JP2023183507A - ワークの加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スプラインの加工に係るコストを低減する。【解決手段】ワークＷの加工方法は、ワークＷに貫通孔２を設け、貫通孔２の内面にスプライン３を形成する前加工工程Ｓ１と、スプライン３が形成されたワークＷに熱処理を施す熱処理工程Ｓ２と、熱処理工程Ｓ２によって生じたスプライン３の変形部Ｄを、材質が高速度鋼であって、切れ刃のすくい角θが鈍角のブローチ工具４を用いて削除する仕上げ加工工程Ｓ３と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、ワークの加工方法に関する。

特許文献１には、ブローチ工具にてワークの内面にインボリュートスプライン歯車を加工する内面ブローチ加工方法が開示されている。

特許文献１に開示された加工方法では、まず、ブローチ工具を用いて、仕上げ代を残すようにして、ワークのインボリュートスプライン歯面部分の前加工を行っている。そして、前加工されたワークを浸炭焼き入れし、その後、超硬合金製のブローチ工具を用いてインボリュートスプライン歯面部分の仕上げ代を切削する仕上げ加工を行っている。

特開２００５－２３０９３７号公報

超硬合金製のブローチ工具は、焼き入れ後のワークなど硬度の高い材料を切削することに有用である。しかしながら、超硬合金製のブローチ工具は、高速度鋼製のブローチ工具に比べて、非常に高価であるので、製品コストが上昇してしまう。このため、スプラインの加工に係るコストの低減が求められていた。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、スプラインの加工に係るコストを低減することを目的とする。

本発明のある態様によれば、ワークの加工方法であって、ワークに孔を設け、孔の内面にスプラインを形成する前加工工程と、スプラインが形成されたワークに熱処理を施す熱処理工程と、熱処理工程によって生じたスプラインの変形部を、材質が高速度鋼であって、切れ刃のすくい角が鈍角のブローチ工具を用いて削除する仕上げ加工工程と、を有するワークの加工方法が提供される。

この態様によれば、熱処理工程によってスプラインに生じた変形部を削除するようにしているので、超硬合金製のブローチ工具より安価な高速度鋼のブローチ工具を用いてブローチ加工を行うことができる。これにより、スプラインの加工に係るコストを低減することができる。

図１は、本実施形態に係るワークの断面図である。 図２は、本実施形態に係るワークの加工方法の流れを示すフローチャートである。 図３は、本実施形態に係るワークのブローチ加工に使用されるブローチ工具の外観図である。 図４は、本実施形態に係るワークのブローチ加工に使用されるブローチ工具の部分拡大図である。 図５は、本実施形態に係る熱処理工程後のワークに生じた変形部を説明するための図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態に係るワークＷの軸方向における断面図である。本実施形態におけるワークＷは、例えば、車両に搭載される減速機の動力伝達を構成する歯車である。

図１に示すように、ワークＷは、外周に歯車１１が形成される本体１と、本体１を貫通するように形成される貫通孔２と、貫通孔２に形成されたスプライン３と、を有する。ワークＷは、例えば、機械構造用合金鋼（ＳＣＲ４２０Ｈなど）によって形成される。

貫通孔２には、車両を駆動するモータからの出力が伝達される回転軸（図示せず）が挿入される。この回転軸の先端には、貫通孔２に形成されたスプライン３とスプライン結合するスプラインが設けられる。

歯車１１は、はすば歯車である。歯車１１には、図示しない歯車が噛合される。これらの歯車によって減速機構が構成され、この減速機構によってモータから出力された回転は減速される。なお、歯車１１は、はすば歯車に限らず、どのような形状のものであってもよい。

次に、図２を参照しながら、ワークＷの加工方法について説明する。

図２に示すように、ワークＷは、前加工工程Ｓ１、熱処理工程Ｓ２、仕上げ加工工程Ｓ３、及び洗浄工程Ｓ４を経て製作される。

前加工工程Ｓ１では、主に、切削加工（ステップＳ１１）、孔加工（ステップＳ１２）、及びブローチ加工（ステップＳ１３）が行われる。具体的には、前加工工程Ｓ１では、まず、ステップＳ１１において、金属素材を切削し、ワークＷの本体１の外形を形成する。このとき、歯車１１も形成される。

