JP2849981B2 - 欠歯領域を備えた歯状突条をもつ金属成形品の成形方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、欠歯領域を備えたスプ
ラインやギヤ歯等の歯状突条をもつ金属成形品を成形す
る成形方法に関する。本発明は、例えば、車両のトラン
スミッションに使用されるギヤ部品に適用できる。

【０００２】

【従来の技術】従来より、歯状突条をもつ金属成形品と
して、例えば、車両のトランスミッションに使用される
ギヤ部品１（図１２参照）が知られている。このギヤ部
品１の外周部には、多数個のスプライン１４が周方向に
間隔を隔てて列設されている。このギヤ部品１において
は、スプライン１４が形成されていない領域、つまり欠
歯領域が設けられている。欠歯領域は例えば油穴の形成
のために利用される。

【０００３】この様なギヤ部品１を鍛造成形する場合に
は、図１３に模式的に示す様に、筒状をなす炭素鋼製の
粗形材７００と、ダイス孔２０１を備えたダイス２００
と、ダイス２００のダイス孔２０１内に略同軸的に配置
されたマンドレル４００とを用いる。そして、パンチ５
５０を降下することにより、ダイス２００のダイス孔２
０１の内周部とマンドレル４００の外周部との間のリン
グ状の隙間に、筒状の粗形材７００をパンチ５５０によ
り強圧して押し込む。

【０００４】これにより、ダイス２００のダイス孔２０
１の内周部に形成されている成形条溝２７０の空隙に、
粗形材７００の材料部分が流れ込み、前記した多数個の
スプライン１４が成形される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
ギヤ部品１においては、前述した様に、スプライン１４
が形成されていない欠歯領域が存在している。この様な
欠歯領域においては、成形条溝２７０で区画される空隙
が存在していない。そのため上記した様に押し込みを行
ないスプライン１４を成形する際に、欠歯領域付近にお
いては欠歯に相当するぶんの材料が余分となる。従って
上記した押し込み途中においては、行き場を失った余分
の材料は、押し込み方向へ流れて、図１４に示す様に後
方側に集まりバリＭとなり易い。このバリＭは、押し込
み末期にダイス２００の型面２００ｋにより圧潰される
ので好ましくない。

【０００６】本発明は上記した実情に鑑みなされたもの
であり、その課題は、金属成形品における欠歯領域付近
におけるバリの発生を抑制し得る金属成形品の成形方法
を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る欠歯領域を
備えた歯状突部をもつ金属成形品の成形方法は、内周部
及び外周部の一方において周方向に間隔を隔てて列設さ
れ軸長方向と平行に延びる多数個の歯状突条をもち、周
方向の所定位置において歯状突条が存在しない欠歯領域
とされた金属成形品を得る方法であり、筒状をなす金属
製の粗形材と、ダイス孔を備え粗形材の外周部を規定す
るダイスと、ダイスのダイス孔内に略同軸的に配置され
粗形材の内周部を規定するマンドレルと、ダイス孔の内
周部及びマンドレルの外周部の一方に形成され、軸長方
向と平行な方向に延び金属成形品の歯状突条を成形する
多数個の成形条溝からなる成形条溝群と、ダイス孔の内
周部及びマンドレルの外周部の他方に形成され、周方向
において互いに隣設する成形条溝間に位置すると共に周
方向において欠歯領域に対応する位置に設けられ、半径
方向において成形条溝群の窪み方向と反対の方向に窪む
逃溝と、を用い、ダイスのダイス孔の内周部とマンドレ
ルの外周部との間のリング状の隙間に、筒状の粗形材を
パンチにより強圧して押し込み、成形条溝群により、粗
形材の外周部及び内周部の一方に、軸長方向と平行な方
向に延びる多数個の歯状突条を成形すると共に、欠歯領
域に対応する粗形材の肉部分を逃溝に流入させ、余肉逃
がし突部をもつ中間成形体を形成する押込工程と、ダイ
スから取り出した中間成形体の余肉逃がし突部を切削除
去し、金属成形品を得る除去工程と、を順に実施するこ
とを特徴とするものである。

