特開 2025-20811 歯車研削盤

(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】P2025020811

(43)【公開日】2025-02-13

(54)【発明の名称】歯車研削盤

(51)【国際特許分類】

   B23F 5/02 20060101AFI20250205BHJP

   B23F 23/12 20060101ALI20250205BHJP

   B23Q 15/26 20060101ALI20250205BHJP

【ＦＩ】

B23F5/02

B23F23/12

B23Q15/26

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023124404

(22)【出願日】2023-07-31

(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】古田 知康

(72)【発明者】

【氏名】原島 健走

【テーマコード（参考）】

3C001

3C025

【Ｆターム（参考）】

3C001KA01

3C001KB05

3C001KB07

3C001TA02

3C001TB02

3C001TB04

3C025HH01

(57)【要約】      （修正有）

【課題】位置合わせの際における回転砥石の摩耗量を低減して砥石寿命を延ばすことができ、且つ過度な研削によるワークの廃棄ロスを削減する。
【解決手段】本発明にかかる歯車研削盤の構成は、ワーク保持部、工具保持部、ワークと回転砥石との位置合わせを行う制御装置を備え、ワークと回転砥石との離接方向をＸ軸とし、回転砥石の回転軸方向であるとともにＸ軸と直交する方向をＹ軸とし、ワークの回転軸方向をＺ軸とし、Ｚ軸を中心に回転する軸をＣ軸としたとき、制御装置は、回転砥石とワークとのいずれか一方をいずれか他方に向かってＸ軸方向に前進させ、ワークのＣ軸方向の回転によってワークと回転砥石との接触を検知し、ワークをワークが回転した方向と同じ方向に微少量回転させ、Ｘ軸方向に前進させた回転砥石またはワークがＸ軸方向の前進端に至るまで上記動作を繰り返し、回転砥石の刃とワークの歯溝との位置合わせを行う。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

歯車形状のワークを回転砥石によって研削する歯車研削盤であって、
前記ワークを保持するワーク保持部と、
前記回転砥石を保持する工具保持部と、
前記ワーク保持部および前記工具保持部の動作を制御して前記ワークと前記回転砥石との位置合わせを行う制御装置と、
を備え、
前記ワークと前記回転砥石との離接方向をＸ軸とし、前記回転砥石の回転軸方向であるとともに前記Ｘ軸と直交する方向をＹ軸とし、前記ワークの回転軸方向をＺ軸とし、前記Ｚ軸を中心に回転する軸をＣ軸としたとき、
前記制御装置は、
前記回転砥石と前記ワークとのいずれか一方をいずれか他方に向かってＸ軸方向に前進させ、
前記ワークのＣ軸方向の回転によって前記ワークと前記回転砥石との接触を検知し、
前記ワークを該ワークが前記回転した方向と同じ方向に微少量回転させ、
前記Ｘ軸方向に前進させた前記回転砥石または前記ワークが前記Ｘ軸方向の前進端に至るまで上記動作を繰り返し、
前記回転砥石の刃と前記ワークの歯溝との位置合わせを行うことを特徴とする歯車研削盤。

【請求項2】

前記制御装置は、前記回転砥石の刃と前記ワークの歯溝との位置合わせを行った後に、
前記回転砥石をＹ軸の一方向に微小速度で移動させ、
前記ワークのＣ軸方向の回転によって前記ワークと前記回転砥石との第１接触位置を検知し、
前記回転砥石を前記Ｙ軸の前記一方向とは反対の他方向に微小速度で移動させ、
前記ワークのＣ軸方向の回転によって前記ワークと前記回転砥石との第２接触位置を検知し、
前記第１接触位置と前記第２接触位置とから、前記回転砥石の刃と前記ワークの歯溝との噛合中心を導出することを特徴とする請求項１に記載の歯車研削盤。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、歯車形状のワークを回転砥石によって研削する歯車研削盤に関するものである。

