三菱重工技報 VOL.43 NO.3: 2006

特集論文41

自動車用ミッションギヤの生産を支える歯車加工機と精密切削工具
Gear Cutting and Grinding Machines
and Precision Cutting Tools Developedfor Gear Manufacturing for Automobile
Transmissions
鍋 倉 正 和＊1

橋 谷 道 明＊2

西 村 幸 久＊3

Masakazu NabekuraMichiaki Hashitani

Yukihisa Nishimura

藤 田 昌 克＊4

栁 瀬 吉 言Masakatsu Fujita＊5

Yoshikoto Yanase

三 﨑 雅 信＊6
Masanobu Misaki

工作機械事業部で製造・販売している歯車加工機械や精密切削工具の主要顧客である二輪・乗用車メー
カにとってミッションギヤの高精度・低コスト化というニーズは永遠のテーマと言える．最近の自動車業界の動向を紹介し，歯車機械・工具の総合メーカとしてそのニーズにどのように対応しているかについて述べる．

1．歯車加工工程
図１に乗用車用トランスミッションの例を示す．
ミッションに組み込まれているギヤの従来からの一般素材

旋
削歯切素材

旋
削歯切

シェービング

熱処
理

ハード
ターニング

完成

ハードターニング

完成

的な加工工程を図２に示す．歯車加工機に直接関係のないキー溝加工，油穴加工，ブッシュの圧入工程等は

図２省いている．熱処理前の歯車加工機として通常はホブ盤を使用する．段付きギヤや内歯歯車のようにホブ盤

従来のトランスミッションギヤの加工工程

通常はホブ切りまで，要求精度の高い歯車はシェービング工程を採用．

で加工できないワークはギヤシェーパを用いて加工する．これらの加工は有限な切刃数の創成加工であり，工で歯面粗さの向上と熱処理歪による歯形・歯すじの歯面には数十ミクロンの理論粗さが残り，振動・騒音変化を想定したミクロン単位の歯面形状の仕上げ加工発生の要因となる．この対策として，シェービング加を行う．熱処理後は軸受け部の仕上げ工程のみを行うことが一般的であった．

2．歯車加工の最近の傾向 (1)前述のように熱処理歪を考慮した歯面仕上げ加工を熱処理前に実施していたが，最近の厳しい高精度化の要求を満足するために，熱処理後の歯車研削（以下歯研）やホーニングなどの仕上げ加工の採用が増えている．また，海外では，シェービングのような高度な加工技術の定着化が難しく歯研が採用されることが多い．
最近の歯車の加工工程を図３に示す．歯研した歯面の面粗さの向上や，三次元的な歯面の実現のためホーニングも採用されている．熱処理後の仕上げ加工を
図１

乗用車用トランスミッションの例

採用すると製造コストを押し上げることになるので，

＊1＊4

＊2

＊5

工作機械事業部技術部主幹
工作機械事業部技術部次長＊3
工作機械事業部技術部歯車機械設計課長

工作機械事業部技術部精密工具設計課長
工作機械事業部技術部歯車機械設計課＊6
工作機械事業部技術部精密工具設計課

三菱重工技報 VOL.43 NO.3: 200642

進行するので，スーパードライコーティングを施す
素材

旋削歯切素材

旋
削歯
切素材

旋削歯切

図３

熱処
理
シェービング

ハード
ターニング

歯研

ハードターニング

歯研

ハード
ターニング

ホーニング

ことにより，耐熱強度の向上を図った．これによ

完成
ホーニング

り，従来 100 〜 120 m・min − 1 であった切削速度の完成

200 m・min − 1 への高速化を可能とし，同時に摩耗を抑え，工具寿命を２倍とし，生産性の大幅な向上完成を実現した．スーパードライコーティングと従来のTiN コーティングのコーティング膜組成の変化を

