(57)【要約】【課題】    傘歯車などの複雑形状の成形品を、複雑な装置機構などを必要とすることなく高精度に鍛造することを可能にする。【課題を解決するための手段】  対向する２つの金型１０、２０により成形品を得る鍛造装置において、金型の一方の型２０の内面に、型の軸線と垂直な方向に対し少なくとも２つの段部２１、２２を形成する。前記段部２１、２２により２段階以上に分けて押圧力の開放を可能とし、第１の段部２２により粗材を外周方向へ流動させる第１の段階とし、これに続き、第２の段部２１により第１段階よりも中心寄側に粗材を流動させる第２の段階とする。段部によって拘束条件が変化し、欠肉の発生なく粗材を高精度に充填して鍛造できる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する２つの金型により成形品を得る鍛造装置において、
前記金型の一方の型内面に、型の軸線と垂直な方向に対し少なくとも２つの段部が形成されていることを特徴とする鍛造装置。
【請求項２】
前記段部は、型の中心方向の段部ほど型の軸線と交差する方向にある段部面の面積が小さくなっていることを特徴とする請求項１記載の鍛造装置。
【請求項３】
前記の成形品が、軸孔を有し、該軸孔の少なくとも端部にテーパ面が設けられた傘歯車であり、前記段部の内、第１の段部が歯元径相当位置に形成され、第２の段部がテーパ発生径相当位置に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の鍛造装置。
【請求項４】
対向する２つの金型により成形品を得る鍛造方法において、
前記金型の一方の型内面に、型の軸線と垂直な方向に対し少なくとも２つの段部を形成しておき、前記段部により２段階以上に分けて押圧力の開放を可能とし、前記第１の段部により、粗材を外周方向へ流動させる第１段階と、前記第１段階に続き、第２の段部により粗材を第１段階よりも中心寄側に流動させる第２段階とを有することを特徴とする鍛造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、傘歯車のように凹凸などのある複雑な形状の成形品の鍛造を行うことができる鍛造装置および鍛造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、傘歯車（ベベルギア）の歯形成形法として、大別して３つの方法が一般的に知られている。
１つ目は、熱間・温間鍛造により歯面成形後、冷間コイニング（圧印加工（密閉した金型内で強く圧縮し、成形する））により歯面矯正を行う方法である。この方法では、多工程にまたがる歯面成形を行う為、位相決め等の問題が金型への素材搬入時に絶えず発生し、製造工程上効率が悪いという問題がある。
２つ目は、閉塞鍛造による成形方法である。この方法では、複雑な機構による成形のため、専用プレス及び金型が必要となり汎用プレス及び金型への適用はできないという点が不利である。
３つ目は、歯無しの前形状を熱間鍛造で製作し、冷間鍛造により歯形成形する方法である。この方法は、汎用プレスの使用が可能であるという点で利点を有している。ただし、変形量を多く見込めない冷間鍛造では粗材の形状面での制約があり、これを回避するために拘束条件を制御する複雑な装置機構（例えば多工程に亘る機構）などが必要になるという問題がある。このような装置機構を必要とすることなく形状制約を小さくする方法として、金型に環状の段部を設けたもの（特許文献１）や、軸方向に逃がしを行うもの（特許文献２）が提案されている。これらの提案技術では、粗材の塑性流動を制御することで形状精度を上げるものとしている。
【特許文献１】実開平５−８８７３９号公報
【特許文献２】特開平７−２３６９３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１、２のいずれの方法においても、粗材材料の流動不足によって成形品として重要な部分などに欠け肉が発生するという問題があり、例えば、傘歯車の製造においても歯面での欠け肉や、軸孔端部に設けられるテーパ部での欠け肉が生じやすいという問題がある。このため、鍛造圧力を増強することが必要になるが、鍛造圧力の増強は、製造装置のコスト高や耐久性の低下を招くという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、複雑な装置機構などを必要とすることなく、傘歯車などの複雑形状の成形品を、高精度に鍛造（プレスを含む、以下同じ）することができる鍛造装置および鍛造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明の鍛造装置のうち、請求項１記載の発明は、対向する２つの金型により成形品を得る鍛造装置において、前記金型の一方の型内面に、型の軸線と垂直な方向に対し少なくとも２つの段部が形成されていることを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の鍛造装置の発明は、請求項１記載の発明において、前記段部は、型の中心方向の段部ほど型の軸線と交差する方向にある段部面の面積が小さくなっていることを特徴とする。
【０００７】
