JP2017024133A - 内歯車研削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内歯車を研削加工する加工機のコストを低減する内歯車研削装置を提供すること。
【解決手段】熱処理後の内歯車素材Ｗを研削加工する内歯車研削装置としての歯切り加工機Ａであって、歯車研削砥石３と、回転装置１と、駆動装置２と、を備える。歯車研削砥石３は、円錐台形状の外周３１ａに、超砥粒３４が固着された複数の歯型状の研削部３３を有する。回転装置１は、熱処理後の内歯車状素材Ｗを回転させる。駆動装置２は、内歯車状素材Ｗの第１回転軸CL1と平行な第２回転軸CL2を中心として歯車研削砥石３を回転させるとともに、歯車研削砥石３を第２回転軸CL2の方向に往復移動させる。そして、歯車研削砥石３の複数の歯型状の研削部３３は、円錐台形状の上底側である入口側の歯厚寸法Linを、円錐台形状の下底側である出口側の歯厚寸法Loutよりも短くする。
【選択図】図１

Description

本発明は、歯車研削砥石によって内歯車の歯面表面の凹凸を除去し、平滑な歯面を得る内歯車研削装置に関する。

従来、熱処理後の外歯車の仕上げ加工として、ねじ状の砥石で研削する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−１８０８９号公報

しかしながら、従来の外歯車研削装置では、内歯車を同様の装置を用いた方法で仕上げ加工（研削加工）することは不可能である。一方、熱処理後の内歯車の仕上げ加工としては、例えば、特開２０１１−０２０１８０号公報に記載されているように、砥石で研削する方法が知られているが、内歯車研削用の高価な専用機（内歯車研削盤）が必要となる、という問題がある。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、内歯車を研削加工する加工機のコストを低減する内歯車研削装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、熱処理後の内歯車素材を研削加工する内歯車研削装置であって、歯車研削砥石と、回転装置と、駆動装置と、を備える。
前記歯車研削砥石は、円錐台形状の外周に、砥粒が固着された複数の歯型状の研削部を有する。
前記回転装置は、熱処理後の内歯車状素材を回転させる。
前記駆動装置は、内歯車状素材の第１回転軸と平行な第２回転軸を中心として歯車研削砥石を回転させるとともに、歯車研削砥石を第２回転軸の方向に往復移動させる。
そして、歯車研削砥石の複数の歯型状の研削部は、円錐台形状の上底側である入口側の歯厚寸法を、円錐台形状の下底側である出口側の歯厚寸法よりも短くする。

よって、歯車研削砥石の複数の歯型状の研削部は、円錐台形状の上底側である入口側の歯厚寸法が、円錐台形状の下底側である出口側の歯厚寸法よりも短くされる。
即ち、歯車研削砥石の入口側の歯厚寸法を出口側の歯厚寸法よりも短くしたことで、熱処理後の内歯車状素材に対し、円錐台形状の歯車研削砥石を上底側である入口側から下底側である出口側へ向かって移動させて歯面研削ができる。言い換えると、回転する歯車素材に対してピニオンカッタが回転および軸方向に往復する加工機であるギアシェーパー（内歯車等の歯切り加工機）と同様の設備を用い、ピニオンカッタを歯車研削砥石に交換することによって、熱処理後の内歯車の歯面研削加工が可能となる。
この結果、内歯車を研削加工する加工機のコストを低減することができる。

実施例１の内歯車研削装置を示す全体図である。 実施例１の内歯車研削装置での歯車研削砥石を示す平面図である。 実施例１の内歯車研削装置での歯車研削砥石を示す断面図である。 実施例１の歯車研削砥石の歯の一つを径方向から視た形状を示す図３のＢ方向矢視図である。 実施例１の歯車研削砥石の歯の一つを軸方向から視た拡大断面形状を示す図３のＣ方向矢視断面図である。 実施例１の内歯車研削装置による内歯車の研削加工作用を示す側面図である。 実施例１の内歯車研削装置による内歯車の研削加工作用を示す平面図である。 実施例２の内歯車研削装置での歯車研削砥石を示す断面図である。 実施例２の歯車研削砥石の歯の一つを径方向から視た形状を示す図８のＤ方向矢視図である。

