JP2020131376A - スカイビング加工用カッタおよびスカイビング加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より一層の長寿命化が可能なスカイビング加工用カッタを提供すること。【解決手段】スカイビング加工用カッタ１０は、軸周りに回転されることでワークを切削する複数の切削刃２０を備える。各切削刃２０は、ワークを切削する切削過程を分担可能に構成された少なくとも分断刃２１および分断刃２３を含み、分断刃２１は、第１材質から構成され、分断刃２３は、第１材質とは異なる第２材質から構成されている。分断刃２１は、例えば、削り代を残して切削する荒刃であり、分断刃２３は、例えば、ワークの形状を仕上げる仕上刃である。【選択図】図２

Description

本発明は、スカイビング加工に用いられる切削工具であるカッタ、および当該カッタを備えるスカイビング加工装置に関する。

歯車の歯切りに用いられるスカイビング加工用カッタは、主軸ユニットに装着される基体の外周部に、ワークを切削する複数の切削刃を備えている。かかるスカイビング加工用カッタは、カッタの軸線と、ワークの軸線とが交差するように配置される。そして、カッタとワークとを同期制御により回転させると、切削刃がワークの被削部とすべりを生じつつワークを切削する。カッタはワークの軸線方向に送られる。

切削時の負荷を分散させるため、切削刃が溝により分断されることで多刃状に形成されたスカイビング加工用カッタが提供されている（例えば、特許文献１）。分断された刃が切削に寄与するように、カッタの基体は形成されている。

特許文献１では、カッタの軸線方向の位置に応じて、切削刃に適切なねじれ角を与えることにより、加工精度を高め、かつカッタの長寿命化を図っている。

特開２０１８−０６９３４９号公報

しかし、ねじれ角の最適化などの対策を取るだけでは、長寿命化にも限界がある。
本発明は、特にカッタの材質の観点から、より一層の長寿命化が可能な新規な構成のスカイビング加工用カッタおよびそれを備えた加工装置を提供することを目的とする。

本発明のスカイビング加工用カッタは、軸周りに回転されることで被削材を切削する複数の切削刃を備え、各切削刃は、被削材を切削する切削過程を分担可能に構成された少なくとも第１刃および第２刃を含む。
そして、本発明は、第１刃が、第１材質から構成され、第２刃が、第１材質とは異なる第２材質から構成されていることを特徴とする。

本発明のスカイビング加工用カッタにおいて、第１刃は、削り代を残して切削する荒刃であり、第２刃は、被削材の形状を仕上げる仕上刃であることが好ましい。

本発明のスカイビング加工用カッタにおいて、切削刃は、被削材の形状を仕上げる仕上刃と共に切削過程を分担可能に構成された少なくとも第１荒刃および第２荒刃を含み、第１荒刃は、第１材質から構成され、第２荒刃は、第２材質から構成されていることが好ましい。

本発明のスカイビング加工用カッタにおいて、切削刃は、第１刃および第２刃を含めて合計Ｎ段の刃を有し、切削過程の開始に対応する刃についてｎ＝１であり、ｎ段目の刃を構成する材質の靱性がＺ（ｎ）であるとすると、Ｚ（１）＞Ｚ（Ｎ）かつ、Ｚ（ｎ）≧Ｚ（ｎ＋１）であることが好ましい。

本発明のスカイビング加工用カッタは、第１材質から構成され、第１刃を含む第１カッタ部品と、第２材質から構成され、第２刃を含む第２カッタ部品と、を備えることが好ましい。

本発明のスカイビング加工用カッタにおいて、第１カッタ部品および第２カッタ部品を含めて合計Ｍ個のカッタ部品を備え、切削刃は、第１刃および第２刃を含めて合計Ｎ段の刃を有し、Ｎ＝Ｍであり、Ｍ個のカッタ部品はそれぞれ、Ｎ段の刃を個別に含むことが好ましい。

本発明のスカイビング加工用カッタにおいて、第１材質は、高速度工具鋼であり、第２材質は、超硬合金であることが好ましい。

本発明のスカイビング加工用カッタにおいて、切削刃は、第１刃および第２刃を含めて２段以上の刃を有し、少なくとも１段の刃には、耐摩耗性硬質皮膜からなるコーティングが施されていることが好ましい。

また、本発明のスカイビング加工装置は、上述のスカイビング加工用カッタと、スカイビング加工用カッタに回転駆動力を伝達する回転軸装置とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、詳しくは後述するように、スカイビング加工用カッタの第１刃および第２刃を含む複数の刃のそれぞれに、切削時の負荷や摩耗の度合に応じて適切な材質が与えられることにより、刃先の欠けやチッピング、刃の摩耗を抑制して長寿命化を図ることができる。

本発明の実施形態に係るスカイビング加工装置を示す斜視図である。 図１に示す加工装置に備わるスカイビング加工用カッタの一例を示す側面図である。このカッタは３つに分割されている。 スカイビング加工用カッタと、主軸ユニットのアーバとの縦断面図である。 スカイビング加工用カッタおよびワークを示す図である。カッタの軸線とワークの軸線とが交差している。 加工速度と送り量を説明するための模式図である。 （ａ）および（ｂ）はいずれも、２つに分割されているスカイビング加工用カッタの例を示す側面図である。 はすば歯車と噛み合う内歯車に対応する切削刃を備えたスカイビング加工用カッタの一例を示す側面図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。
図１に示すスカイビング加工装置１は、スカイビング加工用カッタ１０（カッタ１０）により、円環状のワーク９（被削材）の内側に内歯車を加工する。
スカイビング加工装置１は、ベッド２と、コラム３と、サドル４と、旋回ヘッド５と、スライダ６と、主軸ユニット７と、回転テーブル８と、図示しない制御装置とを備えている。
主軸ユニット７には、スカイビング加工のための切削工具であるカッタ１０（図２）が着脱可能に取り付けられる。

