JP2023088525A - 歯車仕上げ用砥石及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】歯車仕上げ用砥石を内歯状の工具や総形の工具を使用することなく、一般的なフライスカッターにより切削加工できるようにすること。【解決手段】基材中に砥粒が分散されるとともに、バレル状に形成されたワーク２０の外周面に対してフライスカッターによって歯溝を刻設することによって、はす歯１６を形成する。この場合、フライスカッターのフライス刃３１の先端刃先３１ａ及び１箇所の側端刃先３１ｂによってワーク２０を切削する。また、歯筋の両端部の切り込み量を多くして、はす歯１６の歯面をクラウニング形状にする。【選択図】図８

Description

本発明は、歯車をホーニング加工するための歯車仕上げ用砥石及びその製造方法に関するものである。

特許文献１には、内歯車を歯車研削加工するための歯車仕上げ用砥石が開示されている。この歯車仕上げ用砥石はバレル形状であって、仕上げ用のはす歯を有する。そして、この砥石は、内歯車状のドレスギヤや総形のディスクドレッサなどの工具によって製造されたり、ドレッシングされたりする。

特開２０１３－２３０５５４号公報

前記ドレスギヤやディスクドレッサよりなる工具は、歯車仕上げ用砥石によって加工される被加工歯車の歯車諸元ごとに専用設計して用意されるものである。そのため、前記工具は製造に手間がかかる上に、歯車諸元に対応して多種類用意する必要がある。従って、歯車仕上げ用砥石の製造において高コスト化を回避することが困難である。このため、テスト加工用などのために、少量多品種の歯車仕上げ用砥石を用意することは不向きである。

本発明の歯車仕上げ用砥石においては、バレル状をなすとともに、砥粒を分散状態で含有する基材の周面に対してカッターの片刃によって歯溝を刻設することにより、複数の仕上げ歯を有するとともに、前記各仕上げ歯の歯面に歯筋方向におけるクラウニングを形成したことを特徴とする。

本発明の歯車仕上げ用砥石の製造方法においては、基材中に砥粒が分散されるとともに、バレル状に形成されたワークの外周面に対してカッターの片刃によって歯溝を刻設することにより、仕上げ歯を形成することを特徴とする。

このように、歯面仕上げ用砥石をフライスカッターなどの片刃によって切削するため、専用設計される内歯車状や総形の工具が不要になる。つまり、歯車諸元に対応した工具の加工が不要になる。従って、歯面仕上げ用砥石を安価に製造できる。すなわち、本発明によれば、フライスカッターなどの工具を数値制御（ＮＣ）工作機の工具軸に装着すれば、各種の大きさや形状の歯面仕上げ用砥石を製造できる。

本発明は、バレル形状の歯車仕上げ用砥石を歯車諸元に対応させた工具を用いることなく容易に製造できる効果がある。

（ａ）は、仕上げ歯がはす歯である歯車仕上げ用砥石の斜視図、（ｂ）は、仕上げ歯がすぐ歯である歯車仕上げ用砥石の斜視図、（ｃ）は、歯車仕上げ用砥石を切削加工する前のワークの斜視図。 （ａ）は、仕上げ歯がはす歯である歯車仕上げ用砥石の正面図、（ｂ）は、仕上げ歯がすぐ歯である歯車仕上げ用砥石の正面図。 仕上げ用砥石によって内歯車に対して仕上げ加工を行っている状態を示す斜視図。 （ａ）は、仕上げ用砥石のはす歯を示す正面図、（ｂ）は、仕上げ用砥石のすぐ歯を示す正面図。 （ａ）は、はす歯の加工状態を示す正面図、（ｂ）は、はす歯のねじれ角を示す簡略図。 （ａ）は、フライスカッターによるはす歯の切削加工の初期状態を示す縦断面図、（ｂ）は、同じくはす歯の切削加工の終期状態を示す縦断面図。 フライカッターによるはす歯の切削加工状態を示す横断面図。 （ａ）は、フライス刃とはす歯との関係を示す説明図、（ｂ）～（ｄ）は、切削加工過程を示す説明図。 フライスカッターによるはす歯の切削加工過程を示す断面図。 （ａ）は、自然にクラウニング加工された歯を示す斜視図、（ｂ）は、積極的にクラウニング加工された歯を示す斜視図。 稜線を有する仕上げ歯の形状を示す説明図。

（実施形態）
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
〈歯車仕上げ用砥石の構成〉
はじめに、歯車仕上げ用砥石の構成を説明する。

