JP3689367B2 - ホブカッター及びフェースギア形成方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ギア歯切り装置及び方法（gear hobbing）に係り、より詳しくは、フェースギアを形成し研磨仕上げするホブカッター及び該ホブカッターを使用する方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
構成部品がきわめて高い速度で回転される用途（例えば自動車及び航空機ドライブトレインの用途）で使用されるギアは、一般に、ギアがかなり高精度で製造されることを要求する。かかる精度を達成するために、ギアは、小さい許容範囲の制限以内に所望の最終形状に近い歯を形成するため最初に切削され、次に、切削装置から取り外され、適切な寸法を有する正確な形状に形成されるように仕上げ切削又は研削装置内に配置される、複雑な多工程製造プロセスが、通常、要求される。
【０００３】
上記のような用途で使用される、従来技術のプラスチックギアは、典型的には、標準の歯切り設備において特別のホブカッターで切削される。プラスチックギアを形成するための標準の歯切り設備と連係した特別の設備を使用して遭遇する困難な問題の幾つかは、多重開始点カッター上のホブの位置決めに関連する間隔配置問題、切削プロセスの間における半加工品のプラスチック材料の反り、切削プロセス後における半加工品に残されたプラスチックのまくれ、全体的なギア形状内のばらつきを最小にする能力を制限する標準的なホブ切削工具からのばらつきといった問題を含んでいる。更には、切削ギアが１つの機械から最終的な加工処理のため別の機械に配置されるため取り外される多工程の製造プロセスが、ギアの操作量を増大させ、これによって、最終生成物と連係される労働コストを増大させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した欠点が軽減された、ホブによりギアを切削する方法が必要とされている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
ホブカッターは、非金属材料から製作されたフェースギアを生成すると共に研磨仕上げるため使用される。典型的な用途では、ＣＮＣ歯切り装置の同期能力は、カッター及び半加工品がオペレータの介入を最小にした状態で、仕上げフェースギアを生成するため巧みに操作されるとき、カッターと半加工品との関係を維持するため使用される。ホブカッターは、切削部分と、切削部分に隣接して該切削部分と機械的に連動する研磨部分と、を含む。切削部分は、互いに隣接して配置され且つ螺旋状に配列された、複数のホブ歯と、ホブ歯の各々の前部に切削面を、該ホブ歯の各々の後部に後面を形成するため、螺旋配列の複数のホブ歯を通って延在する少なくとも１つの刃溝と、を含む。切削面及び後面の間にクリアランスエッジが形成され、該クリアランスエッジ及び切削面の接合部は切削点を形成する。歯の各々は、カッターが半加工品内に「切削個所（chip）」を形成することを可能にするため該半加工品にカム作用（cam）を及ぼす。カッターの研磨部分は、連続的に形成されて螺旋状に配列される研磨歯を備える。研磨表面は、半加工品の切削を容易にするためカッターの切削部分上に形成される。
【０００６】
別の実施形態では、ホブカッターは、切削部分が設けられていない状態で、螺旋状に配列された研磨歯を含む。該研磨歯には、フェースギアの歯を「切削」するため異なる度合いの粗さを持つ研磨表面が形成されている。該研磨表面は、連続的に粗さを減少させていく研磨歯が、半加工品と係合するように配列されてもよい。異なる度合いの粗さを有する研磨表面を、単一の研磨歯の側表面に形成してもよい。
【０００７】
フェースギアを形成する方法は、半加工品内で歯を切削形成するためホブカッターを使用する工程と、該ホブカッターと機械的に連動された研磨表面を使用して、連続的な態様で、半加工品内で切削形成された歯を研磨する工程と、を含む。歯を切削形成するためホブカッターを使用する工程は、ホブカッターの切削部分を半加工品と係合させる工程を含む。切削工程及び研磨工程は、ＣＮＣ歯切り装置の使用を通して連合（articulate）されてもよい。
