特許 7065101 歯付き歯車、特に内歯部分を硬仕上げするための方法およびそれに好適な機械工具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-04-27

(45)【発行日】2022-05-11

(54)【発明の名称】歯付き歯車、特に内歯部分を硬仕上げするための方法およびそれに好適な機械工具

(51)【国際特許分類】

   B23F 5/02 20060101AFI20220428BHJP

   B23F 23/00 20060101ALI20220428BHJP

   B24D 7/18 20060101ALI20220428BHJP

【ＦＩ】

B23F5/02

B23F23/00

B24D7/18 D

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2019538252

(86)(22)【出願日】2017-11-17

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-02-06

(86)【国際出願番号】 EP2017001358

(87)【国際公開番号】W WO2018130260

(87)【国際公開日】2018-07-19

【審査請求日】2020-11-16

(31)【優先権主張番号】102017000260.6

(32)【優先日】2017-01-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】500120211

【氏名又は名称】グリーソン － プァウター マシネンファブリク ゲーエムベーハー

(74)【代理人】

【識別番号】110001243

【氏名又は名称】特許業務法人 谷・阿部特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】カール シェファーリン

(72)【発明者】

【氏名】ヨハネス ブローニ

【審査官】村上 哲

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１５／１８２２６４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１６／１１１１７２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】独国特許出願公開第０２６５４１７７（ＤＥ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｆ ５／０２

Ｂ２３Ｆ ２３／００

Ｂ２４Ｄ ７／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸（C）を有する、機械加工された歯付歯車の歯を硬仕上げするための方法であって、回転軸（Ｂ）の周りを回転する工具歯（４）を有する歯付き硬仕上げ工具（Ｗ）が、機械加工された歯付歯車の前記回転軸（Ｃ）と平行であり、かつゼロとは異なる軸交差角（Σ）にある、方向性構成要素を使用して、送り移動による異なる径方向切込み深さの１回のパスまたは複数回のパスにおいて、機械加工された歯付き歯車と転がり機械加工係合され、工具歯（４）を使用して、材料が機械加工された歯付歯車から除去され、
前記工具歯（４）は、軸方向に見て、３つの歯側面領域４ａ、４ｂ、４ｃに分割され
前記工具歯（４）の前記歯側面領域（４ａ）は前記機械加工された歯に近い前記硬仕上げ工具の端面（５）から前記硬仕上げ工具の前記回転軸に沿って、歯のトレース方向において増加する歯の厚さを有し、
前記工具歯（４）の前記歯側面領域（４ｂ）は歯の厚さが一定または減少し、前記歯のトレース方向において歯の厚さが増加する前記歯側面領域（４ａ）に隣接し、
前記工具歯（４）の前記歯側面領域（４ｃ）は歯の厚さが減少し、歯の厚さが増加する前記歯側面領域（４ａ）の後ろの遠隔端面に、前記送り方向において形成されている、方法。

【請求項2】

少なくとも開始点で歯の厚さが増加する前記歯側面領域（４ａ）が、歯の高さが増加する部分を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記歯側面領域の歯の厚さの差の半分（Δ／２）が１０％以下、特に、前記歯の厚さの差の半分以下、および／または前記歯の厚さの差の４０％以上、特に３０％以上の程度であるように、前記切込み深さが、２回のパス間で変更される、請求項１または請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記歯の厚さの差と、前記歯のトレース方向における歯の厚さが増加する前記歯側面領域（４ａ）の長さとの比が、少なくとも１／２００、好ましくは少なくとも１／１５０、さらに好ましくは少なくとも１／１００、特に最大１／２０、好ましくは最大１／３０、特に最大１／４０である、請求項１～３のいずれかに記載の方法。

【請求項5】

前記歯のトレース方向における歯の厚さが増加する前記歯側面領域（４ａ）の前記長さが、少なくとも１×ｍ、好ましくは少なくとも２×ｍ、より好ましくは少なくとも４×ｍ、特に少なくとも６×ｍであり、ｍが、前記工具歯（４）の基準寸法である、請求項１～４のいずれかに記載の方法。

【請求項6】

最後から２番目のパスに対する最後のパスにおける切込み深さの変化および／または送り速度が低減されている、請求項１～５のいずれかに記載の方法。

【請求項7】

［ｍｍ］で測定された前記工具歯の基準寸法ｍが、少なくとも０．４、好ましくは少なくとも０．７、特に少なくとも１、および／または最大で８、好ましくは最大で６、特に最大で４である、請求項１～６のいずれかに記載の方法。

