JP2009050905A - 内歯車の成形方法及び成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薄肉の素材を塑性加工によって行う内歯車の成形であっても、欠肉が生じることなくサイクルタイムを短くすることのできる内歯車の成形方法及び成形装置を提供すること。
【解決手段】周面に歯形２ｃを有するマンドレル２に素材Ｐを取り付け、該素材Ｐに絞りローラ１を押圧することによってマンドレル２に押し付け、円筒形の内歯車を形成する内歯車Ｗの成形方法において、素材Ｐに当接する円弧部分Ｒ１、Ｒ２を２箇所に有し、素材Ｐに対して先に当接する円弧部Ｒ１分の外径Ｄ１よりも、後に当接する円弧部分Ｒ２の外径Ｄ２を大きくした絞りローラ１を用い、該絞りローラ１をマンドレル２の軸芯Ｍと平行方向に移動させることによって円筒形の内歯車Ｗを成形する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内歯車の成形方法及び成形装置に関し、特に、塑性加工によっても欠肉のない良好な内歯車を成形する方法及び成形装置に関するものである。

従来の内歯車の成形方法のうち塑性加工によって行うものは、内歯車の素材の形状を予めカップ状としたものを用い、外周面に歯形を有するマンドレルに覆せるように取り付け、絞りローラによる押圧によって塑性加工する方法が一般に採用されている。
しかし、この場合には素材をカップ状にする工程としてプレス加工などの工程が必要となり製品１個当たりの製作時間に多くの時間を費やすという問題があった。

そのため、円板状素材からスピニング装置を使った塑性加工によって直ちにカップ状に成形すると同時に内歯車を成形する方法としては、円板状の素材を外周面に歯形が形成されている縦向きの金型と該金型上に配置される上型とによって、円板状素材のほぼ中央を挟持し、素材を自転若しくは押圧する絞りローラを公転させながら絞りローラ若しくは素材を金型の軸方向に移動しつつ、絞りローラによって素材を金型に押し当て、塑性変形させる方法が採用されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、この場合、図５に示すＺ１部分、すなわち、仕上がった内歯車においてカップ状とされた素材の内側隅部の所々に肉ヒケ現象による欠肉が生じる場合があり、部品の強度や耐久性が劣るとともに、欠肉の程度によっては製品検査に合格しないという問題点があった。

この問題を解決するために、本出願人が先に出願した内歯車の成形方法及び成形装置を図６〜図７に示す。

ところで、この内歯車の成形装置では、図６に示すように、回転する主軸（図示省略）の先端に配設した外周面に歯形２ｃを有するマンドレル２の端面に円板状素材Ｐを取り付け、絞りローラ４の押圧によって円板状素材Ｐを円錐台形状に塑性加工する第一工程と、該第一工程によって円錐台形状になった素材を絞りローラ５の押圧によってマンドレル２に押し付け、塑性加工によって円筒形の内歯車Ｗを形成する第二工程とからなるようにしたものである。

図において、まず、円板状素材Ｐを、外周側面に歯形２ｃを有するマンドレル２の端面に取り付ける。この際、図示の如く、円板状素材Ｐの中心にはマンドレル２の先端の突起部分２ａに嵌入する孔Ｐａを穿孔して取り付け、マンドレル２の端面に対向する押圧部材３により挟み込むようにして挟持固定する（図６（ａ）参照）。

そして、絞りローラ４を円板状素材Ｐが円錐台の形状になるように矢符方向に移行しつつ押し当てることによって円板状素材Ｐを円錐台形状に塑性加工（以下、「テーパ加工」という。）を施す（図６（ｂ）参照）。
この場合、マンドレル２の先端部分２ｂを面取り加工などによって角度αを設けることによりテーパ加工が容易かつ確実に行うようにすることができる。

ついで、絞りローラ５をマンドレル２に平行に移動させ、絞りローラ５の押圧によって、円錐台形状に成形された円板状素材Ｐの内面は、マンドレル２の外周側面に形成された歯形２ｃと同形状に塑性変形され、図７（ａ）に示すカップ状の内歯車Ｗが完成する（例えば、特許文献２参照）。

特開平５−７６９８２号公報 特開２００４−２９８９５３号公報

ところで、この内歯車の成形方法及び成形装置は、例えば、板厚が１０ｍｍ程度の素材で加工後の外径が１５０ｍｍ程度となる素材を加工する場合には、絞りローラ５の円弧径（円弧の半径をいう、以下同じ）Ｒ５を１０ｍｍにすると、塑性加工によるフローフォーミングが良好で、かつ、マンドレル２の歯形２ｃに対して欠肉を生じることがなく良好な製品に加工することができる。
しかし、完成した内歯車Ｗのディスク部分（底板部分）の板厚が１０ｍｍと厚く重量が嵩むため、例えば、板厚が６ｍｍ程度の素材を用いた成形が望まれているが、板厚を６ｍｍと薄くした場合、円弧径Ｒ５が１０ｍｍの絞りローラ５ではフローフォーミングが良好であるものの、そのために素材の肉流れが早く、マンドレル２の歯形２ｃの隅部分にまで素材が入り込まずに流れてしまい、図７（ｂ）に示すＺ２部分（歯形の角部分）で欠肉が生じてしまうという問題があった。

