JP6307877B2 - 転造装置 - Google Patents

Description

本発明は転造装置及び転造方法に係り、特に、インフィード方式により棒状素材の外周面にはすば状の加工歯を転造する転造装置及び転造方法に関する。

転造は、転造ダイスと呼ばれる工具に形成されたダイス歯を棒状素材の外周面に押し当てたまま転造ダイスを駆動させて棒状素材の外周面を塑性加工する工法である。転造ダイスとしてラックダイス或いは丸ダイスが良く用いられる。転造は、生産性が高く製造コストが安価で且つ環境に対して優しい工法として、はすば歯車、ねじ、小型ウォーム、或いはスプラインの成形に広く利用される。

転造は、インフィード方式とインクリメンタル方式の２種類の工法に大別される。インフィード方式による転造は、棒状素材の中心と転造ダイスとの距離を徐々に狭めて棒状素材の外周面に転造ダイスのダイス歯を押し込むことにより棒状素材の外周面に歯部を形成する工法である。従って、インフィード方式による転造に丸ダイスを用いる場合、通常は丸ダイスの周方向に亘って同一形状のダイス歯が設けられる。一方、インクリメンタル方式による転造は、棒状素材の中心と転造ダイスとの距離を一定に保ちつつ棒状素材の外周面に歯部を形成する工法である。インクリメンタル方式による転造に用いられる転造ダイスには、その動作方向に沿って異なる形状のダイス歯が形成される。従って、インクリメンタル方式による転造に丸ダイスを用いる場合、丸ダイスの周方向に沿って形状が異なるダイス歯が設けられる。そして、棒状素材の外周面がダイス歯の形状の変化に倣うように転造される。

特許文献１は、インフィード方式により棒状素材の外周面にはすば状の加工歯を成形転造する転造装置を開示する。特許文献１に記載の転造装置は、棒状素材を軸周り回転可能に支持する支持部と、外周にダイス歯が形成されるとともにダイス歯が支持部に支持された棒状素材の外周面に対面するように棒状素材に対して配置された丸ダイスを備える。非特許文献１は、インフィード方式による棒状素材の成形転造における丸ダイスと棒状素材との接触状態が摩擦転がり接触状態から噛み合い接触状態に移行する過程の解析及び、接触状態の移行に伴って生じる棒状素材の歩み（軸方向移動）の低減方法について言及する。非特許文献２は、インフィード方式による棒状素材の成形転造における成形誤差の発生メカニズムの数値解析について言及する。

特開昭５９−９７７３１号公報

日本機械学会論文集（Ｃ編） ７９巻７９８号 ３７１頁−３８１頁「小歯数・大ねじれ角を有するはすば歯車の転造成形（歩みの低減）」 日本機械学会論文集（Ｃ編） ７９巻８０７号 ３６７頁−３７９頁「小歯数・大ねじれ角を有するはすば歯車の転造成形（押し込みによる成形誤差の幾何学的考察）」

（発明が解決しようとする課題）
丸ダイスを用いたインフィード方式による転造において、丸ダイスの棒状素材への押し込み運動に起因して成形品の加工歯に歯すじのうねりや歯形誤差等が発生することが、非特許文献２により確かめられている。非特許文献２ではさらに、転造中に丸ダイスと棒状素材との軸方向の位相を故意に変化させて歯すじのうねりを相殺させる方法を試みている。このような方法では、歯すじのうねりに対する一定の効果が認められるものの、その効果は十分でない。そこで本発明は、歯すじのうねりを矯正することができる転造装置及び転造方法を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）
本発明は、インフィード方式により棒状素材（Ｗ）の外周面にはすば状の加工歯を成形転造する転造装置（１）であって、棒状素材を軸周り回転可能に支持する支持部（２０）と、外周にダイス歯が形成されるとともに支持部に支持された棒状素材の軸方向に平行な回転軸周りを回転可能であり、ダイス歯が支持部に支持された棒状素材の外周面に対面するように配置された丸ダイス（３５，４５）と、丸ダイスを回転駆動させる回転駆動装置（３４，４４）と、丸ダイスと支持部に支持された棒状素材との軸間距離が変化するように、丸ダイスの回転軸方向に直交する方向に丸ダイスを移動させる移動装置（３６，４６）と、を備え、ダイス歯が、棒状素材の外周面に加工歯（Ｔ３）を創成する成形ダイス歯（Ｔ１）及び加工歯と噛み合い回転することにより加工歯の歯面精度を向上させる仕上ダイス歯（Ｔ２）とを有し、仕上ダイス歯が、成形ダイス歯と同一形状の歯からその歯先面を含む歯先領域（Ｐ）を切除することにより、加工歯の歯底に歯先が接触しないような形状に形成されている、転造装置を提供する。この場合、仕上ダイス歯の歯丈（Ｈ２）が成形ダイス歯の歯丈（Ｈ１）よりも短く形成されているのがよい。また、仕上ダイス歯の歯丈が成形ダイス歯により転造された加工歯の歯丈よりも短く形成されているのがよい。

また、本発明の転造装置は、棒状素材の外周面に加工歯を創成する成形加工時に棒状素材の外周面に成形ダイス歯が接触し、加工歯の歯面精度を向上させる仕上加工時に加工歯と仕上ダイス歯とが噛み合うように、回転駆動装置を制御する回転制御装置（５０）をさらに備えるのがよい。

また、本発明の転造装置は、棒状素材の外周面に加工歯を創成する成形加工時に丸ダイスと棒状素材の軸間距離が狭められるように移動装置を制御する位置制御装置（６０）をさらに備えるのがよい。この場合、位置制御装置は、加工歯の歯面精度を向上させる仕上加工時に丸ダイスと棒状素材の軸間距離が変化しないように移動装置を制御するのがよい。

