JP2004105974A - 歯車軸および転造用平ダイス - Google Patents
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Abstract
【課題】容易に組み付けられるスプラインや歯車を有する歯車軸及び係る歯車軸を加工する転造用平ダイスを提供。
【解決手段】未加工部であるテーパ面２１と曲面に加工された第一の歯面面取り面２２、第二の歯面面取り面２３、および歯端面面取り面２４又は稜線（１０８）から構成される面取り部を有する歯車軸の歯底部端１５ａから軸部付近の先端１６までの延長部１５を縮径する。転造用平ダイスは、外周転造ダイスと、外周転造用ダイスに隣接し、その合わせ面において同位置および同形状、そして３０°から４５°切り上げられた面取り歯溝を有する面取り形成部と、面取り形成部の上面に連続して高さが漸増する延長部形成面から構成する。
【選択図】 図１
【解決手段】未加工部であるテーパ面２１と曲面に加工された第一の歯面面取り面２２、第二の歯面面取り面２３、および歯端面面取り面２４又は稜線（１０８）から構成される面取り部を有する歯車軸の歯底部端１５ａから軸部付近の先端１６までの延長部１５を縮径する。転造用平ダイスは、外周転造ダイスと、外周転造用ダイスに隣接し、その合わせ面において同位置および同形状、そして３０°から４５°切り上げられた面取り歯溝を有する面取り形成部と、面取り形成部の上面に連続して高さが漸増する延長部形成面から構成する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インボリュートスプライン又は歯車を有する歯車軸のスプライン又は歯車の歯面の端面面取り、歯底面および歯底面近傍の軸の形状、及び、かかるスプライン又は歯車の歯面の端面面取り、歯底および歯底面近傍の軸を転造加工するための転造用平ダイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の変速機の軸部品などに用いられるスプライン転造部は、平ダイスによる転造加工後、熱処理され完成となる。軸部品と結合されるギアなどの相手部品はインボリュートスプライン穴をブローチ加工されており、圧入または滑合状態で組み込まれる。この組み込み作業においては、スプライン軸と穴のスプラインの位相を正確に合わせる必要があり、自動組み立てが困難である、そこで軸スプライン部の端面に面取りを施せば、ラフな位相決めで組み付け作業ができることは容易に想像できる。
【０００３】
そこで、インボリュートスプラインや歯車の歯端部への歯面の面取り加工はエンドミル等のカッタにより可能であるが、一歯づつの切削加工を行う必要があり生産能力がない。一方、生産能率においてはるかに上をいく転造加工においては、歯車を転造する転造用平ダイスに、その歯筋が斜め上方になるように配設された面取り用平ダイスを併設して、歯車の転造と歯面の面取りを行っている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開平２−２３５５３８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この転造用平ダイスにあっては、歯面の面取り形状は、歯先面の端部と歯の端面、前後の歯面の端部と歯の端面、前後の歯面の端部と歯の端面との境界部がそれぞれ面取りされているが、歯の端面は、ほぼ軸直角に形成されており、面取り角度も４５°前後である。従って、スプラインや歯車の組み付け時に、相手側に容易に組みつけられる形状とは言い難い。本発明はかかる問題に鑑みて、転造用平ダイスのような量産可能な装置において加工することができ、かつ歯車及びスプライン軸組み付け時において容易に組み付けることができる面取り形状を有するスプライン及び歯車軸を提供する事である。また、かかるスプライン及び歯車軸を加工できる転造用平ダイスを提供する事である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、歯部のすくなくとも一端側に軸部が設けられ、かつ、歯面取りが施されたスプライン又は歯車を有する歯車軸において、前記スプライン又は歯車の歯底部端より軸方向に延びる前記軸部径より大径の延長部を有し、前記歯面取りを下方に軸を縦にして、前記歯面取りは、歯先面の端部より軸方向下方に先細りになる略台形面形状を有するテーパ面と、前記テーパ面の一の斜辺と該一の斜辺と同側の歯面端部と前記延長部とにそれぞれ隣接し、前記一の斜辺に沿って延びる第一の歯面面取り面と、前記第一の歯面面取り面とは前記歯先面中心として対称位置に配設された第二の歯面面取り面と、前記第一及び第二の歯面面取り面に隣接し、前記テーパ面の下辺から前記延長部を結ぶ斜辺を形成する歯端面面取り面と、を有し、かつ、前記延長部は、前記歯底部端より前記歯端面面取り面と延長部との接続部より外側までの延長部底部と、前記延長底部の外側端から延長部先端までの延長部先端部とからなり、前記延長部底部及び前記延長部先端部、または、前記延長部先端部が軸方向に向かって縮径されている歯車軸を提供することにより上記課題を解決した。
【０００７】
（作用）
即ち、加工後の歯の端部は、歯先面の端部より軸方向に先細りとなるテーパ面から先の歯端面面取り部が、歯底部端より軸方向に延び、軸部径より大径の延長部に斜め方向に結ばれる斜辺を形成しているので、歯端面面取り部はスプライン又は歯車より斜め軸方向に延出する形になる。また、延長部底部、または、延長部先端部は、軸方向に向かって縮径する形状となる。そこで例えばスプラインの場合は軸の延長部が相手スプライン穴の歯が徐々に内径に近づき、また、歯端面面取り部の先端は相手スプライン歯の歯先空間から徐々に歯元空間に入る。したがって、延長部は相手スプラインの内径に容易に嵌入され、引き続いて歯端面面取り部は相手スプライン歯に容易に嵌入できる。さらに、歯端面面取り部は第一、第二の歯面面取り面に沿って滑るため、面取り側スプラインと相手スプラインとが容易にスプライン嵌入できる。歯車の場合も同様に、延長部、続いて面取り部により案内されるので、歯車等に容易に噛合い、組み付けが容易になる。なお、延長部底部は円筒状あるいは、延長部底部又は延長部先端部の形状は円すい形状の他、断面が凸状、凹状、縮径率が一定の弧状、あるいは２段、３段と徐々に縮径する形状としてもよい。
【０００８】
略台形面形状を有するテーパ面と、テーパ面下辺から延びる歯端面面取り面は、できる限り、細い方がよい。そこで、請求項２の発明においては、歯部の少なくとも一端側に軸部が設けられ、かつ、歯面取りが施されたスプライン又は歯車を有する歯車軸において、前記スプライン又は歯車の歯底部端より軸方向に延びる前記軸部径より大径の延長部を有し、前記歯面取りを下方に軸を縦にして、前記歯面取りは、歯先面の端部より軸方向下方に先細りになる略三角形面形状を有するテーパ面と、前記テーパ面の頂点から下方に延びる稜線と、前記稜線と一方の歯面端部と前記延長部とにそれぞれ隣接して形成される第一の歯面面取り面と、前記第一の歯面面取り面とは前記稜線に対して対称位置に配設された第二の歯面面取り面とを有する歯車軸とした。
【０００９】
歯端面面取り面が稜線となるので、略台形面形状に較べ、より組み付けが容易になる。後述する転造加工においては、略台形面形状を略三角形面形状になるように転造条件を与えるようにすると、転造による軸方向の延び等の歯毎の変化が現れやすくなり、面取り部が階段状になる。この階段状は外観上の影響が大きい。そこで、請求項３の発明においては、前記第一の歯面面取り面と、前記稜線と、前記第二の歯面面取り面の表面は、前記歯部の高さ方向に等高線状に形成された階段状の多数の面で形成された歯車軸とした。なお、階段状部分は面取り部軸方向に沿って等高線が形成されているので軸方向の抵抗はない。
【００１０】
略台形面形状及び歯端面面取り面を、略三角形面形状及び稜線とした場合にも、前述したと略台形面形状の場合と同様に、前記延長部は、前記歯底部端より前記稜線と延長部との接続部より外側までの延長部底部と、前記延長底部の外側端から延長部先端までの延長部先端部とからなり、前記延長部底部及び前記延長部先端部、または、前記延長部先端部が軸方向に向かって縮径するのがよい（請求項４）。
【００１１】
稜線及び歯面面取りの各面はほぼ平面形状でもよいが、転造加工でのダイスの形状を簡単にすべく、請求項５の発明においては、各面を曲面で形成し、前記第一の歯面面取り面と、前記歯端面面取り面又は稜線と、前記第二の歯面面取り面と、が面取り部を下方に軸を縦にして、かつ歯先面からみて底部が丸みを帯び末広がりの略Ｖ字形の面取りとなるようにした。これにより、転造時の平ダイスの形状、加工が容易になり、また、スプライン軸のスプライン穴への組みつけ、歯車の組み付けも簡単になり、嵌合もし易くなる。
