JP2006026853A - 歯車面取りフライス - Google Patents

Abstract

【課題】刃部の材料として超硬合金等を用いたときに切れ刃に欠けが生じにくい歯車面取りフライスを提供する。
【解決手段】シャンク１に連なる先細のテーパ部２の外周に、このテーパ部２の先端に至る切れ刃３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを備える歯車面取りフライスにおいて、切れ刃３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄのすくい面５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄとテーパ部２の先端の端面４との交差稜を外周側の端よりも軸心側Ｏの端が後方にくるように傾斜させた。
【選択図】図１

Description

この発明は、歯車の歯面と側面との稜線を面取りする歯車面取りフライスに関する。

歯車面取りフライス（非特許文献１）は、歯車の歯面と側面との稜線を面取りする工具であり、加工機の主軸に取り付けるシャンクと、このシャンクに連なる先細のテーパ部とを有する。テーパ部の外周には切れ刃が形成されており、切れ刃は、テーパ部の先端に形成された端面に至るように配置されている。

この歯車面取りフライスは、一般的に高速度鋼で形成されるが、耐久性に問題がある。そこで、耐久性を向上させるために、材質を超硬合金に変更することを検討したが、超硬合金を用いた場合、切れ刃の先端部に高い頻度で欠けが生じることが分かった。この欠けの問題を解消すれば、超硬合金の特性を利用して、極めて耐久性に優れる歯車面取りフライスを実現することができる。

この切れ刃の欠けの原因は、次のように考えられる。すなわち、歯車の歯底が円弧状なのに対し、テーパ部先端の端面が一般的に軸直交平面なので、歯すじの端部のうち歯底に近い部分を面取りするときに、テーパ部先端の端面が歯底に接触する。このとき、すくい面とテーパ部先端の端面との交差稜が歯底に干渉して欠け、その交差稜に連なった切れ刃も欠ける。

ＪＩＳ Ｂ１７２−１９９３ フライス用語 番号４２２４

この発明が解決しようとする課題は、刃部の材料として超硬合金等を用いたときに切れ刃に欠けが生じにくい歯車面取りフライスを提供することである。

上記の問題を解決するため、シャンクに連なる先細のテーパ部の外周に、このテーパ部の先端に至る複数の切れ刃を備える歯車面取りフライスにおいて、前記切れ刃のすくい面と前記テーパ部の先端の端面との交差稜を外周側の端よりも軸心側の端が後方にくるように傾斜させた。

かかる面取りフライスは、以下の構成を加えるとより好ましいものになる。
１）前記交差稜を前記切れ刃に対し、軸心まわりの回転投影において略９０度で交らせる。
２）前記切れ刃の先端側の端点を通り、かつ、この端点よりも軸心側が後方に傾いた平面を形成して、前記交差稜を傾斜させる。
３）前記テーパ部の先端に球状のくぼみを形成して、前記交差稜を傾斜させる。

平面を形成して前記交差稜を傾斜させる場合、以下の形態を採用すると好ましい。
１）外周を等分する２箇所以上の位置に前記切れ刃を形成し、前記切れ刃の先端側の端点を通り、かつ、この端点よりも軸心側が後方に傾き、かつ、前記端点における周方向の傾きのない平面を形成する。
２）外周を等分する３箇所以上の位置に前記切れ刃を形成し、隣り合う前記切れ刃の先端側の端点を共に通り、かつ、前記各端点よりも軸心側が後方に傾いた平面を形成する。

すくい面とテーパ部先端の端面との交差稜を軸心側が後方にくるように傾斜させたので、歯すじの端部のうち歯底に近い部分を面取りするときに、交差稜が歯底と干渉しにくい。よって、交差稜に欠けが生じず、交差稜に連なった切れ刃も欠けにくい。

図１から３に第１実施形態の歯車面取りフライスを示す。このフライスＦは、加工機の主軸に取り付けるシャンク１と、このシャンクに連なる先細のテーパ部２とからなる。テーパ部２の外周には切れ刃３ａ〜３ｄが形成されている。

切れ刃３ａ〜３ｄは、テーパ部２の外周を４等分する位置にそれぞれ配置されている。切れ刃３ａは、テーパ部２の先端の端面４に至っており、端面４には、切れ刃３ａのすくい面５ａとの交差稜６ａが形成されている。端面４は、外周側よりも軸心Ｏ側が後方にくぼんだ形状をしているので、この端面４に形成された交差稜６ａも後方に傾斜し、外周側の端よりも軸心Ｏ側の端が後方に位置している。切れ刃３ｂ、３ｃ、３ｄのすくい面５ｂ、５ｃ、５ｄと端面４との各交差稜６ｂ、６ｃ、６ｄについても同様である。

