JP4330142B2 - 高硬度内歯車用超硬ソリッドシェービングカッタを使用したシェービングカッタ加工方法 - Google Patents

Description

本発明は歯部熱処理（焼き入れ）硬度 Hrc50〜Hrc62 をもつインボリュート歯形高硬度内歯車の歯面仕上げ用の丸形シェービングカッタを使用したシェービングカッタ加工方法に関する。

従来のインボリュート歯形内歯車の歯部は、通常熱処理（焼き入れ）前にブローチ加工又はギヤシェーパ加工により形成される。これらの段階で、歯車個々の歯形諸元の形状に殆ど形成され、歯車としての機能を有することになる。一方歯車の用途として、例えば高速回転仕様、高負荷回転仕様などでは、歯部対の噛み合い振動、騒音、耐久性が重要品質となり、歯車として、より高精度に仕立てねばならなくなる。また歯車は機能保証のため熱処理が施されるが、その結果、熱処理変形という厄介な生産技術的問題を発生する。したがって熱処理前（生素材）で高精度に加工しても熱処理変形により、精度低下を招いてしまう。さらには、省資源、省エネルギーなどの目的で歯車の軽量化、薄肉化指向へと変化してきており、必然的に熱処理変形量が大きくなってきている。そのため、高品質を要求される歯車は、完成精度保証のため、熱処理後の歯面仕上げ加工が要求されるようになってきている。このことは、外歯車ではいまや常識となっているが、内歯車においては適した加工法がなく、熱処理前の品質向上および熱処理変形量の縮減で対処するしかなかった。

一般に歯車の歯面仕上げの工程タイミングは、熱処理前のケースと熱処理後のケースとがあり、用途や機能の重要度で選択される。表１に歯車の種類別、工程別の加工法をまとめた。表１からわかる通り、内歯車の熱処理後仕上げ加工法は多く挙げられず、従来、殆どは熱処理変形をもったまま完成歯車として使用されてきた。最近、ようやく歯たけの低いスプライン穴の焼き入れ後仕上げ用のハードブローチが開発され実用化されてきたが、はすば内歯車や並歯、高歯などの回転歯車への展開は現在未開発である。
特開昭５２−８９８８８号公報 特開昭５２−１１６９９７号公報

シェービング加工は高能率な工法であり、かつ使い慣れた工法でもあるが、課題は焼き入れされた歯車のシェービング加工となるため、シェービングカッタ切刃の食い付き性、耐磨性および耐チツピング性（靱性）を確保することにある。図４に示す、ワークである内歯車の斜視図でみて、焼き入れされた内歯車２の歯面３の硬度はHrc50 〜Hrc62 となるため、硬度Hrc65 前後の高速度工具鋼では工具材料としての機能を満たせない。そこで、工具材としての機能さらには機械加工性および研削性などの観点から、シェービングカッタ材として超硬材が考えられ、特許文献１又は特許文献２に記載のものでは、シェービングカッタの歯部のみを超硬材とし、普通の合金鋼の本体に蝋付け又はクランプ機構により結合したものが開示されている。しかし、特許文献１又は特許文献２のものでは、超硬材刃部と普通の合金鋼の本体は単品で別製作し、その後、蝋付け等でカッタ完成となるため、完成精度が不安定でかつ歯部そのものが剛性不足となり、切刃が内歯車歯面に食いつくよう、十分に噛み合い点面圧を高めることができず、自動車用歯車のような、高精度な機能を要求される仕上げ用には不適であり、一般のインボリュート歯形内歯車の歯面仕上げ用には、超硬材のシェービングカッタは実用化されなかった。

本発明の課題は、特許文献１又は特許文献２記載の上記蝋付け方式等の欠点を解決した、熱処理でHrc50 〜Hrc62 に硬度上げされたインボリュート歯形内歯車歯面を仕上加工できるように、完成精度が安定し、歯部に十分な剛性があり、切刃が内歯車歯面に食いつくよう、十分に噛み合い点面圧を高めることができる、高硬度内歯車用超硬ソリッドシェービングカッタを使用したシェービングカッタ加工方法を提供することにある。

