JPS6234490B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は切削加工装置に関し、一層詳細には被
削鋼材を高周波誘導加熱法により加熱しながら歯
切加工を行う歯車製造装置に関する。

鋼製歯車の製造には、ホブ盤やピニオン型歯切
盤等の歯切盤により被削材に歯形を創成し、これ
により得られた歯車を焼入れする方法が採用され
ている。一般的には、ホブ盤、ピニオン型歯切盤
等の歯車製造装置は高速度鋼等よりなる切削工具
を備え、これらの工具により被削材に歯形施削
し、この後、歯車の創成の終わつた鋼製歯車に焼
入れを行い必要とされる硬度を得る。

このような鋼製歯車の製造において、特に近年
は加工時間の短縮が要求されている。しかし、歯
切工具の寿命は、高速度鋼工具の場合、硬度の４
乗および切削速度の２乗に反比例すると言われて
おり、従つて、歯車切削加工時間の短縮のために
切削そのものを高速化すると工具の寿命が短縮さ
れ、結局、工具費の増大という大きな問題が惹起
する。また、鋼製歯車製造に含まれる浸炭焼入れ
工程は、その前後の一連の工程を分断するために
加工工程における物流を阻害し、製造時間の短縮
化を阻む大きな原因の一つとなつていた。

このように従来の高速度鋼歯切工具による歯切
時間の短縮には工具寿命から来る制約がある。こ
のため、被削材の硬度を下げることにより工具寿
命を延ばすことも検討されたが、被削歯車の歯面
のむしれおよびバリ（はみ出し）、施削加工切屑
の処理等の別異の問題が起こる。そこで、他の切
削加工分野の工具において既に標準的に用いられ
ている超硬合金やセラミツク等を歯切工具材料と
して用いることも試みられた。しかし、これらの
高硬度材料は耐熱性および硬度については高速度
鋼に数段優つているものの、靭性が不足している
ため切削の際の工具の刃のチツピングが甚だし
く、十分活用されるに至つていない。

そこで、本発明者等は、従来の装置に比し加工
時間を大幅に短縮できると共に加工精度も一段と
優れる歯車製造装置を得るべく鋭意考究並びに試
作を重ねた結果、歯車用の素材である鋼は、加熱
により所定温度に到達するとその引張強度が通常
状態におけるそれよりも極度に減少することに着
目し、その温度範囲内において使用可能な耐熱性
に優れる超硬質材料の切削工具を選択し、高周波
誘導加熱法により被削鋼製材を継続的または断続
的に加熱すれば、当該被削鋼製材の種類、常温で
の硬度、組織状態を考慮することなく高速での歯
切加工が達成され前記の種々の問題点が一挙に解
消することが判つた。さらに歯切加工後直ちに高
周波誘導加熱により再加熱を行えば焼入れ工程に
要する時間も短縮できることも判明した。

従つて、本発明の主な目的は、従来の装置に比
べ加工時間を大幅に短縮できる歯切加工装置を提
供し且つ歯車への焼入れ工程も同様に営んで効率
的に歯車を生産することが可能な歯車製造装置を
提供するにある。

前記の目的を達成するために、本発明は円柱体
状の歯車用被削材を回転自在に支承し且つ断熱効
果を有する支持部と、前記歯車用被削材を回転し
ながら切削加工する切削加工と、所定間隔離間し
た一対の半円状で且つワークの上下に延在する高
周波誘導加熱用コイルと、前記歯車用被削材の加
工中にその歯底近傍の温度を検出する温度検出器
と、前記温度検出器の出力信号により前記高周波
誘導加熱用コイルを付勢制御する制御手段とから
なり、前記歯車用被削材の外周部を一対の前記半
円状高周波誘導加熱用コイルの間に介装させて前
記制御手段の作用下に当該半円状高周波誘導加熱
用コイルを付勢して歯車用被削材を所定の温度に
維持しながら切削工具により加工するよう構成す
ることを特徴とする。

次に、本発明について好適な実施例を挙げ、添
付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。

なお、本発明は、ホブ状工具およびピニオン型
工具のいずれに関しても適用できるが、この実施
例ではホブ歯切について説明する。

そこで、切削工具であるホブ１０は、その円筒
体周面に螺旋状の切刃１２を含むと共にこの切刃
１２は多数の軸方向に延在する溝１３により横断
されている。この場合、切刃１２はCBN焼結
体、セラミツクあるいは超硬合金から形成され
る。ホブ１０はホブ軸１４により軸支され、この
ホブ軸１４は工具ユニツト１６に回転自在に支承
されている。さらに、工具ユニツト１６には冷却
用エア供給管１８が配設され、その先端部のエア
ノズル２０は、ホブ１０と、ホブ１０に対応する
ユニツト１６の凹部との間隙部に臨設される。

