JP2022188980A - 歯車製造装置及び歯車製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造効率の低下と製造コストの増大とを抑制しつつ、歯にエンドリリーフを精度良く形成することができる歯車製造装置及び歯車製造方法を提供する。
【解決手段】歯車ワーク９と研削工具８とがかみ合った状態でのＸ軸直交断面において、中央部８１の厚さ方向の中心点８１ａを通り且つＺ軸方向に平行な仮想直線Ｌ１と工具８の外縁線との交点を通常加工点８２とすると、制御装置は、少なくともエンド領域を加工するにあたり、通常加工点８２を加工基準位置に設定して加工する場合と比較して、エンド領域を加工する際のＸ軸直交断面における工具８の中心と歯車ワーク９の中心との距離が大きくなるように、Ｘ軸直交断面における工具８の外縁線上の通常加工点８２とは異なる位置を加工基準位置に設定して算出された工具８の相対位置に基づいて、工具８の相対位置を調整する特定加工制御を実行するように構成されている。
【選択図】図８

Description

本発明は、歯車製造装置及び歯車製造方法に関する。

歯車を製造する方法としては、例えば特開２０１７－２０５８７１号公報に開示されている。歯車の研削加工は、歯車ワークと研削工具とをかみ合わせて回転させることで行われる。円滑な歯のかみ合いを目的として、歯面にクラウニングやエンドリリーフを形成することが知られている。

特開２０１７－２０５８７１号公報

歯車ワークの歯の加工は、例えばねじ状砥石を用いて行われる。歯車製造装置は、歯車ワークの歯と工具の歯とを噛み合わせて回転させることで、歯車ワークを加工する。ここで、歯車ワークの歯にクラウニングやエンドリリーフを形成するにあたり、例えばねじ状砥石を用いると、狙いと異なる位置で砥石と歯面とが干渉し、歯面の狙いでない部分が研削される現象が発生する。ただし、例えばクラウニングの形成では、そもそも歯面の加工量が少量であるため、狙いでない部分が加工されてもその加工量はごく少量であり、無視できる量であった。

昨今では、歯車が収容されるケースの軽量化（薄肉化）が進んでいる。これにより、ケースのたわみが歯車のかみ合い（面圧）に影響を及ぼす可能性が高くなる。例えば、ケースのたわみや歯車自身のたわみにより、歯の歯すじ方向の端部において当接面の面圧が高くなり、歯が損傷するおそれがある。これに対して、歯の歯すじ方向の端部を大きく研削し、従来よりも大きなエンドリリーフ（大きな逃げ形状）を形成することが考えられる。これにより、ケースのたわみによる面圧上昇は抑制される。

しかし、大きなエンドリリーフ（以下「大エンドリリーフ」という）を形成しようとすると、加工量が大きくなり、上記のような狙いでない部分の加工量も増えてしまう。つまり、歯面形状が目標形状から大きくずれた形状となりやすい。この対策として、細部を加工できる小径工具を用いることが考えられるが、小径工具では工具の寿命が短く、コスト抑制の面で課題がある。また、大径工具に替えて小径工具を用いると、工具の周速を維持するためには装置の回転数を上げる必要があり、高機能の装置が必要となる。このように、小径工具を用いて大エンドリリーフを形成する方策では、工具を頻繁に替える必要があり、また高機能の装置が必要となり、製造効率及び製造コストの面で課題がある。

本発明の目的は、製造効率の低下と製造コストの増大とを抑制しつつ、歯にエンドリリーフを精度良く形成することができる歯車製造装置及び歯車製造方法を提供することである。

本発明の歯車製造装置は、歯車ワークを保持する第１スピンドルと、前記第１スピンドルを、前記第１スピンドルの軸線である第１軸線のまわりに回転可能に保持する第１保持台と、外周面にねじ状又は円盤状の歯を備えた研削用又は切削用の工具を保持する第２スピンドルと、前記第２スピンドルを、前記第２スピンドルの軸線である第２軸線のまわりに回転可能に保持する第２保持台と、前記第２スピンドルを前記第２軸線まわりに回転させ、前記第１保持台及び前記第２保持台の少なくとも一方を移動させる駆動装置と、前記駆動装置を制御し、前記歯車ワークに対する前記工具の相対位置を調整する制御装置と、を備え、前記歯車ワークと前記工具とを当接させ且つ回転させて、全周にわたって前記歯車ワークを加工する歯車製造装置であって、前記制御装置は、前記歯車ワークの歯の目標形状に関する目標形状データと前記工具の形状に関する工具形状データとを記憶する記憶部を備え、前記第２軸線を含み且つ前記第１軸線に平行な仮想平面に直交する方向をＸ軸方向とし、前記目標形状データ及び前記工具形状データにおいて、前記Ｘ軸方向に直交する所定の平面で前記歯車ワークの歯を含むように前記工具の歯を切断した断面をＸ軸直交断面とし、前記Ｘ軸直交断面において、歯すじ方向に対して直交する方向を厚さ方向とし、前記Ｘ軸直交断面において、前記第１軸線に平行な直線に直交する方向をＺ軸方向とすると、前記Ｘ軸直交断面における前記工具の歯の形状は、前記歯すじ方向の中央部から前記歯すじ方向の端部に向かうほど前記厚さ方向の長さが小さくなる形状であり、前記Ｘ軸直交断面において、前記中央部の前記厚さ方向の中心点を通り且つ前記Ｚ軸方向に平行な仮想直線と前記工具の外縁線との交点を通常加工点とし、前記工具が前記歯車ワークを加工する演算上の位置を加工基準位置とし、前記歯車ワークの歯のうち前記歯すじ方向の端部をエンド領域とすると、前記制御装置は、少なくとも前記エンド領域を加工するにあたり、前記通常加工点を前記加工基準位置に設定して加工する場合と比較して、前記エンド領域を加工する際の前記Ｘ軸直交断面における前記工具の中心と前記歯車ワークの中心との距離が大きくなるように、前記Ｘ軸直交断面における前記工具の外縁線上の前記通常加工点とは異なる位置を前記加工基準位置に設定して算出された前記相対位置に基づいて、前記相対位置を調整する特定加工制御を実行するように構成されている。

