JP2019123030A - 歯車加工装置及び歯車加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ねじれ角が異なる歯面を高精度に加工できる歯車加工装置及び歯車加工方法を提供する。【解決手段】歯車加工方法は、第二歯面１２１を加工するときの加工物１１５の回転軸線Ｌｗとの第一交差角φｆを設定する第一交差角設定工程と、第二歯面１２１を加工するときの加工物１１５の回転方向Ｒｓ及び加工用工具４２Ｆ，４２の回転方向Ｒｆを同一回転方向に設定する第一回転方向設定工程と、第四歯面１２２を加工するときの加工物１１５の回転方向Ｒｗ及び加工用工具４２Ｇ，４２の回転方向Ｒｇを同一回転方向であって第二歯面１２１の加工時の回転方向Ｒｆとは逆回転方向に設定する第二回転方向設定工程とを備える。【選択図】図４

Description

本発明は、歯車を加工する歯車加工装置及び歯車加工方法に関する。

車両に用いられるトランスミッションには、円滑な変速操作を行うためにシンクロメッシュ機構が設けられる。図２２に示すように、キー式のシンクロメッシュ機構１１０は、メーンシャフト１１１、メーンドライブシャフト１１２、クラッチハブ１１３、キー１１４、スリーブ１１５、メーンドライブギヤ１１６、クラッチギヤ１１７、シンクロナイザーリング１１８等を備える。

メーンシャフト１１１とメーンドライブシャフト１１２は、同軸配置される。メーンシャフト１１１には、クラッチハブ１１３がスプライン嵌合され、メーンシャフト１１１とクラッチハブ１１３は共に回転する。クラッチハブ１１３の外周の３か所には、キー１１４が図略のスプリングで支持される。スリーブ１１５の内周には、内歯（スプライン）１１５ａが形成され、スリーブ１１５はキー１１４とともにクラッチハブ１１３の外周に形成される図略のスプラインに沿って回転軸線ＬＬ方向に摺動する。

メーンドライブシャフト１１２には、メーンドライブギヤ１１６が嵌合され、メーンドライブギヤ１１６のスリーブ１１５側には、テーパコーン１１７ｂが突設されたクラッチギヤ１１７が一体形成される。スリーブ１１５とクラッチギヤ１１７の間には、シンクロナイザーリング１１８が配置される。クラッチギヤ１１７の外歯１１７ａ及びシンクロナイザーリング１１８の外歯１１８ａは、スリーブ１１５の内歯１１５ａと噛み合わせ可能に形成される。シンクロナイザーリング１１８の内周は、テーパコーン１１７ｂの外周と摩擦係合可能なテーパ状に形成される。

次に、シンクロメッシュ機構１１０の動作を説明する。図２３Ａに示すように、図略のシフトレバーの操作により、スリーブ１１５及びキー１１４が図示矢印の回転軸線ＬＬ方向に移動する。キー１１４は、シンクロナイザーリング１１８を回転軸線ＬＬ方向に押して、シンクロナイザーリング１１８の内周をテーパコーン１１７ｂの外周に押し付ける。これにより、クラッチギヤ１１７、シンクロナイザーリング１１８及びスリーブ１１５は、同期回転を開始する。

そして、図２３Ｂに示すように、キー１１４は、スリーブ１１５に押し下げられてシンクロナイザーリング１１８を回転軸線ＬＬ方向にさらに押し付けるので、シンクロナイザーリング１１８の内周とテーパコーン１１７ｂの外周との密着度は増し、強い摩擦力が発生してクラッチギヤ１１７、シンクロナイザーリング１１８及びスリーブ１１５は同期回転する。クラッチギヤ１１７の回転数とスリーブ１１５の回転数が完全に同期すると、シンクロナイザーリング１１８の内周とテーパコーン１１７ｂの外周との摩擦力が消滅する。

そして、スリーブ１１５及びキー１１４が図示矢印の回転軸線ＬＬ方向にさらに移動すると、キー１１４はシンクロナイザーリング１１８の溝１１８ｂに嵌って止まるが、スリーブ１１５はキー１１４の凸部１１４ａを越えて移動し、スリーブ１１５の内歯１１５ａがシンクロナイザーリング１１８の外歯１１８ａと噛み合う。そして、図２３Ｃに示すように、スリーブ１１５は回転軸線ＬＬ方向にさらに移動し、スリーブ１１５の内歯１１５ａがクラッチギヤ１１７の外歯１１７ａと噛み合う。以上により変速が完了する。

以上のようなシンクロメッシュ機構１１０においては、走行中におけるクラッチギヤ１１７の外歯１１７ａとスリーブ１１５の内歯１１５ａとのギヤ抜け防止のため、図２４Ａ及び図２４Ｂに示すように、スリーブ１１５の内歯１１５ａには、テーパ状のギヤ抜け防止部１２０が設けられ、クラッチギヤ１１７の外歯１１７ａには、ギヤ抜け防止部１２０とテーパ嵌合するテーパ状のギヤ抜け防止部１１７ｃが設けられる。なお、以下の説明では、スリーブ１１５の内歯１１５ａの図示左側の側面１１５Ａを左側面１１５Ａ（本発明の「一方側の側面」に相当）といい、スリーブ１１５の内歯１１５ａの図示右側の側面１１５Ｂを右側面１１５Ｂ（本発明の「他方側の側面」に相当）という。

そして、スリーブ１１５の内歯１１５ａの左側面１１５Ａは、左歯面１１５ｂ（本発明の「第一歯面」に相当）及び左歯面１１５ｂとねじれ角が異なる歯面１２１（以下、左テーパ歯面１２１という、本発明の「第二歯面」に相当）を有する。また、スリーブ１１５の内歯１１５ａの右側面１１５Ｂは、右歯面１１５ｃ（本発明の「第三歯面」に相当）及び右歯面１１５ｃとねじれ角が異なる歯面１２２（以下、右テーパ歯面１２２という、本発明の「第四歯面」に相当）を有する。

本例では、左歯面１１５ｂのねじれ角は０度、左テーパ歯面１２１のねじれ角はθｆ度であり、右歯面１１５ｃのねじれ角は０度、右テーパ歯面１２２のねじれ角はθｒ度である。そして、左テーパ歯面１２１及びこの左テーパ歯面１２１と左歯面１１５ｂを繋ぐ歯面１２１ａ（以下、左サブ歯面１２１ａという）、並びに右テーパ歯面１２２及びこの右テーパ歯面１２２と右歯面１１５ｃを繋ぐ歯面１２２ａ（以下、右サブ歯面１２２ａという）が、ギヤ抜け防止部１２０を構成する。なお、ギヤ抜け防止は、左テーパ歯面１２１とギヤ抜け防止部１１７ｃとがテーパ嵌合することにより達成される。

このように、スリーブ１１５の内歯１１５ａの構造は複雑であり、また、スリーブ１１５は大量生産が必要な部品であるため、一般的に、スリーブ１１５（本発明の「加工物」に相当）の内歯１１５ａは、ブローチ加工やギヤシェーパ加工等により形成され、ギヤ抜け防止部１２０は、ローリング加工（特許文献１，２参照）により形成される。

実開平６−６１３４０号公報 特開２００５−１５２９４０号公報

シンクロメッシュ機構１１０において、上述のギヤ抜けを確実に防止するためには、スリーブ１１５の内歯１１５ａのギヤ抜け防止部１２０を高精度に加工する必要がある。しかし、ギヤ抜け防止部１２０は、塑性加工であるローリング加工で形成されるため、加工精度が低くなる傾向にある。そこで、ギヤ抜け防止部１２０は、切削加工（スカイビング加工）で形成することで加工精度を向上できる。

しかし、スカイビング加工では、左テーパ歯面１２１の加工と右テーパ歯面１２２の加工は、スリーブ１１５の回転方向及び加工用工具の回転方向を同一の回転方向で行っているため、左テーパ歯面１２１の加工時の工具軌跡と右テーパ歯面１２２の加工時の工具軌跡が異なり、左テーパ歯面１２１の形状と右テーパ歯面１２２の形状が非対称形状になる。なお、この非対称形状となる具体例は後述する。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、歯の左右側面にそれぞれ形成されるねじれ角が異なる歯面を対称形状に加工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する。

本発明の歯車加工装置は、外周に複数の工具刃を有する加工用工具を加工物と同期回転させながら前記加工物の回転軸線方向に相対的に移動操作して歯車の加工を制御する制御装置を備え、前記歯車の歯の一方側の側面は、第一歯面及び前記第一歯面とねじれ角が異なる第二歯面を有し、前記歯車の歯の他方側の側面は、第三歯面及び前記第三歯面とねじれ角が異なる第四歯面を有する。