以下、鉛直方向のことをＺ軸方向と称する。Ｚ軸方向と直交する水平面内にＸ軸方向を定め、Ｘ軸方向およびＺ軸方向の双方に対して直交する方向をＹ軸方向と称する。

図１に示すように、ベッド２上には、コラム３がＸ軸方向に水平移動可能に支持されている。このコラム３には、サドル４がＺ軸方向に昇降可能に支持されている。
サドル４には、旋回ヘッド５がヘッド軸５ｘ周りに回転可能に支持されている。ヘッド軸５ｘはＸ軸方向に沿っている。
旋回ヘッド５には、スライダ６がＹ軸方向に水平移動可能に支持されている。スライダ６には、主軸ユニット７が固定されている。

主軸ユニット７は、サーボモータ等の図示しない駆動源と、カッタ１０を支持する支持体であるアーバ７１（図３）とを備えている。
図３に示すように、カッタ１０がアーバ７１に装着されると、主軸ユニット７の駆動源から得られる回転駆動力がアーバ７１を介してカッタ１０に伝達されることで、カッタ１０が主軸ユニット７の主軸線Ａ周りに回転する。主軸線Ａは、カッタ１０の軸線と一致する。

ベッド２（図１）上におけるコラム３の正面の位置には、回転テーブル８が軸線８ｚ周りに回転可能に設けられている。軸線８ｚはＺ方向に沿っている。軸線８ｚは、回転テーブル８に固定されるワーク９の軸線と一致している。

図示しない制御装置により、コラム３、サドル４、およびスライダ６のそれぞれを駆動することで主軸ユニット７およびカッタ１０をＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸のそれぞれの方向に移動可能である。
また、旋回ヘッド５を駆動することにより、ヘッド軸５ｘを回転中心として主軸ユニット７およびカッタ１０を旋回させて、回転テーブル８およびワーク９に対して傾斜させることができる。

カッタ１０は、図４に示すように、ワーク９の軸線に対してカッタ１０の軸線である主軸線Ａが所定の角度θ（交差角）で交差し、かつ、カッタ１０がワーク９に内接した状態に位置決めされる。このときカッタ１０とワーク９との内接位置で、カッタ１０の軸線に対して直交する方向へ引いた接線Ｌ３が、ワーク９の軸線と交差している。
ワーク９とカッタ１０とのすべりによる加工速度も考慮し、ワーク９に切削される内歯車のねじれ角とカッタ１０の切削刃２０のねじれ角とが対応するように、交差角θが適切に定められる。
交差角θは、例えば、１０°〜３０°に定めることができる。但し、これに限られない。

図示しない制御装置により主軸ユニット７および回転テーブル８を制御することで、カッタ１０とワーク９とが同期するように、カッタ１０を主軸線Ａ周りに回転させ、ワーク９を軸線周りに回転させる。それぞれ回転するカッタ１０の切削刃２０はワーク９における被削部とすべりを生じつつワーク９を切削する。カッタ１０およびワーク９を回転させながら、サドル４の位置を制御することで、主軸ユニット７およびカッタ１０がワーク９に対してＺ軸方向に送られることにより、ワーク９に内歯車が形成される。
切削時におけるカッタ１０やワーク９の冷却や潤滑、切り屑の除去等のため、必要に応じて切削液を使用することができる。

図５に示すように、カッタ１０とワーク９とのすべりによる加工速度Ｖは、カッタ１０の切削刃２０の周速Ｖ１と、ワーク９の内周部９１の周速Ｖ２との差に相当する。交差角θを大きくすると、加工速度Ｖが増大する。
カッタ１０とワーク９とは、サドル４によりＺ方向に所定の送り速度で相対移動される。送り速度は、典型的には、カッタ１０を１回転させる間にカッタ１０とワーク９とがＺ方向に相対変位する量（以下、送り量）により表される。

図２および図３を参照して、カッタ１０（以下、カッタ１０）の構成を説明する。
カッタ１０は、略円筒状の基体１１と、基体１１の外周部に形成された複数の切削刃２０とを備えている。カッタ１０は、はすば歯車（helical gear）と噛み合う内歯車をワーク９に切削するための切削刃２０を備えている。
切削刃２０は、基体１１の軸線に対してねじれた状態で、基体１１の周方向に並んでいる。各切削刃２０は、３つの分断刃２１〜２３からなり、多段に構成されている。
本実施形態のカッタ１０は、後述するように分断刃２１，２２の材質と、分断刃２３の材質とが相違することを特徴としている。

カッタ１０は、軸線方向において、複数（ここでは３つ）のカッタ部品に分割されている。カッタ１０の基体１１は３つに分割され、各切削刃２０も３つに分割されている。
本実施形態のカッタ１０は、３つのカッタ部品１０１〜１０３が一体化されてなる。
図３に示すように、カッタ１０は、カッタ部品１０１、カッタ部品１０２、およびカッタ部品１０３を軸線方向に貫通する孔１２にピン１３を嵌め込むことで、一体に組み付けることができる。

カッタ１０の内周部にアーバ７１の小径部７１１を挿入し、小径部７１１の先端部７１１Ａに取り付けられるナット２５によりカッタ１０をアーバ７１に締結すると、カッタ１０がナット２５とアーバ７１の大径部７１２との間に固定される。
アーバ７１の小径部７１１に、軸線方向に沿って形成されているキー７１３が、カッタ部品１０１〜１０３に亘り形成されているキー溝１４に挿入されることによって、カッタ１０とアーバ７１との相対回転が規制される。また、分断刃２１〜２３の周方向の位相が合うようにカッタ部品１０１〜１０３が相互に位置決めされる。カッタ１０はアーバ７１と一体に回転する。

