(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円板状素材の外周部に、成形ダイスを押し付けることで歯車を成形する転造歯車の製造方法において、転造により成形する目標歯形と同じ若しくは目標歯形よりも大きい歯たけを有するとともに、その歯先及び歯底が円弧状に形成された予備成形歯形を有する予備成形ダイスにより、円板状素材の外周部に予備歯形を成形した後、目標歯形の歯先形状に対応する歯元形状に形成された仕上成形歯形を有する仕上成形ダイスにより、予備歯形を目標歯形に成形する一方、
上記目標歯形は、インボリュートの曲線を描く左右の目標歯側面と、歯車の回転中心を中心とする円弧状の曲面によって形成された目標歯底面及び目標歯先面と、を有することを特徴とする転造歯車の製造方法。
【請求項２】
仕上成形ダイスの仕上成形歯形と、予備成形ダイスの予備成形歯形とは、その歯先形状が同じ形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の転造歯車の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、正確な歯形を有する転造歯車の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、転造歯車は、円柱状の素材を回転しながら、その表面に歯車型ダイスを押し付けることにより成形されている。この場合、素材は、その表層が歯車型ダイスからの圧力を受けて、盛り上がるように塑性変形し、次第に歯車型ダイスの歯形に対応するように変形する。
【０００３】
図６は、転造により成形する目標歯形１を示したものであり、この目標歯形１は、例えばインボリュートの曲線を描く左右の目標歯側面１１、１１と、歯車の回転中心（図示せず）を中心とする円弧状の曲面によって形成された目標歯底面１２と、同じく歯車の回転中心を中心とする円弧状の曲面によって形成された目標歯先面１３とを有している。
【０００４】
目標歯側面１１と目標歯底面１２とは、半径Ｒ１の曲面によって形成された目標歯底隅部１４を介してつながっており、目標歯側面１１と目標歯先面１３とは、半径Ｒ２の曲面によって形成された目標歯先角部１５を介してつながっている。そして、目標歯先角部１５は、その半径Ｒ２がきわめて小さなものとなっている。例えば、半径Ｒ２は、歯たけＨ１が約４．５ｍｍ程度のものであると、約０．６ｍｍ程度になっている。
【０００５】
一方、上記目標歯形１を成形する歯車型ダイスは、図示を省略するが、目標歯形１とほぼ同一の形状になっており、その歯底隅部の半径が目標歯先角部１５の半径Ｒ２に対応している。
【０００６】
上記のように構成された歯車型ダイスで転造歯車を成形すれば、理論的には図６に示すような目標歯形１を成形することができる。しかし、その成形に際しては、次のような種々の問題点がある。
【０００７】
すなわち、実際に転造する場合、転造の初期においては比較的小さな押し付け力で、素材の表層を盛り上げることができるものの、盛り上げる量が大きくなるにしたがって、次第に変形しにくくなってくる。これは、押圧する位置と、実際に変形する位置とが次第に離れ、素材の流動性が次第に悪化した状態になってくるからである。しかも、歯車型ダイスにおける歯底隅部の半径Ｒ２が小さなものとなっているから、この歯底隅部への素材の充填性が悪く、さらに、歯車型ダイスにおける歯先角部の半径Ｒ１が小さなものとなっているから、押圧された素材が表層を盛り上げる方向に流れにくくなっている。このため、歯先隅部まで素材を完全に充填するためには、大きな押し付け力で歯車型ダイスを素材に押圧する必要がある。
【０００８】
しかし、押し付け力が大きくなると、歯車型ダイスにかかる負荷も大きくなり、歯車型ダイス等のツール寿命が短くなるという問題があった。
【０００９】
また、歯車型ダイスにおける歯底隅部の半径Ｒ２が小さいことから、この歯底隅部における応力集中が大きなものとなる。したがって、この点からも歯車型ダイス等のツール寿命が短くなるという問題があった。
【００１０】
一方、転造の際には、図７に示すように、左右から盛り上がってきた素材Ｗによって、歯Ｗ１の中央部が凹状になり、さらに素材Ｗが中央部で合わさるように充填されることによって、図８に示すように、歯先面Ｗ１ａに凹部Ｗ１ｂが残ることがある。いわゆるトップロールＷ１ｂが歯先面Ｗ１ａに形成されることがある。
【００１１】
この対策として歯車型ダイスの歯先及び歯底の形状を円弧状にして半径を大きくすることで素材の流動性を向上することが考えられる。
【００１２】
しかし、歯車型ダイスの歯底を円弧状に形成した場合には、成形される歯車の歯先が円弧状になるため、この成形された歯車に噛合する歯車との噛合率が下がってしまうという問題がある。特に、この歯車に噛合する歯車が歯数の少ない小径のピニオンギヤなどの場合にはこの傾向が大きくなる。
【００１３】
