JP2003251527A - 曲歯傘歯車の歯形成形装置と歯形成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安い加工コストで歯形側端部を面取りするこ
とができる歯形成形装置と歯形成形方法を提供する。 【解決手段】 曲歯傘歯車の歯形成形装置は、複数のブ
レードが周上に配置されたカッター２４と、カッター２
４を周方向に回転させる回転手段と、カッターを回転軸
に沿って進退させる進退手段５６とを備えている。そし
て、その進退手段５６は、ブレードが歯形側面を切削し
始める前にカッター２４をワーク側に前進させ、切削し
始めた直後に所定の歯形側面切削位置に後退させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、曲歯傘歯車の歯
形成形装置と歯形成形方法に関するものである。特に、
歯形の側端部を面取りする技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】 自動車のディファレンシャルギア等に
用いられる曲歯傘歯車（以下、傘歯車と略す）が知られ
ている。図８は、大径の傘歯車７２と小径の傘歯車７４
が噛合わされた状態を示している。このような傘歯車の
成形に際しては、荒加工でほぼ傘歯車形状に成形された
ワークに対して、さらに仕上加工が施される。仕上加工
は、切削工程、焼入工程、ラッピング工程の順に行われ
る。切削工程では、円盤状のヘッドの外周部にブレード
が複数配置されているカッターを用いる。カッターが周
方向に回転すると、ブレードが薄皮を削ぐように歯形側
面を切削する。この様子が図９に示されている。図９
は、ブレード８６がワーク８２の歯溝８３に入り込み、
歯形８４の凸側の歯形側面８４ａの切削を終えた様子を
示している。ブレード８６に続いてブレード８７が歯溝
８３に入り込み、歯形８５の凹側の歯形側面８５ａを切
削する。すなわち、ブレード８６、８７が向かい合って
いる歯形側面８４ａ、８５ａを切削する。ブレード８
６、８７が歯形側面８４ａ、８５ａを切削すると、別の
ブレードが歯形側面８４ａ、８５ａをさらに切削する。
このようにして複数のブレードが歯形側面を次第に切削
し、切削工程は終了する。

【０００３】切削工程に続いて焼入工程が施され、仕上
加工の最終工程としてラッピング工程が行われる。ラッ
ピング工程では、図８に示されているように噛合わされ
た状態の傘歯車にコンパウンドを塗布し、その状態で回
転させる。コンパウンドを塗布した状態で傘歯車を回転
させると、歯形側面（当たり面）は、その組合わせの傘
歯車で最適な形状に研磨され、広い面で滑らかに接触す
るようになる。

【０００４】ラッピング工程においては、研磨が行われ
る過程で歯形側面どうしが局部的に接触することがあ
る。例えば、図１０に示されているように、歯形９２の
歯形側面９２ａが相手側の歯形側面と部分９９で局部的
に接触すると、歯形側面９２ａは矢印９３方向に変形す
る。歯形側面９２ａが矢印９３方向に変形すると、歯形
側端部９２ｂが噛合わされている相手側の傘歯車の歯形
と干渉する（この現象を、以下ラッピング干渉と言
う）。ラッピング干渉が発生すると、相手側の傘歯車に
傷がついて破損してしまったり、破損しないまでも回転
時に騒音が発生したりする。

【０００５】ラッピング干渉を防止する技術の一例が、
特表平５−５０４５１２号公報に記載されている。この
技術は、ブレードに面取部を設け、歯溝にブレードが入
り込んで歯形側面を切削する際に、切削される歯形に向
かい合った歯形側端部をブレードの面取部が面取りす
る。歯形側端部が面取りされると、ラッピング干渉が防
止される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】 上述した特表平５―
５０４５１２号公報に記載の技術は、ブレードの面取部
と歯形側端部との位置関係の調整が難しく、トライアン
ドエラーでブレード面取部を研削しなければならない。
このようなトライアンドエラーによるブレード面取部の
研削は、ブレード面取部が摩耗する毎に行わなければな
らないので、歯形成形の加工時間が長くなり、加工コス
トの増大を招いていた。

【０００７】本発明は、かかる問題を解決するためにな
されたものであり、安い加工コストで歯形側端部を面取
りすることができる歯形成形装置と歯形成形方法を提供
することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段および作用と効果】 請求
項１に記載の曲歯傘歯車の歯形成形装置は、複数のブレ
ードが周上に配置されたカッターと、カッターを周方向
に回転させる回転手段と、カッターを回転軸に沿って進
退させる進退手段とを備えている。そして、その進退手
段は、ブレードが歯形側面を切削し始める前にカッター
をワーク側に前進させ、切削し始めた直後に所定の歯形
側面切削位置に後退させる。このように歯形成形装置を
構成することにより、ワーク側に前進したカッターのブ
レードによって歯形側端部を面取りすることができる。
このようにして行われる歯形側端部の面取りは、ブレー
ドに面取部を設け、トライアンドエラーでブレード面取
部を研削することを要さない。従って、上記の歯形成形
装置によれば、安いコストで歯形側端部を面取りするこ
とができる。

