特開 2024-88203 歯車転造加工ユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024088203

(43)【公開日】2024-07-02

(54)【発明の名称】歯車転造加工ユニット

(51)【国際特許分類】

   B21H 5/00 20060101AFI20240625BHJP

   B21H 5/02 20060101ALI20240625BHJP

【ＦＩ】

B21H5/00 B

B21H5/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022203263

(22)【出願日】2022-12-20

(71)【出願人】

【識別番号】000005197

【氏名又は名称】株式会社不二越

(74)【代理人】

【識別番号】100192614

【弁理士】

【氏名又は名称】梅本 幸作

(74)【代理人】

【識別番号】100158355

【弁理士】

【氏名又は名称】岡島 明子

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 嗣紀

(57)【要約】

【課題】本発明は、特に小モジュールで高精度な内歯車を高能率で形成する歯車加工用の転造工具を用いた歯車転造加工ユニットを提供することを課題とする。
【解決手段】
本発明の歯車転造加工ユニット１０は、複数の加工歯が回転軸を中心として円環状に形成されている歯車加工用転造工具１１、この歯車加工用転造工具１１の回転軸Ｏ１１を構成する軸体、この軸体の外周部分で接触する単一のローラー２０から構成する。このローラー２０は、円柱状の主軸部および主軸部の直径よりも大きい大径部から形成して、大径部は歯車加工用転造工具１１の軸体と接触させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の加工歯が回転軸を中心として円環状に形成されている歯車加工用転造工具と、前記歯車加工用転造工具の回転軸を構成する軸体と、前記軸体の外周部分で接触する単一のローラーと、を有することを特徴とする歯車転造加工ユニット。

【請求項2】

前記ローラーは、円柱状の主軸部と、前記主軸部の直径よりも大きい大径部と、から形成されており、前記大径部が前記歯車加工用転造工具の軸体と接触することを特徴とする請求項１に記載の歯車転造加工ユニット。

【請求項3】

前記ローラーは、互いに離間した二以上の前記大径部を有しており、前記大径部は、互いに異なる位置で前記歯車加工用転造工具の軸体と接触することを特徴とする請求項２に記載の歯車転造加工ユニット。

【請求項4】

複数の加工歯が回転軸を中心として円環状に形成されている歯車加工用転造工具と、前記歯車加工用転造工具の回転軸を構成する軸体と、前記軸体の外周部分で接触する二以上のローラーと、を有することを特徴とする歯車転造加工ユニット。

【請求項5】

前記ローラーは、円柱状の主軸部と、前記主軸部の直径よりも大きい大径部と、から形成されており、前記大径部が前記歯車加工用転造工具の軸体と接触することを特徴とする請求項４に記載の歯車転造加工ユニット。

【請求項6】

前記ローラーは、互いに離間した二以上の前記大径部を有しており、前記大径部は、互いに異なる位置で前記軸体と接触することを特徴とする請求項５に記載の歯車転造加工ユニット。

【請求項7】

さらに円柱状のガイドローラーを有しており、前記ガイドローラーは前記ローラーの大径部で互いに接触することを特徴とする請求項６に記載の歯車転造加工ユニット。

【請求項8】

回転軸を有する外歯車部品と、複数の加工歯が回転軸を中心として円環状に形成されている二以上の歯車加工用転造工具と、を有しており、前記外歯車部品を中心にして前記各歯車加工用転造工具が前記外歯車部品の周囲に配置されており、かつ前記外歯車部品の歯と前記各歯車加工用転造工具の加工歯が噛み合っていることを特徴とする歯車転造加工ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内歯車を転造加工するための転造工具を含む複数の部品から構成される歯車転造加工ユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、転造工具を用いた内歯車の加工において、例えば特許文献１に開示されているようなアキシャル送りによる同期転造加工では歯幅方向に歯車を順次加工できるので、転造荷重を大幅に軽減できる。しかし、歯車材料の硬度が高い場合には、塑性加工するために必要な面圧が大きくなり、転造工具が片持ちであるために転造工具の保持部を含めた機械剛性が不足するという問題があった。

