JP7492444B2

JP7492444B2 - 歯車装置の製造方法

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Publication number: JP7492444B2
Application number: JP2020193684A
Authority: JP
Inventors: 光拡田村
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2020-11-20
Filing date: 2020-11-20
Publication date: 2024-05-29
Anticipated expiration: 2040-11-20
Also published as: DE102021130355A1; DE102021130355B4; JP2022082236A; CN114515943A

Description

本発明は、歯車装置の製造方法に関する。

特許文献１には、ロボット手首駆動用の動力伝達装置が記載されている。この動力伝達装置は、互いに噛み合う内歯歯車と外歯歯車の相対回転成分を取り出す内ピンと、この内ピンに連結される出力フランジ体とを備えている。この出力フランジ体には、外部のアタッチメントと連結するための取付穴が形成されている。

特開２００６－２６３８７８号公報

本発明者は、歯車装置を検討した結果、以下のような課題があることを見出した。歯車装置について、用途や特性に応じて様々な仕様を設定することが考えられる。しかし、歯車装置の仕様毎の生産台数は、需要に応じて変動することがあり、歯車装置は、多種の仕様に柔軟に対応できることが望ましい。特許文献１の開示技術は、この観点からの対策が講じられたものではなく、改良の余地があった。

本発明は、こうした状況に鑑みてなされ、その目的の１つは、多種の仕様に柔軟に対応できる歯車装置の技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の歯車装置の製造方法は、内歯歯車と、外歯歯車と、外歯歯車の自転成分または公転成分と同期するキャリヤ部材と、を備えた歯車装置の製造方法であって、キャリヤ部材に表面硬化処理を施す表面硬化処理工程と、表面硬化処理が施されたキャリヤ部材の特定箇所にレーザを照射して当該特定箇所の硬度を低下させる軟化工程と、軟化工程により硬度が低下した特定箇所に穴を形成する穴形成工程と、を備える。

本発明によれば、多種の仕様に柔軟に対応できる歯車装置の技術を提供できる。

実施形態の製造方法で製造される歯車装置を備えた減速機ユニットを示す平面図である。図１の減速機ユニットの断面図である。図１の歯車装置のキャリヤ部材を示す平面図である。図１の歯車装置の入力軸を示す平面図である。図３のキャリヤ部材の製造工程を示す工程図である。図３のキャリヤ部材を示す別の平面図である。図４の入力軸の製造工程を示す工程図である。図４の入力軸を示す別の平面図である。

本開示技術の概要を説明する。本開示技術は、内歯歯車と、外歯歯車と、外歯歯車の自転成分または公転成分と同期するキャリヤ部材とを備えた歯車装置の製造方法に適用できる。このような歯車装置としては、センタークランク型、振り分け型等の偏心揺動型歯車装置、単純遊星型歯車装置、カップ型、シルクハット型、筒型等の撓み噛合い式歯車装置等が挙げられる。

歯車装置のキャリヤ部材には、被駆動部材等の他部材を連結するためのボルトが締結されるタップ穴等の所定の機能を有する機能穴が形成される。機能穴に関する穴数、ピッチ円直径（以下、「ＰＣＤ」という）、穴径、タップの有無等の仕様は、歯車装置の用途や特性により異なる。歯車装置の用途を拡大するためには、様々な仕様の機能穴に対応することが重要である。しかし、仕様ごとの需要は変動し、また小ロット生産も考えられるため、需要変動や小ロット生産に柔軟に対応できることが望ましい。このため、キャリヤ部材について、共通部分を前加工しておき、需要に応じて変化する機能穴を後加工により形成することが考えられる。しかし、キャリヤ部材は、他部材から受ける高荷重に耐えるように、ワーク全体に表面硬化処理が施され、後加工で機能穴を形成すると、工具寿命が短くなる等の不具合が生じてしまう。

本開示の製造方法は、キャリヤ部材に表面硬化処理を施す表面硬化処理工程と、表面硬化処理が施されたキャリヤ部材の特定箇所にレーザを照射して当該特定箇所の硬度を低下させる軟化工程と、軟化工程により硬度が低下した特定箇所に穴を形成する穴形成工程とを備えている。これにより、後加工による機能穴の形成が容易になり、歯車装置の仕様の変動や小ロット生産に柔軟に対応できる。

また、入力軸を有する歯車装置の入力軸にも同様の事情があり、同様の製造方法を適用できる。

以下、本開示の一例として、歯車装置がセンタークランク型偏心揺動型歯車装置である例について説明する。

以下、本開示を好適な実施形態をもとに各図面を参照しながら説明する。実施形態および変形例では、同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

また、共通点のある別々の構成要素には、名称の冒頭に「第１、第２」等と付して区別し、総称するときはこれらを省略する。第１、第２などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。また、構成要素同士を区別するために、符号の末尾に「－Ａ、－Ｂ」等と付すことがあり、区別せずに総称するときはこれらを省略する。

