JP2019018334A - 歯車加工装置及び歯車加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ねじれ角が異なる歯面を有する歯車の加工時間の短縮化を図れる歯車加工装置及び歯車加工方法を提供する。【解決手段】歯車加工装置１は、加工物１１５の回転軸線Ｌｗに対し交差角の変更が可能な回転軸線Ｌを有する加工用工具４２を用い、加工用工具４２を加工物１１５と同期回転させながら加工物１１５の回転軸線Ｌｗ方向に相対的に送り操作して歯車を切削加工する制御装置１００を備える。歯車の歯１１５ａの側面１１５Ａ，１１５Ｂは、互いのねじれ角が異なる少なくとも二つの歯面１１５ａ，１２１，１３１（１１５ｂ，１２２，１３２）を有する。そして、制御装置１００は、ねじれ角に基づいて交差角を変更することで、少なくとも二つの歯面１１５ａ，１２１，１３１（１１５ｂ，１２２，１３２）をそれぞれ切削加工する。【選択図】図７

Description

本発明は、歯車加工装置及び歯車加工方法に関する。

車両に用いられるトランスミッションには、円滑な変速操作を行うためにシンクロメッシュ機構が設けられる。図２１に示すように、キー式のシンクロメッシュ機構１１０は、メーンシャフト１１１、メーンドライブシャフト１１２、クラッチハブ１１３、キー１１４、スリーブ１１５、メーンドライブギヤ１１６、クラッチギヤ１１７、シンクロナイザーリング１１８等を備える。

メーンシャフト１１１とメーンドライブシャフト１１２は、同軸配置される。メーンシャフト１１１には、クラッチハブ１１３がスプライン嵌合され、メーンシャフト１１１とクラッチハブ１１３は共に回転する。クラッチハブ１１３の外周の３か所には、キー１１４が図略のスプリングで支持される。スリーブ１１５の内周には、内歯（スプライン）１１５ａが形成され、スリーブ１１５はキー１１４とともにクラッチハブ１１３の外周に形成される図略のスプラインに沿って回転軸線ＬＬ方向に摺動する。

メーンドライブシャフト１１２には、メーンドライブギヤ１１６が嵌合され、メーンドライブギヤ１１６のスリーブ１１５側には、テーパコーン１１７ｂが突設されたクラッチギヤ１１７が一体形成される。スリーブ１１５とクラッチギヤ１１７の間には、シンクロナイザーリング１１８が配置される。クラッチギヤ１１７の外歯１１７ａ及びシンクロナイザーリング１１８の外歯１１８ａは、スリーブ１１５の内歯１１５ａと噛み合わせ可能に形成される。シンクロナイザーリング１１８の内周は、テーパコーン１１７ｂの外周と摩擦係合可能なテーパ状に形成される。

次に、シンクロメッシュ機構１１０の動作を説明する。図２２Ａに示すように、図略のシフトレバーの操作により、スリーブ１１５及びキー１１４が図示矢印の回転軸線ＬＬ方向に移動する。キー１１４は、シンクロナイザーリング１１８を回転軸線ＬＬ方向に押して、シンクロナイザーリング１１８の内周をテーパコーン１１７ｂの外周に押し付ける。これにより、クラッチギヤ１１７、シンクロナイザーリング１１８及びスリーブ１１５は、同期回転を開始する。

そして、図２２Ｂに示すように、キー１１４は、スリーブ１１５に押し下げられてシンクロナイザーリング１１８を回転軸線ＬＬ方向にさらに押し付けるので、シンクロナイザーリング１１８の内周とテーパコーン１１７ｂの外周との密着度は増し、強い摩擦力が発生してクラッチギヤ１１７、シンクロナイザーリング１１８及びスリーブ１１５は同期回転する。クラッチギヤ１１７の回転数とスリーブ１１５の回転数が完全に同期すると、シンクロナイザーリング１１８の内周とテーパコーン１１７ｂの外周との摩擦力が消滅する。

そして、スリーブ１１５及びキー１１４が図示矢印の回転軸線ＬＬ方向にさらに移動すると、キー１１４はシンクロナイザーリング１１８の溝１１８ｂに嵌って止まるが、スリーブ１１５はキー１１４の凸部１１４ａを越えて移動し、スリーブ１１５の内歯１１５ａがシンクロナイザーリング１１８の外歯１１８ａと噛み合う。そして、図２２Ｃに示すように、スリーブ１１５は図示矢印の回転軸線ＬＬ方向にさらに移動し、スリーブ１１５の内歯１１５ａがクラッチギヤ１１７の外歯１１７ａと噛み合う。以上により変速が完了する。

以上のようなシンクロメッシュ機構１１０においては、走行中におけるクラッチギヤ１１７の外歯１１７ａとスリーブ１１５の内歯１１５ａとのギヤ抜け防止のため、図２３及び図２４に示すように、スリーブ１１５の内歯１１５ａには、テーパ状のギヤ抜け防止部１２０が設けられ、クラッチギヤ１１７の外歯１１７ａには、ギヤ抜け防止部１２０とテーパ嵌合するテーパ状の図略のギヤ抜け防止部が設けられる。なお、以下の説明では、スリーブ１１５の内歯１１５ａの図示左側の側面１１５Ａを左側面１１５Ａ（本発明の「一方側の側面」に相当）といい、スリーブ１１５の内歯１１５ａの図示右側の側面１１５Ｂを右側面１１５Ｂ（本発明の「他方側の側面」に相当）という。

そして、スリーブ１１５の内歯１１５ａの左側面１１５Ａは、左歯面１１５ｂ（本発明の「第一歯面」に相当）と、この左歯面１１５ｂとねじれ角が異なる歯面１２１（以下、左テーパ歯面１２１という、本発明の「第二歯面」に相当）及び歯面１３１（以下、左チャンファ（面取り）歯面１３１という、本発明の「第三歯面」に相当）を有する。左テーパ歯面１２１は、内歯１１５ａの端面側にて左チャンファ歯面１３１と連なるように形成される。また、スリーブ１１５の内歯１１５ａの右側面１１５Ｂは、右歯面１１５ｃ（本発明の「第四歯面」に相当）と、この右歯面１１５ｃとねじれ角が異なる歯面１２２（以下、右テーパ歯面１２２という、本発明の「第五歯面」に相当）及び歯面１３２（以下、右チャンファ（面取り）歯面１３２という、本発明の「第六歯面」に相当）を有する。右テーパ歯面１２２は、内歯１１５ａの端面側にて右チャンファ歯面１３２と連なるように形成される。

本例では、左歯面１１５ｂのねじれ角は０度、左テーパ歯面１２１のねじれ角はθｆ度、左チャンファ歯面１３１のねじれ角はθＬ度であり、右歯面１１５ｃのねじれ角は０度、右テーパ歯面１２２のねじれ角はθｒ度、右チャンファ歯面１３２のねじれ角はθＲ度である。そして、左テーパ歯面１２１、この左テーパ歯面１２１と左歯面１１５ｂを繋ぐ歯面１２１ａ（以下、左サブ歯面１２１ａという）及び左チャンファ歯面１３１、並びに右テーパ歯面１２２、この右テーパ歯面１２２と右歯面１１５ｃを繋ぐ歯面１２２ａ（以下、右サブ歯面１２２ａという）及び右チャンファ歯面１３２が、ギヤ抜け防止部１２０を構成する。なお、ギヤ抜け防止は、左テーパ歯面１２１とクラッチギヤ１１７のギヤ抜け防止部とがテーパ嵌合することにより達成される。また、左チャンファ歯面１３１及び右チャンファ歯面１３２は、クラッチギヤ１１７のギヤ抜け防止部との噛み合わせをスムーズに行うためのものである。

このように、スリーブ１１５の内歯１１５ａの構造は複雑であり、また、スリーブ１１５は大量生産が必要な部品であるため、一般的に、スリーブ１１５の内歯１１５ａの左歯面１１５ｂ及び右歯面１１５ｃは、ブローチ加工やギヤシェーパ加工等により形成され、ギヤ抜け防止部１２０の左テーパ歯面１２１及び右テーパ歯面１２２は、ローリング加工（特許文献１参照）により形成され、ギヤ抜け防止部１２０の左チャンファ歯面１３１及び右チャンファ歯面１３２は、エンドミル加工（特許文献２参照）やパンチ加工（特許文献３参照）により形成される。

実用新案登録第２５４７９９９号公報 特開２００４−７６８３７号公報 特公平３−５５２１５号公報

上述のように、ギヤ抜け防止部１２０の加工は、塑性加工であるローリング加工、エンドミル加工、パンチ加工と多岐にわたり、さらに加工精度を高めるには、発生したバリを除去する工程が必要であるため、加工時間が長くなる傾向にある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ねじれ角が異なる歯面を有する歯車の加工時間の短縮化を図れる歯車加工装置及び歯車加工方法を提供することを目的とする。

