JP2002144150A - 超音波を利用した歯車研削方法及び歯車研削装置 - Google Patents
超音波を利用した歯車研削方法及び歯車研削装置Info
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- Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract
動を利用して研削して仕上げ研削できる歯車の研削方法
及び研削装置を提供すること。 【解決手段】 ワークWと噛み合う形状の工具歯車9の
歯に砥粒層9aを形成し、工具歯車9とワークWとをそ
れぞれ回転駆動して互いに噛み合わせながら工具歯車9
に超音波振動を付与しワークWの歯面を研削する。
Description
各種歯車の歯面の研削に係り、特に熱処理前のシェービ
ング等の処理が不要で加工効率を格段に向上しうる超音
波歯車研削方法及び装置に関する。
イトを用いた成形歯切り法やホブ歯切り法による創成歯
切り法が知られている。これらの歯切り法はいずれもバ
イトまたはホブを用いた機械加工によるもので、歯切り
の後には焼き入れなどの熱処理をして更に仕上げ研削工
程により最終仕上げが行なわれる。
削が非常に重要であり、この歯面研削には、たとえばね
じ状工具を利用した転造方式の研削や、円板状の基板の
周縁に砥粒を形成した砥石による研削がある。
研削方法では、高硬度ワークの研削能率が著しく低いの
で、焼き入れ後の仕上げ研削代をできるだけ少なくする
ため、焼き入れ前に殆ど最終形状に近い状態まで研削
し、焼き入れ後は焼き入れ歪みの修正を行なう程度の微
小な仕上げ研削を行なうようにしている。このため、歯
車の完成までの工程数が多くなり、製造歩留り及び生産
性に及ぼす影響は無視できない。
仕上げ研削までの工程数が多いので、特に高精密の歯車
を大量生産する場合には、生産性の向上に限界があると
いう問題がある。
れしたものを超音波振動を利用して研削して精密仕上げ
研削できる歯車の研削方法及び研削装置を提供すること
を目的とする。
た歯車研削方法は、ワークと噛み合う形状の工具歯車の
歯に砥粒層を形成し、前記工具歯車と前記ワークとをそ
れぞれ回転駆動して互いに噛み合わせながら前記工具歯
車に超音波振動を付与し前記ワークの歯面を研削するこ
とを特徴とする。
層がワークの歯と噛み合うとき、超音波振動が工具歯車
に付与されるので、砥粒層の砥粒の微小な振動によって
ワークの歯面を研削することができる。
であってもよく、超音波振動による振幅及び加速度によ
って砥粒による歯面研削が効率的に実行できる。
記工具歯車の軸線方向の位置を相対的に変化させながら
前記ワークの歯面を研削するようにしてもよい。
円部分の転がり滑り接触がない部分でもワークと工具歯
車の軸線方向の相対位置の変化によって砥粒による研削
が可能となる。
装置は、歯に砥粒層を形成した工具歯車と、前記工具歯
車に超音波振動を付与する超音波振動装置と、前記超音
波振動装置を介して前記工具歯車に回転を伝達する駆動
機構と、ワークを回転駆動可能に保持する保持手段とを
備え、前記工具歯車に前記ワークを噛み合わせてその歯
面を研削可能としたことを特徴とする。
歯車に形成した砥粒層がワークの歯と噛み合うとき、超
音波振動が工具歯車に付与されるので、砥粒層の砥粒の
微小な振動によってワークの歯面を研削することができ
る。
具歯車と前記ワークをそれぞれの軸線方向に相対移動可
能な構成とすることができる。
円部分の転がり滑り接触がない部分でもワークと工具歯
車の軸線方向の相対位置の変化によって砥粒による研削
が可能となる。
音波振動の周波数は、20kHz〜60kHz程度であ
り、より好ましくは30kHz〜40kHzである。
て図面に基づいて説明する。
波を利用した歯車研削装置の正面図、図2は平面図、図
3は右側面図である。
