JP5222125B2

JP5222125B2 - 内歯車加工用樽形ねじ状工具

Info

Publication number: JP5222125B2
Application number: JP2008329566A
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: 2008-12-25
Filing date: 2008-12-25
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2028-12-25
Also published as: WO2010073848A1; JP2010149219A; US20110269383A1; TWI414377B; EP2380689A4; CN102264498B; TW201036738A; US8851962B2; EP2380689A1; CN102264498A

Description

本発明は、被加工内歯車の加工時に、該被加工内歯車に対して軸交差角が与えられた状態で噛み合わされるために、樽形に形成される内歯車加工用樽形ねじ状工具に関する。

一般に、歯車加工法では、所定の歯車素材に対して歯切り加工を行うことにより歯車を形成し、この加工された歯車を熱処理した後に、この熱処理による歪等を除去するための仕上げ加工（研削加工）を行っている。従来から、熱処理後における歯車の歯面を能率よく仕上げるために、ＷＡ系砥石や超砥粒（ダイヤ、ＣＢＮ等）砥石等の工具による各種歯形研削法が提供されている。また、これらに使用される工具の形状にも、研削する歯車の形状に応じて、外歯車形、内歯車形、ねじ（ウォーム）形等がある。

一方、歯車の中でも、内歯車は、自動車用トランスミッション等において多用されており、近年、このトランスミッションの低振動化及び低騒音化を図ることを目的として、その加工精度の向上が求められている。

そこで、従来から、熱処理後の内歯車と樽形のねじ状砥石とを、軸交差角を与えた状態で噛み合わせて、同期回転させることにより、歯面研削を行う内歯車研削法が提供されている。この方法では、その噛み合い回転と軸交差角とによって、内歯車とねじ状砥石との間にすべり速度を発生させることにより、その歯面を微細に研削することができる。このような、従来の内歯車研削に用いられるねじ状砥石は、例えば、特許文献１に開示されている。

穗屋下茂，「内歯車歯形に共役な切れ刃形状をもつバレル形ウォーム状工具」，１９９６年１月，日本機械学会論文集（Ｃ編），６２巻，５９３号，ｐ．２８４−２９０

上述したように、従来の内歯車研削法では、ねじ状砥石に対して軸交差角を与えることによって、すべり速度を大きくして、切削性の向上を図っている。これにより、ねじ状砥石は、所定の軸交差角で配置されても、内歯車と適切に噛み合うことができるように、その軸方向中間部から軸方向両端部に向かうに従って、その径寸法が漸次小さくなるような樽形に形成されている。

また、ねじ状砥石の外面には、内歯車の歯形と噛み合うための刃形が形成されているが、このねじ状砥石を所定の軸交差角で配置するため、その刃形にはねじれ角が与えられている。このように、樽形のねじ状砥石において、刃形にねじれ角を与える場合には、その軸方向中間部側の刃形と軸方向両端部側の刃形とでは、内歯車の歯形との接触位置が異なるため、ねじれ角を変化させなくてはならない。即ち、内歯車を高精度に研削するためには、ねじ状砥石において、樽形に起因するねじれ角の変化量を適切に設定することが重要であると考えられる。

従って、本発明は上記課題を解決するものであって、ねじれ角を適切に設定することにより、高精度な加工を行うことができる内歯車加工用樽形ねじ状工具を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る内歯車加工用樽形ねじ状工具は、
被加工内歯車の加工時に、該被加工内歯車に対して軸交差角が与えられた状態で噛み合わされるために、その軸方向中間部から軸方向両端部に向かうに従って、その径が漸次小さくなるような樽形に形成される内歯車加工用樽形ねじ状工具において、
ねじれ角をその軸方向中間部からの長さに応じて設定する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る内歯車加工用樽形ねじ状工具は、
その軸方向中間部からの長さが長くなるに従って、ねじれ角の増加量は漸次大きくなる
ことを特徴とする。

本発明に係る内歯車加工用樽形ねじ状工具によれば、ねじれ角をその軸方向中間部からの長さに応じて設定することにより、樽形に起因するねじれ角の変化量を適切に設定することができるので、高精度な加工を行うことができる。

