JP7117825B2 - ヘリカルブローチ及びブローチ加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えばヘリカル内歯車のように内周に捩れ溝を有するワークを切削加工するのに用いられるヘリカルブローチ及びブローチ加工方法に関するものである。

ヘリカル内歯車として、例えばプラネタリーインターナルギヤは、自動変速機用のギヤとして各種提供されているが、最近では自動変速機の要求品質の高度化に伴いギヤの品質の高度化も求められるようになってきている。
このようなヘリカル内歯車の加工に用いられるヘリカルブローチとして、例えば下記特許文献１には、図５に示すように、軸状とされた当該ヘリカルブローチの外周部に、径方向外周側に突出する複数の切刃１０１が、先端側から後端側に向けて軸線回りに捩れる螺旋状に配列され、複数の切刃のうち先端側の切刃はブローチ本体１０２と一体に形成された荒刃（外径上がり刃）１０３とされ、後端側の切刃はブローチ本体１０２とは別に設けられたシェル１０４と一体に形成された仕上げ刃（歯厚上がり刃）１０５とされ、仕上げ刃１０５のうち先端側の仕上げ刃１０５Ａは、図６に示すように、ヘリカルブローチの先端側を向くすくい面とブローチ本体の周方向のうちいずれか一方側を向く側面との交差稜線部に切削刃１０５Ａａが形成されるとともに、この切削刃１０５Ａａとは反対側の側面と前記すくい面との交差稜線部がガイド刃１０５Ａｂとされ、仕上げ刃１０５のうち後端側の仕上げ刃１０５Ｂは、ヘリカルブローチの先端側を向くすくい面と前記ブローチ本体の周方向のうち他方側を向く側面との交差稜線部に切削刃１０５Ｂａが形成されるとともに、この切削刃１０５Ｂａとは反対側の側面と前記すくい面との交差稜線部がガイド刃１０５Ｂｂとされたものが提案されている。

このようなヘリカルブローチによれば、例えば図７に示すように、ワークＷであるヘリカル内歯車の歯形を、歯丈が順次漸増する荒刃１０３により小径部から所要の溝深さＨａに至るまで形成した後に、歯厚が順次漸増する先端側の仕上げ刃１０５Ａによって、まず、歯形の一方の側面Ｓａを歯厚方向に追い込み切削し、次いで、歯厚が順次漸増する後端側の仕上げ刃１０５Ｂによって歯形の他方の側面Ｓｂを歯厚方向に追い込み切削し、これにより左右側面を所望の形状に仕上げる加工を行なう。

また、下記引用文献２には、仕上げ刃（歯厚上がり刃）によってワークの歯形の一方の側面と他方の側面とを同時に切削する技術が提案されている。

特開２００７－２５３２９８号公報 特開２００５－１４４６３９号公報

前述した従来の技術には、以下の課題があった。
すなわち、前者の技術では、仕上げ刃１０５（１０５Ａ、１０５Ｂ）によってワークの歯形に対しその歯厚を順次漸増する加工を行なう際に、歯形の一方の側面を切削加工する工程と、歯形の他方の側面を切削加工する工程とを別々に行なっているため、工程が複雑になり、その分加工時間が長くなっていた。これは、仕上げ刃１０５がブローチ本体１０２とは別に設けられたシェル１０４と一体に形成されており、加工時に把持手段によって先端部１０２Ａを把持されて回転位置を拘束されるブローチ本体１０２に対し、仕上げ刃１０５がシェル１０４とともにブローチ本体１０２への嵌合時の隙間ぶんガタつくことから、加工精度をあげるには、歯形の一方の側面を切削加工する工程と歯形の他方の側面を切削加工する工程を別々にもつ必要があるためである。

また、後者の技術では、仕上げ刃によって歯厚方向に追い込み切削する際に、歯形の一方の側面と他方の側面とを同時に切削するため加工時間は短くなるものの、ブローチ本体に対し仕上げ刃がシェルとともに嵌合時の隙間ぶんガタつくのを回避することができず、このため所望の加工精度に仕上げることができなかった。

