JP6019873B2

JP6019873B2 - 歯車の転造方法

Info

Publication number: JP6019873B2
Application number: JP2012162330A
Authority: JP
Inventors: 友和立川
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2012-07-23
Filing date: 2012-07-23
Publication date: 2016-11-02
Anticipated expiration: 2032-07-23
Also published as: JP2014018846A

Description

本発明は、歯車の転造方法に関する。

従来から、例えば下記特許文献１に記載されているように、歯車の転造方法は知られている。一般に歯車の転造工程では、所定の軸周りに回動可能に支持された転造用素材（ワーク）が一対の転造用ダイスの間に挟まれる。一対の転造用ダイスを回転又はスライドさせることにより転造用素材が回転する。この状態で一対の転造用ダイスを転造用素材の径方向内側に徐々に移動させることにより、転造用素材の外周面に歯が創成され、歯車が転造される。このように、歯車の転造工程では、転造用素材は一対の転造用ダイスによって径方向内側に押圧されているので、その外周面に形成された歯の歯底円が楕円状となるように塑性変形している。すなわち、歯底円は、転造用ダイスによる押圧方向を短軸方向とし、前記押圧方向に垂直な方向を長軸方向とする楕円形状を呈する。このとき、転造用素材は回転しているが、歯底円の短軸方向及び長軸方向は軸芯周りに回転しない（図１０参照）。したがって、転造用ダイスが当接している歯底円の短軸の両端部付近に形成されている歯の成形精度は高い。一方、歯底円が楕円形状を呈するため、歯底円の長軸の両端部付近に位置する歯の成形精度は低い。

特許文献１では、一対の転造用ダイスを転造用素材の径方向内側に移動させる工程が第１段押し込み工程及び第２段押し込み工程に分けられており、第１段押し込み工程と第２段押し込み工程との間に、転造用素材の真円度を向上させる中間サイジング工程が設けられている。さらに第２段押し込み工程の次に、転造用素材の真円度を向上させる仕上げサイジング工程が設けられている。特許文献１の転造装置は、転造用ダイスの転造用素材に対する位置（径方向位置）を変更する駆動装置（ねじ軸駆動部）を備えている。第１段押し込み工程及び第２段押し込み工程では、転造用ダイスは、駆動装置によって駆動されて径方向内側に一定の移動速度で移動する。一方、中間サイジング工程及び仕上げサイジング工程では、転造用ダイスの径方向への移動速度は実質的に「０」である。

特許４２０１２９９号公報

特許文献１に記載の転造方法によれば、第１段押し込み工程及び第２段押し込み工程の終了時には歯底円が楕円形状を呈している。中間サイジング工程及び仕上げサイジング工程では、転造用ダイスの径方向への移動速度は実質的に「０」であるので、転造用素材は径方向内側へ押圧されない。そのため、図１１に示すように、歯底円の長軸方向及び短軸方向が軸芯周りに回転する。これにより、第１段押し込み工程及び第２段押し込み工程の終了時に長軸の両端部であった部分が転造用ダイスに繰り返し当接する。転造用素材の短軸の両端部が転造用ダイスに当接するときには、転造用ダイスには径方向外側への力がほとんど作用しないが、転造用素材の長軸の両端部が転造用ダイスに当接するとき、転造用ダイスには径方向外側へ大きな力が作用する。このように、中間サイジング工程及び仕上げサイジング工程では、転造用ダイスに繰り返し荷重が作用する。したがって、中間サイジング工程及び仕上げサイジング工程では、転造用ダイスがその径方向に移動しないように保持するために、上記の繰り返し荷重に対する反力が転造用ダイスに印加されるように前記駆動装置を制御する必要がある。しかし、上記の繰り返し荷重の変動幅が大きい場合には、その荷重の変動に駆動装置が追従できない場合がある。この場合、歯車の成形精度が低下する。また、転造用素材から転造用ダイスに印加される荷重の変動幅が大きい場合、転造装置の耐久性が低下する。

また、中間サイジング工程及び仕上げサイジング工程では、転造用素材の短軸側の端部の材料が流動（膨出）するための隙間が必要であるが、特許文献１では、流動（膨出）する材料の量及び前記隙間の大きさについては考慮されていない。そのため、歯車の成形精度の向上に限界がある。

