JP3034447B2 - 歯車多段転造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は歯車多段転造装置に
関する。本発明は、例えば車両における歯部を備えたフ
ライホィール、駆動系の歯車の製造に適用できる。

【０００２】

【従来の技術】歯車は、円盤状の素材をホブ切削、シェ
ービング仕上を経て製造するのが一般的である。しかし
この技術では、歯車の外径や歯幅が大きくなると、生産
能率が悪化し、コストアップの要因となる。そこで産業
界では、歯車の歯部を転造で創成する技術が開発されて
いる。これによれば、熱間における転造加工に伴い、被
加工物の外周部に歯部が創成される。この転造によれ
ば、ホブ切削・シェービング仕上方式に比較して、コス
ト低減に有利である。

【０００３】この様な転造装置として、特開昭５４−６
２１４８号公報に開示されている様に、図１１に示すご
とく第１加工歯２０１と第２加工歯２０２とを同軸上に
かつ軸長方向に直列に備えたローラ２０３とを２個用い
た仕上転造装置が知られている。ローラ２０３の第１加
工歯２０１は、被加工物１００の第１歯部１０１を仕上
転造するものである。ローラ２０３の第２加工歯２０２
は、被加工物１００の別の第２歯部１０２を仕上転造す
るものである。

【０００４】この従来技術によれば、被加工物１００を
定位置にセットし、ローラ２０３の第１加工歯２０１を
矢印Ａ１方向に押込み、被加工物１００の第１歯部１０
１を仕上転造する。その後に第１加工歯２０１を矢印Ａ
２方向に離間させる。次に被加工物１００をその軸長方
向である矢印Ｂ１方向に相対移動させ、その状態でロー
ラ２０３の第２加工歯２０２を矢印Ａ１方向に押込み、
被加工物１００の第２歯部１０２を仕上転造する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで上記公報技術
によれば、ローラ２０３は単に仕上転造を行うものであ
り、粗転造を行うものではない。そのため粗転造装置で
形成した被加工物１００を粗転造装置から一旦外し、そ
の後に、ローラ２０３を備えた上記仕上転造装置に被加
工物１００をセットし直す必要がある。そのためセット
し直しに伴い、被加工物１００に芯ずれが生じるおそれ
があり、転造歯車の真円度の低下が誘発され易く、高精
度の転造歯車を得るには不利であった。

【０００６】更に上記公報技術によれば、ローラ２０３
の第１加工歯２０１と第２加工歯２０２とは同軸上にか
つ軸長方向に直列に装備されているものの、第１加工歯
２０１は被加工物１００の第１歯１０１を仕上転造する
ものであり、第２加工歯２０２は第１歯１０１とは別の
第２歯１０２を仕上転造するものである。更には上記公
報技術によれば、ローラ２０３の第１加工歯２０１を仕
上転造のために被加工物１００の第１歯部１０１に噛み
合わせる際には、位相合わせ処理をして両者を円滑に噛
み合わせる噛み合わせ機構が必要とされる。同様に、ロ
ーラ２０３の第２加工歯２０２を仕上転造のために被加
工物１００の第２歯部１０２に噛み合わせる際には、位
相合わせ処理をして両者を円滑に噛み合わせる噛み合わ
せ機構が必要とされる。

【０００７】本発明は上記した実情に鑑みなされたもの
であり、請求項１は、被加工物をセットし直すことな
く、熱間粗転造の後に直ちに温間仕上転造を実行でき、
温間仕上転造の開始温度領域や終了温度を適切に維持す
るのに有利であり、これにより温間仕上転造を良好にな
し得、更に被加工物のセットし直しを廃止できるため、
被加工物の芯ずれの軽減、回避に有利であり、転造歯車
の精度の向上に貢献できる歯車多段転造装置を提供する
ことを課題とする。

【０００８】請求項２は、仕上転造するにあたり、粗加
工歯で転造された転造歯車と仕上ローラダイスとの噛み
合わせを良好にでき、位相合わせ処理を軽減または省略
するのに有利であり、かつ仕上ローラダイスの噛み合わ
せが良好のため、転造歯車の歯部の仕上加工を良好に行
うのに有利で、転造歯車の精度の向上に貢献できる歯車
多段転造装置を提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る歯車多段
転造装置は、周方向に加工歯が列設された熱間粗転造用
の粗ローラダイスと周方向に加工歯が列設された温間仕
上転造用の仕上ローラダイスとを少なくとも含む複数の
転造用ダイスを、同軸上にかつ粗ローラダイスの軸長方
向に直列に備えたローラ押込装置をもち、熱間粗転造用
の粗ローラダイスにより被加工物に対して熱間粗転造を
行い、温間仕上転造用の仕上ローラダイスにより被加工
物に対して温間仕上転造を行なうことを特徴とするもの
である。

【００１０】請求項２に係る歯車多段転造装置は、被加
工物を保持する被加工物保持部と、周方向に加工歯が列
設された熱間粗転造用の粗ローラダイスと周方向に加工
歯が列設された温間仕上転造用の仕上ローラダイスとを
少なくとも含む複数の転造用ダイスを、同軸上にかつ粗
ローラダイスの軸長方向に直列に備えると共に、被加工
物に対して押込及び離間可能なローラ押込装置と、粗ロ
ーラダイスの加工歯と仕上ローラダイスの加工歯との周
方向における位相を合致させる加工歯位相合致手段と、
粗ローラダイスで転造された被加工物からなる転造歯車
の歯部の周方向の位相と粗ローラダイスの加工歯の周方
向の位相との、熱間粗転造終了直後における位相関係の
維持を目標値として、第１ローラダイス及び被加工物保
持部を回転させ、位相関係を維持した状態で転造歯車の
歯部に仕上ローラダイスの加工歯を円滑に噛み込ませる
噛み込み制御手段とを具備することを特徴とするもので
ある。

