JP7494596B2 - 歯車加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、歯車加工装置に関する。

従来から、例えば、特許文献１、特許文献２及び特許文献３には、複数の歯車を形成する技術が開示されている。又、従来から、例えば、特許文献４には、中仕上加工が施された工作物を仕上加工する際に工作物と加工用工具の位相を合わせる技術が開示されている。

特開２０１５－８９６００号公報 特開２０１９－１１１６１０号公報 特開２０１８－１３８３１９ 特許第４４５２４３１号公報

ところで、工作物に複数の歯車を形成する場合や、複数の加工工程を行う場合、工作物を工作物主軸に対して脱着する場合がある。この場合、工作物を工作物主軸に装着する都度、歯車の位相を測定して補正量を算出し、算出した補正量を用いて再加工を行う必要がある。更に、再加工後には、工作物を取り外して歯車の位相を測定する場合もある。このため、加工工程における工作物の脱着は煩雑であると共に時間が必要であり、又、位相を測定して調整する時間も必要になるため、改善が望まれる。

本発明は、工作物の加工工程の簡略化が可能であり、位相の調整時間の短縮が可能な歯車加工装置を提供することを目的とする。

歯車加工装置は、加工用工具と工作物とを同期回転させながら相対的に送り、工作物の周面を切削加工することにより工作物に複数の歯車を形成する歯車加工装置であって、加工用工具を回転可能に保持する工具保持装置と、工作物を回転可能に保持する工作物保持装置と、工具保持装置及び工作物保持装置の一方に設けられて、工作物保持装置が前記工作物を保持した状態で工作物に形成された複数の歯車の各々の歯の回転位置を検出する工作物検出センサと、加工用工具及び工作物の同期回転と、工具保持装置及び工作物保持装置の相対移動とを制御する制御装置とを備え、制御装置は、複数の歯車のうち仕上加工された歯車を基準歯車とすると共に複数の歯車のうち中仕上加工された歯車を補正対象歯車とし、工作物検出センサの検出結果に基づいて基準歯車の歯位相に対する補正対象歯車の歯位相のずれの大きさを表すずれ量を検知する位相ずれ検知部と、位相ずれ検知部によって検知されたずれ量に基づいて、補正対象歯車を仕上加工する際の歯位相のずれを補正するための補正量を算出する位相補正部と、を備える。

これによれば、工作物検出センサは、工作物が工作物保持装置に保持された状態で、仕上加工された基準歯車と、中仕上加工まで施された補正対象歯車との各々の歯の回転位置を検出することができる。そして、位相ずれ検知部は、工作物検出センサの検出結果に基づいて基準歯車の歯位相に対する補正対象歯車の歯位相のずれ量を検知することができる。これにより、位相補正部は、位相ずれ検知部によって検知されたずれ量に基づいて、補正対象歯車を仕上加工する際の歯位相のずれを補正するための補正量を算出することができる。

即ち、歯車加工装置によれば、補正対象歯車が中仕上加工された後、且つ、仕上加工されるまでに、補正対象歯車の位相のずれ量が検知され、且つ、仕上加工の際の歯位相のずれが補正される。これにより、複数の歯車を形成する際には、位相を測定するために工作物を脱着するような煩雑な作業が必要がなく、その結果、工作物を脱着するための工程を省略できると共に脱着時間が不要となる。従って、位相の調整時間を短縮することが可能となる。

歯車加工装置の全体構成を示す図である。 工作物である段付き歯車を示す図である。 加工用工具（スカイビングカッタ）の構成を示す一部断面図である。 制御装置のブロック図である。 基準ずれ量を説明するための図である。 検知されるずれ量を説明するための図である。 制御装置により実行される歯車加工処理のフローチャートである。 歯車加工処理の中で実行される位相ずれ補正処理のフローチャートである。 基準歯車における工作物検出センサの検出位置を説明するための図である。 図９の検出位置にて工作物検出センサによって検出された基準歯車の出力波形を示す図である。 補正対象歯車における工作物検出センサの検出位置を説明するための図である。 図１１の検出位置にて工作物検出センサによって検出された補正対象歯車の出力波形を示す図である。 出力波形に基づいて検知されるずれ量を説明するための図である。 第１別例における歯車加工装置の構成を説明するための概略的な図である。 工作物であるシンクロナイザースリーブの基準歯車としてのスプラインを説明するための図である。 図１５のスプラインに形成された補正対象歯車としてのテーパ歯面を説明するための図である。 図１６のテーパ歯面に更に形成された補正対象歯車としてのチャンファ歯面を説明するための図である。

（１．適用可能な歯車加工装置）
歯車加工装置は、加工用工具と工作物とを同期回転させながら、工作物の回転軸の方向に沿って加工用工具を工作物に対して相対移動させる（送り操作する）ことにより、工作物に歯車を切削加工する。本例では、歯車加工装置は、加工用工具としてスカイビングカッタを備え、スカイビングカッタがその中心軸線と工作物の中心軸線に対して傾斜された状態（即ち、それぞれの中心軸線が平行でない状態）で工作物に歯車をスカイビング加工する場合を例示する。

この場合、歯車加工装置は、工作物と加工用工具（スカイビングカッタ）との相対的な位置及び姿勢を変化させる駆動軸として、３つの直進軸及び２つの回転軸を有する５軸マシニングセンタの構成を適用する。ここで、本例では、歯車加工装置は、直進軸としての直交３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）、並びに、回転軸としてのＢ軸及びＣｗ軸を有する。尚、Ｂ軸は、例えば、Ｙ軸線回りの回転軸であり、Ｃｗ軸は、工作物の中心軸線回りの回転軸である。