以下、本発明の内歯車研削装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例１及び実施例２に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
実施例１における内歯車研削装置は、内歯車や段付き歯車等を歯切り加工する際に一般的に用いられる歯切り加工機（ギアシェーパー）を、車両の自動変速機に用いられる遊星歯車のリングギア（内歯車の一例）の研削に適用したものである。以下、実施例１における内歯車研削装置の構成を、「内歯車研削装置の全体構成」、「歯車研削砥石の詳細構成」に分けて説明する。

［内歯車研削装置の全体構成］
図１は、実施例１の内歯車研削装置の全体構成を示す。以下、図１に基づき、内歯車研削装置の全体構成を説明する。

実施例１の内歯車研削装置は、図１に示すように、歯切り加工に用いる歯切り加工機Ａを熱処理後の内歯車素材Ｗを研削加工する内歯車研削装置として流用したものであって、回転装置１と、駆動装置２と、を備える。

前記回転装置１は、内歯４を有する熱処理後の内歯車状素材Ｗを、第１回転軸CL1を中心として回転させるものである。この回転装置１は、歯切り加工機Ａの機枠１１と、内歯車状素材チャック１２と、チャック一体軸１３と、ウォームホイール１４と、ウォーム１５と、第１モータ１６と、を有して構成される。即ち、内歯車状素材Ｗの回転構造は、第１モータ１６の回転をウォーム１５とウォームホイール１４により減速し、チャック一体軸１３及び内歯車状素材チャック１２を、第１回転軸CL1を中心として回転することで構成される。なお、内歯車状素材チャック１２には、内歯車状素材Ｗの外周面及び底面を保持する環状の素材保持部１２ａを有する。

前記駆動装置２は、内歯４を有する内歯車状素材Ｗの第１回転軸CL1と平行な第２回転軸CL2を中心として砥粒が固着された歯型状の歯車研削砥石３を回転させるとともに、歯車研削砥石３を第２回転軸CL2の方向に往復移動させるものである。この駆動装置２は、歯車研削砥石チャック２１と、第１シャフト２２と、第２シャフト２３と、第１ギア２４と、第２ギア２５と、第２モータ２６と、ピン２７と、回転/直線変換機構２８と、第３モータ２９と、を有して構成される。即ち、歯車研削砥石３の回転構造は、第２モータ２６の回転を第１ギア２４と第２ギア２５により減速し、第２シャフト２３を介して第１シャフト２２及び歯車研削砥石チャック２１を、第２回転軸CL2を中心として回転することで構成される。歯車研削砥石３の往復移動構造は、第３モータ２９の回転運動を、回転/直線変換機構２８により第１シャフト２２の直線運動に変換し、第１シャフト２２及び歯車研削砥石チャック２１を、第２回転軸CL2に沿って往復動することで構成される。

なお、第１シャフト２２は、第２シャフト２３と回転方向に係合し、軸方向に移動可能な摺動突条２２ａを有する。回転/直線変換機構２８に連結されるピン２７は、第１シャフト２２に嵌装されたリング部２７ａから突出して設けられる。歯車研削砥石チャック２１は、歯車研削砥石３を歯車研削砥石保持部２１ａに装着し、ナット２１ｂをねじ込むことにより軸心合わせ状態で固定される。

［歯車研削砥石の詳細構成］
図２は歯車研削砥石３の平面図を示し、図３は歯車研削砥石３の断面図を示し、図４は歯車研削砥石３の歯の一つを径方向から視た形状を示し、図５は歯車研削砥石３の歯の一つを軸方向から視た拡大断面形状を示す。以下、図２〜図５に基づき、構成を説明する。

