(57)【要約】【課題】一工程で様々な製品形状のボス付外歯形部品を精密に成形することにある。【解決手段】パンチ６には突起部６ａを、カウンタパンチ７には突起部７ａを設ける。突起部６ａ、７ａを環状ブランク１の上下面に食い込ませて環状溝５ｃ、５ｄを形成する。環状溝５ｃ、５ｄの成形によって生じる素材流動により、ダイス８の歯形成形面８ａに対する素材充填を均一に制御する。外歯型の端部において素材の充填不良が生じることを防ぎ、高精度の歯型を成形することが可能となる。環状の溝５ｃ、５ｄが、環状ブランク１の歯形成形部分に必要な素材流動とボス成形部分に必要な素材流動を行うための分水嶺として機能し、高精度の外歯形部５ａと必要高さのボス部５ｂとを、同一工程で成形することが可能となる。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外歯形成形面を有するダイスと、該ダイスの中心部に位置するマンドレルと、キャビティの上面を構成するパンチと、キャビティの底面を構成するカウンタパンチとを有し、キャビティ内で環状ブランクの上下面を圧縮して軸と直角方向へと変形させ、同一工程で、環状ブランク外周部に外歯形を、環状ブランク内周部にボスを成形する金型であって、
前記パンチ及び前記カウンタパンチの少なくとも一方の成形面に、環状の突起部を設けたことを特徴とするボス付外歯形部品の成形用金型。
【請求項２】
前記環状ブランクのボス成形部分に流入する素材の逃がし部を設けたことを特徴とする請求項１記載のボス付外歯形部品の成形用金型。
【請求項３】
歯形成形面を有するダイス内で、環状ブランクの上下面を圧縮して軸と直角方向へと変形させ、同一工程で、環状ブランク外周部に外歯形を、環状ブランク内周部にボスを成形する方法であって、
前記環状ブランクの上下面を圧縮する際、前記環状ブランクの歯形成形部分とボス成形部分との間に位置する環状の溝を、上下面の少なくとも一方に成形し、当該溝の成形によって生じる素材流動により、ダイスの歯形成形面に対する素材充填を均一に制御することを特徴とするボス付外歯形部品の成形方法。
【請求項４】
前記環状ブランクのボス成形部分を、流動する素材の逃がし部とすることを特徴とする請求項３記載のボス付外歯形部品の成形方法。
【請求項５】
請求項３または４記載の方法によって成形されることを特徴とする成形品。
【請求項６】
前記環状ブランクの歯形成形部分とボス成形部分との間に位置する環状の溝を製品形状として備えることを特徴とする請求項５記載の成形品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、据込み成形方法によってボス付外歯形部品を製造するための技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、平歯車等の外歯形部品を製造する方法の１つとして、据込み方法が用いられている。据込み方法は、ブランクの上下面を工具で圧縮して高さを縮め、材料を加圧軸と直角方向に広げる加工方法である。外歯形部品を成形する場合には、外歯形成形面を有するダイスと、該ダイスの中心部に位置するマンドレルと、キャビティの上面を構成するパンチと、キャビティの底面を構成するカウンタパンチとを有する金型を用い、キャビティ内で環状ブランクの上下面を圧縮することにより、ダイスの外歯形形状を環状ブランクに転写する手法が採られる。
【０００３】
しかしながら、従来の据込み成形方法によって環状ブランク１から平歯車等の外歯形部品を成形する場合には、図６（左右対称形状であるため、中心線の左側のみ示す。以下、図７、図１〜図３も同じ。）に示すパンチ２の成形面２ａの摩擦抗μＦが大きいために、環状ブランク１のパンチ２の成形面２ａに接触している部分及び同様の理由でカウンタパンチに接触している部分の素材流動が阻害され、環状ブランクの外周部１ａは、高さ方向中央部が最も外側に突出する「タル状」に変形しながら、成形が進行することとなる。その結果として、特に外歯形の上下角部において、素材の充填不良が生じることとなる。