前記制御装置は、前記第二歯面を加工するときの前記加工物の回転軸線と前記加工用工具の回転軸線との第一交差角を設定し、前記第二歯面を加工するときの前記加工物の回転方向及び前記加工用工具の回転方向を同一回転方向に設定し、前記第四歯面を加工するときの前記加工物の回転方向及び前記加工用工具の回転方向を同一回転方向であって前記第二歯面の加工時の回転方向とは逆回転方向に設定する。

本発明の歯車加工方法は、上記加工用工具で上記歯車を加工する方法であって、前記第二歯面を加工するときの前記加工物の回転軸線と前記加工用工具の回転軸線との第一交差角を設定する第一交差角設定工程と、前記第二歯面を加工するときの前記加工物の回転方向及び前記加工用工具の回転方向を同一回転方向に設定する第一回転方向設定工程と、前記第四歯面を加工するときの前記加工物の回転方向及び前記加工用工具の回転方向を同一回転方向であって前記第二歯面の加工時の回転方向とは逆回転方向に設定する第二回転方向設定工程と、を備える。

本発明の歯車加工装置及び歯車加工方法によれば、第二歯面の加工時の加工用工具及び加工物の各回転方向は同一回転方向に設定し、第四歯面の加工時の加工用工具及び加工物の各回転方向は同一回転方向であって第二歯面の加工時の回転方向とは逆回転方向に設定する。これにより、第二歯面の加工時の工具軌跡と第四歯面の加工時の工具軌跡は同一となり、歯車の歯において第二歯面の形状と第四歯面の形状を対称形状にできるので、歯車の加工精度を高めることができる。

本発明の実施の形態に係る歯車加工装置の全体構成を示す図である。 図１の制御装置によるテーパ歯面の加工用工具の工具設計処理を説明するためのフローチャートである。 図１の制御装置によるテーパ歯面の加工用工具の工具状態設定処理を説明するためのフローチャートである。 図１の制御装置によるテーパ歯面の加工用工具による加工制御処理を説明するためのフローチャートである。 左テーパ歯面の加工用工具の概略構成を工具端面側から回転軸線方向に見た図である。 図５Ａの加工用工具の概略構成を径方向に見た一部断面図である。 図５Ｂの加工用工具の工具刃の拡大図である。 左テーパ歯面の加工用工具を設計する際の加工用工具とスリーブとの寸法関係をスリーブの径方向に見た図である。 左テーパ歯面の加工用工具を設計する際の加工用工具の工具刃とスリーブの内歯との位置関係をスリーブの径方向に見た図である。 テーパ歯面の加工用工具の刃先幅及び刃厚を求める際に使用する加工用工具の各部位を示す図である。 本発明の適用前のスリーブの一つの内歯の詳細形状を径方向に見た図である。 図８の内歯の左テーパ歯面を加工用工具で加工する様子をスリーブの回転軸線方向に見た図である。 図８の内歯の右テーパ歯面を加工用工具で加工する様子をスリーブの回転軸線方向に見た図である。 本発明の適用後の内歯の左テーパ歯面を加工用工具で加工する様子をスリーブの回転軸線方向に見た図である。 本発明の適用後の内歯の右テーパ歯面を加工用工具で加工する様子をスリーブの回転軸線方向に見た図である。 本発明の適用後のスリーブの一つの内歯の詳細形状を径方向に見た図である。 右テーパ歯面の加工用工具を設計する際の加工用工具とスリーブとの寸法関係をスリーブの径方向に見た図である。 右テーパ歯面の加工用工具を設計する際の加工用工具の工具刃とスリーブの内歯との位置関係をスリーブの径方向に見た図である。 左テーパ歯面の加工用工具の工具刃の状態を径方向に見た図である。 右テーパ歯面の加工用工具の工具刃の状態を径方向に見た図である。 テーパ歯面の加工用工具の回転軸線の方向の工具位置を変更するときの加工用工具とスリーブとの位置関係を示す図である。 軸線方向位置を変更したときの加工状態を示す第一の図である。 軸線方向位置を変更したときの加工状態を示す第二の図である。 軸線方向位置を変更したときの加工状態を示す第三の図である。 加工物の回転軸線に対するテーパ歯面の加工用工具の回転軸線の傾斜を表す交差角を変更するときの加工用工具とスリーブとの位置関係を示す図である。 交差角を変更したときの加工状態を示す第一の図である。 交差角を変更したときの加工状態を示す第二の図である。 交差角を変更したときの加工状態を示す第三の図である。 テーパ歯面の加工用工具の回転軸線方向位置及び交差角を変更するときの加工用工具とスリーブとの位置関係を示す図である。 軸線方向位置及び交差角を変更したときの加工状態を示す第一の図である。 軸線方向位置及び交差角を変更したときの加工状態を示す第二の図である。 左テーパ歯面を加工する前の加工用工具の位置を径方向に見た図である。 左テーパ歯面を加工するときの加工用工具の位置を径方向に見た図である。 左テーパ歯面を加工した後の加工用工具の位置を径方向に見た図である。 図１の制御装置による別例のテーパ歯面の加工用工具の工具設計処理を説明するためのフローチャートである。 左テーパ歯面及び右テーパ歯面の加工用工具の概略構成を工具端面側から回転軸線方向に見た図である。 図１９Ａの加工用工具の概略構成を径方向に見た一部断面図である。 図１９Ｂの加工用工具の工具刃の拡大図である。 交差角を異ならせて別例のテーパ歯面の加工用工具で左テーパ歯面及び右テーパ歯面を加工するときの加工条件を説明するための図である。 交差角を同一で加工位置を異ならせて別例のテーパ歯面の加工用工具で左テーパ歯面及び右テーパ歯面を加工するときの加工条件を説明するための図である。 加工物であるスリーブを有するシンクロメッシュ機構を示す断面図である。 図２２のシンクロメッシュ機構の作動開始前の状態を示す断面図である。 図２２のシンクロメッシュ機構の作動中の状態を示す断面図である。 図２２のシンクロメッシュ機構の作動完了後の状態を示す断面図である。 スリーブのギヤ抜け防止部を示す斜視図である。 図２４Ａのスリーブのギヤ抜け防止部を径方向から見た図である。

（１．歯車加工装置の機械構成）
本実施形態では、歯車加工装置の一例として、５軸マシニングセンタを例に挙げ、図１を参照して説明する。つまり、当該歯車加工装置１は、駆動軸として、相互に直交する３つの直進軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）及び２つの回転軸（Ｘ軸線に平行なＡ軸、Ａ軸線に直角なＣ軸）を有する装置である。

ここで、背景技術で述べたように、ギヤ抜け防止部１２０は、ブローチ加工やギヤシェーパ加工等により形成されたスリーブ１１５の内歯１１５ａに対し、塑性加工であるローリング加工を行うことで形成されるため、加工精度が低くなる傾向にある。そこで、上述の歯車加工装置１では、先ず、ブローチ加工やギヤシェーパ加工等によりスリーブ１１５の内歯１１５ａを形成し、次に、後述する加工用工具４２による切削加工でスリーブ１１５の内歯１１５ａに対しギヤ抜け防止部１２０を形成する。

すなわち、内歯１１５ａが形成されたスリーブ１１５の回転軸線と加工用工具４２の回転軸線とを所定の交差角で傾斜させ、スリーブ１１５と加工用工具４２とを同期回転させ、加工用工具４２をスリーブ１１５の回転軸線方向に送って切削加工することによりギヤ抜け防止部１２０を形成する。これにより、ギヤ抜け防止部１２０は、加工精度が高くなる。

図１に示すように、歯車加工装置１は、ベッド１０と、コラム２０と、サドル３０と、回転主軸４０と、テーブル５０と、チルトテーブル６０と、ターンテーブル７０と、加工物保持具８０と、制御装置１００等とから構成される。なお、図示省略するが、ベッド１０と並んで既知の自動工具交換装置が設けられる。

ベッド１０は、ほぼ矩形状からなり、床上に配置される。このベッド１０の上面には、コラム２０をＸ軸線に平行な方向に駆動するための、図略のＸ軸ボールねじが配置される。そして、ベッド１０には、Ｘ軸ボールねじを回転駆動するＸ軸モータ１１ｃが配置される。
コラム２０のＹ軸線に平行な側面（摺動面）２０ａには、サドル３０をＹ軸線に平行な方向に駆動するための、図略のＹ軸ボールねじが配置される。そして、コラム２０には、Ｙ軸ボールねじを回転駆動するＹ軸モータ２３ｃが配置される。

回転主軸４０は、加工用工具４２を支持し、サドル３０内に回転可能に支持され、サドル３０内に収容された主軸モータ４１により回転される。加工用工具４２は、図略の工具ホルダに保持されて回転主軸４０の先端に固定され、回転主軸４０の回転に伴って回転する。また、加工用工具４２は、コラム２０及びサドル３０の移動に伴ってベッド１０に対してＸ軸線に平行な方向及びＹ軸線に平行な方向に移動する。なお、加工用工具４２の詳細は後述する。

