JP5419473B2

JP5419473B2 - 内歯車加工方法

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Publication number: JP5419473B2
Application number: JP2009003146A
Authority: JP
Inventors: 吉言 ▲柳▼瀬; 政志越智
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2009-01-09
Filing date: 2009-01-09
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2029-01-09
Also published as: EP2383064A4; EP2383064B1; US8905819B2; CN102271851A; WO2010079651A1; EP2383064A1; JP2010158749A; TW201036739A; TWI451926B; US20110275287A1; CN102271851B

Description

本発明は、樽形のねじ状工具を用いて被加工内歯車に歯車加工を行う内歯車加工方法に関する。

一般に、歯車加工法では、所定の歯車素材に対して歯切り加工を行うことにより歯車を形成し、この加工された歯車を熱処理した後に、この熱処理による歪等を除去するための仕上げ加工（研削加工）を行っている。従来から、熱処理後における歯車の歯面を能率よく仕上げるために、ＷＡ系砥石や超砥粒（ダイヤ、ＣＢＮ等）砥石等の工具による各種歯形研削法が提供されている。また、これらに使用される工具の形状にも、研削する歯車の形状に応じて、外歯車形、内歯車形、ねじ（ウォーム）形等がある。

一方、歯車は、自動車用トランスミッション等において多用されており、近年、このトランスミッションの低振動化及び低騒音化を図ることを目的として、その加工精度の向上が求められている。

そこで、従来から、熱処理後の外歯車と砥石歯車とを、軸交差角を与えた状態で噛み合わせて、同期回転させることにより、歯面研削を行う外歯車研削法が提供されている。この方法では、その噛み合い回転と軸交差角とによって、外歯車と砥石歯車との間にすべり速度を発生させることにより、その歯面を微細に研削することができる。このような、従来の外歯車研削方法は、例えば、特許文献１に開示されている。

特開２００４−１３６４２６号公報

また、歯車の中でも内歯車を研削する場合には、内歯車の内側において、この内歯車にねじ状砥石を噛み合せるため、ねじ状砥石の外径を内歯車の内径よりも小さく設定しなければならない。しかしながら、このようにねじ状砥石を小径に形成すると、研削できる有効な砥石表面積が小さくなるため、工具寿命が短くなってしまう。

従って、本発明は上記課題を解決するものであって、すべり速度を増大させることにより、加工精度の向上及び工具寿命の延長を図ることができる内歯車加工方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る内歯車加工方法は、
ワーク回転軸周りに回転可能な被加工内歯車と、前記ワーク回転軸と所定の軸交差角を有する工具回転軸周りに回転可能な樽形のねじ状工具とを、噛み合せて同期回転させることにより、被加工内歯車に内歯車加工を行う内歯車加工方法において、
前記ねじ状工具の形状に基づいて、軸交差角を設定し、
前記ねじ状工具の形状は、その軸方向中間部の工具径及びその軸方向両端部の工具径から求められる工具半径変化量であって、
工具半径変化量と軸交差角との間には、工具半径変化量が大きくなるに従って、軸交差角が大きくなるような関係が成り立つ
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る内歯車加工方法は、
前記ねじ状工具は、その軸方向中間部から軸方向両端部に向かうに従って、その径が漸次小さくなるような樽形に形成される
ことを特徴とする。

本発明に係る内歯車加工方法によれば、ねじ状工具の形状に基づいて、軸交差角を大きく設定することにより、すべり速度を増大させることができるので、ねじ状工具の切れ味が良くなり、加工精度の向上及び工具寿命の延長を図ることができる。

本発明の一実施例に係る内歯車研削方法を示した図である。ねじ状砥石の縦断面図である。シミュレーション（１）の解析結果であって、（ａ）は各砥石諸元に対する軸角及び砥石ピッチ円半径変化量を示した表、（ｂ）は軸角と砥石ピッチ円半径変化量との関係を示した図である。シミュレーション（２）の解析結果であって、（ａ）は各砥石諸元に対する軸角及び砥石ピッチ円半径変化量を示した表、（ｂ）は軸角と砥石ピッチ円半径変化量との関係を示した図である。シミュレーション（３）の解析結果であって、（ａ）は各砥石諸元に対する軸角及び砥石ピッチ円半径変化量を示した表、（ｂ）は軸角と砥石ピッチ円半径変化量との関係を示した図である。

以下、本発明に係る内歯車加工方法について図面を用いて詳細に説明する。なお、下記に記載した本実施形態では、本発明に係る内歯車加工方法を、歯車研削盤を用いた内歯車研削方法に適用したものである。