最近のトランスミッションギヤの加工工程

最終要求精度の高い歯車は熱処理後に仕上げ工程採用．
従来並みの精度であれば，シェービング工程まで．

図４に示す．高温にさらされると TiN コーティン
グでは Ti が酸化し脆い組織に変化している．これに対し，スーパードライコーティングでは表層部でトータルコスト低減への取組が進められている．ミッは Al が選択的に酸化され強固な膜となっているとションに組み込まれるギヤはそれぞれ振動・騒音への考えられる．

影響度が異なるので，精度，コストの面からギヤごと現在はさらに高温酸化特性を高めたスーパドライに最適な仕上げ方法を採用している．例えば歯研する

Ⅱコーティングを開発し切削速度 250 m・min − 1 へ場合は，ホブ切り精度を改善しシェービングを廃止すの高速化対応を実現している．スーパドライⅡコーる．ホーニングする場合は，工具費低減のため熱処理

ティングは 1 200℃の高温でも高い耐酸化性を実現

前にシェービング加工を行い，加工前精度の安定と取している．

代の低減を図っている．最近では，型鍛造などの塑性動向を以下にまとめる．
（1）ドライカットの採用● 高速化による歯切り工程の生産性向上

100100Ti 酸化物
O50Ti

組成（％）

で作られることが増えている．ミッションギヤ加工の組成（％）

加工法も採用されており，クラッチ歯などは一体成形

Al酸化物

50

NAIO TiN● 工具寿命延長による工具費の低減

0● ドライ化による切削油剤費の低減

1 234 5 6膜表面からの深さ（μm）
TiN 膜（厚さ6μm）（2）シェービング工程の省略● 熱処理後に歯研する場合はシェービングを省く（3）クラッチ歯の鍛造一体化

図４0

1 234 5 6膜表面からの深さ（μm）
TiAlN 膜（厚さ6μm）

コーティング膜の組成比較

800 ℃，大気中，5 時間保持．

● 塑性加工化（切削工程削除）（2）熱処理後の仕上げ加工用超硬ホブ● 歯車のコンパクト化

砥石の干渉等で熱処理後の歯研が難しいステアリ（4）歯車生産の海外展開及び作業者の非熟練工化● 操作性・メンテナンス性の良い機械を要求

ングピニオン等の小径ギヤでは，熱処理後に超硬ホ● 作業者支援ソフト，プリサービスの充実

ブによる仕上げ加工が採用されつつある．当社では超微粒超硬合金とコーティングの組み合わせによる（5）対象ワークに最適な加工工程の採用● それぞれの加工法を満足する種々の加工機の提供

仕上げ加工用超硬ホブを提供している．
（3）表面処理シェービングカッタ

3．精密切削工具

歯車の仕上げ加工の大半を占めているシェービン
グ加工では，工具費低減のため，カッタの表面処理（1）ドライカット用コーティング
作業現場から切削油を追放することは，地球環境によって表面硬度を上げ工具寿命の延長を図っていに優しいばかりでなく，切削油剤費削除によるコスる．歯の弾性変形量も考慮した高剛性設計と合わせトダウンが期待できる．そこで当社は世界に先駆て工具寿命の 1.2 〜２倍延長を実現している
（図５）
．

(2)

けて歯切りのドライカットシステムを開発した ．
スーパードライコーティングを施したカッタとドラ

4．E シリーズ歯車機械

イカットに適したホブ盤の開発により，ホブ切のド２章に示した自動車業界のニーズに対応するため，ライカットを実現した．さらに，ギヤシェーパにも工具の開発と合わせてホブ盤，ギヤシェーパ，シェードライカットを展開した．

ビング盤の歯車加工機械の E シリーズ化を行った．

ホブカッタは歯切り時に刃先が高温になり摩耗がさらに創成式歯車研削盤 ZE シリーズを開発した．E三菱重工技報 VOL.43 NO.3: 2006

様を整理し，標準仕様に反映した．

7000

また，開発設計は 3D-CAD を駆使し，FEM 解析だ

5 080

6 000
切削個数／刃付

43

けでなく，操作性・作業性のデサインレビューを十分

4 280

5 000
4 000実施した．当社では，サーボ技術の開発にも注力し

2 440

3 000ており，NC ガイドギヤシェーパ ST シリーズや同期

2 000

シェービング盤，同期ホーニング盤などを開発してい1 000

る．当社の歯車加工機のラインアップを図６に示す．

0
他社カッタ

図５

高剛性設計カッタ

高剛性設計カッタ＋スーパーコート

当社は，ホブ盤，ギヤシェーパ，シェービング盤，各種歯研盤，円筒研削盤等の歯車機械から工具まで製造・シェービングカッタの寿命改善販売し，実際に歯車の量産も行っている世界に類を見ない歯車加工システム総合メーカである．