上記課題の解決手段として、対向する２つのパンチの一方に突起形状を設け、フローティングダイス方法で素材を圧縮することで、外歯形成形面の素材流動を促進させ、外歯充填率を高める方式が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−９９９３６号（請求項１、図２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方式では突起の付いたパンチ側の外歯形成形面への素材流れは促進されるものの、突起のない反対のパンチの成形面は歯車本体部を加圧して歯形成形していることから、外歯形成形面への材料流動による摩擦抵抗が大きく、高い歯先充填度は得られない。完全な歯先充填を得るためには金型で素材を密閉状態にせざるをえず、鍛造時の金型面圧が高くなる問題が生じる。
【０００６】
また、従来の据込み成形方法によって環状ブランク１からボス付の外歯形部品を成形する場合には、図７に示すパンチ３の下端面３ａ及び内周面３ｂの摩擦抵抗μＦが大きいため、ボス部１ｂに十分な素材流動をさせることができず、その結果としてボス部１ｂに必要な高さを持たせることが困難となっていた。さらに、ボス高さ率（図２に例示するように、成形品全体の高さＨ１に対するボス部のみの高さｈｂの比率。）と、ボス面積率Ａｂ／Ａ０（ボス付外歯形部品を平面視したときの、全体の投影面積Ａ０とボス部のみの投影面積Ａｂとの比率。）との関係は、図８に示すような関係があり、製品全体に占めるボス部の面積比Ａｂ／Ａ０が小さい製品形状の場合には、加工面圧比ｋ（加工面圧と素材の変形抵抗との比率）も増大して、金型破損領域Ｔに容易に突入してしまうといった問題もあった。このため、従来の据込み成形方法によってボス付外歯形部品を成形する場合は、金型の破損を防ぐために、製品形状の自由度が制限されるといった問題も生じていた。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、据込み成形方法によって、一工程で様々な製品形状のボス付外歯形部品を精密に成形することにある。そして、高精度かつ低価格のボス付外歯形部品を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための、本発明の請求項１に係るボス付外歯形部品の成形用金型は、外歯形成形面を有するダイスと、該ダイスの中心部に位置するマンドレルと、キャビティの上面を構成するパンチと、キャビティの底面を構成するカウンタパンチとを有し、キャビティ内で環状ブランクの上下面を圧縮して軸と直角方向へと変形させ、同一工程で、環状ブランク外周部に外歯形を、内周部にボスを成形する金型であって、前記パンチ及び前記カウンタパンチの少なくとも一方の成形面に、環状の突起部を設けたことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明によれば、前記環状ブランクの上下面を圧縮する際、前記パンチ及び前記カウンタパンチの少なくとも一方の成形面に設けた環状の突起部によって、前記環状ブランクの歯形成形部分とボス成形部分との間に位置する環状の溝を、上下面の少なくとも一方に成形し、当該溝の成形によって生じる素材流動により、ダイスの歯形成形面に対する素材充填を均一に制御する。
また、前記環状の溝が、前記環状ブランクの歯形成形部分とボス成形部分とに必要な素材流動を行うための分水嶺として機能し、外歯形部とボス部の双方へと十分な素材流動を行い、外歯形部とボス部とを同一工程で成形することが可能となる。
【００１０】
また、本発明の請求項２に係るボス付外歯形部品の成形用金型は、請求項１記載のボス付外歯形部品の成形用金型において、前記環状ブランクのボス成形部分に流入する素材の逃がし部を設けたものである。
本発明によれば、前記環状ブランクのボス成形部分に流入する素材の逃がし部を設けたことにより、ダイスの歯形成形面に対する素材充填が進んだ時点でもキャビティは密閉状態とはならず、よって、成形完了時点における加工面圧比を低減し、低面圧で歯形成形を完了することができる。
【００１１】
