(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に装着された歯車材と、該回転軸と平行の回転軸に装着され、該歯車材に創成される歯の歯溝に対応した歯形部をもつカッタとを、該歯車材の歯溝に該歯形部が噛合状態で転動運動するように、互いの該各回転軸を中心に回転駆動しつつ、相対的な切込み移動と回転軸方向の往復運動とにより該歯車材の歯切りを行う歯車創成方法において、
該カッタと該歯車材との転動運動の相対位相を初回の歯切り時の相対位相から切込み量に応じて該カッタおよび該歯車材の一方を他方に対して進相もしくは遅相させ該カッタの該歯形部を最終的に形成される歯溝の一方の片歯面を初回の歯切りから形成するように該片端面に偏って歯切りを行うようにしたことを特徴とする歯車創成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、歯車材とカッタとを互いの回転軸回りに回転駆動しつつ、相対的な切込み移動と軸方向の往復運動とにより該歯車材の歯切りを行う歯車創成方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の歯車創成方法は、ピニオンカッタを用いた歯切り法が一般的であり、ピニオンカッタの回転軸と歯車材の回転軸とをほぼ平行に設定し、該ピニオンカッタと歯車材とを各回転軸回りに回転させて互いに転動接触させつつ該ピニオンカッタと歯車材との相対的な切込み移動と軸方向の往復運動とにより該歯車材に平歯等を形成する。
【０００３】
図５は上記歯車創成方法の従来手法の説明図である。ピニオンカッタの一つの歯形部１による歯車材２への最終歯溝３の切削過程を示している。すなわち、ピニオンカッタと歯車材２とは、例えば矢印に示すように互いに左回転しつつ軸方向に往復運動しており、両者の位相は、歯形部１の中心を通る軸平面と切削生成される最終歯溝３の中心を通る軸平面とが一致（図では基準線Ｏで示す）するように、回転位相の同期がとられている。
【０００４】
切込み移動は、ピニオンカッタと歯車材２とが１回転するごとに、切り込み量ｘ0 〜ｘ4 が順次設定され、基準線Ｏの方向（ラジアル方向）に、ラジアルカッタに対し歯車材２が相対移動されて、歯車材２の周縁部分が各中間歯溝３0 〜３4 のように徐々に深く切削される。そして、最終歯溝３の形成により、歯車材２への歯の創成が完了する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の創成方法によると、ピニオンカッタは、歯形部１の左右歯面Ａ，Ｂと歯先面Ｃとを、各中間歯溝３0 〜３4 における左右の両面と歯底面とにそれぞれ転動接触して歯切りすることになり、左右歯面Ａ，Ｂから発生する切屑によって歯形部１の形状を損傷し、ピニオンカッタの寿命を短くするという問題がある。
【０００６】
すなわち、図６はｉ段目の中間歯溝３i における切削の様子を示すものであるが、上記基準線Ｏに歯形部１の中心が一致した噛合状態の歯形部１θ2 より前半では、歯形部１θ1 に示すように、主にＢ面とＣ面が歯切りを行い、上記歯形部１θ1 では主にＡ，Ｂ面とＣ面が歯切りし、歯形部１θ2 より後半の歯形部１θ3 では主にＣ面が歯切りして、Ａ〜Ｃのすべての歯面より切屑が発生する。この各歯面より発生する切屑は、歯形部１の中央に集まり、互いに当接して各歯面での歯切りの進行を妨げるのである。このため、機械的ストレスや熱的ストレス等が大きくなって、ピニオンカッタの寿命を短くしている。
【０００７】
また、このように歯切りに関与する歯面がＡ〜Ｃ面の３歯面であると、歯形部１へかかる負荷を考慮すると、１回の切込量を少なくしなければならない。しかし、１回の切込量を少なくするこことは、切込幅Ｓが小さくなり、切屑の厚みが小さくなって、歯形部１へのこすり摩耗が増大することになり、この点もピニオンカッタの寿命を短くしている原因となっている。
【０００８】
そこで、本発明は、切屑による歯形部への負担を少なくする歯車創成方法の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、該カッタの歯形部と該歯車材との転動運動の相対位相を初回の歯切り時の相対位相から切込み量に応じて徐々に該カッタおよび該歯車材の一方を他方に対して進相もしくは遅相させ該カッタの該歯形部を最終的に形成される歯溝の一方の片歯面を初回の歯切りから形成するように該片端面に偏って歯切りを行うようにした。
スロッタ型の１歯のカッタでも、回転軸を中心に歯車材に対し転動形態で歯切りするものは、本発明に属する。
【００１０】
【作用】
本発明のカッタの歯形部は、歯車材の歯溝に該歯形部が噛合状態で転動運動しつつ相対的な切込み移動と軸方向の往復運動とを行い、歯車材を歯切りする。
