JP2006341285A - ウォーム製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度なウォームを安価に得る。
【解決手段】本ウォーム製造方法では、荒転造ダイス５と仕上げ転造ダイス６とを一体のユニットに形成した一対の転造ダイス１を用いる。本製造方法では、荒転造ダイス５を用いて素材３から予備形状を得る予備形状形成工程と、仕上げ転造ダイス６を用いて上記の予備形状から最終形状を得る最終形状形成工程とからなる。仕上げ転造ダイス６の成形面６ａは、予備形状の歯面成形用面１５から最終形状の歯面１８を成形する歯面成形部１２と、歯面成形部１２によって歯面１８が成形されるときに予備形状の歯底成形用面１６および歯先成形用面１７からの肉の膨らみ量をそれぞれ所定量Ｍ３，Ｍ４に規制する第１および第２の規制面１３，１４とを含む。上述の所定量Ｍ３，Ｍ４は、０．１５〜０．２５ｍｍとされる。高精度な歯面１８を転造加工のみで実現できる。
【選択図】 図９

Description

この発明は、歯車のウォームを製造するためのウォーム製造方法に関する。

ウォームは、例えば自動車のステアリング装置等に用いられている。このような用途のウォームのための製造方法としては、高精度な歯形を得るために、通例、以下の２つの方法の何れかが採用されている。
従来の第１の方法としては、旋削による荒加工工程と、研削による仕上げ工程との２段階で加工する方法がある。また、従来の第２の方法としては、転造による荒加工工程と、研削による仕上げ工程との２段階で加工する方法がある。

また、従来から歯車の製造方法として、転造による製造方法がある（例えば、特許文献１，２参照。）。特許文献１，２では、荒加工用ダイスを用いて転造する荒加工工程と、仕上げ加工用ダイスを用いて転造する仕上げ工程とにより、２段階で加工している。仕上げ工程では、歯先から肉が膨らまないようにして、ギヤ歯の全体形状を仕上げている。
また、転造方法として、単一部材からなり互いに異なる複数の形状を加工するための組合わせダイスを用いた転造方法がある（例えば、特許文献３参照。）。

また、ウォームを転造する方法として、軸状の素材の両端部に切欠部を切削により形成し、その後ウォームを転造により形成する方法がある（例えば、特許文献４参照。）。
特開２０００−４２６７３号公報 特開平９−５７３８５号公報 特開平８−１１７９１０号公報 特開２００３−３４０５４２号公報

しかし、従来の第１および第２の方法では、仕上げ加工に高価な研削加工が行われ、製造コストが高価であった。
また、特許文献１，２では、仕上げ加工が転造加工のみであったので、高精度な歯形を得ることができなかった。また、特許文献３，４の方法を適用しても同様であった。
そこで、この発明の目的は、高精度なウォームを安価に得ることができるウォーム製造方法を提供することである。

本発明は、ウォームを複数の転造工程により製造する方法であって、上記複数の転造工程は、荒転造ダイスを用いて素材から予備形状を得る予備形状形成工程と、荒転造ダイスと一体のユニットに形成された仕上げ転造ダイスを用いて上記の予備形状から最終形状を得る最終形状形成工程とを含み、仕上げ転造ダイスの成形面は、予備形状の歯面成形用面から最終形状の歯面を成形する歯面成形部と、歯面成形部によって歯面が成形されるときに予備形状の歯底成形用面および歯先成形用面からの肉の膨らみ量をそれぞれ所定量に規制する規制面とを含むことを特徴とする。本発明によれば、最終形状形成工程において、予備形状の歯底成形用面および歯先成形用面からの肉の膨らみ量（肉の逃げ量に相当。）を所定量で確保できるので、仕上げ転造ダイスの歯面成形部が最終形状の歯面を高精度に成形できる。また、予備形状形成工程および最終形状形成工程で歯面の精度を徐々に高めることができ、さらに、荒転造ダイスと仕上げ転造ダイスとが一体であるので、仕上げ転造ダイスを予備形状形成工程完了後の予備形状の歯面成形用面に対して高精度に位置決めできて、歯面の精度の向上に寄与する。しかも、高精度な歯面を転造加工のみで実現できるので、ウォームの製造コストを安価にすることができる。

また、本発明において、上記所定量は、０．１５〜０．２５ｍｍの範囲内の値である場合がある。この場合、肉の膨らみ量が適量であり、高精度な歯形を確実に得ることができる。
また、本発明において、上記素材は、ウォームを形成するための大径部と、大径部を軸方向に挟んだ両側に設けられた一対の小径部と、大径部と各小径部との間にそれぞれ設けられた一対のテーパ状の肩部とを含み、上記複数の転造工程は、予備形状形成工程の前に窪み転造用ダイスを用いて素材の各肩部に窪みを形成する窪み形成工程を含む場合がある。この場合、予備形状形成工程において、素材の肉を逃がし易くできるので、予備形状をより一層高精度に形成することができる。その結果、最終形状の歯面をより一層高精度に形成することができる。しかも、肩部の窪みを、転造加工により形成するので、切削加工により形成する場合に比べて、安価に形成でき、ウォームの製造コストを安価にすることができる。

また、本発明において、上記窪み転造用ダイスは、荒転造ダイスおよび仕上げ転造ダイスと一体のユニットに形成されているのが好ましい。これにより、窪み形成工程、予備形状形成工程および最終形状形成工程を連続して行う場合に、ユニットを交換せずに済み、製造コストを安価にすることができる。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。本実施形態のウォーム製造方法では、ローラダイスを用いてウォームを転造する場合に則して説明するが、本発明はこれに限らず、例えば、平ダイスを用いることも考えられる。
図１は、本発明のウォーム製造方法に用いる一対の転造ダイスとワークとを模式的に示す斜視図である。図１を参照して、本ウォーム製造方法では、円柱形状をなす一対のユニットとしての一対の転造ダイス１を用い、炭素鋼等の金属により形成されたワークとしてのウォーム２を転造する。ワークは、円柱形状をなす加工前の状態としての素材３（図３参照）から、予備形状に形成された半製品としての状態である中間体４（図６Ｃ参照）を経て、最終形状に形成された製品としての状態であるウォーム２に成形される。