また、上記課題を解決するための、本発明の請求項３に係るボス付外歯形部品の成形方法は、歯形成形面を有するダイス内で、環状ブランクの上下面を圧縮して軸と直角方向へと変形させ、同一工程で、環状ブランク外周部に外歯形を、環状ブランク内周部にボスを成形する方法であって、前記環状ブランクの上下面を圧縮する際、前記環状ブランクの歯形成形部分とボス成形部分との間に位置する環状の溝を、上下面の少なくとも一方に成形し、当該溝の成形によって生じる素材流動により、ダイスの歯形成形面に対する素材充填を均一に制御することを特徴とするものである。
【００１２】
本発明によれば、前記環状ブランクの上下面を圧縮する際、上下面の少なくとも一方に成形する環状の溝の形状を変えることで、ダイスの歯形成形面に対する素材の充填を均一に制御することが可能となる。
また、前記環状の溝が、前記環状ブランクの歯形成形部分とボス成形部分とに必要な素材流動を行うための分水嶺として機能する。
【００１３】
本発明の請求項４に係るボス付外歯形部品の成形方法は、請求項３記載のボス付外歯形部品の成形方法において、前記環状ブランクのボス成形部分を、流動する素材の逃がし部としたものである。
本発明によれば、前記環状ブランクのボス成形部分に流入する素材の逃がし部により、ダイスの歯形成形面に対する素材充填が進んだ時点でもキャビティは密閉状態とはならず、よって、成形完了時点における加工面圧比を低減し、低面圧で歯形成形を完了することができる。
【００１４】
また、上記課題を解決するための、本発明の請求項５に係る成形品は、請求項３または４記載の方法によって成形されることを特徴とするものである。
したがって、本発明によれば、同一工程で、環状ブランク外周部の外歯形と環状ブランク内周部のボスとが高精度に成形された成形品を得ることができる。
【００１５】
また、本発明の請求項６に係る成形品は、請求項５記載の成形品において、前記環状ブランクの歯形成形部分とボス成形部分との間に位置する環状の溝を製品形状として備えるものである。
本発明によれば、前記環状の溝が製品の機能を損なうものでない限り、製品の軽量化に寄与する溝としての役割を果たすものとなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１には、本発明の実施の形態に係る成形用金型４の要部と、成形用金型４によって成形された成形品５を模式的に示している。成形用金型４は、パンチ６及びカウンタパンチ７の双方の成形面に、環状の突起部６ａ、７ａを設けたものである。また環状素材の内周部にはマンドレル９を配置してある。具体的には、環状の突起部６ａ、７ａは、何れも成形品５の外歯形部５ａとボス部５ｂとの間に環状溝５ｃ、５ｄを形成するものとして、金型４の開閉方向に突出するように設けられ、かつ、ボス部５ｂの成形面となるパンチ６及びカウンタパンチ７の内周面６ｂ、７ｂに連続する位置に設けられている。
なお、環状の突起部６ａ、７ａの位置は、製品の外歯形部５ａとボス部５ｂへの所望の素材流動配分に応じ、適切な位置に配置するものである。また、図１では、パンチ６の環状の突起部６ａは、パンチ７の環状の突起部７ａに比して広く低い形状のものとして図示されているが、突起部６ａ、７ａの形状はこの関係に限定されるものではなく、必要に応じて、突起部６ａ、７ａを同一幅、同一高さとする場合や、パンチ７の環状の突起部７ａは、パンチ６の環状の突起部６ａに比して広く低い形状とする場合もある。
【００１８】
ここで、本発明の実施の形態によりボス付外歯形部品の成形を行う手順を説明する。本発明の実施の形態では、図２の左側に示す高さＨ０の環状ブランク１から、図２の右側に示す、成形品全体の高さＨ１、外歯形部５ａの高さｈｇ、ボス部のみの高さｈｂで、かつ、幅Ｗ、深さＤの環状溝５ｃを備えるボス付外歯形部品５を、据込み成形方法により成形するものである。
【００１９】
具体的な金型構造および成形手順は、図３（ａ）〜（ｃ）に示す通りである。まず、成形用金型４は、外歯形成形面８ａを有するダイス８と、ダイス８の中心部に位置するマンドレル９とを有し、さらに、パンチ６でキャビティの上面を構成し、カウンタパンチ７によってキャビティの底面を構成している。カウンタパンチ７およびマンドレル９はその位置が固定されており、パンチ６およびダイス８がカウンタパンチ７およびマンドレル９に対し上下方向に移動可能となっている。マンドレル９の外周面には、必要に応じ、スプライン成形溝９ａを設けることで、製品のボス内周面にスプラインを転写することができる。さらに、パンチ６の内周面６ｂとマンドレル９のスプライン成形溝９ａとの間に隙間１０を設け、隙間１０を、環状ブランク１が変形して素材の流動が生じたときの素材の逃がし部として用いる。
