JP2001059153A - 異なる板厚部分を備えた金属部材の表面硬化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 異なる板厚部分を備えた金属部材の窒化処理
を適切に行うことのできる方法を提案すること。 【解決手段】 撓み噛み合い式歯車装置のカップ形の可
撓性外歯歯車３の表面硬化処理に当たっては、まず、板
厚の厚い外歯３４が形成されている歯部表面のみをショ
ットピーニングし、しかる後に、表面全体に窒化処理を
施す。歯部表面では窒化層が厚くなり、板厚が非常に薄
い胴部３１、ダイヤフラム３３では窒化層が薄く形成さ
れる。よって、表面全体の強度を十分に高める事ができ
ると共に、板厚が非常に薄い胴部、ダイヤフラムの脆弱
化を防止できる。さらには、歯部の残留応力をショット
ピーニング加工により除去できるので、窒化処理の加熱
により歯部近傍に大きな変形が発生することも回避でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、厚さの異なる板部
分を備えた窒化用鋼からなる金属部材の表面処理方法に
関し、特に、撓み噛み合い式歯車装置の可撓性外歯歯車
のような薄くて、しかも厚さの異なる部分が備わってい
る金属部材の表面を処理するのに適した表面硬化方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】金属部材の表面硬化方法としては窒化処
理が知られており、この方法は、特殊鋼からなる金属部
材を５００ないし６００℃で５０ないし１００時間加熱
し、引き続いてガスを送りながら徐冷することにより、
金属部材の表面層に窒素を拡散させ、当該表面層を硬化
させる方法である。この窒化処理は、例えば、撓み噛み
合い式歯車装置の可撓性外歯歯車の表面処理に利用され
ている。

【０００３】撓み噛み合い式歯車装置は、そこに組み込
まれている可撓性外歯歯車の形状によって、カップ形の
もの、シルクハット形のもの、フラット形のものに分類
することができる。

【０００４】図１および図２には、カップ形の撓み噛み
合い式歯車装置の代表的な例を示してある。これらの図
に示すように、撓み噛み合い式歯車装置１は、環状の剛
性内歯歯車２と、この内側に配置されたカップ形の可撓
性外歯歯車３と、この内側にはめ込まれた楕円形の波動
発生器４とを有している。可撓性外歯歯車３は、円筒状
の胴部３１と、この胴部３１の一端を封鎖している環状
のダイヤフラム３２と、このダイヤフラム３２の中心に
一体形成されているボス３３と、胴部３１の他方の開口
端の外周面に形成された外歯３４とを備えている。この
外歯３４が形成されている歯部は、これ以外の胴部３
１、ダイヤフラム３２に比べて板厚が厚くなっている。

【０００５】この可撓性外歯歯車３は、波動発生器４に
よって楕円形に撓められ、その楕円形状の長軸方向の両
端に位置する外歯３４の部分が、内歯歯車２の内周面に
形成した内歯２１に噛み合っている。波動歯車装置４が
モータ回転軸等により回転すると、両歯車の噛み合い位
置が円周方向に移動する。内歯２１と外歯３４の歯数は
２Ｎ（Ｎは正の整数）だけ差があるので、この歯数差に
応じた相対回転が両歯車の間に発生する。一般には、内
歯歯車２の側が固定されているので、カップ形の可撓性
外歯歯車３の側から、両歯車の歯数差に応じて大幅に減
速された回転出力が得られる。

【０００６】一方、図４および図５に示すように、シル
クハット形の撓み噛み合い式歯車装置５では、その可撓
性外歯歯車５１が、円筒状の胴部５１１と、この胴部５
１１の一端開口から半径方向の外側に広がっている環状
のダイヤフラム５１２と、このダイヤフラム５１２の外
周縁に一体形成された環状のボス５１３と、胴部の他方
の開口端の外周面に形成されている外歯５１４とを備え
たシルクハット形をしている。

【０００７】なお、フラット形の撓み噛み合い式歯車装
置では、その可撓性外歯歯車が、円筒状の胴部と、この
胴部の外周面に形成された外歯を備えた円筒形状をして
いる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ここで、各部分の厚さ
が異なる薄肉部材の表面処理を、窒化処理により行う
と、各部分の表面には一様な厚さの窒化層が形成される
が、次のような問題が発生する。

