(57)【要約】【課題】  鍛造かさ歯車の金型製造用電極を、実用的な範囲で、高精度に設計、製造する製造方法を提供する。【解決手段】  鍛造かさ歯車の金型を放電加工により電極材料を切削加工して製造するための金型製造用電極を製造するに際し、鍛造かさ歯車の歯面を表す歯車設計値をコンピュータ１に算出させる歯車設計手順、前記歯車設計値を歯面の法線方向にオフセットした電極設計値をコンピュータ１に算出させる電極設計手順、前記電極設計値に基づいて加工装置を制御する加工設計値をコンピュータ１に算出させる加工設計手順、そして前記加工設計値に基づいて電極材料を加工装置２に切削加工させて製造する加工製造手順を経る鍛造かさ歯車の金型製造用電極の製造方法である。【選択図】  図１
2005103555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鍛造かさ歯車の金型を放電加工により電極材料を切削加工して製造するための金型製造用電極を製造するに際し、鍛造かさ歯車の歯面を表す歯車設計値をコンピュータに算出させる歯車設計手順、前記歯車設計値を歯面の法線方向にオフセットした電極設計値をコンピュータに算出させる電極設計手順、前記電極設計値に基づいて加工装置を制御する加工設計値をコンピュータに算出させる加工設計手順、そして、前記加工設計値に基づいて電極材料を加工装置に切削加工させて製造する加工製造手順を経る鍛造かさ歯車の金型製造用電極の製造方法。
【請求項２】
歯車設計手順は、鍛造かさ歯車の回転軸をＺ軸とし、該Ｚ軸にＸ軸及びＹ軸を直交させた座標系によって表される歯面座標データＰi,j(ｉ＝１〜ｋ、ｊ＝１〜ｎ、ｋ及びｎは自然数)として歯車設計値をコンピュータに算出させてなり、前記歯面座標データＰi,jは各歯面に設定したｋ本の歯形ラインとｎ本の歯すじラインとの交点である請求項１記載の鍛造かさ歯車の金型製造用電極の製造方法。
【請求項３】
歯車設計手順は、鍛造かさ歯車の歯面四隅を含む歯面座標データＰi,jとして歯車設計値をコンピュータに算出させる請求項２記載の鍛造かさ歯車の金型製造用電極の製造方法。
【請求項４】
電極設計手順は、鍛造かさ歯車の回転軸をＺ軸とし、該Ｚ軸にＸ軸及びＹ軸を直交させた座標系によって表される電極座標データＱi,j(ｉ＝１〜ｋ、ｊ＝１〜ｎ、ｋ及びｎは自然数)として電極設計値をコンピュータに算出させてなり、前記電極座標データＱi,jは歯車設計値である歯面座標データＰi,jを含む歯形ラインｉの隣り合う歯形ラインi-1及び歯形ラインi+1上で前記歯面座標データＰi,jとＺ成分ｚi,jが等しいＰmi-1,j及びＰmi+1,jをコンピュータに算出させ、前記Ｐmi-1,j及びＰmi+1,jを結ぶ傾きから歯面座標データＰi,jのＸＹ平面に含まれる法線方向の傾きθi,jをコンピュータに算出させ、歯面座標データＰi,jから該法線方向の傾きθi,jに合わせてオフセット量ｅを減算してコンピュータに算出させる請求項２記載の鍛造かさ歯車の金型製造用電極の製造方法。
【請求項５】
電極設計手順は、オフセット量ｅの法線方向の傾きθi,jによる余弦成分ｅ・cosθi,jを歯面座標データＰi,jのＸ成分ｘi,jから減算して電極座標データＱi,jのＸ成分ｘei,jを、オフセット量ｅの法線方向の傾きθi,jによる正弦成分ｅ・sinθi,jを歯面座標データＰi,jのＹ成分ｙi,jに加算して電極座標データＱi,jのＹ成分ｙei,jを、そして歯面座標データＰi,jのＺ成分ｚi,jをそのまま電極座標データＱi,jのＺ成分ｚei,jとしてそれぞれコンピュータに算出させる請求項４記載の鍛造かさ歯車の金型製造用電極の製造方法。
【請求項６】
加工設計手順は、電極設計値に基づいて電極のCADデータをコンピュータに算出させ、該CADデータに基づいて加工装置を数値制御する数値制御データとして加工設計値をコンピュータに算出させる請求項１記載の鍛造かさ歯車の金型製造用電極の製造方法。
【請求項７】
