JP5858919B2 - 対応した工具を使用する連続形成法によって内サイクロイド歯を有する傘歯車を製造する方法 - Google Patents

Description

本発明は、連続形成法により、具体的には、フライス加工カッタヘッドを使用することにより、内サイクロイド（ハイポサイクロイド：hypocycloid）歯を有する直歯（straight-toothed）傘歯車を製造する方法に関する。

傘歯車には様々な型式（タイプ：type）のものがあり、これらの型式は、具体的には、フランク（flank）の長手方向ラインの輪郭（プロフィール：profile）に基づいて区別されている。以下の傘歯車は、フランクのプロフィールに応じて区分けされたものである：
−直歯傘歯車
−はす歯傘歯車
−ねじれ歯傘歯車

傘歯車対の歯は、（ピッチ円錐角が既知である場合には）組み合わされる仮想的なプレーンギヤ（plane gear）の歯によって一意に確定することができる。また、対応するプレーンギヤを、ウエハー（wafer）状の非常に薄い輪郭ディスク（円板）として仮定することも可能である。プレーンギヤは、ピッチ円錐角をδ_ｐ＝９０°に設定することにより、傘歯車の歯から結果的に得られる。

ねじれ歯付き傘歯車の場合には、フランクの長手方向ラインの形状について、更なる細区分が可能である：
−円弧
−外サイクロイド（エピサイクロイド：epicycloid）、特に、拡張（エクステンディッド：extended）外サイクロイド
−インボリュート
−内サイクロイド、特に、拡張内サイクロイド

円弧歯傘歯車は、フランクの長手方向ラインとして円弧を有している。円弧歯傘歯車は、単一割り出し（インデックス：indexing）法（間欠的割り出しプロセス，単一割り出しプロセス、或いは正面フライス削りとも呼ばれる）にて製造される。単一割り出し法は、図１Ａにおいて模式的に示されている。カッタヘッド２０のカッタ２１は、製作されるべき傘歯車１１が固定位置にある間に、円運動を行う。更なる歯空隙を造るためには、カッタヘッド２０を引き戻し、且つ、ワークピース１１を或る割付（インデックス）角だけ回転させる。（ここでは反時計回り方向の）更なる漸進的な回転が、図１Ａにおいて矢印Ａ，Ｂ及びＣで示されている。従って、１つの歯空隙２２は常に１つずつ造られる。

外サイクロイド、特に拡大（エクスパンディッド：expanded）外サイクロイド歯（拡張外サイクロイド形歯とも呼ばれる）の歯車は、連続割出し法（連続ホビング（hobbing）、連続割出しプロセス、または正面ホビングとも呼ばれる）によって製造される。連続割出し法による外サイクロイドの製造においては、バーカッタヘッドのねじ山の数Ｇ_ｘ（カッタグループの数）に対する傘歯車のプレーンギヤの歯の数ｚ_ｐの比率は、基礎円ＧＫの半径ＲＧと転動円ＲＫの半径ＲＲの比率に対応している。その上部にカッタ２３の刃が着座するカッタヘッドの公称半径ｒ_ｃが転動円ＲＫの半径ＲＲを上回っている際に、拡張外サイクロイドと呼ばれる（図１Ｂを参照）。
この連続割出し法においては、カッタヘッドとワーク１１の両方が、時系列に互いに適合された運動順序によって回転する。したがって、割出しは、連続的に実行され、かつ、空隙１２と、対応する歯１３は、疑似的に同時に製造される。対応する例が図１Ｂに示されている。ここでは、カッタヘッドは、反時計回りに回転し、ワーク１１は、時計回りに回転している（この回転運動は、プレーンギヤ回転とも呼ばれる）。ここでは、外サイクロイド（例えば、拡張外サイクロイド）が生成される。したがって、ここでは、運動が反対方向において発生している。両方が同一方向において回転した場合には、（図１Ｃに示されているように）内サイクロイドが生成される。
図１Ｂは、対応するカッタヘッドのカッタ２３が、通常、対（カッタグループ当たりのカッタの数が２つ、３つ、またはこれよりも大きい場合には、グループとも呼ばれる）で存在することを示している。図１Ｂは、カッタヘッドの転動円ＲＫがワーク１１の基礎円ＧＫに沿って転動することを示している。ここでは、Ｍは、カッタヘッドの中心点を示している。この中心点Ｍは、転動円ＲＫの中心点と一致している。それぞれの場合に１対のカッタのみ、または１つのグループのカッタのみが歯空隙１２を通じて運動するように、２つの回転運動の結合が実行されている。

「直線」的な内サイクロイドをフランクの長手方向ラインとして有する傘歯車は、図２に示されている原理に従って製造することができる。図示の数学的原理は、様々な教本に示されているが、欧州特許出願公開第１３４８５０９Ａ２号明細書（特許文献１）にも開示されている。基本的に、この方法は、「Ｓｔａｎｋｉ ｄｊａ ｏｂｒａｂｏｔｋｉ ｋｏｎｉｔｓｃｈｅｓｋｉｃｈ ｚｕｂｔｓｃｈａｔｙｃｈ ｋｏｌｏｓ」、Ｉｚｄａｎｉｅ ２−ｅ、Ｖ．Ｎ．Ｋｅｄｒｉｎｓｋｉｊ、Ｋ．Ｍ．Ｐｉｓｍａｎｉｋ、Ｉｚｄａｔｅｌｓｔｖｏ、「Ｍａｓｃｈｉｎｏｓｔｒｏｅｎｉｅ」、Ｍｏｓｋｖａ、１９６７、５０６〜５０８頁（非特許文献１）にも開示されている。

