JP2005007550A - 歯車加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加工能率，加工精度の両方に優れた歯車加工装置を提供する。
【解決手段】工作物主軸回転モータ１２０の回転を第一，第二円筒歯車１２６，１２８により工作物主軸８０に伝達する。第二円筒歯車１２８は、第一歯車部材１３８と一体の中軸１３６，第二歯車部材１４２と一体の鞘軸１４０，締付装置１４４を含み、 第一，第二歯車部材１３８，１４２を第一円筒歯車１２６に噛み合わせるとともに、中軸１３６，鞘軸１４０を弾性的にねじった状態で締付装置１４４により締め付けて相対回転を阻止する。それにより第一，第二歯車部材１３８，１４２の歯が第一円筒歯車１２６の歯の互に対向する歯面に弾性的に押し付けられてバックラッシが除去され、小さいモータ１２０により必要な駆動力が得られ、相当高速で回転させ得るとともに、振動が生ずることがなく、高い加工能率，加工精度が得られる。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は歯車加工装置に関するものであり、特に、加工能率および加工精度の向上に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１には、まがりばかさ歯車，ハイポイドギヤ等、歯の曲がったかさ状の歯車の加工装置が記載されている。この種のまがりばかさ状歯車加工装置は、一般に、工作物を保持して回転する工作物主軸と、加工工具を保持して回転する工具主軸と、それら工作物主軸と工具主軸との少なくとも一方をその少なくとも一方の軸線と交差する旋回軸線のまわりに旋回させることにより工作物主軸と工具主軸との相対角度を変更する旋回装置とを含んで構成される。旋回装置により所定の相対角度とされた工作物主軸および工具主軸の各回転により工作物および加工工具がそれぞれ回転させられ、まがりばかさ状歯車が加工されるのである。
【０００３】
上記工作物主軸および工具主軸は、電動モータ等の回転駆動源により駆動される。回転駆動源は主軸に直接連結してもよいのであるが、歯車対を介して接続し、回転駆動源の回転を減速して主軸に伝達するようにすれば、小さく、安価な回転駆動源を用いながら必要な駆動力を得ることができる。例えば、上記まがりばかさ状歯車加工装置においては、従来、回転駆動源の回転を工作物主軸に伝達する回転伝達装置がウォームとウォームホイールとから成るウォームギヤを含むものとされることが多かった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２３６２２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題，課題解決手段および効果】
ウォームギヤを使用すれば大きな減速比が得られるとともに、一般にバックラッシを小さくできるのであるが、反面、工作物主軸の回転速度を大きくすることができず、加工能率を向上させることが困難である。歯車対を平歯車やはすば歯車により構成すれば、回転速度を大きくすることはできるが、バックラッシが大きくなり易く、加工時に振動が生じ、加工精度が低下する問題が生じる。あるいは工作物主軸の回転速度を十分に上げることができないために、加工能率を犠牲にせざるを得なくなる場合がある。
以上は、まがりばかさ状歯車加工装置の工作物主軸に関して説明したが、工具主軸に関しても似た事情がある場合があり、すぐばかさ歯車を加えたかさ状歯車を加工するかさ状歯車加工装置は勿論、さらに、はすば歯車や平歯車等円筒歯車を加えた歯車一般を加工する歯車加工装置についてもそれに近い事情がある場合がある。
【０００６】
本発明は、以上の事情を背景とし、加工能率および加工精度の両方に優れた歯車加工装置を得ることを課題としてなされたものであり、本発明によって、下記各態様の歯車加工装置が得られる。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも本発明の理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術的特徴およびそれらの組合わせが以下の各項に記載のものに限定されると解釈されるべきではない。また、一つの項に複数の事項が記載されている場合、それら複数の事項を常に一緒に採用しなければならないわけではない。一部の事項のみを選択して採用することも可能なのである。
【０００７】
なお、以下の各項において、 （１）項が請求項１に相当し、 （２）項が請求項２に、 （４）項が請求項３に、 （７）項が請求項４にそれぞれ相当する。
【０００８】
（１）工作物を保持して回転する工作物主軸と加工工具を保持して回転する工具主軸とを含み、前記加工工具により前記工作物を加工する歯車加工装置であって、
