JP3728361B2 - 単一の部分品のカッタ本体 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、歯切り作業に使われる切削アセンブリ用のカッタヘッド又はカッタ本体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
曲がり歯かさ歯車、ゼロ−ル・ギヤ及びハイポイド歯車は、よく知られ自動車工業を通じて種種の被駆動列用に広く使われている。これ等の各歯車を作る従来の方法には乙面プライス削り及び乙面ホブ切りがあり、これ等の２つの方法では歯車の設計中に考慮しなければならないことなる歯車歯形状を生ずる。乙面フライス削りにより作られる歯車は曲型的には或るテ−パ付きみぞ深さを持ち、歯の外端部はこの歯の内端部より深いが、これ等の歯車は又一様な深さの歯を持つ。これに反して乙面ホブ切りにより得られる歯車はつねに一様なみぞ深さを示す。乙面フライス削りは、一度に１枚の歯を切り次で隣接する歯を切るように次のみぞを割出しする間欠的割出し処理を行う。この割出し処理は、全部の歯を切り終るまで反復する。乙面フライス削りは、加工品又は歯車をカッタヘッドアセンブリの取付けに使われる受け台機構に対し時間的に整合した関係で回転する必要があるから、二軸方式と呼ばれる。これに反して乙面ホブ切りは、全部の歯車歯を同時に切るようにする連続、割出し法である。乙面ホブ切りは、歯車、受け台及びカッタヘッドアセンブリの回転がすべて相互に時間的に整合した関係で行われるから三軸法と考えられる。乙面フライス削りは比較的旧式の方法であり、乙面ホブ切りは使用者がいずれかの幾何学的形状を生成できる計算機数値制御機械の出現により一層重要になっている。顧客要求技術要求及び生産要求は、歯車を作るのに乙面フライス削り又は乙面ホブ切りのいずれかを選択するときに考えられる。
【０００３】
各切削法では、典型的にはカッタヘッドの面に形成した４辺を持つみぞに取付けた複数の切削刃を利用する。カッタヘッド又はカッタ本体は、第１の円板状部材と、この円板と同心の第２の裏当てリング部材とを備えたツ−ピ−ス構造である。公知のカッタヘッドでは、各歯受けみぞの各部分を丸板及び裏当てリングの両方に形成する。これ等の２つの部材は、これ等の部材が締まりばめの状態で互いに組合うように寸法を定められ、公知の冷却加熱法を利用してこれ等の部品を組合わせる。例えば丸板を冷却してその外径を収縮または縮小させ、そして同心の裏当てリング部材を加熱してその内径を増す。組立て後にこれ等の２つの部品は互いに溶接し又はボルト締めする。カッタヘッドの同心の各部材を組立てる方法は、各別の切削刃を受入れるみぞに熱によるひずみを生ずることが知られている。この組立て法では、とくに第１丸板状部材及び第２裏当てリング部材の間の境界面に内部弱さを生ずる。丸板状本体部材及びリング部材をたとえば互いに溶接するときは、境界面の領域に熱応力が生じこの領域が弱くなる。カッタ本体はカッタヘッドのこれ等の弱い部分によりカッタヘッドが損傷しやすくなり最終的に破損するようになる。カッタヘッドの損傷時又は破壊時に、このカッタヘッドを修復しようとすると、このような処置が不可能であり一般に使えないほどに困難であり、費用のかかることが分る。カッタヘッドの損傷又は破壊は又簡単には修理できない。ツーピース構造には簡単には修理できない。二つの部分から成る構造（ｔｗｏ−ｐｉｅｃｅ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）によりさらに部品の位置決めに誤差を生ずる。この誤差により、カッタヘッドを使う切削作業において誤差を招く。ツーピース形カッタヘッドにこのような公知の欠点があっても、ツーピース形カッタヘッドは継続して普遍的に使われ当業界では標準のものである。
【０００４】
【発明の開示】
