JP3149649B2 - 歯形仕上加工装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、あらかじめワークに形
成された歯形を、ワークに対して相対的に回転する砥石
によって仕上げ整形を行う歯形仕上加工装置の改良に関
する。

【０００２】

【従来の技術】自動車を構成する部品には、たとえばト
ランスミッションギヤやステアリングギヤなどの多数の
歯車部品がある。

【０００３】このような自動車用の歯車部品には、高精
度に仕上げられることと、量産に対応するために高い作
業能率を備えることとが要求される。そのため、一般に
歯車部品は、ホブやピニオンカッタ等であらかじめ歯形
を形成する前加工が施された後、シェービング加工で仕
上げられ、そして、熱処理後にホーニング加工によって
歯形の最終的な仕上げ整形が行われている。

【０００４】ホーニング加工によってワークの歯形を仕
上げ整形する従来の歯形仕上加工装置の一例として、た
とえば特開平３−２０２２２５号公報に開示されている
ものがある。この装置は、ワークのヘッド側端部を保持
する保持手段と、テール側端部を保持する保持手段と、
砥石を備えた砥石台ユニットとを有しており、あらかじ
め歯車が形成されたワークを前記保持手段を介して回動
自在に保持し、前記歯車の歯形（以下、ワーク歯とい
う）に対応した形状の歯（以下、砥石歯という）が整形
された砥石と前記ワークとを相対的に回転させてホーニ
ング加工を行い、もってワーク歯を仕上げ整形するもの
である。

【０００５】ところで、ホーニング加工によりワーク歯
を高精度に仕上げるためには、ワーク歯と砥石歯とをい
わゆるバックラッシが存在しない状態で接触させつつ研
削することが重要であり、したがって、ホーニング加工
の研削を行う前に、ワーク歯と砥石歯とをバックラッシ
が存在しない位置関係（以下、ノーバックラッシ位置と
いう）に設定する作業が必要となる。

【０００６】すなわち、ホーニング加工の場合には、一
般に、ワークごとのオーバ玉径（ＯＢＤ：Over Ball Di
ameter）のばらつき量に比べてその加工代が少ない。た
とえば、ファイナルギヤ（直径２００ｍｍ、シェービン
グ加工後の熱処理品）を例にとると、ＯＢＤのばらつき
量は、±５０μｍ、ホーニング加工前後でのＯＢＤの変
化は、２０〜３０μｍである。そのため、ワークごとの
ＯＢＤのばらつきに対応できなければ、ＯＢＤ最大のワ
ークを基準として当該ワークにおける砥石とワークとが
干渉しない位置からホーニング加工を開始せざるをえな
いが、この場合には、ＯＢＤ最小のワークについてＯＢ
Ｄ最大のワークとの差分はエアカット時間となり、その
結果、純粋の加工時間に比べてエアカット時間が長くな
ってしまう。また、ワークごとのＯＢＤのばらつきに対
応できなければ、ＯＢＤが大きいワークでは多くホーニ
ング加工し、ＯＢＤが小さいワークでは少なくホーニン
グ加工することになり、品質にばらつきが生じてしま
う。歯車のホーニング加工は、切込み量が多すぎるとか
えって歯形を崩す傾向があるので、エアカット時間の問
題だけではない。したがって、ワークごとのＯＢＤのば
らつきに対応すべく、ワークと砥石との間のノーバック
ラッシ位置を精度良く検出することは、歯車のホーニン
グ加工を行うにあたって、加工時間の短縮と歯車品質を
向上させる上できわめて重要である。

【０００７】そのため、前記公報に記載された装置にあ
っては、バックラッシに起因する振動を振動発生手段
（砥石駆動用モータ、砥石モータ用アンプ）によって発
生させ、この発生した振動を振動検出手段（振動セン
サ）で検出し、検出した振動がバックラッシのない状態
での振動以下になるまでワーク歯と砥石歯とを相対的に
接近移動させるようにしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の歯形仕上加工装置にあっては、バックラッシ
に起因する振動を検出する方式を採用し、その振動レベ
ルに基づいてバックラッシをなくすようにしているた
め、次のような理由から、ノーバックラッシ位置の検出
精度または検出の信頼性には一定の限界がある。

【０００９】すなわち、振動検出では、ワークの振動分
だけではなく、ワーク歯が砥石歯にぶつかった時の振動
も検出するため、ノーバックラッシ位置に至るまでの振
動レベルが安定しない。また、振動エネルギーはワーク
の径違いによるぶつかり速度の差、ワークの質量の差、
砥石の剛性の差、さらに設備面では、モータの出力特性
の差、設備の剛性の差などによる影響が大きく、安定し
た検出は困難である。さらに、製造現場のように他の振
動が大きい環境下では、バックラッシによる振動レベル
よりも外乱ノイズのほうが大きいことがあり、この場合
にはノーバックラッシ位置の検出は不可能である。例え
ば、モータ自体が発する振動レベルだけでも、バックラ
ッシに起因する振動レベルよりもはるかに大きい。

