JP4539170B2

JP4539170B2 - 歯車研削装置

Info

Publication number: JP4539170B2
Application number: JP2004151708A
Authority: JP
Inventors: 正裕浅野; 光征林
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2024-05-21
Also published as: JP2005329520A

Description

本発明は、歯車研削装置に係り、より特別には、一個の歯車の全ての歯を同時に研削加工する歯車研削装置の砥石を保持する砥石保持部に関するものである。

歯車の製作加工方法には、種々のものがあり、例えばホブ切り加工、ピニオンカッター加工、ラックカッター加工、シェービング加工等がある。それぞれの加工方法において、異なる加工工具と歯車加工装置を使用する。また、歯車の精度に応じて、段階的に加工する方法をとる場合がある。この様な場合大別すると、歯車の大体の形状に加工する成形段階と、成形された歯車を最終の仕上げ寸法に加工する仕上げ加工段階に大別できる。

従来の一般的な歯車の仕上げ加工段階においては、歯車を１歯づつ仕上げており、この場合砥石を回転して送って次の１歯を加工する方法がとられていた。この様な歯車加工を行なう歯車研削装置の従来例を図８と図９に示す。図８は、従来例の歯車研削装置５０の側面図であり、図９は図８の歯車研削装置５０の外観図である。歯車研削装置５０は、被加工物である外歯歯車１０と、砥石５９とを有しており、外歯歯車１０と砥石５９との相対位置を調整可能である。外歯歯車１０と砥石５９の相対位置を調整した後、砥石５９を前進させながら（図中、Ｘ方向）、被加工物である外歯歯車１０を前後方向（Ｘ方向）で振動させることにより、外歯歯車１０の１歯を仕上げ加工する。その後砥石９を円周方向に回転移動させて、被加工物である外歯歯車１０の次の１歯を仕上げ加工する。

しかし、この様な従来の歯車加工（研削）装置においては、砥石の歯数と被加工物の歯数は異なっており、砥石と被加工物との間でそれらを相対振動させて歯面の加工を行う場合において、１つの歯もしくは１つの歯溝、または１つの片側の歯面を加工し、順に歯を移動しながら複数の歯を加工していた。

従って、この様な歯車加工装置では、砥石を往復振動させながら砥石を回転することにより、回転自由に保持された被加工物の研削加工する位置を円周方向に順に移動させて、歯車の加工が行われる。しかし、この様な加工方法では、１歯ずつ順に加工するため時間がかかるという問題があった。

本発明は、上述した事情に鑑みなされたもので、１つの歯車の全ての歯を同時に研削仕上げ加工することにより加工時間を短縮できる総形研削方法で、歯の形状精度を向上できる歯車研削装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１の形態では、上述した目的を達成するために、少なくとも、被加工物である歯車を研削するための砥石を保持する砥石保持部と、被加工物を保持する被加工物保持部とを具備し、前記砥石保持部と前記被加工物保持部とを、前記被加工物である歯車の厚みの方向において相対的に往復振動させながら前記砥石保持部又は前記被加工物保持部の内の少なくとも一方を前記被加工物である歯車の厚みの方向に移動させることにより、前記被加工物を研削加工する、歯車研削装置において、前記砥石保持部が、ベースとなる保持部本体と、前記保持部本体に回転可能に支持される可動体と、前記可動体の回転動を限定するピンと、前記可動体を、その回転をロックした状態で、任意の所定位置に位置決め保持可能な位置決め手段とを具備する。前記砥石は、前記被加工物である歯車と同じ歯数を有する。

この様に構成することにより、即ち、特に、可動体が回転可能であることにより、被加工物の歯と砥石の歯を組合せる時に被加工物の歯と砥石の歯が干渉して組合せできない場合に砥石端面の面取りにより、砥石に回転力が作用し、砥石が回転して被加工物の歯と砥石の歯が正常に組合せられるようになる。また、固定体が設けられたことにより、研削加工時に砥石と被加工物の位置関係を固定でき、砥石の歯型形状を正確に被加工物に転写することができるようになる。上記作用が功奏し、即ち、可動体が回転可能であること、固定体が設けられたことにより、１つの歯車の全ての歯を同時に研削加工する場合に、確実に、砥石と被加工物を組合せでき、加工時間の短縮と、歯の形状精度を確保できる歯車研削装置を提供できる。