本発明の歯車製造方法は、歯車ワークと工具とを当接させ且つ回転させることで、全周にわたって前記歯車ワークを加工する歯車製造装置を用いた歯車製造方法であって、前記歯車ワークの回転軸線である第１軸線に平行で且つ前記工具の回転軸線である第２軸線を含む仮想平面に直交する方向をＸ軸方向とし、前記歯車製造装置に記憶された前記歯車ワークの歯の目標形状に関する目標形状データ及び前記工具の形状に関する工具形状データにおいて、前記Ｘ軸方向に直交する所定の平面で前記歯車ワークの歯を含むように前記工具の歯を切断した断面をＸ軸直交断面とし、前記Ｘ軸直交断面において、歯すじ方向に対して直交する方向を厚さ方向とすると、前記Ｘ軸直交断面における前記工具の歯の形状は、前記歯すじ方向の中央部から前記歯すじ方向の端部に向かうほど前記厚さ方向の長さが小さくなる形状であり、前記Ｘ軸直交断面において、前記第１軸線に平行な直線に直交する方向をＺ軸方向とし、前記Ｘ軸直交断面において、前記中央部の前記厚さ方向の中心点を通り且つ前記Ｚ軸方向に平行な仮想直線と、前記工具の外縁線との交点を通常加工点とし、前記工具が前記歯車ワークを加工する演算上の位置を加工基準位置とし、前記歯車ワークの歯のうち前記歯すじ方向の端部をエンド領域とすると、前記歯車製造装置が、少なくとも前記エンド領域を加工するにあたり、前記通常加工点を前記加工基準位置に設定して加工する場合と比較して、前記エンド領域を加工する際の前記Ｘ軸直交断面における前記工具の中心と前記歯車ワークの中心との距離が大きくなるように、前記Ｘ軸直交断面における前記工具の外縁線上の前記通常加工点とは異なる位置を前記加工基準位置に設定して算出された前記工具の前記歯車ワークに対する相対位置に基づいて、前記相対位置を調整する特定加工工程を含む。

従来の装置では、例えば工具の歯の中心を工具の歯の位置として把握し、工具の形状データと歯車ワークの目標形状とに基づいて、工具の位置を制御していた。この加工制御によれば、実質的には、通常加工点を加工基準位置に設定して加工するのと同等の結果となる。つまり、従来の装置では、通常加工点を加工基準位置に設定して加工していたといえる。

一方、本発明の歯車製造装置によれば、特定加工制御が実行されることで、通常加工点を加工基準位置に設定して行う加工と比較して、歯車ワークと工具との中心間距離が大きくなり、エンド領域での工具の食い込み量（切込み量）が小さくなる。これにより、エンド領域での余分な加工が抑制されるため、エンドリリーフの形成においても、より歯車ワークの目標形状に沿ったリリーフ量の実現が可能となる。つまり、本発明によれば、エンド領域の加工において加工精度の向上が可能となり、歯にエンドリリーフを精度良く形成することができる。また、この構成によれば、工具を小径のものに交換する必要がなく、例えば１つの大径工具で足り、製造効率の低下と製造コストの増大とが抑制される。これらの効果は、本発明の歯車製造方法によっても同様に発揮される。

本実施形態の歯車製造装置の構成図（歯車ワーク設置前の状態）である。 歯車ワークの各歯における方向の定義を説明するための概念図である。 本実施形態の研削加工における歯車ワークと研削工具との位置関係を説明するための概念図である。 歯車ワークと研削工具とがかみ合った状態を示す概念図である。 図４のＶ－Ｖ線断面を示す概念図である。 図５の断面（Ｘ軸直交断面）に対応する概念図である。 図５の断面（Ｘ軸直交断面）に対応する概念図である。 図５の断面（Ｘ軸直交断面）に対応する概念図である。 研削工具の加工動作軌跡を説明するための概念図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。本実施形態の歯車製造装置１は、図１に示すように、第１スピンドル２と、第１保持台３と、第２スピンドル４と、第２保持台５と、駆動装置６と、制御装置７と、研削工具８と、を備えている。歯車製造装置１は、歯車ワーク９と研削工具８とをかみ合わせて回転させることで全周にわたって歯車ワーク９の歯を加工する装置である。歯車製造装置１は、ドレッサ等も備えている。なお、図１では、歯車ワーク９が設置されていない状態の歯車製造装置１が表されている。

第１スピンドル２は、複数の歯が形成された歯車ワーク９を保持する主軸部材である。本例の歯車ワーク９は、研削加工によってはすば歯車（インボリュート歯車）となる円筒歯車状のワークである。つまり、本実施形態の歯車ワーク９の外周面には、別途の加工により、予め複数の歯が形成されている。本例の研削制御は、例えば仕上げ加工である。

