歯車の製造方法
【課題】多額の設備投資を行うことなく、安価に耐久性と歯面精度を向上させることで、所要の耐久性及び静粛性を満足する歯車を製造する。
【解決手段】歯車の製造方法は、ワークに歯切り加工を施す歯切り加工工程と、歯切り加工を施したワークに熱処理前仕上げ加工を施す熱処理前仕上げ加工工程と、熱処理前仕上げ加工を施したワークに熱処理を施す熱処理工程とを備え、熱処理工程で歯車の加工を完了するものであって、熱処理前仕上げ加工工程は、歯切り加工後のワークにシェービング加工を施す第１加工ステップと、歯元部対応部位としての隆起部を設けた転造ダイスで、シェービング加工を施したワークの歯元部及び歯面に転造加工を施す第２加工ステップとを有する。また、第１加工ステップでシェービング加工装置に取り付けて使用したシェービングカッタを転造ダイスに付け替え、転造ダイスで第２加工ステップに係る転造加工を施す。
【解決手段】歯車の製造方法は、ワークに歯切り加工を施す歯切り加工工程と、歯切り加工を施したワークに熱処理前仕上げ加工を施す熱処理前仕上げ加工工程と、熱処理前仕上げ加工を施したワークに熱処理を施す熱処理工程とを備え、熱処理工程で歯車の加工を完了するものであって、熱処理前仕上げ加工工程は、歯切り加工後のワークにシェービング加工を施す第１加工ステップと、歯元部対応部位としての隆起部を設けた転造ダイスで、シェービング加工を施したワークの歯元部及び歯面に転造加工を施す第２加工ステップとを有する。また、第１加工ステップでシェービング加工装置に取り付けて使用したシェービングカッタを転造ダイスに付け替え、転造ダイスで第２加工ステップに係る転造加工を施す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、歯車は、素材の旋削工程、ホブ加工やギヤシェーパなどの歯切り工程、歯切り工程で得た粗成形材のシェービング加工による熱処理前仕上げ工程、焼入れ等の熱処理工程を経て製造されている。
【０００３】
ここで、歯車に対する要求特性のうち、耐久性向上のための対策として、疲労強度の向上を図るべく、熱処理後にショットピーニングを施す手段が知られている。また、静粛性向上のための対策として、歯面精度の向上を図るべく、熱処理後に歯面研削仕上げを施す手段が知られている。
【０００４】
具体例を挙げると、例えば下記特許文献１には、歯面仕上げ加工工程としてのシェービング工程、浸炭焼入れ等の熱処理工程の後、ショットピーニング等の表面処理工程、あるいは歯面研削仕上げ工程を設けた歯車の製造方法が記載されている。
【０００５】
また、下記特許文献２には、低コストに歯面精度の向上を図るための手段として、ブランク材の外周面に歯切りを行い粗加工歯車を形成する歯切り工程の後に、この歯車の粗加工歯面に転造型を押圧することにより歯面を形成する歯面形成工程を設けた歯車の製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−４２８３２号公報
【特許文献２】実開２００９−２３３７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、歯車の疲労強度と歯面精度を共に向上させるためには、上記特許文献１に記載のように、ショットピーニング加工工程と仕上げ研削加工工程の双方を熱処理工程の後に設ける必要があるが、そうすると、それぞれ専用の加工装置を新たに設置する必要が生じるため、設備投資の高騰を招く。上記特許文献２に記載のように、歯切り工程の後に転造工程を設けることで歯面精度の向上を図る方法であれば、熱処理前のシェービング加工と、熱処理後の仕上げ研削加工を省略できるものの、歯面への転造加工だけでは、ショットピーニングと同等の強度向上は見込めないため、熱処理後のショットピーニング加工は省略できない。さらに、歯切りで粗成形された歯車（粗成形材）には、その歯面形状、や寸法にある程度のばらつきが生じる。そのため、たとえ高精度に加工された転造型で転造を施したとしても、歯切り時の歯面形状や寸法のばらつきの影響が残ってしまい、全ての歯面を高精度に転写成形することができない。特に、車両の駆動系に使用される歯車においては、耐久性はもちろんのこと、車室内における一層の静粛性向上が求められており、かかる状況を鑑みると、上記特許文献２に記載の方法では要求レベルの歯面精度を得ることは難しい。
【０００８】
以上の事情に鑑み、多額の設備投資を行うことなく、安価に疲労強度と歯面精度を向上させて、所要の耐久性及び静粛性を満足することのできる歯車の製造方法を提供することを、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】
【０００９】
前記課題の解決は、本発明に係る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、ワークに歯切り加工を施す歯切り加工工程と、歯切り加工を施したワークに熱処理前仕上げ加工を施す熱処理前仕上げ加工工程と、熱処理前仕上げ加工を施したワークに熱処理を施す熱処理工程とを備え、熱処理工程で歯車の加工を完了する歯車の製造方法であって、熱処理前仕上げ加工工程は、歯切り加工後のワークにシェービング加工を施す第１加工ステップと、歯元部対応部位としての隆起部を設けた転造ダイスで、シェービング加工を施したワークの歯元部及び歯面に転造加工を施す第２加工ステップとを有し、第１加工ステップでシェービング加工装置に取り付けて使用したシェービングカッタを転造ダイスに付け替え、転造ダイスで第２加工ステップに係る転造加工を施す点をもって特徴付けられる。
【００１０】
本発明は、熱処理前に、隆起部を設けた転造ダイスでワーク歯元部に転造加工を施すことで、効率よく歯車の疲労強度向上を図ると共に、当該転造加工をシェービング加工の後に実施することで、多額の設備投資を要することなく歯面精度の向上を達成することを狙ったものである。すなわち、焼入れ等の熱処理前に、歯元部対応部位としての隆起部を設けた転造ダイスでワークに転造加工を施すことにより、このワークの歯元部を転造ダイスの隆起部で押圧して当該歯元部に圧縮残留応力を発生させることができる。このように、歯車の疲労強度に大きな影響を与える部位（歯車使用時に、曲げ荷重が最も大きく作用すると想定される部位）である歯元部に残留圧縮応力を積極的に発生させることにより、歯車の疲労強度を効率よく高めることができる。
【００１１】
また、歯切り加工後にワークにシェービング加工を施すことで、歯切り加工により生じる歯面形状や寸法のばらつきをシェービング加工である程度抑えることができる。そのため、シェービング加工を施したワークに対して転造加工を施すことで、転造加工によるワークの加工量（塑性変形量）を小さくして、これにより全てのワーク歯面を高精度に転造で成形することができる。
【００１２】
また、上述のように、熱処理前仕上げ加工として、シェービング加工、次いで転造加工をワークに施した後、熱処理工程により歯車の加工を完了するようにしたので、熱処理後に何らの仕上げ工程を設けることなく疲労強度と歯面精度の向上を図ることができる。そのため、熱処理後のショットピーニング加工や研削仕上げ工程を省略して、その分の設備投資を低く抑えることができる。加えて、転造加工は上述の熱処理後仕上げ加工と比べて加工時間の短い加工手段であり、かつ、シェービング加工の後に転造加工を施すことで、ワークに対する転造加工量（塑性変形量）を小さく抑えることができるため、これによっても加工時間を短縮することができる。従って、製造コストの低減化と共に歯車の量産化を図ることも可能となる。
