JP5138798B2

JP5138798B2 - 歯車研削方法

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Publication number: JP5138798B2
Application number: JP2011154381A
Authority: JP
Inventors: 吉言 ▲柳▼瀬; 政志越智
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-07-13
Filing date: 2011-07-13
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2031-07-13
Also published as: US20170197263A1; EP3486017B1; TWI530347B; EP2732893A4; CN103476528B; EP3486016A1; US20140141699A1; JP2013018089A; EP3486017A1; TW201302359A; EP3486016B1; EP2732893B1; EP2732893A1; BR112013027623A2; WO2013008485A1; CN103476528A

Description

本発明は、研削能力が異なる２種類のねじ状砥石から構成される歯車研削用ねじ状砥石を用いた歯車研削方法に関する。

従来から、歯車を研削する方法の１つとして、歯車とねじ状砥石とを噛み合わせた状態で互いに回転させることにより、歯車の歯面をねじ状砥石の研削面によって研削するようにした方法が、周知となっている。

また、歯車は、駆動力を伝達する重要な機械要素であるため、その加工精度の良し悪しは、機械の振動や騒音に影響を与えてしまう。特に、近年、居住性を重要視した自動車分野においては、振動や騒音の発生原因を排除するために、トランスミッション等に使用される歯車の加工精度の向上が、益々求められている。

そこで、従来から、歯車の加工精度の向上を図ることを目的として、研削能力が異なる２種類の研削面を有することにより、歯車の研削を２段階で行えるようにした歯車研削用ねじ状砥石が提供されている。そして、このような歯車研削用ねじ状砥石は、例えば、特許文献１に開示されている。

特開２０１１−７３０７１号公報

ここで、上記従来のねじ状砥石においては、粗仕上げ用研削面を螺旋状に形成し、この粗仕上げ用研削面上における砥石径方向外側の部分に、更に、仕上げ用研削面を螺旋状に形成している。

しかしながら、上述したように、粗仕上げ用研削面と仕上げ用研削面とを砥石径方向に隣接して形成すると、それぞれの研削面の幅領域が共に小さくなってしまう。これにより、粗仕上げ用研削面及び仕上げ用研削面のいずれか一方を用いて、歯車を研削しようとすると、粗仕上げ用研削面及び仕上げ用研削面のいずれか他方にも、歯車が接触するおそれがある。また、螺旋状の粗仕上げ用研削面に、更に、仕上げ用研削面を形成することは、非常に困難であり、ねじ状砥石自体が小さくなると、それは顕著となる。この結果、上記従来のねじ状砥石では、研削能力が異なる２種類の研削面のうち、いずれか１種類の研削面のみを使用して研削することが困難となるため、歯車の加工精度の向上を十分に図ることができないおそれがある。

従って、本発明は上記課題を解決するものであって、簡素な構成で、歯車を高精度に研削することができる歯車研削方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明に係る歯車研削方法は、
被加工外歯車とねじ状砥石とを噛み合わせた状態で互いに回転させることにより、被加工外歯車に研削加工を行う歯車研削方法において、
前記ねじ状砥石を、第１ねじ状砥石と第２ねじ状砥石とを同軸上で連結することにより構成し、
前記第１ねじ状砥石及び前記第２ねじ状砥石に対して、砥石幅方向に所定の長さで区画した複数の研削範囲を、砥石幅方向において重なり合うことなく設定し、
被加工外歯車を、前記第１ねじ状砥石により研削した後に、前記第２ねじ状砥石により研削するときに、１つの被加工外歯車に対して、前記第１ねじ状砥石及び前記第２ねじ状砥石の各研削範囲を１箇所ずつ使用する
ことを特徴とする。

従って、本発明に係る歯車研削方法によれば、研削能力が異なる２種類の第１ねじ状砥石及び第２ねじ状砥石から構成されたねじ状砥石を用いることにより、簡素な構成で、被加工歯車を高精度に研削することができる。

