JP5783113B2

JP5783113B2 - ブローチ

Info

Publication number: JP5783113B2
Application number: JP2012078784A
Authority: JP
Inventors: 好夫小林
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2015-09-24
Anticipated expiration: 2032-03-30
Also published as: JP2013208661A

Description

本発明は、ワークに形成された下穴に、前部案内とそれに続く複数の切れ刃が順に挿入されて前記下穴を所定形状に仕上げるブローチに関する。

ブローチの一つにヘリカル内歯車の加工用に用いられるヘリカルブローチがある。そして、ヘリカルブローチの一例として、下記特許文献１に、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れ刃が、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、前記切れ刃のうちブローチ本体先端側の切れ刃が荒刃（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れ刃が仕上げ刃（歯厚上がり刃）とされたものが提案されている。

前記ヘリカルブローチによれば、例えば、図５に示すようにワークＷであるヘリカル内歯車の歯形を、歯丈が順次漸増する荒刃により小径部から所要の溝深さＨａに至るまで形成した後に、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Ｓａを歯厚方向に追い込み切削し、次いで、歯形の他方の側面Ｓｂを歯厚方向に追い込み切削して仕上る。これにより、ワークの内周に所望の歯形を形成する。

特開２００７−２５３２９８号公報

前述した従来の技術には、以下の課題があった。
すなわち、この種のブローチにあっては、刃先の摩耗が進んで切れ味が悪くなるのを避けるために、刃先を定期的に研削している。このような再研削は、通常、全ての外径上がり刃１００について、刃先１０１から当該ブローチの軸線Ｏに沿って一定距離ずつ行なわれる。したがって、図６に示すように、切れ刃高さを工具送り方向Ｄの前方から後方に向かって漸次高くなるように設定された外径上がり刃１００は、一般的に逃げ角θ_ａ１、θ_ａ２、…がそれぞれ同じ角度に設定されているため、再研削される都度、各外径上がり刃１００の切れ刃高さが低くなる。つまり、図７に示すように、外径上がり刃の外径Ｈｂは、再研削量Ｙにtanθ（θは逃げ角）を乗じた値Ｘだけ小さくなる。なお、図６、図７において２点鎖線は再研削した状態を表す。

ここで、各外径上がり刃１００、…は、再研削の回数が少ない場合、その外径Ｈｂが下穴の内径よりも大に保持されていて、所要の切削量が確保される。ところが、再研削の回数が多くなって再研削限界近くになると、外径上がり刃１００のうち前部案内１０２に近い部分の切れ刃、例えば前部案内１０２から工具送り方向へ向けて１番目の外径上がり刃（以下、この切れ刃を第１刃１００ａと呼ぶ、以下２番目、３番目、…ｎ番目も同様に呼ぶものとする）、第２刃１００ｂ等が、それぞれ下穴の内径よりも小さくなってしまうおそれがある。
すなわち、前部案内１０２に近い部分の外径上がり刃、つまり、第１刃１００ａ、第２刃１００ｂ、第３刃１００ｃは、もともとワークの下穴よりもほんのわずかな値だけ大きな外径に設定されているため、再研削に伴い外径が小さくなると、ワークの下穴よりも小さくなるおそれがある。
この具体例について下記表１に示す。

この表１は、ヘリカルブローチについて、新品時と再研削量Ｙが３ｍｍとした場合の、各外形上がり刃の外径を表したものである。なお、外径上がり刃の逃げ角は２°としている。
この表１に示すように、下穴の内径が１１０．４６５ｍｍであるのに対し、新しいブローチでは、第１刃１００ａの外径が１１０．５１０ｍｍ、第２刃１００ｂの外径が１１０．５８５ｍｍ、第３刃１００ｃの外径が１１０．６６０ｍｍと全ての切れ刃の外径が下穴の内径よりも大に設定されているが、再研削が進み、再研削量Ｙが３ｍｍと再研削限界近くまで再研削されると、第１刃１００ａの外径が１１０．３００ｍｍ、第２刃１００ｂの外径が１１０．３７５ｍｍ、第３刃１００ｃの外径が１１０．４５０ｍｍと、それら再研削後の外径上がり刃の外径は、ともに下穴の内径１１０．４６５ｍｍよりも小になる。この状態を表したものが図８である。