本発明は、このような背景の下になされたもので、加工時間を短縮することができ、同時に高精度の加工を行なうことができるヘリカルブローチ及びブローチ加工方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明のヘリカルブローチは、軸状のブローチ本体の外周部に、径方向外周側に突出する複数の切刃が前記ブローチ本体と一体に形成され、しかも、これら切刃が列をなして、ブローチ本体の先端側から後端側に向けて該ブローチ本体の軸線回りに捩れて螺旋状に、かつ、複数の前記切刃の列が周方向に互いに間隔をあけて配列され、これら切刃によりワークの加工穴内周に所定のリードの捩れ溝を形成する一体形のヘリカルブローチであって、複数の前記切刃のうちブローチ本体先端側の複数の切刃はワークの歯形を歯丈方向に切削する外径上がり刃とされ、かつ、ブローチ本体後端側の複数の切刃はワークの歯形を歯厚方向に切削する歯厚上がり刃とされ、個々の前記歯厚上がり刃は、ブローチ本体先端側を向くすくい面と前記ブローチ本体の周方向のうち鋭角側の側面との交差稜線部と、前記すくい面と前記ブローチ本体の周方向のうち鈍角側の側面との交差稜線部の両方に切削刃を有しており、前記列をなす前記切刃の間に形成される刃溝は、前記ブローチ本体の先端側から後端側に向けて前記切刃の列が捩れる向きとは反対向きに捩れるように螺旋状に延び、または前記軸線に直交する基準面に沿って延びるように形成されていることを特徴としている。

また、本発明のブローチ加工方法は、本発明のヘリカルブローチによりワークの加工穴内周に捩れ溝を形成するブローチ加工方法であって、ヘリカルブローチによりワークの加工穴内周に捩れ溝を形成するブローチ加工方法であって、前記外径上がり刃によって前記ワークの歯形を歯丈方向に切削して該ワークの歯形の歯丈が所定高さとなるように切削加工し、次いで、前記歯厚上がり刃の鋭角側の切削刃と鈍角側の切削刃によって前記ワークの歯形の左右の側面を同時に加工して、ワークの歯形の歯厚を所定の厚さとなるように加工することを特徴としている。

前記ヘリカルブローチまたはブローチ加工方法によれば、歯厚上がり刃において、ブローチ本体先端側を向くすくい面とブローチ本体の周方向のうち鋭角側の側面との交差稜線部に切削刃が形成され、かつ、すくい面とブローチ本体の周方向のうち鈍角側の側面との交差稜線部にも切削刃が形成されているため、ワークの歯形の左右の側面を同時に加工することができ、この結果、加工時間を短縮することができる。
加えて、鋭角側に切削刃を有する歯厚上がり刃と鈍角側に切削刃を有する歯厚上がり刃を別々に設ける必要がないため、歯厚上がり刃の配置スペースが小さくなり、その分ブローチ本体の全長が短くなる。
また、歯厚上がり刃がブローチ本体に直接形成された一体形のヘリカルブローチであるため、加工時に把持手段によって位置を拘束されるブローチ本体に対して歯厚上がり刃がガタつくことがないので、高精度の加工が行なえる。

さらに、前記切刃の刃溝が、ブローチ本体の先端側から後端側に向けて切刃の列が捩れる向きとは反対側に捩れるように、またはブローチ本体の軸線に直交する基準面に沿って延びるように形成されているので、切刃による切削、特に外径上がり刃による切削の際に、それら切刃から生じる切屑が切刃と干渉しにくくなるため、切屑の排出が良好に行える。

