンチ３ａの加圧面は外パンチ３ｂの加圧面よりも１ｍｍ前進した位置に初期設定した。また、内パンチ３ａによる加圧は、工具面圧を種々変え、その加圧面が初期設定位置から１ｍｍ後退する間、一定に保持して加圧した。
【００６９】
ただし、試番２６は０．５ｍｍ、試番２７は０．３ｍｍ、試番２８は０．２ｍｍ、試番２９と３０は０．１ｍｍ、試番３１〜３５は４ｍｍ、内パンチの加圧面が初期設定位置から後退する間、その工具面圧を一定に保持して加圧した。これは、ボス成形前に外歯の材料充満率を高めながらボス高さ率を上昇させることを意図したものである。
【００７０】
なお、被加工材料２には、いずれの場合も、外径５５．１ｍｍ、内径３５．２ｍｍ、高さ３０．５ｍｍのものを用いた。
【００７１】
そして、各条件のもとに成形して得られたボス付きはすば歯車の外歯の材料充満率、ボス高さを調べる一方、各条件下での据込み率と下パンチ４の平均工具面圧も併せて調べた。
【００７２】
以上の調査結果を、成形条件と合わせて表８に示した。
【００７３】
【表８】
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表８からわかるように、ボスの面積率が４０％のものは、いずれの条件においても外歯の材料充満率は１００％のものが得られるが、試番１９と２０は目標の３０％以上のボス高さは得られなかった。
【００７４】
また、ボスの面積率が５０％のものは、試番２１〜２９ではボス高さ３０％以上のものが得られたが、そのうち試番２１と２２は外歯の材料充満率が８５％以下のものしか得られなかった。また、試番３０は外歯の材料充満率は１００％であるが、目標の３０％以上のボス高さは得られなかった。
【００７５】
さらに、ボスの面積率が６５％のものは、試番３１〜３８ではボス高さ３０％以上のものが得られたが、そのうち試番３１と３２は外歯の材料充満率が６０％以下のものしか得られなかった。また、試番３９は外歯の材料充満率は１００％であるが、目標の３０％以上のボス高さは得られなかった。
【００７６】
以上のことは、第２の方法によって上記の鋼種、寸法のボス付きはすば歯車を成形する場合における内パンチ３ａの工具面圧としては、前述した表５に示す範囲に設定するのがよいことを意味している。
【００７７】
なお、表８中への記載は省略したが、各試番のうち、良否判定結果が良の製品の上下のオーバーボールダイア差は、０．０２〜０．０４ｍｍであり、第１の方法によった場合に比べ大幅に小さく、自動車のトランスミッション用として十分な寸法精度を有していた。
【００７８】
《実施例３》
鋼種が前述の表１に示すＳ１０Ｃ、歯車本体が前述の表２に示す寸法、ボスの面積率が４０％、５０％および６５％で、ボス高さがボスを含む全高さの３０〜５０％であり、内径（小径）３３ｍｍの軸孔の内周面に溝底径（大径）が３５ｍｍ、歯数が２４の内歯を有するボス付きはすば歯車を第３の方法によって成形した。
【００７９】
その際、内パンチ３ａによる再加圧までの工程は、上記の実施例２における試番２４と同じとし、外パンチ３ｂを後退させた後、種々異なる工具面圧で再加圧した。
【００８０】
そして、各条件のもとに成形して得られたボス付きはすば歯車の内歯全体とボスに対向する部分の内歯の材料充満率を調べた。その結果、内歯全体とボスに対向する部分の内歯の材料充満率は、ボスの面積率にかかわらず同じであり、表９に示す通りであった。
【００８１】
【表９】
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この表９から明らかなように、内歯の材料充満率は再加圧時の内パンチの工具面圧によって異なり、例えば、一般に、製品として許容される内歯全体の材料充満率が８０％以上のものを得るためには、被加工材料の変形抵抗の２．７倍以上の工具面圧で加圧する必要があり、１００％のものを得るためには２．８倍以上の工具面圧で加圧する必要があることがわかる。
【００８２】
このことは、第３の方法によって上記の鋼種、寸法の内歯を有するボス付きはすば歯車を成形する場合における再加圧時の内パンチ３ａの工具面圧としては、前述した表６に示す範囲に設定するのがよいことを意味している。
【００８３】
なお、表６の説明おける上限値３．３は、前述の実施例１で述べたように、これを超えると鋼種がＳＣｒ４２０Ｈの場合に金型破損の恐れあり、金型破損を確実に避ける観点からは３．１倍以下であることが望ましいことから定めた値である。
【００８４】
以上の実施例１〜３の結果から明らかなように、本発明によれば、ボスの面積率が４０％を超えるものは勿論、４０％以下のものであっても、製品のボスの面積率に応じて内パンチの工具面圧を適正に設定することにより、高さの異なるボスを有し、さらには適正な材料充満率の内歯を有するボス付き歯車を成形することが可能なことがわかる。
【００８５】
【発明の効果】
本発明によれば、外径が外歯の溝底径以下で高さが種々異なるボス、さらにはその軸孔の内周面に内歯を有する高寸法精度のボス付き歯車を高い材料歩留まりで高能率に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の方法を説明するための図である。
【図２】本発明の第２の方法を説明するための図である。
【図３】従来の一段階捨て軸法を説明するための図である。
【図４】従来の一段階捨て軸法により面積率が異なるボス付き歯車を成形した場合における結果の一例を示す図である。
【符号の説明】
１：ダイ、
２：被加工材料、
３：上パンチ、
３ａ：内パンチ、
３ｂ：外パンチ、
４：下パンチ、
５、５０：マンドレル、
６：材料（ボスに相当）、
７：基台、
８：伸縮自在な部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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