(57)【要約】【課題】歯形の損傷や製品精度が悪化することと金型の寿命が短くなることを防止して、特にヘリカルギヤやクラウニング付のギヤを安定して量産することが可能なギヤ金型を提供する。【解決手段】本発明のギヤ金型１は、計画するギヤＧの歯谷Ｇｖを成形するために中心方向に突出した歯谷成形部２ｖと、計画するギヤＧの歯山Ｇｍの頂面を周方向に２分割して成形するために歯谷成形部２ｖを中心とした周方向の一方側と他方側の両裾部位にそれぞれ形成した歯山成形部２ｍ，２ｍと、を有した同一形状のダイ２を、計画するギヤの歯数Ｇｍだけ有している。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ギヤを製造するための金型であって、計画するギヤの歯谷を成形するために中心方向に突出した歯谷成形部と、計画するギヤの歯山の頂面を周方向に２分割して成形するために前記歯谷成形部を中心とした周方向の一方側と他方側の両裾部位にそれぞれ形成した歯山成形部と、を有した同一形状のダイを、計画するギヤの歯数だけ有することを特徴とするギヤ金型。
【請求項２】
ダイは、ギヤを製造しようとする材料の中心から、歯谷成形部を中心とした周方向の一方側と他方側の各々の歯山成形部における計画するギヤの歯山の頂面を周方向に分割する分割点から径外方向に所定長さだけ所定角度で延長した分割線で区画される範囲を周方向に回転させて得られる断面形状の支持部が形成されていることを特徴とする請求項１記載のギヤ金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯形の損傷や製品精度が悪化することと金型の寿命が短くなることを防止して、特にヘリカルギヤやクラウニング付のギヤを安定して量産することが可能なギヤ金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘリカルギヤ（はすば歯車）の金型への材料充満は、押出法や分流法などにより、あるいは例えば特許文献１〜５に記載される鍛造製造が提案されている。なお、以下に記す特許文献１〜５については、記載を本願用語に統一している。
【０００３】
特許文献１は、内周にギヤ成形歯が形成され、かつ外周がテーパ面に形成されたダイスをダイスホルダのテーパ孔に摺動可能にテーパ嵌合させ、ギヤ成形歯に圧入可能な粗歯が形成された粗歯ギヤを設け、該粗歯ギヤをダイスにその大径側一端から他端に向けて圧入させる第１パンチと、この第１パンチに対して後進側に位置し、かつダイスの大径側端面に当接可能な第２パンチとを設け、さらに、ダイスのテーパ孔での小径方向への移動に抵抗を付与する抵抗装置を設けるギヤ仕上げ鍛造装置が提案されている。
【０００４】
特許文献２は、材料の各歯が嵌合する複数の歯形形成溝を有して軸方向に同一断面形状のダイス孔が貫通する円筒状のダイスを備え、ダイスの基端側及び頂端側を弾性収縮変形してクラウニング付歯形形状の歯を備えたギヤを成形し、しかる後、弾性収縮解除によりダイスを弾性復元して拡径したダイス孔からギヤを抜き出すことで、クラウニング付のギヤを成形することが提案されている。
【０００５】
特許文献３は、内歯の側面が反クラウン形状に形成された仕上げ金型と、外歯が全長に亘って略等歯厚に形成された一次ギヤとを設け、仕上げ金型を締金にテーパ嵌合させると共に、テーパ面が大径となる仕上げ金型の軸端をストッパーダイに当接させ、一次ギヤの各歯を仕上げ金型の各歯間に嵌合させ、パンチにより締金のみを仕上げ金型に対してテーパ面が大径となる軸方向に移動させて仕上げ金型を小径に弾性変形させ、その各歯を一次ギヤの各歯に圧接することにより、一次ギヤの各歯をクラウン状に形成することが提案されている。
【０００６】
特許文献４は、予めクラウニングなしの歯形を有する円筒ギヤである被加工品を準備し、内側に円筒歯形を有すると共に外側に上側係合面と下側係合面を有しかつ弾性変形する型を使用して、型の下側係合面をテーパ穴付リングに設定して、型の円筒歯形の下側部分を、ピッチ円が軸方向に円弧形状の曲面に沿うように弾性変性させ、かつ、型の円筒歯形の上側部分は円筒形状のままとし、被加工品を型の中に挿入して、まず、被加工品の下側部分に型の弾性変形された下側部分でクラウニング付歯形を冷間鍛造によって成形し、そのとき、比較品の上側部分はクラウニングなしの円筒形状のままとし、その後、型の上側係合面に外側パンチの内側テーパを押圧して型の上側部分を内向きに弾性変形させて、被加工品の上側部分にクラウニング付歯形を冷間鍛造によって成形することが提案されている。
【０００７】
