JPH038529A - うち歯車の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はうち歯車の成形方法に関するものであり、特に
その加工精度を向上させるための技術に関するものであ
る。

従来の技術 特開昭６０．−２２１１４４号公報に、レブロジジイン
トの外輪の成形方法が記載されている。レブロジョイン
トの外輪はアウタレース部とシャフト部との２部分から
成っており、アウタレース部はほぼ有底円筒状を成し、
その内周面に複数のクロス溝を備えたものである。上記
方法は、はぼ外輪の形状を成す素材の有底円筒状部を、
外周面に複数のクロス溝型を配設したポンチに被せ、外
側から複数の成形型で締め付けて縮径させることにより
、有底円筒状部の内周面にクロス溝を形成するものであ
る。そのため、上記成形型はポンチの半径方向に移動可
能とされ、かつポンチ側の面がアウタレース部の外周面
にほぼ対応した凹面とされる。

この方法を用いればうち歯車を成形することもできる。

うち歯車は円筒形を成し、その内周面に複数の歯を有す
るものであるため、上記アウタレース用のポンチを、そ
のクロス溝型をうち歯車の歯型に変更したうち歯車用の
ものとし、うち歯車の円筒状素材をそのうち歯車用のポ
ンチに嵌合して同様に成形を行えば、円筒状素材の内周
面がポンチの外周面に押圧されて歯が形成されるのであ
る。

また、上記方法によればブローチ加工や押出加工等に比
較して、成形時に素材と歯型との間に生じる摩擦が少な
い。そのため、摩擦に伴う歯車の歯すじ方向の損傷が回
避され、歯の強度が増す効果が得られる。また、素材と
歯型との摩擦が少ないことから、潤滑剤として二硫化モ
リブデン等の固体潤滑剤でなく潤滑油等簡易なものを使
用することも可能となり、成形時に潤滑剤の塗布に伴う
潤滑膜の厚さやむら等の影響を受けることなく、精度よ
く歯車の加工を行うことができる。さらに、ポンチの摩
耗量も少なくて済み、長く使用できる利点がある。

発明が解決しようとする課題 前記公報に開示された成形方法によってうち歯車を成形
すれば、上記のような種々の利点が得られるのであるが
、さらにまだ改良すべき点がある。

すなわち、上記成形方法においては、素材の外周面の各
部分が均一に押圧され難く、製品の寸法精度の向上に限
度があるのである。また、成形型の１回の接近・離間に
より成形が行われるため、素材が急激に変形し、素材外
周面の押圧されない部分、すなわち隣接成形型間の隙間
に対応する部分にばりが発生し易く、大きな歯を有する
うち歯車の成形が困難であるという問題もある。

本発明は、円筒状素材に複数回押圧力を加えるとともに
、その押圧力を周方向に関してできる限り均一にするこ
とによって上記の問題を解消し、歯の大きいうち歯車で
も精度よく成形し得る方法を提供することを課題として
為されたものである。

課題を解決するための手段 そして、本発明の要旨は、外周面にうち歯車の歯と対応
する歯型を備えたポンチに円筒状素材を嵌合し、ポンチ
の半径方向に移動可能であり、がつポンチ側の面がうち
歯車の外周面にほぼ対応した凹面である複数の成形型を
、ポンチに対する接近量を漸増させつつ複数回接近・離
間させるとともに、成形型が円筒状素材から離間した状
態においてポンチおよび円筒状素材と成形型とを相対回
転させて円筒状素材の外周面の隣接成形型間の隙間に対
応する部分を変えることにより、円筒状素材を縮径させ
てそれの内周面に複数の歯を形成することにある。

上記複数の成形型は、ポンチ側の面の中央部を歯車の外
周面に対応した部分円筒面とし、それに続く両側部を部
分円筒面の接線方向に延びる逃がし面とすることが望ま
しい。

作用 上記のように、本発明方法においては、成形型がポンチ
に接近して円筒状素材を押圧しては離間することを複数
回繰り返しながらポンチへの接近量を増し、素材を徐々
に縮径させる。また、成形型がポンチから離間した状態
でポンチあるいは成形型が回転し、円筒状素材の外周面
の隣接成形型間の隙間に対応する部分が変わるため、素
材外周面全体が均一に押圧される。

