JP2013091123A - 歯車製造方法及びホブ盤 - Google Patents

Abstract

【課題】油水ミストによる潤滑でホブやワークへの切削屑の圧着または固着を防ぐことが可能な歯車製造方法及びホブ盤を提供する。
【解決手段】本発明の歯車製造方法では、潤滑油の油膜で覆われた水粒群からなる油水ミストを吐出する油水ミスト生成ノズル１０の位置を、ワーク回転軸Ｊ１とホブ回転軸Ｊ２とに共に直交する基準線Ｋに対して、ワークＷの被切削位置における周速Ｖの方向の後側でホブ３３より上方となる位置に保持しかつ、油水ミスト生成ノズル１０の姿勢を、先端下がりでかつその先端のミスト吐出口１４がワークＷの回転中心側を向いた姿勢に保持して、油水ミストをワークＷに向けて吹き付けながらホブ加工する。
【選択図】図３

Description

本発明は、鉛直方向に延びたワーク回転軸を中心に回転するワークを、水平方向に延びたホブ回転軸を中心に回転するホブにて下向きに切削して、ワークから歯車を製造する歯車製造方法及びホブ盤に関する。

近年、油膜で覆われた水粒群からなる油水ミストを圧縮ガスと水と潤滑油とから生成する油水ミスト生成ノズルが開発され、その油水ミスト生成ノズルで潤滑を行う切削加工機の提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。

特許第３５７４０２３号（図１，２，３，請求項１）

しかしながら、切削加工機の１つであるホブ盤に上記した油水ミスト生成ノズルを使用した場合、切削屑がホブやワークに噛み込んでワークに圧着または固着するという問題が生じることもあった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、油水ミストによる潤滑でホブやワークへの切削屑の圧着または固着を防ぐことが可能な歯車製造方法及びホブ盤の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係る歯車製造方法は、鉛直方向に延びたワーク回転軸を中心に回転するワークを、水平方向に延びたホブ回転軸を中心に回転するホブにて下向きに切削して、ワークから歯車を製造する歯車製造方法において、潤滑油の油膜で覆われた水粒群からなる油水ミストを吐出する油水ミスト生成ノズルの位置を、ワーク回転軸とホブ回転軸とに共に直交する基準線に対して、ワークの被切削位置における周速方向の後側でホブより上方となる位置に保持しかつ、油水ミスト生成ノズルの姿勢を、先端下がりでかつその先端のミスト吐出口がワークの回転中心側を向いた姿勢に保持して、油水ミストをワークに向けて吹き付けながらホブ加工するところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載の歯車製造方法において、油水ミスト生成ノズルにおけるミスト吐出口の中心軸が基準線とワーク回転軸との交点を通るように油水ミスト生成ノズルを支持するところに特徴を有する。

請求項３の発明に係るホブ盤は、鉛直方向に延びたワーク回転軸を中心に回転するワークを、水平方向に延びたホブ回転軸を中心に回転するホブにて下向きに切削して、ワークから歯車を製造するホブ盤であって、潤滑油の油膜で覆われた水粒群からなる油水ミストを吐出する油水ミスト生成ノズルと、油水ミスト生成ノズルの位置を、ワーク回転軸とホブ回転軸とに共に直交する基準線に対して、ワークの被切削位置における周速方向の後側で、ホブより上方となる位置に保持しかつ、油水ミスト生成ノズルの姿勢を、先端下がりでかつその先端のミスト吐出口がワークの回転中心側を向いた姿勢に保持するノズル支持部材とを備えたところに特徴を有する。

請求項４の発明は、請求項３に記載のホブ盤において、ノズル支持部材は、油水ミスト生成ノズルにおけるミスト吐出口の中心軸が基準線とワーク回転軸との交点を通るように油水ミスト生成ノズルを支持しているところに特徴を有する。