本発明は上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、成形精度及び転造装置の耐久性を向上させることができる歯車の転造方法を提供することにある。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、所定の軸周りに回転可能に支持された転造用素材（Ｗ）に複数の加工歯（４１ａ）が形成された転造用ダイス（４１）を押しつけつつ転造用ダイスを回転又はスライドさせることにより転造用素材を回転させながら、転造用素材と転造用ダイスとの当接部から転造用素材の軸芯までの距離（Ｌ）が所定の第１距離（Ｌ１）に達するまで転造用ダイスを転造用素材の径方向内側に移動させて前記転造用素材の外周部に歯を創成する第１加工工程と、第１加工工程で創成された歯に転造用ダイスの加工歯を噛み合わせて転造用ダイスを回転又はスライドさせることにより転造用素材を回転させながら、前記当接部から転造用素材の軸芯までの距離が前記所定の第１距離よりも小さな所定の第２距離（Ｌ２）に達するまで転造用ダイスを転造用素材の径方向内側にさらに移動させて前記歯をさらに加工する第２加工工程と、第２加工工程で加工された歯に転造用ダイスの加工歯を噛み合わせて転造用ダイスを回転又はスライドさせることにより転造用素材を回転させながら、前記当接部から転造用素材の軸芯までの距離が前記所定の第１距離に達するまで転造用ダイスを転造用素材の径方向外側に移動させた後、所定の時間だけ前記当接部から転造用素材の軸芯までの距離を前記所定の第１距離に保持して前記歯を整形する第３加工工程と、を含み、第１距離を半径とする真円（Ｄ３）の面積と、第１加工工程が終了した時点の歯車の歯底円（Ｄ１）の楕円率（Ｅ）と一致する楕円であって、第２距離を短軸半径（Ｓｒ２）とする楕円（Ｄ２）の面積とが同一であるように、第２距離が設定されている歯車の転造方法としたことにある。この場合、前記歯車は、はすば歯車であって、第１加工工程が終了した時点の歯の歯すじ形状誤差（ｆｆβ）を測定し、前記測定した歯すじ形状誤差を用いて、第１加工工程が終了した時点の歯底円の楕円率を計算する予備工程を含むとよい。また、第２距離は、第１距離を、前記計算された楕円率の平方根で除すことにより計算されるとよい。

第１加工工程は、転造用素材の外周面に歯を形成する工程である。第１加工工程では、転造用ダイスを転造用素材の径方向内側に移動させているので、転造用素材は転造用ダイスによって径方向内側に押圧されている。したがって、第１加工工程が終了した時点では、転造用素材に形成された歯の歯底円は楕円形状を呈している。すなわち、歯底円の短軸半径が第１距離に一致している。一方、長軸半径は第１距離よりも少し大きい。そのため、この段階では、歯底円の長軸の端部付近に形成された歯の歯形の精度が低い。

第２加工工程は、第１加工工程で創成された歯をさらに加工する工程である。第２加工工程においても、転造用ダイスを転造用素材の径方向内側に移動させているので、転造用素材は転造ダイスによって径方向内側に押圧されている。したがって、第２加工工程が終了した時点でも、歯底円は楕円形状を呈している。第２距離は第１距離よりも小さいので、第２加工工程が終了した時点では、歯底円の短軸半径は第１距離よりも小さい。

第３加工工程は、歯を整形する仕上げ工程である。第３加工工程では、転造用素材は径方向内側へ押圧されていないので、歯底円の長軸方向及び短軸方向が軸芯周りに回転する（図１１参照）。第２加工工程の終了時には歯底円が楕円形状を呈するので、従来技術のように転造用ダイスと転造用素材との当接部から転造用素材の軸芯までの距離が第２距離に保たれたままでは、歯底円の長軸の端部が転造用ダイスに当接すると、転造用ダイスには、径方向外側へ大きな力が作用する。しかし、本発明によれば、第３加工工程では、転造用ダイスが径方向外側へ引き戻される。そのため、歯底円の長軸の端部（図６の斜線を付した部分）が転造用ダイスに当接して転造用ダイスに作用する力が徐々に小さくなる。よって、第３加工工程のうち転造用ダイスと転造用素材との当接部から転造用素材の軸芯までの距離が第１距離に保たれる工程では、転造用ダイスが径方向外側へ引き戻されることなく中間サイジング工程及び仕上げサイジング工程が実施される従来技術に比べて、転造用ダイスに作用する繰り返し荷重の変動幅が小さい。転造用ダイスと転造用素材との当接部から転造用素材の軸芯までの距離が第１距離に保たれるためには、上記の繰り返し荷重に対する反力が転造用ダイスに印加される必要がある。本発明によれば、転造用素材から転造用ダイスに作用する繰り返し荷重の変動幅が小さいので、転造用ダイスをその径方向へ移動させる駆動装置が、転造用素材から受ける荷重の変動に十分に追従できる。したがって、歯車の成形精度を向上させることができる。また、転造用ダイスに作用する繰り返し荷重の変動幅が小さいので、転造装置の耐久性を向上させることができる。

