JP3793045B2

JP3793045B2 - ドレスギヤ

Info

Publication number: JP3793045B2
Application number: JP2001170545A
Authority: JP
Inventors: 興一そうけ谷
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2001-06-06
Filing date: 2001-06-06
Publication date: 2006-07-05
Anticipated expiration: 2021-06-06
Also published as: JP2002361556A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
主に自動車用歯車の焼き入れ後歯面を高能率で仕上げることのできるハードギヤホーニング加工用ドレスギヤ（ドレッサ）の性能向上に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
焼き入れ歯車の歯面をわずか数１０μの取り代で高精度で高能率に仕上げることのできるハードギヤホーニング加工は特開平７−８４５４５、特開平８−３３６７２４、特開平９−１１１２９号公報等で紹介されている。図３に示すように、ハードギヤホーニング加工において、ワーク１０を加工するために必要とする工具は、
（１）ワーク１０の歯面９を削り取り、高精度に仕上げる内歯砥石１、
（２）内歯砥石１の歯面２をドレッシングするためのドレスギヤ３、
（３）図４に示す内歯砥石１の内径の面４をドレッシングするためのドレスリング５、
の３つである。なお、ここで、ワーク１０とドレスギヤ３は同一形状であり、また、取付状態も同じであるので、図３では両方の符号を付している。
【０００３】
図３に示すように、ワーク加工時には、ワーク歯面９を能率良く削り取るために、内歯砥石１の回転軸６はシェービング加工原理と同様、ワーク軸７に対し、１０゜前後の軸交差角８をもって噛み合わせる。したがって、内歯砥石ねじれ角はワークねじれ角と異なり平行軸噛み合いではなく食い違い軸噛み合いとなり、発生する歯面間の相対横滑り作用で加工性を高めている。さらにワーク１０の歯面９を実際に加工するには、内歯砥石１を回転させ、従動回転するワーク１０を内歯砥石の幅方向中心５４にワークの幅方向中心５５，４２が重なる位置４１を中心として左右にオシレーションさせる。そのオシレーション幅は図３の±Ｓで代表され通常、±２〜±６ｍｍである。なお、符号５１は内歯砥石の中心位置、５２はドレスギヤ又はワークの中心位置である。砥石歯幅はワークの全歯幅を加工しうる歯幅に設定され、ワークと砥石との噛み合い点をオシレーション幅の最大の位置でワーク端面と砥石端面との交点として、少なくともこの点より砥石端面が外側になるように設定されている。
【０００４】
一方同図でワークに代えて取り付けられるドレスギヤ３は、ワーク１０の噛み合い特性やワークとの段取り互換性を高めるためワークと同一主要諸元で設計製作される。ワーク１０を直接加工する内歯砥石１は、３０ケ前後のワーク加工後、切れ味および形状復元のため定期的に、ドレスギヤ３により歯面２がドレッシングされ、さらに、図４に示すようにドレスリング５で内径面４がドレッシングされる。この際、ドレスギヤ３はワーク１０と同一形状であるため、そのままワークに替えて取り付けるだけでワークと同様の噛み合い状態を再現できる。
