JP3298765B2 - 高精度歯車転造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高精度歯車熱間転造
方法に関する。本発明方法は、例えば車両における歯部
を備えたフライホィール、駆動系の歯車の製造に適用で
きる。

【０００２】

【従来の技術】歯車は、円盤状の素材をホブ切削、シェ
ービング仕上を経て製造するのが一般的である。しかし
この方法では、歯車の外径や歯幅が大きくなると、生産
能率が悪化し、コストアップの要因となる。そこで産業
界では、歯車の歯部を転造で創成する技術が開発されて
いる。この技術によれば、円盤状をなす金属製の被加工
物としてのブランクを高温領域に加熱した状態で、対を
なすローラダイスを回転しつつ、ブランクの外周部に押
込むことにしている。上記した転造技術によれば、熱間
における転造加工に伴い、ブランクの外周部に歯部が創
成される。

【０００３】また従来より、ホブ切り歯車を冷間で仕上
転造する技術も開発されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した転造技術によ
れば、ホブ切削・シェービング仕上方式に比較して、コ
スト低減に有利である。しかしながら高精度歯車として
は、歯部の精度は必ずしも充分ではない。またホブ切り
歯車を冷間で仕上転造する技術によれば、歯溝の振れ、
累積ピッチ誤差等の歯車全体の矯正は、実質的に不可能
である。

【０００５】本発明は上記した実情に鑑みなされたもの
であり、各請求項は、従来の転造技術では得られなかっ
た高精度の歯部が得られる高精度歯車転造方法を提供す
ることを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る高精度歯
車転造方法は、円盤状をなす鉄系の材質からなる被加工
物の外周部を高温領域に加熱する加熱工程と、ローラダ
イスを用いて、加熱された被加工物の外周部を熱間創成
転造して被加工物の外周部に歯部を創成し転造歯車を得
る熱間創成転造工程と、仕上ローラダイスを用いて、転
造歯車の歯部を温間仕上転造する温間仕上転造工程とを
順に実施する高精度歯車転造方法であり、加熱工程にお
いて、該被加工物の外周部のうち、該転造歯車の歯部の
歯丈の１〜２倍の深さ領域を９００〜１１５０℃に加熱
し、加熱終了から転造開始までの時間を５秒以内とし、
熱間創成転造工程における開始温度Ｔ ₁ ：８５０〜１１
００℃、終了温度Ｔ ₂ ：５００〜７００℃に設定し、温
間仕上転造工程における開始温度Ｔ ₃ ：４００〜７００
℃、終了温度Ｔ ₄ ：２００〜６５０℃に設定しているこ
とを特徴とすることを特徴とするものである。

【０００７】

【０００８】請求項３に係る高精度歯車転造方法は、請
求項２において、ローラダイスと仕上ローラダイスとを
同軸上にかつ直列的に配置したローラ押込装置を用い、
転造歯車の温度を常温領域に降温させることなく、熱間
創成転造工程の直後に温間仕上転造を連続的に行うこと
を特徴とするものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】 形態 本発明方法では図１に示す連続形態、図２に示す非連続
形態を採用できる。図１に示す連続形態によれば、高周
波誘導加熱で加熱した鉄系の被加工物を用い、熱間創成
転造の直後に、常温領域に降温させることなく、転造歯
車がもつ残熱を利用して連続的に温間仕上転造を実施す
る。

【００１０】図２に示す非連続形態によれば、熱間創成
転造の直後に一旦、転造歯車を常温領域まで冷却する。
その後に、再び転造歯車を温間領域に高周波誘導加熱し
て温間仕上転造を実施する。 設定温度 図１に示す連続形態及び図２に示す非連続形態における
設定温度について、その意義と共に、次の（Ａ）〜
（Ｃ）で述べる。 （Ａ）誘導加熱工程における加熱温度は、被加工物とし
てのブランクの外周部のうち、歯部の歯丈の１〜２倍程
度、特に１．２〜１．４倍程度の深さの領域が９００〜
１１５０℃になる様に設定する。なお誘導加熱による表
皮効果のため、被加工物の中央域の温度は低温（一般的
には５０〜２００℃程度）である。 （Ｂ）熱間創成転造工程における開始温度Ｔ₁ は８５０
〜１１００℃に設定する。開始温度Ｔ₁ が低温である
と、図３の矢印（ａ）から理解できる様に歯部の歯先へ
の塑性流動不良のため、盛り上がり不足が発生し易くな
り、また図３の矢印（ｂ）から理解できる様に歯元のま
くれ込み欠陥が発生し易くなる。

【００１１】また図４の一般的試験結果から理解できる
様に、被加工物であるブランクの転造開始温度が低温域
に移行すると、ブランクの硬度が高くなり、ローラダイ
スのダイス寿命が大幅に減少する。そのため熱間創成転
造における開始温度Ｔ₁ の下限を８５０℃に設定した。
また熱間創成転造工程における開始温度Ｔ₁ が高温過ぎ
ると、図５の一般的試験結果から理解できる様に、被加
工物としてのブランクの表面において生成する酸化スケ
ールが厚くなり、これを考慮し、開始温度Ｔ₁ の上限を
１１００℃に設定した。

【００１２】熱間創成転造工程における終了温度Ｔ₂ は
５００〜７００℃に設定する。終了温度Ｔ₂ が低温すぎ
ると、適切な温間仕上転造の開始温度が得られないた
め、熱間創成転造における終了温度Ｔ₂ の下限を５００
℃に設定する。また終了温度Ｔ ₂ が高温すぎる場合に
は、熱間創成転造の開始温度Ｔ₁ を１１００℃をかなり
越える温度にする必要があり、被加工物が過剰に高温と
なり、好ましくない。

【００１３】従って熱間転造している間に、ブランクの
被転造部分の温度はＡ₁ 変態点を通過するものであり、
加工熱処理による組織微細化効果も期待できる。 （Ｃ）温間仕上転造工程における開始温度Ｔ₃ は４００
〜７００℃に設定する。開始温度Ｔ₃ が低温であれば、
仕上転造における矯正効果が少なくなるからである。特
に転造歯車における歯部の歯面のみならず、歯溝の振れ
や累積ピッチ誤差の矯正は、後述の図７の試験結果から
理解できる様に、４００℃未満では困難である。そこで
開始温度Ｔ₃ の下限を４００℃とする。

