JP4400882B2 - 歯車状部材の転造方法 - Google Patents

Description

本発明は歯車状部材の転造方法に関する。本発明は平歯車などの歯車やスプライン部品を転造する際に適用できる。

従来より歯車状部材を転造する方法が知られている。この方法においては、素材であるブランクと、ブランクに対して転造を行なう加工歯を外周部に備えたローラダイスとを用い、ローラダイスを回転させつつブランクに一定の押込速度で押し込むことにより、ローラダイスの加工歯部でブランクの外周部に対して転造を行ない歯車状部材を転造することにしている。転造方法によれば、歯車状部材を短時間で製造でき、量産性に優れている。

しかしながら上記した転造方法によれば、転造初期において振動が発生し易い問題がある。殊に平歯車を転造する際には振動が大きい。そのため転造初期において、歯数を所定のピッチで割り切る割切り処理が不安定になり易い。また振動の影響により転造装置もダメージを受け易い。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、転造初期における振動を抑制するのに有利であり、歯数を所定のピッチで割り切る割切り処理の安定化を図り得、転造装置へのダメージを少なくするのに有利な歯車状部材の転造方法を提供することを課題とする。

（１）本発明者は歯車などの歯車状部材を転造する方法について鋭意開発を進めている。そして本発明者は開発を進める間に、転造初期における振動について以下の事項を知見した。

即ち、転造初期の代表的な接触形態を図１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示す。これらの図では、２個１組のローラダイス１がブランク４を挟むように配置されているが、一方のローラダイスは省略して図示されている。

図１（Ａ）は、ローラダイス１の加工歯１０が１歯のみブランク４の外周部に接触する形態（ローラダイス１の押込量：Δ_１）を示す。図１（Ｂ）は、加工歯１０が２歯、ブランク４の外周部に接触する形態（ローラダイス１の押込量：Δ_２）を示す。図１（Ｃ）は、加工歯１０が３歯、ブランク４の外周部に接触する形態（ローラダイス１の押込量：Δ_３）を示す。

転造開始時において振動が大きいのは、微視的にみれば、転造初期においてはローラダイスの加工歯とブランクの外周部との接触が連続して行われず、転造荷重の発生が間欠的になるためと考えられる。

即ち、図１（Ａ）に示すように加工歯１０が１歯のみ接触しているときには加工荷重が断続的となり、加工歯１０がローラダイス１の周方向に僅かに変位すれば、加工荷重０の状態が発生する。これが振動発生の主因となる。
図１（Ｂ）に示すように加工歯１０が２歯接触すれば、加工荷重の変動はあるものの加工荷重０の状態は避けられ、振動は抑制される。
図１（Ｃ）に示すように加工歯１０が３歯接触すれば、加工荷重の変動も抑制され、振動もかなり小さくなる。
そこで転造初期においてローラダイス１の押込速度の高速化を図れば、転造初期における振動を低減できることを、本発明者は知見した。
本発明は上記した知見に基づいてなされたものである。

（２）様相１の本発明に係る歯車状部材転造方法は、ブランクと、前記ブランクに対して転造を行なう複数個の加工歯を外周部に備えたローラダイスとを用い、前記ローラダイスを回転させつつ所定の押込速度で前記ブランクの外周部に押し込むことにより、前記ローラダイスの加工歯で前記ブランクの外周部に対して転造を行ない歯車状部材を転造する歯車状部材の転造方法において、
転造開始から、ローラダイスの加工歯とブランクの外周部との接触が加工歯の２歯以上で３歯以下の接触状態に到達するまでの押込深さをもつ領域を転造初期とするとき、転造初期におけるローラダイスの押込速度を転造初期以降におけるローラダイスの押込速度よりも大きく設定しており、且つ、
ローラダイスの全押込量のうちの４０％以下の範囲内において、
転造初期におけるローラダイスの押込速度を、転造初期以降におけるローラダイスの押込速度の２〜２０倍に設定しており、更に、製造する歯車状部材の軸直角モジュールをＭ［ｍｍ］とし、軸直角モジュールＭであらわしたとき、転造初期において、ブランクに対するローラダイスの押込速度を、１回当たりの加工量として０．４Ｍ［ｍｍ］〜４．０Ｍ［ｍｍ］に設定していることを特徴とするものである。
様相１によれば、転造初期におけるローラダイスの押込速度を転造初期以降におけるローラダイスの押込速度よりも大きく設定（２〜２０倍）しているため、転造初期における振動を抑制するのに有利であり、歯数を所定のピッチで割り切る割切り処理の安定化を図り得、転造装置へのダメージを少なくするのに有利である。なお本明細書では、転造初期以降はサイジング処理を含まない。

（３）転造初期におけるローラダイスの押込速度を大きく設定する押込量が、ローラダイスの全押込量の４０％を越えると、ローラダイスの負荷が増大すると共に歯車状部材の寸法精度が低下する。

（４）様相１の本発明に係る歯車状部材転造方法によれば、製造する歯車状部材の軸直角モジュールをＭ［ｍｍ］としたとき、転造初期において、ブランクに対するローラダイスの押込速度は、１回当たりの加工量として０．４Ｍ［ｍｍ］〜４．０Ｍ［ｍｍ］に設定されている。更に、転造初期以降において、ブランクに対するローラダイスの押込速度は１回あたりの加工量として０．１３Ｍ［ｍｍ］〜０．２Ｍ［ｍｍ］に設定されていることが好ましい。