請求項３記載の鍛造装置の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記の成形品が、軸孔を有し、該軸孔の少なくとも端部にテーパ面が設けられた傘歯車であり、前記段部の内、第１の段部が歯元径相当位置に形成され、第２の段部がテーパ発生径相当位置に形成されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項４記載の鍛造方法の発明は、対向する２つの金型により成形品を得る鍛造方法において、前記金型の一方の型内面に、型の軸線と垂直な方向に対し少なくとも２つの段部を形成しておき、前記段部により２段階以上に分けて押圧力の開放を可能とし、前記第１の段部により粗材を外周方向へ流動させる第１段階と、前記第１段階に続き、第２の段部により粗材を第１段階よりも中心寄側に流動させる第２段階とを有することを特徴とする。
【０００９】
すなわち本発明によれば、軸心と垂直な方向において２以上の段部を金型の内面に設けたので、粗材材料の逃がしによる塑性流動と型の拘束による押圧力の高まりの２つをバランスさせることができ、金型のキャビティ全体に亘り隅々にまで粗材材料を流動、充填させることができる。これにより、欠け肉などを防止して複雑な成形品においても高精度な鍛造を行うことが可能になる。なお、上記段部は、２段以上であることが必須であるが、流動の方向、個所により適宜複数設けることができる。
【００１０】
また、前記段部は、型の中心方向の段部ほど型の軸線と交差する方向にある段部面の面積が小さくなるように設定すれば、鍛造の進行に伴って全体としての粗材流動量が次第に減少する状態で、各段部による逃げ効果が小さくなり、押圧力不足を招くことなくより局部的な粗材流動によって局部の形状精度を一層上げることができる。
【００１１】
なお本発明は、汎用の冷間鍛造に使用する金型を改良した鍛造装置および方法の技術に関するものである。そして、本発明では、このように、歯車、特に傘歯車の成形に好適なものであるが、本発明としては鍛造の適用となる成形品が歯車に限定されるものではなく、広く他種の成形品への適用が可能である。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明の鍛造装置によれば、対向する２つの金型の一方の型内面に、型の軸線と垂直な方向に対し少なくとも２つの段部を形成したので、汎用プレスを用いて、一工程内で拘束条件を変化させて、所望の形状を成形することができる。しかも上記段部によって粗材材料の流動性が増し、歯車のように凹凸のある複雑な形状においても型のキャビティの隅々まで粗材材料を塑性流動させて充填させることができ、成形品の主要な部位に欠け肉が生じることなく精度の高い鍛造が可能になる。
【００１３】
また、本発明の鍛造方法によれば、対向する２つの金型の一方の型内面に、型の軸線と垂直な方向に対し少なくとも２つの段部を形成しておき、前記段部により２段階以上に分けて押圧力の開放を可能とし、前記第１の段部により粗材を外周方向へ流動させる第１段階と、前記第１段階に続き、第２の段部により第１段階よりも中心寄側に流動させる第２段階とを有するので、外周側と内周側の端部にも材料を十分に塑性流動・充填することができ、これらの部位で生じやすい欠け肉の発生を防止して精度の高い鍛造がなされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、図４に示す傘歯車３０を製造するための鍛造装置１の全体を示す一部断面図であり、テーブル２上に下金型１０が設置され、その上方に位置する可動フレーム３の下方に支柱４を介してポンチからなる上金型２０が取り付けられている。下型１０では、その軸心部に下部穴が形成されており、その軸心位置には傘歯車３０の軸孔３１に対応する円形棒状のマンドレル１１が位置して下型１０のキャビティ内にまで伸長している。また、マンドレル１１の外周側には、マンドレル１１と上記下部穴との隙間を塞ぐ円筒状のステム１２が配置されている。
【００１５】
上記下金型１０の型内面には、図２に示すように、傘歯車の歯３２、３２同士の間の谷部を形成する突片１０ａが該歯間の数に対応して複数形成されており、該突片１０ａの内周側端縁が、図７に示すように、歯元径位置に相当する。また、傘歯車３０の軸孔３１の端部には、図４に示すように、軸孔径よりもやや大径となるテーパ孔部３１０が形成されている。該テーパ孔部３１０の周壁がテーパ面３１１になっている。該テーパ面３１１では、軸方向の端縁が最も大径で、深部に向かって徐々に径が小さくなる傾斜面で構成されている。このテーパ孔部３１０の形状に対応して、前記ステム１２には、その先端内周部に、環状に突出するテーパ部１２ａが形成されている。
【００１６】
一方、上金型２０では、型の軸心と直交する方向の型面であって、マンドレル１１の外周面を囲む位置に、２つの段部２１、２２が環状に形成されている。これら段部では、外周側の段部ほど、他方の金型に近く位置している。なお、この実施形態では、段部は２段であるが、本発明としては、金型の型面に、軸方向と垂直な方向に対し３段以上の段部を有するものであってもよい。
【００１７】
