JP2012171020A

JP2012171020A - 歯車製造方法

Info

Publication number: JP2012171020A
Application number: JP2011032000A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Kurita; 信明栗田
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2011-02-17
Filing date: 2011-02-17
Publication date: 2012-09-10

Abstract

【課題】コストアップ、加工精度の低下、カッターと他部材との干渉等を招来することなく、スカイビング加工においてカッターの送り操作の下手側となるワークの下手側端面において発生するバリの除去が可能な歯車製造方法を提供する。
【解決手段】歯車に加工されるワーク１０の回転軸Ａｗに対して傾斜した回転軸Ａｃを有するピニオン型のカッター１を用い、カッター１をワーク１０と同期回転させながらワーク１０の歯すじ方向に送り操作するスカイビング加工を利用した歯車製造方法において、送り操作において下手側となるワーク１０の下手側端面１０ｃにおけるカッター１の送り速度、切込量、及びカッター１とワーク１０との相対回転位相のうち少なくとも何れか１つを、下手側端面１０ｃを除く領域を切削するときの条件と異ならせてバリ取り加工を行う。
【選択図】図１

Description

歯車に加工されるワークの回転軸に対して傾斜した回転軸を有するピニオン型のカッターを用い、カッターをワークと同期回転させながらワークの歯すじ方向に送り操作するスカイビング加工を利用した歯車製造方法に関する。

スカイビング加工とは、図１を参照して説明すると、歯車に加工されるワーク１０の回転軸Ａｗに対して傾斜した回転軸Ａｃを有し、多数の切刃２を備えたピニオン型のカッター１を、ワーク１０と同期回転させつつ、ワーク１０の歯すじ方向に送り操作（ここでは回転軸Ａｗに沿って上方から下方への送り操作）を行い歯切りする加工法である。

このようなスカイビング加工においては、カッターとワークの回転運動により切削を行うので、カッターを単に往復運動させて切削する他の加工法と比べると滑らかな切削が可能である。また、カッターとワークの回転速度を速くすることにより高速切削が容易に実現可能である。従って、例えば波動歯車のように多数の細かい歯を有する歯車の加工を行う場合に、スカイビング加工は特に有利な加工法といえる。

スカイビング加工では、上述のごとくカッターがワークの歯すじ方向に送り操作されるので、この送り操作において下手側となるワークの下手側端面には、カッターがワークから離間する際に図７に示すようなバリＢが発生する。バリＢが付着した歯車を他の部品と組み付けると、組み付け精度が悪化したり、組み付け後に脱落したバリＢが各部品の動作の円滑な動作を妨げたりするおそれがある。特に、上述の波動歯車に使用する歯車の場合は歯が細かいので、小さなバリでもその影響が大きくなりやすい。

歯切り加工済みのワークのバリを除去する装置として、例えば特許文献１に記載された歯車加工装置がある。この装置は、歯切り機構で歯切り加工を行ったワークを、歯切り機構とは別の位置に設けた端縁処理機構までオートローダによって移動できるように構成されている。歯切り機構と端縁処理機構とを別に備えているので、歯切り機構における歯切り加工と、端縁処理機構におけるバリ取り等の端縁処理加工を同時に実施することができる。その結果、歯車の製造加工の作業効率を大幅に向上することができるとされている。

また、特許文献２には面取り兼シェービング装置が開示されている。この装置は、面取り用カッターとシェービング用カッターとを備え、一方のカッターがヘッド本体に支持され、他方のカッターがヘッド本体に対して相対的に昇降する複可動部に支持される。さらに、この装置には一対のバリ取り用カッターが設けられており、一台の装置でシェービング加工、面取り加工及びバリ取り加工を行えるように構成されている。

特開２００６−２２４２２８号公報特開平７−１２３１号公報

しかし、特許文献１に記載の装置は複数の機構を離れた場所に設けるため、装置が大型化するとともに、複数の工具が必要となりコストが上昇する。また、特許文献２に記載の装置は複可動部の長さを大きくする必要があるので、複可動部に設けたカッター周辺の剛性が低下して、加工精度の低下を招来するおそれがある。さらに、波動歯車のような内歯歯車をスカイビング加工で製造する場合には、ワークの内側空間にはワークに対して傾斜状態のカッターが存在するため、このカッターと複可動部との干渉が問題となる。

