(57)【要約】      （修正有）【課題】外周面の旋削加工時に生じる残留応力と、内周面の歯面形成加工時に生じる残留応力の差に起因する歪みの発生を抑えて、高精度な歯面形状を有する内歯車を製造する。【解決手段】荒ブランク加工を施す荒ブランク加工工程Ｓ１と、素材の外周に仕上げ旋削加工を施して外周面を形成する仕上げ旋削加工工程Ｓ２と、仕上げ旋削加工を施した素材の内周に歯切り加工を施し、歯面を形成する歯切り加工工程Ｓ３と、内周に歯面を形成した素材に熱処理を施す熱処理工程Ｓ４と、熱処理後の素材に研削仕上げ加工を施す研削仕上げ工程Ｓ５とを具備すると共に、仕上げ旋削加工を施した素材の外周側に生じる残留応力を評価する残留応力評価工程Ｓ６と、残留応力評価工程Ｓ６で得た残留応力の評価値の大きさに応じて、次に仕上げ旋削加工を施す素材の外周側に生じる残留応力が上記評価値より小さくなるよう、旋削加工条件を調整する旋削条件調整工程Ｓ７とを具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
素材の外周に旋削加工を施すことで外周面を形成すると共に、前記素材の内周に歯面を形成した内歯車の製造方法であって、
前記旋削加工を施した前記素材の外周側に生じる残留応力を評価する残留応力評価工程と、
前記残留応力評価工程で得た前記残留応力の評価値の大きさに応じて、次に旋削加工を施す前記素材の外周側に生じる残留応力が前記評価値より小さくなるよう、旋削加工条件を調整する旋削条件調整工程とを具備したことを特徴とする内歯車の製造方法。
【請求項２】
前記残留応力評価工程は、
前記旋削加工に使用される旋削刃の磨耗量と前記残留応力との相関を予め取得する相関取得工程と、
前記旋削加工を施した前記素材の外径を測定する外径測定工程と、
前記外径測定工程で得た外径測定値から前記旋削刃の磨耗量を推定する磨耗量推定工程とを有し、
前記磨耗量推定工程で得た磨耗量と、前記磨耗量と前記残留応力との相関とに基づき前記外周側の残留応力を評価する請求項１に記載の内歯車の製造方法。
【請求項３】
前記旋削条件調整工程は、
前記旋削加工時の送り量ないし回転速度の調整量と、その際の前記残留応力の低減量との関係を予め取得する工程を有し、
前記残留応力評価工程で得た前記残留応力の評価値、および前記送り量ないし前記回転速度の調整量とその際の前記残留応力の低減量との関係に基づき、前記旋削加工時の送り量ないし回転速度を調整する請求項１又は２に記載の内歯車の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内歯車の製造方法に関し、特に、非歯面側となる外周面を旋削加工する際の制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
内歯車は、筒状部もしくは環状部の内周に歯面を有するもので、例えば以下の工程を経て製作される。まず筒状部もしくは環状部の内周にギヤシェーパ加工、ブローチ加工等の歯切り加工（例えば、下記特許文献１を参照）、又は転造加工（例えば、下記特許文献２を参照）等を施して歯面を形成する。そして、浸炭、ガス窒化等の熱処理を施した後、外周面に仕上げ研削を施すことで上記内歯車が完成する。また、上記歯切り加工等を施す内歯車の素材には、下記特許文献２に記載のようにプレス成形されたものが用いられる場合の他、旋削加工で外周面を形成したものが用いられる場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２１６２３６号公報