【００１４】更に温間仕上転造における開始温度Ｔ₃ が
高温すぎると、冷却の際に温度因子による微妙な熱収縮
量が大きくなり、仕上転造による歯部の歯面におけるバ
ニッシュの効果が薄れてしまう。そこで開始温度Ｔ₃ の
上限を７００℃とする。温間仕上転造工程における終了
温度Ｔ₄ は２００〜６５０℃に設定する。終了温度Ｔ₄
が低温であれば、仕上転造における良好なる矯正効果が
期待できない。終了温度Ｔ₄ が高温であると、冷却の際
に温度因子による微妙な熱収縮が大きくなり、仕上転造
による歯部の歯面におけるバニッシュの効果が薄れてし
まう。そこで温間仕上転造工程における終了温度Ｔ₄ を
２００〜６５０℃に設定する。

【００１５】なお本形態によれば、温度Ｔ₁ 、Ｔ₂ 、Ｔ
₃ 、Ｔ₄ はそれぞれ所定の温度幅で設定されているが、
この温度幅の範囲内であるかぎり、その温度幅を狭くす
る様に、前記した温度幅の上限値を５℃、１０℃、１５
℃ずつ降温化したり、前記した下限値を５℃、１０℃、
１５℃ずつ昇温化したりすることも、転造条件の如何に
よっては好ましい。被加工物の炭素含有量等によって、
適切な転造温度が変化することもあるからである。 噛み込み形態 図６はローラダイスの噛み合い形態を模式的に示す。図
６（Ａ）に示す様に、熱間創成転造で用いるローラダイ
ス３２の加工歯３２ｃと転造歯車の歯部とは、型対象で
ある。また図６（Ｂ）に示す温間仕上転造で用いる仕上
ローラダイス３３の加工歯３３ｃと転造歯車の歯部７８
ｃとは、必ずしも型対象ではない。即ち図６（Ｂ）から
理解できる様に、転造歯車の歯部７８ｃの歯面７８ｄは
バニッシュ加工されるものの、転造歯車の歯部７８ｃの
歯先面７８ｅ及び歯元面７８ｆは、仕上ローラダイス３
３の加工歯３３ｃに触れず、加工されない。 試験例 転造歯車の精度と温間仕上転造の開始温度Ｔ₃ との関係
を図７に示す。図７の縦軸の左側は歯形誤差の向上代を
示し、図７の縦軸の右側は歯溝の振れの向上代、累積ピ
ッチ誤差の向上代を示す。なお向上代とは、（仕上転造
の前後での寸法精度差／仕上転造前の寸法精度）×１０
０％を示し、仕上代の値が大きい方が仕上転造による矯
正効果が高いことを意味する。図７に示すハッチングマ
ークは歯形誤差を示し、○マークが歯溝の振れを示し、
右半分を黒色で塗り潰したマークは累積ピッチ誤差を示
す。なお歯形誤差、歯溝の振れ、累積ピッチ誤差はそれ
ぞれＪＩＳ規格に基づく。

【００１６】図７に示す試験結果から理解できる様に、
温間仕上転造の開始温度Ｔ₃ が４００℃を越える場合に
は、歯形誤差の向上代、歯溝の振れの向上代、累積ピッ
チ誤差の向上代が高い。特に歯形誤差の向上代の改善効
果が大きい。しかしながら温間仕上転造の開始温度Ｔ₃
が４００℃未満の場合には、精度の矯正効果は低減す
る。

【００１７】この試験例は、ブランクの材質は炭素鋼
（ＪＩＳ：Ｓ５８Ｃ）、目標とする転造歯車の歯直角モ
ジュールは２．４、歯数は６５、ねじれ角３０°のはす
ば歯車を狙うものである。試験片の数は１０個である
（ｎ＝１０）。ブランク保持部は、左右からの押込荷重
に伴い押込方向に移動可能な浮動式を採用した。そし
て、熱間創成転造工程における開始温度Ｔ₁ は９５０
℃、終了温度Ｔ₂ は６５０℃に設定し、熱間創成転造工
程では、一対のローラ押込装置の押込荷重がそれぞれ５
ｔｏｎｆであり、３．５秒間の押込操作と３．５秒間の
サイジング操作とが実行されている。

【００１８】そして上記した様に熱間創成転造に引き続
いて、図２に示す形態で温間仕上転造（開始温度Ｔ₃ ＝
６００℃、終了温度Ｔ₄ ＝４５０℃）を行った転造歯車
を用い、歯部のプロフィールも測定した。即ち、温間仕
上転造前における転造歯車を用い、その周方向において
９０°間隔で配置した歯部を（Ａ）〜（Ｄ）とし、その
各歯形のプロフィールを図８に示し、歯すじ方向のプロ
フィールを図９に示す。（Ａ）（Ａ）はある１個の歯部
の互いに背向する左右のそれぞれの歯面のプロフィール
を示す。（Ｂ）（Ｂ）は他の１個の歯部の互いに背向す
る左右のそれぞれの歯面のプロフィールを示す。（Ｃ）
（Ｃ）、（Ｄ）（Ｄ）の形態も同様である。

【００１９】図８において各プロフィールの下部にバン
ド幅誤差（単位：μｍ）、圧力角誤差（単位：μｍ）を
示す。また図９において各プロフィールの下部に歯すじ
方向誤差（単位：μｍ）、ねじれ角誤差（単位：μｍ）
を示す。そして温間仕上転造後における歯形のプロフィ
ールを図１０において示し、歯すじ方向のプロフィール
を図１１に示す。そして同様にバンド幅誤差、圧力角誤
差、歯すじ方向誤差、ねじれ角誤差も示す。

