(57)【要約】【課題】歯車の製造時間を短縮しつつ、ショットピーニングによって歯先部に形成される突起の処理が可能な歯車の製造方法を実現する。【解決手段】本開示の一形態に係る歯車の製造方法は、歯車粗材１の歯面１ａにショット粒を噴射するショットピーニングを行って、歯面１ａに残留応力を付与しつつ歯面１ａを硬化させる工程と、歯面１ａを硬化させた歯車粗材１の歯先部を少なくとも加熱して歯先部を軟化させる工程と、歯先部を軟化させた歯車粗材１を他の歯車１２に噛み合わせて回転駆動させ、ショットピーニングによって歯先部に形成された突起１ｇを他の歯車１２の歯面１２ａに押し当てて他の歯車１２の歯面１２ａになじむように変形させる工程と、を備える。【選択図】図７
2020059106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯車の製造方法であって、
歯車粗材の歯面にショット粒を噴射するショットピーニングを行って、前記歯面に残留応力を付与しつつ当該歯面を硬化させる工程と、
前記歯面を硬化させた歯車粗材の歯先部を少なくとも加熱して当該歯先部を軟化させる工程と、
前記歯先部を軟化させた歯車粗材を他の歯車に噛み合わせて回転駆動させ、前記ショットピーニングによって前記歯先部に形成された突起を前記他の歯車の歯面に押し当てて当該他の歯車の歯面になじむように変形させる工程と、
を備える、歯車の製造方法。
【請求項２】
駆動装置の歯車列に前記歯先部を軟化させた歯車粗材を組み込み、前記駆動装置の他の歯車に前記歯先部を軟化させた歯車粗材を噛み合わせて回転駆動させ、前記ショットピーニングによって前記歯先部に形成された突起を前記他の歯車の歯面に押し当てて当該他の歯車の歯面になじむように変形させる、請求項１に記載の歯車の製造方法。
【請求項３】
前記歯先部を軟化させる工程では、高周波誘電加熱装置を用いて前記歯車粗材の歯先部における前記ショットピーニングによって形成された突起を加熱する、請求項１又は２に記載の歯車の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、歯車の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な歯車の製造方法においては、歯車粗材の歯元歯面にショットピーニングを行って、歯元歯面に残留応力を付与しつつ当該歯元歯面を硬化させている。例えば、特許文献１の歯車のショットピーニング方法では、歯車粗材の歯先部のみに予備ショットを行い、その後、歯車粗材の歯元歯面に本ショットを行って歯車粗材全体に残留応力を付与しつつ硬化させている。
【０００３】
詳細には、歯車粗材の歯先部における一方のインボリュート面の側に第１の予備ショットを行い、その後、歯車粗材の歯先部の他方のインボリュート面の側に第２の予備ショットを行う。そして、歯車粗材の歯元に略垂直な方向から歯元を狙って本ショットを行う。これにより、特許文献１の歯車のショットピーニング方法は、ショットピーニングによって歯先部に突起が形成されることを抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−８５６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本出願人は、以下の課題を見出した。特許文献１の歯車のショットピーニング方法は、比較的硬度の低いショット粒を使う予備ショットによって本ショット時に歯先部にショットによる変形突起が形成されることを抑制できるが、歯車粗材の歯面を硬化させるために少なくとも３回のショットが必要である。そのため、ショットピーニング処理時間が長く、歯車の製造時間が長期化する課題を有する。
【０００６】
本開示は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、歯車歯面を硬化させるにあたり、比較的高硬度のショット粒でショットピーニングを行っても歯先部に形成される突起を簡単に処理でき、ショットピーニングの種類を少なくして歯車の製造時間を短縮することが可能な歯車の製造方法を実現する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様に係る歯車の製造方法は、
