(57)【要約】【課題】歯車形状のばらつきの発生を防止する。【解決手段】原点Ｏ１（α１＝０，β１=０）を通るｘｙ座標において、歯車の外形軌跡Ｌ上に位置する複数の座標点Ｐ１（Ｘ１，Ｙ１），Ｐ２（Ｘ２，Ｙ２），Ｐ３（Ｘ３，Ｙ３），…の座標を演算し、第１座標点Ｐ１と第２座標点Ｐ２とを通り原点Ｏ１を中心とした中心角１０°の円弧ｓ１（半径ｒ１）を算出する。そして第２座標点Ｐ２及び第３座標点Ｐ３を結ぶ線分ｇを算出し、垂直二等分線ｍと円弧ｓ１の半径線ｈ１との交点Ｏ２を算出し、交点Ｏ２を中心とし、上記交点から第２座標点Ｐ２までの距離を半径ｒ２とする円弧ｓ２を算出し、円弧ｓ２を第２座標点Ｐ２から第３座標点Ｐ３までの歯車外形軌跡の近似データとすると、円弧ｓ１，ｓ２の端部がその半径線ｈ１，ｈ２に対して直角をなす。【選択図】図４
2009146000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯車母材又は歯車製作用の金型に対し歯車形状を加工するためのデータを表示する表示手段と、
前記歯車形状を規定するための条件データを入力する入力手段と、
前記入力手段で入力した前記条件データに基づき、同一接線を共有しつつその接線への接点において互いに連結する２つの部分円弧を順次連続的に用いて、前記歯車形状の外形軌跡の近似データを作成するデータ作成手段と、
前記データ作成手段で作成した前記近似データによる歯車形状を前記表示手段に出力する出力手段と
を有することを特徴とする加工用データ作成装置。
【請求項２】
請求項１記載の加工用データ作成装置において、
前記データ作成手段は、
前記歯車形状の外形軌跡内に位置し、第１座標点、第２座標点、第３座標点を順次含む複数の座標点を算出する座標算出手段を備え、
前記第１座標点及び前記第２座標点を通る第１部分円弧と、前記第２座標点及び前記第３座標点を通る第２部分円弧とを、前記第２座標点において接線同一となるように接続させることで、前記第１座標点から前記第３座標点までの前記近似データを作成する
ことを特徴とする加工用データ作成装置。
【請求項３】
請求項２記載の加工用データ作成装置において、
前記データ作成手段は、
前記第１部分円弧の中心点及び前記第２座標点を結ぶ直線と、前記第２座標点及び前記第３座標点を結ぶ線分の垂直二等分線との交点を、前記第２部分円弧の中心点に決定する第１中心決定手段を備える
ことを特徴とする加工用データ作成装置。
【請求項４】
請求項３記載の加工用データ作成装置において、
前記第１中心決定手段は、
前記第１部分円弧の前記中心点と前記第２座標点とを結ぶ半径直線を算出する半径算出手段と、
前記第２座標点及び前記第３座標点を結ぶ線分の前記垂直二等分線を算出する垂直二等分線算出手段と、
前記半径直線と前記垂直二等分線との交点を算出する交点算出手段と
を備えることを特徴とする加工用データ作成装置。
【請求項５】
請求項４記載の加工用データ作成装置において、
前記垂直二等分線算出手段は、
前記第２座標点及び前記第３座標点を結ぶ線分を算出する線分算出手段と、
前記線分の中点を算出する中点算出手段とを備え
前記中点を通り前記線分と直交する直線を前記垂直二等分線として算出する
ことを特徴とする加工用データ作成装置。
【請求項６】
請求項３乃至請求項５のいずれか１項記載の加工用データ作成装置において、
前記データ作成手段は、
前記第１中心決定手段が決定した前記中心点を中心とし、その中心点から前記第２座標点までの距離を半径とする前記第２部分円弧を、前記第２座標点から前記第３座標点までの前記近似データとする円弧データ作成手段を備える
ことを特徴とする加工用データ作成装置。
【請求項７】
請求項２乃至請求項６のいずれか１項記載の加工用データ作成装置において、
前記データ作成手段は、
前記入力手段で入力した前記条件データに基づき、前記順次連続的に用いる部分円弧のデータ作成における計算基準となる基準部分円弧を設定する基準円弧設定手段を備える
ことを特徴とする加工用データ作成装置。
【請求項８】
請求項７記載の加工用データ作成装置において、
前記基準円弧設定手段は、
前記複数の座標点のうちデータ作成開始時に用いる開始座標点とこの開始座標点に対応した前記第１座標点とを通る前記基準部分円弧の中心点を決定する第２中心決定手段と、
前記基準部分円弧の半径を決定する半径決定手段と
を備えることを特徴とする加工用データ作成装置。
【請求項９】
請求項８記載の加工用データ作成装置において、
前記半径決定手段は、
前記基準部分円弧の中心角が５°以上１５°以下となるように、前記基準部分円弧の前記半径を設定する
ことを特徴とする加工用データ作成装置。
【請求項１０】
歯車母材又は歯車製作用の金型に対し歯車形状を加工するための加工用データ作成方法であって、
前記歯車形状を規定するための条件データに基づき、前記歯車形状の外形軌跡内に位置する、第１座標点、第２座標点、第３座標点を順次含む複数の座標点を算出する座標算出手順と、
前記第１座標点及び前記第２座標点を通る第１部分円弧の中心点と前記第２座標点とを結ぶ半径直線を算出する半径算出手順と、
前記第２座標点及び前記第３座標点を結ぶ線分の前記垂直二等分線を算出する垂直二等分線算出手順と、
前記半径直線と前記垂直二等分線との交点を算出する交点算出手順と、
前記交点算出手段が算出した前記交点を中心とし、その中心点から前記第２座標点までの距離を半径とする第２部分円弧を、前記第２座標点から前記第３座標点までの歯車形状の外形軌跡の近似データとする円弧データ作成手順と