様相１によれば、転造初期におけるローラダイスの押込速度を、製造する歯車状部材の軸直角モジュールＭとの関係で設定しており、（０．４Ｍ〜４．０Ｍ）／（０．１３Ｍ〜０．２Ｍ）の比率で表示される押込速度に設定していることが好ましい。即ち、転造初期におけるローラダイスの押込速度を転造初期以降におけるローラダイスの押込速度よりも大きく設定している。このため、転造初期における振動を抑制するのに有利であり、歯数を所定のピッチで割り切る割切り処理の安定化を図り得、転造装置へのダメージを少なくするのに有利である。

図７に示すように、加工歯の面圧のレベルと歯元応力のレベルとの双方の緩和を図ることができる。上記した範囲とすれば、加工歯の負荷面圧の過大化が抑えられ、ローラダイスの加工歯の表面損傷が低減する。また加工歯の歯元応力の過大化が抑えられ、加工歯の歯元の損傷が低減される。これによりローラダイスの長寿命化を図り得る。

本発明方法によれば、転造初期におけるローラダイスの押込速度の値を転造初期以降におけるローラダイスの押込速度の値よりも大きく設定しているため、転造初期における振動を抑制することができる。故にブランクに対する歯数の割切り処理を安定的に良好に行うことができる。また振動を抑制できるため、転造装置に対するダメージも抑制することができる。

本発明方法においては、『押込速度』とはローラダイスがブランクの中心に向かって移動してブランクの外周部に押し込まれる速度をいう。押込速度は、通常、［ｍｍ／ｓｅｃ］の単位で表すことができる。『押込量』とはローラダイスがブランクの中心に向かって移動してブランクの外周部に押し込まれる量をいう。押込量とは、通常、［ｍｍ］で表わすことができる。

本発明方法においては、例えば、転造初期における押込速度を、転造初期以降における押込速度の２〜２０倍に設定する。この場合、倍率の上限値及び下限値はローラダイスやブランクの回転速度、転造装置の種類、歯車の材質や種類などに応じて適宜選択できる。倍率の上限値としては１８倍、１５倍、１０倍、８倍、６倍等を選択でき、下限値としては４倍、６倍、８倍等を選択できる。

本発明方法においては、ローラダイスの加工歯の１歯あたりの進行量（周方向への進行量）で換算したローラダイスの押込量について、転造初期以降（即ち転造中期、転造終期）の値よりも、転造初期の値が大きくなるように、転造初期の押込速度を大きく設定することが好ましい。

加工歯の１歯あたりの進行量（周方向への進行量）で換算したローラダイスの押込量について、転造初期の値が転造初期以降の値の２〜２０倍となるように、転造初期の押込速度を設定することができる。この場合、倍率の上限値及び下限値はローラダイスやブランクの回転速度、転造装置の種類、歯車の材質や種類などに応じて上記した範囲の任意値を適宜選択でき、上限値としては１８倍、１５倍、１０倍、８倍、６倍等を選択でき、下限値としては４倍、６倍、８倍等を選択できる。

本発明方法においては、転造初期以降においては、ローラダイスの押込速度は、押込量が増加しても実質的に一定にすることができる。

本発明方法においては、ローラダイスがブランクを挟むように２個１組設けられており、製造する歯車状部材の軸直角モジュール（以下、単にモジュールという）をＭ［ｍｍ］としたとき、ローラダイスによる１回当たり押込量が（０．１３×Ｍ）［ｍｍ］以上であり且つ（０．２０×Ｍ）［ｍｍ］未満となるように、転造初期以降におけるローラダイスの押込速度［ｍｍ／ｓｅｃ］の値が設定されていることが好ましい。この場合、上限値および下限値としては、ローラダイスやブランクの種類、転造設備などの要因に応じて上記範囲の任意値を選択できる。例えば、上限値としては０．１９Ｍ，０．１８Ｍを採用することができ、下限値としては０．１４Ｍ，０．１５Ｍを採用することができるが、これらに限定されるものではない。なお、軸直角モジュールとは歯車状部材の軸直角方向の断面におけるモジュールをいう。

上記した設定範囲であれば、ローラダイスの加工歯の負荷面圧が低減すると共に、ローラダイスの加工歯の歯元応力が低減し、ローラダイスの長寿命化を図り得る。

ここで、『ローラダイスによる１回当たり押込量』とは、２個１組のローラダイスの場合にはブランク半回転当たりにローラダイスが押込方向へ進む距離を意味し、また、1個のローラダイスの場合にはブランク１回転当たりにローラダイスが押込方向へ進む距離を意味する。

また本発明方法においては、転造初期とは、転造開始から、ローラダイスの加工歯とブランクの外周部との接触が加工歯の２歯以上で３歯以下の接触状態に到達するまでの押込深さをもつ領域と定義する。この場合、３歯接触状態での押込み深さは、好ましくは、ローラダイスの歯丈寸法のうちの４０％以下とする。

なお本発明方法においては、転造は熱間転造、冷間転造、温間転造のいずれでも良い。ローラダイスとしては、ブランクを挟むように２個１組設けられていることが好ましいが、場合によっては１個の場合でも良い。

