(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削またはプレス成形後の研削仕上げ代が残っているワークを、シェービングしたり粗仕上げの研削工程を踏んだりすることなく、前記ワークと同じモジュールを持つ工具歯車と互いに噛み合わせながら研削するに際し、前記工具歯車の歯に砥粒層を形成し、前記工具歯車と前記ワークとをそれぞれ回転駆動して互いに噛み合わせながら前記工具歯車に対して半径方向および軸線方向に超音波振動を付与し前記ワークの歯面を研削することにより、転がり滑り接触がない前記ワークと工具歯車のピッチ円部分を含めて研削することを特徴とする超音波を利用した歯車研削方法。
【請求項２】
切削またはプレス成形後の研削仕上げ代が残っている状態でシェービングしたり粗仕上げの研削工程を踏んだりすることなく焼き入れした後のワークを、このワークと同じモジュールを持つ工具歯車と互いに噛み合わせながら研削するに際し、前記工具歯車の歯に砥粒層を形成し、前記工具歯車と前記ワークとをそれぞれ回転駆動して互いに噛み合わせながら前記工具歯車に対して半径方向および軸線方向に超音波振動を付与し前記ワークの歯面を研削することにより、転がり滑り接触がない前記ワークと工具歯車のピッチ円部分を含めて研削することを特徴とする超音波を利用した歯車研削方法。
【請求項３】
前記ワークと前記工具歯車の軸線方向の位置を相対的に変化させながら前記ワークの歯面を研削することを特徴とする請求項１または２記載の超音波を利用した歯車研削方法。
【請求項４】
切削またはプレス成形後の研削仕上げ代が残っているワークを、シェービングしたり粗仕上げの研削工程を踏んだりすることなく、前記ワークと同じモジュールを持つ工具歯車と互いに噛み合わせながら研削する歯車研削装置であって、歯に砥粒層を形成した工具歯車と、前記工具歯車に対して半径方向および軸線方向に超音波振動を付与する超音波振動装置と、前記超音波振動装置を介して前記工具歯車に回転を伝達する駆動機構と、前記ワークを回転駆動可能に保持する保持手段とを備え、前記工具歯車に前記ワークとをそれぞれ回転駆動して互いに噛み合わせながら、前記工具歯車に対して半径方向および軸線方向に超音波振動を付与し前記ワークの歯面を研削することにより、転がり滑り接触がない前記ワークと工具歯車のピッチ円部分を含めて研削可能としたことを特徴とする超音波を利用した歯車研削装置。
【請求項５】
前記工具歯車と前記ワークをそれぞれの軸線方向に相対移動可能な構成としたことを特徴とする請求項４記載の超音波を利用した歯車研削装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平歯車やその他の各種歯車の歯面の研削に係り、特に熱処理前のシェービング等の処理が不要で加工効率を格段に向上しうる超音波歯車研削方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
切削歯車の加工方法として、従来からバイトを用いた成形歯切り法やホブ歯切り法による創成歯切り法が知られている。これらの歯切り法はいずれもバイトまたはホブを用いた機械加工によるもので、歯切りの後には焼き入れなどの熱処理をして更に仕上げ研削工程により最終仕上げが行なわれる。
【０００３】
高精密歯車の製造では、研削による歯面研削が非常に重要であり、この歯面研削には、たとえばねじ状工具を利用した転造方式の研削や、円板状の基板の周縁に砥粒を形成した砥石による研削がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の歯車研削方法では、高硬度ワークの研削能率が著しく低いので、焼き入れ後の仕上げ研削代をできるだけ少なくするため、焼き入れ前に殆ど最終形状に近い状態まで研削し、焼き入れ後は焼き入れ歪みの修正を行なう程度の微小な仕上げ研削を行なうようにしている。このため、歯車の完成までの工程数が多くなり、製造歩留り及び生産性に及ぼす影響は無視できない。
【０００５】
このように切削歯車の製造では、切削から仕上げ研削までの工程数が多いので、特に高精密の歯車を大量生産する場合には、生産性の向上に限界があるという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、切削工程の後に焼き入れしたものを超音波振動を利用して研削して精密仕上げ研削できる歯車の研削方法及び研削装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の超音波を利用した歯車研削方法は、ワークと噛み合う形状の工具歯車の歯に砥粒層を形成し、前記工具歯車と前記ワークとをそれぞれ回転駆動して互いに噛み合わせながら前記工具歯車に超音波振動を付与し前記ワークの歯面を研削することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、工具歯車に形成した砥粒層がワークの歯と噛み合うとき、超音波振動が工具歯車に付与されるので、砥粒層の砥粒の微小な振動によってワークの歯面を研削することができる。
