JP4538074B2 - 歯車加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、自立駆動する複数のカッタを順次使用して、複数の加工工程で被削歯車を加工する歯車加工方法に関する。

歯車加工は、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。

このような歯車加工では、加工開始時にワークである被削歯車と加工工具との噛合い位置合わせを行う必要がある。被削歯車と加工工具との間の噛合い位置制御は、比較的手間のかかる工程であり、特に、上記のように複数回の加工工程を行う場合には、加工工程毎に被削歯車と加工工具との噛合い位置合わせが必要となる。

特許文献１において、本出願人は被削歯車と加工工具との噛合いを行う歯車噛合方法を提案している。この方法によれば、エンコーダやセンサ等を用いた機構により噛合い制御を行うことで、噛合い時間を短縮することが可能となる。

特開平７−１４８６１７号公報

ところで、上記のように複数の加工工程で被削歯車を加工する場合、通常、所定の噛合制御を工程毎に繰り返しているが、加工工程の都度の一からセッティングを行う必要があるため、工数が膨らみ時間がかかる傾向にある。

本発明はこのような従来技術に関連してなされたものであり、複数の加工工程で被削歯車を加工する場合であっても、被削歯車と加工工具とを短時間に効率的に噛合いさせることができ、生産効率を一層向上させることができ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：本発明に係る歯車加工方法は、自立駆動する複数のカッタを順次使用して、複数の加工工程で被削歯車を加工する歯車加工方法であって、前記被削歯車を非自立駆動に軸支して、第１のカッタの加工歯と前記被削歯車の歯とを噛合わせて該歯を加工する第１加工工程と、前記第１加工工程の後、前記第１加工工程での前記加工歯と前記歯との間でのセッティングデータを利用して、第２のカッタの加工歯と前記被削歯車の歯とを噛合わせる噛合工程と、前記噛合工程の後、前記第２のカッタにより前記被削歯車の歯を加工する第２加工工程とを有することを特徴とする。

このような方法によれば、第１加工工程で用いる第１のカッタの加工歯と被削歯車の歯との間でのセッティングデータ（噛合位置情報）を利用して、次の第２加工工程で用いる第２のカッタの加工歯と被削歯車の歯とを噛合いさせる噛合工程を有する。従って、既に噛合いしている第１のカッタと被削歯車とのセッティングデータを有効に活用して、第２カッタと被削歯車とを円滑に且つ短時間に噛合させることができ、生産効率を向上させることができる。

第２の特徴：前記噛合工程では、前記第１加工工程の終了後、予め設定された前記第１のカッタの基準位置に基づき、該第１のカッタを所定角度だけ回転し、該第１のカッタの加工歯の噛合基準点を切り込み方向での最先端位置に一致させた後、該第１のカッタを後退させて前記第２のカッタに交換すると、第２のカッタの噛合いを円滑に行うことができるため好ましい。

第３の特徴：前記噛合工程では、さらに、前記交換された前記第２のカッタに予め設定された基準位置に基づき、該第２のカッタを所定角度だけ回転し、該第２のカッタの加工歯の噛合基準点を切り込み方向での最先端位置に一致させた後、該第２のカッタを前進させて前記被削歯車と噛合いさせると、第２のカッタの噛合いを一層円滑に行うことができる。

第４の特徴：前記基準位置は、キー溝であるとよい。

第５の特徴：前記噛合基準点は、前記加工歯における歯先中心又は歯底中心であるとよい。

第６の特徴：前記カッタを自立駆動させる駆動装置が駆動制御機構を有すると、カッタと被削歯車との噛合いを簡便に行うことができる。

第７の特徴：前記駆動制御機構はサーボ機構であるとよい。

第８の特徴：前記噛合工程では、前記第１加工工程の終了後、前記非自立駆動で前記被削歯車を軸支している支持軸を前記被削歯車から外すことにより、支柱に弾性支持されたカセットに前記被削歯車を載置して、前記第１のカッタを前記第２のカッタと交換した後、該第２のカッタと前記カセットに載置された前記被削歯車とを噛合いさせると、被削歯車が多少動くことができるため、第２のカッタを一層円滑に噛合いさせることができる。

第９の特徴：前記第１加工工程では、被削歯車が載置されるカセットと、該カセットを弾性支持する支柱とを有する歯車着脱装置を用い、前記被削歯車を前記カセットに載置した状態で、加工時よりも低速で回転されている前記第１カッタとの噛合い位置へと送ることにより、前記第１カッタと前記被削歯車とを転がり噛合いさせると、円滑且つ確実に第１のカッタと被削歯車とを噛合いさせることができる。

本方法によれば、第１加工工程で用いる第１のカッタの加工歯と被削歯車の歯との間でのセッティングデータを利用して、次の第２加工工程で用いる第２のカッタの加工歯と被削歯車の歯とを噛合いさせる噛合工程を有する。従って、既に噛合いしている第１のカッタと被削歯車とのセッティングデータを有効に活用して、第２カッタと被削歯車とを円滑に且つ短時間に噛合させることができる。

本実施の形態に係る歯車加工方法で加工する被削歯車の一例を示す斜視図である。 面取り加工部の一部省略斜視図である。 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。 シェービング加工部の一部省略斜視図である。 被削歯車とシェービングカッタをそれぞれ噛み合いピッチ円筒上で周面に沿って展開した模式図である。 本実施の形態に係る歯車加工方法を実施する歯車加工装置の一例を示す斜視図である。 図７Ａは、図６に示す歯車加工装置の支持軸で被削歯車を軸支する前の状態を示す説明図であり、図７Ｂは、図７Ａに示す状態から被削歯車を支持軸で軸支した状態を示す説明図である。 図６に示す歯車加工装置の支持軸の変形例に係る支持軸と歯車ホルダ複合体とを示す説明図である。 歯車着脱装置の一部省略斜視図である。 図９に示す歯車着脱装置を構成するカセットの分解斜視図である。 図９に示す歯車着脱装置を構成する支柱及びベースの斜視図である。 カセット及び支柱の軸線方向に沿う一部省略断面図である。 カセットに載置した被削歯車の加工時の状態を示す説明図である。 本実施の形態に係る歯車加工方法のフローチャートである。 図１５Ａは、図９に示す歯車着脱装置で被削歯車を加工部へと搬送する状態を示す説明図であり、図１５Ｂは、被削歯車が加工部へと搬送されながら加工工具と転がり噛合いをする状態を示す説明図であり、図１５Ｃは、被削歯車と加工工具とが完全に噛合いした状態を示す説明図である。 図１６Ａは、図９に示す歯車着脱装置で加工部へと搬送された被削歯車が転がり噛合い時に加工工具と干渉し、カセットが下方へと揺動された状態を示す説明図であり、図１６Ｂは、被削歯車と加工工具とが図１６Ａに示す状態から適切に噛合いされた状態を示す説明図である。 加工工具の基準位置の一例であるキー溝と加工歯との関係を示す説明図である。 図１８Ａは、本実施の形態に係る歯車加工方法の一部として実施される歯車噛合い制御方法により、加工を終えたフレージングカッタを位相制御した後、引き上げる状態を示す説明図であり、図１８Ｂは、フレージングカッタをシェービングカッタに交換し、該シェービングカッタの位相制御を行っている状態を示す説明図であり、図１８Ｃは、シェービングカッタと被削歯車とを噛合いさせた状態を示す説明図である。 工具交換時の加工工具の位相制御の他の例を示す説明図である。

