JP5041119B2

JP5041119B2 - 内歯車心なしラッピング盤

Info

Publication number: JP5041119B2
Application number: JP2006105676A
Authority: JP
Inventors: 一憲日高
Original assignee: 一憲日高; 株式会社カシフジ
Priority date: 2006-03-08
Filing date: 2006-03-08
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2026-03-08
Also published as: JP2007237387A

Description

本発明は、内歯車を被加工歯車とし、その内部に噛み合う２個のラップ工具歯車と、内歯車の脱落を防止して回転と送り運動の安定をもたらすための案内歯車かもしくは案内ローラかのいずれかからなる、内歯車の心なしラッピング方法に関する。

本発明は相手歯車を特定しない汎用の平歯及びはすばの内歯車を対象とする心なしラッピング法であり、被加工内歯車と２個のラップ歯車の噛み合い点に、砥粒とラップ油を混合したラップ液を供給しながら歯車列を回転させ、歯面粗さ、歯形誤差、歯すじ誤差などの歯車精度を高めることを基本とする。

外歯車の仕上げ加工法は種々あるが、内歯車では、直径が大きいものの一部に研削仕上げが実施されている例はあるが、需要の大半を占める中、小径内歯車の有効な汎用仕上げ法がなかった。

歯車ラッピングは加工時間が短く、作業に特別な熟練を要しないため、大量生産に適するが、正味加工時間に対して、被加工歯車の取り付け取り外しに多くの時間を要し、これが生産能率の向上を阻害するという問題があった。

一般の歯車ラッピング方法では、被加工歯車の片歯面のみが加工されるため、他方の歯面を加工しようとすると、被加工歯車をひっくり返して取り付けるか、もしくは駆動ラップ歯車を逆方向に回転させなければならないという問題があった。

被加工内歯車の取り付け及び取り外しの時間を短縮する方法として、被加工歯車を軸に固定しない心なしラッピング法が有効で、被加工内歯車の取り付け、取り外しにスパナ等の工具は必要とせず、容易に被加工内歯車を交換することができ、大幅な交換時間の短縮が実現でき、また取り付け取り外しの自動化も容易となる。

２個のラップ歯車を、１８０度対称に被加工内歯車に噛み合わせ、一方のラップ歯車を電動機等で駆動し、他方のラップ歯車にブレーキをかけて加工負荷を与えれば、駆動ラップ歯車とブレーキラップ歯車のそれぞれにより、被加工内歯車の片歯面ずつが加工されるため、同時に両歯面の加工が行われ、正味加工時間が半減する。

被加工内歯車が平歯の場合は、ラップ歯車は２個とも同じねじれ方向で適当な大きさのねじれ角を有するはすば歯車を用い、また被加工内歯車がはすばの場合は、そのねじれ角の大きさにより、２個のラップ歯車は平歯車かもしくは適当な大きさのねじれ角を有するはすば歯車を用い、被加工内歯車とラップ歯車は両者のねじれ角の和に相当する角度だけ交叉させて噛み合わせることにより、被加工内歯車とラップ歯車の歯面間に、歯形方向に加えて歯すじ方向にもすべり運動が発生し、歯面全体を均等に加工することができる。

被加工内歯車の回転と送り運動の安定を図るために、案内歯車を用いる場合は、被加工内歯車と同じねじれの外歯車を用い、これを被加工内歯車の回転軸に平行に噛み合わせる。また案内ローラを用いる場合は、被加工内歯車の外周部に回転軸に平行に接触させる。

被加工内歯車の両側面を回転体で挟み込むＵ字型被加工内歯車保持装置を設け、これを電動機で往復運動させることにより送り速度を制御すれば、はすば歯車の回転によって発生する被加工内歯車の推力のいずれの方向に対しても対応することができる。

本発明の目的は、以下に示す手段により達成される。

（１）２個のラップ歯車を被加工内歯車に噛み合わせれば、被加工内歯車は、軸に固定することなく回転させることができ、噛み合い点に砥粒とラップ油を適当な割合で混合したラップ液を供給することにより、心なしラッピングが実現できる。

（２）上記歯車列において、一方のラップ歯車に回転を与えて駆動し、他方のラップ歯車にブレーキをかけて加工負荷を与えれば、それぞれのラップ歯車で被加工内歯車の片歯面ずつが加工されるため、両歯面を同時に仕上げることができる。