本発明の一実施例に係る歯車研削方法を示した斜視図である。本発明の一実施例に係る歯車研削方法に用いられる歯車研削用ねじ状砥石の側面図である。歯車研削方法の参考例を示した斜視図である。参考例に係る歯車研削方法に用いられる歯車研削用ねじ状砥石の縦断面図である。参考例における歯車研削用ねじ状砥石と被加工内歯車との噛み合い当初の様子を示した平面図である。

以下、本発明に係る歯車研削方法について、図面を用いて詳細に説明する。

先ず、本発明の一実施例に係る歯車研削方法について、図１及び図２を用いて詳細に説明する。

図１に示すように、歯車研削盤１には、砥石ヘッド１１が、水平なＸ軸方向（砥石切り込み方向）及びＹ軸方向（砥石シフト方向）、鉛直なＺ軸方向（砥石送り方向）に移動可能に支持されている。そして、砥石ヘッド１１には、主軸１２が、砥石回転軸Ｂ１周りに回転可能に支持されており、この主軸１２の先端には、円筒状に形成された外歯車研削用のねじ状砥石２０が、着脱可能に装着されている。

従って、砥石ヘッド１１を駆動させることにより、ねじ状砥石２０をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動させることができると共に、主軸１２と共にねじ状砥石２０を砥石回転軸Ｂ１周りに回転させることができる。

また、歯車研削盤１には、テーブル１３が、鉛直なワーク回転軸Ｃ１周りに回転可能に支持されている。そして、テーブル１３の上面には、ワーク（被加工外歯車）Ｗ１が着脱可能に取り付けられている。従って、テーブル１３を駆動させることにより、当該テーブル１３と共にワークＷ１をワーク回転軸Ｃ１周りに回転させることができる。

ここで、図１及び図２に示すように、円筒状のねじ状砥石２０は、研削能力が異なる２種類のねじ状砥石（第１ねじ状砥石）２１及びねじ状砥石（第２ねじ状砥石）２２から構成された、単一の外歯車研削用ねじ状砥石となっている。

ねじ状砥石２１，２２は、例えば、砥粒の種類及び粒度、結合剤の種類及び結合度、気孔率等の相違によって、砥石の種類が異なるものの、同じ砥石諸元を有している。具体的には、ねじ状砥石２２は、ねじ状砥石２１よりも更に微細に研削することが可能となっており、ねじ状砥石２１の研削能力よりも高い研削能力を有している。

従って、ねじ状砥石２１は、熱処理後のワークＷ１、または、熱処理後に粗仕上げされたワークＷ１を研削するための仕上げ研削用の砥石となっている。一方、ねじ状砥石２２は、ねじ状砥石２１によって研削されたワークＷ１を更に微細に研削するための超仕上げ研削用の砥石となっている。なお、ねじ状砥石２１の砥石幅と、ねじ状砥石２２の砥石幅とは、同じ長さに形成しても、異なった長さに形成しても構わない。

そして、ねじ状砥石２１の外周部には、ねじ山２１ａが、ねじ状砥石２１の砥石幅方向（砥石軸方向）全域に亘って螺旋状に設けられており、このねじ山２１ａの左右両斜面には、仕上げ用研削面２１ｂが形成されている。同様に、ねじ状砥石２２の外周部には、ねじ山２２ａが、ねじ状砥石２２の砥石幅方向（砥石軸方向）全域に亘って螺旋状に設けられており、このねじ山２２ａの左右両斜面には、超仕上げ用研削面２２ｂが形成されている。

即ち、ねじ状砥石２０は、同軸上に配置したねじ状砥石２１，２２のねじ山２１ａ，２２ａ同士が連結するように、当該ねじ状砥石２１，２２の端面同士を接着剤等によって連結することにより、砥石連結体として形成されるものである。そして、このように、ねじ状砥石２１，２２の端面同士を突き合わせて連結することにより、ねじ状砥石２１の仕上げ用研削面２１ｂと、ねじ状砥石２２の超仕上げ用研削面２２ｂとが、ねじ状砥石２０のねじすじ方向において、面一な研削面を形成することになる。