前記工作物主軸と前記工具主軸との少なくとも一方が円筒歯車対を介して回転駆動源により駆動され、かつ、前記円筒歯車対を構成する第一円筒歯車と第二円筒歯車との一方が、
中軸と、
その中軸と一体的な第一歯車部材と、
前記中軸の外側に相対回転可能に嵌合された鞘軸と、
その鞘軸と一体的で軸方向において前記第一歯車部材と隣接する第二歯車部材と、
前記第一歯車部材および前記第二歯車部材が前記第一円筒歯車と前記第二円筒歯車との他方と噛み合わされるとともに、前記中軸と前記鞘軸との少なくとも一方が弾性的にねじられた状態で、中軸の前記第一歯車部材から軸方向に離れた部分と鞘軸の前記第二歯車部材から軸方向に離れた部分との相対回転を阻止する相対回転阻止装置と
を含む歯車加工装置。
中軸と第一歯車部材、鞘軸と第二歯車部材は、それぞれ別体に製造し、後に固定することも、当初から一体に製造することも可能である。中軸と鞘軸との少なくとも一方は、第一歯車部材および第二歯車部材が第一円筒歯車と前記第二円筒歯車との他方と噛み合わされる際にねじり弾性変形させられても、噛み合わされた後にねじり弾性変形させられてもよい。円筒歯車としては、やまば歯車，はすば歯車，平歯車等を採用可能であるが、コストおよび性能の両面からしてはすば歯車が適切である場合が多い。
第一歯車部材および第二歯車部材が第一円筒歯車と第二円筒歯車との他方と噛み合わされるとともに、それら第一歯車部材および第二歯車部材とそれぞれ一体的な中軸および鞘軸の少なくとも一方が弾性的にねじられた状態で相対回転を阻止されれば、第一歯車部材の歯と第二歯車部材の歯とはそれぞれ、第一円筒歯車と第二円筒歯車との他方の歯の互いに逆向きの歯面に係合し、第一円筒歯車と第二円筒歯車とはバックラッシが除去された状態で噛み合わされることとなる。したがって、回転駆動源の回転を円筒歯車対により、振動を抑制しつつ高速で主軸に伝達することができ、能率が良く、しかも精度良く歯車の加工を行うことができる。
【０００９】
（２）実質的に前記中軸と前記鞘軸との一方のみが弾性的にねじられる （１）項に記載の歯車加工装置。
中軸と鞘軸との両方が弾性的にねじられるようにすることも可能である。しかし、加工時における加工工具の回転方向が一方向に決まっているのであれば、中軸と鞘軸とのいずれか一方は、ねじり量が無視できるほど小さく、他方が主としてねじられるようにすることが望ましい。歯車加工の主たる加工抵抗に基づく回転トルクを受ける側の歯車部材である主歯車部材を保持している側の軸が実質的にねじられないようにすることが望ましいのである。中軸と鞘軸との一方（主歯車部材を保持している軸）のねじり弾性変形に対する剛性を、他方のそれに対して２倍以上とすることが望ましく、５倍以上とすることがさらに望ましく、１０倍以上とすることがさらに望ましい。
主歯車部材を保持している側の軸が実質的にねじられないのであれば、回転駆動源の回転角度が主歯車部材に１対１に伝達されることとなり、回転駆動源の制御による主軸の制御を正確に行うことができる。
（３）実質的に前記中軸のみが弾性的にねじられる （２）項に記載の歯車加工装置。
外径の小さい軸ほどねじり弾性変形させ易いため、中軸を主としてねじり弾性変形させることが望ましい。中軸は中空軸とすることも可能であるが、中実軸とすることが望ましい。
【００１０】
（４）前記相対回転阻止装置が、前記鞘軸の前記第二歯車部材から軸方向に離れた部分を弾性的に変形させて、その鞘軸の内周面を前記中軸の外周面に押し付けることにより、それら鞘軸と中軸との相対回転を阻止するものである （１）項ないし （３）項のいずれかに記載の歯車加工装置。
相対回転阻止装置は、中軸と鞘軸との一部を永久的に固定するものとすることも、解除可能に固定するものとすることも可能である。後者の相対回転阻止装置は次項の構成とすることが望ましいが、鞘軸の円筒状の周壁の一部を半径方向に弾性変形させて中軸の外周面に押し付けるものとすることも可能である。
（５）前記相対回転阻止装置が、前記鞘軸の中空円筒状の部分を弾性的に縮径させるものである （４）項に記載の歯車加工装置。
本項の歯車加工装置によれば、鞘軸と中軸との相対回転を、それらの全周において阻止することができ、安定して相対回転を阻止することができる。
【００１１】
（６）前記相対回転阻止装置が、前記鞘軸に、その鞘軸に対して軸方向に相対移動可能に取り付けられた （４）項または （５）項に記載の歯車加工装置。
相対回転阻止装置の軸方向位置を変更すれば、中軸と鞘軸との少なくとも一方の、弾性的にねじり変形する部分の長さが変わり、ばね定数が変化する。弾性的にねじり変形する部分の長さを短くするほど、ばね定数が大きくなり、剛性が高くなって、回転駆動源の回転が精度よく主軸に伝達されるとともに、重切削が可能になる。反面、歯車対のバックラッシを除去することが困難になり、高精度の歯車対が必要となって、装置コストの上昇を招く。したがって、相対回転阻止装置は、例えば加工の結果に基づいて、適切なばね定数が得られる位置に移動可能とされることが望ましい。