【０００５】
一方、ワークを加工するために必要となる砥石歯面成形最小範囲を確保するためドレスギヤ３のモジュール、圧力角、歯数、ねじれ角、歯厚、歯形はワークと同一に設定されることは当然として、図５に示すように、ドレスギヤ３の外径１１と歯幅１３は、ワーク１０の外径１２およびワーク歯幅１４よりもわずかオーバサイズに設定される。また、ドレシッシング時のオシレーション幅はワーク加工時と同一に設定される。図５ではオシレーション幅４３を＋Ｓとしたときの状態を示している。オーバサイズの量は、図５でみて、ドレスギヤ外径１１はワーク外径１２に対し、＋０．３ｍｍ〜１．２ｍｍでありワーク諸元で最大値は自動的に定まる。また、ドレスギヤ歯幅１３はワーク歯幅１４に対し、＋１ｍｍ〜４ｍｍであり製作面の容易性、経済性を考慮したものになっている。これらが市場の通常的な設定値である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図９はドレス時の部分拡大図、図１０はドレスギヤの歯部の部分拡大斜視図である。図９に示すように、ドレスギヤ３は内歯砥石１の歯面２をドレスするためのドレッサであり、ドレスギヤは機構上、歯たけ方向でドレス切り込みが機械的に与えられる。このため、砥石１の大径部１ａの堀込み量１５が連続的に負荷され、図１０に示すドレスギヤの歯先コーナ２７、２９部位の摩耗が最も激しくなる。歯面１６の形状崩れはほとんどなく、ドレスギヤの寿命判定の殆どはこの歯先コーナー２７、２９の摩耗で判定される。そして、ドレスギヤは通常、かかるコーナー２７、２９等の電着部の摩耗による性能変化が確認されれば、歯面１６および外周面１７を再電着して再利用される。さらにまた、歯先コーナ２７、２９部位の電着部の摩耗がさらに大きくなり損傷し、再電着されるべき本体にまで損傷が及び形状不良となるとドレッサとして再利用できなくなり、極めて不経済となる。
【０００７】
そこで、特開平８−３３６７２４号公報のものではドレスギヤの外歯の外周面に沿って互いに位相をずらせながら溝を鶴巻状に配置している。また、特開平９−１１１２９号公報のものでは、歯先の幅方向の両端側の径をワークより大きめの径まで漸減させる等している。これらのものによれば、摩耗によるドレスギヤ寿命は、ドレス回数で８０回以上の結果を得られた。しかしながら、より多くの実験をしたところドレス回数にして２０回〜２００回と大きくばらつくことが分かり、効果はあるものの、必ずしもドレスギヤ寿命への影響を完全には払拭するものではなかった。本発明の課題はかかる歯先コーナー部の摩耗及び損傷を防ぎ、ばらつきのない、より長寿命のドレスギヤを提供することである。さらには、経済的なドレスギヤを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等はこの歯先コーナー部（図１０で示す２７，２９）の損傷の原因を研究した結果次のことを知得した。まず、ドレスギヤ歯先コーナー部の損傷は加工相手が内歯砥石であることから内歯砥石との間で発生している。ワークと砥石間の噛み合い状態は一切関連はない。そこで内歯砥石１のドレス歯面２を詳細に観察した。図５は砥石新品時の噛合いの様子、図６は同歯先コーナー部の損傷の様子を、図７は砥石使用限界時又は近づいた時の噛合いの様子、図８は同歯元の損傷の様子を示す。図５、６に示すように、従来のドレッシングにおいては、砥石新品時においては砥石端面１９付近の大径部２８付近にドレス残り１８が発生する。