JP3978985B2

JP3978985B2 - 歯車対のラッピング方法

Info

Publication number: JP3978985B2
Application number: JP2000214904A
Authority: JP
Inventors: 哲也田口
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-07-14
Filing date: 2000-07-14
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2020-07-14
Also published as: JP2002028822A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つの歯車からなる歯車対のラッピング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ラッピング加工は、ハイポイドギヤのように２つの歯車よりなる歯車対の仕上げ加工を目的とするものである。ハイポイドギアは、周知のように、ピニオンとリングギアとからなるが、ラッピング加工は、このピニオンとリングギアとを相互に噛み合わせた状態で歯面にラッピングコンパウンド（ラップ材）を吹き付けながらピニオンとリングギアよりなる歯車対を回転させることにより、各歯の熱処理歪みやスケールを除去して歯車精度を高めることを基本としている。
【０００３】
このラッピング加工においては、加工終了後に歯車対のバックラッシュが規定量となるようにする必要がある。このための方法としては、例えば加工終了時のバックラッシュが規定量となるように、ラッピングの初めにラップ取代分だけ歯車対の噛み合わせを小さくして、初めのバックラッシュを小さくしておくといった方法がある。しかし、この方法をとった場合、ラップ加工中にコンパウンドが適切に歯面に入り込まず、ラッピング自体が旨く行かないといった問題があった。
【０００４】
このような問題を改善するための方法として、特開平１−７１６２１号公報では、ラッピング加工前のバックラッシュを小さくしたり、ラップ取代を小さくすることなく、ラッピング終了時に適正なバックラッシュが得られるように、１つの歯面に対するラッピング工程を２段階に分けて、途中で一対の歯車のバックラッシュが小さくなるように、それらの一対の歯車を予め定められた近接距離だけ相対的に近接させるバックラッシュ縮小工程を有するようにすることが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許に示された従来の技術では、ラッピング加工を２段階に分けて、途中にバックラッシュ縮小工程を挟んで、この工程でピニオンとリングギアを近接させているが、その近接距離は、２段階での総ラップ取代に相当する分となっていることから、各段階での歯車対の距離はラップ取代分だけ小さくしたものと同じである。
【０００６】
このため、各段階におけるバックラッシュは、ラッピングが進むに従って変動するため、ラップ取代が大きい場合、ラップ加工の初期においてコンパウンドの歯面への入り込みが少なくなるといった現象が起こる可能性がある。
【０００７】
また、ラップ取代は、サイクル数や負荷トルク、オシレーション速度に応じて変化するため、それらに応じた近接距離を設定しなければサイクルごとにバックラッシュ量が変化し、仕上がり時のバックラッシュが所望する大きさより小さくなってしまうことが懸念される。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、ラッピング加工終了時のバックラッシュが所望する量になると共に、ラッピング加工中においてもコンパウンドが適切に歯面に入り込み良好なラッピングが可能となる歯車対のラッピング方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記する手段により達成される。
【００１０】
（１）２つの歯車によって構成された歯車対を噛み合わせて、その状態で歯面にラッピングコンパウンドを吹き付けながら上記歯車対を回転させて仕上げ加工を行うラッピング方法において、前記歯車対の歯面内における所定のラッピングモーションを１サイクルとして該サイクルの進度に応じて前記歯車対の相対位置を近接させて行き、当該近接させる際の近接量が該１サイクルごとに少なくなるようにして、前記ラッピングコンパウンドの入り込み量を一定に保つことを特徴とするラッピング方法。