なお、前記歯厚上がり刃の鋭角側の切削刃の側面逃げ角θａ５′≦θａ≦４５′に設定され、かつ、前記歯厚上がり刃の鈍角側の切削刃の側面逃げ角θｂが５′≦θｂ≦４５′に設定されていることが好ましい。
歯厚上がり刃の鋭角側の切削刃の側面逃げ角θａ及び鈍角側の切削刃の側面逃げ角θｂをそれぞれ前記のように設定することで、当該外径上がり刃の鋭角側と鈍角側の双方の切削刃の切れ味のバランスが良好となる。

ちなみに、歯厚上がり刃の鈍角側の側面の逃げ角θｂが５′より小、また歯厚上がり刃の鈍角側の側面の逃げ角θｂが５′より小になると、当該外径上がり刃の鋭角側と鈍角側の双方の切削刃の切れ味が低下し、良好な切削が行なえなくなる。また、歯厚上がり刃の鈍角側の側面の逃げ角θｂが４５′より大、また、歯厚上がり刃の鈍角側の側面の逃げ角θｂが４５′より大になると、当該歯厚上がり刃の鋭角側と鈍角側の双方の切削刃の切削力が増すこととなり、何らかの原因で鋭角側および鈍角側の切削のバランスが崩れると、そのバランスの崩れが助長されて、鈍角側の切削量に比べて鋭角側の切削量が大になる、あるいは鋭角側の切削量に比べて鈍角側の切削量が大になる不具合が生じる。また、切削刃の耐久性が低下する不具合も生じる。

本発明によれば、加工時間を短縮することができ、同時に高精度の加工を行なうことができる。また、ヘリカルブローチの全長を短くすることができる。

本発明をオフノルマルタイプのヘリカルブローチに適用した場合の実施形態を示す側面図である。 図１に示す実施形態のヘリカルブローチの歯厚上がり刃の一列を上方から見た模式図である。 図１に示す実施形態のヘリカルブローチの歯厚上がり刃を示す斜視図である。 図１に示す実施形態のヘリカルブローチの歯厚上がり刃を用いて切削するときの側方から拡大図である。 従来のヘリカルブローチを示す側面図である。 従来のヘリカルブローチの仕上げ刃（歯厚上がり刃）刃を説明する模式図である。 従来のヘリカルブローチを用いた加工例を示す拡大正面図である。

図１ないし図４は本発明のヘリカルブローチの一実施形態を示すものであって、本発明をオフノルマルタイプのヘリカルブローチに適用した場合を示すものである。

本実施形態のヘリカルブローチは、例えば上述したプラネタリーインターナルギヤ等のヘリカル内歯車のように内周に捩れ溝を有するワークをブローチ加工するものである。ブローチ本体１は、図１に示すように軸線Ｏａを中心とした長尺の軸状をなし、その両端部は掴み部２，３とされるとともに、これら掴み部２，３の間は切刃部４とされている。そして、この切刃部４においてブローチ本体１の外周には、前記軸線Ｏａに対する径方向外周側に突出する複数の切刃５が、該ブローチ本体１の先端側（図１において左側）から後端側（図１において右側）に向けて軸線Ｏａ回りに捩れるリードＬに沿った螺旋状の列をなすように配列されている。また、これら切刃５の列が周方向に間隔をあけて複数列形成されている。

オフノルマルタイプのヘリカルブローチである本実施形態では、軸線Ｏａ方向において複数の切刃５の間に形成される刃溝５Ａがこの軸線Ｏａ回りに捩れるように形成されている。
そして、この刃溝５Ａが捩れる向きは、本実施形態ではブローチ本体１の先端側から後端側に向けて前記切刃５の列が捩れる向きとは反対向きとされており、すなわち図１に示すように側面視における刃溝５Ａの前記ブローチ本体１の軸線Ｏａに対するねじれ角αの方向が、切刃５の列の前記ブローチ本体１の軸線Ｏａに対するねじれ角βの方向と逆方向とされている。本実施形態では、軸線Ｏａ方向に沿ってブローチ本体１の先端側から見たときに、切刃５の列は後端側に向けて時計回り方向に捩れているのに対し、刃溝５Ａは後端側に向けて反時計回り方向に捩れている。なお、側面視において切刃５の列が軸線Ｏａに対してなすねじれ角βは、刃溝５Ａが軸線Ｏａに対してなすねじれ角αよりも小さく設定されている。