上記問題を鑑みて、本発明は、コストアップ、加工精度の低下、カッターと他部材との干渉等を招来することなく、スカイビング加工においてカッターの送り操作の下手側となるワークの下手側端面において発生するバリの除去が可能な歯車製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る歯車製造方法の特徴手段は、歯車に加工されるワークの回転軸に対して傾斜した回転軸を有するピニオン型のカッターを用い、前記カッターを前記ワークと同期回転させながら前記ワークの歯すじ方向に送り操作するスカイビング加工を利用した歯車製造方法において、前記送り操作において下手側となる前記ワークの下手側端面における前記カッターの送り速度、切込量、及び前記カッターと前記ワークとの相対回転位相のうち少なくとも何れか１つを、前記下手側端面を除く領域を切削するときの条件と異ならせてバリ取り加工を行う点にある。

通常のスカイビング加工では、カッターの送り速度、切込量、及びカッターとワークとの相対回転位相を一定で維持したまま、ワークの上手側端面から下手側端面までの全領域を切削して加工を終了するので、下手側端面に発生したバリを除去することができない。本特徴手段によれば、ワークの下手側端面において、カッターの送り速度、切込量、及びカッターとワークとの相対回転位相のうち少なくとも何れか１つを、下手側端面を除く領域を切削するときの条件と異ならせてバリ取り加工を行う。この特徴手段によれば、別途バリ取り加工用の工具を用意する必要はなく、カッターやワークの動作を制御しているプログラムを変更するだけでバリ取り加工が可能となるので、カッターと他部材との干渉は発生しないし、コストアップや加工精度の低下を招来することもない。尚、カッターの送り速度やカッターとワークとの相対回転位相を異ならせることには、単に速さを変化させるだけではなく、送り操作の向きや相対回転の向きを反対にすることも含まれるものとする。

ここで、前記バリ取り加工として、前記カッターの送り操作を前記下手側端面において一時停止させると好適である。

本特徴手段のごとく、カッターの送り操作をワークの下手側端面において一時停止させると、その間、下手側端面においてカッターとワークとの同期回転が継続され、カッターの切刃がワークの加工面に形成された歯溝の表面に接触し得る。このように、切削加工が終わった後もカッターとワークとが接触することにより、接触時の衝撃等によって、ワークの下手側端面で発生したバリを脱落させることができる。

また、前記バリ取り加工として、前記下手側端面において前記カッターを前記歯すじ方向に往復運動させると好適である。

本特徴手段のごとく、ワークの下手側端面においてカッターが歯すじ方向に往復運動するように送り操作を行うと、カッターの切刃がワークの加工面に形成された歯溝の表面に複数回接触し得る。このように、切削加工が終わった後もカッターとワークとが接触することにより、接触時の衝撃等によって、ワークの下手側端面で発生したバリを脱落させることができる。特に、カッターが下手側端面から上手側端面への方向に移動するときは、上手側端面から下手側端面へとカッターを移動させる通常の送り操作時とは、カッターの切刃とワークとの接触形態（接触箇所、接触方向、接触力等）が異なる。このため、カッターの往復運動時にはワークに種々の衝撃が作用し、バリの除去効果が向上する。

また、前記バリ取り加工として、前記ワークの前記歯すじ方向の全領域を切削した後、再度、前記下手側端面をより大きな切込量で切削すると好適である。

本特徴手段によれば、最初にワークの歯すじ方向の全領域を切削した際に、ワークの下手側端面にバリが発生する。しかし、１回目の切込量よりも大きな切込量でワークの下手側端面の切削を再び行うことにより、下手側端面のバリの除去が可能となる。仮に、２回目の切削によって新たにバリが発生する場合には、さらにそのバリを除去するため、より大きな切込量で再度、下手側端面の切削を行うことが可能である。本特徴手段によれば、２回目以降の切削量はその回と前回との切込量の差に過ぎないので、カッターに作用する負荷を抑制することができる。