以下、図２〜図７を参照して実施例について説明する。符号は前記したものと同一とする。本実施例では図２から理解できるように、ローラダイス１は金属製（通常：鋼系）のブランク４を挟むように２個１組設けられている。ローラダイス１の回転方向を矢印Ｘ３として、ブランク４の回転方向を矢印Ｘ４として示す。ブランク４はローラダイス１と逆方向に回転する。

２個１組のローラダイス１は同方向つまり矢印Ｘ３方向に回転しつつ、ブランク４の外周部に対して所定の押込速度で矢印Ｘ１方向に押し込まれて転造が行われ、これにより転造歯部が創成され、転造歯車が製造される。従って本実施例においては『押込』とはローラダイス１が矢印Ｘ１方向へ変位することと定義する。

本実施例においては、転造初期におけるローラダイス１の押込速度［ｍｍ／ｓｅｃ］は、転造初期以降（つまり転造中期および転造終期）におけるローラダイス１の押込速度［ｍｍ／ｓｅｃ］よりも大きく設定されている。具体的には、ローラダイス１の押込速度については、転造初期の値は、転造初期以降の値の２〜２０倍のうちの所定の倍率に設定されている。

このような本実施例においては、円周方向に進む加工歯１０の１歯当たりの進行量（円周方向進行量）で換算した矢印Ｘ１方向（押込方向）へのローラダイス１の押込量をδとしたとき、δについては、転造初期以降（つまり転造中期および転造終期）の値よりも、転造初期の値が大きくなるようにされている。

具体的には、転造初期のδの値は、転造初期以降のδの値の２〜２０倍のうちの所定の倍率となるように、転造初期以降のδの値よりも大きく設定されている。
さらに、ブランク４から平歯車を転造する形態を示す実施例に基づいて、計算値、計算値のグラフおよび本発明者が行った試験について、更に説明を加える。

（求め方）
図３は転造開始の際においてローラダイス１（中心：Ｏ_１）の加工歯１０がブランク４（中心：Ｏ_２）の外周部に接触し始めた形態を示す。中心Ｏ_１と中心Ｏ_２とを結ぶ仮想線をＭとする。ｒ_１ はローラダイス１の加工歯１０の歯先の半径を示す。ｒ_２はブランク４の外周部の半径を示す。ω_１ はローラダイス１の回転速度を示し、ω_２はブランク４の回転速度を示す。

押込初期において転造荷重の変動を小さくするためのローラダイス１の押込条件を、図３に基づいて本発明者は次のように考察した。ローラダイス１の加工歯１０の任意の１歯に着目する。まず、ブランク４の外周部にローラダイス１がすでに押込量Δぶん押し込まれたと仮定する。このときのローラダイス１の中心をＯ_１とする。この状態で加工歯１０Ａの歯先とブランク４との接触が始まる接触点をＰとする。このローラダイス１の加工歯１０Ａの歯先の接触点Ｐが角度θ_１ ’回転して位置Ｐ’となる間に、ローラダイス１が矢印Ｘ１方向にδぶん押し込まれ、ローラダイス１の中心がＯ_１からＯ_１’となったとする。このδの押込中にローラダイス１の次の加工歯１０の歯先がブランク４の外周部と接した点を接触点Ｑ’とする。

接触点Ｐと中心Ｏ_１と仮想線Ｍとがなす角をθ_１０とする。接触点Ｑ’と中心Ｏ_１’と仮想線Ｍとがなす角をθ_１０’とする。接触点Ｐと中心Ｏ_１と接触点Ｐ’とがなす角をθ_１ ’とする。

接触点Ｐと中心Ｏ_２と仮想線Ｍとがなす角をθ_２０とする。接触点Ｑ’と中心Ｏ_２と仮想線Ｍとがなす角をθ_２０’とする。接触点Ｐと中心Ｏ_２と接触点Ｐ’とがなす角をθ_２ ’とする。

転造初期における転造荷重の変動を小さく抑え、振動を抑制するためには、ローラダイス１とブランク４との接触点Ｑ’を維持しつつ、接触点Ｐ’がブランク４の外周部から離脱しないような押込量をローラダイス１に与える必要がある。換言すれば、接触点Ｐ’と接触点Ｑ’との接触が維持される押込量をローラダイス１に与える必要がある。更に換言すれば、ローラダイス１の加工歯１０が２歯以上、３歯以下、ブランク４の外周部に接触するような押込量を最小限、ローラダイス１に与える必要がある。

従って上記した任意の押込量Δが与えられていたとき、接触点Ｐ’と接触点Ｑ’との双方の接触を維持でき、転造初期における振動の低減効果を発揮するのに必要なローラダイス１の最少押込量であるδを求める。つまり本実施例に係るδは、転造初期における振動抑制効果を実現できるように、ローラダイス１の加工歯１０が円周方向へ約１ピッチ（角度でθ_１’）進む進行量で換算したローラダイス１の押込量を意味する。

