歯車の製造方法
【課題】熱間で相対的な位置精度を高く保持しつつ素材に歯形、孔およびスプライン溝を形成することにより、ブローチ工程によらずに寸法精度に優れた歯車の製造方法を提供する。
【解決手段】歯形形成工程Ｓ３００において熱間で素材１２に歯形１６ａを形成して素材１３とし、次に位置決め工程Ｓ４００において素材１３に形成された歯形１６ａに係合する係合部材２０により素材１３を位置決めして固定し、続いて孔・スプライン溝形成工程Ｓ５００において外周面にスプライン溝１６ｆに対応する形状の突起が形成された押圧部材４０を熱間で素材１３に押圧することにより素材１３に孔１６ｅおよびスプライン溝１６ｆを形成して素材１４とする。
【解決手段】歯形形成工程Ｓ３００において熱間で素材１２に歯形１６ａを形成して素材１３とし、次に位置決め工程Ｓ４００において素材１３に形成された歯形１６ａに係合する係合部材２０により素材１３を位置決めして固定し、続いて孔・スプライン溝形成工程Ｓ５００において外周面にスプライン溝１６ｆに対応する形状の突起が形成された押圧部材４０を熱間で素材１３に押圧することにより素材１３に孔１６ｅおよびスプライン溝１６ｆを形成して素材１４とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車の製造方法に関する。より詳細には、外形の熱間鍛造時に併せて歯車の内径スプラインを成型する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車のデファレンシャルギア用のサイドギアは、熱間鍛造工程、冷間コイニング工程、ブローチ工程といった一連の工程を経て製造される。例えば、特許文献１に記載の如くである。
熱間鍛造工程は、サイドギアの素材たる略円柱形状または略円筒形状の素材を所定の温度（通常は再結晶温度以上）に昇温した状態で、荒地加工、すえ込み、歯形形成、芯抜き等の一連の加工を施すことにより、サイドギアの大まかな形状を成型する工程である。
冷間コイニング工程は大まかな形状が成型されたサイドギアの歯形の歯底を冷間でしごいてフィルアップすることにより、当該歯形の形状を更に整える工程である。
ブローチ工程は芯抜きによりサイドギアの略中央部に形成された孔の内周面に冷間でスプライン溝を形成する（ブローチ加工を行う）工程である。
【０００３】
また、冷間コイニング工程において専用のパンチを用いてスプライン溝を成型することによりブローチ工程を省略可能とする方法も知られている。例えば、特許文献２に記載の如くである。
【０００４】
一般に、ブローチ工程は、サイドギアを位置決めして固定し、ブローチと呼ばれる専用の工具をサイドギアの孔に通して引き抜くことにより、当該孔の内周面にスプライン溝を形成する。
ブローチは主たる構造体である軸の外周面に荒刃、中仕上げ刃、仕上げ刃等の多数の加工刃が設けられたものである。これらの加工刃は、荒刃、中仕上げ刃、仕上げ刃の順にサイドギアの孔の内周面に接触するように軸の外周面に配列され、ブローチを一回引き抜くことにより、スプライン溝の荒加工、中仕上げ加工、仕上げ加工といった一連の加工が連続的に行われる。
【０００５】
しかし、従来のサイドギアの製造方法は以下の問題点を有する。
【０００６】
第一に、ブローチ工程において用いられるブローチは引き抜き方向に長い形状であることから引き抜きに要するストロークが大きく、専用の設備を必要とし、設備が大型化して高価なものとなる。従って、ブローチ工程に用いられる設備の導入コストが大きい。
【０００７】
第二に、スプライン溝の高い寸法精度を達成するためにはブローチ自身にも高い寸法精度が要求されることから、ブローチは一般に高価なものとなる。また、ブローチは多数の加工刃を有し、これらの加工刃の一つ一つについての寸法精度を管理する負担（労力、コスト）が大きい。
例えば、ブローチの加工刃の材質を超硬合金からより安価なＳＫＤ６１等に変更してブローチの製造コストを下げると、その分ブローチの耐久性が低下する。しかし、ブローチの加工刃の耐久性の低下を補うために加工刃に表面処理を施すと、その分ブローチの製造コストが増大する。また、ブローチの引き抜き速度を上げて生産性を上げた場合、その分ブローチにかかる加工時の負荷が大きくなり、ブローチの耐久性が低下する。
このように、ブローチ工程に係るコストとブローチ加工の寸法精度とは相反する関係にあり、ブローチ工程におけるスプライン溝の寸法精度を確保しつつコストを削減することは困難である。
【０００８】
第三に、使用時におけるサイドギアの滑らかな回転を達成するためにはサイドギアに形成される歯形、孔およびスプライン溝の個々の寸法精度だけでなく、これらの間の相対的な位置精度も要求されるが、従来の方法では熱間鍛造工程とブローチ工程とで別の設備を用いて行うため、サイドギアをブローチ工程において再度精度良く位置決めして固定する作業が困難となる。また、歯形、孔およびスプライン溝を加工する際に相対的な位置精度を確保するための作業が煩雑となり、作業性の観点から好ましくない。
【特許文献１】特開２００４−３４０３７号公報
【特許文献２】特開平７−５１７８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は以上の如き状況に鑑み、熱間で相対的な位置精度を高く保持しつつ素材に歯形、孔およびスプライン溝を形成することにより、ブローチ加工によらずに寸法精度に優れた歯車の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１１】
即ち、請求項１においては、
熱間で素材に歯形を形成する歯形形成工程と、
前記素材に形成された歯形に係合する係合部材により前記素材を位置決めして固定する位置決め工程と、
外周面にスプライン溝に対応する形状の突起が形成された押圧部材を熱間で前記素材に押圧することにより、前記素材に孔およびスプライン溝を形成する孔・スプライン溝形成工程と、
を具備するものである。
【００１２】
請求項２においては、
前記係合部材は前記素材に形成された歯形の少なくとも三箇所に係合するものである。
【００１３】
請求項３においては、
前記押圧部材は、
外周面が所定のテーパ角を成してテーパしたテーパ面およびその両端に延設されたＲ面からなる先端部と、
前記先端部に延設され、外周面の直径が略一定となるストレート部と、
前記ストレート部に延設され、外周面にスプライン溝に対応する形状の突起が形成されたスプライン部と、
を具備するものである。
【００１４】
請求項４においては、
前記歯形形成工程において前記素材に凹み部を形成し、
前記凹み部の内周面のテーパ角を、前記先端部の外周面のテーパ角度の１０°以上１５°以下とするものである。
【００１５】
請求項５においては、
前記ストレート部の押圧方向における長さを０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明においては、ブローチ加工によらずに寸法精度に優れた歯車を製造することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下では、図１から図７までを用いて本発明に係る歯車の製造方法の実施の一形態について説明する。
