NACHITECHNICALREPORT
Machining

21B1

Vol.

Sep/2010■ 新商品・適用事例紹介
内歯車の仕上げ加工「インターナルシェービング加工システム」
マシニング事業

Finish-shaving for Internal Gear
"Internal Shaving System"〈キーワード〉内歯車の高精度化・内歯車の仕上げ加工・内歯車のシェービング加工・インターナルシェービングカッタ・
インターナルシェービング盤GSU-180（神崎高級工機）

機械工具事業部／工具技術部／精密工具開発

小林 慶紀
Yoshinori KOBAYASHI

内歯車の仕上げ加工「インターナルシェービング加工システム」

要旨

近年、自動車産業において車両品質の向上に拍車

1.内歯車の高精度化へのニーズがかかり、品質項目の1つである静粛性向上に関連

近年の自動車において、静粛性は重要な品質項目して、歯車の高精度化が求められるようになった。の1つである。静粛性に関して、運転騒音の要因のこのような背景において、NACHIと神埼高級工機

1つに動力伝達歯車同士の噛みあい騒音があげらがGPA協業でとり組み開発した「内歯車歯面のシェーれるが、これは歯車単体精度の良し悪しが大きくビング仕上げ加工システム」が、最新車両の生産で影響する。そのため、静粛性向上のためには歯車採用された。内歯車の歯面仕上げ工程における量単体精度を高める必要がある。

※1

産工法としては業界初である。

従来、図1に示す遊星内歯車の歯面仕上げ加工

今回、時代の流れに沿った内歯車歯面仕上げ

ブローチ加工、またはギヤシェーパ加工が採用には、という、自動車メーカーのニーズに応えるために開発されてきた。しかし、これらの加工方法は歯面修正したインターナルシェービング加工システムを紹介する。

といった課題があり、が困難、加工精度レベルが低い、歯車精度を高めるにも限界があった。
（参考：外歯車の場合シェービング加工を行なうか、Abstract
Recently, the improvement in vehicle quality
has been accelerated in the automobile industry.
In relation to the improvement on quietness thatis one of the quality items, a higher precision of agear has become demanded.
With this background, NACHI and Kanzaki
Kokyukoki Manufacturing Co., Ltd. have jointly
developed Finish-shaving System for the shavingof a tooth surface for internal gear under GPA
agreement, and this system has been adopted forthe production of the newest vehicles. This is thefirst in the industry for this system to be used forthe surface-finish process of internal gear tooth inits mass production.
Introduced here is Internal Gear Shaving Systemthat is developed for the surface-finish of internalgear tooth, responding to the needs of the times
and auto makers.

1

この課題
熱処理後に研削加工を行なうことにより、を解決している。図2に工程を示す。）
以上の経緯から、内歯車歯面のシェービング加工「内歯車歯面のシェー仕上げのニーズが生まれた。
インターナルシェービング
ビング仕上げ加工（以下、システム」はそのニーズに応え確立された技術加工）である。
（図3に工程を示す。）

図1

遊星歯車機構

生粗加工

ブラン
ク
︵素材︶

旋
削

生仕上加工

仕上加工

ホブ加工

シェービング加工

ハードホブ加工［ホブ盤］
・ソリッドホブ・超硬ホブ［シェービング盤］
・シェービングカッタ

［ホブ盤］
・超硬ホブ

転造加工

ギヤシェーパ加工

熱処
理

［転造盤］
・フォーミングラック
・ギヤローリングダイス［ギヤシェーパ］
・ピニオンカッタ

転造加工
［転造盤］
・フォーミングラック
・ギヤローリングダイス

生仕上加工

ホーニング加工［ホーニング盤］
・ドレスギヤ

完成

研削加工無し仕上加工無し鍛造（生加工 無し）

図2

生粗加工

【課題】
・歯面修正困難・歯面むしれ・精度不安定ブローチ加工
ブラン
ク︵素材︶

旋
削

仕上加工

生仕上加工

［ブローチ盤］
・ブローチ

ギヤシェーパ加工［ギヤシェーパ］
・ピニオンカッタ

外歯車の加工工程

ハードブローチ加工

無し

生仕上加工
シェービング加工［ブローチ盤］
・超硬ブローチ

熱処
理

研削加工

完
成

［シェービング盤］
・シェービングカッタ

鍛造（生加工 無し）

新工法提案（外歯並の精度管理）

図3

仕上加工無し内歯車の加工工程

2. 外歯車のシェービング加工との違い
シェービング工法といえばそのほとんどが外歯車

しかし、インターナルシェービング工法では内歯車がを前提とした歯面仕上げ加工を意味し、50年以上さらにカッタの設対象となるために、加工特性が変化し、前から幅広く使用されてきた。
（図2）

