JP6394156B2 - 歯車加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、歯車加工方法に関し、詳しくは、切削加工により良好な歯面の歯車を製造する技術に関する。

歯車加工方法として特許文献１には、歯切り部分の両端がテーパ面であるワーク（文献ではピニオンブランク）の歯切り加工を行う場合に、テーパ面に密着する捨て座金をワークに押圧固定し、捨て座金とワークとを共に歯切りする技術が示されている。

この特許文献１は、ホブ盤による歯車の加工を対象とするものであり、端面に捨て座金を用いることで切り込み時の衝撃を軽減すると共にダレの発生がなく、抜け端面にバリを生じないことが記載されている。

特許文献２には、ワークの角部を面取り加工しておき、カッターによる切削時に切刃に作用する負荷を軽減する技術が示されている。特に、特許文献２の〔別の実施形態〕図５には、カッターの初期の移動方向を斜め方向（回転軸に対して）に設定し、この後に回転軸と平行に移動する形態で切削を行い、最後にワークから離間する方向にカッターを斜め方向に移動させる切削形態が記載されている。

この特許文献２は、切削時にワークから受ける反力によりカッターが回転方向と逆方向に逃げる現象を抑制して、切削負荷の軽減を実現する点が記載されている。

特開２００８‐３０１６２号公報 特開２０１２‐４５６８７号公報

ピニオン状のカッターの切削により歯部を創成する加工では、ワークからカッターが抜け出す際に、ワークの一部が小片となって張り出すバリの発生を招くことがあった。この不都合に対して特許文献１に示される技術はバリの抑制に有効である。また、特許文献２に示される技術でもバリの抑制が可能となる。

特許文献２に示されるスカイビング加工の技術では、ワークの回転軸芯と、カッターの回転軸芯とが食い違い軸芯上に配置され、カッターとワークの回転運動により発生する「滑り」により切削を行うので、カッターを往復運動させて切削する他の加工法と比べると滑らかで高速の切削が可能となる。

スカイビング加工では、切削加工の開始時と終了時とにカッターに振動を招き、歯溝形状に誤差を生じさせる不都合を招くことがあった。その現象を、カッターを構成する複数の切刃部において、歯溝を形成するために機能する実切削領域のうち、回転下流側（先行する側）をリーディング側と称し、回転上流側をトレーリング側と称することにより説明が可能である。

つまり、切削の継続時には切刃部のリーディング側とトレーリング側とが切削に関与する状態で歯溝に密着し、切刃部のリーディング側とトレーリング側とに略等しい負荷が作用するため負荷がバランスし、振動を招くことがない。

また、スカイビング加工では、ワークの回転軸芯と、カッターの回転軸芯とが食い違い軸芯上に配置されているため、切削開始時にはリーディング側がトレーリング側よりワークに強く接触し、カッターに作用する負荷がアンバランスとなり振動を招くことがある。
これと同様に、切削の終了時に切刃部がワークから抜け出す場合には、先にリーディング側がワークから抜け出し、遅れてトレーリング側がワークから抜け出すため、カッターに作用する負荷がアンバランスとなり振動を招くことになる。

このような振動は、カッターが片持ち状に支持され、振動しやすい構成であることも原因として考えられ、カッターが振動した場合には、ワークに形成される歯面形状が所望の形状から外れる不都合に繋がるものであった。

更に、歯車を製造する場合には、複数のワークを効率的に加工することが肝要であり、複数の歯車を能率的に加工することも望まれている。

本発明の目的は、良好な歯面の複数の歯車を効率的に加工することができる加工方法を構成する点にある。

本発明の特徴は、複数のワークをワーク軸芯に沿って重ね合わせて保持する第１クランプ工程と、
前記第１クランプ工程で保持された複数の前記ワークとピニオン状のカッターとを同期駆動回転する状態で前記カッターが前記ワーク軸芯に沿って移動する第１作動により前記ワークが前記カッターによって上流側から下流側に向けて切削され、前記複数のワークのうち切削方向での最下流位置に配置される最下段ワークを通過する以前に前記カッターが前記最下段ワークから離間する第２作動により少なくとも前記最下段ワークに不完全歯溝が形成される第１切削工程と、
前記第１切削工程の後に、次の切削工程に用いられる新たな前記ワークが、最終ロットであるか否かを判定する判定ステップと、が行われ、
前記判定ステップにおいて新たな前記ワークが最終ロットでないと判定された場合には、
前記第１切削工程において形成された前記不完全歯溝の開口部が前記切削方向の上流側に開放される状態の未完成ワークと、前記未完成ワークよりも前記切削方向の下流側に配置される少なくとも１つの新たな前記ワークとを、前記ワーク軸芯に沿って重ね合わせて保持する第２クランプ工程と、
前記第２クランプ工程によって重ね合わされた複数の前記ワークと前記ピニオン状のカッターとを同期駆動回転する状態で前記未完成ワークの不完全歯溝が切削されるように前記第１作動が行われ、これに続いて前記第２作動が行われることにより新たな前記ワークのうち少なくとも最下段ワークに別の不完全歯溝が形成された新たな未完成ワークを得る第２切削工程と、
が行われ、
前記判定ステップにおいて新たな前記ワークが最終ロットであると判定された場合には、
前記第１切削工程において形成された前記不完全歯溝の開口部が前記切削方向の上流側に開放される状態の未完成ワークと、前記未完成ワークよりも前記切削方向の下流側に配置される少なくとも１つの新たな前記ワークとを、前記ワーク軸芯に沿って重ね合わせて保持する第３クランプ工程と、
前記第３クランプ工程によって重ね合わされた複数の前記ワークと前記ピニオン状のカッターとを同期駆動回転する状態で前記未完成ワークの不完全歯溝が切削されるように前記第１作動が行われ、全ての新たな前記ワークを通過するまで前記第１作動が継続して行われることにより前記ワークが切削される第３切削工程と、
が行われる点にある。

