JP4182137B1 - 歯車加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被削歯車の歯面の端面角部の面取りをするとともに、端面角部の近傍の盛り上がりを抑制する。
【解決手段】ステップＳ１０１において、素材に対してホブ等による歯切りを行う。ステップＳ１０２において、被削歯車１４の面取り加工を行う。ステップＳ１０３において、被削歯車１４の熱処理による浸炭及び焼入を行う。ステップＳ１０４において、被削歯車１４の歯車研削加工を行う。ステップＳ１０５において、被削歯車１４のギアホーニング加工を行う。ステップＳ１０２では、フレージングカッタ１８を被削歯車１４に対して０でない軸交差角ψをもって噛合させて回転することにより、被削歯車１４の端面角部３０、３１の面取りをする。
【選択図】図２２

Description

本発明は、歯車の端面角部を適切に面取りする歯車加工方法に関する。

近時の自動車は高出力でありながらも静粛性及び耐久性が要求されており、動力伝達（例えば変速機）に用いられる歯車には動力を確実に伝達するとともに騒音を発生しないように一層高精度な歯面が望まれている。

このような高精度の歯車の加工としては、一般的にホブによる粗切削加工、面取り加工、シェービングカッタによる歯面の成形、熱処理による浸炭及び焼入れを行い、さらに精度を向上させるために歯車研削やギアホーニング加工を行う。

このうち、ホブによる粗切削加工が終了した段階では、歯面の端面角部が尖っており、そのままでは熱処理により過度の浸炭がなされ、ガラス状に硬化（脆弱化）する懸念がある。このため、面取り加工を行い過度の浸炭防止及び歯車強度を向上させている。

面取り加工としては、被削歯車の歯面の端面角部を押しつぶすフレージングカッタが広汎に用いられている。フレージングカッタは、被削歯車に対して軸交差角なく噛合して歯車の角部を押しつぶす。フレージングカッタを用いた加工方法としては、例えば特許文献１及び特許文献２が挙げられる。特許文献１では、被削歯車に対してフレージングカッタを軸交差角０°として噛合させることが開示されている。特許文献２では、被削歯車に対してフレージングカッタを所定の軸交差角をもって噛合させることが開示されている。

また、特許文献３では、１つの装置内で歯切り加工と端面処理加工とを連続して行う歯車加工装置が開示されている。

特開昭５４−１５５９６号公報 特開昭６１−２８４３１８号公報 特開２００６−２２４２２８号公報

前記の通り、高出力、静粛性及び耐久性が要求される高精度な歯車の製作には、一般に粗切削加工、フレージングカッタによる面取り加工、シェービングカッタによる歯面の成形、熱処理、及び歯車研削やギアホーニング加工を行う。

フレージングカッタによる面取り加工では、歯面の端面角部を適切に面取りすることができるが、基本的には押しつぶす加工であることから余肉が横側に押し出されることになり、該余肉による盛り上がりが生じる。

このような盛り上がり部は、後の研削工程で研削して除去することも可能であるが、研削工程の前には熱処理を行っており、盛り上がり部は相当に硬くなっているので、研削工具に与える負荷が大きくしかも研削に時間がかかる。また、研削加工を行うことは生産効率等の観点からコスト高となり、省略できることが望ましい。

仮に、研削工程を省略するとその後のギアホーニング加工で砥石に対する負荷が極めて大きく、好ましくない。熱処理後であって被削歯車の硬度が高くなっており、しかも加工中にギアホーニングの砥石と被削歯車は同じ箇所が当接し、盛り上がり部に当接する箇所のみが極端に摩耗してしまうからである。

前記の特許文献２記載の工具では、被削歯車に対してフレージングカッタを所定の軸交差角をもって噛合させることとしているが、不用意に軸交差角を設けるとフレージングカッタの歯の端部が被削歯車の歯面と干渉してしまう。また、この工具は歯面に切削刃としてのセレーションが設けられており、製作が難しい。

また、面取り加工の後に行われるシェービング加工では盛り上がり部の抑制効果もあるが、面取り加工よりも相当の時間を要し、いわゆるタクトタイムが長くなり、面取り加工が終了しても次のシェービング加工を行うまでに無駄な待ち時間が生じることがある。

一方、要求精度が比較的低く、熱処理を実施しない歯車についても、フレージングカッタの面取り加工をして発生する盛り上がり部について対策をせずにシェービング等の歯面仕上げを行えば、盛り上がり部が工具に対する負荷となり、工具寿命は必然的に短くなる。これにより、工具交換作業のために工作機械を停止させる回数や、メンテナンス及び点検の回数が増加するとともに、工具費用の増加が懸念される。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、歯面の端面角部を適切に面取りするとともに、端面角部の近傍の盛り上がりの発生を抑制する歯車加工方法を提供することを目的とする。

本発明に係る歯車加工方法は、以下の特徴を有する。

第１の特徴：フレージングカッタを被削歯車に対して軸交差角ψをもって噛合させて回転することにより、前記被削歯車の端面角部の面取りをする面取り工程と、前記面取り工程の後に、歯面成形をすることなく、前記被削歯車を加熱する熱処理工程と、前記熱処理工程の後に、前記被削歯車の歯面を成形する１以上の歯面仕上げ工程とを有することを特徴とする。

このように、フレージングカッタは軸交差角ψをもって被削歯車に噛合することから、被削歯車の端面角部に対して押し潰して面取りをするだけでなく、押し潰しによる余肉の盛り上がりの発生を抑制することができる。また、面取り工程の後に、歯面成形をすることなく、熱処理工程を行うと工程数が減少し、効率的である。

第２の特徴：前記フレージングカッタの歯面は、切削刃としての角部がないインボリュート面であると、該フレージングカッタの製作が容易である。

第３の特徴：前記歯面仕上げ工程は、例えば仕上げホブ工程、歯車研削工程、ホーニング工程及びリーマ工程のいずれか１つ以上を選択可能である。

第４の特徴：被削歯車を軸支するワーク支持部と、前記ワーク支持部に設けられた前記被削歯車に対してフレージングカッタを噛合させるように該フレージングカッタを軸支するカッタ支持部とを用い、前記カッタ支持部は、前記フレージングカッタを前記被削歯車に対して軸交差角ψをもって噛合させるとよい。

第５の特徴：前記ワーク支持部は、前記カッタ支持部に対して向きを調整する回転台に設けられていることを特徴とする。該回転台により被削歯車に応じた適切な軸交差角ψを設定することができる。

第６の特徴：前記被削歯車としては、はすば歯車が適用可能である。

第７の特徴：前記被削歯車は、車両用変速機の歯車であってもよい。本発明の歯車加工方法により加工をした歯車は高精度であり、静粛性及び耐久性に優れ、車両用変速機に好適である。

第８の特徴：フレージングカッタを被削歯車に対して軸交差角ψをもって噛合させて回転することにより、前記被削歯車の端面角部の面取りをする面取り工程と、前記面取り工程の後に、熱処理をすることなく、前記被削歯車の歯面を成形する１以上の第１歯面仕上げ工程とを有することを特徴とする。

このように、フレージングカッタは軸交差角ψをもって被削歯車に噛合することから、被削歯車の端面角部に対して押し潰して面取りをするだけでなく、押し潰しによる余肉の盛り上がりの発生を抑制することができる。

また、熱処理工程を行わなくとも、要求精度が比較的高くない歯車に適用可能である。面取り工程の後に行われる第１歯面仕上げ工程の段階では、盛り上がり部がほとんど発生していないため、該第１歯面仕上げ工程で用いる工具に対する負荷が小さく、工具寿命を延ばすことができる。これにより、工具交換作業のために工作機械を停止させる回数や、メンテナンス及び点検の回数を低減するとともに、工具費用を抑制することができる。

第１歯面仕上げ工程の段階では熱処理を行っていないので、被削歯車の加工がしやすい。

第９の特徴：前記第１歯面仕上げ工程は、シェービング工程であると好適である。

第１０の特徴：前記第１歯面仕上げ工程の後に、前記被削歯車を加熱する熱処理工程を有してもよい。該熱処理工程により、被削歯車の硬度が高くなり、例えば、高出力、静粛性及び耐久性が要求される高精度な車両用変速機の歯車に好適である。