［実施形態］
以下、図面を参照して本開示の実施形態に係る製造方法を説明する。先に、図１～図４を参照して、実施形態の製造方法で製造される歯車装置１０を備えた減速機ユニット１００の構成を説明する。図１は、減速機ユニット１００を概略的に示す平面図である。図２は、減速機ユニット１００の側面視の断面図である。図３は、歯車装置１０のキャリヤ部材１８を示す平面図である。図４は、歯車装置１０の入力軸１２を示す平面図である。歯車装置１０の用途に限定はない。この例の歯車装置１０は、多関節ロボットの関節に使用可能な減速機ユニット１００を構成している。

減速機ユニット１００は、歯車装置１０と、歯車装置１０とモータ４０との間に配置されるモータアダプタ４２とを備える。歯車装置１０は、中央部に軸方向に貫通するホロー部Ｈを有する。ホロー部Ｈは、円筒部材２８に設けられる。歯車装置１０には、モータアダプタ４２に搭載されたモータ４０から回転が入力される。歯車装置１０は、入力された回転を減速して、モータアダプタ４２を回転駆動する。つまり、モータアダプタ４２は被駆動部材を例示する。モータアダプタ４２の回転は、モータアダプタ４２に連結された外部部材（例えばロボットのアーム部材）と円筒部材２８に伝達され、これらが回転する。

以下、円筒部材２８の中心軸線Ｌａに沿った方向を「軸方向」といい、その中心軸線Ｌａを中心とする円の円周方向、半径方向をそれぞれ「周方向」、「径方向」とする。また、以下、便宜的に、軸方向の一方側（図中上側）を入力側といい、他方側（図中下側）を反入力側という。モータアダプタ４２は、歯車装置１０の入力側に配置される。

先に、歯車装置１０を説明する。図２の歯車装置１０は、主に、入力軸１２と、外歯歯車１４と、内歯歯車１６と、キャリヤ部材１８、２０と、ケーシング２２と、主軸受２４、２６と、円筒部材２８と、内ピン３２と、入力歯車３６と、センタ歯車３８とを備える。本実施形態の歯車装置１０は、入力軸１２が内歯歯車１６の中心軸線Ｌａと同軸線上に設けられるセンタークランクタイプである。歯車装置１０は、円筒部材２８の中央部に設けられた軸方向に貫通するホロー部Ｈを有する。キャリヤ部材１８、２０は、外歯歯車１４の入力側の側部に配置される第１キャリヤ部材１８と、外歯歯車１４の反入力側の側部に配置される第２キャリヤ部材２０とを含む。キャリヤ部材１８、２０は、外歯歯車１４の自転成分または公転成分と同期する。

ケーシング２２は、歯車装置１０の外殻を構成する。キャリヤ部材１８、２０は、ケーシング２２の内側に配置され、ケーシング２２と相対回転する。

モータ４０は、歯車装置１０に回転駆動力を入力可能なものであればよく、種々の原理に基づくモータを採用できる。この例のモータ４０は、サーボモータである。

入力歯車３６は、モータ４０のモータ軸４０ｓと連結され、モータ軸４０ｓと一体的に回転する。センタ歯車３８は、入力歯車３６と噛み合う。センタ歯車３８は、円筒部材２８を環囲する。入力歯車３６およびセンタ歯車３８は初段変速機を構成しており、モータ４０の回転を所定のギア比で変速して入力軸１２に伝達する動力伝達部材として機能する。入力歯車３６およびセンタ歯車３８は、平歯車であってもよいし、はす歯歯車であってもよい。

センタ歯車３８には、中心軸線Ｌａからオフセットした位置に、軸方向に貫通する複数（本例では８）の歯車穴３８ｈが、周方向に所定の間隔で設けられている。センタ歯車３８は、入力軸１２の入力側の軸方向端面１２ｅのタップ穴Ｔ１２に、歯車穴３８ｈを通じてボルトＢ１２をねじ込むことにより、入力軸１２に連結される。換言すると、タップ穴Ｔ１２は、動力伝達部材であるセンタ歯車３８を入力軸１２に連結するボルトＢ１２が締結されるタップ穴である。

入力軸１２は、円筒部材２８を隙間を介して環囲する中空円筒状である。図４に示すように、入力軸１２の入力側の軸方向端面１２ｅに、中心軸線Ｌａからオフセットした位置に、複数（本例では８）のタップ穴Ｔ１２が、周方向に所定の間隔で設けられている。上述したように、タップ穴Ｔ１２のＰＣＤ、穴数、穴径は、歯車装置１０の用途や特性により異なり、生産ロット毎に設定される。

入力軸１２は、外歯歯車１４を揺動させるための複数の偏心部１２ａを有する。この例では、入力軸１２は、位相が１８０°ずれた２個の偏心部１２ａを有する。図２の円Ｂに示すように、偏心部１２ａの外周面は、偏心軸受３０の転動体３０ｇが転動する転動面１２ｊとして機能する。入力軸１２の両端部は、入力軸軸受３４を介してキャリヤ部材１８、２０に支持される。