【００１１】
（２）前記ラッピングコンパウンドの入り込み量を一定に保つための前記近接量は、関数Ｚ＝ａｎ ^ｂ（ただしａおよびｂはあらかじめ実験によって求められた定数であり、ｎはラッピングサイクル数である）によって算出された量であることを特徴とする。
【００１２】
（３）前記ラッピング方法において、ラッピング開始前の前記歯車対のバックラッシュ量を、前記歯車対の複数の噛み合いから設定する特徴とする。
【００１３】
（４）前記歯車対は、ピニオンとリングギアよりなるハイポイドギアであることを特徴とする。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、請求項ごとに以下のような効果を奏する。
【００１５】
請求項１記載の本発明によれば、所定のラッピングモーションを１サイクルとするラッピングサイクルの進度の応じて歯車対の相対位置を徐々に近接させるようにしたので、ラッピング加工の最中から、ラッピング加工終了時においても、常にねらい通りのバックラッシュを保つことができる。また、ラッピング加工中においてはコンパウンドが適切に歯面に入り込み良好なラッピングができ、仕上げされた歯車対は所望する適切なバックラッシュが得られたものとなる。
【００１６】
請求項２記載の本発明によれば、歯車対の近接量を、ラッピングのサイクル数に基づいた関数によって算出された量としてので、ラッピング中におけるバックラッシュ量をラッピングサイクルに対応させて、常に適切な量にすることができる。
【００１７】
請求項３記載の本発明によれば、ラッピング開始前の前記歯車対のバックラッシュ量を、前記歯車対の複数の歯合いから設定することとしたので、歯車対の最初の状態において、各歯面の合いが悪かったり、軸の振れがあったりした場合でも初期バックラッシュを歯車対全体として一定に保つことができるので、この状態から、徐々に歯車対を近接させながらラッピングを行うことで、全歯面にわたり適切なバックラッシュ量とすることができる。また、これにより初期バックラッシュを歯車対が変わっても一定の値とすることが可能であり、歯車対の量産加工においては、どの歯車対も適切なバックラッシュ量に仕上げることが可能となる。
【００１８】
請求項４記載の本発明によれば、歯車対をハイポイドギアとしたことで、このハイポイドギアを適切なバックラッシュ量に仕上げることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して、本発明の一実施の形態を説明する。なお、以下の説明では、まず、本発明のラッピング方法を用いてハイポイドギアをラッピングするためのラップ盤の概略について説明し、続いて、このラップ盤を用いた本発明によるハイポイドギアのラッピング方法を説明する。
【００２０】
図１は、ハイポイドギアのラップ盤の概略構成を示す図面である。
【００２１】
ハイポイドギヤは、周知のようにピニオン５１とリングギア５２とからなる。ピニオン５１はスピンドル１の先端の取付治具２に装着され、リングギア５２は別のスピンドル３の先端の取付治具４に装着された上でピニオン５１と噛み合わされるようになっていて、ピニオン５１を積極的に回転駆動させることでそれに応じて所定の負荷トルクを与えながらリングギア５２を連れ回りさせるようになっている。
【００２２】
ピニオン５１を支持しているスピンドル１は、ブーリ５および６とベルト７とを介してモータ８によって回転駆動されるようになっている。また、スピンドル１の後端には、カップリング９を介してロータリーエンコーダ等の回転位置検出器１０の入力軸が連結されていて、この回転位置検出器１０によりピニオン５１の回転位置が検出される。
【００２３】
一方、リングギア５２を支持しているスピンドル３は、プーリ１１および１２とベルト１３とを介してモータ１４により回転駆動されるようになっていて、スピンドル３の後端には、カップリング１５を介してロータリーエンコーダ等の回転位置検出器１６の入力軸が連結されていて、この回転位置検出器１６によりリングギア５２の回転位置が検出される。
【００２４】
