(57)【要約】【課題】４５〜６５ＨＲＣの高硬度のスプライン穴加工でチッピングや欠けがなく、薄肉のワークでも歯筋精度のよいスプライン用ブローチ工具及び加工方法を提供。【解決手段】軸回り及び軸方向に多数の切刃２，３の歯面仕上げ部１の切刃部の材質を超硬合金とし、切刃２，３の切り込み方向が歯面上がりのみであって、切刃の逃げ面４に硬質皮膜のコーティングを施し、すくい角θを−３５°≦θ≦−５°又は５°≦θ≦１５°とする。一切刃あたりの切り込み量Ｗを５μｍ以上１５μｍ以下、総切り込み深さ又は仕上げ代Ｈを０．０２ｍｍ以上０．２ｍｍ以下とする。かかるブローチで圧力角が１５°以上４５°以下のインボリュート歯面に仕上げ代を残して前加工し、熱処理後、硬度が４５以上６５ＨＲＣ以下の高硬度の被削材を完成品加工寸法に仕上げる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸回り及び軸方向に多数の切刃が設けられたスプライン歯を加工するスプライン用ブローチ工具であって、前記切刃の少なくとも歯面仕上げ部は、切刃部の材質が超硬合金とされ、前記歯面仕上げ部の切刃のブローチ加工時の切り込み方向がスプライン歯の歯面方向に増大するようにされた歯面上がりのみであって、かつ、少なくとも前記歯面仕上げ部の前記切刃の逃げ面に硬質皮膜のコーティングが施され、かつ、前記歯面仕上げ部の切刃のブローチ軸芯に垂直な面とすくい面とのなす角θが−３５°≦θ≦−５°又は５°≦θ≦１５°とされていることを特徴とするスプライン用ブローチ工具。
【請求項２】
請求項１記載のスプライン用ブローチ工具は、圧力角が１５°以上４５°以下のインボリュート歯面に仕上げ代を残して前加工され、熱処理後、硬度が４５以上６５ＨＲＣ（ロックウエル硬さＣスケール）以下の高硬度の被削材を完成品加工寸法に仕上げ加工するブローチであることを特徴とするスプライン用ブローチ工具。
【請求項３】
前記切刃の一切刃あたりの切り込み量が５μｍ以上１５μｍ以下であって、総切り込み深さ又は仕上げ代で０．０２ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載のスプライン用ブローチ工具。
【請求項４】
軸方向穴を有する被削材にスプライン歯の歯面方向の仕上げ削り代が残るようにされた歯面を形成し、前記被加工部材を熱処理して、少なくとも前記歯面の表面硬度を４５以上６５ＨＲＣ（ロックウエル硬さＣスケール）以下の高硬度とした後、前記仕上げ削り代がのこされた被削材の前記歯面を請求項１又は２又は３記載のスプライン用ブローチを用いて前記スプライン歯の完成品寸法に仕上げ加工することを特徴とするブローチ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は軸回り及び軸方向に多数の切刃が配設されたブローチであって、特に切刃の材質が超硬合金製であって、被加工部材が焼き入れ後の例えばロックウエル硬さで４５〜６５ＨＲＣの高硬度材のスプライン仕上げ加工用のスプライン用ブローチ工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のブローチ加工では、被削材（以下ワークという）の硬度が２０〜３０ＨＲＣ（ロックウエル硬さＣスケール：以下同じ）以下であった。しかし、焼き入れされた、例えば、自動車用歯車のスプライン穴等での精度を上げるため量産に適したブローチを用いて仕上げ加工をすることが試みられてきている。特許文献１のものでは、ブローチ工具の切刃部を超硬合金製とし、切刃のすくい面と逃げ面に硬質被膜のコーティングを施し、ブローチ軸心に垂直な面とすくい面とのなす角を−３０°〜−１０°としたものが開示されている。このものは、切刃を超硬とすることでより高硬度の材料に対応するとともに、すくい角を−３０°〜−１０°として、刃先強度の低下を防止している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２３９４２５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、引用文献１のブローチのすくい角、および、加工速度の設定は、インボリュート歯面の他に、大径部の加工を念頭に置いて設定されたものであり、特に大径部の切削から大きく制約を受けている。一方、インボリュート歯面の仕上げ加工においては、大径部の加工とは切削加工へのすくい角の作用のしかたが全く異なるにもかかわらず、歯面加工に適した条件については説明されておらず、必ずしも適切な設定範囲を提示するものではなかった。また、切刃にねじれを設けていないので切刃刃先に衝撃荷重がかかり、チッピングや欠けを発生するという問題があった。また、薄肉のワークの加工においては、加工力により、ワークが穴の拡大方向に変形し、特に、ワークの出入り口付近でのスプリングバック量が大きく、加工精度、特に歯筋精度に問題があった。
