KR20220078582A - 기어 연삭용 복층 지석 - Google Patents

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gear grinding
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다카마사 이시자와
유스케 오우라
마사유키 핫토리
야스히로 가미야
고시 하시모토
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가부시키가이샤 노리타케 캄파니 리미티드
가부시키가이샤 노리다케코티드아브레시브
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Abstract

고속 회전역이어도, 마무리 가공 지석부의 연삭에 의한 연삭 정밀도 및 기어 톱니면의 조도가 안정되는 기어 연삭용 복층 지석을 제공한다.
공통의 회전축선 (Cy) 을 갖는 상태에서 서로 고정된 조 가공 지석부 (52) 및 마무리 가공 지석부 (54) 를 갖고, 조 가공 지석부 (52) 의 외주면 (52a) 및 마무리 가공 지석부 (54) 의 외주면 (54a) 에는 외주면 (52a) 에서 외주면 (54a) 에 걸쳐 연속되는 나사상 홈 (56) 이 형성된 기어 연삭용 복층 지석으로서, 마무리 가공 지석부 (54) 는, 연마포 (54b) 가 적층됨으로써 구성되고, 조 가공 지석부 (52) 보다 고탄성으로 되어 있다. 이 점에서, 고속 회전역이어도, 회전에 의해 발생하는 변위의 영향을 기어 톱니면에 주지 않고 마무리 가공 지석부 (54) 측에서 흡수하는 것이 가능해지므로, 기어 연삭용 복층 지석 (12) 의 마무리 가공 지석부 (54) 의 연삭에 의한 연삭 정밀도 및 기어 톱니면의 조도가 안정된다.

Description

기어 연삭용 복층 지석
본 발명은, 고속으로 기어를 연삭 가능한 기어 연삭용 복층 지석에 관한 것이다.
예를 들어, 자동차용의 트랜스미션이나 산업용 로보트의 감속기 등에는, 다수의 기어가 사용되고 있다. 이들 기어, 특히 헬리컬 기어에는, 예를 들어 최근의 자동차의 정숙화나 연비의 향상의 요구 등에 수반하여, 진동이나 소음의 저감, 전달 효율의 향상, 장수명화 등의 성능의 향상이 요구되고 있다. 또, 실제의 기어의 가공에 있어서는, 상기 성능의 향상에 더불어, 보다 단시간에 가공할 것이 요구되고 있다.
이들에 대해, 회전축선 상에 서로 고정시킨 조 (粗) 가공 지석부로서 기능하는 제 1 나사상 지석, 및, 마무리 가공 지석부로서 기능하는 제 2 나사상 지석으로 일체적으로 구성된 기어 연삭용 복층 지석이 제안되어 있다. 이와 같은 기어 연삭용 복층 지석은, 예를 들어 연속 창성식 기어 연삭 장치에 사용되고, 제 1 나사상 지석으로의 가공 후에, 제 2 나사상 지석으로 가공을 실시함으로써, 기어 톱니면의 조도 향상 목적으로 하고 있다. 이 기어 연삭용 복층 지석을 구성하는 제 1 나사상 지석 및 제 2 나사상 지석은, 상대적인 조사공 및 마무리 가공이 각각 양호하게 얻어지도록, 지립의 종류 및 입도, 결합제의 종류 및 결합도, 기공률이 상이한 서로 상이한 종류의 지석 조성을 갖고, 가공 성능을 유지하면서 가공 속도를 얻기 위한 서로 상이한 물성으로 설정되어 있고, 제 2 나사상 지석에는 예를 들어 레지노이드 지석과 같은 비교적 고탄성의 지석이 구비된다. 이로써, 다른 연삭 장치에 있어서 조 가공과 마무리 가공을 실시하는 경우와 비교하여, 기어 소재의 탈착에 의해 가공축심이 어긋나기 때문에 가공 정밀도가 얻어지기 어렵다는 문제가 해소된다.
일본 공개특허공보 2013-18089호
그런데, 상기 종래의 기어 연삭용 복층 지석은, 고능률의 연삭 가공에 있어서, 고속 회전역이 되면, 비교적 고탄성의 제 2 나사상 지석이 원심력에 의해 직경 방향으로 변위하여, 절입 이상의 절입이 실시되어, 연삭 정밀도가 안정되지 않는다는 결점이 있었다. 또, 이 결점을 해소하고자 하면, 회전에 수반하는 직경 방향의 변위를 보정하는 복잡한 절입 제어가 필요해진다는 문제가 있었다. 기어의 소형화에 수반하여, 기어 연삭용 복층 지석이 보다 고속 회전으로 구동될 것이 예상되므로, 이와 같은 문제는 보다 현저해지는 것이 생각된다.
본 발명은, 이상의 사정을 배경으로 하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 고속 회전역이어도, 제 2 나사상 지석의 연삭에 의한 연삭 정밀도 및 기어 톱니면의 조도가 안정된 기어 연삭용 복층 지석을 제공하는 것에 있다.
본 발명자들은, 종래의 기어 연삭용 복층 지석인 레지노이드 지석의 상기 결점의 원인으로서, 고속 회전 중에 변위가 발생한 경우, 제 2 나사상 지석으로서 사용하기에는, 연삭력이 지나치게 높은 것에 주목하였다. 만약 고속 회전 중에 변위가 발생한 경우에도, 종래의 레지노이드 지석보다 연삭력이 낮고, 또한 기어 가공 중에 있어서의 변위의 영향을 제 2 나사상 지석측에서 흡수할 수 있으면 적절한 연마 효과만을 부여하는 것이 가능한 것으로 생각하였다. 기어 가공 중의 변위의 영향을 제 2 나사상 지석측에서 흡수하기 위해 레지노이드 지석보다 고탄성을 갖고, 또한 레지노이드 지석보다 연삭력이 낮은 재료나 구조에 대해 여러 가지 검토를 거듭한 결과, 합성 섬유나 유리 섬유로 구성된 직포 혹은 부직포 등의 섬유성 기재 시트에 지립 및 합성 수지를 혼재한 접착제를 도포하고, 그 섬유성 기재 시트를 두께 방향으로 적층시켜 경화시킨 섬유성 기재 적층 지석을 사용하여 상기 제 2 나사상 지석을 구성하면, 고탄성을 가지면서도 연삭력이 낮고, 또한 기어 가공 중의 변위의 영향을 지석측에서 흡수 가능한 지석이 얻어진다는 사실을 알아냈다. 본 발명은, 이러한 지견에 기초하여 이루어진 것이다.
