(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷間鍛造によって歯車を製造するための型において、正規の全歯たけを有する正規歯と、正規の全歯たけよりも低い歯たけを有する低歯が、多段の形に形成されており、低歯の途中に歯形成形開始部の最初の傾斜面の終端より内向きに引っ込められた形でファイバー逃げ用段差が形成されていることを特徴とする型。
【請求項２】
正規歯の全歯たけをＨとし、低歯の始端における歯たけをｈとしたとき、０．３Ｈ＜ｈ＜０．８Ｈとしたことを特徴とする請求項１に記載の型。
【請求項３】
ファイバー逃げ用段差の部分が、円筒形をしていて、０．０２〜０．５ｍｍだけ型の軸心に平行に内側にずれて引っ込んでいることを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載の型。
【請求項４】
ファイバー逃げ用段差の部分が、型の軸心に対して０．５°〜１０°だけ傾斜して内向きに引っ込んでいて、逆向きに傾斜した切頭円錐面になっていることを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載の型。
【請求項５】
冷間鍛造によって歯車を製造する方法において、まず、正規の全歯たけよりも低い歯たけを有する低歯によって仮の低歯形を冷間鍛造で形成し、そのあと、正規の全歯たけを有する正規歯によって正規の歯形を冷間鍛造で形成し、かつ、請求項１〜４のいずれか１項に記載の１つの型で仮の歯形と正規の歯形を形成し、しかも、低歯で仮の歯形を形成する際に、低歯の途中に歯形成形開始部の最初の傾斜面の終端より形成された内向きに引っ込められた形のファイバーフロー逃げ用段差によって、ファイバーフローが逃げることを特徴とする、冷間鍛造による歯車の製造方法。
【請求項６】
１つの材料から大小２つの歯車を一連の冷間鍛造で形成することを特徴とする請求項５に記載の、冷間鍛造による歯車の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷間鍛造による歯車の製造に使用する型と、その型を使用する製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属材料を使用して冷間鍛造によって歯車を製造する方法は公知である。
【０００３】
図１及び図２は、平歯車を製造する従来の冷間鍛造による製造方法を示している。円筒形状の金属材料１０は、所望の歯車の外径に近い寸法を有する。その円筒形状の金属材料１０の下端を型１１の穴１１Ａに挿入して、矢印Ｘの方向から押し込んで、パンチ（図示せず）によってその金属材料１０を押圧して、材料１０の外周に雄の歯形を形成する。この材料１０の外周に形成された雄の歯形は、型１１の歯形１２に対応するものである。歯形の歯元と歯先の関係は、材料１０と型１１では逆になる。この型１１の歯形１２は、正規の全歯たけＨを有する。それゆえ、材料１０の外周に形成された歯形も、これと同様に正規の全歯たけＨを有することになる。
【０００４】
図１において、符号１３はピッチ円を示している。図１及び図２において、符号１４は型１１の歯形１２の歯先円を示しており、符号１５はその歯元円を示している。
【０００５】
従来の冷間鍛造による歯車の製造方法において、型１１の歯形１２の歯形成形開始部の端面１６は傾斜しているが、型１１の軸心に直交する面に対する端面１６の傾斜角度Ｂは３０°以下となっている。この傾斜角度Ｂが小さいほど、不完全な歯形部が少なくなる。
【０００６】
また、材料１０は一つの工程で冷間鍛造する場合もあるが、あらかじめ熱間又は温間で予備成形した後、焼なまし、表面潤滑処理などを行ってから、冷間鍛造で仕上げ形成をすることもある。
【０００７】
また、歯の大きさに比べて比較的薄い歯車の場合には、板状の金属材料をせん断打抜きして予備的に歯形を作り、その後の工程で仕上鍛造によって歯形を成形することがある。
【０００８】
さらに、一般に閉塞鍛造と呼ばれている歯車の鍛造形成法も知られている。それは、型の孔の中に、歯元円の直径よりも小さい寸法の材料を挿入し、端面から押し付けて、型の歯形により鍛造成形し、金属材料を張りだしで成形する方法である。
【０００９】
【発明が解決しようする課題】
図１と図２に示されている従来の冷間鍛造による歯車の製造方法においては、最終製品の歯車の品質の良悪は、鍛造用の型に関する要因が５０ないし８０％を占めると考えられる。