を有することを特徴とする加工用データ作成方法。
【請求項１１】
コンピュータに、
歯車母材又は歯車製作用の金型に対し加工される歯車形状を規定するための条件データに基づき、前記歯車形状の外形軌跡内に位置する、第１座標点、第２座標点、第３座標点を順次含む複数の座標点を算出する座標算出手順と、
前記第１座標点及び前記第２座標点を通る第１部分円弧の中心点と前記第２座標点とを結ぶ半径直線を算出する半径算出手順と、
前記第２座標点及び前記第３座標点を結ぶ線分の前記垂直二等分線を算出する垂直二等分線算出手順と、
前記半径直線と前記垂直二等分線との交点を算出する交点算出手順と、
前記交点算出手段が算出した前記交点を中心とし、その中心点から前記第２座標点までの距離を半径とする第２部分円弧を、前記第２座標点から前記第３座標点までの歯車形状の外形軌跡の近似データとする円弧データ作成手順と
を実行させるための加工用データ作成プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工物に対し所定の加工を施す加工機の加工用データ作成装置、作成方法、及び作成プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
歯車を製造する手法は既に種々のものが存在しているが、例えば、従来、放電加工により被加工物（歯車母材又は歯車製作用の金型等）に対し歯車形状を形成する手法がある。この加工機（ワイヤ放電加工機）は、細いワイヤ電極に張力を付与しつつ被加工物に対向させた状態でワイヤ電極と被加工物との間に高電圧を印加することにより、それらワイヤ電極と被加工物との間に放電を発生させる。そして、ワイヤ放電加工機は、ワイヤ電極を被加工物に対して上記歯車形状に沿って移動させることで、歯車を形成することができる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−２５５００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来技術のようにワイヤ放電加工により歯車を形成する際には、ワイヤ放電加工機に所定の加工用データを入力すると、ワイヤ放電加工機がその加工用データに基づきワイヤを歯車形状に沿って駆動する。このとき、ワイヤ放電加工機は、ワイヤを、歯車外形形状に対しワイヤ径＋放電ギャップ分だけオフセットさせた位置関係で（相対的に）駆動する必要がある。
【０００４】
この場合、ワイヤ放電加工機は、加工用データとして取得した歯車外形形状のうち、直線部分に対しては、ワイヤを上記オフセット分だけ単純に平行にスライドさせて駆動すればよい。しかしながら、歯車外形形状のうち曲線部分については、ワイヤ放電加工機が上記のように平行にスライドしてワイヤを駆動すると、一部形状が不確定となる。すなわち、例えば曲線を複数の部分円弧により近似した場合、ワイヤ放電加工機は、円弧と円弧とのつなぎ目ではいずれの円弧の中心を曲率中心としつつ上記オフセット分を加味して駆動すべきかが、不定となる。上記従来技術は、この不定性について配慮されていないため、製作された歯車の形状がばらつく可能性があった。
【０００５】
なお、同様の問題は、電極を用いた型彫り放電加工機やミーリング加工機でも生じる可能性があった。
【０００６】
本発明の目的は、歯車形状のばらつきの発生を防止できる加工機の加工用データ作成装置、作成方法、及び作成プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、第１の発明は、歯車母材又は歯車製作用の金型に対し歯車形状を加工するためのデータを表示する表示手段と、前記歯車形状を規定するための条件データを入力する入力手段と、前記入力手段で入力した前記条件データに基づき、同一接線を共有しつつその接線への接点において互いに連結する２つの部分円弧を順次連続的に用いて、前記歯車形状の外形軌跡の近似データを作成するデータ作成手段と、前記データ作成手段で作成した前記近似データによる歯車形状を前記表示手段に出力する出力手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
本願第１発明の加工用データ作成装置においては、操作者が入力手段により条件データを入力すると、データ作成手段が部分円弧を用いて歯車形状の外形軌跡の近似データを作成する。そして、出力手段がその歯車形状を表示手段に出力し、これによって操作者は加工するデータ内容を確認することができる。この加工用データを受信した加工機（ワイヤ放電加工機、型彫り放電加工機、エンドミル等のミーリング加工機等）は、その加工用データに基づき、歯車母材（又は金型）に対し歯車形状を形成する。
【０００９】
ここで、例えばワイヤ放電加工の場合、ワイヤを、歯車外形形状に対し、ワイヤ径＋放電ギャップ分だけオフセットさせた位置関係で（相対的に）駆動する必要がある。上記した電極を用いた型彫り放電加工機やミーリング加工機でも、同様のオフセット駆動が必要である。
【００１０】
