(57)【要約】【課題】簡単な構造によって安定した加工精度のクラウニング付歯形が成形できるとともに耐久性に優れたクラウニング付歯形の鍛造成形装置を提供する。【解決手段】ダイス３７を支持するダイスホルダ３４と、ダイス３７に向けて軸方向に移動自在なインナーパンチ４５とを有し、ダイスホルダ３４にダイス３７の外側に嵌合する基端層リング状部材、中間層リング状部材、先端層リング状部材を積層して形成される駆動リング６０が配置される。インナーパンチ４５の外側にはダイス３７に対して軸方向に移動自在にアウターパンチ４３が装着され、アウターパンチ４３は基端層リング部材および先端側リング状部材を介してダイス３７の軸方向両端部を径方向に弾性変形させる。これにより歯車素材１０の各歯の歯面に安定した加工精度のクラウニングが成形される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯厚が歯筋方向全体に亘って一定に形成された複数の歯を備えた歯車素材における歯面にクラウニングを成形するクラウニング付歯形の鍛造成形装置であって、
歯車素材の各歯が嵌合する複数の歯形成形溝が内面に形成されてダイスホルダに支持されるダイスと、
上記ダイスに向けて軸方向に移動自在に設けられて上記ダイスホルダとの間で上記歯車素材を軸方向に押圧するインナーパンチと、
上記ダイスホルダに配置され、それぞれテーパ形状の外周面を有し内周面が上記ダイスの外周面に嵌合される基端層リング状部材、内周面が上記ダイスの外周面に間隙を有して嵌装される中間層リング状部材および内周面が上記ダイスの外周面に嵌合される先端層リング状部材が順次積層された駆動リングと、
上記ダイスに対して軸方向に移動自在に上記インナーパンチの外側に装着され、上記基端層リング状部材、中間層リング状部材及び先端層リング状部材を径方向に弾性収縮変形するアウターパンチとを有し、
上記アウターパンチの軸方向移動により上記基端層リング状部材及び先端層リング状部材を介して上記ダイスの軸方向両端部を径方向および円周方向に弾性収縮変形させ、歯車素材の各歯の歯面にクラウニングを成形することを特徴とするクラウニング付歯形の鍛造成形装置。
【請求項２】
上記基端層リング状部材、中間層リング状部材及び先端層リング状部材の外周面に接触するテーパ形状の摺動面を有するとともに上記アウターパンチにより駆動される加工ブロックを、上記基端層リング状部材、中間層リング状部材及び先端層リング部材の外側で軸方向に移動自在に配置することを特徴とする請求項１に記載のクラウニング付歯形の鍛造成形装置。
【請求項３】
上記加工ブロックは、
ブロック本体と、
上記テーパ形状の摺動面が形成されて上記ブロック本体に着脱自在に装着される環状部とを有することを特徴とする請求項２に記載のクラウニング付歯形の鍛造成形装置。
【請求項４】
上記ダイスホルダに固定され前記歯車素材の基端面側に当接するスリーブと、
上記アウターパンチとともに軸方向に移動して上記歯車素材に形成された貫通孔を押し広げるマンドレルとを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のクラウニング付歯形の鍛造成形装置。
【請求項５】
上記基端層リング状部材及び先端層リング状部材はそれぞれ複数のリング状部材からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のクラウニング付歯形の鍛造成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は外歯歯車の歯面にクラウニングを成形するクラウニング付歯形の鍛造成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に外歯歯車の各歯の歯面には、駆動側の歯車と被駆動側の歯車の各歯の噛み合い当たりが良好となるように、歯筋に沿って歯筋方向の中央部から端部に向けて歯厚が漸次減少するようにしたクラウニングが成形されている。歯面にクラウニング加工してクラウニング付歯形を形成する一般的な方法としては、棒材あるいは鍛造による素材を歯切り等によって粗加工して歯厚が一定の歯車素材を成形した後に、シェービング等の切削により歯面をクラウニング加工する方法がある。しかしながら、切削によるクラウニング加工には多くの加工時間を要する。
【０００３】
これに対し、切削によることなく鍛造によってクラウニング付歯形を成形すると加工時間を大幅に短縮することができる。クラウニング付歯形の歯車を鍛造成形するには、歯車の歯面に対応して湾曲した凹面となったダイス孔が形成されたダイスとパンチとを有する鍛造金型を用いるが、歯車の各歯の歯筋方向中央部の肉厚が両端部よりも大きいので、歯車成形後にエジェクタピンにより鍛造金型から歯車を取り出す際に肉厚部が金型の開口端部でしごき加工されることになり、所定の寸法精度が得られなくなる。
【０００４】
