JP2687779B2 - 内歯車状ワークの成形方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内歯車状ワークをロー
ル転造法によって成形する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば図３，４に示すように内スプライ
ン２等を有する有底円筒状の内歯車状ワーク１を成形す
る方法として転造による成形方法がある。この方法は、
図５に示すように外スプライン等の外歯車形状のマンド
レル３に予めプレス成形されたカップ状素材４を嵌合さ
せるとともに、このカップ状素材４をマンドレル３とと
もに１ピッチ（歯形形状の１ピッチ）ずつ間欠的に回転
させるのと同期して、回転可能な鼓形のローラ５を中心
Ｃを回転中心として公転運動させ、これによってマンド
レル３側の歯形形状をカップ状素材４に転写して内歯車
状ワーク１を成形するものである。

【０００３】より詳しくは、図６および図７に示すよう
に回転運動するマンドレル３の両側には２本のシャフト
６があり、これら２本のシャフト６は同期して回転する
ようになっている。各シャフト６には中心Ｒの回りを回
転可能なローラ５がローラホルダ７を介して装着されて
おり、シャフト６の回転中心Ｃをはさんで各ローラ５と
反対側の位置にはバランスをとるための図示外のバラン
ス用ローラが設けられている（ただし、バランス用ロー
ラはあくまでバランスをとるためで、加工には直接関与
しない）。

【０００４】そして、図７に示すようにマンドレル３に
嵌合されたカップ状素材４が１ピッチずつ間欠的に回転
するのと同期して、シャフト６がＦ方向の送りを与えら
れながら矢印ａ方向に回転するようになっており、素材
４が静止している間にシャフト６の回転運動によってロ
ーラ５がカップ状素材４に接触すると、ローラ５はシャ
フト６による公転運動に併せてマンドレル３の歯すじ方
向に自転転動してカップ状素材４の一部を印圧する。シ
ャフト６の回転運動に伴ってローラ５がカップ状素材４
から離れるとその間に再びカップ状素材４が１ピッチだ
け回転し、上記のようにローラ５による印圧動作を繰り
返す。

【０００５】その結果、カップ状素材４がその軸心方向
に伸ばされるとともに、カップ状素材４の内周面にはマ
ンドレル３の歯形形状が転写されて図３に示したような
内歯車状ワーク１が成形されることになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の方
法においては、図５に示す板厚比がｔ₂／ｔ₁≦０．５に
なると材料の塑性流動が不十分となり、図８に示すよう
に成形された歯形形状の歯形凸部８の歯面９と歯先面１
０とのなす稜線コーナー部３０に欠肉Ｑやだれが生じや
すい。特に歯車（スプライン）の種類によっては歯形凸
部８の歯面９を平坦形状として、この平坦な歯面９の高
さｈを極力大きく確保したい場合があり、このような場
合には上記の欠肉Ｑやだれの発生は製品として致命的欠
陥となる。そして、上記のような欠肉Ｑやだれの発生を
防止するためにローラ５による加圧力を増大させると、
ローラ５自体の成形面形状が素材４を十分に変形させる
だけの面圧を出し得ない故に内歯車状ワーク１の各部に
残留応力が生じてワーク外周面に凹凸が残るほか、ワー
ク自体がテーパ状あるいは楕円状のものとなり、製品と
しての成形精度の向上に限界がある。

【０００７】本発明は以上のような課題に着目してなさ
れたもので、材料の塑性流動をスムーズに行えるように
して成形精度および歯形凸部の形状精度の向上を図った
成形方法を提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明では、ロ
ール成形工程を二工程に分けたことを基本としており、
内歯車状ワークをロール転造法により成形するにあた
り、外歯車状のマンドレルの外周に円筒状の素材を挿入
するとともに前記素材の外周面にはマンドレルの歯すじ
方向に沿って転動可能なローラを押し付け、前記マンド
レルの間欠的な回転動作に同期してマンドレルに装着さ
れている素材とローラとをマンドレルの歯すじ方向に相
対移動させることによって前記マンドレルの歯形形状を
素材の内周面に転写して内歯車状ワークを成形する方法
において、前記素材のうち内歯車状ワークの歯溝に相当
する部分に順次ローラを押し付けて成形を行うことによ
り、前記歯溝に相当する部分を薄肉化しつつ歯溝の両側
の歯形凸部に相当する部分に材料を補給するファースト
ロール工程と、ファーストロール工程を経た素材のうち
内歯車状ワークの歯形凸部に相当する部分に順次ローラ
を押し付けて成形を行うことにより、素材の外周面を円
筒状に整形しつつ前記歯形凸部を成形するセカンドロー
ル工程とを含んでいることを特徴としている。