この加工方法によると、第１クランプ工程の後に、第１切削工程において複数のワークをカッターで切削した場合には、カッターがワーク軸芯に沿って移動する直線的な切削により端面まで完全に加工された複数のワークには必要とする良好な歯面が創成され、ワークにバリが形成されることもない。また、残りのワークには不完全歯溝が形成された未完成ワークとなる。この未完成ワークは第２クランプ工程により少なくとも１つの新たなワークに重ね合わせられ、第２切削工程で切削されることにより、完成ワークとして良好な歯面が形成される。
特に、この加工方法では、複数のワークを重ね合わせてカッターで切削するため、複数の歯車を一挙に製造でき、加工効率を高めることが可能となる。更に、特許文献１に示される捨て座金を切削しないため、特許文献１の構成と比較してカッターの寿命を延ばすことも可能となる。
従って、ワークの歩留まりを向上させると共に、良好な歯面の複数の歯車を効率的に加工することができる加工方法が構成された。
本発明の他の特徴は、前記第１切削工程にて先頭位置で切削されることにより先頭歯溝が形成された先頭ワークが、前記第３クランプ工程において新たな前記ワークよりも前記切削方向の下流側に配置される点にある。
本発明の他の特徴は、前記第１切削工程において、前記カッターを前記ワーク軸芯に対して傾斜する方向から前記ワークに近接させて切削を開始し、その後に前記第１作動が行われることにより前記切削方向の上流側で先頭不完全歯溝が形成された先頭未完成ワークが形成され、
前記第３クランプ工程において、前記先頭未完成ワークが、新たな前記ワークよりも前記切削方向の下流側に配置される点にある。

本発明の他の特徴は、複数の前記ワークが、前記ワーク軸芯を中心とする姿勢を決める位置決め部を備えており、前記第２クランプ工程では位置決め部により複数の前記ワークの位置が決められる点にある。

これによると、第２クランプ工程において未完成ワークが複数ある場合でも、第２切削工程において複数のワークを、位置決め部によりワーク軸芯を中心にして不完全歯溝の位置を決まった位置に保持でき、複数の未完成ワークについて所望の歯溝を形成することができる。

本発明の他の特徴は、前記第１切削工程、前記第２切削工程、及び、前記第３切削工程において、前記カッターはカッター軸芯が複数の前記ワークの前記ワーク軸芯と異なるように配置され、複数の前記ワークと前記カッターとを同期駆動する状態で前記ワークに形成される歯形の歯すじ方向に沿って複数の前記ワークと前記カッターとが相対移動するスカイビング加工装置により行われる点にある。

これによると、第１切削工程、第２切削工程、及び、前記第３切削工程において、スカイビング加工が行われることにより、例えば、ホブ盤での加工と比較して高速での加工が可能となる。

スカイビング加工装置の構成を示す図である。 スカイビング加工装置の断面図である。 カッターによる切削加工を模式的に示す図である。 クランプユニットの分解斜視図である。 カッターによるワークの切削時のバランス状態を示す図である。 歯車加工の工程を示すフローチャートである。 複数のワークをカッターで切削する状態を連続的に示す断面図である。 歯車加工の工程の変形例を示す断面図である。 別実施形態（ａ）の位置決め部を示す斜視図である。 別実施形態（ａ）の位置決め部の断面図である。 別実施形態（ｂ）の第１切削工程と第３クランプ工程とを示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔スカイビング加工装置〕
図１及び図２に示すように、クランプユニットＣに圧着状態で保持される複数のワーク１を回転自在に支持するテーブル２と、複数のワーク１を切削加工するピニオン状のカッター１０とを備えてスカイビング加工装置が構成されている。

このスカイビング加工装置は、本発明の歯車加工方法を実現する具体構成であり、テーブル２は、クランプユニットＣを保持する複数のチャック３を備え、切削作動機構Ｍのシフトフレーム５に対しワーク軸芯Ｔを中心に回転自在に支持されている。テーブル２は、底壁２Ａと筒状の側壁２Ｂとを有しており側壁２Ｂに切削屑（切粉）を排出する開口２Ｃが形成されている。

尚、この実施形態では、このワーク軸芯Ｔと同軸芯上に複数のワーク１の軸芯を一致させているためワーク１の固有の軸芯についてもワーク軸芯Ｔとして示している。

カッター１０は、複数の切刃部１０Ａを有したヘリカルギヤ型に構成され、シャフトホルダー１１によりカッター軸芯Ｓを中心に回転自在に支持されている。図３に示すように、このスカイビング加工装置では、ワーク軸芯Ｔとカッター軸芯Ｓとは食い違い軸芯上に配置され、カッター１０はカッターモータ１０Ｍで駆動回転される。