シリーズの E はエコロジカル，エコノミー，エクセ

4．1ドライカット対応 GE シリーズホブ盤

レントの E である．下記のコンセプトに基づき開発

E シリーズホブ盤の開発に際してはドライカット対を行った．

応として（1）グローバルスタンダード① 切粉対策：加工スペースを機内カバーで密閉し切海外への生産展開に対応可能な標準仕様の明確化

粉の飛散を防止，ステンレスの急傾斜カバーで機（2）徹底した省エネ・環境対策

外へのスムーズな排出を図った．
② 高速対応：切削速度 250m・min − 1 対応の主軸・テー

省エネ回路の標準化，騒音対策（3）操作性・メンテナンス性の向上

ブル軸構造の採用．

作業者の支援システムの向上，非熟練工対策③ 重切削対応：機械剛性の向上，大容量の主軸モー（4）ラインコンセプトの統一

タの採用などを実施した．

ホブ盤，ギヤシェーパ，シェービング盤，歯研盤から円筒研削盤までトータルなコンセプトの統一

GE15A には従来通りのレイアウトである標準タイプと，狭間口でモジュラー化したガントリーローダが（5）フレキシブルな生産対応

後付け可能な図７に示すライン対応タイプがある．
本機は図８に示すワークを切削速度 250 m・min − 1，主なユニットをパッケージ化し，ライン構成，再編の容易化

サイクルタイム 14.3 秒で加工可能である．本機の導開発に際しては，顧客満足（CS）を徹底的に追求し，入による効果を図９に示す．およそ 45 ％のコスト低営業，設計，組立，サービスからなる CFT 活動を展減を実現している．なお，切削油装置を追加すること開した．これまでのクレームや客先要望事項，客先仕で従来のウエットカットにも対応可能である．

