(57)【要約】【課題】歯車の押出し加工において、断面減少率を高くすることなく歯車成形における未充填部の発生を抑えて、焼入れ材を用いても成形性の良い歯車の成形を可能とする歯車成形用金型を提供する。【解決手段】歯車成形用金型１００は、円柱状のマンドレル１１０と円筒状のコンテナ１２０とを備えている。マンドレル１１０の外周面には、目的とする歯車の歯を成形するための成形歯１１３が案内面１１２と面一の状態で形成されている。コンテナ１２０の内周面には、被成形素材ＷＫを成形歯１１３に押し付けるための押圧部１２３が形成されている。押圧部１２３は、被成形素材ＷＫが案内される上流側に予備成形部１２３ａを備え、予備成形部１２３ａの下方に仕上げ部１２３ｂを備えている。予備成形部１２３ａは、案内面１２２から突出して形成されており、成形歯１１３に被成形素材ＷＫを押し当てることにより被成形素材ＷＫに目的とする歯より小さい形状の歯を成形する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状に形成され、内周面に円筒状の被成形素材を案内するための案内面を有するコンテナと、
前記コンテナの内径より小さい直径の円柱状に形成されるとともに外周面に前記案内面を有して前記コンテナ内に配置されるマンドレルとを備えた歯車成形用金型において、
前記コンテナおよび前記マンドレルのうちのいずれか一方に、歯車の歯を成形するための成形歯を前記案内面より内側に備え、
前記コンテナおよび前記マンドレルのうちの他の一方に、前記成形歯に前記被成形素材を押し当てるための押圧部を前記成形歯に対応する位置で前記案内面より突出して備え、
前記成形歯および前記押圧部のうちの少なくもとも一方における前記被成形素材が案内される上流側に、目的とする歯より小さい歯を前記被成形素材に形成するための予備形成部を備えたことを特徴とする歯車成形用金型。
【請求項２】
請求項１に記載した歯車成形用金型において、
前記成形歯は、前記マンドレルの一部に形成されていて、前記被成形素材の内周面に内歯を成形し、
前記押圧部は、前記コンテナの一部に形成されていて、前記被成形素材の外径を規定し、
前記予備成形部は、前記押圧部の一部に形成されている歯車成形用金型。
【請求項３】
請求項１に記載した歯車成形用金型において、
前記成形歯は、前記マンドレルの一部に形成されていて、前記被成形素材の内周面に内歯を成形し、
前記押圧部は、前記コンテナの一部に形成されていて、前記被成形素材の外径を規定し、
前記予備成形部は、前記成形歯の一部に形成されている歯車成形用金型。
【請求項４】
請求項１に記載した歯車成形用金型において、
前記成形歯は、前記マンドレルの一部に形成されていて、前記被成形素材の内周面に内歯を成形し、
前記押圧部は、前記コンテナの一部に形成されていて、前記被成形素材の外径を規定し、
前記予備成形部は、前記押圧部の一部および前記成形歯の一部にそれぞれ形成されている歯車成形用金型。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のうちのいずれか１つに記載した歯車成形用金型において、
前記押圧部の下流端は、前記成形歯の下流端より上流側に形成されている歯車成形用金型。
【請求項６】
円筒状に形成され、内周面に円筒状の被成形素材を案内するための案内面を有するコンテナと、
前記コンテナの内径より小さい直径の円柱状に形成されるとともに外周面に前記案内面を有して前記コンテナ内に配置されるマンドレルとから構成される歯車成形用金型を備えた押出し成形装置において、
前記コンテナおよび前記マンドレルのうちのいずれか一方に、歯車の歯を成形するための成形歯を前記案内面より内側に備え、
前記コンテナおよび前記マンドレルのうちの他の一方に、前記成形歯に前記被成形素材を押し当てるための押圧部を前記成形歯に対応する位置で前記案内面より突出して備え、
前記成形歯および前記押圧部のうちの少なくもとも一方における前記被成形素材が案内される上流側に、目的とする歯より小さい歯を前記被成形素材に形成するための予備形成部を備えたことを特徴とする押出し成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塑性加工、より詳しくは押出し加工によって歯車を成形するための歯車成形用金型、および同歯車成形用金型を備えた押出し成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車やオートバイの変速機などに用いられる鋼製歯車を成形する塑性加工方法として押出し加工が知られている。例えば、下記特許文献１〜３には、円筒状に形成されたコンテナの内側に円柱状のマンドレルを配置して、コンテナの内周面とマンドレルの外周面との間に形成されたリング状の空間内に円筒状の被成形素材を通過させて歯車を成形する歯車成形用金型および同歯車成形用金型を備えた歯車成形装置が開示されている。この場合、コンテナの内周面またはマンドレルの外周面には歯車の歯を成形するための成形歯が形成されており、この成形歯に被成形素材を押し当てることにより外歯歯車または内歯歯車が成形される。