ワーク軸芯Ｔとカッター軸芯Ｓとを食い違い軸芯上に配置する理由は、ワーク軸芯Ｔに直交する方向視において、カッター１０の切刃部１０Ａの刃すじ方向を、ワーク１の内周に形成される歯部の歯すじ方向と平行に設定するためである。特に、この配置では、カッター１０の切刃部１０Ａの上部側（シャフトホルダー側）をワーク１から僅かに離間させるように相対的な姿勢が設定される。

このスカイビング加工装置では、ワーク軸芯Ｔとカッター軸芯Ｓとの食い違い姿勢を任意に設定するための相対角度設定部を備えても良い。この相対角度設定部は手動操作型であって良く、電動モータを用いた駆動操作型であっても良い。

切削作動機構Ｍは、テーブル２を支持するシフトフレーム５と、このシフトフレーム５を支持するスライドフレーム６とを備えている。シフトフレーム５にはテーブル２を駆動回転するテーブルモータ２Ｍを備えている。このシフトフレーム５は、スライドフレーム６に対してワーク軸芯Ｔに沿う方向に往復移動自在に支持され、この往復移動を実現するシフトモータ５Ｍをスライドフレーム６に備えている。

スライドフレーム６は、ワーク軸芯Ｔに対して直交する姿勢の仮想平面上において、互いに直交する２方向に往復移動自在にとなるようにスカイビング加工装置のフレームに支持されている。この２方向への往復移動を実現する第１スライドモータ６Ｍａと第２スライドモータ６Ｍｂとをスカイビング加工装置のフレームに備えている。

切削作動機構Ｍは、シフトモータ５Ｍによるシフト作動と、第１スライドモータ６Ｍａ及び第２スライドモータ６Ｍｂによる作動としてネジ送り型を想定しているが、ラックギヤとピニオンギヤとの組み合わせた構成で良く、タイミングベルトを用いた構成でも良い。

テーブルモータ２Ｍと、カッターモータ１０Ｍと、シフトモータ５Ｍとはステッピングモータ等の同期モータが用いられている。第１スライドモータ６Ｍａと第２スライドモータ６Ｍｂとは独立して制御可能である。このスカイビング加工装置は、これらのモータを駆動する制御ユニットＤを備えている。

このスカイビング加工装置では、不完全歯溝１Ｓｕ（図７を参照）が形成されたワーク１も加工対象とするものであり、テーブル２に対しクランプユニットＣに保持されたワーク１の不完全歯溝１Ｓｕを光学的に検知可能な歯溝センサ１８を備えている。歯溝センサ１８の具体構成として、光学レンズと、撮像素子とを有し、撮像素子で取得した画像データの処理により歯溝の位置を認識できるものを想定している。

尚、歯溝センサ１８として、ワーク１の内周に薄板状等の検知体を接触させることにより不完全歯溝１Ｓｕの位置を検知する接触型のものや、ワーク軸芯Ｔを基準にしたワーク内面までの距離を計測することにより不完全歯溝１Ｓｕの位置を検知する非接触型の距離センサ等の利用も可能である。

〔制御ユニット〕
制御ユニットＤは、歯溝センサ１８からの情報の他にキーボード１９からの情報を取得し、モニタ２０に対して情報を出力すると共に、前述した複数のモータに対して制御情報を出力する。この制御ユニットＤは、マイクロプロセッサやＤＳＰ（digital signal pocessor ）等の情報処理ユニットを備え、ソフトウエアで構成される同期回転制御部２１と、切削制御部２２と、位相セッティング部２３と、工程セット部２４とを備えている。

同期回転制御部２１は、テーブルモータ２Ｍとカッターモータ１０Ｍとの制御によりテーブル２とカッター１０との同期駆動回転を実現する。

切削制御部２２は、第１スライドモータ６Ｍａと第２スライドモータ６Ｍｂとの制御によりテーブル２に対するカッター１０の位置を決めことによりワーク１に形成される歯溝１Ｓの切削深さを設定すると共に、シフトモータ５Ｍを制御することにより、ワーク１の歯すじ方向（歯溝１Ｓに沿う方向）にテーブル２を移動させて切削加工を実現する。

また、切削制御部２２は、第１作動モジュール２２Ａと第２作動モジュール２２Ｂとを備えている。第１作動モジュール２２Ａは、シフトモータ５Ｍの制御によりテーブル２をワーク軸芯Ｔに沿って移動させて直線的な切削を行う第１作動を実現する。また、第２作動モジュール２２Ｂは、ワーク軸芯Ｔに沿う方向への移動を停止させた状態で第１スライドモータ６Ｍａと第２スライドモータ６Ｍｂとの少なくとも一方の制御により、ワーク１を作動させカッター１０の切削位置をワーク内面から離間させる第２作動を実現する。

位相セッティング部２３は、図６に示す第２切削工程（＃０５）あるいは第３切削工程（＃０７）を開始する際に、歯溝センサ１８により不完全歯溝１Ｓｕの位置を検知し、カッター１０の切刃部１０Ａを不完全歯溝１Ｓｕに合致させる制御を行う。

工程セット部２４は、切削の開始以前において、その切削工程が後述する第１切削工程（＃０２）と第２切削工程（＃０５）と第３切削工程（＃０７）との何れであるかを切削制御部２２に与えるものであり、作業者がキーボード１９を操作することにより、工程を認識する情報がセットされる。尚、作業者がキーボード１９を操作する場合にはモニタ２０に必要な情報が表示され工程の把握が可能である。

尚、同期回転制御部２１と、切削制御部２２と、位相セッティング部２３と、工程セット部２４との少なくとも１つを、ロジックＩＣ等のハードウエアで構成して良く、これらをソフトウエアとハードウエアとの組合わせにより構成しても良い。