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、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

本実施の形態に係る歯車加工方法は、例えば、被削歯車の端面角部の面取り加工と歯面のシェービング加工とを有する複数の加工工程で当該被削歯車を加工する方法である。この歯車加工方法は、例えば、加工部へと被削歯車を着脱する歯車着脱装置１１を搭載した歯車加工装置１０（図６参照）により実施される。

歯車加工方法の説明に先立ち、歯車加工装置１０について説明する。先ず、歯車着脱装置１１で着脱される被削歯車１４をフレージングカッタで加工する面取り加工部１２と、面取り加工がなされた被削歯車１４をシェービングカッタで加工するシェービング加工部１３とを説明する。

図１に示すように、被削歯車１４は、例えば、はすば歯車であり、ホブにより素材から粗歯切りされた状態では、左右の端面角部３０、３１に尖鋭部３３がある。そこで、本実施の形態に係る歯車加工方法では、面取り加工部１２で端面角部３０、３１を面取りした後、シェービング加工部１３で歯２６の歯面２８を切削する。

なお、本実施の形態に係る歯車加工方法で加工する被削歯車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。面取り加工部１２及びシェービング加工部１３を用いて当該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。

図２は、面取り加工部１２の一部省略斜視図である。

図２に示すように、面取り加工部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、面取り工具である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。

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の一群を有するピースと、他方に面取り用の加工歯３２ｂの一群を有するピースとを備え、これらがボス３６に対して固定された、いわゆるスリーピース型の構造である。

軸Ｊ２は、軸Ｊ１で軸支された被削歯車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を軸支する。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ψ１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の歯面２８に干渉しない角度に設けられている（図３参照）。軸交差角ψ１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３参照）。

図３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２及び図３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する。これにより、一方の加工歯３２ａが一方の端面角部３０に対して押圧して尖鋭部３３を押しつぶして面取りし、他方の加工歯３２ｂが他方の端面角部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３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ψ１を有し、斜めに交わる。従って、フレージングカッタ１８が回転駆動されると、被削歯車１４は図３の右方向（矢印Ａ１方向）に回転し、フレージングカッタ１８は角度ψ１だけ斜め方向（矢印Ａ２方向）に回転する。

これにより、フレージングカッタ１８の加工歯３２ａは、先ず、図３中の矢印Ｂ１で示すように歯２６と噛み合いし、端面角部３０の略頂部に当接する。続いて、加工歯３２ａは、図３中の矢印Ｂ２で示すように噛み合いして歯２６の略中間高さに当接される。その後、加工歯３２ａは、図３中の矢印Ｂ３で示すように噛み合いして歯２６の略底部に当接し、端面角部３０を全長にわたって面取りして尖鋭部３３をなくすことができる。当然、被削歯車１４の他方の端面角部３１についても、上記の端面角部３０の場合と同様に、フレージングカッタ１８の加工歯３２ｂによって適切に面取りすることができる。

この際、面取り加工部１２では、フレージングカッタ１８が軸交差角ψ１をもって被削歯車１４に噛み合いすることから、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。この軸交差角ψ１は、例えば、５°〜８°の範囲で設定されるとよい。

図４は、シェービング加工部１３の一部省略斜視図である。

図４に示すように、シェービング加工部１３は、被削歯車１４を軸支するワーク支持部としての軸Ｊ１と、シェービング工具であるシェービングカッタ２０と、該シェービングカッタ２０を軸支するカッタ支持部としての軸Ｊ３とを有する。軸Ｊ３は図示しない駆動源により回転可能である。軸Ｊ１は、面取り加工部１２のものと同一又は同様であり、被削歯車１４がシェービングカッタ２０に噛合することにより連れ回りする。

図５は、被削歯車１４の歯２６と、シェービングカッタ２０の加工歯４４との相対的な位置関係を示すものであり、被削歯車１４とシェービングカッタ２０をそれぞれ噛み合いピッチ円筒上で周面に沿って展開した模式図である。

図４及び図５に示すように、シェービングカッタ２０の各加工歯４４の歯面には、切削刃としての複数のセレーション４６が設けられている。セレーション４６は、歯幅方向に対して直角で、換言すれば歯底から歯先に向かう方向に延在している。

軸Ｊ３は、軸Ｊ１に設けられた被削歯車１４に対してシェービングカッタ２０を噛合させるように該シェービングカッタ２０を軸支する。軸Ｊ３は、シェービングカッタ２０を被削歯車１４に対して０でない軸交差角ψ２をもって噛合させる（図５参照）。軸交差角ψ２は、被削歯車１４の軸Ｊ１とシェービングカッタ２０の軸Ｊ３とのなす角度であり（図５参照）、上記の軸交差角ψ１（図３参照）と同一角度であっても異なる角度であってもよく、被削歯車１４の種類にもよるが、例えば、４°〜２０°の範囲で設定されるとよい。

シェービングカッタ２０が回転駆動されると、シェービングカッタ２０は図５の上方向（矢印Ａ３方向）に回転し、被削歯車１４は角度ψ２だけ斜め方向（矢印Ａ１方向）に回転する。これにより、シェービングカッタ２０の加工歯４４と被削歯車１４の歯２６とは、該歯２６の歯すじ方向で相対的にすべり運動をして、歯面２８がセレーション４６によって切削される。すなわち、加工歯４４は、図５中の矢印Ｃ１で示すように歯面２８に対して横方向に擦れるように当接し、歯２６は、図５中の矢印Ｃ２で示すように当接し、この結果、歯面２８がセレーション４６によって所定の精度に成形される。この切削は、歯面２８を成形するためのものであって、ホブ等による粗切削とは異なり、仕上げ切削に分類される。

