JP2002233914A - ホブカッター及び面ギア形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高精度で且つ少ない操作量で非金属材料を切
削すると共に研磨仕上げするホブカッターを提供する。 【解決手段】 ホブカッター（１０）は、切削部分（１
４）と、切削部分（１４）に隣接して該切削部分と作動
的に連動する研磨部分（１６）と、を含む。切削部分
（１４）は、互いに隣接して配置され且つ螺旋状に配列
された、複数のホブ歯（１８）と、ホブ歯（１８）の各
々の前部に切削面（３０）を、該ホブ歯（１８）の各々
の後部に後面を画成するため、複数のホブ歯（１８）を
通って延在する少なくとも１つの刃溝（２０）と、を有
する。研磨部分（１６）は、互いに隣接して配置された
複数の研磨歯（４２）を備える。ホブ歯（１８）及び研
磨歯（４２）の両方は、連続的に形成され、螺旋状に配
列される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ギア歯切り装置及
び方法（gear hobbing）に係り、より詳しくは、面ギア
を形成し研磨仕上げするホブカッター及び該ホブカッタ
ーを使用する方法に関する。

【０００２】

【従来技術】構成部品がきわめて高い速度で回転される
用途（例えば自動車及び航空機ドライブトレインの用
途）で使用されるギアは、一般に、ギアがかなり高精度
で製造されることを要求する。かかる精度を達成するた
めに、ギアは、小さい許容範囲の制限以内に所望の最終
形状に近い歯を形成するため最初に切削され、次に、切
削装置から取り外され、適切な寸法を有する正確な形状
に形成されるように仕上げ切削又は研削装置内に配置さ
れる、複雑な多工程製造プロセスが、通常、要求され
る。

【０００３】上記のような用途で使用される、従来技術
のプラスチックギアは、典型的には、標準の歯切り設備
において特別のホブカッターで切削される。プラスチッ
クギアを形成するための標準の歯切り設備と連係した特
別の設備を使用して遭遇する困難な問題の幾つかは、多
重開始点カッター上のホブの位置決めに関連する間隔配
置問題、切削プロセスの間における半加工品のプラスチ
ック材料の反り、切削プロセス後における半加工品に残
されたプラスチックのまくれ、全体的なギア形状内のば
らつきを最小にする能力を制限する標準的なホブ切削工
具からのばらつきといった問題を含んでいる。更には、
切削ギアが１つの機械から最終的な加工処理のため別の
機械に配置されるため取り外される多工程の製造プロセ
スが、ギアの操作量を増大させ、これによって、最終生
成物と連係される労働コストを増大させる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した欠点が軽減さ
れた、ホブによりギアを切削する方法が必要とされてい
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】ホブカッターは、非金属
材料から製作された面ギアを生成すると共に研磨仕上げ
るため使用される。典型的な用途では、ＣＮＣ歯切り装
置の同期能力は、カッター及び半加工品がオペレータの
介入を最小にした状態で、仕上げ面ギアを生成するため
巧みに操作されるとき、カッターと半加工品との関係を
維持するため使用される。ホブカッターは、切削部分
と、切削部分に隣接して該切削部分と機械的に連動する
研磨部分と、を含む。切削部分は、互いに隣接して配置
され且つ螺旋状に配列された、複数のホブ歯と、ホブ歯
の各々の前部に切削面を、該ホブ歯の各々の後部に後面
を画成するため、螺旋配列の複数のホブ歯を通って延在
する少なくとも１つの刃溝と、を含む。切削面及び後面
の間に上側エッジが形成され、上側エッジ及び切削面の
接合部は切削点を形成する。歯の各々は、カッターが半
加工品内に「チップ（chip）」を形成することを可能に
するためカム（cam）される。カッターの研磨部分は、
複数の研磨歯を備え、これらの歯は、互いに隣接して配
置され、且つ、連続的に形成されて螺旋状に配列され
る。研磨表面は、半加工品の切削を容易にするためカッ
ターの切削部分上に形成される。