一対の転造ダイス１は、互いに同様に構成されている。以下では、一方の転造ダイス１を中心に説明する。
図２Ａは、転造ダイス１の正面図である。図２Ｂは、図２Ａに示す転造ダイス１の２Ｂ−２Ｂ断面の断面図である。図２Ａおよび図２Ｂを参照する。
転造ダイス１は、荒転造ダイス５と、仕上げ転造ダイス６と、荒転造ダイス５および仕上げ転造ダイス６を一体的に保持するダイスホルダ２１とを有している。荒転造ダイス５と仕上げ転造ダイス６とダイスホルダ２１とは、一体のユニットとしてのローラダイスを構成している。

荒転造ダイス５は、断面扇形の部分円筒形状をなしている。断面扇形の中心角度は、１８０度よりも若干小さい値である。荒転造ダイス５は、部分円筒形状の外周に相当する部分に形成された成形面５ａと、部分円筒形状の内周に相当する部分に形成された保持部５ｂとを有している。
仕上げ転造ダイス６は、断面扇形の部分円筒形状をなしている。この部分円筒形状の断面扇形の中心角度は、１８０度よりも若干小さい値である。仕上げ転造ダイス６は、部分円筒形状の外周に相当する部分に形成された成形面６ａと、部分円筒形状の内周に相当する部分に形成された保持部６ｂとを有している。

ダイスホルダ２１は、円筒部２１ａと、円筒部２１ａの端部から径方向外方に延びるフランジ２１ｂとを有している。荒転造ダイス５の保持部５ｂがダイスホルダ２１の円筒部２１ａの外周に沿わされた状態で、荒転造ダイス５がダイスホルダ２１のフランジ２１ｂに一つのキー２２および複数のボルト２３により固定されている。仕上げ転造ダイス６は、荒転造ダイス５と同様にダイスホルダ２１に固定されている。

図１および図２を参照して、転造ダイス１の外周は、成形面１ａを有する。周方向についての成形面１ａにおける略半分の領域Ｒ１が、荒転造ダイス５の成形面５ａにより形成されている。また、周方向についての成形面１ａにおける残りの略半分の領域Ｒ２が、仕上げ転造ダイス６の成形面６ａにより形成されている。成形面１ａの領域Ｒ１，Ｒ２は、転造用の歯形を有し、この歯形の歯筋が周方向に延びている。なお、図１には、領域Ｒ１，Ｒ２として、これらに対応する中心角度範囲をそれぞれ図示している。

転造ダイス１は、ウォーム２よりも大径であり、例えば直径で１０倍程度の大きさとされている。当該転造ダイス１を構成する荒転造ダイス５、仕上げ転造ダイス６等のサブユニットのそれぞれの成形面５ａ，６ａの周方向長さが、ワークの一周の周方向長さよりも長く、より好ましくは、２周の周方向長さよりも長くされている。
図１に戻って、本実施の形態では、一対の転造ダイス１とワークとを転造加工機（図示せず）により保持し、一対の転造ダイス１によりワークを挟持しながら、ワークに転造加工を施す。

転造加工機は、図示しないが、一方の転造ダイス１を保持しその中心軸線７の回りに転造ダイス１を回転させる第１の工具軸と、他方の転造ダイス１を保持しその中心軸線７の回りに転造ダイス１を回転させる第２の工具軸と、ワークを保持しその中心軸線８の回りにワークを回転させるワーク軸と、第１の工具軸、第２の工具軸およびワーク軸を互いに位置決めする位置決め機構とを有している。

転造加工機は、一方の転造ダイス１およびワークの周方向についての位置同士を互いに位置決めでき、一方の転造ダイス１およびワークの軸方向についての位置同士を互いに位置決めでき、中心軸線７，８の間の距離を自在に変化させることができ、一方の転造ダイス１の外周面の周方向の速度と、ワークの外周面の周方向の速度とが互いに等しくなるように、一方の転造ダイス１とワークとを同期させて互いに回転させることができる。

また、転造加工機は、一方の転造ダイス１と同様にして、他方の転造ダイス１およびワークを、周方向および軸方向について位置決めでき、互いに同期させて回転させることができる。
具体的には、一方の転造ダイス１の中心軸線７は移動しないようにされ、他方の転造ダイス１の中心軸線７が、一方の転造ダイス１に向けて近づいたり遠ざかるように移動する。また、他方の転造ダイス１が移動するのに伴って、ワークは、他方の転造ダイス１の移動方向に沿って、他方の転造ダイス１の移動量の半分の移動量で、一方の転造ダイス１に対して移動する。

図３は、一対の転造ダイス１と素材３との配置を示す一部断面平面図である。図３を参照して、素材３は、中心軸線８の回りの回転体形状をなしている。素材３は、第１の大径部３ｂと、第１の小径部３ｃと、テーパ状の第１の肩部３ｄと、ウォーム２を形成するための第２の大径部３ｅと、テーパ状の第２の肩部３ｆと、第２の小径部３ｇと、第３の大径部３ｈとを有し、これら各部３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ，３ｇ，３ｈが順に軸方向に沿って並んで配置されている。

第１および第３の大径部３ｂ，３ｈの外周は、円筒面にそれぞれ形成されている。第１および第２の小径部３ｃ，３ｇの外周は、円筒面にそれぞれ形成され、互いに等しい外径とされている。第１の大径部３ｂと第１の小径部３ｃとの外周同士は、軸方向に対して垂直またはほぼ垂直な環状面により接続されている。第３の大径部３ｈと第２の小径部３ｇとの外周同士は、軸方向に対して垂直またはほぼ垂直な環状面により接続されている。第２の大径部３ｅの外周面３ａは円筒面からなり、この円筒面は第１の小径部３ｃよりも大径であり、第２の小径部３ｇよりも大径である。第１および第２の小径部３ｃ，３ｇは、第２の大径部３ｅを軸方向に挟んだ両側に設けられている。

