(57)【要約】【課題】予め歯が形成されたワークの転造加工による円筒状歯車の製造において、ワークを傷つけないように転造用工具とワークとを自動的にかみ合わせる。【解決手段】転造用工具３０，３２の回転速度を転造加工時の回転速度の１０分の１以下に制御し、回転自在に保持されたワーク１２４と転造用工具３０，３２とを、それらの回転軸線と直角な方向へ平行移動させてかみ合わせる。ワーク１２４と転造用工具３０，３２とがかみ合う際に両者の歯が接触するが、転造用工具３０，３２の回転速度が低いため歯の接触による衝撃が小さくワーク１２４に傷が付きにくい。その後、転造用工具３０，３２の回転速度を転造加工時の回転速度まで増大させて転造加工を行い、円筒状歯車を製造する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転造用工具を可変の回転速度で回転駆動する工具駆動装置と、
予め歯が形成されたワークを回転軸線まわりに回転可能に保持するワーク保持装置と、
前記転造用工具と前記ワーク保持装置に保持された前記ワークとを、それらの回転軸線と交差する方向に相対的に移動させて接近させる移動装置と、
前記転造用工具の回転速度を転造加工時の５分の１以下に制御し、前記転造用工具と前記ワーク保持装置に保持された前記ワークとを相対移動させてかみ合わせた後、前記転造用工具の回転速度を設定回転速度に上昇させて加工する制御装置と
を含む円筒状歯車転造盤。
【請求項２】
前記ワーク保持装置が前記ワークを回転軸線まわりに回転自在に保持するものである請求項１に記載の円筒状歯車転造盤。
【請求項３】
転造用工具を可変の回転速度で回転駆動する工具駆動装置と、
予め歯が形成されたワークを保持し、回転軸線まわりに任意の回転速度で回転駆動するワーク保持駆動装置と、
前記転造用工具と前記ワーク保持駆動装置に保持された前記ワークとを、それらの回転軸線と交差する方向に相対的に移動させて接近させる移動装置と、
前記転造用工具の回転速度を転造加工時よりも小さく制御し、前記転造用工具と前記ワーク保持装置に保持された前記ワークとを相対移動させてかみ合わせた後、前記転造用工具の回転速度を設定回転速度に上昇させて加工する制御装置とを含む円筒状歯車転造盤。
【請求項４】
前記制御装置が、前記ワーク駆動装置に保持された前記ワークと前記転造用工具とのピッチ円周上の周速度差が設定範囲内になるように制御して、両者をかみ合わせるものである請求項１ないし３のいずれかに記載の円筒状歯車転造盤。
【請求項５】
前記転造用工具が前記ワークを両側から挟む一対の転造用工具であり、それら一対の転造用工具の一方が位置固定の固定工具、他方がその固定工具に接近離間する可動工具であって、当該円筒状歯車転造盤が、
前記可動工具を回転可能に保持する可動工具保持装置と、
前記固定工具を回転可能に保持する固定工具保持装置と
を含み、かつ、前記移動装置が、
前記可動工具保持装置を前記固定工具保持装置に対して接近離間させる可動工具移動装置と、
前記固定工具保持装置と前記ワーク保持装置との間およびワーク保持装置と前記可動工具保持装置との間にそれぞれ配設された弾性部材を含み、可動工具保持装置の移動に伴ってワーク保持装置を移動させる弾性装置と
を含み、その弾性装置が、前記ワークがまず前記固定工具とかみ合い、その後に前記可動工具がワークにかみ合うように前記ワーク保持装置を移動させるものである請求項１ないし４のいずれかに記載の円筒状歯車転造盤。
【請求項６】
予め歯が形成されたワークを転造加工することにより円筒状歯車を製造する方法であって、
転造用工具を転造時の設定速度よりも小さい回転速度で回転させるとともに、回転可能に保持されたワークと転造用工具とを、それらの回転軸線と直角な方向に平行移動させることにより相対的に接近させ、かみ合わせるかみ合わせ移動工程と、
転造用工具の回転速度を前記設定速度まで増大させて、ワークを転造加工する転造工程と
を含むことを特徴とする円筒状歯車の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円筒状歯車の製造において、予め歯が形成されたワークをさらに転造加工し、あるいは転造仕上加工する円筒状歯車転造盤に関するものであり、特に転造用工具とワークとのかみ合わせに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
円筒状歯車は、一般に、予め切削加工等の前加工により歯が形成されたワーク（被加工物）である中間製品の歯部に転造仕上加工を施すことにより製造される。転造仕上加工を施すための転造用工具は大きさは別として円筒状歯車と同様な形状の歯を有している。そのため、転造仕上加工を施す際には転造用工具とワークとをかみ合わせる必要があり、従来は、転造用工具を加工時の回転速度で回転させ、ワークも加工時の回転速度に近い回転速度で回転させながらかみ合わせ位置まで接近させていた。しかし、かみ合わせ時に、転造用工具とワークとの歯が接触し、主にワークの回転速度が変化することによりかみ合いが達成される。その際には、両者の歯が接触する際の衝撃によってワークに傷がついてしまう場合がある。被加工物であるワークが軟鋼等である場合には特に傷が発生し易い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題，課題解決手段および効果】
本発明は、以上の事情を背景として、円筒状歯車の製造の際に、ワークに可及的に傷を付けずに転造用工具とワークとのかみ合わせを行うことを課題としてなされたものであり、本発明によって、下記各態様の円筒状歯車転造加工盤および円筒状歯車製造方法が得られる。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも本発明の理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術的特徴およびそれらの組合わせが以下の各項に記載のものに限定されると解釈されるべきではない。また、一つの項に複数の事項が記載されている場合、それら複数の事項を常に一緒に採用しなければならないわけではない。一部の事項のみを選択して採用することも可能なのである。