また、上記のように、第２加工工程が終了した時点では、歯底円の短軸半径は第１距離よりも小さい。したがって、第３加工工程で転造用ダイスが引き戻されることにより、歯底円の短軸側の端部と転造用ダイスとの間には隙間が形成される。一方、歯底円の長軸側の端部が転造用ダイスに当接して径方向内側に押圧されると、この長軸側の端部の歯が整形される。具体的には、長軸側の端部が転造用素材の径方向内側に押し込まれ、これに伴い短軸側の端部が径方向外側へ膨出する。これにより、前記隙間が埋められ、短軸側の端部の歯が整形される。したがって、上記の歯車の転造方法によれば、歯車の歯底円の形状を真円に近づけることができ、歯車の成形精度を向上させることができる。

本発明では、第３加工工程が終了した時点の歯底円が第１距離を半径とする真円であると仮定している。そして、第２加工工程が終了した時点の歯底円の設計値（形状及び大きさ）が、次のようにして決定される。まず、第２加工工程が終了した時点の歯底円の楕円率（真円度）と、第１加工工程が終了した時点の歯底円の楕円率とが等しいとみなし、第２距離を短軸半径とした楕円の長軸半径が計算される。そして、その短軸半径及び長軸半径を用いて表される楕円（Ｄ２）の面積と、第１距離を半径とする真円（Ｄ３）、つまり第３加工工程が終了した時点の歯底円の面積とが等しくなるように第２距離が決定され、第２加工工程が終了した時点の歯底円の設計値（形状及び大きさ）が決定される。なお、第１加工工程が終了した時点の歯底円の楕円率は予め測定（又は計算）されている。

上記のようにして決定された第２加工工程終了時における歯底円の長軸半径は、第１距離よりも長い。第３加工工程で径方向内側に押し込まれる長軸側の端部の材料の量と、短軸側の端部から膨出する材料の量とは同じであると考えられる。本発明によれば、転造用素材の軸芯方向に垂直な断面において、前記決定された歯底円のうち前記真円との重複部分を除いた部分（図６の斜線を付した部分）の面積は、前記真円のうち前記楕円との重複部分を除いた部分（図６の網点を付した部分）と等しい。つまり、径方向内側に押し込まれる部分（図６の斜線を付した部分）の面積と、転造用ダイスが径方向外側へ引き戻されることにより転造用ダイスと転造用素材の間に形成された隙間（図６の網点を付した部分）の面積とを同一にしたので、長軸側の端部が径方向内側に押し込まれて短軸側の端部が膨出すると、前記隙間が過不足なく埋められる。このように、第３加工工程では、歯底円の形状が真円になるように転造用素材が整形される。したがって、歯形の精度が向上する。

本発明の一実施形態に係る転造装置を転造用素材の軸芯方向に垂直な方向から見た側面図である。図１の転造装置を転造用素材の軸心方向からみた側面図である。ローラダイス本体に形成されている加工歯を示す展開図である。図１の転造装置により転造されたはすば歯車の正面図である。ローラダイス本体と転造用素材との当接部から転造用素材の軸芯までの距離の変化を示すグラフである。第１乃至第３加工工程が終了した時点での歯底円の形状及び大きさを示す概略図である。第１加工工程及び第２加工工程が終了した時点での歯筋方向の歯形の変化を示す概略図である。楕円率を計算する工程を説明するための説明図である。図８の歯側面の拡大図である。転造用ダイスに押圧されて楕円状に変形した歯底円を示す断面図である。歯底円の長軸方向及び短軸方向が軸芯周りに回転した状態を示す断面図である。

以下、本発明の一実施形態について説明する。図１及び図２に示すように、本実施形態の転造装置１は、基台ＦＲ上に載置された支持部２と、エアシリンダユニット３と、一対の転造用ローラダイスユニット４，４とを備える。なお、図１においては、転造用ローラダイスユニット４，４を省略している。また、図２においては、支持部２の一部及びエアシリンダユニット３を省略している。

