(57)【要約】【課題】  より成形圧力が低減された冷間鍛造による歯車の製造方法を提供すること。【解決手段】  外歯歯車Ｐの歯先円直径よりも大きい外径を有する大径部Ｗ１と大径部Ｗ１の径よりも小さい外径を有する小径部Ｗ２が形成された歯車素材Ｗを歯部成形ダイス２１に載置し、歯部成形パンチ２２で歯部成形ダイス２１に載置された歯車素材Ｗの大径部Ｗ１を加圧して、大径部Ｗ１を歯型キャビティ部２１２ｂに押し込むことにより歯部Ｘ１１を成形するとともに、加圧により流動する歯車素材Ｗの余剰部分が歯部成形パンチ２２の型合わせ面２２１と歯部成形ダイス２１の型合わせ面２１１との間の隙間を流れることによって歯部Ｘ１１から径方向外方に延出するバリ部Ｘ３を形成する歯部成形工程と、バリ部Ｘ３を除去するバリ除去工程と、を含む、歯車の製造方法とすること。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷間鍛造により外歯歯車を製造する歯車の製造方法であって、
目的とする外歯歯車の歯先円直径よりも大きい外径を有する大径部と前記大径部の径よりも小さい外径を有する小径部が形成された歯車素材をダイスに載置し、パンチの型合わせ面が前記ダイスの型合わせ面に近づくように前記パンチを移動させ、前記パンチで前記ダイスに載置された前記歯車素材の前記大径部を加圧して、前記大径部を、前記ダイスの前記型合わせ面に開口するように形成され前記外歯歯車の歯部を成形するための歯型キャビティ部に押し込むことにより前記歯部を成形するとともに、前記加圧により流動する前記歯車素材の余剰部分が前記パンチの前記型合わせ面と前記ダイスの前記型合わせ面との間の隙間を前記歯部の径方向外方に流れることによって前記歯部から径方向外方に延出するバリ部を形成する歯部成形工程と、
前記バリ部を除去するバリ除去工程と、
を含む、歯車の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の歯車の製造方法において、
前記歯部成形工程にて、前記隙間が開放されている、歯車の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の歯車の製造方法において、
前記歯車素材は、その大径部の軸方向長さが前記歯型キャビティ部の軸方向長さよりも長く形成されており、
前記歯部成形工程の完了時に前記隙間の長さと前記歯型キャビティ部の軸方向長さとの和に相当する長さが前記大径部の軸方向長さよりも短くなるように、前記歯部成形工程にて前記パンチが前記大径部を加圧する、歯車の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の歯車の製造方法において、
前記歯部成形工程にて、前記バリ部の厚さが前記歯部の径方向外方に向かうにつれて厚くなるように、前記バリ部を成形する、歯車の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の歯車の製造方法において、
前記歯部成形工程にて、前記バリ部が、前記歯部の軸方向における一方の端部から径方向外方に延出するように形成される、歯車の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の歯車の製造方法において、
前記大径部と前記大径部の径よりも小さい外径を有する前記小径部が同軸的に形成された歯車素材を成形する予備成形工程をさらに含む、歯車の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷間鍛造による歯車の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
歯車を冷間鍛造により製造する場合、鍛造用金型に大きな成形圧力が作用する。成形圧力を低減するための歯車の製造方法が開発されている。
【０００３】
特許文献１は、歯車の径方向に垂直な平面で切断した歯部の断面積が、歯底から歯先にかけて一定になるように歯車を冷間鍛造する方法を開示する。この方法によれば、歯車の冷間鍛造時における成形圧力が低減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公昭６０−４３８１８号公報
【発明の概要】
【０００５】
（発明が解決しようとする課題）
特許文献１に記載の歯車の製造方法においても、依然として成形圧力は高い。本発明は、より成形圧力が低減された冷間鍛造による歯車の製造方法を提供することを、目的とする。
【０００６】
（課題を解決するための手段）
本発明は、冷間鍛造により外歯歯車を製造する歯車の製造方法であって、目的とする外歯歯車の歯先円直径よりも大きい外径を有する大径部と前記大径部の径よりも小さい外径を有する小径部が形成された歯車素材をダイスに載置し、パンチの型合わせ面が前記ダイスの型合わせ面に近づくように前記パンチを移動させ、前記パンチで前記ダイスに載置された前記歯車素材の前記大径部を加圧して、前記大径部を、前記ダイスの前記型合わせ面に開口するように形成され前記外歯歯車の歯部を成形するための歯型キャビティ部に押し込むことにより前記歯部を成形するとともに、前記加圧により流動する前記歯車素材の余剰部分が前記パンチの前記型合わせ面と前記ダイスの前記型合わせ面との間の隙間を前記歯部の径方向外方に流れることによって前記歯部から径方向外方に延出するバリ部を形成する歯部成形工程と、前記バリ部を除去するバリ除去工程と、を含む、歯車の製造方法を提供する。この場合において、前記歯部成形工程にて、前記隙間が開放されているのがよい。ここで、「隙間が開放されている」とは、隙間内の空間が外部空間に連通していることを意味する。
