JP2021107105A - 歯切り工具及び歯切り工具の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高価な硬質材の使用量を抑えて製造にかかるコストを低減することができる歯切り工具を提供することを目的とする。【解決手段】歯切り工具１０，１１０は、環状且つ外周面に創成された複数の支持刃１１ａを有する支持刃部１１と、支持刃部１１の形成材料よりも硬質な材料を用いて形成され、支持刃部１１の一端側に同軸上に連結され且つ外周面に支持刃１１ａの各々によって支持されるように創成された複数の切刃１２ａを有する環状の切刃部１２とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、歯切り工具及び歯切り工具の製造方法に関する。

近年、コストの面から高速加工可能な歯車加工が望まれており、このような歯車加工の一つにスカイビング加工が知られている。スカイビング加工とは、歯切り工具の回転軸線と工作物の回転軸線とを傾斜させた状態（歯車加工における交差角を有する状態）とする。そして、歯切り工具及び工作物をそれぞれの回転軸線回りに同期回転させながら、歯切り工具を工作物の回転軸線方向に相対移動（パス）する加工である。

スカイビング加工用の歯切り工具は、上述のパスを複数回行うが、全てのパスにおいて歯切り工具の刃の刃先が加工を行うため、刃先の摩耗量が多くなる。この場合、刃先の摩耗量が限界を超えたら歯切り工具を交換すれば良いが、一般に、歯切り工具は、全体が高価な硬質材を用いて形成される。このため、歯切り工具の交換を行う場合には、コストが高くなる。

歯切り工具に部分的に発生する摩耗に対し、コストを抑えるために、例えば、下記特許文献１に開示された付加製造を用いて摩耗した刃先に肉盛りを行うことにより、ハイス鋼又は超硬材の使用量を低減することが考えられる。又、例えば、下記特許文献２に開示された蒸着による表面被覆を用いて、刃先の摩耗を低減することが考えられる。

特表２０１７−５２９４５５号公報 特開２０１６−２２１６５５号公報

ところで、特にスカイビング加工用の歯切り工具においては、上述したように、一般に刃先以外の加工に直接的に寄与しない部分も高価な硬質材を用いて形成されている。これにより、刃の創成に伴って硬質材の一部を削り取るにも拘らず硬質材の使用量が多いために素材費が高くなり、又、刃先以外の部分も硬質材であるため刃の創成に伴う加工費も高くなる。従って、このような歯切り工具において、付加製造によって硬質材を肉盛りしたり、表面被覆によって摩耗を低減したりしても、歯切り工具の製造にかかるコストの低減効果は期待できない。

本発明は、高価な硬質材の使用量を抑えて製造にかかるコストを低減することができる歯切り工具及びその製造方法を提供することを目的とする。

（歯切り工具）
本発明に係る歯切り工具は、工作物に歯車の歯を創成する歯切り工具であって、外周面に創成された複数の支持刃を有する環状の支持刃部と、支持刃部の形成材料より硬質な材料を用いて形成され、支持刃部の一端側に同軸上に連結され且つ外周面に複数の支持刃の各々によって支持されるように創成された複数の切刃を有する環状の切刃部とを備える。

（歯切り工具の第一製造方法）
本発明に係る歯切り工具の製造方法は、支持刃部の素材である支持刃用環状部材の外周面に複数の支持刃を創成することにより、支持刃部を形成する支持刃創成工程と、支持刃部の一端側に、支持刃部の形成材料より硬質な材料を用いて形成された切刃用環状部材を接合する接合工程と、切刃用環状部材の外周面に支持刃部に創成された複数の支持刃に対応する複数の切刃を創成することにより、切刃部を形成する切刃創成工程とを備える。

（歯切り工具の第二製造方法）
本発明に係る歯切り工具の製造方法は、支持刃部の素材である支持刃用環状部材と切刃部の素材である切刃用環状部材とを接合する接合工程と、支持刃用環状部材の外周面に複数の支持刃を創成することにより支持刃部を形成すると共に、切刃用環状部材の外周面に複数の切刃を創成することにより切刃部を形成する創成工程と、

これらによれば、支持刃が創成される支持刃部を比較的安価な形成材料を用いて形成し、切刃が創成される切刃部のみを高価な硬質材を用いて形成することができる。従って、支持刃部及び切刃部の全体を高価な硬質材を用いて形成する場合と比べて、硬質材の使用量を低減することができるため、素材費や加工費等のコストを抑えることができる。