第１および第２の肩部３ｄ，３ｆの外周は、円錐面にそれぞれ形成され、中心軸線８に対する角度は、１０度〜６０度の範囲内の値とされている。第１および第２の肩部３ｄ，３ｆの外周は、互いに等しい角度で中心軸線８に対して傾斜し、中心軸線８に対する傾きが互いに逆向きとされている。第１の肩部３ｄは、第２の大径部３ｅと第１の小径部３ｃとの間に設けられ、両部３ｅ，３ｃと連続的につながっている。第２の肩部３ｆは、第２の大径部３ｅと第２の小径部３ｇとの間に設けられ、両部３ｅ，３ｇと連続的につながっている。

第１の肩部３ｄと、第２の大径部３ｅと、第２の肩部３ｆとが、転造加工が施される被転造部とされる。これらの被転造部に転造加工を施せるように、荒転造ダイス５および仕上げ転造ダイス６は、軸方向に所定長さで形成されている。
転造加工の準備として、予め、一対の転造ダイス１の間に、ワークが配置される。すなわち、一方の転造ダイス１の中心軸線７とワークの中心軸線８とは、所定間隔を開けて互いに平行に配置され、一方の転造ダイス１の荒転造ダイス５の成形面５ａと素材３の第２の大径部３ｅの外周面３ａとが、互いに対向して配置される。他方の転造ダイス１も、一方の転造ダイス１と同様にして、ワークに対して配置される。

転造加工では、２つの転造ダイス１とワークとが互いに同期回転しながら、２つの転造ダイス１の成形面１ａをワークの外周へ、互いに反対側から互いに逆向きに同時に押し付ける。これにより、ワークの外周面が塑性変形し、複数の工程を経てウォーム２が得られる。各工程の説明の前に、各工程でそれぞれ用いられる荒転造ダイス５および仕上げ転造ダイス６を説明する。また、以下では、一方の転造ダイス１とワークとの関係を中心に説明するが、他方の転造ダイス１とワークとの関係は、一方の転造ダイス１とワークとの関係と同様である。

図４は、荒転造ダイス５の要部の断面図である。図４を参照して、荒転造ダイス５の成形面５ａは、転造用の歯形の歯面に相当する第１の成形部９と、転造用の歯形の歯先に相当する第２の成形部１０と、転造用の歯形の歯底に相当する第３の成形部１１とを含んでいる。また、第１の成形部９と第２の成形部１０との間には、断面が凸湾曲したＲ成形部が設けられている。また、第１の成形部９と第３の成形部１１との間には、断面が凹湾曲したＲ成形部が設けられている。

図５は、仕上げ転造ダイス６の要部の断面図である。図５を参照して、仕上げ転造ダイス６の成形面６ａは、転造用の歯形の歯面に相当する歯面成形部１２と、転造用の歯形の歯先に相当する第１の規制面１３と、転造用の歯形の歯底に相当する第２の規制面１４とを含んでいる。また、歯面成形部１２と第１の規制面１３との間には、断面が凸湾曲したＲ部が設けられている。また、歯面成形部１２と第２の規制面１４との間には、断面が凹湾曲したＲ部が設けられている。

図６Ａ〜図６Ｄは、図１のウォームの製造方法の工程ごとに一方の転造ダイス１とワークとを模式的に示す断面図である。転造加工は、図６Ａ，図６Ｂ，図６Ｃ，図６Ｄの順に進行する。
本実施形態のウォーム２を転造により製造する方法は、複数の工程、すなわち、図６Ａおよび図６Ｂに示す予備形状形成工程と、その後で行われる図６Ｃおよび図６Ｄに示す最終形状形成工程とを含んでいる。

また、本実施形態のウォーム２の製造方法は、予備形状形成工程と、最終形状形成工程との２工程のみで構成されていて、この２工程により、素材３の第２の大径部３ｅの円筒面からウォーム２の最終形状を形成する。本実施形態の製造方法では、例えば歯形の概略形状を切削により形成する工程や、歯形を研削により仕上げる工程は廃止されている。
予備形状形成工程では、荒転造ダイス５を用いて、図３に示した所定の形状の素材３から予備形状を得る。すなわち、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、予備形状形成工程により、素材３から半製品としての中間体４が得られる。中間体４に予備形状が形成される。予備形状は、概ね歯形形状をなしているが、仕上げの加工代が残されている。予備形状は、歯面成形用面１５と、歯底成形用面１６と、歯先成形用面１７と、歯底Ｒ成形用面と、歯先Ｒ成形用面とを有する。

図７は、予備形状形成工程での、一対の転造ダイス１と、ワークとを示す模式図である。図７と図６Ｂを参照する。
予備形状形成工程では、一対の転造ダイス１の一対の荒転造ダイス５が、その間に素材３を挟持する。一対の転造ダイス１を、１８０度未満の所定角度範囲で所定回数で往復回動させ、これと同期させてワークも往復回動させる。一方の転造ダイス１が所定角度範囲を回動する間に、ワークは１周以上で回動しながら一方の転造ダイス１に対して軸方向に移動する。そして、一方の転造ダイス１が所定回数を往復回動する間に、一方の転造ダイス１とワークとが互いに近づき、荒転造ダイス５の成形面５ａがワークの外周に接触してさらに食い込む。そして、一方の転造ダイス１が予備形状形成工程での最終位置に到達するまで、成形面５ａがワークの外周に食い込む。最終位置では、一方の転造ダイス１の中心軸線７とワークの中心軸線８との間の距離が予備形状形成工程での最小値に相当する第１距離Ｌ１になる。

