JPS604883B2 - 歯車仕上げ加工方法及びその工具 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、切削或いは熱処理を終えた歯車の歯元部に塑
性加工を施し、この歯元部の疲労強度を向上させる方法
及びこれに用いる工具に関する。

従来、各種機械部品等の疲労強度を改善する方法として
、切削或いは熱処理終了後のこれら機械部品等の応力集
中を受ける部分に塑性加工を施すことが一般に行なわれ
ており、その具体的手段として例えば硬質のローラを回
転する被加工物に押し付けて転圧作用を利用するローラ
加工や仕上げブローチの最後の二，三枚の刃に全く切削
作用を与えず被加工物に圧縮作用を与えながら通過させ
るバニシング加工、或いは微４・粒子を何らかの方法で
加速しこれを被加工物に衝突させるショットピーニング
加工等が知られている。このような加工が適切に行なわ
れた場合には、被加工物の被加工面に圧縮残留応力が発
生してその表層に加工硬化を与えることができ、繰り返
し曲げ応力や湊り応力を受ける部分の疲労強度を著しく
向上させることが可能である。ところで、歯車を対称と
した場合、通常のロール加工では大きな加圧力を必要と
するさめ、単純形状の鞠物等に対しては比較的実用的で
はあるが、はすば歯車のような複雑な形状をなす歯車に
対しては加工装置の送り機構等各部の必要剛性が大きく
ならざるを得ず、実用機を構成する上で困難となる。

又、ブローチ加工の副次的な加工手段であるバニシング
加工も歯車に適用することは無理があるため、現在では
一部でショットピーニング加工が行なわれているにすぎ
ない。このショットピーニング加工による歯車の仕上げ
状態を表わす第１図に示すように、被加工物である歯車
１は円筒形のドラム２内に収納され、このドラム２に押
し付けられたコンベヤ３の作動によりドラム２が回転し
て歯車１をドラム２内で転がすようになっている。

ドラム２の上方に設置されたショット噴射装置４により
ドラム２内に加速された状態で吹き込まれるショット５
は、歯車１と激しく衝突してこの歯車１の表面を塑性変
形したのち、コンベヤ３に形成した図示しない隙間から
このコンベヤ３の下方に固設された受け皿部６に堆積す
る。この受け皿部６に堆積したショット５をショット噴
射装置４へ向けて搬送するバケットェレベータ７がこの
受け皿部６に接続して設けられ、バケットェレベータ７
により持ち上げられたショット５をバケットェレベータ
７の上端部からショット噴射装置４へ送給するホッパ８
がバケットェレベータ７に接続してその上端部に設置さ
れている。このような歯車１のショットピーニング加工
によると、ショット５が飛散したり或いは騒音等が発生
して作業環境を悪化させ、又、ショット５が歯車１の歯
車全体に衝突するため、この歯面の精度及び品質が低下
してしまう欠点がある。しかも量産される歯車の場合に
は、バッチ処理にて加工を行なわなければならないから
、ショットピーニング加工による歯車の仕上げ加工がそ
の生産ラインから外れてしまう等の問題が生ずる。本発
明は、このようなショットピーニング加工による歯車の
仕上げの際に生ずる欠点を解決し、切削或いは熱処理を
終えた歯車の歯元部にのみ容易に塑性加工を施し得る方
法及びそれに用いられる工具を提供することを目的とす
る。

この目的を達成する第一番目の発明の構成は、多数の微
小突起を有する粗面状に形成された歯車仕上げ工具の先
端面を、切削或いは熱処理を終えた前記被加工歯車の歯
元部にのみ押圧し、この歯元部の表層に塑性変形を与え
てこの歯元部の疲労強度を向上させるようにしたことを
特徴とする方法であり、又、第二番目の発明の構成は、
被加工歯車の歯溝内に押し込まれ且つこの被加工歯車の
歯元部にのみ接触してこの歯元部を押圧する先端面が多
数の微小突起を有する粗面状に形成されたことを特徴と
するものである。

以下、本発明による歯車仕上げ加工方法及びその工具の
実施例のいくつかについて第２図〜第７図を参照しなが
ら詳細に説明する。

第一番目の実施例における工具先端部の外観を表わす第
２図ａ，及びこれを用いて被加工歯車の加工中の状態を
表わす第２図ｂ，更に本実施例による加工系統を表わす
第３図に示すように、テーブル回転機構により垂直な軸
回りに回転自在となると共に水平移動機構による水平な
方向にも往復勤自在となるテーブル上１１には、このテ
ーブル１１と同軸となるように被加工歯車１２を固定す
る固定拾具１３が取り付けられている。

