(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯車の噛み合いの関係における一方を歯車状の歯形ローラダイスとするとともに他方を円板状のワークとし、両者を同期回転させながらその両者間の軸心間距離を縮める方向に送りを与えてワークに歯形を創成するようにした歯車転造盤の歯形ローラダイスであって、
ローラダイス本体側の歯幅寸法を成形すべき歯形の歯幅寸法よりも大きく形成するとともに、
前記ローラダイス本体の歯幅のうち歯形の成形に直接関与しない部分に補強リングを焼きばめにより圧入し、
その圧入代をローラダイス本体の歯先円直径の０．１５％以上に設定したことを特徴とする歯車転造盤の歯形ローラダイス。
【請求項２】
前記ローラダイス本体のうち補強リングが圧入される部分の歯幅寸法を、補強リングが圧入されない部分の歯幅寸法の１．５倍以上に設定したことを特徴とする請求項１に記載の歯車転造盤の歯形ローラダイス。
【請求項３】
歯車の噛み合いの関係における一方を歯車状の歯形ローラダイスとするとともに他方を円板状のワークとし、両者を同期回転させながらその両者間の軸心間距離を縮める方向に送りを与えてワークに歯形を創成するようにした歯車転造盤の歯形ローラダイスであって、
ローラダイス本体側の歯幅寸法を成形すべき歯形の歯幅寸法よりも大きく形成し、
ローラダイス本体の歯幅のうち歯形の成形に直接関与しない部分の各歯溝に円筒状のピンを挟み込み、これら多数のピンの外周に補強リングを圧入したことを特徴とする歯車転造盤の歯形ローラダイス。
【請求項４】
前記ローラダイス本体の歯幅のうち歯形の成形に直接関与しない部分を、成形すべき歯形をはさんでその歯幅方法の両側に設定し、この両側の成形非関与部分にそれぞれにピンと補強リングとを配設したことを特徴とする請求項３に記載の歯車転造盤の歯形ローラダイス。
【請求項５】
各ピンの全長が前記ローラダイス本体の歯幅のうち歯形の成形に直接関与しない部分と補強リングとにそれぞれ接触するように各ピンの長さ寸法や補強リングの幅寸法が設定されているとともに、このピンの長さ寸法はピンが接触しない部分の歯幅寸法の１．５倍以上に設定されていることを特徴とする請求項４に記載の歯車転造盤の歯形ローラダイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歯車転造盤における歯形ローラダイスの改良に関し、特に歯形ローラダイスと円板状ワークとを噛み合わせて歯形を創成するにあたり、その歯形ローラダイス側の歯形を強化した構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
創成転造法による歯車転造盤においては、歯車の噛み合いの関係における一方を歯車状の歯形ローラダイスとするとともに他方を円板状のワークとして、両者を同期回転させながらその両者間の軸心間距離を縮める方向に送りを与えてワークに歯形を創成することを基本としている。
【０００３】
そして、上記歯形ローラダイスは、ワークとの噛み合いの際に、歯形の回転方向側の歯元部で大きな引張力を受ける一方で、歯形の反回転方向側の歯元部で大きな圧縮力を受けることから、通常は高速度鋼やハイス系の材料で形成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、歯車の量産加工ラインでは、歯形ローラダイスの歯形に上記のような引張，圧縮荷重が繰り返し加わる結果、特に引張荷重を受ける回転方向側の歯元部に割れが発生し、歯形ローラダイスの長寿命化が図れないという問題点がある。
【０００５】
本発明は以上のような課題に着目してなされたもので、簡単な構造で歯形そのものを強化してその長寿命化を図った歯形ローラダイスを提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、歯車の噛み合いの関係における一方を歯車状の歯形ローラダイスとするとともに他方を円板状のワークとし、両者を同期回転させながらその両者間の軸心間距離を縮める方向に送りを与えてワークに歯形を創成するようにした歯車転造盤の歯形ローラダイスであって、ローラダイス本体側の歯幅寸法を成形すべき歯形の歯幅寸法よりも大きく形成し、前記ローラダイス本体の歯幅のうち歯形の成形に直接関与しない部分に補強リングを圧入してある。
