JP2000317734A - 歯車ラップ盤におけるバックラッシュ設定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 実際のラッピング加工に先立つバックラッシ
ュの設定にあたり、多数の歯の噛み合い組み合わせのも
とでのバックラッシュのばらつきを反映できるようにす
る。 【解決手段】 ピニオンとリングギヤとを噛み合わせた
上でリングギヤが少なくとも１回転するようにピニオン
を正転方向に数回転させつつリングギヤを連れ回りさ
せ、それに続いてピニオンを数回転逆転させる。その時
の各歯車の回転位置を個別に連続して検出し、ピニオン
の回転位置を基準としたときの相対回転位置誤差をバッ
クラッシュＢＬとして求める。バックラッシュ測定値Ｂ
Ｌからバックラッシュ最適値を算出し、これをバックラ
ッシュ規定値として設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、歯車ラップ盤にお
けるバックラッシュの設定方法に関し、特にハイポイド
ギヤのラッピング加工にあたり、そのハイポイドギヤを
構成するリングギヤとピニオンとを相互に噛み合わせた
状態で歯面にラッピングコンパウンドを吹き付けながら
上記歯車対を回転させてラッピング加工を施すようにし
た歯車ラップ盤において、実際の加工に先立って双方の
歯車の間に付与されるバックラッシュを設定する方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ハイポイドギヤの仕上げ加工を目的とし
た歯車ラップ盤においては、図７に示すように、ハイポ
イドギヤＨＧを構成するリングギヤＧとピニオンＰとを
相互に噛み合わせた状態で歯面にラッピングコンパウン
ド（ラップ材）Ｃを吹き付けながら上記歯車対Ｇ，Ｐを
回転させることにより、各歯の熱処理歪みやスケールを
除去して歯車精度を高めることを基本としている。

【０００３】そして、噛み合い部Ｑにおける歯面相互間
へのラッピングコンパウンドＣの噛み込みを許容しつつ
各歯面を所要の形状に仕上げるためには、歯車Ｇ，Ｐ間
に規定のバックラッシュを付与する必要があり、このバ
ックラッシュを設定する方法として従来は、図８に示す
ように実際の加工に先立って例えばピニオンＰを固定し
てそれに噛み合うリングギヤＧを正逆転させてバックラ
ッシュをＢＬを測定し、これが規定のバックラッシュと
なるように双方の歯車Ｇ，Ｐの軸間距離（オフセット）
を変化させることで対処している。

【０００４】なお、上記のバックラッシュＢＬは、リン
グギヤＧを支持しているスピンドルに直結されたロータ
リーエンコーダ等の回転位置検出器もしくはスピンドル
駆動用のモータに内蔵された回転位置検出器の出力信号
を監視し、正転方向で止まった位置から逆転方向で止ま
る位置までの変化量として求められる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のバ
ックラッシュ設定方法では、ピニオンＰを固定してこれ
に噛み合うリングギヤＧを正逆転させたときのバックラ
ッシュＢＬを測定しているため、必然的に特定の一つの
歯の噛み合いでのバックラッシュ測定値に基づいて全体
のバックラッシュが一義的に設定されることになり、し
たがって他の歯同士での噛み合いでは適正なバックラッ
シュ量とならない可能性がある。

【０００６】また、上記の特定の一つの噛み合いにあず
かる歯面に打痕等の欠陥が存在していてこれがバックラ
ッシュ測定値に影響していたとしても、打痕等の欠陥そ
のものの存在を検出できないため、結果的に全体として
は規定値以上もしくは規定値以下のバックラッシュが設
定されることになり、狙いどおりのラッピング品質が得
られないことになる。

【０００７】本発明は以上のような課題に着目してなさ
れたもので、特定の一つの歯の噛み合いだけではなく多
数の歯の噛み合いのもとでのバックラッシュを測定し
て、これを反映した正確なバックラッシュの設定を行え
るようにした方法を提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、従来と同様に、ハイポイドギヤを構成するリングギ
ヤとピニオンのそれぞれを相互に独立したスピンドルに
支持させ、これらリングギヤとピニオンとを噛み合わせ
るとともに両者の間に規定のバックラッシュを持たせ、
その状態で歯面にラッピングコンパウンドを吹き付けな
がら上記歯車対を回転させてラッピング加工を施すよう
にした歯車ラップ盤であることを前提としている。

