JP2020040110A - 歯車の転造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】転造ダイスの寿命が長い歯車の転造装置を提供する。【解決手段】側面に複数の歯３ａが形成されると共に、中心軸を回転軸として回転可能に支持された、少なくとも１つの円柱状の転造ダイス３と、転造ダイス３を挟み込むように前記回転軸方向に対向配置され、複数の歯３ａの両端面を押圧する一対の拘束プレート４１、４２と、を備え、転造ダイス３と一対の拘束プレート４１、４２とは、歯車を転造する際に、相対回転不可とされている、歯車の転造装置。【選択図】図２

Description

本発明は、歯車の転造装置に関する。

歯車の転造装置として、少なくとも１つの転造ダイスを備える転造装置が知られている。
特許文献１には、それぞれ複数の歯を有すると共に同期回転可能な一対の転造ダイスを備える転造装置が開示されている。

特開平６−０６３６７５号公報

発明者らは、歯車の転造装置に関し、以下の課題を見出した。
特許文献１に開示されている歯車の転造装置を用いて歯車を転造する場合、対向配置された一対の転造ダイス同士の間隙に歯車を配置し、一対の転造ダイスを同期回転させつつ歯車に接近させる。一対の転造ダイスを同期回転させつつ歯車に接近させると、一対の転造ダイスにそれぞれ形成された複数の歯が、歯車に形成された複数の歯に噛み合うように押圧され、歯車が転造される。

一対の転造ダイスにそれぞれ形成された複数の歯が歯車に形成された複数の歯に噛み合うように押圧されると、一対の転造ダイスに形成された複数の歯は、一対の転造ダイスの回転方向に曲げ応力をそれぞれ受ける。一対の転造ダイスに形成された複数の歯は、一対の転造ダイスの回転方向に曲げ応力を繰り返し受けると、破損する虞がある。

歯車に形成された複数の歯のモジュールが大きい場合、一対の転造ダイスに形成された複数の歯に働く曲げ応力が、歯車に形成された複数の歯のモジュールが小さい場合に比較して大きい。したがって、歯車に形成された複数の歯のモジュールが大きい場合、歯車の転造を繰り返し行うと、歯車に形成された複数の歯のモジュールが小さい場合に比較して、一対の転造ダイスに形成された複数の歯が早期に破損しやすい。つまり、歯車に形成された複数の歯のモジュールが大きい場合、歯車に形成された複数の歯のモジュールが小さい場合に比較して、転造ダイスの寿命が短い。

本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、転造ダイスの寿命が長い歯車の転造装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する一態様は、歯車の転造装置であって、側面に複数の歯が形成されると共に、中心軸を回転軸として回転可能に支持された、少なくとも１つの円柱状の転造ダイスと、前記転造ダイスを挟み込むように前記回転軸方向に対向配置され、前記複数の歯の両端面を押圧する一対の拘束プレートと、を備え、前記転造ダイスと前記一対の拘束プレートとは、歯車を転造する際に、相対回転不可とされている。

本発明に係る歯車の転造装置は、転造ダイスを挟み込むように回転軸方向に対向配置され、複数の歯の両端面を押圧する一対の拘束プレートを備え、転造ダイスと一対の拘束プレートとは、歯車を転造する際に、相対回転不可とされている。したがって、歯車を転造する際に複数の歯が曲げ応力を受けると、複数の歯３ａの両端面は、曲げ応力と反対方向に働く摩擦力を受ける。そのため、歯車の転造を繰り返し行っても、複数の歯の破損が起こりにくい。

本発明に係る歯車の転造装置では、前記転造ダイスの両端面には、凹部が形成され、前記一対の拘束プレートには、前記凹部に嵌合可能な凸部がそれぞれ形成されてもよい。転造ダイスの両端面に形成された凹部に、一対の拘束プレートに形成された凸部が嵌合されると、転造ダイスと一対の拘束プレートと、が、歯車を転造する際に、相対回転不可となる。

