JP5156020B2 - 歯車試験およびラップ加工機械 - Google Patents

Description

本特許出願は、参考のためにその全体の開示を本明細書において含めている、２００６年９月６日出願の米国仮特許出願番号第６０／８４２，５００号の特典を請求するものである。

本発明は歯車の加工、特に例えば傘歯車あるいは円筒歯車の試験あるいはラップ加工のための装置を指向するものである。

ラップ加工は傘歯車の歯面を仕上げるための充分に確立された工程である。それは傘歯車の多様な用途のための他の硬質仕上げ工程に対する経済的な代替方法を提供する工程である。試験時、一対の歯車が相互に転がされ、例えば径方向および（または）軸線方向の振れ、噛み合い音および接触パターン位置のようなそれらの回転特性が検出され、分析される。

ラップ加工工程においては、ピニオンとリングギアとが適当な工作物保持装置を介してラップ加工機におけるそれぞれのスピンドルに装着される。歯車セットを転ばす殆どの場合において、ピニオンは駆動部材であり、リングギアが制動される。前記歯車は噛み合って回転され、油（あるいは水）と炭化珪素あるいは類似の研磨剤との混合物としうるラップ加工用コンパウンドあるいはスラリーが噛み合いゾーン中へ注入される。試験機械の場合は研磨剤が何ら使用されないが、一般的に試験機械はラップ加工機械と同じ形態を有している。

殆どのラップ加工および試験機械はリングギアとピニオンとの間の相対運動を実行するための三つの自由度が利用可能である。第一の自由度は、Ｇ方向と称せられるリングギアの軸線方向における相対運動であり、第二の自由度はＨ方向と称せられるピニオンの軸線方向の相対運動であり、第三の自由度はＶ方向と称せられるリングギアとピニオンとの間の距離である。Ｖ方向はまた「ハイポイドオフセット」としても知られている。多くのラップ加工機械あるいは試験機械はリングギアとピニオンの軸線が相互に対して９０度の固定軸角を付けて配置されているが、リングギアとピニオンとの間の軸角が調整可能であるような機械も知られている

ラップ加工あるいは試験工程において、ＶおよびＨ方向における相対運動は歯車セットの部材の接触パターンにおける位置変動をもたらし、実際に接触パターンを修正する。ラップ加工は歯面の所望位置において噛み合い接触させて歯車部材を回転させることを含む。このように、前記部材は所望のバックラッシュを得るために特定のＧ方向と共に特定のＶおよびＨ位置に位置される。

典型的には、Ｖ，ＨおよびＧ方向の運動は局所的な歯接触パターンの長さ方向および深さ方向位置の双方においてそれぞれ影響を及ぼす。歯車セットがラップ加工されるにつれて、接触位置をシフトさせるために必要に応じてＶおよびＨのセッテイングを変更することによって歯面の外方（ヒール側）あるいは内方（トー側）部分の一方に向かって接触がシフトされる。前記シフトを実行するためにＶおよびＨが変更されるにつれて、所望のバックラッシュを保つためにＧ方向位置もまた変更する必要がある。所望するヒール側あるいはトー側位置に達すると、ＶおよびＨ位置は接触をヒールあるいはトー側の位置の他方に対してシフトさせるために再度変更されるが、ＶおよびＨ位置の変更はバックラッシュを保つために適当にＧ方向を変更することによって達成される。次いで、接触位置は初期位置まで戻される。

本発明は、広範囲の歯車対の軸角を提供することができ、一方当該機械の剛性を改良させ、かつ当該機械要素の配置性を向上させることが可能な、例えば歯車を加工するための歯車試験あるいはラップ加工する機械を提供する。

スピンドルが９０度以下の角度で向き合っている本発明による機械を示す。 スピンドルが１８０度の角度で向き合っている本発明による機械を示す。 本機械の基盤の傾斜ベッド部分における溝と導管の正面図である。 導管の枢動を示す本機械の基盤の上面図である。 溝を連通している導管を示す本機械の基盤の傾斜ベッド部分の側面図である。