このため本発明によると、インボリュート歯形高硬度内歯車の歯面仕上げ用丸形シェービングカッタにおいて、
歯部及び本体が超硬材で構成され、かつ同一種超硬材のみによる一体構造とし、
前記歯部の全切刃の切刃すくい角が、−２０°以上−８°未満であり、かつ
前記切刃の溝幅と山幅の比（溝幅／山幅）が、２．５〜４．０の範囲としたことを特徴とする高硬度内歯車用超硬ソリッドシェービングカッタを使用したシェービングカッタ加工方法によって上述の本発明の課題を解決した。

本発明では、特許文献１又は特許文献２記載の上記蝋付け方式等の欠点を解決するため超硬材による歯部と本体の一体構造化を図り、歯部及び本体が同一種超硬材のみで構成され、かつ一体構造であることにより、完成精度が安定し、歯部に十分な剛性があり、切刃が内歯車歯面に食いつくよう、十分に噛み合い点面圧を高めることができることにより、熱処理でHrc50 〜Hrc62 に硬度上げされた内歯車歯面を仕上加工できるインボリュート歯形高硬度内歯車の歯面仕上げ用丸形シェービングカッタを使用したシェービングカッタ加工方法を提供するものとなった。

超硬材は高速度工具鋼に比較して靱性が低く、欠け易い特性をもつことから、刃欠け防止対策として、歯部の全切刃に−２０°以上−８°未満のすくい角を与えて鈍角形状とし、刃先強度を増した。切刃のすくい角が−８°未満の小さいマイナス角度では刃欠けが起きやすく、切刃のすくい角が−２０°以上のより大きいマイナス角度では切れが悪くなるので、−２０°以上−８°未満に限定した。
歯車歯面から切屑を出すには、カッタ切刃は歯車歯面に食いつかねばならず、噛み合い点面圧を従来の生加工以上に高める必要がある。その方策として前記切刃の溝幅と山幅の比（溝幅／山幅）が、２．５〜４．０の範囲になるよう大きくした。山幅の比が２．５未満では切粉がつまり易くなり、４．０を越えて大きいときは噛み合い点面圧を十分に高められないので、山幅の比を２．５〜４．０の範囲に限定した。

本発明を実施するための最良の形態につき、図面を参照して説明する。図１は本発明のシェービングカッタ加工方法に使用するインボリュート歯形高硬度内歯車の歯面仕上げ用丸形シェービングカッタの斜視図で示し、該インボリュート歯形高硬度内歯車の歯面仕上げ用丸形シェービングカッタ４において、本発明では、歯部８及び本体９を同一種超硬材のみで構成し、かつ一体構造化することにより、完成精度が安定し、歯部に十分な剛性があり、切刃が内歯車歯面に食いつくよう、十分に噛み合い点面圧を高めることができることにより、熱処理でHrc50 〜Hrc62 に硬度上げされた内歯車歯面を仕上加工できるインボリュート歯形高硬度内歯車の歯面仕上げ用丸形シェービングカッタを使用したシェービングカッタ加工方法を提供するものとなった。

図２は本発明を実施するための最良の形態の図１の上面から見た切刃外周面７の要部拡大図で、超硬材は高速度工具鋼に比較して靱性が低く、欠け易い特性をもつことから、刃欠け防止対策として、歯部８の全切刃５、５に−２０°以上−８°未満のすくい角を与えて鈍角形状とし、刃先強度を増した。ワークの歯車歯面３（図４）から切屑を出すには、カッタ切刃は歯車歯面に食いつかねばならず、噛み合い点面圧を従来の生加工以上に高める必要がある。このため、図２に示すように、切刃５の溝幅１２と山幅１４の比（溝幅／山幅）が、２．５〜４．０の範囲になるよう大きくし、従来の高速度工具鋼製シェービングカッタの溝幅と山幅の比（溝幅／山幅）が、１．５〜１．８５７であるものに対し大きくした。

表２（ａ）に示すような、ワーク歯車諸元の内歯車を、表２（ｂ）に示すような諸元の、本発明品の超硬材製インボリュート歯形内歯車の歯面仕上げ用丸形シェービングカッタを使用して、シェービング仕上げ加工を行い、被加工物ワークにつき、熱処理前のブローチ加工後、熱処理直後のシェービング仕上げ加工前、及び熱処理後に行ったシェービング仕上げ加工後、のそれぞれにつき全歯測定を行い、平均値による評価をおこなった。その結果を表３に示す。

