JPS5832823Y2 - 歯形成型工具の改良 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は歯付要素を圧力成型する工具、特に、加工品
を周囲温度または室温に保ち加工品から材料を除去しな
いで円筒状加工品の周囲に、たとえばスプライン歯形、
歯車歯形、ウオーム歯形等の歯形を圧力創成する工具の
改良に関する。

従来から、加工品を周囲温度または室温に保ち加工品か
ら材料を除去しないで円筒状加工品の周囲にスプライン
歯形、歯車歯形、ウオーム歯形等を圧力成型するため種
々の工具が商業上使用されている。

この分野で商業上成功した従来の工具例として米国特許
第２９９４２３７号むよび３０１５２４３号に開示され
たものがあり、これら工具は、たとえば、米国特許第２
９９５９６４号に開示された形式の機械に使用される。

本考案の目的は、歯形創成を改良し、よって耐摩耗性と
耐疲労性ならびに工具の使用寿命を向上させる上記特長
を有する改良型歯形成型用工具を提供することにある。

本考案の他の目的は、歯形創成についての歯形創成能率
を向上する改良手段を組み入れ歯付要素を圧力創成する
改良型工具を提供することにある。

本考案の他の目的は、歯形創成工程中加工品材料の流れ
特性を向上し歯形創成を向上させる改良型歯形成型工具
を提供することにある。

本考案のさらに他の目的は、加工品への歯形創戒費を削
減できる、歯付要素を圧力成型する改良型工具を提供す
ることにある。

本考案の上記の目的および他の目的と利益とは以下の説
明および図面から明らかとなる。

図面を参照すると、第１．３，４．５および６図は本考
案の一実施例を示す。

本考案による図示例は、総括的に符号１０で表わすラッ
ク形工具の具体的歯の配置と組合わせから成り、このよ
うな工具はなるべく、実質的に同一な対をなして、イン
ボリュート・スプライン歯形、インボリュート歯車歯形
等ならびにその細円筒状加工品の周囲の歯形を圧力成形
するために用いる。

本考案による１対のラック形工具を用いて金属変位によ
り加工品を圧力成形する機械は、本考案による工具は他
の形式の機械にも用いることができるが、上述の米国特
許第２９９５９６４号に詳細に説明されている。

一般に、加工品は本考案による１対の工具１０間に位置
させ、これら工具を、加工品を横断して反対方向に往復
せしめ加工品の周囲に歯形を成形する。

加工品はなるべく、加工品を本考案による工具により回
転させようとしたとき加工品をその縦軸線を中心に回転
自在にせしめる手段によって支持される。

これら工具１０は、加工品の周囲と接する作用面に総括
的に１２で表わす歯形をそなえ、使用に際し、これら工
具は任意の手段により長手方向に移動させられ、同時に
工具を同一速度で反対方向に移動する。

工具の各作用面は加工品の周囲に刻印すなわち結合され
るため、工具の作用面間のみそは加工品の直径よりも小
さい。

加工品の周囲に所望配置の歯形を成形するには、加工品
の原材料（通常は鋼）を表面に近接して半径および接線
方向に流し、それで直径が加工品の元の外径よりも小さ
いみそと、直径が加工品の元の外径よりも大きい隆起と
をつくる。

加工品の最終配置は普通正確に保持せねばならないので
、本考案による工具の作用をうける加工品部分の直径を
選定するに当り上記の材料の流れを考慮しなげればなら
ない。

本考案による工具によりロールされる一般的であるがき
わめて重要な形状を考慮して図示するため、第２図に、
加工品にインボリュート歯形またはスプライン１６を形
成させた仕上り加工品１４の一部分を横断面で示す。

冷間ローリング作業において金属材を加工品から除去し
ていないので、ローリング前の加工品の直径は最終外径
でも歯元円直径でもない。

加工品１４のローリング径Ｄ１は、Ｄ１周囲の下方の変
位歯形材料区域１８がＤｏよりも大径の歯形材料区域２
０と等しくなるように選定される。

直径Ｄｌすなわち実質的にこの直径により、工具１０等
ラック形工具のピッチ線が形成される。

以下において具体的に述べる、ローリング圧力下にある
工具１０の位置での歯形１２の圧力角Φは次の関係式を
みたす角度である。

ｃｏｓΦ−Ｄ／ＤＩＸ ｃｏｓΦ′ ただしＤは加工品１４のピッチ直径であり、Ｄｌは加工
品１４のローリング直径であり、Φは加工品１４のイン
ボリュート歯形１６のピッチ直径における圧力角である
。

