JP4604102B2 - ハス歯歯車の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ハス歯歯車を精度良く製造できるハス歯歯車の製造方法、並びに、噛み合い状態の変動が少ないハス歯歯車に関する。

従来の高い精度をもつ歯車を製造する方法として、ブランクから切削加工にて大まかな形状を作成した後、転造により歯面を精度良く形成する方法が知られている（特許文献１）。
特開平９-３０８９３４号公報

ところで、歯車の歯面を転造により成形すると、噛み合いの変動に従い転造に要する荷重も変動する。その変動が大きくなると塑性加工の面圧の変動も大きくなって歯面にうねりが生じるおそれがある。ハス歯歯車では、そのギヤ諸元や歯幅の大きさを決定すると噛み合いの変動も一義的に決定され、その変動の程度を制御するためには歯車幅などの歯車諸元や歯幅を変更することが必要になっており、それらの変更は大規模な設計変更につながり望ましくない。例えば、歯車幅の増大は重量・コストの面で不利となり、歯車幅の短縮は必要強度の確保が困難になることが挙げられる。

本発明は上記実情に鑑みなされたものであり、ハス歯歯車を精度良く製造できるハス歯歯車の製造方法を提供することを解決すべき課題とする。

更に、上記発明を完成する過程において、噛み合い状態の変動が少ないハス歯歯車を得ることが可能になった。

本発明は上記実情に鑑みなされたものであり、噛み合い状態の変動が少ないハス歯歯車を提供することを解決すべき課題とする。

上記課題を解決する請求項１に係るハス歯歯車の製造方法の特徴は、ブランクの外周面に歯切りを行い粗加工歯車を形成する歯切り工程と、
前記粗加工歯車の粗加工歯面に対し転造型を押圧することにより歯面を形成する歯面形成工程と、を有する歯車の製造方法であって、
前記歯切り工程で前記粗加工歯面を加工し前記粗加工歯面の歯幅方向の両端部分を引っ込めることで、前記粗加工歯面が前記転造型にて塑性変形を受ける部分の歯幅方向における長さ（加工部分長さ）を、前記粗加工歯面の歯幅の長さよりも短くし、
前記加工部分長さは、前記粗加工歯面と前記転造型とが接触して前記粗加工歯面が塑性加工される塑性加工母線の長さの和の経時的変動がその長さの和の最大値を基準として１０％以下になるように決定されることにある。

上記課題を解決する請求項２に係るハス歯歯車の製造方法の特徴は、請求項１において、前記加工部分長さが、前記粗加工歯面と前記転造型とが接触して前記粗加工歯面が塑性加工される塑性加工母線の長さの和が常に等しくなるように決定されることにある。

上記課題を解決する請求項３に係るハス歯歯車の製造方法の特徴は、請求項１又は２において、前記粗加工歯面が歯幅方向にクラウニングが付与されていることにある。

上記課題を解決する請求項４に係るハス歯歯車の製造方法の特徴は、請求項３において、前記クラウニングの前記歯幅方向における曲率が前記転造型の歯幅方向における曲率よりも大きいことにある。

上記課題を解決する請求項５に係るハス歯歯車の製造方法の特徴は、請求項３又は４において、前記加工部分長さが前記クラウニングの曲率の変化により決定することにある。

上記のように構成した請求項１に係るハス歯歯車の製造方法においては、加工部分長さを歯幅よりも短くすることにより、粗加工歯車の粗加工歯面と転造型との噛み合いの変動がより小さくなるように調節することが、ハス歯歯車の諸元や歯車幅を変更しなくても可能になるという効果がある。

そして、塑性加工母線の長さの和の経時的変動がその最大値を基準として所定範囲（１０％）以下に収まるように加工部分長さを調節することにより、噛み合いの変動を抑制し、うねりの発生を抑えることができる。

