JP2009034790A - 複合カッタ - Google Patents

Abstract

【課題】歯面の端面角部の尖鋭部を面取りするとともに、端面角部の近傍の盛り上がりを抑制し、且つ効率的な加工をする。
【解決手段】複合カッタ１００は、被削歯車１４の歯２６の端面角部３０、３１を押圧して面取り加工をするフレージングカッタ部４０ａ、４０ｂと、被削歯車１４の歯面２８の切削をするシェービングカッタ部４２とを有する。フレージングカッタ部４０ａ、４０ｂとシェービングカッタ部４２は、重ね合わされて円盤形状を形成し、フレージングカッタ部４０ａ、４０ｂとシェービングカッタ部４２は同軸状に配置されている。シェービングカッタ部４２は円形であって、厚い幅の主部４８と、該主部４８より薄い副部５０とを有する。フレージングカッタ部４０ａ、４０ｂは副部５０の両側面に設けられる。複合カッタ１００は被削歯車１４に対して０でない軸交差角ψをもって噛合する。
【選択図】図４

Description

本発明は、被削歯車の歯の端面角部を押圧して面取り加工をするフレージングカッタ部と、被削歯車の歯面の切削をするシェービングカッタ部とを有する複合カッタに関する。

近時の自動車は高出力でありながらも静粛性及び耐久性が要求されており、動力伝達（例えば変速機）に用いられる歯車には動力を確実に伝達するとともに騒音を発生しないように一層高精度な歯面が望まれている。

このような高精度の歯車の加工としては、一般的にホブによる粗切削加工、面取り加工、シェービングカッタによる歯面の成形、熱処理による浸炭及び焼入れを行い、さらに精度を向上させるために研削やギアホーニング加工を行う。

このうち、ホブによる粗切削加工が終了した段階では、歯面の端面角部が尖っており、そのままでは熱処理により過度の浸炭がなされ、ガラス状に硬化（脆弱化）する懸念がある。このため、面取り加工を行い過度の浸炭防止及び歯車強度を向上させている。

面取り加工としては、被削歯車の歯面の端面角部を押しつぶすフレージングカッタが広汎に用いられている。フレージングカッタは、被削歯車に対して軸交差角なく噛合して歯車の角部を押しつぶす。フレージングカッタを用いた加工方法としては、例えば特許文献１及び特許文献２が挙げられる。特許文献１では、被削歯車に対してフレージングカッタを軸交差角０°として噛合させることが開示されている。特許文献２では、被削歯車に対してフレージングカッタを所定の軸交差角をもって噛合させることが開示されている。

特許文献３には、ばり取り輪と、歯腹の縁領域を加工する平滑化輪を含むスペーサが重ね合わされた工具が開示されている。

特許文献４には、面取用の刃を具えたシェービングカッタが開示されている。

特開昭５４−１５５９６号公報 特開昭６１−２８４３１８号公報 特開２００３−１９６２１号公報 特開昭６１−８２２１号公報

前記の通り、高出力、静粛性及び耐久性が要求される高精度な歯車の製作には、一般に粗切削加工、フレージングカッタによる面取り加工、シェービングカッタによる歯面の成形、熱処理、及び歯車研削やギアホーニング加工を行う。

フレージングカッタによる面取り加工では、歯面の端面角部を適切に面取りすることができるが、基本的には押しつぶす加工であることから余肉が横側に押し出されることになり、該余肉による盛り上がりが生じる。

このような盛り上がり部は、後の研削工程で研削して除去することも可能であるが、研削工程の前には熱処理を行っており、盛り上がり部は相当に硬くなっているので、研削工具に与える負荷が大きくしかも研削に時間がかかる。また、研削加工を行うことは生産効率等の観点からコスト高となり、省略できることが望ましい。

仮に、研削工程を省略するとその後のギアホーニング加工で砥石に対する負荷が極めて大きく、好ましくない。熱処理後であって被削歯車の硬度が高くなっており、しかも加工中にギアホーニングの砥石と被削歯車は同じ箇所が当接し、盛り上がり部に当接する箇所のみが極端に摩耗してしまうからである。

また、面取り加工の後に行われるシェービング加工では盛り上がり部の抑制効果もあるが、面取り加工よりも相当の時間を要し、いわゆるタクトタイムが長くなり、面取り加工が終了しても次のシェービング加工を行うまでに無駄な待ち時間が生じることがある。

一方、要求精度が比較的低く、熱処理を実施しない歯車についても、フレージングカッタの面取り加工をして発生する盛り上がり部について対策をせずにシェービング等の歯面仕上げを行えば、盛り上がり部が工具に対する負荷となり、工具寿命は必然的に短くなる。これにより、工具交換作業のために工作機械を停止させる回数や、メンテナンス及び点検の回数が増加するとともに、工具費用の増加が懸念される。

