JP2003088935A

JP2003088935A - 外歯歯車の製造方法

Info

Publication number: JP2003088935A
Application number: JP2001277761A
Authority: JP
Inventors: Masataka Nakaoka; 正孝中岡
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-09-13
Filing date: 2001-09-13
Publication date: 2003-03-25
Also published as: US20030070297A1; CN1405469A; CN1199014C

Abstract

(57)【要約】【課題】従来よりも少ない工程で、外歯歯車の歯面の
潤滑状態を良好に維持できるようにし、品質を維持した
上で、製作コストの安い外歯歯車の製造方法を提供す
る。【解決手段】内歯歯車の内側で該内歯歯車に内接噛合
する外歯歯車の製造方法において、歯形形成部１０２を
円形凹部１０１の内周に有する冷間鍛造下型１００内に
素材８０をセットし、素材８０を加圧して径方向外方に
展延させることで、素材を円盤８１に形成すると同時に
円盤８１の外周に外歯歯形を形成する冷間鍛造工程と、
その円盤８１に対し打ち抜き加工によって、伝動機構を
構成するために必要な孔１１、１５、１７を形成する打
ち抜き工程と、を有し、冷間鍛造加工による歯面の表面
粗さを完成品において維持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内歯歯車の内側で
該内歯歯車に内接噛合する外歯歯車の製造方法に係り、
特に内歯歯車の中心が外歯歯車の周囲の内側にある歯車
伝動装置に用いられる外歯歯車の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、内歯歯車の内側で該内歯歯車に内
接噛合する外歯歯車を有し、且つ、前記内歯歯車の中心
が、外歯歯車の周囲の内側にある歯車伝動装置（国際分
類Ｆ１６Ｈ１／３２に該当する伝動装置）が広く知ら
れている。

【０００３】この種の伝動装置の代表的な例として、第
１軸と、該第１軸の回転によって回転する偏心体と、該
偏心体にベアリングを介して取り付けられ偏心回転が可
能とされた複数の外歯歯車と、該外歯歯車に外ピンで構
成される内歯を介して内接噛合する内歯歯車と、前記外
歯歯車に該外歯歯車の自転成分のみを取り出す内ピンを
介して連結された第２軸と、を備えた内接噛合遊星歯車
構造がある。

【０００４】この構造の従来例を図４及び図５に示す。
この従来例は、前記第１軸を入力軸とすると共に、第２
軸を出力軸とし、且つ内歯歯車を固定することによって
上記構造を「減速機」に適用したものである。

【０００５】図４及び図５において、１は減速機ケーシ
ングであり、両端の第１ケーシング１Ａ、第２ケーシン
グ１Ｂと、中央の内歯歯車７を兼ねた本体ケーシング１
Ｃとからなる。２は入力軸、３は出力軸、４、５は入力
軸２を回転自在に支持する軸受、６は出力軸３を回転自
在に支持する軸受である。入力軸２と出力軸３は同一軸
線上に配され、出力軸３を支持する軸受６は第１ケーシ
ング１Ａに嵌合されている。

【０００６】この減速機における歯車伝動機構は、入力
軸２の外周に該入力軸２と一体回転するよう設けられた
２つの偏心体８と、該偏心体８の外周に軸受９を介して
取り付けられ、入力軸２に対して偏心回転可能な２枚の
外歯歯車１０と、該外歯歯車１０が内接噛合するケーシ
ング兼用の内歯歯車７とからなる。外歯歯車１０を偏心
体１０の周りに支持する軸受９は、外歯歯車１０の中心
孔１１に嵌合されている。外歯歯車１０の外周にはトロ
コイド歯形や円弧歯形等の外歯が設けられており、内歯
歯車７の内周には外ピン１２よりなる内歯が設けられて
いる。

【０００７】２枚の外歯歯車１０の両側には一対のキャ
リア１３、１４が配されている。両キャリア１３、１４
は、外歯歯車１０のキャリアピン孔１５を貫通する複数
本のキャリアピン１６で一体に結合されている。外歯歯
車１０には内ピン孔１７が複数個設けられており、そこ
に、内ピン１８が遊嵌されている。これにより、外歯歯
車１０の自転成分のみが、内ピン１８を介して両側のキ
ャリア１３、１４に伝達されるようになっている。