歯車加工工程旋盤 ブローチ

ホブ盤

ギヤシェーパ

面取盤

円筒研削盤

歯車研削盤

歯車ホーニング盤

生産型
円筒研削盤

創成方式
歯車研削盤

同期ホーニング盤

PD32

ZE15A

ZS25A

同期
シェービング盤

PD23

ZE24A

FS30A

汎用型
円筒研削盤

成形方式
歯車研削盤

シェービング盤

完全ドライカット
GE15A
GE20A
GE25A
GD10

工作機
械GD20

SE25AME20GT06R（ホブ＋面取＋ローリング）
SD15

ヘリカルガイドレス
ギヤシェーパ

SD25ST25RD23

ZG400

SC40ST40RD32

ZG1000GD30
GD50FE30A

熱処理

GB63SC63

GB100

SC100

RC45

シェービングカッタ
歯形研削盤
ZA30A

GBH18
工具

スプライン
ブローチ

スーパ
ドライII
ホブ

図６

スーパ
ドライII
ピニオンカッタ

シェービングカッタ

三菱の歯車加工機械および歯切り工具のラインアップ

三菱重工技報 VOL.43 NO.3: 2006

44

ワーク緒元
1.4
モジュール
34
歯数
25 mm
歯幅
17.5°
圧 力 角
22.5°RH
ねじれ角

ガントリーローダ
制御盤を機械の左側に配置し機械の幅を抑えた

1GE15A の外観図（ライン化対応機）

電力費

10.06

45％低減

切削油費

0.90.09

工具費： 40％低減
切削油費：100％低減
電力費： 33％低減

0.80.7
従来比工具緒元
ソリッドホブ
φ58 mm4160.60.55
電力費
0.04

0.50.4

工具費
0.850.3

事例
1. 対象歯車：モジュール
歯数 35枚歯幅 25mm
2. サイクルタイム

加工後

加工事例

2.535秒3. 年間嫁動時間：4 500時間（20H/日×22日/月×12月×稼働率85％）：46万個

5. コスト低減額 ：805万円/年（17.5円/個×46万個）

切削油費
0

工具費
0.51

〔内訳〕従来機 GNホブ盤
工具費 33円/個→ 19.8円/個
切削油費3.6円/個 → 0 円/個
電力費 2.2円/個 → 1.5円/個
計 38.8円/個 → 21.3円/個（▲17.5円/個）

0.1
従来機GEホブ盤

図９

加工前

図８

4. 年間生産量

0.20

スーパードライIIホブスーパードライII切削条件
加工方法
クライムカット
ホブ回転数
1 370 min−1
切削速度
250 m/min
送り
2.0 mm/rev
サイクルタイム
14.3 sガントリーローダは後付け可能

制御盤

図７形式
外径
口数
刃数
ング
コーティ

ドライカットの導入効果事例

図 10SE25A ギヤシェーパの外観図

ストローク幅 21mm，モジュール 2.5，直径75mm，スパー
ストローク数 760/1 200 min−1, 切削速度 50/80 m・min−1
サイクルタイム 49秒（従来機 73秒⇒加工能率1.5倍）
歯形誤差
500X
ROOT
R1R2R3R4MRAN

4432L2440

L3444L4321MRAN

5BIAS

BIAS

FF：歯形誤差4．24.0X

TIP
FFA
FA40FF

歯すじ誤差

新JIS6級
ROOT
FF

TIP

BOTTOM

新JIS4級

4.0XTIP

L10010391038R4037MRAN

442MRAN

1014BIAS

11BIAS

24R1L124FH
FQA
4142L23432L3312442L42−124R2R3

FFA：歯形形状誤差

FQ：歯筋誤差

図 11SE25A による加工事例

FQ

BOTTOM

FFAFA
3736FA：圧力角誤差

FQ

500X
TIP

FH：ねじれ角誤差

FH
FQA−3221FQA：歯筋形状誤差

ドライカット対応ギヤシェーパ SE25A

いギヤシェーパの課題である高速加工時の振動を抑え新たに開発した E シリーズのギヤシェーパ SE25Aるため，新型のバランサーシャフトを装着している．

を図 10 に示す．本機は，ドライカットによる高速加これにより，高速時の振動を従来機の 1/6 以下に抑え工を実現するため主軸周りの構造を見直し，最高ストることに成功している．

へ，切削速

本機による加工例を図 11，図 12 に示す．振動をへと高速化を図っ抑えたことによって，安定して良好な加工精度を得てている．また，カッタが往復運動するので振動しやすいる．またドライカット時に問題となる熱変形も低く

ローク数を 1 500 min
度では 90 m・min−1−1から 1 800 min

を 130 m・min−1−1三菱重工技報 VOL.43 NO.3: 2006

2.5

ストローク数（min−1）600/1 000

歯数

2.8

切削速度
（m・min−1）

40/66

直径（mm）

75

円周送り（mm/str）

2.618/1.1122

歯幅（mm）

15

ラジアル送り（mm/str）

0.009/0.01

ねじれ角

スパー

サイクルタイム

90s

30

Cp＝3.13（公差幅50μm）

20100−10−20−30−40図 12OBD変化量

40OBD変化量（μm）

モジュール

DRY連続加工

切削条件

ワーク諸元

450510152025303540

個数

連続加工時の OBD の変化

図 13抑えられ，連続加工時のオーバーボール径も安定した

FE30A 外観図

主軸の負荷電流のモニタリングが可能で加工条件の設結果が得られている．また，本機も GE15A 同様，ド定に役立てることができる．さらに NC 画面からのライカットにも従来のウエットカットにも対応できる

