JP4499224B2 - 機械加工方法および機械加工装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ギアボックスにおける歯型ギア用の機械加工方法および機械加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モーター自動車において、ギアボックスの重量を軽減したり、ギアボックスからの騒音を小さくすることが望まれている一方、ギアボックスを注意深く、精密に作ることが望まれている。そのため、ギアボックスにおけるギアが歯型を有することになるが、今まで、しばしば焼き入れ前の状態で切削され、次いで、焼き入れされて、その後、精密機械研磨することにより作成されていた。
今日の、マニュアルシフト型の伝動装置の従来設計においては、伝動ギア部品である全歯型ギアの７０％以上は、ディスク型であり、幅よりも直径が大きく、通常、シリンダー状の貫通孔を有している。
そして、このような典型的なモーター自動車における伝動ギア部品の製造においては、次のような工程が採られていた。
−不要部の研磨による貫通孔の形成工程
−処理前の貫通孔に取り付けられた状態において、焼き入れ前におけるギア（歯型）の概略形成工程
−焼き入れ工程
−概略形成されたギアをクランプした状態での貫通孔の研磨工程
−貫通孔を有するギアをクランプした状態でのギアの研磨工程
【０００３】
このような焼き入れ工程および精密研磨工程は、いずれも比較的困難、煩雑な作業が多く、したがって、高価な工程とならざる得ないものである。また、今日、未だ多くの歯切り加工において、焼き入れ工程および精密研磨工程を行う替わりに、焼き入れ前に切削して最終製品としているのは、このような理由のためである。
したがって、あらゆる対抗策を用いて、焼き入れ工程中に生じる歪みを最小限にしようとしているにもかかわらず、このような歪みを許容せざる得ない状況である。
しかしながら、上述したように、多くの現代の伝動装置において、切削されて形成されたギア部品は、いずれの要求特性を満足するものでなかった。
【０００４】
ところで、焼き入れ工程および精密研磨工程なしには、貫通孔は存在することができない。というのは、このようなギア部品のほとんどは、極めて正確かつ精密な貫通孔の表面を有するギアシャフトのニードルベアリングによってガイドされているためである。
このような貫通孔を形成するには、ギア部品が研磨形成される前の状態において、貫通孔を良好な円形に形成できるように、通常、ワークピ−スをクランプしている。しかしながら、ギア部品におけるクランプは、慎重さを要する作業であって、高価である。すなわち、各ギア部品をクランプするのは、個別に製造するためだけではなく、工程が複雑であり、汚染しやすく、製品劣化を生じやすいためであり、大量生産には不向きであった。
【０００５】
また、ギア部品におけるギア（歯型）は、焼き入れ工程および精密研磨工程を経ているかいないにかかわらず、全ての場合に、ギア部品の周囲において、良好な円形状に形成することが必要である。しかしながら、ギア（歯型）の焼き入れ工程および精密研磨工程用機械が備わっていたとしても、貫通孔を、極めて精密なレベルでクランプするための高価なクランプ手段が必要となる。このようなクランプ手段は、通常、シリンダー状の取り付け部分を有し、液力的に移動可能な突起部として設計されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような状況下、本発明は、モーター自動車の伝動ギア部品に関して、合理化可能であり、改良され、しかも極めて簡易に操作することができるとともに、安価なクランプ手段を含む、焼き入れ工程および精密研磨工程用の精密機械工程、およびそのような精密機械を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そして、上述した課題は、請求項１〜１０に記載の機械加工方法および機械加工装置により達成することができる。