尚、歯車型ダイスの歯先を円弧状に形成した場合には、成形される歯車の歯底が円弧状になるので、この成形された歯車に噛合する歯車の歯先を逃げるように歯元のたけを大きくするだけで済む。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、トップロールの発生を防止することができ、かつツール寿命の向上を図ることのできる転造歯車の製造方法を提供することを課題としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、円板状素材の外周部に、成形ダイスを押し付けることで歯車を成形する転造歯車の製造方法において、転造により成形する目標歯形と同じ若しくは目標歯形よりも大きい歯たけを有するとともに、その歯先及び歯底が円弧状に形成された予備成形歯形を有する予備成形ダイスにより、円板状素材の外周部に予備歯形を成形した後、目標歯形の歯先形状に対応する歯元形状に形成された仕上成形歯形を有する仕上成形ダイスにより、予備歯形を目標歯形に成形する一方、上記目標歯形は、インボリュートの曲線を描く左右の目標歯側面と、歯車の回転中心を中心とする円弧状の曲面によって形成された目標歯底面及び目標歯先面と、を有することを特徴としている。
【００１６】
また、請求項２に係る発明は、仕上成形ダイスの仕上成形歯形と、予備成形ダイスの予備成形歯形とは、その歯先形状が同じ形状に形成されていることを特徴としている。
【００１７】
そして、上記のように構成された請求項１に係る発明においては、予備成形ダイスは予備成形歯形の形状が滑らかな曲面を有して角部のない形状であるため、歯先先端への素材の流動性がよく、歯先中央に肉欠けによるトップロールが生じない。そして、この後、仕上成形ダイスにより目標歯形の歯先角部への素材の充填を行うようにしているため、流動性がよい状態で素材を変形させることができ、トップロールの生じない転造歯車を容易に得ることができる。
【００１８】
しかも、この成形に際して各成形ダイスを素材に押し付ける力が大きくなるのを防止できるとともに、各成形ダイスの歯底の一部に応力集中が生じるのを防止できるため、各成形ダイスの型寿命を大幅に向上することができる。
【００１９】
また、請求項２に係る発明においては、仕上成形ダイスの仕上成形歯形と、予備成形ダイスの予備成形歯形とは、その歯先形状が同じ形状を有しているため、予備成形を行った後に、素材に成形された予備歯形に仕上成形ダイスを押し付けた際に素材の流動面が変わることがなく、歯先角部への素材の充填をスムーズに行うことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を実施例に基づき、図１〜図５を参照して説明する。なお、従来例で示した構成要素と共通する要素には同一の符号を付し、その説明を簡略化する。
【００２１】
この実施例で示す転造歯車は、図２に示す目標歯形１０と同じ高さの歯たけＨ２を有するとともに、その歯先３３及び歯底３２が円弧状に形成された予備成形歯形３０を有する予備成形ダイス３により、円板状素材Ｗの外周部に予備歯車２０を形成した後、目標歯形１０と同じ高さの歯たけＨ１を有するとともに、目標歯形１０の歯先の形状に対応する歯元４２の形状に形成された仕上成形歯形４０を有する仕上成形ダイス４により、予備歯形２０を目標歯形１０に形成することを特徴としている。
【００２２】
また、上記仕上成形ダイス４の仕上成形歯形４０と、上記予備成形ダイス３の予備成形歯形３０は、その歯先４３，３３の形状が同じ形状に形成されていることを特徴としている。
【００２３】
以下、上記構成についてさらに詳細に説明する。すなわち、予備成形段階において素材Ｗに成形される予備歯形２０の各歯側面２１は、図１に示すように、歯先面２３につながる上端部を除いて目標歯側面１１とほぼ同一の形状になっている。また、歯先面２３は、一方の歯側面２１から他方の歯側面に滑らかにつながる円弧状に形成されている。すなわち、歯先面２３の半径ｒ２は大きなものとなっている。さらに、歯底面２２の半径ｒ１も、目標歯底面１２の半径Ｒ１にほぼ一致した形状になっている。
【００２４】
そして、この予備歯形２０の成形に用いる予備成形ダイス３は、図３に示すように、素材Ｗに上記各歯側面２１、歯底面２２及び歯先面２３を転造するための各歯側面３１、歯底面３２及び歯先面３３を備えている。ただし、予備成形ダイス３の歯底面３２の半径３ｒ１は、素材Ｗの歯先面２３の半径ｒ２に対応している。すなわち、歯底面３２の半径３ｒ１は滑らかにつながる円弧状に形成されているので、予備成形ダイス３における歯底面３２の応力集中を緩和することができる。
【００２５】
一方、仕上成形後においては、図２に示すように、各歯側面２１及び歯先面２３が目標歯側面１１及び目標歯先面１３に成形されると共に、半径Ｒ２の小さな目標歯先角部１５が形成されるようになっている。また、歯底面２２の半径ｒ１は、目標歯底面１２の半径Ｒ１に一致した形状になっている。
【００２６】
そして、この目標歯形１０の成形に用いる仕上成形ダイス４は、図４に示すように、素材Ｗに上記各目標歯側面１１、目標歯底面１２、目標歯先面１３及び目標歯先角部１５を転造するための各歯側面４１、歯底面４２、歯先面４３及び歯底隅部４４を備えている。ただし、仕上成形ダイス４の歯底面４２及び歯底隅部４４の半径４ｒ１は、目標歯先面１３及び目標歯先角部１５の半径Ｒ２に対応している。すなわち、歯底隅部４４の半径４ｒ１は小さなものとなっている。
【００２７】