【００１３】
また、本発明に係る歯車の製造方法は、さらに第１加工ステップでシェービング加工装置に取り付けて使用したシェービングカッタを転造ダイスに付け替え、この転造ダイスで第２加工ステップに係る転造加工を施すことを特徴とする。
【００１４】
このように、ワークの加工具（シェービングカッタ、転造ダイス）を付け替えて、第１及び第２加工ステップを実施するようにすれば、シェービング加工装置を利用して転造加工を実施することができる。この場合、転造加工専用の装置を設けずに済むので、設備投資を大幅に低く抑えることができる。また、同一の加工装置でもって加工具を付け替えるだけでシェービング加工と転造加工とを実施することができるので、ワークをシェービング加工装置に取り付けた状態のままで、双方の加工を連続的に実施できる。これにより、ワークを一旦取り外して再び取り付ける手間を省いて、加工時間をさらに短縮することが可能となる。
【００１５】
また、ワークをシェービング加工装置に取り付けた状態のままで、シェービング加工と転造加工を施すことができるので、ワークを一旦取り外して再び取り付ける場合に比べて高い加工精度を得ることができる。
【００１６】
また、第２加工ステップにおいて、転造ダイスの回転軸をワークの支持軸と平行にした状態で、ワークの歯面に転造加工を施すようにしてもよい。
【００１７】
シェービング加工は、シェービングカッタをワークの歯面に対して滑らせることにより、上記カッタの歯先に設けたセレーションでワークの歯面を削り取るものであるから、たとえ熱処理後のワーク歯面の変形量を盛り込んだ形状にシェービングカッタを加工できたとしても、当該形状の通りワークの歯面を加工することは難しい。これに対して、本願発明では、転造ダイスの回転軸をワークの支持軸と平行にした状態で、ワークの歯面に転造加工を施すようにしたので、回転軸と支持軸との交差角を実質的に零度として、転造ダイスをワークに押し付けることができる。そのため、上述の如き加工時の滑りを極力無くして、転造ダイスの歯面対応部位の形状を高精度にワーク歯面に転写でき、これにより、歯面仕上げ精度をさらに高めることができる。また、この種の削り加工（シェービング加工）を行う際には、上述の如く、シェービングカッタとワーク歯面との間で所定の相対滑りを生じさせるために、シェービングカッタの回転軸とワークの支持軸とを所定角度で交差させることになるが、例えば同一の加工装置においてシェービングカッタを転造ダイスに付け替えて転造加工を施す場合には、転造ダイスの回転軸とワークの支持軸との交差角を、シェービング加工時の角度から零度に変更するだけで、相対滑りのない転造加工を容易かつ迅速に実施することができる。
【００１８】
また、第２加工ステップにおいて、転造ダイスの歯面対応部位を、熱処理により生じるワーク歯面の３次元変形量を織り込んだ形状に加工し、当該加工後の転造ダイスを用いてワークの歯面に転造加工を施すようにしてもよい。
【００１９】
すなわち、シェービングカッタの歯付けに際して、カッタ歯面の特定方向（例えば歯筋方向）に対しては、歯付け工程のメカニズム上ないしシェービングカッタの構造上、加工手段が限られており、熱処理後の変形を見込んだ歯面形状への精密な加工が難しい、との問題があった。これに対して、転造ダイスであれば、シェービングカッタよりも加工上の制約は少なくて済むため、上述のように、熱処理により生じるワーク歯面の３次元変形量を織り込んだ形状に歯面対応部位を加工することができる。従って、上記加工を施した転造ダイスを用いることで、歯面の歯形方向だけでなく歯筋方向の熱処理変形量を織り込んだ３次元的な形状にワークの歯面を仕上げることができる。これにより、シェービング加工では補うことが難しい所定方向（歯筋方向）のワーク歯面の熱処理変形量を転造加工により補って、完成品の歯面精度をより高めることができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、本発明に係る歯車の製造方法によれば、多額の設備投資を行うことなく、安価に耐久性と歯面精度を向上させることで、所要の耐久性及び静粛性を満足する歯車を製造することができる。また、既存の設備を利用して熱処理前仕上げ加工を施すことで、より一層のコスト低減化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る歯車の製造方法であって、その加工手順を示すフローチャートである。
【図２】図１に示すシェービング加工に使用するシェービング加工装置の正面図である。
【図３】シェービング加工装置に取り付けたワーク及びシェービングカッタを平面視した図であって、ワークとシェービングカッタとの噛み合いを説明するための平面図である。
【図４】シェービング加工装置に取り付けたワーク及び転造ダイスを平面視した図であって、ワークと転造ダイスとの噛み合いを説明するための平面図である。
【図５】歯切り加工を施したワークの歯の部分を拡大した側面図である。
【図６】転造ダイスの歯先部分を拡大した側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る歯車の製造方法の一実施形態を図面に基づき説明する。なお、この実施形態では、はすば歯車を製造する場合を例にとって説明する。
【００２３】
図１は、本発明に係る歯車の製造方法の一例であって、その加工手順をフロー化して示したものである。このフローチャートに示すように、この実施形態における歯車の製造方法は、歯面を除いた部分を所定の形状に成形してブランク材を得る（ａ）ブランク加工工程と、ブランク加工後のワークにホブ加工等の歯切り加工を施し、歯面を粗成形する（ｂ）歯切り加工工程と、歯切り加工を施したワーク１（後述する図５を参照）に熱処理前仕上げ加工を施して歯面３を仕上げる（ｃ）熱処理前仕上げ加工工程と、熱処理前仕上げ加工を施したワーク１に浸炭焼入れ等の熱処理を施す（ｄ）熱処理工程とを具備する。そして、これら一連の加工工程を経ることで、ワークに対する加工が完了し、必要に応じて洗浄、検査を行うことで歯車が完成するようになっている。また、（ｃ）熱処理前仕上げ加工工程は、歯切り加工後のワーク１にシェービング加工を施す（ｃ−１）第１加工ステップと、歯元部対応部位としての隆起部３４を設けた転造ダイス３０（後述する図６を参照）で、シェービング加工を施したワーク１の歯元部５及び歯面３に転造加工を施す（ｃ−２）第２加工ステップとを有する。
【００２４】
また、この場合の加工ラインのレイアウトの一例として、図示は省略するが、ワークの搬送ライン上又はその側方に、旋削加工装置、ホブ加工装置、シェービング加工装置、焼入れ装置（焼入れ炉、冷却炉）を上流側から順に配置したものを挙げることができる。以下、（ｃ）熱処理前仕上げ加工工程を中心に説明する。
【００２５】
（ａ）ブランク加工工程