なお、上述の予備形状形成工程での最終位置は、ワークの中心軸線８を基準としたときのワークの径方向についての、一方の転造ダイス１の相対位置であり、中心軸線７，８の間の距離により決められる。また、後述する最終形状形成工程での最終位置も同様である。
これにより、図６Ｂに示すように、一方の荒転造ダイス５の成形面５ａは、ワークの外周に軸方向について連続して当接して、予備形状の歯形の全体を形成する。一方の荒転造ダイス５の第１の成形部９は、素材３の第２の大径部３ｅの外周面３ａから予備形状の歯面成形用面１５を成形する。第１の成形部９によって歯面成形用面１５が成形されるときに、第２の成形部１０は、素材３の第２の大径部３ｅの外周面３ａからの肉の移動を許容して、予備形状の歯底成形用面１６を成形する。第１の成形部９によって歯面成形用面１５が成形されるときに、第３の成形部１１は、素材３の余肉を受け入れて、予備形状の歯先成形用面１７を成形する。また、これとともに、荒転造ダイス５の凸湾曲したＲ成形部は、予備形状の歯底Ｒ成形用面を成形し、荒転造ダイス５の凹湾曲したＲ成形部は、予備形状の歯先Ｒ成形用面を成形する。

図８は、最終形状形成工程での一対の転造ダイス１とワークとを示す模式図である。
図８と図６Ｃを参照して、予備形状形成工程の完了後、一方の転造ダイス１とワークとは互いに離され、他方の転造ダイス１とワークとは互いに離される。一対の転造ダイス１はそれぞれ回動し、一対の仕上げ転造ダイス６の成形面６ａが中間体４の外周にそれぞれ対向し、成形面６ａの転造用の歯が予備形状の歯溝に対向するように、仕上げ転造ダイス６とワークとが軸方向に位置合わせされて配置される。

なお、予備形状形成工程と最終形状形成工程との間で、一方の転造ダイス１は第１の工具軸にそのままの状態で保持されていて、他方の転造ダイス１は第２の工具軸にそのままの状態で保持されていて、またワークはワーク軸にそのままの状態で保持されていて、工程間で一対の転造ダイス１およびワークの間の位置ずれが生じることはない。
最終形状形成工程では、一対の転造ダイス１の一対の仕上げ転造ダイス６の成形面６ａ同士の間にワークを挟持する。一対の転造ダイス１を、１８０度未満の所定角度範囲で所定回数で往復回動させ、これと同期させてワークも往復回動させる。

図６Ｃ，図６Ｄに示すように、最終形状形成工程では、予備形状形成工程で得た予備形状から、一対の仕上げ転造ダイス６を用いて最終形状を得る。この最終形状は、製品としてのウォーム２の歯形形状に形成される。最終形状は、歯面１８と、歯底面１９と、歯先面２０と、歯底Ｒ面と、歯先Ｒ面とを有する。
最終形状形成工程では、一方の転造ダイス１が所定角度範囲を回動する間に、ワークは１周以上で回動しながら一方の転造ダイス１に対して軸方向に移動する。そして、一方の転造ダイス１が所定回数を往復回動する間に、一方の転造ダイス１とワークとが互いに近づき、仕上げ転造ダイス６の歯面成形部１２がワークの歯面成形用面１５に接触して食い込む。そして、一方の転造ダイス１が最終形状形成工程での最終位置に到達するまで、歯面成形部１２が歯面成形用面１５に食い込む。

最終形状形成工程での最終位置では、一方の転造ダイス１の中心軸線７とワークの中心軸線８との間の距離が、最終形状形成工程での最小値に相当する第２距離Ｌ２になる。この第２距離Ｌ２は、以下のように設定される。
図９は、最終形状形成工程の最終位置にあるときの一方の仕上げ転造ダイス６と、最終形状形成工程開始前の予備形状とを重ねた模式的断面図である。図１０は、最終形状形成工程の最終位置にあるときの一方の仕上げ転造ダイス６の要部の断面図であり、予備形状形成工程の最終位置にあるときの一方の荒転造ダイス５の断面の輪郭も一点鎖線で重ねて図示されている。図９および図１０を参照する。

最終形状形成工程の最終位置にあるときの一方の仕上げ転造ダイス６の第１の規制面１３は、予備形状形成工程の最終位置にあるときの一方の荒転造ダイス５の第２の成形部１０の位置よりも、中心軸線８から見て遠い側にあり、最終形状形成工程での第１の規制面１３と予備形状形成工程での上述の第２の成形部１０との間のワーク径方向の距離が所定値Ｌ３にされる。ここで、予備形状形成工程での上述の第２の成形部１０の位置は、最終形状形成工程の開始前における予備形状の歯底成形用面１６の径方向の位置に相当している。

また、最終形状形成工程の最終位置にあるときの一方の仕上げ転造ダイス６の第２の規制面１４は、予備形状形成工程の最終位置にあるときの一方の荒転造ダイス５の第３の成形部１１の位置よりも、中心軸線８から見て遠い側にあり、最終形状形成工程での第２の規制面１４と予備形状形成工程での上述の第３の成形部１１との間のワーク径方向の距離が所定値Ｌ４にされる。ここで、予備形状形成工程での上述の第３の成形部１１の位置は、最終形状形成工程の開始前における予備形状の歯先成形用面１７の径方向の位置に相当する。

図６Ｃおよび図６Ｄを参照して、最終形状形成工程では、一方の仕上げ転造ダイス６の歯面成形部１２は、予備形状の歯面成形用面１５から最終形状の歯面１８を成形する。このとき、歯面１８を形成するための加工代（図９において、一方の仕上げ転造ダイス６と中間体４とが重なり合う部分であって網かけを施して図示された部分の軸方向寸法として図示されている。）は、歯溝を挟んだ両側の歯面成形用面１５について互いに等しく、例えば０．１ｍｍとされている。加工代に相当する肉は、余肉となり、予備形状の歯底成形用面１６および歯先成形用面１７を膨らませる。また、歯底Ｒ面および歯先Ｒ面は、予備形状を維持して、湾曲形状に形成されるようにされている。

図９と図６Ｄとを参照して、一方の仕上げ転造ダイス６の第１の規制面１３は、歯面成形部１２によって歯面１８が成形されるときに、予備形状の歯底成形用面１６からの肉の膨らみ量を所定量Ｍ３に規制する。この所定量Ｍ３は、上述の所定値Ｌ３に相当し、具体的には、０．１５〜０．２５ｍｍの範囲内の値である０．２ｍｍとされる。
一方の仕上げ転造ダイス６の第２の規制面１４は、歯面成形部１２によって歯面１８が成形されるときに、予備形状の歯先成形用面１７からの肉の膨らみ量を所定量Ｍ４に規制する。この所定量Ｍ４は、上述の所定値Ｌ４に相当し、具体的には、０．１５〜０．２５ｍｍの範囲内の値である０．２ｍｍとされる。