（２．歯車加工装置１の構成）
図１に示すように、歯車加工装置１は、ベッド１０と、コラム２０と、サドル３０と、回転主軸４０と、工作物主軸５０と、制御装置１００とを主に備える。ここで、コラム２０、サドル３０及び回転主軸４０が工具保持装置を主に構成する。ベッド１０は、ほぼ矩形状に形成されており、水平方向に配置される。ベッド１０の上面には、コラム２０をＺ軸線に平行な方向に駆動するための、Ｚ軸ボールねじ１１が配置される。そして、ベッド１０には、Ｚ軸ボールねじ１１を回転駆動する図示省略のＺ軸モータが配置される。

コラム２０のＹ軸線に平行な側面（摺動面）２０ａには、サドル３０をＹ軸線に平行な方向に駆動するためのＹ軸線ボールねじ２１が配置される。そして、コラム２０には、Ｙ軸ボールねじ２１を回転駆動する図示省略のＹ軸モータが配置される。

本例のサドル３０は、回転主軸４０を回転可能に支持すると共に、後述するように工作物主軸５０に保持された工作物Ｗの形状、具体的には、創成された歯の回転位置を検出する工作物検出センサ３１を一体に支持する。これにより、サドル３０が移動する際には、工作物検出センサ３１及び回転主軸４０は、回転主軸４０に対して工作物検出センサ３１が相対移動することなく、即ち、サドル３０と一体的に移動する。

ここで、サドル３０は、工作物検出センサ３１及び回転主軸４０を支持する。このため、サドル３０に工作物主軸５０に対する熱変位等が生じた場合には、工作物検出センサ３１及び回転主軸４０はサドル３０と共に工作物主軸５０に対して熱変位等が生じる。即ち、サドル３０における工作物検出センサ３１と回転主軸４０とは相対移動不能であり、サドル３０における工作物検出センサ３１と回転主軸４０との位置関係は維持される。

工作物検出センサ３１は、本例においては、非接触式のセンサである。工作物検出センサ３１としては、例えば、渦電流センサや電磁ピックアップ、レーザセンサ等を例示することができる。本例の工作物検出センサ３１は、渦電流センサを用いるものとし、工作物Ｗに形成された歯車の形状、具体的には、歯先面及び歯溝面までの距離を検出する。ここで、本例においては、図１に示すように、工作物検出センサ３１をＹ軸線に平行な方向にて下方に向けて、工具主軸４０と干渉しないように設ける。しかし、工作物検出センサ３１が工具主軸４０と干渉しない場合には、Ｙ軸線に平行な方向にて上方に向けて設けることも可能である。尚、工作物検出センサ３１は、接触式のセンサ、例えば、タッチプローブセンサ等であっても良い。

工作物検出センサ３１は、検出方向がＹ軸線に平行な方向となるように、サドル３０に支持される。そして、工作物検出センサ３１は、サドル３０と共に、Ｚ軸線に平行な方向及びＹ軸線に平行な方向に移動する。これにより、工作物検出センサ３１は、工作物Ｗに向けて移動することができ、工作物Ｗに創成された歯の回転位置、即ち、歯位相を検出する。ここで、歯の回転位置（歯位相）は、歯車の外周面上にて等間隔に歯が形成されている歯部の位置である。

ここで、本例における工作物Ｗは、図２に示すように、大径部Ｗ１及び小径部Ｗ２を有し、大径部Ｗ１及び小径部Ｗ２の各々に平歯が形成される段付き歯車である。このため、工作物検出センサ３１は、工作物Ｗの大径部Ｗ１及び小径部Ｗ２の各々の位置まで移動し、工作物Ｗの大径部Ｗ１に形成された歯の回転位置を検出すると共に、工作物Ｗの小径部Ｗ２に形成された歯の回転位置（歯位相）を検出する。

尚、工作物検出センサ３１については、例えば、Ｚ軸線に平行な方向において伸縮する伸縮機構（図示省略）を介して、工作物Ｗに向けて移動するように構成することも可能である。この場合には、工作物検出センサ３１は、サドル３０の移動に伴ってＹ軸線に平行な方向に移動すると共に、伸縮機構によってＺ軸線に平行な方向にてサドル３０側から工作物Ｗ側に向けて移動して、工作物Ｗの歯位相を検出する。

回転主軸４０は、Ｚ軸線に平行に配置される。回転主軸４０は、サドル３０に回転可能に支持され、コラム２０（又は、サドル３０）内に収容された図示省略の主軸モータにより回転される。回転主軸４０は、加工用工具４１を支持する。加工用工具４１は、工具ホルダ４２に保持されて回転主軸４０の先端に装着される。そして、加工用工具４１は、回転主軸４０の回転に伴い、Ｚ軸線に平行で回転主軸４０の中心軸線回りの回転軸であるＣｔ軸回りに回転する。

加工用工具４１及び工具ホルダ４２は、コラム２０及びサドル３０の移動に伴い、ベッド１０に対してＺ軸線に平行な方向に移動する。又、加工用工具４１及び工具ホルダ４２は、サドルの移動に伴い、Ｙ軸線に平行な方向に移動する。

本例の加工用工具４１は、スカイビングカッタであり、工作物Ｗ、具体的には、後述する大径部Ｗ１及び小径部Ｗ２を有する歯車に形成される歯面の形状に基づいて設計される。加工用工具４１は、図３に示すように、工具周面に複数の工具刃４１ａを備えている。工具刃４１ａは、本例においてはインボリュート曲線形状と同一形状に形成される。

ここで、工具刃４１ａは、刃先４１ｂのＣｔ軸と直角な平面に対し、角度γだけ傾斜したすくい角が設けられる。又、工具刃４１ａには、工具側面側にＣｔ軸と平行な直線に対し、角度δだけ傾斜した前逃げ角が設けられる。更に、工具刃４１ａの刃溝４１ｃは、Ｃｔ軸と平行な直線に対し、角度βだけ傾斜したねじれ角を有する。尚、加工用工具４１としては、ねじれ角βを有しておらず、Ｃｔ軸に平行なストレートの工具刃４１ａを備えることもできる。