【背景技術】

【0002】

歯車の歯面を研削する装置として、回転砥石を用いる歯車研削盤が知られている。歯車研削盤では、ワークの加工前の段取りとして、回転砥石とワークとの位置合わせが行われる。この位置合わせを行う装置として、例えば特許文献１に「ねじ溝を前加工したワークをＣ軸まわりに回転しながらワークをＺ軸方向に移動すると共に、Ｘ軸方向に移動する高速回転している砥石をワークに当接係合せしめて位相合わせをする自動位相合わせ装置」が開示されている。

【0003】

特許文献１の自動位相合わせ装置は、「ワークに砥石が接触した瞬間と非接触の瞬間を検出する検出センサと、その検出をＯＮ，ＯＦＦ信号として発信する発信装置と、ＯＮ，ＯＦＦ信号の発信時におけるＺ軸位置を読み取り記憶すると共にその中間位置を演算し、ワークおよび砥石のＣ軸，Ｚ軸およびＸ軸の回転および移動制御を行う制御装置とを設けること」を特徴としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平５－１３８４３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１の自動位相合わせ装置では検出センサとしてＡＥセンサ（振動センサ）を用いている。特許文献１には、「ＡＥセンサは高速回転している砥石がワークに接触した瞬間と離れた瞬間を衝撃音の変化等により検出するものであり、発信装置は砥石がワークに接触した瞬間にＯＮ信号を発し、離れた瞬間にＯＦＦ信号を発するように形成される」と記載されている。

【0006】

しかし特許文献１のようにワークおよび砥石をともに回転させながら接触させる方法であると、砥石の摩耗が大きく、またワークの歯面も取り代以上に研削されるおそれがある。よって、砥石の摩耗量によってはドレスによる再成形が必要になり、作業効率が低下したり、砥石寿命が短期化しコストの増大を招いたりしてしまう。またワークの歯面が取り代以上に研削されると、位相合わせ（位置合わせ）に用いたワークを廃棄しなければならず、コスト増大の要因となる。

【0007】

本発明は、このような課題に鑑み、位置合わせの際における回転砥石の摩耗量を低減して砥石寿命を延ばすことができ、且つ過度な研削によるワークの廃棄ロスを削減することが可能な歯車研削盤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】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明にかかる歯車研削盤の構成は、歯車形状のワークを回転砥石によって研削する歯車研削盤であって、ワークを保持するワーク保持部と、回転砥石を保持する工具保持部と、ワーク保持部および工具保持部の動作を制御してワークと回転砥石との位置合わせを行う制御装置と、を備え、ワークと回転砥石との離接方向をＸ軸とし、回転砥石の回転軸方向であるとともにＸ軸と直交する方向をＹ軸とし、ワークの回転軸方向をＺ軸とし、Ｚ軸を中心に回転する軸をＣ軸としたとき、制御装置は、回転砥石とワークとのいずれか一方をいずれか他方に向かってＸ軸方向に前進させ、ワークのＣ軸方向の回転によってワークと回転砥石との接触を検知し、ワークをワークが回転した方向と同じ方向に微少量回転させ、Ｘ軸方向に前進させた回転砥石またはワークがＸ軸方向の前進端に至るまで上記動作を繰り返し、回転砥石の刃とワークの歯溝との位置合わせを行うことを特徴とする。

【0009】

上記制御装置は、回転砥石の刃と前記ワークの歯溝との位置合わせを行った後に、回転砥石をＹ軸の一方向に微小速度で移動させ、ワークのＣ軸方向の回転によってワークと回転砥石との第１接触位置を検知し、回転砥石をＹ軸の一方向とは反対の他方向に微小速度で移動させ、ワークのＣ軸方向の回転によってワークと回転砥石との第２接触位置を検知し、第１接触位置と第２接触位置とから、回転砥石の刃とワークの歯溝との噛合中心を導出するとよい。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、位置合わせの際における回転砥石の摩耗量を低減して砥石寿命を延ばすことができ、且つ過度な研削によるワークの廃棄ロスを削減することが可能な歯車研削盤を提供することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本実施形態にかかる歯車研削盤の構成の概略を説明する図である。