欧州特許出願公開第１３４８５０９Ａ２号明細書（特許文献１）に記述されている方法は、伝達比が小さい場合に、よく使用される。

内サイクロイドを得るために、半径ＲＲを有する転動円ＲＫは、半径ＲＧを有する固定された基礎円ＧＫの内部において転動する。転動円ＲＫは、矢印Ｐ１によって示されているように、その軸（中心点Ｍ）を中心として回転する。転動円ＲＫは、矢印Ｐ２によって示されているように、基礎円ＧＫの内部において反時計回りに転動する（回転方向を逆転させることもできる）。ポインタＺ１は、転動円ＲＫ内において半径方向を外向きに位置が固定された状態において方向付けされ、かつ、転動円ＲＫの周囲上の生成点Ｕと関連付けられている。この地点Ｕは、転動円ＲＫの座標系において位置が固定される。即ち、この地点Ｕは、転動円ＲＫに対して固定して接続されている。地点Ｕのホビング運動を通じて、即ち、基礎円ＧＫの中心点を中心とした衛星運動に結合された地点Ｍを中心としたその独自の回転を通じて、地点Ｕは、基礎円ＧＫのｘ−ｙ座標系において内サイクロイドＨＹを、あるいは、図示されている特別のケースにおいては、直線を生成する。したがって、地点Ｕは、転動円ＲＫが基礎円ＧＫ内において転動した際に、線形内サイクロイド（ＨＹ）を規定または表現する。ここで、カッタヘッドの半径ｒ_ｃは、ｒ_ｃ＝ＲＲである。ここでは、２つの円ＲＫおよびＧＫは、デカルトｘ−ｙ座標系において示されている。

このｘ−ｙ座標系におけるパラメータ表現は、以下のように表される。

（２）

これらの式（１）および（２）において、λは、基礎円ＧＫの中心点ＭＧとの関係における転動円ＲＫの中心点Ｍの回転角度を表している。スナップショットが図２に示されており、この場合には、λ＝０、ｘ＝ＲＧ、ｙ＝０が当てはまる。Ｕの座標は、［ＲＧ，０］と表現される。

図３Ａ〜図３Ｈは、順序に基づいて、内サイクロイドＨＹが直線になる特別なケースが存在することを示している。これらの図においては、図の明瞭性を損なわないように、説明および参照符号が意図的に省略されている。ただし、図２の説明および参照符号を一対一で適用することができる。条件ＲＲ＝ＲＧ／２またはＲＧ／ＲＲ＝２が満足された際に、結果的に直線が得られる。図３Ａ〜図３Ｈに基づいて、生成点Ｕは、図３Ａ（λ＝０°）の図から始まって、ｘ軸に沿って、座標位置［ＲＧ，０］から、左方向に、座標位置［−ＲＧ，０］まで変位することが観察されよう。図３Ｅ（λ＝１８０°）において、この座標位置［−ＲＧ，０］に到達している。転動円ＲＫは、いまや、ｘ−ｙ座標系の２つの下部象限を通じて転動し、かつ、地点Ｕは、座標位置［−ＲＧ，０］から座標位置［ＲＧ，０］に戻るように運動する。これらの図において、直線ＨＹは、ｘ軸に沿って、［ＲＧ，０］から［−ＲＧ，０］まで延在する距離である。

示されているこれらの図に基づいて、内サイクロイドの特別な形状について説明することもできる。特別な形状は、以下のように生成される。生成点Ｕが転動円ＲＫの内部または外部である場合に、それぞれ、短縮内サイクロイドまたは拡張内サイクロイドと呼ばれる。転動円ＲＫの中心Ｍ（図２を参照）と生成点Ｕの位置の間の距離は、パラメータｃによって表される。したがって、ｃ＜ＲＲは、短縮内サイクロイドを生成し、かつ、ｃ＞ＲＲは、拡張内サイクロイドを生成する。
図４Ａには、ｃ＝１．５ＲＲを有する拡張内サイクロイドが示されている。したがって、ポインタＺ２は、長さｃ＝１．５ＲＲを有する（変数ｃは、図１Ｂにおけるカッタヘッドの公称半径ｒ_ｃに対応している）。したがって、カッタヘッドの公称半径ｒ_ｃは、ここでは、ｒ_ｃ＝１．５ＲＲである。図４Ｂには、ｃ＝０．５ＲＲを有する短縮内サイクロイドが示されている。したがって、ポインタＺ３は、長さｃ＝０．５ＲＲを有する。したがって、カッタヘッドの公称半径ｒ_ｃは、ここでは、ｒ_ｃ＝０．５ＲＲである。それぞれの場合に、楕円は、そのパラメータ表現がｘ−ｙ座標系において角度λの関数として次のように表される内サイクロイドＨＹとして生成される。

（４）
前述のように、ｃ＝ＲＲおよびＲＲ＝ＲＧ／２である場合には、特別なケースとして、線形内サイクロイドが得られる。

傘歯車を製造するために使用される正面フライス加工カッタヘッドにおいては、いわゆる、バーカッタヘッドとプロフィールカッタヘッドが区別されている。バーカッタヘッドは、多数の（例えば、４０個の）バーカッタを装備し、それぞれのバーカッタは、シャフトと、ヘッドエリアと、を有する。バーカッタを研磨することにより、望ましい形状および位置をヘッドエリアに付与することができる。バーカッタヘッドは、相対的に少ない数のカッタを収容するプロフィールカッタヘッドよりも生産的であり、かつ、バーカッタは、再度プロフィールを付与することができる。
これとは対照的に、プロフィールカッタヘッドは、リリーフグラウンドカッタを装備する。これらのフォームカッタ（プロフィールカッタとも呼ばれる）は、再研磨の際に、機械加工表面上にそのプロフィール形状を維持する。これらのフォームカッタの再研磨のために特殊な研磨装置が不要であることが、プロフィールカッタを使用した傘歯車のフライス加工の利点である。例えば、既知のＺｙｋｌｏ−Ｐａｌｌｏｉｄ（登録商標）法は、このようなプロフィールカッタを使用して渦巻き状の傘歯車を製造している。