【００１０】
図１及び図２に示す方法においては、雌の型の内部で成形を行っており、これをインダイ成形と呼んでいる。この製造方法に用いる金属材料は、中実の丸棒、リング状の素材、熱間又は温間鍛造による予備加工品等である。
【００１１】
いずれの材料の場合にも、図１及び図２の従来法においては、一つの工程で歯車を冷間鍛造して仕上り寸法を得るものである。そのため、歯形１２の歯形成形開始部の傾斜端面１６にかかる荷重（圧力）は、２００ｋｇｆ／ｍｍ２ないし２８０ｋｇｆ／ｍｍ２にもなる。この荷重（圧力）は、型材として最高レベルの材質であっても型の破壊強度の７０ないし９０％になっている。
【００１２】
冷間鍛造時の最高荷重は型の内面の歯形成形開始部の傾斜端面１６に発生することが多い。従来は、この最高荷重を下げる工夫が足りなかったために、型１１の寿命が短かった。それに起因して製品精度が悪化する欠点もあった。
【００１３】
とくに、はすば歯車を冷間鍛造により製造する場合には、型１１の歯形１２を一方側のみに倒そうとする荷重が加えられるため、傾斜面１６付近の破損の確率が高くなりがちであった。それが、結果的に、型１１の寿命を短くしていた。
【００１４】
本発明者の知見によれば、はすば歯車の、冷間鍛造による加工の場合には、型の歯形の一方の面（表側の面）に集中的に荷重がかかり、その裏側の面にはあまり荷重がかからない。そのため、歯形の表側と裏側で荷重の差が顕著であり、それに基因する歯形欠損が多い。
【００１５】
そこで、本発明は、型の寿命を長くすることができる、冷間鍛造による歯車の製造方法及びそれに使用する型を提供することを目的としている。
【００１６】
本発明の別の目的は、良質な歯車を製造することができる、冷間鍛造による歯車の製造方法及びそれに使用する型を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、請求項５又は６に記載の冷間鍛造による歯車の製造方法を要旨としている。
【００１８】
また、本発明は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の冷間鍛造による歯車の製造方法に用いる型も要旨としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明は、冷間鍛造による歯車の製造の限界を拡大するものである。とくに、はすば歯車は、冷間鍛造による製造が極めて困難なものであると認識されてきたが、本発明は、はすば歯車またはそれに類する歯車を効率よくかつ高精度に製造できるようにするものである。
【００２０】
各種の歯車を、本発明の方法や型によって製造することができる。大小二つの歯車を有する二段歯車や、フランジ付きの歯車や、喰い付き面取り歯車や、ラチェット歯付きの歯車や、セレーション付きの歯車等を冷間鍛造で成形できる。さらに、直歯傘歯車やこれに類した歯車の冷間鍛造加工も可能である。
【００２１】
本発明の歯車製造方法及び型によれば、加工歯車の製品精度は、ＪＩＳ５級ないし７級にすることができる。
【００２２】
本発明における特徴の一つは、型の歯形成形開始部分に正規歯と低歯を形成して、そこを多段の形に形成することである。それにより、冷間鍛造の当初に型に発生する応力を分散して局部の応力を低減する。たとえば、まず正規の全歯たけよりも低い歯たけを有する低歯によって仮の低歯形を冷間鍛造で形成して、その後、正規の全歯たけを有する正規歯によって正規の歯形を冷間鍛造で形成する。
【００２３】
この場合、型の低歯により仮の低歯形を冷間鍛造で成形した後、それに続けて型の正規の歯形を冷間鍛造で形成するのが、生産効率の点では最も望ましい。なぜなら、そのような冷間鍛造法によれば、一つの鍛造工程で所望の歯車を形成できるからである。
【００２４】
しかし、本発明はそのような方法のみに限定されるものではない。たとえば、二つ又はそれ以上の型を使用し、最後の型のみが正規の全歯たけを有する正規歯を有し、その他の型はその正規歯よりも低い歯たけを有する低歯のみを有し、まず、最も低い歯たけを有する低歯によって仮の低歯形を冷間鍛造で形成し、順次、歯たけを高くしていき、最終的に正規の全歯たけを有する正規歯によって正規の歯形を冷間鍛造で形成することもできる。
【００２５】
低歯の歯たけは、正規歯の全歯たけとは異なり、低歯の始端と終端の間でつねに一定であるとは限らず、段階状、直線状又は曲線状に変化することもある。