まず、素材となる鋼材を旋盤等で旋削して、歯車の歯面を除いた部分を所定の形状に成形し、ブランク材を得る（ブランク加工）。言い換えると、この後に行われる歯切り加工で歯面を形成可能なようにワークに所定の加工を施す。なお、この実施形態ではブランク加工として旋削加工を例示したが、これ以外の加工手段、例えば鍛造加工をブランク加工に採用してもよい。
【００２６】
（ｂ）歯切り加工工程
次いで、旋削加工を施したワークに対して、例えばホブカッタを取り付けたホブ加工装置を用いてホブ加工を行い、ワークの外周に完成品に準じた形状の歯面、例えばインボリュート歯面を粗成形する（歯切り加工）。この際、ホブ加工で得られるワーク１の歯元部５は、図５に示すように、インボリュート歯面の一部として、隣接する歯面３ないし歯底面４と滑らかにつながった形状としてもよいし、これら隣接する歯面３や歯底面４に対して内側に凹ませてなるアンダーカット形状６（図５中破線で示す形状。プロチュバランス形状ともいう。）としてもよい。これらは、例えばホブカッタの歯先部を対応する形状に加工しておくことで、歯切り加工と同時に歯元部５に形成することができる。なお、歯切り加工には、上述したホブ加工に限らず、ギヤシェーパ加工等の創成歯切り加工を採用してもよく、あるいは、フライス加工やディスク状砥石を用いた研削成形加工等の成形歯切り加工を採用してもよい。
【００２７】
（ｃ）熱処理前仕上げ加工工程
（ｃ−１）第１加工ステップ
上述のように歯切り加工を施したワーク１に対してシェービング加工を施し、歯切り加工でワーク１の各歯２の歯面３に生成された切削目（ツールマークともいう。）を除去すると共に、この歯面３に仕上げ加工を施す（第１加工ステップ）。図２にこのシェービング加工に使用するシェービング加工装置１０の正面図を示す。この図に示すように、シェービング加工装置１０は、基台１１と、基台１１に取り付けられたテーブル１２と、基台１１に立設されたコラム１３を介して取り付けられたヘッド部１４とを具備する。テーブル１２は、基台１１に対し水平方向に摺動可能に取り付けられており、このテーブル１２上にはワーク１を回転可能に支持する支持装置１５が配設されている。ヘッド部１４は、コラム１３に対して昇降可能に取り付けられたヘッド昇降部１６と、ヘッド昇降部１６の下方に一体に設けられたヘッド本体１７とで主に構成されている。ヘッド本体１７の一側方にはシェービングカッタ２０、転造ダイス３０（後述する図６を参照）等の加工具を装着可能とする加工具装着部１８が設けられ、ヘッド本体１７の他側方には加工具装着部１８に装着したシェービングカッタ２０等を回転駆動させるためのモータ１９が設けられている。また、ヘッド本体１７はヘッド昇降部１６に対して鉛直軸回りに回動可能に構成されており、加工具装着部１８にシェービングカッタ２０等を装着した状態では、シェービングカッタ２０等の回転軸Ａ1と、支持装置１５に回転可能に支持されるワーク１の支持軸Ａ2との交差角θ（後述する図３を参照）を任意に設定できるようになっている。
【００２８】
上記構成のシェービング加工装置１０を使用したシェービング加工の一加工態様を説明すると、まず、図２に示すように、歯切り加工を施したワーク１をシェービング加工装置１０の支持装置１５に取り付けると共に、ヘッド部１４の加工具装着部１８にシェービングカッタ２０を装着する。そして、図３に示すように、ワーク１の鉛直上方に配置されたシェービングカッタ２０の歯２１と、ワーク１の歯２とが噛み合うように、ヘッド昇降部１６に対してヘッド本体１７を鉛直軸回りに回動させて、シェービングカッタ２０の回転軸Ａ1とワーク１の支持軸Ａ2との間の交差角θを所定の大きさに設定する。
【００２９】
このように交差角θを設定した後、ヘッド昇降部１６をコラム１３に対して下降させて、ヘッド本体１７及びヘッド本体１７の加工具装着部１８に装着されたシェービングカッタ２０をワーク１の中心側に向けて押し込み、双方の歯２，２１を噛み合わせる。そして、モータ１９の駆動によりシェービングカッタ２０を回転駆動させることで、このシェービングカッタ２０と噛み合い状態にあるワーク１が連れ回る。この際、図３に示すように、シェービングカッタ２０の回転軸Ａ1と、ワーク１の支持軸Ａ2とは所定の交差角θで交差しているため、上述のようにシェービングカッタ２０をワーク１に押し込んで連れ回りを生じさせることで、シェービングカッタ２０の歯２１とワーク１の歯面３との間に相対滑りを生じる。そして、この相対滑りによりシェービングカッタ２０の歯先に設けた複数のセレーション（図示は省略）がワーク１の歯面３に存在する微小な凹凸を削り取ることで、ワーク１に対する仕上げ加工が施される。
【００３０】
このように、シェービングカッタ２０でワーク１の歯面３を削り取ることで、歯面３が滑らかに仕上げられる。また、歯切り加工時の形状や寸法のばらつきをシェービング加工である程度抑えることができ、これにより歯面３の形状精度を向上させることができる。また、上述のように、シェービングカッタ２０をワーク１に押し付けて、かつこのワーク１が連れ回る（シェービングカッタ２０のみを回転駆動させる）ようにしてシェービング加工を施すことで、歯切り加工時に生じたワーク１の歯２のピッチ間誤差が矯正される。
【００３１】
（ｃ−２）第２加工ステップ
上述のようにしてシェービング加工を施したワーク１に対して、所定形状をなす転造ダイス３０で転造加工を施す。ここで使用する転造ダイス３０は、図６に示すように、各歯２１に、ワーク１の歯面３を転造で成形するための歯面対応部位３２と、歯面対応部位３２の歯先側であって歯先面３３の円周方向両側に、ワーク１の歯元部５を転造で成形するための歯元部対応部位としての隆起部３４を一体に有する。また、当然ながら、転造ダイス３０の歯先面３３にシェービングカッタ２０の如きセレーションは設けられておらず、平坦である。この実施形態では、上記形態の転造ダイス３０を図２に示すシェービング加工装置１０に取り付けて使用する。すなわち、直前の第１加工ステップ（シェービング加工工程）で、図２に示すシェービング加工装置１０に取り付けて使用したシェービングカッタ２０を加工具装着部１８から取り外し、代わりに転造ダイス３０を取り付ける。
【００３２】
この状態では、転造ダイス３０の回転軸Ａ1とワーク１の支持軸Ａ2とはシェービング加工時の交差角θ（図３を参照）で交差した状態にあり、このままでは噛み合いを生じないため、図４に示すように転造ダイス３０の歯３１とワーク１の歯２とが噛み合うように、ヘッド本体１７をヘッド昇降部１６に対して鉛直軸回りに回動させる。この実施形態では、上記噛み合い状態において転造ダイス３０の回転軸Ａ1とワーク１の支持軸Ａ2とが平行になるように（図４に示すように、鉛直上方から見て双方の軸Ａ1，Ａ2が重なるように）、転造ダイス３０の回転軸Ａ1に対する各歯２１のねじれ角が設定される。よって、この場合、転造ダイス３０の回転軸Ａ1とワーク１の支持軸Ａ2との間の交差角θが実質的に零度となる位置までヘッド本体１７及び転造ダイス３０を鉛直軸回りに回動させる。
【００３３】