また、予備成形後の予備歯形２０の歯たけＨ２は、図１及び図２に示すように、仕上成形後の目標歯形１０の歯たけＨ１と同じ高さに成形される。すなわち、Ｈ２＝Ｈ１となっている。尚、予備歯形２０の歯たけＨ２を目標歯形１０の歯たけＨ１より高くしてもよい。この場合、予備成形後の歯たけＨ２の高い分は、目標歯先角部１５に素材Ｗを充填するための余肉分として利用することができる。
【００２８】
転造歯車の製造装置は、それぞれ平行に配置されるとともに、近接可能に設けられたツール取付軸と、ワーククランプ軸とを備えている。ツール取付軸は、上述した通り、予備成形ダイス３及び仕上成形ダイス４を取り付けるようになっている。また、ワーククランプ軸には、素材Ｗを保持するためのクランプが設けられている。そして、このワーククランプ軸とツール取付軸とは同期して回転駆動されるようになっている。
【００２９】
上記のように構成された転造歯車においては、歯先面２３を形成する際には、この歯先面２３が両側の各歯側面２１から滑らかな円弧状の曲面に形成されていて、角部のない充填性の良い形状になっているから、歯先面２３の先端中央への素材の流動性がよく、歯先にトップロールが生じない。また、予備成形ダイス３を素材Ｗに押し付ける力が大きくなるのを防止することができる。しかも、歯先面２３が予備成形ダイス３の歯底面３２に対応することになり、この歯底面３２の半径（３ｒ１）が大きなものとなるから、この歯底面３２から歯側面３１にかけての底部における応力集中を緩和することができる。
【００３０】
また、目標歯先面１３を形成する際には、予備歯形２０に仕上成形ダイス４を同期回転させて半径方向外側から押圧することにより、予備歯形２０の歯先面２３をより平らな目標歯先面１３に成形することになる。このため、目標歯形１０は歯先中央を充填させた後に歯先角部への素材の充填を行うことになり目標歯先面１３にトップロールが生じることがない。しかも、きわめて流動性の良い状態で素材Ｗを変形することができるため、目標歯先角部１５の半径Ｒ２が小さくても、この目標歯先角部１５に素材Ｗを十分に充填することができると共に、仕上成形ダイス４を素材Ｗに押し付ける力も小さくすることができる。
【００３１】
さらに、図５に示すように、仕上成形ダイス４の仕上成形歯形４０と、予備成形ダイス３の予備成形歯形３０とは、その歯先４３，３３の形状が同じ円弧状に形成されているから、予備成形を行った後に、予備歯形２０に仕上成形用ダイス４を同期回転させつつ押し付けた際に、素材の流動面が変わることがなく、歯先角部への素材の充填をスムーズに行うことができる。
【００３２】
【発明の効果】
請求項１に係る発明においては、予備成形ダイスは予備成形歯形の形状が滑らかな曲面を有して角部のない形状であるため、歯先先端への素材の流動性がよく、歯先中央に肉欠けによるトップロールが生じない。そして、この後、仕上成形ダイスにより目標歯形の歯先角部への素材の充填を行うようにしているため、流動性がよい状態で素材を変形させることができ、トップロールの生じない転造歯車を容易に得ることができる。
【００３３】
しかも、この成形に際して各成形ダイスを素材に押し付ける力が大きくなるのを防止できるとともに、各成形ダイスの歯底の一部に応力集中が生じるのを防止できるため、各成形ダイスの型寿命を大幅に向上することができる。
【００３４】
また、請求項２に係る発明においては、仕上成形ダイスの仕上成形歯形と、予備成形ダイスの予備成形歯形とは、その歯先形状が同じ形状を有しているため、予備成形を行った後に、素材に成形された予備歯形に仕上成形ダイスを押し付けた際に素材の流動面が変わることがなく、歯先角部への素材の充填をスムーズに行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例として示した転造歯車であって、予備成形後の転造歯車を示す要部断面図である。
【図２】同転造歯車であって、仕上成形後の転造歯車を示す要部断面図である。
【図３】同転造歯車を製造するための転造歯車の製造装置に設けられた予備成形ダイスを示す要部断面図である。
【図４】同転造歯車を製造するための転造歯車の製造装置に設けられた仕上成形ダイスを示す要部断面図である。
【図５】同転造歯車を製造するための予備成形ダイス及び仕上成形ダイスの歯形の要部拡大図である。
【図６】従来例として示した歯車の目標歯形を示す要部断面図である。
【図７】同従来例における問題点を示す歯形の要部断面図である。
【図８】同従来例における問題点を示す歯形の図であって、トップロールが生じた状態を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１０  予備歯形
１１  目標歯側面
１３  目標歯先面
２０  目標歯形
２１  歯側面
２３  歯先面
３  予備成形ダイス
３０  予備成形歯形
４  仕上成形ダイス
４０  仕上成形歯形
【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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【図８】
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