【特許文献１】特開平０７−９０６６号公報
【特許文献２】特開平１０−１１８７３９号公報
【特許文献３】特開２００３−１１７６２９号公報
【０００３】
しかし、上記した押出し加工による歯車の成形においては、外歯歯車における内周面、または内歯歯車における外周面を絞りながら歯の成形を行うため、被成形素材の送り方向における成形歯と被成形素材との間に生じる摩擦が大きい。このため、押出し加工された歯車の終端面に環状のバリが生じることがある。このバリの発生を抑えるため、本発明者らは、下記非特許文献１に示すように、外径の一部が拡張したマンドレルを用いて被成形素材の内径を成形歯に向けて押し広げることにより成形歯に被成形素材を押し当てて歯を成形する方法を提案した。この方法によれば、成形歯と被成形素材との間に生じる被成形素材の送り方向の摩擦を小さくすることができ、前記バリの発生を抑えることができる。
【非特許文献１】「塑性と加工」、日本塑性加工学会誌、平成１５年４月２５日、第４４巻、第５０７号、ｐ.１４４−１４８
【０００４】
しかしながら、上記したような外径の一部が拡張したマンドレルを用いて被成形素材を成形歯に押し付けて歯車を成形する方法においては、従来に比して小さな面圧で歯車の成形が可能な一方で、成形される歯先部分の一部に未充填部が生じることがあり歯車の成形性が問題となることがあった。一般に、未充填部の発生を抑えるには押出し加工における断面減少率を高くすると良いが、断面減少率を高くすると大きな面圧が必要となって成形歯などの耐久性が問題となる。
【発明の開示】
【０００５】
本発明は上記問題に対処するためなされたもので、その目的は、被成形素材を成形歯に押し付けて歯車を成形する歯車成形用金型において、断面減少率を高くすることなく歯車成形における未充填部の発生を抑えて成形性の良い歯車の成形を可能とする歯車成形用金型および同歯車成形用金型を備えた押出し成形装置を提供することにある。
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の特徴は、円筒状に形成され、内周面に円筒状の被成形素材を案内するための案内面を有するコンテナと、コンテナの内径より小さい直径の円柱状に形成されるとともに外周面に前記案内面を有してコンテナ内に配置されるマンドレルとを備えた歯車成形用金型において、コンテナおよびマンドレルのうちのいずれか一方に、歯車の歯を成形するための成形歯を案内面より内側に備え、コンテナおよびマンドレルのうちの他の一方に、成形歯に被成形素材を押し当てるための押圧部を成形歯に対応する位置で案内面より突出して備え、成形歯および押圧部のうちの少なくもとも一方における被成形素材が案内される上流側に、目的とする歯より小さい歯を被成形素材に形成するための予備形成部を備えたことにある。
【０００７】
この場合、例えば、成形歯は、マンドレルの一部に形成されていて、被成形素材の内周面に内歯を成形し、押圧部は、コンテナの一部に形成されていて、被成形素材の外径を規定し、予備成形部は、押圧部の一部に形成されているとよい。また、これに代えて、例えば、成形歯は、マンドレルの一部に形成されていて、被成形素材の内周面に内歯を成形し、押圧部は、コンテナの一部に形成されていて、被成形素材の外径を規定し、予備成形部は、成形歯の一部に形成されていてもよい。また、これらに代えて、例えば、成形歯は、マンドレルの一部に形成されていて、被成形素材の内周面に内歯を成形し、押圧部は、コンテナの一部に形成されていて、被成形素材の外径を規定し、予備成形部は、押圧部の一部および成形歯の一部にそれぞれ形成されていてもよい。
【０００８】
このように構成した本発明の特徴によれば、歯車の歯を形成する成形歯を案内面より内側に形成するとともに、被成形素材に目的とする歯より小さい歯を形成するための予備成形部を備えて構成している。すなわち、被成形素材を段階的に塑性変形させることにより歯車を成形している。これにより、成形歯に被成形素材を１回だけ押し付けて歯車を形成する場合に比べて、低い断面減少率で歯車を成形することができるとともに、歯車成形における未充填部の発生を抑えて成形性良く歯車を成形することができた。また、低い断面減少率、すなわち、低い面圧（荷重）によって歯車の成形が可能であるため、歯車成形用金型の寿命を延ばすことができ、歯車成形用金型のメンテナンス性も向上する。
【０００９】