【００１０】また、図１４〜図１６はそれぞれ従来技術
の検出データを示したものである。図１４は切込みをか
けた時の砥石駆動モータの電流値の変化を示したもので
あって、同図（Ａ）中の「Ｌ0 」はあらかじめ作業者が
手動で検出したノーバックラッシ位置、同図（Ｂ）中の
「ａ」は砥石が回転を開始した時、「ｂ」はホーニング
加工を開始した時、「ｃ」は砥石が回転を停止した時を
それぞれ示している。また、図１５は切込みをかけた時
の振動センサの検出データ、図１６は振動センサの代わ
りにＡＥセンサを用いたときのその検出データをそれぞ
れ示したものである。なお、同図中の「Ｌ0 」と「ｂ」
の意味はそれぞれ図１４の場合と同様である。

【００１１】図１４〜図１６から分かるように、従来技
術では、ホーニング加工を開始してからノーバックラッ
シ位置を検出するまでに、切込み軸換算で約５０〜８０
μｍの遅れがある。しかも、検出してから切込み軸モー
タの停止までの惰走距離によってノーバックラッシ位置
を全加工代分行き過ぎてしまうため、自動検出ごとに砥
石にダメージを与えるおそれがある。

【００１２】このように、振動を検出する従来の装置で
は、ノーバックラッシ位置の検出精度に限界があるた
め、エアカット時間を完全になくすことができず、加工
時間の短縮に一定の限界があるだけでなく、ワークごと
のＯＢＤのばらつきによるホーニング量（切込み量）の
ばらつきを完全になくすことができず、歯車品質の向上
にも一定の限界がある。さらに、ノーバックラッシ位置
の検出に遅れがあるため、切込み軸モータがオーバラン
をし、砥石にダメージを与えるおそれもある。

【００１３】本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決
するためになされたものであり、歯車の歯と砥石の歯と
の間のノーバックラッシ位置をリアルタイムでかつ高精
度に検出しうる歯形仕上加工装置を提供することを目的
とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、あらかじめ歯形が形成されたワークを回動
自在に保持し、前記歯形に対応する形状に整形された砥
石を前記ワークの歯に向けて相対的に接近離反移動自在
に設け、前記ワークと前記砥石とを相対的に回転させて
ホーニング加工を行うことによって前記ワークの前記歯
形を仕上げ整形する歯形仕上加工装置において、前記砥
石を固定する砥石固定手段と、前記ワークを正転反転動
させるワーク駆動手段と、前記砥石を前記ワークの歯に
向けて相対的に接近移動させる切込み軸駆動手段と、前
記ワークの回動位置を検出する検出手段と、当該検出手
段からの信号に基づいて前記ワークの振幅を演算する振
幅演算手段と、当該振幅演算手段からの信号に基づい
て、前記振幅が前記ワークの歯と前記砥石の歯との間の
バックラッシのない状態を示す所定値以下となったとき
に前記切込み軸駆動手段を停止する制御手段と、を有す
ることを特徴とする。

【００１５】

【００１６】

【作用】このように構成した本発明にあっては、砥石を
砥石固定手段によって固定した状態で、ワークをワーク
駆動手段によって正転反転動させつつ、同時に切込み軸
駆動手段によって砥石をワークの歯に向けて相対的に接
近移動させる。これにより、ワークはバックラッシの大
小に応じた振幅で正転反転し、この時のワークの回動位
置を検出手段によって検出する。振幅演算手段は検出手
段からの信号に基づいてワークの振幅を演算する。そし
て、制御手段は、演算した振幅に基づいて、振幅がバッ
クラッシのない状態を示す所定値以下となったときに前
記切込み軸駆動手段を停止する。これにより、ワークの
歯と砥石の歯との間にはバックラッシが存在しない状態
となり、この状態から、ワークの歯形は砥石の歯による
ホーニング加工によって仕上げ整形されることになる。

【００１７】

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明の歯形仕上加工装置の一実施例を示
す要部断面概略図、図２は同実施例の部分斜視図、図３
は同実施例の制御系を示すブロック図、図４は同実施例
の動作を示すフローチャート、図５は図４のサブルーチ
ンの内容を示すフローチャート、図６はワークと砥石の
噛合い状態を示す図、図７は本実施例の検出データの一
例を示す図、図８は図７の部分拡大図、図９は本発明の
歯形仕上加工装置の他の実施例の制御系を示すブロック
図、図１０は同実施例の動作を示すフローチャート、図
１１は同実施例の説明に供する信号波形図、図１２はノ
ーバックラッシ位置の自動検出における各種パラメータ
の説明に供する図、図１３は最適条件とその他の条件で
の実験結果を示す図である。