【００１１】

【実施の形態】面取やマーキング等の他の処理を行うロ
ーラダイスが、粗ローラダイス及び仕上ローラダイスと
一体的に、同軸上にかつ粗ローラダイスの軸長方向に直
列に備えられている。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に説明する。 （実施例に係る装置の構造）まず使用する装置を図１を
参照して説明する。図１は装置全体の平面図である。図
２は装置の要部の正面図である。図３は図１のＷ３−Ｗ
３線に沿う矢視図である。

【００１３】図１において、被加工物保持部としてのブ
ランク保持部１は、互いに対向する太径の第１保持軸１
１ａを備えた第１ブランク保持部１１と、太径の第２保
持軸１２ａを備えた第２ブランク保持部１２とで構成さ
れている。被加工物であるブランクを回転するブランク
回転手段として機能する第１モータ２１が駆動すると、
第１ブランク保持部１１はこれの周方向（図２における
矢印Ｅ１方向）に回転される。更に第１ブランク保持部
１１を移動するためのブランク搬送用の第２モータ２２
が装備されている。第２モータ２２が回転すると、ボー
ル螺子軸２４ｒがこれの周方向に回転し、第１ブランク
保持部１１ひいてはブランク７が矢印Ｙ１、Ｙ２方向に
搬送される。

【００１４】更に図１においてブランク回転手段として
機能する第３モータ２３が駆動すると、伝達トルク可変
クラッチ２６（例えばパウダークラッチ）を介して第２
ブランク保持部１２はこれの周方向つまり第１ブランク
保持部１１の回転方向と同じ方向に回転される。また第
２ブランク保持部１２搬送用の油圧シリンダ２９が駆動
すると、第２ブランク保持部１２はボールスプライン２
６ｆにより第１ブランク保持部１１に向けて矢印Ｙ３方
向に移動され、第２ブランク保持部１２と第１ブランク
保持部１１とでブランク７を挟持して圧着できる。

【００１５】第１ブランク保持部１１の先方には、ブラ
ンク７を誘導加熱するためのリング状をなす加熱手段と
して機能する高周波加熱コイル２８が配置されている。
高周波加熱コイル２８によるブランクの加熱状況は、放
射温度計である温度センサ２８ｃにより検出される。ロ
ーラ押込装置３は、ブランク７の半径方向においてブラ
ンク７を挟装する様に配置された対をなす第１ローラ押
込装置３１と第２ローラ押込装置４１とで構成されてい
る。第１ローラ押込装置３１は、熱間加工用の転造工具
として機能する第１粗ローラダイス３２と、温間仕上加
工用の仕上転造工具として機能する第１仕上ローラダイ
ス３３と、マーキングや面取り等のその他の加工を行う
ローラダイス３８と、第１粗ローラダイス３２、第１仕
上ローラダイス３３、ローラダイス３８を同軸的にかつ
軸長方向に直列に直結する第１連結軸３４と、第１粗ロ
ーラダイス３２、第１仕上ローラダイス３３、ローラダ
イス３８を回転可能に保持する第１ハウジング３６とを
備えている。更に第１ローラ押込装置３１は、第４モー
タ２４、第１ボール螺子軸３７を備えている。

【００１６】図１において、同様に第２ローラ押込装置
４１は、熱間加工用の転造工具として機能する第２粗ロ
ーラダイス４２と、温間仕上加工用の仕上転造工具とし
て機能する第２仕上ローラダイス４３と、マーキングや
面取等のその他の加工を行うローラダイス４８と、第２
粗ローラダイス４２、第２仕上ローラダイス４３、ロー
ラダイス４８を同軸的にかつ軸長方向に直列に直結する
第２連結軸４４と、第２粗ローラダイス４２、第２仕上
ローラダイス４３、ローラダイス４８を回転可能に保持
する第２ハウジング４６とを備えている。更に第２ロー
ラ押込装置４１は、第５モータ２５、第２ボール螺子軸
４７を備えている。

【００１７】第１ハウジング３６は、ブランク７に対し
て矢印Ｘ１方向に押込可能および矢印Ｘ２方向に離間可
能とされている。第２ハウジング４６は、ブランク７に
対して矢印Ｘ１方向に押込可能および矢印Ｘ２方向に離
間可能とされている。図１から理解できる様に第１ハウ
ジング３６は平面『コ』の字形状をなしており、互いに
対向する２個の厚肉の第１対向壁部３６ａ、３６ｂと、
第１対向壁部３６ａ、３６ｂ同士をつなぐ厚肉の第１連
設壁部３６ｃとを備えている。第２ハウジング４６も同
様に平面『コ』の字形状をなしており、互いに対向する
２個の厚肉の第２対向壁部４６ａ、４６ｂと、第２対向
壁部４６ａ、４６ｂ同士をつなぐ厚肉の第２連設壁部４
６ｃとを備えている。

【００１８】図２から理解できる様に第１ハウジング３
６及び第２ハウジング４６はそれぞれ、これらを支持す
る基台３ａの案内部３ｂにそって矢印Ｘ１、Ｘ２方向に
移動可能に配置されている。さて図１において第４モー
タ２４が駆動すると、その駆動力は第１減速機２４ｉで
減速されて第１ボール螺子軸３７に伝達され、第１ボー
ル螺子軸３７がこれの周方向に回転し、これにより第１
ハウジング３６が矢印Ｘ１方向に搬送され、ひいては第
１ハウジング３６に保持されている第１粗ローラダイス
３２、第１仕上ローラダイス３３及びローラダイス３８
が同方向に搬送される。

【００１９】またこの第４モータ２４が逆動すると、第
１ボール螺子軸３７がこれの周方向に逆回転し、これに
より第１ハウジング３６が矢印Ｘ２方向に搬送され、第
１粗ローラダイス３２、第１仕上ローラダイス３３及び
ローラダイス３８が同方向に搬送され、ブランク７から
離間する。従って第４モータ２４、第１ボール螺子軸３
７は、第１粗ローラダイス３２及び第１仕上ローラダイ
ス３３等をブランク７に押し込む押込駆動手段として機
能する。

