JP2003334723A - かさ歯車等の歯切り機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】かさ歯車等の歯切り機械において、構造の簡素
化で機械の製造コストを低減させ、位置決め精度を向上
させると共に、ツール交換作業の容易・迅速化を図れる
ようにする。 【解決手段】歯切りまたは研削のツール１とワーク２と
の相対位置関係を、Ｘ・Ｙ・Ｚの三本の軸線による直交
座標と、軸線θによる回転座標とで実現したかさ歯車等
の歯切り機械において、上記θ軸を中心とする姿勢位置
決め用の回動を、ツールヘッド３の回動軸５に直結され
たモータ６により行うように構成する。また上記軸線θ
が、水平状になるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、かさ歯車等（ここ
でかさ歯車等とは、ハイポイドギヤを含むかさ形をした
歯車を総称する意味とする）の歯切り機械の構造に関す
るものであり、構造の簡素化と製造コストの低減、位置
決め精度の向上、工具交換作業の容易化を図ろうとする
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近時のかさ歯車等の歯切りは、創成法の
正面フライス削り加工では、回転する工具が予定された
深さまでワークに送り込まれ、ツール（工具）とワーク
（歯車素材）とが創成のための転がり動作を受けて、ワ
ークが創成される歯車の周りに回転し、その際の相対動
作により特定位置の溝加工がなされている。また創成法
でない正面フライス削り加工では、工具の所定位置ヘワ
ークをもって行き、これにより指定された深さをワーク
内へ突入させることで、回転に対して保持されたワーク
に特定の溝位置が加工されているのが一般的である。

【０００３】近時のかさ歯車等の歯切り加工で、我が国
のみならず世界で最も多く使用されているのは、ザ・グ
リーソン・ワークス社（本社アメリカ合衆国，ニューヨ
ーク州））のものであり、例えば特表平２−５０２３５
８号公報（ＷＯ８９／０１８３８）、特表平８−５０８
２０９号公報（ＷＯ９４／２１４１３）、特表２０００
−５０５３５９号公報（ＷＯ９７／１００６８）、特表
２０００−５１２３７８号公報（ＷＯ９１／１６６７
３）、特許第３２６４６６６号公報（ＷＯ９２／１４５
７４）等にもその詳しい記載がある。

【０００４】同社のかさ歯車等の歯切り機械の概略は、
次のようになっている。機台（ベース）上にツール支持
台およびワーク支持台（ワークヘッド）が設けられてお
り、ツール支持台は、ツール往復体（キャリッジ）を有
しており、該ツール往復体は機台の短手方向に形成され
たスライダ上に取付けられて、機台の幅方向（短手方
向）に直線移動可能となっている。ツール往復体はツー
ルヘッドを有しており、該ツールヘッドはツール往復体
の垂直面に設けたスライダに支持されて、機台上で垂直
に直線移動可能となっている。また該ツールヘッドはツ
ールスピンドルを回転可能に軸支して、該ツールスピン
ドルに例えば多羽根正面フライスや研削砥石車のような
ツールが装着されている。

【０００５】他方上記ワーク支持台は、機台の長手方向
に形成されたスライダ上にワークテーブルを有して、機
台の長手方向へ直線移動可能となっており、かつ該テー
ブル上にワークヘッドを設けてある。ワークヘッドはテ
ーブル上に設けた弓形状（円弧状）のスライダ上に設け
てあり、垂直軸であるピボットの周りに旋回移動可能と
なっている。ワークヘッドはワークスピンドルを回転可
能に軸支しており、該ワークスピンドルにワークが取付
けられるようになっている。

【０００６】上記のツール往復体の水平直線移動、ツー
ルヘッドの垂直直線移動、ワークテーブルの水平直線移
動が、相互に直交したＸ・Ｙ・Ｚの各軸線に沿って行わ
れ、ワークヘッドの旋回移動がピボット軸Ｐの周りで行
われるものとし、ツールの軸線Ｔやワークの軸線Ｗは軸
線Ｘ・Ｙ・Ｚに沿って、かつ軸線Ｐの周りに相互に相対
移動するようにしてある。