즉, 본 발명의 요지로 하는 바는, 공통의 회전축선을 갖는 상태에서 서로 고정되는 제 1 나사상 지석 및 제 2 나사상 지석을 갖고, 상기 제 1 나사상 지석의 제 1 외주면 및 상기 제 2 나사상 지석의 제 2 외주면에는 상기 제 1 외주면에서 상기 제 2 외주면에 걸쳐 연속되는 나사상 홈이 형성된 기어 연삭용 복층 지석으로서, 상기 제 2 나사상 지석은, 연마포가 적층됨으로써 구성되고, 상기 제 1 나사상 지석보다 고탄성으로 되어 있는 것에 있다.
본 발명의 기어 연삭용 복층 지석에 의하면, 상기 제 2 나사상 지석은, 연마포가 적층됨으로써 구성되고, 상기 제 1 나사상 지석보다 고탄성으로 되어 있다. 이 점에서, 고속 회전역이어도, 회전에 의해 발생하는 변위의 영향을 기어 톱니면에 주지 않고 기어 연삭용 복층 지석측에서 흡수하는 것이 가능해지므로, 기어 연삭용 복층 지석의 제 2 나사상 지석의 연삭에 의한 연삭 정밀도 및 기어 톱니면의 조도가 안정된다.
여기서, 바람직하게는, 상기 제 1 나사상 지석은 비트리파이드 지석이고, 상기 제 1 나사상 지석의 지립은, 입도가 F80 ∼ F180 이다. 연속 창성식 기어 연삭에 사용하는 경우에는, 제 1 나사상 지석의 지립의 입도를 F80 ∼ F180 으로 하면, 절삭분의 길이가 짧아져 배출성이 높아지고, 게다가 연삭 버닝이 개선된다.
또, 바람직하게는, 상기 제 2 나사상 지석은, 합성 수지와 지립이 혼합된 접착제를 포함하는 상기 연마포가, 상기 연마포의 두께 방향으로 적층된 상태에서 서로 고착된 섬유성 기재 적층체 지석이다. 이 때문에, 제 2 나사상 지석은, 제 1 나사상 지석보다 고탄성으로 되어 있음과 함께, 고속 회전역이어도, 상기 제 2 나사상 지석의 회전에 의해 발생하는 변위의 영향을 기어 톱니면에 주지 않고 기어 연삭용 복층 지석측에서 흡수하는 것이 가능해지므로, 기어 연삭용 복층 지석의 제 2 나사상 지석의 연삭에 의한 연삭 정밀도 및 기어 톱니면의 조도가 안정된다.
또, 바람직하게는, 상기 연마포는, 6 나일론, 66 나일론, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 아크릴로니트릴, 레이온, 셀룰로오스아세테이트, 면, 양모, 마 중 적어도 1 개의 섬유로 구성된 섬유성 기재 시트에 상기 접착제가 도포된 것인 것에 있다. 전술한 바와 같은 섬유를 사용함으로써, 기재 시트 내부는 섬유가 복잡하게 낙합된 삼차원 망목 구조가 된다. 섬유성 기재 시트에 상기 접착제를 도포하여 적층한 제 2 나사상 지석에서도, 섬유성 기재 시트의 삼차원 망목 구조가 잔존하여, 종래의 레지노이드 지석과 비교하여, 다수의 기공을 포함한 구조가 된다. 종래의 레지노이드 지석은, 무기공 또는 한정적인 기공뿐으로, 기어 가공시의 변위는 주로 결합제인 수지부의 변형에만 한정된다. 종래의 레지노이드 지석과 비교하여, 섬유성 기재 적층체 지석은 다수의 기공을 포함하고 있고, 기어 가공시의 변위는 기공의 변형, 및 섬유성 기재 시트 자체도 변형이 가능하다. 그 때문에, 종래의 레지노이드 지석과 비교하여, 제 2 나사상 지석은 고탄성으로 되어 고속 회전시의 변위의 영향을 기어 톱니면에 주지 않고 제 2 나사상 지석측에서 흡수하는 것이 가능해지므로, 기어 연삭용 복층 지석의 제 2 나사상 지석의 연삭에 의한 기어 톱니면의 조도가 안정된다. 또, 제 2 나사상 지석은, 제 1 나사상 지석보다 고탄성이므로, 고속 회전역이어도, 상기 제 2 나사상 지석의 회전에 의해 발생하는 변위의 영향을 기어 톱니면에 주지 않고 기어 연삭용 복층 지석측에서 흡수하는 것이 가능해지므로, 기어 연삭용 복층 지석의 제 2 나사상 지석의 연삭에 의한 연삭 정밀도 및 기어 톱니면의 조도가 안정된다.
또, 바람직하게는, 상기 접착제에 포함되는 상기 합성 수지는, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 아크릴 수지 중 어느 것에 의해 구성되어 있는 것에 있다. 이로써, 접착제에 포함되는 합성 수지는, 섬유성 기재 시트 사이가 서로 고정되므로, 내구성을 높일 수 있다.