本発明の歯車加工装置は、加工物の回転軸線に対し交差角の変更が可能な回転軸線を有する加工用工具を用い、前記加工用工具を前記加工物と同期回転させながら前記加工物の回転軸線方向に相対的に送り操作して歯車を切削加工する制御装置を備える歯車加工装置であって、前記歯車の歯の側面は、互いのねじれ角が異なる少なくとも二つの歯面を有し、前記制御装置は、前記ねじれ角に基づいて前記交差角を変更することで、前記少なくとも二つの歯面をそれぞれ切削加工する。

本発明の歯車加工装置では、ねじれ角が異なる歯面を切削加工のみで形成しているので、従来よりも加工時間を大幅に短縮できる。

本発明の歯車加工方法は、加工物の回転軸線に対し交差角の変更が可能な回転軸線を有する加工用工具を用い、前記加工用工具を前記加工物と同期回転させながら前記加工物の回転軸線方向に相対的に送り操作して歯車を切削加工する歯車加工方法であって、前記歯車の歯の一方側の側面は、第一歯面と、前記第一歯面とねじれ角が異なる第二歯面と、前記第一歯面及び前記第二歯面とねじれ角が異なり且つ前記第二歯面よりも前記歯車の歯の端面側にて前記第二歯面と連なるように形成される第三歯面とを有し、前記歯車の歯の他方側の側面は、第四歯面と、前記第四歯面とねじれ角が異なる第五歯面と、前記第四歯面及び前記第五歯面とねじれ角が異なり且つ前記第五歯面よりも前記歯車の歯の端面側にて前記第五歯面と連なるように形成される第六歯面とを有する。

そして、前記歯車加工方法は、最初に前記交差角を第一交差角に設定して前記第一歯面及び前記第四歯面を少なくとも荒加工する工程と、次に前記交差角を第二交差角に変更して前記第三歯面を加工するとともに前記交差角を第三交差角に変更して前記第六歯面を加工する工程と、次に前記交差角を第四交差角に変更して前記第二歯面を加工するとともに前記交差角を第五交差角に変更して前記第五歯面を加工する工程と、最後に前記交差角を第一交差角に変更して前記第一歯面及び前記第四歯面を仕上げ加工する工程と、を備える。

本発明の歯車加工方法では、ねじれ角が異なる歯面を順に切削加工して形成しているので、各切削加工で発生するバリを順に除去でき、最後に発生するバリは仕上げ切削加工で除去できる。よって、バリ取りの工程を別に設ける必要がなく、従来よりも加工時間を大幅に短縮できる。

本発明の実施の形態に係る歯車加工装置の全体構成を示す図である。 図１の制御装置によるテーパ歯面加工用工具の工具設計処理を説明するためのフローチャートである。 図１の制御装置によるチャンファ歯面加工用工具の工具設計処理を説明するためのフローチャートである。 図１の制御装置による工具状態設定処理を説明するためのフローチャートである。 図１の制御装置による内歯歯面及びチャンファ歯面の加工制御処理を説明するためのフローチャートである。 図１の制御装置によるテーパ歯面及び内歯歯面の加工制御処理を説明するための図５の続きのフローチャートである。 内歯歯面、テーパ歯面及びチャンファ歯面のねじれ角、各加工用工具のねじれ角及び各歯面を各加工用工具で加工するときの交差角を示す図である。 加工用工具の概略構成を工具端面側から回転軸線方向に見た図である。 図８Ａの加工用工具の概略構成を径方向に見た一部断面図である。 図８Ｂの加工用工具の工具刃の拡大図である。 左テーパ歯面を加工する際のテーパ歯面加工用工具を設計する際の加工用工具と加工物との寸法関係を示す図である。 左テーパ歯面を加工する際のテーパ歯面加工用工具を設計する際の加工用工具と加工物との位置関係を示す図である。 右テーパ歯面を加工する際のテーパ歯面加工用工具を設計する際の加工用工具と加工物との寸法関係を示す図である。 加工用工具の刃先幅及び刃厚を求める際に使用する加工用工具の各部位を示す図である。 テーパ歯面を加工するための加工用工具の概略構成を径方向に見た図である。 チャンファ歯面を加工するための加工用工具の工具刃の概略構成を軸線方向に見た図である。 チャンファ歯面加工用工具を設計する際の加工用工具と加工物との及び寸法関係を示す図である。 チャンファ歯面加工用工具を設計する際の加工用工具と加工物との位置関係を示す図である。 左チャンファ歯面加工用工具の概略構成を径方向に見た図である。 右チャンファ歯面加工用工具の概略構成を径方向に見た図である。 加工用工具の回転軸線の方向の工具位置を変更するときの加工用工具と加工物との位置関係を示す図である。 軸線方向位置を変更したときの加工状態を示す第一の図である。 軸線方向位置を変更したときの加工状態を示す第二の図である。 軸線方向位置を変更したときの加工状態を示す第三の図である。 加工物の回転軸線に対する加工用工具の回転軸線の傾斜を表す交差角を変更するときの加工用工具と加工物との位置関係を示す図である。 交差角を変更したときの加工状態を示す第一の図である。 交差角を変更したときの加工状態を示す第二の図である。 交差角を変更したときの加工状態を示す第三の図である。 加工用工具の回転軸線方向位置及び交差角を変更するときの加工用工具と加工物との位置関係を示す図である。 軸線方向位置及び交差角を変更したときの加工状態を示す第一の図である。 軸線方向位置及び交差角を変更したときの加工状態を示す第二の図である。 内歯歯面を荒・中仕上げ加工したときのバリの発生状態を径方向に見た図である。 チャンファ歯面を加工したときのバリの発生状態を径方向に見た図である。 テーパ歯面を加工したときのバリの発生状態を径方向に見た図である。 内歯歯面を仕上げ加工したときのバリの除去状態を径方向に見た図である。 左テーパ歯面を加工する前の加工用工具の位置を径方向に見た図である。 左テーパ歯面を加工するときの加工用工具の位置を径方向に見た図である。 左テーパ歯面を加工した後の加工用工具の位置を径方向に見た図である。 内歯歯面、テーパ歯面及びチャンファ歯面のねじれ角、加工用工具のねじれ角及び各歯面を加工用工具で加工するときの交差角を示す図である。 加工物であるスリーブを有するシンクロメッシュ機構を示す断面図である。 図２１のシンクロメッシュ機構の作動開始前の状態を示す断面図である。 図２１のシンクロメッシュ機構の作動中の状態を示す断面図である。 図２１のシンクロメッシュ機構の作動完了後の状態を示す断面図である。 加工物であるスリーブのギヤ抜け防止部を示す斜視図である。 図２３のスリーブのギヤ抜け防止部を径方向から見た図である。

（１．歯車加工装置の機械構成）
本実施形態では、歯車加工装置の一例として、５軸マシニングセンタを例に挙げ、図１を参照して説明する。つまり、当該歯車加工装置１は、駆動軸として、相互に直交する３つの直進軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）及び２つの回転軸（Ｘ軸線に平行なＡ軸、Ａ軸線に直角なＣ軸）を有する装置である。

ここで、背景技術で述べたように、ギヤ抜け防止部１２０の加工は多岐にわたるため、加工時間が長くなる傾向にある。また、ギヤ抜け防止部１２０は、塑性加工であるローリング加工やパンチ加工で形成されるため、バリが発生して加工精度が低くなる傾向にある。そこで、上述の歯車加工装置１では、後述する加工用工具４２による切削加工で、スリーブ１１５の内歯１１５ａの左歯面１１５ｂ及び右歯面１１５ｃと、ギヤ抜け防止部１２０の左チャンファ歯面１３１及び右チャンファ歯面１３２と、ギヤ抜け防止部１２０の左テーパ歯面１２１及び右テーパ歯面１２２を形成する。

すなわち、スリーブ１１５と加工用工具４２とを同期回転させ、加工用工具４２を加工物Ｗの回転軸線方向に送ることにより、先ずスリーブ１１５の内歯１１５ａの左歯面１１５ｂ及び右歯面１１５ｃを荒切削加工及び中仕上げ切削加工し、次にギヤ抜け防止部１２０の左チャンファ歯面１３１及び右チャンファ歯面１３２を切削加工する。次にギヤ抜け防止部１２０の左テーパ歯面１２１及び右テーパ歯面１２２を切削加工し、最後にスリーブ１１５の内歯１１５ａの左歯面１１５ｂ及び右歯面１１５ｃを仕上げ切削加工する。これにより、切削加工のみで全ての歯面を加工でき、さらに各切削加工で発生するバリを順に除去でき、特に最後に発生するバリは仕上げ切削加工で除去できるので、従来よりも加工時間を大幅に短縮できる。

