WO2012090660A1 - 内歯転造方法 - Google Patents

Abstract

　筒状素材に内歯を形成する内歯転造方法が開示される。この内歯転造方法は、工具歯車により該筒状素材に内歯を形成する造歯工程（ＳＴ０３）の後に、工具歯車を後退させて工具歯車を支えている回転軸の撓みを解消させる工具後退工程（ＳＴ０５）を加えると共に、後退位置にて工具歯車を回し、内歯を修整する修整工程（ＳＴ０６）を含む。

Description

内歯転造方法

　本発明は、転造法により、筒状素材に内歯を形成する製造方法に関する。

　切削法により、筒状素材に内歯を形成する製造方法が、普通に実施される。切削法は、歯の仕上がり精度が良好である反面、加工時間が長く、その上、切削屑が発生する。結果、切削法では、加工コストや材料コストが嵩む。

　対策の１つに転造法がある。転造法では、外歯を素材に押し付けることで内歯が形成できるため、加工時間が短く、切削屑が発生しない。そこで、転造法により、筒状素材に内歯を形成する転造技術が提案されてきた（例えば、特許文献１参照）。この転造技術を図１４に基づいて説明する。

　図１４に示すように、門型のハウジング１０１の上面に、スライドベース１０２が図面表裏方向へ移動可能に載せられている。このスライドベース１０２に回転軸１０３が縦向きになるようにして回転機構１０４が取付けられ、この回転軸１０３の下端に工具歯車１０５が取付けられている。

　図１５は図１４の１５－１５線に沿った断面図である。図１５に示すように、リング状のコンテナ１０６に筒状素材１０７がセットされる。この筒状素材１０７の内周面に工具歯車１０５を押し当て、工具歯車１０５を回すと、筒状素材１０７が連れ回る（従動回転する）。この回転を続けることにより筒状素材１０７に、内歯１０８が形成される。

　この転造加工の際、筒状素材１０７の内周面は、強く工具歯車１０５で押される。筒状素材１０７がコンテナ１０６に収納されているため、変形する心配はない。
　一方、想像線で示される回転軸１０３は、工具歯車１０５より小径の軸である。回転軸１０３が工具歯車１０５より大径であると、回転軸１０３が筒状素材１０７に干渉するからである。

　図面から明らかなように、筒状素材１０７の内径より、工具歯車１０５の外径は遙かに小さく、この小径の工具歯車１０５よりも回転軸１０３は小径である。
　図１４において、転造加工の際に、筒状素材１０７から工具歯車１０５に水平反力が加わると、回転軸１０３が撓む。この撓み量だけ、工具歯車１０５の位置が所定の位置からずれる。このずれにより、内歯の仕上がり精度が低下する。

　精度の低下は、歯車製品の品質低下に直結するため、精度向上策が求められる。

特許第３９４７２０４号公報

　本発明は、筒状素材に内歯を形成する転造方法において、歯の出来上がり精度を高めることができる技術を提供することを課題とする。

　請求項１に係る発明によれば、ハウジングに移動可能に取付られるスライドベースと、このスライドベースを移動させる移動機構と、この移動機構による移動方向と直交する方向に回転軸が延びるようにして前記スライドベースに取付けられる回転機構と、この回転機構の回転軸に取付けられ外周面に外歯が形成されている工具歯車と、前記ハウジングに回転自在に取付けられ筒状素材を支えるコンテナとを備える転造装置を使用して、前記筒状素材の内周面に内歯を形成する内歯転造方法であって、
　前記コンテナに前記筒状素材をセットする素材セット工程と、
　前記移動機構で前記工具歯車を前進させることにより前記外歯を前記筒状素材の内周面に押し当て、前記回転機構により前記工具歯車を回すことにより前記筒状素材を従動回転させて、前記筒状素材に前記内歯を造る造歯工程と、
　前記移動機構で前記工具歯車を所定距離後退させる工具後退工程と、
　後退させた前記工具歯車を前記回転機構により回すことにより前記筒状素材を少なくとも１回転させて、前記内歯を修整する修整工程と、を有することを特徴とする内歯転造方法が提供される。

