(57)【要約】【課題】  外歯車を冷間鍛造の押出成形により形成する際の押出成形工程において、同時にクラウニング加工を施すことを可能とする外歯車の押出成形方法を提供する。【解決手段】  押出工程として、第１から第３押出工程を備え、各工程の第１送り速度（Ｖ１）および第３送り速度（Ｖ３）を、第２送り速度（Ｖ２）よりも速い速度に制御する（第２送り速度（Ｖ２）は従来の送り速度と同じ程度）。これにより、第２送り速度（Ｖ２）よりも速い第１送り速度（Ｖ１）で押出された歯面形状は、第２送り速度（Ｖ２）で送出された領域よりも素材の充填率が低いため痩せた形状となる。一方、第１送り速度（Ｖ１）よりも遅い第２送り速度（Ｖ２）で押出された歯面形状は、第１送り速度（Ｖ１）で送出された領域よりも素材の充填率が高いため従来の歯面と同じ形状となる。その結果、一回の押出工程で送り速度を制御することにより、痩せた状態から徐々に膨らむ形状に連続的に移行する歯面形状を与えることが可能となる。【選択図】        図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
押出治具を用いてダイス中に素材を圧入し押出して、前記素材を外歯車に成形する押出工程を有する、外歯車の押出成形方法であって、
前記押出工程は、
第１送り速度で前記押出治具を移動させて前記素材を押出す第１押出工程と、
前記第１押出工程の後に、前記第１送り速度とは異なる第２送り速度で前記押出治具を移動させて前記素材を押出す第２押出工程と、
を備える、外歯車の押出成形方法。
【請求項２】
前記第１送り速度は、前記第２送り速度よりも速い速度である、請求項１に記載の外歯車の押出成形方法。
【請求項３】
前記押出工程は、第２押出工程の後に、前記第２送り速度とは異なる第３送り速度で前記押出治具を移動させて前記素材を押出す第３押出工程を含み、
前記第１および第３送り速度は、前記第２送り速度よりも速い速度である、請求項１に記載の外歯車の押出成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は外歯車の成形方法に関し、特に、歯車の歯すじ方向の歯面にクラウニング処理を施すための、外歯車の押出成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ピニオンギア、ヘリカルギア（はすば歯車）等の外歯車においては、その歯部の形状が複雑であるため、また、機械加工により製造するには加工時間が長くコストも高くなる。このため、冷間鍛造により外歯車を製造するようになってきており、たとえば、ヘリカルギアの冷間鍛造方法が、下記特許文献１〜３に開示されている。
【０００３】
一方、ピニオンギア、ヘリカルギア等の外歯車において、歯車の噛合いによるトルク伝達部位では、ギアノイズが問題となり、各種製品開発に悪影響を及ぼしている。ギアノイズの発生は、歯車の歯型精度不良や、荷重入力時の歯車のたわみにより、歯車の噛合いにミスアライメントが発生することが原因と考えられる。そこで、このようなギアノイズを引起すミスアライメントを吸収することができるように、外歯車の歯すじ方向の歯面にクラウニング（歯の中央部から歯の両側に向かって歯の厚さを徐々に減少させる）処理を施すことにより、歯面の力を相手歯面に最良の条件で確実に伝達する技術が知られている。
【０００４】
このようなクラウニング処理を、冷間鍛造により成形された外歯車の歯面に施す場合には、追加処理として、切削加工や研磨加工を施す必要があり、歯車製造においてコストアップを招く要因となっている。
【特許文献１】特開２００２−９６１３９号公報
【特許文献２】特開２０００−３９０５６号公報
【特許文献３】特開平０７−３１０８０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明の解決しようとする課題は、冷間鍛造の押出成形された歯車にクラウニング処理を施す場合、作業工程の増加、コスト高を招く点にある。したがって、この発明の目的は、外歯車を冷間鍛造の押出成形により形成する際の押出成形工程において、同時に歯面にクラウニング処理を施すことを可能とする外歯車の押出成形方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、この発明に基づいた外歯車の押出成形方法においては、押出治具を用いてダイス中に素材を圧入し押出して、上記素材を外歯車に成形する押出工程を有する、外歯車の押出成形方法であって、上記押出工程は、第１送り速度で上記押出治具を移動させて上記素材を押出す第１押出工程と、上記第１押出工程の後に、上記第１送り速度とは異なる第２送り速度で上記押出治具を移動させて上記素材を押出す第２押出工程とを備える。
【０００７】
また、上記外歯車の押出成形方法において他の好ましい特徴としては、上記第１送り速度は、上記第２送り速度よりも速い速度である。
【０００８】
また、上記外歯車の押出成形方法において他の好ましい特徴としては、上記押出工程は、第２押出工程の後に、上記第２送り速度とは異なる第３送り速度で上記押出治具を移動させて上記素材を押出す第３押出工程を含み、上記第１および第３送り速度は、上記第２送り速度よりも速い速度である。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に基づいた外歯車の押出成形方法によれば、押出治具の送り速度（素材の塑性加工速度）を速くすると、素材のダイスに対する変形抵抗が高くなり、素材の充填率が低下するため型転写性が悪くなる。一方、押出治具の送り速度を遅くすると、素材のダイスに対する変形抵抗は低く、素材の充填率が向上するため型転写性が良くなる。