【００１２】
（７）前記工作物主軸と前記工具主軸とを、少なくとも互いに直交する３軸に平行な方向に相対移動させる相対移動装置と、
前記工作物主軸と前記工具主軸との少なくとも一方をその少なくとも一方の軸線と交差する旋回軸線のまわりに旋回させることにより工作物主軸と工具主軸との相対角度を変更する旋回装置と
を含み、かさ状歯車を加工する （１）項ないし （６）項のいずれかに記載の歯車加工装置。
本項の発明によれば、かさ状歯車の加工を能率良く、かつ精度良く行うことができる。この場合、上記かさ状歯車には、すぐばかさ歯車，まがりばかさ歯車，ハイポイドギヤ等が含まれる。しかし、本項の歯車加工装置は、まがりばかさ状歯車の加工に適しており、ホブ切りに特に適している。
（８）前記工作物主軸を回転可能に保持する工作物主軸台が、前記旋回装置により、工作物主軸の軸線と直交する前記旋回軸線まわりに旋回させられる （７）項に記載の歯車加工装置。
（９）前記工作物主軸に前記円筒歯車対を介して前記回転駆動源たる第一電動モータが接続され、前記工具主軸に第二電動モータが直結された （８）項に記載の歯車加工装置。
第二電動モータは、ビルトインモータでも通常のモータでもよい。第一、第二電動モータとしてはサーボモータが適している。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、まがりばかさ歯車，ハイポイドギヤ等まがりばかさ状歯車を加工するまがりばかさ状歯車加工装置に本発明を適用した実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１ないし図３において１０はベッドであり、ベッド１０上には、工作物ユニット１２および工具ユニット１４が設けられている。まず、工具ユニット１４を説明する。
【００１４】
工具ユニット１４は、工具主軸２０（図２参照），工具主軸台２２，工具主軸水平移動装置２４，工具主軸垂直移動装置２６，工具主軸回転駆動装置２８を備えている。工具主軸水平移動装置２４は、移動部材としての移動台３２および移動台移動装置３４を備えている。移動台移動装置３４は、工具主軸水平移動モータ３６を駆動源とし、工具主軸水平移動モータ３６の回転がねじ軸３８およびナット４０（図１参照）を含む運動変換装置により直線運動に変換され、移動台３２が案内装置を構成するガイドレール４２により案内されて、水平方向であって、工作物ユニット１２および工具ユニット１４が並ぶ方向に平行な方向へ移動させられる。
【００１５】
移動台３２に工具主軸台２２および工具主軸垂直移動装置２６が設けられている。工具主軸垂直移動装置２６は、前記移動台移動装置３４と同様に、駆動源としての工具主軸垂直移動モータ５４，ねじ軸５６およびナット５８（図２参照）を備え、工具主軸台２２を、移動台３２上において、案内装置を構成するガイドレール６０に案内させつつ、水平面に直角な垂直方向に移動させ、上下方向に移動させる。なお、図１ないし図３において符号６２はバランスシリンダであり、工具主軸台２２のバランスを取る。
【００１６】
工具主軸台２２は、工具主軸２０を水平な軸線であって、工作物ユニット１２および工具ユニット１４が並ぶ方向に平行な軸線まわりに回転可能に保持している。したがって、工具主軸台２２が工具主軸水平移動装置２４によって水平方向に移動させられ、工具主軸垂直移動装置２６によって垂直方向に移動させられることにより、工具主軸２０は自身の軸線に平行な方向に移動させられて工作物ユニット１２に接近，離間させられるとともに、上下方向に移動させられる。
【００１７】
工具主軸２０は、その工具主軸台２２から工作物ユニット１２側へ突出した端部において加工工具６８を保持し、工具主軸台２２に設けられた前記工具主軸回転駆動装置２８により自身の軸線まわりに回転させられる。工具主軸回転駆動装置２８は工具主軸回転モータ７０を回転駆動源とし、本実施形態においては、工具主軸回転モータ７０は工具主軸２０に直結されている。
【００１８】
前記工作物ユニット１２を説明する。
工作物ユニット１２は、図１ないし図３に示すように、工作物主軸８０，工作物主軸台８２，工作物主軸水平移動装置８４，工作物主軸回転駆動装置８６，工作物主軸旋回装置８８を備えている。工作物主軸水平移動装置８４は、前記ベッド１０上に水平方向に移動可能に設けられた移動台９０および移動台移動装置９２を含む。移動台移動装置９２は、図１に示すように、駆動源としての工作物主軸水平移動モータ９４，ねじ軸９６およびナット９８を含み、移動台９０を、案内装置を構成するガイドレール１００に案内させつつ、水平方向であって、水平面内において前記工具主軸２０の移動方向と直交する方向に移動させる。本実施形態においては、前記工具主軸水平移動装置２４，工具主軸垂直移動装置２６および工作物主軸水平移動装置８４が、工作物主軸８０と工具主軸２０とを、互いに直交する３軸に平行な方向に相対移動させる相対移動装置を構成している。