【００２０】同様に図１において第５モータ２５が駆動
すると、その駆動力は第２減速機２５ｉで減速されて第
２ボール螺子軸４７に伝達され、第２ボール螺子軸４７
がこれの周方向に回転し、これにより第２ハウジング４
６が矢印Ｘ１方向に搬送され、第２粗ローラダイス４２
及び第２仕上ローラダイス４３が同方向に搬送される。

【００２１】この第５モータ２５が逆動すると、第２ボ
ール螺子軸４７がこれの周方向に逆回転し、これにより
第２ハウジング４６が矢印Ｘ２方向に搬送され、第２粗
ローラダイス４２、第２仕上ローラダイス４３及びロー
ラダイス４８が同方向に搬送され、ブランク７から離間
する。従って第５モータ２５、第２ボール螺子軸４７
は、第２粗ローラダイス４２及び第２仕上ローラダイス
４３等をブランク７に押し込む押込駆動手段として機能
する。

【００２２】第１ハウジング３６に作用する負荷荷重は
第１ロードセル３６ｒで検知され、第１ハウジング３６
の移動量は第１リニヤスケール３６ｋで検知される。第
２ハウジング４６に作用する負荷荷重は第２ロードセル
４６ｒで検知され、第２ハウジング４６の移動量は第２
リニヤスケール４６ｋで検知される。各検知信号は制御
系９に入力される。

【００２３】前記した第４モータ２４及び第５モータ２
５はそれぞれサーボモータであり、制御系９からの押込
同期指令信号や離間同期指令信号により制御され、第１
ボール螺子軸３７及び第２ボール螺子軸４７を同期して
作動させる。これにより第１粗ローラダイス３２と第２
粗ローラダイス４２とを同期させて矢印Ｘ１方向に同期
させて押し込んだり、矢印Ｘ２方向に同期させて離間さ
せ得る。

【００２４】また図１において制御系９からの駆動指令
信号によりサーボモータであるダイス回転用モータ５が
駆動すると、減速用の歯車５０、歯車５１を介して第１
減速機５２が作動し、更に回転軸５２ｅ、第１等速ユニ
バーサルジョイント５３を介して第１連結軸３４、第１
粗ローラダイス３２、第１仕上ローラダイス３３、ロー
ラダイス３８が共に回転する。

【００２５】更に第１ダイス回転用モータ５の駆動力
は、位相合せ機構５５ｘ、第２減速機５５、回転軸５５
ｅ、第２等速ユニバーサルジョイント５６を介して第２
連結軸４４、第２粗ローラダイス４２、第２仕上ローラ
ダイス４３、ローラダイス４８に伝達され、これらが回
転する。位相合せ機構５５ｘは、第１粗ローラダイス３
２の加工歯の周方向の位相と第２粗ローラダイス４２の
加工歯の周方向の位相とを対応させるものであり、第１
粗ローラダイス３２と第２粗ローラダイス４２とのダイ
ス位相差を解消させる機能をもつ。この機能達成に際し
て、２枚の盤体５５ｙを周方向に相対変位させて固定す
る。

【００２６】さて図４は第１ローラ押込装置３１を示
す。図４に示す様に第１ローラ押込装置３１において、
第１ハウジング３６に回転可能に保持された第１連結軸
３４にはキー溝３４ｈがこれの軸長方向に形成されてい
る。更に第１粗ローラダイス３２の取付孔の内周部に相
手キー溝３２ｉ、第１仕上ローラダイス３３の取付孔の
内周部に相手キー溝３３ｉ、ローラダイス３８の取付孔
の内周部に相手キー溝３８ｉがそれぞれ形成されてい
る。そして相手キー溝３２ｉ、３３ｉ、３８ｉと第１連
結軸３４のキー溝３４ｈとにキー３４ｍを係合し、これ
により三者のダイスを周方向に対して一体化している。

【００２７】この結果図５から理解できる様に、鉛直線
ＰＬに粗ローラダイス３２の加工歯３２ｃの中心を合わ
せたときに、他の加工歯３２ｃは周方向において角度θ
１づつの間隔で配置されており、同様に、鉛直線ＰＬに
仕上ローラダイス３３の加工歯３３ｃの中心を合わせた
ときに、他の加工歯３３ｃは周方向において角度θ１づ
つの間隔で配置されている。換言すれば、粗ローラダイ
ス３２の周方向における加工歯３２ｃの位相に、仕上ロ
ーラダイス３３の周方向における加工歯３３ｃの位相を
合致させている。従って前記したキー及びキー溝は加工
歯位相合致手段として機能する。仕上ローラダイス３
３、４３の歯数は粗ローラダイス３２、４２の歯数と同
様である。なお図５は加工歯３２ｃ、３３ｃの一部のみ
図示している。

【００２８】第２ローラ押込装置４１についても同様で
あり、前記したキーとキー溝により、図５から理解でき
る様に第２粗ローラダイス４２の周方向における加工歯
４２ｃの位相に、第２仕上ローラダイス４３の周方向に
おける加工歯４３ｃの位相を合致させている。更に本実
施例によれば、図２から理解できる様に、転造加工を終
えた第１粗ローラダイス３２に対面する様に、液状の潤
滑剤を噴射する第１噴射装置７６が装備され、転造加工
を終えた第２粗ローラダイス４２に対面する様に、黒鉛
粉末が含まれた液状の潤滑剤を噴射する第２噴射装置７
７が装備されている。つまり転造位置から９０°離れた
位置に第１噴射装置７６及び第２噴射装置７７はそれぞ
れ装備されている。

【００２９】（実施例に係る転造方法）まず、図１にお
いて第１ブランク保持部１１に常温領域の炭素鋼系のブ
ランク７（材質：ＪＩＳ規格Ｓ５８Ｃ）を保持する。次
に第２モータ２２を駆動して、ブランク７を矢印Ｙ１方
向に搬送して高周波加熱コイル２８内に配置すると共
に、第１モータ２１を駆動させてブランク７をその周方
向（図２の矢印Ｅ１方向）に回転させる。そしてブラン
ク７を回転させながら、ブランク７の外周部を高周波加
熱コイル２８で誘導加熱する。９００℃以上の温度に誘
導加熱する領域は、ブランク７の外周面から歯丈の約
１．３倍程度の深さとする。加熱時間は数秒〜３０秒間
程度である。