特許文献５は、歯形ダイには、上端部に形成されたギヤ歯成形用のギヤ歯案内部と、このギヤ歯成形部から下方へ一体的に延びてギヤ歯成形部で成形されたギヤ歯を案内すると共にギヤ歯の外表面との間に微小クリアランスを形成可能なギヤ歯案内部とを備え、マンドレルには、パンチの下端から下方へ離隔したマンドレル途中部分の外周部に形成された微小深さの環状凹部を備えた鍛造成形装置により、ギヤを鍛造成形する際に、環状凹部に充填した材料の全部又は一部をマンドレルの上昇動作を介してギヤの周壁部へ強制的に流動させることでクラウニングを形成することが提案されている。
【０００８】
従来及び上記特許文献１〜５の鍛造手法によって、ヘリカルギヤ、特にクラウニング付のヘリカルギヤの製造が可能ではあるものの、成形品の排出時に、主として以下の１〜３の問題があり、未だに実用レベルには至らず、多くは依然として切削加工等で行われているのが実情である。
【０００９】
１：ノックアウト時に歯形に直角の力が加わり、歯形の損傷や金型の寿命が著しく短い
２：ノックアウト時に歯形の弾性変形と素材の塑性変形が生じて製品精度が悪化する
３：製品歯車の歯筋端部を僅かに薄く（あるいは歯筋軸方向中央部を僅かに厚く）する      クラウニング形状を付けようとするとノックアウト排出が極めて困難
【００１０】
上記１，２に対しては、ノックアウト時にねじり力を加えることで、歯に対してかかる垂直方向の力をある程度キャンセルする手法も提案されているが、変形終了直後の製品の歯形部分は金型により高い圧力で締め付けられているため、実質的にねじり力の付加だけではノックアウトが困難である。
【００１１】
また、上記３については、特許文献１〜５において、歯形に力を加えて弾性変形させ、クラウニング形状に成形した後に、金型の弾性変形を解除してノックアウトするようにしているが、クラウニング形状を付ける際に金型を弾性変形させる時点で該金型に負荷がかかり、金型寿命が低下して安定した量産ができないといった問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００５−７４６８号公報
【特許文献２】特開２００７−５４８７４号公報
【特許文献３】特開２００７−２０３３７４号公報
【特許文献４】特開２０１１−１６１６２号公報
【特許文献５】特開２０１４−２１７８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
解決しようとする問題は、ギヤ、特にヘリカルギヤやクラウニング付のギヤを（冷間）鍛造にて製造しようとすると、成型後のノックアウト（排出）時に、歯形に直角の力が加わり、歯形の損傷や金型の寿命が著しく短くなる、また、歯形の弾性変形と素材の塑性変形が生じて製品精度が悪化する、さらに、クラウニング形状を付けるとノックアウト排出そのものが極めて困難、という点である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明は、ギヤを製造するための金型であって、計画するギヤの歯谷を成形するために中心方向に突出した歯谷成形部と、計画するギヤの歯山の頂面を周方向に２分割して成形するために前記歯谷成形部を中心とした周方向の一方側と他方側の両裾部位にそれぞれ形成した歯山成形部と、を有したダイを、計画するギヤの歯数だけ有することを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のギヤ金型は、ギヤの歯数だけ分割された複数のダイで構成され、さらに、このダイが製造しようとするギヤの歯山を隣接するダイで２分割したものであるため、ダイを軸と直交する径外方向に開いて金型全体を開状態とすることで、ダイの歯山成形部がギヤの歯山部位に対する締め付け力を容易に解除することができ、よって、ノックアウトによる金型からの製品排出が容易となるほか、このノックアウト時に金型（ダイ）にストレスがかからないので、金型寿命の短命化が防止でき、安定した量産が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のギヤ金型で得られるクラウニング付のヘリカルギヤを示す図である。
【図２】本発明のギヤ金型におけるダイを示し、（ａ）は正面方向、（ｂ）は背面方向、（ｃ）は左側面方向、（ｄ）は右側面方向、（ｅ）は平面方向、（ｆ）は底面方向、からそれぞれ見た図である。
