JPH10113820A - 工作機械において歯車の歯面を精密加工するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 歯面の表面の改善を、したがって歯車の動作
中における一層大きな支持割合を達成するために補助手
段を提供する、歯車の歯面を加工するための精密加工方
法及び相応する装置を提供する。 【解決手段】 本発明は、大体において回転対称の加工
工具（１）が、加工すべき歯車（２）の歯面（３）に噛
み合わされ、その際、加工の間に、加工工具（１）がそ
の回転軸線（４）の回りで、かつ歯車（２）がその回転
軸線（５）の回りで回転する、工作機械において歯車
（２）の歯面（３）を精密加工する方法及び装置に関す
る。本発明は、加工工具（１）の加工面（６）が、加工
すべき歯面（３）からかき取り切除を行なうのではな
く、加工すべき歯面（３）の表面からの削りくず切除な
しに、加工すべき歯面（３）の表面の平滑化だけを行な
うことにある。歯の支持割合は、それにより増加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大体において回転
対称の加工工具が、加工すべき歯車の歯面に噛み合わさ
れ、その際、加工の間に、加工工具がその回転軸線の回
りで、かつ歯車がその回転軸線の回りで回転する、工作
機械において歯車の歯面を精密加工する方法に関する。

【０００２】さらに本発明は、この方法を実施する装置
に関する。

【０００３】

【従来の技術】歯車の硬質加工の際に、平削りフライス
加工されかつ硬化された歯車は、しばしば研磨加工によ
って正確な歯面プロファイル輪郭（インボリュート曲
線）を備える。時には研磨の後にまだ残った歯形成誤差
を最小にするために、研磨の後にホーニング過程が続け
られる。

【０００４】歯車ホーニングは、ホーニングプロセスに
比較的わずかな時間しか要求されないので、とくに歯車
の大量生産に使用される。このプロセスの際、加工すべ
き歯車は、その回転軸線の回りで回転する。その際、こ
の歯車は、−外歯を加工すべき場合、−内歯を有するリ
ングの形を有するホーニング工具に噛み合う。ホーニン
グ工具は、同様にその回転軸線の回りで回転する。ホー
ニング工具の内歯は、−工具と加工片との間の回転運動
を考慮した際、−加工すべき歯面の輪郭に正確に対応し
ており；したがってホーニング工具の歯幾何学構造は、
加工すべき歯面の所望の幾何学構造を正確に生じるよう
に構成されている。

【０００５】硬質精密加工すべき歯車からの材料切除を
達成するために、ホーニング工具の作業面は、かき取り
粒子を備えている。かき取りは、例えば工具を駆動し、
かつ加工片に所定の制動トルクを加えることによって行
なわれる。その代わりに工具の回転運動と加工片のもの
との間に強制連結が存在することを考慮することができ
る。

【０００６】支障なく研磨されかつホーニングされた歯
車も、動作中に場合によっては最適な回転特性を示さな
いことがわかった。実験は、これが歯車の面の微細表面
構造によって引起こされることを示した。顕微鏡的な範
囲においてしばしば研磨及びホーニングの後にも、まだ
歯面に“高所”が存在し、したがって理想的な（インボ
リュート曲線）形からの偏差が存在する。それにより支
持割合は、したがって噛み合った両方の歯車の間の接触
が存在する範囲は、最大ではないことが明らかである。

【０００７】さらにいくつかのこれら非平面（“高所
列”）は、その他のかき取り加工（研磨、ホーニング、
ラッピング）によっても取り除くことができないことが
わかった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】それ故に本発明の課題
は、ここにおいて歯面の表面の改善を、したがって歯車
の動作中における一層大きな支持割合を達成するために
補助手段を提供する、歯車の歯面を加工するための精密
加工方法及び相応する装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による課題の解決
策は、次のような特徴を有する。すなわち加工工具
（１）の加工面（６）が、加工すべき歯面（３）からか
き取り切除を行なわない。その際、とくに加工工具
（１）の加工面（６）が、加工すべき歯面（３）の表面
からの削りくず切除なしに、加工すべき歯面（３）の表
面の平滑化だけを行なうことが考慮されている。

【００１０】したがって本発明は、次のような知識に基
づいている。すなわち大規模なかき取り加工によっても
表面幾何学構造を任意に改善することはできないが、最
終的な硬質加工として非かき取り転がり接触によれば、
本発明による課題設定の意図における改善が達成でき
る。