図１（ａ）、図１（ｂ）及び図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、歯車仕上げ用砥石（以下、仕上げ用砥石という）１１は、両端に平面１２を有するとともに、両平面１２間の外周面１３はバレル状に形成されている。この外周面１３は、両平面１２に近づくほど曲率半径が小さくなる曲面である。従って、仕上げ用砥石１１は両端側ほど直径が小さくなる。両平面１２の中心間には軸孔１４が形成されている。

図１（ａ）及び図２（ａ）に示すように、仕上げ用砥石１１の外周面１３には、複数のねじ状の歯溝１５が刻設されており、その結果、外周面１３には砥石軸線αを中心とした複数の螺旋状の仕上げ歯としてのはす歯１６が等間隔に形成されている。

また、図１（ｂ）及び図２（ｂ）に示すように、仕上げ用砥石２１は、砥石軸線αに対して平行にした歯溝２５により仕上げ歯としてのすぐ歯２６が形成されたものである。
前記仕上げ用砥石１１，２１は、高分子材よりなる基材（図示しない）中に砥粒（図示しない）を分散状態で含有させて構成されたものである。基材としては、弾力性がほとんどないもの，例えばビトリファイドなどのセラミック系材料が用いられる。また、基材としては、ある程度の弾力性を有するもの，例えばウレタン樹脂や、ウレタン樹脂とエポキシ樹脂とを混合したものよりなるレジンが用いられる。さらには、弾力性に富むニトリルゴムなどが用いられる。砥粒としては、ダイヤモンド、ＣＢＮ（立方晶窒化硼素）、ホワイトアランダムなどが使用される。

仕上げ用砥石１１，２１のはす歯１６及びすぐ歯２６は、ほぼインボリュート歯形を有している。また、図４（ａ），図４（ｂ）に示すように、はす歯１６及びすぐ歯２６は、歯面１７が後述のようにクラウニング形状を有するように加工されている。このため、はす歯１６及びすぐ歯２６は、仕上げ用砥石１１，２１の軸方向の両端に行くに従って歯厚が薄くなるとともに、インボリュート歯形がマイナス側に転位している。

〈歯車仕上げ用砥石の使用方法〉
図３に示すように、はす歯１６を有する仕上げ用砥石１１を仕上げ対象の内歯車Ｇの歯Grに噛み合わせて、両者を回転させる。このようにすれば、仕上げ用砥石１１のはす歯１６と内歯車Ｇの歯Grとの間に滑りが生じる。このため、はす歯１６の砥粒によって歯Grが研磨仕上げされて、面粗度が向上される。すぐ歯２６を有する仕上げ用砥石２１を用いる場合は、研磨仕上げされる内歯車Ｇの歯Grがはす歯になっていることが必要である。仕上げ用砥石１１，２１によって仕上げられる歯車は、内歯車Ｇだけではなく、外歯車でもよい。

〈歯車仕上げ用砥石の製造方法〉
次に、主としてはす歯１６を有する仕上げ用砥石１１の製造方法について説明する。
この製造方法においては、工具として、図５及び図６に示す中心軸の周囲に複数のフライス刃３１を等間隔に有するフライスカッター３２が用いられる。図８（ａ）～同図（ｄ）に示すように、フライス刃３１は、先端刃先３１ａと、両側の側端刃先３１ｂとを有する。このフライスカッター３２は、工作機械の工具軸（図示しない）に保持されて、切削のために図６（ａ），同図（ｂ）、図７及び図９の矢印Ｐ方向に高速回転される。なお、図６（ａ）及び同図（ｂ）及び図９は、仕上げ用砥石１１となるワーク２０を歯溝１５の部分において歯筋に沿って切断し、フライスカッター３２は切断することなく、後述のセット角θ１分だけ傾斜させて描いている。

高分子材の基材中に砥粒を分散させた図１（ｃ）に示すワーク２０がその軸孔１４において前記工作機械のワーク軸（図示しない）に保持される。
仕上げ用砥石１１の製造に際して、ワーク２０が自身の砥石軸線αを中心にしてはす歯１６の配列ピッチと等しいピッチで等角度間隔ずつインデックス回転される。そして、ワーク２０は、各インデックス位置において、切削加工のために、さらに回転される（インデックス位置内回転という）。

各インデックス位置において、図５（ａ）及び同図（ｂ）に示すように、切削方向に高速回転されるフライスカッター３２の回転面がワーク２０の砥石軸線αに対してセット角θ１でセットされる。この角度をセット角という。このセット角θ１は、下限５度、上限６０度の範囲内の値となることが多い。なお、すぐ歯２６の場合、セット角θ１は０度である。