一態様による本発明は、歯切り作業に使われる歯切りアセンブリ用の単一の部分品のカッタ本体（ｏｎｅ−ｐｉｅｃｅ ｃｕｔｔｅｒ ｂｏｄｙ）を提供するものである。これ等の歯切り作業では、カッタ本体を単一の金属体から形成しさらにこのカッタ本体は互いに対向する第１及び第２の面と側壁とを備えている。さらに本発明は前記面のうちの一方に形成され本体を貫いて反対側の面に延びる円周方向に互いに間隔を置いた複数のみぞ穴を備えている。これ等のみぞ穴は、切削工具をカッタ本体の少なくとも一方の面から突出する位置に受入れるようにしてある。又これ等のみぞ穴は実質的に熱を伴わない方法（ｈｅａｔｌｅｓｓ ｐｒｏｃｅｓｓ）により形成する。みぞ穴を形成する公的な方法は放電加工（ＥＤＭ）［ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ］である。ＥＤＭ法は、単一の部分品のカッタ本体内に極めて適格なみぞ穴形状を得る計算機数値制御（ＣＮＣ）法を利用するのがよい。
【０００５】
別の態様による本発明は、歯切り作業用の単一の部分品のカッタ本体を形成する方法を提供するものである。本方法は、所望の仕上がりカッタ本体の第１及び第２の面にそれぞれ対応する互いに平行に対向する第１及び第２の表面を持つ単一体の金属素材を加工品として用意し、この金属素材に円周方向に互いに間隔を置いた複数のみぞ穴を形成することからなる。各みぞは第１面から第２面に延びるように形成する。この場合みぞ穴の形成は、所望のみぞ穴形状が得られるまで素材を電気浸食的に加工する（ｅｌｅｃｔｒｏｅｒｏｓｉｖｅｌｙ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）ことにより行う。各みぞは、極めて正確なみぞ形状が得られるように計算数値制御（ＣＮＣ）法を利用して放電加工（ＥＤＭ）によって形成するのがよい。
【０００６】
【実施例】
以下本発明をその好適な実施例について添付図面により詳細に説明する。
【０００７】
図１ないし４には本発明による単一の部分品のカッタ本体１０はカッタヘッドを示してある。好適なカッタ本体１０は、図４に示すように共通の中心軸線Ａを持つ円筒形部分に及び円すい台形部分１４からなる回転面である。円すい台形部分１４は、円筒形部分１２から軸線方向の一方の向きに突出する。
【０００８】
カッタ本体１０は、後述のように金属の単一の部分品から形成される。従って円筒形部分１２及び円すい台形部分１４は一体に形成されこれ等の２つの区分間に境界面又は溶接部がない。
【０００９】
カッタ本体１０の円筒形部分１２は、形状が円形で中心軸Ａに直行する平らな第１の端面２０を持つ。えんとうけい側壁２２は、端面２０の周辺のまわりに延び端面２０に直角をなして交差する。環状面２４は平らで端面２０に平行である。
【００１０】
カッタ本体１０の円すい台形部分１４は、環状面２４から軸線Ａに沿い軸線方向に突出し、環状面２４に交差する円すい台面２６と形状が円形の平らな第２の端面２８とを備える。
【００１１】
カッタ本体１０は、軸線Ａを中心とし第１端面２０から第２端面２８までカッタ本体１０の前兆にわたって軸線方向に延びる穴３０を持つ。軸線方向穴３０により、フライス盤にカッタヘッド１０を取付け位置決めすることができる。そして穴３０は軸線方向に互いに間隔を置いた複数の短い区分３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９（これ等の区分は第１の端面から始めて場所の順序に参照数字を付してある）を備えている。区分３４は直径が最小であり頸部部分を形成する。肩部４０は互いに隣接する区分３３、３４間に設けられ、又第２の肩部４２は互いに隣接する区分３８、３９間に設けてある。各円すい台形区分（参照数字を付していない）は残りの互いに隣接する区分間に設けてある。穴区分３３及び肩部の間には環状みぞ４４を設けてある。テーパ付き端部区分４６はカッタ本体１０の第２の端部で穴区分３９及び第２端面２８の間に設けてある。
【００１２】
穴３０より大きい直径を持ち穴３０から半径方向に間隔を置いた環状のみぞ５０は、取付け板又は取付けフランジ（図示してない）の取付けのために第２の端面２８に設けてある。このような取付け板又はフランジは、歯切りアセンブリを組立てる際にカッタ本体１０をスピンドルに取付けるのに有用である。半径方向に延びるくぼみ５２は、みぞ５０に連通し、みぞ５０から半径方向外方に延び、カッタ本体１０の外周の手前に終っている。カッタ本体１０の全長にわたって延びるねじ穴５４（２つの穴を示してある）は、このような取付け板又はフランジをカッタ本体１０に固着するように設けてある。
【００１３】
