JP2730290B2 - 歯車の歯元加工装置における駆動歯車 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、被加工歯車の歯元に圧縮残留応力を付与し
て当該歯元の強度を高める加工を行う歯車の歯元加工装
置において、被加工歯車の割り出しを行う駆動歯車の改
良に関する。

（従来の技術） 自動車を構成する部品には、トランスミッション・ギ
ヤ、あるいはステアリング・ギヤのように、多数の歯車
が用いられており、これらの歯車は、一般にホブにより
歯切りされて歯が形成されている。また、自動車用の歯
車にあっては機械的な強度が要求されることから、第４
図中ハッチングで示す歯元１のフィレット付近に機械的
硬化処理を施し、当該歯元の強度を高めている。

この機械的硬化処理を行うには、第５図に示すよう
に、被加工歯車Ｗと歯元ロール工具２とを噛み合わせて
回転させながら歯元１を加圧して、当該歯元１の強度を
高める加工を行う歯元加工装置３が用いられている。

この歯元加工装置３は、回動軸４を中心として被加工
歯車Ｗを回動自在に支持しており、被加工歯車Ｗの歯元
１に圧縮残留応力を付与する歯元ロール工具２と、被加
工歯車Ｗの割り出しを行う駆動歯車８とを有している。

前記歯元ロール工具２は、その外周面に被加工歯車Ｗ
の歯元１に当接する加圧歯７が設けられ、回動軸６を中
心に回動自在に支持されている。

前記駆動歯車８は、その外周面に被加工歯車Ｗの歯５
と噛み合う歯（割出歯）10が設けられ、回動軸９を中心
に回動自在に支持されている。この駆動歯車８と歯元ロ
ール工具２とは同期して回転する。

歯元ロール工具２、被加工歯車Ｗ、及び、駆動歯車８
の各回動軸６、４、９は、直線上に位置しており、歯元
ロール工具２と駆動歯車８の両側から、被加工歯車Ｗに
対して加圧力Ｆを付勢されるようになっている。

そして、歯元ロール工具２と駆動歯車８とを被加工歯
車にそれぞれ噛み合わせた後、駆動歯車８と歯元ロール
工具２とを同期して回転させつつ、歯元ロール工具２と
駆動歯車８の両側から加圧力Ｆを被加工歯車Ｗに付勢す
る。すると、歯元ロール工具２の加圧歯７が被加工歯車
Ｗの歯元１に圧接するため、当該歯元１は圧縮残留応力
が付与されて機械的な強度が高められることになる。

（発明が解決しようとする課題） 従来の歯元加工装置３における駆動歯車８は、被加工
歯車Ｗの歯５と噛み合うことのみを考慮して設計されて
いるため、以下に示す問題が生じる。尚、説明の便宜
上、１つの歯の両歯面のうち、回転方向に沿って前側に
位置する歯面を前方歯面と言い、後側に位置する歯面を
後方歯面と言う。

先ず、被加工歯車Ｗと駆動歯車８との噛み合いが第６
図（Ａ）に示す状態の場合には、被加工歯車Ｗの歯Ｗ₂
の後方歯面には駆動歯車８の歯Ｄ₂の前方歯面が接触
し、歯Ｗ₂の前方歯面には歯Ｄ₃の後方歯面が接触してい
る。このときには、駆動歯車８から被加工歯車Ｗに付勢
される加圧力Ｆの分力が、各接触点においてそれぞれ作
用線L1、L2の方向に沿って生じている。このように、歯
Ｗ₂の両歯面にそれぞれ荷重が作用していることから、
歯Ｗ₂に曲げが働くことはない。また、同図（Ａ）の噛
み合い状態では、歯Ｗ₁の前方歯面には歯Ｄ₂の後方歯面
は接触していない。

ところが、被加工歯車Ｗと駆動歯車８とが回転して、
両者の噛み合いが同図（Ａ）から同図（Ｂ）に示す状態
に移った場合には、歯Ｗ₁の後方歯面には歯Ｄ₁の前方歯
面が接触しないが、前方歯面にはＡ点において歯Ｄ₂の
後方歯面が接触した状態となる。このときには、歯Ｗ₁
には、前方歯面のＡ点において加圧力Ｆの分力Faが作用
線L2の方向に沿って生じている。このため、歯Ｗ₁の前
方歯面にのみ荷重が作用することから、歯Ｗ₁に曲げが
働くことになる。歯₁に曲げが働くと、同図（Ｂ）中に
拡大して示すように、歯元１に引張応力Ｐが付与される
ため、歯元ロール工具２によって歯元１に付与された圧
縮残留応力が相殺されることになってしまう。このよう
な曲げに伴う圧縮残留応力の相殺は、同図（Ｃ）の状態
となるまで継続する。