【０００６】別の実施形態では、ホブカッターは、切削
部分が設けられていない状態で、互いに隣接して配置さ
れ、且つ、螺旋状に配列された複数の研磨歯を含む。研
磨歯の各々は、研磨表面をその歯上に形成しており、面
ギアの歯を「切削」するため、各々異なる度合いの粗さ
を持ち得る。研磨表面は、連続的に粗さを減少させてい
く研磨歯が、半加工品と係合するように配列されてもよ
い。各々異なる度合いの粗さを有する研磨表面を、単一
の研磨歯の側表面に形成してもよい。

【０００７】面ギアを形成する方法は、半加工品内に歯
を切削するためホブカッターを使用し、ホブカッターと
機械的に連動する研磨表面を使用した連続的な態様で切
削された歯を半加工品内へと研磨する、各工程を含む。
歯を切削するためホブカッターを使用する工程は、ホブ
カッターの切削部分を半加工品と係合させる工程を含
む。切削工程及び研磨工程は、ＣＮＣ歯切り装置の使用
を通して連合（articulate）されてもよい。

【０００８】その適切な使用方法に従って開示されたホ
ブカッターは、製造された面ギアの歯が、単一の加工処
理工程において、より正確に形成され、寸法が定められ
ることを可能にする。面ギアの寸法付けの精度は、生材
料の浪費を制限し、ギアを製造するため必要とされる労
力を最小化することによって、材料及び製造プロセスと
連係する製造コストを最小にする。これは、ギアが設置
されるシステムの全体的な機能をより良好にすることを
確実にすると共に、より高い品質のギアの製造を可能に
する。

【０００９】

【発明の実施の形態】非金属製の面ギアの研磨形成は、
以下に説明され、添付図面に示されたような歯切り装置
によって実行される。歯切り装置は、面ギアを形成する
ための切削部分と、これと同時にギアを仕上げるための
研磨部分とを備える。典型的なＣＮＣ歯切り装置の同期
能力は、面ギアが形成されるところの半加工品に対する
歯切り装置の関係を維持するために使用される。歯切り
装置は、面ギアの歯を形成するためその長さ方向軸の回
りに回転され、その間に、形成された歯を研磨仕上げる
ため軸方向に移動される。このシステムは、ギア歯の横
側面の表面上へのより細かな微細仕上げ、並びに、機械
加工処理の結果として生成された大きな切り口まくれの
除去を可能にすると共に、ギア形態の改善された制御を
可能にする。本文中の説明及び図面は、歯切り装置の一
つの特定の実施形態を表すが、面ギア／ピニオンギアの
組の多数の形態を設けるため、多数の変形例を設計に組
み込むことができることは、当業者には明らかであろ
う。

【００１０】図１及び２を参照すると、ホブカッター
は、参照番号１０において略示されており、以下では、
カッター１０と称することにする。カッター１０は、参
照番号１２で略示されたボディ部分を含む。該ボディ部
分は、ボディ部分１２の長さの約２分の１の長さに亘っ
て配置され、且つ、参照番号１４で略示された切削部分
と、ボディ部分１２の長さのその残り部分に亘って配置
され、且つ、参照番号１６で略示された、隣接して配置
された研磨部分と、を含む。研磨部分１６は、図６を参
照して後述される。切断部分１４は、各々に隣接して配
置された複数のホブ歯１８を含み、ホブ部分１２の長さ
方向軸２２に平行に延在する少なくとも１つの刃溝２０
を有する。ホブ歯１８は、螺旋ギア配列に配列されてい
る。刃溝２０は、図３及び図４を参照して以下に更に説
明される。

