JPH1148036A - 超高品質歯車の製造方法 - Google Patents
超高品質歯車の製造方法Info
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- JPH1148036A JPH1148036A JP20763997A JP20763997A JPH1148036A JP H1148036 A JPH1148036 A JP H1148036A JP 20763997 A JP20763997 A JP 20763997A JP 20763997 A JP20763997 A JP 20763997A JP H1148036 A JPH1148036 A JP H1148036A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 浸炭焼入れ歯車に対して高度な機械加工技術
を用いずに面圧強度と曲げ疲労強度を同時に向上させ、
従来技術で得られなかった面圧強度と曲げ強度のバラン
スのとれた高強度歯車を得ることを課題とする。 【解決手段】 浸炭焼入れ、または浸炭焼入れ後研削処
理した歯車に、ショットピ−ニング処理を施し、その後
にバレル処理を施した。
を用いずに面圧強度と曲げ疲労強度を同時に向上させ、
従来技術で得られなかった面圧強度と曲げ強度のバラン
スのとれた高強度歯車を得ることを課題とする。 【解決手段】 浸炭焼入れ、または浸炭焼入れ後研削処
理した歯車に、ショットピ−ニング処理を施し、その後
にバレル処理を施した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は超高品質歯車の製造
方法に関し、特に、浸炭歯車の面圧強度等を向上させる
高強度歯車の製造方法に関するものである。
方法に関し、特に、浸炭歯車の面圧強度等を向上させる
高強度歯車の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】浸炭歯車材の曲げ疲労強度を向上する方
法として、ショットピ−ニング処理が知られているが、
ショットピ−ニング処理により表面粗さの劣化が生じて
しまい、面圧強度がほとんど上昇しないため、ショット
ピ−ニング処理を施すだけでは、曲げ疲労強度と面圧強
度を同時に向上させることが困難であった。
法として、ショットピ−ニング処理が知られているが、
ショットピ−ニング処理により表面粗さの劣化が生じて
しまい、面圧強度がほとんど上昇しないため、ショット
ピ−ニング処理を施すだけでは、曲げ疲労強度と面圧強
度を同時に向上させることが困難であった。
【０００３】一方、面圧強度を向上する方法としては、
研削等の高度な機械加工による超仕上げを実施すれば技
術的に可能であるが、機械加工による超仕上げだけでは
曲げ疲労強度の向上は期待できない。
研削等の高度な機械加工による超仕上げを実施すれば技
術的に可能であるが、機械加工による超仕上げだけでは
曲げ疲労強度の向上は期待できない。
【０００４】また、曲げ疲労強度と面圧強度を同時に向
上させる方法として、ショットピ−ニング処理を施した
後に研削等を行えば可能と考えられるが、数μmオ−ダ
−の除去は高度な機械加工技術が要求されるとともに、
浸炭歯車では変形が大きく、一様に数μmオ−ダ−の除
去は不可能である。一般には、１００〜２００μm程度
の研削除去であれば可能であるが、この場合はショット
ピ−ニング処理により生じた残留応力が消失していまう
ので、曲げ疲労強度の向上が期待できない。
上させる方法として、ショットピ−ニング処理を施した
後に研削等を行えば可能と考えられるが、数μmオ−ダ
−の除去は高度な機械加工技術が要求されるとともに、
浸炭歯車では変形が大きく、一様に数μmオ−ダ−の除
去は不可能である。一般には、１００〜２００μm程度
の研削除去であれば可能であるが、この場合はショット
ピ−ニング処理により生じた残留応力が消失していまう
ので、曲げ疲労強度の向上が期待できない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、浸炭焼入れ