【００１９】図１に示す歯形仕上加工装置１は、ワーク
Ｗのヘッド側端部を保持する保持手段２と、テール側端
部を保持する保持手段３と、砥石４を備えた砥石台ユニ
ット５とを有しており、あらかじめ歯車Ｇが形成された
ワークＷを前記保持手段２、３を介して回動自在に保持
し、歯車Ｇの歯（ワーク歯）６に対応した形状の歯（砥
石歯）７が整形された砥石４と前記ワークＷとを相対的
に回転させてホーニング加工を行い、もってワーク歯６
を仕上げ整形するものである。

【００２０】ヘッド側の保持手段２は、歯形仕上加工装
置１のベッド８上に設けられ、その内部には、ベアリン
グ９を介して回動自在に保持されたシャフト１０が内蔵
されている。このシャフト１０の一端部には、ワークＷ
のヘッド側端部における回動中心を支持するセンタ１１
が取り付けられている。シャフト１０の他端部には、電
磁クラッチ１２ならびに減速機１３を介してワーク駆動
モータ１４が連結されている。このワーク駆動モータ１
４としては、サーボモータが用いられている。ワーク駆
動モータ１４の駆動力は電磁クラッチ１２のオンオフに
よって選択的にワークＷに伝達され、ワークＷが駆動さ
れる。

【００２１】テール側の保持手段３も前記ベッド８上に
設けられており、ワークＷのテール側端部における回動
中心を支持しながらワークＷと共に回動自在のセンタ１
４を有している。また、この保持手段３には、前記セン
タ１４が取り付けられた図示しないシャフトの他端部
に、ワークＷの回動位置を検出するための高分解能のエ
ンコーダ（パルスジェネレータ）１６が取り付けられて
いる。さらに、この保持手段３は、前記センタ１５をワ
ークＷに対して進退移動させるための図示しない機構を
備えている。

【００２２】また、ワークＷを歯形仕上加工装置１に搬
入、搬出する際に、ワークＷの両端部を保持するワーク
レスト１７、１８が保持手段２、３にそれぞれ取り付け
られている。さらに、両センタ１１、１５で支持された
ワークＷのワーク歯６を割り出すため、歯の位置を検出
する近接センサ１９が前記ワークレスト１７に取り付け
られている。

【００２３】砥石台ユニット５は、図１と図２に示すよ
うに、リング形状を呈し回動自在に装着された内歯式の
砥石４と、この砥石４を回転駆動する砥石駆動モータ２
０とを有している。砥石４は、図示しない砥石押えを介
してプーリ２１の内周面に固定されている。また、砥石
駆動モータ２０としては、サーボモータが用いられてい
る。この砥石駆動モータ２０にはエンコーダ２２が取り
付けられている。また、この砥石駆動モータ２１に連結
された図示しないプーリは、図示しないベルトを介して
砥石側の前記プーリ２１に連結されている。これら砥石
４、砥石駆動モータ２０、プーリ２１等、およびエンコ
ーダ２２などは、ケーシング２３内に装着されている。
さらに、図１には示していないが、砥石歯７をワーク歯
６に噛み合わせたり離したりするために、図１に矢印で
示す切込み軸方向に砥石台ユニット５をワークＷに対し
て進退移動させる切込み軸モータが設けられている。こ
の切込み軸モータとしては、他のモータ１４、２０と同
様、サーボモータが用いられている。

【００２４】図３は同実施例の制御系を示すブロック図
である。歯形仕上加工装置１の各部を総合的に制御する
制御装置２４には、マイクロコンピュータが内蔵されて
おり、ワーク駆動モータ１４に指令信号を出力するコン
トローラ２５と、砥石台ユニット５を切込み軸の方向に
進退移動させる切込み軸モータ２６と、砥石駆動モータ
２０と、電磁クラッチ１２とがそれぞれ接続されてい
る。前記コントローラ２５は、所望の信号波形を発生す
る発振器２７と、発振器２７からの信号を増幅するサー
ボアンプ２８とからなっている。後述するように、本実
施例では、ノーバックラッシ位置の検出にあたってワー
クＷを正転反転させるため、コントローラ２５はワーク
駆動モータ１４に正弦波指令を出力するようになってい
る。また、ワーク駆動モータ１４が取り付けられていな
いテール側の保持手段３に取り付けられたエンコーダ１
６には、このエンコーダ１６からの出力パルスデータを
取り込むカウンタ基板２９が接続され、このカウンタ基
板２９には、ワークＷの回動の振幅を演算する演算装置
３０が接続されている。この演算装置３０は例えばＮＣ
装置またはパソコンで構成されている。演算装置３０の
演算結果は制御装置２４に出力されるようになってい
る。さらに、制御装置２４には、切込み軸モータ２６に
取り付けられたエンコーダ３１と、砥石駆動モータ２０
に取り付けられたエンコーダ２２と、近接センサ１９
と、作業者の命令を入力したり各種のデータ設定を行う
ための入力装置３２が接続されている。制御装置２４
は、これら演算装置３０、エンコーダ２２、３１、近接
センサ１９、および入力装置３２等からの入力信号を演
算処理して、ワーク駆動モータ１４、切込み軸モータ２
６、砥石駆動モータ２０、電磁クラッチ１２などを総合
的に制御するようになっている。