【０００７】
本発明の歯車の製造方法は、歯部成形工程とバリ除去工程を含む。歯部成形工程では、歯車素材の大径部がダイスの歯型キャビティ部にパンチの加圧力で押し込められることによって、目的とする外歯歯車の歯部が冷間鍛造成形される。また、パンチによる加圧によって、例えば歯型キャビティ部に入りきらない歯車素材の余剰部分が流動する。この余剰部分は、パンチの型合わせ面とダイスの型合わせ面との間の隙間を歯部の径方向外方に流れる。隙間を流れた余剰部分によって、歯部から径方向外方に延出するバリ部が形成される。なお、歯部の径方向外方とは、歯部成形工程を経て成形される歯部を備える歯車部材（後述の実施形態では中間体Ｘ）の径方向外方を意味する。
【０００８】
このように、本発明によれば、パンチによる歯車素材の大径部の加圧時に、加圧により生じた余剰部分がパンチの型合わせ面とダイスの型合わせ面との間の隙間を歯部の径方向外方に流れることにより成形圧力の上昇が抑えられる。故に、成形圧力を低下させることができる。特に隙間が開放されている場合、隙間内の圧力を例えば大気と同程度に設定することができるので、余剰部分が隙間内により張り出しやすい。つまり、本発明に係る鍛造による歯車の製造方法は、パンチの型合わせ面とダイスの型合わせ面とを密着させた状態で歯車を鍛造成形する閉塞鍛造方法ではなく、パンチの型合わせ面とダイスの型合わせ面との間に隙間が生じている状態で歯車を鍛造成形する開放鍛造方法である。したがって、成形圧力をより低下させることができる。
【０００９】
また、歯車素材の大径部の外径が、目的とする外歯歯車の歯先円直径よりも大きい。したがって、歯部成形工程においては、歯型キャビティ部の径方向における長さよりも長い大径部が歯型キャビティ部に押し込められる。大径部の長さ（大径部の半径と小径部の半径との差）が歯型キャビティ部の径方向における長さよりも短い場合、バリ部として発生させるべき部分が歯型キャビティ部内に流れ込み、歯部を成形する材料の流動をかき乱す結果、歯先部にまくれ込みによる不良や、欠損による不良が発生する。したがって、歯車素材の大径部の外径が、目的とする外歯歯車の歯先円直径よりも大きくなるように歯車素材を成形し、大径部の長さを歯型キャビティ部の径方向における長さよりも長くすることで、上記した不具合の発生が防止される。
【００１０】
本発明に用いられる歯車素材は、大径部とこの大径部の径よりも小さい径を有する小径部とを有する。大径部と小径部は軸方向に連なって形成されている。特に、同軸的に大径部と小径部が形成されているのがよい。また、上記「歯型キャビティ部」は、ダイスに形成されたキャビティの一部であり、そこに歯車素材（大径部）が押し付けられることによって目的とする外歯歯車の歯部が鍛造成形されるような形状に形成されている。
【００１１】
前記歯車素材は、その大径部の軸方向長さが前記歯型キャビティ部の軸方向長さよりも長く形成されているのがよい。そして、前記歯部成形工程の完了時に、前記隙間の長さと前記歯型キャビティ部の軸方向長さとの和に相当する長さが前記大径部の軸方向長さよりも短くなるように、前記歯部成形工程にて前記パンチが前記大径部を加圧するものであるとよい。ここで、歯型キャビティ部の軸方向長さとは、その歯型キャビティ部により成形される歯部を備える歯車部材の軸方向における長さを意味する。
【００１２】
歯部成形工程の完了時におけるパンチの型合わせ面とダイスの型合わせ面との間の隙間の長さとダイスの型合わせ面に開口した歯型キャビティ部の軸方向長さとの和に相当する長さが、歯車素材の大径部の軸方向長さよりも短い場合、歯部成形工程において歯車素材の大径部が初期の軸方向長さよりも短い長さになるまでパンチにより加圧される。こうしたパンチの加圧によって、歯車素材が十分に歯型キャビティ部に充填される。その結果、成形される外歯歯車の歯先部のダレ等の発生が防止される。
【００１３】
また、前記歯部成形工程にて、前記バリ部の厚さが前記歯部の径方向外方に向かうにつれて厚くなるように、前記バリ部を成形するのがよい。ここで、バリ部の厚さとは、歯部の歯幅方向におけるバリ部の長さを意味する。バリ部の厚さが歯部の径方向外方に向かうにつれて厚くなっていれば、バリ部を除去する際に、バリ部が根元から破断され易い。このためバリ除去工程にて、バリ部を確実に除去することができる。また、バリ部を除去するための荷重を低減することができる。
【００１４】
また、前記歯部成形工程にて、前記バリ部が、前記歯部の歯幅方向における一方の端部から径方向外方に延出するように形成されるのがよい。バリ部を除去したときに、バリ部の破断面が歯部の歯幅方向の略中央に形成されていると、歯車としての機能に影響を及ぼす可能性がある。これに対し、本発明ではバリ部が歯部の歯幅方向における一方の端部から形成されているので、バリ部を除去した場合においても歯部の歯幅方向の略中心部分にはバリ部の破断面が形成されない。よって、バリ部の破断面が歯車の機能に影響を及ぼす可能性を減少させることができる。
【００１５】
また、本発明の歯車の製造方法は、前記大径部と前記大径部の径よりも小さい外径を有する前記小径部が同軸的に形成された歯車素材を成形する予備成形工程をさらに含むものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態において、外歯歯車を成形するための素材の形状と、外歯歯車を成形するまでの工程で得られる中間体の形状と、成形された外歯歯車の形状とを示す図である。
