JPH11207529A - ヘリカルギヤ用金型の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金型の製造に必要な放電電極の数を可及的に
抑制し、かつ、各金型毎に切欠面の加工精度を向上させ
る。 【解決手段】 放電電極１を回転させつつ金型素材９の
孔１０に進入させ、金型素材９を放電加工することによ
り、金型素材９の内周面に螺旋状の凸部１６および凹部
１５を形成した後、放電電極１を逆方向に回転させつつ
放電電極１を金型素材９の外部に退出させるヘリカルギ
ヤ用金型の製造方法において、放電電極１を金型素材９
の外部に退出させる場合に、放電電極１が金型素材９の
孔１０の内部で所定位置に到達する前における軸線方向
の移動量に対応する回転量の割合いよりも、放電電極１
が金型素材９の孔１０の内部で所定位置に到達した後に
おける軸線方向の移動量に対応する回転量の割合いを減
少させ、金型素材９の孔に形成されている凸部１６の一
部を放電加工により除去して切欠面１７を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ヘリカルギヤを
鍛造するために用いる金型の製造方法に関し、特に、放
電加工法により金型を製造する方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ヘリカルギヤの一種であるヘリカルピニ
オンギヤは、全体として円筒状をなすとともに、外周面
に螺旋方向に傾斜した歯が形成され、その歯の一端側に
テーパ部を介して円筒部が形成された構造である。この
種のヘリカルピニオンギヤを切削加工によって製造した
とすれば、工程数が多くなるうえに、加工機が高価なも
のとなるから、結局、コスト高になる不都合がある。ま
た転造によりヘリカルピニオンギヤを加工したとすれ
ば、奇数歯の場合に加工荷重の変動が生じ、これが原因
となって歯形の精度が低下する不都合がある。

【０００３】そこで特開平７−３０８７２９号公報の発
明には、円筒状の金型（ダイス）により、ヘリカルピニ
オンギヤを冷間鍛造する技術が記載されている。この金
型の内周面には、螺旋方向に傾斜した複数の凹凸部が交
互に形成されている。そして、粗材を金型の内部に軸線
方向に圧入すると、金型の凹凸部により粗材の外周面が
塑性変形され、粗材の外周面に螺旋方向に傾斜した歯が
形成される。

【０００４】ところで、ヘリカルピニオンギヤを鍛造す
る場合、形成するべき歯が軸線方向に対して傾斜してい
るから、歯の側面と、歯の両側の面（歯面）とのなす角
度が、各歯の一方の歯面と他方の歯面とで相違してい
る。そのために、粗材の流動が歯の両側で相違し、これ
が原因となって歯形の精度が悪くなる。そこで上記の従
来の発明では、鍛造時の粗材の流入方向を向く面の粗材
流入側端部に、この歯上面の傾斜方向に対して反対方向
に傾斜した面を有する三角形状の肉盛り部を形成してい
る。

【０００５】また、このような形状の歯形を形成するた
め、金型の内周面の端部には、凹部に臨む三角形状の切
欠面が形成されている。この切欠面は軸線方向に延びて
形成されている。そして、粗材を金型の内部に圧入する
と、切欠面によって粗材の流動方向が付与され、粗材の
流動が歯面の両側で均等に生じ、その結果、歯形の精度
が向上するとされている。

【０００６】一方、上記のようなヘリカルギヤ用金型の
製造方法の一例が特開平４−１５０２０５号公報に記載
されている。この公報に記載された製造方法において
は、外周面に複数の螺旋状の歯および歯溝を備えた放電
電極により、金型が製造される。具体的には、放電電極
を回転させつつ軸線方向に移動して筒状の金型素材の孔
の内部に挿入し、放電電極と金型素材との間に放電を起
こし、金型素材を放電加工してその内周面に複数の螺旋
状の凹凸部を形成する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、金型に形成
される螺旋状の凸部の両側の歯面と切欠面とは、孔の軸
線に対する角度が異なっている。このため、従来の放電
加工法によりヘリカルギヤ用金型を製造する場合は、複
数の螺旋状の凹凸部と切欠面とに対応して別々の放電電
極を用いられ、別々の工程により放電加工が行われてい
た。