テーパ部先端の端面４は、平面４ａ〜４ｄで構成されている。平面４ａは、隣り合う切れ刃３ａおよび３ｂの先端側の端点７ａおよび７ｂを共に面内に含み、軸心Ｏ側を後方に傾斜させた面である。残りの平面４ｂ、４ｃ、４ｄについても同様であり、平面４ｂは端点７ｂおよび７ｃを、平面４ｃは端点７ｃおよび７ｄを、平面４ｄは端点７ｄおよび７ａをそれぞれ通り、軸心Ｏ側が後方に傾斜している。

この平面４ａ〜４ｄは、テーパ部先端に研磨等の加工を４方向から施して形成することができる。まず、図５に示すように、テーパ部先端の軸直交平面Ｐを、端点７ａおよび７ｂを面内に含み、軸心Ｏ側が後方にθ度傾斜した平面４ａに沿って、軸心Ｏの位置まで除去する。同様にして、端点７ｃおよび７ｄを通る平面４ｂに沿って、軸直交平面Ｐを軸心Ｏの位置まで除去する。このようにして残った部分を、端点７ｂおよび７ｃを通り、軸心Ｏ側が後方にθ傾斜した平面４ｃに沿って、軸心Ｏの位置まで除去する。同様にして、残った部分を端点７ｄおよび７ａを含む平面４ｄに沿って軸心Ｏの位置まで除去する。このようにして、図４に示すような平面４ａ〜４ｄによるくぼみを形成することができる。図４の矢印は、平面４ａ〜４ｄの傾斜方向である。なお、除去の方法は、放電加工など他の方法でもよい。

この歯車面取りフライスＦの使用例を図６に示す。まず、加工対象の歯車Ｈを加工機にセットし、定位置で回転させる。その状態で、歯車Ｈの歯すじの端部に、加工主軸に取り付けられて回転するフライスＦの切れ刃３ａ〜３ｄを一定の面取り角度となるように接触させる。この加工点を歯先Ｔから歯底Ｂにわたって移動させることにより、歯車Ｈの歯すじの端部を面取り加工することができる。

この歯車面取りフライスＦによれば、歯すじの端部のうち歯底Ｂに近い部分を面取りするときに、切れ刃３ａ〜３ｄの先端部分が欠けにくい。すなわち、各交差稜６ａ〜６ｄが、外周側の端よりも軸心Ｏ側の端が後方にくるように傾斜しているので、交差稜６ａ〜６ｄが歯底Ｂと干渉しにくく、そのため、交差稜６ａ〜６ｄに欠けが生じず、交差稜６ａ〜６ｄに連なった切れ刃３ａ〜３ｄも欠けにくい。

この傾斜を設けることによって、歯車面取りフライスＦの刃部の材料として超硬合金を用いることが可能となり、超硬合金の特性を利用して、極めて耐久性に優れる歯車面取りフライスを実現できる。

また、テーパ部先端の端面を平面で形成しているので、交差稜６ａ〜６ｄを傾斜させる加工が容易であり、加工精度を出し易い。

また、テーパ部先端に研磨等の加工を施して、交差稜６ａ〜６ｄを傾斜させる平面４ａ〜４ｄを形成するときに、端点７ａ〜７ｄを削り落とす必要がない。すなわち、切れ刃３ａの端点７ａからみた軸心Ｏの方向を傾斜方向とする平面をテーパ部先端に形成して交差稜６ａを傾斜させる方法では、テーパ部先端を軸心Ｏの位置まで研磨等で除去したときに、端点７ｂおよび７ｄをも除去してしまい、各端点の高さが揃わなくなる。しかし、この実施形態の場合、平面４ａの傾斜方向は端点７ａからみた軸心Ｏの方向ではなく、端点７ａと端点７ｂとの中点からみた軸心Ｏの方向なので、テーパ部先端を研磨等で軸心Ｏの位置まで除去して平面４ａを形成したときに、端点７ｃおよび７ｄが削り落とされない。

なお、平面４ａ〜４ｄの傾斜角度θが大きいほど、各交差稜６ａ〜６ｄの傾斜角度θ₀も大きくなり、交差稜６ａ〜６ｄが歯車の歯底Ｂと干渉しにくい。また、面取り加工における切削抵抗も小さくなる。