図１に示すように、歯車加工装置１は、ベッド１０と、コラム２０と、サドル３０と、回転主軸４０と、テーブル５０と、チルトテーブル６０と、ターンテーブル７０と、加工物保持具８０と、制御装置１００等とから構成される。なお、図示省略するが、ベッド１０と並んで既知の自動工具交換装置が設けられる。

ベッド１０は、ほぼ矩形状からなり、床上に配置される。このベッド１０の上面には、コラム２０をＸ軸線に平行な方向に駆動するための、図略のＸ軸ボールねじが配置される。そして、ベッド１０には、Ｘ軸ボールねじを回転駆動するＸ軸モータ１１ｃが配置される。

コラム２０のＹ軸線に平行な側面（摺動面）２０ａには、サドル３０をＹ軸線に平行な方向に駆動するための、図略のＹ軸ボールねじが配置される。そして、コラム２０には、Ｙ軸ボールねじを回転駆動するＹ軸モータ２３ｃが配置される。

回転主軸４０は、加工用工具４２を支持し、サドル３０内に回転可能に支持され、サドル３０内に収容された主軸モータ４１により回転される。加工用工具４２は、図略の工具ホルダに保持されて回転主軸４０の先端に固定され、回転主軸４０の回転に伴って回転する。また、加工用工具４２は、コラム２０及びサドル３０の移動に伴ってベッド１０に対してＸ軸線に平行な方向及びＹ軸線に平行な方向に移動する。なお、加工用工具４２の詳細は後述する。

さらに、ベッド１０の上面には、テーブル５０をＺ軸線に平行な方向に駆動するための、図略のＺ軸ボールねじが配置される。そして、ベッド１０には、Ｚ軸ボールねじを回転駆動するＺ軸モータ１２ｃが配置される。

テーブル５０の上面には、チルトテーブル６０を支持するチルトテーブル支持部６３が設けられる。そして、チルトテーブル支持部６３には、チルトテーブル６０がＡ軸線に平行な軸線回りで回転（揺動）可能に設けられる。チルトテーブル６０は、テーブル５０内に収容されたＡ軸モータ６１により回転（揺動）される。

チルトテーブル６０には、ターンテーブル７０がＣ軸線に平行な軸線回りで回転可能に設けられる。ターンテーブル７０には、加工物としてスリーブ１１５を保持する加工物保持具８０が装着される。ターンテーブル７０は、スリーブ１１５及び加工物保持具８０とともにＣ軸モータ６２により回転される。

制御装置１００は、加工制御部１０１と、工具設計部１０２と、工具状態演算部１０３と、記憶部１０４等とを備える。ここで、加工制御部１０１、工具設計部１０２、工具状態演算部１０３及び記憶部１０４は、それぞれ個別のハードウエアにより構成することもできるし、ソフトウエアによりそれぞれ実現する構成とすることもできる。

加工制御部１０１は、主軸モータ４１を制御して、加工用工具４２を回転させ、Ｘ軸モータ１１ｃ、Ｚ軸モータ１２ｃ、Ｙ軸モータ２３ｃ、Ａ軸モータ６１及びＣ軸モータ６２を制御して、スリーブ１１５と加工用工具４２とをＸ軸線に平行な方向、Ｚ軸線に平行な方向、Ｙ軸線に平行な方向、Ａ軸線に平行な軸線回り及びＣ軸線に平行な軸線回りに相対移動することにより、スリーブ１１５の切削加工を行う。

工具設計部１０２は、詳細は後述するが、加工用工具４２の工具刃４２ａのねじれ角β（図８Ｃ参照）等を求めて加工用工具４２を設計する。
工具状態演算部１０３は、詳細は後述するが、スリーブ１１５に対する加工用工具４２の相対的な位置及び姿勢である工具状態を演算する。

記憶部１０４には、加工用工具４２に関する工具データ、すなわち刃先円直径ｄａ、基準円直径ｄ、刃末のたけｈａ、モジュールｍ、転位係数λ、圧力角α、正面圧力角αｔ及び刃先圧力角αａ、及びスリーブ１１５の切削加工を行うための加工データは予め記憶される。また、記憶部１０４は、加工用工具４２を設計する際に入力される工具刃４２ａの刃数Ｚ等を記憶し、また、工具設計部１０２で設計された加工用工具４２の形状データや工具状態演算部１０３で演算された工具状態を記憶する。

（２．加工用工具）
スリーブ１１５のギヤ抜け防止部１２０の切削加工は、３つの加工用工具４２において歯車の歯面のねじれ角と工具刃のねじれ角との差で表される交差角をそれぞれ変更することで対応可能となることを本発明者は見い出した。３つの加工用工具４２として具体的には、図７に示すように、スリーブ１１５の内歯１１５ａの左歯面１１５ｂ及び右歯面１１５ｃ、左サブ歯面１２１ａを含む左テーパ歯面１２１及び右サブ歯面１２２ａを含む右テーパ歯面１２２を切削加工するための加工用工具（以下、第一加工用工具４２Ｆという）と、左チャンファ歯面１３１を切削加工するための加工用工具（以下、第二加工用工具４２Ｌという）と、右チャンファ歯面１３２を切削加工するための加工用工具（以下、第三加工用工具４２Ｒという）が用いられる。

ここで、本例のスリーブ１１５のギヤ抜け防止部１２０の内歯１１５ａの左歯面１１５ｂ及び右歯面１１５ｃ、左テーパ歯面１２１、右テーパ歯面１２２、左チャンファ歯面１３１及び右チャンファ歯面１３２の各ねじれ角は、０度、θｆ度、θｒ度、θＬ度、θＲ度であり、第一加工用工具４２Ｆ、第二加工用工具４２Ｌ及び第三加工用工具４２Ｒの各ねじれ角は、β度、βＬ度、βＲ度である。

そして、内歯１１５ａの左歯面１１５ｂ及び右歯面１１５ｃを第一加工用工具４２Ｆで切削加工する際の交差角（第一交差角）は、φ、左テーパ歯面１２１を第一加工用工具４２Ｆで切削加工する際の交差角（第四交差角）は、φｆ、右テーパ歯面１２２を第一加工用工具４２Ｆで切削加工する際の交差角（第五交差角）は、φｒ、左チャンファ歯面１３１を第二加工用工具４２Ｌで切削加工する際の交差角（第二交差角）は、φＬ、右チャンファ歯面１３２を第一加工用工具４２Ｆで切削加工する際の交差角（第三交差角）は、φＲである。

このように、３つの加工用工具４２の工具刃のねじれ角は、歯車の歯面のねじれ角及び歯車加工装置１で設定される交差角に基づいて決定できるので、３つの加工用工具４２を簡易に設計できる。また、ギヤ抜け防止部１２０は、切削加工により形成されるので、加工精度を向上でき、ギヤ抜けを確実に防止できる。

先ず、第一加工用工具４２Ｆを設計する場合について説明する。第一加工用工具４２Ｆは、内歯１１５ａの左歯面１１５ｂ及び右歯面１１５ｃ、左テーパ歯面１２１及び右テーパ歯面１２２の各形状に基づいて設計される。図８Ａに示すように、第一加工用工具４２Ｆを工具端面４２Ａ側から工具軸線（回転軸線）Ｌ方向に見たときの工具刃４２ａｆの形状は、本例ではインボリュート曲線形状と同一形状に形成される。

そして、図８Ｂに示すように、第一加工用工具４２Ｆの工具刃４２ａｆには、工具端面４２Ａ側に工具軸線Ｌと直角な平面に対し、角度γ傾斜したすくい角が設けられ、工具周面４２Ｂ側に工具軸線Ｌと平行な直線に対し、角度δ傾斜した前逃げ角が設けられる。そして、図８Ｃに示すように、工具刃４２ａｆの刃すじ４２ｂｆは、工具軸線Ｌと平行な直線に対し、角度β傾斜したねじれ角を有する。

上述のように、スリーブ１１５のギヤ抜け防止部１２０の切削加工は、先ず内歯１１５ａの左歯面１１５ｂ及び右歯面１１５ｃを形成し、次に左テーパ歯面１２１及び右テーパ歯面１２２を既に形成された内歯１１５ａに対し形成する。本例では、内歯１１５ａの左歯面１１５ｂ及び右歯面１１５ｃのねじれ角は０度であるため、第一加工用工具４２Ｆの工具刃４２ａｆは、内歯１１５ａを切削加工中に隣り合う内歯１１５ａに干渉することはない。

一方、左サブ歯面１２１ａを含む左テーパ歯面１２１及び右サブ歯面１２２ａを含む右テーパ歯面１２２は、ねじれ角を有する。このため、第一加工用工具４２Ｆの工具刃４２ａｆは、内歯１１５ａを切削加工中に隣り合う内歯１１５ａに干渉せずに、左サブ歯面１２１ａを含む左テーパ歯面１２１及び右サブ歯面１２２ａを含む右テーパ歯面１２２を確実に切削加工できる形状にすることが必要となる。なお、以下では、左サブ歯面１２１ａを含む左テーパ歯面１２１を例に説明するが、右サブ歯面１２２ａを含む右テーパ歯面１２２についても同様である。