ここで、切刃部４のうちブローチ本体１先端側の部分の複数の切刃５は、前記ヘリカル内歯車の歯形を歯丈方向に切削する外径上がり刃６とされていて、この外径上がり刃６においては切刃５の歯丈が該切刃５の列に沿ってブローチ本体１後端側に向け順次増大するようにされている。また、この外径上がり刃６よりもブローチ本体１後端側の切刃部４には、こうして外径上がり刃６によって所定の歯丈に切削された歯形の歯面すなわちワークの捩れ溝の両側面を、歯厚方向すなわちブローチ本体１の周方向に追い込み切削して所定の歯厚に形成する複数の歯厚上がり刃７が備えられている。

なお、切刃部４のうち前記外径上がり刃６とされた切刃５が配列される部分の後端側には、歯形の小径部を切削する丸刃が外径上がり刃６と交互に備えられていてもよい。また、この丸刃は、歯厚上がり刃７の後端側に備えられていてもよい。そして、これら外径上がり刃６、歯厚上がり刃７、および丸刃のすべての切刃５が、本実施形態ではブローチ本体１に一体に形成されている。

図２は図１に示す実施形態のヘリカルブローチの歯厚上がり刃７の一列をブローチ本体１外周側から見た模式図である。図３は図１に示す実施形態のヘリカルブローチの歯厚上がり刃７を示す斜視図である。図４は図１に示す実施形態のヘリカルブローチの歯厚上がり刃７を用いてワークＷを切削する状態をブローチ本体１外周側から見たときを想定した拡大図である（ただし、図４においては図面の下側がブローチ本体１先端側、上側がブローチ本体１後端側である。）。
なお、図２において縦軸のスケールは横軸のスケールの１０倍程度であり、歯厚上がり刃の形状を容易に把握できるように誇張して表している。

図２、図３に示すように、歯厚上がり刃７においては、ブローチ本体１先端側を向くすくい面７Ａとブローチ本体１の周方向のうち鋭角側の側面との交差稜線部に切削刃７Ｂが形成され、かつ、すくい面７Ａとブローチ本体１の周方向のうち鈍角側の側面との交差稜線部に切削刃７Ｃが形成されている。
すなわち、歯厚上がり刃７は、左右両側にそれぞれ切削刃７Ｂ、７Ｃを有しており、背景技術で説明したようなガイド刃を有していない。
ここで、鋭角側、鈍角側とは、リードＬと刃溝５Ａとのなす角度を基準に定めるものであって、図３、図４において切刃５（刃厚上がり刃７）の左側が鋭角側、右側が鈍角側と定める。

なお、上記歯厚上がり刃７の切削刃７Ｂに連なる鋭角側の側面は、ブローチ本体１の後端側に向かうに従い切削刃７Ｂの位置からブローチ本体の周方向のうち一方（鈍角側）に離間しており、これにより、複数の切刃５が列をなすリードＬに対し所定の側面逃げ角θａが形成されている。この側面逃げ角θａは５′≦θａ≦４５′の範囲に設定されている。また、歯厚上がり刃７の切削刃７Ｃに連なる鈍角側の側面は、ブローチ本体１の後端側に向かうに従い切削刃７Ｃの位置からブローチ本体の周方向のうち他方（鋭角側）に離間しており、これにより、複数の切刃５が列をなすリードＬに対し所定の側面逃げ角θｂが形成されている。この側面逃げ角θｂも５′≦θｂ≦４５′の範囲に設定されている。なお、側面逃げ角θａ、θｂは互いに等しくても、異なっていてもよい。