図３に示すように、カッタ部品１０１〜１０３のそれぞれにおける軸線から分断刃の外端までの距離は、アーバ７１の先端部７１１Ａに近いものほど小さい。こうすることで、カッタ１０がワーク９に干渉するのを避けて、カッタ部品１０１〜１０３が切削に寄与するようにしている。

カッタ１０によりワーク９の切削を開始してから歯車の形状に仕上げるまでの切削過程は、削り代を残して切削する荒加工と、ワーク９の内歯車の形状を仕上げる仕上加工とからなる。上記の荒加工を行う分断刃が「荒刃」であり、上記の仕上加工を行う分断刃が「仕上刃」であるものとする。
図２に示すように、カッタ１０は、全体として、荒加工を担う分断刃２１（第１荒刃）と、分断刃２１に次いで荒加工を担う分断刃２２（第２荒刃）と、分断刃２１および分断刃２２による荒加工に続いて仕上加工を担う分断刃２３（仕上刃）とを備えている。
これらの分断刃２１〜２３は、一の切削刃２０の刃すじＬの方向において分断されている。隣接する分断刃２１，２２の間、および隣接する分断刃２２，２３の間にはそれぞれ空隙が存在する。

分断刃２１〜２３は、カッタ１０の軸線に対して適切なねじれ角が与えられている。ねじれ角は、軸線と刃すじＬ（図２）とがなす角度を言う。分断刃２１〜２３のそれぞれのねじれ角は同一であってもよいし、相違していてもよい。分断刃２１〜２３は、図４に示すように、同一の弦巻線Ｌ１上、あるいは同一の弦巻線Ｌ１の近傍に位置している。図４には、ワーク９に切削される内歯車のねじれ角に対応する弦巻線Ｌ２も示している。

本実施形態の切削刃２０は、ワーク９を順次切削する複数段の分断刃２１〜２３からなる。「段」は、分断刃２１〜２３のそれぞれに相当する。本実施形態における分断刃の段数Ｎは３である。
分断刃の段数Ｎに制限はなく、カッタ１０が、２段、あるいは４段以上の分断刃を備えるものであってもよい。２段の場合は、カッタ１０が、１段の荒刃と、１段の仕上刃とを備えている。荒刃の段数にも制限はない。なお、カッタ１０は、典型的には１段の仕上刃のみを備えているが、複数段の仕上刃を備えることも許容される。

本実施形態のカッタ１０は、分断刃２１〜２３の段数と同じ３つのカッタ部品１０１〜１０３に分割されている。つまり、分断刃２１〜２３の段数をＮ、カッタ部品１０１〜１０３の個数をＭとすると、Ｎ＝Ｍである。
そのため、カッタ部品１０１〜１０３は、分断刃２１〜２３を個別に含む。
このようにカッタ１０が段毎に分割されていると、各段に異なる特性、物理量を与えることができる。

分断刃２１、分断刃２２、および分断刃２３は、切削時の負荷や、削り取る範囲、発生させる切り屑の厚さ等に応じて、基体１１から立ち上がる刃の高さ（刃丈）、刃の断面形状、ねじれ角、刃すじの長さ等がそれぞれ定められている。
例えば、刃の強度を確保するため、分断刃２１〜２３のうち切削時の負荷が最も大きい分断刃２１の刃丈が最も低い。また、分断刃２３は、ワーク９に切削される内歯車の輪郭に対応する形状を有している。

分断刃２２を例に取り、切削刃の形状を簡単に説明する。分断刃２１および分断刃２３も基本的な形状は同様である。
図２および図３に示すように、分断刃２２は、すくい面２２Ａと、外周逃げ面２２Ｂと、背面２２Ｃと、側方逃げ面２２Ｄ，２２Ｅ（図２）とを有している。すくい面２２Ａと外周逃げ面２２Ｂとが外周切れ刃２２Ｆ（図３）をなしている。すくい面２２Ａと側方逃げ面２２Ｄ，２２Ｅとがそれぞれ、側方切れ刃２２Ｇ，２２Ｈ（図２）をなしている。

カッタ１０は、分断刃２１，２２の材質と分断刃２３の材質とが異なる。
分断刃２１，２２はいずれも、第１材質である高速度工具鋼（High speed steels）から構成されている。本実施形態において、分断刃２１，２２は、第１材質から構成された第１刃に相当する。
第１材質である高速度工具鋼は、炭素鋼に、クロム（Cr）、タングステン（W）、モリブデン（Mo）、バナジウム（V）、コバルト（Co）等を添加することで得られる特殊鋼であり、高速度切削に適する。
高速度工具鋼は、材料を溶解させてインゴットを成形する鋳造法によるものと、材料の粉末に熱と圧力を加えてインゴットを成形、焼結させる粉末冶金法によるものとに大別され、いずれの製法による高速度工具鋼をも用いることができる。
粉末冶金法によれば、金属粉末から微細で均一な組織が得られる。そのため、靱性（粘り強さ）、耐摩耗性、耐熱性等の特性を均一に得る観点から好ましい。

一方、分断刃２３は、第２材質である超硬合金（超硬質合金、Cemented Carbide）から構成されている。本実施形態において、分断刃２３は、第２材質から構成された第２刃に相当する。第２材質である超硬合金は、高速度工具鋼よりも硬度が高い。
超硬合金は、硬質の金属粉末を金型に入れ、焼結することで得られる合金である。典型的な超硬合金は、炭化タングステン（WC）の粉末と結合材であるコバルト（Co）の粉末とを混合して焼結したものである。炭化チタン（TiC）や炭化タンタル（TaC）等が添加される場合もある。
JIS B4053の材料の分類に記載されている超硬合金（HW）、および超微粒超硬合金（HF）が、「超硬合金」に該当する。
JIS B4053の材料の分類にHTとして記載されているように、広義には、サーメット（cermet）も超硬合金に含まれる。サーメットも、金属や金属化合物の粉末を混合して焼結したものであるが、主成分がチタン（Ti）、タンタル（Ta）、ニオブ（Nb）の炭化物、炭窒化物、窒化物であって、上述の狭義の「超硬合金」と比べて炭化タングステン（WC）の比率が少ない。