【００２０】図８と図１０との比較から理解できる様
に、バンド幅誤差、圧力角誤差で改善効果が見られる。
更に図９と図１１との比較から理解できる様に、歯すじ
方向誤差が改善されており、ねじれ誤差でも改善のあと
が見られる。更に図１２に温間仕上転造前における歯溝
の振れ、累積ピッチ誤差（Ｒ）（Ｌ）を示す。図１３に
温間仕上転造後における歯溝の振れ、累積ピッチ誤差
（Ｒ）（Ｌ）を示す。歯溝の振れは仕上転造前では７１
μｍあったものが、２４μｍと減少した。累積ピッチ誤
差（Ｒ）は温間仕上転造前では１１３μｍあったもの
が、８８μｍと減少した。累積ピッチ誤差（Ｌ）は温間
仕上転造前では１１０μｍあったものが、８０μｍと減
少した。

【００２１】なお本発明方法において、加熱手段は上記
の様に誘導加熱であっても、また誘導加熱以外であって
も良く、高速で高温領域に加熱できる手段が好ましい。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１４〜図２１を参
照して具体的に説明する。 （実施例に係る装置の構造）まず使用する装置を図１４
を参照して説明する。図１４は装置全体の平面図であ
る。図１５は要部の正面図である。

【００２３】図１４において、ブランク保持部１は、互
いに対向する太径の第１保持軸１１ａを備えた第１ブラ
ンク保持部１１と、太径の第２保持軸１２ａを備えた第
２ブランク保持部１２とで構成されている。ブランク回
転手段として機能する第１モータ２１が駆動すると、第
１ブランク保持部１１はこれの周方向（図１５における
矢印Ｅ１方向）に回転される。更に第１ブランク保持部
１１を移動するためのブランク搬送用の第２モータ２２
が装備されている。第２モータ２２が回転すると、ボー
ル螺子軸２４ｒがこれの周方向に回転し、第１ブランク
保持部１１ひいてはブランク７が矢印Ｙ１、Ｙ２方向に
搬送される。

【００２４】更に図１４においてブランク回転手段とし
て機能する第３モータ２３が駆動すると、伝達トルク可
変クラッチ２６（例えばパウダークラッチ）を介して第
２ブランク保持部１２はこれの周方向つまり第１ブラン
ク保持部１１の回転方向と同じ方向に回転される。また
第２ブランク保持部１２搬送用の油圧シリンダ２９が駆
動すると、第２ブランク保持部１２はボールスプライン
２６ｆにより第１ブランク保持部１１に向けて矢印Ｙ３
方向に移動され、第２ブランク保持部１２と第１ブラン
ク保持部１１とでブランク７を挟持して圧着できる。

【００２５】第１ブランク保持部１１の先方には、ブラ
ンク７を誘導加熱するためのリング状をなす加熱手段と
して機能する高周波加熱コイル２８が配置されている。
高周波加熱コイル２８によるブランクの加熱状況は、放
射温度計である温度センサ２８ｃにより検出される。ロ
ーラ押込装置３は、ブランクの半径方向においてブラン
ク７を挟装する様に配置された対をなす第１ローラ押込
装置３１と第２ローラ押込装置４１とで構成されてい
る。第１ローラ押込装置３１は、熱間加工用の転造工具
として機能する第１ローラダイス３２と、温間仕上加工
用の仕上転造工具として機能する第１仕上ローラダイス
３３と、第１ローラダイス３２と第１仕上ローラダイス
３３とを同軸的に直結する第１連結軸３４と、第１ロー
ラダイス３２及び第１仕上ローラダイス３３を回転可能
に保持する第１ハウジング３６とを備えている。更に第
１ローラ押込装置３１は、第４モータ２４、第１ボール
螺子軸３７とを備えている。

【００２６】図１４において、同様に第２ローラ押込装
置４１は、熱間加工用の転造工具として機能する第２ロ
ーラダイス４２と、温間仕上加工用の仕上転造工具とし
て機能する第２仕上ローラダイス４３と、第２ローラダ
イス４２と第２仕上ローラダイス４３とを同軸的に直結
する第２連結軸４４と、第２ローラダイス４２及び第２
仕上ローラダイス４３を回転可能に保持する第２ハウジ
ング４６とを備えている。更に第２ローラ押込装置４１
は、第５モータ２５、第２ボール螺子軸４７を備えてい
る。

【００２７】第１ハウジング３６は、ブランク７に対し
て矢印Ｘ１方向に押込可能および矢印Ｘ２方向に離間可
能とされている。第２ハウジング４６は、ブランク７に
対して矢印Ｘ１方向に押込可能および矢印Ｘ２方向に離
間可能とされている。図１４から理解できる様に第１ハ
ウジング３６は平面『コ』の字形状をなしており、互い
に対向する２個の厚肉の第１対向壁部３６ａ、３６ｂ
と、第１対向壁部３６ａ、３６ｂ同士をつなぐ厚肉の第
１連設壁部３６ｃとを備えている。第２ハウジング４６
も同様に平面『コ』の字形状をなしており、互いに対向
する２個の厚肉の第２対向壁部４６ａ、４６ｂと、第２
対向壁部４６ａ、４６ｂ同士をつなぐ厚肉の第２連設壁
部４６ｃとを備えている。

【００２８】図１５から理解できる様に第１ハウジング
３６及び第２ハウジング４６はそれぞれ、これらを支持
する基台３ａの案内部３ｂにそって矢印Ｘ１、Ｘ２方向
に移動可能に配置されている。さて図１４において第４
モータ２４が駆動すると、その駆動力は第１減速機２４
ｉで減速されて第１ボール螺子軸３７に伝達され、第１
ボール螺子軸３７がこれの周方向に回転し、これにより
第１ハウジング３６が矢印Ｘ１方向に搬送され、ひいて
は第１ハウジング３６に保持されている第１ローラダイ
ス３２及び第１仕上ローラダイス３３が同方向に搬送さ
れ、ブランク７に押し込まれる。

【００２９】またこの第４モータ２４が逆動すると、第
１ボール螺子軸３７がこれの周方向に逆回転し、これに
より第１ハウジング３６が矢印Ｘ２方向に搬送され、第
１ローラダイス３２及び第１仕上ローラダイス３３が同
方向に搬送され、ブランク７から離間する。従って第４
モータ２４、第１ボール螺子軸３７は、第１ローラダイ
ス３２及び第１仕上ローラダイス３３をブランク７に押
し込む押込駆動及び後退駆動手段として機能する。