【特許文献２】特開平５−９６３３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、内歯車製品では、耐摩耗性の向上を図るため、歯面を成形した後に熱処理加工を施しているが、上記熱処理は一般に５００℃〜９００℃と高温であるため、熱処理により素材の内部応力が解放され、及び変態時に生じる応力により歯車に歪みが生じることがある。これは、歯車の外周面を例えば旋削加工で形成する場合、素材の外周に旋削刃（チップ）を押し当てながら素材を削り取るために、素材の外周側に所定の残留応力が発生する一方で、歯切り等の歯面成形加工により歯面側（内周側）にも所定の残留応力が発生し、これら残留応力の差が、上記熱処理後に歪みとして現れるためである。この種の歪みは、使用時（歯車噛み合い時）における異音発生の原因となるため、これを極力取り除く必要があるが、その一方で、近年では、この種の内歯車を組み込んだ機器に対する小型化、軽量化の要求が高まっており、内歯車に対しても薄肉化が推進されている現状がある。そのため、今まで以上に、上記熱処理後の歪みが完成品に反映されやすい、との問題がある。
【０００５】
以上の事情に鑑み、外周面の旋削加工時に生じる残留応力と、内周面の歯面形成加工時に生じる残留応力の差に起因する歪みの発生を抑えて、高精度な歯面形状を有する内歯車を製造することを、本発明により解決すべき技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題の解決は、本発明に係る内歯車の製造方法により達成される。すなわち、この製造方法は、素材の外周に旋削加工を施すことで外周面を形成すると共に、素材の内周に歯面を形成した内歯車の製造方法であって、旋削加工を施した素材の外周側に生じる残留応力を評価する残留応力評価工程と、残留応力評価工程で得た残留応力の評価値の大きさに応じて、次に旋削加工を施す素材の外周側に生じる残留応力が評価値より小さくなるよう、旋削加工条件を調整する旋削条件調整工程とを具備した点をもって特徴付けられる。
【０００７】
このように、本発明は、歯面に比べて加工が容易で加工の自由度も高い素材外周面の旋削加工に着目し、次に旋削加工を施す素材の外周側に生じる残留応力が、既に旋削加工を施した素材における残留応力の評価値よりも小さくなるように、旋削加工条件を調整したことを特徴とするものである。すなわち、素材内周への歯面形成は各種歯切りや転造により行われるため、歯面形成により素材の内周側に生じる残留応力は比較的安定するのに対し、素材外周面を旋削加工で形成する場合には、旋削加工に使用されるチップ等の旋削刃が歯面形成加工に使用される加工具に比べて容易に磨耗を生じる。その結果、素材の外周側に生じる残留応力が旋削加工の継続実施に伴い変化し、素材の内外周間での残留応力の差が増大することが分かった。本願発明は、このような事情に鑑み成されたもので、まず旋削加工を施した素材の外周側に生じる残留応力を評価し、評価した残留応力が例えば所定の値（しきい値）を超えている場合、次に旋削加工を施す素材の外周側に生じる残留応力が上記残留応力の評価値よりも小さくなるように、旋削加工時の条件を調整する。これにより、旋削加工により素材の外周側に生じる残留応力と、歯面形成の際に内周側に生じる残留応力との差を小さくして、熱処理を施した後の歪み量を低減することができる。従って、歯面を含めて寸法精度及び形状精度に優れた内歯車を製造することができ、上記歪みに起因する不良率を低減することができる。また、高精度に内歯車を製造できるので、更なる薄肉化を図ることも可能となる。
【０００８】
また、本発明に係る内歯車の製造方法において、残留応力評価工程は、旋削加工に使用される旋削刃の磨耗量と残留応力との相関を予め取得する相関取得工程と、旋削加工を施した素材の外径を測定する外径測定工程と、外径測定工程で得た外径測定値から旋削刃の磨耗量を推定する磨耗量推定工程とを有し、磨耗量推定工程で得た磨耗量と、磨耗量と残留応力との相関とに基づき外周側の残留応力を評価するものであってもよい。
【０００９】