ホビングのみならず、むしろ、プランジ（plunge）研削（プランジングとも呼ばれる）によっても、冠歯車（クラウン歯車：crown wheel）を製造可能であることが知られている。この場合には、形成法、あるいは、ＦＯＲＭＡＴＥ（登録商標）歯車研削とも呼ばれる（ＦＯＲＭＡＴＥ（登録商標）は、米国ニューヨーク州Ｒｏｃｈｅｓｔｅｒに所在するＴｈｅ Ｇｌｅａｓｏｎ Ｗｏｒｋｓ社の商標である）。この手順は、冠歯車の製造における時間を節約する。ホビング運動が発生しないため、工具のプロフィールが冠歯車の空隙内に再現される。このように製造された冠歯車は、工具のプロフィールを有しており、即ち、歯のフランクのプロフィールの曲率が、第１工具の工具プロフィール形状の結果として直接的に得られる。ただし、この場合には、ホビングされたピニオンとプランジ研削された冠歯車が相互に正しく動作できるように、傘歯車対の対応する対をなすピニオンを改良ホビング法によって製造しなければならない。これに関する詳細は、例えば、「Ｋｅｇｅｌｒａｅｄｅｒ；Ｇｒｕｎｄｌａｇｅｎ，Ａｎｗｅｎｄｕｎｇｅｎ［Ｂｅｖｅｌ Ｇｅａｒｓ；Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ，Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ］」、Ｊ．Ｋｌｉｎｇｅｌｎｂｅｒｇ、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｖｅｒｌａｇ、２００８年、１６〜１７頁（非特許文献２）を参照されたい。プランジ研削された冠歯車およびマッチングするホビングされたピニオンを製造する方法は、米国特許第１，９８２，０３６号明細書（特許文献２）に開示されており、両方の傘歯車は、円錐状にテーパー化された（テーパー状の）歯を有する。この方法に関する詳細は、米国特許第２，１０５，１０４号明細書（特許文献３）および米国特許第２，３１０，４８４号明細書（特許文献４）を参照されたい。これらの米国特許は、それぞれ、螺旋歯または渦巻歯傘歯車の製造に関係している。

本発明は、内サイクロイド歯を有する傘歯車のフライス加工に、特に、直歯傘歯車のフライス加工に関する。

直歯傘歯車をフライス加工するべく現在使用されている方法は、ホビング（既知のホビング法の名称：Ｃｏｎｉｆｌｅｘ（登録商標）、Ｋｏｎｖｏｉｄ、およびＳｆｅｒｏｉｄ（商標））およびブローチング（Ｒｅｖａｃｙｃｌｅ（登録商標）法とも呼ばれる）である。ホビングの場合には、等しいサイズの２つの円板形状のカッタヘッドが使用され、この場合に、外周上のカッタは、半径方向を外向きに向いている。２つのカッタヘッドの軸は、最も狭い地点において１つのカッタヘッドのカッタが他方のカッタの間に係合してもよいように、互いに向かって傾斜している。したがって、１つのカッタヘッドは、左フランクのために使用され、かつ、１つのカッタヘッドは、右フランクのために使用される。この直歯傘歯車のホビングは、単一割出し法であり、この場合には、冠歯車および傘歯車ピニオンがホビングされる。
ブローチング法も、単一割出し法であるが、この場合には、冠歯車および傘歯車ピニオンの歯のフランクは、ホビングのように、包絡線切削によって製造されない。むしろ、ブローチングにおけるカッタプロフィールは、傘歯車の最終的な空隙プロフィールの形状に正確に対応している。ブローチング法は、単一割出し法におけるホビングよりも生産的ではあるが、ほとんどすべての傘歯車（伝達比）について、周囲に複数の様々なダイカッタを有する特殊な円板形状のブローチングカッタヘッドが必要であるという欠点を有する。

傘歯車対のホビング製造における時間費用は、しばしば、相対的に大きい。この知見は、内サイクロイド歯を有する傘歯車にも適用される。

欧州特許出願公開第１ ３４８ ５０９ Ａ２号明細書 米国特許第１，９８２，０３６号明細書 米国特許第２，１０５，１０４号明細書 米国特許第２，３１０，４８４号明細書

「Ｓｔａｎｋｉ ｄｊａ ｏｂｒａｂｏｔｋｉ ｋｏｎｉｔｓｃｈｅｓｋｉｃｈ ｚｕｂｔｓｃｈａｔｙｃｈ ｋｏｌｏｓ」、Ｉｚｄａｎｉｅ ２−ｅ、Ｖ．Ｎ．Ｋｅｄｒｉｎｓｋｉｊ、Ｋ．Ｍ．Ｐｉｓｍａｎｉｋ、Ｉｚｄａｔｅｌｓｔｖｏ、「Ｍａｓｃｈｉｎｏｓｔｒｏｅｎｉｅ」、Ｍｏｓｋｖａ、１９６７、５０６〜５０８頁 「Ｋｅｇｅｌｒａｅｄｅｒ；Ｇｒｕｎｄｌａｇｅｎ，Ａｎｗｅｎｄｕｎｇｅｎ［Ｂｅｖｅｌ Ｇｅａｒｓ；Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ，Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ］」、Ｊ．Ｋｌｉｎｇｅｌｎｂｅｒｇ、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｖｅｒｌａｇ、２００８年、１６〜１７頁

したがって、本発明は、直歯傘歯車を迅速にかつ生産的に製造できるようにする解決策を提供するという目的に基づいている。特に、本発明は、直歯ピニオンおよび直歯冠歯車から製造される傘歯車対の製造にも関する。

したがって、本発明は、特に、冠歯車の従来のホビングにおいては、フライス加工工具が冠歯車ブランク上において材料をほとんど引き戻さない機械加工フェーズが存在しうるという知見に基づいている。この機械加工フェーズにおいては、フライス加工工具は、生産的に動作しない。プランジ研削にのみ限定されることにより、冠歯車の機械加工時間を短縮できることが判明している。しかしながら、その結果、冠歯車の歯のわずかに異なる歯プロフィールが結果的に得られる。したがって、プランジ研削された冠歯車とホビングされたピニオンが互いに一緒に正しく動作することができるように、または機能可能な傘歯車対を形成することができるように、相応して適合されたホビング法を使用することにより、関連するピニオンを製造しなければならない。ここでは、この適合されたホビング法を改良ホビング法とも呼称する。