【０００９】その上で、ラッピング加工に先立って、相
互に噛み合わせたリングギヤとピニオンのうちリングギ
ヤが少なくとも１回転するようにいずれか一方を正転さ
せつつ他方を連れ回りさせるとともに、それに続いてリ
ングギヤが少なくとも１回転するようにいずれか一方を
逆転させつつ他方を連れ回りさせ、上記正逆転時におけ
るリングギヤおよびピニオンの回転位置を各スピンドル
に連結した回転位置検出器にて連続的に検出する。

【００１０】そして、これらの回転位置信号からリング
ギヤおよびピニオンのうちのいずれか一方の回転位置に
対する他方の回転位置のずれ量を多数の歯の噛み合い組
み合わせのもとでのバックラッシュとして求め、このバ
ックラッシュ測定値からバックラッシュ最適値を算出し
て、これを実際のラッピング加工に先立って付与される
上記規定バックラッシュとして設定することを特徴とし
ている。

【００１１】上記バックラッシュ最適値の算出は、例え
ばバックラッシュ測定値の最小値をもってバックラッシ
ュ測定値最適値とする。

【００１２】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の発明におけるバックラッシュ測定値が許容範囲
を越えている場合には、規定バックラッシュとしての設
定を行わずに警報信号を発することを特徴としている。

【００１３】したがって、請求項１に記載の発明では、
相互に噛み合わせたリングギヤとピニオンのうちリング
ギヤが少なくとも１回転するように例えばピニオンを正
逆転させて、その時のそれぞれのギヤの連続的な回転位
置信号に基づく相対位置誤差をもってバックラッシュ測
定値としていることから、このバックラッシュ測定値に
は多数の噛み合い組み合わせのもとでのそれぞれのバッ
クラッシュのばらつきが反映され、さらに、このバック
ラッシュ測定値に基づいて算出された上でバックラッシ
ュ規定値としてされるバックラッシュ最適値にも上記多
数の噛み合い組み合わせのもとでのそれぞれのバックラ
ッシュが反映されることになる。

【００１４】この場合、請求項２に記載の発明のように
バックラッシュ測定値の許容限界を予め設定しておき、
そのバックラッシュ測定値が上記許容限界を超えた場合
にはその後の処理を行わずに警報信号を発し、例えばオ
ペレータにそのワークの引き抜きを促したり、あるいは
加工中止を指令する。こうすることにより、例えばラッ
ピング加工では消去しきれないような打痕等の欠陥があ
る場合に、その欠陥を残したままのワークが後工程に流
出してしまうのを未然に阻止できる。

【００１５】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、バック
ラッシュ測定値や、そのバックラッシュ測定値に基づい
て算出されるバックラッシュ規定値としてのバックラッ
シュ最適値には、少なくともリングギヤが１回転するよ
うに歯車対を正逆転させたときの多数の噛み合い組み合
わせのもとでのバックラッシュが反映されているため、
上記バックラッシュ規定値としてはきわめて適正なもの
となり、狙いどおりのラッピング加工品質が得られる。

【００１６】また、請求項２に記載の発明によれば、バ
ックラッシュ測定値が許容限界を超える場合には、警報
信号の出力によってその後の処理を中止して不良品とし
て排除できることから、その不良品の後工程への流出を
未然に防止して、無駄な工数を削減できる効果がある。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１〜６は本発明の好ましい実施
の形態を示す図であって、特に図２は本発明が適用され
る歯車ラップ盤の概略構成を示している。

【００１８】図２に示すように、加工対象となるハイポ
イドギヤＨＧは周知のようにピニオンＰとリングギヤＧ
とからなり、ピニオンＰはスピンドル１の先端の取付治
具２に装着されるとともに、リングギヤＧは別のスピン
ドル３の先端の取付治具４に装着された上でピニオンＰ
と噛み合わされるようになっていて、後述するように、
バックラッシュ測定時にはピニオンＰを積極的に回転駆
動させることでそれに応じて所定の負荷トルクを与えな
がらリングギヤＧを連れ回りさせるようになっている。