発明の効果 したがって、前記公報に記載された従来の成形方法に比
較して、円筒状素材の内周面のポンチに対する密着度が
向上するとともに、素材内の応力分布が均一となり、製
品たるうち歯車の寸法精度が向上する。また、素材が徐
々に縮径させられ、かつ、円筒状素材の外周面の隣接成
形型間の隙間に対応する部分が変わるため、ばりの発生
を回避しつつ比較的歯の大きいうち歯車を成形すること
が可能となる。

特に、複数の成形型のポンチ側の面を部分円筒面と逃が
し面とを含む凹面とした場合には、加工初期において、
円筒状素材の外周面より小さい曲率半径を有する部分円
筒面の両側部が円筒状素材の外周面に食い込むことが防
止されるため、円筒状素材の外周面に凹凸が付くことが
回避され、外周面形状がより滑らかなうち歯車を得るこ
とができる。

実施例 以下、本発明をリング状のはすばうち歯車の成形に適用
した場合の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

第１図は本実施例に用いられるプレス装置の要部を示す
図である。図において、固定型１０は下型１１の一部を
構成しており、下型１１全体は図示しないボルスタに取
り付けられている。固定型１０の中央には、マンドレル
ポンチ（以下、単にポンチという）１２が取り付けられ
ている。ポンチ１２は円形断面を有し、その外周面には
成形すべきはすばうち歯車の内周面に形成される複数の
歯に対応する歯型１４が形成されている。ポンチ１２の
下端からは回転軸１６が延び出させられて、固定型１０
に固定されたモータ１８に接続されており、ポンチ１２
が回転させられる。

ポンチ１２の外周には、ポンチ１２の半径方向に移動可
能な複数の成形型２０が配設されている。

各成形型２０のポンチ１２側の面は、ポンチ１２に接近
してポンチ１２に嵌合された円筒状素材２２を押圧する
押圧面２４とされており、これら押圧面２４ははすばう
ち歯車の外周面にほぼ対応した部分円筒面を成している
。また、成形型２０の押圧面２４と反対側の面２６は、
下部はど直径が増大するテーパ面の一部を成す形状とさ
れている。

これら成形型２０は、図示はしないがばねや弾性体等か
ら成る付勢部材によりポンチ１２の外周面から離間する
向きに付勢されている。

また、固定型１０には、ポンチ１２の下方において押出
装置３０が配設されている。押出装置３０はポンチ１２
の外周面に嵌合された円筒状の押出部材３２と、その押
出部材３２をロッド３４を介して上下動させる図示しな
い油圧シリンダとから成っている。油圧シリンダは下型
１１の固定型１０より下方の部材に設けられており、常
にはロッド３４をシリンダ内に後退させているため、押
出部材３２が図示のように非作用位置であるポンチ１２
の下端部近傍に位置させられる。この非作用位置におい
て、押出部材３２の上端面はポンチ１２に嵌合された円
筒状素材２２を支持し、成形が終了すれば油圧シリンダ
の作動によりロッド３４が延び出させられ、押出部材３
２が上昇して成形後のうち歯車をポンチ１２から離脱さ
せる。なお、押出部材３２は、外周面の上方がやや小径
とされており、円筒状素材２２の成形時に成形型２０の
押圧面２４と干渉しないようにされている。

ポンチ１２の上方には上型３６が配設されている。上型
３６は、成形型２０の面２６に対応するテーパ面３８を
有する型寄せ部４０を備えた寄せ型４２．寄せ型４２の
上方の支持型４４．ロッド状の押さえ型４６等から成っ
ており、図示しないラムにより一部ストロークで繰り返
し昇降させられる。支持型４４の下面は傾斜面４７とさ
れており、その傾斜面４７と寄せ型４２の上面との間に
は（さび部材４８が配設されている。くさび部材４８は
油圧シリンダ５０により上型３６の移動方向に直角な方
向に移動可能とされており、支持型４４例の面が、傾斜
面４７に対応して先端側からシリンダ５０側へ向かって
上昇する傾斜面４９とされている。したがって、ラムの
１ストローク毎にくさび部材４８を徐々に前進させれば
、寄せ型４２の下降量が漸増させられる。なお、寄せ型
４２は、図示しないガイドにより支持型４４に対して水
平方向には相対移動不能で、上下方向には相対移動可能
に案内されており、かつ、くさび部材４８と寄せ型４２
との間に隙間が生じることを防止するために、一対の油
圧シリンダ５２により上方へ付勢された引上板５４によ
って常にくさび部材４８側へ引き上げられている。