【００１８】
図１および図２に示す如く、本発明に係る歯車の製造方法の実施の一形態は、素材１０に加工を施してサイドギア１６を製造する方法である。サイドギア１６は自動車のデファレンシャルギアの構成要素の一つであり、いわゆるかさ歯車である。
以下の説明においては、「軸線方向」はサイドギア１６の回転軸の長手方向に平行な方向を指し、「半径方向」はサイドギア１６の回転軸の長手方向に垂直な方向を指すものとする。
【００１９】
素材１０はサイドギア１６の原材料（出発材）となるものであり、丸棒状の機械構造用鋼を所定の長さで切断して略円柱形状に成型したものである。
【００２０】
本実施例における素材１０は機械構造用鋼からなるが、本発明に係る歯車の製造方法の素材はこれに限定されず、歯車の材料として用い得る金属材料からなるものを広く含む。
また、本発明に係る歯車の製造方法の素材の形状は略円柱形状に限定されず、略円筒形状等の他の形状でも良い。
本実施例はかさ歯車たるサイドギア１６の製造方法であるが、本発明に係る歯車の製造方法はかさ歯車に限定されず、平歯車、はすば歯車、やまば歯車、各種のかさ歯車（すぐばかさ歯車、まがりばかさ歯車、ゼロールかさ歯車）、フェースギア、ハイポイドギア等の種々の歯車の製造に適用可能である。また、本発明に係る歯車は、一部に歯形が形成された部品等を広く含む。
【００２１】
図１に示す如く、本発明に係る歯車の製造方法の実施の一形態は主として荒地加工工程Ｓ１００、すえ込み工程Ｓ２００、歯形形成工程Ｓ３００、位置決め工程Ｓ４００、孔・スプライン溝形成工程Ｓ５００、冷間コイニング工程Ｓ６００等を具備する。このうち、冷間コイニング工程Ｓ６００を除く他の工程は熱間で行われる。
【００２２】
「熱間」は対象となる材料の再結晶温度以上の温度を指し、「冷間」は対象となる材料の再結晶温度未満の温度を指す。
また、「再結晶温度」は対象となる材料において再結晶が起こる下限の温度を指す。
再結晶温度は、対象となる材料の種類（例えば、材料を構成する元素の種類やそのモル比）、結晶組織（例えば、結晶構造、粒径およびその分布）、加工度（転位密度およびその分布）等により変動し得る。
鉄鋼材料の場合、通常は当該材料の焼き鈍し温度の下限値（例えば、ＪＩＳ規格等で定められた焼き鈍し温度の下限値）と当該下限値から数十℃低い温度との間に再結晶温度が存在する。
【００２３】
図１および図２に示す如く、荒地加工工程Ｓ１００は熱間で素材１０を軸線方向に圧縮し、太鼓状に塑性変形させる（素材１０に荒地加工を施して素材１１とする）工程である。
荒地加工工程Ｓ１００が終了したらすえ込み工程Ｓ２００に移行する。
【００２４】
図１および図２に示す如く、すえ込み工程Ｓ２００は熱間で素材１１をすえ込み用の金型（不図示）の内部で軸線方向に圧縮し、素材１１の軸線方向の長さを更に短くするとともに素材１１の半径方向に流動させ、サイドギア１６の胴体部分の大まかな形状を形成する（素材１１にすえ込みを施して素材１２とする）工程である。
すえ込み工程Ｓ２００が終了したら歯形形成工程Ｓ３００に移行する。
【００２５】
図１および図２に示す如く、歯形形成工程Ｓ３００は熱間で素材１２を歯形形成用の金型（不図示）を用いて素材１２の略中央部を軸線方向に押圧し、素材１２の半径方向に流動させてサイドギア１６の歯形１６ａの大まかな形状を形成する（素材１２に歯形１６ａを形成して素材１３とする）工程である。
本実施例の場合、歯形形成工程Ｓ３００において、素材１２の半径方向への流動を促進するために素材１２の略中央部の上下面（軸線方向に垂直な面）にそれぞれ凹み部１６ｃ・１６ｄが形成される。また、素材１３の下部外周面にはテーパ面１６ｂも形成される。
歯形形成工程Ｓ３００が終了したら位置決め工程Ｓ４００に移行する。
【００２６】
図１、図２、図３および図４に示す如く、位置決め工程Ｓ４００は素材１３に形成された歯形１６ａに係合する係合部材２０・２０・２０により素材１３を位置決めして固定する工程である。
【００２７】
以下では、図２、図３および図４を用いて位置決め工程Ｓ４００の詳細について説明する。
まず、素材１３が受け部材２１の上面に形成された位置決め孔２１ａに係合するように配置される。位置決め孔２１ａの内周面の上端部には受け部材２１の上面に向かって拡径するようにテーパ面２１ｂが形成されており、テーパ面２１ｂと素材１３のテーパ面１６ｂとが当接する。位置決め孔２１ａに係合した素材１３は、この時点ではテーパ面１６ｂとテーパ面２１ｂとが当接した状態を維持しつつ、受け部材２１に対して軸線を中心として相対回転することが可能である。
【００２８】
次に、図２、図３および図４に示す如く、加工ユニット１９が受け部材２１の上に配置された素材１３に接近する方向に移動（本実施例の場合、下降）し、係合部材２０・２０・２０が素材１３の歯形１６ａに当接して係合する。
【００２９】
加工ユニット１９は位置決め工程Ｓ４００および後述する孔・スプライン溝形成工程Ｓ５００において用いられるものであり、主として係合部材２０・２０・２０、胴体部材３０、摺動リング３１、フランジ部材３２、ガイド部材３３・３３、ナット３４・３４、バネ３５・３５、押圧部材４０等を具備する。
【００３０】
図２および図３に示す如く、係合部材２０はアーム２０ａとボール２０ｂとを具備する。
アーム２０ａは棒状の部材であり、その一端にボール２０ｂが固定される。ボール２０ｂは球状の部材であり、歯形１６ａの谷の部分（隣り合う歯の対向する歯面）に当接する。
【００３１】
図３に示す如く、胴体部材３０は略円柱形状の部材であり、その外周面には長手方向に延びたキー３０ａが形成される。
【００３２】
摺動リング３１はリング状の部材であり、その内周面にはキー３０ａに対応する形状のキー溝３１ａが形成される。摺動リング３１は胴体部材３０に摺動可能に貫装される。
胴体部材３０のキー３０ａは摺動リング３１のキー溝３１ａに係合し、摺動リング３１は胴体部材３０に対して長手方向に摺動可能であるが、相対回転不能である。
【００３３】
胴体部材３０はその長手方向、すなわち摺動リング３１の摺動方向が受け部材２１の上に配置された素材１３の軸線方向に一致する向き（本実施例の場合、上下方向）となるように配置される。摺動リング３１において素材１３に対向する側の端面（下面）に係合部材２０・２０・２０が設けられる。
【００３４】
フランジ部材３２は胴体部材３０の一端（上端）固定される略円盤形状の部材である。
フランジ部材３２の周縁部は胴体部材３０の外周面よりも半径方向に突出し、フランジ部材３２の周縁部には胴体部材３０の長手方向（上下方向）に貫通する貫通孔３２ａ・３２ａが形成される。
【００３５】
ガイド部材３３・３３は棒状の部材であり、その一端は摺動リング３１に固定され、その他端はフランジ部材３２の貫通孔３２ａ・３２ａにそれぞれ摺動可能に貫装される。ガイド部材３３・３３の他端には脱落防止のためのナット３４・３４が螺設される。
【００３６】
バネ３５・３５は摺動リング３１をフランジ部材３２から離間する方向、すなわち係合部材２０・２０・２０を受け部材２１の上に配置された素材１３に接近する方向に付勢する部材であり、それぞれガイド部材３３・３３に外嵌された状態で摺動リング３１とフランジ部材３２との間に介装される。
