JP6910307B2 - ベベルギアフランク面の構造シフト - Google Patents

Description

本発明はベベルギアに関し、特に、研削されるベベルギアの振動や音響の励起挙動を改善する方法に関する。

研削されるベベルギアやハイポイドギアには、それらの騒音・振動・ハーシュネス（ＮＶＨ）挙動の一部を決める、設計上の動作誤差がある。面構造は、他の動的な影響に加えて、励起挙動に影響を及ぼす。この面構造はハード仕上げ処理によって決まるものである。極めて一般的なハード仕上げ処理は、例えば、ラッピング仕上げ、研削仕上げ、スカイビング仕上げである。研削仕上げは、高い再現性、閉ループ修正を伴う、境界が明確なフランク面形状、その後の非常に低い不良率を有する、という利点を示すものである。他方において、例えば、ラップされたギアセットは、低負荷において、より高い振動数の噛合い振動だけでなくより低い振動数の噛合い振動を含んだ、より低い励起レベルを示すことが知られている。

作成プロセスによるギアの製造では、特許文献１（第１欄、１４行〜３４行）に記載されるように、工具と加工物は、加工物が理論上の作成ギアと噛合って回転しているかのように、作成回転として知られている所定の相対的な回転運動で共に回転される。この理論作成ギアの歯は、工具の材料除去面で表されるものである。歯の輪郭形状は、作成回転中の、工具と加工物との相対運動によって形成される（すなわち作成される）。通常、工具は、カップ形状の砥石車、またはカッターヘッドの面から突出した複数の切断刃を備えた円盤状のカッターヘッドを含む切断工具である。

ベベルリングギアまたはピニオンのための研削を行う場合、砥石車が理論作成ギアの歯として供給され、一方で加工物は作成ギアの歯の上を回転し、加工物の歯面の輪郭およびリードが仕上げられる。すなわち、特許文献１（第１欄、３４行〜４６行）に記載されるように、工具である砥石車の輪郭形状は、非作成プロセスで加工される加工物の歯面を形成するときの理論的な歯の輪郭である。作成回転の間に、例えば、特許文献１（本明細書中に参考として援用される）に開示されているようなコンピュータ制御（例えばＣＮＣ）の自由形成機械は、それぞれのステップが、機械の、最大３つの線形軸位置（例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚ）および最大３つの回転軸位置（例えば、工具、ワークピース、ピボット）によって表される、数百ステップでその軸位置を変化させる。ベベルギアおよびハイポイドギアの研削加工では、通常５つの軸が必要であり（砥石が独立して回転）、それによって、各歯面の回転加工中に軸位置を数百回変更することになる。

図１は、作成プロセスにおける砥石車と歯面２との間の接触の例を示す。上述したように、作成プロセスの間、機械軸の位置は、通常、作成回転の間、砥石車が歯面を横断して移動するときに、その歯面の研削中に数百回変更される。それぞれの位置変化は、傾斜角αｔで方向付けされる接触線Ｌｃによって表される。各作成回転位置当たりの接触線の数ｍ（すなわち、軸位置の変化の数）は変化し得るものであり、議論を進める上で３００本の接触線とすることができるが、それより少ないまたはそれより多い接触線であってもよいことは理解されよう。連続する接触線の間の領域Ｆは、「平坦部」または「ファセット」と呼ばれる。したがって、３００本の接触線からなる作成回転の場合、２９９の平坦部が形成される。

実際には、研削されるギアの平坦部は非常に小さく（マイクロ平坦部と呼ばれる）、研削面は、カッターブレードを有した切削工具に見られるような、目立ちかつ輪郭が明確な切断面の実質的に連続な面である。これと比較して、切断によって作成されたギアの歯のフランクの平坦部、特に荒削りのギアの平坦部は、より顕著で目に見える可能性がある。したがって、特定の機械加工プロセスでは、特定のプロセス（例えば、研削、切断）に特有の機械加工平坦部がギアの歯のフランクに作成されることが理解できる。平坦部の存在すること、および異なる機械加工プロセスがそれぞれのタイプの平坦部（すなわち機械加工特有の平坦部）を作成するということ、それ自体は当業者に知られていることである。

