JP2019171402A - はすば歯車及びはすば歯車の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄等の硬い素材により構成され、ねじれ角が大きな歯や、モジュールの値が大きな歯を有するはすば歯車、及び、当該はすば歯車を製造するはすば歯車の製造方法を提供すること。【解決手段】歯車部１０を有し、歯車部１０には、歯直角に対して直角な方向で切った歯の断面に平行なファイバーフローが形成されている、前方押し出し方式で常温の被加工材が金型に押込まれて成形されたはすば歯車１である。また、被加工材を前段金型に押込むことにより前段金型によって平歯車を成形する平歯車成形工程と、平歯車の軸心を中心に被加工材を捻り部材により保持して捻りながら、前段金型によって成形された平歯車を押込み部材により後段金型に押込むことにより、後段金型によってはすば歯車１を成形するはすば歯車成形工程と、を有するはすば歯車の製造方法である。【選択図】図１

Description

本発明は、はすば歯車及びはすば歯車の製造方法に関する。

従来より、ねじれ角を有するはすば歯車を成形する前方押し出し方式の冷間鍛造が知られている（例えば、特許文献１参照）。冷間鍛造を行う歯車成形型においては、第１のダイスによってねじれ角２０°の歯を成形し、その成形した歯を第２のダイスによってねじれ角３０°の歯に成形する。第１のダイス、第２のダイスによってそれぞれ所定のねじれ角の歯が形成される際には、当該歯を形成するための第１のダイスの歯形、第２のダイスの歯形のそれぞれのねじれ角によって、歯が形成される素材は回転させられる。

実開昭５８−４３８４２号公報

上述の従来の前方押し出し方式による冷間鍛造では、例えば、素材として鉄を用いる場合には、３０°以上はおろか２０°以上のねじれ角が大きな歯を成形することや、モジュール２以上の大きな歯を成形することは実際にはできない。ねじれ角が大きいと、成形荷重が大きくなり過ぎて、金型が破損するためである。また、モジュールの大きな歯を成形する場合には、金型の負荷が大きく、金型が破損したり金型の寿命が極端に短くなったりするためである。また、ワークが金型歯先まで充填されず、所定の形状に成形できない、ワークを離型できない、という問題も生ずる。

本発明は、鉄等の硬い素材により構成され、ねじれ角が大きな歯や、モジュールの値が大きな歯を有するはすば歯車、及び、当該はすば歯車を製造するはすば歯車の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明は、歯車部（例えば、後述の歯車部１０）を有し、前方押し出し方式で常温の被加工材（例えば、後述のワークＷ）が金型（例えば、後述の金型部３００）に押込まれて成形されたはすば歯車（例えば、後述のはすば歯車１）であって、前記歯車部には、歯直角に対して直角な方向で切った歯の断面に平行なファイバーフロー（例えば、後述のファイバーフロー１３）が形成されている、はすば歯車を提供する。

これにより、はすば歯車の歯を形成するためのカッターを使ったいわゆる歯切りにより製造されたはすば歯車と比較して、歯切りによる切粉が発生しないため、被加工材にかかる仕込み材料を少なく抑えられたはすば歯車とすることができる。また、歯切りの場合には、歯数が多い程加工時間を要するが、前方押し出し方式で常温の被加工材を金型に押込む成形では上下の金型による圧縮成形であるため、圧倒的な短時間で製造された、ねじれ角が２０°以上、モジュールの値が２以上のはすば歯車とすることができる。

また、前方押し出し方式で常温の被加工材を金型に押込む成形によって形成されたはすば歯車においては、はすば歯車を構成する材料のファイバーフローが繋がっている。このため、歯元部に残留圧縮応力をもたせることで、強度が向上したはすば歯車とすることができる。より詳細には、歯への回転力の入力方向が歯直角に対して直角方向となるはすば歯車において、前方押し出し方式で常温の被加工材を金型に押込む成形により、はすば歯車において形成されるファイバーフローは、はすば歯車への回転力の入力方向に対して直交する方向に延びる。このため、歯のせん断荷重（特に衝撃荷重）に対して有利に働くはすば歯車とすることができる。

この場合、前記歯車部と一体成形された回転軸（例えば、後述の回転軸部２０）を有することが好ましい。これにより、はずば歯車を成形する際に、回転軸を保持した状態で、被加工材の端部を回転させるようにして捻ることを容易とすることができる。

また、本発明は、被加工材（例えば、後述のワークＷ）を前段金型（例えば、後述の前段金型３１０）に押込むことにより前記前段金型によって平歯車（例えば、後述の平歯車Ｗ１１、Ｗ１２）を成形する平歯車成形工程と、前記平歯車の軸心を中心に前記被加工材を捻り部材（例えば、後述のワーク捻り部４００）により保持して捻りながら、前記前段金型によって成形された前記平歯車（例えば、後述の平歯車Ｗ１２）を押込み部材（例えば、後述のプレス部２００）により後段金型（例えば、後述の後段金型３３０）に押込むことにより、前記後段金型によってはすば歯車（例えば、後述のはすば歯車Ｗ１３、歯車部１０）を成形するはすば歯車成形工程と、を有するはすば歯車の製造方法を提供する。

これにより、押込み部材により付加される成形荷重を低く抑えることが可能であるため、比較的小さなプレス機で押込み部材を構成してはずば歯車を製造することができる。また、後段金型と被加工材との間における焼付きを抑えることができる。また、製造されるはすば歯車の歯のねじれ角が２０°以上と大きい場合であっても、成形荷重が大きくなり過ぎることを抑えることができ、後段金型が破損することを抑えることができる。また、モジュールの値が２以上と大きい歯のはすば歯車を製造する場合であっても、金型への負荷を抑えるこが可能となり、金型が破損すること、又は、金型寿命が極端に短くなることを抑えることができる。即ち、従来では、金型の破損等により、ねじれ角が２０°以上と大きいはすば歯車や、モジュールの値が２以上と大きい歯のはすば歯車を製造することは、前方押し出し方式の冷間鍛造ではできなかったが、本発明による前方押し出し方式で常温の被加工材を金型に押込む成形では、製造することができる。

