JP5494359B2

JP5494359B2 - ヘリカルブローチ

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Publication number: JP5494359B2
Application number: JP2010191074A
Authority: JP
Inventors: 直樹善積; 好夫小林; 賢祐河野; 秀之藤原
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2010-08-27
Filing date: 2010-08-27
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2030-08-27
Also published as: US20130156513A1; WO2012026576A1; US9440298B2; CN103068509A; KR20130100113A; KR101869992B1; CN103068509B; JP2012045680A

Description

本発明は、例えばヘリカル内歯車のように内周に捩れ溝を有するワークを切削加工するのに用いられるヘリカルブローチに関するものである。

ヘリカル内歯車として、例えばプラネタリーインターナルギアは、自動変速機用のギヤとして各種提供されているが、最近では自動変速機の要求品質の高度化に伴いギアの品質の高度化も求められるようになってきている。
このようなヘリカル内歯車の加工に用いられるヘリカルブローチとして、例えば下記特許文献１には、軸状のブローチ本体の外周部に、該ブローチ本体の径方向外周側に突出する複数の切刃が、このブローチ本体の先端側から後端側に向けて該ブローチ本体の軸線回りに捩れる螺旋状に配列され、上記切刃のうちブローチ本体先端側の切刃は荒刃（外径上がり刃）とされるとともにブローチ本体後端側の切刃は仕上げ刃（歯厚上がり刃）とされ、この仕上げ刃において、ブローチ本体先端側を向くすくい面と上記ブローチ本体の周方向のうちいずれか一方の側を向く側面との交差稜線部に切削刃が形成されるとともに、この切削刃とは反対側の側面と上記すくい面との交差稜線部はガイド刃とされたものが提案されている。
このようなヘリカルブローチによれば、ワークであるヘリカル内歯車の歯形を、荒刃群によって所要の歯丈に形成した後に、歯厚が順次漸増する仕上げ刃によって、まず、歯形の一方の側面（例えば、鋭角側の側面）を歯厚方向に追い込み切削し、次いで、歯形の他方の側面（例えば、鈍角側の側面）を歯厚方向に追い込み切削して仕上げるので、所望の歯形を形成する。

特開２００７−２５３２９８号公報

このようなヘリカルブローチにあっては、加工の最終段階のヘリカルブローチがワークから抜け出るときに、ブローチ本体後端側の円周上で、ワークに作用する仕上げ最終刃の枚数が変化するため、ワークに対するヘリカルブローチの挙動が不安定になる。この結果、仕上げ最終刃によってワークを過切削してしまい、ワークの歯すじ精度が悪くなる問題があった。
特に、隣接する切刃がブローチ本体の軸線に対して斜めに傾斜して配置されるオフノルマルタイプのヘリカルブローチにあっては、加工の最終段階のヘリカルブローチがワークから抜け出るときに、円周上に沿って配置される仕上げ最終刃が同時ではなく順に抜け出るため、上記問題は顕著に現れる。

本発明は、このような背景の下になされたもので、仕上げ最終刃による過切削を防止しし、良好な歯すじ精度でワークを加工することができるヘリカルブローチを提供することを目的とする。

上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明のヘリカルブローチは、軸状のブローチ本体の外周部に、径方向外周側に突出する複数の切刃が列をなして、ブローチ本体の先端側から後端側に向けて該ブローチ本体の軸線回りに捩れる螺旋状に、かつ、上記切刃の列が周方向に間隔をあけて配列され、これらの切刃によりワークの加工穴内周に所定のリードの捩れ溝を形成するヘリカルブローチであって、複数の上記切刃のうちブローチ本体先端側の複数の切刃は外径上がり刃とされるとともにブローチ本体後端側の複数の切刃は歯厚上がり刃とされ、複数の上記歯厚上がり刃のうちブローチ本体後端側の複数の歯厚上がり刃は、ブローチ本体先端側を向くすくい面と上記ブローチ本体の周方向のうちいずれか一方の側を向く側面との交差稜線部に切削刃が形成されるとともに、該切削刃とは反対側の側面と上記すくい面との交差稜線部にガイド刃が形成されたヘリカルブローチにおいて、ブローチ本体後端側の複数の歯厚上がり刃のうちの最もブローチ本体後端側に位置する歯厚上がり刃は、上記すくい面とブローチ本体の周方向の一方の側を向く側面との交差稜線部に切削刃に代わりガイド刃が形成されていることを特徴とする。