そこで、例えば特許文献１には、ダイス孔内にセットされた素材を塑性加工する前にテーパ部材によりダイスの開口端部を弾性収縮させた後にダイス孔内で素材をクラウニング付歯形の歯車に塑性加工し、成形された歯車をダイスから取り出すときには、ダイスの開口端部側の弾性収縮を解除させて開口端部側の内径を広げるようにした加工方法が開示されており、成形後の歯車の各歯はダイスの開口端部でしごき加工されることが防止される。
【０００５】
特許文献２には、予め粗加工により歯厚が一定に加工された素材を上下２つのダイスを用いてクラウニング付歯形に鍛造成形する成形装置が記載されている。下ダイスには下端側が小さくなる部分を有する複数の第１空間が設けられ、上ダイスには上端側が小さくなる部分を有する複数の第２空間が設けられており、上パンチにより素材をその下端側から第１空間に挿入して素材の各歯に下端から中央部の間にクラウニング付歯形を成形する。続いて下ダイスの第１空間と上ダイスの第２空間とを一致させた後に、素材を下パンチにより第１空間内に保持された歯を上端側から第２空間内に挿入して歯の上端から中央部の間にクラウニング付歯形を成形する。これにより、クラウニング付歯形の歯車が鍛造加工される。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−５１７８８号公報
【特許文献２】特開２００３−２２０４４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載されるように、パンチとダイス部材とにより素材を圧縮加工する前に、ダイス部材のダイス孔の開口端部を弾性収縮変形させる場合には、ダイス部材におけるダイス孔の開口端部と反対側の部分にはクラウニングを成形するために複雑な形状に加工する必要がある。また、ダイス部材をコンテナ部に一体に形成する必要があり、ダイス部材の構造が更に複雑となり鍛造成形装置の製造コストおよびメインテナンスコストが増大する。
【０００８】
一方、特許文献２に記載の成形装置は、上下２つのダイスと上下２つのパンチとが必要となり、鍛造成形装置の構造が複雑となると共に、上パンチにより素材の歯を下ダイスの第１空間に挿入して素材の下端部側にクラウニングを成形する工程と、下ダイスと上ダイスとを密着させる工程と、素材を下パンチにより第１空間に保持された歯を上端側から第２空間内に挿入して歯の上端部側にクラウニングを成形する工程とを有し、鍛造工程が複雑となって加工時間が増大する。
【０００９】
そこで、１つのダイスにより各歯の歯面にクラウニングを鍛造加工し得るようにすべく、ダイスの外周面をテーパ形状とし、ダイスの外周面に直接接触するパンチにテーパ形状の摺動面を形成することによって、パンチによりダイスの軸方向両端部を直接径方向に弾性収縮変形するようにした鍛造成形装置の開発が行われた。しかしながら、パンチにより直接ダイスを弾性収縮変形するようにすると、硬度の高いダイスの外周面に接触するパンチの摺動面が短期間に摩耗するだけでなく、ダイスの外周面が摩耗することから、ダイスの交換頻度も高くなり、装置の耐久性を十分に確保することが困難になる。また、ダイスの外周面にテーパ面を形成するようにすると、クラウニングの加工量を変化させるには、ダイスを交換する必要がある。
【００１０】
従って、かかる点に鑑みなされた本発明の目的は、簡単な構造によって安定した加工精度のクラウニング付歯形が成形できるクラウニング付歯形の鍛造成形装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成する請求項１に記載のクラウニング付歯形の鍛造成形装置の発明は、歯厚が歯筋方向全体に亘って一定に形成された複数の歯を備えた歯車素材における歯面にクラウニングを成形するクラウニング付歯形の鍛造成形装置であって、歯車素材の各歯が嵌合する複数の歯形成形溝が内面に形成されてダイスホルダに支持されるダイスと、上記ダイスに向けて軸方向に移動自在に設けられて上記ダイスホルダとの間で上記歯車素材を軸方向に押圧するインナーパンチと、上記ダイスホルダに配置され、それぞれテーパ形状の外周面を有し内周面が上記ダイスの外周面に嵌合される基端層リング状部材、内周面が上記ダイスの外周面に間隙を有して嵌装される中間層リング状部材および内周面が上記ダイスの外周面に嵌合される先端層リング状部材が順次積層された駆動リングと、上記ダイスに対して軸方向に移動自在に上記インナーパンチの外側に装着され、上記基端層リング状部材、中間層リング状部材及び先端層リング状部材を径方向に弾性収縮変形するアウターパンチとを有し、上記アウターパンチの軸方向移動により上記基端層リング状部材及び先端層リング状部材を介して上記ダイスの軸方向両端部を径方向および円周方向に弾性収縮変形させ、歯車素材の各歯の歯面にクラウニングを成形する。
【００１２】
