(57)【要約】【課題】研削加工の対象とされる歯車と砥石を噛合わせた状態で互いに回転させることにより、歯車を研削加工する歯車研削盤であって、研削加工する際にうねりの発生を抑制できる歯車研削盤を提供する。【解決手段】本発明の歯車研削盤は、歯車を研削加工する砥石２１と、砥石２１を支持する砥石軸２２と、砥石軸２２をその軸線周りに回転可能に支持する軸受と、軸受に予圧を与える予圧付与手段４０と、砥石軸２２の回転数に応じて、予圧付与手段４０による予圧を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯車を研削加工する砥石と、
前記砥石を支持する砥石軸と、
前記砥石軸をその軸線周りに回転可能に支持する軸受と、
前記軸受に予圧を与える予圧付与手段と、
前記砥石軸の回転数に応じて、前記予圧付与手段による前記予圧を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする歯車研削盤。
【請求項２】
前記制御部は、
前記砥石軸の回転数から求められる前記砥石軸の振動数と、前記砥石及び前記砥石軸を含む砥石ヘッドの振動から求められる前記砥石軸の固有振動数と、の比較結果に基づいて、前記予圧付与手段による前記予圧を制御する、
請求項１に記載の歯車研削盤。
【請求項３】
前記軸受は、
前記砥石が設けられる砥石側において前記砥石軸を支持する砥石側軸受と
前記砥石側軸受より相対的に後側に位置している反砥石側軸受と、を有し、
前記予圧付与手段は、前記砥石側軸受及び前記反砥石側軸受の一方又は双方に前記予圧を付与する、
請求項１又は請求項２に記載の歯車研削盤。
【請求項４】
複数の前記砥石側軸受を備え、
隣接する前記砥石側軸受の間に、前記予圧付与手段が設けられる、
請求項３に記載の歯車研削盤。
【請求項５】
前記予圧付与手段は、圧電素子からなる、
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の歯車研削盤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車研削盤に関する。
【背景技術】
【０００２】
歯車は、その使用目的により、高い加工精度が求められる。高い加工精度が求められる歯車は、最終工程として、歯車研削盤による研削加工が行われる。
【０００３】
歯車９０は、図７に示すように、歯底９３から歯先９４まで隆起して歯９１が形成されている。歯先９４と歯底９３は、歯面９６を介して繋がっている。歯面９６には、歯面９６と図示しないピッチ円が交わる箇所に歯すじ９５が形成されている。
ここで、高い精度で歯車を製作する上で、いくつかの課題が想定される。その一つとして、歯すじ９５に沿って生じる波状の突起であるうねりを抑える必要がある。特許文献１には、創成法により歯切りをする過程で、うねりの発生を抑える装置が提案されている。
【０００４】
しかし、うねりは、歯切りがなされた後に行われる研削加工においても生じうる。したがって、歯切りの段階でうねりを抑えたとしても、高い精度が要求される歯車については、うねりが生じることで、要求される加工精度を満たさなくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−１１４４２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上より本発明は、研削加工する際にうねりの発生を抑制できる歯車研削盤を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、後述する砥石軸の固有振動数と砥石軸の振動数の整数倍が近接した場合に、歯すじにうねりが生じる場合があることを見出し、本発明に至った。
【０００８】
すなわち本発明の歯車研削盤は、歯車を研削加工する砥石と、砥石を支持する砥石軸と、砥石軸をその軸線周りに回転可能に支持する軸受と、軸受に予圧を与える予圧付与手段と、砥石軸の回転数に応じて、予圧付与手段による予圧を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、研削加工の工程において、砥石軸の回転数に応じて、予圧付与手段による予圧を制御するので、歯車の歯すじに、うねりが生じるのを抑えることができる。しかも、本発明は砥石軸を支持するためにもともと備えている軸受を利用するので、新たに加える部材を最小限に抑えることができる。