【００３０】ブランク７が所定温度域に加熱されたら、
直ちに転造に移行する。加熱終了から熱間粗転造開始ま
での時間は５秒以内とする。ブランク７の内部への伝熱
を抑制してブランクの中央域の温度上昇を軽減し、ブラ
ンク７における温度分布を良好にするためである。転造
の際には第２モータ２２によりボール螺子軸２４ｒを作
動させブランク７を更に矢印Ｙ１方向に搬送し、ブラン
ク７を図１の加工位置Ｒ１に配置する。このとき第２ブ
ランク保持部１２を矢印Ｙ３方向に移動させて第２ブラ
ンク保持部１２と第１ブランク保持部１１との双方によ
り、図３に示す形態でブランク７を挟持して圧着する。
圧着力は、第２ブランク保持部１２を押圧する油圧シリ
ンダ２９により数ｔｏｎｆに確保される。

【００３１】この状態では第３モータ２３の駆動力でブ
ランク７はこれの周方向に回転される。このとき図３に
示すクラッチ２１ｐを切り、第１モータ２１の駆動力が
ブランク７に伝達されぬ様にしている。また第１粗ロー
ラダイス３２及び第２粗ローラダイス４２を１５０〜３
００ｒｐｍのうちの所定速度でかつ等速で同期回転させ
ておく。そして、制御系９からの押込同期指令信号によ
り、第１粗ローラダイス３２を矢印Ｘ１方向に移動して
ブランク７の外周部に押し込むと共に、第２粗ローラダ
イス４２を矢印Ｘ１方向に移動してブランク７の外周部
に互いに同期させて押し込む（押込速度６ｍｍ／ｓｅ
ｃ）と共に押込端において４ｓｅｃ程度の保持を行う。
これによりブランク７の外周部には歯部の盛り上がりと
サイジングが生じ、適数個の歯部が転造で創成され、転
造歯車７８が得られる。その後、制御系９からの離間同
期指令信号により第１粗ローラダイス３２及び第２粗ロ
ーラダイス４２を矢印Ｘ２方向に同期させて移動させて
ブランク７から離脱させる。

【００３２】本実施例によれば第１粗ローラダイス３２
と第２粗ローラダイス４２との押込同期精度が高いの
で、図２に示す様にブランク７の中心軸線と第１粗ロー
ラダイス３２の中心軸線との間の距離をＬ_L とし、ブラ
ンク７の中心軸線と第２粗ローラダイス４２の中心軸線
との間の距離をＬ_R とすると、熱間粗転造の際に、Ｌ_L
とＬ_R とは０．０３〜０．０５ｍｍ以上の高精度で合致
している。従って転造した歯車における歯溝の振れを低
減できる。

【００３３】本実施例によれば、熱間粗転造は開始温度
が８５０〜１１００℃に、終了温度が５００〜７００℃
にできる。上記の様にして熱間粗転造が終了したら、図
３に示すシリンダ２９や第２モータ２２によりブランク
７を更に矢印Ｙ１方向に搬送させ、ブランク７を図１の
仕上加工位置Ｒ２に配置する。この状態で、制御系９か
らの押込同期指令信号により、回転する第１仕上ローラ
ダイス３３を矢印Ｘ１方向に移動してブランク７に押し
込むと共に、回転する第２仕上ローラダイス４３を矢印
Ｘ１方向に移動してブランク７に互いに同期させて押し
込む。これによりブランク７の歯部が温間領域で仕上転
造される。その後、第１仕上ローラダイス３３及び第２
仕上ローラダイス４３を矢印Ｘ２方向に離間させてブラ
ンク７から離脱させる。

【００３４】本実施例によれば、温間仕上転造は開始温
度が４００〜７００℃にでき、終了温度が２００〜６５
０℃にできる。上記した様に温間仕上転造が終了した
ら、図１に示す位置Ｒ３に転造歯車７８を移動させる。
この状態で、ローラダイス３８、４８を矢印Ｘ１方向に
押込み、転造歯車７８に対して面取やマーキング等の処
理を行う。

【００３５】（タイミングチャート）本実施例装置で転
造する形態のタイミングチャートの一例を図６に示す。
図６の横軸は熱間粗転造開始時刻を『０』とし、熱間粗
転造開始からの時間経過を示す。図６の縦軸の下部は、
前記したブランク７の目標回転数をＮ_B としたときにお
けるブランク回転の進み遅れを示す。図６の縦軸の上部
は、伝達トルク可変クラッチ２６による伝達馬力の割合
を示す。この割合は第３モータ２３の駆動力を第２ブラ
ンク保持部１２の第２保持軸１２ａへ伝達する割合を意
味する。

【００３６】時刻ａ’から押込方向への粗ローラダイス
３２、４２の送りが開始される。時刻ａ’直後の時刻ａ
からブランク７に対して熱間粗転造が開始され、時刻ｅ
まで行われる。なお時刻ｅから、転造歯車７８に対して
粗ローラダイス３２、４２が矢印Ｘ２方向に離間する。
時刻ｅ’の直後から、ブランク７に対する仕上ローラダ
イス３３、４３の押込方向（矢印Ｘ１方向）への送りが
開始される。そして時刻ｆにおいて、前記した転造歯車
７８に対して仕上ローラダイス３３、４３の加工歯３３
ｃ、４３ｃの噛み込みが開始される。

