(57)【要約】【課題】非対称歯形歯車を効率的に作製することができる、シェービングカッタ、歯車の加工方法、及び歯車加工装置を提供する。【解決手段】本発明は、回転時に力が作用する歯の前面側の歯面の圧力角と、前記歯の背面側の圧力角が相違する被加工歯車の歯面をシェービング加工するシェービングカッタであって、複数の歯を有する歯車状に形成されており、前記シェービングカッタの各歯は、前記被加工歯車の歯の前面側の歯面に接触する第１歯面と、前記被加工歯車の歯の背面側の歯面に接触する第２歯面と、を有し、前記第１歯面の圧力角と、前記第２歯面の圧力角とが相違する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転時に力が作用する歯の前面側の歯面の圧力角と、前記歯の背面側の圧力角が相違する被加工歯車の歯面をシェービング加工するシェービングカッタであって、
複数の歯を有する歯車状に形成されており、
前記シェービングカッタの各歯は、前記被加工歯車の歯の前面側の歯面に接触する第１歯面と、前記被加工歯車の歯の背面側の歯面に接触する第２歯面と、を有し、
前記第１歯面の圧力角と、前記第２歯面の圧力角とが相違する、シェービングカッタ。
【請求項２】
前記第１歯面に複数の第１セレーション溝が形成され、
前記第２歯面に複数の第２セレーション溝が形成され、
前記第１セレーション溝の形状と前記第２セレーション溝の形状とが相違する、請求項１に記載のシェービングカッタ。
【請求項３】
回転時に力が作用する歯の前面側の歯面の圧力角と、前記歯の背面側の圧力角が相違する被加工歯車を準備するステップと、
複数の歯を有する歯車状に形成されているシェービングカッタであって、前記シェービングカッタの各歯は、前記被加工歯車の歯の前面側の歯面に接触する第１歯面と、前記被加工歯車の歯の背面側の歯面に接触する第２歯面と、を有し、前記第１歯面の圧力角と、前記第２歯面の圧力角とが相違する、シェービングカッタを準備するステップと、
前記被加工歯車に前記シェービングカッタを噛み合わせながら、両者を回転させることで、前記被加工歯車の歯の歯面を、前記シェービングカッタによりシェービング加工するステップと、
を備えている、歯車の加工方法。
【請求項４】
前記被加工歯車及び前記シェービングカッタの軸間距離と軸交差角とを制御しつつ、前記被加工歯車の歯の歯面を、前記シェービングカッタによりシェービング加工する、請求項３に記載の歯車の加工方法。
【請求項５】
回転時に力が作用する歯の前面側の歯面の圧力角と、前記歯の背面側の圧力角が相違する被加工歯車を回転可能に支持する第１支持部と、
複数の歯を有する歯車状に形成されているシェービングカッタであって、前記シェービングカッタの各歯は、前記被加工歯車の歯の前面側の歯面に接触する第１歯面と、前記被加工歯車の歯の背面側の歯面に接触する第２歯面と、を有し、前記第１歯面の圧力角と、前記第２歯面の圧力角とが相違する、シェービングカッタを回転可能に支持する第２支持部と、
前記被加工歯車及び前記シェービングカッタの軸間距離と軸交差角とを制御する制御部と、
を備え、
前記被加工歯車に前記シェービングカッタを噛み合わせながら、両者を回転させることで、前記被加工歯車の歯の歯面を、前記シェービングカッタによりシェービング加工するように構成されている、歯車加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シェービングカッタ、歯車の加工方法、及び歯車加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧力角歯形は、ヘルツ応力が低下し、すべり率も小さくなることより、高強度化に有利であるが、噛み合い率が低下したり、歯先尖りになるため、歯形が成立しにくい。このため、作用歯面側のみを高圧力角とした非対称歯形をもった歯車が注目されている（例えば、特許文献１）。このような歯車は、左右の歯面の圧力角が異なることより、左右の歯面の歯車要目が異なるので、これまでの効率の高い歯車加工装置、つまりシェービング盤では対応できなかった。そのため、一般的には、作製すべき歯車に合わせた非対称歯形歯車用ホブで加工された後、研削仕上げが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５５−９０７５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような研削仕上げによる非対称歯形歯車の作製は加工に時間を要するため、効率的な非対称歯形歯車の作製を行うことができる生産性の高い製造方法が要望されていた。