図を用いて具体的に説明を行う。ハス歯歯車の歯面（粗加工歯面）に対して転造型にて行う成形は、図１（ａ）に示すように、最初に転造型（図略）が接して塑性加工が進行する部分（塑性加工が進行する最先の部位）は、点Ａから点Ｄに向けて、順次、線状の部位（塑性加工母線）となって進行する。点Ａから点Ｂまではその塑性加工母線の長さは点Ａから点Ｂに至るまで０から順次大きくなっていく。点Ｂに到達すると、塑性加工母線の長さは点Ｃに至るまで一定になり、この長さが１つの歯面における塑性加工母線の長さの最大値となる。そして、点Ｃから点Ｄまでは塑性加工母線の長さは短くなっていき、点Ｄに達すると０になり、その転造型によるその１つの歯面の塑性加工（転造）は終了する。従って、１つの粗加工歯面について転造によって塑性加工が進行する部分である塑性加工母線の長さは図１（ｂ）で示すように点Ａから点Ｄに向けて経時的に変化することになる。

ここで、ハス歯歯車は隣接する複数の歯において同時に噛み合うことができることを特徴とする。従って、その歯面を成形する場合にも隣接する複数の粗加工歯面に対して同時に転造型が当接して塑性加工を行うものである。例えば、図２に示すように、歯Ｓ１から歯Ｓ２・・・、歯Ｓ５・・・といった順番にて転造が行われるハス歯歯車について説明を行うと、歯Ｓ１の歯面について加工を行うときに隣接する歯Ｓ２の歯面についても加工が開始されるタイミングαがあり、その後、更に次に隣接する歯Ｓ３についても加工が開始されるタイミングβがある。タイミングβにおいては歯Ｓ１〜歯Ｓ３まで３つの歯における粗加工歯面が同時に転造型で塑性加工されることになる。各々の歯Ｓ１〜Ｓ３においても図１で示すような塑性加工母線の長さの変動があり、それぞれの長さの和は図２の上段に示すように最大値（Ｋｍａｘ）から変動幅（ΔＫ）だけ変動することになる。この塑性加工母線の長さはそのまま転造により塑性加工される部位の面積に対応するものであり、塑性加工母線の長さが変動すると塑性加工される部位における面圧が変動することになり、その変動に応じたうねりが成形された歯面上に生じることになる。

この変動の大きさ及び変動が生じる時間は、それぞれの歯Ｓ１〜Ｓ３において、塑性加工母線の変動を制御することにより変化させることができる。

従来技術においては、前述したように、この塑性加工母線の最大値の大きさは、歯幅や諸元に応じて一義的に決定されており、その変更は容易ではなかった。具体的に例を挙げて説明すると、従来技術のハス歯歯車の製造方法においては、図４に示すように歯幅Ｗと転造にて加工を行う幅Ｔ’（加工部分長さ）とは一致しており、歯幅Ｗが決定されると、一義的に加工部分長さＴ’も決定されることになるからである。

本発明の製造方法においては、図３に示すように、加工部分長さＴを歯幅Ｗよりも短くすることにより、塑性加工母線の長さの変動を制御することが可能になって、同時に転造型が当接する塑性加工母線の長さの和の変動の程度を目的とする範囲に収めることができることになる。必要とあれば、請求項２に係る製造方法のように、その変動を無くし、塑性加工母線の長さの和が常に等しくなるようにすることも可能である。

加工部分長さを調節する方法としては、請求項３のように、粗加工歯面が歯幅方向にクラウニングが付与されている形態とすることにより、粗加工歯面の形成が容易になる。クラウニングによる以外にもレリービングによるものも考えられるが、加工の容易さの観点からはクラウニングが望ましい。また、クラウニングを付与することで、転造型による塑性変形の大きさ（潰し代）が歯幅方向において同程度にすることが可能になって１つの歯面内におけるうねりの発生を更に抑制できる。

上記のように構成した請求項４及び５に係るハス歯歯車の製造方法においては、クラウニングの歯幅方向における曲率が転造型の歯幅方向における曲率よりも大きくすることにより、簡単に加工部分長さを調節することができる。