この発明によると、アウターパンチの軸方向移動により基端層リング状部材、中間層リング状部材、先端層リング部材が積層された簡単な構成の駆動リングを介してダイスの軸方向両端部を径方向および円周方向に弾性収縮変形させるようにしたので、アウターパンチをダイスに接近させる１工程によって歯車素材の各歯の歯面にクラウニングを形成してクラウニング付歯形を成形することができる。この際、駆動リングを基端層リング状部材、中間層リング部材、先端層リング部材の積層によって構成することから、基端層リング状部材、中間層リング部材、先端層リング部材がそれぞれ他のリング状部材に影響されることなく縮径方向の駆動力が付与され、基端層リング状部材及び先端層リング状部材の内周面がそれぞれ均一な押圧力でダイスの軸方向両端部の外周面に接触して径方向および円周方向の弾性収縮変形が付与されて歯面に高精度のクラウニングが成形される。
【００１３】
また、多数の歯車素材を加工することによって基端層リング状部材、中間層リング部材、先端層リング部材の外周面が摩耗した場合には、その摩耗したリング部材のみを交換することによって他のリング状部材を交換することなく使用して歯車素材を成形することができる。このように、基端層リング状部材、中間層リング状部材、先端層リング状部材の各リング状部材が交換自在であることから、外周面のテーパ角度が相違した基端層リング状部材、中間層リング状部材、先端層リング状部材と取り換えることにより、容易にダイスの径方向の弾性収縮変形量を変更したり、歯車に成形されるクラウニング量を変更することができる。この際、高価なダイスの変更は省略できる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１のクラウニング付歯形の鍛造成形装置において、上記基端層リング状部材、中間層リング状部材及び先端層リング状部材の外周面に接触するテーパ形状の摺動面を有するとともに上記アウターパンチにより駆動される加工ブロックを、上記基端層リング状部材、中間層リング状部材及び先端層リング部材の外側で軸方向に移動自在に配置することを特徴とする。
【００１５】
この発明によると、上記基端層リング状部材、中間層リング状部材及び先端層リング状部材の外周面に接触するテーパ形状の摺動面を有するとともに上記アウターパンチにより駆動される加工ブロックを備えることから、摺動面が摩耗したら加工ブロックを交換することより容易に対処でき、メンテナンスの簡素化が得られる。また、摺動面のテーパ角度が相違した加工ブロックと取り換えることにより、容易にダイスの径方向の弾性収縮変形量を変更することが可能になり、歯車に成形されるクラウニング量の変更を、ダイスを変更することなく容易に行うことができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項２のクラウニング付歯形の鍛造成形装置において、上記加工ブロックは、ブロック本体と、上記テーパ形状の摺動面が形成されて上記ブロック本体に着脱自在に装着される環状部とを有することを特徴とする。
【００１７】
この発明によると、加工ブロックはブロック本体とこのブロック本体に取り付けられる環状部とにより形成されており、摺動面が摩耗したら、加工ブロック全体を交換することなく、環状部のみを交換することで対処でき、メンテナンスコストに優れる。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のクラウニング付歯形の鍛造成形装置において、上記ダイスホルダに固定され上記歯車素材の基端面側に当接するスリーブと、上記アウターパンチとともに軸方向に移動して前記歯車素材に形成された貫通孔を押し広げるマンドレルとを有することを特徴とする。
【００１９】
この発明によると、マンドレルとこのマンドレルが嵌合するスリーブとを設けることにより、貫通孔を有する歯車素材を加工することができ、歯車素材を貫通孔側から径方向に押し広げながら歯面のクラウニング加工をすることができる。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項のクラウニング付歯形の鍛造成形装置において、上記基端層リング状部材及び先端層リング状部材はそれぞれ複数のリング状部材からなることを特徴とする。
【００２１】
この発明によると、駆動リングの基端側リング状部材及び先端側リング部材をそれぞれ複数によって構成することによって加工精度の向上を図ることができ、特にクラウニング加工を施す歯面が軸方向の寸法が大きい場合に有効である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、アウターパンチの軸方向移動により基端層リング状部材、中間層リング状部材、先端層リング部材が積層された簡単な構成の駆動リングを介してダイスの軸方向両端部を径方向および円周方向に弾性収縮変形させるようにしたので、アウターパンチをダイスに接近させる１工程によって歯車素材の各歯の歯面にクラウニングを形成してクラウニング付歯形を成形することができるとともに、基端層リング状部材、中間層リング部材、先端層リング部材がそれぞれ他のリング状部材に影響されることなく縮径方向の駆動力が付与され、基端層リング状部材及び先端層リング状部材の内周面がそれぞれ均一な押圧力でダイスの軸方向両端部の外周面に接触して径方向および円周方向の弾性収縮変形が付与されて歯面に高精度のクラウニングが成形される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明によるクラウニング付歯形の鍛造成形装置の実施の形態を図１乃至図７を参照して説明する。
