JP2014210335A - 冠歯車のワークピース上にギヤ歯をパワースカイビングするためのパワースカイビングツール - Google Patents

Abstract

【課題】正確な結果を提供する冠歯車の歯を加工するためのツールを提供する。
【解決手段】ワークピース回転軸Ｒ２を有するリング状またはディスク状のワークピース２０にパワースカイビング法によっていくつかの歯間２２を製造するためのパワースカイビングツール１００であって、パワースカイビングツール１００は、ツール回転軸Ｒ１と、双曲面または円錐台状であり、ツール回転軸Ｒ１に回転対称に配置されたスカイビング円錐体１１０＊と、スカイビング円錐体１１０＊の側面から実質的に半径方向に突出している複数の切刃と、を備え、切刃はそれぞれ、すくい面と少なくとも１つの刃先を有し、全てのすくい面は、ツール回転軸Ｒ１と４０°未満である鋭角をなす切削面法線を有し、パワースカイビングツール１００は、ワークピース２０の軸方向にオフセットしたパワースカイビングのために設計されたことを特徴とする。
【選択図】図１Ｂ

Description

本発明の目的は、特に、パワースカイビング法によって冠歯車のワークピース上にギヤ歯を製造し、加工するために設計されたパワースカイビングツールである。

歯車を製造するための方法は多数存在する。チッピングソフト予備加工（chipping soft pre-machining）の場合、ホブ加工（hobbing）、歯車形削り（gear shaping）、創成平削り（generating planing）、及びパワースカイビング（power skiving）に区別される。以下でより詳細に説明するように、ホブ及びパワースカイビングは、いわゆる連続法である。

本発明は、冠歯車のチッピング加工（chipping machining）に関するものである。本発明に関して、冠歯車は、そのメインボディがリング形状またはディスク形状を有し、歯が一方の前側の領域に配置された歯車とする。したがって、このような歯車は、英語でフェイスギヤ（face gears）と呼ばれることがある。冠歯車はまた、それらがピニオンのような通常の平歯車とペアにすることができるという特徴がある。

本発明の意味における冠歯車は、軸方向にオフセットされていない歯車対の場合、冠歯車の回転軸と、ペアになったピニオン歯車の回転軸との間の軸線角度に一致する面角を有する。本発明は、主に、面角Δが６０°と１２０°の間である冠歯車に関する。

冠歯車の面角が９０°である場合、このような歯車はまた、フェースギヤ（planar face wheel）と呼ばれる。

冠歯車を製造するための既知の方法についての良い概要は、国際公開第２０１１／０１７３０１（Ａ１）号パンフレットのＰＣＴ出願から推測することができる。さらに典型的なツールや方法は、既に以下の文献より知られている。

欧州特許出願公開第０６９９１１４（Ｂ１）号明細書 独国特許出願公開第１０７４３６６号明細書 米国特許第２３０８８９１号明細書

２つの特許文献２、３は、冠歯車のパワースカイビング方法に関する。従来、切断砥石（cutting wheel）のような形状を有するツールがパワースカイビングに使用されていた。このようなツールは、このように運動学的にチップ除去方法に必要な切削成分を生成するために、パワースカイビングの場合、冠歯車に対して軸方向にオフセット配置されている。このツールは、冠歯車の歯を形成するために全歯幅にわたって動かされる。この文脈において種々の移動方法が存在する。

冠歯車の歯の歯幅に沿う全ての点で十分な寸法公差（tolerance）を有する所望の歯形を製造するようにツールやツールの動きを設計することが、この場合の一般的な要件である。この場合、ツールの必要な軸方向のオフセットを伴う歯幅を越えて変化するエンゲージ角（engagement angle）によって問題が発生する。直歯冠歯車の場合、例えば歯面は半径方向に延在しておらず、噛み合っているピニオンはそれ自体のピニオン軸に平行に延びる歯面を有するので、インターセプト定理（intercept theorem）によって、冠歯車の歯面上のエンゲージ角は、外側から内側に減少しなければならない。

一対のピニオンと冠歯車の軸方向のずれは、一般的に、製造中のツールと冠歯車の軸方向のずれに一致しない。

上述の理由から、唯一の近似的な解法は、冠歯車に歯面を製造することである。

また、切断砥石のようなツールを使用すると、切削条件は、（ワークピースに対して）外側から内側へ大きく変わり得るということは重大である。

これらの理由から、これまで、特に、より大きな歯幅を有する冠歯車の場合、不満足な結果しか得られなかった。

本発明の目的は、従前のツールよりも正確な結果を提供する冠歯車の歯を加工するためのツールを提供することである。

冒頭で定義されているように、これは冠歯車の生産や加工に関するものである。すなわち、一般化して言えば、それは冠歯車型のワークピースへのギヤ歯の製造または加工に関する。

本発明によれば、この目的は、本明細書で円錐状のパワースカイビングツールと呼ばれるツールによって達成される。

具体的には、本発明は、パワースカイビング法によりワークピース（冠歯車）上にギヤ歯を製造または加工するためのパワースカイビングツールに関する。パワースカイビングツールは、冠歯車のギヤ歯に共役な歯に対応する、またはこれらの共役な歯から得られる切刃を有する円錐形のメインボディを有する。