また、最終形状形成工程での歯面１８を形成するための加工代は、径方向について一定としてもよいし、異ならせてもよい。例えば、ワークの歯底面１９寄りの歯面１８の部分よりも、歯先面２０寄りの歯面１８の部分であるほどに、加工代が大きくされていてもよい。
最終形状形成工程の完了後、一対の転造ダイス１はワークから離されて、もとの位置に戻る。

このように本発明の本実施形態によれば、一方の仕上げ転造ダイス６の第１の規制面１３および第２の規制面１４により、最終形状形成工程において、予備形状の歯底成形用面１６および歯先成形用面１７からの肉の膨らみ量（肉の逃げ量に相当。）を所定量Ｍ３，Ｍ４で確保できるので、一方の仕上げ転造ダイス６の歯面成形部１２が最終形状の歯面１８を高精度に成形できる。この理由としては、例えば、成形圧が高くなりすぎると、一方の転造ダイス１の成形面１ａが過度に変形して成形面１ａの精度が低下し、逆に、成形圧が低くなりすぎると、塑性変形量が少なくなり、成形後のウォーム２の精度が低下するからと考えられる。

また、予備形状形成工程および最終形状形成工程で歯面１８の精度を徐々に高めることができる。さらに、一方の転造ダイス１において、荒転造ダイス５と仕上げ転造ダイス６とが一体であるので、仕上げ転造ダイス６を予備形状形成工程完了後の予備形状の歯面成形用面１５に対して高精度に位置決めできて、歯面１８の精度の向上に寄与する。しかも、高精度な歯面１８を転造加工のみで実現できるので、ウォーム２の製造コストを安価にすることができる。

また、上記所定量Ｍ３が０．１５〜０．２５ｍｍの範囲内の値である場合であり、且つ上記所定量Ｍ４が０．１５〜０．２５ｍｍの範囲内の値である場合には、最終形状形成工程での肉の膨らみ量が適量であり、高精度な歯形を確実に得ることができ、また、歯底Ｒ面および歯先Ｒ面を予備形状で維持することができる。なお、所定量Ｍ３，Ｍ４の少なくとも一方を、０．１５ｍｍ未満の小さい値にする場合や、０．２５ｍｍを越えて大きい値にする場合も考えられるが、このような場合には、肉の膨らみ量が適量でないので、高精度な歯面１８を得られない場合や、歯底Ｒ面や歯先Ｒ面の形状が崩れる場合がある。

さらに、一対の転造ダイス１の間にワークを挟持することにより、高精度なウォーム２を実現するのに寄与する。
このように本実施形態では、ウォーム２を、従来の転造加工のみでは実現できなかった高精度で実現でき、且つ研削加工により得られる精度と同程度の高精度で実現できている。しかも、このような高精度なウォーム２を、転造加工のみで仕上げることにより、仕上げのための研削加工等の高価な工程が不要で、製造コストを低減できる。

また、転造により仕上げ加工することにより、研削加工した場合に比べて、歯面１８の面粗度が良好であるので、歯面の耐摩耗性を高めることができる。
また、各転造ダイス１が、荒転造ダイス５および仕上げ転造ダイス６の一体のユニットであるので、予備形状形成工程および最終形状形成工程を連続して行う場合に、ユニットとしての転造ダイス１を交換せずに済み、製造コストを安価にすることができる。

次に、本発明の第２の実施形態を説明する。なお、第２実施形態および後述する変形例の説明では、それまでに説明した実施形態と異なる点を中心に説明し、同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。
図１１は、本発明の第２の実施形態における一対の転造ダイスと素材との配置を示す一部断面平面図である。図１１を参照して、第２の実施形態では、一対のユニットとしての一対の転造ダイス２４が用いられている。一方の転造ダイス２４と、他方の転造ダイス２４とは、互いに等しい形状に形成されている。以下、一方の転造ダイス２４を中心に説明する。

一方の転造ダイス２４は、上述の荒転造ダイス５と、上述の仕上げ転造ダイス６と、窪み転造用ダイス２５と、ダイスホルダ（図示せず）とを有している。本実施形態のダイスホルダは、上述のダイスホルダ２１（図２Ａ参照）と概ね同形状とされ、荒転造ダイス５、仕上げ転造ダイス６および窪み転造用ダイス２５を一体的に保持する。荒転造ダイス５と仕上げ転造ダイス６と窪み転造用ダイス２５とダイスホルダとは、一体のユニットとしてのローラダイスを構成している。

また、本実施形態の仕上げ転造ダイス６では、部分円筒形状の扇形の中心角度は、所定角度例えば１２０度に設定されている。
窪み転造用ダイス２５は、断面扇形の部分円筒形状をなしている。この部分円筒形状の扇形の中心角度は、所定角度、例えば６０度に設定されている。窪み転造用ダイス２５は、部分円筒形状の外周に相当する部分に形成された成形面２５ａと、部分円筒形状の内周に相当する部分に形成された保持部（図示せず）とを有している。窪み転造用ダイス２５は、第１実施形態の荒転造ダイス５と同様にダイスホルダに固定されている。

転造ダイス２４の外周は、成形面２４ａを有する。周方向についての成形面２４ａにおける略半分の領域Ｒ１が、荒転造ダイス５の成形面５ａにより形成されている。また、周方向についての成形面２４ａにおける残りのうちの一部の領域Ｒ２が、仕上げ転造ダイス６の成形面６ａにより形成され、周方向についての成形面２４ａにおける領域Ｒ１，Ｒ２以外の領域Ｒ３が、窪み転造用ダイス２５の成形面２５ａにより形成されている。成形面２４ａの領域Ｒ１，Ｒ２は、転造用の歯形を有し、この歯形の歯筋が周方向に延びている。なお、図１１には、領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３として、これらに対応する中心角度範囲をそれぞれ図示している。