【０００７】これは、上記でワーク上に正確な歯面を形
成できるのが、ツールの軸線とワークの軸線とが、互い
に正確な位置関係にある場合にのみであり、またワーク
の最大深度位置において工具が望ましい正確な歯溝を形
成できるためには、ツールの軸線に対してただ一つの正
確な位置が存在するだけであり、そのように位置決めを
しておく必要があるからである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
かさ歯車等の歯切り機械では、ワークヘッドの旋回移動
が垂直なピボット軸Ｐの周りで行われて、回転座標の位
置決めをその回転中心軸とは別個の位置に、ボールネ
ジ、ギヤまたは摩擦車のような旋回のための機構を設け
て行っている。そのため、構造が複雑となって機械の製
造コストが高くなっていると共に、回転中心軸と異なる
位置で行う間接的な位置決めであるから、精度上の問題
がある。

【０００９】また、ツール（したがってツールヘッド）
の軸線Ｔが水平方向に配置された構造になっているた
め、重量の大きいツールを交換するには作業者の多大の
労力やクレーン等を用いて行わねばならない、という問
題点もあった。

【００１０】本発明は、かさ歯車の歯切りおよび研削の
従来の原理を応用した、全く新しい構成による新規なも
のであって、従来のかさ歯車等の歯切り機械が有する上
記問題点の解消を課題としたものである。即ち本発明の
目的は、構造の簡素化で機械の製造コストを低減させ、
位置決め精度を向上させると共に、ツール交換作業の容
易・迅速化を図れるようにした、かさ歯車等の歯切り機
械を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係るかさ歯車等
の歯切り機械は、歯切りまたは研削のツール１とワーク
２との相対位置関係を、Ｘ・Ｙ・Ｚの三本の軸線による
直交座標と、軸線θによる回転座標とで実現するかさ歯
車等の歯切り機械において、上記θ軸を中心とする姿勢
位置決め用の回動を、ツールヘッド３の回動軸５に直結
されたモータ６により行うようにしたものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】上記構成において、機台（ベー
ス）１０上でワークヘッド４の水平方向への直線移動軸
線をＸ（Ｘ軸）、ワークヘッド４の垂直方向への直線移
動軸線をＺ（Ｚ軸）、ツールヘッド３の水平方向への直
線移動軸線をＹ（Ｙ軸）として示す。

【００１３】ツールヘッド３の姿勢位置決め用のθ軸
は、ツールヘッド３がこのθ軸を中心に回動してその姿
勢を変えられるようにするためのものであるが、θ軸上
の回動軸５に姿勢位置決め用のモータ６を直結してお
く。また該θ軸は、床と平行な水平状になるように構成
しておく。

【００１４】上記ツールヘッド４のツールスピンドル７
に装着したツール１は、その端面の中心が上記θ軸線上
またはできるだけその近傍になるように構成しておくの
がよい。

【００１５】またツール交換時には、θ軸を中心に回動
したツールヘッド３、従ってツールスピンドル７のワー
ク取付け面が、上方または斜め上方を向く位置にて停止
可能としておくのがよい（例えば図４参照）。

【００１６】同じくツール交換時には、ツールヘッド３
が水平方向への軸線Ｙに沿って、基台１０上でコラム１
１から離れる位置（例えば上記図４では手前側の位置）
に移動可能としておき、同時にワークヘッド４も、水平
方向への軸線Ｘに沿って、上記ツールヘッド３から離れ
た位置（例えば上記図４では左側の位置）に移動可能と
しておく。

【００１７】上記で、軸線Ｙに沿ったツールヘッド３の
水平方向への直線移動、軸線Ｘに沿ったワークヘッド４
の水平方向への直線移動、軸線Ｚに沿ったワークヘッド
４の垂直方向への直線移動は、いずれも別個の移動用モ
ータ１３，１５，１４を、リニアまたはロータリーエン
コーダからのフィードバック情報を受けたコンピュータ
で制御するようにしてある。