このようにしてワーク１に対する転造ダイス３０の位置決めを行った後、ヘッド昇降部１６をコラム１３に対して下降させて、ヘッド本体１７及びヘッド本体１７の加工具装着部１８に装着された転造ダイス３０をワーク１の中心側に向けて押し込み、双方の歯２，３１を噛み合わせる。そして、モータ１９の駆動により転造ダイス３０を回転駆動させることで、転造ダイス３０とワーク１とが互いに噛み合う歯２，３１を変えつつ、転造ダイス３０の歯元部対応部位としての隆起部３４と歯面対応部位３２をそれぞれワーク１の歯元部５及び歯面３に押圧する。これにより、歯元部５に圧縮残留応力を積極的に発生させることができ、結果、歯車の疲労強度向上が図られる。また、図５中破線で示すように、歯元部５がアンダーカット形状６をなす場合には、このアンダーカット形状６を上回る大きさの隆起部３４を転造ダイス３０に設けておくことで、十分な押圧力をアンダーカット形状６の歯元部５に付与して、所要の圧縮残留応力を発生させるとよい。
【００３４】
また、転造ダイス３０の歯面対応部位３２でワーク１の歯面３を押圧することにより、これら歯面３に精度よく歯面対応部位３２が転写成形される。また、上述のようにワーク１をシェービング加工装置１０に取り付けた状態のままで転造加工を施すことで、ワーク１を一旦取り外して再び取り付ける場合に比べて高い加工精度が得られる。特に、この実施形態では、転造ダイス３０の回転軸Ａ1をワーク１の支持軸Ａ2と平行にした状態で、ワーク１の歯面３に転造加工を施すようにしたので、転造ダイス３０の回転軸Ａ1とワーク１の支持軸Ａ2との交差角θを実質的に零度として、転造ダイス３０をワーク１に押し付けて成形することができる。そのため、上記シェービング加工時の如き相対滑りを極力無くして、転造ダイス３０の歯面対応部位３２の形状が高精度にワーク１の歯面３に転写される。これにより、歯面３の仕上げ精度がさらに高められる。
【００３５】
なお、この際、予め転造ダイス３０の歯面対応部位３２を、後述する熱処理により生じるワーク１の歯面３の３次元変形量を織り込んだ形状に加工しておき、この加工を施した転造ダイス３０を用いてワーク１の歯面３に転造加工を施すようにしてもよい。この場合、転造ダイス３０の歯面対応部位３２への歯付けは、例えばマーグ歯研機等の歯面３への精密な３次元加工が可能な研削装置を用いることで実施することができる。
【００３６】
上述のような加工を施した転造ダイス３０を使用してワーク１に転造加工を施すようにすれば、歯面３の歯形方向だけでなく歯筋方向の熱処理変形量を織り込んだ歯面対応部位３２でワーク１の歯面３に転造仕上げ加工が施される。そのため、熱処理後に何らの加工工程を設けなくても、後述する熱処理により変形した後の歯面３の形状を、設計形状により近づけて、完成品の歯面精度を一層高めることができる。また、上述した転造加工を、シェービング加工の後に実施することにより、転造加工後における歯２の歯面精度のばらつきを小さく抑えることができるので、上記効果と相まって、当該歯車の使用時、安定した噛み合い状態となり、これにより、使用時のノイズを低減化することが可能となる。
【００３７】
（ｄ）熱処理工程
このように転造加工を施したワーク１に浸炭焼入れ等の熱処理を施すことで、ギヤの高硬度化を図る（熱処理）。具体的には、転造加工を終えたワーク１を焼き入れ炉、次いで冷却炉に投入し、所定の熱履歴を付与することで、ワーク１の硬度向上及び剛性向上が図られる。これにより、ワーク１の加工が完了し、完成品としての歯車が製造される。
【００３８】
以上のように、熱処理前仕上げ加工として、シェービング加工、次いで転造加工をワーク１に施すことで、熱処理後に何らの仕上げ工程を設けずとも疲労強度と歯面精度の向上を図ることができる。そのため、熱処理後のショットピーニング加工や研削仕上げ加工を省略して、その分の設備投資を低く抑えることができる。特に、上述のように、シェービングカッタ２０を転造ダイス３０に付け替えて、シェービング加工と転造工程とを実施するようにすれば、シェービング加工装置１０を転造加工にも利用することができる。そのため、転造加工専用の装置を設置せずに済み、設備投資をさらに低く抑えることができる。また、加工具を付け替えるだけでシェービング加工と転造加工とを実施することができるので、ワーク１をシェービング加工装置１０に取り付けた状態のままで、双方の加工を連続的に実施できる。そのため、ワーク１を取り外し、再び装着し直す手間を省いて加工時間の一層の短縮化と低コスト化を図ることができる。従って、歯車の量産にも適している。
【００３９】
なお、上記実施形態では、シェービング加工装置１０に取り付けて使用したシェービングカッタ２０を転造ダイス３０に付け替えて、この転造ダイス３０でワーク１に転造加工を施すようにした場合を例示したが、これ以外の形態を採ることも可能である。例えば、歯車の加工ライン上にシェービング加工装置１０を２台並列に配置して、上流側のシェービング加工装置１０にはシェービングカッタ２０を装着し、下流側のシェービング加工装置１０には転造ダイス３０を装着する。このような構成にすれば、シェービングカッタ２０を転造ダイス３０に付け替える必要もなく、また、シェービングカッタ２０ないし転造ダイス３０の回転軸Ａ1とワーク１の支持軸Ａ2との交差角θを毎回の加工のたびに変更する手間も省ける。
【００４０】
何れにしても、本発明に係る歯車の製造方法は、上記例示の形態に限定されることはない。歯切り工程と、歯切り加工後のワークにシェービング加工を施し、然る後、歯元部対応部位としての隆起部を設けた転造ダイスで、ワークの歯元部及び歯面に転造加工を施す熱処理前仕上げ加工工程と、熱処理工程とを具備し、熱処理工程で歯車の加工を完了する限りにおいて、任意の形態を採ることが可能である。
【００４１】
また、上記実施形態では、はすば歯車の製造に際して本発明を適用する場合を説明したが、もちろんこれ以外の種類の歯車についても本発明に係る製造方法を適用することが可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１ ワーク
２ 歯
３ 歯面
４ 歯底面
５ 歯元部
６ アンダーカット形状
１０ シェービング加工装置
１１ 基台
１２ テーブル
１３ コラム
１４ ヘッド部
１５ 支持装置
１６ ヘッド昇降部
１７ ヘッド本体
１８ 加工具装着部
１９ モータ
２０ シェービングカッタ
２１ 歯
３０ 転造ダイス
３１ 歯
３２ 歯面対応部位
３３ 歯先面
３４ 隆起部（歯元部対応部位）
Ａ１ 回転軸（シェービングカッタ、転造ダイス）
Ａ２ 支持軸（ワーク）
θ 交差角
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、歯車は、素材の旋削工程、ホブ加工やギヤシェーパなどの歯切り工程、歯切り工程で得た粗成形材のシェービング加工による熱処理前仕上げ工程、焼入れ等の熱処理工程を経て製造されている。
【０００３】
ここで、歯車に対する要求特性のうち、耐久性向上のための対策として、疲労強度の向上を図るべく、熱処理後にショットピーニングを施す手段が知られている。また、静粛性向上のための対策として、歯面精度の向上を図るべく、熱処理後に歯面研削仕上げを施す手段が知られている。
【０００４】
具体例を挙げると、例えば下記特許文献１には、歯面仕上げ加工工程としてのシェービング工程、浸炭焼入れ等の熱処理工程の後、ショットピーニング等の表面処理工程、あるいは歯面研削仕上げ工程を設けた歯車の製造方法が記載されている。
【０００５】