また、本発明の他の特徴は、前記歯車成形用金型において、押圧部の下流端は、成形歯の下流端より上流側に形成されていることにある。これによれば、押圧部の下流端が成形歯の下流端より上流側に形成されているため、被成形素材に歯車の歯を成形する際、被成形素材と押圧部との接触量を少なくすることができる。これにより、低い面圧（荷重）によって歯車の成形が可能となり、歯車成形用金型の寿命を延ばすことができるとともに、歯車成形用金型のメンテナンス性も向上する。
【００１０】
また、本発明は歯車成形用金型として実施できるばかりでなく、歯車成形用金型を備えた押出し成形装置としても実施できるものである。
【００１１】
具体的には、円筒状に形成され、内周面に円筒状の被成形素材を案内するための案内面を有するコンテナと、コンテナの内径より小さい直径の円柱状に形成されるとともに外周面に前記案内面を有してコンテナ内に配置されるマンドレルとから構成される歯車成形用金型を備えた押出し成形装置において、コンテナおよびマンドレルのうちのいずれか一方に、歯車の歯を成形するための成形歯を案内面より内側に備え、コンテナおよびマンドレルのうちの他の一方に、成形歯に被成形素材を押し当てるための押圧部を成形歯に対応する位置で案内面より突出して備え、成形歯および押圧部のうちの少なくもとも一方における被成形素材が案内される上流側に、目的とする歯より小さい歯を被成形素材に形成するための予備形成部を備えるようにすればよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（第１実施形態）
以下、本発明に係る歯車成形用金型の第１実施形態について図面を参照しながら説明する。図１（Ａ）は、本発明に係る歯車成形用金型１００の構成および加工状態を模式的に示した断面図である。この歯車成形用金型１００は、円筒状に形成された被成形用素材ＷＫを押出し加工により成形する冷間押出し成形装置（図示せず）に用いられるものである。歯車成形用金型１００は、ＳＫＤ１１やＳＫＳ３などの高硬度材料で形成されたマンドレル１１０とコンテナ１２０とを備えている。
【００１３】
マンドレル１１０は、略円柱状に形成されており、冷間押出し成形装置におけるマンドレル支持台１１１上に垂直方向に立った状態で配置されている。マンドレル１１０の外周面には、上部から中央部にかけて案内面１１２が形成されるとともに、同外周面における中央部から下部にかけて成形歯１１３が形成されている。案内面１１２は、円筒状に形成された被成形素材ＷＫを径方向の変位を規定しつつ軸方向（図示上下方向）に摺動可能な状態で保持して成形歯１１３に案内するための部分である。すなわち、マンドレル１１０の案内面１１２の外径は、被成形素材ＷＫの内径に対応している。成形歯１１３は、被成形素材ＷＫの軸線方向に沿って内周面の全周に歯車の歯、すなわち内歯を形成するための部分である。本実施形態においては、平歯車を成形するための成形歯が形成されている。
【００１４】
この成形歯１１３は、歯車の歯先を形成する歯元１１３ａが案内面１１２から一定の深さ、すなわち、目的とする歯車の歯たけに対応する深さで形成されているとともに、歯車の歯元を成形する歯先１１３ｂが案内面１１２と面一の状態で歯元１１３ａから突出して形成されている。ここで目的とする歯とは、マンドレル１１０およびコンテナ１２０で構成される歯車成形用金型１００によって最終的に成形しようとする歯車の歯である。
【００１５】
コンテナ１２０は、略円筒状に形成されており、マンドレル１１０の外側であって冷間押出し成形装置におけるコンテナ支持台１２１上に垂直方向に立った状態で配置されている。コンテナ１２０の内周面には、上部から中央部にかけて案内面１２２が形成されるとともに、同内周面における中央部から下部にかけて押圧部１２３が形成されている。案内面１２２は、被成形素材ＷＫを径方向の変位を規定しつつ軸方向（図示上下方向）に摺動可能な状態で保持して押圧部１２３に案内するための部分である。すなわち、コンテナ１２０の案内面１２２の内径は、被成形素材ＷＫの外径に対応している。
【００１６】
押圧部１２３は、案内面１２２の下方であってマンドレル１１０の成形歯１１３に対向した位置に形成されている。この押圧部１２３は、詳しくは図１（Ｂ）に示すように、被成形素材ＷＫが案内される上流側にコンテナ１２０の内径が徐々に絞られた予備成形部１２３ａを備えるとともに、予備成形部１２３ａの下方にコンテナ１２０の内径が更に絞られた仕上げ部１２３ｂを備えている。予備成形部１２３ａは、案内面１２２に連続するとともに同案内面１２２から突出して形成されており、予備成形部１２３ａに対向する成形歯１１３に被成形素材ＷＫを押し当てることによって同被成形素材ＷＫに目的とする歯より小さい形状の歯を成形する。
【００１７】