又、図１に示すように、ベッド１０の上面には、工作物主軸５０をＺ軸線に平行な方向に移動するためのＺ軸ボールねじ１２が配置される。そして、ベッド１０には、Ｚ軸ボールねじ１２を回転駆動する図示省略のＺ軸モータが配置される。工作物主軸５０は、図示省略のＢ軸モータによってＢ軸回りに旋回可能に設けられると共に、図示省略の工作物主軸モータによりＣｗ軸回りに回転される。ここで、工作物主軸５０は、工作物Ｗを相対回転不能に保持する保持器を有しており、保持器を介して工作物Ｗを支持する。従って、工作物主軸５０は、工作物保持装置を主に構成する。

又、歯車加工装置１は、図示を省略する周知の工具交換装置を備える。工具交換装置は、回転主軸４０に工具ホルダ４２を介して装着された加工用工具４１と、工具マガジンに収容された他の加工用工具４１との交換を自動的に行う。尚、工具交換装置の構成及び作動については、周知であり、例えば、特開２０１８－１０３３３０号公報等を参照することができるため、その説明を省略する。

制御装置１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インターフェースを主要構成部品とするコンピュータ装置であり、各種プログラムを実行することによって歯車加工装置１の作動を統括的に制御する。制御装置１００は、図４に示すように、工具回転制御部１０１と、工作物回転制御部１０２と、旋回制御部１０３と、位置制御部１０４と、記憶部１０５と、位相ずれ検知部１０６と、位相補正部１０７とを主に備える。

工具回転制御部１０１は、主軸モータ（図示省略）に設けられたエンコーダ（図示省略）によって検出された回転角度を用いて主軸モータの駆動制御を行い、回転主軸４０と共に工具ホルダ４２及び加工用工具４１をＣｔ軸線回りに回転させる。工作物回転制御部１０２は、工作物主軸モータ（図示省略）に設けられたエンコーダ（図示省略）によって検出された回転角度を用いて工作物主軸モータの駆動制御を行い、工作物主軸５０と共に保持器に保持（固定）された工作物ＷをＣｔ軸線回りに回転させる。旋回制御部１０３は、Ｂ軸モータ（図示省略）の駆動制御を行い、工作物主軸５０をＢ軸回りに旋回させる。

位置制御部１０４は、コラム２０即ち工作物検出センサ３１及び回転主軸４０を支持するサドル３０と、工作物主軸５０とを相対移動可能に位置制御する。位置制御部１０４は、Ｚ軸ボールねじ１１（Ｚ軸モータ）の駆動制御を行い、コラム２０及びコラム２０に支持されたサドル３０を一体にＺ軸線に平行な方向へ移動させる。又、位置制御部１０４は、Ｙ軸ボールねじ２１（Ｙ軸モータ）の駆動制御を行い、サドル３０をＹ軸線に平行な方向へ移動させる。更に、位置制御部１０４は、Ｘ軸ボールねじ１２（Ｘ軸モータ）の駆動制御を行い、工作物主軸５０をＸ軸線に平行な方向へ移動させる。

記憶部１０５は、歯車加工装置１の作動に用いられる各種情報を記憶する。又、記憶部１０５は、良品であるマスタの工作物Ｗの大径部Ｗ１及び小径部Ｗ２における位相の基準ずれ量ＤＢ（以下、「マスタずれ量ＤＢ」と称呼する。）を記憶する。マスタずれ量ＤＢは、図５に示すように、マスタの工作物Ｗの大径部Ｗ１及び小径部Ｗ２の各々について、工作物検出センサ３１によって検出された出力波形ＨＢ１及び出力波形ＨＢ２から得られる。

ここで、本例における位相のずれ量Ｄは、図６に示すように、大径部Ｗ１及び小径部Ｗ２の各々に創成された歯の間、即ち、歯溝の幅方向（回転方向）における中央位置同士のずれの大きさである。従って、本例においては、マスタずれ量ＤＢは、図５に示すように、工作物検出センサ３１によって検出された出力波形ＨＢ１の振幅の正のピーク（即ち、歯溝の中央位置）に対応する位相と、出力波形ＨＢ２の振幅の正のピーク（即ち、歯溝の中央位置）に対応する位相との差分とする。記憶部１０５は、位相ずれ検知部１０６にマスタずれ量ＤＢを出力する。

本例の位相ずれ検知部１０６は、工作物検出センサ３１による検出結果に基づいて、工作物Ｗを構成する基準歯車である大径部Ｗ１と補正対象歯車である小径部Ｗ２との間に生じた位相のずれ量Ｄを検知する。位相ずれ検知部１０６は、図６に示すように、大径部Ｗ１の歯溝の中間位置を基準とする。そして、位相ずれ検知部１０６は、基準である大径部Ｗ１の歯溝の中間位置と、小径部Ｗ２の歯溝の中間位置とのずれの大きさをずれ量Ｄとして検知する。そして、位相ずれ検知部１０６は、ずれ量Ｄが記憶部１０５に予め記憶されたマスタずれ量ＤＢよりも大きい場合に、大径部Ｗ１と小径部Ｗ２との間に位相ずれが生じていると検知する。

ここで、本例では、後述するように、基準歯車である大径部Ｗ１の歯車加工が完了した状態（即ち、大径部Ｗ１の仕上加工まで完了した状態）で、補正対象歯車である小径部Ｗ２の歯車加工の途中にて位相ずれを検知する場合を例示して説明する。しかし、必要に応じて、小径部Ｗ２の歯車加工が完了した状態（即ち、小径部Ｗ２の仕上加工まで完了した状態）で、大径部Ｗ１の歯車加工の途中にて位相ずれを検知するようにしても良い。即ち、大径部Ｗ１及び小径部Ｗ２の歯車加工の順序については、限定されない。