【図2】図１の歯車研削盤の動作を説明するフローチャートである。

【図3】図１の工具保持部をワークに向かって前進させる工程～ワークと回転砥石とが接触した際にワークが回転した矢印Ｃ１方向と同じ方向にワークを微少量回転させる工程を示す図である。

【図4】図３の回転砥石をＹ軸の正方向に移動する工程～Ｃ軸の基準角度Ｃｚを導出する工程を示す図である。

【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、本実施形態にかかる歯車研削盤１００の構成の概略を説明する図である。図１に示す本実施形態の歯車研削盤１００は、ワーク保持部１１０、工具保持部１２０および制御装置１３０を含んで主要部が構成される。ワーク保持部１１０は、歯車形状のワーク１８０を双方向に回転可能に保持する。工具保持部１２０は、工具としての回転砥石１９０を双方向に回転可能に保持する。

【0014】

歯車研削盤１００は、ワーク保持部１１０において保持したワーク１８０を、工具保持部１２０において保持した回転砥石１９０によって研削する。本実施形態では、ワーク１８０と回転砥石１９０との離接方向をＸ軸とし、回転砥石１９０の回転軸方向であるとともにＸ軸と直交する方向をＹ軸とし、ワーク１８０の回転軸方向をＺ軸とする。また、回転砥石１９０の回転方向（Ｙ軸を中心とする回転方向）をＢ軸、Ｚ軸を中心に回転する軸をＣ軸とする。

【0015】

制御装置１３０は、ワーク保持部１１０と工具保持部１２０の動作を制御してワーク１８０と回転砥石１９０との位置合わせを行う。「位置合わせ」とは、ワーク１８０の歯溝１８２の中心に回転砥石１９０の刃１９２の中心を合わせることをいう。制御装置１３０は、ワーク保持部と工具保持部１２０の動作を制御するＮＣ装置１３２と、ワーク１８０と回転砥石１９０との位置合わせのための座標演算を行う演算装置１３４とを含んで主要部が構成される。

【0016】

ＮＣ装置１３２は、ワーク保持部１１０および工具保持部１２０との「制御情報の送受信」を行い、所定の加工プログラムに基づいてワーク保持部１１０および工具保持部１２０の動作を数値制御する。またＮＣ装置１３２は、ワーク保持部１１０および工具保持部１２０の座標情報を演算装置１３４に送信する。また、ＮＣ装置１３２を介さず、直接スケールより座標情報を演算装置１３４側が受信してもよい。

【0017】

ＮＣ装置１３２はスキップ機能を有し、何らかの動作を実行中にスキップ信号を受けると動作を中断する。一般的なスキップ機能では動作を中断した後に次の動作に移行するが、本実施形態ではワーク１８０と回転砥石１９０との接触を検知するためにスキップ機能を利用する。

【0018】

演算装置１３４は、ＮＣ装置１３２から受信したワーク保持部１１０の座標情報を演算し、演算結果として生成したスキップ信号をＮＣ装置１３２に送信する。本実施形態で使用するスキップ信号は、ワーク保持部１１０や工具保持部１２０の軸移動を途中で中止させる（スキップさせる）ための信号である。なお、スキップ信号を演算する際には、ワーク保持部１１０の座標情報に加えて、工具保持部１２０の座標情報を用いてもよい。

【0019】

図２は、図１の歯車研削盤１００の動作を説明するフローチャートである。図３は、図１の工具保持部１２０をワーク１８０に向かって前進させる工程～ワーク１８０と回転砥石１９０とが接触した際にワーク１８０が回転した矢印Ｃ１方向と同じ方向にワーク１８０を微少量回転させる工程を示す図である。また図４は、図３の回転砥石１９０をＹ軸の正方向に移動する工程～Ｃ軸の基準角度Ｃｚを導出する工程を示す図である。