【０００８】

【作用】本発明方法によれば、押込工程においては、ダ
イスのダイス孔の内周部とマンドレルの外周部との間の
リング状の隙間に、筒状の粗形材をパンチにより強圧し
て押し込む。これにより、成形条溝で区画されている空
隙に粗形材の材料が流れ込む。故に、成形条溝により、
粗形材の外周部及び内周部の一方に多数個のスプライン
やギヤ歯等の歯状突条が成形される。

【０００９】本発明方法によれば、押込工程において、
粗形材の材料のうち、欠歯領域に対応する余分の材料部
分は、逃溝に流れ込む。逃溝に流れ込んだ材料部分は、
余肉逃がし突部となる。これにより余肉逃がし突部を備
えた中間成形体が形成される。除去工程においては、ダ
イスから取り出した中間成形体の余肉逃がし突部は、切
削除去され、金属成形品となる。

【００１０】

【実施例】本発明の成形方法の実施例を具体的に説明す
る。まず図１２に基づき、金属成形品としてのギヤ部品
１から説明する。ギヤ部品１は、従来技術で説明したギ
ヤ部品と同じものであり、自動車のオートマチックトラ
ンスミッションに使用されるものであり、炭素鋼製であ
る。

【００１１】このギヤ部品１は、図１２に示す様に、筒
状体１０と、筒状体１０と一体的に遠心方向に延びるフ
ランジ部１１と、フランジ部１１から軸長方向に延びる
径大筒状体１２とを備えている。径大筒状体１２は、筒
状体１０と同軸的であり、筒状体１０よりも径大であ
る。本実施例では上記したギヤ部品１となる中間成形体
８を成形する。図１は中間成形体８の要部を示す。図２
は中間成形体８の底面を示す。この中間成形体８は、ギ
ヤ部品１と実質的に酷似した形状をもつ。ここで、中間
成形体８は、多数個のスプライン１４と、後述する余肉
逃がし突部８０とを備えている。余肉逃がし突部８０を
含む中間成形体８の内周部８ｉを全周にわたり所定深さ
で切削除去して、ギヤ部品１とする。

【００１２】即ち、図１に示す様に中間成形体８の外周
部には、歯状突条としてのスプライン１４が形成されて
いる。スプライン１４は、中間成形体８の周方向つまり
矢印Ｒ１方向にそって間隔を隔てて多数個（欠歯も含む
合計歯数４７個；欠歯４個）列設されている。図１から
理解できる様にスプライン１４は、横断面略台形状をな
しており、ギヤ部品１となる中間成形体８の軸長方向つ
まり矢印Ｐ１方向と平行に延びている。図１から理解で
きる様にこのスプライン１４は、互いに対向する一対の
背向面１４ａと、背向面１４ａをつなぐ外端面１４ｂと
を備えている。なお、背向面１４ａはインボリュート曲
線で規定されているが、これに限定されるものではな
い。

【００１３】図１から理解できる様に、ギヤ部品１とな
る中間成形体８では、スプライン１４が形成されていな
い欠歯領域１６が存在している。即ち図２において矢印
Ｍ１で示す基準位置である１番目に相当するスプライン
が存在せず欠歯領域１６とされ、また矢印Ｍ２で示す１
２番目に相当するスプラインが存在せず欠歯領域１６と
され、また矢印Ｍ３で示す２４番目に相当するスプライ
ンが存在せず欠歯領域１６とされ、また矢印Ｍ４で示す
３５番目に相当するスプラインが存在せず欠歯領域１６
とされている。

【００１４】なお、このギヤ部品１において欠歯領域１
６は、例えば次の様な形態で使用される。即ち欠歯領域
１６には、その厚み方向に貫通する適数個の油穴が形成
される。そしてギヤ部品１の使用時には、生じた遠心力
により作動油の流入がこの油穴を介して行われる。油穴
の形成にはスプラインが存在しない方が好ましく、この
意味で欠歯領域１６とされている。但し、欠歯領域１６
の使用形態はこれに限定されるものではない。