加工製造手順は、鍛造かさ歯車の回転軸をＺ軸とし、該Ｚ軸にＸ軸及びＹ軸を直交させた座標系に前記加工設計値に基づいて電極材料を加工装置に切削加工させて製造する請求項１記載の鍛造かさ歯車の金型製造用電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鍛造かさ歯車の金型製造用電極の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、かさ歯車(すぐばかさ歯車、はすばかさ歯車及びまがりばかさ歯車を含む)は、専用の切削装置を用いて製造する例が多い。しかし、製造コストを低廉にする目的から、鍛造かさ歯車に関する技術が開発され、種々提案されている。例えば、特許文献１及び２には、鍛造かさ歯車の製造装置が開示されている。特許文献１の製造装置は、鍛造を終えたかさ歯車を金型から取り出す点に着目した先行技術を開示している。特許文献２は、金型を能率よく交換するための先行技術を開示している。
【０００３】
このほか、特許文献３は、鍛造かさ歯車を製造するための金型について開示している。この特許文献３は、かさ歯車を鍛造する際に金型内で不要なバリが発生することを抑制又は防止する先行技術を開示している。
【０００４】
【特許文献１】特公昭57-052136号公報(１〜２頁、第１図)
【特許文献２】特開平06-031372号公報(２頁、図１〜４)
【特許文献３】特開平01-254340号公報(１〜３頁、第１〜９図)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
鍛造かさ歯車の金型は、従来公知の種々の手段により製造できる。この点、上記各先行技術は、いずれも具体的な金型の製造方法について触れていないが、放電加工により製造する金型が、最も精度を高くできて好ましいと考えられる。ここで、放電加工により金型を製造するには、放電のための隙間を確保し、電極を揺動させながら放電加工する観点から、金型におけるかさ歯車の転写形状に対し、一定の厚みだけ小さな外形状の電極を構成しなければならない。すなわち、電極は、前記一定の厚み＝オフセット量だけ小さなかさ歯車の外形状にし、オフセット量の範囲で揺動させながら放電加工に用いる。
【０００６】
近年の加工技術の向上により、上述のような電極の製造は可能であるが、実際には容易ではない。なぜなら、上記オフセット量は、かさ歯車における各歯面の法線方向に対して設けなければならからである。とりわけ、鍛造まがりばかさ歯車の金型は、歯の転写形状が３次元的な曲面を有していることから、各歯面全域にわたって一定のオフセット量を与えると、前記オフセット量に従う電極の対応面もまた曲面を描くことになる。
【０００７】
こうした電極の外形状を得るには、もはや手計算では不可能で、コンピュータによる演算処理が要求されるが、この場合でも実用的な範囲で設計、製造を終えるには、効率的なオフセット量の設定ができなければならない。そこで、鍛造かさ歯車の金型製造用電極を、実用的な範囲で、高精度に設計、製造する製造方法を開発するため、検討した。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
検討の結果開発したものが、鍛造かさ歯車の金型を放電加工により電極材料を切削加工して製造するための金型製造用電極を製造するに際し、鍛造かさ歯車の歯面を表す歯車設計値をコンピュータに算出させる歯車設計手順、前記歯車設計値を歯面の法線方向にオフセットした電極設計値をコンピュータに算出させる電極設計手順、前記電極設計値に基づいて加工装置を制御する加工設計値をコンピュータに算出させる加工設計手順、そして前記加工設計値に基づいて電極材料を加工装置に切削加工させて製造する加工製造手順を経る鍛造かさ歯車の金型製造用電極の製造方法である。
【０００９】
本発明による鍛造かさ歯車の金型製造用電極の製造方法は、まず製品となる鍛造かさ歯車の歯面を表す歯車設計値をコンピュータに算出させ、この歯車設計値からオフセット量を減算して、金型設計値ではなく直接電極設計値をコンピュータに算出させる。ここで、前記歯車設計値及び電極設計値はそれぞれ３次元データとして表すことができるから、オフセット量の減算がコンピュータを利用して容易にできるほか、得られた電極設計値を加工装置を制御する加工設計値に変換しやすい。