具体的に、請求項１には、前処理して焼き入れされており、ギア及びシリンダー状の貫通孔を有する伝動ギア部品に対して、機能的表面を形成するための機械加工方法において、焼き入れ後の研磨加工を必要としない表面を利用して、前記伝動ギア部品を取り付ける工程と、連続的な研磨加工による前記ギア（７）への機械加工、前記貫通孔（８）への機械加工、及び、加工表面（２７）への機械加工を、同時に同一取り付け位置において行う工程とを有することを特徴とする機械加工方法が開示されている。
また、請求項２には、前記ギア（７）への機械加工を行うための機械工具として、シリンダー状の研磨ウオームを用いることを特徴とする請求項１に記載の機械加工方法が開示されている。
また、請求項３には、前記ギア（７）への機械加工を行うための機械工具として、球状の研磨ウオームを用いることを特徴とする請求項１に記載の機械加工方法が開示されている。
また、請求項４には、上記請求項１〜３のいずれか一つの機械加工方法を行うための機械加工装置であって、
前記伝動ギア部品を回転させるワークピース用のスピンドル（３）と、
前記ワークピース用のスピンドル（３）に取り付けられ、前記伝動ギア部品を芯出しされた状態でクランプするための、第１の前面（１９、２２）を有する駆動側ホルダー（９）と、
前記ワークピース用のスピンドル（３）に対応して移動可能としてあるテールストック（１６）と、
前記テールストック（１６）に回転可能に取り付けられ、前記伝動ギア部品を芯出しされた状態でクランプするための、第２の前面（１８、２５）及び回転軸に対して同軸となるように貫通された孔（２９、３５）を有する従動側ホルダー（１０）と、
前記ギア（７）への機械加工を行うための研磨ウオーム（５）と、
前記貫通孔（８）への機械加工を行うための内側用の機械工具（１１）と、
前記加工表面（２７）への機械加工を行うための機械工具（２８）と
を備えたことを特徴とする機械加工装置が開示されている。
また、請求項５には、前記伝動ギア部品のベベル（１７、１８）をグリップするように、前記前面（１８、１９）の少なくとも一つが、円錐台形の側面の形状であることを特徴とする請求項４に記載の機械加工装置が開示されている。
また、請求項６には、前記前面（２２、２５）の少なくとも一つが、平面であることを特徴とする請求項４に記載の機械加工装置が開示されている。
また、請求項７には、前記第１の前面（１９、２２）に、硬質材料が積層してあることを特徴とする請求項４に記載の機械加工装置が開示されている。
また、請求項８には、前記第１の前面（１９、２２）による摩擦力によって、前記ワークピ−ス用のスピンドル（３）から前記伝動ギア部品への回転モーメントを選択的に生じさせることを特徴とする請求項４に記載の機械加工装置が開示されている。
また、請求項９には、前記従動側ホルダー（１０）の前記貫通された孔（２９、３５）の直径が、前記伝動ギア部品の前記貫通孔（８）の直径よりも大きいことを特徴とする請求項４に記載の機械加工装置が開示されている。
また、請求項１０には、前記駆動側ホルダー（９）が、回転軸に対して同軸となる穴（３６）を有し、前記穴（３６）の直径が、前記伝動ギア部品の前記貫通孔（８）の直径よりも大きいことを特徴とする請求項４に記載の機械加工装置が開示されている。
【０００８】
すなわち、本発明によれば、ギア部品におけるギア（歯型）の機械加工と、ギア部品における貫通孔の機械加工とを、同一取り付け位置において、同時に行うことが可能である。
なお、このような機械加工を行うにあたり、ワークピ−スの取り付けにおける設計により、他の適当な工具が自由に適用可能なように、加工する表面を残しておくことが好ましい。このように機械加工を行うと、製造時間の短縮となるばかりか、ギアにおける貫通孔の円形の機械加工をした場合に、欠点を自然と少なくすることが可能である。さらに、このように構成して機械加工を行うと、ギア部品の機械加工工程において、ワークピ−スを取り付けるための高価なクランプ工具や、その後の、ギア部品の研磨による貫通孔の円形の機械加工も不要となる。
【０００９】
また、本発明の機械加工方法によれば、ディスク状のギア部品による特性上、モーター自動車の伝動機部品に使用することが可能であり、それは、機械加工において、ワークピースを素早く、そして連続的に回転させる必要がある連続研磨加工に適用できることが見出されている。すなわち、このような回転動作を、公知の方法、例えば、内側研磨やホーニング加工により行う貫通孔の機械加工と、ギア部品の機械加工とにおいて、同時に使用することができる。