【０００８】すなわち、まず、複数の螺旋状の歯および
歯溝を有する第１の放電電極を回転させつつ軸線方向に
移動して金型素材の孔の内部に挿入し、放電加工により
金型素材の孔の内周面に複数の螺旋状の凹凸部を形成す
る。そして、第１の放電電極を金型素材の外部に退出さ
せ後、切欠面に対応する形状を備えた第２の放電電極を
軸線方向に移動させて金型素材の内部に挿入して放電加
工を行い、切欠面を形成する。

【０００９】このように、従来の放電加工法によりヘリ
カルギヤ用の金型を製造する場合は、形状の異なる２種
類の放電電極を用い、かつ、放電電極を金型素材の孔に
対して２往復させなければ、複数の螺旋状の凹凸部と切
欠面とを放電加工することができなかった。このため、
金型を製造するための設備および製造工数ならびに加工
時間が増加し、金型の製造コストが上昇する問題があっ
た。

【００１０】また第１の電極および第２の電極が別々に
用いられているため、金型素材に対する第１の放電電極
と第２の放電電極との同軸度（傾き）に相違が生じ、金
型素材と放電電極との接触状態が不均一になる可能性が
ある。その結果、各金型毎に切欠面の寸法精度にバラツ
キが生じ、金型の品質が低下する問題があった。

【００１１】この発明は、上記の事情を背景としてなさ
れたものであり、金型の製造に必要な放電電極の数を可
及的に抑制し、かつ、各金型毎に切欠面の加工精度を向
上させることの可能なヘリカルギヤ用金型の製造方法を
提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段およびその作用】上記の目
的を達成するために、この発明は、外周面に複数の螺旋
状の歯および歯溝が交互に形成された放電電極を有し、
この放電電極を軸線を中心として回転させつつ軸線方向
に移動して金型素材の孔に進入させるとともに、前記放
電電極と前記金型素材との間に電圧を印可して前記金型
素材を放電加工することにより、前記金型素材の内周面
に複数の螺旋状の凸部および凹部を形成した後、前記放
電電極を前記金型素材の孔に挿入する場合の回転方向と
は逆方向に相対的に回転させつつ前記金型素材の孔の外
部に退出させるヘリカルギヤ用金型の製造方法におい
て、前記放電電極を前記金型素材の孔の外部に向けて退
出させる場合に、前記放電電極が前記金型素材の孔の内
部で所定位置に到達する前における前記軸線方向の移動
量に対応する回転割合と、前記放電電極が前記金型素材
の孔の内部で所定位置に到達した後における前記軸線方
向の移動量に対応する回転割合いとを異ならせ、前記放
電電極が所定位置に到達した以降は前記凸部の一部を放
電加工により除去することにより、前記凸部の一部に、
前記孔の軸線に対する傾斜角が、前記放電電極が前記所
定位置に到達する前の凸部の傾斜角とは異なる切欠面を
形成することを特徴とする。

【００１３】この発明によれば、放電電極を金型素材の
孔に挿入する過程で、放電電極の歯および歯溝により金
型素材の孔の内周面が放電加工され、孔の内周面に凹凸
部が形成される。その後、放電電極を金型素材の外部に
向けて退出させる場合に、放電電極の軸線方向における
移動量に対する回転量の割合を変化させることにより、
放電電極を金型素材の孔から退出させる過程で凸部の一
部が除去される。このため、孔の軸線に対する凸部の傾
斜角が、放電電極が所定位置に到達する前と後で異な
り、切欠面が形成される。

【００１４】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明を図に示す具体
例を参照しつつ説明する。図１はこの発明に係るヘリカ
ルギヤ用金型の製造方法で使用する放電電極１の一例を
示す正面図である。この放電電極１は駆動機構（図示せ
ず）により、その軸線Ａ１を中心として回転可能に、か
つ、軸線方向（図１の上下方向）に往復移動可能に構成
されている。