【００１０】
具体的には、歯車設計手順は、鍛造かさ歯車の回転軸をＺ軸とし、このＺ軸にＸ軸及びＹ軸を直交させた座標系(以下、歯車設計座標系)によって表される歯面座標データＰi,j(ｉ＝１〜ｋ、ｊ＝１〜ｎ、ｋ及びｎは自然数)として歯車設計値をコンピュータに算出させてなり、前記歯面座標データＰi,jは各歯面に設定したｋ本の歯形ラインとｎ本の歯すじラインとの交点である３次元データとする。より好ましくは、鍛造かさ歯車の歯面四隅を含む歯面座標データＰi,jとして歯車設計値をコンピュータに算出させるとよい。
【００１１】
ここで、上記歯車設計値は、マスターギアのない新規な鍛造かさ歯車を製造する場合、要求に応じて自由に算出することができる。マスターギアのある鍛造かさ歯車を製造する場合、別途取得したマスターギアの歯面実測値を歯車設計座標系に従った座標データに変換して、以下で使用する歯車設計値にするとよい。具体的には、歯面実測値における特定の座標データと歯車設計値における特定の座標データとを一致させ、歯車設計値の残る座標データとこの座標データに対応する歯面実測値の座標データとの差分を誤差として、前記歯車設計値の座標データを前記誤差で補正するとよい。
【００１２】
電極設計手順は、鍛造かさ歯車の回転軸をＺ軸とし、このＺ軸にＸ軸及びＹ軸を直交させた座標系(以下、電極設計座標系)によって表される電極座標データＱi,j(ｉ＝１〜ｋ、ｊ＝１〜ｎ、ｋ及びｎは自然数)として電極設計値をコンピュータに算出させてなり、前記電極座標データＱi,jは歯車設計値である歯面座標データＰi,jを含む歯形ラインｉの隣り合う歯形ラインi-1及び歯形ラインi+1上で前記歯面座標データＰi,jとＺ成分ｚi,jが等しいＰmi-1,j及びＰmi+1,jをコンピュータに算出させ、前記Ｐmi-1,j及びＰmi+1,jを結ぶ傾きから歯面座標データＰi,jのＸＹ平面に含まれる法線方向の傾きθi,jをコンピュータに算出させ、歯面座標データＰi,jからこの法線方向の傾きθi,jに合わせてオフセット量ｅを減算してコンピュータに算出させるとよい。
【００１３】
より具体的な電極設計手順は、オフセット量ｅの法線方向の傾きθi,jによる余弦成分ｅ・cosθi,jを歯面座標データＰi,jのＸ成分ｘi,jから減算して電極座標データＱi,jのＸ成分ｘei,jを、オフセット量ｅの法線方向の傾きθi,jによる正弦成分ｅ・sinθi,jを歯面座標データＰi,jのＹ成分ｙi,jに加算して電極座標データＱi,jのＹ成分ｙei,jを、そして歯面座標データＰi,jのＺ成分ｚi,jをそのまま電極座標データＱi,jのＺ成分ｚei,jとしてそれぞれコンピュータに算出させる。
【００１４】
こうして得られる電極設計値に基づき、加工設計手順は、電極設計値に基づいて電極のCADデータをコンピュータに算出させ、このCADデータに基づいて加工装置を数値制御する数値制御データとして加工設計値をコンピュータに算出させるとよい。このとき、鍛造かさ歯車の回転軸をＺ軸とし、このＺ軸にＸ軸及びＹ軸を直交させた座標系(以下、加工設計座標系)によって表される加工設計値に基づいて電極材料を加工装置に切削加工させて製造させる。
【００１５】
このように、本発明の製造方法では、歯車設計値の歯車設計座標系、電極設計の電極設計座標系、そして加工設計値の加工座標系をそれぞれ利用する。いずれも、製品となる鍛造かさ歯車の回転軸をＺ軸とし、このＺ軸にＸ軸及びＹ軸を直交させた座標系であるから、各座標系を一致させておくと、それぞれの座標系に従って表される歯車設計値、電極設計、そして加工設計値相互の座標変換が不要になる。これは、製品のかさ歯車の転写構造となる金型を介さず、前記かさ歯車を基に直接金型製造用放電電極を設計及び製造する本発明の特徴である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の製造方法により、放電加工を利用した安価、容易かつ高精度の鍛造かさ歯車用金型の製造が可能となる。これは、歯車設計値から電極設計値に至るオフセット量の設定を、コンピュータの演算処理機能を利用して、効率よくかつ高精度に実施できることによる。歯車設計値の転写構造となる鍛造用金型は、製品となる鍛造かさ歯車の回転軸をＺ軸とし、このＺ軸にＸ軸及びＹ軸を直交させた座標系に従って、前記Ｘ軸及びＹ軸方向にオフセット量だけ揺動させながら電極材料を切削加工することで製造できる。
