JP2013212551A - 歯車加工装置および歯車加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コストの増加を抑えつつ、歯面形成のためのシェービング加工を廃止し得る歯車加工装置および歯車加工方法を提供する。
【解決手段】歯車加工装置は、回転する加工歯車１０の歯に噛合って回転し、加工歯車１０の各歯の側部角部を面押しして面取りするフレージングカッター２１，２２と、加工歯車１０の各歯の側面に摩擦係合して回転し、面取りによって形成された各歯の側面部のバリを除去するサーキュラーカッター３１，３２と、加工歯車１０の各歯の歯面に噛合って回転し、面取りによって形成された各歯の歯面部のバリを面押しするバニッシュギヤ３７，３８とを備える、歯車加工装置。
【選択図】図２

Description

この発明は、歯車の加工装置および歯車加工方法に関し、特に自動車に使用される歯車の加工装置および歯車加工方法に関するものである。

近年、自動車に対して、静粛性の向上および低価格化が強く要望されている。この要望に応えるために、自動車の駆動機構等に使用される歯車に対しても静粛性及び低価格化に寄与する改良が望まれる。

図７は、従来の歯車加工方法のフローチャートを示している。このような加工方法は、例えば、特開２０１０−１８４３２０号公報（特許文献１）に開示されている。図７を参照しながら、典型的な従来の歯車加工方法を説明する。

まず、ステップＳ１０１において、素材に対して旋削加工を行い、歯車の全体形状を形作る。

次に、ステップＳ１０２において、全体形状が形作られた素材に対してホブ等による歯切りを行う。この歯切りにより、被削歯車（加工歯車）の歯の概略形状が形成される。

次に、ステップＳ１０３において、フレージングカッターにより加工歯車の歯の角部の面取り加工を行う。この面取り加工は、フレージングカッターを加工歯車に押し付けて歯の角部を面押しするものであるので、歯の歯面部および側面部に突出したバリが発生する。

次に、ステップＳ１０４において、シェービングカッターによって加工歯車に対してシェービング加工を行い、歯車の歯面形成を行う。このシェービング工程の際に、上記のバリも除去される。

次に、ステップＳ１０５において、加工歯車に対して熱処理を行う。典型的な熱処理は、浸炭処理および焼入れ処理である。この熱処理により、加工歯車の硬度は高くなる。

次に、ステップＳ１０６において、軸もしくは穴部に仕上げ研削を行う。さらに、ステップ１０７において、加工歯車に対してホーニング加工を行う。ホーニング加工は、内歯砥石に対して加工歯車を噛合させながら回転させ、歯の歯面をさらに高精度に仕上げる加工である。

特開２０１０−１８４３２０号公報

静粛性に対する要求を満たすために、歯車の歯面を高精度に仕上げる必要があることから、ホーニング工程が不可欠である。低価格化に対する要求を満たすための有効な手段は、歯車の加工工程数を減少させることである。そのため、自動車用歯車の分野では、熱処理後の研削およびホーニングの能力を高めてシェービングの役割を持たせるようにすることにより、熱処理前のシェービング工程を廃止して工程数を削減する傾向にある。

図７に示した従来の歯車加工方法において、単純にシェービング工程を廃止すると、次のような問題点が生じる。前述したように、フレージングカッターを用いた面取り（フレージング）工程で、歯車の歯の歯面部および側面部にバリが発生する。この状態でシェービング加工をすることなく熱処理を行なえば、バリが焼入れ硬化してしまう。そのため、熱処理後の研削工程およびホーニング工程で砥石に過度な負荷がかかり、ドレスインターバルが短くなり、砥石の寿命が著しく低下する。このことは工具費の増加につながる。

また、砥石再成形（ドレス）の頻度が増加するため、稼働率が低下し、労務費の増加等、ランニングコストが高くなってしまう。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、コストの増加を抑えつつ、歯面形成のためのシェービング加工を廃止し得る歯車加工装置および歯車加工方法を提供することである。

この発明に従った歯車加工装置は、回転する加工歯車の歯に噛合って回転し、加工歯車の各歯の側部角部を面押しして面取りするフレージングカッターと、加工歯車の各歯の側面に摩擦係合して回転し、面取りによって形成された各歯の側面部のバリを除去するサーキュラーカッターと、加工歯車の各歯の歯面に噛合って回転し、面取りによって形成された各歯の歯面部のバリを面押しするバニッシュギヤとを備える。