具体的には、図９Ａに示すように、工具刃４２ａｆが、左テーパ歯面１２１の歯すじ長ｆｆ分だけ切削したとき、工具刃４２ａの刃先幅Ｓａｆが、左サブ歯面１２１ａの歯すじ長ｇｆより大きく、且つ工具刃４２ａｆの基準円Ｃｂ上の刃厚Ｔａｆ（図１０参照）が、左テーパ歯面１２１とこの左テーパ歯面１２１に対向する右テーパ歯面１２２の開放端部との距離Ｈｆ（以下、歯面間隔Ｈｆという）以下になるように工具刃４２ａｆを設計することが必要となる。このとき、工具刃４２ａｆの耐久性、例えば欠損等も考慮して工具刃４２ａｆの刃先幅Ｓａｆ及び工具刃４２ａｆの基準円Ｃｂ上の刃厚Ｔａｆを設定する。

この工具刃４２ａｆの設計には、図９Ｂに示すように、先ず、左テーパ歯面１２１のねじれ角θｆと工具刃４２ａｆのねじれ角βとの差で表される交差角φｆ（以下、第一加工用工具４２Ｆの交差角φｆという）を設定する必要がある。左テーパ歯面１２１のねじれ角θｆは、既知の値であり、第一加工用工具４２Ｆの交差角φｆは、歯車加工装置１によって設定可能範囲が設定されているので、作業者は任意の交差角φｆを暫定的に設定する。

次に、既知の左テーパ歯面１２１のねじれ角θｆ及び設定した第一加工用工具４２Ｆの交差角φｆから工具刃４２ａｆのねじれ角βを求め、工具刃４２ａｆの刃先幅Ｓａｆ及び工具刃４２ａｆの基準円Ｃｂ上の刃厚Ｔａｆを求める。以上の処理を繰り返すことで、左テーパ歯面１２１を切削加工するための最適の工具刃４２ａｆを有する第一加工用工具４２Ｆを設計する。以下に、工具刃４２ａｆの刃先幅Ｓａｆ及び工具刃４２ａｆの基準円Ｃｂ上の刃厚Ｔａｆを求めるための演算例を説明する。

図１０に示すように、工具刃４２ａｆの刃先幅Ｓａｆは、刃先円直径ｄａ及び刃先円刃厚の半角Ψａｆで表される（式（１）参照）。

刃先円直径ｄａは、基準円直径ｄ及び刃末のたけｈａで表され（式（２）参照）、さらに、基準円直径ｄは、工具刃４２ａｆの刃数Ｚ、工具刃４２ａｆの刃すじ４２ｂｆのねじれ角β及びモジュールｍで表され（式（３）参照）、刃末のたけｈａは、転位係数λ及びモジュールｍで表される（式（４）参照）。

刃先円刃厚の半角Ψａｆは、工具刃４２ａｆの刃数Ｚ、転位係数λ、圧力角α、正面圧力角αｔ及び刃先圧力角αａで表される（式（５）参照）。なお、正面圧力角αｔは、圧力角α及び工具刃４２ａｆの刃すじ４２ｂｆのねじれ角βで表すことができ（式（６）参照）、刃先圧力角αａは、正面圧力角αｔ、刃先円直径ｄａ及び基準円直径ｄで表すことができる（式（７）参照）。

また、工具刃４２ａｆの刃厚Ｔａｆは、基準円直径ｄ及び刃厚Ｔａｆの半角Ψｆで表される（式（８）参照）。

基準円直径ｄは、工具刃４２ａｆの刃数Ｚ、工具刃４２ａｆの刃すじ４２ｂｆのねじれ角β及びモジュールｍで表される（式（９）参照）。

刃厚Ｔａｆの半角Ψｆは、工具刃４２ａｆの刃数Ｚ、転位係数λ及び圧力角αで表される（式（１０）参照）。

以上の左テーパ歯面１２１についての処理は、図９Ｃに示すように、右テーパ歯面１２２についても同様に行う。なお、図９Ｃにおいて、右テーパ歯面１２２の歯すじ長はｆｒで示し、右サブ歯面１２２ａの歯すじ長はｇｒで示し、右テーパ歯面１２２とこの右テーパ歯面１２２に対向する左テーパ歯面１２１の開放端部との距離はＨｒ（以下、歯面間隔Ｈｒという）で示す。

以上により、図１１に示すように、第一加工用工具４２Ｆは、工具端面４２Ａを図示下方に向けて工具軸線Ｌに直角な方向から見たとき、工具刃４２ａｆの刃すじ４２ｂｆは、左下方から右上方に傾斜するねじれ角βを有するように設計される。以上の第一加工用工具４２Ｆの設計は、制御装置１００の工具設計部１０２において行われるものであり、その処理の詳細は後述する。

次に、第三加工用工具４２Ｒを設計する場合について説明する。第三加工用工具４２Ｒは、右チャンファ歯面１３２の形状に基づいて設計される。なお、第二加工用工具４２Ｌは、第三加工用工具４２Ｒと同様に左チャンファ歯面１３１の形状に基づいて設計されるものであり、その設計についての詳細な説明は省略する。

第三加工用工具４２Ｒは、上述の第一加工用工具４２Ｆの形状（図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｃ参照）と比較して、第一加工用工具４２Ｆの工具刃４２ａｆの形状（インボリュート曲線形状）以外は略同一形状に形成される。すなわち、図１２に示すように、第三加工用工具４２Ｒの工具刃４２ａＲの形状は、右チャンファ歯面１３２の圧力角が略０度であるため、本例では略矩形状に形成される。

スリーブ１１５の右チャンファ歯面１３２は、既に形成されたスリーブ１１５の内歯１１５ａに対し、第三加工用工具４２Ｒで切削加工を行うことで形成される。このため、第三加工用工具４２Ｒの工具刃４２ａＲは、内歯１１５ａを切削加工中に隣り合う内歯１１５ａに干渉せずに、右チャンファ歯面１３２を確実に切削加工できる形状にすることが必要となる。

具体的には、図１３Ａに示すように、工具刃４２ａＲが、右チャンファ歯面１３２の歯すじ長ｒｒ分だけ切削したとき、工具刃４２ａＲの刃先幅ＳａＲが、右チャンファ歯面１３２とこの右チャンファ歯面１３２に対向する内歯１１５ａの左歯面１１５ｂとの距離ＪＲ（以下、歯面間隔ＪＲという）以下になるように工具刃４２ａＲを設計することが必要となる。このとき、工具刃４２ａＲの耐久性、例えば欠損等も考慮して工具刃４２ａＲの刃先幅ＳａＲを設定する。

この工具刃４２ａＲの設計には、図１３Ｂに示すように、先ず、右チャンファ歯面１３２のねじれ角θＲと工具刃４２ａＲのねじれ角βＲとの差で表される交差角φＲ（以下、第三加工用工具４２Ｒの交差角φＲという）を設定する必要がある。右チャンファ歯面１３２のねじれ角θＲは、既知の値であり、第三加工用工具４２Ｒの交差角φＲは、歯車加工装置１によって設定可能範囲が設定されているので、作業者は任意の交差角φＲを暫定的に設定する。

次に、既知の右チャンファ歯面１３２のねじれ角θＲ及び設定した第三加工用工具４２Ｒの交差角φＲから工具刃４２ａＲのねじれ角βＲを求め、工具刃４２ａＲの刃先幅ＳａＲを求める。以上の処理を繰り返すことで、右チャンファ歯面１３２を切削加工するための最適の工具刃４２ａＲを有する第三加工用工具４２Ｒを設計する。

以上により、図１４Ａに示すように、第三加工用工具４２Ｒは、工具端面４２Ａを図示下方に向けて工具軸線Ｌに直角な方向から見たとき、工具刃４２ａＲの刃すじ４２ｂＲは、左下方から右上方に傾斜するねじれ角βＲを有するように設計される。また、図１４Ｂに示すように、第二加工用工具４２Ｌは、工具端面４２Ａを図示下方に向けて工具軸線Ｌに直角な方向から見たとき、工具刃４２ａＬの刃すじ４２ｂＬは、右下方から左上方に傾斜するねじれ角βＬを有するように設計される。

（３．歯車加工装置における加工用工具の工具状態）
次に、設計した第一加工用工具４２Ｆを歯車加工装置１に適用し、第一加工用工具４２Ｆの工具状態として第一加工用工具４２Ｆの工具軸線Ｌの方向の工具位置（以下、第一加工用工具４２Ｆの軸線方向位置という）や第一加工用工具４２Ｆの交差角φｆを変化させて、左テーパ歯面１２１を切削加工したときの加工精度について検討する。

