歯形転造工具及び歯車製品の製造方法

【課題】所望の製品歯たけ及び歯先形状を確保しつつ、歯形転造工具にかかる面圧を下げて工具寿命の向上を図ることができる歯形転造工具及び歯車製品の製造方法を提供すること。
【解決手段】歯底部１２と歯先部１３を備える加工歯１１を、ワークに押し当てて歯形を成形する歯形転造工具１０において、歯底部１２には、ワークが当接しない逃げ部１２ａが形成されているとともに、少なくとも１歯にはワークの仕上がり寸法でワークに当接する矯正部１２ｂが形成されており、歯先部１３には、ワークに当接する加工部１３ａが形成されているとともに、矯正部１２ｂに隣接する少なくとも１歯には、矯正部１２ｂがワークに当接しているときにワークが当接しない非加工部１３ｂが形成されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークに押し当てて歯形を転造する歯形転造工具及び歯車製品の製造方法に関する。より詳細には、歯形転造工具にかかる面圧を下げて工具寿命の向上を図ることができる歯形転造工具及び歯車製品の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から転造工具をワークに押し当てて、ワークの回転と転造工具との動きを同期させることにより歯形を成形する転造技術が知られている。この技術では、転造を行なう加工歯を外周部に備えた歯形転造工具をワークの回転に同期させて移動させつつ、ワークの内周部（内歯転造の場合）又は外周部（外歯転造の場合）に押し込むことにより、歯形転造工具の加工歯でワークに対して転造を行って歯形を成形している。
【０００３】
例えば、内歯を有する歯車製品を製造する場合には、筒状のワークの内周部に歯形転造工具を配置し、歯形転造工具の加工歯を筒状のワークの内周部に押し当てた状態で強制的に相対移動させて回転させる。そのとき、歯形転造工具の回転中心と筒状のワークの中心との間の距離を逐次変化させながら、歯形転造工具の加工歯を筒状のワークの内周面に押し込んでいき、順次歯形を成形している（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９４７２０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した転造技術では、転造終盤にワークに形成された歯先を歯形転造工具に備わる加工歯の歯底に当てることにより、所望の製品歯たけ及び歯先形状を確保しているため、歯形転造工具の加工歯にかかる面圧（応力）が高くなる。そのため、工具寿命が短くなってしまうという問題があった。
ここで、歯形転造工具の加工歯にかかる面圧を下げるには、ワークに形成された歯先を歯形転造工具の加工歯の歯底に当てないようにすればよい。ところが、そのようにした場合、ワークに形成された歯先部に凸形状が残ってしまい、所望の製品歯たけ及び歯先形状を確保することができない。
【０００６】
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、所望の製品歯たけ及び歯先形状を確保しつつ、歯形転造工具にかかる面圧を下げて工具寿命の向上を図ることができる歯形転造工具及び歯車製品の製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】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた本発明の一形態は、歯底部と歯先部を備える加工歯を、ワークに押し当てて歯形を成形する歯形転造工具において、前記歯底部には、ワークが当接しない逃げ部が形成されているとともに、少なくとも１歯にはワークの仕上がり寸法でワークに当接する矯正部が形成されており、前記歯先部には、ワークに当接する加工部が形成されているとともに、前記矯正部に隣接する少なくとも１歯には、前記矯正部がワークに当接しているときにワークが当接しない非加工部が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
この歯形転造工具では、歯底部に、歯形転造時にワークが当接しない逃げ部が形成されているため、加工歯に作用する面圧を下げることができる。また、歯底部の少なくとも１歯にはワークの仕上がり寸法でワークに当接する矯正部が形成されているため、ワークの歯先に凸部が形成されたとしても、矯正部により凸部が矯正されて所望の製品歯たけ及び歯先形状を確保することができる。
【０００９】