さらに、ベッド１０の上面には、テーブル５０をＺ軸線に平行な方向に駆動するための、図略のＺ軸ボールねじが配置される。そして、ベッド１０には、Ｚ軸ボールねじを回転駆動するＺ軸モータ１２ｃが配置される。
テーブル５０の上面には、チルトテーブル６０を支持するチルトテーブル支持部６３が設けられる。そして、チルトテーブル支持部６３には、チルトテーブル６０がＡ軸線に平行な軸線回りで回転（揺動）可能に設けられる。チルトテーブル６０は、テーブル５０内に収容されたＡ軸モータ６１により回転（揺動）される。

チルトテーブル６０には、ターンテーブル７０がＣ軸線に平行な軸線回りで回転可能に設けられる。ターンテーブル７０には、加工物としてスリーブ１１５を保持する加工物保持具８０が装着される。ターンテーブル７０は、スリーブ１１５及び加工物保持具８０とともにＣ軸モータ６２により回転される。

制御装置１００は、加工制御部１０１と、工具設計部１０２と、工具状態演算部１０３と、記憶部１０４等とを備える。ここで、加工制御部１０１、工具設計部１０２、工具状態演算部１０３及び記憶部１０４は、それぞれ個別のハードウエアにより構成することもできるし、ソフトウエアによりそれぞれ実現する構成とすることもできる。

加工制御部１０１は、主軸モータ４１を駆動制御して、加工用工具４２を回転させ、また、Ｘ軸モータ１１ｃ、Ｚ軸モータ１２ｃ、Ｙ軸モータ２３ｃを駆動制御して、スリーブ１１５と加工用工具４２とをＸ軸線に平行な方向、Ｚ軸線に平行な方向、Ｙ軸線に平行な方向に相対移動し、また、Ａ軸モータ６１、Ｃ軸モータ６２を駆動制御して、スリーブ１１５と加工用工具４２とをＡ軸線に平行な軸線回り、Ｃ軸線に平行な軸線回りに相対回転させることにより、スリーブ１１５の切削加工を行う。

工具設計部１０２は、詳細は後述するが、加工用工具４２の諸元を求めて加工用工具４２を設計する。
工具状態演算部１０３は、詳細は後述するが、スリーブ１１５に対する加工用工具４２の相対的な位置及び姿勢である工具状態を演算する。

記憶部１０４には、加工用工具４２に関する工具データ、すなわち刃先円直径ｄａ、基準円直径ｄ、刃末のたけｈａ、モジュールｍ、転位係数λ、圧力角α、正面圧力角αｔ及び刃先圧力角αａ、及びスリーブ１１５の切削加工を行うための加工データは予め記憶される。また、記憶部１０４は、加工用工具４２を設計する際に入力される工具刃４２ａの刃数Ｚ等を記憶し、また、工具設計部１０２で設計された加工用工具４２の形状データや工具状態演算部１０３で演算された工具状態を記憶する。

（２．加工用工具）
本例では、スリーブ１１５のギヤ抜け防止部１２０を構成する左サブ歯面１２１ａを含む左テーパ歯面１２１及び右サブ歯面１２２ａを含む右テーパ歯面１２２を、２つの加工用工具４２を用いてそれぞれ切削加工する場合を説明する。

以下では、左テーパ歯面１２１を切削加工するための加工用工具４２（以下、第一加工用工具４２Ｆという）を設計する場合について説明するが、右テーパ歯面１２２を切削加工するための加工用工具４２（以下、第二加工用工具４２Ｇという）を設計する場合も同様であるので、詳細な説明は省略する。

図５Ａに示すように、第一加工用工具４２Ｆを工具端面４２Ａ側から工具軸線（回転軸線）Ｌ方向に見たときの工具刃４２ａｆの形状は、本例ではインボリュート曲線形状と同一形状に形成される。そして、図５Ｂに示すように、第一加工用工具４２Ｆの工具刃４２ａｆには、工具端面４２Ａ側に工具軸線Ｌと直角な平面に対し、角度γ傾斜したすくい角が設けられ、工具周面４２Ｂ側に工具軸線Ｌと平行な直線に対し、角度δ傾斜した前逃げ角が設けられる。

そして、図５Ｃに示すように、第一加工用工具４２Ｆの工具刃４２ａｆには、工具周面４２Ｂ側の周方向の幅（両側の刃すじ４２ｂｆの間隔）が工具端面４２Ａ側から刃すじ方向に向かって徐々に小さくなるように、角度ε傾斜した側逃げ角が設けられる。そして、工具刃４２ａｆは、両側の刃すじ４２ｂｆの中央を通る直線Ｌｂを径方向に見たとき、工具軸線Ｌに対し角度βｆ傾斜したねじれ角を有する。

上述のように、スリーブ１１５の左テーパ歯面１２１は、既に形成されたスリーブ１１５の内歯１１５ａに対し、第一加工用工具４２Ｆで切削加工を行うことで形成される。このため、第一加工用工具４２Ｆの工具刃４２ａｆは、内歯１１５ａを切削加工中に隣り合う内歯１１５ａに干渉せずに、左サブ歯面１２１ａを含む左テーパ歯面１２１を確実に切削加工できる形状にすることが必要となる。

具体的には、図６Ａに示すように、工具刃４２ａｆが、左テーパ歯面１２１の歯すじ長ｆｆ分だけ切削したとき、工具刃４２ａの刃先幅Ｓａｆが、左サブ歯面１２１ａの歯すじ長ｇｆより大きく、且つ工具刃４２ａｆの基準円Ｃｂ上の刃厚Ｔａｆ（図７参照）が、左テーパ歯面１２１とこの左テーパ歯面１２１に対向する右テーパ歯面１２２の開放端部との距離Ｈｆ（以下、歯面間隔Ｈｆという）より小さくなるように工具刃４２ａｆを設計することが必要となる。

このとき、工具刃４２ａｆの耐久性、例えば欠損等も考慮して工具刃４２ａｆの刃先幅Ｓａｆ及び工具刃４２ａｆの基準円Ｃｂ上の刃厚Ｔａｆを設定する。この工具刃４２ａｆの設計には、図６Ｂに示すように、先ず、スリーブ１１５の回転軸線Ｌｗと加工用工具４２の回転軸線Ｌとの交差角φｆ（左テーパ歯面１２１のねじれ角θｆと工具刃４２ａｆのねじれ角βｆとの和で表される交差角φｆ（以下、第一加工用工具４２Ｆの交差角φｆという））を設定する必要がある。

図６Ｂにおいては、スリーブ１１５の回転軸線Ｌｗは、内歯１１５ａの中央（左テーパ歯面１２１と右テーパ歯面１２２の中央）に位置しているときを示す。また、加工用工具４２の回転軸線Ｌは、スリーブ１１５の回転軸線Ｌｗに対し左テーパ歯面１２１側に位置しているときを示す。そして、交差角φｆは、図６Ｂにおいて、加工用工具４２の回転軸線Ｌからスリーブ１１５の回転軸線Ｌｗに至る方向（反時計回り）を正とする。

左テーパ歯面１２１のねじれ角θｆは、図６Ｂにおいて、スリーブ１１５の回転軸線Ｌｗから左テーパ歯面１２１に至る方向（時計回り）を負とする。工具刃４２ａｆのねじれ角βｆは、図６Ｂにおいて、加工用工具４２の回転軸線Ｌから刃すじ４２ｂｆ（本例では、両側の刃すじ４２ｂｆの中央を通る直線Ｌｂ）に至る方向（時計回り）を負とする。

そして、本例では、左テーパ歯面１２１が形成される端面側から見たスリーブ１１５の回転方向Ｒｓは、反時計回りであり、工具端面４２Ａとは反対側から見た第一加工用工具４２Ｆの回転方向Ｒｆも、反時計回りである。この場合、第一加工用工具４２Ｆの交差角φｆは、正の角度で設定される。作業者は、歯車加工装置１によって設定可能範囲が設定されている第一加工用工具４２Ｆの交差角φｆを任意の正の角度で暫定的に設定する。

次に、既知の値である左テーパ歯面１２１のねじれ角θｆ及び設定した第一加工用工具４２Ｆの交差角φｆから工具刃４２ａｆのねじれ角βｆを求め、工具刃４２ａｆの刃先幅Ｓａｆ及び工具刃４２ａｆの基準円Ｃｂ上の刃厚Ｔａｆを求める。以上の処理を繰り返すことで、左テーパ歯面１２１を切削加工するための最適の工具刃４２ａｆを有する第一加工用工具４２Ｆを設計する。