以下、本発明に係る内歯車加工用樽形ねじ状工具について図面を用いて詳細に説明する。なお、下記に記載した本実施形態では、本発明に係る内歯車加工用樽形ねじ状工具を、内歯車を研削するためのねじ状砥石に適用したものである。

図１は本発明の一実施例に係るねじ状砥石を用いた内歯車研削方法を示した図、図２はねじ状砥石の縦断面図、図３はシミュレーション（１）の解析結果であって、（ａ）は各砥石諸元に対する砥石ねじれ角変化量を示した表、（ｂ）は砥石幅と砥石ねじれ角変化量との関係を示した図、図４はシミュレーション（２）の解析結果であって、（ａ）は各砥石諸元に対する砥石ねじれ角変化量を示した表、（ｂ）は砥石幅と砥石ねじれ角変化量との関係を示した図、図５はシミュレーション（３）の解析結果であって、（ａ）は各砥石諸元に対する砥石ねじれ角変化量を示した表、（ｂ）は砥石幅と砥石ねじれ角変化量との関係を示した図、図６はシミュレーション（４）の解析結果であって、（ａ）は各砥石諸元に対する砥石ねじれ角変化量を示した表、（ｂ）は砥石幅と砥石ねじれ角変化量との関係を示した図である。

図１に示すように、本発明に係る内歯車加工方法を採用した内歯車研削盤（図示省略）は、ねじ状砥石（ねじ状工具）１１を用いて、ワーク（被加工内歯車）Ｗに研削加工を行うものである。

上記内歯車研削盤には、ワークＷが鉛直（Ｚ軸方向）なワーク回転軸Ｃ１周りに回転可能に取り付けられている。このワークＷには、所定の歯形形状が得られるようなワーク（内歯車）諸元が与えられている。

また、内歯車研削盤には、砥石アーバ１２が、互いに直交するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に移動可能で、且つ、砥石回転軸Ｂ１周りに回転可能に支持されている。そして、この砥石アーバ１２の先端には、ワークＷを研削するためのねじ状砥石１１が装着されている。従って、砥石アーバ１２をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に移動及び砥石回転軸Ｂ１周りに回転させることにより、ねじ状砥石１１は砥石アーバ１２と共に移動及び回転することになる。

更に、砥石アーバ１２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、砥石アーバ１２をその砥石旋回軸周りに旋回させて、その砥石回転軸Ｂ１の旋回角度を変更することにより、この砥石回転軸Ｂ１とワーク回転軸Ｃ１との間の軸交差角（以下、軸角Σと称す）が調整可能となっている。即ち、研削時のねじ状砥石１１は、ワークＷのワーク回転軸Ｃ１に対して、軸角Σで交差する砥石回転軸Ｂ１周りに回転することになる。

そして、図２に示すように、ねじ状砥石１１は、その軸方向中間部から軸方向両端部に向かうに従って、その径寸法が漸次小さくなるような樽形に形成されている。このように、ねじ状砥石１１を樽形に形成することにより、このねじ状砥石１１を軸角Σで傾斜して配置しても、ワークＷに噛み合わせることが可能となる。更に、ねじ状砥石１１には、ワーク諸元と適切な噛み合いをする砥石諸元が与えられている。

なお、詳細は後述するが、砥石諸元の１つである砥石ねじれ角は、その軸方向中間部から軸方向両端部に向かうに従って、その角度が徐々に変化するように設定されている。また、軸角Σは、ワークねじれ角及び軸方向中間部の砥石ねじれ角から求められ、［（軸方向中間部の砥石ねじれ角）−（ワークねじれ角）］となっている。

従って、図１に示すように、ワークＷをねじ状砥石１１により研削する場合には、先ず、砥石アーバ１２を旋回させて、ねじ状砥石１１を所定の軸角Σに配置する。次いで、軸角Σに配置されたねじ状砥石１１を、ワークＷの内側に移動させた後、更に移動させてワークＷに噛み合わせる。そして、このような噛み合い状態において、ワークＷをワーク回転軸Ｃ１周りに回転させると共に、ねじ状砥石１１を砥石回転軸Ｂ１周りに回転させながら、上下方向（Ｚ軸方向）に揺動させる。これにより、ねじ状砥石１１の刃面により、ワークＷの歯面が研削されることになる。