一方、固定治具１３上に固定される被加工歯車１２の歯
元部１４に対応した形状のの先端面１５を具え且つこの
被加工歯車１２の歯元部１４にのみ接触する棒状の工具
１６は、その後端部が工具ホルダ１７に固定された状態
となっており、この工具ホルダ１７を支持する旋回板１
８は、旋回機構によりヘッド１９に対して水平な軸回り
に旋回自在となっている。

更に、この旋回板１８を支持するヘッド１９は垂直移動
機構及び水平移動機構によりテーブル１１に対して上下
動自在且つテーブル１１の水平移動方向に対して直角な
水平方向に往復動自在となっている。工具１６の先端面
１５は、半球状や錐状をなす多数の微小突起で覆われた
粗面状に形成されているが、この微小突起は被加工歯車
１２の歯元部１４の許容粗さや疲労強度向上効果を考慮
して適当な大きさにする必要がある。

例えば半球状の微小突起の場合、実用的には０．５〜２
．０ミリメートル程度の径のものが適当である。この微
小突起の形成方法は、溶接、接着等の他に切削やプレス
等によって工具１６の先端面１５に設けるとよい。切削
或いは熱処理を終えた被加工歯車１２を固定袷具１３上
に固定すると共にこの被加工歯車１２に対して工具１６
をあらかじめ所定の位置に設定するため、ヘッド１９の
垂直移動機構、水平移動機構及びテーブル１１の水平移
動機構を操作し、更に被加工歯車１２がはすば歯車の場
合には、工具１６の先端面１５に形成された微小突起の
配列方向が被加工歯車１２の歯すじと平行となるように
旋回機構により旋回板１８を一定角度旋回して工具１６
を頃斜させる。ヘッド１９の水平移動機構に附設された
振動装置によりヘッド１９を被加工歯車１２の怪方向に
水平に振動させると、工具１６の先端面１５に形成した
微小突起が被加工歯車１２の歯元部１４にぶつかってこ
の歯元部１４表層を塑性変形するため、ここの部分の疲
労強度が向上するようになっているが、これと同時にヘ
ッド１９の垂直移動機構によりヘッド１９を上下に移動
して被加工歯車１２の歯幅方向に工具１６を送り移動し
てゆく。

なお、被加工歯車１２がはすば歯車の場合には、そのね
じれ角に対応してテーブル回転機構とヘッド１９の垂直
移動機構とを同期制御装置により同期作動させ、ヘッド
１９の上下動に伴う工具１６の送り移動と、テーブル１
１と共に回転する被加工歯車１２の回転とを同期させる
必要がある。一つの歯元部１４の加工が終了したならば
、ヘッド１９の垂直移動機構と水平移動機構とによりヘ
ッド１９を元の加工開始位置まで戻すと共にテーブル回
転機構によりテーブル１１を一定角度回転し、次に加工
する歯元部１４を工具１６と正対させたのち、前述した
手順に従ってこの歯元部１４の加工を順次行なう。第４
図ａは、工具２１の寿命を延ばすために工具２１を円盤
状に形成すると共に被加工歯車の歯元部に接触するその
外周面（先端面）２２を前述した工具１６の先端面１５
同様の多数の微小突起を有する粗面状に形成し、これを
転動させながら使用するようにした第二番目の実施例に
よる工具２１の外観を表わす斜視図であり、第４図ｂは
これを用いて被加工歯車２３の加工中の状態を表わす工
具２１の断面図であるが、この工具２１を用いた本実施
例による加工系統を表わす第５図に示すように、工具２
１は回転自在に工具ホルダ２４に支持されており、ヘッ
ド２６の水平移動機構に振動装置が附設されていない他
は、第一番目の実施例と同一の構成となっている。

このヘッド２５の水平移動機構により工具２１を被加工
歯車２３に押し付けると共に垂直移動機構により工具２
１をヘッド２５と共に上下動して送り移動を与えると、
工具２１は被加工歯車２３の歯元部２６を転動してこの
歯元部２６の表層を塑性変形するために、ここの部分の
疲労強度が向上する。なお、この被加工歯車２‐３がは
すば歯車の場合には、そのねじれ角に対応して旋回機構
により工具２１を被加工歯車２３の歯すじと平行にした
のち、同期制御装置によりヘッド２５の上下動に同期し
てテーブル回転機構を作動し、工具２１の上下動に伴っ
て被加工歯車２３を一定速度で回転する。第６図は３１
をホブ状に形成して連続加工を行ない得るようにし、そ
の作業能率の向上を図った第三番目の実施例における加
工状態を表わす外観図であり、その加工系統を表わす第
７図に示すように、本実施例では前述の第二番目の実施
例に対して工具３１を回転するための工具回転機構が更
に必要となる。