前記歯車研削砥石３は、図２〜図５に示すように、砥石台金部３１と、チャック穴３２と、研削部３３と、超砥粒３４（砥粒）と、を有する。

前記砥石台金部３１は、図３に示すように、金属材による台金であり、外周３１ａを円錐面形状とし、これに上底面と下底面を加えた円錐台形状としている。なお、円錐台形状の上底側（短径側）を、研削加工時に内歯車状素材Ｗに有する内歯４へ入る入口側といい、円錐台形状の下底側（長径側）を、研削加工時に内歯車状素材Ｗに有する内歯４から出る出口側という。

前記チャック穴３２は、図２に示すように、砥石台金部３１の中心軸位置に有し、砥石チャック２１の軸部をチャック穴３２に挿通することで、歯車研削砥石３の中心軸を第２回転軸CL2に一致させて取り付ける。

前記研削部３３は、砥石台金部３１の円錐面形状による外周３１ａに有し、超砥粒３４が固着された複数のインボリュート歯型状により構成される。この研削部３３は、図４に示すように、円錐台形状の上底側である入口側の歯厚寸法Linを、円錐台形状の下底側である出口側の歯厚寸法Loutよりも短くしている。そして、上底側である入口側から下底側である出口側までの全歯幅範囲領域を、歯厚が入口側から出口側に向かって徐々に拡大する末広がり部３３ａとしている。

前記超砥粒３４は、図５に示すように、砥石台金部３１の歯型表面にメッキ層３５を有し、メッキ層３５に接着剤３６を介して固着される。ここで、「超砥粒３４」とは、一般砥粒（アルミナや炭化ケイ素等のセラミックス質の砥粒）よりも硬い材料であるダイヤモンドやＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）による砥粒をいう。特に、「ＣＢＮ」は、合成ダイヤモンドに次いで二番目に硬い物質で、立方晶窒化ホウ素から合成され、鉄系材料の研削やホーニング、精密仕上げにおいて、一般砥粒と比べてより高い生産性と非常に長い工具寿命の特性を示す。

次に、作用を説明する。
実施例１の内歯車研削装置における作用を、「内歯車素材の研削加工作用」、「内歯車研削装置の特徴作用」に分けて説明する。

［内歯車素材の研削加工作用］
図１に示す歯切り加工機Ａは、「ギアシェーパー」と呼ばれ、本来、歯車素材を回転させると共に、ピニオンカッタを歯車素材の内周に沿って回転させながら歯幅方向に往復運動させて歯切り加工する機械である。このように、「ギアシェーパー」は、２つの回転運動と１つの往復運動が可能であることで、「ギアシェーパー」に取り付けられるピニオンカッタに代え、歯車研削砥石３を取り付けることで、内歯車素材Ｗに有する内歯４の歯面研削加工が可能である。

図１に示す歯切り加工機Ａを用い、歯車素材から内歯の歯切り加工する歯切り加工作用を説明する。まず、回転装置１に歯車素材を取り付け、駆動装置２にピニオンカッタを取り付ける。そして、歯車素材を、回転装置１により回転させ、ピニオンカッタを、駆動装置２によりラジアル方向及び円周方向に所定の送り速度で送りながら、ストローク方向に往復運動させると、歯車素材の表面に溝（内歯）を形成することができる。ラジアル方向への送りは、連続的に（１ストロークの間に切り込み量を少しずつ増やしながら）行われる。一方、円周方向の送りは、同じ切り歯で削り続けないように、１ストローク毎に歯のピッチ（隣の歯までの間隔）に合わせて、間欠的に（切り歯が入れ替わるように）行われる。
以上の歯切り加工により、リング状の歯車素材から、歯車素材の内周面に内歯４が形成された内歯車状素材Ｗを得ることができる。

