(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状ワークにスプライン及び歯車を含む歯を形成する歯面を有する一対の転造平ダイスにおいて、各前記転造平ダイスの前記歯面は、前記ダイスの前端から後端に向けて歯丈が慚増する喰付歯部と、前記喰付歯部に続くほぼ歯丈が一定の仕上げ歯部と、前記仕上げ歯部に続く歯丈が前記ダイスの後端に向けて急激に慚減する逃げ歯部と、を有し、前記喰付歯部の最初のほぼ１／４の長さの部分の歯の表面粗さが20〜35μｍRz、それに続く前記喰付歯部の第２のほぼ１／４の長さの部分の歯の表面粗さが 5〜20μｍRzとしたことを特徴とする転造平ダイス。
【請求項２】
円筒状ワークにスプライン及び歯車を含む歯を形成する歯面を有する一対の転造平ダイスにおいて、各前記転造平ダイスの前記歯面は、前記ダイスの前端から後端に向けて歯丈が慚増する喰付歯部と、前記喰付歯部に続くほぼ歯丈が一定の仕上げ歯部に続く歯丈が前記ダイスの後端に向けて急激に慚減する逃げ歯部と、を有し、前記喰付歯部の最初のほぼ１／４の長さの部分の歯の表面に第１のサンドブラスト処理を施し、それに続く前記喰付歯部の第２のほぼ１／４の長さの部分の歯の表面に第２のサンドブラスト処理を施し、前記喰付歯部の最初のほぼ１／４の長さの部分の歯の表面粗さが、前記喰付歯部の第２のほぼ１／４の長さの部分の歯の表面粗さよりも粗くされていることを特徴とする転造平ダイス。
【請求項３】
請求項２記載の前記喰付歯部の最初のほぼ１／４の長さの部分の歯の表面粗さは２０〜３５μｍＲｚであり、前記喰付歯部の第２のほぼ１／４の長さの部分の歯の表面粗さは５〜２０μｍＲｚであることを特徴とする請求項２に記載の転造平ダイス。
【請求項４】
転造平ダイスの表面の全体あるいは一部にイオン窒化処理又はショットピーニングのいずれか１あるいはそれら双方を施したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の転造平ダイス。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１に記載の前記転造平ダイスによりセミドライ方式で転造加工することを特徴とする転造加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は円筒状ワーク外周にスプライン又は歯を転造する転造平ダイスに関し、特に微小なオイルミストをワークに噴射するセミドライ方式による転造加工に適した転造平ダイス及び転造加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
転造平ダイスは円筒状ワーク外周にスプライン及び歯車を転造する周知の装置であり、通常１面に歯が切られた長方形板部材からなる。これらの歯は転造されるスプライン又は歯に平面上で合致する形状の交互に歯山と溝とを有する。これらの歯はダイス面の長手方向に設けられている。転造平ダイスは協同する１対が、歯が切られたダイス面を互いに対向させて使用される。スプライン又は歯が転造される円筒状ワークが１対の転造平ダイス間にかつその一端に配置され、次に１対の転造平ダイスは円筒状ワークに向けて押しつけられ、転造平ダイスが長手方向に移動され、それにより、円筒状ワークはその軸心の回りに回転されその表面にスプライン又は歯が転造される。転造は、常温でワークの材料を取り去ることなく行われる。
【０００３】
例えば U.S.P No.4,862,718 に開示する従来の転造平ダイスは、始端の歯溝と同じ深さの面取り面と、制御された割合で全深さまで至るまでダイス歯面が円筒状ワークに食い込むようにされる傾斜面部と、歯山が全高のダウエル又は仕上げ部と、完成品にマークを付けることなくダイスとワークとの接触を漸減させる逃げ部とを有する。
【０００４】
