JPWO2009013783A1 - 螺旋状の溝を切削により形成する方法および装置 - Google Patents

Abstract

円柱状または円筒状のワークＷＫの外周面に螺旋状の溝を切削により形成する方法であって、外周に刃体が設けられたサイドカッタ１９の軸心をワークＷＫの軸心に対して所定の角度傾斜させた状態で、かつ、サイドカッタ１９の刃体がワークＷＫの外周面に対して溝の深さ分だけ切り込むように配置した状態で、サイドカッタ１９をその軸心を中心に回転させておき、サイドカッタ１９をワークＷＫの軸心と平行方向Ｍ１に移動させるとともに、これと同期するように、ワークＷＫをその軸心を中心として矢印Ｍ２方向に回転させる。刃体として、例えば先端部が短辺となる台形のものを用いる。

Description

本発明は、螺旋状の溝を切削により形成する方法および装置に関し、例えば、渦電流式の減速装置用のロータの外周面に設けられる冷却用のフィンのための溝、はすば歯車の歯溝、またはねじのねじ溝などを切削により形成するために用いられる。

従来より、バスやトラックなどの大型車両には、制動装置として、主ブレーキであるフットブレーキのほかに補助ブレーキが備えられている。そのような補助ブレーキとしてリターダ（渦電流式減速装置）が用いられている。リターダは、支持リングの周囲に複数の磁石を備える固定部と、回転軸とそれに連結された円筒部からなるロータとによって構成される（特開平１１−１１３２４０）。ロータＲＴの外周面には、冷却のために傾斜平板型の多数のフィンＦＮが設けられる（図６ないし図８を参照）。

従来において、フィンＦＮの設けられたロータＲＴの製作に際して、次の（１）〜（３）の方法によっていた。
（１） 円筒状の部材の外周面にフィンＦＮを溶接によって取り付ける。
（２） 円筒状の部材の外周面に、エンドミルを用いて螺旋状の溝を切削により形成し、残った山をフィンＦＮとする。
（３） 円筒状の部材の外周面に、ホブを用いて螺旋状の溝を切削により形成し、残った山をフィンＦＮとする。

しかし、上に述べたいずれの方法による場合も、ロータＲＴの製作に多くの工数がかかり、これがコストアップの要因となっている。

例えば、上に述べた（１）の溶接による方法では、直径４００ミリメートル程度の円筒状の部材に１つのフィンＦＮを取り付けるのに３０分程度要するので、例えば８０枚の全部のフィンＦＮを取り付けるためには４０時間程度かかることとなる。また、（２）のエンドミルで切削する方法では１０時間程度かかり、（３）のホブで切削する方法では５時間程度かかる。

また、上に述べたフィン付きのロータ以外に、円筒状の部材の外周面に螺旋状の溝を形成することによって製作される物が種々あるが、多くは上に述べた（１）〜（３）の方法によって製作しているため多くの工数を要している。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、円柱状または円筒状の被切削部材の外周面に螺旋状の溝を形成するに際し、従来よりも短時間で螺旋状の溝を形成することのできる方法および装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態に係る方法は、円柱状または円筒状の被切削部材の外周面に螺旋状の溝を切削により形成する方法であって、外周に刃体が設けられたサイドカッタの軸心を前記被切削部材の軸心に対して所定の角度傾斜させた状態で、かつ、前記サイドカッタの刃体が前記被切削部材の外周面に対して前記溝の深さ分だけ切り込むように配置した状態で、前記サイドカッタをその軸心を中心に回転させておき、前記サイドカッタを前記被切削部材の軸心と平行に移動させるとともに、これと同期するように、前記被切削部材をその軸心を中心として回転させる。

これら被切削部材およびサイドカッタの移動および回転は、これらの間で相対的に行われればよい。

好ましくは、前記刃体の形状は、前記サイドカッタの中心から前記被切削部材の軸心に下ろした垂線上にある接点位置において前記溝の断面形状と同じ形状であり、かつ、前記接点位置から離れた位置においては形成された溝の周面と前記刃体とが干渉しないような形状である。

さらに好ましくは、前記刃体の形状は、先端部が短辺となる台形であり、前記刃体によってその形状と同じ断面形状である台形の前記溝を形成する。

本発明に係る切削装置の正面図である。 切削装置の右側面図である。 切削装置の平面図である。 サイドカッタの一部を拡大して示す図である。 サイドカッタの刃体を拡大して示す図である。 切削装置によって製作されたロータの例を示す正面図である。 図６に示すロータの表面の一部を展開して示す図である。 ワークとサイドカッタとの位置関係を示す図である。 制御装置の構成の例を示すブロック図である。 ワークの表面の移動距離とサイドカッタの移動距離との関係を示す図である。 制御装置による同期制御を説明するための図である。 ワークの外周面の円周と螺旋状の溝に沿った仮想円との関係を示す図である。 ロータの半径方向からみた溝の形状と仮想円に沿った各位置における溝の断面形状との関係を示す図である。 刃体の軌跡と仮想円の方向に沿った溝との位置関係を示す図である。 図１４の要部を拡大して示す図である。 各位置における刃体と溝との位置関係を示す図である。 他の形状の刃体の例を示す図である。