歯車に対して高度な機械加工技術を用いずに面圧強度と
曲げ疲労強度を同時に向上させ、従来技術で得られなか
った面圧強度と曲げ強度のバランスのとれた高強度歯車
を得ることを課題とする。
歯車に対して高度な機械加工技術を用いずに面圧強度と
曲げ疲労強度を同時に向上させ、従来技術で得られなか
った面圧強度と曲げ強度のバランスのとれた高強度歯車
を得ることを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係る超高品質歯
車の製造方法は、浸炭焼入れ、または浸炭焼入れ後研削
処理した歯車に、ショットピ−ニング処理を施し、その
後にバレル処理を施したことを特徴とする。上記バレル
処理において、砥料の半径Ｒを歯車歯元の危険断面近傍
の曲率半径ρより小さく選ぶことを特徴とする。
車の製造方法は、浸炭焼入れ、または浸炭焼入れ後研削
処理した歯車に、ショットピ−ニング処理を施し、その
後にバレル処理を施したことを特徴とする。上記バレル
処理において、砥料の半径Ｒを歯車歯元の危険断面近傍
の曲率半径ρより小さく選ぶことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
して説明する。浸炭歯車は、歯車素材をホブ加工するこ
とにより歯切りを行い、焼準を施して浸炭焼入れ・焼戻
し（以下、単に浸炭焼入れという）を行う。
して説明する。浸炭歯車は、歯車素材をホブ加工するこ
とにより歯切りを行い、焼準を施して浸炭焼入れ・焼戻
し（以下、単に浸炭焼入れという）を行う。
【０００８】本発明に係る製造方法は、浸炭焼入れ、ま
たは浸炭焼入れ後研削処理した歯車に対して、歯車精度
を損わずに曲げ疲労強度と面圧強度をともに飛躍的に向
上させるのに高度な技術的困難を伴わずに行えることに
特徴がある。そのため、曲げ疲労強度の向上に関して
は、適切なショットピ−ニング処理を施し、面圧強度の
向上に関してはバレル処理を施す、といった二工程を組
合せることにより、超高品質な歯車が得られる。以下、
各工程について説明する。
たは浸炭焼入れ後研削処理した歯車に対して、歯車精度
を損わずに曲げ疲労強度と面圧強度をともに飛躍的に向
上させるのに高度な技術的困難を伴わずに行えることに
特徴がある。そのため、曲げ疲労強度の向上に関して
は、適切なショットピ−ニング処理を施し、面圧強度の
向上に関してはバレル処理を施す、といった二工程を組
合せることにより、超高品質な歯車が得られる。以下、
各工程について説明する。
【０００９】（１）ショットピ−ニング処理 浸炭焼入れ、または浸炭焼入れ後研削処理した歯車の歯
面と歯元へショットピ−ニングを行なう。ショットピ−
ニングは、ショット（鋳鉄または鋼（硬鋼線）の小球）
またはグリット（鋳鉄の破砕粒）を、鋼材表面に圧縮空
気による噴射または遠心力で投射し、表面に加工硬化を
生じさせて残留圧縮応力下にある状態にし、外的応力が
加えられて材料表面に引張応力が作用するとき、この残
留圧縮応力によって相殺して耐疲労性を大きくする処理
である。ショットピ−ニングを行う場合、面圧強度と曲
げ疲労強度をともに向上されるという観点から次の様な
配慮が必要である。すなわち、面圧強度の向上という観
点からは、ショットピ−ニング処理を施すことにより、
表面粗さをそれ程粗さないことが必要である。その目安
は Dowson のＥＨＬ理論から下式のＤ値にて評価し、
(２)式の範囲が好ましい。
面と歯元へショットピ−ニングを行なう。ショットピ−
ニングは、ショット（鋳鉄または鋼（硬鋼線）の小球）
またはグリット（鋳鉄の破砕粒）を、鋼材表面に圧縮空
気による噴射または遠心力で投射し、表面に加工硬化を
生じさせて残留圧縮応力下にある状態にし、外的応力が
加えられて材料表面に引張応力が作用するとき、この残
留圧縮応力によって相殺して耐疲労性を大きくする処理
である。ショットピ−ニングを行う場合、面圧強度と曲
げ疲労強度をともに向上されるという観点から次の様な
配慮が必要である。すなわち、面圧強度の向上という観
点からは、ショットピ−ニング処理を施すことにより、