工具３１の外周面には螺旋状をなす押し付け山部３２が
形成されており、被加工歯車３３の歯元部３４にのみ接
触する押し付け山部３２の外周面（先端面）３５は、前
述した工具１６の先端面１５同機の多数の微小突起を有
する粗面状に形成されている。これによると、被加工歯
車３３のねじれ角と工具３１に形成された押し付け山部
３２の進み角とに応じて旋回機構により工具３１の回転
軸を煩針させておく必要がある。

つまり、工具３１の回転軸を被加工歯車３３の歯すじの
方向と押し付け山部３２の方向とが一致するように預け
、ヘッド３６の垂直移動機構によって移動する押し付け
山部３２の移動方向に被加工歯車３３をテーブル回転機
構により回転させなければならない。加工は、ヘッド３
６の水平移動機構により工具３１を被加工歯車３３の歯
元部３４に押し付け、工具３１の上下移動速度と被加工
歯車３３の回転速度とを同期させると、押し付け山部３
２の外周面３５が被加工歯車３３の歯元部３４を転動し
、この歯元部３４の表層を塑性変形してここが加工硬化
し、その疲労強度が向上する。なお、ヘッド３６の垂直
移動速度とテーブル３７の回転速度との同期の条件は、
被加工歯車３３一回転に対する工具３１の垂直移動量を
夕とし、被加工歯車３３一回転に対する工具３１の回転
数をｎ，工具３１の押し付け山部３２の口数（条数）を
ｇ，被加工歯車３３のねじれ角を８，被加工歯車３３の
歯直角モジュールをｍ被加工歯車３３の歯数をｚとする
と、た士寿帯（ｎで であればよい。

ここで、上式の±の符号は、工具３１と被加工歯車３３
との合わせ面での工具３１の回転方向と同じ方向に工具
３１を移動させるような相対的送りの関係にある時、工
具３１及び被加工歯車３３のねじれ方向が等しい場合に
は−となり、異なる場合には十となる。又、これと逆の
送りの関係にある時にはその符号は逆になる。以上のよ
うに本発明による歯車仕上げ方法及びその工具によると
、被加工歯車の歯元部にのみ接触する工具の先端面を多
数の微小突起からなる粗面に形成し、これを被加工歯車
の歯元部に押圧してこの歯元都表層を塑性加工すること
によりここに残留応力を生じさせてその疲労強度の向上
を図ったため、ショットピーニング加工のように被加工
歯車の歯面部を何ら損傷することがなく、しかも加工が
集中して行なわれるため加工時間が大幅に短縮される。
又、作業環境上の問題が全くなく、量産性にも優れてお
り、従来のように高品質の材料を使ったり特別な設計変
更等をしなくとも、従来製品と同等以上の疲労強度を具
えた歯車を仕上げることが可能である。図面の簡単な説
明第１図はショットピーニングによる歯車の仕上げ加工
の状態を表わす断面図であり、第２図ａは本発明の一実
施例による工具先端部の外観を表わす斜視図、第２図ｂ
はその加工状態を表わす断面図、第３図はその加工系統
図である。

又、第４図ａは本発明の他の−実施例による工具の外観
を表わす斜視図、第４図ｂはその加工状態を表わす断面
図であり、第５図はその加工系統図である。更に、第６
図は本発明の他の別な一実施例による加工状態を表わす
外観図であり、第７図はその加工系統図である。図面中
、１２，２３，３３は被加工歯車、１４，２６，３４は
被加工歯車の歯元部、１５は工具の先端面、１６，２１
，３１は工具、２２，３５は工具の外周面（先端面）で
ある。

第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 多数の微小突起を有する粗面状に形成された歯車仕
   上げ用工具の先端面を、切削或いは熱処理を終えた被加
   工歯車の歯元部のみ押圧し、この歯元部の表層に塑性変
   形を与えて当該歯元部の疲労強度を向上させるようにし
   たことを特徴とする歯車仕上げ加工方法。 ２ 被加工歯車の歯溝内に押し込まれ且つこの被加工歯
   車の歯元部にのみ接触してこの歯元部を押圧する先端面
   が、多数の微小突起を有する粗面状に形成されたことを
   特徴とする歯車仕上げ用工具。