素材の外周側に生じる残留応力の評価手段としては、Ｘ線回析等で残留応力を直接計測する手段もあるが、上記一連の工程が製造ライン上に配されることを考慮すると、上記直接計測手段は採用し難い（対応する計測装置を製造ラインに組込み難い）。ここで、旋削加工に使用される旋削刃の磨耗状態は、この旋削刃で旋削加工を受けた素材の外径を測定することで間接的に評価できる点に着目し、素材の外径を測定することで外周側の残留応力を評価するようにした。すなわち、まず旋削加工を施した素材の外径を測定し、測定した値から旋削刃の磨耗量を推定する。この場合、外径測定値と切削開始当初の外径測定値との差（増加量）が旋削刃の磨耗量に相当する。既に旋削刃の磨耗量を評価して、旋削刃の切り込み量を調整している場合には、その調整量も加味（積算）して現時点での磨耗量を推定する。そして、推定した磨耗量と、先に取得しておいた磨耗量と残留応力との相関とを照らし合わせることで、磨耗量に対応する外周側の残留応力を評価することができる。この手段によれば、素材の外径を測定するだけで足りるので、測定作業も容易であり、また測定に要する設備も小さくて済む。
【００１０】
また、本発明に係る内歯車の製造方法において、旋削条件調整工程は、旋削加工時の送り量ないし回転速度の調整量と、その際の残留応力の低減量との関係を予め取得する工程を有し、残留応力評価工程で得た残留応力の評価値、および送り量ないし回転速度の調整量とその際の残留応力の低減量との関係に基づき、旋削加工時の送り量ないし回転速度を調整するものであってもよい。
【００１１】
このように、旋削加工条件の調整パラメータとして、送り量ないし回転速度を採用し、かつ、予めこれらパラメータの調整量とその際の残留応力の低減量との関係を取得しておく。そして、残留応力評価工程で得た残留応力の評価値の大きさに応じて、残留応力の低減量を設定し、この低減量に対応する送り量ないし回転速度の調整量（通常は低減量）を設定する。これにより、次に旋削加工を行う素材の外周側に生じる残留応力を確実かつ自動的に制御することができ、熱処理に起因して完成品に生じる歪みを問題ないレベルにまで抑制することが可能となる。特に、上述のように、素材の外径測定値から残留応力を評価する手段を採用する場合には、実質的に素材の外径を測定して、旋削加工時の送り量ないし回転速度を調整するだけで素材外周側の残留応力を制御することができるので、作業効率の点でも優れている。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明によれば、外周面の旋削加工時に生じる残留応力と、内周面の歯面形成加工時に生じる残留応力の差に起因する歪みの発生を抑えて、高精度な歯面形状を有する内歯車を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る内歯車の製造方法の全体の流れを示すフローチャートである。
【図２】図１に示すフローチャートの要部を詳細に説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明に係る製造方法で製造される内歯車の一例を示す斜視図である。
【図４】旋削加工工程を概念的に説明するための側面図である。
【図５】旋削刃の磨耗量と、その際の素材外周側の残留応力との関係を示すグラフである。
【図６】磨耗量と切り込み量との関係を示すグラフである。
【図７】磨耗量と送り量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る内歯車の製造方法の一実施形態を図１〜図７を参照して説明する。
【００１５】
本発明の一実施形態に係る内歯車の製造方法は、図１に示すように、完成品の外形に概ね即した形状を形成するための荒ブランク加工を施す荒ブランク加工工程Ｓ１と、素材の外周に仕上げ旋削加工を施して外周面を形成する仕上げ旋削加工工程Ｓ２と、仕上げ旋削加工を施した素材の内周に歯切り加工を施し、歯面を形成する歯切り加工工程Ｓ３と、内周に歯面を形成した素材に熱処理を施す熱処理工程Ｓ４と、熱処理後の素材に研削仕上げ加工を施す研削仕上げ工程Ｓ５とを具備する。これらの工程Ｓ１〜Ｓ５を経ることにより、内歯車が完成する。
【００１６】