【００３０】同様に図１４において第５モータ２５が駆
動すると、その駆動力は第２減速機２５ｉで減速されて
第２ボール螺子軸４７に伝達され、第２ボール螺子軸４
７がこれの周方向に回転し、これにより第２ハウジング
４６が矢印Ｘ１方向に搬送され、第２ローラダイス４２
及び第２仕上ローラダイス４３が同方向に搬送され、ブ
ランク７に押し込まれる。

【００３１】この第５モータ２５が逆動すると、第２ボ
ール螺子軸４７がこれの周方向に逆回転し、これにより
第２ハウジング４６が矢印Ｘ２方向に搬送され、第２ロ
ーラダイス４２及び第２仕上ローラダイス４３が同方向
に搬送され、ブランク７から離間する。従って第５モー
タ２５、第２ボール螺子軸４７は、第２ローラダイス４
２及び第２仕上ローラダイス４３をブランク７に押し込
む押込駆動手段として機能する。

【００３２】第１ハウジング３６に作用する負荷荷重は
第１ロードセル３６ｒで検知され、第１ハウジング３６
の移動量は第１リニヤスケール３６ｋで検知される。第
２ハウジング４６に作用する負荷荷重は第２ロードセル
４６ｒで検知され、第２ハウジング４６の移動量は第２
リニヤスケール４６ｋで検知される。各検知信号は制御
系に入力される。

【００３３】前記した第４モータ２４及び第５モータ２
５はそれぞれサーボモータであり、制御系からの押込同
期指令信号や離間同期指令信号により制御され、第１ボ
ール螺子軸３７及び第２ボール螺子軸４７を同期して作
動させる。これにより第１ローラダイス３２と第２ロー
ラダイス４２とを同期させて矢印Ｘ１方向に同期させて
押し込んだり、矢印Ｘ２方向に同期させて離間させ得
る。

【００３４】また図１４において制御系からの駆動指令
信号によりサーボモータであるダイス回転用モータ５が
駆動すると、減速用の歯車５０、歯車５１を介して第１
減速機５２が作動し、更に回転軸５２ｅ、第１等速ユニ
バーサルジョイント５３を介して第１連結軸３４、第１
仕上ローラダイス３３、第１ローラダイス３２が共に回
転し、転造が行われる。

【００３５】更に第１ダイス回転用モータ５の駆動力
は、位相合せ機構５５ｘ、第２減速機５５、回転軸５５
ｅ、第２等速ユニバーサルジョイント５６を介して第２
連結軸４４、第２仕上ローラダイス４３、第２ローラダ
イス４２に伝達され、これらが回転し、転造が行われ
る。位相合せ機構５５ｘは、第１ローラダイス３２の加
工歯の周方向の位相と第２ローラダイス４２の加工歯の
周方向の位相とを対応させるものであり、第１ローラダ
イス３２と第２ローラダイス４２とのダイス位相差を解
消させる機能をもつ。例えば、この位相合せ機構５５ｘ
は、放射方向にのびる多数個の係合歯が周方向に列設さ
れた一対の盤体５５ｙと、一対の盤体５５ｙを連結する
連結手段とで構成でき、盤体５５ｙの周方向における係
合歯の噛み合い位置を調整することにより、ダイス位相
差を調整できる。

【００３６】次に図１６を参照してブランク保持部１の
保持機構について説明を加える。即ち、図１６に示す様
に第１ブランク保持部１１は、先端に向かうにつれて外
径が小さくなる第１円錐面１１ｃを備えた剛性の高い第
１保持軸１１ａと、第１保持軸１１ａの挿通孔１１ｄに
摺動可能に挿通された作動軸１４と、作動軸１４の先端
の鍔部１４ｃに係合して第１保持軸１１ａの先端に配置
されたスリーブ状の締め体１５と、半径方向外方つまり
矢印Ｃ１方向に変位可能な係合爪として機能するコレッ
ト１６と、第１保持軸１１ａの先端面に図略のボルトで
保持されたリング状の押圧体１７とを備えている。

【００３７】図１６において作動軸１４が矢印Ｄ１方向
に作動すると、締め体１５が同方向に変位し、これによ
り締め体１５の円錐面１５ｈがコレット１６の円錐面１
６ｔを強圧し、コレット１６が矢印Ｃ１方向に変位し、
これによりコレット１６がブランク７の中央孔の内壁面
７１を矢印Ｃ１方向に付勢し、以て第１ブランク保持部
１１にブランクが保持される。

【００３８】第２ブランク保持部１２は、軸先端に形成
された圧入孔１８と、軸先端に図略のボルトで保持され
たリング状の押圧体１９とを備えている。圧入孔１８に
は、若干のテーパをもつ案内壁面１８ｋが形成されてい
る。そして、ブランク７を保持するために、第１ブラン
ク保持部１１と第２ブランク保持部１２とが軸長方向に
おいて相対的に接近すると、図１６に示す様に第２ブラ
ンク保持部１２の第２保持軸１２ａの圧入孔１８が締め
体１５に圧入される。すると、締め体１５の半径方向に
おける変位が拘束される。よってコレット１６がブラン
ク７を拘束する力が高剛性化し、第１ブランク保持部１
１と第２ブランク保持部１２とでブランク７が強固に保
持される。従って第１ブランク保持部１１及び第２ブラ
ンク保持部１２で保持されたブランク７は、押込方向つ
まり矢印Ｘ１、Ｘ２方向において実質的に浮動できず、
固定式とも呼ばれる非浮動式とされている。

【００３９】（本装置における特性値）上記した構成が
採用されている本実施例に係る装置によれば、特性値は
次の様に設定されている。 ○ブランク保持剛性 本実施例によればブランク保持部１によるブランク保持
剛性は、押込方向つまり矢印Ｘ１方向において０．１ｍ
ｍ／ｔｏｎｆよりも高剛性に設定されている。具体的に
は０．０１〜０．０８５ｍｍ／ｔｏｎｆ、あるいは、
０．０７〜０．０８ｍｍ／ｔｏｎｆに設定できる。

【００４０】ブランク保持部１によるブランク保持剛性
は次の様に定義される。図１６においてアンバランス力
ΔＷ’によって、第１保持軸１１ａ及び第２保持軸１２
ａが仮想線で示す様に撓んで、押込方向つまり矢印Ｘ
１、Ｘ２方向においてブランク７の変位ΔＢ_S が生じた
とする。なお理解容易のため、仮想線による撓みは誇張
して示されている。このときブランク保持剛性をＥ_B と
すると、Ｅ_B は次の式で規定される。