【００２４】
図１（ａ）は歯車素材の一例を示す斜視図であり、図１（ｂ）は歯車素材の歯面にクラウニングを鍛造加工して製品化された後の歯車を示す斜視図である。図２は本実施の形態によるクラウニング付歯形の鍛造成形装置を示す断面図であり、図３は図２のＡ部拡大断面図、図４は図３のＢ部拡大図である。
【００２５】
図１（ａ）に示す歯車素材１０は、棒材を歯切り加工或いは鍛造加工して形成されており、歯車素材１０はボス部１１と、ボス部１１と一体形成された歯車本体部１２とを有し、中心部には軸方向に貫通する貫通孔１３が形成されている。歯車本体部１２は、複数の歯１４と、隣り合う歯１４の間の歯溝１５とが円周方向に等ピッチで形成されている。歯１４および歯溝１５はそれぞれ軸方向に延在し、各々の歯１４は歯厚が歯筋方向全体に亘って一定であり、歯面１６と歯先面１７との交線は直線状であって、歯面１６は平坦になっている。この歯車素材１０の歯面１６を鍛造成形装置２０によりクラウニング加工すると、図１（ｂ）に示す歯車１０ａに加工され、歯面１６は歯筋方向の中央部から両端部に移行するに従って肉厚が漸次減少するように湾曲成形されて製品化される。
【００２６】
図２に示す鍛造成形装置２０は、下型２１とこれに向けて上下方向に移動自在となった上型２２とを備えている。下型２１は基台２３に固定されるボルスタ２４を有し、ボルスタ２４は基部筒体２４ａとこれの上部に固定される支持筒体２４ｂとを備えている。支持筒体２４ｂの内部には円筒形状の上下動ブロック２５が上下方向に移動自在に装着され、上下動ブロック２５の上にはスペーサ２６を介して加工ブロック２７が装着さている。ボルスタ２４には複数の押圧ピン２８が装着され、押圧ピン２８には図示しないばね部材や油圧などにより上方に向けて推力が加えられており、押圧ピン２８により加工ブロック２７には上下動ブロック２５およびスペーサ２６を介して上型２２に向かう上方向の推力が付与される。支持筒体２４ｂには加工ブロック２７に当接する環状の固定リング２９が取り付けられ、加工ブロック２７の上昇移動が規制される。なお、上型２２を下型２１に向けて移動する際に上型２２の移動を案内するためのガイドポスト３０が下型２１に設けられ、このガイドポスト３０に摺動自在に嵌合する図示しないガイド部材が上型２２に取り付けられている。
【００２７】
図２に示すように、ボルスタ２４の支持筒体２４ｂの中心部には円筒形状の支持台３１が組み込まれ、この支持台３１は基部筒体２４ａに固定された台座３２に円筒形状のスペーサ３３を介して固定されている。支持台３１の上には環状のダイスホルダ３４が配置され、支持台３１の中央部にはスリーブ３５が組み込まれ、スリーブ３５は中空のスペーサ３６を介して台座３２に固定されている。
【００２８】
ダイスホルダ３４には、図３及び図４に示すように、歯車素材１０が嵌合される貫通孔３７ａを有する円筒形状のダイス３７が支持されており、ダイス３７の基端面つまり下端面はダイスホルダ３４に接触させた状態となってダイスホルダ３４に支持される。
【００２９】
図５はダイス３７及び駆動リング６０を拡大して示す一部破断斜視図であり、ダイス３７の貫通孔３７ａの内面には軸方向に延びて複数の歯形成形溝３８が形成されている。それぞれの歯形成形溝３８は歯車素材１０の歯面１６に対応する歯面成形面３８ａと、歯先面１７に対応する歯先面成形面３８ｂとを有し、歯面成形面３８ａは歯車素材１０の歯面１６に対応して平坦に形成されている。また、ダイス３７の外周面３９は基端部側の大径外周面３９ａと先端側の小径外周面３９ｂとが形成されて段付形状となっており、それぞれの大径外周面３９ａおよび小径外周面３９ｂは中心軸と平行となったストレートな円筒面となっている。
【００３０】
一方、図２に示すように、上型２２は下型２１に向けて軸方向に接近離反移動自在となったメインラム４１を有し、メインラム４１には円筒形状のホルダ４２により円筒形状のアウターパンチ４３が取り付けられ、アウターパンチ４３はホルダ４２にねじ結合するナット部材４４によりホルダ４２に固定されている。アウターパンチ４３の中心部にはほぼ円筒形状のインナーパンチ４５がアウターパンチ４３に対して軸方向に移動自在に組み込まれ、メインラム４１の中央部に組み込まれたインナーラム４６とインナーパンチ４５との間には複数本の連動ロッド４７が配置されている。インナーパンチ４５はメインラム４１によりアウターパンチ４３とともに下型２１に対して軸方向に接近離反移動し、さらにインナーラム４６によりインナーパンチ４５はアウターパンチ４３に対して軸方向に相対移動自在となる。
【００３１】