【００１５】この放電電極１は、軸部２と、軸部２の先
端に設けられた頭部３とから構成されている。頭部３に
は、複数の螺旋状の歯４および歯溝５が交互に形成され
ている。これらの歯４は、軸線Ａ１を通る平面（図示せ
ず）に対して所定のねじれ角（傾斜角）α１に設定され
たはす歯であり、それぞれの歯４の歯先面６を挟んだ両
側の歯面７，８はサイクロイド曲線を模した曲面に形成
されている。この放電電極１をねじ部材として把握した
場合、ねじれ角α１が、いわゆるリード角に相当する。
この放電電極１の材料としては、加工性に優れ、かつ、
消耗の少ない材料、例えば、鋼または黄銅またはタング
ステンと銅との合金が用いられる。

【００１６】つぎに、図２に基づいて、放電加工が行わ
れる金型素材９について説明する。金型素材９は、製品
となる金型に要求される機械的特性を備えた材料が用い
られる。具体的には、強度および靱性の他に、耐熱性お
よび耐摩耗性ならびに耐圧性を具備した材料、例えばニ
ッケル−クロム−モリブデン鋼、またはクロム−モリブ
デン鋼などの工具鋼や、超硬合金が用いられる。この金
型素材９は、予め機械加工により円筒形状に成形されて
いる。また、金型素材９を超硬合金により構成する場合
は、焼結体により金型素材９を製造し、この金型素材９
を機械加工して円筒形状に成形する。

【００１７】この金型素材９の孔１０に臨む内周面に
は、孔１０の軸線方向に沿って第１テーパ面１１と第１
ストレート面１２と第２テーパ面１３と第２ストレート
面１４とが順次形成されている。この第１テーパ面１１
は、図２において下側に向けて縮径する方向に傾斜して
いる。また、第１ストレート面１２は、第１テーパ面１
１の小径側に接続され、かつ、その内径は、軸線方向に
おいてほぼ均一に設定されている。なお、第１ストレー
ト面１２の内径は、放電電極１の外径、つまり、歯先円
の直径とほぼ同一に設定されている。

【００１８】さらに、第２テーパ面１３は、図２におい
て第１ストレート面１２の下側に接続され、かつ、図２
の下側に向けて縮径する方向に傾斜している。孔１０の
軸線Ａ１に対する第２テーパ面１３の鋭角側の傾斜角
は、軸線Ａ１に対する第１テーパ面１１の鋭角側の傾斜
角よりも小さく設定されている。さらにまた、第２スト
レート面１４は、図２において第２テーパ面１３の下側
に接続され、その内径が軸線方向においてほぼ均一に設
定されている。つまり、第２ストレート面１４の内径
は、第１ストレート面１２の内径未満に設定されてい
る。

【００１９】つぎに、図２ないし図５に基づいて、放電
電極１により金型素材９を放電加工して、ヘリカルギヤ
用金型を製造する方法を説明する。図２に示された金型
素材９は、加工液漕（図示せず）の加工液中に浸漬さ
れ、金型素材９には電源（図示せず）の陽極が接続され
ている。また、金型素材９の上方に放電電極１が配置さ
れ、放電電極１の回転中心と、金型素材９の孔１０の中
心とが同一軸線Ａ１上に配置される。なお、放電電極１
には電源の陰極が接続されている。

【００２０】そして、駆動機構の動作により、放電電極
１を矢印方向に回転させつつ軸線方向に下降させる。つ
まり、放電電極１を歯４のリード角に沿うように移動さ
せつつ金型素材９の孔１０に進入させる。この放電電極
１の下降に移動に伴って、電源から放電電極１と金型素
材９との間に所定の電圧が印可される。すると、放電電
極１と金型素材９とが接近して両者の間に放電が生じ
る。その結果、金型素材９の孔１０の内周面が、放電電
極１の歯４および歯溝５の形状に対応する形状に放電加
工される。ここで、放電を行わせる方式としては、蓄電
器法と振動法と低電圧交流法とが例示される。このよう
にして、図３に示すように、孔１０の内周面に複数の螺
旋状の凹部１５および凸部１６が交互に形成される。す
なわち、軸線Ａ１に対する凸部１６の側面の傾斜角が、
歯４のねじれ角α１とほぼ同一に設定される。