本発明のハス歯歯車及びその製造方法について以下詳細に説明を行う。

本実施形態のハス歯歯車の製造方法は歯切り工程と歯面形成工程とその他必要な工程とを有する。なお、本発明方法は原理上、歯すじが斜めである歯車に適用できるため、本明細書中における「ハス歯歯車」には、かさ歯車を含むものとする。

歯切り工程はブランクの外周面に歯切りを行い粗加工歯車を形成する工程である。ブランクは円筒状の形態や大まかに歯が形成された形態のものなどを採用可能であって、鋳造、鍛造、切削などの通常の方法にて製造することができる。歯切りはホブ加工、ラック加工などの通常の方法にて行うことが可能である。また、その回数も必要に応じて任意に設定可能である。

歯切り工程で形成される粗加工歯車の歯面（粗加工歯面）はその後に行う歯面形成工程によって精密な形状に塑性加工される。歯切り工程で形成される粗加工歯面の歯幅と、歯面形成工程において転造型により塑性変形を受ける部分（加工部分）の歯幅方向における長さ（加工部分長さ）とを比較すると、粗加工歯面の歯幅よりも加工部分長さの方が短くなるように加工する。

加工部分長さが短くなるように加工する方法は特に限定しないが、粗加工歯面にクラウニングを付与する方法、レリービングを付与する方法、面取りにて行う方法などが挙げられる。特に歯切り工程にてホブ加工を採用する場合にはクラウニングを付与する方法が望ましい。

例えば、従来技術においては、図４に示すように、歯幅Ｗに対して、破線で示す形状Ｈ’になるように歯切り工程において加工を行っていた。形状Ｈ’は転造後の形状Ｒ’に関わらず、ほぼ真っ直ぐな形状である。本実施形態においては、図３に示すように、歯幅Ｗに対して、破線で示す形状Ｈ（Ｈ１、Ｈ２）になるように歯切り工程において加工を行う。形状Ｈは加工後の形状Ｒに類似する丸みをもった形状（例えば、クラウニング）である。このように歯面形成工程前の形状Ｈと、歯面形成工程後の形状Ｒとの差が小さく、歯幅方向における転造による塑性加工の程度（潰し代）がほぼ均一且つ少なくできるため、１つの歯面におけるうねりの発生が抑制できると共に、塑性加工による肉の移動による影響を最小限にすることができる。なお、歯幅よりも加工部分長さを短くすることにより、歯幅方向の両端部に転造による塑性加工がなされていない部分Ｈ２が存在する。

歯面形成工程における転造型の位置は変化しないため、その転造型に当接する部分である加工部分長さＴを変更するためには、その加工部分長さＴ以外の部分が転造型に当接しないように、粗加工歯面の加工部分長さＴを超える両端部分を転造型に当接しないように引っ込める必要がある。例えば、加工部分長さＴは形状Ｈの曲率を変化させることで制御可能である。具体的には転造型の型面の曲率より粗加工歯面の曲率を大きくすることにより、粗加工歯面の中央近傍Ｈ１のみが転造型に当接して塑性加工されることになる。

加工部分長さＴは、複数の歯について塑性加工母線を算出し、その和の経時的な変動が小さくなるように調節する。ハス歯歯車は複数の歯の粗加工歯面が同時に転造型にて塑性加工されており、その時点でのそれぞれの粗加工歯面における塑性加工母線の和が算出できる。本明細書中において「塑性加工母線」とは粗加工歯面と転造型とが接触して粗加工歯面が塑性加工される最先部分をいう。塑性加工母線は線状の形態をもつ。

加工部分長さＴを変化させることにより、隣接する歯における重なりの程度（図２のＳ２及びＳ３の歯におけるα及びβの位置の関係に相当）や、図１における点Ａから点Ｂに至る際の塑性加工母線の変化の程度（図１（ｂ）における点Ａから点Ｂに至る部分の傾きに相当）、点Ｃから点Ｄに至る際の塑性加工母線の変化の程度（図１（ｂ）における点Ｃから点Ｄに至る部分の傾きに相当）を制御することができる。これらを制御することにより、製造されるハス歯歯車全体における、ある時点における塑性加工母線の和の経時的な変動の程度を制御することが可能になる。塑性加工母線の和の経時的な変動は、その最大値を基準として１０％以下になるように決定することができ、より好ましくは変動が無くなるようにする。