入力軸１２は、焼入れなどの表面硬化処理により表面硬度を高めうる鉄系金属で形成できる。本実施形態では、入力軸１２は、一例として、ＳＣＭ４４０、ＡＩＳＩ４１５０等のクロムモリブデン鋼鋼材の機械構造用合金鋼鋼材を素材とする。

図２の円Ｂに示すように、偏心軸受３０は、入力軸１２の偏心部１２ａの回転を外歯歯車１４に伝達する。偏心軸受３０は、一例として、円筒状の転動体３０ｇを有するころ軸受である。転動体３０ｇの内周側は、入力軸１２の偏心部１２ａの転動面１２ｊに当接し、転動体３０ｇの外周側は、外歯歯車１４の中心穴１４ｃに当接する。外歯歯車１４は、複数の偏心部１２ａのそれぞれに対応して個別に設けられる。外歯歯車１４は、偏心軸受３０を介して偏心部１２ａの外周に揺動可能に組み込まれる。外歯歯車１４は、入力軸１２の偏心部１２ａの回転により揺動回転する。

外歯歯車１４には、その軸心からオフセットされた位置に複数の内ピン穴１４ｈが形成されている。内ピン穴１４ｈには内ピン３２が挿通される。外歯歯車１４の外周に形成された歯が、内歯歯車１６の歯と噛み合いながら回転することで、外歯歯車１４が揺動する。

本実施形態の内歯歯車１６は、ケーシング２２の内周部に一体的に形成されている。内歯歯車１６の歯数は、外歯歯車１４の外歯数より一つ多い。

第１キャリヤ部材１８および第２キャリヤ部材２０は、主軸受２４、主軸受２６を介してケーシング２２に回転自在に支持されている。第１キャリヤ部材１８および第２キャリヤ部材２０は、入力軸軸受３４を介して入力軸１２を支持する。第１キャリヤ部材１８および第２キャリヤ部材２０は、焼入れなどの表面硬化処理により表面硬度を高めうる鉄系金属で形成できる。本実施形態では、第１キャリヤ部材１８および第２キャリヤ部材２０は、一例として、クロムモリブデン鋼鋼材等の機械構造用合金鋼鋼材を素材とする。

第１キャリヤ部材１８と第２キャリヤ部材２０とは、内ピン３２を介して連結される。内ピン３２は、外歯歯車１４の軸芯から径方向にオフセットした位置において、外歯歯車１４の内ピン穴１４ｈを軸方向に貫通する。

上述したように、キャリヤ部材１８、２０は、外歯歯車１４の自転成分または公転成分と同期する。本実施形態のキャリヤ部材１８、２０は、外歯歯車１４の自転成分と同期する。キャリヤ部材１８、２０とケーシング２２の一方は、被駆動装置に回転動力を出力する出力部材として機能し、他方は歯車装置１０を支持するための外部部材に固定される被固定部材として機能する。ここで、「キャリヤ部材が外歯歯車の自転成分と同期する」とは、キャリヤ部材１８、２０が出力部材として機能するときは、外歯歯車１４の自転が内ピン３２を介してキャリヤ部材１８、２０に伝達され、キャリヤ部材１８、２０も自転し、キャリヤ部材１８、２０が被固定部材として機能するときは、キャリヤ部材１８、２０の自転の拘束されることで、内ピン３２を介して外歯歯車１４の自転も拘束される（自転しない）ということである。なお、単純遊星型歯車装置のように「キャリヤ部材が外歯歯車の公転成分と同期する」とは、キャリヤ部材が出力部材として機能するときは、外歯歯車１４の公転が遊星ピンを介してキャリヤ部材に伝達され、キャリヤ部材が自転し、キャリヤ部材が被固定部材として機能するときは、キャリヤ部材の自転の拘束されることで、遊星ピンを介して外歯歯車の公転も拘束される（公転しない）ということである。本実施形態において、出力部材は第１キャリヤ部材１８および第２キャリヤ部材２０であり、被固定部材はケーシング２２である。

主軸受２４、２６は、外歯歯車１４の入力側の側部に配置される第１主軸受２４と、外歯歯車１４の反入力側の側部に配置される第２主軸受２６とを含む。主軸受２４、２６は、第１キャリヤ部材１８とケーシング２２の間および第２キャリヤ部材２０とケーシング２２の間に配置される。

図２の円Ｃ、円Ｄに示すように、主軸受２４、２６の外輪２４ｅ、２６ｅは、ケーシング２２に支持される。主軸受２４、２６の内輪は、キャリヤ部材１８、２０と一体的に形成されている。つまり、キャリヤ部材１８、２０は、主軸受２４、２６の転動体２４ｇ、２６ｇが転動する転動面１８ｊ、２０ｊを有し、主軸受２４、２６の内輪として機能する。主軸受２４、２６の転動体２４ｇ、２６ｇは、外輪２４ｅ、２６ｅの転動面と、キャリヤ部材１８、２０の転動面１８ｊ、２０ｊとの間で転動する。転動体２４ｇ、２６ｇの形状は限定されず、例えばローラであってもよいが、この例の転動体２４ｇ、２６ｇは球体である。つまり、主軸受２４、２６は、球状の転動体２４ｇ、２６ｇを有するアンギュラ玉軸受けである。

