WO2014148390A1

WO2014148390A1 - 歯車加工装置

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Publication number: WO2014148390A1
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Inventors: 吉村　仁; 秀彰有澤
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Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Filing date: 2014-03-14
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Abstract

　歯車の歯面の歯形評価範囲における面粗度を向上させることができる歯車加工装置及び歯車加工方法を提供する。　本発明の歯車加工装置１は、加工物４を砥石により加工して歯車４を成形する歯車加工装置１であって、加工物４を加工して歯車４を成形するネジ状砥石３２と、このネジ状砥石３２と噛み合った状態で互いに回転しながらネジ状砥石３２を成形する円板状のドレッサ３６と、を有し、ネジ状砥石３２により成形される歯車４の基準ピッチ円直径ＰＣＤが歯面５の歯形評価範囲外となるように、ドレッサ３６の圧力角αが転位設計される。

Description

歯車加工装置

　本発明は、加工物を砥石により加工して歯車を成形する歯車加工装置及び歯車加工方法に関する。

　従来から、特許文献１に記載されているように、ホブカッタのホブ本体を高速回転させてホブ本体の切刃によりワークを歯切り加工して歯車を創成するものが知られている。
　さらに、加工物を砥石により研削加工して歯車を成形する歯車加工装置として、加工される歯車の形状に対応する形状を有するドレッサによりネジ状砥石をドレッシング成形し、このネジ状砥石が、加工物をドレッサの形状に対応した形状に研削加工して歯車を成形するようにしたものが知られている。

特開２０１０－１２５５７１号公報

　しかしながら、上述した従来の歯車加工装置は、ネジ状砥石が加工物と噛み合った状態で互いに回転しながら加工物を研削するとき、ネジ状砥石が加工物を歯車の歯面の歯筋方向へ研削する。そのため、歯車の歯面の歯筋方向への面粗度は良好に研削加工される。

　このような歯車加工装置に関連して、本発明者らは、歯車の歯面加工の研削精度を向上させるために鋭意研究を行っていたが、その際、ネジ状砥石により加工物を加工して歯車を成形するとき、研削時の基準ピッチ円直径でネジ状砥石が加工物に対して歯形方向に移動する歯面すべり速度が零になり、それにより、歯車の歯面の歯形評価範囲内で面粗度が低下するという問題点を見出した。

　そこで、本発明は、歯車の歯面の歯形評価範囲における面粗度を向上させることができる歯車加工装置及び歯車加工方法を提供することを目的としている。

　上記の目的を達成するために、本発明は、加工物を砥石により加工して歯車を成形する歯車加工装置であって、加工物を加工して歯車を成形するネジ状砥石と、このネジ状砥石と噛み合った状態で互いに回転しながらネジ状砥石を成形する円板状のドレッサと、を有し、ドレッサの圧力角は、成形されたネジ状砥石が歯車を成形する際、ネジ状砥石の表面と加工される歯車との間で歯車の歯形方向の相対移動が発生しない位置が歯形評価範囲の外に位置するように、転位設計され、歯形評価範囲は、加工された歯車の歯面のうち、使用時において、歯車の歯面として機能する部分に設定されることを特徴としている。
　このように構成された本発明においては、ドレッサによりネジ状砥石が成形され、このネジ状砥石により加工物が加工されて歯車が成形されるが、成形されたネジ状砥石が歯車を成形する際、ネジ状砥石の表面と加工される歯車との間で歯車の歯形方向の相対移動が発生しない位置が歯形評価範囲の外に位置するように、ドレッサの圧力角が転位設計されている。この結果、加工された歯車の歯面の歯形評価範囲内にネジ状砥石の表面と加工される歯車との間で歯車の歯形方向の相対移動が発生しない位置が存在しないので、ネジ状砥石が加工物に対してその加工物の歯形方向に移動する歯面すべり速度が零とならず、歯車の歯面の歯形評価範囲における面粗度を向上させることができる。

　本発明において、好ましくは、更に、ドレッサがその圧力角を減少させるように転位設計され、上記相対移動が発生しない位置が、歯面の歯形評価範囲の内側に移動される。
　このように構成された本発明においては、ドレッサがその圧力角を減少させるように転位設計され、ネジ状砥石の表面と加工される歯車との間で歯車の歯形方向の相対移動が発生しない位置が歯面の歯形評価範囲の内側に移動されるので、歯車の歯面の歯形評価範囲内に上記相対移動が発生しない位置が存在しない。その結果、ネジ状砥石が加工物に対してその加工物の歯形方向に移動する歯面すべり速度が零とならず、歯車の歯面の歯形評価範囲における面粗度を向上させることができる。

　本発明において、好ましくは、更に、ドレッサがその圧力角を増大させるように転位設計され、上記相対移動が発生しない位置が歯面の歯形評価範囲の外側に移動される。
　このように構成された本発明においては、ドレッサがその圧力角を増大させるように転位設計され、ネジ状砥石の表面と加工される歯車との間で歯車の歯形方向の相対移動が発生しない位置が歯面の歯形評価範囲の外側に移動されるので、歯車の歯面の歯形評価範囲内に上記相対移動が発生しない位置が存在しない。その結果、ネジ状砥石が加工物に対してその加工物の歯形方向に移動する歯面すべり速度が零とならず、歯車の歯面の歯形評価範囲における面粗度を向上させることができる。