なお、詳細は後述するが、ワークＷ１をねじ状砥石２０により研削する場合には、先ず、ワークＷ１をねじ状砥石２１により仕上げ研削した後、更に、その仕上げ研削されたワークＷ１をねじ状砥石２２により超仕上げ研削するようにしている。

このとき、図２に示すように、ねじ状砥石２１，２２には、予め、複数の研削範囲Ｌ１，Ｌ２が、砥石幅方向に連続して設定されている。この研削範囲Ｌ１，Ｌ２は、砥石幅方向に所定の長さで区画形成されたものであって、１個のワークＷ１を研削する際に使用できる使用範囲となっている。

具体的に、ねじ状砥石２１においては、一端側から他端側に向けて、研削範囲Ｌ１（１）、研削範囲Ｌ１（２）、…研削範囲Ｌ１（ｎ-１）、研削範囲Ｌ１（ｎ）と順に、ｎ個の研削範囲Ｌ１が設定されている。また、ねじ状砥石２２においては、一端側から他端側に向けて、研削範囲Ｌ２（１）、研削範囲Ｌ２（２）、…研削範囲Ｌ２（ｎ-１）、研削範囲Ｌ２（ｎ）と順に、ｎ個の研削範囲Ｌ２が設定されている。

つまり、１つのワークＷ１に対して、ねじ状砥石２１，２２の各研削範囲Ｌ１，Ｌ２を、それぞれ１箇所ずつ使用するようになっている。そして、このように、ねじ状砥石２１，２２の各研削範囲Ｌ１，Ｌ２を、ワーク１個当たりの使用範囲とすることにより、１つのねじ状砥石２０によって、ｎ個のワークＷ１を研削できるようになっている。

従って、ワークＷ１をねじ状砥石２０により研削する場合には、先ず、ねじ状砥石２１とワークＷ１との間の位相合わせを行って、ねじ状砥石２１における研削範囲Ｌ１（１）の仕上げ用研削面２１ｂと、ワークＷ１の左右両歯面とを、噛み合わせる。

次いで、上述したように、ねじ状砥石２１とワークＷ１とを噛み合わせた状態で、ねじ状砥石２０とワークＷ１とを同期回転させながら、ねじ状砥石２０に対して、Ｘ軸方向に切り込みを与えると共に、Ｚ軸方向に送りを与える。これにより、ワークＷ１の左右両歯面が、ねじ状砥石２１における研削範囲Ｌ１（１）の仕上げ用研削面２１ｂによって、研削される。

そして、ねじ状砥石２１をワークＷ１から離間させた後、ねじ状砥石２０をＹ軸方向（砥石回転軸Ｂ１方向）にシフト移動させる。

次いで、ねじ状砥石２２における研削範囲Ｌ２（１）の超仕上げ用研削面２２ｂと、ワークＷ１の左右両歯面とを、噛み合わせる。

そして、上述したように、ねじ状砥石２２とワークＷ１とを噛み合わせた状態で、ねじ状砥石２０とワークＷ１とを同期回転させながら、ねじ状砥石２０に対して、Ｘ軸方向に切り込みを与えると共に、Ｚ軸方向に送りを与える。これにより、ワークＷ１の左右両歯面が、ねじ状砥石２２における研削範囲Ｌ２（１）の超仕上げ用研削面２２ｂによって、研削される。即ち、ねじ状砥石２０による１個目のワークＷ１の研削が完了したことになる。

次いで、２個目のワークＷ１を研削するときには、研削範囲Ｌ１（２）の仕上げ用研削面２１ｂ及び研削範囲Ｌ２（２）の超仕上げ用研削面２２ｂを使用して、上述した研削動作を行う。以降、ｎ個目のワークＷ１を研削するまで、研削範囲Ｌ１，Ｌ２を順次変更しながら、同様の研削動作を繰り返し行うようにする。

そして、ｎ個目のワークＷ１の研削が完了すると、ねじ状砥石２０をドレッサ（図示省略）によりドレッシングする。このとき、ねじ状砥石２１の仕上げ用研削面２１ｂと、ねじ状砥石２２の超仕上げ用研削面２２ｂとは、面一となるように連結されているため、ねじ状砥石２１，２２を１つのドレッサにより連続してドレッシングすることができる。