【００１５】図１において、スプライン１４付近の目標
寸法としては、スプライン１４の歯底付近の周方向にそ
うスプライン１４の厚みＡは４．８１ｍｍ、欠歯領域１
６における周方向にそう歯底の間隔Ｂは８．０３ｍｍ、
外径Ｃは９６ｍｍ、内径Ｅは８３．７ｍｍとされてい
る。次に、本実施例で使用する鍛造装置の要部について
図３を参照して説明する。図３において、ダイス２はそ
の中央域にダイス孔２０を備えており、粗形材７の外周
部を規定、拘束するものである。ダイス孔２０は、上面
開口側にリング状の拡径凹部２２を備えている。この拡
径凹部２２はリング状のテーパ面２２ｅ、リング状の縦
壁面２２ｆ、リング状の底面２２ｋを有する 更に、鍛造装置の図略の下ボルスタ側にはリング状の耐
圧盤３０、３１が配置されている。更に鍛造装置の図略
の下ボルスタ側にリング状のホルダ３３が配置され、ホ
ルダ３３にダイス２は嵌合されて保持されている。そし
てリング状の押さえ盤３４をボルト３５でホルダ３３に
取付けることにより、ダイス２は耐圧盤３０の上面側に
固定されている。

【００１６】マンドレル４は、略円柱状をなし、ダイス
２のダイス孔２０内に略同軸的に配置されており、粗形
材７の内周部を規定、拘束するものである。そして、ダ
イス２のダイス孔２０の内周部とマンドレル４の外周部
との間には、拡径凹部２２を含むリング状の隙間４４が
形成されている。この隙間４４は、ギヤ部品１となる中
間成形体８を成形するための成形キャビティとなる。

【００１７】図３に示す様に、マンドレル４とダイス２
との間には、離型用のノックアウトスリーブ５０、ノッ
クアウトスリーブ５０を押し上げるノックアウトピン５
２が配置されている。ノックアウトピン５２はマンドレ
ル４に形成されているピン通路５７を通過する。更に上
記した鍛造装置の昇降可能な図略の上ボルタスタ側に
は、押圧型として機能する略円柱状のパンチ５５が保持
され、更に、パンチ５５を包囲するリング状の押さえ盤
５６、５７が保持されている。パンチ５５の先端部には
凹部５５ａを区画するリング状の押込部５５ｃが形成さ
れている。図３に示す様に凹部５５ａはマンドレル４の
先端部４ａに嵌合し、これにより互いの位置決めが行わ
れる。

【００１８】図４はダイス２のダイス孔２０にマンドレ
ル４が挿入されている状態の主要部を示す。図４から理
解できる様に、前記したダイス２のダイス孔２０の内周
部には、成形条溝群２６が形成されている。成形条溝群
２６は、ダイス孔２０の内周部に周方向つまり矢印Ｒ１
方向にそって所定間隔で形成された多数個の成形条溝２
７からなる。成形条溝２７は、前記したスプライン１４
を成形するものであり、ダイス２の軸長方向つまり矢印
Ｐ１方向に平行な方向に延びている。成形条溝２７は、
互いに対向する一対の型面２７ａと、一対の型面２７ａ
をつなぐ型面２７ｂとをもつ。

【００１９】図６〜図８はマンドレル４を示す。図６
は、図８のＷ３−Ｗ４−Ｗ５にそう断面図である。図７
は図６の矢印Ｗ１方向からみた図である。図８は図６の
矢印Ｗ２方向からみた図である。図７に示す様にマンド
レル４の外周部４ｘには合計４個の逃溝４７が周方向に
そって所定の間隔で形成されている。図６に示す様に逃
溝４７はマンドレル４の軸長方向にそってのびている。

【００２０】更に図１及び図４の比較から理解できる様
に、この逃溝４７は、欠歯領域１６に臨む様に位置し、
周方向つまり矢印Ｒ１方向において互いに隣設する２個
の成形条溝２７間に配置されている。図４から理解でき
る様に、逃溝４７は、互いに対向する一対の溝側面４７
ａ、４７ｂと、一対の溝側面４７ａ、４７ｂをつなぐ溝
底面４７ｃとを備えている。図４に示す様に、逃溝４７
の窪み方向は、ダイス２に形成されている成形条溝２７
の窪み方向と反対である。