第一例の歯切り工具を示す斜視図である。 図１の歯切り工具を回転軸線と直角な方向から見た一部断面図である。 支持刃部及び切刃部の歯切り工具の径方向における大きさの違い（段差）を説明するための図である。 支持刃部及び切刃部の歯切り工具の幅方向における大きさの違い（段差）を説明するための図である。 歯切り工具の製造装置である研削装置の概略的な構成を示し、支持刃部の支持刃を創成加工する研削装置を示す図である。 歯切り工具の製造装置である研削装置の概略的な構成を示し、切刃部の切刃を創成加工する研削装置を示す図である。 図１の歯切り工具の製造方法を示すフローチャートである。 図１の歯切り工具の製造過程において支持刃部の支持刃の加工前の加工状態を示す一部断面図である。 図１の歯切り工具の製造過程において支持刃部の支持刃を創成した加工状態を示す一部断面図である。 図１の歯切り工具の製造過程において支持刃部に硬質材を用いて形成された環状部材を接合した加工状態を示す一部断面図である。 図１の歯切り工具の製造過程において環状部材（切刃部）に切刃を創成した加工状態を示す一部断面図である。 図８Ｂの製造過程において創成された支持刃の形状を説明するための図である。 図８Ｄの製造過程において創成された切刃の形状を説明するための図である。 第二例の歯切り工具の構成を説明するための一部断面図である。 第三例の歯切り工具の構成を説明するための一部断面図である。 図１１の歯切り工具の製造方法を示すフローチャートである。 図１１の歯切り工具の製造過程において支持刃用環状部材と切刃用環状部材との接合前の状態を示す一部断面図である。 図１１の歯切り工具の製造過程において支持刃用環状部材と切刃用環状部材との接合した加工状態を示す一部断面図である。

（１．歯切り工具の適用対象）
対象の歯切り工具は、工作機械に装着され、工作物を機械加工、例えば、歯車を創成する切削加工や研削加工するための回転工具である。歯切り工具は、外接面の形状が円錐台形状又は円筒形状とすることができる。本例では、外接面の形状が円錐台形状の回転工具であるスカイビングカッタを例に挙げる。そして、本例においては、工作機械としてスカイビング加工によって工作物（歯車）を製造する歯車加工装置を例に挙げる。

（２．第一例の歯切り工具の形状）
本例における歯切り工具１０の形状について、図１及び図２を参照して説明する。歯切り工具１０は、図１及び図２に示すように、支持刃部１１と、切刃部１２とを備える。支持刃部１１と切刃部１２とは、互いの境界面において、支持刃部１１及び切刃部１２の少なくとも一方が溶融して固化することにより、一体に接合（溶接）される。又、歯切り工具１０は、支持刃部１１に連結される工具本体１３を備える。工具本体１３は、本例においては、中空円筒形状に形成される。尚、工具本体１３は、円柱状であっても良い。

支持刃部１１は、図１及び図２に示すように、円環状に形成され、工具本体１３の一端側に同軸上に連結される。支持刃部１１は、形成材料として比較的安価な浸炭鋼を用いて形成される。支持刃部１１は、後述する製造過程を経ることによって外周面に創成された複数の支持刃１１ａを有している。尚、支持刃部１１と工具本体１３とは、ボルト１４によって締結される。

切刃部１２は、支持刃部１１に同軸上に接合（溶接）されることによって連結される。切刃部１２の回転軸線Ｃの方向における厚みは、切刃１２ａの形状を再現する少なくとも１回の再研磨を可能とする厚みに設定される。例えば、切刃部１２の厚みは、支持刃部１１の回転軸線Ｃの方向における厚みよりも薄く、例えば、６ｍｍ以下、好ましくは、３〜４ｍｍ程度に設定される。尚、切刃部１２の厚みについては、歯切り工具１０による加工後に行われる後述のすくい面１２ａ１の再研磨回数に応じて、適宜設定することが可能である。

切刃部１２は、支持刃部１１を形成する形成材料よりも硬質な材料により形成されている。例えば、切刃部１２は、支持刃部１１を形成する浸炭鋼とは異なり、浸炭鋼よりも硬質な硬質材であるハイス鋼又は超硬材を用いて形成される。切刃部１２は、支持刃部１１の支持刃１１ａの刃筋方向（刃溝方向に等しい）に連続的に創成された複数の切刃１２ａを有している。即ち、切刃部１２の切刃１２ａは、支持刃部１１の支持刃１１ａに対応して創成されており、支持刃１１ａによって回転軸線Ｃの方向において支持される。

切刃部１２の切刃１２ａは、図２に示すように、回転軸線Ｃの方向の端面に、回転軸線Ｃと直交する面に対してすくい角θを有するすくい面１２ａ１を備える。つまり、すくい面１２ａ１は、回転軸線Ｃを中心としたテーパ状に形成される。

又、支持刃部１１の支持刃１１ａ及び切刃部１２の切刃１２ａの外接面は、円錐台形状に形成される。つまり、複数の支持刃１１ａ及び切刃１２ａの外周面は、切刃１２ａのすくい面１２ａ１に対して前逃げ角αを有する前逃げ面１１ａ１及び前逃げ面１２ａ２となる。従って、切刃１２ａの刃先から刃筋方向（刃溝方向に等しい）にて支持刃１１ａに行くに従って、前逃げ面１１ａ１及び前逃げ面１２ａ２は回転軸線Ｃからの距離が徐々に小さくなっている。又、支持刃１１ａの前逃げ面１１ａ１に連結され且つ回転軸線Ｃの方向に沿って延設される側面及び切刃１２ａの前逃げ面１２ａ２に連結され且つ回転軸線Ｃの方向に沿って延設される側面は、各々、側逃げ面１１ａ２及び側逃げ面１２ａ３となる。

