(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状素材の内周面に歯形を成形する方法であって、
成形すべき内歯歯形の最大内径よりも小径の内径を有する環状素材を準備し、
前記成形すべき内歯歯形に対応する歯形を外周面に形成した歯付き部を有する芯金の前記歯付き部を前記環状素材内に同軸的に圧入するとともに、該環状素材の外周面をローラで加圧することを特徴とする内歯を有する環状体の成形方法。
【請求項２】
前記芯金と前記ローラとを同期的に前記環状素材の軸線方向に移動させて、前記芯金の歯付き部を前記環状素材内に圧入することを特徴とする請求項１記載の内歯を有する環状体の成形方法。
【請求項３】
前記環状素材および前記ローラを前記環状素材の軸線方向に関し定位置に保持した状態で前記芯金の歯付き部を前記環状素材内に圧入することを特徴とする請求項１記載の内歯を有する環状体の成形方法。
【請求項４】
前記芯金に、該芯金の歯付き部の最大外径よりも小径の円筒部を該芯金の圧入方向に関して前記歯付き部の前方位置に設け、前記円筒部を、該円筒部の外径より大径の内径を有する環状の初期素材内に挿入し、該初期素材の外周面をローラで加圧して、成形すべき内歯歯形の最大内径よりも小径の内径を有する前記環状素材を作成することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の内歯を有する環状体の成形方法。
【請求項５】
前記環状の初期素材が前記芯金の歯付き部の最大外径より大径の内径を有することを特徴とする請求項４記載の内歯を有する環状体の成形方法。
【請求項６】
環状素材の内周面に歯形を成形する装置であって、
成形すべき内歯歯形の最大内径よりも小径の内径を有する環状素材を保持して、該環状素材をその軸線の周りで回動させる保持部材と、
成形すべき内歯歯形に対応する歯形を外周面に形成した歯付き部を有する芯金と、
該芯金をその軸線方向に押圧して該芯金の歯付き部を前記環状素材内に同軸的に圧入する押圧手段と、
前記芯金の歯付き部の前記環状素材内への圧入に伴って該環状素材の外周面を加圧するローラと、
を備えてなることを特徴とする内歯を有する環状体の成形装置。
【請求項７】
前記芯金に、該芯金の歯付き部の最大外径よりも小径の円筒部が該芯金の圧入方向に関して前記歯付き部の前方位置に設けられてなることを特徴とする請求項６記載の内歯を有する環状体の成形装置。
【請求項８】
前記芯金に、前記保持部材に係合する係合部が、該芯金の圧入方向に関して前記円筒部の前方位置に設けられてなることを特徴とする請求項７記載の内歯を有する環状体の成形装置。
【請求項９】
前記芯金の係合部が該芯金の軸線方向に延びるスプライン溝を備え、前記保持部材に、前記芯金の係合部とスプライン嵌合するスプライン溝が設けられてなることを特徴とする請求項８記載の内歯を有する環状体の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸部材とスプライン嵌合する部品の内スプライン歯、あるいは遊星歯車機構のリングギヤ等の内歯を有する環状体の成形方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、軸部材とスプライン嵌合する部品の内スプライン歯は、ブローチ等を用いた切削加工によって形成される。また、例えば特開昭６２−１４４８３６号公報に開示されているように、環状素材の内側に転造型ローラを設け、外側にバックアップローラを設け、両ローラ間で押圧がなされることにより、転造塑性加工を行なうことも知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ブローチ等を用いた切削加工は、小型のスプライン歯の形成に適しておらず、それに加えて加工後のスプライン歯の強度が低いという欠点がある。また、転造型ローラを用いる場合でも、内歯のモジュールが小さいと、転造型に対する材料の充填が十分でなく、正確な歯形形状を得ることが困難であった。
【０００４】
一方、鍛造型を用いて冷間加工を行なうことも考えられるが、その場合、素材にはボンデ処理、金型にはＴｉＣＮ処理等の高価な処理が必要で、かつ型寿命が短いという問題があって、実用化されていない。
【０００５】