図では、軸心回りの回転投影において切れ刃３ａ〜３ｄが軸心Ｏとなす角度をα₀として、
θ ≧ ｔａｎ^-1（ｔａｎα₀／ｃｏｓ４５°） 式（１）
を満たす範囲で平面４ａ〜４ｄの傾斜角度θを設定している。これは、以下の理由による。

平面４ａ〜４ｄの傾斜角度θと、交差稜６ａ〜６ｄの傾斜角度θ₀との間には、
ｃｏｓ４５°×ｔａｎθ ＝ ｔａｎθ₀
の関係が成り立つ。これをθについて整理すると、
θ ＝ ｔａｎ^-1（ｔａｎθ₀／ｃｏｓ４５°） 式（２）
となる。したがって、この式を満たす傾斜角度θの平面４ａ〜４ｄでテーパ部先端を除去すれば、平面４ａ〜４ｄとすくい面５ａ〜５ｄとで形成される交差稜６ａ〜６ｄの傾斜角度はθ₀となる。

一方、図７において、交差稜６ａ〜６ｄの傾斜角度θ₀が、歯底円上の端点７ａ〜７ｄにおける接線の傾斜角度α以上であれば、交差稜６ａ〜６ｄと歯底Ｂとは干渉しない。すなわち、
θ₀ ≧ α 式（３）
であれば干渉しない。

よって、式（２）、（３）からθ₀を消去すれば、式（４）を得る。
θ ≧ ｔａｎ^-1（ｔａｎα／ｃｏｓ４５°） 式（４）
すなわち、式（４）によって定まるθを傾斜角度とする平面４ａ〜４ｄでテーパ部先端を除去すれば、交差稜６ａ〜６ｄと歯底Ｂとの干渉を防止できる。

このとき、接線の傾斜角度αは、歯底円の半径Ｒが小さいほど大きくなる変数であるが、通常、切れ刃３ａ〜３ｄが軸心Ｏとなす角度α₀よりは大きくならない。歯底円の半径Ｒが小さくなって接線の傾斜角度αがα₀よりも大きくなると、歯底Ｂ付近を面取りするときに所定の面取り角度を確保することが難しくなるからである。したがって、
α ≦ α₀ 式（５）
が成り立つ。

よって、式（４）、（５）より、次式（１）を満たす範囲で平面４ａ〜４ｄの傾斜角度θを設定すれば、所定の面取り角度で歯底Ｂまで面取り可能な歯車について、交差稜と歯底Ｂとの干渉を防止しつつ、歯すじの端部のうち歯底Ｂに近い部分を面取りすることができる。
θ ≧ ｔａｎ^-1（ｔａｎα₀／ｃｏｓ４５°） 式（１）

また、交差稜６ａ〜６ｄを切れ刃３ａ〜３ｄに対し、軸心Ｏまわりの回転投影において、略９０度で交らせたとき、すなわち、
θ ≒ ｔａｎ^-1（ｔａｎα₀／ｃｏｓ４５°） 式（６）
を満たす平面４ａ〜４ｄでテーパ部先端を除去したとき、平面４ａ〜４ｄの傾斜角度θが小さいので、交差稜６ａ〜６ｄに傾斜を設けたことによる切れ刃の強度低下を最小限に抑えることができる。軸心Ｏまわりの回転投影における交差稜６ａ〜６ｄと切れ刃３ａ〜３ｄとの交差角度ｒは９０±３°程度が好ましい。

刃数が５枚、６枚の場合にも、同様にテーパ部先端の端面４を構成することができ、この場合、上記のｃｏｓ４５°をそれぞれｃｏｓ３６°、ｃｏｓ３０°に置き換えればよい。

図８に、第２実施形態の歯車面取りフライスの先端の端面４を示す。このフライスは、テーパ部先端の端面４を除き、第１実施形態と同様の構成である。テーパ部２の外周を２等分する位置に切れ刃３ａおよび３ｂが形成されており、テーパ部先端の端面４に至っている。

テーパ部先端の端面４は、平面４ａおよび４ｂで構成されている。平面４ａは、切れ刃３ａの先端側の端点７ａを面内に含んでいる。また、軸心Ｏ側が後方に傾斜しており、端点７ａにおける周方向の傾きがゼロである。平面４ｂについても同様である。

この平面４ａおよび４ｂの形成は、テーパ部先端の軸直交平面Ｐを、端点７ａを面内に含み、軸心Ｏ側が後方にθ度傾斜した平面４ａに沿って、軸心Ｏの位置まで除去し、同様に、端点７ｂを通る平面４ｂに沿って、軸直交平面Ｐを軸心Ｏの位置まで除去して行う。

