JP6721223B2 - 球面インボリュート歯形スパイラルベベルギア歯切法 - Google Patents

Description

本発明は交差軸スパイラルベベルギア歯面設計及び歯切加工分野に関し、より正確には直線往復動作の片歯バイトを用いて設計歯形が球面インボリュートで、歯線が円弧であるスパイラルベベルギアを切削する技術に関する。

スパイラルベベルギア（ＧＬＥＡＳＯＮスパイラル製）は多くの曲線歯ベベルギアにおける最も代表的なベベルギアであり、交差軸伝達において歴史が最も長く広く用いられている。他の曲線歯ベベルギア（ＯＥＲＬＩＫＯＮ製、ＫＬＩＮＧＥＬＢＥＲＧ製）と歯車の歯設計および歯切動作が異なるが、いずれも直線ブレードの端歯ホブ盤を用いて、ホブ盤が回転し歯溝に沿ってフライス切削方法で歯切を行う点が同じである。得られるベベルギア歯面はいずれも複雑な曲面であり、歯形はベベルギア伝達理論に要求される球面インボリュート歯形ではない。設計計算が複雑であり、歯切ホブ盤の種類、仕様が多く、製造費用が好ましくない。歯切旋盤の動作、構造が複雑であり、価格が高い。歯面の測定、歯切調整が困難であり、共役歯面が良好な接触領域を得るのが難しく、ギア設計と歯切領域は制御するのが最も難しい技術に該当する。

発明者は中国特許発明「球面インボリュート歯形収縮歯製スパイラルベベルギアの歯切方法、２００６１００１７２１３．０」において、形成線歯切法設計で、球面インボリュート歯形円弧形状のスパイラルベベルギアをカットする特許技術を詳細に説明している。しかし、用いられる工具は構造が複雑な回転ホブ盤構造である。これに鑑みて、さらに、本発明はより簡素化された技術的手段を提供する。直線往復動作（模擬クランク−連接棒−スライド動作機構のスライド直線往復動作）の片歯バイトを用いて設計歯形が球面インボリュートで、歯線が円弧であるスパイラルベベルギアを切削する。最も簡単な工具および旋盤、最も簡単な歯切調整方法を用いて、品質がより良好な軟歯面、硬歯面スパイラルベベルギアを設計および切削し、最終的に大幅にコストダウンを実現することを目的とする。

本発明の目的を実現するための、本発明の歯切法の技術的手段および特徴は以下のとおりである。

１．発明者の中国特許「球面インボリュート歯形収縮歯製スパイラルベベルギアの歯切方法、２００６１００１７２１３．０」による球面インボリュート歯形スパイラルベベルギアの設計及び形成線歯切方法に基づき、製造、歯面修正技術をさらに簡素化し、共役歯面の良好な接触領域が得られ、球面インボリュート歯形ベベルギアの優位性を十分に発揮し、加工ギアの良好な噛合せ動作品質を保証する他の歯切方法であって、特許（２００６１００１７２１３．０）の部材が基礎円錐で純転がり（ω／ω_１＝ｓｉｎδ_ｂ）することを維持し、ブレード切り過ぎをなくす歯切方法により、ベベルギア歯面が球面であるインボリュート歯形を正確に切り出すことを保証し、スパイラルベベルギア形成線歯切動作パターンのクランク（ｑ）−連接棒（Ｒ）−スライド機構動作規則により、ベベルギア円弧歯線を正確に切り出すことを保証し、バイトの直線ブレードとして連接棒上のピン軸Ｃの軸線Ｓ−Ｓを選択して用いて、三者が共同で球面インボリュート歯形スパイラルベベルギア歯切法を構成する。

２．以下の式で表される球面インボリュート歯形スパイラルベベルギアの形成線歯切動作パターン（クランク−連接棒−スライド機構）動作規則を用い、回転ホブ盤を用いずにバイト切削歯切することをさらに簡素化し、実際に連接棒回転

の動作機構を実現することを省略し、工具と旋盤をいずれもさらに簡素化する。

（式中のｑはクランク長さであり、従来の歯切旋盤の刃位置を代替する。

はクランク回転角速度であり、従来の歯切旋盤揺台公転角速度を代替する。Ｒは連接棒長であり、従来の歯切ホブ盤の半径を代替する。

は連接棒回転角速度であり、従来の歯切ホブ盤の回転角速度を代替する。式中の

と

との動作関係は複雑である）。

３．スパイラルベベルギア形成線歯切動作パターン動作が反対である模擬−スライド−連接棒（Ｒ）−クランク機構（ｑ）の動作で旋盤を設計し、切削力作用を受けずに正確な長さ調整可能な棒材の模擬連接棒（Ｒ棒材）とクランク（ｑ棒材）により、旋盤動作パラメータの調整およびクランク回転角速度

の測定を実現し、部材が基礎円錐で純転がり（ω／ω_１＝ｓｉｎδ_ｂ）を行い、配置した符号化器および部材軸サーボモーターにより、調整の簡素化およびりコストの低減を実現する。