本発明によれば、パワースカイビングツールは、円錐歯車の歯に関して、パワースカイビング時の切削条件がギヤ歯の歯幅全体にわたって同等となるように加工するように設計されている。これは、メインボディの適切なテーパ角度を再設定することによって、ワークピースのスカイビング面及び切刃の数（歯数ともいう）を設定することによって、及び加工される歯に関してパワースカイビングツールの対応する配列／位置決めを行うことによって達成される。

本発明によれば、円錐形の歯の、製造または機械加工される歯間に共役な歯を確定（計算）するのが好ましい。この共役な歯は、最適な冠歯車型ワークピースの円錐歯とペアになる仮想のピニオンの歯であるのが好ましい。少なくとも２つのすくい面と、設置された共役な仮想の歯に沿った対応するすくい面の切刃が設定されるのが好ましい。このように、少なくとも２つの切刃が３次元空間で設定される。

実施形態に応じて、これらの２以上の切刃は、互いに均一な間隔を有してもよい。しかしながら、それらは異なる間隔を有してもよい。この間隔は、ここでは、共役な仮想の歯の歯幅方向で見る。

理論的な考察では、複数の共役な仮想の歯がパワースカイビングツールの円錐形のメインボディの円錐側面の外周に沿って配置されている。パワースカイビングツールの具体的な実施形態では、これらの共役な仮想の歯は、いわゆる切刃によって「置換される」、または実在の切刃の形で実装される。好ましくは、本発明によれば、共役な歯はそれぞれ、１つ、２つ、３つ以上の実在の切刃の形で実装される。しかし、例えば、スペース上の理由で、全ての第２の共役な歯のみが実装されている場合、これは全ての共役な歯が切刃として実装されているのではないことを意味する。したがって、実施形態はまた、全ての共役な歯は、１つまたは複数の切刃を設けるために使用することができる。

本発明によれば、以下のように区別できる複数の実施形態が得られる。
−全ての共役な仮想の歯が１つだけの実在の切刃で置き換えられ、個々の仮想の歯の切刃は異なっている。
−全ての共役な仮想の歯が１つの実在の切刃に置き換えられ、個々の仮想の歯の切刃は、グループ内で異なっており、該グループは複数回繰り返される。
−全ての共役な仮想の歯が複数の実在の切刃（例えば、共役な仮想の刃ごとの２つまたは３つの実在の切刃）に置き換えられ、個々の仮想の歯の切刃は異なっている。
−全ての仮想の歯が１つまたは複数の実在の切刃により置換され、個々の仮想の歯の切刃はグループ内で異なっており、該グループは複数回繰り返され、
−例えば、全ての第２または第３の仮想の歯が１つ、２つ、３つ以上の実在の切刃によって置換され、実在の切刃は、それぞれの他の仮想の歯の位置に実装されていない。

切刃なる用語は、ここでは、ワンピース（一体）のツールと連携して使用されると共に、バーカッタが装備されたツールと連携して使用される。本発明の一体のツールの場合、スカイビング円錐体から得られた切刃及びメインボディは、１つの材料から製造される。

何よりも大型のツールの場合、切刃はバーカッタの形で実装することができる。この場合、スカイビング円錐体から得られたツールのメインボディにチャンバ（受容開口部）を設けなければならない。また、バーカッタのシャフトの厚さは特定の幅にわたってすくい面の位置の変動や調整を可能にするので、メインボディのこれらのチャンバは、オフセットしたすくい面に応じて互いにずらして配置する必要がない。

本発明によれば、少数のチャンバが異なる位置にあれば、そのようなツールを用いる冠歯車加工用バーカッタを収容するのに十分であると推測される。

ワークピースの切断幅にわたってツールの複数の切刃を使用するので、ツールは、歯全体を実装するために、全歯幅にわたって移動する必要がないということが本発明の利点である。

本発明によれば、切刃の特定の刃先は、ギヤ歯の特定の領域を加工するためのものである。これらの領域が十分に小さければ、設定点の幾何学的配置からの歯面の偏差も小さいものしか生じない。

本発明によれば、パワースカイビングツールの刃先とすくい面は、異なった直径上に配置されている。本発明のツールは、このように複数の切削レベルを有する。

本発明によれば、本発明の切刃のすくい面は、全ての実施形態において、順方向に配向されている、すなわち、すくい面は、パワースカイビングツールの円錐台形状を有するメインボディの円錐先端の方向を指向していることが好ましい。

しかし、切刃のすくい面はまた、本発明によれば、反対方向に配向させることもできる。このような不利な場合では、すくい面は、パワースカイビングツールの円錐台の形状であるメインボディの円錐先端から離れる方向を指向している。

本発明によれば、共役な歯に画定されるすくい面は、互いに等間隔であってもよい。しかし、すくい面の間隔は異なっていてもよい。

本発明によれば、全ての仮想の共役な歯は、複数の実在の切刃で置き換えることができる。ここで、各仮想の歯の切刃は異なっている。

本発明によれば、全ての仮想の共役な歯は、１つだけの実在の切刃で置き換えることができる。ここで、各仮想の歯の切刃は互いに異なる。

本発明によれば、全ての仮想の共役な歯は、１つだけの実在の切刃で置き換えることができる。ここで、各仮想の共役な歯の切刃は、グループ内で異なっており、該グループは、パワースカイビングツールの外周に沿って複数回繰り返される。

本発明によれば、全ての仮想の共役な歯は、１つまたは複数の実在の切刃で置き換えることができる。ここで、各仮想の歯の切刃は、グループ内で異なっており、該グループは、パワースカイビングツールの外周に沿って複数回繰り返される。