高速度工具鋼と超硬合金とを比べると、大略、高速度工具鋼は靱性に優れ、超硬合金は耐熱性および耐摩耗性に優れる。超硬合金の耐熱温度は、例えば、８００〜１０００℃である。
また、サーメットは、超硬合金（狭義）よりも耐摩耗性に優れる。
さらに、立方晶窒化ホウ素の粉末を結合材の粉末と混合して焼結することで得られた多結晶立方晶窒化ホウ素（PCBN；Polycrystalline Cubic Boron Nitride）の耐摩耗性は、サーメットよりも優れる。
後述するように、サーメットやPCBN、あるいはCBN（Cubic Boron Nitride）をカッタ１０の切削刃２０の材質として使用することもできる。

本実施形態では、加工速度（切削速度）、送り量、潤滑、交差角θ、ワーク９の材質等の加工条件に応じて、切れ刃に加えられる負荷、切削に伴うせん断熱、ワーク９や切り屑との摩擦等を考慮し、切削過程を分担する複数の分断刃２１〜２３のそれぞれの材質を定めている。各分断刃２１〜２３の材質を下記にまとめる。

（実施形態に係るカッタ１０の各刃の材質）
分断刃２１ ： 高速度工具鋼（第１材質）
分断刃２２ ： 高速度工具鋼（第１材質）
分断刃２３ ： 超硬合金 （第２材質）

カッタ部品１０１は、分断刃２１および基体を備えた形状に高速度工具鋼を切削し、熱処理後に研削することで製造することができる。研削後に、以下で述べる耐摩耗性コーティングを施工してもよい。カッタ部品１０２も同様である。
カッタ部品１０３についても、カッタ部品１０１，１０２とは材質が異なることを除いて、同様である。

本実施形態では、分断刃２１と、分断刃２２とに同一の材質が使用される。そのため、図６（ａ）に示すように、分断刃２１と分断刃２２とを一体に形成することもできる。
図６（ａ）に示す例では、分断刃２１〜２３の段数Ｎ（３）とは異なり、カッタ１０が２つのカッタ部品１５１，１５２に分割されている。

耐摩耗性を向上させるため、分断刃２１〜２３のうち少なくとも１段に、耐摩耗性硬質皮膜からなる耐摩耗コーティングが施されることが好ましい。特に、高速度工具鋼が用いられた分断刃２１，２２に耐摩耗コーティング２１１，２２１（図３）を施すことが好ましい。耐摩耗性を有する耐摩耗コーティング２１１，２２１により、超硬合金と比べて耐摩耗性に劣る高速度工具鋼が使用された分断刃２１，２２にも耐摩耗性を十分に確保することができる。

耐摩耗性を有する材質としては、例えば、TiAlN、TiAlCrN、TiSiN、AlCrN、AlCrSiN等を挙げることができる。これらは、高速度工具鋼よりも耐摩耗性に優れ、切削時に要求される耐熱性を備えている。これらの材質からなる耐摩耗コーティングの厚さは、例えば、１〜１０μｍ程度である。
分断刃２１に施される耐摩耗コーティング２１１と、分断刃２２に施される耐摩耗コーティング２２１とのそれぞれの材質や厚さは、同一であっても相違していてもよい。
勿論、超硬合金が使用された分断刃２３に耐摩耗コーティングを施すこともできる。

耐摩耗コーティングは、異なる材質から構成された複数の層からなるものであってもよい。その場合は、耐摩耗性を有するTiAlN、TiAlCrN、TiSiN、AlCrN、AlCrSiN等からなる層を少なくとも一部に含むことが好ましい。各層の材質は、母材に対する密着性や、靱性や、表層の酸化抑制等を考慮し、TiAlN、TiAlCrN、TiSiN、AlCrN、AlCrSiNに限らず、適宜に定めることができる。複数の層からなる積層構造のコーティングの厚さも、例えば、１〜１０μｍ程度である。

例えば、イオンプレーティングやスパッタリング等の物理気相成長法（PVD；Physical Vapor Deposition）法や、プラズマ化学気相成長法（PECVD；plasma-enhanced chemical vapor deposition）等により、カッタ部品１０１等の母材にTiAlN、TiAlCrN、TiSiN、AlCrN、AlCrSiN等を蒸着することで、耐摩耗コーティングを施すことができる。
母材の耐熱温度等を考慮して、適宜な方法により耐摩耗コーティングを施すことができる。
耐摩耗コーティングは、カッタ部品１０１等における切削刃２０が形成された領域のみに施工し、カッタ部品同士の組付けに関わる基体の端面１０１Ａ（図３）や内周部１０１Ｂには施工しないことが好ましい。蒸着時には、端面１０１Ａや内周部１０１Ｂを覆うようにマスキングを施すことが好ましい。