【図２】予備成形工程を示す図である。
【図３】歯部成形工程を示す図である。
【図４】バリ除去工程を示す図である。
【図５】歯部成形工程において、歯部成形パンチの第１水平面が歯車素材Ｗの大径部Ｗ１の上面に接触するときにおける歯車素材Ｗの大径部Ｗ１と歯部成形ダイスおよび歯部成形パンチの配置状態を示した部分断面概略図である。
【図６】歯部成形工程において、大径部Ｗ１の下面が歯型キャビティ部の下面に当接するまで大径部Ｗ１が歯型キャビティ部に押し込まれた状態を示す図である。
【図７】歯部成形工程が完了した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について説明する。本実施形態では、軸部および歯車部を備える外歯歯車を冷間鍛造により製造する方法について説明する。図１は、外歯歯車を成形するための素材の形状と、外歯歯車を成形するまでの工程で得られる中間体の形状と、成形された外歯歯車の形状とを示す図である。本実施形態では、予備成形工程と、歯部成形工程と、バリ除去工程とを経て、外歯歯車Ｐが成形される。予備成形工程により素材Ｗ０から歯車素材Ｗが得られる。歯部成形工程により歯車素材Ｗから中間体Ｘが得られる。バリ除去工程により中間体Ｘから最終成形品である外歯歯車Ｐが得られる。図１（ａ−１）が素材Ｗ０の平面図、図１（ａ−２）が図１（ａ−１）のＡ−Ａ断面図、図１（ｂ−１）が予備成形工程で得られる歯車素材Ｗの平面図、図１（ｂ−２）が図１（ｂ−１）のＢ−Ｂ断面図、図１（ｃ−１）が歯部成形工程で得られる中間体Ｘの平面図、図１（ｃ−２）が図１（ｃ−１）のＣ−Ｃ断面図、図１（ｄ−１）がバリ除去工程後に得られる外歯歯車（成形品）Ｐの平面図、図１（ｄ−２）が図１（ｄ−１）のＤ−Ｄ断面図である。
【００１８】
図１（ａ−１）および（ａ−２）からわかるように、素材Ｗ０は円柱形である。素材Ｗ０は中空円筒形状でもよい。素材Ｗ０の材質は例えば鉄である。図１（ｂ−１）および（ｂ−２）からわかるように、予備成形工程で成形される歯車素材Ｗは段付円柱形である。この歯車素材Ｗは、円板状の大径部Ｗ１および大径部Ｗ１に同軸的に形成されている小径部Ｗ２を有する。大径部Ｗ１の直径は小径部Ｗ２の直径よりも大きい。大径部Ｗ１は小径部Ｗ２の軸方向中央部付近に形成されている。小径部Ｗ２の直径は素材Ｗ０の直径に等しい。
【００１９】
図１（ｃ−１）および（ｃ−２）からわかるように、歯部成形工程で成形される中間体Ｘは段付円柱形状である。この中間体Ｘは、円板状の歯車部Ｘ１と、歯車部Ｘ１に同軸的に形成されている軸部Ｘ２と、バリ部Ｘ３とを有する。歯車部Ｘ１の外周に歯部Ｘ１１が形成されている。歯車部Ｘ１は歯車素材Ｗの大径部Ｗ１が冷間鍛造されることにより成形される。歯車素材Ｗの小径部Ｗ２が中間体Ｘの軸部Ｘ２を形成する。また、バリ部Ｘ３は、歯車部Ｘ１の歯部Ｘ１１の歯幅方向における一方の端部（図においては上端部）から歯部Ｘ１１の径方向外方に向けて延出されている。このバリ部Ｘ３は、歯車素材Ｗの大径部Ｗ１が冷間鍛造されて歯車部Ｘ１に歯部Ｘ１１が成形されるときに形成される。図１（ｃ−１）からわかるように、バリ部Ｘ３は、歯部Ｘ１１の全周に亘り、歯部Ｘ１１の径方向外方に向けて形成されている。
【００２０】
図１（ｄ−１）および（ｄ−２）からわかるように、バリ除去工程で成形される最終成形品である外歯歯車Ｐは、中間体Ｘからバリ部Ｘ３を除去することにより成形される。外歯歯車Ｐは、円板状の歯車部Ｐ１と、歯車部Ｐ１に同軸的に形成されている軸部Ｐ２とを有する。歯車部Ｐ１の外周に歯部Ｐ１１が形成されている。歯車部Ｐ１は、図１（ｄ−１）に示すように周方向に沿った２位置にて欠損している。欠損部分Ｋ１，Ｋ２によって二面幅が形成されている。
【００２１】
次に、外歯歯車Ｐを成形するための各工程について説明する。
【００２２】
（予備成形工程）
図２は、予備成形工程を示す図である。予備成形工程により、図１（ａ−１）および図１（ａ−２）に示す素材Ｗ０から、図１（ｂ−１）および図１（ｂ−２）に示す歯車素材Ｗが成形される。図２（ａ）は素材Ｗ０が歯車素材Ｗに成形される前の状態を示し、図２（ｂ）は素材Ｗ０が歯車素材Ｗに成形された状態を示す。予備成形工程においては、予備成形型１０が用いられる。予備成形型１０は、予備成形ダイス１１と予備成形パンチ１２とを備える。
【００２３】
予備成形ダイス１１は基部１１１とワーク載置部１１２とを有する。基部１１１の中央には図１の上下方向に延びた円柱状凹部１１１ａが形成されている。円柱状凹部１１１ａは基部１１１の上面１１１ｂに開口する。円柱状凹部１１１ａ内に円柱状のワーク載置部１１２が挿通される。ワーク載置部１１２上に素材Ｗ０が載置される。ワーク載置部１１２は円柱状凹部１１１ａ内を所定距離だけ上下方向に移動可能に構成されていてもよい。
【００２４】
ワーク載置部１１２の直径は、素材Ｗ０の直径にほぼ等しい。したがって、図２（ａ）に示すようにワーク載置部１１２上に素材Ｗ０が載置された場合、素材Ｗ０が基部１１１の円柱状凹部１１１ａ内に進入することにより、素材Ｗ０の側周面が拘束される。また、ワーク載置部１１２が図２（ａ）に示す位置から下方に移動しないように、図示しないストッパ等が設けられている。
【００２５】
予備成形パンチ１２は図示しない油圧シリンダ等の駆動手段に接続されており、駆動手段の駆動力によって図２の上下方向に移動可能に構成される。予備成形パンチ１２の下面１２ａには断面円形状の凹部１２ｂが形成される。この凹部１２ｂの外径は素材Ｗ０の外径にほぼ等しい。
【００２６】
