JP2005125419A - 分割型ホブおよび歯車の歯切り方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モジュールが連続的に変化する傘歯車を容易に効率よく歯切りできる分割型ホブと、その歯切り方法を提供することである。
【解決手段】円筒面１上において２巻きで捩れる１条のねじ筋２に沿って複数の切刃４を配列したホブを、そのねじ筋２の中央で軸方向に２つに分割して、この分割した各分割ホブ３に１巻きずつのねじ筋２に沿った切刃４が配列されたものとし、これらの分割ホブ３同士をその分割面６を対向させて軸方向へ接近離反可能とすることにより、モジュールが連続的に変化する傘歯車を容易に効率よく歯切りできるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、モジュールが異なる平歯車や、モジュールが連続的に変化する傘歯車を歯切りできる分割型ホブと、この分割型ホブを用いた歯車の歯切り方法に関するものである。

ホブは円筒面上で捩れるねじ筋に沿って複数の切刃を配列したものであり、ホブの回転駆動軸を歯切りされる歯車素材の歯の長さ方向と直交方向に向け、ホブが１回転する毎に歯車素材を歯の１ピッチずつ回転させて、この１ピッチずつ回転する歯車素材が１回転する毎に、ホブを歯切りされる歯車素材の歯の長さ方向へ歯底面と平行に移動させることにより、歯車を効率よく歯切りすることができる。

上述した従来のホブは、歯切りされる歯車のモジュールに応じてねじ筋のピッチが一定に設定されているので、モジュールが小径端側から大径端側へ歯の長さ方向で連続的に変化する傘歯車は歯切りできず、平歯車の歯切りにのみ用いられていた。このため、傘歯車の歯切りには専らグリーソン式歯切盤が用いられ、傘歯車の生産効率が低い問題があった。また、平歯車の歯切りに際しても、異なるモジュールの歯車毎に、ねじ筋のピッチが異なる別のホブを用意する必要があった。

これらの問題点に対処するために、本発明者は、円筒面上において２巻き以上で捩れる１条のねじ筋に沿って複数の切刃を配列したホブを、そのねじ筋の中央で軸方向に２つに分割し、この分割した各分割ホブをねじ筋の捩れ角度とは異なる角度方向で相対的に回転可能とし、その相対回転により各分割ホブにおける分割位置から１周の周回範囲で切削に作用する切刃の数を増減させるようにした分割型ホブを先に提案している（特許文献１参照）。

なお、本発明者は、ホブによる歯車の歯切りにおける歯車歯元部のアンダーカットを防止するために、１条のねじ筋に沿って配列され、ねじ筋の中央から両端側へ向かう各１巻以上の切刃について、そのホブ軸端側の傾斜面を、ねじ筋に関してねじ筋の中央側の傾斜面と対称な位置よりも切刃の内側方向に後退させることも提案している（特許文献２参照）。

特許第２７５８５６３号公報（第２−５頁、第１−２図） 特許第３０１４９９０号公報（第２−３頁、第１−４図）

特許文献１に記載された分割型ホブは、分割ホブ同士の相対回転角度を所定角度に固定することにより、異なるモジュールの平歯車を歯切りでき、この相対回転角度を、歯切りされる歯車素材の歯の長さ方向へのホブの移動に伴って、所定の角度変化量で変化させることにより、傘歯車も歯切りすることができる。しかしながら、モジュールが歯の長さ方向で連続的に変化する傘歯車の歯切りについては、分割ホブ同士の相対回転角度を歯切り中に精度よく変化させることが難しく、実用化に至っていない。

そこで、本発明の課題は、モジュールが連続的に変化する傘歯車を容易に効率よく歯切りできる分割型ホブと、その歯切り方法を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明の分割型ホブは、円筒面上において２巻きで捩れる１条のねじ筋に沿って複数の切刃を配列したホブを、そのねじ筋の中央で軸方向に２つに分割して、この分割した各分割ホブに１巻きずつの前記ねじ筋に沿った切刃が配列されたものとし、これらの分割ホブ同士をその分割面を対向させて軸方向へ接近離反可能とした構成を採用した。

