JP2018530448A - 非対称歯を有する歯車を切削するための回転機械工具および方法 - Google Patents

Abstract

歯車に非対称歯を切削するための回転切削工具であって、歯車中、各歯（２１）が、歯車とかみあう相手方歯車の歯の輪郭とかみあう凸状の輪郭を有する作用歯面（Ａ）と、第２の凹状歯面（Ｓ）とを有し、回転切削工具は、その歯を切削するために歯車に作用する工具の回転軸に対して直角である歯車の半径Ｒｐによって交差されるように意図された工具の中間断面（Ｍ−Ｍ）に対して一方の側から他方の側に延在する全体的に螺旋状の経路上に歯（１１）を設けられる。螺旋状の歯は、歯車の歯の作用歯面（Ａ）を切削するように意図された第１の歯面（ＣＡ）と、第２の歯面（Ｓ）切削するように意図された第２の歯面（ＣＳ）とを有し、螺旋状の歯の第１の歯面（ＣＡ）の間のピッチ（Ｐ１）は一定であり、歯の第２の歯面のピッチ（Ｐ２）はピッチ（Ｐ１）より小さい。

Description

本出願は、“ＲＯＴＡＴＩＮＧ ＭＡＣＨＩＮＥ ＴＯＯＬ ＡＮＤ ＰＲＯＣＥＳＳ ＦＯＲ ＣＵＴＴＩＮＧ ＧＥＡＲＷＨＥＥＬＳ ＷＩＴＨ ＡＳＹＭＥＴＲＩＣＡＬ ＴＥＥＴＨ（非対称歯を備えた歯車を切削するための回転機械工具およびプロセス）”と題され、２０１５年１０月１５日に出願されたイタリア国特許出願番号１０２０１５００００６２２０９号の利益を主張するものであり、前出の特許出願は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

本発明は歯車の製造に関し、詳細には、非対称歯を備えた歯車を切削するための回転機械工具およびプロセスに関する。

特定の用途に関して、非常に非対称的な歯を有する歯車を使用することが有利であり、典型的にはそのような用途は、油圧ギヤポンプでの使用であり得る。

この種の歯車では、各歯は、通常はかみあう歯車の歯に当接する責を負う凸状（作用）歯面と、一緒にかみあう歯車の同期回転のための「第２」の歯面とを有する。

歯車の歯の作用歯面は、従来型の対称歯が接合面間の接触を介してかみあう方法で対向する歯車の作用歯面とともに作用する。

歯車が油圧ポンプで使用される場合、この回転方向は、加圧された液体がポンプ送給されるときに必要とされる方向と一致する。

従って、作用歯面の記載されるかみあいは、それがその歯車が使用される装置の作動状態の下で回転方向であるという点で「標準」であるとみなされる歯車の特定の回転方向で生じる。

これら非対称歯の典型的な実施形態において、有利な機能的特徴が驚くべきことに実証された。各歯はその作用歯面に対応する凸状の構成と、その第２の歯面に対応する凹状の構造とを有する。

この種の歯車は例えば特許出願の国際公開第２０１４／１９９２０２Ａ１号パンフレットに示されている。

この種の歯は、ホブ盤として知られる従来型の切削機械を使用して切削することはできない。そのような機械は、当該技術分野で周知であり、例えば、そのような機械は、「Ｐｆａｕｔｅｒシステム」とよばれる切削プロセスと、関連技術とを使用し得る。

他方、このシステムで作動するホブ盤は、生産性および製造の単純さの点で有利であり、この点では、他の知られている代替技術よりも満足の行くものである。

しかしながら、当業者は、歯の第２の歯面が凹状である顕著な非対称を歯に切削しなければならない場合、既知の回転切削工具技術を用いることは困難であると理解している。これらの場合、一種の切下げが、連続する歯の間に形成される空間内に生じ、特にこの特性が特に高い工具高さ（時に標準モジュールの４倍をも超える）と組み合される場合、この組合せにより、切削工具の１つの区画によって切削された歯の部分は、完全な切削プロセスの間、切削工具の別の区画によって、やや連続的に切削され、除去される。