【００１９】ピニオンＰを支持しているスピンドル１
は、プーリ５，６とベルト７とを介してモータ８によっ
て回転駆動されるようになっている。また、スピンドル
１の後端には、カップリング９を介してロータリーエン
コーダ等の回転位置検出器１０の入力軸が連結されてい
て、この回転位置検出器１０によりピニオンＰの回転位
置が検出される。同様に、リングギヤＧを支持している
スピンドル３は、プーリ１１，１２とベルト１３とを介
してモータ１４により回転駆動されるようになってい
て、スピンドル３の後端には、カップリング１５を介し
てロータリーエンコーダ等の回転位置検出器１６の入力
軸が連結されていて、この回転位置検出器１６によりリ
ングギヤＧの回転位置が検出される。

【００２０】上記リングギヤＧ側のスピンドル３はスラ
イドテーブル１７上に軸受支持されていて、このスライ
ドテーブル１７にはボールねじ１８が付帯している。こ
のボールねじ１８のスクリューシャフト１９にはカップ
リング２０を介してモータ２１の回転軸が連結されてい
るとともに、このモータ２１の起動によりスピンドル３
がスライドテーブル１７ごとスライドするようになって
いて、これによりピニオンＰとリングギヤＧとの噛み合
い量が調整される。

【００２１】なお、上記の各モータ８，１４，２１はＮ
Ｃ装置２２からの指令によりその回転が制御されるとと
もに、各回転位置検出器１０，１６の出力は信号処理器
２３にてアナログ信号からデジタル信号に変換された上
でコンピュータ２４にてデータ処理されるようになって
いて、その処理結果は、後述するようにピニオンＰとリ
ングギヤＧとの間の噛み合い量を調整するべくスライド
テーブル１７の送り量調整のためにＮＣ装置２２に与え
られる。

【００２２】上記のようなラップ盤によりハイポイドギ
ヤＨＧのラッピング加工を行うには、図２のほか図３に
示すように、ピニオンＰとリングギヤＧとを噛み合わせ
た状態で両者の間に規定のバックラッシュをもたせ、ピ
ニオンＰおよびリングギヤＧのそれぞれを各モータ８，
１４により同期回転させる一方、図７に示したように歯
面に向けてラッピングコンパウンドＣを吹き付けて、歯
車対Ｐ，Ｇの噛み合い部ＱにラッピングコンパウンドＣ
を積極的に噛み込ませるようにしてラッピング加工を行
う。

【００２３】このとき、上記の規定のバックラッシュに
はラッピングコンパウンドＣを噛み込むのに必要な量が
予め考慮されており、図４に示すように、噛み合い部Ｑ
の歯面での当たり状態が、センター当たり、トー当た
り、ヒール当たりを経て再びセンター当たり状態となる
ように、スライドテーブル１７の自由度を使ってリング
ギヤＧをその軸心方向に積極的に往復移動させるラッピ
ングモーションを１サイクルとして、このサイクルを、
バックラッシュ量が所定量になるまで噛み合い側の歯面
および反噛み合い側の歯面のそれぞれについて複数回ず
つ繰り返す。

【００２４】ここで、実際のラッピング加工に先立つ上
記規定のバックラッシュ量の設定は次のような手順で行
う。

【００２５】先ず、図２に示すようにピニオンＰとリン
グギヤＧが相互に噛み合っている状態で、モータ８の起
動によりピニオンＰを数回転逆転させ、そのピニオンＰ
と噛み合っているリングギヤＧについてはモータ１４の
起動により負荷トルクを与えながら連れ回りさせる。こ
のときのピニオンＰの回転数としては、相手側のリング
ギヤＧが少なくとも１回転するだけの回転数であること
が必要である。ピニオンＰを複数回転させたならば、そ
れぞれのモータ８，１４を回転駆動方向を切り換えて、
直ちにピニオンＰを上記の回転数とほぼ同じ数だけ逆転
させながら相手側のリングギヤＧについても負荷トルク
を与えながら逆方向に連れ回りさせる。