上述したように、工具と加工物であるギアとの間の動きは、通常、加工ギアと作成ギアの回転プロセスから得られる。近年の回転運動を５軸または６軸の自由造形機械（例えば、特許文献１など）に変換すると、１つの軸の動作は、基本的に支配的な１次量を有した３次関数である。総ての軸の座標は、自由造形機械の機械コントローラが読み込んだ軸位置テーブルに書き込まれる。

研削ピニオンの作成は、軸位置テーブルが示す経路をたどるカップ形状砥石の回転運動によって実現される。研削されるギアセットにおける励起は、製造過程自体によって引き起こされる。機械は、その軸位置テーブル内の各ラインをたどり、また、ラインの間を補間する。低回転速度では、軸位置テーブルの多数のラインが示され、機械は、遅い動作とその連続機能のためにそれらのラインをきわめて正確に追従することができる。低回転速度ではまた、機械の慣性は、軸位置テーブルのライン間の滑らかな移行に寄与することにもなる。

回転速度が高い場合、軸位置テーブルの生成されるラインはより少なくなる。所定の表面速度から決定される、分あたりの砥石回転数（ＲＰＭ）が同じである間、機械はこれらのラインをより高速で追従する必要がある。これにより、部品プログラムの軸位置間での研削砥石の回転がより少なくなり、切削加工中に形成される平坦部を作成するのと同様の表面パターンが形成される。２つの軸位置間の最小時間増分は、コントローラの特定のブロック時間によって制限され、これは、各回転速度に対する軸位置の上限を示すことになる。

上述の効果は、基本的に、機械の動き自体とその結果としての機械振動との組み合わせ、および標準的な研削プロセスにおける不完全な研削砥石の真円度が、接触線に平行なファセットを有する明確な面構造をもたらす影響として要約することができる。うねりを含むこれらの接触線は、接触経路に沿って回転しながら交差し、ベベルギアセットを回転させるときの励起をもたらす。回転速度と機械動特性に応じて、これらの効果は低い噛合い調波（高速回転速度）または高い噛合い調波（低速回転速度）において確認できる。

その開示が参照により本明細書に組み込まれる、特許文献２による拡散面構造を作成するための、ベベルギアを仕上げるプロセスでは、軸位置テーブルの各ラインの各軸位置に、小さな所定のまたはランダムな量だけ影響を与えることが可能である。この拡散面構造は、特許文献２（第５欄、１７行〜２６行）に記載にされるように、研削微小擦り傷が分散されて、ホーニング仕上げに類似する構造である。これまでの研究では、このプロセスを使用して歯のフランクに予測可能なおよび／またはランダムな面構造を導入し、それによって研削ギアセットのＮＶＨ挙動に影響を及ぼすようにしていた。標準的な研削プロセスでは、総ての歯スロットに対して同じ軸位置テーブルが使用され、その結果、最初のスロットから最後のスロットまでの研削ホイールの摩耗に影響を与えるプロセスが無視される場合には、総てのフランクの面構造が同様の外観になる。

さらに、機械工学の分野において変調（例えば、周波数変調など）の原理を利用して、励起挙動に影響を及ぼすことが知られている。例えば、ファン（特許文献３）、トルクコンバータ（特許文献４）およびタービン（特許文献５）では、ブレードの不均一な間隔によって、励起挙動が変化する。図２は、不等間隔のブレードを有する冷却ファンの誇張された例を示している。これらの間隔変化の結果は、ピーク調波（例えば、ファンのブレード衝撃周波数）を低下させ、追加の側波帯を導入することになる。ピーク調波のエネルギーはピークから側波帯に分配されて、ピーク調波の低下をもたらす。ギア歯の間隔に適用されたこの考えは、いくつかの研究プロジェクトの一部であったが、ほんの僅かしか成功しなかった。

拡散面構造を作成するための説明されたプロセスを含む標準研削プロセスの上述の特性は、１つの歯から次の歯まで正確に繰り返され、表面うねりを含む機械加工された既存の面構造に相関する離散調波の励起をもたらし、それによって測定されたＮＶＨ挙動は、多くの研削されたギアセットの最終用途では受け入れられない場合がある。