４．ｑおよびＲを調整することにより棒材の異なる位置および長さを調整し、従来のＧＬＥＡＳＯＮ製スパイラルベベルギア両側凹、凸歯面と反対のスパイラルベベルギアを切削する。

５．模擬連接棒（Ｒ棒材）およびクランク（ｑ棒材）の正確な調整は、簡単にＲをＲ１に、ｑをｑ１に調整することにより、優れた制御の共役歯面接触領域を実現する。

前記歯切法動作および調整技術要求により、以下、実施例旋盤を説明する。

１．旋盤機械部分は主に以下の３つの大きな部材により構成される。（１）ラム（歯切動作パターンのスライドに相当し、その上にベースおよびバイトが実装され、往復直線動作油圧シリンダーあるいは既存のプレーナー、スロッターの慣用の機構を用いて往復直線切削動作を実現する）。（２）部材台（部材軸、部材位置調整機構およびウォーム伝達ペアにより構成され、部材位置調整、歯切送り、歯面修正、目盛りを実現する）。（３）本体（ラムおよび部材台の支持およびガイド）、旋盤構造が簡易で製造し易い。

２．切削力作用を受けずに正確な長さ調整可能な棒材の模擬スライド−連接棒（Ｒ棒材）−クランク（ｑ棒材）機構により旋盤動作パラメータの調整およびクランク回転角速度

の測定を実現し、配置した符号化器、部材軸サーボモーターにより部材が基礎円錐で純転がり（ω／ω_１＝ｓｉｎδ_ｂ、δ_ｂは基礎円錐角である）することを実現し、調整の簡素化およびコストの低減を実現する。

３．部材軸サーボモーターと部材台サーボモーター、ウォーム伝達ペアにより歯切送りを実行し、部材基礎円錐純転がり関係（ω／ω_１＝ｓｉｎδ_ｂ）を満たす。

４．１つの歯切が完了する毎に、部材軸サーボモーターにより単独で部材目盛りを完了する。

５．歯切旋盤は部材を１回実装して歯切を完了するユニバーサル型旋盤として設計される。部材を２回実装して、両側の凸凹歯面歯切をそれぞれ完了する、より簡素化された安価な単機能型旋盤として設計されてもよい。

以下、図面および実施例を組み合わせて本発明を詳細に説明する。

図１は形成線歯切法により球面インボリュート歯形スパイラルベベルギア歯面を形成する動き図である。 図２は切削領域を特定し、切り過ぎが生じない条件における、球面インボリュート歯形スパイラルベベルギア歯面の生成図である。 図３はクランク−連接棒−スライド機構模擬球面インボリュート歯形スパイラルベベルギア歯面の第１の生成図であり、符号２はクランク原点Ｏ支え、１５は調整可能ｑクランク、１６は調整可能Ｒ連接棒、５はスライド（図６でラムと呼ぶ）、１は本体ガイドである（注：符号は図６の符号と一致する）。 図４はクランク−連接棒−スライド機構模擬球面インボリュート歯形スパイラルベベルギア歯面の第２の生成図であり、符号は図３の符号と一致する。 図５は外切刃に相当するバイト左刃（直線ブレードＳ、刃先左側にある）を用いて、右側切削領域により球面インボリュート歯形ベベルギア右回り歯凹面を切削する動き図である。 図６は一回の実装で両側凹、凸歯面歯切を実現する、ユニバーサル型旋盤の主投影図、配置、ユニットおよび動作を示す図であり、符号１は本体、２はクランク原点Ｏ支え、３は回転符号化器、４は往復作用油圧シリンダー、５はラム（構成図３、４および１３でスライドと呼ぶ）、６は片刃回転ベース、７はホルダ、８はバイト、９は加工部材、１０は部材軸、１１は部材台、１２は立板、１３は部材軸サーボモーター、１４は扇形底板である。 図７は図６の旋盤の平面投影図であり、模擬スライド−連接棒−クランク機構の調整可能な棒材構成図であり、符号１５は調整可能ｑクランク、１６は調整可能Ｒ連接棒、１７ははずば歯ファン、１８は両側錐形ウォーム、１９は扇形底板サーボモーターであり、他の符号は図６と一致する。 図８はバイト設計図である。 図９はバイト、ホルダ、ベースユニット実装関係の主投影図および左投影図である。符号２０は円柱ピン軸、２１はＶ形位置決めブロック、２２は回転軸であり、他の符号は図６と一致する。 図１０はバイト、ホルダ、ベースユニットをラム５上に実装した平面投影図である。符号は図９、図６と一致する。 図１１は単機能型旋盤の主投影図、配置および動作を示す図であり、符号２３は斜面板、２４はバネ、６は片刃固定ベース、４は一方向作用油圧シリンダーであり、他の符号は図６と一致する。 図１２はｑおよびＲ棒材を調整することにより共役する凹、凸歯面接触領域を制御する計算図である。 図１３は他の左、右、凹、凸歯面が反対であるスパイラルベベルギア歯切を実現するｑおよびＲ棒材の長さおよび位置を調整する図であり、符号は図３の符号と一致する。 図１４は回転ホルダ設計を用いて往復切削を実現する図である。 図１５はＺ_２＝２５の右回り大ギアを示す実施例図である。 図１６はＺ_１＝１１の右回り小ギアを示す実施例図である。 図１７は加工大輪凹歯面旋盤調整を示す実施例図である。 図１８は加工大輪凸歯面旋盤調整を示す実施例図である。 図１９は加工小輪凹歯面旋盤調整を示す実施例図である。 図２０は加工小輪凸歯面旋盤調整を示す実施例図である。 図２１は仕上げ加工大輪凹歯面旋盤調整を示す実施例図である。 図２２は仕上げ加工大輪凸歯面旋盤調整を示す実施例図である。 図２３は仕上げ加工小輪凹歯面旋盤調整を示す実施例図である。 図２４は仕上げ加工小輪凸歯面旋盤調整を示す実施例図である。