【００２１】筒状の粗形材７の要部の断面を図９に示
す。粗形材７は、鋼材（例えばＳ４５Ｃ）を熱間鍛造加
工において所定の荒地形状に熱間鍛造成形したものであ
る。この粗形材７は、粗形筒状体７０と、粗形筒状体７
０と一体的に遠心方向に延設された粗形フランジ部７１
と、粗形フランジ部７１から軸長方向に延びる粗形径大
筒状体７２とを備えている。粗形筒状体７０は、ギヤ部
品１の筒状体１０に相当するものである。粗形フランジ
部７１は、ギヤ部品１のフランジ部１１に相当するもの
であり、ギヤ部品１のフランジ部１１と近似した形状、
寸法をもつ。粗形径大筒状体７２は、ギヤ部品１の径大
筒状体１２に相当するものであり、ギヤ部品１の径大筒
状体１２と近似した形状、寸法をもつ。

【００２２】図９において粗形材７によれば、粗形筒状
体７０の内径Ｄａは８３．８ｍｍ、粗形筒状体７０の外
径Ｄｂは１００．２ｍｍ、粗形径大筒状体７２の内径Ｄ
ｃは１０８ｍｍ、粗形径大筒状体７２の外径Ｄｄは１１
８ｍｍが目標値とされている。なお内径や外径は直径を
意味する。図９において、本実施例では、ダイス２の成
形条溝２７の谷に相当する部位の大内径Ｄ４は、粗形材
７に係る外径Ｄｂに近似した値とされ、即ち９９．７８
５ｍｍとされている。成形条溝２７の山に相当する部位
の内径Ｄ５は９５．７８６ｍｍが目標値とされている。
拡径凹部２２の垂直面２２ｔの内径Ｄ３は１１８ｍｍが
目標値とされている。マンドレル４の外径Ｄ６は、粗形
材７に係る内径Ｄａと近似した値とされ、８３．７ｍｍ
とされている。

【００２３】さて本実施例の押込工程では、図９に示す
様に、ダイス２のダイス孔２０の内周部とマンドレル４
の外周部との間のリング状の隙間４４に、筒状の粗形材
７の粗形筒状体７０側を対面させる。そしてこの状態
で、図略の鍛造装置を駆動させて、図１０に示す様にパ
ンチ５５を矢印Ｙ１方向に降下させる。すると、パンチ
５５の押込部５５ｃにより粗形材７は強圧され、ダイス
２とマンドレル４との間の隙間４４内に、粗形材７は強
制的に押し込められる。なお、この押込工程は粗形材７
が常温状態である冷間状態で実施される。

【００２４】この押込工程においては、粗形材７のうち
主として粗形筒状体７０の材料がダイス２の成形条溝２
７で区画された空隙に矢印Ｎ１方向（図１０参照）に流
れ込む。この結果成形条溝２７の型面２７ａ、２７ｂに
より、粗形材７の外周部に、多数個のスプライン１４が
成形される。スプライン１４は、成形条溝２７と実質的
に型対象の形状となり、軸長方向つまり矢印Ｐ１方向と
平行な方向に延びる（図１参照）。

【００２５】さて本実施例においては、欠歯領域１６に
はスプライン１４が形成されないので、欠歯領域１６に
対応する粗形材７の材料部分は、前述のごとく余分とな
り、本来的には行き場がないものである。従って、欠歯
領域１６のため余分となる材料は、マンドレル４の逃溝
４７（本実施例では合計４個）に矢印Ｎ２方向（図１０
参照）に流れ込む。これにより図１、図２に示す様な余
肉逃がし突部８０となる。従って、スプライン１４の他
に余肉逃がし突部８０（合計４個）をもつリング状の中
間成形体８が形成される。

【００２６】図２に示す様に、周方向つまり矢印Ｒ１方
向において、余肉逃がし突部８０と欠歯領域１６とは略
同位相とされている。図５は、余肉逃がし突部８０付近
の拡大図を示す。図５において仮想線Ｔ１、Ｔ２は中間
成形体８の半径方向に沿い、余肉逃がし突部８０の周方
向における端面８０ｈ、８０ｉの根元と中間成形体８の
中心軸芯とを仮想的に結ぶ線である。図５に示す様に、
逃がし突部８０の周方向における一方の端面８０ｈ（別
の見方をすれば、逃溝４７の溝側面４７ａ）は、仮想線
Ｔ１よりも角度αぶん内側に位置している。また他方の
端面８０ｉ（別の見方をすれば、逃溝４７の溝側面４７
ｂ）も同様に、仮想線Ｔ２よりも角度β（α＝β）ぶん
内側に位置している。