米国特許第６，７１２，５６６号公報 米国特許第７，４６２，０９２号公報 米国特許第３，００６，６０４号公報 米国特許公開２０１１／０２８９９０９号公報 米国特許第１，５０２，９０３号公報 米国特許第２０１４／０２５６２２３号公報 米国特許第３，１２７，７０９号公報

本発明のプロセスは、ギアセット要素の面構造を歯のスロットごとに変更することによって、研削されるベベルギアセットの励起挙動を改善するものである。この方法は、総てのファセット（すなわち平坦部）が各歯のフランクに同じ方法で配置されないように回転位置をシフトさせること、および／または歯のスロットに沿って回転角度の距離を変えることによって、平坦部が不等間隔とされる（すなわち幅を変える）。面構造を変更するための１つ以上の追加のプロセスを含むこともできる。

図１は、作成プロセスにおける砥石と歯面との間の接触の一例を示す。 図２は、不等間隔のブレードを有する冷却ファンの誇張された例を示す。 図３は、ベベルギアセットの励起挙動がどのように変化し得るかの３つの例を示す。 図４は、面構造の影響を有していないベベルギアセットの１つの要素からの７つの歯の駆動側に関する基準理論運動の図（すなわち伝達誤差）を示す。 図５は、図４の伝達誤差の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を示す。 図６は、測定された実際のギアセットの単一フランクのテスト（ＳＦＴ）のＦＦＴを示す。 図７は、運動誤差放物線ごとに導入された６つの溝を有する、意図的に導入された面構造のシミュレーションされた理論的な運動の図を示す。 図８は、図７の伝達誤差のＦＦＴを示す。 図９は、所定の方法で各フランクに導入されたパターンの位置を変化させる回転位置の変化（開始および終了）の計算結果を示す。 図１０は、シフトされた回転位置ΔＲＰｊに起因して、Δφだけシフトした３つの歯のフランクの面構造の部分的なオーバーレイを示す。 図１１は、標準的な運動誤差に加えて意図的に導入された面構造（運動誤差ごとに６つの溝が導入されている）による伝達誤差のシミュレーションを示す。 面構造は、歯のフランクからフランクへシフトされる。 図１２は、導入された面構造およびシフトなしのシミュレーション（図８）およびシフトされた面構造によるシミュレーションの比較を示す。 図１３は、単一フランクテストの実測ＦＦＴを示す。 図１４は、回転位置シフト（変更）のない、２０秒の回転速度での測定された実際のＳＦＴ研削のＦＦＴを示す。 図１５は、回転位置シフトを伴う２０秒の回転速度での測定された実際のＳＦＴ研削のＦＦＴを示す。

本明細書において使用される「発明」、「この発明」、および「本発明」という用語は、本明細書の主題および以下の特許請求の範囲のすべてを広く言及することを意図したものである。これらの用語を含む記述は、本明細書に記載された主題を限定するものでも、以下の特許請求の範囲の意味または範囲を限定するものでもない。さらに、本明細書は、出願の特定の部分、段落、記述または図面において、請求項によってカバーされる主題を説明または制限しようとするものではない。主題は、明細書全体、すべての図面および以下の特許請求の範囲を参照することによって理解されるべきである。本発明は、他の構成が可能であり、様々な方法で実施または実施されることが可能である。

また、本明細書で使用される言い回しや用語は、説明の目的のためのものであり、限定的であると見なされるべきではないことも理解される。本明細書の「含む」、「有する」および「含む」およびそれらの変形の使用は、それ以降に列挙された項目およびその等価物ならびに追加項目を包含することを意味する。