上述の事情に鑑み、本発明は、内歯のモジュールが小さい場合でも、歯型に対して材料の充填を十分に行なうことができ、これによって正確な歯形形状を成形することが可能な内歯を有する環状体の成形方法およびその装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載した本発明による方法は、環状素材の内周面に歯形を成形する方法であって、
成形すべき内歯歯形の最大内径よりも小径の内径を有する環状素材を準備し、
上記成形すべき内歯歯形に対応する歯形を外周面に形成した歯付き部を有する芯金の上記歯付き部を上記環状素材内に同軸的に圧入するとともに、この環状素材の外周面をローラで加圧することを特徴とするものである。
【０００７】
その場合、請求項２に記載したように、上記芯金と上記ローラとを同期的に環状素材の軸線方向に移動させて、上記芯金の歯付き部を環状素材内に圧入してもよいし、あるいは、請求項３に記載したように、環状素材およびローラを環状素材の軸線方向に関し定位置に保持した状態で上記芯金の歯付き部を環状素材内に圧入するようにしてもよい。
【０００８】
請求項４に記載した方法は、請求項１ないし３のいずれか１項記載の方法において、上記芯金に、この芯金の歯付き部の最大外径よりも小径の円筒部をこの芯金の圧入方向に関して上記歯付き部の前方位置に設け、上記円筒部を、この円筒部の外径よりも大径の内径を有する環状の初期素材内に挿入し、この初期素材の外周面をローラで加圧して、成形すべき内歯歯形の最大内径よりも小径の内径を有する環状素材を作成することを特徴とするものである。
【０００９】
上記環状の初期素材の内径は、請求項５に記載したように、芯金の歯付き部の最大外径よりも大径であることが好ましい。
【００１０】
請求項６に記載した本発明による装置は、環状素材の内周面に歯形を成形する装置であって、
成形すべき内歯歯形の最大内径よりも小径の内径を有する環状素材を保持して、この環状素材をその軸線の周りで回動させる保持部材と、
成形すべき内歯歯形に対応する歯形を外周面に形成した歯付き部を有する芯金と、
この芯金をその軸線方向に押圧して芯金の歯付き部を上記環状素材内に同軸的に圧入する押圧手段と、
芯金の環状素材への圧入に伴って環状素材の外周面を加圧するローラと、
を備えてなることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項７に記載した装置は、請求項６に記載した装置において、上記芯金に、この芯金の歯付き部の最大外径よりも小径の円筒部を芯金の圧入方向に関して歯付き部の前方位置に設けたことを特徴とするものである。
【００１２】
さらに上記芯金に、請求項８に記載したように、上記保持部材に係合する係合部が芯金の圧入方向に関して上記円筒部の前方位置に設けることが好ましい。
【００１３】
その場合、請求項９に記載したように、上記芯金の係合部がこの芯金の軸線方向に延びるスプライン溝を備え、上記保持部材に、芯金の係合部とスプライン嵌合するスプライン溝が設けられた構成とすることができる。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１に記載した方法の発明および請求項６に記載した装置の発明によれば、環状素材に対する芯金の歯付き部の圧入と、ローラによる加圧とを併用しているから、内歯のモジュールが小さい場合でも、歯型に対して材料の充填を十分に行なうことができ、これによって正確な歯形形状を成形することが可能になる。
【００１５】
また、請求項４に記載した方法の発明および請求項７に記載した装置の発明によれば、環状の初期素材から中間成形体である環状素材を成形する工程と、この環状素材から内歯を有する環状体の成形する工程とを共通の芯金を用いて連続的に行なうことができる。
【００１６】
さらに、請求項８に記載した発明ように、上記芯金に、上記保持部材に係合する係合部をこの芯金の圧入方向に関して上記円筒部の前方位置に設けることにより、環状の初期素材から中間成形体である環状素材を成形する工程と、この環状素材から内歯を有する環状体の成形する工程との双方の工程において、ローラによる押圧にも拘らず芯金を初期素材および環状素材に対して正確な同軸関係に支持することができ、歯形成形を高精度をもって実現できる。
【００１７】