第１保持台３は、第１スピンドル２を、第１スピンドル２の軸線である第１軸線Ａ１のまわりに回転可能に保持する主軸台である。第１軸線Ａ１は、歯車ワーク９の回転軸線である。第２スピンドル４は、外周面にねじ状の歯を備えた研削工具８を保持する主軸部材である。本例の研削工具８は、全体として円筒状であって、多条のねじ状砥石である。なお、研削工具８は、１条のねじ状砥石であってもよいし、円盤状の歯を備えた砥石であってもよいし、あるいは砥石でなくてもよい。第２保持台５は、第２スピンドル４を、第２スピンドル４の軸線である第２軸線Ａ２のまわりに回転可能に保持する主軸台である。第２軸線Ａ２は、研削工具８の回転軸線である。第１保持台３及び第２保持台５は、歯車製造装置１のベッド１０上に配置されている。第２保持台５は、第２スピンドル４がベッド１０上で移動できるように、第２スピンドル４を保持している。

駆動装置６は、第２スピンドル４を第２軸線Ａ２まわりに回転させ、第１保持台３及び第２保持台５の少なくとも一方を移動させる装置である。駆動装置６は、複数のモータ等の駆動源（図示略）を備えている。例えば、駆動装置６の一部として、第１保持台３には、第１スピンドル２を第１軸線Ａ１まわりに回転させる駆動源が設けられている。また、駆動装置６の一部として、第２保持台５には、第２スピンドル４を第２軸線Ａ２まわりに回転させる駆動源が設けられている。また、駆動装置６の一部として、例えばベッド１０又は第２保持台５とベッド１０とを接続する部分には、第２保持台５を移動させる駆動源が設けられている。本実施形態の駆動装置６は、第２スピンドル４だけでなく、第１スピンドル２も第１軸線Ａ１まわりに回転させることができる。駆動装置６は、研削時には、歯車ワーク９と研削工具８とが回転するように、第１スピンドル２の回転と第２スピンドル４の回転とを同期させる。駆動装置６は、第２スピンドル４の角度を変更することができる。本実施形態において、駆動装置６は、歯車ワーク９に対する研削工具８の相対位置を調整するにあたり、第２保持台５（第２スピンドル４）のみを移動させる。つまり、本実施形態の第１保持台３は、ベッド１０に固定されている。

制御装置７は、例えば、１又は複数のプロセッサ７１及びメモリ等を備える電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。制御装置７は、歯車ワーク９の目標形状に関する目標形状データ及び研削工具８の形状に関する工具形状データを記憶する記憶部７２を備えている。記憶部７２は、内部メモリ、外部メモリ、又は記憶媒体であってもよい。工具形状データは、例えば３次元の形状データであって、例えば研削工具８の使用時間（消耗度合い）により更新される。制御装置７は、駆動装置６に対して通信可能に接続されている。制御装置７は、ベッド１０と一体的に配置されてもよいし、ベッド１０とは別体であってもよい。

制御装置７は、駆動装置６を制御し、歯車ワーク９に対する研削工具８の相対位置を調整する。換言すると、制御装置７は、第１スピンドル２に対する第２スピンドル４の相対位置を制御する。制御装置７は、記憶部７２に予め設定された研削プログラム及び／又はユーザの操作に応じて、研削工具８（第２スピンドル４）の位置・角度を制御（例えば数値制御）する。また、制御装置７は、第１スピンドル２及び第２スピンドル４の回転数を制御する。

以下、座標軸として、第１軸線Ａ１に平行な軸をＹ軸とし、Ｙ軸に直交し且つ第２軸線Ａ２の水平成分に平行な軸をＺ軸とし、Ｙ軸及びＺ軸に直交する軸をＸ軸とする。例えば第２軸線Ａ２が水平面に平行である場合、第２軸線Ａ２とＺ軸とは平行である。歯車製造装置１の設置の一例において、Ｙ軸方向が鉛直方向（上下方向）に相当し、Ｘ軸方向が前後方向（又は左右方向）に相当し、Ｚ軸方向が左右方向（又は前後方向）に相当する。Ｘ軸方向は、歯車ワーク９と研削工具８との離間方向（接近方向）ともいえる。Ｘ軸方向は、第２軸線Ａ２を含み且つ第１軸線Ａ１に平行な仮想平面に直交する方向である。

図２に示すように、説明において、歯車ワーク９の径方向を「ワーク径方向」とする。歯車ワーク９が平歯車のワークである場合、歯すじ方向は歯車ワーク９の軸方向と平行となり、本実施形態のように歯車ワーク９がはすば歯車である場合、歯すじ方向は歯車ワーク９の軸方向（第１軸線Ａ１）に対して傾斜する。歯すじ方向は、歯車ワーク９の軸方向一端から軸方向他端に向けて延びる歯の延伸方向といえる。歯車ワーク９の各歯は、歯車ワーク９のベース部分（環状部分）から、互いに間隔をあけてワーク径方向に突出している。

図３に示すように、はすば歯車のワークである歯車ワーク９を、ねじ状の歯をもつ研削工具８で研削するにあたり、第２スピンドル４及び第２保持台５は、第２軸線Ａ２がＺ軸に対して傾いた状態で維持される。第２スピンドル４の当該傾きが固定された状態で、後述する通常研削制御及び特定研削制御が実行される。本例の研削加工において、第１軸線Ａ１と第２軸線Ａ２とは直交しない。歯車ワーク９が第１スピンドル２に保持された状態で、歯車ワーク９の回転軸（第１軸線Ａ１）はＹ軸方向に延び、歯車ワーク９の各歯はＹ軸に対して傾斜する方向（歯すじ方向）に延びている。研削前の状態では、研削工具８と歯車ワーク９とは、Ｘ軸方向に離れている。歯車ワーク９の歯において、エンドリリーフを形成する部分、すなわち歯すじ方向の両端部を「エンド領域」と称する（図７参照）。