　本発明において、好ましくは、更に、加工物を砥石により加工して歯車を成形する歯車加工方法であって、加工物を加工して歯車を成形するネジ状砥石、及び、ネジ状砥石と噛み合った状態で互いに回転しながらネジ状砥石を成形する円板状のドレッサを準備するステップと、を有し、ドレッサの圧力角は、成形されたネジ状砥石が歯車を成形する際、ネジ状砥石の表面と加工される歯車との間で歯車の歯形方向の相対移動が発生しない位置が歯形評価範囲の外に位置するように、転位設計されており、さらに、ドレッサによりネジ状砥石を成形するステップと、ネジ状砥石により加工物を加工して歯車を成形するステップと、を有し、歯形評価範囲は、加工された歯車の歯面のうち、使用時において、歯車の歯面として機能する部分に設定されることを特徴とする。
　このように構成された本発明においては、ドレッサによりネジ状砥石が成形され、このネジ状砥石により加工物が加工されて歯車が成形されるが、成形されたネジ状砥石が歯車を成形する際、ネジ状砥石の表面と加工される歯車との間で歯車の歯形方向の相対移動が発生しない位置が歯面の歯形評価範囲外となるように、ドレッサの圧力角が転位設計されている。この結果、加工された歯車の歯面の歯形評価範囲内にネジ状砥石の表面と加工される歯車との間で歯車の歯形方向の相対移動が発生しない位置が存在しないので、ネジ状砥石が加工物に対してその加工物の歯形方向に移動する歯面すべり速度が零とならず、歯車の歯面の歯形評価範囲における面粗度を向上させることができる。

　本発明の歯車加工装置及び歯車加工方法によれば、歯車の歯面の歯形評価範囲における面粗度を向上させることができる。

従来のネジ状砥石が加工物に対して歯車の歯形方向に移動するときの歯面すべりを概略的に説明した平面図において、研削時の関係における加工物の歯車の基準ピッチ円直径部とネジ状砥石の基準ピッチ円直径対応部とが接する前の状態を示す図である。従来のネジ状砥石が加工物に対して歯車の歯形方向に移動するときの歯面すべりを概略的に説明した平面図において、両者が接している状態を示す図である。従来のネジ状砥石が加工物に対して歯車の歯形方向に移動するときの歯面すべりを概略的に説明した平面図において、両者が接した後の状態を示す図である。歯車の歯面における歯形方向、歯筋方向及び歯形評価範囲を説明する図である。本発明の実施形態による歯車加工装置を示す斜視図である。本発明の実施形態による歯車加工装置を示す正面図である。本発明の実施形態による歯車加工装置を示す平面図である。本発明の実施形態による歯車加工装置のネジ状砥石とドレッサ装置との位置関係を示す概略平面図である。本発明の実施形態による歯車加工装置のネジ状砥石が加工物を研削する状態を示す概略斜視図である。本発明の第１実施形態により成形された歯車及び従来装置により成形された歯車のそれぞれの歯面の歯形評価範囲内の歯面すべり速度を対比して示す線図である。本発明の第１実施形態による歯車加工装置により成形された歯車の歯面の歯形評価範囲における面粗度を示す線図である。従来装置により成形された歯車の歯面の歯形評価範囲における面粗度を示す線図である。本発明の第２実施形態により成形された歯車及び従来装置により成形された歯車のそれぞれの歯面の歯形評価範囲内の歯面すべり速度を対比して示す線図である。

　上述したように、本発明者等は、ネジ状砥石により加工物を加工して歯車を成形するとき、ネジ状砥石が加工物に対して歯形方向に移動する歯面すべり速度が零になり、それにより、歯車の歯面の歯形評価範囲内で面粗度が低下するという問題点を見出したので、この問題点を図１（ａ），（ｂ），（ｃ）により説明する。

　図１（ａ），（ｂ），（ｃ）及び図２に示すように、ネジ状砥石１００が加工物１０２を研削する場合に、ネジ状砥石１００が加工物１０２に対してその歯面１０２ｆの歯形方向Ａにすべりながら移動する歯面すべりという現象（歯面すべり）が発生する。
　図１（ａ）は従来の研削加工における加工物の歯車の基準ピッチ円直径部とネジ状砥石の基準ピッチ円直径対応部とが接する前の状態を示し、図１（ｂ）は両者が接している状態を示し、図１（ｃ）は両者が接した後の状態を示し、図２は、歯車の歯面における歯形方向、歯筋方向及び歯形評価範囲を説明する図である。

　ここで、図２に示すように、加工物（歯車）の歯形方向Ａは、加工物（歯車）の歯の歯先から歯元に向かう方向（又は歯元から歯先に向かう方向）を示し、歯筋方向Ｂは、加工物（歯車）の歯の歯筋が延びている方向を示している。また、図１において、基準ピッチ円直径ＰＣＤは仮想線により示されている。なお、図２において、歯車の歯面における歯形方向Ａ、歯筋方向Ｂ及び歯形評価範囲を示しているが、後述する本発明の説明中においても図２に示す歯車の歯面における歯形方向Ａ、歯筋方向Ｂ及び歯形評価範囲を同様の意味で参照する。

　図１（ａ）に示すように、外周面に螺旋状にねじ山が形成されたネジ状砥石１００が中心回転軸を中心に矢印Ｄの方向に回転され、ネジ状砥石１００の外周面上のねじ山１００ａが矢印Ｅの方向に移動する。
　ネジ状砥石１００と加工物１０２とが噛み合った状態で、ネジ状砥石１００のねじ山１００ａが矢印Ｅの方向に移動するとき、加工物１０２が回転軸を中心に矢印Ｆの方向に回転される。このとき、ネジ状砥石１００のねじ山１００ａと、加工物１０２の外歯１０２ａとが互いに一部が接するように相対移動しながら、ネジ状砥石１００のねじ山１００ａにより、加工物１０２の外歯１０２ａの歯形方向Ａへの研削が行われる。