図２に示すように、予備成形パンチ１２の凹部１２ｂが予備成形ダイス１１のワーク載置部１１２の上面に所定の間隔を隔てて対面するように、予備成形ダイス１１と予備成形パンチ１２が配設される。
【００２７】
予備成形工程を実施するにあたっては、図２（ａ）に示すようにワーク載置部１１２上に素材Ｗ０を載置した後に、予備成形パンチ１２を下降させる。予備成形パンチ１２が所定量下降したときに、予備成形パンチ１２の凹部１２ｂの底面が素材Ｗ０の上面に接触する。これにより素材Ｗ０が予備成形パンチ１２の凹部１２ｂとワーク載置部１１２とで挟まれる。
【００２８】
その後さらに予備成形パンチ１２を下降させる。なお、このときワーク載置部１１２は下降しない。つまり予備成形パンチ１２が予備成形ダイス１１に対して相対的に下降する。
【００２９】
予備成形パンチ１２は、図２（ｂ）で示す上下方向位置まで予備成形ダイス１１に対して相対的に下降した後に、その下降を停止する。予備成形パンチ１２の下降が停止したときに、予備成形ダイス１１の型合わせ面と予備成形パンチ１２の型合わせ面との間に隙間Ｇ０が形成される。隙間Ｇ０は、図１（ｂ−２）に示す歯車素材Ｗの大径部Ｗ１の厚さ（軸方向長さ）ｔＷ１と等しい。なお、隙間Ｇ０は、厚さｔｗ１よりも厚くても良い。
【００３０】
予備成形ダイス１１に対する予備成形パンチ１２の相対的な下降によって、両者の間に挟まれた素材Ｗ０が加圧される。この加圧によって素材Ｗ０が塑性変形されるとともに塑性変形によって押し出された部分が予備成形ダイス１１と予備成形パンチ１２との間に形成された隙間Ｇ０内に逃げる。隙間Ｇ０内に逃げ込んだ部分が歯車素材Ｗの大径部Ｗ１を形成する。上記のような素材Ｗ０の加圧によって、素材Ｗ０から、大径部Ｗ１と小径部Ｗ２とを有する歯車素材Ｗが成形される。
【００３１】
なお、予備成形工程は、本発明を実施する上で必須の工程ではない。予備成形工程は素材に大径部と小径部が形成されていないようなときに必要な工程であって、もともと鋳造等によって素材に大径部と小径部が形成されていれば、この予備成形工程を省略することができる。
【００３２】
（歯部成形工程）
図３は、歯部成形工程を示す図である。歯部成形工程により、図１（ｂ−１）および図１（ｂ−２）に示す歯車素材Ｗから、図１（ｃ−１）および図１（ｃ−２）に示す中間体Ｘが成形される。図３（ａ）は歯車素材Ｗが中間体Ｘに成形される前の状態を示し、図３（ｂ）は中間体Ｘが成形された状態を示す。図３に示すように、歯部成形工程においては歯部成形型２０が用いられる。歯部成形型２０は、歯部成形ダイス２１と歯部成形パンチ２２とを備える。歯部成形ダイス２１および歯部成形パンチ２２にはそれぞれ型合わせ面２１１，２２１が形成されている。歯部成形ダイス２１および歯部成形パンチ２２は、それぞれの型合わせ面２１１，２２１が対面するように所定の間隔を隔てて配設されている。
【００３３】
歯部成形ダイス２１にはキャビティ２１２が形成されている。キャビティ２１２は、型合わせ面２１１に開口し型合わせ面２１１に直交する方向に延びた円柱状の凹部２１２ａと、凹部２１２ａの型合わせ面２１１への開口端周縁に形成された歯型キャビティ部２１２ｂとを有する。凹部２１２ａの径は歯車素材Ｗの小径部Ｗ２の径とほぼ等しい。歯型キャビティ部２１２ｂは、目的とする外歯歯車Ｐの歯車部Ｐ１の歯部Ｐ１１を成形するための部分である。ここで、外歯歯車Ｐの歯部Ｐ１１の歯幅は、歯型キャビティ部２１２ｂの歯幅方向長さ（軸方向長さ）と中間体Ｘに形成されるバリ部Ｘ３の厚さとの総和である。したがって、歯型キャビティ部２１２ｂの歯幅方向長さ（軸方向長さ）は外歯歯車Ｐの歯部Ｐ１１の歯幅よりも浅い（短い）。また、歯型キャビティ部２１２ｂの歯先円直径（歯車大径）は、外歯歯車Ｐの歯車部Ｐ１の歯先円直径に等しい。
【００３４】
歯部成形パンチ２２は図示しない油圧シリンダ等の駆動手段に接続されており、駆動手段の駆動力によって図３の上下方向に移動可能に構成される。歯部成形パンチ２２には、その型合わせ面２２１に開口し、型合わせ面２２１に直交する方向に延びた円柱状の凹部２２２が形成されている。凹部２２２の径は歯車素材Ｗの小径部Ｗ２の径とほぼ等しい。
【００３５】
歯部成形ダイス２１の型合わせ面２１１には、歯型キャビティ部２１２ｂの開口端から図３の水平方向に向けて放射状に延びる第１水平面２１１ａと、第１水平面２１１ａの外周端から図３の下方側に傾斜するように放射状に延びる下降傾斜面２１１ｂと、下降傾斜面２１１ｂの外周端から図３の水平方向に向けて延びる第２水平面２１１ｃとが形成されている。一方、歯部成形パンチ２２の型合わせ面２２１には、凹部２２２の開口端から図３の水平方向に向けて放射状に延びる第１水平面２２１ａと、第１水平面２２１ａの外周端から図３の上方側に傾斜するように放射状に延びる上昇傾斜面２２１ｂと、上昇傾斜面２２１ｂの外周端から図３の水平方向に向けて延びる第２水平面２２１ｃとを有する。第１水平面２２１ａが、歯型キャビティ部２１２ｂの開口面に対面する。
【００３６】
歯部成形工程を実施するにあたっては、図３（ａ）に示すように、歯部成形ダイス２１に歯車素材Ｗが載置される。この場合において、歯車素材Ｗの小径部Ｗ２の下方部分がキャビティ２１２の凹部２１２ａに進入し、大径部Ｗ１が歯型キャビティ部２１２ｂ上に載置するように、歯車素材Ｗがキャビティ２１２に対して配置される。
【００３７】