驚くべきことに、各歯が回転切削工具を使用するホブ盤によって切削される際、回転切削工具が、かみあう歯車の同一構造を有する歯の輪郭と実質的に接合される第１の凸状作用歯面と、その少なくとも一部にわたり凹状の輪郭を有する第２の歯面とを提供する非対称構造を有するので、非対称歯を得ることを可能にすることが見出された。

従って、本発明の目的は、生産性の高い切削プロセスを介して回転工具によって上で特定したような歯車の歯を切削することに対する解決策を提供すること、および同時に、標準的な製造機械工具を介してあまり複雑でなく低コストの生産技術を用いて達成できる回転工具構造を特定することである。

本発明によれば、この問題は、特許請求項１に定義される回転切削工具の使用を介して解決される。

本発明はまた、特許請求項１による切削工具を用いて非対称の輪郭を有する歯を備えた歯車を切削するプロセスに関する。

本発明がより容易に理解され得るように、次にその実施形態を、単に例として、添付図面を参照して記載する。

歯車と接触される切削工具の概略図を示し、図中、歯が切削工具によって切削されている。 それが切削している歯と接触された切削工具の部分断面図である。 部分的に断面である切削工具の概略図である。 ａ）からｆ）によって識別された図３の図に似た６つの概略図を示し、切削される歯車に歯を切削するときの工具の作動の仕方を連続的に示す。 対称歯を切削するための既知の技術に従い作製された標準的な切削工具の歯が、２つの連続する歯の側面と接触した状態で歯車の２つの歯の間の空間を貫くことができる状態を示す。 対称歯を形成するのに適切な既知の技術による切削工具が、本発明が形成しようと意図する非対称歯を有する歯車の歯と干渉し、材料を除去する様子を示す図の状況に似た状況を概略図で示す。

図１および図２に示すように、非対称歯は、全体的に１０で示される本発明による切削工具によって切削することができ、この切削工具は、回転切削工具を特徴とするホブ盤によって歯車の歯を切削する技術の従来原理に従う螺旋状回旋部に沿って発達する切削歯を備える。図面を分かりやすくするために、１１で示された螺旋歯は連続的であるように示されているが、実際にはこれらは刃先を形成する溝によって中断され、これによりかみあい歯を形成するために切削プロセスの間歯車２０から材料が効果的に除去される。したがって、図面に示された切削工具の螺旋状回旋部は、工具のすべての切削歯の輪郭であるとより具体的に理解すべきである。

切削工具１０によって形成される歯車２０の各歯２１は、歯車が使用される装置内で作動するときにその歯車とかみ合う同一歯車（不図示）の同一に構成された歯に対して垂直に推進力を伝えるように作用する作用歯面Ａを有する。例えば、ギヤポンプ内で圧縮流体を送る手段として作動する機械。

歯２１の他方の歯面は、ここでは第２の歯面として定義され、Ｓによって示される。これは、その先端に近い終端部分を除いて全体的に凹形状を有し、その先端で、それは短い距離だけ、凹状歯面と作用歯面との間の接続部を提供する凸形状を有し、明確に定められた厚さを有する歯の先端を定める。

ここでは例として考慮されおよび本発明に従う歯車の特徴は、文献国際公開第２０１４／１９９２０２Ａ１号パンフレットにより詳細に示され、その記載は本記載の一部を形成すると考えるべきである。

歯２１のこの特定の形状は、両歯面が本質的に凸状の輪郭を有し、歯が標準的なモジュールの２〜３倍のオーダーの高さのものである従来型歯車の対称またはほぼ対称の歯面を有する歯を切削することを意図された従来型の構成を有する切削工具を使用することを不可能にする。