ホルダ４２内に固定された支持ブロック４８の下面には、アウターパンチ４３の中心部に位置させて固定ブロック４９によりマンドレル５１が取り付けられている。このマンドレル５１はスリーブ３５と同軸上となっており、上型２２が下型２１に接近移動すると、図２に示すように、スリーブ３５内に嵌合する。マンドレル５１の先端部には本体部５２ａよりも小径な小径部５２ｂが設けられ、上型２２が下型２１に向けて接近移動すると、まず、マンドレル５１の小径部５２ｂが歯車素材１０の貫通孔１３内に入り込んだ後に基端部側の大径の本体部５２ａによって貫通孔１３が押し広げられるようにして歯車素材１０は塑性加工される。
【００３２】
図２および図３に示すように、ダイス３７の外側に嵌合される基端層リング状部材となる第１リング状部材６１および第２リング状部材６２、中間層リング状部材となる第３リング状部材６３、先端層リング状部材となる第４リング状部材６４及び第５リング状部材６５が積層配置された駆動リング６０がダイスホルダ３４に着脱自在に配置される。
【００３３】
支持筒体２４ｂに上下方向に移動自在に装着される加工ブロック２７は、ブロック本体２７ａと、このブロック本体２７ａの中央部に着脱自在に取り付けられる環状部２７ｂとにより形成されており、環状部２７ｂの内周面は、図３及び図４に示すようにテーパ形状の摺動面２７ｃとなっている。
【００３４】
図４及び図５に示すように、駆動リング６０を構成する第１リング状部材６１は、ダイスホルダ３４に接触する基端面６１ａ及び先端面６１ｂを有する環状で、内周面６１ｃがダイス３７の大径外周面３９ａに接触して嵌合し、外周面６１ｄが基端面６１ａ側に移行するに従って大径となるテーパ状に形成されて環状部２７ｂの摺動面２７ｃに接触する。
【００３５】
第２リング状部材６２は、第１リング状部材６１の先端面６１ｂに接触する基端面６２ａ及び先端面６２ｂを有する環状で、内周面６２ｃがダイス３７の大径外周面３９ａに接触して嵌合し外周面６２ｄが基端面６２ａ側に移行するに従って大径となるテーパ状に形成されて環状部２７ｂの摺動面２７ｃに接触する。
【００３６】
第３リング状部材６３は、第２リング状部材６２の先端面６２ｂに接触する基端面６３ａ及び先端面６３ｂを有する環状で、内周面６３ｃがダイス３７の外周面３９に接触することのない十分な間隔を有し、外周面６３ｄが基端面６３ａ側に移行するに従って大径となるテーパ状に形成されて環状部２７ｂの摺動面２７ｃに接触する。
【００３７】
第４リング状部材６４は、第３リング状部材６３の先端面６３ｂに接触する基端面６４ａ及び先端面６４ｂを有する環状で、内周面６４ｃがダイス３７の小径外周面３９ｂに接触して嵌合し外周面６４ｄが基端面６４ａ側に移行するに従って大径となるテーパ状に形成されて環状部２７ｂの摺動面２７ｃに接触する。
【００３８】
第５リング状部材６５は、第４リング状部材６４の先端面６４ｂに接触する基端面６５ａ及び先端面６５ｂを有する環状で、内周面６５ｃがダイス３７の小径外周面３９ｂに接触して嵌合し外周面６５ｄが基端面６５ａ側に移行するに従って大径となるテーパ状に形成されて環状部２７ｂの摺動面２７ｃに接触する。
【００３９】
これにより、支持筒体２４ｂに軸方向に移動自在に支持された加工ブロック２７に、図２および図３に示すように、アウターパンチ４３が接触した状態からさらに上型２２が下方に移動すると、加工ブロック２７はスペーサ２６および上下動ブロック２５とともに図２および図３に示される位置よりもさらに下方に向けてアウターパンチ４３により駆動され、駆動リング６０の第１リング状部材６１、第２リング状部材６２、第３リング状部材６３、第４リング状部材６４および第５リング状部材６５は  加工ブロック２７の摺動面２７ｃにより径方向に収縮する駆動力を受ける。
【００４０】
駆動リング６０の第１リング状部材６１、第２リング状部材６２、第３リング状部材６３、第４リング状部材６４および第５リング状部材６５が加工ブロック２７により駆動力を受けると、ダイス３７の基端部側の大径外周面３９ａは基端層リング状部材である第１リング状部材６１の内周面６１ｃ及び第２リング状部材６２の内周面６２ｃに接触するとともにダイス３７の先端部側の小径外周面３９ｂは先端層リング状部材である第４リング状部材６４の内周面６４ｃ及び第５リング状部材６５の内周面６５ｃに接触し、ダイス３７の軸方向の中央部分は中間層リング状部材である第３リング状部材６３の内周面６３ｃに接触していないので、ダイス３７は、第１リング状部材６１、第２リング状部材６２及び第４リング状部材６４、第５リング状部材６５により両端部つまり基端部側と先端部側が径方向内方に押し付けられ、ダイス３７の両端部は径方向と円周方向とに弾性収縮変形することになる。径方向と円周方向の弾性収縮変形量は、ダイス３７の両端面側が最も大きくなるので、歯車素材１０の歯面１６には、図１（ｂ）に示すように、歯筋に沿って歯筋方向の中央部から端部に向けて肉厚つまり歯厚が漸次減少するように湾曲するクラウニングが加工される。
【００４１】
