(57)【要約】【課題】理想的な形状のクラウンギヤの製造装置および製造方法を得る。【解決手段】クラウンギヤが形成されるワークＷを第１軸芯Ｘ１の周りに回転自在に支持するワーク支持部２と、第１軸芯Ｘ１に直交する方向視において、ワークＷに形成される歯５の歯丈の中央位置を通り、歯５の歯筋方向に延出する仮想線を共役線Ｌとするとき、先端に切刃Ｃ１が形成されたカッタＣを共役線Ｌに対して傾斜する第２軸芯Ｘ２の周りに回転支持し、第２軸芯Ｘ２を第１軸芯Ｘ１に沿う方向視において第１軸芯Ｘ１と交差せずワークＷの回転方向上手側にオフセットした状態に設定するカッタ支持部２と、ワークＷとカッタＣとを同期回転させ、カッタ支持部２をワークＷに対して送り操作する切削制御部３と、を備え、第１,第２軸芯Ｘ１，Ｘ２に直交する方向視において、切刃Ｃ１の送り方向が共役線Ｌに対して非平行に設定してある。【選択図】図１
2019104083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラウンギヤが形成されるワークを第１軸芯の周りに回転自在に支持するワーク支持部と、
前記第１軸芯に直交する方向視において、前記ワークに形成される歯の歯丈の中央位置を通り、前記歯の歯筋方向に延出する仮想線を母線とするとき、
先端の縁部に切刃が形成された少なくとも一条のネジ状部を有するカッタを、前記第１軸芯に直交する方向視において前記母線に対して傾斜する第２軸芯の周りに回転するよう支持し、前記第２軸芯を、前記第１軸芯に沿う方向視において前記第１軸芯と交差せず前記ワークの回転方向上手側にオフセットした状態に設定するカッタ支持部と、
前記ワークと前記カッタとを同期回転させつつ、前記カッタ支持部を前記ワークに対して送り操作する切削制御部と、を備え、
前記第１軸芯および前記第２軸芯の双方に直交する方向視において、前記切刃の送り方向が前記母線に対して非平行に設定されているクラウンギヤの製造装置。
【請求項２】
前記切刃の前記送り方向が、直線状に設定されている請求項１に記載のクラウンギヤの製造装置。
【請求項３】
前記ワークに形成される歯の歯面のうち、相手歯車の歯面と噛み合う点を共役点とし、前記歯筋方向に設定される前記共役点の集合を共役線とするとき、
前記ワークにおいて隣接形成される歯の前記歯筋方向に沿った中央位置で対向する前記共役線どうしの間隔が所期の設計間隔となるよう前記切刃の前記送り方向が設定されている請求項１または２に記載のクラウンギヤの製造装置。
【請求項４】
クラウンギヤを形成するべく第１軸芯の周りに回転するワークに対し、
前記第１軸芯に直交する方向視において、前記ワークに形成される歯の歯丈の中央位置を通り、前記歯の歯筋方向に延出する仮想線を母線とするとき、
先端の縁部に切刃が形成された少なくとも一条のネジ状部を有し第２軸芯の周りに回転するカッタを、前記第１軸芯に直交する方向視において前記第２軸芯が前記母線に対して傾斜し、前記第１軸芯に沿う方向視において、前記第２軸芯が前記第１軸芯と交差せず前記ワークの回転方向上手側にオフセットした状態となるように配置し、
前記ワークおよび前記カッタを同期回転させつつ前記カッタを前記ワークに切り込ませる際に、前記第１軸芯および前記第２軸芯の双方に直交する方向視において、前記切刃の送り方向が前記母線に対して非平行に設定されているクラウンギヤの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クラウンギヤの製造装置およびクラウンギヤの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、このようなクラウンギヤの製造装置としては例えば以下の特許文献１に記載されたものがある。
【０００３】
特許文献１に記載されたクラウンギヤの製造装置は、所謂スカイビング加工を施すものであり、第１軸芯を中心に回転自在にワークを支持するワーク支持部と、第１軸芯と異なる第２軸芯を中心に回転自在にカッタを支持するカッタ支持部とを有する。これらワーク支持部及びカッタ支持部は同期駆動部によって同期回転され、カッタ支持部は移動部によってワーク支持部と相対移動するように構成されている。