従って、本発明に係る歯車研削用のねじ状砥石２０によれば、研削能力が異なる２種類のねじ状砥石２１及びねじ状砥石２２から構成することにより、構造の簡素化を図ることができると共に、２種類の研削加工を連続的に行うことができるので、ワークＷ１を高精度に研削することができる。

また、本発明に係る歯車研削方法によれば、研削能力が異なる２種類のねじ状砥石２１及びねじ状砥石２２から構成されたねじ状砥石２０において、ねじ状砥石２１及びねじ状砥石２２のいずれか一方を、適切に選択することができる。これにより、２種類の研削加工を連続的に行うことができるので、ワークＷ１を高精度に研削することができる。

次に、歯車研削方法の参考例について、図３乃至図５を用いて詳細に説明する。

図３に示すように、歯車研削盤２には、主軸（砥石アーバ）３１が、図示しない砥石ヘッドを介して、水平なＸ軸方向（砥石切り込み方向）及びＹ軸方向、鉛直なＺ軸方向（砥石送り方向）に移動可能に支持されている。更に、主軸３１は、砥石ヘッドに、砥石回転軸Ｂ２周りに回転可能に支持されており、この主軸３１の先端には、樽形に形成された内歯車研削用のねじ状砥石４０が、着脱可能に装着されている。

従って、砥石ヘッドを駆動させることにより、ねじ状砥石４０をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動させることができると共に、主軸３１と共にねじ状砥石４０を砥石回転軸Ｂ２周りに回転させることができる。

また、歯車研削盤２には、ワーク（被加工内歯車）Ｗ２が、図示しないテーブルを介して、鉛直なワーク回転軸Ｃ２周りに回転可能に装着されている。従って、テーブルを駆動させることにより、ワークＷ２をワーク回転軸Ｃ２周りに回転させることができる。

なお、主軸３１（砥石ヘッド）は、Ｘ軸方向に延在する図示しない砥石旋回軸周りに旋回可能に支持されている。従って、主軸３１をその砥石旋回軸周りに旋回させることにより、砥石回転軸Ｂ２の旋回角度（傾斜角度）を変更させることができる。これにより、砥石回転軸Ｂ２とワーク回転軸Ｃ２との間の軸交差角（以下、軸角Σと称す）が、ワークＷ２のねじれ角に応じて調整可能となっている。即ち、研削時のねじ状砥石４０は、ワークＷ２のワーク回転軸Ｃ２に対して軸角Σで交差する砥石回転軸Ｂ２周りに回転することになる。

ここで、図４及び図５に示すように、樽形のねじ状砥石４０は、研削能力が異なる２種類のねじ状砥石（第１ねじ状砥石）４１及びねじ状砥石（第２ねじ状砥石）４２から構成された、単一の内歯車研削用ねじ状砥石となっている。

つまり、ねじ状砥石４０は、砥石幅方向両側に設けられるねじ状砥石４１と、このねじ状砥石４１間に設けられるねじ状砥石４２とから構成されており、砥石幅方向の全体形状として、その径寸法が、砥石幅方向中間部から砥石幅方向両端部に向かうに従って、漸次小さくなるような、樽形に形成されている。そして、このように、ねじ状砥石４０を樽形に形成することにより、ワークＷ２に対して、軸角Σで配置したねじ状砥石４０を、砥石幅方向全域で噛み合わせることが可能となっている。なお、ねじ状砥石４１の砥石幅と、ねじ状砥石４２の砥石幅とは、同じ長さに形成しても、異なった長さに形成しても構わない。

ねじ状砥石４１，４２は、例えば、砥粒の種類及び粒度、結合剤の種類及び結合度、気孔率等の相違によって、砥石の種類が異なるものの、同じ砥石諸元を有している。具体的には、ねじ状砥石４２は、ねじ状砥石４１よりも更に微細に研削することが可能となっており、ねじ状砥石４１の研削能力よりも高い研削能力を有している。