本発明の請求項２の形態では、上記請求項１の形態において、前記位置決め手段は、前記可動体を一方に押圧する弾性体であることを特徴とする。
本形態によれば、位置決め手段をより具体化する形態を開示する。

本発明の請求項３の形態では、上記請求項１又は２のいずれかの形態において、前記弾性体は、空圧式シリンダにより移動されることにより、前記可動体を一方に押圧することを特徴とする。
本形態によれば、位置決め手段である弾性体による位置決め方法をより具体化する。

本発明の請求項４の形態では、上記請求項１から３の形態のいずれか一項において、前記可動体を前記保持部本体に固定する固定体が設けられることを特徴とする。
本形態によれば、砥石保持部の構成をより具体化する。

本発明の請求項５の形態では、上記請求項１から４の形態のいずれか一項において、前記砥石保持部を、前記被加工物に向かって直線往復動させる駆動装置を更に具備することを特徴とする。
本形態によれば、本歯車研削装置の構成をより具体化する。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態の歯車研削装置を詳細に説明する。図１から図３は、本発明に係る歯車研削装置の実施の形態を図解的に示す。図１は本発明の歯車研削装置１の概略的な構成を示す側断面図であり、図２は図１の線Ａ−Ａにおける断面図であり、図３は、ピンによる砥石の円周方向の位置調整を説明する図２の拡大図である。

まず図１を参照すると、本発明の実施の形態の歯車研削装置１は、本例において被加工物である外歯歯車１０を保持する被加工物保持部３と、被加工物を歯車加工するための砥石９を保持する砥石保持部２とを具備する。本実施の形態において被加工物である外歯歯車１０について、図４にその正面図を示しており、砥石９について、図５にその正面図（図５（ａ））及び側断面図（図５（ｂ））を示す。被加工物である外歯歯車１０は、歯車研削装置１により加工される前に、図４に示すような外形である。また、本実施の形態において被加工物は、外歯歯車とされたが、例えば内歯歯車等のこれ以外の種類の歯車であっても良い。砥石９は、被加工物である歯車の種類に応じて適当なものが使用される。

砥石保持部２は、砥石保持部２のベースとなる保持部本体４と、保持部本体４に回転可能に支持されていて且つ砥石９を収容する可動体５とを具備する。図１に示されるように、可動体５は、回転軸１１によりその中心で固定支持されており、回転軸１１は、軸受け１２を介して、固定体８に回転自在に支承されている。固定体８は、ボルト等の既知の手段により、保持部本体４に固定される。上記の構成要素は、砥石保持部２に含まれる。

歯車研削装置１は、更に砥石保持部２を前後方向（Ｘ方向）に移動可能に支持する台部２０と、砥石保持部２を前後方向（Ｘ方向）に移動させるための駆動部３０とを具備する。台部２０は、台２１と、スライド部２５と、移動台２２とを具備する。保持部本体４は、移動台２２に固定されており、移動台２２は、台２１上を滑動可能なスライド部２５を介して台２１に設置されるので、前後方向（Ｘ方向）に移動可能である。駆動部３０は、サーボモータ３１と、移動軸３２とを具備する。移動軸３２は、例えばボールねじであり、サーボモータ３１が回転することにより、前後方向（Ｘ方向）に伸縮する。
移動軸３２は、台部２０の移動台２２に固定されているので、サーボモータ３１の回転により、移動台２２及びそれに固定された保持部本体４に支持される砥石保持部２は前後方向に移動する。