（通常加工制御と特定加工制御）
制御装置７は、歯車ワーク９の歯のエンド領域以外の部分を加工する通常加工制御と、歯車ワーク９の歯のエンド領域を加工する特定加工制御とを実行可能に構成されている。つまり、歯車製造装置１は、歯車ワーク９の歯を加工するにあたり、通常加工制御によって歯の歯すじ方向中央付近を加工し、特定加工制御によって歯のエンド領域を加工する。本実施形態では、より加工精度が要求される部分（ここではエンドリリーフを形成するエンド領域）に対して、特定加工制御が実行される。

研削工具８の加工動作軌跡（座標の時系列）の演算方法について説明する。図４及び図５に示すように、歯車ワーク９と研削工具８とがかみ合った状態で、Ｘ軸方向に直交する所定の（任意の）平面で歯車ワーク９の歯を含むように研削工具８の歯を切断した断面（以下「Ｘ軸直交断面」という）が、演算上の基本図となる。Ｘ軸直交断面は、複数設定されてもよい。Ｘ軸直交断面は、ＹＺ平面（Ｙ軸に平行な直線とＺ軸に平行な直線を含む平面）ともいえる。Ｚ軸方向は、Ｘ軸直交断面において、第１軸線Ａ１に平行な直線に直交する方向といえる。

図６に示すように、Ｘ軸直交断面において、歯すじ方向に対して直交する方向を「厚さ方向」とする。Ｘ軸直交断面における研削工具８の歯の形状は、歯すじ方向の中央部８１から歯すじ方向の端部（各端部）に向かうほど厚さ方向の長さが小さくなる形状（例えば葉巻形状）である。Ｘ軸直交断面において、中央部８１の厚さ方向の中心点８１ａを通り且つＺ軸方向に平行な仮想直線Ｌ１と、研削工具８の外縁線との交点を通常加工点８２とする。研削工具８の歯の厚さ方向の長さが最大となる部分は、研削工具８の長手方向中央の部分である。

従来の装置では、目標形状、目標形状の歯と歯の間隔、工具の形状、及び工具の中心点に基づいて、工具の加工動作軌跡が設定されている。従来の装置では、実質的には通常加工点８２が歯車ワーク９と当接する点（加工する点）であると仮定して、工具の加工動作軌跡が設定されている。本実施形態の通常加工制御は、従来の加工動作軌跡と同等の加工動作軌跡が設定される。通常加工制御は、研削工具８の中心点８１ａと研削工具８の形状とに基づいて設定される加工動作軌跡により加工する制御（中心点８１ａの位置を調整する制御）であり、実質的には通常加工点８２を加工基準位置に設定して加工する制御である。加工基準位置とは、Ｘ軸直交断面において、演算上、研削工具８が歯車ワーク９を加工する位置と仮定（設定）される研削工具８上の位置である。

制御装置７は、加工基準位置を、研削工具８と歯車ワーク９とが当接する位置（すなわち研削工具８が歯車ワーク９を研削する位置）として認識する。制御装置７は、工具形状データに基づいて加工基準位置を設定し、目標形状データ及び加工基準位置に基づいて、研削工具８の加工動作軌跡を演算する。

図６、図７、及び図８は、歯車ワーク９の歯と研削工具８の歯とのかみ合い位置におけるＸ軸直交断面の模式図である。研削工具８の歯のＸ軸直交断面における面積は、研削工具８の径方向内側に向かうほど大きくなる。

図６には、Ｘ軸直交断面において、歯車ワーク９にクラウニング付き歯面を形成する際の研削工具８の位置・大きさが表されている。エンド領域での研削工具８の位置は、歯すじ方向中央部での研削工具８の位置よりも、Ｘ軸方向の歯車ワーク９に接近する側に移動している。これにより、Ｘ軸直交断面における研削工具８の断面積は、エンド領域のほうが歯すじ方向中央部よりも大きくなる。つまり、研削工具８が歯すじ方向中央部からエンド領域に向かうほど、研削工具８の厚さ方向の長さが大きくなり、加工基準位置が歯車ワーク９の歯に食い込む側に移動する。これにより、歯車ワーク９の歯の歯すじ方向両端部の歯厚が小さくなり、クラウニングが形成される。

エンド領域にクラウニング又はエンドリリーフ（特には大エンドリリーフ）を形成する場合、制御装置７は、エンド領域の加工において特定加工制御を実行する。特定加工制御では、加工基準位置が通常加工制御とは別の位置に設定される。特定加工制御における加工基準位置の設定方法は、以下の通りである。

制御装置７は、例えば、目標形状データ（歯車ワーク９の歯の目標形状）を複数のエリアに分割する。制御装置７は、複数のエリアのうちエンド領域に対応するエリア（以下「特定エリア」という）に対して、以下の演算を行う。制御装置７は、複数の特定エリアのうち１つの特定エリアを選択し、さらに、選択された特定エリア（以下「選択特定エリア」という）内における歯の目標形状の外縁線上の１点（例えばエリア中央部分に位置する１点）を選択する。制御装置７は、選択特定エリア内で選択された１点（以下「目標点」という）における接線の関数式を演算する。制御装置７（記憶部７２）は、目標点における接線の関数式（以下「目標接線」という）を記憶する。

