JPH0566220B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ヘリカルギアの塑性加工装置に係
り、さらに詳しくは、一製品物に加工された素材
を金型内にパンチにより順次押し込み、１回の金
型内通過でヘリカルギアを押出成形する塑性加工
装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、ねじれ歯を有するヘリカルギアを押出加
工により塑性成形する装置は、米国特許第
3605475号明細書及び同第3910091号明細書等で知
られている。

かかるヘリカルギア押出加工装置は、内壁面に
ヘリカルギア歯部を有するダイと、このダイと一
体化されたコンテナと、ダイ及びコンテナの軸線
上に配置したマンドレルと、金属素材をコンテナ
及びダイ内に押し込んでヘリカルギアを押出加工
するパンチとを組合わせたものから構成されてい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕 上記のような従来のヘリカルギアの押出加工装
置では、マンドレルとダイとの円周方向の相対的
回転が可能になつているものの、ダイとコンテナ
は一体化され、押し込まれる金属素材とダイとの
円周方向相対回転が不能になつているため、金属
素材のダイ内への押込みによつて金属素材の外周
面にねじれ歯を形成していく時、素材に軸方向の
流動（伸び）が生じ、これによつてダイ歯部のね
じれ角より小さいねじれ角の製品歯部を成形する
ように作用し、ダイ歯部と成形途中の素材歯部間
にリードギヤツプが発生する。これに伴いダイと
素材との各歯の片側面に大きな応力が発生し、こ
れが成形品歯部の左右に、弾性戻りを含めたダイ
歯部に対する圧力差を生じさせ、これによつてダ
イ歯部に対する焼付き、あるいはかじりが発生す
る要因となるほか、最悪の場合にはダイ歯部が破
損されてしまう問題があつた。

また、上記米国特許第3605475号では、押出加
工時の金属素材の軸方向の伸びを防止するため
に、マンドレルを使用せずに素材の中空部を非拘
束状態とし、素材内径側への材料の流動を許す方
式を採つている。

この方式では、リードギヤツプを減少させ得る
効果があるものの、流動変形中の素材内外周面及
び軸方向からの三次元的拘束力が低下して精度の
良いヘリカル歯を得ることができないほか、ヘリ
カルギアの内径寸法精度も低下してしまう問題が
あつた。

従つて、現在では、上記米国特許に開示される
如きヘリカルギアの塑性加工技術が見られるもの
の、ヘリカルギアを工業的に量産し得る技術は確
立されておらず、自動車、二輪車の変速機用を始
めとして多くの機械の回転伝達用主要部品である
にも拘らず、ホブ盤による切削加工でヘリカルギ
アを成形しているのが現状である。

〔発明の目的〕

本発明は上記のような問題点を解決するために
なされたもので、リードギヤツプの発生及びこれ
による金型と素材との焼付き、かじり等の発生を
なくし、ヘリカルギアの工業的量産を可能にした
ヘリカルギアの塑性加工装置を提供することを目
的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係るヘリカルギアの塑性加工装置は、
中心穴を有する金属素材が挿入される外形拘束用
コンテナと、このコンテナの下方に位置して円周
方向に相対回転可能に配置されたダイと、上記コ
ンテナとダイ内の中心軸線上に配置したマンドレ
ルと、このマンドレルと上記コンテナ及びダイ間
の隙間内に上記金属素材を順次押し込むパンチを
備え、上記ダイの内壁には、その上端部内面から
素材押出方向に行くにしたがいヘリカルギア歯形
に変化するアプローチ部及びこれに連設するヘリ
カルギア歯形の製品形状部を形成し、上記マンド
レルのコンテナ側には金属素材を拡径してヘリカ
ルギア成形に必要な断面積を設定する拡径部を形
成すると共に、上記ダイのアプローチ部に対向し
て素材外周部がアプローチ部により次第にヘリカ
ルギア歯形に流動変形される過程での実質的外径
縮小量があつても素材の水平面断面積が一定とな
るように素材内径を縮小変形させる内径成部を形
成し、さらに上記ダイの製品形状部に対向して成
形品の内径を正規寸法に設定する円柱部を形成し
たものである。