【0003】

また、特許文献２で開示されている転造加工により内歯車を形成する場合、あらかじめ歯切り加工により歯車形状を形成しておく必要がある。そのため、切削工具と転造工具の切り替えが必要となり、各工具の交換装置が必要となるほか、異なる２つのプロセスを必要とするために加工時間が長くなる。また、特に小モジュールの場合には精度も厳しく、切削加工と転造加工の位相合わせが困難であるという問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－１２０１６４号公報

【特許文献2】特開２００７－２１６２３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

例えば、特許文献１に開示されている従来型のアキシャル送りによる歯車転造加工ユニット（歯車転造加工用工具および当該工具を回転させる機器類などから構成される装置）１００の模式図を図７、図７のＡ矢視図を図８にそれぞれ示す。歯車転造加工ユニット１００を構成する転造工具１０１は、図７および図８に示す様に転造工具１０１の保持装置１０３によって回転軸Ｏ１０１を中心として回転方向１０５の向きに回転し、被加工材（歯車）１０２は（被加工材１０２の）保持装置１０４によって回転方向１０６の向きに回転軸Ｏ１０２を中心として同期回転する。

【0006】

また、被加工材（歯車）１０２は、転造工具１０１との回転同期を保ったまま回転軸に沿って、移動方向１０７の向きに平行移動することで転造工具１０１に設けられた外径の変化部分と順次接触することで塑性変形により歯車の転造加工が行われる。この時、転造工具１０１は、被加工材（歯車）１０２から反作用として変形抵抗１０８を受けて、転造工具１０１の軸は方向１０９の向きにたわみが生じる。このため、機械座標と実際の転造工具１０１と被加工材（歯車）１０２との位置関係に誤差が生じるという問題があった。

【0007】

また、従来の転造工具のアキシャル送りによる同期転造方法では、歯車材料の硬度が高い場合、転造工具やそれを保持する治具部分、あるいは機械系全体が弾性変形するため、被加工歯車に押し付けた量よりも転造工具と歯車の相対位置が離れることになる。

【0008】

さらに、外歯車の加工の場合、転造工具の回転軸の両端面を保持することで対応できるが、内歯車を加工する場合は被加工歯車を保持して、同期回転させる必要があるため、転造工具の両端面を保持することは非常に困難である。

【0009】

そこで、本発明は、特に小モジュールで高精度な内歯車を高能率で加工できる転造工具を用いた歯車転造加工ユニットを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の歯車転造加工ユニットは、複数の加工歯が回転軸を中心として円環状に形成されている歯車加工用転造工具、この歯車加工用転造工具の回転軸を構成する軸体およびこの軸体の外周部分で接触する単一のローラーから形成される。単一のローラーは、円柱状の主軸部およびこの主軸部の直径よりも大きい大径部から構成されて、大径部は歯車加工用転造工具の軸体と接触している。また、このローラーが互いに離間した二以上の大径部を有している場合、これらの大径部は互いに異なる位置で歯車加工用転造工具の軸体と接触しても構わない。

【0011】

また、異なる実施形態として複数の加工歯が回転軸を中心として円環状に形成されている歯車加工用転造工具、この歯車加工用転造工具の回転軸を構成する軸体およびこの軸体の外周部分で接触する二以上のローラーを有する歯車転造加工ユニットとすることもできる。このローラーは、円柱状の主軸部およびこの主軸部の直径よりも大きい大径部から形成して、大径部が歯車加工用転造工具の軸体と接触する構成とする。ローラーは互いに離間した二以上の大径部を有しており、大径部は互いに異なる位置で軸体と接触する。さらに、円柱状のガイドローラーを有しており、ガイドローラーはローラーの大径部で互いに接触する構成にすることもできる。

【0012】

さらに異なる実施形態として、回転軸を有する外歯車部品および複数の加工歯が回転軸を中心として円環状に形成されている二以上の歯車加工用転造工具を有する歯車転造加工ユニットにおいて、この外歯車部品を中心にして各歯車加工用転造工具が外歯車部品の周囲に配置されており、かつ外歯車部品の歯と各歯車加工用転造工具の加工歯が噛み合う構成にすることもできる。

【発明の効果】

【0013】

本発明の歯車転造加工ユニットは、転造工具と被加工歯車との接触点を１点だけではなく、複数の点とすることで転造工具の軸に一方向の力がかかることを防止できる。このことにより、転造工具の軸が一方向にたわむことがないため、転造工具と被加工歯車との位置関係は機械剛性の影響を受けることなく、指示値通りの位置関係を維持できる。