本発明によれば、例えば、全ての第２または第３の仮想の２つの切刃は、１つ、２つ、または３つ以上の実在の切刃に置き換えることができる。ここで、他の仮想の歯の位置にはそれぞれ、実在の切刃は実装されていない。

本発明では、エンゲージ角が歯幅上で変わるため、軸方向にオフセット加工する場合、種々の切断プロファイルが精密加工に必要であることを考慮することができる。加工される歯間ごとに複数の切刃を用いることにより、プロファイルに局所的に適応することができる。

本発明は、切断砥石のような従来のスカイビングツールを使用するよりも、より精密に冠歯車を製造することができる。

本発明は、パワースカイビング法での冠歯車の正確で信頼性の高い製造を可能にする。

本発明のさらなる詳細及び利点は、例示的な実施形態に基づいて、図面を参照しながら以下に説明する。
冠歯車と本発明のパワースカイビングツールからなるペアの概略上面図を示す。ここでは、パワースカイビングツールの円錐形のメインボディのみが（円錐台の形で）示されている。 図１Ａに記載のペアの概略側面図を示す。ここでは、パワースカイビングツールのメインボディだけではなく、そのスカイビング円錐体も図示されている。 図１Ｂのパワースカイビングツールの円錐形（円錐台状）のスカイビング円錐体の概略断面図を拡大して示す。 １つの共役な歯の概略斜視図を示す。 ２つの切削面と交差する、図２Ａに記載の共役な歯の概略斜視図を示す。 図２Ａに記載の共役な歯の輪郭の概略斜視図を示し、共役な歯は２つの部分的な歯に分割されている。 本発明のパワースカイビングツールの第１の実施形態の概略斜視図を示し、共役な歯の輪郭が示され、パワースカイビングツールは共役な歯ごとに３つの切刃を有する。 図３Ａに記載の概略斜視図の詳細を拡大して示す。 図３Ａのパワースカイビングツールの上面図を示す。 本発明のパワースカイビングツールの第２の実施形態の概略斜視図を示し、パワースカイビングツールは、２つずつのグループでグループ別に配置された切刃を有し、２つずつの各グループは、３つ切刃を備える。 図４Ａに記載の概略斜視図の詳細を拡大して示す。 図４Ａのパワースカイビングツールの概略斜視図を示し、グループの一つが特定されている。 バーカッタを備えた、本発明のパワースカイビングツールの第３の実施形態の斜視図を示す。 図５Ａに記載の第３の実施形態の断面図を示す。 パワースカイビング法によって本発明に従い機械加工された冠歯車の斜視図を示す。 ビーム群から構成されている１枚の双曲面の斜視図を示す。

関連する刊行物や特許でも使用されている用語が本発明の詳細な説明と共に使用されている。しかしながら、これらの用語の使用は、よりよく理解するために役立つだけであることに留意すべきである。本発明の概念及び本特許請求の範囲の保護範囲は、その用語の特定の選択によってその解釈で制限されるべきではない。本発明は、容易に他の用語体系及び／または技術分野に転用することができる。用語は、他の技術分野に応じて適用されるべきである。

図１Ａは、ワークピース２０（ここでは冠歯車）と本発明のパワースカイビングツール１００とでなるペアの概略上面図を示している。ここでは、パワースカイビングツール１００の円錐形のメインボディ１１０のみが示されている。図１Ａに示すように、パワースカイビングツール１００は、ワークピース２０に対して軸方向にオフセットして配置されている。さらに、パワースカイビングツール１００は、わずかに傾斜しているので、図１Ａでは、その後端面１１２が楕円形として見える。関連したスカイビング円錐体１１０＊の円錐（部分テーパ角δ、図１Ｂ及び図１Ｃを参照）の適切な選択により、パワースカイビング時の切削条件は、ワークピース２０に加工される歯の全歯幅にわたって同等となる。とりわけ、部分テーパ角δを有する適切なスカイビング円錐体１１０＊を予め設定することにより、スカイビング面ＷＥ（図１Ｂを参照）と切刃数（歯数ともいう）を設定することにより、及びワークピース２０の歯に対応してパワースカイビングツール１００を配置／位置決めすることにより、これは達成される。

ツールのメインボディ１１０のテーパ角δの好ましい選択について、以下により詳細に記載する。冠歯車２０（ワークピース）のスカイビング面ＷＥ（基準面）内において、歯幅方向（Ｂは歯幅を特定する）に沿って異なるスカイビング円を選択することができる。これらは、各スカイビング円の直径によって異なる。これらのスカイビング円の各々について、ツール１００のためのパワースカイビング加工にとって最適なスカイビング円の直径が得られる。つまり、この場合、ワークピース２０とツール１００が各々結合された回転によって生じる切削速度は、加工される歯間２２のギャップ方向を持っている。

図１Ｃは、例として選択されたワークピース２０に３つのスカイビング円のために確定された、ツール１００上の最適なスカイビング円の半径を示している。これら３つのスカイビング円の半径は、ｒ_Ｗ０、ｒ_Ｗ０ｉ及びｒ_Ｗ０ｅで識別されている。この目的のために、ワークピース２０上の半径ｒ_Ｗ０を有する中間のスカイビング円は、歯幅の半分ｂ／２の高さに選択され、外側及び内側のスカイビング円は、端部から各々１０％インデントされている。すなわち、中間半径はＲ_Ｐｉ＋Ｂ／２、内半径はＲ_Ｐｉ＋０．１×ｂ、及び外半径はＲ_Ｐｅ−０．１×Ｂ（図１Ｂを参照）である。ｒ_Ｗ０ｉ及びｒ_Ｗ０ｅは外側及び内側のスカイビング円の半径である。