次に、基本的には以上のように構成される面取り加工部１２及びシェービング加工部１３を有する歯車加工装置１０について説明する。

図６に示すように、歯車加工装置１０は、ベース台２００に設けられた回転テーブル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、装置全体を総合的に制御する駆動盤（制御部）２０６と、該駆動盤２０６に隣接して設けられた工具支持部２０８とを有し、歯車着脱装置１１が回転テーブル２０２上に配設されている。歯車加工装置１０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。また、図６では、歯車加工装置１０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（ψ１（ψ２）＝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、より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６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ψ１、ψ２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、ψ１（ψ２）＝０°で、被削歯車１４の軸がＸ方向に一致する。

ヘッドストック２１４は、Ｘ方向のサブスライダ２３０ａと、該サブスライダ２３０ａに対してＸ方向にスライド可能な軸支持ボックス２３２ａと、軸支持ボックス２３２ａを駆動するストックモータ２３４ａと、被削歯車１４の一方の側を軸支する支持軸２３６ａとを有する。支持軸２３６ａ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り、Ｘ方向のサブスライダ２３０ｂと、該サブスライダ２３０ｂに対してＸ方向にスライド可能な軸支持ボックス２３２ｂと、軸支持ボックス２３２ｂを駆動するストックモータ２３４ｂと、被削歯車１４の一方の側を軸支する支持軸２３６ｂとを有する。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おらず、いわゆる非自立駆動とされている。

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、例えば、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。

従って、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、被削歯車１４を軸支する一対のセンタ軸（センタリング軸）として、支持軸２３６ａ、２３６ｂが接近及び離間することで、被削歯車１４をその軸心方向に軸支する。

この場合、互いに向い合う支持軸２３６ａ、２３６ｂの各先端には、互いに係合及び分離可能なホルダ２３７ａ、２３７ｂが設けられる。一方のホルダ２３７ａの先端には突出軸２３８ａが設けられ、他方のホルダ２３７ｂの先端には突出軸２３８ａが係合する係合凹部２３８ｂが設けられる（図７Ａ参照）。そこで、突出軸２３８ａが、被削歯車１４の軸心の貫通孔１４ａを挿通して係合凹部２３８ｂに係合することでホルダ２３７ａ、２３７ｂが一体的に結合され、被削歯車１４をその軸心方向に円滑に且つ迅速に軸支することができる。貫通孔１４ａ及び突出軸２３８ａには、互いに係合可能な軸線方向のセレーション溝（図示せず）を設けておくこともできる。

図８に示すように、歯車加工装置１０で順次加工される各被削歯車１４に対し、ホルダ２３７ａ、２３７ｂを予め一体的に組み付けて歯車ホルダ複合体１５を構成しておき、この歯車ホルダ複合体１５を歯車着脱装置１１で搬送及び位置決めし、一対の支持軸２３６ａ、２３６ｂで軸支するように構成してもよい。この場合には、例えば、ホルダ２３７ａ、２３７ｂの背面側に、それぞれ支持軸２３６ａ、２３６ｂの先端に形成された略円錐台形状の突出部２３９ａ、２３９ｂが係合可能な係合凹部２４１ａ、２４１ｂを設けておくとよい。この構成では、被削歯車１４が予め歯車ホルダ複合体１５の状態とされているため、例えば、歯車加工装置１０を含めた各工程に搬送したり保管したりする際の被削歯車の取り扱い性を向上させることができる。また、一対の支持軸２３６ａ、２３６ｂは、被削歯車１４を軸支する際、該被削歯車１４の軸心の貫通孔１４ａに突出軸２３８ａ（図７Ａ参照）を挿通させる必要がないため、該被削歯車１４を一層円滑に且つ容易に軸支することができる。

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（ψ１（ψ２）＝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、サーボ制御が可能なサーボモータで構成されるスピンドルモータ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めピン機構及びクラッチ機構を有する。位置決めピン機構により、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やシェービングカッタ２０等の各種工具が着脱可能である。各アーム２６２ａ〜２６２ｆは、軸Ｊ２（図２参照）や軸Ｊ３（図４参照）に相当する。

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に設けられた工具と被削歯車１４とは、後述する歯車噛合い制御方法を用いると極めて容易に噛合いさせることができる。

第１アーム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２３６ａ、２３６ｂ（軸Ｊ１）が、回転テーブル２０２の旋回によって軸交差角ψ１を有することから、第１アーム２６２ａと支持軸２３６ａ、２３６ｂにより面取り加工部１２（図２参照）が構成される。

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、加工時間を短縮することができる。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２６２ｃは、被削歯車１４に対して１回目のシェービング加工（第１シェービング加工）をするものであり、第５アーム２６２ｅは、被削歯車１４に対して２回目のシェービング加工（第２シェービング加工）をするものである。ここで、ワーク支持部２０４の支持軸２３６ａ、２３６ｂ（軸Ｊ１）が、回転テーブル２０２の旋回によって軸交差角ψ２を有することから、第３アーム２６２ｃ（第５アーム２６２ｅ）と支持軸２３６ａ、２３６ｂによりシェービング加工部１３（図４参照）が構成される。すなわち、第３アーム２６２ｃには、粗仕上げ用のシェービングカッタ２０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２０が設けられている。これらの粗仕上げ用及び精密仕上げ用のシェービングカッタ２０は、同一のものであっても、各工程に適した異なるものであってもよい。

第２アーム２６２ｂ、第４アーム２６２ｄ及び第６アーム２６２ｆは予備であり、例えば、上記したフレージングカッタ１８やシェービングカッタ２０の予備を設けておくこともできるし、歯切り加工用のホブを設けておくこともできる。

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。

上記のように構成される面取り加工部１２やシェービング加工部１３において、支持軸２３６ａ、２３６ｂで軸支される被削歯車１４は、歯車着脱装置１１によって搬送及び搬出されると共に、フレージングカッタ１８等との円滑な噛合い位置、及び支持軸２３６ａ、２３６ｂで円滑に軸支できる位置へと適切に位置決めされる。

そこで、次に、歯車着脱装置１１について説明する。

図９〜図１２に示すように、歯車着脱装置１１は、回転方向にフリーな状態で被削歯車１４が載置・保持される歯車載置部３００を有するカセット３０２と、該カセット３０２を揺動可能に弾性支持する支柱３０４と、該支柱が固定されるスライダ３０６と、該スライダ３０６を進退可能に支持する一対のガイドレール（スライダ受け部）３０８を有するベース３１０とを備える。

以下、当該歯車着脱装置１１が歯車加工装置１０に搭載された状態での方向を基準とし、横手方向をＸ方向、奥行き方向をＹ方向、高さ方向をＺ方向として説明する（図６参照）。この場合、歯車着脱装置１１は、歯車加工装置１０の回転テーブル２０２上でＸスライドベース２１０に対してベース３１０が固定され、この際、スライダ３０６の進退方向が該Ｘスライドベース２１０の短尺方向（ψ１（ψ２）＝０のときはＹ方向である。以下、簡略的にＹ方向ともいう。）となるように設定される。なお、当該歯車着脱装置１１は、歯車加工装置１０以外の装置であっても好適に使用可能である。

