JP2009023010A - 歯車歯面仕上加工工具 - Google Patents

Abstract

【課題】表面硬化処理された歯車歯面の仕上加工において、仕上加工精度の向上及び工具コストの低減が期待できる歯車歯面仕上加工工具を提供する。
【解決手段】工具母材１１の先端部２１に工具刃４１の先端部側接合面４５Ａをロウ付けする先端部側取付面３５Ａ及び先端部側後面４２Ａに当接する先端部側後面支持面３２Ａを有して延在する溝状の工具刃取付部３１を備える。切削に伴って刃部に付加される切削荷重が、工具刃取付部３１の先端部側後面支持面３２Ａによって強固に受け止められ、刃部４１Ａの先端部側接合面４５Ａを先端部側取付面３５Ａにロウ付けする接合部５１の変形が大幅に減少し、工具刃４１の支持剛性が確保されて加工工具１０の変形量が低減されて仕上げ加工精度が大幅に向上して高品質の歯車が得られる。
【選択図】図２

Description

本発明は、歯車歯面仕上加工工具に関し、特に高硬度に表面硬化処理された歯車歯面の仕上加工に用いられる歯車歯面仕上加工工具に関する。

歯車、例えば、曲がり傘歯車を成形する一般的な方法としては、丸棒鋼より素材を切断した後に切削加工または熱間、冷間鍛造によって歯車形状の歯車素材を作成し、曲がり傘歯車歯切盤によりリング状の正面ホブカッタを回転して歯車素材に歯切加工を行い、歯切加工後に歯面を硬化する熱処理、すなわち表面硬化処理がなされる。更に、この表面硬化処理後に砥石による歯面の研磨仕上加工が行われる。

ところが、表面硬化処理により硬化された歯面の研磨仕上加工には多くの作業時間と加工コストを要する。ここで、加工効率に優れた切削仕上げとして加工工具に高硬度で耐摩耗性に優れたｃＢＮ（立方晶窒化硼素）等の材料を用いた正面ホブカッタにより歯面を切削するスカイビング方法がある。

この種の特許文献１による仕上加工用の正面ホブカッタを図８及び図９を参照して説明する。図８は正面ホブカッタ１０１の斜視図、図９は図８のＩＩ−ＩＩ線断面図である。正面ホブカッタ１０１は、上面１０３、底面１０４及び側面１０５を有する円板状のホブカッタ本体１０２を有し、ホブカッタ本体１０２の周縁付近に上面１０３からホブカッタ本体１０２の内側に向かって延びる複数の溝穴１０６が形成される。

各溝穴１０６は、ｃＢＮ等の材料からなる加工工具１１０を受容するように形成され、加工工具１１０は先端部が上面１０３から突出した状態で楔式クランプアッセンブリ１１１によって溝穴１０６内の適切な位置に固定される。

このように構成された正面ホブカッタ１０１は、歯切加工と同様に傘歯車仕上盤により回転して、表面硬化処理された歯車素材の歯面を切削して仕上げ加工する。

この特許文献１の正面ホブカッタ１０１によると、高硬度で耐摩耗性に優れるｃＢＮ等の材料からなる加工工具１１０を使用することにより、表面硬化処理により硬化された歯面を切削仕上げすることが可能になり、作業時間の短縮が可能になる。

しかし、各加工工具１１０が高価なｃＢＮ等の材料によって形成されることから、ホブカッタ本体１０２に多くの加工工具１１０を装着して形成された仕上加工用の正面ホブカッタ１０１は極めて高価であり、工具コストの増大を招くことが懸念される。

これらの対策として安価な加工工具がある。この加工工具を図１０乃至図１４を参照して説明する。

図１０はホブカッタ本体の溝穴に取り付けられる加工工具１２０の斜視図、図１１は図１０のＤ部拡大図、図１２は図１１のＥ矢視図、図１３は図１１のＦ矢視図、図１４は図１０のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。

加工工具１２０は、超硬合金からなる棒状の工具母材１２１と、工具母材１２１の先端部にロウ付けされたｃＢＮによってブロック状に形成された工具刃１４１を備える。

工具母材１２１は、ホブカッタ本体に取り付けられる正面１２３、背面１２４、両側面１２５、１２６を有する矩形棒状に形成された工具本体部１２２と、工具本体部１２２の先端に一体に連続形成される先端部１３０を有している。