図１Ｃに示すツール２０の最適なスカイビング円の半径を有する「やじり」は、わずかに湾曲した線ＬＫに接しており、これは、略直線、例えば、中間円に接する接線によって置き換えることができる。このように、理論的なメインボディは、設計点Ａ１の高さでそれに接する、円錐台形状のスカイビング円錐体１１０＊によって近似される。角度Δは、スカイビング円錐体１１０＊（図１Ｃを参照）として使用される円錐台のテーパ角である。

ここで示され、説明された例では、説明した近似のため、一定の部分テーパ角δを有するメインボディ１１０を常に仮定している。軸線角度Σは（図１Ｂを参照）は、次式：Σ＝Δ＋δのように部分テーパ角δに依存している。

図１Ｂは、非常に概略的な形で、図１Ａによるワークピース２０（ここではストレート歯冠歯車）とパワースカイビングツール１００からなるペアの側面図を示している。図１Ｂには、冠歯車の歯幅ｂがツールサイズに対して意図的に過大に示されていることに留意すべきである。図１Ｂから分かるように、ツールの回転軸Ｒ１は、斜め下方を向き、投影図に図示されているように、ワークピース２０の回転軸Ｒ２と軸線角度Σをなす。回転軸Ｒ１は回転軸Ｒ２と交差するのではなく、軸方向のオフセットの結果として回転軸Ｒ２を横方向に通過し、ワークピース２０の広がる平面（図１Ａの紙面）を横切ることに留意すべきである。図１Ｂには、歯間２２の底部２３は、破線で示されている。ワークピース２０の歯は、示された例では、歯幅ｂに沿って一定の歯高を有する。方程式ｂ＝Ｒ_Ｐｅ−Ｒ_Ｐｉが適用される（図１Ｂを参照）。図１Ｂに示すように、Ｒ_Ｐｉはワークピース２０の内径であり、Ｒ_Ｐｅはここでは外径である。

したがって、説明したように、部分テーパ角δを選択することができ、また、スカイビング面の位置、切刃数（歯数と呼ばれる）、及びパワースカイビングツール１００のワークピース２０の歯に対する配列／配置（例えば、／軸方向のオフセットａと軸線角度Σを設定／確定することで）を確定することができる。

さらに、本発明によれば、まず、共役な仮想の歯Ｋ（図２Ａ〜図２Ｃを参照）の確定または計算が行われる。図２Ａ〜図２Ｃは、単に概略図として理解すべきである。伝達比（transmission ratio）に対応する歯数比によって、３次元空間での軸方向配列により、空間伝達（spatial transmission）が設定される。これは、共役な仮想の歯Ｋとしてここで識別されたワークピース（歯間２２）と共役な歯を設定する。そして、好ましくは、テーパ角δは、設計点Ａ１で決定される。ここで、本発明のツール１００は、理論的には、正確な円錐形の基本形状ではなく、双曲面の形状を有すると見なすべきである。しかしながら、本発明の好ましい実施形態では、円錐台形状のスカイビング円錐体１１０＊は、記載のように、双曲面に合わされている。

本発明の意味で、共役な仮想の歯Ｋは、ワークピース２０上の歯間２２と、この仮想の歯Ｋの側面が正確に「共役」している。

ここで何度も言及された共役な歯Ｋ（図２Ａは概略斜視図で例示する）は、本発明に係るツール１００の導出と設計についてより良く説明するための助けや概念の一種である。このような本発明のツール１００の導出と設計を実行するには、他の方法も存在する。

参照符号Ｋは、共役な歯に一般的に使用されている。ツール１００の外周に沿う各共役な歯を区別できるように、各場合において、Ｋに数字が必要に応じて付される。

本発明によれば、複数のすくい面の位置Ｓｐ（図２Ｂを参照）を「歯幅」に沿って予め設定し、すくい面の位置Ｓｐの共役な歯Ｋ１との交線ＳＣを確定するのが好ましい。図２Ｂは、仮想の共役な歯Ｋ１が２つの切刃の設定に使用されるべきである例を示している。したがって、この場合、２つのすくい面の位置Ｓｐが事前に設定されている。このように、ツール１００の複数の刃先が決定される。３次元空間内で刃先を自由に配置できるように、共役な歯Ｋ１は分割またはセグメント化され、共役な歯Ｋ１の材料は、仮想モデルでは除去される。この場合、特に、切刃の自由面はまた、十分な逃げ角を確保するために、共役な歯Ｋ１から離れている。このようにして、刃先とすくい面が得られる。これらの刃先は、例えば、（例えば、歯幅ｂに沿って）ツール１００上に等間隔に分布させることができる。