又、歯車加工装置１においては、加工用工具４１を工具ホルダ４２に対して脱着して加工を行うことが可能である。この場合、加工用工具４１の脱着によって、加工用工具４１の工具ホルダ４２に対する回転位置が加工用工具４１の交換によって生じる場合がある。従って、位相ずれ検知部１０６が、例えば、加工用工具４１の交換に伴って発生する位相ずれを検知することも可能である。

位相補正部１０７は、ずれ量Ｄがマスタずれ量ＤＢ以下となるように、補正量Ｍを算出する。そして、位相補正部１０７は、工作物回転制御部１０２と協働することにより、補正量Ｍに対応して工作物Ｗ即ち工作物主軸５０を回転させる。これにより、位相補正部１０７は、小径部Ｗ２の大径部Ｗ１に対して生じた位相ずれを補正する。

ここで、本例においては、スカイビング加工によって工作物Ｗ（歯車）を形成する歯車加工装置１を用いる。一般に、スカイビング加工に用いられる歯車加工装置１においては、工作物主軸５０の回転角分解能は、回転主軸４０の回転角分解能に比べて優れている。このため、本例においては、位相補正部１０７は、工作物主軸５０を回転させることにより、位相ずれを補正する。但し、位相補正部１０７が、工作物Ｗにおいて生じたずれ量Ｄに対応するように回転主軸４０、即ち、加工用工具４１を回転させることにより、相対的に工作物Ｗの位相ずれを補正するようにすることも可能である。

（３．歯車加工処理（歯車加工方法））
次に、図７に示すフローチャートを用いて、制御装置１００により実行される歯車加工処理（歯車加工方法）について説明する。歯車加工処理は、大径部Ｗ１と小径部Ｗ２とを有するブランクである工作物Ｗに対し、歯車加工によって大径部Ｗ１及び小径部Ｗ２の各々に歯車を形成する際に実行される。尚、本例の歯車加工処理においては、歯車加工により、大径部Ｗ１と小径部Ｗ２との各々に平歯を形成する場合を例示する。しかし、歯車加工により、大径部Ｗ１と小径部Ｗ２との各々にはす歯を形成する場合にも、歯車加工処理を適用することができる。

歯車加工処理は、ステップＳ１において、保持器に保持された工作物Ｗの大径部Ｗ１に対する歯車加工を行い、大径部Ｗ１に平歯歯車を形成する。即ち、ステップＳ１においては、回転主軸４０に工具ホルダ４２を介して保持された加工用工具４１と、工作物主軸５０に保持器を介して保持された工作物Ｗとを同期回転させた状態で、加工用工具４１を大径部Ｗ１に対してＺ軸線に平行な方向に送り操作する。これにより、大径部Ｗ１に対して、スカイビング加工による平歯歯車を形成する。ここで、ステップＳ１においては、大径部Ｗ１に形成された平歯歯車は、仕上加工まで行われる。

続くステップＳ２において、歯車加工処理は、大径部Ｗ１に平歯歯車が形成された工作物Ｗを保持器から脱する（取り外す）ことなく、換言すれば、大径部Ｗ１における平歯歯車の形成に引き続いて小径部Ｗ２に歯車を形成する。即ち、ステップＳ２においては、回転主軸４０に工具ホルダ４２を介して保持された加工用工具４１と、工作物主軸５０に保持器を介して保持されたままの工作物Ｗとを同期回転させた状態で、加工用工具４１を小径部Ｗ２に対してＺ軸線に平行な方向に送り操作する。これにより、小径部Ｗ２対して、スカイビング加工による平歯歯車を形成する。ここで、ステップＳ２においては、小径部Ｗ２に形成された平歯歯車は、中仕上加工まで行われる。尚、小径部Ｗ２に平歯歯車を形成する際には、適宜、加工用工具４１を交換することも可能である。

ステップＳ３においては、歯車加工処理は、工作物Ｗの小径部Ｗ２に形成されて中仕上加工された平歯歯車について、大径部Ｗ１の平歯歯車に対する位相ずれを検知すると共に生じた位相ずれの補正を行う。尚、この位相ずれ補正処理については、後に詳述する。

ステップＳ４においては、歯車加工処理は、小径部Ｗ２の平歯歯車に中仕上加工が施された工作物Ｗを保持器から脱する（取り外す）ことなく、換言すれば、位相ずれが補正された小径部Ｗ２の平歯歯車に仕上加工を施す。即ち、ステップＳ２においては、回転主軸４０に工具ホルダ４２を介して保持された加工用工具４１と、工作物主軸５０に保持器を介して保持されたままの工作物Ｗとを同期回転させた状態で、加工用工具４１を小径部Ｗ２に対してＺ軸線に平行な方向に送り操作する。これにより、小径部Ｗ２に形成された平歯歯車は、仕上加工が施される。

（３－１．位相ずれ補正処理について）
次に、上述した歯車加工処理における前記ステップＳ３にて行われる位相ずれ補正処理について説明する。本例における位相ずれ補正処理は、前記ステップＳ１における大径部Ｗ１の仕上加工完了後であって、前記ステップＳ２における小径部Ｗ２の中仕上加工後、且つ、前記ステップＳ４にて仕上加工を開始するまでの間に行われる。本例における位相ずれ補正処理は、図８に示すように、ステップＳ３１にて開始される。