本願第１発明のデータ作成手段は、これに対応し、近似データ作成の際、部分円弧どうしが同一接線を共有する（言い換えれば接線が同一となる）ようにして歯車外形軌跡の近似を行う。この結果、データ作成手段は、それら２つの部分円弧の端部（突き合わせ端部）がそれぞれの半径線に対して必ず直角をなすように、歯車外形軌跡を形成することとなる。これにより、加工機は、２つの部分円弧を単に上記オフセット分だけ半径方向にずらした位置関係でワイヤ等を（相対的に）駆動することで、上記歯車外形を確実に形成することができる。したがって、加工機は、歯車形状のばらつきの発生を防止することができる。
【００１１】
第２発明は、上記第１発明において、前記データ作成手段は、前記歯車形状の外形軌跡内に位置し、第１座標点、第２座標点、第３座標点を順次含む複数の座標点を算出する座標算出手段を備え、前記第１座標点及び前記第２座標点を通る第１部分円弧と、前記第２座標点及び前記第３座標点を通る第２部分円弧とを、前記第２座標点において接線同一となるように接続させることで、前記第１座標点から前記第３座標点までの前記近似データを作成することを特徴とする。
【００１２】
第１第２座標点を通る第１部分円弧の端部と、第２第３座標点を通る第２部分円弧の端部とが、第２座標点において、それぞれ各半径線（第１部分円弧の半径、第２部分円弧の半径）に対して直角をなす。これにより、加工機は、第１部分円弧を加工するときは、第１部分円弧の中心点から第１部分円弧半径＋オフセット分の位置においてワイヤを（相対的に）駆動すればよい。また第２部分円弧を加工するときは、第２部分円弧の中心点から第２部分円弧半径＋同じオフセット分の位置において及び、第２部分円弧の中心点から第２部分円弧半径＋同じオフセット分の位置においてワイヤを（相対的に）駆動すればよい。このようにして、加工機は、歯車外形を確実に形成することができる。
【００１３】
第３発明は、上記第２発明において、前記データ作成手段は、前記第１部分円弧の中心点及び前記第２座標点を結ぶ直線と、前記第２座標点及び前記第３座標点を結ぶ線分の垂直二等分線との交点を、前記第２部分円弧の中心点に決定する第１中心決定手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
第１中心決定手段が、第２座標点を通る直線と、第２座標点第３座標点の垂直二等分線との交点をとり、これを第２部分円弧の中心点とする。これにより、第２座標第３座標を通り、かつ第２座標で半径線と直角となる第２部分円弧を実現することができる。
【００１５】
第４発明は、上記第３発明において、前記第１中心決定手段は、前記第１部分円弧の前記中心点と前記第２座標点とを結ぶ半径直線を算出する半径算出手段と、前記第２座標点及び前記第３座標点を結ぶ線分の前記垂直二等分線を算出する垂直二等分線算出手段と、前記半径直線と前記垂直二等分線との交点を算出する交点算出手段とを備えることを特徴とする。
【００１６】
第２部分円弧の中心点を算出する際には、半径算出手段が第１部分円弧と第２座標点とを結ぶ半径直線を算出する。一方、垂直二等分線算出手段が、第２第３座標点を結ぶ線分の垂直二等分線を算出する。そして、交点算出手段が、それら半径直線と垂直二等分線との交点を算出する。このようにして、本願第４発明の加工用データ作成装置の第１中心決定手段は、第２部分円弧の中心点を算出することができる。
【００１７】
第５発明は、上記第４発明において、前記垂直二等分線算出手段は、前記第２座標点及び前記第３座標点を結ぶ線分を算出する線分算出手段と、前記線分の中点を算出する中点算出手段とを備え、前記中点を通り前記線分と直交する直線を前記垂直二等分線として算出することを特徴とする。
【００１８】
第６発明は、上記第３乃至第５発明のいずれかにおいて、前記データ作成手段は、前記第１中心決定手段が決定した前記中心点を中心とし、その中心点から前記第２座標点までの距離を半径とする前記第２部分円弧を、前記第２座標点から前記第３座標点までの前記近似データとする円弧データ作成手段を備えることを特徴とする。
【００１９】
円弧データ作成手段が第２部分円弧を作成することにより、第２座標点から第３座標点までの近似データを作成することができる。
【００２０】
第７発明は、上記第２乃至第６発明のいずれかにおいて、前記データ作成手段は、前記入力手段で入力した前記条件データに基づき、前記順次連続的に用いる部分円弧のデータ作成における計算基準となる基準部分円弧を設定する基準円弧設定手段を備えることを特徴とする。
【００２１】
データ作成手段は、基準円弧設定手段で設定した基準部分円弧を計算基準とし、これを第１部分円弧として第２部分円弧を作成することができる。その後、その第２部分円弧を新たな第１部分円弧として、データ作成手段は、同様の計算によって新たな第２部分円弧を作成することができる。データ作成手段は、このような計算を順次繰り返すことで、歯車形状の外形軌跡の近似データを作成することができる。
【００２２】
第８発明は、上記第７発明において、前記基準円弧設定手段は、前記複数の座標点のうちデータ作成開始時に用いる開始座標点とこの開始座標点に対応した前記第１座標点とを通る前記基準部分円弧の中心点を決定する第２中心決定手段と、前記基準部分円弧の半径を決定する半径決定手段とを備えることを特徴とする。
【００２３】
基準円弧を設定する際には、第２中心決定手段が基準部分円弧の中心点を決定し、半径決定手段が基準部分円弧の半径を決定する。これにより、基準円弧設定手段は、開始座標点から第１座標点までの基準部分円弧を設定することができる。
【００２４】
第９発明は、上記第８発明において、前記半径決定手段は、前記基準部分円弧の中心角が５°以上１５°以下となるように、前記基準部分円弧の前記半径を設定することを特徴とする。