工具と加工品の基礎円ピッチは同じである。

このような構成により、ピッチ線で測った工具歯形の線
ピッチは加工品歯形の円ピッチに相通する。

加工品１４に接する工具１０の少なくともいくつかの歯
形の全歯たけはなるべく、工具歯形が加工品歯形と完全
に結合するように定める。

使用に当り、１対の工具１０間に間隔を置いて、その後
端近くの位置に釦いて、これら工具の作用面に数十分の
１インチよりも小さい加工品１４の歯元円直径と等しい
すきまを設けて、ローリング圧力により部材の弾性と油
膜の圧縮を得るようにする。

作動行程中方向を変えないで工具のパスは１回のみが好
ましい。

本考案によれば、選定された工具歯形は、なるべく銅、
銀または金で、または、その他たとえばニッケルやクロ
ムを用いてめっきして、歯形のロリング効率を向上しか
つ、金属の摩耗や疲労の原因となる工具歯形に及ぼす応
力を減少させ、それによって耐疲労性を向上しかつ工具
面の使用寿命を向上させている。

本考案による工具に釦いては、工具１０の歯形１２のピ
ッチ線は理論基準線（テーパなし）に対して平行に保た
れるが、これらの歯形の歯先面は工具のそれぞれのラッ
クの前端に向って下方に傾斜している（第３図参照）。

これによって工具１０が加工品１４の金属に徐々に喰い
込んで加工品１４上にインボリュート歯形１６を形成せ
しめる。

第１．３．４．５および６図は本考案による工具１０を
示し、相手工具の歯形成形は実質的に同一である。

符号２２は「テーパ無し」を示す理論基準線を表わし、
それで、工具が加工品の周囲を横断して互いに移動する
とき工具の作用面間の間隔に変化はない。

工具１０の歯形は総括的に符号１２で表わし、本考案の
図示例にかいて、歯形１２は垂直基準線２４．２６およ
び２８ならびに工具のそれぞれ後端と前端３０．３２と
により描かれた４つの区分に分割されている。

第３図に示すように、歯形１２のすべてのピッチ線３４
は工具１０の前端３２から基準線２４（第１図参照）ま
で理論基準線２２と平行である。

基準線２６（第１図参照）と工具１０の前端３２との間
の区分にある歯形の歯先面は工具１０の前端３２に向け
て下方に傾斜しているが、基準線２４と工具１０の前端
３２との間の歯形のピッチ線は理論基準線２２に対して
平行を保っている。

基準線２４と２６との間にある歯形ｉ２Ａは完全なサイ
ズであって加工品に形成させるべき歯形に対をなして係
合して加工品の歯形に最終の形状を与える。

米国特許第３０１５２４３号の開示によれば、基準線２
４と２６との間の歯形１２Ａは現すとされ加工品に成形
される歯形と対をなして係合する補形の配置形状をもち
、荷重をうける際の歯形１２Ａの圧力角Φは、前述の如
（ｃｏｓΦ−Ｄ／Ｄ１×ｃｏｓΦＩの関係をみたす角度
である。

基準線２４と２６との間の歯形１２Ａは加工品の歯形の
最終成形部に補助の関係で係合する。

また、米国特許第３０１５２４３号の開示により、かつ
前述のように、基準線２４とラックの後端３０との間の
歯形１２Ｄのピッチ線は基準線２２から下向きにテーパ
しており、基準線２４と後端３０との間の歯形１２Ｄは
実質的に現寸でありまた、なるべく、それらの側面はリ
リーフされる。