【０００８】
その適切な使用方法に従って開示されたホブカッターは、製造されたフェースギアの歯が、単一の加工処理工程において、より正確に形成され、寸法が定められることを可能にする。フェースギアの寸法付けの精度は、生材料の浪費を制限し、ギアを製造するため必要とされる労力を最小化することによって、材料及び製造プロセスと連係する製造コストを最小にする。これは、ギアが設置されるシステムの全体的な機能をより良好にすることを確実にすると共に、より高い品質のギアの製造を可能にする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
非金属製のフェースギアの研磨形成は、以下に説明され、添付図面に示されたような歯切り装置によって実行される。歯切り装置は、フェースギアを形成するための切削部分と、これと同時にギアを仕上げるための研磨部分とを備える。典型的なＣＮＣ歯切り装置の同期能力は、フェースギアが形成されるところの半加工品に対する歯切り装置の関係を維持するために使用される。歯切り装置は、フェースギアの歯を形成するためその長さ方向軸の回りに回転され、その間に、形成された歯を研磨仕上げるため軸方向に移動される。このシステムは、ギア歯の横側面の表面上へのより細かな微細仕上げ、並びに、機械加工処理の結果として生成された大きな切り口まくれの除去を可能にすると共に、ギア形態の改善された制御を可能にする。本文中の説明及び図面は、歯切り装置の一つの特定の実施形態を表すが、フェースギア／ピニオンギアの組の多数の形態を設けるため、多数の変形例を設計に組み込むことができることは、当業者には明らかであろう。
【００１０】
図１及び２を参照すると、ホブカッターは、参照番号１０において略示されており、以下では、カッター１０と称することにする。カッター１０は、参照番号１２で略示されたボディ部分を含む。該ボディ部分は、ボディ部分１２の長さの約２分の１の長さに亘って配置され、且つ、参照番号１４で略示された切削部分と、ボディ部分１２の長さのその残り部分に亘って配置され、且つ、参照番号１６で略示された、隣接して配置された研磨部分と、を含む。研磨部分１６は、図６を参照して後述される。切断部分１４は、各々に隣接して配置された複数のホブ歯１８を含み、ホブ部分１２の長さ方向軸２２に平行に延在する少なくとも１つの刃溝２０を有する。ホブ歯１８は、螺旋ギア配列に配列されている。刃溝２０は、図３及び図４を参照して以下に更に説明される。
【００１１】
ここで、図３及び図４を参照すると、ホブ歯１８は、より詳細に示されている。各々のホブ歯１８は、ボディ部分１２の断面の周辺部に亘って分布され、ボディ部分１２の表面から通常延在する突起部として構成される。ボディ部分１２は、半加工品（図示せず）からフェースギア（図示せず）を生成するため矢印２４により示された方向に回転する。各々のホブ歯１８の「前部」及び「後部」は、刃溝２０により画定され、フェースギアの歯を形成するため半加工品のチップを形成するため使用される。カッター１０の一実施形態では、単一の刃溝２０は、ボディ部分１２の長さ方向軸２２に対応するカッター１０の回転軸２８に平行にボディ部分１２に沿って長さ方向に延在する。刃溝２０の幅は、各ホブ歯１８の後部が、機械処理プロセスの間に半加工品と接触するに至ることを防止されるように設定される。カッター１０は単一の刃溝のみを備えているので、同じホブ歯１８は、仕上げられたフェースギアの単一歯を形成するため使用され、かくして、カッター１０は、「単一開始点（single start）」形状を有する。
【００１２】