　図１（ａ）では、歯車１０２の基準ピッチ円直径ＰＣＤが基準ピッチ円直径１０２ｂによって示され、加工物１０２の外歯１０２ａの表面上の基準ピッチ円直径ＰＣＤ上の点が基準ピッチ円直径部１０２ｃによって示されている。さらに、ネジ状砥石１００において、歯車１０２の基準ピッチ円直径ＰＣＤに対応する、ネジ状砥石１００のねじ山１００ａの表面上の部分が基準ピッチ円直径対応部１００ｂによって示されている。

　図１（ａ）に示すように、基準ピッチ円直径部１０２ｃは、基準ピッチ円直径対応部１００ｂとは離間した位置にあり、外歯表面歯先部１０２ｄと、ねじ山表面歯元部１００ｃとが接した状態となっている。この後、ねじ山１００ａが矢印Ｅの方向に移動し且つ加工物１０２が矢印Ｆの方向に回転するに伴い、ねじ山表面歯元部１００ｃから基準ピッチ円直径対応部１００ｂより歯元側までの部分が、外歯表面歯先部１０２ｄから基準ピッチ円直径部１０２ｃより歯先側までの部分に歯面すべりを行うように（歯形方向Ａにすべりながら移動するように）順次接しながら研削を行う。
　従って、ネジ状砥石１００のねじ山表面歯元部１００ｃから基準ピッチ円直径対応部１００ｂまでの部分が加工物１０２の外歯表面歯先部１０２ｄから基準ピッチ円直径部１０２ｃより歯先側までの部分に対してその加工物１０２の歯面すべりを行う速度（歯形方向Ａに移動する速度）の大きさが、零より大きい値となる。このように、歯面すべり速度が零より大きい値であるので、ネジ状砥石が加工物１０２の歯形方向Ａにすべるように研削を行い、そのため、加工された歯車１０２の歯面１０２ｆの面粗度が良好となる。

　続いて、図１（ｂ）に示すように、ねじ山１００ａが矢印Ｅの方向に移動し且つ加工物１０２が矢印Ｆの方向に回転する。これに伴い、加工物１０２の外歯１０２ａの外歯表面歯先部１０２ｄは、ネジ状砥石１００のねじ山１００ａの間に形成された歯底１００ｄに向かう方向に相対移動され、基準ピッチ円直径対応部１００ｂと、基準ピッチ円直径部１０２ｃとは、合致するように接触される。すなわち、基準ピッチ円直径対応部１００ｂと、基準ピッチ円直径部１０２ｃとは、加工物１０２に対する歯面すべり（歯形方向Ａへの移動）をすることなく一致する。従って、ネジ状砥石１００が加工物１０２に対して歯面すべりを行う速度（歯形方向Ａに移動する速度）が零となる。
　この状態では、研削加工時のネジ状砥石１００と歯車１０２の関係における基準ピッチ円直径部１０２ｃにおいて、ネジ状砥石１００が加工物１０２に対してその加工物１０２の歯形方向Ａに移動しない。このため、加工された歯車は、その基準ピッチ円直径部１０２ｃにおいて、歯筋方向Ｂにのみ研削され、歯形方向Ａには研削されていない。この結果、基準ピッチ円直径部１０２ｃにおける面粗度が不均一となる。従来の歯車の研削加工では、研削加工時のネジ状砥石１００と歯車１０２の関係における基準ピッチ円直径部１０２ｃと、加工された歯車の実使用時における基準ピッチ円直径部が一致している。このため、歯車の実使用時において、面粗度が不均一な基準ピッチ円直径部１０２ｃが噛み合い面として使用されるので、歯車性能が低下する。

　図１（ｃ）に示すように、その後、ネジ状砥石１００のねじ山１００ａが矢印Ｅの方向に移動し且つ加工物１０２が矢印Ｆの方向に回転する。これに伴い、外歯表面歯先部１０２ｄは、歯底１００ｄからより離れるように相対移動され、基準ピッチ円直径部１０２ｃは、基準ピッチ円直径対応部１００ｂから離間した位置に移動される。
　この際、ねじ山１００ａが矢印Ｅの方向に移動し且つ加工物１０２が矢印Ｆの方向に回転するに伴い、基準ピッチ円直径対応部１００ｂからねじ山表面歯先部１００ｅまでの部分が、基準ピッチ円直径部１０２ｃから外歯表面歯元部１０２ｅまでの部分に歯面すべりを行うように（歯形方向Ａにすべりながら移動するように）順次接しながら研削を行っている。このため、ネジ状砥石１００の基準ピッチ円直径対応部１００ｂからねじ山表面歯先部１００ｅまでの部分が、歯車１０２の基準ピッチ円直径部１０２ｃから外歯表面歯元部１０２ｅまでの部分に対してその加工物１０２の歯面すべりを行う速度（歯形方向Ａに移動する速度）の大きさが、零より大きい値となる。このように、ネジ状砥石１００が加工物１０２に対して歯面すべりを行う速度の大きさが、零より大きい値である。従って、加工物１０２の歯形方向Ａに関してネジ状砥石１００がすべるように研削を行えるので、歯車１０２の歯面１０２ｆの面粗度が良好となる。
　上記のように、従来の歯車加工では、研削時の加工物とネジ状砥石との関係における基準ピッチ円直径部１０２ｃでは、ネジ状砥石と加工物との間の歯形方向Aの滑りが発生しない（図１（ｂ））。このため、基準ピッチ円直径部１０２ｃにおける歯面の面粗度が悪化し、この部分が歯車の実使用時においてかみ合い面として使用されるため、歯車の性能が低下するという問題が本件発明者により見出された。本発明においては、研削時の加工物とネジ状砥石との関係における基準ピッチ円直径と、加工された歯車の実使用時における基準ピッチ円直径（加工された歯車が使用時に他の歯車と噛み合うときの基準ピッチ円直径）が異なるものとなるよう、ネジ状砥石が転位設計される。この結果、面粗度が悪化する研削時における基準ピッチ円直径部を、実使用時において歯車が噛み合う歯形評価範囲の外に移動させることができ、歯車性能の低下を回避することができる。