또, 바람직하게는, 상기 제 2 나사상 지석은, 상기 연마포가 상기 회전축선 방향으로 적층됨으로써 구성된 것인 것에 있다. 이로써, 회전 중의 외주측으로의 원심력의 발생 방향과, 섬유성 기재 시트의 접착 방향이 직각이 되어, 원심력에 의한 섬유성 기재 시트 사이의 박리에 대해 내구성을 높일 수 있다. 또, 상기 적층 방향으로 함으로써, 원심력의 발생 방향과 평행으로 접착하는 것보다, 회전 중의 변위를 억제하는 것이 가능해진다. 이로써, 고속 회전역이어도, 회전에 의해 발생하는 변위의 영향을 기어 톱니면에 주지 않고 제 2 나사상 지석측에서 흡수하는 것이 가능해지므로, 기어 연삭용 복층 지석의 제 2 나사상 지석에 의한 연삭의 연삭 정밀도 및 기어 톱니면의 조도가 안정된다.
또, 바람직하게는, 상기 제 2 나사상 지석의 지립은, 입도가 F220 ∼ F2000 이고, 상기 제 1 나사상 지석의 지립보다 세립 (細粒) 이다. 이 때문에, 제 1 나사상 지석의 지립보다 세립이므로, 기어 소재의 표면의 면 조도를 향상시킬 수 있다. F2000 보다 미세해지면, 연마 능력이 현저하게 저하되어 목표로 하는 연마 조도로 마무리할 수 없다.
또, 바람직하게는, 상기 제 2 나사상 지석은, 0.05 ∼ 1.0 GPa, 바람직하게는 0.1 ∼ 0.4 GPa 의 굽힘 탄성률을 갖는 것이다. 이로써, 양호한 연마면이 얻어진다.
또, 바람직하게는, 상기 제 2 나사상 지석의 지립의 함유율은, 1.0 ∼ 20 vol％ 이다. 이로써, 최적의 연마력 및 탄성률을 얻을 수 있다.
또, 바람직하게는, 상기 기어 연삭용 복층 지석은, 연속 창성식 기어 연삭에 사용되고, 상기 연속 창성식 기어 연삭은, 상기 기어 연삭용 복층 지석을 상기 회전축선 둘레로 회전시키면서 상기 회전축선 방향으로 변위시키면서, 기어 소재의 회전축선에 평행한 방향으로 왕복 연삭 이송을 실시하면서, 상기 왕복 연삭 이송에 동기하여 상기 기어 소재를 상기 기어 소재의 회전축선 둘레로 순차 회전시킴으로써 상기 기어 소재의 외주면에 톱니를 형성하는 것이다. 이 때문에, 높은 능률 또한 고정밀도로 기어 소재에 기어 연삭 가공을 실시할 수 있다.
도 1 은, 본 실시예의 일 실시예의 연속 창성식 기어 연삭 장치의 구성의 주요부를 설명하는 사시도이다.
도 2 는, 도 1 의 연속 창성식 기어 연삭 장치에 있어서 실시되는 연속 창성식 기어 연삭을, 기어 연삭용 복층 지석 및 기어 소재를 사용하여 설명하는 사시도이다.
도 3 은, 도 2 의 기어 연삭용 복층 지석을 확대하여 설명하는 사시도이다.
도 4 는, 도 2 의 기어 연삭용 복층 지석의 구성을 설명하는 단면도이다.
도 5 는, 시료 1 ∼ 14 의 굽힘 탄성률 측정의 결과 및 시료 1 ∼ 14 를 사용한 기어 연삭 가공 시험의 결과를 나타내는 도면이다.
도 6 은, 상기의 기어 연삭 가공 시험에 있어서의 가공 조건을 나타내는 도면이다.
도 7 은, 시료 1 및 시료 2 를 사용하여 각각 연삭 가공된 피삭 기어의 면 조도를 비교한 그래프를 나타내는 도면이다.
도 8 은, 시료 1 에 의해 얻어진 표면 조도 측정시의 표면 프로파일을 나타내는 도면이다.
도 9 는, 시료 2 에 의해 얻어진 표면 조도 측정시의 표면 프로파일을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
실시예
도 1 은, 본 실시예의 일 실시예의 연속 창성식 기어 연삭 장치 (10) 의 구성의 주요부를 설명하는 사시도이다. 도 2 는, 연속 창성식 기어 연삭 장치 (10) 에 있어서 실시되는 연속 창성식 기어 연삭을, 기어 연삭용 복층 지석 (12) 및 기어 소재 (BL) 를 사용하여 설명하는 사시도이다. 연속 창성식 기어 연삭 장치 (10) 에 의해, 나사상의 기어 연삭용 복층 지석 (12) 이 사용되어, 기어 소재 (BL) 의 외주면에 소위 시프트 연삭이라고 칭해지는 연속 창성식 기어 연삭이 실시된다. 연속 창성식 기어 연삭 장치 (10) 는, 기어 연삭용 복층 지석 (12) 을, 예를 들어 수평 방향의 Y 축에 평행한 회전축선 (Cy) 둘레로 회전 가능하게, 그 Y 축에 평행한 회전축선 (Cy) 방향 즉 시프트 방향 (S) 으로 기어 소재 (BL) 에 대해 상대 이동 가능하게, Y 축에 직교하는 Z 축 방향에 평행한 액시얼 이송 방향으로 기어 소재 (BL) 에 대해 상대 이동 가능하게, 또한, Y 축 및 Z 축에 직교하는 X 축 방향에 평행한 절입 방향으로 기어 소재 (BL) 에 대해 상대 이동 가능하게 구비하고 있다. 기어 연삭용 복층 지석 (12) 은, 톱니가 외주 연삭면에 나선상으로 나열되어 나사상으로 되어 있다. 또, 연속 창성식 기어 연삭 장치 (10) 는, Z 축에 평행한 회전축선 (Cz) 둘레로 회전 가능하게 기어 소재 (BL) 를 유지하고 있다.