本発明者は、特許文献１に提案した分割型ホブの難点を解消すべく検討を重ねた結果、歯車の１ピッチ分の歯形を創成するホブの切刃は、歯形を両側から挟み付けるのに必要なねじ筋の２巻き分で十分であり、この２巻き分のねじ筋を１巻きずつに分割した各分割ホブ同士は、相対回転角度を付与しなくても、単に軸方向へ接近離反させるのみで、分割した各ねじ筋を平行に保ったまま相互に接近離反できることに気が付いた。すなわち、歯形を両側から挟み付けるための分割された１巻きずつのねじ筋同士は、必ずしも分割された延長線上で１本に連なる必要はなく、互いに平行な関係にあればよいことに想到した。

また、上記分割型ホブは、特許文献１に提案した分割型ホブのように、各分割ホブの相対回転に伴う切削に作用する有効切刃数の増減がなく、１巻きずつのねじ筋に配列された全ての切刃が切削に作用するので、歯切りされる歯車のモジュールが変わっても、安定して良好な切削効率を確保することができる。

前記１巻きずつのねじ筋を形成した各分割ホブの素材を粉末成形で形成し、これらの粉末成形で形成した各分割ホブ素材のねじ筋から、前記複数の切刃を切削加工で切り出すことにより、ねじ筋の切削加工を不要として、分割型ホブを効率よく安価に製造することができる。

すなわち、前記各分割ホブの素材は、ねじ筋が１巻のシンプルな形状であるので、粉末成形での成形圧力が均等に伝播し、かつ、成形型から容易に離型することができる。また、これらの分割ホブ素材は、ねじ筋の中央の軸心に関して互いに点対称となるので、共通の成形型で粉末成形することもできる。なお、各切刃の切り出しは、粉末成形された各分割ホブを低温で予備焼結してから行い、こののち、高温で焼結処理して所要の硬度を得るようにすれば良い。

前記１巻きずつのねじ筋に沿った切刃が配列された各分割ホブを、粉末成形で形成することにより、ねじ筋からの各切刃の切り出しも不要とすることができ、粉末成形した各分割ホブをそのまま高温で焼結処理することができる。粉末素材を超硬合金のものとすれば、超硬合金製刃先チップの取り付けも不要とすることができる。また、これらの分割ホブは、各切刃の後面側の立ち上がり角度を、逃げ角が設けられた前面側の立ち上がり角度と等しくすれば、ねじ筋の中央の軸心に関して切刃の形状も互いに点対称となるので、共通の成形型で粉末成形することができる。

前記各分割ホブの１巻きずつのねじ筋に沿った各切刃の前記分割面と反対側の傾斜面を、各切刃の内方に後退させることにより、歯車歯元部のアンダーカットを防止することができる。なお、この後退させた切刃の傾斜面も、ねじ筋の中央の軸心に関して点対称な形状となるので、前記ねじ筋まで粉末成形した素材から切刃を切り出すもの、および前記切刃まで粉末成形して、各切刃の前面側と後面側の立ち上がり角度を等しくしたものは、共通の成形型で粉末成形することができる。

また、本発明の歯車の歯切り方法は、上述したいずれかの分割型ホブを用いて、その回転駆動軸を歯切りされる歯車素材の歯の長さ方向と直交方向に向け、前記分割型ホブの分割位置を歯車素材の創成される歯形の中央に合わせて、各分割ホブ間の間隔を所定の間隔に設定し、前記分割型ホブが１回転する毎に歯車素材を歯の１ピッチずつ回転させて、この１ピッチずつ回転する歯車素材が１回転する毎に、前記分割型ホブを歯切りされる歯車素材の歯の長さ方向へ歯底面と平行に移動させて、歯車の歯形を創成する方法を採用した。

すなわち、分割型ホブの分割位置を歯車素材の創成される歯形の中央に合わせて、各分割ホブ間の間隔を歯切りされる歯車のモジュールに応じて設定し、あとは通常のホブと殆ど同じ取り扱い方法で、異なるモジュールの歯車を効率よく歯切りできるようにした。

前記歯切りされる歯車が傘歯車である場合は、前記分割型ホブを傘歯車の小径端側から大径端側へ前記歯車素材の歯の長さ方向に移動させ、この分割型ホブの移動に伴って、前記各分割ホブ同士が軸方向へ離反するようにすることにより、傘歯車を容易に効率よく歯切りすることができる。