また、上金型２０の軸心部型面には、上記マンドレル１１の先端部がそのまま収まる待避凹部２４が形成されている。上記段部２１の立ち上がり壁の内周側が軸逃がし空間２１ａに割り当てられ、上記段部２２の立ち上がり壁の内周側が軸逃がし空間２２ａに割り当てられている。なお、段部２１の段部面２１ｂの面積は段部２２の断部面２２ｂの面積よりも小さく形成されている。すなわち、中心側ほど段部面が小さくなっている。また、段部２２の立ち上がり壁の外周側では、型面２０ａは、上記段部２２に連続して外周側ほど下金型側に近づくテーパ面２３を有している。
【００１８】
次に、上記鍛造装置１を用いた鍛造方法について図６に基づいて説明する。
先ず、所定の材料からなる素材を用意し、該素材をプリフォームして図５に示す円盤状の粗材２８を用意する。該粗材２８には、傘歯車３０の軸孔３１に相当する中心孔２８ａが形成され、表裏面に浅い凹部２８ｂ、２８ｂが形成され、周部がリング状に厚肉になっている。
上記粗材２８は、下金型１０のキャビティの径よりやや小径でキャビティに収まる大きさからなり、上金型２０を可動フレーム３によって上昇させた状態で、下金型１０のキャビティ内に設置し、中心孔２８ａに前記マンドレル１１を挿通して鍛造に備える（図６（ａ））。
【００１９】
次いで、上金型２０を下降させ、該上金型２０の型内面２０ａによって粗材２８を押圧する。この押圧によって粗材２８は次第に塑性変形し、キャビティ内でキャビティに充填されるように下方方向、外周方向等に流動する（図６（ｂ））。上金型２０による押圧が進むと、粗材材料にテーパ面２３が当たるようになり、粗材材料に中心寄り側に圧力が加えられ、内周側にも効果的な押圧力が与えられる。さらに、上金型２０による押圧が進むと、粗材材料の一部は、段部２２で形成される軸逃がし空間２２ａにより流動し、内周側への粗材材料の流動も促進され、ステム１２のテーパ部１２ａの近傍の隅部にも材料が効果的に流動する（図６（ｃ））。
【００２０】
さらに、押圧が進むと、段部２２の内側の型面（断部面２２ｂ、即ち軸逃がし空間２２ａの底面）で、粗材材料が押圧され、下金型１０の対向する型面側に粗材材料が確実に充填され、歯元径部付近での欠肉が防止される（図６（ｄ））。さらに上金型による押圧が進むと、粗材材料の一部は、段部２１の逃がし空間２１ａにより粗材材料が流動し、マンドレル１１の外周囲で粗材材料の流動が促進され、テーパ径部付近で粗材材料が円滑に流動し、その隅部にまで粗材材料が充填され、欠肉を防止する（図６（ｅ）（ｆ））。なお、この際に、テーパ面２３によって内周側の押圧力が加わることで、粗材材料の充填が一層確実になる。なお、この点で、上記テーパ面２３は、上記テーパ部１２ａに対向するように形成するのが望ましい。
【００２１】
上記のように、成形の難しい形状である歯の高いベベルギアに対して、軸逃がしを適応すると、安定した歯形成形ができる。しかし、拘束条件の低下の為、歯面以外の内径部で素材が充填しない箇所が発生する。歯形部と内径部を安定して鍛造成形させるには、一工程内で拘束条件を変化させる必要がある。これを汎用の鍛造装置を用いて、複雑な機構なしで実施可能な金型として、断面積を途中で変化させた軸逃がしを行うものを得ている。この実施形態では拘束条件の変化を二段階としている。一段目は粗材歯元径に合せる。これより、歯面成形完了までは、荷重を上げずに安定した歯面成形を行うことができる。二段目は粗材内径テーパ発生径に合せる。これにより、歯面成形完了後に拘束条件を厳しくし、軸逃がし空間への素材の流動を抑制する。結果として、目的の内径部に素材を充填させることができ、効果的に欠け肉を防止することができる。段部の数及び段部面の断面積については、成形品の形状により決定される。
上記鍛造により得られる鍛造品２９は、図７に示すように軸逃がし空間による段部を有しており、これを機削りなどによって削除することで図４に示す成形品が得られる。
なお、上記実施形態では、傘歯車の鍛造を行う場合について説明したが、本発明は、多の鍛造品の製造に適用可能であることは勿論である。上記実施形態は、本発明の最良の形態について説明したが、本発明は、その範囲を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の一実施形態の鍛造装置を示す概略図である。
【図２】同じく、図１のII部拡大図である。
【図３】同じく、さらに図２の一部拡大図である。
【図４】同じく、成形品である傘歯車の断面図である。
【図５】同じく、プリフォームされた粗材を示す正面図である。
【図６】本発明の鍛造方法における粗材流動の変化を示す図である。
【図７】同じく、得られた鍛造品の断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１    鍛造装置
１０    下金型
１１    マンドレル
１２    ステム
１２ａ  テーパ突部
２０    上金型
２１    段部
２１ａ  軸逃がし空間
２１ｂ  段部面
２２    段部
２２ａ  軸逃がし空間
２２ｂ  段部面
２３    テーパ面
２８    粗材
２９    鍛造品
３０    傘歯車
３１    軸孔
３１０  テーパ穴部
３１１  テーパ面
３２    歯部
【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】
2005118848.tif 000008
【図７】
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