【００１２】
請求項１から５に記載のかかる歯車軸を製造するには、一対の平ダイスを対称位置に配置し、該平ダイス間に被転造物を回転可能に支持して平ダイス間に狭持し、平ダイスを相対的に移動させ被転造物外周にスプライン又は歯車及びスプライン歯面取り又は歯車歯面取りを塑性加工するための転造用平ダイスにおいて、前記転造用平ダイスは被転造物外周歯部を塑性加工する外周転造ダイスと前記外周転造ダイス側面に隣接する面取り形成用ダイスからなり、前記面取り形成用ダイスは前記被転造物外周歯部の軸方向端部を加工する面取り形成部と、前記面取り形成部の上面に連続する延長部形成面とからなり、前記面取り形成部に面取り歯溝が形成され、前記面取り歯溝の側面形状は前記外周転造ダイスに形成された外周転造部の歯溝の側面形状と同位置かつ同形状とされ、前記面取り形成部の上面と前記外周転造部の歯高は、前記面取り形成用ダイスと前記外周転造ダイスとの合わせ面において同一高さとされ、前記面取り歯溝は前記合わせ面から切り上げられており、さらに前記面取り形成部上面及び前記延長部形成面の高さ、または、前記面取延長形成面の高さが漸増するようにされていること、を特徴とする転造用平ダイスを用いることにより容易に行える（請求項６）。
【００１３】
（作用）
即ち、一般形状の外周加工用の外周転造ダイスに沿って、面取り用形成ダイスを隣接して配置させて、外周転造に合わせて面取り転造を行う。このとき、面取り形成用ダイスの面取り歯溝の歯形形状は一般の平ダイスの歯形形状と同じで、かつ斜めに切り上げたものにすれば、請求項１から５歯車面取りが加工されるので、特別な歯形形状を設計する必要がない。また、面取り形成部は単に切り上げるだけなので加工も容易である。なお、面取り歯溝の側面の歯形形状は外周転造部の歯溝の歯形と同形状であり、外周転造ダイスの歯高と面取り形成用ダイスの上面とは合わせ面において同一高さとなる。インボリュート歯車の場合は直線ラック状になるが、転造による加工では塑性加工となるので各面取りは平面でなく曲面となる。この曲面はエッジ部も少なく、よりスムースな嵌合、組み付けが可能になる。
【００１４】
特に、面取り形成部の上面、延長部形成面を合わせ面から徐々に高さが漸増する構成にすることにより、転造加工後の底部延長部および面取り部近傍を含む延長部は軸方向に徐々に縮径する形状に形成される。また、延長部形成面の高さを漸増する構造とすることにより、転造加工後の延長部先端部は、軸方向に縮径する形状に形成される。なお、漸増度が高いほど、延長部先端が押さえられ、転造により軸方向に張り出す余肉が延長部側よりテーパ面側に集中すると考えられ、テーパ面は略台形面形状から略三角形面形状になる傾向がある。また、バリなどの異常部の発生が抑制できるため、加工後に悩まされることがない。又、延長部は縮径率が一定の円すいの他、断面が凹状、凸状の弧状、あるいは２段、３段と徐々に縮径する形状となるように面取り形成部の上面、延長部形成面の形状を変化させてもよい。
【００１５】
なお、本発明の転造平ダイスで、本発明のスプライン及び歯車軸を加工するためには、面取りを施す転造加工前のスプライン又は歯車の面取り側端面はテーパ状としておく必要がある。
【００１６】
かかる転造用平ダイスは、スプライン又は歯車の転造と歯面面取りとを同時に行えるようにしたい。そこで、請求項７に記載の発明においては、前記外周転造部及び前記面取り歯溝を、食いつき歯部、仕上げ歯部、逃げ歯部から構成し、合わせ面において同形状及び同一高さとする構成にすることにより、従来と同様に一回の加工でスプライン又は歯車の面取り加工を行うようにした。
【００１７】
面取り形成部の切り上げ角度αは、略Ｖ字型の面取りの開き角θに影響する。切り上げ角度αの値が小さいと開き角θが大きくなり、αが大きいとθが小さくなり、適正な面取り形状とならないばかりか面取り加工もできない。そこで、請求項５の発明においては、面取り部形成部上面に向かって切り上げられている面取り歯溝の切り上げ角αは外周転造部との合わせ面に対して３０°以上４５°以下にするようにした。これにより、スプライン又は歯車に適切な面取り形状を与えることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、スプライン軸に適用した場合について、図を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態を示すスプライン軸の面取りしたスプラインの面取り部の拡大斜視図（模式図）、図１２は同スプライン軸の正面図であり、後述する加工状況を示す。図１および図１２において、歯車軸７の両端には軸７ａ，７ｂが延び、図１２でほぼ中央にスプライン１１が形成されている。スプライン１１は歯先１３、歯底１４、歯面１１ａ、１１ｂから構成されている。図１２で見て、スプライン１１の右端はテーパ１０が形成され、この面は面取りされていない。スプライン１１の左端側は、面取りが施されており、図１に示すように、スプライン１１の歯底部１４の端部である歯底端１５ａより軸方向に延び、軸部７ｂの径より大径の延長部１５が設けられている。ここでは延長部１５は徐々に縮径する形状とされている。また、延長部１５の先端１６は不定形形状である。この先端１６は機械加工して成形してもよい。歯面取りは、テーパ面２１と、第一の歯面面取り面と２２、第二の歯面面取り面２３と、歯端面面取り面２４とから構成されている。
【００１９】
テーパ面２１は、歯端面面取り面２４を下方に軸を縦にして、歯先面１３の端部２１ｃより軸方向下方に先細りになる略台形面形状をしている。この面は後述するように、転造加工前のテーパ面の加工残りであり、軸中心とした円すい面の一部となっている。第一の歯面面取り面２２は、テーパ面２１の一の斜辺２１ａとこの一の斜辺と同側の歯面１１ａの端部２２ａと延長部１５との接続部２２ｂでそれぞれ隣接し、一の斜辺２１ａに沿って延びている。第二の歯面面取り面２３は、第一の歯面面取り面２２とは歯先面１３を中心として対称に配設され、テーパ面２１の他の斜辺２１ｂとこの他の斜辺と同側の歯面１１ｂの端部２３ａと延長部１５との接続部（図示しない）でそれぞれ隣接し、他の斜辺２１ｂに沿って延びている。歯端面面取り面２４は、第一及び第二の歯面面取り面２２，２３につなぎ部２４ａ，２４ｂで隣接し、テーパ面２１の下辺２１ｄから延長部１５を結ぶ斜面を形成し、延長部１５とは接続部２４ｃで接続されている。延長部１５はつなぎ部２４ａ，２４ｂ近傍の第一及び第二の歯面面取り面２２，２３は転造によるアール形状となっている。さらに延長部１５は、歯底部端１５ａより歯端面面取り面２４と延長部との接続部２４ｃの外側１５ｄまでの延長部底部１５ｂと、延長部底部の外側端１５ｄから延長部先端１６までの延長部先端部１５ｃとから形成されており、延長部底部及び延長部先端部はそれぞれ角度の異なるテーパ状にされている。
【００２０】
即ち、スプライン１１の端部は、歯先面１３の端部２１ｃより軸方向に先細りになるテーパ面２１から先の歯端面面取り部２４が、延長部１５に斜め方向に結ばれる斜面を形成しているので、歯端面面取り部２４はスプライン斜め軸方向に延出する形になる。延長部１５は徐々に縮径する形状に転造されているため、その傾きによりスプライン穴の歯の内径より小さくなり、また、歯端面面取り部２４の先端は相手スプライン歯の歯先空間から徐々に歯元空間に入る。従って、歯端面面取り部２４は相手スプライン歯に容易に嵌入できる。さらに、歯端面面取り部２４は第一及び第二の歯面面取り部２２，２３に隣接しているので相手スプライン歯面が、第一、第二の歯面面取り面２２，２３に沿ってすべり、面取り側スプラインと相手スプラインとが容易にスプライン嵌合できる。
【００２１】
次に、かかるスプライン軸を転造加工するための転造用平ダイス及び転造加工方法について実施の形態について図を参照して説明する。図２、３、４は本発明の実施の形態を示す転造用平ダイスの一方を示し、図２は外周転造ダイスの（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線断面図、図３は面取り形成用ダイスの（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図である。図４は図３の（ｃ）の拡大図、図５は図２、３を一体にした一対の転造用平ダイスで被転造物（以下ワークという）にスプライン転造加工を開始前の説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、図６はスプライン及び面取り転造加工後、図７は後述する転造で生じる異常部を修正するための軸方向移動時、図８は異常部修正時、図９は加工完了時の説明図であってそれぞれ（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。また、図１０は本発明の実施の形態で使用する転造前のワークの正面図、図１１は本発明の実施の形態を示すスプライン転造及びスプライン端の面取りを同時転造した直後のワークの正面図であり、図２のＡ−Ａ線（図３のＢ−Ｂ線）断面の近傍である。前述した図１２は本発明の実施の形態を示すスプライン（外周面）転造及びスプライン端（歯面端）の面取りの異形部修正後のワークの正面図であり、図２のＡ−Ａ（図３のＢ−Ｂ線）断面近傍を示す。
