JP4875601B2 - 樽形ウォーム状工具 - Google Patents

Description

本発明は、熱処理後における内歯車の歯面を精度良く仕上げるための研削加工に用いられる樽形ウォーム状工具に関する。

一般に、歯車加工法では、所定の歯車素材に対して、歯切り加工を行うことにより歯車を形成し、この加工された歯車を熱処理した後に、この熱処理による歪等を除去するための仕上げ加工（研削加工）を行っている。従来から、熱処理後における歯車の歯面を能率よく仕上げるために、ＷＡ系砥石や超砥粒（ダイヤ、ＣＢＮ等）砥石等の工具による各種歯形研削法が提供されており、これらに使用される工具の形状も、研削する歯車の形状に応じて、外歯車形、内歯車形、ウォーム形等がある。

一方、歯車の中でも、内歯車は、自動車用トランスミッション等において多用されるものであり、その精度向上の要求は高まる一方である。そこで、内歯車の歯面に対して、樽形ウォーム状工具を用いて研削仕上げすることを目的とした歯形研削法が、例えば、非特許文献１に開示されている。この非特許文献１では、樽形ウォーム状工具の歯形形状の算出方法を提案しており、この算出された工具の歯形形状は、最終的に研削が終了したときの内歯車の歯形形状に合わせたものとなっている。

穗屋下 茂，「内歯車歯形に共役な切れ刃形状をもつバレル形ウォーム状工具」，１９９６年１月，日本機械学会論文集（Ｃ編），６２巻，５９３号，ｐ．２８４−２９０

ここで、図８及び図９を用いて、上記非特許文献１において提案される樽形ウォーム状工具（以下、砥石１２と称す）によって内歯車（以下、内歯車１１と称す）を研削する場合について説明する。

図８に示すように、砥石１２には、上記非特許文献１において提案される歯形３１が形成されている。そして、この砥石１２により内歯車１１を研削しようとすると、内歯車１１には取代歯形（加工代）２１が形成されているため、歯形３１はこの取代歯形２１とは適切に噛み合うことはできない。

これにより、内歯車１１と砥石１２との歯合わせを行うと、砥石１２は内歯車１１の内周面に対接することになるので、当該砥石１２の軸方向両端部における歯形３１のみが内歯車１１の取代歯形２１に接触することになる。即ち、図９に示すように、砥石１２の軸方向両端部における歯形３１の外側の歯面３１ｂが取代歯形２１に食い込むことになる。

そして、このような歯合わせ状態で研削加工を行うと、研削加工開始時においては、砥石１２の軸方向両端部に対して、局所的な負荷がかかってしまい、変則的な研削負荷や偏磨耗が発生するおそれがある。

このように、樽形をなした砥石１２において、その軸方向中間部よりも先に、軸方向両端部が内歯車１１に接触することは加工上好ましくなく、その軸方向全体に一様に内歯車が接触するか、または、その軸方向中央部に内歯車が接触することが、望ましいと考えられる。

従って、本発明は上記課題を解決するものであって、加工負荷及び偏磨耗の低減を図り、高精度に歯車加工を行うことができる樽形ウォーム状工具を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る樽形ウォーム状工具は、
その軸方向両端部から軸方向中間部に向かうに従って、その径が漸次増大するように形成され、内歯車の歯車加工に用いられる樽形ウォーム状工具であって、
前記内歯車の取代量に応じて、歯形をその軸方向中間部から軸方向両端部に向かうに従って、漸次小さくするように形成した
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る樽形ウォーム状工具は、
第１の発明に係る樽形ウォーム状工具において、
前記軸方向中間部の歯形を、加工後の前記内歯車の歯形と噛み合い可能な形状に設定する一方、
前記軸方向両端部の歯形を、前記内歯車の取代歯形と噛み合い可能な形状に設定する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第４の発明に係る樽形ウォーム状工具は、
第１の発明に係る樽形ウォーム状工具において、
前記歯形の歯厚を漸次薄くするように形成した
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る樽形ウォーム状工具は、
第１の発明に係る樽形ウォーム状工具において、
前記歯形の歯たけを漸次低くするように形成した
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第５の発明に係る樽形ウォーム状工具は、
第１の発明に係る樽形ウォーム状工具において、
前記歯形の歯底を漸次低くするように形成した
ことを特徴とする。