この目的は、本発明によれば、請求項１に記載された方法によって実現される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項の主題を形成している。

本発明による方法においては、冠歯車のみがプランジ研削され、ピニオンはホビングされる。ピニオンのホビングプロセスは、ホビングされた冠歯車を有する既知の対のピニオンとの関係において変更されている。したがって、この文脈において、改良ホビング法と呼称する。

冠歯車のみをプランジ研削し、関連するピニオンを改良ホビングする方法は、特に有効かつ迅速であることが証明された。

本発明を使用して多軸傘歯車研削装置上において直歯歯車を迅速かつ効率的に製造することができることは、本発明の利点と考えられる。この結果、直歯の製造のために特別な装置を使用する必要がない。

必要に応じて、本発明による形成法を使用して対をなす歯を一定の歯高において製造可能であることは、本発明の利点である。

同一の歯車研削装置上において、渦巻き状の傘歯車対とホビングされた直歯傘歯車対を製造することができる。この方法は、高い柔軟性と高い生産性を同時に実現する。

参照符号のリストは、本開示の一部である。

図面については、本文中において広範に説明している。図面を参照し、本発明の例示的実施形態について、以下に詳しく説明する。

単一割出し法の概略図を示す。 連続割出し法の概略図を示しており、ここでは、外サイクロイドが生成されている。 連続割出し法の概略図を示しており、ここでは、内サイクロイドが生成されている。 内サイクロイドの生成の概略図を示す。 線形内サイクロイドの生成の漸進的な概略図を示す。 線形内サイクロイドの生成の漸進的な概略図を示す。 線形内サイクロイドの生成の漸進的な概略図を示す。 線形内サイクロイドの生成の漸進的な概略図を示す。 線形内サイクロイドの生成の漸進的な概略図を示す。 線形内サイクロイドの生成の漸進的な概略図を示す。 線形内サイクロイドの生成の漸進的な概略図を示す。 線形内サイクロイドの生成の漸進的な概略図を示す。 楕円形の内サイクロイド（拡張内サイクロイド）の生成の概略図を示す。 楕円形の内サイクロイド（短縮内サイクロイド）の生成の概略図を示す。 直歯を有する傘歯車の概略図を示しており、歯の一部のみが示されている。 直歯を有する傘歯車ピニオンの概略斜視図を示す。 傘歯車研削装置の斜視図を示す。 直歯を有するピニオンを有すると共に直歯を有する冠歯車を有する傘歯車対の概略図を示す。 テーパー化された創成歯車によって規定されるプランジ研削された冠歯車を有する本発明による形成法の概略図を示す。 テーパー化された創成歯車によって規定されるホビングされたピニオンを有する本発明による形成法の概略図を示す。 従来のホビングされたピニオンの様々なプロフィール断面の概略図を示す。 従来のホビングされた冠歯車の様々なプロフィール断面の概略図を示す。 本発明に従って改良ホビングされたピニオンの様々なプロフィール断面の概略図を示す。 本発明に従ってプランジ研削された冠歯車の様々なプロフィール断面の概略図を示す。 プランジ研削された冠歯車、改良ホビングされたピニオン、および対応するテーパー化された創成歯車の概略斜視図を示す。

用語は、本説明との関係において使用されており、これらは、関連する出版物および特許においても使用されている。ただし、これらの用語の使用は、十分に理解できるようにするためのものに過ぎないことに留意されたい。本発明による概念および特許請求項の保護の範囲は、その解釈において、特定の用語の選択によって制限されるものではない。本発明は、その他の用語体系および／または技術分野に容易に移し替えることができる。これらの用語は、その他の技術分野においては、相応して適用することを要する。

本発明は、内サイクロイドの直歯を有する傘歯車３１，３２（図８を観察されたい）の製造を対象としている。内サイクロイド歯は、この場合には、内サイクロイドによって規定されたフランクの長手方向ラインを有する歯として理解されたい。「内サイクロイドの直歯」は、本発明によれば、直線に対応するまたは直線に高度に近似したフランクの長手方向ラインを有する歯として理解されたい。略直線とは、ここでは、その曲率半径が歯幅の１５倍を上回る、即ち、その曲率が相応して小さい拡張または短縮内サイクロイドとして理解されたい。このような曲率半径は、一般的な歯幅においては、ほとんど認識または知覚できず、したがって、本発明との関連において、内サイクロイドの直歯であると見なされることになる。

本発明によれば、冠歯車３２は、プランジ研削により、即ち、冠歯車ブランクとの関係における第１フライス加工工具５０のプランジ運動４０により、製造される。詳細は、図９Ａの概略図に示されている。図９Ａには、テーパー化された創成歯車４１が破線の形態で示されている。ホビングクレードル軸４３は、創成歯車４１のプレーンギヤ軸に対応している。フライス加工工具５０のカッタヘッド軸は、参照符号５１によって識別されている。フライス加工工具５０は、複数のカッタ５２（例えば、バーカッタ）を担持している。円錐形の仮想的な創成歯車４１の歯４４が、第１研削フライス加工ヘッド５０のカッタ５２の刃または刃のフランクにより、係合領域内において表現または再現される。

対応するプランジ研削プロセスは、図９Ａに示されているように、例えば、深さ位置が、プランジ運動４０用の送り込み軸として使用されることにより、区別される。このプロセスには、ホビング運動が伴わないため、ホビングクレードル軸は一定である。研削フライス加工ヘッド５０と冠歯車ブランクの間の基準を生成するその他の変数は、プランジ研削プロセスにおいて一定であってよい。冠歯車のフランクの形状の変更を所望する場合には、その他の値を様々に予め規定しておくこともできる。