【0020】

図２に示すように本実施形態の歯車研削盤１００においてワーク１８０と回転砥石１９０との位置合わせを行う際には、まず制御装置１３０のＮＣ装置１３２は、ワーク保持部１１０および工具保持部１２０を位置合わせの初期位置に移動し、Ｂ軸（回転砥石１９０の回転）をサーボロック状態（回転を固定）とし、Ｃ軸（ワーク１８０の回転）をサーボオフ状態（回転をフリー）とする（Ｓ２０２）。

【0021】

ＮＣ装置１３２は、「Ｃ軸座標Ｃｘ（座標情報）の記憶を指令する指令信号」を演算装置１３４に送信し、演算装置１３４はＣ軸座標Ｃｘを記憶する（Ｓ２０４）。続いてＮＣ装置１３２は、ＮＣスキップモード（スキップ信号を監視した状態）で、ワーク１８０または回転砥石１９０を相手方に向かってＸ軸方向に前進させる（Ｓ２０６）。

【0022】

本実施形態では図３（ａ）に示すように、工具保持部１２０を制御して回転砥石１９０をワーク１８０に向かってＸ軸方向で前進（近接）させる。換言すれば、ワーク１８０の歯溝１８２と回転砥石１９０の刃１９２を噛み合い方向（切込み方向）に近接させる。ただし、これに限定するものではなくワーク保持部１１０を動作制御することにより、ワーク１８０を回転砥石１９０に対して前進させる構成としてもよい。

【0023】

ＮＣ装置１３２は、ワーク１８０と回転砥石１９０との接触検知を開始し（待ち受け状態）、Ｓ２０６の処理中にワーク１８０と回転砥石１９０とが接触したかを監視する（Ｓ２０８）。図３（ｂ）に示すように回転砥石１９０をワーク１８０に対して前進させ、図３（ｃ）に示すようにワーク１８０の歯溝１８２と回転砥石１９０の刃１９２とが接触すると、Ｃ軸はサーボオフ状態であるため、ワーク１８０が矢印Ｃ１方向に微小角度分、回転する。本実施形態では、このワーク１８０の回転を参照してワーク１８０と回転砥石１９０との接触を検知する。

【0024】

具体的にはＮＣ装置１３２は、Ｓ２０６で回転砥石１９０を前進させた際の現在のＣ軸座標が、「現在のＣ軸座標≧Ｓ２０４のＣ軸座標Ｃｘ＋しきい値α」または「現在のＣ軸座標≦Ｓ２０４のＣ軸座標Ｃｘ－しきい値α」のいずれかを満たした場合にワーク１８０と回転砥石１９０とが接触したと判断する。いずれの場合においてもしきい値以上の移動を検出することにより、ワーク保持部１１０や工具保持部１２０の振動による誤検出を防ぐことができる。

【0025】

ＮＣ装置１３２がワーク１８０と回転砥石１９０との接触を検知したら（Ｓ２０８のＹＥＳ）、演算装置１３４はＮＣ装置１３２にスキップ信号を送信し、ＮＣ装置１３２は、ワーク１８０と回転砥石１９０との接触検知を停止し、回転砥石１９０（またはワーク１８０）のＸ軸方向の前進を停止する（Ｓ２１０）。

【0026】

次にＮＣ装置１３２は、Ｃ軸をサーボＯＮ状態とし、図３（ｄ）に示すように、ワーク１８０と回転砥石１９０が接触した際にワーク１８０が回転した矢印Ｃ１方向と同じ方向にワーク１８０（ワーク保持部１１０）を微少量回転させる（Ｓ２１２）。これによりワーク１８０の歯溝１８２が回転砥石１９０の刃１９２から逃げた状態となる。すなわちＳ２１２では、ワーク１８０を逃げ方向に微少量回転させている。Ｓ２１２でのワーク１８０の回転量は、例えば初回では１／１０ピッチ程度であるとよく、２回目以降はその半ピッチ程度であるとよい。