歯部成形ダイス２１に歯車素材Ｗをセットした後に、歯部成形パンチ２２の型合わせ面２２１が歯部成形ダイス２１の型合わせ面２１１に近づくように、歯部成形パンチ２２を歯部成形ダイス２１に対して相対的に下降させる。歯部成形パンチ２２が所定量下降したときに、歯部成形パンチ２２の型合わせ面２２１に形成された第１水平面２２１ａが歯車素材Ｗの大径部Ｗ１の上面に接触する。図５は、このときにおける歯車素材Ｗの大径部Ｗ１と歯部成形ダイス２１および歯部成形パンチ２２の配置状態を示した部分断面概略図である。
【００３８】
図５に示すように、歯車素材Ｗの大径部Ｗ１が歯部成形パンチ２２の第１水平面２２１ａと歯部成形ダイス２１の歯型キャビティ部２１２ｂとに挟まれている。また、歯車素材Ｗの大径部Ｗ１の厚さｔＷ１は、歯型キャビティ部２１２ｂの軸方向長さである厚さｔ０よりも大きい。つまり、目的とする外歯歯車Ｐの歯部Ｐ１１が成形される部分である歯車素材Ｗの大径部Ｗ１の厚さｔＷ１が歯部Ｐ１１の歯幅よりも大きくなるように、予備成形工程で歯車素材Ｗが成形される。好ましくは、大径部Ｗ１の厚さｔＷ１が歯型キャビティ部２１２ｂの厚さｔ０よりも０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度大きくなるように、歯車素材Ｗが成形されているとよい。また、歯車素材Ｗの大径部Ｗ１の半径と小径部Ｗ２の半径との差を表す大径部Ｗ１の突出長さＬＷ１は、歯型キャビティ部２１２ｂの径方向における長さＬ０よりも大きい。つまり、目的とする外歯歯車Ｐの歯部Ｐ１１が成形される部分である歯車素材Ｗの大径部Ｗ１の突出長さＬＷ１が歯部Ｐ１１の歯丈よりも大きくなるように、予備成形工程で歯車素材Ｗが成形される。換言すれば、歯車素材Ｗが目的とする外歯歯車Ｐの歯先円直径よりも大きい外径の大径部Ｗ１を有するように、予備成形工程で歯車素材Ｗが成形される。好ましくは、大径部Ｗ１の突出長さＬＷ１と歯型キャビティ部２１２ｂの径方向における長さＬ０との差ΔＬ（＝ＬＷ１−Ｌ０）が、歯部Ｐ１１をシェービングする場合におけるシェービング代程度であるように、より好ましくは、差ΔＬが０．１〜０．５ｍｍであるように歯車素材Ｗが成形されているとよい。
【００３９】
図５に示した状態からさらに歯部成形パンチ２２が歯部成形ダイス２１に対して下降すると、歯車素材Ｗの大径部Ｗ１が歯部成形パンチ２２の第１水平面２２１ａに加圧される。この加圧によって大径部Ｗ１が歯型キャビティ部２１２ｂに押し込まれる。図６は、大径部Ｗ１の下面が歯型キャビティ部２１２ｂの下面２１２ｂ１に当接するまで大径部Ｗ１が歯型キャビティ部２１２ｂに押し込まれた状態を示す図である。このとき歯部成形パンチ２２の第１水平面２２１ａと歯型キャビティ部２１２ｂの下面２１２ｂ１との間の距離は、大径部Ｗ１の厚さｔＷ１に等しい。また、大径部Ｗ１の厚さｔＷ１は歯型キャビティ部２１２ｂの厚さｔ０よりも大きいので、図６に示した状態では、歯部成形パンチ２２の第１水平面２２１ａと歯部成形ダイス２１の第１水平面２１１ａとの間に隙間Ｇ１が形成される。
【００４０】
大径部Ｗ１は、歯部成形パンチ２２の第１水平面２２１ａから受ける加圧力によって、歯型キャビティ部２１２ｂに押し込まれるとともに歯型キャビティ部２１２ｂで塑性加工される。また、大径部Ｗ１の塑性加工に伴い歯型キャビティ部２１２ｂから押し出された余剰部分が、圧力の低い空間である隙間Ｇ１に逃げる。隙間Ｇ１に逃げた余剰部分は、大径部Ｗ１の厚み方向の端部（上端部）から径方向外方に張り出す。
【００４１】
図７は、図６に示す状態から歯部成形パンチ２２がさらに下降して歯部成形工程が完了した状態を示す図である。図７に示す歯部成形工程の完了時において、歯車素材Ｗの小径部Ｗ２によって中間体Ｘの軸部Ｘ２が形成されるとともに、大径部Ｗ１が塑性加工されることによって歯部Ｘ１１を有する中間体Ｘの歯車部Ｘ１が成形される。また、歯部成形ダイス２１の型合わせ面２１１（第１水平部２１１ａ）と歯部成形パンチ２２の型合わせ面２２１（第１水平面２２１ａ）との間に隙間Ｇ２が形成されている。この隙間Ｇ２内の空間は、歯部成形型２０の外部空間と連通している。つまり、本実施形態では、隙間Ｇ２が形成された状態で、歯部成形工程が完了する。隙間Ｇ２の幅（長さ）は、本実施形態では１ｍｍ以下（好ましくは０．７ｍｍ以下）である。この隙間Ｇ２内を、大径部Ｗ１の塑性加工によって歯型キャビティ部２１２ｂから押し出された余剰部分が流れ込み、その結果、余剰部分がバリ部Ｘ３として、歯部Ｘ１１の図において上下方向である厚さ方向（歯幅方向）における一方の端部から歯部Ｘ１１の図において水平方向である径方向外方に延出される。歯部Ｘ１１から径方向外方に延びたバリ部Ｘ３は、歯部成形ダイス２１の下降傾斜面２１１ｂと歯部成形パンチ２２の上昇傾斜面２２１ｂとの間の空間内まで張り出す。下降傾斜面２１１ｂと上昇傾斜面２２１ｂは互いに対面しており、且つ径方向外方に向かうにつれて両傾斜面間の距離が増加するように、それぞれ傾斜している。したがって、この空間内まで張り出したバリ部Ｘ３は、径方向外方に向かうにつれて、その厚さ（上下方向長さ）が大きくなるように形成される。
【００４２】
また、図７に示す歯部成形工程完了時においては、隙間Ｇ２と歯型キャビティ部２１２ｂの厚さ（軸方向長さ）ｔ０の和（Ｇ２＋ｔ０）に相当する距離が、歯車素材Ｗの大径部Ｗ１の初期の厚さｔＷ１よりも短くされる。
【００４３】
上述のような歯部成形工程によって、図３（ｂ）に示すように、歯部Ｘ１１を有する歯車部Ｘ１と、歯車部Ｘ１に同軸的に形成され歯車部Ｘ１の径よりも小さい径を有する軸部Ｘ２と、歯部Ｘ１１の歯幅方向における一方の端部から歯部Ｘ１１の径方向外方に延出されたバリ部Ｘ３とを有する中間体Ｘが成形される。
【００４４】
（バリ除去工程）