プランジ研削（プランジングとも呼ばれる）は、１つの形成法である。プランジ研削は、冠歯車３２の製造における時間を節約する。ホビング運動が発生しないため、第１フライス加工工具５０の工具プロフィールが、冠歯車の空隙内に再現される。この結果、このようにして製造された冠歯車３２は、工具５０のプロフィールを有する。即ち、冠歯車３２の歯のフランクのプロフィール曲率は、工具５０の工具プロフィールの形態の直接的な結果として得られる。このプロフィール曲率は、好ましくは、プロフィール方向において観察された際に、小さな曲率を有する。

プロフィール方向において観察された際に、歯のフランクが平均直角モジュールの２０倍を上回る曲率半径を有する実施形態が特に好ましい。

ホビングによって製造された従来の冠歯車と本発明に従ってプランジ研削によって製造された冠歯車３２との比較において、以下のように主張してもよい。ホビングされる冠歯車のプロフィールが湾曲すればするほど、プランジ研削のみが行われた冠歯車３２は、この冠歯車のプロフィールから更に逸脱し、プランジ研削された冠歯車３２と共に十分に機能可能な傘歯車対３０を形成できるように、対応するピニオン３１を更に変更しなければならない。伝達比は、略、この結果として得られ、したがって、本発明による方法を使用して冠歯車３２に対してプランジ研削のみを実施することが推奨される。図１１Ａおよび図１１Ｂの例は、１３：４７における、即ち、伝達比がｉ＝３．６１５３８である歯を示している。本発明は、ｉ＞２の伝達比の、かつ、特に好ましくは、ｉ＞２．５の伝達比のプランジ研削された冠歯車３２と改良ホビングされたピニオン３１を有する傘歯車対３０に対して特に有利に適用されよう。

本発明によれば、冠歯車３２は、歯空隙のフライス加工により、以下のように製造される。工具軸（カッタヘッド軸５１と呼ばれる）を中心とした回転Ｒ１に対して設定された第１フライス加工カッタヘッド５０（更に一般的に、ここでは、第１工具とも呼ばれる）が、冠歯車３２の歯空隙をフライス加工するために使用される。歯空隙のフライス加工の際には、冠歯車ブランク３２がワーク軸（冠歯車３３の傘歯車軸とも呼ばれる）を中心として連続的に回転している間に（図９Ａの回転Ｒ２）、第１工具５０のみが、機械加工対象の冠歯車ブランク３２上においてプランジ研削運動４０を実行する。前述のように、第１工具５０は、円錐形の仮想的な創成歯車４１によって規定されており、これは、製造対象である冠歯車３２の倒立円錐形状に対応している。

プランジ研削の送り込みは、第１フライス加工工具５０の溝がそのカッタヘッド軸５１の方向において冠歯車ブランク３２内に降下する速度を規定する。

歯の長手方向（即ち、フランクの長手方向ラインの方向）において観察した際に曲率を有していないまたはわずかな曲率のみを有する歯のフランクを有する歯空隙が冠歯車ブランク３２上にフライス加工されるように、本発明においては、図３Ａ〜図３Ｈに示されると共にこれらの図面との関連において説明した原理による内サイクロイドの直歯の製造を使用する。内サイクロイドは、歯の長手方向（仮想的な創成歯車４１上）における曲線であり、かつ、したがって、直線またはわずかな曲率を有する曲線が結果的に歯の長手方向において得られる。特定の伝達比（＜２．５）のホビングされた傘歯車対の冠歯車においては、真っ直ぐなまたはわずかに湾曲した工具プロフィールが使用された場合に、わずかなプロフィール曲率が結果的に得られる。この結果、関連するピニオン３１の過剰な変更を必要とすることなしに、冠歯車３２を単独で形成することができる。前述の工具プロフィールを使用するプランジ研削の場合には、この結果、曲率を有していないまたはわずかな曲率のみを有するプロフィールが結果的に得られる。

本発明によれば、ピニオン３１は、以下のように、歯空隙のフライス加工によって製造される（図９Ｂも観察されたい）。ピニオン３１の歯空隙のフライス加工は、工具軸６１を中心とした回転に対して設定されると共に改良ホビング法によるホビング運動を実行する第２フライス加工カッタヘッド６０（更に一般的に、ここでは、第２工具とも呼ばれる）を使用して実行される。ピニオンブランク３１は、フライス加工の際に、そのワーク軸３４（ピニオン軸）を中心として連続的に回転する。改良ホビング法においては、ホビングクレードルとピニオンブランク３２は、結合された運動を実行し、これにより、ピニオン３２の湾曲したフランクプロフィールが結果的に生成される。ホビングクレードルは、コンピュータモデルまたは仮想的なギヤ研削装置の１つの軸に過ぎず、装置１００上に実際には存在しない。

第２フライス加工カッタヘッド６０は、相対的に小さなプロフィール曲率を有するプランジ研削された冠歯車３２と共に正しく稼動するために、プロフィール方向において観察された際に大きな曲率を有する歯のフランクを有する歯空隙がピニオンブランク３１上にフライス加工されるように、円錐形の仮想的な創成歯車４１によって規定されている。

冠歯車３２のプランジ研削の際に第１工具５０上において真っ直ぐな工具プロフィールを使用する場合には、直歯の垂直プロフィールが得られる。ただし、本発明に従って、わずかに湾曲した工具プロフィールを第１工具５０上において使用することにより、プランジ研削された冠歯車３２上にプロフィールクラウニングを生成することもできる。このように生成された冠歯車の歯のプロフィールも、結果的に、わずかに湾曲している。必要に応じて、第１工具５０の工具プロフィールを強力に湾曲させることも可能であり、したがって、従来のホビングされた冠歯車と同様の曲率をプランジ研削された冠歯車３２上において実現することができる。この場合には、必要とされる適合を保証するために、ピニオン３１の第２工具６０のプロフィールをもう１つの方向（凹入）において湾曲させる。

ただし、別の実施形態によれば、第１工具５０の真っ直ぐな工具プロフィールを使用することもできる。この場合には、装置１００のフライス加工運動により、望ましいプロフィールクラウニングを生成することができる。また、歯のフランクのプロフィールクラウニングを生成するために、工具プロフィールがわずかな曲率を有することもできる。これら２つのケースにおいては、冠歯車の垂直プロフィールの曲率半径は、歯高の２０倍を上回る。