【００３７】
押圧部材４０は胴体部材３０の他端（下端）に固定される部材であり、後述する孔・スプライン溝形成工程Ｓ５００において素材１３に孔１６ｅおよびスプライン溝１６ｆ・１６ｆ・・・を形成するための部材である。押圧部材４０の詳細については後述する。
【００３８】
加工ユニット１９はアクチュエータ（例えば、油圧シリンダ等）により受け部材２１の上に配置された素材１３に接近する方向および素材１３から離間する方向に移動する。
【００３９】
図３に示す如く、係合部材２０・２０・２０が素材１３の歯形１６ａに当接して係合すると、素材１３は受け部材２１に対して位置決めされた状態で固定される。
より厳密には、素材１３は受け部材２１の所定位置において軸線を中心として相対回転不能、かつ軸線方向および半径方向に相対移動不能に固定される。なお、この時点では押圧部材４０は素材１３から離間した位置にあり、素材１３に接触していない。
位置決め工程Ｓ４００が終了したら孔・スプライン溝形成工程Ｓ５００に移行する。
【００４０】
本実施例では係合部材２０・２０・２０のボール２０ｂ・２０ｂ・２０ｂの形状を球状としたが、本発明に係る歯車の製造方法の係合部材の形状はこれに限定されず、歯車に形成された歯形に係合して当該歯形の相対移動および相対回転を規制することが可能であれば他の形状でも良い。
また、素材を確実に位置決めして固定（所定の位置に回転不能かつ移動不能に固定）するためには、少なくとも係合部材が素材に形成された歯形の三箇所に係合することが望ましい。
【００４１】
図１および図２に示す如く、孔・スプライン溝形成工程Ｓ５００は外周面にスプライン溝に対応する形状の突起４３ａ・４３ａ・・・が形成された押圧部材４０を熱間で素材１３に押圧することにより、孔１６ｅおよびスプライン溝１６ｆ・１６ｆ・・・を形成する（素材１３に孔１６ｅおよびスプライン溝１６ｆ・１６ｆ・・・を形成して素材１４とする）工程である。
孔１６ｅおよびスプライン溝１６ｆ・１６ｆ・・・はサイドギア１６に回転軸等の他の部材を相対回転不能に固定するために形成されるものである。
【００４２】
図３に示す如く、押圧部材４０は先端部４１、ストレート部４２、スプライン部４３を具備する。
【００４３】
先端部４１は、押圧部材４０において素材１３に最初に接触する部分であり、その外周面は、押圧部材４０を素材１３に押圧する方向、すなわち素材１３の軸線方向に対して所定のテーパ角θ１を成して先端に向かって縮径した形状のテーパ面４１ｂ、およびその両端に延設されたＲ面４１ａ・４１ｃからなる。
【００４４】
ストレート部４２は先端部４１に延設され、外周面の直径が略一定となる、言い換えれば外周面のテーパ角が０°である部分である。
【００４５】
スプライン部４３はストレート部４２に延設される部分であり、外周面にはスプライン溝１６ｆ・１６ｆ・・・に対応する形状の突起４３ａ・４３ａ・・・が形成される。
【００４６】
押圧部材４０は先端部４１が素材１３に対向し、押圧部材４０の軸線方向が受け部材２１の上に配置された素材１３の軸線方向に一致する向きとなるように胴体部材３０の他端（下端）に固定される。
【００４７】
図３に示す如く、孔・スプライン溝形成工程Ｓ５００において、係合部材２０・２０・２０により素材１３が位置決めされて固定された状態を保持しつつ、加工ユニット１９がさらに下降すると、押圧部材４０のスプライン部４３の突起４３ａ・４３ａ・・・が素材１３に接触する前に、押圧部材４０の先端部４１のＲ面４１ａが素材１３の凹み部１６ｃの内周面に接触する。
【００４８】
図２および図５に示す如く、加工ユニット１９がさらに下降すると、押圧部材４０の先端部４１のＲ面４１ａに続いてテーパ面４１ｂ、Ｒ面４１ｃが順次素材１３の凹み部１６ｃの内周面に接触し、凹み部１６ｃの内周面を半径方向に押し広げつつ素材１３の略中央部を下方に押圧する。その結果、素材１３には軸線方向に貫通する孔１６ｅが形成される。
また、突起４３ａ・４３ａ・・・も素材１３に接触し、突起４３ａ・４３ａ・・・により孔１６ｅの内周面にスプライン溝１６ｆ・１６ｆ・・・が形成される。
【００４９】
先端部４１のテーパ面４１ｂの両端にＲ面４１ａ・４１ｃを形成することにより、Ｒ面４１ａ・４１ｃのそれぞれによる二段階の芯抜きを行うことが可能であり、孔１６ｅの形成時における加工負荷の低減および加工精度の確保が可能である。
孔・スプライン溝形成工程Ｓ５００が終了したら冷間コイニング工程Ｓ６００に移行する。
【００５０】
以上の如く、本発明に係る歯車の製造方法の実施の一形態は、
熱間で素材１２に歯形１６ａを形成する（素材１２に歯形１６ａを形成して素材１３とする）歯形形成工程Ｓ３００と、
素材１３に形成された歯形１６ａに係合する係合部材２０・２０・２０により素材１３を位置決めして固定する位置決め工程Ｓ４００と、
外周面にスプライン溝１６ｆに対応する形状の突起４３ａ・４３ａ・・・が形成された押圧部材４０を熱間で素材１３に押圧することにより、素材１３に孔１６ｅおよびスプライン溝１６ｆ・１６ｆ・・・を形成する（素材１３に孔１６ｅおよびスプライン溝１６ｆ・１６ｆ・・・を形成して素材１４とする）孔・スプライン溝形成工程Ｓ５００と、
を具備するものである。
このように構成することにより、熱間で相対的な位置精度を高く保持しつつ素材１３に歯形１６ａと孔１６ｅおよびスプライン溝１６ｆ・１６ｆ・・・を形成することが可能であり、ブローチ加工によらずに寸法精度に優れたサイドギア１６を製造することが可能である。
また、冷間で行われるブローチ工程を省略することにより、歯車の製造コストの削減に寄与する。
【００５１】
なお、二段階の芯抜きを行うことにより加工負荷を低減して歯形１６ａとスプライン溝１６ｆ・１６ｆ・・・の相対的な位置精度を確保し、かつ突起４３ａ・４３ａ・・・の摩耗を防止するという観点から、凹み部１６ｃの内周面のテーパ角θ２は、先端部４１のテーパ面４１ｂのテーパ角度θ１の１０°以上１５°以下とする（θ１＋１０°≦θ２≦θ１＋１５°）ことが望ましい。
これは、θ２＜θ１＋１０°の場合には先端部４１のＲ面４１ａ・４１ｃによる荷重の分担が小さくなり、その分突起４３ａ・４３ａ・・・の先端部分への荷重の負担が大きくなることから突起４３ａ・４３ａ・・・の先端部分の摩耗が促進されやすくなることによる。
また、θ２＞θ１＋１５°の場合には孔１６ｅの形成の際の負荷が過大となって孔１６ｅの上端部側のエッジ部分の素材１３の軸線方向への流動が大きくなり、孔１６ｅの上端部側のエッジ部分の寸法精度が低下することによる。
【００５２】
なお、本実施例では素材１３に凹み部１６ｃが形成され、凹み部１６ｃの内周面と押圧部材４０の先端部４１の外周面とが接触する構成としたが、本発明に係る歯車の製造方法はこれに限定されず、素材の種類（素材を構成する材料）、「熱間」の温度、歯車の形状や大きさ等により素材に孔やスプライン溝を形成する際の負荷が小さい場合には素材に予め凹み部を形成する必要がない場合もあり得る。
【００５３】
また、突起４３ａ・４３ａ・・・の摩耗を防止しつつ装置の小型化を図る観点から、ストレート部４２の軸線方向（押圧方向）における長さを０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とすることが望ましい。