これらのスピンドル３を回転させるための機構部分は、ケーシング２１に治められており、スピンドル３はこのケーシング２１内において回転自在に保持されている。そして、スピンドル３はこのケーシング２１ごと昇降する。このための昇降機構として、ケーシング２１はスライドテーブル３０上に固定された昇降機構板２２に取り付けられているレール２３によって昇降自在に保持されており、ケーシング２１にボールねじ２４が取り付けられていて、このボールねじ２４のスクリューシャフト２５が昇降機構板２２の上部に設けられているＰ軸サーボモータ２６の回転軸に接続されていて、このＰ軸サーボモータ２６の回転によりケーシング２１が昇降し、その結果リングギア５２が上下動（Ｐ軸、図２参照）するようになっている。
【００２５】
また、リングギア５２側のスピンドル３は、スライドテーブル３０上に、前記のように昇降機構板２２ごと配置されている。このスライドテーブル３０は、リングギア５２とピニオン５１との噛み合い量（Ｇ軸、図２参照）を移動させるためのＧ軸ステージ３１と、リングギア５２を横方向（Ｅ軸、図２参照）へ移動させるためのＥ軸ステージ４１よりなる。
【００２６】
Ｇ軸ステージ３１は、Ｅ軸ステージ４１上のレール３２にＧ軸方向にスライド自在に保持されており、Ｇ軸ステージ３１の下面にボールねじ３３が設けられている。このボールねじ３３のスクリューシャフト３４がＧ軸サーボモータ３５の回転軸に連結されていて、このＧ軸サーボモータ３５の動きによって、Ｇ軸テーブル３１がスライドする。
【００２７】
Ｅ軸テーブル４１も同様に、Ｅ軸テーブル４１の下面にボールねじ（不図示）が設けられていて、このボールねじのスクリューシャフトがＥ軸サーボモータ４５の回転軸に連結されており、このＥ軸サーボモータ４５の動きによって、Ｅ軸テーブル４１がスライドする。
【００２８】
なお、上記の各モータ８、１４、２６、３５、および４５は、ＮＣ制御装置（不図示）からの指令によりその回転が制御されるとともに、各回転位置検出器１０および１６の出力が、アナログ信号からデジタル信号に変換された上でコンピュータ（不図示）にてデータ処理されて、後述するようにバックラッシュが適正な値となるように各軸の動きが制御される。
【００２９】
上記Ｐ軸、Ｅ軸およびＧ軸は、図２に示すように、ピニオンア５１に対してリングギ５２が上下に動く方向がＰ軸、ピニオン５１に対してリングギア５１が左右に動く方向がＥ軸、ピニオン５１に対してリングギア５１が近接離間する方向がＧ軸である。なお、図２は前記図１に示された方向を正面とした場合の歯車対部分の拡大図で、図２（ａ）は側面図であり、図２（ｂ）は正面図である。
【００３０】
このラップ盤によるハイポイドギヤのラッピング加工は、図３に示すように、ピニオン５１とリングギア５２とを噛み合わせた状態で両者の間に規定のバックラッシュをもたせ、ピニオン５１およびリングギア５２のそれぞれを各モータ８、１４により同期回転させる一方、図示したように歯面に向けてラッピングコンパウンドＣを吹き付けて、歯車対５１，５２の噛み合い部ＱにラッピングコンパウンドＣを複数回繰り返されるラッピングモーションの間噛み込ませるようにして行う。
【００３１】
ラッピングモーションは、図４に示すように、歯面に対して、歯面中央Ｍから歯面ヒール側Ａへ、そしてＡからＭへ戻り、さらにＭから歯面トー側Ｂへ移動し、ＢからＭへ戻る。そして、このラッピングモーションＭ→Ａ→Ｍ→Ｂ→Ｍの動きを１サイクルとして、これを複数回繰り返すことによりラッピングが行われる。このラッピングモーションの動きは、Ｐ軸、Ｅ軸およびＧ軸の移動によって行われる。なお、図４において、図４（ａ）はリングギアのドライブ歯面を示し、図４（ｂ）は同じくコースト歯面を示す。ここでドライブ歯面とは、このハイポイドギアを自動車など使用したときに前進方向にハイポイドギアが回転したとき、ピニオンの歯が当たるリングギアの歯面であり、一方、コースト歯面とは、自動車などが後退するときに、ピニオンの歯が当たるリングギアの歯面（すなわちドライブ歯面の反対の歯面）である。
【００３２】
そして、本実施の形態では、複数回繰り返されるラッピングサイクルに応じて、Ｇ軸を移動し、徐々に、ピニオン５１とリングギア５２とを近接させるようにしている。
【００３３】
図５は、ラッピングサイクルとＧ軸の動きを示す図面である。図において、（ａ）は従来の方法で、Ｇ軸をラッピングサイクルに対応して移動させていない場合を示し、これに対して、（ｂ）は本発明を適用してＧ軸をラッピングサイクルの進度に対応して移動させた場合における第１の例であり、（ｃ）は本発明を適用してＧ軸をラッピングサイクルの進度に対応して移動させた場合における第２の例である。なお、図においては、図示左手方向（Ｇ−）がピニオン５１とリングギア５２がより近接する方向である。
【００３４】