【００２６】
いずれにしても、本発明の冷間鍛造法によれば、フランジ付き歯車や、二段歯車や、スプライン付きの歯車であっても、一つの金属材料を冷間鍛造のみで一体加工することができる。
【００２７】
ただし、本発明は、熱間又は温間で予備成形した後に冷間鍛造で仕上成形する方法や、必要に応じて切削加工等を鍛造の途中や最後に付加する方法を含むものである。つまり、本発明は、冷間鍛造のみで初めから終りまで歯車の最終製品を製造する方法に限定されるものではない。
【００２８】
本発明において使用する材料は、主として金属であり、丸棒、リング状の素材、熱間又は温間鍛造による予備成形品その他である。材質は、歯車の材料として通常使用されているものは原則としてすべて使用できる。
【００２９】
本発明の製造方法によれば、図１及び図２の従来の製造方法に比べて、ＪＩＳの等級で１ないし３等級向上させることが容易である。
【００３０】
歯車精度が向上すると、冷鍛加工化が可能な歯車の種類が増加し、全体的に歯車の冷鍛加工化の範囲が拡大する。
【００３１】
本発明によれば、歯車とフランジその他とを一体成形することも可能である。それゆえ、冷鍛加工化における製品の適応範囲が大幅に拡大する。従来の製造方法では、大きな寸法のフランジが付いた歯車については冷間鍛造による加工は不可能であるとされてきたが、本発明によれば、歯車の外径の２倍ないし３倍の外径を有するフランジであっても、それを歯車と一体成形することが可能である。
【００３２】
さらに、大小２種類の歯車を２段に一体成形することも可能である。
【００３３】
軸付きや軸なしといったように、歯車の形状変化があっても、柔軟に対応することができる。
【００３４】
フランジ付きの歯車や、複数段付きの歯車を生産する場合、従来は型またはパンチの内部で一回仕上成形を行っていたので、歯車とフランジが一体になっていると、フランジの外径が歯車の外径の１．２倍程度が成形限界であった。素材の径が歯車の外径より大きくなり、単位面積当りの成形荷重が大となるため、著しく型命数が短かった。これに比べて、型の命数に関する本発明の効果は抜群である。
【００３５】
また、本発明は、精度の向上と品質のバラツキを低減することができる。より高い精度が要求される場合は必要な高精度の型を重ねて連続的にサイジング加工を行ったり、別工程を設定してプレスサイジングを行うことにより目標の精度を得ることもできる。
【００３６】
また、直歯歯車も、ねじれ角３６°以下のはすば歯車も、従来の鍛造機を採用して、単に型を本発明のものに変更するだけで、冷間鍛造による各種歯車の製造が可能である。
【００３７】
はすば歯車を冷鍛加工する場合、型又はパンチを回転可能に設定するか、あるいは強制回転させることにより容易に歯車を製造できる。
【００３８】
本発明の最大の効果の一つは、型の寿命が図１〜２に示す従来のもの（型１つ当り歯車５０００個以下）に比べて２ないし３倍に長くできることである。
【００３９】
さらに、切削歯切りの歯車と比較すれば、本発明は、材料の歩留まりが向上するとともに、歯車の強度が改善される。
【００４０】
本発明者がその理由を究明したところ、型の歯形成形開始部の形状が型の寿命と歯車製品の精度の両方に大きく影響することが判明した。とくに、歯車製品の正規歯の歯先部分がその歯元部分に比較して極めて重要である。本発明は、この点に着目して完成させたものである。
【００４１】
本発明の場合、歯車製品の正規歯形の歯先部が主として型の低歯によって鍛造加工されるので、切れ味よく「スパッ」と成形される。とくに低歯の始端における歯たけが小さな値を有し、かつ逃げ用の段差が十分確保されたときは、摩擦抵抗が小さくなって、切れ味が非常に良好となる。その結果、歯車製品の歯先部分の「ダレ」現象が改善される。歯車製品の正規歯形の歯元部分は主として型の正規歯の歯先部分によって成形される。このときは、すでに歯車製品の正規歯形の歯元部分は成形ずみであるので、型の正規歯にかかる荷重はその分小さく、それゆえ、歯車製品の正規歯形の歯元部分も、図１〜２に示す従来法に比較すれば、切れ味よく成形される。
【００４２】
【実施例】
以下、本発明のいろいろな参考例を、図を参照して説明する。
【００４３】
図３〜４の参考例
図３及び図４は本発明の参考例の一つを示している。この参考例においては、中実円筒の金属材料２０の外周に平歯車が形成される。
【００４４】
