JPH01321037A - 歯車の強度向上方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は歯車の疲労寿命を主として向上させる歯車の
強度向上方法に関する。

〈従来の技術〉 一般に、歯車の疲労寿命は１、その表面状態、たとえば
、残留応力状態や表面粗さにより大きく左右され、表面
近傍に圧縮の残留応力が存在し、かつその絶対値が大き
く、さらに表面からの深さが深いほど、また表面が滑ら
かなほど、その寿命は向上する。熱処理を施された歯車
は、熱処理により、その表面に脱炭や粒界酸化が生じる
ため、それに起因して、疲労破壊源となるクラックが生
じ易くなり、その結果として疲労寿命が大きく低下して
しまう。また、熱処理により生ずる表面の残留応力状態
は常に圧縮とは限らないため、寿命が不安定なものにな
ってしまい、残留応力が圧縮でない場合は、疲労寿命が
著しく低下してしまう。。

従来より、上記点に着目して、熱処理後の歯車の疲労寿
命を向上させる方法として、上記脱炭や粒界酸化等の異
常層を除去するための研削や旋削、あるいは、表面近傍
に圧縮の残留応力を付加するためのショットピーニング
や旋削が行われている。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上記従来の方法は、研削においては、異
常層は除去できると共に、最表面にある程度の大きさの
圧縮の残留応力を付加することはできるが、圧縮の残留
応力を深く、まで付加することができないという問題が
あり、それに加えて、量産性が悪いという問題がある。

また旋削においては、異常層を除去できると共に、圧縮
の残留応力を深くまで付加できるが、上記研削と同様に
、量産性が悪いという問題がある。また、ショットピー
ニングは、量産性は優れており、かつ最表面に圧縮の残
留応力を付加できるが、圧縮残留応力を深くまで付加す
ることができないという問題がある。

そこで、この発明の目的は、歯車表面の異常層を確実に
除去できると共に、歯車の表面に絶対値の大きな圧縮の
残留応力を付加でき、かつ、表面から深くまで圧縮の残
留応力を付加することができ、したがって歯車の疲労寿
命を向上させることができる量産性に優れた歯車の強度
向上方法を提供することにある。

く課題を解決するための手段〉 上記目的を達成するため、この発明の歯車の強度向上方
法は、歯車の形状に対応した外周または内周形状を有す
ると共に、軸方向に多段の加工部を有し、上記複数の加
工部は軸方向片側のもの程拡大または縮小し、上記加工
部は、負のすくい角を有する少なくとも２つの平面で面
取りされ、上記すくい角の絶対値が加工方向のもの程小
さくなっている切刃部を有する工具を用い、上記工具の
加工部に上記歯車を軸方向に押圧して上記歯車を加工し
ながら、上記歯車の表面近傍に所望の深さを有する圧縮
の残留応力を生ぜしめることを特徴としている。

く作用〉 歯車は、歯車の形状に対応した外周または内周形状を有
すると共に、軸方向に多段の加工部を有する工具のその
加工部に、端部を外嵌または内嵌した後、軸方向に押圧
されて、上記複数の加工部によりその表面を加工される
。そのとき、上記歯車は、上記複数の加工部が夫々、負
のすくい角を有する少なくとも２つの平面で面取りされ
、上記す（い角の絶対値が加工方向のものほど小さくな
っている切刃部を有しており、かつ、上記複数の加工部
が軸方向片側のもの程拡大または縮小するため、軸方向
に押圧されて進むにつれて、切込量の異なる上記複数の
加工部の夫々の切刃部のすくい角の絶対値の小さい加工
方向側の平面により切削されると共に、すくい角の絶対
値の大きい加工方向と反対側の平面により切削面にバニ
シング効果を与えられる。このため、上記歯車は、所定
の形状寸法に加工されると共に、その表面に絶対値の大
きな圧縮の残留応力が所定の深さまで付加される。