被加工歯車Ｗと駆動歯車８とが更に回転して、両者の
噛み合いが同図（Ｂ）から同図（Ｃ）に示す状態に移っ
た場合には、歯Ｗ₁の後方歯面にはＢ点において歯Ｄ₁の
前方歯面が接触して、歯Ｗ₁の前方歯面にはＡ点におい
て歯Ｄ₂の後方歯面が接触した状態となる。このときに
は、歯Ｗ₁には、前方歯面のＡ点において加圧力Ｆの分
力Faが作用線L2の方向に沿って生じ、後方歯面のＢ点に
おいて分力Fbが作用線L1の方向に沿って生じている。従
って、同図（Ｃ）中に拡大して示すように、歯Ｗ₁の両
歯面にそれぞれ荷重が作用するため、歯Ｗ₁に曲げが働
かなくなり、歯元１への引張応力Ｐの付与もなくなる。

このように、従来の駆動歯車８は、被加工歯車Ｗの歯
５と噛み合うことのみを考慮して設計されているため、
被加工歯車Ｗと噛み合って回転するのに伴って、被加工
歯車Ｗの歯元１には引張応力Ｐが付与され、歯元ロール
工具２によって付与された圧縮残留応力が相殺されてい
た。従って、歯元１に付与される圧縮残留応力が所定の
強さとならなかったり、均一にならないことから、被加
工歯車Ｗの機械的強度を均一にできないという欠点があ
った。

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するために
なされたものであり、被加工歯車の歯元に圧縮残留応力
を付与して当該歯元の強度を高める加工を行う歯車の歯
元加工装置において、被加工歯車の割り出しを行う駆動
歯車を、被加工歯車の歯元に引張応力を付与しない構成
とし、もって、均一な圧縮残留応力が歯元に付与される
ようにすることを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するための本発明は、歯が設けられた
被加工歯車を回動自在に支持し、前記被加工歯車の歯元
に当接する歯元ロール手段と、前記被加工歯車の割り出
しを行う駆動歯車とを前記被加工歯車にそれぞれ噛み合
わせて回転させると共に、前記歯元ロール手段を前記被
加工歯車に対して相対的に加圧することにより、前記歯
車ロール手段を前記歯元に圧接させて当該歯元の強度を
高める加工を行う歯車の歯元加工装置において、前記回
転に伴って前記被加工歯車の前記歯と噛み合うと共に噛
み合う際に前記被加工歯車の前記歯の両歯面が同時に接
触する割出歯を、前記駆動歯車に形成したことを特徴と
する歯車の歯元加工装置における駆動歯車である。

（作用） このように構成すれば、回転に伴って被加工歯車の歯
と駆動歯車の割出歯とが噛み合う際には、被加工歯車の
歯の両歯面に割出歯が同時に接触するため、被加工歯車
の歯の両歯面のそれぞれには、荷重が同時に作用するこ
とになる。このため、被加工歯車の歯に曲げ荷重が発生
せず、歯元には引張応力が付与されない。従って、歯元
ロール手段によって歯元に付与した圧縮残留応力が相殺
される。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る歯車の歯元加工装
置を示す概略構成図であり、第４〜６図に示した部材と
共通する部材には同一の符号を付してある。

図示する歯元加工装置20は、従来の歯元加工装置３と
同様に、回動軸４を中心として被加工歯車Ｗを回動自在
に支持しており、被加工歯車Ｗの歯元１に圧縮残留応力
を付与する歯元ロール工具２と、被加工歯車Ｗの割り出
しを行う駆動歯車11とを有している。

前記被加工歯車Ｗは、平歯車であり、外周面に歯５が
形成されている。

前記歯元ロール工具２は、被加工歯車Ｗの回動軸４と
平行な回動軸６を有している。被加工歯車Ｗに対して接
近離反移動自在に構成されている。また、歯元ロール工
具２の外周面には、被加工歯車Ｗの歯元１に当接する加
圧歯７が設けられている。

