JP3769856B2 - ギヤの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内周にヘリカルスプラインを有し、外周に平歯車を有するギヤの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、冷間押し出し加工により部品の内周にヘリカルスプラインを形成する方法がある。しかし、この冷間押し出し加工では、ヘリカルアングルの加工限界が１８度程度と低く、１８度以上のヘリカルアングルには対応できない。これに対し、特公昭６２−４５０１２号公報に開示された「筒状部品の内径形状加工方法」によれば、ヘリカルアングルの加工限界を約３６度まで向上させることが可能である。この加工方法では、円筒形を成す素材の軸方向端部に鍔部を設け、その鍔部側の内径に段付内径（穴）を予め加工しておき、鍔部側より押型を素材の内径（穴）に押込み、素材（筒部）に引張力を与えながら塑性変形によって内径面にヘリカルスプラインを成形することができる。
【０００３】
また、特公昭５３−８５３９号公報では、平歯車の端部にチャンファを成形する方法が開示されている。この方法によれば、内周に歯形成形部を有するダイに対し、素材をポンチにより押圧して歯形（平歯車）を成形した後、ダイの奥部に設けてあるチャンファ成形部で素材の端面にチャンファを連続して成形することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図４に示す様な内周にヘリカルスプライン１ａ（ヘリカルアングル１８度以上）を有し、外周に平歯車１ｂを有するギヤ１を製造しようとする場合、特公昭６２−４５０１２号公報に示された加工方法を用いると、加工工程を二工程に分ける必要が生じる。つまり、第一工程で外歯（平歯車）の成形と同時に内歯（ヘリカルスプライン）の加工基準となる鍔部を成形し、第二工程で内歯を成形する。このため、各工程毎の同軸度等の精度調整が必要となり、加工時間が大幅に長くなる。
また、特公昭５３−８５３９号公報に示された方法でチャンファ１ｃを成形する場合、型内が密閉状態となるため、素材の重量バラツキにより過度の加工圧が加わると、型を早期に破損させる恐れがある。そのため、寸法精度の良い製品を製造するためには、成形加工の直前に素材の重量を検査する設備や検査時間が必要となり、大幅なコストアップを招くという問題が生じる。
【０００５】
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、ヘリカルスプラインのヘリカルアングルに関係なく、外歯（平歯車）と内歯（ヘリカルスプライン）とを同一工程で加工できるギヤの製造方法、及びチャンファ成形時に素材の重量バラツキを管理することなく、寸法精度の良い製品を製造できるギヤの製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の手段によれば、ダイの円筒内周面の内側に素材を配置して、マンドレルのヘリカルスプライン成形歯を素材の内周に挿入すると共に、アウタパンチとノックアウトピンとで素材を上下から挟み込んで素材の両端面を加圧することにより、素材の外周面が円筒内周面に規制された状態で、素材が内径方向へ流動して、素材の内周にヘリカルスプラインが成形され、更に、連続してアウタパンチで素材の上端面を加圧しながらノックアウトピンを押し下げることにより、平歯車成形歯の内周空間に素材が押し出されて、素材の外周に平歯車が成形される。
この場合、ヘリカルスプラインの成形から平歯車の成形まで連続した工程（同一工程）で行うことができるため、従来の様な各工程毎の精度調整が不要である。また、すえ込み加工によって素材の内周にヘリカルスプラインを成形するため、ヘリカルアングルに関係なく、外歯（平歯車）と内歯（ヘリカルスプライン）とを同一工程で加工できる。
【０００８】
請求項２の手段によれば、ノックアウトピンとアウタパンチとで素材を両端面から加圧した後、背圧装置によりノックアウトピンの背圧を開放することでノックアウトピンが移動可能となる。これにより、アウタパンチで素材を加圧して平歯車成形歯の内周空間へ押し出すことができる。
【０００９】
請求項３の手段によれば、素材の下端面と対向するノックアウトピンの上端面にチャンファ成形部を設けて、ヘリカルスプラインの成形と同時に、素材の下端面にチャンファを形成することができる。この場合、素材の重量バラツキをヘリカルスプラインの成形によって吸収できる（つまり、素材の重量に応じてヘリカルスプラインの成形程度が変化する）ため、チャンファ成形時に素材の重量バラツキを管理する必要がなく、重量バラツキが生じても過度の加工圧が加わることを防止できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明のギヤの製造方法を図面に基づいて説明する。