この際、カッタの歯形部と該歯車材との転動運動の相対位相を初回の歯切り時の相対位相から切込量に応じて徐々に該カッタおよび該歯車材の一方を他方に対して進相及び遅相の一方の相で歯切りを行うことにより、歯形部は、歯車材の最終的に形成される歯溝のいずれか一方の片歯面を初回の歯切りから形成するように、該片歯面に偏って噛合する。換言すれば、本発明によるカッタは、最終的に形成される歯溝の片歯面に沿って歯切りする。
【００１１】
このような歯溝の形成は、最終的に形成される歯溝の片歯面に対応する歯形部の歯面が歯切りに関与せず、歯先面と他方の歯面とだけで歯切りを行うこととなり、切屑は歯切りに関与しない歯形部の一方に集まり、歯切りに関与する歯面への機械的ストレス及び熱的ストレスの発生を防止することができる。
また、歯切りに関与する歯面が２面であるため、１回の切込量を多くすることができ、切屑の厚みが大きくなって、歯形部がこすり摩耗の状態で歯切りすることがない。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の歯車創成方法の一実施例を図１〜図４に基づいて詳細に説明する。
図１に本発明の歯車創成方法を適用可能な一般的装置を概略的に示す。図１において、１１はピニオンカッタ、１２は歯車材であり、該ピニオンカッタ１１の回転軸１３と歯車材１２の回転軸１４は通常ほぼ平行に設定されていて、以下のような各駆動機構により創成歯切りのための運動を行うようになっている。
【００１３】
ピニオンカッタ１１の駆動部は、回転軸１３を保持したウォーム歯車１５、該ウォーム歯車１５と噛合したウォーム１６及び該ウォーム１６と直結したサーボモータ１７からなり、該ピニオンカッタ１１をその回転軸１３を中心に回転駆動させるための回転駆動機構と、該回転軸１３とリンクしたクランク機構１８と、該クランク機構１８を駆動するインダクションモータ又は速度サーボモータ１９とからなり、該回転駆動機構によって回転運動されるピニオンカッタ１１を軸方向（以下、Ｚ方向という）に往復運動させるための往復駆動機構とから構成される。
【００１４】
歯車材１２の駆動部は、該回転軸１４をもつウォーム歯車２０、該ウォーム歯車２０と噛合したウォーム２１と、該ウォーム２１と直結したサーボモータ２２とからなり、該回転軸１４を中心に歯車材１２を回転運動させる回転駆動機構と、該ウォーム歯車２０を摺動可能に保持したスライダ２３と、該スライダ２３を該ピニオンカッタ１１の回転軸１３と垂直な方向（以下、Ｘ方向という）に駆動するボールねじ２４と、該ボールねじ２４を駆動するサーボモータ２５とからなり、該回転駆動機構によって回転される歯車材１２を切込み移動させるための切込み駆動機構とから構成される。
【００１５】
そして、上記各サーボモータ１７、２２及び２５には、ＮＣ装置の一部を構成するコントローラ２６からの指令でそれぞれの駆動増幅器２８〜３０から駆動パルス２８ａ〜３０ａが送給されるようになっている。
また、サーボモータ２２及び２５には、エンコーダ３１〜３３が取付けられており、現在回転位置もしくは切込み量がコントローラ２６にフィードバックされるようになっている。
【００１６】
上記のような歯切り装置は、モータ１９を駆動することにより、クランク機構１８を作動して、ピニオンカッタ１１をＺ方向に往復運動させる。この時、サーボモータ１７と２２とには、回転軸１３と１４との回転比がピニオンカッタ１１と歯車材１２の歯数比に等しくなるように、各々の駆動軸のギヤトレーンの減速比に応じた駆動パルス２８ａ、２９ａが送給され、ピニオンカッタ１１と歯車材１２とは同期回転することになる。このようなピニオンカッタ１１と歯車材１２との同期回転とＺ方向の往復運動に対し、サーボモータ２５にコントローラ２６による指令切込量に応じた数の駆動パルス３０ａを送給することによって、歯車材１２がＸ方向に移動して、歯車材１２に創成される歯の歯溝にピニオンカッタ１１の歯形部が噛合状態で転動運動し、歯車材１２の歯切りを行う。
【００１７】
以上のピニオンカッタ１１と歯車材１２との転動運動は従来のピニオンカッタによる創成歯切り時の動作であるが、本実施例の歯車創成方法においては、ピニオンカッタ１１と該歯車材１２との転動運動の相対位相を、切込量に応じて初期位相より徐々に進相もしくは遅相させる（以下、補正という）ために、上記サーボモータ１７と２２とに送給する駆動パルス２８ａ、２９ａの数を、進相させる側に関して増加させる調整を行うものである。
【００１８】
上記のようなピニオンカッタ１１と該歯車材１２との相対位相を、切込量ｘに応じて補正する際の補正角θは、インボリュート関数と次の様な関係がある。
簡単のためにラック歯形との創成で考えると、図２に示すように、歯先で歯車材１２とピニオンカッタ１１とが接触してから基礎円までの切込む間に補正角θが必要となるが、歯先位置での添字を“０”、任意位置での添字を“ｉ”とすると、
【００１９】
【数式１】
θi ＝ｉｎｖα0 −ｉｎｖαi                           ……………（１）