また、はすば歯車の歯を形成するためのカッターを使ったいわゆる歯切りによってはすば歯車を製造する場合と比較して、歯切りによる切粉が発生しないため、被加工材にかかる仕込み材料を少なく抑えて、はすば歯車を製造することができる。また、歯切りの場合には、歯数が多い程加工時間を要するが、本発明による前方押し出し方式で常温の被加工材を金型に押込む成形では、上下の金型による圧縮成形であるため、圧倒的な短時間ではすば歯車を製造することができる。

また、前方押し出し方式で常温の被加工材を金型に押込む成形によって形成するため、はすば歯車においては、はすば歯車を構成する材料のファイバーフローが繋がっている。このため、歯元部に残留圧縮応力をもたせた、強度が向上したはすば歯車を製造することができる。より詳細には、歯への回転力の入力方向が歯直角に対して直角方向となるはすば歯車において、前方押し出し方式で常温の被加工材を金型に押込む成形により、はすば歯車において形成されるファイバーフローは、はすば歯車への回転力の入力方向に対して直交する方向に延びる。即ち、歯のせん断荷重（特に衝撃荷重）に対して有利に働くはすば歯車を製造することができる。

また、前記前段金型は、第１金型（例えば、後述の第１金型３１２）と第２金型（例えば、後述の第２金型３１３）とを有し、前記第１金型は、押込まれた前記被加工材を、第１の歯たけを有する平歯車（例えば、後述の平歯車Ｗ１１）に成形し、前記第２金型は、前記第１の歯たけを有する平歯車を、前記第１の歯たけよりも高い第２の歯たけを有する平歯車（例えば、後述の平歯車Ｗ１２）に成形することが好ましい。

これにより、被加工材を前段金型に押し込むための押込み部材による大きな負荷をかけずに、第２金型に形成されている溝の先端まで被加工材を充填させることが可能となり、直接第２の歯たけを有する平歯車を成形する場合と比較して、前段金型への負荷を抑えることが可能となり、前段金型の破損や前段金型の寿命が極端に短くなることを抑えることが可能となる。

また、前記後段金型は、第３金型（例えば、後述の第３金型３３１）と第４金型（例えば、後述の第４金型３３２）とを有し、前記第３金型は、押込まれた前記平歯車を、第１のねじれ角を有するはすば歯車（例えば、後述のはすば歯車Ｗ１３）に成形し、前記第４金型は、前記第１のねじれ角を有するはすば歯車を、前記第１のねじれ角よりも大きな第２のねじれ角を有するはすば歯車（例えば、後述の歯車部１０）に成形することが好ましい。

これにより、最終的に成形される第２のねじれ角を有するはすば歯車を直接成形する場合と比較して、第１のねじれ角を有するはすば歯車を第２のねじれ角を有するはすば歯車へと変形させるため、後段金型への負荷を抑えることが可能となり、最終的なはすば歯車のねじれ角が２０°以上であっても、はすば歯車を成形することができ、且つ、後段金型の破損や後段金型の寿命が極端に短くなることを抑えることが可能となる。

また、前記ねじり部材は、前記被加工材に一体成形された回転軸（例えば、後述の回転軸部２０）に係合して回転する回転部材（例えば、後述のワーク接続部４４０）により構成され、前記はすば歯車成形工程では、前記回転部材によって前記被加工材を捻ることが好ましい。

これにより、はすば歯車を成形する第３金型、第４金型において被加工材が成形されているときに、被加工材の回転軸をはすば歯車の歯の螺旋の方向に沿って容易に捻る（回転する）ことが可能となる。

本発明によれば、鉄等の硬い素材により構成され、ねじれ角が大きな歯や、モジュールの値が大きな歯を有するはすば歯車、及び、当該はすば歯車を製造するはすば歯車の製造方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るはすば歯車を示す正面図である。 本発明の一実施形態に係るはすば歯車の歯直角に対して直角な方向で切った歯の断面に平行なファイバーフローが現われている様子を示す正面図である。 本発明の一実施形態に係るはすば歯車の歯直角に対して直角な方向で切った歯の断面の方向を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るはすば歯車の歯直角に対して直角な方向で切った歯の断面の方向を示す側方説明図である。 本発明の一実施形態に係るはすば歯車の歯直角に対して直角な方向で切った歯の断面の方向を示す平面説明図である。 本発明の一実施形態に係るはすば歯車の製造方法において、ワークが前段金型にセットされた状態を示す概略側面図である。 本発明の一実施形態に係るはすば歯車の製造方法において、はずば歯車の成形が完了した状態を示す概略側面図である。 本発明の一実施形態に係るはすば歯車の製造方法において用いられる金型部を示す概略側面図である。 本発明の一実施形態に係るはすば歯車の製造方法において用いられるワーク捻り部を示す概略上面図である。 本発明の一実施形態に係るはすば歯車の製造方法において、はすば歯車の成形に用いられるワークを示す正面図である。 本発明の一実施形態に係るはすば歯車の製造方法において、第１の歯たけを有する平歯車が成形されたワークを示す正面図である。 本発明の一実施形態に係るはすば歯車の製造方法において、第１の歯たけを有する平歯車において第２の歯たけを有する平歯車が成形されている様子を示す正面図である。 本発明の一実施形態に係るはすば歯車の製造方法において、第２の歯たけを有する平歯車が成形されたワークを示す正面図である。 本発明の一実施形態に係るはすば歯車の製造方法において、第１のねじれ角を有するはすば歯車が成形されたワークを示す正面図である。 本発明の一実施形態に係るはすば歯車の製造方法において、ワークに形成された平歯車が第１のねじれ角を有するはすば歯車に成形されてゆく様子を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るはすば歯車の製造方法において、ワークに形成された平歯車が第１のねじれ角を有するはすば歯車に成形されてゆく際に、歯に対して力が作用する箇所を示す説明図である。 本発明の一実施形態によるはすば歯車の製造方法の変形例を示す概略図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。先ず、本実施形態によるはすば歯車１について説明する。図１は、はすば歯車１を示す正面図である。図２Ａは、はすば歯車１の歯直角に対して直角な方向で切った歯の断面に平行なファイバーフロー１３が現われている様子を示す正面図である。図２Ｂは、はすば歯車１の歯直角に対して直角な方向で切った歯の断面の方向を示す説明図である。図２Ｃは、はすば歯車１の歯直角に対して直角な方向で切った歯の断面の方向を示す側方説明図である。図２Ｄは、はすば歯車１の歯直角に対して直角な方向で切った歯の断面の方向を示す平面説明図である。