【００２２】
図５に示すように、本発明の転造用平ダイス１および２は図２に示す長手方向に対し直角方向にスプライン加工用歯溝３１が形成された外周転造部３を有する外周転造用ダイス５１と、図３に示す面取り形成部４と延長部形成面４７を有する面取り形成用ダイス５２から構成される。面取り形成部はスプライン加工用歯溝３１の側面３１ａと同形状の側面形状の面取り歯溝４１を有する。
【００２３】
図２、３、５に示すように、外周転造用ダイス５１の側面３２に面取り形成用ダイス５２がその側面４２を当接させて図示しないボルトで固定されている。外周転造部３は加工開始端３５より、歯高が漸増する食いつき歯部３６、歯高が一定の仕上げ歯部３７、歯高が漸減する逃げ歯部３８から形成されている。これに応じて、図３に示すように、面取り形成部の面取り歯溝４１も同形状とされ、さらに、外周転造部３のスプライン加工用歯溝３１に対応して面取り歯溝４１が形成されており、面取り歯溝４１の側面（合わせ面）４２の歯形は、外周転造部３の側面３２の歯形と互いに概ね一致するように設定されている。さらに、面取り歯溝４１は外周転造ダイス５１との合わせ面３２から角度α（３０°〜４５°）で切り上がり、被転造物の歯面取りを形成する。また、面取り形成部の上面４、延長部形成面４７は高さが漸増しており、被転造物の歯底近傍部、軸部までの延長部を転造する。面取り形成用ダイス最上面６２は逃げ面であり、ワークとの接触がないようにされている。
【００２４】
被加工物であるワーク７の素材の形状は図１０に示すように軸７ａ，７ｂの一部に加工すべき円筒部８が設けられ、円筒部８の両側端部がそれぞれテーパ面９，１０にされている。符号７１はワークを回転保持するため芯押し具であり、７２は芯押し具の先端が嵌合するようにされた芯だし穴である。本発明の実施の形態においては、図１０で示すワーク７の円筒部８にスプラインを創成し、図１０でみて左側テーパ部９側の歯面に面取りを施そうというものである。右側テーパ部１０側は単に従来通りの歯面を形成するのみであり、面取りは行わない。係るワークを図５に示すように、図２、３に示す転造用平ダイス１と図２の歯溝方向軸に対して軸対称となるような転造用平ダイス２を一対として対称位置に平行に配置する。転造用平ダイス２の構成は転造平ダイス１と同様であり、転造用平ダイス１と同様な構成について同符号を付し説明を省略する。図５に示すようにワーク７を芯押し治具７１で回転自在の支持し、ワーク７の円筒部左端８ａが外周転造用ダイス５１と面取り形成部４との合わせ面３２（４２）と一致するように食いつき歯部３６側から平ダイス間１，２に挟持し、図示しない同期装置により平ダイス１，２を同期して相対的に移動させ転造加工を行う。
【００２５】
まず食いつき歯部３６から仕上げ歯部３７にかけて、転造され図６に示すようにワーク７は逃げ歯部３８に達する。この状態においては、図１、１１に示すように、ワーク７の外周にスプライン部１１と歯面取り、第一の歯面面取り面２２、第二の歯面面取り面２３、歯端面面取り面２４が同時に転造加工され、左側テーパ面９は縮径、変形し、テーパ面２１が残される。転造時に、合わせ面３２における外周転造部３の歯溝３１と面取り形成部４の面取り歯溝４１の歯形が一致しているので、ワーク７のスプライン部１１と面取りの幾何形状が概ね連続的となり、また、面取り歯溝４１は角度αで切り上がりとなっているので、歯面の面取りである第一の歯面面取り面２２、第二の歯面面取り面２３、歯端面面取り面２４は歯先１３を挟んで歯面から軸方向にすぼまるように底部が丸みを帯びた略Ｖ字状のテーパ面に形成される。
【００２６】
また、延長部１５は面取り形成部の上面４及び延長部形成面４７により転造加工され、その形状に習った形状に成形され、ここでは徐々に軸方向に縮径するテーパ形状とされている。面取り形成部の上面４が図１の延長部底部１５ｂに転写され、延長部形成面４７が図１の延長部先端部１５ｃに転写され、面取り形成部の上面４と延長部形成面４７との交線部４ａが図１の延長部底部外側１５ｄに転写される。歯面端面面取り面と延長部との接続部２４ｃは交線部４ａより面取り歯溝４１側に形成され、延長部底部と延長部先端部との境界は接続部２４ｃより外側となる。なお、転造による軸方向のはみ出しを、面取り形成部の上面４１、延長部形成面４７で押さえ、余肉を歯溝４１に押し戻す形で面取り部を形成するので、面取り形成部の上面、延長部形成面、歯溝の形状寸法により面取り部の形状が変化する。また、延長部１５の先端１６は変形を制限するものがないので自由形状、例えば波状となり、テーパ端で未加工のテーパ面９が残っている。このとき先端１６はダイスの延長部形成面４７により押し込まれ、鋭利な角をなすことはない。未加工のテーパ面９と切り上げ角αはほぼ同じ値にされ、左側歯先近傍２１ｃでは未加工のテーパ面９と曲面を同じくするテーパ面２１が残るようにされている。転造前のテーパ面の一部を歯先側に残すことにより、転造時の素材の流れを容易、かつ明確にし、また、加工誤差の影響を少なくでき、合わせ面の盛り上がり、ばりの発生を少なくでき、転造加工が容易となる。ワーク右側面１０はテーパ面に沿って面取りされることなくスプライン１１の一部が形成される。
【００２７】
なお、図６に示すまでのスプライン部１１と面取りの転造加工では、外周転造用ダイス５１と面取り形成部ダイス５２の製作上の誤差、組み付けのずれにより、図１１に示すように合わせ面歯面近傍２１ｃ，２２ａ，２３ａに、若干の盛り上がり、ばり等の異常部１７が発生することがある。そこで、図７に示すように、逃げ歯部３８でワーク７を図示で右方向に移動、即ちワーク（被転造物）７を逆方向に回転させ、被転造軸７ｂと面取り形成用ダイスとが干渉しない距離だけ軸方向にＬだけずらした後、図８及び図１２に示すようにワークを逆転させ、再び仕上げ歯部３７で、外周即ちスプライン転造加工を再度行う。これにより、歯面の盛り上がり、ばり等の異常部１７を、仕上げ歯部３７により押しつぶす。その後、ワーク７を正転させ図８に示すように転造用平ダイス１，２を移動させ、逃げ歯部３８よりワーク７を取り出す。かかる工程により加工されたワーク７の加工完了時には、図１、１１に示すような端面に面取りの付いた、歯面に盛り上がり、ばりのない良好なスプライン軸が得られる。
【００２８】
なお、軸方向移動距離は１〜２ｍｍ程度でよい。また、ワーク７の歯底１４と延長部１５との合わせ面１８（１５ａ）にも誤差等による盛り上がり、ばり等の発生があるが、実際のスプライン組みつけ時等には歯底部１４の干渉はほとんどないので、合わせ面の調整の精度を高くすることにより異常部の発生を少なくする程度でよい。また、実施の形態では、異常部１７を除くため、軸方向移動、逆転等を行ったが他の方法でもよい。
【００２９】
また、他のダイスの例として、図１４に示すように、面取り形成部の上面４には勾配をつけず、面取延長部形成面４７だけに勾配をつけるようにしても良い。こうしたダイスで形成される面取り形状は、図１における延長部先端部１５ｃのみに縮径部が形成される。この場合は、面取り形成部の上面４に勾配をつけないので、製造が容易となる。
【００３０】
面取り面は、図１の歯端面面取り面２４の幅が小さい方がよい。そこで、図１４に示すダイスを用いた第二の実施の形態について説明する。図１３は第二の実施の形態を示す面取りしたスプラインの面取り部の拡大斜視図（模式図）である。なお、前述した図と同じ構成については、同符号を付し、説明の一部又は全部を省略する。図１４に示す平ダイスの面取り延長部形成面４７に付ける勾配を強くして転造すると、転造による肉の盛り上がりが大きくなり、図１で見られた台形状の面２１はほとんど目立たなくなり、図１３における１０３のような刃先面に連続した三角形状のテーパ面２１（１０３）となり、図１面取り部で形成された歯端面面取り面２４は、幅の狭い稜線１０８となる。このとき、延長部１５の先端１６は規制するものがないため自由形状であるが、面取り形成部４の勾配が強く設定されているので、縮径率が大きくなり、鋭利なばり状の形状とはならないという利点がある。また、図１と同様に、稜線１０８と一方の歯面端部２２ａと延長部１５とにそれぞれ隣接して第一の歯面面取り面２２が形成され、第一の歯面面取り面とは稜線に対して対称位置に第二の歯面面取り面２３が設けられている。