傘歯車対３０の対応するピニオン３１（図８を参照）は、前述のように、ホビングされたピニオン３１とプランジ研削された冠歯車３２が互いに正しく動作できるように、改良ホビング法によって製造しなければならない。これに関する詳細については、例えば、刊行物「Ｋｅｇｅｌｒａｅｄｅｒ；Ｇｒｕｎｄｌａｇｅｎ，Ａｎｗｅｎｄｕｎｇｅｎ［Ｂｅｖｅｌ Ｇｅａｒｓ；Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ，Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ］」（Ｊ．Ｋｌｉｎｇｅｌｎｂｅｒｇ、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｖｅｒｌａｇ、２００８年、１６〜１７頁）を参照されたい。

内サイクロイドの直歯を有するプレーンギヤ１４の概略図が図５に示されており、歯１３の一部のみ（この場合には、５つの歯）が陰影が施された状態において示されている。このようなプレーンギヤ１４には、次式（１）が適用される。

プレーンギヤのピッチ角τ_ｐは、（プレーンギヤ）モジュールｍ_ｐとプレーンギヤ半径Ｒ_Ｐが判明している場合に、あるいは、プレーンギヤの歯の数ｚ_ｐが判明している場合に、この式（６）に基づいて算出することができる。図５は、直歯傘歯車１４の場合には、基準フランクライン１５（フランクライン）は、直線であり、これらは、通常、プレーンギヤの中心Ｍ_ｐを通って半径方向に延在することを示している。すべての対応する数式が周知である。これに関する詳細については、例えば、刊行物「Ｋｅｇｅｌｒａｅｄｅｒ；Ｇｒｕｎｄｌａｇｅｎ，Ａｎｗｅｎｄｕｎｇｅｎ［Ｂｅｖｅｌ Ｇｅａｒｓ；Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ，Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ］」（Ｊ．Ｋｌｉｎｇｅｌｎｂｅｒｇ、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｖｅｒｌａｇ、２００８年）を参照されたい。対応する数式は、３９頁以降に示されている。

これらの知見に基づいて、真っ直ぐなハイポイド歯を有する傘歯車を製造するために使用可能な第１および第２フライス加工カッタヘッド５０、６０を算出および製造することができる。

図６は、直歯を有する本発明による傘歯車ピニオン３１の例を概略斜視図において示している。この図において、歯１３および歯空隙１２が観察されよう。

図７は、本発明による傘歯車の、この場合には、ハイポイド歯を有する傘歯車ピニオン（例えば、ピニオン３１）と真っ直ぐなまたは疑似的に真っ直ぐなハイポイド歯を有する冠歯車３２の歯車研削のための対応するＣＮＣ装置１００（傘歯車研削装置とも呼ばれる）の基本構造の斜視図を示している。

ＣＮＣ装置１００は、以下のように構築することができる。装置ハウジング１１０は、装置ベッド１０６上において、線形座標軸Ｘ（第１軸）に沿って水平方向にかつ直線的にガイドされる。第１キャリッジ１０３は、装置ハウジング１１０の側部表面に装着されたガイド１０５上のスピンドル駆動装置１０１を使用して線形座標軸Ｚ（第２軸）に沿って垂直方向に運動可能である。第２キャリッジ１０８を有するワークスピンドルキャリアは、図７に示されているＣＮＣ装置１００内において、Ｘ軸に対して垂直の線形座標軸Ｙ（第３軸）に沿って装置ベッド１０４のガイド１０７上において水平方向にかつ直線的にガイドされる。垂直軸Ｃ（第４軸）を有する第１回動装置１０９がキャリッジ１０８上に配置されている。図７に示されているＣＮＣ装置１００内において、第１キャリッジ１０３のガイド１０５とＺ軸は、垂直線との関係において傾斜している。

第１キャリッジ１０３は、工具スピンドル軸１０２（第５軸）を中心として回転することができるように取り付けられた工具スピンドル１１１を担持している。工具スピンドル１１１は、（フライス加工）工具を担持している。この場合に、改良ホビングにおいては、工具スピンドル１１１は、第２フライス加工工具６０（例えば、多数のバーカッタ６２を有するカッタヘッド６０）を担持している。この場合に、プランジ研削においては、工具スピンドル１１１は、第１フライス加工工具５０（例えば、多数のカッタ５２を有するカッタヘッド５０）を担持している。ワークスピンドル１１２は、水平方向においてガイドされ、かつ、第２キャリッジ１０８により、また、第１回動装置１０９により、装置ベッド１０６上において直線的に変位可能であるかまたは回動可能である。
第１回動装置１０９は、ワークスピンドル軸１１３（第６軸）を中心として回転可能なワークスピンドル１１２を担持している。ワークスピンドル１１２は、ブランク３１（または、３２）を担持している。このケースにおいては、直歯ピニオンブランク３１が、装置１００内において機械加工される。第１回動装置１０９は、ブランク３１（または、３２）を機械加工位置に回動させるために、Ｃ軸を中心としてガイドされた状態において、水平後方において回動可能である。ワークスピンドル１１２には、ブランク３１（または，３２）を把持するためのチャックを設けることができる。

したがって、本発明は、連続形成法によって真っ直ぐな内サイクロイド歯を有する傘歯車３１および３２を製造するためのフライス加工法に関する。（図１Ｃと同様に）傘歯車３１、３２との同期した運動状態にあるフライス加工工具（例えば、カッタヘッド５０または６０）が使用される。フライス加工工具５０または６０は、カッタヘッド公称半径ｒ_ｃを有する。

前述の例においては、このようなフライス加工工具５０または６０を使用することにより、内サイクロイドによるフランクの長手方向ラインを有する歯を有する傘歯車３１、３２が結果的に得られる。

