JP3711844B2

JP3711844B2 - 歯車の転造装置

Info

Publication number: JP3711844B2
Application number: JP2000168354A
Authority: JP
Inventors: 一広三田村; 秀史笹野; 俊紀川井; 正道三輪
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-06-06
Filing date: 2000-06-06
Publication date: 2005-11-02
Anticipated expiration: 2020-06-06
Also published as: JP2001347333A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は歯車の転造装置に関し、特に歯形成形ローラと円板状ワークとを噛み合わせて同期回転させることにより歯形を創成するようにした歯車の転造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
創成転造法による歯車の転造装置においては、例えば特開平１１−３４７６７４号公報に記載されているように、歯車の噛み合いの関係における一方を歯車状の歯形成形ローラ（歯形ローラダイス）とするとともに他方を円板状のワークとして、両者を同期回転させながらその両者間の軸心間距離を縮める方向に送りを与えてワークに歯形を創成することを基本としている。そして、歯形創成の進行にに伴って余肉部（ばり）の発生が不可避であることから、上記公報に記載された技術では歯形創成と同時もしくは歯形創成に続いてバイトをもって上記余肉部を旋削するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
歯形創成と並行して余肉部を旋削しつつその余肉部を完全に除去するためには、バイトを余肉部の厚み以上に切り込まなければならないため、実際にはワークを支持しているマンドレルの一部までも削り取ることになり、不必要な溝部がマンドレルに加工されてしまうことになる。そして、次回以降の加工時にワークが上記溝部に噛み込んだままとなり、それによってワークの変形やワークがマンドレルから外れなくなるなどの二次的不具合が発生するおそれがある。
【０００４】
また、上記マンドレルに加工されることになる溝部の深さはその都度少しずつ進行するためにマンドレル自体の寿命が短く、例えば加工ロット数が所定の数になった場合等のようにマンドレルを定期的に交換する必要があり、コストアップが余儀なくされる。
【０００５】
その上、上記のように余肉部の切除に際して実質的にマンドレルまでも削り取ることを前提としているため、マンドレル自体の材質の硬度が高く、しかもマンドレルが振れをもっていることから、これらの影響で単にバイトの寿命が短いだけでなくその寿命が大きくばらつくことになる。その対策として、バイトの摩耗チェックもしくは欠損チェックまでも常時行わなければならず、余分な管理工数が増えることとなって好ましくない。
【０００６】
一方、歯形創成加工の後に余肉部の切除を行う場合には、上記公報にも記載されているようにマンドレルの一部を可動式のものとすれば、余肉部の除去に際してのマンドレルとバイトとの干渉を容易に回避できるものの、マンドレルの構造が複雑化するほか、歯形創成加工に続いて余肉部の除去加工を行わなければならず、総加工時間が極端に長くなって好ましくない。
【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、歯形創成加工と余肉部の除去加工とを必要に応じて並行して行うことができ、しかもマンドレルまでも削り取ることなく完全に余肉部を除去できるようにした歯形転造装置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に記載の発明は、歯車の噛み合いの関係における一方を歯車状の歯形成形ローラとするとともに他方を円板状のワークとし、ワークを一対のマンドレルにて挟持した上で歯形成形ローラと同期回転させながらその両者間の軸心間距離を縮める方向に送りを与えてワークに歯形を創成するようにした歯車の転造装置であることを前提としている。
【０００９】