インフィード方式による転造においては、棒状素材への丸ダイスの押し込み量が増加するにつれて丸ダイスの回転トルクが周期的に変化する現象が観察される。加工歯の歯すじにうねりは、このような周期的なトルク変動に起因して発生するものと考えられる（非特許文献２の図２２参照）。また、仕上げ段階で棒状素材への丸ダイスの押し込みを停止した場合においても、丸ダイスの歯先と棒状素材に形成された加工歯の歯底が接触していると、棒状素材は少なからず丸ダイスから押し込み力を受け、それが原因で周期的なトルク変動が生じる。その結果、加工歯に歯すじのうねりが十分に矯正されない。

本発明においては、丸ダイスの外周に成形ダイス歯と仕上ダイス歯との２種類の異なる形状のダイス歯を形成し、加工歯の創成時（成形加工時）には成形ダイス歯を使用し、加工歯の仕上時（仕上加工時）には仕上ダイス歯を使用する。ここで、仕上ダイス歯は、加工歯の歯底に歯先が接触しないように形成されている。したがって、仕上時には、ダイス歯の歯先が加工歯の歯底に接触することはなく、それ故に、仕上加工時に丸ダイスから棒状素材に働く押し込み力が小さくなる。よって、周期的なトルク変動の大きさを軽減することができ、ひいては歯すじのうねりを十分に矯正することができる。

また、仕上ダイス歯が、加工歯とノーバックラッシで噛み合うように形成されているとよい。また、成形ダイス歯も、加工歯とノーバックラッシで噛み合うように形成されているとよい。仕上げ段階で棒状素材にダイス歯から押し込み力を作用させないようにするためには、例えばダイス歯と加工歯との間に隙間を設けるように、ダイス歯と加工歯との相対的位置関係を調整させればよい。しかし、上記の隙間がバックラッシを形成するため、加工歯の歯面精度が悪化し或いはバリ等が発生する。これに対し本発明によれば、仕上げ段階であってもノーバックラッシで仕上ダイス歯と加工歯とが噛み合い、且つ、棒状素材に押し込み力が作用しない。よって、加工歯の歯面精度をより向上させることができる。

本実施形態に係る転造装置の平面図である。 Ｘ方向から見た支持部を示す図である。 丸ダイスの正面図である。 第１外周領域Ａに形成される成形ダイス歯Ｔ１の形状を示す図である、 第２外周領域Ｂに形成される仕上ダイス歯Ｔ２の形状を示す図である。 成形ダイス歯Ｔ１と仕上ダイス歯Ｔ２とを重ね合わせて示した図である。 成形加工工程の終期における成形ダイス歯Ｔ１と棒状素材Ｗの外周に形成される加工歯Ｔ３との噛み合い状態を示す図である。 仕上加工工程時における仕上ダイス歯Ｔ２と棒状素材Ｗの外周に形成される加工歯Ｔ３との噛み合い状態を示す図である。 成形加工工程時及び仕上加工工程時における丸ダイス上での棒状素材Ｗの転動軌跡を示す図である。 棒状素材Ｗの累積回転数と、棒状素材Ｗの外周面へのダイス歯の押し込み量との関係を示すグラフである。 変形例に係る丸ダイスの正面図である。 図１１に示す丸ダイスを用いて転造する場合における、丸ダイスと棒状素材との配置関係を示す図である。 変形例に係る丸ダイスを用いて成形加工工程と仕上加工工程を実施した場合における、棒状素材Ｗの累積回転数と、棒状素材Ｗへのダイス歯の押し込み量との関係を示すグラフである。 他の例に係る、棒状素材Ｗの累積回転数と棒状素材Ｗの外周面への成形ダイス歯Ｔ１の押し込み量との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る転造装置の平面図である。図１に示すように、本実施形態に係る転造装置１は、ベースプレート１０と、支持部２０と、第１ダイスユニット３０と、第２ダイスユニット４０と、回転制御装置５０と、位置制御装置６０とを備える。

ベースプレート１０は図１に示すように平面視にて略長方形状に形成される。以下の説明においては、ベースプレートの長手方向（図１において左右方向）をＸ方向と定義し、図１においてＸ方向に直交する方向（図１において上下方向）をＹ方向と定義する。なお、Ｘ方向及びＹ方向に直交する方向が上下方向である。

ベースプレート１０上に支持部２０が設けられる。支持部２０はヘッドストック２１とテールストック２２とを有する。ヘッドストック２１及びテールストック２２は、ベースプレート１０の長手方向（Ｘ方向）の略中央位置に、Ｙ方向に所定の間隔を開けてそれぞれ配置される。

図２は、Ｘ方向から見た支持部２０を示す図である。図２に示すように、ヘッドストック２１は、ベースプレート１０から上方に向けて立設した第１支柱部２１１と、第１支柱部２１１の上部に支持されるとともにＹ方向に沿って延びた第１センタリングピン２１２を備える。同様に、テールストック２２は、ベースプレート１０から上方に向けて立設した第２支柱部２２１と、第２支柱部２２１の上部に支持されるとともにＹ方向に沿って延びた第２センタリングピン２２２を備える。第１センタリングピン２１２と第２センタリングピン２２２は同軸配置され、各々の先端が向かい合わされる。

第１センタリングピン２１２は軸方向（Ｙ方向）に移動不能に第１支柱部２１１に支持される。一方、第２センタリングピン２２２は軸方向（Ｙ方向）に移動可能に第２支柱部２２１に支持される。第２センタリングピン２２２の後端部にエアシリンダ２３が接続される。エアシリンダ２３の空気圧が第２センタリングピン２２２に作用することにより、第２センタリングピン２２２は第１センタリングピン２１２に近づく方向に付勢される。