【０００４】
第１軸芯に沿う方向視において、第２軸芯は第１軸芯からオフセットした位置に配置され、且つ、第２軸芯は第１軸芯に垂直な平面に傾斜している。この状態で、同期駆動部がワークとカッタとを同期回転させ、移動部がカッタを第１軸芯に垂直な平面に沿って移動させてワークの切削を行う。
【０００５】
この構成によれば、カッタの刃先とワークとの当接位置において、カッタの回転方向とワークの移動方向とが所定の角度を有するから、所謂ワークの「すべり」が生じ、ワークを効率的に切削することができる。カッタの第２軸芯は傾斜角度を有し、ワークの回転平面に対してカッタの刃先部が傾いた状態で接触するため、カッタに逃げ角を形成する必要もない。
【０００６】
また、カッタの切刃は、カッタの表面に対して螺旋状の歯形を形成すれば良く、ホブカッターの刃のように断続的な複数の刃を形成する必要がない。よってカッタの構成が簡略化される。カッタの刃形を形成するクラウンギヤの歯形に適合させることで、切削後にクラウンギヤの歯面を再研削する必要もない。
【０００７】
このように公知文献１の装置は、スカイビング加工によりクラウンギヤを合理的に製造しようとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１４−４６５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ただし、特許文献１のクラウンギヤの製造装置では、第１軸芯に対してオフセットされ且つ傾いたカッタをワークに対して送り操作する際に、カッタの移動方向はクラウンギヤの回転平面と平行になる。
【００１０】
この場合、カッタの回転軸芯は、切刃とワークとの間に逃げ角を形成する等の都合からワークの回転平面に対して平行ではない。よって、傾斜したカッタによってワークに所定深さの歯溝を形成する場合には、ワークの回転平面と平行な回転軸芯を有するカッタで同じ深さの歯溝を形成した場合に比べて歯溝の幅がワークの径方向に沿って変化する。
【００１１】
よって、従来技術に示されるようなワークとカッタとの相対姿勢に基づいて仕上がったクラウンギヤの歯の形状は、そもそも理想的な歯の形状に対してある程度の誤差を含む。
【００１２】
例えば、図３（ａ）は従来の加工方法におけるカッタの送り方向を示す図であり、図３（ｂ）は、これによって形成された歯溝を示している。図３（ａ）に示すように、カッタは歯溝の方向に沿って平行に送り操作される。
【００１３】
図３（ａ）のワークＷに記した一点鎖線は歯丈方向の略中央高さの位置であるが、この位置は共役線Ｌと定義することができる。一般のギヤの歯面には、相手歯車の歯面と噛み合う点としての共役点Ｌ１が存在し、この共役点Ｌ１が歯筋方向に連なって共役線Ｌが形成される。通常、この共役線Ｌは、第１軸芯Ｘ１に直交する方向視において歯丈方向の略中央高さの位置を連ねた線と一致するかほぼ平行である。
【００１４】
共役線Ｌは、形成される歯形形状がインボリュート曲線を有するものである場合には、相手方歯車との配置によっては位置が変動する。ただし、ここでは説明を簡単にするために共役線は歯丈の中央高さ位置にあるものとする。
【００１５】
この方法で形成した歯溝の例を図３（ｂ）に示す。点線は、設計上の歯溝形状であり、実線が実際に形成された歯溝である。中段の点線および実線は共役線Ｌの位置を示している。このように、歯底の位置は一定となるものの、歯溝の幅が外周縁部５ａと内周縁部５ｂとで異なったものとなり、歯溝方向に沿った中央位置でのみ設計通りの溝幅が得られている。具体的には外周縁部５ａの側の歯溝の幅は設計上の歯溝形状と比べて狭くなり、内周縁部５ｂの側の溝部の幅は設計上の歯溝形状と比べて広くなる。
【００１６】