このリリーフにより継目線およびその他の欠かんが除去
される。

このような継目線および欠かんは、行程端でローリング
圧力の減少に伴い工具と加工品との全接触面積の減少に
より行程端で加工品の歯形に形成されやすいものである
。

本考案によれば、基準線２４と工具の前端３２との間の
工具歯形すべてのピッチ線は前記の方法で加工品の直径
Ｄ１によって設定されるので、ピッチ線で測った工具歯
形の線ピッチは加工品の直径ＤＩを有する円で測った加
工品歯形の円ピッチに相当する。

基準線２４と工具３２の前端との間の歯形すべての荷重
をうける圧力角Φは、前述の如く、ＣＯ８Φ＝Ｄ／ＤＩ
Ｘｃｏｓｔ’ （Ｄ関係ヲミタす角度である。

工具と加工品の基礎円ピッチは同じである。

このような構成により、ピッチ線で測った工具歯形の線
ピッチは、加工品の直径Ｄｌを有する円で測った加工品
歯形の円ピッチに相当する。

基準線２４と２６との間の歯形１２Ａの金歯たけは、歯
形１２Ａが加工品歯形に完全に結合するように定める。

基準線２６と工具１０の前端３２との間の歯形の歯先面
はラックの前端３２に向けて下向きにテーパしているが
、かかる歯形のピッチ線は前述のように基準線２２と平
行のままであり、このテーパは、歯形を研削する等して
歯形の理論歯末のタケを除去することにより得られる。

ラックの前端３２に近接する前端歯形の歯先面は図示の
ように実質的にラックのピッチ線３４に設けるかまたは
、たとえばピッチ線の上方数十分の１インチの１／２部
分に配置してよい。

基準線２８と前端３２との間の歯形部分は比較的浅く、
比較的幅広で、前縁には第３図に示すように、急コーナ
を有し、この急コーナによシ加工品を掴持しこれを回転
させる。

基準線２８と前端３２との間の歯形１２Ｃ帯域の長さは
、なるべく、加工品の約１回転が上記帯域で行われるよ
うに定める。

基準線２６と前端３２との間の帯域における歯形１２Ｂ
と１２Ｃの歯先面は基準線３６で示すように現寸歯形１
２Ａに向けて上向きに勾配を有する。

基準線２６と２８との間の歯形１２Ｂ帯域の長さは、な
るべく、加工品の少なくとも数回転が歯形１２Ｂを含む
帯域で行われ、歯形１２Ｃと１２Ｂは加工品の所望全浸
透厚さ約１００パーセントで得られる。

基準線２４と２６との間の歯形１２Ａ帯域の長さはなる
べく、加工品の約１回生回転が上記帯域で行われ、歯形
１２Ａの歯先面は基準線２２と平行な面に配置され、現
寸歯形１２Ａにより加工品歯形の最終成型部が創成され
る。

歯形１２すべてを含む工具１０のボデー３８は、はじめ
高級工具鋼、たとえばＭ−５０で成形され、これを窒化
して焼入れ硬質な外面と、靭性があり卵胞性のコアすな
わち下部構造とを得る。

所望により、他の熱処理または焼入れ手段を用いてよい
。

本考案によれば、また第３図および第６図に（拡大して
）示すように、歯形１２Ｂのみの歯先、側面および歯元
面はめつき４０され、このめっきの厚さはなるべく約０
．０００１ないし０．０００３インチであるが、歯形１
２Ａ、１２Ｃお・よび１２Ｄの工具鋼面はめつきされて
いない。

任意の金属、たとえばニッケルまたはクロムを用いるこ
ともできるが、なるべく銅、銀または金により歯形１２
Ｂの表面をめっきする。

また、歯形１２Ｂの表面をめっきするのに、化学的溶着
法ではなく、なるべく通常の電解めっき法を用いる。

歯形１２Ｂの表面めっきは研削粗面をみたし重歯車荷重
に固有の境界潤滑問題を解決する。

このような構成により、金属の摩耗と疲労による工具歯
形におよぼす応力を減少し、工具歯形の面破砕または腐
食をなくし、さらに工具１０により成形される加工品の
単価を減少する。

