JP2653201B2 - ヘリカルギヤの成形型 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、冷間押し出し加工によりヘリカルギヤを成
形する成形型の改良に関するものである。

（従来の技術） 従来の冷間押し出しにより歯車を成形加工する成形型
は、第９図に示すように、ダイスコンテナ19に明けた円
筒状の孔192の内周面に歯車の歯形191を設け、この孔に
マンドレル21を同心状に挿入し、孔192の内周面とマン
ドレル21の外周面との間の環状隙間にリング状の材料４
を挿入する。そして、上記環状隙間内に上型20を挿入し
て矢印方向に上型20を押し下げて材料４に押圧力を加え
て歯形191を通過させることにより、材料４の外周に歯4
01を冷間押し出し加工していた。

上記従来例は、材料の外周に歯形を形成したものであ
る。これに対して、第10図に示すように材料の内周面に
歯形を形成する従来例としては、ダイスコンテナ19に明
けた円筒状の孔192に材料４を挿入して、この材料４の
下端をバックアップ23で支持し、上方から外周に歯形22
1を形成したマンドレル22を材料４内に挿入し、マンド
レル22に矢印方向に押圧力を加えてマンドレル22を材料
４内に押し込みながら、材料４の内周面に歯401を冷間
押し出し加工するようにしていた。

また、特開昭63−309345号公報には、第11図に示す成
形型が開示されている。この成形型は、ダイスコンテナ
19に明けた円筒状の孔192の内周面に環状の凸部193を設
け、先端外周に歯221を形成したマンドレル22を前記円
筒状の孔192内に歯221を上にして同心状に挿入し、キャ
ップ状材料４を前記円筒状の孔192の上方より挿入す
る。そして上記円筒状の孔192内に挿入した上型20を矢
印方向に押し下げる。この上型20の押し下げにより、材
料４は押圧力を受け凸部193によりその外周面が材料４
の半径方向に押されながらマンドレル22の歯221に押し
つけられて下降し、その内面に歯が冷間成形されるよう
になっている。

（発明が解決しょうとする課題） 上記従来例において、第９図に示すものは、マンドレ
ル21の外周面が真直ぐであり、第10図に示すものは、円
筒状の孔192の内面が真直ぐであるので、材料の半径方
向への押圧力が発生せず、材料の歯成形部と歯型との間
の圧接力が不足して、第12図に示すように歯401の始め
と終りの部分にひけ403が発生して、歯車の精度が低下
し時には不良品になるという問題がある。そしてまた、
第10図において、材料４の下端はバックアップ23にて支
持されているので、材料４の肉厚が薄いときは、バック
アップ23による材料４の支持が困難になり、材料の肉厚
に制限があるという問題がある。

また、第11図に示すものは、凸部193により材料の半
径方向に押圧力を加えるようにしているが、マンドレル
22はその先端まで歯221を形成していてキャップ状材料
の内面に嵌合する円柱部がないので、マンドレル22の先
端でキャップ状材料の内面に歯を形成する最初の時点で
は前記押圧力はかけられず、やはり第12図に示すように
ひけ403が発生するという不具合がある。すなわち、マ
ンドレル22先端でキャップ状材料の内面に歯を切るまえ
に、凸部193によりキャップ状材料の半径方向に押圧力
を加えた場合は、キャップ状材料の内部は空洞になって
いるので、キャップ状材料の内外径は内径方向に押し出
されて変形し、精度の高い歯を成形することができない
とともに、キャップの外観も損なわれるという不具合が
ある。そのため、材料の内面に歯が成形されると同時に
凸部193で材料の外周を押すようにする必要があり、ま
た、凸部193の材料挿入口側は材料の侵入を可能にする
ために傾斜させねばならないのでマンドレル22の先端で
キャップ状材料の内面に歯を成形する瞬時においてはそ
の傾斜分だけ押圧力が不足して、やはり第12図に示すよ
うなひけが生ずるという問題がある。