【００１１】有利なように加工工具（１）の回転軸線
（４）と歯車（２）の回転軸線（５）が、０゜と２０゜
の間、なるべく３゜と１５゜の間の軸線交差角をなして
いることが考慮されている。それによりさもなければ０
゜の軸線交差角の際に工具と加工片の転がる面の相対速
度が存在しないところにおいて、転がり円内において
も、このようなもの（０゜に等しくない軸線交差角の際
に）が与えられることが達成される。

【００１２】さらに方法に対して種々の駆動の構想が考
えられている：

【００１３】まず加工工具（１）が駆動されており、か
つ歯車（２）が制動されており、したがって加工工具
（１）の加工面（６）と歯車（２）の加工すべき歯面
（３）との間に、力結合接触が存在することを考慮する
ことができる。

【００１４】その代わりに加工工具（１）が制動されて
おり、かつ歯車（２）が駆動されており、したがって加
工工具（１）の加工面（６）と歯車（２）の加工すべき
歯面（３）との間に、力結合接触が存在することが可能
である。

【００１５】最後に加工工具（１）の回転運動と歯車
（２）の回転運動が、強制連結を受けることも考えるこ
とができる。

【００１６】方法を実施するための装置は、 −大体において回転対称の加工工具（１）、及び −加工すべき歯車（２）を有し、 その際、加工工具（１）がその回転軸線（４）の回りで
回転し、かつその回転軸線（５）の回りで回転する加工
すべき歯車（２）に噛み合っている。

【００１７】本発明によれば、この装置は、次の点にお
いて傑出している。すなわち加工工具（１）の加工面
（６）が、かき取りを行なわない。

【００１８】変形によれば、加工工具（１）の回転軸線
（４）と歯車（２）の回転軸線（５）が、０゜と２０゜
の間、なるべく３゜と１５゜の間の軸線交差角をなして
いることが考慮されている。

【００１９】加工工具（１）の加工面（６）が硬化され
ていることは、工具の長い寿命及び加工片の効率的な加
工にとって重要である。

【００２０】その代わりに加工工具（１）の加工面
（６）が、硬質金属又はその他の磨耗の少ない金属によ
って被覆されていることを考慮することができる。その
際、−硬質金属とともに−第１に例えばダイヤモンド層
又は窒化ホウ素の層が考えられている。最後に加工工具
（１）の加工面（６）が被覆されており、とくにプラズ
マコーティングされていることも可能である。このよう
な被覆のために、大きな延性と組合わせてきわめて高い
硬度を有する材料が問題となる。

【００２１】種々の駆動構想を実現するために、まず加
工工具（１）を駆動するために手段が設けられており、
かつ歯車（２）を制動するために手段が設けられてお
り、したがって加工工具（１）の加工面（６）と歯車
（２）の加工すべき歯面（３）との間に、力結合接触が
存在することが考えられている。

【００２２】その代わりに加工工具（１）を制動するた
めに手段が設けられており、かつ歯車（２）を駆動する
ために手段が設けられており、したがって加工工具
（１）の加工面（６）と歯車（２）の加工すべき歯面
（３）との間に、力結合接触が存在することも可能であ
る。

【００２３】最後に加工工具（１）の回転運動と歯車
（２）の回転運動の強制連結を行なうために手段が設け
られていることが考慮されている。

【００２４】加工工具は、有利なように大体において一
片からなり、かつ鋼部材から、その代わりにもちろんセ
ラミック基礎部材からもなることができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】図面に本発明の実施例が示されて
いる。図は、加工工具に噛み合っている歯車を概略的に
示している。

【００２６】外歯平歯車の形の歯車２が、リング状加工
工具１によって最終的に加工される場合が図示されてい
る。歯車は、軟質加工（ホブ切り）及び硬化の後に、硬
質精密加工を受けており；その際、歯車は、まずプロフ
ァイル研磨され、かつ続いてホーニングされ、又はいわ
ゆるコロニエレン（Ｃｏｒｏｎｉｅｒｅｎ：商標名）に
よって加工されている。

【００２７】したがって精密仕上げ過程は、例えばコロ
ニエレン（商標名）による特殊高性能加工によって行な
われる。これは、カップ・ＧｍｂＨ社、コブルグによっ
て開発された方法であり、ここではかき取り粒子によっ
て被覆された鋼リング（装置は図に示したものに似てい
る）が、加工片に噛み合っている。その際、コロニエル
（商標名）リングと加工片の回転の間に強制連結が存在
し、この強制連結は、電気的に制御される。