【０００９】また、請求項２の発明では、請求項１の成
形方法を基本とした上で、前記セカンドロール工程での
加工に際して、前記マンドレルの歯溝の歯底面に予め突
起部を形成しておき、この突起部により、前記マンドレ
ルの歯溝形状が転写される内歯車状ワークの歯先面と歯
面とのなす稜線コーナー部に素材材料を寄せながら成形
することを特徴としている。

【００１０】

【作用】請求項１の発明によると、最初に素材のうち内
歯車状ワークの歯溝となるべき部分を薄肉化してその素
材材料を歯溝の両側の歯形凸部となるべき部分に補給
し、その上で歯形凸部となるべき部分の素材材料をマン
ドレル側に押し込むようにして成形することにより、素
材材料の塑性流動がスムーズに行われて残留応力の発生
が少なくなり、形状精度の高い内歯車状ワークが得られ
る。

【００１１】特に請求項２の発明のように、予めマンド
レルの歯底面に突起部を形成しておくことにより、内歯
車状ワークの歯先面の稜線コーナー部への素材材料の補
給がより確実に行われ、歯形精度そのものもよくなる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示す図で、図６，
７に示した転造盤を用いてロール成形を行う際に、ファ
ーストロール工程とセカンドロール工程の二工程に分け
て加工を行うものとし、さらにファーストロール工程と
セカンドロール工程では別々のローラを使い分けて加工
を行う。

【００１３】すなわち、ファーストロール工程では図１
の（Ａ）に示すように予備成形用のローラ１１を用い、
マンドレル１３に装着されているカップ状の素材４のう
ちマンドレル１３の歯形凸部１２に対応する部分（内歯
車状ワーク１の歯溝１４となる部分）にローラ１１を押
し付けて成形を行い、図２にも示すように内歯車状ワー
ク１の歯溝１４となる部分を順次薄肉化しつつ素材材料
を歯溝１４となるべき部分の両側に寄せて補給する。そ
の結果として、素材４のうち最終的に内歯車状ワーク１
の歯形凸部８となるべき部分が厚肉化されて素材の外側
に膨出し膨出部１５が形成されることになる。

【００１４】このファーストロール工程での加工は、マ
ンドレル１３に装着された素材４を内歯車状ワーク１の
歯溝間距離を１ピッチとして間欠的に回転させることに
より、基本的に従来と同様の手順により加工することが
できる。

【００１５】一方、ファーストロール工程に続くセカン
ドロール工程では、図１の（Ｂ）および図２に示すよう
に所定曲率の成形面１６を有する仕上加工用のローラ１
７を用い、素材４の膨出部１５すなわち最終的に内歯車
状ワーク１の歯形凸部８となるべき部分に順次ローラ１
７を押し付けて、膨出部１５の素材材料をマンドレル１
３の歯溝１８に押し込み、素材４の外周面を円筒状に整
形しつつ歯形凸部８を成形する。これによってマンドレ
ル１３の歯形形状がそのまま素材４側に転写されて内歯
車状ワーク１が得られる。

【００１６】このセカンドロール工程での加工は、予備
成形用のローラ１１と仕上加工用のローラ１７とを交換
してファーストロール工程で用いたものと同一の転造盤
にて行うか、もしくはセカンドロール工程専用の転造盤
を用いて加工を行うものとし、その際にマンドレル１３
の歯底面１９の中央部には歯すじ方向に沿って予め突起
部２０を形成しておく。この突起部２０があるために、
マンドレル１３側の歯溝１８の中央部から歯底面１９の
コーナー部側への素材材料の塑性流動が積極的にかつス
ムーズに行われ、その歯溝１８の形状が転写された結果
成形される内歯車状ワーク１の歯形凸部８の歯すじ方向
に伸びる歯先面の稜線コーナー部３０での欠肉の発生が
皆無となる。

【００１７】なお、マンドレル１３の歯形形状が転写さ
れた結果として、内歯車状ワーク１の歯先面１０にはマ
ンドレル１３側の突起部２０に対応する凹部２１が形成
されるが、この凹部２１は製品機能上特に問題となるこ
とはない。また、マンドレル１３の歯底面１９に予め形
成される突起部２０の曲率半径および高さは、成形しよ
うとする内歯車状ワーク１の歯形凸部８の大きさ等に応
じて適宜設定される。