図４は、バリ除去工程を示す図である。バリ除去工程により、図１（ｃ−１）および図１（ｃ−２）に示す中間体Ｘからバリ部Ｘ３が除去され、図１（ｄ−１）および図１（ｄ−２）に示す外歯歯車Ｐが成形される。図４（ａ）は中間体Ｘからバリ部Ｘ３が除去される前の状態を示し、図４（ｂ）は中間体Ｘからバリ部Ｘ３が除去された状態を示す。図４に示すように、バリ除去工程においてはトリム型３０が用いられる。トリム型３０は、基台３１と、トリム用ダイス３２と、押えプレート３３と、トリム用パンチ３４とを備える。
【００４５】
トリム用ダイス３２は基台３１上に配設される。トリム用ダイス３２には、図４の上方を向いた上面３２１と、上面３２１に開口する貫通孔３２２が形成されている。貫通孔３２２の径は中間体Ｘの歯車部Ｘ１の径に等しい。また、貫通孔３２２の内周壁には、スプライン状の歯部３２３が形成されている。歯部３２３に中間体Ｘの歯部Ｘ１１が噛合し得るように、貫通孔３２２の径および歯部３２３の形状が決められる。
【００４６】
押えプレート３３はトリム用ダイス３２の上方に配置される。押えプレート３３には、図４の下方を向いた下面３３１と、図４の上方を向いた上面３３２と、下面３３１および上面３３２に開口した貫通孔３３３が形成されている。貫通孔３３３の径はトリム用ダイス３２に形成された貫通孔３２２の径に等しい。また、貫通孔３３３の内周壁にスプライン状の歯部３３４が形成されている。歯部３３４の形状は、トリム用ダイス３２に形成されている歯部３２３と同一形状である。押えプレート３３は、その貫通孔３３３がトリム用ダイス３２の貫通孔３２２と同軸的に配置され、且つ、その歯部３３４の位相がトリム用ダイス３２の歯部３２３の位相に一致するように、トリム用ダイス３２に対して配設されている。
【００４７】
トリム用パンチ３４は押えプレート３３の上方に配設される。トリム用パンチ３４は、固定プレート３４１と、外側パンチ部３４２と、内側パンチ部３４３を備える。固定プレート３４１は平板状に形成され、図示しない駆動手段によって図４の上下方向に移動可能に構成される。
【００４８】
外側パンチ部３４２は、固定プレート３４１の図４において下面に固定される。この外側パンチ部３４２の図において下面から下方に突出した円筒状の突出部３４２ａが形成される。また、突出部３４２ａの内側には、図４の上下方向に沿って貫通孔３４２ｂが形成される。突出部３４２ａの外周にスプライン状の歯部３４２ｃが形成される。突出部３４２ａの内径、即ち貫通孔３４２ｂの径は、中間体Ｘの軸部Ｘ２の径にほぼ等しい。突出部３４２ａの外径および歯部３４２ｃの形状は、歯部３４２ｃが押えプレート３３の貫通孔３３３の内周壁に形成されている歯部３３４に噛合し得るように、構成されている。したがって、突出部３４２ａは、歯部３４２ｃと歯部３３４とが噛合して軸周り回転が不能とされた状態で、軸方向に移動可能に構成される。
【００４９】
内側パンチ部３４３は段付き円筒状に形成され、貫通孔３３３内に挿通されている。図４に示すように貫通孔３３３の上部は段差状に形成されており、この段差部分と固定プレート３４１とで囲まれる部分に内側パンチ部３４３の上端に形成された拡径部３４３ａが係止されることにより、内側パンチ部３４３が固定される。
【００５０】
バリ除去工程を実施するにあたっては、まず、押えプレート３３をトリム用ダイス３２から上方向に離間させ、歯部成形工程で成形した中間体Ｘをトリム用ダイス３２にセットする。この場合において、図４（ａ）に示すように、中間体Ｘの歯部Ｘ１１がトリム用ダイス３２に形成された歯部３２３に噛み合わされ、且つ、中間体Ｘのバリ部Ｘ３がトリム用ダイス３２の上面３２１に載置されるように、中間体Ｘがトリム用ダイス３２にセットされる。
【００５１】
その後、押えプレート３３を下降させる。押えプレート３３が所定量下降すると、押えプレート３３の下面３３１が中間体Ｘのバリ部Ｘ３の上面に当接する。なお、図４（ａ）からわかるように、中間体Ｘのバリ部Ｘ３の厚みが歯部Ｘ１１の径方向外方に向かうにつれて厚くなるように、バリ部Ｘ３の上面側および下面側が水平方向に対して傾斜している。一方、トリム用ダイスの上面３２１には、貫通孔３２２の周縁から径方向外方に向かうにつれて下方に傾斜する傾斜面３２１ａが放射状に形成され、押えプレート３３の下面３３１には、貫通孔３３３の周縁から径方向外方に向かうにつれて上方に傾斜する傾斜面３３１ａが放射状に形成される。したがって、バリ部Ｘ３は、その上面側が押えプレート３３の傾斜面３３１ａに面接触し、その下面側がトリム用ダイス３２の傾斜面３２１ａに面接触するように、押えプレート３３とトリム用ダイス３２とで挟まれる。このようにして、中間体Ｘは、そのバリ部Ｘ３のみがトリム用ダイス３２と押えプレート３３とで押えられた状態で、保持される。
【００５２】
中間体Ｘを押えプレート３３とトリム用ダイス３２とで挟んだ後に、トリム用パンチ３４の固定プレート３４１を下降させる。すると、固定プレート３４１の下降に伴って外側パンチ部３４２および内側パンチ部３４３が下降する。外側パンチ部３４２の突出部３４２ａは、歯部３４２ｃが押えプレート３３の歯部３３４と噛み合った状態を維持したまま、押えプレート３３に対して下降する。突出部３４２ａが所定量下降すると、その先端面が中間体Ｘの歯車部Ｘ１の上面に当接する。また、内側パンチ部３４３が所定量下降すると、内側パンチ部３４３の下面が、中間体Ｘの軸部Ｘ２の上端面に当接する。
【００５３】