【図３】（ａ）は本発明のギヤ金型におけるダイの形状について説明するための図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】本発明の本発明のギヤ金型によってギヤを成形した後で排出前の状況を示す図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は本発明のギヤ金型を用いたギヤの鍛造成形手順を示した図、（ｅ）〜（ｈ）は（ａ）〜（ｄ）の各々の時点での鍛造設備の動き及び力のかかる方向を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、ギヤ、特にヘリカルギヤやクラウニング付のギヤを（冷間）鍛造にて製造しようとすると、歯形の損傷や金型の寿命が著しく短くなる、歯形の弾性変形と素材の塑性変形が生じて製品精度が悪化する、さらに、クラウニング形状を付けるとノックアウト排出そのものが極めて困難、という課題を、計画するギヤの歯谷を成形するために中心方向に突出した歯谷成形部と、計画するギヤの歯山の頂面を周方向に２分割して成形するために歯谷成形部を中心とした周方向の一方側と他方側の両裾部位にそれぞれ形成した歯山成形部と、を有した同一形状のダイを、計画するギヤの歯数だけ有することで克服した。
【００１８】
また、本発明は、上記構成に加えて、ダイは、ギヤを製造しようとする材料の中心から、歯谷成形部を中心とした周方向の一方側と他方側の各々の歯山成形部における計画するギヤの歯山の頂面を周方向に分割する分割点から径外方向に所定長さだけ所定角度で延長した分割線で区画される範囲を周方向に回転させて得られる断面形状の支持部が形成されたものであってもよい。こうすることで、ダイ全体を配置しやすくなるとともに軸方向にギヤの材料に対して均等に金型からの力を与えることができ、さらにギヤ金型の開閉動作に関するオプション治具を設けやすくなる。
【実施例】
【００１９】
以下、図１〜図５を参照して本発明のギヤ金型について説明する。本発明のギヤ金型１は、なお、図１〜図５においては、ギヤＧの端面については断面でなくともドット状のハッチングを付している。本実施例では、図１に示すようなクラウニングＣ付のヘリカルギヤＧ（以下、ギヤＧと記す）を製造するためのものとして説明する。ギヤ金型１は、製造しようとするギヤＧの歯数に分割された複数のダイ２からなる。
【００２０】
ダイ２は、計画するギヤＧの歯谷Ｇｖを成形するために中心方向に突出した歯谷成形部２ｖと、計画するギヤＧの歯山Ｇｍの頂面を周方向に２分割して成形するために歯谷成形部２ｖを中心とした周方向の一方側と他方側の両裾部位にそれぞれ形成した歯山成形部２ｍ，２ｍと、を有している。上記のとおりダイ２は、計画するギヤＧの歯（山）Ｇｍの数だけ有し、これら全て同一形状とされている。
【００２１】
また、ダイ２における歯山成形部２ｍ，２ｍは、図２（ｂ）に示すように、軸方向の両端部位において、隣接するダイ２の歯山成形部２ｍと，２ｍとの間が狭くされた狭間部２ｍｓが形成され、かつ中央部が拡間部２ｍｂとされている。つまり、本例のギヤ金型１は、隣接するダイ２，２の歯山成形部２ｍ，２ｍの狭間部２ｍｓ，２ｍｓと拡間部２ｍｂ，２ｍｂにより、クラウニングＣ付の歯山Ｇｍを成形する構成を示している。
【００２２】
さらに、ダイ２は、図３に示すように、ギヤＧを製造しようとする材料の中心から、歯谷成形部２ｖを中心とした一方側の各々の歯山成形部２ｍと他方側の歯山成形部２ｍにおける計画するギヤの歯山Ｇｖの頂面を周方向に分割する分割点から径外方向に所定長さだけ所定角度で延長した分割線Ｐ１，Ｐ２で区画された範囲である支持部２Ｘが形成されている。
【００２３】
ダイ２は、図３（ｂ）（ｃ）に示すように、軸方向のどの高さ位置の断面（端面）においても、仮想線Ｐ１，Ｐ２で区画された範囲である支持部２Ｘ部分の形状に関してはどのダイ２の、どの軸方向の断面においても同じ断面形状となっており、これにより、ギヤＧを製造しようとする材料に対して均等な型締力をかけることができる。
【００２４】
本例のダイ２は、支持部２Ｘを有することで、該ダイ２を整列配置した状態の支持部２Ｘの外周面に後述する高速リング５を嵌めるために上方から下方へと下り勾配の斜面を形成したり、該支持部２Ｘの上とする端面に型開治具３を嵌めるためのテーパ２Ａを形成したり、あるいは該支持部２Ｘの下とする端面にダイ２の移動を案内するガイド２Ｂを設けたり、することが可能となる。
【００２５】
すなわち、ダイ２は、歯谷成形部２ｍを中心に周方向の一方側と他方側に（それぞれ軸方向に狭間部２ｍｓ，２ｍｓと拡間部２ｍｂ，２ｍｂが形成された）歯山成形部２ｍ，２ｍ、これらの径外方向に支持部２Ｘが形成された構成とされ、分割線Ｐ１，Ｐ２で区画された範囲（支持部２Ｘ）を周方向に回転させながら円筒状の金型材料から分割したような形状となっている。
