(57)【要約】      （修正有）【課題】高精度かつ低コストな歯車の加工方法及び加工機械を提供する。【解決手段】歯車ホーニング加工において、噛合い回転しながら加工代を均等にする噛合い位置を検出することにより、加工時の歯合わせが簡素・確実となる。さらに砥石歯車１を連続回転したままで、歯合わせが可能となる為、加工サイクルタイムが短縮する。また、被加工歯車２と砥石歯車の駆動をモータ３、４軸に直結とすることにより、被加工歯車と砥石歯車からモーター間の伝達誤差と弾性効果が極めて小さくなり、歯合わせの高精度化と加工精度の向上が図られる。構造が簡単で、機械が低コストになる。また、砥石歯車と被加工歯車の回転位相測定装置を同軸上とすることにより、伝達誤差と弾性効果の影響が極めて小さくなり歯合わせの高精度化と加工精度の向上が図られる。【選択図】図３
2004330397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工歯車２と砥石歯車１を軸交差角をもたせて噛合わせ、被加工歯車２の歯面を加工する歯車ホーニング加工において、被加工歯車２及び砥石歯車１共に駆動し両軸の噛合い回転を同期制御で行う加工方法であって、該歯車加工方法は、被加工歯車支持軸に被加工歯車の取付けを行なうステップと、被加工歯車を前記被加工歯車支持軸にクランプするステップと、被加工歯車位置決め装置により被加工歯車と前記被加工歯車支持軸の回転位相差を測定するステップと、前記被加工歯車と前記砥石歯車を各制御モータの制御により同期させ且つ前記回転位相差を解消するように回転位相を合わせて回転させるステップと、前記被加工歯車又は前記砥石歯車の駆動トルクを前記砥石歯車による切削を受けない程度に低下させた状態で、バックラッシュ零位置付近まで前記被加工歯車と前記砥石歯車とを接近させるステップと、前記バックラッシュ零位置付近における前記被加工歯車と前記砥石歯車との回転位相差を読み取るステップと、前記被加工歯車と前記砥石歯車との前記回転位相差を解消するように調整して駆動回転位相を固定するステップを備えていることを特徴とする加工方法及び加工機械。
【請求項２】
被加工歯車２及び砥石歯車１の駆動をモータ軸に直結とすることを特徴とする請求項１に記載の加工方法及び加工機。
【請求項３】
被加工歯車２及び砥石歯車１の回転位相測定装置を各々被加工歯車支持軸及び砥石歯車支持軸に直結とすることを特徴とする請求項１に記載の加工方法及び加工機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車のエンジンやトランスミッション等に用いられる歯車の製造工程で、被加工歯車を焼き入れ後に歯面仕上げをする歯車ホーニング加工に関し、歯車の精度を向上し噛合い時の騒音低減とコスト削減を目指すものである。
【０００２】
【従来の技術】
歯車のホーニング加工は、焼入れ硬化後の歯車に対し研削加工を行い、効率よく歯面の粗さを良くする加工法である。一般には、歯車形の砥石歯車を用い、焼き入れ硬化した被加工歯車に軸交差角を与えた状態で噛合わせて回転させることで、被加工歯車の歯面を微細に研削し、歯面の粗さを良くして騒音が低減した歯車を製造可能にするものである。ホーニング加工の概要を図５、図６、図７を参照して説明する。工具は被加工歯車２と同一の諸元を持つダイヤモンドを電着したドレスギヤ３０、砥石歯車１例えば内歯車形状のホーニング砥石を使用する。まず砥石歯車１をドレスする。求める精度を持つドレスギヤ３０と、砥石歯車１をある軸交差角を持たせ噛合わせて回転しドレスギヤ３０の歯面を砥石歯車１に転写する。次に被加工歯車２と砥石歯車１を噛合わせて、砥石歯車１の歯面を被加工歯車２に転写する。被加工歯車２の歯面は、噛合いと軸交差角によるすべりできれいに精度よく仕上げられる。