表面粗さをそれ程粗さないことが必要である。その目安
は Dowson のＥＨＬ理論から下式のＤ値にて評価し、
(２)式の範囲が好ましい。
【００１０】 Ｄ＝(ΣＲmaxi)／ｈmin ・・・(１) ここで、ｈmin：負荷時の油膜厚さ、ΣＲmaxi：相対す
べり，ころがりを伴う相対する摺動部表面の最大粗さの
和である。Ｄが小さい程、面圧強度上有利であり、Ｄ≦
１は金属接触が生じ難いことを示しているが、このため
には表面粗さを一般的には精密な超仕上げにする必要が
ある。
べり，ころがりを伴う相対する摺動部表面の最大粗さの
和である。Ｄが小さい程、面圧強度上有利であり、Ｄ≦
１は金属接触が生じ難いことを示しているが、このため
には表面粗さを一般的には精密な超仕上げにする必要が
ある。
【００１１】 Ｄ＜２０〜３０ ・・・（２） (２)式を満たす浸炭焼入れ材のショット条件は、例えば
図１に示したショットピ−ニング条件が目安となる。こ
の場合の表面粗さの変化は、Ｈv(ビッカ−ス硬さ）７０
０、表面粗さＲmax＝３〜５μmにてΔＲmax＜０.２〜２
μmが得られる。一方、この条件下において、ショット
ピ−ニング処理により残留応力が増加するので（図２参
照）、曲げ疲労強度は１５％以上も向上している（図３
参照）。
図１に示したショットピ−ニング条件が目安となる。こ
の場合の表面粗さの変化は、Ｈv(ビッカ−ス硬さ）７０
０、表面粗さＲmax＝３〜５μmにてΔＲmax＜０.２〜２
μmが得られる。一方、この条件下において、ショット
ピ−ニング処理により残留応力が増加するので（図２参
照）、曲げ疲労強度は１５％以上も向上している（図３
参照）。
【００１２】（２）バレル処理 上記ショットピ−ニング後、セラミック焼結材等を砥料
とするバレル処理を施すことにより表面粗さの低減を図
ることができる。これにより面圧強度の向上が期待され
る。バレル仕上げは、回転するバレル（俗にがら箱）の
中に回転または静止する工作物，砥料(メデア)，コンパ
ウンドおよび工作液を入れ、工作物が砥料と衝突する間
にその表面の凹凸を除去し、滑らかな仕上面をうる方法
である。砥料としては砥石小片，砥粒，天然および人造
の石塊，石英，砂，鉄球，皮，おがくずなど仕上の程度
に応じて用いる。コンパウンド（compound）は防錆作
用，研磨作用の促進，または光沢を出すために用いる水
溶性薬品である。溶液としては水のほか、軽油，グリセ
リン，乳剤などが用いられる。
とするバレル処理を施すことにより表面粗さの低減を図
ることができる。これにより面圧強度の向上が期待され
る。バレル仕上げは、回転するバレル（俗にがら箱）の
中に回転または静止する工作物，砥料(メデア)，コンパ
ウンドおよび工作液を入れ、工作物が砥料と衝突する間
にその表面の凹凸を除去し、滑らかな仕上面をうる方法
である。砥料としては砥石小片，砥粒，天然および人造
の石塊，石英，砂，鉄球，皮，おがくずなど仕上の程度
に応じて用いる。コンパウンド（compound）は防錆作
用，研磨作用の促進，または光沢を出すために用いる水
溶性薬品である。溶液としては水のほか、軽油，グリセ
リン，乳剤などが用いられる。
【００１３】ロ−ラを用いた歯車面圧強度の基礎試験機
で、浸炭焼入れ鋼ロ−ラの面圧強度を調べた結果を図４
に示す。これは、浸炭焼入れしたロ−ラを円筒研削盤で
仕上げた後、ショットピ−ニングを施し、さらに表面粗
さを改善するためにバレル処理や砥粒流動による液体ホ
−ニング加工（３＜Ｄ＜５）を施して、面圧強度がどの
程度改善できるのかを調べたものであり、図４はそれに
より得られたＳ−Ｎ曲線である。
で、浸炭焼入れ鋼ロ−ラの面圧強度を調べた結果を図４
に示す。これは、浸炭焼入れしたロ−ラを円筒研削盤で
仕上げた後、ショットピ−ニングを施し、さらに表面粗
さを改善するためにバレル処理や砥粒流動による液体ホ
−ニング加工（３＜Ｄ＜５）を施して、面圧強度がどの
程度改善できるのかを調べたものであり、図４はそれに
より得られたＳ−Ｎ曲線である。
【００１４】Ｒmax≒３μmに円筒研削仕上げしたロ−ラ
の面圧強度は、σmax＝２１００〜２２００ＭＰaと考え