【０００８】他端側のキャリア１４は出力軸３の基端部
に一体に形成されており、該キャリア１４に形成された
凹所に、入力軸２の他端側を支持する軸受５が嵌合され
ている。

【０００９】又、一端側のキャリア１３の内周に、入力
軸２の一端側を支持する軸受４が嵌合され、該一端側の
キャリア１３が、第２ケーシング１Ｂの内部に軸受１９
を介して回転自在に支持されている。そして、入力軸２
や外歯歯車１０などの歯車機構を構成する要素を、内歯
歯車７を兼ねる本体ケーシング１Ｃの中に組み込み、該
本体ケーシング１Ｃにボルトで第１、第２ケーシング１
Ａ、１Ｂを固定することにより、図示の減速機が完成さ
れている。

【００１０】この減速機の作用を説明する。

【００１１】入力軸２が１回転すると、偏心体８が１回
転する。この偏心体８の１回転により、外歯歯車１０は
入力軸２の周りで揺動回転を行おうとするが、内歯歯車
７によってその自転が拘束されるため、外歯歯車１０
は、この内歯歯車７に内接しながらほとんど揺動のみを
行うことになる。

【００１２】今、例えば外歯歯車１０の歯数をＮ、内歯
歯車７の歯数をＮ＋１とした場合、その歯数差Ｎは１で
ある。そのため、入力軸２の１回転毎に外歯歯車１０
は、ケーシング１に固定された内歯歯車７に対して１歯
分だけずれる（自転する）ことになる。これは入力軸２
の１回転が外歯歯車１０の−１／Ｎの回転に減速された
ことを意味する。

【００１３】この外歯歯車１０の回転は内ピン孔１７及
び内ピン１８の隙間によってその揺動成分が吸収され、
自転成分のみが該内ピン１８を介して出力軸３へと伝達
される。

【００１４】この結果、結局減速比−１／Ｎ（マイナス
は逆回転を表す）の減速が達成される。

【００１５】なお、この内接噛合遊星歯車構造は、現在
種々の減速機あるいは増速機に適用されている。例え
ば、上記構造においては、第１軸を入力軸、第２軸を出
力軸とすると共に、内歯歯車を固定するようにしていた
が、第１軸を入力軸、内歯歯車を出力軸とすると共に、
第２軸を固定することによっても、減速機を構成するこ
とが可能である。更に、これらの構造において、第２軸
を入力軸とすることにより、「増速機」を構成すること
もできる。

【００１６】ところで、この種の内接噛合遊星歯車機構
を構成する外歯歯車は、従来では次の工程順に製造され
ていた。図６を参照しながら述べる。

【００１７】（１）まず、素材を円盤に形成する。

【００１８】（２）次に、前記円盤に、伝動機構を構成
する上で機構上必要な孔（中心孔１１、キャリアピン孔
１５、内ピン孔１７）を開ける。

【００１９】（３）又、前記円盤の外周に、ホブ切りに
よりトロコイド歯形を形成する。

【００２０】なお、（２）と（３）の工程はどちらを先
にやってもよい。

【００２１】（４）次に、熱処理により歯面を表面硬化
させる。

【００２２】（５）次に、中心孔１１を研削または切削
により仕上げ加工し、中心孔１１を基準にして内ピン孔
１７を仕上げ加工する。

【００２３】（６）次に、歯面を研削する。この場合、
能率や精度確保のために、研削砥石の径を歯幅に対して
十分大きく設定し、歯筋方向に砥石を回転させて砥石の
周面で歯面を研削する。そして、ホブ切りの段階で形成
された歯面上の凹凸を除く。なお、歯筋方向は図の矢印
Ｓ方向、歯形方向は図の矢印Ｋ方向である。

【００２４】以上のように最後の研削工程を経ること
で、伝動機構として組み込む前の完成品の外歯歯車を得
ている。なお、その後に次の工程を追加する例もある。

【００２５】（７）ショットピーニングまたはバレル加
工を施す。

【００２６】（８）更に化成処理を施す。

【００２７】前記（８）の化成処理とは、摺動部分に燐
酸塩皮膜等の化成処理皮膜を形成して、摺動部分の摩擦
係数を低下させる技術である。この化成処理皮膜は、そ
れ自体が低摩擦係数ではなく、微小な凹凸に多量の潤滑
油を保持させて低摩擦係数化させるものである。