（３）被加工内歯車が平歯車のときは、２個のラップ歯車は適当な大きさで同じ向きのねじれ角を有するはすば歯車を用い、被加工内歯車がはすば歯車のときは、そのねじれ角の大きさにより、平歯車かもしくは適当なねじれ角を有するはすば歯車を用いれば、ラップ歯車と被加工内歯車の歯面の間に歯形方向のすべり運動に加えて、軸方向のすべり運動が加算され、内歯車歯面全体にわたって均等な加工が実現できる。

（４）軸固定をしない被加工内歯車に、２個のラップ歯車を噛み合わせ、駆動ラップ歯車に回転を与えると、回転力により被加工内歯車は回転軸に直角な方向にずれようとするので、それを阻止する目的の案内歯車かもしくは案内ローラを設置するが、案内歯車を用いるときは、被加工内歯車が平歯車のときは平歯車を、はすば歯車のときは同じ大きさで逆方向のねじれ角を持つはすば歯車を用いる。

（５）はすば歯車と平歯車を噛み合わせて回転させると軸方向の力（推力）が生じ、軸に固定していない被加工内歯車は軸方向に飛び出そうとするので、被加工内歯車の両側面を支持する回転体を有するＵ字型被加工内歯車保持装置を備えた送り装置により速度制御をすれば、歯幅全体を均等に加工することができ、また側面支持回転体で被加工内歯車の両側面を軽く拘束することにより、被加工内歯車の傾きを阻止でき、高精度の加工が実現できる。

（６）２個のラップ歯車の軸間距離を近づけた状態で、被加工内歯車をＵ字型被加工内歯車保持装置に装着した後、両ラップ歯車と案内歯車を被加工内歯車の内部に挿入し、駆動ラップ歯車をゆっくり回転させながら、両ラップ歯車の軸間距離を徐々に広げて正規の状態に戻せば、被加工内歯車と両ラップ歯車は自動的に噛み合う。

以上説明した本発明によれば、請求項に以下のような効果が得られる。

請求項の本発明によれば、被加工内歯車に２個のラップ歯車を噛み合わせ、１個の案内歯車を噛み合わせるかもしくは１個の案内ローラを接触させて回転させ、両ラップ歯車と被加工内歯車との噛み合い点に微小砥粒とラップ油を混合したラップ液を供給すれば、被加工内歯車を軸に固定しない心なしラッピングが実現でき、また、被加工内歯車を軸に固定していないため、被加工内歯車の取り付け及び取り外しのために工具を必要とせず、短時間に容易に取り換えることができ、著しい生産能率の向上が実現できる。

２個のラップ歯車の一方を電動機で駆動し、他方に適当なブレーキ力を加えれば、それぞれのラップ歯車により、被加工内歯車の両歯面が同時に加工され、正味加工時間の短縮が実現できる。

被加工内歯車をＵ字型保持装置に装着することにより、加工中の被加工内歯車の傾きを防止することができ、被加工内歯車の歯すじ方向の加工精度を向上させることができる。

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、以下の説明において、まず、内歯車をラッピングするための心なしラッピング盤の概略について説明し、続いて、内歯車心なしラッピング盤を用いたラッピング方法について説明する。

以下、図１に示す内歯車心なしラッピング盤の組み立て図を用いて内歯車ラッピングの概略を説明し、図２から図６に示す各部の詳細図を用いてラッピング方法を説明する。

内歯車心なしラッピング盤の構成

図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の内歯車心なしラッピング盤の概略構成を示す図面である。

ラッピングを施そうとする被加工内歯車（１）の内部に、２個の外歯車（２）と（３）をラップ工具として噛み合わせれば、被加工内歯車は軸に固定しない、いわゆる心なしで保持することができる。

被加工内歯車（１）とラップ歯車（２）及び（３）の噛み合いにおいて、歯形方向のみならず歯すじ方向にもすべり運動を与えて、通常の噛み合いではころがり接触であるピッチ円上にもラッピング効果を及ぼすために、被加工内歯車が平歯車であれば、ラップ歯車（２）、（３）には適当なねじれ角のはすば歯車を用い、被加工内歯車（１）がはすば歯車であれば、ラップ歯車（２）と（３）には平歯車かもしくは適当なねじれ角を有するはすば歯車を用いる。そのため、被加工内歯車（１）の回転軸（心なしのため、仮想中心軸となる）を対称に、ラップ歯車（２）と（３）の回転軸は、ねじれ角の和に相当する角度だけ交叉することになる。