図１，４等を参照し、カッタ１０によりワーク９が切削される過程を説明する。
旋回ヘッド５によりカッタ１０に交差角θが与えられた状態で、主軸ユニット７によりカッタ１０を軸線周りに回転させ、回転テーブル８によりワーク９を軸線周りに回転させるとともに、サドル４を駆動することでカッタ１０をＺ方向に沿ってワーク９の上端面の位置まで降ろす。
次いで、コラム３を駆動することで、ワーク９に対する所定の切込み量に対応したＸ軸方向の移動量をカッタ１０に与える。
そして、カッタ１０とワーク９とを同期回転させながら、カッタ１０をワーク９の軸方向（Ｚ軸方向）に所定の送り量で送ると、カッタ１０の分断刃２１〜２３が切削を分担することで、ワーク９の内周部を周方向および軸方向に亘り削り出す。そうすることで、ワーク９の内周部の全体に亘り内歯車が形成される。
ここで、切削速度は、例えば８０〜２００ｍ／ｍｉｎであり、送り量は、例えば０．０１ｍｍ〜１．０ｍｍである。

カッタ１０の複数の段（分断刃２１〜２３）に亘り断続的に切削が進行する様子を説明する。まず、カッタ１０の分断刃２１がワーク９を切削する。分断刃２１のすくい面の周りの切れ刃がワーク９に食い込み、分断刃２１の凸形状に対応する凹形状の溝をワーク９の内周部９１に形成しながら、カッタ１０の周方向に並ぶ分断刃２１が順次、内周部９１の溝と噛み合い、すべりを生じつつ内周部９１を切削する。切削に伴い、切り屑が発生する。
分断刃２１には、内周部９１からの切削抵抗を受けて大きな切削負荷が加えられ、刃先に欠け、チッピングが発生しやすい。この欠け・チッピングの発生を防ぐためには分断刃２１の材料は靱性が高いことが好ましい。分断刃２１は、分断刃２２および分断刃２３による削り代を残して内周部９１を切削する。

カッタ１０がワーク９に対して送られることで、分断刃２１による切削を終えたワーク９の部位に分断刃２２が位置することとなる。このとき、未切削の部位には分断刃２１が位置する。
分断刃２２は、分断刃２１と同様にすくい面の周りの切れ刃により内周部９１を切削する。分断刃２２は、分断刃２３による削り代（仕上代）を残して内周部９１を切削する。分断刃２２に加えられる切削負荷の大きさは分断刃２１による切削時と比べれば小さい。

引き続き、カッタ１０を送ると、分断刃２１および分断刃２２により、内周部９１において歯車の概略の形状に切削された箇所に分断刃２３が位置することとなる。
分断刃２３も、切れ刃により内歯車の形状に内周部９１を切削する。内周部９１には、分断刃２３の形状に対応する歯溝が形成される。分断刃２３による切削時には、分断刃２１，２２による切削時と比べて薄い切り屑が発生する。分断刃２３に加わる切削負荷は、分断刃２１〜２３のうちで最も小さい。一方、分断刃２３は、切れ刃の食い込みが浅く、薄い切り屑が発生するため摩擦が大きくなり、特に逃げ面が摩耗し易い。従って分断刃２３の材料は耐摩耗性が高いことが好ましい。

以上のように、それぞれに切れ刃を備える分断刃２１〜２３によりワーク９が断続的に切削されることで、一連の切削過程が終了する。多刃に切削の負荷が分散されることで、長寿命化が図られ、パス数を抑えることができるのでサイクルタイムを短縮することができる。
カッタ１０によれば、分断刃２１〜２３による切削過程を１回のみ行う（パス数が１）、あるいは、複数回繰り返すことにより、ワーク９に内歯車を形成することができる。

さて、カッタ１０には、長寿命であることに加えて、加工能率が高いことも要求される。ここで、カッタ１０およびワーク９のそれぞれの回転速度を増大させて、すべりによる加工速度を増大させると、加工能率が向上する。あるいは、ワーク９に対するカッタ１０の送り量を増大させることによっても、加工能率が向上する。

上述したように、分断刃２１〜２３のそれぞれにおける切削負荷の大きさや摩耗の程度は同一ではなく、相違している。これに基づいて、分断刃２１，２２には靱性に優れた高速度工具鋼を用いているとともに、摩耗し易い分断刃２３には耐摩耗性および耐熱性に優れた超硬合金を用いることが好ましい。つまり、分断刃２１，２２には荒工程において特に要求される特性（靱性）を十分に有する材質を使用し、かつ、分断刃２３には仕上加工において特に要求される特性（耐熱性および耐摩耗性）を十分に有する材質を使用する。

本実施形態のカッタ１０によれば、送り量を増大させることで分断刃２１，２２の切削負荷が大きくなるとしても、高速度工具鋼が有する靱性により、分断刃２１，２２に欠けやチッピングが発生することを防ぐことができる。
また、加工速度を増大させても、超硬合金が十分な耐摩耗性および耐熱性を有していることにより、分断刃２３のすくい面でのクレータ摩耗や逃げ面でのフランク摩耗を抑えることができる。
したがって、送り量や加工速度を増大させて加工能率を向上させつつ、欠け、チッピングや摩耗を抑制して寿命を、より長く確保することができる。
なお、分断刃２１，２２や分断刃２３に耐摩耗コーティングが施されている場合は、その耐摩耗コーティングによっても、加工速度の増大に伴う摩耗を抑えることができる。

カッタ１０が多数回に亘り使用された結果、許容される限度を超えて刃が摩耗した場合は、摩耗した分断刃のみを研磨（再研磨と呼ばれる）することで使用可能な状態に修理することができる。かかる再研磨後に、耐摩耗コーティングを施工することも可能である。このとき、コーティングの剥離を防止するため、既存のコーティングの残部を薬品等により除去してから、母材に直接、耐摩耗コーティングを施工することが好ましい。
さらにカッタ１０の使用が継続されることで、所定量以上に減耗した状態やチッピング等を生じた状態に至った場合、複数のカッタ部品１０１〜１０３のうち更新が必要なカッタ部品のみを新しい部品に交換することができ、経済的である。なお、カッタ１０が分割されていることで、カッタ部品単体の処理が可能となるため、再研磨や再コーティングも容易に行える。
分断刃２１〜２３の材質が相違していると、同一材質の場合と比べて各段における摩耗の程度の差が大きい場合がある。そのことで、段毎に修理や交換を行う機会が増えたとしても、カッタ１０が分割されていると、一部のカッタ部品のみの修理や交換を容易に行えるため、有利である。その意味で、本実施形態のように分断刃の段数Ｎとカッタ部品の個数Ｍとが一致していると好ましい。