図１〜図３において、切削装置１は、ベッド１１、θ軸ハウジング１２、θ軸１３、Ｘ軸スライドベース１４、Ｘ軸スライド１５、Ｚ軸スライド１６、刃物台１７、カッタ軸１８、サイドカッタ１９、および制御装置３０などからなる。θ軸１３にはワークＷＫが取り付けられる。

図６および図７に示されるように、ワークＷＫは、炭素鋼その他の金属材料からなる円筒状のものである。ワークＷＫの外周面に、螺旋状（つるまき線状）の溝ＭＺを切削により形成することによって、多数のフィンＦＮを有したロータＲＴを製作する。溝ＭＺは、ワークＷＫの軸心ＪＷに対する傾き角度つまりねじれ角βが４５°である。傾き角度４５°のフィンＦＮが冷却効果が高い。

ワークＷＫおよびロータＲＴの寸法例をあげると、外径が約４５５ミリメートル、内径が約４００ミリメートル、幅ＬＷＫが約７７ミリメートルである。溝ＭＺの深さは約１３．５ミリメートル、溝ＭＺの直角方向でのピッチは約１２ミリメートル、溝ＭＺの個数つまりフィンＦＮの個数は約８０個である。ワークＷＫは、θ軸１３に同心上に取り付けられ、水平方向の軸を中心として矢印Ｍ２方向に回転駆動される。

図４および図５に示されるように、サイドカッタ（side milling cutter)１９は、円盤状のカッタ本体１９１の外周縁に近い両側の面に、刃１９２ａ，１９２ｂが等角度間隔で交互に設けられたスタッガミーリングカッタ（stagger milling cutter) である。つまり、カッタ本体１９１の一方の側面に、多数の刃１９２ａが等角度間隔で取り付けられ、他方の側面に、刃１９２ａと刃１９２ａの中間位置にそれぞれ刃１９２ｂが取り付けられている。これら２組の刃１９２ａ，１９２ｂによって刃体ＨＴが形成されており、本実施形態では刃体ＨＴの形状がほぼ台形となっている。したがって、サイドカッタ１９を回転させてワークＷＫに切り込んでいくと、刃体ＨＴの形状とほぼ同じ台形の溝が形成されることとなる。

本実施形態において、サイドカッタ１９の刃体ＨＴの先端の描く円弧の直径は３５０ミリメートルである。

図１〜図３および図８を参照して、カッタ軸１８には、サイドカッタ１９が、ボルトなどによって取り付けられている。カッタ軸１８の軸心ＪＣは、鉛直線つまりθ軸１３に垂直な線ＪＥに対して、所定の角度、本実施形態では４５°（π／２）傾斜している。したがって、サイドカッタ１９の刃体ＨＴの切削位置（接点位置）における走行方向の接線ＪＳも、ワークＷＫの軸心ＪＷに対して同じ４５°傾斜している。この傾斜角度４５°が、上に述べたねじれ角βである。

カッタ軸１８を回転させることによってサイドカッタ１９が回転する。そして、Ｚ軸スライド１６によって、サイドカッタ１９の刃体ＨＴがワークＷＫの外周面に対して溝ＭＺの深さ分だけ切り込むように調整される。この状態で、Ｘ軸スライド１５によってサイドカッタ１９をワークＷＫの軸心ＪＷと平行な方向（矢印Ｍ１方向）に移動させるとともに、その移動と同期するように、θ軸１３によってワークＷＫをその軸心を中心として矢印Ｍ２方向に回転させる。なお、矢印Ｍ１方向がＸ軸方向である。

図８（Ａ）（Ｂ）によく示されるように、ワークＷＫとサイドカッタ１９とは、それぞれの軸心ＪＷ，ＪＣに直交する直線ＪＴ上の接点位置ＰＴにおいて最も深く接触する。したがって、ワークＷＫは、接点位置ＰＴにおいて最も深く切削される。最も深く切削される接点位置ＰＴにおいて、溝ＭＺの断面形状が刃体ＨＴと同じ形状となる。また、刃体ＨＴの形状は、接点位置ＰＴから接線ＪＳの方向に離れた位置においては、形成された溝ＭＺの周面と刃体ＨＴとが干渉しないような形状である。そして、刃体ＨＴの形状は、上に述べたように先端部が短辺となる等脚台形であり、この刃体ＨＴによって同じ形状である台形の溝ＭＺをワークＷＫの外周面に形成する。

