JP6455704B2

JP6455704B2 - はす歯内歯車形成方法及びはす歯内歯車形成装置

Info

Publication number: JP6455704B2
Application number: JP2014206087A
Authority: JP
Inventors: 昭宏稲田
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2014-10-07
Filing date: 2014-10-07
Publication date: 2019-01-23
Anticipated expiration: 2034-10-07
Also published as: JP2016074059A

Description

本発明は、ピニオン歯切り加工に用いるヘリカルピニオンカッターに関する。

内歯車を形成する方法として、ピニオンカッターを用いたピニオン歯切り加工が知られている（例えば特許文献１）。

また、薄肉リング状の内歯車部品に対し、浸炭等の中間熱処理によって発生する楕円変形等の歪みを矯正する方法として、プラグ焼入れが知られている（例えば特許文献２）。

特開２００４−１６０６４５号公報特公平４−６１７２７号公報

上記プラグ焼入れでは、内歯車の歯先円直径である内径（小径）を基準として歪みを矯正する。このため、ピニオン歯切りによる内歯車の小径の加工精度が低いと、プラグ焼入れによる矯正の実効性が損なわれる。

平歯内歯車のピニオン歯切り加工で使用される平歯ピニオンカッターでは、カッター歯底の各刃が内歯車の歯先（小径）を直接形成する。このため、カッター歯底の各刃の精度を高めることによって、内歯車の小径の加工精度を高めることができ、小径を基準としたプラグ焼入れによって楕円変形等の歪みを矯正することが可能である。

これに対し、はす歯内歯車のピニオン歯切り加工で使用されるヘリカルピニオンカッターでは、カッター歯底（隣接する２つの刃間）に段差が存在し、ヘリカルピニオンカッターの各刃は内歯車の歯先を直接形成しない。このため、内歯車の小径の加工精度を高めることが難しく、プラグ焼入れによる矯正の実効性が損なわれる可能性がある。

そこで本発明は、ピニオン歯切り加工によって形成するはす歯内歯車の小径の加工精度を向上させることが可能なはす歯内歯車形成方法及びはす歯内歯車形成装置の提供を目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明は、ヘニカルピニオンカッターを用いたピニオン歯切り加工によって加工対象の内周面にはす歯内歯車を形成するはす歯内歯車形成方法又ははす歯内歯車形成装置であって、ヘリカルピニオンカッターは、歯面形成カッターと歯先仕上げカッターとを備える。歯面形成カッターは、第１回転軸を中心とした円周方向に離間して並ぶ複数の刃を有し、第１回転軸を中心として回転しながら加工方向へ前進することによって、加工対象の内周面にはす歯内歯車の歯面を形成する。歯先仕上げカッターは、第１回転軸を中心とした円環状の刃を有し、歯面形成カッターの加工方向の後側に配置されて歯面形成カッターと一体的に回転し、歯面形成カッターが形成したはす歯内歯車の歯先を切削する。
歯先仕上げカッターの刃から第１回転軸までの距離は、歯面形成カッターの円周方向に隣接する２つの刃の間のカッター歯底から第１回転軸までの距離よりも長く、且つ歯面形成カッターの刃から第１回転軸までの距離よりも短い。第１回転軸を中心としてヘニカルピニオンカッターを回転させ、第２回転軸を中心として加工対象を回転させ、ヘニカルピニオンカッターを加工方向へ前進させた後に反加工方向へ後退させて戻す１ストロークを複数ストローク繰り返すとともに、ヘニカルピニオンカッターの前進時における第２回転軸から第１回転軸までの距離をストローク間で徐々に増大させる。

上記方法及び装置では、歯面形成カッターによる前加工によってはす歯内歯車の歯面が形成された後、前加工で形成された歯先（歯面の先端）が歯先仕上げカッターによる後加工によって切削される。

はす歯内歯車の歯先に対応する歯面形成カッターのカッター歯底には段差が存在し、はす歯内歯車の歯先は歯面形成カッターの刃によって直接形成されない。このため、上記歯先仕上げカッターを有さないヘリカルピニオンカッターを用いてはす歯内歯車を形成する場合、歯先円直径である内径（小径）を、小径加工カッターによって別工程で形成する必要がある。この場合、はす歯内歯車のピッチ円（はす歯内歯車基準ピッチ円）と歯先円直径（小径）とが別工程で加工されるので、はす歯内歯車基準ピッチ円と小径との同軸位置精度を確保することは難しい。