支持部２は第１支持部２１と第２支持部２２とを備える。第１支持部２１は基台ＦＲの上面に固定される。また、基台ＦＲの上面には、図１の左右方向に延びたガイドレールＲａが形成されていて、第２支持部２２の下面に形成されている図示しない溝がこのガイドレールＲａに嵌合している。したがって、第２支持部２２は、ガイドレールＲａに沿って図１の左右方向に移動可能且つそれ以外の方向に移動不能に基台ＦＲに取り付けられる。第１支持部２１と第２支持部２２は、図１の左右方向に所定の間隔をおいて基台ＦＲ上に設けられている。

第１支持部２１に第１支持ピン２１ａが、第２支持部２２に第２支持ピン２２ａが、それぞれ形成される。第１支持ピン２１ａと第２支持ピン２２ａは、軸芯が一致し且つそれぞれの先端が向かい合うように配設されている。第１支持ピン２１ａが棒状の転造用素材Ｗの一端を支持し、第２支持ピン２２ａが転造用素材Ｗの他端を支持する。

エアシリンダユニット３は、シリンダ取付台３１と、エアシリンダ３２とを備える。シリンダ取付台３１は基台ＦＲの上面に固定される。シリンダ取付台３１にエアシリンダ３２のシリンダボディ３２ａが固定される。シリンダボディ３２ａからはシリンダロッド３２ｂが図１の左右方向に延びている。シリンダロッド３２ｂの先端は第２支持部２２に連結されている。

図２に示すように、一対の転造用ローラダイスユニット４，４が、第１支持ピン２１ａと第２支持ピン２２ａとによりその両端が支持された転造用素材Ｗの軸芯を挟んで転造用素材Ｗの両側に対向配置される。転造用ローラダイスユニット４は、ローラダイス本体４１と、回転駆動ユニット４２と、スライド駆動ユニット４３とを備える。

ローラダイス本体４１は、円柱状に形成されている。ローラダイス本体４１の外周部分には、転造用素材Ｗの側周面（被加工面）に歯を創成するための複数の加工歯４１ａが形成されている。図３は、ローラダイス本体４１の外周部に形成されている複数の加工歯４１ａを展開した展開図である。図３の実線で示した部分が加工歯４１ａの歯先面である。このように、加工歯４１ａは、ローラダイス本体４１の軸芯方向に対して傾斜している。したがって、この転造装置１によれば、図４に示すようなはすば歯車が転造される。ローラダイス本体４１は、軸周りに回転可能に回転駆動ユニット４２に支持されている。一対の転造用ローラダイスユニット４，４のローラダイス本体４１，４１に形成された加工歯４１ａ，４１ａが支持部２に支持されている転造用素材Ｗの側周面に接触し得るように、ローラダイス本体４１，４１は、その回転軸方向が転造用素材Ｗの回転軸方向に平行となるように配設されている。

回転駆動ユニット４２は、支持台４２ａと、電動モータ４２ｂとを備える。電動モータ４２ｂは支持台４２ａに組み付けられており、モータ制御部ＭＣによってその回転速度及び回転方向が制御されている。このモータ制御部ＭＣは、マイコン又はシーケンサ回路を備えており、電動モータ４２ｂに回転速度、回転方向などを含む指令信号を出力する。電動モータ４２ｂは、モータ制御部ＭＣから入力した指令信号に基づいて回転する。電動モータ４２ｂの出力軸４２ｂ１は、ローラダイス本体４１に同軸的に連結されている。出力軸４２ｂ１の回転に伴って、ローラダイス本体４１が回転する。一対の転造用ローラダイスユニット４，４のローラダイス本体４１，４１の回転速度及び回転方向が同一となるように、電動モータ４２ｂ，４２ｂの回転がモータ制御部ＭＣによって制御される。また、基台ＦＲの上面には、図２の左右方向に延びたガイドレールＲｂが形成されていて、支持台４２ａの下面に形成されている図示しない溝がこのガイドレールＲｂに嵌合している。したがって、支持台４２ａは、ガイドレールＲｂに沿って図２の左右方向に移動可能且つそれ以外の方向に移動不能に基台ＦＲに取り付けられる。