本発明の分割型ホブは、円筒面上において２巻きで捩れる１条のねじ筋に沿って複数の切刃を配列したホブを、そのねじ筋の中央で軸方向に２つに分割して、この分割した各分割ホブに１巻きずつのねじ筋に沿った切刃が配列されたものとし、これらの分割ホブ同士をその分割面を対向させて軸方向へ接近離反可能としたので、異なるモジュールの平歯車や、モジュールが連続的に変化する傘歯車を容易に効率よく歯切りすることができる。また、この分割型ホブは、１巻きずつのねじ筋に配列された全ての切刃が切削に作用するので、歯切りされる歯車のモジュールが変わっても、安定して良好な切削効率を確保することができる。

前記１巻きずつのねじ筋を形成した各分割ホブの素材を粉末成形で形成し、これらの粉末成形で形成した各分割ホブ素材のねじ筋から、複数の切刃を切削加工により切り出すことにより、ねじ筋の切削加工を不要として、分割型ホブを効率よく安価に製造することができる。また、これらの分割ホブ素材は、ねじ筋の中央の軸心に関して互いに点対称となるので、共通の成形型で粉末成形することができる。

前記１巻きずつのねじ筋に沿った切刃が配列された各分割ホブを、粉末成形で形成することにより、ねじ筋からの各切刃の切り出しも不要とし、粉末成形した各分割ホブをそのまま高温で焼結処理することができ、分割型ホブをさらに効率よく安価に製造することができる。粉末素材を超硬合金のものとすれば、超硬合金製刃先チップの取り付けも不要とすることができる

前記各分割ホブの１巻きずつのねじ筋に沿った各切刃の分割面と反対側の傾斜面を、各切刃の内方に後退させることにより、歯車歯元部のアンダーカットを防止することができる。

また、本発明の歯車の歯切り方法は、上述した分割型ホブを用いて、その回転駆動軸を歯切りされる歯車素材の歯の長さ方向と直交方向に向け、分割型ホブの分割位置を歯車素材の創成される歯形の中央に合わせて、各分割ホブ間の間隔を所定の間隔に設定し、分割型ホブが１回転する毎に歯車素材を歯の１ピッチずつ回転させて、この１ピッチずつ回転する歯車素材が１回転する毎に、分割型ホブを歯切りされる歯車素材の歯の長さ方向へ歯底面と平行に移動させて、歯車の歯形を創成するようにしたので、通常のホブと殆ど同じ取り扱い方法で、異なるモジュールの歯車を効率よく歯切りすることができる。

前記歯切りされる歯車が傘歯車である場合は、分割型ホブを傘歯車の小径端側から大径端側へ歯車素材の歯の長さ方向に移動させ、この分割型ホブの移動に伴って、各分割ホブ同士が軸方向へ離反するようにすることにより、傘歯車を容易に効率よく歯切りすることができる。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１乃至図６は、第１の実施形態の分割型ホブを示す。この分割型ホブは、図１および図２（ａ）、（ｂ）に示すように、円筒面１上で捩れる１条のねじ筋２の中央で軸方向に分割された各分割ホブ３に、ねじ筋２の中央から両軸端側へ各１巻のねじ筋２に沿って複数の切刃４を配列したものであり、各分割ホブ３は粉末成形で形成されている。両分割ホブ３は、ねじ筋２の中央で対向する切刃４の間の中間位置で軸方向に延びる分割線５と、ねじ筋２の谷底中心における螺旋状の分割面６とで点対称に分割されており、後述するように、滑りキーやスプラインを用いて回転駆動軸７に回転を固定し、分割面６を対向させて軸方向へ接近、離反させることにより、異なるモジュールの平歯車や、モジュールが連続的に変化する傘歯車を歯切りすることができる。

図２（ｂ）に示す各切刃４は、通常のホブの切刃と同様に、前面側に略直角の逃げ角が設けられ、後面側は鈍角に立ち上がっている。なお、図２（ｃ）の変形例に示すように、各切刃４の後面側の立ち上がり角度を、略直角の逃げ角が設けられた前面側と等しく形成すれば、次に述べる後退した傾斜面８ｂも含めて、両分割ホブ３の各切刃４の形状をねじ筋２の中央の軸心に関して点対称とすることができる。