また、下記特許文献２には、低コストに歯面精度の向上を図るための手段として、ブランク材の外周面に歯切りを行い粗加工歯車を形成する歯切り工程の後に、この歯車の粗加工歯面に転造型を押圧することにより歯面を形成する歯面形成工程を設けた歯車の製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−４２８３２号公報
【特許文献２】実開２００９−２３３７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、歯車の疲労強度と歯面精度を共に向上させるためには、上記特許文献１に記載のように、ショットピーニング加工工程と仕上げ研削加工工程の双方を熱処理工程の後に設ける必要があるが、そうすると、それぞれ専用の加工装置を新たに設置する必要が生じるため、設備投資の高騰を招く。上記特許文献２に記載のように、歯切り工程の後に転造工程を設けることで歯面精度の向上を図る方法であれば、熱処理前のシェービング加工と、熱処理後の仕上げ研削加工を省略できるものの、歯面への転造加工だけでは、ショットピーニングと同等の強度向上は見込めないため、熱処理後のショットピーニング加工は省略できない。さらに、歯切りで粗成形された歯車（粗成形材）には、その歯面形状、や寸法にある程度のばらつきが生じる。そのため、たとえ高精度に加工された転造型で転造を施したとしても、歯切り時の歯面形状や寸法のばらつきの影響が残ってしまい、全ての歯面を高精度に転写成形することができない。特に、車両の駆動系に使用される歯車においては、耐久性はもちろんのこと、車室内における一層の静粛性向上が求められており、かかる状況を鑑みると、上記特許文献２に記載の方法では要求レベルの歯面精度を得ることは難しい。
【０００８】
以上の事情に鑑み、多額の設備投資を行うことなく、安価に疲労強度と歯面精度を向上させて、所要の耐久性及び静粛性を満足することのできる歯車の製造方法を提供することを、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】
【０００９】
前記課題の解決は、本発明に係る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、ワークに歯切り加工を施す歯切り加工工程と、歯切り加工を施したワークに熱処理前仕上げ加工を施す熱処理前仕上げ加工工程と、熱処理前仕上げ加工を施したワークに熱処理を施す熱処理工程とを備え、熱処理工程で歯車の加工を完了する歯車の製造方法であって、熱処理前仕上げ加工工程は、歯切り加工後のワークにシェービング加工を施す第１加工ステップと、歯元部対応部位としての隆起部を設けた転造ダイスで、シェービング加工を施したワークの歯元部及び歯面に転造加工を施す第２加工ステップとを有し、第１加工ステップでシェービング加工装置に取り付けて使用したシェービングカッタを転造ダイスに付け替え、転造ダイスで第２加工ステップに係る転造加工を施す点をもって特徴付けられる。
【００１０】
本発明は、熱処理前に、隆起部を設けた転造ダイスでワーク歯元部に転造加工を施すことで、効率よく歯車の疲労強度向上を図ると共に、当該転造加工をシェービング加工の後に実施することで、多額の設備投資を要することなく歯面精度の向上を達成することを狙ったものである。すなわち、焼入れ等の熱処理前に、歯元部対応部位としての隆起部を設けた転造ダイスでワークに転造加工を施すことにより、このワークの歯元部を転造ダイスの隆起部で押圧して当該歯元部に圧縮残留応力を発生させることができる。このように、歯車の疲労強度に大きな影響を与える部位（歯車使用時に、曲げ荷重が最も大きく作用すると想定される部位）である歯元部に残留圧縮応力を積極的に発生させることにより、歯車の疲労強度を効率よく高めることができる。
【００１１】
また、歯切り加工後にワークにシェービング加工を施すことで、歯切り加工により生じる歯面形状や寸法のばらつきをシェービング加工である程度抑えることができる。そのため、シェービング加工を施したワークに対して転造加工を施すことで、転造加工によるワークの加工量（塑性変形量）を小さくして、これにより全てのワーク歯面を高精度に転造で成形することができる。
【００１２】
また、上述のように、熱処理前仕上げ加工として、シェービング加工、次いで転造加工をワークに施した後、熱処理工程により歯車の加工を完了するようにしたので、熱処理後に何らの仕上げ工程を設けることなく疲労強度と歯面精度の向上を図ることができる。そのため、熱処理後のショットピーニング加工や研削仕上げ工程を省略して、その分の設備投資を低く抑えることができる。加えて、転造加工は上述の熱処理後仕上げ加工と比べて加工時間の短い加工手段であり、かつ、シェービング加工の後に転造加工を施すことで、ワークに対する転造加工量（塑性変形量）を小さく抑えることができるため、これによっても加工時間を短縮することができる。従って、製造コストの低減化と共に歯車の量産化を図ることも可能となる。
【００１３】
また、本発明に係る歯車の製造方法は、さらに第１加工ステップでシェービング加工装置に取り付けて使用したシェービングカッタを転造ダイスに付け替え、この転造ダイスで第２加工ステップに係る転造加工を施すことを特徴とする。
【００１４】
このように、ワークの加工具（シェービングカッタ、転造ダイス）を付け替えて、第１及び第２加工ステップを実施するようにすれば、シェービング加工装置を利用して転造加工を実施することができる。この場合、転造加工専用の装置を設けずに済むので、設備投資を大幅に低く抑えることができる。また、同一の加工装置でもって加工具を付け替えるだけでシェービング加工と転造加工とを実施することができるので、ワークをシェービング加工装置に取り付けた状態のままで、双方の加工を連続的に実施できる。これにより、ワークを一旦取り外して再び取り付ける手間を省いて、加工時間をさらに短縮することが可能となる。
【００１５】
また、ワークをシェービング加工装置に取り付けた状態のままで、シェービング加工と転造加工を施すことができるので、ワークを一旦取り外して再び取り付ける場合に比べて高い加工精度を得ることができる。
【００１６】
また、第２加工ステップにおいて、転造ダイスの回転軸をワークの支持軸と平行にした状態で、ワークの歯面に転造加工を施すようにしてもよい。
【００１７】
シェービング加工は、シェービングカッタをワークの歯面に対して滑らせることにより、上記カッタの歯先に設けたセレーションでワークの歯面を削り取るものであるから、たとえ熱処理後のワーク歯面の変形量を盛り込んだ形状にシェービングカッタを加工できたとしても、当該形状の通りワークの歯面を加工することは難しい。これに対して、本願発明では、転造ダイスの回転軸をワークの支持軸と平行にした状態で、ワークの歯面に転造加工を施すようにしたので、回転軸と支持軸との交差角を実質的に零度として、転造ダイスをワークに押し付けることができる。そのため、上述の如き加工時の滑りを極力無くして、転造ダイスの歯面対応部位の形状を高精度にワーク歯面に転写でき、これにより、歯面仕上げ精度をさらに高めることができる。また、この種の削り加工（シェービング加工）を行う際には、上述の如く、シェービングカッタとワーク歯面との間で所定の相対滑りを生じさせるために、シェービングカッタの回転軸とワークの支持軸とを所定角度で交差させることになるが、例えば同一の加工装置においてシェービングカッタを転造ダイスに付け替えて転造加工を施す場合には、転造ダイスの回転軸とワークの支持軸との交差角を、シェービング加工時の角度から零度に変更するだけで、相対滑りのない転造加工を容易かつ迅速に実施することができる。