本発明を例示のみとして示す添付図面を参照して本発明の詳細を以下説明する。本発明は好適実施例として歯車試験機械に関して説明し、かつ図示する。しかしながら、説明された詳細は例えば歯車ラップ加工、切削および研磨機械のようなその他の歯車加工機械に対しても同様に適用される。全ての図面において、かつ説明の目的に対して、図示した機械は水平面に位置されている。

図１は固定コラム６と一体である基盤部分４を有する歯車試験機械２を示す。前記コラム６は例えばボルトのような手段あるいは溶接によって基盤４に固定可能であり、あるいはコラム６と基盤４とは例えば鋳造によって単体ユニットとして形成してもよい。基盤４および（または）コラム６は例えば鋳鉄あるいは鋼板のような金属から形成してよく、あるいはそれらは例えば鋳造された鉱物集塊のような非金属物質から形成してもよい。基盤４はまた、該基盤４の一部として鋳造することが好ましいが、コラム６と同じような方法で基盤４に取り付けてもよい傾斜ベッド部分８を含む。コラム６はまた、機械の剛性を高めるために傾斜ベッド部分８に取り付けることも好ましい。

第一のスライド１０が少なくとも１個のガイド（例えばレール）１２を介してコラム６上を上下（Ｙ軸）運動するように配置されている。第一のスピンドル１４がスピンドル支持キャリッジ１７を介してスライド１０に配置されている。スピンドル１４は少なくとも１個のガイド（例えばレール）１８を介してスライド１０上で水平（Ｘ軸）運動することができる。スピンドル１４はスピンドルの軸線Ａの周りを回転可能であり、スピンドル１４が枢動可能でないことが好ましいものの垂直軸の周りを枢動可能としてもよい。

第二のスライド１６が少なくとも１個のガイド（例えばレール）１９を介して傾斜ベッド部分８上で水平方向（Ｚ軸）に運動するように配置されている。第二のスピンドル２０が前記スライド１６に位置したスピンドル支持キャリッジ２２に位置している。スピンドル２０とキャリッジ２２とは枢軸Ｂの周りで枢動可能であることが好ましい。スピンドル２０は該スピンドルの軸線Ｃの周りで回転可能である。Ｘ，ＹおよびＺ軸は相互に対して垂直であることが好ましいが、このことは必須ではない。前記軸の１個以上が垂直配置から傾斜してもよい。枢軸Ｂは垂直であることが好ましい。スピンドル１４および２０は双方とも直接駆動されるスピンドル、ベルト駆動されるスピンドル、あるいはそれらの組み合わせでもよい。

スピンドル２０とキャリッジ２２を非タレット設計とすることによって枢軸Ｂを試験あるいはラップ加工の間歯車対の噛み合い点の近くに来るようにできる。（軸ＡおよびＣが相互に対して９０度に位置させて見た場合）枢軸Ｂは軸Ｃのスピンドル１４の側に位置されることが好ましい。そのような配置によって直線方向の軸の移動範囲を最小にし、位置上の精度を増大させる。更に、リングギアが差動ケース組立体に装着されている場合のように例えば追加の支持体が必要な場合にはキャリッジ２２はテーブル２３に装着されることが好ましい外部支持体を含みうる。外部支持体は、非使用時あるいは通常はリングギアである歯車対の部材を装填あるいは取出しするためにスピンドル２０から下方へ、かつそこから離れるよう回転可能としうる。