【0014】

また、本発明の歯車転造加工ユニットは、転造工具の主軸に保持され、転造工具と被加工歯車との接触点と被加工歯車の回転中心に対して反対側にガイドローラーを設ける構成とすることもできる。すなわち、転造工具と平行な軸を持つローラーを転造工具の側方に配置して、転造工具の対角線上に配置、もしくは均等配置された位置で被加工歯車と接触させることで、転造工具の軸が受ける歯車回転軸中心方向への変形抵抗を相殺し、両持ちで加工する場合と同等精度の加工も可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の歯車転造加工ユニット（第１実施形態）１０の模式断面図である。

【図2】図１のＸ矢視図である。

【図3】本発明の歯車転造加工ユニット（第２実施形態）３０の模式断面図である。

【図4】図３のＹ矢視図である。

【図5】本発明の歯車転造加工ユニット（第３実施形態）５０の模式断面図である。

【図6】図５のＺ矢視図である。

【図7】従来のアキシャル送りによる同期転造加工の模式側面図である。

【図8】従来のアキシャル送りによる同期転造加工の模式上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明の歯車転造加工方法の実施形態について図面を用いて説明する。本発明の歯車転造加工ユニット（第１実施形態）１０における転造工具１１と被加工材１２に働く力とそれらの間に発生する変位を表す模式正面図を図１、図１のＸ矢視図を図２にそれぞれ示す。

【0017】

本発明の第１実施形態である歯車転造加工ユニット１０は、図１および図２に示す様に転造加工時に転造工具１１が受ける変形抵抗１９に対して、固定治具１５上に固定された単一のローラー２０で反力を与えていることで転造工具１１に発生するたわみを抑制する。このとき、単一のローラー２０は転造工具１１の回転軸の円筒部で接触していることで、前述のたわみを効果的に抑えることができる。なお、この第１実施形態の歯車転造加工ユニット１０では固定治具１５とローラー２０の軸部分に相応の剛性を有することが好ましい。

【0018】

次に、本発明の第２実施形態である歯車転造加工ユニット３０における転造工具３１と被加工物３２に働く力とそれらの間に発生する変位を表す模式正面図を図３、図３のＹ矢視図を図４にそれぞれ示す。本発明の第２実施形態は、図１および図２に示す本発明の第１実施形態に対して、図３および図４に示すように（被加工材３２の）保持装置３４により固定保持された被加工材３２の中心軸Ｏ３２に対して（転造工具３１の）保持装置３３により固定保持された転造工具３１の反対側にガイドローラー４１が固定治具３５により固定保持されている。

【0019】

このガイドローラー４１と転造工具３１は、ともにローラー４０と接触しており、転造加工時においては転造工具３１が中心軸Ｏ３１を中心にして回転方向３７の向きに回転する被加工材３２から変形抵抗３９を受けると同時に、ガイドローラー４１も被加工材３２から反発力４２を受ける。つまり、回転方向３６の向きに回転する転造工具３１と回転方向４３の向きに回転するガイドローラー４１から発生する力は回転方向４４の向きに回転するローラー４０を介して打ち消し合い、転造工具３１にたわみが発生しない状態を作ることができる。

【0020】

この場合、転造工具３１の外径とローラー４０との接触部の径の比と、ガイドローラー４１の外径とローラー４０との接触部の径の比を等しくすると転造工具３１、ガイドローラー４１および被加工材３２は同期回転させながら、回転軸方向に相対運動（移動方向３８）させることで、それぞれの径を歯数と読み替えた歯車としてかみ合わせることができる。なお、転造工具３１、ローラー４０およびガイドローラー４１は互いに滑ることが可能な状態であれば、それぞれの径の比について配慮する必要はない。

【0021】

また、一般的に知られている同軸に複数の歯車を持つ多段歯車機構を用いることで、ガイドローラー４１と被加工材３２との相対速度は自由に設計できる。また、被加工材３２とガイドローラー４１は転造工具３１で加工された歯車の歯先で接触することになる。

【0022】

この時、ガイドローラー４１と被加工材３２との回転軸方向への接触長さを工具の加工平行部の長さよりも十分大きくすることより、歯車の歯先の再変形を抑えることができる。そのため、ガイドローラー４１は被加工材３２の内径が許す限り大きく、また被加工材３２および被加工材３２の保持装置３４が許す限り長く設定することが好ましい。