【０００９】
本発明における歯車研削盤は、制御部が、砥石軸の回転数から求められる砥石軸の振動数と、砥石及び砥石軸を含む砥石ヘッドの振動から求められる砥石軸の固有振動数と、の比較結果に基づいて、予圧付与手段による予圧を制御する、ことが好ましい。
予圧付与手段による予圧を制御することで、歯車研削盤により歯車を研削している運転中に、歯車の歯すじにうねりが生じるのを迅速に抑えることができる。
【００１０】
本発明の歯車研削盤において、軸受は、砥石が設けられる砥石側において砥石軸を支持する砥石側軸受と、砥石側軸受より相対的に後側に位置している反砥石側軸受と、を有する場合に、予圧付与手段は、砥石側軸受及び反砥石側軸受の一方又は双方に予圧を付与するように設けることができる。好ましくは、予圧付与手段は、砥石ヘッドの振動に与える影響の大きい砥石側軸受に設ける。複数の砥石側軸受が設けられる場合には、隣接する砥石側軸受の間の間座位置に、予圧付与手段を設けることができる。
【００１１】
本発明の歯車研削盤において、予圧付与手段を圧電素子で構成することが好ましい。
電圧を印加するだけで磁石軸の固有振動数を調整できるからである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、研削加工の工程において、砥石軸の回転数に応じて、予圧付与手段による予圧を制御するので、歯車の歯すじに、うねりが生じるのを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る歯車研削盤の概略構成を示す側面図である。
【図２】図１の実施形態の要部を示す斜視図である。
【図３】図２の一部の概略構成を示す断面図である。
【図４】砥石軸の回転数と砥石軸の振動数の関係を示すグラフである。
【図５】砥石側軸受けの予圧と、砥石軸の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の他の実施形態の調整作業の工程を示すフロー図である。
【図７】歯車の一部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る歯車研削盤１の一実施形態について説明する。
【００１５】
本実施形態の歯車研削盤１は、図２に示すように、研削加工の対象とされる歯車９０と砥石２１を噛合わせた状態で互いに回転させることにより、歯車９０を研削加工するものである。歯車研削盤１は、研削加工時に、砥石軸２２の固有振動数と、砥石軸２２の回転数あるいはその整数倍から算出される振動数が近似することにより、うねりが発生するのを抑制する。
【００１６】
歯車研削盤１は、図１及び図２に示すように、ベッド１１と、ベッド１１に支持され、水平方向Ｘに移動可能なコラム１２と、コラム１２に支持され、鉛直方向Ｚに昇降可能なサドル１３と、サドル１３の先端側に支持され、後述する砥石軸２２の回転軸線Ａの送り方向Ｙに移動可能な砥石駆動部２０と、を有している。ベッド１１の上には、図１に示すように、歯車９０をその先端で支持する回転テーブル１５が固定テーブル１６の上面に固定されており、この回転テーブル１５は、図示を省略するモータにより、回転軸線Ｃの周りに回転可能とされている。
歯車研削盤１は、ＮＣ（Numerical Control）による制御部５０により、コラム１２、サドル１３及び砥石駆動部２０を駆動させて、砥石２１を水平方向Ｘ、鉛直方向Ｚ及び送り方向Ｙに移動させることができる。
【００１７】
図３に示すように、砥石駆動部２０は、歯車９０を研削する砥石２１と、砥石２１が脱着可能に取付けられた砥石軸２２と、を有している。なお、砥石駆動部２０において、砥石２１が取り付けられる側を砥石側と定義し、その反対側を反砥石側と定義する。
【００１８】
砥石軸２２は、スピンドル部２３と、スピンドル部２３の前端と繋がる砥石取付部２４と、を備え、スピンドル部２３と砥石取付部２４はいずれも円柱状をなしている。スピンドル部２３は、後述するケーシング３０の内部に保持され、砥石取付部２４は、ケーシング３０から露出する。スピンドル部２３は、回転電機３３によって、回転軸線Ａの周りに回転する。
【００１９】