また、カッタ部品１０１〜１０３が個別に製造されるため、カッタ部品１０１〜１０３を各々任意の材質から容易に構成することができる。この結果、切削過程における負荷や摩耗の度合に対応して、適切な材質を分断刃２１〜２３に選択することができる。つまり、切削負荷や摩耗の度合に応じて適切な材質から各段が構成されるようにカッタ部品１０１〜１０３のそれぞれの材質を定め、切削、熱処理、研削等の過程を経てカッタ部品１０１〜１０３を個別に製造することが可能となる。この結果、各段が同一の材質から構成されているカッタに対し、さらなる長寿命化、加工能率向上を実現することができる。

（変形例）
下記に示すように、分断刃２２を分断刃２３と同様に超硬合金から構成することもできる。
（分断刃２２に超硬合金を使用した例）
分断刃２１ ： 高速度工具鋼（第１材質）
分断刃２２ ： 超硬合金 （第２材質）
分断刃２３ ： 超硬合金 （第２材質）
この例において、分断刃２２，２３は、第２材質から構成された第２刃に相当する。分断刃２１は、第１材質から構成された第１刃に相当する。

上記変形例を選択する加工条件においては、分断刃２２に超硬合金を採用していても、刃先に欠けやチッピングが、より発生し難くなる。そのため、超硬合金の採用により分断刃２２の摩耗を抑制して長寿命化を図ることができる。

上記変形例のように、分断刃２２に分断刃２３と同一の材質が使用される場合は、図６（ｂ）に示すように、分断刃２２と分断刃２３とを一体に形成することができる。図６（ｂ）に示す例では、カッタ１０が２つのカッタ部品１６１，１６２に分割されている。

カッタ１０は、荒刃（２１，２２）および仕上刃（２３）を備えているため、荒加工および仕上加工の両方を担う。
しかし、カッタ１０が荒加工のみを担い、別のカッタが仕上加工を担うとすれば、カッタ１０は、荒刃である分断刃２１，２２のみを備えるものであってよい。その場合でも、上記変形例の分断刃２１，２２の材質と同様に、切削過程における負荷や摩耗の度合に応じて適切な材質を分断刃２１と分断刃２２とに与えることができるため、長寿命化、加工能率向上に寄与できる。

上記の例外を除いて、仕上刃である分断刃２３は、最終段である。仮に、仕上刃の次に、仕上刃に該当しない刃が存在した場合は、当該刃の材質は問わない。つまり、仕上刃の材質が超硬合金であり、当該刃の材質が高速度工具鋼であってもよい。

カッタ１０の分断刃２１〜２３のそれぞれの材質は、カッタ１０やワーク９に係る加工条件（切削条件）を想定した試験やシミュレーション等を行い、試験結果やシミュレーションの結果における刃の状態に基づいて定めることができる。

例えば、送り量を増大させていくことで分断刃２１の切削負荷が増大し、刃先に欠けやチッピングが発生する場合は、超硬合金よりも靱性が高い高速度工具鋼を分断刃２１に採用するとよい。分断刃２２についても同様である。
また、加工速度を増大させていくことで、分断刃２３のすくい面でのクレータ摩耗や逃げ面でのフランク摩耗等が急速に増大する場合は、高速度工具鋼よりも耐熱性および耐摩耗性に優れる超硬合金を分断刃２３に採用するとよい。
送り量を増大させていっても、分断刃２２に欠け等の支障がなければ、上記の変形例のように、超硬合金を分断刃２２に採用することができる。
以上のように、試験やシミュレーションに基づいて分断刃２１〜２３の材質を決めることにより、寿命と加工能率とをバランスさせつつ高度に両立できる。

耐摩耗コーティングも、試験やシミュレーションの結果に応じて、分断刃２１〜２３のいずれか、あるいは全てに、適宜な材質を用いて施工することができる。
上記の変形例のように分断刃２２に超硬合金を採用すると、分断刃２２の耐摩耗性が向上するので、高速度工具鋼を採用する場合には耐摩耗コーティングが必要であったとしても、分断刃２２への耐摩耗コーティングをなくすことができる。

試験結果やシミュレーションの結果によっては、高速度工具鋼や超硬合金に限らず、サーメットやPCBN、あるいはCBN等の材質を採用することもできる。下記に示す例では、カッタ１０の全体として３種類の材質を用いている。
（３種類の材質を使用した例）
分断刃２１ ： 高速度工具鋼
分断刃２２ ： 超硬合金
分断刃２３ ： サーメットまたはPCBN、あるいはCBN

種々の加工条件によって、機能としては同じ２段目の荒刃である分断刃２２について、上述のように高速度工具鋼が適合している場合と、超硬合金が適合している場合とがあり得る。そのため、高速度工具鋼と超硬合金のように材質が異なる複数のカッタ部品１０２−１、１０２−２、１０２−３・・・を製造し、加工条件に応じて使い分けることができる。材質の相違に加えて、耐摩耗コーティング有りのカッタ部品１０２と、耐摩耗コーティング無しのカッタ部品１０２とを製造することもできる。