前記の特許文献４記載のシェービングカッタでは、歯頂部を歯幅方向に沿って面取りをすることはできるが、歯幅方向の端面の面取りはできない。また、被削歯車に対してシェービングカッタの位置をずらしながら加工をしなければならない。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、歯面の端面角部を適切に面取りするとともに、端面角部の近傍の盛り上がりの発生を抑制し、且つ効率的な加工をすることのできる複合カッタを提供することを目的とする。

本発明に係る複合カッタは、以下の特徴を有する。

第１の特徴：フレージングカッタ部とシェービングカッタ部とを有し、前記フレージングカッタ部と前記シェービングカッタ部は、複数の加工歯を備える円弧部を有し、重ね合わされて円盤形状を形成し、前記フレージングカッタ部と前記シェービングカッタ部のそれぞれの円弧部は同軸状に配置されていることを特徴とする。

このような複合カッタによれば、フレージングカッタ部により歯面の端面角部の面取りをするとともに、端面角部の近傍の盛り上がりの発生を抑制することができる。また、面取り工程とシェービング工程を同時に行うことができ、その後の２回目のシェービング工程を省略し、又は時間を短くすることができる。ここで、円弧とは円を含む形状である。

第２の特徴：前記シェービングカッタ部は円形であって、主部と、前記主部より薄い副部とを有し、前記副部に前記フレージングカッタ部が重ね合わされて配置されていてることを特徴とする。

これにより、複合カッタが１周する間に、被削歯車は主部又は副部のいずれかにより常にシェービング加工がなされ、効率的である。また、主部は幅が厚く、被削歯車の歯面のほぼ全面をシェービング加工することができる。

第３の特徴：前記フレージングカッタ部と前記シェービングカッタ部との複合された合計歯数が前記被削歯車の歯数またはその倍数と異なる設定としてもよい。複数回転する間に、複合カッタの歯と被削歯車の歯は特定の組合わせ同士が当接するということが防止でき、被削歯車の各歯に対して複合カッタの異なる歯が順に当接して加工をする。したがって、偏りなく、バランスのよい加工が可能となる。

第４の特徴：主部の歯数を副部の歯数よりも多くしてもよい。一般に、シェービング加工は面取り加工よりも長時間を要することから、シェービングカッタ部の占める箇所をフレージングカッタ部の占める箇所よりも大きくして、バランスのよい加工が可能となる。

第５の特徴：前記フレージングカッタ部の歯と前記シェービングカッタ部との位相調整機構を有していると、フレージングカッタ部とシェービングカッタ部とを被削歯車に対してそれぞれ適切な向きに設定することができる。

第６の特徴：前記フレージングカッタ部の円弧部は、９０°〜１８０°であると、シェービングカッタ部に対するバランスがよい。

第７の特徴：側面視で、前記フレージングカッタ部は、前記円弧部と、該円弧部の両端を結ぶ直線でカットされた輪郭形状であると、フレージングカッタ部の製作が容易である。

本発明に係る複合カッタによれば、フレージングカッタ部により歯面の端面角部の面取りをするとともに、端面角部の近傍の盛り上がりの発生を抑制することができる。また、面取り工程とシェービング工程を同時に行うことができ、その後の２回目のシェービング工程を省略し、又は時間を短くすることができる。

以下、本発明に係る複合カッタについて実施の形態を挙げ、添付の図１〜図１６を参照しながら説明する。

本実施の形態に係る複合カッタ１００（図２参照）は、ホブによる粗歯切りの工程を終了した被削歯車の端面角部に対して面取り加工を行うとともに歯面のシェービング加工を行うものである。先ず、加工をする被削歯車１４、使用する工具である複合カッタ１００、及び該複合カッタ１００による加工部１２（図５参照）について説明する。被削歯車１４は、例えば、車両用変速機の歯車である。複合カッタ１００により加工をした歯車は高精度であり、静粛性及び耐久性に優れ、車両用変速機に好適である。

図１に示すように、被削歯車１４は、例えばはすば歯車であり、複数の歯２６を有する。被削歯車１４は、粗歯切りした状態では、歯面２８の左右の端面角部３０、３１尖鋭部３３（図８Ａ参照）が生じている。複合カッタ１００ではこの尖鋭部３３を面取りする。複合カッタ１００で加工をする被削歯車１４ははすば歯車に限られず、平歯車等であってもよい。

図２、図３、図４に示すように、複合カッタ１００は、被削歯車１４の端面角部３０、３１を押圧して面取り加工をする２つのフレージングカッタ部４０ａ、４０ｂと、被削歯車１４の歯面２８の切削をするシェービングカッタ部４２とを有する。

