(57)【要約】【課題】生産性の高い歯形成形装置及び成形方法を提供すること。【解決手段】周方向に所定間隔で軸方向に延設される複数の凸条からなるマンドレル加工部を外周面にもつマンドレル１０と、複数の凸条２１１、２１２及び２１３からなる転造ローラ加工部２１を外周面にもつ転造ローラ２０と、マンドレル回転送り機構と、転造ローラ２０を公転乃させる転造ローラ同期機構と、を有し、凸条２１１、２１２及び２１３の断面形状は、各々異なっていることを特徴とする。すなわち、複数の凸条のそれぞれの断面形状として異なる形状を採用することで、マンドレル１０や転造ローラ２０に加わる加工力を低減することが可能になり、マンドレル１０や転造ローラ２０の寿命を向上することができる。【選択図】図２
2005319505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄肉円筒形の被加工体の周面において、軸方向に延設される歯形を成形する装置であって、
周方向に所定間隔で軸方向に延設される複数の凸条からなるマンドレル加工部を外周面にもち、前記被加工体の内部に挿入されるマンドレルと、
軸方向に前記所定間隔で周方向に延設される複数の凸条からなる転造ローラ加工部を外周面にもち、該転造ローラ加工部の凸条が該マンドレル加工部の凸条と咬合可能な向きに配設され、該転造ローラ加工部と該マンドレル加工部との間に狭持される該被加工体を塑性変形させる転造ローラと、
該マンドレルを回転させつつ回転軸方向に漸進させるマンドレル回転送り機構と、
該転造ローラ加工部及び該マンドレル加工部の間で咬合する位置と干渉しない位置とを含む軌道上に、該マンドレルの回転に同期させながら、該転造ローラを公転乃至は揺動させる転造ローラ同期機構と、を有し、
前記転造ローラ加工部がもつ前記複数の凸条の前記転造ローラの軸方向の断面形状は、各々異なっていることを特徴とする歯形成形装置。
【請求項２】
前記転造ローラ加工部がもつ前記複数の凸条の前記断面形状は、前記マンドレルの回転方向と逆方向に向かうにつれて、前記マンドレル加工部と咬合した際の逃がしが大きい形状である請求項１に記載の歯形成形装置。
【請求項３】
薄肉円筒形の被加工体の周面において、軸方向に延設される歯形を成形する方法であって、
周方向に所定間隔で軸方向に延設される複数の凸条からなるマンドレル加工部を外周面にもち、前記被加工体の内部に挿入されるマンドレルと、
軸方向に前記所定間隔で周方向に延設される複数の凸条からなる転造ローラ加工部を外周面にもち、該転造ローラ加工部の凸条が該マンドレル加工部の凸条と咬合可能な向きに配設され、該転造ローラ加工部と該マンドレル加工部との間に狭持される該被加工体を塑性変形させる転造ローラと、を用い、
該マンドレルを回転させつつ回転軸方向に漸進させるマンドレル回転送り工程と、
該マンドレル回転送り工程で行う該マンドレルの回転に同期しながら、該転造ローラ加工部及び該マンドレル加工部の間で咬合する位置と干渉しない位置とを含む軌道上に該転造ローラを公転乃至は揺動させて該被加工体に歯形を成形する工程と、を有し、
前記転造ローラ加工部がもつ前記複数の凸条の前記転造ローラの軸方向の断面形状は、各々異なっていることを特徴とする歯形成形方法。
【請求項４】
前記転造ローラ加工部がもつ前記複数の凸条の前記断面形状は、前記マンドレルの回転方向と逆方向に向かうにつれて、前記マンドレル加工部と咬合した際の逃がしが大きい形状である請求項３に記載の歯形成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯形成形装置及び歯形成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ａ／Ｔ部品などの製造に利用されるグローブ転造は、薄肉円筒形の被加工体の周上に歯形を成形する方法であり、被加工体に挿入するマンドレルと転造ローラとの間で被加工体を狭持することでマンドレルの外周に形成された歯形を被加工体に転造している。ここで、転造ローラの外周には周方向に一の凸条が延設されており、一歯ずつマンドレルとの間で被加工体を狭持することで歯を転造している。
【０００３】