【０００４】
なお、以下の各項のうち、  （１）項が請求項１に相当し、  （２）項が請求項２に相当し、  （３）項が請求項３に相当し、  （５）項が請求項４に相当し、  （７）項と  （８）項との組合わせが請求項５に相当し、（９）項が請求項６に相当する。
【０００５】
（１）転造用工具を可変の回転速度で回転駆動する工具駆動装置と、
予め歯が形成されたワークを回転軸線まわりに回転可能に保持するワーク保持装置と、
前記転造用工具と前記ワーク保持装置に保持された前記ワークとを、それらの回転軸線と交差する方向に相対的に移動させて接近させる移動装置と、
前記転造用工具の回転速度を転造加工時の５分の１以下に制御し、前記転造用工具と前記ワーク保持装置に保持された前記ワークとを相対移動させてかみ合わせた後、前記転造用工具の回転速度を設定回転速度に上昇させて加工する制御装置と
を含む円筒状歯車転造盤。
転造用工具の回転速度を加工時の回転速度である加工回転速度よりも低くして、転造用工具とワークとをかみ合わせることによって、両者の歯が接触する際の衝撃を小さくすることができ、ワークに傷が付きにくくなる。なお、回転速度は周速度でも角速度でもよい。
転造用工具の回転速度は加工時の回転速度の１０分の１以下であることが望ましく、１５分の１以下，３０分の１以下と小さい方が望ましい。ただし、停止状態は含まず、転造用工具の回転速度が加工時の回転速度の６００分の１以上であることが望ましく、２４０分の１以上，１２０分の１以上であることがさらに望ましい。また、転造用工具とワーク保持装置に保持されたワークとは、それらの回転軸線と直交する方向に相対的に平行移動させてかみ合わされることが望ましい。
（２）前記ワーク保持装置がワークを回転軸線まわりに回転自在に保持するものである（１）項に記載の円筒状歯車転造盤。
ワークが回転自在であれば、かみ合わせ時の接触による衝撃をワークの回転速度の変化によって吸収しやすくなり、傷が付きにくくなる。
【０００６】
（３）転造用工具を可変の回転速度で回転駆動する工具駆動装置と、
予め歯が形成されたワークを保持し、回転軸線まわりに任意の回転速度で回転駆動するワーク保持駆動装置と、
前記転造用工具と前記ワーク保持駆動装置に保持された前記ワークとを、それらの回転軸線と交差する方向に相対的に移動させて接近させる移動装置と、
前記転造用工具の回転速度を転造加工時よりも小さく制御し、前記転造用工具と前記ワーク保持装置に保持された前記ワークとを相対移動させてかみ合わせた後、前記転造用工具の回転速度を設定回転速度に上昇させて加工する制御装置とを含む円筒状歯車転造盤。
転造用工具の回転速度を加工時の回転速度である加工回転速度よりも低くし、さらにワークも回転させることによって、転造用工具とワークとのピッチ円周上の周速度差を小さくでき、両者の歯が接触する際の衝撃を小さくすることができる。
転造用工具の回転速度は加工時の回転速度の２分の１以下であることが望ましく、３分の１以下，５分の１以下，１０分の１以下と小さい方が望ましい。
かみ合わせ時の衝撃を小さくするには周速度差を小さくすればよいのであるが、作業効率を考慮すると設定量以上の周速度差を確保することが望ましいのである。
【０００７】
（４）前記制御装置が、前記転造用工具と前記ワーク保持駆動装置に保持された前記ワークとが接触する寸前に、前記ワークへの駆動力の供給を停止し回転自在な状態にするものである（３）項に記載の円筒状歯車転造盤。
ワークを回転自在な状態にして慣性力で回転させることで、ワークの回転速度が変化し易くなるため、歯の接触による衝撃が緩和される。
【０００８】
（５）前記制御装置が、前記ワーク駆動装置に保持された前記ワークと前記転造用工具とのピッチ円周上の周速度差が設定範囲内になるように制御して、両者をかみ合わせるものである（１）項ないし（４）項のいずれかに記載の円筒状歯車転造盤。
転造用工具とワークとのピッチ円周上の周速度差を小さくすれば、両者の歯が接触する際の衝撃をさらに小さくすることができる。
転造用工具のピッチ円の直径をＤ（ｍｍ）とすると、周速度差Ｖｄが６πＤ／６０（ｍｍ／ｓｅｃ）以下であることが望ましく、４πＤ／６０（ｍｍ／ｓｅｃ）以下，２πＤ／６０（ｍｍ／ｓｅｃ）以下と小さい方がさらに望ましい。ただし、周速度差Ｖｄが０であるよりも、０．１πＤ／６０（ｍｍ／ｓｅｃ）以上の差がある方が望ましく、０．２５πＤ／６０（ｍｍ／ｓｅｃ）以上，０．５πＤ／６０（ｍｍ／ｓｅｃ）以上あることがさらに望ましい。
なお、転造用工具の直径が大きくなれば、相対速度差が大きくてもよい場合が多い。多くの場合、ワークの直径とワークの歯幅や全歯たけ等の歯の大きさとの間には相関関係があり、ワークの直径が大きくなればワークの歯の大きさも大きくなる。そして、ワークの歯が大きい場合には、万一、歯が傷ついてもその傷が小さければ後の加工で消滅するため、その分周速度差が大きくても良いことが多い。また、ワークの直径と、そのワークを転造加工する転造用工具の直径との間にも相関関係があり、ワークの直径が大きくなれば転造用工具の直径も大きくされることが多い。すなわち、ワークの歯の大きさと転造用工具の直径との間にも相関関係があり、転造用工具の直径が大きい場合、ワークの歯の大きさも大きく、周速度差が大きくても良いことが多いのである。そのため、転造用工具の直径により、適切な周速度差も変化する。なお、円筒状歯車転造盤の寸法に制限があり、ワークの直径にあわせて転造用工具の直径を大きくできないような場合はこの限りではない。次の表１に転造用工具の各直径に対する上記周速度差の計算値を示す。