られる。このＲmax≒３μmに研削したロ−ラにショット
ピ−ニングとバレル処理を施すと、その面圧強度はσma
x＝２４００ＭＰa以上まで著しく向上した。
の面圧強度は、σmax＝２１００〜２２００ＭＰaと考え
られる。このＲmax≒３μmに研削したロ−ラにショット
ピ−ニングとバレル処理を施すと、その面圧強度はσma
x＝２４００ＭＰa以上まで著しく向上した。
【００１５】それに対して、ショットピ−ニング後液体
ホ−ニング加工を施したもの（図７(ｅ)，(ｆ)）は、研
削仕上げしたもの（図７(ａ)）よりも表面粗さが小さい
にもかかわらず、面圧強度は低下している。この原因と
しては、表面粗さが余り改善されなかったことや、軸方
向の加工目が付加されたために接触幅の両端でサイドフ
ロ−が起こり金属接触が起こりやすくなったことがあげ
られる。
ホ−ニング加工を施したもの（図７(ｅ)，(ｆ)）は、研
削仕上げしたもの（図７(ａ)）よりも表面粗さが小さい
にもかかわらず、面圧強度は低下している。この原因と
しては、表面粗さが余り改善されなかったことや、軸方
向の加工目が付加されたために接触幅の両端でサイドフ
ロ−が起こり金属接触が起こりやすくなったことがあげ
られる。
【００１６】ショットピ−ニングを施さず、Ｒmax≒０.
２μmに研削仕上げした浸炭焼入れ鋼ロ−ラの面圧強度
はσmax＝２３００ＭＰa以上である。表面粗さは後者の
バレル処理したものより小さいにもかかわらず（図７
(ｃ)，(ｄ)参照）、バレル処理したロ−ラの面圧強度が
高かった原因としては、ショットピ−ニング処理に基づ
く圧縮残留応力の増加、加工硬化および被動ロ−ラの接
触幅両端の角の丸み効果も考えられるが、バレル処理を
施した接触表面の粗さの山が適度な丸みを帯びたため
に、効果的ななじみが起こったことが主因と推察され
る。
２μmに研削仕上げした浸炭焼入れ鋼ロ−ラの面圧強度
はσmax＝２３００ＭＰa以上である。表面粗さは後者の
バレル処理したものより小さいにもかかわらず（図７
(ｃ)，(ｄ)参照）、バレル処理したロ−ラの面圧強度が
高かった原因としては、ショットピ−ニング処理に基づ
く圧縮残留応力の増加、加工硬化および被動ロ−ラの接
触幅両端の角の丸み効果も考えられるが、バレル処理を
施した接触表面の粗さの山が適度な丸みを帯びたため
に、効果的ななじみが起こったことが主因と推察され
る。
【００１７】このようにショットピ−ニング後バレル処
理した表面は、熱処理後滑らかに研削仕上げした表面よ
りも表面粗さが大きいにもかかわらず、面圧強度の向上
は著しいことが実証された。一方、ショットピ−ニング
やバレル処理は歯車の歯のような複雑な形状にも適用で
きる利点がある。すなわち、浸炭焼入れした歯車の歯は
皿形砥石、ウォ−ム状砥石および成形砥石などにて歯面
歯形に研削加工した後、ショットピ−ニングとバレル処
理を施して歯面性状を改善すれば、著しい面圧強度の向
上が期待できる。
理した表面は、熱処理後滑らかに研削仕上げした表面よ
りも表面粗さが大きいにもかかわらず、面圧強度の向上
は著しいことが実証された。一方、ショットピ−ニング
やバレル処理は歯車の歯のような複雑な形状にも適用で
きる利点がある。すなわち、浸炭焼入れした歯車の歯は
皿形砥石、ウォ−ム状砥石および成形砥石などにて歯面
歯形に研削加工した後、ショットピ−ニングとバレル処
理を施して歯面性状を改善すれば、著しい面圧強度の向
上が期待できる。
【００１８】歯車へのバレル処理では、摺動面処理上、
砥料の半径Ｒは歯車歯元の危険断面近傍の曲率半径ρよ
り小さく選ぶ（図５参照）。 Ｒ＜ρ ・・・（３） ｍ(モジュ−ル)＝３の場合、上記条件（図１，(２)式）
にてショットピ−ニング後バレル処理した歯車と浸炭焼
入れ後研削処理した歯車の歯車精度を図６(ａ)(ｂ)に示
す。浸炭焼入れ後研削処理した歯車（図６(ｂ)）と、そ
の歯車にショットピ−ニング後バレル処理した歯車(図
６(ａ))の歯形精度と歯筋精度は、ほとんど変わらない
ことが分かる。このことから、浸炭焼入れ後研削処理し
た歯車に、ショットピ−ニング処理を施し、その後にバ