これは、ストレート部４２の軸線方向（押圧方向）における長さが０．３ｍｍ未満の場合には押圧部材４０の先端部４１が凹み部１６ｃの内周面に当接した後すぐに突起４３ａ・４３ａ・・・が素材１３に当接するため、突起４３ａ・４３ａ・・・への荷重の負担が大きくなり、突起４３ａ・４３ａ・・・の摩耗が促進されやすいことによる。
また、ストレート部４２の軸線方向（押圧方向）における長さが０．５ｍｍを超える場合には、それ以上長くしても更なる突起４３ａ・４３ａ・・・の先端部分への荷重の負担軽減という効果が得られず、却ってストレート部４２の外周面と孔１６ｅの内周面との間の摩擦が大きくなって押圧に要する力が増大し、ひいては大きな力で押圧可能なアクチュエータ等が必要となって装置が大型化することによる。
【００５４】
また、突起４３ａ・４３ａ・・・の半径方向の高さは１ｍｍ以下とすることが望ましい。
これは、突起の半径方向の高さを過大とすると、加工時の負荷が大きく、突起が摩耗してスプライン溝の寸法精度が低下することによる。
【００５５】
冷間コイニング工程Ｓ６００は素材１４に冷間で加工を施すことにより、素材１４に形成された歯形１６ａ、孔１６ｅ、スプライン溝１６ｆ・１６ｆ・・・の形状を整える（素材１４に形成された歯形１６ａ、孔１６ｅ、スプライン溝１６ｆ・１６ｆ・・・の形状を整えて素材１５とする）工程である。
冷間コイニング工程Ｓ６００においては、図６および図７に示す冷間スプライン加工ユニット５０を用いてスプライン溝１６ｆ・１６ｆ・・・の形状が整えられる（冷間加工が施される）。
冷間スプライン加工ユニット５０はダイス５１、上パンチ５２、ベース部材５３、マンドレル５４、ガイド部材５５・５５、バネ５６・５６等を具備する。
【００５６】
ダイス５１および上パンチ５２は素材１４を位置決めして固定する部材である。
ダイス５１の上面には素材１４を収容するための凹みである収容凹み部５１ａが形成される。収容凹み部５１ａの形状は素材１４の歯形１６ａを下方に向けたときの素材１４の形状に対応する。また、ダイス５１には収容凹み部５１ａとダイス５１の下面とを貫通する貫通孔５１ｂが形成される。上パンチ５２は素材１４を上方からダイス５１に押し当てる部材である。
収容凹み部５１ａに収容され、上パンチ５２により押し当てられた素材１４は、歯形１６ａが収容凹み部５１ａに係合し、半径方向および軸線方向に相対移動不能かつ相対回転不能となる。このとき、素材１４に形成された孔１６ｅの軸線方向とダイス５１に形成された貫通孔５１ｂの軸線方向とは上下方向で一致し、かつ、両軸線が一直線となる。
【００５７】
ベース部材５３は冷間スプライン加工ユニット５０の下半部を成す構造体である。
マンドレル５４はベース部材５３に対して相対回転不能かつ相対移動不能に固定され、ベース部材５３の上方に突出した部材であり、その先端部の外周面にはスプライン溝１６ｆ・１６ｆ・・・に対応する形状の突起５４ａ・５４ａ・・・が形成される。マンドレル５４軸線方向とダイス５１の貫通孔５１ｂの軸線方向は上下方向で一致し、かつ両軸線は一直線となる。
【００５８】
ガイド部材５５・５５は棒状の部材であり、その一端はダイス５１の下面周縁部に固定され、その他端はベース部材５３の上面に形成された摺動孔５３ａ・５３ａにそれぞれ摺動可能に貫装される。
バネ５６・５６はダイス５１をベース部材５３から離間する方向、すなわち上方に付勢する部材であり、それぞれガイド部材５５・５５に外嵌された状態でダイス５１とベース部材５３との間に介装される。
【００５９】
図６に示す如く、素材１４がダイス５１および上パンチ５２により位置決めされ、固定された時点では、マンドレル５４の先端部は貫通孔５１ｂの中途部に位置し、マンドレル５４と素材１４とは接触していない。
【００６０】
図７に示す如く、油圧シリンダ等のアクチュエータによりバネ５６・５６の付勢力に抗してダイス５１および上パンチ５２を下方に押し下げると、マンドレル５４の先端部が素材１４に形成された孔１６ｅに嵌挿され、突起５４ａ・５４ａ・・・によりスプライン溝１６ｆ・１６ｆ・・・の形状が整えられる。
図２に示す如く、冷間コイニング工程Ｓ６００が終了したら、その後素材１５に仕上げのための切削加工や研磨等が施されるとともに浸炭が施され、サイドギア１６が完成する。
【００６１】
このように、冷間スプライン加工ユニット５０を用いることにより、歯形１６ａを利用して容易に素材１４を位置決めして精度良くスプライン溝１６ｆ・１６ｆ・・・の形状を整えることが可能であり、作業性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明に係る歯車の製造方法の実施の一形態を示すフロー図。
【図２】本発明に係る歯車の製造方法の実施の一形態における素材の形状変化を示す図。
【図３】本発明に係る歯車の製造方法の実施の一形態の位置決め工程における加工ユニットを示す側面一部断面図。
【図４】本発明に係る歯車の製造方法の実施の一形態の位置決め工程における素材と係合部材との位置関係を示す平面図。
【図５】本発明に係る歯車の製造方法の実施の一形態の孔・スプライン溝形成工程における加工ユニットを示す側面一部断面図。
【図６】本発明に係る歯車の製造方法の実施の一形態の冷間コイニング工程の位置決め時における素材と冷間スプライン加工ユニットとの位置関係を示す側面一部断面図。
【図７】本発明に係る歯車の製造方法の実施の一形態の冷間コイニング工程の加工時における素材と冷間スプライン加工ユニットとの位置関係を示す側面一部断面図。
【符号の説明】
【００６３】
１２・１３・１４ 素材
１６ サイドギア（歯車）
１６ａ 歯形
１６ｅ 孔
１６ｆ スプライン溝
２０ 係合部材
４０ 押圧部材
４３ａ 突起
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車の製造方法に関する。より詳細には、外形の熱間鍛造時に併せて歯車の内径スプラインを成型する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車のデファレンシャルギア用のサイドギアは、熱間鍛造工程、冷間コイニング工程、ブローチ工程といった一連の工程を経て製造される。例えば、特許文献１に記載の如くである。
熱間鍛造工程は、サイドギアの素材たる略円柱形状または略円筒形状の素材を所定の温度（通常は再結晶温度以上）に昇温した状態で、荒地加工、すえ込み、歯形形成、芯抜き等の一連の加工を施すことにより、サイドギアの大まかな形状を成型する工程である。
冷間コイニング工程は大まかな形状が成型されたサイドギアの歯形の歯底を冷間でしごいてフィルアップすることにより、当該歯形の形状を更に整える工程である。
ブローチ工程は芯抜きによりサイドギアの略中央部に形成された孔の内周面に冷間でスプライン溝を形成する（ブローチ加工を行う）工程である。
【０００３】
また、冷間コイニング工程において専用のパンチを用いてスプライン溝を成型することによりブローチ工程を省略可能とする方法も知られている。例えば、特許文献２に記載の如くである。
