JP6745133B2

JP6745133B2 - ブローチ

Info

Publication number: JP6745133B2
Application number: JP2016096165A
Authority: JP
Inventors: 田中　洋; 洋田中; 賢祐河野; 山崎　徹; 徹山崎
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp; Toyota Motor Hokkaido Inc
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp; Toyota Motor Hokkaido Inc
Priority date: 2016-05-12
Filing date: 2016-05-12
Publication date: 2020-08-26
Anticipated expiration: 2036-05-12
Also published as: EP3456454A1; WO2017195829A1; EP3456454A4; EP3456454B1; PL3456454T3; JP2017202552A; CN109070250A; US20200298326A1; CN109070250B; US11141803B2

Description

本発明は、軸状のブローチ本体の外周に複数の切刃が突出してブローチ本体の長手方向に配設された切刃部が形成され、内歯車等のワークのブローチ加工に用いられるブローチに関するものである。

このような内歯車のブローチ加工として、例えば特許文献１には、外径上がり切削によって歯形を粗成形する粗刃（外径上がり刃）と、この歯形を歯厚上がり切削によって仕上げる仕上げ刃（歯厚上がり刃）とで構成されたヘリカルブローチにより、自動車用のトランスミッション等で多用される歯溝が螺旋状に捩れた内はすば歯車を加工することが記載されている。

すなわち、このようなヘリカルブローチにおいて、ブローチ本体先端側の粗刃では切刃の外径が後端側に向けて順次大きくなるように形成されてワークに所定の深さの歯溝が形成され、次いでこの粗刃の後端側の仕上げ刃では切刃のブローチ本体周方向の厚さが後端側に向けて順次大きくなるように形成され、上記歯溝の歯面が周方向に追い込まれて溝幅が広げられるように歯面が仕上げ加工されてゆく。ここで、一般的に切刃の外径が後端側に向けて順次大きくなることによる粗刃の１刃当たりの切り込み量、すなわちブローチ本体の長手方向に隣接する２つ粗刃の切刃高さの差は一定とされ、通常は０．０７ｍｍ〜０．０８ｍｍ程度とされている。

特開２００４−３０６１４８号公報

ところで、このようなヘリカルブローチでは、上記粗刃の切刃と仕上げ刃の切刃とはブローチ本体の軸線回りに捩れる螺旋に沿って配列され、ブローチ本体がワークに対して相対回転しながら先端側に送り出されて螺旋状の上記歯溝を形成してゆくが、このうち粗刃による外径上がり切削では、発生した切屑が鈍角側のワーク歯面に干渉して発生する力によって切刃を鋭角側に押す働きにより、切刃が切削すべき歯面の位置よりも鋭角側に順次大きく食い込んで過切削をしてしまうことがある。

そして、これに伴い、ワークに所定の深さまで形成される歯溝も鈍角側の歯面が鋭角側に倒れ込むようにして成形誤差が生じることがあり、粗刃に続く仕上げ刃は、こうして誤差が生じた歯面に案内されて、歯面の全体を周方向に追い込むように歯厚上がり切削するので、鈍角側歯面を仕上げ刃によって切削できずに、いわゆる歯先落ちが発生し、仕上げ切削された歯形の精度も損なわれてしまうおそれがあった。

また、粗刃の１刃当たりの切り込み量は上述のように小さいので、粗刃における切刃の刃数を多くしなければ必要な深さまで歯溝を形成することができない。このため、ブローチ本体の長さも２ｍ程度と長くしなければならなくなるとともに、これに伴ってブローチ本体の重量も大きくなり、取り扱い性が損なわれてしまう。

本発明は、このような背景の下になされたもので、ワークに形成される歯溝の歯形精度の劣化を抑えて高精度のブローチ加工を行うことができるとともに、ブローチ本体の短縮化や軽量化を図って取り扱い性を促すことが可能なブローチを提供することを目的としている。

ここで、本発明の発明者が鋭意研究を重ねた結果、特に上述のようなヘリカルブローチの外径上がり刃においては、その切り込み量を増加させることで切屑の鈍角側歯面に流れる角度が小さくなり、切刃を鋭角側に押す働きが減少するため、切刃の鋭角側への切り進みが低減し、これにより粗刃による加工時の鈍角側歯面の形状が改善されるとの知見を得るに至った。