【００２８】図を簡単化する理由から、加工工具１の回
転軸線４と歯車２の回転軸線５とが平行に配置されてい
る場合が図示されている。実際にはこのことは、通常の
場合ではない。それどころか通常両方の軸線４及び５
は、２０゜までの又はそれどころかむしろなるべく３゜
と１５゜の間の軸線交差角をなしている。それにより歯
車の転がり円内においても、工具１の加工面６と加工す
べき歯面３との間の相対速度が起こることが保証されて
いる。加工の間に軸線交差角度を前記の限界内において
変化させることも考慮することができる。

【００２９】加工工具１と歯車２は、研磨／ホーニング
に続いて行なわれる最終的な加工の際に噛み合ってい
る。加工すべき歯車２の歯面３は、このようにして加工
工具１の加工面に転がり噛み合いしている。

【００３０】加工工具１は、加工の間に、その回転軸線
４の回りで回転方向７に回転しており；相応して歯車２
は、その回転軸線５の回りで回転方向８に回転してい
る。

【００３１】工具１の加工面６は、硬質金属又はその他
の硬い磨耗の少ない金属によって被覆されている。被覆
材料として、硬質金属とともに、例えばダイヤモンド又
はセラミックが問題になる。加工面６の装備は、例えば
プラズマコーティングによって行なうことができる。

【００３２】‘電子的な軸’を介して、工具１の回転運
動と歯車２のものとは連結されている。すなわち加工工
具１と歯車２の間の相対回転は、誤差のない歯形成の際
の‘理想的な’相関関係に相当する。

【００３３】本発明による処理様式の目的は、加工工具
１による歯車２の歯の加工の間に、 −顕微鏡的な範囲において−歯面３の理想的なインボリ
ュート曲線形からの偏差をなす突出した先端を押込み、
又は削ることにある。しかしこのことは、加工片２の加
工すべき歯面３における加工工具１のかき取り作用によ
っては行なわれず、工具１の加工面６が、加工すべき歯
面３の表面の変形する平滑化を行なうことによって行な
われる。このようにして歯車の歯面における突出した先
端は押込まれ、かつ場合によっては歯面の範囲における
突出した（微細）まくれも押込まれる。

【００３４】そのため加工面６は、きわめて硬い材料を
備え、これら材料は、できるだけ同時に大きな延性も有
する。このような材料は、十分に周知であり、かつこれ
以上説明する必要はない。とくに加工面６が、被覆プロ
セスにおいて、とくにプラズマコーティングプロセスに
おいて、ＣＢＮ（立方結晶窒化ホウ素）、ダイヤモンド
又はその他の元素の窒化物を備えることを考えることが
できる。他方においてもちろん切削仕上げにおいて通常
使用されるような硬質金属も、加工面６のための被覆材
料として同様に考慮される。

【００３５】加工片２と工具１の転がりの際、とくにこ
ろがり連結の際、その際、工具１は、その加工面６によ
って歯車２の歯面３上に、対向プロファイルをかたど
り、この対向プロファイルは、理想的な歯面幾何学構造
に相当する。そのため加工工具１は、全体として安定な
構成を持たなければならず、それ故に工具１が鋼基礎部
材からなり、この鋼基礎部材が−加工面６に関して−歯
車のインボリュート目標プロファィルに相応して加工さ
れ（研磨され）ていることが、有利に考慮されている。

【００３６】本発明による方法によれば、歯車２の歯面
幾何学構造３の改善が、したがって回転面の表面の改善
が達成されるので、その後の動作において噛み合った２
つの歯車の支持割合が増加する。その際、本発明による
処理様式において加工面６の相応する構成によって、歯
車２の歯の歯元も一緒に加工し、すなわち隣接する２つ
の歯面３の間にある範囲を一緒に加工することが可能で
ある。

【００３７】説明した方法のその他の利点は、加工面６
による歯面３の加工により、歯面３の圧力印加が行なわ
れることにある。その結果、歯面の表面範囲において圧
力内部応力が高められる。しかしながら大きな圧力内部
応力は、歯の寿命に望ましい作用を及ぼす。

【００３８】この利点は、工具１と加工片２の回転運動
の強制連結の際に達成され、かつ工具又は加工片が駆動
され、かつそれぞれ別の車輪に制動トルクが加えられる
場合にも達成される。

【００３９】前記の技術において大体において非切削方
法が問題になっているとはいえ、それにもかかわらずオ
イル、乳剤又はその他の冷却潤滑剤を添加しながら方法
を実施すると有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】加工工具と噛み合った歯車を示す略図である。