〔クランプユニット〕
クランプユニットＣは、図２及び図４に示すように、筒状のクランプ本体１５と、クランプ本体１５に螺合するクランプナット１６とを有している。

クランプ本体１５は、複数のワークが隙間なく嵌め込まれる筒状の筒状部１５Ａを有すると共に、上部開口側の外周に雄ネジ部１５Ｂが形成されている。クランプ本体１５の底部開口には内方に突出するリング状の保持部１５Ｃが形成され、内面には筒状部１５Ａの軸芯に平行する姿勢規制部１５Ｄが突出形成されている。

クランプナット１６は、全体にリング状となるリング状部１６Ａを有すると共に、下部開口側の内周に雌ネジ部１６Ｂが形成されている。下部開口には内方に突出するリング状の押圧部１６Ｃが形成され、外周にはナット部１６Ｄが形成されている。

ワーク１の外周にはクランプ本体１５の内周の姿勢規制部１５Ｄが嵌め込まれる凹部１Ａ（位置決め部の一例）が形成されている。この構成から、クランプ本体１５の筒状部１５Ａに複数のワーク１を重ね合わせて嵌め込み、クランプナット１６の雌ネジ部１６Ｂをクランプ本体１５の雄ネジ部１５Ｂに螺合させて締め付けることにより、複数のワーク１が保持部１５Ｃと押圧部１６Ｃとの間に圧着状態で重なり合う状態で保持される。

特に、このクランプユニットＣに対して複数のワーク１、あるいは、この複数のワーク１と未完成ワーク１ｕとを重ね合わせて保持する作業は人為的に行うものを想定しており、クランプナット１６はスパナ等の工具を用いて作業者により締め付ける作業が行われる。

〔スカイビング加工の概要〕
前述したようにワーク軸芯Ｔとカッター軸芯Ｓとが食い違い軸芯上に配置されることにより、図３に示すようにワーク軸芯Ｔに対して直交する方向視において、でカッター１０の切刃部１０Ａの刃すじ方向と、ワーク１に形成される歯車の歯すじ方向（ワーク軸芯Ｔと平行する方向）とが平行となる。

このような位置関係において、ワーク１の内周の周速度と、カッター１０の切刃部１０Ａの速度とが等しくなるように同期駆動回転し、ワーク１をワーク軸芯Ｔに沿う方向に移動させることによりカッター１０の切刃部１０Ａによるワーク１の内周面の切削加工が実現する。

具体的には、図２及び図３に示すように、ワーク１を主回転方向Ｒｔに回転させ、カッター１０を副回転方向Ｒｓに回転させる。各々の速度は、ワーク１とカッター１０との接触部位において主回転方向Ｒｔに等速に設定され、このように同期回転する状態でテーブル２を上昇方向に移動させることにより、カッター１０の切刃部１０Ａがワーク１に対して上方から下方に向けて相対移動（この方向が切削方向）することになり、切刃部１０Ａによる切削加工が行われる。

特に、スカイビング加工時ではワーク１とカッター１０とが同期駆動回転する状態ではカッター１０の切刃部１０Ａの速度ベクトル（Ｓ１の方向）と、ワーク１の速度ベクトル（同じくＲ１の方向）とが異なる。この速度ベクトルの差分は、ワーク１とカッター１０との間で歯すじ方向（切削方向と一致する方向）に沿って「滑り速度」で相対変位を作り出す。このスカイビング加工装置では、このようにワーク１に対して切刃部１０Ａを、「滑り速度」で歯すじ方向に滑らせることによりワーク１の切削を可能にしている。

尚、この実施形態では、ワーク１の内周に対して内歯平歯車を形成しているが、内歯はすば歯車を形成するように加工形態を設定できる。はすば歯車を加工する場合には、カッター１０をワーク１と同期駆動回転させつつ、カッター１０とワーク１との相対位相を徐々にずらす差動を与え、カッター１０をワーク１の軸芯に沿う方向に移動させて加工を行うことも可能となる。

〔カッターの振動〕
特に、このスカイビング加工では、ワーク軸芯Ｔとカッター軸芯Ｓとが食い違い軸芯上に配置されているため、加工開始時には、カッター１０の切刃部１０Ａの先端のリーディング側が、トレーリング側より強くワーク１に接触する。これによりカッター１０に作用する負荷がアンバランスとなり、カッター１０が振動する現象を招くことがあった。

また、加工終了時にカッター１０の切刃部１０Ａの先端がワーク１から抜け出す場合に、トレーリング側に作用する負荷が大きく低下しリーディング側にのみ負荷が作用するため負荷がアンバランスとなり、カッター１０が振動することもあった。このように、カッター１０が振動した場合にはワーク１に形成される歯溝に誤差が生じ、歯面形状が所望の形状から外れ不良品となることもあった。

図５は、ワーク１からカッター１０の切刃部１０Ａが抜け出す場合にカッター１０に作用する負荷がアンバランスになる現象を、ワーク１の展開図を用いて説明している。同図には、カッター１０の切刃部１０Ａのうち歯溝１Ｓを形成するために機能する実切削領域を、リーディング側領域１０Ｌと、トレーリング側領域１０Ｔとしており、各々に異なるハッチングを付している。また、同図の左端の切刃部１０Ａは、ワーク１から抜け出す以前の状況を示し、これより右側には切刃部１０Ａでは、ワーク１から切刃部１０Ａが抜け出す状況を順次示している。