【００１８】また上記ツールヘッド３が姿勢を変えるた
めにθ軸を中心に回動することも、上記の回動軸５に直
結した別個の姿勢位置決め用のモータ６を、リニアまた
はロータリーエンコーダからのフィードバック情報を受
けたコンピュータで制御させておく。

【００１９】上記機構によって、ツールヘッド３、ツー
ルスピンドル７、ワークヘッド４、ワークスピンドル８
等は、相互に対して独立してかつ相互に対して同時に、
直線移動や回動移動を行えるようになっている。

【００２０】なお、上記におけるワーク２は、広い意味
でのかさ歯車を含み、またピニオンでもギヤでもよい。
また上記ツール１は、歯切りの場合には環状に配置され
た切り刃をもつ多羽根正面フライスを用い、研削の場合
はほぼカップ状の研削砥石車を用いるのが一般的であ
る。

【００２１】上記構成のかさ歯車等の歯切り機械の作動
・使用状態は、以下のようになる。例えばハイポイドギ
ヤのような長手方向に曲がった歯溝をもつかさ歯車の製
造では、ワーク２上に正確な歯面を形成するための設定
および動作に、ツールの軸線Ｔやワークの軸線Ｗ等の相
対的位置を調節して、互いに正確な位置関係に設定する
必要がある。

【００２２】そこで、上記ワークヘッド４の水平方向へ
の直線移動軸線Ｘと、垂直方向への直線移動軸線Ｚ、ツ
ールヘッド３の水平方向への直線移動軸線Ｙ、ツール１
の軸線Ｔ、ワーク２の軸線Ｗ、および従来の垂直なビボ
ット軸に代わるツールヘッド３の回動中心となる水平な
軸線θ等によって、ツール１およびワーク２を適正な所
要の位置・角度に相対的に位置決めし、歯切り加工を進
めていくことになる。

【００２３】これに基づき歯切り加工動作が行われるこ
とにより、創成法の正面フライス削り加工では、回転す
るツール１が予定された深さまでワーク２に送り込ま
れ、ツール１とワーク２とが創成のための転がり動作を
受けてツール１が創成されるワーク２の周りに回転し、
その際の相対動作によって特定位置への溝加工がなされ
ていく。

【００２４】また創成法でない正面フライス削り加工で
は、ツール１の所定位置ヘワーク２をもって行き、これ
により指定された深さをワーク２内へ突入させること
で、回転に対して保持されたワーク２に特定の溝位置が
加工されていく。

【００２５】上記場合において、ツールヘッド３は、水
平状の姿勢位置決め用のθ軸を中心に可回動としてあ
り、該軸θ上の回動軸５の他側側に姿勢位置決め用のモ
ータ６を直接に連結して、該モータ６をロータリーエン
コーダで得た情報に基づきコンピュータで制御するよう
にしてある。

【００２６】これにより本発明のものでは、所定の回転
座標への位置決めを、従来の垂直なピボット軸の周り
に、ワーク支持体を摩擦車やギヤ等により弓型状のスラ
イドに沿って回動させ、位置決めするものと異なり、回
動軸５に直結した姿勢位置決め用のモータ６を直接的に
制御することで行える。そのため、歯切り機械の構造が
シンプルとなって、機械の製造コストを低減し、かつツ
ールヘッド４・ツール１を高精度に所定角の姿勢に位置
決め可能となっている。

【００２７】また、上記の如くツールヘッド３の姿勢位
置決め用の軸線θが水平状であるから、ツール交換時に
は該θ軸を中心にツールヘッド３を回動させて、ツール
スピンドル７のツール取付け端面を上方または斜め上方
へ向けることが可能となっている（例えば上記図４参
照）。そのため、かなりの重量のあるツール１の取り外
し・取付け作業を、容易・迅速に行えるようになってい
る。