データ入力のみで，テーパやクラウニング量の補正が構造とした．

可能である．原理を図 14 に補正の実例を図 15 に示す．

4．34．4シェービング盤 FE30A

歯車研削盤

新たに開発した FE30A を図 13 に示す．FEM 解析

ミッションギヤの振動・騒音の低減を目的とし，最を用いてコラムやサドルの構造を見直し剛性の向上を終精度を向上するため，熱処理後の歯車研削加工が注図った．また操作盤には大型のカラーグラフィック画目されている．このニーズに対応し，E シリーズの歯車面を採用し操作性・メンテナンス性の向上を図っている．

研削盤として ZE15A/24A を開発した 3 ．本機の特長は

( )

ワーク幅
K

ワーク幅
K

カッタ

カッタ軸
ワーク幅dd'd
心間距離

ワーク

Z

テーパbccb'bad'

Kab'

β

ワーク幅
c'a'

ワーク軸

従来のクラウニング加工法①テーブルが左進端にある時

図 14（mm）

テーパ・クラウニング原理

操作画面上でデータをインプットするだけでクラウニング加工，テーパ＆クラウニング加工などの補正が簡単に行えます

加工事例

デ入ー力タ

揺動中心
許容テーブル送り長さ③テーブルが右進端にある時

ガイドレール②テーブルが中心にある時

クラウニング量A 軸 補 正テ ー パ 量

歯すじ補正0.00.020.0

ゼロ設定
0.00.00.0

クラウニング加工
0.030.00.0

テーパ＆クラウニング加工
0.03
0.00.02

歯すじ精度
ワークmn
3
φ144
β0z30
カッタ φ220.3
β12RH
ダイアゴナル加工

19μm

図 1520μm

30μm

テーパ・クラウニング補正

28μm

29μm

テーパ
19μm 30μm

三菱重工技報 VOL.43 NO.3: 2006

46（1）ねじ状の一般砥石を使用し，シフト研削法の採用

世界に先駆けて NC ガイドギヤシェーパや同期シェーと併せ，安定した高精度加工と工具費の低減を実現

ビング盤を開発してきた．

した．

（1）NC ガイドギヤシェーパ（2）砥石軸，テーブル軸はビルトインモータを採用し，ギヤシェーパを用いて，はすば歯車を加工する場高速・高精度加工を実現した．

合はカッタに歯すじ線に沿ったら旋運動をさせるた（3）リングローダ上にドレッサを搭載し，ハースカッ

めにガイドと呼ばれる案内を使用する．カッタのプリングでクランプした状態でドレスすることによ

リードに合わせて専用のガイドを準備する必要があり，機上ドレスの高精度化を実現した．

り，リードの異なるカッタを使用する場合は，熟練（4）標準８軸 NC を採用し，種々の加工支援ソフトを工によるガイド交換作業が必要であった．ST シリー準備し良好な操作性・メンテナンス性を実現した．

ズのギヤシェーパでは，このら旋運動を NC 制御で従来は歯形の圧力角を補正する場合は作業者がド実現した．ガイド部の構造を図 19 に示す．本機をレッサを微調整していたが，本機では図 18 に示す

使用すれば図 20 に示すようなねじれ角の異なる 2

ように NC 画面からデータの入力のみで，容易に歯段ギヤのワンチャック加工が可能である．
（2）同期シェービング盤形の圧力角の補正を可能とし作業性の大幅な向上と品質の安定化を実現している．図 16 に機械の全景

通常，シェービング加工はカッタを駆動しワーを図 17 に加工事例を示す．

クは連れ回りで加工する．ワークが回転方向に制4．5

御されていないため，従来のシェービング盤では，高速・高精度同期

当社では高速・高精度同期システムの開発に注力し，ピッチ精度を改善することができない．そこで同期

砥石諸元
外径 300mm
歯車諸元 モジュール 3，歯数 31，圧力角 20°
条数 3，全長 125mm
ねじれ角 20°（RH），外径 105mm，歯数 40mm
研削条件 砥石回転数 2 580/3 800min−1
ドレス条件 砥石回転数 70min−1
サイクルタイム
アキシャル送り 0.8/0.4mm/rev
ドレスッサ回転数 3 260min−1，78秒
ラジアル切込量 0.25/0.8mm，クライム/コンペ
ドレス時間 3分43秒
歯形誤差
歯すじ誤差
新JIS 1級
新JIS 1級
ROOT
MAX MIN
FQ
R102