つまり、スカイビング加工では、カッター１０の切刃部１０Ａのリーディング側領域１０Ｌとトレーリング側領域１０Ｔとが切削に関与するものであるが、リーディング側領域１０Ｌがトレーリング側領域１０Ｔより先行する。

同図の左端に示す如く、切削時（切削の継続時）には、切刃部１０Ａのリーディング側領域１０Ｌと、トレーリング側領域１０Ｔとが広い面でワーク１の歯溝１Ｓに接触するためリーディング側領域１０Ｌに作用する負荷と、トレーリング側領域１０Ｔに作用する負荷とがバランス状態となり、振動を招くことはない。尚、後述する第１切削工程（＃０２）、及び、第２切削工程（＃０５）でカッター１０がワーク１から離間することにより、ワーク１に形成される不完全歯溝１Ｓｕは、同図の左端に示されるリーディング側領域１０Ｌと、トレーリング側領域１０Ｔとを併せた形状となる。

これに対して、切削が進み、切刃部１０Ａの一部がワーク１から抜け出す状況に達すると、切刃部１０Ａとワーク１との接触面積が減少して不安定な状態に移行する共に、トレーリング側領域１０Ｔのワーク１に接触する面積が、リーディング側領域１０Ｌのワーク１に接触する面積より大きくなる傾向に変化するためカッター１０に作用する負荷がアンバランスになり振動を招くことになる。

これにより、カッター１０の切刃部１０Ａがワーク１から抜け出す際の振動に起因して、同図の右端に仮想線で示すように歯溝１Ｓの幅が変化し、結果として歯形が所望の形状から大きく変化する。図面には示していないが、切削開始時にも同様の現象から切刃部１０Ａに作用する負荷がアンバランスとなり振動を招き歯溝１Ｓの幅が変化する（誤差が生じる）ものであった。

〔歯車加工〕
本発明の歯車加工方法では、カッター１０による切削加工時に、前述したカッター１０の振動を抑制することにより良好な歯車の連続的な製造を可能にしている。

つまり、複数のワーク１をクランプユニットＣにより重ね合わせ一体化して保持し、複数のワーク１を一挙に切削することにより良好な歯面を有する歯車の加工を実現するものであり、その加工手順を図６の歯車加工手順に示している。

この加工手順では、第１クランプ工程（＃０１）と、第１切削工程（＃０２）とが、この順序で行われ、次のクランプに用いられる新たなワーク１が最終ロットであるか否かの判定が行われる（＃０３）。この判定により最終ロットでない場合には、第２クランプ工程（＃０４）と、第２切削工程（＃０５）とが、この順序で行われ、再び、次のクランプに用いられる新たなワーク１が最終ロットであるか否かの判定が行われる（＃０３）。

＃０３の判定により、新たなワーク１が最終ロットでない場合には、前述した第２クランプ工程（＃０４）と、第２切削工程（＃０５）とが繰り返して行われる。これに対して、新たなワーク１が最終ロットである場合には第３クランプ工程（＃０６）と、第３切削工程（＃０７）とがこの順序で行われ加工は終了する。これらの工程においてワーク１に形成される歯溝１Ｓ等の形態を以下に説明する。

第１クランプ工程（＃０１）では、複数のワーク１をクランプ本体１５に重ね合わせる状態で嵌め込まれ、人為的にクランプナット１６を締付けることで一体化された状態で保持される。

このように複数のワーク１を一体化したクランプユニットＣは、チャック３によりテーブル２に対して保持され、第１切削工程（＃０２）の第１作動が行われる。この第１作動は図７（ａ）に示すように、ワーク軸芯Ｔに対して平行な方向にカッター１０を移動させて切削が行われる。次に、第１作動に続いて、切削位置が複数のワーク１のうち切削方向での最下流位置のもの（最下段ワーク）を通過する以前に図７（ｂ）に示すように、カッター１０をワークから離す（これは第２作動）。

この第１切削工程（＃０２）では、同期回転制御部２１によりテーブル２とカッター１０とを同期駆動回転させる状態で、第１作動モジュール２２Ａの制御によりテーブル２に対するカッター１０の位置を決めて切削深さを設定し、ワーク軸芯Ｔに沿う方向にテーブル２をシフトする制御が行われる。これにより、所望の深さの歯溝１Ｓがワーク軸芯Ｔに平行する直線状に形成され、歯部が形成される。

これに続いて、第２作動モジュール２２Ｂの制御により、切削位置が複数のワーク１のうち切削方向での最下流位置のもの（最下段ワーク）を通過する以前に、第１作動モジュール２２Ａによるワーク軸芯Ｔに沿う方向への移動を停止し、カッター１０をワーク軸芯Ｔに対して直交する方向に移動させることによりワーク１の内周から離間させる第２作動が行われる。

この離間により、図７（ｂ）に示す如くワーク１には不完全歯溝１Ｓｕが残り、複数のワーク１のうち切削方向で最下流位置のワーク１（最下段ワーク）には、不完全歯溝１Ｓｕが形成された未完成ワーク１ｕが形成される。これにより切削時にはカッター１０の切刃部１０Ａに作用する負荷がバランスする状態が維持されるためカッター１０を振動させず、歯溝１Ｓが所望の幅で形成される。