本発明の詳細を、例としてのみ本発明を説明する添付の図面を参照して説明する。図において、類似の特徴または構成要素は、同様の参照番号によって言及される。

上述したように、機械工学の分野における変調の原理（例えば周波数変調など）を利用して励起挙動に影響を及ぼすことができることが知られている。図２は、不等間隔のブレードを有した冷却ファンの誇張された例を示す。図２の左側には、均等に間隔を置いて配置された冷却ファンが示される。この冷却ファンによって１つの支配的なブレード周波数が導入され、それによって騒音を妨げることができる。図２の右側に示される冷却ファンは、等しくない間隔のブレードを有し、その間隔は、例えば、ベッセル関数を用いて予め定められた正弦関数に従ったものである。図２の中央に示す周波数図は、均等に間隔を置いて配置された、左側に示された冷却ファンの最初のブレード衝突周波数の励起振幅を表す縦の実線で示しており、その励起振幅は単一のトーン現象を妨害するものである。周波数図における縦の破線は、図の右側に示された不等間隔ファンのブレード衝突周波数の励起振幅を示しており、その励起振幅によってさまざまな周波数（側波帯）を発し、振幅が大幅に低下している。ギアの歯の間隔を含む研究へのこのアイデアの応用は、限られた成功しかもたらさなかった。

本発明のプロセスは、作成された要素の面構造を歯のスロットごとに変更することによって、研削されるベベルギアセットの励起挙動を改善する。このプロセスは、拡散面構造を作成するための前述のプロセスのような他の方法と同時に実行することができるが、任意の追加のプロセスとは独立して適用することもできる。技術水準である総ての研削される歯スロットに対して同じ軸位置テーブルを用いる代わりに、総ての歯スロットでは、それに特定の軸位置テーブルへの変更がなされる。歯スロットごとの変化は、不快な調波励起に対処するために計算される。この理由から、好ましくない調波励起は、選択されたプロセスパラメータを較正する閉ループ反復に基づいて、予測可能に対処することができる。

本発明では、例えば、図３に示される以下の場合に基づいて、研削されるベベルギアギアセットの励起挙動を変更することができる。

ケースＡ−追加のプロセスなしに、総てのファセット（すなわち平坦部）が各フランクに同じように配置されるとは限られないように回転位置をシフトする。ギアの歯のフランク（一例として示されている歯１−３）の構造は、各フランクの回転位置ΔＲＰｊのシフトから生じる量Δφｉだけシフトされる。ケースＡは、回転位置のシフトだけを用いる。このシフトは、（例えば、線形関数、正弦関数または高次関数による）所定の関数に従う。平坦部から平坦部までの距離はすべてのフランクで同じある。

ケースＢ‐特許文献２に記載されるように、拡散した面構造を作成するなどの追加のプロセスと組み合わせて、総ての平坦部が各フランクに同じように配置されるとは限られないように回転位置をシフトする（例として歯１−３が示される）。フランク構造は、各フランクについて回転位置ΔＲＰｊのシフトから生じる量Δφｉだけシフトされる。シフトは、（例えば、線形関数、正弦関数または高次関数による）所定の関数に従う。平坦部から平坦部への距離（すなわち、ファセットからファセットまでの距離）はすべてのフランクで同じである。

ケースＣ‐スロット間で機能が異なるか否かにかかわらず、（開始回転位置から最後の回転位置まで）スロットに沿った軸位置テーブルの回転角度増分の距離を変更する。ギアの歯１−３が例として示されている。これは、先行する表面の平坦部間で回転角増分ΔＲＰｊを（例えば、線形関数、正弦波関数または高次関数によって）変更することによって実現することができる。平坦部は、歯に沿って不等間隔で間隔が空けられ（すなわち、平坦部の幅が変化し）、平坦部のパターンは、歯ごとに変化する。１つ以上、好ましくは総ての回転角増分ΔＲＰｊの大きさが変更され、これにより、個々の平坦部の幅の変動が生じる。歯表面上の平坦部の全体的なパターンは、直前に加工された歯の表面上に形成されたパターンから変更される。さらに、パターンは、上記ケースＡまたはケースＢについて記載されているような回転位置シフトを介して、フランクごとに変化してもよい。

図４は、面構造の影響を受けないベベルギアセットの１つの要素からの７つの歯の駆動側に関する基準の理論運動図を示す。この運動図は、既知の単一フランク試験（ＳＦＴ）の結果として得られたものである。図に示される放物線は、クラウニングによる設計上の緩和からの運動誤差を表す。伝達誤差の振幅は約３０μｒａｄである。