カッタ歯形研削盤、加工機の構造が一変する。
計方式、

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2

内歯車の仕上げ加工「インターナルシェービング加工システム」

3.内歯車シェービングにおける加工特性
内歯車のシェービング加工は、ブローチ加工やギヤシェーパ加工に比べ、次にあげる点で優れた加工法である。加工法の特徴を表1に示す。

3）狙い歯形の補正が随時可能
その歯車は熱処理が施されて完成品になるが、過程において熱処理変形が生じる。この変形量はそれら季節性、鋼材履歴などで変化することが多く、

1）高精度加工が可能を見越した生仕上げの狙い歯面形状の管理が必

シェービング加工は、取り代が少ないため安定した高精度仕上げ加工が可能である。

要となる。
カッタの再ブローチ、ギヤシェーパ加工において、研削ではカッタ歯形を自由に調整することは困難な

2）内歯車の歯筋修正が可能

ので、熱処理変形に対応することができない。

ブローチ、ギヤシェーパ加工は切削方向が歯筋

シェービング加工は、歯形研削盤を用いて一方、方向のため、歯筋に修正を与えることが難しく、特に日常的に再研削し、再生･再利用している。
このカッタクラウニング修正を与えることができない。

再研削工程でカッタ歯面形状を微調整することが※2※3

しかしコンベンショナルシェービング加工では、切削送り運動と切込み量の組みあわせを機械的に補正（NC補正）することで歯筋にテーパ補正、クラウニング修正などを任意に与えることができる。

可能である。

4）歯車歯面性状が良好
シェービング加工は切りくずを排出すると同時にブローチ、ギヤシェーパ
バニッシュ加工も伴うため、

表1

内歯車の加工法による特徴比較

評価項目

加工より歯面性状が良い。

ブローチ ギヤシェーパ シェービング加工
加工
加工

△△

○

テーパ×

○

○

クラウニング××○

歯形の倒れチップリリーフ
中凸

○

○

○

切り込み調整で歯車歯厚を容易に調整することが経時的微調整

××○

可能である。

歯面性状 むしれ、面粗さ△△○

切込み補正の可否

×

○

○

加工精度

歯筋修正

歯形修正歯厚の微調整

35）内歯車の歯厚管理が容易
前述した熱処理変形は歯厚にも影響をおよぼす。
ブローチ加工ではブローチの歯形形状がそのまま転写されるため歯厚の微調整はできない。一方、カッタのシェービング加工は創成加工という特性上、

4.インターナルシェービングカッタの特長
1）加工するワーク諸元に適したカッタ設計値の選定

4）歯面研削について（専用の歯形研削設備が必要）

インターナルシェービングの基本となるのは、内歯インターナルシェービングカッタの場合、歯面研削シェービン車と外歯車の噛みあいである。そのため、（砥に使用する砥石の径は小さくする必要が出てくる。

グカッタを設計する際には様々な干渉を回避するこ

石径をφ450mm前後とする必要がある。）

シェービングカッタの歯形研削とが前提となる。また、

外歯車専用シェービングカッタの歯形研削に用いの可否の観点から適した軸交差角を選定する必要られている歯形研削設備のほとんどは、砥石直径がある。

がφ740mm前後の大型砥石を使用しており内歯車

これらのことをふまえた上で、外歯車用のシェービ用カッタには適用できない。

ングカッタと同様に、最適な噛みあい圧力角の選定［砥石径を小さくする理由］を行なっている。

インターナルシェービング加工の特性からカッタ歯結果として図4の様に歯車サイズからして極端に小さくなる。

筋に太鼓状のクラウニングを与えることが条件となってくる。
歯形研削盤のツルーイング装置で、砥石を逆円錐面に成形することで歯筋クラウニングが得られる。
）
を大きくすれば、大きなクラウニ
砥石逆円錐角（θ°