尚、第１切削工程（＃０２）では、切削方向で上流側の端部のものは、切削時にカッター１０が振動する現象を招き、所望の歯溝１Ｓより誤差を生じた先頭歯溝１Ｓｐが形成された不良品となることもある。従って、この切削では、切削方向で上流側の端部のものと、切削方向の下流側で不完全歯溝１Ｓｕが形成されたものとを除いたものが良好な歯面を有する完成品となる。

この第１切削工程（＃０２）の後には、次のクランプに用いられる新たなワーク１が最終ロットであるか否かが判定される（＃０３）。この判定により最終ロットでない場合には、第２クランプ工程（＃０４）において、図７（ｃ）に示すように不完全歯溝１Ｓｕが形成された未完成ワーク１ｕを、切削工程における切削方向の上流側に不完全歯溝１Ｓｕが開放する姿勢（開口部が開放する姿勢）に設定して新たな複数のワーク１に重ね合わせクランプナット１６の締付により一体化して保持する。

特に、ワーク１の素材厚が薄いものでは、第１切削工程（＃０１）で複数の未完成ワーク１ｕが作り出される。このように複数の未完成ワーク１ｕが作り出された場合には、第２クランプ工程（＃０４）において、クランプ本体１５の姿勢規制部１５Ｄを未完成ワーク１ｕの凹部１Ａに嵌合させることにより各々の不完全歯溝１Ｓｕが重なり合う位置にセットされる。

また、＃０３の判定よりクランプされる新たなワーク１が最終ロットでない場合には、第２クランプ工程（＃０４）と、第２切削工程（＃０５）とが繰り返して行われる。第２切削工程（＃０５）では、歯溝センサ１８により未完成ワーク１ｕの歯溝１Ｓの位置が検知され、位相セッティング部２３が、カッター１０の切刃部１０Ａによる切削位置と一致させるように位相セッティングが行われる。この後に、図７（ｄ）に示すように第１作動モジュール２２Ａにより、不完全歯溝１Ｓｕを延長する方向に第１作動が行われ、これに続いて、第２作動モジュール２２Ｂによる離間が行われる。つまり、第１切削工程（＃０２）と同様に、カッター１０が最下段ワークに達する直前に第１作動を停止（ワーク軸芯Ｔに沿う方向への移動を停止）し、このカッター１０をワーク軸芯Ｔに対して直交する方向に移動させることにより、カッター１０をワーク１の内周から離間させる第２作動が行われる。

これにより、第２クランプ工程（＃０４）で用いられた未完成ワーク１ｕと新たに用いられたワーク１とには、第１作動による直線的な切削により必要とされる良好な歯溝１Ｓが形成され、完成された歯車を得ることになる。

そして、＃０３の判定よりクランプされる新たなワーク１が、最終ロットである場合には第３クランプ工程（＃０６）と、第３切削工程（＃０７）が行われる。

第３クランプ工程（＃０６）は、前述した第２クランプ工程（＃０４）と同様に、図７（ｅ）に示すように、未完成ワーク１ｕと新たなワーク１とを重ね合わせてクランプユニットＣで一体化して保持される。

第３切削工程（＃０７）では、クランプユニットＣをテーブル２に保持した状態で、歯溝センサ１８により未完成ワーク１ｕの歯溝１Ｓの位置が検知され、位相セッティング部２３が、カッター１０の切刃部１０Ａによる切削位置と一致させるように位相セッティングが行われる。この後に、図７（ｆ）に示すように、第１作動モジュール２２Ａにより第１作動を継続して行うことにより、切削位置が複数のワーク１のうち切削方向での最下流位置のものを通過させる。

これにより、第３クランプ工程（＃０６）で用いられた未完成ワーク１ｕと新たに用いられたワーク１とには、第１作動による直線的な切削により必要とされる良好な歯溝１Ｓが形成され、完成された歯車を得ることになる。

このように、第１クランプ工程（＃０１）の後に、第１切削工程（＃０２）で複数のワーク１をカッター１０で切削した場合には、第１作動により加工された複数のワーク１には必要とする良好な歯面が創成され、ワーク１にバリが形成されることもない。

また、複数のワーク１のうち、離間により（第２作動により）ワーク１には不完全歯溝１Ｓｕが形成された未完成ワーク１ｕが含まれる。この未完成ワーク１ｕは第２クランプ工程（＃０４）あるいは第３クランプ工程（＃０６）により新たな複数のワーク１に重ね合わされ、第２切削工程（＃０５）あるいは第３切削工程（＃０７）で切削されることにより、最下流位置のワーク１（最下段ワーク）を除き、他のワーク１にはバリが形成されることがなく、必要とされる良好な歯面が形成される。

特に、この加工方法では、複数のワーク１を重ね合わせてカッターで切削するため、複数の歯車を一挙に製造でき、加工効率を高めることが可能となる。

〔歯車加工の変形例〕
クランプ工程に使用される新たなワーク１が最終ロットである場合には、図８（ａ）に示すように、不完全歯溝１Ｓｕが形成された未完成ワーク１ｕと、複数の新たなワーク１と、第１切削工程（＃０２）において先頭位置で切削されることにより先頭歯溝１Ｓｐが形成された先頭ワーク１ｐ（図７（ａ），（ｂ）を参照）とを重ね合わせてクランプユニットＣで圧着して保持する。