【００１７】
歯車設計値に対するオフセット量の設定は、特にまがりばかさ歯車において難しいとされるが、本発明の製造方法では、すぐばかさ歯車とまがりばかさ歯車とを区別することなく、同列に扱うことができる。これは、あくまで歯面をメッシュの交点で表す歯車設計値個々に対して個別にオフセット量を設定するようにしているからである。これにより、同一の設計及び製造ラインで、異なるすぐばかさ歯車の鍛造用金型とまがりばかさ歯車の鍛造用金型とを混在させて製造できる効果がもたらされる。
【００１８】
このほか、本発明は、歯車設計値としてマスターギアの歯面実測値を利用することもできる柔軟性を備え、新製又は複製のかさ歯車を安価な鍛造で生産できるようにする。現実には、新製のかさ歯車の場合、歯車設計値にオフセット量を設定することは、数値計算上比較的容易に考えられるが、マスターギアの歯面実測値にオフセット量を設定することは難しい。本発明は、こうしたマスターギアの歯面実測値にオフセット量を設定して、高精度の鍛造用金型を製造できるようにする効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、まがりばかさ歯車の設計から鍛造に至る手順を、図の参照に従って説明する。図１は各設計値を算出するコンピュータ及び５軸マシニングセンタからなる本発明に用いる装置構成を表した構成図であり、図２は歯車設計値から電極設計値を算出する過程を説明する歯面の模式図である。
【００２０】
本発明は、図１に見られるように、コンピュータ１により、歯車設計手順で歯車設計値を、次いで電極設計手順で電極設計値を、そして加工設計手順で加工設計値を算出する。算出のためのプログラムは、コンピュータ１に内蔵又は外部記憶装置に記憶させ、実行させる。加工製造手順では、前段としてコンピュータ１により前記加工設計値からCADデータを起こし、更に前記CADデータから数値制御データ(NCデータ)を算出する。そして、後段として前記数値制御データに基づいて５軸マシニングセンタ(NC加工装置)２による切削加工で電極を製造する。加工設計値に基づいた電極の製造は、このほか従来公知の各種手段を利用できるが、加工精度の観点から、数値制御加工装置(NC加工装置)を用いる製造手段が適している。
【００２１】
本発明は、揺動する電極の放電加工により金型材料に歯形を型彫り加工するため、前記電極の歯厚を揺動量に応じて縮小するオフセットを施す点に特徴がある。例えば、電極の揺動量が0.2mmで、電極が直径0.2mmの円周に沿った軌跡を描きながら揺動する場合、電極の揺動中心をＺ軸、電極歯形のＸＹ断面(水平断面)における歯面曲線の法線上で、前記揺動量の1/2、すなわち0.1mmのオフセット量を歯厚から減じることになる。
【００２２】
まず、歯車設計手順では、製品となる鍛造まがりばかさ歯車の仕様、例えば歯数、モジュールの大きさ、ピッチ角、歯先角、歯元角、そして歯幅等の数値設定から、従来公知の各種手順に従ってコンピュータにより歯車設計値を算出する。新製の鍛造まがりばかさ歯車の場合は、上記歯車設計値をそのまま使用して、コンピュータにより電極設計値を算出してもよい。これに対し、既製のまがりばかさ歯車(マスターギア)から鍛造まがりばかさ歯車を製造する場合、前記マスターギアの歯面実測値を測定し、仕様から算出した歯車設計値を前記歯面実測値に従って補正して、電極設計値の算出の基礎とする。歯面実測値による歯車設計値の補正は、従来公知の各種手順を利用できる。
【００２３】