図１０に示すように、カセット３０２は、支柱３０４に対して揺動可能に弾性支持される支持体３１２と、前記歯車載置部３００が設けられ、支持体３１２に着脱可能に固定される載置台３１４とを有する。

支持体３１２は、支柱３０４に対するカセット３０２の揺動軸となるシャフト３１６（図１１参照）が挿通されるＸ方向の貫通孔３１８を設けた狭幅部３２０と、狭幅部３２０の下方からＹ方向に突出し、コイルばね（弾性部材）３２２（図１１参照）に挿通されるばね支持棒３２４と、鉛直方向（Ｚ方向）に延びた台形溝（係合溝）３２６と、ばね支持棒３２４の下方からＹ方向に突設されたストッパ３２８とを有する。

前記載置台３１４は、被削歯車１４が載置される歯車載置部３００と、前記台形溝３２６にＺ方向に係合する台形凸部（係合凸部）３３０とを有する。歯車載置部３００は、被削歯車１４の略半分が挿入可能な半円状溝部である。歯車載置部３００を構成する一対の側壁３３２には、歯車加工装置１０の支持軸２３６ａ、２３６ｂ（図７Ａ参照）が被削歯車１４を軸支する際の逃げ部となる略半円状の切欠き３３４と、被削歯車１４が着座する載置面３００ａの略中央底部まで達した切欠き３３６とが形成されている。左右一対の切欠き３３６には、それぞれ外側に傾斜したテーパ面３３６ａが設けられている。側壁３３２の先端側には、略半円状の載置面３００ａよりも短く切り落とされた円弧状の切欠き３３８が形成されている。前記一対の側壁３３２間は、被削歯車１４の厚み方向の寸法より多少大きく設定されるとよい。

従って、図９及び図１０に示すように、載置台３１４は、台形凸部３３０が台形溝３２６に係合されることで支持体３１２に係合される。この際、支持体３１２側のねじ孔３４０に止めねじ３４２が螺入され、台形凸部３３０の略中央に切欠き形成された止め凹部３４４に係合されることで、載置台３１４が支持体３１２に容易に着脱可能な状態で確実に固定される。

図１２に示すように、歯車載置部３００を構成する載置面３００ａは、被削歯車１４を安定して保持するために、半径が変化した多少扁平な半円形状とされることが好ましい。すなわち、側壁３３２及び載置面３００ａで形成される略半円状溝部である歯車載置部３００（図１０参照）において、被削歯車１４の挿入側の開口部の半径ｒ２を、被削歯車１４が着座する底部側の半径ｒ１よりも大径とし（ｒ２＞ｒ１）、該半径ｒ１は、載置される被削歯車１４の外径半径と同一（被削歯車１４と比べて若干大径や小径の場合も含む）に形成する。このように開口側がやや大径の半径ｒ２に設定されると、人手やロボット（図示せず）による歯車載置部３００への被削歯車１４の載置や取り出しを一層容易に行うことができる。

図１１に示すように、支柱３０４は、図示しないボルトでスライダ３０６上に固定され、スライダ３０６と共に進退可能である。支柱３０４は、カセット３０２を構成する支持体３１２の狭幅部３２０及びストッパ３２８が挿入される鉛直方向（Ｙ方向）に延びた矩形溝３４６と、矩形溝３４６の上部壁間をＸ方向に貫通する一対の嵌合孔３４８と、矩形溝３４６の略中央背面に窪み、コイルばね３２２が着座すると共に、支持体３１２のばね支持棒３２４の逃げ部となる円形凹部３５０とを有する。スライダ３０６は、例えば、ブロック状に構成されると共に、ガイドレール３０８が挿通される貫通孔（図示せず）を有し、図示しない車輪等を下面や側面に設けてもよい。スライダ受け部であるガイドレール３０８は、円柱状のシャフトであるが、他の形状のレールであってもよい。

従って、図９及び図１２に示すように、支持体３１２と載置台３１４とが固定されたカセット３０２は、支柱３０４の矩形溝３４６に狭幅部３２０及びストッパ３２８が挿入されると共に、円形凹部３５０に着座したコイルばね３２２にばね支持棒３２４が挿入された状態で、シャフト３１６が一方の嵌合孔３４８から貫通孔３１８を通して他方の嵌合孔３４８に嵌着される。

これにより、カセット３０２が、圧縮ばねであるコイルばね３２２によって支柱３０４に対して弾性支持されつつ、シャフト３１６を揺動軸として上部支点支持され、当該カセット３０２は、図１２中の矢印θ１及びθ２方向に弾性的に揺動することができる（図１２の２点鎖線参照）。カセット３０２は、前記の上部支点支持される以外にも、シャフト３１６をコイルばね３２２より下方に配置した下部支点支持とし、コイルばね３２２を圧縮ばねではなく、引張ばねとして構成することもできる。

この際、ストッパ３２８に対応する位置の矩形溝３４６が止め板３４９で閉じられると共に、止め板３４９及びストッパ３２８にそれぞれ対向するストッパボルト３５１、３５３が固定される。ストッパボルト３５１、３５３は、基本的に、カセット３０２が支柱に対して直角位置（水平位置。Ｙ方向）となる状態で互いに当接するようにセットされる（図１２の実線位置）。従って、カセット３０２は、下方（図１２の矢印θ２方向）にはストッパ３２８が矩形溝３４６に当接するまでの範囲で揺動可能である一方、原点位置である水平位置ではストッパボルト３５１、３５３が当接することから、それより上方（図１２の矢印θ１方向）への揺動が規制される。すなわち、カセット３０２は、例えば、被削歯車１４と工具との当接で下方に揺動された場合にも、コイルばね３２２の弾性力による跳ね返りで、水平位置より上方に揺動することが規制されることから、被削歯車１４と工具との過度な接触や衝撃的な接触を防止することができる。

図９及び図１１に示すように、ベース３１０は、４枚の側壁３５２が周囲に立設されると共に、その内側にスライダ３０６を収納しており、スライダ３０６上に固定された支柱３０４が側壁３５２よりも上部に突出している。側壁３５２のうち、ガイドレール３０８と並んだ所定の１枚（又は２枚）には、ガイドレール３０８より多少短尺な長孔３５４が形成されている。従って、止めねじ３５６を長孔３５４に挿通させてスライダ３０６側部のねじ孔３５８に締付け及び緩めることにより、該スライダ３０６をガイドレール３０８に沿って移動させ、所定の位置で固定することができる。スライダ３０６は、このように手動で動作されるが、例えば、図示しないレバー手段等により進退及びロックされるような構成や、所定の操作ボタンを押すことで図示しないモータ等を介して所定位置まで進退及びロックされるような構成とすることもできる。