구체적으로는, 연속 창성식 기어 연삭 장치 (10) 는, X 축 테이블 (20) 과, Z 축 테이블 (28) 과, Y 축 테이블 (34) 과, 워크 회전 구동 장치 (38) 와, 지석 회전 구동 장치 (42) 를 구비하고 있다. X 축 테이블 (20) 은, 기대 (14) 상에 고정된 X 축 방향 안내 부재 (16) 에 의해 X 축 방향으로 안내되고, X 축 위치 결정 모터 (18) 에 의해 X 축 방향으로 위치 결정된다. Z 축 테이블 (28) 은, 기대 (14) 로부터 세워서 형성된 지지벽 (22) 에 고정된 Z 축 방향 안내 부재 (24) 에 의해 Z 축 방향으로 안내되고, Z 축 위치 결정 모터 (26) 에 의해 Z 축 방향으로 위치 결정된다. Y 축 테이블 (34) 은, Z 축 테이블 (28) 에 형성된 Y 축 방향 안내 홈 (30) 에 의해 Y 축 방향으로 안내되고, Y 축 위치 결정 모터 (32) 에 의해 Y 축 방향으로 위치 결정된다. 워크 회전 구동 장치 (38) 는, X 축 테이블 (20) 상에 고정 형성되어 기어 소재 (BL) 를 회전 가능하게 지지하고, 기어 소재 (BL) 를 그 회전축선 (Cz) 둘레로 회전 구동시키는 워크 구동 모터 (36) 를 갖는다. 지석 회전 구동 장치 (42) 는, Y 축 테이블 (34) 상에 고정 형성되어 기어 연삭용 복층 지석 (12) 을 회전 가능하게 지지하고, 기어 연삭용 복층 지석 (12) 을 그 회전축선 (Cy) 둘레로 회전 구동시키는 지석 구동 모터 (40) 를 갖는다.
연속 창성식 기어 연삭 장치 (10) 는, 미리 기억된 프로그램에 따라 X 축 위치 결정 모터 (18), Z 축 위치 결정 모터 (26), Y 축 위치 결정 모터 (32) 에 의해 X 축 테이블 (20), Z 축 테이블 (28), Y 축 테이블 (34) 을 구동시킴으로써, 기어 연삭용 복층 지석 (12) 을 회전축선 (Cy) 둘레로 회전시키면서 회전축선 (Cy) 방향 즉 시프트 방향 (S) 으로 이송하면서, 워크인 기어 소재 (BL) 의 회전축선 (Cz) 에 평행한 Z 축 방향 즉 액시얼 방향으로 소정의 연삭 스트로크로 왕복 연삭 이송을 실시하면서, 그 왕복 연삭 이송에 동기하여 기어 소재 (BL) 를 그 회전축선 (Cz) 둘레로 순차 회전시킨다. 또한, 쿨란트 노즐 (48) 로부터 폭넓게 공급되는 연삭액 (GF) 의 존재하에서, 항상 새로운 연삭면 즉 항상 새로운 지립으로 기어 소재 (BL) 의 외주면에 헬리컬 톱니 혹은 스트레이트 톱니의 연삭 가공을 실시함으로써, 기어 연삭용 복층 지석 (12) 의 지석 마모를 억제하여, 안정된 정밀도 또한 높은 가공 능률로, 기어 소재 (BL) 의 외주면에 연속 창성식 기어 연삭이 실시된다.
도 3 은, 기어 연삭용 복층 지석 (12) 을 확대하여 설명하는 사시도이다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 기어 연삭용 복층 지석 (12) 은, 그 회전축선 (Cy) 방향으로 관통한 장착공 (50) 과, 회전축선 (Cy) 상에 서로 고착된 제 1 나사상 지석에 대응하는 조 가공 지석부 (52) 및 제 2 나사상 지석에 대응하는 마무리 가공 지석부 (54) 로 일체적으로 구성되어 있다. 조 가공 지석부 (52) 의 외주면 (제 1 외주면) (52a) 및 마무리 가공 지석부 (54) 의 외주면 (제 2 외주면) (54a) 에는, 조 가공 지석부 (52) 및 마무리 가공 지석부 (54) 에 걸쳐 나열되고 또한 정확하게 위상 맞춤된 나사상 홈 (56) 이 각각 형성되어 있다.
도 4 는, 기어 연삭용 복층 지석 (12) 의 구성을 설명하는 단면도이다. 조 가공 지석부 (52) 및 마무리 가공 지석부 (54) 는, 예를 들어 도 4 에 나타내는 바와 같이, 그들의 단면 사이가 접착제 (58) 를 사용하여 서로 고정됨으로써, 기어 연삭용 복층 지석 (12) 이 구성되어 있다. 도 4 에 있어서, 접착제 (58) 는 이해를 용이하게 하기 위해 굵은선으로 나타나 있다.
조 가공 지석부 (52) 및 마무리 가공 지석부 (54) 는, 조 가공 성능 및 마무리 가공 성능을 각각 유지하면서 가공 속도를 얻기 위해, 지립의 종류 및 입도, 결합제의 종류 및 결합도, 기공률 등이 서로 상이하고, 서로 상이한 물성으로 설정되어 있다.
조 가공 지석부 (52) 는, 마무리 가공 지석부 (54) 보다 고강도를 갖고, 예를 들어 지립을 유리질의 무기질 결합제 (비트리파이드 본드) 를 사용하여 결합한 비트리파이드 지석이다. 또, 마무리 가공 지석부 (54) 는, 조 가공 지석부 (52) 보다 고탄성 (즉, 낮은 탄성률) 을 갖고, 예를 들어 도 4 의 단면에 나타내는 바와 같이, 지립 및 합성 수지가 혼합된 접착제 (58) 가 면상으로 도포된 연마포 (54b) 가 회전축선 (Cy) (지석의 회전 중심선) 방향 즉 마무리 가공 지석부 (54) 의 두께 방향으로 적층된 상태에서 접착제 (58) 에 의해 서로 결합된 연마포 적층체 지석이다. 연마포 (54b) 는, 6 나일론, 66 나일론, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 아크릴로니트릴, 레이온, 셀룰로오스아세테이트 등의 합성 섬유나 면, 양모, 마포 등의 천연 섬유 중 적어도 1 개의 섬유로 구성된 부직포 혹은 직포로 이루어지는 섬유성 기재 시트에, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 아크릴 수지 중 어느 것의 합성 수지와 지립이 혼합된 접착제 (58) 가 면상으로 도포된 것이다.