【００１１】ここで、図３及び図４を参照すると、ホブ
歯１８は、より詳細に示されている。各々のホブ歯１８
は、ボディ部分１２の断面の周辺部に亘って分布され、
ボディ部分１２の表面から通常延在する突起部として構
成される。ボディ部分１２は、半加工品（図示せず）か
ら面ギア（図示せず）を生成するため矢印２４により示
された方向に回転する。各々のホブ歯１８の「前部」及
び「後部」は、刃溝２０により画定され、面ギアの歯を
形成するため半加工品のチップを形成するため使用され
る。カッター１０の一実施形態では、単一の刃溝２０
は、ボディ部分１２の長さ方向軸船２２に対応するカッ
ター１０の回転軸２８に平行にボディ部分１２に沿って
長さ方向に延在する。刃溝２０の幅は、各ホブ歯１８の
後部が、機械処理プロセスの間に半加工品と接触するに
至ることを防止されるように設定される。カッター１０
は単一の刃溝のみを備えているので、同じホブ歯１８
は、仕上げられた面ギアの単一歯を形成するため使用さ
れ、かくして、カッター１０は、「単一開始点（single
start）」形状を有する。

【００１２】各ホブ歯１８は、各ホブ歯１８の前部をこ
れと同じホブ歯１８の後部の上方をある距離２６だけ延
在させることによって半加工品の切削を容易にするため
カム形成（cam）される。各ホブ歯１８の前部は切削面
３０を画成し、各ホブ歯１８の後部が後面３１を画成
し、各ホブ歯１８の頂上部はクリアランスエッジ３２を
画成する。切削面３０は、典型的には、刃溝２０の底部
表面３３に垂直に延在する。各ホブ歯１８のクリアラン
スエッジ３２は、各ホブ歯１８を画成する各突出部のエ
ッジに平行に延在する仮想ラインである、母線３４と対
応する。切削点３６は、切削面３０及びクリアランスエ
ッジ３２の交差部で形成される。切削面３０の形状は、
生成されるべき面ギアの歯の所望のプロフィールに対応
する。切削点３６と交差する母線３４の１つ及び回転軸
２８と垂直な仮想ライン４０によって形成された角度で
ある、図４に参照番号３８で示されたリード角度は、切
削点３６及びクリアランスエッジ３２の接合部で画定さ
れる。

【００１３】ここで、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を参照
すると、カッターの別の実施形態が示されている。図５
（Ａ）では、カッターは、切削面１３０が正の方向に熊
手形成（rake）されているところのホブ歯ギア構成１１
８を有するものとして参照番号１１０で略示されてい
る。参照番号１２０で略示された刃溝は、切削面１３０
が、鋭角１２１で刃溝１２０の底部表面１３３から離れ
て延在するように、カッター１１０のボディ部分１１２
内に形成される。そのような形状では、各々の歯は、実
際に材料を切削する前に切削点１３６により半加工品の
初期の突き刺し工程を提供する。切削点１３６のより小
さい表面積のため（図１乃至４に示されたカッター３０
のより大きい表面積とは反対）、切削点１３６による半
加工品の初期の突き刺し工程は、半加工品に対する応力
をより小さくさせ、切削線に沿った材料の望ましからぬ
破断を減少させる。

【００１４】図５（Ｂ）では、カッターは、切削面２３
０が負の方向に熊手形成されているところのホブ歯ギア
構成２１８を有するものとして参照番号２１０で略示さ
れている。参照番号２２０で略示された刃溝は、切削面
２３０が、鈍角２２１で刃溝２２０の底部表面２３３か
ら離れて延在するように、カッター２１０のボディ部分
２１２内に形成される。そのような形状では、各々の歯
は、面ギアの歯を形成するように半加工品から材料を
「切り開く（rip）」ため、半加工品のより強力な初期
の係合を提供する。

【００１５】ここで、図６を参照すると、研磨部分が参
照番号１６で示されている。好ましい実施形態では、研
磨部分１６は、切削部分１４に隣接して該切削部分と機
械的に連動するように配置され、参照番号４２で略示さ
れた複数の研磨歯から構成される。該複数の研磨歯は、
互いに隣接して配置され、ホブ歯１８の螺旋構成と類似
した螺旋形態で配列される。研磨歯４２は、ホブ歯１８
と構成及び寸法の点で類似しているが、研磨歯４２の配
列は、長さ方向軸線を延在する刃溝の存在によっては割
り込まれない。このため、各々の研磨歯４２は、カッタ
ー１０のボディ部分１２の断面上に配置された単一の連
続的突起部である。