本発明はこの課題を解決するものであり、非対称歯形歯車を効率的に作製することができる、シェービングカッタ、歯車の加工方法、及び歯車加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、回転時に力が作用する歯の前面側の歯面の圧力角と、前記歯の背面側の圧力角が相違する被加工歯車の歯面をシェービング加工するシェービングカッタであって、複数の歯を有する歯車状に形成されており、前記シェービングカッタの各歯は、前記被加工歯車の歯の前面側の歯面に接触する第１歯面と、前記被加工歯車の歯の背面側の歯面に接触する第２歯面と、を有し、前記第１歯面の圧力角と、前記第２歯面の圧力角とが相違する。
【０００６】
上記シェービングカッタにおいては、前記第１歯面に複数の第１セレーション溝が形成され、前記第２歯面に複数の第２セレーション溝が形成され、前記第１セレーション溝の形状と前記第２セレーション溝の形状とが相違するものとすることができる。
【０００７】
本発明に係る歯車の加工方法は、回転時に力が作用する歯の前面側の歯面の圧力角と、前記歯の背面側の圧力角が相違する被加工歯車を準備するステップと、複数の歯を有する歯車状に形成されているシェービングカッタであって、前記シェービングカッタの各歯は、前記被加工歯車の歯の前面側の歯面に接触する第１歯面と、前記被加工歯車の歯の背面側の歯面に接触する第２歯面と、を有し、前記第１歯面の圧力角と、前記第２歯面の圧力角とが相違する、シェービングカッタを準備するステップと、前記被加工歯車に前記シェービングカッタを噛み合わせながら、両者を回転させることで、前記被加工歯車の歯の歯面を、前記シェービングカッタによりシェービング加工するステップと、を備えている。
【０００８】
上記歯車の加工方法においては、前記被加工歯車及び前記シェービングカッタの軸間距離と軸交差角とを制御しつつ、前記被加工歯車の歯の歯面を、前記シェービングカッタによりシェービング加工することができる。
【０００９】
本発明に係る歯車加工装置は、回転時に力が作用する歯の前面側の歯面の圧力角と、前記歯の背面側の圧力角が相違する被加工歯車を回転可能に支持する第１支持部と、複数の歯を有する歯車状に形成されているシェービングカッタであって、前記シェービングカッタの各歯は、前記被加工歯車の歯の前面側の歯面に接触する第１歯面と、前記被加工歯車の歯の背面側の歯面に接触する第２歯面と、を有し、前記第１歯面の圧力角と、前記第２歯面の圧力角とが相違する、シェービングカッタを回転可能に支持する第２支持部と、前記被加工歯車及び前記シェービングカッタの軸間距離と軸交差角とを制御する制御部と、を備え、前記被加工歯車に前記シェービングカッタを噛み合わせながら、両者を回転させることで、前記被加工歯車の歯の歯面を、前記シェービングカッタによりシェービング加工するように構成されている。
【発明の効果】
【００１０】
従って、本発明によれば、非対称歯形歯車をより効率的に作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る被加工歯車の一実施形態を示す一部正面図である。
【図２】本発明に係るシェービングカッタの一実施形態を示す一部斜視図である。
【図３】被加工歯車の加工を示す斜視図である。
【図４】歯面のばらつきを示す図である。
【図５】シェービングカッタの歯の断面図である。
【図６】シェービングカッタまたは被加工歯車の一部正面図である。
【図７】軸交差角と軸間距離との関係の一例を示すグラフである。
【図８】加工代に対する軸交差角毎の軸間距離の一例を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係るシェービングカッタ、歯車の加工方法、及び歯車加工装置の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は被加工歯車を示す一部正面図、図２はシェービングカッタの一部斜視図である。
【００１３】
本実施形態に係るシェービングカッタは、被加工歯車である外歯車を仕上げ加工（シェービング加工）するためのものである。そして、図１に示すように、この被加工歯車１０は、インボリュート円筒歯車であり、ＪＩＳ  Ｂ０１０２などに準拠するピッチ面が円筒の歯車である。また、この被加工歯車１０の各歯１は、左右の歯面の形状が相違する非対称歯形を有している。すなわち、各歯１は、伝達すべき力が主として作用する歯面である左歯面（前面）１２と、それとは反対側の歯面である右歯面（背面）１１とを有しており、右歯面１１の圧力角α１が左歯面１２の圧力角α２よりも小さくなっている。例えば、右歯面１１の圧力角α１は１０〜２０度となっており、左歯面１２の圧力角α２は２０〜４０度となっている。