以下に、工具刃４２ａｆの刃先幅Ｓａｆ及び工具刃４２ａｆの基準円Ｃｂ上の刃厚Ｔａｆを求めるための演算例を説明する。図７に示すように、工具刃４２ａｆの刃先幅Ｓａｆは、刃先円直径ｄａ及び刃先円刃厚の半角Ψａｆで表される（式（１）参照）。

刃先円直径ｄａは、基準円直径ｄ及び刃末のたけｈａで表され（式（２）参照）、さらに、基準円直径ｄは、工具刃４２ａｆの刃数Ｚ、工具刃４２ａｆの刃すじ４２ｂｆのねじれ角βｆ及びモジュールｍで表され（式（３）参照）、刃末のたけｈａは、転位係数λ及びモジュールｍで表される（式（４）参照）。

刃先円刃厚の半角Ψａｆは、工具刃４２ａｆの刃数Ｚ、転位係数λ、圧力角α、正面圧力角αｔ及び刃先圧力角αａで表される（式（５）参照）。なお、正面圧力角αｔは、圧力角α及び工具刃４２ａｆの刃すじ４２ｂｆのねじれ角βｆで表すことができ（式（６）参照）、刃先圧力角αａは、正面圧力角αｔ、刃先円直径ｄａ及び基準円直径ｄで表すことができる（式（７）参照）。

また、工具刃４２ａｆの刃厚Ｔａｆは、基準円直径ｄ及び刃厚Ｔａｆの半角Ψｆで表される（式（８）参照）。

基準円直径ｄは、工具刃４２ａｆの刃数Ｚ、工具刃４２ａｆの刃すじ４２ｂｆのねじれ角βｆ及びモジュールｍで表される（式（９）参照）。

刃厚Ｔａｆの半角Ψｆは、工具刃４２ａｆの刃数Ｚ、転位係数λ及び圧力角αで表される（式（１０）参照）。

以上により、第一加工用工具４２Ｆが設計される。同様に、第二加工用工具４２Ｇも、右テーパ歯面１２２が形成される端面側から見たスリーブ１１５の回転方向Ｒｓは反時計回り、工具端面４２Ａとは反対側から見た第二加工用工具４２Ｇの回転方向Ｒｇも反時計回りで設計される。なお、第二加工用工具４２Ｇの諸元等は、第一加工用工具４２Ｆの添え字をｆからｇに代えることで対応可能である。

ここで、発明が解決しようとする課題でも述べたように、スカイビング加工では、左テーパ歯面１２１の加工と右テーパ歯面１２２の加工は、スリーブ１１５の回転方向Ｒｓ及び第一、第二加工用工具４２Ｆ，４２Ｇの回転方向Ｒｆ，Ｒｇを同一の回転方向で行っているため、左テーパ歯面１２１を加工するときの第一加工用工具４２Ｆの工具軌跡と、右テーパ歯面１２２を加工するときの第二加工用工具４２Ｇの工具軌跡が異なり、左テーパ歯面１２１の形状と右テーパ歯面１２２の形状が非対称形状になる。

具体的には、左サブ歯面１２１ａ及び右サブ歯面１２２ａは、第一加工用工具４２Ｆ及び第二加工用工具４２Ｇで左テーパ歯面１２１及び右テーパ歯面１２２をそれぞれ加工した後、第一加工用工具４２Ｆ及び第二加工用工具４２Ｇが左テーパ歯面１２１及び右テーパ歯面１２２からそれぞれ逃げることで形成される。しかし、図８に示すように、右サブ歯面１２２ａの逃がし長ｅｇは、左サブ歯面１２１ａの逃がし長ｅｆよりも長くなり、また右サブ歯面１２２ａの逃がし角ｋｇは、左サブ歯面１２１ａの逃がし角ｋｆよりも小さくなる。

この理由は、図９Ａに示すように、反時計回りの回転方向Ｒｆに回転する第一加工用工具４２Ｆの工具刃４２ａｆは、反時計回りの回転方向Ｒｓに回転するスリーブ１１５の左テーパ歯面１２１の切削終了位置Ｑｆ（図８参照）からスリーブ１１５の内径側に逃げる。

そのときは、第一加工用工具４２Ｆがスリーブ１１５よりも小径であり、工具刃４２ａｆが左テーパ歯面１２１を追掛ける形になるので、工具刃４２ａｆは左テーパ歯面１２１から比較的短い時間で離脱することになる。よって、左サブ歯面１２１ａの逃がし長ｅｆは比較的短くなるとともに、逃がし角ｋｆは比較的大きくなると推定される。

一方、図９Ｂに示すように、反時計回りの回転方向Ｒｇに回転する第二加工用工具４２Ｇの工具刃４２ａｇは、反時計回りの回転方向Ｒｓに回転するスリーブ１１５の右テーパ歯面１２２の切削終了位置からスリーブ１１５の内径側に逃げる。

そのときは、第二加工用工具４２Ｇがスリーブ１１５よりも小径であり、右テーパ歯面１２２が工具刃４２ａｇを追掛ける形になるので、工具刃４２ａｆは右テーパ歯面１２２から比較的長い時間で離脱することになる。よって、右サブ歯面１２２ａの逃がし長ｅｇは比較的長くなるとともに、逃がし角ｋｇは比較的小さくなると推定される。

以上のように、右サブ歯面１２２ａの逃がし長ｅｇが左サブ歯面１２１ａの逃がし長ｅｆより長くなると、スリーブ１１５の内歯１１５ａとシンクロナイザーリング１１８の外歯１１８ａとの噛み合い時（変速時）に、スリーブ１１５のスライドを阻止するための時間を要する。さらに、内歯１１５ａの強度が低下する。また、左サブ歯面１２１ａの形状と右サブ歯面１２２ａの形状が非対称であると、シンクロ時間が異なるため、噛み合いのポジションが不安定となる。さらに、車両の加速時と減速時で噛み合いのポジションがずれるため、安定した加減速が困難となる。

そこで、図１０Ａに示すように、第一加工用工具４２Ｆの工具刃４２ａｆがスリーブ１１５の左テーパ歯面１２１を加工するときは、第一加工用工具４２Ｆを反時計回りの回転方向Ｒｆに回転させるとともに、スリーブ１１５も反時計回りの回転方向Ｒｓに回転させる。

一方、図１０Ｂに示すように、第二加工用工具４２Ｇの工具刃４２ａｇがスリーブ１１５の右テーパ歯面１２２を加工するときは、第二加工用工具４２Ｇを時計回りの回転方向Ｒｇ（第一加工用工具４２Ｆの回転方向とは逆回転方向）に回転させるとともに、スリーブ１１５の時計回り回転方向Ｒｓ（図１０Ａのスリーブ１１５の回転方向とは逆回転方向）に回転させる。これにより、図１１に示すように、右サブ歯面１２２ａの逃がし長ｅｇを左サブ歯面１２１ａの逃がし長ｅｆと同様に短くして左サブ歯面１２１ａの形状と右サブ歯面１２２ａの形状を対称にできる。

左テーパ歯面１２１の形状と右テーパ歯面１２２の形状が非対称形状になるときは、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、第一加工用工具４２Ｆ、第二加工用工具４２Ｇ及びスリーブ１１５の加工時の回転方向Ｒｆ，Ｒｇ，Ｒｓを全て反時計回りで回転させて加工を行う場合、第一加工用工具４２Ｆの交差角φｆ及び第二加工用工具４２Ｇの交差角φｇは、ともに正の角度に設定している。

しかし、左サブ歯面１２１ａの形状と右サブ歯面１２２ａの形状を対称にするときは、図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、第一加工用工具４２Ｆ及びスリーブ１１５の加工時の回転方向Ｒｆ，Ｒｓを反時計回り、第二加工用工具４２Ｇ及びスリーブ１１５の加工時の回転方向Ｒｇ，Ｒｓを時計回りで回転させて加工を行う場合、第一加工用工具４２Ｆの交差角φｆ（図６Ｂ参照）は正の角度に設定し、第二加工用工具４２Ｇの交差角φｇは負の角度に設定する必要がある。すなわち、交差方向を逆方向に設定する必要がある。そして、第一加工用工具４２Ｆの交差角φｆの絶対値と第二加工用工具４２Ｇの交差角φｇの絶対値は同一値に設定する必要がある。なお、第一加工用工具４２Ｆは、既に説明したものと同一である。

そして、上述の式（１）−式（１０）を用いて、既知の右テーパ歯面１２２のねじれ角θｇ及び設定した第二加工用工具４２Ｇの交差角φｇから工具刃４２ａｇのねじれ角βｇを求め、工具刃４２ａｇの刃先幅Ｓａｇ及び工具刃４２ａｇの基準円Ｃｂ上の刃厚Ｔａｇを求める。以上の処理を繰り返すことで、右テーパ歯面１２２を切削加工するための最適の工具刃４２ａｇを有する第二加工用工具４２Ｇを設計する。

