(57)【要約】【課題】切削油を使用せずに高速での切削加工によっても、歯車のオス芯金へのカジリ喰い付きを防止して生産性を向上させると共に、切削油の供給装置や廃油処理を省いてコストを大幅に低減させたドライ切削歯切盤を提供するものである。【解決手段】先端側に円筒状の被加工材９を貫通して支持するオス芯金１と、オス芯金１の支持棒２の先端が挿入される挿入孔５を先端側に形成したメス芯金６と、ホブ１１とから構成され、支持棒２の先端側に被加工材９を貫通して支持させた状態で、先端をメス芯金６の挿入孔５に挿入して被加工材９を両側から水平に保持した状態で回転させ、被加工材９の軸方向と直交する方向からホブ１１を回転させて歯切りする歯切盤において、オス芯金１を１００〜２００℃の平均線膨張率が１．５×１０ー６以下の低い材料で形成すると共に、表面に硬質メッキ層２３を形成したものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端側に円筒状の被加工材を貫通して支持するオス芯金と、オス芯金の先端が挿入される挿入孔を先端側に形成したメス芯金と、ホブとから構成され、オス芯金の先端側に被加工材を貫通して支持させた状態で、先端をメス芯金の挿入孔に挿入して被加工材を両側から水平に保持した状態で回転させ、被加工材の軸方向と直交する方向からホブを回転させて歯切りする歯切盤において、オス芯金を１００〜２００℃の平均線膨張率が１．５×１０ー６以下の低い材料で形成すると共に、表面を硬質メッキしたことを特徴とするドライ切削歯切盤。
【請求項２】
請求項１記載のドライ切削歯切盤において、更に、芯金に支持された被加工材とホブの近傍にエアーブロアーを設けたことを特徴とするドライ切削歯切盤。    
【請求項３】
オス芯金が線膨張率の低いインバーまたはスーパーインバーもしくはステンレスインバーで形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のドライ切削歯切盤。
【請求項４】
オス芯金の表面に施す硬質メッキがクロムメッキであることを特徴とする請求項１または２記載のドライ切削歯切盤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削油を使用しないドライ切削を可能にした歯切盤に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ねじなどの切削を行なう歯切盤では、切削油を被加工材とホブに注ぎながら加工部の冷却と、切粉の除去、および潤滑を行なっていた。しかしながら、多量の切削油を使用するため、歯切盤の近傍に飛散し床が油で滑り易く危険であるばかりか、切削油の浄化や廃油の処理などに多大の設備とコストが掛かる問題があった。
【０００３】
このため、切削油を使用しない種々のドライ切削加工が検討されてきている。例えば被加工材の温度を測定し、室温との差から被加工材の温度上昇を求め、膨張した後の仕上げ寸法を求め、膨張後の仕上寸法に公差分を加算して、最終仕上げ寸法を決めた後、基準寸法を最終仕上げ寸法に補正してＮＣプログラムを実行するドライ仕上げ加工方法がある（特許文献１）。
【０００４】
しかしながらこの方法はモジュールが大きく、切削回転速度が遅い歯車の加工には適用できるが、モジュールが小さく、切削回転速度が速い小型の歯車の加工には、温度の正確な測定が困難で使用できない問題があった。
【０００５】
またこの他のドライ切削としてはホブの刃溝に沿ってエアーを吹き付ける方法（特許文献２）や、ホブの表面に、チタンとアルミニウムおよび窒化物形成元素を主成分とする膜を形成すると共に、切削速度を規定する方法（特許文献３）などがある。
【０００６】
このため本発明者等は、被加工材の温度測定やホブの改良を必要としないドライ切削加工を研究し、その問題点を検討した。切削油を使用しないでホブを毎分１０００〜３０００回転程度の低い回転で歯車を切削加工する場合は比較的問題が少ないが、生産性を上げるため毎分８０００〜１５０００回転程度の高速回転でモジュールの小さい小型の黄銅の歯車を加工すると、加工された歯車がオス芯金にカジリ喰い付いて外れなく問題が発生した。この原因について調べたところ、図３に示すようにオス芯金１の先端側の支持棒２の表面に黄銅痕３が筋状に付着し、歯車４の内周がカジリ喰い付くことが原因であることが判明した。
【０００７】