なお、切削装置１において、θ軸１３の回転駆動のために、回転駆動装置２０が設けられており、Ｘ軸スライド１５およびＺ軸スライド１６の送りのために、直線駆動装置２１，２２が設けられている。

回転駆動装置２０は、ＡＣサーボモータ、ＤＣサーボモータ、同期モータ、またはパルスモータなどの電動機、または、油圧サーボモータ、油圧シリンダなどの油圧アクチュエータを駆動源とし、減速ギア、ラック、またはねじ軸などの動力伝達機構または動力変換機構を介してθ軸１３を回転駆動する。必要に応じ、回転エンコーダまたは回転パルスセンサなどのセンサによって、θ軸１３の回転角度および角速度が検出される。

また、直線駆動装置２１，２２は、上に述べた種々の駆動源と動力伝達機構または動力変換機構とを組み合わせることにより、Ｘ軸スライド１５およびＺ軸スライド１６を直線駆動する。必要に応じ、回転エンコーダまたは直線パルスセンサなどのセンサによって、Ｘ軸スライド１５およびＺ軸スライド１６の送り量および送り速度が検出される。

図９に示すように、制御装置３０は、入力部３１、演算部３２、データベース３３、出力部３４ａ〜ｃを備える。入力部３１は、サイドカッタ１９、ワークＷＫ、およびロータＲＴなどについて、寸法、形状、材質、表面粗さなどについて入力された情報、およびユーザの操作や指令に関する情報を受け付け、それらを記憶するとともに演算部３２に送る。

データベース３３には、入力部３１から入力される情報に関連して、Ｘ軸スライド１５およびＺ軸スライド１６の送り量および送り速度を制御するに必要なデータ、同期制御を行うための種々のデータ、その他、切削装置１を制御するために必要な種々のデータ、またはプログラムなどが記憶されている。

演算部３２は、入力部３１から入力される情報、およびデータベース３３に記憶された情報に基づいて、回転駆動装置２０および直線駆動装置２１，２２を駆動制御するのに必要な演算を行う。

これによって、制御装置３０は、回転駆動装置２０および直線駆動装置２１，２２を制御し、サイドカッタ１９の矢印Ｍ１方向への移動とワークＷＫの矢印Ｍ２方向への回転とが同期するように制御するとともに、切削装置１の全体を制御する。

なお、制御装置３０として、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、その他の周辺素子、インタフェース回路、磁気ディスク、磁気テープ、表示装置、および入力装置などを用いて構成することが可能である。また、適当なシーケンサを用いるかまたはこれらを併用することも可能である。

次に、同期制御について説明する。

図１０において、θ軸１３の回転角度θ〔ｒａｄ〕に対応する円弧の長さ、つまりワークＷＫの表面の移動距離ＬＫは、ワークＷＫの直径をｄ０とすると、次の（１）式のように示される。

ＬＫ＝θ・ｄ０／２ ……（１）
また、溝ＭＺのねじれ角βに基づく、θ軸１３の回転角度θ〔ｒａｄ〕に対応するサイドカッタ１９の移動距離ＬＷは、次の（２）式のように示される。

ＬＷ＝ＬＫ／ｔａｎβ ……（２）
したがって、ワークＷＫの表面の移動距離ＬＫとサイドカッタ１９の移動距離ＬＷとが（２）式の関係を維持するように、θ軸１３およびＸ軸スライド１５を制御することによって、ねじれ角βの溝ＭＺが形成される。

本実施形態においては、ねじれ角β＝４５°であるので、ｔａｎβ＝１となり、したがってＬＷ＝ＬＫとなるように制御すれば同期がとれる。

図１１において、ワークＷＫは、その表面が平面上に展開して示されている。図１１には、ワークＷＫの表面上における接点位置ＰＴの軌跡が示されている。但し、接点位置ＰＴはワークＷＫの表面上にのみ実在するのであるが、図１１における接点位置ＰＴ１，２，７，８は、ワークＷＫの表面の仮想延長面上に存在するものとして示した。

サイドカッタ１９は、カッタ軸１８により回転した状態で、Ｘ軸スライド１５により軸心ＪＷに沿って矢印Ｍ１方向に移動する。これと同時に、ワークＷＫはθ軸１３の回転により矢印Ｍ２方向に回転し、その表面が走行仮想線ＪＫに沿って移動する。