シェービングカッタ部４２の各加工歯４４の歯面には、切削刃としての複数のセレーション４６が設けられている。セレーション４６は、歯幅方向に対して直角で、換言すれば歯底から歯先に向かう方向に延在している。後述するように、複合カッタ１００は、被削歯車１４に対して軸交差角ψをもって交差するように噛合して加工が行われる。これにより、加工歯４４は被削歯車１４の歯面２８に対してやや横方向に擦れるように当接し、セレーション４６が歯面２８の切削をすることができる。この切削は、歯面２８を整形するためのものであって、ホブ等による粗切削とは異なり、仕上げ切削に分類される。

シェービングカッタ部４２は、厚い幅の主部４８と、主部４８より薄い副部５０と、軸孔５２と、軽量化のための複数の貫通孔５４と、副部５０に設けられた２つの固定ボルト孔５６及び基準孔５８とを有する。加工歯４４は、シェービングカッタ部４２の全周にわたって設けられており、主部４８では厚く、副部５０では薄い。

これにより、複合カッタ１００が１周する間に、被削歯車１４は主部４８又は副部５０のいずれかにより常にシェービング加工がなされ、効率的である。また、主部４８は幅が厚く、被削歯車１４の歯面２８のほぼ全面をシェービング加工することができる。

なお、加工歯４４は全周に設けられている必要はなく、例えば主部４８だけに設けられていてもよい。この場合、副部５０は加工歯４４のないスペーサとしての機能を有することになる。

フレージングカッタ部４０ａは、複数の加工歯３２ａが設けられた円弧部６０と、軸凹部６２と、周方向に長い２つの長孔６４と、径方向に長い基準長孔（位相調整機構）６６と、中央凸部６７ａとを有する。軸凹部６２は、側面視で軸孔５２とともに軸Ｊ２（図５参照）を軸支する孔を形成する。中央凸部６７ａは低い半円筒形状であり、シェービングカッタ部４２の対応する凹部６７ｂと嵌合してフレージングカッタ部４０ａの芯出しがなされる。

円弧部６０は、複合カッタ１００の全体を基準として１８０°よりやや小さい。この円弧部の角度は９０°〜１８０°であると、シェービングカッタ部４２に対するバランスがよい。

側面視で、フレージングカッタ部４０ａは、円弧部６０と、該円弧部６０の両端Ｓ１及びＳ２を結ぶ直線Ｌ１でカットされた輪郭形状である。これにより、フレージングカッタ部４０ａ、４０ｂは、フレージングカッタを直線Ｌ１に沿ってカットする１工程で得られ、製作が容易である。

フレージングカッタ部４０ｂは、フレージングカッタ部４０ａに対して加工歯３２ｂ以外は対象構造である。加工歯３２ｂは、端面角部３１の加工に適するように形成されている。

複合カッタ１００では、副部５０の両側面にフレージングカッタ部４０ａ及び４０ｂが重ね合わされている。これにより、加工歯３２ａと加工歯３２ｂは、被削歯車１４の厚みに応じて離間しており、複合カッタ１００及び被削歯車１４は噛合しながら回転し、フレージングカッタ部４０ａの加工歯３２ａが端面角部３０に対して押圧して尖鋭部３３を押しつぶして面取りする。フレージングカッタ部４０ｂの加工歯３２ｂは他方の端面角部３１に対して押圧して尖鋭部３３を押しつぶして面取りする。

ところで、従来、フレージングカッタは、被削歯車１４に対して軸交差角ψをψ＝０として噛合させているが、複合カッタ１００のフレージングカッタ部４０ａ、４０ｂはシェービングカッタ部４２に重ね合わせて配置されることから、該シェービングカッタ部４２と同様に軸交差角ψが、ψ≠０、となってしまい、一見すると不都合であるとも思われる。しかしながら、フレージングカッタ部４０ａ、４０ｂをψ≠０の状態で被削歯車１４に交差させることにより、盛り上がり部８０（図１４参照）の発生を適切に抑制することができるのである。このことについては後述する。

２つの長孔６４は、前記の固定ボルト孔５６に対応した位置に設けられており、固定ボルト７０が挿通される。固定ボルト７０は、フレージングカッタ部４０ａ及び４０ｂの長孔６４と固定ボルト孔５６を通り、反対側の面に突出し、ナット７２により固定される。フレージングカッタ部４０ａ及び４０ｂは、長孔６４の長さの範囲内で周方向に移動可能であって、相互の位置を調整可能である。

基準長孔６６及び基準孔５８には、調整ボルト（位相調整機構）７４が挿通される。調整ボルト７４はヘッド７４ａと、該ヘッド７４ａに対して同軸のロッド部７４ｂと、該ロッド部７４ｂの先に設けられた偏心部７４ｃとを有する。偏心部７４ｃには抜け止め部材７４ｄが装着される。