また、前記バリ取り加工の際に、前記下手側端面において前記カッターの回転速度を、前記ワークとの前記同期回転の状態から相対的に加速または減速すると好適である。

本特徴手段のごとく、カッターの回転速度をワークとの継続的な同期回転の状態から相対的に加速または減速すると、カッターとワークとの相対回転位相がずれることになる。カッターの回転速度をワークに対して相対的に加速または減速した後、もとの速度に戻してやると、カッターとワークとの相対回転位相が当初の相対回転位相からずれた状態で同期回転を維持する。カッターを加速した場合にはワークの回転方向下手側、減速した場合にはワークの回転方向上手側が切削され、切削部分のバリが除去されるとともに、切削時の衝撃等で切削部分以外のバリが脱落することも期待できる。また、カッターの回転速度をワークに対して相対的に加速または減速したままで維持し、ワークとカッターとの同期回転を徐々にずらして、回転方向に沿って切削領域が拡大していくようにしても同様の効果が得られる。尚、本特徴手段によれば、ワークの下手側端面近傍において、歯溝の形状が下手側端面近傍以外の領域と異なることになるが、歯車として用いる際にワークの下手側端面近傍が力の伝達に寄与する部分でなければ、特に問題は生じない。

スカイビング加工による歯車製造方法の概要を示す図である。本発明の第１実施形態に係るカッターの送り操作を示す図である。本発明の第２実施形態に係るカッターの送り操作を示す図である。本発明の第３実施形態に係るカッターの送り操作を示す図である。本発明の第４実施形態に係るカッターの送り操作を示す図である。本発明の第５実施形態に係るカッターの切刃の軌跡を示す図である。従来のスカイビング加工によるバリの発生を示す図である。従来のスカイビング加工に係るカッターの送り操作を示す図である。

以下、本発明に係る歯車製造方法を波動歯車に使用される内歯歯車の製造に適用した実施形態について図面に基づいて説明する。

図１は、スカイビング加工を利用した本発明の実施形態に係る歯車製造方法の概要を示す図である。スカイビング加工は、歯車に加工されるワーク１０の回転軸Ａｗに対して傾斜した回転軸Ａｃを有し、多数の切刃２を備えたピニオン型のカッター１を用いて行われる。このカッター１をワーク１０と同期回転させつつ、ワーク１０の歯すじ方向に送り操作（ここでは回転軸Ａｗに沿って上方から下方への送り操作）することにより歯切りする。

ここでは内歯歯車の製造方法について説明するので、円環状のワーク１０の内周面が加工面１０ａとなる。スカイビング加工により、加工面１０ａに歯溝１２が形成され、切削されなかった部分が歯１１となる。加工面１０ａと直交するワーク１０の上下面のうち、カッター１の送り方向の上手側の面を上手側端面１０ｂ、下手側の面を下手側端面１０ｃと称する。

図７は、従来のスカイビング加工によって、ワーク１０の上手側端面１０ｂから下手側端面１０ｃまでの全領域に切削加工を施したワーク１０を示す。ａ図はワーク１０の加工面１０ａを正面から見た正面図、ｂ図は加工面１０ａを横から見た断面図、ｃ図はワーク１０を上手側端面１０ｂの側から見た平面図である。また、図８は、従来のスカイビング加工におけるカッター１の送り位置を時系列で示したグラフである。ここで、ｚ１は上手側端面１０ｂの位置を示し、ｚ２は下手側端面１０ｃの位置を示す。

従来のスカイビング加工においては、図８に示すようにカッター１をワーク１０の上手側端面１０ｂから下手側端面１０ｃに一定の速度で送り操作しつつ、一定の切込量でワーク１０の加工面１０ａを切削していた。その結果、カッター１がワーク１０の下手側端面１０ｃから離間する際に、下手側端面１０ｃにバリＢが発生していた。図７の各図に示すように、バリＢは下手側端面１０ｃの歯溝１２の輪郭に沿って発生する。本発明はこのバリＢの除去を目的とするものである。

［第１実施形態］
図２に基づいて、本発明に係る歯車製造方法の第１実施形態を説明する。図２のａ図はカッター１の送り位置を時系列で示したグラフであり、ｂ図は時刻ｔ１、ｔ２におけるワーク１０の断面図である。本実施形態では、カッター１を送り位置ｚ１（上手側端面１０ｂ）からｚ２（下手側端面１０ｃ）まで送り操作した後、時刻ｔ１からｔ２までの間、カッター１の送り操作を下手側端面１０ｃにおいて一時停止させる。