【００２８】さらに、ツールヘッド３のツールスピンド
ル４に装着したツール１を、その端面の中心が上記θ軸
線上またはできるだけその近傍になるよう配置してあれ
ば、ツール１の軸線Ｔの移動が少なくなっており、歯切
りを一層精度よく行える。

【００２９】しかもツール交換位置になる際に、ツール
ヘッド３が、水平方向への軸線Ｙに沿ってコラム１１か
ら離れた位置へ移動し、かつワークヘッド４も水平方向
への軸線Ｘに沿って上記ツールヘッド３（従ってツール
スピンドル７やツール１）から離れた位置へ移動するよ
うに設定してあることで、ツール１の交換を他部分と干
渉・衝突することなく容易・迅速に行えるようになって
いる。

【００３０】

【実施例】図１ないし図４は、本発明に係るかさ歯車等
の歯切り機械の実施例を示すものであり、ツール１とワ
ーク２との相対位置関係を、Ｘ・Ｙ・Ｚの三本の軸線に
よる直交座標と、軸線θによる回転座標とで実現したか
さ歯車等の歯切り機械において、上記θ軸を中心とする
姿勢位置決め用の回動を、ツールヘッド３の回動軸５に
直結されたモータ６により行うようにした機械の具体例
を示している。

【００３１】図１はワークとしてかさ歯車形のピニオン
を歯切り時の正面図、図２は同ピニオンを歯切り時の平
面図、図３はかさ歯車形のギヤを歯切り時の正面図、図
４はツール交換状態時の正面図である。ここでは、ツー
ル１に多羽根正面フライスを用いた例を示している。

【００３２】即ち、水平状の上面をもつ機台（ベース）
１０上に、垂直な前面と側面をもつ箱型状のコラム１１
が固設してあり、該コラム１１の前面にワークヘッド垂
直移動用のワークヘッド移動板１２を設けてある。該ワ
ークヘッド移動板１２は、上記前面にＺ軸方向即ち垂直
方向への二本のリニアガイド１６を設け、Ｚ軸方向移動
用のモータ１４で回転するボールネジ１７にて、リニア
ガイド１６に沿って垂直移動可能としたものである。

【００３３】上記ワークヘッド移動板１２の前側には、
水平移動も可能なワークヘッド４を設けてある。該ワー
クヘッド４は、上記ワークヘッド移動板１２の前側に軸
線Ｘに沿った方向即ち水平方向に二本のリニアガイド１
８を設けて、Ｘ軸移動用のモータ１５で回転するボール
ネジ１９にて、該リニアガイド１８に沿って水平移動可
能としたものである。

【００３４】上記ワークヘッド４のツール側面には、内
装したワーク回転用のモータ２０で可回転なワークスピ
ンドル８の一側が突出しており、該ワークスピンドル８
のワーク取付け端面に取り付けられたワーク２が、上記
軸線Ｘと平行な軸線Ｗを中心に回転可能としてある。

【００３５】他方、上記コラム１１の垂直な側面には、
ツール水平移動用のツール移動体９を設けてある。該ツ
ール移動体９は、上記側面に軸線Ｙに沿った方向即水平
方向に二本のリニアガイド２１を設け、Ｙ軸移動用のモ
ータ１３で回転するボールネジ２２で、該リニアガイド
２１に沿って水平移動可能としてある。

【００３６】上記ツール移動体９の片側面には、ツール
ヘッド３が姿勢位置可変に回動可能に設けてある。即
ち、ツール移動体９内に上記軸線Ｙと平行なθ軸を中心
に回動する回動軸５を設け、前方へ突出した該回動軸５
前部にツールヘッド３の側部を装着すると共に、該回動
軸５の後部にはθ軸回動用のモータ６を直結してあり、
ツールヘッド３がθ軸を中心に回動して姿勢位置を決め
られるようにしてある。