スライド駆動ユニット４３は、油圧シリンダ取付台４３ａと、油圧シリンダ４３ｂとを備える。油圧シリンダ取付台４３ａは基台ＦＲ上に固定される。油圧シリンダ取付台４３ａに油圧シリンダ４３ｂのシリンダボディ４３ｂ１が固定される。シリンダボディ４３ｂ１からはシリンダロッド４３ｂ２が図２の左右方向に延びている。シリンダボディ４３ｂ１への注油量は、図示しない油圧シリンダ制御部によって制御される。

シリンダロッド４３ｂ２の先端は回転駆動ユニット４２の側面に連結されている。シリンダロッド４３ｂ２が伸長されることにより、ローラダイス本体４１の外周面（加工面）に形成されている加工歯４１ａが支持部２に支持されている転造用素材Ｗの側周面（被加工面）に接近して当接する。転造用素材Ｗと一対の転造用ローラダイスユニット４，４の加工歯４１ａ，４１ａとの当接部から転造用素材Ｗの軸芯までの各距離が、図示しない距離計（例えばリニアスケール）を用いて計測され、計測結果が油圧シリンダ制御部に入力される。転造用素材Ｗと一対の転造用ローラダイスユニット４，４の加工歯４１ａ，４１ａとの当接部から転造用素材Ｗの軸芯までの各距離が同一となるように、シリンダボディ４３ｂ１，４３ｂ１への注油量が油圧シリンダ制御部によって制御される。

上記構成の転造装置１を用いて転造用素材Ｗを転造加工する方法について、以下に説明する。

（準備工程）
まず、第１支持ピン２１ａの先端を転造用素材Ｗの一端に押し付けるとともに、第２支持ピン２２ａの先端を転造用素材Ｗの他端に押し付ける。そして、エアシリンダ３２のシリンダロッド３２ｂを伸長させて第２支持部２２を転造用素材Ｗに近づける方向への押圧力を第２支持部２２に作用させることにより、転造用素材Ｗがその軸芯周りに回転可能に支持部２に支持される。

次に、一対のローラダイス本体４１，４１を同一方向に同速度で回転させるとともに、両ローラダイス本体４１，４１の外周面に形成された加工歯４１ａ，４１ａが支持部２に支持された転造用素材Ｗの側周面に近づく方向に、両回転駆動ユニット４２，４２を移動させる。そして、一対のローラダイス本体４１，４１を同時に転造用素材Ｗに接触させる。すると、転造用素材Ｗは一対のローラダイス本体４１，４１の回転方向とは反対方向に連れ回りする。

（第１加工工程）
第１加工工程は、転造用素材Ｗの側周面を粗加工する工程である。第１加工工程では、準備工程が終了した状態から、回転駆動ユニット４２，４２が転造用素材Ｗの径方向内側にさらに移動されて、一対のローラダイス本体４１，４１の加工歯４１ａ，４１ａが転造用素材Ｗの側周面に押し付けられる。加工歯４１ａ，４１ａが転造用素材Ｗの側周面に押し付けられた状態でローラダイス本体４１，４１が回転することにより、転造用素材Ｗが回転させられるとともにその側周面に歯が創成される。この第１加工工程では、回転駆動ユニット４２，４２が転造用素材Ｗの径方向内側に移動しているので、転造用素材Ｗは、ローラダイス本体４１，４１によって径方向内側に押圧されている。そのため、転造用素材Ｗに形成された歯の歯底円Ｄが楕円形状を呈している。すなわち、図２に一点鎖線で示すように、歯底円Ｄは、ローラダイス本体４１，４１による押圧方向を短軸方向とし、前記押圧方向に垂直な方向を長軸方向とした楕円形状を呈している。なお、第１加工工程では、転造用素材Ｗは軸芯周りに回転しているが、歯底円Ｄの長軸方向及び短軸方向は軸芯周りに回転していない。

回転駆動ユニット４２，４２が転造用素材Ｗの径方向内側へ徐々に移動することにより、歯底円Ｄの短軸径が徐々に小さくなっていく。第１加工工程では、転造用素材Ｗに形成された歯底面とローラダイス本体４１，４１の歯先面との当接部から転造用素材Ｗの軸芯までの距離Ｌが所定の第１距離Ｌ１に達するまで回転駆動ユニット４２，４２が転造用素材Ｗの径方向内側へ移動される（図５参照）。第１距離Ｌ１は、本方法により製造される歯車の歯底円の仕上げ寸法（半径）に相当する。上記のように、第１加工工程では歯底円Ｄが楕円形状を呈しているので、第１加工工程が終了した時点の歯底円Ｄ１（図６参照）の短軸の端部に形成された歯の歯形の精度は高いが、長軸の端部に形成された歯の歯形の精度が低い。なお、図６においては、第１加工工程が終了した時点のローラダイス本体４１，４１の歯先円Ａ１、及び後述する第２加工工程及び第３加工工程が終了した時点のローラダイス本体４１，４１の歯先円Ａ２及び歯先円Ａ３を破線でそれぞれ示している。

