JP2888106B2 - 熱処理後の歯形寸法の矯正方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は熱処理後の歯形寸法の矯
正方法に関する。本発明方法は浸炭焼入層を備えた歯面
の寸法矯正に適用できる。

【０００２】

【従来の技術】産業界では、歯部を有する歯付部材が広
く利用されている。このものでは歯面の寸法精度を高め
るべく、しごき加工等により歯面の寸法を矯正する。ま
た産業界では、歯面にＨｖ５１３以上の表面硬化層を形
成した歯付部材も提供されている。このものでは、表面
硬化層が形成されているため、歯面が強化され歯面の損
耗等が防止される。このものでは歯面の寸法精度を高め
るにあたり、表面硬化層を形成する前の段階で、しごき
加工等により歯面の寸法を矯正している。その理由は、
表面硬化層を形成した後にしごき加工を行えば、表面硬
化層にクラックが生成され易くなり、品質確保の面で不
利であり、事実上製品とならないからである。

【０００３】しかしながらこのものでは歯面をせっかく
高精度に加工しても、表面硬化層を歯面に形成する熱処
理を行なえば、歯面の寸法が微小量ながら変動する。こ
のことは、歯面の設計要求精度がますます高精度、超高
精度になりつつある近年の歯付部材にとって好ましくな
い。例えば、表面硬化層として焼入浸炭層を形成する場
合には、焼入熱処理に伴い、歯面の内部組織がマルテン
サイト変態するので体積膨張を伴い、歯面の寸法が変動
するため、歯面の寸法精度の向上には限界がある。また
マルテンサイト変態に伴う膨張量を加味して歯面の加工
寸法を設定するにしても、寸法のばらつきを回避するに
は限界がある。

【０００４】また歯車の歯部の寸法矯正方法として、特
開昭６０−１１５３４２号公報に開示されている様に、
下部に歯車成形用歯型を上部にサイジング用歯型を配置
したダイスと、ダイス型に押入されるポンチとを用い、
素材をセットしたダイスにポンチを押入することによ
り、歯車成形用の歯型で素材に歯部を成形して歯車を形
成する工程と、ノックアウトピンでその歯車を持ち上げ
て歯車を歯車成形用歯型からサイジング用歯型に移行さ
せて、歯部の寸法をサイジング用歯型で矯正する方法が
知られている。

【０００５】しかしこの公報の矯正方法も、その歯車を
熱処理して歯面に浸炭焼入層等の表面硬化層を形成した
場合には、前述同様に熱処理に起因して歯部の歯面に寸
法変動が生じる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した実情
に鑑みなされたものであり、その目的は、熱処理により
形成した表面硬化層を備えた歯面を矯正するにあたり、
表面硬化層の損傷を防止しつつ歯面を矯正し、これによ
り表面硬化層を備えた歯面のしごき加工して寸法精度を
向上させ得る、熱処理後の歯形寸法の矯正方法を提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は上記した目的
のもとに、表面硬化層を備えた歯面の寸法矯正を行う形
態について鋭意開発を進めた。そして、歯面に表面硬化
層を形成した後の寸法矯正においては、歯部の軸長方向
に沿う材料流動が生じる様にしごき加工して寸法矯正す
ると、表面硬化層に引張応力が作用して表面硬化層にク
ラックが生成され易いこと、よって、歯部の軸長方向に
沿う材料流動を伴わない形態でしごき加工して矯正する
ことが望ましいこと、また、歯部の互いに背向する一対
の歯面を歯部の周方向において挟圧する様にしごき加工
すれば、軸長方向に沿う材料流動を回避し易いことを知
見した。本発明方法はこの知見に基づくものである。

【０００８】即ち、本発明の熱処理後の歯形寸法の矯正
方法は、本体部と本体部の内周面及び外周面の少なくと
も一方に突設され歯先面をもつ少なくとも２個の歯部と
歯部の根元同士を連設する歯底面とを有すると共に、本
体部の周方向において歯部の歯面が所定のしごき代をも
ち、かつ、しごき代を備えた歯面に硬度Ｈｖ５１３以上
の熱処理による表面硬化層を形成すると共に、歯部のう
ち表面硬化層よりも内側の母材部分を硬度Ｈｖ５００以
下とした歯付部材を用い、更に、本体部の歯部の形成さ
れていない側の内周面または外周面を拘束する第１拘束
面と、歯部の互いに背向する一対の歯面に対面して歯面
のしごき代をしごき加工するしごき加工面と、歯部の歯
先面との間に微小クリアランスを形成するクリアランス
形成面とをもつしごき型を用い、表面硬化層を備えかつ
しごき代を備えた歯部の互いに背向する一対の歯面をし
ごき型のしごき加工面で周方向において挟圧することに
より、歯面をしごき加工してしごき代を消失し、歯面の
寸法の矯正を行うことを特徴とするものである。