この筋状に付着し黄銅痕３の本数は、メス芯金６の先端に形成したスリップ止め爪７の爪数と一致しており、切削加工時にこの爪７で削り取られた黄銅の切粉が歯車４の内側に侵入し、これが熱膨張したオス芯金１の支持棒２の外周と摩擦して付着したものと考えられる。更に図４（Ａ）に示すようにオス芯金１の先端に挿着された円筒状の被加工材９は、ホブで切削されて図４（Ｂ）に示すように歯車４に加工されると、塑性変形して内径が縮小する。この結果、高速回転で加工すると、オス芯金１が熱膨張し、この表面に筋状に付着した黄銅痕３と、塑性変形による歯車内径の縮小とが相互に作用して、歯車４の内周のカジリ喰い付きが発生したものと考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４０３８８０４号公報
【特許文献２】特開２００１ー８７９４５号公報
【特許文献３】特開２０００ー２４８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記問題を改善し、切削油を使用せずに高速での切削加工によっても、歯車のオス芯金へのカジリ喰い付きを防止して生産性を向上させると共に、切削油の供給装置や廃油処理を省いてコストを大幅に低減させたドライ切削歯切盤を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の請求項１記載のドライ切削歯切盤は、先端側に円筒状の被加工材を貫通して支持するオス芯金と、オス芯金の先端が挿入される挿入孔を先端側に形成したメス芯金と、ホブとから構成され、オス芯金の先端側に被加工材を貫通して支持させた状態で、先端をメス芯金の挿入孔に挿入して被加工材を両側から水平に保持した状態で回転させ、被加工材の軸方向と直交する方向からホブを回転させて歯切りする歯切盤において、オス芯金を１００〜２００℃の平均線膨張率が１．５×１０ー６以下の低い材料で形成すると共に、表面を硬質メッキしたことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の請求項２記載のドライ切削歯切盤は、請求項１記載のドライ切削歯切盤において、更に、芯金に支持された被加工材とホブの近傍にエアーブロアーを設けたことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の請求項３記載のドライ切削歯切盤は、請求項１または２において、オス芯金が線膨張率の低いインバーまたはスーパーインバーもしくはステンレスインバーで形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の請求項４記載のドライ切削歯切盤は、請求項１または２において、オス芯金の表面に施す硬質メッキがクロムメッキであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る請求項１記載のドライ切削歯切盤によれば、ドライ切削加工でカジリ喰い付きを発生する最大の原因がオス芯金の熱膨張であることを見いだし、オス芯金を低線膨張率の材料で形成することにより、ホブが高速回転でモジュールの小さい歯車を切削してもオス芯金の熱膨張が少なく、しかもオス芯金の表面には硬質メッキ層が形成されて表面硬度が高いので、歯車加工により塑性変形して内径が縮小しても、切粉の付着による歯車の内周のカジリ喰い付きを防止して生産性を大幅に向上させることができる。    
【００１５】
このように切削油を使用しない高速加工が可能となったので、歯切盤の近傍に切削油が飛散せず、作業環境が良好になると共に、切削油の付着した加工後の歯車の乾燥工程を省き、切削油の浄化や廃油の処理なども不要となり設備や製造コストを大幅に低減することができた。
【００１６】
また請求項２記載のドライ切削歯切盤によれば、被加工材とホブの近傍にエアーブロアーを設けたので、オス芯金や被加工材およびホブを冷却してオス芯金の熱膨張を抑えてカジリ喰い付きを防止することができると共に、切粉を吹き飛ばすことができる。
【００１７】
また請求項３記載のドライ切削歯切盤によれば、オス芯金が線膨張率の低いインバーまたはスーパーインバーもしくはステンレスインバーで形成されているので、オス芯金の熱膨張を効果的に抑えてカジリ喰い付きを防止することができる。
【００１８】
また請求項４記載のドライ切削歯切盤によれば、オス芯金の表面の硬質メッキがクロムメッキで形成されているので、切粉の付着を防止できると共に耐摩耗性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下本発明の実施の一形態を図１および図２を参照して詳細に説明する。図において１はドライ切削歯切盤の要部を示すもので、図示しないスピンドルモータの軸先端に水平方向に回転するホブ１１が取付けられ、この手前に円筒状の被加工材９を支持したオス芯金１とメス芯金６が水平に取付けられている。ホブ１１は、図示しないスピンドルモータに接続され、これは前後進と左右の移動を行なうガイドテーブルに接続されている。