【０００９】
【表１】
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【００１０】
周速度差が小さければかみ合わせ時の衝撃を小さくできるが、周速度差が小さすぎると、転造用工具とワークとの歯の位置がずれるのに時間がかかるため、かみ合わせ時に両者の接近速度を非常に遅くする必要がある。また、周速度差が０の場合、かみ合わせ時に転造用工具とワークとの一方の歯と他方の歯溝とが対向していればよいが、歯と歯とが対向している場合にはかみ合わせ不能になる可能性もあり得る。
【００１１】
（６）前記制御装置が、前記ワーク保持装置に保持された前記ワークのピッチ円周上における周速度を前記転造用工具のピッチ円周上における周速度よりも小さくなるように制御するものである（３）項ないし（５）項のいずれかに記載の円筒状歯車転造盤。
ワークのピッチ円周上における周速度と転造用工具のピッチ円周上における周速度との大きさを本項とは逆にすることも可能である。しかし、本項による方が、ワーク保持装置を回転させる回転駆動装置の回転速度が小さくて済み、その分回転駆動装置が小さくて済んで有利である。転造用工具は加工時にかみ合わせ時より高速にする必要があるため、かみ合わせ時に回転速度を小さくすることはむしろ不利であり、回転速度が大きい方が有利なのである。前記周速度差が設定範囲内であればワークは回転していなくてもよい。
【００１２】
（７）前記転造用工具が前記ワークを両側から挟む一対の転造用工具であり、それら一対の転造用工具の一方が位置固定の固定工具、他方がその固定工具に接近離間する可動工具である  （１）項ないし  （６）項のいずれかに記載の円筒状歯車転造盤。
（８）前記可動工具を回転可能に保持する可動工具保持装置と、
前記固定工具を回転可能に保持する固定工具保持装置と
を含み、かつ、前記移動装置が、
前記可動工具保持装置を前記固定工具保持装置に対して接近離間させる可動工具移動装置と、
前記固定工具保持装置と前記ワーク保持装置との間およびワーク保持装置と前記可動工具保持装置との間にそれぞれ配設された弾性部材を含み、可動工具保持装置の移動に伴ってワーク保持装置を移動させる弾性装置と
を含み、その弾性装置が、前記ワークがまず前記固定工具とかみ合い、その後に前記可動工具がワークにかみ合うように前記ワーク保持装置を移動させるものである  （７）項に記載の円筒状歯車転造盤。
【００１３】
（９）予め歯が形成されたワークを転造加工することにより円筒状歯車を製造する方法であって、
転造用工具を転造時の設定速度よりも小さい回転速度で回転させるとともに、回転可能に保持されたワークと転造用工具とを、それらの回転軸線と直角な方向に平行移動させることにより相対的に接近させ、かみ合わせるかみ合わせ移動工程と、
転造用工具の回転速度を前記設定速度まで増大させて、ワークを転造加工する転造工程と
を含むことを特徴とする円筒状歯車の製造方法。
転造用工具の回転速度を加工時の回転速度である加工回転速度よりも低くして、転造用工具とワークとをかみ合わせることによって、両者の歯が接触する際の衝撃を小さくすることができ、ワークに傷が付きにくくなる。
（１０）前記かみ合わせ移動工程において、前記ワークを回転自在に保持する  （９）項に記載の円筒状歯車の製造方法。
本項の態様には、前記（１）項および（２）項の説明が当てはまる。
【００１４】
（１１）前記かみ合わせ移動工程において、転造用工具とワークとを転造時の設定速度より低い回転速度で回転させてかみ合わせる  （９）項に記載の円筒状歯車の製造方法。
本項には、前記（３）項に関する説明が当てはまる。
（１２）前記かみ合わせ移動工程において、転造用工具とワークとのピッチ円周上における周速度差を設定範囲内にしてかみ合わせる  （９）項ないし（１１）項に記載の円筒状歯車の製造方法。
本項には、前記（５）項に関する説明が当てはまる。
（１３）前記かみ合わせ移動工程において、前記ワークのピッチ円周上における周速度を前記転造用工具のピッチ円周上における周速度よりも小さくしてかみ合わせる（１１）項または（１２）項に記載の円筒状歯車の製造方法。
（４）項と同様に、ワークを回転させない場合も含まれる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１に歯車転造盤を概念的に示す。本歯車転造盤は一般に良く知られたものであり、理解を容易にするために装置本体や各装置を支持するブラケット等の図示は省略する。
【００１６】
図示の例では、歯車転造盤に転造用工具３０，３２が２つ備えられている。それら転造用工具３０，３２は通常の円筒形歯車とほぼ同様の形状であり、歯を備えた図２に示す外周部３４，３６の材質はダイス鋼や合金工具鋼等である。それら転造用工具３０，３２は、駆動軸４０，４２により回転駆動可能に支持され、駆動軸４０，４２は図示しない支持装置を介してそれぞれ装置本体と第１可動台４３とによって回転可能に支持されている。駆動軸４０，支持装置および装置本体により固定工具たる転造用工具３０を回転可能に保持する固定工具保持装置が構成され、駆動軸４２，支持装置および第１可動台４３により可動工具たる転造用工具４２を回転可能に保持する可動工具保持装置が構成されている。上記駆動軸４０，４２と駆動伝達軸４４，４６とがそれぞれ自在軸継手の一種である等速ジョイント５０，５２により接続されている。駆動伝達軸４４，４６は２本の軸が伸縮継手５４，５６により接続されたものであり伸縮可能である。駆動伝達軸４４，４６は等速ジョイント６０，６２により回転軸６４，６６と接続されており、それら回転軸６４，６６は装置本体により軸線まわりに回転可能に支持されている。等速ジョイント５０，５２，６０，６２は、回転軸６４，６６と駆動伝達軸４４，４６、および駆動伝達軸４４，４６と駆動軸４０，４２とが、それぞれ互いに屈曲した状態においても、回転軸６４，６６の回転速度を変動させることなく正確に駆動軸４０，４２に伝達する。回転軸６４，６６と一体的に回転可能にウォームホイール７０，７２が設けられており、それぞれウォーム７４，７６とかみ合わされている。回転軸８２は装置本体により回転可能かつ軸方向に移動不能に支持されており、プーリ８０が固定されている。プーリ８０とプーリ８４とにタイミングベルト８６が巻き掛けられており、プーリ８４は駆動用モータ９０の出力軸９２に相対回転不能に取り付けられている。駆動用モータ９０は装置本体に固定されている。以上、等速ジョイント５０，５２，駆動軸４０，４２から駆動用モータ９０までが工具駆動装置を構成している。なお、プーリ８０，８４およびタイミングベルト８６の代わりに、スプロケットおよびチェーン等、他の巻掛け伝導装置を用いることも可能である。