従って、ねじ状砥石４１は、熱処理後のワークＷ２、または、熱処理後に粗仕上げされたワークＷ２を研削するための仕上げ研削用の砥石となっている。一方、ねじ状砥石４２は、ねじ状砥石４１によって研削されたワークＷ２を更に微細に研削するための超仕上げ研削用の砥石となっている。

また、ねじ状砥石４１は、その径寸法が、砥石幅方向一端部から砥石幅方向他端部に向かうに従って、漸次小さくなるような、樽形に形成されている。更に、ねじ状砥石４１の外周部には、ねじ山４１ａが、ねじ状砥石４１の砥石幅方向（砥石軸方向）全域に亘って螺旋状に設けられており、このねじ山４１ａの左右両斜面には、仕上げ用研削面４１ｂが形成されている。

一方、ねじ状砥石４２は、その径寸法が、砥石幅方向中間部から砥石幅方向両端部に向かうに従って、漸次小さくなるような、樽形に形成されている。更に、ねじ状砥石４２の外周部には、ねじ山４２ａが、ねじ状砥石４２の砥石幅方向（砥石軸方向）全域に亘って螺旋状に設けられており、このねじ山４２ａの左右両斜面には、超仕上げ用研削面４２ｂが形成されている。

即ち、ねじ状砥石４０は、同軸上に配置したねじ状砥石４１，４２のねじ山４１ａ，４２ａ同士が連結するように、当該ねじ状砥石４１，４２の端面同士を接着剤等によって連結することにより、砥石連結体として形成されるものである。そして、このように、ねじ状砥石４１，４２の端面同士を突き合わせて連結することにより、ねじ状砥石４１の仕上げ用研削面４１ｂと、ねじ状砥石４２の超仕上げ用研削面４２ｂとが、ねじ状砥石４０のねじすじ方向において、面一な研削面を形成することになる。

なお、詳細は後述するが、ワークＷ２をねじ状砥石４０により研削する場合には、先ず、ワークＷ２をねじ状砥石４１により仕上げ研削した後、更に、その仕上げ研削されたワークＷ２をねじ状砥石４２により超仕上げ研削するようにしている。

このとき、図５に示すように、研削前のワークＷ２においては、研削後の最終歯形形状となる歯形Ｗ２ｂに対して、加工代（研削代）Ｗ２ａが所定の厚さで付されている。一方、ねじ状砥石４０のねじ山４１ａ，４２ａの刃形は、歯形Ｗ２ｂに基づいて規定されている。ここで、図５においては、ワークＷ２の加工代Ｗ２ａ及び歯形Ｗ２ｂを、簡易的に曲線で示している。

これにより、ワークＷ２をねじ状砥石４０により研削すると、研削当初においては、ねじ状砥石４０の砥石幅方向両端部となるねじ状砥石４１の仕上げ用研削面４１ｂのみが、ワークＷ２の加工代Ｗ２ａを研削することになる。そして、更に、研削が続けられて、加工代Ｗ２ａの厚さが薄くなるに従って、ねじ状砥石４０の研削範囲が、砥石幅方向両端部側から砥石幅方向中間部側に移行していき、最終的に、ねじ状砥石４０の砥石幅方向中間部となるねじ状砥石４２の超仕上げ用研削面４２ｂのみによって、残りの加工代Ｗ２ａが研削されて、歯形Ｗ２ｂが得られることになる。

従って、ワークＷ２をねじ状砥石４０により研削する場合には、先ず、ねじ状砥石４０を、ワークＷ２のねじれ角に応じた軸角Σに配置させる。

次いで、ねじ状砥石４０とワークＷ２との間の位相合わせを行って、これらを噛み合わせる。このとき、噛み合わせ直後においては、ねじ状砥石４１の仕上げ用研削面４１ａとワークＷ２の加工代Ｗ２ａとが噛み合うことになる。

