JP3656196B2 - 冠歯車の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、90゜からずれる角度αを有して冠歯車の回転軸に対し交差若しくはクロスする回転軸を有する円筒状ピニオンに噛合することのできる円錐状又はカップ形状の冠歯車の製造方法であって、該冠歯車は、創成方法によってワークピースから製造され、該創成方法に於いては、工具及びワークピースが一定の回転速度比率で回転し、且つ、工具が連続的に該ワークピースを加工するよう工具及びワークピースが相対移動されることを特徴とする方法に関する。
本発明を適切に理解するため、角度αが０゜と90゜の間である相互の回転軸位置で円筒状ピニオンと噛合できる冠歯車を円錐状冠歯車と称し、もし該角度αが90゜から180゜の間にある場合には、カップ状冠歯車と称することにする。
円錐状及びカップ状の冠歯車を製造する創成方法は、米国特許第3,184,988号により知られるところである。この公知の方法の場合、使用される工具はホブ切りカッタであり、軸方向から見た場合の該カッタの加工形状は、インヴォリュート形円筒状ピニオンを加工する工具を使用する場合に一般的なラック形となっている。ホブ切りカッタを使用する結果、該公知方法は樽状の側面が特徴となる歯を持った冠歯車を製造する。樽状の側面を有する冠歯車は、噛合する円筒状ピニオンに対し歯の幅全体で接触するとは限らず、限られた範囲でしか負荷をかけることができないという欠点を持っている。
冠歯車の製造には、公報WO 91/04819号で説明されるタイプのホブ切りカッタを使用することが好ましい。しかし、所望の歯を有する円錐状又はカップ状冠歯車を精巧に製造するために、冠歯車を製造するべきワークピース及び工具を相対的に位置決めし移動する方法については従来技術に於いて公知ではない。
従って本発明の目的は、改良された円錐状又はカップ状の冠歯車を製造する方法を提供する方策を提案するものである。
本目的は、前提部分で言及され請求項１の特徴説明部によって特徴づけられるタイプの方法によって達成される。この方策に従えば、工具の回転軸がワークピースの加工されるべき部分の表面に対して平行となるよう工具をワークピースに対して位置決めされる。このことは、対称的に工具に負荷がかけられ、工具の磨耗が最小限となることを意味する。請求項１で提案される方法は、好適にも円筒状ピニオンに噛合できる冠歯車の製造に使用することができ、この場合、冠歯車及び円筒状ピニオンの回転軸は互いに交差している。
本発明はまた、前提部分で言及されるタイプの方法であって、請求項２の特徴説明部において特徴づけられる方法をも提供する。該方法は、円筒状ピニオンと噛合できる冠歯車の製造であって、冠歯車の回転軸と円筒状ピニオンの回転軸とが互いにクロスする場合に特に好適である。この状態は、一般に「中心から外れた状態（off−center）」として知られるものである。請求項２に従う方法は、簡単に実施することができ、精巧な結果をもたらす。工具に対する対称負荷は、冠歯車の歯幅の全ての地点で達成されるものではないが、それでも平均して均一な磨耗が生じるものである。
請求項３は、工具が万能歯車ホブ上で望ましい状態で位置決めされる方法を説明しており、工具の供給動作については請求項４で説明されている。
請求項５、６及び７は、意図される設定の正確な値について説明している。
以下、本発明に係る方法を、図面を参照しつつより詳細に説明する：
図１は、製造されるべき冠歯車に対する工具の動きを上から見た模式図であり、冠歯車は、冠歯車の回転軸に対し交差する回転軸を有する円筒状ピニオンに噛合することができ；
図２は、図１の矢符II方向から見た工具の位置を示す図であり；
図３は、図１のIII−III線に沿う断面を模式的に示し；
図４は、本発明に係る方法を実施する装置の概略的な側面であり；
図５は、図４の装置の概略的な平面図であり；
図６は、ホブ切りカッタによる円錐状冠歯車の製造を概略的に示す図であって、該冠歯車は、円筒状ピニオンに噛合することができ、この場合冠歯車の回転軸と円筒状ピニオンの回転軸とは互いに交差しており；