上記支持型４４．くさび部材４８および寄せ型４２には
それぞれ貫通穴５６．５８および６０が形成されており
、これらを貫通して押さえ型４６が配設されている。押
さえ型４６は図示しないクツション装置を介してラムに
取り付けられており、成形時に下降させられてポンチ１
２の上端面に当接し、押出部材３２と共同して円筒状素
材２２の軸方向の位置決めを行うものである。押さえ型
４６は寄せ型４２が成形型２０に作用する以前に下降端
に達し、寄せ型４２が成形型２０から離間した後に上昇
を開始する。なお、くさび部材４８の貫通穴５８は、く
さび部材４８の移動により押さえ型４６とくさび部材４
８とが干渉しないよう、長大とされている。

以下、はすばうち歯車の成形方法を説明する。

始めに、押出部材３２を下降端に位置させるとともに、
上型３６を上昇させておく。この状態で、ポンチ１２に
円筒状素材２２を嵌合し、上型３６を下降させれば、ま
ず押さえ型４６がポンチ１２に当接して円筒状素材２２
の軸方向の位置決めを行う。その後は、クツション装置
の作用により寄せ型４２の押さえ型４６に対する相対的
な下降が許容され、型寄せ部４０のテーパ面３８が成形
型２０をポンチ１２に接近させる。この第一ストローク
時にはくさび部材４８を後退端に位置させ、第二ストロ
ークからはくさび部材４８を徐々に前進させて、上型３
６の下死点における寄せ型４２の下降量を漸増させる。

これに伴って、テーパ面３８のより小径の部分が成形型
２０の面２６に係合して成形型２０を押し出すため、成
形型２０のポンチ１２への接近量が第２図に示すように
漸増し、上型３６の１回の昇降毎に成形型２０が一定量
ずつ円筒状素材２２を押圧し、素材２２を加工する。ま
た、上型３６の上昇中は寄せ型４２が成形型２０から離
間し、成形型２０が付勢部材の付勢力によりポンチ１２
から離間するとともに、押さえ型４６もポンチ１２およ
び円筒状素材２２から離間するため、この間にポンチ１
２を、例えば各成形型２０に対応する中心角の半分の角
度ずつ回転させて円筒状素材２２の外周面の、隣り合う
成形型２０の間の隙間に対応する部分を変更し、円筒状
素材２２の外周面のすべての部分が押圧されるようにす
るとともに、外周面の各部分が同じ成形型２０の同じ部
分のみにより押圧されないようにする。

成形が終了すれば、上型３６を上昇させてポンチ１２か
ら離間させ、ポンチ１２を自由に回転し得る状態とする
とともに、押出装置３０を作動させて押出部材３２を上
昇させ、歯車の歯すじ方向に沿ってポンチ１２を回転さ
せつつポンチ１２から成形後の歯車を離脱させる。

上述のプレス装置に代えて、第３図に示すプレス装置を
使用することも可能である。以下、このプレス装置につ
いて説明するが、前記装置と同様の部材については同一
の符号を付して、詳細な説明は省略する。

第３図において、上型７０は寄せ型４２．押さえ型４６
等を備えてポンチ１２に一定量接近・離間するものであ
り、下型７２は、ポンチ１２．成形型２０等を有して上
型７０に向かって漸進可能な可動型７４およびその可動
型７４を移動可能に保持する保持型７６等を備えている
。可動型７４と保持型７６との間には、前記装置と同様
に、貫通穴７７を備えたくさび部材７８および油圧シリ
ンダ８０が配設されており、上型７０が１回昇陣する毎
にくさび部材７８を徐々に前進させることによって可動
型７４を上昇させ、寄せ型４２の成形型２０への作用量
を漸増させるようになっているのである。この装置によ
れば、可動型７４の自重によりくさび部材７８との間に
隙間が発生することが防止されるため、前記実施例装置
における油圧シリンダ５２および引上板５４を設ける必
要がない。なお、本実施例装置において、押出装置３０
の油圧シリンダは、成形中においては、そのヘッド側室
とロッド側室とが共にタンクと連通させられ、可動型７
４の上昇に伴うロッド３４の延び出しを許容するものと
される。また、油圧シリンダは、複数本のロッド３４の
下端で連結する連結板に単純に当接することによってロ
ッド３４を延び出させるものとすることも可能であり、
この場合には成形中は油圧シリンダのピストンロッドを
収縮状態に保ち、成形が終了してくさび部材７８が後退
端まで後退した後に伸長させればよい。