【００２７】本実施例では、余肉逃がし突部８０の横断
面積（つまり逃溝４７の横断面積）をＳＡとし、スプラ
イン１４の横断面積（つまり成形条溝２７の横断面積）
をＳＢとすると、バリの回避のためには、両者の関係は
ＳＢ≦ＳＡであることが好ましい。上記した様に中間成
形体８を成形したら、その後は、パンチ５５を矢印Ｙ２
方向に上昇させてダイス２から離脱させると共に、ノッ
クアウトピン５２を押し上げてノックアウトスリーブ５
０を押し上げ、これにより中間成形体８をダイス２のダ
イス孔２０から取り出す。

【００２８】その後、除去工程を実施すべく、その中間
成形体８を切削加工機にセットする。そして、切削加工
機の切削具により、中間成形体８の余肉逃がし突部８０
を切削除去する。この場合には、余肉逃がし突部８０を
含む中間成形体８の内周部８ｉ全体を所定深さぶん切削
除去する形態としても良い。或いは、余肉逃がし突部８
０のみを切削除去する形態としても良い。これにより中
間成形体８から、スプライン１４を備えたギヤ部品１が
形成される。

【００２９】（試験例）上記した形態において、マンド
レル４の外周部に形０した逃溝４７の溝幅（周方向にそ
う円弧状の幅寸法）をＬ１（図４参照）とし、溝深さを
Ｋ１（図４参照）としたとき、Ｌ１とＫ１とを適宜変更
し、両者の関係を試験した。試験結果を図１１に示す。
図１１において●は余肉によるバリ発生有りを意味し、
○は余肉によるバリ発生無しを意味する。

【００３０】本実施例における形態では、図１１に示す
様に、溝深さＫ１が大きくても、逃溝４７の溝幅Ｌ１が
小さな場合には、バリが発生して『バリ有領域』の領域
となり易い。また溝深さＫ１が小さくても、溝幅Ｌ１が
大きくなるにつれて、バリが発生しにくくなり、『バリ
無領域』の領域に移行することが確認された。但し、溝
幅Ｌ１が過剰に大きくなると、成形条溝２７に流れてス
プライン１４を本来形成するはずの材料部分が成形条溝
２７に流れにくくなることもある。この意味では溝幅Ｌ
１を過剰に大きくすることは、好ましくない。従って図
５に示す様に余肉逃がし突部８０の端面８０ｈとスプラ
イン１４の歯元との間には、ΔＬの間隔を設定すること
が好ましい。また、溝深さＫ１が過剰に大きくなると、
逃溝４７への材料の流れ込みが充分行われないため、溝
深さＫ１を過剰に大きくすることも、好ましくない。

【００３１】この様な試験結果から、本実施例に係るス
プライン１４の形態においては、逃溝４７の溝幅Ｌ１は
６ｍｍ程度、溝深さＫ１は２ｍｍ程度が好ましいことが
推定される。 （他の例）上記した例ではスプライン１４は中間成形体
８の外周部に形成され、余肉逃がし突部８０は中間成形
体８の内周部８ｉに形成されているが、これに限定され
るものではなく、逆の形態でも良い。即ち、スプライン
は、ギヤ部品１となる中間成形体８の内周部８ｉに形成
され、余肉逃がし突部は中間成形体８の外周部に形成さ
れていても良い。この場合には、スプラインを成形する
成形条溝はマンドレル４の外周部４ｘに形成され、周方
向において欠歯領域と同じ位相の逃溝は、ダイス２のダ
イス孔２０の内周部に形成される。

【００３２】上記した実施例では、欠歯領域１６の数は
４個であるが、これに限定されず、それ以下でも以上の
数でも良い。上記した実施例では、歯状突条として、ス
プライン１４の成形に適用した形態であるが、スプライ
ン以外の形態に適用することもできる。例えば、歯状突
条として、軸長方向にのびるギヤ歯に適用する形態でも
良い。