【０００９】本発明方法で用いる歯付部材の歯部として
は、歯車の歯、軸状部材のスプラインがある。歯付部材
の用途としては特に限定されず、例えば車両部品におい
てはインターミディエイトシャフト、デフサイドギヤが
代表的なものである。本発明方法の表面硬化層としては
浸炭焼入層が代表的なものである。表面硬化層の硬度は
Ｈｖ５１３〜９００程度が好ましい。表面硬化層の厚み
（深さ：Ｈｖ５１３以上の厚み）は０．２〜１．５ｍｍ
程度が好ましい。１．５ｍｍよりも厚いと、表面硬化層
よりも内側の母材部分の材料流動が阻害され、表面硬化
層にクラックが生成され易い。０．２ｍｍ未満では、し
ごき加工の加圧力に表面硬化層が耐えるのが困難とな
り、同様に表面硬化層にクラックが生成され易い。

【００１０】しごき代はＢＢＤ寸法に換算して０．１〜
０．３ｍｍ程度が好ましい。０．１ｍｍ未満であると、
しごき加工量が弾性変形で吸収され易くなり、満足でき
る寸法矯正効果が得られない。０．３ｍｍを越えると、
加工変形量が多くなり、表面硬化層にクラックが生成さ
れ易い。ここでＢＢＤ寸法は歯部の精度検出のために通
常使用されるものであり、（Ｂｅｔｗｅｅｎ Ｂａｌｌ
Ｄｉａｍｅｔｅｒ）の略記であり、隣設する歯部の歯
面と歯部の歯面との空間にそれぞれ硬球を配置した状態
において、隣設する硬球の芯間の距離を意味する。

【００１１】

【作用】表面硬化層を備えかつしごき代を備えた互いに
背向する一対の歯面は、しごき型のしごき加工面により
しごき加工され、従って、歯部は本体部の周方向に挟圧
される。よって、しごき代は消失して歯面は寸法矯正さ
れる。この際には、歯部のうち表面硬化層よりも内側の
母材部分の材料は、実質的には軸長方向には流動せず、
クリアランス形成面で規定されたクリアランスに向け
て、即ち半径方向に流動する。

【００１２】

【実施例】以下、本発明方法の実施例を説明する。図１
及び図２に歯付部材１をしごき加工する際の断面が模式
的に示されている。歯付部材１は冷間鍛造により成形さ
れたものである。歯付部材１は、軸状の本体部１０と、
本体部１０に連設され中央孔１１ａを備えた筒部１１
と、筒部１１の内周面に突設された歯部１２とを有す
る。

【００１３】歯部１２は、筒部１１の周方向つまり矢印
Ｐ１方向にそって所定間隔を隔てて多数個突設されてお
り、インボリュートスプラインを構成するものである。
なお歯付部材１の材質はクロムモリブデン鋼（ＳＣＭ４
２０）である。図３に熱処理前の１個の歯部１２の拡大
図を示す。図３に示す様に歯部１２は、インボリュート
曲線で規定された互いに背向する一対の歯面１５と、歯
面１５同士の内先端を連設する歯先面１６と、隣設する
歯部１２の根元同士を連設する歯底面１７とを備えてい
る。図３に×印で規定されているしごき代１９が歯面１
５に設けられている。従って、しごき代１９を備えた歯
部１２の周方向つまり矢印Ｐ１方向における厚みは、し
ごき代１９に相当するぶん、最終製品よりも寸法が大き
く設定されている。

【００１４】しごき代１９は、ＢＢＤ寸法（球の直径２
ｍｍ）に換算して０．１〜０．３ｍｍ程度とされてい
る。ここでしごき代１９の厚みが０．１ｍｍ未満である
と、しごき加工量が弾性変形で吸収され易くなり、満足
できる寸法矯正効果が得られない。しごき代１９の厚み
が０．３ｍｍを越えると、加工変形量が多くなり、表面
硬化層にクラックが生成され易い。

【００１５】本実施例では、表面硬化熱処理としての浸
炭焼入処理を行い、表面硬化層としての浸炭焼入層２０
（図４に太線で示す）を歯付部材１の全表面に形成す
る。浸炭焼入層２０は、その厚みが０．２〜１．５ｍｍ
程度であり、硬度がＨｖ５１３〜９００程度である。な
お浸炭焼入層２０の厚みはＨｖ５１３の硬度をもつ領域
により決定した。浸炭焼入層２０よりも内側の母材部分
の硬度はＨｖ５００以下、具体的にはＨｖ４３０〜４５
０程度である。