先端部１３０は、工具本体部１２２の各側面１２５、１２６の先端縁１２５ａ、１２６ａに連続形成されて先端方向に移行するに従って漸次互いに接近する先端部側面１３１、１３２を有し、かつ工具本体部１２２の背面１２４に面一で連続する先端部背面１３４及び正面１２３に連続して先端部背面１３４側に屈曲する段部１４０ａ及び段部１４０ａの縁部から先端側に屈曲して延在する平面状の取付面１４０ｂを備えた断面Ｌ字状に切欠形成された工具刃取付部１４０が凹設される。先端部側面１３１、１３２、先端部背面１３４及び取付面１４０ｂの先端縁は矩形の先端面１３５に連続している。

一方、工具刃１４１は、先端部１３０に凹設する工具刃取付部１４０に嵌合し、外周輪郭が、段部１４０ａ、両先端部側面１３１、１３２の端縁、先端面１３５の端縁に倣った先細の台形の接合面１４２及び刃面１４３を有し、逃げ面１４４、側端面１４５、基端面１４６、先端面１４７を備えたブロック状に形成される。刃面１４３に逃げ面１４４との縁部に沿って切刃１４８が形成される。

このように形成された工具刃１４１は、その基端面１４６が段部１４０ａに対向した状態で接合面１４２が取付面１４０ｂに例えば銀ロウによってロウ付けされて工具母材１２１の先端部１３０に取り付けられる。なお、図中１４６は銀ロウによる接合部を示す。

図１３における矢印Ｐは、切削時において工具刃１４１の切刃１４８に作用する切削荷重を示す。この切刃１４８に付加される切削荷重Ｐの切削荷重方向は、歯面１４３対して角度θを有し、工具刃１４１の接合面１４２を取付面１４０ｂに沿って移動させる剪断方向及び取付面１４０ｂに押圧する圧接方向に作用する。

特表２００５−５０１７５５

図１０乃至図１４に示す加工工具１２０によると、ブロック状に形成された工具刃１４１を工具母材１２１の先端部１３０に形成した工具刃取付部１４０にロウ付けして構成することから、高価なｃＢＮからなる工具刃１４１が比較的小さく形成され、加工工具１２０が比較的安価に形成されて工具コストを低減することができる。

しかし、工具母材１２１の先端部１３０に形成される工具刃取付部１４０の取付面１４０ｂに工具刃１４１にロウ付けして加工工具１２０を形成することから、切削加工時における工具刃１４１の支持剛性は接合部１４６の物性に大きく影響される。特に高硬度なｃＢＮによって形成される工具刃１４１や超硬合金によって形成される工具母材１２１に比較して接合部１４６の銀ロウは柔らかく、切削加工時の切削抵抗に起因する接合部１４６の変形に伴う加工工具１２０の変形は仕上加工精度の悪化を招く要因となる。

また、工具母材１２１の先端部１３０に取り付けられる工具刃１４１が摩耗した後は、工具刃１４１のドレス（刃立てのための研削）が困難で新たな工具刃１４１と交換しなければならず、その工具刃１４１を工具母材１２１にロウ付けする厄介な作業が必要となり、工具コストの増加を誘発することが懸念される。

従って、かかる点に鑑みなされた本発明の目的は、表面硬化処理された歯車歯面の仕上加工において、仕上加工精度の向上が得られかつ工具コストの低減が期待できる歯車歯面仕上加工工具を提供することにある。

上記目的を達成する請求項１に記載の歯車歯面仕上加工工具は、正面、背面、上記正面と背面の両端縁の間に形成される両側面を有して軸方向に延在する工具本体部及び該工具本体部の先端に軸方向に延在する取付面を備えた先端部が一体形成された工具母材と、上記取付面にロウ付けされる接合面、該接合面と平行な刃面、上記接合面の前端縁と刃面の前端縁との間に形成される逃げ面、上記接合面の後端縁と刃面の後端縁との間に形成される後面を有して軸方向に延在する断面矩形の刃部を有し、上記工具母材より高硬度の工具刃とを備えた歯車歯面仕上加工工具において、上記工具母材の先端部に上記刃部の接合面をロウ付けする取付面及び刃部の後面に当接する後面支持面を有して軸方向に延在する溝状の工具刃取付部を備えたことを特徴とする。