【０００４】
一般に、ブローチ工程は、サイドギアを位置決めして固定し、ブローチと呼ばれる専用の工具をサイドギアの孔に通して引き抜くことにより、当該孔の内周面にスプライン溝を形成する。
ブローチは主たる構造体である軸の外周面に荒刃、中仕上げ刃、仕上げ刃等の多数の加工刃が設けられたものである。これらの加工刃は、荒刃、中仕上げ刃、仕上げ刃の順にサイドギアの孔の内周面に接触するように軸の外周面に配列され、ブローチを一回引き抜くことにより、スプライン溝の荒加工、中仕上げ加工、仕上げ加工といった一連の加工が連続的に行われる。
【０００５】
しかし、従来のサイドギアの製造方法は以下の問題点を有する。
【０００６】
第一に、ブローチ工程において用いられるブローチは引き抜き方向に長い形状であることから引き抜きに要するストロークが大きく、専用の設備を必要とし、設備が大型化して高価なものとなる。従って、ブローチ工程に用いられる設備の導入コストが大きい。
【０００７】
第二に、スプライン溝の高い寸法精度を達成するためにはブローチ自身にも高い寸法精度が要求されることから、ブローチは一般に高価なものとなる。また、ブローチは多数の加工刃を有し、これらの加工刃の一つ一つについての寸法精度を管理する負担（労力、コスト）が大きい。
例えば、ブローチの加工刃の材質を超硬合金からより安価なＳＫＤ６１等に変更してブローチの製造コストを下げると、その分ブローチの耐久性が低下する。しかし、ブローチの加工刃の耐久性の低下を補うために加工刃に表面処理を施すと、その分ブローチの製造コストが増大する。また、ブローチの引き抜き速度を上げて生産性を上げた場合、その分ブローチにかかる加工時の負荷が大きくなり、ブローチの耐久性が低下する。
このように、ブローチ工程に係るコストとブローチ加工の寸法精度とは相反する関係にあり、ブローチ工程におけるスプライン溝の寸法精度を確保しつつコストを削減することは困難である。
【０００８】
第三に、使用時におけるサイドギアの滑らかな回転を達成するためにはサイドギアに形成される歯形、孔およびスプライン溝の個々の寸法精度だけでなく、これらの間の相対的な位置精度も要求されるが、従来の方法では熱間鍛造工程とブローチ工程とで別の設備を用いて行うため、サイドギアをブローチ工程において再度精度良く位置決めして固定する作業が困難となる。また、歯形、孔およびスプライン溝を加工する際に相対的な位置精度を確保するための作業が煩雑となり、作業性の観点から好ましくない。
【特許文献１】特開２００４−３４０３７号公報
【特許文献２】特開平７−５１７８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は以上の如き状況に鑑み、熱間で相対的な位置精度を高く保持しつつ素材に歯形、孔およびスプライン溝を形成することにより、ブローチ加工によらずに寸法精度に優れた歯車の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１１】
即ち、請求項１においては、
熱間で素材に歯形を形成する歯形形成工程と、
前記素材に形成された歯形に係合する係合部材により前記素材を位置決めして固定する位置決め工程と、
外周面にスプライン溝に対応する形状の突起が形成された押圧部材を熱間で前記素材に押圧することにより、前記素材に孔およびスプライン溝を形成する孔・スプライン溝形成工程と、
を具備するものである。
【００１２】
請求項２においては、
前記係合部材は前記素材に形成された歯形の少なくとも三箇所に係合するものである。
【００１３】
請求項３においては、
前記押圧部材は、
外周面が所定のテーパ角を成してテーパしたテーパ面およびその両端に延設されたＲ面からなる先端部と、
前記先端部に延設され、外周面の直径が略一定となるストレート部と、
前記ストレート部に延設され、外周面にスプライン溝に対応する形状の突起が形成されたスプライン部と、
を具備するものである。
【００１４】
請求項４においては、
前記歯形形成工程において前記素材に凹み部を形成し、
前記凹み部の内周面のテーパ角を、前記先端部の外周面のテーパ角度の１０°以上１５°以下とするものである。
【００１５】
請求項５においては、
前記ストレート部の押圧方向における長さを０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明においては、ブローチ加工によらずに寸法精度に優れた歯車を製造することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下では、図１から図７までを用いて本発明に係る歯車の製造方法の実施の一形態について説明する。
【００１８】
図１および図２に示す如く、本発明に係る歯車の製造方法の実施の一形態は、素材１０に加工を施してサイドギア１６を製造する方法である。サイドギア１６は自動車のデファレンシャルギアの構成要素の一つであり、いわゆるかさ歯車である。
以下の説明においては、「軸線方向」はサイドギア１６の回転軸の長手方向に平行な方向を指し、「半径方向」はサイドギア１６の回転軸の長手方向に垂直な方向を指すものとする。
【００１９】
素材１０はサイドギア１６の原材料（出発材）となるものであり、丸棒状の機械構造用鋼を所定の長さで切断して略円柱形状に成型したものである。
【００２０】
本実施例における素材１０は機械構造用鋼からなるが、本発明に係る歯車の製造方法の素材はこれに限定されず、歯車の材料として用い得る金属材料からなるものを広く含む。
また、本発明に係る歯車の製造方法の素材の形状は略円柱形状に限定されず、略円筒形状等の他の形状でも良い。
本実施例はかさ歯車たるサイドギア１６の製造方法であるが、本発明に係る歯車の製造方法はかさ歯車に限定されず、平歯車、はすば歯車、やまば歯車、各種のかさ歯車（すぐばかさ歯車、まがりばかさ歯車、ゼロールかさ歯車）、フェースギア、ハイポイドギア等の種々の歯車の製造に適用可能である。また、本発明に係る歯車は、一部に歯形が形成された部品等を広く含む。
【００２１】
図１に示す如く、本発明に係る歯車の製造方法の実施の一形態は主として荒地加工工程Ｓ１００、すえ込み工程Ｓ２００、歯形形成工程Ｓ３００、位置決め工程Ｓ４００、孔・スプライン溝形成工程Ｓ５００、冷間コイニング工程Ｓ６００等を具備する。このうち、冷間コイニング工程Ｓ６００を除く他の工程は熱間で行われる。
【００２２】
「熱間」は対象となる材料の再結晶温度以上の温度を指し、「冷間」は対象となる材料の再結晶温度未満の温度を指す。
また、「再結晶温度」は対象となる材料において再結晶が起こる下限の温度を指す。
再結晶温度は、対象となる材料の種類（例えば、材料を構成する元素の種類やそのモル比）、結晶組織（例えば、結晶構造、粒径およびその分布）、加工度（転位密度およびその分布）等により変動し得る。
鉄鋼材料の場合、通常は当該材料の焼き鈍し温度の下限値（例えば、ＪＩＳ規格等で定められた焼き鈍し温度の下限値）と当該下限値から数十℃低い温度との間に再結晶温度が存在する。
【００２３】
図１および図２に示す如く、荒地加工工程Ｓ１００は熱間で素材１０を軸線方向に圧縮し、太鼓状に塑性変形させる（素材１０に荒地加工を施して素材１１とする）工程である。