前記駆動歯車11は、歯元ロール工具２と同様に、被加
工歯車Ｗの回動軸４と平行な回動軸12を有しており、被
加工歯車Ｗに対して接近離反移動自在に構成されてい
る。また、駆動歯車11の外周面には、被加工歯車Ｗの歯
５と噛み合う歯（割出歯に相当する）13が設けられてい
る。前記回動軸12には、駆動歯車11を回転させるため、
モータやギヤ等からなる回転駆動手段（図示せず）が接
続されている。この回転駆動手段の駆動力は、図示しな
い歯車列を介して歯元ロール工具２の回動軸６に伝達さ
れており、駆動歯車11と歯元ロール工具２とは同期して
回転するようになっている。

歯元ロール工具２、被加工歯車Ｗ、及び、駆動歯車11
の各回動軸６、４、12は、直線上に位置しており、歯元
ロール工具２の回動軸６から被加工歯車Ｗの回動軸４に
向かう方向に沿って一定の加圧力Ｆを付勢するため、油
圧シリンダ等からなる加圧手段（図示せず）が歯元ロー
ル工具２に設けられている。更に、駆動歯車11の回動軸
12から被加工歯車Ｗの回動軸４に向かう方向に沿って一
定の加圧力Ｆを付勢するため、同様の加圧手段（図示せ
ず）が駆動歯車11に設けられている。各加圧手段が付勢
する加圧力Ｆは、互いに等しく設定されおり、被加工歯
車Ｗに作用する力は釣り合っている。

特に、本実施例の駆動歯車11にあっては、回転に伴っ
て被加工歯車Ｗの歯５と駆動歯車11の歯13とが噛み合う
際、被加工歯車Ｗの歯５の前方歯面及び後方歯面の両歯
面に、駆動歯車11の歯13が同時に接触するように、駆動
歯車11の諸元が設定されている。

この駆動歯車11の設計手順は、第２図に基づいて説明
する。

同図に示すように、駆動歯車11と被加工歯車Ｗとがバ
ックラッシュのない状態で噛み合っている。被加工歯車
Ｗの歯５における後方歯面側の歯先と、駆動歯車11の歯
13における前方歯面とが噛み合っている状態で、その噛
み合い点をＢ点とする。また、被加工歯車Ｗの歯５にお
ける前方歯面と、駆動歯車11の歯13とが噛み合っている
点をＡ点とする。そして、駆動歯車11の回転中心Ｏ_Dと
Ａ点を結ぶ線Ｏ_DＡを半径とする歯先円Ｃ_aDが駆動歯車1
1の設計条件となる。駆動歯車11の歯先直径の条件を式
化すれば次ぎの通りである。

駆動歯車の歯先直径の条件 バックラッシュのない状態におけるかみあい圧力角α
_Wtは、 で与えられる。ここに、 Ｓ_bt1：ベース円筒軸直角歯厚（被加工歯車Ｗ） Ｓ_bt2：ベース円筒軸直角歯厚（駆動歯車11） Ｐ_bt：ベース円筒軸直角ピッチ ｒ_b1：ベース円筒半径（被加工歯車Ｗ） ｒ_b2：ベース円筒半径（駆動歯車11） そして、駆動歯車11の歯先直径ｄ_a2は、 で与えられる。ここに、 ｄ_a1：被加工歯車Ｗの歯先直径 次ぎに、本実施例の作用を説明する。

第１図に示すように、先ず、歯元ロール工具２を被加
工歯車Ｗに対して接近移動して、加圧歯７を被加工歯車
Ｗの歯元１に当接させると共に、駆動歯車11を被加工歯
車Ｗに対して接近移動して、歯13を被加工歯車Ｗの歯５
に噛み合わせる。このとき、歯元ロール工具２、被加工
歯車Ｗ、及び、駆動歯車11の各回動軸６、４、12は、直
線上に位置する。

