JP4729880B2 - 転造用平ダイスと転造方法 - Google Patents

Description

本発明は、転造用平ダイスに関する。詳しくは、対象物の外周面に捲れ込みのない良好な歯形を加圧転造することができる平ダイスに技術に関する。

例えば断面円周状の対象物の外周面に、スプライン歯、歯車の歯、ウォーム歯、セレーション等の歯形を加圧転造するために、転造用平ダイスが用いられる。転造用平ダイスは、図５（１）に例示するように、上側の移動ダイス板５２と下側の固定ダイス板５６を一対で用いられる。移動ダイス板５２と固定ダイス板５６は上下を逆転させた同一形状とされる。対象物５４をダイス板５２，５６の間に挟み込み、矢印７０に示すように、移動ダイス板５２を直線運動させると、対象物５４が移動ダイス板５２と固定ダイス板５６に対して相対的に転動する。これにより対象物５４は、まず固定ダイス板５２の入口転造部５８の転造歯を順次転進していき、続いて正規転造部６０の転造歯を順次転進していく。入口転造部５８の転造歯と正規転造部６０の転造歯が対象物５４の外周面に食込むことによって、所望の歯形が順次加圧されていく。

例えば特許文献１には、入口転造部の歯高及び歯厚を、ダイス板の入口側から正規転造部に向かうに従って漸次増加して形成して、対象物の歯形の傷痕や歯形の肉厚の不均衡を防止する技術が開示されている。この特許文献１に記載された転造用平ダイスを含め、従来では図５（２）に示すように、入口転造部５８でも正規転造部６０でも、隣接する転造歯の中心線ＣＬ間の距離Ｐは全て同一とされている。
特開昭５７−１７５０３７号公報

図５（１）に示す入口転造部５８においては、正規転造部６０に続く先端側（図では左側）から入口側（図では右側）に向かうほど歯底側に傾斜する面内に転造歯の歯頂が配置されている。それに対し移動ダイス５２は、矢印７０に示すように、直線運動する。このため、入口転造部５８においては、移動ダイス５２と固定ダイス５６との間の距離が一定とならない。例えば対象物５４が入口側にあるときは、移動ダイス板５２と固定ダイス板５６が離れている。このため比較的小さな力で対象物５４を転進させることができ、対象物５４は一定の回転角で比較的長い距離を転進できる。一方、対象物５４が正規転造部６０に続く先端側に進むにつれて、移動ダイス板５２と固定ダイス板５６が接近する。このため対象物５４を転進させるのに大きな力が必要となり、対象物５４が一定の回転角で転進できる距離が短くなる。例えば、入口側では対象物５４が１８０度回転すれば７mm転進できるのに対し、先端側では１８０度回転しても５mmしか転進できない。
この場合、従来のように、入口転造部５８において隣接する転造歯の中心線ＣＬ間の距離Ｐが全て同一とされていると、対象物に加圧転造される歯形の数が一定とならない。例えば入口側では対象物５４が一定の回転角で比較的長い距離を転進でき、対象物が一定の距離を転進する間に接触する転造歯の数が多くなる。したがって図６に例示するように、比較的細かい歯形５４ａが加圧転造される。一方、対象物５４が正規転造部６０に続く先端側に進むにつれて、一定の回転角で転進できる距離が短くなり、対象物が一定の距離を転進する間に接触する転造歯の数が少なくなる。したがって図６に例示するように、比較的疎な歯形５４ｂが加圧転造される。歯形５４ａの溝底と歯形５４ｂの溝底、あるいは歯形５４ａの山頂と歯形５４ｂの山頂は一致しておらず、歯形５４ａの溝底５４ｃに歯形５４ｂの山頂５４ｄが一致してしまうと、図７に示すように捲れ込みｔが発生してしまう。

本発明は、入口転造部においては一対のダイス間距離が一定とならないことを考慮し、対象物に形成される歯形に捲れ込みが生じてしまうことを防止する。これにより、対象物の外周面に捲れ込みのない良好な歯形を加圧転造する。