以上により、図１３Ａに示すように、第一加工用工具４２Ｆは、工具端面４２Ａを図示下方に向けて工具軸線Ｌに直角な方向から見たとき、工具刃４２ａｆの刃すじ４２ｂｆは、左下方から右上方に傾斜するねじれ角βｆを有するように設計される。また、図１３Ｂに示すように、第二加工用工具４２Ｇは、工具端面４２Ａを図示下方に向けて工具軸線Ｌに直角な方向から見たとき、工具刃４２ａｇの刃すじ４２ｂｇは、右下方から左上方に傾斜するねじれ角βｇを有するように設計される。以上の第一加工用工具４２Ｆ及び第二加工用工具４２Ｇの設計は、制御装置１００の工具設計部１０２において行われるものであり、その処理の詳細は後述する。

（３．歯車加工装置における加工用工具の工具状態）
次に、設計した第一加工用工具４２Ｆを歯車加工装置１に適用し、第一加工用工具４２Ｆの工具状態として第一加工用工具４２Ｆの工具軸線Ｌの方向の工具位置（以下、第一加工用工具４２Ｆの軸線方向位置という）や第一加工用工具４２Ｆの交差角φｆを変化させて、左テーパ歯面１２１を切削加工したときの加工精度について検討する。なお、第二加工用工具４２Ｇで右テーパ歯面１２２を切削加工したときの加工精度も同様であるので、詳細な説明は省略する。

例えば、図１４Ａに示すように、第一加工用工具４２Ｆの軸線方向位置、すなわち第一加工用工具４２Ｆの工具端面４２Ａと工具軸線Ｌとの交点Ｐが、スリーブ１１５の回転軸線Ｌｗ上に位置する場合（オフセット量０）、第一加工用工具４２Ｆの工具軸線Ｌ方向に距離＋ｋだけオフセットした場合（オフセット量＋ｋ）、及び第一加工用工具４２Ｆの工具軸線Ｌ方向に距離−ｋだけオフセットした場合（オフセット量−ｋ）で左テーパ歯面１２１を加工した。なお、第一加工用工具４２Ｆの交差角φｆは全て一定とした。

その結果、左テーパ歯面１２１の加工状態は、図１４Ｂ、図１４Ｃ、図１４Ｄに示すようになった。なお、図中、太い実線Ｅは、設計上の左テーパ歯面１２１のインボリュート曲線を直線に変換して表したもので、ドット部分Ｄは、切削除去部分を表す。

図１４Ｂに示すように、オフセット量０では、加工された左テーパ歯面１２１は、設計上のインボリュート曲線に近い形状で加工される。一方、図１４Ｃに示すように、オフセット量＋ｋでは、加工された左テーパ歯面１２１は、設計上のインボリュート曲線に対し、図示右方向（点線矢印方向）、すなわち時計回りのピッチ円方向にずれた形状で加工され、図１４Ｄに示すように、オフセット量−ｋでは、加工された左テーパ歯面１２１は、設計上のインボリュート曲線に対し、図示左方向（点線矢印方向）、すなわち反時計回りのピッチ円方向にずれた形状で加工される。よって、左テーパ歯面１２１の形状は、加工用工具４２の工具軸線Ｌ方向位置を変更することにより、ピッチ円方向にずらすことができる。

また、例えば、図１５Ａに示すように、第一加工用工具４２Ｆの交差角が、角度φｆ、φｂ、φｃの各場合で左テーパ歯面１２１を加工した。なお、各角度の大小関係は、φｆ＞φｂ＞φｃである。その結果、左テーパ歯面１２１の加工状態は、図１５Ｂ、図１５Ｃ、図１５Ｄに示すようになった。

図１５Ｂに示すように、交差角φｆでは、加工された左テーパ歯面１２１は、設計上のインボリュート曲線に近い形状で加工される。一方、図１５Ｃに示すように、交差角φｂでは、加工された左テーパ歯面１２１は、設計上のインボリュート曲線に対し、歯先の幅がピッチ円方向（実線矢印方向）に狭まり、歯元の幅がピッチ円方向（実線矢印方向）に拡がった形状で加工され、図１５Ｄに示すように、交差角φｃでは、加工された左テーパ歯面１２１は、設計上のインボリュート曲線に対し、歯先の幅がピッチ円方向（実線矢印方向）にさらに狭まり、歯元の幅がピッチ円方向（実線矢印方向）にさらに拡がった形状で加工される。よって、左テーパ歯面１２１の形状は、第一加工用工具４２Ｆの交差角を変更することにより、歯先のピッチ円方向の幅及び歯元のピッチ円方向の幅を変更できる。

また、例えば、図１６Ａに示すように、第一加工用工具４２Ｆの軸線方向位置、すなわち第一加工用工具４２Ｆの工具端面４２Ａと工具軸線Ｌとの交点Ｐが、スリーブ１１５の回転軸線Ｌｗ上に位置し（オフセット量０）、且つ第一加工用工具４２Ｆの交差角が、φｆの場合、及び第一加工用工具４２Ｆの工具軸線Ｌ方向に距離＋ｋだけオフセットし（オフセット量＋ｋ）、且つ交差角φｂの場合で左テーパ歯面１２１を加工した。その結果、左テーパ歯面１２１の加工状態は、図１６Ｂ、図１６Ｃに示すようになった。

図１６Ｂに示すように、オフセット量０且つ交差角φｆでは、加工された左テーパ歯面１２１は、設計上のインボリュート曲線に近い形状で加工される。一方、図１６Ｃに示すように、オフセット量＋ｋ且つ交差角φｂでは、加工された左テーパ歯面１２１は、設計上のインボリュート曲線に対し、図示右方向（点線矢印方向）、すなわち時計回りのピッチ円方向にずれ、且つ歯先の幅がピッチ円方向（実線矢印方向）に狭まり、歯元の幅がピッチ円方向（実線矢印方向）に拡がった形状で加工される。よって、左テーパ歯面１２１の形状は、加工用工具４２の軸線方向位置、及び第一加工用工具４２Ｆの交差角を変更することにより、ピッチ円方向にずらし、歯先の周方向の幅及び歯元のピッチ円方向の幅を変更できる。

以上により、第一加工用工具４２Ｆは、歯車加工装置１においてオフセット量０且つ交差角φｆでセットされることで、左テーパ歯面１２１を高精度に切削加工できる。第一加工用工具４２Ｆ及び第二加工用工具４２Ｇの工具状態の設定は、制御装置１００の工具状態演算部１０３において行われるものであり、その処理の詳細は後述する。

（４．制御装置の工具設計部による処理）
次に、制御装置１００の工具設計部１０２による第一加工用工具４２Ｆの設計処理について、図２、図６Ａ及び図６Ｂを参照して説明する。なお、ギヤ抜け防止部１２０に関するデータ、すなわち左テーパ歯面１２１のねじれ角θｆ及び歯すじ長ｆｆ、左サブ歯面１２１ａの歯すじ長ｇｆ及び歯面間隔Ｈｆは、記憶部１０４に予め記憶されているものとする。さらに、第一加工用工具４２Ｆに関するデータ、すなわち刃数Ｚ、刃先円直径ｄａ、基準円直径ｄ、刃末のたけｈａ、モジュールｍ、転位係数λ、圧力角α、正面圧力角αｔ及び刃先圧力角αａは、記憶部１０４に予め記憶されているものとする。

制御装置１００の工具設計部１０２は、記憶部１０４から左テーパ歯面１２１の負のねじれ角θｆを読み込む（図２のステップＳ１）。そして、工具設計部１０２は、読み込んだ左テーパ歯面１２１の負のねじれ角θｆと、作業者により入力される第一加工用工具４２Ｆの正の交差角φｆとの和を、第一加工用工具４２Ｆの工具刃４２ａｆの刃すじ４２ｂｆのねじれ角βｆ（本例では、負となる）として求める（図２のステップＳ２）。

工具設計部１０２は、記憶部１０４から第一加工用工具４２Ｆの刃数Ｚ等を読み込み、読み込んだ第一加工用工具４２Ｆの刃数Ｚ等及び求めた工具刃４２ａｆの刃すじ４２ｂｆのねじれ角βｆに基づいて、工具刃４２ａｆの刃先幅Ｓａｆ及び刃厚Ｔａｆを求める。工具刃４２ａｆの刃先幅Ｓａｆは、刃厚Ｔａｆに基づいたインボリュート曲線により求められる。歯部の良好な噛み合いを保てるなら、非インボリュートや直線状の歯面として刃先幅Ｓａｆを求める（図２のステップＳ３）。

工具設計部１０２は、記憶部１０４から歯面間隔Ｈｆを読み出し、求めた工具刃４２ａｆの刃厚Ｔａｆが歯面間隔Ｈｆより小さいか否かを判断する（図２のステップＳ４）。工具設計部１０２は、求めた工具刃４２ａｆの刃厚Ｔａｆが歯面間隔Ｈｆ以上のときは、ステップＳ２に戻って上述の処理を繰り返す。