荒地加工工程Ｓ１００が終了したらすえ込み工程Ｓ２００に移行する。
【００２４】
図１および図２に示す如く、すえ込み工程Ｓ２００は熱間で素材１１をすえ込み用の金型（不図示）の内部で軸線方向に圧縮し、素材１１の軸線方向の長さを更に短くするとともに素材１１の半径方向に流動させ、サイドギア１６の胴体部分の大まかな形状を形成する（素材１１にすえ込みを施して素材１２とする）工程である。
すえ込み工程Ｓ２００が終了したら歯形形成工程Ｓ３００に移行する。
【００２５】
図１および図２に示す如く、歯形形成工程Ｓ３００は熱間で素材１２を歯形形成用の金型（不図示）を用いて素材１２の略中央部を軸線方向に押圧し、素材１２の半径方向に流動させてサイドギア１６の歯形１６ａの大まかな形状を形成する（素材１２に歯形１６ａを形成して素材１３とする）工程である。
本実施例の場合、歯形形成工程Ｓ３００において、素材１２の半径方向への流動を促進するために素材１２の略中央部の上下面（軸線方向に垂直な面）にそれぞれ凹み部１６ｃ・１６ｄが形成される。また、素材１３の下部外周面にはテーパ面１６ｂも形成される。
歯形形成工程Ｓ３００が終了したら位置決め工程Ｓ４００に移行する。
【００２６】
図１、図２、図３および図４に示す如く、位置決め工程Ｓ４００は素材１３に形成された歯形１６ａに係合する係合部材２０・２０・２０により素材１３を位置決めして固定する工程である。
【００２７】
以下では、図２、図３および図４を用いて位置決め工程Ｓ４００の詳細について説明する。
まず、素材１３が受け部材２１の上面に形成された位置決め孔２１ａに係合するように配置される。位置決め孔２１ａの内周面の上端部には受け部材２１の上面に向かって拡径するようにテーパ面２１ｂが形成されており、テーパ面２１ｂと素材１３のテーパ面１６ｂとが当接する。位置決め孔２１ａに係合した素材１３は、この時点ではテーパ面１６ｂとテーパ面２１ｂとが当接した状態を維持しつつ、受け部材２１に対して軸線を中心として相対回転することが可能である。
【００２８】
次に、図２、図３および図４に示す如く、加工ユニット１９が受け部材２１の上に配置された素材１３に接近する方向に移動（本実施例の場合、下降）し、係合部材２０・２０・２０が素材１３の歯形１６ａに当接して係合する。
【００２９】
加工ユニット１９は位置決め工程Ｓ４００および後述する孔・スプライン溝形成工程Ｓ５００において用いられるものであり、主として係合部材２０・２０・２０、胴体部材３０、摺動リング３１、フランジ部材３２、ガイド部材３３・３３、ナット３４・３４、バネ３５・３５、押圧部材４０等を具備する。
【００３０】
図２および図３に示す如く、係合部材２０はアーム２０ａとボール２０ｂとを具備する。
アーム２０ａは棒状の部材であり、その一端にボール２０ｂが固定される。ボール２０ｂは球状の部材であり、歯形１６ａの谷の部分（隣り合う歯の対向する歯面）に当接する。
【００３１】
図３に示す如く、胴体部材３０は略円柱形状の部材であり、その外周面には長手方向に延びたキー３０ａが形成される。
【００３２】
摺動リング３１はリング状の部材であり、その内周面にはキー３０ａに対応する形状のキー溝３１ａが形成される。摺動リング３１は胴体部材３０に摺動可能に貫装される。
胴体部材３０のキー３０ａは摺動リング３１のキー溝３１ａに係合し、摺動リング３１は胴体部材３０に対して長手方向に摺動可能であるが、相対回転不能である。
【００３３】
胴体部材３０はその長手方向、すなわち摺動リング３１の摺動方向が受け部材２１の上に配置された素材１３の軸線方向に一致する向き（本実施例の場合、上下方向）となるように配置される。摺動リング３１において素材１３に対向する側の端面（下面）に係合部材２０・２０・２０が設けられる。
【００３４】
フランジ部材３２は胴体部材３０の一端（上端）固定される略円盤形状の部材である。
フランジ部材３２の周縁部は胴体部材３０の外周面よりも半径方向に突出し、フランジ部材３２の周縁部には胴体部材３０の長手方向（上下方向）に貫通する貫通孔３２ａ・３２ａが形成される。
【００３５】
ガイド部材３３・３３は棒状の部材であり、その一端は摺動リング３１に固定され、その他端はフランジ部材３２の貫通孔３２ａ・３２ａにそれぞれ摺動可能に貫装される。ガイド部材３３・３３の他端には脱落防止のためのナット３４・３４が螺設される。
【００３６】
バネ３５・３５は摺動リング３１をフランジ部材３２から離間する方向、すなわち係合部材２０・２０・２０を受け部材２１の上に配置された素材１３に接近する方向に付勢する部材であり、それぞれガイド部材３３・３３に外嵌された状態で摺動リング３１とフランジ部材３２との間に介装される。
【００３７】
押圧部材４０は胴体部材３０の他端（下端）に固定される部材であり、後述する孔・スプライン溝形成工程Ｓ５００において素材１３に孔１６ｅおよびスプライン溝１６ｆ・１６ｆ・・・を形成するための部材である。押圧部材４０の詳細については後述する。
【００３８】
加工ユニット１９はアクチュエータ（例えば、油圧シリンダ等）により受け部材２１の上に配置された素材１３に接近する方向および素材１３から離間する方向に移動する。
【００３９】
図３に示す如く、係合部材２０・２０・２０が素材１３の歯形１６ａに当接して係合すると、素材１３は受け部材２１に対して位置決めされた状態で固定される。
より厳密には、素材１３は受け部材２１の所定位置において軸線を中心として相対回転不能、かつ軸線方向および半径方向に相対移動不能に固定される。なお、この時点では押圧部材４０は素材１３から離間した位置にあり、素材１３に接触していない。
位置決め工程Ｓ４００が終了したら孔・スプライン溝形成工程Ｓ５００に移行する。
【００４０】
本実施例では係合部材２０・２０・２０のボール２０ｂ・２０ｂ・２０ｂの形状を球状としたが、本発明に係る歯車の製造方法の係合部材の形状はこれに限定されず、歯車に形成された歯形に係合して当該歯形の相対移動および相対回転を規制することが可能であれば他の形状でも良い。
また、素材を確実に位置決めして固定（所定の位置に回転不能かつ移動不能に固定）するためには、少なくとも係合部材が素材に形成された歯形の三箇所に係合することが望ましい。
【００４１】
図１および図２に示す如く、孔・スプライン溝形成工程Ｓ５００は外周面にスプライン溝に対応する形状の突起４３ａ・４３ａ・・・が形成された押圧部材４０を熱間で素材１３に押圧することにより、孔１６ｅおよびスプライン溝１６ｆ・１６ｆ・・・を形成する（素材１３に孔１６ｅおよびスプライン溝１６ｆ・１６ｆ・・・を形成して素材１４とする）工程である。
孔１６ｅおよびスプライン溝１６ｆ・１６ｆ・・・はサイドギア１６に回転軸等の他の部材を相対回転不能に固定するために形成されるものである。
【００４２】
図３に示す如く、押圧部材４０は先端部４１、ストレート部４２、スプライン部４３を具備する。
【００４３】
先端部４１は、押圧部材４０において素材１３に最初に接触する部分であり、その外周面は、押圧部材４０を素材１３に押圧する方向、すなわち素材１３の軸線方向に対して所定のテーパ角θ１を成して先端に向かって縮径した形状のテーパ面４１ｂ、およびその両端に延設されたＲ面４１ａ・４１ｃからなる。