次に、ステップＳ１２において、本体１に孔加工を施して貫通孔２を形成する。

その後、ステップＳ１３において、ブローチ加工を施してスプライン３を形成する。具体的には、図３に示すような材質が高速度鋼のブローチ工具４を用いて、貫通孔２の内面に、複数のスプライン溝３ａが形成される。なお、図１に示すように、本実施形態ではスプライン３は、本体１の外周に歯車１１が形成される第１本体部１ａと、第１本体部１ａよりも肉厚の薄い第２本体部１ｂと、にわたって設けられる。

本実施形態では、ステップＳ１３において、スプライン３を最終的な仕上げ寸法になるように加工する。言い換えると、本実施形態のステップＳ１３におけるブローチ加工では、スプライン３を仕上げ加工代（仕上げ加工工程Ｓ３で加工する加工代）を設けることなく形成する。

前加工工程Ｓ１の終了後は、熱処理工程Ｓ２に進む。熱処理工程Ｓ２では、前加工工程Ｓ１によって、外形（本体１）、貫通孔２、及びスプライン３が形成されたワークＷに熱処理を施す。熱処理の具体的な手法としては、例えば、浸炭焼入れや、高周波焼入れが挙げられる。

熱処理工程Ｓ２の終了後は、仕上げ加工工程Ｓ３に進む。仕上げ加工工程Ｓ３は、主に、ショットピーニング加工（ステップＳ３１）、ハードターニング加工（ステップＳ３２）、研削加工（ステップＳ３３）、ブローチ加工（ステップＳ３４）、及び歯車研削加工（ステップＳ３５）が行われる。具体的には、仕上げ加工工程Ｓ３では、まず、ステップＳ３１において、ショットピーニング加工を行う。これにより、ワークＷに残留圧縮応力が付与され、疲労強度などが向上する。

次いで、ステップＳ３２において、ワークＷの歯車１１及びスプライン３を除いた部分に対してハードターニング加工を行う。

次いで、ステップＳ３３において、研削加工を行う。この研削加工によって、ワークＷの歯車１１及びスプライン３を除いた部分を最終的な仕上げ寸法に仕上げる。

次に、ステップＳ３４において、スプライン３に対してブローチ加工を行う。ステップＳ３４におけるブローチ加工では、材質が高速度鋼のブローチ工具４が用いられる。

ここで、本実施形態における仕上げ加工工程Ｓ３（ステップＳ３４）におけるブローチ加工について、詳しく説明する。

ワークＷは、熱処理工程Ｓ２による熱処理によって、熱処理前よりも硬度が高くなっている。このため、通常、このような熱処理後のワークＷに対するブローチ加工（スプライン３の仕上げ加工）は、超硬合金製のブローチ工具を用いて行われる。なお、ここでいう超硬合金とは、例えば、炭化タングステンや炭化チタンなどの硬質金属の粉末をコバルトやニッケルなどの鉄軽金属粉末を結合剤として混合し焼結した合金である。

このような超硬合金製のブローチ工具は、硬度の高い材料を切削することに有用である。しかしながら、超硬合金製のブローチ工具は、高速度鋼のブローチ工具に比べ、非常に高価である。このため、製品コスト（スプライン３の加工に係るコスト）が上昇してしまう。

そこで、本実施形態では、高速度鋼製のブローチ工具４を用いてブローチ加工を行う。本実施形態では、仕上げ加工工程Ｓ３（ステップＳ３４）におけるブローチ加工において高速度鋼製のブローチ工具４を用いて加工を行うために、前加工工程Ｓ１において、スプライン３を仕上げ代を設けることなく、最終的な仕上げ寸法になるように加工している。これにより、仕上げ加工工程Ｓ３（ステップＳ３４）におけるブローチ加工では、熱処理工程Ｓ２の熱処理においてスプライン３に生じた変形部Ｄのみ（図５参照）を加工するだけでよい。