【００３７】本実施例によれぱ、ブランク７の目標回転
数Ｎ_B は次の様に設定されている。即ち図７において粗
ローラダイス４２（３２）の回転数をＮ_R とし、粗ロー
ラダイス４２（３２）の歯数をＺ_RHとし、ブランク７で
形成される転造歯車７８の歯数をＺ_B とすると、Ｎ_B ＝
Ｎ_R ×〔Ｚ_RH／Ｚ_B 〕となる。なお仕上ローラダイス３
３、４３の歯数は粗ローラダイス３２、４２の歯数と同
様であり、Ｚ_RHである。

【００３８】図６から理解できる様に、特定の時期を除
いて、ブランク７は基本的には目標回転数Ｎ_B で回転
し、目標回転数Ｎ_B に対して進み・遅れがない様に、噛
み込み制御手段として機能する制御系９で第２ブランク
保持部１２の第２保持軸１２ａの回転は制御される。ま
たローラダイス３２、４２、３３、４３は、回転数Ｎ_R
で回転する様に制御系９で制御される。

【００３９】しかしながら、時刻ｂから時刻ｃにかけて
示す様に、熱間粗転造の進行につれてブランク７の回転
数は次第に増加する（例えば、目標回転数Ｎ_B に対して
＋０．３％増加する）。その理由は、転造歯車７８の歯
部の創成につれて、その歯部と粗ローラダイス３２、４
２の加工歯３２ｃ、４２ｃとの噛合係合性が高まり、粗
ローラダイス３２、４２の回転駆動力の影響を転造歯車
７８が受けて増速されるからである。

【００４０】そのためこの形態では、ブランク７つまり
転造歯車７８の回転数が目標回転数Ｎ_B に戻るまでの
間、図６のΔＴ１に示す様に制御系９が時刻ｂ〜時刻ｄ
にかけて伝達トルク可変クラッチ２６を調整して伝達馬
力の割合を５０％未満に低下させ、第３モータ２３から
の駆動力の伝達を低下させる。よってサイジング工程に
よって歯がならされてほぼ定常的な状態となる時刻ｄに
おいてはブランク７の回転数は目標回転数Ｎ_B に戻って
いる。

【００４１】更にこの形態によれば、熱間粗転造が終了
して粗ローラダイス３２、４２が転造歯車７８から離間
開始する時刻ｅにおいては、制御系９により伝達トルク
可変クラッチ２６が調整されて伝達馬力が１００％に復
帰しており、ブランク７つまり転造歯車７８の回転数は
目標回転数Ｎ_B に維持される。また時刻ｆ、つまり転造
歯車７８に対して仕上ローラダイス３３、４３の噛み込
みが開始される時刻ｆにおいても、転造歯車７８の回転
数が目標回転数Ｎ_B に維持されている。しかも前述した
様にキー３４ｍとキー溝３２ｉ、３３ｉ、３８ｉとによ
り、第１粗ローラダイス３２の加工歯３２ｃと第１仕上
ローラダイス３３の加工歯３３ｃとの周方向における位
相は、合致している。同様に、第２粗ローラダイス４２
の加工歯４２ｃと第２仕上ローラダイス４３の加工歯４
３ｃとの周方向における位相は、合致している。更にロ
ーラダイス３２、３３、４２、４３は一定回転数Ｎ_R で
回転する様に制御系９で制御されている。

【００４２】上記した構成が採用されている本実施例に
よれば、仕上転造の開始にあたり、熱間粗転造終了直後
における転造歯車７８の歯部７８ｃと加工歯との位相関
係が変化せぬ様に維持でき、転造歯車７８の歯部７８ｃ
へ仕上ローラダイス３３、４３の加工歯３３ｃ、４３ｃ
を押し込んで噛み込ませることは、良好に行われる。こ
の事項について図７に基づいて更に説明を加えると、図
７（Ａ）から理解できる様に、熱間粗転造終了直後であ
る時刻ｅにおいては転造歯車７８の回転数は目標回転数
Ｎ_B であり、この状態から、回転数Ｎ_R の粗ローラダイ
ス４２の加工歯４２ｃが矢印Ｘ２方向に離間して転造歯
車７８の歯部７８ｃから離脱する。

【００４３】そして仕上転造開始の際に時刻ｆにおいて
図７（Ｂ）に示す様に回転数Ｎ_R で回転する仕上ローラ
ダイス４３が矢印Ｘ１方向に押し込まれると、仕上ロー
ラダイス４３の加工歯４３ｃは転造歯車７８の歯部７８
ｃに良好に噛み込む。前述した様に仕上ローラダイス４
３の加工歯４３ｃと粗ローラダイス４２の加工歯４２ｃ
との周方向における位相は合致しているため、熱間粗転
造終了直後における転造歯車７８と加工歯との位相関係
が変化せぬ様に維持できるからである。

【００４４】この様な本実施例によれば、仕上転造によ
る仕上精度と生産能率の向上に有利である。しかしなが
ら図７（Ｃ）に示す様に、噛み込み開始時である時刻ｆ
において転造歯車７８の回転数が（Ｎ_B ＋α）と変動し
ているときには、粗転造終了直後における位相関係が維
持できず、変動している。そのため噛み込みの際に、転
造歯車７８の歯部７８ｃと仕上ローラダイス４３の加工
歯４３ｃとが衝突し、円滑な噛み込みに支障が生じる。

【００４５】本形態によれば、図６にΔＴ２で示すごと
く時刻ｇから時刻ｈに示す噛み込み初期において、再び
制御系９により伝達トルク可変クラッチ２６が調整され
て伝達馬力の割合を低下し、これにより転造歯車７８を
仕上ローラダイス３３、４３に従動させる。この様に従
動させれば、粗ローラダイス３２、４２と仕上ローラダ
イス３３、４３との間の僅かな位相ずれ等があっても、
その位相ずれを補正でき、転造歯車７８の歯部７８ｃを
構成する歯面の圧下が均等化され易くなる。