次いで、歯元ロール工具２及び駆動歯車11に設けた加
圧手段を駆動して、歯元ロール工具２の回動軸６から被
加工歯車Ｗの回動軸４に向かう方向、及び、駆動歯車11
の回動軸12から被加工歯車Ｗの回動軸４に向かう方向に
沿って、一定の加圧力Ｆを当該被加工歯車Ｗに付勢す
る。各加圧手段が付勢する加圧力Ｆは互いに等しく設定
されているため、被加工歯車Ｗに作用する力は釣り合っ
ている。このため、被加工歯車Ｗの支持構造を簡素化す
ることが可能となる。

そして、一定の加圧力Ｆを被加工歯車Ｗに付勢して、
駆動歯車11の回動軸12に接続した回転駆動手段を駆動す
る。この回転駆動手段の駆動力は、歯車列を介して歯元
ロール工具２の回動軸６に伝達され、駆動歯車11と歯元
ロール工具２とは同期して回転する。すると、歯元ロー
ル工具２の加圧歯７が被加工歯車Ｗの歯元１を正確に加
圧するため、当該歯元１は圧縮残留応力が付与されて機
械的な強度が高められることになる。

このようにして歯元１の強度を高める加工を行ってい
る場合に、駆動歯車11と被加工歯車Ｗとが噛み合う際
に、被加工歯車Ｗの任意の歯Ｗ₁に作用する荷重の加わ
り方を第３図に基づいて説明する。

先ず、被加工歯車Ｗと駆動歯車11との噛み合いが第３
図（Ａ）に示す状態の場合には、被加工歯車Ｗの歯Ｗ₂
の後方歯面には駆動歯車11の歯Ｄ₂の前方歯面が接触
し、歯Ｗ₂の前方歯面には歯Ｄ₃の後方歯面が接触してい
る。このときには、駆動歯車11から被加工歯車Ｗに付勢
される加圧力Ｆの分力が、各接触点においてそれぞれ作
用線L1、L2の方向に沿って生じている。従って、歯Ｗ₂
の両歯面にそれぞれ荷重が作用することになるため、歯
Ｗ₂に曲げが働かず、歯元１に引張応力Ｐ（第６図
（Ｂ）参照）が付与されることはない。また、同図
（Ａ）の噛み合い状態では、歯Ｗ₁の両歯面には、駆動
歯車11の歯13に噛み合っていない。

被加工歯車Ｗと駆動歯車11とが更に回転して、両者の
噛み合いが同図（Ａ）から同図（Ｂ）に示す状態に移っ
た瞬間に、歯Ｗ₁の後方歯面側の歯先はＢ点において歯
Ｄ₁の前方歯面と接触し、歯Ｗ₁の前方歯面はＡ点におい
て歯Ｄ₂の後方歯面側の歯先と接触する。これら両方の
接触は同時に起こり、歯Ｗ₁には、Ａ点において作用線L
2の方向に沿う加圧力Ｆの分力Faと、Ｂ点において作用
線L1の方向に沿う分力Fbとが同時に生じることになる。
従って、同図（Ｂ）中に拡大して示すように、歯Ｗ₁の
両歯面のそれぞれに荷重が同時に作用するため、歯Ｗ₁
に曲げが働かず、歯元１に引張応力Ｐが付与されること
はない。

被加工歯車Ｗと駆動歯車11とが同図（Ｂ）から同図
（Ｃ）に示す状態まで更に回転する場合にも、歯Ｗ₁の
両歯面には駆動歯車11の歯Ｄ₁、Ｄ₂がそれぞれ接触し
て、両歯面に荷重が作用している。このため、歯Ｗ
₁は、曲げ荷重が作用することなく、回転している。

そして、被加工歯車Ｗと駆動歯車11との噛み合いが同
図（Ｃ）に示す状態に至ると、歯Ｗ₁の後方歯面はＢ点
において歯Ｄ₁の前方歯面側の歯先と接触し、歯Ｗ₁の前
方歯面側の歯先はＡ点において歯Ｄ₂の後方歯面と接触
する。このときにも前述と同様に、加圧力Ｆの分力Fa
が、Ａ点において作用線L2の方向に沿って生じ、分力Fb
が、Ｂ点において作用線L1の方向に沿って生じている。
従って、同図（Ｃ）中に拡大して示すように、歯Ｗ₁の
両歯面にそれぞれ荷重が作用しているため、歯Ｗ₁に曲
げが働かず、歯元１に引張応力Ｐが付与されることはな
い。