【００１６】研磨部分１６は、切削部分１４に接続さ
れ、ボディ部分１２が回転するとき切削部分１４と同時
に回転するように形成される。研磨歯４２は、ホブ歯１
８の回転によりギア歯の生成に直ちに引き続いて面ギア
を仕上げるため配置される。各々の研磨歯４２は、面ギ
アを形成するように半加工品を仕上げるためその上に形
成された研磨表面４４を備える。研磨表面４４は、コー
ティング、エッチング、ボンディング、成形又は類似の
方法により各々の研磨歯４２の上に形成される。また、
研磨表面４４は、ギア歯を許容可能な製造許容誤差範囲
内に及び適切な表面質感を有するように仕上げるため、
ボディ部分１２の回転運動がホブ歯１８によって切削さ
れた面ギアのギア歯の表面を磨くことを可能にするのに
十分な度合いの粗さを持っている。

【００１７】図７を参照すると、ホブ歯のリード角度に
実質的に対応するリード角度５０が、カッター１０の研
磨表面に対して示されている。リード角度５０は、各々
の研磨歯４２の外側エッジ４８に沿って各研磨歯４２の
エッジに平行に延在する母線４６により画成される。リ
ード角度５０は、母線４６の１つと回転軸２８に垂直な
仮想ライン５２とによって画定される。

【００１８】別の実施形態では、図８に示されたよう
に、多重開始点カッターが参照番号３１０で略示されて
いる。多重開始点カッター３１０は、図１乃至４に示さ
れたカッター１０に類似しているが、多重開始点カッタ
ー３１０の切削表面は、ボディ部分３１２上で長さ方向
に方向付けられた複数の刃溝３２０によって画成され
る。各々の刃溝３２０は、切削面３３０（熊手形成され
ても、されていなくてもよい）、クリアランスエッジ３
２３、及び、切削点３３６の成形工程を必要としてい
る。研磨部分は、上述した実施形態と同様の態様で半加
工品を研磨仕上げするため切削部分に隣接して配置され
る。研磨部分は、図１及び２に示されたカッター１０の
研磨部分１６の寸法及び形状に実質的に従う。

【００１９】更に別の実施形態では、図９に略示された
ように、カッター４１０は、切削部分４１４に刃溝を含
まないが、その代わりに、参照番号４１９で略示された
側表面が可変の粗さを持つところのホブ歯４１８を有し
ていてもよい。好ましくは、各側表面４１９の粗さは、
非常に強力な侵入形態の仕上げ４２１から、程度の弱め
られた侵入形態の仕上げ４２３、微細仕上げ４２５、非
常に微細な仕上げ４２７まで段階付けられている。その
ような実施形態では、刃溝が形成されていない切削部分
４１４が半加工品と係合するとき、より強力な侵入形態
の仕上げ４２１を有する側表面４１９は、半加工品を切
削して、生成された面ギアの歯を形成する。作業が進行
すると、強度の弱められた侵入形態の仕上げ４２３の側
表面４１９は、更に面ギアの歯を画成し、微細仕上げ４
２５及び非常に微細な仕上げ４２７の側表面４１９は、
それらの最終的な寸法及び質感へと当該歯を研磨して磨
く。各ホブ歯４１８の両側表面４１９ａ、４１９ｂは、
半加工品をその最終的な形態へと、より漸増的に仕上げ
るため異なる粗さを持っていてもよい。