【００３７】また上記ツールヘッド３には、内装したツ
ール回転用のモータ２３で可回転なツールスピンドル７
が軸支され、ワーク２に対向する如く突出したツール取
付け端面に、ツール１を取り付け可能としてある。該ツ
ール１はスピンドル７の中心軸と同じ軸線Ｔを中心に回
転可能となっている。

【００３８】上記で、ツールヘッド３のツールスピンド
ル７に取付けられるツール１は、その端面の中心が、上
記θ軸上またはできるだけその近傍になるように配置し
てある。

【００３９】また上記ツールヘッド３は、図４で示すよ
うに、ツール交換時にθ軸を中心に回動してツールスピ
ンドル７の工具取付け面が、上方または斜め上方を向い
た位置で停止可能とすると共に、水平方向への軸線Ｙに
沿って前進移動して、コラム１１から離れた位置で停止
可能に設定してある。

【００４０】さらにワークヘッド３も、図４で明らかな
如く、ツール交換時に水平方向への軸線Ｘに沿って後退
移動して、上記ツール１側から離れた位置で停止可能に
設定してある。

【００４１】軸線Ｙに沿ったツールヘッド１の水平方向
への直線移動や、θ軸に沿ったツールヘッド１の回動、
軸線ＸまたはＺに沿ったワークヘッド２の水平または垂
直方向への直線移動等は、各々別個のモータ１３，６，
１５，１４をリニアまたはロータリーエンコーダからの
フィードバック情報を受けたコンピュータで制御させて
ある。これで、ツール１およびワーク２は、相互に対し
て独立して、かつ相互に対して同時に直進または回動し
て、適正に歯切り用の相対的な位置決めが行われる。図
で２４は制御盤を示す。

【００４２】なお、上記かさ歯車等の歯切り機械の実施
例の使用状態・作用は、発明の実施の形態の項で述べた
ことから明らかであるから、ここでは重複を避けるため
に省略する。

【００４３】

【発明の効果】以上で明らかな如く、本発明に係るかさ
歯車等の歯切り機械は、従来のかさ歯車の歯切り機械の
問題点を解消するものであり、構造の簡素化と機械の製
造コスト低減を図ると共に、歯切り加工の位置決め精度
を向上でき、かつツール交換作業の容易・迅速化も図か
ることができる。

【００４４】即ち、従来のかさ歯車等の歯切り機械で
は、ワークヘッドの旋回移動がピボット軸Ｐの周りで行
われて、回転座標の位置決めを回転中心軸から離れた位
置のボールネジその他の別個の機構で行っている。その
ため、構造が複雑となって機械の製造コストが高くな
り、また所定の回転座標への位置決めを回転中心軸から
離れた位置で間接的に行うものであるから、精度上の問
題点もあった。さらにツールヘッド・ツールの回転の中
心軸が水平方向を維持したままの構造であるから、ツー
ルの交換時に重量の大きいものを水平状に移動させて取
り替え作業を行うことになり、作業者に多大の労力を要
求した。

【００４５】これに対して本願発明では、歯切りまたは
研削のツールとワークとの相対位置関係を、Ｘ・Ｙ・Ｚ
の三本の軸線による直交座標と、軸線θによる回転座標
とで実現したかさ歯車等の歯切り機械において、上記θ
軸を中心とする姿勢位置決め用の回動を、ツールヘッド
の回動軸に直結されたモータで行うようにしてある。

【００４６】そのため、ａ）従来のものと異なり、ツー
ルヘッド・ツールの姿勢位置を、θ軸上の回動軸に直結
したモータで直接的に、ロータリーエンコーダからの情
報を受けたコンピュータで制御することができる。これ
により、かさ歯車等の歯切り機械の構造をシンプルなも
のにできると共に、機械の製造コストを低減でき、かつ
ツールの位置決めを高精度に行うことができる。