図4 インターナルシェービングカッタ
外観（カッタ外径 φ６５mm）※42）最適なセレーションピッチ、ランド幅を選定

ング量を得ることができるが、砥石のバックメタルを十分確保できなくなる。
そのため、砥石径をより小さくする必要性がでてくる。
表2 カッタクラウニングに対する砥石径の選定例

外歯車とシェービングカッタの噛みあいとは異なり、砥石径

内歯車とインターナルシェービングカッタでは凹歯形φ740と凸歯形の組みあわせとなる。

φ480

カッタクラウニング 砥石成形円錐角度15mm
θ°0.015mm

適用

14.5°

×9.0°

○

そのため、前者よりも歯形曲率差が小さくなり、歯面同士の接触面積が大きくなる傾向にあり荷重が砥石カッタ切刃（セレーション）の分散しやすくなるため、食い付き性が低下し、切れ味が悪くなっている。
20°

そこで、NACHIでは食い付き性の代用試験とランド
FEM解析を行ない、最適なセレーションピッチ、幅を選定している。

カッタクラウニング

逆円錐角 θ3）耐摩性に優れる
シェービングカッタ材を採用

カッタ

内歯車用カッタ歯数は被削内歯車歯数よりも少なくならざるをえない。そのため、内歯車用カッタには外歯車用カッタ以上の耐摩性が求められる。
そこで、NACHIでは耐摩性に優れる新鋼種を選A〈A矢視図〉

図5 カッタクラウニングと歯形研削砥石円錐角度定し、採用している。
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4内歯車の仕上げ加工「インターナルシェービング加工システム」

5.内歯車用シェービング盤GSU-180(神崎高級工機)
1）機械の特長

2）機械の仕様

神崎高級工機の内歯車用シェービング盤GSU-・ワーク回転数・カッタヘッド旋回角度
・ワーク軸昇降ストローク
・切り込み軸ストローク・ワーク外径・（内枠・ワーク長さ・ワークモジュール・加工方法
・所要床面積・機械高さ

180は、高精度内歯車の量産加工機として開発され、次の特長を持つ。
1．
切粉処理の容易化を考慮したワーク軸を天吊り型にした構造を採用。
（図7）2．
量産対応としてワークとカッタの自動噛みあわせ：最大3,000min−1：最大±20°：350mm：140mm：最大180mm：最小φ80mm）：最大105mm：1.0〜2.5※3：コンベンショナルカット：1,400×2,513mm2：2,616mm機構を採用し、自動化対応の搬出入アームを標準装備。
（図7）3．
切込軸とワーク送り軸の同時2軸制御により、テーバ加工、およびクラウニング加工が可能。
4．
対話画面によるデータ入力の容易化。
ワークチャック装置
1,4002,513