ステップＳ３１においては、制御装置１００の位置制御部１０４及び位相ずれ検知部１０６は、協働して、基準歯車である大径部Ｗ１の歯位相を検知する。即ち、位置制御部１０４は、図９に示すように、工作物検出センサ３１を第一検出位置Ｐ１に移動させる。第一検出位置Ｐ１は、仕上加工が施された工作物Ｗの大径部Ｗ１の歯位相を検出する位置である。位置制御部１０４は、コラム２０をＺ軸線に平行方向に移動させると共にサドル３０をＹ軸線に平行な方向に移動させ、且つ、工作物主軸５０をＸ軸線に平行な方向に移動させることにより（図１を参照）、工作物検出センサ３１を第一検出位置Ｐ１に配置する。

そして、位相ずれ検知部１０６は、第一検出位置Ｐ１に配置された工作物検出センサ３１を用い、工作物Ｗを回転させながら大径部Ｗ１の歯位相を検出する。これにより、図１０に示すように、大径部Ｗ１の歯及び歯溝に応じて出力される出力波形Ｈ１が得られる。制御装置１００は、出力波形Ｈ１を取得すると、ステップＳ３２のステップ処理を実行する

ステップＳ３２においては、制御装置１００の位置制御部１０４及び位相ずれ検知部１０６は、協働して、補正対象歯車である小径部Ｗ２の歯位相を検知する。即ち、位置制御部１０４は、図１１に示すように、工作物検出センサ３１を第一検出位置Ｐ１（図９を参照）から第二検出位置Ｐ２に移動させて、工作物Ｗの小径部Ｗ２の歯位相を検出する。第二検出位置Ｐ２は、仕上加工前の工作物Ｗの小径部Ｗ２の歯位相を検出する位置である。位置制御部１０４は、例えば、コラム２０を第一検出位置Ｐ１からＺ軸線に平行な方向に移動させると共にサドル３０をＹ軸線に平行な方向にて小径部Ｗ２に接近させることにより、工作物検出センサ３１を第二検出位置Ｐ２に配置する。

そして、位相ずれ検知部１０６は、第二検出位置Ｐ２に配置した工作物検出センサ３１を用い、小径部Ｗ２の歯位相を検出する。これにより、図１２に示すように、小径部Ｗ２の歯先及び歯溝に応じて出力される出力波形Ｈ２が得られる。ここで、位相ずれ検知部１０６は、工作物Ｗを工作物主軸５０から脱することなく、小径部Ｗ２の歯位相を検出する。制御装置１００は、出力波形Ｈ２を取得すると、ステップＳ３３のステップ処理を実行する。

ステップＳ３３においては、位相ずれ検知部１０６は、基準歯車としての大径部Ｗ１の出力波形Ｈ１と、補正対象歯車である小径部Ｗ２の出力波形Ｈ２とに基づいて、大径部Ｗ１と小径部Ｗ２の位相のずれ量Ｄを算出する。この場合、位相ずれ検知部１０６は、図１３に示すように、出力波形Ｈ１の正のピーク（即ち、歯溝の中央位置）となる位相と出力波形Ｈ２の正のピーク（即ち、歯溝の中央位置）となる位相とを比較することにより、位相のずれ量Ｄを算出する。制御装置１００は、ずれ量Ｄを算出すると、ステップＳ３４のステップ処理を実行する。

再び、図８に戻り、ステップＳ３４においては、位相ずれ検知部１０６は、算出したずれ量Ｄと予め記憶しているマスタずれ量ＤＢとを比較し、ずれ量Ｄがマスタずれ量ＤＢよりも大きいか否かを判定する。即ち、位相ずれ検知部１０６は、位相のずれ量Ｄがマスタずれ量ＤＢよりも大きければ、「Ｙｅｓ」と判定し、大径部Ｗ１と小径部Ｗ２の位相差が許容範囲外であるため、ステップＳ３５のステップ処理を実行する。

一方、位相ずれ検知部１０６は、ずれ量Ｄがマスタずれ量ＤＢ以下であれば、「Ｎｏ」と判定する。この場合は、大径部Ｗ１と小径部Ｗ２との位相差は許容範囲内であり、小径部Ｗ２の大径部Ｗ１に対する位相を補正する必要がない。このため、制御装置１００は、歯車加工処理に戻り、前記ステップＳ４にて小径部Ｗ２に仕上加工を行う。

ステップＳ３５においては、制御装置１００の位相補正部１０７は、前記ステップＳ３４の判定結果に基づいて、小径部Ｗ２の大径部Ｗ１に対する位相差を補正するための補正量Ｍを算出する。具体的に、位相補正部１０７は、ずれ量Ｄがマスタずれ量ＤＢ以下となるように、ずれ量Ｄとマスタずれ量ＤＢとの差分を補正量Ｍとして算出する。そして、制御装置１００は、補正量Ｍを算出すると、ステップＳ３６のステップ処理を実行する。

ステップＳ３６においては、位相補正部１０７は、工作物回転制御部１０２と協働することにより、前記ステップＳ３５にて算出した補正量Ｍに基づいて、工作物Ｗ即ち工作物主軸５０を回転させる。これにより、位相補正部１０７は、小径部Ｗ２の大径部Ｗ１に対する位相を補正する。ここで、位相補正部１０７は、補正量Ｍに基づいて、ずれ量Ｄが少なくなる方向に工作物主軸５０を回転させて補正する。そして、制御装置１００は、小径部Ｗ２の位相を補正した状態で、図７に示した歯車加工処理のステップＳ４にて小径部Ｗ２の仕上加工処理を行う。これにより、小径部Ｗ２は、大径部Ｗ１に対する位相が補正された状態で最終的な仕上加工処理が施されるため、工作物Ｗの加工精度を向上させることができる。