【０００９】
また、ワークは焼き入れ後の高硬度のものであってもよく、超音波振動による振幅及び加速度によって砥粒による歯面研削が効率的に実行できる。
【００１０】
本発明の方法においては、前記ワークと前記工具歯車の軸線方向の位置を相対的に変化させながら前記ワークの歯面を研削するようにしてもよい。
【００１１】
この場合では、ワークと工具歯車のピッチ円部分の転がり滑り接触がない部分でもワークと工具歯車の軸線方向の相対位置の変化によって砥粒による研削が可能となる。
【００１２】
また、本発明の超音波を利用した歯車研削装置は、歯に砥粒層を形成した工具歯車と、前記工具歯車に超音波振動を付与する超音波振動装置と、前記超音波振動装置を介して前記工具歯車に回転を伝達する駆動機構と、ワークを回転駆動可能に保持する保持手段とを備え、前記工具歯車に前記ワークを噛み合わせてその歯面を研削可能としたことを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、研削方法と同様に、工具歯車に形成した砥粒層がワークの歯と噛み合うとき、超音波振動が工具歯車に付与されるので、砥粒層の砥粒の微小な振動によってワークの歯面を研削することができる。
【００１４】
本発明の歯車研削装置においては、前記工具歯車と前記ワークをそれぞれの軸線方向に相対移動可能な構成とすることができる。
【００１５】
この場合でも、ワークと工具歯車のピッチ円部分の転がり滑り接触がない部分でもワークと工具歯車の軸線方向の相対位置の変化によって砥粒による研削が可能となる。
【００１６】
本発明においては、工具歯車に付与する超音波振動の周波数は、２０ｋＨｚ〜６０ｋＨｚ程度であり、より好ましくは３０ｋＨｚ〜４０ｋＨｚである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１は本発明の一実施の形態における超音波を利用した歯車研削装置の正面図、図２は平面図、図３は右側面図である。
【００１９】
図において、定盤状のベース１の上に工具テーブル２とワークテーブル３が図２の矢印Ａ方向に水平移動可能に配置されている。工具テーブル２はベース１に設けた一対のスライドガイド１ａの上に摺動可能に配置され、駆動モータ４の出力軸に連結した作動軸４ａの回転をネジ歯車機構によって工具テーブル２に伝達可能としている。一方、ワークテーブル３もベース１に設けた一対のスライドガイド１ｂに摺動可能に配置され、駆動モータ５の出力軸の回転がネジ歯車機構によって伝達されてワークテーブル３は図２において矢印Ｂ方向に変位する。
【００２０】
工具テーブル２には、超音波振動装置６とその超音波スピンドル６ａを回転駆動する回転駆動モータ７が搭載されている。超音波振動装置６は内部に超音波振動子（図示せず）を内蔵した従来周知のものであり、この超音波振動子により超音波スピンドル６ａに半径方向及び軸線方向に超音波振動が伝達される。そして、超音波スピンドル６ａは回転駆動モータ７の出力軸にもカップリングで連接されている。したがって、超音波スピンドル６ａは超音波振動装置６と回転駆動モータ７とにより超音波振動しながら所定の設定された周速で回転する。なお、超音波スピンドル６ａの先端は工具テーブル２に設けたブラケット２ａに回転自在に支持されている。
【００２１】
ワークテーブル３にはワーク駆動モータ８が搭載され、その出力軸８ａに平歯車のワークＷが着脱可能に取り付けられている。このワークＷはホブ盤による切削加工の後に焼き入れの熱処理をしたもので、シェービングや粗仕上げのための研削などは施していないものである。なお、スライドガイド１ｂは直線状としたものであればよいが、ワークＷの歯面にクラウニングするために図２において右に凸となる円弧運動ができるように曲線状のものとしてもよい。
【００２２】
超音波スピンドル６ａにはワークＷと噛み合う工具歯車９が取り付けられている。この工具歯車９は図４に示すように歯底，歯面，刃先面に一様な厚さの砥粒層９ａを形成したものである。工具歯車９は工具鋼または高速度鋼によって形成されたものであり、砥粒層９ａはダイヤモンド砥粒またはＣＢＮを素材として電着またはメタルボンドによって工具歯車９の表面に形成されたものである。
【００２３】
ここで、ワークＷ及び砥粒層９ａを形成した工具歯車９は当然ながら同じモジュールを持つが、ワークＷの切削またはプレス工程では工具歯車９による研削代を持つように加工するものとする。
【００２４】
以上の構成において、図１及び図２の位置関係にあるワークＷと工具歯車９に対し、駆動モータ４によって工具テーブル２を左側に移動させ、ワークＷに工具歯車９を噛み合わせる。次いで、回転駆動モータ７及びワーク駆動モータ８を作動させてそれぞれ工具歯車９及びワークＷを回転駆動し、同時に超音波振動装置６を作動させる。これにより、超音波スピンドル６ａに取り付けられた工具歯車９はその軸線方向及び半径方向に超音波振動しながら、ワークＷと噛み合って回転する。なお、研削加工時の超音波スピンドル６ａの周波数は２０ｋＨｚ〜４０ｋＨｚである。