FH
FQA
2−2TIPFH
FQA0L1 −1111500X

FH
FQA

1.0X
BOTTOM
MAX MIN
FQ

TOP

506FHFQA
15L2506155R105−25L15R205−250 −1L22111022−10 −1L31115R305−15L3506252022−11 −1L41114R40505L4506251MRAN
BIAS
0022−101
MRAN 1

115 0
MRAN 5−155 0
MRAN 61500BIAS

2BIAS

2BIAS

1ZE15A 歯車研削盤

図 17

右＋3/左＋1

圧力角補正基準（右−2.7/左−0.9μm）
右0.50.5TOP

1−1R40.5BOTTOM
MAX MIN
FQ

02R3

補正

4.0X
ROOTMAX MIN
FQ0R2

図 162500X

TIP補正
右−14−2.7狙い−2.7＋3＝0.3

左0.5−0.9

狙い−0.9＋1＝0.1

狙い−2.7−10＝−12.7

左−12.3狙い−0.9−10＝−10.9

図 18

圧力角補正

右−10/左−10−14.0−12.3

三菱重工技報 VOL.43 NO.3: 2006
従来機

ST25CNC
スピンドルモータ

スピンドルモータ

クランク

クランク

47（1）ホブ切後の精度分布図
10：L累積ピッチ：R累積ピッチ：歯振れ864

ヘリカルガイド（オス）

20

ヘリカルガイド（メス）

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
誤差（μm）

主軸

れじれ角調整用
サーボモータピニオンカッタ

図 19ガイドの構造説明（2）通常の連れ回りシエービング加工後の精度
12108642010 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
ピッチ精度はほとんど改善されていない
誤差（μm）（3）同期シェービング後の精度14121086420

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
ピッチ精度が改善してる
誤差（μm）

図 21

同期シェービング盤によるピッチ精度の改善報告されている．
図 202 段ギヤ加工

5．ま( )とめ

シェービング盤 FS30A を開発した 4 ．本機で加工

当社では，機械・工具の両方を製作する歯車加工シした場合のピッチ精度の改善状況を図 21 に示す．

ステムの総合メーカとして，自動車業界の動向を先取

また従来の加工ではカッタを正転・逆転加工するが，りするようにドライカットシステムの開発や E シリー

同期シェービング加工では一方向加工で仕上げるこズ展開，歯車研削盤の開発等を行ってきた．今後も客とができ，正・逆転が不要でサイクルタイムの短縮先ニーズを先取りした製品システムの開発を継続してを図ることができる．さらに，同期制御によりカッいくとともに生産ラインの遠隔監視，プリサービスのタとワークの位置関係が正しく保持され，カッタの実施，生産支援システムの充実などトータルなサービ

歯形がワークに正しく転写されるので，工具寿命のスの提供を実施していく．

管理が容易で，工具寿命の延長に効果のあることが参 考 文 献
（1）橋谷道明，ドライカットシステムおよび歯車仕上げ加工について，砥粒加工学会 関西支部 特別講演 2004.1.19（2）鹿毛博文ほか，歯車のドライホブ切り 日本機械学会 2003 年度年次大会 講演資料集Ⅷ p.177（3）橋谷道明ほか，静粛・コンパクト・低コスト歯車を実現する ZE15A 三菱重工技報 Vol.42 No.2
（2005）p.56（4）鍋倉正和ほか，低騒音歯車加工を目指した同期シ ェ ー ビ ン グ 盤 三 菱 重 工 技 報 Vol.39 No.4
（2002）p.212

鍋倉正和

橋谷道明

西村幸久

藤田昌克

栁瀬吉言

三﨑雅信