【００２８】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の外歯歯車の製造方法では、歯形をホブ切りで加工して
おり、しかも、ホブ切り後の歯面に対し研削を施して、
ホブ切りによる表面粗さを積極的に消すようにしてい
る。しかし、ホブ切りによる歯形の加工は、歯形を一つ
一つカットするものであるから、加工コストがかかって
いた。又、歯面の粗さを消すためにホブ切り後に歯面を
研削仕上げしているので、その分だけ工程が多くなり、
製作コストのアップにつながっていた。

【００２９】この発明は、製作コストを大幅に低減でき
る歯形加工法を採用しながら、外歯歯車の歯面の潤滑状
態を良好に維持できるようにした外歯歯車の製造方法を
提供することを目的とする。

【００３０】

【課題を解決するための手段】本発明は、内歯歯車の内
側で該内歯歯車に内接噛合する外歯歯車の製造方法にお
いて、冷間鍛造加工によって、素材を円盤に形成すると
同時に該円盤の外周に歯形を形成する冷間鍛造工程と、
該冷間鍛造工程で得た円盤に対し、伝動機構を構成する
ために必要な孔を形成する工程と、を有し、前記冷間鍛
造加工による歯面の表面粗さを完成品において維持する
ことにより、上記課題を解決したものである。

【００３１】上記構成による発明の方法では、歯形を冷
間鍛造で作り、且つ、冷間鍛造で形成した歯形の歯面粗
さを完成品においてそのまま維持するので、冷間鍛造型
の型面の表面粗さに応じて歯面に微小な凹凸を残すこと
ができ、その凹凸に潤滑油を保持させることによって、
歯面への油膜の形成を容易にして、噛合抵抗の軽減と摩
耗の低減を図ることができる。その結果、噛合騒音の低
減、効率の向上等が図れ、この種の歯車に要求される性
能を満足するだけでなく、その性能を長期に亘って維持
できる。又、何よりも研削加工を省略したことによる加
工時間の短縮と、研削装置の省略による加工コストの低
減が図れる。

【００３２】又、冷間鍛造特有の効果により、歯面の加
工硬化が期待できるので、後工程での熱処理を省略した
場合でも、低負荷タイプの伝動機構などにはそのまま利
用することが可能である。従って、特に低負荷・低コス
トタイプの伝動機械に適用するのに好適である。勿論、
後工程で熱処理すれば、歯面強度を高めることができる
ので、高負荷タイプの伝動機構にも適用できるようにな
る。

【００３３】更に、伝動機構を構成するための孔を打ち
抜きで形成した場合には、従来のホブ切りによる場合と
違って、全部の歯形や孔をそれぞれ１回の操作で同時に
作ることができ、加工コストを低減できる。しかも、冷
間鍛造工程及び打ち抜き工程は、それぞれワンチャック
での加工が可能であるから、歯形の位置精度や各孔の位
置精度を、冷間鍛造型や打ち抜き型の精度に応じて簡単
に高く維持することもできる。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図１に
基づいて説明する。

【００３５】この場合の製造対象の外歯歯車は、形状的
には図４、図５にて示した外歯歯車１０と同じものであ
るから、図面中に同じ符号を付して説明する。

【００３６】この外歯歯車１０は、外周にトロコイド歯
形を有するもので、第１実施形態の製造方法では次の工
程順に加工を進めることで完成品としている。なお、図
中のカッコ番号は次の工程番号と対応している。

【００３７】（１）まず、円柱状の素材８０を用意す
る。この場合、材質としては、ＳＣＭ４１５（クロムモ
リブデン鋼）等の冷間鍛造に適するものを使用する。

【００３８】（２）その円柱状の素材８０を、歯形形成
部１０２を円形凹部１０１の内周に有する冷間鍛造下型
１００内にセットする。そして、上型１１０を下降させ
て素材８０を加圧し径方向外方に展延させることで、素
材８０を円盤８１に形成すると同時に、円盤８１の外周
に歯形形成部１０２に対応した外歯歯形を形成する（冷
間鍛造工程）。

【００３９】（３）その円盤８１を打ち抜き加工用下型
１２０にセットし、上型１３０を下降させることで、下
型１２０の凹部１２１と上型１３０の凸部１３１とによ
り、円盤８１の不要部８２を打ち抜き、伝動機構を構成
するために必要な３種の孔（中央孔１１、キャリアピン
孔１５、内ピン孔１７）を形成する（打ち抜き工程）。