【００２５】
これにより、本願第９発明の加工用データ作成装置は、近似データにおける歯車形状曲線の曲率が過小となったり過大となったりするのを防止し、適正な歯車形状を実現することができる。
【００２６】
上記目的を達成するために、第１０発明は、歯車母材又は歯車製作用の金型に対し歯車形状を加工するための加工用データ作成方法であって、前記歯車形状を規定するための条件データに基づき、前記歯車形状の外形軌跡内に位置する、第１座標点、第２座標点、第３座標点を順次含む複数の座標点を算出する座標算出手順と、前記第１座標点及び前記第２座標点を通る第１部分円弧の中心点と前記第２座標点とを結ぶ半径直線を算出する半径算出手順と、前記第２座標点及び前記第３座標点を結ぶ線分の前記垂直二等分線を算出する垂直二等分線算出手順と、前記半径直線と前記垂直二等分線との交点を算出する交点算出手順と、前記交点算出手段が算出した前記交点を中心とし、その中心点から前記第２座標点までの距離を半径とする第２部分円弧を、前記第２座標点から前記第３座標点までの歯車形状の外形軌跡の近似データとする円弧データ作成手順とを有することを特徴とする。
【００２７】
本願第１０発明の加工用データ作成方法では、操作者が条件データを入力すると、座標算出手順が第１第２第３座標点を含む複数の座標点を算出する。その後、半径算出手順が第１部分円弧と第２座標点とを結ぶ半径直線を算出する一方、垂直二等分線算出手順が第２第３座標点を結ぶ線分の垂直二等分線を算出する。そして、交点算出手順が、上記半径直線と垂直二等分線との交点を算出し、円弧データ作成手順がその交点を中心とした第２部分円弧を作成して第２座標点から第３座標点までの歯車形状の外形軌跡の近似データとする。これにより、第１座標点から第２座標点までの第１部分円弧と第２座標点から第３座標点までの第２部分円弧とが、たがいに同一接線を共有する（言い換えれば接線が同一となる）ような位置関係となる。この結果、それら２つの部分円弧の端部（突き合わせ端部）は、それぞれの半径線に対して必ず直角をなす。
【００２８】
加工機（ワイヤ放電加工機、型彫り放電加工機、エンドミル等のミーリング加工機等）は、上記のように部分円弧を用いて作成した歯車形状の外形軌跡の近似データに基づき、歯車母材（又は金型）に対し歯車形状を形成する。
【００２９】
ここで、例えばワイヤ放電加工の場合、ワイヤを、歯車外形形状に対し、ワイヤ径＋放電ギャップ分だけオフセットさせた位置関係で（相対的に）駆動する必要がある。上記した電極を用いた型彫り放電加工機やミーリング加工機でも、同様のオフセット駆動が必要である。
【００３０】
本願第１０発明のデータ作成方法では、上記のように、近似データ作成の際、２つの部分円弧の端部がそれぞれの半径線に対して必ず直角をなすように、歯車形状の外形軌跡を形成する。これにより、加工機は、２つの部分円弧を単に上記オフセット分だけ半径方向にずらした位置関係でワイヤ等を（相対的に）駆動することで、上記歯車外形を確実に形成することができる。したがって、加工機は、歯車形状のばらつきの発生を防止することができる。
【００３１】
上記目的を達成するために、第１１発明の加工用データ作成プログラムは、コンピュータに、歯車母材又は歯車製作用の金型に対し加工される歯車形状を規定するための条件データに基づき、前記歯車形状の外形軌跡内に位置する、第１座標点、第２座標点、第３座標点を順次含む複数の座標点を算出する座標算出手順と、前記第１座標点及び前記第２座標点を通る第１部分円弧の中心点と前記第２座標点とを結ぶ半径直線を算出する半径算出手順と、前記第２座標点及び前記第３座標点を結ぶ線分の前記垂直二等分線を算出する垂直二等分線算出手順と、前記半径直線と前記垂直二等分線との交点を算出する交点算出手順と、前記交点算出手段が算出した前記交点を中心とし、その中心点から前記第２座標点までの距離を半径とする第２部分円弧を、前記第２座標点から前記第３座標点までの歯車形状の外形軌跡の近似データとする円弧データ作成手順とを実行させる。
【００３２】
本願第１１発明の加工用データ作成プログラムを備えたコンピュータに対し、操作者が条件データを入力すると、コンピュータが座標算出手順を実行し、第１第２第３座標点を含む複数の座標点を算出する。その後、コンピュータが半径算出手順を実行して第１部分円弧と第２座標点とを結ぶ半径直線を算出する一方、垂直二等分線算出手順を実行して第２第３座標点を結ぶ線分の垂直二等分線を算出する。そして、コンピュータは、交点算出手順を実行して上記半径直線と垂直二等分線との交点を算出し、円弧データ作成手順を実行してその交点を中心とした第２部分円弧を作成して第２座標点から第３座標点までの歯車形状の外形軌跡の近似データとする。これにより、第１座標点から第２座標点までの第１部分円弧と第２座標点から第３座標点までの第２部分円弧とが、たがいに同一接線を共有する（言い換えれば接線が同一となる）ような位置関係となる。この結果、それら２つの部分円弧の端部（突き合わせ端部）は、それぞれの半径線に対して必ず直角をなす。
【００３３】
加工機（ワイヤ放電加工機、型彫り放電加工機、エンドミル等のミーリング加工機等）は、上記のように部分円弧を用いて作成した歯車形状の外形軌跡の近似データに基づき、歯車母材（又は金型）に対し歯車形状を形成する。
【００３４】