一方、工具設計部１０２は、求めた工具刃４２ａｆの刃厚Ｔａｆが歯面間隔Ｈｆより小さくなったら、求めた工具刃４２ａｆの刃すじ４２ｂｆのねじれ角βｆ等に基づいて、加工用工具４２の形状を決定し（図２のステップＳ５）、決定した第一加工用工具４２Ｆの形状データを記憶部１０４に記憶し（図２のステップＳ６）、全ての処理を終了する。以上により、最良の工具刃４２ａｆを有する第一加工用工具４２Ｆが設計される。

第二加工用工具４２Ｇも上述の処理を行うことにより、最良の工具刃４２ａｇを有する第二加工用工具４２Ｇが設計される。図１３Ａに示すように、第一加工用工具４２Ｆは、正のねじれ角βｆを有し、図１３Ｂに示すように、第二加工用工具４２Ｇは、負のねじれ角βｇを有する。

（５．制御装置の工具状態演算部による処理）
次に、制御装置１００の工具状態演算部１０３による処理について、図３を参照して説明する。この処理は、公知の歯車の創成理論に基づいて、第一加工用工具４２Ｆの工具刃４２ａｆの軌跡を演算するシミュレーション処理であるため、実加工は不要であり、低コスト化を図ることができる。

制御装置１００の工具状態演算部１０３は、記憶部１０４から左テーパ歯面１２１の切削加工を行うときの第一加工用工具４２Ｆの軸線方向位置等の工具状態を読み込み（図３のステップＳ１１）、シミュレーション回数ｎとして１回目であることを記憶部１０４に記憶し（図３のステップＳ１２）、第一加工用工具４２Ｆを読み込んだ工具状態に設定する（図３のステップＳ１３）。

そして、工具状態演算部１０３は、記憶部１０４から読み込んだ第一加工用工具４２Ｆの形状データに基づいて、左テーパ歯面１２１を加工するときの工具軌跡を求め（図３のステップＳ１４）、加工後の左テーパ歯面１２１の形状を求める（図３のステップＳ１５）。そして、工具状態演算部１０３は、求めた加工後の左テーパ歯面１２１の形状と、設計上の左テーパ歯面１２１の形状とを比較し、形状誤差を求めて記憶部１０４に記憶し（図３のステップＳ１６）、シミュレーション回数ｎに１を加算する（図３のステップＳ１７）。

そして、工具状態演算部１０３は、シミュレーション回数ｎが予め設定した回数ｎｎに達したか否かを判断し（図３のステップＳ１８）、シミュレーション回数ｎが設定回数ｎｎに達していないときは、第一加工用工具４２Ｆの工具状態のうち例えば第一加工用工具４２Ｆの軸線方向位置を変更し（図３のステップＳ１９）、ステップＳ１４に戻って上述の処理を繰り返す。一方、シミュレーション回数ｎが設定回数ｎｎに達したときは、工具状態演算部１０３は、記憶した形状誤差のうち最小の誤差となる第一加工用工具４２Ｆの軸線方向位置を選択して記憶部１０４に記憶し（図３のステップＳ２０）、全ての処理を終了する。

なお、上述の処理では、複数回のシミュレーションを行って最小の誤差となる第一加工用工具４２Ｆの軸線方向位置を選択するようにしたが、予め許容形状誤差を設定しておき、ステップＳ１６において算出した形状誤差が許容形状誤差以下となったときの第一加工用工具４２Ｆの軸線方向位置を選択してもよい。また、ステップＳ１９においては、第一加工用工具４２Ｆの軸線方向位置を変更する代わりに、第一加工用工具４２Ｆの交差角φｆを変更し、もしくは第一加工用工具４２Ｆの軸線回り方向位置を変更し、又は、交差角、軸線方向位置、軸線回り方向位置の任意の組み合わせを変更するようにしてもよい。

（６．制御装置の加工制御部による処理）
次に、制御装置１００の加工制御部１０１による処理（歯車加工方法）について、図４を参照して説明する。ここで、作業者は、工具設計部１０２で設計した第一加工用工具４２Ｆ及び第二加工用工具４２Ｇの各形状データに基づいて、第一加工用工具４２Ｆ及び第二加工用工具４２Ｇを製作し、歯車加工装置１の自動工具交換装置に配置しているものとする。また、スリーブ１１５は、歯車加工装置１の加工物保持具８０に装着され、ブローチ加工もしくはギヤシェーパ加工などにより内歯１１５ａが形成されているものとする。

制御装置１００の加工制御部１０１は、自動工具交換装置で前の加工工程（ブローチ加工もしくはギヤシェーパ加工など）の加工用工具を第一加工用工具４２Ｆに交換する（図４のステップＳ２１）。そして、加工制御部１０１は、工具状態演算部１０３で求めた第一加工用工具４２Ｆの工具状態、すなわちスリーブ１１５の回転軸線Ｌｗと第一加工用工具４２Ｆの回転軸線Ｌとの交差角（本発明の「第一交差角」に相当）がφｆとなるように第一加工用工具４２Ｆ及びスリーブ１１５を配置する（図４のステップＳ２２、本発明の「第一交差角設定工程」に相当）。

そして、加工制御部１０１は、第一加工用工具４２Ｆとスリーブ１１５とを反時計回りに同期回転させながら第一加工用工具４２Ｆをスリーブ１１５の回転軸線Ｌｗ方向に送り操作（移動操作）して内歯１１５ａを切削加工し、内歯１１５ａに左サブ歯面１２１ａを含む左テーパ歯面１２１を形成する（図４のステップＳ２３、本発明の「第一回転方向設定工程」に相当）。

すなわち、図１７Ａ−図１７Ｃに示すように、第一加工用工具４２Ｆは、スリーブ１１５の回転軸線Ｌｗ方向への１回もしくは複数回の切削動作で、内歯１１５ａに左サブ歯面１２１ａを含む左テーパ歯面１２１を形成する。このときの第一加工用工具４２Ｆは、送り動作及び送り動作と反対方向の戻し動作を行う必要があるが、図１７Ｃに示すように、この反転動作は慣性力が働く。このため、第一加工用工具４２Ｆの送り動作は、左サブ歯面１２１ａを含む左テーパ歯面１２１を形成できる左テーパ歯面１２１の歯すじ長ｆｆより所定長短い切削終了位置Ｑｆにおいて終了し、戻し動作に移行する。

この切削終了位置Ｑｆは、センサなどによって計測して求めることができるが、必要な加工精度に対して、送り量の精度が十分な場合には、計測しなくても送り量で調整することができる。つまり、切削終了位置Ｑｆまで加工できるように送り量などを調整して、切削加工をすることで、精度良く加工できる。

そして、加工制御部１０１は、左テーパ歯面１２１の切削加工が完了したら（図４のステップＳ２４）、自動工具交換装置で第一加工用工具４２Ｆを第二加工用工具４２Ｇに交換する（図４のステップＳ２５）。そして、加工制御部１０１は、工具状態演算部１０３で求めた第二加工用工具４２Ｇの工具状態、すなわちスリーブ１１５の回転軸線Ｌｗと第二加工用工具４２Ｇの回転軸線Ｌとの交差角（本発明の「第二交差角」に相当）がφｇ（φｇの絶対値とφｆの絶対値が同値）となるように第二加工用工具４２Ｇ及びスリーブ１１５を配置する（図４のステップＳ２６、本発明の「第二交差角設定工程」に相当）。

そして、加工制御部１０１は、第二加工用工具４２Ｇとスリーブ１１５とを時計回りに同期回転させながら第二加工用工具４２Ｇをスリーブ１１５の回転軸線Ｌｗ方向に送り操作（移動操作）して内歯１１５ａを切削加工し、内歯１１５ａに右サブ歯面１２２ａを含む右テーパ歯面１２２を切削形成する（図４のステップＳ２７、本発明の「第二回転方向設定工程」に相当）。そして、加工制御部１０１は、右テーパ歯面１２２の切削加工が完了したら（図４のステップＳ２８）、全ての処理を終了する。

（７．加工用工具の別形態）
上述の例では、スリーブ１１５のギヤ抜け防止部１２０を構成する左テーパ歯面１２１及び右テーパ歯面１２２を、２つの加工用工具４２（第一加工用工具４２Ｆ及び第二加工用工具４２Ｇ）を用いて切削加工する場合を説明したが、本例では、１つの加工用工具４２を用いてそれぞれ切削加工して形成する場合を説明する。