ところで、グローブ転造は歯形の成形精度は高いものの、生産性が高くなかった。そこで、本発明者らは、生産性を向上する目的で、転造ローラの外周に複数の凸条を設けることに想到した。歯型形成装置に関する文献ではないが、ポリＶプーリの溝を形成する方法に関連して、転造ローラの外周に複数の凸条が設けられた転造ローラが開示されている（特許文献１）。複数の凸条を設けた転造ローラを用いたグローブ転造について検討を行った結果、マンドレルと転造ローラとの間に大きな力が加わり、マンドレルや転造ローラの寿命が充分でないといった問題点を発見した。
【特許文献１】特開平６−２３４６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記実情に鑑みなされたものであり、生産性の高い歯形成形装置及び成形方法を提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決する目的で本発明者が鋭意検討を行った結果、以下の発明に想到した。すなわち、本発明の歯形成形装置は、薄肉円筒形の被加工体の周面において、軸方向に延設される歯形を成形する装置であって、
周方向に所定間隔で軸方向に延設される複数の凸条からなるマンドレル加工部を外周面にもち、前記被加工体の内部に挿入されるマンドレルと、
軸方向に前記所定間隔で周方向に延設される複数の凸条からなる転造ローラ加工部を外周面にもち、該転造ローラ加工部の凸条が該マンドレル加工部の凸条と咬合可能な向きに配設され、該転造ローラ加工部と該マンドレル加工部との間に狭持される該被加工体を塑性変形させる転造ローラと、
該マンドレルを回転させつつ回転軸方向に漸進させるマンドレル回転送り機構と、
該転造ローラ加工部及び該マンドレル加工部の間で咬合する位置と干渉しない位置とを含む軌道上に、該マンドレルの回転に同期させながら、該転造ローラを公転乃至は揺動させる転造ローラ同期機構と、を有し、
前記転造ローラ加工部がもつ前記複数の凸条の前記転造ローラの軸方向の断面形状は、各々異なっていることを特徴とする。
【０００６】
また、上記課題を解決する本発明の歯形成形方法は、薄肉円筒形の被加工体の周面において、軸方向に延設される歯形を成形する方法であって、
周方向に所定間隔で軸方向に延設される複数の凸条からなるマンドレル加工部を外周面にもち、前記被加工体の内部に挿入されるマンドレルと、
軸方向に前記所定間隔で周方向に延設される複数の凸条からなる転造ローラ加工部を外周面にもち、該転造ローラ加工部の凸条が該マンドレル加工部の凸条と咬合可能な向きに配設され、該転造ローラ加工部と該マンドレル加工部との間に狭持される該被加工体を塑性変形させる転造ローラと、を用い、
該マンドレルを回転させつつ回転軸方向に漸進させるマンドレル回転送り工程と、
該マンドレル回転送り工程で行う該マンドレルの回転に同期しながら、該転造ローラ加工部及び該マンドレル加工部の間で咬合する位置と干渉しない位置とを含む軌道上に該転造ローラを公転乃至は揺動させて該被加工体に歯形を成形する工程と、を有し、
前記転造ローラ加工部がもつ前記複数の凸条の前記転造ローラの軸方向の断面形状は、各々異なっていることを特徴とする。
【０００７】
すなわち、転造ローラに設けられ、マンドレルとの間で被加工体を狭持する転造ローラ加工部を構成する複数の凸条のそれぞれの断面形状として異なる形状を採用することで、マンドレルや転造ローラに加わる加工力を低減することが可能になり、マンドレルや転造ローラの寿命を向上することができる。
【０００８】
特に、前記転造ローラ加工部がもつ前記複数の凸条の前記断面形状は、前記マンドレルの回転方向と逆方向に向かうにつれて、前記マンドレル加工部と咬合した際の逃がしが大きい形状にすることで、マンドレルや転造ローラの複数の凸条に加わる加工力を低減することができ、更なる寿命の向上が達成できる。
【発明の効果】
【０００９】
転造ローラ加工部に複数の凸条を設けることで、加工精度を保ったまま生産性を向上できる。転造ローラ加工部の複数の凸条の断面形状を異ならせたことで、マンドレル及び転造ローラそれぞれの加工部に無理な加工力が加わることを抑制できる。その結果、加工速度を向上することも容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（歯形成形装置：構成）
