JP6451007B2

JP6451007B2 - 歯車の製造方法、及び歯車の加工具ユニット

Info

Publication number: JP6451007B2
Application number: JP2014241540A
Authority: JP
Inventors: 嘉明池田
Original assignee: Kanzaki Kokyukoki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Kanzaki Kokyukoki Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2014-11-28
Filing date: 2014-11-28
Publication date: 2019-01-16
Anticipated expiration: 2034-11-28
Also published as: JP2016101627A

Description

本発明は、歯車の製造方法、及び歯車の加工具ユニットに関する。

一般的に、歯車の製造においては、粗加工がなされた被加工歯車に対し、焼き入れを行った後、仕上げの研削加工を行う（例えば、特許文献１）。

特開２００５−１４１２４号公報

一般的に、歯車の焼き入れは、次のように行う。すなわち、歯車を炉に入れて焼き入れ温度まで加熱した後、急冷する。これにより、歯車の表面の硬度を高くすることができる。しかしながら、歯車の焼き入れには長時間を要するため、歯車の製造時間が長くなるという問題があった。本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、製造時間を短くすることができる、歯車の製造方法、及びそれに用いる歯車の加工具ユニットを提供することを目的とする。

本発明に係る歯車の製造方法は、ネジ歯車状の第１の加工具と、被加工歯車とを噛み合わせ、両者を連れ回りさせつつ、第１の切り込み速度で両者を相対的に近接させることで、焼き入れを行う第１の工程と、ネジ歯車状の第２の加工具と、被加工歯車とを噛み合わせ、両者を連れ回りさせつつ、第２の切り込み速度で両者を相対的に近接させることで、研削を行う第２の工程と、を備え、前記第１の切り込み速度は、前記第２の切り込み速度よりも速い。

この構成によれば、外歯車状の第１の加工具により焼き入れを行うとともに、外歯車状の第２の加工具により研削加工を行う。焼き入れは、研削加工よりも高い第１の切り込み速度により行われる。これにより、高い切り込み速度による加工熱で、被加工歯車の表面が加熱されるため、短時間で、被加工歯車の表面にオーステナイト層が生じる。そして、加工後に、オーステナイト層が自己冷却されることで、その層中にマルテンサイト変態が生じる。また、この表面層には、加工時の抵抗による残留圧縮応力が発生する。このような高硬度のマルテンサイト組織の発生と、残留圧縮応力により、被加工歯車の表面が硬化し、通常の焼き入れと同様の表面硬化層を得ることができる。

このように、本発明においては、被加工歯車の焼き入れを、外歯車状の第１の加工具によって行うため、被加工歯車を炉に入れるなどの作業が不要となる。したがって、歯車の製造時間を大幅に短縮することができる。

上記歯車の製造方法において、前記第１の切り込み速度は、例えば、４０μｍ／ｓ以上とすることができる。

上記各歯車の製造方法において、前記第１の切り込み速度は、例えば、８０μｍ／ｓ以上とすることができる。

上記各歯車の製造方法においては、前記第１の加工具の回転軸線と前記第２の加工具の回転軸線とが同一軸線上に配置されるように、当該第１の加工具と第２の加工具とが連結され、前記第１の工程により、前記被加工歯車の焼き入れが完了した後、前記第２の工程に先立って、前記被加工歯車を前記軸部材の軸方向に相対的に移動させることで、前記被加工歯車を前記第２の加工具と対向させることができる。

このように、第１の加工具の回転軸線と第２の加工具の回転軸線とを同一軸線上に配置することで、被加工歯車を第１の加工具から第２の加工具への移動経路を短くすることができ、製造時間をさらに短縮することができる。

本発明に係る歯車の加工具ユニットは、被加工歯車を加工するための加工具ユニットであって、外歯車状の第１の加工具と、外歯車状の第２の加工具と、を備え、前記第１の加工具の回転軸線と前記第２の加工具の回転軸線とが同一軸線上に配置されるように、当該第１の加工具と第２の加工具とが連結されており、前記第１の加工具により、前記被加工歯車の焼き入れを行うように構成され、前記第２の加工具により、前記被加工歯車の研削を行うように構成されている。

上記歯車の加工具ユニットにおいては、前記第１の加工具と前記第２の加工具とを前記同一軸線上で隣接させることができる。

上記歯車の加工具ユニットにおいては、前記第１の加工具の歯と前記第２の加工具の歯とが連続するように連結することができる。

本発明によれば、工製造時間を短くすることができる。

本発明の一実施形態に係る歯車の製造方法を行うための製造装置の一部斜視図である。歯車の焼き入れと研削を示す一部平面図である。加工具ユニットの他の例を示す平面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る歯車の製造方法の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態に係る製造方法を行うための製造装置の一部斜視図である。