対称的な歯車の歯を形成するこれらの既知の切削工具において、切削工具の歯は、歯車の２つの連続する歯の間の空間に入り、それらの歯面と接触するが、このとき、２つの歯の間のそのような空間は、切削工具の軸と垂直に交差する、歯車の半径によって定められた位置にある（例えば図５参照）。

他方、本発明に従い製造されなければならない非対称歯を有する歯車において、歯の第２の歯面は凹状であり、その結果、連続する歯の間の空間は歯車の半径に対して切下げを形成し、この態様では、従来構造を有する回転切削工具の歯は、その空間から半径方向に抜き出すことができない。それというのも、その抜き出しは歯の有用な材料の除去をもたらし得るからであり、この効果は図６に概略的に示されている。

これに加えて、一定の構造の切れ刃を有する従来型の切削工具の歯は、それが第２の歯面を切削するのに必要な高さを常に有する場合、歯車の歯の作用歯面から材料を除去し得る。

凹状の第２歯面を有する非対称歯を有する歯車の周囲を切削するという難題は、当業者の通常知識に従えば明白に不可能であるのと対照的に、図面に示されるような切削工具構造を作り出すことによって、克服することができる。

切削工具１０は、慣習的にここでＲｐと示される、切削工具の長手軸に対して垂直な歯車の半径の２つの側を通って伸びる弧の間に画定される歯車の領域に歯を切削するために歯車上で作動する。本記載中、半径Ｒｐが横たわる切削工具の横方向断面は、切削工具の「中間セクション」Ｍ−Ｍとして示され、この断面は螺旋歯の端部間の中間位置に位置付けられるが必ずしもそのような端部から等距離にないことが理解される。

従って切削工具は、図３に示される半径Ｒｉと出口弧Ｒｕとの間に横たわる入口弧に沿って作動する。

本記載中、切削工具および切削されている歯車が図に示されるような回転の方向を有する場合、切削工具によって歯車から材料が除去され始める領域を慣習的に「入口」と称し、完全に切削された歯が切削工具との接触を離れる領域を慣習的に「出口」と定義する。

切削工具は、ＲｉとＲｐとの間に横たわる、Ｒｐとの交差部分に先行する歯車の弧内で作用するその経路の少なくとも１つの領域のテーパ状軌道によって特徴付けられる。切削工具は、代わりに、ＲｐとＲｕとの間に横たわる、Ｒｐとの交差部分の後に続く歯車の弧に作用する実質的に円筒状の経路を有する。

切削工具の半径寸法は、点線Ｉ−Ｉで図面中に示される、切削工具自体の歯の端部を包み込む表面に対応する寸法であると理解される。

切削工具のテーパ部分は、その中間セクションＭ−Ｍからその端部までの螺旋歯の領域を必ずしも完全かつ排他的に占めなくてもよく、２つの収束部分が角度αで収束する線Ｉ−Ｉ中の点は、点線Ｉ−Ｉと半径Ｒｐとの交差部分と正確に一致しなくてもよい。

切削工具の歯は、歯２１の作用歯面を形成するために歯車２０から材料を除去するように意図された歯面ＣＡと、歯車の歯２１の第２の歯面Ｓを形成するために材料を除去するように意図されたＣＳ歯面とを有する。

歯の歯面ＣＡおよびＣＳは、異なる構造を有する。

図３は、１から５まで番号付けされた、切削工具の対応する半径方向セクションに位置する切削工具１０の歯の５つの連続する断面を示し、切削工具の歯は螺旋回旋部に沿って現れ、軸方向の溝によって中断され、それはこの種の切削工具において知られているように、切れ刃を形成することが理解される。以下のことも指摘される、すなわち、図３に示される切削工具の半径方向断面によって特定される歯の数は、本発明による切削工具に固定されかつ例としてここで記載されていると考えるべきパラメータであるとみなすべきでなく、いずれの断面の歯の数も、製造される歯車の種類および寸法に依存して、および歯切削プロセスの最適化に関する熟考の基礎に依存して、図３の断面に示される数より少なくても多くてもよい。