【００３１】
延長部形成面４７の勾配を強くすると、転造時の軸方向の発生力が増大するため、図１３において、第一の歯面面取り面２２と、稜線１０８と、第二の歯面面取り面２３の表面に、歯部の高さ方向に等高線状に形成された階段状の多数の面１０４，１０５，１０６、即ち、階段状の紋様が形成される。なお、テーパ面２１，１０３は転造により盛り上がりの影響を受け変形する場合があることはいうまでもない。
【００３２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明においては、歯の端部の軸方向は、歯面取りを下方に軸を縦にして、軸部までの延長部底部または延長部先端部が徐々に縮径され、軸方向にすぼまる形状となり、相手スプラインの内径に容易に嵌入され、続いて、歯先面の端部より軸方向下方に先細りになるテーパ面から先の歯端面面取り面が歯底部端より軸方向に延び、軸部径より大径の延長部に斜め方向に結ばれる斜面を形成させ、歯端面面取り面がスプライン又は歯車より斜め軸方向に延出する形にしたので、相手スプラインに容易にスプライン嵌合できる。さらに、加工された箇所においては、ばり等の異常部に悩まされることがない。また、歯車等の場合でも噛合い組み付けが容易になるスプライン又は歯車の端面の面取り形成部を有する歯車軸を提供するものとなった。また、請求項２、３、４の発明においては、歯端面面取り面を稜線としてさらに細くするようにしたので、より組み付けがし易いものとなった。
【００３３】
また、請求項５に係る発明においては、各面取りを曲面で形成し、第一の歯面面取り面と、歯端面面取り面又は稜線と、第二の歯面面取り面とが、面取り部を下方に軸を縦に、歯先面からみて底部が丸みを帯び末広がりの略Ｖ字形の面取りとなるようにしたので、より組み付けの容易なスプライン及び歯車軸を提供するものとなった。
【００３４】
かかる歯車軸は、一般形状の外周加工用の外周転造用ダイスに、歯面取りを施す面取り歯溝を有する面取り形成部と軸部までの延長部を加工する延長部形成面からなる面取り形成用ダイスを隣接させ、外周転造と同時に面取り転造を行って得られる。面取り歯溝の歯形形状は一般の平ダイスの歯形形状と同じで、かつ斜めに切り上げたものにすればよく、特別な歯形形状を設計する必要がなく、面取り形成部の加工も容易なので、従来の転造盤が使用でき、転造加工も簡単でスプラインや歯車の組み付けが容易な歯車軸を得ることができる。また、外周転造部及び面取り形成部を、食いつき歯部、仕上げ歯部、逃げ歯部から構成し、従来と同様に一回の加工でスプライン又は歯車の面取り加工及び延長部の形成を行うようにしたので、安価で大量生産可能なものとなった。面取り用形成部の切り上げ角度αを３０°以上４５°以下にし、スプライン又は歯車に適切な面取り形状を与えられるので、種々の条件でも容易に設計、試作、量産が可能なものとなった。また、面取り形成部の上面や延長部形成面との位置や角度をかえることにより、テーパ面を略台形面や略三角形面としたり、歯端面面取り面や稜線とすることができるなど、種々の面取り形状を得られるものとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すスプライン軸の面取りしたスプラインの面取り部の拡大斜視図（模式図）である。
【図２】本発明の実施の形態を示す転造用平ダイスを構成する外周転造部の（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明の実施の形態を示す転造用平ダイスを構成する面取り形成部の（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ−Ｂ線断面である。
【図４】本発明の実施の形態を示す転造用平ダイスを構成する面取り形成部の断面図であり、図３（ｃ）の拡大図である。
【図５】本発明の実施の形態を示し、図２、図３で示す一対の転造用平ダイスで被転造物（以下ワークという）にスプライン転造加工を開始前の説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図６】本発明の実施の形態を示すスプライン及び面取り転造加工後の説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図７】本発明の実施の形態を示すスプライン及び面取り軸方向移動時の説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図８】本発明の実施の形態を示すスプライン及び面取り異常部修正時の説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図９】本発明の実施の形態を示すスプライン及び面取り加工完了時の説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図１０】本発明の実施の形態で使用する転造前のワークの正面図である。
【図１１】本発明の実施の形態を示すスプライン転造及びスプライン端の面取りを同時転造した直後のワークの正面図であり、図２のＡ−Ａ線（図３のＢ−Ｂ線）断面近傍を示す断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態を示すスプライン（外周面）転造及びスプライン端（歯面端）の面取りの異形部修正後のワークの正面図であり、図２のＡ−Ａ線（図３のＢ−Ｂ線）断面近傍を示す断面図である。
【図１３】本発明の第二の実施の形態を示すスプライン軸の面取りしたスプラインの面取り部の拡大斜視図（模式図）である。
【図１４】本発明の実施の形態を示す転造用平ダイスを構成する面取り形成部の他の例を示し、図３（ｃ）の拡大図に相当する断面図である。
【符号の説明】
１、２ 転造用平ダイス
３ 外周転造部
４ 面取り形成部の上面
７ 歯車軸（被転造物・ワーク）
７ａ、７ｂ 軸部
８ 被転造物外周
１１ 歯部（スプライン又は歯車）
１１ａ 一の斜辺と同側の歯面
１１ｂ 他の斜辺と同側の歯面
１３ 歯先面
１５ 延長部
１５ａ 歯底部端
１５ｂ 延長部底部
１５ｃ 延長部先端部
１５ｄ 延長部底部の外側端（歯端面面取り面又は稜線と延長部との接続部の外方）
１６ 先端
２１ テーパ面
２１ａ テーパ面の一の斜辺
２１ｂ テーパ面の他の斜辺
２１ｃ 歯先面端部
２１ｄ テーパ面の下辺
２２ 第一の歯面面取り面、２２ａ 第一の歯面端部
２３ 第二の歯面面取り面、２３ａ 第二の歯面端部
２４ 歯端面面取り面
２４ｃ 歯端面面取り面又は稜線と延長部との接続部
３１ 歯溝
３２、４２ 合わせ面、側面
３６ 食いつき歯部
３７ 仕上げ部（仕上げ歯部）
３８ 逃げ歯部
３９ 外周転造部の転造面上面
４１ 面取り歯溝
４７ 延長部形成面
５１ 外周転造用ダイス
５２ 面取り形成用ダイス
６２ 面取り形成用ダイス最上面
１０３（２１） 略三角形面形状のテーパ面
１０４、１０５、１０６ 階段状の多数の面
１０８ 稜線
α 切り上げ角
【発明の属する技術分野】
本発明は、インボリュートスプライン又は歯車を有する歯車軸のスプライン又は歯車の歯面の端面面取り、歯底面および歯底面近傍の軸の形状、及び、かかるスプライン又は歯車の歯面の端面面取り、歯底および歯底面近傍の軸を転造加工するための転造用平ダイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の変速機の軸部品などに用いられるスプライン転造部は、平ダイスによる転造加工後、熱処理され完成となる。軸部品と結合されるギアなどの相手部品はインボリュートスプライン穴をブローチ加工されており、圧入または滑合状態で組み込まれる。この組み込み作業においては、スプライン軸と穴のスプラインの位相を正確に合わせる必要があり、自動組み立てが困難である、そこで軸スプライン部の端面に面取りを施せば、ラフな位相決めで組み付け作業ができることは容易に想像できる。
【０００３】