【００３３】上記した寸法関係に限定されるものではな
く、必要に応じて適宜変更できることは勿論である。上
記した例は鍛造成形に適用した例であるが、これに限ら
ず、押出用のダイス及びマンドレルを用い、粗形材を押
出加工することにより、スプラインを形成する押出成形
装置に適用することもできる。

【００３４】その他、本発明は上記しかつ図面に示した
実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しな
い範囲内で必要に応じて適宜選択できるものである。

【００３５】

【発明の効果】本発明方法によれば、欠歯領域に対応す
る粗形材の材料部分は本来的には余肉となるが、この余
肉となる材料部分は、欠歯領域に対応する位置に形成さ
れている逃溝に流れ込む。従って、余肉となる材料部分
がバリとなることを軽減、回避するのに有利となる。よ
ってバリに起因するキズの軽減、回避に有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】ギヤ部品となる中間成形体の余肉逃がし突部付
近の斜視図である。

【図２】中間成形体の底面図である。

【図３】鍛造装置の要部の縦断面図である。

【図４】ダイスのダイス孔に挿入されているマンドレル
の外周部に形成した逃溝付近の拡大斜視図である

【図５】中間成形体の主要部の構成図である。

【図６】図８のＷ３−Ｗ４−Ｗ５に沿うマンドレルの断
面図である。

【図７】図６を矢印Ｗ１方向からみた状態の図である。

【図８】図６を矢印Ｗ２方向からみた状態の図である。

【図９】ダイスの上方に粗形材を位置させた状態の断面
図である。

【図１０】パンチで粗形材をダイスのダイス孔に押し込
めた状態を示す断面図である。

【図１１】バリの発生の有無における逃溝の溝幅と溝深
さとの関係を示すグラフである。

【図１２】一部切断した状態を示すスプラインを備えた
ギヤ部品の斜視図である。

【図１３】パンチで粗形材をダイスのダイス孔に押し込
めた状態を模式的に示す従来技術に係る断面図である。

【図１４】粗形材をダイスのダイス孔に押し込めた際に
発生したバリをもつ粗形材を模式的に示す従来技術に係
る構成図である。

【符号の説明】

図中、１はギヤ部品（金属成形品）、１４はスプライン
（歯状突条）、１６は欠歯領域、２はダイス、２６は成
形条溝群、２７は成形条溝、４はマンドレル、４７は逃
溝、５５はパンチ、７は粗形材、８は中間成形体、８０
は余肉逃がし突部を示す。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B21K 1/30 B21J 5/06 B21J 5/12

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内周部及び外周部の一方において周方向に
   間隔を隔てて列設され軸長方向と平行に延びる多数個の
   歯状突条をもち、該周方向の所定位置において該歯状突
   条が存在しない欠歯領域とされた金属成形品を得る方法
   であり、 筒状をなす金属製の粗形材と、 ダイス孔を備え該粗形材の外周部を規定するダイスと、 該ダイスのダイス孔内に略同軸的に配置され該粗形材の
   内周部を規定するマンドレルと、 該ダイス孔の内周部及び該マンドレルの外周部の一方に
   形成され、軸長方向と平行な方向に延び該金属成形品に
   該歯状突条を成形する多数個の成形条溝からなる成形条
   溝群と、 該ダイス孔の内周部及び該マンドレルの外周部の他方に
   形成され、周方向において互いに隣設する成形条溝間に
   位置すると共に周方向において該欠歯領域と対応する位
   相に設けられ、半径方向において該成形条溝群の窪み方
   向と反対の方向に窪む逃溝と、 を用い、 該ダイスのダイス孔の内周部と該マンドレルの外周部と
   の間のリング状の隙間に、筒状の該粗形材をパンチによ
   り強圧して押し込み、 該成形条溝群により、該粗形材の外周部及び内周部の一
   方に、軸長方向と平行な方向に延びる多数個の歯状突条
   を成形すると共に、 該欠歯領域に対応する該粗形材の材料部分を逃溝に流入
   させ、余肉逃がし突部をもつ中間成形体を形成する押込
   工程と、 該ダイスから取り出した該中間成形体の該余肉逃がし突
   部を切削除去し、金属成形品を得る除去工程と、 を順に実施することを特徴とする欠歯領域を備えた歯状
   突条をもつ金属成形品の成形方法。