JP2007136570A - 歯車状ダイヤモンドドレッサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より高精度、高性能な歯車状ダイヤモンドドレッサの製造方法を提供することである。
【解決手段】内歯車状に反転型の内周面を加工する工程と、反転型の内周面にダイヤモンド粒を付着させて、ダイヤモンド粒を結合材によって埋め込んでダイヤモンド層を成形する工程と、ダイヤモンド層と芯金を、接合層によって接合する工程と、反転型を除去する工程とを含む、歯車状ダイヤモンドドレッサの製造方法で、反転型の内周面は、高精度機械加工法、高精度電気加工法のいずれか一方、または両方の加工法によって、予め内歯車状に加工しておく。
【選択図】図１

Description

本発明は、歯車研削用砥石のドレッシング、またはツルーイングとドレッシングに用いられる歯車状ダイヤモンドドレッサの製造方法に関するものである。

歯車は、回転とトルクを正確に伝達するための最も効率が良く、広範囲に用いられている機械要素のひとつである。各種ＮＣ機械のＮＣ化などにより歯車の使用が少なくなったものもあるが、重要な機械要素部品として、精密機械用、自動車用、工作機械用などの小型歯車から、建設機械用、船舶用、産業機械用などの大型歯車まで、機械工業分野に幅広く用いられている。最近では、歯車に対する低騒音化、高効率化などの要求はもちろんのこと、省エネの観点から歯車の小型化、軽量化、長寿命化の要求が高まっている。そして、歯車自体もこれらに対応するため材質が高強度で、難削化する傾向もある。
例えば、自動車用トランスミッションギヤは低騒音化、高効率化および長寿命化に対応するために、歯車素材の調質後の熱歪みを能率良く除去し、高精度に仕上げる加工法として、ギヤホーニング加工が行われている。
ギヤホーニング加工とは、歯車の高精度歯面仕上げ方法のひとつで、内歯車状ホーニング砥石に工作物である歯車を噛み合わせながら歯車表面を高精度に加工するものである。しかしながら、この内歯車状ホーニング砥石も加工を継続するにつれて、目づまりや摩耗を生じるため、歯車の形状寸法および表面粗さなどについて所望の精度が得られなくなる。したがって、内歯車状ホーニング砥石の目づまりや摩耗を生じた場合には、歯車状ダイヤモンドドレッサ（ドレッシングギヤまたはドレスギヤとも呼ばれる）を用いて、ドレッシングまたは、ツルーイングとドレッシングが必用になる。

歯車状ダイヤモンドドレッサの製造方法としては、以下のことが知られている。
低熱膨張合金製（鉄系インバー合金）の歯車を母型とし、母型の歯面外周部に電鋳法、又は低融点合金を用いた鋳造法、樹脂成型法等によって、母型より大きい熱膨張を有する反転型を製作し、母型を反転型から熱膨張差を利用して抜き出し、反転型の内周面にダイヤモンド粒を付着させてダイヤモンド粒を結合材で埋込んでダイヤモンド層を成形し、芯金とダイヤモンド層を接合し、反転型を取り除く、歯車状ダイヤモンドドレッサの製造方法が公知である。
しかしながら、この製造方法は、母型を反転型から抜き出すのに熱膨張差を利用するのであるが、抜き出しの際に反転型が損傷する問題点があった。さらに、二度も反転するため高精度が得られない問題もあった。すなわち、歯車（母型）を反転して反転型を製造し、その反転型をさらに反転して歯車状ダイヤモンドドレッサを製造するからである。
（例えば、特許文献１参照）

別の歯車状ダイヤモンドドレッサの製造方法としては、以下のことが知られている。
歯車を母型として容易に除去できる材質からなる反転型を成形し、反転型の内周面にダイヤモンド粒をめっきにより埋め込んでダイヤモンド層を成形し、芯金とダイヤモンド層の隙間に充填成形材料を装入して芯金とダイヤモンド層を接合し、反転型を除去する、歯車状ダイヤモンドドレッサーの製造方法が公知である。
しかしながら、この製造方法は、母型を反転型から抜き出す際に反転型が損傷する問題点があった。さらに、二度も反転するため高精度が得られない問題もあった。即ち、この製造方法も上記特許文献１と同様の問題点があった。
（例えば、特許文献２参照）

さらに別の歯車状ダイヤモンドドレッサの製造方法としては、以下のことが知られている。
歯車を母型として粉末樹脂を圧縮成型して反転型を成形し、反転型から歯車を抜き出す工程を含む、歯車状ダイヤモンドドレッサーの製造方法が公知である。
しかしながら、この製造方法は、母型を反転型から抜き出す際に、反転型が樹脂製であるため極めて損傷し易い問題点があった。そして、樹脂製の反転型は熱膨張係数が大きく高精度が得られない問題もあった。さらに、二度も反転するため高精度が得られない問題もあった。
（例えば、特許文献３参照）
特開平７−６０６４３号公報 特開平５−３０１１６２号公報 特開平４−１６４５７６号公報