　添付図面を参酌して、以下、上述した従来装置による問題点を解決した本発明の実施形態による歯車加工装置について説明する。
　最初に、図３乃至図６により、本実施形態による歯車加工装置の基本構造を説明する。
符号１は、歯車加工装置を示し、この歯車加工装置１は、歯車加工装置１の基部に設けられたベッド２を有している。以下の説明においては、ベッド２の上面における長手方向をｘ軸方向、短手方向をｙ軸方向、ベッド２の上面と直交する方向をｚ軸方向と呼ぶ。ベッド２の上面には、研削加工される対象加工歯車である加工物（歯車）４（ワーク）を保持するためのワーク保持部６が設けられている。

　ワーク保持部６は、ベッド２の上面に取り付けられた円筒形のテーブル８を有する。テーブル８は、その円筒形の中心軸線がｚ軸方向に沿って延びるように配置されている。
　また、ワーク保持部６は、テーブル８の内周に挿通された円筒形のワーク加工用回転軸１０を有する。このワーク加工用回転軸１０は、テーブル８の内周に設けられた軸受により支持されており、ｚ軸方向に延びる軸線Ｃ１を中心に回転可能となっている。
　さらに、ワーク保持部６は、加工の完了した歯車４を未加工の加工物４と交換し且つ加工物４をワーク保持部６に取り付けるためのワーク交換位置と、加工物４をネジ状砥石により研削加工するワーク加工位置との間において、加工物（歯車）４を移動させるためのワーク旋回装置１２を有する。

　ワーク旋回装置１２は、ベッド２の上面に固定された角柱形の固定部１４と、この固定部１４により回転可能に支持された角柱形の回転部１６とを備えている。
　回転部１６は、ｚ軸方向に延びる軸線Ｃ２を中心に回転可能となっている。回転部１６の側面には、一対のテールストック１８が設けられている。これらの一対のテールストック１８は、軸線Ｃ２に対して相互に線対称の位置に配置されている。また、テールストック１８は、回転部１６の側面において、ｚ軸方向に摺動可能に支持されている。
　各テールストック１８には、加工物（歯車）４を支持して回転させるためのワークアーバ２０が取り付けられている。ワークアーバ２０は、丸棒形状を有し、テールストック１８の下端からｚ軸方向に沿って下方に延設されている。このワークアーバ２０は、テールストック１８の内部に設けられた軸受により、ワークアーバ２０の長手方向の回転軸線Ｃ３を中心に回転可能に支持されている。

　ワークアーバ２０の先端部分には、加工物（歯車）４が保持される。ワーク加工位置においては、何れかテールストック１８のワークアーバ２０の回転軸線Ｃ７がワーク加工用回転軸１０の軸線Ｃ１と合致し、ワークアーバ２０の先端部分とワーク加工用回転軸１０の先端部分とによって加工物（歯車）４がクランプされる。このように、一方のテールストック１８のワークアーバ２０がワーク加工位置にある場合、他方のテールストック１８のワークアーバ２０は、ワーク交換位置にあり、一方のテールストック１８のワークアーバ２０がワーク加工位置からワーク交換位置に移動する場合、他方のテールストック１８のワークアーバ２０は、ワーク交換位置からワーク加工位置に移動するようになっている。

　また、砥石を保持するための砥石保持部２２が、ベッド２の上面においてワーク保持部６に対向する位置に設けられている。
　砥石保持部２２は、ベッド２の上面においてワーク保持部６に対向する位置に設けられた角柱形のコラム２４を備えている。このコラム２４は、ｘ軸方向に沿ってベッド２の上面を移動可能に設置されている。
　コラム２４の各側面の内、ワーク保持部６に対向する側面には、サドル２６が設けられている。このサドル２６は、ｚ軸方向に摺動可能に、且つ、ｘ軸方向に延びる軸線Ｃ４を中心に回転可能に、コラム２４の側面に取り付けられている。
　サドル２６には、砥石を支持して回転させるための砥石ヘッド２８が設けられている。
この砥石ヘッド２８は、サドル２６の側面において、ｘ軸と直交する軸線Ｃ５に沿って摺動可能に支持されている。また、砥石ヘッド２８は、軸線Ｃ５に沿って延びる砥石回転軸３０を備えている。砥石回転軸３０は、砥石ヘッド２８に設けられたモータの動力により、軸線Ｃ５を中心に回転する。この砥石回転軸３０の先端に、外周面に螺旋状のねじ山が形成された円筒形のネジ状砥石３２が着脱可能に取り付けられる。ネジ状砥石３２を砥石ヘッド２８の砥石回転軸３０に取り付けた状態において、ネジ状砥石３２の回転軸線は、軸線Ｃ５と一致している。

　ネジ状砥石３２は、外周面に螺旋状にねじ山が形成され、このねじ山の形状は、対象加工物である歯車（ワーク）の目的となる歯車の諸元（歯車加工が終了して完成する際に目的としている歯車の諸元、例えば、モジュール、圧力角、歯数、ねじれ角等）に対応した形状であり、後述するように、ネジ状砥石３２を成形するドレッサ３６によって形成された形状である。