【０００３】
通常の場合、砥石歯車が駆動され被加工歯車は砥石歯車との噛合の下に、砥石歯車に伴われて回転する、いわゆる連れ回り状態で加工される。但し、連れ回り状態でのホーニングでは被研削歯車の偏心や累積ピッチ誤差を強制的に修正する機構を持たず、その結果、高精度の加工が困難である。
【０００４】
これに対し、砥石歯車と被加工歯車との双方を駆動させつつ加工することにより、高い精度を得ることが可能となる。一般に同期回転式のホーニング加工機の機構は、図１、図２で示したものと同様のものである。砥石歯車１と被加工歯車２とは、その各軸が軸交差角をもつような状態で噛合わせてあり、各歯数の比に反比例して回転するように制御された各モータ３，４で回転するようにしてある。この状態で砥石歯車１と被加工歯車２が回転することにより、被加工歯車２の歯面１４に相対すべり速度が生じて、歯面１４の材料がホーニング除去されるようになっている。
【０００５】
同期回転式のホーニング加工機では、高い精度を得ることが可能となる。但し、これには、バックラッシュが零の状態で歯同士を噛合させることが必要である。つまり砥石歯車１と被加工歯車２を加工代が均等になるように歯合わせをする必要があり、また砥石歯車と被加工歯車とを高精度で同期回転させることが不可欠である。
【０００６】
砥石歯車１と被加工歯車２を加工代が均等になるように歯合わせするため、種々の提案がなされてきたが、砥石歯車及び被加工歯車を停止させバックラッシュが零の状態で噛合させ、その時の砥石歯車と被加工歯車の位相差を記憶させるティーチングを予め行ない、加工時に別の被加工歯車を取付ける際に、ティーチングと同じ位相差になるように取付ける方法が一般的である。例えば、特開２００２−１２６９４７号に係る加工方法においては、被加工歯車を機械式の位置決め装置を使用して位置決めし、更に機械式の位置決め装置を使用するため被加工歯車と被加工歯車を駆動するモータ間に生ずるネジレをとる為、モータをフリーラン状態にしてネジレ分を解消して、前記ティーチングの状態に近づける方法がとられている。
【０００７】
しかしながら、これらの方法では、被加工歯車と被加工歯車を駆動するモータの位置関係をティーチングと同じ位置関係にしても、被加工歯車の前加工精度のバラツキ、熱処理による歪み、治具への取付誤差、砥石歯車の円周位置による精度のバラツキ、被加工歯車及び砥石歯車とそれらを駆動するモータまでの間に介在する連結軸や中間歯車装置１９，２０が伝達誤差を有している等から、被加工歯車と砥石歯車の位相差は、ティーチングと同じ状態にはならないという根本的な問題があった。また、噛み合わせた状態でも前記被加工歯車の前加工精度のバラツキ、熱処理による歪み、治具への取付誤差、砥石歯車の円周位置による精度のバラツキ、被加工歯車及び砥石歯車とそれらを駆動するモータまでの間に介在する連結軸や中間歯車装置１９，２０が伝達誤差を有している等で、噛み合う回転位置により位相差が変動し一定しないという問題もあった。また、被加工歯車と被加工歯車を駆動するモータの位置関係をティーチングと同じ位置関係に近づける為に、機械式の位置決め装置を使用したり、モータをフリーラン状態にする必要があり、コストと時間がかかるという欠点もあった。
【０００８】
また、高精度の同期回転を実現するためには、ホーニング加工機の各モータ４，５が完全に同期回転し、また砥石歯車１や被加工歯車２と各モータ４，５との間の伝達誤差がなく、かつ剛性が高ければ、実現できる筈である。
【０００９】
