技术领域
[0001] 本
发明涉及波动齿轮装置的挠性外齿齿轮及制造方法，尤其涉及提高了抗疲劳强度及耐磨损性的挠性外齿齿轮及该挠性外齿齿轮的制造方法。
背景技术
[0002] 在作为减速机普遍使用的波动齿轮装置的构成部件、即挠性外齿齿轮中，公众所知的有称为圆筒扁平型、杯型及礼帽型的挠性外齿齿轮。
专利文献1中记述的是扁平型的波动齿轮装置，专利文献2中记述的是杯型的波动齿轮装置，而专利文献3中记述的是礼帽型的波动齿轮装置。
[0003] 这些波动齿轮装置的挠性外齿齿轮采用机械强度优异的特种
钢中的调质钢进行制造。壁薄且必须进行高
精度加工的挠性外齿齿轮的表面硬度为HRC30～HRC50。
[0004] 专利文献4提出一种用于挠性外齿齿轮的制造的波动齿轮用基材的制造方法的方案。该文献记述的制造方法中，挠性外齿齿轮的制造经历热
锻造、全
车削、切齿及
喷丸工序。另外，该文献还记述有，作为其金属材料使用含
碳量0.5％以下的钢材。此外，还记述有，使该钢材形成的初级成形品在加热后急速冷却至高于
马氏体
相变开始
温度(Ms温度)的温度而使金属组织的主相
膨润土化(日文：ベントナイト)，或使初级成形品在加热后急速冷却至马氏体区域并在其后进行回火而使金属组织的主相索氏体化。另外，还记述有，能够稳定地获得兼顾作为波动齿轮用基材所需的
弹簧特性与韧性以及切齿加工所希望的切削加工便易性的良好的初级成形品。
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1日本专利特开2006-57684号
公报[0008] 专利文献2日本专利特开2005-69402号公报
[0009] 专利文献3日本专利特开2009-156462号公报
[0010] 专利文献4国际公开第2011/122315号
[0011] 然而，对波动齿轮装置的使用
扭矩的增加及耐久性的提高的需求是无止尽的。在替代现有的波动齿轮装置而加以使用时，希望在不伴随发生尺寸增加及形状改变的情况下使新的波动齿轮装置实现使用扭矩的增加及耐久性的提高。为此，在不伴随发生尺寸增加及形状改变的情况下，提高作为波动齿轮装置的构成部件的壁薄的挠性外齿齿轮的抗疲劳强度及耐磨损性是不可或缺的。另外，为维持挠性外齿齿轮的加工便易性，希望将表面硬度维持在与现有制品同样的HRC30～HRC50的范围内，并且，改善抗疲劳强度及耐磨损性。
发明内容
[0012] 有鉴于上述情况，本发明的技术问题在于提供一种挠性外齿齿轮的制造方法，用该方法制造的挠性外齿齿轮能够将表面硬度维持在规定范围，且与同一形状、同一尺寸的现有制品相比能够提高抗疲劳强度及耐磨损性。
[0013] 另外，本发明的技术问题在于提供一种挠性外齿齿轮，该挠性外齿齿轮与同一形状、同一尺寸的现有制品相比，能够将表面硬度维持在同一范围内，并且抗疲劳强度及耐磨损性优异。
[0014] 为解决上述技术问题，本发明的杯型或礼帽型的波动齿轮装置的挠性外齿齿轮的制造方法的特征是，包括：第一步骤，在该第一步骤中，对由
合金元素中不含镍的低
合金钢形成的材料进行
近净成形塑性加工，制作出与波动齿轮装置的挠性外齿齿轮的形状相近的杯型或礼帽型的初级成形品；第二步骤，在该第二步骤中，对所述初级成形品进行分级淬火处理；第三步骤，在该第三步骤中，对进行所述分级淬火处理后的所述初级成形品进行车削加工及切齿加工，制作出形成有隔片部及齿部的二级成形品；以及第四步骤，在该第四步骤中，对所述二级成形品进行喷丸，使所述齿部及所述隔片部的表层部分的金属组织马氏体化。
[0015] 另外，本发明的扁平型的波动齿轮装置的挠性外齿齿轮的制造方法的特征是，包括：第一步骤，在该第一步骤中，对由
合金元素中不含镍的
低合金钢形成的材料进行近净成形塑性加工，制作出与波动齿轮装置的挠性外齿齿轮的形状相近的圆筒型的初级成形品；第二步骤，在该第二步骤中，对所述初级成形品进行分级淬火处理；第三步骤，在该第三步骤中，对进行所述分级淬火处理后的所述初级成形品进行车削加工及切齿加工，制作出形成有齿部的二级成形品；以及第四步骤，在该第四步骤中，对所述二级成形品进行喷丸，使所述齿部的表面部分的金属组织马氏体化。
[0016] 本发明的制造方法采用分级淬火处理作为对使用不含镍的低合金钢制作出的初级成形品的