図１が示すように、形成線歯切法により球面インボリュート歯形のスパイラルベベルギア歯面を形成する時、部材ギアが基礎円錐（基礎円錐角δ_ｂ）でその円錐頂点Ｏ点周りに、基礎円錐接平面（Ｑ）上で純転がりする時、（Ｑ）上の形成線円弧ブレードＷＶ（その円心はＯ_０，半径はＲ，ＯＯ_０距離はｑ）は球面インボリュート歯形のスパイラルベベルギア歯面を正確に切り出す。図１が示すように、基礎円錐が基礎円錐接平面（Ｑ）上で純転がりする動作は、部材回転

と円弧ブレードＷＶが（Ｑ）面とともにＯ点周りに

回転する動作とからなり、ω／ω_１＝ｓｉｎδ_ｂを維持する必要がある。図に示す動作方向で、円弧外切刃を用いて右回りベベルギアの凹歯面をカットできる。動作方向がいずれも反対ならば、円弧内切刃を用いて右回りベベルギアの凸歯面をカットできる。以上は左回りベベルギアのカットに用いることができる。

図２は（Ｑ）面上に示す、切り過ぎが生じない条件における、球面インボリュート歯形スパイラルベベルギア歯面の生成図である。ここで、Ｌｉはベベルギア小端基礎円錐母線長、Ｌｅはベベルギア大端基礎円錐母線長、ＯＡ、ＯＢは（Ｑ）面とベベルギア面錐断面の２本の面錐直母線、ＯＫ、ＯＩは（Ｑ）面とベベルギア底錐断面の２本の底錐直母線である。このように図において２つの左右完全対称の扇形切削領域（図中の断面ハッチング領域）を構成し、計算により切削領域に関する切削領域角

および切削領域調整角

が得られ（ギア歯数が少ないとき、しばしばδ_ｆ＜δ_ｂであり、このときψ＝０を取る）（δ_ａはベベルギア面円錐角、δ_ｆはベベルギア底円錐角である）、図に示すように円弧外刃ＷＶは右側切削領域により右回りベベルギア凹歯面をカットする。切り過を避けるために、円弧外刃後部Ｗ点は歯底母線ＯＫに沿って切削する必要がある。この歯切過程は以下のように説明される。ブレードは最初にＷ_１Ｖ_１位置で小端歯先を切削し、次第に右側切削領域を通過し、最後にＷ_２Ｖ_２位置で大端歯底を切削し切削を完了する。すなわち基礎円錐が右方向に純転がりすることにより、円弧外刃は凹歯面に対し小端から大端まで一回の歯切を完了する。反対に、基礎円錐が左方向に純転がりすることにより、円弧内刃は次第に左側切削領域により凸歯面に対し大端歯先から小端歯底まで一回の歯切を完了する。以上、歯面歯切過程は歯仕上であり、すでに歯溝を切り出した歯面仕上加工にのみ適用される。

前記の歯切過程に必須の動作の説明によると、従来のスパイラルベベルギア歯切設計理念と対比して以下のことが分かる。Ｒは歯切ホブ盤半径に相当し、ホブ盤回転は

であり、ｑは刃位置に相当し、揺台回転は

であり、歯切過程においてＲおよびｑ長さはいずれも変化しない。しかし、ｑをクランクとみなし、Ｒを連接棒とみなすと、ブレード終端Ｗ点は歯底（底錐直母線）に沿って直線動作する。この動作パターンがクランク−連接棒−スライド機構動作である。

図３のクランク−連接棒−スライド機構模擬球面インボリュート歯形スパイラルベベルギア歯面形成について、図の円弧外切刃Ａまたは円弧内切刃Ｂは連接棒１６と一体のピン軸Ｃ上に実装される。図に示す切刃配置によると、歯面仕上加工、仕上旋削または仕上削りに適用され、共役に歯面を拡張形成する。本発明は直接にピン軸Ｃの軸Ｓ−Ｓをバイトの直線ブレードＳとして用い、図４のように、以下の４つの重要な特徴を有する。