これに対し、上記構成では、歯先仕上げカッター（小径加工カッター）の直径は、歯面形成カッターの同軸上の歯底段差部の直径以上に設定され、はす歯内歯車の歯面と小径とが同一工程内加工で切削される。従って、はす歯内歯車のピッチ円と小径との同軸位置精度を向上させることができる。

また、歯先仕上げカッターが歯面形成カッターと一体的に回転するので、歯面形成カッターによる前加工と歯先仕上げカッターによる後処理とを一連の処理として纏めて行うことができる。

本発明によれば、ピニオン歯切り加工によって形成するはす歯内歯車の小径の加工精度を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るヘリカルピニオンカッターの外観斜視図である。図１のヘリカルピニオンカッターの断面図である。歯面形成カッターの要部拡大図であり、（ａ）は図１のIIIａ部を示す拡大斜視図、（ｂ）は図１の矢印IIIｂ方向から視た拡大図である。図１のヘリカルピニオンカッターを用いたピニオン歯切り加工を説明するための斜視図である。

以下、本発明の一実施形態に係るヘリカルピニオンカッター１について、図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、ヘリカルピニオンカッター１の加工方向の前側を下方とし、後側を上方として説明する。

図１〜図４に示すように、ヘリカルピニオンカッター１は、円板状の取付板部２と、筒状の周壁部３と、環状の歯面形成カッター４及び歯先仕上げカッター５とを一体的に有し、回転軸２０を中心として回転するギヤシェーパ２１の端面に装着される。

ギヤシェーパ２１の下端面には、円柱状の位置決め突起２２が回転軸２０と同軸に突設され、位置決め突起２２の下端面には、回転軸２０と同軸に下方へ延びるボルト部２３が設けられる。

ヘリカルピニオンカッター１の取付板部２の中央には、ギヤシェーパ２１の位置決め突起２２の外径よりも僅かに大きい内径を有する円形の位置決め孔６が形成される。位置決め係合孔６に位置決め係合部２２を下方から挿入することにより、ギヤシェーパ２１に対してヘリカルピニオンカッター１が位置決めされ、取付板部２の中心が回転軸２０と略一致する。ボルト部２３は、位置決め係合孔６に挿入された位置決め突起２２の下端面から位置決め孔６の外部へ延び、ボルト部２３の先端部にナット２４を下方から螺合することによって、ヘリカルピニオンカッター１がギヤシェーパ２１の下端面に締結固定（装着）される。装着されたヘリカルピニオンカッター１は、回転軸２０を中心としてギヤシェーパ２１と一体的に回転する。

周壁部３は、取付板部２の外周縁から下方へ曲折し、下方に向かって拡径するように傾斜して延びる。

歯面形成カッター４は、周壁部３の下部の外周面に設けられ、回転軸２０を中心とした回転と回転軸２０の傾動（回転）とが組み合わされた動きをしながら加工方向へ前進することによって、内歯車部品（加工対象）３０の内周面にはす歯内歯車３１の歯面を形成する。歯面形成カッター４は、複数の刃７を有し、複数の刃７は、回転軸２０を中心とした円周方向に沿って等間隔に離間して並ぶ。複数の刃７は、回転軸２０に対して傾斜するように上下方向に延び、周壁部３の外周面から突出する。歯面形成カッター４の下端面で円周方向に隣接する２つの刃７の間（形成されるはす歯内歯車３１の歯先３２に対応するカッター歯底）には、段差８が存在する（図３（ａ）、（ｂ）参照）。このため、はす歯内
歯車３１の歯先３２は、歯面形成カッター４の刃７によって直接形成されない。

歯先仕上げカッター５は、所謂丸刃であり、周壁部３の上部の外周面に歯面形成カッター４から離間して設けられる。歯先仕上げカッター５は、周壁部３の外周面から突出する環状の刃９を有し、回転軸２０から歯先仕上げカッター５の刃９までの距離（半径）Ｒ２は、回転軸２０から歯面形成カッター４の段差８までの距離（半径）Ｒ１以上に設定される。歯先仕上げカッター５の刃９は、回転軸２０を中心として回転しながら加工方向へ前進することによって、歯面形成カッター４が形成したはす歯内歯車３１の歯先３２の先端を切削する。

次に、本実施形態のヘリカルピニオンカッター１を用いたピニオン歯切り加工によって、薄肉リング状の内歯車部品３０の内周面にはす歯内歯車３１を形成する方法について説明する。なお、内歯車部品３０は、ワーク支持部（図示省略）によって、回転軸３３（本実施形態では鉛直方向）を中心として回転自在に支持される。