単一フランク試験では、それぞれの噛み合いギアは、バックラッシュで接触し、一方のフランクのみが接触する、適切な中心距離で共に回転する。単一フランク試験では、エンコーダを用いて回転運動（角変位誤差）を測定する。エンコーダからのデータは、（伝達誤差または運動誤差として知られる）ギアの噛合いに起因した回転運動の精度または滑らかさを示す運動図を定めるのに用いられる。

小さい運動誤差振幅によって、低い励起レベルに至る低い伝達誤差が望ましい。高負荷の状況下で良好な接触パターンを維持するために、歯のフランク（歯元の面）において、輪郭（すなわち、歯の高さ）および面幅（すなわち歯の長さ）方向の、ある量のクラウニングが必要である。クラウニングは共役歯のフランク面からのずれであり、運動誤差の相関する振幅を引き起こす。

図４に示す伝達誤差の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）は、図５に示す結果となる。この図５は、どのような面構造の影響にも関わらない、設計上の運動誤差による励起のみを示すギアセットの単一フランク試験のＦＦＴの最も望ましい結果を示している。同図の図は、０次〜１５次の噛合い調波の伝達誤差の振幅をラジアンで示している。斜線で示した領域は、小さい振幅であることから試験装置において通常は視覚的に抑制された結果を示す領域である。斜線領域によって、シミュレーション結果と測定結果の比較可能性が向上する。

図６における測定された実際のギアセットの単一フランク試験のＦＦＴは、図４に示す理論ギアセットの解析とは異なる挙動、特に、高次の噛合い調波範囲の挙動を示している。この図６は、０次〜１５次の噛合い調波に対する伝達誤差の振幅をｒａｄで示している。生じる噛合い調波および追加の側波帯を見ることができる。６次の噛合い調波の振幅が際立っており、これは設計上の運動誤差の解析では明白とならない。この場合、６次の噛合い調波の振幅は９．４ｒａｄである。標準的な研削されたフランクにおける、付加的な面構造効果（例えば、複数の平坦部ないしファセットの表面形状（例えば正弦波）であるうねり）が、より高い６次の噛合い調波の影響をもたらすと考えられる。この影響の効果を遡るために、その効果は意図的に導入された面構造によるシミュレーションによって再現される（図７）。この図に示す例では、運動誤差放物線ごとに６つの溝が導入されている。これは、シミュレーションにおいて、図５に見られるような高い６次の噛合い調波の効果を再現するために行われるものである。溝の振幅は、図５に示される実際の測定値に相関する結果をもたらすように選択される。このケースでは、シミュレートされた伝達誤差が、設計上の運動誤差だけでなく、運動誤差放物線ごとの６つの溝のパターンの面構造による誤差で構成される。

図７に示す伝達誤差のＦＦＴは図８に示す結果となる。図８は、付加的な面構造（例えばうねり）を含むギアセットのシミュレーションした単一フランクの試験のＦＦＴの結果を示し、それに起因して、実際のギアセットの測定と相関する、６次の噛合い調波の追加の励起を示している。この図は、０〜１５次の噛合い調波の伝達誤差の振幅をラジアンで示している。表面うねりの導入による６次と１２次の噛合い調波を見ることができる。また、ハッチングを付した領域は、小さい振幅のため試験装置において通常視覚的に抑制される結果を表している。面構造を含むシミュレーションは、実際のギアセットの単一フランク試験の間に測定されるより高い６次の調波の影響の望ましい再現をもたらす単純なモデルを表している。

おそらく、図８に示される増幅された励起を低くする最も効率的な方法は、標準的な研削プロセス自体の間に起こる影響の排除または低減である。これは望ましいことではあるが、その可能性は一般に機械の剛性と研削プロセスにおける動的挙動によって制限される。

励起挙動を変化させる他の方法は、標準研削プロセスのいくつかのパラメータを変更することである。１つの例は、より低い回転速度で研削することである。研削中の機械振動が回転速度とは無関係で、その周波数が維持されるとした場合、得られる面構造はより微細になる。これは、より低い噛合い調波からより高い噛合い調波への励起のシフトにつながるものである。