【００１０】
また、上述したように、現在の実務によれば、焼き入れられたワークピ−スは、ほとんどの場合、貫通孔の研磨のために、概略形成され、研磨前のギア部品としてクランプされることになる。これは、主として、製造に伴う技術的理由によるものである。一方、このようなワークピ−スは、研磨機械に対して、異なる仕様で取り付けることが困難であり、一方、焼き入れ後のギア部品の機械的作業は、煩雑な作業が多く、高価である。したがって、機械的作業の余計な部分を、出来るだけ減らそうとするものである。このように小さな機械にもかかわらず、当該小さな機械を用いて全てのギア（歯型）をきれいに研磨するために、前処理されたギア部品について、できるだけ正確な円形となるように貫通孔への加工をする必要がある。しかしながら、貫通孔への加工には、ギア部品のクランプの正確さが影響しており、明らかに限界があるものである。なぜならば、焼き入れによる変形を避けることができないためである。また、ギア部品における精密研磨のために、貫通孔にワークピースを極めて正確に取り付けることが叫ばれているものの、ギア部品における生産性が明らかに低下するものである。
【００１１】
したがって、仮に、ワークピースを、ギア（歯型）の形成加工と、貫通孔への加工とを同時に実施できるように、取り付けることができれば、機能部分を同時に加工できるとともに、完全に円形に加工することができるため、ワークピースを高いレベルで正確に取り付ける必要がなくなるのである。
【００１２】
このようなワークピースの取り付けは、貫通孔の両側または片側のベベルと、ワークピースにおける平面または外側表面とが使用されて、接触する芯出し手段により芯出しされるものである。
ここで、中ぐり用機械工具の側の少なくとも芯出し手段は、貫通した孔を有しているものである。また、接触する芯出し手段は、各機械工具（５，１１，２８）による機械加工を施す加工表面（７，８，２７）に対して、自由に接近することを阻害しないように設計してあるものである。
【００１３】
【発明の実施形態】
以下、本発明の実施形態を、図１〜４を参照しながら、具体的に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の第１の実施形態を示している。この実施形態においては、ワークピース用スライド１と、ワークピース用のスピンドル３が設けてあるスピンドルヘッド２と、テールストック用スライド４とを用い、ギア（歯型）を研磨して連続的に作るに際して、ギア（歯型）７を、ウオーム型研磨ディスク５を用いて研磨して作成するとともに、同時に、貫通孔への加工を行うものである。
このようなワークピース６は、ワークピース用のスピンドル３に取り付けてある駆動側ホルダーとして作用する駆動側芯出し手段９と、空転状態のテールストックの芯出し手段１０との間に取り付けてある。
機械工具１１、あるいは、ワークピース６の貫通孔８を研磨するための内側研磨用のスピンドル１２を動かすため、テールストック用スライド４の上に、供給側スライド１４と、前方向移動用スライド１５とからなる面方向移動用スライド１３が配置されている。テールストックの芯出し手段１０は、ホルダー１６に支持された状態で回転可能に取り付けられており、さらに、テールストック用スライド４の上に強固にねじ止めされている。
【００１５】
図２は、本発明の実施形態における断面をさらに拡大して示している。
ワークピース６は、二つの芯出し手段９、１０を用いて、貫通孔の両側のベベル１７、１８を超えた機械の所定場所に取り付けてある状態を示している。芯出し手段（アイドラー）９におけるベベル１７の反対側表面は、精密ダイヤモンドや、他の硬度材料粒子からなる被覆物で被覆されており、第１の前面を含む支持領域１９の範囲内に位置している。このように構成すると、機械力、特に、ギア（歯型）７を形成するための力を提供するために必要な回転モーメントを、過度な負荷がかかった場合には、スリップ可能な状態として伝動しないことができる一方、それ以外にはワークピース６に伝動することができる。