研削工具８の歯の接線の関数式を「工具接線」とすると、制御装置７は、研削工具８の形状データに基づいて、研削工具８が目標点に到達した際に工具接線と目標接線とが一致するような研削工具８の歯の位置（以下「特定位置」という）を演算する。演算では、基本図における研削工具８の位置を変化させて、目標接線と一致する工具接線を検出する。制御装置７は、目標接線と工具形状データに基づき、特定位置を算出することができる。なお、制御装置７は、例えば、研削工具８の歯において、互いに切断位置がＸ軸方向に異なる複数のＸ軸直交断面を記憶し、各Ｘ軸直交断面をチェックして、工具接線が目標接線と一致する位置を検出してもよい。また、接線の関数式は、例えば外縁線の微分値（傾き）だけでもよい。この場合、接線の傾きが目標点における接線の傾きと一致する研削工具８の外縁線上の位置が特定位置となる。

制御装置７は、研削工具８の特定位置を検出すると、当該特定位置を選択特定エリアの加工における加工基準位置に設定する。制御装置７は、目標形状データに基づいて、研削工具８の特定位置により選択特定エリア内の歯車ワーク９を研削するように、加工動作軌跡を算出する。制御装置７は、このような演算を他の特定エリアに対しても行い、エンド領域全域で特定加工制御を実行する。なお、特定位置は、例えば、研削工具８の歯の厚さ方向の一方側の歯面に設定され、他方側の歯面には設定されてもされなくてもよい。これについては後述する。

図７に示すように、エンド領域の加工において、実質的に従来工法と同様になるように、研削工具８の通常加工点８２を加工基準位置に設定して加工動作軌跡が演算されると、特定加工制御で演算された加工動作軌跡と比較して、研削工具８は歯すじ方向の中央側に位置する。これによれば、エンドリリーフのリリーフ量を大きくするほど目標外の研削量が増えてしまい、目標形状と実際の形状とのズレが大きくなる。従来の工法（例えば通常加工制御）だけで大きなエンドリリーフを形成する場合、当該ズレが無視できない大きさとなる。

一方、エンド領域において特定加工制御が実行されると、図７及び図８に示すように、加工基準位置が特定位置８３となり、研削工具８の位置が通常加工制御の時と比べて歯すじ方向の端部側に移動する。これにより、余分な研削量が抑制され、目標形状に応じた歯面形状を形成することができる。目標接線と工具接線とが一致しているため、加工基準位置以外の位置で、目標形状（目標の外縁線）よりも内側で研削工具８が歯車ワーク９の歯を研削することが抑制される。つまり、目標形状よりも深く研削することが抑制され、目標形状に近い歯面形状が形成される。

図９に示すように、エンドリリーフをもつ歯面を形成するにあたり、ＸＹ平面において、本実施形態の研削工具８の中心の軌跡は、通常加工制御のみで加工を行った場合と比較して大回りとなる。つまり、特定加工制御では、通常加工点８２を加工基準位置に設定して行う加工（通常加工制御）と比較して、研削工具８の中心と歯車ワーク９の中心との距離が大きくなるように、加工基準位置が設定される。なお、この例において、位置制御は、研削工具８のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置のみが制御されている。ただし、研削工具８の位置は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に加えて、Ｚ軸方向にも（同時に）制御されてもよい。

特定加工制御が実行されることで、研削工具８の中心の軌跡は、通常加工制御よりも小さな曲率で湾曲する。つまり、特定加工制御により、研削工具８のＸ軸方向への位置変化（切込み量）が緩やか（少量）となる。さらに換言すると、本実施形態の特定加工制御によれば、ＸＹ平面における研削工具８の中心の曲線状（弧状）の軌跡は、通常加工制御のみで加工する場合と比較して膨らむ。また、加工動作軌跡の終端（Ｙ軸方向の端部）におけるＸ軸方向の位置は、特定加工制御のほうが通常加工制御よりも歯車ワーク９に近い側となる。このような加工動作軌跡が設定されることで、上記のように、目標形状よりも深く研削することが抑制され、目標形状に近い歯面形状が形成される。

１つの演算例として、制御装置７は、ユーザの操作に応じて決定された歯車ワーク９の歯面形状（歯すじ形状）を数式化する。制御装置７は、歯面形状の任意の位置での接線を算出する。制御装置７は、ユーザの操作に応じて決定された研削工具８の断面形状を数式化する。制御装置７は、上記のように歯面形状の接線と研削工具８の接線とが一致する研削工具８の外縁位置（特定位置８３）を算出し、機械動作の座標を算出する。外縁位置は、Ｘ軸直交断面における研削工具８の歯の外縁線上の点である。

歯車ワーク９の歯の両歯面（厚さ方向に対向する歯面）の目標形状が互いに同様である場合、特定加工制御において、研削工具８の歯の両歯面に加工基準位置が設定されてもよい。図８に示すように、一方側の歯面の特定位置８３を通る厚さ方向に延びる直線と、他方側の歯面との交点も加工基準位置として設定してもよい。この場合、一方側の歯面のみが目標接線と工具接線とが一致することになり得るが、この場合でも他方側の歯面での加工による誤差は僅かであり、加工精度への影響は小さい。研削工具８の両歯面を加工基準位置に設定する場合、上記のように一方側の歯面を基準として設定してもよいし、両方の歯面で目標接線と工具接線とが一致する点を検出し、その間の位置（平均した位置）を加工基準位置に設定してもよい。また、歯車ワーク９の歯の両歯面の目標形状が大きく異なる場合、例えば、歯面毎に加工基準位置を設定し、一方の歯面ずつ加工することができる。