【００２０】上述した実施形態のうち任意のものにおい
て、半加工品から面ギアの形成を引き起こすため、カッ
ターが、ＣＮＣ歯切り装置の使用を通して連合される。
カッターは、軸方向に且つ回転可能に移動され、典型的
には例えばプラスチック又は類似の材料等の非金属材料
である材料のブランク部分内（図示せず）に至る。カッ
ターの軸方向の移動及び回転運動の接線力は、面ギアの
正確なギア歯形状を形成するため、ＣＮＣ歯切り装置の
制御部分（図示せず）により指し示された材料を除去す
る。半加工品の供給率、並びに、カッターが半加工品と
係合してこれを移動させるときの速度は、各々に特有の
非金属材料及び形成されるべき各特定の面ギアの構成に
従って変化する。ブランク部内に新たに形成された歯
（図示せず）が形成されるとき、カッターの軸方向移動
及び回転移動は、研磨部分を面ギアの歯と接触するに至
らしめる。研磨部分が新たに形成された歯と接触すると
き、当該歯は、所望の質感及び形状に研磨仕上げされ
る。そのような形態は、切削装置からブランク部を粗く
除去し、即ち、正味の部分を切除し、それを最終加工処
理のための仕上げ装置に配置する工程を無くす。

【００２１】上述した歯切り装置及びその使用方法を利
用することによって、製造された非金属面ギアの、成
形、形状形成、及び、退避（run out）の各特性がより
正確に制御される。製造プロセスのより正確な制御は、
生成された非金属ギアの寸法特性のより正確な制御を可
能にする。ギアの寸法特性を正確に制御することによっ
て、ギアが組み込まれるところのシステム全体の優れた
機能が発展される。

【００２２】好ましい実施形態が図示され、説明された
が、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、様々な
変更及び置換を本発明になすことができる。従って、本
発明は、開示された通りのものだけとして説明されたの
ではなく、本明細書中で開示されたそのような図示及び
実施形態は、請求に範囲に限定を加えるものではないと
理解するべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、切削部分及び隣接して配置された研磨
部分を有するホブカッターの実施形態の斜視図である。

【図２】図２は、ホブカッターの好ましい実施形態の平
面図である。

【図３】図３は、ホブ歯の構成を示すホブカッターのボ
ディ部分の側断面図である。

【図４】図４は、ホブ歯の構成を示すホブカッターのボ
ディ部分の断面の平面図である。

【図５】図５（Ａ）は、ホブ歯構成を示すホブカッター
の代替実施形態のボディ部分の側断面図である。図５
（Ｂ）は、ホブ歯構成を示すホブカッターの実施形態の
ボディ部分の側断面図である。

【図６】図６は、ホブカッターのボディ部分の研磨部分
の斜視図である。

【図７】図７は、研磨歯のリード角度を示すホブカッタ
ーの研磨部分の概略図である。

【図８】図８は、切削部分内に多数の刃溝を有するホブ
カッターの実施形態の側断面図である。

【図９】図９は、切削部分内に刃溝がなく、且つ、半加
工品を研磨するため構成された側表面を持つホブ歯を有
する、ホブカッターの実施形態の斜視図である。

【符号の説明】

１０ ホブカッター １２ ボディ部分 １４ 切削部分 １６ 研磨部分 １８ ホブ歯 ２０ 刃溝 ２８ 回転軸 ３０ 切削面 ３１ 後面 ３４ 母線 ３６ 切削点 ３８ リード角度 ４０ 仮想ライン ４２ 研磨歯 ４４ 研磨表面 ４６ 母線 ４８ 外側エッジ ５０ リード角度 ５２ 仮想ライン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドナルド・ディー・アルブレヒト アメリカ合衆国ミシガン州48603，サギノ ー，ヒッコリー・レイン 3511 (72)発明者 シアドア・グレン・シーガー アメリカ合衆国ミシガン州48603，サギノ ー，ホワイト・トリリアム・ドライブ・イ ースト 3624 (72)発明者 ジェフリー・アラン・ズラスキ アメリカ合衆国ミシガン州48603，サギノ ー，メイプル・ウッズ・ウエスト 4113 Ｆターム(参考） 3C025 FF01