このように保持する場合には、前述したものと同様に、不完全歯溝１Ｓｕが形成されたワーク１が切削方向の上流側に歯溝１Ｓが開放する姿勢に設定して配置する。尚、先頭ワーク１ｐの先頭歯溝１Ｓｐの方向は考慮しないで良い。

次に、クランプユニットＣをテーブル２に保持した状態で、歯溝センサ１８により未完成ワーク１ｕの不完全歯溝１Ｓｕの位置を検知し、位相セッティング部２３がカッター１０の切刃部１０Ａによる切削位置と一致させるように位相セッティングを行う。

この後に、第２切削工程（＃０５）と同様に図８（ｂ）に示すように、第１作動モジュール２２Ａにより第１作動を継続して行うことにより、切削位置が複数のワーク１のうち切削方向での最下流位置のものを通過させることになる。

スカイビング加工では、第１切削工程（＃０２）で最初に切削された先頭ワーク１ｐがカッター１０の振動により先頭歯溝１Ｓｐに誤差が生じた不良な歯面となることもある。

従って、この変形例のようにワーク１を配置して、第３切削工程（＃０６）の切削を行うことにより、ワーク１を切削工程における切削方向の下流側の端部位置に配置して第３切削工程（＃０７）の切削方向で最下流位置のワーク１（最下段ワーク）の歯溝形状に誤差を生じさせる不都合を招くことがあっても、この最下流位置のワーク１は、本来、不良品となる可能性が高いものであるため、不良品を増大させることがない。

〔実施形態の効果〕
この歯車加工方法では、第１作動により加工された複数のワーク１には必要とする良好な歯面が創成され、ワーク１にバリが形成されることもない。また、切削により作り出された未完成ワーク１ｕを第２クランプ工程（＃０４）により新たな複数のワークに重ね合わせ、第２切削工程（＃０５）により、未完成ワーク１ｕを無駄にすることなく、良好な歯面を有する歯車を製造することが可能となる。

また、この加工方法では、複数のワーク１を重ね合わせた状態で切削するため、複数の歯車を一挙に製造でき、加工効率を高めることが可能となる。特に、薄肉のワーク１を加工する場合にも、ワーク１を振動させて切削精度を低下させることや、ワーク１に変形を招くことがなく、加工精度の向上が可能となる。

第１切削工程（＃０２）では、ワーク１の厚さによっては複数の未完成ワーク１ｕが作り出されることもあるが、複数の未完成ワーク１ｕが作り出された場合でも、第２クランプ工程（＃０４）では、クランプ本体１５の内周の姿勢規制部１５Ｄをワーク１の凹部１Ａに嵌め込む形態でワーク１を重ね合わせるため、未完成ワーク１ｕが複数であっても歯溝１Ｓの位置を一致させて加工を行うことが可能となる。

また、〔歯車加工の変形例〕で示したように、ワーク１を配置して切削を行うことにより、ワーク１の無駄の低減も可能となる。

〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い。

（ａ）図９、図１０に示すように、位置決め部としてワーク１の一方の面に突起部１ｂを形成し、この裏面側に嵌合凹部１ｄを形成する。これにより、第２クランプ工程（＃０４）で複数の未完成ワーク１ｕをクランプする場合には、突起部１ｂを嵌合凹部１ｄに嵌合させることにより、不完全歯溝１Ｓｕの位相を一致させることが容易となる。

尚、位置決め部としては、不完全歯溝１Ｓｕに嵌り込む係合片を用いる構成を採用しても良い。

（ｂ）図１１（ａ）に示すように、第１切削工程（＃０２）として、カッター１０をワーク軸芯Ｔに対して傾斜する方向からワーク１の内周面に接近させて切削を開始し、この後に、第１作動による直線的な切削に移行し、更に、図１１（ｂ）に示すように切削方向での最下流位置のワーク１を通過する以前に、カッター１０の第１作動による移動を停止し、カッター１０の切刃部１０Ａをワークから離間させる第２作動を行うように切削形態を設定する。

この別実施形態（ｂ）の加工方法においても、第１切削工程（＃０２）では、初期の切削により先頭不完全歯溝１Ｓｔが形成された先頭未完成ワーク１ｔが形成され、離間により不完全歯溝１Ｓｕを有した未完成ワーク１ｕが形成される。更に、この第１切削工程（
＃０２）では、第１作動で切削を行った後に、第２作動を行う点において実施形態と同様の切削が行われる。

このように第１切削工程（＃０２）を行うものでも、実施形態に示した判定（＃０３）が行われ、第２クランプ工程（＃０４）では、未完成ワーク１ｕとワーク１とがクランプされ（実施形態と同様のクランプ）が行われ、実施形態と同様に第２切削工程（＃０５）が行われる。

そして、第３クランプ工程（＃０６）では、図１１（ｃ）に示すように、不完全歯溝１Ｓｕが形成された未完成ワーク１ｕと、複数の新たなワーク１と、第１切削工程（＃０２）において先頭不完全歯溝１Ｓｔが形成された先頭未完成ワーク１ｔとを重ね合わせてクランプユニットＣで圧着して保持する。この後に、第３切削工程（＃０７）で第１作動を行うことにより不良な歯車を全く作り出すことのない加工が実現する。

（ｃ）スカイビング加工装置が、ワーク軸芯Ｔを中心にしたテーブル２の回転角を高精度で検知するロータリエンコーダ等のセンサと、カッター軸芯Ｓを中心にしたカッター１０の回転角を高精度で検知するエンコーダ等のセンサとを備えているものではワーク軸芯Ｔを基準にしたテーブル２とクランプ本体１５との相対姿勢を決めるための嵌合構造を備える。これによりテーブル２に支持されたワーク１における不完全歯溝１Ｓｕの位相がテーブル２の回転位相から把握できることになり歯溝センサ１８を備えずに済む。