以上のような歯車着脱装置１１によれば、クランプ手段等の保持手段や微細制御を行うハンドリング装置等を特別に設けることなく、簡単且つ低コストなセミオート構造の着脱ローダであり、被削歯車１４を歯車載置部３００に容易に載置・保持することができると共に、載置した被削歯車１４をスライダ３０６によって容易に所望の位置へと進退させて位置決めすることができ、被削歯車１４を加工部に容易に着脱することができる。このため、加工前後の被削歯車１４の着脱によるロスタイムを可及的に低減することができる。

図１３に示すように、歯車着脱装置１１によって面取り加工部１２等、つまりワーク支持部２０４を構成するヘッドストック２１４及びテールストック２１６間に搬送及び位置決めされた被削歯車１４に対しては、支持軸２３６ａ、２３６ｂを切欠き３３４を介して軸支させることができる。

この際、載置面３００ａに載置された状態での被削歯車１４の中心点Ｐ１（図１２参照）よりも、支持軸２３６ａ、２３６ｂの軸心を鉛直方向（Ｙ方向）で多少上方に設定する。これにより、支持軸２３６ａ、２３６ｂで軸支された被削歯車１４は、その中心点Ｐ２（図１３参照）が前記中心点Ｐ１よりも多少上方に引き上げられ、載置面３００ａから離間する。このため、加工中に被削歯車１４が載置面３００ａ等に干渉することがなく、その結果、スライダ３０６等を動作させることなくカセット３０２を加工部へと位置決めした状態のまま加工を行うことができ、迅速且つ効率的に加工を開始することができると共に、加工後の被削歯車１４の搬出も迅速に行うことができる。しかも加工時の切削油や切屑等は、載置面３００ａ上に溜まることなく、側壁３３２に形成された切欠き３３６によって外部へと有効に排出される。

カセット３０２を構成する載置台３１４の先端側には、円弧状の切欠き３３８が設けられているため、例えば、フレージングカッタ１８による面取り加工時に、ローラカッタ２２８を被削歯車１４へと干渉なしにセットすることができる（図１３参照）。

被削歯車１４を載置するカセット３０２が支柱３０４に対して揺動可能に弾性支持されているため、後述する被削歯車１４と工具（フレージングカッタ１８等）との噛合い時、必要に応じてカセット３０２が揺動する（図１６Ａ参照）。すなわち、噛合い時、噛合い方向（Ｙ方向）に進動する工具の歯先と被削歯車１４の歯先とが相互に干渉した場合であっても、カセット３０２によって被削歯車１４を前記噛合い方向から離脱する方向に逃がすことができる。このため、歯先干渉による工具や被削歯車１４の折損等を可及的に防止することができ、さらに、噛合い位置の修正も容易に行うことができる。

カセット３０２は、支柱３０４に固定され支持される支持体３１２と、被削歯車１４を載置する載置台３１４とに容易に分離及び装着可能である。このため、被削歯車１４の種類によって外径等が異なる場合であっても、載置台３１４のみをその形状に適したものに交換するだけでよく、汎用性が高い。勿論、支持体３１２と載置台３１４とは分離不能な一体型に構成してもよい。

歯車加工装置１０によれば、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、上記した歯車着脱装置１１で搬送され、支持軸２３６ａ、２３６ｂで軸支された被削歯車１４を連続的に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の面取り加工やシェービング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を軸支する支持軸２３６ａ、２３６ｂは非自立駆動の簡便な構成であり、加工時には被削歯車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。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１０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、及びサーボモータからなるスピンドルモータ２６０の回転角度（位相）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、歯車加工装置１０（ターレット機構２５４）では、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２０による歯面２８のシェービング加工を行うことができ、効率的である。

また、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ψ１（ψ２）を設定することができる。これにより、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Ｊ１に対して軸交差角ψ１（ψ２）を有する状態になる。つまり、ターレット機構２５４自体が軸Ｊ１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２０のいずれも被削歯車１４に対して容易に軸交差角ψ１（ψ２）をもって噛合させることができる。勿論、軸交差角ψ１と軸交差角ψ２を同一角度に設定する場合には、加工工程毎の個別の角度調整が不要で、より簡便な構成とすることができる。同様に、歯車着脱装置１１もベース３１０を介して回転テーブル２０２に設けられていることから、該歯車着脱装置１１に回転機構等を設けることなく、回転テーブル２０２による軸交差角ψ１、ψ２に直接的に対応させることができ、被削歯車１４を面取り加工部１２やシェービング加工部１３へと正確に着脱することができる。

歯車加工装置１０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。

次に、本実施の形態に係る歯車加工方法について、歯車着脱装置１１及びこれを搭載する歯車加工装置１０を用いて実施する場合を例示して説明する。

図１４に示すように、本実施の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（歯切り工程）。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る。本実施の形態の場合、歯切り工程は、歯車加工装置１０以外の他の切削盤等により実施され、歯切りされた被削歯車１４を歯車加工装置１０で面取り及びシェービングする場合を例示する。なお、歯切り加工も歯車加工装置１０で実施してもよいことは勿論である。

ステップＳ１０２において、ステップＳ１０１で歯切りされた被削歯車１４を歯車着脱装置１１により歯車加工装置１０の加工部へと搬送及び位置決めする（歯車搬入工程）。

このようなステップＳ１０２による歯車搬入工程では、先ず、カセット３０２の歯車載置部３００へと、人手やロボット等によって被削歯車１４を載置する（図１５Ａ参照）。

次に、スライダ３０６を進動させ、被削歯車１４を加工工具であるフレージングカッタ１８の切り込み方向（Ｙ方向）で前方、つまりフレージングカッタ１８の直下の噛合待機位置まで搬送して位置決めし、スライダ３０６を固定する（図１５Ｂ参照）。

この際、予めフレージングカッタ１８を加工位置（噛合待機位置）まで下降させた状態で、加工時よりも十分に遅い低速で回転させておく。そうすると、被削歯車１４は前記噛合待機位置まで移動される途中、回転方向がフリーで保持された歯車載置部３００内で、低速回転されているフレージングカッタ１８の加工歯３２ａ、３２ｂにより連れ回りされつつ、次第に噛合いする（図１５Ｂ参照）。すなわち、被削歯車１４は、歯車載置部３００内に保持されたまま、載置面３００ａ上で転がりつつフレージングカッタ１８と噛合いする。このような転がり方式による噛合いでは、一層円滑且つ確実に噛合いさせるため、フレージングカッタ１８と被削歯車１４とは、互いの歯先と歯底とがやや離間した予備的な噛合い状態となるように設定される（図１５Ｂ参照）。