　さらに、図６に示すように、歯車加工装置１は、ベッド２上に設けられ且つネジ状砥石３２を成形するドレッサ装置３４を備えている（図３乃至５においてはドレッサ装置３４は省略されている。図６において、ドレッサ装置３４と、ネジ状砥石３２及びワーク旋回装置１２の回転部１６の軸線Ｃ２等との位置関係を示す）。ドレッサ装置３４は、ネジ状砥石３２を成形する回転式ドレッシング装置であり、ネジ状砥石３２を成形できるようにダイヤモンドが取付けられ且つ円板状に形成されたドレッサ３６と、このドレッサ３６を回転駆動でき且つ保持できるドレッサ保持部３８とを備えている。ここで成形するという動作には、ドレッサ３６がネジ状砥石３２をドレッシングする動作、ツルーイングする動作を含んでいる。
　ドレッサ保持部３８は、ベッド２上に設けられ且つワーク旋回装置１２の回転部１６の軸線Ｃ２の周りを旋回でき、ドレッサ３６をネジ状砥石３２と対向する位置に移動し且つネジ状砥石３２を成形する位置に配置することができる。ドレッサ保持部３８は、ドレッサ３６を回転軸線Ｃ６を中心に回転させながら支持することができる。

　ドレッサ３６は、自身の形状に対応してネジ状砥石３２を成形し、このネジ状砥石３２の形状に対応して加工物４の形状が研削されるため、ドレッサ３６の形状が、歯車４の形状に対応する。例えば、ドレッサ３６は、自身の圧力角αが決定されると、ドレッサ３６により成形されるネジ状砥石３２の圧力角が決定されるような関係を有している。このように、ドレッサ３６が、自身の圧力角αなどの歯車の諸元が決定されると、ネジ状砥石３２の圧力角等の歯車の諸元を介して、間接的に、歯車４の圧力角などの歯車の諸元を決定できる。すなわち、目的となる歯車４の歯形に応じてドレッサ３６の諸元が設計される。
　このように、ドレッサ３６の諸元が転位設計されるとネジ状砥石３２を介してこれがネジ状砥石３２と加工される歯車４の関係における基準ピッチ円直径ＰＣＤを移動させる。即ち、ドレッサ３６の転位設計により、ネジ状砥石３２の表面と加工される歯車４との間で歯形方向の相対移動が発生しない位置が移動される。ドレッサ３６の諸元が転位設計されるとは、ドレッサ３６の諸元（圧力角α等）を、加工される歯車の実使用時の圧力角等とは異なる値に設計することをいう。ドレッサ３６の諸元が転位設計されるとネジ状砥石３２の表面と加工される歯車４との間で歯車４の歯形方向の相対移動が発生しない位置が通常設計の場合とは異なるものになるが、歯車４の歯形（例えば、歯車４の刃先円径及び基礎円径の大きさ等）は転位設計によって変更されないようになっている。
　なお、本発明で用いられる歯車の「転位設計」の理論は、例えば、歯車の歯切りピッチ円径（ネジ状砥石と加工される歯車の関係における基準ピッチ円直径）を変更するようにネジ状砥石の諸元を設計することをいい、具体的には、ネジ状砥石の圧力角等の諸元を、目的とする歯車の歯形に応じた基準設計とは異なるように設計することをいう。このとき、基準設計により加工された歯車と、転位設計を用いて加工された歯車は、正しくかみあわせることができる。

　さらに、歯車加工装置１は、ワーク保持部６、砥石保持部２２及びドレッサ装置３４を制御する制御部（図示せず）を有する。この制御部（図示せず）は、ワーク加工用回転軸１０、ワーク旋回装置１２、テールストック１８、コラム２４、サドル２６、砥石ヘッド２８、ドレッサ保持部３８等に電気的に接続されており、ネジ状砥石３２をドレッサ３６により成形する動作及びネジ状砥石３２が加工物４を研削する動作を制御するようになっている。

　次に、図６及び図７を参照して、本発明の第１実施形態における加工物を研削加工する歯車加工装置の動作（作用）について説明する。
　図７は、本発明の第１実施形態による歯車加工装置のネジ状砥石が加工物を研削する状態を示す概略斜視図である。
　先ず、ネジ状砥石３２をドレッサ３６により成形する動作について説明する。図６に示すように、ドレッサ保持部３８によりドレッサ３６がネジ状砥石３２に対向する位置まで移動され、且つドレッサ３６をネジ状砥石３２を成形する位置に準備される。
　次いで、ドレッサ３６をドレッサの回転軸線Ｃ６を中心に回転させた後、成形されるネジ状砥石３２を回転しているドレッサ３６と噛み合わせる。
　ドレッサ３６と成形されるネジ状砥石３２とが噛み合っている状態において、成形されるネジ状砥石３２は砥石回転軸の軸線Ｃ５を中心に回転され且つ砥石回転軸Ｃ５の軸方向に移動される。このようにして、ネジ状砥石３２が、移動されながら、ドレッサ３６の諸元の設計に対応した歯車４を研削できるような形状に成形される。
　ドレッサ３６の圧力角αが、ネジ状砥石３２の圧力角に反映される。従って、転位設計されたドレッサ３６の圧力角αは、ネジ状砥石３２の圧力角に反映され、ネジ状砥石３２の表面と加工される歯車４との間で歯形方向の相対移動が発生しない位置が、歯面５（図２）の歯形評価範囲外に位置するようにネジ状砥石３２を形成することができる。
　ここで、歯車４の歯形評価範囲とは、歯車４の歯形を評価する範囲であり、より具体的には、歯車４が歯車として機能させるために求められる設計要求基準を満たしているか否かその歯形を評価する範囲である（図２において歯車４の歯面５上の歯形評価範囲を例示する）。このような歯車の歯面のうち歯形を評価すべき範囲は、歯車の歯面として機能する部分、即ち、実使用時においてかみ合い、力を伝達する部分である。歯形評価範囲は、歯車４の外径部Ｌ２（図８参照）から歯車４に要求される仕様に応じた一定距離内側の歯形評価範囲下限直径Ｌ１（図８参照）までの範囲に設定されている。従来の歯車加工においては、ネジ状砥石の表面と加工される歯車との間で歯形方向の相対移動が発生しない位置が、加工された歯車の実使用時におけるピッチ円直径の位置と同一であり、この位置は歯車の歯形評価範囲内に位置している。