【0023】

さらに、ガイドローラー４１は回転軸方向には直径がほとんど変化しない円筒形状であることが好ましい。一方、転造工具３１の平行部を出来る限り短くすることで、転造工具３１と被加工材３２との接触面積が小さくなり、転造工具３１側では被加工材３２を塑性加工し、同一荷重を受けるガイドローラー４２側では変形を抑えることが可能となる。

【0024】

なお、転造工具３１や各ローラー同士が接触する部分は回転軸と垂直方向に力がかかるため、歯車形成部分で荷重を受けることは転造工具３１の寿命を縮める要因となる。そのため、ローラー４０と転造工具３１との接触部分は歯車が形成されていない部分であることが好ましい。

【0025】

次に、本発明の第３実施形態である歯車転造加工ユニット５０における転造工具５１と被加工材５２に働く力とそれらの間に発生する力を表す模式正面図を図５、図５のＺ矢視図を図６にそれぞれ示す。

【0026】

図５および図６に示す本発明の歯車転造加工ユニット５０（第３実施形態）は、複数の転造工具５１，５１と中央部に設定された単一の外歯車部品６０で形成されている。被加工材５２は（被加工材５２の）保持装置５４、転造工具５１は（転造工具５１の）固定治具５５、単一の外歯車部品６０は保持装置５３によってそれぞれ保持固定されている。なお、図５では外歯車部品６０と転造工具５１，５１とのかみ合いは、被加工材５２を加工する歯車部分６１としているが、転造工具５１に形成された同軸の歯車を用いても構わない。

【0027】

外歯車部品６０が回転方向６２に回転することによって転造工具５１は外歯車部品６０と反対方向（回転方向５６）に回転軸Ｏ５１を中心にして回転する。この回転と回転軸Ｏ５２を中心にして回転する被加工材５２を同期回転（回転方向５７）させながら、回転軸方向に相対運動（移動方向５８）させることで被加工材５２に内歯車を形成する。

【0028】

この時、複数の転造工具５１，５１は中心方向に変形抵抗５９を受けるが、対角あるいは均等配置された転造工具５１の変形抵抗５９は互いに打ち消しあい、外歯車部品６１の中心で荷重はゼロとなる。

【0029】

一方、外歯車部品６０は各転造工具５１，５１から中心方向に荷重を受けるので、被加工材５２の破損を防ぐために中心方向に向かう変形抵抗５９は外歯車部品６０と同軸に配置したローラー６０および転造工具５１，５１の円筒部分で受けるのが好ましい。

【0030】

また、本発明の歯車転造加工ユニットで用いる転造工具の一つ一つは、回転軸方向に外径が変化する形状を持つ。すなわち、遊星歯車形状の転造工具の一方あるいは両端面に外径が順次小さくなるテーパ部分を設けることができる。

【0031】

なお、前述した第１ないし第３実施形態は本発明の実施形態の一例であり、遊星歯車やガイドローラーの保持機構などは様々な形態をとりうる。特に、本発明の加工形態を複合加工機により実施する場合には、転造工具の交換を容易に行うために、脱着可能なツーリング装置内に回転部と非回転部を構成することが望ましい。

【0032】

また、脱着可能なツーリング装置内に回転部と非回転部を有する機構として、すでに増速スピンドルやアングルヘッド等が市販されており、これらの装置と同様の機構を用いることで本発明の加工システムも脱着可能な構成にできる。

【符号の説明】

【0033】

１０，３０，５０ 歯車転造加工ユニット
１１，３１，５１ 転造工具
１２，３２，５２ 被加工材
１３，３３，５３ 転造工具の保持装置
１４，３４，５４ 被加工材の保持装置
１５，３５，５５ 固定治具
１６，３６，５６ 転造工具の回転方向
１７，３７，５７ 被加工材の回転方向
１８，３８，５８ 転造工具の移動方向
１９，３９，５９ 転造工具が受ける変形抵抗
２０，４０ ローラー
２１ ローラーが受ける力
２２，４４，６２ ローラーの回転方向
４１ ガイドローラー
４２ ガイドローラーが受ける力
４３ ガイドローラーの回転方向
６０ 外歯車部品
６１ 歯車部分

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】