【００４１】 Ｅ_B ＝｛ΔＢ_S （ｍｍ）／ΔＷ’（ｔｏｎｆ）｝ 上記した様にブランク保持剛性Ｅ_B を０．１ｍｍ／ｔｏ
ｎｆよりも高剛性化するには、コレット１６の外壁面と
ブランク７の中央孔の内壁面７１との間のがたが極微小
あるいは零であること、第１ブランク保持部１１の第１
保持軸１１ａ、第２ブランク保持部１２の第２保持軸１
２ａの押込方向（矢印Ｘ１、Ｘ２方向）における剛性が
高いことなどが必要である。これらは、第１保持軸１１
ａや第２保持軸１２ａの大径化、第１ハウジング３６や
第２ハウジング４６の厚肉化、剛性を高める補強リブの
増設、更には剛性に富む材料を母材として選択すること
や、ハウジングとベッドとの間の摺動面のガタを油圧ロ
ック機構でゼロにすることで達成できる。

【００４２】○押込同期精度 第１ローラダイス３２及び第２ローラダイス４２の押込
同期精度は、第１ローラダイス３２及び第２ローラダイ
ス４２を同期させてブランク７に押し込むときに、双方
の押込量の転造中における平均偏差を意味する。本実施
例によれば、転造中において、押込方向つまり矢印Ｘ１
方向における第１ローラダイス３２及び第２ローラダイ
ス４２の押込同期精度ΔＬは、０．０３ｍｍよりも高い
同期精度に設定されている。具体的には０．００５〜
０．０３ｍｍに設定されている。本実施例によれば、第
１ローラダイス３２や第２ローラダイス４２の押込同期
精度ばかりでなく、第１仕上ローラダイス３３及び第２
仕上ローラダイス４３についても、同様な範囲とされて
いる。

【００４３】押込同期精度ΔＬは次の様に把握される。
即ち、図１５においてブランク７に触れる第１ローラダ
イス３２の先端とブランク保持部１の中心軸線との間の
距離をＬ_LS（ｍｍ）とし、ブランク７に触れる第２ロー
ラダイス４２の先端とブランク保持部１の中心軸線との
間の距離をＬ_RS（ｍｍ）とする。下添字の『Ｓ』はロー
ラダイスの先端を意味する。

【００４４】このときある時刻における瞬間値としての
押込同期精度をΔＬ’とすると、ΔＬ’はその時刻にお
ける第１ローラダイス３２の押込量と第２ローラダイス
４２の押込量との差の絶対値、つまりΔＬ’＝｜Ｌ_LS−
Ｌ_RS｜で示される。前述した様にΔＬ’は瞬間値であ
り、転造開始時から転造終了までの間に変動するため、
その瞬間値ΔＬ’の平均値を、本発明に係る押込同期精
度ΔＬと規定する。

【００４５】なお、前記したΔＬ’は、無負荷時におけ
るローラ押込装置３の本来の送り同期精度と、転造中に
おけるローラ押込装置３のたわみ量とに影響を受ける。
本実施例の様な高精度の押込同期精度ΔＬを得るには、
油圧を利用した油圧押込方式では不充分と考えられる。
送り精度が充分ではないからである。図１４に示した様
に精密なボール螺子軸３７、４７を用いるボール螺子方
式を採用すると共に、サーボモータであるモータ２４、
２５でボール螺子軸３７、４７を同期作動制御するサー
ボ制御方式との組合わせにより、第１ローラダイス３２
や第２ローラダイス４２を押込方向に送る送り精度を高
めること、さらには次に述べる様にローラ押込装置３の
剛性を高剛性化することにより、前記した高精度の押込
同期精度を達成できる。

【００４６】○ローラ押込装置３の剛性 本実施例によれば、ローラ押込装置３の剛性は、０．０
３ｍｍ／ｔｏｎｆよりも高剛性に設定されている。具体
的には０．０３３〜０．０１ｍｍ／ｔｏｎｆに設定され
ている。ローラ押込装置３における剛性は次の様に定義
される。図１７において無負荷時においてブランク保持
部１の中心軸線からローラダイス４２の先端までの距離
をＬ_RSO （ｍｍ）とする。また荷重Ｆ（ｔｏｎｆ）が作
用したときにおいてブランク保持部１の中心軸線からロ
ーラダイス４２の先端までの距離をＬ_RSK （ｍｍ）とす
る。ここでローラ押込装置３の剛性をＥ_R で示すと、Ｅ
_R（ｍｍ／ｔｏｎｆ）＝｛（Ｌ_RSK −Ｌ_RSO ）／Ｆ｝の
式で表される。なお図１７において理解容易のため、仮
想線による撓みは誇張して示されている。

【００４７】○転造中のダイス位相差 本実施例によれば、転造中において、第１ローラダイス
３２、第２ローラダイス４２のダイス位相差は、第１ロ
ーラダイス３２の１回転あたり、第２ローラダイス４２
の回転角の偏差（＝転造中における平均偏差）が０．１
°以内に収まる様に、制御系により制御される。望まし
くは０．０３°以内が良い。これは、制御系によりサー
ボモータであるダイス回転用モータ５を制御すること、
前記した位相合せ機構５５ｘの調整、高精度の等速ユニ
バーサルジョイント５３、５６や両駆動軸のバックラッ
シュ除去機構（図示せず）の採用などにより達成でき
る。

【００４８】即ち、転動歯車の歯数が奇数のときを例に
とってダイス位相差を説明すると、図１８に示す様に第
１ローラダイス３２の中心軸線をＯ_L とし、第２ローラ
ダイス４２の中心軸線をＯ_R とし、両者を結ぶＯ_L −Ｏ
_R 線を規定する。転造中において第１ローラダイス３２
の加工歯の１個の歯溝中心３２ｔと相手方である第２ロ
ーラダイス４２の１個の加工歯の中心４２ｒとの双方
が、転造中において常にＯ_L −Ｏ_R 線上に位置すると
き、ダイス位相差は０°とされる。