本発明は、材料の内面に歯を形成する前に材料の半径
方向に押圧力を加えて、歯を成形する瞬時においては、
最大押圧力にほぼ等しい押圧力にして、ひけ発生を防止
したヘリカルギヤの成形型を提供するものである。

（課題を解決するための手段） 上記の課題を解決するための本発明に係る手段は、円
筒状の孔を有するダイまたはダイコンテナと、前記円筒
状の孔に同心状に挿入されたマンドレルとの間に環状隙
間を形成し、該環状隙間の一側に材料挿入口を有するヘ
リカルギヤの成形型において、前記円筒状の孔に同心円
状に挿入されるマンドレルの材料挿入口側の外径を材料
の内径に略等しい直径にした円柱部とし、該円柱部の外
周面または前記円筒状の孔のいずれか一方に凸状の歯車
の歯形を形成するとともに前記円柱部の外周面または前
記円周状の孔のいずれか他方に前記歯車の歯形に対向し
てリング状の凸部を設け、該リング状突部のランド長さ
を前記歯車の歯形のランド長さよりも短くし、前記リン
グ状の突部の材料挿入口側を所定の導入角を有する傾斜
面にし、該傾斜面の始点を前記歯形の導入角の始点より
も材料挿入口側に位置していることを特徴とする。

（作用） このように構成したので、内歯ヘリカルギヤの成形型
を例にして説明すると、マンドレルとダイとの間の環状
隙間内に供給された円筒状の材料は、マンドレルに形成
した歯形の材料挿入口側の直径を材料の内径に略等しい
直径にした円柱部にて材料の内径方向への変形が拘束さ
れるように支持される。そして上記材料がスリーブマン
ドレルの下降により押圧力を受けて押し下げられると、
この材料には、ダイの孔の内周面にマンドレルの歯形に
対向し、かつ、ランド長さを前記マンドレルの外周に形
成した歯形のランド長さよりも短くし、材料挿入口側を
所定の導入角にした傾斜面であって、該傾斜面の始点を
前記歯形の導入角の始点よりも材料挿入口側に位置する
ように形成した凸部により、材料の内面に歯が成形され
る前に半径方向に押圧力が付与される。そして、材料の
内周面に歯が成形さられる直前において、材料の半径方
向には最大押圧力に近い押圧力がかかった状態で、初期
の段階の歯が材料の内面に成形される。引き続き材料が
スリーブマンドレルにて押し下げられて押圧力をかけら
れながら押し下げられると、材料は最大押圧力を半径方
向に受けて、その内面に歯が成形加工される。

（実施例） 以下本発明の一実施例として内歯ヘリカルギヤの成形
型を示し詳細に説明する。第１図において、マンドレル
１には、所定の歯形101がその外周面に形成され、材料
４の挿入側には、材料４の内径に略等しい直径の円柱部
102が形成されており、一方材料４の出口側には、材料
４の内径よりも小径の出口側円柱部103が形成され歯形
が加工された製品の取り出しを容易にしている。上記歯
形101は正規の歯を加工する部分（以下歯形ランドとい
う）Ｃがあり、この歯形ランドＣの長さは、歯車のリー
ド角、モジュールおよび材料４の材質などにより決定さ
れる。また歯形ランドＣの材料４の挿入側には、材料４
の導入角βを有する傾斜面104を形成している。105は歯
形ランドＣの材料４の出口側に形成された傾斜面であ
り、歯形ランド部Ｃの補強の役目をしている。