또, 조 가공 지석부 (52) 의 지립은, 예를 들어 F80 이상 또한 F180 이하인 입도이고, 마무리 가공 지석부 (54) 의 지립은, F220 이상 또한 F2000 이하인 지립이고, 조 가공 지석부 (52) 의 지립보다 세립이다. 마무리 가공 지석부 (54) 의 지립의 함유율 즉 지립 체적률은, 예를 들어 0.5 vol％ 이상 또한 25 vol％ 이하이다. 마무리 가공 지석부 (54) 는, 조 가공 지석부 (52) 보다 낮은 탄성률, 예를 들어 0.05 GPa 이상 또한 1.2 GPa 이하인 굽힘 탄성률을 갖는다.
이하에 있어서, 본 발명자가 실시한 입도, 탄성률, 지립 체적률의 조도에 대한 영향을 평가한 기어 연삭 가공 시험을 설명한다. 먼저, 조 가공 지석부가 공통되지만 마무리 가공 지석부가 서로 상이한 시료 1 ∼ 14 를 도 5 에 나타내는 바와 같이 제조하였다. 이어서, 그들 시료 1 ∼ 14 에 대해, 연속 창성식 기어 연삭 장치 (10) 를 사용하고, 이하에 나타내는 피삭 기어의 제원 및 도 6 에 나타내는 가공 조건으로 설정하여 기어 연삭을 실시하였다.
(피삭 기어의 제원)
Figure pct00001
도 6 에 있어서의 액시얼 창성 이송량 (㎜/t.rev) 은, 피삭 기어가 1 회전하는 동안에, 기어 연삭용 복층 지석 (12) 이 액시얼 방향 (Z 축 방향) 으로 움직이는 양이다. 또, 연속 창성식 기어 연삭 장치 (10) 에 있어서, 기어 소재 (BL) 는 회전축선 (Cz) 둘레로 동일한 장소에서 계속 회전하고, 기어 연삭용 복층 지석 (12) 은, 회전축선 (Cy) 방향으로 이동하는 점에서, 조 가공, 중간 마무리 가공, 최종 마무리 가공은, 가공 위치가 상이하므로, 각각에 절입량, 액시얼 창성 이송량의 설정이 가능하다.
상기의 기어 연삭 가공 시험에 사용한 시료 1 ∼ 14 에 있어서의 조 가공 지석부의 치수는 275 ㎜ (외경) × 85 ㎜ (두께) × 150 ㎜ (내경) 이고, 마무리 가공 지석부의 치수는 275 ㎜ (외경) × 40 ㎜ (두께) × 150 ㎜ (내경) 이고, 합계 두께를 125 ㎜ 로 하였다. 또, 마무리 가공 지석부를 구성하는 연마포 적층체에 사용된 부직포로는, 선경 (線徑) 이 70 ㎛ 인 66 나일론 수지의 부직포를 사용하였다. 또, 도 5 에 있어서, 시료 1 은, 마무리 가공 지석부를 구비하고 있지 않고, 조 가공 지석부만을 구비한 것이고, 시료 2 ∼ 14 는, 시료 1 에 나타내는 조 가공 지석부에, 도 5 에 나타내는 사양의 마무리 가공 지석부를 각각 적용함으로써 구성한 것이다.
도 5 의 굽힘 탄성률에 대해서는, 지지간 거리 L 이 50 ㎜ 인 1 쌍의 시료 지지대 위에, 폭 치수 b 가 20 ㎜, 두께 치수 h 가 15 ㎜, 길이가 100 ㎜ 인 시험편을 시료 1 ∼ 14 마다 제조하고, 지지간 거리의 중앙에 위치시킨 하중 부하 부재로 시험편 위로부터 1 ㎜/sec 의 속도로 가압하여, 시험편에 항복 하중이 25 ％ ∼ 50 ％ 일 때의 시험편의 굽힘 하중의 변화량 ΔF 및 시험편의 굴곡의 변화량 Δs 를 각각 측정하였다. 이어서, 미리 설정된 3 점 굽힘 탄성률 산출식 (1) 로부터, 항복 하중의 25 ％ ∼ 50 ％ 에 있어서의 시험편의 굽힘 하중의 변화량 ΔF 및 시험편의 굴곡의 변화량 Δs 와 지지간 거리 L, 시험편의 폭 치수 b, 및 시험편의 두께 치수 h 에 기초하여, 3 점 굽힘 하중을 산출하였다.
3 점 굽힘 탄성률 = (L3/4bh3) × (ΔF/Δs) … (1)
또, 도 5 에 있어서 나타나 있는, 면 조도 Ra (산술 평균 조도) 및 Rz (최대 조도) 의 측정 (JIS B0601 : 2013) 에는, 주식회사 도쿄 정밀 제조의 SURFCOM 5000 DX (표면 조도 측정 장치) 를 사용하였다.
도 5 에 있어서, 얻어진 피삭 기어의 면 조도 Ra 에 있어서, 0.1 ㎛ 이하인 것에는 ◎ 표시로 평가하고, 0.2 ㎛ 이하인 것에는 ○ 표시로 평가하고, 0.2 ㎛ 를 초과하는 것에는 × 표시로 평가하였다. 도 5 로부터 분명한 바와 같이, 시료 2 및 13 이 ◎ 표시로 평가되고, 시료 4 및 5, 시료 8 및 9, 시료 12 가 ○ 표시로 평가되어 있다. 이 점에서, 마무리 가공 지석부의 지립의 입도가 F220 ∼ F2000 이하이고, 지립 체적률이 1.0 vol％ ∼ 20 vol％ 이고, 탄성률이 0.05 GPa ∼ 1 GPa 인 시료가, ○ 표시 이상의 평가 결과가 얻어졌다.