ここで、例えば図３に示すように、完成品としての内歯車１は、この実施形態では、一端側に底部を設けた筒状部２と、筒状部２の底部から回転軸方向に伸びるボス部３とを一体に有する。また、非歯面側となる筒状部２の外周面４は旋削加工（仕上げ旋削加工）で形成されると共に、筒状部２の内周には歯面５が形成されている。
【００１７】
また、この製造方法は、図１に示すように、旋削加工（仕上げ旋削加工）を施した素材の外周側に生じる残留応力を評価する残留応力評価工程Ｓ６と、残留応力評価工程Ｓ６で得た残留応力の評価値の大きさに応じて、次に旋削加工（仕上げ旋削加工）を施す素材の外周側に生じる残留応力が上記評価値より小さくなるよう、旋削加工条件を調整する旋削条件調整工程Ｓ７とを具備する。この実施形態では、所定回数ごとに、旋削加工を施した素材に対して上記残留応力の評価を行うと共に、評価した残留応力の値に応じて、旋削加工条件を調整するようになっている。以下、仕上げ旋削加工工程Ｓ２と残留応力評価工程Ｓ６、および旋削条件調整工程Ｓ７について詳細に説明する。
【００１８】
仕上げ旋削加工工程Ｓ２における旋削加工（仕上げ旋削加工）は、図４に示すように、荒ブランク加工工程Ｓ１において概ね完成品に等しい外形形状に加工された素材１１のうち、筒状部対応領域１２の外周に旋削加工（仕上げ旋削加工）を施すことで、外周面１４を形成する加工である。詳述すると、素材１１のボス部対応領域１３を回転駆動部２２に取り付けた複数のチャック２１で把持すると共に、筒状部対応領域１２の外周側に旋削刃２３を配置する。そして、チャック２１で素材１１を同軸に保持した状態の回転駆動部２２を所定の回転速度Ｖtで回転させると共に、切り込み量Ｃｄが所定の深さとなるように旋削刃２３を筒状部対応領域１２の内径側に所定量移動させ、然る後、所定の送り量Ｖsで旋削刃２３を回転軸に対して平行にかつ筒状部対応領域１２からボス部対応領域１３に向けて移動させる。これにより、素材１１の外周に旋削加工（仕上げ旋削加工）が施され、所定の外径を有する筒状部対応領域１２の外周面１４が形成される。なお、素材１１（回転駆動部２２）の回転速度Ｖtや、旋削刃２３の移動速度（送り量Ｖs）は図示しない制御部によって任意に制御できるように構成されている。
【００１９】
残留応力評価工程Ｓ６は、この実施形態では、図２に示すように、仕上げ旋削加工工程Ｓ２で使用される旋削刃２３（図４を参照）の磨耗量と、旋削加工（仕上げ旋削加工）により素材１１の外周側に生じる残留応力との相関を予め取得する相関取得工程Ｓ６１と、旋削加工（仕上げ旋削加工）を施した素材１１の筒状部対応領域１２の外径を測定する外径測定工程Ｓ６２と、外径測定工程６２で得た外径測定値から旋削刃２３の磨耗量を推定する磨耗量推定工程６３と、磨耗量推定工程６３で得た磨耗量と、相関取得工程Ｓ６１で取得した磨耗量と残留応力との相関とに基づき上記外周側の残留応力を算出する残留応力算出工程Ｓ６４とで構成される。
【００２０】
相関取得工程Ｓ６１では、実際に旋削刃２３の使用開始時からの磨耗量を例えばノギスや変位センサなどで直接的、又は間接的に測定すると共に、各計測時の素材１１の外周側に生じた残留応力を例えばＸ線回析や、熱処理後の外径との差分算出などで直接的、又は間接的に測定し、データベース化することで、例えば図５に示すような磨耗量と残留応力との相関図を作成する。ここで、同図に示すグラフの縦軸は残留応力の大きさを示しており、正の側が圧縮応力、負の側が引張り応力に属するものとする。なお、同図に示すように、この際に取得したデータから近似直線（もしくは近似曲線）を求めておくことで、残留応力算出工程Ｓ６４において、推定した磨耗量から対応する残留応力を迅速かつ自動的に算出することが可能となる。
【００２１】
外径測定工程Ｓ６２では、実際に旋削加工を施した素材１１の筒状部対応領域１２の外径を上記と同様の手段で直接的、又は間接的に測定する。この測定は、所定回数おきに（例えば１００回おきに）実施する。
【００２２】