第１１の特徴：前記熱処理工程の後に、前記被削歯車の歯面を成形する１以上の第２歯面仕上げ工程を有することを特徴とする。歯面仕上げ工程を熱処理の前後に分けて行うことにより、高精度な加工が可能となる。該第２歯面仕上げ工程により、被削歯車の精度が高くなり、例えば、高出力、静粛性及び耐久性が要求される高精度な車両用変速機の歯車に一層好適である。

第１２の特徴：前記第２歯面仕上げ工程は、例えば仕上げホブ工程、歯車研削工程、ホーニング工程及びリーマ工程のいずれか１つ以上を選択可能である。

第１３の特徴：前記被削歯車を軸支するワーク支持部と、前記ワーク支持部に対して相対的に移動をして順に加工をする第１工程部及び第２工程部とを備える歯車加工装置を用い、前記面取り工程は前記第１工程部で行い、前記第１歯面仕上げ工程は前記第２工程部で行うことを特徴とする。

第１４の特徴：前記歯車加工装置は、前記ワーク支持部に対して相対的に移動をして、前記第２工程部における加工の後に前記被削歯車に加工をする第３工程部を有し、前記第３工程部は、前記被削歯車の歯面を加工するシェービングカッタを備え、前記ワーク支持部は、前記第１工程部、前記第２工程部及び前記第３工程部に応じて少なくとも３台設けられ、３つの前記被削歯車を前記第１工程部、前記第２工程部及び前記第３工程部により同時に加工をすることを特徴とする。

一般にシェービング加工は、フレージングカッタによる面取り加工よりも時間がかかるが、シェービング加工を第２工程部と第３工程部に分けて行うことにより、面取り加工の第１工程との時間差を小さくすることができ、該第１工程後の無駄な待ち時間を低減することができる。

第１５の特徴：前記第１工程部及び前記第２工程部はターレット機構に設けられ、該ターレット機構の回転により順に前記ワーク支持部と対面する位置に移動し、前記被削歯車を加工することを特徴とする。該ターレット機構を用いることにより、１台の歯車加工装置において、フレージングカッタによる面取り加工と、シェービングカッタによる歯面の加工を行うことができ、効率的である。

第１６の特徴：前記ターレット機構の回転軸は、前記ワーク支持部の軸に対して軸交差角ψを有することを特徴とする。つまり、フレージングカッタ及びシェービングカッタのいずれも被削歯車に対して軸交差角をもって噛合することから、ターレット機構自体を斜めに設定でき、簡便構成となる。

第１７の特徴：前記ターレット機構とは別に設けられ、前記ワーク支持部に対して相対的に移動をして、前記第２工程部における加工の後に前記被削歯車に加工をする第３工程部を有し、前記第３工程部は、前記被削歯車の歯面を加工するシェービングカッタを備え、前記ワーク支持部は、前記ターレット機構及び前記第３工程部に応じて少なくとも２台設けられ、２つの前記被削歯車を前記ターレット機構及び前記第３工程部により同時に加工をすることを特徴とする。

一般にシェービング加工は、フレージングカッタによる面取り加工よりも時間がかかるが、シェービング加工をターレット機構の第２工程部とターレット機構以外の第３工程部に分けて行うことにより、面取り加工の第１工程との時間差を小さくすることができ、該第１工程後の無駄な待ち時間を低減することができる。

第１８の特徴：前記ワーク支持部に対して相対的に移動をして、前記第２工程部における加工の後に前記被削歯車に加工をする第３工程部を有し、前記第３工程部は、前記被削歯車の歯面を加工するシェービングカッタを備え、前記第１工程部のフレージングカッタ、前記第２工程部のシェービングカッタ及び前記第３工程部のシェービングカッタは、それぞれ前記ターレット機構に設けられていることを特徴とする。

該ターレット機構を用いることにより、１台の歯車加工装置において、フレージングカッタによる面取り加工と、シェービングカッタによる歯面の加工を行うことができ、効率的である。また、シェービング加工を第２工程部と第３工程部に分けて行うことから、第２工程部を粗仕上げ、第３工程部を精密仕上げとして、適切な工具を使い分けることができる。

本発明に係る歯車加工方法によれば、フレージングカッタは軸交差角ψをもって被削歯車に噛合することから、被削歯車の端面角部に対して押し潰して面取りをするだけでなく、押し潰しによる余肉の盛り上がりの発生を抑制することができる。

また、面取り工程の後に、歯面成形をすることなく熱処理工程を行うと工程数が減少し、効率的である。

さらに、歯面仕上げ工程を熱処理の前後に分けて行うことにより、高精度な加工が可能となる。

以下、本発明に係る歯車加工方法について実施の形態を挙げ、添付の図１〜図２９を参照しながら説明する。本実施の形態に係る歯車加工方法は、ホブによる粗歯切りの工程を終了した被削歯車の端面角部に対して、少なくとも面取り加工を行うものである。本実施の形態に係る歯車加工方法は、例えば歯車加工装置１０ａ（図１９参照）、１０ｂ（図２０参照）、１０ｃ（図２１参照）を用いて行われる。これらの歯車加工装置１０ａ〜１０ｃについて、先ず、被削歯車をフレージングカッタで加工する加工部１２について説明する。

図１に示すように、加工部１２は、被削歯車１４を軸支するワーク支持部としての軸Ｊ１と、フレージングカッタ１８と、該フレージングカッタ１８を軸支するカッタ支持部としての軸Ｊ２とを有する。軸Ｊ２は図示しない駆動源により回転可能である。軸Ｊ１は、被削歯車１４がフレージングカッタ１８に噛合することにより連れ回りする。

軸Ｊ２は、軸Ｊ１に設けられた被削歯車１４に対してフレージングカッタ１８を噛合させるように該フレージングカッタ１８を軸支している。軸Ｊ２は、フレージングカッタ１８を被削歯車１４に対して０でない軸交差角ψをもって噛合させ、且つフレージングカッタ１８の加工歯３２ａ、３２ｂが被削歯車１４の歯２６の歯面２８に干渉しない角度に設けられている（図５参照）。軸交差角ψは、被削歯車１４の軸Ｊ１とフレージングカッタ１８の軸Ｊ２とのなす角度である（図５参照）。

図２に示すように、被削歯車１４は、例えばはすば歯車であり、粗歯切りした状態では、左右の端面角部３０、３１に尖鋭部３３（図７Ａ参照）がある。加工部１２ではこの尖鋭部３３を面取りする。加工部１２で加工をする被削歯車１４ははすば歯車に限られず、平歯車等であってもよい。被削歯車１４は、例えば、車両用変速機の歯車である。加工部１２により加工をした歯車は高精度であり、静粛性及び耐久性に優れ、車両用変速機に好適である。

図３に示すように、フレージングカッタ１８は、厚み方向の一方に面取り用の加工歯３２ａの一群を備える第１ピース３４ａが設けられ、他方に面取り加工歯３２ｂの一群を備える第２ピース３４ｂが設けられている。第１ピース３４ａ及び第２ピース３４ｂは、ボス３６に対して固定された構造であり、いわゆるスリーピース型である。第１ピース３４ａと第２ピース３４ｂとは、それぞれ円弧孔３８を用いてボス３６に対する角度を調整可能である。

図４及び図５に示すように、加工歯３２ａと加工歯３２ｂは、被削歯車１４の厚みに応じて離間しており、フレージングカッタ１８及び被削歯車１４は噛合しながら回転し、フレージングカッタ部４０ａの加工歯３２ａが端面角部３０に対して押圧して尖鋭部３３を押しつぶして面取りする。フレージングカッタ部４０ｂの加工歯３２ｂは他方の端面角部３１に対して押圧して尖鋭部３３を押しつぶして面取りする。

図５は、被削歯車１４の歯２６と、フレージングカッタ１８の加工歯３２ａ、３２ｂとの相対的な位置関係を示すものであり、被削歯車１４とフレージングカッタ１８をそれぞれ周面に沿って展開した模式図である。図５から明らかなように、被削歯車１４とフレージングカッタ１８とは軸交差角ψを有し、斜めに交わる。