そこで、図１５Ｃに示すように、フレージングカッタ１８の回転を停止させると共に、支持軸２３６ａ、２３６ｂを被削歯車１４の両側から互いに接近させ（図７Ａ参照）、その先端の突出軸２３８ａと係合凹部２３８ｂとを係合させる（図７Ｂ参照）。従って、上記したように支持軸２３６ａ、２３６ｂの軸心が載置面３００ａ上に載置される被削歯車１４の中心よりも多少上方に設置されていることから（図１２及び図１３参照）、支持軸２３６ａ、２３６ｂで軸支された被削歯車１４は、上方に引き上げられて載置面３００ａから離間し、同時にフレージングカッタ１８と完全な噛合い状態となる（図１５Ｃ参照）。

このような歯車搬入工程では、上記した転がり方式による噛合い時（図１５Ａ及び図１５Ｂ参照）、被削歯車１４の載置状態等によっては被削歯車１４の歯先とフレージングカッタ１８の歯先とが干渉する可能性もある（図１６Ａ参照）。

ところが、上記したように歯車着脱装置１１では、被削歯車１４が載置される歯車載置部３００を設けたカセット３０２が、揺動可能に弾性支持されている（図１２参照）。従って、フレージングカッタ１８に押圧された被削歯車１４は、カセット３０２によって矢印θ２方向へと弾性的に揺動されて退避する（図１６Ａ参照）。しかも、被削歯車１４がフリーな状態で歯車載置部３００に保持されていることから、コイルばね３２２の弾性作用による矢印θ１方向への跳ね返り時に多少回転してフレージングカッタ１８と好適に噛合い、図１５Ｂに示すものと同様な予備的な噛合い状態となる（図１６Ｂ参照）。前記跳ね返り時、カセット３０２は、ストッパボルト３５１、３５３（図１２参照）が当接して上方への過度な揺動が規制され、被削歯車１４とフレージングカッタ１８とが過度に接触したり衝撃的に接触したりすることを有効に防止することができる。

なお、図１６Ａに示すように歯先同士が干渉した際、手動等によってスライダ３０６を多少前後に動作させることにより、被削歯車１４の位相を変動させ、一層迅速に干渉状態を解消し、図１６Ｂに示すような噛合い状態とすることも可能である。

次に、ステップＳ１０３では、上記ステップＳ１０２によりフレージングカッタ１８と被削歯車１４とが噛み合いされたことから、面取り加工部１２による被削歯車１４の面取り加工を行う（面取り工程）。

歯車着脱装置１１では、上記したように、工具と被削歯車１４とを完全に噛合いさせた状態では被削歯車１４が載置面３００ａから完全に離間するため（図１３及び図１５Ｃ参照）、カセット３０２等を前記ステップＳ１０２の完了位置に待機させたまま、すぐに当該ステップＳ１０３を開始することができる。また、カセット３０２の先端側に円弧状の切欠き３３８が設けられているため、当該面取り加工時に、ローラカッタ２２８を被削歯車１４へとカセット３０２との干渉なしに円滑に当てることができ（図１３参照）、面取り加工と同時にばり取り加工を行うことができる。この際、加工時の切削油や切屑等は、載置面３００ａ等へと流れ落ちるが、載置面３００ａ上に溜まることなく、側壁３３２に形成された切欠き３３６及びテーパ面３３６ａから外部へと有効に排出される。

当該ステップＳ１０３において、面取り加工部１２は、上記のようにフレージングカッタ１８が被削歯車１４に対して軸交差角ψ１を有して噛合いして面取りをする。このため、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、次工程以降での切削が容易且つ高精度となる。

ステップＳ１０４において、シェービング加工部１３による被削歯車１４の１回目のシェービング加工を行う（第１シェービング工程）。シェービング加工部１３では、上記のように、シェービングカッタ２０が被削歯車１４に対して軸交差角ψ２を有して噛合してシェービング加工をし、所定の取代まで歯面を粗仕上げ切削する歯面成形を行う。

このステップＳ１０４は、例えば、ステップＳ１０３の面取り加工終了後、支持軸２３６ａ、２３６ｂを被削歯車１４から外して被削歯車１４を歯車載置部３００内でフリーな状態にすると共に、回転を停止させたフレージングカッタ１８を上方に移動させて次のシェービングカッタ２０を割出し、該シェービングカッタ２０を被削歯車１４へと噛合いさせた後に実施される。勿論、支持軸２３６ａ、２３６ｂを離間させずに被削歯車１４を軸支したまま、工具交換を行って次のシェービングカッタ２０と噛合いさせる方法や、上記の転がり方式等による噛合いを再度行う方法等も可能である。このような工具交換時の工具と被削歯車との間での歯車噛合い制御方法について、詳細は後述する。

ステップＳ１０５において、シェービング加工部１３による被削歯車１４の２回目のシェービング加工を行う（第２シェービング工程）。この第２シェービング工程についても、上記した第１シェービング工程と略同様なシェービング加工を行うとよいが、当該第２シェービング工程は精密仕上げ切削であるため、カッタ切込速度等を第１シェービング工程と異なる設定にしてもよい。

このステップＳ１０５についても、例えば、ステップＳ１０４の第１シェービング加工終了後、支持軸２３６ａ、２３６ｂを被削歯車１４から離脱させ、ターレット機構２５４を介して回転を停止させた第１シェービング工程で用いたシェービングカッタ２０を上方に移動させると共に、次のシェービングカッタ２０を割出し、該シェービングカッタ２０を被削歯車１４へと噛合いさせた後、実施するとよい。

次に、ステップＳ１０６において、ステップＳ１０５で歯面２８が成形された被削歯車１４を歯車加工装置１０の加工部から取り外し、歯車着脱装置１１で搬出する（歯車搬出工程）。

ステップＳ１０６による歯車搬出工程は、基本的には上記したステップＳ１０２での歯車搬入工程の逆手順である。すなわち、加工が終わってシェービングカッタ２０が停止された状態で、シェービングカッタ２０を被削歯車１４から離間させる方向に上昇させると共に、支持軸２３６ａ、２３６ｂを離間させる（図７Ｂ参照）。これにより、被削歯車１４が載置面３００ａ上に載置されるため、スライダ３０６を後退させ、加工部から被削歯車１４を離脱させる。その後、人手やロボット等により加工を終えた被削歯車１４を歯車載置部３００から搬出すればよい。このように、歯車着脱装置１１では、加工時にカセット３０２が加工部直下で待機しているため、加工後、容易に且つ迅速に被削歯車１４を歯車載置部３００へと載置して搬出することができ、次工程へと迅速に移送可能である。