前記サーキュラーカッターは、好ましくは、加工歯車の各歯の両側面部に摩擦係合するように一対設けられており、バニッシュギヤは、一対のサーキュラーカッターに挟まれて位置し、サーキュラーカッターと一体となって回転する。

好ましい実施形態では、フレージングカッターおよびバニッシュギヤは、加工歯車に押し付けられるように付勢されている。

一つの実施形態に係る歯車加工装置は、フレージングカッターを加工歯車に押し付けるように付勢するばねと、バニッシュギヤを加工歯車に押し付けるように付勢する油圧機構とを備える。

この発明に従った歯車加工方法は、以下の工程を備える。
（ａ）加工すべき歯車を回転させる工程。
（ｂ）フレージング歯を持つフレージングカッターを回転する加工歯車の歯に噛合うように押し付けて、フレージング歯によって加工歯車の歯の側部角部を面押しして面取りする工程。
（ｃ）刃を持つサーキュラーカッターを回転する加工歯車の歯の側面に当接させて、面取りによって加工歯車の歯の側面に形成されたバリを除去する工程。
（ｄ）バニッシュ歯を持つバニッシュギヤを回転する加工歯車の歯に噛合うように押し付けて、面取りによって加工歯車の歯の歯面に形成されたバリを面押しする工程。

好ましくは、側部角部の面取り、歯の側面のバリ除去および歯の歯面のバリ面押しの加工サイクルを、加工歯車の一回転毎に行なう。

さらに、好ましい実施形態では、サーキュラーカッターおよびバニッシュギヤを一体回転するように一体化し、歯の側面のバリ除去および歯の歯面のバリ面押しを同時に行なう。

上記構成の本発明によれば、フレージング工程で発生したバリを熱処理前に除去するので、シェービング工程を廃止したとしても、熱処理後の研削工程およびホーニング工程において砥石に過度の負荷をかけず、ドレスインターバルを適正な時間間隔で維持して砥石の寿命を延ばすことができる。また、ドレスの頻度が減るので稼働率の低下を引き起こさず、ランニングコストを適正に維持することができる。

本発明の一実施形態に係る歯車加工装置の要部を示す図解的正面図である。 図１の線Ａ−Ａに沿って見た図解的平面図である。 本発明の一実施形態に係る歯車加工装置の主要構成要素を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る歯車加工装置の主要構成要素を示す正面図である。 加工後の歯車の歯を示す斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る歯車加工装置の主要構成要素を示す図解的正面図である。 従来の歯車加工方法のフローチャートを示す図である。

図１〜図４を参照して、本発明の一実施形態に係る歯車加工装置の要部を説明する。図示する歯車加工装置は、図７のステップＳ１０２の歯切り加工後であって、ステップＳ１０５の熱処理前の加工歯車１０（被削歯車）の歯を加工するものである。歯切り加工後の加工歯車１０の歯は、厚み方向の両側部に角部を有しているので、熱処理前に歯車加工装置によって角部を面取りし、さらに各歯の側面部および歯面のバリを除去する。

歯車加工装置は、主要な構成要素として、フレージングユニット２０と、バリ除去ユニット３０とを備える。フレージングユニット２０は、加工歯車１０の各歯の側部角部を面押しして面取りするものであり、バリ除去ユニット３０は、フレージングユニット２０による面押し加工によって生じたバリを除去するものである。加工歯車１０は、その外周部に多数の歯を有しており、モータ１１によって所定回転数で回転駆動される。

フレージングユニット２０は、回転する加工歯車１０の歯に噛合って回転し、加工歯車１０の各歯の両側部角部を面押しして面取りする一対のフレージングカッター２１，２２と、一対のフレージングカッター２１，２２を回転自在に支持するサポート部材２３と、サポート部材２３をばね２４を介して支持するベース部材２５とを備える。ばね２４は、サポート部材２３を加工歯車１０側に移動するように付勢しているので、一対のフレージングカッター２１，２２は加工歯車１０の歯に噛合って回転し、加工歯車１０の各歯の両側部角部を面押しして面取りする。図３および図４を参照すると、フレージングカッター２１，２２の歯の形状を容易に理解できる。

バリ除去ユニット３０は、ベース部材２５に設けられた一対の油圧・空圧シリンダ３５，３６によって前後方向に移動可能に支持された一対のサポート部材３３，３４と、各サポート部材に回転自在に支持された一対のサーキュラーカッター３１，３２と、一対のサーキュラーカッターの対向壁面に固定された一対のバニッシュギヤ３７，３８とを備える。