１）ブレードＳと（Ｑ）面とは垂直であり、歯切時に加工歯面に接し、歯切の干渉、加工歯面の破損が生じない。

２）ブレードＳと（Ｑ）面の交点Ｗは外切刃Ａのブレード上に位置するとともに、内切刃Ｂのブレード上に位置し、切削工程（ＯＫ方向）動作で右回りベベルギアの凹歯面をカットでき、反対に戻り工程（ＩＯ方向）動作で右回りベベルギアの凸歯面をカットできる。すなわち、同一のブレードを用いて、ピン軸Ｃの軸Ｓ−Ｓ（バイト直線ブレードＳ自体）によりバイトがベースとともに１８０度回転するだけで、それぞれ両側の凹、凸歯面をカットすることができ、異なるベース設計のために設計基礎を提供することができる。

３）クランク−連接棒−スライド機構動作時に、ピン軸Ｃはスライド５に対し連接棒回転

による相対回転動作を有するが、その軸（すなわちバイト直線ブレードＳ）自体が回転し正確な歯面を加工するか否かは影響せず、バイト動作角度の変化のみ影響する。

４）以上の分析により、ギア旋盤設計は実際に連接棒回転

を達成する動作機構を省略でき、更なる簡素化の目的を実現できる。

以上のように、クランク−連接棒−スライド機構模擬動作により、バイトが球面インボリュート歯形スパイラルベベルギア歯面を切削する時、バイト直線ブレードＳ上で（Ｑ）面上に位置するＷ点のみが点接触により歯面上に切削形成された１本の跡線に対応する。切削によりスパイラルベベルギアの完全な歯面を得るために、（Ｑ）面において再び基礎円錐により、ギアブランクを純転がりにより包絡展開させ歯面を形成する必要がある。これは歯面仕上加工に適用されるだけでなく、歯溝の溝切り荒加工にも適用される。

図５は外切刃に相当するバイト左刃（直線ブレードＳ、刃先左側にある）を用いて、右側切削領域により球面インボリュート歯形ベベルギア右回り歯凹面を切削する動き図である。バイトに半径ＯＢ方向に沿った直線動作

を付与する時、反対の動作が作用する模擬スライド−連接棒−クランク機構動作により、クランク（ｑ）に固定接続された（Ｑ）面で図に示す

回転が得られ、ブレード上の切削点Ｗは

で回転する（Ｑ）面上で、Ｏ_０を円心、Ｒを半径として、

で回転して円弧形成線を描く。加工ギアは、

で（ω_１＝ω／ｓｉｎδ_ｂ）回転し、加工ギアが基礎円錐で（Ｑ）面と純転がりすることを維持する。このように、この円弧形成線上のブレードＳ切削点Ｗが、半径ＯＢ方向に沿った直線動作

にともなって、加工歯面上で１本の軌跡線（円錐螺線）を切り出し、歯車の歯先の円錐螺旋線に対応する。完全な歯面を切削するために、バイトはＯＢ半径箇所から歯先を切削し、その後、（Ｑ）面に回転

を加え、加工ギアに回転

を加え、かつ、Δω_１＝Δω／ｓｉｎδ_ｂに純転がり関係を維持させ送り動作を完了し、切削領域内の異なる半径方向で複数回切削し、最後に、ＯＫ半径方向に沿って右回りベベルギア凹曲面歯底を切り出し全歯面加工を完了する必要がある。

ベベルギア右回り歯凸面を加工する時、左側切削領域に変更し、依然として同じ左刃を用い、ピン軸Ｃの軸（バイト直線ブレードＳ自体）を軸として１８０°回転し、ブレード切削点Ｗを内切刃Ｂのブレード上に位置させ、スライド戻り工程をバイト動作工程として、上述の凹面加工動作と反対方向に対応し、バイトは歯車の歯大端から小端まで切削し、歯先から歯底まで送られ、凸歯面をカットする。

更に以下の説明が必要である。

１）上述の歯切動作は送り動作が断続ステップ方式で送ることを意味し、もし連続送り方式を用いると、ブレード切削点Ｗが加工歯面上で切り出す跡線は元の円錐螺旋線ではなくなるが、依然として正確な歯面上に位置する。

２）従来の切削と同じく、バイト戻り工程は動作せず、バイト戻り工程で刃を収める必要があるので、バイトを実装するベースに従来の削りバイト戻り工程刃収め装置を用いる。

３）バイトは歯車の歯大端から小端まで切削し、複数回送られ、歯先から歯底まで加工し凹歯面を完成し、切削が停止し、部材が分歯され、Ｎ−１回分歯し（Ｎはギア歯数）、すべての片側凹歯面歯切動作サイクルが完了する。

４）上述の凹歯面歯切動作サイクルに対応し、バイト調整（バイト直線ブレードＳ自体を軸として１８０°回転）および切削領域変換を行い、バイト戻り工程が動作し、歯車の歯大端から小端まで切削し、複数回送られ、依然として歯先から歯底まで加工し凹歯面を完成し、切削が停止し、部材が分歯され、Ｎ−１回分歯し（Ｎはギア歯数）、最終的にすべての片側凹歯面歯切動作サイクルが完了し、ギアのすべての切削が完了する。