〈実施例〉 以下、この発明を図示の実施例により詳細に説明する。

第１図はこの発明の歯車の強度向上方向の一実施例に用
いる工具の斜視図である。この工具１は、軸方向に所定
の長さを有する略円筒形をしており、図示しない所定の
モジュールおよび歯厚を有し歯数が５の最終仕上寸法形
状を有する基準の外歯平歯車の歯面を含む外周面に相似
形の内周面３を有する加工用穴２を軸方向に貫通して有
している。

上記加工用穴２の内周面３の上記基準の平歯車の外周面
に対する相似比は１よりも所定の割合だけ大きくなって
いる。そして、この加工用穴２の内周面３に第２図に示
すように、径方向内側に向けて内フランジ状に工具ｌの
一方の端面１ａ側から順に３段の第１加工部４．第２加
工部５．第３加工部６を突設している。上記第１．２．
３加工部４゜５．６の夫々は、軸方向に上記工具１の軸
方向長さの１／７に等しい軸方向長さ、つまり軸方向の
厚みを有しており、工具ｌの一方の端面１ａと他方の端
面１ｂとの間に図示のように上記工具１の軸方向長さの
１／７に等しい等間隔を保って設けられている。上記突
設された第１．２．３加工部４゜５．６の夫々の内周面
４　ａ、　５　ａ、　６　ａもまた、上記基準の平歯車
の外周面に相似な形状をしている。ただし、上記第１．
２．３加工部４，５．６の内周面４ａ。

５　ａ、　６　ａの上記基準の平歯車の外周面に対する
相似比は、工具ｌの他方の端面１ｂ側の加工部はど所定
の割合づつ小さくなるようにしている。このため、第３
図に第２図のＡ、Ｂ線断面を示すように、第２加工部５
の内周面５ａは第１加工部４の内周面４ａに対して上記
相似比の所定の割合に応じた寸法りだけ内周面の仮想の
接平面に垂直な方向に突出しており、また第３加工部６
の内周面６ａは第２加工部５の上記内周面５ａに対して
上記寸法りだけ内周面の仮想の接平面に垂直な方向に突
出している。この寸法りは被削物に対する適当な切り込
み量となる。上記第１加工部４の内周面４ａの上記基準
平歯の外周面に対する相似比は、上記基準歯車に対して
所定の寸法範囲に収まるように予め加工された未加工の
歯車の外周面よりも僅かに小さくなるように決められて
おり、また上記第３加工部６の内周面６ａの上記基準の
平歯車の外周面に対する相似比は！、つまり、上記第３
加工部６の内周面６ａは上記基準の平歯車の外周面に一
致している。

上記第１．２．３加工部４，５．６の内周面４　ａ、　
５　ａ。

６ａと上記第１．２．３加工部４，５．６の上記一方の
端面１ａ側の加工部端面４　ａ、　５　ａ、　６　ａの
間に夫々形成される稜部には全周にわたって切刃部７．
７゜７を設けている。この切刃部７は第４図にその内周
面４　ａ、　５　ａ、　６　ａの仮想の接平面に直角な
軸方向の断面を示すように、負のすくい角βを有する第
１すくい平面１１と上記すくい角βよりもすくい角の絶
対値が小さいす、くい角αを有する第２すくい平面１２
とを備えて°いる。そして、図示しない装置により堅固
に保持された上記工具１の加工用穴２に、軸を完全に一
致させた状態で軸方向に図示しない装置により押圧され
、上記一方の端面１ａから上記他方の端面１ｂに向けて
押し進められる第４図中２点鎖線で示す平歯車８の外周
面を、まず第１加工部４の切刃部７により、次いで切込
量りの第２加工部５の切刃部７により、さらに切込量り
の第３加工部６の切刃部７により順に加工するようにし
ている。言い換えれば送り量の異なる上記３つの切刃部
７，７．７により相対的に上記平歯車８の外周面を図中
破線矢印の加工方向に切削加工するようにしている。切
削により生じた切粉は上記加工用穴２の内周面３と第１
．２．３加工部４．５．６の内周面４　ａ、　５　ａ、
　６　ａとの上記寸法差により生ずる略環状の空間Ｃ，
Ｃ，Ｃに溜められる。