型２１は軸心３１方向に孔２１Ａを有し、その孔２１Ａの周面に雌の歯形２７が形成されている。この歯形２７は、正規の歯形であり、正規の全歯たけＨを有する。符号２８で示す歯形は、その始端において正規の歯形２７の全歯たけＨよりも低い歯たけｈを有する低歯である。
【００４５】
図１〜２に示す従来の型１１と比較したとき、図３〜４の型２１は、正規歯２７と低歯２８によって歯形成形開始部が二段の形になっている点で相違する。符号２９で示す一点鎖線の部分が削除された結果、そこが低歯２８となっているのである。
【００４６】
型２１の軸心３１の方向における低歯２８の長さＬは、正規の歯形２７の全歯たけＨと同等か、またはそれ以上になっていて、そこに、摩擦抵抗を少なくするために、逃げ用の段差又は隙間が設けられている。
【００４７】
また、この低歯２８は、型２１の軸心３１と平行になっている円筒面２８Ｂと、そこから傾斜しているほぼ切頭円錐形の傾斜面２８Ａから成り立っている。
【００４８】
低歯２８の円筒面２８Ｂの、軸心３１の方向における長さは、低歯２８の、始端における歯たけｈ以上の長さにするのが、逃げ用の段差又は隙間の確保のために好ましい。
【００４９】
この低歯２８の円筒面２８Ｂの部分と切頭円錐形の傾斜面２８Ａの部分との境目は丸みを有するのが好ましい。さらに、この低歯２８と正規の歯形２７との境界部分も丸みを持つのが望ましい。さらに、型２１の歯形成形開始部の最初の傾斜面すなわちほぼ切頭円錐形の傾斜面２６と、この低歯２８との境界面も丸みをもたせるのが望ましい。
【００５０】
歯形成形開始部分の最初の傾斜面２６の、軸心３１に直交する平面に対する傾斜角度Ｃ１は、１０°〜４５°、好ましくは２５°〜３０°とする。低歯２８の円筒面２８Ｂに直交する平面に対する切頭円錐面２８Ａの傾斜角度Ｃ２は、２０°〜６０°、好ましくは３０°〜４５°にする。これらの傾斜角度Ｃ１およびＣ２は、低歯２８の形状や歯たけｈの大小によって適当に設定することができる。
【００５１】
また、傾斜角度Ｃ１およびＣ２と低歯２８の長さＬを小さく設定すれば、それだけ歯車の不完全成形部分を少なくできる。
【００５２】
図３〜４の型２１を使用して冷間鍛造によって平歯車を製造する方法の一例を説明する。
【００５３】
型２１の形状を除けば、鍛造機の全体構造や使用法は本発明の参考例と図１〜２の従来例との間で実質的な差は認められないので、従来と同様に鍛造すればよい。
【００５４】
しかし、鍛造のメカニズムは本発明の参考例に特有のものである。まず、正規の全歯たけＨよりも低い歯たけｈを有する低歯２８によって仮の低歯形が冷間鍛造で形成される。そのあと、正規の全歯たけＨを有する正規歯２７によって正規の歯形が冷間鍛造で形成される。この場合は、１つの型２１で仮の低歯形と正規の歯形を一回の工程で形成する。仮の低歯形を形成した直後に正規の歯形を形成する。
【００５５】
正規の歯形の全歯たけＨと、低歯の、始端における歯たけｈとの関係は、０．３Ｈ＜ｈ＜０．８Ｈとなる。
【００５６】
図３〜４の例の鍛造法をさらに詳細に述べる。
【００５７】
円筒形状の金属材料２０は、所望の平歯車の外径に近い寸法を有する。その円筒形状の金属材料２０の下端を型２１の穴２１Ａに挿入して、矢印Ｘの方向から押し込んで、パンチ（図示せず）によってその金属材料２０を押圧して、材料２０の外周に雄の歯形を形成する。この材料２０の外周に形成された雄の歯形は、型２１の歯形すなわち正規の歯形２７と低歯２８に対応するものである。歯形の歯元と歯先の関係は、材料２０と型２１では逆になる。型２１の正規の歯形２７は、正規の全歯たけＨを有する。それゆえ、材料２０の外周に形成された正規の歯形も、これと同様に正規の全歯たけＨを有することになる。ただし、歯形成形開始部の最初の傾斜面２６と、それに続く低歯２８に対応する部分は、それよりも低くなっていて、不完全な歯形部分となる。
【００５８】
なお、図３〜図４において、符号２３は、ピッチ円を示している。符号２４は、型２１の正規の歯形２７の歯先円を示しており、符号２５は、その歯元円を示している。
【００５９】
図３及び図４に示されている型で製造する場合、鍛造開始時に歯形成形開始部分の最初の傾斜面２６に比較的大きな応力が発生するものの、低歯２８の始端における歯たけｈは小さく、従って、その歯形成形開始部分の最初の傾斜面２６にかかる圧力は分散されて小さくなる。分散された圧力の一部が正規の歯形２７の直前に位置する低歯の傾斜面２８Ａにかかる。したがって、全体的に見たとき、型２１の局部に生じる最大応力と偏荷重は大幅に低減されるのである。その結果、歯形成形開始部の最初の傾斜面２６が部分的に折損したり、局部的に変形が生じたりして、型の寿命や歯車製品の精度を悪化させることがない。このことは、成形された歯形全体の精度を良好にすることに繋がる。