【０００９】 請求項１に記載の歯形成形装置におい
て、進退手段は、凸側の歯形側面切削用ブレードが小径
側の歯形側面を切削し始める前にカッターをワーク側に
前進させることが好ましい（請求項２）。このように構
成することにより、凸側の歯形側面の小径側端部を面取
りすることができる。

【００１０】 請求項１または２に記載の歯形成形装置
において、回転手段と進退手段がカムで連携されている
ことが好ましい（請求項３）。このように構成すること
により、カムによってカッターの回転と進退を連携させ
ることができる。

【００１１】請求項４に記載の曲歯傘歯車の歯形成形方
法は、ブレードを歯形側面に沿って回転させることによ
ってワークの歯形側面を切削して曲歯傘歯車の歯形を成
形するにあたって、ブレードがワークを切削するのに先
立ってブレードをワーク側に接近させることによって歯
形側面端部を深く切削し、切削開始直後に所定の歯形側
面切削位置に後退させることによって端部以外を所望の
歯形側面に成形する。このような歯形成形方法によれ
ば、ワーク側に接近したカッターのブレードによって歯
形側端部を面取りすることができる。このようにして行
われる歯形側端部の面取りは、ブレードに面取部を設
け、トライアンドエラーでブレード面取部を研削するこ
とを要さない。従って、上記の歯形成形方法は、安いコ
ストで歯形側端部を面取りすることができる。

【００１２】請求項４に記載の歯形成形方法において、
ブレードが歯形小径側を切削するのに先立ってブレード
をワーク側に接近させることによって凸側の歯形側面の
小径側端部を深く切削することが好ましい（請求項
５）。このような歯形成形方法によれば、凸側の歯形側
面の小径側端部を面取りすることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】 本発明の実施の形態に係る歯形
成形装置と歯形成形方法について、図面を参照しながら
説明する。本実施形態の歯形成形装置１０は、曲歯傘歯
車の一種であるハイポイド歯車を成形する。図１に示さ
れているように、歯形成形装置１０は、基台１２、基台
１２上に装着されているワーク台１４と主軸台１６等か
ら構成されている。ワーク台１４には、ワーク軸１８が
設けられている。ワーク軸１８には、ワーク１７が着脱
可能に装着される。主軸台１６は、主軸台本体１６ａ、
テーブル２１、主軸サポート２２から構成されている。
テーブル２１は、矢印２３で示されているように、主軸
台本体１６ａに対して前後進可能とされている。主軸サ
ポート２２は、矢印１３で示されているように、テーブ
ル２１に対して首を振るように回動可能とされている。
主軸サポート２２内には主軸３５を回転および進退させ
る主軸駆動機構１５が組み込まれている（図１では、主
軸３５、主軸駆動機構１５の図示を省略している）。主
軸３５には、カッター２４が着脱可能に装着されてい
る。このように構成されているので、カッター２４は、
ワーク１７に対する位置を調整することができる。

【００１４】図２に示されているように、カッター２４
は、円盤状のヘッド２５と、ヘッド２５の外周部に取付
けられている、１番〜８番ブレード（２６〜３３）の８
枚のブレードから構成されている。このブレードの内、
１番ブレード２６、３番ブレード２８、５番ブレード３
０、７番ブレード３２は、凸側の歯形側面を切削する内
側ブレードであり、２番ブレード２７、４番ブレード２
９、６番ブレード３１、８番ブレード３３は、凹側の歯
形側面を切削する外側ブレードである。内側ブレード
（２６、２８、３０、３２）は、１番ブレード２６〜７
番ブレード３２の順に次第に内径側に位置するように配
置されている。外側ブレード（２７、２９、３１、３
３）は、２番ブレード２７〜８番ブレード３３の順に次
第に外形側の位置するように配置されている。１番ブレ
ード２６と８番ブレード３３との間は、他のブレード間
よりも間隔が大きい欠刃部３４とされている。ブレード
の配置は、欠歯部３４に２枚のブレードが仮想的に設け
られて計１０枚のブレードが存在し、これらのブレード
が周方向に均等に配置されているとして設定されてい
る。従って、ブレード配置の周方向角度（以下、ブレー
ド配置角度と言う）は、３６度である（３６０度÷１０
＝３６）。