以下、前記の球面インボリュート歯形スパイラルベベルギア歯切法により旋盤およびバイトを設計する実施例を詳細に説明する。

図６は一回の実装で両側凹、凸歯面歯切を実現するユニバーサル型旋盤の主投影図、配置、ユニットおよび動作を示す図であり、図７は図６の旋盤の平面投影図である。

図において、１は本体であり、左端台面上にラム５が往復直線動作

可能なレールが設けられている。ラム５は本体上に固定された油圧シリンダー４中のピストンにより往復直線動作を行い、油圧シリンダーが直線動作

方向に沿った位置、すなわちバイト切削工程位置を調整する。ラム５上にバイトブレードＳを軸心とする回転を実現し、刃収め機能を有するベース６、ホルダ７およびバイト８が実装されている。ラム５下に模擬スライド−連接棒−クランク機構の長さの精密調整可能な、ヒンジで接続したクランク−連接棒ユニットが実装されている。１５は調整可能ｑクランクであり、１６は調整可能Ｒ連接棒であり、ラム５が動く時、Ｒ棒材と連動してｑ棒材が

回転し、

は回転符号化器３により（クランク原点Ｏ支え２に位置し、ｑ棒材ヒンジ軸と同軸に固定接続する）パルスで部材軸１０のサーボモーター１３と関連し、デジタル制御定速度比プログラム（すなわちω_１＝ω／ｓｉｎδ_ｂ）により、加工ギアの

での回転を完了する。

本体１右端台面上に円弧形レールが設けられ、部材台１１（立板１２、扇形底板１４と固定接続された）が平面（Ｑ）上で、円錐頂点Ｏ周りに回転し、切削領域位置ψ、μを調整する。立板１２の水平面（Ｑ）に互いに垂直な平面上にも円弧形レールが設けられ、部材台１１が立板１２上で円錐頂点Ｏ周りに回転し、歯切に要求されるδ_ｂを調整する。立板１２と扇形底板１４の接合面にそれぞれガイドキーおよびガイドキー溝が設けられ、最初に部材を実装する時、基礎円錐頂点とクランク原点支え２のＯ点が重なるように部材を調整する。

扇形底板１４外縁に扇形ウォーム１７が埋め込まれており、変歯厚ウォームギア１８と噛み合う。正転、反転噛み合い隙間をなくすことである。部材軸サーボモーター１３により歯切過程に要求される

（符号化器３と部材軸１０、部材軸サーボモーター１３はω／ω_１＝ｓｉｎδ_ｂを維持する）および

（部材軸サーボモーター１３と扇形底板サーボモーター１９はΔω／Δω_１＝ｓｉｎδ_ｂを維持する）の動作を駆動し実現する。以上、前記旋盤は機械、デジタル制御、液圧がいずれも従来のギア加工旋盤より簡単だが、前述のパラメータ調整（δ_ｂ、ψ、μ、ｑ、Ｒ）と歯切動作（

）の技術的要求を完全に達成する。

図８はバイト設計図である。図においてバイト刃先は最も簡単な幾何学形状を有する。左直線刃１と右直線刃２は対称であり、夾角は刃先角εであり、εは加工歯車の歯の法線方向圧力角（例えば２０°、２２．５°、２７．５°……）に等しく、両直線刃１および２は半径をｒとする円弧刃と接続し、ｒが取る値は噛み合い頂点隙間より小さい。前角γは０°であり、直線ブレードの法線方向後角αは切削条件により適正値を選択し、通常８°〜１０°である。刃後面を再研磨し、バイト後部には刃研磨後バイト長サイズを回復しバイトの正確な実装位置を保持するための調整ネジがない。

図９はバイト、ホルダ、ベースユニット実装関係の主投影図および左投影図である。図においてバイト８、ホルダ７、ベース６ユニットはバイトの正確な実装位置を実現し（バイト直線ブレードＳが旋盤の水平な（Ｑ）面と垂直でありかつ刃先切り出し全歯高の伸び量および切削角度を保証する必要がある）、バイト直線ブレードＳを軸として１８０°回転し反対側歯面を切削し、バイト戻り工程刃収めの機能が必要である。ベース６底部は円盤であり、中心軸線がＳ−Ｓである円柱貫通孔が設けられ（ラム上の対応する円柱ピン軸２０と一致する）、円盤上に両フランジが設けられ、水平位置の回転軸２２とホルダ７が接続することにより、回転軸２２の軸ｔ−ｔと軸Ｓ−Ｓとが垂直に交差し、両軸最短距離はｅであり、ｅ＝ｈ（ｈはバイト棒高さ）を取りうる。ホルダ７はバイト８の戻り工程の時、回転軸２２周りに回転しバイト８を加工表面から外し、バイト８戻り工程刃収めの機能を実現する。バイト８は底面Ｈでホルダ７の位置決め平面に近く、バイト左側面は頂角がεである逆Ｖ形位置決めブロック２１の右側位置決め平面に近く、バイト後部はＶ形位置決めブロック２１を押さえるようにネジを調整し、バイト右側面はネジにより挟まれ、図に示すようにバイトはホルダ７の逆Ｖ形位置決めブロック２１の右側に実装され、左直線刃１（図８を参照）を用いて歯面切削動作の状態を実現し、右回り歯のカットに用いられる。反対に、バイト８はホルダ７の逆Ｖ形位置決めブロック２１の左側に実装され、右直線刃２（図８を参照）を用いて歯面切削を実現し、左回転歯のカットに用いられる。この構成によりユニバーサル型旋盤を用いて１回の実装で両側凹凸歯面歯切を実現することができる。