この歯車面取りフライスによれば、すくい面５ａ、５ｂとテーパ部先端の端面４との交差稜６ａ、６ｂが歯底と干渉しにくく、そのため、交差稜６ａ、６ｂに欠けが生じず、交差稜６ａ、６ｂに連なった切れ刃３ａ、３ｂも欠けにくい。

図では、軸心回りの回転投影において切れ刃３ａおよび３ｂが軸心Ｏとなす角度をα₀として、
θ ≧ α₀ 式（７）
を満たす範囲で、平面４ａおよび４ｂの傾斜角度θを設定している。これにより、すくい面５ａ、５ｂとテーパ部先端の端面４との交差稜６ａ、６ｂが歯底に干渉するのを防止しつつ、歯すじの端部のうち歯底に近い部分を面取りすることができる。

また、交差稜６ａ、６ｂを切れ刃３ａ、３ｂに対し、軸心Ｏまわりの回転投影において、略９０度で交らせたとき、すなわち、
θ ≒ α₀ 式（８）
を満たす平面４ａ、４ｂでテーパ部先端を除去したとき、平面４ａ、４ｂの傾斜角度θが小さいので、交差稜６ａ、６ｂに傾斜を設けたことによる切れ刃の強度低下を最小限に抑えることができる。

図９に、第３実施形態の歯車面取りフライスの先端の端面４を示す。このフライスは図８に示す第２実施形態のフライスと同様の構成であり、切れ刃を２枚から３枚に置き換えたものである。このようなフライスでも、第２実施形態のフライスと同様の効果を得ることができる。

端面４を、軸心Ｏ上に中心をもつ球状のくぼみとしても、すくい面と端面４との交差稜が歯底に干渉するのを防止しつつ、歯すじの端部のうち歯底に近い部分を面取りすることができる。

図では、歯車面取りフライスの各切れ刃を、ねじれのないストレート刃としているが、ねじれ刃としてもよい。

また、刃部の材料としてサーメットを用いても、切れ刃の先端部に欠けが生じにくく、極めて耐久性に優れた歯車面取りフライスを実現することができる。

第１実施形態の歯車面取りフライスの全体図 同上のフライスの先端の端面の拡大図 （ａ）は図２のＸ−Ｘ線に沿った断面図、（ｂ）は図２のＹ方向投影図 同上のフライスの先端の端面を構成する各平面の傾斜を示す図 同上のフライスの先端の端面の形成過程を示す図 （ａ）は同上のフライスの使用例を示す平面図、（ｂ）はその正面図 交差稜と歯底とが干渉しない条件を説明する図 （ａ）は第２実施形態の歯車面取りフライスの先端部の平面図、（ｂ）はその正面図 （ａ）は第３実施形態の歯車面取りフライスの先端部を示す図、（ｂ）は（ａ）のＺ−Ｚ線に沿った断面図

符号の説明

１ シャンク
２ テーパ部
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ 切れ刃
４ 端面
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ 平面
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ すくい面
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ 交差稜
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ 端点
Ｏ 軸心

Claims (6)

1. シャンクに連なる先細のテーパ部の外周に、このテーパ部の先端に至る複数の切れ刃を備える歯車面取りフライスにおいて、前記切れ刃のすくい面と前記テーパ部の先端の端面との交差稜を外周側の端よりも軸心側の端が後方にくるように傾斜させたことを特徴とする歯車面取りフライス。
2. 前記交差稜を前記切れ刃に対し、軸心まわりの回転投影において略９０度で交らせたことを特徴とする請求項１に記載の歯車面取りフライス。
3. 前記切れ刃の先端側の端点を通り、かつ、この端点よりも軸心側が後方に傾いた平面を形成して、前記交差稜を傾斜させたことを特徴とする請求項１または２に記載の歯車面取りフライス。
4. 外周を等分する２箇所以上の位置に前記切れ刃を形成し、前記切れ刃の先端側の端点を通り、かつ、この端点よりも軸心側が後方に傾き、かつ、前記端点における周方向の傾きのない平面を形成して、前記交差稜を傾斜させたことを特徴とする請求項３に記載の歯車面取りフライス。
5. 外周を等分する３箇所以上の位置に前記切れ刃を形成し、隣り合う前記切れ刃の先端側の端点を共に通り、かつ、前記各端点よりも軸心側が後方に傾いた平面を形成して、前記交差稜を傾斜させたことを特徴とする請求項３に記載の歯車面取りフライス。
6. 前記テーパ部の先端に球状のくぼみを形成して、前記交差稜を傾斜させたことを特徴とする請求項１または２に記載の歯車面取りフライス。

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