上述のオフセット量の減算をコンピュータ上で容易に実行するため、具体的な歯車設計値は、図２に見られるように、鍛造かさ歯車の回転軸をＺ軸とし、該Ｚ軸にＸ軸及びＹ軸を直交させた歯車設計座標系によって表される歯面座標データＰi,j(ｉ＝１〜ｋ、ｊ＝１〜ｎ、ｋ及びｎは自然数)として、コンピュータに算出させている。各歯面座標データＰi,jは、前記歯車座標系上のｘi,j、ｙi,j、ｚi,jで表される３次元データである。また、この歯面座標データＰi,jは、各歯面に設定したｋ本の歯形ラインとｎ本の歯すじラインとの交点として得られる。歯形ライン及び歯すじラインの各本数が増えるほど歯車設計値が緻密になるが、後述する歯車設計値を得るための計算量が膨大になっていく。これから、歯形ラインは30〜40本、同じく歯すじラインは15〜25本を目安に設定するとよい。
【００２４】
実際の金型では、鍛造に際する鍛造材料の逃げを考慮し、製品となる鍛造まがりばかさ歯車の歯すじ方向に延長した拡張領域を設ける方が好ましい。これから、金型設計値を算出する基礎となる歯車設計値は、鍛造まがりばかさ歯車の歯面四隅に対応する歯車設計値からそれぞれ前記拡張領域に合わせて延長した座標データＰi,jを付加するとよい。この場合、歯面座標データＰi,jは、各歯面に前記拡張領域を付加した領域におけるｋ本の歯形ラインとｎ本の歯すじラインとの交点として得られる。
【００２５】
オフセット量は、歯車設計値の各歯面座標データＰi,jから減算する。このためには、各歯面座標データＰi,jのＸＹ平面(水平面)での法線方向(本例ではＸ軸に対する角度θi,jで表す)を明らかにしなければならない。本発明の電極設計手順では、任意の歯面座標データＰi,jの法線方向の角度θi,jを、前記歯面座標データＰi,jに隣接する歯面座標データＰi-1.j-1、Ｐi-1.j、Ｐi+1.j、Ｐi+1.j+1から算出する。歯面座標データＰ1,j、Ｐi,1、Ｐk,j及びＰi,nについては、前記各座標データの更に外周に仮想点を補完処理により設定し、隣接する４点の歯面座標データを得る。
【００２６】
ここで、歯面座標データＰi,jに隣接する歯面座標データＰi-1.j-1、Ｐi-1.j、Ｐi+1.j、Ｐi+1.j+1は、それぞれ歯面座標データＰi,jの歯すじラインを挟む両側の歯すじライン上にあり、かつ歯面座標データＰi,jのＸＹ平面を挟む関係にある歯面座標データである。すなわち、Ｐi-1.j-1及びＰi-1.j、Ｐi+1.j及びＰi+1.j+1がそれぞれ同一の歯すじラインにあり、本例ではｚi-1.j-1及びｚi.j+1はｚi,jより大きく(ＸＹ平面より上)、ｚi-1.j及びｚi+1.j+1はｚi,jより小さく(ＸＹ平面より下に)なる。
【００２７】
これから、歯面座標データＰi,jのＸＹ平面が歯面座標データＰi-1.j-1及びＰi-1.jを結ぶラインと交わる中間点データＰmi-1,j(ｘmi-1,j、ｙmi-1,j)は数１及び数２により、同じく前記ＸＹ平面が歯面座標データＰi+1.j及びＰi+1.j+1を結ぶラインと交わる中間点データＰmi+1,j(ｘmi+1,j、ｙmi+1,j)は数３及び数４によって算出できる。
【００２８】
［数１］
ｘmi-1,j＝
ｘi-1,j-1-(ｘi-1,j-1-ｘi-1,j)×((ｚi-1,j-1-ｚi,j)/(ｚi-1,j-1-ｚi-1,j))
【００２９】
［数２］
ｙmi-1,j＝
ｙi-1,j-1-(ｙi-1,j-1-ｙi-1,j)×((ｚi-1,j-1-ｚi,j)/(ｚi-1,j-1-ｚi-1,j))
【００３０】
［数３］
ｘmi+1,j＝
ｘi+1,j-(ｘi+1,j-ｘi+1,j+1)×((ｚi+1,j-ｚi,j)/(ｚi+1,j-ｚi+1,j+1))
【００３１】
［数４］
ｙmi+1,j＝
ｙi+1,j-(ｙi+1,j-ｙi+1,j+1)×((ｚi+1,j-ｚi,j)/(ｚi+1,j-ｚi+1,j+1))
【００３２】
こうして得られる中間点データＰmi-1,j、Ｐmi+1,jを結ぶ直線は、歯面座標データＰi,jにおける接線となるから、この直線の傾きから歯面座標データＰi,jにおける法線方向の角度θi,jを数５により求めることができる。