歯車粗材の歯面にショット粒を噴射するショットピーニングを行って、前記歯面に残留応力を付与しつつ当該歯面を硬化させる工程と、
前記歯面を硬化させた歯車粗材の歯先部を少なくとも加熱して当該歯先部を軟化させる工程と、
前記歯先部を軟化させた歯車粗材を他の歯車に噛み合わせて回転駆動させ、前記ショットピーニングによって前記歯先部に形成された突起を前記他の歯車の歯面に押し当てて当該他の歯車の歯面になじむように変形させる工程と、
を備える。
これにより、特許文献１の歯車のショットピーニング方法のように歯車粗材に予備ショットを行う必要がなく、比較的高硬度のショット粒でショットピーニングを行っても歯車粗材の歯先部に形成される突起を簡単に処理でき、ショットピーニングの種類を少なくして歯車の製造時間を短縮することができる。
【０００８】
上述の歯車の製造方法において、駆動装置の歯車列に前記歯先部を軟化させた歯車粗材を組み込み、前記駆動装置の他の歯車に前記歯先部を軟化させた歯車粗材を噛み合わせて回転駆動させ、前記ショットピーニングによって前記歯先部に形成された突起を前記他の歯車の歯面に押し当てて当該他の歯車の歯面になじむように変形させることが好ましい。
これにより、歯車粗材の突起は、他の歯車の歯面となじむように変形するので、歯車粗材と他の歯車とのトロコイド干渉を抑制することができる。また、駆動装置の歯車の組み付け誤差や加工誤差を吸収することができる。そのため、駆動装置を製造する際に、歯車の高い組み付け精度や加工精度が要求されず、駆動装置の製造を簡略化することができる。
【０００９】
上述の歯車の製造方法において、前記歯先部を軟化させる工程では、高周波誘電加熱装置を用いて前記歯車粗材の歯先部における前記ショットピーニングによって形成された突起を加熱することが好ましい。
これにより、歯車粗材の突起を局所的に加熱して軟化させることができる。そのため、歯車粗材の他の部分の硬さの低下を抑制できる。
【発明の効果】
【００１０】
本開示によれば、歯車歯面を硬化させるにあたり、比較的高硬度のショット粒でショットピーニングを行っても歯先部に形成される突起を簡単に処理でき、ショットピーニングの種類を少なくして歯車の製造時間を短縮することが可能な歯車の製造方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態の歯車の製造方法において、歯車粗材の歯面にショットピーニングを行う様子を模式的に示す平面図である。
【図２】実施の形態の歯車の製造方法において、歯車粗材の歯面にショットピーニングを行う様子を模式的に示す側面図である。
【図３】実施の形態の歯車の製造方法において、歯車粗材の歯面全域にショットピーニングが行われた当該歯車粗材の歯を模式的に示す斜視図である。
【図４】図３に示す歯の歯底面から歯先面までの第２のインボリュート面を破線矢印に倣って測定した表面形状を示す図である。
【図５】実施の形態の歯車の製造方法において、歯車粗材の歯先部を加熱する様子を模式的に示す平面図である。
【図６】実施の形態の歯車の製造方法において、歯車粗材の歯先部を加熱する様子を模式的に示す部分断面図である。
【図７】実施の形態の歯車の製造方法において、歯車粗材を他の歯車と噛み合わせて回転駆動させる様子を模式的に示す平面図である。
【図８】実施の形態の歯車の製造方法において、歯車粗材の突起が他の歯車になじむように変形した歯を模式的に示す斜視図である。
【図９】図８に示す歯の歯底面から歯先面までの第２のインボリュート面を破線矢印に倣って測定した表面形状を示す図である。
【図１０】歯車粗材の突起が他の歯車の歯面を損傷させる様子を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本開示を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本開示が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００１３】
図１は、本実施の形態の歯車の製造方法において、歯車粗材の歯面にショットピーニングを行う様子を模式的に示す平面図である。図２は、本実施の形態の歯車の製造方法において、歯車粗材の歯面にショットピーニングを行う様子を模式的に示す側面図である。なお、図１及び図２では、ハッチングによってショットピーニングを示している。
【００１４】