ここで、ワークの歯先凸部を矯正する際には、矯正部に隣接する加工歯に大きな面圧が作用するため、矯正部から工具が破損するおそれがある。そのため、この歯形転造工具では、歯先部に、ワークに当接する加工部を設けるとともに、矯正部に隣接する少なくとも１歯は、矯正部がワークに当接しているときにはワークに当接しない非加工部を設けている。このような非加工部を歯先部に設けることにより、矯正部によりワークの歯先凸部を矯正する際に、加工歯に作用する面圧を下げることができる。従って、矯正部から工具が破損することを防止することができる。
【００１０】
このように、この歯形転造工具によれば、所望の製品歯たけ及び歯先形状を確保しつつ、加工歯にかかる面圧を下げて工具寿命の向上を図ることができる。
【００１１】
上記した歯形転造工具においては、ワークの内周部に押し当てて内歯を成形してもよいし、ワークの外周部に押し当てて外歯を成形してもよい。
【００１２】
このように、この歯形転造工具では、内歯あるいは外歯のどちらも転造することができ、歯形転造の際に加工歯にかかる面圧を下げて工具寿命の向上を図るとともに、所望の製品歯たけ及び歯先形状を確保することができる。
【００１３】
上記した歯形転造工具において、前記非加工部が前記矯正部に隣接する１歯にのみ形成されている場合には、その非加工部は前記矯正部に対して工具移動方向前方側の歯に形成されていることが好ましい。
【００１４】
工具における歯先部の加工部で歯形を成形する際、加工歯の歯元に作用する応力は、その加工歯において工具移動方向後方側で大きくなる。そのため、非加工部を矯正部に対して工具移動方向前方側の歯に形成する方が、加工歯の歯元が受ける応力の振幅を小さくする効果が大きいと考えられるからである。これにより、矯正部から工具が破損することを確実に防止することができる。
【００１５】
上記した歯形転造工具において、前記非加工部は、前記矯正部に隣接する２歯に形成されていることが望ましい。
【００１６】
このような構成にすることにより、矯正部から工具が破損することをより確実に防止することができるため、工具寿命をより一層向上させることができる。
【００１７】
上記した歯形転造工具は、ワークにヘリカルギヤを成形するのに好適である。
【００１８】
歯先部に非加工部を設けているため、転造初期において、非加工部でワークに噛み合わないおそれがあるが、ヘリカルギヤの転造であれば、ワークと歯形転造工具とが噛み合った状態を常に維持することができる。そのため、ワーク又は歯形転造工具のいずれか一方を回転させて他方を従動させることができ、ワークと工具とを確実に同期回転させることができる。
【００１９】
また、上記課題を解決するためになされた本発明の別形態である歯車製品の製造方法は、上記したいずれか１つの歯形転造工具の加工歯をワークに押し当てて、ワークの回転と同期させて前記歯形転造工具を移動させてワークに歯形を成形することを特徴とする。
【００２０】
この歯車製品の製造方法によれば、上記した歯形転造工具を用いて歯形を成形するので、ワークに対して内歯又は外歯を所望の製品歯たけ及び歯先形状に成形しつつ、工具寿命の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る歯形転造工具及び歯車製品の製造方法によれば、上記した通り、ワークに所望の製品歯たけ及び歯先形状を成形しつつ、転造工具にかかる面圧を下げて工具寿命の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施の形態に係る歯形転造工具の外観斜視図である。
【図２】歯形転造工具における加工歯の形状を模式的に示す図である。
【図３】歯形転造工具をワークの内周に押し当てた状態を模式的に示す図である。
【図４】転造初期の状態を模式的に示す図である。
【図５】転造途中の状態を模式的に示す図である。
【図６】加工歯がワークの内周に噛み込んでワーク内周全域に歯形が形成された状態を模式的に示す図である。
【図７】転造終盤における逃げ部付近の状態を模式的に示す図である。
【図８】転造終盤における矯正部付近の状態を模式的に示す図である。
【図９】内歯を有する歯車製品の外観斜視図である。
【図１０】ワークに外歯を転造する場合の様子を示す図である。
【図１１】ワークに外歯を転造する場合の様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る歯形転造工具及び歯車製品の製造方法を具体化した実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。