【請求項8】

前記軸交差角が、少なくとも１°、好ましくは少なくとも２°、特に少なくとも３°であり、および／または最大で４５°、好ましくは最大で２２°、特に最大で１８°である、請求項１～７のいずれかに記載の方法。

【請求項9】

前記工具の速度が、少なくとも４０、好ましくは少なくとも４００、特に少なくとも８００、ｒｐｍ、および／または最大で７０００、好ましくは最大で５６００、特に最大で４８００、ｒｐｍである、請求項１～８のいずれかに記載の方法。

【請求項10】

少なくとも１回、特に複数回のパスにおけるワークピースの回転当たりの前記送り速度（ｍｍ）が、最大で０．２、好ましくは最大で０．１５、および／または少なくとも０．０１、好ましくは少なくとも０．０２、より好ましくは少なくとも０．０４、特に少なくとも０．０６である、請求項１～９のいずれかに記載の方法。

【請求項11】

前記機械加工された歯により近い前記端面に近い前記歯側面領域の少なくとも一部
分における研磨面が、歯の厚みが増加する前記歯側面領域（４ａ）の後ろに位置する部分とは異なる、特により粗い粒子の研磨コーティングを有するように設計されている、請求項１～１０のいずれかに記載の方法。

【請求項12】

増加のタイプが球形であり、特に、前記機械加工された歯により近い前記端面から前記歯のトレース方向にわたって曲率が減少する、請求項１～１１のいずれかに記載の方法。

【請求項13】

回転軸（C）を有する、機械加工された歯付歯車の歯を硬仕上げするための機械工具であって、回転可能なクランプ手段と、歯を有する硬仕上げ工具（Ｗ）用の回転駆動クランプ手段であって、前記機械加工された歯の前記回転軸に平行な方向性構成要素を使用して、前記送り移動を実装する前記ワークピースと前記工具との間の相対移動（Ｚ）に対して、前記ワークピースと前記工具との間の径方向送り移動（Ｘ）を実装するための移動軸、および前記工具軸と前記ワークピース軸との間のゼロとは異なる軸交差角を設定するための回転軸（Ａ）を有する、回転駆動クランプ手段と、請求項１～１２のいずれかに記載の方法を実行するために機械を制御する制御命令を含む制御手段と、を備える、機械工具。

【請求項14】

歯を備え、その回転軸（Ｂ）を中心に回転可能な硬仕上げ工具（Ｗ）であって、当該工具が、機械加工中に機械加工されている前記歯により近い端面から前記歯のトレース方向において増加する歯の厚さを有する研磨歯側面領域（４ａ）を備え、当該工具が、請求項１，２、４、５、７、１１および／または１２に記載の特徴的な部分に含まれる追加の特徴を特に備える、工具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、歯、特に内歯を硬仕上げするための方法、およびそのために設計された歯車カッターに関する。

【0002】

硬化後の硬仕上げによって歯がそれらの所定の目標端部形状にもたらされることが既知である。この場合、残っている余裕部は、研磨加工作業、例えば、研削加工によって除去される。プロファイル研削または生成研削は、既知の方法と称され得る。

【0003】

内歯の硬仕上げの場合、位相境界条件は、内歯によって既定されているので、すべての機械加工の代替案が利用可能であるというわけではなく、例えば、この条件は、より長い研削ウォームの使用を不可能にする。Ｔ．Ｂａｕｓｃｈの「Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ Ｚａｈｎｒａｄｆｅｒｔｉｇｕｎｇ」第３版では、プロファイル研削機を用いた内歯の研削が、５７９ページの図１５．５－１１（Ｂ）に示されている。上で説明したスペースの問題は、この図ではっきりと見て取ることができる。

【0004】

ＥＰ３０３４２２０（Ａ１）の導入部では、とりわけ、内歯を研削するための既知の方法としてのＤＥ１０ ２０１０／０２１７４９（Ａ１）、およびＷＯ２０１４／１９２６７２（Ａ１）が参照されている。ＥＰ３０３４２２０（Ａ１）の教示によれば、研削工具の歯を工具の歯の隙間に連続的に相対移動させることによって除去が行われ、その相対移動の速度は、ホブ剥離時および／またはホブ剥離時を超え、または３００ｍ／分を超え、特に４００ｍ／分を超え、極めて特に５００ｍ／分を超える。この場合、傾斜した軸が使用され、研削工具は、平歯車として設計することができ、逃げ角を提供するために歯先直径および歯根直径が歯幅にわたって減少することが可能であり、しかしながら、互いに対して回転軸を調整することによって代替的に達成され得る。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、特に硬仕上げ工具のより長い寿命に関して、冒頭に述べたタイプの硬仕上げ方法を改善することである。