なお、第一加工用工具４２Ｆで内歯１１５ａの左歯面１１５ｂ、右歯面１１５ｃ及び右テーパ歯面１２２を切削加工したときの加工精度、第二加工用工具４２Ｌで左チャンファ歯面１３１を切削加工したときの加工精度及び第三加工用工具４２Ｒで右チャンファ歯面１３２を切削加工したときの加工精度も同様であるので、詳細な説明は省略する。

例えば、図１５Ａに示すように、第一加工用工具４２Ｆの軸線方向位置、すなわち第一加工用工具４２Ｆの工具端面４２Ａと工具軸線Ｌとの交点Ｐが、スリーブ１１５の回転軸線Ｌｗ上に位置する場合（オフセット量０）、第一加工用工具４２Ｆの工具軸線Ｌ方向に距離＋ｋだけオフセットした場合（オフセット量＋ｋ）、及び第一加工用工具４２Ｆの工具軸線Ｌ方向に距離−ｋだけオフセットした場合（オフセット量−ｋ）で左テーパ歯面１２１を加工した。なお、第一加工用工具４２Ｆの交差角φｆは全て一定とした。

その結果、左テーパ歯面１２１の加工状態は、図１５Ｂ、図１５Ｃ、図１５Ｄに示すようになった。なお、図中、太い実線Ｅは、設計上の左テーパ歯面１２１のインボリュート曲線を直線に変換して表したもので、ドット部分Ｄは、切削除去部分を表す。

図１５Ｂに示すように、オフセット量０では、加工された左テーパ歯面１２１は、設計上のインボリュート曲線に近い形状で加工される。一方、図１５Ｃに示すように、オフセット量＋ｋでは、加工された左テーパ歯面１２１は、設計上のインボリュート曲線に対し、図示右方向（点線矢印方向）、すなわち時計回りのピッチ円方向にずれた形状で加工され、図１５Ｄに示すように、オフセット量−ｋでは、加工された左テーパ歯面１２１は、設計上のインボリュート曲線に対し、図示左方向（点線矢印方向）、すなわち反時計回りのピッチ円方向にずれた形状で加工される。よって、左テーパ歯面１２１の形状は、加工用工具４２の工具軸線Ｌ方向位置を変更することにより、ピッチ円方向にずらすことができる。

また、例えば、図１６Ａに示すように、第一加工用工具４２Ｆの交差角が、角度φｆ、φｆｆ、φｆｆｆの各場合で左テーパ歯面１２１を加工した。なお、各角度の大小関係は、φｆ＞φｆｆ＞φｆｆｆである。その結果、左テーパ歯面１２１の加工状態は、図１６Ｂ、図１６Ｃ、図１６Ｄに示すようになった。

図１６Ｂに示すように、交差角φｆでは、加工された左テーパ歯面１２１は、設計上のインボリュート曲線に近い形状で加工される。一方、図１６Ｃに示すように、交差角φｆｆでは、加工された左テーパ歯面１２１は、設計上のインボリュート曲線に対し、歯先の幅がピッチ円方向（実線矢印方向）に狭まり、歯元の幅がピッチ円方向（実線矢印方向）に拡がった形状で加工され、図１６Ｄに示すように、交差角φｆｆｆでは、加工された左テーパ歯面１２１は、設計上のインボリュート曲線に対し、歯先の幅がピッチ円方向（実線矢印方向）にさらに狭まり、歯元の幅がピッチ円方向（実線矢印方向）にさらに拡がった形状で加工される。よって、左テーパ歯面１２１の形状は、第一加工用工具４２Ｆの交差角を変更することにより、歯先のピッチ円方向の幅及び歯元のピッチ円方向の幅を変更できる。

また、例えば、図１７Ａに示すように、第一加工用工具４２Ｆの軸線方向位置、すなわち第一加工用工具４２Ｆの工具端面４２Ａと工具軸線Ｌとの交点Ｐが、スリーブ１１５の回転軸線Ｌｗ上に位置し（オフセット量０）、且つ第一加工用工具４２Ｆの交差角が、φｆの場合、及び第一加工用工具４２Ｆの工具軸線Ｌ方向に距離＋ｋだけオフセットし（オフセット量＋ｋ）、且つ交差角φｆｆの場合で左テーパ歯面１２１を加工した。その結果、左テーパ歯面１２１の加工状態は、図１７Ｂ、図１７Ｃに示すようになった。

図１７Ｂに示すように、オフセット量０且つ交差角φｆでは、加工された左テーパ歯面１２１は、設計上のインボリュート曲線に近い形状で加工される。一方、図１７Ｃに示すように、オフセット量＋ｋ且つ交差角φｆｆでは、加工された左テーパ歯面１２１は、設計上のインボリュート曲線に対し、図示右方向（点線矢印方向）、すなわち時計回りのピッチ円方向にずれ、且つ歯先の幅がピッチ円方向（実線矢印方向）に狭まり、歯元の幅がピッチ円方向（実線矢印方向）に拡がった形状で加工される。よって、左テーパ歯面１２１の形状は、加工用工具４２の軸線方向位置、及び第一加工用工具４２Ｆの交差角を変更することにより、ピッチ円方向にずらし、歯先の周方向の幅及び歯元のピッチ円方向の幅を変更できる。

以上により、第一加工用工具４２Ｆは、歯車加工装置１においてオフセット量０且つ交差角φｆでセットされることで、左テーパ歯面１２１を高精度に切削加工できる。第一加工用工具４２Ｆの工具状態の設定は、制御装置１００の工具状態演算部１０３において行われるものであり、その処理の詳細は後述する。

（４．制御装置の工具設計部による処理）
次に、制御装置１００の工具設計部１０２による第一加工用工具４２Ｆの設計処理について、図２、図９Ａ、図９Ｂ及び図９Ｃを参照して説明する。なお、ギヤ抜け防止部１２０に関するデータ、すなわち左テーパ歯面１２１のねじれ角θｆ及び歯すじ長ｆｆ、左サブ歯面１２１ａの歯すじ長ｇｆ及び歯面間隔Ｈｆと、右テーパ歯面１２２のねじれ角θｒ及び歯すじ長ｆｒ、右サブ歯面１２２ａの歯すじ長ｇｒ及び歯面間隔Ｈｒは、記憶部１０４に予め記憶されているものとする。さらに、第一加工用工具４２Ｆに関するデータ、すなわち刃数Ｚ、刃先円直径ｄａ、基準円直径ｄ、刃末のたけｈａ、モジュールｍ、転位係数λ、圧力角α、正面圧力角αｔ及び刃先圧力角αａは記憶部１０４に予め記憶されているものとする。

制御装置１００の工具設計部１０２は、記憶部１０４から左テーパ歯面１２１のねじれ角θｆを読み込む（図２のステップＳ１）。そして、工具設計部１０２は、作業者により入力される左テーパ歯面１２１を切削加工するときの第一加工用工具４２Ｆの交差角φｆと、読み込んだ左テーパ歯面１２１のねじれ角θｆとの差を、第一加工用工具４２Ｆの工具刃４２ａｆの刃すじ４２ｂｆのねじれ角βとして求める（図２のステップＳ２）。

工具設計部１０２は、記憶部１０４から第一加工用工具４２Ｆの刃数Ｚ等を読み込み、読み込んだ第一加工用工具４２Ｆの刃数Ｚ等及び求めた工具刃４２ａｆの刃すじ４２ｂｆのねじれ角βに基づいて、工具刃４２ａｆの刃先幅Ｓａｆ及び刃厚Ｔａｆを求める。工具刃４２ａｆの刃先幅Ｓａｆは、刃厚Ｔａｆに基づいたインボリュート曲線により求められる。歯部の良好な噛み合いを保てるなら、非インボリュートや直線状の歯面として刃先幅Ｓａｆを求める（図２のステップＳ３）。

工具設計部１０２は、求めた工具刃４２ａｆの刃先幅Ｓａｆが左サブ歯面１２１ａの歯すじ長ｇｆ以下のときは、ステップＳ２に戻って上述の処理を繰り返す。一方、求めた工具刃４２ａｆの刃先幅Ｓａｆが左サブ歯面１２１ａの歯すじ長ｇｆより大きくなったら、記憶部１０４から歯面間隔Ｈｆを読み出し、求めた工具刃４２ａｆの刃厚Ｔａｆが左テーパ歯面１２１側の歯面間隔Ｈｆより小さいか否かを判断する（図２のステップＳ４）。

工具設計部１０２は、求めた工具刃４２ａｆの刃厚Ｔａｆが左テーパ歯面１２１側の歯面間隔Ｈｆ以上のときは、ステップＳ２に戻って上述の処理を繰り返す。一方、工具設計部１０２は、求めた工具刃４２ａｆの刃厚Ｔａｆが左テーパ歯面１２１側の歯面間隔Ｈｆより小さくなったら、記憶部１０４から右テーパ歯面１２２のねじれ角θｒを読み込む（図２のステップＳ５）。そして、工具設計部１０２は、ステップＳ２で求めた第一加工用工具４２Ｆの工具刃４２ａｆの刃すじ４２ｂｆのねじれ角βと、読み込んだ右テーパ歯面１２２のねじれ角θｒとの差を、右テーパ歯面１２２を切削加工するときの第一加工用工具４２Ｆの交差角φｒ（図９Ｃ参照）として求める（図２のステップＳ６）。