【００１０】
したがって、第２送り速度よりも速い第１送り速度で押出された外歯車の歯面形状は、第２送り速度で送出された領域よりも素材の充填率が低いため痩せた形状となる。一方、第１送り速度よりも遅い第２送り速度で押出された外歯車の歯面形状は、第１送り速度で送出された領域よりも素材の充填率が高いため太った形状となる。その結果、一回の押出工程で送り速度を制御することにより、痩せた状態から徐々に膨らむ形状に連続的に移行する歯面形状を与えることが可能となる。
【００１１】
これにより、たとえば、押出工程として、第１から第３押出工程を備え、第１および第３送り速度を第２送り速度よりも速い速度に制御すれば、第１押出工程に対応する領域は痩せた歯面形状となり、第２押出工程に対応する領域は太った歯面形状となり、さらに、第３押出工程に対応する領域は痩せた歯面形状となる。その結果、痩せた歯面形状から徐々に膨らんだ歯面形状となり、再び痩せた歯面形状に連続的に移行する形状、つまりクラウニング形状を、外歯車の押出成形工程と同時に与えることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、この発明に基づいた実施の形態における外歯車の押出成形方法について、図を参照しながら説明する。なお、外歯車としては、平歯車、ヘリカルギア、ラックギア等様々な歯車が挙げられるが、本発明の特徴は押出成形方法にある。そこで、本実施の形態においては、この特徴の理解を容易にするために、一例として、平歯車の押出成形に本発明を適用した場合について説明する。
【００１３】
図１は、押出成形される前の素材１００の外形を示す図であり、図１（Ａ）は、歯車軸に沿った断面図であり、図１（Ｂ）は、歯車軸に直交する方向に沿った断面図である。また、図２は、押出成形された後の平歯車２００の外形を示す図であり、図２（Ａ）は、歯車軸に沿った断面図であり、図２（Ｂ）は、歯車軸に直交する方向に沿った断面図である。平歯車２００の外周面には、歯すじが歯車軸方向に平行な歯２０１が形成されている。この押出成形は、２段型による押出成形（後述）であるため、中央にマンドレル（後述）が挿入される芯穴１００ｈが設けられているが、１段型による押出成形の場合には、素材１００には、芯穴１００ｈは設けられていない。
【００１４】
次に、２段型による押出成形に用いられる型の構造について、図３を参照して説明する。図３において、素材１００の歯車軸よりも左側は加工前の状態断面を示し、素材１００の歯車軸よりも右側は加工後の状態断面を示している。素材１００は、ダイス４０中に挿入される。ダイス４０の上方には、素材１００の芯穴１００ｈに挿入されるマンドレル２０と、このマンドレル２０の外周面に沿い、素材１００の加圧力を付与するためのパンチ１０が配設されている。また、ダイス４０の下方には、ノックアウト３０が配置されている。
【００１５】
パンチ１０およびマンドレル２０を所定の送り速度で下降させ、また、ノックアウト３０に加工加圧力を加えることで、素材１００に所定の加圧力が加えられ、素材１００は、ダイス４０に設けられた成形部内で流動して、所望の形状を有する平歯車２００に成形されることになる。
【００１６】
ここで、上記背景技術でも述べたように、ギアノイズを引起すミスアライメントを吸収することができるように、外歯車の歯すじ方向の歯面にクラウニング処理を施す必要がある（図４参照）。本実施の形態においては、上記パンチ１０およびマンドレル２０の送り速度を以下に示すように制御することで、平歯車２００の押出成形工程と同時に、平歯車２００の歯面にクラウニングを与えることを可能とするものである。以下、この平歯車２００の歯面にクラウニングを与えるための押出成形方法の詳細について説明する。
【００１７】
（押出成形方法の詳細）
押出治具であるパンチ１０およびマンドレル２０の送り速度（素材１００の塑性加工速度）を速くすると、素材１００のダイス４０に対する変形抵抗が高くなり、素材１００の充填率が低下するため型転写性が悪くなる。一方、パンチ１０およびマンドレル２０の送り速度を遅くすると、素材のダイスに対する変形抵抗は低く、素材１００の充填率が向上するため型転写性が良くなる。
【００１８】
そこで、従来、パンチ１０およびマンドレル２０の送り速度は一定であったものを、たとえば、押出当初の送り速度を、従来の送り速度よりも遅い速度（第１送り速度：Ｖ１）にして素材１００を一定時間押出す。その後、従来の送り速度（第２送り速度：Ｖ２，Ｖ１＞Ｖ２）に戻して、素材１００を一定時間押出す。これにより、第２送り速度（Ｖ２）よりも速い第１送り速度（Ｖ１）で押出された歯面の形状（領域１０００）は、図５に示すように、第２送り速度（Ｖ２）で押出された領域１０００よりも素材の充填率が低いため痩せた形状となる。なお、図５は、歯のみを正面から見た図である。
【００１９】