歯面形成工程は粗加工歯車の粗加工歯面に対し転造型を押圧することにより歯面を形成する工程である。転造型、その他必要な装置を用いて粗加工歯面に対して塑性加工を行う工程である。

その他必要な工程としては浸炭処理、高周波焼き入れ、窒化などの熱処理、表面処理を行う工程、更なる精度向上のための表面加工（ホーニング加工、シェービング加工、ラッピング加工）、面取りやバリ取りなどの工程が挙げられる。

本実施形態のハス歯歯車は上述したハス歯歯車の製造方法にて製造され得るハス歯歯車である。従って、実際に相手方のハス歯歯車に対して噛み合う部分（接触線）の長さは歯幅よりも短くなっている。この接触線の長さを調節することにより、ハス歯歯車を使用する際における噛み合い状態の変動を最小限にすることが可能になる。つまり、先に説明したように、ハス歯歯車においては一度に複数の歯が噛み合って回転力を伝達しているが、その噛み合いにおける２つのハス歯歯車の接触部分（接触線）の長さの和の変動が小さくなるように調節することにより伝達される回転トルクの大きさの変動を小さくすることができる。特にその長さの和の変動は最大値を基準として１０％以下にすることが望ましい。

はす歯歯車の噛み合い（歯面形成工程における塑性変形が行われる部分）の経時的な変化を示す概略図である。 はす歯歯車の噛み合い（歯面形成工程における塑性変形が行われる部分）の経時的な変化（複数の歯における変化及びその和）を示す概略図である。 本発明の製造方法を適用途中のハス歯歯車の１つの歯における歯面に垂直方向の断面図である。 従来技術の製造方法を適用途中のハス歯歯車の１つの歯における歯面に垂直方向の断面図である。

符号の説明

Ｗ…歯幅 Ｔ、Ｔ’…加工部分長さ Ｓ１〜Ｓ５…歯（列設されているもの） Ｋｍａｘ、ΔＫ…加工部分長さの経時変化の最大値と変動 Ｈ、Ｈ’…ホブ加工面 Ｒ、Ｒ’…転造加工面

Claims (5)

1. ブランクの外周面に歯切りを行い粗加工歯車を形成する歯切り工程と、
   前記粗加工歯車の粗加工歯面に対し転造型を押圧することにより歯面を形成する歯面形成工程と、を有する歯車の製造方法であって、
   前記歯切り工程で前記粗加工歯面を加工し前記粗加工歯面の歯幅方向の両端部分を引っ込めることで、前記粗加工歯面が前記転造型にて塑性変形を受ける部分の歯幅方向における長さ（加工部分長さ）を、前記粗加工歯面の歯幅の長さよりも短くし、
   前記加工部分長さは、前記粗加工歯面と前記転造型とが接触して前記粗加工歯面が塑性加工される塑性加工母線の長さの和の経時的変動がその長さの和の最大値を基準として１０％以下になるように決定されることを特徴とするハス歯歯車の製造方法。
2. 前記加工部分長さは、前記粗加工歯面と前記転造型とが接触して前記粗加工歯面が塑性加工される塑性加工母線の長さの和が常に等しくなるように決定される請求項１に記載のハス歯歯車の製造方法。
3. 前記粗加工歯面は歯幅方向にクラウニングが付与されている請求項１又は２に記載のハス歯歯車の製造方法。
4. 前記クラウニングの前記歯幅方向における曲率は前記転造型の歯幅方向における曲率よりも大きい請求項３に記載のハス歯歯車の製造方法。
5. 前記加工部分長さは前記クラウニングの曲率の変化により決定する請求項３又は４に記載のハス歯歯車の製造方法。

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