また、前記各分割ホブ３の切刃４は、図３（ａ）、（ｂ）の展開図に示すように、ねじ筋２の両側に傾斜面８ａ、８ｂを有し、軸端側を向く各傾斜面８ｂは、それぞれねじ筋２に関して中央の分割側を向く各傾斜面８ａと対称な仮想傾斜面８ｃよりも、切刃４の内方へ後退するように形成されており、歯車歯元部にアンダーカットを生じさせないようになっている。図３（ａ）の展開図は、両分割ホブ３間の間隔を零とした状態であり、図３（ｂ）のように両分割ホブ３を離反させて間隔を大きくすると、歯切りされる歯車のモジュールが大きくなる。

図４および図５は、上述した各分割ホブ３を粉末成形する成形型を示す。この成形型は、円筒状の内周面に分割ホブ３の各切刃４の前後面を形成する複数の凸条９ａが設けられた雌型９と、雌型９に下方から内嵌され、分割ホブ３の各切刃４を含む軸端側の面を形成する上面を有し、外周面に雌型９の凸条９ａと嵌り合う凸条１０ａが設けられた下型１０と、雌型９に上方から内嵌され、分割ホブ３の各切刃４を含む分割側の面を形成する下面を有し、外周面に雌型９の凸条９ａと嵌り合う凸条１１ａが設けられた上型１１と、円柱状で下型１０および上型１１に内嵌され、分割ホブ３の内径面を形成する中型１２とから成る。

図示は省略するが、前記回転駆動軸７への両分割ホブ３の取り付け方法に応じて、中型１２の外周面には、各分割ホブ３の内径面にキー溝や孔スプラインを形成するための凹凸が設けられる。なお、キー溝や孔スプラインをねじ筋２の中央の軸心に関して点対称に形成し、図２（ｃ）に示したように、各切刃４の後面側の立ち上がり角度を、略直角の逃げ角が設けられた前面側と等しく形成すれば、両分割ホブ３を共通の成形型で粉末成形することができる。

以下に、前記成形型を用いて分割ホブ３を粉末成形する手順を説明する。図６に示すように、まず、雌型９に下型１０を下方から内嵌し、下型１０に中型１２を内嵌した状態で、超硬合金や高速度鋼用等の粉末素材Ａを型内に充填する。こののち、図中に一点鎖線で示すように、上型１１を上方から中型１２に通して雌型９に内嵌して下降させ、上型１１と下型１０を上下から加圧して、粉末素材Ａを粉末成形する。成形された粉末素材Ａは、上型１１と中型１２を抜き取ったのち、下型１０によって上方に押し出して雌型９から取り出され、焼結処理されてから研磨加工により分割ホブ３に仕上げられる。この仕上げ加工では、前記各切刃４の軸端側を向く後退した傾斜面８ｂの研磨を省略することができる。

図７乃至図１０は、第２の実施形態を示す。この分割型ホブは、図７に示すように、円筒面１上で捩れる１条のねじ筋２の中央で軸方向に分割された各分割ホブ素材１３を粉末成形で形成し、これらの各分割ホブ素材１３を予備焼結処理したのち、ねじ筋２から各切刃４を切り出して、図１および図２（ａ）、（ｂ）に示したような分割ホブ３としたものである。

前記各分割ホブ素材１３は、第１の実施形態における分割ホブ３と同様に、ねじ筋２の中央で軸方向に延びる分割線５と、ねじ筋２の谷底中心における螺旋状の分割面６とで分割され、ねじ筋２の軸端側を向く各傾斜面２ｂは、それぞれねじ筋２に関して中央の分割側を向く各傾斜面２ａと対称な仮想傾斜面よりも、ねじ筋２の中心側の内方へ後退するように形成されており、ねじ筋２の中央の軸心に関して互いに点対称な形状となっている。したがって、ねじ筋２から切り出された各切刃４は、図３に示したように、軸端側を向く各傾斜面８ｂが、ねじ筋２に関して中央の分割側を向く各傾斜面８ａと対称な仮想傾斜面８ｃよりも、切刃４の内方へ後退するように形成される。