そして、請求項９に記載した発明のように、上記保持部材が芯金の係合部をスプライン嵌合により支持する構成を有することにより、芯金を保持部材とともに回転させながら芯金を軸線方向に移動させることが容易になる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は本発明による内歯を有する環状体の成形装置の一実施の形態を示す概略的正面図、図２（ａ）は図１に示す装置を用いて内歯を成形された環状体の断面図、図２（ｂ）はその左側面図である。
【００２０】
図１において、装置フレーム１の一方の壁部１ａには、この壁部１ａに対して垂直な軸線Ｌの周りで回転可能な回転部材２と、この回転部材２を回転駆動するモータ３とが取り付けられており、上記回転部材２には、円筒状のワーク保持部材４が同軸的に固定されている。
【００２１】
また、装置フレーム１の上記一方の壁部１ａに対向する他方の壁部１ｂには、上記軸線Ｌと同軸的にオイルシリンダ５（押圧手段）が設けられ、このオイルシリンダ５のピストンロッド６が壁部１ｂを貫通し、かつピストンロッド６の先端に同軸的に固定された芯金（マンドレル）７がワーク保持部材４に向かって延設されている。
【００２２】
図１に示す装置を用いて内歯を成形された環状体８は、図２に示すように、一端側に開口するコップ状の大径部９と、スプラインとしての内歯１１を内周面に備えた小径部１０とによって２段に構成されており、内歯１１の最大内径がＤ１  、最小内径がＤ２  である。
【００２３】
上記芯金７には、図２の環状体８の小径部１０の内歯１１の歯形に対応する歯形を外周面に形成してワークに内歯１１を成形するための歯付き部１２と、この歯付き部１２の前方側（図１の左側）に設けられた、歯形を有しない円筒部１３と、この円筒部１３の前方側において芯金７の先端部に形成されて上記ワーク保持部材４と係合する係合部１４とを備えている。上記円筒部１３の外径は、歯付き部１２の最大外径（環状体８の内歯１１の最大内径Ｄ１  にほぼ等しい）よりも小径で、かつ内歯１０の最小内径Ｄ２  にほぼ等しくなっており、上記係合部１４は、歯付き部１２と同一断面寸法および歯の位相を有するスプラインを外周面に備えている。
【００２４】
一方、上記ワーク保持部材４は、図３（ａ）に示すように、ワークＷの大径部１９（環状体８の大径部９とほぼ同じ）が嵌着される円筒状外周面４ａと、軸線Ｌに垂直に段設されてワークＷの大径部１９の端面１９ａを当接させる壁面４ｂと、芯金７が挿入される軸孔４ｃとを備えており、軸孔４ｃの内周面には、芯金７の係合部１４および歯付き部１２との双方にスプライン嵌合し得るスプライン１５が形成されている。
【００２５】
また、図１には省略されているが、装置１は、後述するように、図３（ａ）〜（ｃ）に示す第１工程において、ワークＷの小径部２０を芯金７の円筒部１３に向かって押圧してワークＷの小径部２０の内外径を縮小する複数のローラ１６およびその駆動手段と、図６（ａ）〜（ｃ）に示す第２工程において、ワークＷの小径部２０を芯金７の歯付き部１２に向かって押圧しながら芯金７と同期して軸線Ｌ方向に移動して、ワークＷの小径部２０の内周面に内歯１１を成形するための複数のローラ１７およびその駆動手段とを備えている。
【００２６】
次に、図１に示す装置を用いてワークＷに内歯を成形する方法について、図３〜図７を参照して説明する。なお、図４は図３（ｂ）のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図、図５は図３（ｃ）のＶ−Ｖ線に沿った断面図、図７は図６（ｂ）の  ＶＩＩ−ＶＩＩ  線に沿った断面図である。
【００２７】
図３（ａ）〜（ｃ）に示す第１工程においては、先ず図３（ａ）に示すように、一端側に開口するコップ状の大径部１９と比較的肉厚の小径部２０とによって２段に構成された環状の初期素材であるワークＷを、その大径部１９の端面１９ａがワーク保持部材４の垂直な壁面４ｂに当接する態様で、ワーク保持部材４の円筒状外周面４ａに嵌着する。この場合、ワークＷの小径部２０の内径は、芯金７の先端の係合部１４の挿通が可能なように、係合部１４の最大外径（芯金７の歯付き部１２の最大外径Ｄ１  にほぼ等しい）よりも若干大径のＤ３  に形成されている（図４参照）。
【００２８】
次に、図３（ｂ）に示すように、芯金７の係合部１４をワーク保持部材４の軸孔４ｃ内に挿入し、係合部１４をワーク保持部材４側のスプライン１５とスプライン嵌合させるとともに、芯金７の円筒部１３をワークＷの小径部２０内に位置させ、図４に示すように、複数のローラ１６をワークＷの小径部２０の外周面に当接させる。