上記第３加工部６の内周面６ａの形状寸法は、前述のよ
うに、平歯車の目的とする外周面形状寸法に一致してい
るので、上記第３加工部６の切刃部７は、平歯車の外周
面を最終的な寸法形状に仕上げる。また、上記切込量り
は、第４図にｄで示される切刃部７の前逃げ面ａと、第
２すくい平面１２と加工部端面すとの交点との上記内周
面の仮想の接平面に垂直な方向の距離ｄよりも所定の割
合だけ小さくなるように設けられており、上記加工部端
面すが加工に携わらないようにしている。

上記構成の工具ｌを用いて歯車の強度を向上させるには
、上記工具ｌの加工用穴２に、最終仕上げ寸法に対して
所定の寸法範囲内に予め加工され、熱処理を施された歯
数５の平歯車を、前述のように軸を一致させた状態で上
記一方の端面１ａから上記他方の端面１ｂに向かって軸
方向に押圧して押し進め、完全に通過させる。このとき
、上記平歯車は、その外周面の寸法形状が、第１加工部
４の内周面４ａの寸法形状より僅かに大きいだけである
ので、容易に押圧を開始されると共に、容易に軸方向に
押し進められ、上記加工用穴２を４遇する。すると、ま
ず第１加工部４の切刃部７が、次いで、切込量りの第２
加工部５の切刃部７が、最後に切込量りの第２加工部６
の切刃部７が順に、上記平歯車の外周面を、第４図に示
すように、相対的に上記押圧方向と逆方向の図中破線の
矢印で示す加工方向に切削加工を行い、第３加工部６に
よる加工を最後に切削加工を完了する。上記切削時、切
刃部７の有する第２すくい平面１２は、負のすくい角α
の絶対値が小さく、かつ、平歯車の外周面近くを相対的
に走行するため、切刃効果が大きく、そのため切削作用
を行う。一方、同じく上記切刃部７の有する第１すくい
面１１は、負のすくい角βの絶対値が大きく、かつ、上
記平歯車の内側寄りを走行するため、切刃効果は小さく
、主としてバニシング効果を上記平歯車に与える。

すると、上記平歯車の外周面は、上記第３加工部６の内
周面６ａの形状に応じた最終形状寸法に正確に仕上げら
れると共に、第６図に、発明者が第１すくい平面！！の
すくい角βが５８°、第２すくい平面１２のすくい角α
が２４°の工具を用いて切削加工実験した結果の残留応
力の深さ方向の分布を示すように、歯車の外周面の最表
面に、−３５ｋｇ／＋ａ−”と絶対値の大きな残留応力
が付加され、かつその−３５ｋｇ／ａｎ”の残留応力が
最表面から０．１５ｍｍ以上の深さまで付加される。こ
のように、被加工物の平歯車を、軸を一致させた状態で
、工具ｌの加工用穴２に軸方向に押圧して通過させるだ
けで、上記加工用穴２に軸方向に３段に突設され、夫々
の内周面４　ａ、　５　ａ、　６　ａの形状寸法が上記
平歯車の仕上寸法形状に対して相似で、かつ、その相似
比が加工方向側のものほどその値が小さくなる、第１．
２．３加工部４．５．６の、加工方向とは逆の押込方向
側に全周設けられた切刃部７，７．７により、平歯車の
外周面に加工を行うので、容易に能率良く加工を行うこ
とができ、かつ３段階に分けて段階的に加工できると共
に、上記第３加工部６の切刃部７の前逃げ面に相当する
内周面６ａの形状が平歯車の最終仕上げ寸法形状にしで
あるので、容易に正確に平歯車の外周面を所定の仕上げ
寸法に加工することができる。それに加えて上記第１．
２．３加工部４，５．６の切刃部７．７．７の夫々が、
負のすくい角βを有する第１すくい平面１１と負のすく
い角αを有する第２すくい平面１２とで構成され、かつ
、上記第１すくい平面１１に対して加工方向側の上記第
２すくい平面１２のすくい角αの絶対値が第１すくい平
面１１のすくい角βの絶対値より小さく設けられている
ために、平歯車の外周面近くを相対的に走行する上記第
２すくい平面！２により切削作用を行わせることができ
ると共に、平歯車の内側寄りを走行する第１すくい平面
１１により平歯車にバニシング効果を与えることができ
る。そのため、平歯車の外周面を滑らかに仕上げること
ができると共に、上記外周面の最表面に、上記バニシン
グ効果により、絶対値が３５ｋｇ／−膳雪と大きな圧縮
の残留応力を付加することができ、かつ、絶対値が３５
ｋｇ／鰭雪と大きな圧縮の残留応力を、上記最表面から
０．１５ｍｍと深くまで付加することができ、平歯車の
疲労寿命を、この加工を施さない熱処理を行っただけの
平歯車に比べてはるかに向上させることができる。

