JP2015089600A - 歯車加工方法、段付き歯車、および遊星歯車機構 - Google Patents

Abstract

【課題】加工用工具と被加工物の干渉を防止できる歯車加工方法、当該歯車加工方法により製造された段付き歯車、および段付き歯車を備える遊星歯車機構を提供することを目的とする。
【解決手段】外周に工具刃５１を有する加工用工具５０の中心軸線Ｚｔを被加工物Ｗの中心軸線Ｚｗに対して傾斜させた状態で、加工用工具５０の回転と被加工物Ｗの回転とを同期させながら、加工用工具５０を被加工物Ｗに対して被加工物Ｗの中心軸線Ｚｗ方向に直進させることで、被加工物Ｗに歯車を加工する歯車加工方法において、被加工物Ｗの壁面３２ｂに、加工用工具５０の加工点Ｐｒが被加工物Ｗの軸方向端部に位置する終端位置Ｔｐまで加工用工具５０を直進させた際に当該加工用工具５０の先端部が収容される環状溝３２ｃを予め形成しておく。
【選択図】図２

Description

本発明は、歯車加工方法、当該歯車加工方法により製造された段付き歯車、および段付き歯車を備える遊星歯車機構に関するものである。

歯車加工方法として、特許文献１に記載されている方法が知られている。この種の歯車加工方法は、外周に複数の工具刃を有する加工用工具を用いて、被加工物の中心軸線と加工用工具の中心軸線とを傾斜させた状態で、被加工物と加工用工具とを同期回転させながら、加工用工具を被加工物の中心軸線方向に直進させるものである。

特開２０１２−４５６８７号公報

ところで、上記のような歯車加工方法では、予め設定された送り方向の終端位置まで加工用工具を直進させて、被加工物の所定の軸方向位置まで歯車を形成する。このとき、加工用工具が被加工物に対して傾斜された状態にあるため、加工用工具の先端部が被加工物において歯車を形成された軸方向位置から送り方向に突出することになる。そのため、被加工物の形状によっては、突出した加工用工具の先端部と被加工物が干渉するおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、加工用工具と被加工物の干渉を防止できる歯車加工方法、当該歯車加工方法により製造された段付き歯車、および段付き歯車を備える遊星歯車機構を提供することを目的とする。

（請求項１）本手段に係る歯車加工方法は、外周に工具刃を有する加工用工具の中心軸線を被加工物の中心軸線に対して傾斜させた状態で、前記加工用工具の回転と前記被加工物の回転とを同期させながら、前記加工用工具を前記被加工物に対して前記被加工物の中心軸線方向に直進させることで、前記被加工物に歯車を加工する歯車加工方法であって、前記被加工物は、前記歯車を加工される円筒状外周面または円筒状内周面を有する被加工部と、当該被加工部の軸方向端部に隣接または隙間を介して設けられた壁面と、を備え、
前記被加工物の前記壁面に、前記加工用工具の加工点が前記被加工物の前記軸方向端部に位置する終端位置まで前記加工用工具を直進させた際に当該加工用工具の先端部が収容される環状溝を予め形成しておく。

このような構成によると、加工用工具を予め設定された送り方向の終端位置まで前進させた際に、加工用工具の先端部が環状溝に収容されて被加工物との干渉を防止することができる。ここで、加工用工具の先端部とは、加工用工具の軸方向端部のうち、被加工物の中心軸線に垂直な方向から見て、被加工物の中心軸線方向に最も突出した部位である。

（請求項２）本手段に係る段付き歯車である前記被加工物は、請求項１の歯車加工方法により前記被加工部の外周面に加工された第一歯車と、前記壁面を有し且つ前記被加工部の外径よりも大きい円柱部の外周面に加工された第二歯車と、を備える。

加工用工具を被加工物に対して傾斜させる加工方法を用いて段付き歯車を製造する場合に、従来においては、例えば加工用工具が第二歯車に干渉しないように第一歯車と第二歯車の軸方向の距離が設定されていた。これに対して、第二歯車の壁面に環状溝を予め形成しておくことにより、第一歯車の加工時における加工用工具と第二歯車の干渉を防止できるので、第一歯車と第二歯車の軸方向の距離を短縮できる。よって、従来よりも軸方向に小型の段付き歯車を製造することができる。

（請求項３）本手段に係る遊星歯車機構は、請求項２の前記段付き歯車である複数の遊星歯車と、前記第一歯車および前記第二歯車の一方と噛合するサンギヤと、前記第一歯車および前記第二歯車の他方と噛合するリングギヤと、前記複数の遊星歯車を回転可能に支持するキャリアと、を備える。