【００４６】時刻ｈが経過すれば、再び、転造歯車７８
を目標回転数Ｎ_B で回転させる。時刻ｉで仕上転造は終
了する。 （面取やマーキンク等の他の処理を行うローラダイス３
８、４８）本実施例によれば、転造歯車７８の歯部７８
ｃの周方向の位相と仕上ローラダイス３３、４３の加工
歯３３ｃ、４３ｃの周方向の位相との、仕上転造終了直
後における位相関係の維持を目標値として、仕上ローラ
ダイス３３、４３、面取りやマーキング等を行うローラ
ダイス３８、４８及び転造歯車７８を回転させ、その状
態でローラ押込装置３１、４１を転造歯車７８に押込
み、転造歯車７８の歯部７８に仕上ローラダイス３３、
４３の加工歯３３ｃ、４３ｃを円滑に噛み込ませること
も行う。

【００４７】（ブランク保持機構）さて図８を参照して
ブランク保持部１の保持機構について説明を加える。即
ち、図８に示す様に第１ブランク保持部１１は、先端に
向かうにつれて外径が小さくなる第１円錐面１１ｃを備
えた剛性の高い第１保持軸１１ａと、第１保持軸１１ａ
の挿通孔１１ｄに摺動可能に挿通された作動軸１４と、
作動軸１４の先端の鍔部１４ｃに係合して第１保持軸１
１ａの先端に配置されたスリーブ状の締め体１５と、半
径方向外方つまり矢印Ｃ１方向に変位可能な係合爪とし
て機能するコレット１６と、第１保持軸１１ａの先端面
に図略のボルトで保持されたリング状の押圧体１７とを
備えている。

【００４８】図８において作動軸１４が矢印Ｄ１方向に
作動すると、締め体１５が同方向に変位し、これにより
締め体１５の円錐面１５ｈがコレット１６の円錐面１６
ｔを強圧し、コレット１６が矢印Ｃ１方向に変位し、こ
れによりコレット１６がブランク７の中央孔の内壁面７
１を矢印Ｃ１方向に付勢し、以て第１ブランク保持部１
１にブランクが保持される。

【００４９】第２ブランク保持部１２は、軸先端に形成
された圧入孔１８と、軸先端に図略のボルトで保持され
たリング状の押圧体１９とを備えている。圧入孔１８に
は、若干のテーパをもつ案内壁面１８ｋが形成されてい
る。そして、ブランク７を保持するために、第１ブラン
ク保持部１１と第２ブランク保持部１２とが軸長方向に
おいて相対的に接近すると、図８に示す様に第２ブラン
ク保持部１２の第２保持軸１２ａの圧入孔１８が締め体
１５に圧入される。すると、締め体１５の半径方向にお
ける変位が拘束される。よってコレット１６がブランク
７を拘束する力が高剛性化し、第１ブランク保持部１１
と第２ブランク保持部１２とでブランク７が強固に保持
される。従って第１ブランク保持部１１及び第２ブラン
ク保持部１２で保持されたブランク７は、押込方向つま
り矢印Ｘ１、Ｘ２方向において実質的に浮動できず、固
定式とも呼ばれる非浮動式とされている。

【００５０】（本装置における特性値）上記した構成が
採用されている本実施例に係る装置によれば、特性値は
次の様に設定されている。この様な特性とした装置によ
れば、転造歯車の精度の向上に一層貢献できる。 ○ブランク保持剛性 本実施例によればブランク保持部１によるブランク保持
剛性は、押込方向つまり矢印Ｘ１方向において０．１ｍ
ｍ／ｔｏｎｆよりも高剛性に設定されている。具体的に
は０．０１〜０．０８５ｍｍ／ｔｏｎｆ、あるいは、
０．０７〜０．０８ｍｍ／ｔｏｎｆに設定できる。

【００５１】ブランク保持部１によるブランク保持剛性
は次の様に定義される。図８においてアンバランス力Δ
Ｗ’によって、第１保持軸１１ａ及び第２保持軸１２ａ
が仮想線で示す様に撓んで、押込方向つまり矢印Ｘ１、
Ｘ２方向においてブランク７の変位ΔＢ_S が生じたとす
る。なお理解容易のため、仮想線による撓みは誇張して
示されている。このときブランク保持剛性をＥ_B とする
と、Ｅ_B は次の式で規定される。

【００５２】 Ｅ_B ＝｛ΔＢ_S （ｍｍ）／ΔＷ’（ｔｏｎｆ）｝ 上記した様にブランク保持剛性Ｅ_B を０．１ｍｍ／ｔｏ
ｎｆよりも高剛性化するには、コレット１６の外壁面と
ブランク７の中央孔の内壁面７１との間のがたが極微小
あるいは零であること、第１ブランク保持部１１の第１
保持軸１１ａ、第２ブランク保持部１２の第２保持軸１
２ａの押込方向（矢印Ｘ１、Ｘ２方向）における剛性が
高いことなどが必要である。これらは、第１保持軸１１
ａや第２保持軸１２ａの大径化、第１ハウジング３６や
第２ハウジング４６の厚肉化、剛性を高める補強リブの
増設、更には剛性に富む材料を母材として選択すること
や、ハウジング移動のための摺動面のガタを油圧等のロ
ック機構により０にすることで達成できる。

【００５３】○押込同期精度 第１ローラダイス３２及び第２ローラダイス４２の押込
同期精度は、第１ローラダイス３２及び第２ローラダイ
ス４２を同期させてブランク７に押し込むときに、双方
の押込量の転造中における平均偏差を意味する。本実施
例によれば、転造中において、押込方向つまり矢印Ｘ１
方向における第１ローラダイス３２及び第２ローラダイ
ス４２の押込同期精度ΔＬは、０．０３ｍｍよりも高い
同期精度に設定されている。具体的には０．００５〜
０．０３ｍｍに設定されている。本実施例によれば、第
１ローラダイス３２や第２ローラダイス４２の押込同期
精度ばかりでなく、第１仕上ローラダイス３３及び第２
仕上ローラダイス４３についても、同様な範囲とされて
いる。