はすば歯車１は、車両の変速機に用いられるはすば歯車であり、図１に示すように、歯車部１０と回転軸部２０と平行歯スプライン３０とを有している。歯車部１０と回転軸部２０と平行歯スプライン３０とは、後述するはすば歯車の製造方法による、前方押し出し方式による冷間鍛造により、Ｈｖ１５０（ビッカース硬さ）相当以上で歯車に適した構造用炭素鋼材（ＳＣＭ材）のワークＷが一体成形されて構成されている。

回転軸部２０は、図１に示すように、円柱形状を有しており、はすば歯車１の長手方向における一端部（図１に示す上端部）から長手方向における他端部（図１に示す下端部）に至るまで延びている。

歯車部１０は、回転軸部２０の一端部近傍であって回転軸部２０の一端部よりもわずかに下端部寄りの位置に形成されている。前述のように歯車部１０と回転軸部２０とは、一体成形されて構成されているため、歯車部１０は、中空の円筒状（円環状）に形成されてはおらず、中実に形成されている。歯車部１０の外周面にはモジュールの値が２以上であり、且つ、ねじれ角が２０°以上、例えば、本実施形態においては、３１．５°のねじれ角の歯１１が形成されており、はすば歯車１を構成する。モジュールの値を２以上とし、ねじれ角を２０°以上としたのは、従来の前方押し出し方式の冷間鍛造では、２以上のモジュールの値のはすば歯車や、２０°以上のねじれ角のはすば歯車を成形することはできなかったからである。

歯車部１０には、歯直角に対して直角な方向で切った歯の断面に平行なファイバーフロー１３が形成されている。ここで、歯直角に対して直角な方向で切った歯の断面とは、図２Ｂ〜図２Ｄに示すように、一の歯１１の上端部の図２Ｃに示す左端Ｓと、当該一の歯１１の下端部の図２Ｃに示す右端Ｓ’とを結ぶように切った断面を意味する。
具体的には、図２Ａに示すように、歯車部１０における歯１１が延びる方向に沿った断面である歯直角な断面においては、繊維状の金属組織の流れである多数のファイバーフロー１３が、歯車部１０の外周縁に沿うように、図２Ａに示す上側の回転軸部２０の部分から、歯車部１０を通り、図２Ａに示す下側の回転軸部２０の部分に至るまで平行に形成されている。

即ち、平行なファイバーフロー１３は、図２Ａに示す上側の回転軸部２０の部分においては、それぞれ回転軸部２０の外周面から所定の深さで形成されている。そして、平行なファイバーフロー１３は、歯車部１０においても、図２Ａに示す上側の回転軸部２０の部分と同様に、歯車部１０の外周面から所定の深さで形成されるように、上側の回転軸部２０の部分と歯車部１０との境界部分でそれぞれ歯車部１０の外周面の方向へ湾曲し、歯車部１０の外周面に沿って図２Ａの下方向へ延びている。そして、歯車部１０と下側の回転軸部２０の部分との境界部分においても、図２Ａに示す歯車部１０と上側の回転軸部２０の部分の境界部分と同様に、下側の回転軸部２０の外周面から所定の深さで形成されるように、歯車部１０と下側の回転軸部２０の部分との境界部分でそれぞれ下側の回転軸部２０の部分の外周面の方向へ湾曲し、下側の回転軸部２０の部分の外周面に沿って図２Ａの下方向へ延びている。このように歯直角に対して直角な方向で切った歯の断面に平行なファイバーフロー１３が形成されているのは、はすば歯車１が前方押し出し方式の冷間鍛造により鍛造されて成形されたためである。

平行歯スプライン３０は、回転軸部２０の他端部（図１に示す下端部）近傍であって回転軸部２０の他端部よりもわずかに一端部寄りの位置に、回転軸部２０の軸方向（図２Ａにおける上下方向）において歯車部１０に対して所定の間隔を隔てて形成されている。前述のように平行歯スプライン３０と回転軸部２０とは、一体成形されて構成されているため、平行歯スプライン３０は中空の円筒状（円環状）に形成されてはおらず、中実に形成されている。平行歯スプライン３０の外周面には回転軸部２０の軸心に平行な複数の平行歯３１が形成されている。

次に、はすば歯車の製造方法で用いられる冷間鍛造装置１００について説明する。図３は、ワークＷが前段金型３１０にセットされた状態を示す概略側面図である。図４は、はずば歯車１の成形が完了した状態を示す概略側面図である。図５は、金型部３００を示す概略側面図である。図６は、ワーク捻り部４００を示す概略上面図である。

冷間鍛造装置１００は、図３等に示すように、押込み部材としてのプレス部２００と、金型部３００と、捻り部材としてのワーク捻り部４００とを有している。プレス部２００は、ワークガイドピン２１０と、支持部２２０と、アクチュエータ２３０と、上側ガイド２４０とを備えている。

アクチュエータ２３０は、上下方向移動可能な駆動軸２３１を有しており、アクチュエータ２３０が駆動することにより駆動軸２３１を上下方向へ駆動させる。ワークガイドピン２１０は、上下方向に延びる円柱形状を有している。ワークガイドピン２１０の下端部は、はすば歯車１へ成形される被加工材としてのワークＷの上端部に当接し下方向へ押圧する。ワークガイドピン２１０の上端部は、支持部２２０を介してアクチュエータ２３０の駆動軸２３１に固定されている。ワークガイドピン２１０については、不図示の位置検出センサーにより、ワークガイドピン２１０の位置が検出される。