次に、上記歯切り加工により得られた内歯車状素材Ｗを熱処理した後、同じ歯切り加工機Ａを用い、熱処理後の内歯車状素材Ｗに有する内歯４の歯面を研削加工する研削加工作用を説明する。まず、熱処理後の内歯車状素材Ｗを回転装置１に取り付け、ピニオンカッタを外し、代わりに歯車研削砥石３を取り付ける。そして、図６及び図７に示すように、内歯車状素材Ｗを、回転装置１により回転させ、歯車研削砥石３を、駆動装置２により円周方向に所定の送り速度で送りながらストローク方向に往復運動させる。ここで、円周方向の送りは、同じ研削歯で研削し続けないように、１ストローク毎に歯のピッチ（隣の歯までの間隔）に合わせて、間欠的に（研削歯が入れ替わるように）行われる。
以上の研削加工により、内歯車状素材Ｗに有する内歯４の歯面を、歯車研削砥石３の超砥粒３４により研削仕上げした内歯車（リングギア）を得ることができる。

［内歯車研削装置の特徴作用］
実施例１では、歯車研削砥石３の複数の歯型状の研削部３３は、円錐台形状の上底側である入口側の歯厚寸法Linを、円錐台形状の下底側である出口側の歯厚寸法Loutよりも短くする構成とした。
即ち、歯車研削砥石３の入口側の歯厚寸法Linを出口側の歯厚寸法Loutよりも短くしたことで、熱処理後の内歯車状素材Ｗに対し、円錐台形状の歯車研削砥石３を上底側である入口側から下底側である出口側へ向かって移動させて歯面研削ができる。言い換えると、回転する歯車素材に対してピニオンカッタが回転および軸方向に往復する加工機であるギアシェーパー（内歯車等の歯切り加工機）と同様の設備を用い、ピニオンカッタを歯車研削砥石３に交換することによって、熱処理後の内歯車状素材Ｗの歯面研削加工が可能となる。
この結果、ギアシェーパー、或いは、ギアシェーパーと同様の設備を用いることで、内歯車を研削加工する加工機のコストが低減される。

実施例１では、歯車研削砥石３の複数の歯型状の研削部３３は、上底側である入口側から下底側である出口側までの全歯幅範囲領域を、歯厚が入口側から出口側に向かって徐々に拡大する末広がり部３３ａとする構成とした。
例えば、入口側の歯厚寸法Lin＜出口側の歯厚寸法Loutの関係は、上底側である入口側から下底側である出口側までの途中位置で段差を設けることによっても可能である。しかし、段差構造とすると、歯厚寸法Linから歯厚寸法Loutに切り替わる領域で、研削量及び研削抵抗が急増する。
これに対し、研削部３３の入口側から出口側までの全歯幅範囲領域を、歯厚が入口側から出口側に向かって徐々に拡大する末広がり部３３ａとしたことで、研削抵抗の急増がないし、ストローク量に応じて研削量を徐々に増やすという作用を示す。
従って、歯型状の研削部３３の全歯幅範囲領域を末広がり部３３ａとしたことで、研削抵抗の急増を防止しながら、内歯車状素材Ｗに有する内歯４の歯面研削精度が高められる。

次に、効果を説明する。
実施例１の内歯車研削装置にあっては、下記に列挙する効果が得られる。

(1) 熱処理後の内歯車素材Ｗを研削加工する内歯車研削装置（歯切り加工機Ａ）であって、
円錐台形状の外周３１ａに、超砥粒３４（砥粒）が固着された複数の歯型状の研削部３３を有する歯車研削砥石３と、
熱処理後の内歯車状素材Ｗを回転させる回転装置１と、
内歯車状素材Ｗの第１回転軸CL1と平行な第２回転軸CL2を中心として歯車研削砥石３を回転させるとともに、歯車研削砥石３を第２回転軸CL2の方向に往復移動させる駆動装置２と、を備え、
歯車研削砥石３の複数の歯型状の研削部３３は、円錐台形状の上底側である入口側の歯厚寸法Linを、円錐台形状の下底側である出口側の歯厚寸法Loutよりも短くする。
このため、研削加工機として、ギアシェーパー、或いは、ギアシェーパーと同様の設備を用いることで、内歯車を研削加工する加工機のコストを低減することができる。