【００４９】ここで転造中のダイス位相差は、以下述べ
る転造前における第１ローラダイス３２と第２ローラダ
イス４２との初期位相差Δθと、回転系の速度むらΔθ
_m との合計値に影響を受ける。転造前において、第１ロ
ーラダイス３２の歯溝中心３２ｔがＯ_L −Ｏ_R 線上にあ
るものの、第２ローラダイス４２の加工歯の中心４２ｒ
がＯ_L −Ｏ_R 線上から角度Δθずれているとき、その角
度Δθは第１ローラダイス３２と第２ローラダイス４２
との初期位相差とされる。

【００５０】また第１ローラダイス３２が回転角θ_L ぶ
ん回転したとき、第２ローラダイス４２の回転角θ_R は
理想的にはθ_R ＝θ_L であるものの、回転系の速度むら
等の影響を受けて微視的レベルではθ_R ＝θ_L とは必ず
しもならない。一般的にはθ _R ＝θ_L ＋Δθ_m ’とな
る。Δθ’_m は回転系の速度むらを意味する。このΔ
θ’_m はある時刻における瞬間値であり、回転中におい
て多少変動するため、転造開始から転造終了までの間に
おける平均値をΔθ_m とする。

【００５１】なお転造歯車の歯数が偶数個のときには、
第１ローラダイス３２の加工歯の歯溝と第２ローラダイ
ス４２の加工歯の歯溝とが対向する配置とし、第１ロー
ラダイス３２の１個の歯溝の歯溝中心と第２ローラダイ
ス４２の１個の歯溝の歯溝中心との双方がＯ_L −Ｏ_R 線
上に位置するとき、ダイス位相差は０°とされる。 （実施例に係る転造方法）まず、図１４において第１ブ
ランク保持部１１にブランク７をチャッキングして保持
する。次に第２モータ２２を駆動して、ブランク７を矢
印Ｙ１方向に搬送して高周波加熱コイル２８内に配置す
ると共に、第１モータ２１を駆動させてブランク７をそ
の周方向（図１５の矢印Ｅ１方向）に回転させる。そし
てブランク７を回転させながら、ブランク７の外周部を
高周波加熱コイル２８で誘導加熱する。９００℃以上の
温度に誘導加熱する領域は、ブランク７の外周面から歯
丈の約１．３倍程度の深さとする。加熱時間は数秒〜３
０秒間程度である。

【００５２】ブランク７の外周部が所定温度域（９００
°以上）に誘導加熱されたら、加熱終了から転造開始ま
での時間は５秒以内とする。ブランク７の内部への伝熱
を抑制してブランクの中央域の温度上昇を軽減し、ブラ
ンク７における温度分布を良好にするためである。加熱
が終了したら、第２モータ２２によりボール螺子軸２４
ｒを作動させブランク７を更に矢印Ｙ１方向に搬送し、
ブランク７を加工位置Ｒ１に配置する。このとき第２ブ
ランク保持部１２を矢印Ｙ３方向に移動させて第２ブラ
ンク保持部１２と第１ブランク保持部１１との双方によ
り、図１６に示す形態でブランク７を挟持して圧着す
る。圧着力は、第２ブランク保持部１２を押圧する油圧
シリンダ２９により数ｔｏｎｆに確保される。

【００５３】この状態では第３モータ２３の駆動力でブ
ランク７はこれの周方向に回転される。このとき第１モ
ータ２１の駆動はオフとする。よってブランク７は第３
モータ２３のみで回転される。また第１ローラダイス３
２及び第２ローラダイス４２を等速で同期回転させてお
く。そして、制御系による押込同期指令信号により、第
１ローラダイス３２を矢印Ｘ１方向に移動してブランク
７の外周部に押し込むと共に、第２ローラダイス４２を
矢印Ｘ１方向に移動してブランク７の外周部に互いに同
期させて押し込む（押込速度６ｍｍ／ｓｅｃ）。これに
よりブランク７の外周部には歯部の盛り上がりが生じ、
続いてブランク７が７〜２０回転するまでサイジングを
行い、適数個の歯部が９００〜６００℃の温度域におい
て熱間創成転造により創成される。その後、制御系から
の離間同期指令信号により第１ローラダイス３２及び第
２ローラダイス４２を矢印Ｘ２方向に同期させて移動さ
せてブランク７から離脱させる。

【００５４】この様にして熱間創成転造が終了したら、
第２モータ２２及びシリンダ２９によりブランク７を更
に矢印Ｙ１方向に搬送させ、ブランク７を仕上加工位置
Ｒ２に配置する。この状態で、制御系からの押込同期指
令信号により、回転する第１仕上ローラダイス３３を矢
印Ｘ１方向に移動してブランク７に押し込むと共に、回
転する第２仕上ローラダイス４３を矢印Ｘ１方向に移動
してブランク７に互いに同期させて押し込む。これによ
りブランク７の歯部が温間領域（温間仕上転造の開始温
度６００℃〜終了温度４００°Ｃ）で仕上転造される。
その後、第１仕上ローラダイス３３及び第２仕上ローラ
ダイス４３を矢印Ｘ２方向に移動させてブランク７から
離脱させる。

【００５５】本実施例によれば第１ローラダイス３２と
第２ローラダイス４２との押込同期精度が高いので、図
１５に示す様にブランク７の中心軸線と第１ローラダイ
ス３２の中心軸線との間の距離をＬ_L とし、ブランク７
の中心軸線と第２ローラダイス４２の中心軸線との間の
距離をＬ_R とすると、熱間創成転造の際に、Ｌ_L とＬ _R
とは高精度で合致している。従って転造した歯車におけ
る歯溝の振れを低減でき、転造歯車の一層の高精度化に
有利である。

【００５６】更に図１５から理解できる様に、転造加工
を終えた第１ローラダイス３２に対面する様に、液状の
潤滑剤を噴射する第１噴射装置７６が装備され、転造加
工を終えた第２ローラダイス４２に対面する様に、黒鉛
粉末が含まれた液状の潤滑剤を噴射する第２噴射装置７
７が装備されている。つまり転造位置から９０°離れた
位置に第１噴射装置７６及び第２噴射装置７７はそれぞ
れ装備されている。