ロッド部７４ｂは基準孔５８に挿通され、偏心部７４ｃは基準長孔６６に挿通される。つまり、調整ボルト７４を回転させることにより偏心部７４ｃが基準長孔６６内で偏心して、フレージングカッタ部４０ａを周方向に微小量変位させることができる。このような位相調整機構によれば、位相の微調整が可能となり、フレージングカッタ部４０ａ、４０ｂとシェービングカッタ部４２とを被削歯車１４に対してそれぞれ適切な向きに設定することができる。この調整を行った後に、固定ボルト７０を用いてフレージングカッタ部４０ａ及び４０ｂをシェービングカッタ部４２に固定するとよい。

フレージングカッタ部４０ａ、４０ｂとシェービングカッタ部４２は、重ね合わされて円盤形状を形成し、フレージングカッタ部４０ａ、４０ｂとシェービングカッタ部４２のそれぞれの円弧部は同軸状に配置される。

このような複合カッタ１００によれば、フレージングカッタ部４０ａ、４０ｂにより歯面の端面角部３０、３１の尖鋭部３３を面取りするとともに、シェービングカッタ部４２により端面角部３０、３１の近傍の盛り上がり部８０（図１４参照）の発生を抑制することができる。また、面取り工程とシェービング工程を同時に行うことができ、その後の２回目のシェービング工程を省略し、又は時間を短くすることができる。

複合カッタ１００では、フレージングカッタ部４０ａ、４０ｂとシェービングカッタ部４２との複合された合計歯数が被削歯車１４の歯数またはその倍数と異なっている。これにより、被削歯車１４が複数回転する間に、複合カッタ１００の歯（つまり、加工歯４４又は３２ａ、３２ｂ）と被削歯車１４の歯２６は特定の組合わせ同士が当接するということが防止でき、被削歯車１４の各歯に対して複合カッタ１００の異なる歯が順に当接して加工をする。したがって、偏りなく、バランスのよい加工が可能となる。

また、フレージングカッタ部４０ａ、４０ｂのうちシェービングカッタ部４２と複合されていない箇所の歯数（図２では９６枚）は、シェービングカッタ部４２の歯数（図２では４７枚）よりも多くしてある。

主部４８の歯数を副部５０の歯数よりも多く設定してもよい。一般に、シェービング加工は面取り加工よりも長時間を要することから、シェービングカッタ部４２の主部４８の占める箇所をフレージングカッタ部４０ａ、４０ｂの占める箇所よりも大きくして、バランスのよい加工が可能となる。

次に、複合カッタ１００を適用して被削歯車１４の加工をする加工部１２について説明する。

図５に示すように、加工部１２は、被削歯車１４を軸支するワーク支持部としての軸Ｊ１と、複合カッタ１００と、該複合カッタ１００を軸支するカッタ支持部としての軸Ｊ２とを有する。軸Ｊ２は図示しない駆動源により回転可能である。軸Ｊ１は、被削歯車１４が複合カッタ１００に噛合することにより連れ回りする。

軸Ｊ２は、軸Ｊ１に設けられた被削歯車１４に対して複合カッタ１００を噛合させるように該複合カッタ１００を軸支している。軸Ｊ２は、複合カッタ１００を被削歯車１４に対して０でない軸交差角ψをもって噛合させ、且つフレージングカッタ部４０ａ、４０ｂの加工歯３２ａ、３２ｂが被削歯車１４の歯２６の歯面２８に干渉しない角度に設けられている（図６参照）。軸交差角ψは、被削歯車１４の軸Ｊ１と複合カッタ１００の軸Ｊ２とのなす角度である（図６参照）。

図５から明らかなように、複合カッタ１００は単一の軸Ｊ２に設けられていることから、シェービングカッタ部４２の軸Ｊ２と被削歯車１４の軸Ｊ１との軸間距離は、フレージングカッタ部４０ａ、４０ｂの軸Ｊ２と被削歯車１４の軸Ｊ１との軸間距離は等しくなっている。

図６に示すように、加工歯３２ａ及び加工歯３２ｂは、被削歯車１４の厚みに応じて離間しており、複合カッタ１００及び被削歯車１４は噛合しながら回転し、フレージングカッタ部４０ａの加工歯３２ａが端面角部３１に対して押圧して尖鋭部を押しつぶす。

図６は、被削歯車１４の歯２６と、フレージングカッタ部４０ａ、４０ｂの加工歯３２ａ、３２ｂとの相対的な位置関係を示すものであり、被削歯車１４とフレージングカッタ部４０ａ、４０ｂをそれぞれ周面に沿って展開した模式図である。図６から明らかなように、被削歯車１４とフレージングカッタ部４０ａ、４０ｂとは軸交差角ψを有し、斜めに交わる。理解を容易にするため、図６、図１２、図１３では、複合カッタ１００についてフレージングカッタ部４０ａ、４０ｂの加工歯３２ａ、３２ｂのみを示し、シェービングカッタ部４２を省略している。