【０００５】
本発明の課題は、かかる問題点に鑑みて、硬さが４５〜６５ＨＲＣ程度で、圧力角が１５〜４５°のインボリュート歯面を有するスプライン穴の加工に適し、チッピングや欠けがなく、また、薄肉のワークであっても歯筋精度のよいスプライン穴を加工できるスプライン用ブローチ工具を提供することである。また、かかる高硬度材のスプライン穴を得るための加工方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、軸回り及び軸方向に多数の切刃が設けられたスプライン歯を加工するスプライン用ブローチ工具であって、前記切刃の少なくとも歯面仕上げ部は、切刃部の材質が超硬合金とされ、前記歯面仕上げ部の切刃のブローチ加工時の切り込み方向がスプライン歯の歯面方向に増大するようにされた歯面上がりのみであって、かつ、少なくとも前記歯面仕上げ部の前記切刃の逃げ面に硬質皮膜のコーティングが施され、かつ、前記歯面仕上げ部の切刃のブローチ軸芯に垂直な面とすくい面とのなす角θが−３５°≦θ≦−５°又は５°≦θ≦１５°とされたスプライン用ブローチ工具を提供することにより前述した課題を解決した。
【０００７】
即ち、切刃部材質は超硬合金とし、切刃の逃げ面に硬質皮膜のコーティングを施したのは、硬度４５〜６５ＨＲＣの被削材切削時に発生する熱に耐え、かつ、磨耗を抑制するためである。さらに、本発明者等は仕上げ用切刃の切り込みを、歯面と直角方向で行う、インボリュートスプラインの歯面加工においては、切削は歯形の側面の切れ刃で行われるため、ブローチ軸芯に垂直な面と、すくい面とのなす角（すくい角）は、一般の切削で行われるねじれ角と同様の作用をする点に着目し、大径部の同時加工をやめ、歯面仕上げ部の切刃を切刃のブローチ加工時の切り込み方向がスプライン歯の歯面方向に増大するようにされた歯面上がりのみ、即ち、切刃の側面のみを使用するインボリュートスプラインの歯面加工用ブローチとしたのである。これにより、切刃はねじれを与えたと同様になり、衝撃荷重を減らし、チッピングを減らすことができる。このためには、すくい角を０°付近（―５°〜５°）で使用することを避ければよく、本発明においては、すくい角θを−３５°≦θ≦−５°又は５°≦θ≦１５°としたのである。
【０００８】
発明者等は、実験により、θが−３５°≦θ≦−５°又は５°≦θ≦１５°と、前述した従来のすくい角−３０°〜−１０°より広い範囲において、切れ刃がワークに同時に当たらず、一般の切削で行われるような、ねじれ角を付与した場合と同等の作用をすることを確認した。また、θ＜−３５°の場合は、穴を拡大する方向の分力が大きくなり、被削材の弾性変形により加工精度に悪影響を及ぼすため使用しない方が良い。また、−５°＜θ＜５°の場合は、前述したように、刃先の衝撃荷重を減らす効果が十分ではない。θ＞１５°の場合は、切れ刃の刃もと強度が不足し、破損しやすくなる。特に、５°≦θ≦１５°範囲では、ワーク内径を広げる分力が小さく作用するので、薄肉ワークの弾性変形を小さくすることができる。なお、硬質被膜のコーティングとしては、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＮＣ、ＴｉＡｌＳｉＮ等工具用として知られているものを用いる。
【０００９】
さらに、この歯面上がりの本発明ブローチは、浸炭焼入れされたような自動車用の多用されるスプライン穴に適しており、かかるインボリュートスプライン歯の圧力角は１５°以上４５°以下のものが好ましい。そこで、請求項２に記載の発明では、前記スプライン用ブローチ工具は、圧力角が１５°以上４５°以下のインボリュート歯面に仕上げ代を残して前加工され、熱処理後、硬度が４５以上６５ＨＲＣ（ロックウエル硬さＣスケール）以下の高硬度の被削材を完成品加工寸法に仕上げ加工するスプライン用ブローチ工具とした。