【００２６】
なお、ダイ２の個々の「形状」の説明としては前記のとおりであるが、実際のダイ２の「制作」に関しては、円筒状の金型材料から前記のように分割するのではなく、例えば削り出し等の手法によってダイ２の１個のモックアップを作成し、このモックアップに基づいてギヤＧの歯山Ｇｍの数だけ正規に制作する。
【００２７】
本例のダイ２は、上記のとおり、支持部２Ｘの、軸方向の（上とする）一端側には、型開用の型開治具３（図５）に挿入されることで拡径と方向にダイ２を案内するテーパ２Ａが、（下とする）他端側には、型開閉時にダイ２が散列しないようにダイ配置台４（図５）のレール４Ａに案内されて一定の起立姿勢を保って拡径と縮径方向に移動させるためのガイド２Ｂが形成されている。
【００２８】
上記本例におけるギヤ金型１は、図５のように作動させてギヤＧを得る。図５では、（ａ〜（ｄ）に本発明のギヤ金型１を中心とした必要となる周辺鍛造設備の斜視図を、（ｅ）〜（ｈ）に（ａ）〜（ｄ）それぞれの工程における周辺鍛造設備が与える力の状況を示す概略図をギヤＧの径方向の一方半径だけ示している。
【００２９】
図５（ａ）（ｅ）
ダイ２のガイド２Ｂをダイ配置台４のレール４Ａに挿入して全てのダイ２を配置し、配置したダイ２の外周面に拘束リング５を挿嵌して、ギヤ金型１とする。拘束リング５は、ダイ２が互いに隙間なく緊密に接触するように径中心方向にダイ２をダイ配置台４上で集約して固定するためのものである。本例のダイ２は支持部２Ｘの外周の上方から下方に向けて下り勾配の斜面が形成されており、拘束リング５をギヤ金型１の上方から挿嵌して下方に移動させるとダイ２同士は緊密に接触した状態となる。この後、本例では円柱状のギヤＧの材料をギヤ金型１間に配置する。
【００３０】
図５（ｂ）（ｆ）
上記の後、軸方向のダイ配置台４側とは反対側、つまり上方からパンチ６を下降させてギヤ金型１に挿入されたギヤＧの材料を下方に向けて押圧する。このとき、ギヤＧの材料はパンチ６の押圧力を受けて歯山成形部２ｍ，２ｍで歯山Ｇｖが、歯谷成形部２ｖで歯谷Ｇｖが、さらに歯山成形部２ｍ，２ｍにおける狭間部２ｍｓ，２ｍｓ及び拡間部２ｍｂ，２ｍｂによりクラウニングＣが、それぞれ塑性変形により成形される。
【００３１】
図５（ｃ）（ｇ）
パンチ６による成形が完了すると、拘束リング５をギヤ金型１の外周から外し、この後、ギヤ金型１に向けて型開治具３を挿入する。この型開治具３は、ダイ２のテーパ２Ａに沿った斜面が形成されており、該型開治具３をギヤ金型１に挿入すると、テーパ２Ａと接触してこの斜面に案内されてダイ２を拡径方向へ移動させるためのものである。この状態で、全てのダイ２（ギヤ金型１）はギヤＧの歯谷Ｇｖ及び歯山Ｇｍから径外方向に離間して型開状態となる。具体的には、ダイ２は、各々放射状に移動し、互いの周方向の間隔が開き、このとき、歯山Ｇｍ１つに対して、隣接する歯山成形部２ｍ，２ｍが互いに周方向に離反するように型が開くこととなる。
【００３２】
図５（ｄ）（ｈ）
上記の後、ダイ配置台４を介したギヤ金型１の下方から、ノックアウトピン７を上昇させることで、成形品である（クラウニングＣが付けられたヘリカル）ギヤＧが、排出される。このとき、本発明のギヤ金型１によれば、ノックアウトピン７は、ギヤＧを把持して周方向に回転させる必要はなく、型開状態で既にギヤＧは金型との接触がないので、そのままノックアウトピン７を上昇させるだけでよい。
【００３３】
なお、上記の説明では、本発明のギヤ金型１は、未成形材料からギヤＧを成形する際に用いる例を示したが、例えば半製品とされた材料に対して、クラウニングＣや計画する歯山Ｇｍとするための最終成形工程で使用してもよい。
【００３４】
このように、本発明のギヤ金型１は、型開時に拡径方向に移動するダイ２を歯山Ｇｍの数だけ有しているので、成形後のギヤＧを型からノックアウト排出する際に、金型とギヤＧにかかる負荷がなく、結果的に、ギヤ金型１の長寿命化が図れると共にギヤＧの変形を低減することができると共に安定的に量産することが可能となる。
【符号の説明】
【００３５】
１  ギヤ金型
２  ダイ
２ｖ  歯谷成形部
２ｍ  歯山成形部
２ｍｓ  狭間部
２ｍｂ  拡間部
２Ａ  テーパ
２Ｂ  ガイド
２Ｘ  支持部
Ｇ  （ヘリカル）ギヤ
Ｇｖ  歯谷
Ｇｍ  歯山
Ｃ  クラウニング
【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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