工具設計部１０２は、記憶部１０４から歯面間隔Ｈｒを読み出し、刃厚Ｔａｆが右テーパ歯面１２２側の歯面間隔Ｈｒより小さいか否かを判断する（図２のステップＳ７）。工具設計部１０２は、刃厚Ｔａｆが右テーパ歯面１２２側の歯面間隔Ｈｒ以上のときは、ステップＳ２に戻って上述の処理を繰り返す。

一方、工具設計部１０２は、刃厚Ｔａｆが右テーパ歯面１２２側の歯面間隔Ｈｒより小さくなったら、求めた工具刃４２ａｆの刃すじ４２ｂｆのねじれ角β等に基づいて、第一加工用工具４２Ｆの形状を決定し（図２のステップＳ８）、決定した第一加工用工具４２Ｆの形状データを記憶部１０４に記憶し（図２のステップＳ９）、全ての処理を終了する。以上により、最良の工具刃４２ａｆを有する第一加工用工具４２Ｆが設計される。

次に、制御装置１００の工具設計部１０２による第三加工用工具４２Ｒの設計処理について、図３、図１３Ａ及び図１３Ｂを参照して説明する。なお、第二加工用工具４２Ｌの設計処理も同様である。ここで、右チャンファ歯面１３２のねじれ角θＲ、歯すじ長ｒｒ、高さ及び圧力角並びに歯面間隔ＪＲは、記憶部１０４に予め記憶されているものとする。さらに、第三加工用工具４２Ｒに関するデータ、すなわち刃数Ｚ、刃先円直径ｄａ、基準円直径ｄ、刃末のたけｈａ、モジュールｍ、転位係数λ、圧力角α、正面圧力角αｔ及び刃先圧力角αａは、記憶部１０４に予め記憶されているものとする。

制御装置１００の工具設計部１０２は、記憶部１０４から右チャンファ歯面１３２のねじれ角θＲを読み込む（図３のステップＳ２１）。そして、工具設計部１０２は、作業者により入力される第三加工用工具４２Ｒの交差角φＲと、読み込んだ右チャンファ歯面１３２のねじれ角θＲとの差を、第三加工用工具４２Ｒの工具刃４２ａＲの刃すじ４２ｂＲのねじれ角βＲとして求める（図３のステップＳ２２）。

工具設計部１０２は、記憶部１０４から第三加工用工具４２Ｒの刃数Ｚ等を読み込み、読み込んだ第三加工用工具４２Ｒの刃数Ｚ等及び求めた工具刃４２ａＲの刃すじ４２ｂＲのねじれ角βＲに基づいて、工具刃４２ａＲの刃先幅ＳａＲを求める（図３のステップＳ２３）。そして、工具設計部１０２は、記憶部１０４から歯面間隔ＪＲを読み出し、求めた工具刃４２ａＲの刃先幅ＳａＲが歯面間隔ＪＲより小さいか否かを判断する（図３のステップＳ２４）。

工具設計部１０２は、求めた工具刃４２ａＲの刃厚ＴａＲが歯面間隔ＪＲ以上のときは、ステップＳ５２に戻って上述の処理を繰り返す。一方、工具設計部１０２は、求めた工具刃４２ａＲの刃厚ＴａＲが歯面間隔ＪＲより小さくなったら、求めた工具刃４２ａＲの刃すじ４２ｂＲのねじれ角βＲ等に基づいて、第三加工用工具４２Ｒの形状を決定し（図３のステップＳ２５）、決定した第三加工用工具４２Ｒの形状データを記憶部１０４に記憶し（図３のステップＳ２６）、全ての処理を終了する。以上により、最良の工具刃４２ａＲを有する第三加工用工具４２Ｒが設計される。

（５．制御装置の工具状態演算部による処理）
次に、制御装置１００の工具状態演算部１０３による処理について、図４を参照して説明する。この処理は、公知の歯車の創成理論に基づいて、第一加工用工具４２Ｆの工具刃４２ａｆの軌跡を演算するシミュレーション処理であるため、実加工は不要であり、低コスト化を図ることができる。なお、第二加工用工具４２Ｌ及び第三加工用工具４２Ｒについても第一加工用工具４２Ｆと同様であり、その処理についての詳細な説明は省略する。

制御装置１００の工具状態演算部１０３は、記憶部１０４から左テーパ歯面１２１の切削加工を行うときの第一加工用工具４２Ｆの軸線方向位置等の工具状態を読み込み（図４のステップＳ３１）、シミュレーション回数ｎとして１回目であることを記憶部１０４に記憶し（図４のステップＳ３２）、第一加工用工具４２Ｆを読み込んだ工具状態に設定する（図４のステップＳ３３）。

そして、工具状態演算部１０３は、記憶部１０４から読み込んだ第一加工用工具４２Ｆの形状データに基づいて、左テーパ歯面１２１を加工するときの工具軌跡を求め（図４のステップＳ３４）、加工後の左テーパ歯面１２１の形状を求める（図４のステップＳ３５）。そして、工具状態演算部１０３は、求めた加工後の左テーパ歯面１２１の形状と、設計上の左テーパ歯面１２１の形状とを比較し、形状誤差を求めて記憶部１０４に記憶し（図４のステップＳ３６）、シミュレーション回数ｎに１を加算する（図４のステップＳ３７）。

そして、工具状態演算部１０３は、シミュレーション回数ｎが予め設定した回数ｎｎに達したか否かを判断し（図４のステップＳ３８）、シミュレーション回数ｎが設定回数ｎｎに達していないときは、第一加工用工具４２Ｆの工具状態のうち例えば第一加工用工具４２Ｆの軸線方向位置を変更し（図４のステップＳ３９）、ステップＳ３４に戻って上述の処理を繰り返す。一方、シミュレーション回数ｎが設定回数ｎｎに達したときは、工具状態演算部１０３は、記憶した形状誤差のうち最小の誤差となる第一加工用工具４２Ｆの軸線方向位置を選択して記憶部１０４に記憶し（図４のステップＳ４０）、全ての処理を終了する。

なお、上述の処理では、複数回のシミュレーションを行って最小の誤差となる第一加工用工具４２Ｆの軸線方向位置を選択するようにしたが、予め許容形状誤差を設定しておき、ステップＳ３６において算出した形状誤差が許容形状誤差以下となったときの第一加工用工具４２Ｆの軸線方向位置を選択してもよい。また、ステップＳ３９においては、第一加工用工具４２Ｆの軸線方向位置を変更する代わりに、第一加工用工具４２Ｆの交差角φｆを変更し、もしくは第一加工用工具４２Ｆの軸線回り方向位置を変更し、又は、交差角、軸線方向位置、軸線回り方向位置の任意の組み合わせを変更するようにしてもよい。

（６．制御装置の加工制御部による処理）
次に、制御装置１００の加工制御部１０１による処理（歯車加工方法）について、図５及び図６を参照して説明する。ここで、作業者は、工具設計部１０２で設計した第一加工用工具４２Ｆ、第二加工用工具４２Ｌ及び第三加工用工具４２Ｒの各形状データに基づいて、第一加工用工具４２Ｆ、第二加工用工具４２Ｌ及び第三加工用工具４２Ｒを製作し、歯車加工装置１の自動工具交換装置に配置しているものとする。また、スリーブ１１５は、歯車加工装置１の加工物保持具８０に装着されているものとする。

制御装置１００の加工制御部１０１は、自動工具交換装置で第一加工用工具４２Ｆを回転主軸４０に装着する（図５のステップＳ４１）。そして、工具状態演算部１０３で求めた第一加工用工具４２Ｆでスリーブ１１５の内周に内歯１１５ａの左歯面１１５ｂ及び右歯面１１５ｃを切削加工する際の工具状態となるように、第一加工用工具４２Ｆ及びスリーブ１１５を配置する（図５のステップＳ４２）。

そして、第一加工用工具４２Ｆをスリーブ１１５と同期回転させながら第一加工用工具４２Ｆをスリーブ１１５の回転軸線Ｌｗ方向に１回もしくは複数回送り操作し、スリーブ１１５の内周を荒切削加工して内歯１１５ａの左歯面１１５ｂ及び右歯面１１５ｃを形成し、さらに形成した内歯１１５ａの左歯面１１５ｂ及び右歯面１１５ｃを中仕上げ切削加工する（図５のステップＳ４３、本発明の「第一工程」に相当）。中仕上げ切削加工は、荒切削加工時の工具送り速度よりも小さい工具送り速度にすることで行われる。この中仕上げ切削加工により、図１８Ａに示すように、内歯１１５ａの左歯面１１５ｂ及び右歯面１１５ｃにおける第一加工用工具４２Ｆの切削終了側の端部には、バリＢ１が発生する。