〔発明の作用〕

本発明においては、パンチにより順次コンテナ
とマンドレルとの隙間内に押し込まれる金属素材
がマンドレルの拡径部を通過するときヘリカルギ
アの成形に必要な断面積に拡径され、そしてダイ
のアプローチ部とこれに対向する素材内径成形部
間を通過するとき、素材外周部はアプローチ部の
形状によつて不完全歯形から完全歯形へと流動変
形されると同時に、この歯形変形過程における実
質的な素材の外径縮小量に伴う流動材料は、アプ
ローチ部の拡大形状と逆の向きの縮径形状を有す
る内径成形部によつて吸収されることになり、こ
れによつて金属素材が軸方向に流動伸展されるの
を防止し、リードギヤツプの発生をなくすると共
に、コンテナとダイとが円周方向に相対回転可能
になつていることによつて素材とダイ間の焼付
き、かじり及び歯部の破損を発生を防止する。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図乃至第５図に
ついて説明する。

第１図は本発明に係るヘリカルギアの押出塑性
加工装置の全体構成を示す断面図、第２図は要部
の拡大断面図、第３図は金属素材を成形金型内に
押し込んでヘリカルギアを押出式に加工する状態
の断面図である。

第１図乃至第３図において、全体符号１で示す
ヘリカルギア成形用金型は、コンテナ２、ダイ３
及びマンドレル４を備えている。コンテナ２の中
央部には上下方向に貫通する素材外形拘束用の挿
入穴２ａが形成されており、この穴２ａは金属素
材５の外形を拘束するものである。

上記ダイ３は、これに金属素材５を押し込むこ
とによつて素材外周にねじれ歯を形成するための
もので、ボルスタ等の固定部７に垂直に取り付け
た複数のガイドロツド８に上下動可能に支持した
支持プレート９の取付穴９ａに回転可能に嵌合さ
れ、このダイ３の上面にはコンテナ２が軸線を一
致して重ね合わされ、そして、これらコンテナ２
及びダイ３は、それぞれの外周に形成した鍔部２
ｂ及び鍔部３ａを、ボルト１０により支持プレー
ト９に固定したリング状のホルダ１１によつて支
持プレート９に円周方向に相対回転し得るよう保
持されている。また、上記支持プレート９は、こ
れと固定部７間にガイドロツド８と同心に配置し
た圧縮ばね１２によつて常時上方へ付勢されてい
る。

また、上記ダイ３は、コンテナ２の素材挿入穴
２ａより僅かに大きい径の円筒穴３１を有し、こ
の円筒穴３１の内壁にはヘリカルギアのねじれ歯
を成形する歯部３２が所望のねじれ角で形成され
ている。上記歯部３２は、第２図に示すように金
属素材５の押出方向（第２図の矢印Ｘ方向）に行
くにしたがい円筒穴３１の内面から中心方向へ直
線的に拡大されるアプローチ部（歯変形過程部）
３２ａと、このアプローチ部３２ａの下端に連設
され完全なヘリカルギア歯形を成形する製品形状
部３２ｂとからなり、そして、上記アプローチ部
３２ａの領域における位置〜の断面形状は、
第４図に示す〜のように円筒穴３１の内面か
ら中心方向へ行くにしたがい歯溝幅の寸法ｄが成
形歯のインボリユート曲線に応じて減少する形状
になつている。これにより、素材５がアプローチ
部３２ａに沿つて流動変形され始める時のアプロ
ーチ部３２ａ始端部分（に相当する部分）の曲
げ剛性を高め、かつ素材５のヘリカルギア歯への
流動変形がスムーズに移行し得るようになつてい
る。