【０００９】一般に、金属部材には、窒化処理の前工程
において旋削加工等が施されており、当該加工工程で不
均一な残留応力が金属部材に発生している場合がある。
この場合、窒化処理工程において、このような残留応力
および各部分の厚さの違いが原因となって、金属部材に
大きな変形が発生するおそれがある。

【００１０】また、金属部材における薄い板厚部分では
板厚に対する窒化層厚さの割合が大きくなるので、当該
部分が脆弱化するおそれもある。

【００１１】例えば、撓み噛み合い式歯車装置の可撓性
外歯歯車は、全体として薄い板厚からなる金属部材であ
り、円筒状の胴部と、この胴部の一端に連続して形成し
た円環状のダイヤフラムと、胴部の他端開口側の外周面
に形成された外歯を備えている。この可撓性外歯歯車で
は、外歯形成部分が厚く、それ以外の部分は薄い。この
ような可撓性外歯歯車の外側表面を硬化するために、窒
化処理を施すと、残留応力や各部分の厚さの違いに起因
して、大きな変形が発生することがある。また、ダイヤ
フラムから胴部にかけての薄肉部分が脆弱化するおそれ
がある。

【００１２】本発明の課題は、このような点に鑑みて、
厚さの異なる部分を備えた金属部材の表面処理を、変
形、脆弱化を伴うことなく、窒化処理により適切に行う
ことができる金属部材の表面処理方法を提案することに
ある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明は、第１の厚さの板部分と、当該第１の厚さ
の板部分よりも厚い第２の厚さの板部分とを備えた窒化
用鋼からなる金属部材の表面を、窒化処理を施すことに
より硬化させる金属部材の表面硬化方法において、前記
第２の厚さの板部分表面にショットピーニングを施し、
しかる後に、前記第１および第２の厚さの板部分表面
に、窒化処理を施すことを特徴としている。

【００１４】本発明の方法においては、窒化処理を施す
前に、板厚の厚い部分、すなわち第２の厚さの板部分の
表面にのみショットピーニングを施している。この結
果、当該板部分の表面が活性化されて、次に行われる窒
化処理では、当該板部分の表面の窒化層深さが、ショッ
トピーニングを施していない第１の厚さの板部分よりも
深くなる。また、ショットピーニングを行うことによ
り、当該第２の厚さの板部分の残留応力が除去される。

【００１５】この結果、窒化処理工程において、残留応
力に起因して大きな変形が金属部材に発生することが回
避される。また、薄い第１の厚さの板部分における窒化
層は、厚い板部分に比べて薄いので、当該第１の厚さの
板部分が窒化処理により脆弱化してしまうことも回避さ
れる。

【００１６】本発明による金属部材の表面処理方法は、
撓み噛み合い式歯車装置の可撓性外歯歯車の表面処理と
して採用することができる。この可撓性外歯歯車は、円
筒状の胴部と、この胴部の一端に連続して半径方向に延
びている円環状のダイヤフラムと、前記胴部の他端開口
側部分の外周面に形成されている外歯とを備えており、
全体として可撓性のある薄い金属部材である。

【００１７】この場合、前記第２の厚さの板部分は前記
可撓性外歯歯車における前記外歯が形成されている歯部
であり、前記第１の厚さの板部分は前記可撓性外歯歯車
における前記外歯が形成されている部分以外の胴部、お
よび前記ダイヤフラムである。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明
を撓み噛み合い式歯車装置の可撓性外歯歯車に適用した
例を説明する。

【００１９】本発明者等は、次のようにして、図１、２
に示す撓み噛み合い式歯車装置１におけるカップ形の可
撓性外歯歯車３の表面処理を行った。まず、図３に示す
ように、可撓性外歯歯車３の外側表面における歯部（外
歯３４の形成部分）の表面に対してのみ、ショットピー
ニング加工を施した。

【００２０】しかる後に、可撓性外歯歯車３の外側表面
の全体に対して、軟窒化処理を施した。

【００２１】このように表面処理が施された可撓性外歯
歯車３における外側表面の窒化層の状態を調べたとこ
ろ、表１に示す結果が得られた。

【００２２】

【表１】

【００２３】この表から分かるように、ショットピーニ
ング加工を施した後に窒化処理を行った歯部の表面で
は、ビッカーズ硬さＨｖ４００以上となる有効窒化層の
厚さが６０ミクロンであるのに対して、ショットピーニ
ング加工を施していないそれ以外の表面では、Ｈｖ４０
０以上の有効窒化層の厚さが２５から３０ミクロン程度
であった。