表３に示す実施例１の結果に見られるように、被削物ワークは焼き入れ歯車であるため、図３（ａ）でみて、一旦変形した歯形１５や歯すじ１６の全体形状の修復効果は低いが、熱処理後のシェービング仕上げ加工後でみると、シェービング加工特有のバニシュ作用により、歯形１５や歯すじ１６の凹凸や歯面粗さの改善には充分な狙い通りの効果が認められた。そして、熱処理前のブローチ加工後の精度に対し、熱処理で一旦精度レベル低下を招いているが、本発明の超硬シェービング加工によって精度が回復し狙い通りの効果を得ることができた。図３（ｂ）の１０で測定する、シェービング代は、0.033mm ／BBD であり、焼き入れ歯車であったが、歯厚換算で0.012mm といった取り代を得ることができた。

〔本発明の最良の実施形態の効果〕

本発明の最良の実施形態では、特許文献１又は特許文献２記載の上記蝋付け方式等の欠点を解決するため超硬材による歯部と本体の一体構造化を図り、歯部及び本体が同一種超硬材のみで構成され、かつ一体構造であることにより、完成精度が安定し、歯部に十分な剛性があり、切刃が内歯車歯面に食いつくよう、十分に噛み合い点面圧を高めることができることにより、熱処理でHrc50 〜Hrc62 に硬度上げされた内歯車歯面を仕上加工できるインボリュート歯形高硬度内歯車の歯面仕上げ用丸形シェービングカッタを使用したシェービングカッタ加工方法を提供するものとなった。

超硬材は高速度工具鋼に比較して靱性が低く、欠け易い特性をもつことから、刃欠け防止対策として、歯部の全切刃に−２０°以上−８°未満のすくい角を与えて鈍角形状とし、刃先強度を増した。切刃のすくい角が−８°未満の小さいマイナス角度では刃欠けが起きやすく、切刃のすくい角が−２０°以上のより大きいマイナス角度では切れが悪くなるので、−２０°以上−８°未満に限定した。
歯車歯面から切屑を出すには、カッタ切刃は歯車歯面に食いつかねばならず、噛み合い点面圧を従来の生加工以上に高める必要がある。このため、図２に示すように、切刃５の溝幅１２と山幅１４の比（溝幅／山幅）が、２．５〜４．０の範囲になるよう大きくし、従来の高速度工具鋼製シェービングカッタの溝幅と山幅の比（溝幅／山幅）が、１．５〜１．８５７であるものに対し大きくした。山幅の比が２．５未満では切粉がつまり易くなり、４．０を越えて大きいときは噛み合い点面圧を十分に高められないので、山幅の比を２．５〜４．０の範囲に限定した。

本発明のシェービングカッタ加工方法に使用するインボリュート歯形高硬度内歯車の歯面仕上げ用丸形シェービングカッタの斜視図を示す。 は本発明を実施するための最良の形態の図１の上面から見た切刃外周面７の要部拡大図を示す。 （ａ）は図４のワークである内歯車の歯形１５や歯すじ１６を示す部分要部拡大図、（ｂ）は本発明の超硬シェービング加工による、ワークである内歯車のシェービング代の測定方法を示す説明図である。 ワークである内歯車の斜視図である。

４：シェービングカッタ ５：切刃
８：歯部 ９：本体
１０：歯部８の切刃５のすくい角
１２：切刃の溝幅
１４：切刃の山幅

Claims (1)

1. インボリュート歯形高硬度内歯車の歯面仕上げ用丸形シェービングカッタにおいて、
   歯部及び本体が超硬材で構成され、かつ同一種超硬材のみによる一体構造とし、
   前記歯部の全切刃の切刃すくい角が、−２０°以上−８°未満であり、かつ
   前記切刃の溝幅と山幅の比（溝幅／山幅）が、２．５〜４．０の範囲としたことを特徴とする高硬度内歯車用超硬ソリッドシェービングカッタを使用したシェービングカッタ加工方法。

Images