(57)【要約】【課題】径が異なる歯車を同軸上に複数備える多段歯車の歯部を、転造加工によって同時に成形する。【解決手段】第１大径転造ローラダイス１３をモータ２１の駆動軸２３に固定し、第１小径転造ローラダイス１５を駆動軸２３に対して相対回転可能とする。第２大径転造ローラダイス１７を従動軸３１に固定し、第２小径転造ローラダイス１９を従動軸３１に対して相対回転可能とする。第１大径転造ローラダイス１３の回転により、素材１０の小径部３０が回転し、第１大径転造ローラダイス１３及び第２大径転造ローラダイス１７により小径部３０に小径歯車３の歯部３ａを転造する。さらに、素材１０は小径部３０と共に大径部５０が回転することで、第１小径転造ローラダイス１５及び第２小径転造ローラダイス１９により大径部５０に大径歯車５の歯部５ａを転造する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
素材の外周面に歯部を転造成形する転造ローラダイスを同軸上に複数備え、
前記複数の転造ローラダイスのうち１つは、駆動手段の駆動軸に固定されて駆動軸と共に一体回転し、
他の転造ローラダイスは、前記駆動軸に対し相対回転可能に設けられている
ことを特徴とする多段歯車転造装置。
【請求項２】
前記他の転造ローラダイスは、前記駆動軸に対しラジアルベアリングを介して回転可能に設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の多段歯車転造装置。
【請求項３】
前記複数の転造ローラダイスの軸方向相互間には、スラストベアリングが設けられている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の多段歯車転造装置。
【請求項４】
素材の外周面に歯部を転造成形する転造ローラダイスを同軸上に複数備え、
前記複数の転造ローラダイスのうち１つを、駆動手段の駆動軸と共に一体回転させて、前記素材の外周面に歯部を転造加工し、
他の転造ローラダイスを、前記素材の回転により前記駆動軸に対し相対回転させて、前記素材の外周面に歯部を転造加工する
ことを特徴とする多段歯車転造方法。
【請求項５】
前記素材の外周面に、前記転造加工に先立って、前記複数の転造ローラダイスの加工歯に整合するガイド部をそれぞれ形成することを特徴とする請求項４に記載の多段歯車転造方法。
【請求項６】
前記ガイド部は、前記素材の製造時に形成することを特徴とする請求項５に記載の多段歯車転造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、径が異なる歯車を同軸上に複数備える多段歯車の歯部を、転造によって成形する多段歯車転造装置及び多段歯車転造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、歯車の歯部を転造用のローラダイスを用いて転造加工するにあたり、被加工物に対し、熱間粗転造用の粗ローラダイスにより熱間粗転造を行い、温間仕上転造用の仕上ローラダイスにより温間仕上転造を行うことが開示されている。その際、粗ローラダイスと仕上ローラダイスは連結軸によって直列に直結されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３０３４４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１には、径が異なる歯車を同軸上に複数備える多段歯車の歯部を、転造加工によって成形する点についての開示はない。
【０００５】
そこで、本発明は、径が異なる歯車を同軸上に複数備える多段歯車の歯部を、転造加工によって同時に成形できるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、複数の転造ローラダイスのうち１つは駆動軸と共に一体回転し、他の転造ローラダイスは駆動軸に対し相対回転可能に設けられている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、複数の転造ローラダイスのうち１つが、駆動軸と共に回転しながら素材の外周面に歯部を転造すると、他の転造ローラダイスは、素材の回転に伴って駆動軸に対し相対回転しながら素材の外周面に歯部を転造する。このとき、複数の転造ローラダイスのうち１つと他の転造ローラダイスとで径が異なると、これら相互間で周速が異なるが、互いに相対回転するので、素材の外周面に歯部をそれぞれ成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係わる多段歯車転造装置の全体構成図である。