【００１６】図１及び図２は、本実施例で用いるしごき
型３を示す。しごき型３は、ダイス３０とガイド部３１
ｘをもつマンドレル３１とノックアウト３２とを備えて
いる。図４に示す様にダイス３０は、歯付部材１の外周
面１ｃに密接して外周面１ｃを拘束するリング状の第１
拘束面３５を有する。マンドレル３１は、歯部１２の歯
面１５に対面して歯面１５のしごき代１９をしごき加工
するしごき加工面３６を有する。しごき加工面３６は、
歯面１５のしごき加工を可能にしている。即ち、しごき
加工面３６のうち上部側は図４に示すしごき加工面３６
Ａとされ、しごき加工面３６Ａ間の間隔は広い。またし
ごき加工面３６のうち下部側は図５に示すしごき加工面
３６Ｂとされ、しごき加工面３６Ｂの間隔は狭い。なお
図４及び図５において間隔差は、理解を容易にするため
誇張されて描かれている。

【００１７】図４に示す様にマンドレル３１は、第１ク
リアランス形成面４２及び第２クリアランス形成面４６
を有する。第１クリアランス形成面４２は、歯付部材１
の歯部１２の歯先面１６との間に微小クリアランス４０
を形成する。第２クリアランス形成面４６は、歯付部材
１の歯底面１７との間に微小クリアランス４４を形成す
る。既述した微小クリアランス４０、４４は具体的には
０．０５ｍｍ〜０．１０ｍｍ程度にされている。クリア
ランス４０、４４は微小のため、図４ではクリアランス
４０、４４の隙間の大きさは図面上記載されていない。

【００１８】さて本実施例では寸法矯正の際には図１に
示す様に歯付部材１の中央孔１１ａをマンドレル３１の
上端部のガイド部３１ｘに嵌合すると共に、ダイス３０
の第１拘束面３５で歯付部材１の外周面１ｃを拘束す
る。この状態は図４に対応している。次にメカニカルプ
レス機で歯付部材１を図２に示す矢印Ｙ１方向に強圧し
て下降させる。この結果、図４から理解できる様に互い
に背向する一対の歯面１５は、マンドレル３１のしごき
加工面３６で矢印Ｅ１方向に強圧され、その結果周方向
つまり矢印Ｐ１方向において挟圧される。従って図４と
図５との比較から理解できる様に、しごき代１９が消失
する様に歯面１５はしごき加工され、これにより歯面１
５の寸法の矯正が行われる。

【００１９】この様に矯正される際には、浸炭焼入層２
０にはこれの厚み方向に圧縮力が作用する。更に、歯部
１２のうち浸炭焼入層２０よりも内側の硬度の低い母材
部分がクリアランス４０を埋める方向につまり半径方向
（矢印Ｋ１方向）に流動する。従って、図４に模式的に
示す様に矯正前の歯部１２の仮想円Ｎ１は、矯正した後
においては、図５に示す様に本体部１０の半径方向（矢
印Ｋ１方向）にのびて仮想長円Ｎ２となる。

【００２０】更に互いに背向する一対の歯面１５が狭圧
されると、硬度の低い母材部分は周方向（矢印Ｐ１方
向）にそって、換言すれば、クリアランス４４を埋める
方向にも流動すると考えられる。従って本実施例ではし
ごき加工に伴う材料移動はクリアランス４０、４４で吸
収されるので、筒部１１の軸長方向に沿う流動は基本的
には発生しないし、仮に発生しても極微量であり、浸炭
焼入層２０にクラックを形成する程の引張応力が作用す
ることはない。

【００２１】上記の様にしてしごき加工を行ったら、ノ
ックアウト３２を上昇させて歯付部材１を外す。なお、
歯面１５以外の部位、例えば外周面１ｃや歯底面１７に
もしごき代を与えた場合には、そのしごき代の量にもよ
るが、一般的にはしごかれた材料の行き場が半径方向や
周方向にないため、筒部１１の軸長方向にそって流動せ
ざるを得ず、従って引張応力が作用して浸炭焼入層２０
にクラックが形成されてしまう。

【００２２】ここで本実施例では、インボリュートスプ
ラインを構成する歯部１２は、最終製品の目標寸法とし
ては、歯底面１７の径である大径が２８．３５ｍｍ、歯
先面１６の径である小径が２６．４０ｍｍ、基準ピッチ
円直径が２７．００ｍｍ、基準円直径が１９．０９ｍ
ｍ、ＢＢＤ寸法が２３．８５ｍｍであり、モジュールが
１．０、圧力角４５°、歯数２７に設定されている。