すなわち、図５～図７に示すように、フライスカッター３２は、ワーク２０の外周面１３の曲面形状に沿うとともに、ワーク２０の砥石軸線αに沿う方向にセット角θ１を維持しながら図６に示す矢印Ｑ方向に移動されて、ワーク２０の外周面１３が所定量切り込まれる。そして、このとき、図７に示すように、ワーク２０は軸線αを中心にして、インデックス位置において、一定範囲内のインデックス位置内回転が実行される。これによって、フライス刃３１によって切り込まれた歯溝２５がワーク２０の砥石軸線αに対してインデックス位置内回転の量に従うねじれ角θ（図５（ｂ）参照）を持つ螺旋溝１５ａとなる。

この切削に際して、図８（ａ）～（ｄ）に示すように、フライス刃３１の先端刃先３１ａと一方の側端刃先３１ｂによってワーク２０が切削されるようにする。このように、切削に関与する先端刃先３１ａと一方の側端刃先３１ｂとを片刃という。

以上の所定量の切り込みを複数回実行して、各回においてフライス刃３１による切り込み量を順次深くする。このようにすれば、ワーク２０の外周面１３にねじれ角θで螺旋状をなすはす歯１６が等ピッチで形成される。このはす歯１６の歯面は、図１１に示すように、インボリュート形状に沿う複数の連続した平面１６ａによって構成されるとともに、平面１６ａ間には稜線１６ｂが形成される。この平面１６ａ及び稜線１６ｂを有する歯面形状は、すぐ歯の仕上げ用砥石２１においても、同様に形成される。

ここで、図９に実線及び２点鎖線で示すように、ワーク２０の外周面１３がバレル形状をなしているため、フライスカッター３２がワーク２０の外周面１３に沿って移動しても、ワーク２０の軸方向において、フライス刃３１による切り込み量が相違する。このため、図４（ａ）に示すとともに、図１０（ａ）に実線で、さらに図１０（ｂ）に２点鎖線で示すように、はす歯１６は、歯筋の両端側が連続的に薄くなるとともに、マイナス側に転位される。この結果、図１０（ａ）に示すように、はす歯１６の歯面１７には自然にクラウニングが形成される。図１０（ａ）の１点鎖線は、クラウニングカーブＣを示す。図１０（ａ）及び同図（ｂ）は、はす歯１６の歯筋を短くするとともに、すぐ歯状にして描いたものである。また、図１０（ａ）の２点鎖線は、バレル形ではなく、仮想の円筒形をなす仕上げ用砥石の仕上げ歯を示す。

そして、本実施形態において、図４（ａ）及び図１０（ｂ）に実線で示すように、はす歯１６は、歯筋の両端側がさらに薄くなるように、はす歯１６の切削加工が実行される。つまり、クラウニング量が大きく形成されて、図１０（ｂ）に示すように、クラウニングカーブＣの曲率が歯筋の両端側ほど大きくなる。このためには、フライス刃３１による切削がはす歯１６の歯筋両端側に移行するにつれて、切削量が多くなるようにワーク２０のインデックス位置内の回転速度を上げるか、フライスカッター３２のワーク軸方向への送り速度を下げればよい。すぐ歯２６の仕上げ用砥石２１の場合は、歯筋の両端側切削において、ワーク２０にインデックス位置内回転において、歯筋両端側ほど速度が大きくなる回転を与えればよい。このようにして、はす歯１６及びすぐ歯２６の歯面を補整するためのクラウニングが実現される。

フライスカッター３２の片刃によってはす歯１６及びすぐ歯２６をつくる順序は、以下のとおりにすればよい。つまり、ワーク２０の全周にわたってはす歯１６及びすぐ歯２６の一方の歯面を形成した後に、他側の片刃によって他方の歯面を形成する。あるいは、一方の片刃及び他方の片刃によって１歯ずつ両側の歯面を形成してもよい。

はす歯１６のねじれ角θの角度を変える場合は、フライスカッター３２のセット角θ１を変えるとともに、ワーク２０のインデックス位置におけるインデックス位置内回転の速度あるいは、フライスカッター３２の送り速度を変える。

図１（ｂ）及び図２（ｂ）に示すすぐ歯形状の仕上げ用砥石２１を切削加工する場合には、ワーク２０のインデックス位置においてフライスカッター３２のセット角θ１をワーク２０の砥石軸線αと平行をなすようにする。そして、フライスカッター３２を砥石軸線αに沿って移動させればよい。