第１センタリングピン２１２と第２センタリングピン２２２の間に棒状素材Ｗが配設される。棒状素材Ｗは、その一方端面が第１センタリングピン２１２の先端に接触し、その他方端面が第２センタリングピン２２２の先端に接触した状態でエアシリンダ２３からの付勢力を受けることにより、軸周り回転可能に支持部２０に支持される。

図１に示すように、第１ダイスユニット３０と第２ダイスユニット４０は、平面視にて、支持部２０に支持された棒状素材Ｗを挟んでＸ方向に沿って向かい合うように対向配置される。第１ダイスユニット３０は、第１ホルダ３１と、第１回転軸３２と、第１減速機３３と、第１モータ３４と、第１丸ダイス３５と、第１油圧シリンダ３６とを有する。第２ダイスユニット４０は、第２ホルダ４１と、第２回転軸４２と、第２減速機４３と、第２モータ４４と、第２丸ダイス４５と、第２油圧シリンダ４６とを有する。

また、ベースプレート１０の上面には、平行な２本の突条により構成される第１ガイドレール１１及び、平行な２本の突条により構成される第２ガイドレール１２が設けられる。第１ガイドレール１１及び第２ガイドレール１２はともにＸ方向に延設される。第１ガイドレール１１と第２ガイドレール１２は、転造装置１を平面方向から見たときに支持部２０に支持された棒状素材Ｗを挟んで対向するようにそれぞれ形成される。第１ガイドレール１１に第１ダイスユニット３０の第１ホルダ３１がＸ方向に移動可能且つその他の方向に移動不能に載置される。第２ガイドレール１２に第２ダイスユニット４０の第２ホルダ４１がＸ方向に移動可能且つその他の方向に移動不能に載置される。つまり、第１ホルダ３１及び第２ホルダ４１はＸ方向に移動可能にベースプレート１０上にそれぞれ載置される。

第１ホルダ３１は、Ｙ方向に延びたボディ３１１と、ボディ３１１のＹ方向における両端からＸ方向に延びた一対のアーム部３１２，３１２を有し、図１に示す平面視から見てコの字形状を呈する。同様に、第２ホルダ４１は、Ｙ方向に延びたボディ４１１と、ボディ４１１のＹ方向における両端から平行にＸ方向に延びた一対のアーム部４１２，４１２を有し、図１に示す平面視から見てコの字形状を呈する。そして、第１ホルダ３１の一対のアーム部３１２，３１２の先端と第２ホルダ４１の一対のアーム部４１２，４１２の先端が向かい合うように、第１ホルダ３１及び第２ホルダ４１がベースプレート１０上に配設される。

第１ホルダ３１の一対のアーム部３１２，３１２にはそれぞれ円孔３１２ａ，３１２ａが同軸的に設けられており、この円孔３１２ａ，３１２ａに第１回転軸３２が挿通する。第１回転軸３２は円孔３１２ａ，３１２ａの内周壁に取付けられているベアリング等の軸受部材を介して回転可能に第１ホルダ３１に支持される。同様に、第２ホルダ４１の一対のアーム部４１２，４１２にはそれぞれ円孔４１２ａ，４１２ａが同軸的に設けられており、この円孔４１２ａ，４１２ａに第２回転軸４２が挿通する。第２回転軸４２は円孔４１２ａ，４１２ａの内周壁に取付けられているベアリング等の軸受部材を介して回転可能に第２ホルダ４１に支持される。第１ホルダ３１に支持された第１回転軸３２の軸方向及び第２ホルダ４１に支持された第２回転軸４２の軸方向は、ともに、支持部２０に支持された棒状部材Ｗの軸方向（Ｙ方向）に平行である。

第１回転軸３２の一方端に第１減速機３３を介して第１モータ３４が連結される。同様に、第２回転軸４２の一方端に第２減速機４３を介して第２モータ４４が連結される。第１モータ３４が駆動することにより第１回転軸３２が軸周り回転する。第２モータ４４が駆動することにより第２回転軸４２が軸周り回転する。

第１回転軸３２に第１丸ダイス３５が同軸且つ一体回転可能に取付けられ、第２回転軸４２に第２丸ダイス４５が同軸且つ一体回転可能に取付けられる。第１丸ダイス３５は第１ホルダ３１の一対のアーム部３１２，３１２間に配設されるように第１回転軸３２に取付けられる。第２丸ダイス４５は第２ホルダ４１の一対のアーム部４１２，４１２間に配設されるように第２回転軸４２に取付けられる。

図１からわかるように、第１丸ダイス３５と第２丸ダイス４５は、支持部２０に支持された棒状素材Ｗを挟んでＸ方向に沿って対向するように配置される。また、上述のように第１回転軸３２の軸方向、第２回転軸４２の軸方向、及び棒状素材Ｗの軸方向が互いに平行である。つまり、第１丸ダイス３５及び第２丸ダイス４５は、支持部２０に支持された棒状素材Ｗの軸方向（Ｙ方向）に平行な回転軸周りを回転可能である。さらに、第１丸ダイス３５のＹ方向位置と第２丸ダイス４５のＹ方向位置が等しくなるように両ダイスが両回転軸に取付けられる。従って、第１丸ダイス３５の外周面及び第２丸ダイス４５の外周面は、それぞれＹ方向における同一位置にて支持部２０に支持された棒状素材Ｗの外周面に向かい合う。

なお、転造装置１が初期状態（転造前の状態）であるときに、第１丸ダイス３５の外周面と支持部２０に支持された棒状素材Ｗの外周面は離間し、第２丸ダイス４５の外周面と支持部２０に支持された棒状素材Ｗの外周面も離間している。また、第１丸ダイス３５の回転軸心の上下方向位置、第２丸ダイス４５の回転軸心の上下方向位置、及び棒状素材Ｗの回転軸心の上下方向位置は、全て等しい、さらに、初期状態において、第１丸ダイス３５と支持部２０に支持された棒状素材Ｗの軸間距離と、第２丸ダイス４５と支持部２０に支持された棒状素材Ｗとの軸間距離は等しい。ここで、上記「軸間距離」とは、丸ダイス（第１丸ダイス３５または第２丸ダイス４５）の回転中心と支持部２０に支持された棒状素材Ｗの回転中心との間のＸ方向に沿った距離である。