次にダイ２には、材料４の外径に略等しい内径の円筒
状孔201があけられている。そして、この円筒状孔201内
には、マンドレル１を挿入し位置決めした状態におい
て、マンドレル１に設けた歯形101に対向した位置に、
肉厚減少代Ｂの高さを有するリング状の凸部202を形成
している。この凸部202の頂部長さ（以下凸部ランドと
いう）Ａは前記歯形ランドＣよりも短くなっている。歯
形101と凸部202との位置関係は、凸部202の材料４の挿
入側に形成された導入角αの傾斜面203の始端の歯形101
の導入角βの傾斜面の始端とが距離Ｅだけずれて導入角
αの傾斜面203の始端の方が材料４の挿入側になってお
り、また、材料４の出口側においては、歯形ランドＣと
凸部ランドＡの終端の差が寸法Ｄ（以下オフセットとい
う）から零の範囲になるように位置決めされている。上
記肉厚減少代Ｂ、導入角αおよびオフセットＤも歯車の
リード角、モジュールおよび材料４の材質などにより決
定される。

３はマンドレル１の外周とダイ２にあけた円筒状孔20
1の内周との間の環状隙間内に挿入されたスリーブマン
ドレルである。

第２図を用いて全体の組み立てについて説明すると、
マンドレル１の下端は圧力板601の位置決穴602に嵌め込
まれてボルト７により締結され固定されている。そして
マンドレル１の歯部101に対して摺動可能に嵌合させた
スリーブノックアウト５が配設されている。このスリー
ブノックアウト５は、ノックアウト10によりノックアウ
トピン８を介しして、上昇されるようになっており、歯
型を成形した製品を押し出して、型外に払い出すように
なっている。ダイ２は下型本体16上に位置決めされて、
応力リング11にて補強され、かつ、ボルト12で下型本体
16に締結固定されている。スリーブマンドレル３はリテ
ーナ13を介してボルト14により上型15に締結固定されて
いる。そしてこのスリーブマンドレル３は図示省略の圧
力機械により昇降させられるようになっている。

スリーブマンドレル３の押し下げにより、材料４およ
びマンドレル１に働く押圧力は、圧力板601を介して受
圧板９にかかり、この受圧板９を支持している図示省略
の圧力機械にて最終的に受けるようになっている。

また、第３図および第４図に示す例は、マンドレル１
がバックアップ５にて位置決めされるとともにスリーブ
マンドレル３の押し下げにより材料４とマンドレル１に
働く押圧力をバックアップ５にて受けるようになってい
る。ダイ２は応力リング８で補強され、リテーナ９を介
してボルト10により下型本体14に締結固定されている。
ダイ２にかかる荷重は、スペーサ６を介して圧力板７に
伝えられ、下型本体14で受けるようになっている。下型
本体14は図示省略の圧力機械のベースに固定されている
ため、上記荷重は最終的には機械本体にて受けることに
なる。

このように構成した本実施例の作用について次に説明
する。第２図ないし第４図において、マンドレル１とダ
イ２との間の環状隙間内に材料４を挿入した後にスリー
ブマンドレル３を下降し、材料４に押圧力を加える。こ
の押圧力により材料４は、凸部202により半径方向に押
圧力が付与されながら、マンドレル１の歯形101により
その内面に歯が加工される。この時の歯の加工について
更に詳しく説明する。

