JP4605700B2 - 歯車の歯面における歯すじの修正方法 - Google Patents

Description

本発明は、歯すじ方向に緩やかな膨らみを有するクラウニングが施される歯車の歯車の歯面における歯すじの修正方法に関する。

従来、内歯車における歯部の一般的な成形方法としては、カッタを有する切削装置による機械加工がある。切削装置による歯部の成形方法を図９を基に説明する。

まず切削装置について説明する。図９に示されるのは、円筒状で一方に小開口、他方に大開口を有する予備成形歯車に切削加工を施す切削装置１０１である。この切削装置１０１は、切削歯部１０３を有するカッタ１０２と、カッタ１０２を保持し予備成形歯車に対して進退可能であるホルダ１０４とよりなる切削具１０９と、切削具１０９と対向して配置される受け治具１０５と、複数のチャック爪１０８とを備える保持具１１０とよりなる。受け治具１０５は、予備成形歯車の大開口側内周面の内径と略同径の外径を有する第一受け部１０６と、第一受け部１０６から径方向外側へ連続する第二受け部１０７とを有する。

この切削装置１０１を使用して、内歯車の歯部を成形するには、まず受け治具１０５の第一受け部１０６に予備成形歯車の大開口を挿入し、大開口側端面を第二受け部１０７に当接させて予備成形歯車を受け治具１０５に載置する。次にチャック爪１０８で予備成形歯車１５１ａの小開口１５５側端部を押さえる。続いてホルダ１０４と一体のカッタ１０２が予備成形歯車方向に移動し、カッタ１０２は予備成形歯車の内周面に当接して切削加工を開始し、予備歯部１５３ａを成形する。

ここで、歯車においては、異音発生の抑制、歯当たりの改善等のために歯すじを修正して歯部の歯面にクラウニングを施すことがある。しかし、上記の如き切削装置１０１のカッタ１０２では微妙な動きの制御が困難で、機械加工では内歯車の歯部にクラウニングを施せないということがあった。そのため、内歯車の歯部にクラウニングを施すためには、上記切削装置で歯部を成形した後、更に研削加工を行って歯すじを修正し、歯面にクラウニングを施していた。
特開平６−１０９１０２号

解決しようとする問題点は、内歯車の歯部にクラウニングを施すためには、予め歯すじ方向に均一の肉厚で平らな歯面が形成される予備歯部を形成した後、予備歯部に研削加工を行って歯すじを修正してクラウニングを施さなければならないので、加工工数及び費用が増加する点である。

本発明の歯車の歯面における歯すじの修正方法は、円筒状の本体と、本体の内側或いは外側にクラウニングが施された歯部とを有する金属製の歯車の歯面における歯すじの修正方法において、円筒状の予備本体と、予備本体の内側或いは外側に歯すじ方向に均一の肉厚で平らな歯面が形成される予備歯部を有する予備成形歯車の、予備本体に、予備歯部と反対側の外周側或いは内周側から予備歯部を非拘束状態で局部的に表面処理を施し、予備本体の表面処理が施された外周側或いは内周側を歯すじ方向に凹む円弧状に変形させ予備歯部の歯先部を内周側或いは外周側に突出させることにより予備歯部の歯面に歯すじ方向に膨らむクラウニングを施すことを特徴とする歯車の歯面における歯すじの修正方法。

本発明の歯車の歯面における歯すじの修正方法は、予備成形歯車の予備本体に、予備歯部と反対側の外周側或いは内周側から予備歯部を非拘束状態で歯すじ方向中央部に表面処理を行い、予備本体の表面処理が施された外周面或いは内周面を歯すじ方向に中央部が凹む円弧状に変形させ予備歯部を内周側或いは外周側に突出させることにより予備歯部の歯面を歯すじ方向に中央部が膨らむクラウニングを施すことを第二の特徴とする。