上記構成のヘリカルブローチによれば、ブローチ本体後端側の複数の歯厚上がり刃のうちの最もブローチ本体後端側に位置する歯厚上がり刃には、切削刃に代わりガイド刃が形成されているため、切削を行う機能がない。このため、この最もブローチ本体後端側に位置する歯厚上がり刃は、ガイド刃を有してその直ブローチ本体先端側にある歯厚上がり刃（これが実質的な仕上げ最終刃になる）をガイドする。

従って、加工の最終段階のヘリカルブローチがワークから抜け出るときに、最もブローチ本体後端側に位置する歯厚上がり刃の円周上で、それら歯厚上がり刃のワークに作用する枚数が変化し、当該ヘリカルブローチの挙動が不安定になる場合であっても、前述したように、最もブローチ本体後端側に位置する歯厚上がり刃に切削を行う機能がないため、ワークを過切削することがない。

ここで、最もブローチ本体後端側に位置する上記歯厚上がり刃は、該歯厚上がり刃が属する列の直先方に位置する歯厚上がり刃よりも歯厚方向に後退して形成されていることが好ましい。
この種のヘリカルブローチでは、切削機能が低下したときに再研削するのが通例であるが、前述のように、最もブローチ本体後端側に位置する上記歯厚上がり刃をその直先方に位置する歯厚上がり刃よりも歯厚方向に後退して形成されていると、再研削した後であっても、先方の歯厚上がり刃よりも歯厚方向に突出するのを回避でき、これにより、再研削後において、最もブローチ本体後端側に位置する歯厚上がり刃によりワークを過切削するといった不具合の発生を未然に防止できる。

また、最もブローチ本体後端側に位置する上記歯厚上がり刃のガイド刃には、負の逃げ角θｃが３０′≦θｃ≦２°の範囲で形成されていることが好ましい。
このように、ガイド刃にこのような範囲の負の逃げ角を形成することで、最もブローチ本体後端側に位置する歯厚上がり刃が、切削を行うことなくその先方の歯厚上がり刃をガイドする機能をより明確に発揮させることができる。
なお、ガイド刃に形成する負の逃げ角を３０′より小さくすると、当該ヘリカルブローチのワークに対する挙動によっては、ガイド刃が切削機能を生じさせるおそれが生じる。また、ガイド刃の負の逃げ角を２°より大きくすると、ガイド刃の先端の空隙量が大きくなり、正確なガイドが行えなくなるおそれが生じる。

また、列をなすブローチ本体後端側の複数の歯厚上がり刃のうちのブローチ本体後端側から数えて２番目と３番目または２番目〜４番目の歯厚上がり刃は、歯厚方向の突出量が同じ値に設定されていることが好ましい。
本発明者等は、種々実験を行った結果、上記のように列をなすブローチ本体後端側の複数の歯厚上がり刃のうちの、最もブローチ本体後端側に位置する歯厚上がり刃を除き、最終的な２枚あるいは３枚の歯厚上がり刃の歯厚方向の突出量を同じ値に設定することにより、加工の最終段階のヘリカルブローチがワークから抜け出るときにワークに対するヘリカルブローチの挙動を安定させることができ、もって、ワークに対して精度の優れた歯形を形成することができる。

本発明のヘリカルブローチによれば、加工の最終段階において当該ヘリカルブローチがワークから抜け出るときに、最もブローチ本体後端側に位置する歯厚上がり刃の円周上で、それら歯厚上がり刃のワークに作用する枚数が変化し、ヘリカルブローチの挙動が不安定になる場合であっても、最もブローチ本体後端側に位置する歯厚上がり刃に切削を行う機能がないため、ワークを過切削することがなく、精度の優れた歯形を形成することができる。