도 7 은, 기어 연삭 가공 시험에 의해 얻어진 면 조도에 관하여, 마무리 가공 지석부를 구비하지 않는 시료 1 에 의해 얻어진 Ra 및 Rz 와 마무리 가공 지석부를 구비한 시료 2 에 의해 얻어진 Ra 및 Rz 를 비교한 그래프이다. 도 7 로부터 분명한 바와 같이, 마무리 가공 지석부를 구비한 시료 2 에 의하면, 마무리 가공 지석부를 구비하지 않는 시료 1 에 대해, 표면 조도 Ra 는 0.3885 에서 0.0615 로 감소하여 84 ％ 개선되고, 표면 조도 Rz 는 2.9797 에서 0.4097 로 감소하여 86 ％ 개선되었다. 도 8 은, 마무리 가공 지석부를 구비하지 않는 시료 1 에 의해 얻어진, 표면 조도 측정시의 표면 프로파일을 나타내고, 도 9 는, 마무리 가공 지석부를 구비한 시료 2 에 의해 표면 조도 측정시의 표면 프로파일을 나타내고 있다.
상기의 결과에 의해, 주속도가 3800 m/min 정도인 고속 회전에 있어서, 변위량이 마무리 가공 지석부에 의해 흡수되므로, 안정된 마무리 가공이 얻어지는 것이 확인되었다. 또, 기어 연삭용 복층 지석이 조 가공 지석부와 마무리 가공 지석부를 일체로 구비하고 있기 때문에, 조 가공과 마무리 가공이 다른 공정인 경우와 비교하여, 기어 소재 (BL) 의 착탈이 없고, 가공축심의 어긋남이 없기 때문에, 최종 마무리 가공이 안정된다. 또한, 마무리 가공을 위한 후가공이 불필요해져, 후 가공용의 연삭 장치 등의 설치 스페이스가 불필요해지는 등의 이점이 있다.
상기 서술한 바와 같이, 본 실시예의 기어 연삭용 복층 지석 (12) 에 의하면, 공통의 회전축선 (Cy) 을 갖는 상태에서 서로 고정된 조 가공 지석부 (52) (제 1 나사상 지석) 및 마무리 가공 지석부 (54) (제 2 나사상 지석) 를 갖고, 조 가공 지석부 (52) 의 외주면 (제 1 외주면) (52a) 및 마무리 가공 지석부 (54) 의 외주면 (제 2 외주면) (54a) 에는 외주면 (52a) 에서 외주면 (54a) 에 걸쳐 연속되는 나사상 홈 (56) 이 형성된 기어 연삭용 복층 지석으로서, 마무리 가공 지석부 (54) 는, 연마포 (54b) 가 적층됨으로써 구성되고, 조 가공 지석부 (52) 보다 고탄성으로 되어 있다. 이 점에서, 고속 회전역이어도, 회전에 의해 발생하는 변위의 영향을 기어 톱니면에 주지 않고 마무리 가공 지석부 (54) 측에서 흡수하는 것이 가능해지므로, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 기어 연삭용 복층 지석 (12) 의 비교적 고탄성의 마무리 가공 지석부 (54) 에 의한 연삭의 연삭 정밀도 및 기어 톱니면의 조도가 안정된다.
또, 본 실시예의 기어 연삭용 복층 지석 (12) 에 의하면, 제 1 나사상 지석에 대응하는 조 가공 지석부 (52) 는 비트리파이드 지석이고, 조 가공 지석부 (52) 의 지립은, 입도가 F80 이상 또한 F180 이하이다. 연속 창성식 기어 연삭 장치 (10) 에 사용하는 경우에는, 조 가공 지석부 (52) 의 지립의 입도를 F80 이상 또한 F180 이하로 하면, 절삭분의 길이가 짧아져 배출성이 높아지고, 게다가 연삭 버닝이 개선된다.
또, 본 실시예의 기어 연삭용 복층 지석 (12) 에 의하면, 마무리 가공 지석부 (54) 는, 합성 수지와 지립이 혼합된 접착제 (58) 를 포함하는 연마포 (54b) 가, 연마포 (54b) 의 두께 방향으로 적층된 상태에서 서로 고착된 섬유성 기재 적층체 지석이다. 이 때문에, 마무리 가공 지석부 (54) 는, 조 가공 지석부 (52) 보다 고탄성으로 되어 있음과 함께, 고속 회전역이어도, 회전에 의해 발생하는 변위의 영향을 기어 톱니면에 주지 않고 마무리 가공 지석부 (54) 측에서 흡수하는 것이 가능해지므로, 기어 연삭용 복층 지석 (12) 의 마무리 가공 지석부 (54) 에 의한 연삭의 연삭 정밀도 및 기어 톱니면의 조도가 안정된다.