ここで、例えばワイヤ放電加工の場合、ワイヤを、歯車外形形状に対し、ワイヤ径＋放電ギャップ分だけオフセットさせた位置関係で（相対的に）駆動する必要がある。上記した電極を用いた型彫り放電加工機やミーリング加工機でも、同様のオフセット駆動が必要である。
【００３５】
本願第１１発明のプログラムを実行するコンピュータは、上記のように、近似データ作成の際、２つの部分円弧の端部がそれぞれの半径線に対して必ず直角をなすように、歯車形状の外形軌跡を形成する。これにより、加工機は、２つの部分円弧を単に上記オフセット分だけ半径方向にずらした位置関係でワイヤ等を（相対的に）駆動することで、上記歯車外形を確実に形成することができる。したがって、加工機は、歯車形状のばらつきの発生を防止することができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、歯車形状のばらつきの発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００３８】
図１は、本発明の加工用データ作成装置の一実施形態の全体構成を示す概念図である。
【００３９】
図１において、本実施形態の加工用データ作成装置１００は、歯車製作用の金型に歯車のキャビティを加工するための加工装置（加工機）に与える加工用データを作成するためのものである。本実施形態の加工用データ作成装置１００では、加工装置としてワイヤ放電加工機（図示せず）を使用する場合を例にとって説明する。
【００４０】
加工用データ作成装置１００は、歯車の形状を規定する条件データを入力するための入力手段としてのキーボード５と、歯車の外形軌跡の近似データを作成するためのデータ作成手段としての演算装置１と、上記演算装置１で作成された近似データを図形表示するための表示手段としての図形表示装置３と、上記図形表示装置３に表示された近似データの特定等を行うためのマウス７とを有している。なお、この例では、加工用データ作成装置１００は、演算装置１により作成された近似データを含む加工用ＮＣプログラムをＮＣテープに穿孔するＮＣパンチャ９を併せて備えている。
【００４１】
図２は、上記演算装置１の機能的構成を表す機能ブロック図である。
【００４２】
図２において、演算装置１は、ＣＰＵ１１と、後述するような原理手法の本発明の加工用データ作成プログラムを収納したＲＯＭ１３と、ＲＡＭ１５と、入出力回路１７と、バスライン１９等から構成されている。入出力回路１７には、上記図形表示装置３、キーボード５、マウス７、及びＮＣテープパンチャ９が接続されると共に、上記演算装置１に内蔵されたハードディスク装置２１と、フロッピディスク装置２３とが接続されている。これらのハードディスク装置２１及びフロッピディスク装置２３は、作成された上記加工用ＮＣプログラムを記憶する。
【００４３】
なお、上記加工用データ作成装置１００とワイヤ放電加工機とを接続して、ワイヤ放電加工機に加工用ＮＣプログラムを伝送することもできる。この場合には、通信回路２５が用いられ、データ作成装置１００とワイヤ放電加工機とは、上記通信回路２５を介して接続される。
【００４４】
次に、本実施形態の要部である、上記近似データの原理を図３〜図５により説明する。
【００４５】
（ａ）円弧形成の手法
図３は、歯車形状の近似手法を説明するための説明図である。図３において、  キーボード５から歯車の形状を規定する条件データが入力されると、ＣＰＵ１１は、歯車の外形軌跡Ｌ内、つまり外形軌跡Ｌ上に位置し、外形軌跡Ｌを規定する複数の座標点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…の座標を条件データから算出する。その後、ＣＰＵ１１は、隣り合う２つの座標点Ｐ１とＰ２、Ｐ２とＰ３、…をそれぞれ通る半径ｒ１，ｒ２，ｒ３…の円弧ｓ１，ｓ２，ｓ３，…を順次連続的に用いて、歯車の外形軌跡Ｌの近似データを作成する。
【００４６】
このとき、ＣＰＵ１１は、隣接する２つの円弧ｓ同士が、同一の接線を共有しつつその接線への接点において互いに連結するようにしつつ、円弧ｓ２，ｓ３，…を順次決定していく（なお、円弧ｓ１については別の考え方で設定される。後述）。第１座標点Ｐ１〜第３座標点Ｐ３を例にとって説明すると、まず、第１座標点Ｐ１及び第２座標点Ｐ２を通る部分円弧（第１部分円弧）ｓ１が別途の手法で決定される。その後、この円弧ｓ１に対し、第２座標点Ｐ２及び第３座標点Ｐ３を通る円弧（第２部分円弧）ｓ２が、第２座標点Ｐ２において円弧ｓ１と同一の接線ｋを共有しつつ接続されるように決定される。この円弧ｓ２の決定により、第２座標点Ｐ２から第３座標点Ｐ３までの近似データが算出される。
【００４７】
図４は、上記の共通接線を用いた手法をさらに詳細に説明するための説明図である。図４において、歯車の外形軌跡Ｌの内側の位置の任意座標上の点Ｏ１（α１，β１）を原点（α１＝０、β１＝０）にとり、原点Ｏ１を通るｘｙ座標系を考える。この座標系において、座標点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…の座標をＰ１（Ｘ１，Ｙ１），Ｐ２（Ｘ２，Ｙ２），Ｐ３（Ｘ３，Ｙ３），…とする。このｘｙ座標系上の座標点Ｐ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…）の座標は、任意座標上の点Ｏ１の座標位置が決まれば、歯車の形状を規定する上記条件データからＣＰＵ１１により算出することができる（座標算出手段）。