サイドカッタ１９が、接点位置ＰＴ１，２，３…，７，８の順に移動するのに対応して、ワークＷＫの表面は、走行仮想線ＪＫに沿って、表面位置ＰＫ１，２，３…，７，８と移動する。接点位置ＰＴつまりサイドカッタ１９の移動距離ＬＷ１，２，３…，６，７と、ワークＷＫの表面の移動距離ＬＫ１，２，３…，６，７とは、対応するもの同士が互いに等しい。つまり、サイドカッタ１９の移動距離ＬＷとワークＷＫの表面の移動距離ＬＫとが同じになるように制御される。

そして、サイドカッタ１９が接点位置ＰＴ１にあるときには、サイドカッタ１９はワークＷＫから離れており、ワークＷＫは切削されない。サイドカッタ１９が接点位置ＰＴ２にあるときには、サイドカッタ１９の接点位置ＰＴ２から離れた位置の刃体ＨＴによって、ワークＷＫの一部が切削される。

サイドカッタ１９が接点位置ＰＴ３にあるときには、接点位置ＰＴ３においてサイドカッタ１９の刃体ＨＴと同じ形状の溝ＭＺが形成され、それよりも前方位置（図１１の右上位置）においては溝ＭＺの一部が形成される。接点位置ＰＴ３よりも後方位置（図１１の左下位置）においては、サイドカッタ１９の刃体ＨＴは溝ＭＺと干渉しない。つまり、接点位置ＰＴ３よりも後方位置においては、刃体ＨＴによって実質的に切削されることはない。したがって、サイドカッタ１９が接点位置ＰＴ３に至るまでに形成された溝ＭＺの形状は、接点位置ＰＴ３よりも後方位置の刃体ＨＴによって変更されることはない。ただし、サイドカッタ１９による溝ＭＺの切削に支障のない程度に、刃体ＨＴが溝ＭＺの周面に接触することはあっても差し支えない。

サイドカッタ１９が接点位置ＰＴ４〜６にあるときには、上に述べた接点位置ＰＴ３にあるときと同様である。

サイドカッタ１９が接点位置ＰＴ７に至ったときには、溝ＭＺの形成は既に完了しており、この位置においてサイドカッタ１９の刃体ＨＴは溝ＭＺと干渉することはない。サイドカッタ１９が接点位置ＰＴ８に至ると、サイドカッタ１９はワークＷＫから離れており、サイドカッタ１９とワークＷＫとは干渉しない。

このように、サイドカッタ１９がワークＷＫの表面の切削を開始する直前から溝ＭＺの切削が完了してサイドカッタ１９がワークＷＫから十分に離れるまでの間において、サイドカッタ１９の移動とワークＷＫの回転とを同期させる。

図１１についての上の説明では、Ｘ軸スライド１５とθ軸１３とを同期制御して溝ＭＺを形成する工程について述べた。しかし、実際には、Ｚ軸スライド１６の制御をも同時に行うので、同期をとる必要のある範囲はそれよりも狭くてよい。なお、Ｚ軸スライド１６の移動方向がＺ軸方向であり、溝ＭＺの深さ方向である。

つまり、例えば、Ｘ軸スライド１５の制御によってサイドカッタ１９を移動させるのは、接点位置ＰＴ２から接点位置ＰＴ７までとし、この間において同期制御を行う。この場合に、サイドカッタ１９がワークＷＫからＺ軸方向に離れた状態において、Ｚ軸スライド１６を制御して接点位置ＰＴ２において所定の深さまで切り込むようにし、その後に、Ｘ軸スライド１５を制御してサイドカッタ１９を接点位置ＰＴ２から接点位置ＰＴ７まで移動させる。接点位置ＰＴ７において、Ｚ軸スライド１６を制御してサイドカッタ１９をワークＷＫから離す。

なお、これらＸ軸スライド１５およびＺ軸スライド１６の制御の位置およびタイミングは、種々変更することが可能である。

上に述べた溝ＭＺの形成を、溝ＭＺのピッチごとに繰り返して行うことにより、ワークＷＫの外周面の全周に螺旋状の溝ＭＺを形成することができる。その場合に、例えば、サイドカッタ１９を原点位置に戻すとともに、ワークＷＫを溝ＭＺのピッチに対応する角度だけ回転角度を進めておけばよい。このようにして、フィンＦＮが形成され、ロータＲＴが製作される。

なお、上の説明で分かるように、複数のワークＷＫをその幅方向に同軸上にセットしておくことによって、サイドカッタ１９の１回の移動によって複数のワークＷＫに対して溝ＭＺを形成することが可能である。

次に、切削時におけるサイドカッタ１９の刃体ＨＴと溝ＭＺとの位置関係について説明する。

図１２において、ワークＷＫの外形を示す円弧ＣＷと、ワークＷＫの外周面において螺旋状の溝ＭＺに沿った円弧である仮想円ＣＶとが、互いに接して描かれている。本実施形態において、円弧ＣＷの直径は４５５ミリメートルであり、ねじれ角βが４５°のときの仮想円ＣＶの直径は約９０７ミリメートルとなる。なお、ワークＷＫの外径は４５５ミリメートルであり、以降の計算においては外径基準で計算されている。