本発明をオフノルマルタイプのヘリカルブローチに適用する場合の実施形態を示す側面図である。図１に示す実施形態における歯厚上がり刃の一列を上方から見た模式図である。図２においてIIIで示す、歯厚上がり刃のうちブローチ本体後端側の複数の歯厚上がり刃を説明する模式図である。図３に示す複数の歯厚上がり刃について再研削後の状況を説明する模式図である。

図１ないし図４は本発明の一体形ヘリカルブローチの実施の形態を示すものであり、図１は本発明をヘリカルブローチに適用する場合の実施形態を示す側面図である。本実施形態のヘリカルブローチは、例えば上述したプラネタリーインターナルギア等のヘリカル内歯車のように内周に捩れ溝を有するワークをブローチ加工するものである。ブローチ本体１は、図１に示すように軸線Ｏを中心とした長尺の軸状をなし、その両端部は掴み部２，３とされるとともに、これら掴み部２，３の間は切刃部４とされている。そして、この切刃部４においてブローチ本体１の外周には、上記軸線Ｏに対する径方向外周側に突出する複数の切刃５が、該ブローチ本体１の先端側（図１において左側）から後端側（図１において右側）に向けて軸線Ｏ回りに捩れるリードＬに沿った螺旋状をなすように配列されている。また、これら切刃５の列が周方向に間隔をあけて複数列形成されている。
なお、図１は、軸線Ｏ方向において複数の切刃５の間に形成される刃溝がこの軸線Ｏ回りにねじれたオフノルマルタイプ（ネジレ刃溝タイプ）の一体形ヘリカルブローチに本発明を適用した例を示すものである。

ここで、切刃部４のうちブローチ本体１先端側の部分の複数の切刃５は、上記ヘリカル内歯車の歯形を歯丈方向に追い込み切削する外径上がり刃６とされていて、この外径上がり刃６においては切刃５の歯丈が該切刃５の列に沿ってブローチ本体１後端側に向け順次増大するようにされている。また、この外径上がり刃６よりもブローチ本体１後端側の切刃部４には、こうして外径上がり刃６によって所定の歯丈に切削された歯形の歯面すなわちワークの捩れ溝の両溝壁面を、歯厚方向すなわちブローチ本体１の周方向に追い込み切削して所定の歯厚に形成する複数の歯厚上がり刃７が備えられている。
なお、切刃部４のうち上記外径上がり刃６とされた切刃５が配列される部分には、歯形の歯頂部を切削する丸刃が歯厚上がり刃７と交互に備えられていてもよい。また、この丸刃は、歯厚上がり刃７の後端側に備えられていてもよい。そして、これら外径上がり刃６、歯厚上がり刃７、および丸刃のすべての切刃５が、本実施形態ではブローチ本体１に一体に形成されている。

図２は図１に示す実施形態における歯厚上がり刃７の一列を上方から見た模式図である。また、図３は図２においてIIIで示す、歯厚上がり刃のうちブローチ本体後端側の複数の歯厚上がり刃を説明する模式図である。なお、図２において縦軸のスケールは横軸のスケールの１０倍程度であり、また、ガイド刃の角度も見易いように誇張して表している。

図２に示すように、上記複数の歯厚上がり刃７には、該歯厚上がり刃７のうちでも外径上がり刃６に続くようブローチ本体１先端側に設けられて、ワークの捩れ溝の両溝壁面のうちの一方の壁面を追い込み切削してゆく複数の歯厚上がり刃７Ａと、これらの歯厚上がり刃７Ａのブローチ本体１後端側に設けられて、両溝壁面のうちの他方の壁面を追い込み切削してゆく複数の歯厚上がり刃７Ｂとが備えられている。