図１は本発明の一実施例に係る内歯車研削方法を示した図、図２はねじ状砥石の縦断面図、図３はシミュレーション（１）の解析結果、図４はシミュレーション（２）の解析結果、図５はシミュレーション（３）の解析結果である。

図１に示すように、本発明に係る内歯車加工方法を採用した歯車研削盤（図示省略）は、ねじ状砥石（ねじ状工具）１１を用いて、ワーク（被加工内歯車）Ｗに研削加工を行うものである。なお、この歯車研削盤は、図示しない被加工外歯車に研削加工を行うことも可能となっている。

上記歯車研削盤には、ワークＷが鉛直（Ｚ軸方向）なワーク回転軸Ｃ１周りに回転可能に取り付けられている。このワークＷには、所定の歯形形状が得られるようなワーク（内歯車）諸元が与えられている。

また、歯車研削盤には、砥石アーバ１２が、砥石回転軸Ｂ１周りに回転可能に支持されると共に、ワーク回転軸Ｃ１と砥石回転軸Ｂ１との間の距離が調整される方向（以下、Ｘ軸方向と称す）、砥石回転軸Ｂ１と直交する方向（以下、Ｙ軸方向と称す）、Ｚ軸方向に移動可能に支持されている。そして、この砥石アーバ１２の先端には、ワークＷを研削するためのねじ状砥石１１が装着されている。従って、砥石アーバ１２をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に移動及び砥石回転軸Ｂ１周りに回転させることにより、ねじ状砥石１１は砥石アーバ１２と共に移動及び回転することになる。

更に、砥石アーバ１２は、Ｘ軸方向に延在する図示しない砥石旋回軸周りに旋回可能に支持されている。従って、砥石アーバ１２をその砥石旋回軸周りに旋回させて、その砥石回転軸Ｂ１の旋回角度を変更することにより、この砥石回転軸Ｂ１とワーク回転軸Ｃ１との間の軸交差角（以下、軸角Σと称す）が調整可能となっている。即ち、研削時のねじ状砥石１１は、ワークＷのワーク回転軸Ｃ１に対して、軸角Σで交差する砥石回転軸Ｂ１周りに回転することになる。

なお、被加工外歯車を研削する場合には、ねじ状砥石１１に換えて、砥石歯車を砥石アーバ１２の先端に装着することにより、上述した歯車研削盤によって被加工外歯車の研削が可能となっている。

そして、図２に示すように、ねじ状砥石１１は、その軸方向中間部から軸方向両端部に向かうに従って、その径寸法が漸次小さくなるような樽形に形成されている。このように、ねじ状砥石１１を樽形に形成することにより、このねじ状砥石１１を軸角Σで傾斜して配置しても、ワークＷに噛み合わせることが可能となる。更に、ねじ状砥石１１には、ワーク諸元と適切な噛み合いをする砥石諸元が与えられている。なお、軸角Σは、ワークねじれ角及び軸方向中間部の砥石ねじれ角（以下、砥石基準ねじれ角と称す）から求められ、［（砥石基準ねじれ角）−（ワークねじれ角）］となっている。

従って、図１に示すように、ワークＷをねじ状砥石１１により研削する場合には、先ず、砥石アーバ１２を旋回させて、ねじ状砥石１１を所定の軸角Σに配置する。次いで、軸角Σに配置されたねじ状砥石１１を、ワークＷの内側に移動させた後、更に移動させてワークＷに噛み合わせる。そして、このような噛み合い状態において、ワークＷをワーク回転軸Ｃ１周りに回転させると共に、ねじ状砥石１１を砥石回転軸Ｂ１周りに回転させながら、上下方向（Ｚ軸方向）に揺動させる。これにより、ねじ状砥石１１の刃面により、ワークＷの歯面が研削されることになる。

また、上記研削時においては、ねじ状砥石１１がワーク回転軸Ｃ１に対して軸角Σで交差する砥石回転軸Ｂ１周りに回転することから、ねじ状砥石１１とワークＷとの間には、すべり速度Ｖが発生することになる。このすべり速度Ｖは、ねじ状砥石１１の刃面とワークＷの歯面との接触点における、ねじ状砥石１１の砥石角速度ω２に対するワークＷのワーク角速度ω１の相対速度（ワークＷのワーク角速度ω１に対するねじ状砥石１１の砥石角速度ω２の相対速度でもよい）である。このように、その噛み合い回転と軸角Σとによって、ねじ状砥石１１とワークＷとの間にすべり速度Ｖを発生させることにより、ワークＷの歯面が微細に研削されることになる。

