JP2006297449A - 歯形転造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 歯形ローラの劣化を的確に診断できる歯形転造装置及び歯形転造方法を提供する。
【解決手段】 歯形ローラ２１を回転するワークＷに押し当てて転造成型を行う歯形転造装置において、歯形ローラ２１を支持するローラホルダ２３に加速度センサ１１を取り付け、コントローラ１０はこの加速度センサ１１の検出信号を基に振動周波数−音圧強度特性を解析する振動パターン解析手段と、この振動周波数−音圧強度特性に応じて歯形ローラ２１に生じる劣化を判定する劣化判定手段とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、歯形ローラを回転するワークに押し当てて歯形の転造成型を行う歯形転造装置及び歯形転造方法の改良に関するものである。

この種の歯形転造装置は、歯形ローラは磨耗、チッピング、欠損等の劣化を生じることがあり、劣化した歯形ローラを使用してワークＷの加工が続けられると、歯形ローラの劣化部がワークＷに転写されて、ワークＷに不良品が発生する。

この対策として、従来、例えば特許文献１、特許文献２では、ドリル等の工具を回転可能に支持する部材にＡＥセンサを取り付け、このＡＥセンサの検出信号を基に工具の破損を検知するようになっている。

ＡＥセンサは、材料内に変形や割れ等が発生するときに生じるアコースティック・エミッション（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｅｍｉｓｓｉｏｎ，ＡＥ）の弾性波を圧電素子を介して検出するものである。
特開昭６０−２６３６４６号公報 実開昭６１−２０５７４９号公報

しかしながら、歯形転造装置において、ＡＥセンサを介して歯形ローラの劣化を診断すると、歯形ローラの大きな欠損しか検知できない。

歯形ローラの磨耗、チッピングの劣化に伴って生じるアコースティック・エミッションの変化は、歯形ローラがワークに押し当てられて転造成型を行うときに生じる成型音に埋没し、検知できないという問題点があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、歯形ローラの劣化を的確に診断できる歯形転造装置及び歯形転造方法を提供することを目的とする。

本発明は、歯形ローラを回転するワークに押し当てて転造成型を行う歯形転造装置において、歯形ローラを支持するローラホルダに加速度センサを取り付け、この加速度センサの検出信号を基に振動周波数−音圧強度特性（振動周波数−加速度強度特性と表現することもできるが、以下では、振動周波数−音圧強度特性という）を解析する振動パターン解析手段と、この振動周波数−音圧強度特性に応じて歯形ローラに生じる劣化を判定する劣化判定手段とを備える。

また、本発明は、歯形ローラを回転するワークに押し当てて転造成型を行う歯形転造方法において、歯形ローラを支持するローラホルダに加速度センサを取り付け、この加速度センサの検出信号を基に振動周波数−音圧強度特性を解析し、この振動周波数−音圧強度特性に応じて前記歯形ローラに生じる劣化を判定する。

本発明によると、加速度センサの検出信号を基に振動周波数−音圧強度特性を解析することにより、歯形ローラの磨耗、チッピング、欠損の劣化に伴って生じる振動周波数−音圧強度特性の変化を、歯形ローラがワークに押し当てられて転造成型を行うときに生じる成型音の振動周波数−音圧強度特性と比較して検知でき、歯形ローラに生じる磨耗、チッピング、欠損等の劣化を的確に診断できる。

以下、本発明の歯形転造装置を一実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。

図１は本実施形態の歯車製作の各工程を説明する工程図である。図１において、本実施形態の歯形製造方法は、まず、工程（Ａ）に示すように、厚肉の鋼板を円形に打ち抜き加工することによりブランク材Ｗを製作する。

次いで、工程（Ｂ）に示すように、ブランク材Ｗの外周部および図示しない取付ボス部等を除いてその他の部分の板厚をプレスよりなる段差成形機によりコイニング加工を施して薄肉化させる。

さらに、工程（Ｃ）に示すように、スピニング加工機よりなる増肉成形機により外周部を押し潰して外周部に歯形転造可能に増肉してリム部Ｗ１を形成し、歯車転造が可能な歯車素材を得る。