後述する実験で確認できたように、ホブの上方に位置した油水ミスト生成ノズルから油水ミストをワークに向けて吹き付けながらホブ加工する場合、請求項１及び３の発明のように、ワーク回転軸とホブ回転軸とに共に直交する基準線に対して、ワークの被切削位置における周速方向の後側に油水ミスト生成ノズルを配置したら、基準線上や基準線より前側に配置した場合に比べて切削屑のホブやワークへの圧着または固着を防ぐことが可能になることがわかった。また、請求項２及び４の発明のように、油水ミスト生成ノズルにおけるミスト吐出口の中心軸を基準線とワーク回転軸との交点を通るように配置すると、通らないように配置した場合に比べて、ワークへの切削屑の圧着または固着をより確実に防ぐことができることがわかった。これらにより、本発明によれば、油水ミスト生成ノズルを用いた歯車の製造が実現可能になり、給油ノズルから潤滑油を供給して歯車を製造する場合に比べて、潤滑油の使用量削減及び飛散量削減を図ることが可能になる。

油水ミスト生成ノズルの断面図 ホブ盤の主要部を示した側面図 ホブ盤の主要部を示した平面図 ホブ盤の主要部を示した側面図

以下、本発明の一実施形態について図１〜図４を参照して説明する。図１には、本発明に係る油水ミスト生成ノズル１０が示されている。この油水ミスト生成ノズル１０は、特許第３５７４０２３号公報に開示された油水ミスト生成ノズル（同公報における「油膜付水滴生成混合器」に相当する）と同様の原理で油膜で覆われた水粒群からなる油水ミストを生成することが可能な構成になっている。

具体的には、油水ミスト生成ノズル１０は、先端に向かって徐々に細くなった先細り形状をなし、その軸心部には、メイン流路１２が貫通形成されている。また、油水ミスト生成ノズル１０の後端面の中央には、メイン流路１２の始端開口がガス供給ポート１３として備えられ、油水ミスト生成ノズル１０の先端には、メイン流路１２の終端開口がミスト吐出口１４として備えられている。そして、ガス供給ポート１３に供給された圧縮ガス（例えば、圧縮空気）がメイン流路１２を流れて、ミスト吐出口１４から吐出される。また、メイン流路１２には、ガス供給ポート１３側からミスト吐出口１４側に向かって順番に第１絞り部１５、第１霧化室１６、第２絞り部１７、第２霧化室１８、余剰油結合室１９及び吐出ガイド部２０が備えられている。

油水ミスト生成ノズル１０のうちメイン流路１２における第１絞り部１５より後側の側方には、給油路２１が備えられている。給油路２１は、一端部がメイン流路１２における第１絞り部１５の内側部分に直交するように連絡されると共に途中部分が直角曲げされて、他端部が油水ミスト生成ノズル１０の後端面に開口し、その開口が給油ポート２２になっている。

油水ミスト生成ノズル１０のうちメイン流路１２における第２絞り部１７より後側の側方には、給水路２３が備えられている。給水路２３は、一端部がメイン流路１２における第２絞り部１７の内側部分に直交するように連絡されると共に途中部分が直角曲げされて、他端部が油水ミスト生成ノズル１０の後端面に開口し、その開口が給水ポート２４になっている。

油水ミスト生成ノズル１０のうちメイン流路１２における第１霧化室１６の前端部から余剰油結合室１９の前端部に亘る部分の側方には、サイド連通路２５が備えられている。サイド連通路２５の一端部は、第１霧化室１６における前端部の内側面に開口し、サイド連通路２５の他端部は、余剰油結合室１９における軸方向における２カ所に開口している。なお、メイン流路１２における流体の通過面積は、第１霧化室１６，第２霧化室１８、余剰油結合室１９及び吐出ガイド部２０の順番で徐々に小さくなっている。また、第１と第２の絞り部１５，１７における流体の通過面積は、吐出ガイド部２０より小さくなっている。