駆動側のラップ歯車（２）を回転させると、被加工内歯車（１）は、駆動ラップ歯車（２）の回転方向により軸直角のいずれかの方向へ移動しようとして、両ラップ歯車軸に曲げの力を及ぼすことになる。そのため、被加工内歯車（１）の安定回転と安定送りのために、案内歯車（４）もしくは案内ローラ（５）のいずれかを設ける（図２（ａ）、（ｂ）参照）。

上記［００２６］において、案内歯車（４）を用いる場合は、被加工内歯車（１）が送り運動により軸方向に移動しても、その噛み合い状態が変わらないように、被加工内歯車（１）が平歯車のときは、案内歯車（４）も平歯車を用い、被加工内歯車（１）がはすば歯車のときは、案内歯車（４）は被加工内歯車（１）と同じ大きさのねじれ角を持つ逆ねじれのはすば歯車を用い、駆動ラップ歯車の回転方向により、案内歯車（４）は被加工内歯車（１）の上部（４・２）もしくは下部（４・１）に設ける。なお、上記の両ラップ歯車（２）、（３）と案内歯車（４）はナイロン樹脂等の軟らかい素材を用いると、被加工内歯車（１）の歯面はより鏡面に仕上がり、有利である。

同じく［００２６］において、案内ローラ（５）を用いるときは、駆動ラップ歯車（２）の回転方向により、被加工内歯車（１）の外周の上方（５・２）もしくは下方（５・１）に接触させて円筒ローラを置き、回転と送り運動の安定を図る。

はすば歯車を回転させると、歯のねじれ角に応じた推力が発生するため、軸に固定していない被加工内歯車（１）は軸方向に押し出されようとする。そこで図４に示すＵ字型被加工歯車保持装置（６）の内部に設けた複数の回転体（７）で被加工内歯車（１）の両側面を支え、送り速度調整用電動機（１８）により、適当な速度で、被加工内歯車（１）の歯幅に相当する長さだけ、往復運動させれば、歯幅全体を均等に仕上げることができる。

ブレーキラップ歯車（３）の回転軸の他端には、図５に示す、ブレーキ装置が設けられ、ブレーキパッド（１３）の締め付け力をボルト（１５）で調整することにより、ブレーキ力を変化させることができ、これにより任意の加工負荷を得ることができる。

図６に示すように、駆動ラップ歯車（２）と被加工内歯車（１）の噛み合い点、ならびにブレーキラップ歯車（３）と被加工内歯車（１）の噛み合い点のそれぞれに微小砥粒とラップ油を混合したラップ液を、流量調整弁（２２−１）、（２２−２）を用いて適当な流出量に調整して供給するラップ液ノズル（２３−１）、（２３−２）を有している。

内歯車心なしラッピング盤による加工法

図１から図７により、本発明の内歯車心なしラッピング盤の加工原理及び加工法を説明する。

図１に示す、変速可能な駆動用電動機（９）を回転させると、それに連結した駆動軸に固定した駆動ラップ歯車（２）が回転し、駆動ラップ歯車（２）には被加工内歯車（１）が噛み合っており、さらに、被加工内歯車（１）にはブレーキラップ歯車（３）が噛み合っているため、回転が伝達する（図２参照）。

ブレーキラップ歯車（３）を取り付けているブレーキ軸の他端にはブレーキ（１２）が設けられ、ブレーキ力の調整ができる（図５参照）。このブレーキ力は、駆動ラップ歯車（２）と被加工内歯車（１）の歯面間及び、ブレーキラップ歯車（３）と被加工内歯車（１）の歯面間にそれぞれ同じ大きさの圧力が生じ、それが加工負荷となる。（図３参照）。

駆動ラップ歯車（２）と被加工内歯車（１）及び、ブレーキラップ歯車（３）と被加工内歯車（１）は、それぞれ両歯車のねじれ角の和だけ傾いて噛み合っているため、駆動ラップ歯車（２）を回転させると、歯形方向のすべりに加えて、歯すじ方向にもすべりが生じ、これが加工運動となる。ここに図６に示すラップ液供給装置から適量のラップ液を供給すれば、研磨作用が発生する。