【００１４】
次に、このような被加工歯車を加工するシェービングカッタについて説明する。図２に示すように、本実施形態に係るシェービングカッタ２０は、被加工歯車と同様に、外歯車状に形成されており、図３に示すように、被加工歯車１０及びシェービングカッタ２０をそれぞれ第１支持部１１１及び第２支持部（図示省略）により回転可能に支持するとともに、両者を噛み合わせながら回転することで、被加工歯車１０の歯面をシェービング加工する。そして、図２に示すように、シェービングカッタ２０の各歯２は、被加工歯車１０と同様に、左右の歯面の形状が相違している。すなわち、シェービングカッタの各歯は、右歯面２１（第１歯面）と、それとは反対側の歯面である左歯面２２（第２歯面）とを有しており、それぞれ、被加工歯車１０の右歯面１１及び左歯面１２に当接する。また、被加工歯車１０と同様に、シェービングカッタ２０の各歯の右歯面２１の圧力角が左歯面２２の圧力角よりも小さくなっている。
【００１５】
さらに、シェービングカッタ２０の各歯面２１，２２には、歯底から歯先の向かって延びる複数のセレーション溝２３が、歯幅方向に平行に形成されている。また、各歯面２１，２２において、隣接するセレーション溝２３の間で隆起する部分はセレーションランド２４を構成している。なお、各歯面２１，２２に形成されるセレーション溝２３は、必ずしも同じでなくてもよく、相違していてもよい。すなわち、シェービング加工においては、微妙な加工負荷バランスの相違により、シェービングカッタ２０が被加工歯車１０の歯面に食い込む量がばらつく。その結果、例えば、図４に示すように、被加工歯車の歯面が崩れることがある。したがって、シェービングカッタ２０の各歯２の左右の歯面２１，２２の形状を相違させること、例えば、図５に示すように、右歯面２１と左歯面２２とで、セレーションランド２４の歯幅方向の幅を相違させることができる。
【００１６】
次に、被加工歯車１０のシェービング加工について説明する。まず、本発明者は、被加工歯車１０である非対称歯形歯車のシェービング加工を鋭意研究した結果、被加工歯車１０及びシェービングカッタ２０の軸間距離と軸交差角との間には、以下の式（１）の関係が成立し、この関係に基づいて、被加工歯車１０及びシェービングカッタ２０の軸間距離と軸交差角とを制御しながら、シェービング加工を行えば、被加工歯車１０とシェービングカッタ２０とが正しく噛み合い、正しい仕上げ加工が行えることを見出した。
【数１】
2018103285.tif 000003
【００１７】
但し、
Ｚｇ：被加工歯車の歯数
Ｓｇ：被加工歯車の基礎円筒上の軸直角歯厚の角度（図６参照）
αｓＬｇ：被加工歯車の左歯面（前面）の軸直角噛み合い圧力角
αｓＲｇ：被加工歯車の右歯面（背面）の軸直角噛み合い圧力角
ｒｇＬｇ：被加工歯車の左歯面（前面）の基礎円筒半径（図６参照）
ｒｇＲｇ：被加工歯車の右歯面（背面）の基礎円筒半径（図６参照）
βｇＬｇ：被加工歯車の左歯面（前面）の基礎円筒ねじれ角
βｇＲｇ：被加工歯車の右歯面（背面）の基礎円筒ねじれ角
Ｚｃ：シェービングカッタの歯数
χｃ：シェービングカッタの基礎円筒上の輔直角歯溝の角度（図６参照）
αｓＬｃ：シェービングカッタの左歯面（前面）の輔直角噛み合い圧力角
αｓＲｃ：シェービングカッタの右歯面（背面）の軸直角噛み合い圧力角
ｒｇＬｃ：シェービングカッタの左歯面（前面）の基礎円筒半径（図６参照）
ｒｇＲｃ：シェービングカッタの右歯面（背面）の基礎円筒半径（図６参照）
βｇＬｃ：シェービングカッタの左歯面（前面）の基礎円筒ねじれ角
βｇＲｃ：シェービングカッタの右歯面（背面）の基礎円筒ねじれ角
Σ：シェービングカッタの回転軸と被加工歯車の回転軸との交差角度
ｄａ：シェービングカッタの回転軸と被加工歯車の回転軸との軸間距離
αＬ：左歯面（前面）歯直角噛み合い圧力角
αＲ：右歯面（背面）歯直角噛み合い圧力角
ｉｎｖ（）：インボリュート関数  ｉｎｖ（Ａ）＝ｔａｎ（Ａ）−Ａ
但し、Ａの単位はラジアンとする。
【００１８】
なお、Ｚｇ，Ｓｇ（加工完了時にＳｇ＝Ｓｇ０となる），ｒｇＬｇ，ｒｇＲｇ，
βｇＬｇ，βｇＲｇ，Ｚｃ，χｃ，ｒｇＬｃ，ｒｇＲｃ，βｇＬｃ，βｇＲｃは既知である。
【００１９】