図７は、図６のホブ切りカッタの一部を示しており、ここで歯は円錐状冠歯車の外周に噛合する状態として示されており；
図８は、図６で示されるのと同様の作動状態を示しており、この場合ホブ切りカッタは、ワークピースの表面に対して直角に歯の全幅が保持されており；
図９は、図６と同様の作動状態を示しており、この場合ホブ切りカッタは、ワークピースの回転軸に対して平行な単一の平面に於いて移動される。
図１、図２及び図３は、本発明に係る方法を用いてワークピース20から冠歯車を製造するためのカッタ１を示している。本実施例に於いて製造されるべき冠歯車は円錐状であって、円筒状ピニオンと冠歯車の交差する回転軸間に角度αをもって、冠歯車が平歯（spur toothing）を有する円筒状ピニオンと噛合することができ、該角度αは、０゜と90゜の間にある。
図面に於いては模式的にのみ示されているカッタ１は、ディスク３から構成されており、該ディスク３は、回転軸２を中心に回転することができ、加工部がその外周に設けられており、該加工部の切削エッジは外形面に存し、ディスク３の周面にピッチ角（pitch angle）γで螺旋リブ４の形態で延びている。この場合、該外形の、リブ４の螺旋方向に対して垂直な断面は、多数の隣接する切削歯から成る形状となっており、該形状は、製造されるべき冠歯車の特徴を持つインヴォリュート歯を備えた円筒状ピニオンの基本形状を基礎として構成されており、その基礎円の中心は、カッタの回転軸２上に垂直な平面に存在し、カッタの回転軸２に中心点５を有する円の中心にある。本発明を実施するために、カッタ１に代え、上記説明に応じた研削工具を、使用することも可能である。
意図される歯は、創成方法によってワークピース20の歯領域21に設けられる。この場合カッタ１は、回転軸２を中心に矢符Ａ方向に回転し、ワークピース20は回転軸22を中心に矢符Ｂ方向に回転する。カッタ１の回転速度とワークピース20の回転速度との回転比率は、創成工程中一定とされ、カッタ１は連続的にワークピース20を加工する。
創成工程中カッタ１の回転軸２の中心点５は、ワークピース20の回転軸22を含む第１平面Ｖに於いてワークピース20に対して相対移動される。該第１平面Ｖは、ワークピース20の回転軸を同様に含む第２平面Ｗに対し角度βを形成してている。第２平面Ｗは、工具１の回転軸に対して直角（90゜）を形成している。
図２は、カッタ１の回転軸２が、ワークピース20の回転軸22に垂直に延びている平面Ｕに対し、角度δを形成していることを示す。
図３は、カッタ１の中心点５が平面Ｖ内の線ｐに沿って移動され、線ｐがワークピース20の回転軸22に対し角度αに等しい角度を形成することを示す。
冠歯車を製造するために工具１は、以下のものが第１平面Ｖと第２平面Ｗとの間の角度βに適用されるようワークピース20に対して移動される。即ちβ＝tan^-1（−sinα・tanγ）である。角度δは、創成工程前に於いて、以下のものが適用されるようにセッティングされる。即ち、δ＝tan^-1（cosα・tanγ・cosβ）である。
以下の説明は、平歯を有する円筒状ピニオンに噛合することのできる冠歯車を基礎としている。この場合、カッタ１がワークピース20と噛み合う平面に於いて、カッタ１の螺旋リブ４は、平面Ｖに対し原則的に平行となっている。しかし本発明方法は、螺旋歯を有する円筒状ピニオンと噛合することのできる冠歯車を製造する際にも使用することができる。この場合には、カッタ１がワークピース20と噛み合う面に於いて、該特徴的な円筒状ピニオンの歯角に対応する角度が、カッタ１の螺旋リブ４と平面Ｖとの間に存在する。