一方、第１送り速度（Ｖ１）よりも遅い第２送り速度（Ｖ２）で押出された歯面の形状（領域２０００）は、第１送り速度（Ｖ１）で送出された領域１００よりも素材の充填率が高いため従来の歯面と同じ形状（領域１０００よりも太った形状）となる。その結果、一回の押出工程で送り速度を制御することにより、痩せた状態から徐々に膨らむ形状に連続的に移行する歯面形状を与えることが可能となる。
【００２０】
以上のことから、パンチ１０およびマンドレル２０の送り速度において、図６に示すように、押出工程として、第１から第３押出工程を備え、各工程の第１送り速度（Ｖ１）および第３送り速度（Ｖ３）を、第２送り速度（Ｖ２）よりも速い速度に制御する（第２送り速度（Ｖ２）は従来の送り速度と同じ程度）。この場合の、送り時間（１００／ｓ）を横軸に表し、縦軸（左側）にパンチ位置（ｍｍ）および縦軸（右側）に成形荷重（Ｔｏｎ）を表したものを、図７に示す。この図において、領域１０００は第１押出工程を示し、領域２０００は第２押出工程を示し、領域３０００は第３押出工程を示している。また、ラインＬ１は、送り時間（１００／ｓ）とパンチ位置（ｍｍ）との関係を示し、領域１０００および領域３０００においては、領域２０００よりも送り速度が速いことを示している。また、ラインＬ２は、送り時間（１００／ｓ）と成形荷重（Ｔｏｎ）との関係を示し、領域２０００においては、十分な成形荷重が与えられていることを示している。
【００２１】
その結果、押出工程として、上記第１から第３押出工程を備えることにより、図８および図９に示すように、第１押出工程に対応する領域１０００は痩せた歯面形状となり、第２押出工程に対応する領域２０００は従来の平歯車と同じ歯面形状（領域１０００よりも太った形状）となり、さらに、第３押出工程に対応する領域３０００は痩せた歯面形状となる。その結果、痩せた歯面形状から徐々に膨らんだ歯面形状となり、再び痩せた歯面形状に連続的に移行する形状、つまりクラウニング（歯型の中央部が滑らから凸形状となる）を、平歯車の押出成形工程と同時に与えることを可能としている。なお、図８は、歯のみを正面から見た図であり、図９は、平歯車２００の歯車軸に沿った断面図である。
【００２２】
なお、上記実施の形態においては、平歯車２００に１箇所のクラウニングを付与する場合について説明したが、２箇所以上噛合いが発生するような歯車においては、対応する箇所に、複数のクラウニングを付与する必要が生じる。このような場合には、たとえば、図１０に示すように、第１から第５押出工程を設け、第１，３および５送り速度（Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５）を第２および第４送り速度（Ｖ２）よりも速い速度に制御する（第２送り速度（Ｖ２）は従来の送り速度と同じ程度、Ｖ１＞Ｖ２，Ｖ２＜Ｖ３，Ｖ３＞Ｖ４，Ｖ４＜Ｖ５）。これにより、図１１に示すように、２箇所にクラウニングを付与することが可能となる。
【００２３】
なお、上記実施の形態においては、平歯車の押出成形において、クラウニングを付与する場合について説明したが、ヘリカルギア、ラックギア等、クラウニングの付与が必要とされ、押出成形方法により成形される外歯車すべてに適用することが可能である。
【００２４】
したがって、今回開示した上記形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した形態のみによって解釈されるのではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】押出成形される前の、平歯車の素材の外形を示す図であり、（Ａ）は、歯車軸に沿った断面図であり、（Ｂ）は、歯車軸に直交する方向に沿った断面図である。
【図２】押出成形された後の、平歯車の外形を示す図であり、（Ａ）は、歯車軸に沿った断面図であり、（Ｂ）は、歯車軸に直交する方向に沿った断面図である。
【図３】押出成形に用いられる２段型の構造を示す断面図である。
【図４】外歯車の歯すじ方向の歯面に施されるクラウニングを示す模式図である。
【図５】本実施の形態において成形された平歯車の外歯のみを正面から見た第１図である。
【図６】本実施の形態における送り速度の関係を示す第１フロー図である。
【図７】送り時間（１００／ｓ）に対するパンチ位置（ｍｍ）、および、送り時間（１００／ｓ）に対する成形荷重（Ｔｏｎ）の関係を示す図である。
【図８】本実施の形態において成形された平歯車の外歯のみを正面から見た第２図である。
【図９】本実施の形態において第１フロー図に沿って成形された平歯車の歯車軸に沿った第１断面図である。
【図１０】本実施の形態における送り速度の関係を示す第２フロー図である。
【図１１】本実施の形態において第２フロー図に沿って成形された平歯車の歯車軸に沿った第２断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
２０  マンドレル、３０  ノックアウト、４０  ダイス、１００  素材、１００ｈ  芯穴、２００  平歯車、２０１  歯、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５  送り速度。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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