【００２５】なお、本実施例において、砥石固定手段は
砥石台ユニット５、ワーク駆動手段はワーク駆動モータ
１４とコントローラ２５、切込み軸駆動手段は切込み軸
モータ２６、検出手段はエンコーダ１６、振幅演算手段
はカウンタ基板２４と演算装置３０、制御手段は制御装
置２４によってそれぞれ構成されている。

【００２６】このように構成された本実施例の歯形仕上
加工装置１は、図４と図５に示す動作フローチャートに
従って以下のように動作する。

【００２７】プログラムがスタートすると、制御装置２
４は、テール側の保持手段３のセンタ１５を後退させた
状態で、あらかじめ歯車Ｇが形成されたワークＷを歯形
仕上加工装置１に搬入し、それから、センタ１５を前進
駆動してヘッド側とテール側の両センタ１１、１５でワ
ークＷを支持させる（Ｓ１）。このとき、砥石台ユニッ
ト５は、切込み軸モータ２６によってワークＷから後退
した位置にある。

【００２８】ワークＷがセットされると、制御装置２４
は、ワーク歯６の割出しと砥石歯７の割出しを行う（Ｓ
２）。すなわち、ワーク歯６の割出しを行うため、制御
装置２４は、電磁クラッチ１２をオンしコントローラ２
５を介してワーク駆動モータ１４を駆動してワークＷを
強制的に回転させ、近接センサ１９がワーク歯６を検出
すると同時にワーク駆動モータ１４を停止する。それか
ら、エンコーダ１６からカウンタ基板２９と演算装置３
０を介して入力された停止位置信号と、砥石駆動モータ
２０のエンコーダ２２から入力されていた停止位置信号
とに基づいて砥石４の必要な回転移動量を算出し、この
移動量に相当する角度だけ砥石駆動モータ２０を回転駆
動して、砥石歯７の割出しを行う。これにより、ワーク
歯６と砥石歯７とは噛み合い可能な状態となる。

【００２９】それから、制御装置２４は、切込み軸モー
タ２６を駆動して、砥石台ユニット５をワークＷに対し
て前進移動させ（Ｓ３）、ワーク歯６と砥石歯７とを軽
く噛み合わせる（Ｓ４）。すなわち、互いに噛み合う歯
６、７の間に遊びのないノーバックラッシ位置（図６
（Ｂ）参照）よりは砥石４とワークＷを離し、かつ、砥
石４とワークＷとの噛合いが外れていない位置（図６
（Ａ）参照）まで砥石歯７を前進させる。

【００３０】砥石歯７がワーク歯６に噛み合うと、制御
装置２４は、コントローラ２５を介して、一定の周波数
と振幅を持つ正弦波指令をワーク駆動モータ１４に与
え、ワーク駆動モータ１４を正転反転させる。すると、
ワークＷはワーク駆動モータ１４の駆動力によって正転
反転する（Ｓ５）。その際、理想的には、ワークＷをゆ
っくり正転反転させることが望ましいが、本実施例で
は、サイクルタイムを稼ぐため、より速く（例えば１０
Ｈｚ程度）正転反転させるようにしている。なお、前記
正弦波指令は、コントローラ２５内の発振器２７で発生
した正弦波信号をサーボアンプ２８で増幅して形成され
る。

【００３１】また、制御装置２４は、このようにワーク
駆動モータ１４を正転反転させながら、切込み軸モータ
２６を駆動し、砥石台ユニット２０を中速度（早送りよ
りは遅く、加工送りよりは速い）で前進させて切込みを
かける（Ｓ６）。

【００３２】このとき、砥石４は固定された状態にある
ので、切込みをかけられてバックラッシが小さくなるに
つれてワークＷの正転反転動の幅は小さくなっていく。
そこで、そのようにワークＷを正転反転させるには、ワ
ークＷとワーク駆動モータ１４との間に滑りを生じさせ
て、ワーク駆動モータ１４の大きな駆動力を逃がすこと
が前提となる。そのため、本実施例では、ワーク歯６と
砥石歯７がぶつかった時には、ワーク歯７の破壊を防ぐ
ため、ヘッド側のセンタ１１とワークＷとの間で滑るよ
うになっている。なお、これ以外にも、ワーク駆動モー
タ１４とワークＷとの間に滑らせる機構を別途設けても
よい。また、テール側のセンタ１５は滑りなくワークＷ
の回動に伴って同様に回動するようになっている。