従って、本考案によれば、加工品の所望全浸透厚さの約
１０％以下は加工品のはじめの１回転に卦いて非めっき
歯形１２Ｃによって行われ、この歯形１２Ｃは加工品を
掴持し、これをすべりを生ずることなく回転させ、その
後、加工品の所望全浸透厚さの約９０係以上はめつき歯
形１２Ｂによって加工品のすくなくとも連続数回転にお
いて行われ、加工品歯形の最終配置形状が加工品の１回
生またはそれ以上の連続回転において非めっき歯形１２
Ａによって創成される。

また、このような構成により、工具の使用寿命を延ばし
、歯形成型工程中の加工品材料の流れ特性を向上し、さ
らに仕上り加工品の品質を向上させる。

所望により、テーパ付歯形１２Ｂと１２Ｃの前縁釦よび
後縁に米国特許第２９９４２３７号に開示したような可
変半径をそなえてもよく、また、所望により、工具の上
部コーナの一方または両方に面取りを設けて加工品のア
ンダカットの必要性をなくしてもよい。

第５図は歯形１２の平面図で、これら歯形により加工品
に平歯車歯形を創成する状態を示す。

図示のように、工具歯形１２は工具の側面に垂直、すな
わち工具の移動方向に垂直であるが、工具が加工品には
す歯を創成する場合には、工具歯形は工具の側面すなわ
ち工具の移動方向に傾斜させればよい。

本考案の図示の実施例において、工具のボデー３８には
出張り４２と横方向に伸びる開口４４とをそなえており
、これらにより、工具を、米国特許第２９９５９６４号
に開示した形式の機械へ取り付けることが容易となる。

しかし、他の手段を用いて工具を取り付けるようにして
もよい。

以上のことから明らかなように、本考案は上記の１２Ａ
−１２Ｂ−１２Ｃからなる歯形区分のうち、１２Ｂの区
分のみの歯先面と側面と歯元面とをめっきすることに大
きな特徴を有する。

このような部分めっきはめつき材料の節約のために行な
われるものではなく、また事実、歯形１２Ｂのみをめっ
きするのは工具歯形のすべてをめっきするよりも遥かに
困難であり、材料節約の代償としては余りにも大きな負
担である。

本考案による部分めっきは下記の効果をもたらすもので
あり、それ故にこそ部分めっきの煩雑性にもかかわらず
敢えてこれを行なうのである。

まず、歯形１２Ｂのメッキは歯形１２Ｂの研削粗面をう
めて平滑にし、そして重歯車荷重に固有の境界潤滑問題
を解決する効果をもたらす。

またこれによって歯形成型工具による加工品への歯形生
成の際に工具粗面（製造過程で生じたもの）の谷に加工
品金属が流入するのが最小になると共に歯形成型工程中
の加工品材料の流れ特性が改良され、そして仕上り品の
品質が向上する。

めっきを行なわない従来の歯形成型工具にむいては工具
の金属と歯形成型されるべき加工品の金属との接触がロ
ーリング中に生じるため、歯形のローリング効率がわる
く、応力により金属の摩耗や疲労が大きく、工具面の使
用寿命が短い欠点があった。

歯形１２Ｂの区分にめっきをすることにより、このよう
な欠点が除去され且つ工具歯形の面破砕または腐食が最
小となる。

めっきをしない歯形１２Ｃは滑りの問題なしに加工品を
はじめに把持して回転させるために重要である。

工具全体をめっきすると１２Ｂのめつきについて述べた
上述の利点は更に増大させうるかも知れないが、加工品
を把持して歯形成型を始める際に非常な困難が伴なう。

めっきをしない歯形１２Ａは工具と加工品との間の望ま
しくない相対運動を避け、そして滑りの問題なしに最終
加工品を取り出すのに重要である。

前述の如く、加工品の所望全浸透厚さく加工品に形成さ
れる歯形の所望の深さ）の約１０％以下が加工品のはじ
めの１回転において非めっき第３区分１２Ｃの歯形によ
って行なわれ、その後、加工品の所望全浸透厚さの約９
０多以上がめつき第２区分１２Ｂの歯形によって加工品
の少なくとも連続数回転において行なわれ、そして加工
品歯形の最終配置形状が加工品の１同学以上の追加の連
続回転にお−いて非めっき第１区分１２Ａの歯形によっ
て創成される。