第２の組のねじ穴５６（たとえば図１に２つ示してある）は第１飲めん２０から半径方向内方に延びている。各ねじ穴５６は、カッタ本体１０の内側に終っている。
【００１４】
カッタ本体１０はさらに、その一方の面たとえば面２０に形成されカッタ本体１０を貫いて反対側の面２８に延びる円周方向に互いに間隔を隔てた複数のみぞ穴６０を備えている。各みぞ穴６０は、内端壁である刃据えつけ面（ｂｌａｄｅ−ｓｅａｔｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ）６２と、歯据えつけ面６２の反対側に配置した外端壁６４とを備えている。１対の互いに対向する側壁６６は一方の端部壁すなわち刃据えつけ面６２から反対側の端部壁６４まで延びている。刃据えつけ面６２の側縁に沿いみぞ６７を設けてある。みぞ穴６０の外端部壁６４は共通の円３８内にある。同様にみぞ穴６０の刃据えつけ面６２も又共通の円（図示してない）内にある。各みぞ穴６０は、円６８の全周のまわりに規則正しい間隔で配置してある。
【００１５】
各みぞ穴６０は１個又は複数個の切削刃（図示してない）を受入れる。これ等の切削刃は典型的には棒材から作られ、各端面２０、２８に直行して延びる細長い部品であり、各刃の一部が端面を越えて突出する。カッタ本体又はカッタヘッドのみぞ穴の刃受入れ機能とこのようなみぞ穴及び切削刃の適当な形状とは当業界によく知られている。
【００１６】
各みぞ穴６０は又、切削刃又は工具（又は複数の刃を１つのみぞ穴内に入れる場合は複数のこのような刃）を固定するために、同様に当業界には知られている締付けブロックを受入れる。
【００１７】
みぞ穴６０は、実施しようとする歯車のフライス削り、歯切り又研削の作業に従って図示のように接線方向に向きを定めるか又は半径方向に向きを定めればよい。両方の形状とこれ等の各形状に最も適した各作業とは当業界にはよく知られている。
【００１８】
使おうとする切削歯の所望の枚数及び形状に従ってみぞ穴６０はすべて、図示のように互いに同じ形状にしてもよく又は互いに異なる形状たとえば交互に配置した２つの形状にしてもよい。このことは実施しようとする歯切り作業による。
【００１９】
カッタ本体１０は又円周方向に互いに間隔を置いた複数個のねじ穴７０を備える。これ等のねじ穴は、カッタ本体１０の円筒形の外面２２から各みぞ穴６０に内方に延びる。各ねじ穴７０は外面２２の全周のまわりに配置してある。図示の好適とする実施例では各ねじ穴７０は互いに等しい間隔を置いている。各ねじ穴は、前記した切削刃及び締付けブロックを定位置に保持するように止めねじ（図示してない）を受入れる。各ねじ穴７０は各みぞ穴６０に軸線方向に整合している。すなわちみぞ穴６０を図示のように接線方向に配置した場合にねじ穴７０も又接線方向に配置する。同様にみぞ穴６０を半径方向に配置するときは、ねじ穴７０も又半径方向に配置する。
【００２０】
各みぞ穴６０は放電加工（ＥＤＭ）［ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｄｉｓｃｈａｒｇｅｍａｃｈｉｎｉｎｇ］により形成するのがよい。ＥＤＭは、火花放電による浸食によって加工品から金属を除く方法である。ＥＤＭは、加工品に対し可動な電極を持つ工具（又は浸食ベッド）を利用して液状誘電性流体（通常炭化水素）中で実施する。電極から加工品にアーク放電が生じ、又誘電性流体は放電により生ずる熱を運び去り、温度上昇がほとんど又は全く生じないようにする。ＥＤＭは当業界ではよく知られ、たとえばニューヨーク市のマクグローヒル・カムパニ（ＭｃＧｒａｗ Ｈｉｌｌ Ｃｏ．）により刊行されたイー・エイ・アバレオン（Ｅ．Ａ． Ａｖａｌｅｏｎｅ）及びティー・ボーメイスター（Ｔ． Ｂａｕｍｅｉｓｔｅｒ）三世編集のマーク（Ｍａｒｋ）を著者をするスタンダード・ハンドブック・フォア・メカニカル・エンジニアズ（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｆｏｒ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）１９８７年第９版第１３７３頁と米国特許第５，０３８，０１２号明細書とに認められる。
【００２１】