一方、図７に示すように、従来技術に係る噛み合わせでは、軸交差角ψは存在していない。

次に、フレージングカッタ部４０ａの加工歯３２ａが端面角部３１に対して押圧して尖鋭部３３を押しつぶす作用について説明する。ここでは、理解を容易にするため、シェービングカッタ部４２による切削作用については省略している。

被削歯車１４は図６の右方向、つまり矢印Ａ１の方向に回転し、複合カッタ１００は角度ψだけ斜め方向、つまり矢印Ａ２の方向に回転する。

図８Ａに示すように、フレージングカッタ部４０ａの加工歯３２ａは、歯２６の端面角部３０の略頂部の箇所Ｐ１に最初に当接する。この時点の噛み合い初期では、加工歯３２ａは、歯２６を基準とすると右斜めに傾斜しており、中心線Ｃよりも手前側が箇所Ｐ１に当接する。この時点では、端面角部３０には尖鋭部３３が存在する。図８Ａ〜図８Ｃでは、理解を容易にするため、加工歯３２ａの歯面に中心線Ｃを付記している。この時点の噛み合いは、図６では矢印Ｂ１で示す噛み合いに相当する。

図８Ｂに示すように、噛み合いの中期では、フレージングカッタ部４０ａの加工歯３２ａは、歯２６の略中間高さの箇所Ｐ２に当接している。噛み合い中期では、加工歯３２ａは、歯２６に対して略平行であり、中心線Ｃが箇所Ｐ２に当接する。この時点では、箇所Ｐ２よりも上部は面取りがなされており尖鋭部３３が面取りされているが、箇所Ｐ２よりも下側には尖鋭部３３が残存している。この時点の噛み合いは、図６では矢印Ｂ２で示す噛み合いに相当する。

図８Ｃに示すように、噛み合いの終期では、フレージングカッタ部４０ａの加工歯３２ａは、歯２６の略底部の箇所Ｐ３に当接する。噛み合い終期では、加工歯３２ａは、歯２６を基準とすると左斜めに傾斜しており、中心線Ｃよりも奥が箇所Ｐ３に当接する。この時点では、端面角部３０は全長にわたって面取りがなされており尖鋭部３３が面取りされている。この時点の噛み合いは、図６では矢印Ｂ３で示す噛み合いに相当する。

図９に示すように、面取りがなされた端面角部３０には細長いインボリュート面が形成され、尖鋭部３３は面取りされている。ここで、加工歯３２ａの移動した軌跡は、矢印Ｄ１で示すように、斜めに向かう方向であり、横移動成分が含まれている。

端面角部３０におけるフレージングカッタの歯面の移動軌跡をさらに詳細に図１０Ａ及び図１０Ｂに示す。図１０Ａは、軸交差角ψが５°の場合であり、図１０Ｂは、軸交差角ψが８°の場合である。符号Ｚは、被削歯車１４とフレージングカッタ１８との噛み合い円を示す。図１０Ａ及び図１０Ｂから了解されるように、移動軌跡には横方向成分が相当に含まれており、該成分は軸交差角ψが５°の場合よりも８°の場合の方が大きい。このような横方向成分が大きいほど通常切削性がよい。

これに対して、従来技術に係る噛み合わせ（図６参照）では軸交差角ψが存在しない（つまり、ψ＝０）であることから、加工歯３２ａの移動した軌跡は図９の矢印Ｅで示すように、横移動成分が含まれていない。

フレージングカッタ部４０ａ、４０ｂは軸交差角ψをもって被削歯車１４に噛合することから、被削歯車１４の端面角部３０に対して押し潰して尖鋭部３３を面取りするだけでなく、横移動成分の含まれる面同士の摺動が発生する。これにより、歯面２８のうち面取り部に隣接する箇所８２（図９及び図１１参照）における余肉の盛り上がりの発生を防止し、又は抑制することができる。

また、フレージングカッタ１８の加工歯３２ａの歯面は、端面角部３０に対して押圧及び摺動することを目的としている。したがって、フレージングカッタ１８の歯面は、角部のないインボリュート面であり製作が容易である。

なお、詳細な説明は省略するが、被削歯車１４における反対側の端面角部３１についても、フレージングカッタ部４０ａ、４０ｂの加工歯３２ｂにより適切に尖鋭部３３が面取りされるとともに、面取り部に隣接する箇所８２（図１１参照）における余肉の盛り上がりの発生を防止し、又は抑制することができる。この場合、加工歯３２ｂの移動する軌跡は、図１１の矢印Ｄ２で示すように、斜めに向かう方向であり、横移動成分が含まれており、端面角部３０に対する加工と同様の作用が得られる。この移動の軌跡の詳細は、図１０Ａ及び図１０Ｂに示す場合の各矢印の逆向きとなる。