【００６０】
これに加えて、材料の寸法や、金属組織、表面潤滑処理等の条件をうまく整えると、加工荷重をさらに低減させることができる。
【００６１】
図５〜６の参考例
図５および図６は、はすば歯車の冷間鍛造法に適用した例を示している。
【００６２】
図５及び図６の例においては、中実円筒の金属材料６０の外周に傾きＤのはすば歯車が形成される。傾きＤは、通例、１０°〜４０°である。
【００６３】
型６１は軸心７１の方向に孔６１Ａを有し、その孔６１Ａの周面に雌の歯形６７が形成されている。この歯形６７は、正規の歯形であり、正規の全歯たけＨを有する。符号６８で示す歯形は、その正規の歯形６７の全歯たけＨよりも低い歯たけｈを有する低歯である。
【００６４】
図３〜４に示す型２１と、図５〜６の型６１は、歯形成形開始部が互いに似た二段の形になっている。歯形成形開始部の最初の傾斜面６６と正規の歯形６７との間の一点鎖線の部分が削除されて、そこが低歯６８となっている。
【００６５】
型６１の軸心７１の方向における低歯６８の長さＬは、正規の歯形６７の全歯たけＨと同等か、またはそれ以上になっていて、そこに十分な逃げ用の段差又は隙間が設けられている。それにより鍛造時の摩擦抵抗を少なくする。
【００６６】
また、この低歯６８は、型６１の軸心７１と平行になっている円筒面６８Ｂと、そこから傾斜しているほぼ切頭円錐形の傾斜面６８Ａから成り立っている。
【００６７】
図５には角ばった形が示してあるが、この低歯６８の円筒面６８Ｂの部分と切頭円錐形の傾斜面６８Ａとの境目は丸みを有するのが好ましい。さらに、この低歯６８と正規の歯形６７との境界部分も丸みを持つのが望ましい。さらに、型６１の歯形成形開始部の最初の傾斜面、すなわち、ほぼ切頭円錐形の傾斜面６６と、この低歯６８との境界面も丸みをもたせるのが望ましい。
【００６８】
歯形成形開始部分の最初の傾斜面６６の傾斜角度Ｅは、１０°〜３０°、好ましくは１５°〜２５°とする。低歯６８の円筒面６８Ｂに直交する平面に対する切頭円錐面６８Ａの傾斜角度Ｆは２０°〜６０°、好ましくは３０°〜４５°にする。これらの傾斜角度ＥおよびＦは、低歯６８の形状や歯たけｈの大小によって適当に設定することができる。
【００６９】
また、傾斜角度Ｅ、Ｆや低歯の長さＬを小さく設定すれば、それだけ歯車の不完全成形部分を少なくできる。
【００７０】
図５〜６の型６１を使用して冷間鍛造によって、はすば歯車を製造する方法の一例を説明する。
【００７１】
型６１の形状を除けば、鍛造機の全体構造や使用法は本発明の参考例と従来例との間で実質的な差は認められない。
【００７２】
本発明の参考例の場合も、従来と同様に、傾きＤの値に合わせて型６１及び／又はパンチ（図示せず）を回転させながら鍛造加工する。
【００７３】
鍛造のメカニズムは本発明の参考例に特有のものであり、まず、正規の全歯たけＨよりも低い歯たけｈを有する低歯６８によって仮の低歯形が冷間鍛造で形成される。そのあと、正規の全歯たけＨを有する正規歯２７によって正規の歯形が冷間鍛造で形成される。この場合は、１つの型６１によって、仮の低歯形と正規の歯形が一回の工程で形成される。しかも、仮の低歯形を形成した直後に、正規の歯形が形成される。
【００７４】
正規の歯形の全歯たけＨと、低歯の始端における歯たけｈとの関係は、０．３Ｈ＜ｈ＜０．８Ｈとなる。
【００７５】
かかる製造法をもう少し詳しく述べる
【００７６】
円筒形状の金属材料６０は、所望の平歯車の外径に近い寸法を有する。その円筒形状の金属材料６０の下端を型６１の穴６１Ａに挿入して、型６１及び／又はパンチを回転させながら、矢印Ｘの方向から押し込んで、パンチ（図示せず）によってその金属材料６０を押圧して、材料６０の外周に雄のはすば歯形を形成する。この材料６０の外周に形成された雄の歯形は、型６１の歯形すなわち正規の歯形６７と低歯６８に対応するものである。歯形の歯元と歯先の関係は、材料６０と型６１では逆になる。この型６１の正規の歯形６７は、正規の全歯たけＨを有する。それゆえ、材料６０の外周に形成された正規の歯形も、これと同様に正規の全歯たけＨを有することになる。ただし、歯形成形開始部の最初の傾斜端面６６と、それに続く低歯６８に対応する部分は、それよりも低く、不完全な歯形となる。