　請求項２に係る発明では、好ましくは、前記修整工程で、前記筒状素材を１回転以上正転させ且つ１回転以上逆転させる。

　請求項３に係る発明では、好ましくは、前記造歯工程と前記工具後退工程の間に仕上げ工程を加える。この仕上げ工程は、好ましくは、前記造歯工程の後に、前記工具歯車の前進移動を停止し、この状態で前記回転機構により前記工具歯車を回すことにより前記筒状素材を少なくとも１回転させて、前記内歯を仕上げる工程である。

　請求項４に係る発明では、好ましくは、前記仕上げ工程で、前記筒状素材を１回転以上正転させ且つ１回転以上逆転させる。

　請求項１に係る発明では、筒状素材に内歯を造る造歯工程の後に、工具歯車を所定距離後退させる工具後退工程と、後退させた工具歯車を前記回転機構により回すことにより筒状素材を少なくとも１回転させて内歯を修整する修整工程とを実施する。
　造歯工程では、工具歯車に筒状素材からの反力が加わるため、不可避的に回転軸に撓みが発生する。一方、修整工程では、工具歯車を筒状素材の内周面から離れる方向へ移動させるため、回転軸の撓みは軽減される。
　結果、造歯工程で筒状素材に精度不足が発生しても、修整工程により精度不足を解消して製品での精度向上を図ることができる。

　請求項２に係る発明では、修整工程での１回転以上の正転により、内歯の一方の歯面に修整を加え、１回転以上の逆転により、内歯の他方の歯面に修整を加える。両方の歯面が修整されるため、内歯の仕上がり精度は更に向上する。

　請求項３に係る発明では、造歯工程と工具後退工程の間に仕上げ工程を加える。この仕上げ工程では、造歯工程の後に工具歯車の前進移動を停止し、この状態で工具歯車を回すことにより筒状素材を少なくとも１回転させて、内歯を仕上げる。
　造歯工程では工具歯車を前進側へ付勢しながら実施するため、回転軸の撓みは変化又は変動するが、仕上げ工程では工具歯車を前進させないため、回転軸の撓みは一定になる。
　回転軸の撓みが一定になると、工具歯車の位置が安定する。
　したがって、造歯工程のみの場合に比べて、造歯工程に仕上げ工程を加えることで、内歯の仕上がり精度は向上する。結果的に、後工程である修整工程の負担が軽くなり、修整工程の時間を短縮することができる。

　請求項４に係る発明では、仕上げ工程で１回転以上の正転により、内歯の一方の歯面に仕上げを施し、１回転以上の逆転により、内歯の他方の歯面に仕上げを施す。両方の歯面が仕上げられるため、内歯の仕上がり精度は更に向上する。結果的に、後工程である修整工程の負担が軽くなり、修整工程の時間をより短縮することができる。

転造装置の断面図である。 工具歯車の断面図である。 図２の３－３線に沿った断面図である。 コンテナと筒状素材と抑えリングの断面図である。 本発明の内歯転造方法を説明するフロー図である。 素材セット工程を説明する図である。 切込み工程を説明する図である。 造歯工程を説明する図である。 仕上げ工程を説明する図である。 工具後退工程及び修整工程を説明する図である。 工程毎の転造荷重を説明するグラフである。 工程毎の回転軸トルクを説明するグラフである。 図１２の別実施例を説明するグラフである。 従来の転造装置の断面図である。 図１４の１５－１５線に沿った断面図である。

　以下、本発明の好ましい実施例について、添付した図面に基づいて説明する。

　図１に示すように、転造装置１０は、ハウジング１１と、このハウジングの天井１２に載せられるスライドベース１３と、このスライドベース１３を水平方向へ移動させる移動機構２０と、スライドベース１３に回転軸３１が垂直になるように取付けられる回転機構３０と、ハウジング１１の上床１４と下床１５とに取付けられ筒状のコンテナ１６を昇降させる昇降機構４０と、移動機構２０、回転機構３０及び昇降機構４０を制御する制御部５０とを備えている。

　移動機構２０は、下床１５に取付られるモータ２１と、上床１４と下床１５に軸受２２、２２を介して鉛直軸廻りに回転自在に取付けられモータ２１で回されるナット２３と、このナット２３にねじ込まれ上へ延びているねじ軸２４と、このねじ軸２４の上端に固定されスライドベース１３を移動させるくさび形の昇降部材２５とを備えている。