【００４８】
ＣＰＵ１１では、まず、上記ｘｙ座標系上の原点Ｏ１（α１＝０，β１＝０）を中心とし、座標点Ｐ１とＰ２とを通る円弧ｓ１の半径ｒ１を設定する（基準円弧設定手段）。この円弧ｓ１は、円弧ｓ２，ｓ３，…のデータ作成における計算基準となる基準部分円弧である。円弧ｓ１の中心及びその半径ｒ１は、座標点Ｐ１，Ｐ２の座標が既知であるから、円弧ｓ１の中心角θを与えることでその中心角を使用して計算で求め、設定することができる（第２中心決定手段、半径決定手段）。
【００４９】
基準円弧ｓ１の中心角θは、θ＝５°〜１５°の範囲内の一定値に選択することが好ましい。本実施形態ではθ＝１０°とした。このように、基準円弧ｓ１の中心角θ＝５°〜１５°の範囲とすることにより、近似データにおける歯車形状曲線の曲率が過小となったり過大となったりするのを防止することができ、適正な歯車形状を実現することができる。
【００５０】
次に、上記座標点Ｐ２を、次の円弧ｓ２のデータ作成に用いる開始座標点とし、この座標点Ｐ２（Ｘ２,Ｙ２）と原点Ｏ１（０，０）とを結ぶ直線をｈ１とすると、この直線ｈ１は円弧ｓ１の半径直線であり、式（１）で求めることができる（半径算出手段）。
【００５１】
ｙ＝ｘ×Ｙ２／Ｘ２                                …（１）
次に、座標点Ｐ２（Ｘ２，Ｙ２）と座標点Ｐ３（Ｘ３，Ｙ３）とを結ぶ線分ｇの垂直二等分線ｍを求める。線分ｇは、式（２）で求めることができる（線分算出手段）。
【００５２】
ｙ＝ｘ×（Ｙ２−Ｙ３）／（Ｘ２−Ｘ３）＋（Ｘ２Ｙ３−Ｘ３Ｙ２）／（Ｘ２−Ｘ３）      …（２）
線分ｇの中点Ｍの座標はＭ（（Ｘ２＋Ｘ３）／２，（Ｙ２＋Ｙ３）／２）で求めることができる（中点算出手段）から、線分ｇの垂直二等分線ｍは、下記の式（３）を用いて求めることができる（垂直二等分線算出手段、第１中心決定手段）。
【００５３】
ｙ＝−ｘ×（Ｘ２−Ｘ３）／（Ｙ２−Ｙ３）＋{（Ｘ２＋Ｘ３）（Ｘ２−Ｘ３）＋（Ｙ２＋Ｙ３）（Ｙ２−Ｙ３）}／２（Ｙ２−Ｙ３）    …（３）
次いで、直線ｈ１の延長と直線ｍとの交点をＯ２（α２，β２）とし（交点算出手段、第１中心決定手段）、座標点Ｐ２，Ｐ３を通る円弧ｓ２を交点Ｏ２を中心として描く。この円弧ｓ２は、以下のように、式（４）〜（６）により求めることができる。
【００５４】
すなわち、円弧ｓ２の半径ｒ２の大きさは、（ｘ−α２）２＋（ｙ−β２）２＝ｒ２２から、
ｒ２＝√｛ｘ−α２）２＋（ｙ−β２）２｝                …（４）
で求めることができる（半径算出手段、第１中心決定手段）。
【００５５】
ただし、
垂直二等分線ｍの式（３）をｙ＝ａｘ＋ｂ
ａ＝−（Ｘ２−Ｘ３）／（Ｙ２−Ｙ３）
ｂ＝{（Ｘ２＋Ｘ３）（Ｘ２−Ｘ３）＋（Ｙ２＋Ｙ３）（Ｙ２−Ｙ３）}／２（Ｙ２−Ｙ３）
として、
α２＝ｂＸ２／（Ｙ２−ａＸ２）
＝{（Ｘ２＋Ｘ３）（Ｘ２−Ｘ３）＋（Ｙ２＋Ｙ３）（Ｙ２−Ｙ３）}
／２（Ｙ２−Ｙ３）／｛２Ｙ２（Ｙ２−Ｙ３）＋（Ｘ２−Ｘ３）｝
…（５）
β２＝α２・Ｙ２／Ｘ２
＝Ｙ２{（Ｘ２＋Ｘ３）（Ｘ２−Ｘ３）＋（Ｙ２＋Ｙ３）（Ｙ２−Ｙ３）}
／２（Ｙ２−Ｙ３）／[Ｘ２｛２Ｙ２（Ｙ２−Ｙ３）＋（Ｘ２−Ｘ３）｝]
…（６）
である。
【００５６】
ここで、円弧ｓ１の半径線ｈ１と円弧ｓ２の半径線ｈ２とが重なって同一直線上にあることから、これら２つの円弧ｓ１とｓ２とは座標点Ｐ２で同一接線を共有することになる。そして、２つの円弧ｓ１とｓ２の端部がそれぞれの半径線ｈ１，ｈ２に直角をなす。
【００５７】
以上のようにして、円弧ｓ１を基準部分円弧とし、座標点Ｐ２を、円弧ｓ２のデータ作成の開始座標点として、座標点Ｐ２とＰ３との間を通る円弧ｓ２のデータを作成する（円弧データ作成手段）。このような円弧の作成法を以降も繰り返す。すなわち、今度は円弧ｓ２を新たな基準部分円弧とし、座標点Ｐ３を円弧ｓ３のデータ作成の新たな開始座標点として、上記同様、座標点Ｐ２とＰ３との間を通る円弧ｓ２のデータを作成する。このようにして、外形軌跡Ｌ上の複数の座標点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，…について同様の円弧の作成を順次繰り返すことで、図５に示すように、隣り合う２つの円弧の端部がそれぞれの半径線に直角をなすように形成した円弧ｓ１，ｓ２，ｓ３，…を用いて歯車の外形軌跡Ｌを近似した、データを得ることができる。
【００５８】
（ｂ）従来手法との対比
例えばワイヤ放電加工の場合、放電加工機のワイヤを、歯車外形形状に対し、△Ｄ＝ワイヤ径＋放電ギャップ分だけオフセットされた位置関係で相対的に駆動する必要がある。
【００５９】
この際の従来手法の一例を図６及び図７を用いて説明する。
【００６０】
図６において、例えば従来手法では、歯車の外形軌跡Ｌ上の座標点Ｐ１，Ｐ２を通る円弧ｓ１′、座標点Ｐ２，Ｐ３を通る円弧ｓ２′、座標点Ｐ３，Ｐ４を通る円弧ｓ３′、…を、それぞれの座標点間ごとの歯車の外形軌跡Ｌに沿う適宜の形で描き、歯車の外形軌跡Ｌの近似データとしている。この際、上記本実施形態のように、特に隣接円弧どうしが共通接線をもつような配慮はなされていない。
【００６１】