先ず、図１及び図２に示すように、エアーノズル１０を用いてショット粒をエアーと共に歯車粗材１の歯面１ａに噴射するショットピーニングを行う。歯車粗材１は、例えば、歯車粗材１の周方向に複数の歯１ｂが所定のピッチで配置された平歯車である。なお、歯車粗材１は、斜歯歯車でもよい。
【００１５】
歯１ｂは、歯先面１ｃ、歯先面１ｃを挟んで一方に配置される第１のインボリュート面１ｄ、及び歯先面１ｃを挟んで他方に配置される第２のインボリュート面１ｅを備えている。そして、歯１ｂの第１のインボリュート面１ｄと当該歯１ｂに隣接する歯１ｂの第２のインボリュート面１ｅとの間に歯底面１ｆが配置されている。つまり、歯面１ａは、歯数に応じた、第１のインボリュート面１ｄ、歯先面１ｃ、第２のインボリュート面１ｅ及び歯底面１ｆを備えている。
【００１６】
歯車粗材１は、例えば、鍛造によって製造される。但し、歯車粗材１は、燒結などによって製造されてもよく、歯車粗材１の製造方法は限定されない。
【００１７】
ショットピーニングは、歯車粗材１の少なくとも歯面１ａの全域に行われる。これにより、歯車粗材１の歯面１ａに残留応力（例えば、−１０００ＭＰａ〜−１５００ＭＰａ程度）が付与されつつは当該歯面１ａが硬化する。このとき、歯車粗材１の歯面１ａの強度を高くするために、一般的なショットピーニングに比べて、ショット粒の硬さが高いとよく、例えば、８００ＨＶ程度である。
【００１８】
図３は、本実施の形態の歯車の製造方法において、歯車粗材の歯面全域にショットピーニングが行われた当該歯車粗材の歯を模式的に示す斜視図である。図４は、図３に示す歯の歯底面から歯先面までの第２のインボリュート面を破線矢印に倣って測定した表面形状を示す図である。なお、図４では、基準高さに対して「＋」側が当該基準高さに対して突出する側であり、基準高さに対して「−」側が当該基準高さに対して窪む側である。
【００１９】
図３及び図４に示すように、歯車粗材１の歯面１ａの全域にショットピーニングが行われると、歯車粗材１の歯先部に突起１ｇが形成される。突起１ｇの高さは、例えば、１０μｍ程度である。
【００２０】
次に、歯面１ａを硬化させた歯車粗材１の歯先部を加熱する。図５は、本実施の形態の歯車の製造方法において、歯車粗材の歯先部を加熱する様子を模式的に示す平面図である。図６は、本実施の形態の歯車の製造方法において、歯車粗材の歯先部を加熱する様子を模式的に示す部分断面図である。
【００２１】
詳細には、例えば、高周波誘電加熱装置１１を用いて歯車粗材１の歯先部を加熱する。つまり、図５及び図６に示すように、歯車粗材１の歯面１ａを囲むように配置された、高周波誘電加熱装置１１の誘導コイル１１ａに交流電流を流すことによって、歯車粗材１に誘導電流を流し、当該歯車粗材１の歯先部を誘導加熱する。
【００２２】
このとき、歯車粗材１の歯先部の突起１ｇに誘導電流が集中し、所謂エッジ効果によって当該突起１ｇが局所的に過加熱される。これにより、歯車粗材１の突起１ｇを局所的に軟化させることができる。
【００２３】
ここで、歯車粗材１の突起１ｇが過加熱されて予め設定された硬さ以下に軟化するように、高周波誘電加熱装置１１の誘導コイル１１ａに流す交流電流値、交流電流を誘導コイルに流す時間、又は交流電流の周波数を制御すればよい。
【００２４】
例えば、加熱前の突起１ｇ周辺の硬さが７７０ＨＶ０．０３の場合、加熱により突起１ｇ周辺の硬さを４１０ＨＶ０．０３程度まで軟化するように、高周波誘電加熱装置１１の誘導コイル１１ａに流す交流電流値、交流電流を誘導コイルに流す時間、又は交流電流の周波数を制御する。
【００２５】
次に、突起１ｇが軟化された歯車粗材１を他の歯車に噛み合わせて回転駆動させる。図７は、本実施の形態の歯車の製造方法において、歯車粗材を他の歯車と噛み合わせて回転駆動させる様子を模式的に示す平面図である。図８は、本実施の形態の歯車の製造方法において、歯車粗材の突起が他の歯車になじむように変形した歯を模式的に示す斜視図である。図９は、図８に示す歯の歯底面から歯先面までの第２のインボリュート面を破線矢印に倣って測定した表面形状を示す図である。なお、図９では、基準高さに対して「＋」側が当該基準高さに対して突出する側であり、基準高さに対して「−」側が当該基準高さに対して窪む側である。
【００２６】