ここで、図３に示すように、支持刃部１１の径方向にて外方即ち外周面となる支持刃１１ａの前逃げ面１１ａ１は、切刃部１２の径方向にて外方即ち外周面となる切刃１２ａの前逃げ面１２ａ２を仮想的に回転軸線Ｃの方向にて延長した延長面Ｐ１よりも小径となるように創成される。これにより、図３に示すように、支持刃１１ａの前逃げ面１１ａ１と切刃１２ａの前逃げ面１２ａ２との境界部分には径方向の段差Ｄ１が存在する。

又、図４に示すように、支持刃部１１の回転軸線Ｃの方向に沿って創成された支持刃１１ａの２面一対の側逃げ面１１ａ２の間の距離を表す幅Ｈ１の大きさは、切刃部１２の回転軸線Ｃの方向に沿って創成された切刃１２ａを回転軸線Ｃの方向に沿って仮想的に延長した２面一対の延長面Ｐ２の間の距離を表す幅Ｈ２よりも小さくなるように創成される。これにより、図４に示すように、支持刃１１ａの２面一対の側逃げ面１１ａ２と切刃１２ａの２面一対の側逃げ面１２ａ３との境界部分には幅方向の段差Ｄ２が存在する。

ここで、支持刃１１ａの前逃げ面１１ａ１と切刃１２ａの前逃げ面１２ａ２とによって形成される段差Ｄ１の大きさは、歯切り工具１０による加工状態や再研磨回数等に基づいて設定され、例えば、２ｍｍ以下、より好ましくは、０．５〜１ｍｍ程度に設定される。同様に、支持刃１１ａの側逃げ面１１ａ２と切刃１２ａの側逃げ面１２ａ３とによって形成される段差Ｄ２の大きさも、歯切り工具１０の加工状態や再研磨回数等に基づいて設定され、２ｍｍ以下、より好ましくは、０．５〜１ｍｍ程度に設定される。

又、支持刃部１１の支持刃１１ａ及び切刃部１２の切刃１２ａは、回転軸線Ｃに対してねじれ角βを有している。但し、スカイビング加工においては、加工する歯車の歯のねじれ角と、切削加工における歯車と歯切り工具１０との交差角に応じて、支持刃１１ａ及び切刃１２ａのねじれ角βは適宜異なる。よって、支持刃１１ａ及び切刃１２ａは、ねじれ角βを有しない場合（ねじれ角βが０度）も存在する。

以上のように、浸炭鋼を用いて形成される支持刃部１１と硬質材（ハイス鋼又は超硬材）を用いて形成される切刃部１２とは別体で構成され、複数の支持刃１１ａ及び複数の切刃１２ａは外周面に刃筋方向が連続的となるように創成される。このため、高価な超硬材を用いて創成される切刃１２ａは、歯切り工具１０全体の一部とすることができる。

従って、支持刃部１１及び切刃部１２の全体を高価な超硬材を用いて形成する場合と比べて、超硬材の使用量を低減することができるため、本例の歯切り工具１０はコスト具体的には素材費を大幅に抑えることができる。又、歯切り工具１０の切刃１２ａが寿命を迎えた場合、支持刃部１１を再利用して切刃部１２のみを交換することが可能である。これにより、歯切り工具１０の維持費用を抑えることができ、ひいては、製造コストを抑えることができる。

又、切刃１２ａのみを硬質材（ハイス鋼又は超硬材）を用いて創成することができる。このため、例えば、切刃１２ａを創成するために硬質材を切削する切削距離や硬質材を研削する研削距離を短くすることができる。これにより、切削加工に用いるカッタや研削加工に用いる砥石等の消耗を抑制して寿命を延ばすことが可能となり、ひいては、歯切り工具１０のコスト具体的には加工費を抑えることができる。

又、支持刃１１ａの前逃げ面１１ａ１は切刃１２ａの前逃げ面１２ａ２よりも小径、換言すれば、前逃げ面１２ａ２が前逃げ面１１ａ１よりも大径となるように切刃１２ａを創成することができる。加えて、支持刃１１ａの２面一対の側逃げ面１１ａ２の間の幅Ｈ１は切刃１２ａの２面一対の側逃げ面１２ａ３の間の幅Ｈ２よりも小さい、換言すれば、幅方向において支持刃１１ａよりも大きくなるように切刃１２ａを創成することができる。

これにより、切刃１２ａを創成加工する場合や歯切り工具１０の使用状態（加工状態）に応じて再研磨を行う場合には、砥石を用いて、支持刃１１ａを研磨することなく切刃１２ａのみを研磨することができる。従って、研磨距離を短くすることができ、短時間で切刃１２ａの再研磨が可能となる。その結果、歯切り工具１０の維持費用を抑えることができる。又、再研磨においては支持刃１１ａが共研磨されることを防止することができるため、切刃部１２のみを交換することによって支持刃部１１を再利用することができる。従って、歯切り工具１０の維持費用を抑えることができる。

（３．第一例の歯切り工具１０の製造装置）
上述した歯切り工具１０を製造する製造装置は、円環状の支持刃部１１において工具本体１３と連結される小径部１１ｂ及び支持刃１１ａの分だけ大径の大径部１１ｃを加工する装置として、旋盤やマシニングセンタ等の切削装置が用いられる。尚、切削装置については詳細な説明を省略する。又、支持刃部１１の支持刃１１ａ及び切刃部１２の切刃１２ａを加工する装置として、工具研削盤やアンギュラ研削盤等の研削装置が用いられる。以下、図５及び図６を参照して製造装置としての研削装置６０を説明すると共に、支持刃部１１の支持刃１１ａ及び切刃部１２の切刃１２ａの研削及び接合を行う場合について説明する。