【００３３】エンコーダ１６は、ワークＷの回動位置信
号をパルスデータの形で出力し、このパルスデータに基
づいてワークＷの振幅測定が行われる（Ｓ７）。このス
テップ７のサブルーチンの内容は図５に示す通りであ
る。すなわち、エンコーダ１６から発生したパルスデー
タをカウンタ基板２９に取り込み、一定周期（例えば５
ミリ秒）ごとのパルス数をメモリに記憶する（Ｓ１
６）。それから、演算装置３０は、カウンタ基板２９か
らのデータに基づいて、ワークＷの正転反転周期、また
はその周期＋αの中のデータ（例えば１０Ｈｚなら２０
個＋α）の最大値と最小値をリアルタイムで計算し（Ｓ
１７）、次の式に代入してワークＷの正転反転動の振幅
を求める（Ｓ１８）。 振幅＝最大値−最小値 こうした処理を行うのは、１周期の中には必ずワークＷ
の振幅を決定するための最大値と最小値が存在するから
である。演算装置３０の演算結果、つまりワークＷの振
幅の値は制御装置２４に入力される。

【００３４】それから、制御装置２４は、演算装置３０
から送られてくるワークＷの振幅値が、あらかじめ測定
しておいたノーバックラッシ位置での振幅の値Ｅ0 以下
であるかどうかを判断し（Ｓ８）、計測振幅が所定振幅
Ｅ0 以下になるまでステップ５〜ステップ７の動作を繰
り返す。

【００３５】すなわち、ワーク歯６と砥石歯７との間の
バックラッシが大きいときには、ワークＷは大きな振幅
で正転反転し、よってエンコーダ１６の発生パルス数は
多くなる。この状態から、砥石台ユニット２０をワーク
Ｗに対して前進させて切込みをかけて、つまり砥石歯７
がワーク歯６に接近して、ノーバックラッシ位置に近づ
くにつれて、前記バックラッシが小さくなるため、ワー
クＷの正転反転動の振幅も徐々に小さくなり、よってエ
ンコーダ１６の発生パルス数も少なくなる。これを繰り
返すことにより、図７と図８に示すように、ワークＷの
計測振幅は減衰して所定振幅Ｅ0 以下となる。そこで、
制御装置２４は、計測振幅が所定振幅Ｅ0 以下となれば
砥石歯７がノーバックラッシ位置までワーク歯１８に接
近したと判断し、切込みを停止してホーニング加工工程
に移行すべく次のステップ９に進む。なお、図７と図８
中の「Ｌ0 」はあらかじめ作業者が手動で測定したノー
バックラッシ位置、「Ｅ0 」は前述のようにあらかじめ
測定しておいたノーバックラッシ位置での振幅値、
「ｄ」はノーバックラッシの検出位置である。

【００３６】ノーバックラッシ位置を検出すると、制御
装置２４は、ワーク駆動モータ１４を停止または電磁ク
ラッチ１２をオフするとともに、切込み軸モータ２６を
停止させて砥石台ユニット２０の前進移動を停止して切
込みを止める（Ｓ９）。このとき、砥石４へのダメージ
を最小限にとどめるために、モータ２６の慣性を考慮し
て、リアルタイムで計測されるワークＷの振幅データに
基づいてノーバックラッシ位置の手前の位置から切込み
軸モータ２６に減速指令を与えることが好ましい。

【００３７】それから、制御装置２４は、砥石駆動モー
タ２０に所定の電圧指令を与えて砥石駆動モータ２０を
研削回転させる（Ｓ１０）とともに、切込み軸モータ２
６に研削送り指令を与えて砥石台ユニット５を研削送り
させる（Ｓ１１）。これにより、ワーク歯６と砥石歯７
とが所定の加圧力の下で接触した状態で、砥石駆動モー
タ２０は一定の主軸速度で回転することになり、ワーク
歯６は砥石４の回転に伴って砥石歯７によって研削され
最終的な仕上げ整形が行われることになる。

【００３８】それから、制御装置２４は、ワーク歯６が
所定量切り込まれたかどうかを判断し（Ｓ１２）、あら
かじめ設定された所定の切込量に達するまで、ステップ
１０とステップ１１の動作を繰り返す。

【００３９】切込量が所定量に達してワーク歯６の最終
的な仕上げ整形が終了すると、制御装置２４は、砥石駆
動モータ２０を停止させる（Ｓ１３）とともに、切込み
軸モータ２６を介して砥石台ユニット５の送りを停止し
た後、ワークＷから後退移動させる（Ｓ１４）。それか
ら、センタ１５を後退移動させてワークＷの搬出を行っ
て（Ｓ１５）、プログラムの実行を終了する。

【００４０】このように、本実施例にあっては、砥石歯
７をワーク歯６にバックラッシがない状態で噛み合わせ
るときに、砥石４を固定した状態で、ワークＷを正転反
転させながら切込みをかけ、その時のワークＷの正転反
転動の振幅を高分解能エンコーダ１６により直接計測
し、計測した振幅が所定値Ｅ0 以下になるまで砥石歯７
をワーク歯６に向けて接近移動させるようにしている。

【００４１】したがって、従来の振動エネルギーを検出
する方式と異なって、本実施例ではワークＷの振幅を直
接高分解能エンコーダ１６で計測する方式なので、従来
のようにワークＷの径違いによるぶつかり速度の差、ワ
ークＷの質量の差、砥石４の剛性の差、モータの出力特
性の差、設備の剛性の差などによる影響を受けることが
なく、また、外乱の影響も受けにくいため、ノーバック
ラッシ位置の検出精度が向上する。