（第２加工工程）
第２加工工程は、第１加工工程で創成された歯をさらに加工する工程である。第２加工工程では、加工歯４１ａ，４１ａが転造用素材Ｗの側周面に創成された歯に噛み合わされた状態でローラダイス本体４１，４１が回転されることにより、転造用素材Ｗが回転させられる。この状態で回転駆動ユニット４２，４２が転造用素材Ｗの径方向内側にさらに移動されて、第１加工工程で創成された歯がさらに加工される。第２加工工程では、転造用素材Ｗに形成された歯底面とローラダイス本体４１，４１の歯先面との当接部から転造用素材Ｗの軸芯までの距離Ｌが所定の第２距離Ｌ２に達するまで回転駆動ユニット４２，４２が転造用素材Ｗの径方向内側へ移動された後、距離Ｌが第２距離Ｌ２に保持された状態で、ローラダイス本体４１，４１が数回（２〜３回）回転される（図５参照）。ただし、この距離Ｌが第２距離に保持される工程を省略してもよい。上記の第２距離Ｌ２は、次のようにして決定される。

以下、第２距離Ｌ２の決定方法について説明する。第２加工工程においても、回転駆動ユニット４２，４２が転造用素材Ｗの径方向内側に移動しているので、転造用素材Ｗは、ローラダイス本体４１，４１によって径方向内側に押圧されている。そのため、歯底円Ｄが楕円形状を呈している。また、歯底円Ｄの長軸方向及び短軸方向は軸芯周りに回転していない。本実施形態では、第２加工工程が終了した時点での歯底円Ｄ２の楕円率は、第１加工工程が終了した時点での歯底円Ｄ１の楕円率に等しいとみなす。すなわち、図６に示すように、歯底円Ｄ１と歯底円Ｄ２とは相似形である。なお、ローラダイス本体４１，４１が転造用素材Ｗの径方向内側に移動していくにつれて転造用素材Ｗの断面積が小さくなるとともに、材料が軸方向に流動して転造用素材Ｗが軸方向に延びる。この転造用素材Ｗの軸方向への延びは、シリンダロッド３２ｂが収縮することにより許容される。

第１加工工程が終了した時点の歯底円Ｄ１の楕円率は、予備工程にて予め測定されている。ここで、歯底円Ｄ１の楕円率の測定について説明しておく。第１加工工程が終了した時点では、転造用素材Ｗは、その歯底円Ｄ１の短軸の端部が加工歯４１ａによって深く切り込まれて、歯底円Ｄ１の長軸の端部があまり深く切り込まれなかったような状態にある。したがって、図７に示すように、歯形がその歯すじ方向に沿って変化している。具体的には、図８に示すように、歯底円Ｄ１の短軸の端部に形成された部分ＴＳの歯厚よりも、長軸の端部に形成された部分ＴＬの歯厚の方が大きい。そこで、歯車測定機を用いて、第１加工工程が終了した時点の歯すじ形状誤差ｆｆβを測定する。歯すじ形状誤差ｆｆβは、歯面に垂直な方向における誤差である。したがって、図９に示すように、径方向における誤差を表わす径方向誤差ｆｆβ＿ｒは、歯すじ形状誤差ｆｆβ及び圧力角αを用いて、ｆｆβ＿ｒ＝ｆｆβ／ｃｏｓ（９０°−α）と近似的に表わされる。そして、第１加工工程が終了した時点の歯底円Ｄ１の短軸半径Ｓｒ１は第１距離Ｌ１であるから、その長軸半径Ｌｒ１は、第１距離Ｌ１及び径方向誤差ｆｆβ＿ｒを用いて、Ｌｒ１＝Ｌ１＋ｆｆβ＿ｒと表わされる。故に、楕円率Ｅは、Ｅ＝Ｓｒ１／Ｌｒ１＝Ｌ１／（Ｌ１＋ｆｆβ／ｃｏｓ（９０°−α））と表わされる。