【００５４】押込同期精度ΔＬは次の様に把握される。
即ち、図２においてブランク７に触れる第１ローラダイ
ス３２の先端とブランク保持部１の中心軸線との間の距
離をＬ_LS（ｍｍ）とし、ブランク７に触れる第２ローラ
ダイス４２の先端とブランク保持部１の中心軸線との間
の距離をＬ_RS（ｍｍ）とする。下添字の『Ｓ』はローラ
ダイスの先端を意味する。

【００５５】このときある時刻における瞬間値としての
押込同期精度をΔＬ’とすると、ΔＬ’はその時刻にお
ける第１ローラダイス３２の押込量と第２ローラダイス
４２の押込量との差の絶対値、つまりΔＬ’＝｜Ｌ_LS−
Ｌ_RS｜で示される。前述した様にΔＬ’は瞬間値であ
り、転造開始時から転造終了までの間に変動するため、
その瞬間値ΔＬ’の平均値を、本発明に係る押込同期精
度ΔＬと規定する。

【００５６】なお、前記したΔＬ’は、無負荷時におけ
るローラ押込装置３の本来の送り同期精度と、転造中に
おけるローラ押込装置３のたわみ量とに影響を受ける。
本実施例の様な高精度の押込同期精度ΔＬを得るには、
油圧を利用した油圧押込方式では不充分と考えられる。
送り精度が充分ではないからである。図１に示した様に
精密なボール螺子軸３７、４７を用いるボール螺子方式
を採用すると共に、サーボモータであるモータ２４、２
５でボール螺子軸３７、４７を同期作動制御するサーボ
制御方式との組合わせにより、第１ローラダイス３２や
第２ローラダイス４２を押込方向に送る送り精度を高め
ること、さらには次に述べる様にローラ押込装置３の剛
性を高剛性化することにより、前記した高精度の押込同
期精度を達成できる。

【００５７】○ローラ押込装置３の剛性 本実施例によれば、ローラ押込装置３の剛性は、０．０
１ｍｍ／ｔｏｎｆよりも高剛性に設定されている。具体
的には０．０３３〜０．０１ｍｍ／ｔｏｎｆに設定され
ている。ローラ押込装置３における剛性は次の様に定義
される。図９において無負荷時においてブランク保持部
１の中心軸線からローラダイス４２の先端までの距離を
Ｌ_RSO （ｍｍ）とする。また荷重Ｆ（ｔｏｎｆ）が作用
したときにおいてブランク保持部１の中心軸線からロー
ラダイス４２の先端までの距離をＬ_RSK （ｍｍ）とす
る。ここでローラ押込装置３の剛性をＥ_R で示すと、Ｅ
_R （ｍｍ／ｔｏｎｆ）＝｛（Ｌ_RSK −Ｌ_RSO ）／Ｆ｝の
式で表される。なお図４において理解容易のため、仮想
線による撓みは誇張して示されている。 ○転造中のダイス位相差 本実施例によれば、転造中において、第１ローラダイス
３２、第２ローラダイス４２のダイス位相差は、第１ロ
ーラダイス３２の１回転あたり、第２ローラダイス４２
の回転角の偏差（＝転造中における平均偏差）が０．１
°以内に収まる様に、制御系９により制御される。望ま
しくは０．０３°以内が良い。これは、制御系９により
サーボモータであるダイス回転用モータ５を制御するこ
と、前記した位相合せ機構５５ｘの調整、等速ユニバー
サルジョイント５３、５６の採用などにより達成でき
る。

【００５８】即ち、転動歯車の歯数が奇数のときを例に
とってダイス位相差を説明すると、図１０に示す様に第
１ローラダイス３２の中心軸線をＯ_L とし、第２ローラ
ダイス４２の中心軸線をＯ_R とし、両者を結ぶＯ_L −Ｏ
_R 線を規定する。転造中において第１ローラダイス３２
の加工歯の１個の歯溝中心３２ｔと相手方である第２ロ
ーラダイス４２の１個の加工歯の中心４２ｒとの双方
が、転造中において常にＯ_L −Ｏ_R 線上に位置すると
き、ダイス位相差は０°とされる。

【００５９】ここで転造中のダイス位相差は、以下述べ
る転造前における第１ローラダイス３２と第２ローラダ
イス４２との初期位相差Δθと、回転系の速度むらΔθ
_m との合計値に影響を受ける。転造前において、第１ロ
ーラダイス３２の歯溝中心３２ｔがＯ_L −Ｏ_R 線上にあ
るものの、第２ローラダイス４２の加工歯の中心４２ｒ
がＯ_L −Ｏ_R 線上から角度Δθずれているとき、その角
度Δθは第１ローラダイス３２と第２ローラダイス４２
との初期位相差とされる。

【００６０】また第１ローラダイス３２が回転角θ_L ぶ
ん回転したとき、第２ローラダイス４２の回転角θ_R は
理想的にはθ_R ＝θ_L であるものの、回転系の速度むら
等の影響を受けて微視的レベルではθ_R ＝θ_L とは必ず
しもならない。一般的にはθ _R ＝θ_L ＋Δθ_m ’とな
る。Δθ’_m は回転系の速度むらを意味する。このΔ
θ’_m はある時刻における瞬間値であり、回転中におい
て多少変動するため、転造開始から転造終了までの間に
おける平均値をΔθ_m とする。

【００６１】なお転造歯車の歯数が偶数個のときには、
第１ローラダイス３２の加工歯の歯溝と第２ローラダイ
ス４２の加工歯の歯溝とが対向する配置とし、第１ロー
ラダイス３２の１個の歯溝の歯溝中心と第２ローラダイ
ス４２の１個の歯溝の歯溝中心との双方がＯ_L −Ｏ_R 線
上に位置するとき、ダイス位相差は０°とされる。 （試験例）具体的には対象歯車のモジュール２．４、ね
じれ角度３０°、歯数６７、歯幅２１ｍｍとし、ローラ
ダイス３２、４２、３３、４３の歯数７３、ローラダイ
ス３２、４２、３３、４３の回転数３００ｒｐｍとして
試験を行った。この試験では、誘導加熱の条件は周波数
３ｋＨｚ、６００ｋＷとした。転造中に黒鉛系潤滑剤を
水に希釈した液状潤滑剤を第１粗ローラダイス３２、第
２粗ローラダイス４２に５ｃｃ／秒の量スプレー塗布し
た。