　次に、ネジ状砥石３２が加工物４を研削する動作について説明する。
　図２及び図７において、歯車４の歯形方向を参照符号Ａにより示し、歯車４の歯筋方向を参照符号Ｂにより示している。
　図４に示すように、加工物４を、ワーク加工位置に配置する。
　次いで、ネジ状砥石３２を砥石回転軸Ｃ５を中心に回転させ、且つ加工物４をワークの回転軸線Ｃ７を中心に回転させた状態で、図７に示すように、ネジ状砥石３２を加工物４と噛み合わさせる。ネジ状砥石３２と加工物４とが噛み合いながら回転されることにより、ネジ状砥石３２が、加工物４の各歯車を形成するように研削する。
　ここで、転位設計されたドレッサ３６により形成されたネジ状砥石３２は、自身の形状に基づいて、上記歯形方向の相対移動が発生しない位置を、この歯車４の歯形を評価する歯形評価範囲外に形成するように、加工物４を研削することができる。

　ネジ状砥石３２が加工物４を研削するにあたり、前述のように、ネジ状砥石３２と加工物４とが、加工物４の歯形方向にすべるように（ずれるように）相対的に移動する歯面すべりが発生し、この歯面すべりは、ネジ状砥石３２と加工物４の関係におけるピッチ円直径部以外の部分において発生する。すなわち、歯面すべりの速度の大きさは、上記のピッチ円直径部においては零の値となり、上記のピッチ円直径部以外の位置においては零より大きい値となる。従って、本発明の第１実施形態においては、ネジ状砥石３２と加工物４の関係におけるピッチ円直径部、即ち、歯形方向の相対移動が発生しない位置が歯面５の歯形評価範囲外に配置されるので、ネジ状砥石３２は、歯車４の歯形評価範囲の中では、加工物４に対し歯面すべりの速度の大きさが零より大きい値となるような研削を行い、且つ上記歯形方向の相対移動が発生しない位置が歯形評価範囲の外になるように研削を行っている。
　従って、ネジ状砥石３２は、歯車４の歯形評価範囲の中では、歯面すべりが生じているので、ネジ状砥石３２と加工物４とがすべるように研削されることにより、歯形方向の面粗度がほぼ一定の良好な状態にできる。さらに、上記歯形方向の相対移動が発生しない位置においては、歯面すべりが生じていないので、ネジ状砥石３２（ドレッサ３６）の形状がそのまま転写されて歯形方向の面粗度がほぼ一定に保たれずに面粗度が急激に荒れて悪化するが、この位置は歯車４の歯形評価範囲外であるため、歯車の性能には影響しない。

　次に、本発明の第１実施形態において、意図する歯車４を得られるように設計されたドレッサをこのドレッサの圧力角αを減少させるように転位設計したドレッサ３６を形成することにより、歯車４の歯形評価範囲において歯面すべり速度の大きさを零より大きい値にできることについて説明する。
　図８は、本発明の第１実施形態により成形された歯車及び従来装置により成形された歯車のそれぞれの歯面の歯形評価範囲内の歯面すべり速度を対比して示す線図である。
　図８において、横軸は、歯車４における被加工歯車の直径[mm]を示し、縦軸は、歯面すべり速度の大きさを０を基準にしたプラスマイナスにより示している。歯形評価範囲は、被加工歯車の直径において歯形評価範囲下限直径Ｌ１から外径部Ｌ２までの範囲である。
　図８に示すように、従来装置において、当初意図する被加工歯車を得られるように設計されたドレッサが、ドレッサの圧力角αを２０度に設定していた場合、このドレッサにより成形されたネジ状砥石が、加工物４に対して歯面すべりを行う速度の大きさは、被加工歯車直径のうち歯形評価範囲内の研削時の基準ピッチ円直径ＰＣＤの位置において零とされている。

　このドレッサの２０度の圧力角を転位設計により１７．５度、１４．５度又は１２度等の圧力角αに減少させるように形成したドレッサ３６を使用する場合、このドレッサ３６により成形されたネジ状砥石３２が、加工物４に対して歯面すべりを行う速度の大きさは、歯形評価範囲の歯形評価範囲下限直径L１において零より大きな値となっている。すなわち、ドレッサ３６の圧力角を転位設計により減少された圧力角αに変更することにより、ネジ状砥石３２の表面と加工される歯車４との間で歯車４の歯形方向の相対移動が発生しない位置が歯形評価範囲の歯形評価範囲下限直径L１よりさらに小さい直径の位置に配置されるように移動され、歯形評価範囲内においては歯面すべりを行う速度の大きさが零より大きくなっている。従って、ネジ状砥石３２が加工物４に対してその被加工歯車４の歯形方向に移動しながら研削することができ、歯車４の歯形評価範囲における面粗度を向上させることができる。