この場合、第１刃１００ａ、第２刃１００ｂ及び第３刃１００ｃがそれぞれワークの下穴の内周面に対向してその内周面を切削加工しようとするときに、それら外径上がり刃と下穴の内周面との間にクリアランスが生じる分、ブローチ自体がワークに対し下穴の径方向へ自由に移動することが可能となる。このため、それら第１刃１００ａ、第２刃１００ｂ及び第３刃１００ｃが、それらの後方に続く外径上がり刃である、例えば第２刃１００ｂ、第３刃１００ｃ、第４刃１００ｄに対するガイド機能が果たせなくなる。この結果、前述した従来の技術には、加工精度が低下する課題があった。
また、前述したようにブローチ自体がワークの径方向へ移動可能であるため、ほぼ同一円周位置にある外径上がり刃のうち、ある外径上がり刃には切削抵抗が加わり、他の外径上がり刃には切削抵抗が加わらない状況が生じる。したがって、切削抵抗が加わる外径上がり刃に切削荷重が集中することとなり、外径上がり刃の刃先に過大な荷重が加わることにともない、刃先が欠損する課題があった。

本発明は、このような背景の下になされたもので、再研削が進んだ状態でも、前部案内の近傍にある切れ刃のそれよりも後方の切れ刃に対するガイド機能が損なわれることなく高精度の加工が行なえるとともに、切れ刃の欠損を防止することができるブローチを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明のブローチは、ワークに形成された下穴に、前部案内とそれに続く複数の切れ刃が順に挿入されて前記下穴を所定形状に仕上げるブローチにおいて、前記切れ刃が、前記前部案内に続く単数または複数の前側切れ刃と、該前側切れ刃の後方に配置されて逃げ角がそれぞれ一定とされた複数の後側切れ刃とを備え、前記前側切れ刃の逃げ角が、前記後側切れ刃の逃げ角よりも小さく設定されていることを特徴としている。

前記ブローチによれば、前側切れ刃の逃げ角が、後側切れ刃の逃げ角よりも小さく設定されている。したがって、各切れ刃に対して当該ブローチの軸線に沿った再研削量が同じ長さであっても、逃げ角を異なって設定している分、前側切れ刃の切れ刃高さの低くなる割合が、後側切れ刃の切れ刃高さの低くなる割合に比べて小さくなる。
このため、再研削限界近くまで再研削されたとしても、前側切れ刃の逃げ角を適宜小さな値に設定することにより、前側切れ刃の切れ刃高さの低くなる割合が小さいため、該前側切れ刃の外径がワークの下穴の内径より小さくなるのを回避することができる。つまり、再研削限界近くまで再研削されたとしても、ワークを切削するときに、前側切れ刃をワークの下穴の内周面に当接させて、所要の切削量を確保することができる。この結果、前部案内の近傍にある切れ刃のそれよりも後方に続く切れ刃に対するガイド機能が損なわれることなく、加工精度を良好に保つことができる。

また、ワークを切削するときに、これら前側切れ刃をワークの下穴の内周面に当接させて、所要の切削量を確保することができるため、ほぼ同一円周位置にある切れ刃のうち、ある切れ刃には切削抵抗が加わり他の切れ刃は切削抵抗が加わらないといった状況を回避できる。この結果、ある切れ刃に切削荷重が集中して刃先が欠損する事態を回避できる。
また、後側切れ刃は、逃げ角が前側切れ刃の逃げ角よりも大きく設定されているので、従来のブローチと同程度の切削機能を果たすことができる。