その上で、前記歯形成形ローラとともにワークに圧接して該ワークと同期回転することにより歯形成形ローラによる成形力をバックアップしながら創成歯形の側面に生じる余肉部を押し潰すバックアップローラを、前記ワークをはさんで歯形成形ローラと対向する位置に設けるとともに、このバックアップローラとは別に、前記ワークに圧接して同期回転することによりバックアップローラにて押し潰された余肉部をマンドレルとの間で押し切る切断ローラを設けたことを特徴としている。
【００１０】
上記の切断ローラとしては、請求項２に記載の発明のように、その切断ローラのうち余肉部の除去作業を直接的に司る部分に鋭利な押し切りノーズ部を形成するとともに、その押し切りノーズ部の直径を切断ローラの一般部の直径よりもわずかに小さく、例えば０．０２ｍｍ程度小さく設定することが望ましい。
【００１１】
また、余肉部の除去は歯形創成の後に行ってもよいが、総加工時間の短縮化の上では請求項３に記載の発明のように歯形創成と並行して行うのが望ましい。
【００１２】
したがって、これら請求項１〜３に記載の発明では、上記歯形創成に伴ってその歯形の側部に発生した余肉部は、その余肉部の根元部を切断ローラにてマンドレルに強く押し付けられることでマンドレルから起き上がり気味となり、またバックアップローラにてその全面を押さえつけられることでマンドレルに密着するように倒される。そして、このような挙動を歯形創成中に何回か繰り返すことにより、余肉部はやがては根元部が疲労寿命を起こして破断し、余肉部がワークから切断除去されることになる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明を前提とした上で、ワークと各ローラとの同期回転は、マンドレルとともにワークを駆動側として回転駆動させることによりそれ以外の各ローラはワークもしくはマンドレルに対する圧接力をもって従動するようになっていて、ワーク側の駆動は正転と逆転とが交互に繰り返されるようになっていることを特徴としている。
【００１４】
したがって、請求項４に記載の発明では、ワーク側の正逆転切り換えに応じてそのワークもしくはマンドレルに圧接しているそれ以外の各ローラもその正逆転が切り換えられる。そして、ワークの正転と逆転とが繰り返されることで創成歯形の加工精度が高められ、同時に余肉部の切断効果が促進され、短時間のうちにワークから余肉部を切断除去できるようになる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明を前提とした上で、切断ローラの圧接力は油圧シリンダもしくはエアシリンダ等の流体圧シリンダによって付与されるようになっていることを特徴としている。使用される流体圧シリンダの能力としては、加工対象となるワークの大きさにもよるが、一般的には５００〜４０００ｋｇｆ程度の推力を有するものを用いるのが好ましい。
【００１６】
したがって、この請求項５に記載の発明では、上記流体圧シリンダのクッション機能のために、ワークを支持しているマンドレルの振れ現象を吸収しつつ切断ローラを余肉部に忠実に追従させることができる。これにより、切断ローラの押し切り効果を促進させて余肉部を確実に切断除去し、同時に切断ローラ自体のチッピングの発生を未然に防止する。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明を前提とした上で、ワークを支持するマンドレルの円筒面にばりの押し切り部位に隣接してそのばりを受容する逃げ溝が形成されていることを特徴としている。
【００１８】
したがって、この請求項６に記載の発明では、上記のようにバックアップローラと切断ローラとの押圧力のために余肉部が起き上がり現象と倒れ現象とを繰り返すことになるが、マンドレル側の逃げ溝までもがその余肉部を受容することが可能であるため、余肉部の薄肉化が促進され、同時に上記起き上がり現象と倒れ現象との繰り返しに基づく余肉部の自由端部側での振幅量がより大きくなる。その結果として、ワークからの余肉部の除去が一段と容易となる。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明を前提とした上で、ワークをはさんで互いに対向する位置に二つの切断ローラが対向配置されていることを特徴としている。
【００２０】
