特開 2024-71964 歯車製造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024071964

(43)【公開日】2024-05-27

(54)【発明の名称】歯車製造装置

(51)【国際特許分類】

   B23F 5/16 20060101AFI20240520BHJP

【ＦＩ】

B23F5/16

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022182510

(22)【出願日】2022-11-15

(71)【出願人】

【識別番号】000005197

【氏名又は名称】株式会社不二越

(74)【代理人】

【識別番号】100120400

【弁理士】

【氏名又は名称】飛田 高介

(74)【代理人】

【識別番号】100124110

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 大介

(72)【発明者】

【氏名】林 修司

(72)【発明者】

【氏名】余湖 健志

【テーマコード（参考）】

3C025

【Ｆターム（参考）】

3C025AA13

(57)【要約】

【課題】スカイビング加工によってワークに対して切り上がり溝を形成する際のバリの発生を抑制し、サイクルタイムおよびコストの削減を図ることが可能な歯車製造装置を提供する。
【解決手段】歯溝の加工終わりに切り上がりのある形状を有する歯車を創成する歯車製造装置（スカイビング加工機１００）であって、工具中心の軌跡において、歯底を形成する経路を平行経路とし、平行経路からカッタを逃がし始める位置を第１変曲点とし、ワークからカッタが抜ける切り上がり点を切削する位置を第２変曲点としたとき、２回目以降のパスの第１変曲点を直前のパスの第１変曲点よりも後退させると共に、２回目以降のパスの第２変曲点を最初のパスの第２変曲点に設定し、２回目以降のパスの第１変曲点から第２変曲点までを円弧または直線で補間し、最初のパスの切り上がり点と２回目以降のパスの切り上がり点とを一致させる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の刃を有するカッタを用いてワークを加工して歯溝の加工終わりに切り上がりのある形状を有する歯車を創成する歯車製造装置であって、
前記カッタが取り付けられる工具軸と、
前記ワークが把持されるワーク軸と、
前記工具軸及び前記ワーク軸の動作を制御する制御部と、
を具備し、
前記制御部は、
前記歯溝の加工終わりに切り上がりのある歯車形状を複数回のパスで前記ワークに形成する際に、
工具中心の軌跡において、歯底を形成する経路を平行経路とし、前記平行経路から前記カッタを逃がし始める位置を第１変曲点とし、前記ワークから前記カッタが抜ける切り上がり点を切削する位置を第２変曲点としたとき、
２回目以降の前記パスの第１変曲点を直前の前記パスの第１変曲点よりも後退させると共に、
２回目以降の前記パスの第２変曲点を最初のパスの第２変曲点に設定し、
２回目以降の前記パスの第１変曲点から第２変曲点までを円弧または直線で補間し、最初の前記パスの切り上がり点と２回目以降の前記パスの切り上がり点とを一致させることを特徴とする歯車製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の刃を有するカッタを用いてワークを加工して歯溝の加工終わりに切り上がりのある歯車を創成する歯車製造装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

歯車製造装置を用いた歯車製造方法としては、複数の刃を有する切削工具を用いてワークを加工する方法が広く知られている。また、切削によって歯車を加工する場合、バリの発生が問題となる。加工後のバリ取りについての従来技術としては、バリ取り専用機を用いたり、回転ブラシや専用ツールを使用したり、旋削バイトを歯端面に当てて切り込みゼロで切削（ゼロカット）したりすることが周知である。

【0003】

例えば特許文献１には「予め歯形が形成された歯車形の工作物に対して、前記歯形の歯溝における歯面を加工する歯車加工方法」が開示されている。特許文献１の歯車加工方法は特に、「前記工作物の回転軸線と切削工具の回転軸線とを平行に配置した状態で前記工作物と前記切削工具とを同期回転させることにより前記工作物に対して前記切削工具の刃先を所定軌跡に沿って移動させ、各前記歯溝における前記歯面の一方を、前記歯面の歯先から歯底に向かって加工する歯面加工工程と、前記歯面の加工終点に到達した時に、前記切削工具の刃先を、前記歯溝の内部空間において前記歯面との非接触位置であって前記所定軌跡から異なる一時退避位置に移動させる一時退避工程と、前記歯溝の内部空間において前記切削工具の刃先を前記一時退避位置から前記所定軌跡に復帰させる復帰工程と、前記所定軌跡に復帰した後に、前記切削工具の刃先を前記所定軌跡に沿って移動させ、前記切削工具の刃先を前記歯溝の内部空間から前記歯溝の外に退避させる退避工程と」を備えている。特許文献１では、上記構成により「工作物の回転軸線と切削工具の回転軸線とを平行に配置した状態で工作物と切削工具とを同期回転させることにより、高速な切削速度を得ることができると共に、一時退避工程によってバリが残ることを抑制できる」といったバリ取り構成及び手法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２２－８４１０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ここで、歯車に形成される歯溝の形状としては、ワークの側面の端から端まで貫通する一般的な歯溝の他に、ワークの側面の途中で止まる歯溝が周知である（突き止め加工と呼ばれる場合もある）。このようにワークの一方の端面から始まって他方の端面の手前で切り上がる歯溝を、以下の説明において切り上がり溝と称する。