【００１５】カッター２４を進退させる主軸駆動機構１
５について説明する。図３に示されているように、主軸
駆動機構１５は、ハウジング５５、リードカム５６、フ
ォローアーム５７、主軸３５等から構成されている。ハ
ウジング５５には、その内部にサポート９１がボルト９
２を介して固定されている。リードカム５６は、シャフ
ト３６を介してサポート９１に回転可能に装着されてい
る。リードカム５６の外周の一部には、外方に突出した
突出部５６ａが形成されている。リードカム５６は、図
示しないカム駆動機構に駆動されて回転する。なお、図
３に示されているリードカム５６の突出部５６ａは、図
示の明瞭化のために、誇張して図示している。フォロー
アーム５７の一端５７ａは、ピン３９を介してサポート
９１に回動可能に装着されている。フォローアーム５７
の他端５７ｂには、ローラ３７がピン３８を介して回転
可能に装着されている。ローラ３７はリードカム５６の
外周面に接触している。フォローアーム５７には、アー
ム側シュー４１が固定されている。

【００１６】フォローアーム５７に対向して配置されて
いる可動ブロック４４は、円筒状のピストン４５を介し
てハウジング５５に対してスライド可能に装着されてい
る。ピストン４５の両端４５ａには高圧の油が封入され
ている。このため、ピストン４５は、フォローアーム５
７側に付勢されている。可動ブロック４４には、ブロッ
ク側シュー４３が固定されている。ブロック側シュー４
３とアーム側シュー４１との間に、球状のボール４２が
介装されている。主軸３５は、可動ブロック４４に装着
されている２つのベアリング４６と、ハウジング５５に
形成されている２つの滑り軸受け４７、４８によって回
転可能に支持されている。主軸３５には、外周部に歯形
４９ａが形成されているドライブギア４９が固定されて
いる。ドライブギア４９は、図示しない回転駆動機構の
ギアと噛合わされている。主軸３５の先端には、カッタ
ー２４が装着されている。主軸３５を回転させる回転駆
動機構とリードカム５６を回転させるカム駆動機構は連
動されており、主軸３５が１回転する間にリードカム５
６は５回転する。

【００１７】以上説明したように主軸駆動機構１５が構
成されているので、回転駆動機構がドライブギア４９を
回転させると、主軸３５とともにカッター２４も回転す
る。また、主軸３５と連動してリードカム５６も回転す
る。リードカム５６が回転して、その突出部５６ａにフ
ォローアーム５７のローラ３７が乗り上げると、フォロ
ーアーム５７はピン３９回りに主軸３５方向に回動す
る。ローラ３７がリードカム５６の突出部５６ａ以外の
円周面に接触している状態では、フォローアーム５７
は、主軸３５とは反対方向に回動して安定する。すなわ
ち、リードカム５６が回転すると、フォローアーム５７
は主軸３２方向とその反対方向に回動を繰り返す。フォ
ローアーム５７が回動を繰り返すと、これにともなって
アーム側シュー４１、ボール４２、ブロック側シュー４
３を介して可動ブロック４４が軸方向に進退する。可動
ブロック４４が進退すると、主軸３５も進退する。

【００１８】図４に示されているように、カッター２４
が回転すると、１番〜８番ブレード（２６〜３３）が順
に歯溝５２に入り込み、歯形５１と歯形５３の側面を薄
皮を削ぐように徐々に切削して所望の歯形形状に成形す
る。図４は、７番ブレード３２が歯形５１の凸側の歯形
側面を切削し、歯溝５２から抜け出すところを図示して
いる。７番ブレード３２に続いて８番ブレード３３が歯
溝５２に入り込み、歯形５３の凹側の歯形側面を切削す
る。８番ブレード３３が歯溝５２から抜け出し、欠歯部
３４が歯溝５２に配置されると、ワーク１７が歯形１ピ
ッチ分回転する（歯形を割り出す）。そして、新たに割
り出された歯形に対して１番〜８番ブレード（２６〜３
３）が切削を行う。

【００１９】リードカム５６のカムプロファイルと、カ
ッター２４の進退量について、図５を参照しながら説明
する。図５の横軸はリードカム５６のカム角度（円周方
向角度）、縦軸はリードカム５６のカム角度に対応した
カッター２４の軸方向位置を示している。図５から明ら
かなように、カム角度８０度でカッター２４の進みが開
始され、カム角度９５度で０．５ｍｍ進み、その後に退
いてカム角度１３０度で元の位置に戻る。上述したよう
に、ブレード配置角度は３６度である。また、主軸３５
が１回転する間にリードカム５６は５回転する。このた
め、リードカム５６が１回転する間にカッター２４は７
２度回転する（３６０÷５＝７２）。従って、リードカ
ム５６が１回転する間に、カッター２４はブレード２枚
分回転する。よって、図５に示されているようなカムプ
ロファイルのリードカム５６を用いると、２枚分のブレ
ードが回転方向に進行する間に、カッター２４は１回進
退する。