油水ミスト生成ノズル１０のガス供給ポート１３には、開閉弁を介して圧縮ガスのガス供給源（例えば、給気ポンプ、工場のエアー配管）が接続され、給水ポート２４には、開閉弁、流量調整弁を介して水供給源（例えば、給水ポンプ、工場の水道管）が接続され、給油ポート２２には、開閉弁を介して油供給源（例えば、給油ポンプ）が接続されている。また、上記した流量調整弁は、油水ミスト生成ノズル１０への潤滑油の供給量に対する水の供給量が、予め設定された比率になるように調整されている。

そして、メイン流路１２内を圧縮ガスが流れている状態で給油ポート２２から給油路２１を通して第１絞り部１５内に潤滑油が供給されると共に、給水ポート２４から給水路２３を通して第２絞り部１７内に水が供給される。これにより、圧縮ガスと共に潤滑油が第１霧化室１６に送給されて、第１霧化室１６内で潤滑油の霧が生成される。そして、潤滑油の霧を含んだ圧縮ガスが第２絞り部１７に送給される。これにより、潤滑油を含んだ圧縮ガスと共に水が第２霧化室１８に送給され、第２霧化室１８内で、潤滑油の油膜で覆われた水粒群からなる油水ミストが生成される。

また、霧にならずに第１霧化室１６に溜まった潤滑油は、サイド連通路２５を通して余剰油結合室１９に送られる。そして、余剰油結合室１９を通過する油水ミストの水粒群に吸収される。このようにして生成された油水ミストは、吐出ガイド部２０で流速を上げられ、油水ミスト生成ノズル１０のミスト吐出口１４から吐出される。

図２には、本発明に係るホブ盤３０の主要部が示されている。このホブ盤３０は、鉛直方向に延びたワーク回転軸Ｊ１を中心に回転するワーク保持シャフト３１と、水平方向に延びたホブ回転軸Ｊ２を中心に回転するホブ保持シャフト３２とを備えている。ワーク保持シャフト３１には、筒状のワークＷが挿通した状態に固定されている。一方、ホブ保持シャフト３２には、筒状のホブ３３が挿通した状態に固定されている。なお、ホブ３３は、図３に示すように、外周面に備えたねじ山３３Ｎを横切る複数の刃溝３３Ｍが、ホブ回転軸Ｊ２に対して緩やかに傾斜した形状になっている。

また、ワーク保持シャフト３１は、図３に示すように、上方から見て反時計回りとなる方向に回転駆動される一方、ホブ保持シャフト３２は、図２に示すように、ホブ３３のうちワークＷ側を向いた部分の周速が下向きになるように回転駆動されるようになっている。また、ホブ保持シャフト３２の両端部を回転可能に支持する可動ベース３４は、上下動可能であると共に、ホブ回転軸Ｊ２と直交する水平方向に前後動可能になっている。そして、ワーク保持シャフト３１及びホブ保持シャフト３２が回転した状態で、可動ベース３４によってホブ保持シャフト３２が上下動する動作を繰り返しながら徐々にワーク保持シャフト３１側に接近し、ホブ３３にてワークＷをホブ加工する。このとき、ワークＷに向けて油水ミストを吹き付けるために、油水ミスト生成ノズル１０が可動ベース３４にブラケット３５にて固定されている。

ここで、ワークＷの被切削位置に対して油水ミストを単に無駄なく供給するという観点では、そのワークＷの被切削位置、即ち、ホブ３３とワークＷとの接触位置に対して鉛直方向の真上で油水ミスト生成ノズル１０を鉛直姿勢に保持してミスト吐出口１４を下向きにすることが好ましいが、そうすると、油水ミスト生成ノズル１０とホブ３３及びセンターサポート３６との干渉と、ホブ３３やワークＷへの切削屑の圧着・固着が問題になる。