一対のバニッシュギヤ３７，３８と一対のサーキュラーカッター３１，３２とは、固定状態となっているので、一体となって回転する。加工状態においては、油圧・空圧シリンダ３５，３６は、一体となったバニッシュギヤ３７，３８とサーキュラーカッター３１，３２とを加工歯車１０の歯に押し付けるように付勢しているので、加工歯車１０が回転すると、それに噛合うバニッシュギヤ３７，３８および一体となったサーキュラーカッター３１，３２が回転する。図３および図４を参照すると、バニッシュギヤ３７，３８およびサーキュラーカッター３１，３２の形状を容易に理解できる。

各サーキュラーカッター３１，３２は、加工歯車１０の歯の側面に摩擦係合して回転し、フレージングカッター２１，２２による面取りによって形成された加工歯車１０の各歯の側面部のバリを刃で削って除去する。

各バニッシュギヤ３７，３８は、加工歯車１０の各歯の歯面に噛合って回転し、フレージングカッター２１，２２による面取りによって形成された加工歯車１０の各歯の歯面部のバリを面押ししてバリを無くす。加工歯車１０の歯面の両側部のバリを効果的に面押しするために、好ましくは、対応する一対のバニッシュギヤ３７，３８の歯の歯面を相手側バニッシュギヤに向かって次第に小さくなるテーパ面とする。

上記構成の歯車加工装置によって、歯切り加工後で熱処理前の加工歯車１０の歯の側部の面取りおよびバリ除去を行う。図７に示した従来の歯車加工方法と対比して、本発明の一実施形態に係る歯車加工方法を説明する。

ステップ１０１およびステップＳ１０２は、従来の加工方法と同じである。すなわち、ステップＳ１０１において、素材に対して旋削加工を行い、歯車の全体形状を形作る。そして、ステップＳ１０２において、全体形状が形作られた素材に対してホブ等による歯切りを行う。この歯切りにより、加工歯車１０の歯の概略形状が形成される。

本発明の実施形態では、ステップＳ１０３の面取り工程の際に、同時にバリ除去も行っている。そして、ステップＳ１０４のシェービング工程を廃止し、その後に熱処理工程（ステップＳ１０５）、軸もしくは穴部の仕上げ研削工程（ステップＳ１０６）およびホーニング工程（ステップＳ１０７）を行う。本発明では、熱処理前に、面取りによって形成されたバリを除去しているので、熱処理後の研削工程およびホーニング工程において砥石に対して過度の負荷を与えない。

本発明の歯車加工方法が従来の方法と相違しているのは、歯切り加工後の加工歯車の歯に対する加工である。具体的には、本発明の歯車加工方法の特徴は、以下の点にある。
（ａ）まず、加工すべき歯車１０を回転させる。
（ｂ）フレージング歯を持つフレージングカッター２１，２２を、回転する加工歯車１０の歯に噛合うように押し付けて、フレージング歯によって加工歯車１０の歯の側部角部を面押しして面取りする。
（ｃ）刃を持つサーキュラーカッター３１，３２を、回転する加工歯車１０の歯の側面に当接させて、上記の面取りによって加工歯車１０の歯の側面に形成されたバリを除去する。
（ｄ）バニッシュ歯を持つバニッシュギヤ３７，３８を、回転する加工歯車の歯に噛合うように押し付けて、上記面取りによって加工歯車１０の歯の歯面に形成されたバリを面押しする。

前述した好ましい歯車加工方法では、フレージングカッター２１，２２による側部角部の面取り、歯の側面のバリ除去および歯の歯面のバリ面押しの加工サイクルを、加工歯車の一回転毎に行っているので、各回転毎のサーキュラーカッター３１，３２によるバリ除去量およびバニッシュギヤ３７，３８によるバリ面押し量が少ない。したがって、これらの工具に過度の負荷をかけないので、工具寿命を延ばすことができる。

また、前述の実施形態では、サーキュラーカッター３１，３２およびバニッシュギヤ３７，３８を一体回転するように一体化し、歯の側面のバリ除去および歯の歯面のバリ面押しを同時に行っている。このような装置構成であれば、サーキュラーカッターを回転駆動する機構が不要になるとともに、装置を小型化できる。

図５は、本発明の一実施形態に係る歯車加工装置によって加工された後の歯車１０の歯を示している。各歯は、トップランド１２と、回転方向でトップランド１２を挟んで位置する２個の歯面１３と、厚み方向でトップランド１２および歯面１３を挟んで位置する両側面１４とを備える。隣接する２個の歯の間には、歯底１５が形成されている。