そして、加工制御部１０１は、内歯１１５ａの左歯面１１５ｂ及び右歯面１１５ｃの切削加工が完了したら（図５のステップＳ４４）、自動工具交換装置で第一加工用工具４２Ｆを第二加工用工具４２Ｌに交換する（図５のステップＳ４５）。そして、工具状態演算部１０３で求めた第二加工用工具４２Ｌで内歯１１５ａの左歯面１１５ｂに左チャンファ歯面１３１を切削加工する際の工具状態となるように、第二加工用工具４２Ｌ及びスリーブ１１５を配置する（図５のステップＳ４６）。そして、第二加工用工具４２Ｌをスリーブ１１５と同期回転させながら第二加工用工具４２Ｌをスリーブ１１５の回転軸線Ｌｗ方向に１回もしくは複数回送り操作し、内歯１１５ａを切削加工して内歯１１５ａの左歯面１１５ｂに左チャンファ歯面１３１を形成する（図５のステップＳ４７、本発明の「第二工程」に相当）。

そして、加工制御部１０１は、左チャンファ歯面１３１の切削加工が完了したら（図５のステップＳ４８）、自動工具交換装置で第二加工用工具４２Ｌを第三加工用工具４２Ｒに交換する（図５のステップＳ４９）。そして、工具状態演算部１０３で求めた第三加工用工具４２Ｒで内歯１１５ａの右歯面１１５ｃに右チャンファ歯面１３２を切削加工する際の工具状態となるように、第三加工用工具４２Ｒ及びスリーブ１１５を配置する（図５のステップＳ５０）。

そして、第三加工用工具４２Ｒをスリーブ１１５と同期回転させながら第三加工用工具４２Ｒをスリーブ１１５の回転軸線Ｌｗ方向に１回もしくは複数回送り操作し、内歯１１５ａの右歯面１１５ｃを切削加工して内歯１１５ａの右歯面１１５ｃに右チャンファ歯面１３２を形成する（図５のステップＳ５１、本発明の「第二工程」に相当）。なお、右チャンファ歯面１３２を切削加工後に左チャンファ歯面１３１を切削加工してもよい。この切削加工により、図１８Ｂに示すように、左チャンファ歯面１３１における第二加工用工具４２Ｌの切削終了側の端部及び右チャンファ歯面１３２における第三加工用工具４２Ｒの切削終了側の端部には、バリＢ２が発生する。

そして、加工制御部１０１は、右チャンファ歯面１３２の切削加工が完了したら（図５のステップＳ５２）、自動工具交換装置で第三加工用工具４２Ｒを第一加工用工具４２Ｆに交換する（図６のステップＳ５３）。そして、工具状態演算部１０３で求めた第一加工用工具４２Ｆで左サブ歯面１２１ａを含む左テーパ歯面１２１を切削加工する際の工具状態となるように、第一加工用工具４２Ｆ及びスリーブ１１５を配置する（図６のステップＳ５４）。そして、第一加工用工具４２Ｆをスリーブ１１５と同期回転させながら第一加工用工具４２Ｆをスリーブ１１５の回転軸線Ｌｗ方向に１回もしくは複数回送り操作し、内歯１１５ａを切削加工して左サブ歯面１２１ａを含む左テーパ歯面１２１を形成する（図６のステップＳ５５、本発明の「第三工程」に相当）。

すなわち、図１９Ａ−図１９Ｃに示すように、第一加工用工具４２Ｆは、スリーブ１１５の回転軸線Ｌｗ方向への１回もしくは複数回の切削動作で、内歯１１５ａに左サブ歯面１２１ａを含む左テーパ歯面１２１を形成する。このときの第一加工用工具４２Ｆは、送り動作及び送り動作と反対方向の戻し動作を行う必要があるが、図１９Ｃに示すように、この反転動作は慣性力が働く。このため、第一加工用工具４２Ｆの送り動作は、左サブ歯面１２１ａを含む左テーパ歯面１２１を形成できる左テーパ歯面１２１の歯すじ長ｆｆより所定長短い点Ｑにおいて終了し、戻し動作に移行する。この送り終了点Ｑは、センサなどによって計測して求めることができるが、必要な加工精度に対して、送り量の精度が十分な場合には、計測しなくても送り量で調整することができる。つまり、点Ｑまで加工できるように送り量などを調整して、切削加工をすることで、精度良く加工できる。

そして、加工制御部１０１は、左テーパ歯面１２１の切削加工が完了したら（図６のステップＳ５６）、工具状態演算部１０３で求めた第一加工用工具４２Ｆで右サブ歯面１２２ａを含む右テーパ歯面１２２を切削加工する際の工具状態となるように、第一加工用工具４２Ｆ及びスリーブ１１５を配置する（図６のステップＳ５７）。そして、第一加工用工具４２Ｆをスリーブ１１５と同期回転させながら第一加工用工具４２Ｆをスリーブ１１５の回転軸線Ｌｗ方向に１回もしくは複数回送り操作し、内歯１１５ａを切削加工して右サブ歯面１２２ａを含む右テーパ歯面１２２を形成する（図６のステップＳ５８、本発明の「第三工程」に相当）。

なお、右テーパ歯面１２２を切削加工後に左テーパ歯面１２１を切削加工してもよい。この切削加工により、図１８Ｃに示すように、左チャンファ歯面１３１及び右チャンファ歯面１３２に発生していたバリＢ２は除去され、左テーパ歯面１２１及び右テーパ歯面１２２における第一加工用工具４２Ｆの切削終了側の端部には、バリＢ３が発生する。

そして、加工制御部１０１は、右テーパ歯面１２２の切削加工が完了したら（図６のステップＳ５９）、工具状態演算部１０３で求めた第一加工用工具４２Ｆで中仕上げ切削加工された内歯１１５ａを仕上げ切削加工する際の工具状態となるように、第一加工用工具４２Ｆ及びスリーブ１１５を配置する（図６のステップＳ６０）。そして、第一加工用工具４２Ｆをスリーブ１１５と同期回転させながら第一加工用工具４２Ｆをスリーブ１１５の回転軸線Ｌｗ方向に１回送り操作し、内歯１１５ａの左歯面１１５ｂ及び右歯面１１５ｃを仕上げ切削加工する（図６のステップＳ６１、本発明の「第四工程」に相当）。仕上げ切削加工は、中仕上げ切削加工時の工具送り速度よりも小さい工具送り速度にすることで行われる。

そして、加工制御部１０１は、内歯１１５ａの左歯面１１５ｂ及び右歯面１１５ｃの仕上げ切削加工が完了したら（図６のステップＳ６２）、全ての処理を終了する。この仕上げ切削加工により、図１８Ｄに示すように、内歯１１５ａの左歯面１１５ｂ及び右歯面１１５ｃに発生していたバリＢ１、並びに左テーパ歯面１２１及び右テーパ歯面１２２に発生していたバリＢ３は除去される。なお、仕上げ切削加工後にもバリは発生するが、非常に小さいため、後処理（例えば、ブラッシング）により除去可能である。

上述のように、歯車加工装置１では、先ずスリーブ１１５の内歯１１５ａを荒切削加工及び中仕上げ切削加工し、次にギヤ抜け防止部１２０の左チャンファ歯面１３１及び右チャンファ歯面１３２を切削加工する。次にギヤ抜け防止部１２０の左テーパ歯面１２１及び右テーパ歯面１２２を切削加工し、最後にスリーブ１１５の内歯１１５ａを仕上げ切削加工する。これにより、各切削加工において発生したバリを略除去できる。

仮に、左テーパ歯面１２１及び右テーパ歯面１２２を切削加工してから左チャンファ歯面１３１及び右チャンファ歯面１３２を切削加工すると、内歯１１５ａを仕上げ切削加工では左チャンファ歯面１３１及び右チャンファ歯面１３２に接触する機会が無く、左チャンファ歯面１３１及び右チャンファ歯面１３２で生じたバリを除去できないからである。以上のように、ギヤ抜け防止部１２０は、切削加工のみで形成でき、発生したバリを切削加工と同時に除去できるので、従来のようにローリング加工、エンドミル加工、パンチ加工の加工時間よりも大幅に短縮できる。