本発明によれば、転造ダイスの寿命が長い歯車の転造装置を提供することができる。

第１の実施形態に係る歯車の転造装置の模式斜視図である。 第１の実施形態に係る歯車の転造装置の断面図である。 第２の実施形態に係る歯車の転造装置の模式斜視図である。 第２の実施形態に係る歯車の転造装置の断面図である。 実施例１、２、及び比較例１における形成荷重と変位との関係を示すグラフである。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

（第１の実施形態）
まず、図１及び図２を参照して、第１の実施形態に係る歯車の転造装置の構成について説明する。図１は、第１の実施形態に係る歯車の転造装置の模式斜視図である。図２は、第１の実施形態に係る歯車の転造装置の断面図である。図１に示すように、歯車の転造装置１は、転造ダイス３及び一対の拘束プレート４１、４２を備える。図１に示すように、転造ダイス３には、複数の歯３ａが形成されている。

図２に示すように、歯車の転造装置１は、図１に示した構成に加えて、少なくともボルト６１、６２、及びシャフト７を備え、さらに、一対の加圧プレート５１、５２、ハウジング８、及びベアリング９１、９２等の各部材を備えていてもよいものとする。図２に示す一点鎖線は、歯車の転造装置１の回転軸を示す。なお、当然のことながら、図１及びその他の図面に示した右手系ｘｙｚ直交座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものあり、図面間で共通である。

図２に示すように、歯車の転造装置１は、円柱状の転造ダイス３を備える。転造ダイス３は、シャフト７を挿通可能な孔を中心軸方向に形成されている。転造ダイス３は、ｘ軸正方向側及びｘ軸負方向側に端面を備え、いずれの端面もｙｚ平面すなわち歯車の転造装置１の回転軸に対して垂直な面に平行になるように配置されている。図１に示すように、転造ダイス３は、外側面に複数の歯３ａが形成されている。複数の歯３ａは、それぞれ同じ大きさである。複数の歯３ａは、転造ダイス３の外側面にそれぞれ等間隔に配置されている。転造ダイス３は、高速度工具鋼（例えば、ＪＩＳ規格のマトリックス系）等の金属材料から構成される。

一対の拘束プレート４１、４２は、円盤状の部材である。図２に示すように、一対の拘束プレート４１、４２は、転造ダイス３を挟み込むように転造ダイス３の中心軸方向に対向配置される。一対の拘束プレート４１、４２は、シャフト７を挿通可能な孔を中心軸方向にそれぞれ形成されている。拘束プレート４１のｘ軸正方向側の面は、転造ダイス３のｘ軸負方向側の端面と密着している。拘束プレート４２のｘ軸負方向側の面は、転造ダイス３のｘ軸正方向側の端面と密着している。図２に示すように、一対の拘束プレート４１、４２の直径は、転造ダイス３の歯先円の直径よりも、大きい。一対の拘束プレート４１、４２は、合金工具鋼（例えば、ＪＩＳ規格のＳＫＤ１１材）等の金属材料から構成される。

図２に示すように、一対の拘束プレート４１、４２は、ボルト６１、６２を用いて固定される。固定された拘束プレート４１は、転造ダイス３のｘ軸負方向側の端面をｘ軸正方向側に向かって押圧する。固定された拘束プレート４２は、転造ダイス３のｘ軸正方向側の端面をｘ軸負方向側に向かって押圧する。

図２に示す例では、２本のボルト６１、６２が図示されているが、一対の拘束プレート４１、４２を転造ダイス３に押圧するボルトの本数は、特に限定されない。一対の拘束プレート４１、４２を転造ダイス３に押圧するボルトの本数は、１であってもよいし、２以上であってもよい。また、ボルト６１、６２は、一対の拘束プレート４１、４２を転造ダイス３に押圧可能な位置であれば、どのような位置に配置されていてもよい。