各ホブ歯１８は、各ホブ歯１８の前部をそれと同じホブ歯１８の後部より、径方向に距離２６だけ延在させることにより、半加工品の切削を容易にするようにカム作用（cam）を及ぼす。各ホブ歯１８の前部は切削面３０を形成し、各ホブ歯１８の後部が後面３１を形成し、各ホブ歯１８の頂上部はクリアランスエッジ３２を形成する。切削面３０は、典型的には、刃溝２０の底部表面３３に垂直に延在する。各ホブ歯１８のクリアランスエッジ３２は、各ホブ歯１８を形成する各突出部のエッジに平行に延在する仮想ラインである、母線３４と対応する。切削点３６は、切削面３０及びクリアランスエッジ３２の交差部で形成される。切削面３０の形状は、生成されるべきフェースギアの歯の所望のプロフィールに対応する。切削点３６と交差する母線３４の１つ及び回転軸２８と垂直な仮想ライン４０によって形成された角度である、図４に参照番号３８で示されたリード角度は、切削点３６及びクリアランスエッジ３２の接合部で画定される。
【００１３】
ここで、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を参照すると、カッターの別の実施形態が示されている。図５（Ａ）では、カッターは、切削面１３０が正の方向に熊手形成（rake）されているところのホブ歯ギア構成１１８を有するものとして参照番号１１０で略示されている。参照番号１２０で略示された刃溝は、切削面１３０が、鋭角１２１で刃溝１２０の底部表面１３３から離れて延在するように、カッター１１０のボディ部分１１２内に形成される。そのような形状では、各々の歯は、実際に材料を切削する前に切削点１３６により半加工品の初期の突き刺し工程を提供する。切削点１３６のより小さい表面積のため（図１乃至４に示されたカッター３０のより大きい表面積とは反対）、切削点１３６による半加工品の初期の突き刺し工程は、半加工品に対する応力をより小さくさせ、切削線に沿った材料の望ましからぬ破断を減少させる。
【００１４】
図５（Ｂ）では、カッターは、切削面２３０が負の方向に熊手形成されているところのホブ歯ギア構成２１８を有するものとして参照番号２１０で略示されている。参照番号２２０で略示された刃溝は、切削面２３０が、鈍角２２１で刃溝２２０の底部表面２３３から離れて延在するように、カッター２１０のボディ部分２１２内に形成される。そのような形状では、各々の歯は、フェースギアの歯を形成するように半加工品から材料を「切り開く（rip）」ため、半加工品のより強力な初期の係合を提供する。
【００１５】
ここで、図６を参照すると、研磨部分が参照番号１６で示されている。好ましい実施形態では、研磨部分１６は、切削部分１４に隣接して該切削部分と機械的に連動するように配置され、参照番号４２で略示された研磨歯から構成される。該研磨歯は、ホブ歯１８の螺旋構成と類似した螺旋形態で配列される。研磨歯４２は、ホブ歯１８と構成及び寸法の点で類似しているが、研磨歯４２の配列は、長さ方向軸を延在する刃溝の存在によっては割り込まれない。このため、各々の研磨歯４２は、カッター１０のボディ部分１２の断面上に配置された単一の連続的突起部である。
【００１６】
研磨部分１６は、切削部分１４に接続され、ボディ部分１２が回転するとき切削部分１４と同時に回転するように形成される。研磨歯４２は、ホブ歯１８の回転によりギア歯の生成に直ちに引き続いてフェースギアを仕上げるため配置される。研磨歯４２は、フェースギアを形成するように半加工品を仕上げるためその上に形成された研磨表面４４を備える。研磨表面４４は、コーティング、エッチング、ボンディング、成形又は類似の方法により研磨歯４２に形成される。また、研磨表面４４は、ギア歯を許容可能な製造許容誤差範囲内に及び適切な表面質感を有するように仕上げるため、ボディ部分１２の回転運動がホブ歯１８によって切削されたフェースギアのギア歯の表面を磨くことを可能にするのに十分な度合いの粗さを持っている。
【００１７】
図７を参照すると、ホブ歯のリード角度に実質的に対応するリード角度５０が、カッター１０の研磨表面に対して示されている。リード角度５０は、研磨歯４２の最外側エッジ４８に沿って研磨歯４２のエッジに平行に延在する母線４６により形成される。リード角度５０は、母線４６の１つと回転軸２８に垂直な仮想ライン５２とによって画定される。
【００１８】