フレージングカッター２１，２２によって、各歯の厚み方向の両側部の角部には面押しされたフレージング面１６が形成されている。この面押しによって歯の側面１４および歯面１３にはバリが発生するが、サーキュラーカッター３１，３２が側面１４のバリを削って除去し、バニッシュギヤ３７，３８が歯面のバリを面押ししてバリを無くしている。図５には、バニッシュ加工後のバニッシュ面１７が示されている。

前述の実施形態では、サーキュラーカッターとバニッシュギヤとを一体化して、一体回転させるようにしていたが、他の実施形態としてそれらを分離して設けるようにしても良い。図６は、そのような実施形態を図解的に示している。

図６に示す歯車加工装置は、加工歯車１０の外周に当接するように配置されたフレージングカッター５１と、サーキュラーカッター６１と、バニッシュギヤ７１とを備える。フレージングカッター５１およびバニッシュギヤ７１は、ばねまたは油圧機構等によって加工歯車１０に押し付けられるように付勢されており、加工歯車１０の歯と噛合うことによって回転する。サーキュラーカッター６１は、加工歯車１０の歯の側面に当接し、モータ等によって回転駆動される。

図６に示した実施形態においても、加工歯車１０の歯の側部の面取り、歯の側面のバリ除去および歯の歯面のバリ面押しの加工サイクルを、加工歯車の一回転毎に行っているので、工具寿命を延ばすことができる。

図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、本発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

本発明は、特に自動車用の歯車に対する歯車加工装置および歯車加工方法として、有利に利用され得る。

１０ 加工歯車、１１ モータ、１２ トップランド、１３ 歯面、１４ 側面、１５ 歯底、１６ フレージング面、１７ バニッシュ面、２０ フレージングユニット、２１，２２ フレージングカッター、２３ サポート部材、２４ ばね、２５ ベース部材、３０ バリ除去ユニット、３１，３２ サーキュラーカッター、３３ サポート部材、３４ サポート部材、３５，３６ 油圧シリンダ、３７，３８ バニッシュギヤ、５１ フレージングカッター、６１ サーキュラーカッター、７１ バニッシュギヤ。

Claims (7)

1. 回転する加工歯車の歯に噛合って回転し、加工歯車の各歯の側部角部を面押しして面取りするフレージングカッターと、
   前記加工歯車の各歯の側面に摩擦係合して回転し、前記面取りによって形成された各歯の側面部のバリを除去するサーキュラーカッターと、
   前記加工歯車の各歯の歯面に噛合って回転し、前記面取りによって形成された各歯の歯面部のバリを面押しするバニッシュギヤとを備える、歯車加工装置。
2. 前記サーキュラーカッターは、前記加工歯車の各歯の両側面部に摩擦係合するように一対設けられており、
   前記バニッシュギヤは、前記一対のサーキュラーカッターに挟まれて位置し、サーキュラーカッターと一体となって回転する、請求項１に記載の歯車加工装置。
3. 前記フレージングカッターおよび前記バニッシュギヤは、前記加工歯車に押し付けられるように付勢されている、請求項１または２に記載の歯車加工装置。
4. 前記フレージングカッターを前記加工歯車に押し付けるように付勢するばねと、
   前記バニッシュギヤを前記加工歯車に押し付けるように付勢する油圧機構とを備える、請求項１〜３のいずれかに記載の歯車加工装置。
5. 加工すべき歯車を回転させる工程と、
   フレージング歯を持つフレージングカッターを回転する前記加工歯車の歯に噛合うように押し付けて、フレージング歯によって加工歯車の歯の側部角部を面押しして面取りする工程と、
   刃を持つサーキュラーカッターを回転する前記加工歯車の歯の側面に当接させて、前記面取りによって加工歯車の歯の側面に形成されたバリを除去する工程と、
   バニッシュ歯を持つバニッシュギヤを回転する前記加工歯車の歯に噛合うように押し付けて、面取りによって加工歯車の歯の歯面に形成されたバリを面押しする工程とを備える、加工歯車の加工方法。
6. 前記側部角部の面取り、前記歯の側面のバリ除去および前記歯の歯面のバリ面押しの加工サイクルを、前記加工歯車の一回転毎に行なう、請求項５に記載の加工歯車の加工方法。
7. 前記サーキュラーカッターおよび前記バニッシュギヤを一体回転するように一体化し、前記歯の側面のバリ除去および前記歯の歯面のバリ面押しを同時に行なう、請求項５または６に記載の加工歯車の加工方法。

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