【００２０】
据込み成形を行う際には、まず、図３（ａ）に示すように、環状ブランク１を成形用金型４のキャビティ内にセットする。この時点で、環状ブランク１の外周面は、ダイス８の外歯形成形面８ａの山頂部に当接し、環状ブランク１の内周面はマンドレル９のスプライン成形溝９ａの山頂部に当接する。また、環状ブランク１の上面はパンチ６の環状の突起部６ａに当接し、環状ブランク１の下面はカウンタパンチ７の環状の突起部７ａに当接している。
【００２１】
続いて、パンチ６を下降させ、成形用金型４のキャビティ内で環状ブランク１の上下面を圧縮する。そして、図３（ｂ）に示すように、パンチ６及びカウンタパンチ７の環状の突起部６ａ、７ａを環状ブランク１の上下面に食い込ませる。さらにパンチ６を下降させて、環状ブランクの上下面を圧縮して軸と直角方向へと変形させる。環状ブランク１の素材は、ダイス８の外歯形成形面８ａに食い込み、外歯形の転写が進行していく。また、環状ブランク１の素材は、パンチ６の内周面６ｂとマンドレル９のスプライン成形溝９ａとの隙間に流動し、ボス部５ｂの成形を進行させていく。
そして、図３（ｃ）に示すように、ダイス８の外歯形成形面８ａに十分に素材が充填されて、外歯形部５ａが高精度に転写され、かつ、パンチ６の内周面６ｂとマンドレル９のスプライン成形溝９ａとの隙間にも素材が十分に充填され必要な高さのボス部５ｂを備えた、ボス付内外歯形部品５を得ることができる。なお、スプライン成形溝を有しない円柱状のマンドレルを使用した場合には、内面が円筒状の製品が形成できる。
【００２２】
上記構成をなす本発明の実施の形態によって得られる作用効果は、以下の通りである。まず、パンチ６には突起部６ａを、カウンタパンチ７には突起部７ａを設け、パンチ６の突起部６ａとカウンタパンチ７の突起部７ａとを環状ブランク１の上下面に食い込ませて環状溝５ｃ、５ｄを形成し、環状溝５ｃ、５ｄの成形によって生じる素材流動により、ダイス８の歯形成形面８ａに対する素材充填を均一に制御することができる。よって、外歯形成形時に「タル状」に変形しながら成形が進行することを防ぐことができるので、外歯形の端部において素材の充填不良が生じることを防ぎ、高精度の歯形を成形することが可能となる。
また、環状の溝５ｃ、５ｄが、環状ブランク１の歯形成形部分に必要な素材流動（図１の矢印Ｂ、Ｃ）とボス成形部分に必要な素材流動（図１の矢印Ａ）を行うための分水嶺として機能し、高精度の外歯形部５ａと必要高さのボス部５ｂとを、同一工程で成形することが可能となる。
【００２３】
図４には、ボス高さ率ｈｂ／Ｈ１と加工面圧比ｋとの関係を示しているが、ボス高さ率ｈｂ／Ｈ１は必要な製品形状によって決定されるものである。一方、加工面圧比ｋの値は金型破損領域Ｔに突入しない値にする必要がある。
以上の条件下において、金型を破損することなく必要な製品形状を得るために、本発明の実施の形態では、パンチ６の内周面６ｂとマンドレル９のスプライン成形溝９ａとの間に隙間１０を設け、隙間１０を、環状ブランク１が変形して素材の流動が生じたときの素材の逃がし部として用いている。よって、ダイス８の歯形成形面８ａに対する素材充填が進んだ時点でも、隙間１０によりキャビティは密閉状態とはならず、型締完了時点における加工面圧比ｋを低減することができる。その結果として、成形条件を図４に示す据込み成形の成立範囲Ｓに置くことが容易となり、低面圧でボス高さを確保しつつ歯形形状の成形を完了することができる。
【００２４】
なお、本発明の実施の形態において歯先充填を均一に制御するにあたり、パンチ６およびカウンタパンチ７の環状の突起部６ａ、７ａの体積は、従来の環状溝がないパンチを用いる場合に得られるタル状の歯形体積（インボリュート形状の歯部体積）と理想的な歯形（目的形状）の体積との差分の５０％以上の体積をパンチ６及びカウンタパンチ７の突起部に与えることが望ましい。５０％以下では歯形充填後の形状にタル状が残り、所定の歯車精度が得られない場合があるためである。