ところで、従来技術に係る噛み合わせでは、一般に軸交差角ψは存在していない（図７参照）。この理由としては、前記の面取り部に隣接する箇所８２（図９参照）に生ずる余肉の盛り上がりが見過ごされ、又はその解決手段として軸交差角ψを設けることが有効であることが想到されなかったことによる。

前記の特許文献２記載の装置では、軸交差角ψが設けられているが、セレーションにより端面角部３０及び３１の面取りをすることは実際上は容易ではない。

また、軸交差角ψを設けることは、フレージングカッタ部４０ａ、４０ｂの加工歯３２ａ及び３２ｂが被削歯車１４の歯２６の歯面２８に干渉することがあり（図７の仮想線参照）、その設定が困難であることも一因であると考えられる。

本発明者は、この軸交差角ψの適切な設定として、次の（１）式を見出した。

ここで、上段式の左辺は被削歯車１４のフレージングカッタ部４０ａ、４０ｂに対する干渉量であり、この上段式の左辺の示す値だけ加工歯３２ａ、３２ｂを薄く設定すれば干渉を回避することができる。右辺は加工歯３２ａ、３２ｂの歯先幅の余弦成分を示す。

また、（１）式において、図１２に示すように、ｌ₁は面取り幅であり、ｌ₂はラップ量であり、ＢＯＧは歯車振れ角であり、ＳＢＧは噛み合い円上円弧歯厚である。ＤＢＧは、歯車噛み合い円上振れ角である。

図１３に示すように、ＤＢＧは被削歯車１４の歯車噛合円径であり、ＤＫＧは被削歯車１４の歯先円径であり、ＤＢＣはフレージングカッタ部４０ａ、４０ｂの歯車噛合円径であり、ＤＫＣはフレージングカッタ部４０ａ、４０ｂの歯先円径である。Ｚｇは被削歯車１４の歯数であり、ＳＫＣはフレージングカッタ１８の加工歯３２ａ、３２ｂの歯先幅である。αは余裕代である。

上記の（１）式を整理すると、次の（２）式が得られる。

すなわち、前記軸交差角ψを（２）式で表される値にすることにより、フレージングカッタ部４０ａ、４０ｂの加工歯３２ａ、３２ｂの被削歯車１４に対する干渉をより確実に防止できる。

次に、このように構成される加工部１２による加工の実験結果について説明する。なお、これらの実験では、特にフレージングカッタ部４０ａ、４０ｂの機能を確認するために簡略化し、シェービングカッタ部４２のない状態で、フレージングカッタ部４０ａ及び４０ｂが１８０°全周に設けられている状態のフレージングカッタを用い、該フレージングカッタの軸交差角ψを変えながら実験をした。

図１４は、軸交差角ψを従来技術のように、ψ＝０として面取り加工をした端面角部３０（右歯面）の拡大図である。該図１４から了解されるように、面取り部の近傍の箇所（図８の箇所８２参照）には余肉による盛り上がり部８０が認められる。盛り上がり部の高さをＨ１とし、幅をＨ２とする。ψ＝０について所定数の加工を行った右歯面及び左歯面に対する結果を表１及び表２における「ψ＝０°」の欄に示す。計測にはコントレーサ等を用いた。

図１５は、軸交差角ψを、ψ＝５°として面取り加工をした端面角部３０（右歯面）の拡大図である。該図１５から了解されるように、盛り上がり部８０の発生は相当に抑制されている。ψ＝５°について所定数の加工を行った右歯面及び左歯面に対する結果を表１及び表２における「ψ＝５°」の欄に示す。

図１６は、軸交差角ψを、ψ＝８°として面取り加工をした端面角部３０（右歯面）の拡大図である。該図１６から了解されるように、盛り上がり部８０はほとんどなくなっている。ψ＝８°について所定数の加工を行った右歯面及び左歯面に対する結果を表１及び表２における「ψ＝８°」の欄に示す。なお、表１及び表２においてマイナス値は０と示した。

図１７は、軸交差角ψを、ψ＝５°として２０００個の被削歯車１４の面取り加工を行い、２０００個目の被削歯車１４の端面角部３０（右歯面）の拡大図である。該図１５と図１７とを比較して了解されるように、盛り上がり部８０は初期と２０００個目でほとんど変化がない。また、２０００個の加工を行った後、加工歯３２ａ及び加工歯３２ｂの形状を精密に測定したところ、初回加工時と比較して摩耗は認められなかった。