１つの加工用工具４２でねじれ角が異なる左テーパ歯面１２１及び右テーパ歯面１２２を切削加工する場合、工具刃４２ａの左刃面と右刃面のねじれ角が異なる加工用工具４２を用いる方法と、工具刃４２ａの左刃面と右刃面のねじれ角が同一の加工用工具４２を用いる方法が考えられる。本例では、工具刃４２ａの左刃面と右刃面のねじれ角が同一の加工用工具４２を用いて切削加工する場合を説明する。なお、加工用工具４２の諸元等は、第一、第二加工用工具４２Ｆ，４２Ｇの添え字ｆ，ｇを取ることで対応可能である。

この加工用工具４２でも第一加工用工具４２Ｆ及び第二加工用工具４２Ｇと同様に、加工用工具４２の工具刃４２ａは、内歯１１５ａを切削加工中に隣り合う内歯１１５ａに干渉せずに、左サブ歯面１２１ａを含む左テーパ歯面１２１及び右サブ歯面１２２ａを含む右テーパ歯面１２２を確実に切削加工できる形状にすることが必要となる。よって、加工用工具４２の設計は、制御装置１００の工具設計部１０２において行われる。

なお、加工用工具４２の場合、内歯１１５ａを切削加工中に隣り合う内歯１１５ａに干渉しないように、工具刃４２ａの側逃げ角εは、交差角φよりも大きくする必要がある。この点では、第一、第二加工用工具４２Ｆ，４２Ｇの方が、刃厚Ｔａｆ，Ｔａｇを厚くでき、耐久性を担保できる。

そして、加工用工具４２は、左サブ歯面１２１ａを含む左テーパ歯面１２１及び右サブ歯面１２２ａを含む右テーパ歯面１２２を高精度に切削加工できることが必要となる。よって、加工用工具４２の工具状態の設定は、制御装置１００の工具状態演算部１０３において行われる。そして、加工用工具４２による切削加工は、加工制御部１０１において行われる。以下では、工具状態演算部１０３の処理は上述の例と同様であり、また、加工制御部１０１の処理は工具交換を行わない点を除いて上述の例と同様であるため詳細な説明は省略し、工具設計部１０２の処理について説明する。

（８．制御装置の工具設計部による処理）
次に、制御装置１００の工具設計部１０２による加工用工具４２の設計処理について、図１８を参照して説明する。なお、ギヤ抜け防止部１２０に関するデータ、すなわち左テーパ歯面１２１のねじれ角θｆ及び歯すじ長ｆｆ、左サブ歯面１２１ａの歯すじ長ｇｆ及び歯面間隔Ｈｆと、右テーパ歯面１２２のねじれ角θｒ及び歯すじ長ｆｒ、右サブ歯面１２２ａの歯すじ長ｇｒ及び歯面間隔Ｈｒは、記憶部１０４に予め記憶されているものとする。さらに、加工用工具４２に関するデータ、すなわち刃数Ｚ、刃先円直径ｄａ、基準円直径ｄ、刃末のたけｈａ、モジュールｍ、転位係数λ、圧力角α、正面圧力角αｔ及び刃先圧力角αａは記憶部１０４に予め記憶されているものとする。

制御装置１００の工具設計部１０２は、記憶部１０４から左テーパ歯面１２１の負のねじれ角θｆを読み込む（図１８のステップＳ３１）。そして、工具設計部１０２は、作業者により入力される左テーパ歯面１２１を切削加工するときの加工用工具４２の正の交差角φと、読み込んだ左テーパ歯面１２１の負のねじれ角θｆとの和を、加工用工具４２の工具刃４２ａの刃すじ４２ｂのねじれ角β（本例では、零となる）として求める（図１８のステップＳ３２）。

工具設計部１０２は、記憶部１０４から加工用工具４２の刃数Ｚ等を読み込み、読み込んだ加工用工具４２の刃数Ｚ等及び求めた工具刃４２ａの刃すじ４２ｂのねじれ角βに基づいて、工具刃４２ａの刃先幅Ｓａ及び刃厚Ｔａを求める。工具刃４２ａの刃先幅Ｓａは、刃厚Ｔａに基づいたインボリュート曲線により求められる。歯部の良好な噛み合いを保てるなら、非インボリュートや直線状の歯面として刃先幅Ｓａを求める（図１８のステップＳ３３）。

工具設計部１０２は、記憶部１０４から歯面間隔Ｈｆを読み出し、求めた工具刃４２ａの刃厚Ｔａが左テーパ歯面１２１側の歯面間隔Ｈｆより小さいか否かを判断する（図１８のステップＳ３４）。工具設計部１０２は、求めた工具刃４２ａの刃厚Ｔａが左テーパ歯面１２１側の歯面間隔Ｈｆ以上のときは、ステップＳ３２に戻って上述の処理を繰り返す。

一方、工具設計部１０２は、求めた工具刃４２ａの刃厚Ｔａが左テーパ歯面１２１側の歯面間隔Ｈｆより小さくなったら、記憶部１０４から右テーパ歯面１２２の正のねじれ角θｒを読み込む（図１８のステップＳ３５）。そして、工具設計部１０２は、ステップＳ３２で求めた加工用工具４２の工具刃４２ａの刃すじ４２ｂのねじれ角β（本例では、零となる）と、読み込んだ右テーパ歯面１２２の正のねじれ角θｒとの差を、右テーパ歯面１２２を切削加工するときの加工用工具４２の交差角φとして求める（図１８のステップＳ３６）。

工具設計部１０２は、記憶部１０４から歯面間隔Ｈｒを読み出し、刃厚Ｔａが右テーパ歯面１２２側の歯面間隔Ｈｒより小さいか否かを判断する（図１３のステップＳ３７）。工具設計部１０２は、刃厚Ｔａが右テーパ歯面１２２側の歯面間隔Ｈｒ以上のときは、ステップＳ３２に戻って上述の処理を繰り返す。

一方、刃厚Ｔａが右テーパ歯面１２２側の歯面間隔Ｈｒより小さくなったら、求めた工具刃４２ａの刃すじ４２ｂのねじれ角β（本例では、零となる）等に基づいて、加工用工具４２の形状を決定し（図１３のステップＳ３８）、決定した加工用工具４２の形状データを記憶部１０４に記憶し（図１３のステップＳ３９）、全ての処理を終了する。

以上により、図５Ａ−図５Ｃに対応させて示す図１９Ａ−図１９Ｃのように、最良の工具刃４２ａを有する加工用工具４２が設計される。この加工用工具４２は、第一加工用工具４２Ｆと比較して、工具刃４２ａの両側の刃すじ４２ｂの中央を通る直線Ｌｂを径方向に見たとき、工具軸線Ｌに対し平行、すなわちねじれ角βｆが零である点で異なる。

この加工用工具４２で左テーパ歯面１２１及び右テーパ歯面１２２を加工する場合、左テーパ歯面１２１の加工時の交差角φｆと右テーパ歯面１２２の加工時の交差角φｇは、正負が異なり絶対値が同一の値、つまりφｇ＝−φｆに設定する。さらに、例えば、図２０に示すように、左テーパ歯面１２１の加工時の加工用工具４２の加工位置と右テーパ歯面１２２の加工時の加工用工具４２の加工位置は、同一位置（図２０では、スリーブ１１５の上方位置）に設定する。

なお、図２０では、左テーパ歯面１２１の加工時の加工用工具４２の回転方向Ｒとスリーブ１１５の回転方向Ｒｓを同一の時計回りに設定し、右テーパ歯面１２２の加工時の加工用工具４２の回転方向Ｒとスリーブ１１５の回転方向Ｒｓを同一の反時計回りに設定している。これにより、第一、第二加工用工具４２Ｆ，４２Ｇと同様の加工（図１０Ａ，１０Ｂ参照）ができる。

また、この加工用工具４２で左テーパ歯面１２１及び右テーパ歯面１２２を加工する場合、左テーパ歯面１２１の加工時の交差角φｆと右テーパ歯面１２２の加工時の交差角φｇを、同一の値、つまりφｇ＝φｆに設定してもよい。この場合、図２０に対応させて示す図２１に示すように、左テーパ歯面１２１の加工時の加工用工具４２の加工位置は図２０に示す加工位置と同一位置（スリーブ１１５の上方位置）に設定するが、右テーパ歯面１２２の加工時の加工用工具４２の加工位置は、図２０に示す加工位置からスリーブ１１５の回転軸線Ｌｗに対し１８０度隔てた位置（スリーブ１１５の下方位置）に設定する。

なお、この場合も、左テーパ歯面１２１の加工時の加工用工具４２の回転方向Ｒとスリーブ１１５の回転方向Ｒｓは、図２０に示す回転方向と同様に同一の時計回りに設定し、右テーパ歯面１２２の加工時の加工用工具４２の回転方向Ｒとスリーブ１１５の回転方向Ｒｓは、図２０に示す回転方向と同様に同一の反時計回りに設定する。