【００１９】
工作物主軸台８２は移動台９０上に垂直軸線まわりに回転可能に設けられるとともに、工作物主軸８０を水平に、かつ自身の軸線まわりに回転可能に保持している。前記工作物主軸旋回装置８８は工作物主軸旋回モータ１０６を駆動源とし、工作物主軸台８２を垂直軸線まわりに任意の角度回転させ、工作物主軸８０を、工作物主軸８０の軸線と直交し、垂直な旋回軸線のまわりに旋回させ、工具主軸２０に対する角度を変更する。前記工作物主軸回転駆動装置８６は工作物主軸台８２に設けられており、工作物主軸８０をその軸線まわりに回転させる。以下、工作物主軸回転駆動装置８６を図４および図５に基づいて説明する。
【００２０】
工作物主軸８０は、図４に示すように、中空円筒状をなし、軸方向の一端部に工作物保持装置としてのチャック１１０を備えている。工作物主軸８０の軸方向の他端部にはチャックシリンダ１１２が設けられており、工作物主軸８０内に配設されたドローバー（図示省略）がチャックシリンダ１１２によって前進，後退させられることによりチャック１１０が開閉させられ、工作物１１４を保持，解放する。チャック１１０による工作物１１４の保持，解放は発明に関係がないため、詳細な図示および説明は省略する。
【００２１】
工作物主軸回転駆動装置８６は、回転駆動源としての工作物主軸回転モータ１２０および円筒歯車対１２４を含み、工作物主軸８０は円筒歯車対１２４を介して工作物主軸回転モータ１２０により駆動される。円筒歯車対１２４を構成する第一円筒歯車１２６および第二円筒歯車１２８のうち、第一円筒歯車１２６が工作物主軸８０に同心に固定され、工作物主軸８０と一体的に回転させられる。第二円筒歯車１２８に工作物主軸回転モータ１２０が直結されている。
【００２２】
第二円筒歯車１２８は、中軸１３６，第一歯車部材１３８，鞘軸１４０，第二歯車部材１４２および相対回転阻止装置としての締付装置１４４を含む。中軸１３６は横断面形状が円形を成し、本実施形態においては、中実軸とされており、工作物主軸台８２により、工作物主軸８０と平行に、かつ自身の軸線まわりに回転可能に保持されるとともに、工作物主軸回転モータ１２０の出力軸１４６に継手部材１４８を介して連結されており、工具主軸回転モータ１２０の回転が伝達される。中軸１３６に第一歯車部材１３８が設けられている。本実施形態においては、中軸１３６と第一歯車部材１３８とは、当初から一体に製造されている。また、中軸１３６の軸方向の一端部であって、工作物主軸回転モータ１２０に連結される側の端部に、横断面形状が六角形を成す工具係合部としての工具係合凹部１５０が設けられている。
【００２３】
鞘軸１４０は中空円筒状をなし、中軸１３６の外側に相対回転可能に嵌合されており、鞘軸１４０の軸方向の一端部に第二歯車部材１４２が一体に設けられている。本実施形態においては、鞘軸１４０と第二歯車部材１４２とは当初から一体に製造されている。第二歯車部材１４２が軸方向において第一歯車部材１３８と隣接し、後述するように、中軸１３６および鞘軸１４０が弾性的にねじられた状態で鞘軸１３６，中軸１４０が締付装置１４４によって固定され、相対回転を阻止されており、第二歯車部材１４２は第一歯車部材１３８と共に第一円筒歯車１２６と噛み合わされている。また、鞘軸１４０の中空円筒状をなす部分であって、第二歯車部材１４２から外れた部分に、その周壁を半径方向に貫通して工具係合部としての工具係合穴１５２が設けられている。
【００２４】
第一円筒歯車１２６，第一，第二歯車部材１３８，１４２は、本実施形態においては、いずれもはすば歯車とされ、第一，第二歯車部材１３８，１４２は同じ歯数の歯車とされているが、第一円筒歯車１２６の歯数は第一，第二歯車部材１３８，１４２より多くされている。したがって、工作物主軸回転モータ１２０の回転は減速されて工作物主軸８０に伝達される。円筒歯車対１２４は回転伝達装置を構成するとともに、減速装置を構成しているのである。
【００２５】
締付装置１４４は、図５に示すように、被締付部材１５６および一対の締付部材１５８，１６０を含む。被締付部材１５６は横断面形状が円形のリング状なし、鞘軸１４０に軸方向に相対移動可能に嵌合されており、その外周面に一対のテーパ外周面１６２，１６４が形成されている。被締付部材１５６の外周面は、軸方向（中心線に平行な方向）の両端からそれぞれ中央に向かうに従って直径が直線的に増大させられ、その軸方向において互いに対称にテーパ外周面１６２，１６４が設けられているのである。
【００２６】