（課題を解決するための一つの手段）
本発明で具現化された転造用平ダイスは、正規転造部とその先端側に続く入口転造部を有し、正規転造部から入口転造部にかけて転造歯が並列配置されている。
そして、正規転造部における転造歯の歯頂は、平面内に配置されている。
また、入口転造部における転造歯の歯頂は、前記平面から入口側に向かうほど歯底側に傾斜する面内に配置されており、前記転造歯の中心線間距離が、前記平面と前記傾斜面の乖離距離に応じて、入口側に向かうほど長く設定されている。

（その作用と効果）
本転造用平ダイスでは、正規転造部においては、転造歯の歯頂が、平面内に配置されている。正規転造部における転造歯の中心線間距離は、対象物に加圧転造する所望の歯形数が得られる値に設定されている。一方、入口転造部においては、転造歯の歯頂が、前記平面から入口側に向かうほど歯底側に傾斜する面内に配置されている。このため対象物が入口側にあるときは、一対のダイス間距離が長いが、対象物が正規転造部に続く先端側に進むにつれて、ダイス間距離が短縮する。入口側では対象物が一定の回転角で比較的長い距離を転進できるが、正規転造部に続く先端側に進むにつれて対象物が一定の回転角で転進できる距離が縮まっていく。
正規転造部における平面と入口転造部における傾斜面の乖離距離は、入口転造部において対象物が一定の回転角で転進できる距離を決定する。入口転造部における転造歯の中心線間距離は、この乖離距離に応じて、入口側に向かうほど長く設定されている。すなわち、入口転造部の転造歯の中心線間距離は、対象物が一定の回転角で転進できる距離に応じて、入口側に向かうほど長く設定されている。このため対象物が一定の回転角で転進したときに接触する転造歯の数は、入口転造部のどの箇所でも一定に維持される。この数は、正規転造部における数と同一になるように維持される。したがって、入口転造部において対象物に加圧転造される各歯形の溝底と山頂はそれぞれ、正規転造部において対象物に加圧転造される各歯形の溝底と山頂と同一箇所となり、ずれることがない。
本転造用平ダイスによれば、対象物の外周面に捲れ込みのない良好な歯形を加圧転造することができる。

（課題を解決するための一つの手段）
本発明で具現化された他の転造用平ダイスは、正規転造部とその先端側に続く入口転造部を有し、正規転造部から入口転造部にかけて転造歯が並列配置されている。
そして、正規転造部における転造歯の歯頂は、平面内に配置されている。
また、入口転造部における転造歯の歯頂は、前記平面から入口側に向かうほど歯底側に傾斜する面内に配置されており、
正規転造部における転造歯の中心線間距離をａ、
前記平面と前記傾斜面の入口における乖離距離をｂ、
対象物に転造する転造溝の数をｃ、
入口転造部の転造歯の歯数をｄとしたとき、
入口からｅ番目の転造歯の中心線間距離が、ａ+２ｂ（ｄ−ｅ+１）π／（ｃｄ）
に設定されている。

（その作用と効果）
入口転造部における転造歯の歯頂は、正規転造部における転造歯の歯頂が配置されている平面から入口側に向かうほど、歯底側に傾斜する面内に配置されている。このため入口転造部で対象物が一定の回転角で転進できる距離は、正規転造部で対象物が一定の回転角で転進できる距離よりも長い。
本転造用平ダイスでは、入口転造部の転造歯の中心線間距離が、正規転造部における転造歯の中心線間距離ａよりも長く設定されている。しかも、入口からｅ番目の転造歯の中心線間距離を、「ａ」に「２ｂ（ｄ−ｅ+１）π／（ｃｄ）」だけ加えた値に設定している。すなわち、転造歯の中心線間距離は、前記乖離距離ｂに応じて、前記平面から入口側へ向かうほど、１つの転造歯につき「２ｂπ／（ｃｄ）」ずつ長くなるように設定されている。このため、入口転造部において対象物に加圧転造される各歯形の溝底と山頂はそれぞれ、正規転造部において対象物に加圧転造される各歯形の溝底と山頂と同一箇所となり、ずれることがない。
本転造用平ダイスによれば、対象物に形成される歯形に捲れ込みが生じることがなく、良好な歯形を得ることができる。