・ローラダイス１のある加工歯１０の歯先が、押込量Δぶん押し込まれた状態で、加工歯１０の歯先が接触点Ｐでブランク４の外周部に接触しているとき、次の（１）〜（３）が成立する。ここで、Ｌ_１２を、初期の押込量Δぶん押し込まれている状態におけるローラダイス１の中心Ｏ_１とブランク４の中心Ｏ_２とを結ぶ距離とする。Ｌ_１２は、ローラダイス１の加工歯１０の歯先の半径ｒ_１ とブランク４の半径ｒ_２ との総和から初期の押込量Δぶん差し引いた値であるため、次の（１）が成立する。

Ｌ_１２ ＝ｒ_１ ＋ｒ_２ −Δ ……（１）
Ｌ_１２ ＝ｒ_１ cos θ_１０＋ｒ_２ cos θ_２０ ……（２）
θ_２０ ≒（ｒ_１ ／ｒ_２ ）×θ_１０ ……（３）
ｒ_１ およびｒ_２が既知であるから押込量Δが与えられれば、（１）よりＬ_１２が求まり、（２）（３）式より、θ_１０は決まる。

・接触点Ｐがθ_１ ’回転して接触点Ｐ’となったとき次の加工歯１０の歯先の接触点Ｑ’がブランク４の外周部に接触した時接触点においては、つまりローラダイス１が接触点Ｐ’およびＱ’の双方でブランク４の外周部に接触しているとき、接触点Ｑ’においては次の（４）〜（７）が成立する。

ｒ_１ sin θ_１０’＝ｒ_２ sin θ_２０’ ……（４）
θ_２０’≒（ｒ_１ ／ｒ_２ ）×θ_１０’ ……（５）
θ_１０’≒（２π／Ζ_Ｒ ）−θ_１ ’＋θ_１０ ……（６）
（４）〜（６）式より θ_１ ’、θ_１０’、θ_２０’を順次求める。

Ｚ_Ｒとはローラダイス１の歯数を意味する。
ローラダイス１の中心Ｏ_１’とブランク４の中心Ｏ_２とを結ぶ距離Ｌ_１２’は、
Ｌ_１２’＝ｒ_１ cos θ_１０’＋ｒ_２ cos θ_２０’ …（７）
ゆえにローラダイス１とブランク４との接触点Ｑ’の接触を確保しつつ、接触点Ｐがθ_１ ’ぶん回転して接触点Ｐ’となるとき（転造初期における振動低減効果が得られるとき）におけるローラダイス１の押込量δは、
（１）、（５）、（６）、（７）式より、
δ＝ｒ_１ ＋ｒ_２ −Δ−ｒ_１ ｃｏｓ［（２π／Ζ_Ｒ） −θ_１ ’＋θ_１０］
−ｒ_２ ｃｏｓ｛［（２π／Ζ_Ｒ ）−θ_１ ’＋θ_１０］×（ｒ_１ ／ｒ_２ ）｝…（８）
またローラダイス１の回転速度をω_１ としたときのローラダイス１の押込速度Ｖは、
Ｖ＝δ／（θ_１ ’／ω_１ ） …（９）
上記のようにして求めた各押込量Δに対するδの計算値の結果を、転造歯車の歯数が２２および３０のときを例にとって、図４に示す。図４において特性線Ａ１は転造歯車の歯数Ｚが２２のときを示す。特性線Ａ２は転造歯車の歯数Ｚが３０のときを示す。

図４の特性線Ａ１，Ａ２に示すように押込量Δの値が０ｍｍから０．５ｍｍに向かうときにはδの値が次第に増加し、Δが約０．５ｍｍのときδの値が最大値となり、Δの値が０．５ｍｍよりも大きくなると、δの値が次第に低下するような山型の特性を示す。

なお図４において特性線ＣＡ１、ＣＡ２は従来技術に係り、加工歯の１歯あたり円周方向に進む進行量で換算したローラダイスの押込量を示す。具体的には、特性線ＣＡ１は転造歯車の歯数Ｚが２２のときの押込量（０．０５６ｍｍ）を示し、特性線ＣＡ２は転造歯車の歯数Ｚが３０のときの押込量（０．０４１ｍｍ）を示す。

また上記した転造初期における振動低減効果を発現できるδを得るためのローラダイス１の押込速度Ｖ［ｍｍ／ｓｅｃ］の計算値について、ローラダイスの回転速度が約９０ｒｐｍの場合を例にとって、図５に示す。図５において特性線Ｂ１は転造歯車の歯数Ｚが２２のときを示し、特性線Ｂ２は転造歯車の歯数Ｚが３０のときを示す。

図５の特性線Ｂ１，Ｂ２に示すようにΔの値が０ｍｍから次第に増加するにつれて、つまり押込量Δの値が増加するにつれて、押込速度Ｖが次第に減少する下降傾斜特性を示す。殊に図５の特性線Ｂ１，Ｂ２に示すように直線的に減少する特性を示す。

なお図５において特性線ＣＢ１、ＣＢ２は従来技術に係るローラダイス１の押込速度を示し、特性線ＣＢ１は転造歯車の歯数Ｚが２２のときの押込速度［４．９ｍｍ／ｓｅｃ］を示し、特性線ＣＢ２は転造歯車の歯数Ｚが３０のときの押込速度［３．９ｍｍ／ｓｅｃ］を示す。