支持部２２０は、基部２２１とピン固定部２２５とを有している。基部２２１には貫通孔２３２が形成されており、貫通孔２３２には、アクチュエータ２３０の駆動軸２３１が貫通している。また、基部２２１の貫通孔２３２の下側の開口には、筒形状部２２３が下方向へ延びるように設けられている。筒形状部２２３の内部には、ワークガイドピン２１０の上端部と、アクチュエータ２３０の駆動軸２３１の下端面との接続部分が位置している。

ピン固定部２２５は、軸心が上下方向に指向し上下方向に駆動するアクチュエータ２３０の駆動軸２３１の下端部に固定されており、アクチュエータ２３０の駆動軸２３１が上下に駆動することにより、駆動軸２３１と一体的に上下する。上側ガイド２４０は、円筒形状を有しており、上側ガイド２４０の上端部は、支持部２２０に固定され、支持部２２０から下方向へ延びている。上側ガイド２４０は、支持部２２０と一体で上下方向へ移動可能である。

金型部３００は、図５に示すように、収納部３０１と、環状部３０２と、前段金型３１０と、後段金型３３０とを有している。収納部３０１は、円筒形状を有している。収納部３０１の内部空間には、前段金型３１０及び後段金型３３０が収納される。環状部３０２は、収納部３０１の上端部の開口に固定されることにより、前段金型３１０及び後段金型３３０を収納部３０１の内部空間に固定する。

前段金型３１０は、ワークＷが押込まれることによりワークＷに平歯車Ｗ１１、Ｗ１２を成形する。具体的には、前段金型３１０は、ワークセット金型３１１と第１金型３１２と第２金型３１３とを有している。ワークセット金型３１１と第１金型３１２と第２金型３１３とは、この順で上から下へ向かって積層されて、収納部３０１の内部空間に収納され収納部３０１に対して固定されている。

ワークセット金型３１１は、ワークＷを支持可能なワーク支持貫通孔３１１２が形成されたワークセット部３１１１を有している。第１金型３１２は、第１成形部３１２１を有している。第１成形部３１２１には、押込まれた被加工材であるワークＷを、第１の歯たけを有する平歯車Ｗ１１に成形するための、第１の深さを有する複数の第１溝３１２３（図４参照）が形成された第１貫通孔３１２２（図５参照）が形成されている。なお、図４等においては、説明の便宜上、第１溝３１２３、第２溝３１３３、第３溝３３１３、第４溝３３２３を１本のみ（第４溝３３２３については２本）図示しているが、実際には、複数本の第１溝３１２３、第２溝３１３３、第３溝３３１３、第４溝３３２３が形成されている。

図５に示すように、第２金型３１３は、第２成形部３１３１を有している。第２成形部３１３１には、後述のように第１金型３１２によって成形された第１の歯たけを有する平歯車Ｗ１１（図９参照）を、第１の歯たけよりも高い第２の歯たけを有する平歯車Ｗ１２（図９参照）に成形するための、第２の深さを有する複数の第２溝３１３３（図４参照）が形成された第２貫通孔３１３２（図５参照）が形成されている。第２金型３１３は、第２貫通孔３１３２と第１貫通孔３１２２とが同軸的な位置関係であって、且つ、上下方向において、全ての第１溝３１２３と全ての第２溝３１３３とが連続する位置関係で、第１金型３１２の下側に積層されている。

後段金型３３０は、第３金型３３１と第４金型３３２とを有している。第３金型３３１と第４金型３３２とは、この順で上から下へ向かって積層されて、収納部３０１の内部空間に収納され、収納部３０１に対して固定されており、第２金型３１３と第３金型３３１とは、この順で上から下へ向かって積層されて、収納部３０１の内部空間に収納され収納部３０１に対して固定されている。

第３金型３３１は、第３成形部３３１１を有している。第３成形部３３１１には、第２金型３１３によって成形された第２の歯たけを有する平歯車Ｗ１２（図１０参照）を、第１のねじれ角を有するはすば歯車Ｗ１３（図１１参照）に成形するため、第１のねじれ角の螺旋状の複数の第３溝３３１３が形成された第３貫通孔３３１２が形成されている。ここで第１のねじれ角の値を、完成品（第２のねじれ角）の１／２程度の１５°としている。具体的には、完成品（第２のねじれ角）の１／４〜３／４の間で設定する事で、金型部３００への負荷を第１金型３１２と第２金型３１３とに分配させて金型寿命を延長させる事が可能である。下限値を１／４としたのは、これより小さい値では、第２金型３１３への負荷が大きくなりすぎるためである。また、上限値を３／４としたのは、これより大きい値では、第１金型３１２への負荷が大きくなりすぎるためである。

第４金型３３２は、第４成形部３３２１を有している。第４成形部３３２１には、第３金型３３１によって成形された第１のねじれ角を有するはすば歯車Ｗ１３（図１１参照）を、第１のねじれ角よりも大きなねじれ角である第２のねじれ角を有するはすば歯車１の歯車部１０（図１参照）に成形するため、第２のねじれ角の螺旋状の複数の第４溝３３２３（図５参照）が形成された第４貫通孔３３２２が形成されている。ここで第２のねじれ角の値は、２０°以上であり、本実施形態では、例えば３１．５°である。２０°以上としたのは、従来の前方押し出し方式の冷間鍛造では、２０°以上のねじれ角のはすば歯車を成形することはできなかったからである。

第４金型３３２は、第４貫通孔３３２２と第３貫通孔３３１２とが同軸的な位置関係であって、且つ、上下方向において、全ての第３溝３３１３と全ての第４溝３３２３とが連続する位置関係となるような位置関係で、第３金型３３１の下側となるように積層されている。また、第３金型３３１は、第３貫通孔３３１２と第２貫通孔３１３２とが同軸的な位置関係であって、且つ、上下方向において、全ての第２溝３１３３と全ての第３溝３３１３とが連続する位置関係となるような位置関係で、第２金型３１３の下側に積層されている。