図１に示すように、この製造方法において、被加工歯車である外歯車状のワーク１０は、主軸台１に着脱自在に支持されている。そして、この主軸台１は、ワーク１０の軸線Ｘ回りに、ワーク１０を回転させるようになっている。一方、ワーク１０を加工する加工具ユニット２は、歯が螺旋状に延びるネジ歯車状に形成されており、その軸線Ｙは、例えば、ねじれ角を有するワーク１０と、リード角を有する加工具ユニット２とが噛み合う角度で、ワーク１０の軸線Ｘと交差している。また、主軸台１及び加工具ユニット２の少なくとも一方が、軸線Ｙ方向に移動できるようになっている。すなわち、主軸台１は、加工具ユニット２に対して、相対的に軸線Ｙ方向に移動可能となっている。さらに、主軸台１及び加工具ユニット２の少なくとも一方が、軸線Ｘ及び軸線Ｙの双方に垂直な軸線Ｚ方向に移動できるようになっている。すなわち、主軸台１は、加工具ユニット２に対して、相対的に軸線Ｚ方向に移動可能となっており、両者が近接及び離間できるようになっている。

加工具ユニット２は、軸方向Ｙに並ぶ２つの領域に分割されており、図１の左側の領域が焼き入れ領域２１、右側の領域が研削領域２２となっている。但し、焼き入れ領域２１及び研削領域２２を通じて、加工具ユニットの歯２３は連続している。また、焼き入れ領域２１及び研削領域２２は、通常の研削などで用いられる材料で形成することができ、両領域を同じ材料で形成することができる。但し、異なる材料で形成することもできる。なお、加工具ユニット２における焼き入れ領域２１が本発明の第１の加工具に相当し、研削領域２２が第２の加工具に相当する。

次に、上記のように構成された製造装置を用いた、ワーク１０の焼き入れと研削について、図２を参照しつつ説明する。まず、ワーク１０の焼き入れを行う。はじめに、ワーク１０を加工具ユニット２の焼き入れ領域２１と対向するように、主軸台１を加工具ユニット２に対して軸線Ｙ方向に相対的に移動させる。続いて、加工具ユニット２を軸線Ｙ回りに回転させるとともに、ワーク１０を軸線Ｘ回りに回転させる。このとき、ワーク１０の回転と加工具２の回転とが同期するように制御し、主軸台１を軸線Ｚ方向に移動させて加工具ユニット２に対して相対的に近接させたときに、ワーク１０の歯と焼き入れ領域２１の歯とが噛み合うようにする。その結果、図２（ａ）に示すように、両者は連れ回りする。

このとき、ワーク１０及び加工具ユニット２の回転数は、例えば、１００〜１０００ｒｐｍとすることができる。また、主軸台１を近接させる速度、つまり切り込み速度（第１の切り込み速度）は、４０μｍ／ｓ以上であることが好ましく、６０μｍ／ｓ以上であることがさらに好ましく、８０μｍ／ｓ以上であることが特に好ましい。また、１００μｍ／ｓ以上であることがより好ましい。そして、ワーク１０の表面を所定の厚みだけ削り取ると、ワーク１０を加工具ユニット２から離間させ、焼き入れ工程を終了する。

このように、ワーク１０を高い切り込み速度で加工すると、加工熱が高くなる。そのため、ワーク１０の表面が短時間で加熱され、ワーク１０の表面にオーステナイト層が生じる。そして、加工後に、オーステナイト層が自己冷却されることで、その層中にマルテンサイト変態が生じる。また、この表面層には、加工時の抵抗による残留圧縮応力が発生する。このような高硬度のマルテンサイト組織の発生と、残留圧縮応力により、ワーク１０の表面が硬化し、通常の焼き入れと同様の表面硬化層を得ることができる。なお、ワーク１０の表面には黒色の酸化膜が生成されることがある。

続いて、ワーク１０の研削を行う。まず、図２（ｂ）に示すように、主軸台１を加工具ユニット２に対して相対的に軸線Ｙ方向に移動させ、ワーク１０を加工具ユニット２の研削領域２２と対向させる。次に、加工具ユニット２を軸線Ｙ回りに回転させるとともに、ワーク１０を軸線Ｘ回りに回転させる。このとき、ワーク１０の回転と加工具２の回転とが同期するように制御し、主軸台１を軸線Ｚ方向に移動させて加工具ユニット２に相対的に近接させたときに、ワーク１０と研削領域２２の歯とが噛み合うようにする。その結果、図２（ｃ）に示すように、両者は連れ回りする。