なお、上記２つのプレス装置のように上型３６や下型７
２にくさび部材４８．７８等を設ける代わりに、上型あ
るいは下型自身のストローク量を徐々に変更してもよい
。

次に、本発明のさらに別の実施例を説明する。

本実施例に用いられるプレス装置は第１図のプレス装置
とほぼ同様であるため、詳細な説明は省略し、特徴的な
成形型９０のみを取り出して第４図に示す。

本実施例の各成形型９０においては、ポンチ１２側の押
圧面９２が中央部の部分円筒面９４と両側部の逃がし面
９６とから成っている。部分円筒面９４ははすばうち歯
車の外周面にほぼ等しい曲率半径を有しており、逃がし
面９６は部分円筒面９４の両端から接線方向に延びる平
面とされている。これら部分円筒面９４および逃がし面
９６は（１）式の条件を満たすように形成することが望
ましい。

ただし、 θ：押圧面９２の中心角 θ：部分円筒面９４の中心角 一方、成形型９０の押圧面９２と反対側の面は、図示は
省略するが前記成形型２０の面２６と同様に下部はど直
径が増大するテーパ面の一部を成す形状とされており、
ばねや弾性体等から成る付勢部材によりポンチ１２の外
周面から離間する向きに付勢されている。

上記のような成形型９０を備えたプレス装置においてう
ち歯車を成形する場合にも、上型３６の上昇中に寄せ型
４２が成形型９０から離間し、成形型９０が付勢部材の
付勢力によりポンチ１２から離間するとともに、押さえ
型４６もポンチ１２および円筒状素材２２から離間する
ため、この間にポンチ１２を一定角度ずつ回転させて、
円筒状素材２２の外周面の、隣り合う成形型９０の間の
隙間に対応する部分を変更し、円筒状素材２２の外周面
のすべての部分が押圧されるようにするとともに、外周
面の各部分が同じ成形型９０の同じ部分のみにより押圧
されないようにする。

このとき、加工初期においては、第５図に示すように、
押圧面９２の部分円筒面９４と逃がし面９６との境界近
傍の部分が円筒状素材２２の外周面を押圧することとな
るが、部分円筒面９４と逃がし面９６とは滑らかに連な
っているため、円筒状素材２２の外周面に部分円筒面９
４の両側部が食い込み、凹凸が付くことが防止される。

また、逃がし面９６が円筒状素材２２に接触しないため
、同一の加工面圧でも加工荷重が低くなる。なお、押圧
面９２は円筒状素材２２の加工が進むにつれて徐々に部
分円筒面９４の中央に近い部分において素材２２を押圧
するようになる。

本実施例においては、成形に伴ってうち歯車の外周面に
凹凸が付くことが良好に防止されるため、後の工程にお
いて外周面の機械加工代を小さくすることができる。内
歯車の外径公差を一般公差程度とする場合には、外周面
の機械加工を省略することも可能である。

上記プレス装置を用いて、成形型に逃がし面を設けた場
合と設けない場合とで、成形されたうち歯車の寸法精度
を比較する実験を行った。その結果を第６図に示す。な
お、成形型は６分割で、押圧面９２が部分円筒面９４と
逃がし面９６とから成り、押圧面９２の中心角θが６０
度、部分円筒面９４の中心角θが３０度である成形型９
０と、押圧面２４全体が部分円筒面である第１図の実施
例の成形型２０とを使用した。また、両者の比較は、各
成形型９０．２０により形成された歯を８０本有するう
ち歯車の歯先径（それぞれ向かい合う歯の先端間の径）
を測定することにより行った。

図から明らかなように、逃がし面９６を備えた成形型９
０においては、逃がし面を備えない成形型２０に比較し
て歯先径にばらつきが生じ、寸法精度が低下する傾向が
ある。

そこで、逃がし面９６を設けても良好に成形を行い得る
条件を求めるために、さらに実験を行った。成形型９０
として前記実験と同様のものを使用し、ポンチの回転角
を１５度とした場合と３０度とした場合とでそれぞれ、
１回の加工代（成形型９０の各押圧時間におけるポンチ
１２への接近量の増分）の全歯丈に対する割合を２％、
４％および６％とした３通りの成形を行い、それぞれ形
成されたうち歯車の歯先径を測定した。また、比較のた
めに逃がし面を設けない成形型２０においてもポンチの
回転角を１５度として同様の実験を行った。実験の結果
を第７図および第８図に示す。