Ｘ軸方向での第一のスピンドル１４の運動、Ｚ軸方向での第二のスピンドル２０の運動、Ｙ軸方向でのスライド１０の運動、枢軸Ｂの周りでのスピンドル２０の枢動並びにＡ軸の周りでの第一のスピンドルの回転およびＣ軸の周りでの第二のスピンドルの回転は個別の駆動モータ（図示せず）によってもたらされる。前述した構成要素は相互に対して独立して運動することが可能であり、あるいは相互に対して同時に運動することができる。それぞれのモータは例えばファナック（Ｆａｎｕｃ）の１８０ｉ型のようなコンピュータ制御装置に入力された指令に従って駆動モータの作動を制御するＣＮＣシステムの一部としての例えば直線あるいは回転エンコーダ（図示せず）のようなフィードバック装置に付属している。

傘歯車用の多くの試験あるいはラップ加工機械がスピンドルの軸線間の角度が９０度（殆ど傘歯車対の軸角である）であるように構成されているが、本発明は広範囲の軸角が可能とされるようにスピンドル２０を枢動させている。例えば、図１は９０度以下（例えば６５度）のＡ軸とＣ軸との間の角度を示しており、図２はＡ軸とＣ軸が相互に対して１８０度の角度で位置している同じ機械を示している。後者の（すなわち１８０度の）配置はそれらの軸線が通常相互に対して１８０度の角度で配置されている円筒歯車（例えば平歯車対あるいははすば歯車対）の試験あるいはラップ加工に適している。本発明による機械はまたＡおよびＣ軸の間の角度が１８０度超、例えば１８５度以上である角度も考慮している。

図３においては、傾斜ベッド部分８は溝すなわち通路２８がその中に位置されている傾斜面２６を含んでいることが判る。溝２８は前記面２６中へ機械加工してもよく、あるいは傾斜ベッド部分８が最初につくられるとき例えば鋳造によって形成してもよい。溝２８は、例えばパイプあるいはトラフのような枢動導管３２がそこを貫通する開口３０を含む。導管３２は機械の基盤４に位置し、かつ（例えば開口３０とは反対側の）機械の基盤４の外面近傍の位置から溝２８における開口３０まで延在する。スピンドル２０の（枢動を含む）作動のために該スピンドルと連通するのに必要な（ワイヤ、チューブなど）物品３６が例えば枢動スピンドル２４の開口を介して導管を通してスピンドル２０（図５）まで導かれる。導管３２は例えば３４において図示のように枢動可能であり、スライド１６がＺ軸の方向に運動すると導管３２がスライド１６の運動に追従するように前記溝２８の開口３０内で運動し、このようにしてスピンドル２０に対する前記物品３６の連通を維持する。ワイヤ、チューブなどが導管３２を介してスピンドル２０に通されるので、本機械の作業領域の見通し性が高められる。

本発明による機械はまた、スピンドル１４とキャリッジ１７をＸの方向に動かすためにスピンドル１４とコラム６との間の位置において、但しスピンドル１４の中心の下方においてボールスクリュー（図示せず）を位置させることを含むことが好ましい。例えば、スピンドル１４とキャリッジ１７の後方から見た場合、ボールスクリューは従来の３時の位置の代わりに、５時の位置に位置される。

更に、上下のＸ方向のレール１８は、上側のレールをコラム６に対して下側のレールよりもより近くに位置させて傾斜配置させることが好ましい。前述のボールスクリューとレールの配置により、Ｙ方向のレールに関してスピンドルの張り出し度の減少が実現され、適当な空間が形成され、そのため所望すれば、スピンドル１４を駆動するベルト駆動のモータを、もしもレール１８がコラム６から等距離であったとした場合に可能である以上にコラム６により近接して位置させることができる。レール１８および（または）１９の上面はベッド部分８および（または）スライド１０の角度傾斜に対して全体的に平行に（例えば図５における１９を参照）向けることができ、あるいはレール１８および（または）１９の上面は図３における１９によって例示するように水平方向に向くようにすることができる。