砥石保持部２は更に、可動体５の回転移動を限定するピン６と、可動体５を、その回転をロック（固定）した状態で任意の所定位置に位置決め固定するための位置決め手段である弾性体７と、弾性体７を上下方向（Ｚ方向）に動かすエアシリンダ１４とを有する。本実施の形態において弾性体７は、可動体５を一方に押圧してその回転をロックする。
また、被加工物保持部３は図１に示すように、被加工物である外歯歯車１０を保持するが、図示されない駆動装置により前後方向（Ｘ方向）に振動するように動くことが出来る。

次に、上記実施の形態の歯車研削装置１の作動を説明する。
まず、砥石９を砥石軸（Ｂ）に中心をあわせて可動体５に取り付ける。砥石９は、例えば可動体５によるクランプ、ボルト固定等の既知の方法で保持される。次に、外歯歯車１０を被加工物保持保持部３に砥石軸と同軸になるように取付け固定する。この固定方法についても、クランプ、ボルト固定等の既知の方法で良い。次に、サーボモータ３１により、可動体５を外歯歯車１０の方向に前進させ被加工物である外歯歯車１０に組合わせる。

この時、被加工物１０の歯と砥石９の歯が干渉することが考えられるが、被加工物１０の端面が砥石９の面取りに当たり、砥石９を少量回転させることにより組合わせが可能になる。この状態を図２と３により説明する。図２に示すように、ピン６は、可動体５に設けられた長円状の開口１６に収容されているので、可動体５が軸Ｂの周りを回転可能にする遊びが存在する。砥石９と被加工物１０が干渉した場合、この遊びにより可動体５が回転し砥石９を少量回転し、砥石９と被加工物１０を組合わせる。ピン６と開口１６は、可動体５が必要以上に回転して磁石９の歯と外歯歯車１０の対応する歯の対応関係がズレてしまうことを防止するように、可動体５の回転を制限する。本実施の形態において、図３に示す砥石９の回転角は好適には、約１０度以内であることが一般的であるが、本発明はこれに限定しない。この砥石９と外歯歯車１０が適切に組み合わされた状態で位置決めするために、位置決め手段である弾性体７は、エアシリンダ１４によりＺ方向に下降されて、可動体５を押圧して可動体５の回転をロックする。この様に弾性体７は、可動体５、即ち砥石９の位置決め手段として作動する。

次に、サーボモータ３１により可動体５に保持された砥石９を前進させながら、前述の如く被加工物保持部３により被加工物である外歯歯車１０を前後方向に振動させて、外歯歯車１０を仕上げ加工する。砥石９は図５（ｂ）に示すように、軸方向に、粗加工部９１（外径がテーパー）と、仕上げ部９２（外径が平行）とを具備しており、砥石９が外歯歯車１０を相対振動しながら通過する際に、順次粗加工から仕上げ加工されることで全ての歯形状を同時で完全に精度良く仕上げ研削加工することができる。本実施の形態の歯車研削装置１による加工の状態を、図６及び図７に示す。図７において、砥石９は、加工開始時の外歯歯車１０の実線の状態から、加工終了時の外歯歯車１０の一点鎖線の状態まで移動する。この様にして、砥石９により被加工物１０を研削加工する。

次に上記実施の形態の効果及び作用について説明する。
本発明の実施の形態の歯車研削装置１により以下の効果が期待できる。
・上記構成により、即ち、特に、可動体が回転可能であることにより、被加工物の歯と砥石の歯との組合わせにおいて被加工物の歯と砥石の歯が干渉して組合せできない場合に、砥石端面の面取りにより、砥石に回転力が作用し、砥石が回転して被加工物の歯と砥石の歯が正常に組合わされる。
・また、固定体が設けられたことにより、研削加工時に砥石と被加工物の位置関係を固定でき、砥石の歯型形状を正確に被加工物に転写することができるようになる。
・上記作用が功奏し、即ち、可動体が回転可能であること、固定体が設けられたことにより、１つの歯車の全ての歯を同時に研削加工する場合に、確実に、砥石と被加工物を組合せでき、加工時間の短縮と、歯の形状精度を確保できる。