　モータ２１でナット２３を回すと、ねじ軸２４が上昇又は下降する。ねじ軸２４と共に昇降部材２５が昇降する。昇降部材２５は、スライドベース１３側の面が鉛直線に対して角度θだけ傾斜したテーパ面２６となっている。昇降部材２５の昇降量をＨとすると、スライドベース１３の移動量は、（Ｈ×ｔａｎθ）の計算式で計算することができる。

　角度θが小さいほどスライドベース１３の移動量は小さくなり、スライドベース１３の位置決め精度が高まる。そのため、θは４５°よりも小さな値に設定することが望まれる。

　回転機構３０には、回転軸３１の回転量や回転速度を精密に制御することができるサーボモータが適している。

　昇降機構４０は、下床１５に取付られるモータ４１と、上床１４と下床１５に軸受４２、４２を介して鉛直軸廻りに回転自在に取付けられモータ４１で回されるナット４３、４３と、これらのナット４３、４３にねじ込まれ上へ延びているねじ軸４４、４４と、これらのねじ軸４４、４４の上端に渡される昇降部材４５と、この昇降部材４５の上面に取付けられ筒状のコンテナ１６を回転自在に支える軸受４６とを備えている。

　モータ４１でナット４３、４３を回転させるとねじ軸４４、４４が上昇又は下降する。ねじ軸４４、４４と共に昇降部材４５が昇降する。そして、この昇降部材４５と共に軸受４６及び筒状のコンテナ１６が昇降する。モータ４１は、コンテナ１６の昇降量を精密に制御することができるサーボモータが適している。

　コンテナ１６はノックアウト部材１７を備えている。このノックアウト部材１７は、昇降機構４０によりコンテナ１６が下げられるときに、上床１４の上面に当たって、上昇し、歯車製品を払い出す役割を果たす。

　ハウジング１１の天井１２の下面に、素材抑え機構５１が設けられている。
　この素材抑え機構５１は、抑えリング５２と、この抑えリング５２の下降を防止するスラスト軸受５３と、抑えリング５２の上昇を防止するテーパころ軸受５４と、抑えリング５２、スラスト軸受５３及びテーパころ軸受５４を天井１２に取付けるブラケット５５とを備える。抑えリング５２は、スラスト軸受５３及びテーパころ軸受５４により、回転自在に支えられている。

　回転機構３０の回転軸３１に、工具歯車５６が取付けられている。
　図２に示すように、回転軸３１の下端に、工具歯車５６が取付けられ、エンドプレート５７により工具歯車５６の抜け止めが図られる。

　図３に示すように、工具歯車５６の外周面に外歯５８が設けられている。この外歯５８が歯車転造法における主要部となる。回転軸３１にスプライン５９が設けられ、工具歯車５６にスプライン溝６１が設けられている。このスプライン溝６１にスプライン５９が嵌合することで、回転軸３１に工具歯車５６が取付けられる。

　図４に示すように、転造加工の対象物である筒状素材６２は、円筒部６３の上部にフランジ部６４を備える。フランジ部６４は等ピッチで配置される突起６４ａで構成される。　筒状素材６２は、厚肉の円筒鋼材を、別の粗成形工程により作製される。粗成形は、鍛造、転造、切削の何れでも行える。粗成形工程で、筒状素材６２の内周面に、内歯を粗成形することが推奨される。図３に示す工具歯車５６の外歯５８を、粗歯に噛み合わせると、工具歯車５６の回転に筒状素材６２を同期させることができる。ただし、粗歯の成形は必須ではない。

　コンテナ１６は、円筒部６３を収納する円筒収納部６６とフランジ部６４を収納するフランジ収納部６７を備えている。フランジ収納部６７に、突起６４ａを収納する凹部６５が等ピッチで設けられている。
　円筒収納部６６に円筒部６３を収納し、凹部６５に突起６４ａを嵌めるようにしてフランジ収納部６７にフランジ部６４を収納する。これで、コンテナ１６に筒状素材６２が収納される。