ステップＳ１０７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（熱処理工程）。これにより被削歯車１４は硬度が高くなる。

ステップＳ１０８において、被削歯車１４の歯車研削加工を行う（歯車研削工程）。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（図示せず）を噛合させながら同期回転させ、歯２６の歯面２８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Ｓ１０９において、被削歯車１４のギアホーニング加工を行う（ホーニング工程）。ギアホーニング加工は、内歯砥石（図示せず）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２８をさらに高精度に仕上げる加工である。

このような歯車研削工程やホーニング工程等の歯面仕上げ工程で使用される工具についても、上記フレージングカッタ１８等と同様に、歯車加工装置１０のターレット機構２５４に設けておき、連続的に加工を実施することもできる。なお、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。また上記実施の形態では、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勿論である。

上記ステップＳ１０３、ステップＳ１０４（又はステップＳ１０５）やステップＳ１０７〜Ｓ１０９での各工程は、製品である加工後の被削歯車１４の要求品質や種類等によっては、省略することもできる。これら各工程を適宜省略した場合であっても、製品歯車の要求精度等によっては十分な精度を持つ歯車を製造することができるからである。

次に、例えば、上記したステップＳ１０３とステップＳ１０４との間で実施される工具と被削歯車との歯車噛合い制御方法（噛合い位置出し制御方法）を例示しながら本実施の形態に係る歯車加工方法をより詳細に説明する。

この歯車噛合い制御方法は、例えば、図１４に示す歯車加工方法の一部として実施される。そこで、以下では、上記したステップＳ１０２での初期的な噛合いの後、ステップＳ１０３の面取り工程からステップＳ１０４の第１シェービング工程に至る際の被削歯車と工具との噛合い制御方法を例示して、本実施の形態に係る歯車加工方法を説明する。勿論、この歯車噛合い制御方法は、別の工具と被削歯車との間での噛合いにも適用することができ、さらには、ターレット機構を用いた工具交換を伴わず被削歯車を軸支する支持軸を別の装置の加工部へと移動させながら順次加工を行うような構成であっても適用することができる。

先ず、上記ステップＳ１０２の歯車搬入工程により、被削歯車１４を上記の転がり噛合いによってフレージングカッタ１８と適切に噛合いさせ、図１４のステップＳ１０３により、非自立駆動の支持軸２３６ａ、２３６ｂに被削歯車１４を軸支した状態で面取り加工を実施する（第１加工工程）（図１５Ａ〜図１５Ｃ参照）。

ここで、当該歯車噛合い制御方法では、フレージングカッタ１８やシェービングカッタ２０の加工装置の加工軸（Ｊ２、Ｊ３、２６２ａ等）への取付けに用いるキー溝１８ａ、２０ａ（図２及び図４参照）をカッタの基準位置として予め設定しておく。

すなわち、図１７に示すように、例えば、フレージングカッタ１８の場合、その中心点Ｐ３からキー溝１８ａの中心を通る直線Ｌ１上に、所定の加工歯３２ａ、３２ｂの噛合基準点である歯先中心Ｐｃ（歯底中心としてもよい）があるように設定し、つまり、キー溝１８ａと加工歯３２ａ、３２ｂの位相位置を合わせて構成しておく。なお、図１７より明らかに、工具と被削歯車の中心点間を結ぶ方向である切り込み方向（鉛直方向）を直線Ｌ０とすると、キー溝１８ａの中心が前記直線Ｌ１に一致した状態では、直線Ｌ１と直線Ｌ０とが一致する。

これにより、上記したサーボ制御が可能なサーボモータで構成されるスピンドルモータ２６０（図６参照）の回転位相を制御することにより、キー溝１８ａを基準位置として、例えば、図１７に示すように切り込み方向（鉛直方向）で最先端位置（最下部位置）である直線Ｌ０上に、所定の加工歯３２ａ、３２ｂの歯先中心Ｐｃを容易に一致させることが可能となる。例えば、キー溝１８ａの位置を切り込み方向に一致させれば加工歯３２ａ、３２ｂの歯先中心Ｐｃもそれに一致する。

この場合において、例えば、加工歯３２ａ、３２ｂの歯数が偶数の場合には、キー溝１８ａが鉛直上方にある位置でも反対側の加工歯３２ａ、３２ｂの歯先中心Ｐｃが切り込み方向で最先端位置（直線Ｌ０）に一致する。換言すれば、加工歯３２ａ、３２ｂの歯数が偶数及び奇数のどちらであっても、キー溝１８ａの停止位置である基準位置の位相に基づき、加工歯３２ａ、３２ｂの歯数から算出した１歯分（１ピッチ分）の角度を基準として、フレージングカッタ１８を所定角度回転させて位相をずらし、いずれかの加工歯３２ａ、３２ｂを前記直線Ｌ０と一致させることにより、当該加工歯３２ａ、３２ｂを切り込み方向で最先端位置とすることができる。シェービングカッタ２０についても、同様に、基準位置や噛合基準点等を設定すればよく、上記した歯車研削工程やホーニング工程に用いる砥石等についても同様に設定すれば、当該歯車噛合い制御方法を適用することができる。

そこで、面取り加工が終了後、フレージングカッタ（第１のカッタ）１８の回転を停止し、予め設定しておいたフレージングカッタ１８の基準位置であるキー溝１８ａに基づき、いずれかの加工歯３２ａ、３２ｂの噛合基準点である歯先中心Ｐｃを切り込み方向で最先端位置（鉛直方向で最下部位置）である直線Ｌ０に一致させる（図１８Ａ参照）。すなわち、キー溝１８ａを前記最先端位置に一致させてもよいし（この場合、図１８Ａでは直線Ｌ０が直線Ｌ１と一致する）、上記したようにキー溝１８ａの停止位置の位相に基づきいずれかの加工歯３２ａ、３２ｂの歯先中心Ｐｃが前記最先端位置に一致するようにしてもよい。この際、フレージングカッタ１８と被削歯車１４とは未だ噛合い状態にあることから、被削歯車１４の歯２６も加工歯３２ａ、３２ｂに伴って所定の噛合位置に回転され、次のシェービングカッタ２０との噛合いに好適な位置となる。

なお、図１９に示すように、噛合いに要する時間を一層短縮するためには、フレージングカッタ１８の停止時、前記最先端位置である直線Ｌ０に最も近接した加工歯３２ａ、３２ｂの歯先中心Ｐｃ１を該直線Ｌ０（最先端位置）へと一致するように位相制御（角度補正）すれば、実質的にフレージングカッタ１８の停止後の回転角度を加工歯３２ａ、３２ｂの１歯分の回転角度内で調整できるため、効率的且つ迅速である。勿論、図１８Ｂに示す後述するシェービングカッタ２０の場合にも同様な位相制御を行ってもよい。