磨耗量推定工程Ｓ６３では、外径測定工程Ｓ６２で得た外径測定値から、その時点の旋削刃２３の磨耗量を推定する。ここで、所定回数の旋削加工（仕上げ旋削加工）を施したときの旋削刃２３の磨耗量は、所定回数目の旋削加工（仕上げ旋削加工）を施した素材１１の外径測定値から、１回目の旋削加工（仕上げ旋削加工）を施した素材１１の外径（言い換えると、１回目の旋削加工時における旋削後の外径設定値）を減じた値に等しいとみなせるため、所定回数目の旋削加工を施した素材１１の外径測定値と１回目の旋削加工時における素材１１の外径設定値との差分をその時点の旋削刃２３の磨耗量と推定する。また、既に、旋削刃２３の使用開始時から、この旋削刃２３の切り込み量Ｃdを１又は複数回補正している場合には、その補正量（の総積算量）を加えた値をその時点の旋削刃２３の磨耗量と推定する。
【００２３】
旋削条件調整工程Ｓ７は、旋削加工（仕上げ旋削加工）時における旋削刃２３の送り量Ｖsの調整量と、その際の素材１１外周側の残留応力の低減量との関係を予め取得する応力低減データ取得工程Ｓ７１と、残留応力評価工程Ｓ６で得た残留応力の評価値、および応力低減データ取得工程Ｓ７１で得た送り量Ｖsの調整量とその際の残留応力の低減量との関係に基づき、送り量Ｖsの調整量を設定する調整量設定工程Ｓ７２とで構成される。
【００２４】
このうち、応力低減データ取得工程Ｓ７１では、例えば旋削刃２３の送り量Ｖsの所定値からの低減量と、その際の残留応力の低減量との関連データを複数取得しておく。このデータ取得作業は、例えば異なる磨耗量ごとに取得しておいてもよい。
【００２５】
また、調整量設定工程Ｓ７２では、残留応力評価工程Ｓ６で得た残留応力の評価値の大きさに応じて、次に旋削加工（仕上げ旋削加工）を施す素材の外周側に生じる残留応力が上記評価値より小さくなるように、応力低減データ取得工程Ｓ７１で得た送り量Ｖsの調整量とその際の残留応力の低減量との関連データに基づき、送り量Ｖsの調整量を設定する。
【００２６】
以下、本実施形態に係る内歯車の製造方法の一例を、旋削加工条件の調整作業を中心に説明する。
【００２７】
まず、図１及び図４に示すように、荒ブランク加工を施して得た素材１１の外周に旋削加工（仕上げ旋削加工）を施して外周面１４を円筒面状に形成する（仕上げ旋削加工工程Ｓ２）。そして、旋削加工を施した素材１１の内周に歯切り加工を施し、図３に示す歯面５を形成した後（歯切り加工工程Ｓ３）、浸炭、ガス窒化などの熱処理を施す（熱処理工程Ｓ４）。このようにして所定の熱処理を施した素材１１に研削仕上げ加工を施すことで、外周面１４をはじめとして素材１１の外面が所定の面粗さ及び寸法に仕上げられる（研削仕上げ工程Ｓ５）。これにより、図３に示す内歯車１が完成する。
【００２８】
また、上記手順で内歯車の製造を開始してから所定回数おきに、旋削加工を施した素材１１の外周側に生じる残留応力を評価する（残留応力評価工程Ｓ６）。言い換えると、未使用の旋削刃２３を使用して旋削加工（仕上げ旋削加工）を開始してから所定回数おきに、旋削加工を施した素材１１の外周側に生じる残留応力を評価する。ここでは、具体的に旋削加工を施した素材１１の筒状部対応領域１２の外径寸法を測定し（外径測定工程Ｓ６２）、測定した値からその時点の旋削刃２３の磨耗量を推定する。そして、推定した磨耗量と、相関取得工程Ｓ６１でコンピュータ等に予めデータベース化しておいた磨耗量と残留応力との相関データとを照らし合わせることにより、推定した磨耗量に対応する残留応力を算出する（残留応力算出工程Ｓ６４）。
【００２９】
このようにして外径測定値から素材１１外周側の残留応力を評価できたら、旋削加工（仕上げ旋削加工）時の条件を調整する（旋削条件調整工程Ｓ７）。ここでは、図６に示すように、素材１１の旋削加工後の外径寸法を当初設定値に合わせるべく、磨耗量推定工程Ｓ６３で得た磨耗量Ｗ1の分だけ、旋削刃２３の切り込み量Ｃdを増大する向きに補正する。また、残留応力評価工程Ｓ６で得た残留応力の評価値の大きさに応じて、次に旋削加工を施す素材の外周側に生じる残留応力が上記評価値より小さくなるように、応力低減データ取得工程Ｓ７１で得た送り量Ｖsの調整量とその際の残留応力の低減量との関連データに基づき、送り量Ｖsの調整量を設定する（調整量設定工程Ｓ７２）。