【0006】

この問題は、歯、特に内歯を硬仕上げするための方法によって手順上解決され、当該方法は、その回転軸の周りを回転する歯付き硬仕上げ工具が、機械加工された歯の回転軸と平行であり、かつゼロとは異なる軸交差角にある、方向性構成要素を使用して、送り移動による異なる径方向切込み深さの１回のパスまたは複数回のパスにおいて、機械加工された歯付き歯車と転がり機械加工係合し、材料が、機械加工された歯に近い端面から歯のトレース方向に向かって増加する歯の厚さを有する工具歯の歯側面領域を使用して、機械加工された歯から除去されることにおいて実質的に特徴付けられる。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明による方法は、工具の軸方向に見てより広い領域が、硬仕上げプロセスの除去性能に寄与し、それが工具のより均一な磨耗、ひいてはより長い寿命につながるという効果を有する。

【0008】

特に好ましい実施形態において、少なくとも開始部において歯の厚さが増加する歯側面領域は、歯の高さが増加する部分を含む。これは、機械加工作業にとって好ましい幾何学的条件を作り出す。

【0009】

本方法のさらなる好ましい実施形態において、除去歯側面領域の歯の厚さの差の半分が１０％を超えないこと、特に、歯の厚さの差の半分より大きくないこと、および／または歯の厚さの差の４０％以上、特に３０％以上であるように、切込み深さが２回のパスの間で変更される。これは有利な操作条件を作り出し、それによって多数のパスを使用せずに完全に除去されるべき全余裕部の除去も達成することができる。

【0010】

有利とさらに考えられる実施形態では、歯の厚さの差と歯のトレース方向における歯の厚さが増加する除去歯側面領域の長さとの比が、少なくとも１／２００、好ましくは少なくとも１／１５０、さらに好ましくは少なくとも１／１００、特に最大１／２０、好ましくは最大１／３０、特に最大１／４０である。これにより、工具の寿命と硬仕上げに必要な時間との好ましい組み合わせが得られる。

【0011】

本方法のさらなる好ましい実施形態において、歯のトレース方向における歯の厚さが増加する除去歯側面領域の長さが、少なくとも１×ｍ、好ましくは少なくとも２×ｍ、より好ましくは少なくとも４×ｍ、特に少なくとも６×ｍであり、ｍは、工具歯の基準寸法である。これは、所望の長い工具寿命と機械加工作業における工具の動的剛性との良好な組み合わせを達成する。

【0012】

特に好ましい実施形態において、歯の厚さが一定または減少する歯側面領域が、歯側面方向において歯の厚さが増加する歯側面領域に隣接している。その結果、工具の安定性が増加し、平滑化動作が、対応する機械加工のパスにおいて達成される余裕部のレベルで達成され、この余裕部は、最終パスにおける最終形状を表す。

【0013】

さらに好ましい実施形態において、歯の厚さが減少する領域が、歯の厚さが増加する領域の後ろで、特に遠隔端面上に形成される。

【0014】

本方法の特に好ましい実施形態において、最後から２番目のパスに対する最後のパスにおいて、低減された切込み深さの変化および／または送り速度が使用される。これにより、研削工具を特別に設計された仕上げ工具と交換することなく仕上げ最終パスが可能になる。

【0015】

本方法は、特に、少なくとも０．４、好ましくは少なくとも０．７、特に少なくとも１、および／または最大で８、好ましくは最大で６、特に最大で４である、［ｍｍ］で測定された工具歯の基準寸法ｍについて好適であることが証明されている。

【0016】

軸形状に関しては、少なくとも１°、好ましくは少なくとも２°、特に少なくとも３°の軸交差角が特に好ましくは提供されるが、この角度は、好ましくは最大４５°、特に好ましくは最大２２°、特に最大１８°であるべきである。このようにして、機械加工作業に好適な運動条件が達成される。

【0017】

この場合、ワークピースの速度が、特に、少なくとも４０、好ましくは少なくとも４００、特に少なくとも８００ｒｐｍ、および／または最大で７，０００、好ましくは最大で５，６００、特に最大で４，８００ｒｐｍであり得る。これは、研削火傷の危険性を減少しながら許容可能な高い除去率のための良好な妥協案である。

【0018】

この文脈において、好ましくはまた、少なくとも１回、特に複数回のパスにおけるワークピースの回転当たりの送り速度（ｍｍ）が、最大で０．２、好ましくは最大で０．１５、および／または少なくとも０．０１、好ましくは少なくとも０．０２、より好ましくは少なくとも０．０４、特に少なくとも０．０６であることが提供される。