このように、上型２２を下型２１に接近させてアウターパンチ４３により駆動リング６０の第１リング状部材６１、第２リング状部材６２及び第４リング状部材６４、第５リング状部材６５を介してダイス３７を径方向および円周方向に弾性収縮変形してクラウニング加工を行うようにしており、上型２２が下型２１に接近移動すると、まず、マンドレル５１の先端の小径部５２ｂが歯車素材１０の貫通孔１３内に入り込み、引き続き移動によりマンドレル５１の大径の本体部５２ａにより歯車素材１０は径方向外方に押し広げられるとともにダイス３７によりクラウニング加工が行われる。
【００４２】
ここで、クラウニング加工を行うための駆動リング６０を第１リング状部材６１、第２リング状部材６２、第３リング状部材６３、第４リング状部材６４、第５リング状部材６５に分離して積層することにより、第１リング状部材６１、第２リング状部材６２、第４リング部材６４及び第５リング状部材６５の各外周面６１ｄ、６２ｄ、６４ｄ、６５ｄがそれぞれ他のリング状部材に影響されることなく確実に加工ブロック２７の摺動面２７ｃに接触し、加工ブロック２７の摺動面２７ｃによって第１リング状部材６１、第２リング状部材６２、第４リング状部材６４、第５リング状部材６５に縮径方向の駆動力が付与される。これによりダイス３７の大径外周面３９ａが第１リング状部材６１および第２リング状部材６２の内周面６１ｃ、６２ｃに確実に接触するとともにダイス３７の先端部側の小径外周面３９ｂが第４リング状部材６４および第５リング状部材６５に内周面６４ｃ、６５ｃに確実に接触し、ダイス３７の両端部は径方向と円周方向との弾性収縮変形が付与されて歯車素材１０の歯面１６に歯筋方向の中央部から端部に向けて肉厚つまり歯厚が漸次減少するように湾曲する高精度のクラウニングが加工される。
【００４３】
一方、仮にクラウニング加工を行うための駆動リング６０を各リング状部材に分離することなく一体形成すると、駆動リング及び加工ブロックの摺動面の加工精度や使用による摩耗等により駆動リングの外周面と加工ブロックの摺動面が局部的に接触することが懸念される。この駆動リングの外周面と加工ブロックの摺動面が局部的に接触すると、駆動リングに偏在した縮径方向の駆動力が付与されて局部的に変形する駆動リングの内周面によってダイス３７の両端部には偏在した弾性収縮変形が付与されて歯車素材１０の歯面１６に付形されるクラウニングの安定した加工精度が確保できないことが懸念される。
【００４４】
また、本実施の形態における駆動リング６０は、第１リング状部材６１、第２リング状部材６２、第３リング状部材６３、第４リング状部材６４、第５リング状部材６５に分離して積層することにより、第１リング状部材６１、第２リング状部材６２、第４リング部材６４及び第５リング状部材６５の各外周面６１ｄ、６２ｄ、６４ｄ、６５ｄがそれぞれ他のリング状部材に影響されることなく確実に加工ブロック２７の摺動面２７ｃに接触することから、これら第１リング状部材６１、第２リング状部材６２、第３リング状部材６３、第４リング状部材６４、第５リング状部材６５が一体形成される場合に比べ、第１リング状部材６１、第２リング状部材６２、第３リング状部材６３、第４リング状部材６４、第５リング状部材６５の外周面６１ｄ、６２ｄ、６３ｄ、６４ｄ、６５ｄの各テーパ角度の要求加工精度が緩和されて駆動リング６０の製造コストが減少する。
【００４５】
図６は上型２２が下型２１に最接近した状態を示す断面図であり、クラウニングの加工が完了した状態を示す。また、図７はクラウニング加工が完了した後に上型２２を下型２１から離反させた状態を示す断面図であり、図６及び図７はそれぞれ鍛造成形装置２０のうち図３に示された部分を示す。
【００４６】
次に、図２に示す鍛造成形装置によって図１（ａ）に示す歯車素材１０を加工して歯面１６にクラウニング加工を施してクラウニング付歯形を成形する加工手順について説明する。
【００４７】
上型２２が下型２１よりも上方に待避した状態のもとで、ダイス３７の貫通孔３７ａ内に歯車素材１０をセットする。このときには、加工ブロック２７は固定リング２９に当接した上昇限位置に保持されている。一方、歯車素材１０は各々の歯１４がそれぞれダイス３７の歯形成形溝３８内に嵌合された状態であり、図３に示すように、ボス部１１が上側で、歯１４の基端部側の端面がスリーブ３５に載置された状態となってダイス３７内に保持される。
【００４８】
この歯車素材１０がセットされた状態のもとで、上型２２を下型２１に向けて接近移動、即ち下降移動させると、まず、マンドレル５１の先端に形成された小径部５２ｂが歯車素材１０の貫通孔１３内に挿入された後に、大径の本体部５２ａが貫通孔１３内に挿入されて貫通孔１３を押し広げるように歯車素材１０を塑性加工しながら、アウターパンチ４３が加工ブロック２７に接触するとともにインナーパンチ４５が歯車素材１０の先端部側の端面に接触する。図２および図３は、アウターパンチ４３が加工ブロック２７に接触するとともにインナーパンチ４５が歯車素材１０に接触した状態を示す。
【００４９】