【００２３】次に、上記した様に歯面１５が寸法矯正さ
れた歯付部材１の使用状態の要部を図６に示す。図６か
ら理解できる様に、歯付部材１の歯部１２の歯面１５は
相手部材７の歯部７１の歯面７２に密着してトルク伝達
に供せられる。上記した様に本実施例では歯面１５間の
寸法は矯正されるので高精度に維持される。しかしその
反面、材料流動をクリアランス４０、４４で吸収するた
め歯先面１６や歯底面１７の寸法の精度が高精度に維持
されないおそれがある。この点本実施例では図６から理
解できる様に、歯付部材１の使用状態においては歯付部
材１の歯先面１６と相手部材７の面７３との間には微小
隙間７３ｃが形成され、同様に歯付部材１の歯底面１７
と相手部材７の面７５との間には微小隙間７５ｃが形成
されるので、万一、歯先面１６及び歯底面１７の寸法が
高精度に維持されない場合であっても、支障はない。

【００２４】（試験）上記した実施例において寸法矯正
した効果を図７に示す。図７に示す様に冷間鍛造後のＢ
ＢＤ寸法のばらつき（６σ）は０．０７ｍｍ程度であ
る。そして熱処理により浸炭焼入層２０を形成した後に
は、ＢＢＤ寸法のばらつき（６σ）は０．１５ｍｍとか
なり増大した。しかし寸法矯正した後ではＢＢＤ寸法の
ばらつき（６σ）は０．１０ｍｍと減少していた。即
ち、寸法矯正により寸法精度が０．０５ｍｍ程度向上し
ているのが確認された。なお、測定個数は５である。

【００２５】（他の例）上記した例では歯付部材１の内
周面に形成されている歯部１２の歯面１５の矯正につい
て説明したが、これに限らず、歯付部材の外周面に形成
されている歯部の歯面の矯正についても適用することも
できる。

【００２６】

【発明の効果】本発明方法によれば、熱処理により表面
硬化層を歯面に形成した後に歯面の寸法矯正を行うに際
して、表面硬化層におけるクラック発生を抑えつつ、歯
面の寸法を矯正できる。従って表面硬化層を良好に維持
しつつ歯面の寸法精度を向上させ得る。従って歯面の高
精度化、超高精度化に有利である。よって、表面硬化層
を備えた歯付部品の駆動の際における振動抑制、騒音抑
制等の面から、歯面の設計要求精度がますます要請され
るニーズに適応できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】しごき型に歯付部材をセットした状態を示す縦
断面図である。

【図２】しごき型で歯付部材をしごき加工した後の状態
を示す縦断面図である。

【図３】しごき加工する前のしごき代を有する歯部付近
の拡大平面図である。

【図４】しごき型で歯付部材をしごき加工を開始する前
の状態を示す拡大横断面図である。

【図５】しごき型で歯付部材をしごき加工した後の状態
を示す拡大横断面図である。

【図６】矯正後の歯付部材の歯部が相手部材と噛み合っ
ている状態の要部を示す拡大横断面図である。

【図７】矯正の効果を示すグラフである。

【符号の説明】

図中、１は歯付部材、１０は本体部、１１は筒部、１２
は歯部、１５は歯面、１６は歯先面、１７は歯底面、２
０は浸炭焼入層、３５は第１拘束面、３１はマンドレ
ル、３６はしごき加工面、４２及び４６はクリアランス
形成面を示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】本体部と本体部の内周面及び外周面の少な
   くとも一方に突設され歯先面をもつ少なくとも２個の歯
   部と該歯部の根元同士を連設する歯底面とを有すると共
   に、該本体部の周方向において該歯部の歯面が所定のし
   ごき代をもち、かつ、該しごき代を備えた該歯面に硬度
   Ｈｖ５１３以上の熱処理による表面硬化層を形成すると
   共に、該歯部のうち該表面硬化層よりも内側の母材部分
   を硬度Ｈｖ５００以下とした歯付部材を用い、更に、 該本体部の歯部の形成されていない側の内周面または外
   周面を拘束する第１拘束面と、該歯部の互いに背向する
   一対の歯面に対面して該歯面の該しごき代をしごき加工
   するしごき加工面と、該歯部の歯先面との間に微小クリ
   アランスを形成するクリアランス形成面とをもつしごき
   型を用い、 該表面硬化層を備えかつ該しごき代を備えた該歯部の互
   いに背向する一対の歯面をしごき型のしごき加工面で該
   周方向において挟圧することにより、該歯面をしごき加
   工してしごき代を消失し、該歯面の寸法の矯正を行うこ
   とを特徴とする熱処理後の歯形寸法の矯正方法。