【図２】図２（ａ）は二段ヘリカル歯車の斜視図、図２（ｂ）は素材の斜視図である。
【図３】図３は、小径歯車と大径歯車との回転位相を合わせるための溝を形成した素材の側面図ある。
【図４】図４（ａ）は図３のＤ−Ｄ断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）の溝に対応する歯部の断面図である。
【図５】図５は、ボール治具によって大径転造ローラダイスと小径転造ローラダイスとの回転位相を合わせる作業を示す作用説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１０】
図１は、本発明の一実施形態に係わる多段歯車転造装置を示している。ここでの多段歯車としては、図２（ａ）に示すような二段ヘリカル歯車１を想定している。二段ヘリカル歯車１は、小径歯車３と、小径歯車３よりも径が大きい大径歯車５とを同軸上に一体に備えている。小径歯車３の外周部には歯部３ａが形成され、大径歯車５の外周部には歯部５ａが形成されている。
【００１１】
二段ヘリカル歯車１は、図２（ｂ）に示す被加工物となる素材１０に対し、図１に示す多段歯車転造装置によって歯部３ａ，５ａを同時に転造加工することで得られる。素材１０は、小径歯車３に対応する小径部３０と、小径部３０よりも径が大きい大径部５０とを同軸上に一体に備えており、小径部３０の外周面に小径歯車３の歯部３ａが形成され、大径部５０の外周面に大径歯車５の歯部５ａが形成される。
【００１２】
図２（ｂ）に示す素材１０は、図１に示すように、素材回転支持軸７に固定している。素材回転支持軸７は、その両端に設けてある回転支持部９，１１に対して素材１０と共に回転可能である。素材１０の図１中で左側の一方側には、第１大径転造ローラダイス１３と第１小径転造ローラダイス１５とを配置し、素材１０の図１中で右側の他方側には、第２大径転造ローラダイス１７と第２小径転造ローラダイス１９とを配置している。
【００１３】
第１大径転造ローラダイス１３と第２大径転造ローラダイス１７とは、素材１０の小径部３０を間に挟んで互いに反対側に配置されている。第１小径転造ローラダイス１５と第２小径転造ローラダイス１９とは、素材１０の大径部５０を間に挟んで互いに反対側に配置されている。第１大径転造ローラダイス１３、第１小径転造ローラダイス１５、第２大径転造ローラダイス１７、第２小径転造ローラダイス１９のそれぞれの外周部には、加工歯１３ａ，１５ａ，１７ａ，１９ａをそれぞれ設けてある。
【００１４】
第１大径転造ローラダイス１３は、駆動手段としてのモータ２１の駆動軸２３に固定している。すなわち、第１大径転造ローラダイス１３は、複数の転造ローラダイスのうちの１つを構成していて、駆動軸２３に固定されて駆動軸２３と共に一体回転する。駆動軸２３のモータ２１と反対側の端部は回転支持部２５によって回転可能に支持する。
【００１５】
第１大径転造ローラダイス１３のモータ２１と反対側には、第１小径転造ローラダイス１５を、駆動軸２３及び第１大径転造ローラダイス１３に対して相対回転可能に設けている。すなわち、第１小径転造ローラダイス１５は他の転造ローラダイスを構成している。その際、第１小径転造ローラダイス１５と駆動軸２３との間にはラジアルベアリング２７を設け、第１大径転造ローラダイス１３と第１小径転造ローラダイス１５との軸方向相互間には、スラストベアリング２９を設ける。スラストベアリング２９は、第１大径転造ローラダイス１３と第１小径転造ローラダイス１５とのいずれに固定してもよい。
【００１６】
第２大径転造ローラダイス１７は、従動軸３１に固定している。従動軸３１は、その両端に設けてある回転支持部３３，３５に対し第２大径転造ローラダイス１７と共に回転可能である。
【００１７】