この発明によると、切削加工に伴って刃部に付与される切削荷重が、主に刃部の後面が当接する工具刃取付部の後面支持面によって強固に受け止められ、刃部の接合面を取付面にロウ付けする比較的柔らかい銀ロウ等による接合部の変形が大幅に減少し、工具刃の支持剛性が確保されて加工工具の変形が低減して歯面の仕上加工精度が大幅に向上し、高品質の歯車歯面仕上加工が得られる。

また、繰り返される切削加工で工具刃の刃部が摩耗した際には、工具刃を取り付けた状態で再刃研、すなわちドレスすることによって新たな切刃を再生することができ、繰り返し加工工具を使用することが可能になり工具コストの低減が期待できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１の歯車歯面仕上加工工具において、上記工具刃は、上記刃部の接合面、刃面、逃げ面、後面にそれぞれ連続して軸方向に延在する接合面、刃面、前面、後面を備えて上記刃部に連続形成される工具刃本体部を有し、上記工具刃取付部は、上記先端部の取付面に連続して工具本体部に形成されて上記工具刃本体部の接合面をロウ付けする工具本体部側取付面、先端部の後面支持面に連続して工具本体部に形成されて上記工具刃本体部の後面に当接する工具本体部側後面支持面及び工具本体部に形成されて上記工具刃本体部の前面に当接する前面支持面を有する溝状の工具本体部側取付部を備えたことを特徴とする。

この発明によると、切削に伴って刃部に付加される切削荷重が工具刃本体部を介して工具本体部の広範囲に分散されて広く受け止められて工具刃の支持剛性が確保されて加工工具の変形量が低減されて歯面の仕上げ加工精度が大幅に向上して高品質の歯車が得られる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２の歯車歯面仕上加工工具において、上記工具刃は、ｃＢＮにより形成されたことを特徴とする。この発明は、工具刃の具体的材料であるｃＢＮを例示するものである。

本発明によると切削に伴って刃部に付加される切削荷重が工具刃取付部の後面支持面によって強固に受け止められ、工具刃の支持剛性が確保されて加工工具の変形量が低減されて歯面の仕上げ加工精度が大幅に向上して高品質の歯車が得られる。

また、繰り返される切削加工で工具刃の刃部が摩耗した際には、工具刃を取り付けた状態で再刃研することによって新たな切刃を再生することができ、繰り返し加工工具を使用することが可能になり工具コストの低減が期待できる。

本発明の歯車歯面仕上加工工具の実施の形態を図１乃至図７を参照して説明する。

図１はホブカッタ本体の溝穴に取り付けられる加工工具１０の要部斜視図、図２は図１のＡ部拡大図、図３は図２のＢ矢視図、図４は図２のＣ矢視図、図５は図１のＩ−Ｉ線断面図、図６は加工工具１０の分解斜視図である。

加工工具１０は、超硬合金からなり軸方向に延在する棒状の工具母材１１と、工具母材１１にロウ付けされた工具母材１１より高硬度の材料、例えばｃＢＮによる工具刃４１を備えている。

工具母材１１は、一体形成された工具本体部１２と工具本体部１２の先端に延設された先端部２１を有し、工具本体部１２はホブカッタ本体の溝穴に嵌入して支持されるシャンク部１３及び先端接続部１４を有している。

シャンク部１３、先端接続部１４、先端部２１は、平面状で連続する共通の正面１５及び背面１６を有すると共に、シャンク部１３は正面１５と背面１６の前端縁間及び後端縁間に連続して形成されるシャンク側面１７、１８を有する断面矩形で軸方向に延在している。先端接続部１４は、正面１５と背面１６の端縁間に連続するシャンク側面１７及び１８の先端側に連続形成されて先端側に移行するに従って漸次互いに接近する接続部側面１９、２０を有する断面矩形に形成される。

先端部２１は、正面１５と背面１６の前端縁間及び後端縁間に連続して形成されると共に先端接続部１４の接続部側面１９、２０の先端縁に接続部１９ａ、２０ａを介して連続形成されて先端方向に移行するに従って漸次互いに接近する先端部側面２２、２３を有する断面矩形であって、接続部側面１９と２０の挟角に対し先端部側面２２と２３の挟角が小さく設定される。更に、正面１５、背面１６、及び先端部側面２２、２３の各先端縁は矩形の先端面２５に連続する。