【００７７】
なお、図５〜６において、符号６３は、ピッチ円を示している。符号６４は型６１の正規の歯形６７の歯先円を示しており、符号６５はその歯元円を示している。
【００７８】
図５及び図６に示した型６１を使用して試験的に歯車を製造したところ、従来はＸ方向に３５〜４０トンの荷重が必要であったのに対し、本発明の参考例によれば、荷重を２０トン程度にすれば、十分に冷間鍛造が可能であった。その場合、材料６０の材質はＳ３５Ｃであり、鍛造前の円筒材料６０の直径は１４ｍｍであり、型６１の正規歯６７のピッチ円、歯元円及び歯先円の直径は、それぞれ１２．５５ｍｍ、１４．１ｍｍ、１０．６ｍｍであった。また、低歯６８の長さＬは２．５ｍｍであった。傾斜角度Ｅ及びＦは、それぞれ２０°および４５°であった。はすば歯車の傾きＤは１７°と２０°の２例であった。
【００７９】
図５及び図６に示されている製造方法の場合も、歯形成形開始部分の傾斜面６６に比較的大きな応力が発生するものの、低歯６８の始端における歯たけｈは小さく、従って、その歯形成形開始部分の最初の傾斜面６６にかかる圧力は分散されて小さくなる。分散された圧力の一部が正規の歯形６７の直前の傾斜面６８Ａにかかる。したがって、全体的に見たとき、型６１の局部に生じる最大応力と偏荷重は大幅に低減される。その結果、歯形成形開始部の最初の傾斜面６６が部分的に折損したり、局部的に変形が生じたりして、型の寿命や歯車製品の精度を悪化させることが少なくなる。このことは、成形された歯形全体の精度を良好にすることに繋がる。
【００８０】
これに加えて、材料の寸法や、金属組織、表面潤滑処理等の条件をうまく整えると、加工荷重をさらに低減させることができる。
【００８１】
本発明者の知見によれば、はすば歯車や、それに類する歯車の製造においては、Ｈとｈとの関係を０．３Ｈ＜ｈ＜０．８Ｈ、好ましくは０．５Ｈ＜ｈ＜０．６Ｈとすることにより、歯形成形開始部に生じる曲げ応力は高さの二乗に反比例して小さくできる。とくに、低歯６８の長さＬ（とくにその円筒面６８Ｂの部分）を長くすれば、ねじれを案内した状態で正規の歯形６７が成形されるため、型６１に発生する曲げ応力は大幅に小さくなる。
【００８２】
型６１の歯形における各歯の表側と裏側とでは荷重又は圧力が相違するが、低歯６８を設けることにより、その差を小さくできる。つまり低歯６８を設けることにより、各歯の表裏の荷重差が緩和できるのである。
【００８３】
歯形成形開始部の最初の傾斜面６６の傾斜角度Ｅは、前述のように１０ないし３０°（好ましくは１５ないし２５°）である。最善の傾斜角度Ｅは、精度面から見れば、２０°である。ただし、このことは傾斜面６６をつねに平坦面にすべきことを意味しない。傾斜面６６は曲面であってもよい。
【００８４】
また、低歯６８の歯たけｈは、小さくすればするだけ高さの二乗に反比例して曲げ応力が小さくなるので、それだけ破損の確率が少なくなる。とくに、低歯６８の長さＬをより長くするとともに、逃げ用の段差又は隙間を確保すると、それに応じて、ねじれを案内した状態で正規の歯形６７が形成されるため、型６１の全体に発生する曲げ応力は格段に小さくなる。その際、とくに、はすば歯車の製造について強調すべき点は、正規の歯形６７の表側と裏側で荷重差が緩和されるということである。このような対策をとらないと、特に、はすば歯車の冷間鍛造の場合には、歯形の表側で圧力が大きく、裏側で圧力が小さくなるという現象が避けられない。
【００８５】
よりよい精度を得る場合には、低歯６８をさらに多数の段階に分けることができる。そして、最終的に正規の歯形６７で鍛造加工するのである。このような多数の段階的な低歯と、一つの最終的な正規の歯形を連続的に鍛造加工することにより、従来法より精度の高いものを得ることが可能となる。
【００８６】
図７の参考例
図７は、本発明のさらに別の参考例を示す。
【００８７】
この図７の例では、正規歯１２の型と、低歯６８の型が別体になっている。正規歯１２の型としては図１〜２のものをそのまま使用できる。低歯６８の型は正規の全歯たけよりも小さい歯たけｈを型全体にわたって有する。低歯６８の形状は各種のものが採用できる。
【００８８】
図８の参考例
図８は本発明のさらに別の参考例を示している。
【００８９】
（Ａ）は、円筒形状の金属素材６０を図５〜６の型６１を使用して鍛造加工して、一回の鍛造工程で低歯６８と正規の歯形６７を形成した状態を示している。