しかしホーニング加工機は一般に、砥石歯車１や被加工歯車２と各モータ４，５との間に介在する連結軸や中間歯車装置１９，２０が伝達誤差を有し、かつ回転方向への弾性効果を有している。この伝達誤差と弾性効果のため、高精度の同期回転を実現させることは実際には難しいものがある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、同期回転による歯車のホーニング加工を行なう際に、従来の上記歯車のホーニング加工がもつ問題点の解消を課題としたものである。即ち本発明の目的は、シンプルな構成により、加工代が均等になるように歯合わせをし、且つ砥石歯車と被加工歯車とを高精度で同期回転させ、高精度な歯車を低コストで効率良く製造できる同期回転による歯車のホーニング加工を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、被加工歯車２と砥石歯車１を軸交差角をもたせて噛合わせ、被加工歯車２の歯面を加工する歯車ホーニング加工において、被加工歯車２及び砥石歯車１共に駆動し両軸の噛合い回転を同期制御で行う加工方法であって、該歯車加工方法は、被加工歯車支持軸に被加工歯車の取付けを行なうステップと、被加工歯車を前記被加工歯車支持軸にクランプするステップと、被加工歯車位置決め装置により被加工歯車と前記被加工歯車支持軸の回転位相差を測定するステップと、前記被加工歯車と前記砥石歯車を各制御モータの制御により同期させ且つ前記回転位相差を解消するように回転位相を合わせて回転させるステップと、前記被加工歯車又は前記砥石歯車の駆動トルクを前記砥石歯車による切削を受けない程度に低下させた状態で、バックラッシュ零位置付近まで前記被加工歯車と前記砥石歯車とを接近させるステップと、前記バックラッシュ零位置付近における前記被加工歯車と前記砥石歯車との回転位相差を読み取るステップと、前記被加工歯車と前記砥石歯車との各制御モータの前記回転位相差を解消するように調整して駆動回転位相を固定するステップを備えていることを特徴としている。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明における被加工歯車２及び砥石歯車１の駆動をモータ軸に直結とすることを特徴としている。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明における被加工歯車２及び砥石歯車１の回転位相測定装置を各々被加工歯車支持軸及び砥石歯車支持軸に直結とすることを特徴としている。
【００１４】
したがって、請求項１に記載の発明では、最初に、被加工歯車と砥石歯車を噛み合わせる際に歯車の外周部の歯同士が干渉しないで噛み合う程度に被加工歯車及び砥石歯車の位相をラフに合わせる。次に被加工歯車と砥石歯車を噛み合わせた状態で被加工歯車と砥石歯車の位相差を測定し、その位相差を無くすように被加工歯車及び砥石歯車の位相を精密に合わせる。この方法により前記被加工歯車の前加工精度のバラツキ、熱処理による歪み、治具への取付誤差、砥石歯車の円周位置による精度のバラツキ、被加工歯車及び砥石歯車とそれらを駆動するモータまでの間に介在する連結軸や中間歯車装置１９，２０の有する伝達誤差等の影響を少なくし、精密に被加工歯車と砥石歯車の位相を合わせることができる。また、きわめて短時間に低コストで位相を合わせることができる。
【００１５】
したがって、被加工歯車軸モーターと砥石歯車軸モーター両方またはいずれかの駆動トルクを加減し噛合い回転しながら、被加工歯車と砥石歯車の両歯面接触状態付近で、前記被加工歯車と前記砥石歯車との回転位相差を測定することにより、前記被加工歯車の機械加工精度のバラツキ、熱処理による歪み、治具への取付誤差、砥石歯車の円周位置による精度のバラツキ、被加工歯車及び砥石歯車とそれらを駆動するモータまでの間に介在する連結軸や中間歯車装置１９，２０の有する伝達誤差等の影響等を加味した加工代を均等にする噛合い位置を決めることが可能になり、加工時の歯合わせの簡素化・確実化が実現する。また砥石歯車を連続回転したままで、歯合わせが可能となる為、加工サイクルタイムの短縮化につながる。