締付部材１５８，１６０はリング状を成し、それぞれの内周面は、テーパ外周面１６２，１６４に対応する傾斜のテーパ内周面１６６，１６８とされ、被締付部材１５６に嵌合されている。締付部材１５８，１６０は、接近駆動装置としての複数のボルト１７０により互いに接近させられる。ボルト１７０は、締付部材１５８，１６０の一方、ここでは第二歯車部材１４２側の締付部材１５８に挿通されるとともに、締付部材１６０に螺合されており、ボルト１７０を締めることにより、締付部材１５８，１６０が互いに接近させられ、テーパ外周面１６２，１６４とテーパ内周面１６６，１６８とのくさび作用（斜面の効果）により被締付部材１５６を縮径させる。それにより、鞘軸１４０の中空円筒状の部分の周壁が全周にわたって収縮させられることにより半径方向に弾性変形（弾性的に縮径）させられ、鞘軸１４０の内周面が中軸１３６の外周面に押し付けられ、鞘軸１４０が中軸１３６に固定されて相対回転が阻止される。
【００２７】
中軸１３６，鞘軸１４０は工作物主軸８０，円筒歯車対１２４等の工作物主軸台８２への組付け時に弾性的にねじられるとともに、相対回転を阻止される。工作物ユニット１２の組付け時には、工作物主軸８０は第一円筒歯車１２６が固定され、工作物主軸台８２により回転可能に保持される。また、中軸１３６に鞘軸１４０が嵌合され、鞘軸１４０に被締付部材１５６，締付部材１５８，１６０が嵌合され、中軸１３６において工作物主軸台８２により、第一円筒歯車１２６の回転軸線と平行な軸線まわりに回転可能に保持され、第一，第二歯車部材１３８，１４２が第一円筒歯車１２６に噛み合わされる。そして、中軸１３６に工作物主軸回転モータ１２０が連結されるのに先立って中軸１３６および鞘軸１４０がねじられる。
【００２８】
この際、工作物主軸台８２に設けられた開口１７４から係合工具（図示省略）を工作物主軸台８２内に挿入し、鞘軸１４０に設けられた工具係合穴１５２に係合させる。そして、中軸１３６の工具係合凹部１５０にトルクレンチ（図示省略）を係合させ、係合工具によって鞘軸１４０の回転を止め、第一円筒歯車１２６の回転を止めた状態で、トルクレンチによって中軸１３６をねじる。中軸１３６は、それと一体の第一歯車部材１３８の歯が、第一円筒歯車１２６の互いに隣接する２つの歯の互いに対向する歯面のいずれか一方に係合するようにねじられ、その結果、第一歯車部材１３８から第一円筒歯車１２６に付与される回転トルクによって、第一円筒歯車１２６の互いに隣接する２つの歯の互いに対向する歯面の他方が、鞘軸１４０と一体の第二歯車部材１４２の歯に押し付けられ、鞘軸１４０の、工具係合穴１５２が形成されて係合工具により回転を止められている部分より第二歯車部材１４２側の部分がねじられる。トルクレンチにはトルク表示装置が設けられており、中軸１３６のねじりトルクが所望の大きさに達したことが表示されたならば、締付装置１４４により鞘軸１４０と中軸１３６との相対回転を阻止する。
【００２９】
被締付部材１５６は、鞘軸１４０の、第一，第二歯車部材１３８，１４２から軸方向に離れた部分に嵌合され、中軸１３６がねじられる際にはボルト１７０が緩められ、締付けが解除された状態にある。中軸１３６のねじり後、ボルト１７０が締められ、鞘軸１４０の第二歯車部材１４２から軸方向に離れた部分が弾性的に収縮させられ、それの内周面が中軸１３６の外周面に押し付けられて、鞘軸１４０と中軸１３６との相対回転が阻止される。締付け後、係合工具が鞘軸１４０から外されれば、鞘軸１４０の、締付装置１４４によって中軸１３６に固定された部分と工具係合穴１５２が形成されている部分（係合工具によって回転を止められていた部分）との間の部分がねじられ、その分、中軸１３６のねじれ量が減少する。しかし、中軸１３６がねじられ、鞘軸１４０がねじられた状態で両者の相対回転が阻止され、ねじられた状態に保たれることにより、第一，第二歯車部材１３８，１４２の歯が第一円筒歯車１２６の互いに隣接する２つの歯の互いに対向する歯面にそれぞれ弾性的に押し付けられた状態が維持され、第一，第二円筒歯車１２６，１２８のバックラッシが除去される。中軸１３６のねじり変形させられる部分全体（締付装置１４４により鞘軸１４０が固定される部分より第一歯車部材１３８側の部分）と、鞘軸１４０のねじり変形させられる部分全体（締付装置１４４により中軸１３６に固定される部分より第二歯車部材１４２側の部分）との剛性はほぼ同じであり、バックラッシ除去効果は、加工工具６８が正逆いずれの方向に回転させられる場合にも得られる。加工工具６８の回転方向に応じて電動モータ１８の回転方向が設定され、中軸１３６あるいは鞘軸１４０から第一円筒歯車１２６に電動モータ１８の回転が伝達され、切削抵抗が受けられるが、いずれの場合にもバックラッシ除去効果が得られるのである。締付装置１４４は、中軸１３６と鞘軸１４０とを解除可能に固定する固定装置の一種である。
【００３０】