図１はギヤ製造装置の断面図である。
本実施例のギヤ１は、例えばスタータのピニオンギヤとして使用されるもので、図４に示す様に、内周にヘリカルスプライン１ａ（以下、内歯１ａと言う）を有し、外周に平歯車１ｂ（以下、外歯１ｂと言う）を有する。また、外歯１ｂの軸方向一端面にはチャンファ１ｃが形成され、外歯１ｂの軸方向他端側には、円形の鍔部１ｄが設けられている。なお、鍔部１ｄの外径は、外歯１ｂの外径と略同一である。
【００１１】
ギヤ製造装置２は、図１に示す様に、下型３と上型４より構成され、予め環状体に成形された素材１Ａを加工（鍛造）して上述のギヤ１を製造する装置である。
下型３は、ダイ５とノックアウトピン６とを具備し、下型３に固定されたダイ５に対しノックアウトピン６が図１の上下方向に移動可能に設けられている。
ダイ５は、図２に示す様に、円筒内周面５ａを有し、この円筒内周面５ａにギヤ１の外歯１ｂを成形するための複数の成形歯５ｂ（平歯車成形歯／図３参照）が中心方向へ突出して設けられている。
ノックアウトピン６は、図２に示す様に、筒部６ａの外周に複数の歯部６ｂが突設され、その歯部６ｂがダイ５の成形歯５ｂに嵌合した状態でダイ５の内周に挿入されている。但し、ノックアウトピン６がダイ５の内周を軸方向（図１の上下方向）に摺動できる様に、ノックアウトピン６の歯部６ｂの外周形状はダイ５の成形歯５ｂの内周形状より若干小さく設定されている。また、歯部６ｂの上端にはギヤ１のチャンファ１ｃを成形するためのチャンファ成形部６ｃが設けられている。
【００１２】
下型３には、油を貯留する油溜室７が形成され、この油溜室７が油路８を通じて背圧装置９に接続されている。油溜室７には、背圧装置９の圧力（背圧）に応じて油溜室７を上下方向に移動できるシリンダ１０が嵌合し、このシリンダ１０に連結部材１１を通じてノックアウトピン６が連結されている。
背圧装置９は、油路８を通じて油溜室７の油を流出させるリリーフバルブ（図示しない）を備え、このリリーフバルブの開弁圧力を調整することによりノックアウトピン６の背圧を制御する。従って、ノックアウトピン６は、背圧装置９で設定された背圧を受けて保持されており、ノックアウトピン６の上方から背圧以上の圧力が加わると下方へ移動することができる。
【００１３】
上型４は、マンドレル１２、アウタパンチ１３、及びスライドノックアウト機構１４を具備し、下型３に対し上下方向にスライド可能に設けられている。
マンドレル１２は、円柱形状の下端部外周にギヤ１の内歯１ａを成形するための複数の成形歯１２ａ（ヘリカルスプライン成形歯／図２参照）が形成されている。但し、成形歯１２ａの外径は、ノックアウトピン６の筒部６ａの内径より若干小さく、筒部６ａの内周に挿入可能な大きさに設定されている。また、マンドレル１２は、アウタパンチ１３に対し回転可能に設けられている。
アウタパンチ１３は、マンドレル１２の外周に嵌合する円筒形状に設けられている。但し、アウタパンチ１３の外径は、ダイ５の円筒内周面５ａの内径より若干小さく、ダイ５の円筒内周面５ａに挿入可能な大きさに設定されている。
スライドノックアウト機構１４は、マンドレル１２に対しアウタパンチ１３を軸方向に移動させるものである。
【００１４】
次に、ギヤ製造装置２によるギヤ１の製造方法について説明する。
まず、ダイ５の円筒内周に素材１Ａを配置する。
なお、環状体を成す素材１Ａは、その内径がマンドレル１２の成形歯１２ａの外径より若干大きく、素材１Ａの外径がダイ５の円筒内周面５ａの内径より若干小さく成形されている。
続いて、上型４を下方へ降下させてマンドレル１２を素材１Ａの内周に挿入するとともに、ノックアウトピン６とアウタパンチ１３とで素材１Ａを挟み込んだ状態で、外歯１ｂが僅かに成形される位置まで素材１Ａを押し込む。この位置で、背圧装置９によりノックアウトピン６の背圧を素材１Ａの端面にチャンファ１ｃを成形可能な大きさに調整する。
【００１５】
その後、更に上型４を降下させてノックアウトピン６とアウタパンチ１３とで素材１Ａを加圧する。加圧された素材１Ａは、外周面がダイ５の円筒内周面５ａによって規制されているため、隙間のある内径方向およびノックアウトピン６のチャンファ成形部６ｃへ流動する。これにより、図２に示す様に、マンドレル１２の成形歯１２ａ間の溝に素材１Ａが流れ込むことで、素材１Ａの内周に内歯１ａが予備成形され（この時点では、未だ完全な内歯１ａの形状には成形されていない）、且つ素材１Ａの下端面にチャンファ１ｃが成形される。
【００１６】
次に、背圧装置９のリリーフバルブを開いてノックアウトピン６の背圧を開放する。これにより、ノックアウトピン６が下方へ移動可能となるため、それまでノックアウトピン６により下端面を支持されていた素材１Ａが、上型４の降下に伴ってアウタパンチ１３にて下方へ押し出される。その結果、ダイ５の内周に突設する成形歯５ｂによって素材１Ａの外周に鍔部１ｄを有する外歯１ｂが押し出し成形されるとともに、その外歯１ｂの成形時に素材１Ａが内径方向へも流動することにより、予備成形された内歯１ａが最終形状に成形されて鍛造品ギヤ１として完成する（図３参照）。