【００４２】さらに、エンコーダをワーク駆動側（モー
タ側）の保持手段２に設けた場合には、外乱の影響、ワ
ークＷとセンタ１１の間での滑り、ワークＷとエンコー
ダ間でのバックラッシ、および駆動力によるねじれ量な
どによって正確な計測はできないが、本実施例では、非
駆動側の保持手段３にセンタ１５に直結してエンコーダ
１６を設けているため、バックラッシや滑りはなく、ま
た、非駆動側で発生するトルクはエンコーダ１６の回転
抵抗と慣性だけであり、これらは非常に小さいので、ワ
ークＷの動きを正確に測定することができ、精度の良い
計測データを得ることができる。

【００４３】このように、本実施例では、従来技術に比
べてノーバックラッシ位置の検出精度が飛躍的に向上す
るため、完全にバックラッシのない位置からホーニング
加工することが可能となるので、エアカット時間がほぼ
零となり、加工時間を短縮できるとともに、ワークＷご
とのＯＢＤのばらつきによるホーニング量のばらつきが
なくなり（切込み量＝実ホーニング加工量＋エアカット
量＝一定、であるため）、歯車品質も向上する。

【００４４】また、本実施例では、リアルタイムでワー
クＷの振幅を計測しているので、ノーバックラッシ位置
の手前から切込み軸モータ２６に減速指令を与えること
ができ、砥石４へのダメージを最小限に抑えることがで
きる。

【００４５】図９は本発明の歯形仕上加工装置の他の実
施例の制御系を示すブロック図である。この実施例と前
述した第１実施例とは、ノーバックラッシ位置の検出方
式が異なるだけで、その他の構成は全く同じであるの
で、図９中、図１〜図３と共通する部分には同一の符号
を付し、その説明を一部省略する。

【００４６】本実施例の制御装置３５は、マイクロコン
ピュータを内蔵しており、砥石駆動モータ２０に指令信
号を出力するコントローラ４０と、砥石台ユニット５を
切込み軸の方向に進退移動させる切込み軸モータ２６
と、ワーク駆動モータ１４と、電磁クラッチ１２とがそ
れぞれ接続されている。前記コントローラ４０は、所望
の信号波形を発生する発振器４１と、発振器４１からの
信号を増幅するサーボアンプ４２とからなっている。後
述するように、本実施例では、ノーバックラッシ位置の
検出にあたって砥石４を正転反転させるため、コントロ
ーラ４０は砥石駆動モータ２０に正弦波指令を出力する
ようになっている。また、砥石駆動モータ２０に取り付
けられているエンコーダ２２と、ワークＷの軸線上に取
り付けられているエンコーダ１６はそれぞれ積分器４３
に接続されており、この積分器４３でそれぞれ処理され
た各エンコーダ１６、２２の信号は、２つの入力信号を
同位相にして減算処理する同期演算器４４に入力される
ようになっている。同期演算器４４の出力側には、この
同期演算器４４からの信号を設定値と比較してノーバッ
クラッシ位置かどうかを判断する同期判断器４５が接続
されている。同期判断器４５の検出信号は制御装置３５
に出力されるようになっている。さらに、制御装置３５
には、切込み軸モータ２６に取り付けられたエンコーダ
３１と、近接センサ１９と、作業者の命令を入力したり
各種のデータ設定を行うための入力装置３２が接続され
ている。制御装置３５は、これら同期判断器４５、エン
コーダ３１、近接センサ１９、および入力装置３２など
からの入力信号を演算処理して、砥石駆動モータ２０、
切込み軸モータ２６、ワーク駆動モータ１４、電磁クラ
ッチ１２などを総合的に制御するようになっている。

【００４７】なお、本実施例においては、砥石駆動手段
は砥石駆動モータ２０とコントローラ４０、切込み軸駆
動手段は切込み軸モータ２６、第１検出手段はエンコー
ダ２２、第２検出手段はエンコーダ１６、差信号演算手
段は積分器４３と同期演算器４４、制御手段は同期判断
器４５と制御装置２４によってそれぞれ構成されてい
る。

【００４８】次に、このように構成された本実施例の動
作について説明するが、ここでは、第１実施例との重複
を避けるため、ノーバックラッシ位置の検出に関するス
テップについてのみ説明する。図４のフローチャートに
おけるステップ５〜ステップ８以外のステップは第１実
施例と共通である。

【００４９】砥石歯７がワーク歯６に噛み合うと、制御
装置３５は、コントローラ４０を介して、一定の周波数
と振幅を持つ正弦波指令を砥石駆動モータ２０に与え、
砥石駆動モータ２０を正転反転させる（Ｓ２０）。これ
により、砥石４は砥石駆動モータ２０の駆動力によって
正転反転する。なお、前記正弦波指令は、コントローラ
４０内の発振器４１で発生した正弦波信号をサーボアン
プ４２で増幅して形成される。