（課題を解決するための一つの手段）
本発明で具現化された転造方法では、上記した転造用平ダイスを一対利用し、ダイス間距離が長い一対の入口転造部間で転造する状態から、ダイス間距離が短い一対の正規転造部間で転造する状態を経ることによって、対象物を転造する。
この方法では、ダイス間距離が長い入口転造部では転造歯の中心線間距離をダイス間距離に応じて入口側に向かうほど長く設定しておき、ダイス間距離が短い正規転造部では転造歯の中心線間距離を短く設定しておくことによって、入口転造部の転造歯で対象物に転造した溝に正規転造部の転造歯を対応位置させて転造する。

（その作用と効果）
ダイス間距離が長い一対の入口転造部間では、対象物が一定の回転角で転進できる距離が長い。一方、ダイス間距離が短い一対の正規転造部間では、対象物が一定の回転角で転進できる距離が短い。入口転造部においては転造歯の中心線間距離を長く設定しておき、正規転造部においては転造歯の中心線間距離を短く設定しておけば、入口転造部の転造歯で対象物に転造した溝に正規転造部の転造歯を対応位置させて転造することができる。したがって、入口転造部において対象物に加圧転造される各歯形の溝底と山頂はそれぞれ、正規転造部において対象物に加圧転造される各歯形の溝底と山頂と一致し、ずれることがない。
本転造方法によれば、対象物の外周面に捲れ込みのない良好な歯形を加圧転造することができる。

図１は、本発明を具現化した転造用平ダイスの一実施例を示している。転造用平ダイスは、上側の移動ダイス板２と下側の固定ダイス板６と一対で用いられる。移動ダイス板２と固定ダイス板６は上下を逆転させた同一形状とされている。以下では、固定ダイス板６（以下、ダイス板６と略称する）の構造の説明によって、移動ダイス板２の構造の説明を省略する。
図１では、ダイス板６の右側が入口側となっており、断面円周状のワーク４は右側から左側へ転進する。ダイス板６には入口側から、入口転造部８と、正規転造部１０と、逃げ部１２が設けられており、それぞれに複数の転造歯が並列して配置されている（図１では、複数の転造歯のうちの一部のみが示されている）。ワーク４は、最初に入口転造部８で加圧転造が行われ、次いで正規転造部１０で所望の歯形を得るための加圧転造が行われた上で、最後に逃げ部１２から転出される。
入口転造部８は、正規転造部１０から入口側に向かうに従って漸次低くなるようにテーパ状に設けられている。正規転造部１０の転造歯の歯頂が配置されている平面と、入口転造部８の入口との乖離距離、すなわち、テーパ高はｂとされている。逃げ部１２は、正規転造部１０から離れるに従って漸次低くなるようにテーパ状に設けられている。

図２はダイス板６の部分拡大図である。図２では、左側に正規転造部１０の一部を示し、右側に入口転造部８の一部を示している。
正規転造部１０では、転造歯の歯頂が配置されている面がダイス板６の底面と平行に形成されており、転造歯の歯底が配置されている面もダイス板６の底面と平行に形成されている。したがって、各転造歯の高さは一定とされている。
また、隣接する転造歯の中心線ＣＬ間のピッチ長は、Ｐ１０に統一されている。例えば、転造歯１０ａと転造歯１０ｂの中心線ＣＬ間のピッチ長はＰ１０とされている。正規転造部１０における転造歯の中心線ＣＬ間のピッチ長Ｐａは、次の式（１）によって決定される。
正規転造部における転造歯の中心線ＣＬ間のピッチ長Ｐａ
＝（ｘ−２ｂ）π／ｃ
＝Ｙπ／ｃ ・・・（１）
ここで、ｘはワークの初期径、ｂは入口転造部のテーパ高、ｃはワークに転造する転造溝の数、Ｙはワークの最終有効径である。
式（１）においては、「ｘ−２ｂ」＝「Ｙ」であり、ワーク４の最終有効径Ｙは、初期径ｘからテーパ高の２倍だけ縮小するとされている。正規転造部１０における転造歯の中心線ＣＬ間のピッチ長Ｐａは、ワーク４の最終有効径Ｙと所望の転造溝の数ｃに基づいて決定される。