上記特許文献１には、このような歯溝形状の誤差や、特に歯溝の幅の誤差については記載がない。よって、仕上がったクラウンギヤに他のギヤを噛み合わせる際には、理想的な噛み合いが得られず、ギヤどうしにある程度のガタが生じる等、ギヤの伝達効率を向上させるにも限界があった。
【００１７】
そこで、従来から、より理想的な形状のクラウンギヤの製造装置および製造方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
（特徴構成）
本発明に係るクラウンギヤの製造装置の特徴構成は、
クラウンギヤが形成されるワークを第１軸芯の周りに回転自在に支持するワーク支持部と、
前記第１軸芯に直交する方向視において、前記ワークに形成される歯の歯丈の中央位置を通り、前記歯の歯筋方向に延出する仮想線を母線とするとき、
先端の縁部に切刃が形成された少なくとも一条のネジ状部を有するカッタを、前記第１軸芯に直交する方向視において前記母線に対して傾斜する第２軸芯の周りに回転するよう支持し、前記第２軸芯を、前記第１軸芯に沿う方向視において前記第１軸芯と交差せず前記ワークの回転方向上手側にオフセットした状態に設定するカッタ支持部と、
前記ワークと前記カッタとを同期回転させつつ、前記カッタ支持部を前記ワークに対して送り操作する切削制御部と、を備え、
前記第１軸芯および前記第２軸芯の双方に直交する方向視において、前記切刃の送り方向が前記母線に対して非平行に設定されている点にある。
【００１９】
（効果）
本構成のように、切刃の送り方向を母線と非平行にすることで、ワークの表面に対して切刃の切削深さが深い位置では歯溝の幅が広がり、切削深さが浅い位置では歯溝の幅が狭くなる。よって、傾斜したカッタをワークの第１軸芯からオフセットした状態で送り操作しワークを切削する場合に、例えば、ワークの外縁ではカッタを深く切り込ませ、ワークの内縁ではカッタを浅く切り込ませるように送り方向を傾斜させる。これにより、歯溝の幅を外縁では広げ、内縁では狭くすることで、より設計値に近い形状のクラウンギヤを得ることができる。
【００２０】
（特徴構成）
本発明に係るクラウンギヤの製造装置においては、前記切刃の前記送り方向を直線状に設定しておくことができる。
【００２１】
（効果）
切刃の送り方向を直線状にすることで、カッタ保持部の動作制御が容易となる。よって複雑な制御ソフトが不要であり、一般的な複軸制御加工機などを用いることができるため、クラウンギヤを効率的に製造することができる。
【００２２】
（特徴構成）
本発明に係るクラウンギヤの製造装置においては、前記ワークに形成される歯の歯面のうち、相手歯車の歯面と噛み合う点を共役点とし、前記歯筋方向に設定される前記共役点の集合を共役線とするとき、前記ワークにおいて隣接形成される歯の前記歯筋方向に沿った中央位置で対向する前記共役線どうしの間隔が所期の設計間隔となるよう前記切刃の送り方向が設定されていると好都合である。
【００２３】
（効果）
例えば、切刃をワークの表面に対して深い位置から浅い位置に向けて直線状に送ることとすれば、形成される歯溝幅の変化は送り距離に対して一次的に変化する。ただし、この変化は、本来、クラウンギヤに形成したい歯溝幅の変化の状態と一致するとは限らない。そこで、歯溝方向に沿った中央位置で、設計値に近い歯溝幅の形成を図ることで、仮に、実際に形成する歯溝の変化態様に誤差がある場合でも、外縁及び内縁において同等の誤差に留めることができる。これにより、歯溝幅の誤差範囲を最小に留めることができる。
【００２４】
（特徴構成）
本発明に係るクラウンギヤの製造方法は、
クラウンギヤを形成するべく第１軸芯の周りに回転するワークに対し、
前記第１軸芯に直交する方向視において、前記ワークに形成される歯の歯丈の中央位置を通り、前記歯の歯筋方向に延出する仮想線を母線とするとき、