【００４０】（４）それにより、外歯と各孔を有した外
歯歯車１０を得る。

【００４１】以上の工程を経るだけで外歯歯車１０の完
成品とし、つまり、歯面の研削加工を敢えて経ることな
く完成品とし、歯面に冷間鍛造による表面粗さをそのま
ま残して、これを伝動機構の一要素として組み込む。

【００４２】このように、外歯歯車１０の歯形を冷間鍛
造加工で作り、孔を打ち抜き加工で形成するので、従来
のホブ切りによる場合と違って、全部の歯形や孔をそれ
ぞれ１回の操作で同時に作ることができ、加工コストを
低減できる。しかも、冷間鍛造工程及び打ち抜き工程
は、それぞれワンチャックでの加工が可能であるから、
歯形の位置精度や各孔の位置精度を、冷間鍛造型や打ち
抜き型の精度に応じて簡単に高く維持することができ
る。

【００４３】又、外歯歯車１０の歯面を冷間鍛造品のま
ま残して後工程の研削を省略した場合、歯面に冷間鍛造
型の型面に応じた微小な凹凸を形成することができる。
従って、その歯面の凹凸に多量の潤滑油を保持させるこ
とができるようになり、歯面への油膜の形成が容易にな
って、摩擦抵抗の軽減と、長期に亘る摩耗の低減が図れ
る。その結果、騒音値の低減、効率の向上等が図れ、こ
の種の歯車としての所定の性能が得られる。

【００４４】又、研削加工を敢えて省略しているので、
そのための加工時間の短縮と、研削装置の省略による加
工コストの低減が図れ、製造の容易化と製造コストの低
減が共に図れ、安価な製品の提供が可能になる。

【００４５】実験データを参照しながら、従来の工程に
よって製作した場合と、本発明の工程によって製作した
場合の外歯歯車の表面粗さの違いを述べる。

【００４６】図２は歯筋方向に測定した場合の粗さデー
タ、図３は歯形方向に測定した場合の粗さデータを示
し、各図の（ａ）は研削後バレル加工した場合のデータ
（従来）、（ｂ）は冷間鍛造品のデータ（本発明）を示
す。

【００４７】研削後にバレル加工した場合（従来）は、
歯筋方向及び歯形方向のいずれにおいてもある程度の平
滑度が確保されており、（少なくとも初期性能において
は）この種の外歯歯車に要求される諸特性を十分満足し
た結果が得られる。

【００４８】しかしながら、全体が平滑な分、潤滑油を
保持するという性能に関してはむしろ劣っており、運転
条件によっては歯面の油膜切れによる耐久性の低下が発
生する恐れがある。何よりも、加工に時間が掛かり、且
つ加工コストも高い。

【００４９】これに対し、冷間鍛造のみの場合（本発
明）は、歯筋方向及び歯形方向のいずれにおいても従来
の研削後にバレル加工した場合よりも大きな凹凸が残っ
ている。この凹凸はかなり大きく、この凹凸が潤滑油を
保持する空間を形成する機能を果たしているものと考え
られる。

【００５０】又、冷間鍛造で歯形を加工した場合は、歯
面の加工硬化が期待できるので、用途によっては後工程
での熱処理を省略することもできる。つまり、低負荷タ
イプの伝動機構などには冷間鍛造品のまま完成品として
利用することができる。

【００５１】勿論、熱処理は用途に応じて必要ならば行
う。

【００５２】熱処理を行った場合は、熱処理時の歪み修
正のために更に孔の仕上げ加工を行うのがよい。

【００５３】その場合は、歯形上の所定の複数箇所を基
準点として支持しながら中心孔１１と内ピン孔１７を仕
上げ加工する。仕上げに当たっては、例えば、３本のピ
ンを歯形上の３カ所に当接させて支持しながら、中心孔
１１と内ピン孔１７を研削又は切削により仕上げ加工す
る。このように、伝動機構を構成する上で重要な中央孔
１１や内ピン孔１７の仕上げ加工を、熱処理工程の後
で、外歯歯車１０の歯形状の３点を基準にして行った場
合、歯形に対する孔１１、１７の位置精度をより高く維
持することができる。

【００５４】ここで、外歯歯車としての性能を更に確保
したい場合には、前述の冷間鍛造工程及び打ち抜き工程
と熱処理工程との間に、ショットピーニングまたはバレ
ル加工を施すのがよい。