図１２は、図１１に示す一対の転造ダイス２４と素材３との一部断面図である。図１３は、図１１に示す一対の転造ダイス２４とワークとの転造加工途中の状態を示す一部断面図である。図１２と図１３を参照する。
窪み転造用ダイス２５の成形面２５ａは、凸部としての２つの凸条２５ｃと、凹部としての湾曲面２５ｄとを有する。２つの凸条２５ｃは、窪み３ｉを形成するための部分であり、成形面２５ａにおける軸方向の両端部に形成され、互いに所定距離離れている。２つの凸条２５ｃの間に湾曲面２５ｄが形成されている。２つの凸条２５ｃは、湾曲面２５ｄから径方向外方へ突出し、転造ダイス２４の周方向に延びている。

第２の実施形態のウォーム２の製造方法は、複数の工程、すなわち、図１３に示す窪み形成工程と、これの後で行われる上述の予備形状形成工程と、これの次に行われる上述の最終形状形成工程とを含んでいる。
窪み形成工程は、予備形状形成工程よりも先に行われる。窪み形成工程では、窪み転造用ダイス２５を用いて素材３の第１および第２の肩部３ｄ，３ｆに窪み３ｉをそれぞれ形成する。窪み形成工程により、窪み３ｉ付きの素材３が得られる。

具体的には、一対の転造ダイス２４の一対の窪み転造用ダイス２５の成形面２５ａの間に素材３が挟持される。一対の転造ダイス２４を、６０度未満の所定角度範囲で所定回数で往復回動させ、これと同期させてワークも往復回動させる。一対の転造ダイス２４が所定角度範囲を回動する間に、ワークは１周以上で回動しながら各転造ダイス２４に対して軸方向に微小量で移動する。そして、一対の転造ダイス２４が所定回数を往復回動する間に、各転造ダイス２４とワークとが互いに近づき、各窪み転造用ダイス２５の２つの凸条２５ｃが、対向する素材３の第１および第２の肩部３ｄ，３ｆにそれぞれ接触してさらに食い込む。これにより、第１および第２の肩部３ｄ，３ｆには、窪み３ｉがそれぞれ形成される。

各窪み３ｉは、周方向に延びる凹条に形成される。各転造ダイス２４とワークとは、窪み形成工程の間に、軸方向に相対移動するが、軸方向の移動量はわずかであるので、凹条は無端状に形成される。また、転造ダイス２４の中心軸線７とワークの中心軸線８とが最も接近した状態で、湾曲面２５ｄは、素材３の第２の大径部３ｅの外周面から逃がされている。

その後、一対の転造ダイス２４はワークからそれぞれ離される。一対の転造ダイス２４は回動し、一対の荒転造ダイス５の成形面５ａが、窪み３ｉ付きの素材３に対向して配置される。その後、予備形状形成工程と、最終形状形成工程との２工程が第１の実施形態と同様に行われる。本実施形態の最終形状形成工程では、転造ダイス２４の回転角度は、仕上げ転造ダイス６の扇形の中心角度に見合う角度である１２０度以下の角度とされる。

本実施形態では、ウォーム２を転造により製造する工程は３工程であるが、第１実施形態と同様に、予備形状形成工程と、最終形状形成工程との２工程のみにより、素材３の第２の大径部３ｅの円筒面からウォーム２の最終形状を形成するようにされている。従って、本実施形態の製造方法においても、例えば歯形を切削により形成する工程や、歯形を研削により仕上げる工程を含んでいない。

このように本発明の第２の実施形態においては、上述の第１の実施の形態において得られる上述の作用効果に加えて、窪み３ｉによる以下の作用効果を得ることができる。
窪み３ｉ付きの素材３は、予備形状形成工程において、素材３の肉を逃がし易くできるので、中間体４の予備形状をより一層高精度に形成することができる。その結果、最終形状形成工程において、最終形状の歯面１８をより一層高精度に形成することができる。

例えば、第１の実施形態のように窪み３ｉがない素材３に形成したウォームの歯筋の誤差は、１７．３μｍ（後述する実施例を参照）であるのに対して、第２実施形態のように窪み３ｉ付きの素材３に形成したウォーム２の歯筋の誤差は、１３μｍ以下である。
しかも、第１および第２の肩部３ｄ，３ｆの窪み３ｉを、転造加工により形成するので、切削加工により形成する場合に比べて、安価に形成できる。窪み形成工程が追加されていても、製造コストの上昇を抑制でき、ウォーム２の製造コストを安価にすることができる。

また、各転造ダイス２４が、窪み転造用ダイス２５、荒転造ダイス５および仕上げ転造ダイス６の一体のユニットであるので、窪み形成工程、予備形状形成工程および最終形状形成工程を連続して行う場合に、ユニットとしての転造ダイス２４を交換せずに済み、製造コストを安価にすることができる。また、一体のユニットであれば、転造ダイス２４のコストを低減することができる。また、ダイスやワークの着脱回数を少なくでき、窪みなしの素材３から窪み３ｉを形成して最終形状のウォーム２を得るまでの加工時間を、短縮することができる。また、窪み転造用ダイス２５を含む転造ダイス２４を用いることにより、荒転造ダイス５を窪み３ｉに対して高精度に位置決めでき、その結果、予備形状の精度の向上に寄与する。

また、一対の窪み３ｉが、軸方向について素材３の第２の大径部３ｅの両側に同形状に形成された無端状の凹条からなるので、軸方向の両側に均等に且つ周方向の位置にかかわらず、肉を逃がし易くでき、予備形状の精度向上により一層好ましい。
また、上記各実施形態について、以下のような変形例を考えることができる。
例えば、第１の実施形態において、転造ダイス１の成形面１ａの周方向長さに対する荒転造ダイス５の成形面５ａの周方向長さの割合と、転造ダイス１の成形面１ａの周方向長さに対する仕上げ転造ダイス６の成形面６ａの周方向長さの割合とは、転造ダイス１が全体として筒形状または筒形状に近似した形状をなすようにして、適宜設定することができる。また、上記割合は、ウォーム２の諸元に応じて異ならせることができる。具体的には、図１４の模式図に示すように荒転造ダイス５の割合が仕上げ転造ダイス６の割合よりも大きく設定されることや、これとは逆のことも考えられる。