第１ホルダ３１のボディ３１１に第１油圧シリンダ３６のシリンダロッドが連結される。第１油圧シリンダ３６のシリンダロッドは、Ｘ方向に伸縮可能に構成される。従って、第１油圧シリンダ３６が作動することにより第１ホルダ３１がＸ方向に移動する。第１ホルダ３１がＸ方向に移動すると、第１ホルダ３１に支持された第１回転軸３２及び第１回転軸３２に取付けられた第１丸ダイス３５がＸ方向に移動する。第１丸ダイス３５がＸ方向、すなわち第１丸ダイス３５の回転軸方向（Ｙ方向）に直交する方向に移動することにより、第１丸ダイス３５と支持部２０に支持された棒状素材Ｗの軸間距離が変化する。

第２ホルダ４１のボディ４１１に第２油圧シリンダ４６のシリンダロッドが連結される。第２油圧シリンダ４６のシリンダロッドは、Ｘ方向に伸縮可能に構成される。従って、第２油圧シリンダ４６が作動することにより第２ホルダ４１がＸ方向に移動する。第２ホルダ４１がＸ方向に移動すると、第２ホルダ４１に支持された第２回転軸４２及び第２回転軸４２に取付けられた第２丸ダイス４５がＸ方向に移動する。第２丸ダイス４５がＸ方向、すなわち第２丸ダイス４５の回転軸方向（Ｙ方向）に直交する方向に移動することにより、第２丸ダイス４５と支持部２０に支持された棒状素材Ｗの軸間距離が変化する。

なお、本明細書において、第１油圧シリンダ３６及び第２油圧シリンダ４６の作動に基づくＸ方向への各部材の移動に関し、支持部２０に支持された棒状素材Ｗに近づく方向への移動を前進移動と呼び、支持部２０に支持された棒状素材Ｗから遠ざかる方向への移動を後退移動と呼ぶ。

第１モータ３４及び第２モータ４４の駆動は回転制御装置５０により制御される。また、第１油圧シリンダ３６及び第２油圧シリンダ４６の作動は位置制御装置６０により制御される。

第１丸ダイス３５及び第２丸ダイス４５は同一形状である。図３は、第１丸ダイス３５及び第２丸ダイス４５（以下、第１丸ダイス３５及び第２丸ダイス４５を総称するときは、丸ダイス３５，４５と言う場合もある）の正面図（端面図）である。丸ダイス３５，４５は円板形状或いは円柱形状をなし、その外周面にダイス歯が形成されている。従って、丸ダイス３５，４５は、外周面に形成されているダイス歯が支持部２０に支持された棒状素材Ｗの外周面に対面するように、支持部２０に支持された棒状素材Ｗに対して配置される。本実施形態においては、丸ダイス３５，４５の外周面に成形ダイス歯及び仕上ダイス歯が周方向に沿って形成される。ここで、丸ダイス３５，４５の外周は図３に示すように第１外周領域Ａと第２外周領域Ｂとを有し、成形ダイス歯が第１外周領域Ａに、仕上ダイス歯が第２外周領域Ｂに、それぞれ形成される。図３からわかるように、第１外周領域Ａの周方向長さは第２外周領域Ｂの周方向長さよりも長い。

図４は、第１外周領域Ａに形成される成形ダイス歯Ｔ１の形状を示す図であり、図５は、第２外周領域Ｂに形成される仕上ダイス歯Ｔ２の形状を示す図である。図４に示すように、成形ダイス歯Ｔ１は、一般的なはすば歯車を転造成形するための歯形形状を有しており、その歯丈がＨ１で表わされる。一方、図５に示すように、仕上ダイス歯Ｔ２の歯丈Ｈ２は、成形ダイス歯Ｔ１の歯丈よりも短い。

図６は、成形ダイス歯Ｔ１と仕上ダイス歯Ｔ２とを重ね合わせて示した図である。図６に示すように、成形ダイス歯Ｔ１と仕上ダイス歯Ｔ２は、歯先部分の形状を除き、同一形状である。すなわち、仕上ダイス歯Ｔ２は、成形ダイス歯Ｔ１と同一形状の歯から、その歯先面Ｓを含み歯先面Ｓから歯丈方向に沿った所定の長さＰＬまでの領域である歯先領域Ｐを切除したような形状に形成される。従って、成形ダイス歯Ｔ１と仕上ダイス歯Ｔ２の歯底形状、歯形等は同一であり、歯先部分のみが異なる。このような２種類の異なるダイス歯（成形ダイス歯Ｔ１及び仕上ダイス歯Ｔ２）が周方向の異なる領域にそれぞれ形成されるダイスを成形するためには、まず、円板状のダイス素材の全周に亘り成形ダイス歯Ｔ１と同一形状のダイス歯を形成する。その後、第２外周領域Ｂに形成されたダイス歯の歯先領域Ｐを切削加工する。このようにして容易に、第１外周領域Ａに成形ダイス歯Ｔ１が形成され第２外周領域Ｂに仕上ダイス歯Ｔ２が形成された丸ダイス３５，４５を製造することができる。

この場合において、歯先領域Ｐを大きく切除し過ぎると、後述の仕上加工工程にて加工歯（棒状素材Ｗの外周面に創成された歯）の歯元に段差やバリが発生する。そのため切除する歯先領域Ｐの歯丈方向における長さＰＬは、歯の大きさにもよるが、概ね０．１〜０．５ｍｍであるのがよい。また、歯先領域Ｐの切除後に、仕上ダイス歯Ｔ２の歯先面の角部をバフ研磨等で面取りしておくとよい。