同図（Ｃ）の状態から被加工歯車Ｗと駆動歯車11とが
更に回転すると、Ａ点における接触と、Ｂ点における接
触とが同時に解除される。従って、歯Ｗ₁の両歯面に作
用していた荷重もまた同時に作用しなくなるため、歯Ｗ
₁に曲げが働かず、歯元１に引張応力Ｐが付与されるこ
とはない。

以上を繰り返すことにより、被加工歯車Ｗのそれぞれ
の歯５は、前方歯面及び後方歯面の両歯面において駆動
歯車11の歯13と同時に噛み合い、また同時に噛み合いを
解除することになる。このため、駆動歯車11が被加工歯
車Ｗと噛み合って回転する場合に、被加工歯車Ｗの歯５
に曲げが働かないので、歯元１に引張応力Ｐが付与され
ることはなく、その結果、歯元ロール工具２により付与
された圧縮残留応力が相殺されることはない。従って、
歯元１に付与される圧縮残留応力が所定の強さで、かつ
均一となり、ひいては被加工歯車Ｗの機械的強度が均一
となる。

尚、上述した実施例では、被加工歯車Ｗとして平歯車
の場合を図示したが、本発明ははすば歯車である被加工
歯車Ｗの歯元を加工する場合にも適用することができ
る。この場合には、はすば歯車の歯のねじれ角に応じ
て、歯元ロール工具２の加工歯７あるいは駆動歯車11の
歯13のねじれ角を設定したり、噛み合わせる際の交差角
を所定の角度に設定したりすることになる。

更に、駆動歯車11と歯元ロール工具２との両方から被
加工歯車Ｗを押圧する構成に限定されるものではなく、
少なくとも歯元ロール工具２と被加工歯車Ｗとの間に相
対的に一定の加圧力Ｆが加わる構成であれば良い。ま
た、加圧手段も油圧シリンダに限定されるものでもな
い。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、回転に伴って
被加工歯車の歯と駆動歯車の割出歯とが噛み合う際に、
被加工歯車の歯の両歯面に割出歯が同時に接触して、歯
の両歯面のそれぞれに荷重が同時に作用することから、
被加工歯車の歯に曲げが働かず、歯元に引張応力が付与
されることがなくなる。従って、歯元ロール手段によっ
て歯元に付与した圧縮残留応力が相殺されることがなく
なり、均一な圧縮残留応力を歯元に付与することがで
き、もって被加工歯車の機械的強度を均一にできるとい
う実用上多大な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る歯車の歯元加工装置
を示す概略構成図、第２図は、同実施例における駆動歯
車の設計条件を示す説明図、第３図（Ａ）〜（Ｃ）は、
同実施例において駆動歯車と被加工歯車とが噛み合う際
に、被加工歯車の歯に作用する荷重の加わり方を示す説
明図、第４図は、一般的歯車の歯の一部を示す斜視図、
第５図は、従来の歯車の歯元加工装置を示す概略構成
図、第６図（Ａ）〜（Ｃ）は、第５図における駆動歯車
と被加工歯車とが噛み合う際に、被加工歯車の歯に作用
する荷重の加わり方を示す説明図である。 １……歯元、２……歯元ロール工具（歯元ロール手
段）、５、Ｗ₁〜Ｗ₃……被加工歯車の歯 ８、11……駆動歯車、10、13、Ｄ₁〜Ｄ₃……駆動歯車の
歯（割出歯） Ｗ……被加工歯車。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】歯が設けられた被加工歯車を回動自在に支
   持し、前記被加工歯車の歯元に当接する歯元ロール手段
   と、前記被加工歯車の割り出しを行う駆動歯車とを前記
   被加工歯車にそれぞれ噛み合わせて回転させると共に、
   前記歯元ロール手段を前記被加工歯車に対して相対的に
   加圧することにより、前記歯元ロール手段を前記歯元に
   圧接させて当該歯元の強度を高める加工を行う歯車の歯
   元加工装置において、 前記回転に伴って前記被加工歯車の前記歯と噛み合うと
   共に噛み合う際に前記被加工歯車の前記歯の両歯面が同
   時に接触する割出歯を、前記駆動歯車に形成したことを
   特徴とする歯車の歯元加工装置における駆動歯車。