本発明の歯車の歯面における歯すじの修正方法の表面処理はレーザービームによることを第三の特徴とする。

本発明の歯車の歯面における歯すじの修正方法の表面処理は電子ビームによることを第四の特徴とする。

本発明の歯車の歯面における歯すじの修正方法の表面処理は高周波焼き入れによることを第五の特徴とする。

本発明の歯車の歯面における歯すじの修正方法の表面処理はショットピーニングによることを第六の特徴とする。

本発明の第一の特徴による歯車の歯面における歯すじの修正方法によれば、円筒状の予備本体と、予備本体の内側或いは外側に歯すじ方向に均一の肉厚で平らな歯面が形成される予備歯部を有する予備成形歯車の、予備本体に予備本体に、予備歯部と反対側の外周側或いは内周側から予備歯部を非拘束状態で局部的に表面処理を行い、局部的な表面改質による歪みによって予備本体の表面処理が施された外周側或いは内周側を歯すじ方向に凹む円弧状に変形させ予備歯部の歯先部を内周側或いは外周側に突出させることにより、予備歯部の歯面に歯すじ方向に膨らむクラウニングを施すため、内歯車或いは外歯車の歯部の歯面に容易にクラウニングを施すことができる。また、大きさの異なる歯車を成形する場合も、受け治具等を変更するだけで同一の表面処理装置で歯面修正することが可能であるため、装置が汎用性を有する。更に歯車の本体の外周側或いは内周側に表面処理を行う局部の位置を変更することにより本体の外周側或いは内周側の歯すじ方向に凹む位置を変更することができるので、歯部の歯面における所望の形状を容易に形成することができる。加えて、表面処理の大きさや深さ等の条件を変更することにより本体の外周側或いは内周側の歯すじ方向に凹む大きさや形状等を変更することができるので、種々の形状や大きさのクラウニングを容易に施すことができる。

本発明の第二の特徴による歯車の歯面における歯すじの修正方法によれば、予備成形歯車の予備本体に、予備歯部と反対側の外周側或いは内周側から予備歯部を非拘束状態で歯すじ方向中央部に表面処理を行い、局部的な表面改質による歪みによって予備本体の表面処理が施された外周面或いは内周面を歯すじ方向に中央部が凹む円弧状に変形させ予備歯部を内周側或いは外周側に突出させることにより前記予備歯部の歯面を歯すじ方向に中央部が膨らむクラウニングを施すことができるので、所望のクラウニングを容易に施すことができる。

本発明の第三乃至第六の特徴による表面処理方法の歯車の歯面における歯すじの修正方法によれば、局部的な表面改質による歪みによって歯車の本体の外周面或いは内周面を歯すじ方向に中央部が凹む円弧状に変形させることができるので、表面処理の方法は限定されず種々の方法で歯部にクラウニングを容易に施すことができる。

歯車の歯部の歯面に歯すじを修正して容易にクラウニングを施すという目的を、歯車の本体に外周側或いは内周側から表面処理を行い、本体の外周側或いは内周側を歯すじ方向に凹む円弧状に変形させることにより実現した。

図１は、本発明の実施例によってクラウニングが施される歯部を有する内歯車の平面図、図２に示されるのは内歯車で、（ア）は、歯すじが修正される前の予備成形歯車の断面正面図、（イ）は本発明の実施例によってクラウニングが施された歯部を有する内歯車の断面正面図、図３の（ア）は本発明成形方法の実施例によって歯すじが修正される前の予備歯部の平面図、（イ）は予備歯部の変形状態を説明する説明図、図４の（ア）は歯すじが修正される前の予備成形歯車の予備歯部の斜視図、（イ）は本発明の実施例によってクラウニングが施された予備歯部の斜視図、図５は本発明の第一の実施例による成形装置の断面正面図、図６は本発明の第二の実施例による成形装置の断面正面図、図７は本発明の第三の実施例による成形装置の断面正面図、図８に示されるのは外歯車で、（ア）は、歯すじが修正される前の予備成形歯車の断面正面図、（イ）は本発明の実施例によってクラウニングが施された歯部を有する外歯車の断面正面図である。