まず、本実施の形態に係る歯形転造工具について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、実施の形態に係る歯形転造工具を示す外観斜視図である。図２は、歯形転造工具における加工歯の形状を模式的に示す図である。
【００２４】
図１に示すように、本実施の形態に係る歯形転造工具１０は、外周に加工歯１１が設けられた歯車状の金属製の工具である。この歯形転造工具１０は、加工歯１１をワークに押し当てて、歯形転造工具１０とワークとを同期回転させながら、歯形転造工具１０をワークに押し込んでいくことにより、ワークに歯形を成形（転写）するようになっている。
【００２５】
加工歯１１には、図２に示すように、歯底部１２と歯先部１３が形成されている。そして、歯底部１２には、歯形転造時にワークが当接しない逃げ部１２ａが形成されている。ただし、歯底部１２の１歯だけは、ワークの仕上がり寸法でワークに当接する矯正部１２ｂが形成されている。すなわち、矯正部１２ｂの形状は、主にワークの歯面及び歯先を所望の形状に転造することができるように形成されており、矯正部１２ｂの歯底が逃げ部１２ａの歯底よりも工具外側に位置している。つまり、図２に示すように、逃げ部１２ａの歯底円半径ｒａと矯正部１２ｂの歯底円半径ｒｂとの関係が、ｒａ＜ｒｂとなっている。なお、逃げ部１２ａの歯底円半径ｒａは、歯形転造工具１０の回転中心Ｏから逃げ部１２ａの歯底までの距離であり、矯正部１２ｂの歯底円半径ｒｂは、歯形転造工具１０の回転中心Ｏから矯正部１２ｂの歯底までの距離である。
【００２６】
ここで、本実施の形態では、矯正部１２ｂを歯底部１２の１歯のみ設けているが、２歯以上設けることもできる。なお、矯正部１２ｂは、少なくとも１歯設けられていれば良く、矯正部１２ｂの設定数は、成形するギヤ（歯形）の諸元などにより適宜決定すればよい。
【００２７】
一方、歯先部１３には、歯形転造時にワークが当接する加工部１３ａが形成されている。ただし、矯正部１２ｂに隣接する２歯には、矯正部１２ｂがワークに当接するときにワークが当接しない非加工部１３ｂが形成されている。すなわち、加工部１３ａの形状は、主にワークの歯元を所望の形状に転造することができるように形成されており、加工部１３ａの歯先が非加工部１３ｂの歯先よりも工具外側に位置している。つまり、図２に示すように、加工部１３ａの歯先円半径Ｒａと非加工部１３ｂの歯先円半径Ｒｂとが、Ｒａ＞Ｒｂとなっている。なお、加工部１３ａの歯先円半径Ｒａは、歯形転造工具１０の回転中心Ｏから加工部１３ａの歯先までの距離であり、非加工部１３ｂの歯先円半径Ｒｂは、歯形転造工具１０の回転中心Ｏから非加工部１３ｂの歯先までの距離である。
【００２８】
ここで、本実施の形態では、非加工部１３ｂを矯正部１２ｂに隣接する両方（２歯）に設けているが、非加工部１３ｂは矯正部１２ｂに隣接する少なくとも一方の歯（１歯のみ）に設ければ良い。ただし、この場合には、非加工部１３ｂは、矯正部１２ｂに対して工具移動（回転）方向前方側の歯に設けることが好ましい。例えば図２において、歯形転造工具１０を時計回りに回転させる場合であれば、図中下側に位置する非加工部１３ｂのみ設ければ良い。なぜなら、歯形転造時に加工歯１１の歯元に作用する応力は、その加工歯１１において工具回転方向後方側で大きくなる。そのため、非加工部１３ｂを矯正部１２ｂに対して工具回転方向前方側の歯に形成する方が、加工歯１１の歯元が受ける応力の振幅を小さくする効果が大きいと考えられるからである。その結果として、矯正部１２ｂから歯形転造工具１０が破損することを確実に防止することができる。
【００２９】
続いて、上記した歯形転造工具１０を用いて、歯車製品を製造する方法（転造方法）について、図３〜図８を参照しながら説明する。ここでは、図９に示すような、内歯のヘリカルギヤを有する歯車製品２０を製造する場合を例示する。図３は、歯形転造工具をワークの内周に押し当てた状態を模式的に示す図である。図４は、転造初期の状態を模式的に示す図である。図５は、転造途中の状態を模式的に示す図である。図６は、加工歯がワークの内周に噛み込んでワーク内周全域に歯形が形成された状態を模式的に示す図である。図７は、転造終盤における逃げ部付近の状態を模式的に示す図である。図８は、転造終盤における矯正部付近の状態を模式的に示す図である。なお、図４、図５、図７及び図８では、ワークＷに形成される歯形形状をわかりやすくするために、歯形転造工具１０にハッチングを入れている。
【００３０】