このように形成された棒状の工具母材１１には、先端面２５及び先端部側面２２に先端が開口し、かつ軸方向に沿って先端部２１から先端接続部１４を介してシャンク部１３に達する正面１５に開口する溝状の工具刃取付部３１が凹設される。この工具刃取付部３１は、正面１５の幅方向中央部に沿って正面１５と直交して軸方向に延在する後面支持面３２と、先端部側面２２と接続部側面１９の接続部１９ａから軸方向に沿って延在すると共に正面１５と直交して後面支持面３２と対向する前面支持面３３と、後面支持面３２及び前面支持面３３の基端側を連結する平坦な基端面３４と、後面支持面３２の奥端縁と前面支持面３３の奥端縁との間に連続する平面状の取付面３５とを備えている。後面支持面３２は先端部２１内に形成される先端部側後面支持面３２Ａと工具本体部１２内に形成される工具本体部側後面支持面３２Ｂが連続し、取付面３５は先端部２１内に形成される先端部側取付面３５Ａと工具本体部１２内に形成される工具本体部側取付面３５Ｂが連続して形成される。

一方、ｃＢＮからなる工具刃４１は、切刃５０を有して先端部２１内における工具刃取付部３１の先端部側取付部３１Ａに配設される刃部４１Ａと工具本体部１２内における工具刃取付部３１の工具本体部側取付部３１Ｂに配置される工具刃本体部４１Ｂが一体形成されたブロック状に形成される。

工具刃４１は、工具刃取付部３１の後面支持面３２の先端部側後面支持面３２Ａ及び工具本体部側後面支持面３２Ｂにそれぞれ対向して当接する先端部側後面４２Ａ及び工具本体部側後面４２Ｂを有する後面４２、前面支持面３３と対向して当接する前面４３、基端面３４と対向して当接する基端面４４、取付面３５の先端部側取付面３５Ａ及び工具本体部側取付面３５Ｂにそれぞれ対向する先端部側接合面４５Ａ及び工具本体部側接合面４５Ｂを有する接合面４５、接合面４５と平行な刃面４６を備えたブロック状であって、更に先端部側面２２と面一でかつ刃面４６の前端縁と接合面４５の前端縁との間に連続して形成される逃げ面４７及び先端面２５と面一に形成される先端面４９を備えている。刃面４６に逃げ面４７との縁部に沿って切刃５０が形成される。

工具刃４１は、工具母材１１に凹設された工具刃取付部３１の後面支持面３２、前面支持面３３、基端面３４にそれぞれ後面４２、前面４３、基端面４４がそれぞれ接面して工具刃取付部３１に嵌合した状態で、取付面３５が接合面４５に例えば銀ロウによってロウ付けされて工具母材１１に取り付けられる。なお、図中５１は銀ロウによる接合部を示す。

このように構成された加工工具１０は、切刃５０を備えた工具刃４１の刃部４１Ａが工具母材１１の先端部２１内で先端部側取付部３１Ａにおける先端部側取付面３５Ａ及び本体部側後面支持面３２Ａによって強固に支持され、刃部４１Ａから延接された工具刃本体部４１Ｂが工具本体部１２内で工具本体部側取付部３１Ｂにおける工具本体部側取付面３５Ｂ及び工具本体部側後面支持面３２Ｂと前面支持面３３によって強固に支持される。

工具母材１１に取り付けられた工具刃４１は、刃面４６が工具母材１１の正面１５と面一に位置決めされ、逃げ面４７及び先端面４９が先端部２１の先端部側面２２及び先端面２５と面一に位置決めされる。あるいは工具母材１１の工具刃取付部３１に工具刃４１を取り付けた状態で先端部２１の先端部側面２２と逃げ面４７を面一に研磨し、先端面２５と先端面４９を面一に研磨する。

このように構成された加工工具１０は、工具本体１２のシャンク部１３が図３に仮想線で示すホブカッタ本体６１の各溝穴６２にそれぞれ嵌入して先端接続部１４及び先端部２１が突出した状態でホブカッタ本体５１に装着し、正面１５、背面１６、両シャンク側面１７、１８の４面から拘束した状態でホブカッタ本体６１に固定される。そして、ホブカッタ本体６１に加工工具１０が取り付けられた正面ホブカッタは、傘歯車仕上盤により回転して、表面硬化処理された歯車素材の歯面を切削して仕上げ加工する。