前記工具主軸水平移動モータ３６を始めとする各モータ５４，７０，９４，１０６，１２０は、本実施形態においては、電動モータの一種である電動回転モータであり、正逆両回転可能であって、回転角度の正確な制御が可能なサーボモータとされており、図示しない駆動回路を経て、制御装置（図示省略）の主体を成すコンピュータに接続されている。
【００３１】
これらモータ３６等を駆動源として駆動される部材の作動量ないし作動位置は、本実施形態においては、作動量ないし作動位置検出装置の一種である回転角度検出装置としてのエンコーダを用いて検出され、コンピュータに供給される。例えば、工具主軸回転駆動装置２８においては、工具主軸回転モータ７０にエンコーダ１８０（図１参照）が直結され、モータ７０の回転角度が検出され、工具主軸２０の回転角度が検出される。また、工作物主軸回転駆動装置８６においては、工作物主軸８２にエンコーダ１８２（図４参照）が直結され、工作物主軸８２の回転角度が検出される。そして、制御装置に格納された工作物の位置調整プログラム，歯車加工プログラム等に従って、各モータが駆動制御され、加工が行われる。
【００３２】
車両の差動装置を構成するリングギヤの加工を例に取り、本まがりばかさ状歯車加工装置の作動を説明する。このリングギヤは、まがりばかさ歯車である。
リングギヤの加工は、例えば、成形歯切りによって行われ、加工工具６８としてフェースホブが用いられる。フェースホブ６８を工具主軸２０に保持させ、工作物主軸８０のチャック１１０に工作物１１４としてのリングギヤ素材１１４を保持させる。そして、移動装置２４，２６により工具主軸２０を軸線方向および垂直方向に移動させ、工作物主軸水平移動装置８４により工作物主軸８０を水平方向に移動させて、フェースホブ６８とリングギヤ素材１１４とを互いに直交する３軸の各方向において所定の位置に位置させるとともに、工作物主軸８０を工作物主軸旋回装置８８により旋回させ、工作物主軸８０の工具主軸２０に対する角度を所定の角度とする。
【００３３】
その状態で工具主軸２０が工具主軸回転駆動装置２８によって回転させられつつ、工具主軸水平移動装置２４によって軸線方向に移動させられ、フェースホブ６８が回転させられつつ軸線方向に移動させられ、リングギヤ素材１１４に切り込まされる。また、工作物主軸回転駆動装置８６により工作物主軸８０が回転させられ、リングギヤ素材１１４がフェースホブ６８の回転に同期して回転させられ、リングギヤ素材１１４に連続して歯溝が形成される。
【００３４】
リングギヤ素材１１４にはまず、粗加工が施され、粗加工の終了後、続いて仕上げ加工が行われる。仕上げ加工もフェースホブ６８により行われる。但し、フェースホブ６８の回転速度および切り込み速度は、粗加工時と仕上げ加工時とでは異ならされ、粗加工時にはフェースホブ６８の回転速度が小さく、切り込み速度が大きくされ、仕上げ加工時には逆にされる。それに合わせてリングギヤ素材１１４の回転速度も設定される。
【００３５】
このように加工が行われるとき、工作物主軸８０は工具主軸２０の回転に同期して回転させられ、相当高速で回転させられる。工作物主軸８０は第一，第二円筒歯車１２６，１２８を介して工作物主軸回転モータ１２０により回転させられる。そのため、小さいモータ１２０により工作物主軸８０の回転に必要な駆動力が得られるとともに、相当な高速で回転させることができ、高い加工能率が得られるのであるが、前述のように、第一，第二円筒歯車１２６，１２８のバックラッシが除去されているため、振動が生ずることなく、高い加工精度が得られる。
【００３６】
また、加工時には、工作物主軸８０の回転角度がエンコーダ１８２により検出され、工作物主軸８０の回転角度が所定の回転角度となるように工作物主軸回転モータ１２０が制御される。エンコーダ１８２は工作物主軸８０に直結されており、工作物主軸８０の回転そのものに基づいて工作物主軸回転モータ１２０が制御されるため、回転角度制御が精度良く行われる。工作物主軸回転モータ１２０の回転は、中軸１３６あるいは鞘軸１４０を介して第一円筒歯車１２６に伝達されるが、中軸１３６および鞘軸１４０は弾性的にねじられるため、工作物主軸回転モータ１２０の回転が検出される場合には、検出される回転角度が工作物主軸８０の回転角度とは異なることとなり、工作物主軸８０の回転角度の制御精度が低下することを避け得ない。それに対し、本実施形態においては、工作物主軸８０の回転が直接検出され、その検出結果に基づいて工作物主軸回転モータ１２０が制御されるため、工作物主軸８０の回転角度制御の精度が高くなり、リングギヤの加工精度が向上する。
【００３７】
さらに、粗加工と仕上げ加工との両方がリングギヤ素材に対して同じ加工工具であるフェースホブ６８により連続して行われるため、途中で工作物やフェースホブ６８の着脱を行う必要がない。これらの着脱に際しては工作物とフェースホブ６８との位相合わせをすることが必要であり、かなりの時間を要するのであるが、本まがりばかさ状歯車加工装置においてはその時間が不要であり、工作物主軸の回転速度を大きくし得ることと相俟って加工能率が著しく向上する。