（７．加工用工具の別例）
上述の例では、スリーブ１１５のギヤ抜け防止部１２０の切削加工は、図７に示すように、３つの第一加工用工具４２Ｆ、第二加工用工具４２Ｌ、第三加工用工具４２Ｒを用いて、内歯１１５ａの左歯面１１５ｂ及び右歯面１１５ｃ、左サブ歯面１２１ａを含む左テーパ歯面１２１及び右サブ歯面１２２ａを含む右テーパ歯面１２２、左チャンファ歯面１３１及び右チャンファ歯面１３２の各ねじれ角０，θｆ，θｒ，θＬ，θＲと、工具刃４２ａＦ，４２ａＬ，４２ａＲの各ねじれ角β，βＬ，βＲとの差で表される交差角φ，φｆ，φｒ，φＬ，φＲを変更することで対応した。

しかし、図２０に示すように、第一加工用工具４２Ｆのみで、全ての歯面を切削加工できる場合があることを発明者は見い出した。この場合の条件としては、第一加工用工具４２Ｆで左チャンファ歯面１３１及び右チャンファ歯面１３２を切削加工するときの交差角φＬＬ，φＲＲが、歯車加工装置１で設定可能であることが必要となる。すなわち、交差角φＬＬ，φＲＲは、第一加工用工具４２Ｆのねじれ角βと、左チャンファ歯面１３１及び右チャンファ歯面１３２の各ねじれ角θＬＬ，θＲＲとの差であり、これらのねじれ角β，θＬＬ，θＲＲに基づいて交差角φＬＬ，φＲＲの設定が可能であればよい。つまり、左チャンファ歯面１３１及び右チャンファ歯面１３２の各ねじれ角θＬＬ，θＲＲが所定値のときに、第一加工用工具４２Ｆのみで全ての歯面１１５ｂ、１１５ｃ、１２１，１２２，１３１，１３２を切削加工でき、工具交換の必要がない分だけ加工時間をさらに大幅に短縮できる。

（８．その他）
上述の例では、内周歯に対し加工する場合を説明したが、外周歯に対しても同様に加工可能である。また、加工物としてシンクロメッシュ機構１１０のスリーブ１１５としたが、歯車のように噛み合う歯部を有するものや円筒形状、円盤形状の加工物でもよく、内周（内歯）、外周（外歯）のいずれか一方又は両方に複数の歯面（異なる複数の歯すじ、歯形（歯先、歯元））を同様に加工可能である。また、クラウニング、レリービングなどの連続変化する歯すじ、歯形（歯先、歯元）も同様に加工可能であり、噛み合いを最適化（良好な状態）にすることができる。

また、上述の例では、５軸マシニングセンタである歯車加工装置１は、スリーブ１１５をＡ軸旋回可能とするものとした。これに対して、５軸マシニングセンタは、縦形マシニングセンタとして、加工用工具４２Ｆ，４２Ｒ，４２をＡ軸旋回可能とする構成としてもよい。また、本発明をマシニングセンタに適用する場合を説明したが、歯車加工の専用機に対しても同様に適用可能である。

１：歯車加工装置、 ４２Ｆ，４２Ｌ，４２Ｒ：加工用工具、 ４２ａｆ，４２ａＬ，４２ａＲ：工具刃、 ４２ｂｆ，４２ｂＬ，４２ｂＲ：刃すじ、 １００：制御装置、 １０１：加工制御部、 １０２：工具設計部、 １０３：工具状態演算部、 １０４：記憶部、 １１５：スリーブ（加工物）、 １２１：左テーパ歯面、 １２２：右テーパ歯面、 １３１：左チャンファ歯面、 １３２：右チャンファ歯面、 β，βＬ，βＲ：刃すじのねじれ角、 θｆ，θｒ，θＬ，θＲ，θＬＬ，θＲＲ：歯面のねじれ角、 φ，φｆ，φｒ，φＬ，φＲ，φＬＬ，φＲＲ：交差角

Claims (6)

1. 加工物の回転軸線に対し交差角の変更が可能な回転軸線を有する加工用工具を用い、前記加工用工具を前記加工物と同期回転させながら前記加工物の回転軸線方向に相対的に送り操作して歯車を切削加工する制御装置を備える歯車加工装置であって、
   前記歯車の歯の側面は、互いのねじれ角が異なる少なくとも二つの歯面を有し、
   前記制御装置は、前記ねじれ角に基づいて前記交差角を変更することで、前記少なくとも二つの歯面をそれぞれ切削加工する、歯車加工装置。
2. 前記歯車の歯の一方側の側面は、第一歯面と、前記第一歯面とねじれ角が異なる第二歯面と、前記第一歯面及び前記第二歯面とねじれ角が異なり且つ前記第二歯面よりも前記歯車の歯の端面側にて前記第二歯面と連なるように形成される第三歯面とを有し、
   前記歯車の歯の他方側の側面は、第四歯面と、前記第四歯面とねじれ角が異なる第五歯面と、前記第四歯面及び前記第五歯面とねじれ角が異なり且つ前記第五歯面よりも前記歯車の歯の端面側にて前記第五歯面と連なるように形成される第六歯面とを有し、
   前記制御装置は、
   最初に前記交差角を第一交差角に設定して前記第一歯面及び前記第四歯面を少なくとも荒切削加工し、
   次に前記交差角を第二交差角に変更して前記第三歯面を加工するとともに前記交差角を第三交差角に変更して前記第六歯面を切削加工し、
   次に前記交差角を第四交差角に変更して前記第二歯面を加工するとともに前記交差角を第五交差角に変更して前記第五歯面を切削加工し、
   最後に前記交差角を第一交差角に変更して前記第一歯面及び前記第四歯面を仕上げ切削加工する、請求項１に記載の歯車加工装置。
3. 前記加工用工具として、第一加工用工具、第二加工用工具及び第三加工用工具を備え、
   前記第一加工用工具の工具刃の刃すじは、前記第一歯面及び前記第一歯面に対し前記第二歯面を切削加工可能なように且つ前記第四歯面及び前記第四歯面に対し前記第五歯面を切削加工可能なように、前記第一歯面、前記第二歯面、前記第四歯面及び前記第五歯面の各ねじれ角及び前記第一交差角、前記第四交差角及び前記第五交差角に基づいて設定されるねじれ角を有し、
   前記第二加工用工具の工具刃の刃すじは、前記第一歯面に対し前記第三歯面を切削加工可能なように、前記第三歯面のねじれ角及び前記第二交差角に基づいて設定されるねじれ角を有し、
   前記第三加工用工具の工具刃の刃すじは、前記第四歯面に対し前記第六歯面を切削加工可能なように、前記第六歯面のねじれ角及び前記第三交差角に基づいて設定されるねじれ角を有する、請求項２に記載の歯車加工装置。
4. 前記加工用工具の工具刃の刃すじは、前記第一歯面及び前記第一歯面に対し前記第二歯面を切削加工可能なように且つ前記第四歯面及び前記第四歯面に対し前記第五歯面を切削加工可能なように、前記第一歯面、前記第二歯面、前記第四歯面及び前記第五歯面の各ねじれ角及び前記交差角に基づいて設定されるねじれ角を有し、
   前記交差角は、前記加工用工具の工具刃の刃すじのねじれ角、前記第三歯面のねじれ角及び前記第六歯面のねじれ角に基づいて設定される、請求項２に記載の歯車加工装置。
5. 前記歯車は、シンクロメッシュ機構のスリーブであり、
   前記第二歯面、前記第三歯面、前記第五歯面及び前記第六歯面は、前記スリーブの内周歯に設けられるギヤ抜け防止部の歯面である、請求項２−４の何れか一項に記載の歯車加工装置。
6. 加工物の回転軸線に対し交差角の変更が可能な回転軸線を有する加工用工具を用い、前記加工用工具を前記加工物と同期回転させながら前記加工物の回転軸線方向に相対的に送り操作して歯車を切削加工する歯車加工方法であって、
   前記歯車の歯の一方側の側面は、第一歯面と、前記第一歯面とねじれ角が異なる第二歯面と、前記第一歯面及び前記第二歯面とねじれ角が異なり且つ前記第二歯面よりも前記歯車の歯の端面側にて前記第二歯面と連なるように形成される第三歯面とを有し、
   前記歯車の歯の他方側の側面は、第四歯面と、前記第四歯面とねじれ角が異なる第五歯面と、前記第四歯面及び前記第五歯面とねじれ角が異なり且つ前記第五歯面よりも前記歯車の歯の端面側にて前記第五歯面と連なるように形成される第六歯面とを有し、
   前記歯車加工方法は、
   最初に前記交差角を第一交差角に設定して前記第一歯面及び前記第四歯面を少なくとも荒切削加工する第一工程と、
   次に前記交差角を第二交差角に変更して前記第三歯面を加工するとともに前記交差角を第三交差角に変更して前記第六歯面を切削加工する第二工程と、
   次に前記交差角を第四交差角に変更して前記第二歯面を加工するとともに前記交差角を第五交差角に変更して前記第五歯面を切削加工する第三工程と、
   最後に前記交差角を第一交差角に変更して前記第一歯面及び前記第四歯面を仕上げ切削加工する第四工程と、を備える歯車加工方法。

Images