【0006】

切り上がり溝においては、主として溝の加工終わりの切り上がり点（工具が抜ける位置）においてバリが発生する。この切り上がり点のバリ取りにバリ取り専用機を用いると、設備コストがかかる他、工程間の搬送が必要になる。また、回転ブラシを用いたりゼロカットを行ったりする場合には、ツール交換に時間がかかるほか、バリ取りの効果が不安定であるという問題がある。専用ツールを用いると、ツール交換に時間がかかるほか、ツールが高価になってしまうという問題もある。

【0007】

また特許文献１では工作物の回転軸線と切削工具の回転軸線とを平行に配置した状態で工作物と切削工具とを同期回転させて加工を行っている。すると歯の部分であれば特許文献１の動作を行うことができるが、溝が徐々に浅くなる切り上がり点においては特許文献１の技術を適用することができない。

【0008】

本発明は、このような課題に鑑み、スカイビング加工によってワークに対して切り上がり溝を形成する際のバリの発生を抑制し、サイクルタイムおよびコストの削減を図ることが可能な歯車製造装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために本発明にかかる歯車製造装置の代表的な構成は、複数の刃を有するカッタを用いてワークを加工して歯溝の加工終わりに切り上がりのある形状を有する歯車を創成する歯車製造装置であって、カッタが取り付けられる工具軸と、ワークが把持されるワーク軸と、工具軸及びワーク軸の動作を制御する制御部と、を具備し、制御部は、歯溝の加工終わりに切り上がりのある歯車形状を複数回のパスでワークに形成する際に、工具中心の軌跡において、歯底を形成する経路を平行経路とし、平行経路からカッタを逃がし始める位置を第１変曲点とし、ワークからカッタが抜ける切り上がり点を切削する位置を第２変曲点としたとき、２回目以降のパスの第１変曲点を直前のパスの第１変曲点よりも後退させると共に、２回目以降のパスの第２変曲点を最初のパスの第２変曲点に設定し、２回目以降のパスの第１変曲点から第２変曲点までを円弧または直線で補間し、最初のパスの切り上がり点と２回目以降のパスの切り上がり点とを一致させる。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、スカイビング加工によってワークに対して切り上がり溝を形成する際のバリの発生を抑制し、サイクルタイムおよびコストの削減を図ることを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本実施形態の歯車製造装置をワークとともに概略的に説明する図である。

【図2】図１のスカイビングカッタによるワークの切削加工を模式的に説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示または説明を省略する。

【0013】

図１は、本実施形態の歯車製造方法に用いる歯車製造装置をワークとともに概略的に説明する図である。図１に示すように本実施形態では歯車製造装置としてスカイビング加工機１００を例示する。スカイビング加工機１００は、スカイビングカッタ１１０が取り付けられる工具軸１３０、ワーク１２０を把持するワーク軸１４０、工具軸１３０およびワーク軸１４０の動作を制御する制御部１５０を備えている。スカイビング加工機１００は、複数の刃１１２を有するカッタとしてスカイビングカッタ１１０を用いてワーク１２０を加工して歯車を創成する。

【0014】

なお本実施形態では、カッタとしてスカイビングカッタ１１０を用い、ワーク１２０を加工して外歯車を創成する構成を例示するがこれに限定するものではない。カッタとしては、スカイビングカッタ１１０以外にホブカッタ等を用いる場合にも本発明を適用することができる。また外歯車ではなく内歯車を創成する場合にも本発明を適用可能である。