【００２０】
【数式２】
0003657018.tif 000002
であるから、
【００２１】
【数式３】
0003657018.tif 000003
となる。
【００２２】
（３）式においてｒg は基礎円の半径、ｉｎｖα0 は初期値であるので、歯先接触点からｘi の位置での補正角θは、切込量ｘだけを変数とする関数となることがわかる。
尚、ピニオンカッタの場合、切込みと共に圧力角が変化するともに、切下げやフィレット形状によっては、角度補正をどこまで行うかは個々のケースによって定める。
【００２３】
ところで、実際の補正角の制御においては、切込量と補正角が１次の比例関係にあるものと仮定して行うことができる。このような１次関数に近似する補正を以下に説明する。図３はピニオンカッタ１１を進相させた場合の一つの歯形部の各切込段階における位置３４0 〜３４n を表している。ピニオンカッタ１１及び歯車材１２の回転方向は、反時計方向（矢視参照）である。歯車材１２をインボリュート関数の歯形３５に仕上げるものとすると、切込量ｘ1 〜ｘn-1 に応じてインボリュート関数α0 〜αn-1 に比例させた回転量θ0 〜θn-1 だけ、ピニオンカッタ１１の位相を歯車材１２に対して進ませている。初期位相はθ0 は最も進み角が大きくされる。
【００２４】
これを数式で示せば、
【００２５】
【数式４】
θn-1(n=1,2,3,....) ＝α0 −（Σｘn ／Ｄ）α0         ……………（４）
となる。
ここに、Ｄは全切込量である。なお、図３では、ピニオンカッタ１１がＸ方向に移動したように描いている。
【００２６】
このように切込量と補正角の関係を１次関数に近似すると、ＮＣ制御装置においては、Ｍ２２とＭ２５の間に直線補間関係が成立するため、補正角設定のプログラムと制御が簡単になる。
かくて、ピニオンカッタ１１を歯車材１２に対して進相させることにより、各位置の歯形部は、図４に示すように、歯切り時の噛合状態において、歯車材１２に創成される（最終的に形成される）歯溝３６の片歯面３６ａに沿って偏った状態で噛合し歯切りを行うことになる。すなわち、図４はｉ段目の切込みでの歯形部３４の歯切り進行の様子を示す。図４によれば、歯形部３４は、最終的に形成される）歯溝３７の片歯面３６に対応する歯面３４ａが歯切りに関与せず、歯先面３４ｃと他方の片歯面３４ｂとだけで歯切りを行っている。故に、切屑は歯切りに関与しない歯面３４ａに集まり、歯切りに関与する歯面３４ｂへの機械的ストレス及び熱的ストレスの発生を防止することができる。
【００２７】
また、歯切りに関与する歯面が２面であるため、１回の切込量を多くすることができ、切屑の厚みを大きくできる。このため、歯形部３４がこすり摩耗の状態で歯切りすることがない。
以上の説明は、ピニオンカッタ１１を歯車材１２に対して進相させた場合の実施例であるが、歯車材１２をピニオンカッタ１１に対して進相させた場合は、図４と逆に、ピニオンカッタ１１の歯形部３４は、歯面３４ｂが歯切りに関与せず、歯車材１２の歯溝３６の歯面３６ｂに沿って偏った状態で噛合し歯切りを行う。
【００２８】
また、歯形部の形状は、インボリュートに限らず平歯でもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、カッタの歯形部と該歯車材との転動運動の相対位相を初回の歯切り時の位相から切込量に応じて進相もしくは遅相させることにより、最終的に形成される歯溝の片歯面に対応する歯形部の歯面が歯切りに関与せず、切屑が歯切りに関与しない歯形部の一方に集まって、歯切りに関与する歯面への機械的ストレス及び熱的ストレスの発生を防止してカッタの寿命を長くすることができる。
【００３０】
また、１回の切込量を多くすることができ、切屑の厚みが大きくなって、歯形部がこすり摩耗の状態で歯切りすることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を適用可能な歯切り装置の一例を示す概略図である。
【図２】  本発明の歯車創成方法を示す説明図である。
【図３】  本発明の歯車創成方法の実用的な一例を示す説明図である。
【図４】  本発明によるある切込み段階での歯切りの進行の様子を表す説明図である。
【図５】  従来の歯車創成方法を示す説明図である。
【図６】  従来のある切込み段階での歯切りの進行の様子を表す説明図である。
【符号の説明】
１１…ピニオンカッタ、１２…歯車材、３４0 〜３４n …歯形部、ｘ1 〜ｘn …切込量。
【図１】
0003657018.tif 000004
【図２】
0003657018.tif 000005
【図３】
0003657018.tif 000006
【図４】
0003657018.tif 000007
【図５】
0003657018.tif 000008
【図６】
0003657018.tif 000009