また、１つの溝ＭＺに対応するワークＷＫの表面の移動距離ＬＫＭは、ねじれ角βが４５°であるから、ワークＷＫの幅ＬＷＫと同じ７７ミリメートルである。仮想円ＣＶに沿った溝ＭＺの長さＬＣは、
ＬＣ＝ＬＫＭ／ｃｏｓ４５°
＝７７／０．７０７
となって、約１０８．９ミリメートルである。つまり、刃体ＨＴとワークＷＫとの接点位置ＰＴの溝ＭＺに沿った長さの最大値が約１０８．９ミリメートルということである。換言すれば、サイドカッタ１９は、１つの溝ＭＺの切削に際し、ワークＷＫの仮想円ＣＶに沿って、切削しながら約１０８．９ミリメートル相対的に移動することとなる。

図１３（Ａ）には溝ＭＺの正面図が描かれており、図１３（Ｂ）には各位置における溝ＭＺの断面図が描かれている。図１３（Ａ）において、基準線ＪＪは、Ｘ軸に対してねじれ角βだけ傾斜しており、サイドカッタ１９の刃体ＨＴは、この基準線ＪＪに沿って移動する。図１３（Ｂ）において、一番上の溝ＭＺと中央の溝ＭＺとの間におけるワークＷＫの中心角度は、約１０．５°である。つまり、溝ＭＺの半分を切削するために、ワークＷＫは約１０．５°以上回転する必要がある。

なお、図１３（Ｂ）における溝ＭＺの断面図は、ワークＷＫの軸心ＪＷに直交する平面で断面した図であり、溝ＭＺに直交する方向での断面図ではない。

図１３（Ａ）に示すように、溝ＭＺはその正面視において、ねじれた状態で見える。つまり、溝ＭＺの底面ＺＳの中心線の方向と、溝ＭＺと溝ＭＺとの間の山（つまりフィンＦＮ）の頂面ＺＴの中心線の方向とは、互いに平行にならず、互いに角度を持っている。その結果、溝ＭＺの上方の壁面ＺＹ１は、図の右上方においては広い範囲で見えているが、左下方に行くにしたがって狭くなっている。これとは逆に、溝ＭＺの下方の壁面ＺＹ２は、図の右上方においては狭いが、左下方に行くにしたがって広くなっている。そして、図の中央部においては、上方の壁面ＺＹ１と下方の壁面ＺＹ２とは同じ広さで見えている。このことは、図１３（Ｂ）に示す溝ＭＺの断面図と対比することにより理解できる。

したがって、もし、サイドカッタ１９の直径が極めて大きく、サイドカッタ１９の回転によって刃体ＨＴがほぼ直線状に走行すると仮定した場合には、溝ＭＺの長さ方向の中央部から外れた位置においては、刃体ＨＴと溝ＭＺの壁面ＺＹ１，２とが干渉することとなる。その場合には、刃体ＨＴによって溝ＭＺの壁面ＺＹ１，２が切削されてしまうので、溝ＭＺの断面形状が刃体ＨＴの形状と異なってしまうか、または切削不可能となってしまう。

従来においては、このような理由から、サイドカッタによっては螺旋状の溝を切削できないと一般に考えられており、ホブなどの専用の特殊な工具を用いて螺旋状の溝を形成していた。別の例では、平歯車などをサイドカッタを用いて歯切りすることは従来から行われているが、螺旋状の溝を有するはすば歯車を歯切りすることは不可能と考えられていたのである。

しかし、本願の発明者らは、そのような従来の常識を覆して、ある条件の下ではサイドカッタによって螺旋状の溝を切削することが可能なことを発見し、その発見に基づいて本実施形態で説明する切削装置１を創成したのである。

図１４において、サイドカッタ１９の刃体ＨＴの先端の軌跡である外形線ＣＣ、およびワークＷＫの仮想円ＣＶが、太い実線で示されている。その下方に、図１３に示した溝ＭＺの正面図が、右に４５°回転させた状態で示されている。

すなわち、図１４の下方に示す溝ＭＺの正面図は、同図において上方に向いた外形線ＣＣで示されるサイドカッタ１９によって切削された溝ＭＺを、サイドカッタ１９の側から見て示す図である。溝ＭＺにおける基準線ＪＪは、図１３に示す基準線ＪＪと同一であり、この基準線ＪＪに沿って刃体ＨＴが移動する。