本実施形態によれば、下手側端面１０ｃまでの切削が終わった時刻ｔ１の時点ではバリＢが発生している。しかし、カッター１の送り操作をワーク１０の下手側端面１０ｃにおいて一時停止させると、その間、下手側端面１０ｃにおいてカッター１とワーク１０との同期回転が継続され、カッター１の切刃２がワーク１０の加工面１０ａに形成された歯溝１２の表面に接触し得る。このように、切削加工が終わった後もカッター１とワーク１０とが接触することにより、接触時の衝撃等によって、ワーク１０の下手側端面１０ｃで発生したバリＢを脱落させることができる。

本実施形態においては、カッター１の送り操作を下手側端面１０ｃにおいて一時停止させたが、完全に一時停止させる代わりに、下手側端面１０ｃの近傍を切削するときの送り速度を低速にすることも可能である。カッター１の送り速度を低速にすることにより、ワーク１０の下手側端面１０ｃにおけるバリＢの発生を抑制することができるし、発生したバリＢの除去も期待できる。

［第２実施形態］
図３に基づいて、本発明に係る歯車製造方法の第２実施形態を説明する。図３はカッター１の送り位置を時系列で示したグラフである。本実施形態では、カッター１を送り位置ｚ１（上手側端面１０ｂ）からｚ２（下手側端面１０ｃ）まで送り操作した後、時刻ｔ１からｔ２までの間、カッター１を下手側端面１０ｃにおいて歯すじ方向に往復運動させる。尚、ここでカッター１を下手側端面１０ｃで往復運動させるとは、下手側端面１０ｃを含む狭小領域において往復運動させることを意味する。

本実施形態によれば、下手側端面１０ｃまでの切削が終わった時刻ｔ１の時点ではバリＢが発生している。しかし、ワーク１０の下手側端面１０ｃにおいてカッター１が歯すじ方向に往復運動するように送り操作を行うと、カッター１の切刃２がワーク１０の加工面１０ａに形成された歯溝１２の表面に複数回接触し得る。このように、切削加工が終わった後もカッター１とワーク１０とが接触することにより、接触時の衝撃等によって、ワーク１０の下手側端面１０ｃで発生したバリＢを脱落させることができる。

特に、カッター１が下手側端面１０ｃから上手側端面１０ｂへの方向に移動するときは、上手側端面１０ｂから下手側端面１０ｃへとカッター１を移動させる通常の送り操作時とは、カッター１の切刃２とワーク１０との接触形態（接触箇所、接触方向、接触力等）が異なる。このため、カッター１の往復運動時にはワーク１０に種々の衝撃が作用し、バリＢの除去効果が向上する。

［第３実施形態］
図４に基づいて、本発明に係る歯車製造方法の第３実施形態を説明する。図４のａ図はカッター１の送り位置を時系列で示したグラフであり、ｂ図はカッター１による切込量を時系列で示したグラフ、ｃ図は時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４におけるワーク１０の断面図である。本実施形態では、カッター１を送り位置ｚ１（上手側端面１０ｂ）からｚ２（下手側端面１０ｃ）まで一定の速度で送り操作するが、そのうち下手側端面１０ｃの近傍のｚ３からｚ２までの間、時刻にしてｔ１からｔ２までの間は、カッター１による切込量をｒ１からｒ２に漸減させる。その後、カッター１をｚ２からｚ３に戻すまでの間、時刻にしてｔ２からｔ３までの間は、カッター１による切込量をｒ２からｒ１に漸増させる。最後に、カッター１による切込量をｒ１に維持した状態で、ｚ３からｚ２までの領域を再度切削する。