このため、通常、図７に示すように、隣り合う２つの円弧、例えば円弧ｓ１′，ｓ２′（図解上、円弧ｓ１′とｓ２′を例に説明するが、円弧ｓ２′とｓ３′でも同じである）において、座標点Ｐ２を通る円弧ｓ１′の半径線ｈ１′と円弧ｓ２′の半径線ｈ２′とが、同一直線上に位置せずに座標点Ｐ２で交差することとなる。この結果、前述したワイヤ放電加工機のワイヤ駆動データ、すなわち歯車の外形形状に対しワイヤをオフセット△Ｄ分（ワイヤ径＋放電ギャップ）だけずらした位置関係で相対的に駆動するための駆動データを作成する際、座標点Ｐ２の近傍では駆動データが円弧ｓ１′に対するものと円弧ｓ２′に対するものの２つになり、座標点Ｐ２の近傍で駆動データが定まらなくなる。このような問題は、他の座標点Ｐ３，Ｐ４，…でも同様である。このため、従来手法では、例えば放電加工機の作業者が自身の判断で座標点Ｐ２の近傍の駆動データを適宜に作成して加工を行っており、結果として作業者ごとに、歯車の形状に各座標点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…でばらつきが生じるおそれがあった。
【００６２】
これに対し、本実施形態では、上記（ａ）で述べたように、歯車の外形軌跡Ｌ上の複数の座標点Ｐ１,Ｐ２，Ｐ３，…を通る円弧ｓ１，ｓ２，ｓ３，…を、隣り合う２つの円弧の端部がそれぞれの半径線ｈ１，ｈ２，ｈ３に直角をなすようにしつつ、歯車の外形軌跡Ｌの近似データを作成する。したがって、隣り合う２つの円弧、例えば円弧ｓ１とｓ２において、両者に共通な座標点Ｐ２を通る円弧ｓ１の半径線ｈ１と円弧ｓ２の半径線ｈ２とが同一直線上に位置し、座標点Ｐ２で交差することがない。この結果、上記と異なり、オフセット△Ｄ分だけずらした位置関係で相対的に駆動する駆動データを作成しても、円弧ｓ１に対する駆動データと円弧ｓ２に対する駆動データとが座標点Ｐ２の位置で２つになることはない（図５参照）。つまり、２つの円弧ｓ１，ｓ２を単にオフセット△Ｄ分だけ半径方向にずらした位置関係で駆動すればよい（円弧ｓ３以下についても同様）。したがって、ワイヤ放電加工によって、歯車の形状に各座標点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…でばらつきが発生するのを防止して、歯車外形を確実に形成することができる。
【００６３】
次に、上記原理に基づく、本実施形態のデータ作成装置１００の制御内容を説明する。図８は、本実施形態のデータ作成装置１００において、ＲＯＭ１３に収納された上記加工用データ作成プログラムに基づき、演算装置１で実行される制御手順を示すフローチャートである。
【００６４】
この図８において、まず、ステップＳ１０において、歯車の形状を規定する条件データの入力処理を行なう。この際、図形表示装置３の画面には、条件データの入力要求が順次表示され、ワイヤ放電加工機の操作者は、表示される入力要求に従って、キーボード５から各条件データを入力する。入力された条件データはＲＡＭ１５に記憶される。
【００６５】
次に、ステップＳ１００において、上記ステップＳ１０で入力された条件データから、上述した原理に沿って歯車外形軌跡の近似データを演算する（詳細は後述の図９参照）。
【００６６】
その後、ステップＳ３０において、上記ステップＳ１００で演算された近似データにより歯車の図形を再現して、再現した歯車の図形を含む表示制御信号を図形表示装置３に出力し（出力手段）、その表示画面に表示させる。ワイヤ放電加工機の操作者が、表示画面での表示に対応してキーボード５及びマウス７により適宜の操作を行うことで、ステップＳ４０においてワイヤ放電加工機用の歯車加工プログラムを作成し、そのプログラムを例えば通信回線２５を介してワイヤ放電加工機に送信し、このフローを終了する。
【００６７】
図９は、上記ステップＳ１００の詳細手順を示すフローチャートである。
【００６８】
図９において、まず、ステップＳ１１０において、図８のステップＳ１０で入力された歯車の形状を規定する条件データから、歯車の外形軌跡Ｌ上に位置する座標点Ｐ１〜Ｐｚの座標を算出する（前述の座標算出手段）。ここで、座標点Ｐ１は、歯車の外形軌跡Ｌ上の近似データ作成における始点、Ｐｚは終点である。演算された座標点Ｐ１〜Ｐｚの座標は、ＲＡＭ１５に記憶される。
【００６９】
次にステップＳ１２０において、ＣＰＵ１１が、上記ステップＳ１１０でＲＡＭ１５に記憶した各座標のうち、座標点Ｐ１（Ｘ１,Ｙ１）とＰ２（Ｘ２,Ｙ２）の座標を読み込む。
【００７０】
その後、ステップＳ１３０において、前述した原理に沿って、座標点Ｐ１とＰ２とを通る中心角θ（この例では例えばθ＝１０°）の基準円弧ｓ１を算出する。前述したように、このステップＳ１３０での演算が、各請求項記載の第２中心決定手段及び半径決定手段を構成するとともに、基準円弧設定手段をも構成する。
【００７１】
次にステップＳ１４０において、各座標点Ｐｎの順序を表す演算子ｎ＝２とする。その後、ステップＳ１５０において、上記ステップＳ１０でＲＡＭ１５に記憶した座標点Ｐｎ+１（Ｘｎ+１，Ｙｎ+１）の座標をＣＰＵ１１に読み込む。
【００７２】
次いでステップＳ１６０において、上記した式（１）〜（６）により、座標点Ｐｎ（Ｘｎ，Ｙｎ）とＰｎ+１（Ｘｎ+１，Ｙｎ+１）を通る円弧ｓｎ（例えばｎ＝２であれば座標点Ｐ２とＰ３とを通る円弧ｓ２）を算出する（円弧データ作成手段）。なお、前述したように、このときステップ１６０において実行される、式（１）の計算が各請求項記載の半径算出手段を構成し、式（２）の計算が各請求項記載の線分算出手段を構成する。また、式（３）に係る計算が、各請求項記載の中点算出手段を構成するとともに、垂直二等分線算出手段（言い換えれば第１中心決定手段の一部）をも構成する。また、式（４）〜（６）に係る計算が、各請求項記載の交点算出手段及び半径算出手段（言い換えれば第１中心決定手段の一部）を構成する。