また、第１の実施形態の荒転造ダイス５と、仕上げ転造ダイス６と、ダイスホルダ２１との３つのうちの少なくとも２つが一体に形成されていてもよい。
また、第２の実施形態において、転造ダイス２４の成形面２４ａの周方向長さに対する荒転造ダイス５の成形面５ａの周方向長さの割合、転造ダイス２４の成形面２４ａの周方向長さに対する仕上げ転造ダイス６の成形面６ａの周方向長さの割合、および転造ダイス２４の成形面２４ａの周方向長さに対する窪み転造用ダイス２５の成形面２５ａの周方向長さの割合は、転造ダイス２４が全体として筒形状または筒形状に近似した形状をなすようにして、それぞれ適宜設定することができる。また、荒転造ダイス５と、仕上げ転造ダイス６と、窪み転造用ダイス２５と、ダイスホルダとの４つのうちの少なくとも２つが一体に形成されていてもよい。

また、第２の実施形態の窪み３ｉとしては、周方向に延びて周方向に一対の端部を有する周溝であってもよいし、周方向の１箇所または複数カ所に設けられた穴であってもよい。また、第１の肩部３ｄの窪み３ｉと、第２の肩部３ｆの窪み３ｉとが、互いに異なる形状であってもよい。また、窪み３ｉが、周方向に有端の周溝、または穴である場合には、第１の肩部３ｄの窪み３ｉと、第２の肩部３ｆの窪み３ｉとが、互いに異なる周方向位置に形成されていてもよい。また、窪み３ｉを第１および第２の肩部３ｄ，３ｆのうちの何れか一方のみに形成することも考えられる。

また、ウォーム２の製造方法としては、窪み３ｉを専用の転造ダイス（図示せず）を用いて形成する工程と、この後に上述の予備形状形成工程および最終形状形成工程とを含んでもよい。上記専用の転造ダイスは、荒転造ダイス５と仕上げ転造ダイス６とが含まれるユニットとは別体の窪み転造用ダイスである。
また、第１および第２の実施形態において、転造ダイス１，２４が、荒転造ダイス５および仕上げ転造ダイス６の少なくとも一方を、各ダイス５，６に対応する工程を段階的に進めることができるように、複数有していてもよい。荒転造ダイス５が２つ以上で設けられた場合には、各荒転造ダイス５は、ウォーム２のモジュール、寸法等に応じて、それぞれ異なる予備形状を形成するようにされるのが好ましい。転造ダイス１，２４は、少なくとも一つの荒転造ダイス５と、少なくとも一つの仕上げ転造ダイス６とを有していればよい。その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

以下に、本発明の実施例としての製造方法により製造したウォーム（以下、実施例によるウォームともいう。）と、比較例としての製造方法により製造したウォーム（以下、比較例によるウォームともいう。）とに基づいて、実施例の効果として、実施例によるウォームの歯形の精度および歯筋の精度が良好なことを説明する。
＜実施例としての製造方法、およびこの製造方法により製造したウォーム＞ 実施例の製造方法としては、上述の本発明の第１の実施の形態の製造方法において、最終形状形成工程における上記所定値Ｌ３，Ｌ４を０．２ｍｍとした。この製造方法により製造したウォームとして、ピッチ円直径が１４ｍｍのウォームを３個製造した。
＜比較例としての製造方法、およびこの製造方法により製造したウォーム＞ 比較例としての製造方法は、上記実施例としての製造方法と、上述の最終形状形成工程における所定値Ｌ３，Ｌ４を０ｍｍとした点で異なるが、他の点については同様である。この比較例としての製造方法によるウォームとして、８個のウォームを製造した。なお、比較例によるウォームは、実施例によるウォームと、製造方法のみ異なり、形状、寸法等の諸元は等しくされている。
＜精度の測定方法＞ 上述の実施例による各ウォームについて、予備形状形成工程の完了後の製造用中間体の状態で、歯形の誤差と、歯筋の誤差とをそれぞれ測定し、最終形状形成工程の完了後の製品の状態で、歯形の誤差と、歯筋の誤差とをそれぞれ測定する。

歯形の誤差は、予備形状形成工程完了後においては、ワークの径方向に沿って中間体の歯面成形用面１５の粗さ曲線を求める。最終形状形成工程完了後においては、ワークの径方向に沿って歯面１８の粗さ曲線を求める。粗さ曲線は、ワークの左右両側の一対の歯面のそれぞれについて、歯面成形用面１５または歯面１８の相異なる３つの位置において、合計６つの位置で測定する。測定された６つの粗さ曲線について、理想的な歯形に対する振れ幅をそれぞれ求める。求められた粗さ曲線の振れ幅の測定値を、実施例による３つのウォームのそれぞれについて得て、これらすべての測定値の平均値を求めて、歯形の誤差とする。

歯筋の誤差は、予備形状形成工程完了後においては、ピッチ円近傍においてワークの周方向に沿って中間体の歯面成形用面１５の粗さ曲線を求める。最終形状形成工程完了後においては、ピッチ円近傍においてワークの周方向に沿って歯面１８の粗さ曲線を求める。歯筋についての粗さ曲線は、ワークの左右両側の一対の歯面のそれぞれについて、歯面成形用面１５または歯面１８の相異なる３つの位置において、合計６つの位置で測定する。測定された６つの粗さ曲線について、振れ幅をそれぞれ求める。求められた粗さ曲線の振れ幅の測定値を、実施例による３つのウォームのそれぞれについて得て、これらすべての測定値の平均値を求めて、歯筋の誤差とする。