【００３８】
前記締付装置１４４の被締付部材１５６は、ボルト１７０の螺合を緩め、締付部材１５８，１６０による被締付部材１５６の締付けを緩めることにより、被締付部材１５６を鞘軸１４０に対して軸方向に移動させ、位置を変更することができ、中軸１３６および鞘軸１４０の弾性的にねじり変形する部分の長さを変え、ばね定数を変化させることができる。ねじり変形する部分の長さが短いほどばね定数が大きくなり、工作物主軸回転モータ１２０の駆動力が工作物に剛体的に伝達され、加工精度の低下が回避されるが、第一，第二円筒歯車１２６，１２８のバックラッシを除去することが困難となり、また、歯面の面圧が高くなって回転抵抗が大きくなり易い。一方、ねじり変形する部分の長さが長いほどばね定数が小さくなり、バックラッシの除去は容易となるが、加工抵抗に基づく弾性変形が大きくなり、加工精度低下の原因となる。そのため、加工の結果、ばね定数が過小であれば、被締付部材１５６を、中軸１３６および鞘軸１４０の弾性的にねじり変形する部分の長さが短くなる方向へ、すなわち第二歯車部材１４２側へ移動させ、ばね定数が過大であれば、被締付部材１５６を第二歯車部材１４２から離れる側へ移動させ、中軸１３６および鞘軸１４０の弾性的にねじり変形する部分の長さを長くする。
【００３９】
差動装置を構成するピニオンの加工は、加工工具としてフェースミルを使用し、本まがりばかさ状歯車加工装置において可能な移動，回転の合計６つの軸の制御により創成歯切りによって行われる。また、本まがりばかさ状歯車加工装置は、リングギヤのフェースミルによる成形歯切りも可能とされているが、これらの詳細な説明は省略する。
【００４０】
本まがりばかさ状歯車加工装置においては、創成歯切りによってリングギヤを加工することもできる。例えば、加工工具としてフェースミルを使用し、工作物主軸水平移動装置８４および工具主軸垂直移動装置２６によるフェースミルとリングギヤ素材との相対移動により、フェースミルを自転させつつ、リングギヤ素材に対して公転させる。
【００４１】
上記実施形態においては、中軸および鞘軸の両方が弾性的にねじれるようにされ、比較的短い部分のねじれでバックラッシの除去が可能とされていたが、加工工具の回転方向が一方向に決まっているのであれば、実質的に中軸と鞘軸との一方のみが弾性的にねじられるようにしてもよい。例えば、鞘軸の剛性を高くし、中軸がねじられ、相対回転阻止装置によって相対回転を阻止された状態においても鞘軸のねじれが無視できるほど小さくなるようにするのである。この場合には中軸のねじられる部分の長さを上記実施形態におけるより長くすることが必要となるが、バックラッシ除去の容易さを確保しつつ、加工工具の予め設定された回転方向において、工作物主軸回転モータの回転が剛性の高い鞘軸を介して工作物主軸に伝達されるようにすることができ、工作物主軸の回転制御の精度を高めることができる。
【００４２】
また、相対回転阻止装置を、中軸および鞘軸の第一歯車部材および第二歯車部材が第一円筒歯車と第二円筒歯車との他方と噛み合う部分に対して、中軸に連結された工作物主軸回転モータとは反対側の部分に設けてもよい。この場合、鞘軸は中軸に、工作物主軸回転モータとは反対側から嵌合され、第一歯車部材が工作物主軸回転モータ側に位置させられ、第二歯車部材が第一歯車部材に対して工作物主軸回転モータとは反対側に位置させられ、鞘軸は工作物主軸回転モータとは反対側へ延び出させられて、相対回転阻止装置により中軸との相対回転を阻止される。中軸には、工作物主軸回転モータが連結される側とは反対側の端部に工具係合部が設けられ、工具が係合させられてねじられる。上記実施形態の装置について構成を変更するとすれば、中軸１３６の、第一歯車部材１３８が第一円筒歯車１２６と噛み合わされる部分から工作物主軸回転モータ１２０とは反対側に延び出させられた部分を長くし、歯が設けられていない円形断面の軸部を設け、その部分に鞘軸１４０を嵌合し、第二歯車部材１４２を第一歯車部材１３８に、工作物主軸回転モータ１２０とは反対側において隣接させて第一円筒歯車１２６と噛み合わせるとともに、鞘軸１４０の第二歯車部材１４２から工作物主軸回転モータ１２０とは反対側へ延び出させられた部分に工具係合穴１５２を設け、締付装置１４４を設ける。締付装置１４４を第一，第二歯車部材１３８，１４２の第一円筒歯車１２６と噛み合う部分に対して工作物主軸回転モータ１２０とは反対側に設け、締め付けさせるのである。また、工具係合凹部１５０を中軸１３６の工作物主軸回転モータ１２０が連結される側とは反対側の端部に設ける。