レル処理を施したとしても、歯形精度に影響を及ぼさな
いことが実証された。
砥料の半径Ｒは歯車歯元の危険断面近傍の曲率半径ρよ
り小さく選ぶ（図５参照）。 Ｒ＜ρ ・・・（３） ｍ(モジュ−ル)＝３の場合、上記条件（図１，(２)式）
にてショットピ−ニング後バレル処理した歯車と浸炭焼
入れ後研削処理した歯車の歯車精度を図６(ａ)(ｂ)に示
す。浸炭焼入れ後研削処理した歯車（図６(ｂ)）と、そ
の歯車にショットピ−ニング後バレル処理した歯車(図
６(ａ))の歯形精度と歯筋精度は、ほとんど変わらない
ことが分かる。このことから、浸炭焼入れ後研削処理し
た歯車に、ショットピ−ニング処理を施し、その後にバ
レル処理を施したとしても、歯形精度に影響を及ぼさな
いことが実証された。
【００１９】なお、本発明に係る製造方法は、インボリ
ュ−ト，ウォ−ム，ベベル，ハイポイド，ノビコフ等種
々の歯車に適用することができる。
ュ−ト，ウォ−ム，ベベル，ハイポイド，ノビコフ等種
々の歯車に適用することができる。
【００２０】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る製造方法に
よれば、ショットピ−ニングによる歯元と歯面の残留応
力付与およびその後のバレル処理にて表面粗さの改善に
より、面圧強度と曲げ疲労強度を共に飛躍的に向上させ
ることが可能となる。
よれば、ショットピ−ニングによる歯元と歯面の残留応
力付与およびその後のバレル処理にて表面粗さの改善に
より、面圧強度と曲げ疲労強度を共に飛躍的に向上させ
ることが可能となる。
【００２１】そして、浸炭歯車の面圧強度に関し、研削
等の精密な超仕上げ機械加工を用いずに、面圧強度をよ
り向上させることができる。また、既存技術（ショット
ピ−ニング・バレル処理）の複合化により飛躍的に歯車
の面圧強度と曲げ疲労強度の向上がバランスを保って達
成できる。
等の精密な超仕上げ機械加工を用いずに、面圧強度をよ
り向上させることができる。また、既存技術（ショット
ピ−ニング・バレル処理）の複合化により飛躍的に歯車
の面圧強度と曲げ疲労強度の向上がバランスを保って達
成できる。
【図１】ショットピ−ニング条件を示す表。
【図２】残留応力分布を示すグラフ。
【図３】ショットピ−ニングによる疲労強度向上を示す
Ｓ−Ｎ曲線。
Ｓ−Ｎ曲線。
【図４】ショットピ−ニング後のバレル処理により面圧
強度が向上することを示すＳ−Ｎ曲線。
強度が向上することを示すＳ−Ｎ曲線。
【図５】バレル処理の砥料の大きさの基準を示す図。
【図６】ショットピ−ニング後バレル処理を施した歯形
の歯形精度を示すグラフ。
の歯形精度を示すグラフ。
【図７】歯車の表面粗さの変化を示す図。
Claims (2)
- 【請求項１】 浸炭焼入れ、または浸炭焼入れ後研削処
理した歯車に、ショットピ−ニング処理を施し、その後
にバレル処理を施したことを特徴とする超高品質歯車の
製造方法。 - 【請求項２】 上記バレル処理において、砥料の半径Ｒ
を歯車歯元の危険断面近傍の曲率半径ρより小さく選ぶ
ことを特徴とする請求項１記載の超高品質歯車の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20763997A JPH1148036A (ja) | 1997-08-01 | 1997-08-01 | 超高品質歯車の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20763997A JPH1148036A (ja) | 1997-08-01 | 1997-08-01 | 超高品質歯車の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1148036A true JPH1148036A (ja) | 1999-02-23 |
Family
ID=16543124