このとき、ワーク１０及び加工具ユニット２の回転数は、例えば、１００〜１０００ｒｐｍとすることができる。また、主軸台１を近接させる速度、つまり切り込み速度（第２の切り込み速度）は、上述した焼き入れを行う際の切り込み速度よりも遅く、通常の研削を行うための速度とする。こうして、ワーク１０の表面を研削し、上述した黒色の酸化膜とともに、ワーク１０の表面を所定の厚みだけ削り取ると、ワーク１０を加工具ユニット２から離間させ、研削工程を終了する。

以上のように、本実施形態によれば、ワーク１０の焼き入れを、加工具ユニット２の焼き入れ領域２１によって行うため、従来のようにワーク１０を炉に入れるなどの作業が不要となる。したがって、ワーク１０の製造時間を大幅に短縮することができる。

また、１つの加工具ユニット２に、焼き入れ領域２１と研削領域２２の両方を配置しているため、焼き入れ領域２１から研削領域２２へのワーク１０の移動経路を短くすることができる。その結果、製造時間をさらに短縮することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこの実施形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、１つの加工具ユニット２をねじ歯車状に形成し、焼き入れ領域２１と研削領域２２とに亘って歯２３が連続的に延びるように形成しているが、歯２３は、連続していなくてもよい。但し、歯が連続していると、加工具ユニット２の製造が容易になる。

また、焼き入れ領域２１と研削領域２２とを異なる加工具で形成することもできる。例えば、図３に示すように、焼き入れ用のねじ歯車状の第１加工具３１と、研削用のねじ歯車状の第２加工具３２とを準備し、両者の回転軸Ｓが同一直線状に配置されるように連結部材４で２つの加工具３１，３２を連結することで、加工具ユニットを構成することができる。

あるいは、焼き入れ用のねじ歯車状の第１加工具と、研削用のねじ歯車状の第２加工具とを完全に分離してもよい。この場合、第１加工具を製造装置の回転駆動装置に回転自在に固定し、ワーク１０の焼き入れが終了した後、第１の加工具を第２の加工具に取り替え、研削を行えばよい。

また、本発明に係る歯車の製造方法を行う製造装置は、上記実施形態に示したものに限定されず、少なくとも、加工具ユニットを回転駆動でき、またワークである歯車を回転することができ、両者を連れ回りさせながら，切り込みを行えるようなものであればよい。

２加工具ユニット
２１焼き入れ領域（第１の加工具）
２２研削領域（第２の加工具）
３１第１の加工具
３２第２の加工具

Claims

ネジ歯車状の第１の加工具と、被加工歯車とを噛み合わせ、両者を連れ回りさせつつ、第１の切り込み速度で両者を相対的に近接させることで、焼き入れを行う第１の工程と、
ネジ歯車状の第２の加工具と、被加工歯車とを噛み合わせ、両者を連れ回りさせつつ、第２の切り込み速度で両者を相対的に近接させることで、研削を行う第２の工程と、
を備え、
前記第１の切り込み速度は、前記第２の切り込み速度よりも速い、歯車の製造方法。
前記第１の切り込み速度は、４０μｍ／ｓ以上である、請求項１に記載の歯車の製造方法。
前記第１の切り込み速度は、８０μｍ／ｓ以上である、請求項１に記載の歯車の製造方法。
前記第１の加工具の回転軸線と前記第２の加工具の回転軸線とが同一軸線上に配置されるように、当該第１の加工具と第２の加工具とが連結され、
前記第１の工程により、前記被加工歯車の焼き入れが完了した後、前記第２の工程に先立って、前記被加工歯車を前記軸部材の軸方向に相対的に移動させることで、前記被加工歯車を前記第２の加工具と対向させる、請求項１から３のいずれかに記載の歯車の製造方法。
被加工歯車を加工するための加工具ユニットであって、
ネジ歯車状の第１の加工具と、
ネジ歯車状の第２の加工具と、
を備え、
前記第１の加工具の回転軸線と前記第２の加工具の回転軸線とが同一軸線上に配置されるように、当該第１の加工具と第２の加工具とが連結されており、
前記第１の加工具により、前記被加工歯車の焼き入れを行うように構成され、
前記第２の加工具により、前記被加工歯車の研削を行うように構成されており、
前記焼き入れは、前記被加工歯車と前記第１の加工具とを連れ周りさせつつ、第１の切り込み速度で両者を相対的に近接させることで行い、
前記研削は、前記被加工歯車と前記第２の加工具とを連れ周りさせつつ、前記第１の切り込み速度よりも遅い第２の切り込み速度で両者を相対的に近接させることで行われる、歯車の加工具ユニット。
前記第１の加工具と前記第２の加工具とは前記同一軸線上で隣接している、請求項５に記載の歯車の加工具ユニット。
前記第１の加工具の歯と前記第２の加工具の歯とが連続するように連結されている、請求項６に記載の歯車の加工具ユニット。