또, 본 실시예의 기어 연삭용 복층 지석 (12) 에 의하면, 마무리 가공 지석부 (54) 에 사용되는 연마포 (54b) 는, 6 나일론, 66 나일론, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 아크릴로니트릴, 레이온, 셀룰로오스아세테이트 등의 합성 섬유나 면, 양모, 마포 등의 천연 섬유 중 적어도 1 개의 섬유로 구성된 직포 혹은 부직포로 구성되는 섬유성 기재 시트에 합성 수지와 지립을 포함하는 접착제 (58) 가 도포된 것이다. 전술한 바와 같은 섬유를 사용함으로써, 섬유성 기재 시트 내부는 섬유가 복잡하게 낙합된 삼차원 망목 구조가 된다. 섬유성 기재 시트에 접착제 (58) 를 도포하여 적층한 마무리 가공 지석부 (54) 에서도, 섬유성 기재 시트일 때의 삼차원 망목 구조가 잔존하여, 종래의 레지노이드 지석과 비교하여, 다수의 기공을 포함한 구조가 된다. 종래의 레지노이드 지석은, 무기공 또는 한정적인 기공뿐으로, 기어 가공시의 변위는 주로 결합제인 수지부의 변형에만 한정된다. 종래의 레지노이드 지석과 비교하여, 섬유성 기재 적층체 지석인 기어 연삭용 복층 지석 (12) 은 다수의 기공을 포함하고 있고, 기어 가공시의 변위는 기공의 변형, 및 섬유성 기재 시트 자체도 변형이 가능하다. 그 때문에, 종래의 레지노이드 지석과 비교하여, 마무리 가공 지석부 (54) 가 고탄성으로 되어 고속 회전시의 변위의 영향을 기어 톱니면에 주지 않고 마무리 가공 지석부 (54) 측에서 흡수하는 것이 가능해지므로, 기어 연삭용 복층 지석의 마무리 가공 지석부 (54) 의 연마에 의한 기어 톱니면의 조도가 안정된다. 또, 마무리 가공 지석부 (54) 는, 조 가공 지석부 (52) 보다 고탄성이므로, 고속 회전역이어도, 회전에 의해 발생하는 변위의 영향을 기어 톱니면에 주지 않고 마무리 가공 지석부 (54) 측에서 흡수하는 것이 가능해지므로, 기어 연삭용 복층 지석 (12) 의 마무리 가공 지석부 (54) 에 의한 연삭의 연삭 정밀도 및 기어 톱니면의 조도가 안정된다.
또, 본 실시예의 기어 연삭용 복층 지석 (12) 에 의하면, 접착제 (58) 에 포함되는 합성 수지는, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 아크릴 수지 중 어느 것에 의해 구성되어 있는 것에 있다. 이로써, 접착제 (58) 에 포함되는 합성 수지는, 섬유성 기재 시트 사이를 서로 고착시키므로, 내구성을 높일 수 있다.
또, 본 실시예의 기어 연삭용 복층 지석 (12) 에 의하면, 마무리 가공 지석부 (54) 는, 연마포 (54b) 가 회전축선 (Cy) 방향 (회전축선 (Cy) 과 평행한 방향)으로 적층됨으로써 구성된 것인 것에 있다. 이로써, 마무리 가공 지석부 (54) 를 구성하는 기어 연삭용 복층 지석 (12) 에 포함되는 연마포 (54b) 내의 섬유의 방향이 직경 방향 (회전축선 (Cy) 과 직각인 방향) 이 되므로, 마무리 가공 지석부 (54) 의 직경 방향의 외측으로의 변형 즉 직경 방향의 연신이 억제된다. 이로써, 고속 회전역이어도, 회전에 의해 발생하는 변위의 영향을 기어 톱니면에 주지 않고 마무리 가공 지석부 (54) 측에서 흡수하는 것이 가능해지므로, 기어 연삭용 복층 지석 (12) 의 마무리 가공 지석부 (54) 에 의한 연삭의 연삭 정밀도 및 기어 톱니면의 조도가 안정된다.
또, 본 실시예의 기어 연삭용 복층 지석 (12) 에 의하면, 마무리 가공 지석부 (54) 의 지립은, 입도가 F220 이상 또한 F2000 이하이고, 조 가공 지석부 (52) 의 지립보다 세립이다. 이 때문에, 조 가공 지석부 (52) 의 지립보다 세립이므로, 기어 소재 (BL) 의 표면의 면 조도를 향상시킬 수 있다. F2000 보다 미세해지면, 특히 F3000 보다 미세해지면 연마 능력이 저하된다.
또, 본 실시예의 기어 연삭용 복층 지석 (12) 에 의하면, 마무리 가공 지석부 (54) 는, 0.05 GPa 이상 또한 1.0 GPa 이하, 바람직하게는 0.1 GPa 이상 또한 0.4 GPa 이하의 굽힘 탄성률을 갖는 것이므로, 양호한 연마면이 얻어진다. 0.05 GPa 을 하회하면, 가공시에 가공 저항에 대해 빠져나가는 양이 많아져, 연마력을 발휘할 수 없는 경우가 있고, 또, 마무리 가공 지석부 (54) 의 강도가 낮아지기 때문에, 고속 회전역에서의 사용 주속도에 필요한 지석 강도가 얻어지지 않는다. 반대로, 1.0 GPa 을 초과하는 경우에는, 가공 저항에 대해 빠져나가는 양이 작아, 가공 부하가 큰 경우, 마무리 가공 지석부 (54) 의 톱니형부의 파손이 발생하는 경우가 있다.
또, 본 실시예의 기어 연삭용 복층 지석 (12) 에 의하면, 마무리 가공 지석부 (54) 의 지립의 함유율은, 1 vol％ 이상 또한 20 vol％ 이하이므로, 최적의 탄성률을 얻을 수 있다. 1 vol％ 를 하회하는 경우에는, 기어 소재 (BL) 의 톱니면을 가공하기 위한 작용 지립수가 적어 연마 능력이 부족하여, 톱니면의 향상이 얻어지지 않는다. 반대로, 20 vol％ 를 상회하는 경우에는, 상대적으로 접착제 (58) 의 비율이 감소하여, 최적의 탄성률을 얻을 수 없게 된다.