砥石軸２２の砥石取付部２４は、外周面に嵌合されている筒状のアタッチメント２６を介して、砥石２１を着脱可能に装着される。砥石２１は、歯車９０の歯９１に倣う形状のねじ山が外周面に螺旋状に形成されている。
本実施形態では、図２及び図３に示すように、砥石軸２２の砥石取付部２４とアタッチメント２６と砥石２１により、砥石ヘッド２５が形成されている。
【００２０】
歯車研削盤１は、砥石ヘッド２５の振動を計測するための加速度計２８を備える。加速度計２８は、砥石軸２２の振動を直接的に又は間接的に受ける任意の部位に設けることができる。例えば、図３に示すように、後述するケーシング３０に設ける、など、歯車研削盤１の運転中に砥石駆動部２０等の回転する部分ではなく静止している部分に、任意に選択できる。
【００２１】
砥石駆動部２０は、図３に示すように、ケーシング３０に保持されている。
ケーシング３０は、筒状の形態をなしており、砥石軸２２を回転させる回転電機３３を砥石軸２２とともに収容し、かつ、保持する。
ケーシング３０は、スピンドル部２３の前端側を回転可能に支持する前方支持部３０Ａと、スピンドル部２３の後端側を回転可能に支持する後方支持部３０Ｂと、前方支持部３０Ａと後方支持部３０Ｂの間に電機収容室３０Ｃと、を備えている。
【００２２】
前方支持部３０Ａには、図３に示すように、砥石軸２２の砥石２１が設けられる前側を支持するため、スピンドル部２３のラジアル方向の荷重を支持する複数の砥石側軸受３１が設けられている。隣接する砥石側軸受３１，３１の間には、所定の間隔を保つための間座３８が設けられる。後方支持部３０Ｂにも、砥石側軸受３１と同様に、ラジアル方向の荷重を支持する反砥石側軸受３２が設けられている。反砥石側軸受３２は、砥石側軸受３１より相対的に後側に位置している。このように、砥石軸２２のスピンドル部２３は、ケーシング３０の内部で、回転軸線Ａの周りに回転可能に支持されている。
【００２３】
前方支持部３０Ａには、図３に示すように、砥石側軸受３１の前端と後端のそれぞれに、圧電素子からなる予圧付与手段４０（４１，４２）を備えている。予圧付与手段４０のうちで、前方側に設けられる予圧付与手段４１は、前方から後方に向けて隣接する砥石側軸受３１に圧力を付与し、後方側に設けられる予圧付与手段４２は、後方から前方に向けて隣接する砥石側軸受３１に圧力を付与する。なお、予圧付与手段４１と予圧付与手段４２を総称して予圧付与手段４０という。
【００２４】
予圧付与手段４０は、周方向に連なり環状に形成された圧電素子から構成され、スピンドル部２３に嵌合されている。圧電素子からなる予圧付与手段４０は、印加される電圧に対応して、砥石側軸受３１に付与する圧力（予圧）が変化する。ここで、ラジアル軸受に付与される予圧は、本来は、支持される軸のラジアル方向及びアキシアル方向の剛性を確保することを主たる目的としている。ところが、本実施形態は、圧電素子からなる予圧付与手段４０によって、歯車研削盤１の運転中に、砥石側軸受３１に付与する予圧をアクティブに変更する。つまり、剛性を適宜変更する。
【００２５】
次に、電機収容室３０Ｃは、回転電機３３を収容する。
回転電機３３は、砥石軸２２を介して砥石２１を回転軸線Ａの周りに回転させるための電動アクチュエータである。
回転電機３３は、制御部５０の指示に基づく電力が供給されると、電力に応じた回転数で砥石軸２２を介して砥石２１を回転させる。つまり、制御部５０は、回転電機３３の回転数Ｒ（min-１）を常に把握する。
【００２６】
制御部５０は、歯車研削盤１の動作を司る。具体的には、制御部５０は、コラム１２、サドル１３、回転テーブル１５、及び回転電機３３の動作を制御する。
本実施形態の制御部５０は、以上の動作を制御するのに加えて、圧電素子からなる予圧付与手段４０が砥石側軸受３１に与える予圧を制御する。この制御のために、制御部５０は、歯車研削盤１が動作している間、回転電機３３による砥石軸２２の回転数Ｒを継続して認識する。同様に、制御部５０は、砥石駆動部２０に設けられた加速度計２８が計測した加速度信号ａを継続して取得する。
【００２７】
制御部５０は、取得した砥石軸２２の回転数Ｒに基づいて、以下の式（１）により、砥石軸２２の振動数Ｆ２を算出する。図４において、実線の傾斜線分は、砥石２１の回転数Ｒと振動数Ｆ２の関係の一例を示し、二点鎖線の傾斜線分は、砥石軸２２の回転数Ｒと振動数Ｆ２の２倍の値との関係を示している。