本発明の歯形成形装置は、薄肉円筒形の被加工体の周面において、軸方向に延設される歯形を成形する装置である。本歯形成形装置は、被加工体の内部に挿入されるマンドレルと、マンドレルと組み合わされることで被加工体を塑性加工する転造ローラとを有する。更に、マンドレルの回転させながら漸進させることで被加工体の位置を制御するマンドレル回転送り機構と、マンドレル及び転造ローラの相対関係を制御する転造ローラ同期機構とを有する。
【００１１】
マンドレルは外周面にマンドレル加工部をもつ。マンドレルのマンドレル加工部が形成された部分の形状は、概ね円柱形である。マンドレルの外径は被加工体の内径と概ね同程度であることが好ましい。マンドレル加工部は、後述する転造ローラがもつ転造ローラ加工部との間で被加工体を狭持して塑性加工する部分である。マンドレル加工部はマンドレルの軸方向に延設される複数の凸条からなる。この複数の凸条はマンドレルの周方向に所定間隔で延設されている。マンドレル加工部の外形形状は、被加工体の内周面に転写される。つまり、マンドレル加工部の外形は、被加工体に加工される歯形の形状（内周面側の形状）とほぼ同様の形状をもつ。
【００１２】
転造ローラは外周面に転造ローラ加工部をもつ。転造ローラは回動自在に保持されている。転造ローラ加工部は回動しながら、マンドレル加工部との間で被加工体を狭持することで被加工体を塑性変形させる部分である。転造ローラ加工部は周方向に延設された複数の凸条からなる。これら複数の凸条は転造ローラの軸方向に所定間隔で設けられている。これら複数の凸条の断面形状は前述のマンドレル加工部の複数の凸条と咬合可能な形状である。凸条の数は特に限定しないが２〜５程度が例示できる。これら複数の凸条はマンドレル加工部に形成された複数の凸条の向き（マンドレルの外周に沿って形成されている）に合わせてマンドレル加工部に組み合わされたときにマンドレルの中心軸の方向を向くように形成されている。
【００１３】
転造ローラは転造ローラ加工部の複数の凸条がマンドレル加工部の複数の凸条と咬合可能な方向に配設される。転造ローラ加工部の複数の凸条におけるそれぞれの凸条の断面形状は各々異なっている。断面形状が異なることで、被加工体への加工力が異なり、マンドレルや転造ローラに加わる力が低減できる。
【００１４】
転造ローラは複数個設けることもできる。転造ローラを複数個設ける場合には、マンドレルの回転軸に対して、回転対称の位置に配設することが好ましい。例えば、転造ローラを２個設ける場合にはマンドレルの回転軸に対して１８０°（線対称）の位置に配設することが好ましく、転造ローラを３個設ける場合にはマンドレルの回転軸の周りに１２０°間隔で配設することが好ましい。
【００１５】
特にマンドレルの回転方向と逆方向に向かうにつれて、前述のマンドレル加工部と咬合した際の逃がしが大きい形状であることが好ましい。つまり、転造ローラ加工部の複数の凸条は、マンドレルの回転方向と逆方向から、被加工体と接触していくので、逃がしが大きい凸条から被加工体に当接することになって、被加工体を徐々に塑性加工することができる。その結果、マンドレル及び転造ローラに加わる加工力を複数の凸条間で均一化することができる。
【００１６】
なお、逃がしが大きい形状とは、被加工体を最終的に加工する形状に対応する形状よりも、被加工体の加工度が小さくなるように変形させた形状である。つまり、転造ローラ加工部の複数の凸条とマンドレル加工部の複数の凸条との間に被加工体を狭持する場合に、隙間が生じる形状である。その結果、間に狭持する被加工体のうちで、マンドレル加工部にまで当接しない部位が生じる。つまり、逃がしが大きいほどマンドレル加工部の凸条と咬合した際の隙間が大きく、逃がしが小さい（無い）ほど、隙間が小さい（無い）形状になる。特に、マンドレルの凸条における回転方向に向かう側と、転造ローラにおけるマンドレルが回転してくる側との間において隙間が大きくなるような形状を採用することが好ましい。この間の隙間を大きくすることで、マンドレルを回転しながら、転造ローラを咬合させた際の相対的な加工力が低減でき、両者の寿命を向上できる。
【００１７】