上記コンテナ２の素材挿入穴２ａ及びダイ３の
円筒穴３１の中心軸線上に配置されたマンドレル
４は、コンテナ２の素材挿入穴２ａに位置し金属
素材５の中心穴５ａが嵌合するガイド用の円柱部
４１と、この円柱部４１の下端にテーパ部４２を
介して連設されダイ３の円筒穴３１内に位置する
と共に金属素材５をヘリカルギア成形に必要な断
面積に設定する拡径部４３と、この拡径部４３の
下端にダイ３の歯部アプローチ部３２ａに対向し
て連設され金属素材５の外周がダイ３の歯部３２
により円から順次ヘリカルギアに流動変形される
過程で金属素材５の実質的外径の縮小に応じて素
材内径を縮小方向へ拘束支持する素材内径成形部
４４と、この素材内径成形部４４の下端にダイ３
の歯製品形状部３２ｂに対向して連設され成形さ
れるヘリカルギアの正規内径寸法を設定する円柱
部４５とから構成されている。

第１図及び第３図において、１３はスライダ１
４の下面にホルダ１５により支持した円筒状のパ
ンチで、このパンチ１３はコンテナ２及びダイ３
間の隙間内に金属素材５を押し込むためのもので
あり、スライダ１４に対しては円周方向に回転し
得る支持構造になつている。

次に、上記のように構成された金型１を利用し
てヘリカルギアを押出成形する場合について説明
する。

まず、第１図に示すように所定の厚さ寸法及び
外径を有する中空の金属素材５をコンテナ２の穴
２ａ内に挿入し、かつ金属素材５の中心穴５ａを
マンドレル４の円柱部４１に嵌合した状態で、ス
ライダ１４を矢印Ａ方向に下降動作させる。これ
によりパンチ１３が金属素材５の上端に係合し
て、さらに下降されると、コンテナ２、ダイ３及
びマンドレル４を含めた支持プレート９全体が圧
縮ばね１２に抗して下降され、ダイ３及びマンド
レル４の下端面が固定部７に設置した受台１６の
上面に当接した段階でコンテナ２、ダイ３及びマ
ンドレル４の下降が停止する。

かかる状態でスライダ１４の矢印Ａ方向への前
進により、パンチ１３がストローク一杯に下降さ
れると、金属素材はコンテナ２とマンドレル４間
の隙間内を矢印Ｘに示す押出方向に押し込まれ、
第３図の符号５′に示す如くコンテナ２とダイ３
の両者間にまたがつた位置まで押し込まれる。

金属素材がパンチ１３によつてコンテナ２から
ダイ３内に押し込まれる時、金属素材５′はマン
ドレル４内の拡径部４３によつて拡径され、ヘリ
カルギア成形に必要な断面積に設定される。そし
て下端側外周部はダイ３のねじれ歯成形用歯部３
２のアプローチ部３２ａに差しかかり、金属素材
５′に対しねじれ歯を成形し始める。この時の金
属素材５′の外周部の材料変形状態は第２図の
で示すアプローチ部３２ａの断面形状に相当した
ものとなる。

最初の金属素材５′に対しパンチ１３にストロ
ーク一杯の押込みが完了したならば、パンチ１３
を上昇させ、次の金属素材５を第１図に示す如く
コンテナ２内に挿入し、再びパンチ１３を下降し
て該金属素材５をコンテナ２内に押し込む。以下
同様にして金属素材５をコンテナ２内にパンチ１
３により順次押し込むことにより、金属素材５は
ダイ３とマンドレル４との隙間内を矢印Ｘ方向に
順次移動し、ダイ３とマンドレル４との隙間内を
通過する間に、金属素材５はその外周にねじれ歯
を有するヘリカルギアに塑性加工されることにな
る。