【００２６】そして、上記歯車対Ｐ，Ｇの正逆転に伴っ
て各回転位置検出器１０，１６から連続的に出力される
信号を信号処理器２３を経てコンピュータ２４に取り込
み、図１の（Ｃ）に示すようにピニオＰン側の回転位置
を基準としたときのリングギヤＧの回転位置のずれ量を
算出する。より詳しくは、図１の（Ａ）はピニオンＰの
回転速度を、同図（Ｂ）は相手側のリングギヤＧの回転
速度を、また同図（Ｃ）はピニオンＰ側を基準としたと
きのそのピニオンＰの回転位置に対するリングギヤＧの
回転位置誤差、すなわちピニオン回転位置に対するリン
グギヤＧ側の相対回転位置誤差をそれぞれ示しており、
この相対回転位置誤差は、ピニオンＰ側の回転位置検出
器の出力とリングギヤＧ側の回転位置検出器の出力との
差として容易に求められる。なお、同図から明らかなよ
うに、本実施の形態ではピニオンＰを正逆方向にそれぞ
れ８回転以上回転させている。

【００２７】図１の（Ｃ）において、ピニオン逆転時に
おける相対位置誤差の波形とピニオン正転時における相
対位置誤差の波形との差は、上記噛み合い状態でのハイ
ポイドギヤＨＧのバックラッシュＢＬにほかならず、こ
の双方の波形の差をもって同図（Ｄ）に示すようにピニ
オンＰの回転位置に対するバックラッシュＢＬの変化を
算出する。このバックラッシュＢＬの変化は、先に述べ
たようにリングギヤＧが少なくとも１回転は連れ回りす
るようにピニオンＰを８回転以上させた場合のものであ
るから、そのピニオンＰが複数回転する間の多数の噛み
合い組み合わせのもとでの個々のバックラッシュのばら
つきが反映されており、しかも例えば特定の一つあるい
は複数の歯面に打痕等があった場合にも、同図（Ｄ）に
符号ａで示すようにこれがバックラッシュの急変として
忠実に反映される。図１の（Ｄ）では、上記打痕等を原
因とするバックラッシュの急変ａがピニオンＰの１回転
につき１回ずつ周期的にあらわれており、これにより特
定の一つの歯面に打痕等があるものと推測できる。

【００２８】そこで、コンピュータ２４では、同図
（Ｄ）に示すように予めしきい値Ｂを設定しておき、上
記打痕等を原因とするバックラッシュＢＬの急変ａがし
きい値Ｂを超えている場合には、ラッピング加工をもっ
てしてはその打痕等を解消できないものと判定し、バッ
クラッシュ規定値の設定処理をすることなく警報信号を
出力し、ラップ盤あるいはオペレータに対してその歯車
対たるハイポイドギヤＨＧの排出を促す。

【００２９】さらに、コンピュータ２４は、上記しきい
値ａを超えるようなバックラッシュＢＬの急変がないこ
とを条件として、図３の（Ｄ）の波形をさらに同図
（Ｅ）のように波形整形して、例えばその最小値Ａをバ
ックラッシュ最適値として算出する。もちろん、このバ
ックラッシュ最適値としては、最小値Ａに適宜の補正係
数を乗じて補正したり、あるいは平均化処理により求め
るようにしてもよい。

【００３０】こうして得られたバックラッシュ最適値
は、そのコンピュータ２４にてスライドテーブル１７の
移動量に変換された上でＮＣ装置２２に出力され、ＮＣ
装置２２はモータ１４を起動してピニオンＰに対しリン
グギヤＧを進退移動させることにより、そのピニオンＰ
とリングギヤＧとの噛み合い部に初めてバックラッシュ
規定値が設定される。なお、このバックラッシュ規定値
にはラッピングコンパウンドの噛み込みに必要な量が予
め考慮されている。