研削装置６０は、図示しないベッド上において、研削対象である歯切り工具１０を、歯切り工具１０の回転軸線Ｃの回り（Θｃ）に回転可能に支持する主軸ユニット６１を備える。更に、研削装置６０は、砥石車６３及び砥石車６４を、砥石車６３，６４の回転軸線Ｔの回り（Θｔ）に回転可能に支持する砥石台６２を備える。

砥石台６２は、主軸ユニット６１に対して直交３軸方向に相対移動可能である。尚、主軸ユニット６１と砥石台６２とは、相対移動可能であれば良く、主軸ユニット６１が移動可能な構成とすることも可能である。又、砥石台６２は、主軸ユニット６１に対して歯切り工具１０の研削加工における交差角ηを調整可能（歯切り工具１０の回転軸線Ｃと砥石車６３，６４の回転軸線Ｔとを直交させた状態から交差角ηだけ傾斜させる調整が可能）である。砥石台６２と主軸ユニット６１との交差角ηは、歯切り工具１０のねじれ角βに合わせて調整される。本例においては、ねじれ角βと交差角ηとは同一であるとする。

砥石車６３，６４は、回転軸線Ｔの回りの円盤状に形成される。砥石車６３は、支持刃１１ａを研削するためのものである。砥石車６４は、砥石車６３よりも厚みが薄く、切刃１２ａを研削するためのものである。

研削装置６０においては、主軸ユニット６１及び砥石台６２が位置決めされることにより、歯切り工具１０の回転軸線Ｃと砥石車６３，６４の回転軸線Ｔとが交差角ηを有する状態に位置決めされる。この状態で、歯切り工具１０が回転軸線Ｃの回り（Θｃ）に回転される。そして、砥石車６３，６４は、回転軸線Ｔの回り（Θｔ）に回転される。更に、砥石車６３，６４は、歯切り工具１０の回転に同期して、歯切り工具１０の回転軸線Ｃの方向（Ｍｃ）、歯切り工具１０の径方向（Ｍｒ）、及び、歯切り工具１０の回転接線方向（並進方向）（Ｍｍ）に移動する。このようにして、歯切り工具１０の支持刃１１ａ及び切刃１２ａの側逃げ面１１ａ２及び側逃げ面１２ａ３が研削される。

この研削では、砥石車６３，６４は、歯切り工具１０（より詳しくは、支持刃部１１及び切刃部１２）に創成する刃溝に沿って回転しながら往復移動しても良い。又、砥石車６３，６４は、歯切り工具１０の刃溝に対して隣接する支持刃１１ａ又は切刃１２ａの両側を同時に研削するが、刃溝の片側を研削しても良い。更に、砥石車６３，６４は、歯切り工具１０の回転方向が変わっても、歯切り工具１０の回転方向に合わせて歯切り工具１０の刃溝を研削できるように追従しても良い。

（４．第一例の歯切り工具１０の製造方法）
次に、歯切り工具１０の製造方法について図７、図８Ａ−図８Ｄ、図９Ａ−図９Ｂを参照して説明する。先ず、図８Ａに示すように、円環状の支持刃部１１の小径部１１ｂ及び大径部１１ｃを切削装置を用いて加工した支持刃用環状部材Ａ１（支持刃部１１の素材）を準備する。支持刃用環状部材Ａ１は、支持刃部１１の大径部１１ｃの端面においてボルト１４を挿通する４つの貫通孔の加工も施されている。尚、上述したように、支持刃部１１は円筒形状の工具本体１３とボルト１４により連結される。このため、工具本体１３の端面には、支持刃部１１の貫通孔を挿通したボルト１４と螺合する雌ねじが加工されている。

そして、図８Ｂに示すように、支持刃用環状部材Ａ１の外周に支持刃１１ａを創成することによって、支持刃部１１が形成される（図７のＳ１：支持刃創成工程）。この場合、図示を省略するが、支持刃部１１の小径部１１ｂには工具本体１３が連結されて、締結された工具本体１３と支持刃部１１を研削装置６０に取り付ける（図５を参照）。尚、支持刃部１１と工具本体１３とは、例えば、シュリンクディスク等を用いることにより、同軸の状態を維持してボルト締結される。

ここで、支持刃部１１に支持刃１１ａを創成する場合、図５に示すように、研削装置６０の砥石台６２には、砥石車６４に比べて厚みの大きい砥石車６３が取り付けられる。これにより、図９Ａに示すように、加工された支持刃１１ａの互いに対向する２面一対の側逃げ面１１ａ２の幅Ｈ１は、後述するように加工される切刃１２ａの２面一対の側逃げ面１２ａ３の幅Ｈ２よりも小さくなる。