【００４７】ｂ）θ軸を水平状にしてあれば、ツールヘ
ッドがθ軸を中心に回動してその姿勢を制御できるの
で、ツール交換時にツールヘッドを該θ軸で回動させ、
ツール取付け端面を上方または斜め上方へ向けることが
できる。これにより、従来と異なりツールを上・下方向
へ移動させて交換することができ、かなりの重量のツー
ルでもその交換作業を容易・迅速に行うことができる。

【００４８】ｃ）なお、ツールの端面の中心を上記θ軸
線上またはできるだけその近傍になるように配置してあ
れば、ツール回転中心軸の移動が少なくなっており、歯
切りを一層精度よく行える。さらにツール交換時に、ツ
ールヘッドが水平方向への軸線Ｙに沿ってコラムから離
れた位置へ移動し、かつワークヘッドも水平方向への軸
線Ｘに沿ってツールヘッドから離れた位置に移動するよ
うに設定してあれば、ツール交換時に衝突・干渉するこ
とがなく、作業を一層容易・迅速に行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るかさ歯車等の歯切り機械の実施例
で、ピニオンを歯切り時の正面図である。

【図２】本発明に係るかさ歯車等の歯切り機械の実施例
で、ピニオンを歯切り時の平面図である。

【図３】本発明に係るかさ歯車等の歯切り機械の実施例
で、ギヤを歯切り時の正面図である。

【図４】図３で示した実施例の機械で、ツール交換時に
おける正面図である。

【符号の説明】

１−ツール ２−ワーク ３−ツールヘッド ４−ワークヘッド ５−回動軸 ６−モータ ７−ツールスピンドル ８−ワークスピンドル ９−ツール移動体 １０−機台 １１−コラム １２−ワークヘッド移動板 １３−モータ １４−モータ １５−モータ １６−リニアガイド １７−ボールネジ １８−リニアガイド １９−ボールネジ ２０−モータ ２１−リニアガイド ２２−ボールネジ ２３−モータ ２４−制御盤 Ｘ−軸線 Ｙ−軸線 Ｚ−軸線 θ−軸線 Ｔ−ツールの軸線 Ｗ−ワークの軸線

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】歯切りまたは研削のツール１とワーク２と
   の相対位置関係を、Ｘ・Ｙ・Ｚの三本の軸線による直交
   座標と、軸線θによる回転座標とで実現するかさ歯車等
   の歯切り機械において、 上記θ軸を中心とする姿勢位置決め用の回動を、ツール
   ヘッド３の回動軸５に直結されたモータ６により行うよ
   うにしたことを特徴とする、かさ歯車等の歯切り機械。
2. 【請求項２】歯切りまたは研削のツール１とワーク２と
   の相対位置関係を、Ｘ・Ｙ・Ｚの三本の軸線による直交
   座標と、軸線θによる回転座標とで実現するかさ歯車等
   の歯切り機械において、 上記θ軸を中心とする姿勢位置決め用の回動を、ツール
   ヘッド３の回動軸５に直結されたモータ６により行うよ
   うにし、かつ該θ軸を水平状に設けたことを特徴とす
   る、かさ歯車等の歯切り機械。
3. 【請求項３】ツールヘッド４のツールスピンドル７に装
   着したツール１が、その端面の中心が該θ軸線上または
   できるだけその近傍になるように構成した、請求項１ま
   たは２に記載のかさ歯車等の歯切り機械。
4. 【請求項４】θ軸を中心に回動するツールヘッド３のツ
   ールスピンドル７のワーク取付け面が、ツール交換時に
   上方または斜め上方を向く位置で停止可能とした、請求
   項１，２または３に記載のかさ歯車等の歯切り機械。
5. 【請求項５】ツール交換時に、ツールヘッド３が直線移
   動軸線Ｙに沿って基台１０上でコラム１１から離れた位
   置へ移動し、かつワークヘッド４が直線移動軸線Ｘに沿
   ってツールヘッド３から離れた位置へ移動可能に構成し
   た、請求項１，２，３または４に記載のかさ歯車等の歯
   切り機械。