(2) 歯車研削砥石３の複数の歯型状の研削部３３は、上底側である入口側から下底側である出口側までの全歯幅範囲領域を、歯厚が入口側から出口側に向かって徐々に拡大する末広がり部３３ａとする。
このため、(1)の効果に加え、研削抵抗の急増を防止しながら、内歯車状素材Ｗに有する内歯４の歯面研削精度を高めることができる。

実施例２は、歯車研削砥石３の複数の歯型状の研削部３３の形状を、実施例１とは異ならせた例である。

図８は実施例２の内歯車研削装置での歯車研削砥石を示し、図９は歯車研削砥石の歯の一つを径方向から視た形状を示す。以下、図８及び図９に基づき、実施例２の歯車研削砥石の詳細構成を説明する。

前記歯車研削砥石３は、図８及び図９に示すように、砥石台金部３１と、チャック穴３２と、研削部３３と、大粒径超砥粒３４（砥粒）と、を有する。なお、砥石台金部３１及びチャック穴３２の構成は、実施例１と同様であるので省略する。

前記研削部３３は、図９に示すように、実施例１と同様に、円錐台形状の上底側である入口側の歯厚寸法Linを、円錐台形状の下底側である出口側の歯厚寸法Loutよりも短くしている。研削部３３の上底側である入口側から下底側である出口側までの全歯幅範囲領域は、下底側の出口側端部から歯幅方向に所定範囲内の歯幅領域と所定範囲外の歯幅領域とに分けている。そして、所定範囲内の歯幅領域を、歯厚が等しいストレート部３３ｂとし、定範囲外の歯幅領域を、歯厚が入口側から出口側に向かって徐々に拡大する末広がり部３３ａとしている。

前記超砥粒３４については、ストレート部３３ｂに固着された砥粒径を、末広がり部３３ａに固着された砥粒径よりも細かくしている。
なお、全体構成は、実施例１の図１と同様であるので図示並びに説明を省略する。

次に、実施例２における特徴作用を説明する。
実施例２では、研削部３３の全歯幅範囲領域を２つの領域に分け、所定範囲内の歯幅領域を、歯厚が等しいストレート部３３ｂとし、所定範囲外の歯幅領域を、歯厚が入口側から出口側に向かって徐々に拡大する末広がり部３３ａとする構成としている。
即ち、内歯車状素材Ｗに有する内歯４の歯面を研削する際、歯車研削砥石３を研削方向に移動させると、末広がり部３３ａにより内歯４の歯面を粗研削した後、歯厚が等しいストレート部３３ｂにより内歯４の歯面が仕上げ研削される。
従って、歯厚が等しいストレート部３３ｂを有することにより、高精度による内歯４の歯面仕上げ研削加工が可能となる。

実施例２では、研削部３３に固着された超砥粒３４について、ストレート部３３ｂに固着された砥粒径を、末広がり部３３ａに固着された砥粒径よりも細かくする構成としている。
即ち、歯厚が等しいストレート部３３ｂにより内歯４の歯面を仕上げ研削するとき、砥粒径が微細な超砥粒３４で行われることになり、研削加工後の歯面凹凸がより小さく抑えられた滑らかな歯面になる。
従って、ストレート部３３ｂの砥粒径を細かくすることにより、より高精度による内歯４の歯面仕上げ研削加工が可能となる。

次に、効果を説明する。
実施例２の内歯車研削装置にあっては、下記の効果が得られる。

(3) 車研削砥石３の複数の歯型状の研削部３３は、全歯幅範囲領域を、下底側の出口側端部から歯幅方向に所定範囲内の歯幅領域と所定範囲外の歯幅領域とに分け、所定範囲内の歯幅領域を、歯厚が等しいストレート部３３ｂとし、所定範囲外の歯幅領域を、歯厚が入口側から出口側に向かって徐々に拡大する末広がり部３３ａとする。
このため、上記(1)の効果に加え、歯厚が等しいストレート部３３ｂを有することにより、高精度による内歯４の歯面仕上げ研削加工を行うことができる。