【００１８】
また、第２加工ステップにおいて、転造ダイスの歯面対応部位を、熱処理により生じるワーク歯面の３次元変形量を織り込んだ形状に加工し、当該加工後の転造ダイスを用いてワークの歯面に転造加工を施すようにしてもよい。
【００１９】
すなわち、シェービングカッタの歯付けに際して、カッタ歯面の特定方向（例えば歯筋方向）に対しては、歯付け工程のメカニズム上ないしシェービングカッタの構造上、加工手段が限られており、熱処理後の変形を見込んだ歯面形状への精密な加工が難しい、との問題があった。これに対して、転造ダイスであれば、シェービングカッタよりも加工上の制約は少なくて済むため、上述のように、熱処理により生じるワーク歯面の３次元変形量を織り込んだ形状に歯面対応部位を加工することができる。従って、上記加工を施した転造ダイスを用いることで、歯面の歯形方向だけでなく歯筋方向の熱処理変形量を織り込んだ３次元的な形状にワークの歯面を仕上げることができる。これにより、シェービング加工では補うことが難しい所定方向（歯筋方向）のワーク歯面の熱処理変形量を転造加工により補って、完成品の歯面精度をより高めることができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、本発明に係る歯車の製造方法によれば、多額の設備投資を行うことなく、安価に耐久性と歯面精度を向上させることで、所要の耐久性及び静粛性を満足する歯車を製造することができる。また、既存の設備を利用して熱処理前仕上げ加工を施すことで、より一層のコスト低減化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る歯車の製造方法であって、その加工手順を示すフローチャートである。
【図２】図１に示すシェービング加工に使用するシェービング加工装置の正面図である。
【図３】シェービング加工装置に取り付けたワーク及びシェービングカッタを平面視した図であって、ワークとシェービングカッタとの噛み合いを説明するための平面図である。
【図４】シェービング加工装置に取り付けたワーク及び転造ダイスを平面視した図であって、ワークと転造ダイスとの噛み合いを説明するための平面図である。
【図５】歯切り加工を施したワークの歯の部分を拡大した側面図である。
【図６】転造ダイスの歯先部分を拡大した側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る歯車の製造方法の一実施形態を図面に基づき説明する。なお、この実施形態では、はすば歯車を製造する場合を例にとって説明する。
【００２３】
図１は、本発明に係る歯車の製造方法の一例であって、その加工手順をフロー化して示したものである。このフローチャートに示すように、この実施形態における歯車の製造方法は、歯面を除いた部分を所定の形状に成形してブランク材を得る（ａ）ブランク加工工程と、ブランク加工後のワークにホブ加工等の歯切り加工を施し、歯面を粗成形する（ｂ）歯切り加工工程と、歯切り加工を施したワーク１（後述する図５を参照）に熱処理前仕上げ加工を施して歯面３を仕上げる（ｃ）熱処理前仕上げ加工工程と、熱処理前仕上げ加工を施したワーク１に浸炭焼入れ等の熱処理を施す（ｄ）熱処理工程とを具備する。そして、これら一連の加工工程を経ることで、ワークに対する加工が完了し、必要に応じて洗浄、検査を行うことで歯車が完成するようになっている。また、（ｃ）熱処理前仕上げ加工工程は、歯切り加工後のワーク１にシェービング加工を施す（ｃ−１）第１加工ステップと、歯元部対応部位としての隆起部３４を設けた転造ダイス３０（後述する図６を参照）で、シェービング加工を施したワーク１の歯元部５及び歯面３に転造加工を施す（ｃ−２）第２加工ステップとを有する。
【００２４】
また、この場合の加工ラインのレイアウトの一例として、図示は省略するが、ワークの搬送ライン上又はその側方に、旋削加工装置、ホブ加工装置、シェービング加工装置、焼入れ装置（焼入れ炉、冷却炉）を上流側から順に配置したものを挙げることができる。以下、（ｃ）熱処理前仕上げ加工工程を中心に説明する。
【００２５】
（ａ）ブランク加工工程
まず、素材となる鋼材を旋盤等で旋削して、歯車の歯面を除いた部分を所定の形状に成形し、ブランク材を得る（ブランク加工）。言い換えると、この後に行われる歯切り加工で歯面を形成可能なようにワークに所定の加工を施す。なお、この実施形態ではブランク加工として旋削加工を例示したが、これ以外の加工手段、例えば鍛造加工をブランク加工に採用してもよい。
【００２６】
（ｂ）歯切り加工工程
次いで、旋削加工を施したワークに対して、例えばホブカッタを取り付けたホブ加工装置を用いてホブ加工を行い、ワークの外周に完成品に準じた形状の歯面、例えばインボリュート歯面を粗成形する（歯切り加工）。この際、ホブ加工で得られるワーク１の歯元部５は、図５に示すように、インボリュート歯面の一部として、隣接する歯面３ないし歯底面４と滑らかにつながった形状としてもよいし、これら隣接する歯面３や歯底面４に対して内側に凹ませてなるアンダーカット形状６（図５中破線で示す形状。プロチュバランス形状ともいう。）としてもよい。これらは、例えばホブカッタの歯先部を対応する形状に加工しておくことで、歯切り加工と同時に歯元部５に形成することができる。なお、歯切り加工には、上述したホブ加工に限らず、ギヤシェーパ加工等の創成歯切り加工を採用してもよく、あるいは、フライス加工やディスク状砥石を用いた研削成形加工等の成形歯切り加工を採用してもよい。
【００２７】
（ｃ）熱処理前仕上げ加工工程
（ｃ−１）第１加工ステップ
上述のように歯切り加工を施したワーク１に対してシェービング加工を施し、歯切り加工でワーク１の各歯２の歯面３に生成された切削目（ツールマークともいう。）を除去すると共に、この歯面３に仕上げ加工を施す（第１加工ステップ）。図２にこのシェービング加工に使用するシェービング加工装置１０の正面図を示す。この図に示すように、シェービング加工装置１０は、基台１１と、基台１１に取り付けられたテーブル１２と、基台１１に立設されたコラム１３を介して取り付けられたヘッド部１４とを具備する。テーブル１２は、基台１１に対し水平方向に摺動可能に取り付けられており、このテーブル１２上にはワーク１を回転可能に支持する支持装置１５が配設されている。ヘッド部１４は、コラム１３に対して昇降可能に取り付けられたヘッド昇降部１６と、ヘッド昇降部１６の下方に一体に設けられたヘッド本体１７とで主に構成されている。ヘッド本体１７の一側方にはシェービングカッタ２０、転造ダイス３０（後述する図６を参照）等の加工具を装着可能とする加工具装着部１８が設けられ、ヘッド本体１７の他側方には加工具装着部１８に装着したシェービングカッタ２０等を回転駆動させるためのモータ１９が設けられている。また、ヘッド本体１７はヘッド昇降部１６に対して鉛直軸回りに回動可能に構成されており、加工具装着部１８にシェービングカッタ２０等を装着した状態では、シェービングカッタ２０等の回転軸Ａ1と、支持装置１５に回転可能に支持されるワーク１の支持軸Ａ2との交差角θ（後述する図３を参照）を任意に設定できるようになっている。