引き続く上型２２の下降移動によって、アウターパンチ４３により押し下げられる加工ブロック２７の環状部２７ｂに形成されたテーパ形状の摺動面２７ｃが駆動リング６０の第１リング状部材６１、第２リング状部材６２、第３リング状部材６３、第４リング状部材６４及び第５リング状部材６５の各テーパ形状に形成された外周面６１ｄ、６２ｄ、６３ｄ、６４ｄ、６５ｄに摺動接触し、摺動面２７ｃの小径側が各外周面６１ｄ、６２ｄ、６３ｄ、６４ｄ、６５ｄの大径側に向けて移動することになり、第１リング状部材６１、第２リング状部材６２、第３リング状部材６３、第４リング状部材６４及び第５リング状部材６５は径方向に収縮するように変形する。
【００５０】
ダイス３７の基端部側の大径外周面３９ａは基端層リング状部材である第１リング状部材６１の内周面６１ｃ及び第２リング状部材６２の内周面６２ｃに接触するとともに、ダイス３７の先端部側の小径外周面３９ｂは先端層リング状部材である第４リング状部材６４の内周面６４ｃ及び第５リング状部材６５の内周面６５ｃに接触し、ダイス３７の軸方向の中央部分は中間層リング状部材である第３リング状部材６３の内周面６３ｃに接触していない。これによりダイス３７は、第１リング状部材６１、第２リング状部材６２及び第４リング状部材６４、第５リング状部材６５により両端部つまり基端部側と先端部側が径方向内方に押し付けられ、ダイス３７の両端部は径方向と円周方向とに弾性収縮変形することになる。径方向と円周方向の弾性収縮変形量は、ダイス３７の両端面側が最も大きくなるので、歯車素材１０の歯面１６には、図１（ｂ）に示すように、歯筋に沿って歯筋方向の中央部から端部に向けて肉厚つまり歯厚が漸次減少するように湾曲するクラウニングが加工される。
【００５１】
図６に示すように、上型２２が下型２１に対して最接近する位置まで下降移動すると、クラウニング加工が終了するとともにマンドレル５１による貫通孔１３の押し広げ加工が終了する。
【００５２】
この図６に示すクラウニング加工終了状態から、上型２２を上昇させて下型２１から離反移動させると、図７に示すように、アウターパンチ４３の上昇移動により加工ブロック２７は固定リング２９に当接する上昇限位置となり、インナーパンチ４５は歯車素材１０から離れるとともにマンドレル５１が歯車素材１０の貫通孔１３から離れる。この状態で歯車素材１０にクラウニングが加工されて製品となった歯車１０ａが下型２１から取り外される。
【００５３】
別の歯車素材１０について同様の加工を行うには、図７に示すように、下型２１から上型２２が離れた状態のもとで歯車素材１０が下型２１のダイス３７内にセットされ、上述した手順により歯車素材１０の歯面１６にはクラウニングが加工される。
【００５４】
本発明の鍛造成形装置においては、ダイス３７の外側に駆動リング６０を構成する第１リング状部材６１、第２リング状部材６２、第３リング状部材６３、第４リング状部材６４、第５リング状部材６５を嵌合し、各リング状部材のテーパ形状の外周面６１ｄ、６２ｄ、６３ｄ、６４ｄ、６５ｄに摺動接触する摺動面２７ｃを加工ブロック２７に形成したので、多数の歯車素材１０を加工することによってリング状部材の外周面が摩耗した場合には、その摩耗したリング状部材、例えば第１リング状部材６１のみを交換することによって他の第２リング状部材６２、第３リング状部材６３、第４リング状部材６４、第５リング状部材６５は交換することなく歯車素材１０を加工することができる。
【００５５】
また、多数の歯車素材１０を加工することによって駆動リング６０を構成するリング状部材の外周面が摩耗した場合には、第１リング状部材６１、第２リング状部材６２、第３リング状部材６３、第４リング状部材６４、第５リング状部材６５を交換することによってダイス３７を交換することなく、高価なダイス３７をそのまま使用して歯車素材１０を加工することができる。
【００５６】
同様に、加工ブロック２７はブロック本体２７ａとこれに取り付けられる環状部２７ｂとにより形成されており、環状部２７ｂに形成された摺動面２７ｃが摩耗したら、環状部２７ｂのみを交換することで対処することができる。
【００５７】
このように、駆動リング６０を構成する第１リング状部材６１、第２リング状部材６２、第３リング状部材６３、第４リング状部材６４、第５リング状部材６５、及び加工ブロック２７の環状部２７ｂを交換自在とすることから、第１リング状部材６１、第２リング状部材６２、第３リング状部材６３、第４リング状部材６４、第５リング状部材６５の外周面６１ｄ、６２ｄ、６３ｄ、６４ｄ、６５ｄ、及び環状部２７ｂの摺動面２７ｃのテーパ角度を相違させて、上型２２の移動ストロークに対するダイス３７の径方向の弾性収縮変形量を変更したり、歯車１０ａに形成されるクラウニング量を変更することも、ダイス３７を変更することなく容易に行うことができる。
【００５８】