一方、被削部材である鋼製歯車２２は、断熱性
に富むセラミツク材等からなるスリーブ状の第１
の治具２４に軸支され、さらにセラミツク材から
なる第２の治具２６および円板状の第３の治具２
８により上下方向から挟持される。第２治具２６
は、複数個の固定ネジ３０により被削歯車支持基
部３２に固定される。軸３４は、この支持基部３
２の中心軸に設けられた貫通孔３６を貫通し装置
本体（図示せず）に回動自在に軸支されている。
一方、前記第１治具２４内径に対応するこの軸３
４の小径部３８は、第１治具２４を貫通する。こ
の小径部３８の上端部には皿ばね３９を介してボ
ルト４０が螺入し、第３治具２８および被削歯車
２２を第２治具２６との間でしつかりと堅持す
る。この場合、油圧あるいはばねにより継続した
引張力が与えられるドローバーにより同様に堅持
してもよい。また、支持基部３２の内部には軸３
４を巻回するように環状空洞部４２が形成され、
その内部で冷却水４４が循環する。

次に、被削歯車２２の周囲に高周波加熱用誘導
コイル４６が設けられる。すなわち、被削歯車２
２の半周を囲繞する高周波加熱用コイル４６は、
上部磁極４８、下部磁極５０およびこれらの磁極
４８，５０間に介装された巻線５２よりなる。上
部および下部磁極４８，５０は第２および第３治
具２６，２８の周面に対応して半円状の切欠きを
その中心部に有する磁性体半円板よりなり、これ
らの半円板は、被削歯車２２の外側半周部に近接
位置して上下方向から歯車２２を空隙を介して挟
むように配設している。巻線５２は、弧状の柱体
を形成する（第２図参照）。なお、この巻線５２
は、導線を介して高周波電源５４（第４図参照）
に接続され、また、非接触型温度検知器５６が被
削歯車２２の切削点に近接して設けられる。この
温度検知器５６の出力側は前記高周波電源５４の
制御器５８は接続されてなる。制御器５８の出力
は、電源５４に接続され、また、この電源５４に
はさらに被削歯車２２の再加熱用コイル６０を接
続しておく。

次に、第１乃至第３図に示す装置の作用につい
て説明する。

工具ユニツト１６が下降し、切削位置に至る間
に、高周波誘導加熱用コイル４６が付勢され、被
削歯車２２の加熱を開始する。その結果、巻線５
２は、被削歯車２２を挟む磁極４８，５０の間に
高周波で交番する磁場を形成し、これに歯車２２
内部に誘導電流を生成しジユール熱により歯車２
２を加熱する。歯車２２は、前記のように断熱性
に富む第１乃至第３の治具２４，２６，２８に囲
繞されているために、その熱は、外部に逃出する
ことなく効果的に加熱され、一方、支持基部３２
は、その空洞部４２を循環する冷却水４４により
常に冷却されているため、加熱されたコイル４６
の熱により装置本体が高温となることはない。こ
のように歯車２２は、効果的にコイル４６により
加熱されるので、ホブ１０が前進端位置より垂直
に送られ切刃１２が最大切込み深さに達するまで
の時間に歯車２２の歯底位置の温度を700℃以上
にまで加熱することが出来る。被削歯車２２を構
成する鋼材は、この700℃以上の温度域ではその
引張強さが常温時の概ね1/5以下に低下する。従
つて、その切削は、極めて容易である。

ホブ１０が回転駆動され歯切加工が開始される
とエアノズル２０から冷却用空気が噴射され、歯
車２２の熱および切削加工による摩擦熱により高
温となつたホブ１０の切刃１２を冷却する。

このようにして歯車２２の切削加工が進行し、
温度検知器５６の検知する歯車２２の温度が800
℃を超えると、制御器５８は、電源５４をオフに
してコイル４６を滅勢する。この結果、検知器５
６の検知する被削歯車２２の温度が低下し700℃
に下がると再び制御器５８は電源５４をオンし、
コイル４６を付勢する。以後、切削加工の終了ま
で上記の動作を反復し、被削歯車２２を所定の温
度域700℃乃800℃に保持する。