再び第２距離Ｌ２の決定方法の説明に戻る。第２加工工程が終了した時点での歯底円Ｄ２の短軸半径Ｓｒ２は第２距離Ｌ２であるから、その長軸半径Ｌｒ２は、Ｌｒ２＝Ｓｒ２／Ｅ＝Ｌ２×（Ｌ１＋ｆｆβ／ｃｏｓ（９０°−α））／Ｌ１と近似的に表わされる。また、本実施形態では、第２加工工程が終了した時点での歯底円Ｄ２の面積と、第１距離Ｌ１を半径とする真円（すなわち、第３加工工程が終了した時点の歯底円Ｄ３）の面積とが等しくなるように、第２距離Ｌ２を設定する（図６参照）。つまり、π×Ｓｒ２×Ｌｒ２＝π×Ｌ１^２と表わされる方程式を満たすような第２距離Ｌ２の値を計算する。すなわち、第２距離Ｌ２は、Ｌ２＝√（Ｌ１^３／（Ｌ１＋ｆｆβ／ｃｏｓ（９０°−α）））と表わされる。

（第３加工工程）
第３加工工程は、歯を整形する工程である。第３加工工程では、第２加工工程に引き続き、加工歯４１ａ，４１ａが転造用素材Ｗの側周面に形成された歯に噛み合わされた状態でローラダイス本体４１，４１が回転されることにより、転造用素材Ｗが回転させられる。この状態で、距離Ｌが所定の第１距離Ｌ１に達するまで回転駆動ユニット４２，４２が転造用素材Ｗの径方向外側へ移動される。そして、距離Ｌが第１距離Ｌ１に保持された状態で、ローラダイス本体４１，４１を数回（５〜１０回）回転させる。これにより、歯が整形される。

第３加工工程では、転造用素材Ｗは径方向内側へ押圧されていないので、歯底円Ｄの長軸方向及び短軸方向が軸芯周りに回転する（図１１参照）。第２加工工程が終了した時点の歯底円Ｄ２の長軸半径Ｌｒ２は、第１距離Ｌ１よりも長い。したがって、従来技術のように距離Ｌが第２距離Ｌ２に保たれたままでは、歯底円Ｄの短軸の端部がローラダイス本体４１，４１に当接するときには、ローラダイス本体４１，４１に径方向外側への力がほとんど作用しないが、歯底円Ｄの長軸の端部（図６の斜線を付した部分）がローラダイス本体４１，４１に当接するときに、ローラダイス本体４１，４１に径方向外側への大きな力が作用する。このためローラダイス本体４１，４１に作用する繰り返し荷重の変動幅が大きい。しかし、上記の歯車の転造方法によれば、第３加工工程では、ローラダイス本体４１，４１が径方向外側へ引き戻される。そのため、歯底円Ｄの長軸の端部（図６の斜線を付した部分）がローラダイス本体４１，４１に当接してローラダイス本体４１，４１が径方向外側へ押される力が徐々に小さくなる。よって、第３加工工程のうち距離Ｌが第１距離Ｄ１に保たれる工程では、転造用ダイスが径方向外側へ引き戻されることなく中間サイジング工程及び仕上げサイジング工程が実施される従来技術に比べて、ローラダイス本体４１，４１に作用する繰り返し荷重の変動幅が小さい。距離Ｌが第１距離Ｄ１に保たれるためには、上記の繰り返し荷重に対する反力がローラダイス本体４１，４１に印加される必要がある。本実施形態によれば、ローラダイス本体４１，４１に作用する繰り返し荷重の変動幅が小さいので、ローラダイス本体４１，４１をその径方向へ移動させるスライド駆動ユニット４３が、転造用素材Ｗから受ける荷重の変動に十分に追従できる。したがって、歯車の成形精度を向上させることができる。また、ローラダイス本体４１，４１に作用する繰り返し荷重の変動幅が小さいので、転造装置１の耐久性を向上させることができる。