したがって、この請求項７に記載の発明では、ワークが一回転する間に余肉部が切断ローラによって受ける打撃回数が増えることになり、余肉部の押し切り効率がよくなり、短時間のうちに余肉部を切断できるようになる。
【００２１】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、歯形創成に伴って発生する余肉部の切断をバイトによらずにバックアップローラと切断ローラとによるいわゆる押し切り方式としたため、従来のようにマンドレルの一部までも削り取ってしまうことがなくなり、マンドレル自体の耐久性が向上するほか、ワークの変形やマンドレルからワークが外れにくくなるなどの二次的不具合の発生を未然に防止できる効果がある。
【００２２】
また、従来のようにマンドレルの一部を可動式とせずとも、請求項３に記載の発明のように歯形創成作業と余肉部の除去作業とを並行して行うことができるので、マンドレル自体の構造の簡素化と総加工時間の短縮化を併せて達成できる利点がある。
【００２３】
特に、請求項２に記載の発明のように切断ローラのうちその押し切りノーズ部の直径を一般部の直径よりもわずかに小さく設定すると、鋭利な押し切りノーズ部がマンドレルと干渉することがなく、マンドレルに傷がついたり削り取られることがないので、請求項１に記載の発明と同様の効果に加えて、切断ローラやマンドレルの耐久性が一段と向上する利点がある。
【００２４】
請求項４に記載の発明によれば、ワークとそれに圧接する各ローラとが正転と逆転とを交互に繰り返すようになっていることから、余肉部の押し切り効果が促進されて総加工時間の短縮化が図れるようになり、同一方向のみに回転した場合と比べておよそ半分程度まで加工時間を短縮化できる効果がある。
【００２５】
請求項５に記載の発明によれば、切断ローラの圧接力は流体圧シリンダによって付与されるようになっているため、そのクッション機能によってワークを支持しているマンドレルの振れ現象を吸収しつつ切断ローラを余肉部に忠実に追従させることができ、請求項１〜４のいずれかに記載の発明と同様の効果に加えて、余肉部を確実に切断除去しつつ切断ローラのチッピングの発生を未然に防止できる効果がある。
【００２６】
請求項６に記載の発明によれば、マンドレルの円筒面に、余肉部の押し切り部位に隣接してその余肉部を受容する逃げ溝が形成されているため、余肉部の薄肉化が促進されるとともに、起き上がり現象と倒れ現象との繰り返しに基づく余肉部の自由端部側での振幅量がより大きくなり、請求項１〜５のいずれかに記載の発明と同様の効果に加えて、ワークからの余肉部の除去が一段と容易となる利点がある。
【００２７】
請求項７に記載の発明によれば、ワークに圧接する二つの切断ローラをもって余肉部を押し切るようにしたため、請求項１〜６のいずれかに記載の発明と同様の効果に加えて、ワークが一回転する間に余肉部が切断ローラによって受ける打撃回数が増えることによって余肉部の押し切り効率がよくなり、短時間のうちに余肉部を切断できる利点がある。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１以下の図面は本発明に係る歯車の転造装置の好ましい実施の形態を示す図であって、特に図１，２は装置の要部全体構成を示している。
【００２９】
図１，２に示すように、加工対象となる円板状のワークＷはその周縁部が厚肉形状となるように予め増肉処理が施されてリム部Ｒが形成されており、このリム部Ｒは図３にも示すようにワークＷの一般部に対して左右いずれかの方向にオフセットしている。そして、ワークＷは互いに同一軸線上に位置するように配置された左右一対のマンドレル１，２によって挟圧保持され、ワークＷはマンドレル１，２とともに図示しない回転駆動手段によって回転駆動されるようになっている。
【００３０】
また、上記マンドレル１，２に支持されたワークＷをはさんで平歯車状の歯形成形ローラ（歯形ローラダイス）３とバックアップローラ４とが対向配置されている。歯形成形ローラ３はマンドレル１，２と平行な軸５をもってローラホルダ６に回転可能に支持されている一方、バックアップローラ４は同じくマンドレル１，２と平行な軸７を介してローラホルダ８に回転可能に支持されていて、歯形成形ローラ３には基準歯形となる歯形部９が形成されているとともに、バックアップローラ４の円筒外周面には図３に示すようにワークＷ側のリム部Ｒを受容しつつこれの両側面を加圧拘束するための環状溝１０が形成されている。