本実施形態によれば、最初にワーク１０の歯すじ方向の全領域を切削した際、すなわち時刻ｔ２の時点では下手側端面１０ｃにてバリＢが発生する。しかし、カッター１の送り位置をｚ３に戻してから、切込量ｒ１でｚ３からｚ２の領域の切削が行われるので、下手側端面１０ｃのバリＢが除去される。仮に、２回目の切削によって新たにバリが発生する場合には、さらにそのバリを除去するため、より大きな切込量で再度、下手側端面１０ｃの切削を行ってもよい。本実施形態によれば、２回目の切削量は１回目と２回目との切込量の差に過ぎないので、カッター１に作用する負荷を抑制することができる。

［第４実施形態］
図５に基づいて、本発明に係る歯車製造方法の第４実施形態を説明する。図５のａ図はカッター１の送り位置を時系列で示したグラフであり、ｂ図はカッター１による切込量を時系列で示したグラフ、ｃ図は時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３におけるワーク１０の断面図である。本実施形態では、カッター１を送り位置ｚ１（上手側端面１０ｂ）からｚ２（下手側端面１０ｃ）まで一定の速度かつ一定の切込量ｒ１で送り操作して切削した後、カッター１を下手側端面１０ｃの近傍のｚ３まで戻す。その後、ｚ３からｚ２までの間、時刻にしてｔ２からｔ３までの間は、カッター１による切込量をｒ１からｒ２に漸増させつつ切削する。

本実施形態によれば、最初にワーク１０の歯すじ方向の全領域を切削した際、すなわち時刻ｔ１の時点では下手側端面１０ｃにてバリＢが発生する。しかし、カッター１の送り位置をｚ３に戻してから、切込量をｒ１からｒ２に漸増させながらｚ３からｚ２までの領域の切削が行われるので、下手側端面１０ｃのバリＢが除去される。仮に、２回目の切削によって新たにバリが発生する場合には、さらにそのバリを除去するため、より大きな切込量で再度、下手側端面１０ｃの切削を行ってもよい。本実施形態によれば、２回目の切削量は１回目と２回目との切込量の差に過ぎないので、カッター１に作用する負荷を抑制することができる。尚、本実施形態によると、ワーク１０の下手側端面１０ｃの近傍において、歯溝１２が歯すじ方向における他の領域よりも深く形成されるが、歯車として機能する際にワーク１０の下手側端面１０ｃの近傍が力の伝達に寄与する部分でなければ、特に問題はない。

［第５実施形態］
図６に基づいて、本発明に係る歯車製造方法の第５実施形態を説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様にカッター１の送り操作を下手側端面１０ｃにおいて一時停止させる。その間に、ワーク１０に対するカッター１の相対回転位相を遅らせた状態でしばらく維持した後、相対回転位相を進めた状態でしばらく維持するという操作を行うものである。図６は切刃２による切削軌跡を示す平面図であり、ａ図の実線矢印が相対回転位相を変更する前の切削軌跡を示し、ｂ図の鎖線矢印が相対回転位相を遅くしたときの切削軌跡、ｃ図の鎖線矢印が相対回転位相を速くしたときの切削軌跡を示す。

カッター１がワーク１０の下手側端面１０ｃにおいて一時停止しているときは、ａ図に示すように、カッター１の切刃２は既に形成されている歯溝１２の輪郭に沿って図中時計回りに回転し続ける。この状態においては、歯溝１２の輪郭に沿って下手側端面１０ｃにはバリＢが発生している。第１実施形態においては、この状態でカッター１の送り操作を一時停止し、カッター１の回転動作だけ継続することで、切刃２が歯溝１２の表面に接触することにより、バリＢを除去するものであった。

本実施形態では、カッター１の送り操作を一時停止した状態で、さらにカッター１とワーク１０との相対回転位相を変化させることにより、より積極的にバリＢの除去を図るものである。まず、カッター１が下手側端面１０ｃで一時停止している状態で、相対回転位相を遅らせる。すると、ｂ図に示すように、切刃２による切削軌跡は回転方向の上手側（図中左側）に推移する。このとき、歯溝１２の回転方向上手側がさらに切削され、回転方向上手側のバリＢが除去される。その後、もとの相対回転位相よりも相対回転位相を速める。すると、ｃ図に示すように、切刃２による切削軌跡は回転方向の下手側（図中右側）に推移する。このとき、歯溝１２の回転方向下手側がさらに切削され、回転方向下手側のバリＢが除去される。