上記式（１）の関係からすると、加工工程の各ステップ毎の加工代を決めれば、後述の通り、それに応じて被加工歯車の基礎円筒上の軸直角歯厚の角度Ｓｇが決まり、図７及び図８に示すような輔間距離と軸交差角の関係が決まる。図７は軸交差角と軸間距離との関係の一例を示すグラフであり、図８は加工代に対する軸交差角毎の軸間距離の一例を示す表である。したがって、シェービングカッタ２０及び被加工歯車１０の軸間距離と軸交差角が、式（１）の関係を満たすように制御しながら加工を行えばよい。このとき、軸間距離及び軸交差角のいずれかは一定の範囲で任意に選択することができる。但し、図７の加工線ａに示すように、加工途中の各加工代に対して、同一加工代の中で軸間距離が最小になるように軸交差角を選択すれば、たとえ軸交差角がこれよりわずかに異なっても、対応する軸間距離の変化がわずかになるため、影響が少なくなり好適である。
【００２０】
このときの軸間距離と輔交差角の値は、式（１）からΣに関する極値を計算することにより、次式（２）で求まる。
【数２】
2018103285.tif 000004
【００２１】
すなわち、加工代に応じたＳｇに対して、軸交差角Σを仮定して、式(2)−３〜式(2)−６から、各歯面の軸直角噛み合い圧力角を求め、それが式(2)−２を満たすように繰り返し計算すれば、Σの値が求まる。そして、軸間距離は式(2)−１で求まる。したがって、シェービングカッタ２０及び被加工歯車１０の軸間距離と軸交差角が、式（２）の関係を満たすように制御しながら加工を行うこともできる。
【００２２】
この場合、さらに、図７から分かるように、シェービング加工の加工代がわずかであることより、加工による軸間距離の変化に伴う軸交差角の変化は、実用上無視できるぐらい少ない。したがって、図７の加工線ａ’に示すように、最初から加工完了状態の軸間距離に対応する軸
交差角に固定しておいて加工しても、通常は問題ない。すなわち、シェービングカッタ２０及び被加工歯車１０の軸交差角を、式（２）によって算出した加工完了時の軸交差角に固定した上で、シェービング加工を行う。この場合は、加工中に軸交差角を変える必要がないため、より簡易にシェービング加工を行うことができる。
【００２３】
なお、以上の式（１）または式（２）で軸間距離と軸交差角を求めるとき、計算を行いながら加工することが、計算負荷に起因して困難な場合は、図７や図８に示すように、予め軸間距離と交差角の関係を求めておいて、その関係から、あるいは、それから求めた近似値によって軸間距離と交差角を制御しながら加工を行ってもよい。
【００２４】
また、上記加工法によれば、式（１）を満たす限り、軸間距離と軸交差角とを任意に変えることができ、シェービング加工時の軸交差角を最小軸間距離に対応するもの（図７の加工線ａ）から、同図の加工線ａ〜ｄで示すように、軸交差角と軸間距離の関係を種々の態様に制御しながら加工しても、正しく仕上げ加工ができる。したがって、シェービングカッタだけに頼るより、―層の自由度をもって加工のバランスを調整することができるので、好適である。
【００２５】
なお、歯車の基礎円筒上の軸直角歯厚の角度Ｓｇは、加工完了状態では、歯車の一般関係式を使って、歯車の要目より、例えば次のように求めることができる。
【数３】
2018103285.tif 000005
【００２６】
ここで、
ｘｎｇ：被加工歯車の転位係数
α０ｓＬｇ：被加工歯車の左歯面のピッチ円上の軸直角圧力角
α０ｓＲｇ：被加工歯車の右歯面のピッチ円上の輔直角圧力角
β０ｇ：被加工歯車のピッチ円上のねじれ角
【００２７】
一般に、加工途中のＳｇについては、加工代分増えることとなるので、例えば、次のように求めることができる。
【数４】
2018103285.tif 000006
【００２８】
ここで、
ｃＬｇ：被加工歯車左歯面の歯面法線方向の加工完了までの加工代
ｃＲｇ：被加工歯車右歯面の歯面法線方向の加工完了までの加工代
【００２９】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１０：被加工歯車
１：歯
１１：右歯面（背面）
１２：左歯面（前面）
２０：シェービングカッタ
２：歯
２１：右歯面（第１歯面）
２２：左歯面（第２歯面）
２３：セレーション溝
２４：セレーションランド
【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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【図７】
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【図８】
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