上記構成の転造装置１を用いて棒状素材Ｗの外周にはすば状の加工歯を成形転造する方法について説明する。まず、初期状態の転造装置１の支持部２０に棒状素材Ｗを支持する。次いで、丸ダイス３５，４５の第１外周領域Ａが棒状素材Ｗの外周面に対面するように、丸ダイス３５，４５の回転位置が制御される。その後、第１ホルダ３１及び第２ホルダ４１が前進移動するように第１油圧シリンダ３６及び第２油圧シリンダ４６を同時に作動させる。このとき第１ホルダ３１と第２ホルダ４１が同一速度で前進移動するように、第１油圧シリンダ３６の作動及び第２油圧シリンダ４６の作動が位置制御装置６０により制御される。第１ホルダ３１及び第２ホルダ４１の前進移動により第１丸ダイス３５及び第２丸ダイス４５が支持部２０に支持された棒状素材Ｗに互いに反対の方向から同一速度で近づく。そして、第１丸ダイス３５の第１外周領域Ａ及び第２丸ダイス４５の第１外周領域Ａにそれぞれ形成された成形ダイス歯Ｔ１が棒状素材Ｗの外周面に同時に接触する。このため棒状素材Ｗが第１丸ダイス３５と第２丸ダイス４５とに挟まれる。

次いで、丸ダイス３５，４５の成形ダイス歯Ｔ１を棒状素材Ｗの外周面に接触させた状態で第１モータ３４及び第２モータ４４を同時に駆動させる。第１モータ３４の駆動により第１減速機３３を介して第１回転軸３２及び第１丸ダイス３５が回転する。第２モータ４４の駆動により第２減速機４３を介して第２回転軸４２及び第２丸ダイス４５が回転する。このとき、第１丸ダイス３５と第２丸ダイス４５が同一方向に同一回転速度で回転するように、第１モータ３４と第２モータ４４の回転方向及び回転速度が回転制御装置５０で制御される。

第１丸ダイス３５と第２丸ダイス４５は同一方向に同一回転速度で回転するため、丸ダイス３５，４５に挟まれた棒状素材Ｗは丸ダイス３５，４５との間で生じる摩擦力によって、丸ダイス３５，４５の回転方向とは反対の方向に連れ回り回転する。これにより成形加工工程が開始される。

成形加工工程の実施中は、棒状素材Ｗの外周に丸ダイス３５，４５の第１外周領域Ａに形成された成形ダイス歯Ｔ１が接触するように、回転制御装置５０によって第１モータ３４及び第２モータ４４の駆動が制御される。また、成形加工工程の実施中は、第１丸ダイス３５と棒状素材Ｗとの軸間距離及び第２丸ダイス４５と棒状素材Ｗとの軸間距離がそれぞれ同一の速度で徐々に狭められるように、位置制御装置６０により第１油圧シリンダ３６及び第２油圧シリンダ４６の作動が制御される。このため成形加工工程時には、第１外周領域Ａに形成された成形ダイス歯Ｔ１が棒状素材Ｗの外周面から棒状素材Ｗの径内方に押し込まれる。このときに発生する押し込み力によって棒状素材Ｗの外周が塑性加工されることにより、棒状素材Ｗの外周にはすば状の歯（加工歯）が創成される。

成形加工工程は、棒状素材Ｗへの成形ダイス歯Ｔ１の押し込み量が予め決められた設定量に達するまで実行される。そして、押し込み量が設定量に達した時点で成形加工工程を終了する。その後、棒状素材Ｗの外周面が丸ダイス３５，４５の第２外周領域Ｂに接触するように第１モータ３４及び第２モータ４４が回転される。また、第１油圧シリンダ３６の作動による第１ホルダ３１の前進移動動作及び第２油圧シリンダ４６の作動による第２ホルダ４１の前進移動動作が停止され、丸ダイス３５，４５と棒状素材Ｗとの軸間距離が固定される。そして、丸ダイス３５，４５の第２外周領域Ｂに形成された仕上ダイス歯Ｔ２と棒状素材Ｗの加工歯が噛み合わされ、その状態で丸ダイス３５，４５が回転する。これにより仕上加工工程が開始される。

仕上加工工程では、棒状素材Ｗの外周に形成された加工歯に丸ダイス３５，４５の第２外周領域Ｂに形成された仕上ダイス歯Ｔ２が噛み合い回転するように、回転制御装置５０によって第１モータ３４及び第２モータ４４の駆動が制御される。仕上加工工程では、仕上ダイス歯Ｔ２が加工歯の歯面を擦ることによって、加工歯の歯面精度が向上させられる。このような仕上加工工程の実施時間が予め決められた設定時間に達した時点で、第１モータ３４及び第２モータ４４の駆動を停止するとともに、第１油圧シリンダ３６及び第２油圧シリンダ４６を作動させて第１ホルダ３１及び第２ホルダ４１を後退移動させる。これにより丸ダイス３５，４５が棒状素材Ｗから離間する。そして、支持部２０から転造された棒状素材Ｗが取り外される。以上の工程を以て、棒状素材Ｗの外周面に加工歯が成形転造される。

図７は、成形加工工程の終期における成形ダイス歯Ｔ１と棒状素材Ｗの外周に創成される加工歯Ｔ３との噛み合い状態を示す図である。図７の部分Ｒ１，Ｒ２に示すように、成形ダイス歯Ｔ１と加工歯Ｔ３はノーバックラッシで噛み合っている。また、成形加工工程時には、成形ダイス歯Ｔ１が加工歯Ｔ３に押し込まれるため、図７の部分Ｒ３に示すように、成形ダイス歯Ｔ１の歯先が加工歯Ｔ３の歯底に接触している。