尚、位相を補正する場合、本例においては、回転角分解能の高い工作物主軸５０を回転させるようにする。しかし、回転主軸４０を回転させて、加工用工具４１の位相を補正することも可能である。この場合、位相補正部１０７は、補正量Ｍに基づいて、ずれ量Ｄが少なくなる方向に回転主軸４０を回転させて補正する。

以上の説明からも理解できるように、歯車加工装置１によれば、工作物検出センサ３１は、工作物Ｗが工作物主軸５０に保持された状態で、仕上加工された基準歯車である大径部Ｗ１と、中仕上加工まで施された補正対象歯車である小径部Ｗ２との各々の歯の回転位置を検出することができる。そして、位相ずれ検知部１０６は、工作物検出センサ３１の検出結果に基づいて大径部Ｗ１の歯位相に対する小径部Ｗ２の歯位相のずれ量Ｄを検知することができる。これにより、位相補正部１０７は、位相ずれ検知部１０６によって検知されたずれ量Ｄに基づいて、小径部Ｗ２を仕上加工する際の歯位相のずれを補正するための補正量Ｍを算出することができる。

即ち、歯車加工装置１によれば、小径部Ｗ２が中仕上加工された後、且つ、仕上加工されるまでに、補正対象歯車の位相のずれ量Ｄが検知され、且つ、仕上加工の際の歯位相のずれが補正される。これにより、段付き歯車である工作物Ｗのように、複数の歯車である大径部Ｗ１及び小径部Ｗ２を形成する際には、位相を測定するために工作物Ｗを脱着するような煩雑な作業が必要がなく、その結果、工作物Ｗを脱着するための工程を省略できると共に脱着時間が不要となる。従って、位相の調整時間を短縮することが可能となる。

又、補正対象歯車である小径部Ｗ２は、補正量Ｍによって歯位相が補正された状態で仕上加工が施される。これにより、小径部Ｗ２を高い精度で形成することができる。更に、補正量Ｍは、予め記憶された良品（マスタ）の基準ずれ量であるマスタずれ量ＤＢと、工作物検出センサ３１によって検出されたずれ量Ｄとの差分として算出することができる。これにより、簡便且つ正確に補正量Ｍを算出することができると共に、小径部Ｗ２を仕上加工する際の位相を適切に補正することができる。その結果、歯車加工装置１は、小径部Ｗ２を高い精度で仕上加工することができる。

（第１別例）
上述した本例においては、工作物Ｗが大径部Ｗ１と小径部Ｗ２とに平歯を形成する場合を例示した。工作物Ｗの歯形状については、単純な形状に限られず、例えば、車両のトランスミッションに用いられるシンクロナイザースリーブのように、歯が特殊な形状（特殊歯車）であっても、上述した歯車加工処理及び位相ずれ補正処理を適用することができる。以下、第１別例として、工作物Ｗ即ちシンクロナイザースリーブにテーパ歯面及びチャンファ歯面を形成する場合を例示して説明する。

ここで、工作物Ｗとしてのシンクロナイザースリーブの歯車加工について簡単に説明しておく。シンクロナイザースリーブに歯車加工を行う場合、歯車加工装置１は、加工する歯車の形状に応じて、図１４に示すように、複数（例えば、３つ）の加工用工具４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃを交換する。そして、歯車加工装置１は、例えば、加工用工具４１Ａを用いて、図１５に示すように、スプラインＧ１を形成する。続いて、歯車加工装置１は、例えば、加工用工具４１Ａから加工用工具４１Ｂに交換して、図１６に示すように、スプラインＧ１の一端側の歯側面にテーパ歯面Ｇ２を形成する。更に、歯車加工装置１は、例えば、加工用工具４１Ｂから加工用工具４１Ｃに交換して、図１７に示すように、テーパ歯面Ｇ２にチャンファ歯面Ｇ３を形成する。

ところで、テーパ歯面Ｇ２及びチャンファ歯面Ｇ３は、歯切りの位相が決まっている。このため、テーパ歯面Ｇ２及びチャンファ歯面Ｇ３を形成する場合には、既に形成されたスプラインＧ１に対して、加工用工具４１Ｂ，４１Ｃを適切な加工開始位置、即ち、適切な歯切り位相角度に配置する必要がある。従って、テーパ歯面Ｇ２及びチャンファ歯面Ｇ３のような特殊歯車を形成する場合にも、上述した歯車加工処理（図７を参照）及び位相ずれ補正処理（図８を参照）を適用することができる。

第１別例においては、例えば、加工用工具４１Ａを用いて形成されたスプラインＧ１が基準歯車になる。従って、図７に示した歯車加工処理のステップＳ１において、スプラインＧ１は、仕上加工処理まで施される。そして、第１別例においては、例えば、加工用工具４１Ｂを用いて形成されたテーパ歯面Ｇ２及び加工用工具４１Ｃを用いて形成されたチャンファ歯面Ｇ３が補正対象歯車になる。

従って、テーパ歯面Ｇ２及びチャンファ歯面Ｇ３は、それぞれ、図７に示した歯車加工処理のステップＳ２にて中仕上加工処理が施された後、ステップＳ３にて位相ずれ補正処理が行われ、その後、ステップＳ４にて仕上加工処理が施される。ここで、第１別例における位相ずれ補正処理も、上述した本例の位相ずれ補正処理と同様に行われる。但し、第１別例においては、テーパ歯面Ｇ２及びチャンファ歯面Ｇ３の各々について、位相ずれ補正処理（図８を参照）が行われる。

具体的に、テーパ歯面Ｇ２については、歯車加工処理の前記ステップＳ２における中仕上加工処理により、図１６に示すように、例えば、テーパ歯面Ｇ２１が形成されその後テーパ歯面Ｇ２２が形成された後、前記ステップＳ３にて位相ずれ補正処理が行われる。そして、位相ずれ補正処理においては、前記ステップＳ３１及び前記ステップＳ３２にて、工作物検出センサ３１により、基準歯車であるスプラインＧ１の出力波形と、中仕上加工処理された補正対象歯車であるテーパ歯面Ｇ２の出力波形とが検出される。