別の実施形態では、図８に示されたように、多重開始点カッターが参照番号３１０で略示されている。多重開始点カッター３１０は、図１乃至４に示されたカッター１０に類似しているが、多重開始点カッター３１０の切削表面は、ボディ部分３１２上で長さ方向に方向付けられた複数の刃溝３２０によって形成される。各々の刃溝３２０は、切削面３３０（熊手形成されても、されていなくてもよい）、クリアランスエッジ３３２、及び、切削点３３６の成形工程を必要としている。研磨部分は、上述した実施形態と同様の態様で半加工品を研磨仕上げするため切削部分に隣接して配置される。研磨部分は、図１及び２に示されたカッター１０の研磨部分１６の寸法及び形状に実質的に従う。
【００１９】
更に別の実施形態では、図９に略示されたように、カッター４１０は、切削部分４１４に刃溝を含まないが、その代わりに、参照番号４１９で略示された側表面が可変の粗さを持つところのホブ歯４１８を有していてもよい。好ましくは、各側表面４１９の粗さは、非常に強力な侵入形態の仕上げ４２１から、程度の弱められた侵入形態の仕上げ４２３、微細仕上げ４２５、非常に微細な仕上げ４２７まで段階付けられている。そのような実施形態では、刃溝が形成されていない切削部分４１４が半加工品と係合するとき、より強力な侵入形態の仕上げ４２１を有する側表面４１９は、半加工品を切削して、生成されたフェースギアの歯を形成する。作業が進行すると、強度の弱められた侵入形態の仕上げ４２３の側表面４１９は、更にフェースギアの歯を形成し、微細仕上げ４２５及び非常に微細な仕上げ４２７の側表面４１９は、それらの最終的な寸法及び質感へと当該歯を研磨して磨く。各ホブ歯４１８の両側表面４１９ａ、４１９ｂは、半加工品をその最終的な形態へと、より漸増的に仕上げるため異なる粗さを持っていてもよい。
【００２０】
上述した実施形態のうち任意のものにおいて、半加工品からフェースギアの形成を引き起こすため、カッターが、ＣＮＣ歯切り装置の使用を通して連合される。カッターは、軸方向に且つ回転可能に移動され、典型的には例えばプラスチック又は類似の材料等の非金属材料である材料のブランク部分内（図示せず）に至る。カッターの軸方向の移動及び回転運動の接線力は、フェースギアの正確なギア歯形状を形成するため、ＣＮＣ歯切り装置の制御部分（図示せず）により指し示された材料を除去する。半加工品の供給率、並びに、カッターが半加工品と係合してこれを移動させるときの速度は、各々に特有の非金属材料及び形成されるべき各特定のフェースギアの構成に従って変化する。ブランク部内に新たに形成された歯（図示せず）が形成されるとき、カッターの軸方向移動及び回転移動は、研磨部分をフェースギアの歯と接触するに至らしめる。研磨部分が新たに形成された歯と接触するとき、当該歯は、所望の質感及び形状に研磨仕上げされる。そのような形態は、切削装置からブランク部を粗く除去し、即ち、正味の部分を切除し、それを最終加工処理のための仕上げ装置に配置する工程を無くす。
【００２１】
上述した歯切り装置及びその使用方法を利用することによって、製造された非金属フェースギアの、成形、形状形成、及び、退避（run out）の各特性がより正確に制御される。製造プロセスのより正確な制御は、生成された非金属ギアの寸法特性のより正確な制御を可能にする。ギアの寸法特性を正確に制御することによって、ギアが組み込まれるところのシステム全体の優れた機能が発展される。
【００２２】
好ましい実施形態が図示され、説明されたが、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、様々な変更及び置換を本発明になすことができる。従って、本発明は、開示された通りのものだけとして説明されたのではなく、本明細書中で開示されたそのような図示及び実施形態は、請求に範囲に限定を加えるものではないと理解するべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、切削部分及び隣接して配置された研磨部分を有するホブカッターの実施形態の斜視図である。
【図２】 図２は、ホブカッターの好ましい実施形態の平面図である。
【図３】 図３は、ホブ歯の構成を示すホブカッターのボディ部分の側断面図である。
【図４】 図４は、ホブ歯の構成を示すホブカッターのボディ部分の断面の平面図である。
【図５】 図５（Ａ）は、ホブ歯構成を示すホブカッターの代替実施形態のボディ部分の側断面図である。