そして、上述したように、ねじ状砥石４１とワークＷ２とを噛み合わせた状態で、ねじ状砥石２０とワークＷ２とを同期回転させながら、ねじ状砥石４０に対して、Ｘ軸方向に切り込みを与えると共に、Ｚ軸方向に送りを与える。これにより、ワークＷ２の加工代Ｗ２ａが、ねじ状砥石４１の仕上げ用研削面４１ｂによって研削される。

次いで、ねじ状砥石４１の仕上げ用研削面４１ｂによる研削が続けられ、加工代Ｗ２ａの厚さが次第に薄くなり、当該加工代Ｗ２ａが所定の厚さに到達すると、ねじ状砥石４１のワークＷ２への当たりが微小となると共に、ねじ状砥石４２のワークＷ２への当たりが非常に大きくなる。即ち、ねじ状砥石４１の仕上げ用研削面４１ｂによる研削が完了する一方、ねじ状砥石４２の超仕上げ用研削面４２ｂによる研削が開始される。

そして、更に、研削が続けられると、ねじ状砥石４１の仕上げ用研削面４１ｂによって所定の厚さに研削されたワークＷ２の加工代Ｗ２ａが、ねじ状砥石４２の超仕上げ用研削面４２ａによって研削される。これにより、最終的に、ねじ状砥石４２の超仕上げ用研削面４２ａによって、ワークＷ２の歯形Ｗ２ｂが形成される。

また、ねじ状砥石４０を用いて所定数量のワークＷ２を研削すると、その仕上げ用研削面４１ｂ及び超仕上げ用研削面４２ｂが磨耗して、その切れ味が低下するため、これらを定期的にドレッサ（図示省略）によりドレッシングする。このとき、ねじ状砥石４１の仕上げ用研削面４１ｂと、ねじ状砥石４２の超仕上げ用研削面４２ｂとは、面一となるように連結されているため、ねじ状砥石４１，４２を１つのドレッサにより連続してドレッシングすることができる。

従って、参考例に係る歯車研削用のねじ状砥石４０によれば、研削能力が異なる２種類のねじ状砥石４１及びねじ状砥石４２から構成することにより、構造の簡素化を図ることができると共に、２種類の研削加工を連続的に行うことができるので、ワークＷ２を高精度に研削することができる。

また、参考例に係る歯車研削方法によれば、研削能力が異なる２種類のねじ状砥石４１及びねじ状砥石４２から構成されたねじ状砥石４０において、ねじ状砥石４１及びねじ状砥石４２を順に使用することができる。これにより、２種類の研削加工を連続的に行うことができるので、ワークＷ２を高精度に研削することができる。

本発明は、加工代が厚い歯車に対して、高精度に研削することができる歯車研削用ねじ状砥石及び歯車研削方法に適用可能である。

１，２歯車研削盤
１１砥石ヘッド
１２，３１主軸
１３テーブル
２０，４０ねじ状砥石
２１，４１ねじ状砥石
２１ａ，４１ａねじ山
２１ｂ，４１ｂ仕上げ用研削面
２２，４２ねじ状砥石
２２ａ，４２ａねじ山
２２ｂ，４２ｂ超仕上げ用研削面
Ｌ１，Ｌ２研削範囲
Ｗ１，Ｗ２ワーク
Ｗ２ａ加工代
Ｗ２ｂ歯形
Ｂ１，Ｂ２砥石回転軸
Ｃ１，Ｃ２ワーク回転軸

Claims

被加工外歯車とねじ状砥石とを噛み合わせた状態で互いに回転させることにより、被加工外歯車に研削加工を行う歯車研削方法において、
前記ねじ状砥石を、第１ねじ状砥石と第２ねじ状砥石とを同軸上で連結することにより構成し、
前記第１ねじ状砥石及び前記第２ねじ状砥石に対して、砥石幅方向に所定の長さで区画した複数の研削範囲を、砥石幅方向において重なり合うことなく設定し、
被加工外歯車を、前記第１ねじ状砥石により研削した後に、前記第２ねじ状砥石により研削するときに、１つの被加工外歯車に対して、前記第１ねじ状砥石及び前記第２ねじ状砥石の各研削範囲を１箇所ずつ使用する
ことを特徴とする歯車研削方法。