詳細には、例えば、歯車粗材１が実際に組み込まれるトランスミッションなどの駆動装置の歯車列に歯車粗材１を組み込み、図７に示すように、駆動装置の他の歯車１２に歯車粗材１を噛み合わせて回転駆動させる。但し、駆動装置は、トランスミッションに限らず、歯車列によって駆動力を伝達可能な装置であればよい。
【００２７】
上述のように歯車粗材１の突起１ｇは軟化しているので、歯車粗材１の突起１ｇは、歯車粗材１が回転駆動して他の歯車１２の歯面１２ａに押し当てられ、当該他の歯車１２の歯面１２ａになじむように変形する。つまり、歯車粗材１の突起１ｇは、他の歯車１２の歯面１２ａによって歯車粗材１の歯１ｂに押し付けられて、図８に示すように、歯車粗材１の歯面１ａが均される。これにより、図９に示すように、歯車粗材１の突起１ｇを、大凡、消滅するように処理することができる。
【００２８】
そのため、上述の「予め設定された硬さ」は、歯車粗材１の突起１ｇを他の歯車１２の歯面１２ａとなじむように変形させることができる硬さであればよく、歯車粗材１や他の歯車１２の硬さなどに応じて、適宜、設定すればよい。
【００２９】
このとき、歯車粗材１の突起１ｇは、他の歯車１２の歯面１２ａとなじむように変形するので、歯車粗材１と他の歯車１２とのトロコイド干渉を抑制することができる。また、駆動装置の歯車の組み付け誤差や加工誤差を吸収することができる。そのため、駆動装置を製造する際に、歯車の高い組み付け精度や加工精度が要求されず、駆動装置の製造を簡略化することができる。
【００３０】
このように本実施の形態の歯車の製造方法は、歯車粗材１の歯先部を加熱し、その後、歯車粗材１を他の歯車１２と噛み合わせて回転駆動させることで、歯車粗材１の突起１ｇを他の歯車１２の歯面１２ａとなじむように変形させる。そのため、特許文献１の歯車のショットピーニング方法のように歯車粗材に予備ショットを行う必要がなく、比較的高硬度のショット粒でショットピーニングを行っても歯車粗材１の突起１ｇを簡単に処理でき、ショットピーニングの種類を少なくして歯車の製造時間を短縮することができる。
【００３１】
しかも、本実施の形態の歯車の製造方法は、歯車粗材１の突起１ｇを軟化させた後に他の歯車１２と噛み合わせるので、図１０に示すように、歯車粗材１の突起１ｇで他の歯車１２の歯面１２ａを損傷させることを抑制できる。なお、図１０では、他の歯車１２を二点鎖線で示している。
【００３２】
また、本実施の形態の歯車の製造方法は、高周波誘電加熱装置１１を用いて歯車粗材１の歯先部を加熱するので、歯車粗材１の突起１ｇを局所的に加熱して軟化させることができる。そのため、歯車粗材１の他の部分の硬さの低下を抑制できる。
【００３３】
本開示は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【００３４】
例えば、上記実施の形態では、高周波誘電加熱装置１１を用いて歯車粗材１の歯先部を加熱しているが、レーザー加熱機をロボットアームに取り付けて、歯車粗材１の歯先部を加熱してもよい。つまり、歯車粗材１の歯先部として当該歯車粗材１の突起１ｇを含む周辺を局所的に加熱することができる装置であればよい。
【００３５】
例えば、上記実施の形態では、歯車粗材１を駆動装置の歯車列に組み込んで他の歯車１２と噛み合わせて回転駆動させているが、歯車粗材１と噛み合わされる他の歯車は限定されない。つまり、歯車粗材１の突起１ｇを歯面１ａに均すことができればよい。
【符号の説明】
【００３６】
１  歯車粗材、１ａ  歯面、１ｂ  歯、１ｃ  歯先面、１ｄ  第１のインボリュート面、１ｅ  第２のインボリュート面、１ｆ  歯底面、１ｇ  突起
１０  エアーノズル
１１  高周波誘電加熱装置、１１ａ  誘導コイル
１２  他の歯車、１２ａ  歯面
【図１】
2020059106.tif 000003
【図２】
2020059106.tif 000004
【図３】
2020059106.tif 000005
【図４】
2020059106.tif 000006
【図５】
2020059106.tif 000007
【図６】
2020059106.tif 000008
【図７】
2020059106.tif 000009
【図８】
2020059106.tif 000010
【図９】
2020059106.tif 000011
【図１０】
2020059106.tif 000012