【００１７】
駆動軸４０は通常は回転可能かつ移動不能に支持されているが、ボルト・ナット等の固定手段を解除すれば軸線と直角な方向に平行移動可能となる。駆動軸４２とナット１００とが第１可動台４３により支持されており、両者は相対移動不能とされている。そのナット１００は回転不能に第１可動台４３に固定され、かつ、送りねじ１０２と螺合されている。送りねじ１０２は図示しない装置本体に回転可能かつ軸方向には移動不能に支持されており、その送りねじ１０２にはかさ歯車１０４が相対回転および軸方向の相対移動不能に固定されている。かさ歯車１０４はかさ歯車１０６とかみ合わされており、かさ歯車１０６は移動用モータ１１０の出力軸１０８に相対回転および軸方向の相対移動不能に固定されている。移動用モータ１１０は図示しない装置本体に固定され、出力軸１０８およびかさ歯車１０６が装置本体に回転可能かつ軸方向に移動不能に支持されている。送りねじ１０２，ナット１００，かさ歯車１０４，１０６，出力軸１０８および移動用モータ１１０等が可動工具移動装置を構成している。
【００１８】
前記駆動軸４０と駆動軸４２との中間の位置に駆動軸１２０が設けられ、第２可動台１２１を介して回転可能かつＸ軸方向に平行移動可能に装置本体に支持されている。その駆動軸１２０にワーク固定装置１２２が相対回転不能に設けられており、加工時には円筒状歯車になる前の歯切り加工された中間製品たるワーク１２４が取り付けられる。駆動軸１２０とエアモータ１２６の出力軸１２８とが相対回転不能に接続されており、エアモータ１２６は駆動軸１２０と相対移動不能に支持されている。駆動軸１２０と駆動軸４０との間（実際には第２可動台１２１と装置本体との間）には弾性部材たるばね部材１３０，１３２が設けられており、それらによって駆動軸１２０と駆動軸４０とが遠ざかる向きに付勢されている。同様に、駆動軸１２０と駆動軸４２との間（実際には第２可動台１２１と第１可動台４３との間）にもばね部材１３４，１３６が設けられており、駆動軸１２０と駆動軸４２とが互いに遠ざかる向きに付勢されている。これらばね部材のばね特性は次のように選定されている。まず、駆動軸４２が駆動軸４０から最も離間した初期状態におけるばね部材１３０，１３２，１３４，１３６の荷重である初期荷重が互いに等しくされている。また、ばね定数は、ばね部材１３０とばね部材１３２とが互いに等しくされ、ばね部材１３４とばね部材１３６とが互いに等しくされる一方、ばね部材１３０，１３２のばね定数は、ばね部材１３４，１３６よりも小さくされている。ばね部材１３０，１３２，１３４，１３６が弾性装置を構成し、その弾性装置と前記可動工具移動装置とが移動装置を構成している。第１可動台４３には移動量検出装置であるリニアスケール１４０が、駆動軸４２と相対移動不能に設けられており、リニアスケール１４０と共にリニアエンコーダ１４２（図３参照）を構成する検出部（図示省略）は装置本体に移動不能に支持されている。
【００１９】
エアモータ１２６の出力軸１２８の回転速度を検出する回転センサ１５０が、その出力軸１２８の近傍に設けられている。エアモータ１２６と外気または正圧供給装置１６０（図３）との接続が方向切換弁１６４によって選択され、その方向切換弁１６４と正圧供給装置１６０（図３）との間の圧力供給通路には可変絞り１６８が設けられている。駆動軸１２０とワーク固定装置１２２がワーク保持装置を構成しており、エアモータ１２６，出力軸１２８，正圧供給装置１６０，方向切換弁１６４および可変絞り１６８がワーク駆動装置を構成している。
【００２０】
本歯車転造盤は図３に示す制御装置３００を備えている。制御装置３００は、ＣＰＵ３０２，ＲＯＭ３０４，ＲＡＭ３０６およびそれらを接続するバス３０８を有するものである。バス３０８には、入力ポート３２０が接続され、回転センサ１５０や、第１可動台４３に設けられた転造用工具３２の移動量を検出するリニアエンコーダ１４２が接続されている。出力ポート３２２には、駆動回路３４０，３４２，３４４，３４６を介して駆動用モータ９０，移動用モータ１１０，方向切換弁１６４，可変絞り１６８が接続されている。駆動回路３４０には出力周波数が可変であるインバータ等が用いられており、転造用工具３０，３２の回転速度が調節可能である。駆動用モータ９０はＡＣモータであるが、サーボモータ等回転速度が調節可能なモータとしてもよい。移動用モータ１１０はサーボモータとされているが、回転角度が制御可能なモータであれば採用可能であり、ステップモータ等を用いることもできる。上記ＲＡＭ３０６には、図示を省略する転造盤制御プログラム等が格納されている。
【００２１】
次に作動を説明する。