例えば、カッタ部品１０１，１０３に対して、高速度工具鋼から構成されたカッタ部品１０２−１あるいは超硬合金から構成されたカッタ部品１０２−２のいずれかを組み付けることで、カッタ部品の材質の組み合わせを変更することができる。
分断刃２３や、分断刃２１についても、材質の違いや、コーティングの有無によって複数種類をストックしておき、加工条件に応じてカッタ部品を組み替えることが可能である。

カッタ１０は、量産に対応する他、各段の材質を変えることでワーク９の違いに容易に対応できるので、多品種少量生産にも好適である。

以上で説明してきたように、カッタ１０による切削過程を分担する分断刃２１〜２３のうち、切削負荷が小さいものについては、加工速度の増大に伴う摩耗増大を抑えるため、靱性に劣るとしても耐摩耗性および耐熱性に優れた超硬合金等の材質を使用することが好ましい。
一方、分断刃２１〜２３のうち切削負荷が大きいものについては、送り量の増大に伴い刃先の欠けやチッピングが発生しないように、靱性に優れた高速度工具鋼等の材質を使用することが好ましい。
以上から、材質の靱性の相違に基づいて分断刃２１〜２３のそれぞれの材質を定めることができる。
カッタ１０は、上記の実施形態に限らず、２段、あるいは４段以上の分断刃を備えるものであってもよい。

切削過程を分担する合計Ｎ段の分断刃を備えているカッタであって、切削過程の開始に対応する分断刃についてｎ＝１であり、ｎ段目の分断刃の材質の靱性がＺ（ｎ）であるとする。ここで、アーバ７１の先端部７１１Ａ側に位置する分断刃２１について、ｎ＝１である。
その場合に、下記（Ａ）および（Ｂ）の双方が成り立つ。
Ｚ（１）＞Ｚ（Ｎ） ・・・（Ａ）
Ｚ（ｎ）≧Ｚ（ｎ＋１） ・・・（Ｂ）

上記の（Ａ）より、切削過程の開始に対応する分断刃の材質の靱性（Ｚ（１））は、切削過程の終了に対応する分断刃の材質の靱性（Ｚ（Ｎ））と比べて、高い。
上記実施形態のカッタ１０（図２）の例で言うと、分断刃２１を構成する高速度工具鋼の靱性（Ｚ（１））は、分断刃２３を構成する超硬合金の靱性（Ｚ（Ｎ））と比べて、高い。

上記の（Ｂ）より、隣接する分断刃の間で、前段の分断刃の材質と比べて後段の分断刃の材質の靱性が必ずしも高い必要はなく、両者は同一であってもよい。
上記実施形態のカッタ１０（図２）の例で言うと、分断刃２１，２２にそれぞれ、靱性が同一である同種の高速度工具鋼が使用されるとすると、分断刃２１の材質の靱性（Ｚ（１））は、分断刃２２の材質の靱性（Ｚ（２））と同一である。
上記実施形態において、分断刃２３の材質は、分断刃２２の材質とは相違する超硬合金である。分断刃２３の材質の靱性（Ｚ（３））は、分断刃２２の材質の靱性（Ｚ（２））よりも高い。

高速度工具鋼は、組成や製法、製造条件等によって靱性が相違する。超硬合金も同様である。そのため、下記のように分断刃２１〜２３の材質が相違していてもよい。下記に示す例においても、上述した（Ａ）および（Ｂ）が成り立つものとする。

（高速度工具鋼の製法が異なる例）
分断刃２１ ： 鋳造による高速度工具鋼
分断刃２２ ： 粉末冶金法による高速度工具鋼
分断刃２３ ： 超硬合金

（超硬合金の組成が異なる例）
分断刃２１ ： 高速度工具鋼
分断刃２２ ： 第１組成の超硬合金
分断刃２３ ： 第２組成の超硬合金

上述した（Ａ）および（Ｂ）が成り立つ限り、仕上刃である分断刃２３に高速度工具鋼を用いることも許容される。

次に、比較的段数が多い場合として、Ｎ＝５（５段）である場合の各段の材質例を示す。
（５段の例１）
段１（第１荒刃） ： 高速度工具鋼
段２（第２荒刃） ： 高速度工具鋼
段３（第３荒刃） ： 高速度工具鋼
段４（第４荒刃） ： 高速度工具鋼
段５（仕上刃） ： 超硬合金

（５段の例２）
段１（第１荒刃） ： 高速度工具鋼
段２（第２荒刃） ： 高速度工具鋼
段３（第３荒刃） ： 超硬合金
段４（第４荒刃） ： 超硬合金
段５（仕上刃） ： サーメット
上記に示す例１，２のいずれについても、上述した（Ａ）および（Ｂ）が成り立つ。

分断刃の段数Ｎと、カッタ部品の個数Ｍとは、必ずしも一致しない。例えば、上記の例１，２のように４段の荒刃と、１段の仕上刃との合計５段の分断刃を備えているカッタが、４つのカッタ部品に分割されていてもよい（Ｎ＝５、Ｍ＝４）。その場合、例えば、第１、第２荒刃／第３荒刃／第４荒刃／仕上刃というように４つの領域に区分することができる。

以上では、分断刃の各段の材質を定めるために靱性を指標として用いているが、靱性に代えて、あるいは靱性と共に、例えば、耐熱温度、耐摩耗性、硬さ等を指標に用いることも可能である。その場合も、各段の材質の物理量であるＺに関して上述の（Ａ）および（Ｂ）の双方が成り立つように各段の材質を定めることができる。

上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
図７は、はすば歯車（helical gear）と噛み合う内歯車を図示しないワークに加工するためのスカイビング加工用カッタ３０（カッタ３０）を示している。このカッタ３０は、切削刃４０として平歯車とほぼ同様の形状の分断刃４１〜４３を備えており、分断刃４１〜４３を個別に含むカッタ部品３０１〜３０３に分割されている。