実公平 6-200号公報の第４図に、本出願の図３に示す転造平ダイスが開示されている。この転造平ダイス11(12)は、ダイスの前端から後端に向けてワークに食いつき徐々に歯丈が漸増する喰付歯部13と、喰付歯部13に続くほぼ歯丈が一定の仕上げ歯部14と、仕上げ歯部14に続きワークがダイスより容易に逃げられるよう歯丈が前記ダイスの後端に向けて急激に慚減する逃げ歯部15と、を有しする。喰付歯部13、仕上げ歯部14の長さはそれぞれ少なくともワーク１回転相当以上の長さにされている。
【０００５】
従来のかかる転造平ダイスは、喰付歯部13のほぼ前半部分 13aにはサンドブラスト処理を施し、平ダイス11(12)とワークの滑りを防止している。喰付歯部13のほぼ後半部分 13b、仕上げ歯部14及び逃げ歯部15は、ワークと平ダイス 1１、12の歯 7、７がかみ合っているので、滑りが発生しないため、サンドブラスト処理は施していない。これを加工精度の面から見ると、喰付歯部13のほぼ前半部分 13aでは、転造平ダイスのワークへの食い付きで滑りが発生しないことが重要であり、従来から、喰付歯部13のほぼ前半部分 13aの歯面にサンドブラスト処理を施し、摩擦力を発生させ、食い付き時の滑りを無くしている。この時、喰付歯部13のほぼ前半部分 13aの面粗さは、油性クーラントをかけても滑らない粗さとし、およそ20〜35μｍＲｚ程度である。
【０００６】
従来は、このような転造平ダイスで油性のクーラントを使用して転造加工を行っていた。しかし、最近、環境、取扱の容易さ、省資源の観点からクーラントを使用しないセミドライ方式による転造加工が望まれている。そこで、従来の転造平ダイスを用いてセミドライ転造加工をしたが、油性クーラントを使用して転造する場合よりも転造平ダイスの寿命が短くなり、部品１個あたりの加工コストが高くなるという問題があった。
【０００７】
【解決しようとする課題】
本発明の課題は、非常に微量のオイルミストをワークに吹きつけるセミドライ方式の転造加工においても、従来の油性クーラント使用による転造加工と同等以上の寿命となる転造平ダイス及び転造加工方法を提供し、地球環境に優しいセミドライ方式の実用化を実現することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため本発明の第１発明は、円筒状ワークにスプライン又は歯を形成する歯面を有する一対の転造平ダイスにおいて、各前記転造平ダイスの前記歯面は、前記ダイスの前端から後端に向けて歯丈が慚増する喰付歯部と、前記喰付歯部に続くほぼ歯丈が一定の仕上げ歯部と、前記仕上げ歯部に続く歯丈が前記ダイスの後端に向けて急激に慚減する逃げ歯部と、を有し、前記喰付歯部の最初のほぼ１／４の長さの部分の歯の表面粗さが20〜35μｍRz、それに続く前記喰付歯部の第２のほぼ１／４の長さの部分の歯の表面粗さが 5〜20μｍRzとしたことを特徴とする転造平ダイス及び転造加工方法を提供することにより、上述した従来技術の課題を解決した。
【０００９】
本発明者等は研究の結果、転造平ダイスが寿命に至る典型的なパターンとして、まずサンドブラスト処理を施した喰付歯部の第２のほぼ１／４の長さの部分の歯のコースト側（食い付き歯部側から見て、逃げ歯部方向側）歯先からチッピングが起こり、これにより、仕上げ歯部の負荷が増大し仕上げ歯部の損傷が起こり最終的な工具寿命に至る場合が多い。また、サンドブラスト処理を施した喰付歯部の第２のほぼ１／４の長さの部分の歯から最初のチッピングが起こる理由として、面粗さが粗いため、応力集中が起こりやすい。また、発生する摩擦力が大きく、その分応力が増大するためとも考えた。また、セミドライ方式では食い付き歯部のすべりが少なくなる現象があることを知得した。
【００１０】
【発明の効果】
即ち、従来はサンドブラスト処理等で喰付歯部13のほぼ前半部分の範囲の表面粗さを２０〜３５μｍＲｚとしていたが、本発明では喰付歯部の第２のほぼ１／４の長さの部分の面粗さを５〜２０μｍＲｚと小さくしたので、喰付歯部の第２のほぼ１／４の長さの部分の応力集中が減じ、摩擦力も小さく、従来でチッピングが発生しやすい喰付歯部の第２のほぼ１／４の長さの部分のチッピングを防止できるものとなった。また、面粗さが小さくてもセミドライで加工するのでワークが滑ることがない。