本実施例によれば、上記した図４に示す結果によると、転造初期の転造荷重の変動を小さくし振動を小さくする効果を得るためには、δとしては、ローラダイス１の押込量Δが０ｍｍから（１．５〜１．８）ｍｍの領域に到達するまでは、従来技術（特性線ＣＡ１，ＣＡ２）よりも、δの値をかなり大きくする必要がある。

即ち、転造歯車の歯数Ｚが２２のときには、図４の特性線Ａ１から理解できるように、ローラダイス１の押込量Δが０ｍｍから１．８ｍｍ程度に到達するまでは、δの値を従来技術よりもかなり大きくする必要がある。具体的には、図４の特性線Ａ１から理解できるようにΔが０ｍｍのときにはδの値が約０．５ｍｍから始め、Δが約０．５ｍｍのときにはδの値が約０．６ｍｍとし、Δが約１ｍｍのときにはδの値が約０．４５ｍｍとし、Δが約１．５ｍｍのときにはδの値が約０．２５ｍｍとし、Δが約１．８ｍｍのときにはδの値が約０．１ｍｍとする。このようにすれば、転造初期における振動低減効果が得られる。

また転造歯車の歯数Ｚが３０のときには、図４の特性線Ａ２から理解できるように、Δが０ｍｍのときにはδの値が約０．４ｍｍから始め、Δが約０．５ｍｍのときにはδの値が約０．４８ｍｍとし、Δが約１ｍｍのときにはδの値が約０．３ｍｍとし、Δが約１．５ｍｍのときにはδの値が約０．１ｍｍ〜０．０８ｍｍとする。このようにすれば、転造初期における振動低減効果が得られる。

ローラダイス１の押込速度Ｖの値については、図５の特性線Ｂ１から理解できるように、ローラダイス１の押込量Δが０ｍｍから１．８ｍｍ程度に到達するまでは、従来技術（特性線ＣＢ１，ＣＢ２）の押込速度の値よりもかなり大きくする必要がある。

具体的には、転造歯車の歯数Ｚが２２のときには、図５の特性線Ｂ１から理解できるようにΔが０ｍｍのときにはＶの値は約８８ｍｍ／ｓｅｃから始め、Δが約０．５ｍｍのときにはＶの値が約７０ｍｍ／ｓｅｃとし、Δが約１ｍｍのときにはＶの値が約４５ｍｍ／ｓｅｃとし、Δが約１．５ｍｍのときにはＶの値が約２０ｍｍ／ｓｅｃとし、Δが約１．８ｍｍのときにはＶの値が約８ｍｍ／ｓｅｃとする。このようにすれば、転造初期における振動低減効果が得られる。

また転造歯車の歯数Ｚが３０のときには、図５の特性線Ｂ２から理解できるようにΔが０ｍｍのときにはＶの値は約７０ｍｍ／ｓｅｃから始め、Δが約０．５ｍｍのときにはＶの値が約５２ｍｍ／ｓｅｃとし、Δが約１ｍｍのときにはＶの値が約２８ｍｍ／ｓｅｃとし、Δが約１．５ｍｍのときにはＶの値が約９ｍｍ／ｓｅｃ〜６ｍｍ／ｓｅｃとする。このようにすれば、転造初期における振動低減効果が得られる。

なお、上記したように転造初期においてローラダイス１の押込速度を高速化する高速押込処理に係るΔの値は、転造歯車を転造する際におけるローラダイス１の全押込量のうちの約４０％以下とされている。その主たる理由は、押込量が歯丈の４０％を越えると、ダイスの応力負荷に対するダイス押込速度向上の影響が大きくなるからである。

（試験例）
本発明者は実際に試験を行った。試験においては、図４および図５に示すように転造歯車の歯数Ｚが２２のときには、δの値を０．２ｍｍとし、転造初期の押込速度Ｖを２０ｍｍ／ｓｅｃと、従来技術に係る押込速度よりもかなり高速化した。転造歯車の歯数Ｚが３０のときにはδの値を０．２５ｍｍとし、転造初期の押込速度Ｖを２０ｍｍ／ｓｅｃとし、従来技術に係る押込速度よりもかなり高速化した。

今回の試験において転造初期におけるδおよびＶの値を上記計算値まで充分に大きくできなかったのは、本発明者が用いた転造装置の制約によるものである。制約がなければ、更に高速化することが初期振動抑制には好ましい。なお本試験例で製造する転造歯車のモジュールは３．１２［ｍｍ］である。

試験中における諸データの観測を行い、これを図６（横軸：時間）に示す。図６において、ローラダイス１の押込変位を特性線Ｓとして示し、ローラダイス１の工具台の押込荷重をＷとして示し、ブランク４の外周部の温度をＴとして示す。図６の特性線Ｗとして示すように、ローラダイス１の押込変位量が増加するにつれて、つまり転造が進行するにつれて、ローラダイス１の工具台の押込荷重は急激に増加する傾向がある。このため工具台の押込荷重を示す特性線ＷのピークＰａを避けるためには、転造初期におけるローラダイス１の押込速度を大きく設定する押込量としては、転造工程時におけるローラダイス１の全押込量のうちの４０％以下とされていることが好ましいといえる。