【０００７】
その上で、上記補強リングの圧入は焼きばめによるものとし、その圧入代をローラダイス本体の歯先円直径の０．１５％以上に設定したことを特徴としている。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明におけるローラダイス本体のうち補強リングが圧入される部分の歯幅寸法を、補強リングが圧入されない部分の歯幅寸法の１．５倍以上に設定したことを特徴としている。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明のように、前記ローラダイス本体の歯幅のうち歯形の成形に直接関与しない部分に補強リングを直接圧入するのに代えて、ローラダイス本体の歯幅のうち歯形の成形に直接関与しない部分の各歯溝に円筒状のピンを挟み込み、これら多数のピンの外周に補強リングを圧入したことを特徴としている。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明におけるローラダイス本体の歯幅のうち歯形の成形に直接関与しない部分を、成形すべき歯形をはさんでその歯幅方法の両側に設定し、この両側の成形非関与部分にそれぞれにピンと補強リングとを配設したことを特徴としている。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明における各ピンの全長が前記ローラダイス本体の歯幅のうち歯形の成形に直接関与しない部分と補強リングとにそれぞれ接触するように各ピンの長さ寸法や補強リングの幅寸法が設定されているとともに、このピンの長さ寸法はピンが接触しない部分の歯幅寸法の１．５倍以上に設定されていることを特徴としている。
【００１２】
したがって、請求項１に記載の発明では、ローラダイス本体の歯幅の一部を覆うように補強リングを圧入すると、ローラダイス本体の各歯形には歯たけ方向の圧縮応力が付与される。この圧縮応力が付与された状態で歯形の転造を行うと、ローラダイス本体側の各歯形の歯元部に加わる引張荷重もしくは圧縮荷重に対する歯形の曲げ抗力が向上し、その各歯形の歯元部に発生する歪み量が小さくなる結果、歯形ローラダイスそのものの長寿命化を達成できる。
【００１３】
特に、補強リングの圧入を焼きばめによるものとして、その圧入代をローラダイス本体の歯先円直径の０．１５％以上に設定してあることから、上記各歯形の歯元部に発生する歪み量が最も小さくなる。
【００１４】
そして、ローラダイス本体の総歯幅に対して圧入される補強リングの幅寸法が小さいと、補強リングを圧入したことによる十分な効果が得られないことから、請求項２に記載の発明のように、補強リングが圧入される部分の歯幅寸法を、補強リングが圧入されない部分の歯幅寸法の１．５倍以上に設定するのが望ましい。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明では、上記請求項１，２に記載の発明のようにローラダイス本体に直接補強リングを圧入するのに代えて、ローラダイス本体の各歯溝に円筒状のピンを挟み込み、その上から補強リングを圧入しているものであり、したがって、ローラダイス本体の各歯溝にピンが介在しているが故に、そのローラダイス本体の各歯形の回転方向での曲げ抗力が一段と高められる。
【００１６】
特に、請求項４に記載の発明では、成形すべき歯形をはさんでその両側に多数のピンと補強リングとからなる補強部位が配設されていることから、ローラダイス本体の歯形のうち歯形成形を直接司る部分が補強部位によって実質的に両持ち支持されるかたちとなって、ピンおよび補強リングによる補強効果がより一層高められることになる。
【００１７】