そこで、インボリュートスプラインや歯車の歯端部への歯面の面取り加工はエンドミル等のカッタにより可能であるが、一歯づつの切削加工を行う必要があり生産能力がない。一方、生産能率においてはるかに上をいく転造加工においては、歯車を転造する転造用平ダイスに、その歯筋が斜め上方になるように配設された面取り用平ダイスを併設して、歯車の転造と歯面の面取りを行っている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開平２−２３５５３８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この転造用平ダイスにあっては、歯面の面取り形状は、歯先面の端部と歯の端面、前後の歯面の端部と歯の端面、前後の歯面の端部と歯の端面との境界部がそれぞれ面取りされているが、歯の端面は、ほぼ軸直角に形成されており、面取り角度も４５°前後である。従って、スプラインや歯車の組み付け時に、相手側に容易に組みつけられる形状とは言い難い。本発明はかかる問題に鑑みて、転造用平ダイスのような量産可能な装置において加工することができ、かつ歯車及びスプライン軸組み付け時において容易に組み付けることができる面取り形状を有するスプライン及び歯車軸を提供する事である。また、かかるスプライン及び歯車軸を加工できる転造用平ダイスを提供する事である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、歯部のすくなくとも一端側に軸部が設けられ、かつ、歯面取りが施されたスプライン又は歯車を有する歯車軸において、前記スプライン又は歯車の歯底部端より軸方向に延びる前記軸部径より大径の延長部を有し、前記歯面取りを下方に軸を縦にして、前記歯面取りは、歯先面の端部より軸方向下方に先細りになる略台形面形状を有するテーパ面と、前記テーパ面の一の斜辺と該一の斜辺と同側の歯面端部と前記延長部とにそれぞれ隣接し、前記一の斜辺に沿って延びる第一の歯面面取り面と、前記第一の歯面面取り面とは前記歯先面中心として対称位置に配設された第二の歯面面取り面と、前記第一及び第二の歯面面取り面に隣接し、前記テーパ面の下辺から前記延長部を結ぶ斜辺を形成する歯端面面取り面と、を有し、かつ、前記延長部は、前記歯底部端より前記歯端面面取り面と延長部との接続部より外側までの延長部底部と、前記延長底部の外側端から延長部先端までの延長部先端部とからなり、前記延長部底部及び前記延長部先端部、または、前記延長部先端部が軸方向に向かって縮径されている歯車軸を提供することにより上記課題を解決した。
【０００７】
（作用）
即ち、加工後の歯の端部は、歯先面の端部より軸方向に先細りとなるテーパ面から先の歯端面面取り部が、歯底部端より軸方向に延び、軸部径より大径の延長部に斜め方向に結ばれる斜辺を形成しているので、歯端面面取り部はスプライン又は歯車より斜め軸方向に延出する形になる。また、延長部底部、または、延長部先端部は、軸方向に向かって縮径する形状となる。そこで例えばスプラインの場合は軸の延長部が相手スプライン穴の歯が徐々に内径に近づき、また、歯端面面取り部の先端は相手スプライン歯の歯先空間から徐々に歯元空間に入る。したがって、延長部は相手スプラインの内径に容易に嵌入され、引き続いて歯端面面取り部は相手スプライン歯に容易に嵌入できる。さらに、歯端面面取り部は第一、第二の歯面面取り面に沿って滑るため、面取り側スプラインと相手スプラインとが容易にスプライン嵌入できる。歯車の場合も同様に、延長部、続いて面取り部により案内されるので、歯車等に容易に噛合い、組み付けが容易になる。なお、延長部底部は円筒状あるいは、延長部底部又は延長部先端部の形状は円すい形状の他、断面が凸状、凹状、縮径率が一定の弧状、あるいは２段、３段と徐々に縮径する形状としてもよい。
【０００８】
略台形面形状を有するテーパ面と、テーパ面下辺から延びる歯端面面取り面は、できる限り、細い方がよい。そこで、請求項２の発明においては、歯部の少なくとも一端側に軸部が設けられ、かつ、歯面取りが施されたスプライン又は歯車を有する歯車軸において、前記スプライン又は歯車の歯底部端より軸方向に延びる前記軸部径より大径の延長部を有し、前記歯面取りを下方に軸を縦にして、前記歯面取りは、歯先面の端部より軸方向下方に先細りになる略三角形面形状を有するテーパ面と、前記テーパ面の頂点から下方に延びる稜線と、前記稜線と一方の歯面端部と前記延長部とにそれぞれ隣接して形成される第一の歯面面取り面と、前記第一の歯面面取り面とは前記稜線に対して対称位置に配設された第二の歯面面取り面とを有する歯車軸とした。
【０００９】
歯端面面取り面が稜線となるので、略台形面形状に較べ、より組み付けが容易になる。後述する転造加工においては、略台形面形状を略三角形面形状になるように転造条件を与えるようにすると、転造による軸方向の延び等の歯毎の変化が現れやすくなり、面取り部が階段状になる。この階段状は外観上の影響が大きい。そこで、請求項３の発明においては、前記第一の歯面面取り面と、前記稜線と、前記第二の歯面面取り面の表面は、前記歯部の高さ方向に等高線状に形成された階段状の多数の面で形成された歯車軸とした。なお、階段状部分は面取り部軸方向に沿って等高線が形成されているので軸方向の抵抗はない。
【００１０】
略台形面形状及び歯端面面取り面を、略三角形面形状及び稜線とした場合にも、前述したと略台形面形状の場合と同様に、前記延長部は、前記歯底部端より前記稜線と延長部との接続部より外側までの延長部底部と、前記延長底部の外側端から延長部先端までの延長部先端部とからなり、前記延長部底部及び前記延長部先端部、または、前記延長部先端部が軸方向に向かって縮径するのがよい（請求項４）。
【００１１】
稜線及び歯面面取りの各面はほぼ平面形状でもよいが、転造加工でのダイスの形状を簡単にすべく、請求項５の発明においては、各面を曲面で形成し、前記第一の歯面面取り面と、前記歯端面面取り面又は稜線と、前記第二の歯面面取り面と、が面取り部を下方に軸を縦にして、かつ歯先面からみて底部が丸みを帯び末広がりの略Ｖ字形の面取りとなるようにした。これにより、転造時の平ダイスの形状、加工が容易になり、また、スプライン軸のスプライン穴への組みつけ、歯車の組み付けも簡単になり、嵌合もし易くなる。
【００１２】
請求項１から５に記載のかかる歯車軸を製造するには、一対の平ダイスを対称位置に配置し、該平ダイス間に被転造物を回転可能に支持して平ダイス間に狭持し、平ダイスを相対的に移動させ被転造物外周にスプライン又は歯車及びスプライン歯面取り又は歯車歯面取りを塑性加工するための転造用平ダイスにおいて、前記転造用平ダイスは被転造物外周歯部を塑性加工する外周転造ダイスと前記外周転造ダイス側面に隣接する面取り形成用ダイスからなり、前記面取り形成用ダイスは前記被転造物外周歯部の軸方向端部を加工する面取り形成部と、前記面取り形成部の上面に連続する延長部形成面とからなり、前記面取り形成部に面取り歯溝が形成され、前記面取り歯溝の側面形状は前記外周転造ダイスに形成された外周転造部の歯溝の側面形状と同位置かつ同形状とされ、前記面取り形成部の上面と前記外周転造部の歯高は、前記面取り形成用ダイスと前記外周転造ダイスとの合わせ面において同一高さとされ、前記面取り歯溝は前記合わせ面から切り上げられており、さらに前記面取り形成部上面及び前記延長部形成面の高さ、または、前記面取延長形成面の高さが漸増するようにされていること、を特徴とする転造用平ダイスを用いることにより容易に行える（請求項６）。
【００１３】
（作用）
即ち、一般形状の外周加工用の外周転造ダイスに沿って、面取り用形成ダイスを隣接して配置させて、外周転造に合わせて面取り転造を行う。このとき、面取り形成用ダイスの面取り歯溝の歯形形状は一般の平ダイスの歯形形状と同じで、かつ斜めに切り上げたものにすれば、請求項１から５歯車面取りが加工されるので、特別な歯形形状を設計する必要がない。また、面取り形成部は単に切り上げるだけなので加工も容易である。なお、面取り歯溝の側面の歯形形状は外周転造部の歯溝の歯形と同形状であり、外周転造ダイスの歯高と面取り形成用ダイスの上面とは合わせ面において同一高さとなる。インボリュート歯車の場合は直線ラック状になるが、転造による加工では塑性加工となるので各面取りは平面でなく曲面となる。この曲面はエッジ部も少なく、よりスムースな嵌合、組み付けが可能になる。
【００１４】
特に、面取り形成部の上面、延長部形成面を合わせ面から徐々に高さが漸増する構成にすることにより、転造加工後の底部延長部および面取り部近傍を含む延長部は軸方向に徐々に縮径する形状に形成される。また、延長部形成面の高さを漸増する構造とすることにより、転造加工後の延長部先端部は、軸方向に縮径する形状に形成される。なお、漸増度が高いほど、延長部先端が押さえられ、転造により軸方向に張り出す余肉が延長部側よりテーパ面側に集中すると考えられ、テーパ面は略台形面形状から略三角形面形状になる傾向がある。また、バリなどの異常部の発生が抑制できるため、加工後に悩まされることがない。又、延長部は縮径率が一定の円すいの他、断面が凹状、凸状の弧状、あるいは２段、３段と徐々に縮径する形状となるように面取り形成部の上面、延長部形成面の形状を変化させてもよい。