図面で見られるように、切削工具１０の歯１１の歯面ＣＡの形状は、歯の様々な断面１〜５において一定のままであるが、歯の可変高さを考慮に入れる。実際に、歯面ＣＡは材料を除去して歯車の歯の作用歯面Ａを形成するように意図され、それはまた、対称的な形状を備えた歯の典型的な接合輪郭を有し、歯車の歯の接合輪郭に特有の運動機能に従い同一歯車の対応する歯面に当接するように意図されている。図３中Ｐ１によって示されるように、切削工具の歯の歯面ＣＡ間のピッチは一定である。これに加えて、歯の様々な断面１〜５の歯面ＣＳ間のピッチＰ２は、切削工具の全ての螺旋回旋部に沿って一定ではない。さらに、歯１１のねじ山のＣＳ歯面間のピッチＰ２は、ＣＡ歯面間のピッチＰ１より大きくなければならない。ピッチＰ１およびＰ２の大きさのこの差は、先に定義したような「入口」から「出口」領域まで、切れ刃の厚さの漸増を明白に決定する。

様々な断面１〜５を参照すると、このピッチは図３においてＰ２．１、Ｐ２．２．．．．などとして示される。ピッチＰ２．１はＰ２．２より小さくなければならず、ピッチＰ２．３、Ｐ２．４は、Ｐ２．２を超えるべきでない。

（半径ＲｉとＲｐとの間の歯車の弧内で作動する）断面３、４および５に対応する切削工具の螺旋回旋部内の歯１１の高さは、（半径ＲｕとＲｐとの間の歯車の弧内で作動する）断面１に対応する最終回旋部内の歯１１の高さよりも低くなければならない。これに加えて、半径Ｒｐによって特定される位置を越えた歯車の弧に沿って作用する断面１および２に対応する切削歯の高さは、実質的に一定であるが、３、４および５によって示される断面内の切削歯の高さは著しく変化可能である。

（図３中、３、４および５によって示される歯の断面に影響を及ぼす）そのテーパ経路中の切削工具の歯の先端に接線方向の線Ｉ−Ｉの部分の間の角度αは、入口（特に断面４および５）内の切削工具の歯が過剰に薄い先端領域を含む構造にならないように選択される。

入口として従来定義される領域内の歯および切削工具の後続の歯のこのより低い高さは、切削工具の長手部分におけるテーパ構造を決定し、歯車の角ピッチが、本出願人の名前の挙げられた出願である国際公開第２０１４／１９９２０２Ａ１号パンフレット中に示されるように、かみあい輪郭Ａを備えた対称的な歯を有する歯車を特徴とし得る角ピッチより小さいという事実による。歯車２０のより小さい角ピッチは、連続する歯の間の空間のサイズを低減し、この効果は第２の輪郭Ｓの凹状の構造によって高められ、それは、ここに提示される実施形態の記載における切削工具および歯車の仮定される回転方向の眺めにおいて、歯１１が歯車２０から材料を除去し始める場所で、歯１１の断面の高さを低減することを示唆する。

しかしながら、当業者は、歯車の切削が、上に示したように、または切削工具および歯車の回転方向を反転することによって起こり得ることを理解するだろう。対応して、切削工具が歯車に歯を形成するように働く弧の「入口」および「出口」として定義される領域は逆になる。両方の場合に、半径ＲｐとＲｉとの間の領域で歯車に作用する切削工具の螺旋回旋部のテーパ構造は、歯車の歯が歯車切削プロセスの間に破壊されることを防止する。