前記前側切れ刃は複数配置され、該前側切れ刃は、最前の前側切れ刃から最後部の前側切れ刃に向かって、逃げ角が段階的に大きくなっているのが好ましい。
この場合、再研削したときに、前側切れ刃のうち、前部案内に近い最前方側に位置する前側切れ刃の切れ刃高さの低くなる割合が最も小さく、それよりも後方側に位置する前側切れ刃は、後方に位置する前側切れ刃ほど切れ刃高さの低くなる割合が高くなる。この結果、再研削限界近くまで再研削されたときであっても、前方の前側切れ刃がワークの下穴よりも小さくなるのをより一層防ぎつつ、最後端に位置する前側切れ刃の切れ刃高さと最前端に位置する後側切れ刃の切れ刃高さとの差を小さくすることができる。

前記前側切れ刃は２個以上が組をなすとともに、それら組をなす前側切れ刃どうしの逃げ角が同じ角度に設定され、組をなす前側切れ刃の逃げ角は、それよりも前側に配置される組をなす前側切れ刃の逃げ角よりも大きく設定されていてもよい。
この場合、２個以上が組をなすように前側切れ刃の逃げ角を設定するので、前側切れ刃全ての逃げ角を個々に変える場合に比べて、当該ブローチの設計及び制作が容易になる。
なお、当該ブローチの切れ刃はヘリカルブローチの外径上がり刃を対象としてもよい。

本発明によれば、再研削が進んだ状態でも、前側切れ刃のそれよりも後方の切れ刃に対するガイド機能が損なわれることがなく高精度の加工が行なえるとともに、切れ刃の欠損を防止することができる。

本発明を軸直タイプのヘリカルブローチに適用した場合の実施形態を示す側面図である。図１のII円部の拡大した模式図である。図１に示す実施形態のヘリカルブローチの作用を説明する図である。図１に示す実施形態のヘリカルブローチの作用を説明する図である。従来のブローチを用いた加工例を示す拡大正面図である。従来のブローチの切れ刃を側方から見た模式図である。従来のブローチの再研削の状況を説明する模式拡大図である。従来のブローチの再研削したときの各切れ刃の外径を示す図である。

図１ないし図４は本発明にかかるヘリカルブローチの実施の形態を示すものであり、図１は本発明を軸直タイプのヘリカルブローチに適用した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ヤ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の間は切れ刃部４とされている。そして、この切れ刃部４においてブローチ本体１の外周には、前記軸線Ｏに対する径方向外周側に突出する複数の切れ刃５が、該ブローチ本体１の前端側（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、これら切れ刃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、ここでは、軸線Ｏ方向において複数の切れ刃５の間に形成される刃溝がこの軸線Ｏ回りにねじれた軸直タイプ（軸直刃溝タイプ）の組立形ヘリカルブローチに本発明を適用した例を示す。

ここで、切れ刃部４のうちブローチ本体１先端側の部分の複数の切れ刃５は、前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とされている。また、この外径上がり刃６よりもブローチ本体１後方の切れ刃部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、切れ刃部４のうち前記外径上がり刃６が配列される部分の後端側には、歯形の小径部を切削する丸刃が外径上がり刃６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、本実施形態では、歯厚上がり刃７が形成されたシェルが、外径上がり刃６及び丸刃が形成されたブローチ本体１に取り付けられる組立形であるが、全ての刃がブローチ本体１に一体に形成された一体形であってもよい。

図２は図１のII円部の拡大した模式図である。
図２に示すように、外径上がり刃６は、前方を向くすくい面１０と径方向外方を向く逃げ面１１との稜線部分に刃先１２が設けられ、これら外径上がり刃６は、前部案内１３から後方に向かって第１刃６ａ、第２刃６ｂ、第３刃６ｃ、第４刃６ｄ、…、第ｎ刃６ｎとされている。
ここで、外径上がり刃６は、切れ刃高さを工具送り方向Ｄの前方から後方に向かって漸次高くなるように設定されている。つまり、第１刃６ａ、第２刃６ｂ、…と、それぞれ外径が漸次大きくなるように設定されている。
また、外径上がり刃６は、前部案内１３に続く４個が前側切れ刃６Ａとされ、前側切れ刃６Ａの後方に配置される外径上がり刃が後側切れ刃６Ｂとされている。後側切れ刃６Ｂは、逃げ角が一定とされているが、前側切れ刃６Ａの逃げ角θ_１〜θ_６は、後側切れ刃６Ｂの逃げ角θ_７よりも小さく設定されている。