【００２８】
上記構成のシェービング加工装置１０を使用したシェービング加工の一加工態様を説明すると、まず、図２に示すように、歯切り加工を施したワーク１をシェービング加工装置１０の支持装置１５に取り付けると共に、ヘッド部１４の加工具装着部１８にシェービングカッタ２０を装着する。そして、図３に示すように、ワーク１の鉛直上方に配置されたシェービングカッタ２０の歯２１と、ワーク１の歯２とが噛み合うように、ヘッド昇降部１６に対してヘッド本体１７を鉛直軸回りに回動させて、シェービングカッタ２０の回転軸Ａ1とワーク１の支持軸Ａ2との間の交差角θを所定の大きさに設定する。
【００２９】
このように交差角θを設定した後、ヘッド昇降部１６をコラム１３に対して下降させて、ヘッド本体１７及びヘッド本体１７の加工具装着部１８に装着されたシェービングカッタ２０をワーク１の中心側に向けて押し込み、双方の歯２，２１を噛み合わせる。そして、モータ１９の駆動によりシェービングカッタ２０を回転駆動させることで、このシェービングカッタ２０と噛み合い状態にあるワーク１が連れ回る。この際、図３に示すように、シェービングカッタ２０の回転軸Ａ1と、ワーク１の支持軸Ａ2とは所定の交差角θで交差しているため、上述のようにシェービングカッタ２０をワーク１に押し込んで連れ回りを生じさせることで、シェービングカッタ２０の歯２１とワーク１の歯面３との間に相対滑りを生じる。そして、この相対滑りによりシェービングカッタ２０の歯先に設けた複数のセレーション（図示は省略）がワーク１の歯面３に存在する微小な凹凸を削り取ることで、ワーク１に対する仕上げ加工が施される。
【００３０】
このように、シェービングカッタ２０でワーク１の歯面３を削り取ることで、歯面３が滑らかに仕上げられる。また、歯切り加工時の形状や寸法のばらつきをシェービング加工である程度抑えることができ、これにより歯面３の形状精度を向上させることができる。また、上述のように、シェービングカッタ２０をワーク１に押し付けて、かつこのワーク１が連れ回る（シェービングカッタ２０のみを回転駆動させる）ようにしてシェービング加工を施すことで、歯切り加工時に生じたワーク１の歯２のピッチ間誤差が矯正される。
【００３１】
（ｃ−２）第２加工ステップ
上述のようにしてシェービング加工を施したワーク１に対して、所定形状をなす転造ダイス３０で転造加工を施す。ここで使用する転造ダイス３０は、図６に示すように、各歯２１に、ワーク１の歯面３を転造で成形するための歯面対応部位３２と、歯面対応部位３２の歯先側であって歯先面３３の円周方向両側に、ワーク１の歯元部５を転造で成形するための歯元部対応部位としての隆起部３４を一体に有する。また、当然ながら、転造ダイス３０の歯先面３３にシェービングカッタ２０の如きセレーションは設けられておらず、平坦である。この実施形態では、上記形態の転造ダイス３０を図２に示すシェービング加工装置１０に取り付けて使用する。すなわち、直前の第１加工ステップ（シェービング加工工程）で、図２に示すシェービング加工装置１０に取り付けて使用したシェービングカッタ２０を加工具装着部１８から取り外し、代わりに転造ダイス３０を取り付ける。
【００３２】
この状態では、転造ダイス３０の回転軸Ａ1とワーク１の支持軸Ａ2とはシェービング加工時の交差角θ（図３を参照）で交差した状態にあり、このままでは噛み合いを生じないため、図４に示すように転造ダイス３０の歯３１とワーク１の歯２とが噛み合うように、ヘッド本体１７をヘッド昇降部１６に対して鉛直軸回りに回動させる。この実施形態では、上記噛み合い状態において転造ダイス３０の回転軸Ａ1とワーク１の支持軸Ａ2とが平行になるように（図４に示すように、鉛直上方から見て双方の軸Ａ1，Ａ2が重なるように）、転造ダイス３０の回転軸Ａ1に対する各歯２１のねじれ角が設定される。よって、この場合、転造ダイス３０の回転軸Ａ1とワーク１の支持軸Ａ2との間の交差角θが実質的に零度となる位置までヘッド本体１７及び転造ダイス３０を鉛直軸回りに回動させる。
【００３３】
このようにしてワーク１に対する転造ダイス３０の位置決めを行った後、ヘッド昇降部１６をコラム１３に対して下降させて、ヘッド本体１７及びヘッド本体１７の加工具装着部１８に装着された転造ダイス３０をワーク１の中心側に向けて押し込み、双方の歯２，３１を噛み合わせる。そして、モータ１９の駆動により転造ダイス３０を回転駆動させることで、転造ダイス３０とワーク１とが互いに噛み合う歯２，３１を変えつつ、転造ダイス３０の歯元部対応部位としての隆起部３４と歯面対応部位３２をそれぞれワーク１の歯元部５及び歯面３に押圧する。これにより、歯元部５に圧縮残留応力を積極的に発生させることができ、結果、歯車の疲労強度向上が図られる。また、図５中破線で示すように、歯元部５がアンダーカット形状６をなす場合には、このアンダーカット形状６を上回る大きさの隆起部３４を転造ダイス３０に設けておくことで、十分な押圧力をアンダーカット形状６の歯元部５に付与して、所要の圧縮残留応力を発生させるとよい。
【００３４】
また、転造ダイス３０の歯面対応部位３２でワーク１の歯面３を押圧することにより、これら歯面３に精度よく歯面対応部位３２が転写成形される。また、上述のようにワーク１をシェービング加工装置１０に取り付けた状態のままで転造加工を施すことで、ワーク１を一旦取り外して再び取り付ける場合に比べて高い加工精度が得られる。特に、この実施形態では、転造ダイス３０の回転軸Ａ1をワーク１の支持軸Ａ2と平行にした状態で、ワーク１の歯面３に転造加工を施すようにしたので、転造ダイス３０の回転軸Ａ1とワーク１の支持軸Ａ2との交差角θを実質的に零度として、転造ダイス３０をワーク１に押し付けて成形することができる。そのため、上記シェービング加工時の如き相対滑りを極力無くして、転造ダイス３０の歯面対応部位３２の形状が高精度にワーク１の歯面３に転写される。これにより、歯面３の仕上げ精度がさらに高められる。
【００３５】
なお、この際、予め転造ダイス３０の歯面対応部位３２を、後述する熱処理により生じるワーク１の歯面３の３次元変形量を織り込んだ形状に加工しておき、この加工を施した転造ダイス３０を用いてワーク１の歯面３に転造加工を施すようにしてもよい。この場合、転造ダイス３０の歯面対応部位３２への歯付けは、例えばマーグ歯研機等の歯面３への精密な３次元加工が可能な研削装置を用いることで実施することができる。
【００３６】
上述のような加工を施した転造ダイス３０を使用してワーク１に転造加工を施すようにすれば、歯面３の歯形方向だけでなく歯筋方向の熱処理変形量を織り込んだ歯面対応部位３２でワーク１の歯面３に転造仕上げ加工が施される。そのため、熱処理後に何らの加工工程を設けなくても、後述する熱処理により変形した後の歯面３の形状を、設計形状により近づけて、完成品の歯面精度を一層高めることができる。また、上述した転造加工を、シェービング加工の後に実施することにより、転造加工後における歯２の歯面精度のばらつきを小さく抑えることができるので、上記効果と相まって、当該歯車の使用時、安定した噛み合い状態となり、これにより、使用時のノイズを低減化することが可能となる。