ここで目的とする歯より小さい歯とは、本実施形態においては、最終的に成形しようとする歯車と同一のモジュールであって、目的とする歯の全歯たけの半分程度の歯たけの歯である。したがって、予備成形部１２３ａの案内面１２２に対する突出量は、後述する仕上げ部１２３ｂの突出量の略半分である。仕上げ部１２３ｂは、予備成形部１２３ａに連続するとともに同予備成形部１２３ａから突出して形成されており、仕上げ部１２３ｂに対向する成形歯１１３に被成形素材ＷＫを更に押し当てることによって、同被成形素材ＷＫに目的とする歯を成形する部分である。また、仕上げ部１２３ａは、歯車の外径を規定するための部分でもある。仕上げ部１２３ｂの案内面１２２に対する突出量は、最終的に成形しようとする歯車の外径および歯たけに対応している。
【００１８】
冷間押出し成形装置におけるマンドレル１１０およびコンテナ１２０の上方には、略円筒状に形成されたパンチ１３０が設けられている。パンチ１３０は、冷間押出し成形装置における図示しないプレス機構に支持されており、マンドレル１１０とコンテナ１２０との間に挿入される被成形素材ＷＫを下方に押圧する。また、冷間押出し成形装置には、複数の被成形素材ＷＫを保持しつつマンドレル１１０の案内面１１２とコンテナ１２０の案内面１２２との間に形成された環状の孔に被成形素材ＷＫを連続的に供給する図示しないワーク供給装置を備えている。冷間押出し成形装置における他の構成は、本発明に直接関係しないため、その説明は省略する。
【００１９】
次に、上記のように構成した歯車成形用金型の作動について説明する。まず、作業者は、ＳＳ４００、Ｓ１５ＣまたはＳ４５Ｃなどの鋼材を円筒状に形成した被成形素材ＷＫを複数個用意するとともに、用意した複数個の被成形素材ＷＫをワーク供給装置にセットする。そして、作業者は、冷間押出し成形装置における図示しない操作盤を操作して被成形素材ＷＫの加工、すなわち、歯車の押出し加工を開始させる。この指示に応答して冷間押出し成形装置は、ワーク供給装置の作動を開始させてマンドレル１１０の案内面１１２とコンテナ１２０の案内面１２２との間に形成された環状の孔に被成形素材ＷＫを挿入する。そして、冷間押出し成形装置は、パンチ１３０による被成形素材ＷＫの押圧を開始する（図１（Ａ）における左図参照）。これにより、被成形素材ＷＫは、パンチ１３０に押されて（図示矢印）案内面１１２および案内面１２２に沿って下方に変位、すなわち成形歯１１３および押圧部１２３に向かって変位する（図１（Ａ）における右図参照）。
【００２０】
成形歯１１３および押圧部１２３に到達した被成形素材ＷＫは、押圧部１２３の予備成形部１２３ａによって成形歯１１３側に向かって流動し成形歯１１３に押し付けられながら仕上げ部１２３ｂに向かって変位する。この場合、コンテナ１２０の案内面１２２に対する予備成形部１２３ａの突出量は、仕上げ部１２３ｂの突出量の略半分であるため、予備成形部１２３ａを通過した被成形素材ＷＫの内周面には目的とする歯より小さい形状の歯が成形される。すなわち、最終的に成形しようとする歯車と同一のモジュールであって、目的とする歯の全歯たけの半分程度の歯たけの歯が形成される。そして、仕上げ部１２３ｂに到達した被成形素材ＷＫは、仕上げ部１２３ｂによって更に成形歯１１３側に向かって流動し成形歯１１３に押し付けられながら下方に変位する。これにより、被成形素材ＷＫの内周面には、目的とする歯が成形される。
【００２１】
冷間押出し成形装置は、パンチ１３０が可動範囲における下限に達した場合（図１（Ａ）における右図参照）には、同パンチ１３０を直ちに上昇させてマンドレル１１０およびコンテナ１２０の上方に退避させる。そして、冷間押出し成形装置は、前記と同様にしてワーク供給装置により次の被成形素材ＷＫを歯車成形用金型１００内にセットするとともに、パンチ１３０を再度下降させて歯車成形用金型１００内にセットされた新たな被成形素材ＷＫを押圧する。これにより、最初に投入された被成形素材ＷＫが次に投入された被成形物ＷＫに押されてマンドレル１１０の成形歯１２３とコンテナ１２０の押圧部１２３との間に形成された環状の孔から下方に向けて排出される。この場合、排出された被成形素材ＷＫは、マンドレル１１０の成形歯１１３およびコンテナ１２０の押圧部１２３によって、目的とされる歯車の歯形状および外径に成形される。なお、本実施形態における断面減少率は約８％である。
【００２２】
また、次に投入された被成形素材ＷＫは、最初に投入された被成形素材ＷＫと同様にして、すなわち、新たな被成形素材ＷＫが投入されることにより目的とされる歯車に成形されて排出される。すなわち、歯車成形用金型１００に被成形素材ＷＫを連続的に投入することにより、目的とする歯車を連続的に成形する。被成形素材ＷＫの加工がすべて終了した場合には、作業者は冷間押出し成形装置の作動を停止させて歯車の成形作業を終了する。