はす歯内歯車３１を形成する場合、ヘリカルピニオンカッター１をギヤシェーパ２１の下端面に装着し、内歯車部品３０を回転させるとともに、ギヤシェーパ２１（ヘリカルピニオンカッター１）を内歯車部品３０と同期回転させながら、ヘリカルピニオンカッター１を下方の内歯車部品３０に向けて軸線方向（回転軸３３に沿った方向）に下降させる。ギヤシェーパ２１は、回転軸２０を中心として回転するとともに、内歯車部品３０の回転軸３３に対して傾動（回転）しながら加工方向へ移動（下降）する。

なお、歯面形成カッター４によってはす歯内歯車３１の歯面が徐々に形成されるように（歯溝が徐々に深くなるように）、内歯車部品３０の回転軸３３からヘリカルピニオンカッター１の回転軸２０までの距離をストローク間で徐々に増大させながら、ヘリカルピニオンカッター１を内歯車部品３０に対して複数回繰り返して下降させる。すなわち、内歯車部品３０の上方の加工開始高さ位置から下方の加工終了高さ位置までヘリカルピニオンカッター１を軸線方向に下降させる１回のストロークが終了すると、へリカルピニオンカッター１を加工開始高さ位置に戻し、回転軸３３から回転軸２０までの距離が所定量増大するようにギヤシェーパ２１を回転軸３３と直交する径方向に移動させ、次のストロークの加工（ヘリカルピニオンカッター１の下降）を行い、ストローク数が所定回数に達するまで（回転軸３３から回転軸２０までの距離が所定距離に達するまで）ヘリカルピニオンカッター１の下降を繰り返す。また、各ストロークにおいて、回転軸３３に対するはす歯内歯車３１の各歯の傾斜に合わせて、回転軸３３に対する回転軸２０の傾斜角度をヘリカルピニオンカッター１の下降量に応じて変化させる。

各ストロークにおいて、ヘリカルピニオンカッター１が下降すると、先ず歯面形成カッター４の刃７が内歯車部品３０に接触して、内歯車部品３０の内周面にはす歯内歯車３１の歯面を形成する。すなわち、歯面形成カッター４による前加工によって、はす歯内歯車３１の歯面が内歯車部品３０の内周面の上端側から下端側に向かって徐々に形成される。

前加工が進行し、歯面形成カッター４が内歯車部品３０の上端よりも下方へ移動して、歯先仕上げカッター５の刃９が内歯車部品３０の上端に達すると、前加工で形成された歯先３２の先端を歯先仕上げカッター５の刃９が切削する。ヘリカルピニオンカッター１の下降に伴い、歯先仕上げカッター５による後加工によって歯先３２が切削される領域が内歯車部品３０の内周面の上端側から下端側に向かって拡大し、歯先仕上げカッター５が内歯車部品３０の下端よりも下方へ移動することによって、内歯車部品３０の内周面の全域に対する１回のストロークの前加工及び後加工が終了し、ストローク数が所定回数に達することによって、はす歯内歯車３１の形成が完了する。なお、前加工によって歯先３２が形成されていない加工前期のストロークでは、歯先仕上げカッター５は内歯車部品３０に接触せず、後加工も実行されない。一方、前加工によって歯先３２が形成された加工後期のストローク（特に最終ストローク）では、歯先仕上げカッター５による後加工が実行される。また、各ストロークにおいて、前加工が終了した後は、回転軸３３に対して回転軸２０を傾動させず、回転軸２０を回転軸３３と略平行に維持してヘリカルピニオンカッター１を下降させてもよい。

本実施形態のヘリカルピニオンカッター１によれば、歯面形成カッター４による前加工によってはす歯内歯車３１の歯面が形成された後、前加工で形成された歯先３２が歯先仕上げカッター５による後加工によって切削される。

歯面形成カッター４のカッター歯底には段差８が存在し、はす歯内歯車３１の歯先３２は歯面形成カッター４の刃７によって直接形成されない。このため、歯先仕上げカッター５を有さないヘリカルピニオンカッターを用いてはす歯内歯車を形成する場合、歯先円直径である内径（小径）を、小径加工カッターによって別工程で形成する必要がある。この場合、はす歯内歯車のピッチ円（基準ピッチ円）と歯先円直径（小径）とが別工程で加工されるので、はす歯内歯車３１の基準ピッチ円と小径との同軸位置精度を確保することは難しい。