かかる問題点に対して、円弧径Ｒ５が１０ｍｍの絞りローラ５における加工時の押し込み量を抑えて加工し、ツールチェンジを行って、円弧径が２０ｍｍ程度の絞りローラを用いることによって欠肉が生じないようにすることが考えられるが、ツールチェンジを行うことによって製品加工のためのサイクルタイムが長くなるという問題がある。

本発明は、上記従来の内歯車の成形方法及び成形装置の有する問題点に鑑み、薄肉の素材を塑性加工によって行う内歯車の成形であっても、欠肉が生じることなくサイクルタイムを短くすることのできる内歯車の成形方法及び成形装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の内歯車の成形方法は、周面に歯形を有するマンドレルに素材を取り付け、該素材に絞りローラを押圧することによってマンドレルに押し付け、円筒形の内歯車を形成する内歯車の成形方法及び成形装置において、素材に当接する円弧部分を２箇所に有し、素材に対して先に当接する円弧部分の外径よりも、後に当接する円弧部分の外径を大きくした絞りローラを用い、該絞りローラをマンドレルの軸芯と平行方向に移動させることによって円筒形の内歯車を成形することを特徴とする。

この場合において、素材に対して先に当接する円弧部分の円弧径よりも、後に当接する円弧部分の円弧径を大きくした絞りローラを用いることができる。

また、上記方法に使用する本発明の内歯車の成形装置は、回転する主軸の先端に配設した外周面に歯形を有するマンドレルと、該マンドレルに対向して配設される押圧部材と、マンドレルに取り付け、押圧部材によって挟み込むように固定された円板状素材に塑性加工を施す絞りローラとからなる内歯車の成形装置において、絞りローラは、素材に当接する円弧部分を２箇所に有し、該円弧部分の外径を素材に対して先に当接する円弧部分の外径よりも、後に当接する円弧部分の外径を大きくしたことを特徴とする。

また、絞りローラを、素材に対して先に当接する円弧部分の円弧径よりも、後に当接する円弧部分の円弧径を大きくすることができる。

本発明の内歯車の成形方法及び成形装置によれば、素材に当接する円弧部分を２箇所に有し、素材に対して先に当接する円弧部分の外径よりも、後に当接する円弧部分の外径を大きくした絞りローラを用い、該絞りローラをマンドレルの軸芯と平行方向に移動させることによって円筒形の内歯車を成形するから、素材に対して先に当接する円弧部分で良好なフローフォーミングによる加工を行い、後に当接する円弧部分では、外径差の分だけが押し込み量となって絞りローラをＸ軸方向に移動させることなくマンドレルの歯形の隅部分にまで素材が入り込み、欠肉を生じることのない塑性加工を行うことのできる内歯車の成形方法及び成形装置を提供することができる。

また、素材に対して先に当接する円弧部分の円弧径よりも、後に当接する円弧部分の円弧径を大きくした絞りローラ、例えば、肉厚が６ｍｍ程度の素材の場合、先に当接する円弧部分の円弧径を６〜１２ｍｍ（好ましくは１０ｍｍ程度）、後に当接する円弧部分の円弧径を１８〜２４ｍｍ（好ましくは２０ｍｍ程度）の絞りローラを用いることによって、円弧径の小さい円弧部分においては良好なフローフォーミングによる加工（最適な成形加工）を行うことができ、円弧径の大きい円弧部分においては良好な肉流れを伴う加工（最適な歯形転造加工）をすることができる。

以下、本発明の内歯車の成形方法及び成形装置の実施の形態を、図面に基づいて説明する。なお、従来装置と同様の構造については同一の符号、一連の符号を付し説明を省略する。

図１〜図３に、本発明の内歯車の成形方法及び成形装置の実施例を示す。

この内歯車の成形装置は、周面に歯形２ｃを有するマンドレル２に円板状素材Ｐを取り付け、該円板状素材Ｐに当接する円弧部分Ｒ１、Ｒ２を２箇所に有し、円板状素材Ｐに対して先に当接する円弧部分Ｒ１の外径Ｄ１よりも、後に当接する円弧部分Ｒ２の外径Ｄ２を大きくした絞りローラ１を用い、該絞りローラ１をマンドレル２の軸芯Ｍと平行方向に移動させることによって円筒形の内歯車Ｗを成形するようにしている。