支持刃部１１に支持刃１１ａが創成されると、図８Ｃに示すように、切刃部１２を創成するための硬質材（ハイス鋼又は超硬材）から形成された切刃用環状部材Ａ２を、支持刃部１１の一端側に、例えば、摩擦圧接によって接合する（図７のＳ２：接合工程）。摩擦圧接は、支持刃部１１と切刃用環状部材Ａ２（切刃部１２の素材）とを互いに押圧した状態で擦り合わせて発生する摩擦熱によって支持刃部１１及び切刃用環状部材Ａ２の少なくとも一方が溶融して固化し、支持刃部１１と切刃用環状部材Ａ２とを接合する接合方法である。尚、この場合、支持刃部１１と切刃用環状部材Ａ２とが同軸となるように接合される。

ここで、切刃用環状部材Ａ２の外径（直径）の大きさは、支持刃部１１の外径（直径）の大きさに比べて５ｍｍ以下、より好ましくは３〜４ｍｍ程度大きくなるように設定される。又、切刃用環状部材Ａ２の回転軸線Ｃの方向における厚みは、例えば、６ｍｍ以下、好ましくは、３〜４ｍｍ程度に設定される。尚、切刃用環状部材Ａ２の外径（直径）の大きさ及び厚みについては、上述したように、歯切り工具１０が工作物の加工した後の再研磨回数等に応じて設定することが可能である。

そして、図８Ｄに示すように、切刃用環状部材Ａ２の外周に切刃１２ａを創成することによって、切刃部１２が形成される（図７のＳ３：切刃創成工程）。この場合においても、支持刃部１１の他端側には工具本体１３が連結されており、支持刃部１１の一端側には切刃用環状部材Ａ２（切刃部１２の素材）が摩擦圧接によって一体に接合されている。これにより、例えば、工具本体１３を研削装置６０に取り付け、先ず、切刃部１２の外周に切刃１２ａを荒加工する。そして、荒加工が完了した後、研削装置６０を用いて、荒加工された切刃１２ａを仕上げ加工する。

ここで、切刃用環状部材Ａ２に切刃１２ａを創成する場合、図６に示すように、研削装置６０の砥石台６２には、砥石車６３に比べて厚みの小さい（薄い）砥石車６４が取り付けられる。これにより、砥石車６４が切刃用環状部材Ａ２を研削することにより創成する切刃１２ａの刃溝の幅は、砥石車６３が支持刃部１１を研削することにより創成する支持刃１１ａの刃溝の幅よりも狭くなる。換言すれば、図９Ｂに示すように、最終的に加工された切刃１２ａの２面一対の側逃げ面１２ａ３の幅Ｈ２は、加工された支持刃１１ａの２面一対の側逃げ面１１ａ２の幅Ｈ１よりも大きくなる。

又、切刃用環状部材Ａ２の外径は、支持刃部１１の外径よりも大きく設定されている。これにより、図９Ｂに示すように、切刃部１２の最外径を形成する切刃１２ａの前逃げ面１２ａ２は、支持刃部１１の最外径を形成する支持刃１１ａの前逃げ面１１ａ１よりも大径になる。即ち、図９Ｂに示すように、切刃１２ａは、支持刃１１ａに対して相似的に大きくなるように加工される。

このように、切刃１２ａが相似的に支持刃１１ａよりも大きな寸法を有することにより、例えば、砥石車６４が切刃１２ａを加工する場合、砥石車６４は相似的に寸法が小さい支持刃１１ａに接触することがない。即ち、砥石車６４は、切刃用環状部材Ａ２のみを研削することにより、換言すれば、材質の異なる支持刃１１ａを共研磨することなく、切刃１２ａを加工することができる。

ところで、歯切り工具１０を用いて歯車を加工する場合、上述したように、切刃部１２における切刃１２ａの刃先が加工するため、切刃１２ａの刃先の摩耗量が多くなる。このため、所定の加工数（例えば、１加工毎等）が経過するごとに、切刃１２ａは、再研磨される（再研磨工程）。そして、本例の歯切り工具１０においては、再研磨を行う際には、切刃１２ａのみを再研磨することができる。

上述したように、切刃１２ａの回転軸線Ｃの方向における厚みは、例えば、６ｍｍ以下、好ましくは、３〜４ｍｍ程度に設定される。又、切刃１２ａの前逃げ面１２ａ２と支持刃１１ａの前逃げ面１１ａ１との間には、２ｍｍ以下、より好ましくは、０．５〜１ｍｍ程度の段差Ｄ１となるように支持刃１１ａが小径に創成される。更に、切刃１２ａの２面一対の側逃げ面１２ａ３と支持刃１１ａの２面一対の側逃げ面１１ａ２との間には、２ｍｍ以下、より好ましくは、０．５〜１ｍｍ程度の段差Ｄ２となるように支持刃１１ａの幅Ｈ１が小さく創成される。

これにより、例えば、切刃１２ａのすくい面１２ａ１を再研磨する場合には、切刃１２ａが加工で許容される厚みとなるまで複数回再研磨することができる。従って、すくい面１２ａ１を再研磨する場合には、切刃１２ａのみが研磨されるため、支持刃１１ａが研磨されることがなく、歯切り工具１０を交換する必要がない。