図８および図９は、上述した各分割ホブ素材１３を粉末成形する共通の成形型を示す。この成形型は、円筒状の雌型１４と、雌型１４に下方から内嵌され、分割ホブ素材１３のねじ筋２を含む軸端側の面を形成する上面を有する下型１５と、雌型１４に上方から内嵌され、分割ホブ素材１３のねじ筋２を含む分割側の面を形成する下面を有する上型１６と、円柱状で下型１５および上型１６に内嵌され、分割ホブ素材１３の内径面を形成する中型１７とから成り、第１の実施形態の成形型と同様の手順で、分割ホブ素材１３を粉末成形する。

図１０および図１１は、上述した分割型ホブを用いた第１の実施形態の傘歯車の歯切り方法を示す。この実施形態では、分割型ホブの両分割ホブ３が、サーボモータ１８の回転駆動軸７に滑りキー１９で回転を固定され、分割面６を対向させて軸方向へ接近、離反可能に装着されている。回転駆動軸７は先端側を軸受装置２０で支持され、歯切りされる歯車素材２１の歯２１ａの長さ方向と直交方向に向けられており、サーボモータ１８と軸受装置２０は、歯車素材２１の歯２１ａの長さ方向へ歯底面２１ｂと平行に向けられた２本のリニアウェイ２２の各走行台２３にそれぞれ搭載されている。

まず、前記両分割ホブ３は、分割位置を歯車素材２１の創成される歯形の中央に合わせて、分割面６間を歯切りされる傘歯車小径端のモジュールに合う間隔とされ、歯車素材２１の傘歯車小径端側に相当する待機位置にセットされる。こののち、サーボモータ１８を駆動して各走行台２３を前進させることにより、図１１中に一点鎖線で示す位置で、各分割ホブ３の切り込みが開始される。

前記歯車素材２１は分割型ホブの１回転毎に歯２１ａの１ピッチずつ回転し、歯車素材２１が１回転すると各走行台２３が一定距離だけ前進させられ、図１１中に矢印で示すように、両分割ホブ３が傘歯車大径端側へ所定の送りピッチだけ送られる。このように、歯車素材２１の１回転毎に、両分割ホブ３を所定の送りピッチで、歯車素材２１の歯２１ａの長さ方向へ歯底面２１ｂと平行に傘歯車大径端側へ移動させることにより、歯切りされる歯２１ａの長さ方向でのモジュールの変化、すなわち、歯形の高さと幅の増大に倣って両分割ホブ３が自然に軸方向で離反し、図１１中に実線で示す位置で、分割面６間の間隔が傘歯車大径端のモジュールに合致して歯切りが完了する。

図１２は、第２の実施形態の傘歯車の歯切り方法を示す。この実施形態では、分割型ホブの両分割ホブ３が、互いに突き合わされた別々のサーボモータ１８ａ、１８ｂの各回転駆動軸７ａ、７ｂに、回転位置と軸方向位置とをキー２４で固定され、各サーボモータ１８ａ、１８ｂが、歯切りされる傘歯車の小径端側から大径端側への幅の拡がり角度と等しい拡がり角度を持たせた２本のリニアウェイ２２の各走行台２３に搭載されている点が第１の実施形態と異なる。各サーボモータ１８ａ、１８ｂは、各回転駆動軸７ａ、７ｂが歯切りされる歯車素材２１の歯２１ａの長さ方向と直交方向に向けられるように、各走行台２３の走行方向と傾斜を持たせて搭載され、図示は省略するが、第１の実施形態と同様に、歯車素材２１の歯２１ａの長さ方向へ歯底面２１ｂと平行に移動するようになっている。

この実施形態の歯切り方法では、前記拡がり角度を持たせた２本のリニアウェイ２２の各走行台２３の前進に伴って各サーボモータ１８ａ、１８ｂが互いに離反し、両分割ホブ３が歯切りされる歯２１ａの長さ方向でのモジュールの変化に合致するように強制的に離反させられる。なお、両分割ホブ３の初期セット方法と、歯車素材２１の１回転毎に両分割ホブ３を所定の送りピッチで移動させる方法は、第１の実施形態と同じである。