【００２３】
上記作動説明からも理解できるように、上記実施形態によれば、歯車の歯を成形する成形歯１１３を案内面１１２の表面より内側に形成するとともに、被成形素材ＷＫに目的とする歯より小さい歯を成形するための予備成形部１２３ａを備えて構成されている。すなわち、被成形素材ＷＫを段階的（本実施形態においては２段階）に塑性変形させることにより歯車を成形している。これにより、成形歯１２３に被成形素材ＷＫを１回だけ押し付けて歯車を成形する場合に比べて、低い断面減少率（従来では約１１％）で歯車を成形することができるとともに、歯車成形における未充填部の発生を抑えて成形性良く歯車を成形することができた。また、低い断面減少率（本実施形態においては約８％）、すなわち、低い面圧（荷重）（本実施形態においては約１５００ＭＰａ）によって歯車の成形が可能であるため、歯車成形用金型１００の寿命を延ばすことができ、歯車成形用金型１００のメンテナンス性も向上する。
【００２４】
（第２実施形態）
本発明に係る歯車成形用金型の第２実施形態について図面を参照しながら説明する。図２（Ａ）は、本発明に係る歯車成形用金型２００の構成および加工状態を模式的に示した断面図である。この歯車成形用金型２００は、前記歯車成形用金型１００と同様に、円筒状に形成された被成形用素材ＷＫを押出し加工により成形する冷間押出し成形装置（図示せず）に用いられるものである。歯車成形用金型２００は、ＳＫＤ１１やＳＫＳ３などの高硬度材料で形成されたマンドレル２１０とコンテナ２２０とを備えている。
【００２５】
マンドレル２１０は、前記マンドレル１１０と同様に、略円柱状に形成されており、冷間押出し成形装置におけるマンドレル支持台２１１上に垂直方向に立った状態で配置されている。マンドレル２１０の外周面には、上部から中央部にかけて案内面２１２が形成されるとともに、同外周面における中央部から下部にかけて成形歯２１３が形成されている。案内面２１２は、前記案内面１１２と同様に、円筒状に形成された被成形素材ＷＫを径方向の変位を規定しつつ軸方向（図示上下方向）に摺動可能な状態で保持して成形歯２１３に案内するための部分である。
【００２６】
成形歯２１３は、円筒状に形成された被成形素材ＷＫの軸線方向に沿って内周面の全周に歯車の歯、すなわち内歯を成形するための部分である。この成形歯２１３は、歯車の歯先を成形する歯元２１３ａが案内面２１２から一定の深さで形成されているとともに、歯車の歯元を成形する歯先２１３ｂが歯元２１３ａから段階的に突出して形成されている。成形歯２１３には、詳しくは図２（Ｂ）に示すように、成形歯２１３における被成形素材ＷＫが案内される上流側に予備成形部２１３ｃが形成されるとともに、同予備成形部２１３ｃの下流側に連続して仕上げ部２１３ｄが形成されている。予備成形部２１３ｃは、被成形素材ＷＫに目的とする歯より小さい形状の歯を成形させるための部分であり、目的とする歯の全歯たけの半分程度の歯たけの歯を成形可能な突出量で形成されている。また、仕上げ部２１３ｄは、被成形素材ＷＫに目的とする歯を成形させる部分であり、目的とする歯車の歯たけに対応する突出量で、かつ歯先２１３ｂが案内面２１２と面一なるように形成されている。
【００２７】
コンテナ２２０は、前記コンテナ１２０と同様に、略円筒状に形成されており、マンドレル２１０の外側であって冷間押出し成形装置におけるコンテナ支持台２２１上に垂直方向に立った状態で配置されている。コンテナ２２０の内周面には、上部から中央部にかけて案内面２２２が形成されるとともに、同内周面における中央部から下部にかけて押圧部２２３が形成されている。案内面２２２は、前記案内面１２２と同様に、被成形素材ＷＫを径方向の変位を規定しつつ軸方向（図示上下方向）に摺動可能な状態で保持して押圧部２２３に案内するための部分である。
【００２８】
押圧部２２３は、マンドレル２１０の成形歯２１３に対向した位置に形成されており、コンテナ２２０の内径が絞られた形状、すなわち、案内面２２２の表面から突出して形成されている。この押圧部２２３は、押圧部２２３に対向する成形歯２１３に被成形素材ＷＫを押し当てることによって、同被成形素材ＷＫに目的とする歯車の歯を成形するための部分である。より詳しくは、押圧部２２３に対向する成形歯２１３の予備成形部２１１ｃに被成形素材ＷＫを押し当てることによって、同被成形素材ＷＫに目的とする歯より小さい形状の歯を成形する。また、押圧部２２３に対向する成形歯２１３の仕上げ部２１１ｄに被成形素材ＷＫを更に押し当てることによって、同被成形素材ＷＫに目的とする歯を成形する。冷間押出し成形装置におけるマンドレル２１０およびコンテナ２２０の上方には、前記パンチ１３０と同様な略円筒状に形成されたパンチ２３０が設けられている。その他の構成は、前記歯車成形用金型１００と同様であるため、その説明は省略する。