热处理。由此，能够有意地在热处理后的初级成形品的金属组织中残留奥氏体组织。并且，通过对齿部等的表面部分进行喷丸，能使其表层部分的金属组织的主相转变成马氏体组织(塑性诱发相变)，从而能够提高该表层部分的硬度、增加压缩残留应
力。进而，当较大的
应力作用至薄壁的挠性外齿齿轮的内部时，残留于内部的奥氏体组织向马氏体组织发生相变而得到强化，由此，能够提高挠性外齿齿轮的抗疲劳强度。
[0017] 经本发明的
发明人等实验确认，依据本发明制造的挠性外齿齿轮与由特种钢中的调质钢制成的同一尺寸、同一形状且具备同样的表面硬度的现有制品相比较，齿底抗疲劳强度大幅提高，
齿面磨损状况也得到大幅改善。因而，依据本发明的制造方法，能够在维持良好的加工便易性的同时，制造抗疲劳强度及耐磨损性提高了的挠性外齿齿轮。使用该挠性外齿齿轮，在与现有制品同一尺寸、同一形状的波动齿轮装置中，能够实现使用扭矩的增大及耐久性的提高。
附图说明
[0018] 图1是能够适用本发明的杯型挠性外齿齿轮的纵向剖视图、礼帽型挠性外齿齿轮的纵向剖视图及圆筒型挠性外齿齿轮的纵向剖视图。
[0019] 图2是表示杯型或礼帽型的挠性外齿齿轮的制造工艺的主要部分的概略工艺图。
[0020] 图3是表示分级淬火处理的说明图。
[0021] (符号说明)
[0022] 1、10、20 挠性外齿齿轮
[0023] 2、12、22 圆筒状筒身部
[0024] 3、13 隔片部
[0025] 4、14 轴套部
[0026] 5、15、25 齿部
[0027] 6、16、26 外齿
具体实施方式
[0028] 以下，参照附图，对适用本发明的波动齿轮装置的挠性外齿齿轮的制造方法进行说明。
[0029] (挠性外齿齿轮)
[0030] 首先，参照图1对波动齿轮装置的挠性外齿齿轮进行说明。如图1(a)所示，杯型的挠性外齿齿轮1包括：能够在半径方向上挠曲的薄壁的圆筒状筒身部2；从该圆筒状筒身部2的一方的端部向半径方向的内方延伸并能够挠曲的薄壁的隔片部3；与隔片部3的中心部分形成为一体的厚壁的圆盘状的轴套部4；以及位于圆筒状筒身部2的另一方的端部侧的齿部5，齿部5上形成有外齿6。
[0031] 图1(b)所示的礼帽型的挠性外齿齿轮10包括：能够挠曲的薄壁的圆筒状筒身部12；从该圆筒状筒身部12的一方的端部向半径方向的外方伸展并能够挠曲的薄壁的隔片部13；在隔片部13的外周缘与之形成为一体的厚壁的圆环状的轴套部14；以及位于圆筒状筒身部12的另一方的端部侧的齿部15，齿部15上形成有外齿16。
[0032] 与此相对，图1(c)所示的扁平型的波动齿轮装置中所用的圆筒型的挠性外齿齿轮20包括：能够挠曲的薄壁的圆筒状筒身部22；以及形成于该圆筒状筒身部22上的齿部25，齿部25上形成有外齿26。
[0033] (挠性外齿齿轮的制造方法)
[0034] 图2是表示杯型的挠性外齿齿轮1(礼帽型的挠性外齿齿轮10)的制造工艺的主要部分的概略工艺图。依据该图进行说明，首先，在准备步骤ST0中准备由低合金钢构成的材料。本发明中使用的低合金钢是不含镍、且Si的含有比例为1.45～1.5wt％的低合金钢。将适于本发明使用的低合金钢的合金元素成分及配比比例(重量％)示于下方。
[0035] 〔表1〕
[0036]
[0037] 注：P:0.05w ％ 以 下，S:0.03w ％ 以 下，Mo成 分 量 依 赖 于 近 净 成 形(Near-net-shape)塑性加工品的厚度。
[0038] Si通过以下叙述(第二步骤)的分级淬火处理，会产生稳定的残留奥氏体，因此具有抑制未转化的奥氏体
晶界的碳化物(
渗碳)析出的作用。另外，Mo具有改善淬火性、抑制回火脆性及提高高温强度等效果。
[0039] 接着，在第一步骤ST1中，对准备好的不含镍的低合金钢材料进行近净成形塑性加工，制作出与挠性外齿齿轮1(10)形状相近的杯型(礼帽型)的初级成形品。作为近净成形塑性加工的加工法，可以采用锻造及
拉深加工。此外，即使在采用
变形阻力较大的
冷锻造时，只要将使用特种钢的现存品的近净成形塑性加工时所需的成形负荷最大提高15～20％左右便可。