更に以下の詳細な説明が必要である。

１）図１０はベース６をラム５上に実装した平面投影図である。ここで、左図は初期位置、右図はベースを実装角θ調整した後の動作位置である。図６により、ベース６底部円盤中心軸線Ｓ−ＳはＯ点を通りラム５は往復直線動作

する垂直方向上に位置し、ベース６底部円盤中心の円柱貫通孔はラム５上に設けられた円柱ピン軸２０と一致し、回転軸２２の軸ｔ−ｔと

の方向夾角はベースの実装角θであり、θ＝９０°−βｂを取る（βｂは歯車の歯幅中点基礎円錐螺旋角である）。このように実装目的は、バイトに歯車の歯大端、小端を切削させる時、歯切干渉を減少し実際の動作角度を理想に近づけ、刃収めをスムーズにすることである。動作時にベース６をラム５上に確実に実装する必要がある。

２）凹面の切削完了後、凸面を修正切削する時、ベース６を緩めて、Ｓ−Ｓ軸周りに１８０°回転させ、さらに確実に実装する必要がある。

生産過程において、例えば自動車業界では一部の製品は固定で、大量生産される。本発明は他の歯切法を提供し、単機能型旋盤を用いて、部材を２回実装し（同じ１台の旋盤を用いてパラメータを調整し、それぞれ片側に凹、凸歯面を切削する）、前後して片側凹、凸歯面を完了する歯切方法、あるいは、２台旋盤の旋盤を用いてそれぞれパラメータを調整し、１台は片側に凹歯面を切削し、１台は片側に凸歯面を切削する。このような単機能型旋盤はより簡単で、コストが低い。

単機能型旋盤は、図１１のように、図６および図７を参照して、単機能型旋盤は以下のように簡素化される。

１）部材台δ_ｂ角が固定であり、調整機能が除かれ、もとの万能型旋盤支柱１２を斜平板２３に置き換えればよい。

２）一方向作用油圧シリンダー（

戻り工程はバネ２４復元により実現する）で往復作用油圧シリンダーを代替し、油圧系統を簡素化し、バイトが歯車の歯小端から大端まで切削するだけで、凹歯面加工を行うことができる。

３）ベース６がＳ−Ｓ軸周りに１８０°回転する機能が除かれ、片刃回転ベースを片刃固定ベースに置き換える。

前記２）の説明において、１台目の単機能型旋盤を用いて、凹歯面切削に要求されるパラメータで旋盤を調整し、凹歯面片面加工の要求を完全に満たし、さらに２台目の単機能型旋盤を用いて、凸歯面切削に要求されるパラメータで旋盤を調整し、バイトは右直線刃２を用いて凸歯面を切削形成し、この時の部材は凹歯面が切削されているので、切歯溝内金属は大部分が切除され溝が深くなっている。したがって、歯車の歯小端から大端まで凸歯面を切削し形成することができる固定実装法である。１台の単機能型旋盤のみを用いると、このギアのすべての凹歯面の切削が完了し、凸歯面に要求されるパラメータで旋盤を調整し、さらにこのギアを２回目に実装し、すべての凸歯面の切削が完了する。

更に以下の詳細な説明が必要である。

本発明は極めて簡単にｑおよびＲ棒材を調整することにより共役の凹、凸歯面接触領域を制御することができる。図１２においても右回り歯を例示する。（Ｑ）平面において、Ｍ点は歯幅中点であり、ＯＭ＝Ｌ（Ｍ点基礎円錐母線長）であり、Ｍ点基礎円錐螺旋角はβ_ｂであり、凹歯面を切削して、図において調整棒材はｑおよびＲであり、円弧形成線すなわちＯ_０は円心Ｒを半径とする円弧である。凸歯面を切削する時、その円弧形成線円弧半径Ｒ_１はＲに比べてΔＲ小さい（ΔＲが取り得る値はギア、負荷、システム構造、剛性などの各種要素に関連する）、すなわちＲ１＝Ｒ−ΔＲになることを要求し、制御領域長を制御するのに用いられ、ベベルギア噛合いが無負荷または軽負荷の時、接触領域位置が小端寄りになることを要求し、共役接触接点Ｍ１点の基礎円錐母線長ＯＭ１がＯＭに比べてＬ小さい、すなわちＯＭ１＝Ｌ−ΔＬになることを要求する。Ｍ１点螺旋角はβ_ｂ１である。凸歯面を切削し棒材をｑ１及びＲ１に調整して以下のように計算する。