Ｆ２＝Ｒ／６０…（１）
Ｆ２：砥石軸２２の振動数（Ｈｚ）
Ｒ：砥石軸２２の回転数（min-1）
【００２８】
また、制御部５０は、取得した加速度信号ａにＦＦＴ（Fast Fourier Transform，高速フーリエ変換）を適用することにより、砥石軸２２の振動数やレベルを継続的に求める。
【００２９】
次に、歯車研削盤１の動作について説明する。以下の動作は、制御部５０からの指令に基づいて行われる。
まず、回転テーブル１５に研削加工される歯車９０を設置する。砥石駆動部２０を、砥石２１のねじ山が歯車９０の歯９１と噛み合うように、移動させる。次に、回転電機３３に電力を供給して砥石２１を回転軸線Ａの周りに回転させるとともに、回転テーブル１５を回転軸線Ｃの周りに回転させることにより、歯車９０を研削する。
【００３０】
歯車研削盤１は、歯車９０を研削加工する過程で、砥石軸２２の固有振動数Ｆ１と、砥石軸２２の回転数Ｒあるいはその整数（Ｎ）倍から算出される振動数Ｆ２が近似することにより、砥石軸２２が共振するのを回避するが、以下、図６を参照してこの手順を説明する。
制御部５０は、自身が認識している砥石軸２２の回転数Ｒに基づいて、式（１）により砥石軸２２の振動数Ｆ２を算出する（図６  Ｓ１０１）。
【００３１】
一方で、制御部５０は、加速度計２８で計測された加速度信号ａにＦＦＴを適用することにより、砥石２１の固有振動数Ｆ１を算出する（図６  Ｓ１０３）。
【００３２】
制御部５０は、算出される振動数Ｆ２と固有振動数Ｆ１を比較して、砥石ヘッド２５に共振が発生するか否かを判定する（図６  Ｓ１０５）。この比較は、現時点の計測結果から、共振回避のために行われる。基本的には、算出される振動数Ｆ２を整数（Ｎ）倍した値が固有振動数Ｆ１と一致すれば、砥石軸２２に共振が生じるものと判断する（図６  Ｓ１０５  ＹＥＳ）。そうすると、制御部５０は、次の共振回避の手順を実行する。制御部５０は、振動数Ｆ２の整数（Ｎ）倍と固有振動数Ｆ１の一致が見られなければ、振動数Ｆ２と固有振動数Ｆ１の比較を継続して行う（図６  Ｓ１０５  ＮＯ）。
【００３３】
振動数Ｆ２と固有振動数Ｆ１の比較は、振動数Ｆ２を整数（Ｎ）倍した値が固有振動数Ｆ１と一致するか否かだけに限らず、振動数Ｆ２と固有振動数Ｆ１のいずれか一方にマージンを持たせることもできる。一例とて、下記の式（２）に示すように、係数（０．８，１．２）を加えて比較してもよい。
Ｆ２×Ｎ×０．８ ≦ Ｆ１ ≦ Ｆ２×Ｎ×１．２  …（２）
Ｆ１：砥石２１の固有振動数（Ｈｚ）
Ｆ２：砥石２１の振動数（Ｈｚ）
Ｎ：整数（１，２，３…）
【００３４】
制御部５０は、比較結果に基づいて、共振が発生するものと判断すると、共振回避の動作を行う（図６  Ｓ１０７）。そのために、制御部５０は圧電素子からなる予圧付与手段４０に電圧を印加することにより、砥石側軸受３１の予圧を変更することで、砥石２１の固有振動数Ｆ１を調整する。
ここで、図５に示すように、予圧付与手段４０により変化する砥石側軸受３１の予圧と砥石軸２２の固有振動数Ｆ１の間には相関がある。そこで、制御部５０は、この相関関係を保持しておき、共振回避の動作を行うときには、この相関関係に基づいて、予圧付与手段４０に印加する電圧を調整して、砥石軸２２の固有振動数Ｆ１を、破線の水平線分の値から一点鎖線の水平線分の値までずらす（図４参照）。
【００３５】
制御部５０は、予圧付与手段４０に電圧を印加しながら、周波数Ｆ２と固有振動数Ｆ１の比較を継続して行うことで、共振発生の判定を行う（図６  Ｓ１０９）。この比較は、図６のステップＳ１０５と同様に行うことができる。
制御部５０は、共振が発生する状態から抜け出したと判定すれば、予圧付与手段４０への電圧を固定して、共振回避の動作を終了する（図６  Ｓ１０９  ＹＥＳ，Ｓ１１１）。一方、共振が発生する状態から抜け出していなければ、制御部５０は、予圧付与手段４０へ印加する電圧を増減させる。
【００３６】
以下、本実施形態の歯車研削盤１が奏する効果を説明する。
研削加工する際の砥石ヘッド２５の回転数領域に於いて、砥石軸２２の固有振動数Ｆ１の共振を回避できる。それにより、歯すじ９５にうねりが発生するのを防ぐことができる。それにより、歩留りを良くすることができる。