【００１５】
なお、本発明の転造平ダイスで、本発明のスプライン及び歯車軸を加工するためには、面取りを施す転造加工前のスプライン又は歯車の面取り側端面はテーパ状としておく必要がある。
【００１６】
かかる転造用平ダイスは、スプライン又は歯車の転造と歯面面取りとを同時に行えるようにしたい。そこで、請求項７に記載の発明においては、前記外周転造部及び前記面取り歯溝を、食いつき歯部、仕上げ歯部、逃げ歯部から構成し、合わせ面において同形状及び同一高さとする構成にすることにより、従来と同様に一回の加工でスプライン又は歯車の面取り加工を行うようにした。
【００１７】
面取り形成部の切り上げ角度αは、略Ｖ字型の面取りの開き角θに影響する。切り上げ角度αの値が小さいと開き角θが大きくなり、αが大きいとθが小さくなり、適正な面取り形状とならないばかりか面取り加工もできない。そこで、請求項５の発明においては、面取り部形成部上面に向かって切り上げられている面取り歯溝の切り上げ角αは外周転造部との合わせ面に対して３０°以上４５°以下にするようにした。これにより、スプライン又は歯車に適切な面取り形状を与えることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、スプライン軸に適用した場合について、図を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態を示すスプライン軸の面取りしたスプラインの面取り部の拡大斜視図（模式図）、図１２は同スプライン軸の正面図であり、後述する加工状況を示す。図１および図１２において、歯車軸７の両端には軸７ａ，７ｂが延び、図１２でほぼ中央にスプライン１１が形成されている。スプライン１１は歯先１３、歯底１４、歯面１１ａ、１１ｂから構成されている。図１２で見て、スプライン１１の右端はテーパ１０が形成され、この面は面取りされていない。スプライン１１の左端側は、面取りが施されており、図１に示すように、スプライン１１の歯底部１４の端部である歯底端１５ａより軸方向に延び、軸部７ｂの径より大径の延長部１５が設けられている。ここでは延長部１５は徐々に縮径する形状とされている。また、延長部１５の先端１６は不定形形状である。この先端１６は機械加工して成形してもよい。歯面取りは、テーパ面２１と、第一の歯面面取り面と２２、第二の歯面面取り面２３と、歯端面面取り面２４とから構成されている。
【００１９】
テーパ面２１は、歯端面面取り面２４を下方に軸を縦にして、歯先面１３の端部２１ｃより軸方向下方に先細りになる略台形面形状をしている。この面は後述するように、転造加工前のテーパ面の加工残りであり、軸中心とした円すい面の一部となっている。第一の歯面面取り面２２は、テーパ面２１の一の斜辺２１ａとこの一の斜辺と同側の歯面１１ａの端部２２ａと延長部１５との接続部２２ｂでそれぞれ隣接し、一の斜辺２１ａに沿って延びている。第二の歯面面取り面２３は、第一の歯面面取り面２２とは歯先面１３を中心として対称に配設され、テーパ面２１の他の斜辺２１ｂとこの他の斜辺と同側の歯面１１ｂの端部２３ａと延長部１５との接続部（図示しない）でそれぞれ隣接し、他の斜辺２１ｂに沿って延びている。歯端面面取り面２４は、第一及び第二の歯面面取り面２２，２３につなぎ部２４ａ，２４ｂで隣接し、テーパ面２１の下辺２１ｄから延長部１５を結ぶ斜面を形成し、延長部１５とは接続部２４ｃで接続されている。延長部１５はつなぎ部２４ａ，２４ｂ近傍の第一及び第二の歯面面取り面２２，２３は転造によるアール形状となっている。さらに延長部１５は、歯底部端１５ａより歯端面面取り面２４と延長部との接続部２４ｃの外側１５ｄまでの延長部底部１５ｂと、延長部底部の外側端１５ｄから延長部先端１６までの延長部先端部１５ｃとから形成されており、延長部底部及び延長部先端部はそれぞれ角度の異なるテーパ状にされている。
【００２０】
即ち、スプライン１１の端部は、歯先面１３の端部２１ｃより軸方向に先細りになるテーパ面２１から先の歯端面面取り部２４が、延長部１５に斜め方向に結ばれる斜面を形成しているので、歯端面面取り部２４はスプライン斜め軸方向に延出する形になる。延長部１５は徐々に縮径する形状に転造されているため、その傾きによりスプライン穴の歯の内径より小さくなり、また、歯端面面取り部２４の先端は相手スプライン歯の歯先空間から徐々に歯元空間に入る。従って、歯端面面取り部２４は相手スプライン歯に容易に嵌入できる。さらに、歯端面面取り部２４は第一及び第二の歯面面取り部２２，２３に隣接しているので相手スプライン歯面が、第一、第二の歯面面取り面２２，２３に沿ってすべり、面取り側スプラインと相手スプラインとが容易にスプライン嵌合できる。
【００２１】
次に、かかるスプライン軸を転造加工するための転造用平ダイス及び転造加工方法について実施の形態について図を参照して説明する。図２、３、４は本発明の実施の形態を示す転造用平ダイスの一方を示し、図２は外周転造ダイスの（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線断面図、図３は面取り形成用ダイスの（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図である。図４は図３の（ｃ）の拡大図、図５は図２、３を一体にした一対の転造用平ダイスで被転造物（以下ワークという）にスプライン転造加工を開始前の説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、図６はスプライン及び面取り転造加工後、図７は後述する転造で生じる異常部を修正するための軸方向移動時、図８は異常部修正時、図９は加工完了時の説明図であってそれぞれ（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。また、図１０は本発明の実施の形態で使用する転造前のワークの正面図、図１１は本発明の実施の形態を示すスプライン転造及びスプライン端の面取りを同時転造した直後のワークの正面図であり、図２のＡ−Ａ線（図３のＢ−Ｂ線）断面の近傍である。前述した図１２は本発明の実施の形態を示すスプライン（外周面）転造及びスプライン端（歯面端）の面取りの異形部修正後のワークの正面図であり、図２のＡ−Ａ（図３のＢ−Ｂ線）断面近傍を示す。
【００２２】
図５に示すように、本発明の転造用平ダイス１および２は図２に示す長手方向に対し直角方向にスプライン加工用歯溝３１が形成された外周転造部３を有する外周転造用ダイス５１と、図３に示す面取り形成部４と延長部形成面４７を有する面取り形成用ダイス５２から構成される。面取り形成部はスプライン加工用歯溝３１の側面３１ａと同形状の側面形状の面取り歯溝４１を有する。
【００２３】
図２、３、５に示すように、外周転造用ダイス５１の側面３２に面取り形成用ダイス５２がその側面４２を当接させて図示しないボルトで固定されている。外周転造部３は加工開始端３５より、歯高が漸増する食いつき歯部３６、歯高が一定の仕上げ歯部３７、歯高が漸減する逃げ歯部３８から形成されている。これに応じて、図３に示すように、面取り形成部の面取り歯溝４１も同形状とされ、さらに、外周転造部３のスプライン加工用歯溝３１に対応して面取り歯溝４１が形成されており、面取り歯溝４１の側面（合わせ面）４２の歯形は、外周転造部３の側面３２の歯形と互いに概ね一致するように設定されている。さらに、面取り歯溝４１は外周転造ダイス５１との合わせ面３２から角度α（３０°〜４５°）で切り上がり、被転造物の歯面取りを形成する。また、面取り形成部の上面４、延長部形成面４７は高さが漸増しており、被転造物の歯底近傍部、軸部までの延長部を転造する。面取り形成用ダイス最上面６２は逃げ面であり、ワークとの接触がないようにされている。
【００２４】
被加工物であるワーク７の素材の形状は図１０に示すように軸７ａ，７ｂの一部に加工すべき円筒部８が設けられ、円筒部８の両側端部がそれぞれテーパ面９，１０にされている。符号７１はワークを回転保持するため芯押し具であり、７２は芯押し具の先端が嵌合するようにされた芯だし穴である。本発明の実施の形態においては、図１０で示すワーク７の円筒部８にスプラインを創成し、図１０でみて左側テーパ部９側の歯面に面取りを施そうというものである。右側テーパ部１０側は単に従来通りの歯面を形成するのみであり、面取りは行わない。係るワークを図５に示すように、図２、３に示す転造用平ダイス１と図２の歯溝方向軸に対して軸対称となるような転造用平ダイス２を一対として対称位置に平行に配置する。転造用平ダイス２の構成は転造平ダイス１と同様であり、転造用平ダイス１と同様な構成について同符号を付し説明を省略する。図５に示すようにワーク７を芯押し治具７１で回転自在の支持し、ワーク７の円筒部左端８ａが外周転造用ダイス５１と面取り形成部４との合わせ面３２（４２）と一致するように食いつき歯部３６側から平ダイス間１，２に挟持し、図示しない同期装置により平ダイス１，２を同期して相対的に移動させ転造加工を行う。