上述した各実施形態では、傘歯車の歯切り方法を示したが、平歯車を歯切りする場合は、分割型ホブの両分割ホブ間の間隔を歯切りされる平歯車のモジュールに合わせて固定し、あとは、上述した傘歯車の歯切り方法と同様に、回転駆動軸を歯車素材の歯の長さ方向と直交方向に向け、分割位置を歯車素材の創成される歯形の中央に合わせて、分割型ホブを所定の送りピッチで歯底面と平行に移動させればよい。なお、本発明に係る歯車の歯切り方法に使用する分割型ホブは、必ずしも粉末成形で形成されたものである必要はなく、切削加工で形成した分割型ホブを用いてもよい。

第１の実施形態の分割型ホブを示す正面図 ａは図１の縦断面図、ｂはａの側面図、ｃはｂの変形例を示す側面図 ａ、ｂは、それぞれ図１のホブ切刃の展開図 図１の分割ホブを粉末成形する成形型を示す縦断面図 図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図 図４の成形型で分割ホブを粉末成形する手順を示す縦断面図 第２の実施形態の分割型ホブの分割ホブ素材を示す正面図 図７の分割ホブ素材を粉末成形する成形型を示す縦断面図 図８のIX−IX線に沿った断面図 第１の実施形態の傘歯車の歯切り方法を示す一部切欠き正面図 図１０のXI−XI線に沿った断面図 第２の実施形態の傘歯車の歯切り方法を示す一部切欠き正面図

符号の説明

１ 円筒面
２ ねじ筋
２ａ、２ｂ 傾斜面
３ 分割ホブ
４ 切刃
５ 分割線
６ 分割面
７、７ａ、７ｂ 回転駆動軸
８ａ、８ｂ、８ｃ 傾斜面
９ 雌型
１０ 下型
１１ 上型
９ａ、１０ａ、１１ａ 凸条
１２ 中型
１３ 分割ホブ素材
１４ 雌型
１５ 下型
１６ 上型
１７ 中型
１８、１８ａ、１８ｂ サーボモータ
１９ 滑りキー
２０ 軸受装置
２１ 歯車素材
２１ａ 歯
２１ｂ 歯底面
２２ リニアウェイ
２３ 走行台
２４ キー

Claims (6)

1. 円筒面上において２巻きで捩れる１条のねじ筋に沿って複数の切刃を配列したホブを、そのねじ筋の中央で軸方向に２つに分割して、この分割した各分割ホブに１巻きずつの前記ねじ筋に沿った切刃が配列されたものとし、これらの分割ホブ同士をその分割面を対向させて軸方向へ接近離反可能とした分割型ホブ。
2. 前記１巻きずつのねじ筋を形成した各分割ホブの素材を粉末成形で形成し、これらの粉末成形で形成した各分割ホブ素材のねじ筋から、前記複数の切刃を切削加工により切り出した請求項１に記載の分割型ホブ。
3. 前記１巻きずつのねじ筋に沿った切刃が配列された各分割ホブを、粉末成形で形成した請求項１に記載の分割型ホブ。
4. 前記各分割ホブの１巻きずつのねじ筋に沿った各切刃の前記分割面と反対側の傾斜面を、各切刃の内方に後退させた請求項１乃至３のいずれかに記載の分割型ホブ。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の分割型ホブを用いて、その回転駆動軸を歯切りされる歯車素材の歯の長さ方向と直交方向に向け、前記分割型ホブの分割位置を歯車素材の創成される歯形の中央に合わせて、各分割ホブ間の間隔を所定の間隔に設定し、前記分割型ホブが１回転する毎に歯車素材を歯の１ピッチずつ回転させて、この１ピッチずつ回転する歯車素材が１回転する毎に、前記分割型ホブを歯切りされる歯車素材の歯の長さ方向へ歯底面と平行に移動させて、歯車の歯形を創成するようにした歯車の歯切り方法。
6. 前記歯切りされる歯車が傘歯車であり、前記分割型ホブを傘歯車の小径端側から大径端側へ前記歯車素材の歯の長さ方向に移動させ、この分割型ホブの移動に伴って、前記各分割ホブ同士が軸方向へ離反するようにした請求項５に記載の歯車の歯切り方法。

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