（ｄ）前述した第１クランプ工程（＃０１）と第２クランプ工程（＃０４）とは、人為的な作業によって実現するものを想定しているが、これらの少なくとも一方を自動化によって実現するようにスカイビング加工装置を構成しても良い。

（ｅ）スカイビング加工装置として、テーブル２を位置固定状態で回転させ、カッター１０をワーク１に対し、このワーク１のワーク軸芯Ｔの方向に相対移動させるように、例えば、カッター１０を多関節ロボットアーム等に支持する構成を採用しても良い。

（ｆ）本発明の歯車加工方法を実現する装置として、ホブ盤を構成しても良い。このようにホブ盤を構成する場合には、カッター１０によるワーク１の切削形態が異なることになるが、複数のワーク１を重ね合わせて保持するため、バリを発生させない良好な面を現出する。

本発明は、ワークとカッターとを同期駆動回転させて歯車を加工する歯車加工方法に利用することができる。

１ ワーク
１Ａ 位置決め部（凹部）
１Ｓｕ 不完全歯溝
１ｕ 未完成ワーク
１０ カッター
Ｓ カッター軸芯
Ｔ ワーク軸芯
＃０１ 第１クランプ工程
＃０２ 第１切削工程
＃０４ 第２クランプ工程
＃０５ 第２切削工程

Claims (5)

1. 複数のワークをワーク軸芯に沿って重ね合わせて保持する第１クランプ工程と、
   前記第１クランプ工程で保持された複数の前記ワークとピニオン状のカッターとを同期駆動回転する状態で前記カッターが前記ワーク軸芯に沿って移動する第１作動により前記ワークが前記カッターによって上流側から下流側に向けて切削され、前記複数のワークのうち切削方向での最下流位置に配置される最下段ワークを通過する以前に前記カッターが前記最下段ワークから離間する第２作動により少なくとも前記最下段ワークに不完全歯溝が形成される第１切削工程と、
   前記第１切削工程の後に、次の切削工程に用いられる新たな前記ワークが、最終ロットであるか否かを判定する判定ステップと、が行われ、
   前記判定ステップにおいて新たな前記ワークが最終ロットでないと判定された場合には、
   前記第１切削工程において形成された前記不完全歯溝の開口部が前記切削方向の上流側に開放される状態の未完成ワークと、前記未完成ワークよりも前記切削方向の下流側に配置される少なくとも１つの新たな前記ワークとを、前記ワーク軸芯に沿って重ね合わせて保持する第２クランプ工程と、
   前記第２クランプ工程によって重ね合わされた複数の前記ワークと前記ピニオン状のカッターとを同期駆動回転する状態で前記未完成ワークの不完全歯溝が切削されるように前記第１作動が行われ、これに続いて前記第２作動が行われることにより新たな前記ワークのうち少なくとも最下段ワークに別の不完全歯溝が形成された新たな未完成ワークを得る第２切削工程と、
   が行われ、
   前記判定ステップにおいて新たな前記ワークが最終ロットであると判定された場合には、
   前記第１切削工程において形成された前記不完全歯溝の開口部が前記切削方向の上流側に開放される状態の未完成ワークと、前記未完成ワークよりも前記切削方向の下流側に配置される少なくとも１つの新たな前記ワークとを、前記ワーク軸芯に沿って重ね合わせて保持する第３クランプ工程と、
   前記第３クランプ工程によって重ね合わされた複数の前記ワークと前記ピニオン状のカッターとを同期駆動回転する状態で前記未完成ワークの不完全歯溝が切削されるように前記第１作動が行われ、全ての新たな前記ワークを通過するまで前記第１作動が継続して行われることにより前記ワークが切削される第３切削工程と、
   が行われる歯車加工方法。
2. 前記第１切削工程にて先頭位置で切削されることにより先頭歯溝が形成された先頭ワークが、前記第３クランプ工程において新たな前記ワークよりも前記切削方向の下流側に配置される請求項１に記載の歯車加工方法。
3. 前記第１切削工程において、前記カッターを前記ワーク軸芯に対して傾斜する方向から前記ワークに近接させて切削を開始し、その後に前記第１作動が行われることにより前記切削方向の上流側で先頭不完全歯溝が形成された先頭未完成ワークが形成され、
   前記第３クランプ工程において、前記先頭未完成ワークが、新たな前記ワークよりも前記切削方向の下流側に配置される請求項１に記載の歯車加工方法。
4. 複数の前記ワークが、前記ワーク軸芯を中心とする姿勢を決める位置決め部を備えており、前記第２クランプ工程では位置決め部により複数の前記ワークの位置が決められる請求項１〜３のいずれか一項に記載の歯車加工方法。
5. 前記第１切削工程、前記第２切削工程、及び、前記第３切削工程において、前記カッターはカッター軸芯が複数の前記ワークの前記ワーク軸芯と異なるように配置され、複数の前記ワークと前記カッターとを同期駆動する状態で前記ワークに形成される歯形の歯すじ方向に沿って複数の前記ワークと前記カッターとが相対移動するスカイビング加工装置により行われる請求項１〜４のいずれか一項に記載の歯車加工方法。

Images