図２Ｃは、図２Ｂから導き出した例を示している。図２Ｂの共役な歯Ｋ１は分割された。このように、共役な歯Ｋ１から２つの切刃Ｋ１．１、Ｋ１．２が得られた。２つの切歯Ｋ１．１、Ｋ１．２のすくい面１０６．１、１６．２が分かるように、２つの切刃Ｋ１．１、Ｋ１．２は、図２Ｃに上方から斜めに示されている（すなわち、図２Ｃには、円錐台の前端面１１４から見た図が示されている）。刃先は、図２Ｃに参照符号１０４．１、１０４．２で識別されている。共役な歯Ｋ１の最上の切刃Ｋ１．１の最上のすくい面１０６．１の法線ベクトルｎ１はまた、図２Ｃに示されている。共役な歯Ｋ１の輪郭は、図２Ｃに２つの点線の折れ線によって示されている。領域Ｂ１、Ｂ２に見られるように、何よりも、切刃Ｋ１．１、Ｋ１．２を設定するように、したがって十分な逃げ角を設けるように、共役な歯Ｋ１の裏面で材料が除去された。

図３Ａは、図２Ａ〜図２Ｃの例に基づくツール１００を示す。一例として示されたパワースカイビングツール１００には、設計の範囲で、１６個の仮想の共役な歯Ｋ１〜Ｋ１６が設けられた。これらの１６個の歯Ｋ１〜Ｋ１６はそれぞれ、３つの切刃に分割された、すなわち、ここでは、３つのすくい面Ｓｐは、共役な歯Ｋごとに予め設定された。図３Ａでは、共役な歯Ｋ１の３つの切刃Ｋ１．１、Ｋ１．２及びＫ１．３は、参照符号が設けられている。仮想の共役な歯Ｋ１〜Ｋ１６と各切刃（例えば、切刃Ｋ１．１、Ｋ１．２、及びＫ１．３）の間の幾何学的関係を強調するために、仮想の共役な歯Ｋ１〜Ｋ１６の輪郭線は、図３Ａで点線の折れ線として示されている。

したがって、図３Ａによる切刃はそれぞれ、対応する共役な歯Ｋの部分に基づいている。各切刃には（例えば、切刃Ｋ１．１には）、刃先（例えば、切刃Ｋ１．１上の刃先１０４．１）が実装されている。図３Ａでは、刃先１０４．１、１０４．２及び１０４．３は太い折れ線によって視覚的に強調されている。各刃先には、すくい面が設定されている。切刃Ｋ１．１、Ｋ１．２、Ｋ１．３のすくい面は、よりよく認識できるように、図３Ａ、図３Ｂでは、模様によって強調されている。すくい面の法線ベクトルｎは、本実施形態では回転軸Ｒ１に対してわずかに傾斜しており、平面投影されたそれと鋭角をなす。図３Ａは、共役な歯Ｋ１５の最上の切刃Ｋ１５．１の最上のすくい面の法線ベクトルｎ１５を示している。

図３Ｂは、図３Ａによる透視図の詳細拡大図を示す。図３Ｂでは、共役な歯Ｋ１、Ｋ２及びＫ１６、切刃Ｋ１．１、Ｋ１．２、Ｋ１．３、Ｋ２．１、Ｋ２．２、Ｋ２．３、及びＫ１６．１、Ｋ１６．２、Ｋ１６．３の輪郭のみが見ることができる。このイメージでは、３つの刃先１０４．１、１０４．２及び１０４．３はまた、太い折れ線によって視覚的に強調され、切刃Ｋ１．１、Ｋ１．２、Ｋ１．３のすくい面は、模様によって識別されている。

図３Ｃは、図３Ａのパワースカイビングツール１００の概略上面図を示し、切刃のみが図示されている。仮想の共役な歯Ｋ１〜Ｋ１６の輪郭線は削除された。上（前）面１１４が図示されている。３つの刃先１０４．１、１０４．２、及び１０４．３はまた、太い折れ線によって視覚的に強調され、切刃Ｋ１．１、Ｋ１．２、Ｋ１．３のすくい面は模様によって識別されている。

図３Ｂには、切刃のすくい面の表面法線の曲線に従う、３つの点線の補助線ｍ１、ｍ２及びｍ１６が示されている。補助線ｍ１、ｍ２及びｍ１６に基づいて、図示されたパワースカイビングツール１００のすくい面がわずかに傾斜し、この場合、補助線がツール軸Ｒ１と共有された交点を有していないことが分かる。これらの補助線は、双曲面（例えば、図７を参照）上にある。ワークピース２０がストレートな切刃を有している特別な場合、双曲線は円錐に退化している、すなわち、この特別な場合、補助線が回転軸Ｒ１と交差する。この特別な場合も本出願の保護の範囲に含まれる。

図３Ａ〜図３Ｃによる例では、各仮想の共役な歯内で、各切刃は異なっている。したがって、例えば、仮想の共役な歯Ｋ１の３つ全ての切刃Ｋ１．１、Ｋ１．２、Ｋ１．３は異なっている。しかし、共役な歯Ｋ１の最上の共益な歯Ｋ１．１は、他の全ての共役な歯の最上の切刃として同一に実装されている。つまり、次の関係、例えば、Ｋ１．１＝Ｋ２．１＝．．．＝Ｋ１６．１が適用される。この原則は、最上段の切刃のみならず、本実施形態に係るツール１００の他の全ての切刃に適用される。