まず、図３に示すように、内歯（本実施の形態ではヘリカルギヤ）を転造する筒状のワークＷを、回転自在に保持する装置内にセットし、歯形転造工具１０をワークＷの内側に配置してワークＷの内周面に当接させる。そして、歯形転造工具１０を回転駆動し、回転する加工歯１１をワークＷの内面に押し当てた状態で、歯形転造工具１０を徐々にワークＷに押し込んでいく。つまり、ワークＷの回転中心Ｏｗと歯形転造工具１０の回転中心Ｏとの距離Ｄを拡げるように歯形転造工具１０をワークＷ側にスライドさせていく。そうすると、図４に示すように、ワークＷの内周面に歯形転造工具１０の加工歯１１が噛み込んでいき、ワークＷの内周では加工歯１１と係合する部分が窪み、その余肉が残余の部分に逃げて加工歯１１と係合していない部分が盛り上がる。このとき、ワークＷは歯形転造工具１０の回転駆動に従動して同期回転している。
【００３１】
ここで、歯形転造工具１０の歯先部１３に非加工部１３ｂを設けているため、転造初期において、加工歯１１が非加工部１３ｂでワークＷに噛み合わないおそれがあるが、本実施の形態では、ヘリカルギヤの転造を行うため、ワークＷと歯形転造工具１０とが噛み合った状態を常に維持することができる。それにより、歯形転造工具１０の回転駆動に従ってワークＷを確実に同期させて従動させることができる。
【００３２】
そして、図５に示すように、ワークＷの内周面への歯形転造工具１０の押し込み量が増えるにしたがって、ワークＷの内周で加工歯１１と係合していない部分の徐々に盛り上がっていく。このとき、図６に示すように、ワークＷの内周全域に歯形が形成されていく。
【００３３】
その後、転造終盤において、歯形転造工具１０を回転させながら規定量までワークＷに押し込むと、歯形転造工具１０のスライドを停止して回転駆動のみを行う。これにより、歯形転造工具１０の位置を固定した状態で、歯形転造工具１０とワークＷとを同期回転させる。このとき、歯形転造工具１０の歯底側の歯底部１２（矯正部１２ｂ以外）に、逃げ部１２ａが設けられているため、図７に示すように、ワークＷに形成された歯先が当たらない。このため、歯形転造工具１０の加工歯１１に作用する面圧（応力）を下げることができる。
【００３４】
ここで、歯形転造工具１０の歯底部１２に逃げ部１２ａを設けているため、ワークＷに形成された歯先部に凸部２５が残ってしまう。しかしながら、図８に示すように、この凸部２５は、歯形転造工具１０とワークＷとが同期回転しているため、矯正部１２ｂにより矯正される。その結果、ワークＷには所望の製品歯たけ及び歯先形状の歯形が成形（転写）される。
【００３５】
また、ワークＷの歯先部に形成された凸部２５を矯正する際には、矯正部１２ｂに隣接する加工歯１１に大きな面圧が作用する。しかしながら、歯形転造工具１０では、矯正部１２ｂに隣接する２歯に非加工部１３ｂを設けているため、矯正部１２ｂにより凸部２５を矯正する際、図８に示すように、矯正部１２ｂに隣接する加工歯１１の歯先がワークＷに当たらない。これにより、凸部２５を矯正する際にも、加工歯１１に作用する面圧を下げることができ、矯正部１２ｂからの破損を防止することができる。
【００３６】
そして、歯形転造工具１０のスライドを停止した後に、歯形転造工具１０を所定回転数（又は所定時間）だけ回転させたら、歯形転造工具１０の回転駆動を停止する。これにより、歯形転造工具１０によるワークＷへの歯形転造が完了する。その後、ワークＷから歯形転造工具１０を離反させワークＷを装置から取り出すと、図９に示すような、内歯（ヘリカルギヤ）２１を有する歯車製品２０が得られる。
【００３７】
以上、詳細に説明したように本実施の形態に係る歯形転造工具１０によれば、歯底部１２に、ワークＷが当接しない逃げ部１２ａが形成されているため、加工歯１１に作用する面圧を下げることができる。また、歯底部１２の１歯にはワークＷの仕上がり寸法でワークＷに当接する矯正部１２ｂが形成されているため、ワークＷの歯先に凸部２５が形成されたとしても、矯正部１２ｂにより凸部２５が矯正されて所望の歯たけ及び歯先形状の歯形をワークＷに転造することができる。さらに、歯先部１３において、矯正部１２ｂに隣接する２歯に、矯正部１２ｂがワークＷに当接して歯先を矯正しているときにワークＷが当接しない非加工部１３ｂを設けているため、矯正部１２ｂによりワークＷの歯先の凸部２５を矯正する際に、加工歯１１に作用する面圧を下げることができる。従って、ワークＷに所望の歯たけ及び歯先形状の内歯２１を成形しつつ、加工歯１１にかかる面圧を下げて工具寿命の向上を図ることができる。
【００３８】