【0019】

工具表面の設計は均一でもよいが、しかしながら、好ましい実施形態では、研磨表面は、少なくとも機械加工された歯により近い端面近くの研磨歯側面領域の一部において、特に歯の厚さが増加する歯側面領域の後ろに位置する部分として、特に機械加工された歯により近い端面近くの粗い粒子の研磨コーティングの形態で設計される。したがって、異なる負荷の工具ゾーン上のコーティングは、機械加工作業において適切に調整され得る。

【0020】

歯の厚さおよび／または先端円直径の増加に対する増加の形状のタイプは、好ましくは球形であり、特に、機械加工された歯により近い端面から歯のトレース方向にわたって曲率が減少することが好ましい。これにより、工具の寿命と硬仕上げの品質の組み合わせの点で好ましい作業結果が得られる。

【0021】

装置に関して、本発明は、歯を硬仕上げするための機械工具であって、特に内歯を機械加工するために設けられた歯を有する工具用の回転可能なクランプ手段と、歯を有する硬仕上げ工具用の回転駆動クランプ手段であって、機械加工された歯の回転軸に平行な方向性構成要素を使用して、送り移動を実装するワークピースと工具との間の相対移動に対して、ワークピースと工具との間の径方向送り移動を実装するための移動軸、および工具軸とワークピース軸との間のゼロとは異なる軸交差角を設定するための回転軸を有する、回転駆動クランプ手段と、先述の方法態様のいずれかによる方法を実行するために機械を制御する制御命令を含む制御手段と、を備える、機械工具を提案する。

【0022】

そのような制御命令を含む制御プログラムも、それ自体で保護することができるものとして開示されている。

【0023】

本発明は、また、歯を備え、その回転軸を中心に回転可能な硬仕上げ工具であって、工具が、機械加工中に機械加工されている歯に近い端面から歯のトレース領域に増加する歯の厚さを有する研磨歯側面領域を備える工具を提案する。硬仕上げ工具はまた、方法の特許請求範囲を参照して上記で説明した特徴のうちの１つ以上を有することができる。

【0024】

本発明のさらなる詳細、特徴および利点は、添付の図面を参照して以下の説明において見出すことができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】工具とワークの斜視図である。

【図2】紙の面がそれぞれの回転軸上の共通の接合部（ｓｏｌｄｅｒ）の法線面であるという観点から見た工具およびワークピースを示す。

【図3】工具のみの斜視図である。

【図4】直歯工具の場合の歯厚プロファイルを示す。

【図5】工具の除去機構の簡略軸方向断面図である。

【図6】歯車カッター構成の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

図１は、内歯付きワークピース２と係合している外歯付き工具Ｗの斜視図である。ワークピース２の内歯３は、工具Ｗの歯４によって硬仕上げ研摩に供される。

【0027】

実施形態において、工具Ｗは、ｃＢＮコーティングされた螺旋歯付き工具であるが、しかしながら、直歯および／またはダイヤモンドコーティング歯車のような他の変形例も考えられる。

【0028】

さらに、ワークピース２の回転軸Ｃと工具ＷのＢとは互いに対して傾斜した位置にあり、図２からより明瞭に分かるように、互いに軸交差角Σを取り囲んでいることが分かる。機械加工は、各々の場合においてより深い径方向の送りと、この実施形態では工具２の回転軸Ｃと平行に走り、図１の図中の参照符号ｖを有する矢印で表される送り移動とを用いて、１つまたは好ましくは複数のステップで実行される。

【0029】

工具Ｗのみを示す図３からより明瞭に分かるように、工具Ｗの歯４は、軸方向に見て、各々異なる歯の設計を有する３つの領域４ａ、４ｂ、４ｃに分割されている。領域４ａでは、歯４の歯の厚さが、送り方向に関して前方の端面５から他の端面に向かって増加し、中央領域４ｂで一定であり、後方領域４ｃで再び減少する。この点でも先端円直径は同様のプロファイルを有し、具体的には領域４ａでは増加し、領域４ｂでは一定のままであり、領域４ｃでは減少する。

【0030】

この点で、領域４ａ、４ｂ、４ｃ内の歯の一様な形状からのずれは、非常に誇張されていることに留意されたい。実際の用途では、これらの違いは肉眼ではほとんど認識できないかもしれない。