図３、図４、図６に示すように、ワーク捻り部４００は、金型支持部４１０と、回転円柱部４２０と、アクチュエータ４３０と、ワーク接続部４４０と、下側ガイド４５０とを有している。金型支持部４１０は、外形が略円筒形状を有しており、金型支持部４１０の上端部が後段金型３３０（図５参照）の下端部に対して固定されて、金型部３００を金型支持部４１０に対して固定した状態で支持しており、後述のように、回転円柱部４２０が回転する際に、前段金型３１０及び後段金型３３０が回転しないように回転止めの機能を発揮する。回転円柱部４２０は、金型支持部４１０の内部空間に、金型支持部４１０と同軸的な位置関係で配置されている。図６に示すように、回転円柱部４２０は、ピニオン４２２を有しており、ピニオン４２２は、回転可能に支持されている。図６に示すように、ピニオン４２２の中央部には、ピニオン４２２の軸心方向へ延びる十字形状の十字貫通孔４２３が形成されている。

図６に示すように、アクチュエータ４３０は、回転円柱部４２０の軸心（十字貫通孔４２３の軸心）を中心とする点対称の位置関係で一対設けられている。アクチュエータ４３０は、それぞれアクチュエータ本体４３１と、アクチュエータ４３０から離間／接近可能な駆動軸４３２とを有しており、駆動軸４３２の先端部には、それぞれ複数の歯が形成されたラック４３３が設けられている。ラック４３３は、回転円柱部４２０のピニオン４２２に噛合っており、アクチュエータ４３０が駆動して駆動軸４３２がアクチュエータ４３０本体に対して離間／接近することにより、回転円柱部４２０のピニオン４２２は、十字貫通孔４２３の軸心を中心として、被固定部材４２１に対して十字貫通孔４２３と一体で回転する。駆動軸４３２及びラック４３３については、位置検出センサー４３５により、駆動軸４３２及びラック４３３の位置が検出される。

図４に示すように、ワーク接続部４４０は、ワークＷに一体成形された回転軸部２０に設けられた平行歯スプライン３０（図１参照）に係合して回転する。具体的には、ワーク接続部４４０は、ジョイントピン４４１と、スプラインスリーブ４４５とを有している。ジョイントピン４４１は、円筒形状を有する円筒状部４４１１と、円筒状部４４１１の下端部の近傍部に円筒状部４４１１に固定された十字状部４４１２とを有している。円筒状部４４１１の上端部は、複数の溝が形成された円筒状部スプライン部４４１３を有している。

十字状部４４１２は、円筒状部４４１１に固定され、円筒状部４４１１からそれぞれ円筒状部４４１１の径方向に突出する４つの円筒形状部により構成されている。十字状部４４１２及び円筒状部４４１１は、回転円柱部４２０の十字貫通孔４２３（図６参照）において、回転円柱部４２０の軸心方向である上下方向へ移動可能である。即ち、ワークＷがプレス部２００のワークガイドピン２１０によって下方向へ押されて移動する際に、ワークＷの下側においてワークＷを支持した状態で、ワークＷと一体で、十字状部４４１２及び円筒状部４４１１を有するジョイントピン４４１は、下方向へ移動する。十字状部４４１２は十字貫通孔４２３に係合しており、このように係合した状態で回転円柱部４２０が回転することにより、円筒状部４４１１及び十字状部４４１２は、回転円柱部４２０と一体的に回転しながら、ジョイントピン４４１は、上下方向へ移動可能である。

スプラインスリーブ４４５は、円筒形状を有している。スプラインスリーブ４４５の内周面には、スプラインスリーブ４４５の軸心方向に延びる多数の溝が形成されている。スプラインスリーブ４４５の下端部の溝には、円筒状部スプライン部４４１３が噛合った状態で、スプラインスリーブ４４５の内部空間へ円筒状部スプライン部４４１３が挿入されて、スプラインスリーブ４４５の下端部と円筒状部４４１１の上端部とが固定される。スプラインスリーブ４４５の上端部の溝には、ワークＷの平行歯スプライン３０（図１参照）が噛合った状態で、スプラインスリーブ４４５の内部空間へ平行歯スプライン３０が挿入されて、スプラインスリーブ４４５の上端部とワークＷの下端部とが固定される。

図３に示すように、下側ガイド４５０は、円柱形状を有しており、金型支持部４１０に固定され、金型支持部４１０から上方向へ延びている。下側ガイド４５０の上端部は、上側ガイド２４０の下端部の内部空間に挿入されている。この構成により、上側ガイド２４０は、下側ガイド４５０に対して摺動可能であり、上側ガイド２４０は、下側ガイド４５０に案内されて、支持部２２０と一体で上下方向へ移動可能である。

次に、はすば歯車の製造方法について説明する。図７は、はすば歯車の製造方法において、はすば歯車１の成形に用いられるワークＷを示す正面図である。図８は、はすば歯車の製造方法において、第１の歯たけを有する平歯車Ｗ１１が成形されたワークＷを示す正面図である。図９は、はすば歯車の製造方法において、第１の歯たけを有する平歯車Ｗ１１において第２の歯たけを有する平歯車Ｗ１２が成形されている様子を示す正面図である。図１０は、はすば歯車の製造方法において、第２の歯たけを有する平歯車Ｗ１２が成形されたワークＷを示す正面図である。図１１は、はすば歯車の製造方法において、第１のねじれ角を有するはすば歯車Ｗ１３が成形されたワークＷを示す正面図である。図１２は、はすば歯車の製造方法において、ワークＷに形成された平歯車Ｗ１２が第１のねじれ角を有するはすば歯車Ｗ１３に成形されてゆく様子を示す説明図である。図１３は、はすば歯車の製造方法において、ワークＷに形成された平歯車Ｗ１２が第１のねじれ角を有するはすば歯車Ｗ１３に成形されてゆく際に、歯に対して力が作用する箇所を示す説明図である。