本発明による冠歯車３２のフライス加工においては、その工具軸５１を中心とした第１工具５０の回転およびそのワーク軸３３を中心とした冠歯車ブランク３２の回転が結合されることにより、フランクの長手方向ラインとして内サイクロイドが生成される。装置１００は、必要とされる運動順序の結合を保証している。好ましくは、対応する軸方向の運動を結合するためのコントローラが装置１００の一部として設けられる。

前述の軸が、図７に示されている傘歯車研削装置１００と直接的に関係していない場合には、それらの軸は、いわゆる仮想的な歯車研削装置の軸である。歯車研削装置（例えば、傘歯車研削装置１００）は常に、仮想的なテーパー化された創成歯車４１が製造対象である傘歯車３１、３２との係合状態において実行する相対運動が、工具５０または６０およびブランク３１または３２を使用して正確に強制されるように、構成されている。創成歯車４１上の１つの歯４４が、工具５０、６０のプロフィール、あるいは、工具５０、６０の刃により、置換される。

内サイクロイド歯を有する直歯傘歯車３１、３２は、好ましくは、本発明に従って転動円半径ＲＲに対する基礎円ＧＫの基礎円半径ＲＧの比率がＲＧ／ＲＲ＝２となるように選択されることにより、製造される。この場合には、直歯の内サイクロイドを有する傘歯車が製造される。ここで、フライス加工工具のカッタヘッド半径ｒ_ｃは、それぞれのケースにおいて、ｒ_ｃ＝ＲＲである。

ただし、ＲＧ／ＲＲ≠２であり、かつ、ＲＧ／ＲＲの比率がわずかに２を逸脱している場合には、内サイクロイドによるフランクの長手方向ラインが結果的に得られる。ここで、このフランクの長手方向ラインは、その曲率半径が歯幅の１５倍を上回る場合には、略真っ直ぐであると考えられる（即ち、そのフランクの長手方向ラインは、わずかな曲率を有する）。この場合には、基礎円ＧＫの基礎円半径ＲＧは、転動円半径ＲＲの略２倍の大きさである。好ましくは、ＲＧ／ＲＲ＝２±５％である。ここで、フライス加工工具のカッタヘッド半径ｒ_ｃは、それぞれ、転動円半径ＲＲよりも多少大きいかまたは多少小さい（図４Ａおよび図４Ｂも参照）。

図１０Ａは、従来のホビングされたピニオンの歯の概略図を示しており、図１０Ｂは、従来のホビングされた冠歯車の歯の概略図を示している。図１１Ａは、本発明による改良ホビングされたピニオン３１の対応する歯の概略図を示しており、図１１Ｂは、本発明によるプランジ研削された冠歯車３２の歯の概略図を示している。これらの図のそれぞれにおいて、踵部、歯の中間部、およびつま先部における歯のプロフィールが、互いに上下に配置されている。
ホビングされた冠歯車のプロフィールは、わずかに湾曲しており、これとは対照的に、プランジ研削された冠歯車３２のプロフィールは、真っ直ぐである。伝達比ｉ＝３．６１５、即ち、先程必要とされたように、伝達比ｉが２を上回っているため、ホビングされた冠歯車とプランジ研削された冠歯車３２の差異は、わずかである。プランジ研削された冠歯車３２用のピニオン３１のプロフィールは、ホビングされた冠歯車のピニオンのプロフィールよりも強力に湾曲している。したがって、プランジ研削された冠歯車３２用のピニオン３１のプロフィールは、多少小さな歯基部の厚さおよび歯頭部の厚さを有する。

最後に、本発明の更なる説明のために、図１２を参照されたい。テーパー化された創成歯車４１が使用されており、これは、冠歯車３２に対応している。ピニオン３１は、テーパー化された創成歯車４１（冠歯車３２に対応している）を転がり下りることによって製造される。第２カッタヘッド６０（第２工具）は、ピニオン３２との接触状態となる領域内におけるテーパー化された創成歯車４１を表している。冠歯車３２は、テーパー化された創成歯車４１が（冠歯車３２のメス型として）冠歯車３２内に降下することによって製造される。第１カッタヘッド５０（第１工具）は、冠歯車３２との接触状態となる領域内におけるテーパー化された創成歯車４１を（冠歯車３２のメス型として）表している。創成歯車４１は、ホビングされた／プランジ研削された対用の無限に薄い膜であり、膜の一面がピニオン３１と、膜の他面が冠歯車３２と、接触状態となる。テーパー化された創成歯車４１を表す薄膜は、図１２には、グレーで示されている。

本発明による研削プロセス（フライス加工）は、２フランク研削または１フランク研削の両方であってよい。２フランク研削においては、右および左フランクが、１つの工具５０、６０および１つの機械設定を使用して同時に製造される。１フランク研削においては、右および左フランクが、異なる機械設定を使用して別個に製造される。後者の場合には、同一のカッタヘッド５０、６０を使用して、あるいは、２つの異なるカッタヘッドを使用して、実行することができる。