図３に示すように、第１キャリヤ部材１８は、入力側の第１端面１８ｅに、中心軸線Ｌａからオフセットした位置に、複数（本例では１２）のタップ穴Ｔ１８が、周方向に所定の間隔で設けられている。第１キャリヤ部材１８の第１端面１８ｅには、モータアダプタ４２が連結される。上述したように、タップ穴Ｔ１８のＰＣＤ、穴数、穴径は、歯車装置１０の用途や特性により異なり、生産ロット毎に設定される。

図１、図２に示すように、モータアダプタ４２は、平面視で歯車装置１０を覆う略円板状を有する。モータアダプタ４２には、中心軸線Ｌａからオフセットした位置に、軸方向に貫通する複数（本例では１２）のアダプタ穴４２ｈが、周方向に所定の間隔で設けられている。アダプタ穴４２ｈには、ボルトＢ４２の座として機能する段部が設けられている。モータアダプタ４２は、第１キャリヤ部材１８の入力側の第１端面１８ｅのタップ穴Ｔ１８に、アダプタ穴４２ｈを通じてボルトＢ４２をねじ込むことにより、第１キャリヤ部材１８に連結される。換言すると、タップ穴Ｔ１８は、被駆動部材であるモータアダプタ４２を第１キャリヤ部材１８に連結するボルトＢ４２が締結されるタップ穴である。

モータアダプタ４２をさらに説明する。モータアダプタ４２は、モータアダプタ４２の周方向の一部にモータ４０を支持するモータ支持部４２ｍを有する。モータ支持部４２ｍは、モータ４０の入力側の端部と嵌合する嵌合部４２ｎと、モータ４０を連結するフランジ４２ｆとを有する。フランジ４２ｆは、平面視で略矩形状を有し、外周部の一部がホロー部Ｈの中心に向かって張り出している。ホロー部Ｈは、平面視でフランジ４２ｆと干渉しない大きさを有する。

内ピン３２をさらに説明する。この例では、内ピン３２は、周方向に３６°間隔で１０本配置される。図２では、１つの内ピン３２を示す。内ピン３２は、入力側が第１キャリヤ部材１８に固定され、反入力側が第２キャリヤ部材２０に固定される。内ピン３２は、第１キャリヤ部材１８と第２キャリヤ部材２０とを連結する。図２の例では、内ピン３２は、第１キャリヤ部材１８と一体的に形成されており、反入力側が第２キャリヤ部材２０にボルトＢ２０によって固定されている。内ピン３２の外周にはスリーブ３２ｓが設けられる。内ピン３２は、内ピン穴１４ｈに隙間を有する状態で挿通される。内ピン３２は、スリーブ３２ｓを介して内ピン穴１４ｈの一部と当接している。内ピン３２は、外歯歯車１４の自転を拘束しその揺動のみを許容している。

円筒部材２８は、ホロー部Ｈを囲む円筒状の円筒部２８ｓと、円筒部２８ｓの反入力側の端部から径方向外側に張り出す鍔部２８ｆとを有する。円筒部２８ｓは、入力軸１２に隙間を介して環囲される。円筒部２８ｓの一部は第２キャリヤ部材２０にインロー嵌合する。鍔部２８ｆは、第２キャリヤ部材２０の反入力側の端面にボルトＢ２８などの締結具により固定される。

ケーシング２２は、キャリヤ部材１８、２０を環囲する中空円筒状の部材であり、径方向外側に突出するケーシングフランジ２２ｆを有する。ケーシングフランジ２２ｆは、外部部材に固定的に支持される。

以上のように構成された歯車装置１０の動作を説明する。入力歯車３６と、センタ歯車３８とを介してモータ４０から入力軸１２に回転が伝達されると、入力軸１２の偏心部１２ａが入力軸１２を通る回転中心線周りに回転し、外歯歯車１４が揺動する。外歯歯車１４が揺動すると、外歯歯車１４と内歯歯車１６の噛合位置が順次ずれる。この結果、入力軸１２が一回転する毎に、外歯歯車１４と内歯歯車１６との歯数差に相当する分、外歯歯車１４および内歯歯車１６の一方の自転が発生する。本実施形態においては、外歯歯車１４が自転し、この自転が内ピン３２を介して第１キャリヤ部材１８および第２キャリヤ部材２０に伝達され、第１キャリヤ部材１８および第２キャリヤ部材２０から減速回転が出力される。第１キャリヤ部材１８が回転することにより第１キャリヤ部材１８に連結されたモータアダプタ４２、モータアダプタに連結された外部部材が回転する。第２キャリヤ部材２０が回転することにより第２キャリヤ部材２０に連結された円筒部材２８が回転する。