本円筒状歯車転造盤は、予め歯切り加工されたワーク１２４を転造粗加工あるいは転造仕上げ加工する装置である。ここでは、ワーク固定装置１２２に保持されたワーク１２４の転造仕上げ加工について説明する。当初は、図１に示すように、ワーク１２４が転造用工具３０から一定距離離間し、そのワーク１２４から転造工具３２が上記一定距離と同じ距離離間した状態にある。その状態からかみ合わせ移動工程が開始される。まず、転造用工具３０，３２が設定された回転速度で回転させられる。すなわち、駆動回路３４０から駆動用モータ９０に出力される駆動電力の周波数が設定値まで徐々に増加させられ、転造用工具３０，３２は目的の回転速度で回転させられる。一方、方向切換弁１６４はＯＦＦ状態のままであり、エアモータ１２６は回転自在な状態にされる。これが、本円筒状歯車転造盤の第一作動モードである。
【００２２】
転造用工具３０，３２の回転速度は転造加工時の１０分の１以下であることが望ましく、１５分の１以下，３０分の１以下と小さい方がさらに望ましい。ただし、転造用工具３０，３２の回転速度を低くするといっても、停止状態は含まれない。なお、作業時間を短縮する観点からは、大きい方が望ましい。ここでは、軟鋼製のワーク１２４を可及的に傷つけないように転造仕上加工するため、転造用工具３０，３２の回転速度が転造加工時の６０分の１から３０分の１の間とされる。例えば、加工時の転造用工具３０，３２の回転数が６０ｒｐｍであれば、１〜２ｒｐｍの間の回転数で回転させられる。
【００２３】
かみ合わせ移動工程では、転造用工具３２が転造用工具３０に接近する向きに移動させられると同時に、ワーク１２４が転造用工具３２の移動距離の半分よりも多く転造用工具３０に接近する向きに移動させられる。すなわち、転造用工具３２が転造用工具３０に接近する向きに移動させられる際に、転造用工具３０とワーク１２４との距離の方が、転造用工具３２とワーク１２４との距離よりも先に小さくなるのである。前述のように、ばね部材１３０，１３２のばね定数が、ばね部材１３４，１３６のばね定数よりも小さいため、ばね部材１３０，１３２の縮む量がばね部材１３４，１３６の縮む量よりも大きいためである。そして、まず転造用工具３０とワーク１２４とがかみ合い（かみ合い位置に位置させられ）、その後さらに転造用工具３２が転造用工具３０に接近する向きに移動させられて、転造用工具３２とワーク１２４とがかみ合う（かみ合い位置に位置させられる）。そのようにばね部材１３０，１３２とばね部材１３４，１３６とのばね定数，初期加重等のばね特性が設定されているのである。
【００２４】
上記かみ合わせ移動工程を詳細に説明する。制御装置３００において、転造加工プログラムのかみ合わせ移動ステップが実行されることにより、出力ポートから各駆動回路３４０等に必要に応じて信号が出力されてモータ等が駆動される。その信号に従い、駆動回路３４２により移動用モータ１１０が駆動されるとかさ歯車１０６が回転させられ、かさ歯車１０４が回転駆動されるとともに送りねじ１０２が回転させられる。この時、送りねじ１０２はナット１００を押し出す向きに回転させられており、ナット１００と第１可動台４３とがＸ軸のマイナス方向へ移動させられる。それに伴って、リニアスケール１４０と駆動軸４２とが同じ向きに同じ量だけ移動させられる。駆動軸４２は、ばね部材１３４，１３６の付勢力に抗して移動させられ、それらばね部材１３４，１３６が圧縮される結果、駆動軸１２０は駆動軸４０側に移動させられる。前述のようにばね部材１３０，１３２のばね定数がばね部材１３４，１３６のばね定数よりも小さく、かつ、第２可動台１２１がばね部材１３０，１３２とばね部材１３４，１３６との付勢力が釣り合う状態を保って移動させられるため、駆動軸１２０と駆動軸４０との距離の減少量が、駆動軸１２０と駆動軸４２の距離の減少量よりも大きくなる。
【００２５】
駆動軸４２と駆動軸１２０との距離が、転造用工具３０，３２の歯先円の半径とワーク１２４の歯先円の半径との和である歯先接触可能距離になる前に、駆動軸４０と駆動軸１２０との距離が歯先接触可能距離になり、転造用工具３０とワーク１２４との歯同士がかみ合いを開始する。この時、もし、転造用工具３０とワーク１２４との歯先面同士が当接し、第２可動台１２１の移動が妨げられても、第１可動台４３はばね部材１３４，１３６の付勢力に抗してＸ軸方向へ移動することが許容されているため、移動を継続することができる。また、転造用工具３０とワーク１２４との周速には差があるため、歯先面同士の当接は短時間で解消され、転造用工具３０とワーク１２４との歯同士がかみ合いを開始する。その際、転造用工具３０の回転速度が大きいと、歯同士のかみ合い開始時の衝突速度が大きくなり、ワーク１２４に傷が付く可能性がある。それに対し、本実施形態においては転造用工具３０の回転速度が低く制御されており、歯同士の衝突速度が小さいため傷が付くことはない。転造用工具３０とワーク１２４との歯同士が深くかみ合った後、さらに転造用工具３２がワーク１２４に接近する。転造用工具３０と転造用工具３２とは、互いに同期して回転させられており、転造用工具３０とかみ合い、同期して回転しているワーク１２４の歯は転造用工具３２の歯とかみ合うように同期して回転している。そのため、転造用工具３２とワーク１２４とは、歯先面同士が当接することなくスムーズにかみ合うこととなる。駆動軸４０と駆動軸４２との軸間距離が加工開始距離となった時点で移動用モータ１１０の駆動が停止させられ、転造用工具３０，３２とワーク１２４とのかみ合わせが完了する。
【００２６】
かみ合わせの完了後、転造工程が行われる。転造用工具３０，３２の回転速度が上昇させられて、転造加工時の回転数である転造加工回転数（例えば、６０ｒｐｍ）とされるとともに、転造用工具３０，３２がさらに接近させられつつ設定時間転造加工が行われる。駆動軸４０と駆動軸４２との軸間距離が加工終了距離となれば転造工程が終了させられる。
【００２７】