（まとめ）
このように、本実施形態の制御装置７は、歯車ワーク９の歯が目標形状となるように、歯車ワーク９の歯のうち歯すじ方向の端部であるエンド領域を加工するにあたり特定加工制御を実行し、歯車ワーク９の歯のエンド領域以外の部分を加工するにあたり通常加工制御を実行するように構成されている。制御装置７は、通常加工制御において、研削工具８の中心点８１ａ及び工具形状データに基づいて、実質的には通常加工点８２を加工基準位置として、研削工具８の位置を調整する。制御装置７は、特定加工制御において、通常加工制御でエンド領域を加工した場合よりも研削工具８の中心と歯車ワーク９の中心との距離が大きくなるように、Ｘ軸直交断面において、研削工具８の歯の通常加工点８２とは異なる位置を加工基準位置として相対位置を調整する。

なお、制御装置７は、歯車ワーク９の歯のエンド領域以外の部分に対しても、特定加工制御を実行してもよい。つまり、制御装置７は、少なくともエンド領域に対して特定加工制御を実行するように構成されればよく、例えば歯すじ方向全域に対して特定加工制御を実行してもよい。制御装置７は、例えば、エンド領域以外の部分に対して、目標接線と工具接線とが一致する特定位置を算出し、特定位置を加工基準位置に設定して加工動作軌跡を算出してもよい。このように、制御装置７は、少なくともエンド領域を加工するにあたり、Ｘ軸直交断面における研削工具８の外縁線上の通常加工点８２とは異なる位置を加工基準位置に設定して、研削工具８の位置を調整する。外縁線は、外形線ともいえる。

また、制御装置７は、特定加工制御において、第１演算処理、第２演算処理、及び位置設定処理を実行して設定した加工動作軌跡（相対位置の情報）に基づいて研削工具８の位置を調整する。第１演算処理は、歯車ワーク９の目標形状のＸ軸直交断面において、加工対象部分（例えば選択特定エリア）の外縁線上に目標点を設定し、前記目標点における前記目標形状の接線である目標接線を算出する処理である。第２演算処理は、Ｘ軸直交断面において、研削工具８の外縁線のうち研削工具８の接線（工具接線）が目標接線と一致する位置である特定位置８３を算出する処理である。位置設定処理は、加工対象部分の加工後に目標点と特定位置とが一致するように、歯車ワーク９に対する研削工具８の相対位置を設定する処理である。位置設定処理は、加工動作軌跡を算出し設定する処理ともいえる。各処理を他のコンピュータで行った場合、当該コンピュータも制御装置７の一部といえる。

研削工具８のうち目標接線と工具接線とが一致する外縁線上の特定位置８３を加工基準位置に設定することで、加工基準位置以外での加工が抑制され、より精度よく目標形状に応じた歯面を形成することができる。なお、研削工具８のうち目標形状と工具接線とが一致しない位置が加工基準位置に設定されたとしても、Ｘ軸直交断面におけるエンド領域での研削工具８の中心と歯車ワーク９の中心との距離が大きくなるように（すなわち切込み量が小さくなるように）、加工基準位置を通常加工点８２からずらした位置に設定することで、余分なリリーフ量の発生を抑制することができる。なお、図９に示すように、ＸＹ平面（断面）において、研削工具８の中心は第２軸線Ａ２に対応する位置であり、歯車ワーク９の中心は第１軸線Ａ１上の中央位置である。

本実施形態の歯車製造方法は、歯車ワーク９と研削工具８とをかみ合わせて回転させることで、全周にわたって歯車ワーク９の歯を加工する歯車製造装置を用いた歯車製造方法であって、特定加工制御に相当する特定加工工程を含んでいる。特定加工工程は、少なくともエンド領域を加工するにあたり、通常加工点８２を加工基準位置に設定して加工する場合と比較して、エンド領域を加工する際のＸ軸直交断面における研削工具８の中心と歯車ワーク９の中心との距離が大きくなるように、Ｘ軸直交断面における研削工具８の外縁線上の通常加工点８２とは異なる位置を加工基準位置に設定して、研削工具８の歯車ワーク９に対する相対位置を調整する工程である。

（本実施形態の効果）
従来の装置では、例えば工具の歯の中心を工具の歯の位置として把握し、工具の形状データと歯車ワークの目標形状とに基づいて、工具の位置（加工動作軌跡）が設定されていた。この加工制御によれば、実質的には、通常加工点８２を加工基準位置に設定して加工するのと同等の結果となる。つまり、従来の装置では、通常加工制御のように、通常加工点８２を加工基準位置に設定して加工していたといえる。

一方、本実施形態の歯車製造装置１によれば、特定加工制御が実行されることで、通常加工点８２を加工基準位置に設定して行う加工と比較して、歯車ワーク９と研削工具８との中心間距離が大きくなり、エンド領域での工具の食い込み量（切込み量）が小さくなる。これにより、エンド領域での余分な加工が抑制されるため、エンドリリーフの形成においても、より歯車ワークの目標形状に沿ったリリーフ量の実現が可能となる。つまり、本実施形態によれば、エンド領域の加工において加工精度の向上が可能となり、歯にエンドリリーフを精度良く形成することができる。また、この構成によれば、工具を小径のものに交換する必要がなく、例えば１つの大径工具で足り、製造効率の低下と製造コストの増大とが抑制される。また、目標形状に近いエンドリリーフが形成されることで、ギヤノイズの低減すなわち歯車の静粛性の向上も可能となる。

さらに、目標接線と工具接線とが一致するように、歯車ワーク９を加工することで、より高精度にエンドリリーフ等を形成することができる。これらの効果は、特定加工工程を含む本実施形態の歯車製造方法によっても同様に発揮される。なお、特定加工制御（特定加工工程）は、クラウニングを形成する場合にも適用できる。