分断刃４１〜４３は、上述した分断刃２１〜２３と同様に、切削過程における負荷や摩耗の程度に応じて、例えば、次のような材質から構成されている。
分断刃４１ ： 高速度工具鋼
分断刃４２ ： 高速度工具鋼
分断刃４３ ： 超硬合金

分断刃４１〜４３の表面には、特に分断刃４１，４２の表面には、TiAlN、TiAlCrN、TiSiN、AlCrN、AlCrSiN等の材質から耐摩耗コーティングが施されることが好ましい。
図７に示すカッタ３０によっても、刃の欠けやチッピング、摩耗を抑制しながら送り量や加工速度を増大させることができるため、加工能率の向上と工具の長寿命化を実現することができる。

本発明は、外歯車を加工するスカイビング加工用カッタと、それを備えたスカイビング加工装置も包含する。

本発明のスカイビング加工用カッタは、平歯車（spur gear）の軸線とカッタの軸線を交差するように配置して平歯車と噛み合う歯車を加工するように構成された複数の分断刃を備えるものであってもよい。
本発明のスカイビング加工用カッタの刃の形状は制限されない。
また、本発明のスカイビング加工用カッタは、外観の形態に限定されず、ストレート型、樽型、テーパ型など任意の形態でも成り立つ。
本発明のスカイビング加工用カッタは、分断刃が基部の外周部に一体に形成されている形態に限定されない。分断刃は基部の外周に別途取り付けたものであっても構わない。

１ スカイビング加工装置
２ ベッド
３ コラム
４ サドル
５ 旋回ヘッド
５ｘ ヘッド軸
６ スライダ
７ 主軸ユニット（回転軸装置）
８ 回転テーブル
８ｚ 軸線
９ ワーク（被削材）
１０，３０ スカイビング加工用カッタ
１１ 基体
１２ 孔
１３ ピン
１４ キー溝
２０，４０ 切削刃
２１〜２３ 分断刃
２１１，２２１ 耐摩耗コーティング
２２Ａ すくい面
２２Ｂ 外周逃げ面
２２Ｃ 背面
２２Ｄ，２２Ｅ 側方逃げ面
２２Ｆ 外周切れ刃
２２Ｇ，２２Ｈ 側方切れ刃
２５ ナット
４１〜４３ 分断刃
７１ アーバ
９１ 内周部
１０１ カッタ部品（第１カッタ部品）
１０１Ａ 端面
１０１Ｂ 内周部
１０２ カッタ部品
１０３ カッタ部品（第２カッタ部品）
３０１〜３０３ カッタ部品
７１１ 小径部
７１１Ａ 先端部
７１２ 大径部
７１３ キー
Ａ 主軸線
Ｌ 刃すじ
Ｌ１ 弦巻線
Ｌ２ 弦巻線
Ｌ３ 接線
Ｖ 加工速度
Ｖ１ 周速
Ｖ２ 周速
θ 交差角

Claims (9)

1. スカイビング加工用カッタであって、
   軸周りに回転されることで被削材を切削する複数の切削刃を備え、
   前記各切削刃は、
   前記被削材を切削する切削過程を分担可能に構成された少なくとも第１刃および第２刃を含み、
   前記第１刃は、第１材質から構成され、
   前記第２刃は、前記第１材質とは異なる第２材質から構成されている、
   ことを特徴とするスカイビング加工用カッタ。
2. 前記第１刃は、削り代を残して切削する荒刃であり、
   前記第２刃は、前記被削材の形状を仕上げる仕上刃である、
   請求項１に記載のスカイビング加工用カッタ。
3. 前記切削刃は、
   前記被削材の形状を仕上げる仕上刃と共に前記切削過程を分担可能に構成された少なくとも第１荒刃および第２荒刃を含み、
   前記第１荒刃は、前記第１材質から構成され、
   前記第２荒刃は、前記第２材質から構成されている、
   請求項１に記載のスカイビング加工用カッタ。
4. 前記切削刃は、前記第１刃および前記第２刃を含めて合計Ｎ段の刃を有し、
   前記切削過程の開始に対応する前記刃についてｎ＝１であり、ｎ段目の前記刃を構成する材質の靱性がＺ（ｎ）であるとすると、
   Ｚ（１）＞Ｚ（Ｎ） かつ、
   Ｚ（ｎ）≧Ｚ（ｎ＋１） である、
   請求項１から３のいずれか一項に記載のスカイビング加工用カッタ。
5. 前記第１材質から構成され、前記第１刃を含む第１カッタ部品と、
   前記第２材質から構成され、前記第２刃を含む第２カッタ部品と、を備える、
   請求項１から４のいずれか一項に記載のスカイビング加工用カッタ。
6. 前記第１カッタ部品および前記第２カッタ部品を含めて合計Ｍ個のカッタ部品を備え、
   前記切削刃は、前記第１刃および前記第２刃を含めて合計Ｎ段の刃を有し、
   Ｎ＝Ｍであり、
   前記Ｍ個のカッタ部品はそれぞれ、前記Ｎ段の刃を個別に含む、
   請求項５に記載のスカイビング加工用カッタ。
7. 前記第１材質は、高速度工具鋼であり、
   前記第２材質は、超硬合金である、
   請求項１から６のいずれか一項に記載のスカイビング加工用カッタ。
8. 前記切削刃は、
   前記第１刃および前記第２刃を含めて２段以上の刃を有し、
   少なくとも１段の前記刃には、
   耐摩耗性硬質皮膜からなるコーティングが施されている、
   請求項１から７のいずれか一項に記載のスカイビング加工用カッタ。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載のスカイビング加工用カッタと、
   前記スカイビング加工用カッタに回転駆動力を伝達する回転軸装置と、を備える、
   ことを特徴とするスカイビング加工装置。

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