JP4165679B2

JP4165679B2 - 可撓性外歯歯車の表面硬化方法

Info

Publication number: JP4165679B2
Application number: JP23209999A
Authority: JP
Inventors: 優小林
Original assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Current assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Priority date: 1999-08-19
Filing date: 1999-08-19
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2019-08-19
Also published as: JP2001059153A

Description

【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、さらに詳しくは、薄くて、しかも厚さの異なる部分が備わっている撓み噛み合い式歯車装置の可撓性外歯歯車の表面を処理するのに適した表面硬化方法に関する。
【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３１、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５１１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】
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撓み噛み合い式歯車装置の可撓性外歯歯車の表面処理を、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、本発明は撓み噛み合い式歯車装置の可撓性外歯歯車の表面硬化方法において、
前記可撓性外歯歯車は、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の外周面に形成されている外歯とを備え、全体として可撓性のある薄い金属部材であり、
前記可撓性外歯歯車の外側表面における前記外歯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、
次に、前記可撓性外歯歯車の前記外側表面の全体に対して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、すなわち外歯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、当該外歯の部分の表面が活性化されて、次に行われる窒化処理では、当該外歯の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ダイヤフラム、胴部よりも深くなる。また、ショットピーニングを行うことにより、当該外歯の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、薄いダイヤフラム、胴部における窒化層は、厚い外歯に比べて薄いので、当該ダイヤフラム、胴部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】
【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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
【表１】

【００２１】
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、Ｈｖ４００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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
（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。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の可撓性外歯歯車の表面硬化方法によれば、板厚の厚い外歯に対しては、窒化処理の前にショットピーニング加工を施し、板厚の薄いダイヤフラム、胴部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。
【００２６】
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、板厚の厚い外歯の表面には厚い窒化層を形成でき、逆に板厚の薄いダイヤフラム、胴部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ことができるとともに、板厚の薄い部分の脆弱化も防止できる。
【００２７】
さらには、板厚の厚い外歯にショットピ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

撓み噛み合い式歯車装置の可撓性外歯歯車の表面硬化方法において、
前記可撓性外歯歯車は、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、
前記可撓性外歯歯車の外側表面における前記外歯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、
次に、前記可撓性外歯歯車の前記外側表面の全体に対して窒化処理を施すことを特徴とする可撓性外歯歯車の表面硬化方法。