図１４において、仮想円ＣＶの中心と外形線ＣＣの中心とを結ぶ直線ＪＡが示されており、直線ＪＡが仮想円ＣＶと交わる位置をＰ０とする。位置Ｐ０は、溝ＭＺの長さ方向の中央位置であり、ワークＷＫの幅ＬＷＫ方向の中央位置でもある。

また、直線ＪＡが仮想円ＣＶおよび外形線ＣＣと交わる点において、それぞれの接線を引き、それぞれ直線ＨＳ１，ＨＳ２とする。これら直線ＨＳ１，ＨＳ２は互いに平行であり、これらの間隔は溝ＭＺの深さに等しい。

さらに、直線ＪＡに対して、仮想円ＣＶの中心角が１°ずつ増加する半径線ＨＶを順次引く。それぞれの半径線ＨＶがサイドカッタ１９の外形線ＣＣと交わる点と、サイドカッタ１９の中心点との間に、それぞれ半径線ＨＣを引く。半径線ＨＣと仮想円ＣＶとの交点を、それぞれ、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…，Ｐ７とする。

そして、各交点Ｐ１〜７において、直線ＪＡに平行な直線ＨＡを引く。直線ＨＡを含む平面がその下方において溝ＭＺを切断したときのその溝ＭＺの形状が、後で図１６によって示される。つまり、図１４において、各直線ＨＡによって切断された溝ＭＺは、各交点Ｐ１〜７に対応する位置における、刃体ＨＴに対する溝ＭＺの形状を示すこととなる。

図１５において、半径線ＨＶが外形線ＣＣと交わる点から、直線ＨＳ１と平行な直線ＨＦを引く。各直線ＨＦは、各交点Ｐ１〜７における刃体ＨＴの先端の深さ方向の位置を示す。

また、半径線ＨＣが仮想円ＣＶと交わる点から、直線ＨＳ２と平行な直線ＨＧを引く。各直線ＨＧは、各交点Ｐ１〜７における溝ＭＺの山の頂面ＺＴの高さ方向の位置を示す。

図１６において、図１５で求めた直線ＨＦおよび直線ＨＧに基づいて、各交点Ｐ１〜６の位置における刃体ＨＴの位置、および溝ＭＺの位置が示される。そして、上に説明した図１４に示される直線ＨＡにより切断された溝ＭＺによって、各交点Ｐ１〜６の位置における溝ＭＺの形状、つまり、刃体ＨＴに対する溝ＭＺの頂面ＺＴ、壁面ＺＹ１，２、および底面ＺＳの幅方向の位置（図１６における左右方向の位置）が示される。

なお、交点Ｐ０の位置における刃体ＨＴおよび溝ＭＺの位置および形状が示されていないが、交点Ｐ０の位置においては、当然のことながら刃体ＨＴの位置および形状と溝ＭＺのそれらとが一致し、溝ＭＺと刃体ＨＴとは図において全く重なった状態となるからである。

図１６によると、交点Ｐ０から交点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…へと移動するにしたがって、刃体ＨＴは溝ＭＺから離れていく様子が分かる。その際に、刃体ＨＴはＺ軸方向に真っ直ぐに抜け出すが、溝ＭＺは僅かではあるが徐々にねじれた状態となって刃体ＨＴから離れて行く。しかし、その過程において、刃体ＨＴが溝ＭＺの壁面ＺＹ１，２に食い込むことはなく、つまり刃体ＨＴが既に形成された溝ＭＺに干渉することなく、刃体ＨＴが溝ＭＺから離れて行く。

このように、刃体ＨＴの形状を等脚台形とすることによって、サイドカッタ１９を用いて円筒状のワークＷＫの外周面に螺旋状の溝ＭＺを切削により形成することができる。サイドカッタ１９を用いて切削を行うので、高速切削が可能であり、切削時間を短縮することができる。

例えば、直径３５０ミリメートルのサイドカッタ１９の刃体ＨＴに超硬チップを用い、サイドカッタ１９を１５０ＲＰＭ程度で回転すると、刃体ＨＴの周速は１６０メートル／分程度にもなる。これによって、上に述べたワークＷＫに対する８０個の溝ＭＺの切削を３時間程度で行うことが可能である。

また、本実施形態の切削装置１によると、サイドカッタ１９を用いて切削するので、刃物が低コストであり且つそのメンテナンスが容易である。

なお、上に述べた例では、刃体ＨＴの形状が等脚台形であるが、刃体ＨＴの中心線に対する斜辺の角度αは大きいほど、つまり台形の長辺に対する短辺が短いほど、刃体ＨＴが溝ＭＺから逃げやすくなり、それだけサイドカッタの直径を大きくすることができ、したがって切削速度を上げることができる。