はすば歯車の製造方法は、平歯車成形工程とはすば歯車成形工程とを有する。平歯車成形工程では、ワークＷを前段金型３１０に押込むことにより前段金型３１０によって平歯車を成形する。はすば歯車成形工程では、平歯車の軸心を中心にワークＷをワーク捻り部４００により保持して捻りながら、前段金型３１０によって成形された平歯車Ｗ１２をプレス部２００により後段金型３３０に押込むことにより、後段金型３３０によってはすば歯車１を成形する。

具体的には、平歯車成形工程では、先ず、はすば歯車１が成形されるワークＷの円柱状の部分Ｗ１０（図７参照）が平行歯スプライン３０の上側に位置する位置関係でワークＷをワークセット金型３１１にセットして、ワークＷがワークセット部３１１１に支持された状態とする。次に、プレス部２００のアクチュエータ２３０を駆動させてワークガイドピン２１０を下降させてゆき、ワークガイドピン２１０の下端部をワークＷの回転軸部２０の上端部に当接させる。また、これと共に、ワーク接続部４４０のジョイントピン４４１及びスプラインスリーブ４４５を上方向へ移動させてゆき、スプラインスリーブ４４５の上端部に対してワークＷの平行歯スプライン３０を相対的に挿入して、スプラインスリーブ４４５でワークＷの下端部を支持する。

次に、平歯車成形工程を行う。平歯車成形工程においては、先ず、プレス部２００のアクチュエータ２３０を駆動させて、ワークＷを前段金型３１０の第１金型３１２に押込んでゆく。これにより、図７に示すように未だ平歯車もはすば歯車も形成されていないワークＷの円柱状の部分Ｗ１０に、第１の歯たけを有する複数の歯が、ワークＷの回転軸部２０に平行に形成されてゆき、図８に示すように、第１の歯たけを有する平歯車Ｗ１１がワークＷの上部に形成される。次に、更にプレス部２００のアクチュエータ２３０を駆動させて、ワークＷの平歯車Ｗ１１を前段金型３１０の第２金型３１３に押込んでゆく。これにより、図９に示すように、第１の歯たけを有する平歯車Ｗ１１の部分に、第２の歯たけを有する複数の歯（平歯車Ｗ１２）が、ワークＷの回転軸部２０に平行に形成されてゆき、図１０に示すように、第２の歯たけを有する平歯車Ｗ１２がワークＷの上部に形成される。以上が、平歯車成形工程である。

次に、はすば歯車成形工程を行う。はすば歯車成形工程においては、先ず、平歯車Ｗ１２が形成されたワークＷの部分が後段金型３３０の第３金型３３１に押込まれる前に、ワーク捻り部４００のアクチュエータ４３０を駆動させてラック４３３を構成する駆動軸４３２を移動させることにより、ワーク捻り部４００の回転円柱部４２０及びワーク接続部４４０を、回転円柱部４２０の十字貫通孔４２３を中心として回転させ始める。次に、プレス部２００のアクチュエータ２３０を駆動させて、ワークＷの平歯車Ｗ１２を後段金型３３０の第３金型３３１に押込んでゆく。これにより、図１２に示すように、第２の歯たけを有する平歯車Ｗ１２の複数の歯が、それぞれ第１のねじれ角の螺旋状の複数の第３溝３３１３によって第３溝３３１３に倣った螺旋状に変形させられてゆく。

このとき、図１２に示すように、ワークＷに形成された平歯車Ｗ１２の歯においては、矢印Ｃで示すように、下方向へ押込まれている力（プレス力）が作用しているが、これと共に、第３溝３３１３に入った歯の部分においては、矢印Ｂで示すように、ワークＷが捻られる力（回転しようとする力）が作用し、一方、未だ第２金型３１３にある歯の部分においては、矢印Ａで示すように、ワークＷが捻られる力（回転しようとする力）に抗する力が作用する。このとき、図１３に示すように、歯のねじれの方向における上流側（図１３におれる部分Ｄ）においては、ワークＷが下方向へ押込まれるプレス部２００からの力が作用して、第３溝３３１３を形成している第３金型３３１の部分に、ワークＷに形成された歯がワークＷの軸方向下側へ押当てられて曲げられる。これに対して、図１３に示すように、歯のねじれの方向における下流側（図１３におれる部分Ｅ）においては、捻り部によるワークＷを捻る捻り力（回転力）が作用して、第３溝３３１３を形成している第３金型３３１の部分に、ワークＷに形成された歯が、ワークＷの周方向に押当てられて曲げられる。これらの力によりワークＷは、第２金型３１３から第３金型３３１へ流動してゆき、図１１に示すような、第１のねじれ角を有するはすば歯車Ｗ１３が成形される。

次に、プレス部２００（図３等参照）のアクチュエータ２３０を駆動させて、ワークＷを前段金型３１０（図５参照）の第４金型３３２に押込んでゆく。これと同時に、ワーク捻り部４００のアクチュエータ４３０を駆動させてラック４３３を構成する駆動軸４３２を移動させることにより、ワーク捻り部４００の回転円柱部４２０及びワーク接続部４４０を、回転円柱部４２０の十字貫通孔４２３を中心として更に回転させる。これにより、第１のねじれ角を有するはすば歯車１の複数の歯が、それぞれ第２のねじれ角の螺旋状の複数の第４溝３３２３によって第４溝３３２３に倣った螺旋状に変形させられてゆくと同時に、ワークＷの下端部側から捻られてゆく。

このとき、ワークＷに形成されたはすば歯車１の複数の歯では、第３金型３３１の場合と同様に、ワークＷは、下方向へ押込まれている力（プレス力）が作用しているが、これと共に、第４溝３３２３（図４参照）に入った歯の部分においては、ワークＷが捻られる力（回転しようとする力）が作用し、未だ第３金型３３１にある歯の部分においては、ワークＷが捻られる力（回転しようとする力）に抗する力が作用する。これらの力によりワークＷは、第３金型３３１から第４金型３３２へ流動してゆき、図１に示すような、第２のねじれ角を有するはすば歯車１の歯車部１０が成形される。以上がはすば歯車成形工程である。