第５図および第６図において、材料４がスリーブマン
ドレル３の下降により、下方向に押し下げられて、傾斜
面203の始点L0の位置に到達するまでは、材料４の半径
方向に押圧力はかからない。この時点を第６図では原点
L0に相当する。そして、材料４が更に下降するに従い第
６図に示すように押圧力Ｐは上昇する。材料４が押し下
げられて材料４の先端がL1の位置、すなわち第６図のL1
の位置で材料４は、最大押圧力P1に近いP2の押圧力でそ
の先端が歯型101の導入傾斜部の始端に位置しており、
正に材料４の内面に歯を成形せんとする状態にある。こ
のように、材料４の内面に歯が成形される前に、すなわ
ち、材料４の先端がL0からL1の位置まで進む間に材料４
の半径方向に押圧力を掛けられるのは、材料４の内径に
略等しい外径の円柱部102が材料４に挿入されていて、
材料４の半径方向への内面の変形を拘束しているからで
ある。そして更に材料４が下降すると、押圧力はP2から
P1へと昇圧されながら、材料４の内面には導入傾斜部か
ら徐々に歯部ランドにかけて歯が形成されていく。本実
施例では、材料４の先端がL2の位置で押圧力は最大のP1
に達し、かつ、材料４の先端は、歯型101の歯部ランド
に少し掛るように導入角度αおよび肉厚減少代Ｂおよび
凸部ランドＡが決められている。このL2の位置設定は材
料４の材質が比較的柔らかい場合であり、その材質が比
較的硬い場合にはL2の位置をL1に近付けて、歯の成形始
めの初期の段階で押圧力P2を最大押圧力P1に更に近付け
るようにする。このように、L2の位置設定、肉厚減少代
Ｂ（最大押圧力P1）および凸部ランドＡを材料４の材質
により選定することにより、材料４とマンドレル１、ダ
イ２との間の摩擦力をできる限り少なくして、スリーブ
マンドレル３の押し下げ力を小さくし、装置全体を小型
化するとともに歯形モジュールの大きい歯車の加工を可
能にする。次に材料４の先端がL3の位置に到達したとき
は材料４の内面には既に歯の形成が完了された段階であ
り、材料４の先端は凸部202から外れて押圧力は第６図
に示すようにゼロになり、オフセットＤ間では歯は加工
されない。

すなわち、内歯ヘリカルギヤの場合は、第７図に示す
ように歯がスリーブマンドレル３の下降により与えられ
る垂直方向の力Ｆに対して斜めになっているので、この
力Ｆは水平方向の分力F1と摩擦力F2間の釣り合いにな
る。そこで最大押圧力P1を最後まで付与した場合には、
第８図に示すように既に歯が形成されている歯402に大
きな分力F1がかかり、歯401を変形させることになる。
オフセットＤはこの変形を防止する役目を果たすように
なっている。

このように、材料４がスリーブマンドレル３により押
し下げられながらその先端がL0からL2のＧ間を移動する
間に材料４は、半径方向に徐々に押圧力が与えられて、
最大押圧力P1に近いP2の押圧力でその内面に歯が成形さ
れ始められ、続いて凸部ランドＡで最大押圧力P1が与え
られて歯部ランドＣで歯が形成され、L3からL4のＨ間を
移動する間にオフセットＤにより成形された歯の変形を
防止して精度の高い歯が加工される。

また、材料４は、その内面が円柱部102にて案内さ
れ、かつ、マンドレル１とダイ２との間の環状隙間に挿
入されて、スリーブマンドレル３により押圧力を受ける
ので、材料４の肉厚が薄くでも歯の成形が可能である。

このようにして加工が完了すると、スリーブマンドレ
ル３は上昇し、第２図の場合はノックアウト10が上昇し
て加工済みの製品はスリーブノックアウト５により押し
出されて型外に払いだされ、図示省略のロボット等にて
ダイセット外に搬出される。また、第３図および第４図
に示す実施例では、材料４は連続的に供給されて連続加
工され、加工済みの製品は、バックアップ５が下降して
圧力板７と同一平面になっている上に順次落下し、スペ
ーサ６にあけられた貫通孔16内を摺動して往復動するプ
ッシャー15にてシュート17、18に押し出されて払い出さ
れる。

以上の説明は、材料４の内側にヘリカルギヤを成形加
工する場合を例にして説明したが、材料４の外周にヘリ
カルギヤを成形加工する場合には、第１図においてマン
ドレル１の外周に凸部202を設け、ダイ２の円筒孔201の
内周面に歯型101を形成すればよい。