【００２１】その後、図３に示すように、放電電極１の
下端が金型素材９の下端に到達した時点で放電電極１の
下降が停止する。ついで、放電電極１に対して、孔１０
に進入する場合とは逆方向の回転が与えられつつ、孔１
０から退出する方向に上昇する。そして、図４に示すよ
うに、放電電極１が孔１０の内部で所定位置に到達する
前と、所定位置に到達した以降とでは、軸線方向におけ
る放電電極１の移動量に対する回転量の割合を変化させ
る制御が行われる。

【００２２】具体的には放電電極１の下端が、第２テー
パ面１３と第２ストレート面１４との境界部分Ｂ１に到
達した時点以降の放電電極１の回転量（回転速度）が、
放電電極１の下端が、第２テーパ面１３と第２ストレー
ト面１４との境界部分Ｂ１に到達する前の放電電極１の
回転量よりも減少する制御が行われる。このため、図５
に示すように、既に形成されている凸部１６の一部が、
放電電極１の歯４により除去されて凹部１５に臨む切欠
面１７が形成されて金型（ダイス）１８が製造される。
その後、放電電極１が孔１０から退出してから軸線方向
の移動が停止する。

【００２３】図６ないし図８は、金型１８に形成される
凸部１６の部分的な拡大図である。凸部１６は頂面１６
Ａの両側に側面１６Ｂ，１６Ｃが形成されている。そし
て、側面１６Ｂ，１６Ｃのうち、図６ないし図８におい
て上側を向いている側面１６Ｂと、凸部１６の端面９と
が切欠面１７により接続されている。

【００２４】図６ないし図８において、凸部１６の形状
の相違は、放電電極１の下端が、第２テーパ面１３と第
２ストレート面１４との境界部分Ｂ１に到達した時点以
降の放電電極１の回転量の割合いの変化内容に基づいて
決定される。図６は、放電電極１の回転を停止させ、か
つ、放電電極１を軸線方向にのみ移動させた場合におけ
る凸部１６の形状を示している。つまり、凸部１６の端
面１９と切欠面１７との境界の稜線Ｃ１が、孔１０の軸
線Ａ１とほぼ平行に設定されている。言い換えれば、切
欠面１７が軸線Ａ１とほぼ平行に設定される。

【００２５】また、図７は、放電電極１を図３と同様の
方向に回転させた場合の凸部１６の形状を示している。
つまり、凸部１６の端面１９と切欠面１７との境界の稜
線Ｃ２と、孔１０の軸線Ａ１との間隔が、図７の上側に
向けて狭くなるように設定されている。

【００２６】さらに、図８は、放電電極１の回転量が、
図６の例よりも増大された場合における凸部１６の形状
を示している。つまり、凸部１６の端面１９と切欠面１
７との境界の稜線Ｃ３と、孔１０の軸線Ａ１との間隔
が、図８の下側に向けて広くなるように設定されてい
る。

【００２７】つまり、この実施例においては、図９に示
すように軸線Ａ１に対する切欠面１７の傾斜角β１と、
放電電極１が所定位置に到達する以前の凸部１６の側面
１６Ｂの傾斜角α１とが異なる値に設定される。このた
め、この実施例においては、放電電極１の回転量を制御
することにより、切欠面１７の形状を変更することが可
能である。そして、軸線Ａ１に対する切欠面１７の傾斜
角β１に基づいて、ヘリカルギヤの鍛造時における材料
の流動方向性が制御される。つまり、切欠面１７が粗材
導入面として機能する。

