JP2021030346A

JP2021030346A - ヘリカルブローチ

Info

Publication number: JP2021030346A
Application number: JP2019151652A
Authority: JP
Inventors: 嗣紀佐藤; Hideki Sato
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2019-08-22
Filing date: 2019-08-22
Publication date: 2021-03-01

Abstract

【課題】複数の加工工程を行なうことなく、ヘリカルブローチによる単一の加工工程のみで内歯車部品に対して面取り加工やクラウニング加工を行えるヘリカルブローチを提供する。【解決手段】軸状の本体、本体の両端部に設けられた柄部、本体の表面に設けられた複数の切れ刃、切れ刃の後方側に位置して複数の仕上げ刃を備えるシェル刃部６０を有するヘリカルブローチにおいて、複数の仕上げ刃のうち少なくとも一の仕上げ刃５１の前方側に第１ガイド部７０、一の仕上げ刃５１の後方側に第２ガイド部８０を配置して、第１および第２ガイド部７０，８０には一の仕上げ刃５１の反切削側に凸部を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、円環状の素材の内側にはすば歯車等の歯車部品を加工するヘリカルブローチに関する。

ヘリカルブローチによる歯車の加工は、多数の切れ刃を持つヘリカルブローチを回転させながらリング状の被加工物（ワーク）の内側を通過させることで歯車を加工する。そのため、ワーク毎の製造に要する加工時間が数秒ないし十数秒と非常に生産性が高く、それ故に自動車向けを中心に広く使われている。

しかし、従来のヘリカルブローチ加工は、加工特性上において基本的に歯筋方向に同一形状の歯車しか加工できない。すなわち、ギアノイズの低減に有効な面取り加工やクラウニング加工を行うことはできないという問題があった。

この問題に対して、特許文献１では切削工具を歯車の歯溝に一定の条件で通過させることで所定の曲率を有したクラウニング処理を施す技術が開示されている。また、特許文献２では、円盤ブローチの前進速度を加速度的に増大させることで歯車の歯面を曲面、すなわちクラウニング加工を施すことが説明されている。

特許文献３ではシェーパー加工により内はずば歯車にクラウニングを形成する方法が開示されている。シェーパー加工は、加工する内歯車よりも小さな(モジュールが等しく歯数の少ない)歯車形状のピニオンカッタを用いた往復運動により内はすば歯車を加工する工法である。

実表昭５６−５００００２号公報特開平６−２２６５３１号公報特開２０１５−５１４７２号公報

しかし、特許文献１および２に開示されている被削材は外歯車であり、同様の方法を利用して内歯車の加工（特にクラウニング処理）を行うことはできない。また、特許文献３に示す方法ではクラウニング加工が可能であるものの、１個の歯車部品を加工するためには工具の往復運動を何度も繰り返す必要があり、生産性においてはヘリカルブローチによる歯車加工には及ばない。

また、同文献の段落００１８には同様の方法により内歯車加工を行なうことが開示されている被削材に対して上下動を伴う方法や動きはブローチによる内歯車の加工は実際に行なうことはできない。

そこで、本発明は複数の加工工程を行なうことなく、ヘリカルブローチによる単一の加工工程のみで内歯車部品に対して面取り加工やクラウニング加工を行うことができるヘリカルブローチを提供することを課題とする。

前述した課題を解決するために、軸状の本体、本体の両端部に設けられた柄部、本体の表面に設けられた複数の切れ刃、切れ刃の後方側に位置して複数の仕上げ刃を備えるシェル刃部を有するヘリカルブローチにおいて、複数の仕上げ刃のうち少なくとも一の仕上げ刃の前方側には第１ガイド部、当該一の仕上げ刃の後方側には第２ガイド部をそれぞれ配置する。そして、それらの第１および第２ガイド部には仕上げ刃の反切削側に凸部を設けるヘリカルブローチとする。また、第１ガイド部には凸部から連続して形成される曲面部を後方側に有し、第２ガイド部には凸部へ連続して形成される曲面部を前方側に有しても構わない。

もしくは、軸状の本体、本体の両端部に設けられた柄部、本体の表面に設けられた複数の切れ刃、切れ刃の後方側に位置して複数の仕上げ刃を備えるシェル刃部を有するヘリカルブローチにおいて、シェル刃部において軸方向に隣接して配置される第１仕上げ刃と第２仕上げ刃の間には第１および第２仕上げ刃の反切削側に凸部を有するガイド部をさらに配置するヘリカルブローチとする。また、ガイド部には凸部の前方側に第１曲面部、後方側に第２曲面部をそれぞれ有しており、凸部、第１曲面部、第２曲面部は互いに連続して形成しても良い。