以上のように構成された歯車装置１０の製造方法を説明する。歯車装置１０の製造方法は、各構成部材を製造する工程と、各構成部材を組み立てる工程とを含む。歯車装置１０の各構成部材を製造する工程は、第１キャリヤ部材１８を製造する製造工程Ｓ１１０と、入力軸１２を製造する製造工程Ｓ１２０とを含む。

図５、図６を参照して、第１キャリヤ部材１８の製造工程Ｓ１１０を説明する。図５は、第１キャリヤ部材１８の製造工程Ｓ１１０の概要を示す工程図である。図６は、加工途中の第１キャリヤ部材１８（以下、「第１キャリヤ部材１８－Ａ」または「ワーク」という）を示す平面図である。製造工程Ｓ１１０は、外形形成工程Ｓ１１１と、表面硬化処理工程Ｓ１１３と、仕上処理工程Ｓ１１４と、軟化工程Ｓ１１５と、穴形成工程Ｓ１１６とを含む。

外形形成工程Ｓ１１１は、所定素材を切削加工してワークの外形を形成する工程である。なお、ワークの外径を形成する工程は、切削加工に限定されず、種々の加工方法を採用でき、例えば鍛造でもよい。外形形成工程Ｓ１１１は、ワークに、第１主軸受２４の転動体２４ｇが転動する転動面１８ｊを形成する転動面形成工程Ｓ１１２を有する。この場合、単一のワークに、転動面１８ｊと、タップ穴Ｔ１８とを形成できるため、別々の部材に形成する場合よりも部品点数を減らせる。

表面硬化処理工程Ｓ１１３は、転動面形成工程Ｓ１１２を含む外形形成工程Ｓ１１１を経たワークに表面硬化処理を施す工程である。表面硬化処理としては、公知の様々な方法を採用できる。この例では、ワーク全体に高周波加熱を用いた高周波焼入れ等の表面硬化処理が施される。所望の表面硬化層深さや硬度は、表面硬化処理の方法および条件を実験的検討により調整することにより実現できる。

表面硬化処理が施されることにより、転動面１８ｊおよび第１端面１８ｅを含むワークの表面には、素材よりも硬度が高い硬化層１８ｈが形成される。硬化層１８ｈには、例えば、マルテンサイト等を主相とする焼入れ組織が設けられる。硬化層１８ｈの硬度は、転動面１８ｊの疲労強度や靱性等を考慮して設定できる。硬化層１８ｈの硬度の下限値は、特に限られないが、十分な疲労強度を確保する観点からは、例えば、ロックウェル硬度Ｃスケール（以下、「ＨＲＣ」という）５５以上あると好ましい。硬化層１８ｈの硬度の上限値は、特に限られないが、例えば、ＨＲＣ６４以下になる。

仕上処理工程Ｓ１１４は、表面硬化処理工程Ｓ１１３で表面硬化処理が施されたワークを仕上処理する工程である。仕上処理工程Ｓ１１４では、所定箇所を切削加工、研削加工、研磨加工等により仕上げ加工する。なお、仕上処理工程Ｓ１１４を含むことは必須ではない。仕上処理工程Ｓ１１４を経たワークは、この状態で一旦保管されてもよい。保管されたワークに対して、歯車装置１０の用途や特性に応じた仕様で、軟化工程Ｓ１１５以降の工程を実行するようにしてもよい。

軟化工程Ｓ１１５は、表面硬化処理が施されたワークの特定箇所１８ｓにレーザを照射して特定箇所１８ｓの硬度を低下させる工程である。特定箇所１８ｓは、図６に示すように、硬化層１８ｈが形成された第１端面１８ｅにおいてタップ穴Ｔ１８が形成される箇所である。本実施形態の特定箇所１８ｓは、ワークに関して設定されたタップ穴Ｔ１８の穴径と同径または当該穴径よりも大径の円形領域であり、ワークに関して設定されたタップ穴Ｔ１８のＰＣＤおよび穴数に対応して定められる。つまり、特定箇所１８ｓは、第１端面１８ｅには、中心軸線Ｌａからオフセットした位置に複数（本例では１２）の特定箇所１８ｓが周方向に等間隔で設定される。

軟化工程Ｓ１１５の軟化処理は、高出力のレーザを照射して特定箇所１８ｓを昇温して徐冷することにより硬度を低下させるものである。この処理の照射条件、徐冷方法等の具体的な処理条件は、所望の硬度に応じて、実験的検討により設定できる。本実施形態の軟化処理では、特定箇所１８ｓは変態点温度以上に加熱され、その後、自然空冷により徐冷される。特定箇所１８ｓのロックウェル硬度は、硬化層１８ｈのロックウェル硬度より低ければよく、その具体的な硬度に関して特に限られるものではないが、例えば、ＨＲＣ３０～５０の範囲となる。