この内歯車の成形装置Ｓは、回転する主軸２０の先端に配設した外周面に歯形２ｃを有するマンドレル２と、該マンドレル２に対向して配設される押圧部材３と、マンドレル２に取り付け、押圧部材３によって挟み込むように固定された円板状素材Ｐに塑性加工を施す絞りローラ１とからなる。

マンドレル２は、従来例と同様、円板状素材Ｐの中心に穿孔した孔Ｐａに嵌入する突起部分２ａを先端に形成するとともに、円板状素材Ｐを円錐台形状に塑性加工するテーパ加工を容易に行うことができるように、先端部分２ｂを面取り加工などによって角度α（αの角度は、２０〜４０°、好ましくは３０°）を設けるようにしている。

押圧部材３は、マンドレル２に取り付けた円板状素材Ｐをマンドレル２側に押圧し、加工中に円板状素材Ｐがマンドレル２から脱落することを防止するためのもので、円板状素材Ｐをマンドレル２側に押圧した状態で、主軸２０の回転に伴って回転するようにベアリングなどによって回動自在に配設されている。

絞りローラ１は、円板状素材Ｐに対して先に当接する円弧部分Ｒ１を形成した第１成形部分１１と、後に当接する円弧部分Ｒ２を形成した第２成形部分１２とからなり、円弧部分Ｒ１の外径Ｄ１よりも、円弧部分Ｒ２の外径Ｄ２が大きくなるようにしている。
この外径Ｄ１、Ｄ２の差は、第１成形部分１１で最適な成形加工を行った後、最適な歯形転造加工である第２成形部分１２での塑性加工の際の押し込み量ｄ（ｄ＝（Ｄ２−Ｄ１）／２）となり、例えば、Ｄ１を２００ｍｍ、Ｄ２を２０３ｍｍとした場合、第２成形部分１２での塑性加工の際の押し込み量は１．５ｍｍとなる。
押し込み量ｄは、円板状素材Ｐの外径、板厚によって適宜変更することができるものである。

そして、第２成形部分１２の円弧部分Ｒ２の円弧径は、第１成形部分１１の円弧部分Ｒ１の円弧径よりも大きくなるようにしている。
具体的には、円板状素材Ｐの板厚が６ｍｍ程度で、加工後の外径が１５０ｍｍ前後となるときには、円弧部分Ｒ１の円弧径を６〜１２ｍｍ（好ましくは１０ｍｍ）、円弧部分Ｒ２の円弧径を１５〜３０ｍｍ（好ましくは２０ｍｍ）とすることが好ましい。

第１成形部分１１と第２成形部分１２とのピッチＬｐ（円弧中心間距離）及び、第１成形部分１１の円弧中心から、第１成形部分１１の円弧部分Ｒ１の頂点部分の延長線が第２成形部分１２の円弧部分Ｒ２と交わる点までの軸芯Ｍと平行な距離Ｌｑは、それぞれ、円板状素材Ｐが第１成形部分１１による塑性加工によって延伸され、カップ状に成形されたときの長さＬよりも大きくすることによって、第１成形部分１１による塑性加工が終了するまで第２成形部分１２を素材Ｐに当接させることなく、良好なフローフォーミングを得るという観点からが好ましいが、Ｌ＞Ｌｐ（Ｌｑ）として、第１成形部分１１による塑性加工が終了間際に第２成形部分１２の塑性加工が開始されても構わない。

絞りローラ１は、ホルダー１４に配設される軸１５にベアリング等によって回動自在に配設されるもので、ホルダー１４は、図１に示すＸ軸、Ｚ軸方向の移動するように制御されている。

また、絞りローラ１の形状は、第１成形部分１１と第２成形部分１２とを凹部１３で連ねた一体構造のほか、図４に示すように、中心部分で第１成形部分１１ａと第２成形部分１２ａとに分割した分割ローラとすることもできる。
この場合、ローラ間にスペーサを配設するなどの方法によってピッチＬｐを容易に変更することができる。

絞りローラ１の配設数は、特に限定されるものではなく、本実施例においては、対向する２箇所に配設した例を示すが、１ローラで行うことができるほか、３ローラ、４ローラで行うことも可能である。

そして、本発明の内歯車の成形方法及び成形装置で加工する円板状素材Ｐは、板厚が１０ｍｍ以下の薄板（例えば６ｍｍ程度）の円板状素材Ｐを用い、本実施例においては、先に従来例と同様に円錐台形状に加工した後に、同一の絞りローラ１で本発明の内歯車の成形方法を施すようにして、素材の付け替えやツールチェンジをすることなく、円板状素材Ｐから内歯車Ｗを成形加工する例を説明する。