図４及び図５は、本発明に係る方法を使用して冠歯車を製造するのに適した装置例を示している。該装置は、機台32を有するフライス盤31（miller）を備えている。ワークピース20を固定することのできるターンテーブル33が、機台32に装着されている。フライス盤31には、ターンテーブル33を回転軸34を中心に回転させるための駆動装置（図示せず）が設けられている。ワークピース20は、その回転軸22が、ターンテーブル33の回転軸34と一致するようターンテーブル33に載置されている。フライス盤31はさらに、図示しない駆動装置によって矢符Ｘ方向に移動することのできるコラム35を備えている。フライスヘッド36は、コラム35に取り付けられており、該コラム35に対して軸37を中心に傾けることができる。フライスヘッド36はまた、コラム35に対して矢符Ｙ及び矢符Ｚ方向に移動することができる。工具１の回転軸２は、その両端部がフライスヘッド36に回動可能に装着されている。回転軸２は、矢符Ａ方向に駆動することができる。このような装置を使用し、図１、図２及び図３を参照して説明した方法に従って、カッタ１又は上記説明に対応する工具により、冠歯車を製造することができる。
本発明に係る他の実施例に於いては、次のものが角度δに適用される。即ちδ＝γ・cosαである。そして、次のものが角度βに適用される。即ちβ＝tan^-1（−sinα・tanγ）である。本実施例は、値δの計算を簡単にするものであって、冠歯車の歯形に関して実用上満足のいく結果をもたらすものである。
図６は、円錐状冠歯車に加工されるべき、回転軸39を有するワークピース38の一部を示す。該ワークピース38の外周面40には、所望の歯が設けられようとしている。このようにして製造されるべき冠歯車は、円筒状ピニオン（図示せず）に噛合することができ、該円筒状ピニオンの回転軸41は、距離42を保って冠歯車の回転軸39と交差する。本発明に従う方法でワークピース38に歯を設けるために、ワークピース38は、ホブ切りカッタ43によって加圧される。ホブ切りカッタ43は、図１〜図３を参照して説明したタイプのものである。ワークピース38との噛合領域の位置にあるカッタ43の外周部に螺旋状に設けられた歯が、円筒状ピニオン（図示せず）の歯の方向に確実に延びるように、カッタ43は適切に位置決めされる。所望の位置決めを達成すること及びその効果については図７を参照しつつ説明する。
図７は、カッタ43の一部を示している。該カッタ43は、中心点51を有する外形を持つ切削歯53を有している。切削歯53の外形は、冠歯車に噛合することのできる円筒状ピニオンに対応している。中心点51は、カッタ43の中央部50内にある円上に位置する。切削歯53をできるだけ安定したものとするために、カッタ43の外周部54は、本実施例に於いてできるだけ広いものとなるようにされているが、カッタ43はまた、より狭い輪郭57を有するものとすることもできる。
線55は、カッタ43が加工されるべきワークピースの加工表面40に対して直角に位置決めされるときの、該加工されるべき表面40に対する接線を示す。カッタの回転軸の位置が保持された状態で、切削が中心からずれたもの（off−center）となる場合は、ワークピース38の前記表面に対する接線は、カッタ43が中心からずれた状態となった後に、線56に沿って延びるたものとなる。このことは望ましくない状態とされる。なぜなら切削歯53はその結果として中心からずれた状態で荷重が懸かるからであり、また不均一な磨耗が生じるからである。本発明に係る方法の場合には、このような望ましくない事態をさけるために、カッタ43を、カッタ43の回転軸が、ワークピース38に係合する切削歯の中心点49を中心にして、位置45から位置46にまで回動するように移動させる。これにより中心点49、カッタ43の中心点47及び創成されるべき冠歯車の回転軸39が単一平面上に移動することとなる。この平面は、図６に於いて“l"で示されている。このような適切な位置決めは、カッタ43がワークピースを均一に加工することを意味し、さらに工程中に於いて対称的な磨耗が生じることを意味するのである。