【００５７】そのため転造の際において、潤滑剤の塗布
タイミングの均一化、塗布時間の均一化が図られ、更に
第１ローラダイス３２への潤滑剤塗布量と第２ローラダ
イス４２への潤滑剤塗布量との均一化が図られている。
このためブランク７の潤滑性や温度分布の均一化や適正
化に有利であり、この意味においても高精度の転造に有
利である。

【００５８】さて図１９は第１ローラ押込装置３１を示
す。図１９に示す様に第１ローラ押込装置３１におい
て、第１ハウジング３６に回転可能に保持された第１連
結軸３４にはキー溝３４ｈがこれの軸長方向に形成され
ている。更に第１ローラダイス３２の取付孔の内周部に
相手キー溝３２ｉ、第１仕上ローラダイス３３の取付孔
の内周部に相手キー溝３３ｉがそれぞれ形成されてい
る。そして相手キー溝３２ｉ、３３ｉ、３８ｉと第１連
結軸３４のキー溝３４ｈとにキー３４ｍを係合し、これ
により周方向に対して一体化している。

【００５９】この結果図２０から理解できる様に、鉛直
線ＰＬにローラダイス３２の加工歯３２ｃの中心を合わ
せたときに、他の加工歯３２ｃは周方向において角度θ
１づつの間隔で配置されており、同様に、鉛直線ＰＬに
仕上ローラダイス３３の加工歯３３ｃの中心を合わせた
ときに、他の加工歯３３ｃは周方向において角度θ１づ
つの間隔で配置されている。換言すれば、ローラダイス
３２の周方向における加工歯３２ｃの位相に、仕上ロー
ラダイス３３の周方向における加工歯３３ｃの位相を合
致させている。従って前記したキー及びキー溝は加工歯
位相合致手段として機能する。仕上ローラダイス３３、
４３の歯数はローラダイス３２、４２の歯数と同様であ
る。なお図２０は加工歯３２ｃ、３３ｃの一部のみ図示
している。

【００６０】第２ローラ押込装置４１についても同様で
あり、前記したキーとキー溝により、図２０から理解で
きる様に第２ローラダイス４２の周方向における加工歯
４２ｃの位相に、第２仕上ローラダイス４３の周方向に
おける加工歯４３ｃの位相を合致させている。 （タイミングチャート）本実施例装置で転造する形態の
タイミングチャートの一例を図２１に示す。図の横軸は
熱間創成転造の開始時刻を『０』とし、熱間創成転造の
開始からの時間経過を示す。図２１の縦軸の下部は、前
記したブランク７の目標回転数をＮ_B としたときにおけ
るブランク回転の進み遅れを示す。図２１の縦軸の上部
は、伝達トルク可変クラッチ２６による伝達馬力の割合
を示す。この割合は第３モータ２３の駆動力を第２ブラ
ンク保持部１２へ伝達する割合を意味する。

【００６１】時刻ａ’から押込方向へのローラダイス３
２、４２の送りが開始される。時刻ａ’直後の時刻ａか
らブランク７に対して熱間創成転造が開始され、時刻ｅ
まで行われる。なお時刻ｅから、転造歯車に対してロー
ラダイス３２、４２が矢印Ｘ２方向に離間する。時刻
ｅ’の直後から、ブランク７に対する仕上ローラダイス
３３、４３の押込方向（矢印Ｘ１方向）への送りが開始
される。そして時刻ｆにおいて、前記した転造歯車に対
して仕上ローラダイス３３、４３の加工歯３３ｃ、４３
ｃの噛み込みが開始される。

【００６２】本実施例によればブランク７の目標回転数
Ｎ_B は、前述の様にローラダイス４２（３２）の回転数
をＮ_R とし、ローラダイス４２（３２）の歯数をＺ_RHと
し、ブランク７で形成される転造歯車の歯数をＺ_B とす
ると、Ｎ_B ＝Ｎ_R ×〔Ｚ_RH／Ｚ_B 〕となる。なお仕上ロ
ーラダイス３３、４３の歯数はローラダイス３２、４２
の歯数と同様であり、Ｚ_RHである。

【００６３】図２１から理解できる様に、特定の時期を
除いて、ブランク７は基本的には目標回転数Ｎ_B で回転
し、目標回転数Ｎ_B に対して進み・遅れがない様に、噛
み込み制御手段として機能する制御系で第２ブランク保
持部１２の回転は制御される。またローラダイス３２、
４２、３３、４３は、回転数Ｎ_R で回転する様に制御系
で制御される。

【００６４】しかしながら時刻ｂから時刻ｃにかけて示
す様に、熱間創成転造の進行につれてブランク７の回転
数は次第に増加する（例えば、目標回転数Ｎ_B に対して
＋０．３％増加する）。その理由は、転造歯車の歯部の
創成につれて、その歯部とローラダイス３２、４２の加
工歯３２ｃ、４２ｃとの噛合係合性が高まり、ローラダ
イス３２、４２の回転駆動力の影響を転造歯車が受けて
増速されるからである。

【００６５】そのためこの形態では、ブランク７つまり
転造歯車の回転数が目標回転数Ｎ_Bに戻るまでの間、す
なわち図２１のΔＴ１に示す様に制御系が時刻ｂ〜時刻
ｄにかけて伝達トルク可変クラッチ２６を調整して伝達
馬力の割合を５０％未満に低下させ、第３モータ２３か
らの駆動力の伝達を低下させる。サイジングが入ってほ
ぼ定常な状態となる時刻ｄにおいては、ブランク７の回
転数は目標回転数Ｎ_Bに戻っている。

【００６６】更にこの形態によれば、熱間創成転造が終
了してローラダイス３２、４２が転造歯車から離間開始
する時刻ｅにおいては、制御系により伝達トルク可変ク
ラッチ２６が調整されて伝達馬力が１００％に復帰して
おり、ブランク７つまり転造歯車の回転数は目標回転数
Ｎ_B に維持される。また時刻ｆ、つまり転造歯車に対し
て仕上ローラダイス３３、４３の噛み込みが開始される
時刻ｆにおいても、転造歯車の回転数が目標回転数Ｎ_B
に維持されている。しかも前述した様に第１ローラダイ
ス３２の加工歯３２ｃと第１仕上ローラダイス３３の加
工歯３３ｃとの周方向における位相は、合致している。
同様に、第２ローラダイス４２の加工歯４２ｃと第２仕
上ローラダイス４３の加工歯４３ｃとの周方向における
位相は、合致している。更にローラダイス３２、３３、
４２、４３は一定回転数Ｎ_R で回転する様に制御系で制
御されている。