【0015】

図２は、図１のスカイビングカッタ１１０によるワーク１２０の切削加工を模式的に説明する図である。図２（ａ）は、本実施形態のスカイビング加工機１００を用いた歯車製造方法によるワーク１２０の切削加工を説明するワーク１２０の軸方向の模式的な断面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の溝１２２の上面図である。図２（ｃ）は、従来の歯車製造方法によるワーク１２０の切削加工を説明するワーク１２０の軸方向の模式的な断面図である。図２（ｄ）は、図２（ｃ）の溝１２２の上面図である。なお図２（ａ）および（ｂ）では、スカイビングカッタ１１０の輪郭を破線の楕円で示し、スカイビングカッタ１１０の中心の移動経路を実線の矢印で示している。

【0016】

本実施形態のスカイビング加工機１００を用いた歯車製造方法および従来の歯車製造方法ではいずれも、スカイビングカッタ１１０を用いて複数回（図２では３回を例示）のパスで、「歯溝の加工終わりに切り上がりのある歯車形状」をワークに形成する。「歯溝の加工終わりに切り上がりのある歯車形状」とは、図２（ａ）および（ｂ）の歯溝１２２、ならびに図２（ｃ）および（ｄ）の歯溝２２のように、歯溝１２２、２２の加工終わりの切り上がり点Ｐ１に向かうにしたがって、歯底１２２ｂ（歯底２２ｂ）よりも歯溝の深さが徐々に浅くなり、端面の手前側で切り上がる形状のことである。

【0017】

図２（ｃ）を参照して、従来の歯車製造方法では、１パス目でワーク１２０を切削する際には、スカイビングカッタ１１０の中心の経路Ｒ１は、まずワーク１２０の軸方向に平行に移動させる。カッタの輪郭２０ａが切り上がり点Ｐ１に至ると、軸方向から垂直方向にスカイビングカッタ１１０を逃がす（ワークから離間される）。

【0018】

２パス目では、スカイビングカッタ１１０の中心の経路Ｒ４は、まずワーク１２０の軸方向に平行に移動させる。カッタの輪郭２０ｂが切り上がり点Ｐ４に至ると、軸方向から垂直方向にスカイビングカッタ１１０を逃がす。３パス目では、スカイビングカッタ１１０の中心の経路Ｒ５は、まずワーク１２０の軸方向に平行に移動させる。カッタの輪郭２０ｃが切り上がり点Ｐ５に至ると、軸方向から垂直方向にスカイビングカッタ１１０を逃がす。パスが進むごとに逃がし位置を下げている（早めている）のは、２パス目や３パス目で切り上がり点が１パス目と一致するまで掘り進めると、切込量が多くなりすぎて切削不良やカッタの折損を招くためである。

【0019】

上記説明した従来の歯車の製造方法であると、図２（ｄ）に示すように１パス目－３パス目の加工終わりの工具が抜ける位置にバリ２４が発生してしまうため、別途バリ取りの工程が必要となる。また図２（ｃ）に示すように、２回目以降のパスの切り上がり点Ｐ４、Ｐ５は歯溝の内部にあるが、歯溝の中の切り上がり点Ｐ４、Ｐ５に段部２６ａ・２６ｂが形成されてしまう。

【0020】

そこで本実施形態のスカイビング加工機１００を用いた歯車製造方法では、２回目以降のパスでは、最初のパスの切り上がり点に向かって直線状または曲線状に傾斜した経路（以下、傾斜経路と称する）でカッタを逃がし、最初のパスの切り上がり点と２回目以降のパスの切り上がり点とを一致させる。ここで、工具中心の軌跡において歯底を形成する経路を平行経路とし、平行経路からカッタを逃がし始める位置を第１変曲点とし、ワークからカッタが抜ける切り上がり点を切削する位置を第２変曲点とする。

【0021】

図２（ａ）を参照して、１パス目では、従来の製造方法と同様に、スカイビングカッタ１１０の中心の経路Ｒ１は、まずワーク１２０の軸方向に平行に移動させる。詳細には、１パス目では、スカイビングカッタ１１０の中心の経路Ｒ１は、まず平行経路Ｒ１ａでワーク１２０の軸方向に平行に移動させる。そしてカッタの輪郭１２０ａが切り上がり点Ｐ１に至ると、変曲点Ｒ１ｄにおいて軸方向から垂直方向に向かう垂直経路Ｒ１ｅを経由してスカイビングカッタ１１０を逃がす。図２（ａ）において経路Ｒ１は垂直に逃がしているので、第１変曲点と第２変曲点は一致しているが、経路Ｒ１では切り上がり点であることが重要なので第２変曲点Ｒ１ｄと称する。