これに対し、本実施形態では、歯面形成カッター４の同軸上に歯先仕上げカッター５を配置し、はす歯内歯車３１と歯先３２とを同一工程で切削加工するので、はす歯内歯車３１のピッチ円中心と小径中心との同軸位置精度を確保することができる。従って、小径を基準としたプラグ焼入れによる歪みの矯正の実効性が損なわれないように、はす歯内歯車３１の小径の加工精度を向上させることができる。

また、歯先仕上げカッター５が歯面形成カッター４と一体的に回転するので、歯面形成カッター４による前加工と歯先仕上げカッター５による後処理とを一連の処理として纏めて行うことができる。

また、歯先仕上げカッター５は歯面形成カッター４から上方へ離間しているので、歯面形成カッター４の刃７や歯先仕上げカッター５の刃９を研削して再使用することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、この実施形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、この実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論である。

例えば、歯面形成カッター４と歯先仕上げカッター５とを一体的に有するヘリカルピニオンカッター１とせず、歯面形成カッターと歯先仕上げカッターと別部品で形成し、両者を一体化させてギヤシェーパ２１に装着してもよく、両者を一体化させずに個別にギヤシェーパ２１に固定してもよい。

本発明のヘリカルピニオンカッターは、様々な内歯車部品のピニオン歯切り加工に用いることができる。

１ヘリカルピニオンカッター
４歯面形成カッター
５歯先仕上げカッター
８段差
２０，３３回転軸
２１ギヤシェーパ
３０内歯車部品（加工対象）
３１はす歯内歯車
３２歯先

Claims

ヘニカルピニオンカッターを用いたピニオン歯切り加工によって加工対象の内周面にはす歯内歯車を形成するはす歯内歯車形成方法であって、
前記ヘニカルピニオンカッターは、
第１回転軸を中心とした円周方向に離間して並ぶ複数の刃を有し、前記第１回転軸を中心として回転しながら加工方向へ前進することによって、前記内周面にはす歯内歯車の歯面を形成する歯面形成カッターと、
前記第１回転軸を中心とした円環状の刃を有し、前記歯面形成カッターの前記加工方向の後側に配置されて前記歯面形成カッターと一体的に回転し、前記歯面形成カッターが形成した前記はす歯内歯車の歯先を切削する歯先仕上げカッターと、を備え、
前記歯先仕上げカッターの前記刃から前記第１回転軸までの距離は、前記歯面形成カッターの円周方向に隣接する２つの前記刃の間のカッター歯底から前記第１回転軸までの距離よりも長く、且つ前記歯面形成カッターの前記刃から前記第１回転軸までの距離よりも短く、
前記第１回転軸を中心として前記ヘニカルピニオンカッターを回転させ、第２回転軸を中心として前記加工対象を回転させ、前記ヘニカルピニオンカッターを前記加工方向へ前進させた後に反加工方向へ後退させて戻す１ストロークを複数ストローク繰り返すとともに、前記ヘニカルピニオンカッターの前進時における前記第２回転軸から前記第１回転軸までの距離をストローク間で徐々に増大させる
ことを特徴とするはす歯内歯車形成方法。
ヘニカルピニオンカッターを用いたピニオン歯切り加工によって加工対象の内周面にはす歯内歯車を形成するはす歯内歯車形成装置であって、
前記ヘニカルピニオンカッターは、
第１回転軸を中心とした円周方向に離間して並ぶ複数の刃を有し、前記第１回転軸を中心として回転しながら加工方向へ前進することによって、前記内周面にはす歯内歯車の歯面を形成する歯面形成カッターと、
前記第１回転軸を中心とした円環状の刃を有し、前記歯面形成カッターの前記加工方向の後側に配置されて前記歯面形成カッターと一体的に回転し、前記歯面形成カッターが形成した前記はす歯内歯車の歯先を切削する歯先仕上げカッターと、を備え、
前記歯先仕上げカッターの前記刃から前記第１回転軸までの距離は、前記歯面形成カッターの円周方向に隣接する２つの前記刃の間のカッター歯底から前記第１回転軸までの距離よりも長く、且つ前記歯面形成カッターの前記刃から前記第１回転軸までの距離よりも短く、
前記第１回転軸を中心として前記ヘニカルピニオンカッターを回転させ、第２回転軸を中心として前記加工対象を回転させ、前記ヘニカルピニオンカッターを前記加工方向へ前進させた後に反加工方向へ後退させて戻す１ストロークを複数ストローク繰り返すとともに、前記ヘニカルピニオンカッターの前進時における前記第２回転軸から前記第１回転軸までの距離をストローク間で徐々に増大させる
ことを特徴とするはす歯内歯車形成装置。