【００２８】図１０は、上記の金型１８を使用した鍛造
装置２０を概略的に示している。図１０において、上下
動させられるラム２１の下方には定盤２２が配置されて
いる。この定盤２２の中心部に円筒形状のホルダー２３
が配置され、金型１８がその軸線を上下方向に向けた状
態でホルダー２３により保持されている。また、金型１
８の内部には、ノックアウトピン２４が、スプリングあ
るいはアクチュエータ（それぞれ図示せず）によって上
下動するように配置されている。

【００２９】またラム２１の下面には、円筒形状のパン
チ２５と、棒状のマンドレル２６とが下向きに取り付け
られている。このパンチ２５の外径は、金型１８におけ
る第１ストレート部１２の内径とほぼ等しく設定されて
いる。またパンチ２５の内径は、冷間鍛造されるヘリカ
ルギヤの中心部に形成する孔の内径とほぼ等しい内径に
設定されている。また、マンドレル２６はパンチ２５の
内部に密着して嵌合させた中実軸状の部材であり、この
マンドレル２６の先端部は、パンチ２５の先端部から所
定寸法が突出している。なお、金型１８およびノックア
ウトピン２４ならびにパンチ２５、マンドレル２６は、
それぞれ同一軸線Ａ１上に配置されている。

【００３０】上記構成の鍛造装置２０によりヘリカルギ
ヤを製造する場合は、先ず、円筒状の粗材２７を金型１
８の第１ストレート部１３内に挿入する。つぎに、ラム
２１と共にパンチ２５およびマンドレル２６を下降させ
ると、パンチ２５の先端部が粗材２７の中心部に嵌合
し、ついでパンチ２５の先端部が粗材２７の上端部に接
触し、パンチ２５が粗材２７を次第に押し下げ始める。
この場合、先ず、粗材２７の先端部が金型１８の第２テ
ーパ部１３によって縮径する方向に塑性変形され、つい
で凸部１６が粗材２７の外周面に食い込んで、歯（図示
せず）および歯溝（図示せず）が形成される。すなわち
凸部１６および凹部１５に沿った材料の流動が生じる。

【００３１】より具体的には、粗材２７のうち凸部１６
に対応する部分は、材料が押し退けられて凹部１５に供
給・充填される。ここで、凸部１６に当接した材料の一
部は切欠面１７により流動方向が付与され、流動抵抗が
抑制される。その結果、凸部１６の両側面１６Ｂ，１６
Ｃにおける粗材２７の流動がほぼ均等に行われ、ヘリカ
ルギヤの歯形の精度が良好になる。

【００３２】このようにして、粗材２７の全量を金型１
８の内部に押し込むことにより鍛造が終了し、ヘリカル
ギヤ（図示せず）が製造される。その後、ラム２１を上
昇させるとともに、ノックアウトピン２４を上昇させる
ことにより、金型１８からヘリカルギヤを離型させる。
こうして得られたヘリカルギヤは、その外周面に複数の
歯および歯溝が形成される。

【００３３】以上のように、この実施例によれば、放電
電極１を回転しつつ軸線方向に移動させて金型素材９の
孔１０に挿入する過程で、金型素材９の内周面に複数の
螺旋状の凹凸部１５，１６が放電加工される。そして、
放電電極１を挿入時とは逆方向に相対的に回転しつつ孔
１０から退出させる過程で、放電電極１の挿入方向の下
端部が、境界部分Ｂ１に到達した時点以降の放電電極１
の回転量の割合いが、放電電極１の挿入方向の下端部が
境界部分Ｂ１に到達する前の放電電極１の量の割合いよ
りも減少され、金型素材９の凹部１５に臨む切欠面１７
が放電加工される。

【００３４】つまり、放電電極１を孔１０に挿入して金
型素材９の孔１０の内周面に複数の螺旋状の凹凸部１
５，１６を形成した後、その放電電極１を孔１０から退
出させる過程で、凸部１６の一部を除去して切欠面１７
を放電加工することができる。言い換えれば、単一の放
電電極１を１回往復移動する過程で、孔１０の内周面に
螺旋状の凹凸部１５，１６を放電加工する動作と、切欠
面１７を放電加工する動作とを両方行うことができる。
したがって、金型１８を製造するための設備および製造
工数ならびに加工時間が減少して、金型１８の製造コス
トを抑制することができる。また、金型１８に対する切
欠面１７の位置精度が均一になり、各金型の品質が向上
する。その結果、金型により冷間鍛造されるヘリカルギ
ヤの加工精度が向上する。