即ち、金属素材５がダイ３のアプローチ部３２
ａを通過する時、金属素材５の外周部は円から
徐々に完全なねじれ歯形に流動変化され、そして
製品形状部３２ｂとこれに対向するマンドレル４
の素材内径成形部４４間を通過した時、素材外周
部には、第５図に示すように完全なねじれ歯１７
ａが形成されると共に、その内径１７ｂは内径成
形部４４によつて所定の径に形成されたヘリカル
ギア１７が成形されることになる。このヘリカル
ギア１７は受台１６内に落下する。

ここで、パンチ１３により上方から順次押し込
まれる金属素材５がダイ３の歯部３２のアプロー
チ部３２ａとこれに対向するマンドレル４の素材
内径成形部４４間を通過する時、金属素材５の外
周部はアプローチ部３２ａの上端から下端方向へ
行くにしたがい不完全歯形から完全歯形へと流動
変形されると同時に、この歯変形過程における実
質的な素材５の外径縮小量に伴う流動材料は、ア
プローチ部３２ａの拡大傾斜と逆の縮径傾斜とな
る素材内径成形部４４によつて吸収され、金属素
材５がマンドレル４の軸方向に流動伸展されるの
を防止する。

即ち、金属素材５の外周部が円からねじれ歯に
流動変形されることによる金属素材５の水平面で
の断面積の減少を、金属素材５の内径側を拘束す
るマンドレル４の内径成形部４４の径寸法を傾斜
アプローチ部３２ａの断面形状変化に応じて縮径
変化させることにより吸収し、金型内における素
材流動変形域の全体にわたり素材５の水平面での
断面積を一定に保持する。

第６図は金型内のヘリカルギア成形過程におけ
る各部水平面での断面積が一定であることを示す
説明図である。

第６図Ａは第３図のＡ−Ａ線に沿う面での
金属素材５の断面を示し、第６図Ｂは第３図の
Ｂ−Ｂ線に沿う面での変形途中の素材断面であ
り、また、第６図Ｃは第３図のＣ−Ｃ線に沿
う面での完成品の断面図を示す。

この各図から明らかなようにマンドレル４の拡
径部４３で拡径された素材５の断面積S_Aと、変
形途中の素材断面積S_B及び完成歯車の断面積Ｓと
はS_A＝S_B＝Ｓとなる。但し、それぞれの内径
φ_dA、φ_dB、φ_dCの間は、φ_dA＞φ_dB＞φ_dCの関係にあ
る。

従つて、素材５の軸方向への材料伸展が防止さ
れ、しかもダイ３のアプローチ部３２ａから完全
な歯形を成形する製品形状部３２ｂへの途中でも
素材外周に成形された不完全歯形のリードとこれ
に接するダイ歯形部のリード間にギヤツプが発生
することがない。さらに、素材外周に成形された
歯形部の進行方向とこれに対応するダイ３の歯部
とのリード誤差がなくなり、素材外周には完全な
ねじれ歯が形成されることになる。

また、パンチ１３により押し込まれる金属素材
５がダイ３の歯部３２を流動変形しながら通過す
る時、歯部３２のねじれ角によつてダイ３との間
に相対的な回転力が生じる。即ち、ダイ３が固定
状態にあると考えると、１個の金属素材５が押込
みによつてダイ３の歯部３２に差しかかれば、素
材全体が歯部３２のねじれリードによつて回転さ
れざるを得ない。この状態では素材の大半がコン
テナ２中にあるから、もしダイ３とコンテナ２が
一体であつたり、ダイ３とコンテナ２間の回転方
向運動が制約されていると、コンテナ２と素材間
の摩擦抵抗に打ち勝つて素材が回転しなければな
らない。この時、素材５の一部はダイ３のアプロ
ーチ部３２ａに差しかかつたのみであるため、素
材５の回転によつてアプローチ部３２ａに極端な
応力を発生させ、素材５を不必要に変形させる
か、あるいはダイ３の歯部３２を破損させる結果
となる。