既に述べたように歯車２２を構成する鋼材の引
張強さはこの700℃乃至800℃の温度域では概ね常
温時の1/5に低下する。従つて、耐熱制御に優れ
た超硬質材であるセラミツク、または超硬合金か
らなるホブ１０の脆性から発生する常温加工にお
ける種々の欠点は、歯車２２の素材の引張強さの
極端な低下により問題ではなくなる。また、歯車
２２の温度は800℃以下に保たれ、しかも、ホブ
１０の切刃１２はエアノズル２０の発生する冷却
気流により、切削加工中、常に冷却されているの
で、仮にホブ１０が超硬合金で構成されている場
合でも熱による切刃１２の硬度の低下は皆無であ
る。

このようにして、被削歯車２２に歯形の創成が
完了すると、歯車２２は、次に焼入れ工程に搬送
され、この間に600℃以下に冷却される（第５図
参照）。この後、再加熱コイル６０により950℃ま
で再度高周波数加熱され、続いて浸漬、スプレー
等の方法で急速に冷却され焼入れが行われる。再
加熱コイル６０は、切削工具１２と同一のステー
シヨンに設けてもまた隣接する別々のステーシヨ
ンに設けても良いことは勿論である。このよう
に、焼入れ工程における再加熱は、直前の歯切工
程における余熱を利用しているので、加熱時間が
大幅に短縮される。

以上に述べたように、本発明によれば被削歯車
が効率的に高周波加熱用コイルにより、加工中、
断続的にまたは継続的に加熱され所定の温度域に
保持されるので、セラミツク、超硬合金等の超硬
質材よりなる工具を高速回転、高速送りで使用す
ることができ、歯切加工時間を大幅に短縮するこ
とが可能となる。さらに、焼入れ工程で用いる再
加熱コイルを切削工程における高周波加熱用コイ
ルと同一の電源で駆動することとし、焼入れ工程
における再加熱に切削工程での余熱を利用するこ
とも可能であるので切削工程と焼入れ工程が連続
した一貫工程となり、これらに要する時間が大幅
に短縮できる効果も奏する。

以上、本発明について好適な実施例を挙げ説明
したが、本発明は、この実施例に限定されること
なく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々
の改変並びに設計変更が可能なことは勿論であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る歯切装置の側面図、第
２図は第１図の−線による装置の主要部の横
断面図、第３図は、第１図の−線による装置
の被削歯車支持部の縦断面図、第４図は、第１図
の装置と共に用いられる再加熱コイルおよび電源
を示す回路図、第５図は、第１乃至第４図の装置
による被削歯車加工中の温度変化を示すグラフで
る。 １０……ホブ、１２……切刃、１４……ホブ
軸、１６……工具ユニツト、１８……エア供給
管、２０……エアノズル、２２……被削歯車、２
４……スリーブ、２６……治具、２８……治具、
３０……固定ネジ、３２……支持基部、３４……
軸、３６……貫通孔、３８……軸小径部、３９…
…皿ばね、４０……ボルト、４２……空洞、４４
……冷却水、４６……高周波誘導加熱用コイル、
４８……上部磁極、５０……下部磁極、５２……
巻線、５４……高周波電源、５６……温度検知
器、５８……制御器、６０……再加熱用コイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 円柱体状の歯車用被削材を回転自在に支承し
   且つ断熱効果を有する支持部と、前記歯車用被削
   材を回転しながら切削加工する切削工具と、所定
   間隔離間した一対の半円状で且つワークの上下に
   延在する高周波誘導加熱用コイルと、前記歯車用
   被削材の加工中にその歯底近傍の温度を検出する
   温度検出器と、前記温度検出器の出力信号により
   前記高周波誘導加熱用コイルを付勢制御する制御
   手段とからなり、前記歯車用被削材の外周部を一
   対の前記半円状高周波誘導加熱用コイルの間に介
   装させて前記制御手段の作用下に当該半円状高周
   波誘導加熱用コイルを付勢して歯車用被削材を所
   定の温度に維持しながら切削工具により加工する
   よう構成することを特徴とする歯車製造装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、
   温度検出器は、非接触型温度センサからなる歯車
   製造装置。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、
   支持部は、冷却媒体用管路を含むことからなる歯
   車製造装置。 ４ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、
   切削工具は、CBN焼結体、セラミツクまたは超
   硬合金を含む超硬質部材からなる歯車製造装置。 ５ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、
   切削工具は、周面に切刃を備える円筒体よりな
   り、前記円筒体周面に近接して前記切削工具冷却
   用空気流を形成するエアノズルを設け、切削加工
   中に前記切削工具の切刃を冷却してなる歯車製造
   装置。