また、上記研削時においては、ねじ状砥石１１がワーク回転軸Ｃ１に対して軸角Σで交差する砥石回転軸Ｂ１周りに回転することから、ねじ状砥石１１とワークＷとの間には、すべり速度Ｖが発生することになる。このすべり速度Ｖは、ねじ状砥石１１の刃面とワークＷの歯面との接触点における、ねじ状砥石１１の砥石角速度ω２に対するワークＷのワーク角速度ω１の相対速度（ワークＷのワーク角速度ω１に対するねじ状砥石１１の砥石角速度ω２の相対速度でもよい）である。このように、その噛み合い回転と軸角Σとによって、ねじ状砥石１１とワークＷとの間にすべり速度Ｖを発生させることにより、ワークＷの歯面が微細に研削されることになる。

ここで、上述したように、ねじ状砥石１１を用いた内歯車研削法では、すべり速度Ｖの増大を目的として、軸角Σを大きく設定しており、この軸角Σの設定により、ねじ状砥石１１は、樽形に形成されている。また、このように、ねじ状砥石１１を樽形に形成することにより、その軸方向中間部側の刃形と軸方向両端部側の刃形とでは、ワークＷの歯形との接触位置が異なるために、砥石ねじれ角を変化させなくてはならない。

砥石ねじれ角は、ねじ状砥石１１の樽形の形状（曲率）に応じて設定されるものであるが、この樽形形状もその軸方向において刻々と変化しており、これらを簡単な１つの数式等により規定することは困難である。従って、樽形形状から直接的に砥石ねじれ角を求めることは、得策ではないと考えられる。そこで、本発明に係るねじ状砥石１１では、樽形形状を規定するための１つの要素である砥石幅（軸方向長さ）に着目し、この砥石幅に基づいて、砥石ねじれ角を設定するようにした。

次に、ねじ状砥石１１の砥石ねじれ角の設定方法について、図３〜図６を用いて説明する。

ここで、ねじ状砥石１１における砥石幅と砥石ねじれ角との関係を明らかにするために、後述するシミュレーション（１）〜（４）の解析を行った。なお、これらのシミュレーション（１）〜（４）においては、軸方向中間部の砥石ねじれ角が一定のねじ状砥石１１を用いて、ワーク諸元及び砥石諸元を変化さながら、それぞれの解析を行うようにした。

先ず、シミュレーション（１）について、図３（ａ），（ｂ）を用いて説明する。

このシミュレーション（１）では、ワーク諸元及び砥石諸元を下記の（Ｗ１），（Ｔ１）に示すように設定した。
（Ｗ１）ワーク諸元
モジュール：２．０
歯数：６０
圧力角：２０°
ねじれ角：２０°
歯元円直径：１３１．７ｍｍ
歯先円直径：１２３．７ｍｍ
歯幅：３０ｍｍ
（Ｔ１）砥石諸元
歯数：２３
砥石外径（軸方向中間部）：８４．２ｍｍ
砥石ピッチ円直径（軸方向中間部）：８０．２ｍｍ
砥石幅：２０〜５０ｍｍ
ねじれ角（軸方向中間部）：５５°

このように、ねじ状砥石１１において、歯数、軸方向中間部の砥石外径及び砥石ピッチ円直径、砥石幅、軸方向中間部の砥石ねじれ角が設定されると、これに伴って、軸角Σ、軸方向両端部の砥石ねじれ角等が設定される。これにより、砥石ねじれ角変化量を求めることができる。この砥石ねじれ角変化量は、軸方向中間部の砥石ねじれ角に対する軸方向両端部の砥石ねじれ角の変化量であって、［（軸方向中間部の砥石ねじれ角）−（軸方向両端部の砥石ねじれ角）］となっている。