試験あるいはラップ加工の際、リングギアはスピンドル２０に位置させることが好ましく、ピニオンは従来の工作物保持装置を介してスピンドル１４に位置される。前述のように、ラップ加工あるいは試験時の第一の運動自由度は（Ｇ方向として知られる）リングギア軸線Ｃの方向における相対運動であり、これは歯車対の部材が９０度の軸角を有する場合Ｚ軸方向の運動であるが、９０度以外の軸角が存在する場合ＸおよびＺ方向における調和した運動を必要とする。第二の自由度はピニオン軸線Ａ（Ｈ方向として知られている）の方向における相対運動であり、それはＸ軸方向である。第三の自由度は（Ｖ方向として知られている）リングギアとピニオンの軸線の間の距離であり、それはＹ軸方向である。

前述した機械において歯車をラップ加工する場合、研磨剤のラップ加工コンパウンドによって悪影響を受けるレール、スピンドル、テーブルおよびその他のいずれかの構成要素を適当に遮蔽すなわち被覆する必要がある。歯車対の部材用の密封されたラップ加工室を使用してもよい。所望すれば、第一のスピンドル１４と第二のスピンドル２０とは、Ｘ軸とＺ軸とが相互に対して垂直に延在（すなわち９０度の角度で向けられている）し、それによって固定された９０度の方向において歯車対部材の加工ができるように固定して（すなわち枢動することもなく）相互に対して方向付けることができる。

本発明を好適実施例に関して説明してきたが、本発明はその詳細に限定されないことを理解すべきである。本発明は特許請求の範囲に記載の精神と範囲とから逸脱することなく本発明の主体が関連する技術分野の専門家には明らかである修正も包含する意図のものである。

Claims (20)