一方、図７、８に示すようにドレスがすすみ砥石の大径部２８がより大きくなると砥石端面１９付近の内径４の歯先部にドレス残り２３が移動発生していることが分かった。これらの移動発生しているドレス残りは、ドレスギヤの切り込みとともに累積し、壁状に残る。放置しておけば、加工機械の運動誤差や噛み合い誤差（ドレスギヤおよび砥石の振れ）などにより、ドレスギヤ歯面が乗り上げて衝撃を受ける。あるいはいずれ砥石の端面が欠け、その破片を噛み込んだり、切り屑の排出が不十分となり、ドレスギヤ歯面が早期に大きな損傷を受け、また、ドレス残りが移動発生するためドレス回数が大きくばらつくことが充分に考察される。
【０００９】
この観察結果を検討してみるに、まず、図５、６で、砥石１が新品（内径４が最も小さいとき）の噛み合い状態の時は、ワーク１０と砥石１とは噛み合い範囲２４で噛み合うようにされている。ワーク１０と砥石１との噛み合い点３０はオシレーション幅４３最大（＋Ｓ）の位置でワーク端面２０と砥石端面１９との交点であり、少なくともこの点より砥石端面が外側に設定される必要がある。つまり、噛み合い点３０を砥石１の端面１９が通過できるような砥石歯幅２２が設定される。一方、ワーク１０の歯面９の加工残りをなくすためにはドレスギヤ３の歯幅１３はワーク歯幅１４に対し一義的に１〜４ｍｍ大きく設定されている。従って、この噛合い点３０でのワーク１０、砥石１、ドレスギヤ３の寸法関係ではドレス残りを発生するような問題はない。
【００１０】
一方、内歯砥石１は１０゜前後の軸交差角８をもってワーク１０およびドレスギヤ３と噛み合うことから、噛み合い範囲２４の間で噛み合い点３０より離れるに従って、内歯砥石端面１９ではワークの歯幅端面２０と噛み合わない部分が生じ、さらに、ドレスギヤの歯幅端面２１と全く噛み合わない部分２６が存在してくる。この噛み合わない部分２６において、ワーク加工では、ワーク歯幅１４に対し工具となる砥石歯幅２２は充分であるので、ワークの歯面全域に渡り加工が施され加工残りの発生はない。しかし、ドレッシング時の工具となるドレスギヤ歯幅１３は砥石の全歯幅２２のドレスに対しては不足となり、加工（ドレッシング）されるべき砥石歯面の全域をドレスギヤ３で加工することができない。このためドレス残り１８が移動発生する。ドレス残りが移動発生する噛み合わない部分２６で、内歯砥石が新品では砥石大径部２８側にドレス残り１８が発生し、ドレスが進み内歯砥石大径２８がより大きくなるにつれ、図７、８に示すように内径４の歯先部にドレス残り２３が移動するものと考えられる。この考察結果は、前述した実際の損傷推移と一致し、砥石端面１９付近の大径部２８付近にドレス残り１８が発生し、ドレスがすすみ砥石の大径部２８がより大きくなると砥石端面１９付近の歯先部２３にドレス残り２３が移動発生しているというメカニズムを説明できる。
【００１１】
この知得により、本発明においては、外歯式ワークと、前記ワークと同一主要諸元を有する外歯式のドレスギヤと、前記ドレスギヤに軸交差角をもって内接して成形される内歯式砥石と、からなり、前記砥石歯幅は前記ワークの全歯幅を加工しうる歯幅に設定され、前記ワークと前記砥石との噛み合い点をオシレーション幅の最大の位置でワーク端面と砥石端面との交点として、少なくとも前記交点より前記砥石端面が外側になるように設定され、前記砥石の軸交差角をもって前記ワークの歯面仕上げを行うようにされたハードギヤホーニング加工に用いるドレスギヤにおいて、前記ドレスギヤの歯幅寸法が前記砥石とのドレッシング時にドレスギヤに前記オシレーション幅の片側オシレーション幅Ｓを加えた状態で、前記ドレスギヤと前記砥石の噛合い位置で前記ドレスギヤ歯端面が前記砥石歯端面と同一又は歯端面より抜き出る寸法にされたドレスギヤを提供することにより前述した課題を解決した。