これにより、位相ずれ検知部１０６は、前記ステップＳ３３にて位相のずれ量Ｄを算出する。そして、位相ずれ検知部１０６は、前記ステップＳ３４において、ずれ量Ｄと、予め記憶部１０５に記憶されているマスタのシンクロナイザースリーブ（工作物Ｗ）におけるスプラインＧ１とテーパ歯面Ｇ２との位相のずれ量を表すマスタずれ量ＤＢとを比較する。この比較により、ずれ量Ｄがマスタずれ量ＤＢよりも大きい場合には、位相補正部１０７は、前記ステップＳ３５にて補正量Ｍを算出し、前記ステップＳ３６にて補正量Ｍに基づいて工作物主軸５０を回転させることにより、位相のずれを補正する。

ここで、テーパ歯面Ｇ２の加工においては、テーパ歯面Ｇ２１及びテーパ歯面Ｇ２２の加工を開始する加工開始位置位相のずれ、即ち、工作物Ｗの割出し角度が補正される。そして、歯車加工処理のステップＳ４にて、テーパ歯面Ｇ２即ちテーパ歯面Ｇ２１及びテーパ歯面Ｇ２２は、最終的に仕上加工処理が施される。

同様に、チャンファ歯面Ｇ３については、歯車加工処理の前記ステップＳ２における中仕上加工処理により、図１７に示すように、例えば、チャンファ歯面Ｇ３１が形成されその後チャンファ歯面Ｇ３２が形成された後、前記ステップＳ３にて位相ずれ補正処理が行われる。そして、位相ずれ補正処理においては、前記ステップＳ３１及び前記ステップＳ３２にて、工作物検出センサ３１により、基準歯車であるスプラインＧ１の出力波形と、中仕上加工処理された補正対象歯車であるチャンファ歯面Ｇ３の出力波形とが検出される。

これにより、位相ずれ検知部１０６は、前記ステップＳ３３にて位相のずれ量Ｄを算出する。そして、位相ずれ検知部１０６は、前記ステップＳ３４において、ずれ量Ｄと、予め記憶部１０５に記憶されているマスタのシンクロナイザースリーブ（工作物Ｗ）におけるスプラインＧ１とチャンファ歯面Ｇ３との位相のずれ量を表すマスタずれ量ＤＢとを比較する。この比較により、ずれ量Ｄがマスタずれ量ＤＢよりも大きい場合には、位相補正部１０７は、前記ステップＳ３５にて補正量Ｍを算出し、前記ステップＳ３６にて補正量Ｍに基づいて工作物主軸５０を回転させることにより、位相のずれを補正する。

ここで、チャンファ歯面Ｇ３の加工においては、チャンファ歯面Ｇ３１及びチャンファ歯面Ｇ３２の加工を開始する加工開始位置の位相のずれ即ち、工作物Ｗの割出し角度が補正される。そして、歯車加工処理のステップＳ４にて、チャンファ歯面Ｇ３即ちチャンファ歯面Ｇ３１及びチャンファ歯面Ｇ３２は、最終的に仕上加工処理が施される。

以上に説明からも理解できるように、第１別例においても、上述した本例と同様の効果が得られる。又、第１別例においては、中仕上加工から仕上加工において、工作物Ｗを工作物主軸５０から脱する（取り外す）ことない。特に、位相ずれ補正処理においては、工作物検出センサ３１により、基準歯車であるスプラインＧ１の計測と補正対象歯車であるテーパ歯面Ｇ２及びチャンファ歯面Ｇ３の各々計測とが連続的に行われる。これにより、工作物Ｗ（シンクロナイザースリーブ）や工作物検出センサ３１を支持するサドル３０に生じる熱変位による計測への影響を良好に抑制することができ、その結果、位相ずれを精度よく補正することができる。

尚、第１別例において例示したテーパ歯面Ｇ２やチャンファ歯面Ｇ３のように、工作物Ｗの軸線に対して左右対称の形状の場合には、工作物検出センサ３１を配置する検出位置は特に限定されることはない。即ち、スプラインＧ１、テーパ歯面Ｇ２及びチャンファ歯面Ｇ３の各々を含む位置を各々の検出位置として工作物検出センサ３１を配置することにより、適切な出力波形が得られる。

しかし、特殊歯車においては、歯の形状が工作物Ｗの軸線に対して左右対称ではない場合がある。例えば、図１６にて例示したテーパ歯面Ｇ２１の角度とテーパ歯面Ｇ２２の角度とが異なる、或いは、チャンファ歯面Ｇ３１の角度とチャンファ歯面Ｇ３２の角度とが異なる場合がある。このように、工作物Ｗの軸線に対して左右対称ではない歯の形状を有する特殊歯車の場合には、例えば、マスタの工作物Ｗを用いてマスタずれ量ＤＢを計測した際の工作物検出センサ３１の検出位置に対応するように、工作物検出センサ３１を配置すると良い。或いは、マスタの工作物Ｗのおけるテーパ歯面やチャンファ歯面の角度を用いて、工作物検出センサ３１によって検出されて出力された出力波形を補正すると良い。

（その他の別例）
上述した本例及び第１別例においては、工作物Ｗに形成される歯形状が工作物Ｗの回転軸Ｃｗに平行な平歯である場合を例示した。しかし、スカイビング加工では、工作物Ｗに回転軸Ｃｗとねじれの位置関係になるはす歯を形成することも可能である。