第２大径転造ローラダイス１７の回転支持部３５側には、第２小径転造ローラダイス１９を、従動軸３１及び第２大径転造ローラダイス１７に対して相対回転可能に設けている。その際、第２小径転造ローラダイス１９と従動軸３１との間にはラジアルベアリング３７を設け、第２大径転造ローラダイス１７と第２小径転造ローラダイス１９との軸方向相互間には、スラストベアリング３９を設ける。スラストベアリング３９は、第２大径転造ローラダイス１７と第２小径転造ローラダイス１９とのいずれに固定してもよい。
【００１８】
上記した第１大径転造ローラダイス１３、第１小径転造ローラダイス１５、モータ２１、駆動軸２３、回転支持部２５は、駆動ローラユニット４１を構成している。また、第２大径転造ローラダイス１７、第２小径転造ローラダイス１９、従動軸３１、回転支持部３３，３５は、従動ローラユニット４３を構成している。これら駆動ローラユニット４１及び従動ローラユニット４３は、図示しないフレームに支持された状態で、素材１０に対して図示しない駆動機構によって接近離反移動可能である。
【００１９】
ここで、駆動ローラユニット４１が図１のように素材１０に接近した状態では、第１大径転造ローラダイス１３が小径部３０に圧接し、第１小径転造ローラダイス１５が大径部５０に圧接する。一方、従動ローラユニット４３が素材１０に接近した状態では、第２大径転造ローラダイス１７が第１大径転造ローラダイス１３と反対側から小径部３０に圧接し、第２小径転造ローラダイス１９が第１小径転造ローラダイス１５と反対側から大径部５０に圧接する。
【００２０】
次に、上記した多段歯車転造装置による多段歯車転造方法について説明する。
【００２１】
駆動ローラユニット４１のモータ２１を駆動することで、駆動軸２３を第１大径転造ローラダイス１３と共に図１中の矢印Ａ方向に回転させる。この状態で駆動ローラユニット４１を、素材１０に接近させて、第１大径転造ローラダイス１３及び第１小径転造ローラダイス１５を素材１０の小径部３０及び大径部５０にそれぞれ押し付けて圧接させる。また、従動ローラユニット４３を素材１０に接近させて、第２大径転造ローラダイス１７及び第２小径転造ローラダイス１９を、素材１０の小径部３０及び大径部５０にそれぞれ押し付けて圧接させる。
【００２２】
このとき、素材１０の小径部３０は、第１大径転造ローラダイス１３と第２大径転造ローラダイス１７とによって両側から挟持された状態となる。また、素材１０の大径部５０は、第１小径転造ローラダイス１５と第２小径転造ローラダイス１９とによって両側から挟持された状態となる。
【００２３】
第１大径転造ローラダイス１３の回転に伴って、小径部３０は素材回転支持軸７とともに矢印Ｂ方向に回転する。この小径部３０の回転に伴って、従動ローラユニット４３の第２大径転造ローラダイス１７は、従動軸３１とともに矢印Ｃ方向に回転する。小径部３０は、第１大径転造ローラダイス１３及び第２大径転造ローラダイス１７に押し付けられながら回転することで、外周面に図２（ａ）に示す歯部３ａが転造されて小径歯車３が形成される。このとき、素材１０の大径部５０も小径部３０と一体となって矢印Ｂ方向に回転している。
【００２４】
上記大径部５０の矢印Ｂ方向の回転に伴って、大径部５０を圧接している第１小径転造ローラダイス１５は、第１大径転造ローラダイス１３と同方向の矢印Ａ０方向に、第１大径転造ローラダイス１３に対して相対回転する。これと同時に、大径部５０を圧接している第２小径転造ローラダイス１９は、第２大径転造ローラダイス１７と同方向の矢印Ｃ０方向に、第２大径転造ローラダイス１７に対して相対回転する。大径部５０は、第１小径転造ローラダイス１５及び第２小径転造ローラダイス１９に押し付けられながら回転することで、外周面に図２（ａ）に示す歯部５ａが転造されて大径歯車５が形成される。
【００２５】
これにより、互いに径の異なる小径歯車３と大径歯車５とが、二段ヘリカル歯車１として同時に転造成形される。このような互いに径の異なる小径歯車３と大径歯車５を成形する際には、第１大径転造ローラダイス１３と第１小径転造ローラダイス１５とは、回転時の外周面における周速が互いに異なる。同様にして、第２大径転造ローラダイス１７と第２小径転造ローラダイス１９は、回転時の外周面における周速が互いに異なる。
【００２６】