このような構成によると、遊星歯車機構は、段付き歯車における第一歯車と第二歯車の歯数差の分だけ変速比をさらに高くすることができる。また、段付き歯車が遊星歯車として用いられる遊星歯車機構においては、遊星歯車がサンギヤと噛合する軸方向位置と、遊星歯車がリングギヤと噛合する軸方向位置が相違する。そのため、遊星歯車には中心軸線に直交する軸線周りのモーメントが発生することになる。これに対して、上記のような加工方法により製造された段付き歯車を遊星歯車として用いることにより、第一歯車と第二歯車の軸方向の距離を短縮できるので、発生するモーメントを小さくすることができる。さらに、遊星歯車機構の軸方向に小型化することができるので、全体として軽量化できる。

実施形態における歯車機構の軸方向断面図である。 歯車加工の動作を示す部分断面図である。 図２における段付き歯車のIII方向矢視図である。

以下、本発明の歯車加工方法、段付き歯車、および遊星歯車機構を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。実施形態では、遊星歯車機構の遊星歯車として用いられる段付き歯車の製造工程において、本発明の歯車加工方法が用いられる構成を例示する。

＜実施形態＞
（遊星歯車機構の全体構成）
実施形態の遊星歯車機構１の全体構成について、図１を参照して説明する。この遊星歯車機構１は、図１に示すように、ハウジング２と、入力軸３と、出力軸４と、サンギヤ１０と、リングギヤ２０と、複数の遊星歯車３０と、キャリア４０とを備えて構成される。

ハウジング２は、遊星歯車機構１の外周形状の一部を構成する固定部材である。入力軸３および出力軸４は、ハウジング２に回転軸線（図１の二点鎖線）の周りに回転可能に支持された軸部材である。入力軸３は、図示しないモータなどの駆動源に連結され、駆動源が出力する回転駆動力を遊星歯車機構１に入力する。出力軸４は、遊星歯車機構１により減速された回転駆動力を出力する。

サンギヤ１０は、入力軸３の外周面のうち所定の軸方向位置に形成されている。リングギヤ２０は、ハウジング２の内周面のうちサンギヤ１０が配置された軸方向位置から入力側（図１の左側）にずれた位置に固定されている。

遊星歯車３０は、後述する歯車加工方法により製造された段付き歯車である。遊星歯車３０は、キャリア４０によりハウジング２の内部に回転可能に支持されている。遊星歯車３０は、小径軸部３１（本発明の「被加工部」に相当する）と、大径軸部３２（本発明の「円柱部」に相当する）と、軸状からなるシャフト部３３とを有する。小径軸部３１および大径軸部３２は、シャフト部３３に一体的に形成され、回転軸線（図１の二点鎖線）の周りに回転する。

小径軸部３１の円筒状外周面には、リングギヤ２０と噛合する小径ギヤ３１ａ（本発明の「第一歯車」に相当する）が形成されている。大径軸部３２の外径は、小径軸部３１の外径よりも大きい。大径軸部３２の円筒状外周面には、サンギヤ１０と噛合する大径ギヤ３２ａ（本発明の「第二歯車」に相当する）が形成されている。大径軸部３２における軸方向の両端面のうち小径軸部３１が位置する側には、回転軸線に垂直な壁面３２ｂが形成されている。大径軸部３２の壁面３２ｂに、遊星歯車３０の回転軸と同軸の環状溝３２ｃが形成されている。

キャリア４０は、入力軸３と同軸に配置され、周方向に等間隔に配置された３つの遊星歯車３０を回転可能に支持する。キャリア４０は、ハウジング２の内周に回転可能に支持された一対のキャリアプレート４１，４２を有する。第一キャリアプレート４１は、軸受を介してシャフト部３３の出力側の端部を相対回転可能に支持している。第一キャリアプレート４１は、出力軸４と一体的に形成されている。

第二キャリアプレート４２は、第一キャリアプレート４１と軸方向に対向して配置され、軸受を介してシャフト部３３の入力側の端部を相対回転可能に支持している。第二キャリアプレート４２の出力側の端面には、対向する第一キャリアプレート４１に向かって延伸する３本の連結部材４３が一体的に設けられている。連結部材４３は、３つの遊星歯車３０の間を軸方向に延びて、第一キャリアプレート４１の入力側の端面に接触している。第二キャリアプレート４２は、連結部材４３の中心部を挿通するボルト４４により、第一キャリアプレート４１に対して固定される。