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施の形態では、内歯を成形（転造）する場合について説明したが、歯形転造工具１０は内歯の転造だけでなく、外歯の転造にも用いることができる。外歯の転造を行う場合には、図１０に示すように、ワークＷの外周に歯形転造工具１０ａ，１０ｂを、ワークＷを挟み込むようにして配置する。このとき、歯形転造工具１０ａ，１０ｂの回転中心Ｏａ，Ｏｂを結ぶ線分上にワークＷの回転中心Ｏｗが位置している。そして、歯形転造工具１０ａ，１０ｂを同期させて回転駆動するとともに、歯形転造工具１０ａ，１０ｂをワークＷに近接させる方向にスライドさせていく。そうすると、内歯を転造する場合と同様にして、ワークＷに外歯が成形（転写）される。この場合にも、ワークＷに所望の歯たけ及び歯先形状の外歯を成形しつつ、加工歯１１にかかる面圧を下げて工具寿命の向上を図ることができる。
【００３９】
ここで、外歯の転造を行う場合には、上記したような歯車状の転造工具ではなく、直線状に加工歯を設けたラックを用いることもできる。すなわち、図１１に示すように、それぞれ直線状に設けられた加工歯１１が形成され２本のラック３０ａ，３０ｂを平行に配置し、その間にワークＷを挟み込むようにして、両ラック３０ａ，３０ｂを矢印方向へスライドさせて、ワークＷを回転中心Ｏｗで回転させていく。そうすると、歯車状の転造工具で転造する場合と同様にして、ワークＷに外歯が成形（転写）される。このような形状の転造工具であっても、ワークＷに所望の歯たけ及び歯先形状の外歯を成形しつつ、加工歯１１にかかる面圧を下げて工具寿命の向上を図ることができる。
【００４０】
また、上記した実施の形態では、内歯を転造する場合に、歯形転造工具１０をスライドさせて、ワークＷの回転中心Ｏｗと歯形転造工具１０の回転中心Ｏとの距離Ｄを拡げてワークＷに対して歯形転造工具１０を押し込んでいるが、ワークＷをスライドさせて中心間距離Ｄを拡げてワークＷを歯形転造工具１０に押し込むようにしてもよい。
【００４１】
さらに、上記した実施の形態では、ヘリカルギヤを転造する場合を例示したが、本発明はヘリカルギヤ以外の平歯車などを転造する場合にも適用することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１０歯形転造工具
１１加工歯
１２歯底部
１２ａ逃げ部
１２ｂ矯正部
１３歯先部
１３ａ加工部
１３ｂ非加工部
２０歯車製品
２１内歯
２５凸部
３０ａ，３０ｂラック（歯形転造工具）
Ｄ（中心間）距離
Ｏ，Ｏａ，Ｏｂ（歯形転造工具の）回転中心
Ｏｗ（ワークの）回転中心
Ｒａ，Ｒｂ歯先円半径
ｒａ，ｒｂ歯底円半径
Ｗワーク

【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯底部と歯先部を備える加工歯を、ワークに押し当てて歯形を成形する歯形転造工具において、
前記歯底部には、ワークが当接しない逃げ部が形成されているとともに、少なくとも１歯にはワークの仕上がり寸法でワークに当接する矯正部が形成されており、
前記歯先部には、ワークに当接する加工部が形成されているとともに、前記矯正部に隣接する少なくとも１歯には、矯正部がワークに当接しているときにワークが当接しない非加工部が形成されている
ことを特徴とする歯形転造工具。
【請求項２】
請求項１に記載する歯形転造工具において、
ワークの内周部に内歯を成形することを特徴とする歯形転造工具。
【請求項３】
請求項１に記載する歯形転造工具において、
ワークの外周部に外歯を成形することを特徴とする歯形転造工具。
【請求項４】
請求項１から請求項３に記載するいずれか１つの歯形転造工具において、
前記非加工部が前記矯正部に隣接する１歯にのみ形成されている場合には、その非加工部は前記矯正部に対して工具移動方向前方側の歯に形成されている
ことを特徴とする歯形転造工具。
【請求項５】
請求項１から請求項３に記載するいずれか１つの歯形転造工具において、
前記非加工部は、前記矯正部に隣接する２歯に形成されている
ことを特徴とする歯形転造工具。
【請求項６】
請求項１から請求項５に記載するいずれか１つの歯形転造工具において、
ワークにヘリカルギヤを成形することを特徴とする歯形転造工具。
【請求項７】
転造により歯車製品を製造する歯車製品の製造方法において、
請求項１から請求項６に記載するいずれか１つの歯形転造工具の加工歯を、ワークに押し当てて、ワークの回転と同期させて前記歯形転造工具を移動させてワークに歯形を成形することを特徴とする歯車製品の製造方法。

【図１】