転造ダイス３及び一対の拘束プレート４１、４２には、シャフト７が挿通されている。シャフト７は、転造ダイス３を中心軸方向に回転可能に支持している。シャフト７は、ｘ軸方向に延びる。シャフト７は、図示しないモーター等に接続されており、図２に示す転造ダイス３の中心軸を中心に回転可能である。転造ダイス３は、シャフト７と共に転造ダイス３の中心軸を中心に回転可能である。一対の拘束プレート４１、４２は、ボルト６１、６２を用いて転造ダイス３に押圧されているため、転造ダイス３と共に回転可能である。つまり、シャフト７が回転する際に、転造ダイス３と一対の拘束プレート４１、４２とは、相対回転不可である。

図示しない歯車を転造する際には、図示しない歯車に形成された複数の歯と複数の歯３ａとが噛み合うように、歯車の転造装置１を、回転させつつ図示しない歯車に向かって押圧する。図示しない歯車の転造を行う際に、複数の歯３ａは、曲げ応力を受ける。転造ダイス３と一対の拘束プレート４１、４２とが相対回転不可であるため、曲げ応力を受けた際に曲げ応力と反対方向に働く摩擦力を複数の歯３ａの両端面に受ける。

したがって、一対の拘束プレート４１、４２がボルト６１、６２を用いて転造ダイス３を押圧している場合、一対の拘束プレート４１、４２やボルト６１、６２が配置されていない場合に比較して、曲げ応力に起因する複数の歯３ａの変形が抑制される。そのため、繰り返し歯車の転造を行っても、複数の歯３ａの破損が発生しにくい。つまり、歯車の転造装置１は、一対の拘束プレート４１、４２をボルト６１、６２を用いて転造ダイス３に押圧していない転造装置に比較して、転造ダイス３の寿命が長い。

歯車の転造装置１は、さらに、一対の加圧プレート５１、５２を備えていてもよい。一対の加圧プレート５１、５２は、転造ダイス３及び一対の拘束プレート４１、４２を挟持するように対向配置される円板状の部材である。加圧プレート５１のｘ軸正方向側の面は、拘束プレート４１のｘ軸負方向側の面に密着している。加圧プレート５２のｘ軸負方向側の面は、拘束プレート４２のｘ軸正方向側の面に密着している。一対の加圧プレート５１、５２は、一対の拘束プレート４１、４２と共に、ボルト６１、６２を用いて転造ダイス３に押圧されている。

ボルト６１、６２に、一対の拘束プレート４１、４２に加えて一対の加圧プレート５１、５２を挿通すると、一対の加圧プレート５１、５２をボルト６１、６２に挿通しない場合に比較して、一対の拘束プレート４１、４２を、転造ダイス３により強く押圧することができる。したがって、加圧プレート５１、５２をボルト６１、６２に挿通すると、加圧プレート５１、５２をボルト６１、６２に挿通しない場合に比較して、曲げ応力を受けた際に曲げ応力と反対方向に働く摩擦力を複数の歯３ａの両端面に強く受ける。そのため、加圧プレート５１、５２をボルト６１、６２に挿通すると、加圧プレート５１、５２をボルト６１、６２に挿通しない場合に比較して、転造ダイス３の寿命が長い。

歯車の転造装置１は、さらに、ハウジング８やベアリング９１、９２を備えていてもよい。ハウジング８は、図２に示すように、転造ダイス３、一対の拘束プレート４１、４２、一対の加圧プレート５１、５２、ボルト６１、６２、及びシャフト７等の各部材を覆うように配置される。ハウジング８とシャフト７との間にはベアリング９１、９２が配置されていることが好ましい。ベアリング９１、９２は、シャフト７の回転に伴って、シャフト７とハウジング８との間において回転する。シャフト７が回転する際にベアリング９１、９２が回転すると、シャフト７とハウジング８との間に発生する摩擦力を抑制することができる。