その後、離間工程において、駆動軸４２が駆動軸４０から離れる向きに移動させられ、まず、転造用工具３２がワーク１２４から離間させられてから、ワーク１２４が転造用工具３０から離間させられる。ばね部材１３０，１３２，１３４，１３６のばね特性が前述のように選定されているため、駆動軸４２と駆動軸１２０との距離が、歯先接触可能距離よりも小さい間は駆動軸４０と駆動軸１２０との距離は変化せず、ワーク１２４は転造用工具３０とかみ合って回転している。そして、駆動軸４２と駆動軸１２０との距離が、接触可能距離よりも所定距離大きくなってからワーク１２４は転造用工具３０から離間し始める。所定距離は第２可動台１２１が第１可動台４３の方向へ一定量移動してもワーク１２４と転造用工具３２との歯が衝突しない距離であり、衝突防止距離と称する。駆動軸４２が、最初の位置まで移動すると駆動軸１２０も最初の位置に戻る。
【００２８】
次に、本円筒状歯車転造盤の第二作動モードについて説明する。本モードのかみ合わせ移動工程においては、図１に示すように、ワーク１２４と転造用工具３０，３２とが離間した状態で、それぞれが設定された回転速度で回転させられる。すなわち、制御装置３００において、かみ合わせ時にワーク１２４と転造用工具３０，３２との周速度差を設定範囲内に制御する周速度差制御かみ合わせ移動ステップが実行され、各駆動回路３４０等に出力ポート３２２から必要に応じて信号が出力される。それら各駆動回路３４０等を通じて、モータ等の動きが制御される。転造用工具３０，３２は設定回転速度で回転させられ、一方、方向切換弁１６４がＯＮにされ、エアモータ１２６に正圧供給装置１６０から圧縮空気が供給され、ワーク固定装置１２２に保持されたワーク１２４が回転させられる。この時、ワーク１２４の回転速度が設定値となるように、可変絞り１６８は予め設定された値に調節されている。また、ワーク１２４の回転速度は回転センサ１５０によって検出される。エアモータ１２６は減速機を備えず、大気と連通させられている時は、回転時の抵抗が小さいものが望ましい。
【００２９】
転造用工具３０，３２の回転数はかみ合わせ時に、ワーク１２４に後の加工によっても消滅しない程の傷がつかない程度であれば良く、例えば、転造加工時の回転数の５０％以下にされる。すなわち、転造用工具３０，３２を転造時の設定速度より低い回転速度で回転させるとともに、転造用工具３０，３２とワーク１２４とのピッチ円周上における周速度差を設定範囲内に保ちつつ、転造用工具とワーク１２４とを、それらの回転軸線と直角な方向へ平行移動させることにより相対的に接近させてかみ合わせるかみ合わせ移動工程とすればよいのである。また、ワークが傷つきやすい材質であるほど低い回転数でかみ合わせることが望ましい。かみ合わせ時において、転造用工具３０，３２の回転数が低いほどワーク１２４に傷が付きにくいが、作業時間を短縮する観点からは、回転数が高いほど加工時間が短くなる。かみ合わせ時の転造用工具３０，３２の回転数は、ワーク１２４の傷の付きやすさや加工能率等を考慮してを設定すべきものなのである。
【００３０】
ここでは、作業時間の短縮を図りつつ転造仕上加工するため、転造用工具３０，３２の回転速度が転造加工時の４０％（３８％〜４２％の間）とされる。例えば、加工時の転造用工具３０，３２の回転数が６０ｒｐｍであれば、およそ２４ｒｐｍ（２３．５〜２４．５ｒｐｍの間）で回転させられるのである。
【００３１】
ワーク１２４の回転速度は、次のように決定される。回転時の転造用工具３０，３２のピッチ円周上の周速度Ｖａと、回転時のワーク１２４のピッチ円周上の周速度Ｖｂとの差である周速度差の絶対値Ｖｄ（＝│Ｖａ−Ｖｂ│）が次の条件を満たすように決定されるのである。転造用工具３０，３２のピッチ円の直径をＤ（ｍｍ）とすると、周速度差Ｖｄが６πＤ／６０（ｍｍ／ｓｅｃ）以下であることが望ましく、４πＤ／６０（ｍｍ／ｓｅｃ）以下，２πＤ／６０（ｍｍ／ｓｅｃ）以下と小さい方がさらに望ましい。ただし、周速度差Ｖｄが０であるよりも、０．１πＤ／６０（ｍｍ／ｓｅｃ）以上の差がある方が望ましく、０．２５πＤ／６０（ｍｍ／ｓｅｃ）以上，０．５πＤ／６０（ｍｍ／ｓｅｃ）以上あることがさらに望ましい。例えば、周速度Ｖａ＞周速度Ｖｂとなり、周速度差Ｖｄが０．５πＤ／６０（ｍｍ／ｓｅｃ）〜３πＤ／６０（ｍｍ／ｓｅｃ）となるようにワーク１２４の回転速度が設定される。例えば、転造用工具３０，３２のピッチ円直径が２２０ｍｍで回転数が２４ｒｐｍであるとき、転造用工具３０，３２のピッチ円周上の周速度は２７６．５ｍｍ／ｓｅｃとなり、ワーク１２４のピッチ円周上の周速度が２４１．９ｍｍ／ｓｅｃ〜２７０．７ｍｍ／ｓｅｃの間になるように制御されればよい。よって、ワーク１２４のピッチ円直径が４４ｍｍであれば、ワーク１２４の回転速度が１０５ｒｐｍ〜１１７．５ｒｐｍの間になるように制御されればよいのである。ここでは、１１０ｒｐｍ（１０５ｒｐｍ〜１１５ｒｐｍの間）とされる。ただし、以下に述べるように、ワーク１２４と転造用工具３０とがかみ合う前にワーク１２４の回転駆動力の供給が停止され、ワーク１２４は慣性力による回転となるため、実際は回転数の低下を見越して、若干高めに設定される。
【００３２】
次に、前記実施形態と同様に転造用工具３２が転造用工具３０に接近させられる。そして前記実施形態と同様に、転造用工具３２とワーク１２４との距離よりも、転造用工具３０とワーク１２４との距離が先に小さくなる。駆動軸４０と駆動軸１２０との軸間距離が接触直前距離となる時点で方向切換弁１６４がＯＦＦにされ、エアモータ１２６には大気圧が供給されて回転自在な状態となり慣性力によって回転し続ける。上記接触直前距離は、転造用工具３０の歯先円の半径とワーク１２４の歯先円の半径とを合計した値に若干のクリアランスを加えたものである。
【００３３】
さらに転造用工具３０，３２とワーク１２４とが接近させられると、両者の歯同士が接触するが、本第二作動モードにおいても、前記実施形態と同様に接触時の衝撃が緩和される。本モードにおいては、転造用工具３０，３２の回転速度が前記第一作動モードにおけるより大きいが、ワーク１２４が回転させられており、転造用工具３０，３２の歯とワーク１２４の歯との相対速度は小さくされている。そのため、接触時の衝撃が前記実施形態と同様に緩和され、ワーク１２４は傷つきにくい状況となる。その後、転造用工具３０，３２の歯先とワーク１２４の歯同士がさらにかみ合い、駆動軸４０と駆動軸４２との軸間距離が加工開始距離となった時点で移動用モータ１１０の駆動が停止させられ、転造用工具３０，３２とワーク１２４とのかみ合わせ移動工程が完了する。その後は前記実施形態と同様である。