また、前記基準位置としては、キー溝以外、例えば歯車加工装置の加工工具取付け軸と加工工具との取付け位相を一致させるマーク等を用いてもよい。要は、歯車加工装置１０のスピンドルモータ２６０及び駆動盤２０６のように、加工工具（カッタ）を自立駆動させる駆動装置が駆動制御機構（例えば、サーボ機構）を有する場合に、該駆動制御機構によってカッタの加工歯の位相を正確に制御できるような構成がなされていればよい。

次に、このように位相制御されたフレージングカッタ１８を後退（上昇）させ、ターレット機構２５４により、次の加工工程である第１シェービング工程（上記ステップＳ１０４）で使用するシェービングカッタ（第２のカッタ）２０を割り出す。この際、フレージングカッタ１８が被削歯車１４から離間すると共に、支持軸２３６ａ、２３６ｂを取り外し、被削歯車１４をカセット３０２の歯車載置部３００内でフリーな状態とするとよい。

続いて、図１８Ｂに示すように、割り出されたシェービングカッタ２０についても基準位置であるキー溝２０ａに基づき、その加工歯４４の噛合基準点である歯先中心Ｐｃを切り込み方向で最先端位置（鉛直方向で最下部位置）である直線Ｌ０に一致させる。この動作は、上記したフレージングカッタ１８の場合と略同様に行うことができる（噛合工程）。

従って、図１８Ｃに示すように、シェービングカッタ２０を前進（下降）させるだけで、その加工歯４４を被削歯車１４の歯２６に円滑に噛合いさせることができ、次の第１シェービング工程（第２加工工程）を迅速に開始することができる。この際、被削歯車１４が歯車載置部３００内でフリーな状態とされていることから、被削歯車１４が多少動くことができ、シェービングカッタ２０を一層円滑に噛合いさせることができる。

このような歯車噛合い制御方法は、例えば、歯車加工装置１０では、制御部である駆動盤２０６のＮＣ制御下に実施される。

以上、この歯車噛合い制御方法を含む本実施の形態に係る歯車加工方法によれば、少なくとも２つの加工工程（第１及び第２加工工程）を順に実施して被削歯車を加工する場合に、先の加工工程で用いる第１のカッタ（フレージングカッタ１８）の加工歯と被削歯車１４の歯との間での噛合位置情報（噛合位相情報）であるセッティングデータを活用し、後の加工工程で用いる第２のカッタ（シェービングカッタ２０）の加工歯と被削歯車１４の歯との噛合いを一度で円滑に短時間で行うことができ（噛合工程）、効率的である。従って、工具交換時の噛合いミスによるロスタイムを可及的に低減することができ、生産効率を向上させることができる。

また、例えば、工具交換後の第２のカッタ（シェービングカッタ２０）の加工歯の噛合基準点である歯先中心Ｐｃ（又は歯底中心）を切り込み方向で最先端位置とする際には（図１８Ｂ参照）、前記基準位置に基づき、加工工程毎（被削歯車毎）に順次、異なる加工歯の歯先中心Ｐｃを直線Ｌ０に一致させるように制御するとよい。これにより、当該カッタの加工開始位置を加工工程毎に適宜変更することができるため、工具磨耗の偏りを防止することができ、工具寿命を延ばすことができる。なお、最初に噛合いされる第１のカッタ（フレージングカッタ１８）は、転がり方式で噛合いさせることにより、加工工程毎の加工開始位置をランダムに変更できるため、工具磨耗の偏りを防止することができる。

本発明は、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勿論である。

１０…歯車加工装置 １１…歯車着脱装置
１２…面取り加工部 １３…シェービング加工部
１４…被削歯車 １８…フレージングカッタ
１８ａ、２０ａ…キー溝 ２０…シェービングカッタ
２６…歯 ２８…歯面
３２ａ、３２ｂ、４４…加工歯 ２３６ａ、２３６ｂ…支持軸
２５４…ターレット機構 ３００…歯車載置部
３０２…カセット ３０４…支柱
３０６…スライダ ３０８…ガイドレール
３１０…ベース ３１６…シャフト
３２２…コイルばね ３３４、３３６、３３８…切欠き

Claims (8)

1. 自立駆動する複数のカッタを順次使用して、複数の加工工程で被削歯車を加工する歯車加工方法であって、
   前記被削歯車を非自立駆動に軸支して、第１のカッタの加工歯と前記被削歯車の歯とを噛合わせて該歯を加工する第１加工工程と、
   前記第１加工工程の後、予め設定された前記第１のカッタの基準位置に基づき、該第１のカッタを所定角度だけ回転し、該第１のカッタの加工歯の噛合基準点を切り込み方向での最先端位置に一致させた後、該第１のカッタを後退させて第２のカッタに交換し、該第２のカッタの加工歯と前記被削歯車の歯とを噛合わせる噛合工程と、
   前記噛合工程の後、前記第２のカッタにより前記被削歯車の歯を加工する第２加工工程と、
   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、
   前記噛合工程では、さらに、前記交換された前記第２のカッタに予め設定された基準位置に基づき、該第２のカッタを所定角度だけ回転し、該第２のカッタの加工歯の噛合基準点を切り込み方向での最先端位置に一致させた後、該第２のカッタを前進させて前記被削歯車と噛合いさせ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、
   前記基準位置は、キー溝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、
   前記噛合基準点は、前記加工歯における歯先中心又は歯底中心であることを特徴とする歯車加工方法。
5. 請求項１記載の歯車加工方法において、
   前記カッタを自立駆動させる駆動装置が駆動制御機構を有することを特徴とする歯車加工方法。
6. 請求項５記載の歯車加工方法において、
   前記駆動制御機構はサーボ機構であることを特徴とする歯車加工方法。
7. 請求項１記載の歯車加工方法において、
   前記噛合工程では、前記第１加工工程の終了後、前記非自立駆動で前記被削歯車を軸支している支持軸を前記被削歯車から外すことにより、支柱に弾性支持されたカセットに前記被削歯車を載置して、前記第１のカッタを前記第２のカッタと交換した後、該第２のカッタと前記カセットに載置された前記被削歯車とを噛合いさせることを特徴とする歯車加工方法。
8. 請求項１又は７記載の歯車加工方法において、
   前記第１加工工程では、被削歯車が載置されるカセットと、該カセットを弾性支持する支柱とを有する歯車着脱装置を用い、前記被削歯車を前記カセットに載置した状態で、加工時よりも低速で回転されている前記第１のカッタとの噛合い位置へと送ることにより、前記第１のカッタと前記被削歯車とを転がり噛合いさせることを特徴とする歯車加工方法。

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