【００１２】
即ち、ドレッシング時にドレス残り最大部位からドレスギヤ端面が抜けるようにオシレーション幅を設定するので、砥石歯面の全域をドレスギヤでドレッシングでき、移動発生するドレス残りがない。いいかえれば、噛み合い範囲２４，２５の離れ側と砥石端面との交点３３よりドレスギヤが一致又ははみ出すような歯幅に設定する。
【００１４】
しかし、オシレーション幅をむやみに大きくすると、ドレスギヤ歯面の修整形状の内歯砥石歯面への転写性が低下し、結果としてワーク歯面の歯形形状が目標あるいは狙いから遠ざかる傾向がある。また、オシレーション幅±Ｓはワーク加工時とドレッシング時とを別の値にしてもよいが、加工時の調整容易性等を考慮して、片側オシレーション幅Ｓは、前記ワーク加工時の片側オシレーション幅に一致させることが好ましい（請求項２）。また、ドレスギヤの片側オシレーション幅Ｓは実績のある６ｍｍ以下とするのがよい（請求項３）。なお、このドレスギヤ幅とオシレーション幅±Ｓとを計算にて特定すると、
ＷＤ：ドレスギヤ設定歯幅、
ＷＡ：ドレスギヤ最小有効歯幅、
ＷＷ：砥石歯幅、
Ｓ：片側オシレーション幅、
Ｑ：軸交差角、
Ｃは内歯砥石とドレスギヤの軸間距離で
Ｃｓ：砥石新品時軸間距離、
Ｃｅ：砥石使用限界時軸間距離、
Ｒｂ：ドレスギヤ基礎円半径、
Ｒｇはドレスギヤ噛み合いピッチ円半径で
Ｒｇｓ：砥石新品時噛み合いピッチ円半径、
Ｒｇｅ：砥石使用限界時噛み合いピッチ円半径、
φｇはドレスギヤ軸直角噛み合い圧力角で
φｇｓ：砥石新品時噛み合い圧力角、
φｇｅ：砥石使用限界時噛み合い圧力角、
Ｌｔは噛み合い長さで
Ｌｔｓ：砥石新品時アデンダム噛み合い長さ、
Ｌｔｅ：砥石使用限界時デデンダム噛み合い長さ
として砥石新品時のＦｓを次式で求め
λｓ＝ｔａｎ−１［ＷＷ・ｓｉｎＱ／（２Ｃｓ）］
Ｒｇｓ＝Ｒｂ／ｃｏｓφｇｓ
Ｇｓ＝Ｒｇｓ・ｓｉｎλｓ
Ｆｓ＝Ｇｓ＋Ｌｔｓ・ｃｏｓ（φｇｓ−λｓ）
かつ砥石使用限界時のＦｅを次式で求め
λｅ＝ｔａｎ−１［ＷＷ・ｓｉｎＱ／（２Ｃｅ）］
Ｒｇｅ＝Ｒｂ／ｃｏｓφｇｅ
Ｇｅ＝Ｒｇｅ・ｓｉｎλｅ
Ｆｅ＝Ｇｓ＋Ｌｔｅ・ｃｏｓ（φｇｅ−λｅ）
上記ＦｓとＦｅのいずれか大きい方をＦｍとしたとき
ＷＤ≧ＷＡ＝［ＷＷ／（２・ｃｏｓＱ）＋Ｆｍ・ｔａｎ
Ｑ−Ｓ］・２
で求められるＷＤをドレスギヤの歯幅寸法とすることができる。
各式及び記号の関係を図２に示す。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は本発明のワーク、内歯式砥石、ドレスギヤの噛み合い状態を示す説明図、図２は本発明の内歯式砥石、ドレスギヤの噛み合い状態を示し、計算式で使用する記号を付した説明図である。なお、前述した従来例と同様な構成については同符号を付し説明の一部を省略する。図１、図２に示すように、本発明のハードギヤホーニング加工では、加工すべき外歯式ワーク１０に対して軸交差角８（Ｑ）をもって内歯砥石１を噛み合わせて、内歯砥石を回転させ、従動回転するワーク１０を内歯砥石の幅方向中心５３，５４にワークの幅方向中心４２，５５が重なる位置４１を中心として左右に片側オシレーション幅４３（Ｓ）でオシレーションさせワーク表面９をハードホーニング加工する。