又、必要に応じて、切刃１２ａの前逃げ面１２ａ２及び側逃げ面１２ａ３を再研磨する場合には、段差Ｄ１及び段差Ｄ２が設けられているため、段差Ｄ１及び段差Ｄ２が許容される厚みとなるまで複数回再研磨することができる。この場合、支持刃１１ａは切刃１２ａに対して相似的に小さく創成されている。このため、大径の前逃げ面１２ａ２及び幅広の側逃げ面１２ａ３を再研磨する際には、砥石が小径の前逃げ面１１ａ１及び幅狭の側逃げ面１１ａ２を研磨することが防止される。即ち、切刃１２ａの前逃げ面１２ａ２及び側逃げ面１２ａ３を再研磨する場合には、切刃１２ａのみが研磨されるため、支持刃１１ａが共研磨されることがないため、歯切り工具１０を交換する必要がない。

更に、支持刃１１ａは、切刃１２ａと共に共研磨されないため、支持刃部１１を再利用することができる。このため、例えば、摩耗の進んだ古い切刃部１２を切除して新しい切刃用環状部材Ａ２を再利用する支持刃部１１に接合することにより、切刃１２ａを創成することができる。これにより、切刃部１２のみを新たに交換することにより、歯切り工具１０を廃棄することなく使用することができる。

以上のように、本例の製造方法によれば、安価な浸炭鋼を用いて形成された支持刃部１１に対して浸炭鋼よりも硬質且つ高価なハイス鋼又は超硬材を用いて形成された切刃用環状部材Ａ２を摩擦圧接により一体化した後、複数の切刃１２ａを有する切刃部１２を創成して歯切り工具１０を製造することができる。これにより、高価な硬質材即ちハイス鋼又は超硬材を用いる量を低減することができ、素材費を大幅に削減することができる。

又、支持刃１１ａに比べて切刃１２ａを相似的に大きく創成することができる。これにより、例えば、所定の加工数を経過した後に行う再研磨時において、切刃１２ａのみを再研磨することができる。従って、再研磨する領域を少なくする、換言すれば、研磨距離を短くすることができるため、歯切り工具１０の加工費を削減することができる。又、切刃１２ａのみを再研磨するため、切刃１２ａの刃先精度も向上することができる。

（５．第二例の歯切り工具）
上述したように形成された支持刃部１１及び切刃部１２の外周面には、図１０にて太実線により示すように、クロムを含むコーティングを行うことによってコーティング層１５を形成することも可能である。具体的に、コーティング層１５は、支持刃１１ａの前逃げ面１１ａ１及び側逃げ面１１ａ２（歯溝を含む）と、切刃１２ａのすくい面１２ａ１、前逃げ面１２ａ２及び側逃げ面１２ａ３（歯溝を含む）に形成される。

コーティング層１５は、例えば、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法（物理蒸着法）やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法（化学蒸着法）等を用いて形成することができる。ＰＶＤ法やＣＶＤ法を用いて形成されるコーティング層１５の膜厚は、２〜１５μｍ、好ましくは、３〜１２μｍ程度に設定される。

このように、歯切り工具１０の支持刃１１ａ及び切刃１２ａにクロムを含むコーティング層１５を形成することにより、歯車加工時における潤滑性を向上させることができ、その結果、動摩擦が低減されて切削抵抗を低減することができる。又、歯切り工具１０の支持刃１１ａ及び切刃１２ａにコーティング層１５を形成することにより、歯車加工時に発生する加工熱に対する耐熱性を向上させることができ、その結果、支持刃１１ａ及び切刃１２ａを加工熱から良好に保護することができる。

（６．上記例の変形例）
上述においては、硬質材（ハイス鋼又は超硬材）を用いて形成された切刃用環状部材Ａ２を摩擦圧接によって支持刃部１１に一体に接合（溶接）し、その後、研削装置６０を用いて複数の切刃１２ａを創成するようにした。支持刃部１１と切刃部１２との接合（溶接）については、摩擦圧接に限定されるものではなく、例えば、付加製造（レーザクラッド等）により支持刃部１１の先端側に硬質材（ハイス鋼又は超硬材）の肉盛りを行い、その後、研削装置６０の砥石車６４を用いて切刃１２ａを創成することも可能である。この場合、付加製造としては、支持刃部１１に対する肉盛り加工が容易な指向性エネルギー堆積（Directed Energy Deposition）方式のうち、例えば、ＬＭＤ（Laser Metal Deposition）を用いることができる。

又、上述した本例及び別例においては、歯切り工具１０の外接面が円錐台形状であるとした。歯切り工具１０の外接面の形状については、円錐台形状に限定されるものではなく、例えば、円筒形状であっても良い。

（７．第三例の歯切り工具の形状）
本例の歯切り工具１１０の形状について、図１２を参照して説明する。歯切り工具１１０は、第一例の歯切り工具１０に対して、以下に説明する点以外は同一であるため、同一構成部分についての説明は省略する。

本例においては、切刃部１２の切刃１２ａの前逃げ面１２ａ２の延長面に、支持刃部１１の支持刃１１ａの前逃げ面１１ａ１が位置する。また、切刃部１２の切刃１２ａの側逃げ面１２ａ３の延長面に、支持刃部１１の支持刃１１ａの側逃げ面１１ａ２が位置する。