本発明は、このような知見に基づき、上記課題を解決して上述のような目的を達成するためになされたもので、軸状をなすブローチ本体の外周に複数の切刃が突出して上記ブローチ本体の軸線回りに捩れたリードに沿って配設された切刃部が設けられており、この切刃部には、上記ブローチ本体の長手方向の先端側から順に、上記切刃の外径が後端側に向けて順次大きくなる外径上がり部と、この外径上がり部の後端の切刃から該切刃のブローチ本体周方向の厚さが後端側に向けて順次大きくなる歯厚上がり部とが備えられ、上記外径上がり部の後端側の部分は、後端側に向けて上記切刃の外径が順次大きくなることによる１刃当たりの切り込み量が０．１５ｍｍ〜０．３０ｍｍの範囲に設定された高切り込み部とされているとともに、上記外径上がり部の先端側の部分は、１刃当たりの切り込み量が上記高切り込み部よりも小さな範囲に設定された低切り込み部とされ、この低切り込み部の１刃当たりの切り込み量が０．０７ｍｍ〜０．０８ｍｍとされていることを特徴とする。

このように構成されたブローチによってワークにブローチ加工を行うと、外径上がり部の少なくとも後端側の部分において１刃当たりの切り込み量が０．１５ｍｍ〜０．３０ｍｍの範囲とされて、従来の外径上がり部の切り込み量の２〜３倍以上に大きく設定された高切り込み部では、上記知見に基づけば、切屑の鈍角側歯面に流れる角度が小さくなり、切刃を鋭角側に押す働きが減少するため、切刃の鋭角側への切り進みが低減する。そして、これにより、鈍角側の歯面が鋭角側に倒れ込むのを防ぐことができ、歯形精度の劣化を抑えることができる。

また、このように外径上がり部の高切り込み部において１刃当たりの切り込み量を大きくすることにより、外径上がり部に必要な切刃の数を減らすことができる。このため、ブローチ本体の長手方向における切刃部の長さも短縮することができてブローチ本体の重量も削減することができ、取り扱い性が向上することが可能となる。

ここで、外径上がり部における高切り込み部の１刃当たりの切り込み量が上記範囲よりも小さいと、この高切り込み部における外径上がり切削の際の切削負荷が不十分となり、鈍角側の歯面が鋭角側に倒れ込むのを十分に防ぐことができなくなるとともに、ブローチ本体の短縮や軽量化も不十分となるおそれがある。また、高切り込み部の１刃当たりの切り込み量が上記範囲よりも大きいと、切刃によって生成される切屑が厚くなりすぎ、切屑を収容するチップルームの容量が不足して切屑詰まりを生じる。このため、本発明においては、高切り込み部における１刃当たりの切り込み量を０．１５ｍｍ〜０．３０ｍｍの範囲に設定している。

なお、ブローチ本体の切刃部における上記外径上がり部は、この外径上がり部がワークに切り込まれ始める当初から１刃当たりの切り込み量が大きいとワークやブローチ本体が衝撃的な負荷を受け、がたつき等による歯形精度の劣化や切刃の欠損等を生じるおそれがある。このため、本発明では、上記外径上がり部の先端側の部分は、１刃当たりの切り込み量が上記高切り込み部よりも小さな範囲に設定された低切り込み部とされて、切り込み当初に衝撃的な負荷が作用するのは避けている。また、この低切り込み部から高切り込み部へは、切り込み量を連続的に増加させたり、不連続に増加させたり、段階的に増加させたりしてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、ワークに形成される歯溝の歯形精度が劣化するのを防ぐことができるとともに、ブローチ本体の短縮や軽量化によって取り扱い性の向上を図ることが可能となる。

本発明の一実施形態を示す側面図である。図１に示す実施形態の外径上がり部における低切り込み部の切刃を示す側面図である。図１に示す実施形態の外径上がり部における高切り込み部の切刃を示す側面図である。本発明の実施例と比較例とによって形成された歯溝の鈍角側の歯面の歯形を示す図である。

図１ないし図３は、本発明のブローチの一実施形態を示すものである。本実施形態のブローチは、例えば上述した自動車用トランスミッションに用いられる内はすば歯車等を加工するヘリカルブローチであって、高速度工具鋼等の硬質材料により軸線Ｏを中心とする長尺軸状に形成されたブローチ本体１の先端部（図１における左側部分）には前掴み部２が、後端部（図１における右側部分）には後掴み部３が形成されるとともに、これら前後掴み部２、３の間に切刃部４が形成されている。

このようなヘリカルブローチは、図示されない円環状のワークの内周に先端側から挿通された上で前後掴み部２、３が把持されることによりブローチ盤に支持される。そして、ワークに対して相対的に軸線Ｏ方向先端側に送り出されて挿入されるとともに該軸線Ｏ回りに回転させられて、上記切刃部４によりワークの内周に複数条の螺旋状の歯溝を切削加工し、これらの歯溝の間に上記内はすば歯車等の歯形を形成する。