本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態では、はすば歯車１の歯車部１０には、歯直角に対して直角な方向で切った歯の断面に平行なファイバーフロー１３が形成されている。

これにより、はすば歯車１が前方押し出し方式の冷間鍛造により鍛造されて成形されて、歯直角な断面においてこのような平行なファイバーフロー１３が形成されるため、はすば歯車の歯を形成するためのカッターを使ったいわゆる歯切りによりはすば歯車１を製造する場合と比較して、歯切りによる切粉が発生しないため、ワークＷにかかる仕込み材料が少なく抑えられたはすば歯車１とすることができる。また、歯切りの場合には、歯数が多い程加工時間を要するが、冷間鍛造では金型部３００による圧縮成形であるため、圧倒的な短時間で製造された、ねじれ角が２０°以上、モジュールの値が２以上のはすば歯車１とすることができる。

また、冷間鍛造によって形成されたはすば歯車１においては、はすば歯車１を構成する材料のファイバーフロー１３が繋がっている。このため、歯元部に残留圧縮応力をもたせることで、強度が向上したはすば歯車１とすることができる。より詳細には、歯への回転力の入力方向が歯直角に対して直角方向となるはすば歯車１において、前方押し出し方式の冷間鍛造により、はすば歯車１において形成されるファイバーフロー１３は、はすば歯車１への回転力の入力方向に対して直交する方向に延びる。このため、歯のせん断荷重（特に衝撃荷重）に対して有利に働くはすば歯車１とすることができる。

また、はすば歯車１は、歯車部１０と一体成形された回転軸としての回転軸部２０を有する。これにより、はずば歯車を成形する際に、回転軸部２０の平行歯スプライン３０を保持した状態で、ワークＷの下側を回転させるようにして捻ることを容易とすることができる。

また、本実施形態では、はすば歯車１の製造方法は、ワークＷを前段金型３１０に押込むことにより前段金型３１０によって平歯車Ｗ１１、Ｗ１２を成形する平歯車成形工程と、平歯車Ｗ１２の軸心を中心にワークＷをワーク捻り部４００により保持して捻りながら、前段金型３１０によって成形された平歯車Ｗ１２をプレス部２００により後段金型３３０に押込むことにより、後段金型３３０によってはすば歯車１を成形するはすば歯車成形工程とを有する。

これにより、プレス部２００により付加される成形荷重を低く抑えることが可能であるため、比較的小さなプレス機ではずば歯車１を製造することができる。また、金型部３００とワークＷとの間における焼付きを抑えることができる。また、製造されるはすば歯車１の歯のねじれ角が２０°以上と大きい場合であっても、成形荷重が大きくなり過ぎることを抑えることができ、金型部３００が破損することを抑えることができる。また、モジュールの値が２以上と大きい歯のはすば歯車１を製造する場合であっても、金型部３００への負荷を抑えるこが可能となり、金型部３００が破損すること、又は、金型部３００の寿命が極端に短くなることを抑えることができる。即ち、従来では、金型部３００の破損等により、ねじれ角が２０°以上と大きいはすば歯車１や、モジュールの値が２以上と大きい歯のはすば歯車１を製造することは、前方押し出し方式の冷間鍛造ではできなかったが、本実施形態による前方押し出し方式の冷間鍛造では、製造することができる。

また、歯を形成するためのカッターを使ったいわゆる歯切りによりはすば歯車１を製造する場合と比較して、歯切りによる切粉が発生しない。このため、はすば歯車１の製造に際して、ワークＷにかかる仕込み材料を少なく抑えることができる。また、歯切りの場合には、歯数が多い程加工時間を要するが、冷間鍛造では金型部３００による圧縮成形であるため、圧倒的な短時間ではすば歯車１を製造することができる。また、冷間鍛造によって形成することにより、はすば歯車１において、はすば歯車１を構成する材料のファイバーフロー１３を繋がった状態とすることができる。このため、歯元部に残留圧縮応力をもたせることで、はすば歯車１の強度を向上できる。また、はすば歯車１の歯への回転力の入力方向は、歯直角に対して直角方向となる。本実施形態により製造されたはすば歯車１において形成すされたファイバーフロー１３は、入力方向に対して直交する方向に延びる。このため、歯のせん断荷重（特に衝撃荷重）に対して有利に働くはすば歯車１を製造することができる。

また、前段金型３１０は、第１金型３１２と第２金型３１３とを有する。第１金型３１２は、押込まれたワークＷを、第１の歯たけを有する平歯車Ｗ１１に成形する。第２金型３１３は、第１の歯たけを有する平歯車Ｗ１１を、第１の歯たけよりも高い第２の歯たけを有する平歯車Ｗ１２に成形する。

これにより、ワークＷを前段金型３１０に押し込むためのプレス部２００による大きな負荷をかけずに、第２金型３１３の第２溝３１３３の先端までワークＷを充填させることが可能となり、直接第２の歯たけを有する平歯車Ｗ１２を成形する場合と比較して、金型部３００への負荷を抑えることが可能となり、金型部３００の破損や金型部３００の寿命が極端に短くなることを抑えることが可能となる。

また、後段金型３３０は、第３金型３３１と第４金型３３２とを有する。第３金型３３１は、押込まれた平歯車Ｗ１２を、第１のねじれ角を有するはすば歯車Ｗ１３に成形する。第４金型３３２は、第１のねじれ角を有するはすば歯車Ｗ１３を、第１のねじれ角よりも大きな第２のねじれ角を有するはすば歯車１の歯車部１０に成形する。

これにより、最終的に成形される第２のねじれ角を有するはすば歯車１を直接成形する場合と比較して、第１のねじれ角を有するはすば歯車Ｗ１３を第２のねじれ角を有するはすば歯車１の歯車部１０へと変形させるため、金型部３００への負荷を抑えることが可能となり、最終的なはすば歯車１の歯車部１０のねじれ角が２０°以上であっても、はすば歯車１を成形することができ、且つ、金型部３００の破損や金型部３００の寿命が極端に短くなることを抑えることが可能となる。