従って、本発明に係る樽形ウォーム状工具によれば、内歯車の取代量に応じて、歯形をその軸方向中間部から軸方向両端部に向かうに従って、漸次小さくするように形成したことにより、加工負荷及び偏磨耗の低減を図ることができるので、高精度に歯車加工を行うことができる。

以下、本発明に係る樽形ウォーム状工具について図面を用いて詳細に説明する。なお、各実施例において同様の構造及び機能を有する部材については、同一の符号を付して重複する説明は省略する。

図１は内歯車研削盤における内歯車及び砥石の支持構造を示した図、図２は本発明の第１実施例に係る砥石の形状を示した図、図３は本発明の第１実施例に係る砥石により内歯車を研削加工するときの様子を示した図、図４は本発明の第２実施例に係る砥石により内歯車を研削加工するときの様子を示した図、図５は本発明の第３実施例に係る砥石により内歯車を研削加工するときの様子を示した図、図６は本発明の第４実施例に係る砥石により内歯車を研削加工するときの様子を示した図、図７は本発明の第５実施例に係る砥石により内歯車を研削加工するときの様子を示した図である。

図１に示すように、図示しない内歯車研削盤には、ワークである内はすば歯車（以下、内歯車と称す）１１と樽形ウォーム状工具である砥石１２とが着脱可能に支持されている。そして、詳細は後述するが、この内歯車研削盤を駆動させることにより、内歯車１１が砥石１２によって研削されるようになっている。

内歯車１１は、鉛直なワーク回転軸Ｃ１周りに回転可能に取り付けられている。一方、砥石１２は、そのワーク回転軸Ｃ１と所定の軸角（軸交差角）Ａ１をなす砥石回転軸Ｂ周りに回転可能に取り付けられると共に、水平なＸ軸方向（機械送り方向）に延在するラジアル軸Ｘ１と、鉛直なＺ軸方向に延在するワーク回転軸方向送り軸Ｚ１と、Ｘ軸，Ｚ軸方向と直交する水平なＹ軸方向（機械幅方向）に延在する水平軸Ｙ１にとより、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に移動可能に支持されている。

次に、図２を用いて内歯車１１及び砥石１２の形状について説明する。内歯車１１は、砥石１２により研削加工される前に、所定の歯車素材に対してブローチ加工や歯切り加工（ギヤシェーパ加工）を行うことにより形成された内歯の歯車であって、その加工後に熱処理が施されたものである。従って、研削加工前の内歯車１１の内周面には、加工代となる取代歯形２１が形成されており、この取代歯形２１は、その歯部を構成する歯先面２１ａ及び歯面２１ｂと、歯底面２１ｃとを有している。そして、この取代歯形２１の部分を砥石１２によって研削することにより、最終的な研削加工後の歯形２２が形成され、この歯形２２は、その歯部を構成する歯先面２２ａ及び歯面２２ｂと、歯底面２２ｃとを有することになる。なお、取代歯形２１の取代量は任意に設定可能である。

一方、砥石１２は、その軸方向両端部から軸方向中間部に向かうに従って、その径が漸次増大するような樽形のウォームであって、その外周面には、螺旋状の歯形３１が形成されており、この歯形３１は、内歯車１１の取代歯形２１及び歯形２２における内歯車諸元と適切な噛み合いをするウォーム緒元（外歯車緒元）を備えている。また、歯形３１は、砥石１２の軸方向中間部から軸方向両端部に向かうに従って、漸次小さくなるように形成されており、歯部を構成する歯先面３１ａ及び歯面３１ｂと、歯底面３１ｃとを有している。