【0027】

ワーク１８０を微少量回転させたら（Ｓ２１２）は、制御装置１３０はＳ２０４からＳ２０８の処理を繰り返す。これにより、図３（ｃ）～図３（ｄ）に示すようにワーク１８０に回転砥石１９０が当たっては逃げるという動作が繰り返される。

【0028】

回転砥石１９０（またはワーク１８０）がＸ軸方向の前進端に至るまで上記動作を繰り返して、ワーク１８０と回転砥石１９０との接触を検知しなくなったら（Ｓ２０８のＮＯ）、回転砥石１９０が前進端に至ったため、ＮＣ装置１３２は、回転砥石１９０（またはワーク１８０）のＸ軸方向の前進を停止する（Ｓ２１４）。このとき、ワーク１８０の歯溝１８２に回転砥石１９０の刃１９２が完全に入り込んだ状態であるが、ただし歯溝１８２と刃１９２の位置合わせ（中心合わせ）は完了していない状態である。

【0029】

そして演算装置１３４は、Ｓ２１０の前進停止時のＣ軸座標ＣｘおよびＹ軸座標Ｙｘを記憶する（Ｓ２１６）。Ｃ軸座標ＣｘおよびＹ軸座標Ｙｘは、位置合わせのための初期位置である。

【0030】

まず制御装置１３０のＮＣ装置１３２は、ＮＣスキップモードで回転砥石１９０をＹ軸の一方向（本実施形態では正方向を例示、図４の矢印Ｙ１）に微小速度で移動させる（Ｓ２１８）。そしてＮＣ装置１３２は、ワーク１８０と回転砥石１９０の第１接触位置Ｐ１の検知を判断する（Ｓ２２０）。なお微小速度としては、例えば０．１ｍ／ｍｉｎ程度の速度が好ましい。ただし、これに限定するものではなく、ワーク１８０や回転砥石１９０の材質、切削条件に応じて適宜設定することが可能である。

【0031】

図４（ａ）に示すように回転砥石１９０をＹ軸の正方向（矢印Ｙ１）に移動すると、図４（ｂ）に示すように回転砥石１９０がワーク１８０に接触し、ワーク１８０が押されて回転する。これにより、Ｃ軸座標が「Ｃｘ＋α」となる。したがって、Ｃ軸座標を参照することにより、回転砥石１９０とワーク１８０との第１接触位置Ｐ１を検知することができる。

【0032】

ＮＣ装置１３２がワーク１８０の回転によって第１接触位置Ｐ１を検知したら（Ｓ２２０のＹＥＳ）、演算装置１３４は、ＮＣ装置１３２にスキップ信号を送信してＹ軸（工具保持部１２０）の移動を停止するとともに、第１接触位置Ｐ１のＹ軸座標Ｙａを記憶する（Ｓ２２２）。

【0033】

続いてＮＣ装置１３２は、ワーク１８０と回転砥石１９０との接触検知を停止し、ワーク保持部１１０および工具保持部１２０を移動させ、それらの座標をＣ軸座標ＣｘおよびＹ軸座標Ｙｘに位置決めする（Ｓ２２４）。すなわちワーク１８０および回転砥石１９０の座標を、Ｓ２１６において記憶したＣ軸座標ＣｘおよびＹ軸座標Ｙｘに戻す。

【0034】

Ｃ軸座標ＣｘおよびＹ軸座標Ｙｘの位置決めを行ったら（Ｓ２２４）、制御装置１３０のＮＣ装置１３２は、ワーク１８０と回転砥石１９０との接触検知を開始し、ＮＣスキップモードで回転砥石１９０をＹ軸の負方向（矢印Ｙ２）に微小速度で移動させる（Ｓ２２６）。そしてＮＣ装置１３２は、ワーク１８０と回転砥石１９０の第２接触位置Ｐ２の検知を判断する（Ｓ２２８）。