このようなパワースカイビングツール１００の形状は、最も広い意味での松ぼっくりや松ぼっくりの一部を連想させる。

歯幅ｂにわたって複数の刃先（例えば、刃先１０４．１、１０４．２、１０４．３）を使用するので、提供されたパワースカイビングツール１００は、ワークピース２０に全歯間２２を実装するために全歯幅ｂにわたって移動する必要がない。ワークピース２０の大きさまたは各歯幅ｂに対するパワースカイビングツール１００の相対的な寸法に応じて、パワースカイビングは、パワースカイビングツール１００を歯幅方向に（すなわち、歯間２２に沿って）移動させる必要のない本発明にしたがって実行できる。しかしながら、パワースカイビングツール１００が歯幅方向にわずかに移動することが必要な実施形態であってもよい。

特定の刃先は歯の特定の領域の加工を目的としている。これらの領域が十分に小さければ（すなわち、より多くの切刃が共役な仮想の歯Ｋごとに設けられる）、設定点の幾何的配置に対する生じた偏差はまた、このように小さい。

パワースカイビングツール１００が十分に大きくなく、変位運動無しで全歯間２２を生成できるようにその切刃（例えば、切刃Ｋ１．１、Ｋ１．２、Ｋ１．３）を配置しない場合、ツール軸Ｒ１周りのパワースカイビングツール１００の回転運動とワークピース軸Ｒ２周りのワークピース２０の回転運動は、歯幅方向の直線変位運動と重ね合わせるのが好ましい。したがって、（広いという意味で）大きな歯間２２は、比較的（薄いという意味で）小さなツール１００を用いて加工することができる。

本発明によれば、パワースカイビングツール１００をワークピース２０の材料へ挿入することは、同時に全ての切刃を使用して、歯幅ｂに沿って上から実行されるのが好ましい。その後、切断砥石を用いたパワースカイビングで知られているように、所定の移動順序が生じてもよい。

図４Ａは、本発明のパワースカイビングツール１００の第２の実施形態の概略斜視図を示す。示されたパワースカイビングツール１００は、２つずつのグループにグループ別に配置された切刃を備える。図４Ａによると、パワースカイビングツール１００は、合計８つある２つずつのグループＧ１〜Ｇ８を備える。これら８つある２つずつのグループのうちの４つは、図４Ａにおいて、参照符号Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、及びＧ８が設けられている。

図示の例では、２つずつのグループそれぞれは、第１のグループＧ１内でＫ１ａ、Ｋ１ｂで識別されている、２つの隣接する共役な歯に形成されている。第８のグループＧ８では、共役な歯は、Ｋ８ａ、Ｋ８ｂで識別されている。既に上述したように、共役な歯は、実際の切刃の導出または設定のために使用される。ここに示された例では、中間切歯Ｇ１．２が第１の共役な歯Ｋ１ａ上に設定される。上側及び下側の切刃Ｇ１．１、Ｇ１．３が第２の共役な歯Ｋ１ｂ上に設定される。２つの切刃Ｇ１．１、Ｇ１．３は、中間切歯Ｇ１．２に対してオフセットして装着される。切刃とすくい面はまた、ここでは、仮想の共役な歯を分割することによって得られる。グループ（例えば、グループＧ１）のすくい面は、互いにオフセットされる。

図４Ｂは、図４Ａによる透視図の詳細拡大図を示す。図４Ｂには、共役な歯Ｋ１ａ、Ｋ１ｂ及びＫ８ｂと４つの切刃Ｇ１．１、Ｇ１．２、Ｇ１．３、Ｇ８．１の輪郭のみが示されている。このイメージでは、３つの刃先１０４．１、１０４．２及び１０４．３はまた、太い折れ線によって視覚的に強調され、切刃Ｇ１．１、Ｇ１．２、Ｇ１．３のすくい面は、模様によって識別されている。３つの切刃Ｇ１．１、Ｇ１．２、Ｇ１．３はグループＧ１に属し、見ることができる１つの切刃Ｇ８．１は、グループＧ８に属している。図４Ｂのイメージでは、グループＧ１の３つの刃先１０４．１、１０４．２、及び１０４．３は、太い折れ線によって視覚的に強調されている。グループＧ１のすくい面は、模様により識別されている。

図４Ｂには、すくい面の法線のプロファイルに続く、３つの点線の補助線ｍ１．１、ｍ１．２及びｍ８．２が示されている。補助線ｍ１．１、ｍ１．２及びｍ８．２に基づいて、示されたパワースカイビングツール１００のすくい面は、わずかに傾斜しており、この場合、補助線はツール軸Ｒ１と交差する共有点を持たないことがわかる。

図４Ｃは、図４Ａのパワースカイビングツール１００の概略斜視図を示す。ここでは、各切刃とメインボディ１１０上のその配置を見ることができる。仮想の共役な歯Ｋ１ａ〜Ｋ８ｂの輪郭線は削除された。

図４Ａ〜図４Ｃによる例では、各仮想の共役な歯の切刃は、グループ内で異なっており、該グループは、パワースカイビングツール１００の外周に沿って複数回繰り返される。したがって、例えば、第１グループＧ１の３つの全ての切刃Ｇ１．１、Ｇ１．２、Ｇ１．３が異なっている。

図４Ａ〜図４Ｃによる例からは、隣接する３つの仮想の共役な歯から１つだけの切刃が設定された他の実施形態を得ることができる。これら３つの切刃は、全て互いに異なっており、メインボディ１１０の異なる直径上にあるが、本実施形態では、隣接する３つの仮想の共役な歯が各グループに割り当てられる。これらのグループは、パワースカイビングツール１００の周囲に沿って複数回繰り返す。