インフィード方式による転造では、成形加工工程にて歯が創成された時点以降において、成形ダイス歯Ｔ１と棒状素材Ｗの外周に創成された加工歯Ｔ３が噛み合い回転する噛み合い接触状態と、成形ダイス歯Ｔ１の歯先が加工歯Ｔ３の歯底に接触した状態で棒状素材Ｗが転動する摩擦転がり接触状態との２種類の接触状態が同時に成立する。このような異なる接触状態が同時に実現された場合、丸ダイス３５，４５の駆動トルクの周期的な変動が起こり、斯かる駆動トルクの変動によって、成形された加工歯Ｔ３の歯すじにうねりが生じる。すなわち、成形加工工程においては、成形ダイス歯Ｔ１と加工歯Ｔ３が噛み合い回転しているにもかかわらず、成形ダイス歯Ｔ１の歯先から加工歯Ｔ３の歯底に押し込み力が作用する結果、加工歯Ｔ３の歯すじにうねりが生じる。この場合において、加工歯Ｔ３の創成後に成形ダイス歯Ｔ１の押し込みを停止し、成形ダイス歯Ｔ１を用いて加工歯Ｔ３の仕上加工工程を実施した場合、歯すじのうねりは若干矯正されるものの、その矯正は十分でない。そこで、本実施形態では、成形ダイス歯Ｔ１と歯先形状のみが異なる仕上ダイス歯Ｔ２を用いて加工歯の仕上加工工程を実施している。

図８は、仕上加工工程時における仕上ダイス歯Ｔ２と棒状素材Ｗの外周に形成される加工歯Ｔ３との噛み合い状態を示す図である。仕上ダイス歯Ｔ２は歯先形状を除いて成形ダイス歯Ｔ１と同一形状である。従って、仕上加工工程においても成形加工工程と同様に、加工歯Ｔ３に対して仕上ダイス歯Ｔ２がノーバックラッシで噛み合う。一方、仕上ダイス歯Ｔ２の歯丈Ｈ２は成形ダイス歯Ｔ１の歯丈Ｈ１よりも短いため、仕上ダイス歯Ｔ２の歯丈Ｈ２は、成形ダイス歯Ｔ１によって創成された加工歯Ｔ３の歯丈よりも短い。従って、図８の部分Ｒ６に示すように、仕上加工工程にて、仕上ダイス歯Ｔ２の歯先は加工歯Ｔ３の歯底に接触していない。

つまり、仕上加工工程時には、仕上ダイス歯Ｔ２と加工歯Ｔ３との接触状態が噛み合い接触状態であるが、摩擦転がり接触状態ではない。このため加工歯Ｔ３には大きな押し込み力が作用しない。よって、押し込み力に起因した丸ダイス３５，４５の駆動トルクの変動が軽減される。このため加工歯Ｔ３の歯すじのうねりが十分に矯正される。加えて、仕上加工工程時には、仕上ダイス歯Ｔ２と加工歯Ｔ３がノーバックラッシで噛み合っているため、バックラッシの発生に起因した成形精度の悪化も回避される。よって、歯すじのうねりをより一層小さくすることができる。

図９は、成形加工工程時及び仕上加工工程時における丸ダイス３５，４５上での棒状素材Ｗの転動軌跡を示す図である。成形加工工程の開始時に棒状素材Ｗの外周面が丸ダイス３５，４５の第１外周領域Ａ内のＡ１で示す位置に接触する。その位置から棒状素材Ｗは図９に矢印で示すように丸ダイス３５，４５の第１外周領域Ａ上を時計周り方向に転動する。棒状素材Ｗが第１外周領域Ａ上を転動することにより成形加工工程が実施される。成形加工工程が進むと、棒状素材Ｗの外周に加工歯が創成される。加工歯が創成された棒状素材Ｗ’はやがて第１外周領域Ａと第２外周領域Ｂとの境界位置ＡＢに達する。棒状素材Ｗ’が境界位置ＡＢに達することにより成形加工工程が完了する。その後、棒状素材Ｗ’は第２外周領域Ｂ上を時計周り方向に転動する。棒状素材Ｗ’が外周領域Ｂ上を転動することにより仕上加工工程が実施される。そして、棒状素材Ｗ’が丸ダイス３５，４５の外周領域Ｂ内のＢ１で示す位置に達した時点で仕上加工工程が完了する。このようにして、成形加工工程と仕上加工工程が連続的に実施される。

図１０は、棒状素材Ｗの累積回転数と、棒状素材Ｗの外周面へのダイス歯の押し込み量との関係を示すグラフである。なお、棒状素材Ｗの累積回転数は、転造の開始（成形加工工程の開始）からの棒状素材Ｗの丸ダイス３５，４５上における移動距離（転動距離）を表す。

図１０に示すように、転造の開始からの棒状素材Ｗの累積回転数がＮ１に達するまでは、成形加工工程が実施される。すなわち棒状素材Ｗが丸ダイス３５，４５の第１外周領域Ａ上を転動する。このとき、押し込み量は、素材累積回転数が増加するにつれて増加する。したがって、成形加工工程時に棒状素材Ｗの外周面に成形ダイス歯Ｔ１の押し込み力が作用する。この押し込み力によって棒状素材Ｗの外周面に加工歯Ｔ３が創成される。

素材累積回転数がＮ１に達した後に、仕上加工工程が実施される。すなわち棒状素材Ｗが丸ダイス３５，４５の第２外周領域Ｂ上を転動する。このとき押し込み量は変化しない。つまり、棒状素材Ｗに押し込み力が作用しない。また、上述したように仕上ダイス歯Ｔ２の歯先が加工歯Ｔ３の歯底に接触していない。よって、成形加工工程にて棒状素材Ｗへの押し込み力の作用によって生じていた加工歯Ｔ３の歯すじのうねりが仕上加工工程にて矯正される。このため加工歯Ｔ３の成形精度が向上する。