本発明の第一の実施例による内歯車の歯部の歯面における歯すじの修正方法について、図１乃至図５に基づいて説明する。

図１に示されるのは本発明の実施例による歯面における歯すじの修正方法で歯部５３の歯面が修正された内歯車５１の平面図である。この内歯車５１は、両端に小開口５５及び大開口５６を有する円筒形の本体５２と、本体５２の大開口５６側外周に間隔をおいて複数形成される突起５４と、本体５２の内周側に形成されるすぐば状の歯部５３とよりなる。この歯部５３は図２の（イ）に示される如く、歯部５３の歯すじ方向中央部が内周側に膨らみ、歯面は円弧状のクラウニングが施されている。

上記の如く、内歯車５１の歯部５３の歯面を歯すじ方向に修正してクラウニングを施す方法を説明する。図５に示されるのは第一の実施例による表面処理装置１であり、電子ビームを使用する。この表面処理装置１は、電子ビーム銃２と、ワークを把持する保持具３とよりなる。保持具３は複数のチャック爪４と、チャック爪４が装着されるチャックボディ５と、チャック爪４の軸直方向内側に配置され反チャックボディ側にワークの位置決め用の当接端部７を有する位置決め具６を備える。

上記表面処理装置１を使用して内歯車５１の歯部５３の歯面を歯すじ方向に修正する方法を図５を基に説明する。まず、図２の（ア）に示される如く歯すじ方向に均一の肉厚で平らな歯面が形成される予備歯部５３ａが形成された予備成形歯車５１ａの大開口５６側端部を、位置決め具６の当接端部７に当接させて位置決めした状態で、予備成形歯車５１ａの予備本体５２ａの大開口５６側外周面をチャック爪４が把持する。このとき電子ビーム銃２は予備成形歯車５１ａの予備歯部５３ａの歯すじ方向略中央と対向する位置に配置される。この状態で保持具３は回転を開始し、チャック爪４に把持された予備成形歯車５１ａは一体となって回転すると同時に、電子ビーム銃２が予備成形歯車５１ａの外周面に電子ビームの照射を開始する。予備成形歯車５１ａは外周面に周状に電子ビームを受け、その電子ビームを受けた部分が表面改質されることで歪みが発生し、予備本体５２ａの外周側は歯すじ方向に凹む円弧状に変形する。同時に予備歯部５３ａは歯すじ方向中央部の歯先部が内周側に突出するように変形する。

ここで、予備成形歯車５１ａの予備歯部５３ａは図３の（ア）に示す如く、歯底部Ｂから歯先部Ａへ向けて先細る略山型形状に形成されている。このような予備成形歯車５１ａを、上記の如く予備本体５２ａの外周面を周状に内周側に凹む円弧状に形成すると、図３の（イ）に示す如く、予備歯部５３ａは歯すじ方向略中央部における歯先部Ａが内周側に突出する形状になるので、予備歯部５３ａの両端部から歯すじ方向略中央部にかけて、歯厚の厚い歯底部Ｂの位置が内周側に移動することになる。つまり、図４の（ア）に示す如く、電子ビームによる照射が行われる前の予備成形歯車５１ａの予備歯部５３ａの歯面は歯すじ方向に均一の肉厚で平らな状態だが、電子ビームを受けた部分が表面改質されることで歪みが発生し、図４の（イ）に示す如く、予備歯部５３ａの歯面が、歯先部Ａと歯底部Ｂとの中心を通り歯すじ方向に延びる歯すじ中央線Ｃ上では歯すじ方向略中央部が外側に最大に膨らんだ形状となり、クラウニングが施される。

続いて、第二の実施例における内歯車５１の歯部５３の歯面における歯すじの修正方法を図６を基に説明する。尚、使用する予備成形歯車５１ａの形状は第一の実施例の場合と同じである。