ここで、

である。

上述したように、本発明で提供するベベルギア歯切工具、旋盤及びその調整は、現在最も簡単であり、これにより、本発明はさらに以下の特有の技術的特徴を有する。

１）従来、各種ギア工具は、いずれも設計が複雑で、価格が高いものであり、ギア設計に対応していずれも多くの規格、仕様、サイズレベル分けを定めてギア歯切工具の仕様、種類を減らし、経済効果を求めたが、最適な動作条件を満たすのが難しく、規格に合わない設計を用いざるを得ない場合があった。本発明で用いられるバイトは実際に最も簡単で廉価なバイトであり、形成される歯車の歯線曲率半径は、簡単で無段階調整のＲ棒材に基づくだけで実現される。したがって、本発明で設計、製造されるスパイラルベベルギアは従来の規格、サイズレベル分けの制限を受けず、最適な設計効果を求めることができる。

２）回転ホブ盤歯切のスパイラルベベルギアを用いると、そのホブ盤直径の大きさはマッチする必要があり小さ過ぎてはよくない。さもないと干渉により他の歯車の歯の切削不具合が生じる。本発明はバイト切削がこの歯溝内で往復するだけで、決して干渉により他の歯車の歯の切削不具合が生じることがない。したがって、Ｒ値は小さい値を取り得るので、曲率がより大きいアーチ型歯車の歯が得られる。歯車の歯の強度を高めるだけでなく、噛合せを安定させ騒音を低減できるメリットがある。

３）従来、回転ホブ盤歯切のスパイラルベベルギアを用いると、得られる歯車の歯面について、右回りベベルギア左歯面は凹面であり、右歯面は凸面であり、左回りベベルギア左歯面は凸面であり、右歯面は凹面である。螺旋角は小端から大端まで次第に大きく変化する。本発明はこのような歯面面切について詳細に説明したが、反対に、本発明はさらに左歯面を凸面にカットし、右歯面が凹面の右回りベベルギア、または左歯面が凹面、右歯面が凸面の左回りベベルギアでもよい。螺旋角は大端から小端まで次第に小さく変化する。これにより、明らかにスパイラルベベルギア伝達ペア噛合わせ特性を大きく変え、受ける力の大きさ、方向、部位、負荷変化はいずれも強度、効率、騒音……ベアリング、箱体構造設計に至るまで直接影響する。このようなスパイラルベベルギア歯切は図１３（図で示す加工右回りベベルギア）に示される。前記をもとに、ｑ及びＲを調整して棒材を図に示す位置および長さに調整するだけで、前記のギアプレーナーを用いてこのような他のスパイラルベベルギアを切削できる。

４）図１４で用いられる回転ホルダ設計によると、ラム端部に転位可能な回転ホルダが実装され、それぞれ２つの往復切削を実現可能な切刃が実装される（Ｓ１切刃はベベルギア小端から大端に切削し、Ｓ２切刃はベベルギア大端からへ小端に切削する）。このようにバイト刃がラムに伴ってそれぞれ加工ベベルギア大、小端を切り出す時、回転ホルダは回転中心Ｏ周りに回転し、Ｓ１、Ｓ２切刃の転位位置、すなわち往復切削が実現される。（１）歯切効率を倍増し、（２）バイト一方向切削時に戻り工程で刃収めが必要となることを回避し、（３）加工歯車の歯端面の切削バリをなくすという３つのメリットを有する。

以上の歯切旋盤およびバイトの実施例により、本発明の球面インボリュート歯形スパイラルベベルギア歯切法が完全に実行できることを説明する。まとめると、本発明の従来のスパイラルベベルギア設計および歯切技術に対するメリットは以下のとおりである。

１．歯形は噛合い理論に求められる球面インボリュートである。

２．設計、製造されるスパイラルベベルギアは従来の規格、サイズレベル分けの制限を受けず、設計自由度が高く、最適な設計効果が図れる。

３．Ｒが最大限小さい値を取り得ると歯切干渉の制限を受け、曲率がより大きいアーチ型歯車の歯が得られる。歯車の歯の強度を高めるだけでなく、噛合せを安定させ騒音を低減できるメリットがある。

４．従来のＧＬＥＡＳＯＮ製のスパイラルベベルギア凹、凸歯面と反対のスパイラルベベルギアをカットできる。

５．共役歯面接触領域が良好であり、かつ、簡単にＲにより制御調整が得られる。共役歯面接触領域を調整するには、簡単にｑおよびＲ棒材を調整すればよい。

６．用いられるバイトは実際に最も簡単で廉価なバイトであり、１つのバイトで左、右回り歯を加工し、凹、凸歯面は汎用である。

７．刃研磨が簡単で、専用の研磨旋盤を全く必要としない。

８．バイトは各種の工具材料および適切な幾何学パラメータを用いることができ、軟歯面、硬歯面加工に適用される。

９．超硬工具材料を用いて焼き入れ実施後の歯面仕上加工工程で焼入れひずみを矯正し、専用の焼き入れ旋盤を必要としない。

１０．ギアプレーナーの歯切動作が簡単で、計算が容易である。

１１．ギアプレーナーは構成が少なく、かつ簡単で、製造が容易で、廉価である。

１２．ギアプレーナーは使用、調整が簡単で実用的である。

１３．ｑ、Ｒを用いて模擬ラム−連接棒−クランク機構を調整し、精密に調整し、デジタル制御軸数を減らし、ギアプレーナーを最も簡素化し廉価なデジタル制御システムを実現する。