【0035】

図４（ｃ）に示すように回転砥石１９０をＹ軸の他方向（本実施形態では負方向を例示、図４の矢印Ｙ２）に移動すると、図４（ｄ）に示すように回転砥石１９０がワーク１８０に接触し、ワーク１８０が回転する。これにより、Ｃ軸座標が「Ｃｘ－α」となる。したがって、Ｃ軸座標を参照することにより、回転砥石１９０とワーク１８０との第２接触位置Ｐ２を検知することができる。

【0036】

ＮＣ装置１３２がワークの回転によって第２接触位置Ｐ２を検知したら（Ｓ２２８のＹＥＳ）、演算装置１３４は、ＮＣ装置１３２にスキップ信号を送信してＹ軸（工具保持部１２０）の移動を停止するとともに、第２接触位置Ｐ２のＹ軸座標Ｙｂを記憶する（Ｓ２３０）。

【0037】

なお本実施形態では、Ｓ２１８－Ｓ２２２の処理で第１接触位置Ｐ１の検知およびそのＹ軸座標Ｙａを取得（正方向探索）した後に、Ｓ２２６－Ｓ２３０の処理で第２接触位置Ｐ２の検知およびそのＹ軸座標Ｙｂを取得（負方向探索）する構成を例示した。ただし、これに限定するものではなく、Ｓ２１８－Ｓ２２２の処理（正方向）とＳ２２６－Ｓ２３０の処理（負方向）の順番を入れ替えた構成としてもよい。

【0038】

第１接触位置Ｐ１のＹ軸座標Ｙａ、および第２接触位置Ｐ２のＹ軸座標Ｙｂを取得したら（Ｓ２２２、Ｓ２３０）、演算装置１３４は、それらを例えば図４（ｅ）に示す三角関数（余弦定理）に代入して、ワーク１８０の歯溝１８２と回転砥石１９０の刃１９２の噛合中心、すなわちＣ軸の基準角度Ｃｚを導出する（Ｓ２３２）。これにより、ワーク１８０の加工前におけるワーク１８０と回転砥石１９０との位置合わせが完了する。

【0039】

上記説明したように本実施形態の歯車研削盤１００によれば、スキップ信号を用いてワーク１８０や回転砥石１９０のＸ軸およびＹ軸方向への移動を制御することにより、従来搭載されていたセンサを用いることなくワーク１８０と回転砥石１９０との位置合わせを行うことができる。

【0040】

また本実施形態の歯車研削盤１００では、Ｂ軸（回転砥石１９０の回転）をサーボロック状態とし、Ｃ軸（ワーク１８０の回転）をサーボオフ状態としている。すなわち回転砥石１９０はＢ軸方向には回転せず、ワーク１８０もＣ軸方向には回転駆動しない。ＡＥセンサを用いる場合は衝撃を生じさせなければならないが、本発明の構成では回転砥石１９０を微小速度でＸ軸およびＹ軸方向に移動させて、ワーク１８０に軽く触れるだけでよい。したがって、回転砥石１９０の摩耗量を低減して砥石寿命を延ばすことができ、且つ過度な研削によるワーク１８０の廃棄ロスを削減することできる。これにより、製造コストの低減を図ることが可能となる。

【0041】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【産業上の利用可能性】

【0042】

本発明は、歯車形状のワークを回転砥石によって研削する歯車研削盤に利用することができる。

【符号の説明】

【0043】

１００…歯車研削盤、１１０…ワーク保持部、１２０…工具保持部、１３０…制御装置、１３２…ＮＣ装置、１３４…演算装置、１８０…ワーク、１８２…歯溝、１９０…回転砥石、１９２…刃

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】