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20763997A Pending JPH1148036A (ja) | 1997-08-01 | 1997-08-01 | 超高品質歯車の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1148036A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0995530A2 (en) * | 1998-10-23 | 2000-04-26 | Saga University | Processing system for increasing the quality of a gear and a barreling apparatus usable in the same |
| JP2004345022A (ja) * | 2003-05-22 | 2004-12-09 | Fuji Heavy Ind Ltd | 歯車およびその製造方法 |
| JP2005034990A (ja) * | 2003-07-02 | 2005-02-10 | Aric Tc:Kk | 機能部材およびその製造方法 |
| JP2007516096A (ja) * | 2003-05-30 | 2007-06-21 | アール・イー・エム・テクノロジーズ・インコーポレーテツド | 超仕上げ大型遊星歯車システム |
| JP2008049444A (ja) * | 2006-08-25 | 2008-03-06 | Sintokogio Ltd | 金属部品の表面加工方法 |
| JP2021099113A (ja) * | 2019-12-20 | 2021-07-01 | 住友重機械工業株式会社 | 撓み噛合い式歯車装置及びその製造方法 |
| CN115556005A (zh) * | 2022-10-21 | 2023-01-03 | 重庆大学 | 一种基于新型复合工艺的齿轮高表面完整性创成方法 |
-
1997
- 1997-08-01 JP JP20763997A patent/JPH1148036A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0995530A2 (en) * | 1998-10-23 | 2000-04-26 | Saga University | Processing system for increasing the quality of a gear and a barreling apparatus usable in the same |
| EP0995530A3 (en) * | 1998-10-23 | 2002-06-12 | Saga University | Processing system for increasing the quality of a gear and a barreling apparatus usable in the same |
| JP2004345022A (ja) * | 2003-05-22 | 2004-12-09 | Fuji Heavy Ind Ltd | 歯車およびその製造方法 |
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| US8109854B2 (en) | 2003-05-30 | 2012-02-07 | Rem Technologies, Inc. | Superfinishing large planetary gear systems |
| US8171637B2 (en) | 2003-05-30 | 2012-05-08 | Rem Technologies, Inc. | Superfinishing large planetary gear systems |
| US8858734B2 (en) | 2003-05-30 | 2014-10-14 | Rem Technologies, Inc. | Superfinishing large planetary gear systems |
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