一方、図６に示すように、従来技術に係る噛み合わせでは、軸交差角ψは存在していない。

次に、フレージングカッタ１８の加工歯３２ａが端面角部３１に対して押圧して尖鋭部３３を押しつぶす作用について説明する。

被削歯車１４は図５の右方向、つまり矢印Ａ１の方向に回転し、フレージングカッタ１８は角度ψだけ斜め方向、つまり矢印Ａ２の方向に回転する。

図７Ａに示すように、フレージングカッタ１８の加工歯３２ａは、歯２６の端面角部３０の略頂部の箇所Ｐ１に最初に当接する。この時点の噛み合い初期では、加工歯３２ａは、歯２６を基準とすると右斜めに傾斜しており、中心線Ｃよりも手前側が箇所Ｐ１に当接する。この時点では、端面角部３０には尖鋭部３３が存在する。図７Ａ〜図７Ｃでは、理解を容易にするため、加工歯３２ａの歯面に中心線Ｃを付記している。この時点の噛み合いは、図５では矢印Ｂ１で示す噛み合いに相当する。

図７Ｂに示すように、噛み合いの中期では、フレージングカッタ１８の加工歯３２ａは、歯２６の略中間高さの箇所Ｐ２に当接している。噛み合い中期では、加工歯３２ａは、歯２６に対して略平行であり、中心線Ｃが箇所Ｐ２に当接する。この時点では、箇所Ｐ２よりも上部は面取りがなされており尖鋭部３３が面取りされているが、箇所Ｐ２よりも下側には尖鋭部３３が残存している。この時点の噛み合いは、図５では矢印Ｂ２で示す噛み合いに相当する。

図７Ｃに示すように、噛み合いの終期では、フレージングカッタ１８の加工歯３２ａは、歯２６の略底部の箇所Ｐ３に当接する。噛み合い終期では、加工歯３２ａは、歯２６を基準とすると左斜めに傾斜しており、中心線Ｃよりも奥が箇所Ｐ３に当接する。この時点では、端面角部３０は全長にわたって面取りがなされており尖鋭部３３がなくなっている。この時点の噛み合いは、図５では矢印Ｂ３で示す噛み合いに相当する。

図８に示すように、面取りがなされた端面角部３０には細長い平面部が形成され、尖鋭部３３がなくなっている。ここで、加工歯３２ａの移動した軌跡は、矢印Ｄ１で示すように、斜めに向かう方向であり、横移動成分が含まれている。

端面角部３０におけるフレージングカッタの歯面の移動軌跡をさらに詳細に図９Ａ及び図９Ｂに示す。図９Ａは、軸交差角ψが５°の場合であり、図９Ｂは、軸交差角ψが８°の場合である。符号Ｚは、被削歯車１４とフレージングカッタ１８との噛み合い円を示す。図９Ａ及び図９Ｂから了解されるように、移動軌跡には横方向成分が相当に含まれており、該成分は軸交差角ψが５°の場合よりも８°の場合の方が大きい。このような横方向成分が大きいほど通常切削性がよい。

これに対して、従来技術に係る噛み合わせ（図６参照）では軸交差角ψが存在しない（つまり、ψ＝０）であることから、加工歯３２ａの移動した軌跡は図８の矢印Ｅで示すように、横移動成分が含まれていない。

すなわち、歯車加工装置の加工部１２によれば、フレージングカッタ１８は軸交差角ψをもって被削歯車１４に噛合することから、被削歯車１４の端面角部３０に対して押し潰して尖鋭部３３を面取りするだけでなく、横移動成分の含まれる面同士の摺動が発生する。これにより、歯面２８のうち面取り部に隣接する箇所８２（図８及び図１０参照）における余肉の盛り上がりの発生を防止し、又は抑制することができる。

また、フレージングカッタ１８の加工歯３２ａの歯面は、端面角部３０に対して押圧及び摺動することを目的としている。したがって、フレージングカッタ１８の歯面は、角部のないインボリュート面であり製作が容易である。

なお、詳細な説明は省略するが、被削歯車１４における反対側の端面角部３１についても、フレージングカッタ１８の加工歯３２ｂにより適切に尖鋭部３３が面取りされるとともに、面取り部に隣接する箇所８２（図１０参照）における余肉の盛り上がりの発生を防止し、又は抑制することができる。この場合、加工歯３２ｂの移動する軌跡は、図１０の矢印Ｄ２で示すように、斜めに向かう方向であり、横移動成分が含まれており、端面角部３０に対する加工と同様の作用が得られる。この移動の軌跡の詳細は、図９Ａ及び図９Ｂに示す場合の各矢印の逆向きとなる。

ところで、従来技術に係る噛み合わせでは、一般に軸交差角ψは存在していない（図６参照）。この理由としては、前記の面取り部に隣接する箇所８２（図８参照）に生ずる余肉の盛り上がりが見過ごされ、又はその解決手段として軸交差角ψを設けることが有効であることが想到されなかったことによる。

前記の特許文献２記載の装置では、軸交差角ψが設けられているが、セレーションにより端面角部３０及び３１の面取りをすることは実際上は容易ではない。

また、軸交差角ψを設けることは、フレージングカッタ１８の加工歯３２ａ及び３２ｂが被削歯車１４の歯２６の歯面２８に干渉することがあり（図６の仮想線参照）、その設定が困難であることも一因であると考えられる。

この軸交差角ψの適切な設定として、次の（１）式が適当である。

ここで、上段式の左辺は被削歯車１４のフレージングカッタ１８に対する干渉量であり、この上段式の左辺の示す値だけ加工歯３２ａ、３２ｂを薄く設定すれば干渉を回避することができる。右辺は加工歯３２ａ、３２ｂの歯先幅の余弦成分を示す。

また、（１）式において、図１１に示すように、ｌ₁は面取り幅であり、ｌ₂はラップ量であり、ＢＯＧは歯車振れ角であり、ＳＢＧは噛み合い円上円弧歯厚である。ＤＢＧは、歯車噛み合い円上振れ角である。

図１２に示すように、ＤＢＧは被削歯車１４の歯車噛合円径であり、ＤＫＧは被削歯車１４の歯先円径であり、ＤＢＣはフレージングカッタ１８の歯車噛合円径であり、ＤＫＣはフレージングカッタ１８の歯先円径である。Ｚｇは被削歯車１４の歯数であり、αは余裕代である。ＳＫＣはフレージングカッタ１８の加工歯３２ａ、３２ｂの歯先幅である。

上記の（１）式を整理すると、次の（２）式が得られる。

すなわち、前記軸交差角ψを（２）式で表される値にすることにより、フレージングカッタ１８の加工歯３２ａ、３２ｂの被削歯車１４に対する干渉をより確実に防止できる。

次に、このように構成される歯車加工装置の加工部１２による加工の実験結果について説明する。

図１３は、軸交差角ψを従来技術のように、ψ＝０として面取り加工をした端面角部３０（右歯面）の拡大図である。該図１３から了解されるように、面取り部の近傍の箇所（図８の箇所８２参照）には余肉による盛り上がり部８０が認められる。盛り上がり部の高さをＨ１とし、幅をＨ２とする。ψ＝０について所定数の加工を行った右歯面及び左歯面に対する結果を表１及び表２における「ψ＝０°」の欄に示す。計測にはコントレーサ等を用いた。

図１４は、軸交差角ψを、ψ＝５°として面取り加工をした端面角部３０（右歯面）の拡大図である。該図１４から了解されるように、盛り上がり部８０の発生は相当に抑制されている。ψ＝５°について所定数の加工を行った右歯面及び左歯面に対する結果を表１及び表２における「ψ＝５°」の欄に示す。

図１５は、軸交差角ψを、ψ＝８°として面取り加工をした端面角部３０（右歯面）の拡大図である。該図１５から了解されるように、盛り上がり部８０はほとんどなくなっている。ψ＝８°について所定数の加工を行った右歯面及び左歯面に対する結果を表１及び表２における「ψ＝８°」の欄に示す。なお、表１及び表２においてマイナス値は０と示した。