そして、請求項２に記載の発明と同様に、ピンおよび補強リングによる補強有効幅寸法が小さいと、これらのピンおよび補強リングによる必要充分な補強効果が得られないことから、請求項５に記載の発明のように、上記ピンおよび補強リングによる補強有効幅寸法を補強されない部分の１．５倍以上に設定する。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、ローラダイス本体の歯幅寸法を成形すべき歯形の歯幅寸法よりも大きく形成し、このローラダイス本体の歯幅のうち歯形の成形に直接関与しない部分に補強リングを圧入したことから、ローラダイス本体の各歯形に歯たけ方向の圧縮応力が付与されて、歯形転造時にローラダイス本体側の歯形の歯元部に加わる引張荷重もしくは圧縮荷重に対する曲げ抗力が高くなり、従来のものより歯形のそのものの長寿命化ひいては歯形ローラダイスの長寿命化が図れる効果がある。
【００１９】
特に、補強リングの圧入を焼きばめによるものとして、その圧入代をローラダイス本体の歯先円直径の０．１５％以上に設定してあることから、上記の曲げ抗力向上による効果が顕著となる。
【００２０】
また、請求項２に記載の発明のように、補強リングが圧入される部分の歯幅寸法を、補強リングが圧入されない部分の歯幅寸法の１．５倍以上に設定することにより、上記の曲げ抗力向上による長寿命化の効果が一段と顕著となる利点がある。
【００２１】
請求項３に記載の発明によれば、上記請求項１，２に記載の発明のようにローラダイス本体に直接補強リングを圧入するのに代えて、ローラダイス本体の各歯溝に円筒状のピンを挟み込み、その上から補強リングを圧入するようにしたものであるから、ローラダイス本体の各歯溝にピンが介在しているかたちとなって、そのローラダイス本体の各歯形の回転方向での曲げ抗力が一段と高められ、歯形ローラダイスのより一層の長寿命化を図ることができる効果がある。
【００２２】
また、請求項４に記載の発明のように、多数のピンと補強リングとによる補強部位を歯形成形部の両側に設定することにより、ローラダイス本体側の実際に歯形成形を司る部分が実質的に両持ち支持されるかたちとなって、一段とローラダイス本体側の歯形強度が向上するほか、請求項５に記載の発明のように、上記ピンと補強リングとによる有効補強幅寸法を補強されない部分の歯幅寸法の１．５倍以上に設定することにより、その補強効果ひいては上記の曲げ抗力向上による長寿命化の効果が一段と顕著となる効果がある。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１〜４は本発明の好ましい第１の実施の形態を示す図であって、図２，３に示すように、加工対象となる円板状のワークＷはその周縁部が厚肉形状となるように予め増肉処理が施されてリム部Ｒが形成されている。そして、このワークＷは互いに同一軸線状に位置するように配置した左右一対のマンドレル１，２によって挾圧保持される。
【００２４】
また、上記マンドレル１，２と平行に回転軸３に支持された歯形ローラダイス４が配置されており、この歯形ローラダイス４をマンドレル１，２と同期回転させながらワークＷに向けてその半径方向から押し込むことにより、ワークＷのリム部Ｒには歯形ローラダイス４側の歯形部５ａが転写されて歯形Ｇが創成される。
【００２５】
なお、マンドレル１，２をはさんで歯形ローラダイス４と反対側に配置されるバックアップロールは図示省略してある。
【００２６】
上記の歯形ローラダイス４は、平歯車状のローラダイス本体５を主要素として、これの歯形部５ａに補強リング６を圧入嵌合することにより構成されている。
【００２７】
より詳しくは、図２，３のほか図１，４に示すように、上記の補強リング６は、その幅方向の一端部が薄肉テーパ状に形成されているものの全体としては単純な円筒形状のものであって、これをローラダイス本体５のボス５ｂ（図２参照）側よりはめ合わせた上、焼きばめによって圧入固定してある。ここで、上記の焼きばめによる圧入代は、ローラダイス本体５の歯先面直径の０．１５％以上、望ましくは０．２０％以上に設定されている。
【００２８】
また、ワークＷのリム部Ｒの幅寸法すなわち加工すべきワークＷ側の歯形Ｇの歯幅寸法をＡとすると、ローラダイス本体５の歯形部５ａの総歯幅寸法Ｂのうち補強リング６で覆われない部分すなわちワークＷ側の歯形成形に直接関与しない部分の歯幅寸法Ｃは上記リム部Ｒの幅寸法Ａの１．５倍以上確保する。同時に、上記総歯幅寸法Ｂのうち補強リング６が圧入される部分の歯幅寸法（補強リング６の幅寸法）Ｄは、上記寸法Ｃの１．５倍以上に設定する。