　本発明の第１実施形態による歯車加工装置１の転位設計されたドレッサ３６を用いて得られた歯車４の歯形評価範囲における面粗度を測定した結果と、比較例として、本発明の第１実施形態による歯車加工装置１のドレッサ３６に転位設計される前のドレッサを用いて得られた歯車の歯形評価範囲における面粗度を測定した結果との比較を示す。
　図９は、本発明の第１実施形態による歯車加工装置により成形された歯車の歯面の歯形評価範囲における面粗度を示す線図であり、図１０は、従来装置により成形された歯車の歯面の歯形評価範囲における面粗度を示す線図している。
　図９及び図１０は、ともに、横軸は歯車４の被加工歯車の直径における歯形評価範囲を示し、縦軸は面粗度を示している。面粗度は、算術平均粗さ（Ra）、最大高さ（Rz）等により示される。

　図９においては、転位設計されたドレッサ３６を使用してネジ状砥石３２を成形し、このネジ状砥石３２が加工物４を研削する場合において、上記歯車４の歯形方向の相対移動が発生しない位置が、半径方向内側の歯形評価範囲外に移動されている状態である。従って、歯車４の歯形評価範囲内には、上記歯車４の歯形方向の相対移動が発生しない位置が存在していない状態となる。従って、歯車４の歯車直径の歯形評価範囲内において、歯面すべりの速度の大きさが零となる場所をなくすことができ、歯面すべりの速度の大きさが零より大きく、従って、ネジ状砥石３２が加工物４に対してその加工物４の歯形方向に移動しながら研削することができ、歯形評価範囲内における面粗度は歯車４の外径部Ｌ２付近の面粗度と同程度のほぼ一定の値とでき（比較的均一に整えることができ）、面粗度が向上されていることが分かる。

　これに対し、図１０においては、本発明の第１実施形態による歯車加工装置１のドレッサ３６に転位設計される前のドレッサを備えた従来装置を用いて一連の加工が行われるので、歯車の歯形評価範囲内に歯車４の歯形方向の相対移動が発生しない位置が存在し、この位置近傍において、面粗度が一定でなく、且つ急激に変化され、面粗度が悪化している部分があることが分かる。

　上述した本発明の第１実施形態による歯車加工装置１によれば、ドレッサ３６によりネジ状砥石３２が成形され、このネジ状砥石３２により加工物４が加工されて歯車４が成形されるが、成形されたネジ状砥石３２が加工物４を成形する際、ネジ状砥石３２の表面と加工される加工物４との間で加工物４の歯形方向Aの相対移動が発生しない位置が歯形評価範囲の外に位置するように、ドレッサ３６の圧力角αが転位設計されている。この結果、加工された歯車４の歯面５の歯形評価範囲内にネジ状砥石３２の表面と加工される加工物４との間で加工物４の歯形方向Aの相対移動が発生しない位置が存在しないので、ネジ状砥石３２が加工物４に対してその加工物４の歯形方向Ａに移動する歯面すべり速度が零とならず、歯車４の歯面５の歯形評価範囲における面粗度を向上させることができる。

　また、本発明の第１実施形態による歯車加工装置１によれば、ドレッサ３６がその圧力角αを減少させるように転位設計され、ネジ状砥石３２の表面と加工される加工物４との間で加工物４の歯形方向Aの相対移動が発生しない位置が歯面５の歯形評価範囲の内側に移動されるので、歯車４の歯面５の歯形評価範囲内に上記相対移動が発生しない位置が存在しない。その結果、ネジ状砥石３２が加工物４に対してその加工物４の歯形方向Ａに移動する歯面すべり速度が零とならず、歯車４の歯面５の歯形評価範囲における面粗度を向上させることができる。

　また、本発明の第１実施形態による歯車加工方法によれば、ドレッサ３６によりネジ状砥石３２が成形され、このネジ状砥石３２により加工物４が加工されて歯車４が成形されるが、成形されたネジ状砥石３２が加工物４を成形する際、ネジ状砥石３２の表面と加工される加工物４との間で加工物４の歯形方向Aの相対移動が発生しない位置が歯面５の歯形評価範囲外となるように、ドレッサ３６の圧力角αが転位設計されている。この結果、加工された歯車４の歯面５の歯形評価範囲内にネジ状砥石３２の表面と加工される加工物４との間で加工物４の歯形方向Aの相対移動が発生しない位置が存在しないので、ネジ状砥石３２が加工物４に対してその加工物４の歯形方向Ａに移動する歯面すべり速度が零とならず、歯車４の歯面５の歯形評価範囲における面粗度を向上させることができる。

　次に、図１１により、本発明の第２実施形態による歯車加工装置を説明する。本実施形態の歯車加工装置は、ドレッサが自身の圧力角を増大させるように転位設計され、ネジ状砥石３２の表面と加工される歯車４０との間で歯車４０の歯形方向の相対移動が発生しない位置が、歯形評価範囲より大きくなるように移動される点で、上述した第１実施形態による歯車加工装置と異なる。
　ここでは、本発明の第２実施形態の第１実施形態とは異なる点のみを説明し、同様な部分については図面に同じ参照符号を付して説明を省略する。