しかるに、本実施例にあつては、コンテナ２、
ダイ３及びマンドレル４、パンチ１３は互いに回
転可能に支持されているから、上述する問題が全
く発生することがなく、精度の高いヘリカルギア
を塑性加工することができるのである。

また、ダイ３のねじれ歯成形用歯部３２のアプ
ローチ部３２ａを第４図の〜に示すような素
材の押出方向に上り勾配で傾斜する断面形状にす
ることにより、素材へのねじれ歯の成形を無理な
く高精度になし得るほか型加工が簡単になり、歯
部３２の剛性を高めることができ、型寿命も向上
し得る。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、中心穴を有する
金属素材が挿入される外形拘束用コンテナ及びそ
の下方に連なるダイを円周方向に相対回転可能に
配置すると共に、コンテナとダイ内の中心軸線上
にマンドレルを配置し、金属素材をパンチにより
マンドレルとコンテナ及びダイ間の隙間内に順次
押し込むことによりヘリカルギアを成形する金型
であつて、ダイの内壁にその内面から素材押出方
向に行くにしたがいヘリカルギア歯形に変化する
アプローチ部及びこれに連設する完全なヘリカル
ギア歯形の製品形状部を形成し、さらにマンドレ
ルには金属素材を拡径してヘリカルギア成形に必
要な断面積を設定する拡径部をコンテナ側に位置
して形成すると共に、ダイのアプローチ部に対向
して素材外周部がアプローチ部により次第にヘリ
カルギア歯形に流動変形される過程での実質的外
径縮小量があつても素材の水平面断面積が一定と
なるように素材内径を縮小変形させる内径成形部
を形成し、かつ上記ダイの製品形状部に対向して
成形品の内径を正規寸法に設定する円柱部を形成
したものであるから、リードギヤツプの発生及び
これによるダイ歯部と素材との焼付き、かじり等
の発生を防止できると共に、ヘリカルギアの工業
的量産が容易となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るヘリカルギア塑性加工装
置の一例を示す断面図、第２図はその要部の拡大
断面図、第３図は金属素材を金型内に押し込んで
ヘリカルギアを押出加工する状態を示す断面図、
第４図はダイ歯部のアプローチ部の変化状態を示
す説明図、第５図は成形されたヘリカルギアの一
部切欠側面図、第６図Ａ〜Ｃは本発明の実施例に
おける素材の流動変形過程の水平断面積状態を示
す説明図である。 １……金型、２……コンテナ、２ａ……素材拘
束用の挿入穴、３……ダイ、３１……円筒穴、３
２……ヘリカルギア歯形成形用の歯部、３２ａ…
…アプローチ部、３２ｂ……製品形状部、４……
マンドレル、４３……拡径部、４４……素材内径
成形部、４５……円柱部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 中心穴を有する金属素材が挿入される外形拘
   束用コンテナと、このコンテナの下方に位置して
   円周方向に相対回転可能に配置されたダイと、上
   記コンテナとダイ内の中心軸線上に配置したマン
   ドレルと、このマンドレルと上記コンテナ及びダ
   イ間の隙間内に上記金属素材を順次押し込むパン
   チを備え、上記ダイの内壁には、その上端部内面
   から素材押出方向に行くにしたがいヘリカルギア
   歯形に変化するアプローチ部及びこれに連設する
   ヘリカルギア歯形の製品形状部を形成し、上記マ
   ンドレルのコンテナ側には金属素材を拡径してヘ
   リカルギア成形に必要な断面積を設定する拡径部
   を形成すると共に、上記ダイのアプローチ部に対
   向して素材外周部がアプローチ部により次第にヘ
   リカルギア歯形に流動変形される過程での実質的
   外径縮小量があつても素材の水平面断面積が一定
   となるように素材内径を縮小変形させる内径成部
   を形成し、さらに上記ダイの製品形状部に対向し
   て成形品の内径を正規寸法に設定する円柱部を形
   成したことを特徴とするヘリカルギアの塑性加工
   装置。