【００２５】
工具歯車９とワークＷの噛み合いにより、ワークＷの歯面は工具歯車９の砥粒層９ａの超音波振動を受けて圧力が負荷される。すなわち、ワークＷと工具歯車９とがそれぞれ回転駆動されて噛み合いながら回転することにより、転がり滑り接触による砥粒層９ａの砥粒の歯面に対する相対的な移動によってワークＷの歯面が研削される。このとき、砥粒層９ａの砥粒は超音波振動するので、その振幅によって砥粒層９ａの砥粒が歯面から微小量の肉を削って研削していく。したがって、工具歯車９をワークＷに噛み合わせながらワークＷの歯面を図４の二点鎖線で示す形状から実線で示す形状となるように研削できると同時に鏡面仕上げをすることができる。
【００２６】
このような研削において、駆動モータ５を作動させてその出力軸を一定の周期で正逆回転させると、ワークＷは図２において矢印方向に往復動作する。このようなワークＷの往復動作では、ワークＷの歯面が工具歯車９の砥粒層９ａの歯面と軸線方向に滑り接触する。そして、工具歯車９には軸線方向にも超音波振動が付与されているので、滑り接触しながら微小な振幅による砥粒層９ａの砥粒によるワークＷの歯面の研削が可能となる。したがって、転がり滑り接触がないワークＷと工具歯車９のピッチ円部分の研削も十分に行なうことができ、ワークＷの歯面全体を良好に研削できる。
【００２７】
図５は砥粒層９ａの形態を示す拡大図及び図６は砥粒層９ａによるワークＷの歯面の研削を示すモデル図である。
【００２８】
図６に示すように砥粒層９ａはバインダ９ｂに多数のダイヤモンド等の砥粒９ｃを含ませたものとして構成されている。このような砥粒９ｃを歯面に形成した工具歯車９に超音波振動が付与されることにより、図６に示すように１個の砥粒９ｃが二点鎖線で示すワークＷの表面に沿って左右に微小振動する。したがって、砥粒層９ａがワークＷの表面を転がり滑り接触しながら移動するとともに超音波振動付与による微小振動により、図６においてハッチングしたワークＷの表面を研削していき実線で示すプロフィルとなるように加工することができる。
【００２９】
以上のように、本発明では砥粒層９ａを形成した工具歯車９に超音波振動を加えながらワークＷを研削するので、従来の研削法に比べて硬度が高いワークであっても支障なく仕上げ研削できる。したがって、切削またはプレス成形後のワークをシェービングしたり粗仕上げの研削工程を踏むことなく、焼き入れ処理後のワークＷを研削して製品とすることができる。このため、従来の製造方法に比べると加工工数が低減され、生産性が大幅に向上する。
【００３０】
なお、図示の例では平歯車のワークＷの加工としたが、傘歯車やハイポイド歯車及びウォームやそのホイールをワークの対象とすることができ、いずれもこれら歯車及びホイールに噛み合う砥粒層を形成した工具歯車を使用することで歯面を研削することができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明では、砥粒層を形成した工具歯車に超音波振動を付与しながらこの工具歯車をワークと噛み合わせながら研削するので、硬度の高いワークであっても高能率な研削が可能となる。したがって、切削加工またはプレス加工しただけで精度が悪く大きな仕上げ代が残っている状態のワークでも、そのまま焼き入れを行ない硬度を上げた後に効率よく研削仕上げを行なうことができる。その結果、焼き入れ前の研削が省け、従来方法に比べると工程数を減らすことができ、大幅な生産性の向上が可能となる。
【００３２】
また、本発明の装置により仕上げた歯車の歯面には砥粒先端の食い込みによる超微小ディンプルが連続重畳して形成されて潤滑油の油溜まりとなるので、潤滑性が向上するとともに歯面の摩耗が減り、寿命が長くなるだけでなく伝達効率も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の超音波を利用した歯車研削装置の正面図である。
【図２】  歯車研削装置の平面図である。
【図３】  歯車研削装置の右側面図である。
【図４】  ワークを工具歯車に噛み合わせた状態を示す要部の正面図である。
【図５】  砥粒層の形態を示す要部の拡大図である。
【図６】  砥粒層の砥粒によるワークの研削を説明するためのモデル図である。
【符号の説明】
１  ベース
１ａ，１ｂ  スライドガイド
２  工具テーブル
２ａ  ブラケット
３  ワークテーブル
４  駆動モータ
５  駆動モータ
６  超音波振動装置
６ａ  超音波スピンドル
７  回転駆動モータ
８  ワーク駆動モータ
８ａ  出力軸
９  工具歯車
９ａ  砥粒層
Ｗ  ワーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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