【００１６】
また、請求項２と３に記載の発明では、被加工歯車及び砥石歯車の駆動をモータ軸に直結、または被加工歯車及び砥石歯車の回転位相測定装置を各々被加工歯車支持軸及び砥石歯車支持軸に直結することにより被加工歯車及び砥石歯車とそれらを駆動するモータまでの間に介在する連結軸や中間歯車装置１９，２０の有する伝達誤差等の影響を排除できるので、精密かつ正確に被加工歯車と砥石歯車の位相を合わせることができ、また砥石歯車と被加工歯車とを高精度で同期回転させることができる。また、極めてシンプルな機械構造になり、更なる機械精度の向上、低コスト化に繋がる。
【００１７】
【実施の形態】
以下、本発明の実施の形態として一実施例を添付図面を参照しつつ説明する。図９、図１０、図１１は、各々本発明の一実施形態に掛かる歯車ホーニング加工機の正面図、側面図、平面図である。
【００１８】
図示の歯車ホーニング加工機は、機台６０に支持されたテーブル６１上で、保持装置により被加工歯車２を保持するようになっている。保持装置は、テーブル上で相互に接近離反するように摺動可能であり各々被加工歯車支持軸を有するヘッドストック４０，心押し台４５を備えている。機台６０にはさらに、砥石歯車保持装置７０が装着されている。
【００１９】
テーブル６１に支持されたヘッドストック４０は、該ヘッドストック本体により回転可能に支持された図８の被加工歯車支持軸４２と、該被加工歯車支持軸４２を回転させる駆動モータを内蔵している。テーブル６１に支持された心押し台４５は、該心押し台本体により回転可能に支持された被加工歯車支持軸３２とを備えている。
【００２０】
図８に示すように、被加工歯車支持軸３２は、心押し台本体４５に装着された図外の駆動装置により軸方向に摺動進退動するクランプ軸３３を軸内部に備えている。したがって、クランプ軸３３を後退させた状態で被加工歯車支持軸３２及び４２により被加工歯車を支持し、その後クランプ軸３３を前進させることにより、被加工歯車支持軸上で被加工歯車を回転方向にクランプすることができる。
【００２１】
砥石歯車保持装置７０は、図６に示すように、ヘッドストック４０と心押し台４５との間に位置し砥石歯車１を支持するリング状の砥石歯車取付けヘッド（砥石歯車支持軸）７２を備えている。図１に示す例では、ヘッド駆動モータ３の出力軸を介し、中間歯車１９が噛合し、これらの中間歯車は、ヘッド７２の外周に設けられた歯に噛合してヘッド７２を駆動する。砥石歯車保持装置７０には、機台上の切り込み駆動部７５が結合されている。切り込み駆動部７５は、水平駆動モータ７６の駆動により被加工歯車支持軸３２，４２に垂直な水平軸線に沿って移動可能であり、その移動によりヘッド７２及び砥石歯車１を被加工歯車支持軸上の被加工歯車に接近離反させ、研削の際には切り込みを行なわせる。
【００２２】
ヘッドストック４０には、被加工歯車位置決め（位相検出）装置８０が取り付けられている。被加工歯車位置決め装置は、被加工歯車と砥石歯車を噛み合わせる際に歯車の外周部の歯同士が干渉しないで噛み合う程度に被加工歯車及び砥石歯車の位相をラフに合わせるために被加工歯車の回転方向の位相検出を行なうものであり、例えば以下のような構成とすることができる。被加工歯車位置決め装置８０には、近接スイッチ等の非接触センサーを使用することができ、図８に示すように、ヘッドストック４０に取付け支持されたブラケットに固定させている。被加工歯車を回転させ被加工歯車の外周部の歯又は溝を検出することにより、被加工歯車の回転方向の位相検出を行なう。
【００２３】
次に、一例として、ホーニング加工機のより詳細な構成を、装置の操作手順と共に説明する。
【００２４】