図６に示されるのは、第二の実施例における表面処理装置である高周波焼入装置１１の部分断面正面図である。１２はリング状の高周波加熱コイルである。１３は支持具で、予備成形歯車５１ａの予備本体５２ａにおける大開口５６側内周面と略同径の円柱部１４と、円柱部１４から連続する板状の支持部１５と、支持部１５の反円柱部側に突出する軸部１６とよりなり、軸部１６は図示せぬ制御装置に連続している。

この高周波焼入装置１１を使用して内歯車５１の歯部５３の歯面における歯すじの修正方法を説明する。まず予備成形歯車５１ａを、大開口５６側内周に円柱部１４が挿入され大開口５６側端面が支持部１５に当接する状態で、支持具１３に配置する。ついで高周波加熱コイル１２を予備成形歯車５１ａの外周側に、予備成形歯車５１ａと同心で、予備成形歯車５１ａの予備歯部５３ａの歯すじ方向略中央に配置する。ここで図示せぬ制御装置により支持具１３が回転を開始し、予備成形歯車５１ａも一体となって回転する。同時に高周波加熱コイル１２に高周波電流が供給され、予備成形歯車５１ａの予備本体５２ａの外周側における歯すじ方向略中央が周状に加熱され、直後に加熱部に焼入液を噴射する。加熱が完了後、冷却装置１７から冷却液Ｗを予備成形歯車５１ａの加熱部に噴射して冷却し、歯すじの修正が完了する。よって予備本体５２ａの外周側に局部的な表面改質による歪が生じ、予備本体５２ａの外周側は歯すじ方向に凹む円弧状に変形する。同時に予備歯部５３ａは歯すじ方向中央部の歯先部Ａが内周側に突出するように変形する。

よって上記の如き成形方法によれば、第一の実施例である電子ビームを使用した表面処理装置の場合と同様に、予備成形歯車５１ａの本体５２ａの外周側は局部的な表面改質による歪が生じ、歯すじ方向に凹む円弧状に変形する。同時に予備歯部５３ａは歯すじ方向中央部の歯先部Ａが内周側に突出するように変形するので、予備歯部５３ａの両端部から歯すじ方向略中央部にかけて、歯厚の厚い歯底部Ｂの位置が内周側に移動することになり、予備歯部５３ａの歯面が、歯すじ方向略中央部が両端部と比べて歯先部Ａと歯底部Ｂとの中心を通り歯すじ方向に延びる歯すじ中央線Ｃ上では外側に最大に膨らんだ形状となり、予備歯部５３ａにクラウニングが施される。

更に、第三の実施例における内歯車５１の歯部５３の歯面における歯すじの修正方法を説明する。尚、使用する予備成形歯車５１ａの形状は第一及び第二の実施例の場合とほぼ同じであるが、予備本体５２ａの外周に突起は形成されていない。

まず、第三の実施例における表面処理装置について説明する。図７に示されるのはショットピーニング装置２１でノズルヘッド２２と、予備成形歯車５１ａを支持する支持具２３とを備えている。支持具２３は、予備成形歯車５１ａの本体の大開口５６側の外周面外径と略同径の内径を有するカップ形状の上カップ部２４と、上カップ部２４の底部より上方向に突出する上軸部２５とを有する上カバー２６と、予備成形歯車５１ａの小開口５５側の外周面の外径と略同径の内周面を有する下カップ部２７と、下カップ部２７の底部より下方向に突出する軸部２８とを有する下カバー２９とを備える。上カバー２６と下カバー２９は図示せぬ制御装置に連結されている。またショットノズル２２は、図示せぬショット搬送ホースと連結されている。