図１６は、軸交差角ψを、ψ＝５°として２０００個の被削歯車１４の面取り加工を行い、２０００個目の被削歯車１４の端面角部３０（右歯面）の拡大図である。該図１４と図１６とを比較して了解されるように、盛り上がり部８０は初期と２０００個目でほとんど変化がない。また、２０００個の加工を行った後、フレージングカッタ１８の加工歯３２ａ及び加工歯３２ｂの形状を精密に測定したところ、初回加工時と比較して摩耗は認められなかった。

このように、歯車加工装置では、盛り上がり部８０の発生を防止し、又は相当に抑制することができ、しかも数多くの加工を行っても製品精度は安定し、フレージングカッタ１８の摩耗もなく、十分な耐久性が確認された。

次に、このように構成される歯車加工装置における加工部１２の軸交差角ψの値について行った解析結果について説明する。

図１７に示すように、軸交差角ψを大きく設定すると加工歯３２ａは被削歯車１４の歯２６に干渉するので、後面端部に加工歯３２ａと略平行になる逃げ面３００を設けることが行われている。このような逃げ面３００を設けることによって、軸交差角ψを大きくすることができ、効率的な加工が可能になる。図１７では、被削歯車１４の歯２６の干渉を考慮し、カッタ刃先幅Ｓに対して、干渉量Ｓ１及び隙間Ｓ２を考慮してカッタ残り幅Ｓ３を確保した加工歯３２ａの形状を示している。

ところで、カッタ残り幅Ｓ３は強度上の観点から０．４ｍｍ以上は確保することが好ましい。隙間Ｓ２は誤差等を考慮して０．５ｍｍ程度に設定することが好ましい。標準的条件下における軸交差角ψ、干渉量Ｓ１、カッタ刃先幅Ｓ、カッタ残り幅Ｓ３の関係を解析及び計算した結果を表３に示す。ここで、隙間Ｓ２は０．５ｍｍとしている。

表３から明らかなように、軸交差角ψが８°であるときには、カッタ残り幅Ｓ３が０．４２ｍｍであって強度が確保される。軸交差角ψが９°であるときには、カッタ残り幅Ｓ３が０．３８ｍｍとなって強度が不足するおそれがある。つまり、強度の観点からは、軸交差角ψがψ≦８°であることが望ましい。

軸交差角ψが４°であるときには、カッタ残り幅Ｓ３が０．５４ｍｍであって十分な強度を有すると考えられるが、加工効率が低下する。被削歯車１４における面取り部の盛り上がりの発生を抑制させるためには、端面角部３０におけるフレージングカッタ１８の歯面３２ａの移動軌跡が横向きであるほど効果が高いと考えられている。

図１８Ａのシミュレーション結果に示すように、軸交差角ψがψ＝４°であるときには、歯面３２ａの移動軌跡は、場所により相当に急な傾斜であり、横成分が少なく、盛り上がり部発生を抑制する効果が低い。

図１８Ｂのシミュレーション結果に示すように、軸交差角ψがψ＝５°であるときには、歯面３２ａの移動軌跡は、ある程度緩やかとなり、横成分がある程度存在し、盛り上がり部発生を抑制する効果がある。

図１８Ｃのシミュレーション結果に示すように、軸交差角ψがψ＝６°であるときには、歯面３２ａの移動軌跡は、かなり緩やかとなり、横成分が多く存在し、盛り上がり部発生を抑制する効果が高い。つまり、盛り上がり部発生を抑制する効果を得るためには、軸交差角ψがψ≧５°であることが望ましい。

結果として、加工歯３２ａの強度及び加工効果をそれぞれ満足するためには、軸交差角ψは、５°〜８°の範囲であるとよい。

次に、加工部１２を有する歯車加工装置１０ａ、１０ｂ及び１０ｃについて説明する。

図１９に示すように、第１例に係る歯車加工装置１０ａは、複数の被削歯車１４の面取り加工及びシェービング加工を同時に行うものであって、被削歯車１４を９０°毎に間欠回転させる送りテーブル１０１と、被削歯車１４に対してフレージングカッタ１８により面取り加工を行う第１ステージ（第１工程部）１０２と、被削歯車１４に対して１回目のシェービング加工をする第２ステージ（第２工程部）１０４と、被削歯車１４に対して２回目のシェービング加工をする第３ステージ（第３工程部）１０６と、被削歯車１４の入れ換えを行う搬入搬出ステージ１０８とを有する。送りテーブル１０１は、例えば水平回転する。

送りテーブル１０１は、被削歯車１４を軸支可能な４つの回転軸（ワーク支持部）１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ及び１１０ｄを外周近傍に等間隔（９０°）に備え、それぞれが図示しないモータにより回転可能である。４つの回転軸１１０ａ〜１１０ｄは、４つのモータにより独立的に回転してもよいし、１つのモータで駆動力を分配して回転させてもよい。回転軸１１０ａ〜１１０ｄのうち搬入搬出ステージ１０８にあるものは、被削歯車１４の搬入搬出のために停止させ、対応するモータを停止させ又はクラッチを切っておく。

第１ステージ１０２は、被削歯車１４の端面角部３０、３１の面取り加工を行うステージであって、前記の加工部１２（図１参照）が設けられている。加工部１２は、前記のとおり、フレージングカッタ１８を有しており、該フレージングカッタ１８を軸交差角ψを有して被削歯車１４に噛合させる。該フレージングカッタ１８は送りテーブル１０１からみて径方向に進退可能であり、被削歯車１４の面取り加工をするときには該被削歯車１４に噛み合い、送りテーブル１０１を回転させるときには、外方に退避する。

第２ステージ１０４は、被削歯車１４の歯面２８の１回目の加工（つまりシェービング加工）を行うステージであって、シェービングカッタ１１２を有している。該シェービングカッタ１１２は送りテーブル１０１からみて径方向に進退可能であり、被削歯車１４の加工をするときには該被削歯車１４に噛み合い、送りテーブル１０１を回転させるときには、外方に退避する。第２ステージ１０４のシェービング加工は、粗仕上げに相当する。

第３ステージ１０６は、被削歯車１４の歯面２８の２回目の加工（つまりシェービング加工）を行うステージであって、シェービングカッタ１１４を有している。該シェービングカッタ１１４は送りテーブル１０１からみて径方向に進退可能であり、被削歯車１４の加工をするときには該被削歯車１４に噛み合い、送りテーブル１０１を回転させるときには、外方に退避する。第３ステージ１０６のシェービング加工は、精密仕上げに相当する。第３ステージ１０６のシェービングカッタ１１４は、第２ステージ１０４のシェービングカッタ１１２と同じものであってもよいし、精密仕上げに適した異なるものであってもよい。

被削歯車１４を軸支する回転軸１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ及び１１０ｄは垂直となるように構成し、これに対して、第１ステージ１０２、第２ステージ１０４及び第３ステージ１０６の各工具は、軸交差角ψを有するように斜めに設けるとよい。この角度は調整可能にするとよい。

第３ステージ１０６まで加工が終了した被削歯車１４は搬入搬出ステージ１０８に送られ、歯車加工装置１０ａから取り出されて次の加工（例えば、熱処理加工）に送られる。

このように構成される歯車加工装置１０ａによれば、１台の装置において、第１ステージ１０２でフレージングカッタ１８による面取り加工を行い、第２ステージ１０４及び第３ステージ１０６でシェービングカッタ１１２及び１１４による歯面の加工を行うことができ、効率的である。すなわち、面取り工程とシェービング工程との間で、被削歯車１４の装置間搬送が不要であり、しかも面取り工程とシェービング工程が１台の装置にまとまり省スペースである。

また、フレージングカッタ１８は軸交差角ψをもって被削歯車１４に噛合することから、該被削歯車１４の端面角部３０、３１に対して押し潰して面取りをするだけでなく、押し潰しによる余肉の盛り上がりの発生を抑制することができる。

また、ワーク支持部としての回転軸１１０ａ〜１１０ｄは、第１ステージ１０２、第２ステージ１０４、第３ステージ１０６及び搬入搬出ステージ１０８に応じて設けられており、３つの被削歯車１４を第１ステージ１０２、第２ステージ１０４及び第３ステージ１０６により同時に加工をすることができる。