【００３５】なお、上記実施例において、放電電極１が
所定位置に到達する前における軸線方向の移動量に対応
する回転量の割合いよりも、放電電極１が所定位置に到
達した後における軸線方向の移動量に対応する回転量の
割合いを増大させて金型を製造することも可能である。
この製造方法を採用した場合は、凸部１６の側面１６Ｃ
側に切欠面が形成される。この製造方法を採用した場合
においても、上記実施例と同様の効果を得られる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、放電電極を孔に挿入して金型素材の孔の内周面に複
数の螺旋状の凹凸部を形成した後、その放電電極を孔か
ら退出させる過程で、凸部の一部を除去して切欠面を放
電加工することができる。言い換えれば、単一の放電電
極を１回往復移動する過程で、孔の内周面に複数の螺旋
状の凹凸部を放電加工する動作と、切欠面を放電加工す
る動作とを両方行うことができる。したがって、金型を
製造するための設備および製造工数ならびに加工時間が
減少して、金型の製造コストを抑制することができる。
また、金型に対する切欠面の位置精度が均一になり、各
金型の品質が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明のヘリカルギヤ用金型の製造に用い
る放電電極の正面図である。

【図２】 図１に示された放電電極により金型素材を放
電加工し、金型を製造する過程を示す略示的正面断面図
である。

【図３】 図１に示された放電電極により金型素材を放
電加工し、金型を製造する過程を示す略示的正面断面図
である。

【図４】 図１に示された放電電極により金型素材を放
電加工し、金型を製造する過程を示す略示的正面断面図
である。

【図５】 図１に示された放電電極により金型素材を放
電加工し、金型を製造する過程を示す略示的正面断面図
である。

【図６】 この発明の実施例により製造された金型の凸
部を示す部分的な図である。

【図７】 この発明の実施例により製造された金型の凸
部を示す部分的な図である。

【図８】 この発明の実施例により製造された金型の凸
部を示す部分的な図である。

【図９】 この発明の実施例により製造された金型の凸
部を示す部分的な断面図である。

【図１０】 図５に示す金型を用いた鍛造装置の一例を
示す概略的な断面図である。

【符号の説明】

１…放電電極、 ４…歯、 ５…歯溝、 ９…金型素
材、 １０…孔、 １５…凹部、 １６…凸部、 １８
…金型、 Ａ１…軸線、 α１，β１…傾斜角。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周面に複数の螺旋状の歯および歯溝が
   交互に形成された放電電極を有し、この放電電極を軸線
   を中心として回転させつつ軸線方向に移動して金型素材
   の孔に進入させるとともに、前記放電電極と前記金型素
   材との間に電圧を印可して前記金型素材を放電加工する
   ことにより、前記金型素材の内周面に複数の螺旋状の凸
   部および凹部を形成した後、前記放電電極を前記金型素
   材の孔に挿入する場合の回転方向とは逆方向に相対的に
   回転させつつ前記金型素材の孔の外部に退出させるヘリ
   カルギヤ用金型の製造方法において、 前記放電電極を前記金型素材の孔の外部に向けて退出さ
   せる場合に、前記放電電極が前記金型素材の孔の内部で
   所定位置に到達する前における前記軸線方向の移動量に
   対応する回転量の割合と、前記放電電極が前記金型素材
   の孔の内部で所定位置に到達した後における前記軸線方
   向の移動量に対応する回転量の割合いとを異ならせ、前
   記放電電極が所定位置に到達した以降は前記凸部の一部
   を放電加工により除去することにより、前記凸部の一部
   に、前記孔の軸線に対する傾斜角が、前記放電電極が前
   記所定位置に到達する前の凸部の傾斜角とは異なる切欠
   面を形成することを特徴とするヘリカルギヤ用金型の製
   造方法。