図５には、一例として、従来方法（突起なし）と、上記体積の差が５０％以上の場合（本発明１〜５）の結果を比較した図表を示している。この比較例は、モジュール１．７５、歯数３０、大径７０ｍｍの歯車を試作した場合を示したものであるが、環状突起の場合〔環状突起体積／｛（目標歯部体積）−（タル状歯部体積）｝×１００〕を５０％以上とすることにより、歯先充填、歯車精度ともに良好とすることができた。なお、成形後の歯車の精度は歯車精度８級基準（ＪＩＳ  Ｂ  １７０２−１）を基準としたものである。
【００２５】
さらに、本発明の実施の形態では、環状の溝５ｃ、５ｄが製品の機能を損なうものでない限り、この環状の溝５ｃ、５ｄを、ボス付外歯形部品５の製品形状として残しておくことで、製品の軽量化に寄与することができる。
【００２６】
なお、環状の突起部６ａ、７ａは、パンチ６及びカウンタパンチ７と一体に形成されたものでも良く、別部品として設けるものであっても良い。そして、一体形成した場合には、パンチ６及びカウンタパンチ７の強度を高めることが容易となり、別部品とした場合には、環状の突起部６ａ、７ａの形状変更が容易となるといった利点を有する。また、本発明の実施の形態では、環状の突起部６ａ、７ａを、パンチ６及びカウンタパンチ７の双方に設けたが、必要に応じていずれか一方に設けることとしても良い。
また、図３（ｃ）のボス上面部の形状を整えるには、図３（ｃ）の工程の後、パンチ６を軸方向上側に数ｍｍ（０．５〜２ｍｍ）上げ、その後、ボス上面部をボス成形用パンチ１１で加圧する。その結果、ボス上面部が平滑で、更にスプライン成形する場合には、スプラインの充填度の高い形状を得ることができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明はこのように構成したので、据込み成形方法によって、一工程で様々な製品形状のボス付外歯形部品を精密に成形することが可能となる。そして、高精度かつ低価格のボス付外歯形部品を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る成形用金型の要部と、成形用金型によって成形された成形品とを示す模式図である。
【図２】図の左側は本発明の実施の形態に用いられる環状ブランクの一部断面図を、図の右側は本発明の実施の形態により得られるボス付外歯形部品の一部断面図を示すものである。
【図３】本発明の実施の形態に係る成形用金型の具体的な金型構造および成形手順を示す概略図である。
【図４】ボス高さ率ｈｂ／Ｈ１と加工面圧比ｋとの関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態に係る方法とで得られる製品を、従来方法による製品と比較した図表である。
【図６】従来の据込み成形方法によって環状ブランクから平歯車等の外歯形部品を成形する場合の問題点を示す説明図である。
【図７】従来の据込み成形方法によって環状ブランクからボス付外歯形部品を成形する場合の問題点を示す説明図である。
【図８】ボス高さ率とボス面積率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  環状ブランク
４  成形用金型
５  成形品
５ａ  外歯形部
５ｂ  ボス部
５ｃ、５ｄ  環状溝
６  パンチ
６ａ  突起部
６ｂ  内周面
７  カウンタパンチ
７ａ  突起部
７ｂ  内周面
８  外歯形成形用金型（ダイス）
８ａ  歯形成形面
９  マンドレル
９ａ  スプライン成形溝
１０  隙間
１１  ボス成形用パンチ
【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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【図６】
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【図７】
2004154794.tif 000009
【図８】
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