図８に於いて簡単に示した本発明に係る方法の場合には、上述のカッタ43の位置関係は、ワークピース38の加工中維持されている。このことは、カッタ43が加工開始時には59で示す位置、即ち図６の位置44に対応する位置にあり、加工終了時には61で示す位置にあることを意味する。図８から、外周面40を大径部分から小径部分へと加工するに於いて、ワークピースに噛み合っている切削歯の中心点49が、創成されるべき冠歯車に噛合することのできる円筒状ピニオンの回転軸に沿って移動することが理解されよう。既に触れたように、カッタ43の中心点47、カッタ43の歯の中心点49、及びワークピース38の回転軸39は、切削工程中に於いて単一の平面上に位置する。カッタ43の位置59に於いては、この面は58であり、61の位置に於いてはこの面は60である。
このことは、この方法の場合には、カッタ43は、大径から小径へ移動中に、噛合する切削歯の中心点49を中心に回動することを意味する。カッタ43が外周面40を大径部 分から小径部分へと移動するためには、螺旋歯を有する円筒状ピニオンの加工中において生じる差動に相当する 分だけ、カッタ43及びワークピース38間が相対的に移動 し追加的に回転しなければならない。図４及び図５に示される装置が使用される場合には、このことはワークピース上に歯を創成する加工中に、カッタヘッド36を回転軸37を中心に回転させる必要があることを意味する。
図９は、中心から外れて置かれた円筒状ピニオン（図示せず）と噛合しうる冠歯車を創成するための本発明方法を示している。該方法の場合、図８を参照して説明した方法とは異なり、回転軸に位置するカッタ43の中心点47、噛合する切削歯の中心点49、及び加工中のワークピース38の回転軸39は、単一の位置関係、例えば単一の平面65に於ける外周面40の中心（カッタ43の位置63）での位置関係をとる。さらに図９から明確にと示されるところとして、カッタ43は、位置62から位置64を、冠歯車に噛合しうる円筒状ピニオンの回転軸に平行な直線上を移動する。この結果位置62及び64に於いて、例えばカッタが加工するべきワークピースの表面に対して直角となる位置に正確には存在しないが、平均してこのような位置に存するので、図８を参照して説明する方法の場合の、カッタの磨耗は許容できる範囲内のものとなる。カッタが単一平面を移動することで、カッタヘッド36の回転軸37を中心とする回転は、不要とすることができる。

Claims (7)

1. 90゜からずれる角度αを有して冠歯車の回転軸に対し交差若しくはクロスする回転軸を有する円筒状ピニオンに噛合することのできる円錐状又はカップ状の冠歯車の製造方法であって、
   該冠歯車は、創成方法によってワークピースから製造され、該創成方法に於いては、工具及びワークピースが一定の回転速度の比率で回転し、且つ、工具が連続的にワークピースを加工するよう工具及びワークピースが相対移動され、
   工具（1;43）は、回転軸（4;46）を中心に回転可能であり外周部に加工部（53）が設けられたディスク（３）を備えており、
   該加工部の切削エッジ部は、ディスクの周部をピッチ角γで螺旋リブ（４）の形で延びるように外形面に存しており、
   リブ（４）の螺旋方向に垂直な各断面に於いて該外形は、隣接する複数の切削歯（53）からなる形状となっており、
   前記隣接する複数の切削歯（53）の外形の断面形状は、製造される冠歯車に噛合する円筒状ピニオンの外形と対 応しており、
   そのピニオンの中心点に対応する切削歯（53）の中心点 は、工具（1;43）の回転軸（2;46）に垂直な平面上に存在し、工具（1;43）の回転軸（2;46）上に位置する工具 の中心点（5;47）を中心とする円周上にあり、
   創成工程中に於いて、工具（1;43）は、切削歯（53）が ワークピース（20;38）と噛合した状態において、前記 切削歯（53）の中心点（49;51）が、ワークピースの回転軸（22;39）及び工具の回転軸（2;46）に存する工具の中心点（5;47）によって形成される平面（V;58、60） 内に本質的に存在するようにワークピース（20;38）に 対して位置づけられ、
   角度αをもってワークピースの回転軸と交差又はクロスする直線に沿って移動される