次に、このように構成される歯車加工装置における加工部１２の軸交差角ψの値について行った解析結果について説明する。

図１８に示すように、軸交差角ψを大きく設定すると加工歯３２ａは被削歯車１４の歯２６に干渉するので、後面端部に加工歯３２ａと略平行になる逃げ面３００を設けることが行われている。このような逃げ面３００を設けることによって、軸交差角ψを大きくすることができ、効率的な加工が可能になる。図１８では、被削歯車１４の歯２６の干渉を考慮し、カッタ刃先幅Ｓに対して、干渉量Ｓ１及び隙間Ｓ２を考慮してカッタ残り幅Ｓ３を確保した加工歯３２ａの形状を示している。

ところで、カッタ残り幅Ｓ３は強度上の観点から０．４ｍｍ以上は確保することが好ましい。隙間Ｓ２は誤差等を考慮して０．５ｍｍ程度に設定することが好ましい。標準的条件下における軸交差角ψ、干渉量Ｓ１、カッタ刃先幅Ｓ、カッタ残り幅Ｓ３の関係を解析及び計算した結果を表３に示す。ここで、隙間Ｓ２は０．５ｍｍとしている。

表３から明らかなように、軸交差角ψが８°であるときには、カッタ残り幅Ｓ３が０．４２ｍｍであって強度が確保される。軸交差角ψが９°であるときには、カッタ残り幅Ｓ３が０．３８ｍｍとなって強度が不足するおそれがある。つまり、強度の観点からは、軸交差角ψがψ≦８°であることが望ましい。

軸交差角ψが４°であるときには、カッタ残り幅Ｓ３が０．５４ｍｍであって十分な強度を有すると考えられるが、加工効率が低下する。被削歯車１４における面取り部の盛り上がりの発生を抑制させるためには、端面角部３０におけるフレージングカッタ１８の歯面３２ａの移動軌跡が横向きであるほど効果が高いと考えられている。

図１９Ａのシミュレーション結果に示すように、軸交差角ψがψ＝４°であるときには、歯面３２ａの移動軌跡は、場所により相当に急な傾斜であり、横成分が少なく、盛り上がり部発生を抑制する効果が低い。

図１９Ｂのシミュレーション結果に示すように、軸交差角ψがψ＝５°であるときには、歯面３２ａの移動軌跡は、ある程度緩やかとなり、横成分がある程度存在し、盛り上がり部発生を抑制する効果がある。

図１９Ｃのシミュレーション結果に示すように、軸交差角ψがψ＝６°であるときには、歯面３２ａの移動軌跡は、かなり緩やかとなり、横成分が多く存在し、盛り上がり部発生を抑制する効果が高い。つまり、盛り上がり部発生を抑制する効果を得るためには、軸交差角ψがψ≧５°であることが望ましい。

結果として、加工歯３２ａの強度及び加工効果をそれぞれ満足するためには、軸交差角ψは、５°〜８°の範囲であるとよい。

上述したように、本実施の形態に係る複合カッタ１００によれば、フレージングカッタ部４０ａ、４０ｂが被削歯車１４に対して軸交差角ψをもって噛合することにより被削歯車１４の歯面２８の端面角部３０、３１の尖鋭部３３を面取りするとともに、盛り上がり部８０の発生を抑制することができる。仮に盛り上がり部８０が発生する場合であっても、シェービングカッタ部４２により該盛り上がり部８０を切削して除去することができる。

また、フレージングカッタ部４０ａ、４０ｂの加工歯３２ａ、３２ｂを被削歯車１４の歯面２８に干渉しないようにして適切な面取り加工を行うことができる。

さらに、面取り工程とシェービング工程を同時に行うことができ、その後の２回目の単独のシェービング工程を省略し、又は時間を短くすることができ、効率的である。従来は単独のシェービング工程の時間が長く、これによってタクトタイムが長くなる傾向があったが、該単独のシェービング工程が省略され、又は時間を短くすることができ、タクトタイムの短縮化が図られる。また、従来、面取り工程は比較的短時間で済み、無駄な待ち時間が発生することがあったが、面取り工程にシェービング工程を一部又は全部を含ませることが可能となって、無駄な待ち時間が低減され、効率的な加工が可能となる。

複合カッタ１００を用いた面取り加工により盛り上がり部８０の発生を防止できることから、例えば歯研加工を省略しても相当に高精度な歯車が得られる。また、歯研加工を省略しても、ギアホーニング加工を行えばさらに高精度な歯車が得られる。この場合、被削歯車１４には盛り上がり部８０が実質的に存在しないことから、後工程の歯車加工（例えば、シェービング加工、歯研加工、ギアホーニング加工）の工具に対する影響を相当に抑制することができる。

本実施の形態に係る複合カッタ１００により得られる歯車は、熱処理を行うことによって硬度が高くなり、高出力、静粛性及び耐久性が要求される高精度な車両用変速機に好適である。