一目瞭然に、切削工具の歯の中間セクションが歯車の半径Ｒｐに対して明確に定められた位置にあるときに限り正確な形成は生じることができる。

上に示したことから、本発明による切削工具に、螺旋回旋部を通って現れる歯を設けることが続き、歯は非対称の歯面と、軸に沿って変化する形状とを備え、
・歯は、本実施形態において「出口」と定義される切削の周辺領域で最大断面を有し、これは従来技術の場合のものと対照的であり、それによれば、中央位置において少なくとも１つの完全な歯を備えた切削工具の歯の断面は、半径Ｒｐに一致する歯車の中心と同一線上にあり、
・歯の断面が、少なくとも限定された数の回旋部の中にあり、それは漸増する厚さを有し、その特徴は、第１のピッチＰ１と比較して第２の歯面ＣＳのピッチＰ２を増大することによって達成され（Ｐ２＞Ｐ１）、
・切削工具の螺旋歯１１は、その長手方向部分にわたって実質的に円筒状の包囲部分
と、それらの他の長手方向部分にわたってテーパ状の包囲部分とを有する。

本発明による切削工具の歯の形状、および歯車の歯を切削するための従来工具の歯の形状とのその大きな差は、それらの法線ピッチを考慮することによって、さらに特定することができる。

知られているように、法線ピッチは、作用経路に沿って測定された連続する歯の対応する輪郭の間の距離である。

従来型の対称歯では、法線ピッチＰｂは、値Ｐｂ＝Ｐ ｃｏｓβを有し、ここでβは、元の円周の接線に対する作用線の傾斜角を示す。したがって、法線ピッチＰｂは、正面ピッチＰよりも一般に小さい。

本発明による工具の歯では、図３に示されるように、歯車の第２の歯面を切削するように意図されたＣＳ歯面間の法線ピッチＰｂは、対向する歯面ＣＡの正面ピッチ以上である。

特に、歯のＣＡ歯面間の正面ピッチＰ１は、歯面ＣＳ間の法線ピッチＰｂ２．１、Ｐｂ２．２．．．よりも実質的に小さい。本出願人によって実施された実験から、法線ピッチと正面ピッチとの間の比率は、１を超える、具体的には１．０２〜１．０５の間であるように都合よく選択されると有利であることが証明されている。

一般に、工具の歯のＣＳ歯面間の法線ピッチは、全ての歯のそれよりも大きいと好ましく、それは常に切削工具の歯の基準線に関して測定され、それは歯の高さに関して中心位置に近い通過と考えることができる。

図１および３に示される切削工具が作動する方法は、図４により詳しく示され、それは、上記の回転切削工具を使用して実行できる切削のプロセスにおける６つの連続する段階を示している。これらの段階は、ｂ、ｃ、ｄおよびｆとして特定され、歯車および切削工具の回転方向を非限定的な例として上に記載したように常に考えている。

歯車２０の歯の作用歯面すなわち主歯面Ａが切削工具の歯面ＣＡによって効果的に形成され、その間、第２の輪郭Ｓの優れた部分が、徐々に材料を除去する様々な切削干渉、切削工具の設計において通常は避けられる現象を巧みに利用することによって得られる様子が図から明確にわかる。切削工具の第２の歯面は用語の厳密な意味において歯車の第２の輪郭Ｓと接合されると定義できないことがこれから得られる。

従って、ＣＡ歯面間のピッチは一定のままであることを踏まえ、切削工具の歯の厚さの漸増がＣＳ歯面間のピッチを徐々に低減する様子がより明確に注目される。工具の厚さのこの増加は、歯車の歯２１が半径Ｒｐと同一線上にある位置を通過しまた歯車の歯が切削工具の歯の間の空間から離れ始めるとき、切削工具の歯が、凹状の歯面Ｓの構造を採用しなければならない側で歯車の歯から材料を除去することを可能にする。