従って本考案の工具は長い第２区分１２Ｂのみをめっき
することにより全体をめっきした場合とほとんど同じめ
っき効果を奏すると共に、両端に僅かな非めっき部分１
２Ｃ２１２Ａを残すことによって、最初の把持を滑りの
問題を起すことなく確実に行ない１２Ｃ１そして最終の
処理を工具と加工品との間の望ましくない相対運動や滑
りの問題なしに行なって加工品の歯形創成を円滑に完成
する１２Ａものである。

以上本考案の一実施例を図示説明したが、本考案の精神
から逸脱しないで種々の変更および変型がなし得るもの
である。

つぎに本考案の実施態様を列記する。

（１）請求の範囲に記載の工具において、ピッチ線で測
った各区分に釦ける歯形すべての肉厚は第１区分におけ
る歯形から前端まで区分から区分にわたり一定として戒
る工具。

（２）請求の範囲に記載の工具において、歯形すべては
共通のピッチ線を有して成る工具。

（３）請求の範囲に記載の工具において、ピッチ線で測
った連続区分の各歯形間の距離は前端から歯形の第１区
分まで一定とし、第２区分に釦げる歯形面のめっきの厚
さは約０．０００１ないし０．０００３インチとして成
る工具。

（４）請求の範囲に記載の工具において、歯形の第２区
分における表面を、金、銀、銅、ニッケルおよびクロム
から戒るグループより選択した金属でめっきして成る工
具。

（５）請求の範囲に記載の工具において、後端に近接し
て歯形の第４区分を含み、第４区分における歯形の歯先
を後端に向けて勾配をつげて成る工具。

（６）請求の範囲に記載の工具に釦いて、歯形の第２区
分と第３区分の歯末のタケの高さは第１区分にむける歯
形の歯末のタケの高さに対し連続的に減少して戒る工具
。

（７）請求の範囲に記載の工具に釦いて、ボデーをＭ−
５０銅、好ましくは窒化焼入れＭ−５０鋼により形成し
て成る工具。

【図面の簡単な説明】 第１図は本考案によるラック形工具の側面図、第２図は
本考案による工具によって圧力成型される典型的なイン
ボリュート・スプラインの部分図、第３図は第１図に示
した工具歯形の拡大部分概略側面図、第４図は第１図に
示した工具の左端部の正面図、第５図は第１図に示した
工具の部分平面図、第６図は第１図に示した工具歯形の
うち１つの歯形の一部分を示す拡大断面正面図である。 １０・・・ラック形工具、１２・・・歯形、１４・・・
加工品、１６・・・スプライン、１８．２０・・・歯形
材料区域、２２・・・理論基準線、２４．２６．２８．
３６・・・基準線、３０・・・ラック後端、３２・・・
ラック前端、３４・・・ピッチ線、３８・・・ボデー
４２・・・出張り、４４・・・開口。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 円筒状加工品１４の周囲に歯形１６を圧力成形する工具
   １０において、この工具１０は、工具鋼で形成されかつ
   前端３２と後端３０とを有するボデーを含みさらに複数
   個の歯形１２を有する作動面をそなえてむり、上記歯形
   の第１区分１２Ａは上記前端３２と後端３０との間に配
   置され、上記第１区分に釦ける歯形１２Ａの各々は加工
   品１４に成形される歯形１６の配置形状と対となって係
   合する補形の配置形状を有し、歯形の第２区分１２Ｂと
   第３区分１２Ｃは歯形の上記第１区分１２Ａと上記前端
   ３２との間に１２Ａ−１２Ｂ−１２Ｃの歯形区分の順序
   で配置され、上記第２区分１２Ｂと第３区分１２ＣＫ、
   ！、、−ける歯形の歯先３６は上記前端３２に向けて下
   方に傾斜する勾配を有し、歯形の第２区分１２Ｂの長さ
   は歯形の第１および第３区分１２Ａと１２Ｃの長さより
   も長くしてあり、そして上記歯形の第２区分１２Ｂのみ
   の歯先面と側面と歯元面とをめっきして成る歯形成型工
   具。