このような構成からなる遊星歯車機構１は、入力軸３から回転駆動力が入力されると、サンギヤ１０と大径ギヤ３２ａとの歯数差、大径ギヤ３２ａと小径ギヤ３１ａとの歯数差、およびリングギヤ２０と小径ギヤ３１ａとの歯数差とに応じて遊星歯車３０が自転運動するとともに、回転軸線の周りに公転運動する。遊星歯車機構１は、遊星歯車３０を支持するキャリア４０を介して、出力軸４から減速された回転駆動力を出力する。

（歯車の加工方法）
遊星歯車３０として用いられる段付き歯車を製造する歯車の加工方法について、図２および図３を参照して説明する。本実施形態においては、小径軸部３１における円筒状の外周面に歯車（小径ギヤ３１ａ）を加工する場合を例示する。

被加工物Ｗは、上記の遊星歯車３０の素材であって、鍛造などによって概ねの形状が予め形成されている。被加工物Ｗは、図２に示すように、遊星歯車３０の各部位と対応する小径軸部３１と、大径軸部３２と、シャフト部３３とを有する。被加工物Ｗは、中心軸線Ｚｗの周りに回転可能に支持される。

また、被加工物Ｗの大径軸部３２は、小径軸部３１の軸方向端部に隙間を介して設けられた壁面３２ｂを有する。大径軸部３２の壁面３２ｂには、図２および図３に示すように、所定の深さを有する環状溝３２ｃが形成されている。図３における一点鎖線は、形成される大径ギヤ３２ａおよび小径ギヤ３１ａのピッチ円を表している。

加工用工具５０は、図２に示すように、外周に複数の工具刃５１を有し、加工用工具５０の中心軸線Ｚｔの周りに回転可能に支持される。各工具刃５１は、突条に形成されている。そして、歯車加工においては、加工用工具５０が、その中心軸線Ｚｔを被加工物Ｗの中心軸線Ｚｗに対して傾斜された状態とされる。つまり、それぞれの中心軸線Ｚｔ，Ｚｗが平行でない状態とされる。

この状態で、加工用工具５０の回転と被加工物Ｗの回転とを同期させながら、図２の太矢印にて示すように、加工用工具５０を被加工物Ｗに対して被加工物Ｗの中心軸線Ｚｗ方向に向かって直進させる。なお、加工用工具５０を中心軸線Ｚｗ方向に移動させてもよいし、被加工物Ｗを中心軸線Ｚｗ方向に移動させてもよい。

加工用工具５０の中心軸線Ｚｔと被加工物Ｗの中心軸線Ｚｗとが傾斜しているため、加工点Ｐｒにおいて、加工用工具５０と被加工物Ｗとに相対速度が生じる。そのため、被加工物Ｗが切削される。そうすると、図２に示すように、被加工物Ｗの小径軸部３１の外周面に小径ギヤ３１ａが形成される。

そして、被加工物Ｗに対して加工用工具５０を送り方向の終端位置Ｔｐまで直進させると、小径軸部３１の軸線方向全長に亘って、小径ギヤ３１ａが形成される。ここで、上記の「送り方向」とは、中心軸線Ｚｗ方向であって、本実施形態では小径軸部３１から大径軸部３２に向かう方向である。また、上記の「終端位置」とは、加工用工具５０の加工点Ｐｒが被加工物Ｗの軸方向端部に位置する際の加工用工具５０の送り方向位置である。

このとき、加工用工具５０の先端部は、図２に示すように、大径軸部３２の環状溝３２ｃに収容される。ここで、上記の「加工用工具５０の先端部」とは、加工用工具５０の軸方向端部のうち、被加工物Ｗの中心軸線Ｚｗに垂直な方向から見て、被加工物Ｗの中心軸線Ｚｗ方向に最も突出した部位である。換言すると、加工用工具５０の先端部は、図２において、加工点Ｐから大径軸部３２側に最も突出した外周縁の一部である。

このように、加工用工具５０を用いた歯車の形成に先駆けて、大径軸部３２の壁面３２ｂに環状溝３２ｃを予め形成しておくことで、加工点Ｐｒを除いて、被加工物Ｗに加工用工具５０が干渉することを防止している。大径軸部３２の環状溝３２ｃは、加工用工具５０の外径や形状、それぞれの中心軸線Ｚｔ，Ｚｗの傾斜角度を含む加工パラメータ、製造される遊星歯車３０としての必要強度などを勘案して、深さや溝幅を含む形状が適宜設定される。