そして、工程（Ｄ）において、ローラダイスを工程（Ｃ）で得た歯車素材のリム部Ｗ１の外周に押し当て両者を同期回転させることにより歯車素材のリム部Ｗ１外周に転造歯形Ｗ２を創成する。

さらに、工程（Ｅ）により、歯車のチャンファ面等の機械加工が実施されて歯車として完成させるようにしている。このチャンファ面の加工は、転造歯車が常時噛合状態で使用されるのでなく、必要時にのみスライドされて他の歯車と噛合う場合、例えば、エンジンのスタータ歯車（ドライブプレート）等に使用される場合に付加される。

図２は本実施形態の前記工程（Ｄ）にて用いられる歯形転造装置の概略構成図である。この歯形転造装置は、ワークＷを挟圧保持して回転させ、ワークＷと同期回転しつつワークＷの外周部に歯形ローラ２１の加工歯２２を押付けてワークＷの外周部に転造歯Ｗ２を創成する歯形ローラユニット２０と、歯形ローラユニット２０と対向した位置においてワークＷ側にバックアップローラ３１を転接させるバックアップユニット３０と、これらワークＷ、歯形ローラユニット２０、バックアップユニット３０の作動を制御するコントローラ１０とを備える。

歯形ローラユニット２０は、歯形ローラ２１がローラホルダ２３を介してワークＷの回転軸と平行な軸上で回転するよう保持され、ローラホルダ２３がワークＷの回転軸と直交方向に移動する。

バックアップユニット３０は、バックアップローラ３１がバックアップローラホルダ３３を介してワークＷの回転軸と平行な軸上で回転するよう保持され、バックアップローラホルダ３３がワークＷの回転軸と直交方向に移動する。

図２の（ａ）は加工前の状態を示し、歯形ローラ２１とバックアップローラ３１が共にワークＷから離れている。

図２の（ｂ）は加工時の状態を示し、歯形ローラ２１がローラホルダ２３を介して矢印で示すようにワークＷに近づけるとともに、バックアップローラ３１がローラホルダ３３を介して矢印で示すようにワークＷに近づけて転接させ、歯形ローラ２１の加工歯２２をワークＷの外周部に押し当ててワークＷの外周部を塑性変形させてワークＷの外周部に転造歯Ｗ２を創成する。歯形ローラ２１とバックアップローラ３１がある一定のストローク量だけ動作することで、転造歯Ｗ２の成形加工が完了する。

ところで、歯形ローラ２１の加工歯２２に磨耗、チッピング、欠損等の劣化を生じることがあり、劣化した歯形ローラ２１を使用してワークＷの加工が続けられると、歯形ローラ２１の劣化部がワークＷに転写されて、ワークＷに不良品が発生する。

これに対処して、本発明は、歯形ローラ２１を支持するローラホルダ２３に加速度センサ１１を取り付け、コントローラ１０はこの加速度センサ１１の検出信号を基に振動周波数−音圧強度特性を解析する振動パターン解析手段と、この振動周波数−音圧強度特性に応じて歯形ローラ２１に生じた磨耗、チッピング、欠損等の劣化を判定する劣化判定手段とを備える。

そして、コントローラ１０は、歯形ローラ２１に劣化が生じたことを判定すると、歯形転造装置の設備の作動を停止するとともに、図示しないディスプレイに磨耗、チッピング、欠損等の不具合種別を表示してオペレータに知らせる。

加速度センサ１０は歯形ローラ２１を支持するローラホルダ２３に取り付けられ、ローラホルダ２３の振動加速度を検出し、この検出信号をコントローラ１０に出力する。

コントローラ１０で実行されるこの制御動作を図４のフローチャートにしたがって説明する。

ステップＳ１にて、加速度センサ１０の検出信号を入力する。

続くステップＳ２に進んで、加速度センサ１０の検出信号を増幅する。

続くステップＳ３に進んで、加速度センサ１０の検出信号を基に、ローラホルダ２３の振動周波数と音圧強度の関数として振動周波数−音圧強度特性を解析する信号処理を行う。この解析には、一般に知られている高速フーリエ変換（ＦＦＴ処理と称される）が用いられる。