このようにすれば、中軸１３６の、工作物主軸回転モータ１２０側とは反対側の端部にトルクレンチを係合させて中軸１３６，鞘軸１４０をねじり、両者にねじりを与えた状態で締付装置１４４により締め付けて相対回転を阻止することができ、工作物主軸回転モータ１２０がない側で作業を行うことができ、例えば、中軸１３６に対する工作物主軸回転モータ１２０の連結の有無に関係なく、中軸１３６，鞘軸１４０をねじってバックラッシを除去することができる。また、作業空間を広く得易い。
【００４３】
さらに、相対回転阻止装置は、鞘軸および中軸の軸方向において位置を固定して設けてもよい。例えば、鞘軸に、前記締付装置１４４の被締付部材１５６と同様の被締付部材を一体に設け、あるいは被締付部材１５６を分割することにより得られる複数の被締付部を鞘軸に一体に設ける。
【００４４】
また、円筒歯車対を構成する第一，第二円筒歯車のうち、軸にかかるトルクが小さい方の円筒歯車について中軸，鞘軸等を含む構成とした方がよく、上記実施形態においては、モータにより直接駆動される円筒歯車が中軸，鞘軸等を含む構成とされていたが、工作物主軸に設けられる円筒歯車を、中軸，鞘軸等を含む構成としてもよい。
【００４５】
さらに、上記実施形態においては、回転駆動源の回転を工作物主軸に伝達する歯車対に本発明が適用されていたが、工具主軸を、歯車対を介して回転駆動源により駆動するとともに、その歯車対を本発明に係る歯車加工装置の円筒歯車対としてもよく、工作物主軸，工具主軸の他にも、歯車加工装置において回転駆動源により駆動される軸があれば、その軸を、歯車対を介して回転駆動源により駆動するとともに、その歯車対を本発明に係る歯車加工装置の円筒歯車対としてもよい。
【００４６】
以上、本発明のいくつかの実施形態を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、本発明は、前記〔発明が解決しようとする課題，課題解決手段および効果〕の項に記載された態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態である歯車加工装置を示す平面図である。
【図２】上記歯車加工装置を示す正面図である。
【図３】上記歯車加工装置を示す側面図である。
【図４】上記歯車加工装置の工作物主軸回転駆動装置を示す側面図（一部断面）である。
【図５】上記工作物主軸回転駆動装置の要部を拡大して示す側面図（一部断面）である。
【符号の説明】
２０：工具主軸 ６８：加工工具 ７０：工具主軸回転モータ ８０：工作物主軸 ８６：工作物主軸回転駆動装置 ８８：工作物主軸旋回装置 １１４：工作物 １２０：工作物主軸回転モータ １２４：円筒歯車対 １２６：第一円筒歯車 １２８：第二円筒歯車 １３６：中軸 １３８：第一歯車部材 １４０：鞘軸 １４２：第二歯車部材 １４４：締付装置 １５６：被締付部材 １５８，１６０：締付部材 １８０，１８２：エンコーダ

Claims (4)

1. 工作物を保持して回転する工作物主軸と加工工具を保持して回転する工具主軸とを含み、前記加工工具により前記工作物を加工する歯車加工装置であって、
   前記工作物主軸と前記工具主軸との少なくとも一方が円筒歯車対を介して回転駆動源により駆動され、かつ、前記円筒歯車対を構成する第一円筒歯車と第二円筒歯車との一方が、
   中軸と、
   その中軸と一体的な第一歯車部材と、
   前記中軸の外側に相対回転可能に嵌合された鞘軸と、
   その鞘軸と一体的で軸方向において前記第一歯車部材と隣接する第二歯車部材と、
   前記第一歯車部材および前記第二歯車部材が前記第一円筒歯車と前記第二円筒歯車との他方と噛み合わされるとともに、前記中軸と前記鞘軸との少なくとも一方が弾性的にねじられた状態で、中軸の前記第一歯車部材から軸方向に離れた部分と鞘軸の前記第二歯車部材から軸方向に離れた部分との相対回転を阻止する相対回転阻止装置と
   を含むことを特徴とする歯車加工装置。
2. 実質的に前記中軸と前記鞘軸との一方のみが弾性的にねじられることを特徴とする請求項１に記載の歯車加工装置。
3. 前記相対回転阻止装置が、前記鞘軸の前記第二歯車部材から軸方向に離れた部分を弾性的に変形させて、その鞘軸の内周面を前記中軸の外周面に押し付けることにより、それら鞘軸と中軸との相対回転を阻止するものである ことを特徴とする請求項１または２に記載の歯車加工装置。
4. 前記工作物主軸と前記工具主軸とを、少なくとも互いに直交する３軸に平行な方向に相対移動させる相対移動装置と、
   前記工作物主軸と前記工具主軸との少なくとも一方をその少なくとも一方の軸線と交差する旋回軸線のまわりに旋回させることにより工作物主軸と工具主軸との相対角度を変更する旋回装置と
   を含み、かさ状歯車を加工することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の歯車加工装置。

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