１４．ギアプレーナー及び歯切法は適用する仕様サイズ、ロット、技術的要求……異なるスパイラルベベルギア製品設計および生産に適用される。すなわち適用される業界が広範であり、特に重機械業界に対する価値がより高い。

１５．本発明の歯切法で切削される歯底は過渡丸角でありバイト刃先で成形および切出され、拡張法に比べて取得される歯底過渡曲線が滑らかで応力集中が少なく、歯車の歯曲げ強度を高めることができる。

１６．本発明の歯切法は歯面仕上加工に適用されるが、歯溝、歯面の荒加工に用いることもできる。

１７．本発明の歯切法で切削されるギアは互換性を有する。

１８．バイト、ギアプレーナーが廉価なだけでなく、専用の刃研磨旋盤、専用の焼き入れ旋盤、高精度試験機器およびソフトウェアなどの組み合わせをなくすことができ、設備投資が大幅に減少される。

（実施例計算）
ＣＡ−１０Ｂ自動車の後軸アクティブ、パッシブスパイラルベベルギアを例として、ユニバーサル型ギアプレーナーを用いて加工する。大端係数ｍ＝９，圧力角α＝２０°，中点基礎円錐螺旋角βｂ＝３５°，アクティブギア歯数ｚ１＝１１，パッシブギア歯数ｚ２＝２５。参考文献：北京ギアメーカー螺旋ベベルギア［Ｍ］．北京科学出版社、１９７４

一、ベベルギアの主な基本パラメータは、下表１のとおりである。基本パターンおよび対応サイスは、図１５、１６を参照。

二、ベベルギア歯切調整パラメータは、下表２のとおりである。

注１：本例では、大、小輪面円錐、基準円錐の円錐頂点は重ならない。すなわちｘ＞０である。表中の公式はｘ＝０により導出され、計算結果は参考値である。ＣＡＴＩＡ作図分析により、実際の切削領域角μ_１、μ_２は変数である。いずれも、公式計算値より略小さい。公式計算値を用いて後続の計算に影響しない。
注２：図１７、１８、１９および２０。接続棒−クランク（Ｑ）平面の回転動作に基づき、球面インボリュート歯形形成線、すなわち切刃の（Ｑ）平面の動作軌跡は半径が接続棒長さＲの円弧軌跡線に等しいことを実際に検証した。本表の計算結果はいずれも実施例の図において検証されている。
注３：本例では、往復切削のホルダ転位時間は１秒（すなわち１／６０ｍｉｎ）に設定される。当該値はバイトの往復切削工程時間よりかなり大きい。実際の往復切削モーター時間がさらに長くなる。ホルダ転位の最短時間は検証待ちである。
注４：仕上げバイトの切削回数は、歯厚さ半仕上げ加工残量により決まる。本例では２回である。歯厚さ制御を実測する。

Claims (2)

1. 球面インボリュート歯形スパイラルベベルギア歯切法であって、
   基礎円錐の部材を当該部材と接する接平面上においてω/ω₁=sinδ_b（ω_１は前記基礎円錐の回転角速度であり、ωは前記接平面の回転角速度であり、δ_ｂは前記基礎円錐の半頂角である）を維持しながら純転がりさせ、
   前記接平面をωで回転させたときに、歯面を切削するためのバイトのブレードを前記接平面の回転円の半径方向に沿って直線移動させ、前記接平面の回転と前記ブレードの直線移動との合成によって前記ブレードが前記接平面上で円弧を描きながら前記部材を切削して歯面を形成し、
   前記球面インボリュート歯形スパイラルベベルギア歯切法は、仮想のクランクと連接棒とスライドとの動作パターンにより実現され、
   前記クランクの一端は前記接平面の回転中心に接続され、前記クランクの他端は前記ブレードが描く円弧の中心に位置し、
   前記連接棒の一端は前記クランクの他端に接続され、前記連接棒の長さは前記ブレードが描く円弧の半径であり、
   前記スライドは、前記連接棒の他端側に接続され、
   前記スライドには、前記バイトが実装され、
   歯切過程において、前記クランクの長さ及び前記連接棒の長さをそれぞれ一定とする
   球面インボリュート歯形スパイラルベベルギア歯切法。
2. 前記スライドを直線移動させることで、前記クランクをωで回転させ、前記ブレードが前記接平面上で円弧を描き、
   符号化器及びサーボモーターを用いてω/ω₁=sinδ_bの維持を実現する
   請求項１に記載の球面インボリュート歯形スパイラルベベルギア歯切法。

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