【００５０】また、制御装置３５は、このように砥石駆
動モータ２０を正転反転させながら、切込み軸モータ２
６を駆動し、砥石台ユニット２０を早送りで前進させて
切込みをかける（Ｓ２１）。

【００５１】このとき、砥石駆動モータ２０に取り付け
られているエンコーダ２２は、砥石４の回動位置信号を
パルスデータの形で出力し、また、ワークＷの軸線上に
取り付けられているエンコーダ１６は、ワークＷの回動
位置信号をパルスデータの形で出力する。これら各エン
コーダ２２、１６からの信号は積分器４３に入力され、
それぞれ積分処理されて砥石４の回動位置とワークＷの
回動位置の検出が行われる（Ｓ２２）。積分器４３でそ
れぞれ処理された各エンコーダ２２、１６の信号の波形
は、例えば、それぞれ図１１（Ａ）と（Ｂ）に示す通り
である。それから、これら２つの信号は同期演算器４４
に送られ、ここで位相を合わせて減算処理されて差信号
が形成される（図１１（Ｃ）参照）（Ｓ２３）。

【００５２】それから、同期判断器４５は、同期演算器
４４から送られてくる差信号の振幅が、あらかじめ設定
されたノーバックラッシ位置判定用のしきい値ε以下で
あるかどうかを判断し（Ｓ２４）、差信号の振幅がしき
い値ε以下になるまでステップ２０〜ステップ２３の動
作を繰り返す。

【００５３】すなわち、ワーク歯６と砥石歯７との間の
バックラッシが大きいときには、ワークＷは砥石４の正
転反転動に完全には追従せず、砥石４の正転反転動の振
幅に比べてワークＷの正転反転動の振幅は小さいが、切
込みをかけてノーバックラッシ位置に近づくにつれて、
前記バックラッシが小さくなるため、ワークＷは徐々に
砥石４の動きに追従するようになり、ワークＷの正転反
転動の振幅も徐々に大きくなる。よって、位相を合わせ
て両者の信号の差をとることによって、バックラッシの
程度を求めることができ、差信号が小さくなるほどノー
バックラッシ位置に近づいていることになる。そこで、
同期判断器４５は、差信号の幅がしきい値ε以下となれ
ば砥石歯７がノーバックラッシ位置までワーク歯１８に
接近したと判断し、その旨の信号を制御装置３５に出力
する。その後、制御装置３５は、第１実施例と同様、砥
石駆動モータ２０と切込み軸モータ２６への指令をホー
ニング加工用の指令に切り換える。

【００５４】このように、本実施例にあっては、砥石歯
７をワーク歯６にバックラッシがない状態で噛み合わせ
るときに、砥石４を正転反転させながら切込みをかけ、
その時の砥石４とワークＷの各回動位置をエンコーダ２
２、１６によって計測し、それらの信号を減算処理して
得られる差信号の振幅がしきい値ε以下になるまで砥石
歯７をワーク歯６に向けて接近移動させるようにしてい
る。

【００５５】したがって、第１実施例と同様、振動エネ
ルギーを検出する従来の方式に伴う不具合はなく、従来
技術に比べてノーバックラッシ位置の検出精度が飛躍的
に向上するので、完全にバックラッシのない位置からホ
ーニング加工することが可能となり、加工時間のさらな
る短縮と、歯車品質のさらなる向上が図られる。

【００５６】また、以上のように、自動的にノーバック
ラッシ位置を検出する場合には、例えば、第１実施例を
例にとると、ワーク歯６と砥石歯７が噛み合った状態
で、砥石４を回転方向に固定し、ワークＷをある一定の
周波数、トルク、振幅で正転反転動させながら、
砥石４をある一定の送り速度で送って切込みをかけ、
ワークＷの振幅が所定の値になった時にノーバックラッ
シ位置に達したと判定して送りを停止するようにしてい
るが、こうした自動検出における前記〜等の各種パ
ラメータ（図１２参照）については、ワークＷごとにそ
れぞれ最適な値に設定することが望ましい。なお、図１
２（Ａ）と（Ｂ）は第１実施例によるデータであり、同
図中の「Ｌ0 」はノーバックラッシ位置、「Ｅ0 」はノ
ーバックラッシ位置、「ｄ」は実験でのノーバックラッ
シ位置、「ｅ」は実際のノーバックラッシ位置、「Ｆ」
は実験でのノーバックラッシ位置と実際のノーバックラ
ッシ位置とのずれ（以下、行き過ぎ量という）である。
また、図１２（Ｃ）はワークＷ単独での動きを示したも
ので、周波数が８Ｈｚ、トルクがサーボアンプのボリュ
ーム中程度の時のものである。