先端の縁部に切刃が形成された少なくとも一条のネジ状部を有し第２軸芯の周りに回転するカッタを、前記第１軸芯に直交する方向視において前記第２軸芯が前記母線に対して傾斜し、前記第１軸芯に沿う方向視において、前記第２軸芯が前記第１軸芯と交差せず前記ワークの回転方向上手側にオフセットした状態となるように配置し、
前記ワークおよび前記カッタを同期回転させつつ前記カッタを前記ワークに切り込ませる際に、前記第１軸芯および前記第２軸芯の双方に直交する方向視において、前記切刃の送り方向が前記母線に対して非平行に設定されている点に特徴を有する。
【００２５】
（効果）
本方法のように、切刃の送り方向を母線と非平行にすることで、ワークの表面に対して切刃の切削深さが深い位置では歯溝の幅が広がり、切削深さが浅い位置では歯溝の幅が狭くなる。よって、カッタの送り方向を適切に設定することで、ワークの第１軸芯に対してオフセットし且つ所定の傾斜角を有するカッタによる歯溝幅の加工誤差が上手く相殺される。その結果、正確な形状のクラウンギヤを極めて効率的に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】クラウンギヤの製造過程を示す説明図
【図２】本実施形態のカッタの動作態様と得られる歯形の外観を示す説明図
【図３】従来のカッタの動作態様と得られる歯形の外観を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
〔第１実施形態〕
(概要)
本発明に係るクラウンギヤの製造装置Ｓおよび製造方法の実施形態について図１乃至図３を参照しながら説明する。
【００２８】
図１に示すように、本実施形態に係るクラウンギヤの製造装置Ｓは、所謂スカイビング加工によってクラウンギヤを形成するものである。当該製造装置Ｓは、クラウンギヤが形成されるワークＷを第１軸芯Ｘ１の周りに回転自在に支持するワーク支持部１と、回転するワークＷに加工用のカッタＣを送り操作するカッタ支持部２と、これらワーク支持部１およびカッタ支持部２の連係動作を制御する切削制御部３とを備えている。
【００２９】
（ワーク支持部）
ワーク支持部１は、例えば鉛直方向に設定した第１軸芯Ｘ１の周りに回転可能なワーク台１ａと、このワーク台１ａにワークＷを固定するチャック１ｂとを備えている。ワーク台１ａは、各種のモータなどを備えた駆動部４によって所定の速度で回転可能であり、切削条件によっては反転も可能である。
【００３０】
（カッタ支持部）
カッタ支持部２は、カッタＣを保持しつつ、ワーク支持部１の回転速度と同期して第２軸芯Ｘ２の周りに回転可能である。カッタＣは、例えば、端面Ｃ２の縁部に切刃Ｃ１が形成された少なくとも一条のネジ状部を有している。カッタＣは図１（ａ）に示すように、第１軸芯Ｘ１に沿う方向視において、第１軸芯Ｘ１とは交差しない経路上であって、ワークＷの回転方向上手側にオフセットした直線経路に沿って送り操作される。
【００３１】
図１（ｂ）に示すように、カッタＣは加工すべき歯形に対して所定の角度で保持される。具体的には、加工するクラウンギヤの形状として、第１軸芯Ｘ１に直交する方向視においてワークＷに形成される歯５の歯丈の中央位置を通り、歯５の歯筋方向に延出する仮想線を母線とするとき、カッタＣの第２軸芯Ｘ２は、第１軸芯Ｘ１に直交する方向視において母線に対して傾斜させる。尚、本実施形態においては、母線を共役線Ｌとして表現する。スカイビング加工に用いるカッタＣでは、切刃Ｃ１はカッタＣの端面Ｃ２と側面Ｃ３との境界に形成されている。図２に示すように、カッタＣの側面Ｃ３が端面Ｃ２に対して直角である場合、共役線Ｌと第２軸芯Ｘ２とのなす角度は切刃Ｃ１の逃げ角θ１となる。
【００３２】
尚、切削効率を高めたり、切削によるバリを除去するためには、図１（ａ）に示すように、ワークＷの外周から内周側に切り込む第１の加工と、ワークＷの内周から外周に切り込む第２の加工とを連続して行うこともできる。第２の加工を行う際には、図中に２点鎖線の矢印で示したようにワークＷの回転方向を反転させる。
【００３３】
（切削制御部）