前記ショットピーニング装置２１で内歯車５１の歯部５３の歯面における歯すじの修正方法を説明する。まず予備成形歯車５１ａを小開口５５側から下カバー２９の下カップ部２７内に挿入し、予備成形歯車５１ａの小開口５５側略半部が下カップ部２７に覆われる。次に予備成形歯車５１ａの大開口５６側から上カバー２６を予備成形歯車５１ａに被せ、予備成形歯車５１ａの大開口５６側略半部が上カップ２４に覆われる。この上カバー２６と下カバー２９との間には、予備成形歯車５１ａの歯すじ方向略中央部付近に一定の間隙が形成されている。この上カバー２６と下カバー２９により予備成形歯車５１ａを支持した状態で、上カバー２６と下カバー２９は制御装置により回転を開始し、一体となって予備成形歯車５１ａも回転する。同時に搬送ホースを通ってショットＳがショットノズル２２に供給され、ショットノズル２２からショットＳが予備成形歯車５１ａに向けて噴射される。このショットＳは、上カバー２６と下カバー２９の間隙から予備成形歯車５１ａに当たる。ショットが当たった部分は、局部的な圧縮応力の付与による歪が生じ、予備成形歯車５１ａの本体５２ａの外周側は歯すじ方向に凹む円弧状に変形する。同時に予備歯部５３ａは歯すじ方向中央部の歯先部Ａが内周側に突出するように変形する。

よって上記の如き歯面における歯すじの修正方法によれば、第一及び第二の実施例における歯すじの修正方法の場合と同様に、予備成形歯車５１ａの予備本体５２ａの外周側は歯すじ方向に凹む円弧状に変形する。同時に予備歯部５３ａは歯すじ方向中央部の歯先部Ａが内周側に突出するように変形するので、予備歯部５３ａの両端部から歯すじ方向略中央部にかけて、歯厚の厚い歯底部Ｂの位置が内周側に移動することになり、予備歯部５３ａの歯面が、歯すじ方向略中央部が両端部と比べて歯先部Ａと歯底部Ｂとの中心を通り歯すじ方向に延びる歯すじ中央線Ｃ上では外側に最大に膨らんだ形状となり、予備歯部５３ａにクラウニングが施される。

また、表面処理装置としてレーザービームを使用する場合においても、電子ビームの場合と同様の装置を使用して、内歯車の歯部の歯すじを修正することができる。

なお、上記実施例では表面処理手段は、電子ビーム、レーザービーム、高周波焼入及びショットピーニングがあげられているが、表面処理手段はこれらに限定されるものではなく、内歯車の本体の外周面を内周側に凹む円弧状に変形するための表面改質、圧縮応力等による歪みを生じさせることが可能な手段であればよい。

また、上記実施例では内歯車の歯部の歯すじ方向中央部が膨らむクラウニングが施されているが、膨らむ箇所は歯すじ方向中央部に限定されるわけではなく、目的や用途に合わせて膨らむ箇所は変更可能である。

加えて、表面処理手段による歪みの大きさや深さを変更することにより、内歯車の本体の外周面における内周側に凹む円弧の大きさや形状を変更することができ、よってクラウニングの大きさや形状も変更可能である。

更に、上記実施例では内歯車の歯部にクラウニングを施す歯すじの修正方法が説明されているが、内歯車に限定されるわけではない。円筒状の本体の外周側に歯部が形成される外歯車の場合も同様である。図８を基に外歯車の歯面における歯すじの修正方法について説明する。図８の（ア）に示されるのは、円筒状の予備本体７２ａの外側に歯すじ方向に均一の肉厚で平らな歯面が形成される予備歯部７３ａを有する予備成形歯車７１ａである。この予備成形歯車７１ａの予備歯部７３ａの歯すじ方向略中央部に、予備本体７１ａ内側から予備本体７１ａの内周面に対して、電子ビーム、レーザービーム、高周波焼入、及びショットピーニング等を使用した表面処理を行うと、予備歯部７３ａは歯すじ方向中央部の歯先部が内周側に突出するように変形する。よって図８の（イ）に示される如く、予備歯部７３ａの両端部から歯すじ方向略中央部にかけて、歯厚の厚い歯底部の位置が外周側に移動することになり、予備歯部７３ａの歯面が、歯すじ方向略中央部が両端部と比べて歯先部と歯底部との中心を通り歯すじ方向に延びる歯すじ中央線上では外側に最大に膨らんだ形状となり予備歯部７３ａにクラウニングが施される。