また、必要な回転モーメントを得るための軸方向押圧力は、芯出し手段１０によって、ホルダー１６におけるベアリング２３を介して適用される。芯出し手段９のみならず、ホルダー１６は、研磨ウオーム５の接触軌跡（コンター）２０に接触しないように、その外側に位置するように設計されている。
また、芯出し手段１０は、孔３５に対して同軸をなしており、さらに芯出し手段９は、もう一方の端部の穴３６と同軸をなしている。孔３５及び穴３６は、わずかに仕上げた状態でのギアであるワークピース６における貫通孔８の直径よりもわずかに大きくしてあることが好ましい。このように構成することにより、孔３５及び穴３６を利用しての加工が可能となり、結果として、機械工具１１の孔３５及び穴３６に入ったり出たりしながらの加工が可能となる。
【００１６】
図３は、ワークピ−ス６が、芯出し手段１０、３０により、機械加工装置の所定場所に取り付けられている状態を示す図である。図２に示す態様と比較すると、この場合、ワークピ−ス６は、貫通孔のベベルではなく、かわりに、通常、使用可能なカップリングギア２１により芯出しされて、駆動側の芯出し手段３０を介してガイドされており、硬度材料粒子からなる被覆物で被覆されているリング状の前面２２により、回転されることになる。図１および図２に示されるワークピ−スにおいて、テールストック側は、ベベル１８によって支持されている。このベベル１８を介して、前面２２に対抗して押圧し、ワークピ−ス６を回転するのに必要な軸力が得られる。
【００１７】
図４は、ワークピ−ス６が、硬度材料粒子からなる被覆物で被覆されているキャリアの表面１９により、貫通孔８のベベル１７の駆動側において、芯出しされており、ワークピ−ス６は、平面２５と、ホルダー１６を有してなる、キャリアの表面１９に対向するカウンターホルダー２４のベアリングによって、テールストック側で支持されている。
【００１８】
図２〜図４に示すように、ワークピ−スの取り付けには、ワークピ−スに対するベベルに対応した最小限の大きさを必要とするため、芯出しを正確に行うことができるようにしてある。ただし、一般的に言えば、ベベルの大きさをわずかに大きくすることにより機械加工が容易となる。なぜならば、貫通孔の端部場所において組み込まれたギア部品に対して、ニードルベアリングが設けられたケージが存在するため、貫通孔の壁のこれらの部分が不要となり、結果として、ベベルの大きさをわずかに大きくすることができるためである。
また、芯出し手段９、１０の内側直径は、目的に応じて仕上げされたワークピ−スの貫通孔における直径よりも、わずかに大きくしておくことが好ましい。このように構成すると、内側用の機械工具が、露出しているワークピ−スの内側に入り込むことができるためである。
【００１９】
また、仮に、ワークピ−ス６（図３および４参照。）に、さらに加工すべき加工表面２７である平面がある場合であって、同一取り付け位置において機械加工をする場合には、芯出し手段１０，２４の外径２６または孔２９の内径を、平面用の機械工具２８が、加工表面２７を覆い隠さないような大きさとすることが好ましい。このように構成すると、例えば、図３に示す他の例では、研磨ウオーム５に対して、機械工具２８の位置を、周囲方向において変えることが可能となる。すなわち、このように構成することにより、さらなる機械加工を、上述した機械加工と同時に行うことが可能となる。
さらに、対応する可能な構成において、例えば、平板状のディスクに対して、付加的な研磨スピンドルを設けることも好ましい。このように構成すると、他の二つの機械加工と同時に、研磨スピンドルを用いた機械加工を行うことも可能である。したがって、ワークピ−スにおける機能表面に対して、正確な円方向の機械加工と、平面方向との機械加工がそれぞれ可能となる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、ギア部品におけるギア（歯型）の機械加工と、ギア部品における貫通孔の機械加工とを、同一取り付け位置において、同時に行うことが可能となった。したがって、モーター自動車の伝動ギア部品に関して、合理化可能であり、改良され、しかも極めて簡易に操作することができ、安価なクランプ手段を含む機械加工方法、およびそのような機械加工装置を提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の機械加工方法に使用される機械加工装置の構成例を示す図である。