【００２０】以上説明したようにして、リードカム５６
はカッター２４を進退させる。従って、ブレードが歯溝
５２に入り込んで歯形の切削が開始されるときに、カッ
ター２４が前進しているようにリードカム５６とカッタ
ー２４の回転位置関係を調整することにより、歯形側端
部を面取りすることができる。図５に示されているよう
に、１番ブレード２６が歯形５１の切削を開始するとき
にカッター２４が前進していると、１番ブレード２６に
よって歯形５１の凸側の小径側の歯形側端部５１ａが面
取りされる。１番ブレード２６は、後退してから歯形側
面を面取りする。１番ブレード２６に続く２番ブレード
２７は歯形側端部５１ａを面取りせず、３番ブレード２
８が前進して歯形５１の歯形側端部５１ａを面取りす
る。そして、５番ブレード３０と７番ブレード３２がさ
らに歯形側端部５１ａを面取りする。歯形側端部５１ａ
が面取りされると、ラッピング干渉の発生が防止され
る。なお、ブレードによる面取りは、ブレードが最も前
進した位置から開始されなくてもよい。ブレードが前進
した位置で切削が開始されれば、歯形端部は面取りされ
る。リードカム５６の突出部５６ａの突出高さを調整す
ることにより、カッター２４の進退量を変化させること
ができる。

【００２１】カッター２４が進退することによって行わ
れる歯形側端部の面取りについて、詳細に説明する。図
６は、歯形６２に対してブレード６３が矢印６８で示す
方向に進退する様子を図示している。実線で示されてい
るのが、歯形６２に対してブレード６３が歯形側面６４
を切削する位置に後退した状態、１点鎖線で示されてい
るのが、ブレード６３が前進した状態を示している。回
転するブレード６３が歯形６２の切削を開始するとき
に、ブレード６３が歯形６２に対して前進していると、
ブレード６３の切削部６３ａは、歯形６２の歯形側面６
４側に寸法Ｅ入り込む。ブレード６３が歯形側面６４側
に寸法Ｅ入り込むと、その分だけ歯形６２の歯形側端部
が面取りされる。歯形６２の歯形側端部を面取りしてか
ら、ブレード６３は後退し、歯形６２の側面６４を切削
する。なお、本実施形態の歯形成形装置１０は、凸側の
小径側の歯形側端部を面取りするが、カッターの進退す
るタイミングを調整したり、カッターの回転方向を逆に
することにより、凹側の歯形側端部を面取りしたり、大
径側の歯形側端部を面取りすることもできる。

【００２２】図７は、歯形７１の歯形側端部に面取り７
２が施された状態を示している。なお、図７に示されて
いる面取り７２は、明瞭化を目的として誇張して図示し
てあり、実際に施される面取りは、注視するか、指先で
触れないと判別できない程度のものである。

【００２３】なお、上述した歯形成形装置１０は、カッ
ター２４の回転と進退とを同期させることにより歯形側
端部５１ａを面取りすることができる。このため、ブレ
ードに面取部を設け、トライアンドエラーでブレード面
取部を研削することを要さない。従って、上記の歯形成
形装置１０によれば、安いコストで歯形側端部５１ａを
面取りすることができる。

【００２４】なお、歯形成形装置１０のように、カッタ
ー２４が回転しながら歯形側面を切削する歯形成形は、
フォーメイト歯形成形と呼ばれている。これに対して、
カッターが回転とともに回転軸方向に進退しながら歯形
側面を切削する歯形成形も知られており、ヘリックスフ
ォーム歯形成形と呼ばれている。ヘリックスフォーム歯
形成形によるカッターの進退量は、上述した歯形成形装
置１０のカッター進退量（０．５ｍｍ）よりも格段に大
きい。ヘリックスフォーム歯形成形は、カッターが進退
するので、その過程で歯形側端部が面取りされる。ヘリ
ックスフォーム歯形成形は、歯溝に同時に入り込むブレ
ードの数は１枚でなければならないという制約がある。
この制約は、ヘリックスフォーム歯形成形はカッターの
進退量が大きいので、複数のブレードが同時に歯溝に入
り込むと、所望の歯形成形を行うことができないことか
ら設けられている。