【００５５】ショットピーニング加工は、鋼球（ショッ
ト）を空気圧または遠心力等によって加速し、これを歯
面に衝突させる吹き付け加工の一種である。これによ
り、歯面に残留圧縮応力を生じさせ、歯面を平滑化する
と共に加工硬化によって耐久性を向上させることができ
る。

【００５６】また、バレル加工とは、槽（バレル）の中
に研磨材と薬品（コンパウンド）を混入し、回転や振動
を与えることによって槽内の外歯歯車と研磨材との間に
相対運動を生じさせ、外歯歯車の表面を研削・研磨する
加工である。バレル加工によっても、表面の平滑化ある
いは加工硬化による耐久性の向上が期待できる。

【００５７】冷間鍛造された状態の歯面に対しショット
ピーニングまたはバレル加工を施す工程を追加すること
で、完成品において、特に歯形方向の歯面の平滑化を図
るとともに、歯筋方向の断面形状をより潤滑油を保持し
やすい形状に形成することができるようになる。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
歯形を冷間鍛造で作るため、加工の容易化を図ることが
できて、製造コストを低減できる。

【００５９】又、冷間鍛造で形成した歯形の歯面粗さ
を、伝動機構として組み上げる前の完成品において維持
するようにしたから、伝動機構として組み上げた状態に
おいて、歯面の潤滑油保持能力を格段に高めることがで
きる。従って、摩擦抵抗の低減と騒音の低減が図れ、こ
の種の外歯歯車として実用上問題ないレベルの特性を長
期に亘って維持することができる。又、冷間鍛造加工に
よって歯面の加工硬化が期待できるので、後工程での熱
処理を省略した場合でも、低負荷タイプの伝動機構など
にそのまま利用することができ、安価な製品の提供が可
能になる。

【００６０】更に、伝動機構を構成するために必要な孔
を打ち抜き工程で形成した場合には、これらの冷間鍛造
工程や打ち抜き工程は、それぞれワンチャックでの加工
が可能であるから、歯形や各孔の位置精度を簡単に高く
維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る外歯歯車の製造方
法の工程説明図

【図２】従来方法と本発明の方法により形成した外歯歯
車における歯筋方向の表面粗さを示す図で、（ａ）は従
来のホブ切り後に研削を行った上でバレル加工を施した
場合の表面粗さを示す図、（ｂ）は冷間鍛造による歯面
の表面粗さを示す図

【図３】従来方法と本発明の方法により形成した外歯歯
車における歯形方向の表面粗さを示す図で、（ａ）は従
来のホブ切り後に研削を行った上でバレル加工を施した
場合の表面粗さを示す図、（ｂ）は冷間鍛造による歯面
の表面粗さを示す図

【図４】本発明による製造対象の外歯歯車を含む内接噛
合遊星歯車機構の断面図

【図５】図５のＶ−Ｖ矢視断面図

【図６】従来の外歯歯車の製造方法の工程説明図

【符号の説明】

７…内歯歯車１０…外歯歯車１１、１５、１７…（伝動機構を構成するための）孔８０…素材８１…円盤１００…冷間鍛造下型１０１…円形凹部１０２…歯形形成部１１０…冷間鍛造上型１２０…加工用下型１２１…凹部１３０…加工用上型１３１…凸部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内歯歯車の内側で該内歯歯車に内接噛合す
る外歯歯車の製造方法において、冷間鍛造加工によって、素材を円盤に形成すると同時に
該円盤の外周に歯形を形成する冷間鍛造工程と、該冷間鍛造工程で得た円盤に対し、伝動機構を構成する
ために必要な孔を形成する工程と、を有し、前記冷間鍛造加工による歯面の表面粗さを完成品におい
て維持することを特徴とする外歯歯車の製造方法。
【請求項２】内歯歯車の内側で該内歯歯車に内接噛合す
る外歯歯車の製造方法において、冷間鍛造加工によって、素材を円盤に形成すると同時に
該円盤の外周に歯形を形成する冷間鍛造工程と、該冷間鍛造工程で得た円盤に対し打ち抜き加工によっ
て、伝動機構を構成するために必要な孔を形成する打ち
抜き工程と、を有し、前記冷間鍛造加工による歯面の表面粗さを完成品におい
て維持することを特徴とする外歯歯車の製造方法。