【００１１】
非常に微量のオイルミストをワークに吹きつけるセミドライ加工の転造加工においても、滑りがなく、精度も高くチッピングの発生が少ないので、セミドライ方式でも、従来と同様な寿命、精度を確保し、地球環境に優しいセミドライ方式用の転造平ダイスを提供するものとなった。かかる喰付歯部の第２のほぼ１／４の長さの部分の面粗さはサンドブラスト処理での砥粒の大きさの選定で可能であり、加工も簡単、容易である。
【００１２】
本発明の第２発明によると、円筒状ワークにスプライン又は歯を形成する歯面を有する一対の転造平ダイスにおいて、各前記転造平ダイスの前記歯面は、前記ダイスの前端から後端に向けて歯丈が慚増する喰付歯部と、前記喰付歯部に続くほぼ歯丈が一定の仕上げ歯部と、前記仕上げ歯部に続く歯丈が前記ダイスの後端に向けて急激に慚減する逃げ歯部と、を有し、前記喰付歯部の最初のほぼ１／４の長さの部分の歯部の表面に第１のサンドブラスト処理を施し、それに続く、前記喰付歯部の第２のほぼ１／４の長さの部分の歯部の表面に第２のサンドブラスト処理を施し、前記喰付歯部の最初のほぼ１／４の長さの部分の歯部の表面粗さが、それに続く、前記喰付歯部の第２のほぼ１／４の長さの部分の歯部の表面粗さよりも粗くする（請求項２）。さらに、このときの面粗さは前述したように、前記喰付歯部の最初のほぼ１／４の長さの部分の歯部の表面粗さを２０〜３５μｍＲｚ、前記喰付歯部の第２のほぼ１／４の長さの部分の歯部の表面粗さを５〜２０μｍＲｚとするのがよい（請求項３）。
【００１３】
転造平ダイスの歯の表面は硬度が高いのが好ましい。そこで、転造平ダイスの表面の全体あるいは一部にイオン窒化処理又はショットピーニングのいずれか１あるいはそれら双方を施すのがよい（請求項４）。なお、イオン窒化処理後ショットピーニング処理が好ましいが、ショットピーニング処理後イオン窒化処理してもよい。かかる構成の転造平ダイスは微少オイルミストを噴霧する程度のセミドライ方式での転造加工に用いるのに適している（請求項５）。イオン窒化処理、ショットピーニング処理により長寿命のセミドライ方式による転造加工に適した転造平ダイス及び転造加工方法を提供するものとなった。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１、２に示す本発明の好ましい実施の形態の転造平ダイスは、特定の一連の歯 7を形成した１対のラックタイプ転造平ダイスを全体として符号10で示し、この１対のラックタイプ転造平ダイスは全体として符号 1、２で示す１対のラックタイプ転造平ダイスを含み、同じダイスをセットで筒状ワークにスプライン又は歯を転造形成する歯ために使用される。各転造平ダイス 1、２の歯面 3１、32は、ダイスの前端 Cから後端 Dに向けて歯丈3fが慚増する喰付歯部 3と、喰付歯部 3に続くほぼ歯丈3fが一定の仕上げ歯部 4と、仕上げ歯部 4に続く歯丈3fがダイスの後端 dに向けて急激に慚減する逃げ歯部 5と、を有する。
【００１５】
喰付歯部 3、仕上げ歯部 4の長さはそれぞれ少なくともワーク6 １回転相当以上の長さにされている。喰付歯部 3の最初のほぼ１／４の長さの部分 3aa及びそれに続く喰付歯部の第２のほぼ１／４の長さの部分 3abの長さは、それぞれワーク 6の１回転相当分である。喰付歯部 3のほぼ前半の全体長さはワーク6 ２回転相当分である。喰付歯部 3の最初のほぼ１／４の長さの部分 3aaの歯 7の表面2aに粗い砥粒によるサンドブラスト加工を施し、歯面の面粗さを20〜35μＲｚとした。また、それに続く喰付歯部の第２のほぼ１／４の長さの部分 3abの歯 7の表面3aに細かい砥粒によるサンドブラスト加工を施し歯面の面粗さを 5〜20μＲｚとした。A-A"はピッチライン、1d、１e はそれぞれ、喰付歯部 3及び仕上げ歯部 4の歯底のダイス底面からの高さであり、 7a 、７b はピッチラインA-A"上の歯厚であり、本実施の形態では1dと1e、 7a 、７b はそれぞれ同じにされているが、実公平 6-200号公報の第１図に示すように、喰付歯部のほぼ前半部分の歯底のダイス底面からの高さ1dを漸増してもよく、及び／又は、ピッチラインA-A"上の歯厚7aを、第１歯31から喰付歯部のほぼ前半部分の歯 3n に向けて漸増してもよい。