まず、円板状素材Ｐを、外周側面に歯形２ｃを有するマンドレル２の端面に取り付け、押圧部材３によって挟み込むように固定する。

次に、図３（ａ）に示すように、絞りローラ１をＺ軸・Ｘ軸の両軸を同時に制御し、矢符Ｙ１方向に移動させ、絞りローラ１の第１成形部分１１を円板状素材Ｐに押し当て、従来例と同様、面取り加工などによって角度αを設けたマンドレル２の先端部分２ｂに沿うように円錐台形状にテーパ加工を施す。

ついで、図３（ｂ）に示すように、絞りローラ１をＺ軸方向（マンドレル２の軸芯Ｍと平行方向）にのみ制御し、矢符Ｙ２方向に移動させ、良好なフローフォーミングによる加工を行うことのできる第１成形部分１１を押し当て、円錐台形状に塑性加工された素材をカップ状に成形する。

そして、絞りローラ１はＸ軸方向にはそのままの状態で、さらに矢符Ｙ２方向に移動させることによって、第１成形部分１１と第２成形部分１２との外径差である押し込み量ｄだけ、円弧径が大きく良好な肉流れを伴う加工（最適な歯形転造加工）をすることのできる第２成形部分１２によってカップ状に成形された素材の周面に塑性加工を施すようにしている。

以上、本発明の内歯車の成形方法及び成形装置について、実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

本発明の内歯車の成形方法及び成形装置は、良好なフローフォーミングによる加工と良好な歯形成形とを１つのローラで行うことができ、欠肉が生じることなくサイクルタイムを短くすることができるという特性を有していることから、薄肉の円板状素材から内歯車を成形する用途に好適に用いることができる。
また、適用対象も、新規の内歯車の成形装置のほか、既設の内歯車の成形装置に対しても、絞りローラを交換することによって適用を可能にすることができる。

本発明の内歯車の成形装置の一部断面の平面図である。 同装置に使用する絞りローラの一部切り欠きの平面図である。 同装置を用いた加工要領を示す説明図で、（ａ）はテーパ加工を、（ｂ）は第１成形部分による加工を、（ｃ）は第２成形部分による加工を説明する一部断面図である。 同装置に使用する絞りローラの別の実施例である。 従来の内歯車の成形方法によって生じる欠肉の説明図である。 従来の内歯車の成形装置の説明図で、（ａ）は素材取り付け状態を、（ｂ）は第一工程を説明する一部断面図を、（ｃ）は第２工程を説明する一部断面図を、（ｄ）はローラの円弧径を説明するローラの一部断面の正面図である。 従来の内歯車の成形方法によって成形される内歯車を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＺ部詳細で、欠肉が生じた歯形部分の拡大図である。

符号の説明

１ 絞りローラ
２ マンドレル
２ｃ 歯形
１１ 第１成形部分
１２ 第２成形部分
Ｄ１ 外径
Ｄ２ 外径
Ｒ１ 円弧部分
Ｒ２ 円弧部分
Ｍ マンドレル軸芯
Ｐ 円板状素材
Ｓ 内歯車の成形装置
Ｗ 内歯車

Claims (4)

1. 周面に歯形を有するマンドレルに素材を取り付け、該素材に絞りローラを押圧することによってマンドレルに押し付け、円筒形の内歯車を形成する内歯車の成形方法において、素材に当接する円弧部分を２箇所に有し、素材に対して先に当接する円弧部分の外径よりも、後に当接する円弧部分の外径を大きくした絞りローラを用い、該絞りローラをマンドレルの軸芯と平行方向に移動させることによって円筒形の内歯車を成形することを特徴とする内歯車の成形方法。
2. 素材に対して先に当接する円弧部分の円弧径よりも、後に当接する円弧部分の円弧径を大きくした絞りローラを用いたことを特徴とする請求項１記載の内歯車の成形方法。
3. 回転する主軸の先端に配設した外周面に歯形を有するマンドレルと、該マンドレルに対向して配設される押圧部材と、マンドレルに取り付け、押圧部材によって挟み込むように固定された円板状素材に塑性加工を施す絞りローラとからなる内歯車の成形装置において、絞りローラは、素材に当接する円弧部分を２箇所に有し、該円弧部分の外径を素材に対して先に当接する円弧部分の外径よりも、後に当接する円弧部分の外径を大きくしたことを特徴とする内歯車の成形装置。
4. 絞りローラを、素材に対して先に当接する円弧部分の円弧径よりも、後に当接する円弧部分の円弧径を大きくしたことを特徴とする請求項３記載の内歯車の成形装置。

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