続くステップＳ４に進んで、解析されたこの振動周波数−音圧強度特性に応じて歯形ローラ２１に生じた磨耗、チッピング、欠損等の劣化パターンを照合する。

続くステップＳ５に進んで、照合された劣化パターンが有るか否かを判定する。

このステップＳ５にて、照合された劣化パターンが有ると判定された場合、ステップＳ６に進んで、歯形転造装置の設備の作動を停止するとともに、図示しないディスプレイに磨耗、チッピング、欠損等の不具合種別を表示してオペレータに知らせる。

一方、このステップＳ５にて、照合された劣化パターンが無いと判定された場合、ステップＳ１に戻り、歯形転造装置の設備の作動を継続する。

図４〜図７は、加速度センサ１０の検出信号を基に解析されたローラホルダ２３の振動周波数−音圧強度特性を示す。図４〜図７のグラフのパラメータは、横軸が歯形ローラ２１の振動周波数であり、縦軸が音圧強度である。

図４は歯形ローラ２１が正常な状態における成型音の振動周波数−音圧強度特性示す。この正常時における音圧強度は所定の正常振動域内で増減し、この音圧強度が増減する振幅は小さい。

図５は歯形ローラ２１が摩耗した状態における振動周波数−音圧強度特性示す。この摩耗発生時における音圧強度は正常振動域より大きい領域で増減し、この音圧強度が増減する振幅は小さい。

コントローラ１０は、振動周波数−音圧強度特性に応じて音圧強度が増減する領域が正常振動域の値より例えば２倍大きい限界線を越えたか否かを判定し、音圧強度が限界線を越えた領域で増減すると判定された場合、歯形ローラ２１に磨耗が生じた劣化パターンと診断する。

図６は歯形ローラ２１にチッピングが生じた状態における振動周波数−音圧強度特性示す。このチッピング発生時における音圧強度は正常振動域の値より大幅に増大しないが、音圧強度がピーク値を取る間隔が所定値より小さくなるとともに、この音圧強度が増減する振幅（トップ値とボトム値の差）が所定値より大きくなる。

コントローラ１０は、振動周波数−音圧強度特性に応じて音圧強度がピーク値を取る間隔が所定値より小さく、かつ音圧強度が増減する振幅が所定値より大きいか否かを判定する。音圧強度がピーク値を取る間隔が所定値より小さく、かつ音圧強度が増減する振幅が所定値より大きいと判定された場合、歯形ローラ２１にチッピングが生じた劣化パターンと診断する。音圧強度がピーク値を取る間隔が所定値以上に大きいか、または音圧強度が増減する振幅が所定値より小さいと判定された場合、歯形ローラ２１にチッピングが生じていないと診断する。

図７は歯形ローラ２１に欠損が生じた状態における振動周波数−音圧強度特性示す。この欠損発生時における音圧強度は正常振動域の値より大幅に増大しないが、この音圧強度がピーク値を取る間隔が回転数に応じた所定値より小さくなるとともに、この音圧強度が増減する振幅（トップ値とボトム値の差）が所定値より大きくなる。

コントローラ１０は、この振動周波数−音圧強度特性に応じて音圧強度がピーク値を取る間隔が回転数に応じた所定値より大きく、かつ音圧強度が増減する振幅が所定値より大きいか否かを判定する。音圧強度がピーク値を取る間隔が所定値より大きく、かつ音圧強度が増減する振幅が所定値より大きいと判定された場合、歯形ローラ２１に欠損が生じた劣化パターンと診断する。音圧強度がピーク値を取る間隔が所定値以下と判定された場合、または音圧強度が増減する振幅が所定値より小さいと判定された場合、歯形ローラ２１に欠損が生じていないと診断する。

以上のように構成されて、次に作用及び効果について説明する。

コントローラ１０はこの加速度センサ１１の検出信号を基に振動周波数−音圧強度特性を解析することにより、歯形ローラ２１の磨耗、チッピング、欠損の劣化に伴って生じる振動周波数−音圧強度特性の変化を、歯形ローラ２１がワークＷに押し当てられて転造成型を行うときに生じる成型音の振動周波数−音圧強度特性と比較して検知でき、歯形ローラ２１の劣化を的確に診断できる。