【００１０】
また、被削材が高硬度材であるので、請求項３に記載の発明においては、さらに、本発明スプライン用ブローチ工具の前記切刃の一切刃あたりの切り込み量を５μｍ以上１５μｍ以下とし、総切り込み深さ又は仕上げ代で０．０２ｍｍ以上０．２ｍｍ以下とした。一切刃あたり切り込み量が５μｍ未満では切削できない場合があり、１５μｍ超では切刃への力が大きくなりチッピングや欠けが生じる。また、総切り込み深さ又は仕上げ代で０．０２ｍｍ未満では焼き入れによる変形より小さい場合があり加工残りが生じ、０．２ｍｍ超ではブローチ長さが長くなりすぎる。
【００１１】
かかる、ブローチを用いた高硬度材の加工方法は、請求項４に記載の本発明のように、軸方向穴を有する被削材にスプライン歯の歯面方向の仕上げ削り代が残るようにされた歯面を形成し、前記被加工部材を熱処理して、少なくとも前記歯面の表面硬度を４５以上６５ＨＲＣ（ロックウエル硬さＣスケール）以下の高硬度とした後、前記仕上げ削り代がのこされた被削材の前記歯面を本発明スプライン用ブローチを用いて前記スプライン歯の完成品寸法に仕上げ加工するブローチ加工方法とすればよい。なお、前記被加工部材の熱処理前のスプライン歯の歯面方向の仕上げ削り代が残るようにされた歯面をブローチ加工により形成するようにすれば、切削工程をブローチ加工で統一処理することができ、設備配置、取扱いが容易となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態について図を参照して説明する。図１は本発明の第一の実施の形態を示すスプライン用ブローチの切刃が並ぶ刃部を示す刃部部分斜視図、図２は図１の刃部の一つを示す側面図、図４はワークの歯部の部分拡大平面図、図５はワークの平面図、図６はブローチ工具の側面図である。図６に示すように、ブローチ本体２１の一端にはブローチを加工方向に引くための前つかみ部２２、前部案内部２３、軸回り及び軸方向（外周）２４に多数配列された刃部１、後部逃げ部２５が順に形成され、他端に後つかみ部２６が設けられている。かかるブローチ工具をワークの穴に通して前つかみ部方向に引き抜き刃部１によりワーク穴のスプライン等の加工を行うものである。この構成は一般的なものであり説明を省略する。特に、本発明においては、図１に示すように、刃部１は超硬合金製とされ、刃部は略台形のインボリュート断面を有するすくい面５と、すくい面の両端の稜線を形成する切刃２，３、切刃より軸方向後方に向かう逃げ面４、すくい面の上側の稜線部１１と稜線から軸方向後方に向かう上部逃げ面１２及び背面１３等を有している。上側稜線部１１は刃先に相当するが、切刃は設けられていない。切刃２，３の逃げ面４に硬質皮膜のコーティングが施されている。切刃２，３は図２に示すように、ブローチ軸芯に垂直な面と１４、すくい面５とのなす角であるすくい角θが−２５°とされている。ワーク９に対する切刃２，３の切り込み方向は、図４に示すようにスプライン歯の歯面７，８方向に増大するようにされた歯面上がりのみから構成されており、一切刃あたりの切り込み量Ｗは１５μｍとされている（図では誇張して数も少なく記載）。なお、歯面７，８の上部は歯先逃げ部１６が明けられており、上側稜線部（刃先）１１が干渉しなようにされている。
【００１３】
【実施例】
図４，５に示すように、ワーク９はインボリュートスプライン穴１５が明けられており、スプライン穴１５のインボリュートスプライン歯面７，８の焼き入れ後の仕上げ代ＨがＨ＝０．２ｍｍとなるように、歯面７，８を仕上げ代で０．１５ｍｍ残してブローチにて前加工した後、浸炭焼き入れを施し、硬度６０ＨＲＣとしたものである。このワーク９のインボリュートスプライン歯面７，８を前述した本発明の第一の実施の形態に示すスプライン用ブローチで、加工速度６０ｍ／ｍｉｎで仕上げ加工を行ったところ、刃先にチッピングを生じず問題なく加工することができた。なお、ワーク９のインボリュート歯形諸元はＤＰ１６／３２，圧力角３０°，歯数２６，大径φ４３．８，小径φ３９．７，切削長３０ｍｍ、ワーク外径８０ｍｍである。
【００１４】