ブローチ本体１先端側にある複数の歯厚上がり刃７は、鋭角側の切削刃７ＢがリードＬに沿って後端側に向かうに従い、図２中符号Ｘａで示すように歯厚方向に徐々にせり出すように配設される一方、鈍角側の切削刃７ＣがリードＬに沿って後端側に向かうに従い、図２中符号Ｘｂで示すように歯厚方向に徐々にせり出すように配設されている。これら鋭角側の切削刃７Ｂのせり出し量Ｘａと鈍角側の切削刃７Ｃのせり出し量Ｘｂは同程度に設定されているが、必要に応じて異ならせてもよい。

また、ブローチ本体１の最後端から数えて例えば１番目～４番目の歯厚上がり刃７は、鋭角側の切削刃７Ｂ及び鈍角側の切削刃７Ｃの歯厚方向の突出量が同じ値に設定されている。つまり、ブローチ本体の最後端に位置する数枚の歯厚上がり刃７は、鋭角側の切削刃７Ｂ及び鈍角側の切削刃７Ｃともに、リードＬに沿って後端側に向かう場合でも、それらの切削刃７Ｂ、７Ｃが、歯厚方向にせり出さずそれぞれ同じ突出量に設定されている。

次に、このように構成されたヘリカルブローチによりワークＷを切削する方法について説明する。
ブローチ本体１を先端側からワークＷに予め形成した加工穴に挿入し、該ブローチ本体１を、先端側の掴み部２を把持しながら、上記リードＬに沿ってワークＷに対し相対的に前進させつつ回転させる。これにより、まず外径上がり刃６によって所定の深さまで達する捩れ溝を形成する。

次いで、この捩れ溝の一方の側面に歯厚上がり刃７の鋭角側の切削刃７Ｂを押し当てて該一方の側面を切削するとともに、捩れ溝の他方の側面に歯厚上がり刃７の鈍角側の切削刃７Ｃを押し当てて該他方の側面を切削し、これによりワークＷの捩れ溝の左右の側面を所望の形状に仕上げる。
つまり、歯厚上がり刃７の鋭角側の切削刃７Ｂと鈍角側の切削刃７Ｃにより、ワークＷの捩れ溝の左右の側面を同時に切削加工する。この結果、背景技術で説明したような、歯の一方の側面を切削加工する工程と、歯の他方の側面を切削加工する工程とを別々に行なう場合に比べて、加工時間を短縮することができる。

加えて、ヘリカルブローチの歯厚上がり刃７には、鋭角側の切削刃７Ｂと鈍角側の切削刃７Ｃが設けられており、鋭角側に切削刃を有する歯厚上がり刃と鈍角側に切削刃を有する歯厚上がり刃を別々に設ける必要がないため、歯厚上がり刃７の配置スペースが小さくなり、その分ブローチ本体１の全長を短くすることができる。

また、歯厚上がり刃７がブローチ本体１に直接形成された一体形のヘリカルブローチであるため、加工時に把持手段によって先端側の掴み部２を把持されながらその回転位置を拘束されるブローチ本体１に対して歯厚上がり刃７がガタつくことがないので、歯厚上がり刃７による切削位置が一義的に定まり、このため、加工精度が向上する。

さらに、刃溝５Ａがブローチ本体１の先端側から後端側に向けて軸線Ｏａ回りに捩れる向きを、切刃５の列が同じくブローチ本体１先端側から後端側に向けて軸線Ｏａ回りに捩れる向きと反対向きとしているので、切刃５による切削、特に外径上がり刃６による切削の際に、それら切刃５から生じる切屑が切刃５と干渉しにくくなるため、切屑の排出が良好となる。なお、このような効果は、刃溝５Ａが図１に示す軸線Ｏａに直交する基準面Ｏｂに沿って延びている、いわゆる軸直タイプのヘリカルブローチでも奏功される。そして、このように刃溝５Ａを切刃５の列が捩れる向きと反対側に捩れるようにしたり、軸線Ｏａに直交する基準面Ｏｂの沿って延びるように形成しても、切刃５がブローチ本体１に一体に形成されているので、歯厚上がり刃７の鋭角側の切削刃７Ｂと鈍角側の切削刃７ＣとでワークＷの捩れ溝の左右の側面を確実に同時切削することができる。
これに対して、前記刃溝５Ａが捩れる向きを、切刃５の列が捩れる向きと同じ向きとすると、例えば、外径上がり刃６によってワークＷを切削する際に、切屑が切刃５に対しほぼ法線方向に延びて形成されるため、該切屑がワークＷの鈍角側の側面と干渉することとなり、切屑の排出が良好に行なわれなくなる。