この際、例えば図５に示すように、残留応力評価工程Ｓ６において得た残留応力の評価値が、予め設定した管理値（しきい値）σtを超えているか否かで、旋削加工条件（ここでは送り量Ｖs）の調整の要否を判定する。ここで、上記管理値σtは、旋削加工により素材１１の外周側に生じた残留応力と、歯切り加工により素材１１の歯面５形成側（内周側）に生じた残留応力との差が、上記熱処理後に歪みとして現れた場合に、当該製品の寸法公差（形状公差）を満たす上限値として設定されたものである。従って、例えば上記残留応力の評価値が管理値σtよりも小さい場合には、切り込み量Ｃd以外の旋削条件を維持する（変更しない）。図６や図７でいえば、磨耗量Ｗ1の場合に当る。
【００３０】
これに対して、上記残留応力の評価値が管理値σtよりも大きい場合には、応力低減データ取得工程Ｓ７１で得た送り量Ｖsの調整量とその際の残留応力の低減量との関連データに基づき、次に旋削加工（仕上げ旋削加工）を行う素材１１の外周側に生じる残留応力が所定の値以下となるよう、送り量Ｖsを小さくする。例えば、素材１１外周側の残留応力が圧縮側から引張り側となるように（図５を参照）、送り量Ｖsの減少量を設定する。図６や図７でいえば、磨耗量Ｗ2，Ｗ3の場合に当たる。これにより、次に旋削加工を施した素材１１の外周側に生じる残留応力を小さくして、熱処理工程Ｓ４後に生じる歪みを許容可能な程度に抑えることができる。従って、歯面５を有する筒状部２の薄肉化が促進された場合にあっても、定期的に素材１１の外径を測定し、適切に旋削加工条件を調整するだけで、具体的には切り込み量Ｃdと送り量Ｖsを調整するだけで、歯面５を含めて寸法精度及び形状精度に優れた内歯車１を製造することが可能となる。
【００３１】
なお、上記実施形態では、旋削条件調整工程Ｓ７において、旋削刃２３の送り量Ｖsを調整パラメータとした場合を説明したが、もちろんこれ以外のパラメータ、例えば回転速度Ｖtや切り込み回数などを調整パラメータとすることも可能である。あるいは、上記２以上のパラメータ（例えば送り量Ｖsと回転速度Ｖt）を調整パラメータとすることも可能である。なお、この場合には、応力低減データ取得工程Ｓ７１において、上記調整パラメータの調整量（増減量）と、その際の残留応力の低減量との関連データを取得しておく必要がある。
【００３２】
また、上記実施形態では、旋削加工を施した素材１１の外径を測定し、測定した値から旋削刃２３の磨耗量を推定する場合を説明したが、外径の測定を省略して、旋削刃２３の磨耗量を測定するようにしても構わない。この場合、残留応力評価工程Ｓ６は、磨耗量と残留応力との相関取得工程Ｓ６１と、磨耗量測定工程と、残留応力算出工程Ｓ６４とで構成される。
【００３３】
また、以上の説明では、素材１１の内周に歯面５を形成するための加工手段として、ギヤシェーパ加工やブローチ加工等の歯切り加工を例示したが、もちろん転造等の塑性加工を採用した場合にも、本願発明を適用することは可能である。
【００３４】
また、以上の説明では、内歯車１として、底部を有する筒状部２とボス部３とからなるものを例にとって説明したが、本発明は、プラネタリギヤなど環状部からなるものはもちろん、種々の形態をなす内歯車に対して適用することが可能である、
【符号の説明】
【００３５】
１      内歯車
２      筒状部
３      ボス部
４      外周面
５      歯面
１１    素材
１２    筒状部対応領域
１３    ボス部対応領域
１４    外周面
２１    チャック
２２    回転駆動部
２３    旋削刃
Ｃd    切り込み量
Ｖs    送り量
Ｖt    回転速度
σt    管理値（しきい値）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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