【００３４】
なお、上記実施形態において、相対速度差を式によって求めたが、転造用工具３０，３２の直径にかかわらず周速度差を決定しても良い。例えば、周速度差が７０ｍｍ／ｓｅｃ以下であることが望ましく、４５ｍｍ／ｓｅｃ以下，２５ｍｍ／ｓｅｃ以下と小さい方がさらに望ましい。また、周速度差は０でない方が良く、１ｍｍ／ｓｅｃ以上であることが望ましく、３ｍｍ／ｓｅｃ以上，６ｍｍ／ｓｅｃ以上ある方がさらに望ましい。例えば、相対速度差が１０ｍｍ／ｓｅｃ〜２５ｍｍ／ｓｅｃとなるように設定することができる。
【００３５】
なお、上記実施形態において、エアモータ１２６は回転速度の制御が可能で、非駆動時の回転抵抗が小さい電動モータとしてもよい。また、円筒状歯車転造盤を、前記第一作動モードと第二作動モードとのいずれか一方でのみ作動可能なものとすることも可能であり、第二作動モードが不要な円筒状歯車転造盤においては、エアモータ１２６を省略し、ワーク１２４を回転自在に保持する装置を設けてもよい。
【００３６】
実施形態の離間工程において、転造用工具３２がワーク１２４から離間させられてから、ワーク１２４が転造用工具３０から離間させられる。もしこの離間工程を、ワーク１２４が転造用工具３２とともに移動して、転造用工具３０から離間させられた後に、転造用工具３２がワーク１２４から離間させられるようにすると、離間の途中にワーク１２４に傷がつく場合がある。このような現象が生じる原因を推測すると次のようになる。図４に、転造加工が終了し、転造用工具３２およびワーク１２４が転造用工具３０から離間して元の位置に戻る離間工程において、転造用工具３２の移動距離とワーク１２４の移動距離とを概念的に表した図を示す。図４は、横軸に時間、縦軸に距離をとり、時間とともに各点の移動距離がどのように変化するかを概念的に表している。「Ａ：転造用工具３２」は転造用工具３２の移動距離を表す。本実施形態において、転造用工具３２は、等速で移動させられるものとする。また、転造用工具３０の位置は横軸で表される。
【００３７】
離間工程において、本実施形態とは異なるが、ワーク１２４がまず転造用工具３０から離間し、次に転造用工具３２がワーク１２４から離間するように、ばね部材１３０，１３２，１３４，１３６のばね特性が設定されていると仮定した場合について説明する。理想的には、ワーク１２４は転造用工具３０から完全に離間するまで転造用工具３２に接触したまま移動し、その後転造用工具３２から離間する。すなわち、「Ｂ：ワーク理想」はワーク１２４が理想的に移動する場合の移動距離を示しており、最初の一定時間は移動距離Ａと重なり、ワーク１２４と転造用工具３２とが同じ距離だけ移動していること、すなわちワーク１２４と転造用工具３２とが接触していることが示されている。そして、ある点からワーク１２４の移動速度が遅くなり、ワーク１２４と転造用工具３２とが離間していくことが示されている。しかし、これは、あくまでも理想的な動きであって、実際には慣性力，摩擦力等の影響により直線的な動きにはならないと推測される。ワーク１２４に傷が付く代表的な原因は、転造用工具３２と衝突することが考えられる。特に、ワーク１２４が動き出す際には、ワーク１２４を支える第２可動台１２１等の重量物の慣性力と、第２可動台１２１と装置本体との間に生じる静止摩擦との影響があり、ワーク１２４は転造用工具３２よりも遅れて移動し始めると推測される。なお、第２可動台１２１のレールと接触する箇所にはベアリング等の摩擦低減装置が設けられており、摩擦力は極力小さくされている。説明を容易にするために一旦動き出した後では摩擦力を考慮しないこととする。
【００３８】
「Ｃ：ワーク振動」は、ワーク１２４が動き出す際に遅れが生じ、ばね部材１３０等の付勢力の変化と第２可動台１２１等の慣性力とにより振動しながら移動すると仮定した場合の移動距離を示す。実際にこのようになるかどうかは不明であるが、これに近い運動が生じていることが目視で観察されている。まず、原点からαまでの部分に着目する。転造用工具３２が移動し始めてしばらくは、上記の慣性力および静止摩擦力によりワーク１２４は動かず、ばね部材１３０等の付勢力がある程度大きくなると移動し始める。そして、ワーク１２４は、ばね部材１３０等の付勢力の釣り合い位置である移動距離Ａまで移動するが、慣性力があるためさらに移動しようとする。障害物がなければそのまま釣り合い位置を越えて移動するが、この場合転造用工具３２と衝突し、傷が付く要因となると推測される。なお、グラフでは便宜的にワーク１２４の移動距離Ｃが転造用工具３２の移動距離Ａよりも大きくなっているが、実際にはこのようにはならない。これはαにおいてワーク１２４と転造用工具３２とが衝突することを分かりやすく説明するためである。なお、ワーク１２４の移動距離Ｃが横軸と交差しないことから明らかなように、ワーク１２４が転造用工具３０と衝突することはない。
【００３９】