砥石歯幅２２（ＷＷ）はワーク１０の全歯幅１４を加工しうる歯幅に設定され、図１に示すワーク１０と砥石１との噛み合い点３０をオシレーション幅４３の最大（＋Ｓ）の位置でワーク端面２０と砥石端面１９との交点として、少なくともこの点より砥石端面が外側になるように設定されている。なお、この砥石歯幅は交差角、ワーク歯幅、オシレーション幅等により決定され、ここでは軸交差角８はＱ＝１２°、ワーク歯幅（１４）は２２ｍｍ、砥石歯幅２２はＷＷ＝２８．５ｍｍ、オシレーション幅±２ｍｍ（片側Ｓ＝２）に設定されている。
【００１６】
一方同図でワークに代えて取り付けられるドレスギヤ４０は、ワーク１０の噛み合い特性やワークとの段取り互換性を高めるためワークと同一主要諸元で設計製作されている。ここで、ドレスギヤ４０の幅寸法３２（ＷＡ）はワーク１０の片側オシレーション幅４３（Ｓ）を加えた状態でドレスギヤと砥石の噛合い範囲２４の全位置でドレスギヤ端面３１が砥石端面１９より抜き出る寸法にされる。即ち、図１でドレッシング時の内歯砥石最大噛み合い範囲２４と砥石端面１９との交点３３を通る幅をドレスギヤ最小有効歯幅３２（ＷＡ）として求め、それ以上の歯幅をドレスギヤ設定歯幅（ＷＤ）とした。
【００１７】
これを詳述すると、図２において、内歯砥石１の砥石歯幅２２をＷＷ、ドレスギヤ４０の歯幅をＷＤ、ドレスギヤ４０の最小有効歯幅３２は交点３３での幅でありこれをＷＡ、内歯砥石１の砥石歯幅中心線４１からのドレスギヤ歯幅中心線４２の片側オシレーション量４３を＋Ｓ、軸交差角８をＱ、ドレスギヤ基礎円半径をＲｂとする。
【００１８】
また、砥石新品時のドレスギヤ噛み合いピッチ円半径をＲｇ＝Ｒｇｓ、ドレスギヤ軸直角噛み合い圧力角をφｇ＝φｇｓ、噛み合い長さをＬｔ＝Ｌｔｓ、内歯砥石１とドレスギヤ４０の軸間距離３４をＣ＝Ｃｓとし、また、砥石使用限界時のドレスギヤ噛み合いピッチ円半径をＲｇ＝Ｒｇｅ、ドレスギヤ軸直角噛み合い圧力角をφｇ＝φｇｅ、噛み合い長さをＬｔ＝Ｌｔｅ内歯砥石１とドレスギヤ４０の軸間距離３４をＣ＝Ｃｅとし、オシレーション幅を８ｍｍ（±４ｍｍ）としていくつかのワーク諸元及び内歯砥石諸元に対して前述の各式に当てはめた場合のドレスギヤ歯幅の値は表１に示すものとなる。なお、Ｌｔの内Ｌｔｓは図５、Ｌｔｅは図７の右側部に示す位置の値である。
【００１９】
【表１】

【００２０】
【実施例】
同様に、ワークのモジュール２．５、歯数３０、ねじれ角３０°左、歯幅２２ｍｍ、圧力角１６゜とし、内歯砥石の歯数１１５、歯幅２２ｍｍ、軸交差角１２°、オシレーション幅±２ｍｍとした場合は、ドレスギヤ最小有効歯幅ＷＡは３１．４ｍｍであった。そこで、ドレスギヤの歯幅ＷＤを３２ｍｍに設定しドレッシングをおこなった。その結果、対応する従来のドレスギヤ歯幅２６ｍｍでドレッシングを行った場合はドレス回数が２０〜４０回で使用限界に達したのに対し、ドレスギヤ３２ｍｍのものはドレス回数は１５０〜２００回へと飛躍的な寿命を得ることができた。また、歯先の異常損傷も回避し易くなり、繰り返し再電着回数も増した。
【００２１】
【発明の効果】
ドレッシング時にドレス残り最大部位からドレスギヤ端面が抜けるようにして、砥石歯面の全域をドレスギヤでドレッシングできるようにし、移動発生するドレス残りをなくしたので、歯先コーナー及び歯元付近の摩耗が遅くかつ安定しドレス回数が増え、ばらつきがなく、長寿命となった。また、歯先の異常損傷を回避できたため、繰り返し再電着回数も増し工具費の大幅な低減に貢献でき経済的なものとなった。