個々の歯厚上がり刃７においては、その切刃５のブローチ本体１先端側を向くすくい面５Ａと、ブローチ本体１の周方向のうち溝壁面を追い込み切削してゆく側を向く側面５Ｂとの交差稜線部に切削刃９が形成されている。一方、こうして切削刃９が形成された交差稜線部の周方向反対側のすくい面５Ａの交差稜線部には、切削刃９によって追い込み切削される上記溝壁面とは反対側のねじれ溝の溝壁面に摺接して当該歯厚上がり刃７を案内するガイド刃１０が形成される。このガイド刃１０に連なる歯厚上がり刃７の側面はガイド面５Ｃとされ、これらガイド面５Ｃとガイド刃１０とで構成される部位がガイド部１１とされる。

本実施形態の一体形ヘリカルブローチにおいては、上記複数の歯厚上がり刃７全体のうちブローチ本体１先端側の歯厚上がり刃７Ａは、図２に示すように上記すくい面５Ａと鋭角側（図２において下側）の側面５Ｂとの交差稜線部に上記切削刃９が形成されるとともに、鈍角側（図２において上側）の側面が上記ガイド面５Ｃとされてそのすくい面５Ａとの交差稜線部に上記ガイド刃１０が形成されている。一方、これに対してブローチ本体１後端側の歯厚上がり刃７Ｂは、すくい面５Ａと鈍角側の側面５Ｂとの交差稜線部に切削刃９が形成されるとともに、鋭角側の側面がガイド面５Ｃとされてそのすくい面５Ａとの交差稜線部に上記ガイド刃１０が形成されている。

なお、上記切削刃９に連なる歯厚上がり刃７の側面５Ｂとガイド面５Ｃが形成される側面とには、それぞれ上記切削刃９とガイド刃１０に対し、ブローチ本体１の後端側に向け、複数の切刃５がなすリードＬに対して逃げ角が形成される。切削刃９に連なる側面の場合には正の逃げ角θａが形成され、ガイド刃１０に連なる側面の場合には０°または負の角度の逃げ角θｂが形成される。

そして、ブローチ本体１先端側の複数の歯厚上がり刃７Ａにおいては、鈍角側のガイド刃１０がリードＬに沿って連なるように配列されるとともに、鋭角側の切削刃９はリードＬに沿って後端側に向かうに従い、図２中符号Ｘａで示すように歯厚方向に徐々にせり出すように配設される一方、ブローチ本体１後端側の複数の歯厚上がり刃７Ｂにおいては、その鋭角側のガイド刃１０が、概ね上記ブローチ本体１先端側の複数の歯厚上がり刃７Ａのうち最後端のものの切削刃９から上記リードＬに沿って連なるように配列されるとともに、鈍角側の切削刃９は、ブローチ本体１先端側の歯厚上がり刃７Ａのガイド刃１０からリードＬに沿って後端側に向かうに従い、図２中符号Ｘｂ示すように歯厚方向に徐々にせり出すように配設される。

図３にも示すように、ブローチ本体後端側の複数の歯厚上がり刃７Ｂのうちの最もブローチ本体後端側に位置する歯厚上がり刃７ＢＢは、すくい面５Ａとブローチ本体１の周方向の一方の側（この実施形態では、鈍角側）を向く側面５ＢＢとの交差稜線部に切削刃に代わってガイド刃１３が形成されている。ブローチ本体後端側の複数の歯厚上がり刃７Ｂでは、すくい面５Ａと鈍角側の側面５Ｂとの交差稜線部に切削刃９が形成されるが、最もブローチ本体後端側に位置する歯厚上がり刃７ＢＢに限り、切削刃に代わってガイド刃１３が形成されている。

すなわち、最もブローチ本体後端側に位置する歯厚上がり刃７ＢＢには、鈍角側の側面５ＢＢにガイド刃１３に対して負の逃げ角θｃが形成されており、これにより、すくい面５Ａと鈍角側の側面５ＢＢとの交差稜線部にガイド刃１３が形成される。ここで、負の逃げ角θｃは３０′≦θｃ≦２°の範囲に設定される。