テーブル2とワークテーブル3が図2の矢印A方向に水
平移動可能に配置されている。工具テーブル2はベース
1に設けた一対のスライドガイド1aの上に摺動可能に
配置され、駆動モータ4の出力軸に連結した作動軸4a
の回転をネジ歯車機構によって工具テーブル2に伝達可
能としている。一方、ワークテーブル3もベース1に設
けた一対のスライドガイド1bに摺動可能に配置され、
駆動モータ5の出力軸の回転がネジ歯車機構によって伝
達されてワークテーブル3は図2において矢印B方向に
変位する。
その超音波スピンドル6aを回転駆動する回転駆動モー
タ7が搭載されている。超音波振動装置6は内部に超音
波振動子(図示せず)を内蔵した従来周知のものであ
り、この超音波振動子により超音波スピンドル6aに半
径方向及び軸線方向に超音波振動が伝達される。そし
て、超音波スピンドル6aは回転駆動モータ7の出力軸
にもカップリングで連接されている。したがって、超音
波スピンドル6aは超音波振動装置6と回転駆動モータ
7とにより超音波振動しながら所定の設定された周速で
回転する。なお、超音波スピンドル6aの先端は工具テ
ーブル2に設けたブラケット2aに回転自在に支持され
ている。
が搭載され、その出力軸8aに平歯車のワークWが着脱
可能に取り付けられている。このワークWはホブ盤によ
る切削加工の後に焼き入れの熱処理をしたもので、シェ
ービングや粗仕上げのための研削などは施していないも
のである。なお、スライドガイド1bは直線状としたも
のであればよいが、ワークWの歯面にクラウニングする
ために図2において右に凸となる円弧運動ができるよう
に曲線状のものとしてもよい。
合う工具歯車9が取り付けられている。この工具歯車9
は図4に示すように歯底,歯面,刃先面に一様な厚さの
砥粒層9aを形成したものである。工具歯車9は工具鋼
または高速度鋼によって形成されたものであり、砥粒層
9aはダイヤモンド砥粒またはCBNを素材として電着
またはメタルボンドによって工具歯車9の表面に形成さ
れたものである。
た工具歯車9は当然ながら同じモジュールを持つが、ワ
ークWの切削またはプレス工程では工具歯車9による研
削代を持つように加工するものとする。
関係にあるワークWと工具歯車9に対し、駆動モータ4
によって工具テーブル2を左側に移動させ、ワークWに
工具歯車9を噛み合わせる。次いで、回転駆動モータ7
及びワーク駆動モータ8を作動させてそれぞれ工具歯車
9及びワークWを回転駆動し、同時に超音波振動装置6
を作動させる。これにより、超音波スピンドル6aに取
り付けられた工具歯車9はその軸線方向及び半径方向に
超音波振動しながら、ワークWと噛み合って回転する。
なお、研削加工時の超音波スピンドル6aの周波数は2
0kHz〜40kHzである。
ワークWの歯面は工具歯車9の砥粒層9aの超音波振動
を受けて圧力が負荷される。すなわち、ワークWと工具
歯車9とがそれぞれ回転駆動されて噛み合いながら回転
することにより、転がり滑り接触による砥粒層9aの砥
粒の歯面に対する相対的な移動によってワークWの歯面
が研削される。このとき、砥粒層9aの砥粒は超音波振
動するので、その振幅によって砥粒層9aの砥粒が歯面
から微小量の肉を削って研削していく。したがって、工
具歯車9をワークWに噛み合わせながらワークWの歯面
を図4の二点鎖線で示す形状から実線で示す形状となる
ように研削できると同時に鏡面仕上げをすることができ
る。
作動させてその出力軸を一定の周期で正逆回転させる
と、ワークWは図2において矢印方向に往復動作する。
このようなワークWの往復動作では、ワークWの歯面が
工具歯車9の砥粒層9aの歯面と軸線方向に滑り接触す
る。そして、工具歯車9には軸線方向にも超音波振動が
付与されているので、滑り接触しながら微小な振幅によ
る砥粒層9aの砥粒によるワークWの歯面の研削が可能