砥石歯車１と被加工歯車２の位相は、砥石歯車軸又は砥石歯車駆動モータ軸のエンコーダと被加工歯車軸または被加工歯車駆動モータ軸のエンコーダ及び被加工歯車位置決め装置８０により検知される。砥石歯車１をヘッド７２に新たに取り付けたときは、ティーチングを行なう。その方法は、砥石歯車を定位置停止させ、被加工歯車をクランプし被加工歯車位置決め装置８０により定位置停止させる。その位相を各々記憶する。次に手動モードで被加工歯車支持軸上の被加工歯車と噛合させ、ノーバックラッシュ位置付近での噛合位置を適宜選び、そのときの位相と定位置停止時の位相を比較計算し砥石歯車１と被加工歯車２の位相の原点を設定する。
【００２５】
この準備ができた後、加工にはいる。まず、被加工歯車支持軸に被加工歯車を取付けし、被加工歯車を前記被加工歯車支持軸にクランプする。その方法は、心押し台４５とヘッドストック４０を接近させ、被加工歯車支持軸３２，４２により被加工歯車を保持する。次に、被加工歯車支持軸３２のクランプ軸３３を前進させクランプする。
【００２６】
この後、ヘッド駆動モータ３を作動させて砥石歯車１を設定された速度で回転させる。砥石歯車は、以後において停止指令が出るまで回転を続ける。
【００２７】
被加工歯車を回転させ、被加工歯車位置決め装置により被加工歯車の外周部の歯又は溝を検出することにより、被加工歯車の回転方向の位相検出を行ない、ティーチング時との位相差を測定する。
【００２８】
次に、被加工歯車を制御モータの制御により前記回転位相差を解消するように回転位相を合わせて回転させ、同期速度で回転させる。次に、切り込み駆動部７５を作動させ砥石歯車１を被加工歯車側へ前進させる。砥石歯車１と被加工歯車の両歯先端が僅かに噛み合う位置まで砥石歯車１を更に前進させる。砥石歯車１と被加工歯車の両歯先端が互いに十分に噛み合う位置に到達した後、被加工歯車駆動モータの出力トルクを切削不能な程度まで下げる。さらに、切り込み駆動部７５により砥石歯車１及び被加工歯車間のバックラッシュが零になる位置付近まで、砥石歯車１を前進させる。この時、被加工歯車支持軸３２はトルク制限しているので、被加工歯車は、砥石歯車１に対し連れ廻りしている状態となっている。
【００２９】
この連れまわり状態で、被加工歯車と砥石歯車の両歯面接触状態での、前記被加工歯車と前記砥石歯車との回転位相差は、前記被加工歯車の機械加工精度のバラツキ、熱処理による歪み、治具への取付誤差、砥石歯車の円周位置による精度のバラツキ、被加工歯車及び砥石歯車とそれらを駆動するモータまでの間に介在する連結軸や中間歯車装置１９，２０の有する伝達誤差等の影響等で常に変動している。この回転位相差を測定し、その変動を把握して、例えば、その変動値の中央値を制御上の回転位相差に設定することにより、加工代を均等にする噛合い位置を決めることが可能になる。以下、ホーニング加工を開始することになる。尚、バックラッシュが零でない状態すなわち片歯面接触状態での位相測定でも、両歯面接触状態までの回転位相差を補正すればその方法でも良い。
【００３０】
図３と図４は、請求項２の実施例を示す。各々砥石歯車１と被加工歯車２を駆動するモータがモーター３、モータ４である。砥石歯車１とモータ３が同軸上にあり、従来の構造にあった砥石歯車１とモータ３の間に介在する連結軸や中間歯車装置がなく、当然伝達誤差と弾性効果の影響もない。被加工歯車２とモータ４も同様である。伝達誤差と弾性効果等の影響を排除できるので、精密かつ正確に被加工歯車と砥石歯車の位相を合わせることができ、また砥石歯車と被加工歯車とを高精度で同期回転させることができる。また、極めてシンプルな機械構造になり、更なる機械精度の向上、低コスト化に繋がる。
【００３１】