【００２９】
次に、上記のように構成した歯車成形用金型２００の作動について説明する。作業者は、前記第１実施形態と同様に、ＳＳ４００、Ｓ１５ＣまたはＳ４５Ｃなどの鋼材を円筒状に形成した被成形素材ＷＫをワーク供給装置にセットした後、冷間押出し成形装置に歯車の押出し加工を開始させる。これにより、前記第１実施形態と同様にして、被成形素材ＷＫはパンチ２３０に押されて（図示矢印）案内面２１２および案内面２２２に沿って下方に変位、すなわち成形歯２１３および押圧部２２３に向かって変位する。成形歯２１３および押圧部２２３に到達した被成形素材ＷＫは、押圧部２２３によって成形歯１１３の予備成形部２１３ｃ側に向かって流動し予備成形部２１３ｃに押し付けられながら仕上げ部２１３ｄに向かって変位する。
【００３０】
この場合、予備成形部２１３ｃの歯先２１３ｂの突出量は、仕上げ部２１３ｄの突出量の略半分であるため、予備成形部２１３ｃを通過した被成形素材ＷＫの内周面には目的とする歯より小さい形状の歯が成形される。すなわち、最終的に成形しようとする歯車と同一のモジュールであって、目的とする歯の全歯たけの半分程度の歯たけの歯が成形される。そして、仕上げ部２１３ｄに到達した被成形素材ＷＫは、予備成形部２１３ｃの歯先２１３ｂより更に突出した仕上げ部２１３ｄに押し付けられながら下方に変位する。これにより、被成形素材ＷＫの内周面には、目的とする歯が成形される（図２（Ａ）における右図参照）。
【００３１】
冷間押出し成形装置は、パンチ２３０が可動範囲における下限に達した場合（図２（Ａ）における右図参照）には、前記第１実施形態と同様に、パンチ２３０を直ちに上昇させてマンドレル２１０およびコンテナ２２０の上方に退避させる。そして、冷間押出し成形装置は、前記と同様にしてワーク供給装置により次の被成形素材ＷＫを歯車成形用金型２００内にセットするとともに、パンチ２３０を再度下降させて歯車成形用金型２００内にセットされた新たな被成形素材ＷＫを押圧する。これにより、前記第１実施形態と同様に、最初に投入された被成形素材ＷＫが次に投入された被成形物ＷＫに押されてマンドレル２１０の成形歯２１３とコンテナ２２０の押圧部２２３との間に形成された環状の孔から下方に向けて排出される。この場合、排出された被成形素材ＷＫは、マンドレル２１０の成形歯２１３とコンテナ２２０の押圧部２２３とによって目的とされる歯車の歯形状および外径に成形される。なお、本実施形態における断面減少率は約８％である。
【００３２】
また、次に投入された被成形素材ＷＫは、最初に投入された被成形素材ＷＫと同様にして、すなわち、新たな被成形素材ＷＫが投入されることにより目的とされる歯車に成形されて排出される。すなわち、前記歯車成形用金型１００と同様に、歯車成形用金型２００に被成形素材ＷＫを連続的に投入することにより、目的とする歯車を連続的に成形する。被成形素材ＷＫの加工がすべて終了した場合には、作業者は冷間押出し成形装置の作動を停止させて歯車の成形作業を終了する。
【００３３】
上記作動説明からも理解できるように、上記実施形態によれば、歯車の歯を成形する成形歯２１３を案内面２１２の表面より内側に形成するとともに、被成形素材ＷＫに目的とする歯より小さい歯を成形するための予備成形部２１３ｃを備えて構成されている。すなわち、被成形素材ＷＫを段階的（本実施形態においては２段階）に塑性変形させることにより歯車を成形している。これにより、従来のように一定の突出量で形成された成形歯に被成形素材ＷＫを１回だけ押し付けて歯車を成形する場合に比べて、低い断面減少率（従来では約１１％）で歯車を成形することができるとともに、歯車成形における未充填部の発生を抑えて成形性良く歯車を成形することができた。また、低い断面減少率（本実施形態においては約８％）、すなわち、低い面圧（荷重）（本実施形態においては約１５００ＭＰａ）によって歯車の成形が可能であるため、歯車成形用金型２００の寿命を延ばすことができ、歯車成形用金型２００のメンテナンス性も向上する。
【００３４】
さらに、本発明の実施にあたっては、上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００３５】
上記各実施形態においては、被成形素材ＷＫに目的とする歯車の歯より小さい歯を成形するための予備成形部１２３ａ，２１３ｃを、押圧部１２３または成形歯２１３に備えた実施形態を示した。しかし、この予備成形部１２３ａ，２１３ｃは、押圧部１２３または成形歯２１３の少なくともどちらか一方に形成されていればよく、押圧部１２３および成形歯２１３にそれぞれ予備成形部１２３ａ，２１３ｃを設けて構成してもよい。図３（Ａ）〜（Ｃ）には、前記成形歯２１３と同様な成形歯３１３を備えるマンドレル３１０と、前記押圧部１２０と同様な押圧部３２３を備えるコンテナ３２０とから構成される歯車成形用金型３００を示している。