【００５７】仮に、パラメータを実験者が推測で決定
し、どのワークＷに対してもその推測で決定したパラメ
ータの値を用いてノーバックラッシ位置の検出を行うも
のとすれば、ワークＷはそれぞれモジュール、歯数、歯
厚などが異なっており、性質も異なるため、すべてのワ
ークＷを推測して決定した条件でノーバックラッシ位置
の検出を行えば、あるワークＷは行き過ぎ量のばらつき
がないが、他のワークＷはばらつきがあるといった現象
が生じうる。例えば、あるワークＷについて、最適条件
とその他の条件とでノーバックラッシ位置の検出実験を
行ったところ、図１３に示すように、ノーバックラッシ
位置の振幅の繰り返し精度はどちらの条件でもあまり変
わりはなかったが、行き過ぎ量については、最適条件で
は約３９μｍのレンジ、その他の条件では約５４μｍの
レンジと、繰り返し精度に大きな差が出ている。したが
って、ワークＷごとにパラメータを最適条件に設定して
いくことによって、各ワークＷの行き過ぎ量の繰り返し
精度を向上させることができる。

【００５８】そこで、第１実施例であれ第２実施例であ
れ、自動的にノーバックラッシ位置を検出する場合に
は、パラメータ〜をワークＷごとに最適な値に設定
しておく。その際、各ワークＷの最適条件は、例えば、
いわゆるタグチメソッドを用いて決定する。

【００５９】なお、前述した第１と第２の実施例では、
砥石４をワークＷに向けて接近離反移動自在に設けた場
合を示したが、ワークＷを砥石４に向けて接近離反移動
自在なように構成しても同様の効果が得られることは言
うまでもない。

【００６０】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、従来
技術に比べてワークの歯と砥石の歯との間のバックラッ
シが存在しない位置の検出精度が飛躍的に向上するの
で、ほぼ完全にバックラッシのない位置からホーニング
加工することが可能となる。そのため、エアカット時間
がほぼ零となり、加工時間をさらに短縮できるととも
に、ワークごとのオーバ玉径のばらつきによるホーニン
グ量のばらつきがなくなり、歯車品質がさらに向上する
ことになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の歯形仕上加工装置の一実施例を示す
要部断面概略図

【図２】 同実施例の部分斜視図

【図３】 同実施例の制御系を示すブロック図

【図４】 同実施例の動作を示すフローチャート

【図５】 図４のサブルーチンの内容を示すフローチャ
ート

【図６】 ワークと砥石の噛合い状態を示す図

【図７】 本実施例の検出データの一例を示す図

【図８】 図７の部分拡大図

【図９】 本発明の歯形仕上加工装置の他の実施例の制
御系を示すブロック図

【図１０】 同実施例の動作を示すフローチャート

【図１１】 同実施例の説明に供する信号波形図

【図１２】 ノーバックラッシ位置の自動検出における
各種パラメータの説明に供する図

【図１３】 最適条件とその他の条件での実験結果を示
す図

【図１４】 従来技術の検出データの一例を示す図

【図１５】 従来技術の検出データの他の一例を示す図

【図１６】 従来技術の検出データのさらに他の一例を
示す図

【符号の説明】 ４…砥石 ５…砥石台ユニット（砥石固定手段） ６…ワーク歯 ７…砥石歯 １４…ワーク駆動モータ（ワーク駆動手段） １６…エンコーダ（検出手段、第２検出手段） ２０…砥石駆動モータ（砥石駆動手段） ２２…エンコーダ（第１検出手段） ２４、３５…制御装置（制御手段） ２５…コントローラ（ワーク駆動手段） ２６…切込み軸モータ（切込み軸駆動手段） ２９…カウンタ基板（振幅演算手段） ３０…演算装置（振幅演算手段） ４０…コントローラ（砥石駆動手段） ４３…積分器（差信号演算手段） ４４…同期演算器（差信号演算手段） ４５…同期判断器（制御手段） Ｗ…ワーク Ｇ…歯車

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−193414（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23F 19/05

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 あらかじめ歯形が形成されたワークを回
   動自在に保持し、前記歯形に対応する形状に整形された
   砥石を前記ワークの歯に向けて相対的に接近離反移動自
   在に設け、前記ワークと前記砥石とを相対的に回転させ
   てホーニング加工を行うことによって前記ワークの前記
   歯形を仕上げ整形する歯形仕上加工装置において、 前記砥石を固定する砥石固定手段と、 前記ワークを正転反転動させるワーク駆動手段と、 前記砥石を前記ワークの歯に向けて相対的に接近移動さ
   せる切込み軸駆動手段と、 前記ワークの回動位置を検出する検出手段と、 当該検出手段からの信号に基づいて前記ワークの振幅を
   演算する振幅演算手段と、 当該振幅演算手段からの信号に基づいて、前記振幅が前
   記ワークの歯と前記砥石の歯との間のバックラッシのな
   い状態を示す所定値以下となったときに前記切込み軸駆
   動手段を停止する制御手段と、 を有することを特徴とする歯形仕上加工装置。