コントローラ１０は、歯形ローラ２１に劣化が生じたことを判定すると、歯形転造装置の設備の作動を停止することにより、劣化した歯形ローラ２１を使用してワークＷの加工が続けられることが回避され、ワークＷに不良品が発生しないようにすることができる。これにより、ワークＷの内部欠損を品質確認する工数を削減して、生産効率を高めることができる。

コントローラ１０は、振動周波数−音圧強度特性に応じて音圧強度が増減する領域が所定の限界線を越えたと判定された場合に、歯形ローラ２１に磨耗が生じたと診断することにより、歯形ローラ２１に磨耗が生じたことを的確に診断することができる。

コントローラ１０は、振動周波数−音圧強度特性に応じて音圧強度がピーク値を取る間隔が所定値より小さく、かつ音圧強度が増減する振幅が所定値より大きいと判定された場合に、歯形ローラ２１にチッピングが生じとを診断することにより、歯形ローラ２１にチッピングが生じたことを的確に診断することができる。

コントローラ１０は、この振動周波数−音圧強度特性に応じて音圧強度がピーク値を取る間隔が回転数に応じた所定値より大きく、かつ音圧強度が増減する振幅が所定値より大きいと判定された場合に、歯形ローラ２１に欠損が生じたを診断することにより、歯形ローラ２１に欠損が生じたことを的確に診断することができる。

こうして、コントローラ１０はディスプレイに磨耗、チッピング、欠損等の不具合種別を表示してオペレータに知らせることができる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明は、歯形転造装置及び歯形転造方法は、エンジンのスタータ歯車（ドライブプレート）をはじめ、種々の歯車部材を製造する技術に適用できる。

本発明の実施形態を示す歯車製作の各工程を説明する工程図。 同じく転造装置の概略構成図。 同じく歯車の転造不良を診断する制御内容を示すフロチャート。 同じく正常な状態における振動周波数−音圧強度特性示す特性図。 同じく摩耗発生時における振動周波数−音圧強度特性示す特性図。 同じくチッピング発生時における振動周波数−音圧強度特性示す特性図。 同じく欠損発生時における振動周波数−音圧強度特性示す特性図。

符号の説明

１０ コントローラ
１１ 加速度センサ
２１ 歯形ローラ
２３ ローラホルダ

Claims (5)

1. 歯形ローラを回転するワークに押し当てて転造成型を行う歯形転造装置において、
   前記歯形ローラを支持するローラホルダに加速度センサを取り付け、
   この加速度センサの検出信号を基に振動周波数−音圧強度特性を解析する振動パターン解析手段と、
   この振動周波数−音圧強度特性に応じて前記歯形ローラに生じる劣化を判定する劣化判定手段とを備えたことを特徴とする歯形転造装置。
2. 振動周波数−音圧強度特性に応じて音圧強度が増減する領域が所定の限界線を越えたと判定された場合に、前記歯形ローラに磨耗が生じたと診断することを特徴とする請求項１に記載の歯形転造装置。
3. 振動周波数−音圧強度特性に応じて音圧強度がピーク値を取る間隔が所定値より小さく、かつ音圧強度が増減する振幅が所定値より大きいと判定された場合に、前記歯形ローラにチッピングが生じたとを診断することを特徴とする請求項１または２に記載の歯形転造装置。
4. 振動周波数−音圧強度特性に応じて音圧強度がピーク値を取る間隔が回転数に応じた所定値より大きく、かつ音圧強度が増減する振幅が所定値より大きいと判定された場合に、前記歯形ローラに欠損が生じたを診断することことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の歯形転造装置。
5. 歯形ローラを回転するワークに押し当てて転造成型を行う歯形転造方法において、
   前記歯形ローラを支持するローラホルダに加速度センサを取り付け、
   この加速度センサの検出信号を基に振動周波数−音圧強度特性を解析し、
   この振動周波数−音圧強度特性に応じて前記歯形ローラに生じる劣化を判定することを特徴とする歯形転造方法。

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