【００７３】
次いでステップＳ１７０において、座標点Ｐの順序を表す演算子ｎに１を加えたｎ＋１が、座標点の終点を表す演算子ｚより大きくなったか（言い換えればｎがｚ−１より大きくなったか）どうかを判定する。ｎ＋１≦ｚの場合はステップＳ１７０の判定が満たされず、ステップＳ１８０で演算子ｎに１を加えて、ステップＳ１５０に戻り同様の手順を繰り返す。すなわち、ｎがｚに達しないうちは、ステップＳ１５０の座標点Ｐｎ+１（Ｘｎ+１，Ｙｎ+１）の座標の読み込み、ステップＳ１６０の座標点ＰｎとＰｎ+１とを通る円弧の算出を繰り返す。
【００７４】
ｎに１を加えながら上記を繰り返し、終点の一つ手前の座標点Ｐｚ-１と終点の座標点Ｐｚとを通る円弧の算出が終了すると、ｎ＋１がｚより大きくなる。この結果、ステップＳ１７０の判定が満たされ、本フローが終了する。
【００７５】
図１０は、上記のようにして演算装置１で作成されたプログラムに基づき、ワイヤ放電加工機が動作するときに、当該ワイヤ放電加工機の制御装置（図示せず）で実施する制御手順を表すフローチャートである。
【００７６】
図１０において、まず、ステップＳ５０において、データ作成装置１００から送信された歯車加工プログラムを前述のように例えば通信回路２５を介して受信する。
【００７７】
その後、ステップＳ６０に移り、歯車加工プログラムに含まれる、前述の歯車外形軌跡の近似データに対し、前述のオフセット分（ワイヤ径＋放電ギャップ）を加えた駆動用プログラムを生成する。
【００７８】
そして、ステップＳ７０において、上記ステップＳ６０で生成した駆動用プログラムに従って動作し、歯車の金型を放電加工し、金型に歯車の外形形状に従ったキャビティを形成する（詳細な内容は省略）。
【００７９】
以上説明したように、本実施形態の加工用データ作成装置１００によれば、歯車の外形軌跡Ｌ上の複数の座標点Ｐ（Ｐ１，Ｐ２,Ｐ３，…）の隣り合う２つの円弧ｓ（ｓ１，ｓ２，ｓ３，…）の端部がそれぞれの半径線に対して必ず直角をなすように、歯車外形軌跡の近似データを作成する。この結果、ワイヤ放電加工機は、２つの部分円弧を単にオフセット分だけ半径方向にずらした位置関係でワイヤを相対的に駆動するだけで、歯車外形を確実に形成することができる（図５参照）。したがって、ワイヤ放電加工機における歯車形状のばらつきの発生を防止することができる。
【００８０】
なお、以上においては、ワイヤ放電加工によって歯車製作用の金型を作成する場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限られない。すなわち、ワイヤ放電加工によって歯車母材から歯車自体を加工する場合に適用してもよい。また、加工法はワイヤ放電加工に限られず、型彫りの放電加工やエンドミルを用いたミーリング加工等にも、適用することができる。これらの場合も同様の効果を得る。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の加工用データ作成装置の一実施形態の全体構成を示す概念図である。
【図２】図１のデータ作成装置の演算装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図１のデータ作成装置による歯車の外形軌跡の近似データ作成法を示す説明図である。
【図４】歯車の外形軌跡の近似データ作成法の詳細説明図である。
【図５】図１のデータ作成装置で作成された歯車の外形軌跡の近似データを基に作成した放電加工機のワイヤ駆動データを説明するための説明図である。
【図６】従来手法による歯車の外形軌跡の近似データ作成法を示す説明図である。
【図７】従来手法で作成された歯車の外形軌跡の近似データを基に作成した放電加工機のワイヤ駆動データを説明するための説明図である。
【図８】図１のデータ作成装置の演算装置で実行される制御手順を示すフローチャートである。
【図９】図８のステップＳ１００の詳細を示すフローチャートである。
【図１０】ワイヤ放電加工機の制御装置で実行される制御手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８２】
１            演算装置
３            図形表示装置
５            キーボード
１１          ＣＰＵ
１００        加工用データ作成装置
△Ｄ          オフセット分
Ｌ            歯車の外形軌跡
ｈ１〜ｈ３    半径線
Ｏ１          座標原点
Ｐ１〜Ｐ４    座標点
ｒ１〜ｒ３    半径
ｓ１〜ｓ３    円弧
【図１】
2009146000.tif 000003
【図２】
2009146000.tif 000004
【図３】
2009146000.tif 000005
【図４】
2009146000.tif 000006
【図５】
2009146000.tif 000007
【図６】
2009146000.tif 000008
【図７】
2009146000.tif 000009
【図８】
2009146000.tif 000010
【図９】
2009146000.tif 000011
【図１０】
2009146000.tif 000012