ところが、本実施形態では、第１小径転造ローラダイス１５は第１大径転造ローラダイス１３に対して相対回転可能であり、第２小径転造ローラダイス１９は第２大径転造ローラダイス１７に対して相対回転可能である。したがって、第１大径転造ローラダイス１３と第１小径転造ローラダイス１５との間で周速が異なっていても、また第２大径転造ローラダイス１７と第２小径転造ローラダイス１９とで周速が異なっていても、素材１０の小径部３０と大径部５０とに歯部３ａ，５ａを同時に転造できる。すなわち、１工程で二段ヘリカル歯車１を転造加工できる。その結果、小径歯車３と大径歯車５とを別々の工程で転造する場合に比較して、作業時間の短縮、設備コストの低減を達成できる。
【００２７】
また、本実施形態では、第１小径転造ローラダイス１５は、駆動軸２３に対しラジアルベアリング２７を介して回転可能に設けられている。このため、駆動軸２３と一体となって回転する第１大径転造ローラダイス１３に対し、第１小径転造ローラダイス１５はより円滑に相対回転し、互いに径の異なる小径歯車３と大径歯車５とを同時に転造成形する作業をより効率よく実施できる。また、第２小径転造ローラダイス１９は、従動軸３１に対しラジアルベアリング３７を介して回転可能に設けられている。このため、従動軸３１と一体となって回転する第２大径転造ローラダイス１７に対し、第２小径転造ローラダイス１９はより円滑に相対回転し、互いに径の異なる小径歯車３と大径歯車５とを同時に転造成形する作業をより効率よく実施できる。
【００２８】
また、本実施形態では、第１大径転造ローラダイス１３と第１小径転造ローラダイス１５との軸方向相互間には、スラストベアリング２９が設けられている。このため、駆動軸２３と一体となって回転する第１大径転造ローラダイス１３に対し、第１小径転造ローラダイス１５はより円滑に相対回転する。同様にして、第２大径転造ローラダイス１７と第２小径転造ローラダイス１９との軸方向相互間には、スラストベアリング３９が設けられている。このため、従動軸３１と一体となって回転する第２大径転造ローラダイス１７に対し、第２小径転造ローラダイス１９はより円滑に相対回転する。
【００２９】
また、本実施形態では、小径歯車３の歯部３ａ及び大径歯車５の歯部５ａを転造加工するに先立って、図３に示すような溝３０ａ及び５０ａを、素材１０の小径部３０及び大径部５０の外周面にそれぞれ形成してもよい。なお、この溝３０ａ及び５０ａは、図３ではそれぞれ１つのみ記載してあるが、小径部３０及び大径部５０の全周にわたり形成されているものとする。これらの溝３０ａ及び５０ａは、第１大径転造ローラダイス１３及び第１小径転造ローラダイス１５の加工歯１３ａ及び１５ａにそれぞれ整合するガイド部を構成している。同様に、溝３０ａ及び５０ａは、第２大径転造ローラダイス１７及び第２小径転造ローラダイス１９の加工歯１７ａ及び１９ａにもそれぞれ整合する。
【００３０】
図４（ａ）は、図３のＤ−Ｄ断面図であって溝３０ａを示している。図４（ｂ）は、図４（ａ）の溝３０ａに対して転造加工した後の歯部３ａを示している。溝３０ａは歯部３ａよりも浅く形成している。溝５０ａも、溝３０ａと同等の深さであり、溝５０ａと歯部５ａとの深さ関係は、溝３０ａと歯部３ａとの深さ関係とほぼ同様である。このようなラフな溝３０ａ，５０ａは、転造、鍛造、ＭＣ加工などによって、転造加工の前工程の素材１０を製造するときに付与する。この際、溝３０ａ，５０ａは、周方向のピッチ精度が確保されていればよく、形状は、ＦＥＭ（有限要素法）などによって求めるとよい。
【００３１】
上記したような溝３０ａ，５０ａをあらかじめ素材１０に形成しておくことで、小径歯車３の歯部３ａと大径歯車５の歯部５ａとの周方向における位相合わせが必要な場合に対応できる。すなわち、第１大径転造ローラダイス１３及び第２大径転造ローラダイス１７が小径部３０の溝３０ａに倣って歯部３ａを成形し、第１小径転造ローラダイス１５及び第２小径転造ローラダイス１９が溝５０ａに倣って歯部５ａを成形する。その際、溝３０ａ，５０ａの周方向の位相を合わせておけばよい。なお、溝３０ａ，５０ａの形状は、位相合わせのためのものであるため図４（ａ）のものに限らない。また、溝３０ａ，５０ａの開口端部の角部Ｒを凸曲面形状とすることで、転造ローダダイスが角部Ｒから受ける応力集中を抑制でき、転造ローダダイスの寿命向上にもつながる。
【００３２】