【0031】

図４は、直歯付き工具Ｗ’のより簡単な説明のために、領域４ａ、４ｂ、４ｃにおける歯の厚さのプロファイルがさらに明瞭に見て取れる図である。図面は、歯４４を通る断面を示しており、その交差部分は、ピッチ円上にある。また、領域４ａと領域４ｂとの間の移行部に対する端面５上の歯の厚さが最も小さい領域との間の左および右側面上の各々の場合に、歯の厚さの差の半分Δ／２も示されている。

【0032】

さらに、図４は、具体的には王冠の形態の、増加する歯の厚さの好ましいタイプを示す。しかしながら、このタイプは、円錐形でもよいし、異なる王冠プロファイルを使用することもできる。

【0033】

除去機構は、図５の概略図を参照して以下に説明される。工具２の左側の領域Ｌは、例えば、歯３の所望の最終形状の余裕部を有する工具２の歯部３を表している（または工具Ｗの概略的に示された作業がｎ番目の硬仕上げのパスである場合、ｎ番目の硬仕上げ段階の前に）。しかしながら、図５の右側の側Ｒにおいて、余裕部状況は、示された硬仕上げパス（または示されたパスが最終機械加工パスである場合には、硬仕上げを使用して達成されるべき最終状態）の後のワークピース２上に示される。

【0034】

余裕部を変える機械加工作業は、実質的にワークピースＷの領域４ａによってもたらされることが分かる。しかしながら、中央領域４ｂは、主として平滑化効果を有し、機械加工接触は、領域４ｃ（逃げ区間）において除去される。

【0035】

図５に示されているように、傾斜と見なすことができる、粗い切断部分として作用しかつ増大した歯幅の領域４ａの除去可能性が完全に使用される場合、歯の厚みの半差Δ／２は、選択された機械軸設定（軸交差角Σ）（すなわち、関連する硬仕上げパス前とその後の間の余裕部）で達成することができる除去に対応する。除去性能は、端面５上の歯の縁によって維持される必要はなく、むしろ、それは傾斜の長さ（歯幅方向に見て）にわたって、すなわち増加する歯の厚さの領域４ａにわたって分布している。

【0036】

図６は、ワークピース側および工具側の機械軸を有する歯車カッター１００を概略ベースで示しており、このカッター上で硬仕上げ方法を実行することができる。

【0037】

内歯付きワークピース２は、それに好適なワークピーススピンドル４０内でワークピース側に保持され、駆動装置（図示せず）によってその回転軸Ｃの周りに回転可能に駆動することができる。工具Ｗは、ワークピーススピンドル５０上で工具側にクランプされている。工具スピンドル５０は、その直線移動軸が、工具の回転軸Ｂと平行に延び、回転キャリア８０上に配列される接線方向スライド６０上に配置される。回転キャリア８０は、交差スライドアセンブリ９０に取り付けられている。該配列は、移動軸Ｚ、Ｘを有し、移動軸Ｚは、ワークピーススピンドル軸Ｃと平行に延び、送り軸として使用することができ、一方、移動軸Ｘは、回転軸Ｃ，Ｂによって張られる平面上で垂直であり、径方向送り軸として機能する。軸交差角Σは、送り軸Ｘを中心とした回転による回転キャリアの機械回転軸Ａによって調整することができる。

【0038】

言うまでもなく、機械１００は、機械軸の移動を制御するために方法を制御するために必要な制御コマンドを含む制御手段９９を備える。これはＣＮＣ制御方式で、好ましくは機械軸用の直接駆動を使用して行われるが、間接駆動も考えられる。

【0039】

参照符号２２は、工具Ｗとワークピース２との間の相内ローリング機械加工作業について回転軸Ｂ、Ｃを同期させるために、クランプされたワークピース２の内歯３の角度位置をセンタリング操作で決定することができる別の旋回可能センタリングセンサを表す。

【0040】

特に肩部を有するワークピースの場合、ワークピースの歯がまだ歯の幅全体にわたって余裕部の減少を受けていなくても、径方向の戻り移動が特に最終の最も深いパスにおいて使用されることが好ましい。

【0041】

特定の実施形態として、９．５°の軸交差角およびワークピース１回転当たり０．０３ｍｍの送り速度を、例えば、硬仕上げパラメータとして７０個の歯および１．００ｍｍの基準寸法を有する内歯に使用することができ、全余裕部は、合計４回のパスにおいて除去され得る。しかしながら、これは単なる一例であり、他のパラメータが上記で説明された好ましい範囲に従って使用されてもよい。

【0042】

したがって、本発明は、上述の実施形態に限定されない。むしろ、上記の説明および下記の特許請求の範囲の特徴は、その異なる実施形態において本発明を実装するために、個々にまたは組み合わせて不可欠であり得る。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】