図６の特性線Ｓにおいて、ＳＡは上記したようにローラダイス１の押込速度を高速化して押し込みを行う高速押込処理を示す。ＳＢは転造初期における高速の押込速度を減速した押込速度で押し込みを行う非高速押込処理（サイジング処理を含まず）を示す。ＳＣはサイジング処理を示す。従って転造初期においては高速押込処理を実行し、転造初期以降においては非高速押込処理（サイジング処理を含まず）を実行し、その後サイジング処理を実行する。サイジング処理とは、ローラダイス１を回転させつつも、ローラダイス１の押込速度を実質的に０または０付近とし、転造歯車の転造歯部の整形を行う処理をいう。

本試験例に係る非高速処理ＳＢにおいては、ローラダイス１の押込速度Ｖは図５に示す従来技術に基づいて、つまり転造歯車の歯数が２２のときには特性線ＣＢ１に基づいて５ｍｍ／ｓｅｃとした。転造歯車の歯数が３０のときには特性線ＣＢ２に基づいて４ｍｍ／ｓｅｃとした。

上記した試験例によれば、転造初期での高速押込処理ＳＡにおいては、従来技術に係る転造初期に比較して振動がかなり抑えられていた。

上記した試験例では、設備上の制約により前述したように転造初期のδ、Ｖの値を図４および図５に示す上記計算値まで充分に大きくしていない。しかしながら設備性能が許せば、図４の特性線Ａ１，Ａ２、図５の特性線Ｂ１，Ｂ２に示す特性を満たすように、ローラダイス１の一層の高速押込を行うことができる。

上記した試験例に係る非高速押込処理においては、転造歯車のモジュールをＭ［ｍｍ］としたとき、ローラダイス１による１回当たりの押込量が０．１３Ｍ（０．１３×転造歯車のモジュール）以上であり且つ０．２０Ｍ（０．２０×転造歯車のモジュール）未満となるような領域に、ローラダイス１の押込速度［ｍｍ／ｓｅｃ］を設定して行っている。

その理由は次のようである。即ち本発明者はローラダイス１の押込速度とローラダイス１の作用する負荷との関係を調べ、図７に示す負荷特性を知見した。図７の横軸の下側はブランク半回転あたりのローラダイスの押込量を示し、図７の横軸の上側はローラダイス１の押込速度を示す。また図７の縦軸の右側はローラダイス１の加工歯１０の歯面における面圧変化比を示し、縦軸の左側は加工歯１０の歯元応力変化比を示す。

図７において特性線Ｒ１は、所定の面圧を１としたとき、ローラダイス１の加工歯１０の面圧変化比の状況を示す。特性線Ｒ２は所定の応力を１としたときにおいて、ローラダイス１の加工歯１０の歯元応力の変化比の状況を示す。

図７の特性線Ｒ１から理解できるように、ローラダイス１の押込速度が増加すると、ローラダイス１の加工歯１０の面圧変化比は次第に低下し、歯面における面圧が低下する。一方、図７の特性線Ｒ２から理解できるようにローラダイス１の押込速度が増加すると、ローラダイス１の加工歯１０の歯元応力変化比が増加し、歯元応力が増加する。

図７の特性線Ｒ１，Ｒ２から判断すると、加工歯１０の面圧のレベルと歯元応力のレベルとの双方の緩和を図るためには、２個１組のローラダイス１により非高速押込領域（サイジング処理を含まず）を実行するときには、転造歯車のモジュールをＭ［ｍｍ］としたとき、ブランク半回転あたりのローラダイス１の押込量が（０．１３×Ｍ）［ｍｍ］以上であり且つ（０．２０×Ｍ）［ｍｍ］未満となるように、ローラダイス１の押込速度［ｍｍ／ｓｅｃ］の値を設定することが好ましい。この領域を負荷低減範囲として図７に示す。

上記した負荷低減範囲で転造時の非高速押込領域を実行すれば、加工歯１０の負荷面圧の過大化が抑えられ、ローラダイス１の加工歯１０の表面損傷が低減する。また加工歯１０の歯元応力の過大化が抑えられ、加工歯１０の歯元の損傷が低減される。これによりローラダイス１の長寿命化を図り得る。

なお本試験例においては、非高速押込処理における押込速度の値は、ローラダイス１の押込量が増加しても実質的に一定である。

上記した非高速押込領域（サイジング処理を含まず）におけるローラダイス押込深さ範囲は、転造時におけるローラダイスの全押込量のうちの約４０％以上が好ましく、５０％以上がより好ましい。その主たる理由は、全押込量の０〜４０％まではダイスの押込みを大きくする必要が図４より認められるからである。

（ローラダイス１の回転速度）
ローラダイス１の回転速度ＮＲ［ｒｐｍ］は 転造初期における振動を抑制するためのローラダイス１の押込速度に影響を与える。

図２において、２個一対のローラダイス１がブランク４の外周部で、点ａ，ｂで接触していた状態から矢印Ｘ１方向に押し込まれる。Δ_０は、転造初期における振動低減効果を得ることのできるように、ローラダイス１が矢印Ｘ１方向に押し込まれる距離を意味する。

ここで次の（Ａ−１）が成立する。
Δ_０=一方のローラダイス１の押込前の中心ＯＬと押込後の中心ＯＬ’との差
= 他方のローラダイス１の中心押込前の中心ＯＲと押込後の中心ＯＲ’との差
……（Ａ−１）
ブランク４の１分間あたりの回転速度をＮＢ［ｒｐｍ］とし、ブランク４つまり転造歯車の歯数をＺＢ［個］とする。ローラダイス１の１分間あたりの回転速度をＮＲ［ｒｐｍ］とし、ローラダイス１の加工歯１０の数をＺＲ［個］とする。