（実施形態の構成による効果）
上述した歯車加工方法によると、被加工物Ｗにおいて加工用工具５０の送り方向の終端側に位置する壁面３２ｂに、環状溝３１ｃを予め形成しておく構成とした。これにより、加工用工具５０を設定された送り方向の終端位置Ｔｐまで前進させた際に、加工用工具５０の先端部が環状溝３２ｃに収容される。よって、歯車の加工において、加工点Ｐｒ以外での加工用工具５０と被加工物Ｗの干渉を防止することができる。

ここで、加工用工具を被加工物に対して傾斜させる加工方法を用いて段付き歯車を製造する場合には、小径ギヤと大径ギヤの軸方向の距離が、加工用工具の干渉を避けられるように設定されることがある。これに対して、本実施形態では、上述した歯車加工方法により段付き歯車（遊星歯車３０）を製造するものとした。これにより、加工用工具５０と被加工物Ｗの干渉を防止できるので、小径ギヤ３１ａと大径ギヤ３２ａの軸方向の距離を短縮することができる。よって、従来よりも軸方向に小型の段付き歯車を製造することができる。

また、本実施形態において、段付き歯車は、遊星歯車機構１の遊星歯車３０として用いられる構成とした。このような遊星歯車機構１は、遊星歯車３０の小径ギヤ３１ａと大径ギヤ３２ａの歯数差の分だけ変速比をさらに高くすることができる。ここで、サンギヤ１０およびリングギヤ２０に対してそれぞれ噛合する軸方向位置が相違することに起因して、遊星歯車３０にはモーメントが発生することになる。

これに対して、本実施形態では、上述した歯車加工方法により製造された段付き歯車を遊星歯車３０として用いる構成とした。これにより、従来よりも小径ギヤ３１ａと大径ギヤ３２ａの軸方向の距離を短縮できるので、遊星歯車３０に発生するモーメントを小さくすることができる。さらに、遊星歯車機構１の軸方向に小型化することができるので、全体として軽量化できる。

＜実施形態の変形態様＞
実施形態において、上述のような歯車加工方法により段付き歯車を製造する場合を例示した。これに対して、この歯車加工方法は、歯車を加工される被加工部の軸方向端部に隣接または隙間を介して設けられた壁面を有する被加工物であれば適用することができる。

また、実施形態においては、この歯車加工方法により小径軸部３１の円筒状外周面に外歯を形成する構成を例示した。これに対して、被加工物における被加工部の円筒状内周面に内歯を形成する構成としてもよい。例えば、有底筒状の被加工物の内周面に内歯を加工する際には、被加工物の底部を構成する壁面に環状溝を予め形成しておくことで、実施形態と実質的に同様の効果を奏する。

１：遊星歯車機構、 １０：サンギヤ、 ２０：リングギヤ、 ３０：遊星歯車（段付き歯車）、 ３１：小径軸部（被加工部）、 ３１ａ：小径ギヤ（第一歯車）、 ３２：大径軸部（円柱部）、 ３２ａ：大径ギヤ（第二歯車）、 ３２ｂ：壁面、 ３２ｃ：環状溝、 ４０：キャリア、 ５０：加工用工具、 ５１：工具刃、 Ｗ：被加工物、 Ｚｗ：被加工物の中心軸線、 Ｚｔ：加工用工具の中心軸線、 Ｔｐ：終端位置、 Ｐｒ：加工点

Claims (3)

1. 外周に工具刃を有する加工用工具の中心軸線を被加工物の中心軸線に対して傾斜させた状態で、前記加工用工具の回転と前記被加工物の回転とを同期させながら、前記加工用工具を前記被加工物に対して前記被加工物の中心軸線方向に直進させることで、前記被加工物に歯車を加工する歯車加工方法であって、
   前記被加工物は、前記歯車を加工される円筒状外周面または円筒状内周面を有する被加工部と、当該被加工部の軸方向端部に隣接または隙間を介して設けられた壁面と、を備え、
   前記被加工物の前記壁面に、前記加工用工具の加工点が前記被加工物の前記軸方向端部に位置する終端位置まで前記加工用工具を直進させた際に当該加工用工具の先端部が収容される環状溝を予め形成しておく歯車加工方法。
2. 前記被加工物は、
   請求項１の歯車加工方法により前記被加工部の外周面に加工された第一歯車と、
   前記壁面を有し且つ前記被加工部の外径よりも大きい円柱部の外周面に加工された第二歯車と、を備える段付き歯車。
3. 請求項２の前記段付き歯車である複数の遊星歯車と、
   前記第一歯車および前記第二歯車の一方と噛合するサンギヤと、
   前記第一歯車および前記第二歯車の他方と噛合するリングギヤと、
   前記複数の遊星歯車を回転可能に支持するキャリアと、を備える遊星歯車機構。
   

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