上記実施例では、工具１に軸方向に切刃部７を有する３
段の第１．２．３加工部４，５．６を設けたが、３段に
限らないのは言うまでもない。

また、上記実施例では、中心に設けられた加工用穴２に
軸方向に複数段の加工部４．５．６を有する工具により
、外歯歯車の外周面に前述の加工を施すようにしたが、
外歯歯車状で、軸方向に所定の形状寸法の外周面を有す
る複数の加工部を備えた工具に上り内歯歯車の内周面を
加工することも可能である。

また、上記実施例では、加工部の切刃部の前逃げ面を形
成する加工部の内周面を軸に平行な面で形成して、平歯
車つまり直歯歯車に強度向上のための加工を施すように
したが、上記切刃部の前逃げ面を形成する加工部の内周
面を軸に対して所定の角度傾いた螺旋面に対することで
、はすば歯車やウオーム歯車等、直歯歯車以外の歯車に
強度向上の加工を施すことももちろん可能である。

また、工具ｌは必ずしも一体形状を有する必要はなく、
分割型としても可能である。

〈発明の効果〉 以上より明らかなように、この発明の歯車の強度向上方
法は、歯車の形状に対応した外周または内周形状を有す
ると共に、軸方向片側のもの程拡大または縮小する軸方
向に多段の加工部に、歯車を軸方向に押圧することによ
り、歯車を加工するので、容易に能率良く正確に歯車を
加工することができ、かつ多段階に分けて加工を行うこ
とができると共に、上記加工部が、負のすくい角を有す
る少なくとも２つの平面で面取りされ、上記す（い角の
絶対値が加工方向のもの程小さくなっている切刃部を有
しているので、切削後の歯車の表面に絶対値の大きな残
留応力を付加することができると共に、従来に比べて表
面から深いところまで絶対値の大きな圧縮の残留応力を
付加することができ、歯車の疲労強度を向上させること
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の歯車の強度向上方法の一実施°例に
用いる工具の斜視図、第２図は第１図の部分斜視図、第
３図は第２図のＡ線およびＢ線縦断面図、第４図は第３
図の要部の図、第５図は残留応力の深さ方向の分布を示
す図である。 １・・・工具、４，５．６・・・加工部、４　ａ、　５
　ａ、　６　ａ・・・内周面、７・・・切刃部、１１．
１２・・・すくい平面、α、β・・・すくい角。 特　許　出　願　人　　光洋精工株式会社代　理　人　
弁理士　　青白　葆　ほか１名第１　図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）歯車の形状に対応した外周または内周形状を有す
   ると共に、軸方向に多段の加工部を有し、上記複数の加
   工部は軸方向片側のもの程拡大または縮小し、上記加工
   部は、負のすくい角を有する少なくとも２つの平面で面
   取りされ、上記すくい角の絶対値が加工方向のもの程小
   さくなっている切刃部を有する工具を用い、上記工具の
   加工部に上記歯車を軸方向に押圧して上記歯車を加工し
   ながら、上記歯車の表面近傍に所望の深さを有する圧縮
   の残留応力を生ぜしめることを特徴とする歯車の強度向
   上方法。