【００６７】上記した構成が採用されている本実施例に
よれば、温間仕上転造の開始にあたり、熱間創成転造の
終了直後における転造歯車の歯部７８ｃと加工歯との位
相関係が変化せぬ様に維持でき、転造歯車の歯部７８ｃ
へ仕上ローラダイス３３、４３の加工歯３３ｃ、４３ｃ
を押し込んで噛み込ませることは、良好に行われる。

【００６８】

【発明の効果】各請求項の方法によれば、熱間転造後に
温間仕上転造を実行するので、矯正効果が確保され、転
造歯車の精度を確保できる。そのため転造のままで高精
度歯車を得るのに有利である。請求項１の方法によれ
ば、熱間転造及び温間仕上転造の温度が適切である。特
に温間仕上転造における開始温度が適切である。そのた
め、温間仕上転造における矯正効果を確保でき、転造歯
車の精度の向上に有利である。

【００６９】請求項３の方法によれば、熱間創成転造後
に温間仕上転造を連続的に行い得るため、熱間創成転造
した転造歯車の歯部付近を適温に維持でき、熱間創成転
造で形成した転造歯車の残熱を利用して、温間仕上転造
を効果的に行い得る。更に熱間創成転造した転造歯車の
チャッキングを外すことなく、連続的に温間仕上転造を
実行できるので、再チャッキングに伴う転造歯車の芯ず
れを防止でき、この意味においても精度向上に貢献でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】一の転造形態におけるブランクの温度と時間と
の関係を模式的に示すグラフである。

【図２】他の転造形態におけるブランクの温度と時間と
の関係を模式的に示すグラフである。

【図３】温度が不適切な場合における生じる欠陥を示す
構成図である。

【図４】転造開始温度とダイス寿命との関係を示すグラ
フである。

【図５】ブランクの表面温度と転造歯車の酸化スケール
の厚さとの関係を示すグラフである。

【図６】ローラダイスの噛み合い状態と仕上ローラダイ
スの噛み合い状とを示す構成図である。

【図７】歯形誤差向上代及び歯溝の振れの向上代、累積
ピッチ誤差向上代と仕上転造開始温度との関係を示すグ
ラフである。

【図８】温間仕上転造前における歯形のプロフィールを
示す構成図である。

【図９】温間仕上転造前における歯すじのプロフィール
を示す構成図である。

【図１０】温間仕上転造後における歯形のプロフィール
を示す構成図である。

【図１１】温間仕上転造後における歯すじのプロフィー
ルを示す構成図である。

【図１２】温間仕上転造前における歯溝の振れ、累積ピ
ッチ誤差（Ｒ）（Ｌ）を示す構成図である。

【図１３】温間仕上転造後における歯溝の振れ、累積ピ
ッチ誤差（Ｒ）（Ｌ）を示す構成図である。

【図１４】装置全体を概略して示す平面図である。

【図１５】装置の要部の正面図である。

【図１６】ブランク保持部の内部構造を示す断面図であ
る。

【図１７】ローラ押込装置の剛性を説明するための構成
図である。

【図１８】ダイス位相差を説明するための構成図であ
る。

【図１９】転造方法におけるタイミングチャートであ
る。

【図２０】ローラダイスの加工歯と仕上ローラダイスの
加工歯とが周方向において合致している形態を示す構成
図である。

【図２１】実施例に係る転造方法におけるタイミングチ
ャートである。

【符号の説明】

図中、１はブランク保持部、１１は第１ブランク保持
部、１２は第１ブランク保持部、３はローラ押込装置、
３１は第１ローラ押込装置、３２は第１ローラダイス、
４１は第２ローラ押込装置、４２は第２ローラダイス、
７はブランクを示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤原 康之 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 田中 利秋 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 澤村 政敏 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 団野 敦 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (56)参考文献 特開 平９−66332（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21H 5/00 - 5/04 B21H 1/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円盤状をなす鉄系の材質からなる被加工物
   の外周部を高温領域に加熱する加熱工程と、 ローラダイスを用いて、加熱された該被加工物の外周部
   を熱間創成転造して該被加工物の外周部に歯部を創成し
   転造歯車を得る熱間創成転造工程と、 仕上ローラダイスを用いて、該転造歯車の歯部を温間仕
   上転造する温間仕上転造工程とを順に実施する高精度歯
   車転造方法であり、 加熱工程において、該被加工物の外周部のうち、該転造
   歯車の歯部の歯丈の１〜２倍の深さ領域を９００〜１１
   ５０℃に加熱し、加熱終了から転造開始までの時間を５
   秒以内とし、 熱間創成転造工程における開始温度Ｔ ₁ ：８５０〜１１
   ００℃、終了温度Ｔ ₂ ：５００〜７００℃に設定し、 温間仕上転造工程における開始温度Ｔ ₃ ：４００〜７０
   ０℃、終了温度Ｔ ₄ ：２００〜６５０℃に設定している
   ことを特徴とする高精度歯車転造方法。
2. 【請求項２】請求項１において、ローラダイスと仕上ロ
   ーラダイスとを同軸上にかつ直列的に配置したローラ押
   込装置を用い、 該ローラ押込装置は、モータと該モータで作動されるボ
   ール螺子軸とをもち、該モータの駆動に伴い該ボール螺
   子軸がこれの周方向に回転しローラダイスと仕上ローラ
   ダイスとを被加工物に対して押し込み可能とすることを
   特徴とする高精度歯車転造方法。
3. 【請求項３】ローラダイスと仕上ローラダイスとを同軸
   上にかつ直列的に配置したローラ押込装置を用い、 転造歯車の温度を常温領域に降温させることなく、該熱
   間創成転造工程の直後に温間仕上転造を連続的に行うこ
   とを特徴とする請求項２に記載の高精度歯車転造方法。