そこで、本実施形態では、図２に示すように、油水ミスト生成ノズル１０が、ホブ３３の上方の領域において、ホブ３３及びセンターサポート３６に干渉しない範囲で近づけられ、ホブ回転軸Ｊ２の軸方向から見てワーク回転軸Ｊ１とホブ回転軸Ｊ２との間の中央部にミスト吐出口１４が配置されている。また、ミスト吐出口１４の中心軸Ｊ３は、基準線Ｋとワーク回転軸Ｊ１との交点Ｌを通りかつ、水平軸に対して所定角度θ１（例えば、６０［ＤＥＧ］）だけ先端下がりとなるように傾斜している。さらに、図４に示すように、ホブ３３の手前にワークＷが配置された状態で基準線Ｋの軸方向から見ると、ミスト吐出口１４の中心軸Ｊ３は、前記交点Ｌから上方に延びた鉛直軸に対してワークＷの被切削位置における周速Ｖの方向の後側（図４における交点Ｌの右側）に所定角度θ２（例えば、４５「ＤＥＧ］）だけ傾けられている。

本実施形態のホブ盤３０の構成に関する説明は以上である。次に、このホブ盤３０の作用効果及びこのホブ盤３０を用いた歯車製造方法について説明する。歯車を製造するには、例えば、ワークＷの内面及び端面を仕上げ研削し、必要に応じて内面にキー溝を加工してからワークＷをホブ盤３０に取り付ける。そして、油水ミスト生成ノズル１０から油水ミストを噴出させかつ、ワーク保持シャフト３１及びホブ保持シャフト３２を回転させた状態で、可動ベース３４によってホブ保持シャフト３２を上下動する動作を繰り返しながら徐々にワーク保持シャフト３１側に接近させる。これにより、ワークＷから歯車を切削することができる。

ここで、本実施形態のホブ盤３０及び歯車製造方法によれば、後述する実験で確認できたように、ワーク回転軸Ｊ１とホブ回転軸Ｊ２とに共に直交する基準線Ｋに対してワークＷの被切削位置における周速Ｖの方向の後側に油水ミスト生成ノズル１０を配置したので、基準線Ｋ上や基準線Ｋより前側に配置した場合に比べて切削屑がホブ３３やワークＷに噛み込んで圧着または固着することを防ぐことが可能になる。これにより、油水ミスト生成ノズル１０を用いた歯車の製造が実現可能になり、給油ノズルから潤滑油を供給して歯車を製造する場合に比べて、潤滑油の使用量及び飛散量の削減を図ることが可能になる。

なお、ホブ盤３０から取り外された歯車に、例えば、熱処理を施してから表面を研磨して歯車が完成する。

［実施例］
上記実施形態で説明したホブ盤３０を下記［１］の加工条件で使用し、その使用中の油水ミスト生成ノズル１０の位置及び姿勢を下記［２］のように変更して、ワークＷ又はホブ３３に切削屑が付着するか否かを目視確認する実験を行った。

［１］加工条件
（１）油水ミスト生成ノズル１０への給水量を３〜１５［ｍｌ／ｍｉｎ］、給油量を０．１５［ｍｌ／ｍｉｎ］、圧縮ガスの給気圧を０．２５［ＭＰａ］に設定した。
（２）ワークＷの外径を３４［ｍｍ］、軸長を２７［ｍｍ］、ホブ３３の外径を５０［ｍｍ］及び、ホブ３３の回転速度を１３３［ｒｐｍ］とした。なお、ワークＷは、ホブ３３に同期して回転するように制御されている。

［２］油水ミスト生成ノズル１０の位置・姿勢
油水ミスト生成ノズル１０を、ホブ３３の上方の領域に配置してホブ３３に干渉しない範囲で近づけ、ホブ回転軸Ｊ２の軸方向から見て、ワーク回転軸Ｊ１とホブ回転軸Ｊ２との間の中央部にミスト吐出口１４が位置し、さらに、水平軸に対してθ１＝６０［ＤＥＧ］だけ先端下がりに傾斜させたという共通の前提条件の下、以下のように詳細条件を変更して実際にワークＷをホブ加工した。