【００９０】
（Ｂ）は、前述の（Ａ）の状態にある材料６０を別の工程で鍛造加工して、正規の歯形６７の上側にフランジ８１を形成した状態を示している。このフランジ８１の形成により、前述の低歯６８の部分が塑性変形によって実質的に消失している。
【００９１】
（Ｃ）は、前述の（Ｂ）に示す半製品６０のフランジ８１の外周に図５〜６の型６１を使用して、正規の歯形６７と低歯６８を形成しつつある加工途中の状態を示している。
【００９２】
（Ｄ）は、前述の（Ｃ）の工程をさらに押し進めていって、フランジ８１の外周全体に正規歯６７を形成した状態を示している。その結果、大小２つの正規歯６７、６７が二段歯の形で形成されている。これらの正規歯は、両方とも、はすば歯車である。
【００９３】
前述の（Ｂ）の工程は一般に据え込み鍛造工程と呼ばれているものである。
【００９４】
また、前述の（Ｃ）、前述の（Ｂ）と（Ｄ）の中間工程を示しているものであり、大型の正規の歯形６７は貫通成形の歯形と呼ばれるものである。そこでは最終的に低歯６８の部分が消失する。
【００９５】
厳密にいえば、小型の正規の歯形６７の上端には、図８の（Ｂ）〜（Ｄ）の状態のとき、部分的に低歯６８が残存するが、図面にはその点が詳細に示されていない。
【００９６】
図８の（Ｄ）に示されている大小２つのはすば歯車を有する部品は、ファイバーフローが良好であり、寿命が長くなるという大きなメリットがある。別のメリットとして、大小２つの正規のはすば歯車６７が正確に同心になるということもあげられる。さらに、このような大小２つのはすば歯車の場合、２つの歯車６７、６７の相対位置が固定しているため、非常に正確な同心にすることができる。
【００９７】
図９の参考例
図９はフランジ付きのはすば歯車の鍛造加工例を示している。
【００９８】
まず、（Ａ）は、図５〜６の型を使用して円筒の素材７０に正規のはすば歯形６７と低歯６８を連続して形成した状態を示している。
【００９９】
次に、（Ｂ）は、前述の（Ａ）の状態から、さらに据え込み鍛造により上部から荷重を加えて、フランジ９０を形成した状態を示している。
【０１００】
このフランジ９０の形成に伴って、低歯６８の部分が実質的に消失して、正規の歯形６７のみが残る。厳密にいえば、低歯６８は一部残ることもあるが、図９の（Ｂ）には示していない。このことは、切断面を見れば、ファイバーフローから明確に認識できる。
【０１０１】
図１０の参考例
図１０は軸付きのはすば歯車の鍛造加工例を示している。
【０１０２】
まず、（Ａ）に示すように、円筒状の長い素材９１の一端に正規のはすば歯形６７とそれに続く低歯６８を図６の型を使用して鍛造加工する。この時、それらの正規のはすば歯形６７と低歯６８が存在する部分（図の上部）は、少し径が大きくなっていて、その他の部分９２（図の下方部）は軸の形となっている。
【０１０３】
（Ｂ）は、前述の（Ａ）のものを冷間鍛造して、軸形状の部分９２の上端にフランジ９３を形成し、その際、前述の低歯６８を実質的に消失させた状態を示している。
【０１０４】
図１１の参考例
図１１は前述の図１０の製造方法の一つの展開例を示している。
【０１０５】
（Ａ）〜（Ｆ）までの冷間鍛造加工は、「パーツホーマーＢＰＦ６５０」の商品名で市販されている冷間鍛造機による例である。
【０１０６】
（Ｇ）の加工工程は、「マイプレスＬ１Ｃ２００」の商品名で市販されている冷間鍛造機による例である。
【０１０７】
まず、（Ａ）は、細長い丸棒状の素材１１１を示している。この丸棒状の素材１１１の材質はＳ３５Ｃである。
【０１０８】
（Ｂ）は、前述の丸棒状の素材１１１の両端１１６を塑性加工して形成した半加工品１１５を示している。
【０１０９】
（Ｃ）は、半加工品１１５の右端部を絞って細い部分１１７を形成した状態を示している。
【０１１０】
（Ｄ）の工程では、その細い部分１１７をさらに２つの段になるように鍛造加工して２つの細い部分１１８及び１１９を形成している。
【０１１１】
（Ｅ）においては、半加工品１１５の左端部を鍛造加工して少し径の太い部分１００を形成している。
【０１１２】
さらに、（Ｆ）においては、その少し太い円筒部分２００に前述の図１０で説明した鍛造加工を行っている。すなわち、太めの円筒部分２００に正規のはすば歯形６７とそれに続く低歯６８を一つの鍛造工程で形成している。
【０１１３】