となる。したがって、転がり滑り接触がないワークWと
工具歯車9のピッチ円部分の研削も十分に行なうことが
でき、ワークWの歯面全体を良好に研削できる。
図6は砥粒層9aによるワークWの歯面の研削を示すモ
デル図である。
bに多数のダイヤモンド等の砥粒9cを含ませたものと
して構成されている。このような砥粒9cを歯面に形成
した工具歯車9に超音波振動が付与されることにより、
図6に示すように1個の砥粒9cが二点鎖線で示すワー
クWの表面に沿って左右に微小振動する。したがって、
砥粒層9aがワークWの表面を転がり滑り接触しながら
移動するとともに超音波振動付与による微小振動によ
り、図6においてハッチングしたワークWの表面を研削
していき実線で示すプロフィルとなるように加工するこ
とができる。
成した工具歯車9に超音波振動を加えながらワークWを
研削するので、従来の研削法に比べて硬度が高いワーク
であっても支障なく仕上げ研削できる。したがって、切
削またはプレス成形後のワークをシェービングしたり粗
仕上げの研削工程を踏むことなく、焼き入れ処理後のワ
ークWを研削して製品とすることができる。このため、
従来の製造方法に比べると加工工数が低減され、生産性
が大幅に向上する。
工としたが、傘歯車やハイポイド歯車及びウォームやそ
のホイールをワークの対象とすることができ、いずれも
これら歯車及びホイールに噛み合う砥粒層を形成した工
具歯車を使用することで歯面を研削することができる。
に超音波振動を付与しながらこの工具歯車をワークと噛
み合わせながら研削するので、硬度の高いワークであっ
ても高能率な研削が可能となる。したがって、切削加工
またはプレス加工しただけで精度が悪く大きな仕上げ代
が残っている状態のワークでも、そのまま焼き入れを行
ない硬度を上げた後に効率よく研削仕上げを行なうこと
ができる。その結果、焼き入れ前の研削が省け、従来方
法に比べると工程数を減らすことができ、大幅な生産性
の向上が可能となる。
歯面には砥粒先端の食い込みによる超微小ディンプルが
連続重畳して形成されて潤滑油の油溜まりとなるので、
潤滑性が向上するとともに歯面の摩耗が減り、寿命が長
くなるだけでなく伝達効率も向上する。
面図である。
要部の正面図である。
ためのモデル図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 ワークと噛み合う形状の工具歯車の歯に
砥粒層を形成し、前記工具歯車と前記ワークとをそれぞ
れ回転駆動して互いに噛み合わせながら前記工具歯車に
超音波振動を付与し前記ワークの歯面を研削することを
特徴とする超音波を利用した歯車研削方法。 - 【請求項2】 焼き入れ後のワークと噛み合う形状の工
具歯車の歯に砥粒層を形成し、前記工具歯車と前記ワー
クとをそれぞれ回転駆動して互いに噛み合わせながら前
記工具歯車に超音波振動を付与し前記ワークの歯面を研
削することを特徴とする超音波を利用した歯車研削方
法。 - 【請求項3】 前記ワークと前記工具歯車の軸線方向の
位置を相対的に変化させながら前記ワークの歯面を研削
することを特徴とする請求項1または2記載の超音波を
利用した歯車研削方法。 - 【請求項4】 歯に砥粒層を形成した工具歯車と、前記
工具歯車に超音波振動を付与する超音波振動装置と、前
記超音波振動装置を介して前記工具歯車に回転を伝達す
る駆動機構と、ワークを回転駆動可能に保持する保持手
段とを備え、前記工具歯車に前記ワークを噛み合わせて
その歯面を研削可能としたことを特徴とする超音波を利
用した歯車研削装置。 - 【請求項5】 前記工具歯車と前記ワークをそれぞれの
軸線方向に相対移動可能な構成としたことを特徴とする
請求項4記載の超音波を利用した歯車研削装置。
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