【００４４】
ストレート部４２は先端部４１に延設され、外周面の直径が略一定となる、言い換えれば外周面のテーパ角が０°である部分である。
【００４５】
スプライン部４３はストレート部４２に延設される部分であり、外周面にはスプライン溝１６ｆ・１６ｆ・・・に対応する形状の突起４３ａ・４３ａ・・・が形成される。
【００４６】
押圧部材４０は先端部４１が素材１３に対向し、押圧部材４０の軸線方向が受け部材２１の上に配置された素材１３の軸線方向に一致する向きとなるように胴体部材３０の他端（下端）に固定される。
【００４７】
図３に示す如く、孔・スプライン溝形成工程Ｓ５００において、係合部材２０・２０・２０により素材１３が位置決めされて固定された状態を保持しつつ、加工ユニット１９がさらに下降すると、押圧部材４０のスプライン部４３の突起４３ａ・４３ａ・・・が素材１３に接触する前に、押圧部材４０の先端部４１のＲ面４１ａが素材１３の凹み部１６ｃの内周面に接触する。
【００４８】
図２および図５に示す如く、加工ユニット１９がさらに下降すると、押圧部材４０の先端部４１のＲ面４１ａに続いてテーパ面４１ｂ、Ｒ面４１ｃが順次素材１３の凹み部１６ｃの内周面に接触し、凹み部１６ｃの内周面を半径方向に押し広げつつ素材１３の略中央部を下方に押圧する。その結果、素材１３には軸線方向に貫通する孔１６ｅが形成される。
また、突起４３ａ・４３ａ・・・も素材１３に接触し、突起４３ａ・４３ａ・・・により孔１６ｅの内周面にスプライン溝１６ｆ・１６ｆ・・・が形成される。
【００４９】
先端部４１のテーパ面４１ｂの両端にＲ面４１ａ・４１ｃを形成することにより、Ｒ面４１ａ・４１ｃのそれぞれによる二段階の芯抜きを行うことが可能であり、孔１６ｅの形成時における加工負荷の低減および加工精度の確保が可能である。
孔・スプライン溝形成工程Ｓ５００が終了したら冷間コイニング工程Ｓ６００に移行する。
【００５０】
以上の如く、本発明に係る歯車の製造方法の実施の一形態は、
熱間で素材１２に歯形１６ａを形成する（素材１２に歯形１６ａを形成して素材１３とする）歯形形成工程Ｓ３００と、
素材１３に形成された歯形１６ａに係合する係合部材２０・２０・２０により素材１３を位置決めして固定する位置決め工程Ｓ４００と、
外周面にスプライン溝１６ｆに対応する形状の突起４３ａ・４３ａ・・・が形成された押圧部材４０を熱間で素材１３に押圧することにより、素材１３に孔１６ｅおよびスプライン溝１６ｆ・１６ｆ・・・を形成する（素材１３に孔１６ｅおよびスプライン溝１６ｆ・１６ｆ・・・を形成して素材１４とする）孔・スプライン溝形成工程Ｓ５００と、
を具備するものである。
このように構成することにより、熱間で相対的な位置精度を高く保持しつつ素材１３に歯形１６ａと孔１６ｅおよびスプライン溝１６ｆ・１６ｆ・・・を形成することが可能であり、ブローチ加工によらずに寸法精度に優れたサイドギア１６を製造することが可能である。
また、冷間で行われるブローチ工程を省略することにより、歯車の製造コストの削減に寄与する。
【００５１】
なお、二段階の芯抜きを行うことにより加工負荷を低減して歯形１６ａとスプライン溝１６ｆ・１６ｆ・・・の相対的な位置精度を確保し、かつ突起４３ａ・４３ａ・・・の摩耗を防止するという観点から、凹み部１６ｃの内周面のテーパ角θ２は、先端部４１のテーパ面４１ｂのテーパ角度θ１の１０°以上１５°以下とする（θ１＋１０°≦θ２≦θ１＋１５°）ことが望ましい。
これは、θ２＜θ１＋１０°の場合には先端部４１のＲ面４１ａ・４１ｃによる荷重の分担が小さくなり、その分突起４３ａ・４３ａ・・・の先端部分への荷重の負担が大きくなることから突起４３ａ・４３ａ・・・の先端部分の摩耗が促進されやすくなることによる。
また、θ２＞θ１＋１５°の場合には孔１６ｅの形成の際の負荷が過大となって孔１６ｅの上端部側のエッジ部分の素材１３の軸線方向への流動が大きくなり、孔１６ｅの上端部側のエッジ部分の寸法精度が低下することによる。
【００５２】
なお、本実施例では素材１３に凹み部１６ｃが形成され、凹み部１６ｃの内周面と押圧部材４０の先端部４１の外周面とが接触する構成としたが、本発明に係る歯車の製造方法はこれに限定されず、素材の種類（素材を構成する材料）、「熱間」の温度、歯車の形状や大きさ等により素材に孔やスプライン溝を形成する際の負荷が小さい場合には素材に予め凹み部を形成する必要がない場合もあり得る。
【００５３】
また、突起４３ａ・４３ａ・・・の摩耗を防止しつつ装置の小型化を図る観点から、ストレート部４２の軸線方向（押圧方向）における長さを０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とすることが望ましい。
これは、ストレート部４２の軸線方向（押圧方向）における長さが０．３ｍｍ未満の場合には押圧部材４０の先端部４１が凹み部１６ｃの内周面に当接した後すぐに突起４３ａ・４３ａ・・・が素材１３に当接するため、突起４３ａ・４３ａ・・・への荷重の負担が大きくなり、突起４３ａ・４３ａ・・・の摩耗が促進されやすいことによる。
また、ストレート部４２の軸線方向（押圧方向）における長さが０．５ｍｍを超える場合には、それ以上長くしても更なる突起４３ａ・４３ａ・・・の先端部分への荷重の負担軽減という効果が得られず、却ってストレート部４２の外周面と孔１６ｅの内周面との間の摩擦が大きくなって押圧に要する力が増大し、ひいては大きな力で押圧可能なアクチュエータ等が必要となって装置が大型化することによる。
【００５４】
また、突起４３ａ・４３ａ・・・の半径方向の高さは１ｍｍ以下とすることが望ましい。
これは、突起の半径方向の高さを過大とすると、加工時の負荷が大きく、突起が摩耗してスプライン溝の寸法精度が低下することによる。
【００５５】
冷間コイニング工程Ｓ６００は素材１４に冷間で加工を施すことにより、素材１４に形成された歯形１６ａ、孔１６ｅ、スプライン溝１６ｆ・１６ｆ・・・の形状を整える（素材１４に形成された歯形１６ａ、孔１６ｅ、スプライン溝１６ｆ・１６ｆ・・・の形状を整えて素材１５とする）工程である。
冷間コイニング工程Ｓ６００においては、図６および図７に示す冷間スプライン加工ユニット５０を用いてスプライン溝１６ｆ・１６ｆ・・・の形状が整えられる（冷間加工が施される）。
冷間スプライン加工ユニット５０はダイス５１、上パンチ５２、ベース部材５３、マンドレル５４、ガイド部材５５・５５、バネ５６・５６等を具備する。
【００５６】
ダイス５１および上パンチ５２は素材１４を位置決めして固定する部材である。
ダイス５１の上面には素材１４を収容するための凹みである収容凹み部５１ａが形成される。収容凹み部５１ａの形状は素材１４の歯形１６ａを下方に向けたときの素材１４の形状に対応する。また、ダイス５１には収容凹み部５１ａとダイス５１の下面とを貫通する貫通孔５１ｂが形成される。上パンチ５２は素材１４を上方からダイス５１に押し当てる部材である。
収容凹み部５１ａに収容され、上パンチ５２により押し当てられた素材１４は、歯形１６ａが収容凹み部５１ａに係合し、半径方向および軸線方向に相対移動不能かつ相対回転不能となる。このとき、素材１４に形成された孔１６ｅの軸線方向とダイス５１に形成された貫通孔５１ｂの軸線方向とは上下方向で一致し、かつ、両軸線が一直線となる。