そして、上記のような砥石諸元を有する各ねじ状砥石１１を用いてシミュレーションを行い、すべり速度Ｖの大きさに問題がないことを確認した。そのうち、複数のねじ状砥石１１について検討するため、図３（ａ）に示すように、それらの砥石諸元の一部とそのときの砥石幅及び砥石ねじれ角変化量とを表にまとめると共に、図３（ｂ）に示すように、砥石幅と砥石ねじれ角変化量との関係を明らかにした。

よって、図３（ａ）に示すように、砥石幅が長くなるに従って、砥石ねじれ角変化量が大きくなることが解る。つまり、砥石幅が長くなるに従って、ねじ状砥石１１が先細りになるため、砥石ねじれ角は、その軸方向中間部から軸方向両端部に向かうに従って、徐々に変化する。また、図３（ｂ）に示すように、砥石ねじれ角変化量においては、一定量ずつ増加するのではなく、その増加量が漸次大きくなることが解る。

次いで、シミュレーション（２）について、図４（ａ），（ｂ）を用いて説明する。

このシミュレーション（２）では、ワーク諸元及び砥石諸元を下記の（Ｗ２），（Ｔ２）に示すように設定した。
（Ｗ２）ワーク諸元
モジュール：２．０
歯数：６０
圧力角：２０°
ねじれ角：２０°
歯元円直径：１３１．７ｍｍ
歯先円直径：１２３．７ｍｍ
歯幅：３０ｍｍ
（Ｔ２）砥石諸元
歯数：２３
砥石外径（軸方向中間部）：７５．６ｍｍ
砥石ピッチ円直径（軸方向中間部）：７１．６ｍｍ
砥石幅：２０〜５０ｍｍ
ねじれ角（軸方向中間部）：５０°

よって、図４（ａ）に示すように、砥石幅が長くなるに従って、砥石ねじれ角変化量が大きくなることが解る。つまり、砥石幅が長くなるに従って、ねじ状砥石１１が先細りになるため、砥石ねじれ角は、その軸方向中間部から軸方向両端部に向かうに従って、徐々に変化する。また、図４（ｂ）に示すように、砥石ねじれ角変化量においては、一定量ずつ増加するのではなく、その増加量が漸次大きくなることが解る。

次いで、シミュレーション（３）について、図５（ａ），（ｂ）を用いて説明する。

このシミュレーション（３）では、ワーク諸元及び砥石諸元を下記の（Ｗ３），（Ｔ３）に示すように設定した。
（Ｗ３）ワーク諸元
モジュール：２．０
歯数：８０
圧力角：２０°
ねじれ角：１５°
歯元円直径：１６９．６ｍｍ
歯先円直径：１６１．６ｍｍ
歯幅：３０ｍｍ
（Ｔ３）砥石諸元
歯数：２９
砥石外径（軸方向中間部）：９４．２ｍｍ
砥石ピッチ円直径（軸方向中間部）：９０．２ｍｍ
砥石幅：２０〜５０ｍｍ
ねじれ角（軸方向中間部）：５０°

よって、図５（ａ）に示すように、砥石幅が長くなるに従って、砥石ねじれ角変化量が大きくなることが解る。つまり、砥石幅が長くなるに従って、ねじ状砥石１１が先細りになるため、砥石ねじれ角は、その軸方向中間部から軸方向両端部に向かうに従って、徐々に変化する。また、図５（ｂ）に示すように、砥石ねじれ角変化量においては、一定量ずつ増加するのではなく、その増加量が漸次大きくなることが解る。

次いで、シミュレーション（４）について、図６（ａ），（ｂ）を用いて説明する。

このシミュレーション（４）では、ワーク諸元及び砥石諸元を下記の（Ｗ４），（Ｔ４）に示すように設定した。
（Ｗ４）ワーク諸元
モジュール：１．２
歯数：９０
圧力角：２０°
ねじれ角：２０°
歯元円直径：１１７．３ｍｍ
歯先円直径：１１２．５ｍｍ
歯幅：３０ｍｍ
（Ｔ４）砥石諸元
歯数：３１
砥石外径（軸方向中間部）：６０．３ｍｍ
砥石ピッチ円直径（軸方向中間部）：５７．９ｍｍ
砥石幅：２０〜５０ｍｍ
ねじれ角（軸方向中間部）：５０°