ただし、第一例の歯切り工具１０と同様に、支持刃部１１の支持刃１１ａの前逃げ面１１ａ１は、切刃部１２の切刃１２ａの前逃げ面１２ａ２の延長面よりも小径となるようにしても良い。また、支持刃部１１の回転軸線Ｃの方向に沿って創成された支持刃１１ａの２面一対の側逃げ面１１ａ２の間の距離を表す幅Ｈ１の大きさは、切刃部１２の回転軸線Ｃの方向に沿って創成された切刃１２ａを回転軸線Ｃの方向に沿って仮想的に延長した２面一対の延長面Ｐ２の間の距離を表す幅Ｈ２よりも小さくなるようにしても良い。

また、歯切り工具１１０を構成する支持刃部１１には、支持刃部１１と切刃部１２との接合面に、突起１１ｄが設けられている。突起１１ｄの摩擦圧接によって、支持刃部１１と切刃部１２とが接合されている。

突起１１ｄは、支持刃部１１の大径部１１ｃのうち切刃部１２と対向する面の一部に設けられている。具体的には、突起１１ｄは、大径部１１ｃのうち切刃部１２と対向する面のうち、径方向における中間部分に設けられている。ただし、突起１１ｄは、径方向における内側部分のみに設けても良いし、径方向における外側部分のみに設けても良い。更に、突起１１ｄは、径方向において、１か所としても良いし、複数箇所としても良い。

また、突起１１ｄは、径方向において、支持刃１１ａが形成される範囲と、支持刃１１ａよりも径方向内側の範囲とに跨って形成される。これにより、支持刃１１ａが、切刃１２ａを支持する支持力を発揮することができる。ただし、突起１１ｄは、径方向において、支持刃１１ａよりも径方向内側の範囲のみに形成されるようにしても良い。この場合であっても、突起１１ｄの溶融バリによって、支持刃１１ａと切刃１２ａとの間の少なくとも一部が、埋められた状態とすることは可能である。

更に、突起１１ｄは、周方向に連続した環状に形成されている。この他に、突起１１ｄは、周方向に断続的に複数箇所形成されるようにしても良い。

また、突起１１ｄは、接合相手である切刃部１２に向かって先細に形成されている。特に、突起１１ｄは、軸方向断面において先細に形成されている。例えば、突起１１ｄは、軸方向断面において、先細の台形状、先細の三角形状等に形成される。また、突起１１ｄが周方向に断続的に形成される場合には、周方向の断面において先細に形成されるようにしても良い。

ここで、突起１１ｄが摩擦圧接により切刃部１２に接合されており、支持刃部１１の大径部１１ｃの軸方向端面における突起１１ｄの周囲の部分は、切刃部１２に接合されていない。図１２においては、突起１１ｄの周囲の部分と、切刃部１２との間には、僅かに隙間を有する。ただし、突起１１ｄの溶融バリによって、支持刃部１１の大径部１１ｃの軸方向端面と切刃部１２の軸方向端面との間が埋められるようにすることも可能である。

（８．第三例の歯切り工具の製造方法）
歯切り工具１１０の製造方法について、図１２、図１３Ａ、図１３Ｂを参照して説明する。図１３Ａに示すように、支持刃用環状部材Ａ１（支持刃部１１の素材）及び切刃用環状部材Ａ２（切刃部１２の素材）を準備する。

図１３Ａに示すように、支持刃用環状部材Ａ１は、溶融前の突起１１ｄを有する。突起１１ｄは、上述したように、支持刃部１１の大径部１１ｃの軸方向端面の一部に設けられている。具体的には、突起１１ｄは、大径部１１ｃの軸方向端面のうち、径方向における中間部分に設けられている。また、突起１１ｄは、先細、例えば台形状に形成されている。

そして、図１３Ｂに示すように、支持刃用環状部材Ａ１と切刃用環状部材Ａ２とを、摩擦圧接により接合する（図１２のＳ１１：接合工程）。支持刃用環状部材Ａ１の突起１１ｄと切刃用環状部材Ａ２とが、摩擦圧接により溶融し固化されることによって、接合される。

ここで、突起１１ｄと切刃部１２とが対向する面積は、支持刃部１１の大径部１１ｃの軸方向端面と切刃部１２の軸方向端面とが対向する面積に比べて小さくなる。従って、摩擦圧接の際の押付力を小さくしたとしても、必要な面圧を確保できる。つまり、摩擦圧接の設備を小型化することができる。

そして、支持刃用環状部材Ａ１の外周面に複数の支持刃１１ａを創成すると共に、切刃用環状部材Ａ２の外周面に複数の切刃１２ａを創成する（図１２のＳ１２：創成工程）。このようにして、図１１に示すように、支持刃用環状部材Ａ１に支持刃１１ａが創成されることによって支持刃部１１が形成され、且つ、切刃用環状部材Ａ２に切刃１２ａが創成されることによって切刃部１２が形成される。

本例では、支持刃１１ａと切刃１２ａとは、同時に加工される。従って、支持刃１１ａは、切刃１２ａの延長面上に位置する。ただし、第一例のように、支持刃１１ａが切刃１２ａの延長面上に位置しないようにしてもよい。この場合、支持刃１１ａの創成と切刃１２ａの創成とは、第一例と同様に別工程にて行われる。