一般にシェービング加工は、フレージングカッタ１８による面取り加工よりも時間がかかるが、シェービング加工を第２ステージ１０４及び第３ステージ１０６（又は第２工程〜第Ｎ工程（Ｎ≧４））に分けて行うことにより、面取り加工の第１工程との時間差を小さくすることができ、該第１工程後の無駄な待ち時間を低減することができる。

歯車加工装置１０ａでは、搬入搬出ステージ１０８を除いて３つの加工ステージを有するが、被削歯車１４に対する加工ステージの数は２又は４以上であってもよい。つまり、少なくとも第１ステージ１０２と第２ステージ１０４を有することで、効率的な加工が可能になる。加工ステージの数を４以上とする場合には、例えば、シェービング加工のステージを３つに分け、又は第１ステージ１０２の前にホブ切りの加工ステージを設ける等してもよい。

次に、第２例に係る歯車加工装置１０ｂについて説明する。歯車加工装置１０ｂの説明では、横手方向をＸ方向、奥行き方向をＹ方向、高さ方向をＺ方向とする。

図２０に示すように、歯車加工装置１０ｂは、ベース台２００に設けられた回転テーブル（回転台）２０２と、該回転テーブル２０２上に設けられたワーク支持部２０４と、駆動盤２０６と、該駆動盤２０６に隣接して設けられた工具支持部２０８とを有する。図２０においては、歯車加工装置１０ｂの操作盤、潤滑装置、油圧源及びクーラント等の図示を省略している。

ワーク支持部２０４は、回転テーブル２０２上に設けられたＸスライドベース２１０と、該Ｘスライドベース２１０に対してＸ方向にスライドするＸスライダ２１２と、Ｘスライダ２１２上で被削歯車１４を左右から回転自在に支持するヘッドストック２１４及びテールストック２１６と、Ｙ方向奥に設けられ、被削歯車１４のばり取りを行うローラカッタユニット２２０とを有する。Ｘスライダ２１２は、Ｘモータ２１９の作用下にＸスライドベース２１０の長尺方向（ψ＝０のときはＸ方向である。以下、簡略的にＸ方向ともいう。）に移動可能である。

スライドベース２１０にはベース回転モータ２２２が設けられており、該ベース回転モータ２２２の作用下に、スライドベース２１０は回転テーブル２０２に対して水平面内で回転をする。回転テーブル２０２に対してスライドベース２１０が回転をする機構は、例えばウォームホイール機構が用いられる。回転テーブル２０２にはスライドベース２１０の回転量を精密に計測するセンサ（例えばロータリエンコーダ）２２４が設けられており、該センサ２２４の信号に基づいてフルクローズド方式のフィードバックを行うことによりスライドベース２１０を正確に位置決め制御することができる。つまり、ベース回転モータ２２２の回転量に基づく間接的なフィードバック（いわゆるセミクローズド制御）ではなく、センサ２２４によりスライドベース２１０の回転量を直接的に検出するので、精密な制御が可能である。

回転テーブル２０２には、位置決め制御の終了したスライドベース２１０を固定する複数（例えば４台）のクランプ２２６が設けられている。クランプ２２６は、回転テーブル２０２の周囲に等間隔に設けられている（図２０中では１台のみ示す）。スライドベース２１０の回転は軸交差角ψに相当し、例えば±２０°程度の回転が可能に構成されている。基準状態の回転角度０°のときには、ψ＝０°で、被削歯車１４の軸がＸ方向に一致するものとする。

ヘッドストック２１４は、Ｘ方向のサブスライダ２３０と、該サブスライダ２３０に対してＸ方向にスライド可能な軸支持ボックス２３２と、軸支持ボックス２３２を駆動するストックモータ２３４と、被削歯車１４の一方の側を支持する支持軸２３６とを有する。支持軸２３６は、前記の軸Ｊ１に相当する。テールストック２１６はヘッドストック２１４に対して基本的に左右対称構成であることから、テールストック２１６の構成要素と同符号を付して詳細な説明を省略する。ヘッドストック２１４とテールストック２１６は、Ｘ方向に移動する駆動力が異なり、ヘッドストック２１４の方が駆動力が大きく設定され、該ヘッドストック２１４により被削歯車１４のＸ方向位置が規定される。ヘッドストック２１４及びテールストック２１６は、被削歯車１４の着脱時に接近及び離間をする。ヘッドストック２１４及びテールストック２１６には被削歯車１４を回転させる駆動源は設けられていない。

ローラカッタユニット２２０は、Ｘ方向に並列した２枚のローラカッタ２２８と、これらのローラカッタ２２８を回転自在に支持するローラカッタ支持台２４０と、Ｙスライドベース２４２と、Ｙモータ２４４とを有する。Ｙモータ２４４は、Ｙスライドベース２４２に対してローラカッタ支持台２４０をＸスライドベース２１０の短尺方向（ψ＝０のときはＹ方向である。以下、簡略的にＹ方向ともいう。）に進退させる。２枚のローラカッタ２２８の間隔は、被削歯車１４の歯幅に合うように調整されており、被削歯車１４に当ててばりを除去することができる。ローラカッタユニット２２０にはローラカッタ２２８を回転させる駆動源は設けられてなく、該ローラカッタ２２８は被削歯車１４に当接して連れ回りしながらばりを除去する。ローラカッタユニット２２０はスライドベース２１０に設けられている。

次に、工具支持部２０８は、Ｚスライドベース２５０と、該Ｚスライドベース２５０に対してＺ方向に昇降する工具支持機構ボックス２５２と、工具支持機構ボックス２５２に対して間欠回転するターレット機構２５４とを有する。

Ｚスライドベース２５０は、駆動盤２０６に隣接して設けられてＺ方向に延在しており、工具支持機構ボックス２５２をＺ方向に昇降自在に保持する。Ｚスライドベース２５０の上部には、工具支持機構ボックス２５２を昇降させるＺモータ２５６が設けられている。

工具支持機構ボックス２５２は、ターレット機構２５４を６０°毎に間欠回転させるインデックスモータ２５８と、スピンドルモータ２６０とを備え、相当程度の重量を有する。工具支持機構ボックス２５２は、さらに図示しない位置決ピン機構及びクラッチ機構を有する。位置決ピン機構により、ターレット機構２５４を正確に位置決めすることとができる。クラッチ機構によりターレット機構２５４に対する動力伝達を制御することができる。

ターレット機構２５４は、側面視で六角形であり、インデックスモータ２５８の作用下にＹＺ平面内で６０°毎の回転をする。ターレット機構２５４における六角形の各頂部近傍には、順に第１アーム２６２ａ、第２アーム２６２ｂ、第３アーム２６２ｃ、第４アーム２６２ｄ、第５アーム２６２ｅ及び第６アーム２６２ｆがそれぞれＸ方向を指向して設けられている。これらのアーム２６２ａ〜２６２ｆはフレージングカッタ１８等の各種工具が着脱可能となっている。

ターレット機構２５４は、６つのアーム２６２ａ〜２６２ｆのうち最も下方のものが被削歯車１４のちょうど上方に配置されるように構成されている。６つのアーム２６２ａ〜２６２ｆは等間隔（６０°）に配置され、被削歯車１４に対向するように下方に配置されたいずれか１つのアームに設けられた工具が、所定のクラッチ機構を介してスピンドルモータ２６０により回転可能である。ターレット機構２５４には図示しない歯面検出センサが設けられており、該歯面検出センサの信号に基づいて工具を被削歯車１４に対して自動的に噛合させることができる。

第１アーム（第１工程部）２６２ａは、被削歯車１４に対してフレージングカッタ１８により面取り加工を行うものであり、ワーク支持部２０４の支持軸２３６（軸Ｊ１）が、回転テーブル２０２の旋回によって軸交差角ψを有することから、第１アーム２６２ａと支持軸２３６により加工部１２（図１参照）が形成される。

第１アーム２６２ａによる面取り加工をしているときに、Ｙモータ２４４の作用下に２枚のローラカッタ２２８を被削歯車１４の両端部に押し当てることにより、該両端部のばりを除去することができる。つまり、ターレット機構２５４とローラカッタユニット２２０とは、被削歯車１４に対して異なる方向（Ｚ方向とＹ方向）からそれぞれ接近して、面取り加工とばりとり加工とを同時に行うことが可能であり、加工時間の短縮を図ることができる。ばり取り加工後は、ローラカッタ２２８を元の位置に戻しておく。