【００２０】
前記メス芯金６は図示しないサーボモータに接続した芯金ホルダー１２に取付けられている。またオス芯金１は芯金ホルダー１３に取付けられ、これは図示しない歯車とシャフトを介して前記メス芯金６を駆動するサーボモータに接続されていると共に、可動テーブルに取付けられてオス芯金１を前後進自在に支持している。またオス芯金１とメス芯金６との手前には被加工材９を搬送するパーツフィーダー１４が前後進自在に設けられ、更にこの下方にバケット１５が前後進自在に設けられている。更に被加工材９とホブ１１の切削加工部に近接してそれぞれエアーブロアー１６が取付けられている。
【００２１】
またオス芯金１は１００〜２００℃の平均線膨張率が１．５×１０ー６以下の低い材料で形成されている。例えばインバーまたはスーパーインバーもしくはステンレスインバーなどの低線膨張率の材料で形成されている。平均線膨張率が１．５×１０ー６以下に限定した理由は、温度によって線膨張率が増加していくが、切削加工時の温度が１００〜２００℃程度になるので、この範囲でオス芯金１の熱膨張を低く保持するためである。
【００２２】
前記オス芯金１は図２に示すように、先端側に支持棒２が形成され、この後部側に段部２０とテーパー２１が形成され、この内側に空胴部２２が形成されている。更にこのオス芯金１の表面にはクロムメッキなどの硬質メッキ層２３が形成されている。このインバーなどの低線膨張率の材料は焼き入れができないため、硬質メッキ層２３をメッキすることにより表面硬度を向上させることができる。
【００２３】
またメス芯金６は、安価な鉄系の材料で形成され、先端側に挿入孔５が形成され、この先端部周囲にスリップ止め爪７が形成されている。また中間部にはテーパー２１が形成されていると共に、後部の内側に空胴部２２が形成されている。なおメス芯金６は焼き入れによって表面硬度を向上させている。
【００２４】
上記構成のドライ切削歯切盤の動作について図１を参照して説明すると、ホブ１１が後退し、左右のオス芯金１とメス芯金６との間が開いた状態で、円筒状の被加工材９をパーツフィーダー１４で保持して前進し、オス芯金１とメス芯金６との間に被加工材９を搬送する。この後、可動テーブルに支持されたオス芯金１が前進し、その先端側の支持棒２が被加工材９を貫通してメス芯金６の挿入孔５に挿入され、被加工材９は、オス芯金１の段部２０とメス芯金６のスリップ止め爪７との間で両側が挟持される。この後、パーツフィーダー１４が後退して元の位置に復帰する。
【００２５】
次いでサーボモータが回転するとメス芯金６が回転すると共に、サーボモータに歯車とシャフトを介して連結されているオス芯金１も回転して被加工材９が回転する。この状態でスピンドルモータの軸先端に取付けたホブ１１が前進してから横方向に移動して、回転しながら被加工材９の一端側に接触して、その軸方向に沿って移動しながら切削して歯車４が形成される。
【００２６】
この後、ホブ１１が後退して元の位置に戻って待機状態となると共に、左右のオス芯金１とメス芯金６が回転を停止する。この後、バケット１５が歯車４の下方に進出して、オス芯金１が後退すると、この支持棒２が抜けてここに支持されていた歯車４が落下して、バケット１５に収納されると、元の位置に復帰して歯車４が排出される。
【００２７】
この歯車４の切削過程で、オス芯金１はインバーまたはスーパーインバーもしくはステンレスインバーなど１００〜２００℃の平均線膨張率が１．５×１０ー６以下の低い材料で形成されて、鉄系材料の１０分の１程度なので、ホブ１１が１５０００回転程度の高速回転で切削しても熱膨張が少ない。更にオス芯金１は内部に空胴部２２が形成されていると共に、エアーブロアー１６により空冷されているので熱膨張を抑えることができると共に、切粉を吹き飛ばすことができる。更にオス芯金１の表面には硬質メッキ層２３が形成され表面硬質が高いので、歯車４や切粉による摩耗や付着を防止することができる。
【００２８】
この結果、歯車４の切削中に切粉が内側に侵入し、歯車加工により塑性変形して内径が縮小しても、支持棒２の膨張が極めて少ないので、歯車４の内周のカジリ喰い付きを防止することができる。つまり本発明は、ドライ切削加工でカジリ喰い付きを発生する最大の原因が支持棒２の熱膨張であることを見いだし、これを抑えることにより、モジュールが小さく、切削回転速度が速い小型の歯車の加工でも切削油を全く使用しないドライ加工が可能になったものである。このように切削油を使用しないので、歯切盤の近傍に切削油が飛散せず、作業環境を良好に維持できると共に、切削油の付着した加工後の歯車の乾燥工程を省き、切削油の浄化や廃油の処理なども不要となり設備や製造コストを大幅に低減することができる。