【００６２】上記の様にして転造した歯車の精度を測定
したところ、第１粗ローラダイス３２及び第２粗ローラ
ダイス４２による熱間粗転造すれば、温間仕上転造しな
くても、ＪＩＳ規格３〜４級程度の良好な歯車が得られ
た。更に熱間粗転造の３秒後に歯面圧下量３０μｍ、温
間領域である５００〜６００°Ｃで５秒間温間仕上転造
を行ったところ、従来の転造では得られなかった良好な
ＪＩＳ規格２〜３級精度の歯車が得られた。

【００６３】（他の例）なお本実施例によれば、第１ロ
ーラ押込装置３１及び第２ローラ押込装置４１の双方を
用いているが、これに限らず、押込方向におけるブラン
ク保持剛性が高ければ、いずれか一方でも良い。

【００６４】

【発明の効果】請求項１に係る装置によれば、粗転造し
た直後に仕上転造することが可能となる。そのため被加
工物をセットし直すことなく、仕上転造を行うことがで
き、セットし直しに伴う被加工物の芯ずれを軽減、回避
でき、転造歯車の真円度を確保でき、高精度の歯車を得
るのに有利である。

【００６５】請求項１、２に係る装置によれば、熱間粗
転造した直後に温間仕上転造することが可能となる。そ
のため被加工物をセットし直すことなく、仕上転造を行
うことができ、被加工物の芯ずれを軽減、回避でき、転
造歯車の真円度を確保でき、高精度の歯車を得るのに有
利である。更には、熱間粗転造した直後に温間仕上転造
することが可能となるため、温間仕上転造の開始温度や
終了温度の適切化に有利であり、温間仕上転造を良好に
なし得る。従って仕上転造における矯正効果が確保さ
れ、高精度の歯車を得るのに有利である。

【００６６】更に請求項２に係る装置によれば、仕上転
造の際に、転造歯車の歯部に仕上ローラダイスの加工歯
を円滑に噛み込ませることが可能となる。そのため噛み
込みの際において仕上ローラダイスと転造歯車の歯部と
の過剰な衝突を軽減、回避できるばかりか、仕上転造の
開始直後から良好に仕上転造を行うことができ、高精度
の歯車を得るのに有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】装置全体を概略して示す平面図である。

【図２】装置の要部の正面図である。

【図３】図１のＷ３−Ｗ３線に沿う矢視図である。

【図４】第１ローラ押込装置の構成図である。

【図５】粗ローラダイスの加工歯と仕上ローラダイスの
加工歯との位相関係を示す構成図である。

【図６】熱間粗転造開始からの経過を示すタイミングチ
ャートである。

【図７】作用を説明するための構成図である。

【図８】ブランク保持部の構造を示す構成図である。

【図９】押込方向におけるローラ押込装置の剛性を説明
する構成図である。

【図１０】ダイス位相差を説明する構成図である。

【図１１】従来技術に係る構成図である。

【符号の説明】

図中、１はブランク保持部（被加工物保持部）、２３は
第３モータ、３はローラ押込装置、３１は第１ローラ押
込装置、３２は第１粗ローラダイス、３２ｃは加工歯、
３２ｉ、３３ｉ、３８ｉ、３４ｈはキー溝（加工歯位相
合致手段）、３３は仕上ローラダイス、３３ｃは加工
歯、３４ｍはキー（加工歯位相合致手段）、４１は第２
ローラ押込装置、４２は第２粗ローラダイス、４２ｃは
加工歯、４３は仕上ローラダイス、４３ｃは加工歯、７
はブランク、７８は転造歯車、９は制御系（噛み込み制
御手段）を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大西 昌澄 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 藤原 康之 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 田中 利秋 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 五十嵐 新太郎 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 団野 敦 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 山口 健市 富山県富山市不二越本町一丁目１番１号 株式会社不二越内 (72)発明者 永森 真一 富山県富山市不二越本町一丁目１番１号 株式会社不二越内 (56)参考文献 特開 昭58−173047（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−57385（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21H 1/00 - 9/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】周方向に加工歯が列設された熱間粗転造用
   の粗ローラダイスと周方向に加工歯が列設された温間仕
   上転造用の仕上ローラダイスとを少なくとも含む複数の
   転造用ダイスを、同軸上にかつ該粗ローラダイスの軸長
   方向に直列に備えたローラ押込装置をもち、熱間粗転造
   用の粗ローラダイスにより被加工物に対して熱間粗転造
   を行い、温間仕上転造用の仕上ローラダイスにより被加
   工物に対して温間仕上転造を行なうことを特徴とする歯
   車多段転造装置。
2. 【請求項２】被加工物を保持する被加工物保持部と、 周方向に加工歯が列設された熱間粗転造用の粗ローラダ
   イスと周方向に加工歯が列設された温間仕上転造用の仕
   上ローラダイスとを少なくとも含む複数の転造用ダイス
   を、同軸上にかつ該粗ローラダイスの軸長方向に直列に
   備えると共に、該被加工物に対して押込及び離間可能な
   ローラ押込装置と、 該粗ローラダイスの加工歯と該仕上ローラダイスの加工
   歯との周方向における位相を合致させる加工歯位相合致
   手段と、 該粗ローラダイスで転造された被加工物からなる転造歯
   車の歯部の周方向の位相と該粗ローラダイスの加工歯の
   周方向の位相との、熱間粗転造終了直後における位相関
   係の維持を目標値として、該粗ローラダイス及び該被加
   工物保持部を回転させ、該位相関係を維持した状態で該
   ローラ押込装置を転造歯車に押込み、該転造歯車の歯部
   に該仕上ローラダイスの加工歯を円滑に噛み込ませる噛
   み込み制御手段とを具備することを特徴とする歯車多段
   転造装置。