ここで、上述したように、すべり速度Ｖは、砥石角速度ω２に対するワーク角速度ω１の相対速度であることから、軸角Σに基づいて設定することができる。即ち、ねじ状砥石１１の径寸法を、その軸方向中間部から軸方向両端部に向かうに従って、より小さく設定することにより、軸角Σを大きくすることができ、この結果、すべり速度Ｖを大きくすることができる。しかしながら、軸角Σを大きく設定し過ぎると、砥石アーバ１２がワークＷに干渉するおそれがある。

そこで、本発明に係る内歯車研削方法では、すべり速度Ｖの増大を図る際に、単に軸角Σを大きく設定するのではなく、ねじ状砥石１１の形状を加味するようにした。

次に、すべり速度Ｖの増大を目的とした、ねじ状砥石１１の形状に基づく軸角Σの設定方法について、図３〜図５を用いて説明する。

ここで、軸角Σとねじ状砥石１１の形状との関係を明らかにするために、後述するシミュレーション（１）〜（３）の解析を行った。なお、これらのシミュレーション（１）〜（３）においては、砥石幅が一定のねじ状砥石１１を用いて、ワーク諸元及び砥石諸元を変化さながら、それぞれの解析を行うようにした。

先ず、シミュレーション（１）について、図３（ａ），（ｂ）を用いて説明する。

このシミュレーション（１）では、ワーク諸元及び砥石諸元を下記の（Ｗ１），（Ｔ１）に示すように設定した。
（Ｗ１）ワーク諸元
モジュール：２．０
歯数：６０
圧力角：２０°
ねじれ角：２０°
歯元円直径：１３１．７ｍｍ
歯先円直径：１２３．７ｍｍ
歯幅：３０ｍｍ
（Ｔ１）砥石諸元
歯数：２３
砥石幅：３０ｍｍ
砥石基準ねじれ角：３０°〜６０°

このように、ねじ状砥石１１において、歯数、砥石幅、砥石基準ねじれ角が設定されると、これに伴って、軸角Σ、軸方向中間部の砥石ピッチ円直径（以下、砥石基準ピッチ円直径と称す）、軸方向両端部の砥石ピッチ円直径等が設定される。これにより、砥石ピッチ円半径変化量を求めることができる。この砥石ピッチ円半径変化量は、軸方向中間部の砥石ピッチ円半径（以下、砥石基準ピッチ円半径と称す）に対する軸方向両端部の砥石ピッチ円半径の変化量（減少量）であって、［（砥石基準ピッチ円半径）−（軸方向両端部の砥石ピッチ円半径）］となっている。

そして、上記のような砥石諸元を有する各ねじ状砥石１１を用いてシミュレーションを行い、すべり速度Ｖの大きさに問題がないことを確認した。そのうち、複数のねじ状砥石１１について検討するため、図３（ａ）に示すように、それらの砥石諸元の一部とそのときの軸角Σ及び砥石ピッチ円半径変化量とを表にまとめると共に、図３（ｂ）に示すように、軸角Σと砥石ピッチ円半径変化量との関係を明らかにした。

よって、図３（ａ）に示すように、軸角Σが大きくなるに従って、砥石基準ピッチ円直径及び砥石ピッチ円半径変化量が大きくなることが解る。つまり、砥石ピッチ円半径変化量が大きくなるに従って、砥石基準ピッチ円直径が大きくなる一方、軸方向両端部の砥石ピッチ円直径が小さくなり、ねじ状砥石１１は先細りとなるため、軸角Σも大きくなる。また、図３（ｂ）に示すように、砥石ピッチ円半径変化量においては、軸角Σの増大に伴って、一定量ずつ増加するのではなく、その増加量が漸次大きくなることが解る。

なお、軸角Σの範囲は、１０°〜４０°の間で設定されているが、この理由としては、軸角Σが１０°未満の場合には、すべり速度Ｖが小さ過ぎてしまい、軸角Σが４０°を超えた場合には、砥石アーバ１２がワークＷに干渉するおそれがあるからである。

次いで、シミュレーション（２）について、図４（ａ），（ｂ）を用いて説明する。

このシミュレーション（２）では、ワーク諸元及び砥石諸元を下記の（Ｗ２），（Ｔ２）に示すように設定した。
（Ｗ２）ワーク諸元
モジュール：２．０
歯数：８０
圧力角：２０°
ねじれ角：１５°
歯元円直径：１６９．６ｍｍ
歯先円直径：１６１．６ｍｍ
歯幅：３０ｍｍ
（Ｔ２）砥石諸元
歯数：２９
砥石幅：３０ｍｍ
砥石基準ねじれ角：２５°〜５５°