【００１７】
内歯１ａと外歯１ｂの成形が完了した後、上型４を上昇させるとともに、ノックアウトピン６を上方へ押し上げてダイ５からギヤ１を排出する。更に、マンドレル１２を回転させながらスライドノックアウト機構１４によりアウタパンチ１３を下方へスライドさせる。この結果、成形時に噛み合っていたギヤ１の内歯１ａがマンドレル１２の成形歯１２ａから外れて、マンドレル１２からギヤ１が排出される。
【００１８】
（本実施例の効果）
本実施例によれば、内周にヘリカルスプライン１ａを有し、外周に平歯車１ｂを有するギヤ１を、ギヤ製造装置２により一回の鍛造加工で製造できるため、従来の様な各工程毎の精度調整が不要である。また、すえ込み加工によって素材１Ａの内周にヘリカルスプライン１ａを成形するため、ヘリカルアングルに関係なく（ヘリカルアングル１８度以上でも）、平歯車１ｂとヘリカルスプライン１ａとを同一工程で加工できる。
【００１９】
更に、本実施例では、ノックアウトピン６の上端面にチャンファ成形部６ｃを設けて、ヘリカルスプライン１ａを予備成形するのと同時に、素材１Ａの下端面にチャンファ１ｃを成形することができる。この場合、素材１Ａの重量バラツキをヘリカルスプライン１ａの予備成形によって吸収できる（つまり、素材１Ａの重量に応じてヘリカルスプライン１ａの成形程度が変化する）ため、チャンファ１ｃの成形時に素材１Ａの重量バラツキを管理する必要がなく、重量バラツキが生じても過度の加工圧が加わることを防止できる。これにより、成形加工の直前に素材１Ａの重量を検査することなく、寸法精度の良い製品（ギヤ１）を提供することができる。また、素材１Ａの重量を検査するような設備や検査時間が不要となるため、大幅なコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ギヤ製造装置の断面図である。
【図２】ギヤの製造工程を示す断面図である。
【図３】ギヤの製造工程を示す断面図である。
【図４】ギヤの斜視図である。
【符号の説明】
１ ギヤ
１Ａ 素材
１ａ 内歯（ヘリカルスプライン）
１ｂ 外歯（平歯車）
１ｃ チャンファ
１ｄ 鍔部
５ ダイ（外歯成形部材）
５ａ 円筒内周面
５ｂ 成形歯（平歯車成形歯）
６ ノックアウトピン
６ｃ チャンファ成形部
９ 背圧装置
１２ マンドレル（内歯成形部材）
１２ａ 成形歯（ヘリカルスプライン成形歯）
１３ アウタパンチ

Claims (3)

1. 予め環状体に成形された素材より、外周に平歯車を有し、内周にヘリカルスプラインを有するギヤの製造方法であって、
   円筒内周面を形成すると共に、前記円筒内周面の下部側内周に複数の平歯車成形歯が中心方向へ突出して設けられたダイと、
   筒部の外周に複数の歯部が設けられ、この歯部が前記平歯車成形歯に嵌合した状態で前記ダイの内側に挿入され、且つ前記ダイに対し軸方向に相対移動できるノックアウトピンと、
   このノックアウトピンの筒部の内周に挿入可能な円柱形状を有し、この円柱形状の下端部外周にヘリカルスプライン成形歯が設けられたマンドレルと、
   前記マンドレルの外周に嵌合して軸方向に相対移動できる円筒形状を有すると共に、前記ノックアウトピンに対向して前記ダイの円筒内周面に挿入可能に設けられるアウタパンチとを備え、
   前記ダイの円筒内周面の内側に前記素材を配置して、前記マンドレルのヘリカルスプライン成形歯を前記素材の内周に挿入すると共に、前記アウタパンチと前記ノックアウトピンとで前記素材を上下から挟み込んで前記素材の両端面を加圧することにより、前記素材の外周面が前記円筒内周面に規制された状態で、前記素材が内径方向へ流動して、前記素材の内周にヘリカルスプラインが成形され、
   更に、連続して前記アウタパンチで前記素材の上端面を加圧しながら前記ノックアウトピンを押し下げることにより、前記平歯車成形歯の内周空間に前記素材が押し出されて、前記素材の外周に平歯車が成形されることを特徴とするギヤの製造方法。
2. 前記ノックアウトピンに背圧を付与する背圧装置を備え、
   この背圧装置は、前記ノックアウトピンと前記アウタパンチとで前記素材を両端面から加圧した後、前記ノックアウトピンに加わる背圧を開放することを特徴とする請求項１記載のギヤの製造方法。
3. 前記素材の下端面と対向する前記ノックアウトピンの上端面にチャンファ成形部を設け、前記ヘリカルスプラインの成形と同時に前記素材の下端面にチャンファを成形することを特徴とする請求項１または２記載のギヤの製造方法。

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