図５（ａ）に示した従来の方法では、ピニオン５１とリングギア５２の歯面同士が、歯面の中央、ヒール、トーの各部分で均等に当たるようにするために、切り込み具合を調整する目的で、ラッピングモーションに合わせてＧ軸を動かしているが、それ以外Ｇ軸の動きはない。このため、ラッピングサイクル数が多くなるに従って、バックラッシュ量が大きくなってしまうのである。
【００３５】
これに対して、まず図５（ｂ）に示した第１の例は、一つひとつのサイクルは従来同様に、ピニオン５１とリングギア５２の歯面同士が均等に当たるようにＧ軸を動かし、さらに、１サイクルが終了するごとにＧ軸を動かして、ピニオン５１とリングギア５２が徐々に近接するようにしている。
【００３６】
そして、この近接させる量は、ラッピングサイクルに基づいた関数Ｚによって算出される量であり、図に示したＺの曲線に沿って移動させている。この関数Ｚは、下記（１）式よりなる。
【００３７】
Ｚ＝ａｎ^b …（１）
式中、ａおよびｂは定数であり、ｎはラッピングサイクル数である。
【００３８】
このうち定数ａおよびｂは、予め実験によって求められた値で、実際にラッピングを行う歯車対と同形の歯車対を用いてラッピングを行い、そのときの１サイクルごとにバックラッシュを測定し、その値を統計処理によって、上記関数Ｚとなるようなａおよびｂの値を求めたものである。この関数にしたがった歯車対５１および５２の近接量は、トルクが一定の場合、サイクル数が進むに従ってラップ取代が減るため、サイクルごとに少しずつ少なくなる。
【００３９】
これによりバックラッシュがラッピングの最中においては、常に適切な量が保たれ、また、ラッピング終了時に所望する量になる。
【００４０】
次に、図５（ｃ）に示した第２の例は、ピニオン５１とリングギア５２の歯面同士が均等に当たるようにするためのＧ軸の動きと共に、一つひとつのサイクル内においても、ラッピングモーションに合わせてピニオン５１とリングギア５２が徐々に近接する方向にＧ軸を動かしているものである。この動作は、すなわち、１サイクル内のラッピングモーションにおいて、歯面中央Ｍからヒール側Ａへ移動した後、ＡからＭへ戻るときに関数Ｚの曲線に沿ってＧ軸を動かして、ピニオン５１とリングギア５２が近接するようにし、同様に１サイクル内の歯面中央Ｍからトー側Ｂへ動かし、ＢからＭへ戻るときに、さらに関数Ｚの曲線に沿ってピニオン５１とリングギア５２が近接するようにしているものである。
【００４１】
これにより、コンパウンドの入り込みが常に一定に保たれると共に、より一層、ラッピング終了時のバックラッシュを所望する量にすることができる。なお、この第２の例においても関数Ｚは、前記第１の例に用いたものと同じである。
【００４２】
次に、図６に示すフローチャートを参照して、ラッピング工程の流れを説明する。
【００４３】
まず、起動スイッチがオンされて（Ｓ１）、ピニオン５１とリングギア５２がそれぞれチャックされる（Ｓ２）。
【００４４】
続いて、ラップ盤のＧ軸の移動によりピニオン５１とリングギア５２の自動噛み合わせが行われる（Ｓ３）。
【００４５】
続いて初期バックラッシュの自動調整が行われる（Ｓ４）。この初期バックラッシュの自動調整は、ピニオン５１とリングギア５２が相互に噛み合っている状態で、モータ８の起動によりピニオン５１を数回転させ、一方、リングギア５２についてもモータ１４の起動により負荷トルクを与えながら連れ回りさせる。このときのピニオン５１の回転数としては、相手側のリングギア５２が少なくとも１回転するだけの回転数であることが必要である。ピニオン５１を複数回転させたならば、それぞれのモータ８、１４を回転駆動方向を切り換えて、直ちにピニオン５１を上記の回転数とほば同じ数だけ逆転させながら相手側のリングギア５２についても負荷トルクを与えながら逆方向に連れ回りさせる。
【００４６】
そして、上記歯車対５１、５２の正逆転に伴って各回転位置検出器１０、１６から連続的に出力される信号を取り出し、ピニオン５１側の回転位置を基準としたときのリングギア５２の回転位置のずれ量を算出する。具体的には、ピニオン５１側の回転位置検出器１０の出力とリングギア５２側の回転位置検出器１６の出力との差を正転時と逆転時でそれぞれ求めて、これを相対位置誤差とし、求めた正転時の相対位置誤差と逆転時の相対位置誤差の差分をとれば、これが複数の噛む合いにおけるバックラッシュ量となる。
【００４７】