マンドレル回転送り機構はマンドレルを回転させつつ回転軸方向に漸進させる機構である。マンドレルを回転及び回転軸方向に漸進させることでマンドレルを挿入した被加工体を順次加工できる。マンドレルの回転及び漸進速度は後述する転造ローラ同期機構の動作と同期させて決定する。
【００１８】
転造ローラ同期機構は、転造ローラ加工部及びマンドレル加工部の間で咬合する位置と両者が干渉しない位置とを含む軌道上で転造ローラを公転乃至は揺動させる機構である。転造ローラの公転乃至揺動はマンドレルの回転に同期させる。つまり、マンドレルの回転は転造ローラの公転乃至揺動に従い、マンドレル加工部の複数の凸条と順次咬合できるようになっている。例えば、転造ローラの公転乃至揺動の一サイクルに合わせて、マンドレルの凸条が一つずつずれるように、マンドレルの回転角度（又は転造ローラの速度）が調節される。
【００１９】
具体的な転造ローラ同期機構としては転造ローラを回動自在に保持しながら公転させる機構が挙げられる。公転の軌道がマンドレル加工部及び転造ローラ加工部それぞれの複数の凸条が咬合する位置と離隔する位置とを含んでいる。両者の咬合により被加工体が塑性加工される。
【００２０】
（歯形成形装置：作用効果）
以上の構成をもつことから本装置は以下の作用効果を有する。
【００２１】
まず、マンドレルが被加工体に挿入される。マンドレルはマンドレル回転送り機構により回転させられながら回転軸方向に漸進する。転造ローラ同期機構は、マンドレルの回転に合わせて転造ローラを公転（及び／又は揺動）する。転造ローラ同期機構は、マンドレルがマンドレル加工部の複数の凸条が一つ移動する毎に転造ローラを一回転公転させる速さで転造ローラを公転させる。
【００２２】
その結果、マンドレル加工部の複数の凸条の上で被加工体は、転造ローラ加工部の複数の凸条により順次狭持されて塑性加工される。その場合に、転造ローラ加工部の複数の凸条の各々の断面形状が異なるので、塑性加工が一度に進行せずにマンドレルなどに加わる加工力が低減できる。加工力が低減できると、加工速度を向上することもできる。
【００２３】
マンドレルは回転しながら回転軸方向に漸進するので被加工体は螺旋状に塑性加工されていき、最終的には必要な前面の塑性加工（歯形成形）が完了する。
【００２４】
（歯形成形方法）
本発明の歯形成形方法は、上述の本発明の歯形成形装置を用いて被加工体の周面に歯形を成形する方法とほぼ同様の方法である。従って、本発明の説明は上述の説明をもって代える。
【実施例】
【００２５】
（構成）
本実施例の歯形成形装置は、図１に示すように、マンドレル１０と二つの転造ローラ２０とマンドレル回転送り機構（図略）と転造ローラ同期機構（図略）とを有する。図１は、マンドレル１０が挿入された被加工体Ｗの周上にすべての歯形が成形された状態を示している。マンドレル１０及び被加工体Ｗは理解しやすいように転造ローラ２０に当接する近傍の断面形状を示している。
【００２６】
マンドレル１０は外周に複数の凸条からなるマンドレル加工部をもつ。複数の凸条はマンドレルの軸方向（紙面垂直方向）に延設されている。マンドレル加工部の外形は、被加工体Ｗの内周面に転写されるので、マンドレル加工部の外形は、被加工体Ｗに加工される歯形の形状（内周面側の形状）とほぼ同様の形状をもつ。
【００２７】
マンドレル１０はマンドレル回転送り機構により、時計回りに回転しながら紙面奥側から手前側に向けて漸進されている。マンドレル回転送り機構は一定速度でマンドレル１０を回転漸進させている。
【００２８】
転造ローラ２０は外周面に転造ローラ加工部２１をもつ。転造ローラ加工部２１はマンドレル加工部との間で被加工体Ｗを狭持することで被加工体Ｗを最終的な形状にまで塑性変形させる部分である。転造ローラ２０が二つあるのは両転造ローラ２０にてマンドレル１０及び被加工体Ｗを狭持することで、マンドレル１０に加わる外力をバランスさせている。二つの転造ローラ２０はそれぞれ軸Ｃ及びＤを回転軸として回動自在に転造ローラ同期機構に軸支されている。
【００２９】
転造ローラ加工部２１は周方向に延設された三つの凸条２１１、２１２及び２１３とそれら凸条２１１、２１２及び２１３の間に存在する溝からなる。これらの凸条２１１、２１２及び２１３はマンドレル１０の軸方向に延びている。これらの凸条２１１、２１２及び２１３は転造ローラ２０の軸方向に所定間隔で設けられている。これらの凸条２１１、２１２及び２１３の断面形状は前述のマンドレル加工部の複数の凸条と互いに咬合可能な形状である。これらの凸条２１１、２１２及び２１３はマンドレル加工部の複数の凸条の向きに合わせて突出する角度を変化させている。なお、図１では、断面形状がすべて同じように便宜的に記載している。