(4) 研削部３３に固着された砥粒（超砥粒３４）は、ストレート部３３ｂに固着された砥粒径を、末広がり部３３ａに固着された砥粒径よりも細かくする。
このため、(3)の効果に加え、ストレート部３３ｂの砥粒径を小さくすることにより、より高精度による内歯４の歯面仕上げ研削加工を行うことができる。

以上、本発明の内歯車研削装置を実施例１及び実施例２に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

実施例１，２では、ピニオンカッタが軸方向に直線運動するギアシェーパーを用い、平歯車と呼ばれる内歯車の歯面研削加工を行う例を示した。しかし、例えば、ピニオンカッタのリードに合わせて螺旋運動を行うヘリカルガイドと呼ばれる案内を使用するギアシェーパーを用いることで、はすば歯車と呼ばれる内歯車の歯面研削加工を行うことも可能である。

実施例１，２では、内歯車状素材チャック１２の減速回転機構として、ウォームホイール１４とウォーム１５に限られず、チェーン駆動機構や減速ギア機構等による減速回転機構としても良い。

実施例１，２では、歯車研削砥石３の往復移動構造として、第３モータ２９の回転運動を、ピン２７を有する回転/直線変換機構２８とする例を示した。しかし、歯車研削砥石の往復移動構造としては、回転運動を直線運動に変換可能な機構であれば如何なる機構を用いても良い。

実施例１，２では、本発明の内歯車研削装置を遊星歯車のリングギア（内歯車）に適用する例を示した。しかし、本発明の内歯車研削装置は、遊星歯車のリングギア以外の内歯車に対しても勿論適用することができる。

Ａ 歯切り加工機（内歯車研削装置）
Ｗ 熱処理後の内歯車素材
１ 回転装置
CL1 第１回転軸
２ 駆動装置
CL2 第２回転軸
３ 歯車研削砥石
３１ 砥石台金部
３１ａ 円錐台形状の外周
３２ チャック穴
３３ 研削部
３３ａ 末広がり部
３３ｂ ストレート部
３４ 超砥粒（砥粒）
Lin 入口側の歯厚寸法
Lout 出口側の歯厚寸法
４ 内歯

Claims (4)

1. 熱処理後の内歯車素材を研削加工する内歯車研削装置であって、
   円錐台形状の外周に、砥粒が固着された複数の歯型状の研削部を有する歯車研削砥石と、
   熱処理後の内歯車状素材を回転させる回転装置と、
   前記内歯車状素材の第１回転軸と平行な第２回転軸を中心として前記歯車研削砥石を回転させるとともに、前記歯車研削砥石を前記第２回転軸の方向に往復移動させる駆動装置と、を備え、
   前記歯車研削砥石の前記複数の歯型状の研削部は、前記円錐台形状の上底側である入口側の歯厚寸法を、前記円錐台形状の下底側である出口側の歯厚寸法よりも短くする
   ことを特徴とする内歯車研削装置。
2. 請求項１に記載された内歯車研削装置において、
   前記歯車研削砥石の前記複数の歯型状の研削部は、前記上底側である入口側から前記下底側である出口側までの全歯幅範囲領域を、歯厚が入口側から出口側に向かって徐々に拡大する末広がり部とする
   ことを特徴とする内歯車研削装置。
3. 請求項１に記載された内歯車研削装置において、
   前記歯車研削砥石の前記複数の歯型状の研削部は、全歯幅範囲領域を、前記下底側の出口側端部から歯幅方向に所定範囲内の歯幅領域と所定範囲外の歯幅領域とに分け、前記所定範囲内の歯幅領域を、歯厚が等しいストレート部とし、前記所定範囲外の歯幅領域を、歯厚が入口側から出口側に向かって徐々に拡大する末広がり部とする
   ことを特徴とする内歯車研削装置。
4. 請求項３に記載された内歯車研削装置において、
   前記研削部に固着された砥粒は、前記ストレート部に固着された砥粒径を、前記末広がり部に固着された砥粒径よりも細かくする
   ことを特徴とする内歯車研削装置。