外側パンチ部３４２の突出部３４２ａの先端面の歯車部Ｘ１への当接と、内側パンチ部３４３の下面の軸部Ｘ２への当接は、同時になされる。突出部３４２ａおよび内側パンチ部３４３が中間体Ｘに当接することで、中間体Ｘは衝撃力を受ける。中間体Ｘは、バリ部Ｘ３のみが押えられた状態で保持されているので、斯かる衝撃力により、押さえられている部分であるバリ部Ｘ３が押えられていない部分である歯部Ｘ１１から破断する。
【００５４】
その後、さらにトリム用パンチ３４の固定プレート３４１を下降させる。すると、図４（ｂ）に示すように、歯部Ｘ１１がトリム用ダイス３２の貫通孔３２２の内壁に形成されている歯部３２３に噛み合わされた状態を維持したまま、中間体Ｘのバリ部Ｘ３以外の部分が歯部３２３に沿って下方に移動する。一方、バリ部Ｘ３はトリム用ダイス３２と押えプレート３３に挟まれたままである。こうしてバリ部Ｘ３がトリムされることによって、中間体Ｘから最終成形品である外歯歯車Ｐが成形される。
【００５５】
以上のように、本実施形態で説明した外歯歯車Ｐの冷間鍛造による製造方法は、目的とする外歯歯車Ｐの歯先円直径よりも大きい外径を有する大径部Ｗ１と大径部Ｗ１の径よりも小さい外径を有する小径部Ｗ２が形成された歯車素材Ｗを歯部成形ダイス２１に載置し、歯部成形パンチ２２の型合わせ面２２１が歯部成形ダイス２１の型合わせ面２１１に近づくように歯部成形パンチ２２を移動させ、歯部成形パンチ２２で歯部成形ダイス２１に載置された歯車素材Ｗの大径部Ｗ１を加圧して、大径部Ｗ１を、歯部成形ダイス２１の型合わせ面２１１に開口するように形成され外歯歯車Ｐの歯部Ｐ１１を成形するための歯型キャビティ部２１２ｂに押し込むことにより歯部Ｘ１１を成形するとともに、大径部Ｗ１の加圧により流動する歯車素材Ｗの余剰部分が歯部成形パンチ２２の型合わせ面２２１（第１水平面２２１ａ）と歯部成形ダイス２１の型合わせ面２１１（第１水平面２１１ａ）との間の隙間を流れることによって歯部Ｘ１１から径方向外方に延出するバリ部Ｘ３を形成する歯部成形工程と、バリ部Ｘ３を除去するバリ除去工程と、を含む。
【００５６】
本実施形態によれば、歯部成形工程にて、歯部成形パンチ２２による大径部Ｗ１の加圧時に、歯部成形パンチ２２の型合わせ面２２１と歯部成形ダイス２１の型合わせ面２１１との間に隙間が形成されているため、加圧により生じた余剰部分がこの隙間を流れる。余剰部分がこうして流動することにより成形圧力の上昇が抑えられる。故に、成形圧力を低下させることができる。また、図３（ｂ）および図７からわかるように歯部成形工程時に歯部成形パンチ２２の型合わせ面２２１（第１水平面２２１ａ）と歯部成形ダイス２１の型合わせ面２１１（第１水平面２１１ａ）との間に開放された隙間（Ｇ２）が設けられている。つまり本実施形態の冷間鍛造は、閉塞式の冷間鍛造ではなく、開放式の冷間鍛造である。そのため隙間内の圧力が大気と同程度となり、余剰部分が隙間内をより流れやすい環境が形成される。このように余剰部分が速やかに流れることによって、歯部Ｘ１１を成形する際に必要な成形圧力をより一層低下させ、且つ成形圧力の急激な増加を防止することができる。
【００５７】
また、図５からわかるように、歯車素材Ｗの大径部Ｗ１の突出長さＬＷ１は、歯部成形工程で用いられる歯部成形ダイス２１の歯型キャビティ部２１２ｂの径方向における長さＬ０よりも長い。すなわち、歯車素材Ｗの大径部Ｗ１の径が、目的とする外歯歯車Ｐの歯先円直径よりも大きくなるように歯車素材Ｗが形成されている。大径部Ｗ１の突出長さＬＷ１が歯型キャビティ部２１２ｂの径方向における長さＬ０よりも短い場合、バリ部Ｘ３として発生させる部分が歯型キャビティ部２１２ｂ内に流れ込み、歯部を成形する材料の流動をかき乱す結果、歯先部にまくれ込みによる不良や欠損による不良が発生する。したがって、大径部Ｗ１の突出長さＬＷ１を歯型キャビティ部２１２ｂの径方向における長さＬ０よりも長くすることで、すなわち歯車素材Ｗの大径部Ｗ１の径が外歯歯車Ｐの歯先円直径よりも大きくなるように歯車素材Ｗを成形することで、上記した不具合の発生が防止される。
【００５８】
なお、歯車素材Ｗの大径部Ｗ１の突出長さＬＷ１が歯型キャビティ部２１２ｂの径方向における長さＬ０よりも必要以上に長いと良くない。歯部成形工程にて中間体Ｘの歯部Ｘ１１の歯先部分から径方向外方に延出されるバリの体積と歯部Ｘ１１の歯底部分から径方向外方に延出されるバリの体積とは異なる。両体積の差は、大径部Ｗ１の突出長さＬＷ１と歯型キャビティ部２１２ｂの径方向における長さＬ０との差（ＬＷ１−Ｌ０）が大きいほど大きい。両体積の差が大きいと、歯部Ｘ１１の歯底部分から張り出すバリに歯部Ｘ１１の歯先部分から張り出すバリが引っ張られる。そして、材料の引張限界を越えた場合に破断が発生する。斯かる破断の発生により、成形される外歯歯車の歯先の精度が悪化する。
【００５９】
故に、歯部成形工程にて中間体Ｘの歯部Ｘ１１の歯先部分から径方向外方に延出されるバリの体積と歯部Ｘ１１の歯元部分から径方向外方に延出されるバリの体積との差が所定量以下となるように、大径部Ｗ１の突出長さＬＷ１が歯型キャビティ部２１２ｂの径方向における長さＬ０に対して適度に長く設定するのがよい。好ましくは、長さＬＷ１と長さＬ０との差ΔＬ（＝ＬＷ１−Ｌ０）が、歯部Ｐ１１をシェービングする場合におけるシェービング代程度であるとよい。より好ましくは、差ΔＬが０．１〜０．５ｍｍであるように歯車素材Ｗが成形されているとよい。
【００６０】