本発明のヘリカルブローチは、シェル刃部の仕上げ刃の前方側に位置する第１ガイド部および仕上げ刃の後方側に位置する第２ガイド部に凸部を設けることで、ヘリカルブローチの軸方向の移動による内歯車加工を行なう際に内歯車部品を凸部が通過することで内歯車部品が周方向に移動する。そのため、歯車加工時におけるシェル刃部の仕上げ刃（刃先）の軌跡は凸部の形状に沿って変化するので、内歯車部品の歯形状（特に稜線部）を曲線的に加工する、すなわち面取り加工やクラウニング加工を行うという効果を奏する。

本発明の一実施形態であるヘリカルブローチ１００の正面図である。図１に示すＡ部分の拡大図である。第１実施形態であるクラウニング加工時（第１段階）の模式加工図を示す。同クラウニング加工時（第２段階）の模式加工図を示す。同クラウニング加工時（第３段階）の模式加工図を示す。同クラウニング加工時（第４段階）の模式加工図を示す。同クラウニング加工時（第５段階）の模式加工図を示す。同クラウニング加工時（第６段階）の模式加工図を示す。同クラウニング加工時（第７段階）の模式加工図を示す。同クラウニング加工時（第８段階）の模式加工図を示す。第２実施形態であるクラウニング加工時（第１段階）の模式加工図を示す。同クラウニング加工時（第２段階）の模式加工図を示す。同クラウニング加工時（第３段階）の模式加工図を示す。同クラウニング加工時（第４段階）の模式加工図を示す。同クラウニング加工時（第５段階）の模式加工図を示す。同クラウニング加工時（第６段階）の模式加工図を示す。同クラウニング加工時（第７段階）の模式加工図を示す。同クラウニング加工時（第８段階）の模式加工図を示す。

本発明のヘリカルブローチの形態について図面を用いて説明する。本発明の一実施形態であるヘリカルブローチ１００の正面図を図１、同図のＡ部分の拡大図を図２に示す。ヘリカルブローチ１００は、従来のヘリカルブローチと同様に軸状の本体１０、本体１０の両端部に設けられた柄部（前柄部２０，後柄部３０）、本体１０の表面に設けられた複数の切れ刃４０、切れ刃４０の後方側に位置して複数の切れ刃５０を備えるシェル刃部６０を有している。なお、本体１０の切れ刃４０は、外径上り切削で歯形を荒加工する切れ刃であることから荒刃とも呼ばれる。また、シェル刃部６０を構成する複数の切れ刃５０は、歯厚上り切削で歯形を仕上げる切れ刃であることから仕上げ刃とも呼ばれる。

図２に示す様にシェル刃部６０において、切れ刃（仕上げ刃）の中で任意の仕上げ刃５１の前方側（図面下側）には第１ガイド部７０、任意の仕上げ刃５１の後方側（図面上側）には第２ガイド部８０が配置されている。第１および第２ガイド部７０，８０は、任意の仕上げ刃５１の反切削側（図面右側）に凸部を有している。ここで、「前方側」とはブローチ加工におけるヘリカルブローチの移動方向（図１中の前柄２０側）、「後方側」とはブローチ加工におけるヘリカルブローチの移動方向とは逆方向（図１中の後柄３０側）をいうものとする。

なお、ヘリカルブローチにおけるシェル刃部での切削工程では、被削材（ワーク）の両側の歯面は別々に加工される。この時、軸直型あるいはオフノルマル型のシェル刃部においては、一方側の歯面を加工する切れ刃（鋭角側の切れ刃）の逃げ面とすくい面のなす角を「鋭角」、反対側の歯面を加工する切れ刃（鈍角側の切れ刃）の逃げ面とすくい面のなす角を「鈍角」とする。また、これらの切れ刃で加工される歯面を、「鋭角歯面」，「鈍角歯面」として区別する。

次に、図１および２に示す第１実施形態のヘリカルブローチ１００を用いて被削材（ワーク）に対してクラウニング加工を行なう際の加工工程を各段階（第１ないし第８段階）ごとに図面を用いて説明する。本クラウニング加工の各段階におけるシェル刃部６０の仕上げ刃と被削材Ｗ１の位置関係を図３ないし図１０に示す。シェル刃部６０には、図３に示す様に通常のヘリカルブローチと同様に仕上げ刃５１、その加工方向の前方側に別個の仕上げ刃５２，５３が設けられている。

また、前述したように任意の仕上げ刃５１の前方側には第１ガイド部７０、任意の仕上げ刃５１の後方側には第２ガイド部８０が配置されており、第１ガイド部７０の前方側には異なる仕上げ刃５２，５３がさらに設けられている。この場合、第１ガイド部７０を前ガイド部、第２ガイド部８０を後ガイド部と呼んでも良い。