歯車加工装置１においては、加工用工具４２とスリーブ１１５の交差角をφｆに設定し、加工用工具４２をスリーブ１１５の上記上方位置に設定し、加工用工具４２とスリーブ１１５を同一の時計回りに同期回転させ、左テーパ歯面１２１を加工する。そして、加工用工具４２とスリーブ１１５の交差角はφｆのままで、加工用工具４２とスリーブ１１５を相対移動させて加工用工具４２の加工位置をスリーブ１１５の回転軸線Ｌｗに対し１８０度隔てたスリーブ１１５の上記下方位置に設定する。そして、加工用工具４２とスリーブ１１５を同一の反時計回りに同期回転させ、右テーパ歯面１２２を加工する。これにより、第一、第二加工用工具４２Ｆ，４２Ｇと同様の加工（図１０Ａ，１０Ｂ参照）ができる。

（９．その他）
上述の例では、第一加工用工具４２Ｆを反時計回りの回転方向Ｒｆに回転させるとともに、スリーブ１１５も反時計回りの回転方向Ｒｓに回転させ、第二加工用工具４２Ｇを時計回りの回転方向Ｒｇに回転させるとともに、スリーブ１１５の時計回り回転方向Ｒｓに回転させている。しかし、第一加工用工具４２Ｆを時計回りの回転方向Ｒｆに回転させるとともに、スリーブ１１５も時計回りの回転方向Ｒｓに回転させ、第二加工用工具４２Ｇを反時計回りの回転方向Ｒｇに回転させるとともに、スリーブ１１５の反時計回り回転方向Ｒｓに回転させるようにしてもよい。この場合は、左サブ歯面１２１ａの逃がし長ｅｆは、右サブ歯面１２２ａの逃がし長ｅｇと同様に長くなるが、左サブ歯面１２１ａの形状と右サブ歯面１２２ａの形状を対称にできる。

また、スリーブ１１５の内歯１１５ａをブローチ加工やギヤシェーパ加工等により形成する場合を説明したが、加工用工具４２Ｆ，４２Ｇ，４２による切削加工でスリーブ１１５の内歯１１５ａ及びギヤ抜け防止部１２０を全て形成するようにしてもよい。また、内歯に対し加工する場合を説明したが、外歯に対しても同様に加工可能である。

また、加工物としてシンクロメッシュ機構１１０のスリーブ１１５としたが、歯車のように噛み合う歯部を有するものや円筒形状、円盤形状の加工物でもよく、内周（内歯）、外周（外歯）のいずれか一方又は両方に複数の歯面（異なる複数の歯すじ、歯形（歯先、歯元））を同様に加工可能である。また、クラウニング、レリービングなどの連続変化する歯すじ、歯形（歯先、歯元）も同様に加工可能であり、噛み合いを最適化（良好な状態）できる。

また、特に、加工用工具４２Ｆ，４２Ｇ，４２の回転軸線Ｌとスリーブ１１５（加工物）の回転軸線Ｌｗとが垂直でなく、加工用工具４２Ｆ，４２Ｇ，４２とスリーブ１１５（加工物）との回転を同期回転させながら、高速に回転して加工する方法（ギヤスカイビング加工）は、高効率に加工可能となるが、スリーブ１１５（加工物）のように左右の歯すじの方向が異なり、不連続なものでは、加工用工具４２Ｆ，４２Ｇ，４２の工具刃４２ａｆ，４２ａｇ，４２ａがスリーブ１１５（加工物）と接触してから離れるまでの加工（切削）状態が異なるので（工具回転角度に対して、除去状態（切屑厚さ）、すくい角、切削力などが異なる）、加工後のスリーブ１１５（加工物）の歯の左右の歯形が異なることがある。しかし、上記の歯車加工装置１（歯車加工方法）によって、スリーブ１１５（加工物）の左右の歯面に対して、左右の歯形を均一にすることができる。

また、上述の例では、５軸マシニングセンタである歯車加工装置１は、スリーブ１１５をＡ軸旋回可能とするものとした。これに対して、５軸マシニングセンタは、縦形マシニングセンタとして、加工用工具４２Ｆ，４２Ｒ，４２をＡ軸旋回可能とする構成としてもよい。また、本発明をマシニングセンタに適用する場合を説明したが、歯車加工の専用機に対しても同様に適用可能である。

１：歯車加工装置、 ４２Ｆ，４２Ｇ，４２：加工用工具、 ４２ａｆ，４２ａｇ，４２ａ：工具刃、 ４２ｂｆ，４２ｂｇ，４２ｂ：刃すじ、 １００：制御装置、 １０１：加工制御部、 １０２：工具設計部、 １０３：工具状態演算部、 １０４：記憶部、 １１５：スリーブ（加工物）、 １２１：左テーパ歯面、 １２２：右テーパ歯面、 １２１ａ：左サブ歯面、 １２２ａ：右サブ歯面、 βｆ，βｇ，β：刃すじのねじれ角、 θｆ，θｒ：歯面のねじれ角、 φｆ，φｇ，φ：交差角

Claims (8)

1. 外周に複数の工具刃を有する加工用工具を加工物と同期回転させながら前記加工物の回転軸線方向に相対的に移動操作して歯車の加工を制御する制御装置を備える歯車加工装置であって、
   前記歯車の歯の一方側の側面は、第一歯面及び前記第一歯面とねじれ角が異なる第二歯面を有し、
   前記歯車の歯の他方側の側面は、第三歯面及び前記第三歯面とねじれ角が異なる第四歯面を有し、
   前記制御装置は、
   前記第二歯面を加工するときの前記加工物の回転軸線と前記加工用工具の回転軸線との第一交差角を設定し、
   前記第二歯面を加工するときの前記加工物の回転方向及び前記加工用工具の回転方向を同一回転方向に設定し、
   前記第四歯面を加工するときの前記加工物の回転方向及び前記加工用工具の回転方向を同一回転方向であって前記第二歯面の加工時の回転方向とは逆回転方向に設定する、歯車加工装置。
2. 前記制御装置は、
   前記第四歯面を加工するときの前記加工物の回転軸線と前記加工用工具の回転軸線との第二交差角を、前記第一交差角と同一値であって交差方向が逆方向となるように設定する制御を行う、請求項１に記載の歯車加工装置。
3. 前記制御装置は、
   前記加工用工具の回転方向側を向いている前記工具刃の側面と対向する前記第二歯面又は前記第四歯面を前記加工用工具で加工する制御を行う、請求項１又は２に記載の歯車加工装置。
4. 前記制御装置は、
   前記加工用工具の回転方向とは逆方向側を向いている前記工具刃の側面と対向する前記第二歯面又は前記第四歯面を前記加工用工具で加工する制御を行う、請求項１又は２に記載の歯車加工装置。
5. 前記加工用工具として、第一加工用工具及び第二加工用工具を備え、
   前記第一加工用工具は、予め加工された前記第一歯面に対し前記第二歯面を加工可能なように、前記第二歯面のねじれ角及び前記加工物の回転軸線と前記第一加工用工具の回転軸線との交差角に基づいて設定されたねじれ角を有し、
   前記第二加工用工具は、予め加工された前記第三歯面に対し前記第四歯面を加工可能なように、前記第四歯面のねじれ角及び前記加工物の回転軸線と前記第二加工用工具の回転軸線との交差角に基づいて設定され且つ前記第一加工用工具のねじれ角と同一値であってねじれ方向が逆方向のねじれ角を有する、請求項１−４の何れか一項に記載の歯車加工装置。
6. 前記加工用工具は、前記工具刃のねじれ角が零である、請求項１−４の何れか一項に記載の歯車加工装置。
7. 前記歯車は、シンクロメッシュ機構のスリーブであり、
   前記第二歯面及び前記第四歯面は、前記スリーブの内周歯に設けられるギヤ抜け防止部の歯面である、請求項１−６の何れか一項に記載の歯車加工装置。
8. 外周に複数の工具刃を有する加工用工具を加工物と同期回転させながら前記加工物の回転軸線方向に相対的に移動操作して歯車を加工する歯車加工方法であって、
   前記歯車の歯の一方側の側面は、第一歯面及び前記第一歯面とねじれ角が異なる第二歯面を有し、
   前記歯車の歯の他方側の側面は、第三歯面及び前記第三歯面とねじれ角が異なる第四歯面を有し、
   前記歯車加工方法は、
   前記第二歯面を加工するときの前記加工物の回転軸線と前記加工用工具の回転軸線との第一交差角を設定する第一交差角設定工程と、
   前記第二歯面を加工するときの前記加工物の回転方向及び前記加工用工具の回転方向を同一回転方向に設定する第一回転方向設定工程と、
   前記第四歯面を加工するときの前記加工物の回転方向及び前記加工用工具の回転方向を同一回転方向であって前記第二歯面の加工時の回転方向とは逆回転方向に設定する第二回転方向設定工程と、を備える歯車加工方法。

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