本発明は上記の問題点を解決することである。すなわち、本発明の目的は、高精度の歯車状ダイヤモンドドレッサの製造方法を提供しようとするものである。

この発明に従った、歯車状ダイヤモンドドレッサの製造方法は、内歯車状に反転型の内周面を加工する工程と、反転型の内周面にダイヤモンド粒を付着させて、ダイヤモンド粒を結合材によって埋め込んでダイヤモンド層を成形する工程と、ダイヤモンド層と芯金を、接合層によって接合する工程と、反転型を除去する工程とを含む、歯車状ダイヤモンドドレッサの製造方法で、反転型の内周面は、高精度機械加工法、高精度電気加工法のいずれか一方、または両方の加工法によって、内歯車状に加工されたことを特徴とするものである。

ここで、反転型は金属材料、樹脂材料、複合材料、セラミックス材料、グラファイト材料など各種の材料を用いることができる。金属材料、複合材料、セラミックス材料を用いること、加工が比較的容易であり、しかも高精度に加工できるので好ましい。
さらに、反転型と結合材の熱膨張係数の差が、１０Ｘ１０^−６／Ｋ以下であることが好ましく、７Ｘ１０^−６／Ｋ以下であることがより好ましい。即ち、反転型と結合材の熱膨張係数の差が少ない程、反転型が高精度に転写できるからであり、反転型と結合材の熱膨張係数が同じであることが最も好ましい。

更に詳しくは、結合材は、ニッケルめっき、焼結合金、ロウ材、樹脂のいずれかひとつであることを特徴とする。

ここで結合材は、ニッケルめっきを用いるのが高精度が得られるので好ましい。なお、反転めっき法は公知の方法を用いることができる。

さらに詳しくは、高精度機械加工法は、総型形状の砥石を用いて研削加工を行うことを特徴とする。

ここで総型形状の砥石は、歯形形状に成型された砥石を用いることができる。さらに砥石としては、ダイヤモンド砥石、ＣＢＮ砥石、在来砥石などを用いることができる。

さらに詳しくは、高精度機械加工法は、総型バイトまたはブローチのいずれか一方、または両方の工具を用いて切削加工を行うことを特徴とする。

ここで総型バイトは、例えば、歯形形状に成型されたものを立削り盤に取り付けて切削加工を行う。またブローチは歯車形状に成型されたものをブローチ盤に取り付けて切削加工を行う。

さらに詳しくは、高精度電気加工法は、レーザー加工法、型彫り放電加工法またはワイヤーカット放電加工法のいずれかひとつ、または二つ以上の組み合わせで行うことを特徴とする。

ここで、レーザー加工法、型彫り放電加工法またはワイヤーカット放電加工法を適用する際には、市販されている各種の加工機を適宜使用する。

さらに詳しくは、ダイヤモンド粒の結合材からの平均突出量は、平均粒径の１％以上７０％以下であることを特徴とする。

ここで、突出量を測定するには、ダイヤルゲージを用いる方法などが提案されているが、最も正確に、ダイヤモンド粒の突出端から結合材までの段差を測定するにはｚｙｇｏ（３次元表面構造解析顕微鏡）を用いるのが適当である。平均突出量は、例えば、任意に選ばれた１００個のダイヤモンド粒の突出量を測定し、その平均値をダイヤモンド粒の平均粒径で割った値に１００を掛けた数値に％を付して定義した。作用面には、数千〜数十万個のダイヤモンド粒が固着されているため、全部のダイヤモンド粒の突出量を測定するには大変な手間がかかる。この理由により、１００個程度の平均値を採用するのが実用的である。平均突出量が、１％未満では切れ味が十分でなく加工能率の低下の原因となり、７０％を超える場合は、ダイヤモンド粒の保持力が低下して、脱落の原因となる。ダイヤモンド粒の保持力を高めて脱落を防止し、十分な加工能率を得るためには、平均突出量が、３％以上６０％以下であることがより好ましく、５％以上５０％以下であることが最も好ましい。

さらに詳しくは、ダイヤモンド粒の平均粒子径は、１０μｍ〜２０００μｍであることを特徴とする。

ここで、ダイヤモンド粒は、歯車状ダイヤモンドドレッサの作用面の形状精度を満足出来る、可能な限り粗粒のものを用いることで長寿命化と、優れた切れ味を達成できるので好ましい。ダイヤモンド粒の平均粒子径は、２０μｍ〜２０００μｍであることがより好ましく、３０μｍ〜２０００μｍであることが最も好ましい。

さらに詳しくは、ダイヤモンド層には、柱状ダイヤモンドが埋設され、前記柱状ダイヤモンドの長手方向に対して、ほぼ直角な断面が作用面に露出していることを特徴とする。

ここで、柱状ダイヤモンドは、柱状単結晶ダイヤモンド、柱状多結晶ダイヤモンドなどを用いることができる。特に摩耗しやすい歯車状ダイヤモンドドレッサのエッジ部を補強するのに用いるのがより好ましい。