一方、入口転造部８では、転造歯の歯頂が配置されている傾斜面はテーパ角θ１だけ傾斜しており、転造歯の歯底が配置されている傾斜面もテーパ角θ１だけ傾斜している。したがって、各転造歯の高さは一定とされている。
また、隣接する転造歯の中心線ＣＬ間のピッチ長Ｐｎは、正規転造部１０側から入口側に向かうに従って漸次増加している。例えば、転造歯８ｃと転造歯８ｂの中心線ＣＬ間のピッチ長Ｐ２より、転造歯８ｂと転造歯８ａの中心線ＣＬ間のピッチ長Ｐ１が大きくなっている。入口転造歯部８における転造歯の中心線ＣＬ間のピッチ長Ｐｅは、次の式（２）によって決定される。
入口転造歯部の転造歯の中心線ＣＬ間のピッチ長Ｐｅ
＝｛（ｘ−ｅ×２ｂ）π／ｄ｝／ｃ
＝［｛Ｙ＋２ｂ(ｄ−ｅ＋１)｝π／ｄ］／ｃ
＝Ｐａ＋２ｂ（ｄ−ｅ+１）π／（ｃｄ） ・・・（２）
ここで、ｄは入口転造部の転造歯の歯数、ｅは入口から数えたときの転造歯の順番（ｅ番目）の数である。
式（２）においては、入口転造部８における転造歯の中心線ＣＬ間のピッチ長Ｐｅは、入口側に向かうほど、１つの転造歯につき「２ｂπ／（ｃｄ）」ずつ長くなるように設定されている。

上記の式（１）（２）によって決定される正規転造部１０における転造歯の中心線ＣＬ間のピッチ長Ｐａと、入口転造歯部８における転造歯の中心線ＣＬ間のピッチ長Ｐｅの関係を、図３のグラフに示す。このグラフでは、横軸にｅ（入口から数えたときの転造歯の順番）をとり、縦軸に中心線ＣＬ間のピッチ長をとっている。
正規転造部１０における転造歯の中心線ＣＬ間のピッチ長Ｐａは、上記式（１）より「Ｙπ／ｃ」である。
一方、入口転造部８における転造歯の中心線ＣＬ間のピッチ長Ｐｅは、ｅ＝ｄ−１のとき（先端側）では、上記式（２）より「（ｘ−２ｂ）π／ｃ」、すなわち、「Ｙπ／ｃ」である。入口側に向かうほど、１つの転造歯につき「２ｂπ／ｃｄ」ずつ長くなり、例えば上記したＰ２よりもＰ１が大きくなっている。ｅ＝１のとき（入口側）では「ｘπ／ｃ」、すなわち、「（Ｙ＋２ｂ）π／ｃ＝Ｐａ＋２ｂπ／ｃ」となる。

次に、図１を参照して、上記転造用平ダイスを利用してワークに歯形を転造する動作について説明する。
最初に入口において、ダイス板２，６の間にワーク４が挟み込まれる。ダイス板２は、ワーク４を一方向に回転させるように、矢印２０に示すように、ダイス板６と対称方向に直線運動する。するとワーク４が、ダイス板２，６に対して相対的に転動する。これにより、ダイス板２，６の入口転造部８と正規転造部１０が、ワーク４の外周面に順次食込み、ワーク４の外周面に所望の歯形を順次加圧していく。
ワーク４が入口転造部８を転進し始めた段階ではダイス板２，６間の距離は長く、ワーク４は一定の回転角で比較的長い距離を転進する。ワーク４が転進を継続し正規転造部１０に近づくにつれて、ダイス板２，６間の距離が短縮し、ワーク４が一定の回転角で転進できる距離も短縮する。正規転造部１０では、ワーク４に所望の歯形を得るための転造を行う。最後に逃げ部１２からワーク４を転出する。

この一連の転造動作の中で、ワーク４が１つの転造歯を転進する度に、転造歯が徐々に深く食込んでいく。図４に示すように、入口転造部８の入口側の転造歯では、ワーク４の外周に歯形４６ａ（細い実線部分）が加圧転造されるのに対し、正規転造部１０では、歯形４６ｂ（太い実線部分）が加圧転造される。これは、入口転造部８の入口側では、ワーク４の最終有効径Ｙよりテーパ高ｂ×２だけダイス板２，６間の距離が離れている（ワーク４の初期径ｘに対応している）のに対し、正規転造部１０では、ダイス板２，６間の距離が最終有効径Ｙに対応するようになるためである。