【００２４】このように、板厚が厚い部分、すなわち、
歯部に対してはショットピーニングを施した後に窒化処
理を行い、板厚が薄い部分、すなわち歯部以外の胴部表
面とダイヤフラムの表面に対してはショットピーニング
を施すことなく窒化処理を施すことにより、歯部表面に
おいては歯面および歯底の十分な強度向上が認められ、
薄い胴部およびダイヤフラムの部分では、窒化層の深さ
が浅いので、これらの部分の脆弱化を回避できることが
確認された。

【００２５】さらに、ショットピーニング加工を施すこ
とにより、歯部の残留応力を除去でき、この結果、窒化
処理工程での加熱時に残留応力に起因した大きな変形の
発生も防止可能なことが確認された。（その他の実施の
形態）なお、図５に示すようなシルクハット形の可撓性
外歯歯車５１の表面処理も、上記と同様に行うことがで
きる。

【００２６】また、本発明の方法は、可撓性外歯歯車以
外の金属部材であって、厚い板厚部分および薄い板厚部
分が備わっているものの表面硬化処理のために適用でき
る事は勿論である。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の金属部材
の表面硬化方法によれば、板厚の厚い部分に対しては、
窒化処理の前にショットピーニング加工を施し、板厚の
薄い部分に対してはショットピーニング加工を施すこと
なく、窒化処理を行うようにしている。

【００２８】本発明の方法によれば、同一の窒化処理を
施こすことにより、板厚の厚い部分の表面には厚い窒化
層を形成でき、逆に板厚の薄い部分に対しては薄い窒化
層を形成できる。この結果、板厚の如何にかかわりな
く、表面全体の強度を高める事ができるとともに、板厚
の薄い部分の脆弱化も防止できる。

【００２９】さらには、板厚の厚い部分にショットピン
ーニング加工を施すことにより、当該部分の残留応力を
除去できるので、窒化工程における加熱時に残留応力に
起因した大きな変形が発生することも防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】カップ形の撓み噛み合い式歯車装置を示す概略
縦断面図である。

【図２】図１の装置の横断面を示す断面構成図である。

【図３】図１の可撓性外歯歯車を示す縦断面図である。

【図４】シルクハット形の撓み噛み合い式歯車装置を示
す概略縦断面図である。

【図５】図４の装置の可撓性外歯歯車を示す縦断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 撓み噛み合い式歯車装置 ２ 剛性内歯歯車 ３ 可撓性外歯歯車 ３１ 胴部 ３２ ダイヤフラム ３４ 外歯 ４ 波動発生器 ５ 撓み噛み合い式歯車装置 ５１ 可撓性外歯歯車 ５１１ 胴部 ５１２ ダイヤフラム ５１４ 外歯

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の厚さの板部分と、当該第１の厚さ
   の板部分よりも厚い第２の厚さの板部分とを備えた窒化
   用鋼からなる金属部材の表面に窒化処理を施すことによ
   り当該表面を硬化させる金属部材の表面硬化方法におい
   て、 前記第２の厚さの板部分の表面にショットピーニング加
   工を施し、 次に、前記第１および第２の厚さの板部分の表面に、窒
   化処理を施すことを特徴とする金属部材の表面硬化方
   法。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記金属部材は撓み噛み合い式歯車装置の可撓性外歯歯
   車であり、 当該可撓性外歯歯車は、円筒状の胴部と、この胴部の一
   端に連続して半径方向に延びている円環状のダイヤフラ
   ムと、前記胴部の他端開口側部分の外周面に形成されて
   いる外歯とを備えており、 前記第２の厚さの板部分は前記可撓性外歯歯車における
   前記外歯が形成されている部分であり、 前記第１の厚さの板部分は前記可撓性外歯歯車における
   前記外歯が形成されている部分以外の胴部、および前記
   ダイヤフラムであることを特徴とする金属部材の表面硬
   化方法。