第３アーム（第２工程部）２６２ｃは、被削歯車１４に対して１回目のシェービング加工をするものであり、第５アーム（第３工程部）２６２ｅは、被削歯車１４に対して２回目のシェービング加工をするものである。第２アーム２６２ｂ、第４アーム２６２ｄ及び第６アーム２６２ｆは予備である。このように、工具を３つ用いる場合には予備を１つおきとすることによりターレット機構２５４のバランスがよくなる。工具を２つ用いる場合には対向する位置に工具を設け、他を予備とするとよい。

第３アーム２６２ｃには、粗仕上げ用のシェービングカッタ２７０が設けられ、第５アーム２６２ｅには精密仕上げ用のシェービングカッタ２７２が設けられている。

ターレット機構２５４の回転により順に第１アーム２６２ａ、第３アーム２６２ｃ及び第５アーム２６２ｅがワーク支持部２０４の被削歯車１４と対面する位置に移動し、該被削歯車１４を加工することができる。つまり、ターレット機構２５４の各工具は、Ｚモータ２５６の作用下に昇降可能であることから、被削歯車１４の面取り加工をするときには下降して該被削歯車１４に噛み合い、ターレット機構２５４を回転させるときには上昇して退避する。

被削歯車１４の加工をするときには、該被削歯車１４はターレット機構２５４の工具が噛合することにより連れ回りで回転する。従って、被削歯車１４を回転させる駆動源は不要であり、構成が簡便である。ターレット機構２５４に接続される各工具は被削歯車１４と比較して大きいことから、イナーシャも大きく、必然的にスピンドルモータ２６０もある程度大型である。このような大きいスピンドルモータ２６０を用いることにより、工具を介して被削歯車１４を加減速する時間を短くすることができる。つまり、被削歯車１４はイナーシャが比較的小さいことから、工具に容易に追従して加減速するからであって、加工時間の短縮を図ることができる。

歯車加工装置１０ｂでは、駆動箇所に応じて油圧駆動、空圧駆動及び電動を使い分けている。Ｘモータ２１９、ベース回転モータ２２２、Ｙモータ２４４及びＺモータ２５６に係る各軸はＮＣ制御で精密に位置決めされる。

被削歯車１４の加工をするときには、工具支持機構ボックス２５２及びターレット機構２５４の重量は被削歯車１４に加わる。これらの工具支持機構ボックス２５２及びターレット機構２５４の重量は相当程度の重量を有しており、Ｚモータ２５６が過度に大きい力を発生させなくても（例えば、Ｚモータ２５６の電流が０であっても）被削歯車１４に対して十分な荷重を効率的に加えることができる。これにより、被削歯車１４を適度に押しながらの加工が可能となり、加工時の被削歯車１４のぶれや偏心を防止でき、安定した加工をすることができる。

このように構成される歯車加工装置１０ｂによれば、１台の装置において、第１アーム２６２ａでフレージングカッタ１８による面取り加工を行い、第３アーム２６２ｃ及び第５アーム２６２ｅでシェービングカッタ２７０及び２７２による歯面の加工を行うことができ、効率的である。また、フレージングカッタ１８は軸交差角ψをもって被削歯車１４に噛合することから、該被削歯車１４の端面角部３０、３１に対して押し潰して面取りをするだけでなく、押し潰しによる余肉の盛り上がりの発生を抑制することができる。

さらに、ワーク支持部２０４は、各アーム２６２ａ〜２６２ｆに対して向きを調整する回転テーブル２０２に設けられていていることから被削歯車１４に応じた適切な軸交差角ψを設定することができる。

ターレット機構２５４の各アーム２６２ａ〜２６２ｆは、ワーク支持部２０４の軸Ｊ２に対して軸交差角ψを有する状態になる。つまり、ターレット機構２５４自体が軸Ｊ２に対して相対的に斜めになることから、フレージングカッタ１８及びシェービングカッタ２７０、２７２のいずれも被削歯車１４に対して軸交差角ψをもって噛合することになり、個別の角度調整が不要で、簡便構成となる。

ターレット機構２５４によれば、１台の歯車加工装置１０ｂにおいて、フレージングカッタ１８による面取り加工と、シェービングカッタ２７０、２７２による歯面の加工を行うことができ、効率的である。また、シェービング加工を第３アーム２６２ｃと第５アーム２６２ｅに分けて行うことから、第３アーム２６２ｃによる第２工程部を粗仕上げ、第５アーム２６２ｅによる第３工程部を精密仕上げとして、適切な工具を使い分けることができる。

歯車加工装置１０ｂでは、Ｘモータ２１９及びＺモータ２５６の同時協調的動作により、被削歯車１４に対して種々の歯面を形成することも可能である。

図２１に示すように、第３例に係る歯車加工装置１０ｃのように、ターレット機構２５４とは別に、シェービングカッタ１６２を有する第３工程部１６４や、シェービングカッタ１６６を有する第４工程部１６８等を設けてもよい。つまり、前記の送りテーブル１０１と同様のテーブル１７０により複数のワーク支持部１７２を移動させて、被削歯車１４をターレット機構２５４、第３工程部１６４及び第４工程部１６８により順次加工をしてもよい。ワーク支持部１７２は、テーブル１７０上の傾動機構１７４の回転により軸交差角ψを調整可能にしてもよい。

このような歯車加工装置１０ｃによれば、複数の被削歯車１４をターレット機構２５４、第３工程部１６４及び第４工程部１６８で同時に加工をすることができる。ターレット機構２５４は第１ステージに相当し、第１アーム１５４ａによる面取り加工と、第２アーム１５４ｂによる粗シェービング加工とを行う。つまり、前記の歯車加工装置１０ｂにおける第３アーム１５４ｃによる仕上げシェービング加工を第３工程部１６４及び（又は）第４工程部１６８によって行うことにより、時間の長いシェービング加工が複数ステージに分かれて行われることになり、面取り加工の第１工程との時間差を小さくすることができ、該第１工程後の無駄な待ち時間を低減することができる。

次に、本実施の形態に係る歯車加工方法について説明する。

図２２に示すように、第１の実施形態に係る歯車加工方法では、先ず、ステップＳ１０１において、素材に対してホブ等による歯切りを行う。この歯切りにより被削歯車１４の歯２６の概略形状が形成され、歯面の粗仕上げに相当する。

ステップＳ１０２（面取り工程）において、加工部１２による被削歯車１４の面取り加工を行う。上記のように、加工部１２によればフレージングカッタ１８が被削歯車１４に対して軸交差角ψを有して噛合して面取りをすることから、被削歯車１４の端面角部３０、３１に対して押し潰して面取りをするだけでなく、押し潰しによる余肉の盛り上がりの発生を抑制することができる。このステップＳ１０２は、例えば、歯車加工装置１０ａ〜１０ｃを用いて行われる。ただし、シェービング加工等の歯面成形加工を行うことなく、次のステップＳ１０３へ移る。

ステップＳ１０３（熱処理工程）において、被削歯車１４の熱処理による浸炭及び焼入を行う。これにより被削歯車１４は硬度が高くなる。

ステップＳ１０４（歯面仕上げ工程）において、被削歯車１４の歯車研削加工（歯車研削工程）を行う。図２３に示すように、歯車研削加工は、被削歯車１４に対して螺旋条を有する砥石１８０を噛合させながら同期回転させ、歯２６の歯面を仕上げる加工である。この時点では、熱処理によって被削歯車１４は相当に硬くなっているが、面取り工程において面取りがなされるとともに盛り上がり部の発生が抑制されていることから、砥石に過度な負荷がかかることがない。

ステップＳ１０５（歯面仕上げ工程）において、被削歯車１４のギアホーニング加工（ホーニング工程）を行う。図２４に示すように、ギアホーニング加工は内歯砥石１８２に対して被削歯車１４を噛合させながら回転をして、歯２６の歯面をさらに高精度に仕上げる加工である。