励起の問題は、ギアセットの両方の要素で発生する可能性がある。一方の要素が既に一定量研削されている場合、逆の作用は他の要素に適用されるだけである。スプールギアまたはヘリカルギアにおける対向要素（例えば、特許文献６）の問題を相殺するために意図的に導入されたうねりは、特に、これが砥石輪郭にうねり構造を付する必要がある場合にはベベルギア研削では実用的でないように思われる。作成されたピニオンとギアにおける回転動作と非作成ギアにおける押し込み動作は、砥石輪郭の波をフランク面に伝達することができない。プロセスの影響による、研削砥石輪郭とフランク面との間の相対摺動が、最大、最小および変曲点を有する正弦波または類似の波形を消すと思われる。したがって、本発明のプロセスは、砥石輪郭に対する修正を用いずに、面構造を導入および変更する追加の機械動作を伴うまたは伴わないプロセスパラメータ（回転位置）を用いるものであり、したがって、作成される要素に限定される。

本発明の第１の目的は、各フランク（構造シフト）の面構造（例えばうねり）の位置を変化させることによって励起挙動を変化させ、改善することであり、それは、本技術の状況で述べられるギア歯の不等間隔の思想とは根本的に異なるものである。規定された方法またはランダムな方法による歯間隔の変更は、国際的に規定された基準に従ったギア品質を低下させるものである。歯の間隔の変動はまた、本発明のプロセスでは当てはまらない、低周波数のはね返りのような負の副作用を引き起こす可能性がある。

構造シフトの場合、規定された方法で面構造のみが対処される。場合に応じて、作成されたフランク領域全体の面構造は、例えばスロットごとに異なる位置に配置される。総ての場合において、これは、付加的な面構造の変更の有無にかかわらず、回転位置シフトおよび／または回転増分変更を介して行われる。

一例では、いかなる追加の微動もなしで、回転位置シフトだけが利用される（図３、ケースＡ）。速い回転速度の平坦部は、軸位置テーブルのラインと励起された噛合い調波との相関がある。これらの状況における励起挙動を改善し、変化させるために、既に存在する面構造がフランク面においてシフトされる。

目的とする調波は、影響を受けていない要素のマスターギアを用いた、ＳＦＴまたは同様のテスト（図６参照）によって識別される。この例では、目的とする調波は６次の噛合い調波です。

パターンのフランク間のシフトは、以下の手順によって計算される。

元の軸位置テーブルの１ラインあたりの回転角の量（ＲＡＰＬ）が計算される。

各スロットの回転位置のシフトの量および分布（ΔＲＰ_j）については、単一の正弦波が好ましくは用いらる。

各スロットの回転位置におけるシフト振幅Ａ_SRは、次式によって計算される。

ここで、Ａ_SR＝（シフト振幅）＝ＲＡＰＬ
ｉ＝０〜（ｚ１−１）
ｚ１＝部分の歯の数

新たに計算されたΔＲＰｊは、総てのスロットについて、（存在する）トゥ回転位置、および（存在する）ヒール回転位置に加えられ、一方、スロット番号ｊ＝１は、手付かずのベースラインの回転位置を有する。図９は、所定の方法で各フランクに導入されたパターンの位置を変化させる回転位置の変化（開始および最後）の計算結果を示している。この図は、各フランクのシフトの正弦波配列を示している。この場合、シフトは、７つの歯を有するピニオンについて示されている。

正弦波以外のシフトパターンも可能である。例えば、スロットごとに手動で選択されたシフト量の線形シフトを用いることができる。ただし、選択したシフトパターンに関係なく、回転中心位置は変更されない。

回転位置の変化ΔＲＰｊによって、各フランクについてパターンは量Δφｉだけシフトする。図１０は、３つのフランクのパターンシフトを示している。図において、グレーの異なる色合いは、各フランクの個別の研削の間に除去された材料を表している。シミュレーションは、研削されるピニオンの第１、第２および第３のフランクのオーバーレイに起因した、示されたフランクの面構造のシフトされた相対位置を示している。パターンの異なる位置は、フランク１からフランク２までだけでなく、フランク３と比較して見ることができる。これは、接点が回転したときに、シフト量の正しい量を選ぶ場合、それぞれのフランクについてパターンが同じ位置にないことを意味している。同じことが他のフランクにも言えるが、図示を容易にするために示されていない。