【００３３】
［数５］
θi,j＝tan-1((ｙmi-1,j-ｙmi+1,j)/(ｘmi-1,j-ｘmi+1,j))
【００３４】
そして、電極の揺動量の1/2をオフセット量ｅとすれば、製品である鍛造まがりばかさ歯車の回転軸をＺ軸とし、このＺ軸にＸ軸及びＹ軸を直交させた電極設計座標系によって表される電極座標データＱi,jは、次に示す数６〜７によって求められる。各電極座標データＱi,jは、前記歯車座標系上のｘei,j、ｙei,j、ｚei,jで表される３次元データである。ここで、オフセット量ｅは、右歯面の場合を正とし、左歯面の場合を負とする。これから分かるように、電極座標データＱi,jは、歯面座標データＰi,jに対してＸＹ平面(水平面)内においてオフセット量ｅだけ減じたデータになっている。
【００３５】
［数６］
ｘei,j＝ｘi,j-ｅ×cosθi,j
【００３６】
［数７］
ｙei,j＝ｙi,j＋ｅ×sinθi,j
【００３７】
［数８］
ｚei,j＝ｚi,j
【００３８】
ここまでの計算は、ある歯面(右歯面又は左歯面のいずれか一方)上の歯面座標データＰi,jから、対応する電極座標データＱi,jを算出するだけである。これから、実際の計算量は、上述までの計算手順を右歯面及び左歯面それぞれの歯面上の全歯面座標データＰi,j(ｉ＝１〜ｋ、ｊ＝１〜ｎ、ｋ及びｎは自然数)だけ繰り返し、更に歯数だけこれらの計算を実施することになる。この計算量は膨大となるが、本発明のようにコンピュータを用いることで、短時間かつ正確に処理することができる。
【００３９】
加工設計手順は、電極設計値から、製品となる鍛造まがりばかさ歯車の回転軸をＺ軸とし、このＺ軸にＸ軸及びＹ軸を直交させた加工設計座標系によって表される加工設計値をコンピュータにより算出する。具体的には、電極設計値から電極のCADデータをコンピュータにより作成し、更にこのCADデータを数値制御データ(NCデータ)をコンピュータにより算出する。そして、加工製造手順で、前記数値制御データを５軸マシニングセンタ(加工装置)に受け渡し、この５軸マシニングセンタにより電極材料(例えば純銅)をボールエンドミル等で切削加工して、電極を得る。
【実施例】
【００４０】
次に、本発明に基づき、鍛造まがりばかさ歯車の設計から製造までを実施してみた。製品となるまがりばかさ歯車の諸元表を表１に、鍛造素材と製品である鍛造まがりばかさ歯車との対比を図３にそれぞれ示す。歯車設計値は、前記表１の諸元表に基づき、コンピュータにより算出する。製品となる鍛造まがりばかさ歯車が既製の複製である場合、この既製の鍛造まがりばかさ歯車を測定した歯面実測値を元に、前記歯車設計値を補正した値を、基礎となる歯車設計値とすることは、上述した通りである。
【００４１】
【表１】
2005103555.tif 000003
【００４２】
実施例に用いた歯車設計値は、35本の歯形ラインと21本の歯すじラインとの交点である歯面上の歯面座標データＰi,j(ｉ＝１〜21、ｊ＝１〜35)からなる(図２参照)。電極設計値である電極座標データＱi,jは、電極の揺動量は0.2mm、オフセット量ｅ＝0.1mmとして、前記各歯面座標データＰi,jから算出した。そして、電極設計値から電極のCADデータをコンピュータ(３次元CAD/CAM)により作成し、更にこのCADデータから数値制御データ(NCデータ)をコンピュータにより算出した。
【００４３】
実施例では、純銅を電極材料とし、５軸マシニングセンタ(加工装置)により前記電極材料に切削加工を施して、電極を製造した。使用したボールエンドミルの直径は0.5mm、５軸マシニングセンタによる加工条件は、切削速度20ｍ/min、送り200mm/min、切込み0.05mmである。こうして得られた電極の外観を図４、電極の歯面を測定した歯形誤差のグラフを図５a、そして同歯すじ誤差のグラフを図５bに示す(各グラフの縦軸の単位はμｍ、以下同種グラフも同様)。この電極における歯形誤差及び歯すじ誤差はほぼ等しく、平均して25μｍ程度であった。
【００４４】