本発明の実施例による表面処理装置で歯部の歯面が修正される内歯車の平面図である。 （ア）は本発明の表面処理装置で歯すじが修正される前の内歯車の予備成形歯車の断面正面図、（イ）は修正後の斜視図である。 （ア）は本発明の実施例による内歯車の予備歯部の平面図、（イ）は予備歯部の変形状態を説明する説明図である。 （ア）は本発明の表面処理装置で歯すじが修正される前の内歯車の予備成形歯車の斜視図、（イ）は修正後の斜視図である。 本発明の第一の実施例による成形装置を表し、電子ビームによる表面処理装置を表す部分断面正面図である。 本発明の第二の実施例による成形装置を表し、高周波焼入による表面処理装置を表す部分断面正面図である。 本発明の第三の実施例による成形装置を表し、ショットピーニングによる表面処理装置を表す部分断面正面図である。 （ア）は本発明の成形装置でクラウニング形状が成形される前の外歯車の予備成形歯車の断面正面図、（イ）は成形後の外歯車の断面正面図である。 従来の成形装置を表し、切削装置を表す部分断面正面図である。

符号の説明

５１ 歯車
５１ａ 予備成形歯車
５２ 本体
５２ａ 予備本体
５３ 歯部
５３ａ 予備歯部
７１ 歯車
７１ａ 予備成形歯車
７２ 本体
７２ａ 予備本体
７３ 歯部
７３ａ 予備歯部

Claims (6)

1. 円筒状の本体（５２，７２）と、該本体（５２，７２）の内側或いは外側にクラウニングが施された歯部（５３，７３）とを有する金属製の歯車（５１，７１）の歯面における歯すじの修正方法において、円筒状の予備本体（５２ａ，７２ａ）と、該予備本体（５２ａ，７２ａ）の内側或いは外側に歯すじ方向に均一の肉厚で平らな歯面が形成される予備歯部（５３ａ，７３ａ）を有する予備成形歯車（５１ａ，７１ａ）の、前記予備本体（５２ａ，７２ａ）に、前記予備歯部（５３ａ，７３ａ）と反対側の外周側或いは内周側から前記予備歯部（５３ａ，７３ａ）を非拘束状態で局部的に表面処理を施し、前記予備本体（５２ａ，７２ａ）の表面処理が施された外周側或いは内周側を歯すじ方向に凹む円弧状に変形させ前記予備歯部（５３ａ，７３ａ）の歯先部（Ａ）を内周側或いは外周側に突出させることにより前記予備歯部（５３ａ，７３ａ）の歯面に歯すじ方向に膨らむクラウニングを施すことを特徴とする歯車の歯面における歯すじの修正方法。
2. 前記予備成形歯車（５１ａ，７１ａ）の予備本体（５２ａ，７２ａ）に、前記予備歯部（５３ａ，７３ａ）と反対側の外周側或いは内周側から前記予備歯部（５３ａ，７３ａ）を非拘束状態で歯すじ方向中央部に表面処理を行い、予備本体（５２ａ，７２ａ）の表面処理が施された外周面或いは内周面を歯すじ方向に中央部が凹む円弧状に変形させ前記予備歯部（５３ａ，７３ａ）の歯先部（Ａ）を内周側或いは外周側に突出させることにより前記予備歯部（５３ａ，７３ａ）の歯面を歯すじ方向に中央部が膨らむクラウニングを施すことを特徴とする請求項１記載の歯車の歯面における歯すじの修正方法。
3. 前記表面処理はレーザービームによることを特徴とする請求項１及び請求項２記載の歯車の歯面における歯すじの修正方法。
4. 前記表面処理は電子ビームによることを特徴とする請求項１及び請求項２記載の歯車の歯面における歯すじの修正方法。
5. 前記表面処理は高周波焼き入れによることを特徴とする請求項１及び請求項２記載の歯車の歯面における歯すじの修正方法。
6. 前記表面処理はショットピーニングによることを特徴とする請求項１及び請求項２記載の歯車の歯面における歯すじの修正方法。

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