　本発明の第２実施形態において、意図する歯車４０を得られるように設計されたドレッサを自身の圧力角を増大させるように転位設計してドレッサ４２を形成することにより、歯車４０の歯形評価範囲において歯面すべり速度の大きさを零より小さい値にできることについて説明する。
　図１１は、本発明の第２実施形態により成形された歯車及び従来装置により成形された歯車のそれぞれの歯面の歯形評価範囲内の歯面すべり速度を対比して示す線図である。
　図１１において、横軸は、歯車４における被加工歯車の直径[mm]を示し、縦軸は、歯面すべり速度の大きさを０を基準にしたプラスマイナスにより示している。歯形評価範囲は、被加工歯車直径において歯面の歯形評価範囲下限直径Ｌ３から外径Ｌ４までの範囲である。
　図１１に示すように、従来装置において、当初意図する歯車４０を得られるように設計されたドレッサが、ドレッサの圧力角を１５度に設定していた場合、このドレッサにより成形されたネジ状砥石が、加工物に対して歯面すべりを行う速度の大きさは、被加工歯車直径のうち歯形評価範囲内の研削時の基準ピッチ円直径ＰＣＤの位置において零とされている。

　このドレッサの１５度の圧力角を転位設計により２５度の圧力角αに増大させたドレッサ４２を形成するように変更する場合、転位設計されたドレッサ４２により成形されたネジ状砥石４４が、加工物４０に対して歯面すべりを行う速度の大きさは、歯面４５の歯形評価範囲の外径Ｌ４において零より小さな値となっている。すなわち、転位設計されたドレッサ４２を使用してネジ状砥石４４を成形し、このネジ状砥石４４が加工物４０を研削する場合、ネジ状砥石３２の表面と加工される歯車４０との間で歯車４０の歯形方向の相対移動が発生しない位置が歯面４５の歯形評価範囲の上限の外径L４よりさらに大きい直径の位置に配置されるように移動され、歯形評価範囲内においては歯面すべりを行う速度の大きさが零より大きくされ（歯面すべりの速度はマイナスの値とされ）、従って、ネジ状砥石４４が加工物４０に対してその加工物４０の歯形方向に移動しながら研削することができ、歯車４の歯面４５の歯形評価範囲における面粗度を向上させることができる。

　ドレッサ４２について、当初に設計されたドレッサの圧力角が異なる場合であっても、同様に、ドレッサ４２について、当初に設計されたドレッサの圧力角を転位設計により増大された圧力角αに変更することにより、上記歯車４０の歯形方向の相対移動が発生しない位置が歯形評価範囲の外径L４より大きい直径の位置に配置されるように移動させ、歯形評価範囲内における歯面すべりを行う速度の大きさを零より大きくすることができる。従って、ネジ状砥石４４が加工物４０に対してその加工物４０の歯形方向に移動しながら研削することができ、歯車４の歯形評価範囲における面粗度を向上させることができる。

　上述した本発明の第２実施形態による歯車加工装置によれば、ドレッサ４２がその圧力角αを増大させるように転位設計され、ネジ状砥石３２の表面と加工される歯車４０との間で歯車４０の歯形方向の相対移動が発生しない位置が歯面４５の歯形評価範囲の外側に移動されるので、歯車４０の歯面４５の歯形評価範囲内に上記相対移動が発生しない位置が存在しない。その結果、ネジ状砥石４４が加工物４０に対してその加工物４０の歯形方向Ａに移動する歯面すべり速度が零とならず、歯車４０の歯面４５の歯形評価範囲における面粗度を向上させることができる。

１　　　　　　歯車加工装置
４　　　　　　加工物（歯車）
３２　　　　　ネジ状砥石
３６　　　　　ドレッサ
４０　　　　　被加工歯車
４２　　　　　ドレッサ
４４　　　　　ネジ状砥石
Ａ　　　　　　歯形方向
Ｂ　　　　　　歯筋方向
Ｌ１　　　　　歯形評価範囲下限直径
Ｌ２　　　　　外径部
Ｌ３　　　　　歯形評価範囲下限直径
Ｌ４　　　　　外径
ＰＣＤ　　　　基準ピッチ円直径

Claims

　加工物を砥石により加工して歯車を成形する歯車加工装置であって、
　加工物を加工して歯車を成形するネジ状砥石と、
　このネジ状砥石と噛み合った状態で互いに回転しながらネジ状砥石を成形する円板状のドレッサと、を有し、
　上記ドレッサの圧力角は、成形されたネジ状砥石が歯車を成形する際、ネジ状砥石の表面と加工される歯車の間で歯車の歯形方向の相対移動が発生しない位置が歯形評価範囲の外に位置するように、転位設計され、
　上記歯形評価範囲は、加工された歯車の歯面のうち、使用時において、歯車の歯面として機能する部分に設定されることを特徴とする歯車加工装置。
　上記ドレッサがその圧力角を減少させるように転位設計され、上記相対移動が発生しない位置が、上記歯形評価範囲の内側に移動される請求項１記載の歯車加工装置。
　上記ドレッサがその圧力角を増大させるように転位設計され、上記相対移動が発生しない位置が、上記歯形評価範囲の外側に移動される請求項１記載の歯車加工装置。
　加工物を砥石により加工して歯車を成形する歯車加工方法であって、
　加工物を加工して歯車を成形するネジ状砥石、及び、ネジ状砥石と噛み合った状態で互いに回転しながらネジ状砥石を成形する円板状のドレッサを準備するステップと、を有し、
　上記ドレッサの圧力角は、成形されたネジ状砥石が歯車を成形する際、ネジ状砥石の表面と加工される歯車の間で歯車の歯形方向の相対移動が発生しない位置が歯形評価範囲の外に位置するように、転位設計されており、
　さらに、ドレッサによりネジ状砥石を成形するステップと、
　ネジ状砥石により加工物を加工して歯車を成形するステップと、を有し、
　上記歯形評価範囲は、加工された歯車の歯面のうち、使用時において、歯車の歯面として機能する部分に設定されることを特徴とする歯車加工方法。