ここで次の（Ａ−２）（Ａ−３）が成立する。
ＮＢ×ＺＢ = ＮＲ×ＺＲ……（Ａ−２）
ＮＢ [ｒｐｍ] = ＮＲ×（ＺＲ／ＺＢ）……（Ａ−３）
そして（ＮＢ／６０）がブランク４の１秒間の回転速度とすると、ブランク４が半回転する時間ｔ[ｓｅｃ]は、次の（Ａ−４）で示される。

ｔ=［１／（ＮＢ／６０）］×（１／２）=３０／ＮＢ=（３０×ＺＢ）／（ＮＲ×ＺＲ）［ｓｅｃ］……（Ａ−４）
このとき転造開始時において加工歯１０が２歯〜３歯接触しており、転造初期の振動を低減できるローラダイス１の最適な押込量を確保するための押込速度Ｖを求めると、次の（Ａ−５）となる。

Ｖ = 振動低減に最適なローラダイス１の押込量 ／ 時間 = Δ_０ ／ ｔ［ｍｍ／ｓｅｃ］
=［Δ_０×ＮＲ×ＺＲ］／［３０×ＺＢ］［ｍｍ／ｓｅｃ］……（Ａ−５）
転造初期における振動を低減できるローラダイス１の最適な押込量を確保するにあたり、上記した（Ａ−５）に基づけば、ローラダイス１の回転速度ＮＲを小さくすれば、ローラダイス１の押込速度も小さくすることができる。また、ローラダイス１の回転速度ＮＲを大きくすれば、ローラダイス１の押込速度を大きくすることができる。

しかしながらローラダイス１の回転速度ＮＲ［ｒｐｍ］を小さくしてローラダイス１の押込速度を小さくした場合には、熱間転造の場合には、ブランク４の表面温度が適温域よりも降下し易くなるため好ましくない。そこで転造歯車を熱間転造で製造する場合には、ブランク４の表面温度の降下を抑えるべく、ブランク４の材質にもよるがローラダイス１の回転速度ＮＲを５０〜５００ｒｐｍ、特に９０〜３００ｒｐｍとすることが好ましい。

（付記）
上記した記載から次の技術的思想も把握することができる。
・ローラダイスの転造開始時からの押込量Δをグラフの横軸が示し、加工歯の１歯あたり進む進行量で換算したローラダイスの押込量δをグラフの縦軸が示すとき、（図４の特性線Ａ１，Ａ２に例示するように、）Δが０ｍｍから次第に増加するにつれてδの値が増加し、δの値が最大値を呈し、その後、最大値を経てδの値が次第に低下するような山型の特性を示すような形態を奏する押込速度で、
転造初期においてローラダイスをブランクの外周部に押し込むことを特徴とする各請求項１に記載の転造方法。

・図４に例示したように、加工歯の１歯あたり進む進行量で換算したローラダイスの押込量δの値の最大値は、ローラダイスの押込量Δの値が０．３〜０．８ｍｍのときに得られるように設定されていることを特徴とする各請求項１に記載の転造方法。

・図４に例示したように、加工歯の１歯あたり進む進行量で換算したローラダイスの押込量δの値の最大値は、転造時のローラダイスの全押込量のうちの５〜２０％のときに得られるように設定されていることを特徴とする各請求項１に記載の転造方法。

・グラフの横軸がローラダイスの押込量Δを示し、グラフの縦軸がローラダイスの押込速度Ｖを示すとき、（図５の特性線Ｂ１，Ｂ２に例示するように、）Δが０ｍｍから次第に増加するにつれてローラダイスの押込速度Ｖが次第に減少する下降傾斜特性を示すような押込速度で、転造初期にローラダイスをブランクに押し込むことを特徴とする各請求項に記載の転造方法。

・転造初期においてローラダイスの押込速度を高速化した高速押込速度で高速押込処理を実行し、その後、ローラダイスの押込速度を減速し、減速した押込速度で非高速押込処理（サイジング処理を含まず。通常押込速度で押し込む処理）を実行し、その後サイジング処理を実行することを特徴とする各請求項に記載の転造方法。

・転造初期においてローラダイスの押込速度を高速化した一定の高速押込速度で高速押込処理を実行し、その後、ローラダイスの押込速度を減速し、減速した一定の押込速度で非高速押込処理（サイジング処理を含まず。通常押込速度で押し込む処理）を実行し、その後サイジング処理を実行することを特徴とする各請求項に記載の転造方法。

・転造初期において高速押込処理を実行し、その後、非高速押込処理（サイジング処理を含まず。通常押込速度で押し込む処理）を実行し、高速押込処理においてはローラダイスの押込速度［ｍｍ／ｓｅｃ］を高速化を維持しつつも次第に低下させることを特徴とする各請求項に記載の転造方法。