【0022】

２パス目では、スカイビングカッタ１１０の中心の経路Ｒ２は、まず平行経路Ｒ２ａでワーク１２０の軸方向に平行に移動させる。第１変曲点Ｒ２ｂに至ったら、曲線状に傾斜した傾斜経路Ｒ２ｃでスカイビングカッタ１１０を徐々に逃がす。経路Ｒ２の第１変曲点Ｒ２ｂは、経路Ｒ１の第２変曲点Ｒ１ｄ（第１変曲点でもある）よりも後退させた位置に設定する。カッタの輪郭１２０ｂの切り上がり点Ｐ２が１パス目の切り上がり点Ｐ１と一致する位置を第２変曲点Ｒ２ｄとして、垂直経路Ｒ２ｅによって軸方向から垂直方向にスカイビングカッタ１１０を逃がす。傾斜経路Ｒ２ｃは、第１変曲点Ｒ２ｂと第２変曲点Ｒ２ｄをつなげる直線状または曲線状とする。

【0023】

３パス目では、スカイビングカッタ１１０の中心の経路Ｒ３は、まず平行経路Ｒ３ａでワーク１２０の軸方向に平行に移動させる。第１変曲点Ｒ３ｂに至ったら、曲線状に傾斜した傾斜経路Ｒ３ｃでスカイビングカッタ１１０を徐々に逃がす。経路Ｒ３の第１変曲点Ｒ３ｂは、経路Ｒ２の第２変曲点Ｒ２ｄよりも後退した位置に設定する。カッタの輪郭１２０ｃの切り上がり点Ｐ３が１パス目の切り上がり点Ｐ１と一致する位置を第２変曲点Ｒ３ｄとして、垂直経路Ｒ３ｅによって軸方向から垂直方向にスカイビングカッタ１１０を逃がす。傾斜経路Ｒ３ｃは、第１変曲点Ｒ２ｂと第２変曲点Ｒ２ｄをつなげる直線状または曲線状とする。

【0024】

３パス目の傾斜経路Ｒ３ｃは、２パス目の傾斜経路Ｒ２ｃと重複させる。スカイビング加工機１００の数値制御としては、第２変曲点から第３変曲点までの間を、共通の円弧または共通の直線で補間する。

【0025】

すると図２（ｂ）に示すように、従来技術の歯溝２２（破線で示す）に比べて、本実施形態の溝１２２は、２回目以降のパス（２パス目および３パス目）の切り上がり時に歯溝１２２の加工終わりの周辺の内面（ハッチングで示す）を連続的に薄く削ることができる。切込量を少なくすればバリは出にくい。すなわち１パス目で発生した「バリが存在する箇所（ハッチングの箇所）」を２パス目以降の切削で薄く削ることにより（実質的にゼロカット）、少ない切削量でバリを取りながら、新たな二次バリを抑制する。これにより、各パスの切り上がり時の加工負荷を低減し、歯溝を厚く削った場合に比してバリを少なくすることができる。

【0026】

なお本実施形態では、２パス目の傾斜経路Ｒ２ｃおよび３パス目の傾斜経路Ｒ３ｃは、曲線状であって、共通の円弧によって補間している（円弧補間）。ただし、これは例示に過ぎず、２パス目の傾斜経路Ｒ２ｃおよび３パス目の傾斜経路Ｒ３ｃはそれぞれ直線状であってもよい。

【0027】

したがって本実施形態の歯車製造方法によれば、スカイビング加工によってワークに対して切り上がり溝を形成する際のバリの発生を抑制し、バリ取り加工をなくすことでサイクルタイムおよびコストの削減を図ることが可能となる。

【産業上の利用可能性】

【0028】

本発明は、複数の刃を有するカッタを用いてワークを加工して歯溝の加工終わりに切り上がりのある歯車を創成する歯車製造装置に利用することができる。

【符号の説明】

【0029】

Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５…経路、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ…カッタの輪郭、２２…歯溝、２４…バリ、２６ａ…段部、２６ｂ…段部、１００…スカイビング加工機（歯車製造装置）、１１０…スカイビングカッタ、１１２…刃、１２０…ワーク、１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ…カッタの輪郭、１２２…溝、１２２ｂ…歯底、１３０…工具軸、１４０…ワーク軸、１５０…制御部

【図1】

【図2】