【００３６】
成形歯３１３には、被成形素材ＷＫが案内される上流側に前記予備成形部２１３ｃと同様な予備成形部３１３ｃが形成されるとともに、この予備成形部３１３ｃの下流側に前記仕上げ部２１３ｄと同様な仕上げ部３１３ｄが形成されている。また、押圧部３２３には、被成形素材ＷＫが案内される上流側に前記予備成形部１２３ａと同様な予備成形部３２３ａが形成されるとともに、この予備成形部３２３ａの下流側に前記仕上げ部１２３ｂと同様な仕上げ部３２３ｂが形成されている。その他の構成は、上記各実施形態と同様であるので対応する符号を付して、その説明は省略する。このように構成した歯車成形用金型３００においても、押圧部３２３に形成された予備成形部３２３ａによって被成形素材ＷＫを成形歯３１３に形成された予備成形部３１３ｃに押し付けることにより、目的とする歯車の歯より小さい歯を被成形素材ＷＫに成形することができ、上記各実施形態と同様の効果が期待できる。
【００３７】
また、上記各実施形態および変形例においては、押圧部１２３，２２３，３２３の各下流端を成形歯１１３，２１３，３１３の各下流端より下流側に形成した。しかし、これに代えて、押圧部１２３，２２３，３２３の各下流端を成形歯１１３，２１３，３１３の各下流端より上流側に形成してもよい。図４は、図２に示した歯車成形用金型２００の押圧部２２３に対応する押圧部２２３’を備える歯車成形用金型２００’を示している。歯車成形用金型２００’において、押圧部２２３’の下流端は成形歯２１３の下流端より上流側に形成されている。歯車成形用金型２００’における他の構成は歯車成形用金型２００と同様であるので、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３８】
これによれば、押圧部２２３’の下流端が成形歯２１３の下流端より上流側に形成されているため、被成形素材ＷＫに歯車の歯を成形する際、被成形素材ＷＫと押圧部２２３’との接触量を上記第２実施形態に比べて少なくすることができる。これにより、上記第２実施形態に比べて低い面圧（荷重）によって歯車の成形が可能となり、歯車成形用金型２００’の寿命を延ばすことができるとともに、歯車成形用金型２００’のメンテナンス性も向上する。
【００３９】
また、上記各実施形態および変形例においては、被成形素材ＷＫの内周面に歯を成形する内歯歯車の成形に本発明を適用した。しかし、本発明は被成形素材ＷＫの外周面に歯を成形する外歯歯車の成形にも適用できるものである。すなわち、マンドレル１１０，２１０，３１０の各外周面に押圧部１２３，２２３，３２３を形成するとともに、コンテナ１２０，２２０，３２０の各内周面に成形歯１２３，２１３，３１３を形成すれば、被成形素材ＷＫの外周面に歯を成形することができる。図５（Ａ）〜（Ｃ）には、円柱状に形成されたマンドレル４１０の外周面中央部に押圧部４１３を形成するとともに、円柱状に形成されたコンテナ４２０の内周面における中央部から下部にかけて成形歯４２３を形成した歯車成形用金型４００を示している。
【００４０】
押圧部４１３は、マンドレル４１０の外周面上部に形成された案内面４１２の外径が拡張した予備成形部４１３ａと、この予備成形部４１３ａの下流側において外径が更に拡張した仕上げ部４１３ｂとから構成されている。一方、成形歯４２３は、前記成形歯２１３，３１３と同様に、歯車の歯先を成形する歯元４２３ａがコンテナ４２０の外周面上部に形成された案内面４２２から一定の深さで形成されているとともに、歯車の歯元を成形する歯先４２３ｂが歯元４２３ａから段階的に突出して形成されている。すなわち、歯元４２３ｂには、成形歯４２３に被成形素材ＷＫが案内される上流側に予備成形部４２３ｃが形成されるとともに、同予備成形部４２３ｃの下流側に連続して仕上げ部４２３ｄが形成されている。
【００４１】
予備成形部４２３ｃは、前記予備成形歯２１３ｃ，３１３ｃと同様に、被成形素材ＷＫに目的とする歯より小さい形状の歯を成形させるための部分であり、目的とする歯の全歯たけの半分程度の歯たけの歯を成形可能な突出量で形成されている。また、仕上げ部４２３ｄは、前記予備成形歯２１３ｄ，３１３ｄと同様に、被成形素材ＷＫに目的とする歯を成形させる部分であり、目的とする歯車の歯たけに対応する突出量で、かつ歯先４２３ｂが案内面４２２と面一なるように形成されている。
【００４２】