次に、本発明の第二の実施の実施の形態について図を参照して説明する。図３は本発明の第二の実施の形態を示す切刃の一つを示す側面図である。第一の実施の形態と同様な部分は同符号を付し説明を省略する。第二の実施の形態においては、刃部材質、硬質被膜を施す点は第一の実施の形態と同じであるが、図３に示すように、ブローチ軸芯に垂直な面と、すくい面６とのなす角θが異なり、本事例では＋１０°とした。このスプライン用ブローチを用いて、第一の実施の形態と同様のワークの加工を行ったところ、刃先にチッピングを生じず問題なく加工することができた。さらに、ワークのインボリュート歯形諸元をＤＰ１６／３２、圧力角３０°、歯数２６、大径φ４３．８、小径φ３９．７、切削長３０ｍｍと、前述したと同じワーク諸元とし、ワーク外径のみを５２ｍｍと片側１４ｍｍ薄肉化してワークの加工をおこなった。その結果、第一の実施の形態で述べたすくい角θ＝−２５°のブローチで加工したところスプリングバック量が片側１０〜１５μｍであったのに対し、第二の実施の形態で述べたすくい角θ＝１０°のブローチではスプリングバック量が片側１０μｍ以下となり、非常に良好な歯筋精度を得ることができた。
【００１５】
なお、本発明の応用例として、歯面仕上げ部を荒仕上げ刃と仕上げ刃の２箇所に分け、例えば、仕上げ刃のすくい角を５°≦θ≦１５°、荒仕上げ刃の切れ刃のすくい角を−３５°≦θ≦−５°としてもよい。この場合は、薄肉ワークの弾性変形を小さくすることができるとともに、粗仕上げ刃の切り込みを大きくした場合でもチッピングを起こしにくくなる。
【００１６】
【発明の効果】
以上述べたように本発明においては、スプライン用ブローチ工具の切刃部材質を超硬合金とし、切刃の逃げ面に硬質皮膜のコーティングを施し耐熱性を上げ、磨耗を抑制し、歯面仕上げ部の切刃を切刃のブローチ加工時の切り込み方向がスプライン歯の歯面方向に増大するようにされた歯面上がりのみ、即ち、切刃の側面のみを使用するインボリュートスプラインの歯面加工用ブローチとし、さらに、すくい角θを−３５°≦θ≦−５°又は５°≦θ≦１５°として切刃がねじれを与えたと同様に作用させ、衝撃荷重を減らし、チッピングを減らすことができるので、硬さが４５〜６５ＨＲＣの高硬度材のブローチ加工を可能とした。またすくい角θを５°≦θ≦１５°とすることにより弾性変形を小さくさせ、薄肉のワークであっても歯筋精度のよいスプライン穴を加工できるものとなった。
【００１７】
また、スプライン用ブローチ工具は、圧力角が１５°以上４５°以下のインボリュート歯面に仕上げ代を残して前加工され、熱処理後、硬度が４５以上６５ＨＲＣ（ロックウエル硬さＣスケール）以下の高硬度の被削材を完成品加工寸法に仕上げ加工するものに適したスプライン用ブローチ工具とした（請求項２）。さらに、切刃の一切刃あたりの切り込み量を５μｍ以上１５μｍ以下とし、総切り込み深さ又は仕上げ代で０．０２ｍｍ以上０．２ｍｍ以下としたので、チッピングや欠け、加工残りや加工しすぎのない安定した精度を得られるものとなった（請求項３）。
【００１８】
また、軸方向穴を有する被削材にスプライン歯の歯面方向の仕上げ削り代が残るようにされた歯面を形成し、熱処理して、歯面の表面硬度を４５以上６５ＨＲＣ以下とした後、歯面を本発明スプライン用ブローチを用いて仕上げ加工することにより、硬さが４５〜６５ＨＲＣの高硬度材のブローチ加工を可能とした（請求項４）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態を示すスプライン用ブローチの切刃が並ぶ刃部を示す刃部部分斜視図である。
【図２】図１の切刃の一つを示す側面である。
【図３】本発明の第二の実施の形態を示すスプライン用ブローチの切刃の一つを示す側面図である。
【図４】本発明で仕上げ加工するワークの歯部の部分拡大平面図である。
【図５】本発明で仕上げ加工するワークの平面図である。
【図６】ブローチ工具の側面図である。
【符号の説明】
１    歯面仕上げ部（刃部）
２、３  切刃
４    逃げ面
５、６  すくい面
７、８  スプライン歯の歯面、
９    被削材（ワーク）
１４  ブローチ軸芯に垂直な面
２０  スプライン用ブローチ工具
θ    すくい角
Ｈ    総切り込み量（仕上げ代）
Ｗ    一切刃あたりの切り込み量
【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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