図４ａ〜ｆから、提案される切削工具構造および半径Ｒｐに対する歯の特有の構造により、切削工具の歯のＣＳ歯面と、歯車の歯のＳ歯面との間の接触および切削領域はＲｐと平行であることに極めて近い向きを有することが注目される。これは、歯面Ｓの凹状の構造にもかかわらず、歯車から歯を干渉することなく引き抜くことを可能にし、したがって意図する目標を達成する。

切削工具の歯の形状は螺旋経路に沿って連続的に変化するという事実を考慮して、切削工具の軸方向は固定された状態に保たれ、切削される歯車の軸に対して定められることを理解すべきである。

Claims (7)

1. 歯車に非対称歯を形成するための回転切削工具であって、前記歯車中、各歯（２１）が、前記歯車とかみあう相手方歯車の歯の輪郭と接合される凸状の輪郭を有する作用側（Ａ）と、第２の凹状側（Ｓ）とを有する回転切削工具において、前記回転切削工具は全体的に螺旋状の広がりを有する歯（１１）を設けられ、前記全体的に螺旋状の広がりは、前記歯車の半径Ｒｐによって交差されるように意図された前記工具の中間セクション（Ｍ−Ｍ）に対して一方の側および他方の側に延在し、前記半径Ｒｐは、その歯を形成するために前記歯車上で作動する前記工具の回転軸と直交し、前記螺旋状の歯は、前記歯車の歯の前記作用側（Ａ）を形成するように意図された切れ刃を画定する第１の側（ＣＡ）と、前記第２の側（Ｓ）を形成するように意図された切れ刃を画定する第２の側（ＣＳ）とを有し、前記螺旋状の歯の前記第１の側（ＣＡ）の切れ刃の間のピッチ（Ｐ１）は一定であり、前記歯の前記第２の側の切れ刃の間のピッチ（Ｐ２）は前記ピッチ（Ｐ１）より大きく、前記工具の軸方向に沿って可変であることを特徴とする回転切削工具。
2. 前記ピッチ（Ｐ２）が、前記中間セクションと、前記歯の端部の第１の端部との間に含まれる前記工具の領域で低減し、従って、それに対応して前記歯の厚さを非線形的に徐々に発達するように増大することを特徴とする、請求項１に記載の回転切削工具。
3. 前記歯の前記第２の側の実際の切削部分間のピッチが低減し始める前記工具のセクションが、前記中間セクション（Ｍ−Ｍ）と前記工具の前記第１の端部との間に位置付けられることを特徴とする、請求項１に記載の回転切削工具。
4. 前記歯車の前記第２の凹状側（Ｓ）を形成するように意図された前記第２の側（ＣＳ）の前記螺旋状の歯の前記ピッチ（Ｐ２）が、前記歯車の前記歯の前記凸状作用側（Ａ）を形成するように意図された前記第１の側（ＣＡ）の前記螺旋状の歯の前記一定のピッチ（Ｐ１）よりも平均して大きいことを特徴とする、請求項１に記載の回転切削工具。
5. 前記螺旋状の歯（１１）の高さが、前記第１の端部の反対側の前記螺旋状の歯の少なくとも一部において低減することを特徴とする、請求項１に記載の回転切削工具。
6. 前記螺旋状の歯の高さが、前記中間セクションと、前記歯の第２の端部との間に含まれる前記工具の領域の、前記第１の端部により近い部分で低減することを特徴とする、請求項４に記載の回転切削工具。
7. 歯車に非対称歯を形成する方法であって、各歯（２１）が、前記歯車とかみあう相手方歯車の歯の輪郭と接合される凸状の輪郭を有する作用側（Ａ）と、第２の凹状側（Ｓ）とを有する方法において、請求項１〜６の１つまたは複数に記載の形成工具が、前記歯車と切削係合した状態で前記歯を切削するために回転するように作製され、前記工具は軸方向に固定された位置で保持され、この際、その中間セクションＭ−Ｍは前記工具の回転軸と直交する前記歯車の半径Ｒｐ３０と整列されることを特徴とする方法。

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