【００２５】歯形成形装置１０は、歯形側面を切削して
いるときにはカッター２４が進退しない。このため、ヘ
リックス歯形成形の場合とは異なり、複数のブレードを
同時に歯溝に入り込ませることが許容される。複数のブ
レードを同時に歯溝に入り込ませることが許容される
と、ブレードとブレードの間隔を小さくして、周上に配
置されているブレードの径を小さくすることができる。
周上に配置されているブレードの径を小さくすることが
できると、曲率が小さな歯形を成形することができる。
歯形の曲率を小さくすると、歯形の強度を高くすること
ができる。

【００２６】以上、本発明の具体例を詳細に説明した
が、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定する
ものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上
に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれ
る。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、
単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性
を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組み合わ
せに限定されるものではない。また、本明細書または図
面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであ
り、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的
有用性を持つものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る歯形成形装置の斜視
図。

【図２】本発明の実施形態に係るカッターの斜視図。

【図３】本発明の実施形態に係る主軸駆動機構の断面
図。

【図４】本発明の実施形態に係るカッターがワークを成
形している状態を示す平面図。

【図５】本発明の実施形態に係るリードカムのカム角度
とカッター位置の関係を示すグラフ。

【図６】本発明の実施形態に係るブレードが歯形側端部
を面取りする様子の説明図。

【図７】本発明の実施形態に係る歯形側端部に面取りが
施された状態を示す斜視図。

【図８】大径と小径の曲歯傘歯車が噛み合った状態を示
す斜視図。

【図９】従来の技術に係るブレードがワークを成形して
いる状態を示す平面図。

【図１０】従来の技術に係る歯形が変形する様子の説明
図。

【符号の説明】

１０：歯形成形装置 １２：基台 １３：主軸サポートの回転方向を示す矢印 １４：ワーク台 １５：主軸駆動機構 １６：主軸台 １８：ワーク軸 ２１：テーブル ２２：主軸サポート ２３：テーブルの前後進方向を示す矢印 ２４：カッター ２５：ヘッド ２６：１番ブレード ２７：２番ブレード ２８：３番ブレード ２９：４番ブレード ３０：５番ブレード ３１：６番ブレード ３２：７番ブレード ３３：８番ブレード ３４：欠刃部 ３５：主軸 ３７：ローラ ３８：ピン ３９：ピン ４１：アーム側シュー ４２：ボール ４３：ブロック側シュー ４４：可動ブロック ４５：ピストン ４６：ベアリング ４７、４８：滑り軸受け ４９：ドライブギア、４９ａ：歯形 ５１：歯形、５１ａ：歯形側端部 ５２：歯溝 ５３：歯形 ５５：ハウジング ５６：リードカム、５６ａ：突出部 ５７：フォローアーム、５７ａ：一端、５７ｂ：他端 ９１：サポート ９２：ボルト ９３：歯形側面の変形方向を示す矢印 ９９：接触部分

フロントページの続き (72)発明者 小林 之彦 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 伊藤 利成 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3C025 DD04

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のブレードが周上に配置されたカッ
   ターと、カッターを周方向に回転させる回転手段と、カ
   ッターを回転軸に沿って進退させる進退手段とを備えて
   おり、 その進退手段は、ブレードが歯形側面を切削し始める前
   にカッターをワーク側に前進させ、切削し始めた直後に
   所定の歯形側面切削位置に後退させることを特徴とする
   曲歯傘歯車の歯形成形装置。
2. 【請求項２】 進退手段は、凸側の歯形側面切削用ブレ
   ードが小径側の歯形側面を切削し始める前にカッターを
   ワーク側に前進させることを特徴とする請求項１の歯形
   成形装置。
3. 【請求項３】 回転手段と進退手段がカムで連携されて
   いることを特徴とする請求項１または２の歯形成形装
   置。
4. 【請求項４】 ブレードを歯形側面に沿って回転させる
   ことによってワークの歯形側面を切削して曲歯傘歯車の
   歯形を成形するにあたって、ブレードがワークを切削す
   るのに先立ってブレードをワーク側に接近させることに
   よって歯形側面端部を深く切削し、切削開始直後に所定
   の歯形側面切削位置に後退させることによって端部以外
   を所望の歯形側面に成形することを特徴とする曲歯傘歯
   車の歯形成形方法。
5. 【請求項５】 ブレードが歯形小径側を切削するのに先
   立ってブレードをワーク側に接近させることによって凸
   側の歯形側面の小径側端部を深く切削することを特徴と
   する請求項４の歯形成形方法。