図５Ａは、本発明のパワースカイビングツール１００の第３の実施形態の概略斜視図を示す。示されたパワースカイビングツール１００は、バーカッタを備えている。示された例では、共役な歯Ｋ１〜Ｋ１０はそれぞれ、３つの個別の歯に分解され、これらの個別の歯はそれぞれ、対応するバーカッタのヘッド領域により実現される。第１の共役な歯Ｋ１の３つの歯Ｋ１．１、Ｋ１．２、Ｋ１．３は、図５Ａで参照符号が付されている。

パワースカイビングツール１００の、円錐台形状であるメインボディ１１０内にバーカッタを挿入し、その中にそれを固定できるようにするために、メインボディにはバーカッタごとに１つの受容開口部が設けられている。図５Ａにおいて、３つの受容開口部１１０は、参照符号１２０．１、１２０．２、１２０．３で識別されている。

図５Ｂは、断面を示す。この断面図に基づいて、例えば、受容開口部１２０．１が、どのように円錐台の外側面からメインボディ１１０の内部に延びているのかが分かる。この受容開口部１２０．１に装着されたバーカッタ１３０．１の、一方にある頭部領域１３１．１と、他方にある軸部１３２．１の一部と、を認識することができる。

図５Ａと５Ｂには、バーカッタごとに１本の締結ねじを設けることが図示されている。これらの締結ねじのうちの１本が符号１４０で識別されている。

一般に、本発明によれば、切刃のすくい面は、好ましい実施形態では（例えば、図３Ａ〜図５Ｂに示すように）、順方向に配向される、すなわち、すくい面は、パワースカイビングツール１００の、円錐台の形状であるメインボディ１１０の円錐形の先端（ツール１００の部分テーパ角δが設定されている）の方向を向いているということができる。

しかし、切刃のすくい面が後方に配向した、すなわち、すくい面が円錐先端から離れる方向を向いている本発明の実施例もある。しかし、自由面の条件を単純に設計できないことがこれらの実施形態の欠点である。

全ての切刃の切削面の法線ｎをビーム（beams）の形態で描く場合、以下の記載が適用されることがわかる。これらの記載は、共役な歯の配列にも転用することができる。
双曲面上に形成されたこれらの実施形態において、ビームは交差しない。
双曲面上に形成されたこれらの実施形態において、ビームは回転軸線Ｒ１と交差しない
各ビームは、軸平面に投影される回転軸Ｒ１と、好ましくは４０°未満である鋭角をなす。
双曲線が円錐を形成するように退化（degenerate）した特殊なケースでは、ビームは、共通の交差点で回転軸Ｒ１と交差する。

一般に、軸方向にオフセットしたパワースカイビングの場合、本発明によれば、ツール回転軸Ｒ１は、ワーク回転軸Ｒ２（図１Ｂを参照）と軸線角度Σをなすと言うことができ、これには後述の記載が適用される。以下の仮定（６０°＜Δ＜１２０°、０°＜δ＜６０°）が推定される。
９０°未満の面角Δを有するワークピース２０では、軸線角度Σは、６０°から１５０°までの範囲内にあり、
９０°の面角Δを有するワークピース２０では、軸線角度Σは、９０°から１５０°までの範囲内にあり、
９０°よりも大きな面角Δを有するワークピース２０では、軸線角度Σは、９０°から１８０°までの範囲内にある。

また、本発明のツール１００の切刃は、スカイビング円錐体１１０＊の側面から実質的に半径方向に突出していると一般的に言うことができる。

さらに、本発明のツール１００のすくい面は、ツール回転軸Ｒ１と４０°未満の鋭角をなすすくい面の法線ｎを有すると一般的に言うことができる。この角度は、０〜３０°の範囲にあることが好ましく、ゼロに等しい下限もまた、特別な場合として含まれる

図６は、本発明による機械加工された典型的な冠歯車２０を示している。冠歯車２０の歯の一部が参照符号２４で識別されている。歯２４は、半径方向に延在し、ここでは同一平面上に配置されている。各歯２４のトゥースヘッド２６は、ワークピース軸Ｒ２から半径方向に遠ざかるほど先細になっている。

図７は、典型的な双曲面ＨＹを示している。具体的には、これは１枚の双曲面である。例えば、すくい面法線の曲線は、図７に基づいて認識することができ、双曲面ＨＹの回転軸は、回転軸Ｒ１と一致している。

２０ ワークピース
２２ 歯間
２３ 底部
２４ 歯
２６ トゥースヘッド
１００ パワースカイビングツール
１０２ 切刃
１０２．２ 第２の切刃
１０４ 刃先
１０４．１ 第１の刃先
１０４．２ 第２の刃先
１０４．３ 第３の刃先
１０６．１、１０６．２ すくい面
１１０ メインボディ
１１０＊ スカイビング円錐体
１１２ 後端面
１１４ 前端面
１２０．１、１２０．２、１２０．３ 受容開口部
１３０．１ バーカッタ
１３１．１ バーカッタ頭部
１３２．１ バーカッタ軸部
１４０ 締結ねじ
ａ 軸方向オフセット
Ａ１ 設計点
ａ_ｉ 第１の高さ
ａ_ｅ 第２の高さ
Ｂ１、Ｂ２ 領域
ｂ 歯幅
Ｇ１〜Ｇ１２ グループ
ＨＹ 双曲面
Ｋ 共役な歯
Ｋ１〜Ｋ１６ 共役な歯
Ｋ１ａ、Ｋ１ｂ〜Ｋ１２ｂ 共役な歯
Ｋ１．１ 第１の共役な歯の第１の切刃
Ｋ１．２ 第１の共役な歯の第２の切刃
ｎ１ 法線ベクトル
ｎ１６ 法線ベクトル
δ ツールの部分テーパ角
Δ ワークピースの面角
ＬＫ 曲線
ｍ１、ｍ２、ｍ３ 軸線
ｍ１．１、ｍ１．２、ｍ１２．２ 軸線
Ｒ１ ツールの回転軸（ツール軸）
Ｒ２ ワークピースの回転軸（ワークピース軸）
Ｒ_Ｐｉ 内半径
Ｒ_Ｐｅ 外半径
ｒ_Ｗ０ 設計点の半径
ｒ_Ｗ０ｉ 頭側の半径
ｒ_Ｗ０ｅ ベース側の半径
Ｓｃ 交線
Ｓｐ すくい面
Σ 軸線角度
ＷＥ スカイビング面