【００３７】
そして、予圧付与手段４０が制御部５０により制御されているので、作業者の負担を増やすことなく、砥石軸２２が共振するのを回避できる。
また、予圧付与手段４０が制御部５０により制御されているので、歯車研削盤１の運転中でも、砥石軸２２が共振するのを容易に回避できる。
【００３８】
さらに、本実施形態によれば、予圧付与手段４０を構成する圧電素子に印加する電圧を調整するだけで、砥石軸２２が共振するのを回避できる。
さらに、本実施形態によれば、砥石軸２２の固有振動数Ｆ１への振動の影響が大きい砥石側軸受３１に予圧付与手段４０（４１，４２）が設けられているので、砥石軸２２の固有振動数Ｆ１の調整が容易である。特に、本実施形態は、砥石側軸受３１の前端と後端のそれぞれに予圧付与手段４０（４１，４２）を設けているので、予圧付与手段４０を一方だけに設けるのに比べて、予圧の調整が容易である。
【００３９】
以上、本発明を好ましい実施形態に基づいて説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
【００４０】
例えば、本実施形態は、砥石軸２２の固有振動数Ｆ１を調整するための予圧付与手段４０として圧電素子を用いたが、本発明は、固有振動数Ｆ１を調整する機能を備えている限り、その手段は任意である。例えば、油圧を用いて砥石側軸受３１に付与する圧力を調整してもよいし、そもそも軸受が備えている予圧調整手段、例えばナットを回転駆動させて予圧を調整してもよい。
【００４１】
また、本実施形態では、複数の砥石側軸受３１の前端と後端に予圧付与手段４０を設けたが、この配置もまた一例である。例えば、複数の砥石側軸受３１が設けられる場合には、隣接する砥石側軸受３１，３１の間に予圧付与手段４０を設けてもよい。
【００４２】
さらに、予圧付与手段４０と同様に、反砥石側軸受３２の前面と後面に、予圧付与手段が備えられていてもよい。この反砥石側軸受３２に備えられた予圧付与手段により予圧の調整が行われてもよいが、砥石側軸受３１に備えられた予圧付与手段４０とともに予圧の調整が行われてもよい。それにより、より多段階的に予圧を調整できる。
【００４３】
本実施形態では、周波数Ｆ２と固有振動数Ｆ１を比較して、共振回避の手順を実行しているが、周波数Ｆ２と固有振動数Ｆ１の比較する工程を設けずに、砥石軸２２の回転数Ｒが一定の値になったときに共振するものとして、砥石側軸受３１に付与する圧力を調整して共振回避の手順を実行してもよい。それにより、加速度計２８を設ける必要がなく、より簡単な構造にすることができる。
【符号の説明】
【００４４】
１        歯車研削盤
１１      ベッド
１２      コラム
１３      サドル
１５      回転テーブル
１６      固定テーブル
２０      砥石駆動部
２１      砥石
２２      砥石軸
２３      スピンドル部
２４      砥石取付部
２５      砥石ヘッド
２６      アタッチメント
２８      加速度計
３０      ケーシング
３０Ａ    前方支持部
３０Ｂ    後方支持部
３０Ｃ    電機収容室
３１      砥石側軸受
３２      反砥石側軸受
３３      回転電機
３８      間座
４０      予圧付与手段
４１      予圧付与手段
４２      予圧付与手段
５０      制御部
９０      歯車
９１      歯
９２      上面
９３      歯底
９４      歯先
９５      歯すじ
９６      歯面
Ａ        回転軸線
Ｃ        回転軸線
Ｆ１      砥石ヘッドの固有振動数
Ｆ２      砥石の振動数
Ｎ        整数
Ｒ        回転数
ａ        加速度信号
【図１】
2017159377.tif 000003
【図２】
2017159377.tif 000004
【図３】
2017159377.tif 000005
【図４】
2017159377.tif 000006
【図５】
2017159377.tif 000007
【図６】
2017159377.tif 000008
【図７】
2017159377.tif 000009