また、前側切れ刃６Ａは２個ずつ組をなすとともに、それら組をなす前側切れ刃６Ａどうしの逃げ角が同じ角度に設定されている。具体的な例を挙げて説明すると、第１刃６ａの逃げ角θ_１と第２刃６ｂの逃げ角θ_２が同じ角度に設定され、第３刃６ｃの逃げ角θ_３と第４刃６ｄの逃げ角θ_４とが同じ角度に設定され、さらに第５刃６ｅの逃げ角θ_５と第６刃６ｆの逃げ角θ_６とが同じ角度に設定されている。
そして、組をなす前側切れ刃６Ａの逃げ角は、それよりも前側に配置される組をなす前側切れ刃６Ａの逃げ角よりも大きく設定されている。つまり、組をなす前側切れ刃６Ａの逃げ角は、それよりも前側に配置される組をなす前側切れ刃６Ａの逃げ角よりも大きく設定されている。前記例で説明すると、第３刃６ｃ、第４刃６ｄの逃げ角θ_３、θ_４は、第１刃６ａ、第２刃６ｂの逃げ角θ_１、θ_２より大に設定され、また、第５刃６ｅ、第６刃６ｆの逃げ角θ_５、θ_６は、第３刃６ｃ、第４刃６ｄの逃げ角θ_３、θ_４より大に設定されている。

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Ｗ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Ｗに予め形成した下穴に挿入し、該ブローチ本体１を、先端側の掴み部２を把持しながら、前記リード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６によって所定の深さまで達する捩れ溝を形成する。

次いで、この捩れ溝の一方の側面に歯厚上がり刃７の例えば鋭角側の切削刃を押し当てて該一方の側面を切削し、次いで、捩れ溝の他方の側面に歯厚上がり刃７の鈍角側の切削刃を押し当てて該他方の側面を切削する。これによりワークの捩れ溝の左右の側面を所望の形状に仕上げる。

ここで、例えば、外径上がり刃６について再研削するときには、〈発明が解決しようとする課題〉で説明したように、刃先１２から当該ヘリカルブローチの軸線Ｏに沿って一定の距離ずつ行なう。そして、再研削限界近くまで再研削される場合には、前部案内１３の近傍に位置する例えば第１刃６ａ、第２刃６ｂ、第３刃６ｃの外径が、ワークの下穴よりも小さくなることが懸念される。
しかしながら、ここでは、前側切れ刃６Ａの逃げ角が、後側切れ刃６Ｂの逃げ角よりも小さく設定されているため、各外径上がり刃６に対して再研削量が同じ長さであっても、逃げ角を異なって設定している分、前側切れ刃６Ａの切れ刃高さの低くなる割合が、後側切れ刃６Ｂの切れ刃高さの低くなる割合に比べて小さくなる。

このため、たとえ、再研削限界近くまで再研削されたとしても、前側切れ刃６Ａの逃げ角を適宜小さな値に設定することにより、前側切れ刃６Ａの切れ刃高さの低くなる割合が小さいため、該前側切れ刃６Ａの外径がワークの下穴の内径より小さくなるのを回避することができる。つまり、再研削限界近くまで再研削されたとしても、ワークを切削するときに、前側切れ刃６Ａのそれぞれについて所要の切削量を確保することができる。この結果、前部案内１３の近傍にある外径上がり刃６のそれよりも後方に続く外径切れ刃６に対するガイド機能が損なわれることなく、加工精度を良好に保つことができる。