本実施例の転造用平ダイスでは、ダイス板２，６間の距離に対応して、入口転造部８における転造歯の中心線ＣＬ間のピッチ長Ｐｅを、入口側に向かうほど長くなるように設定している。このピッチ長Ｐｅは、入口転造部８で加圧転造される各歯形４６ａの溝底（と山頂）が、正規転造部１０において加圧転造される各歯形の溝底（と山頂）とずれることがないように設定されている。したがって、ワーク４の外周面には、捲れ込みのない良好な歯形を形成することができる。

なお、上記実施例の転造用平ダイスの他にも、以下の転造用平ダイスを採用することもできる。
（１）上記実施例においては、移動ダイス板を上側に、固定ダイス板を下側に配置していたが、上側に固定ダイスを配置し、下側に移動ダイスを配置することも可能である。また、ダイス板の長手方向を縦方向に配置して、一方を固定ダイスとし、他方を移動ダイスとすることも可能である。
（２）上記実施例においては、入口転造部では、各転造歯の歯底が配置されている面はテーパ角θ１だけ傾斜しており、各転造歯の歯頂が配置されている傾斜面と平行（各転造歯の歯高が一定）としていたが、入口側に向かうほど、歯高が漸増するように前記テーパ角を構成してもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

転造用平ダイスを示す図。 ダイス板の部分拡大図。 正規転造部における転造歯の中心線間のピッチ長と、入口転造歯部における転造歯の中心線間のピッチ長の関係を示すグラフ。 ワークに加圧転造される歯形を例示する図。 従来の転造用平ダイスを示す図。 従来でのワークに加圧転造される歯形を例示する図。 歯形の捲れ込みを例示する図。

符号の説明

２ ：移動ダイス板、
４ ：ワーク、
６ ：固定ダイス板、
８ ：入口転造部、
１０：正規転造部、
１２：逃げ部

Claims (3)

1. 正規転造部とその先端側に続く入口転造部を有し、正規転造部から入口転造部にかけて転造歯が並列配置されている転造用平ダイスであり、
   正規転造部における転造歯の歯頂は、平面内に配置されており、
   入口転造部における転造歯の歯頂は、前記平面から入口側に向かうほど歯底側に傾斜する面内に配置されており、
   前記転造歯の中心線間距離が、前記平面と前記傾斜面の乖離距離に応じて、入口側に向かうほど長く設定されていることを特徴とする転造用平ダイス。
2. 正規転造部とその先端側に続く入口転造部を有し、正規転造部から入口転造部にかけて転造歯が並列配置されている転造用平ダイスであり、
   正規転造部における転造歯の歯頂は、平面内に配置されており、
   入口転造部における転造歯の歯頂は、前記平面から入口側に向かうほど歯底側に傾斜する面内に配置されており、
   正規転造部における転造歯の中心線間距離をａ、
   前記平面と前記傾斜面の入口における乖離距離をｂ、
   対象物に転造する転造溝の数をｃ、
   入口転造部の転造歯の歯数をｄとしたとき、
   入口からｅ番目の転造歯の中心線間距離が、ａ+２ｂ（ｄ−ｅ+１）π／（ｃｄ）
   に設定されていることを特徴とする転造用平ダイス。
3. 請求項１又は２の転造用平ダイスを一対利用し、ダイス間距離が長い一対の入口転造部間で転造する状態から、ダイス間距離が短い一対の正規転造部間で転造する状態を経ることによって、対象物を転造する方法であり、
   ダイス間距離が長い入口転造部では転造歯の中心線間距離をダイス間距離に応じて入口側に向かうほど長く設定しておき、ダイス間距離が短い正規転造部では転造歯の中心線間距離を短く設定しておくことによって、
   入口転造部の転造歯で対象物に転造した溝に正規転造部の転造歯を対応位置させて転造することを特徴とする転造方法。

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