図１１は、標準的な運動誤差に加えて、意図的に導入された面構造を用いた伝達誤差のシミュレーションを示している。この例では、運動誤差ごとに６つの溝が導入されている。加えて、面構造は、図９に示される量に従って、フランク間でフシフトされる。これは、実際のギアセットにおける６次の噛合い調波に対する影響を予測するために行われるものである。

導入された面構造およびシフトなしのシミュレーションと、シフトされた面構造のシミュレーションとの比較が図１２に示される。この図は、０次〜１５次の噛合い調波に対する伝達誤差の振幅をラジアンで示している。シフトされた表面うねりの導入による図８と比較して、６次と１２次の噛合い調波の低下を見ることができる。加えて、側波帯が導入されている。斜線で示した領域は、低振幅のため試験機械で通常視覚的に抑制された結果を表す。

図１３に示す、実際に測定されたＳＦＴのＦＦＴは、図６に示すベースラインＳＦＴの元のＦＦＴの結果と比較することができる。６次の噛合い調波は著しく低下し、側波帯が導入される。側波帯１および２は約４．５ラジアンになる。この効果は、図１１に示すＦＦＴのシミュレーション結果と相関している。

別の例では、実際に測定されたＳＦＴのＦＦＴが図１４および図１５に示される。図１４は、回転位置シフトのない回転速度２０秒で研削される実際の測定されたＳＦＴのＦＦＴを示している。総てのフランクが同じように研削されて、総てのフランクに同じ面構造パターンが形成される。６次〜８次、および１４次〜１６次の噛合い調波の領域で噛合い調波の顕著なピークを見ることができる。さらに、１０次と１１次の噛合い調波でピークが見られる。斜線で示した領域は、低振幅のため試験機械で通常視覚的に抑制された結果を表している。

図１５は、回転位置シフトを伴う、２０秒の回転速度で研削される、実際の測定されたＳＦＴのＦＦＴを示している。パターンはフランクごとにシフトされる。７次から８次の噛合い調波領域だけでなく、１４次から１６次の噛合い調波領域でピーク調波の低下が見られる。加えて、側波帯が導入されている。

本発明について、作成プロセス、特に研削によるベベルピニオンの作成に関して上記のように説明しまた例示したが、本発明はそれらに限定されない。同様のパターン効果は、例えば、ベベルリングギアのような、非作成加工物の研削において、実現され得、特に、研削ホイールの軸がその軸に平行な軸の周りを回転する研削ホイールの動きを用いる場合にも実現され得る。そのような研削方法は、一般的に「ワグリ」法と呼ばれている（特許文献７参照）。しかし、本発明者等は、回転運動の回転数（ＲＰＭ）を砥石回転数以上に設定することにより、図１０に示すようなパターン効果を実現できることを見出した。

歯ごとの構造の変化は、回転運動の回転数（ＲＰＭ）を変更することによって達成することができる。また、位相シフトは、歯のスロットごとの所定の変化を有し得る回転運動の回転におけるオフセット角によって達成することもできる。

本発明の方法は、作成プロセスや非作成プロセスによるベベルギアの研削だけでなく、ソフト切削（すなわち、非硬化）条件や、例えば、ハードスカイビングのようなハード切削（すなわち、仕上げ）条件にも適用することができる。上述したように、特定の機械加工プロセスでは、特定のプロセス（例えば、研削、切削など）に特有の機械加工平坦部がギア歯のフランクに作成され、本発明は、この機械加工特有の平坦部のパターンを歯のフランクごとに変化させる。本発明の文脈において、「ベベル」ギアという用語は、ベベルギア、「ハイポイド」ギアだけでなく、「クラウン」または「フェース」ギアとして知られているギアのタイプを含む余地が十分あると解されるものである。