【００２９】
したがって、本実施の形態によれば、ローラダイス本体５に補強リング６を圧入することにより総歯幅寸法Ｂのうちその補強リング６で覆われた部分では、歯先円直径を縮径するような圧縮応力が付与されることになる。
【００３０】
この状態のまま図１，２のような加工形態で加工を行うと、ローラダイス本体５の各歯形部５ａの歯元部には従来と同様に引張荷重（応力）と圧縮荷重（応力）とが繰り返し加わることになるものの、上記のように各歯形部５ａには補強リング６の圧入力によって予め圧縮応力が与えられているため、これが上記の歯形歯元部の引張もしくは圧縮の荷重に対抗して各歯形部５ａの曲げ抗力が向上することになる。これにより、上記ワークＷの量産加工ラインにおいて歯形創成加工を繰り返し行ったとしても歯形歯元部に割れ等の発生がなく、耐久性が向上してローラダイス本体５の長寿命化が図れるようになる。
【００３１】
本発明者等は、上記の補強リング６による歯形部５ａの曲げ抗力向上効果を評価するべく、その歯形部５ａの歯元部での歪み量を実験により求めた。
【００３２】
詳しくは、ローラダイス本体５に対する補強リング６の圧入代を０．０５％、０．１０％、０．１５％および０．２０％としてそれぞれ異ならしめたものと補強リング６のないものの合計５種類の歯形ローラダイス４を用意し、それぞれの歯形部５ａの歯元部に歪みゲージを貼り付けた状態で実際の加工を行って、歯形成形に伴うローラダイス本体５側の歯形歯元部での歪み量を測定した。
【００３３】
なお、ローラダイス本体５の歯形諸元は、直径２７２ｍｍ程度、モジュール２．５４、歯数１０５である。また、ワークＷとしては板厚２．６ｍｍ、直径２７２ｍｍ程度のものを使用した。さらに、マンドレル１，２および歯形ローラダイス４の主軸回転数は１５０ｒｐｍとした。
【００３４】
この時の測定結果を図５に示す。図５から明らかなように、ローラダイス本体５に対する補強リング６の圧入代が大きくなるほど、ローラダイス本体５の歯形歯元部での歪み量が小さくなり、特に圧入代を０．０２％とした場合には上記歯元部での歪み量が従来の値の１０％程度まで小さくなる。この歯元部での歪み量が小さいことはその歯元部での割れ等が発生しにくいことにほかならず、結果としてローラダイス本体５の寿命が従来に比べて大幅に伸びることになる。
【００３５】
図６〜８は本発明の第２の実施の形態を示す図であって、先に説明した第１の実施の形態と共通する部分には同一符号を付してある。
【００３６】
図６，７に示すように、予め増肉処理によってリム部Ｒが形成された円板状のワークＷは、互いに同一軸線状に位置するように配置した左右一対のマンドレル１，２によって挾圧保持される。
【００３７】
また、歯形ローラダイス１４は上記マンドレル１，２と平行な回転軸１３に支持されており、この歯形ローラダイス１４をマンドレル１，２と同期回転させながらワークＷに向けてその半径方向から押し込むことにより、第１の実施の形態と同様に、ワークＷのリム部Ｒには歯形ローラダイス１４側の歯形部１５ａが転写されて歯形Ｇが創成される。
【００３８】
なお、回転軸１３は支持体７に回転可能に軸受支持されているとともに、ユニバーサルジョイント８を介して所定の回転駆動力が伝達されるようになっている。
【００３９】
上記の歯形ローラダイス１４は、リム部Ｒの幅寸法よりも数倍幅広の平歯車状のローラダイス本体１５を主要素として、これの歯形部１５ａに多数の円筒状のピン９，９…を介して二つの補強リング１６を圧入嵌合することにより構成されている。
【００４０】
より詳しくは、図６，７のほか図８に示すように、上記の各補強リング１６は、図１に示したものと同様に、その幅方向の一端部が薄肉テーパ状に形成されているものの全体としては単純な円筒形状のものであって、その薄肉テーパ部同士が互いに対向するようにローラダイス本体１５の歯形部１５ａにその歯幅方向両側からあたかも二列の箍のようにしてはめ合わせてある。また、上記ローラダイス本体１５における歯形部１５ａの各歯溝１５ｂ，１５ｂ…には中実円筒状のピン（ころ）９が個別に挟み込まれていて、結果としてこれらの多数のピン９，９…を外側から拘束するべく各補強リング１６が圧入されている。