第１ガイド部７０は、図３に示す様にその後方に配置されている任意の仕上げ刃５１の切削側（図面左側）とは反切削側（図面右側）に膨らみ（凸部）７１、その後方側には緩やかな曲面部７２を備えている。この曲面部７２は、後方に位置する仕上げ刃５１の側面（反切削側）と同じ位置（ライン）に設定できる。同様に、後（第２）ガイド部８０にも任意の仕上げ刃５１の反切削側（図面右側）に膨らみ（凸部）８１を備えており、その前方側には緩やかな曲面部８２を備えている。この曲面部８２は、前方に位置する任意の仕上げ刃５１の側面（反切削側）と同じ位置（ライン）に設定できる。

まず、ヘリカルブローチを用いたクラウニング加工時の第１段階では、図３に示す様に被削材（ワーク）Ｗ１にブローチ本体の切れ刃（荒刃）によってブローチ加工された溝（ワークＷＬとＷＲとの境界部分）が形成されている。図３に示すクラウニング加工の第１段階は、ヘリカルブローチが図中に示す矢印の方向へ移動することでシェル刃部の仕上げ刃５２，５３が溝内を通過しつつ、それに続く第１ガイド部７０、任意の仕上げ刃５１、第２ガイド部８０が溝内に入る直前の状態を模式的に示している。

クラウニング加工の第２段階では図４に示す様に第１ガイド部７０の凸部７１が仕上げ刃５２，５３により切削加工されたワークＷ１の溝内に進入する。クラウニング加工の第３段階では図５に示す様にヘリカルブローチが移動することでワークＷ１の溝内を第１ガイド部７０の凸部７１が通過すると、曲面部７２に移行する。同時に、仕上げ刃５１の刃先５１ＡがワークＷ１（Ｗ_Ｌ）の角部に対する切削加工を開始するので、ワークＷ１は刃先５１Ａが押し付けることで発生する切削背分力によって矢印ＤＷ（図面左側）の向きに移動を開始する。

さらに、クラウニング加工の第４段階では図６に示す様にワークＷ１の溝内を第１ガイド部７０の曲面部７２が通過して行くにしたがい、第１ガイド部７０がワークＷ１の溝内から徐々に抜け始める。その間も、ワークＷ１は仕上げ刃５１の刃先５１Ａによる切削背分力を受けつつ、図５に示す矢印ＤＷの方向への移動が完了する。その結果、ワークＷ１（ＷＬ）の角部には第１ガイド部７０の曲面部７２に沿った形態のクラウニング加工を施すことができる。なお、任意の仕上げ刃５１の刃先５１Ａは、図３に示す矢印の向きに進み、ブローチ加工中はその向きは変化しない。

第１ガイド部７０の曲面部７２がワークＷ１の溝内から完全に通過すると、引き続いてクラウニング加工の第５段階である図７に示す様に仕上げ刃５１の後方に位置する第２ガイド部８０がワークＷ１の溝内に入る。その間、仕上げ刃５１はワークＷ１の溝中央付近を平行に仕上げの切削加工を行なう。さらにブローチ加工が進むと、第２ガイド部８０の曲面部８２がクラウニング加工の第６段階である図８に示すようにワークＷ１の溝内に進入する。このとき、第２ガイド部８０は曲面部８２の形状に沿ってワークＷ１（ＷＲ）に対して矢印ＤＢの向きに押し出そうとするので、ワークＷ１（ＷＲ）は矢印ＤＷの向きに移動する。その結果、仕上げ刃５１の刃先５１ＡによりワークＷ１（ＷＬ）の角部に対して切削加工を行なう。

さらにブローチ加工が進むと、クラウニング加工の第７段階である図９に示す様にワークＷ１は第２ガイド部８０の凸部８１に接触した状態でワークＷ１（ＷＬ）の角部に対する切削加工が進む。このような状態でクラウニング加工の第８段階である図１０に示す様にワークＷ１の溝内から仕上げ刃５１の刃先５１Ａが完全に通過すると、ワークＷ１（ＷＬ）の下角部にクラウニング加工が施される。

次に、シェル刃部の配置形態が異なるヘリカルブローチを用いた場合（第２実施形態）のクラウニング加工における各段階（第１ないし第８段階）について図面を用いて説明する。本クラウニング加工の各段階におけるシェル刃部と被削材Ｗ２の位置関係を図１１ないし図１８に示す。本実施形態では、ヘリカルブローチのシェル刃部には図１１等に示す様に従来のヘリカルブローチと同様に仕上げ刃（第２仕上げ刃）５７、その加工方向の前方側に別個の仕上げ刃（第１仕上げ刃）５６が設けられている。