１１ 傘歯車ピニオン
１２ 歯空隙
１３ 歯
１４ プレーンギヤ
１５ 基準フランクライン
２０ カッタヘッド
２１ カッタ
２３ カッタ
３０ 傘歯車対
３１ ピニオンまたはピニオンブランク
３２ 冠歯車または冠歯車ブランク
３３ 冠歯車の傘歯車軸
３４ ピニオンの傘歯車軸
４０ プランジ研削運動
４１ テーパー化された創成歯車（プレーンギヤ）
４３ ホビングクレードル軸
４４ 円錐形の仮想的な創成歯車４１の歯
５０ 第１工具（フライス加工工具）
５１ フライス加工工具５０のカッタヘッド軸
５２ （バー）カッタ
６０ 第２工具（フライス加工工具）
６１ フライス加工工具６０のカッタヘッド軸
６２ バーカッタ
１００ ＣＮＣ装置
１０１ スピンドル駆動装置
１０２ 工具スピンドル軸
１０３ 第１キャリッジ
１０４ 装置ベッド
１０５ ガイド
１０６ 装置ベッド
１０７ ガイド
１０８ 第２キャリッジ
１０９ 回動装置
１１０ 装置ハウジング
１１１ 工具スピンドル
１１２ ワークスピンドル
１１３ ワークスピンドル軸＝ピニオンまたは冠歯車の傘歯車軸
Ａ 第１割出し回転
Ｂ 第２割出し回転
Ｃ 第３割出し回転
ｃ パラメータ
ＧＫ 基礎円
ＨＹ 内サイクロイド
Ｍ カッタヘッドの中心点＝ピッチ円の中心点
ＭＧ 基礎円ＧＫの中心点
δ_ｐ プレーンギヤのピッチ円錐角
δ 傘歯車のピッチ円錐角
λ （回転）角度
ｍ_ｐ モジュール
Ｍ_Ｐ プレーンギヤの中心
Ｐ１ 矢印
Ｐ２ 矢印
ｒ_ｃ カッタヘッド半径
ＲＫ ピッチ円
ＲＧ 基礎円半径
ＲＲ 転動円半径
Ｒ_ｐ プレーンギヤ半径
Ｒ１ 軸５１を中心とした回転
Ｒ２ 軸３３を中止とした回転
τ_Ｐ プレーンギヤの割付角
Ｕ 地点
ｚ_ｐ プレーンギヤの歯の数
Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３ ポインタ

Claims (13)

1. 円錐形プロフィールを有しその端面に複数の歯を有する傘歯車（３２）を製造する方法であって、
   傘歯車ブランク（３２）を提供するステップと、
   その端面に複数のカッタ（５２）を担持している第１工具（５０）を使用して前記傘歯車ブランク（３２）を機械加工することにより、前記傘歯車（３２）の歯空隙をフライス加工するステップであって、前記第１工具は、該第１工具（５０）の中心軸である工具軸（５１、１０２）を中心として回転（Ｒ１）すると共に、前記歯空隙のフライス加工の際に、前記傘歯車ブランク（３２）がその中心軸であるワーク軸（３３）を中心として連続的に回転している間に、前記傘歯車ブランク（３２）の前記端面に向かって前記カッタ（５２）を移動させるプランジ切削運動（４０）を実行する、ステップと、
   を有し、
   ｉ．前記第１工具（５０）は、製造対象である前記傘歯車（３２）の円錐形プロフィールに対応した円錐形プロフィールを有する円錐形の仮想的な創成歯車表面（４１）によって規定されており、
   ｉｉ．前記傘歯車（３２）の前記フライス加工の際に、自らの工具軸（５１、１０２）を中心とした前記第１工具（５０）の回転と、自らのワーク軸（３３）を中心とした前記傘歯車ブランク（３２）の回転とが組み合わされることにより、前記傘歯車（３２）の歯の長手方向に沿って伸びるフランクの長手方向ラインとして、前記第１工具（５０）の前記カッタ（５２）の軌跡である内サイクロイド（ＨＹ）が生成され、
   前記第１工具（５０）の前記カッタ（５２）によって形成される転動円（ＲＫ）の半径（ＲＲ）が基礎円（ＧＫ）の半径（ＲＧ）の１／２又は１／（２±０．０５）の範囲内に設定され、前記転動円（ＲＫ）は前記基礎円の内接円であり、前記転動円（ＲＫ）の回転運動は前記第１工具（５０）と前記傘歯車ブランク（３２）の相対的な動きで実現され、かつ、
   ｉｉｉ．前記内サイクロイド（ＨＹ）は、真っ直ぐな内サイクロイドである、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記第１工具（５０）は正面フライス加工カッタヘッドである、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記円錐形の仮想的な創成歯車表面（４１）は、前記第１工具（５０）によって再現される、ことを特徴とする請求項１又は２のいずれか一項に記載の方法。
4. 前記第１工具の係合の領域内における当該第１工具（５０）の刃は、前記円錐形の仮想的な創成歯車表面（４１）の歯（４４）を表す、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 歯のフランク間の歯空隙が、前記傘歯車ブランク（３２）上においてフライス加工され、そのプロフィール方向におけるフランクラインの曲率は、前記第１工具（５０）の工具プロフィール形状の直接的な結果として得られ、前記歯のフランクは、プロフィール方向において観察した際に、わずかな曲率を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記歯のフランクは、前記プロフィール方向において観察した際に、平均歯直角モジュールの２０倍を上回るフランクラインの曲率を有する、ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記傘歯車（３２）に加えて、対応するピニオン（３１）も、ピニオンブランク（３１）から製造され、第２工具（６０）がこの目的に使用される、ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記ピニオン（３１）の歯空隙は、前記ピニオンブランク（３１）がワーク軸（３４）を中心として連続的に回転している間に、工具軸（６１、１０２）を中心とした回転に対して設定されると共に機械加工対象の前記ピニオンブランク（３１）の前記歯空隙のフライス加工製造のためのホビング運動を実行する前記第２工具（６０）を使用してフライス加工され、前記第２工具（６０）は、前記円錐形の仮想的な創成歯車表面（４１）によって規定される、ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記ホビング運動は、ホビング開始位置とホビング終了位置によって確定されるホビングクレードル軸（４３）を中心とした回動運動である、ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記傘歯車（３２）と前記ピニオン（３１）は、２を上回る伝達比（ｉ）を有する傘歯車対（３０）を形成する、ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
11. 前記ホビング運動は、ホビングクレードル角によって確定されるホビングクレードル軸（４３）を中心とした回動運動であり、前記ホビングクレードル軸（４３）は、前記円錐形の仮想的な創成歯車表面（４１）のプレーンギヤ軸に対応している、ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記歯空隙は、前記プランジ切削運動（４０）を通じて、前記第１工具（５０）を使用したプランジ切削フライス加工によって創成される、ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記第１工具（５０）のカッタプロフィールは、前記傘歯車ブランク（３２）において、前記第１工具（５０）のプランジ切削により、前記傘歯車ブランク（３２）上における歯空隙として正確に再現される、ことを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。

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