また、上記のように、歯底円Ｄ２の短軸半径Ｓｒ２は第１距離Ｌ１よりも小さい。したがって、第３加工工程でローラダイス本体４１，４１が引き戻されることにより、歯底円Ｄ２の短軸の端部とローラダイス本体４１，４１との間には隙間（図６の網点を付した部分）が形成される。一方、第３加工工程では、歯底円Ｄ２の長軸側の端部（図６の斜線を付した部分）がローラダイス本体４１，４１に当接し、この長軸側の端部が径方向内側に押し込まれる。これに伴い転造用素材の外周部のうちの短軸側の端部が径方向外側へ膨出する。第３加工工程で径方向内側に押し込まれた長軸側の端部の材料の量と、短軸側の端部から膨出した材料の量とは同じであると考えられる。本実施形態によれば、転造用素材Ｗの軸芯方向に垂直な断面において、径方向内側に押し込まれる部分（図６の斜線を付した部分）の面積と、回転駆動ユニット４２，４２が径方向外側へ引き戻されることによりローラダイス本体４１，４１と転造用素材Ｗの間に形成される隙間（図６の網点を付した部分）の面積とを同一にしたので、長軸側の端部が径方向内側に押し込まれて短軸側の端部が膨出すると、前記隙間が過不足なく埋められる。このように、第３加工工程では、歯底円の形状が真円になるように転造用素材Ｗが整形され、歯すじ形状誤差ｆｆβが小さくなる。したがって、歯形の精度が向上する。

さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、はすば歯車を転造する例を説明したが、本方法は、平歯車の転造にも適用可能である。また、第１加工工程が終了した時点における歯底円の楕円率Ｅの測定方法は上記実施形態の方法に限られない。例えば、歯底円の長軸径を、ノギスなどを用いて実測し、この測定結果を用いて楕円率Ｅを計算してもよい。また、上記実施形態では、転造用ダイスとしてローラダイスを使用した例を示したが、本方法は、ラックダイスを使用した転造装置にも適用できる。

１・・・転造装置、２・・・支持部、４・・・転造用ローラダイスユニット、４１・・・ローラダイス本体、４１ａ・・・加工歯、４２・・・回転駆動ユニット、４３・・・スライド駆動ユニット、ｆｆβ・・・歯すじ形状誤差、ｆｆβ＿ｒ・・・径方向誤差、Ｌ１・・・第１距離、Ｌ２・・・第２距離、Ｄ・・・歯底円、Ｗ・・・転造用素材、α・・・圧力角

Claims

所定の軸周りに回転可能に支持された転造用素材に複数の加工歯が形成された転造用ダイスを押しつけつつ前記転造用ダイスを回転又はスライドさせることにより前記転造用素材を回転させながら、前記転造用素材と前記転造用ダイスとの当接部から前記転造用素材の軸芯までの距離が所定の第１距離に達するまで前記転造用ダイスを前記転造用素材の径方向内側に移動させて前記転造用素材の外周部に歯を創成する第１加工工程と、
前記第１加工工程で創成された歯に前記転造用ダイスの加工歯を噛み合わせて前記転造用ダイスを回転又はスライドさせることにより前記転造用素材を回転させながら、前記当接部から前記転造用素材の軸芯までの距離が前記所定の第１距離よりも小さな所定の第２距離に達するまで前記転造用ダイスを前記転造用素材の径方向内側にさらに移動させて前記歯をさらに加工する第２加工工程と、
前記第２加工工程で加工された歯に前記転造用ダイスの加工歯を噛み合わせて前記転造用ダイスを回転又はスライドさせることにより前記転造用素材を回転させながら、前記当接部から前記転造用素材の軸芯までの距離が前記所定の第１距離に達するまで前記転造用ダイスを前記転造用素材の径方向外側に移動させた後、所定の時間だけ前記当接部から転造用素材の軸芯までの距離を前記所定の第１距離に保持して前記歯を整形する第３加工工程と、を含み、前記第１距離を半径とする真円の面積と、前記第１加工工程が終了した時点の前記歯車の歯底円の楕円率と一致する楕円であって、前記第２距離を短軸半径とする楕円の面積とが同一であるように、前記第２距離が設定されている、歯車の転造方法。
請求項１に記載の歯車の転造方法において、
前記歯車は、はすば歯車であって、
前記第１加工工程が終了した時点の歯の歯すじ形状誤差を測定し、前記測定した歯すじ形状誤差を用いて、前記第１加工工程が終了した時点の歯底円の楕円率を計算する予備工程を含む、歯車の転造方法。
請求項２に記載の歯車の転造方法において、
前記第２距離は、前記第１距離を、前記計算された楕円率の平方根で除すことにより計算される、歯車の転造方法。