また、図５からわかるように、歯車素材Ｗの大径部Ｗ１の厚さ（軸方向長さ）ｔＷ１が歯型キャビティ部２１２ｂの厚さ（軸方向長さ）ｔ０よりも長く形成されている。そして、歯部成形工程にて、歯部成形工程の完了時における隙間Ｇ２の長さと歯型キャビティ部２１２ｂの厚さ（軸方向長さ）との和に相当する長さ（図７におけるＧ２＋ｔ０）が大径部Ｗ１の厚さｔＷ１よりも短くなるように、歯部成形パンチ２２で大径部Ｗ１が加圧される。こうした歯部成形パンチ２２の加圧によって歯車素材Ｗが十分に歯型キャビティ部２１２ｂに充填される。このため、図６に示した大径部Ｗ１の先端の角部Ｒの丸みが、その後の加圧による歯型キャビティ部２１２ｂ内への歯車素材Ｗの十分な充填により縮小される。その結果、図７に示すように、歯部成形工程の完了時には、歯部Ｘ１１の角部Ｒの丸みが小さくされている。よって、成形される外歯歯車Ｐの歯先部のダレ等の発生が防止される。
【００６１】
また、歯部成形工程完了時において、隙間Ｇ２の幅（長さ）が１ｍｍ以下（好ましくは０．７ｍｍ以下）にされている。隙間Ｇ２を１ｍｍ以下に調整することにより、中間体Ｘのバリ部Ｘ３を薄くすることができる。また、歯部成形工程時における加圧力はバリ部Ｘ３にも作用することから、バリ部Ｘ３は加工硬化して脆くなっている。脆い部分を薄く成形することにより、その後のバリ除去工程でバリ部Ｘ３を確実に除去することができる。また、バリ部Ｘ３が、バリ部Ｘ３の破断面よりも厚くなるため、一定の破断長さを得ることができる。さらに、本実施形態で示した外歯歯車Ｐの歯車部Ｐ１の外周に、図１（ｄ−１）に示すように欠損部分Ｋ１，Ｋ２が形成される。また、欠損部分Ｋ１，Ｋ２からも、図１（ｃ−１）に示すように径方向外方にバリが発生する。欠損部分Ｋ１，Ｋ２は、バリ除去工程で突出部３４２ａに当接しない。つまりパンチ面積が確保できない。この場合においても、バリ部Ｘ３の全体が脆く、且つ薄く成形されているので、欠損部分Ｋ１，Ｋ２以外の部分から発生したバリが破断されることに伴って欠損部分Ｋ１，Ｋ２から発生したバリも破断される。よって、バリ除去工程にてパンチ面積が十分に確保できない部位があっても、その部位から発生したバリを除去することができる。
【００６２】
また、歯部成形工程にて成形された中間体Ｘのバリ部Ｘ３の厚さが歯部Ｘ１１の径方向外方に向かうにつれて厚くなるように、バリ部Ｘ３が成形される。バリ部Ｘ３の厚さが径方向外方に向かうにつれて厚くなっていれば、その後のバリ除去工程にてバリ部Ｘ３を除去する際に、バリ部Ｘ３が根元から破断し易い。このためバリ除去工程にて、バリ部Ｘ３を確実に除去することができる。また、バリ部Ｘ３を除去するための荷重を低減することができる。
【００６３】
また、歯部成形工程にて、バリ部Ｘ３が、歯部Ｘ１１の歯幅方向における一方の端部から径方向外方に延出するように形成される。換言すれば、歯部Ｘ１１の歯幅方向の中央部位にバリが発生しない。よって、バリ部Ｘ３を除去する際に生じる破断面が歯車の機能に影響を及ぼす可能性を減少させることができる。
【００６４】
また、歯部成形ダイス２１の型合わせ面２１１に下降傾斜面２１１ｂが形成されるとともに、歯部成形パンチ２２の型合わせ面２２１に上昇傾斜面２２１ｂが形成されている。このため、歯部成形工程にて、バリ部Ｘ３の厚さが歯部Ｘ１１の径方向外方に向かうにつれて厚くなるようにバリ部Ｘ３が形成されるとともに、バリ部Ｘ３が両傾斜面間に張り出す際にバリ部Ｘ３から歯部成形ダイス２１および歯部成形パンチ２２に作用する圧力が加圧方向に垂直な方向に分散される。このため成形圧力をより低減することができる。
【００６５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることはない。例えば、上記実施形態においては、予備成形工程により歯車素材Ｗを成形しているが、予め歯車素材Ｗを鋳造等によって成形してもよい。また、上記実施形態では、歯部成形ダイス２１の型合わせ面２１１および歯部成形パンチ２２の型合わせ面２２１に傾斜面を設けたが、段差面を設けても良い。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、変形可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１０…予備成形型、１１…予備成形ダイス、１２…予備成形パンチ、１２ｂ…凹部、２０…歯部成形型、２１…歯部成形ダイス、２１１…型合わせ面、２１１ａ…第１水平面、２１１ｂ…下降傾斜面、２１１ｃ…第２水平面、２１２…キャビティ、２１２ａ…凹部、２１２ｂ…歯型キャビティ部、２１２ｂ１…下面、２２…歯部成形パンチ、２２１…型合わせ面、２２１ａ…第１水平面、２２１ｂ…上昇傾斜面、２２１ｃ…第２水平面、２２２…凹部、３０…トリム型、３１…基台、３２…トリム用ダイス、３２１…上面、３２１ａ…傾斜面、３２２…貫通孔、３２３…歯部、３３…押えプレート、３３１…下面、３３１ａ…傾斜面、３３２…上面、３３３…貫通孔、３３４…歯部、３４…トリム用パンチ、３４１…固定プレート、３４２…外側パンチ部、３４２ａ…突出部、３４２ｂ…貫通孔、３４２ｃ…歯部、３４３…内側パンチ部、Ｇ２…隙間、Ｋ１，Ｋ２…欠損部分、Ｐ…外歯歯車、Ｐ１…歯車部、Ｐ１１…歯部、Ｐ２…軸部、Ｗ…歯車素材、Ｗ１…大径部、Ｗ２…小径部、Ｘ…中間体、Ｘ１…歯車部、Ｘ１１…歯部、Ｘ２…軸部、Ｘ３…バリ部
【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】
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【図７】
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