ここで高速押込処理を行う範囲は、ローラダイスの加工歯の負荷が過大とならぬように、ダイス歯の歯丈寸法のうちの４０％以下にすることが好ましい。

・ブランクの少なくとも外周部を熱間状態とし、熱間転造で歯車状部材を転造する各請求項に記載の転造方法。

・転造初期において、ブランクに対するローラダイスの押込速度は、１回当たりの加工量として０．４Ｍ［ｍｍ］〜４．０Ｍ［ｍｍ］、特に０．４Ｍ［ｍｍ］〜１．６Ｍ［ｍｍ］に設定されている各請求項に記載の転造方法。

・転造初期以降において、ブランクに対するローラダイスの押込速度は１回あたりの加工量として０．１３Ｍ［ｍｍ］〜０．２Ｍ［ｍｍ］に設定されている各請求項に記載の転造方法。

・ローラダイスの回転速度ＮＲを５０〜５００ｒｐｍの範囲内、特に９０〜３００ｒｐｍの範囲内としている各請求項に記載の転造方法。

・ブランクと、ブランクに対して転造を行なう複数個の加工歯を外周部に備えたローラダイスとを用い、ローラダイスを回転させつつ所定の押込速度でブランクの外周部に押し込むことにより、ローラダイスの加工歯でブランクの外周部に対して転造を行ない歯車状部材を転造する歯車状部材の転造方法において、転造初期におけるローラダイスの押込速度を転造初期以降（サイジング処理を含まず）におけるローラダイスの押込速度よりも大きく設定していることを特徴とする歯車状部材の転造方法。

・ローラダイスはブランクを挟むように２個１組設けられており、製造する歯車状部材の軸直角モジュールをＭ［ｍｍ］としたとき、各ローラダイスによる１回当たり押込量が（０．１３×Ｍ）［ｍｍ］以上であり且つ（０．２０×Ｍ）［ｍｍ］未満となるように、転造初期以降におけるローラダイスの押込速度［ｍｍ／ｓｅｃ］が設定されている歯車状部材の転造方法。この場合において、転造初期におけるローラダイスの押込速度を転造初期以降におけるローラダイスの押込速度よりも大きく設定しているため、転造初期における振動を抑制するのに有利であり、歯数を所定のピッチで割り切る割切り処理の安定化を図り得、転造装置へのダメージを少なくするのに有利である。

転造初期におけるローラダイスの加工歯とブランクとの各接触形態を説明するための構成図である。 転造初期におけるローラダイスとブランクとの接触形態を模式的に示す構成図である。 転造初期におけるローラダイスの加工歯とブランクとの接触形態を示すものであり、計算を行うための構成図である。 ローラダイスの押込量Δと、ローラダイスの加工歯の１歯が進む際のローラダイスの押込量δとの関係を示すグラフである。 ローラダイスの押込量Δとローラダイスの押込速度との関係を示すグラフである。 試験時におけるローラダイスの押込変位、ローラダイスの工具台の押込荷重、ブランクの外周部の温度を示すグラフである。 ローラダイスの押込速度と面圧変化比および歯元応力との関係を示すグラフである。

符号の説明

図中、１はローラダイス、１０は加工歯、４はブランクをそれぞれ示す。

Claims (4)

1. ブランクと、前記ブランクに対して転造を行なう複数個の加工歯を外周部に備えたローラダイスとを用い、前記ローラダイスを回転させつつ所定の押込速度で前記ブランクの外周部に押し込むことにより、前記ローラダイスの加工歯で前記ブランクの外周部に対して転造を行ない歯車状部材を転造する歯車状部材の転造方法において、
   転造開始から、前記ローラダイスの前記加工歯と前記ブランクの前記外周部との接触が前記加工歯の２歯以上で３歯以下の接触状態に到達するまでの押込深さをもつ領域を転造初期とするとき、
   前記転造初期における前記ローラダイスの押込速度を前記転造初期以降における前記ローラダイスの押込速度よりも大きく設定しており、且つ、
   前記ローラダイスの全押込量のうちの４０％以下の範囲内において、
   前記転造初期における前記ローラダイスの押込速度を、前記転造初期以降における前記ローラダイスの押込速度の２〜２０倍に設定しており、
   更に、製造する前記歯車状部材の軸直角モジュールをＭ［ｍｍ］とし、前記転造初期において、前記ブランクに対する前記ローラダイスの押込速度を、軸直角モジュールＭであらわしたとき、１回当たりの加工量として０．４Ｍ［ｍｍ］〜４．０Ｍ［ｍｍ］に設定していることを特徴とする歯車状部材の転造方法。
2. 請求項１において、前記転造初期の以降において、前記ブランクに対する前記ローラダイスの押込速度は１回あたりの加工量として０．１３Ｍ［ｍｍ］〜０．２Ｍ［ｍｍ］に設定されていることを特徴とする歯車状部材の転造方法。
3. 請求項１または請求項２において、前記加工歯の１歯あたりの進行量で換算した前記ローラダイスの押込量について、前記転造初期以降の値よりも前記転造初期の値が大きくなるように、前記転造初期の押込速度を設定していることを特徴とする歯車状部材の転造方法。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、前記加工歯の１歯あたりの進行量で換算した前記ローラダイスの押込量について、前記転造初期の値が前記転造初期以降の値の２〜２０倍となるように、前記転造初期の押込速度を設定していることを特徴とする歯車状部材の転造方法。

Images