【実施例】
【００２９】
オス芯金１を１００〜２００℃の平均線膨張率が１．２×１０ー６のインバーを用い、表面をクロムメッキ（ＨＲｃ６４以上）した。また被加工材９として黄銅を用い、外径７．５ｍｍ、内径３ｍｍ、長さ１１ｍｍの円筒状のものを用い、モジュール０．４の歯車４を加工した。ホブ１１は毎分１４０００回転で、エアーブロアー１６を加工部分の近傍に噴射しながら、連続加工を６２４個、８７０個、８０９個５０７個の計４回で合計２８１０個行なったが、歯車４のオス芯金１の支持棒２へのカジリ喰い付きが全く発生せず、また歯筋精度もＪＩＳ０級で良好であった。
【００３０】
また上記説明では被加工材９として黄銅を用いた場合について説明したが、りん青銅や快削鋼なども加工することができる。なお上記説明ではオス芯金１を低線膨張率の材料で形成し、メス芯金６を安価で焼き入れが可能な鉄系材料で形成した場合について説明したが、メス芯金６も低線膨張率の材料で形成したものでも良い。また硬質メッキとしてはクロムメッキに限らず、表面硬度が向上する処理であれば他のメッキでも良い。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の一形態によるドライ切削歯切盤の要部平面図である。
【図２】図１のオス芯金とメス芯金の断面図である。
【図３】従来の歯切盤で切削した時のオス芯金に形成された黄銅痕を示す平面図である。
【図４】（Ａ）はオス芯金の支持棒に被加工材を支持した状態を示す断面図、（Ｂ）は歯車を加工した後、内径が収縮してオス芯金にカジリ喰い付いた状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１    オス芯金                                              
２    支持棒                                                
３    黄銅痕                                                
４    歯車                                                  
５    挿入孔                                                
６    メス芯金                                              
７    スリップ止め爪                                        
９    被加工材                                              
１１  ホブ                                                  
１２  芯金ホルダー                                          
１３  芯金ホルダー                                          
１４  パーツフィーダー                                      
１５  バケット                                              
１６  エアーブロアー                                        
２０  段部                                                  
２１  テーパー                                              
２２  空胴部                                                
２３  硬質メッキ層                                          
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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