【００１６】
作動においては、図２に示すように、転造平ダイス 1、２は協同する１対が、歯が切られたダイス面 3１、32を互いに対向させて使用される。スプライン又は歯が転造される円筒状ワーク 6が１対の転造平ダイス 1、２間にかつその一端に配置され、次に１対の転造平ダイス 1、２は円筒状ワーク 6に向けて押しつけられ、転造平ダイス１、２  が長手方向に移動され、それにより、円筒状ワーク 6はその軸心の回りに回転されその表面にスプライン又は歯が転造される。転造は、常温でワーク 6の材料を取り去ることなく行われる。
【００１７】
【実施例】
図１及び図２に示す構造の転造平ダイスを用いて、微小なオイルミストをワークに噴射するセミドライ方式により、円筒状ワーク外周にインボリュートスプラインの転造加工を行った。インボリュートスプラインの諸元は、モジュール 1.058、圧力角30°、歯数23、歯幅20mmである。その結果、比較的損傷の遅い喰付歯部 3の最初のほぼ１／４の長さの部分 3aaの歯の表面粗さは、従来の転造平ダイスのと同レベルとし、従来損傷が最初に始まる喰付歯部の第２のほぼ１／４の長さの部分 3abの歯 7の表面3aの面粗さを細かくしたため、応力集中が緩和され、喰付歯部の第２のほぼ１／４の長さの部分 3abの歯 7の損傷を遅らせることができた。結果として、図２に示す従来の転造平ダイスで油性クーラントを使用した場合と同等以上の工具寿命を得られた。また、潤滑方式として、油性クーラントではなく、セミドライ方式としたにもかかわらず、潤滑性が若干落ちるため、面粗さを細かくした喰付歯部の第２のほぼ１／４の長さの部分 3abの歯 7でもスリップすることなく、ワークの加工精度は従来の転造平ダイスで行ったばあいと同等であった。
また、図１で示した転造平ダイスの歯の表面全体にイオン窒化を施した後、さらに、後部食い付き歯部３、調整歯部１３、仕上げ歯部 4、逃げ歯部１５にショットピーニング加工を施した結果、従来の転造平ダイスで油性クーラントを使用した場合の１．５倍以上の工具寿命を得ることができた。この場合も、ワークの加工精度は従来工具で油性クーラントを使用した場合と同等であった。
【００１８】
なお、実施例ではセミドライ方式による転造加工について説明したが、潤滑性の小さい水溶性クーラントを使用する場合、あるいは完全ドライにより転造加工する場合でも、本実施例と同様、工具寿命延長効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す転造平ダイスの側面図である。
【図２】一対の図１に示す転造平ダイスが円筒状ワークを転造する状態を示す部分側面図である。
【図３】従来の転造平ダイスの側面図である。
【符号の説明】
１、２・・・転造平ダイス
３・・・喰付歯部
3aa ・・・  喰付歯部の最初のほぼ１／４の長さの部分
3ab ・・・  喰付歯部の第２のほぼ１／４の長さの部分
3f・・・  歯丈
４・・・  仕上げ歯部
５・・・  逃げ歯部
６・・・ワーク
７・・・歯
【図１】
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【図２】
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【図３】
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