【００２９】
次いで、モータ３によりワーク保持部材４を回転させ、これによって、ワークＷおよび芯金７を軸線Ｌの周りで回転させながら、ローラ１６を軸線Ｌに向かって移動させて、ワークＷの小径部２０を芯金７の円筒部１３に押圧し、図３（ｃ）および図５に示すように、ワークＷの小径部２０の内径を円筒部１３の外径、すなわちＤ２  にほぼ等しくなるまで縮小して、ワークＷを中間成形体である環状素材に成形し、第１工程を終了する。
【００３０】
なお、上述の工程では、ワークＷの小径部２０の内径を、図２に示す環状体８の内歯１１の最小内径Ｄ２  まで縮小しているが、ワークＷの小径部２０の内径は、円筒部１３の外径の設定によって、芯金７の歯付き部１２の最大外径Ｄ１  よりも小径の範囲内で自由に選択できる。
【００３１】
次の図６（ａ）〜（ｃ）に示す第２工程においては、第１工程で使用したローラ１６をローラ１７に交換し、モータ３によりワーク保持部材４および芯金７を軸線の周りで回転させながらオイルシリンダ５を作動させて、図６（ａ）に示すように、芯金７の歯付き部１２のワークＷの小径部２０内への圧入を開始すると同時に、図６（ｂ）および図７に示すように、ワークＷの小径部２０の外周面をローラ１７で押圧しつつ、ローラ１７を芯金７の圧入に同期させてワークＷの大径部１９側に向かって図６（ｃ）に示す位置まで軸線Ｌ方向に移動させる。そして、芯金７はさらに図の左方へ移動させて、その歯付き部１２の先端がワーク保持部材４の軸孔４ｃ内に係入するようにする。
【００３２】
このような芯金７の圧入とローラ１７による押圧によって、ワークＷの小径部２０の内周面には、芯金７の歯付き部１２の外歯に対応する内歯が成形され、図２に示す環状体８が得られる。なお、このワークＷに対する内歯成形工程においては、ローラ１７の最下点と芯金７の歯付き部１２の端部との位置関係および芯金７の圧入速度等が適切に選択される。また、図７に示すローラ１７，１７に加えて、ワークＷの不必要な変形を防止するための補助ローラを適宜設けてもよい。さらに、ローラ１７を軸線Ｌ方向に移動させず、軸線Ｌ方向に幅の広いローラを軸線Ｌ方向の定位置に保持した状態で、芯金７のみ移動させてもよい。
【００３３】
以上の説明から明らかなように、本実施の形態によれば、環状の初期素材から中間成形体である環状素材を成形する第１工程と、この環状素材から内歯１１を有する環状体８の成形する第２工程とを共通の芯金７を用いて連続的に行なうことができる。
【００３４】
また、第２工程においては、ワークＷの小径部２０に対する芯金７の歯付き部１２の圧入と、ローラ１７による加圧とを併用しているから、内歯１１のモジュールが小さい場合でも、歯型に対して材料の充填を十分に行なうことができ、これによって正確な歯形形状を成形することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による内歯を有する環状体の成形装置の一実施の形態を示す概略的正面図
【図２】図１に示す装置を用いて内歯を成形された環状体の断面図および左側面図図
【図３】本発明による内歯を有する環状体の成形方法の第１工程の説明図
【図４】図３（ｂ）のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図
【図５】図３（ｃ）のＶ−Ｖ線に沿った断面図
【図６】本発明による内歯を有する環状体の成形方法の第２工程の説明図
【図７】図６（ｂ）の  ＶＩＩ−ＶＩＩ  線に沿った断面図
【符号の説明】
１    装置フレーム
２    回転部材
３    モータ
４    ワーク保持部材
５    オイルシリンダ（押圧手段）
６    ピストンロッド
７    芯金
８    環状体
９    環状体の大径部
１０    環状体の小径部
１１    内歯
１２    芯金の歯付き部
１３    芯金の円筒部
１４    芯金の係合部
１５    スプライン
【図１】
0003567629.tif 000002
【図２】
0003567629.tif 000003
【図３】
0003567629.tif 000004
【図４】
0003567629.tif 000005
【図５】
0003567629.tif 000006
【図６】
0003567629.tif 000007
【図７】
0003567629.tif 000008