（その他）
本発明は、上記実施形態に限られない。例えば、歯車ワーク９は、はすば歯車のワークに限らず、平歯車のワークであってもよい。また、本発明の適用対象の工具は、ねじ状又は円盤状の歯をもつ研削工具に限らず、ねじ状の歯をもつ切削工具（例えばホブカッタ等）又は円盤状の歯をもつ切削工具であってもよい。つまり、特定加工制御は、切削加工に対しても適用できる。また、本発明は、歯が形成されていない状態の（円筒状の）歯車ワーク９を切削する歯切り加工でも適用できる。この場合、歯車ワーク９と切削工具とは、かみ合った状態でなく、当接した状態で回転することで加工が行われる。また、この場合、制御装置７は、歯車ワーク９の目標形状における歯と切削工具の歯とがかみ合うように、互いの相対位置を調整するともいえる。歯切り加工の場合でも、加工基準位置を通常加工点８２とは異なる位置に設定して特定加工制御を実行することができる。また、例えば歯車ワーク９の歯の目標形状（切削加工における目標形状）に基づく目標接線と、切削工具の歯の工具接線とを一致させるようにも制御可能である。以下の説明では、研削用又は切削用の工具を工具８とする。

このように、本発明の歯車製造装置１は、歯車ワーク９と研削用又は切削用の工具８とを当接させ且つ回転させて、全周にわたって歯車ワーク９を加工する歯車製造装置であって、制御装置７は、歯車ワーク９の歯の目標形状に関する目標形状データと工具８の形状に関する工具形状データとを記憶する記憶部７２を備えている。第２軸線Ａ２を含み且つ第１軸線Ａ１に平行な仮想平面に直交する方向をＸ軸方向とする。工具８が歯車ワーク９を加工する演算上の位置を加工基準位置とする。目標形状データ及び工具形状データにおいて、Ｘ軸方向に直交する所定の平面で歯車ワーク９の歯を含むように工具８の歯を切断した断面をＸ軸直交断面とする。Ｘ軸直交断面において、歯すじ方向に対して直交する方向を厚さ方向とする。Ｘ軸直交断面において、第１軸線Ａ１に平行な直線に直交する方向をＺ軸方向とする。Ｘ軸直交断面において、中央部８１の厚さ方向の中心点８１ａを通り且つＺ軸方向に平行な仮想直線と工具８の外縁線との交点を通常加工点８２とする。工具８が歯車ワーク９を加工する演算上の位置を加工基準位置とする。歯車ワーク９の歯のうち歯すじ方向の端部をエンド領域とする。制御装置７は、少なくともエンド領域を加工するにあたり、通常加工点８２を加工基準位置に設定して加工する場合と比較して、エンド領域を加工する際のＸ軸直交断面における工具８の中心と歯車ワーク９の中心との距離が大きくなるように、Ｘ軸直交断面における工具８の外縁線上の通常加工点８２とは異なる位置を加工基準位置に設定して算出された工具８の相対位置に基づいて、工具８の相対位置を調整する特定加工制御を実行するように構成されている。

制御装置７は、特定加工制御において、予め演算により求められた特定位置を加工基準位置に設定してもよい。本発明は、実際の加工時に特定位置を演算する場合に限らず、予め演算された特定位置に基づいて設定された加工動作軌跡（例えば数値制御プログラム）により動作するように構成されてもよい。例えば、予め目標接線と工具接線とが一致する特定位置８３に基づいて加工動作軌跡を予め算出し、制御装置７は、それを例えば記憶部７２に記憶して特定加工制御を実行してもよい。本発明の特定加工制御は、通常加工点８２とは異なる位置（例えば特定位置８３）を加工基準位置に設定して予め算出された加工動作軌跡に基づいて行う加工制御も含んでいる。本発明の歯車製造装置及び歯車製造方法によれば、従来の工法よりも大回りの工具８の加工動作軌跡が実現され、従来の工法よりも目標形状に近い歯車形状が実現可能となる。

また、歯車製造装置１は、クラウニングを形成した後にエンドリリーフを形成してもよい。この場合、制御装置７は、例えば通常加工制御によって歯車ワーク９全体を加工することでクラウニングを形成し、クラウニング形成後、エンド領域に対して特定加工制御によりエンドリリーフを形成してもよい。

また、駆動装置６は、第１保持台３を移動させるように構成されてもよい。また、駆動装置６は、第１保持台３及び第２保持台５の両方を移動させるように構成されてもよい。また、加工時、上記実施形態では駆動装置６の駆動力により第１スピンドル２（歯車ワーク９）が回転するが、駆動装置６が第１スピンドル２に駆動力を付与せずに、第１スピンドル２が自由に回転可能である状態を維持してもよい。この場合、歯車ワーク９は、駆動装置６の駆動力ではなく、かみ合った研削工具８の回転によって回転する。

１…歯車製造装置、２…第１スピンドル、３…第１保持台、４…第２スピンドル、５…第２保持台、６…駆動装置、７…制御装置、８…研削工具、８１…中央部、８１ａ…中心点、８２…通常加工点、８３…特定位置、９…歯車ワーク、Ａ１…第１軸線、Ａ２…第２軸線、Ｌ１…仮想直線。

Claims (4)