好ましい実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明はその特定事項に限定されないことを理解されたい。本発明は、添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、主題が関係する当業者にとって明らかである変更を含むことが意図されている。

Claims (15)

1. 回転工具を用いて複数の歯を有するベベルギアを機械加工する方法であって、
   第１の歯のフランク面を機械加工して前記歯のフランク面に機械加工による平坦部のパターンを作成するステップと、
   次の歯のフランク面を加工して、当該歯のフランク面に機械加工による平坦部のパターンを作成するステップと、を含み、前記次の歯のフランク面における前記機械加工による平坦部の幅の変化パターンが、前記第１の歯のフランク面における機械加工による平坦部の幅の変化パターンと異なることを特徴とする方法。
2. 前記ベベルギアの前記複数の歯の残りの歯の各々にフランク面を機械加工して、前記残りの歯のそれぞれのフランク面に機械加工による平坦部のパターンを作成するステップをさらに含み、前記残りの歯のそれぞれのフランク面の前記機械加工による平坦部の幅の変化パターンは、前記残りの歯の直前に機械加工された歯のフランク面の機械加工による平坦部の幅の変化パターンとは異なる機械加工による平坦部のパターンを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記フランク面を機械加工するステップは、前記回転工具と前記ベベルギアを係合し、前記回転工具と前記ベベルギアの相対的な回転位置であって、開始回転位置から最後の回転位置まで行われる作成回転において、前記回転工具と前記ベベルギアを共に動作させるステップを含み、
   前記複数の歯の各フランク面を機械加工するときの前記回転位置が、直前に機械加工されたフランク面を機械加工するときの回転位置から変更され、それにより、フランク面の機械加工による平坦部の位置が、直前に機械加工されたフランク面の機械加工による平坦部の位置に対して変更されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記フランク面を機械加工するステップは、前記回転工具と前記ベベルギアを係合し、前記回転工具と前記ベベルギアの相対的な回転位置であって、開始回転位置から最後の回転位置まで行われる作成回転において、前記回転工具と前記ベベルギアを共に動作させるステップを含み、
   前記複数の歯の各フランク面を機械加工するとき前記開始回転位置から最後の回転位置までの回転位置の変化は複数の回転角増分を含み、ここで、各回転角増分の大きさはそれぞれの機械加工による平坦部の幅を示し、
   前記回転角増分は、各フランク面に沿って大きさが変化し、それにより、それぞれフランク面に沿った各機械加工による平坦部の幅に対応する変化がもたらされ、
   フランク面に沿った機械加工による平坦部の変化する幅が前記平坦部のパターンを規定し、フランク面の機械加工による平坦部の幅の変化パターンが、直前の機械加工されたフランク面の機械加工による平坦部の変化する幅のパターンと異なることを特徴とする請求項２に記載の方法。
5. 前記ベベルギアの前記複数の歯の前記フランク面に拡散面構造を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記機械加工が研削を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記機械加工が切削を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 前記切削がスカイビングを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 機械加工による平坦部のフランク面における位置はフランク面ごとに異なり、一のフランク面から他のフランク面への平坦部の前記位置の変化は、所定の関数に従うことを特徴とする請求項３に記載の方法。
10. 前記所定の関数は、線形関数、正弦関数または高次関数を含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 械加工による平坦部のフランク面における平坦部の幅が変化するパターンはフランク面ごとに異なり、一の歯のフランク面から他のフランク面への前記パターンの変化は所定の関数に従うことを特徴とする請求項４に記載の方法。
12. 前記所定の関数は、線形関数、正弦関数または高次関数を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記機械加工は、作成プロセスを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
14. 前記機械加工は、非作成プロセスを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
15. 前記回転工具は、砥石車軸の周りを回転する砥石車を備え、前記砥石車軸は、前記砥石車軸に平行な他の軸線の周りをさらに回転し、
    前記砥石車は、分当りの第１の所定回転数で砥石軸周りに回転され、前記砥石車が前記分当りの第１の所定数以上の分あたりの第２の所定回転数で前記他の軸線回りに回転されることを特徴とする請求項１に記載の方法。

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