（第２の実施形態）
次に、図３及び図４を参照して、第２の実施形態に係る歯車の転造装置の構成について説明する。図３は、第２の実施形態に係る歯車の転造装置の模式斜視図である。図４は、第２の実施形態に係る歯車の転造装置の断面図である。図４に示すように、歯車の転造装置２は、少なくとも、転造ダイス３、一対の拘束プレート４１、４２、及びシャフト７を備え、さらに、一対の加圧プレート５１、５２、ボルト６１、６２、ハウジング８、及びベアリング９１、９２等の各部材を備えていてもよいものとする。

図４に示すように、歯車の転造装置２において、転造ダイス３には、凹部３１、３２が形成されている。拘束プレート４１には、凸部４１ｂが形成されている。拘束プレート４２には、凸部４２ｂが形成されている。その他の構成については、第１の実施形態で説明した構成と同様であるため、重複した説明は適宜省略する。

図４に示すように、歯車の転造装置２が備える転造ダイス３には、ｘ軸負方向側の端面に凹部３１が形成され、ｘ軸正方向側の端面に凹部３２が形成される。凹部３１、３２の形状は、特に限定されない。凹部３１、３２は、転造ダイス３の各端面に１つ形成されてもよいし、複数形成されてもよい。

図３に示す例では、凹部３１は、複数の歯３ａの端面を含むように形成されている。凹部３２は、凹部３１と同様に、複数の歯３ａの端面を含むように形成されている。凹部３１、３２が複数の歯３ａの両端面を含むように形成されていると、凹部３１、３２が複数の歯３ａの両端面を含まない場合に比較して、複数の歯３ａと一対の拘束プレート４１、４２とのずれをより抑制することができる。

拘束プレート４１のｘ軸正方向側の面には、凸部４１ｂが形成されている。凸部４１ｂは、転造ダイス３に形成された凹部３１に対応した形状である。拘束プレート４１に形成された凸部４１ｂは、転造ダイス３に形成された凹部３１に嵌合される。凸部４１ｂが凹部３１に嵌合された拘束プレート４１は、転造ダイス３のｘ軸負方向側の端面をｘ軸正方向に向かって押圧する。

拘束プレート４２のｘ軸負方向側の面には、凸部４２ｂが形成されている。凸部４２ｂは、転造ダイス３に形成された凹部３２に対応した形状である。拘束プレート４２に形成された凸部４２ｂは、転造ダイス３に形成された凹部３２に嵌合される。凸部４２ｂが凹部３２に嵌合された拘束プレート４２は、転造ダイス３のｘ軸正方向側の端面をｘ軸負方向に向かって押圧する。

一対の拘束プレート４１、４２は、凸部４１ｂ、４２ｂが凹部３１、３２に嵌合されているため、転造ダイス３と共に回転可能である。つまり、シャフト７が回転する際に、転造ダイス３と一対の拘束プレート４１、４２とは、相対回転不可である。図示しない歯車を転造する際には、複数の歯３ａと図示しない歯車に形成された複数の歯とが噛み合うように、歯車の転造装置２を、回転させつつ図示しない歯車に向かって押圧する。図示しない歯車の転造を行う際に、複数の歯３ａは、曲げ応力を受ける。転造ダイス３と一対の拘束プレート４１、４２とが相対回転不可であるため、曲げ応力を受けた際に曲げ応力と反対方向に働く摩擦力を複数の歯３ａの両端面に受ける。

したがって、一対の拘束プレート４１、４２に形成された凸部４１ｂ、４２ｂが転造ダイス３に形成された凹部３１、３２に嵌合されている場合、凸部４１ｂ、４２ｂや凹部３１、３２が形成されていない場合に比較して、曲げ応力に起因する複数の歯３ａの変形が抑制される。そのため、繰り返し歯車の転造を行っても、複数の歯３ａの破損が発生しにくい。つまり、歯車の転造装置２は、一対の拘束プレート４１、４２を備えていない転造装置に比較して、転造ダイス３の寿命が長い。さらに、歯車の転造装置２は、第１の実施形態において説明した効果と同様の効果を奏することができる。