【００２２】
また、オシレーション幅は従来と同様にワーク加工時及びドレッシング時共に同じとし、より具体的には±６ｍｍ以内としたので、ドレスギヤ歯面の修整形状の内歯砥石歯面への転写性の低下がなくワーク歯面の歯形形状が目標あるいは狙い通りのものとなった等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のハードギヤホーニング加工でのワーク、内歯式砥石、ドレスギヤの噛み合い状態を示す説明図である。
【図２】本発明のハードギヤホーニング加工での内歯式砥石、ドレスギヤの噛み合い状態を示し、計算式で使用する記号を付した説明図である。
【図３】従来のハードギヤホーニング加工でのワーク、内歯式砥石、ドレスギヤの噛み合い状態を示し、（ａ）は軸直角方向から見た断面図、（ｂ）は、軸方向からみた右半分部分説明図である。
【図４】ハードギヤホーニング加工での内歯式砥石、ドレスリングのドレッシング時の配設状態を示し、（ａ）は軸直角方向から見た断面図、（ｂ）は、軸方向からみた右半分部分説明図である。
【図５】従来のハードギヤホーニング加工での砥石新品時の噛合いの様子を示す説明図である。
【図６】従来の砥石新品時の歯先コーナー部の損傷の様子を示す（ａ）は軸直角方向からみた部分拡大図、（ｂ）は軸方向から見た部分拡大図、（ｃ）は歯部の軸方向断面部分拡大図である。
【図７】従来のハードギヤホーニング加工での砥石使用限界時又は近づいた時の噛合いの様子を示す説明図である。
【図８】従来の砥石使用限界時又は近づいた時の歯元の損傷の様子を示す（ａ）は軸直角方向からみた部分拡大図、（ｂ）は軸方向から見た部分拡大図である。
【図９】ハードギヤホーニング加工でのドレス時の部分拡大図である。
【図１０】ドレスギヤの歯部の部分拡大斜視図である。
【符号の説明】
１砥石
８（Ｑ）軸交差角
９ワークの歯面
１０ワーク
１４ワークの全歯幅
１９砥石端面
２０ワーク端面
２２砥石端面
２４、２５噛合い位置（範囲）
３０ワークと砥石の噛み合い点
３１ドレスギヤ端面
３２ドレスギヤの幅寸法
４０ドレスギヤ
４３（Ｓ）片側オシレーション幅

Claims

外歯式ワークと、前記ワークと同一主要諸元を有する外歯式のドレスギヤと、前記ドレスギヤに軸交差角をもって内接して成形される内歯式砥石と、からなり、前記砥石歯幅は前記ワークの全歯幅を加工しうる歯幅に設定され、前記ワークと前記砥石との噛み合い点をオシレーション幅の最大の位置でワーク端面と砥石端面との交点として、少なくとも前記交点より前記砥石端面が外側になるように設定され、前記砥石の軸交差角をもって前記ワークの歯面仕上げを行うようにされたハードギヤホーニング加工に用いるドレスギヤにおいて、前記ドレスギヤの歯幅寸法が前記砥石とのドレッシング時にドレスギヤに前記オシレーション幅の片側オシレーション幅Ｓを加えた状態で、前記ドレスギヤと前記砥石の噛合い位置で前記ドレスギヤ歯端面が前記砥石歯端面と同一又は歯端面より抜き出る寸法にされていることを特徴とするドレスギヤ。
前記片側オシレーション幅Ｓが、前記ワーク加工時の片側オシレーション幅であることを特徴とする請求項１記載のドレスギヤ。
前記ドレスギヤの片側オシレーション幅Ｓは６ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載のドレスギヤ。