【符号の説明】

１ 加工工具 ２ 歯車 ３ 歯面 ４ 回転軸線 ５ 回転軸線 ６ 加工面

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 大体において回転対称の加工工具（１）
   が、加工すべき歯車（２）の歯面（３）に噛み合わさ
   れ、 その際、加工の間に、加工工具（１）がその回転軸線
   （４）の回りで、かつ歯車（２）がその回転軸線（５）
   の回りで回転する、 工作機械において歯車（２）の歯面（３）を精密加工す
   る方法において、 加工工具（１）の加工面（６）が、加工すべき歯面
   （３）からかき取り切除を行なわないことを特徴とす
   る、工作機械において歯車（２）の歯面（３）を精密加
   工する方法。
2. 【請求項２】 加工工具（１）の加工面（６）が、加工
   すべき歯面（３）の表面からの削りくず切除なしに、加
   工すべき歯面（３）の表面の平滑化だけを行なうことを
   特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 加工工具（１）の回転軸線（４）と歯車
   （２）の回転軸線（５）が、０゜と２０゜の間、なるべ
   く３゜と１５゜の間の軸線交差角をなしていることを特
   徴とする、請求項１又は２記載の方法。
4. 【請求項４】 加工工具（１）が駆動されており、かつ
   歯車（２）が制動されており、したがって加工工具
   （１）の加工面（６）と歯車（２）の加工すべき歯面
   （３）との間に、力結合接触が存在することを特徴とす
   る、請求項１ないし３の１つに記載の方法。
5. 【請求項５】 加工工具（１）が制動されており、かつ
   歯車（２）が駆動されており、したがって加工工具
   （１）の加工面（６）と歯車（２）の加工すべき歯面
   （３）との間に、力結合接触が存在することを特徴とす
   る、請求項１ないし３の１つに記載の方法。
6. 【請求項６】 加工工具（１）の回転運動と歯車（２）
   の回転運動が、強制連結を受けることを特徴とする、請
   求項１ないし３の１つに記載の方法。
7. 【請求項７】 装置が、 −大体において回転対称の加工工具（１）、及び −加工すべき歯車（２）を有し、 その際、加工工具（１）がその回転軸線（４）の回りで
   回転し、かつその回転軸線（５）の回りで回転する加工
   すべき歯車（２）に噛み合っている、 装置において、 加工工具（１）の加工面（６）が、かき取りを行なわな
   いことを特徴とする、請求項１ないし６の１つに記載の
   方法を実施する装置。
8. 【請求項８】 加工工具（１）の回転軸線（４）と歯車
   （２）の回転軸線（５）が、０゜と２０゜の間、なるべ
   く３゜と１５゜の間の軸線交差角をなしていることを特
   徴とする、請求項７記載の装置。
9. 【請求項９】 加工工具（１）の加工面（６）が硬化さ
   れていることを特徴とする、請求項７又は８記載の装
   置。
10. 【請求項１０】 加工工具（１）の加工面（６）が、硬
    質金属又はその他の磨耗の少ない金属によって被覆され
    ていることを特徴とする、請求項７ないし９の１つに記
    載の装置。
11. 【請求項１１】 加工工具（１）の加工面（６）が被覆
    されており、とくにプラズマコーティングされているこ
    とを特徴とする、請求項７ないし１０の１つに記載の装
    置。
12. 【請求項１２】 加工工具（１）を駆動するために手段
    が設けられており、かつ歯車（２）を制動するために手
    段が設けられており、したがって加工工具（１）の加工
    面（６）と歯車（２）の加工すべき歯面（３）との間
    に、力結合接触が存在することを特徴とする、請求項７
    ないし１１の１つに記載の装置。
13. 【請求項１３】 加工工具（１）を制動するために手段
    が設けられており、かつ歯車（２）を駆動するために手
    段が設けられており、したがって加工工具（１）の加工
    面（６）と歯車（２）の加工すべき歯面（３）との間
    に、力結合接触が存在することを特徴とする、請求項７
    ないし１１の１つに記載の装置。
14. 【請求項１４】 加工工具（１）の回転運動と歯車
    （２）の回転運動の強制連結を行なうために手段が設け
    られていることを特徴とする、請求項７ないし１１の１
    つに記載の装置。
15. 【請求項１５】 加工工具（１）が、大体において一片
    からなり、かつ鋼部材からなることを特徴とする、請求
    項７ないし１１の１つに記載の装置。