図示する鍛造成形装置においては、加工ブロック２７はブロック本体２７ａとこれに着脱自在となった環状部２７ｂとにより構成されているが、環状部２７ｂとブロック本体２７ａとを一体とするようにしても良い。また、加工ブロック２７は下型２１の支持筒体２４ｂに上下動自在に装着され、アウターパンチ４３の軸方向移動により加工ブロック２７を軸方向に移動し、これの軸方向移動をテーパ面を介して第１リング状部材６１、第２リング状部材６２、第３リング状部材６３、第４リング状部材６４、第５リング状部材６５の径方向および周方向の弾性収縮変形に変換するようにしているが、第１リング状部材６１、第２リング状部材６２、第３リング状部材６３、第４リング状部材６４、第５リング状部材６５の外周面６１ｄ、６２ｄ、６３ｄ、６４ｄ、６５ｄに摺動接触する摺動面２７ｃをアウターパンチ４３に設けることにより、アウターパンチ４３により直接第１リング状部材６１、第２リング状部材６２、第３リング状部材６３、第４リング状部材６４、第５リング状部材６５を径方向に弾性収縮変形するようにしても良い。
【００５９】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、駆動リング６０の第１リング状部材６１、第２リング状部材６２、第３リング状部材６３、第４リング状部材６４、第５リング状部材６５の内周面６１ｃ、６２ｃ、６３ｃ、６４ｃ、６５ｃまたは環状部２７ｂの内周面によって形成される摺動面２７ｃを断面円形とすることなく、多角形とすることにより、歯車素材１０の周方向の特定部位を局所的に成形するようにしても良い。
【００６０】
また、上記実施の形態では駆動リング６０の基端層リング状部材として第１リング状部材６１及び第２リング状部材６２の２個のリング状部材を備え、先端層リング状部材として第４リング状部材６４及び第５リング状部材６５の２個のリング状部材を備えたが、それぞれ１個のリング状部材により構成することによって構成部材の点数を少なくして構成の簡素化を図ることもできる。また、駆動リング６０の基端層リング状部材及び先端層リング部材をそれぞれ３個以上の複数によって構成することで、加工精度の向上を図ることもできる。これは、特にクラウニング加工を施す歯面が軸方向に長い場合に有効である。また、中間層リング状部材を複数個積層載置することもできる。
【００６１】
この鍛造成形装置は図１（ａ）に示すように、中心部に貫通孔１３が形成された歯車素材１０を加工するために適用されているが、貫通孔１３が設けられていない歯車素材を鍛造加工するようにしても良い。その場合には、スリーブ３５は下型２１に設けられず、マンドレル５１は上型２２には設けられない。また、図示する鍛造成形装置は、図１に示す平歯車の歯面１６をクラウニング加工するために適用されているが、ダイス３７を交換することにより、ヘリカル歯車の歯面にもクラウニング加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】（ａ）は歯車素材の一例を示す斜視図であり、（ｂ）は歯車素材の歯面にクラウニングを鍛造加工して製品化された後の歯車を示す斜視図である。
【図２】歯車素材の歯面にクラウニングを加工する本発明の一実施の形態であるクラウニング付歯形の鍛造成形装置を示す断面図である。
【図３】図２のＡ部拡大断面図である。
【図４】図３のＢ部拡大断面図である。
【図５】ダイス及び駆動リングを拡大して示す一部破断斜視図である。
【図６】上型が下型に最接近して加工が終了した状態における図３と同一の部分を示す断面図である。
【図７】クラウニング加工が完了した後に上型を下型から離反させた状態における図３と同一の部分を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０      歯車素材
１０ａ    歯車
１４      歯
１５      歯溝
１６      歯面
２０      鍛造成形装置
２１      下型
２２      上型
２７      加工ブロック
２７ａ    ブロック本体
２７ｂ    環状部
２７ｃ    摺動面
３４      ダイスホルダ
３５      スリーブ
３７      ダイス
３７ａ    貫通孔
３８      歯形成形溝
３９      外周面
３９ａ    大径外周面
３９ｂ    小径外周面
４３      アウターパンチ
４５      インナーパンチ
５１      マンドレル
６０      駆動リング
６１      第１リング状部材（基端層リング状部材）
６１ｃ    内周面
６１ｄ    外周面
６２      第２リング状部材（基端層リング状部材）
６２ｃ    内周面
６２ｄ    外周面
６３      第３リング状部材（中間層リング状部材）
６３ｃ    内周面
６３ｄ    外周面
６４      第４リング状部材（先端層リング状部材）
６４ｃ    内周面
６４ｄ    外周面
６５      第５リング状部材（先端層リング状部材）
６５ｃ    内周面
６５ｄ    外周面
【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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