（変形例）
図１１は、上記した実施形態の変形例に係る丸ダイスの正面図（端面図）である。この丸ダイスの外周面には周方向に亘り複数の第１外周領域Ａと複数の第２外周領域Ｂが交互に形成される。具体的には、第１外周領域Ａが外周領域Ａ１，外周領域Ａ２及び外周領域Ａ３からなり、第２外周領域Ｂが外周領域Ｂ１，外周領域Ｂ２及び外周領域Ｂ３からなる。そして、時計周り方向に沿って外周領域Ａ１、外周領域Ｂ１、外周領域Ａ２、外周領域Ｂ２、外周領域Ａ３、外周領域Ｂ３の順で、これらの外周領域が丸ダイスの外周に形成される。外周領域Ａ１，Ａ２，Ａ３の周方向長さはそれぞれ等しく、外周領域Ｂ1，Ｂ２，Ｂ３の周方向長さはそれぞれ等しい。外周領域Ａ１、Ａ２，Ａ３には、それぞれ同一形状の成形ダイス歯Ｔ１が形成され、外周領域Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３には、それぞれ同一形状の仕上ダイス歯Ｔ２が形成される。

図１１に示す丸ダイスを用いて棒状素材の外周にはすば状の加工歯を成形転造する場合、例えば図１２に示すように、３個の棒状素材Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の外周面をそれぞれ外周領域Ａ１，Ａ２，Ａ３に接触させる。そして、それぞれの棒状素材Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を、それぞれ外周領域Ａ１，Ａ２，Ａ３上で転動させるとともに、成形ダイス歯Ｔ１を棒状素材Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の外周から径内方に徐々に押し込む。このとき棒状素材Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の転動方向が反転するように、すなわち時計周り方向（ＣＷ方向）及び反時計周り方向（ＣＣＷ方向）に棒状素材Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３が往復するように、丸ダイスの回転方向が制御される。これにより、それぞれの棒状素材Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の外周に加工歯が創成される（成形加工工程）。

棒状素材Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３への成形ダイス歯Ｔ１の押し込み量が所定量に達した後に、外周面に加工歯が創成されたそれぞれの棒状素材Ｗ１’、Ｗ２’，Ｗ３’を外周領域Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３上に移動させるとともに、外周領域Ｂ１、Ｂ２，Ｂ３上で転動させる。このとき棒状素材Ｗ１’、Ｗ２’，Ｗ３’の転動方向が反転するように丸ダイスの回転方向が制御される。これにより、それぞれの棒状素材Ｗ１’、Ｗ２’，Ｗ３’の外周面に形成された加工歯の精度が向上する。そして、予め決められた回数だけ棒状素材Ｗ１’、Ｗ２’，Ｗ３’が外周領域Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３上を往復した後に、仕上加工工程を完了させる。

図１３は、変形例に係る丸ダイスを用いて成形加工工程と仕上加工工程を実施した場合における、棒状素材Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の累積回転数と、棒状素材Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３へのダイス歯の押し込み量との関係を示すグラフである。図１３に示すように、転造の開始から素材累積回転数がＮ１に達するまでは、成形加工工程が実施される。すなわち棒状素材Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３が丸ダイス３５，４５の第１外周領域Ａ上を転動する。このとき、押し込み量は、素材累積回転数が増加するにつれて増加する。したがって、成形加工工程時に棒状素材Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の外周面に成形ダイス歯Ｔ１の押し込み力が作用する。この押し込み力によって棒状素材Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の外周面に加工歯Ｔ３が創成される。

素材累積回転数がＮ１に達した後に、仕上加工工程が実施される。仕上加工工程の実施中は、押し込み量は変化しない。つまり、棒状素材Ｗ１’，Ｗ２’，Ｗ３’に押し込み力が作用しない。また、本例でも上記実施形態と同様に、仕上ダイス歯の歯先が加工歯の歯底に接触していない。よって、成形加工工程にて棒状素材Ｗ１’，Ｗ２’，Ｗ３’への押し込み力の作用によって生じていた加工歯の歯すじのうねりが仕上加工工程にて矯正される。このため加工歯の成形精度が向上する。

また、図１３からわかるように、成形加工工程時も仕上加工工程時も、棒状素材の回転動作が反転している。このように棒状素材の回転動作を反転させることにより、加工歯の両歯面の形状を精度良く成形することができる。また、本例によれば、一つの丸ダイスを用いて複数個（本例では３個）の棒状素材を同時に成形転造できる。加えて、丸ダイスの周方向に亘り摩耗量を均一にすることができる。

以上のように、本実施形態に係る転造装置１は、インフィード方式により棒状素材の外周面にはすば状の加工歯を成形転造する。この転造装置１は、棒状素材Ｗを軸周り回転可能に支持する支持部２０と、外周にダイス歯が形成されるとともに支持部２０に支持された棒状素材Ｗの軸方向に平行な回転軸周りを回転可能であり、ダイス歯が支持部に支持された棒状素材Ｗの外周面に対面するように配置された丸ダイス３５，４５と、丸ダイス３５，４５を回転駆動させる第１モータ３４及び第２モータ４４と、丸ダイス３５，４５と支持部２０に支持された棒状素材Ｗとの軸間距離が変化するように、丸ダイス３５，４５の回転軸の軸方向に直交する方向（Ｘ方向）に丸ダイス３５，４５を移動させる第１油圧シリンダ３６及び第２油圧シリンダ４６と、を備える。また、ダイス歯は、棒状素材Ｗの外周面に加工歯Ｔ３を創成する成形ダイス歯Ｔ１及び加工歯Ｔ３と噛み合い回転することにより加工歯Ｔ３の歯面精度を向上させる仕上ダイス歯Ｔ２とを有する。そして、仕上ダイス歯Ｔ２は、加工歯Ｔ３の歯底に歯先が接触しないような形状に形成されている。また、仕上ダイス歯Ｔ２の歯丈が成形ダイス歯Ｔ１の歯丈よりも短く形成されている。さらに、仕上ダイス歯Ｔ２が、成形ダイス歯Ｔ１と同一形状の歯からその歯先面を含む歯先領域Ｐを切除することにより形成される。