1. 歯車ワークを保持する第１スピンドルと、
   前記第１スピンドルを、前記第１スピンドルの軸線である第１軸線のまわりに回転可能に保持する第１保持台と、
   外周面にねじ状又は円盤状の歯を備えた研削用又は切削用の工具を保持する第２スピンドルと、
   前記第２スピンドルを、前記第２スピンドルの軸線である第２軸線のまわりに回転可能に保持する第２保持台と、
   前記第２スピンドルを前記第２軸線まわりに回転させ、前記第１保持台及び前記第２保持台の少なくとも一方を移動させる駆動装置と、
   前記駆動装置を制御し、前記歯車ワークに対する前記工具の相対位置を調整する制御装置と、
   を備え、前記歯車ワークと前記工具とを当接させ且つ回転させて、全周にわたって前記歯車ワークを加工する歯車製造装置であって、
   前記制御装置は、前記歯車ワークの歯の目標形状に関する目標形状データと前記工具の形状に関する工具形状データとを記憶する記憶部を備え、
   前記第２軸線を含み且つ前記第１軸線に平行な仮想平面に直交する方向をＸ軸方向とし、
   前記目標形状データ及び前記工具形状データにおいて、前記Ｘ軸方向に直交する所定の平面で前記歯車ワークの歯を含むように前記工具の歯を切断した断面をＸ軸直交断面とし、
   前記Ｘ軸直交断面において、歯すじ方向に対して直交する方向を厚さ方向とし、
   前記Ｘ軸直交断面において、前記第１軸線に平行な直線に直交する方向をＺ軸方向とすると、
   前記Ｘ軸直交断面における前記工具の歯の形状は、前記歯すじ方向の中央部から前記歯すじ方向の端部に向かうほど前記厚さ方向の長さが小さくなる形状であり、
   前記Ｘ軸直交断面において、前記中央部の前記厚さ方向の中心点を通り且つ前記Ｚ軸方向に平行な仮想直線と前記工具の外縁線との交点を通常加工点とし、
   前記工具が前記歯車ワークを加工する演算上の位置を加工基準位置とし、
   前記歯車ワークの歯のうち前記歯すじ方向の端部をエンド領域とすると、
   前記制御装置は、少なくとも前記エンド領域を加工するにあたり、前記通常加工点を前記加工基準位置に設定して加工する場合と比較して、前記エンド領域を加工する際の前記Ｘ軸直交断面における前記工具の中心と前記歯車ワークの中心との距離が大きくなるように、前記Ｘ軸直交断面における前記工具の外縁線上の前記通常加工点とは異なる位置を前記加工基準位置に設定して算出された前記相対位置に基づいて、前記相対位置を調整する特定加工制御を実行するように構成されている、歯車製造装置。
2. 前記制御装置は、前記特定加工制御において、
   前記Ｘ軸直交断面において、前記目標形状のうち加工対象部分の外縁線上で目標点を設定し、前記目標点における前記目標形状の接線である目標接線を算出する第１演算処理と、
   前記Ｘ軸直交断面において、前記工具の外縁線のうち前記工具の接線が前記目標接線と一致する部分である特定位置を算出する第２演算処理と、
   前記加工対象部分の加工後に前記目標点と前記特定位置とが一致するように、前記相対位置を設定する位置設定処理と、
   を実行して設定した前記相対位置に基づいて前記相対位置を調整する、請求項１に記載の歯車製造装置。
3. 歯車ワークと工具とを当接させ且つ回転させることで、全周にわたって前記歯車ワークを加工する歯車製造装置を用いた歯車製造方法であって、
   前記歯車ワークの回転軸線である第１軸線に平行で且つ前記工具の回転軸線である第２軸線を含む仮想平面に直交する方向をＸ軸方向とし、
   前記歯車製造装置に記憶された前記歯車ワークの歯の目標形状に関する目標形状データ及び前記工具の形状に関する工具形状データにおいて、前記Ｘ軸方向に直交する所定の平面で前記歯車ワークの歯を含むように前記工具の歯を切断した断面をＸ軸直交断面とし、
   前記Ｘ軸直交断面において、歯すじ方向に対して直交する方向を厚さ方向とすると、
   前記Ｘ軸直交断面における前記工具の歯の形状は、前記歯すじ方向の中央部から前記歯すじ方向の端部に向かうほど前記厚さ方向の長さが小さくなる形状であり、
   前記Ｘ軸直交断面において、前記第１軸線に平行な直線に直交する方向をＺ軸方向とし、
   前記Ｘ軸直交断面において、前記中央部の前記厚さ方向の中心点を通り且つ前記Ｚ軸方向に平行な仮想直線と、前記工具の外縁線との交点を通常加工点とし、
   前記工具が前記歯車ワークを加工する演算上の位置を加工基準位置とし、
   前記歯車ワークの歯のうち前記歯すじ方向の端部をエンド領域とすると、
   前記歯車製造装置が、少なくとも前記エンド領域を加工するにあたり、前記通常加工点を前記加工基準位置に設定して加工する場合と比較して、前記エンド領域を加工する際の前記Ｘ軸直交断面における前記工具の中心と前記歯車ワークの中心との距離が大きくなるように、前記Ｘ軸直交断面における前記工具の外縁線上の前記通常加工点とは異なる位置を前記加工基準位置に設定して算出された前記工具の前記歯車ワークに対する相対位置に基づいて、前記相対位置を調整する特定加工工程を含む、歯車製造方法。
4. 前記特定加工工程は、
   前記Ｘ軸直交断面において、前記目標形状のうち加工対象部分の外縁線上で目標点を設定し、前記目標点における前記目標形状の接線である目標接線を算出する第１演算処理と、
   前記Ｘ軸直交断面において、前記工具の外縁線のうち前記工具の接線が前記目標接線と一致する部分である特定位置を算出する第２演算処理と、
   前記加工対象部分の加工後に前記目標点と前記特定位置とが一致するように、前記歯車ワークに対する前記工具の相対位置を設定する位置設定処理と、
   により設定された前記相対位置に基づいて前記相対位置を調整する、請求項３に記載の歯車製造方法。

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