よって、図４（ａ）に示すように、軸角Σが大きくなるに従って、砥石基準ピッチ円直径及び砥石ピッチ円半径変化量が大きくなることが解る。つまり、砥石ピッチ円半径変化量が大きくなるに従って、砥石基準ピッチ円直径が大きくなる一方、軸方向両端部の砥石ピッチ円直径が小さくなり、ねじ状砥石１１は先細りとなるため、軸角Σも大きくなる。また、図４（ｂ）に示すように、砥石ピッチ円半径変化量においては、軸角Σの増大に伴って、一定量ずつ増加するのではなく、その増加量が漸次大きくなることが解る。

次いで、シミュレーション（３）について、図５（ａ），（ｂ）を用いて説明する。

このシミュレーション（３）では、ワーク諸元及び砥石諸元を下記の（Ｗ３），（Ｔ３）に示すように設定した。
（Ｗ３）ワーク諸元
モジュール：１．２
歯数：９０
圧力角：２０°
ねじれ角：２０°
歯元円直径：１１７．３ｍｍ
歯先円直径：１１２．５ｍｍ
歯幅：３０ｍｍ
（Ｔ３）砥石諸元
歯数：３１
砥石幅：３０ｍｍ
砥石基準ねじれ角：３０°〜６０°

よって、図５（ａ）に示すように、軸角Σが大きくなるに従って、砥石基準ピッチ円直径及び砥石ピッチ円半径変化量が大きくなることが解る。つまり、砥石ピッチ円半径変化量が大きくなるに従って、砥石基準ピッチ円直径が大きくなる一方、軸方向両端部の砥石ピッチ円直径が小さくなり、ねじ状砥石１１は先細りとなるため、軸角Σも大きくなる。また、図５（ｂ）に示すように、砥石ピッチ円半径変化量においては、軸角Σの増大に伴って、一定量ずつ増加するのではなく、その増加量が漸次大きくなることが解る。

即ち、図３乃至図５から解るように、砥石ピッチ円半径変化量が大きなねじ状砥石１１を使用することにより、軸角Σを大きく設定することができる。これにより、砥石アーバ１２のワークＷへの干渉を防止しながら、最大限のすべり速度Ｖを得ることができる。

従って、本発明に係る内歯車研削方法によれば、ねじ状砥石１１の砥石ピッチ円半径変化量に基づいて、軸角Σを大きく設定することにより、容易にすべり速度を増大させることができる。この結果、ねじ状砥石１１の切れ味が良くなるため、加工精度の向上及び工具寿命の延長を図ることができる。また、すべり速度Ｖが増大すると、研削能力及び歯面修正能力が向上されるため、ピッチ誤差も容易に修正することができる。

なお、本実施形態においては、本発明に係る内歯車加工方法を、ねじ状砥石１１を用いて熱処理後のワークＷに研削加工を行う内歯車研削方法に適用したが、シェービングカッタを用いて熱処理前のワークＷに仕上げ加工を行う内歯車仕上げ加工方法に適用することも可能である。

本発明は、樽形のねじ状工具により内歯車を高速で加工することができる内歯車加工方法に適用可能である。

１１ねじ状砥石
１２砥石アーバ
Ｗワーク
Σ 軸角
Ｂ１砥石回転軸
Ｃ１ワーク回転軸
Ｖすべり速度
ω１ワーク角速度
ω２砥石角速度

Claims

ワーク回転軸周りに回転可能な被加工内歯車と、前記ワーク回転軸と所定の軸交差角を有する工具回転軸周りに回転可能な樽形のねじ状工具とを、噛み合せて同期回転させることにより、被加工内歯車に内歯車加工を行う内歯車加工方法において、
前記ねじ状工具の形状に基づいて、軸交差角を設定し、
前記ねじ状工具の形状は、その軸方向中間部の工具径及びその軸方向両端部の工具径から求められる工具半径変化量であって、
工具半径変化量と軸交差角との間には、工具半径変化量が大きくなるに従って、軸交差角が大きくなるような関係が成り立つ
ことを特徴とする内歯車加工方法。
請求項１に記載の内歯車加工方法において、
前記ねじ状工具は、その軸方向中間部から軸方向両端部に向かうに従って、その径が漸次小さくなるような樽形に形成される
ことを特徴とする内歯車加工方法。