（発明の効果） 以上詳述した通り本発明によれば、マンドレルの材料
挿入口側の直径を材料の内径に略等しい直径にした円柱
部にするとともにこの円柱部の外周面またはダイの孔の
内周面のどちらか一方に凸状の歯車の歯形を形成し、こ
の歯形に対向してリング状の凸部を、前記円柱部の外周
面またはダイの孔の内周面の他方に設け、該リング状突
部のランド長さを前記マンドレルの外周に形成した歯形
のランド長さよりも短くし、前記リング状の凸部の材料
挿入口側を所定の導入角を有する傾斜面にし、該傾斜面
の始点を前記歯形導入角の始点よりも材料挿入口側に位
置するようにしたので、材料の内面に歯を形成する前
に、材料の半径方向に押圧力を付与することができる。

これにより、材料の内面に歯を成形し始める瞬時にお
いては、最大押圧力に近い押圧力になっており、成形さ
れた歯にはひけ発生はない。

また、材料の材質、歯車のリード角および歯形モジュ
ールにより、凸部の導入角α、歯型の導入角β、凸部の
肉厚Ｂ、凸部および歯型のランドを選定することによ
り、材料の材質と歯車の諸元、例えばモジュールの大き
い歯車に適した加工ができるとともに、型転写性を良好
にし前記ひけ防止との相乗効果により高精度の歯車の加
工をすることができる。

そしてまた、材料の材質、歯車のリード角および歯形
モジュールにより、凸部の導入角α、歯型の導入角β、
凸部の肉厚Ｂ、凸部および歯型のランドを選定すること
により、ダイおよびマンドレルと材料とを摩擦力を少な
くして、スリーブマンドレルの押し下げ力を小さくし、
装置全体を小型化することができる。

また、材料の内径に略等しい外径の円柱部を材料に挿
入し、ダイとマンドレルとの間の環状の隙間に材料を挿
入して、スリーブマンドレルで材料を押すようにしたの
で、薄肉の材料でも歯を加工することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の要部縦断面図、第２図は成
形型の全体組み立て縦断面図、第３図は他の実施例の成
形型の全体組み立て縦断面図、第４図は第３図の実施例
において加工済み製品を払い出ししている状態を示す縦
断面図、第５図は要部を縦断面して示した説明用図、第
６図は第５図に対応して示した押圧力と材料の移動との
関係を示した線図、第７図は成形された歯とスリーブマ
ンドレルの垂直方向の押圧力との関係を示す模式図、第
８図は歯の加工状態お示す縦断面図である。 第９図は従来の外歯成形用型の縦断面図、第10図は従来
の内歯成形用型の縦断面図、第11図は従来の押圧力を加
えるようにした成形型の縦断面図、第12図は成形された
製品の歯のひけを示した模式図である。 １……マンドレル 101……歯部 102……円柱部 ２……ダイ 201……円筒孔 202……凸部 203……傾斜面 ３……スリーブマンドレル ４……材料 α……凸部導入角 β……歯部導入角 Ａ……凸部ランド Ｃ……歯部ランド

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒状の孔を有するダイまたはダイコンテ
   ナと、前記円筒状の孔に同心状に挿入されたマンドレル
   との間に環状隙間を形成し、該環状隙間の一側に材料挿
   入口を有するヘリカルギヤの成形型において、前記円筒
   状の孔に同心円状に挿入されるマンドレルの材料挿入口
   側の外径を材料の内径に略等しい直径にした円柱部と
   し、該円柱部の外周面または前記円筒状の孔のいずれか
   一方に凸状の歯車の歯形を形成するとともに前記円柱部
   の外周面または前記円筒状の孔のいずれか他方に前記歯
   車の歯形に対向してリング状の凸部を設け、該リング状
   突部のランド長さを前記歯車の歯形のランド長さよりも
   短くし、前記リング状の突部の材料挿入口側を所定の導
   入角を有する傾斜面にし、該傾斜面の始点を前記歯形の
   導入角の始点よりも材料挿入口側に位置していることを
   特徴とするヘリカルギヤの成形型。