ＥＤＭ法は、計算機数値制御（ＣＮＣ）法により制御される。このようにして極めて精密で再現性の極めて高い形状を持つみぞ穴６０を得ることができる。このようにしてみぞ穴６０を形成すると各カッタ刃をカッタヘッド１０内に選択的に位置させ従来の形状の場合のように生ずる誤差を防ぎ又このような誤差の累積効果を防ぐことができる。このようにして精密な歯形状を持つ改良された歯車を作ることができる。
【００２２】
本発明による好適なカッタ本体１０は図示のように円筒形部分及び円すい台形部分１４を持つが、本発明のカッタ本体１０は、互いに同じ寸法又は直径を持つ互いに対向する第１及び第２の面（円形が好適である）とこれ等の２つの面間に延びる円筒形側壁とを持つ単一の部分品の実質的に円筒形の本体でよい。このような円筒形のカッタ本体は、例示したみぞ穴６０に類似の円周方向に互いに間隔を隔てた１連のみぞ穴を持つ。
【００２３】
本発明によるカッタヘッド又はカッタ本体１０は、本発明の新規のカッタ本体１０の使用を除いて当業界にはよく知られている歯切りアセンブリに協働させる。同様にこの歯切りアセンブリは、カッタ本体１０を除いて同様に当業界似よく知られている計算機数値制御（ＣＮＣ）歯切り盤の一部を形成する。
【００２４】
カッタ全体１０又はカッタヘッドを形成する好適な方法を図５について以下に述べる。
【００２５】
先ず加工品として、仕上がりのカッタ本体１０の第１の面２０及び第２の面２８に対応する互いに平行に対向する第１及び第２の面２０，２８を持つ単一の部分品の金属素材を使う。加工品の互いに対向する面２０，２８の間の距離は、仕上がりのカッタ本体１０の場合と同じである。残りの２つの方向における加工品の寸法は、仕上がりのカッタ本体１０の対応する寸法に等しいか又はこの寸法を越えたものでなければならない。すなわち出発加工品は正方形又は円筒形又はその他の所望の形状を持つが仕上がりのカッタ本体１０の円筒形部分の直径に等しいか又はこれを越える長さ及び幅を持たなければならない。
【００２６】
側壁面２２，２６及び環状面２４を備えた所望のカッタ本体１０の外部形状は、みぞ穴６０を形成する前又は後に形成する。軸線方向の穴３０は、みぞ穴６０の形成に先だつて形成し加工品をみぞ穴６０の形成中に軸に取付けて回転できるようにする。
【００２７】
例示のために図５に示すように好適とする実施例によれば中心穴３０と全部の外面２２，２４，２６は、みぞ穴６０の形成に先だつて形成する。すなわち図５に示した単一の部分品の金属素材又は加工品は、所望のカッタ本体１０の形状に対応する外径を持つ。図５では加工品の一部分すなわち第１の面２０と円筒形側壁２２の一部分と軸線方向穴３０の端部とだけを示してある。又例示のために図５に単一のみぞ穴６０だけを示してある。
【００２８】
金属素材には所望の場所に電気浸食的放電法（ｅｌｅｃｔｒｏｅｒｏｓｉｖｅｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓ）によりなるべくは放電加工（ＥＤＭ）により円周方向に互いに間隔を隔てた複数のみぞ穴６０を形成する。
【００２９】
単一の部分品の金属加工品１０は液状誘電性媒体９０内に浸す。誘電性媒体９０は、ＥＤＭ法で誘電性流体として使うのに適した公知の液体でよく炭化水素が好適である。誘電性流体は、放電中に生成する熱を除去するから、金属除去処理に実質的に熱を伴わない。このことは、熱生成によりみぞ穴形状にゆがみを生ずるから重要であり、このゆがみは本方法では避けることができる。
【００３０】
各みぞ穴６０は、電極９４を取付けた工具９２により各別に切削する。電極９４を含む工具９２又は少なくとも電極９４は加工品１０に対し近づき又遠ざかる向きに往復動する。電極９４の先端は、みぞ穴６０を形成しようとする面２０の部分に近接させる。みぞ穴６０における電極９４から加工品１０への放電により加工品１０からの金属の浸食を生じみぞ穴６０が形成される。このような浸食は、みぞ穴６０が一方の面２０から対向する面２８（図５には示してない）に延びるまで継続する。
【００３１】