また、仕上げ刃５７の前方側にはガイド部９０が配置、つまり仕上げ刃５６と仕上げ刃５７の間に位置している。ガイド部９０は、図１１に示す様にその後方に配置されている仕上げ刃５７の切削側（図面左側）とは反対側（図面右側）に膨らみ（凸部）９１、その前方側および後方側には緩やかな曲面部９２，９３を備えている。この曲面部９２，９３は、後方に位置する仕上げ刃５７の側面（反切削側）と同じ位置（ライン）に設定できる。

ヘリカルブローチを用いたクラウニング加工の第１段階では、図１１に示す様に被削材（ワーク）Ｗ２にブローチ本体の切れ刃によってブローチ加工された溝（ワークＷＬとＷＲとの中央部分）が形成されている。図１１に示すクラウニング加工の第１段階は、ヘリカルブローチが図中に示す矢印の方向へ移動することでシェル刃部の仕上げ刃５６が溝内を通過しつつ、それに続くガイド部９０が溝内に進入する直前の状態を模式的に示している。

クラウニング加工の第２段階では図１２に示す様にガイド部９０がワークＷ２の溝内に進入する。ガイド部９０の曲面部９２に沿ってワークＷ２が図面右側に移動し、仕上げ刃５６の刃先５６ＡによりワークＷ２（ＷＬ）の下角部の切削加工を開始する。クラウニング加工が更に進むとクラウニング加工の第３および第４段階である図１３および図１４に示す様に、ガイド部９０には凸部９１を備えているので、この凸部９１がワークＷ２に対して図面右側の方向へ更に押し出すことでワークＷ２は図面右側の向きに移動する。最終的には、クラウニング加工の第５段階である図１５に示す様に仕上げ刃５６がワークＷ２の溝内を完全に通過することで、ワークＷ２（ＷＬ）の下角部を切削加工して曲面部９２と同じ形状のクラウニング加工が施される。

さらにクラウニング加工が進むと、ガイド部９０は凸部９１を有するので、仕上げ刃５７がワークＷ２の溝内に侵入する時、ワークＷ２はクラウニング加工の第６段階である図１６に示す様に図面上右側に押し付けられる。その状態で、ワークＷ２（ＷＬ）は仕上げ刃５７の刃先５７Ａによって切削加工が行なわれる。その後、クラウニング加工が進み、凸部９１が溝内を通過すると、クラウニング加工の第７段階である図１７に示す様に曲面部９３の形状に沿ってワークＷ２は徐々に図面上左側に移動を開始する。

その間、仕上げ刃５７によってワークＷ２（ＷＬ）の上角部の対する切削加工が進む。その後に、ワークＷ２（ＷＬ）の溝内からガイド部９０の曲面部９３が通過することでワークＷ２（ＷＬ）の上角部にガイド部９０の曲面部９３の形状を模したクラウニング加工が形成される。

なお、本実施の形態ではいずれも切れ刃の鋭角側を用いたクラウニング加工について説明したが、切れ刃の鈍角側を用いたクラウニング加工についても同様の作用、効果があることは言うまでもない。

１０本体
２０，３０柄部
４０切れ刃
５０〜５３，５６，５７仕上げ刃（切れ刃）
６０シェル刃部
７０，８０，９０ガイド部（第１ガイド部，第２ガイド部）
７１，８１，９１凸部
７２，８２，９２，９３曲面部
１００ヘリカルブローチ

Claims

軸状の本体と、前記本体の両端部に設けられた柄部と、前記本体の表面に設けられた複数の切れ刃と、前記複数の切れ刃の後方側に位置して複数の仕上げ刃を備えるシェル刃部と、を有するヘリカルブローチであって、前記複数の仕上げ刃のうち少なくとも一の仕上げ刃の前方側に第１ガイド部、前記一の仕上げ刃の後方側に第２ガイド部が各々配置されており、前記第１および第２ガイド部は前記一の仕上げ刃の反切削側に各々凸部を有することを特徴とするヘリカルブローチ。
前記第１ガイド部の凸部の後方側には曲面部が連続して形成されており、前記第２ガイド部の凸部の前方側には曲面部が連続して形成されていることを特徴とする請求項１に記載のヘリカルブローチ。
軸状の本体と、前記本体の両端部に設けられた柄部と、前記本体の表面に設けられた複数の切れ刃と、前記複数の切れ刃の後方側に位置して複数の仕上げ刃を備えるシェル刃部と、を有するヘリカルブローチであって、前記シェル刃部において軸方向に隣接して配置される第１仕上げ刃と第２仕上げ刃の間にはガイド部を備えており、前記ガイド部は前記第１および第２仕上げ刃の反切削側に凸部を有することを特徴とするヘリカルブローチ。
前記ガイド部には前記凸部の前方側に第１曲面部、後方側に第２曲面部をそれぞれ有しており、前記凸部、前記第１曲面部、前記第２曲面部は互いに連続して形成されていることを特徴とする請求項３に記載のヘリカルブローチ。