本発明によれば、歯車を母型として二度反転する製造方法に比べて、高精度な歯車状ダイヤモンドドレッサを得ることができる。

発明を実施するための最良の形態については、以下の実施例で説明する。

歯数２７枚、外径６０ｍｍ、幅４０ｍｍ、圧力角２０度、モジュール２の平歯車タイプの歯車状ダイヤモンドドレッサを本発明の製造方法により製造した。その製造方法を以下に詳しく説明する。
まず、反転型素材を準備して、この内周面をワイヤーカット放電加工法により、内歯車状に粗加工した後、さらに電着超砥粒砥石によって仕上加工を行い、所望する精度の内歯車状の反転型を得た。次に、この内歯車状の反転型をめっき槽に入れ、内周側にダイヤモンド粒を付着させ、ニッケルめっきによってダイヤモンド粒を埋め込んで厚み約３ｍｍのダイヤモンド層を反転型の内周に成型した。次に、めっき槽から取り出して、治具を使って中心に芯金を組み込み、芯金とダイヤモンド層の隙間に低融点合金を流し込んで芯金とダイヤモンド層を接合した。次に、反転型を切削加工により除去し、芯金の軸穴と側面を切削加工して仕上げ、ダイヤモンド層をドレッシングしてダイヤモンド粒を結合材（ニッケルめっき）から突出させ、歯車状ダイヤモンドドレッサを完成させた。
このようにして製造された、実施例１の歯車状ダイヤモンドドレッサは、高精度加工された反転型を一度だけ反転するので、極めて高精度な歯形と、高精度な歯筋が得られた。

実施例1と同一仕様の平歯車タイプの歯車状ダイヤモンドドレッサを本発明の製造方法により製造した。
まず、反転型素材を準備して、この内周面を総型バイトにより内歯車状に粗加工した後、さらに電着超砥粒砥石によって仕上加工を行い、所望する精度の内歯車状の反転型を得た。その後は、実施例１と同じ工程により、歯車状ダイヤモンドドレッサを完成させた。
このようにして製造された、実施例２の歯車状ダイヤモンドドレッサは、極めて高精度な歯形と、高精度な歯筋が得られた。

平歯車タイプの歯車状ダイヤモンドドレッサ はすば歯車タイプの歯車状ダイヤモンドドレッサ

符号の説明

１：平歯車タイプの歯車状ダイヤモンドドレッサ
２：はすば歯車タイプの歯車状ダイヤモンドドレッサ

Claims (9)

1. 内歯車状に反転型の内周面を加工する工程と、
   前記反転型の内周面にダイヤモンド粒を付着させて、ダイヤモンド粒を結合材によって埋め込んでダイヤモンド層を成形する工程と、
   前記ダイヤモンド層と芯金を、接合層によって接合する工程と、
   前記反転型を除去する工程とを含む、歯車状ダイヤモンドドレッサの製造方法であって、
   前記反転型の内周面は、高精度機械加工法、高精度電気加工法のいずれか一方、または両方の加工法によって、内歯車状に加工されたことを特徴とする、歯車状ダイヤモンドドレッサの製造方法。
2. 前記結合材は、ニッケルめっき、焼結合金、ロウ材、樹脂のいずれかひとつであることを特徴とする、請求項１記載の歯車状ダイヤモンドドレッサの製造方法。
3. 前記高精度機械加工法は、総型形状の砥石を用いて研削加工を行うことを特徴とする、請求項１または２記載の歯車状ダイヤモンドドレッサの製造方法。
4. 前記高精度機械加工法は、総型バイトまたはブローチのいずれか一方、または両方の工具を用いて切削加工を行うことを特徴とする、請求項１または２項に記載の歯車状ダイヤモンドドレッサの製造方法。
5. 前記高精度電気加工法は、レーザー加工法、型彫り放電加工法またはワイヤーカット放電加工法のいずれかひとつ、または二つ以上の組み合わせで行うことを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の歯車状ダイヤモンドドレッサの製造方法。
6. 前記ダイヤモンド粒の結合材からの平均突出量は、平均粒径の１％以上７０％以下であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の歯車用ダイヤモンドロータリードレッサの製造方法。
7. 前記ダイヤモンド粒の平均粒子径は、１０μｍ〜２０００μｍであることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の歯車状ダイヤモンドドレッサの製造方法。
8. 前記ダイヤモンド層には、柱状ダイヤモンドが埋設され、前記柱状ダイヤモンドの長手方向に対して、ほぼ直角な断面が作用面に露出していることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の歯車状ダイヤモンドドレッサの製造方法。
9. 前記歯車状ダイヤモンドドレッサは、ギヤホーニング加工用砥石のドレッシング、またはツルーイングとドレッシングに用いられることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の歯車状ダイヤモンドドレッサの製造方法。

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