また、ねじり部材としてのワーク捻り部４００は、ワークＷに一体成形された回転軸部２０の平行歯スプライン３０に係合して回転する回転部材としてのワーク接続部４４０により構成される。はすば歯車成形工程では、ワーク接続部４４０によってワークＷを捻る。

これにより、はすば歯車１を成形する第３金型３３１、第４金型３３２においてワークＷが成形されているときに、ワークＷの平行歯スプライン３０を、はすば歯車１の歯の螺旋の方向に沿って容易に捻る（回転する）ことが可能となる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
例えば、本実施形態においては、はすば歯車１は、歯車部１０と回転軸部２０と平行歯スプライン３０とを有していたが、この構成に限定されない。例えば、はすば歯車は、回転軸部２０と平行歯スプライン３０とを有しておらず、内部が中空の円筒形状の歯車部のみを有していてもよい。この場合であっても、歯車部には、ねじれ角が２０°以上の歯や、モジュールの値が２以上の歯が形成される。

また、この場合には、はすば歯車の製造方法では、ワークＷＡに対して捻り力（回転力）を付加できるように、内径スプラインや、溝や、凸部等が、ワークＷＡの内周面や外周面や端面に形成されていればよい。これらに下側から、図１４に示すようにオス型ピン４４５Ａが係合することにより、図１４における矢印Ｂで示す捻り力（回転力）をワークＷＡに対して付加すると同時に、上方からワークガイドピン２１０ＡがワークＷＡの内部に挿入され、図１４における矢印Ｃで示すように、ワークガイドピン２１０Ａと一体で移動する図示しない押圧部が、円筒形状を有するワークＷＡの上端部に対して下方向へ押し込む力を付加する。これにより、前述の実施形態と同様に、はすば歯車を製造することが可能である。図１４は、はすば歯車の製造方法の変形例を示す概略図である。

また、本実施形態によるはすば歯車１は、平行歯スプライン３０を有していたが、この構成に限定されない。例えば、はすば歯車は、平行歯スプライン３０に代えて六角柱部や二面幅部を有していてもよく、これらにより、はすば歯車１となるワークＷを回転することができる構成を有していればよい。

また、本実施形態においては、前段金型３１０は、第１金型３１２及び第２金型３１３により構成され、後段金型３３０は、第３金型３３１及び第４金型３３２により構成されたが、この構成に限定されない。例えば、前段金型は、１つの金型により構成されてもよい。この場合であっても、ワークＷが押し込まれる方向における上流側の前段金型の部分においては、第１の歯たけを有する平歯車を成形し、ワークＷが押し込まれる方向における下流側の前段金型の部分においては、第２の歯たけを有する平歯車を成形する。
また、本実施形態においては、歯車部１０と回転軸部２０と平行歯スプライン３０とは、構造用炭素鋼材（ＳＣＭ材）のワークＷが一体成形されて構成されていたが、これに限定されない。例えば、歯車部１０と回転軸部２０と平行歯スプライン３０とは、炭素鋼及び構造用炭素鋼材（ＳＣＲ、ＳＣＭ、ＳＮＣＭ等）のワークＷが一体成形されて構成されていてもよい。
また、本実施形態においては、はすば歯車１は、前方押し出し方式による冷間鍛造により製造されたが、例えば、ワークＷを温間鍛造や、熱間鍛造等で製造し、最後にはすば歯車を成形する工程で冷間鍛造が行われて製造されてもよい。

また、はすば歯車の各部の構成やはすば歯車の製造方法の各工程は、本実施形態におけるはすば歯車１の各部の構成やはすば歯車の製造方法の各工程に限定されない。

１…はすば歯車
１０…歯車部
１３…ファイバーフロー
２０…回転軸部（回転軸）
２００…プレス部
３００…金型部
３１０…前段金型
３１２…第１金型
３１３…第２金型
３３０…後段金型
３３１…第３金型
３３２…第４金型
４００…ワーク捻り部（捻り部材）
４４０…ワーク接続部（回転部材）
Ｗ…ワーク
Ｗ１１、Ｗ１２…平歯車
Ｗ１３…はすば歯車

Claims (6)

1. 歯車部を有し、前方押し出し方式で常温の被加工材が金型に押込まれて成形されたはすば歯車であって、
   前記歯車部には、歯直角に対して直角な方向で切った歯の断面に平行なファイバーフローが形成されている、はすば歯車。
2. 前記歯車部と一体成形された回転軸を有する請求項１に記載のはすば歯車。
3. 被加工材を前段金型に押込むことにより前記前段金型によって平歯車を成形する平歯車成形工程と、
   前記平歯車の軸心を中心に前記被加工材を捻り部材により保持して捻りながら、前記前段金型によって成形された前記平歯車を押込み部材により後段金型に押込むことにより、前記後段金型によってはすば歯車を成形するはすば歯車成形工程と、を有するはすば歯車の製造方法。
4. 前記前段金型は、第１金型と第２金型とを有し、
   前記第１金型は、押込まれた前記被加工材を、第１の歯たけを有する平歯車に成形し、
   前記第２金型は、前記第１の歯たけを有する平歯車を、前記第１の歯たけよりも高い第２の歯たけを有する平歯車に成形する請求項３に記載のはすば歯車の製造方法。
5. 前記後段金型は、第３金型と第４金型とを有し、
   前記第３金型は、押込まれた前記平歯車を、第１のねじれ角を有するはすば歯車に成形し、
   前記第４金型は、前記第１のねじれ角を有するはすば歯車を、前記第１のねじれ角よりも大きな第２のねじれ角を有するはすば歯車に成形する請求項３又は請求項４に記載のはすば歯車の製造方法。
6. 前記ねじり部材は、前記被加工材に一体成形された回転軸に係合して回転する回転部材により構成され、
   前記はすば歯車成形工程では、前記回転部材によって前記被加工材を捻る請求項３〜請求項５のいずれかに記載のはすば歯車の製造方法。

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