   ことを特徴とする方法。
2. 90゜からずれる角度αを有して冠歯車の回転軸に対し交差若しくはクロスする回転軸を有する円筒状ピニオンに噛合することのできる円錐状又はカップ状の冠歯車の製造方法であって、
   該冠歯車は、創成方法によってワークピースから製造され、該創成方法に於いては、工具及びワークピースが一定の回転速度の比率で回転し、且つ、工具が連続的にワークピースを加工するよう工具及びワークピースが相対移動され、
   工具（43）は、回転軸を中心に回転可能であり外周部に加工部（53）が設けられたディスク（３）を備えてお り、
   該加工部の切削エッジ部は、ディスクの周部をピッチ角γで螺旋リブ（４）の形で延伸びる外形面に存しており、
   リブの螺旋方向に垂直な各断面に於いて該外形は、隣接 する複数の切削歯（53）からなる形状となっており、
   前記隣接する複数の切削歯（53）の外形の断面形状は、製造される冠歯車に噛合する円筒状ピニオンの外形と対 応しており、そのピニオンの中心点に対応する切削歯 （53）の中心点（49）は、工具の回転軸に垂直な平面上 に存在し、工具（43）の回転軸上に位置する工具の中心 点（5;47）を中心とする円周上にあり、
   他方創成工程中に於いて工具（43）は移動する前記工具 （43）の少なくとも一つの位置（63）において、隣接す る切削歯（53）がワークピース（38）と噛合する際に、前記切削歯（53）の中心点（49）が、本質的にワークピ ースの回転軸（39）及び工具（43）の回転軸（46）上に 位置する工具の中心点（47）によって形成される平面 （65）上に存するように、ワークピース（38）に対して 位置づけられ、
   ワークピース（38）と噛合する隣接する切削歯（53）の中心点（49）は、角度αをもってワークピースの回転軸と交差又はクロスする直線に沿って移動させられる
   ことを特徴とする方法。
3. 工具及びワークピースの回転軸に対して直角に向いた軸を中心に工具の回転シャフトを回転させることを通じて、それらがワークピースと噛合状態となる場所で、工具の螺旋リブは、平面（Ｖ）に対して、前記 円筒状ピニオンの歯角に相当する角度を形成するように され、前記平面（Ｖ）は、工具の回転軸上に位置する工 具の中心点と、冠歯車に噛合する円筒状ピニオンの回転 軸とを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 創成工程中に於いて、工具の回転シャフト上に位置する工具の中心点は、第１平面（Ｖ）内に存する直線ｐに沿って移動せられ、該第１平面は冠歯車と噛合することにのできる円筒状ピニオンの回転軸と、工具の回転軸に存する工具の中心点とを含み、前記直線ｐは、角度αを持ってワークピースの回転軸と交差又はクロスすることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の方法。
5. 前記第１平面（Ｖ）は、ワークピースの回転軸を含む第２平面（Ｗ）に対して角度βを形成し、工具の回転軸に対して直角を形成することを特徴とし、工具の回転軸はワークピースの回転軸に対して直角に延びる第３平面（Ｕ）に対して角度δを形成することを特徴とする請求項３又は４に記載の方法。
6. 前記第１平面（Ｖ）及び第２平面（Ｗ）間の角度βに、β＝tan−１（−sinα・tanγ）が適用され、創成工程前に前記角度δに、δ＝tan−１（cosα・tanγ・cosβ）が適用されるように設定されることを特徴とする請求項５に記載の冠歯車の製造方法。
7. 前記第１平面（Ｖ）及び前記第２平面（Ｗ）の間の角度βに対して、
   β＝tan−１（−sinα・tanγ）
   が適用されることを特徴とし、創成工程前に前記角度δに、
   δ＝（γ・cosα）
   が適用されることを特徴とする請求項５に記載の冠歯車の製造方法。

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