駆動ラップ歯車（２）の回転により、被加工内歯車（１）は回転軸に直角な方向にずれを生じる。それを防止するため、案内歯車（４）もしくは案内ローラ（５）を適当な位置に置き、３点支持とすることにより安定した回転と送り運動が得られる（図２（ａ）、（ｂ）参照）。

はすば歯車と平歯車の噛み合いでは点接触となるため、被加工内歯車（１）の全歯幅を均一に加工するためには、駆動ラップ歯車（２）とブレーキラップ歯車（３）の交点を中心として、被加工内歯車（１）の歯幅と同じ長さだけ往復運動をさせる必要がある。

駆動ラップ歯車（２）とブレーキラップ歯車（３）の歯幅を有効に利用するためと、損耗を歯幅の特定部位に集中させず、分散させて、両ラップ歯車（２）、（３）の寿命を延ばすためのシフト機能を備えており、両ラップ歯車（２）、（３）を軸方向に適当な量シフトしながら加工を行うとよい。

Ｕ字型被加工内歯車保持装置（６）への被加工内歯車（１）の装着もしくは取り外しを容易にするため、駆動ラップ歯車（２）及びブレーキラップ歯車（３）の軸間距離を近づける機能を有しており、被加工内歯車（１）を装着するときは、駆動ラップ歯車（２）を低速回転させながら両ラップ歯車の軸間距離をゆっくり広げ、正規の軸間距離まで戻せば、自動的に歯合わせがなされる。

産業の利用可能性

本発明の内歯車心なしラッピング盤は、実用的な仕上げ加工法がなかった小径の内歯車を主な対象とする画期的な仕上げ加工機械であり、しかも相手歯車を特定しない汎用の平歯車及びはすば歯車のラッピングが可能であるため、その利用範囲は極めて広い。

本発明の内歯車心なしラッピング盤は、加工時間が短く、浸炭焼き入れした高硬度の歯車でも容易に加工でき、また、機械の操作が極めて簡単であるため、作業に特別な熟練を必要とせず、自動車産業等における大量生産に最適である。

本機で加工した内歯車は運転騒音の低減が期待できるため、静粛性が要求される自動車その他の減速機用の内歯車に広い利用が見込める。

（ａ）、（ｂ）内歯車心なしラッピング盤の構成を示す概略図である。（ａ）、（ｂ）被加工内歯車、駆動ラップ歯車、ブレーキラップ歯車及び案内歯車もしくは案内ローラの位置関係と噛み合い状態を示す図である。なお、図をわかりやすくするため、両ラップ歯車の傾き角は０度にして表示している。被加工内歯車の歯面に及ぼす力（加工負荷）の方向を示す図である。この図も上記と同じ理由で、両ラップ歯車の傾き角は０度にして表示している。Ｕ字型被加工内歯車保持装置を示す図である。加工負荷を与えるブレーキ機構を示す図である。ラップ液供給装置を示す図である。

符号の説明

１：被加工内歯車
２：駆動ラップ歯車
３：ブレーキラップ歯車
４：案内歯車
５：案内ローラ
６：Ｕ字型被加工内歯車保持装置
７：内歯車側面支持回転体
８：内歯車歯幅調整用ナット
９：駆動用電動機
１０：駆動軸軸受
１１：ブレーキ軸軸受
１２：ブレーキ装置
１３：ブレーキパッド
１４：負荷測定器
１５：負荷調整用ボルト
１６：負荷測定器取付レバー１
１７：負荷測定器取付レバー２
１８：送り調整用電動機
１９：往復送り機構
２０（１〜４）：送り棒案内用軸受
２１：ラップ液タンク
２２−１、２２−２：ラップ液流量調整弁
２３−１、２３−２：ラップ液供給ノズル
２４：ラップ液攪拌機

Claims

被加工歯車とラップ歯車の噛み合い点に微小砥粒と油剤を適当な割合で混合したラップ液を供給し、歯面を高精度に仕上げる歯車ラッピング装置において、被加工歯車として内歯車を対象とするもので、内歯車半径方向の拘束はせず、内歯車の両端面のみ軽く支えるＵ字型保持装置に内歯車を挿入し、駆動力を与える駆動ラップ歯車と負荷を与えるブレーキラップ歯車の２個の工具歯車および回転と送りを安定させるための案内歯車を噛み合わせ、高速回転にて加工することを特徴とする内歯車心なしラッピング装置。