即ち、砥石１２の歯形３１は、その軸方向中間部においては、内歯車１１の歯形２２と噛み合い可能な形状に設定される一方、その軸方向両端部においては、内歯車１１の取代歯形２１と噛み合い可能な形状に設定されており、その軸方向中間部から軸方向両端部に向かうに従って、歯厚が漸次薄く、且つ、歯たけが漸次低くなるように形成されている。なお、歯形３１の各歯厚は、砥石１２の軸方向中間部における歯形３１の形状を基準にして、両側の歯面３１ｂを徐々に内側に配置することで薄くなっている。

従って、内歯車１１を砥石１２により研削加工する場合には、図１に示すように、先ず、ラジアル軸Ｘ１、水平軸Ｙ１、及び、ワーク回転軸方向送り軸Ｚ１により、砥石１２を軸角Ａ１をなした状態で加工位置へ移動させて、内歯車１１との歯合わせを行う。そして、内歯車１１をワーク回転軸Ｃ１周りに回転させると共に、砥石１２を砥石回転軸Ｂ周りに回転させながら、ワーク回転軸方向送り軸Ｚ１により、当該砥石１２をＺ軸方向に揺動させる。

これにより、研削加工が開始されることになり、砥石１２の歯形３１は内歯車１１の取代歯形２１の幅方向全域において研削が可能となる。このとき、内歯車１１と砥石１２とは、軸角Ａ１をなして噛み合って同期回転しているので、互いの歯面間におけるすべり速度が相対的に大きくなり、研削速度は大きくなっている。

ここで、歯合わせ時においては、砥石１２の軸方向中間部における歯形３１を基準として、内歯車１１の取代歯形２１に対して歯合わせを行っているので、当該軸方向中間部の歯形３１は、内歯車１１の歯形２２と噛み合い可能な形状に設定されていても、その取代歯形２１と噛み合うことができる。また、砥石１２の軸方向両端部における歯形３１は、上述したように、内歯車１１の取代歯形２１と噛み合うことができる。そして、砥石１２の歯形３１を、その軸方向中間部から軸方向両端部に向かうに従って、歯厚が漸次薄く、且つ、歯たけが漸次低くなるように形成しているので、当該歯形３１は砥石１２の軸方向全域において内歯車１１の取代歯形２１と適切に噛み合うことができる。

次いで、更に、砥石１２をラジアル軸Ｘ１によりＸ軸方向に移動させて、内歯車１１への送り量を多くすると、砥石１２の歯形３１により内歯車１１の取代歯形２１が徐々に研削される。これと同時に、その送り量が多くなるに伴って、砥石１２の軸方向における歯形３１の取代歯形２１への研削範囲も、その軸方向両端部から軸方向中間部側に向けて徐々に狭くなっていく。

そして、砥石１２のＸ軸方向への送りが所定量に達すると、取代歯形２１が全て削り取られて、歯形２２が形成され、研削加工が完了する。このとき、歯形２２は、砥石１２の軸方向中間部における歯形３１により、最終的に形成されることになる。

即ち、歯形３１の歯先面３１ａにより、取代歯形２１の歯底面２１ｃが徐々に研削されて、歯形２２の歯底面２２ｃが形成される。また、歯形３１の歯面３１ｂにより、取代歯形２１の歯面２１ｂが徐々に研削されて、歯形２２の歯面２２ｂが形成される。更に、歯形３１の歯底面３１ｃにより、取代歯形２１の歯先面２１ａが徐々に研削されて、歯形２２の歯先面２２ａが形成される。

なお、歯形３１を、砥石１２の軸方向中間部から軸方向両端部に向かうに従って、歯厚が漸次薄く、且つ、歯たけが漸次低くなるように形成する場合には、図４に示すように、歯形３１の各歯厚を、砥石１２の軸方向中間部における歯形３１の形状を基準にして、外側の歯面３１ｂだけを徐々に内側に配置することで薄くしても構わない。