加工ワーク

カッタ

図6 ＧＳＵ−１８０外観

ワーク下面（搬入時）
1,1002,616

搬出アーム

搬入アーム

F.L

図7 ワークとカッタ取り付け状態とワーク搬出アーム部

図8 ＧＳＵ−180サイズ

6. シェービング加工条件
2．
ワーク回転数 n

ここでは今回とり組んだコンベンショナルカットの加工条件について紹介する。

横すべり速度 Vｓ＝20〜60（m／min） の範囲でコンベンショナルカットの加工条件

ワーク回転数 n は次式にて求める。
使用。

1．加工サイクル−1n（min ）＝

図9にサイクル線図を示す。ワークは送りに相当するトラバース往復運動を繰り返すが、そのトラバース

Vｓ 1,000・sinΣ Dg・π（Σ：交差軸角、Dg：ワークピッチ円径）

端で切込みが都度与えられる。最終切込位置ではスパークアウトしてサイクルが完了する。

3．送り速度 F（mm／rev）
ワーク1回転あたりの送り量ｆ=0.15〜0.35

なお、加工面粗さ、カッタ寿命を考慮し、外歯車用※4と同様セレーション切れ刃が図10に示すようにアップの範囲で使用。送り速度 F は次式にて求める。

カットとなるようワーク回転方向に対してワーク送り方向を選択する。

0.04

Vc31
ストローク逆VgΣ
カッタ軸噛合

0.16

正転0.3

全切込量 アプローチ量

図9 サイクル線図［コンベンショナルカット］

逆転

Σ ：交差軸角
Vs：横すべりベクトル
Vg：ワーク速度ベクトル
Vc：カッタ速度ベクトル

早走り

0.04

トラバース加工のテーブル送り方向

ワーク軸

Σ

正 正 逆 正 逆
0.04

5F（mm／min）＝f・n

Vs0.04

図10

アップカット正転逆転

軸交差角による横すべりとセレーションの移動

7. 内歯車のシェービング加工精度1）加工ワーク精度
ギヤシェーパ加工した後にインターナルシェー加工前（ギヤシェーパ加工品）

加工後

歯形誤差 6.0μm（新JIS 6級）

歯形誤差 0.5μm（新JIS 0級）

歯筋誤差 6.9μm（新JIS 6級）

歯筋誤差 2.6μm（新JIS 3級）

ビング加工を実施した加工事例を図11に示す。
歯 形・歯 筋 精 度が、6 級（ 新 J I S ）から3 級に向上されている。
（新JIS）

歯形

歯筋

ワーク諸元： m1.2, PA20°, HA20°（RH）, NT87, W20：コンベンショナルカット
加工法

図11 インターナルシェービング加工前後 ワーク精度比較例

2）歯筋クラウニング付加の事例
コンベショナルシェービング加工法を使用し、クラウニング加工 無し

クラウニング加工 実施

クラウニング 0μm

クラウニング 4μm

切込軸とワーク送り軸のNC同時2軸制御によって歯筋にクラウニング形状を施した加工事例を図12に示す。

歯形

歯筋

ワーク諸元： m1.2, PA20°, HA20°（RH）, NT87, W20：コンベンショナルカット加工法

図12 インターナルシェービング加工によるクラウニング加工事例

NACHI TECHNICAL REPORT

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21B168. 内歯車の高精度加工技術の展開
動力を正確かつ、静粛に伝達するためには、外今後もGPA活動を通して、機械と工具のシーズを歯車だけでなく外歯車に噛みあう内歯車の精度も融 合した新しい加 工システムの開 発にとり組み、重要な品質項目である。内歯車は遊星歯車機構の歯車を高精度かつ、低コストで製作する加工技術をような動力伝達を目的とした歯車以外にも、産業機提案していく。

カップリング（動力械や電車駆動などに用いられる、軸継手）にも利用されている。
インターナルシェービング加工は内歯車の高精度仕上げ加工の手段として、様々な内歯車への用途展開が期待でき、またその技術はシェービング加工以外の内歯車の仕上げ加工技術にも展開できる。

用語解説

歯面

ねじれ角

端面ランド

切刃

修正歯筋
正転

基準の歯筋（リード）※3 コンベンショナルシェービング加工
コンベンショナルカット
歯車歯幅方向にカッタと歯車の相対横送り（往復運動）を与えて加工すfる方法。
カッタ
テーブルの送り方向
ワーク

Vol.21B1September / 2010

〈発ランド

ピッチ円筒

修正量（クラウニング）

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セレーション深さ
ランド幅※2 クラウニング
歯幅全体にわたり歯筋を太鼓状（中凸）に修正された形状。

歯先面行〉 2010年9月10日
株式会社 不二越 開発本部
富山市不二越本町1-1-1 〒930-8511
Tel.076-423-5118 Fax.076-493-5213

スロット

スロット幅

セレーション

セレーションピッチ※4 セレーションピッチ、
ランド幅
シェービングカッタの切刃（セレーション）と切刃の間隔と切刃の幅。
端面ランド幅※1 GPA
ＧｅａｒＰ
ｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ａｌｌｉａｎｃｅの略。株式会社カシフジ、株式会社神崎高級ＮＡＣＨ
Ｉの3社のアライアンスの名称。
工機工作所、