又、上述した本例及び第１別例においては、工作物検出センサ３１を工具保持装置であるサドル３０に組み付けるようにした。しかし、工作物検出センサ３１を工作物保持装置側に設けることも可能である。この場合であっても、工作物検出センサ３１は、基準歯車及び補正対象歯車の回転位置即ち歯位相を検出することができる。

又、上述した本例及び第１別例においては、歯車加工装置１のコラム２０（サドル３０）がＺ軸線に平行な方向へ移動すると共にＹ軸線に平行な方向へ移動し、工作物主軸５０がＸ軸線に平行な方向へ移動するようにした。これに代えて、例えば、工作物主軸５０をベッド１０に対して移動不能に固定し、コラム２０（サドル３０）がＸ軸線に平行な方向、Ｙ軸線に平行な方向及びＺ軸線に平行な方向へ移動するように構成することも可能である。

このように歯車加工装置１を構成した場合であっても、上述した本例及び第１別例と同様に、サドル３０即ち工作物検出センサ３１と工作物主軸５０即ち工作物Ｗとの相対位置を変更することが可能である。従って、この場合においても、上述した本例及び第１別例と同様の効果が得られる。

又、上述した本例及び第１別例においては、工作物検出センサ３１が工作物Ｗのまでの距離を検出するようにした。工作物検出センサ３１が検出する物理量としては距離に限定されるものではなく、例えば、工作物検出センサ３１が電磁的な物理量の強弱や接触子の直接的な変位を検出しても良い。

更に、上述した本例においては、加工用工具４１がスカイビングカッタであり、歯車加工装置１は、スカイビング加工による歯車加工を行う場合について説明した。これに対し、加工用工具がホブカッタである場合には、歯車加工装置は、ホブ加工により歯車加工を行うことが可能である。

１…歯車加工装置、１０…ベッド、２０…コラム（工具保持装置）、２０ａ…側面（摺動面）、３０…サドル（工具保持装置）、３１…工作物検出センサ、４０…回転主軸（工具保持装置）、４１…加工用工具、４１ａ…工具刃、４１ｂ…刃先、４１ｃ…刃溝、４２…工具ホルダ、５０…工作物主軸（工作物保持装置）、１００…制御装置、１０１…工具回転制御部、１０２…工作物回転制御部、１０３…旋回制御部、１０４…位置制御部、１０５…記憶部、１０６…位相ずれ検知部、１０７…位相補正部、Ｃｗ…回転軸、Ｄ…ずれ量、ＤＢ…マスタずれ量（基準ずれ量）、Ｇ１…スプライン（基準歯車）、Ｇ２…テーパ歯面（補正対象歯車）、Ｇ３…チャンファ歯面（補正対象歯車）、Ｈ１，Ｈ２，ＨＢ１，ＨＢ２…出力波形、Ｍ…補正量、Ｐ１…第一検出位置、Ｐ２…第二検出位置、Ｗ…工作物、Ｗ１…大径部（基準歯車）、Ｗ２…小径部（補正対象歯車）

Claims (8)

1. 加工用工具と工作物とを同期回転させながら相対的に送り、前記工作物の周面を切削加工することにより前記工作物に複数の歯車を形成する歯車加工装置であって、
   前記加工用工具を回転可能に保持する工具保持装置と、
   前記工作物を回転可能に保持する工作物保持装置と、
   前記工具保持装置及び前記工作物保持装置の一方に設けられて、前記工作物保持装置が前記工作物を保持した状態で前記工作物に形成された複数の前記歯車の各々の歯の回転位置を検出する工作物検出センサと、
   前記加工用工具及び前記工作物の同期回転と、前記工具保持装置及び前記工作物保持装置の相対移動とを制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   複数の前記歯車のうち仕上加工された前記歯車を基準歯車とすると共に複数の前記歯車のうち中仕上加工された前記歯車を補正対象歯車とし、
   前記工作物検出センサの検出結果に基づいて前記基準歯車の歯位相に対する前記補正対象歯車の歯位相のずれの大きさを表すずれ量を検知する位相ずれ検知部と、
   前記位相ずれ検知部によって検知された前記ずれ量に基づいて、前記補正対象歯車を仕上加工する際の歯位相のずれを補正するための補正量を算出する位相補正部と、
   を備えた、歯車加工装置。
2. 前記補正対象歯車は、
   算出された前記補正量によって歯位相が補正された状態で仕上加工される、請求項１に記載の歯車加工装置。
3. 前記位相補正部は、
   良品の前記工作物における前記基準歯車及び前記補正対象歯車について予め記憶された基準ずれ量と、前記位相ずれ検知部によって検知された前記ずれ量との差分を前記補正量として算出する、請求項１又は２に記載の歯車加工装置。
4. 前記工作物は、
   複数の前記歯車の各々の径が異なる段付き歯車である、請求項１－３の何れか一項に記載の歯車加工装置。
5. 前記基準歯車の径は、前記補正対象歯車の径よりも大きい、請求項４に記載の歯車加工装置。
6. 前記補正対象歯車は、テーパ歯面及びチャンファ歯面の少なくとも一方を有する特殊歯車である、請求項１－５の何れか一項に記載の歯車加工装置。
7. 前記工具保持装置は、複数の前記加工用工具を交換可能に保持し、
   前記工作物検出センサは、前記工具保持装置が前記加工用工具を交換した後に、前記基準歯車及び前記補正対象歯車の各々の歯の回転位置を検出する、請求項１－６の何れか一項に記載の歯車加工装置。
8. 前記制御装置は、
   前記加工用工具の中心軸線を前記工作物の中心軸線に対して傾斜させた状態で、前記加工用工具及び前記工作物を同期回転させながら前記加工用工具を前記工作物に対して前記工作物の中心軸線の方向に直進させるように、前記工具保持装置及び前記工作物保持装置を制御する、請求項１－７の何れか一項に記載の歯車加工装置。

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