このとき得られたバックラッシュ量は、歯車対５１、５２の回転に伴って、噛み合いの違いにより変動した値となっている。これは、ラッピングの前であるので当然である。そこで、初期バックラッシュ量としては、求めたバックラッシュ量のうち最小値を選択して、この最小値にコンパウンドが十分に入り込める量を見込んだ最適値を決定する。そして、この最適値となるように、ピニオン５１を固定した状態で、リングギア５２を正逆回転させつつＧ軸を動かして、ピニオン５１とリングギア５２の噛み合い間隔を調整する。これにより、ピニオン５１が複数回転する間の多数の噛み合い組み合わせのもとで、個々の歯合いにおけるバックラッシュにばらつきがあっても、全体としてのバックラッシュ量を一定にすることができる。
【００４８】
初期バックラッシュの調整が終了したら、続いて、モータを駆動して、コースト歯面のラッピングを行う（Ｓ５）。このとき、前述した第１の例、または第２の例に従ってＧ軸を移動しなながら、所定量のラッピングを行う。
【００４９】
続いて、一旦モータの駆動を停止し（Ｓ６）、モータの回転方向を逆にしてドライブ歯面のラッピングを行う（Ｓ７）。このときも、前述した第１の例、または第２の例に従ってＧ軸を移動しなながら、所定量のラッピングを行う。
【００５０】
所定量のラッピングが終了したら、モータを停止して（Ｓ８）、噛み合わせを解除し（Ｓ９）、ピニオン５１とリングギア５２のそれぞれをチャックから外して（Ｓ１０）、全てのラッピング工程を終了する。
【００５１】
以上本実施の形態によれば、ラッピングの初めに、１つの歯合いではなく、歯車対が少なくとも１回転するまで回転させたときの両歯車の回転位置のずれ量から、初期バックラッシュ量を調整した上で、ラッピングの最中にピニオン５１とリングギア５２のラッピングサイクルに応じて切り込み量を変更して行くようにしたので、ラッピング終了時のバックラッシュ量を適切な値にすることができると共に、ラッピング中における切り込み量も常に適切な値を保つことが可能で、コンパウンドが適切に歯面に入り込み良好なラッピングが可能となる。また、これにより、同形の歯車対については、全て同じようにＧ軸を移動させることで、全ての歯車対を均等な品質に仕上げることができる。
【００５２】
なお、以上説明した実施の形態では、ハイポイドギアのラッピングに本発明を適用した形態として説明したが、本発明は、ハイポイドギアの他にも２つの歯車が一対となった歯車対のラッピングに適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ハイポイドギアのラップ盤を示す概略図である。
【図２】歯車対部分の拡大図である。
【図３】ハイポイドギヤのラッピング加工を説明するための図面である。
【図４】ラッピングモーションを説明するための図面である。
【図５】ラッピング中のピニオンとリングギアとの相対位置の変更を従来との比較で説明するための図面である。
【図６】ラッピング工程の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１，３…スピンドル
２，４…取付治具
８，１４，２６，３５，４５…モータ
１０，１６…回転位置検出器
２１…昇降機構板
２３，３２，４２…レール
２４，３３…ボールねじ
２５，３４…スクリューシャフト
３０…スライドテーブル
３１…Ｇ軸ステージ
４１…Ｅ軸ステージ
５１…ピニオン
５２…リングギア

Claims

２つの歯車によって構成された歯車対を噛み合わせて、その状態で歯面にラッピングコンパウンドを吹き付けながら上記歯車対を回転させて仕上げ加工を行うラッピング方法において、
前記歯車対の歯面内における所定のラッピングモーションを１サイクルとして該サイクルの進度に応じて前記歯車対の相対位置を近接させて行き、当該近接させる際の近接量が該１サイクルごとに少なくなるようにして、前記ラッピングコンパウンドの入り込み量を一定に保つことを特徴とするラッピング方法。
前記ラッピングコンパウンドの入り込み量を一定に保つための前記近接量は、関数Ｚ＝ａｎ ^ｂ（ただしａおよびｂはあらかじめ実験によって求められた定数であり、ｎはラッピングサイクル数である）によって算出された量であることを特徴とする請求項１記載のラッピング方法。
前記ラッピング方法において、ラッピング開始前の前記歯車対のバックラッシュ量を、前記歯車対の複数の噛み合いから設定する特徴とする請求項１または２記載のラッピング方法。
前記歯車対は、ピニオンとリングギアよりなるハイポイドギアであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のラッピング方法。