（実施形態の効果）
従って、本実施形態においては、以下の効果がある。
（１）歯車仕上げ用砥石１１，２１を、高価な内歯状の工具や総形の工具を使用することなく、一般的なフライスカッター３２により切削加工できる。つまり、歯車仕上げ用砥石１１，２１の歯車諸元ごとに工具を用意する必要がない。このため、歯車仕上げ用砥石１１，２１を低コストで製造でき、例えば、テスト加工用などのための少量多品種のワークの加工に好適である。

（２）ワーク２０のインデックス位置内の回転速度あるいはフライスカッター３２の送り速度を調整することにより、歯筋のねじれ角θを任意の角度にすることが可能である。
（３）ワーク２０のインデックス位置内の回転速度及びフライスカッター３２の送り速度の一方あるいは双方を調整すれば、所要のねじれ角θのはす歯１６を得ることができる。

（４）はす歯１６及びすぐ歯２６の歯面に適切な曲率のクラウニングカーブＣを得ることができる。このため、仕上げ対象の歯車の歯面に対する仕上げ歯の進入及び離脱が円滑になって、仕上げ精度が向上する。

（変更例）
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、以下のような態様で具体化してもよい。そして、実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・図８（ｂ）に２点鎖線で示すように、側端刃先３１ｂを一方にだけに形成して、他方の側端３１ｃには刃先が形成されていない片刃だけのフライス刃３１で歯車仕上げ用砥石１１，２１を切削加工すること。この場合には、フライス刃３１の片刃が対称状に逆の形状をなす２種類のフライスカッター３２を用意して、歯溝１５，２５に面する一対の歯面をそれぞれ別種類のフライスカッター３２で切削加工する。

・前記実施形態では、歯車仕上げ用砥石１１，２１の外周面１３が両平面１２に近づくほど曲率半径が小さくなる曲面となっている。これに対し、歯車仕上げ用砥石１１，２１の外周面１３を曲率半径が変化しない曲面にしたり、両平面に近づくほど曲率半径が大きくなる曲面としたりすること。

・フライスカッター３２に変えて、砥石よりなるカッターによってその片刃を使用して歯車仕上げ用砥石１１，２１を切削加工すること。
・一箇所のインデックス位置内において、セット角θ１を、連続的に変化させること。そして、フライスカッター３２がワーク２０の軸方向の両端部,言い換えれば歯筋方向の端部を切削しているときにセット角θ１を最も大きくすること。このようにすれば、数式で算出される理想的な面形状の歯面に近い面形状の歯面を得ることが可能となる。

〈他の技術的思想〉
前記実施形態及び変更例から把握される技術的思想は以下の通りである。
（Ａ）外周面の曲率が両端側ほど大きくなる請求項１または２に記載の歯車仕上げ用砥石。

（Ｂ）螺旋状の歯を切削するに際して、歯筋方向の端部ほどフライスカッターのセット角を大きくする請求項３～６のうちのいずれか一項に記載の歯車仕上げ用砥石の製造方法。

１１…歯車仕上げ用砥石
１３…外周面
１５…歯溝
１６…はす歯
１１…歯車仕上げ用砥石
１６…はす歯
１７…歯面
２０…ワーク
２１…歯車仕上げ用砥石
２５…歯溝
２６…すぐ歯
３１…フライス刃
３１ａ…先端刃先
３１ｂ…側端刃先
３２…フライスカッター
Ｇｒ…歯
α…砥石軸線

Claims (6)

1. バレル状をなすとともに、砥粒を分散状態で含有する基材の周面に対してカッターの片刃によって歯溝を刻設することにより、複数の仕上げ歯を有するとともに、前記各仕上げ歯の歯面に歯筋方向におけるクラウニングを形成した歯車仕上げ用砥石。
2. 前記仕上げ歯は、砥石軸線に対してはす歯である請求項１に記載の歯車仕上げ用砥石。
3. 基材中に砥粒が分散されるとともに、バレル状に形成されたワークの外周面に対してカッターの片刃によって歯溝を刻設することにより、仕上げ歯を形成する歯車仕上げ用砥石の製造方法。
4. 前記カッターの片刃をワークに対して複数回切り込むことにより、前記歯溝を刻設する請求項３に記載の歯車仕上げ用砥石の製造方法。
5. 前記カッターはフライスカッターであって、そのフライスカッターのフライス刃の先端刃先及び１箇所の側端刃先で切削する請求項３または４に記載の歯車仕上げ用砥石の製造方法。
6. 前記仕上げ歯の砥石の軸方向における両端部の切り込み量を多くして、その仕上げ歯の歯面をクラウニング形状にする請求項３～５のうちのいずれか一項に記載の歯車仕上げ用砥石の製造方法。

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