図５（Ｂ）は、ホブ歯構成を示すホブカッターの実施形態のボディ部分の側断面図である。
【図６】 図６は、ホブカッターのボディ部分の研磨部分の斜視図である。
【図７】 図７は、研磨歯のリード角度を示すホブカッターの研磨部分の概略図である。
【図８】 図８は、切削部分内に多数の刃溝を有するホブカッターの実施形態の側断面図である。
【図９】 図９は、切削部分内に刃溝がなく、且つ、半加工品を研磨するため構成された側表面を持つホブ歯を有する、ホブカッターの実施形態の斜視図である。
【符号の説明】
１０ ホブカッター
１２ ボディ部分
１４ 切削部分
１６ 研磨部分
１８ ホブ歯
２０ 刃溝
２８ 回転軸
３０ 切削面
３１ 後面
３４ 母線
３６ 切削点
３８ リード角度
４０ 仮想ライン
４２ 研磨歯
４４ 研磨表面
４６ 母線
４８ 最外側エッジ
５０ リード角度
５２ 仮想ライン

Claims (13)

1. ホブカッターであって、
   第１及び第２の端部を有し、長さ方向軸に沿って延在する、ボディ部分と、
   前記ボディ部分の第１の部分を形成し、第１及び第２の端部を有する、切削部分であって、該切削部分の該第１の端部は前記ボディ部分の前記第１の端部に隣接する、前記切削部分と、
   前記ボディ部分の第２の部分を形成する研磨部分であって、該研磨部分は、第１及び第２の端部を有し、該研磨部分の第２の端部は前記ボディ部分の前記第２の端部に隣接し、前記切削部分の前記第２の端部は前記研磨部分の前記第１の端部と連続的に形成される、前記研磨部分と、
   前記切削部分の前記第１の端部から前記研磨部分の前記第２の端部まで、該切削部分及び該研磨部分内に連続的に螺旋状に配列された歯と、
   前記切削部分に形成され、長さ方向に延在する刃溝であって、該刃溝は該切削部分の歯を通して延在し、該切削部分の前記第２の端部で終わっている、前記刃溝と、
   を備える、ホブカッター。
2. 前記切削部分の前記歯は、複数のホブ歯を形成し、前記刃溝は、該ホブ歯の各々に切削面及び後面を形成する、請求項１に記載のホブカッター。
3. 前記ホブ歯の各々は、前記切削面及び前記後面の間にクリアランスエッジを備える、請求項２に記載のホブカッター。
4. 前記クリアランスエッジ及び前記切削面の接合部は、切削点を形成する、請求項３に記載のホブカッター。
5. 前記クリアランスエッジに平行に延在する母線は、前記複数のホブ歯の回転軸に垂直に延在する仮想ラインに対し所定のリード角度をもって傾斜されている、請求項４に記載のホブカッター。
6. 前記クリアランスエッジは、前記後面と該クリアランスエッジとの接合により形成されたエッジよりも、前記ボディ部分の長さ方向軸からの径方向距離が大きい、請求項５に記載のホブカッター。
7. 前記刃溝は、前記ホブ歯の回転軸に実質的に平行となるように、該ホブ歯を通って延在する、請求項２に記載のホブカッター。
8. 前記研磨部分は、連続的に形成され且つ螺旋状に配列される研磨歯を備える、請求項１に記載のホブカッター。
9. 前記研磨歯（４２）の最外側エッジに平行に延在する母線（４６）は、該研磨歯（４２）の回転軸（２８）に垂直に延在する仮想ライン（５２）に対し所定のリード角度（５０）をもって傾斜されている、請求項８に記載のホブカッター。
10. 前記研磨歯に研磨表面が形成される、請求項９に記載のホブカッター。
11. フェースギアを形成する方法であって、
    半加工品内に歯を切削形成するため、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のホブカッターの前記切削部分を使用し、
    前記半加工品内で前記切削形成された歯を研磨するため、連続的な態様で、前記ホブカッターの前記研磨部分を使用する、各工程を含む、前記方法。
12. 前記歯を切削するため前記ホブカッターを使用する前記工程は、前記切削部分（１４）を前記半加工品と係合させる工程を備える、請求項１１に記載の方法。
13. 前記切削工程及び前記研磨工程は、ＣＮＣ歯切り装置の使用により連合される、請求項１１に記載の方法。

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