また、最もブローチ本体後端側に位置する歯厚上がり刃７ＢＢのガイド刃１３が形成される鈍角側の側面には、リードＬに平行な平坦部１４が形成され（平坦部は、後端に向かうに従い鋭角側へ近づくよう、リードＬに対し傾斜して形成される場合もある）、これにより、歯厚上がり刃７ＢＢは、この歯厚上がり刃７ＢＢが属する列の直先方に位置する歯厚上がり刃７Ｂよりも歯厚方向、より具体的には歯厚上がり刃７Ｂによって追い込み切削する方向に対し後退して形成されている。
この後退量Ｙは、切刃５を再研削した場合であっても、歯厚上がり刃７ＢＢがその直先方に位置する歯厚上がり刃７Ｂよりも歯厚方向にせり出さない値、具体的には０＜Ｙ≦２０μｍの範囲の適宜値に設定される。

さらに、列をなすブローチ本体後端側の複数の歯厚上がり刃のうちのブローチ本体後端側から数えて２番目と３番目または２番目〜４番目の歯厚上がり刃７Ｂは、歯厚方向の突出量が同じ値に設定されている。つまり、歯厚上がり刃７ＢＢを除くブローチ本体後端側に位置する数枚の歯厚上がり刃７Ｂでは、リードＬに沿って後端側に向かう場合でも、それらの鈍角側の切削刃９が、歯厚方向にせり出さずそれぞれ同じ突出量に設定されている。

次に、このように構成されたヘリカルブローチによりワークを切削する方法について説明する。
ブローチ本体１を先端側からワークに予め形成した加工穴に挿入し、該ブローチ本体１を上記リードＬに沿ってワークに対し相対的に前進させつつ回転させる。これにより、まず外径上がり刃５によって所定の深さまで達する捩れ溝を形成し、次いでこの捩れ溝の鈍角側の溝壁面にブローチ本体１先端側の歯厚上がり刃７Ａのガイド刃１０が摺接して該歯厚上がり刃７Ａを案内しつつ、このブローチ本体１先端側の歯厚上がり刃７Ａの切削刃９により捩れ溝の鋭角側の溝壁面を切削して、外径上がり刃６による溝幅から鋭角側の溝壁面に仕上げ代の仕上げ加工を施す。

そして、これに続いて今度はこの鋭角側の溝壁面にブローチ本体１後端側の歯厚上がり刃７Ｂのガイド刃１０が摺接して該歯厚上がり刃７Ｂが案内されつつ、このブローチ本体１後端側の歯厚上がり刃７Ｂの切削刃９によって捩れ溝の鈍角側の溝壁面を切削して、溝幅から鋭角側の溝壁面に仕上げ代を与え、所望の溝幅の捩れ溝を形成する。

ここで、ブローチ本体後端側の複数の歯厚上がり刃７Ｂのうちの最もブローチ本体後端側に位置する歯厚上がり刃７ＢＢには、切削刃に代わりガイド刃１３が形成されているため、切削を行う機能がない。このため、この最もブローチ本体後端側に位置する歯厚上がり刃７ＢＢは、ガイド刃を有してその直ブローチ本体先端側にある歯厚上がり刃７Ｂをガイドする。

したがって、加工の最終段階のヘリカルブローチがワークから抜け出るときに、最もブローチ本体後端側に位置する歯厚上がり刃の円周上で、それら歯厚上がり刃のワークに作用する枚数が変化し、当該ヘリカルブローチの挙動が不安定になる場合であっても、前述したように、最もブローチ本体後端側に位置する歯厚上がり刃に切削を行う機能がないため、ワークを過切削することがなく、もって、ワークに精度の優れた歯形を形成することができる。

また、本実施形態のヘリカルブローチでは、最もブローチ本体後端側に位置する歯厚上がり刃７ＢＢが、該歯厚上がり刃７ＢＢが属する列の直先方に位置する歯厚上がり刃７Ｂよりも歯厚方向に後退して形成されており、図４に示すように、再研削した後であって、厚上がり刃７Ｂ、７ＢＢのランド幅ＷａがＷｂ（例えば１５ｍｍ）までの狭くなった場合でも、最もブローチ本体後端側に位置する歯厚上がり刃７ＢＢが先方の歯厚上がり刃よりも歯厚方向に突出するのを回避できる。このため、再研削後において、最もブローチ本体後端側に位置する歯厚上がり刃７ＢＢによりワークを過切削するといった不具合の発生を未然に防止できる。