ここで、変形部Ｄについて説明する。

上述のように、スプライン３は、第１本体部１ａと、第１本体部１ａよりも肉厚の薄い第２本体部１ｂと、にわたって形成されている。図５に示すように、熱処理工程Ｓ２の熱処理によって、第２本体部１ｂに形成されたスプライン３の変形量は、第１本体部１ａに形成されたスプライン３の変形量に比べ、大きくなる。このため、熱処理工程Ｓ２の熱処理によってスプライン３に生じる変形部Ｄは、第１本体部１ａから第２本体部１ｂに向かって縮径するテーパ形状になる。

したがって、ステップＳ３４による加工が必要となる箇所、言い換えると、スプライン３において仕上げ寸法の公差を外れてしまうような変形は、主に、第２本体部１ｂに形成された部分に生じる。そして、仕上げ加工工程Ｓ３におけるブローチ加工（ステップＳ３４）では、このような箇所に生じた変形のみを加工するだけでよいので、高速度鋼のブローチ工具４によって加工することができる。

なお、熱処理工程Ｓ２の熱処理によってスプライン３に生じる変形部Ｄの高さは、数μｍから数十μｍ程度である。仕上げ加工工程Ｓ３（ステップＳ３４）におけるブローチ加工では、このようなわずかな変形量のみを切削すればよいので、高速度鋼のブローチ工具によって加工することができる。

また、本実施形態では、図４に示すように、ブローチ工具４のすくい角θを鈍角（例えば、－１５度程度）にしている。このように、すくい角θを鈍角にすることで、ブローチ工具４の刃先の剛性を高めることができる。これにより、ブローチ工具４の破損を防止できる。

また、ステップＳ３４におけるブローチ加工では、高速度鋼のブローチ工具４を使用しているため、通常のブローチ盤を使用することができる。なお、仕上げ加工工程Ｓ３（ステップＳ３４）のブローチ加工における切削速度は、高速度鋼のブローチ工具を用いた通常の切削速度と同程度、具体的には、１～１４ｍ／ｍｉｎ程度の範囲内において適宜設定される。

このようにして、ステップＳ３４におけるブローチ加工が終了すると、ステップＳ３５に進む。

ステップＳ３５において、歯車１１に対して研削加工を行う。歯車の研削加工は、一般的な技術であるので、説明を省略する。

最後に、ステップＳ４において、ワークＷを洗浄することで、ワークＷの加工が終了する。

このように、本実施形態のワークＷの加工方法では、仕上げ加工工程Ｓ３（ステップＳ３４）において、熱処理工程Ｓ２によってスプライン３に生じた変形部Ｄのみを削除するようにしているので、高速度鋼のブローチ工具４を使用することができる。

例えば、前加工工程Ｓ１において、仕上げ加工代を設けてスプライン３を形成し、その後、熱処理を行って、仕上げ加工を行う場合には、スプライン３にあらかじめ設けられた仕上げ加工代と熱処理によって生じた変形分を削除する必要がある。この場合には、仕上げ加工において、硬化されたワークＷのスプライン３部分の加工代が大きくなるため、高速度鋼のブローチ工具４では加工できず、超硬合金製のブローチ工具を使用する必要がある。

これに対し、本実施形態のワークＷの加工方法では、前加工工程Ｓ１において、スプライン３を最終的な仕上げ寸法に加工しているので、仕上げ加工工程Ｓ３（ステップＳ３４）においては、熱処理工程Ｓ２によって生じたスプライン３の変形部Ｄ（仕上げ寸法から外れてしまった分）のみを加工するだけでよい。よって、仕上げ加工工程Ｓ３（ステップＳ３４）において、超硬合金製のブローチ工具より安価な高速度鋼のブローチ工具４を用いてブローチ加工を行うことができる。これにより、スプライン３の加工に係るコストを低減することができる。

さらに、仕上げ加工工程Ｓ３（ステップＳ３４）におけるブローチ加工に使用するブローチ盤は、ステップＳ１３で使用した高速度鋼のブローチ工具を用いるブローチ盤を使用することができる。これにより、超硬合金製のブローチ工具を使用するために、別途ブローチ盤を用意する必要がない。よって、スプライン３の加工に係るコストを低減することができる。