Claims (9)

1. ワークピース回転軸（Ｒ２）を有するリング状またはディスク状のワークピース（２０）にパワースカイビング法によっていくつかの歯間（２２）を製造するためのパワースカイビングツール（１００）であって、
   前記パワースカイビングツール（１００）は、
   ツール回転軸（Ｒ１）と、
   双曲面または円錐台状であり、前記ツール回転軸（Ｒ１）に回転対称に配置されたスカイビング円錐体（１１０＊）と、
   前記スカイビング円錐体（１１０＊）の側面から実質的に半径方向に突出している複数の切刃（Ｋ１．１、Ｋ１．２、Ｋ１．３、Ｇ１．１、Ｇ１．２、Ｇ１．３）と、を備え、
   前記切刃（Ｋ１．１、Ｋ１．２、Ｋ１．３、Ｇ１．１、Ｇ１．２、Ｇ１．３）はそれぞれ、すくい面（１０６．１、１０６．２）と少なくとも１つの刃先（１０４．１、１０４．２）を有し、
   前記すくい面（１０６．１、１０６．２）は全て、前記ツール回転軸（Ｒ１）と４０°未満である鋭角をなす切削面法線（ｎ）を有し、前記パワースカイビングツール（１００）は、前記ワークピース（２０）の軸方向にオフセットしたパワースカイビングのために設計された
   ことを特徴とするパワースカイビングツール（１００）。
2. 前記鋭角は、０〜３０°の範囲内にあり、その下限値も含まれる
   ことを特徴とする請求項１に記載のパワースカイビングツール（１００）。
3. 前記軸方向にオフセットしたパワースカイビングの間、前記ツール回転軸（Ｒ１）は前記ワークピース回転軸（Ｒ２）と所定の軸線角度（Σ）をなし、
   ９０°未満の面角（Δ）を有するワークピース（２０）の場合、前記軸線角度（Σ）は、６０°から１５０°の範囲内であり、
   ９０°の面角（Δ）を有するワークピース（２０）の場合、前記軸線角度（Σ）は、９０°から１５０°の間の範囲内であり、
   ９０°よりも大きな面角（Δ）を有するワークピース（２０）の場合、前記軸線角度（Σ）は、９０°から１８０°の範囲内である
   ことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載のパワースカイビングツール（１００）。
4. 前記ワークピース（２０）の前記スカイビング円錐体（１１０＊）上には、共通の歯間（２２）をパワースカイビングするための少なくとも１つの第１の切刃（Ｋ１．１）及び１つの第２の切刃（Ｋ１．２）が設けられている
   ことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載のパワースカイビングツール（１００）。
5. 前記パワースカイビングツール（１００）は、複数の切削レベルを有する
   ことを特徴とする請求項１、２または３のいずれか１項に記載のパワースカイビングツール（１００）。
6. 前記スカイビング円錐体（１１０＊）の異なる直径上に配置された少なくとも２つまたは２つ以上の切刃（Ｋ１．１、Ｋ１．２、Ｋ１．３、Ｇ１．１、Ｇ１．２、Ｇ１．３）を有する
   ことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載のパワースカイビングツール（１００）。
7. 前記スカイビング円錐体（１１０＊）の異なる直径に刃先（１０４．１、１０４．２、１０４．３）を備える
   ことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載のパワースカイビングツール（１００）。
8. 前記切刃（Ｋ１．１、Ｋ１．２、Ｋ１．３、Ｇ１．１、Ｇ１．２、Ｇ１．３）と、前記スカイビング円錐体（１１０＊）から得られた前記メインボディ（１００）とが１つの材料から製造された一体のツールである
   ことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載のパワースカイビングツール（１００）。
9. 前記スカイビング円錐体（１１０＊）から得られたメインボディ（１００）にバーカッタ（１３０．１）を挿入し、固定するための受容開口部（１２０．１、１２０．２、１２０．３）が設けられたカッタヘッドツールであり、
   前記カッタヘッドツールは、前記受容開口部（１２０．１、１２０．２、１２０．３）に挿入し、固定された複数のバーカッタ（１３０．１）を備え、
   前記バーカッタ（１３０．１）はそれぞれ、前記パワースカイビングツール（１００）の別の切刃（Ｋ１．１、Ｋ１．２、Ｋ１．３、Ｇ１．１、Ｇ１．２、Ｇ１．３）を形成する
   ことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載のパワースカイビングツール（１００）。

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