このように構成された歯車成形用金型４００においては、円筒状に形成された被成形素材ＷＫの内径を予備成形部４１３ａによって成形歯４２３側に押し広げることによって同被成形素材ＷＫの外周面を成形歯４２３の予備成形部４２３ｃに押し当てる。これにより、被成形素材ＷＫの外周面に目的とする歯より小さい形状の歯が成形される。そして、仕上げ部４１３ｂによって被成形素材ＷＫの内径を更に押し広げることによって同被成形素材ＷＫの外周面を成形歯４２３の仕上げ部４２３ｄに更に押し当てて被成形素材ＷＫの外周面に目的とする歯を成形する。これによれば、上記各実施形態および上記変形例と同様に、被成形素材ＷＫの外周面に歯を成形して外歯歯車の成形することができる。
【００４３】
なお、上記変形例においては、押圧部４１３および成形歯４２３にそれぞれ予備成形部４１３ａ，４２３ｃを備えた例を示した。しかし、これらの予備成形部４１３ａ，４２３ｃは、被成形素材ＷＫに目的とする歯車の歯より小さい歯を成形するものであるため、押圧部４１３または成形歯４２３の少なくともどちらか一方に形成されていればよい。これらによっても、上記各実施形態および変形例と同様の効果が期待できる。
【００４４】
また、上記各実施形態および各変形例においては、ＳＳ４００、Ｓ１５ＣまたはＳ４５Ｃの鋼材を被成形素材ＷＫとして用いた。しかし、上記各実施形態および各変形例によれば、比較的低い面圧（荷重）（１５００ＭＰａ程度）で歯車の押出し加工が行えるため、従来では加工が困難であった材料を被成形素材ＷＫとして用いることができる。例えば、歯車を成形する材料に予め焼入れ焼き戻しを施した材料、または同材料の表面に硬化処理（例えば、浸炭焼入れ、窒化処理、高周波焼入れなど）を施して硬度を向上させた材料を被成形素材ＷＫとして用いることができる。これによれば、歯車の成形後に熱処理を施す必要がなく、歯車に充分な強度を与えつつ精度のよい歯車を成形することができる。
【００４５】
また、上記各実施形態および各変形例においては、歯車の歯が軸に対して平行に形成された所謂平歯車の成形に本発明を適用した。しかし、本発明は、歯車の歯が軸に対して傾斜して形成された所謂はすば歯車にも適用できるものである。すなわち、成形歯１１３，２１３，３１３，４２３を螺旋状に形成すればよい。これによっても、上記各実施形態および上記変形例と同様の効果が期待できる。
【００４６】
また、上記各実施形態および各変形例においては、歯車を冷間押出し加工によって成形したが、当然、これに限定されるものではない。すなわち、温間押出し加工および熱間押出し加工などにも広く適用できるものである。
【００４７】
また、上記各実施形態および各変形例においては、予備成形部１２３ａ，２１３ｃ，３１３ｃ，３２３ａ，４１３ａ，４２３ｃによって目的とする歯車の歯より小さい歯を１回だけ成形するように構成したが、これに限定されるものではない。すなわち、予備成形部を直列に複数段（３つ以上）備えることにより被成形素材ＷＫの形状を徐々に目的とする歯車に成形することもできる。これによっても、上記各実施形態および各変形例と同様の効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る歯車成形用金型の構成および加工状態を模式的に示す断面図であり、（Ｂ）は歯車成形用金型における押圧部の側面を示した断面図である。
【図２】（Ａ）は本発明の第２実施形態に係る歯車成形用金型の構成および加工状態を模式的に示す断面図であり、（Ｂ）は歯車成形用金型における成形歯の側面を拡大して示した断面図である。
【図３】（Ａ）は本発明の変形例に係る歯車成形用金型の構成および加工状態を模式的に示す断面図であり、（Ｂ）は歯車成形用金型における押圧部の側面を示した断面図であり、（Ｃ）は歯車成形用金型における成形歯の側面を示した断面図である。
【図４】本発明の他の変形例に係る歯車成形用金型の構成および加工状態を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の他の変形例に係る歯車成形用金型の構成および加工状態を模式的に示す断面図であり、（Ｂ）は歯車成形用金型における成形歯の側面を拡大して示した断面図であり、（Ｃ）は歯車成形用金型における押圧部の側面を拡大して示した断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
ＷＫ…ワーク、１００…歯車成形用金型、１１０…マンドレル、１１１…マンドレル支持台、１１２…案内面、１１３…成形歯、１１３ａ…歯元、１１３ｂ…歯先、１２０…コンテナ、１２１…コンテナ支持台、１２２…案内面、１２３…押圧部、１２３ａ…予備成形部、１２３ｂ…仕上げ部、１３０…パンチ。
【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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