（９．第三例の変形例）
第三例の歯切り工具１１０は、突起１１ｄを支持刃部１１に設けることとした。この他に、支持刃部１１と切刃部１２との接合面において、切刃部１２に設けるようにしても良い。更に、支持刃部１１と切刃部１２との接合面において、支持刃部１１及び切刃部１２に突起を設け、それぞれの突起同士が摩擦圧接により接合されるようにしても良い。なお、支持刃部１１の材料の方が切刃部１２の材料よりも溶融しやすいため、支持刃部１１に突起１１ｄを設けるのが好ましい。

１０，１１０…歯切り工具、１１…支持刃部、１１ａ…支持刃、１１ａ１…前逃げ面、１１ａ２…側逃げ面、１１ｂ…小径部、１１ｃ…大径部、１１ｄ…突起、１２…切刃部、１２ａ…切刃、１２ａ１…すくい面、１２ａ２…前逃げ面、１２ａ３…側逃げ面、１３…工具本体、１４…ボルト、１５…コーティング層、６０…研削装置、６１…主軸ユニット、６２…砥石台、６３，６４…砥石車、Ｃ…回転軸線、Ｄ１…段差、Ｄ２…段差、Ｈ１…幅、Ｈ２…幅、Ｐ１…延長面、Ｐ２…延長面、Ａ１…支持刃用環状部材、Ａ２…切刃用環状部材、Ｔ…回転軸線、α…前逃げ角、β…ねじれ角、η…交差角、θ…すくい角

Claims (13)

1. 工作物に歯車の歯を創成する歯切り工具であって、
   外周面に創成された複数の支持刃を有する環状の支持刃部と、
   前記支持刃部の形成材料より硬質な材料を用いて形成され、前記支持刃部の一端側に同軸上に連結され且つ外周面に複数の前記支持刃の各々によって支持されるように創成された複数の切刃を有する環状の切刃部と、
   を備える、歯切り工具。
2. 前記支持刃部の径方向にて外方となる前記支持刃の前逃げ面は、前記切刃部の径方向にて外方となる前記切刃の前逃げ面を仮想的に回転軸線方向に沿って延長した延長面よりも小径である、請求項１に記載の歯切り工具。
3. 前記支持刃部の回転軸線方向に沿って創成された前記支持刃の２面一対の側逃げ面の間の距離を表す幅の大きさは、前記切刃部の回転軸線方向に沿って創成された前記切刃の２面一対の側逃げ面を回転軸線方向に沿って仮想的に延長した２面一対の延長面の間の距離を表す幅の大きさよりも小さい、請求項１又は２に記載の歯切り工具。
4. 前記切刃部の回転軸線方向における厚みは、前記切刃の形状を再現する少なくとも１回の再研磨を可能とする厚み以上である、請求項１−３のうちの何れか一項に記載の歯切り工具。
5. 前記支持刃部と前記切刃部とは、前記支持刃部及び前記切刃部の少なくとも一方が溶融して固化して接合された、請求項１−４のうちの何れか一項に記載の歯切り工具。
6. 前記支持刃部と前記切刃部とは、互いに押圧した状態で擦り合わせて発生する摩擦熱によって、前記支持刃部及び前記切刃部の少なくとも一方が溶融して固化して接合された、請求項５に記載の歯切り工具。
7. 更に、前記切刃のすくい面と、前記支持刃部及び前記切刃部の外周面とにクロムを含む層がコーティングにより形成された、請求項１−６のうちの何れか一項に記載の歯切り工具。
8. 前記支持刃部と前記切刃部との接合面において、前記支持刃部と前記切刃部の少なくとも一方に突起が設けられ、
   前記突起によって前記支持刃部と前記切刃部とが接合されている、請求項１−７のうちの何れか一項に記載の歯切り工具。
9. 前記突起は、前記支持刃部と前記切刃部のうち接合相手に向かって先細に形成されている、請求項８に記載の歯切り工具。
10. 前記歯切り工具は、
    スカイビング加工に用いられるスカイビングカッタである、請求項１−９のうちの何れか一項に記載の歯切り工具。
11. 前記支持刃部は、浸炭鋼を用いて形成され、
    前記切刃部は、ハイス鋼又は超硬材を用いて形成された、請求項１−１０のうちの何れか一項に記載の歯切り工具。
12. 請求項１−１１のうちの何れか一項に記載の歯切り工具の製造方法であって、
    前記支持刃部の素材である支持刃用環状部材の外周面に複数の前記支持刃を創成することにより、前記支持刃部を形成する支持刃創成工程と、
    前記支持刃部の一端側に、前記支持刃部の形成材料より硬質な材料を用いて形成された切刃用環状部材を接合する接合工程と、
    前記切刃用環状部材の外周面に前記支持刃部に創成された複数の前記支持刃に対応する複数の前記切刃を創成することにより、前記切刃部を形成する切刃創成工程と、
    を備える、歯切り工具の製造方法。
13. 請求項１−１１のうちの何れか一項に記載の歯切り工具の製造方法であって、
    前記支持刃部の素材である支持刃用環状部材と前記切刃部の素材である切刃用環状部材とを接合する接合工程と、
    前記支持刃用環状部材の外周面に複数の前記支持刃を創成することにより前記支持刃部を形成すると共に、前記切刃用環状部材の外周面に複数の前記切刃を創成することにより前記切刃部を形成する創成工程と、
    を備える、歯切り工具の製造方法。
    

Images