【００４１】
ここで、上記のピン９は歯形部１５ａの歯溝１５ｂのうち補強リング１６がはめ合わされる部分のみに設けられていて、これにより一つの歯溝１５ｂにつき歯幅方向で相互に独立した二つのピン９，９が挟み込まれていることになる。また、各ピン９はその全長が歯溝１５ｂに接触しているとともに、そのピン９の全長は各補強リング１６の幅寸法Ｄと一致させてあり、各ピン９の全長寸法および補強リング１６の幅寸法Ｄは、ピン９が接触しない部分の幅寸法（歯形部１５ａのうちワークＷ側の歯形Ｇの創成に最低限必要な寸法）Ｈの１．５倍以上の大きさ、すなわちＤ≧１．５Ｈに設定してある。
【００４２】
さらに、上記のピン９の直径ｄは、各補強リング１６の一部がそれに対向することになるマンドレル１，２との関係から薄肉形状となっていることもあって、やみくもに大きくすることはできない。一方、ローラダイス本体１５側の歯形部１５ａのモジュール、歯数および転位係数等の歯形諸元が一定であるとすると、上記各補強リング１６の内径Ｄｒはオーバピン寸法（オーバピン直径）と同じであるが故に、ピン９の直径ｄによって決まることになる。そこで、図８に示すように、補強リング１６の内径Ｄｒと歯形部１５ａの最大直径Ｄｇとの干渉を回避するために、両者の間に適度なクリアランスＳを確保するように上記ピン９の直径ｄを設定する。
【００４３】
したがって、本実施の形態によれば、ローラダイス本体１５に多数のピン９，９…を介して補強リング１６が圧入されている状態では、ローラダイス本体１５における歯形部１５ａの総歯幅寸法のうちその補強リング１６で覆われた部分では、各歯溝１５ｂにピン１９が介在していることにより歯形同士がピッチ円方向で相互に押圧し合うような圧縮応力が付与されていることになる。
【００４４】
そして、この状態のまま図６，７のような加工形態で加工を行うと、ローラダイス本体１５の各歯形部１５ａの歯元部には従来と同様に引張荷重（応力）と圧縮荷重（応力）とが繰り返し加わることになるものの、上記のように各歯形１５ａには補強リング１６の圧入力によりピン９，９…を介して予め回転方向での圧縮応力が与えられているため、これが上記の歯形歯元部の引張もしくは圧縮の荷重に対抗して各歯形部１５ａの曲げ抗力が向上することになる。より詳しくは、ローラダイス本体１５の歯形部１５ａのうち歯形Ｇの成形を直接司る部分すなわちピン９，９…や補強リング１６が存在しない部分では、その両側の補強リング１６等で覆われた部分によって実質的に両持ち支持されているため、第１の実施の形態以上にピン９，９…および補強リング１６による補強効果が得られ、その結果として、歯形ローラダイス１４の耐久性が向上してより一層の長寿命化が図れるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における歯形ローラダイスの第１の実施の形態を示す図で、図２のｂ部拡大断面図。
【図２】本発明における歯形ローラダイスの第１の実施の形態を示す図で、歯車転造盤の要部拡大平面図。
【図３】図２の右側面説明図。
【図４】図１のａ−ａ線に沿う拡大断面図。
【図５】ローラダイス本体に対する補強リングの圧入代とその歯形歯元部での歪み量との関係を示す特性図。
【図６】本発明の第２の実施の形態を示す図で、歯車転造盤の要部拡大断面説明図。
【図７】図６の要部拡大図。
【図８】図６のｃ方向矢視図。
【符号の説明】
１，２…マンドレル
４…歯形ローラダイス
５…ローラダイス本体
５ａ…歯形
６…補強リング
９…ピン
１４…歯形ローラダイス
１５…ローラダイス本体
１５ａ…歯形部
１６…補強リング
Ｇ…歯形
Ｗ…ワーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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