切刃部４には、ブローチ本体１の外周に突出する複数（多数）の切刃５が、ブローチ本体１の軸線Ｏ方向（長手方向）と周方向に間隔をあけて配設されている。これらの切刃５は、周方向にはワーク内周に形成される上記歯溝の間隔に合わせて等間隔に配設されるとともに、軸線Ｏ方向には歯溝がなす螺旋に対応して該軸線Ｏ回りに捩れたリード（弦巻線）Ｌに沿って間隔をあけた切刃列を形成するように配設されている。

これらの切刃５が配設された切刃部４においては、軸線Ｏ方向先端側から後端側に向けて順に、切刃５の軸線Ｏからの外径が後端側に向けて順次大きくなる外径上がり部６と、この外径上がり部６の後端の切刃５からブローチ本体１の周方向における切刃５の厚さが後端側に向けて順次大きくなる歯厚上がり部７とが備えられている。歯厚上がり部７は、外径上がり部６とともにブローチ本体１と一体に形成されていてもよく、またブローチ本体１とは別体に形成されて着脱可能とされたシェルに形成されていてもよい。

そして、上記外径上がり部６のうち少なくとも後端側の部分は、後端側に向けて切刃５の外径が順次大きくなることによる１刃当たりの切り込み量ＵＴ１が０．１５ｍｍ〜０．３０ｍｍの範囲に設定された高切り込み部６Ａとされている。本実施形態では、外径上がり部６の後端側の所定範囲の部分だけがこのような高切り込み部６Ａとされており、外径上がり部６の高切り込み部６Ａよりも先端側の部分は、１刃当たりの切り込み量ＵＴ２が高切り込み部６Ａよりも小さな範囲に設定された低切り込み部６Ｂとされている。

なお、高切り込み部６Ａにおける１刃当たりの切り込み量ＵＴ１と、低切り込み部６Ｂにおける１刃当たりの切り込み量ＵＴ２は、それぞれ等しく設定されている。また、低切り込み部６Ｂにおける１刃当たりの切り込み量ＵＴ２は、０．０７ｍｍ〜０．０８ｍｍとされている。さらに、上記リードＬに沿って切刃列を形成するように配設された切刃５の間の間隔をあけた部分は、切刃５によって生成された切屑を収容するチップルーム８とされる。

このような構成のブローチにおいては、外径上がり部６の少なくとも後端側の部分が、１刃当たりの切り込み量ＵＴ１が０．１５ｍｍ〜０．３０ｍｍの範囲と大きくされた高切り込み部６Ａとされており、この高切り込み部６Ａの切刃５がワークに切り込まれると、切屑の鈍角側歯面に流れる角度が小さくなり、切刃５を鋭角側に押す働きが減少するため、切刃５の鋭角側への切り進みが低減し、これにより粗刃による加工時の鈍角側歯面の形状が改善されて、歯形精度の劣化を抑えることができる。

また、このように外径上がり部６の高切り込み部６Ａにおいて１刃当たりの切り込み量ＵＴ１が大きくなるのに伴い、この外径上がり部６において必要な切刃５の数を減らすことができるので、ブローチ本体１の長手方向における切刃部４の長さを短縮することができるとともに、ブローチ本体１の重量も削減することができる。従って、ブローチ本体１の取り扱い性を向上することができる。なお、低切り込み部６Ｂの切り込み量ＵＴ２から高切り込み部６Ａの切り込み量ＵＴ１への切り込み量の増加は、増加する割合が一定の連続的なものでもよく、また増加割合が一定ではない不連続なものでもよく、さらに連続的または不連続に増加した後、一定の切り込み量とされ、再び増加するような段階的なものでもよい。

なお、後述する実施例で実証するように、高切り込み部６Ａの１刃当たりの切り込み量ＵＴ１が上記範囲よりも小さいと、この高切り込み部６Ａにおける外径上がり切削の際に作用する切削負荷が不十分となり、鈍角側の歯面が鋭角側に倒れ込むのを十分に防ぐことができなくなるとともに、ブローチ本体１の短縮や軽量化も不十分となるおそれがある。また、逆に高切り込み部６Ａの１刃当たりの切り込み量ＵＴ１が上記範囲より大きいと、切刃５によって生成される切屑が厚くなりすぎ、切屑を収容するチップルーム８の容量が不足して切屑詰まりを生じる。

一方、本実施形態では、このように大きな切り込み量ＵＴ１とされた高切り込み部６Ａは、外径上がり部６のうちの後端側の部分だけであり、外径上がり部６の先端側の部分は切り込み量ＵＴ２が高切り込み部６Ａの切り込み量ＵＴ１の上記範囲よりも小さく設定された低切り込み部６Ｂとされている。このため、ブローチ本体１の切刃部４の最先端にあって初めにワークに切り込まれる低切り込み部６Ｂにおいては、切刃５が小さな切り込み量ＵＴ２で切り込まれてゆくので、切り込み当初にワークやブローチ本体１に衝撃的な負荷が作用するのは避けることができ、がたつき等による歯形精度の劣化や切刃５に欠損等が生じるのを防ぐことができる。