ここで、上記電極における歯形誤差又は歯すじ誤差は、３次元測定機により測定した電極の歯面実測値と歯車設計値との差分として求めている。具体的には、電極の小径を測定して中心軸を定め、小径側端面を基準となるＸＹ平面とし、前記中心及びＸＹ平面から求められる原点を基準として、歯車設計値と歯面実測値とを対比する。
【００４５】
実施例では、切削に使用したボールエンドミルの直径に対する突き出し長さが大きいため、電極の歯面の加工位置によってボールエンドミルの撓みの程度が変化し、これが前記歯形誤差又は歯すじ誤差に繋がったと思われる。この歯形誤差又は歯すじ誤差が、製品となる鍛造まがりばかさ歯車の精度に及ぼす影響(転写精度の評価)は、後述する。
【００４６】
こうして製造した電極を用いた金型の放電加工は、従来公知の手順に従うが、本例のような鍛造まがりばかさ歯車を目的とする金型の場合、電極の運動が若干異なる。具体的には、型彫り部位との間で放電が開始する距離まで電極を金型材料に接近させ、前記放電の繰り返しにより除去加工が進展する間、電極を上下、回転及び揺動させる。通常の放電加工では、電極は単に上下するだけであるが、本例では捩じれた歯面を放電加工により作成するため、前述のように、電極の上下に加え、回転及び揺動の運動が加わっている。
【００４７】
実施例では、60 HRCの熱処理を施した粉末高速度銅を金型材料とし、粗電極による放電加工、次いで仕上げ電極による放電加工の順で、前記金型材料に型彫り加工を施し、金型を製造した。粗電極及び仕上げ電極は、放電加工の手順に対応した呼称であり、両者は上述までの手順で製造される同じ形状の電極である。通常、粗電極による放電加工は粗く、金型表面に再焼入れ層等の殆化した熱影響層が生成される。この熱影響層が金型に残存すると、微小クラックを生じる虞れがある。このため、実施例では片肉0.05mmを残して型彫り加工し、前記熱影響層を仕上げ電極による放電加工で除去している。このため、粗電極及び仕上げ電極は、同じ上下運動、回転運動及び揺動運動をさせている。
【００４８】
粗電極及び仕上げ電極の回転量は、放電加工の進行に従って増大する。前記回転量の増大傾向を調べるため、中央の歯すじライン上の座標データＱ11,1〜Ｑ11,35がＸ軸上に達するまでの回転角φを計算した。例えば、右歯面における回転角φrjは、数９により導かれる。この回転角φrjの増大傾向を図６に示す。結果から分かるように、電極の小径側から大径側に向かって大きくなっている。同様に左歯面についても回転角φljを算出し、これら回転角φrj及びφljの関係を表したものが、図６である。こうして、粗電極及び仕上げ電極は、放電加工の進行＝Ｚ軸の移動量に応じて前記回転角φrj及びφljの平均だけ回転させ、更に前記回転位置でオフセット量ｅに従った揺動(円運動)で動かして放電加工する。
【００４９】
［数９］
φrj＝(tan-1(ｙri,j/ｘri,j)-tan-1(ｙi,1/ｘi,1))/(ｚri,j-ｚri,1)
【００５０】
仕上げ電極による放電加工を終えた金型は、更に歯面に対してDLC処理を施して、鍛造に用いる金型とした。このDLC処理を施した金型における歯面を測定した結果を図７a及び図７bに示す。ここで、前記金型における歯形誤差又は歯すじ誤差は、３次元測定機により測定した金型の歯面実測値と歯車設計値との差分であり、上述した電極の歯形誤差又は歯すじ誤差と同じ手順で求めている。実施例の金型における歯形誤差は、最大18μｍであり、上述した電極における歯形誤差よりも小さくなっている。
【００５１】
DLC処理を施した金型を用いた鍛造まがりばかさ歯車の製造は、鍛造素材が金型の小径側から大径側へと塑性流動する閉塞鍛造方式を採用した。鍛造荷重は、359kNである。こうして製造された鍛造まがりばかさ歯車の歯面を測定した結果を、図８a及び図８bに示す。まがりばかさ歯車の歯面精度についての規格がないため、同等の大きさのすぐばかさ歯車の規格 JIS６級(許容値35μｍ以下)を参考にした場合、実施例における鍛造まがりばかさ歯車の歯面精度は、十分許容値内に収まっていると判断できる。