軟化処理において、特定箇所１８ｓを加熱したとき、熱伝導により転動面１８ｊの温度が上昇し、その硬度に影響を与えることが考えられる。軟化処理で転動面１８ｊの硬度が著しく低下することは、疲労強度を確保する観点から好ましくない。そこで、本実施形態の軟化処理では、特定箇所１８ｓをレーザ照射により加熱している。レーザ照射は、短時間で狭い範囲を加熱できるので、転動面１８ｊに与える影響を抑制できる。

図６の円Ｅは、特定箇所１８ｓの断面を模式的に示している。この図では、相対的に深さ方向を強調して示している。第１端面１８ｅの表面に硬化層１８ｈが形成され、特定箇所１８ｓに軟化処理で軟化された軟化層１８ｗが形成されている。硬化層１８ｈおよび軟化層１８ｗは、熱処理が及んでない素材層１８ｍに積層されている。

軟化処理による特定箇所１８ｓの軟化層１８ｗの軟化深さｄ２が硬化層１８ｈの深さｄ１よりも浅いと、軟化層の下に硬い部分が残り、穴形成時の工具寿命が短くなることが考えられる。そこで、本実施形態の軟化工程Ｓ１１５では、図６の円Ｅに示すように、表面硬化処理により硬化された硬化層１８ｈの深さｄ１よりも深い位置まで軟化させる。つまり、軟化深さｄ２は硬化層１８ｈの深さｄ１よりも深い。この場合、軟化層の下に硬い部分が殆ど残らないから、穴形成時の工具寿命を改善できる。所望の軟化深さｄ２は、軟化処理の方法および条件を実験的検討により実現できる。

穴形成工程Ｓ１１６は、軟化工程により硬度が低下した特定箇所１８ｓに穴を形成する工程である。本実施形態の穴形成工程Ｓ１１６は、加工方法は特に限定されないが、本実施形態においては、ワークの特定箇所１８ｓにドリルを用いて穿孔し、タップを用いて雌ねじを設けてタップ穴Ｔ１８を形成する。特定箇所１８ｓの硬度は低下しているため、加工性が良好となる。タップ穴Ｔ１８が形成されることにより、製造工程Ｓ１１０は終了する。製造工程Ｓ１１０の工程Ｓ１１１～Ｓ１１６は、あくまでも一例であって、種々の変形が可能である。

図７、図８を参照して、入力軸１２の製造工程Ｓ１２０を説明する。図７は、入力軸１２の製造工程Ｓ１２０の概要を示す工程図である。図８は、加工途中の入力軸１２（以下、「入力軸１２－Ａ」または「ワーク」という）を示す平面図である。製造工程Ｓ１２０は、外形形成工程Ｓ１２１と、表面硬化処理工程Ｓ１２３と、仕上処理工程Ｓ１２４と、軟化工程Ｓ１２５と、穴形成工程Ｓ１２６とを含む。

外形形成工程Ｓ１２１は、加工方法は特に限定されないが、本実施形態においては、所定素材を切削加工してワークの外形を形成する工程である。外形形成工程Ｓ１２１は、ワークに、偏心軸受３０の転動体３０ｇが転動する転動面１２ｊを形成する転動面形成工程Ｓ１２２を有する。この場合、単一のワークに、転動面１２ｊと、タップ穴Ｔ１２とを形成できるため、別々の部材に形成する場合よりも部品点数を減らせる。

表面硬化処理工程Ｓ１２３は、転動面形成工程Ｓ１２２を含む外形形成工程Ｓ１２１を経たワークに表面硬化処理を施す工程である。表面硬化処理としては、公知の様々な方法を採用できる。この例では、ワーク全体に高周波加熱を用いた高周波焼入れ等の表面硬化処理が施される。所望の表面硬化層深さや硬度は、表面硬化処理の方法および条件を実験的検討により調整することにより実現できる。

表面硬化処理が施されることにより、転動面１２ｊおよび軸方向端面１２ｅを含むワークの表面には、素材よりも硬度が高い硬化層１２ｈが形成される。硬化層１２ｈには、例えば、マルテンサイト等を主相とする焼入れ組織が設けられる。硬化層１２ｈの硬度は、転動面１２ｊの疲労強度や靱性等を考慮して設定できる。硬化層１２ｈの硬度の下限値は、特に限られないが、十分な疲労強度を確保する観点からは、例えば、ＨＲＣ５５以上あると好ましい。硬化層１２ｈの硬度の上限値は、特に限られないが、例えば、ＨＲＣ６４以下になる。

仕上処理工程Ｓ１２４は、表面硬化処理工程Ｓ１２３で表面硬化処理が施されたワークを仕上処理する工程である。仕上処理工程Ｓ１２４では、所定箇所を切削加工、研削加工、研磨加工等により仕上げ加工する。なお、仕上処理工程Ｓ１２４を含むことは必須ではない。仕上処理工程Ｓ１２４を経たワークは、この状態で一旦保管されてもよい。保管されたワークに対して、歯車装置１０の用途や特性に応じた仕様で、軟化工程Ｓ１２５以降の工程を実行するようにしてもよい。