なお、油水ミスト生成ノズル１０を、ホブ３３の下方の領域に配置した場合は、油水ミストがワークＷにおける被切削部分に行き届かないことが明らかであり、油水ミスト生成ノズル１０を、ホブ３３の上方の領域に配置した場合にしても、油水ミスト生成ノズル１０を先端下がりの姿勢にしなければ、油水ミストがワークＷに到達する前に拡散して、ワークＷにおける被切削部分に行き届かないことが明らかであるので、上記前提条件を設けた。

（１）比較例１：図４において、油水ミスト生成ノズル１０の先端が基準線Ｋとワーク回転軸Ｊ１との交点Ｌに向くように配置すると共に、鉛直軸に対してワークＷの被切削位置における周速Ｖの方向の前側（図４における交点Ｌの左側）に所定角度θ２＝４５［ＤＥＧ］だけ傾斜するように配置した。

（２）比較例２：図４において、油水ミスト生成ノズル１０の先端が基準線Ｋとワーク回転軸Ｊ１との交点Ｌに向くように配置すると共に、鉛直軸に対してワークＷの被切削位置における周速Ｖの方向の前側に所定角度θ２＝１５［ＤＥＧ］だけ傾斜するように配置した。

（３）比較例３：図４において、油水ミスト生成ノズル１０の先端が基準線Ｋとワーク回転軸Ｊ１との交点Ｌに向くように配置すると共に、鉛直軸に対して所定角度θ２＝０［ＤＥＧ］になるように配置した。

（４）実施例１：図４において、油水ミスト生成ノズル１０の先端が基準線Ｋとワーク回転軸Ｊ１との交点Ｌに向くように配置すると共に、鉛直軸に対してワークＷの被切削位置における周速Ｖの方向の後側（図４における交点Ｌの右側）に所定角度θ２＝１５［ＤＥＧ］だけ傾斜するように配置した。

（５）実施例２：図４において、油水ミスト生成ノズル１０の先端が基準線Ｋとワーク回転軸Ｊ１との交点Ｌに向くように配置すると共に、鉛直軸に対してワークＷの被切削位置における周速Ｖの方向の後側に所定角度θ２＝４５［ＤＥＧ］だけ傾斜するように配置した。

［実験結果］
比較例１，２，３及び実施例１，２のホブ加工におけるワークＷに切削屑が付着した不良品の発生率の比較結果は、以下の通りであった。
実施例２＜実施例１＜比較例３＜比較例２＝比較例１

即ち、比較例１，２では、不良品の発生率が非常に高く、これらに比べて比較例３では、不良品の発生率は低いが、実用には至らなかった。これに対し、実施例１，２では、不良品の発生率が極めて低く、実用可能なレベルに至った。特に、実施例２では同じホブ３３でワークＷを６０００個加工しても不良品は発生しなかった。

以上のように、実施例１，２のホブ加工は、比較例１，２，３のホブ加工に比べて明らかに切削屑がワークＷやホブ３３に付着する不良が発生しにくい結果となった。つまり、ホブ３３の上方に位置した油水ミスト生成ノズル１０からホブ３３とワークＷとに向けて油水ミストを吹き付けながらホブ加工する場合、ミスト吐出口１４の中心軸Ｊ３がワーク回転軸Ｊ１及びホブ回転軸Ｊ２に共に直交する基準線Ｋとワーク回転軸Ｊ１との交点Ｌを向くように配置した状態で、鉛直軸に対してワークＷの被切削位置における周速方向の後側に配置したときの方が、鉛直軸に対してワークＷの被切削位置における周速方向の前側に配置したときに比べて切削屑がホブ３３やワークＷに噛み込んで圧着または固着することを防ぐことができることがわかった。

比較例３のホブ加工において、切削屑がワークＷに付着した不良が発生した要因として、真上から油水ミストを吹き付けると、ワークＷの加工点に対して油水ミストを好適に供給することができるものの、偶発的に舞った切削屑を油水ミストによってワークＷの加工点に押し込んでしまい、結果としてワークＷに切削屑が噛み込んだものと考えられる。