【００１８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、内歯車状
ワークをロール転造法により成形するにあたり、ワーク
の歯溝部を成形しながら歯溝部の両側の歯形凸部となる
べき部分に素材材料を補給するファーストロール工程
と、素材を円筒状に整形しつつ歯形凸部を成形するセカ
ンドロール工程の二工程に分けて加工を行うようにした
ことにより、特に歯形凸部を成形する際の素材材料の塑
性流動がスムーズに行われ、歯形凸部の歯先面の稜線コ
ーナー部までも十分に素材材料が充填されることから欠
肉やだれ等の発生がなく、歯形凸部そのものの形状精度
の向上と併せて内歯車状ワークの成形精度が向上する。

【００１９】特に請求項２の発明のように、マンドレル
の歯溝の歯底面に予め突起部を形成しておくことによっ
て、歯形凸部の歯先面における稜線コーナー部での素材
材料の充填がより確実に行われるようになる。その結
果、例えば平坦な歯面の歯形形状を必要とする場合でも
歯先面と歯面とのなす稜線コーナー部での曲率半径をよ
り小さくして必要十分な歯面高さを確保できるようにな
り、歯車としての動力伝達時の噛み合い面積の増大によ
って面圧が低下し、バックラッシュの解消や騒音の低減
ならびに歯車そのものの長寿命化にも貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す工程説明図。

【図２】本発明の一実施例を示す図で、カップ状の素材
から内歯車状ワークへの形状変化を示す断面図。

【図３】内歯車状ワークの一例を示す斜視図。

【図４】図３のＡ−Ａ線に沿う断面図。

【図５】従来のロール転造法の一例を示す工程説明図。

【図６】図５のロール転造法に用いられる転造盤の要部
拡大説明図。

【図７】図６の平面説明図。

【図８】従来の内歯車状ワークにおける歯形の要部拡大
図。

【符号の説明】

１…内歯車状ワーク ４…カップ状素材（円筒状の素材） ８…歯形凸部 ９…歯面 １０…歯先面 １１…予備成形用のローラ １３…マンドレル １４…歯溝 １５…膨出部 １７…仕上加工用のローラ １８…歯溝 １９…歯底面 ２０…突起部 ３０…稜線コーナー部

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内歯車状ワークをロール転造法により成
   形するにあたり、外歯車状のマンドレルの外周に円筒状
   の素材を挿入するとともに前記素材の外周面にはマンド
   レルの歯すじ方向に沿って転動可能なローラを押し付
   け、前記マンドレルの間欠的な回転動作に同期してマン
   ドレルに装着されている素材とローラとをマンドレルの
   歯すじ方向に相対移動させることによって前記マンドレ
   ルの歯形形状を素材の内周面に転写して内歯車状ワーク
   を成形する方法において、 前記素材のうち内歯車状ワークの歯溝に相当する部分に
   順次ローラを押し付けて成形を行うことにより、前記歯
   溝に相当する部分を薄肉化しつつ歯溝の両側の歯形凸部
   に相当する部分に材料を補給するファーストロール工程
   と、 ファーストロール工程を経た素材のうち内歯車状ワーク
   の歯形凸部に相当する部分に順次ローラを押し付けて成
   形を行うことにより、素材の外周面を円筒状に整形しつ
   つ前記歯形凸部を成形するセカンドロール工程、 とを含むことを特徴とする内歯車状ワークの成形方法。
2. 【請求項２】 内歯車状ワークをロール転造法により成
   形するにあたり、外歯車状のマンドレルの外周に円筒状
   の素材を挿入するとともに前記素材の外周面にはマンド
   レルの歯すじ方向に沿って転動可能なローラを押し付
   け、前記マンドレルの間欠的な回転動作に同期してマン
   ドレルに装着されている素材とローラとをマンドレルの
   歯すじ方向に相対移動させることによって前記マンドレ
   ルの歯形形状を素材の内周面に転写して内歯車状ワーク
   を成形する方法において、 前記素材のうち内歯車状ワークの歯溝に相当する部分に
   順次ローラを押し付けて成形を行うことにより、前記歯
   溝に相当する部分を薄肉化しつつ歯溝の両側の歯形凸部
   に相当する部分に材料を補給するファーストロール工程
   と、 ファーストロール工程を経た素材のうち内歯車状ワーク
   の歯形凸部に相当する部分に順次ローラを押し付けて成
   形を行うことにより、素材の外周面を円筒状に整形しつ
   つ前記歯形凸部を成形するセカンドロール工程とを含
   み、 前記セカンドロール工程での加工に際して、前記マンド
   レルの歯溝の歯底面に予め突起部を形成しておき、この
   突起部により、前記マンドレルの歯溝形状が転写される
   内歯車状ワークの歯先面と歯面とのなす稜線コーナー部
   に素材材料を寄せながら成形することを特徴とする内歯
   車状ワークの成形方法。