また、本実施形態のヘリカルブローチでは、最もブローチ本体後端側に位置する歯厚上がり刃７ＢＢのガイド刃１３に、負の逃げ角θｃを３０′≦θｃ≦２°の範囲の適宜値で形成されているため、最もブローチ本体後端側に位置する歯厚上がり刃７ＢＢに、切削を行うことなくその先方の歯厚上がり刃７Ｂをガイドする機能をより明確に発揮させることがきる。

また、本実施形態のヘリカルブローチでは、列をなすブローチ本体後端側の複数の歯厚上がり刃のうちのブローチ本体後端側から数えて２番目と３番目または２番目〜４番目の歯厚上がり刃を、それらの歯厚方向の突出量が同じ値になるように設定しているため、加工の最終段階のヘリカルブローチがワークから抜け出るときワークに対するヘリカルブローチの挙動を安定させることができ、もって、ワークにより精度の優れた歯形を形成することができる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
例えば、本実施形態では、本発明をオフノルマルタイプの一体型ヘリカルブローチに適用した例について説明したが、これに限られることなく、本発明は、軸直タイプのヘリカルブローチにも、あるいは歯厚上がり刃７がブローチ本体とは別体のシェルに設けられた
組立型のヘリカルブローチにも適用可能である。

１ブローチ本体
４切刃部
５切刃６外径上がり刃
７歯厚上がり刃
７Ａ歯厚上がり刃のうちブローチ本体先端側の歯厚上がり刃
７Ｂ歯厚上がり刃のうちブローチ本体後端側の歯厚上がり刃
９切削刃
１０ガイド刃
１３ガイド刃
θｃ負の逃げ角
Ｏブローチ本体１の軸線
Ｌ切刃５のリード

Claims

軸状のブローチ本体の外周部に、径方向外周側に突出する複数の切刃が列をなして、ブローチ本体の先端側から後端側に向けて該ブローチ本体の軸線回りに捩れる螺旋状に、かつ、上記切刃の列が周方向に間隔をあけて配列され、これらの切刃によりワークの加工穴内周に所定のリードの捩れ溝を形成するヘリカルブローチであって、
複数の上記切刃のうちブローチ本体先端側の複数の切刃は外径上がり刃とされるとともにブローチ本体後端側の複数の切刃は歯厚上がり刃とされ、
複数の上記歯厚上がり刃のうちブローチ本体後端側の複数の歯厚上がり刃は、ブローチ本体先端側を向くすくい面と上記ブローチ本体の周方向のうちいずれか一方の側を向く側面との交差稜線部に切削刃が形成されるとともに、該切削刃とは反対側の側面と上記すくい面との交差稜線部にガイド刃が形成されたヘリカルブローチにおいて、
ブローチ本体後端側の複数の歯厚上がり刃のうちの最もブローチ本体後端側に位置する歯厚上がり刃は、上記すくい面とブローチ本体の周方向の一方の側を向く側面との交差稜線部に切削刃に代わってガイド刃が形成されていることを特徴とするヘリカルブローチ。
請求項１に記載のヘリカルブローチであって、
最もブローチ本体後端側に位置する上記歯厚上がり刃は、該歯厚上がり刃が属する列の直先方に位置する歯厚上がり刃よりも歯厚方向に後退して形成されていることを特徴とするヘリカルブローチ。
請求項１または２に記載のヘリカルブローチであって、
最もブローチ本体後端側に位置する上記歯厚上がり刃のガイド刃には、負の逃げ角θｃが３０′≦θｃ≦２°の範囲で形成されていることを特徴とするヘリカルブローチ。
請求項１〜３のいずれか一項に記載のヘリカルブローチであって、
列をなすブローチ本体後端側の複数の歯厚上がり刃のうちのブローチ本体後端側から数えて２番目と３番目または２番目〜４番目の歯厚上がり刃は、歯厚方向の突出量が同じ値に設定されていることを特徴とするヘリカルブローチ。