実施例１，２のように、油水生成ノズル１０をワークＷの被切削位置における周速方向の後側に傾斜させていくことにより、ワークＷの加工点への切削屑の押し込みを低減することができることがわかった。また、油水ミスト生成ノズル１０をワークＷの被切削位置における周速方向の後側の傾斜角度において、実施例１より実施例２の方が不良が発生しにくいことがわかった。これにより、油水ミスト生成ノズル１０におけるミスト吐出口１４の中心軸Ｊ３を基準線Ｋとワーク回転軸Ｊ１との交点Ｌに向くように配置すると共に、鉛直軸に対してワークＷの被切削位置における周速Ｖの方向の後側に所定角度θ２＝４５［ＤＥＧ］だけ傾斜するように配置することが好ましいことがわかった。

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、上記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

前記実施形態では、ホブ３３の刃の並び方向（刃すじ方向）と油水ミストの吹き付け方向とが交差するように配置されていたが、油水ミストの吹き付け方向がホブ３３の刃の並び方向に沿うように配置されていてもよい。しかしながら、実験において、油水ミストの吹きつけ方向がホブ３３の刃の並び方向に沿うように配置された方がワークＷに切削屑が付着しやすかった。なお、この理由として、油水ミストの吹き付け方向がホブ３３の刃の並び方向に沿うように配置すると、油水ミストが切削屑をワークＷの加工点に押し込んでしまうことが考えられる。

１０ 油水ミスト生成ノズル
１４ ミスト吐出口
２５ サイド連通路
３０ ホブ盤
３１ ワーク保持シャフト
３２ ホブ保持シャフト
３３ ホブ
３４ 可動ベース
３５ ブラケット
Ｊ１ ワーク回転軸
Ｊ２ ホブ回転軸
Ｊ３ 中心軸
Ｋ 基準線
Ｗ ワーク

Claims (4)

1. 鉛直方向に延びたワーク回転軸を中心に回転するワークを、水平方向に延びたホブ回転軸を中心に回転するホブにて下向きに切削して、前記ワークから歯車を製造する歯車製造方法において、
   潤滑油の油膜で覆われた水粒群からなる油水ミストを吐出する油水ミスト生成ノズルの位置を、前記ワーク回転軸と前記ホブ回転軸とに共に直交する基準線に対して、前記ワークの被切削位置における周速方向の後側で前記ホブより上方となる位置に保持しかつ、前記油水ミスト生成ノズルの姿勢を、先端下がりでかつその先端のミスト吐出口が前記ワークの回転中心側を向いた姿勢に保持して、前記油水ミストを前記ワークに向けて吹き付けながらホブ加工することを特徴とする歯車製造方法。
2. 前記油水ミスト生成ノズルにおける前記ミスト吐出口の中心軸が前記基準線と前記ワーク回転軸との交点を通るように前記油水ミスト生成ノズルを支持することを特徴とする請求項１に記載の歯車製造方法。
3. 鉛直方向に延びたワーク回転軸を中心に回転するワークを、水平方向に延びたホブ回転軸を中心に回転するホブにて下向きに切削して、前記ワークから歯車を製造するホブ盤であって、
   潤滑油の油膜で覆われた水粒群からなる油水ミストを吐出する油水ミスト生成ノズルと、
   前記油水ミスト生成ノズルの位置を、前記ワーク回転軸と前記ホブ回転軸とに共に直交する基準線に対して、前記ワークの被切削位置における周速方向の後側で、前記ホブより上方となる位置に保持しかつ、前記油水ミスト生成ノズルの姿勢を、先端下がりでかつその先端のミスト吐出口が前記ワークの回転中心側を向いた姿勢に保持するノズル支持部材とを備えたことを特徴とするホブ盤。
4. 前記ノズル支持部材は、前記油水ミスト生成ノズルにおける前記ミスト吐出口の中心軸が前記基準線と前記ワーク回転軸との交点を通るように前記油水ミスト生成ノズルを支持していることを特徴とする請求項３に記載のホブ盤。

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