【図２】 図１に示される構成例の拡大図である。
【図３】 平面側の支持部によりワークピ−スが取り付けられた状態であって、貫通孔のベベルにより芯出しをした状態を示す図である。
【図４】 図３と類似の構成を示す図であるが、芯出し手段を交換した構成の図である。
【符号の説明】
３ スピンドル
５ 研磨ウオーム
６ ギア部品
７ ギア（歯型）
８ 貫通孔
９ 駆動側ホルダー（芯出し手段）
１０，２４ 従動側ホルダー（芯出し手段）
１１ 内側用の精密機械
１６ テールストックまたはテールストック用ホルダー
１７，１８ ベベル
１８，２５ 第２の前面（ベベルを含む。）
１９，２２ 第１の前面（支持領域）
２３ ベアリング
２７ 加工表面
２８ 機械工具
２９ 孔
３５ 孔

Claims (10)

1. 前処理して焼き入れされており、ギア及びシリンダー状の貫通孔を有する伝動ギア部品に対して、機能的表面を形成するための機械加工方法において、
   焼き入れ後の研磨加工を必要としない表面を利用して、前記伝動ギア部品を取り付ける工程と、
   連続的な研磨加工による前記ギア（７）への機械加工、前記貫通孔（８）への機械加工、及び、加工表面（２７）への機械加工を、同時に同一取り付け位置において行う工程と
   を有することを特徴とする機械加工方法。
2. 前記ギア（７）への機械加工を行うための機械工具として、シリンダー状の研磨ウオームを用いることを特徴とする請求項１に記載の機械加工方法。
3. 前記ギア（７）への機械加工を行うための機械工具として、球状の研磨ウオームを用いることを特徴とする請求項１に記載の機械加工方法。
4. 上記請求項１〜３のいずれか一つの機械加工方法を行うための機械加工装置であって、
   前記伝動ギア部品を回転させるワークピース用のスピンドル（３）と、
   前記ワークピース用のスピンドル（３）に取り付けられ、前記伝動ギア部品を芯出しされた状態でクランプするための、第１の前面（１９、２２）を有する駆動側ホルダー（９）と、
   前記ワークピース用のスピンドル（３）に対応して移動可能としてあるテールストック（１６）と、
   前記テールストック（１６）に回転可能に取り付けられ、前記伝動ギア部品を芯出しされた状態でクランプするための、第２の前面（１８、２５）及び回転軸に対して同軸となるように貫通された孔（２９、３５）を有する従動側ホルダー（１０）と、
   前記ギア（７）への機械加工を行うための研磨ウオーム（５）と、
   前記貫通孔（８）への機械加工を行うための内側用の機械工具（１１）と、
   前記加工表面（２７）への機械加工を行うための機械工具（２８）と
   を備えたことを特徴とする機械加工装置。
5. 前記伝動ギア部品のベベル（１７、１８）をグリップするように、前記前面（１８、１９）の少なくとも一つが、円錐台形の側面の形状であることを特徴とする請求項４に記載の機械加工装置。
6. 前記前面（２２、２５）の少なくとも一つが、平面であることを特徴とする請求項４に記載の機械加工装置。
7. 前記第１の前面（１９、２２）に、硬質材料が積層してあることを特徴とする請求項４に記載の機械加工装置。
8. 前記第１の前面（１９、２２）による摩擦力によって、前記ワークピ−ス用のスピンドル（３）から前記伝動ギア部品への回転モーメントを選択的に生じさせることを特徴とする請求項４に記載の機械加工装置。
9. 前記従動側ホルダー（１０）の前記貫通された孔（２９、３５）の直径が、前記伝動ギア部品の前記貫通孔（８）の直径よりも大きいことを特徴とする請求項４に記載の機械加工装置。
10. 前記駆動側ホルダー（９）が、回転軸に対して同軸となる穴（３６）を有し、前記穴（３６）の直径が、前記伝動ギア部品の前記貫通孔（８）の直径よりも大きいことを特徴とする請求項４に記載の機械加工装置。

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