　この後に、抑えリング５２に備えられるストッパ爪６８を、フランジ部６４の上面に当てる。フランジ部６４をストッパ爪６８で抑えることで、コンテナ１６から筒状素材６２が外れる心配はなくなる。

　次に、内歯転造方法を図面に基づいて説明する。
　図５に示すように、筒状素材をコンテナにセットし（ＳＴ０１）、工具歯車を小さな回転角で正逆転させながら前進させることで筒状素材に切込み（ＳＴ０２）、次に工具歯車を回転させつつ前進させることで筒状素材に内歯を造り（ＳＴ０３）、前進限位置で工具歯車の前進を止めその位置で工具歯車を回転させることで内歯を仕上げ（ＳＴ０４）、工具歯車を僅かに後退させ（ＳＴ０５）、その位置で工具歯車を回転させることで内歯を修整する（ＳＴ０６）。※を付したステップは省くことが出来る。
　以下、各ステップＳＴ０１～ＳＴ０６を詳しく説明する。

　ＳＴ０１（素材セット工程）では、図６（ａ）に示すように、コンテナ１６に筒状素材６２をセットし、この筒状素材６２を抑えリング５２で抑える。
　図６（ａ）のｂ－ｂ線断面図である図６（ｂ）に示すように、筒状素材６２の中央に工具歯車５６が置かれる。

　ＳＴ０１は、具体的には、図１に示す制御部５０で制御される昇降機構４０で実行される。

　ＳＴ０２（切込み工程）では、図７（ａ）に示すように、工具歯車５６を前進させながら、αの２倍だけ正転（正回転）と逆転（逆回転）を繰り返す。工具歯車５６が筒状素材６２の内周面に接触すると、筒状素材６２は工具歯車５６に連動して正転と逆転を繰り返す。結果、図７（ｂ）に示すように、筒状素材６２の内周面に、工具歯車５６の外歯５８が切込まれる。

　ＳＴ０２は、図１に示す制御部５０で制御される移動機構２０と回転機構３０で実行される。

　ＳＴ０３（造歯工程）では、図８に示すように、工具歯車５６を筒状素材６２の内周面に押し当てて回す。筒状素材６２は工具歯車５６に従って回転する。工具歯車５６は徐々に前進する。この回転及び前進により、筒状素材６２の内周面に内歯６９が徐々に形成される。この造歯工程は、工具歯車５６の中心Ｏ２が筒状素材６２の中心Ｏ１から距離ｄ１に達するまで続けられる。後に詳しく説明するが、ＳＴ０３では工具歯車５６を前進させるために、転造荷重が急増する。転造荷重が急増すると、回転軸３１が撓みが急増し、工具歯車５６の位置が変動する。

　ＳＴ０３は、図１に示す制御部５０で制御される移動機構２０と回転機構３０で実行される。

　ＳＴ０４（仕上げ工程）では、図９に示すように、工具歯車５６の中心Ｏ２が筒状素材６２の中心Ｏ１から距離ｄ１に達したら、前進を止める。前進を止めたので、回転軸３１に加わる反力は、ＳＴ０３での反力より一定になる。工具歯車５６の変動がなくなる。この状態で、工具歯車５６を回すことで、内歯６９の仕上げが行える。

　ＳＴ０４は、図１に示す制御部５０で制御される回転機構３０で実行される。移動機構２０は停止している。

　ＳＴ０５（工具後退工程）では、図１０に示すように、工具歯車５６を距離δだけ後退させる。すなわち、筒状素材６２の中心Ｏ１から工具歯車５６の中心Ｏ２までの距離ｄ２が、距離ｄ１より小さくなる。この後退により、回転軸３１の撓みが大幅に軽減される。

　ＳＴ０５は、図１に示す制御部５０で制御される移動機構２０で実行される。

　ＳＴ０６（修整工程）では、図１０に示すように、距離ｄ２の状態で、工具歯車５６を回す。回転軸３１の撓みが軽減されているため、工具歯車５６の位置精度は高い。このような工具歯車５６で内歯６９を浚うことで、正確な修整が内歯６９に施される。