以下、本発明について実施例を示して具体的に説明する。これらの記載により本発明を制限するものではない。

［実施例１］
実施例１では、一対の拘束プレート４１、４２に形成された凸部４１ｂ、４２ｂを、転造ダイス３に形成された凹部３１、３２にそれぞれ嵌合した。実施例１では、転造ダイス３に形成荷重を付与した際における、複数の歯３ａの歯先の変位をＣＡＥ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｉｄｅｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）を用いて計測した。

［実施例２］
実施例２では、一対の拘束プレート４１、４２に形成された凸部４１ｂ、４２ｂを、転造ダイス３に形成された凹部３１、３２にそれぞれ嵌合し、さらに、ボルト６１、６２を用いて一対の拘束プレート４１、４２を転造ダイス３に押圧した。実施例２では、転造ダイス３に形成荷重を付与した際における、複数の歯３ａの歯先の変位を計測した。

［比較例１］
比較例１では、一対の拘束プレート４１、４２を転造ダイス３の端面に配置せずに、転造ダイス３に形成荷重を付与した際における、複数の歯３ａの歯先の変位を計測した。

実施例１、２、及び比較例１における計測結果を図５に示す。図５は、実施例１、２、及び比較例１における形成荷重と変位との関係を示すグラフである。図５に示すように、実施例１、２では、比較例１に比較して、転造ダイス３に形成荷重を付与した際における複数の歯３ａの歯先の変位が小さかった。このことから、一対の拘束プレート４１、４２に形成された凸部４１ｂ、４２ｂを、転造ダイス３に形成された凹部３１、３２にそれぞれ嵌合すると、一対の拘束プレート４１、４１を配置しない場合に比較して、複数の歯３ａに働く曲げ応力を小さくすることができることが確認された。

また、図５に示すように、実施例２は、実施例１に比較して、転造ダイス３に形成荷重を付与した際における複数の歯３ａの歯先の変位が小さかった。このことから、ボルト６１、６２を用いて一対の拘束プレート４１、４２を転造ダイス３に押圧すると、ボルト６１、６２を用いない場合に比較して、複数の歯３ａに働く曲げ応力を小さくすることができることが確認された。

以上で説明した本実施の形態に係る発明により、転造ダイスの寿命が長い歯車の転造装置を提供することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。上記実施の形態では、転造ダイスを１つ備える歯車の転造装置について説明を行った。しかしながら、本発明は、転造ダイスを１つ以上備える歯車の転造装置であれば、どのような技術にも適用可能である。本発明は、例えば、２以上の転造ダイスを備える歯車の転造装置に適用可能である。

１、２ 歯車の転造装置
３ 転造ダイス
３ａ 複数の歯
３１、３２ 凹部
７ シャフト
８ ハウジング
４１、４２ 拘束プレート
４１ｂ、４２ｂ 凸部
５１、５２ 加圧プレート
６１、６２ ボルト
９１、９２ ベアリング

Claims (2)

1. 側面に複数の歯が形成されると共に、中心軸を回転軸として回転可能に支持された、少なくとも１つの円柱状の転造ダイスと、
   前記転造ダイスを挟み込むように前記回転軸方向に対向配置され、前記複数の歯の両端面を押圧する一対の拘束プレートと、を備え、
   前記転造ダイスと前記一対の拘束プレートとは、歯車を転造する際に、相対回転不可とされている、
   歯車の転造装置。
2. 前記転造ダイスの両端面には、凹部が形成され、
   前記一対の拘束プレートには、前記凹部に嵌合可能な凸部がそれぞれ形成される、
   請求項１に記載の歯車の転造装置。

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