また、サイドカッタ１９の直径が小さいほど、さらにワークＷＫの直径が小さいほど、刃体ＨＴが溝ＭＺから逃げやすくなり、したがって、矩形に近い台形、または矩形に近い形状の刃体ＨＴを用いることができる。

また、ねじれ角βは上に述べた４５°以外の種々の角度とすることができる。ねじれ角βが小さいほど刃体ＨＴと溝ＭＺとは干渉し難くなるので、刃体ＨＴの形状の設計の自由度が高くなる。

次に、他の形状の刃体ＨＴの例について説明する。

図１７（Ａ）には、三角形の刃体ＨＴ１が示されている。したがって、これによる溝ＭＺの形状も三角形となる。刃体ＨＴ１の先端部には適当なアールを設けておけばよい。

図１７（Ｂ）には、先端がアール状の刃体ＨＴ２が示されている。したがって、これによる溝ＭＺの形状も底部がアール状となる。

さらに、刃体ＨＴとして、等脚でない台形、円弧形状、楕円形状、多角形状など、上に述べた以外の種々の形状および寸法の刃体ＨＴを用いることができる。その場合に、どのような形状の刃体ＨＴをどのようなワークＷＫに対して適用可能であるかについては、図１２〜図１６で説明した方法により作図を行って検証すればよい。その場合に、形成された溝ＭＺの壁面ＺＹと刃体ＨＴとが干渉しないようにするのがよい。しかし、刃体ＨＴを形成された溝ＭＺの壁面ＺＹに意図的に接触させて切削することによって、刃体ＨＴとは異なる特殊な形状の溝ＭＺを形成することも可能である。

上に述べたように、サイドカッタによって螺旋状の溝を切削することが可能な条件は、図１２〜図１６で説明した作図を行うことによって見いだすことができる。したがって、ワークＷＫの寸法、溝ＭＺの形状、寸法、ねじれ角β、およびサイドカッタ１９の直径などに基づいて作図を行い、企図する溝ＭＺの切削が可能かどうかを知ることができる。また、その場合に切削が不可能となったときは、サイドカッタ１９の直径をいくらにすれば切削可能となるか、刃体ＨＴの形状をどのように修正すれば切削可能となるかなど、作図によって切削するための条件を知ることができる。

また、切削を可能とするための理論式または条件式は、現時点においては未だ見いだされていないが、それが見いだされた際には、その式に基づいてコンピュータで演算を行うことによって、企図する溝ＭＺの切削が可能かどうかを容易に知ることができる。

また、作図による方法または式を用いて演算する方法など、種々の方法に基づいて、コンピュータによるシミュレーションを行うことによって、企図する溝ＭＺの切削が可能かどうかを判断することも可能である。

例えば、上に述べた切削装置１の構成に対応した各部の形状のデータを三次元シミュレータに入力し、刃体ＨＴとワークＷＫとの干渉の有無を検証すればよい。また、三次元ＣＡＤを用い、例えば上に述べた点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…などでの断面の状態をチェックすることによっても、刃体ＨＴとワークＷＫとの干渉の有無を検証することが可能である。

上に述べた実施形態では、切削装置１によって円筒状のワークＷＫにねじれ角βが４５°の溝ＭＺを形成する例を説明したが、ねじれ角βは４５°以外の任意の角度であってもよい。ねじれ角βを、例えば１０°〜４５°または１０°〜６０°の範囲から選んでもよい。具体的には、例えば、ねじれ角βを、１０°、１５°、２０°、２５°、３０°、３５°、４０°、５０°、または６０°など、またはそれらの間の任意の角度とすることが可能である。また、ワークＷＫは円柱状または棒状であってもよい。ワークＷＫに溝ＭＺを形成してロータＲＴを製作する例を説明したが、ロータＲＴ以外の種々の部品または製品の製作に適用可能である。

例えば、サイドカッタによってはすば歯車の歯溝を切削により形成してもよい。また、サイドカッタによってねじのねじ溝を切削により形成してもよい。

また、上に述べた実施形態の切削装置１では、ワークＷＫをθ軸廻りに回転させ、サイドカッタ１９をＸ軸方向およびＺ軸方向に移動させたが、これらの回転および移動は、ワークＷＫとサイドカッタ１９との相対運動がそのようになっていればよい。つまり、例えば、ワークＷＫを回転させかつＸ軸方向に移動させ、サイドカッタ１９をＺ軸方向に移動させてもよい。また、ワークＷＫを回転させかつＺ軸方向に移動させ、サイドカッタ１９をＸ軸方向に移動させてもよい。また、ワークＷＫを回転させかつＺ軸方向およびＸ軸方向に移動させ、サイドカッタ１９は移動させないようにしてもよい。また、ワークＷＫを固定し、サイドカッタ１９をＸ軸方向およびＺ軸方向に移動させるとともに、θ軸廻りの回転を行うようにしてもよい。また、ワークＷＫおよびサイドカッタ１９の両方をθ軸廻りに回転させ、またはＸ軸方向に移動させ、またはＺ軸方向に移動させてもよい。