또, 본 실시예의 기어 연삭용 복층 지석 (12) 은, 연속 창성식 기어 연삭 장치 (10) 에 사용되고, 연속 창성식 기어 연삭 장치 (10) 는, 기어 연삭용 복층 지석 (12) 을 회전축선 (Cy) 둘레로 회전시키면서 회전축선 (Cy) 에 평행한 방향으로 변위 (시프트) 시키면서, 기어 소재 (BL) 의 회전축선 (Cz) 에 평행한 방향으로 소정의 연삭 스트로크로 왕복 연삭 이송을 실시하면서, 그 왕복 연삭 이송에 동기하여 기어 소재 (BL) 를 회전축선 (Cz) 둘레로 순차 회전시킴으로써 기어 소재 (BL) 의 외주면에 톱니를 형성하는 것이다. 이 때문에, 높은 능률 또한 고정밀도로 기어 소재 (BL) 에 기어 연삭 가공을 실시할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이 실시예에 한정되는 것이 아니고, 다른 양태로도 실시될 수 있다.
예를 들어, 전술한 실시예의 기어 연삭용 복층 지석 (12) 은, 조 가공 지석부 (52) 및 마무리 가공 지석부 (54) 에 코어를 구비하지 않는 것이었지만, 조 가공 지석부 (52) 및 마무리 가공 지석부 (54) 에, 고강도의 코어, 예를 들어 금속제의 코어, 혹은, 수지 함침 비트리파이드 지석으로 이루어지는 코어가 사용되어 있어도 된다.
또, 전술한 실시예에서는, 조 가공 지석부 (52) 및 마무리 가공 지석부 (54) 는, 접착제 (58) 를 사용한 고착에 의해 서로 고정되어 있었지만, 지석 구동 모터 (40) 의 출력축 혹은 그 출력축에 의해 구동되는 지석 주축에, 플랜지를 사용하여 장착되는 단계에서 서로 고정되는 것이어도 된다.
또, 전술한 실시예의 기어 연삭용 복층 지석 (12) 의 마무리 가공 지석부 (54) 는, 연마포 (54b) 가 회전축선 (Cy) 에 평행한 방향으로 적층된 것이었지만, 예를 들어 직경 방향에 있어서 적층되거나, 리본상으로 길게 형성된 연마포 (54b) 를 감아 소용돌이상으로 적층된 것이어도 된다.
또한, 상기 서술한 것은 어디까지나 일 실시형태이며, 그 외에 하나 하나 예시하지는 않지만, 본 발명은, 그 주지를 일탈하지 않는 범위에서 당업자의 지식에 기초하여 여러 가지 변경, 개량을 가한 양태로 실시할 수 있다.
10 : 연속 창성식 기어 연삭 장치
12 : 기어 연삭용 복층 지석
52 : 조 가공 지석부 (제 1 나사상 지석)
52a : 제 1 외주면
54 : 마무리 가공 지석부 (제 2 나사상 지석)
54a : 제 2 외주면
54b : 연마포
56 : 나사상 홈
58 : 접착제
BL : 기어 소재
Cy : 지석의 회전축선
Cz : 기어 소재의 회전축선

Claims (10)

  1. 공통의 회전축선을 갖는 상태에서 서로 고정되는 제 1 나사상 지석 및 제 2 나사상 지석을 갖고, 상기 제 1 나사상 지석의 제 1 외주면 및 상기 제 2 나사상 지석의 제 2 외주면에는 상기 제 1 외주면에서 상기 제 2 외주면에 걸쳐 연속되는 나사상 홈이 형성된 기어 연삭용 복층 지석으로서,
    상기 제 2 나사상 지석은, 연마포가 적층됨으로써 구성되고, 상기 제 1 나사상 지석보다 고탄성인 것을 특징으로 하는 기어 연삭용 복층 지석.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 나사상 지석은 비트리파이드 지석이고, 상기 제 1 나사상 지석의 지립은, 입도가 F80 ∼ F180 인 것을 특징으로 하는 기어 연삭용 복층 지석.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 나사상 지석은, 합성 수지와 지립이 혼합된 접착제를 포함하는 상기 연마포가, 상기 연마포의 두께 방향으로 적층된 상태에서 서로 고착된 섬유성 기재 적층체 지석인 것을 특징으로 하는 기어 연삭용 복층 지석.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 연마포는, 6 나일론, 66 나일론, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 아크릴로니트릴, 레이온, 셀룰로오스아세테이트, 면, 양모, 삼 중 적어도 1 개의 섬유로 구성된 섬유성 기재 시트에 상기 접착제가 도포된 것인 것을 특징으로 하는 기어 연삭용 복층 지석.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 접착제에 포함되는 상기 합성 수지는, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 아크릴 수지 중 어느 것에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 기어 연삭용 복층 지석.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 나사상 지석은, 상기 연마포가 상기 회전축선 방향으로 적층됨으로써 구성된 것인 것을 특징으로 하는 기어 연삭용 복층 지석.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 나사상 지석의 지립은, 입도가 F220 ∼ F2000 이고, 상기 제 1 나사상 지석의 지립보다 세립인 것을 특징으로 하는 기어 연삭용 복층 지석.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 나사상 지석은, 0.05 ∼ 1.0 GPa 인 굽힘 탄성률을 갖는 것인 것을 특징으로 하는 기어 연삭용 복층 지석.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 나사상 지석의 지립의 함유율은, 1.0 ∼ 20 vol％ 인 것을 특징으로 하는 기어 연삭용 복층 지석.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기어 연삭용 복층 지석은, 연속 창성식 기어 연삭에 사용되고,
    상기 연속 창성식 기어 연삭은, 상기 기어 연삭용 복층 지석을 상기 회전축선 둘레로 회전시키면서 상기 회전축선 방향으로 변위시키면서, 기어 소재의 회전축선에 평행한 방향으로 왕복 연삭 이송을 실시하면서, 상기 왕복 연삭 이송에 동기하여 상기 기어 소재를 상기 기어 소재의 회전축선 둘레로 순차 회전시킴으로써 상기 기어 소재의 외주면에 톱니를 형성하는 것인 것을 특징으로 하는 기어 연삭용 복층 지석.
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