　ＳＴ０６は、図１に示す制御部５０で制御される回転機構３０で実行される。移動機構２０は停止している。

　図１１に基づいて、主要な工程における転造荷重を説明する。転造荷重は回転軸に加わる力である。
　造歯工程では、転造荷重が時間と共に増加する。
　一方、仕上げ工程では、一定もしくは転造荷重が漸減する。したがって、仕上げ工程により、内歯に仕上げを施すことができる。
　また、修整工程では、転造荷重が減少する。したがって、修整工程により、内歯に正確な修整が施される。

　仕上げ工程と修整工程では、工具歯車を一方向に連続して回転させることの他、正転と逆転とを交互に繰り返すことが推奨される。
　図１２に示すように、仕上げ工程で、少なくとも１回（筒状素材１回転分）の正転と少なくとも１回（筒状素材１回転分）の逆転とを実施する。１回転以上の正転により、内歯の一方の歯面に仕上げを施し、１回転以上の逆転により、内歯の他方の歯面に仕上げを施す。両方の歯面が仕上げられるため、歯の仕上がり精度が向上する。回転量は、正転、逆転が各２回転以上であってもよい。また、正転１回、逆転２回、正転２回、逆転１回のように、回転量を回転方向によって変化させることは可能である。

　また、図１２に示すように、修整工程で、少なくとも１回（筒状素材１回転分）の正転と少なくとも１回（筒状素材１回転分）の逆転とを実施する。１回転以上の正転により、内歯の一方の歯面に修整を加え、１回転以上の逆転により、内歯の他方の歯面に修整を加える。両方の歯面が修整されるため、内歯の仕上がり精度は更に向上する。回転量は、正転、逆転が各２回転以上であってもよい。また、正転１回、逆転２回、正転２回、逆転１回のように、回転量を回転方向によって変化させることは可能である。

　図１３に示すように、切込み工程と仕上げ工程を省くことができる。すなわち、筒状素材をセットした後に、造歯工程と工具後退工程と修整工程とを実施することにより、内歯転造が行える。工程数が少ないため、生産性が高まる。

　本発明は、工具歯車を用いて筒状素材の内周面に内歯を形成する内歯転造技術に好適である。

　１０…転造装置、１１…ハウジング、１３…スライドベース、１６…コンテナ、２０…移動機構、３０…回転機構、３１…回転軸、５０…制御部、５６…工具歯車、５８…外歯、６２…筒状素材、６９…内歯、δ…工具後退工程における後退距離。

Claims (4)

1. 　ハウジングに移動可能に取付られるスライドベースと、このスライドベースを移動させる移動機構と、この移動機構による移動方向と直交する方向に回転軸が延びるようにして前記スライドベースに取付けられる回転機構と、この回転機構の回転軸に取付けられ外周面に外歯が形成されている工具歯車と、前記ハウジングに回転自在に取付けられ筒状素材を支えるコンテナとを備える転造装置を使用して、前記筒状素材の内周面に内歯を形成する内歯転造方法であって、
   　前記コンテナに前記筒状素材をセットする素材セット工程と、
   　前記移動機構で前記工具歯車を前進させることにより前記外歯を前記筒状素材の内周面に押し当て、前記回転機構により前記工具歯車を回すことにより前記筒状素材を従動回転させて、前記筒状素材に前記内歯を造る造歯工程と、
   　前記移動機構で前記工具歯車を所定距離後退させる工具後退工程と、
   　後退させた前記工具歯車を前記回転機構により回すことにより前記筒状素材を少なくとも１回転させて、前記内歯を修整する修整工程と、を含むことを特徴とする内歯転造方法。
2. 　前記修整工程では、前記筒状素材を１回転以上正転させ且つ１回転以上逆転させる、請求項１記載の内歯転造方法。
3. 　前記造歯工程と前記工具後退工程の間に仕上げ工程を加え、
   　この仕上げ工程は、前記造歯工程の後に、前記工具歯車の前進移動を停止し、この状態で前記回転機構により前記工具歯車を回すことにより前記筒状素材を少なくとも１回転させて、前記内歯を仕上げる工程である、請求項１の内歯転造方法。
4. 　前記仕上げ工程では、前記筒状素材を１回転以上正転させ且つ１回転以上逆転させる、請求項３記載の内歯転造方法。

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