【００５２】
ここで、上記製品となる鍛造まがりばかさ歯車における歯形誤差又は歯すじ誤差は、３次元測定機により測定した鍛造まがりばかさ歯車の歯面実測値と歯車設計値との差分として求めている。しかし、上述した電極又は金型と異なり、鍛造まがりばかさ歯車は、塑性流動によるうねりが小径側端面に存在するため、小径中心から基準面を求められない。そこで、この鍛造まがりばかさ歯車については、Ｘ軸及びＹ軸上にあたる４つの歯について歯面実測値を得て、各歯面実測値を歯車設計値と一致させるＺ軸移動量を平均化して原点の座標を確定し、この原点を基準として歯車設計値と歯面実測値とを対比している。
【００５３】
電極、金型、そして鍛造まがりばかさ歯車の各歯面についての歯形誤差及び歯すじ誤差を比較したグラフを、図９a及び図９bに示す。これから明らかなように、歯面中央付近における歯形誤差は、電極、金型、そして鍛造まがりばかさ歯車のいずれも約８μｍであり、電極から金型、金型から鍛造まがりばかさ歯車への転写精度は優れていることが分かる。これは、放電加工における揺動に合わせた電極を製造できることにより、電極から鍛造まがりばかさ歯車へ、歯面が正確に転写できるようになったことを証明している。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、現在数の少ない鍛造かさ歯車、特に鍛造まがりばかさ歯車の製造に用いる金型を、容易かつ精度よく製造するための放電加工用の電極を提供する。これは、直接的に鍛造かさ歯車の製造に結びつくものではないが、鍛造かさ歯車を精度よく安価に製造する前提として精度のよい金型が必要であり、ひいてはこの金型を製造する技術が重要となる。このように、本発明は間接的に鍛造かさ歯車の製造に貢献し、従来に比べて安価かつ入手容易な鍛造かさ歯車の普及を担う産業上の利用可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】各設計値を算出するコンピュータ及び５軸マシニングセンタからなる本発明に用いる装置構成を表した構成図である。
【図２】歯車設計値から電極設計値を算出する過程を説明する歯面の模式図である。
【図３】鍛造素材と製品である鍛造まがりばかさ歯車との対比を表す模式図である。
【図４】NC切削により製造された電極の例を表す斜視図である。
【図５ａ】電極における歯面の歯形誤差を表すグラフである。
【図５ｂ】電極における歯面の歯すじ誤差を表すグラフである。
【図６】電極のＺ軸に対する歯面上のＰi,jがＸ軸となす回転角φを表す模式図である。
【図７ａ】金型における歯面の歯形誤差を表すグラフである。
【図７ｂ】金型における歯面の歯すじ誤差を表すグラフである。
【図８ａ】鍛造まがりばかさ歯車における歯面の歯形誤差を表すグラフである。
【図８ｂ】鍛造まがりばかさ歯車における歯面の歯すじ誤差を表すグラフである。
【図９ａ】金型、電極、そして鍛造まがりばかさ歯車における各歯面の歯形誤差を表すグラフである。
【図９ｂ】金型、電極、そして鍛造まがりばかさ歯車における各歯面の歯すじ誤差を表すグラフである。
【符号の説明】
【００５６】
１  コンピュータ
２  ５軸マシニングセンタ(NC加工装置)
【図１】
2005103555.tif 000004
【図２】
2005103555.tif 000005
【図３】
2005103555.tif 000006
【図５ａ】
2005103555.tif 000007
【図５ｂ】
2005103555.tif 000008
【図６】
2005103555.tif 000009
【図７ａ】
2005103555.tif 000010
【図７ｂ】
2005103555.tif 000011
【図８ａ】
2005103555.tif 000012
【図８ｂ】
2005103555.tif 000013
【図９ａ】
2005103555.tif 000014
【図９ｂ】
2005103555.tif 000015
【図４】
2005103555.tif 000016