このようにカッター１とワーク１０との相対回転位相を操作することで、ｄ図に示すように、歯溝１２の輪郭に沿って発生していたバリＢのうち、回転方向上手側と下手側に存在していたものが除去される。ｄ図には、歯溝１２の底部分のバリＢが残存した例を記載しているが、相対回転位相を変更して新たな切削が行われるときの衝撃により、この部分のバリＢも脱落することもあり得る。歯溝１２の底部分に残ったバリＢを除去する場合には、例えばカッター１による切込量を大きくして下手側端面１０ｃの切削を行えばよい。ただし、歯溝１２の底部分は歯車の噛み合いにおいて通常機能する部分ではないので、このまま放置しておいても歯車として機能させることは可能である。また、切刃２の先端形状が尖っていたり、円弧形状である場合にはｄ図のようなバリBの残存は生じにくい。

カッター１のワーク１０に対する相対回転位相を遅らせるには、カッター１の回転速度をワーク１０に対して一瞬遅くした後にもとの回転速度に戻すか、カッター１を瞬間的に一時停止させるか、あるいはワーク１０の回転速度をカッター１に対して一瞬速くした後にもとの回転速度に戻せばよい。反対に相対回転位相を速める場合は、カッター１の回転速度をワーク１０に対して一瞬速くした後にもとの回転速度に戻すか、ワーク１０の回転速度をカッター１に対して一瞬遅くした後にもとの回転速度に戻すか、ワーク１０を瞬間的に一時停止させればよい。

尚、所望する箇所のバリＢが除去できるのであれば、本実施形態のように相対回転位相を遅らせることと速めることの両方の操作を行う必要はなく、どちらか一方だけを実施してもよい。また、例えばカッター１の回転速度をワーク１０に対して遅くし、もとの回転速度に戻さずにいると、カッター１とワーク１０との同期回転が徐々にずれ、切刃２により切削軌跡が推移し続ける。その結果、ワーク１０の下手側端面１０ｃがあたかも面取り加工されたような形状となるが、このようなバリ取り加工を行うことも可能である。さらに、カッター１とワーク１０との同期回転の方向を反対向きにすることで、ワーク１０に衝撃を付与してバリＢを除去することも可能である。

以上、各実施形態について説明してきたが、本発明はこれらの実施形態に限られるものではない。例えば、第１実施形態でカッター１を一時停止している間や、第２実施形態でカッター１を往復運動させている間に、カッター１による切込量を漸増させることも可能である。また、第５実施形態ではカッター１を一時停止している間に相対回転位相を変更したが、第２実施形態のようにカッター１を往復運動させている間に相対回転位相を変更してもよい。

本発明に係る歯車製造方法は、内歯歯車の製造のみならず、外歯歯車を製造する際に適用することも可能である。

１カッター
２切刃
１０ワーク
１０ｃ下手側端面
Ａｗワークの回転軸
Ａｃカッターの回転軸
Ｂバリ

Claims

歯車に加工されるワークの回転軸に対して傾斜した回転軸を有するピニオン型のカッターを用い、前記カッターを前記ワークと同期回転させながら前記ワークの歯すじ方向に送り操作するスカイビング加工を利用した歯車製造方法において、
前記送り操作において下手側となる前記ワークの下手側端面における前記カッターの送り速度、切込量、及び前記カッターと前記ワークとの相対回転位相のうち少なくとも何れか１つを、前記下手側端面を除く領域を切削するときの条件と異ならせてバリ取り加工を行う歯車製造方法。
前記バリ取り加工として、前記カッターの送り操作を前記下手側端面において一時停止させる請求項１に記載の歯車製造方法。
前記バリ取り加工として、前記下手側端面において前記カッターを前記歯すじ方向に往復運動させる請求項１に記載の歯車製造方法。
前記バリ取り加工として、前記ワークの前記歯すじ方向の全領域を切削した後、再度、前記下手側端面をより大きな切込量で切削する請求項１に記載の歯車製造方法。
前記バリ取り加工の際に、前記下手側端面において前記カッターの回転速度を、前記ワークとの前記同期回転の状態から相対的に加速または減速する請求項２〜４の何れか一項に記載の歯車製造方法。