次に、本発明の実施例を挙げて本発明の効果について実証する。本実施例においては、まず上記実施形態に基づいて、外径上がり部６の高切り込み部６Ａにおける１刃当たりの切り込み量ＵＴ１を０．１５ｍｍとしたヘリカルブローチと、０．３０ｍｍとしたヘリカルブローチとを製造した。これらを順に実施例１、２とする。また、これらの実施例１、２に対する比較例として、外径上がり部の切刃全体で１刃当たりの切り込み量を０．０７ｍｍの一定としたヘリカルブローチと、外径上がり部の後端側部分で１刃当たりの切り込み量を０．１０ｍｍとしたヘリカルブローチも製造した。これらを順に比較例１、２とする。

そして、これら実施例１、２と比較例１、２のヘリカルブローチによってＳ４５Ｃよりなるワークにブローチ加工を行い、加工後のワークにおける３つの歯溝の鈍角側の歯面の歯形を測定した。この結果を、比較例１、２、実施例１、２の順に、図４（ａ）〜（ｄ）に示す。なお、加工条件は送り速度が６ｍ／ｍｉｎで歯厚上がり部７による仕上げ加工は行っていない。また、実施例１、２の外径上がり部６における高切り込み部６Ａよりも先端側の低切り込み部６Ｂと、比較例２において１刃当たりの切り込み量を０．１０ｍｍとした後端側部分よりも先端側の部分では、切刃５の１刃当たりの切り込み量は０．０７ｍｍに設定されている。

この図４の結果より、外径上がり部の切刃の１刃当たりの切り込み量が０．０７ｍｍで一定とされた比較例１のヘリカルブローチと、外径上がり部の後端側部分で１刃当たりの切り込み量を上記範囲よりも小さい０．１０ｍｍとしただけの比較例２のヘリカルブローチでは、鈍角側の歯面が大きく倒れ込んでいることが認められる。これに対して、本発明に係わる実施例１、２では、比較例１、２と比べて鈍角側の歯面の歯面の倒れが十分に抑えられていることが分かる。なお、比較例１の加工時における切削負荷は２７ｋＮ、比較例２の加工時における切削負荷は３５ｋＮであったのに対し、実施例１の加工時における切削負荷は４１ｋＮ、実施例２の加工時における切削負荷は５５ｋＮであった。

次に、これら実施例１、２および比較例１、２と、比較例３として外径上がり部の後端側の部分における１刃当たりの切り込み量を０．３１５ｍｍとしたヘリカルブローチで、上記と同様の切削条件によりワークにブローチ加工を行ったときの切屑の排出性を確認した。その結果、実施例１、２および比較例１、２のヘリカルブローチでは１回のブローチ加工ごとに切屑がチップルームから自然に排出されていたのに対し、比較例３のヘリカルブローチでは切屑が自然に排出されず、連続してブローチ加工を行うと切屑詰まりが生じることが確認された。これらの結果により、本発明では、外径上がり部６における高切り込み部６Ａの１刃当たりの切り込み量ＵＴ１を、０．１５ｍｍ〜０．３０ｍｍの範囲に設定している。

１ブローチ本体
４切刃部
５切刃
６外径上がり部
６Ａ高切り込み部
６Ｂ低切り込み部
７歯厚上がり部
８チップルーム
ＵＴ１高切り込み部６Ａにおける１刃当たりの切り込み量
ＵＴ２低切り込み部６Ｂにおける１刃当たりの切り込み量
Ｏブローチ本体１の軸線
Ｌ切刃５の列が位置するリード（弦巻線）

Claims

軸状をなすブローチ本体の外周に複数の切刃が突出して上記ブローチ本体の軸線回りに捩れたリードに沿って配設された切刃部が設けられており、この切刃部には、上記ブローチ本体の長手方向の先端側から順に、上記切刃の外径が後端側に向けて順次大きくなる外径上がり部と、この外径上がり部の後端の切刃から該切刃のブローチ本体周方向の厚さが後端側に向けて順次大きくなる歯厚上がり部とが備えられ、上記外径上がり部の後端側の部分は、後端側に向けて上記切刃の外径が順次大きくなることによる１刃当たりの切り込み量が０．１５ｍｍ〜０．３０ｍｍの範囲に設定された高切り込み部とされているとともに、
上記外径上がり部の先端側の部分は、１刃当たりの切り込み量が上記高切り込み部よりも小さな範囲に設定された低切り込み部とされ、
この低切り込み部の１刃当たりの切り込み量が０．０７ｍｍ〜０．０８ｍｍとされていることを特徴とするブローチ。