1. 固定コラムと一体の基盤部分と、
   前記コラムに運動可能に装着された第一のスピンドルであって、回転軸線を有する第一のスピンドルと、
   前記基盤部分に位置した固定された傾斜ベッド部分であって、前記固定コラムに取り付けられた傾斜ベッド部分と、
   前記傾斜ベッド部分に運動可能に装着された第二スピンドルであって、回転軸線を有する第二のスピンドルとを含み、
   前記第一のスピンドルと前記第二のスピンドルとが三種類までの方向に相互に対して移動可能であり、
   前記第二のスピンドルが枢軸の周りで角度方向に運動可能であり、それによって前記第一のスピンドルの軸線と前記第二のスピンドルの軸線とが相互に対して所定の角度で歯車対の部材を加工するように相互に対して位置決め可能であり、前記角度が９０度以下か、９０度と等しいか、あるいは９０度以上の中の少なくとも一つであることを特徴とする歯車加工機械。
2. 前記コラムと前記第一のスピンドルとの間に位置している運動可能な第一のスライドを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の歯車加工機械。
3. 前記第一のスライドが前記三種類の方向の中の第一の方向において運動可能であることを特徴とする請求項２に記載の歯車加工機械。
4. 前記第一のスピンドルが前記三種類の方向の中の第二の方向において運動可能であることを特徴とする請求項２に記載の歯車加工機械。
5. 前記傾斜ベッド部分と前記第二のスピンドルの間に位置した運動可能な第二のスライドを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の歯車加工機械。
6. 前記第二のスピンドルが支持キャリッジに位置しており、前記支持キャリッジが前記第二のスライドに位置し、かつ該スライドに対して角度方向に運動可能であることを特徴とする請求項５に記載の歯車加工機械。
7. 前記キャリッジが外付けの支持体を含むことを特徴とする請求項６に記載の歯車加工機械。
8. 前記第二のスライドが前記三種類の方向の中の第三の方向において運動可能であることを特徴とする請求項５に記載の歯車加工機械。
9. 前記少なくとも１個の枢軸の軸線が垂直方向に向けられていることを特徴とする請求項１に記載の歯車加工機械。
10. 前記三種類の方向が相互に対して垂直であることを特徴とする請求項１に記載の歯車加工機械。
11. 前記第二のスピンドルは、前記第一と第二のスピンドルの軸線が相互に対して９０度の角度で向けられるときを基準として前記第一のスピンドルと前記第二のスピンドルの軸線の間に位置している枢軸の周りで角度方向に運動可能であることを特徴とする請求項１に記載の歯車加工機械。
12. 前記傾斜ベッド部分が開口を中に備えた傾斜面を有しており、
    前記機械の外面に近接した位置から延在する第一の端部と、前記開口を貫通する第二の端部とを有する枢動可能な導管であって、該導管の第二の端部が前記開口内で運動可能であり、それによって前記導管が前記第二のスライドの運動に追従する枢動可能な導管を更に含むことを特徴とする請求項５に記載の歯車加工機械。
13. 前記第一のスピンドルが、前記第一のスピンドルと前記コラムの間で、かつ前記第一のスピンドルの中心の下方に位置したボールスクリューを介して前記コラムに対して水平方向、すなわちＸ方向に運動可能であることを特徴とする請求項１に記載の歯車加工機械。
14. 前記第一のスピンドルが、上側レールが下側レールよりも前記コラムにより近接して位置している上側レールおよび下側レールを介して前記第一のスライドに運動可能に位置していることを特徴とする請求項２に記載の歯車加工機械。
15. 固定コラムと一体の基盤部分と、
    前記コラムに位置した第一のスライドであって、第一の垂直方向、すなわちＹ方向に運動可能である第一のスライドと、
    前記第一のスライドに運動可能に位置した第一のスピンドルであって、回転軸線Ａを有する第一のスピンドルと、
    前記基盤部分に位置した固定された傾斜ベッド部分であって、前記固定コラムに取り付けられた傾斜ベッド部分と、
    前記傾斜ベッド部分に位置した第二のスライドであって、第二の水平方向、すなわちＺ方向に運動可能である第二のスライドと、
    前記第二のスライドに運動可能に装着された第二のスピンドルであって、回転軸線Ｃを有する第二のスピンドルとを含み、
    前記第二のスピンドルが枢軸Ｂの周りで角度方向に運動可能であり、それによって前記第一のスピンドルの軸線Ａおよび前記第二のスピンドルの回転軸線Ｃが、相互に対して所定の角度において歯車対の部材を試験あるいはラップ加工を実行するように相互に対して位置可能であり、前記角度は相互に対して９０度以下、９０度と等しい、あるいは９０度以上の中の少なくとも一つであることを特徴とする歯車試験あるいはラップ加工機械。
16. Ｘ，ＹおよびＺ方向が相互に対して垂直であることを特徴とする請求項１５に記載の歯車試験あるいはラップ加工機械。
17. 前記枢軸は、前記第一と第二の軸線が相互に対して９０度の角度で向けられている場合を基準として、前記第一のスピンドルと前記第二のスピンドルの軸線の間に位置していることを特徴とする請求項１５に記載の歯車試験あるいはラップ加工機械。
18. 前記傾斜ベッド部分が開口を中に備えた傾斜面を有しており、
    前記機械の外面に近接した位置から延在する第一の端部と、前記開口を貫通する第二の端部とを有する枢動可能な導管であって、前記導管の第二の端部が前記開口において運動可能であり、それによって前記導管は前記第二のスライドの運動を追従する枢動可能な導管を更に含むことを特徴とする請求項１５に記載の歯車試験あるいはラップ加工機械。
19. 前記第一のスピンドルが前記第一のスピンドルと前記コラムの間で、かつ前記第一のスピンドルの中心の下方に位置したボールスクリューを介して前記コラムに対して、水平方向、すなわちＸ方向において運動可能であることを特徴とする請求項１５に記載の歯車試験あるいはラップ加工機械。
20. 前記第一のスピンドルは、上側のレールが下側のレールよりも前記コラムに近接して位置している上側レールおよび下側レールを介して前記第一のスライドに運動可能に位置していることを特徴とする請求項１５に記載の歯車試験あるいはラップ加工機械。

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