一方、要求精度が比較的高くなく、熱処理を実施しない歯車についても、複合カッタ１００による面取り加工では盛り上がり部がほとんど発生しないため、次に行うシェービング等の歯面仕上げにおいて、工具に対する負荷が小さく、工具寿命を延ばすことができる。これにより、工具交換作業のために工作機械を停止させる回数や、メンテナンス及び点検の回数を低減するとともに、工具費用を抑制することができる。

また、比較的要求精度が高くない歯車で、熱処理を実施し、その後に歯面仕上げを行わない場合であっても、複合カッタ１００による加工が有効であることはもちろんである。

本発明に係る複合カッタは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

被削歯車の斜視図である。 本実施の形態に係る複合カッタの斜視図である。 本実施の形態に係る複合カッタの断面正面図である。 本実施の形態に係る複合カッタの分解斜視図である。 加工部の略式斜視図である。 被削歯車とフレージングカッタ部をそれぞれ周面に沿って展開した模式図である。 従来技術に係る噛み合わせ状態で、被削歯車とフレージングカッタをそれぞれ周面に沿って展開した模式図である。 図８Ａは、噛み合い初期の噛み合い部の略式斜視図であり、図８Ｂは、噛み合い中期の噛み合い部の略式斜視図であり、図８Ｃは、噛み合い終期の噛み合い部の略式斜視図である。 加工後の右歯面の略式斜視図である。 図１０Ａは、軸交差角が５°の場合の端面角部におけるフレージングカッタの歯面の移動軌跡を示す図であり、図１０Ｂは、軸交差角が８°の場合の端面角部におけるフレージングカッタの歯面の移動軌跡を示す図である。 加工後の左歯面の略式斜視図である。 被削歯車とフレージングカッタ部をそれぞれ周面に沿って一部を拡大して展開した模式図である。 フレージングカッタ部と被削歯車との噛み合い部の拡大側面図である。 軸交差角を０°として加工をした被削歯車の端面角部の拡大図である。 軸交差角を５°として加工をした被削歯車の端面角部の拡大図である。 軸交差角を８°として加工をした被削歯車の端面角部の拡大図である。 軸交差角を５°として、２０００回の加工をした際の２０００個目の被削歯車の端面角部の拡大図である。 フレージングカッタにおける歯と、軸交差角、カッタ歯先幅、干渉量、隙間及びカッタ残り幅の関係を示す模式図である。 図１９Ａは、軸交差角が４°の場合の端面角部におけるフレージングカッタの歯面の移動軌跡を示す図であり、図１９Ｂは、軸交差角が５°の場合の端面角部におけるフレージングカッタの歯面の移動軌跡を示す図であり、図１９Ｃは、軸交差角が６°の場合の端面角部におけるフレージングカッタの歯面の移動軌跡を示す図である。

符号の説明

１２…加工部 １４…被削歯車
２６…歯 ２８…歯面
３０、３１…端面角部 ３２ａ、３２ｂ、４４…加工歯
４０ａ、４０ｂ…フレージングカッタ部 ４２…シェービングカッタ部
４６…セレーション ４８…主部
５０…副部 ５８…基準孔
６６…基準長孔（位相調整機構） ７４…調整ボルト（位相調整機構）
８０…盛り上がり部 １００…複合カッタ
Ｊ１…軸 Ｊ２…軸
ψ…軸交差角

Claims (7)

1. フレージングカッタ部とシェービングカッタ部とを有し、
   前記フレージングカッタ部と前記シェービングカッタ部は、複数の加工歯を備える円弧部を有し、重ね合わされて円盤形状を形成し、
   前記フレージングカッタ部と前記シェービングカッタ部のそれぞれの円弧部は同軸状に配置されていることを特徴とする複合カッタ。
2. 請求項１記載の複合カッタにおいて、
   前記シェービングカッタ部は円形であって、主部と、前記主部より薄い副部とを有し、
   前記副部に前記フレージングカッタ部が重ね合わされて配置されていることを特徴とする複合カッタ。
3. 請求項１又は２記載の複合カッタにおいて、
   前記フレージングカッタ部と前記シェービングカッタ部との複合された合計歯数が前記被削歯車の歯数と異なることを特徴とする複合カッタ。
4. 請求項２〜３のいずれか１項に記載の複合カッタにおいて、
   主部の歯数が副部の歯数よりも多いことを特徴とする複合カッタ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の複合カッタにおいて、
   前記フレージングカッタ部の歯と前記シェービングカッタ部との位相調整機構を有することを特徴とする複合カッタ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の複合カッタにおいて、
   前記フレージングカッタ部の円弧部は、９０°〜１８０°であることを特徴とする複合カッタ。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の複合カッタにおいて、
   側面視で、前記フレージングカッタ部は、前記円弧部と、該円弧部の両端を結ぶ直線でカットされた輪郭形状であることを特徴とする複合カッタ。

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