【００３１】そして、このバックラッシュ規定値の設定
を待って初めて先に説明した実際のラッピング加工が実
行される。

【００３２】ここで、実際のラッピング加工は、先に説
明したように図４に示すところのラッピングモーション
を複数回繰り返すことで行われることから、ラッピング
加工が進行するのに伴って、図６に示すようにピニオン
Ｐ側の歯面とリングギヤＧ側の歯面との相対位置たる噛
み合い中心点Ｍが徐々にではあるが矢印方向にずれるこ
とになる。そこで、図４に示した１回のラッピングモー
ションが終わる毎にそのラッピングモーション１回当た
りのラップ代分だけスライドテーブル１７の自由度を使
ってリングギヤＧをピニオンＰ側に送り込んで切り込み
を与えるようにする。これにより、先に述べたラッピン
グ加工の進行に伴う噛み合い中心点Ｍのずれが補正され
て、ラッピングモーションの度に噛み合い中心点Ｍを同
じ位置に修正できることから、より高精度なラッピング
加工を行えるようになる。

【００３３】この場合、より高精度な噛み合い中心点の
補正を行うためには、リングギヤＧ側のスピンドルがス
ライドテーブル１７による自由度のほか、該スライドテ
ーブル１７の作動方向と直交する二軸のスライド自由度
を有していて、全体として直交３軸の自由度をもって加
工するのが望ましい。

【００３４】ここで、上記実施の形態ではピニオンＰ側
を積極的に回転させつつリングギヤＧ側を連れ回りさ
せ、そのピニオンＰを基準としたリングギヤＧ側の相対
位置誤差をもってバックラッシュ測定値としているが、
逆にリングギヤＧを積極的に回転させてピニオンＰ側を
連れ回りさせ、そのリングギヤＧを基準としたピニオン
Ｐ側の相対位置誤差をもってバックラッシュ測定値とし
てもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好ましい実施の形態を示す図で、バッ
クラッシュ測定時における信号処理の説明図。

【図２】本発明が適用される歯車ラップ盤の概略構成説
明図。

【図３】ハイポイドギヤの一例を示す斜視図。

【図４】ラッピング加工時におけるラッピングモーショ
ンの説明図。

【図５】バックラッシュ測定時における信号処理の説明
図。

【図６】ラッピング加工時における歯面の要部拡大説明
図。

【図７】ハイポイドギヤの一般的なラッピング加工形態
を示す説明図。

【図８】従来のバックラッシュ設定時の説明図。

【符号の説明】

１…スピンドル ３…スピンドル ８…モータ １０…回転位置検出器 １４…モータ １６…回転位置検出器 １７…スライドテーブル ２１…モータ ＢＬ…バックラッシュ Ｇ…リングギヤ ＨＧ…ハイポイドギヤ Ｐ…ピニオン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハイポイドギヤを構成するリングギヤと
   ピニオンのそれぞれを相互に独立したスピンドルに支持
   させ、これらリングギヤとピニオンとを噛み合わせると
   ともに両者の間に規定のバックラッシュを持たせ、その
   状態で歯面にラッピングコンパウンドを吹き付けながら
   上記歯車対を回転させてラッピング加工を施すようにし
   た歯車ラップ盤であって、 ラッピング加工に先立って、相互に噛み合わせたリング
   ギヤとピニオンのうちリングギヤが少なくとも１回転す
   るようにいずれか一方を正転させつつ他方を連れ回りさ
   せるとともに、それに続いてリングギヤが少なくとも１
   回転するようにいずれか一方を逆転させつつ他方を連れ
   回りさせ、 上記正逆転時におけるリングギヤおよびピニオンの回転
   位置を各スピンドルに連結した回転位置検出器にて連続
   的に検出し、 これらの回転位置信号からリングギヤおよびピニオンの
   うちのいずれか一方の回転位置に対する他方の回転位置
   のずれ量を多数の歯の噛み合い組み合わせのもとでのバ
   ックラッシュとして求め、 このバックラッシュ測定値からバックラッシュ最適値を
   算出して、これを実際のラッピング加工に先立って付与
   される上記規定バックラッシュとして設定することを特
   徴とする歯車ラップ盤におけるバックラッシュ設定方
   法。
2. 【請求項２】 前記バックラッシュ測定値が許容範囲を
   越えている場合には、規定バックラッシュとしての設定
   を行わずに警報信号を発することを特徴とする請求項１
   に記載の歯車ラップ盤におけるバックラッシュ設定方
   法。