また、本実施形態に係る転造方法は、回転可能に支持された棒状素材Ｗの外周面に丸ダイス３５，４５の外周に形成された成形ダイス歯Ｔ１を接触させた状態で丸ダイス３５，４５を回転させるとともに、成形ダイス歯Ｔ１を棒状素材Ｗの外周面から棒状素材の径内方に押し込むことによって、棒状素材Ｗの外周面に加工歯を創成する成形加工工程と、丸ダイス３５，４５の外周に形成された仕上ダイス歯Ｔ２を棒状素材Ｗの外周面に創成された加工歯Ｔ３に噛み合わせ、その状態で丸ダイス３５，４５を回転させることによって、加工歯Ｔ３の歯面精度を向上させる仕上加工工程と、を含む。そして、仕上加工工程にて、仕上ダイス歯Ｔ２の歯先が加工歯Ｔ３の歯底に接触しないように仕上ダイス歯Ｔ２と加工歯Ｔ３とが噛み合わされる。

本実施形態によれば、インフィード方式による転造に用いる丸ダイス３５，４５の外周に成形ダイス歯Ｔ１と仕上ダイス歯Ｔ２との２種類の異なる形状のダイス歯を形成し、加工歯Ｔ３の創成時（成形加工時）には成形ダイス歯Ｔ１を使用し、加工歯Ｔ３の仕上時（仕上加工時）には仕上ダイス歯Ｔ２を使用する。また、仕上ダイス歯Ｔ２は、加工歯Ｔ３の歯底に歯先が接触しないように形成される。したがって、仕上加工時には、仕上ダイス歯Ｔ２の歯先が加工歯Ｔ３の歯底に接触することはなく、それ故に、仕上加工時に丸ダイス３５，４５から棒状素材Ｗに押し込み力が作用しない。よって、従来のインフィード方式による転造において生じていた周期的なトルク変動の大きさを軽減することができ、ひいてはトルク変動によって生じていた歯すじのうねりを十分に矯正することができる。

また、本実施形態に係る転造装置１によれば、仕上ダイス歯Ｔ２が加工歯Ｔ３とノーバックラッシで噛み合うように形成される。同様に、本実施形態に係る転造方法によれば、仕上加工工程にて、仕上ダイス歯Ｔ２が加工歯Ｔ３とノーバックラッシで噛み合わされる。このためバックラッシの存在による歯面精度の悪化を回避することができる。よって、加工歯の歯面精度をより向上させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるべきものではない。例えば、上記実施形態では、成形加工工程にて棒状素材Ｗに押し込み力を作用させ、一方、仕上加工工程にて棒状素材Ｗに押し込み力を作用させないような転造方法について説明したが、図１４のグラフに示すように、仕上加工工程の初期段階では押し込み力が棒状素材Ｗに作用させても良い。つまり、仕上加工工程の最終段階で押し込み力が棒状素材Ｗに加えられていなければ良い。また、上記実施形態では、一対のダイスを用いて棒状素材を転造する例について説明したが、一つのダイスにより棒状素材を転造してもよい。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない限りにおいて変形可能である。

１…転造装置、１０…ベースプレート、２０…支持部、２１…ヘッドストック、２２…テールストック、２３…エアシリンダ、３０…第１ダイスユニット、３１…第１ホルダ、３２…第１回転軸、３３…第１減速機、３４…第１モータ（回転駆動装置）、３５…第１丸ダイス、３６…第１油圧シリンダ（移動装置）、４０…第２ダイスユニット、４１…第２ホルダ、４２…第２回転軸、４３…第２減速機、４４…第２モータ（回転駆動装置）、４５…第２丸ダイス、４６…第２油圧シリンダ（移動装置）、５０…回転制御装置、６０…位置制御装置、Ａ…外周領域、Ｂ…外周領域、Ｐ…歯先領域、Ｔ１…成形ダイス歯、Ｔ２…仕上ダイス歯、Ｔ３…加工歯、Ｗ…棒状素材

Claims (3)

1. インフィード方式により棒状素材の外周面にはすば状の加工歯を成形転造する転造装置であって、
   棒状素材を軸周り回転可能に支持する支持部と、
   外周にダイス歯が形成されるとともに前記支持部に支持された棒状素材の軸方向に平行な回転軸周りを回転可能であり、前記ダイス歯が前記支持部に支持された棒状素材の外周面に対面するように配置された丸ダイスと、
   前記丸ダイスを回転駆動させる回転駆動装置と、
   前記丸ダイスと前記支持部に支持された棒状素材との軸間距離が変化するように、前記丸ダイスの回転軸方向に直交する方向に前記丸ダイスを移動させる移動装置と、を備え、
   前記ダイス歯が、棒状素材の外周面に前記加工歯を創成する成形ダイス歯及び前記加工歯と噛み合い回転することにより前記加工歯の歯面精度を向上させる仕上ダイス歯とを有し、前記仕上ダイス歯が、前記成形ダイス歯と同一形状の歯からその歯先面を含む歯先領域を切除することにより、前記加工歯の歯底に歯先が接触しないような形状に形成されている、転造装置。
2. 請求項１に記載の転造装置において、
   前記仕上ダイス歯の歯丈が前記成形ダイス歯の歯丈よりも短く形成されている、転造装置。
3. 請求項１又は２に記載の転造装置において、
   前記仕上ダイス歯が、前記加工歯とノーバックラッシで噛み合うように形成される、転造装置。
   

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