また、歯厚上がり刃７の鋭角側の側面逃げ角θａが５′≦θａ≦４５′に設定され、かつ、歯厚上がり刃７の鈍角側の側面逃げ角θｂが５′≦θｂ≦４５′に設定されているので、当該刃厚上がり刃７の鋭角側と鈍角側の双方の切削刃７Ｂ、７Ｃの切れ味のバランスが良好となる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
例えば、本実施形態では、本発明をオフノルマルタイプの一体型ヘリカルブローチに適用した例について説明したが、これに限られることなく、本発明は、ノルマルタイプ、あるいは上述した軸直タイプのヘリカルブローチにも適用可能である。

１ ブローチ本体
４ 切刃部
５ 切刃
６ 外径上がり刃
７ 歯厚上がり刃
７Ａ すくい面
７Ｂ 鋭角側の切削刃
７Ｃ 鈍角側の切削刃
θａ 鋭角側の切削刃７Ｂの側面逃げ角
θｂ 鈍角側の切削刃７Ｃの側面逃げ角
Ｏａ ブローチ本体１の軸線
Ｏｂ ブローチ本体１の軸線Ｏａに直交する基準面
Ｌ 切刃５の列のリード

Claims (2)

1. 軸状のブローチ本体の外周部に、径方向外周側に突出する複数の切刃が前記ブローチ本体と一体に形成され、しかも、これら切刃が列をなして、ブローチ本体の先端側から後端側に向けて該ブローチ本体の軸線回りに捩れて螺旋状に、かつ、複数の前記切刃の列が周方向に互いに間隔をあけて配列され、これら切刃によりワークの加工穴内周に所定のリードの捩れ溝を形成する一体形のヘリカルブローチであって、
   複数の前記切刃のうちブローチ本体先端側の複数の切刃はワークの歯形を歯丈方向に切削する外径上がり刃とされ、かつ、ブローチ本体後端側の複数の切刃はワークの歯形を歯厚方向に切削する歯厚上がり刃とされ、
   個々の前記歯厚上がり刃は、ブローチ本体先端側を向くすくい面と前記ブローチ本体の周方向のうち鋭角側の側面との交差稜線部と、前記すくい面と前記ブローチ本体の周方向のうち鈍角側の側面との交差稜線部の両方に切削刃を有しており、
   前記列をなす前記切刃の間に形成される刃溝は、前記ブローチ本体の先端側から後端側に向けて前記切刃の列が捩れる向きとは反対側に捩れるように螺旋状に延び、または前記軸線に直交する基準面に沿って延びるように形成されており、
   前記歯厚上がり刃の鋭角側の切削刃の側面逃げ角θａが５′≦θａ≦４５′に設定され、かつ、前記歯厚上がり刃の鈍角側の切削刃の側面逃げ角θｂが５′≦θｂ≦４５′に設定されていることを特徴とするヘリカルブローチ。
2. 請求項１に記載のヘリカルブローチによりワークの加工穴内周に捩れ溝を形成するブローチ加工方法であって、
   前記外径上がり刃によって前記ワークの歯形を歯丈方向に切削して該ワークの歯形の歯丈が所定高さとなるように切削加工し、
   次いで、前記歯厚上がり刃の鋭角側の切削刃と鈍角側の切削刃によって前記ワークの歯形の左右の側面を同時に加工して、ワークの歯形の歯厚を所定の厚さとなるように加工することを特徴とするブローチ加工方法。

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