また、歯形３１を、砥石１２の軸方向中間部から軸方向両端部に向かうに従って、歯厚だけが漸次薄くなるように形成してよい。この場合には、歯形３１の各歯厚を、砥石１２の軸方向中間部における歯形３１の形状を基準にして、図５に示すように、外側の歯面３１ｂだけを徐々に内側に配置したり、図６に示すように、両側の歯面３１ｂを徐々に内側に配置したりすることで薄くするようにしても構わない。

更に、歯形３１を、砥石１２の軸方向中間部から軸方向両端部に向かうに従って、歯厚が漸次薄く、且つ、歯たけが漸次低くなるように形成する場合には、図７に示すように、歯底面３１ｃも漸次低くするようにしても構わない。これにより、噛み合せ時において、取代歯形２１の歯先面２１ａによる歯底面３１ｃへの衝突を和らげることができる。

従って、本発明に係る樽形ウォーム状工具によれば、内歯車１１の取代量に応じて、砥石１２の歯形３１を、その軸方向中間部から軸方向両端部に向かうに従って、漸次小さくするように形成したことにより、歯合わせ時において、砥石１２の軸方向中間部における歯形３１よりも外側の軸方向両端部側の歯形３１では、その歯形３１における外側の歯面３１ｂが取代歯形２１の歯面２１ｂに適切に接触することになり、当該歯形３１をその軸方向全域において取代歯形２１と噛み合った状態にすることができる。この結果、研削負荷及び偏磨耗の低減を図ることができるので、高精度に研削加工を行うことができる。

本発明は、内歯車の歯切り加工を行う樽形の工具に適用可能である。

内歯車研削盤における内歯車及び砥石の支持構造を示した図である。 本発明の第１実施例に係る砥石の形状を示した図である。 本発明の第１実施例に係る砥石により内歯車を研削加工するときの様子を示した図である。 本発明の第２実施例に係る砥石により内歯車を研削加工するときの様子を示した図である。 本発明の第３実施例に係る砥石により内歯車を研削加工するときの様子を示した図である。 本発明の第４実施例に係る砥石により内歯車を研削加工するときの様子を示した図である。 本発明の第５実施例に係る砥石により内歯車を研削加工するときの様子を示した図である。 従来の砥石により内歯車を研削加工するときの様子を示した図である。 図８の要部拡大図である。

符号の説明

１１ 内歯車
１２ 砥石
２１ 取代歯形
２２，３１ 歯形
２１ａ，２２ａ，３１ａ 歯先面
２１ｂ，２２ｂ，３１ｂ 歯面
２１ｃ，２２ｃ，３１ｃ 歯底面
Ａ１ 軸角
Ｂ 砥石回転軸
Ｃ１ ワーク回転軸
Ｘ１ ラジアル軸
Ｙ１ 水平軸
Ｚ１ ワーク回転軸方向送り軸

Claims (5)

1. その軸方向両端部から軸方向中間部に向かうに従って、その径が漸次増大するように形成され、内歯車の歯車加工に用いられる樽形ウォーム状工具であって、
   前記内歯車の取代量に応じて、歯形をその軸方向中間部から軸方向両端部に向かうに従って、漸次小さくするように形成した
   ことを特徴とする樽形ウォーム状工具。
2. 請求項１に記載の樽形ウォーム状工具において、
   前記軸方向中間部の歯形を、加工後の前記内歯車の歯形と噛み合い可能な形状に設定する一方、
   前記軸方向両端部の歯形を、前記内歯車の取代歯形と噛み合い可能な形状に設定する
   ことを特徴とする樽形ウォーム状工具。
3. 請求項１に記載の樽形ウォーム状工具において、
   前記歯形の歯厚を漸次薄くするように形成した
   ことを特徴とする樽形ウォーム状工具。
4. 請求項１に記載の樽形ウォーム状工具において、
   前記歯形の歯たけを漸次低くするように形成した
   ことを特徴とする樽形ウォーム状工具。
5. 請求項１に記載の樽形ウォーム状工具において、
   前記歯形の歯底を漸次低くするように形成した
   ことを特徴とする樽形ウォーム状工具。

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