[0040] 接着，在第二步骤ST2中，对制作完成的初级成形品进行分级淬火处理。参照图3的示意性的连续冷却转变曲线(CCT曲线)进行说明。分级淬火处理时，将初级成形品加热至使其金属组织的主相发生奥氏体化的淬火温度T1(A1转变温度以上的温度)。之后，对经过加热的初级成形品进行冷却，使其从淬火温度T1下降至稍低于马氏体相变开始温度Ms的温度T2(马氏体相变开始温度Ms与马氏体相变结束温度Mf之间的温度区域)，并在该温度下进行等温相变处理(盐浴中等)。接着，使初级成形品冷却至低于Mf的温度。
[0041] 通过分级淬火处理，能够有意地在初级成形品的金属组织中残留8～15vol％的亚稳态奥氏体。作为分级淬火处理的温度，优选290℃～400℃的范围内的温度(Ms点-117℃～Ms点之间的温度)。
[0042] 接着，在图2的第三步骤ST3中，对如上所述进行热处理后的初级成形品进行车削加工及切齿加工，制作形成有隔片部3(13)及齿部5(15)的二级成形品。之后，在第四步骤ST4中，对二级成形品进行喷丸，使隔片部3(13)及齿部5(15)的表层部分的金属组织马氏体化。通过使隔片部3(13)、齿部5(15)的表层部分发生转变成马氏体的塑性诱发相变，而使隔片部3(13)、齿部5(15)的表层部分的硬度及压缩残留应力增加。
[0043] 对于第四步骤ST4中的喷丸处理，优选至少进行两阶段喷丸的多阶段喷丸处理。由此，能够对隔片部3(13)、齿部5(15)的表层部分从表面至2～3个结晶粒径的浅层部分进行强化。即，利用外部应力使金属组织的内部产生规定以上的应力作用时，内部残留的奥氏体向马氏体转变而得以强化。藉此，能够提高挠性外齿齿轮的抗疲劳强度。
[0044] 经过这些工艺处理而制造的杯型的挠性外齿齿轮1(10)由合金元素成分中不含镍、Si含有量为1.45～1.5wt％的低合金钢构成。挠性外齿齿轮内层部分的金属组织的主相是在由分级淬火处理形成的
贝氏体铁素体基体相中混有软质马氏体的组织，而且，在该金属组织中残留有8～15vol％的亚稳态的残留奥氏体。在挠性外齿齿轮表层部分中，至少隔片部3(13)及齿部5(15)的表层部分的金属组织的主相是由喷丸处理而形成的诱发相变马氏体组织。
[0045] 如以上说明所述，本发明作为材料使用不含镍的价格低廉的钢材种类，在挠性外齿齿轮的制造工艺中，采用能够提高该挠性外齿齿轮的抗疲劳强度的热处理条件与制造工序。
[0046] 即，在第一步骤中，通过进行初级成形的热、冷锻造等而使初级成形品的金属组织的结晶粒径达到约20μm以下。换而言之，第一步骤的初级成形加工法有助于接下来的第二步骤中利用分级淬火处理而生成的残留奥氏体的稳定化。
[0047] 接下的第二步骤的热处理中采用分级淬火处理，在进行A1转变温度以上的温度的γ域
退火后，以Ms点至Mf点之间的温度进行等温相变处理(盐浴中等)，之后，进行冷却(油冷等)。通过该处理得到贝氏体铁素体基体相中混有软质马氏体的金属组织。该金属组织中，即使在室温下，亚稳态残留奥氏体也有8～15vol％的残留，能够使硬度达到HRC30～HRC50以内。由此，使接下来的第三步骤的车削及切齿加工变得容易。
[0048] 第四步骤中，对切齿后的近乎最终形状的成品的必要部位施行喷丸。由此，利用8～15vol％的残留奥氏体的相变诱发塑性，能够增加制品表面附近的硬度及压缩残留应力。藉此，能够获得具有高抗疲劳强度的挠性外齿齿轮。
[0049] 以下作更进一步的说明，现有技术中结构用钢的硬化是应变硬化(主要为屈服硬化)。与之成为对照地，本发明的经分级淬火处理后的钢材中除应变硬化之外还产生残留奥氏体的应变诱发相变硬化及(因硬质相与软质相的变形强度差而产生的)相应力硬化。因而，本发明的方法与现有技术相比，存在硬化增加幅度大的优点。
[0050] 另外，在现有技术中，结构用钢的残留应力的发生起因于塑性应变。与之成为对照地，本发明中，除起因于塑性应变而发生的残留应力外，还加上起因于塑性应变的基体相与残留奥氏体相的变形应力差所引起的应力、因相变应变产生的应力及因应变相变马氏体周围的内部应力引发的应力，因而具备能够产生更大的压缩残留应力的优点。
[0051] (其它的实施方式)
[0052] 上述制造方法能够用作图1(c)所示的圆筒状的挠性外齿齿轮20的制造方法。