【００２５】
まず食いつき歯部３６から仕上げ歯部３７にかけて、転造され図６に示すようにワーク７は逃げ歯部３８に達する。この状態においては、図１、１１に示すように、ワーク７の外周にスプライン部１１と歯面取り、第一の歯面面取り面２２、第二の歯面面取り面２３、歯端面面取り面２４が同時に転造加工され、左側テーパ面９は縮径、変形し、テーパ面２１が残される。転造時に、合わせ面３２における外周転造部３の歯溝３１と面取り形成部４の面取り歯溝４１の歯形が一致しているので、ワーク７のスプライン部１１と面取りの幾何形状が概ね連続的となり、また、面取り歯溝４１は角度αで切り上がりとなっているので、歯面の面取りである第一の歯面面取り面２２、第二の歯面面取り面２３、歯端面面取り面２４は歯先１３を挟んで歯面から軸方向にすぼまるように底部が丸みを帯びた略Ｖ字状のテーパ面に形成される。
【００２６】
また、延長部１５は面取り形成部の上面４及び延長部形成面４７により転造加工され、その形状に習った形状に成形され、ここでは徐々に軸方向に縮径するテーパ形状とされている。面取り形成部の上面４が図１の延長部底部１５ｂに転写され、延長部形成面４７が図１の延長部先端部１５ｃに転写され、面取り形成部の上面４と延長部形成面４７との交線部４ａが図１の延長部底部外側１５ｄに転写される。歯面端面面取り面と延長部との接続部２４ｃは交線部４ａより面取り歯溝４１側に形成され、延長部底部と延長部先端部との境界は接続部２４ｃより外側となる。なお、転造による軸方向のはみ出しを、面取り形成部の上面４１、延長部形成面４７で押さえ、余肉を歯溝４１に押し戻す形で面取り部を形成するので、面取り形成部の上面、延長部形成面、歯溝の形状寸法により面取り部の形状が変化する。また、延長部１５の先端１６は変形を制限するものがないので自由形状、例えば波状となり、テーパ端で未加工のテーパ面９が残っている。このとき先端１６はダイスの延長部形成面４７により押し込まれ、鋭利な角をなすことはない。未加工のテーパ面９と切り上げ角αはほぼ同じ値にされ、左側歯先近傍２１ｃでは未加工のテーパ面９と曲面を同じくするテーパ面２１が残るようにされている。転造前のテーパ面の一部を歯先側に残すことにより、転造時の素材の流れを容易、かつ明確にし、また、加工誤差の影響を少なくでき、合わせ面の盛り上がり、ばりの発生を少なくでき、転造加工が容易となる。ワーク右側面１０はテーパ面に沿って面取りされることなくスプライン１１の一部が形成される。
【００２７】
なお、図６に示すまでのスプライン部１１と面取りの転造加工では、外周転造用ダイス５１と面取り形成部ダイス５２の製作上の誤差、組み付けのずれにより、図１１に示すように合わせ面歯面近傍２１ｃ，２２ａ，２３ａに、若干の盛り上がり、ばり等の異常部１７が発生することがある。そこで、図７に示すように、逃げ歯部３８でワーク７を図示で右方向に移動、即ちワーク（被転造物）７を逆方向に回転させ、被転造軸７ｂと面取り形成用ダイスとが干渉しない距離だけ軸方向にＬだけずらした後、図８及び図１２に示すようにワークを逆転させ、再び仕上げ歯部３７で、外周即ちスプライン転造加工を再度行う。これにより、歯面の盛り上がり、ばり等の異常部１７を、仕上げ歯部３７により押しつぶす。その後、ワーク７を正転させ図８に示すように転造用平ダイス１，２を移動させ、逃げ歯部３８よりワーク７を取り出す。かかる工程により加工されたワーク７の加工完了時には、図１、１１に示すような端面に面取りの付いた、歯面に盛り上がり、ばりのない良好なスプライン軸が得られる。
【００２８】
なお、軸方向移動距離は１〜２ｍｍ程度でよい。また、ワーク７の歯底１４と延長部１５との合わせ面１８（１５ａ）にも誤差等による盛り上がり、ばり等の発生があるが、実際のスプライン組みつけ時等には歯底部１４の干渉はほとんどないので、合わせ面の調整の精度を高くすることにより異常部の発生を少なくする程度でよい。また、実施の形態では、異常部１７を除くため、軸方向移動、逆転等を行ったが他の方法でもよい。
【００２９】
また、他のダイスの例として、図１４に示すように、面取り形成部の上面４には勾配をつけず、面取延長部形成面４７だけに勾配をつけるようにしても良い。こうしたダイスで形成される面取り形状は、図１における延長部先端部１５ｃのみに縮径部が形成される。この場合は、面取り形成部の上面４に勾配をつけないので、製造が容易となる。
【００３０】
面取り面は、図１の歯端面面取り面２４の幅が小さい方がよい。そこで、図１４に示すダイスを用いた第二の実施の形態について説明する。図１３は第二の実施の形態を示す面取りしたスプラインの面取り部の拡大斜視図（模式図）である。なお、前述した図と同じ構成については、同符号を付し、説明の一部又は全部を省略する。図１４に示す平ダイスの面取り延長部形成面４７に付ける勾配を強くして転造すると、転造による肉の盛り上がりが大きくなり、図１で見られた台形状の面２１はほとんど目立たなくなり、図１３における１０３のような刃先面に連続した三角形状のテーパ面２１（１０３）となり、図１面取り部で形成された歯端面面取り面２４は、幅の狭い稜線１０８となる。このとき、延長部１５の先端１６は規制するものがないため自由形状であるが、面取り形成部４の勾配が強く設定されているので、縮径率が大きくなり、鋭利なばり状の形状とはならないという利点がある。また、図１と同様に、稜線１０８と一方の歯面端部２２ａと延長部１５とにそれぞれ隣接して第一の歯面面取り面２２が形成され、第一の歯面面取り面とは稜線に対して対称位置に第二の歯面面取り面２３が設けられている。
【００３１】
延長部形成面４７の勾配を強くすると、転造時の軸方向の発生力が増大するため、図１３において、第一の歯面面取り面２２と、稜線１０８と、第二の歯面面取り面２３の表面に、歯部の高さ方向に等高線状に形成された階段状の多数の面１０４，１０５，１０６、即ち、階段状の紋様が形成される。なお、テーパ面２１，１０３は転造により盛り上がりの影響を受け変形する場合があることはいうまでもない。
【００３２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明においては、歯の端部の軸方向は、歯面取りを下方に軸を縦にして、軸部までの延長部底部または延長部先端部が徐々に縮径され、軸方向にすぼまる形状となり、相手スプラインの内径に容易に嵌入され、続いて、歯先面の端部より軸方向下方に先細りになるテーパ面から先の歯端面面取り面が歯底部端より軸方向に延び、軸部径より大径の延長部に斜め方向に結ばれる斜面を形成させ、歯端面面取り面がスプライン又は歯車より斜め軸方向に延出する形にしたので、相手スプラインに容易にスプライン嵌合できる。さらに、加工された箇所においては、ばり等の異常部に悩まされることがない。また、歯車等の場合でも噛合い組み付けが容易になるスプライン又は歯車の端面の面取り形成部を有する歯車軸を提供するものとなった。また、請求項２、３、４の発明においては、歯端面面取り面を稜線としてさらに細くするようにしたので、より組み付けがし易いものとなった。
【００３３】
また、請求項５に係る発明においては、各面取りを曲面で形成し、第一の歯面面取り面と、歯端面面取り面又は稜線と、第二の歯面面取り面とが、面取り部を下方に軸を縦に、歯先面からみて底部が丸みを帯び末広がりの略Ｖ字形の面取りとなるようにしたので、より組み付けの容易なスプライン及び歯車軸を提供するものとなった。
【００３４】
かかる歯車軸は、一般形状の外周加工用の外周転造用ダイスに、歯面取りを施す面取り歯溝を有する面取り形成部と軸部までの延長部を加工する延長部形成面からなる面取り形成用ダイスを隣接させ、外周転造と同時に面取り転造を行って得られる。面取り歯溝の歯形形状は一般の平ダイスの歯形形状と同じで、かつ斜めに切り上げたものにすればよく、特別な歯形形状を設計する必要がなく、面取り形成部の加工も容易なので、従来の転造盤が使用でき、転造加工も簡単でスプラインや歯車の組み付けが容易な歯車軸を得ることができる。また、外周転造部及び面取り形成部を、食いつき歯部、仕上げ歯部、逃げ歯部から構成し、従来と同様に一回の加工でスプライン又は歯車の面取り加工及び延長部の形成を行うようにしたので、安価で大量生産可能なものとなった。面取り用形成部の切り上げ角度αを３０°以上４５°以下にし、スプライン又は歯車に適切な面取り形状を与えられるので、種々の条件でも容易に設計、試作、量産が可能なものとなった。また、面取り形成部の上面や延長部形成面との位置や角度をかえることにより、テーパ面を略台形面や略三角形面としたり、歯端面面取り面や稜線とすることができるなど、種々の面取り形状を得られるものとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すスプライン軸の面取りしたスプラインの面取り部の拡大斜視図（模式図）である。