図１２と図１３は、請求項３の実施例を示す。各々砥石歯車１と被加工歯車２の回転位相を測定するのが回転位相測定装置６、７である。砥石歯車１と回転位相測定装置６が同軸上にあり、連結軸や中間歯車装置の影響がなく、当然伝達誤差と弾性効果の影響もない。被加工歯車２と回転位相測定装置７も同様である。伝達誤差と弾性効果等の影響を排除できるので、精密かつ正確に被加工歯車と砥石歯車の位相を合わせることができ、また砥石歯車と被加工歯車とを高精度で同期回転させることができる。
【００３２】
【発明の効果】本発明においては、加工代を均等にする噛合い位置を検出することが簡単に可能となり、加工時の歯合わせの簡素化・確実化ができる。また砥石歯車を連続回転したままで、歯合わせが可能となる為、加工サイクルタイムの短縮化ができる。
【００３３】
また、被加工歯車と砥石歯車の駆動をモータ軸に直結とすることにより、被加工歯車と砥石歯車からモーター間の伝達誤差と弾性効果が極めて小さくなり、歯合わせの高精度化と加工精度の向上が図られる。また、機械の構造が簡単で、低コストの加工機を提供できる。
【００３４】
また、砥石歯車と被加工歯車の回転位相測定装置を同軸上とすることにより、伝達誤差と弾性効果の影響が極めて小さくなり歯合わせの高精度化と加工精度の向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の歯車ホーニング加工機の機構例を示す概略斜視図である。
【図２】一般の歯車ホーニング加工機の他の機構例を示す概略斜視図である。
【図３】本発明に係る歯車ホーニング加工機の機構を示す実施例の概略斜視図である
【図４】本発明に係る歯車ホーニング加工機の機構を示す他の実施例の概略斜視図である。
【図５】砥石歯車と被加工歯車との噛合状態を示す正面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線での断面図である。
【図７】加工時の歯車の一歯面上のすべり状態を表した概略斜視図である。
【図８】図９に示す歯車ホーニング加工機の被加工歯車支持状態を示す正面図である。
【図９】本発明に係る歯車ホーニング加工機の一実施例の正面図である。
【図１０】図９に示す歯車ホーニング加工機の側面図である。
【図１１】図９に示す歯車ホーニング加工機の平面図である。
【図１２】本発明に係る歯車ホーニング加工機の機構を示す別の実施例の概略斜視図である。
【図１３】本発明に係る歯車ホーニング加工機の機構を示す更に別の実施例の概略斜視図である。
【符号の説明】
１  砥石歯車
２  被加工歯車
３  モータ
４  モータ
６  回転位相測定装置
７  回転位相測定装置
１４  歯面
１５  隙間Ａ
１６  隙間Ｂ
１９  中間歯車
２０  中間歯車
３０  ドレスギヤ
３２  被加工歯車支持軸
３３  クランプ軸
４０  ヘッドストック
４２  被加工歯車支持軸
４５  心押し台
５０  軸交差角によるすべり
５１  噛合いによるすべり
５２  合成すべり
６０  機台
６１  テーブル
７０  砥石歯車保持装置
８０  被加工歯車位置決め（位相検出）装置
ｒ    軸交差角
【図１】
2004330397.tif 000003
【図２】
2004330397.tif 000004
【図３】
2004330397.tif 000005
【図４】
2004330397.tif 000006
【図５】
2004330397.tif 000007
【図６】
2004330397.tif 000008
【図７】
2004330397.tif 000009
【図８】
2004330397.tif 000010
【図９】
2004330397.tif 000011
【図１０】
2004330397.tif 000012
【図１１】
2004330397.tif 000013
【図１２】
2004330397.tif 000014
【図１３】
2004330397.tif 000015