上記の説明の実施の形態における歯車研削装置１において、砥石９と被加工物である外歯歯車１０の前後方向の相対振動は、被加工物側である被加工物保持部３が前後方向に振動駆動されることにより実施されたが、砥石側の部分が振動駆動されても良い。
また、砥石９の被加工物１０に対する前後方向の相対移動は、サーボモータ３１により砥石側の砥石保持部２を駆動することにより実施されたが、被加工物側の部分を駆動して被加工物１０を移動させて実施されても良い。

また、上記において記載した、あるいは添付図面に示した実施の形態において、歯車研削装置１は、横方向に移動する横型（砥石９と被加工物１０が横方向に整列する）として記載されたが、該装置は、砥石９と被加工物１０が実質的に縦方向に整列する縦型であっても良い。

上記の実施の形態において、砥石保持部２の前後方向の移動は、サーボモータ３１とボールねじの移動軸３２の組み合わせにより実施されたが、例えば油圧シリンダ、ラックピニオン方式等のこれ以外の既知な機構により実施されても良い。
また、可動体５の位置決め手段として、可動体５を上方から押圧する弾性体７による機構が記載されているが、例えばピン止め、クランプ止め、前方からの押圧等のこれ以外の種々の既知な固定手段が採用されても良い。

上記の実施の形態は本発明の一例であり、本発明は、該実施の形態により制限されるものではなく、請求項に記載される事項によってのみ規定されており、上記以外の実施の形態も実施可能である。

図１は、本発明の実施の形態の歯車研削装置１の概略的な構成を示す側断面図である。図２は、図１の線Ａ−Ａにおける断面図である。図３は、ピンによる砥石の円周方向の位置調整を説明する図２の拡大図である。図４は、本発明の実施の形態における被加工物である外歯歯車１０の正面図である。図５は、本発明の実施の形態における被加工物である外歯歯車１０を加工するための砥石９の正面図（ａ）と、側断面図（ｂ）である。図６は、本実施の形態の歯車研削装置１による加工の状態を示す立体図である。図７は、本実施の形態の歯車研削装置１による加工の状態を示す側面図である。図８は、従来例の歯車研削装置５０の側面図である。図９は、図８の歯車研削装置５０の外観図である。

符号の説明

１…歯車研削装置
２…砥石保持部
３…被加工物保持部
４…保持部本体
５…可動体
６…ピン
７…弾性体
８…固定体
９…砥石
１０…外歯歯車（被加工物）
１１…回転軸
１２…軸受け
１４…エアシリンダ
２０…台部
２１…台
２２…移動台
２５…スライド部
３０…駆動部
３１…サーボモータ
３２…移動軸

Claims

少なくとも、被加工物である歯車を研削するための砥石を保持する砥石保持部と、被加工物を保持する被加工物保持部とを具備し、前記砥石保持部と前記被加工物保持部とを、前記被加工物である歯車の厚みの方向において相対的に往復振動させながら前記砥石保持部又は前記被加工物保持部の内の少なくとも一方を前記被加工物である歯車の厚みの方向に移動させることにより、前記被加工物を研削加工する、歯車研削装置であって
前記砥石保持部が、
ベースとなる保持部本体と、
前記保持部本体に回転可能に支持される可動体と、
前記可動体の回転動を限定するピンと、
前記可動体を、その回転をロックした状態で、任意の所定位置に位置決め保持可能な位置決め手段と、を具備する歯車研削装置において、
前記砥石は、前記被加工物である歯車と同じ歯数を有する、ことを特徴とする歯車研削装置。
前記位置決め手段は、前記可動体を一方に押圧する弾性体であることを特徴とする請求項１に記載の歯車研削装置。
前記弾性体は、空圧式シリンダにより移動されることにより、前記可動体を一方に押圧することを特徴とする請求項２に記載の歯車研削装置。
前記可動体を前記保持部本体に固定する固定体が設けられることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の歯車研削装置。
前記砥石保持部を、前記被加工物に向かって直線往復動させる駆動装置を更に具備することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の歯車研削装置。