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ホブカッターであって、 切削部分（１４）と、 前記切削部分（１４）に隣接して該切削部分と作動的に
   連動する研磨部分（１６）と、 を含む、ホブカッター。
2. 【請求項２】 前記切削部分（１４）は、 互いに隣接して配置され且つ螺旋状に配列された、複数
   のホブ歯（１８）と、 前記ホブ歯（１８）の各々の前部に切削面（３０）を、
   該ホブ歯（１８）の各々の後部に後面を画成するため、
   前記螺旋配列の複数のホブ歯（１８）を通って延在する
   少なくとも１つの刃溝（２０）と、 を含む、請求項１に記載のホブカッター。
3. 【請求項３】 前記ホブ歯（１８）の各々は、前記切削
   面（３０）及び前記後面（３１）の間に上側エッジを備
   える、請求項２に記載のホブカッター。
4. 【請求項４】 前記上側エッジ及び前記切削面（３０）
   の接合部は、切削点（３６）を形成する、請求項３に記
   載のホブカッター。
5. 【請求項５】 リード角度（３８）は、前記上側エッジ
   に平行に延在する母線（３４）と、前記複数のホブ歯
   （１８）の回転軸（２８）に対し垂直に延在して該母線
   と交差する仮想ライン（４０）とにより画定される、請
   求項４に記載のホブカッター。
6. 【請求項６】 前記複数の歯（１８）の各歯は、該複数
   の歯（１８）の該各歯を正の方向にカム形成するため、
   前記後面（３１）及び前記上側エッジの接合部により画
   成されるエッジの上方を延在する、請求項５に記載のホ
   ブカッター。
7. 【請求項７】 前記刃溝（２０）は、前記螺旋配列のホ
   ブ歯（１８）の回転軸（２８）に実質的に垂直となるよ
   うに、前記螺旋配列の複数のホブ歯（１８）を通って延
   在する、請求項２に記載のホブカッター。
8. 【請求項８】 前記研磨部分（１６）は、互いに隣接し
   て配置された複数の研磨歯（４２）を含み、該複数の研
   磨歯は、連続的に形成され且つ螺旋状に配列される、請
   求項１に記載のホブカッター。
9. 【請求項９】 前記複数の研磨歯（４２）の各歯のリー
   ド角度（５０）は、該複数の研磨歯（４２）の各々の外
   側エッジ（４８）に平行に延在する母線（４６）と、前
   記複数の研磨歯（４２）の回転軸（２８）に対し垂直に
   延在する仮想ライン（５２）と、の交差により画定され
   る、請求項８に記載のホブカッター。
10. 【請求項１０】 研磨表面（４４）が、前記研磨歯（４
    ２）の各々に形成される、請求項９に記載のホブカッタ
    ー。
11. 【請求項１１】 互いに隣接して配置され、且つ、螺旋
    状に配列された複数の研磨歯（４２）を含む、ホブカッ
    ター。
12. 【請求項１２】 前記複数の研磨歯（４２）は、研磨表
    面（４４）を、該歯上に形成される、請求項１１に記載
    のホブカッター。
13. 【請求項１３】 前記研磨表面（４４）は、各々異なる
    度合いの粗さを持つ、請求項１２に記載のホブカッタ
    ー。
14. 【請求項１４】 各々異なる度合いの粗さを持つ前記研
    磨表面（４４）は、前記研磨歯（４２）が連続的に粗さ
    を減少させて半加工品と係合するように段階付けられて
    いる、請求項１３に記載のホブカッター。
15. 【請求項１５】 前記研磨部分（４２）の各々は、少な
    くとも２つの側表面を備え、該側表面に、各々異なる度
    合いの粗さを持つ研磨表面が形成される、請求項１３に
    記載のホブカッター。
16. 【請求項１６】 面ギアを形成する方法であって、 半加工品内に歯を切削するためホブカッターを使用し、 研磨表面（４４）を使用した連続的な態様で前記切削さ
    れた歯を半加工品内で研磨し、前記研磨表面（４４）は
    前記ホブカッターと機械的に連動する、各工程を含む、
    前記方法。
17. 【請求項１７】 前記歯を切削するため前記ホブカッタ
    ーを使用する前記工程は、切削部分（１４）を前記半加
    工品と係合させる工程を含む、請求項１６に記載の方
    法。
18. 【請求項１８】 前記切削及び研磨工程は、ＣＮＣ歯切
    り装置の使用を通して連合される、請求項１６に記載の
    方法。