軟化工程Ｓ１２５は、表面硬化処理が施されたワークの特定箇所１２ｓにレーザを照射して特定箇所１２ｓの硬度を低下させる工程である。特定箇所１２ｓは、図８に示すように、硬化層１２ｈが形成された軸方向端面１２ｅにおいてタップ穴Ｔ１２が形成される箇所である。本実施形態の特定箇所１２ｓは、ワークに関して設定されたタップ穴Ｔ１２の穴径と同径または当該穴径よりも大径の円形領域であり、ワークに関して設定されたタップ穴Ｔ１２のＰＣＤおよび穴数に対応して定められる。つまり、特定箇所１２ｓは、軸方向端面１２ｅには、中心軸線Ｌａからオフセットした位置に複数（本例では８）の特定箇所１２ｓが周方向に等間隔で設定される。

軟化工程Ｓ１２５の軟化処理は、高出力のレーザを照射して特定箇所１２ｓを昇温して徐冷することにより硬度を低下させるものである。この処理の照射条件、徐冷方法等の具体的な処理条件は、所望の硬度に応じて、実験的検討により設定できる。本実施形態の軟化処理では、特定箇所１２ｓは変態点温度以上に加熱され、その後、自然空冷により徐冷される。特定箇所１２ｓのロックウェル硬度は、硬化層１２ｈのロックウェル硬度より低ければよく、その具体的な硬度に関して特に限られるものではないが、例えば、ＨＲＣ３０～５０の範囲となる。

軟化処理において、特定箇所１２ｓを加熱したとき、熱伝導により転動面１２ｊの温度が上昇し、その硬度に影響を与えることが考えられる。軟化処理で転動面１２ｊの硬度が著しく低下することは、疲労強度を確保する観点から好ましくない。そこで、本実施形態の軟化処理では、特定箇所１２ｓをレーザ照射により加熱している。レーザ照射は、短時間で狭い範囲を加熱できるので、転動面１２ｊに与える影響を抑制できる。

図８の円Ｆは、特定箇所１２ｓの断面を模式的に示している。この図では、相対的に深さ方向を強調して示している。軸方向端面１２ｅの表面に硬化層１２ｈが形成され、特定箇所１２ｓに軟化処理で軟化された軟化層１２ｗが形成されている。硬化層１２ｈおよび軟化層１２ｗは、熱処理が及んでない素材層１２ｍに積層されている。

軟化処理による特定箇所１２ｓの軟化層１２ｗの軟化深さｄ２が硬化層１２ｈの深さｄ１よりも浅いと、軟化層の下に硬い部分が残り、穴形成時の工具寿命が短くなることが考えられる。そこで、本実施形態の軟化工程Ｓ１２５では、図８の円Ｆに示すように、表面硬化処理により硬化された硬化層１２ｈの深さｄ１よりも深い位置まで軟化させる。つまり、軟化深さｄ２は硬化層１２ｈの深さｄ１よりも深い。この場合、軟化層の下に硬い部分が殆ど残らないから、穴形成時の工具寿命を改善できる。所望の軟化深さｄ２は、軟化処理の方法および条件を実験的検討により実現できる。

穴形成工程Ｓ１２６は、軟化工程により硬度が低下した特定箇所１２ｓに穴を形成する工程である。本実施形態の穴形成工程Ｓ１２６は、加工方法は特に限定されないが、本実施形態においては、ワークの特定箇所１２ｓにドリルを用いて穿孔し、タップを用いて雌ねじを設けてタップ穴Ｔ１２を形成する。特定箇所１２ｓの硬度は低下しているため、加工性が良好となる。タップ穴Ｔ１２が形成されることにより、製造工程Ｓ１２０は終了する。製造工程Ｓ１２０の工程Ｓ１２１～Ｓ１２６は、あくまでも一例であって、種々の変形が可能である。

本実施形態の特徴を説明する。本実施形態の歯車装置１０の製造方法は、第１キャリヤ部材１８または入力軸１２をワークとして製造する製造工程Ｓ１１０、Ｓ１２０を含む。当該製造工程Ｓ１１０、Ｓ１２０は、ワークに表面硬化処理を施す表面硬化処理工程Ｓ１１３、Ｓ１２３と、表面硬化処理が施されたワークの特定箇所１８ｓ、１２ｓにレーザを照射して当該特定箇所１８ｓ、１２ｓの硬度を低下させる軟化工程Ｓ１１５、Ｓ１２５と、軟化工程Ｓ１１５、Ｓ１２５により硬度が低下した特定箇所１８ｓ、１２ｓにタップ穴Ｔ１８、Ｔ１２を形成する穴形成工程Ｓ１１６、Ｓ１２６と、を備える。