このように、第１の実施形態に係る歯車加工方法では、面取り工程の後に、歯面成形をすることなく熱処理工程を行うと工程数が減少し、効率的である。

図２５に示すように、第２の実施形態に係る歯車加工方法は、順に、歯切り工程（ステップＳ２０１）、面取り工程（ステップＳ２０２）、熱処理工程（ステップＳ２０３）、ギアホーニング工程（ステップＳ２０４）を有する。これらの工程は、図２２の第１の実施形態に係る歯車加工方法におけるステップＳ１０１、Ｓ１０２、Ｓ１０３及びＳ１０５に相当し、ステップＳ１０４の歯車研削工程が省略されている。

このように、歯車研削工程を省略してもその後のステップＳ２０４のギアホーニング加工で内歯砥石１８２に対する負荷は、実用上問題ない程度に小さい。被削歯車１４は熱処理後であって硬度が高くなっているが、盛り上がり部８０（図１４参照）の発生は抑制されているためである。仮に大きい盛り上がり部８０が存在すると、該部分は常に内歯砥石１８２の同じ箇所に当接し、その箇所のみが極端に摩耗してしまい、実用的でない。本実施の形態では盛り上がり部８０の発生が抑制されており、内歯砥石１８２の所定の箇所のみに過度な負荷を与えることが防止できる。

このように、歯車研削工程を省略すると工程数がさらに減少し、効率的である。

図２６に示すように、第３の実施形態に係る歯車加工方法は、順に、歯切り工程（ステップＳ３０１）、面取り工程（ステップＳ３０２）、シェービング工程（ステップＳ３０３、第１歯面仕上げ工程）、熱処理工程（ステップＳ３０４）、歯車研削工程（ステップＳ３０５、第２歯面仕上げ工程）、及びギアホーニング工程（ステップＳ３０６、第２歯面仕上げ工程）を有する。このうち、ステップＳ３０１、Ｓ３０２、Ｓ３０４、Ｓ３０５及びＳ３０６は、図２２の第１の実施形態に係る歯車加工方法におけるステップＳ１０１〜Ｓ１０５に相当し、ステップＳ３０３のシェービング工程が付加されている。

このうち、ステップＳ３０２及びＳ３０４は、例えば、歯車加工装置１０ａ〜１０ｃを用いて行われ、熱処理前までは１台の装置内で行うことができ、被削歯車１４の装置間搬送が不要であり、省スペース化が図られ、効率的である。シェービング工程は複数回に分けて行ってもよい。これにより、上記のようにタクトタイムを短縮することができる。

第３（及び第４）の実施形態に係る歯車加工方法では、歯面仕上げ工程を熱処理の前後に分けて行うことにより、高精度な加工が可能となる。

図２７に示すように、第４の実施形態に係る歯車加工方法は、順に、歯切り工程（ステップＳ４０１）、面取り工程（ステップＳ４０２）、シェービング工程（ステップＳ４０３、第１歯面仕上げ工程）、熱処理工程（ステップＳ４０４）、及びギアホーニング工程（ステップＳ４０５、第２歯面仕上げ工程）を有する。これらの工程は、図２６の第３の実施形態に係る歯車加工方法におけるステップＳ３０１、Ｓ３０２、Ｓ３０３、Ｓ３０４及びＳ３０６に相当し、ステップＳ３０５の歯車研削工程が省略されている。

第４の実施形態に係る歯車加工方法では、ステップＳ４０２の面取り工程で、盛り上がり部８０（図１４）の発生が相当に抑制され、しかもその後のステップＳ４０３でシェービング加工をしていることから、盛り上がり部８０は実質的に存在しない。したがって、歯車研削工程を省略しても、後のステップＳ３０５のギアホーニング加工で内歯砥石１８２に対する負荷は、実用上問題ない程度に小さい。

なお、各実施の形態において、熱処理後の歯面仕上げ工程は、歯車研削加工及びギアホーニング加工に限られず、例えば、仕上げホブ工程及びリーマ工程等で、歯面を仕上げることのできる工程のうちのいずれか１つ以上を条件に応じて選択すればよい。各実施の形態では、明記した工程以外にも、必要に応じて端面切削工程、内径ホーニング工程等を行ってもよいことはもちろんである。

図２８に示すように、第５の実施形態に係る歯車加工方法は、順に、歯切り工程（ステップＳ５０１）、面取り工程（ステップＳ５０２）、及びシェービング工程（ステップＳ５０３、第１歯面仕上げ工程）を有する。これらの工程は、図２６の第３の実施形態に係る歯車加工方法におけるステップＳ３０１、Ｓ３０２及びＳ３０３に相当し、ステップＳ３０４の熱処理工程、Ｓ３０５の歯車研削工程及びステップＳ３０６のギアホーニング工程が省略されている。

第５の実施形態に係る歯車加工方法は熱処理工程を有しないが、要求精度が比較的高くない歯車に十分適用可能である。また、面取り工程（ステップＳ５０２）の後に行われるシェービング仕上げ工程（ステップＳ５０３）の段階では、盛り上がり部がほとんど発生していないため、該シェービングカッタ１１２、１１４等に対する負荷が小さく、工具寿命を延ばすことができる。これにより、工具交換作業のために歯車加工装置１０ａ〜１０ｃを停止させる回数や、メンテナンス及び点検の回数を低減するとともに、工具費用を抑制することができる。

図２９に示すように、第６の実施形態に係る歯車加工方法は、順に、歯切り工程（ステップＳ６０１）、面取り工程（ステップＳ６０２）、シェービング工程（ステップＳ６０３、第１歯面仕上げ工程）、及び熱処理工程（ステップＳ６０４）を有する。これらの工程は、図２６の第３の実施形態に係る歯車加工方法におけるステップＳ３０１、Ｓ３０２、Ｓ３０３、及びＳ３０４に相当し、ステップＳ３０５の歯車研削工程及びステップＳ３０６のギアホーニング工程が省略されている。

第６の実施形態に係る歯車加工方法は熱処理工程後の歯面仕上げ工程を有しないが、熱処理工程により被削歯車１４の硬度が高くなって十分な耐久性を有し、例えば、比較的要求精度が高くない歯車に適用可能である。第３の実施形態のように熱処理工程後の歯面仕上げ工程を行えば、高精度な車両用変速機の歯車に一層好適であることはもちろんである。

なお、各実施の形態において、熱処理後の歯面仕上げ工程は、歯車研削加工及びギアホーニング加工に限られず、例えば、仕上げホブ工程及びリーマ工程等で、歯面を仕上げることのできる工程のうちのいずれか１つ以上を条件に応じて選択すればよい。各実施の形態では、明記した工程以外にも、必要に応じて端面切削工程、内径ホーニング工程等を行ってもよいことはもちろんである。

上述したように、本実施の形態に係る歯車加工方法では、フレージングカッタ１８は軸交差角ψをもって被削歯車１４に噛合することから、被削歯車１４の端面角部３０、３１に対して押し潰して面取りをするだけでなく、押し潰しによる余肉の盛り上がりの発生を抑制することができる。

本発明に係る歯車加工方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成乃至工程を採り得ることはもちろんである。