【００５７】
ベース部材５３は冷間スプライン加工ユニット５０の下半部を成す構造体である。
マンドレル５４はベース部材５３に対して相対回転不能かつ相対移動不能に固定され、ベース部材５３の上方に突出した部材であり、その先端部の外周面にはスプライン溝１６ｆ・１６ｆ・・・に対応する形状の突起５４ａ・５４ａ・・・が形成される。マンドレル５４軸線方向とダイス５１の貫通孔５１ｂの軸線方向は上下方向で一致し、かつ両軸線は一直線となる。
【００５８】
ガイド部材５５・５５は棒状の部材であり、その一端はダイス５１の下面周縁部に固定され、その他端はベース部材５３の上面に形成された摺動孔５３ａ・５３ａにそれぞれ摺動可能に貫装される。
バネ５６・５６はダイス５１をベース部材５３から離間する方向、すなわち上方に付勢する部材であり、それぞれガイド部材５５・５５に外嵌された状態でダイス５１とベース部材５３との間に介装される。
【００５９】
図６に示す如く、素材１４がダイス５１および上パンチ５２により位置決めされ、固定された時点では、マンドレル５４の先端部は貫通孔５１ｂの中途部に位置し、マンドレル５４と素材１４とは接触していない。
【００６０】
図７に示す如く、油圧シリンダ等のアクチュエータによりバネ５６・５６の付勢力に抗してダイス５１および上パンチ５２を下方に押し下げると、マンドレル５４の先端部が素材１４に形成された孔１６ｅに嵌挿され、突起５４ａ・５４ａ・・・によりスプライン溝１６ｆ・１６ｆ・・・の形状が整えられる。
図２に示す如く、冷間コイニング工程Ｓ６００が終了したら、その後素材１５に仕上げのための切削加工や研磨等が施されるとともに浸炭が施され、サイドギア１６が完成する。
【００６１】
このように、冷間スプライン加工ユニット５０を用いることにより、歯形１６ａを利用して容易に素材１４を位置決めして精度良くスプライン溝１６ｆ・１６ｆ・・・の形状を整えることが可能であり、作業性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明に係る歯車の製造方法の実施の一形態を示すフロー図。
【図２】本発明に係る歯車の製造方法の実施の一形態における素材の形状変化を示す図。
【図３】本発明に係る歯車の製造方法の実施の一形態の位置決め工程における加工ユニットを示す側面一部断面図。
【図４】本発明に係る歯車の製造方法の実施の一形態の位置決め工程における素材と係合部材との位置関係を示す平面図。
【図５】本発明に係る歯車の製造方法の実施の一形態の孔・スプライン溝形成工程における加工ユニットを示す側面一部断面図。
【図６】本発明に係る歯車の製造方法の実施の一形態の冷間コイニング工程の位置決め時における素材と冷間スプライン加工ユニットとの位置関係を示す側面一部断面図。
【図７】本発明に係る歯車の製造方法の実施の一形態の冷間コイニング工程の加工時における素材と冷間スプライン加工ユニットとの位置関係を示す側面一部断面図。
【符号の説明】
【００６３】
１２・１３・１４ 素材
１６ サイドギア（歯車）
１６ａ 歯形
１６ｅ 孔
１６ｆ スプライン溝
２０ 係合部材
４０ 押圧部材
４３ａ 突起
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間で素材に歯形を形成する歯形形成工程と、
前記素材に形成された歯形に係合する係合部材により前記素材を位置決めして固定する位置決め工程と、
外周面にスプライン溝に対応する形状の突起が形成された押圧部材を熱間で前記素材に押圧することにより、前記素材に孔およびスプライン溝を形成する孔・スプライン溝形成工程と、
を具備することを特徴とする歯車の製造方法。
【請求項２】
前記係合部材は前記素材に形成された歯形の少なくとも三箇所に係合することを特徴とする請求項１に記載の歯車の製造方法。
【請求項３】
前記押圧部材は、
外周面が所定のテーパ角を成してテーパしたテーパ面およびその両端に延設されたＲ面からなる先端部と、
前記先端部に延設され、外周面の直径が略一定となるストレート部と、
前記ストレート部に延設され、外周面にスプライン溝に対応する形状の突起が形成されたスプライン部と、
を具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の歯車の製造方法。
【請求項４】
前記歯形形成工程において前記素材に凹み部を形成し、
前記凹み部の内周面のテーパ角を、前記先端部のテーパ面のテーパ角度の１０°以上１５°以下とすることを特徴とする請求項３に記載の歯車の製造方法。
【請求項５】
前記ストレート部の押圧方向における長さを０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の歯車の製造方法。
【請求項１】
熱間で素材に歯形を形成する歯形形成工程と、
前記素材に形成された歯形に係合する係合部材により前記素材を位置決めして固定する位置決め工程と、
外周面にスプライン溝に対応する形状の突起が形成された押圧部材を熱間で前記素材に押圧することにより、前記素材に孔およびスプライン溝を形成する孔・スプライン溝形成工程と、
を具備することを特徴とする歯車の製造方法。
【請求項２】
前記係合部材は前記素材に形成された歯形の少なくとも三箇所に係合することを特徴とする請求項１に記載の歯車の製造方法。
【請求項３】
前記押圧部材は、
外周面が所定のテーパ角を成してテーパしたテーパ面およびその両端に延設されたＲ面からなる先端部と、
前記先端部に延設され、外周面の直径が略一定となるストレート部と、
前記ストレート部に延設され、外周面にスプライン溝に対応する形状の突起が形成されたスプライン部と、
を具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の歯車の製造方法。
【請求項４】
前記歯形形成工程において前記素材に凹み部を形成し、
前記凹み部の内周面のテーパ角を、前記先端部のテーパ面のテーパ角度の１０°以上１５°以下とすることを特徴とする請求項３に記載の歯車の製造方法。
【請求項５】
前記ストレート部の押圧方向における長さを０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の歯車の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−３６６４２（Ｐ２００８−３６６４２Ａ）
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２１０３５８（Ｐ２００６−２１０３５８）
【出願日】平成１８年８月１日（２００６．８．１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月１日（２００６．８．１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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