ここで、小径歯車３の歯部３ａと大径歯車５の歯部５ａとの周方向における位相合わせを行うには、上記の溝３０ａ，５０ａを形成するほかに下記の方法がある。例えば、図５に示すようにボール治具４５のボール４７，４９を第１大径転造ローラダイス１３、第１小径転造ローラダイス１５の歯溝にそれぞれ押し当てて、第１大径転造ローラダイス１３と第１小径転造ローラダイス１５との回転方向の位相を合わせる。あるいは、第１大径転造ローラダイス１３及び第１小径転造ローラダイス１５に軸方向に貫通する孔を設け、この貫通する孔に棒を通すことで、第１大径転造ローラダイス１３と第１小径転造ローラダイス１５との回転方向の位相を合わせる。これらの位相合わせを行った上で、第１大径転造ローラダイス１３や第１小径転造ローラダイス１５を用いて転造を行う。
【００３３】
しかし、位相合わせを行う方法として、前述したように、素材１０の小径部３０及び大径部５０の外周面に、溝３０ａ，５０ａを素材１０の製造時にあらかじめ設けておくことで、位相合わせのための作業工程を省くことができる。つまり、図５のようにボール治具４５を用いたり、貫通する孔に棒を通すなどの、転造工程の前工程となる作業が不要となる。すなわち、溝３０ａに倣って第１大径転造ローラダイス１３及び第２大径転造ローラダイス１７が回転し、溝５０ａに倣って第１小径転造ローラダイス１５及び第２小径転造ローラダイス１９が回転することで、位相合わせができる。
【００３４】
また、本実施形態では、溝３０ａ，５０ａは素材１０の製造時に形成する。これにより、溝３０ａ，５０ａを素材１０の製造後に別途形成する場合に比較して、作業時間の短縮、製造コストの低減を図ることができる。
【００３５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は本発明の理解を容易にするために記載された単なる例示に過ぎず、本発明は当該実施形態に限定されるものではない。本発明の技術的範囲は、上記実施形態で開示した具体的な技術事項に限らず、そこから容易に導きうる様々な変形、変更、代替技術なども含むものである。例えば、上記した実施形態では、多段歯車として二段ヘリカル歯車１を例にとって説明したが、ヘリカル歯車に限らずスパー歯車でもよく、また二段に限らず三段以上の多段歯車に対しても本発明を適用することができる。
【００３６】
また、上記した実施形態では、第１大径転造ローラダイス１３を駆動軸２３に固定し、第１小径転造ローラダイス１５を駆動軸２３に対して回転可能としているが、その逆でもよい。つまり、第１小径転造ローラダイス１５を駆動軸２３に固定し、第１大径転造ローラダイス１３を駆動軸２３に対して回転可能としてもよい。すなわち、第１大径転造ローラダイス１３と第１小径転造ローラダイス１５とのいずれか一方は、駆動軸２３に固定して駆動軸２３と共に回転し、第１大径転造ローラダイス１３と第１小径転造ローラダイス１５とのいずれか他方は、駆動軸２３に対して相対回転可能に設けられている。
【００３７】
さらに、上記した実施形態では、第２大径転造ローラダイス１７を従動軸３１に固定し、第２小径転造ローラダイス１９を従動軸３１に対して回転可能としているが、その逆でもよい。つまり、第２小径転造ローラダイス１９を従動軸３１に固定し、第２大径転造ローラダイス１７を従動軸３１に対して回転可能としてもよい。また、図３の溝３０ａ，５０ａに代えて、ガイド部となる凸部を設けてもよい。
【符号の説明】
【００３８】
３  小径歯車
３ａ  小径歯車の歯部
５  大径歯車
５ａ  大径歯車の歯部
１０  素材
１３  第１大径転造ローラダイス（転造ローラダイス）
１３ａ  第１大径転造ローラダイスの加工歯
１５  第１小径転造ローラダイス（他の転造ローラダイス）
１５ａ  第１小径転造ローラダイスの加工歯
２１  モータ（駆動手段）
２３  駆動軸
２７  ラジアルベアリング
２９  スラストベアリング
３０  素材の小径部
３０ａ  小径部の溝（ガイド部）
５０  素材の大径部
５０ａ  大径部の溝（ガイド部）
【図１】
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【図２】
2015213934.tif 000004
【図３】
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【図４】
2015213934.tif 000006
【図５】
2015213934.tif 000007