また、ロボットまたはマニピュレータなどによってワークＷＫを把持し、θ軸廻りの回転、Ｘ軸方向の移動、またはＺ軸方向の移動などを行わせてもよい。また、ロボットまたはマニピュレータなどによって、軸心ＪＣを中心として回転するように構成されたサイドカッタ１９のカッタ軸１８を把持し、θ軸廻りの回転、Ｘ軸方向の移動、またはＺ軸方向の移動などを行わせてもよい。また、２台のロボットまたはマニピュレータを用いて、ワークＷＫおよびサイドカッタ１９をそれぞれ把持し、それぞれの方向に相対移動させまたは相対回転させるようにしてもよい。

その他、サイドカッタ１９、刃体ＨＴ、ワークＷＫ、切削装置１の全体または各部の構造、形状、寸法、個数、材質、位置、速度などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。

Claims (11)

1. 円柱状または円筒状の被切削部材の外周面に螺旋状の溝を切削により形成する方法であって、
   外周に刃体が設けられたサイドカッタの軸心を前記被切削部材の軸心に対して所定の角度傾斜させた状態で、かつ、前記サイドカッタの刃体が前記被切削部材の外周面に対して前記溝の深さ分だけ切り込むように配置した状態で、前記サイドカッタをその軸心を中心に回転させておき、
   前記サイドカッタを前記被切削部材の軸心と平行に移動させるとともに、これと同期するように、前記被切削部材をその軸心を中心として回転させる、
   ことを特徴とする螺旋状の溝を切削により形成する方法。
2. 前記刃体の形状は、前記サイドカッタの中心から前記被切削部材の軸心に下ろした垂線上にある接点位置において前記溝の断面形状と同じ形状であり、かつ、前記接点位置から離れた位置においては形成された溝の周面と前記刃体とが干渉しないような形状である、
   請求項１記載の螺旋状の溝を切削により形成する方法。
3. 前記刃体の形状は、先端部が短辺となる台形であり、
   前記刃体によってその形状と同じ断面形状である台形の前記溝を形成する、
   請求項２記載の螺旋状の溝を切削により形成する方法。
4. 円柱状または円筒状の被切削部材の外周面に螺旋状の溝を切削により形成する装置であって、
   前記被切削部材をその軸心を中心として回転可能に支持する支持装置と、
   前記被切削部材を回転駆動する被切削部材回転駆動装置と、
   外周に刃体が設けられたサイドカッタと、
   前記サイドカッタをその軸心が前記被切削部材の軸心に対して所定の角度傾斜した状態でかつ当該軸心を中心として回転可能なように支持するサイドカッタ支持装置と、
   前記サイドカッタを回転駆動するサイドカッタ回転駆動装置と、
   前記サイドカッタの刃体が前記被切削部材の外周面に対して前記溝の深さ分だけ切り込む位置に送るための縦送り装置と、
   前記サイドカッタを前記被切削部材の軸心と平行に移動させるための横送り装置と、
   前記横送り装置による前記サイドカッタの移動と前記被切削部材回転駆動装置による被切削部材の外周面の周方向移動とが同期するように制御する制御装置と、
   を有することを特徴とする螺旋状の溝を切削により形成する装置。
5. 前記刃体の形状は、前記サイドカッタの中心から前記被切削部材の軸心に下ろした垂線上にある接点位置において前記溝の断面形状と同じ形状であり、かつ、前記接点位置から離れた位置においては形成された溝の周面と前記刃体とが干渉しないような形状である、
   請求項４記載の螺旋状の溝を切削により形成する装置。
6. 前記刃体の形状は、先端部が短辺となる台形である、
   請求項５記載の螺旋状の溝を切削により形成する装置。
7. 前記サイドカッタは、刃が交互に設けられたスタッガミーリングカッタである、
   請求項５または６記載の螺旋状の溝を切削により形成する装置。
8. 前記螺旋状の溝は、渦電流式の減速装置用のロータの外周面に設けられた冷却用のフィンのための溝である、
   請求項４ないし７のいずれかに記載の螺旋状の溝を切削により形成する装置。
9. 請求項１ないし３のいずれかの方法を用いて、渦電流式の減速装置用のロータの外周面に設けられる冷却用のフィンのための溝を切削により形成する方法。
10. 請求項１ないし３のいずれかの方法を用いて、はすば歯車の歯溝を切削により形成する方法。
11. 請求項１ないし３のいずれかの方法を用いて、ねじのねじ溝を切削により形成する方法。

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