【００３７】
（ｄ）熱処理工程
このように転造加工を施したワーク１に浸炭焼入れ等の熱処理を施すことで、ギヤの高硬度化を図る（熱処理）。具体的には、転造加工を終えたワーク１を焼き入れ炉、次いで冷却炉に投入し、所定の熱履歴を付与することで、ワーク１の硬度向上及び剛性向上が図られる。これにより、ワーク１の加工が完了し、完成品としての歯車が製造される。
【００３８】
以上のように、熱処理前仕上げ加工として、シェービング加工、次いで転造加工をワーク１に施すことで、熱処理後に何らの仕上げ工程を設けずとも疲労強度と歯面精度の向上を図ることができる。そのため、熱処理後のショットピーニング加工や研削仕上げ加工を省略して、その分の設備投資を低く抑えることができる。特に、上述のように、シェービングカッタ２０を転造ダイス３０に付け替えて、シェービング加工と転造工程とを実施するようにすれば、シェービング加工装置１０を転造加工にも利用することができる。そのため、転造加工専用の装置を設置せずに済み、設備投資をさらに低く抑えることができる。また、加工具を付け替えるだけでシェービング加工と転造加工とを実施することができるので、ワーク１をシェービング加工装置１０に取り付けた状態のままで、双方の加工を連続的に実施できる。そのため、ワーク１を取り外し、再び装着し直す手間を省いて加工時間の一層の短縮化と低コスト化を図ることができる。従って、歯車の量産にも適している。
【００３９】
なお、上記実施形態では、シェービング加工装置１０に取り付けて使用したシェービングカッタ２０を転造ダイス３０に付け替えて、この転造ダイス３０でワーク１に転造加工を施すようにした場合を例示したが、これ以外の形態を採ることも可能である。例えば、歯車の加工ライン上にシェービング加工装置１０を２台並列に配置して、上流側のシェービング加工装置１０にはシェービングカッタ２０を装着し、下流側のシェービング加工装置１０には転造ダイス３０を装着する。このような構成にすれば、シェービングカッタ２０を転造ダイス３０に付け替える必要もなく、また、シェービングカッタ２０ないし転造ダイス３０の回転軸Ａ1とワーク１の支持軸Ａ2との交差角θを毎回の加工のたびに変更する手間も省ける。
【００４０】
何れにしても、本発明に係る歯車の製造方法は、上記例示の形態に限定されることはない。歯切り工程と、歯切り加工後のワークにシェービング加工を施し、然る後、歯元部対応部位としての隆起部を設けた転造ダイスで、ワークの歯元部及び歯面に転造加工を施す熱処理前仕上げ加工工程と、熱処理工程とを具備し、熱処理工程で歯車の加工を完了する限りにおいて、任意の形態を採ることが可能である。
【００４１】
また、上記実施形態では、はすば歯車の製造に際して本発明を適用する場合を説明したが、もちろんこれ以外の種類の歯車についても本発明に係る製造方法を適用することが可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１ ワーク
２ 歯
３ 歯面
４ 歯底面
５ 歯元部
６ アンダーカット形状
１０ シェービング加工装置
１１ 基台
１２ テーブル
１３ コラム
１４ ヘッド部
１５ 支持装置
１６ ヘッド昇降部
１７ ヘッド本体
１８ 加工具装着部
１９ モータ
２０ シェービングカッタ
２１ 歯
３０ 転造ダイス
３１ 歯
３２ 歯面対応部位
３３ 歯先面
３４ 隆起部（歯元部対応部位）
Ａ１ 回転軸（シェービングカッタ、転造ダイス）
Ａ２ 支持軸（ワーク）
θ 交差角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークに歯切り加工を施す歯切り加工工程と、前記歯切り加工を施したワークに熱処理前仕上げ加工を施す熱処理前仕上げ加工工程と、前記熱処理前仕上げ加工を施したワークに熱処理を施す熱処理工程とを備え、該熱処理工程により歯車の加工を完了する歯車の製造方法であって、
前記熱処理前仕上げ加工工程は、前記歯切り加工後のワークにシェービング加工を施す第１加工ステップと、歯元部対応部位としての隆起部を設けた転造ダイスで、前記シェービング加工を施したワークの歯元部及び歯面に転造加工を施す第２加工ステップとを有し、
前記第１加工ステップでシェービング加工装置に取り付けて使用したシェービングカッタを前記転造ダイスに付け替え、該転造ダイスで前記第２加工ステップに係る転造加工を施す歯車の製造方法。
【請求項２】
前記第２加工ステップにおいて、前記転造ダイスの回転軸を前記ワークの支持軸と平行にした状態で、前記ワークの歯面に転造加工を施す請求項１に記載の歯車の製造方法。
【請求項３】
前記第２加工ステップにおいて、前記転造ダイスの歯面対応部位を、前記熱処理により生じる前記ワーク歯面の変形量を織り込んだ３次元形状に加工し、該加工後の転造ダイスを用いて前記ワークの歯面に転造加工を施す請求項１又は２に記載の歯車の製造方法。
【請求項１】
ワークに歯切り加工を施す歯切り加工工程と、前記歯切り加工を施したワークに熱処理前仕上げ加工を施す熱処理前仕上げ加工工程と、前記熱処理前仕上げ加工を施したワークに熱処理を施す熱処理工程とを備え、該熱処理工程により歯車の加工を完了する歯車の製造方法であって、
前記熱処理前仕上げ加工工程は、前記歯切り加工後のワークにシェービング加工を施す第１加工ステップと、歯元部対応部位としての隆起部を設けた転造ダイスで、前記シェービング加工を施したワークの歯元部及び歯面に転造加工を施す第２加工ステップとを有し、
前記第１加工ステップでシェービング加工装置に取り付けて使用したシェービングカッタを前記転造ダイスに付け替え、該転造ダイスで前記第２加工ステップに係る転造加工を施す歯車の製造方法。
【請求項２】
前記第２加工ステップにおいて、前記転造ダイスの回転軸を前記ワークの支持軸と平行にした状態で、前記ワークの歯面に転造加工を施す請求項１に記載の歯車の製造方法。
【請求項３】
前記第２加工ステップにおいて、前記転造ダイスの歯面対応部位を、前記熱処理により生じる前記ワーク歯面の変形量を織り込んだ３次元形状に加工し、該加工後の転造ダイスを用いて前記ワークの歯面に転造加工を施す請求項１又は２に記載の歯車の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−９６２５１（Ｐ２０１２−９６２５１Ａ）
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４４２４２（Ｐ２０１０−２４４２４２）
【出願日】平成２２年１０月２９日（２０１０．１０．２９）
【出願人】（０００００２９６７）ダイハツ工業株式会社 (2,560)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２９日（２０１０．１０．２９）
【出願人】（０００００２９６７）ダイハツ工業株式会社 (2,560)
【Ｆターム（参考）】
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