この方法によれば、需要に応じて変化する機能穴の仕様に応じた領域を軟化させ、その領域に当該機能穴を形成できるので、需要の変化に柔軟に対応できる。また、この方法によれば、穴加工の工具寿命を改善し、工具交換のロスタイムを減らし、生産性を向上できる。

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明した。上述した実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体例を示したものにすぎない。実施形態の内容は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、請求の範囲に規定された発明の思想を逸脱しない範囲において、構成要素の変更、追加、削除等の多くの設計変更が可能である。上述の実施形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「実施形態の」「実施形態では」等との表記を付して説明しているが、そのような表記のない内容に設計変更が許容されないわけではない。また、図面の断面に付したハッチングはハッチングを付した対象の材質を限定するものではない。

以下、変形例について説明する。変形例の図面および説明では、実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。実施形態と重複する説明を適宜省略し、実施形態と相違する構成について重点的に説明する。

［変形例］
実施形態の説明では、特定箇所１２ｓ、１８ｓの軟化領域の表面形状が円形である例を示したが、軟化領域の表面形状に限定はなく、例えば、楕円形、多角形等であってもよい。また、複数の軟化領域が互いに離間していることは必須ではなく、複数の軟化領域は、互いに一部または全部が繋がっていてもよいし、軟化領域は、中心軸線Ｌａを環囲する帯状の環となる領域であってもよい。

実施形態の説明では、表面硬化処理工程Ｓ１１３、Ｓ１２３が、高周波焼入れを用いる例を示したがこれに限定されない。例えば、表面硬化処理工程Ｓ１１３、Ｓ１２３は、浸炭焼入れ、浸炭窒化焼入れ等を用いる表面硬化処理であってもよい。

実施形態の説明では、穴形成工程Ｓ１１６、Ｓ１２６においてタップ穴を形成する例を示したがこれに限定されない。例えば、穴形成工程Ｓ１１６、Ｓ１２６においてタップを有しない通常穴を形成するようにしてもよい。

実施形態の説明では、入力軸１２の特定箇所１２ｓに連結される動力伝達部材が歯車（センタ歯車３８）である例を示したがこれに限定されない。例えば、当該動力伝達部材はプーリ等であってもよい。

実施形態の説明では、仕上処理工程Ｓ１１４、Ｓ１２４の後に、軟化工程Ｓ１１５、Ｓ１２５が行われたが、これに限定されず、軟化工程の後に仕上処理工程が行われてもよい。

上述の各変形例は実施形態と同様の作用・効果を奏する。

上述した実施形態の構成要素と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施形態は、組み合わされる実施形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。

１０歯車装置、１２入力軸、１２ｈ、１８ｈ硬化層、１２ｊ、１８ｊ転動面、１２ｓ、１８ｓ特定箇所、Ｔ１２、Ｔ１８タップ穴、１４外歯歯車、１６内歯歯車、２４ｇ、３０ｇ転動体、Ｂ１２、Ｂ２０、Ｂ２８、Ｂ４２ボルト、１００減速機ユニット、Ｓ１１２、Ｓ１２２転動面形成工程、Ｓ１１３、Ｓ１２３表面硬化処理工程、Ｓ１１５、Ｓ１２５軟化工程、Ｓ１１６、Ｓ１２６穴形成工程。

Claims

内歯歯車と、外歯歯車と、前記外歯歯車の自転成分または公転成分と同期するキャリヤ部材と、を備えた歯車装置の製造方法であって、
前記キャリヤ部材に表面硬化処理を施す表面硬化処理工程と、
表面硬化処理が施された前記キャリヤ部材の特定箇所にレーザを照射して当該特定箇所の硬度を低下させる軟化工程と、
前記軟化工程により硬度が低下した前記特定箇所に穴を形成する穴形成工程と、を備えることを特徴とする歯車装置の製造方法。
前記キャリヤ部材に、軸受の転動体が転動する転動面を形成する転動面形成工程を有することを特徴とする請求項１に記載の歯車装置の製造方法。
前記軟化工程においては、前記表面硬化処理により硬化された表面硬化層深さよりも深い位置まで軟化させることを特徴とする請求項１または２に記載の歯車装置の製造方法。
前記穴形成工程においては、前記特定箇所に被駆動部材を連結するためのボルトが締結されるタップ穴を形成することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の歯車装置の製造方法。
入力軸と、内歯歯車と、外歯歯車と、を備え、前記入力軸は軸受の転動体が転動する転動面を有する歯車装置の製造方法であって、
前記入力軸に転動面を形成する転動面形成工程と、
前記入力軸に表面硬化処理を施す表面硬化処理工程と、
表面硬化処理が施された前記入力軸の特定箇所にレーザを照射して当該特定箇所の硬度を低下させる軟化工程と、
前記軟化工程により硬度が低下した前記特定箇所に穴を形成する穴形成工程と、を備えることを特徴とする歯車装置の製造方法。
前記穴形成工程においては、前記特定箇所に動力伝達部材を連結するタップ穴を形成することを特徴とする請求項５に記載の歯車装置の製造方法。