また、ワークを切削するときに、これら前側切れ刃６Ａのそれぞれについて所要の切削量を確保することができるため、ほぼ同一円周位置にある前側切れ刃６Ａのうち、ある前側切れ刃６Ａには切削抵抗が加わり、他の前側切れ刃６Ａには切削抵抗が加わらないといった状況を回避することができる。この結果、前側切れ刃６Ａのある切れ刃に切削荷重が集中して刃先１２が欠損する事態を回避できる。
また、後側切れ刃６Ｂは、逃げ角θ_７が前側切れ刃６Ａの逃げ角θ_１〜θ_６よりも大きく設定されているので、従来のブローチと同程度の切削機能を果たすことができる。

また、この実施形態では、前側切れ刃６Ａは、最前の前側切れ刃６Ａから最後部の前側切れ刃６Ａに向かって、逃げ角が段階的に大きくなっているから、再研削したときに、前側切れ刃６Ａのうち、前部案内１３に近い最前方側に位置する前側切れ刃（第１刃６ａ）の切れ刃高さの低くなる割合が最も小さく、それよりも後方側に位置する前側切れ刃６Ａは、後方に位置する前側切れ刃６Ａほど切れ刃高さの低くなる割合が高くなる。この結果、再研削限界近くまで再研削されたときであっても、前方の前側切れ刃６Ａがワークの下穴よりも小さくなるのを防ぎつつ、最後端に位置する前側切れ刃（ここでは、第６刃６ｆ）の切れ刃高さと最前端に位置する後側切れ刃（第７刃６ｇ）の切れ刃高さとの差を小さくすることができる。

加えて、前側切れ刃６Ａは２個ずつ組をなす（第１刃６ａ、６第２刃６ｂが組をなし、第３刃６ｃ、第４刃６ｄが組をなし、さらに第５刃６ｅ、第６刃６ｆが組をなす）とともに、それら組をなす前側切れ刃６Ａどうしの逃げ角が同じ角度に設定され（θ_１＝θ_２、θ_３＝θ_４、θ_５＝θ_６）、組をなす前側切れ刃の逃げ角は、それよりも前側に配置される組をなす前側切れ刃の逃げ角よりも大きく設定されているので（θ_１＝θ_２＜θ_３＝θ_４＜θ_５＝θ_６）、前側切れ刃６Ａ全ての逃げ角を個々に変える場合に比べて、当該ブローチの前側切れ刃の設計及び制作が容易になる利点が得られる。

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、本発明を軸直タイプの組立形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、オフノルマルタイプのヘリカルブローチにも適用可能である。また、ヘリカルブローチに限られることなく、他のブローチにも本発明は適用可能である。
また、前記実施形態では、前側切れ刃６Ａを６個としているが、これに限られることなく、６以外の複数あるいは単数であっても良い。
また、前記実施形態では、前側切れ刃６Ａを２個ずつ組にしているが、これに限られることなく３個ずつを組みにしてもよく、また、組にすることなく、１個ずつの前側切れ刃の逃げ角を、後側切れ刃６Ｂの逃げ角を超えない範囲で、後方に向かう従い漸次増大するように設定しても良い。

図１、図２に基づき説明したヘリカルブローチについて、再研削後における切れ刃の外径がどのように変化するかを調べた。
その結果を下記表２に示す。

この実施例における新品時の外径上がり刃の外径は、前記表１で示したものと同じ値とした。前記表１で示したヘリカルブローチと異なるところは、外径上がり刃６の逃げ角を変えた点である。すなわち、前側切れ刃６Ａを構成する第１刃６ａ及び第２刃６ｂの逃げ角θ_１、θ_２を０．５°、前側切れ刃６Ａを構成する第３刃６ｃ及び第４刃６ｄの逃げ角θ_３、θ_４を１．０°、前側切れ刃６Ａを構成する第５刃６ｅ及び第６刃６ｆの逃げ角θ_５、θ_６を１．５°後側切れ刃６Ｂを構成する第７刃６ｇ以下の外径上がり刃の逃げ角を２．０°とした。