（Ｇ）においては、フランジ状部分２０１を形成することにより、前述の低歯６８を実質的に消失させ、正規のはすば歯形６７に続いてフランジ状部分２０１が位置するようにしている。この正規の歯形６７は、傾き２０°を有するはすば歯車である。
【０１１４】
また、（Ｇ）において、右のほうに存在する比較的径の小さい部分１１８には、セレーション２０２（四角断面軸）が形成される。このセレーション２０２も冷間鍛造により加工される。
【０１１５】
図１２の実施例
図１２は、本発明の図３〜６の参考例を改良した実施例を示している。
【０１１６】
型の正規歯３００と、歯形成形開始部の最初の傾斜面３０１との間に、低歯３０３の領域が形成されている。とくに、低歯３０３の傾斜面３０３Ａと、最初の傾斜面３０１との間の部分が、図３〜４や図５〜６の参考例の円筒面２８Ｂ、６８Ｂよりも引っ込められていて、図１２から明らかなようにファイバーフローの逃げ用の段差が歯形成形開始部から構成されている。
【０１１７】
図１２の（Ａ）においては、その段差の部分３０３Ｂが、円筒形をしていて、０．０２〜０．５ｍｍだけ型の軸心３１１に平行に歯形成形開始部から内側にずれて引っ込んでいる。
【０１１８】
図１２の（Ｂ）においては、段差の部分３０３Ｂが、型の軸心３１１に対して０．５°〜１０°だけ傾斜して型の歯形成形開始部分から内向きに引っ込んでいて、逆向きに傾斜した切頭円錐面になっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図２の１−１線に沿った断面図で、従来の冷間鍛造による平歯車の製造方法を示す。
【図２】  図１の矢印Ａの方から見た、型の歯形成形開始部分を示す。
【図３】  図４の３−３線に沿った断面図で、本発明の参考例による冷間鍛造による平歯車の製造方法を示す。
【図４】  図３の矢印Ａの方から見た、型の歯形成形開始部分を示す。
【図５】  本発明の他の参考例による、はすば歯車の冷間鍛造の製造方法を示す。
【図６】  図５の製造方法で使用された型の歯形形成開始部分を、図５の矢印Ａの方向を見て示す。
【図７】  本発明のさらに別の参考例を示す。
【図８】  （Ａ）ないし（Ｄ）は、円筒状の素材から大小２つの歯車を有する二段歯車の部品を製造する一連の工程を示す。
【図９】  （Ａ）及び（Ｂ）は、円筒状の素材からフランジ付きの歯車を製造する２つの工程を示す。
【図１０】  （Ａ）及び（Ｂ）は、円筒状の素材からフランジと軸を有する部品を作る状況を示す。
【図１１】  （Ａ）ないし（Ｇ）は、細長い丸棒を鍛造加工して、歯車、フランジ、軸及びセレーションを有する部品を作る一連の工程を示す。
【図１２】  （Ａ）と（Ｂ）は、歯形成形開始部の低歯における逃げ用の段差の、本発明の代表的な２つの実施例を示している。
【符号の説明】
１０      金属材料
１１      型
１２      歯形
１３      ピッチ円
１４      型の歯先円
１５      型の歯元円
１６      最初の傾斜面
２０      金属材料
２１      型
２１Ａ    孔
２３      ピッチ円
２４      型の歯先円
２５      型の歯元円
２６      最初の傾斜面
２７      歯形
２８      低歯
２８Ａ    傾斜面
２８Ｂ    円筒面
３１      軸心
６０      金属材料
６１      型
６１Ａ    孔
６３      ピッチ円
６４      型の歯先円
６５      型の歯元円
６６      最初の傾斜面
６７      歯形
６８      低歯
６８Ａ    傾斜面
６８Ｂ    円筒面
７１      軸心
８１      フランジ
９０      フランジ
９１      素材
９２      軸形状の部分
９５      半加工品
１００    正規の歯形
１０１    最初の傾斜面
１０２    低歯
１０３    仮想の直線
１１１    素材
１１５    半加工品
１１６    両端
１１７，１１８，１１９    細い部分
２００    太い円筒部分
２０１    フランジ状部分
２０２    セレーション
【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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【図１２】
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