それに対して、本実施形態におけるように、離間工程において、まず転造用工具３２がワーク１２４から離間し、次にワーク１２４が転造用工具３０から離間する場合について説明する。この場合、ワーク１２４と転造用工具３２とは衝突する可能性がないと推測される。なぜなら、図３の「Ｄ：ワーク理想の移動距離」を見れば分かるように、転造用工具３２がワーク１２４から一定距離だけ離間するまでは、ワーク１２４は移動せずに転造用工具３０とかみ合っており、ワーク１２４が移動を開始する際には転造用工具３２はワーク１２４から既に十分な距離離れており、ワーク１２４がばね部材１３０等の付勢力の釣り合い位置を越えて転造用工具３２の方向へ移動したとしても、ワーク１２４と転造用工具３２とが衝突するに至らないからである。よって、ワーク１２４が衝突する可能性があるのは転造用工具３０であることになる。図３の「Ｅ：ワーク振動」はワーク１２４の移動距離が振動すると仮定したグラフである。その曲線Ｅにおいて、ばね部材１３０等の付勢力が静止摩擦力と慣性力との和を越えるまでワーク１２４は移動せず、付勢力が上記和より大きくなるとワーク１２４が移動し始める。ワーク１２４は付勢力の釣り合い位置である移動距離Ｄ上へ移動した後、慣性力により移動距離Ｄを越えて転造用工具３２の方向に移動するが、距離があるため衝突はせず、その後ばね部材１３０等の付勢力により、それらの付勢力の釣り合い位置である移動距離Ｄ上に戻ろうとする。ワーク１２４が移動距離Ｄ上に戻ると、慣性力により転造用工具３０（図４における横軸の位置にある）の方向へ移動するが、その時点ではすでにばね部材１３０等の付勢力の釣り合い位置が転造用工具３０から十分離間しており、ワーク１２４は転造用工具３０と衝突するまで移動しないと推測される。
【００４０】
以上に述べたように、ワーク１２４の移動が理想的に行われないことが一因で、ワーク１２４と転造用工具３２とよりも先に、ワーク１２４と転造用工具３０とが離間させられる場合は、ワーク１２４が転造用工具３２と衝突して傷つく可能性がある。それに対して、本実施形態の離間工程は、ワーク１２４の移動が理想的に行われない場合であっても、ワーク１２４を傷つけずに転造用工具３０，３２と離間させることができるというメリットがある。
【００４１】
なお、本実施形態の離間工程において、転造用工具３０，３２が、転造加工回転数で回転させられながら離間させられたが、回転を停止させられた後に離間させられるようにしてもよい。すなわち、駆動用モータ９０への駆動電力の周波数が徐々に減少させられ、転造用工具３０，３２は回転速度が徐々に減少させられ、緩やかに停止させられる。続いて、駆動軸４２が駆動軸４０から離れる向きに移動させられ、最初の位置に戻される。この態様であれば、ワーク１２４が傷つけられる可能性は低いと考えられる。
また、転造用工具３０，３２が、転造加工回転数よりも低い回転数で回転させられながら離間させられるようにしてもよい。例えば、転造用工具３０，３２の回転数が、転造加工回転数の２分の１の回転数にされてから離間させられることや、減少させられつつ離間させられること等である。なお、回転数が減少させられつつ離間させられる場合、離間が完了するまでに転造用工具３０，３２の回転が、停止してもよい。
【００４２】
前記実施形態において、駆動軸４２が駆動軸４０から最も離間した初期状態におけるばね部材１３０，１３２，１３４，１３６の荷重である初期荷重が互いに等しくされていたが、互いに異ならされてもよい。例えば、駆動軸１２０を支持している第２可動台１２１が、図１に示す初期状態の位置よりも第１可動台４３の側に移動しないように、移動制限装置であるストッパー部材を歯車転造盤に設け、第２可動台１２１がストッパー部材によって第１可動台４３の側への移動を制限される位置を初期状態の位置とするのである。その際には、ばね部材１３４，１３６の付勢力が第２可動台１２１に作用していてもよいし、作用していなくてもよい。
【００４３】
また、前記実施形態において、ばね部材１３０，１３２のばね定数が、ばね部材１３４，１３６のばね定数よりも小さくされていたが、そのばね定数の大きさの違いが次のように設定されてもよい。かみ合わせ移動工程において、ワーク１２４が転造用工具３０とかみ合うことができる長さまでばね部材１３０，１３２が縮んだ状態で、ばね部材１３４，１３６はわずかしか縮まないように、ばね部材１３０等のばね定数が設定されてもよいのである。この場合においても、ワーク１２４が転造用工具３０とかみ合った後に、ばね部材１３４，１３６が縮んで転造用工具４２がワーク１２４にかみ合い、その後に転造加工が行われる。なお、転造加工が行われる際に、ばね部材１３０等の付勢力がワーク１２４を転造用工具３０に押し付ける向きに作用しており、厳密にはワーク１２４が転造用工具３０，３２の両方に均等な力で押し付けられてないが、ばね部材１３０等の付勢力は転造加工時に転造用工具３０，３２がワーク１２４に押し付けられる力に比べると遙かに小さいため、その影響を無視することができる。このように、ばね部材１３０等のばね定数が設定されていた場合には、離間工程において、第１可動台４３の移動によってばね部材１３４，１３６が自然長に近い長さまで伸びてから、ばね部材１３０，１３２が伸び始めることとなる。
【００４４】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらは例示に過ぎず、本発明は、前記〔発明が解決しようとする課題，課題解決手段および効果〕の項に記載された態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である円筒状歯車転造盤の概略を示す斜視図である。
【図２】上記円筒状歯車転造盤の転造用工具と保持されたワークとを示す側面図である。
【図３】上記円筒状歯車転造盤の制御装置のうち、本発明に関連の深い部分を示すブロック図である。
【図４】上記円筒状歯車転造盤により離間させられる転造用工具およびワークの移動量と、比較例のワークの移動量とを概略的に示す図である。
【符号の説明】
３０，３２：転造用工具    ４０，４２：駆動軸    ９０：駆動用モータ
１１０：移動用モータ    １２０：駆動軸    １２２：ワーク固定装置
１２４：ワーク    １３０，１３２，１３４，１３６：ばね部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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