【００３１】
そして、これら歯形成形ローラ３とバックアップローラ４とをワークＷに圧接させて同期回転させ、且つそれら歯形成形ローラ３とバックアップローラ４とをワーク軸心に向けてその半径方向から押し込むことにより、ワークＷのリム部Ｒには歯形成形ローラ３側の歯形部９が転写されて歯形Ｇが創成される。
【００３２】
なお、上記ワークＷを支持しているマンドレル１，２を駆動側としてこのマンドレル１，２を図示しない回転駆動手段にて回転駆動させれば、マンドレル１，２に圧接することになる歯形成形ローラ３およびバックアップローラ４はワークＷの回転に追従して従動回転することになる。
【００３３】
また、上記歯形成形ローラ３やバックアップローラ４と干渉することがないように、マンドレル１，２に支持されたワークＷをはさんで一対の切断ローラ１１が対向配置されている。これらの各切断ローラ１１は、上記歯形創成に伴ってリム部Ｒの両側面に生じた余肉部Ｂを切断除去するために設けられているもので、各切断ローラ１１はマンドレル１，２と平行な軸１２を介してローラホルダ１３に回転可能に支持されているとともに、図示しない油圧シリンダもしくはエアシリンダ等の流体圧シリンダにより推力が付与されるようになっていて、上記歯形成形ローラ３やバックアップローラ４とともにワークＷもしくはマンドレル１，２に圧接してワークＷと同期回転するようになっている。
【００３４】
そして、図４に示すように切断ローラ１１の円筒外周面にはリム部Ｒを受容するために該リム部Ｒよりも一回り大きな断面形状をもつ環状溝１４が形成されていて、この環状溝１４の両側には後述するように歯形創成に伴って発生した余肉部Ｂを押し切るための極小アール面取りが施された比較的鋭利な押し切りノーズ部１５が突設されているとともに、その押し切りノーズ部１５の両側には上記余肉部Ｂを受容するための断面円弧状の逃げ溝１６が形成されている。同時に、マンドレル１，２のうち上記切断ローラ１１側の逃げ溝１６と対向する位置にも同様の逃げ溝１７が形成されている。
【００３５】
ここで、図５にも示すように、上記切断ローラ１１の押し切りノーズ部１５がマンドレル１，２と直接干渉することがないように、その押し切りノーズ部１５の直径は切断ローラ１１の一般面よりも所定量ａだけ小さくなるように例えば０．０２ｍｍ程度予め小さく形成されている。
【００３６】
また、切断ローラ１１を余肉部Ｂに忠実に追従させながらマンドレル１，２自体の振れを吸収するためには、例えば５００〜４０００ｋｇｆ程度の推力をもつ流体圧シリンダにて切断ローラ１１をマンドレル１，２に押し付けるのが望ましい。
【００３７】
したがって、本実施の形態の転造装置によれば、図１，２に示すように、マンドレル１，２に支持されたワークＷに対して歯形成形ローラ３とバックアップローラ４とを押し付けながら、ワークＷ側を駆動側、各ローラ３，４を従動側としてそれぞれを同期回転させると、図３にも示すようにリム部Ｒの両側面がバックアップローラ４にて拘束されているために、ワークＷのリム部Ｒには歯形成形ローラ３の歯形部９が噛み込んでその形状が転写されて歯形Ｇが創成される。この転造による歯形創成の過程では、ワークＷの正転と逆転とが周期的に繰り返されるほか、先に述べたようにリム部Ｒの両側面がバックアップローラ４にて拘束されているために、歯形創成に伴って発生した余肉部（ばり）Ｂは図３に示すようにバックアップローラ４とマンドレル１，２との隙間に入り込むかたちとなって、そのバックアップローラ４にて薄肉状に押し潰される。
【００３８】
さらに、上記歯形創成の開始と同時もしくはわずかに遅れて一対の切断ローラ１１もマンドレル１，２に押し付けられてワークＷと同期回転し、図４に示すように先にバックアップローラ４にて薄肉化された余肉部Ｂの根元部に押し切りノーズ部１５が食い込み、その突っ切り作用によって余肉部Ｂを押し切るような力が作用する。この押し切り力を受けて余肉部Ｂはその切断ローラ１１側の逃げ溝１６に密着するよう根元部から起き上がるものの、図３に示したようにバックアップローラ４の押し潰し力を受けて再びマンドレル１，２側の逃げ溝１７に密着するように倒され、結果として、歯形創成に伴って発生した余肉部Ｂは、上記のようにワークＷの回転に伴いその根元部からの起き上がり現象と倒れ現象とを繰り返すことでワークＷから切断除去されることになる。この場合、マンドレル１，２と切断ローラ１１の双方に形成された逃げ溝１６，１７は、上記起き上がり現象と倒れ現象とを繰り返すことになる余肉部Ｂの先端での振幅を拡大化させてその切断除去を促進する機能をもつことになる。