【００３０】
転造ローラ加工部２１の凸条２１１、２１２及び２１３のそれぞれの断面形状は各々異なっている。凸条２１１及び２１２の断面形状は、図２に示すように、マンドレル加工部の複数の凸条と相補的に咬合できる形状である凸条２１１’及び２１２’の断面形状に対して、一部、小さくなっており、被加工体Ｗを咬合した際に隙間が生じるようになる。具体的には、マンドレル１０の回転方向と逆の方向に行くに従い逃がしが大きい形状になっている。特に、マンドレル加工部の凸条がマンドレル１０の回転により進行する方向に対向する側の形状を逃がすような形状（凸条２１１’及び２１２’）を採用している。凸条２１３においては、逃がしがない形状を採用している。なお、凸条２１３の断面形状についても、マンドレル１０の回転に伴う干渉を低減するために、逃がし形状を採用することもできる。
【００３１】
転造ローラ同期機構は、転造ローラ加工部２１及びマンドレル加工部の間で咬合する位置と両者が干渉しない位置とを含む軌道上で転造ローラを公転させる機構である。転造ローラ２０の公転軸はそれぞれ軸Ａ及びＢである。転造ローラ２０の公転はマンドレル１０の回転に同期させる。つまり、マンドレル１０の回転は、転造ローラ２０の公転に従い、転造ローラ２０の転造ローラ加工部２１がマンドレル加工部の複数の凸条と順次咬合できるように行う。転造ローラ２０の公転の一サイクルに合わせて、マンドレル１０の凸条２１１、２１２及び２１３が一つずつずれるように、マンドレル１０の回転速度と転造ローラ２０の速度とを調節する。
【００３２】
（作用効果）
以上の構成をもつことから本装置は以下の作用効果を有する。
【００３３】
まず、マンドレル１０に被加工体Ｗが被せられる。マンドレル１０はマンドレル回転送り機構により回転させられながら回転軸方向に漸進する。転造ローラ同期機構は、マンドレル１０の回転に合わせて転造ローラ２０を軸Ａ及びＢを公転軸として公転させる。転造ローラ同期機構は、マンドレル１０がマンドレル加工部の複数の凸条が一つ移動する毎に転造ローラ２０を一回転公転させるように転造ローラ２０を公転させる。
【００３４】
その結果、マンドレル加工部の複数の凸条の上で被加工体Ｗは、転造ローラ加工部２１の三の凸条２１１、２１２及び２１３により順次、螺旋状に狭持されていって最終的にはマンドレル１０の周上すべてが塑性加工される。その場合に、図３に示すように、マンドレル１０の回転に従い、被加工体Ｗがマンドレル１０の回転方向から数えて第１の凸条２１１により僅かに塑性変形された後、第２の凸条２１２により更に塑性変形させられ、最終的には第３の凸条２１３により完全に塑性加工される。すると、第１及び第２の凸条２１１及び２１２では被加工体Ｗを狭持した場合でもマンドレル加工部の凸条との間に隙間Ｓ１及びＳ２が生じ、マンドレル１０に対して無理な加工力が加わらなくなる。特に、マンドレル加工部の凸条におけるマンドレル１０の回転により進行する側の面と、それと対向する転造ローラ加工部２１の凸条の面とはマンドレル１０の回転により無理な力が加わりやすいので、本実施例のような逃がし形状を採用することでマンドレルの寿命を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施例の歯形成形装置の概略図である。
【図２】実施例の歯形成形装置における転造ローラ加工部の凸条の断面形状を示した図である。
【図３】実施例の歯形成形装置における転造ローラ加工部の凸条により被加工体が塑性加工される際の断面形状を示した図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０…マンドレル
２０…転造ローラ    ２１…転造ローラ加工部    ２１１、２１２、２１３…凸条
Ｗ…被加工体
【図１】
2005319505.tif 000003
【図２】
2005319505.tif 000004
【図３】
2005319505.tif 000005