切削制御部３は、加工するワークＷの形状およびワークＷに形成する歯形形状やカッタＣの歯形形状等に応じて切削条件を設定する。例えば、ワーク台１ａおよびカッタＣの回転速度、カッタＣの送り速度、ワーク台１ａに対するカッタＣの送り経路などが設定される。
【００３４】
（カッタの送り経路）
図１（ｂ）および図２（ａ）に示すように、本実施形態では、ワークＷに対するカッタＣの送り経路に特徴を有する。つまり、第１軸芯Ｘ１および第２軸芯Ｘ２の双方に直交する方向視において、切刃Ｃ１の送り方向を共役線Ｌに対して非平行に設定する。このとき、図２（ａ）に示すように、共役線ＬとカッタＣの送り方向とのなす角度を送り角θ２とする。図２（ａ）に示す例では、ワークＷの外周縁５ａに近いほど切削深さを深く設定し、内周縁５ｂに近付くほど切削深さが浅くなるように設定してある。
【００３５】
この結果、ワークＷの表面に対して切刃Ｃ１の切削深さが深い外周縁５ａの側では歯溝の幅が広がり、切削深さが浅い内周縁５ｂの側では歯溝の幅が狭くなる。これにより、図２（ｂ）に示すように、より設計値に近い歯溝の幅を有するクラウンギヤを得ることができる。因みに、図２（ｂ）において、点線は設計された歯形形状であり、実線が本実施形態の加工によって得られた歯形形状である。
【００３６】
図２（ａ）に示すように、カッタＣの切刃Ｃ１の送り方向は、第１軸芯Ｘ１に直交する方向視において例えば直線状に設定しておく。
【００３７】
切刃Ｃ１の送り方向を直線状にすることで、カッタ支持部２の動作制御が容易となる。よって複雑な制御ソフトが不要となり、一般的な複軸制御加工機などを用いることができて、クラウンギヤの製造が効率化される。
【００３８】
本実施形態の如くカッタＣの送り動作時に切削深さを変更することで、得られる歯形形状は、設計で求められた歯形形状とよく一致する。ただし、加工誤差などを考慮すると、歯形形状は、刃筋方向に沿った中間位置で設計形状となるようにすると全体の誤差が最少となる。そのため、カッタＣの送り経路の設定に際しては、図２（ｂ）に示すようにワークＷにおいて隣接形成される歯５の歯筋方向に沿った中央位置で対向する共役線Ｌどうしの間隔が所期の設計間隔となるようにする。これにより、形成した歯形形状に誤差が生じている場合でも、外周縁５ａ及び内周縁５ｂにおいて同等の誤差に留めることができ、全体としての誤差を最小に留めることができる。
【００３９】
尚、このようにカッタＣの切削深さを変える場合、図２（ｂ）に示すように刃筋方向に沿って歯丈が変化する。ただし、相手歯車との噛合位置は、歯先の近傍領域と歯底の近傍領域とを除いた歯丈方向における中間の領域である。このため、歯丈が歯筋方向に沿って変化することは歯車の性能に特に影響しない。
【００４０】
〔他の実施形態〕
カッタＣの送り経路としては、図示は省略するが曲線であっても良い。例えば、第１軸芯Ｘ１に直交する方向視において、歯先の形状が歯溝方向に沿って曲線であるときには、共役線Ｌも曲線となる。よって、この場合にはカッタＣの送り経路は共役線Ｌの曲がりに適合させるものとする。
【００４１】
また、カッタＣの切削深さは、形成する歯形に応じてクラウンギヤの外周縁５ａに近い側ほど浅くし、内周縁５ｂに近い側ほど深くするものであっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明に係るクラウンギヤの製造装置および製造方法は、例えば、スカイビング加工によってクラウンギヤの歯を形成するものに対して広く適用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１    ワーク支持部
２    カッタ支持部
３    切削制御部
５    歯
Ｃ    カッタ
Ｃ１  切刃
Ｌ    共役線
Ｗ    ワーク
Ｘ１  第１軸芯
Ｘ２  第２軸芯
【図１】
2019104083.tif 000003
【図２】
2019104083.tif 000004
【図３】
2019104083.tif 000005