各みぞ穴６０は同様にして形成される。加工品は適当な割出し装置に取付けるのが普通である。この割出し装置は、みぞ穴を形成する間に加工品を定位置に保持し、次いで加工品を所望の円弧にわたり回動して次のみぞ穴６０を第１のみぞ穴と同じようにして形成し全部のみぞ穴６０を形成するまで以下同様にする。ＣＮＣ法を使うときは、みぞ穴６０の形成は高い精度で前もつて行われカッタ刃位置決めの際に誤差を著しく減らし又はなくす。
【００３２】
誘電性媒体９０と、工具９２と、工具９２に取付けた電極９４と、電極９４の先端及び加工品１０の間の間隔と放電電圧とは、すべてＥＤＭ法で知られている材料及び作動条件による。
【００３３】
最後にそれぞれみぞ穴６０に連通する複数のねじ穴７０を形成する。
【００３４】
穴３０、外面２２，２４，２６及び穴７０は、所望に応じＥＤＭにより又は普通の手段により形成する。
【００３５】
カッタヘッド又はカッタ本体１０の形成を終えた後、カッタヘッド又はカッタ本体１０を誘電性媒体９０から取出し洗浄し又は乾燥する。
【００３６】
放電加工（ＥＤＭ）はこの場合、単一の部分品の本体内に極めて正確なみぞ穴形状を得るのに計算機数値制御（ＣＮＣ）法を利用する。所望のみぞ穴形状（カッタ本体に複数種類のみぞ穴形状を利用する場合は各形状）は、加工品１０に対する電極９４の運動を制御するプログラム制御電子制御装置のメモリに記憶する。みぞ穴形状は極めて精密で正確であり再現性が極めて高い。
【００３７】
各みぞ穴６０をＥＤＭ法を使って形成する本発明による単一体形カッタ本体は、当業界ではよく知られているツーピースカッタ本体より又は各みぞ穴を他の方法により形成する単一の部分品のカッタ本体よりも一層頑丈である。ＥＤＭ法を使うみぞ穴の形成により、従来知られているツーピース形カッタ本体の場合のような外部機械加工リングの溶接時、又は若干の発熱の起る他の方法によるみぞ穴の形成時のように本体の加熱を生ずることがないから一層強い構造的に安定なカッタ本体が得られる。従来のツーピースカッタ本体はもろくて破損しやすいが、本発明の単一の部分品のカッタ本体は、強くて丈夫であり歯切り作業に使うときに十分に有効である。カッタ本体１０の構造は、同様な機械加工法を使い極めて簡単に費用的に有効に修理又は補正ができる。
【００３８】
以上本発明方法をその好適な実施例について詳細に説明したが、本発明はなおその精神を逸脱しないで種々の変化変型を行うことができるのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるカッタ本体の好適な実施例の平面図である。
【図２】図１に示したカッタ本体の下面図である。
【図３】図２の３−３線に沿う断面図である。
【図４】図１に示したカッタ本体の側面図である。
【図５】本発明による好適な方法を実施する状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０ 単一の部分品のカッタ本体
２０ 第１の面
２２ 側壁
２８ 第２の面
６０ みぞ穴

Claims (3)

1. 金属の単一の部分品で形成され、曲がり歯かさ歯車、ゼロールかさ歯車及びハイポイド歯車からなる群の何れかの種類の歯車の歯切り作業に使用される切削アセンブリ用の単一の部分品のカッタ本体であって、
   前記カッタ本体の使用時に加工対象に向けられる第１の面と、前記第１の面と反対側の第２の面と、前記第１の面の縁から前記第２の面の縁まで延在する側壁とを有し、
   さらに、それぞれ前記第１の面から前記本体を貫通して前記第２の面まで延び、その全体が前記単一の部分品である前記本体に画定された、円周方向に互いに間隔を置いた複数個のみぞ穴を備え、これ等のみぞ穴は、切削工具を少なくとも前記第１の面から突出するように、所定の位置に受入れるのに適することを特徴とし、
   前記みぞ穴の、前記本体の径方向内側の１つの面を刃据えつけ受け面として形成し、これ等の各据えつけ受け面に前記切削刃を当接させることによって前記各１個のみぞ穴内に切削刃を精密に位置決めできるように前記刃据えつけ面が形成されていることを特徴とするカッタ本体。
2. 貫通して延びる軸線方向の穴と前記側壁から前記各みぞ穴に延びる複数のねじ穴とを備えた請求項１の単一の部分品のカッタ本体。
3. 前記第１の面及び前記第２の面を円形にした請求項１の単一の部分品のカッタ本体。

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