【図２】本発明の実施の形態を示す転造用平ダイスを構成する外周転造部の（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明の実施の形態を示す転造用平ダイスを構成する面取り形成部の（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ−Ｂ線断面である。
【図４】本発明の実施の形態を示す転造用平ダイスを構成する面取り形成部の断面図であり、図３（ｃ）の拡大図である。
【図５】本発明の実施の形態を示し、図２、図３で示す一対の転造用平ダイスで被転造物（以下ワークという）にスプライン転造加工を開始前の説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図６】本発明の実施の形態を示すスプライン及び面取り転造加工後の説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図７】本発明の実施の形態を示すスプライン及び面取り軸方向移動時の説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図８】本発明の実施の形態を示すスプライン及び面取り異常部修正時の説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図９】本発明の実施の形態を示すスプライン及び面取り加工完了時の説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図１０】本発明の実施の形態で使用する転造前のワークの正面図である。
【図１１】本発明の実施の形態を示すスプライン転造及びスプライン端の面取りを同時転造した直後のワークの正面図であり、図２のＡ−Ａ線（図３のＢ−Ｂ線）断面近傍を示す断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態を示すスプライン（外周面）転造及びスプライン端（歯面端）の面取りの異形部修正後のワークの正面図であり、図２のＡ−Ａ線（図３のＢ−Ｂ線）断面近傍を示す断面図である。
【図１３】本発明の第二の実施の形態を示すスプライン軸の面取りしたスプラインの面取り部の拡大斜視図（模式図）である。
【図１４】本発明の実施の形態を示す転造用平ダイスを構成する面取り形成部の他の例を示し、図３（ｃ）の拡大図に相当する断面図である。
【符号の説明】
１、２ 転造用平ダイス
３ 外周転造部
４ 面取り形成部の上面
７ 歯車軸（被転造物・ワーク）
７ａ、７ｂ 軸部
８ 被転造物外周
１１ 歯部（スプライン又は歯車）
１１ａ 一の斜辺と同側の歯面
１１ｂ 他の斜辺と同側の歯面
１３ 歯先面
１５ 延長部
１５ａ 歯底部端
１５ｂ 延長部底部
１５ｃ 延長部先端部
１５ｄ 延長部底部の外側端（歯端面面取り面又は稜線と延長部との接続部の外方）
１６ 先端
２１ テーパ面
２１ａ テーパ面の一の斜辺
２１ｂ テーパ面の他の斜辺
２１ｃ 歯先面端部
２１ｄ テーパ面の下辺
２２ 第一の歯面面取り面、２２ａ 第一の歯面端部
２３ 第二の歯面面取り面、２３ａ 第二の歯面端部
２４ 歯端面面取り面
２４ｃ 歯端面面取り面又は稜線と延長部との接続部
３１ 歯溝
３２、４２ 合わせ面、側面
３６ 食いつき歯部
３７ 仕上げ部（仕上げ歯部）
３８ 逃げ歯部
３９ 外周転造部の転造面上面
４１ 面取り歯溝
４７ 延長部形成面
５１ 外周転造用ダイス
５２ 面取り形成用ダイス
６２ 面取り形成用ダイス最上面
１０３（２１） 略三角形面形状のテーパ面
１０４、１０５、１０６ 階段状の多数の面
１０８ 稜線
α 切り上げ角
Claims (8)
- 歯部のすくなくとも一端側に軸部が設けられ、かつ、歯面取りが施されたスプライン又は歯車を有する歯車軸において、前記スプライン又は歯車の歯底部端より軸方向に延びる前記軸部径より大径の延長部を有し、前記歯面取りを下方に軸を縦にして、前記歯面取りは、歯先面の端部より軸方向下方に先細りになる略台形面形状を有するテーパ面と、前記テーパ面の一の斜辺と該一の斜辺と同側の歯面端部と前記延長部とにそれぞれ隣接し、前記一の斜辺に沿って延びる第一の歯面面取り面と、前記第一の歯面面取り面とは前記歯先面中心として対称位置に配設された第二の歯面面取り面と、前記第一及び第二の歯面面取り面に隣接し、前記テーパ面の下辺から前記延長部を結ぶ斜辺を形成する歯端面面取り面と、を有し、かつ、前記延長部は、前記歯底部端より前記歯端面面取り面と延長部との接続部より外側までの延長部底部と、前記延長底部の外側端から延長部先端までの延長部先端部とからなり、前記延長部底部及び前記延長部先端部、または、前記延長部先端部が軸方向に向かって縮径されていること、を特徴とする歯車軸。
- 歯部の少なくとも一端側に軸部が設けられ、かつ、歯面取りが施されたスプライン又は歯車を有する歯車軸において、前記スプライン又は歯車の歯底部端より軸方向に延びる前記軸部径より大径の延長部を有し、前記歯面取りを下方に軸を縦にして、前記歯面取りは、歯先面の端部より軸方向下方に先細りになる略三角形面形状を有するテーパ面と、前記テーパ面の頂点から下方に延びる稜線と、前記稜線と一方の歯面端部と前記延長部とにそれぞれ隣接して形成される第一の歯面面取り面と、前記第一の歯面面取り面とは前記稜線に対して対称位置に配設された第二の歯面面取り面とを有していることを特徴とする歯車軸。
- 前記第一の歯面面取り面と、前記稜線と、前記第二の歯面面取り面の表面は、前記歯部の高さ方向に等高線状に形成された階段状の多数の面で形成されていることを特徴とする請求項２に記載の歯車軸。
- 前記延長部は、前記歯底部端より前記稜線と延長部との接続部より外側までの延長部底部と、前記延長底部の外側端から延長部先端までの延長部先端部とからなり、前記延長部底部及び前記延長部先端部、または、前記延長部先端部が軸方向に向かって縮径されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の歯車軸。
- 前記各面取り面は曲面で形成され、前記第一の歯面面取り面と、前記歯端面面取り面又は稜線と、前記第二の歯面面取り面と、が面取り部を下方に軸を縦にして、かつ歯先面からみて底部が丸みを帯び、末広がりの略Ｖ字形の面取りであること、を特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載の歯車軸。
- 一対の平ダイスを対称位置に配置し、該平ダイス間に被転造物を回転可能に支持して平ダイス間に狭持し、平ダイスを相対的に移動させ被転造物外周にスプライン又は歯車及びスプライン歯面取り又は歯車歯面取りを塑性加工するための転造用平ダイスにおいて、前記転造用平ダイスは被転造物外周歯部を塑性加工する外周転造ダイスと前記外周転造ダイス側面に隣接する面取り形成用ダイスからなり、前記面取り形成用ダイスは前記被転造物外周歯部の軸方向端部を加工する面取り形成部と、前記面取り形成部の上面に連続する延長部形成面からなり、前記面取り形成部に面取り歯溝が形成され、前記面取り歯溝の側面形状は前記外周転造ダイスに形成された外周転造部の歯溝の側面形状と同位置かつ同形状とされ、前記面取り形成部の上面と前記外周転造部の歯高は、前記面取り形成用ダイスと前記外周転造ダイスとの合わせ面において同一高さとされ、前記面取り歯溝は前記合わせ面から切り上げられており、さらに前記面取り形成部上面及び前記延長部形成面の高さ、または、前記延長部形成面の高さが漸増するようにされていること特徴とする転造用平ダイス。
- 前記外周転造部及び前記面取り形成部は、食いつき歯部、仕上げ歯部、逃げ歯部からなることを特徴とする請求項６に記載の転造用平ダイス。
- 前記面取り歯溝の切り上げ角は前記外周転造部との合わせ面に対して３０°以上４５°以下にされていることを特徴とする請求項６又は７に記載の転造用平ダイス。
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