暑−７図から明らかなように、ポンチの回転角が１５度
の場合には、成形型９０による１回の加工代を２％およ
び４％としたときには歯先径のばらつきが１１５．１ｍ
ｍ〜１１５．３ｍｍの間で納まるが、６％としたときに
は歯先径の最大値が１１５．８ｍｍに達し、逃がし面を
設けない場合に比較して寸法誤差が大きくなる。それに
対し、成形型２０による場合は１回の加工代を６％とし
ても寸法誤差が大きくなることはない。また、第８図に
示す回転角が３０度の場合には、１回の加工代の大小に
かかわらず、最大歯先径が１１６．２＋ｎｍ、最小歯先
径が１１５．１ｍｍと大きくばらつき、加工精度が低下
する。

これらの実験結果から明らかなように、ポンチの回転角
を部分円筒面９２の中心角θの半分以下、１回の加工代
を５％未満とすることが望ましい。

この範囲において成形を行えば、逃がし面を備えない成
形型２０と同様に寸法精度の低下を抑えることができ、
しかも逃がし面を備えない成形型に比較して外周面の滑
らかな内歯車を得ることができるのである。

なお、押圧面９２の逃がし面９６は平面とされていたが
、押圧面９２が円筒状素材２２の外周面に押圧された場
合に押圧面９２の両側端部が外周面に食い込まなければ
よいのであり、曲率半径の十分大きい凸面あるいは凹面
とすることも可能である。つまり、逃がし面９６が凹面
、平面および凸面のいずれであっても、全体を見た場合
に押圧面９２がうち歯車の外周面にほぼ対応した凹面と
なっていればよいのである。

また、成形型の円筒状素材への接近量の増分を加工の最
初から終わりまで一定とするのではなく、例えば、最初
は増分を大きくし、終わりには小さくする等、適宜変更
することが可能である。また、ポンチの毎回の回転量も
、最初は小さく終わりには大きくする等、適宜変更する
ことが可能である。

さらに、円筒状素材の直径や歯数に応じて成形型の接近
量の増分やポンチの回転量を適宜変更してもよい。

また、成形型の押圧面の中心角を小さくすれば、すなわ
ち成形型を細かく分割すれば、加工時にポンチの歯型に
かかる曲げ応力が軽減され、ポンチの摩耗量が低減して
寿命が長くなる効果が得られる。

なお、ポンチを下型に固定して成形型の方を回転させて
もよく、また、ポンチの歯型の形状を変更すれば、すぐ
ばうち歯車を成形することもできる。

その他、当業者の知識に基づいて種々の変形改良を施し
た態様で、本発明を実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるはすばうち歯車の成形
に使用されるプレス装置の要部を示す正面断面図である
。第２図は上記装置の寄せ型の位置と時間との関係を示
すグラフであり、第３図は本発明の別の実施例に使用さ
れるプレス装置の要部を示す正面断面図である。第４図
は本発明のさらに別の実施例に使用されるプレス装置の
成形型を拡大して示す一部平面断面図であり、第５図は
上記成形型と円筒状素材とを部分的に示す平面断面図で
ある。第６図、第７図および第８図はそれぞれ上記装置
を用いて実験を行った結果を示すグラフである。 １２：マンドレルポンチ　１４：歯型 ２０：成形型　　　　　　２２：円筒状素材９０：成形
型

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　内周面に複数の歯を備えたうち歯車を成形する方法で
   あって、 外周面に前記歯と対応する歯型を備えたポンチに円筒状
   素材を嵌合し、前記ポンチの半径方向に移動可能であり
   、かつポンチ側の面が前記うち歯車の外周面にほぼ対応
   した凹面である複数の成形型を、前記ポンチに対する接
   近量を漸増させつつ複数回接近・離間させるとともに、
   成形型が円筒状素材から離間した状態においてポンチお
   よび円筒状素材と成形型とを相対回転させて円筒状素材
   の外周面の隣接成形型間の隙間に対応する部分を変える
   ことにより、円筒状素材を縮径させてそれの内周面に前
   記複数の歯を形成することを特徴とするうち歯車の成形
   方法。