なお、上記実施形態では、前加工工程Ｓ１において、スプライン３を仕上げ代を設けることなく、最終的な仕上げ寸法になるように加工しているものとしたが、例えば、前加工工程Ｓ１において、スプライン３を熱処理工程Ｓ２によって生じる変形を考慮した寸法になるように加工してもよい。この場合には、ステップＳ３４において、熱処理工程Ｓ２によって生じた仕上げ寸法の公差から外れた変形部Ｄの量が少なくなる。これにより、仕上げ加工工程Ｓ３（ステップＳ３４）のブローチ加工における切削量をより小さくできるので、ブローチ工具４の寿命をより長くできる。

以上のように構成された本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。

（１）ワークＷの加工方法は、ワークＷに貫通孔２（孔）を設け、貫通孔２（孔）の内面にスプライン３を形成する前加工工程Ｓ１と、スプライン３が形成されたワークＷに熱処理を施す熱処理工程Ｓ２と、熱処理工程Ｓ２によって生じたスプライン３の変形部Ｄを、材質が高速度鋼であって、切れ刃のすくい角θが鈍角のブローチ工具４を用いて削除する仕上げ加工工程Ｓ３と、を有する。

この構成では、仕上げ加工工程Ｓ３において、熱処理工程Ｓ２によってスプライン３に生じた変形部Ｄを削除するようにしているので、超硬合金製のブローチ工具より安価な高速度鋼のブローチ工具４を用いてブローチ加工を行うことができる。これにより、スプライン３の加工に係るコストを低減することができる。

また、この構成では、ブローチ工具４の切れ刃のすくい角θを鈍角にしているので、刃先の剛性が高められ、ブローチ工具４の耐久性が向上する。これにより、スプライン３の加工に係るコストを低減することができる。

さらに、孔径の小さなものに対応する超硬合金製のブローチ工具４を製作することは難しいが、孔径の小さなものに対応する高速度鋼のブローチ工具４を製作することは比較的容易である。したがって、高速度鋼のブローチ工具４を使用することにより、スプライン３の設計の自由度が向上する。

（２）ワークＷの加工方法では、前加工工程Ｓ１において、スプライン３を最終的な仕上げ寸法に加工する。

この構成によれば、前加工工程Ｓ１において、スプライン３を最終的な仕上げ寸法に加工しておくことで、仕上げ加工工程Ｓ３においては、スプライン３の仕上げ寸法から外れてしまった分のみを加工するだけでよい。これにより、ブローチ工具４の負荷を小さくできる。

（３）ワークＷの加工方法では、スプライン３は、ワークＷにおける所定の肉厚を有する第１本体部１ａと、第１本体部１ａよりも肉厚の薄い第２本体部１ｂと、に渡って形成さる。変形部Ｄは、第１本体部１ａから第２本体部１ｂに向かって縮径するテーパ状の変形である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

上記実施形態では、ワークＷが車両に搭載される減速機の動力伝達を構成する歯車である場合を例に説明したが、これに限らず、上記実施形態の加工方法は、どのような用途の部品にも適用できる。

また、上記実施形態では、スプライン３が、貫通孔２に形成されている場合を例に説明したが、スプライン３は、貫通していない孔（一端が閉塞している孔）に形成されていてもよい。

１ 本体
１ａ 第１本体部
１ｂ 第２本体部
２ 貫通孔
３ スプライン
４ ブローチ工具
１１ 歯車

Claims (3)

1. ワークの加工方法であって、
   前記ワークに孔を設け、前記孔の内面にスプラインを形成する前加工工程と、
   前記スプラインが形成された前記ワークに熱処理を施す熱処理工程と、
   前記熱処理工程によって生じた前記スプラインの変形部を、材質が高速度鋼であって、切れ刃のすくい角が鈍角のブローチ工具を用いて削除する仕上げ加工工程と、を有するワークの加工方法。
2. 請求項１に記載されたワークの加工方法であって、
   前記前加工工程において、前記スプラインを最終的な仕上げ寸法に加工するワークの加工方法。
3. 請求項１または２に記載されたワークの加工方法であって、
   前記スプラインは、前記ワークにおける所定の肉厚を有する第１本体部と、前記第１本体部よりも肉厚の薄い第２本体部と、に渡って形成され、
   前記変形部は、前記第１本体部から前記第２本体部に向かって縮径するテーパ状の変形であるワークの加工方法。

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