【００３９】
ここで、先に述べたようにマンドレル１，２と切断ローラ１１のうちの比較的鋭利な押し切りノーズ部１５との直接的な干渉を回避するために、押し切りノーズ部１５の直径をその一般面よりも０．０２ｍｍ程度小さく設定してあることから、余肉部Ｂの最小押し切り寸法も０．０２ｍｍ程度ということになるが、余肉部Ｂはその根元部での厚みが０．０２ｍｍ程度になるまでにはワークＷから確実に分離する。
【００４０】
同時に、切断ローラ１１は流体圧シリンダのクッション機能のために余肉部Ｂの形状に忠実に追従してその押し切り効果を発揮し、同時にその比較的鋭利な押し切りノーズ部１５のチッピング等も防止される。
【００４１】
このように本実施の形態によれば、歯形成形ローラ３のほかにバックアップローラ４と切断ローラ１１とを併用することにより、歯形創成と同時にそれによって生じた余肉部Ｂをバイトによらずに短時間のうちに切断除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る歯車の転造装置の好ましい実施の形態を示す構成説明図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面説明図。
【図３】ワークとバックアップローラとの関係を示す要部拡大断面図。
【図４】ワークと切断ローラとの関係を示す要部拡大断面図。
【図５】図４のＱ部拡大図。
【符号の説明】
１，２…マンドレル
３…歯形成形ローラ
４…バックアップローラ
１０…環状溝
１１…切断ローラ
１４…環状溝
１５…押し切りノーズ部
１６…逃げ溝
１７…逃げ溝
Ｂ…余肉部
Ｇ…歯形
Ｒ…リム部
Ｗ…ワーク

Claims

歯車の噛み合いの関係における一方を歯車状の歯形成形ローラとするとともに他方を円板状のワークとし、ワークを一対のマンドレルにて挟持した上で歯形成形ローラと同期回転させながらその両者間の軸心間距離を縮める方向に送りを与えてワークに歯形を創成するようにした歯車転造装置であって、前記歯形成形ローラとともにワークに圧接して該ワークと同期回転することにより歯形成形ローラによる成形力をバックアップしながら創成歯形の側面に生じる余肉部を押し潰すバックアップローラを、前記ワークをはさんで歯形成形ローラと対向する位置に設けるとともに、
このバックアップローラとは別に、前記ワークに圧接して同期回転することによりバックアップローラにて押し潰された余肉部をマンドレルとの間で押し切る切断ローラを設けたことを特徴とする歯車の転造装置。
前記切断ローラのうち余肉部の押し切り作業を直接的に司る部分に鋭利な押し切りノーズ部を形成するとともに、その押し切りノーズ部の直径を切断ローラの一般部の直径よりもわずかに小さく設定したことを特徴とする請求項１に記載の歯車の転造装置。
前記歯形成形ローラによる歯形創成作業と切断ローラによる余肉部の押し切り作業とを並行して行うことを特徴とする請求項１または２に記載の歯車の転造装置。
前記ワークと各ローラとの同期回転は、マンドレルとともにワークを駆動側として回転駆動させることによりそれ以外の各ローラはワークもしくはマンドレルに対する圧接力をもって従動するようになっていて、ワーク側の駆動は正転と逆転とが交互に繰り返されるようになっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の歯車の転造装置。
前記切断ローラの圧接力は流体圧シリンダによって付与されるようになっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の歯車の転造装置。
前記ワークを支持するマンドレルの円筒面に余肉部の押し切り部位に隣接してその余肉部を受容する逃げ溝が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の歯車の転造装置。
前記ワークをはさんで互いに対向する位置に二つの切断ローラが対向配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の歯車の転造装置。