上述の実施例による各ウォームと同様にして、比較例による各ウォームについて、予備形状形成工程の完了後の製造用中間体の状態で、歯形の誤差と、歯筋の誤差とをそれぞれ測定し、最終形状形成工程の完了後の製品の状態で、歯形の誤差と、歯筋の誤差とをそれぞれ測定する。歯形の誤差および歯筋の誤差はそれぞれ、比較例による８つのウォームから得られた測定値の平均値である。
＜実施例によるウォームについての測定結果＞ ウォームの最終形状形成工程後の歯形の誤差： ４．１μｍ。

中間体の予備形状形成工程後の歯形の誤差 ： ９．１μｍ。 ウォームの最終形状形成工程後の歯筋の誤差： １７．３μｍ。 中間体の予備形状形成工程後の歯筋の誤差 ： ２５．１μｍ。
＜比較例によるウォームについての測定結果＞ ウォームの最終形状形成工程後の歯形の誤差： ９．１μｍ。

中間体の予備形状形成工程後の歯形の誤差 ： ７．５μｍ。 ウォームの最終形状形成工程後の歯筋の誤差： ４９．８μｍ。 中間体の予備形状形成工程後の歯筋の誤差 ： ２９．１μｍ。
＜評価＞ 上述の測定結果に示すように、実施例によるウォームでは、最終形状形成工程後の歯形の誤差および歯筋の誤差はともに、予備形状形成工程後の製造用中間体の対応する値よりも格段に小さく、高精度になっている。逆に、比較例によるウォームでは、最終形状形成工程後の歯形の誤差および歯筋の誤差はともに、予備形状形成工程後の製造用中間体の対応する値よりも大きく、低精度になっていて、従来の転造による製造方法では、高精度に仕上げることができないことが判る。

また、実施例によるウォームの最終形状形成工程後の歯形の誤差（４．１μｍ）は、比較例によるウォームの最終形状形成工程後の歯形の誤差（９．１μｍ）に比べて半分以下と格段に小さくなり、高精度になっている。
また、実施例によるウォームの最終形状形成工程後の歯筋の誤差（１７．３μｍ）は、比較例によるウォームの最終形状形成工程後の歯筋の誤差（４９．８μｍ）に比べて半分以下と格段に小さくなり、高精度になっている。

従って、本実施形態の製造方法により、高精度なウォームを得ることができることが確認された。また、歯形の誤差および歯筋の誤差を格段に低減できることが確認された。

本発明の一実施形態のウォーム製造方法に用いる転造ダイスと、ワークとを模式的に示す斜視図である。 図１の転造ダイスを示し、図２Ａに正面図を、図２Ｂに２Ｂ−２Ｂ断面の断面図を示す。 図１の一対の転造ダイスと素材との配置を示す一部断面平面図である。 図１に示す荒転造ダイスの要部の断面図である。 図１に示す仕上げ転造ダイスの要部の断面図である。 図１に示す転造ダイスとワークとを加工の進行の順に模式的に示す断面図である。 予備形状形成工程での一対の転造ダイスとワークとの模式図である。 最終形状形成工程での一対の転造ダイスとワークとの模式図である。 図１の仕上げ転造ダイスが最終形状形成工程の最終位置にあるときの断面と、最終形状形成工程開始前の予備形状とを重ねた模式的断面図である。 図１の仕上げ転造ダイスが最終形状形成工程の最終位置にあるときの要部の断面図であり、予備形状形成工程の最終位置にあるときの荒転造ダイスの断面の輪郭も一点鎖線で重ねて示されている。 本発明の第２の実施形態における一対の転造ダイスとワークとの模式図である。 図１１に示す一対の転造ダイスと素材との配置を示す一部断面平面図である。 図１１に示す一対の転造ダイスとワークとの転造加工途中での一部断面図である。 本発明の第１の実施形態の変形例としての転造ダイスの模式図。

符号の説明

１，２４…転造ダイス（ユニット）、２…ウォーム、３…素材、３ｅ…（素材の）第２の大径部（大径部）、３ｃ…（素材の）第１の小径部（小径部）、３ｇ…（素材の）第２の小径部（小径部）、３ｄ…（素材の）第１の肩部（肩部）、３ｆ…（素材の）第２の肩部（肩部）、５…荒転造ダイス、６…仕上げ転造ダイス、６ａ…（仕上げ転造ダイスの）成形面、１２…歯面成形部、１３…第１の規制面（規制面）、１４…第２の規制面（規制面）、１５…歯面成形用面、１６…歯底成形用面、１７…歯先成形用面、１８…歯面、２５…窪み転造用ダイス、Ｍ３，Ｍ４…所定量（肉の膨らみ量）

Claims (4)

1. ウォームを複数の転造工程により製造する方法であって、
   上記複数の転造工程は、荒転造ダイスを用いて素材から予備形状を得る予備形状形成工程と、荒転造ダイスと一体のユニットに形成された仕上げ転造ダイスを用いて上記の予備形状から最終形状を得る最終形状形成工程とを含み、
   仕上げ転造ダイスの成形面は、予備形状の歯面成形用面から最終形状の歯面を成形する歯面成形部と、歯面成形部によって歯面が成形されるときに予備形状の歯底成形用面および歯先成形用面からの肉の膨らみ量をそれぞれ所定量に規制する規制面とを含むことを特徴とするウォーム製造方法。
2. 請求項１に記載のウォーム製造方法において、
   上記所定量は、０．１５〜０．２５ｍｍの範囲内の値であることを特徴とするウォーム製造方法。
3. 請求項１または２に記載のウォーム製造方法において、
   上記素材は、ウォームを形成するための大径部と、大径部を軸方向に挟んだ両側に設けられた一対の小径部と、大径部と各小径部との間にそれぞれ設けられた一対のテーパ状の肩部とを含み、
   上記複数の転造工程は、予備形状形成工程の前に窪み転造用ダイスを用いて素材の各肩部に窪みを形成する窪み形成工程を含むことを特徴とするウォーム製造方法。
4. 請求項３に記載のウォーム製造方法において、
   上記窪み転造用ダイスは、荒転造ダイスおよび仕上げ転造ダイスと一体のユニットに形成されていることを特徴とするウォーム製造方法。

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