このヘリカルブローチについて、再研削量を３ｍｍとしたときの各外径上がり刃６の外径を表２に表す。表２に示すように、第１刃６ａの外径は１１０．４８８ｍｍ、第２刃６ｂの外径は１１０．５３３ｍｍ、第３刃６ｃの外径は１１０．５７０ｍｍ、第４刃６ｄの外径は１１０．６１５ｍｍ、第５刃６ｅの外径は１１０．６５３ｍｍ、第６刃６ｆの外径は１１０．６９８ｍｍとなる。
これを図に表したものが図３、図４である。

すなわち、図３には、新品のときの各外径上がり刃６の外径と再研削量を３ｍｍとしたときの各外径上がり刃６の外径の比較を示している。また、図４は、当該外径上がり刃６の外径とその直前の外径上がり刃６の外径と差を示した図である。なお、図４で第１刃についてはワークの下穴との差を表している。
この実施例からもわかるように、再研削量を３ｍｍとしたときであっても、何れの前側切れ刃６Ａについても、外径がワークの下穴の内径よりも大に保持されていることが確認できた。また、各外径上がり刃６は、切れ刃高さを工具送り方向Ｄの前方から後方に向かって漸次高くなるように保持されていることも確認できた。
なお、図４に示すように、前側切れ刃が２個ずつ組をなすものにおいて、新品のときの各外径上がり刃６の段差量、すなわち、外径上がり刃６の外径とその直前の外径上がり刃６の外径との差は、第１刃が０．０７５ｍｍと大きく、第２刃が０．０４５ｍｍと小さく、第３刃が０．０９０ｍｍと大きく、第４刃が０．０４５ｍｍと小さくなるように、大小交互に設定している。この理由は、図４に示すように、再研削量が３ｍｍ程度と再研削限界近くまで再研削したときの各外径上がり刃６の段差量がほぼ一定になるように企図したためである。つまり、新品のときの外径上がり刃６は再研削する前であって歯厚（刃のヘリカルブローチの軸線に沿った厚さ）が比較的厚いため強度的に強いものの、再研削限界近くまで再研削したときの外径上がり刃は、歯厚が薄く、強度的には弱くなっている。このため、再研削限界近くまで再研削したときの各外径上がり刃の段差量をほぼ一定とし、切削時において前部案内に近い特定の外径上がり刃に負荷が過度に加わって損傷するといった事態を未然に防止している。

１ブローチ本体
４切れ刃部
５切れ刃
６外径上がり刃（切れ刃）
６Ａ前側切れ刃
６Ｂ後側切れ刃
７歯厚上がり刃
Ｏブローチ本体１の軸線

Claims

ワークに形成された下穴に、前部案内とそれに続く複数の切れ刃が順に挿入されて前記下穴を所定形状に仕上げるブローチにおいて、
前記切れ刃が、前記前部案内に続く単数または複数の前側切れ刃と、該前側切れ刃の後方に配置されて逃げ角がそれぞれ一定とされた複数の後側切れ刃とを備え、
前記前側切れ刃の逃げ角が、前記後側切れ刃の逃げ角よりも小さく設定されていることを特徴とするブローチ。
前記前側切れ刃は複数配置され、
該前側切れ刃は、最前の前側切れ刃から最後部の前側切れ刃に向かって、逃げ角が段階的に大きくなっていることを特徴とする請求項１に記載のブローチ。
前記前側切れ刃は２個以上が組をなすとともに、それら組をなす前側切れ刃どうしの逃げ角が同じ角度に設定され、
組をなす前側切れ刃の逃げ角は、それよりも前側に配置される組をなす前側切れ刃の逃げ角よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項２に記載のブローチ。
前記切れ刃はヘリカルブローチの外径上がり刃であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のブローチ。