よって、図６（ａ）に示すように、砥石幅が長くなるに従って、砥石ねじれ角変化量が大きくなることが解る。つまり、砥石幅が長くなるに従って、ねじ状砥石１１が先細りになるため、砥石ねじれ角は、その軸方向中間部から軸方向両端部に向かうに従って、徐々に変化する。また、図６（ｂ）に示すように、砥石ねじれ角変化量においては、一定量ずつ増加するのではなく、その増加量が漸次大きくなることが解る。

即ち、図３乃至図６から解るように、樽形に形成されたねじ状砥石１１においては、砥石ねじれ角を軸方向中間部からの長さに応じて設定することにより、樽形に起因する砥石ねじれ角の変化量を適切に設定することができる。そして、ねじ状砥石１１の軸方向一端側では、軸方向中間部の砥石ねじれ角に、軸方向中間部から一端側への長さに応じた砥石ねじれ角変化量を加算した角度が、一端側の砥石ねじれ角となる。一方、ねじ状砥石１１の軸方向他端側では、軸方向中間部の砥石ねじれ角から、軸方向中間部から他端側への長さに応じた砥石ねじれ角変化量を減算した角度が、他端側の砥石ねじれ角となる。

従って、本発明に係るねじ状砥石によれば、砥石ねじれ角をその軸方向中間部からの長さに応じて設定することにより、樽形に起因する砥石ねじれ角の変化量を適切に設定することができるので、高精度な加工を行うことができる。

なお、本実施形態においては、本発明に係る内歯車加工用樽形ねじ状工具を、熱処理後のワークＷに研削加工を行うためのねじ状砥石１１に適用したが、熱処理前のワークＷに仕上げ加工を行うためのシェービングカッタに適用することも可能である。

本発明は、内歯車を高速で加工することができる樽形のねじ状工具に適用可能である。

本発明の一実施例に係る内歯車研削方法を示した図である。ねじ状砥石の縦断面図である。シミュレーション（１）の解析結果であって、（ａ）は各砥石諸元に対する軸角及び砥石ピッチ円半径変化量を示した表、（ｂ）は軸角と砥石ピッチ円半径変化量との関係を示した図である。シミュレーション（２）の解析結果であって、（ａ）は各砥石諸元に対する軸角及び砥石ピッチ円半径変化量を示した表、（ｂ）は軸角と砥石ピッチ円半径変化量との関係を示した図である。シミュレーション（３）の解析結果であって、（ａ）は各砥石諸元に対する軸角及び砥石ピッチ円半径変化量を示した表、（ｂ）は軸角と砥石ピッチ円半径変化量との関係を示した図である。シミュレーション（４）の解析結果であって、（ａ）は各砥石諸元に対する軸角及び砥石ピッチ円半径変化量を示した表、（ｂ）は軸角と砥石ピッチ円半径変化量との関係を示した図である。

符号の説明

１１ねじ状砥石
１２砥石アーバ
Ｗワーク
Σ 軸角
Ｂ１砥石回転軸
Ｃ１ワーク回転軸
Ｖすべり速度
ω１ワーク角速度
ω２砥石角速度

Claims

被加工内歯車の加工時に、該被加工内歯車に対して軸交差角が与えられた状態で噛み合わされるために、その軸方向中間部から軸方向両端部に向かうに従って、その径が漸次小さくなるような樽形に形成される内歯車加工用樽形ねじ状工具において、
ねじれ角をその軸方向中間部からの長さに応じて設定する
ことを特徴とする内歯車加工用樽形ねじ状工具。
請求項１に記載の内歯車加工用樽形ねじ状工具において、
その軸方向中間部からの長さが長くなるに従って、ねじれ角の増加量は漸次大きくなる
ことを特徴とする内歯車加工用樽形ねじ状工具。