歯車加工装置の加工部の略式斜視図である。 被削歯車の斜視図である。 フレージングカッタの斜視図である。 フレージングカッタと被削歯車との噛み合い部の拡大斜視図である。 被削歯車とフレージングカッタをそれぞれ周面に沿って展開した模式図である。 従来技術に係る噛み合わせ状態で、被削歯車とフレージングカッタをそれぞれ周面に沿って展開した模式図である。 図７Ａは、噛み合い初期の噛み合い部の略式斜視図であり、図７Ｂは、噛み合い中期の噛み合い部の略式斜視図であり、図７Ｃは、噛み合い終期の噛み合い部の略式斜視図である。 加工後の右歯面の略式斜視図である。 図９Ａは、軸交差角が５°の場合の端面角部におけるフレージングカッタの歯面の移動軌跡を示す図であり、図９Ｂは、軸交差角が８°の場合の端面角部におけるフレージングカッタの歯面の移動軌跡を示す図である。 加工後の左歯面の略式斜視図である。 被削歯車とフレージングカッタをそれぞれ周面に沿って一部を拡大して展開した模式図である。 フレージングカッタと被削歯車との噛み合い部の拡大側面図である。 軸交差角を０°として加工をした被削歯車の端面角部の拡大図である。 軸交差角を５°として加工をした被削歯車の端面角部の拡大図である。 軸交差角を８°として加工をした被削歯車の端面角部の拡大図である。 軸交差角を５°として、２０００回の加工をした際の２０００個目の被削歯車の端面角部の拡大図である。 フレージングカッタにおける歯と、軸交差角、カッタ歯先幅、干渉量、隙間及びカッタ残り幅の関係を示す模式図である。 図１８Ａは、軸交差角が４°の場合の端面角部におけるフレージングカッタの歯面の移動軌跡を示す図であり、図１８Ｂは、軸交差角が５°の場合の端面角部におけるフレージングカッタの歯面の移動軌跡を示す図であり、図１８Ｃは、軸交差角が６°の場合の端面角部におけるフレージングカッタの歯面の移動軌跡を示す図である。 第１例に係る歯車加工装置の平面図である。 第２例に係る歯車加工装置の斜視図である。 第３例に係る歯車加工装置の平面図である。 第１の実施形態に係る歯車加工方法のフローチャートである。 歯車研削工程の加工の様子を示す模式図である。 ギアホーニング工程の加工の様子を示す模式図である。 第２の実施形態に係る歯車加工方法のフローチャートである。 第３の実施形態に係る歯車加工方法のフローチャートである。 第４の実施形態に係る歯車加工方法のフローチャートである。 第５の実施形態に係る歯車加工方法のフローチャートである。 第６の実施形態に係る歯車加工方法のフローチャートである。

符号の説明

１０ａ、１０ｂ、１０ｃ…歯車加工装置 １２…加工部
１４…被削歯車 １８…フレージングカッタ
２６…歯 ２８…歯面
３０、３１…端面角部 ３２ａ、３２ｂ…加工歯
８０…盛り上がり部 １０１、１７０…テーブル
１０２…第１ステージ（第１工程部） １０４…第２ステージ（第２工程部）
１０６…第３ステージ（第３工程部） １０８…搬入搬出ステージ
１１０ａ〜１１０ｄ…回転軸（ワーク支持部）
１１２、１１４、１６２、１６６、２７０、２７２…シェービングカッタ
１７２、２０４…ワーク支持部 ２０２…回転テーブル（回転台）
２２０…ローラカッタユニット ２２４…センサ
２２８…ローラカッタ ２３４…ストックモータ
２３６…支持軸 ２５２…工具支持機構ボックス
２５４…ターレット機構 ２６２ａ〜２６２ｆ…アーム
Ｊ１、Ｊ２…軸 ψ…軸交差角

Claims (18)

1. フレージングカッタを被削歯車に対して軸交差角ψをもって噛合させて回転することにより、前記被削歯車の端面角部の面取りをする面取り工程と、
   前記面取り工程の後に、歯面成形をすることなく、前記被削歯車を加熱する熱処理工程と、
   前記熱処理工程の後に、前記被削歯車の歯面を成形する１以上の歯面仕上げ工程と、
   を有することを特徴とする歯車加工方法。
2. 請求項１記載の歯車加工方法において、
   前記フレージングカッタの歯面は、切削刃としての角部がないインボリュート面であることを特徴とする歯車加工方法。
3. 請求項１又は２記載の歯車加工方法において、
   前記歯面仕上げ工程は、仕上げホブ工程、歯車研削工程、ホーニング工程及びリーマ工程のいずれか１つ以上であることを特徴とする歯車加工方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の歯車加工方法において、
   被削歯車を軸支するワーク支持部と、
   前記ワーク支持部に設けられた前記被削歯車に対してフレージングカッタを噛合させるように該フレージングカッタを軸支するカッタ支持部と、
   を用い、
   前記カッタ支持部は、前記フレージングカッタを前記被削歯車に対して軸交差角ψをもって噛合させることを特徴とする歯車加工方法。
5. 請求項４記載の歯車加工方法において、
   前記ワーク支持部は、前記カッタ支持部に対して向きを調整する回転台に設けられていることを特徴とする歯車加工方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の歯車加工方法において、
   前記被削歯車ははすば歯車であることを特徴とする歯車加工方法。
7. 請求項６記載の歯車加工方法において、
   前記被削歯車は、車両用変速機の歯車であることを特徴とする歯車加工方法。
8. フレージングカッタを被削歯車に対して軸交差角ψをもって噛合させて回転することにより、前記被削歯車の端面角部の面取りをする面取り工程と、
   前記面取り工程の後に、熱処理をすることなく、前記被削歯車の歯面を成形する１以上の第１歯面仕上げ工程と、
   を有することを特徴とする歯車加工方法。
9. 請求項８記載の歯車加工方法において、
   前記第１歯面仕上げ工程は、シェービング工程であることを特徴とする歯車加工方法。
10. 請求項８又は９記載の歯車加工方法において、
    前記第１歯面仕上げ工程の後に、前記被削歯車を加熱する熱処理工程を有することを特徴とする歯車加工方法。
11. 請求項１０記載の歯車加工方法において、
    前記熱処理工程の後に、前記被削歯車の歯面を成形する１以上の第２歯面仕上げ工程を有することを特徴とする歯車加工方法。
12. 請求項１１記載の歯車加工方法において、
    前記第２歯面仕上げ工程は、仕上げホブ工程、歯車研削工程、ホーニング工程及びリーマ工程のいずれか１つ以上であることを特徴とする歯車加工方法。
13. 請求項８〜１２のいずれか１項に記載の歯車加工方法において、
    前記被削歯車を軸支するワーク支持部と、
    前記ワーク支持部に対して相対的に移動をして順に加工をする第１工程部及び第２工程部と、
    を備える歯車加工装置を用い、
    前記面取り工程は前記第１工程部で行い、前記第１歯面仕上げ工程は前記第２工程部で行うことを特徴とする歯車加工方法。
14. 請求項１３記載の歯車加工方法において、
    前記歯車加工装置は、前記ワーク支持部に対して相対的に移動をして、前記第２工程部における加工の後に前記被削歯車に加工をする第３工程部を有し、
    前記第３工程部は、前記被削歯車の歯面を加工するシェービングカッタを備え、
    前記ワーク支持部は、前記第１工程部、前記第２工程部及び前記第３工程部に応じて少なくとも３台設けられ、３つの前記被削歯車を前記第１工程部、前記第２工程部及び前記第３工程部により同時に加工をすることを特徴とする歯車加工方法。
15. 請求項１３記載の歯車加工方法において、
    前記第１工程部及び前記第２工程部はターレット機構に設けられ、該ターレット機構の回転により順に前記ワーク支持部と対面する位置に移動し、前記被削歯車を加工することを特徴とする歯車加工方法。
16. 請求項１５記載の歯車加工方法において、
    前記ターレット機構の回転軸は、前記ワーク支持部の軸に対して軸交差角ψを有することを特徴とする歯車加工方法。
17. 請求項１５記載の歯車加工方法において、
    前記ターレット機構とは別に設けられ、前記ワーク支持部に対して相対的に移動をして、前記第２工程部における加工の後に前記被削歯車に加工をする第３工程部を有し、
    前記第３工程部は、前記被削歯車の歯面を加工するシェービングカッタを備え、
    前記ワーク支持部は、前記ターレット機構及び前記第３工程部に応じて少なくとも２台設けられ、２つの前記被削歯車を前記ターレット機構及び前記第３工程部により同時に加工をすることを特徴とする歯車加工方法。
18. 請求項１５記載の歯車加工方法において、
    前記ワーク支持部に対して相対的に移動をして、前記第２工程部における加工の後に前記被削歯車に加工をする第３工程部を有し、
    前記第３工程部は、前記被削歯車の歯面を加工するシェービングカッタを備え、
    前記第１工程部のフレージングカッタ、前記第２工程部のシェービングカッタ及び前記第３工程部のシェービングカッタは、それぞれ前記ターレット機構に設けられていることを特徴とする歯車加工方法。

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