図４における矢印Ｐは、切削時において工具刃４１の切刃５０に作用する切削荷重を示す。この切刃５０に付加される切削荷重Ｐの切削荷重方向は、歯面４６、即ちすくい面に対して角度θを有し、工具刃４１の接合面４５を先端部側取付部３１Ａにおいて取付面３５に沿って移動させる剪断方向及び取付面３５に押圧する圧接方向に作用する。

ここで、工具刃４１は工具母材１１に先端部２１から先端接続部１４を介してシャンク部１３に亘って正面１５に凹設された溝状の工具刃取付部３１に嵌合してロウ付けされ、工具刃４１は切刃５０を備えた刃部４１Ａが工具母材１１の先端部２１内で先端部側取付部３１Ａにおいて取付面３５及び後面支持面３２によって支持され、刃部４１Ａから延設された工具刃本体部４１Ｂが工具本体部１２内で工具本体部側取付部３１Ｂにおいて工具本体部側取付面３５Ｂ及び工具本体部側後面支持面３２Ｂと前面支持面３３によって支持される。

従って、切削に伴い刃部４１Ａの切刃５０に付加される、接合面４５を取付面３５に沿って移動させる剪断方向の切削荷重は、主に刃部４１Ａの先端部側後面４２Ａが当接する工具刃取付部３１の先端部側後面支持面３２Ａによって強固に受け止められ、かつ工具刃本体部４１Ｂを介して工具本体部側取付部３１Ｂの工具本体部側後面支持面３２Ｂや前面支持面３３に分散されて広く受け止められる。一方、刃部４１Ａを取付面３５に押圧する圧接方向の切削荷重は、主に刃部４１Ａの先端部側接合面４５Ａが当接する工具刃取付部３１の先端部側取付面３５Ａによって受け止め、かつ工具刃本体部４１Ｂを介して工具刃取付部３１の工具本体部側取付面３５Ｂや前面４３、前面支持面３３により受け止められて、工具本体部１２を介してホブカッタ本体６１に受け止められる。

これにより切削に伴う接合部５１に付加される切削荷重は主に取付面３５を押圧する圧接方向の切削荷重のみとなり且つ広く分散されることから、銀ロウ等によって形成される接合部５１の変形が大幅に減少すると共に工具刃４１が工具取付部３１によって強固に支持されて工具刃４１の支持剛性が確保されて加工工具１０の変形量が低減されて歯面の仕上げ加工精度が大幅に向上して高品質の曲がり傘歯車が得られる。

また、繰り返される切削加工で工具刃４１の刃部４１Ａ、特に切刃５０が摩耗した際には、工具刃取付部３１に工具刃４１を取り付けた状態で先端部２１の先端部側面２２と逃げ面４７を再刃研、すなわちドレスすることによって新たな切刃５０を再生することができ、繰り返し加工工具１０を使用することが可能になり、かつ工具刃４１の幅の削減に伴って高価なｃＢＮによる工具刃４１の小型化と相俟って工具コストの低減が期待できる。また、再刃研にあたり初期の先端部２１の形状に倣って先端部側面２２と逃げ面４７を含み先端面４９、先端部側面２３、接続部側面１９、２０を研削することによって加工工具１０の先端部分形状を初期の形状に維持できる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、種々変更可能である。例えば上記実施の形態では工具刃４１をｃＢＮにより形成したが、工具母材より高硬度なセラミックやサーメットによって形成することもできる。

本実施の形態における加工工具１０と図１０乃至図１４に示す従来の加工工具１２０に対する切削抵抗による工具形状の変形を下記条件下でシミュレーションし、比較評価した。

切削荷重：一定
荷重付加部位：刃部
切削荷重方向：歯面に対して０°〜９０°

このシミュレーションによる従来の加工工具１２０に対する本実施の形態による加工工具１０の切刃の変位低減率を図７に示す。

この結果、従来の加工工具１２０に対する本実施の形態による加工工具１０の切刃の変形は、歯面に対する切削荷重方向の変化に拘わらず低減され、最小で４％の低減率が得られ、最大で１２％の低減率が得られた。

実施の形態における加工工具の要部斜視図である。 図１のＡ部拡大図である。 図２のＢ矢視図である。 図２のＣ矢視図である。 図２のＩ−Ｉ線断面図である。 加工工具の分解斜視図である。 シミュレーションによる従来の加工工具に対する本実施の形態による加工工具の切刃の変位低減率を示す図である。 従来例に係り、正面ホブカッタの斜視図である。 図８のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 従来の加工工具の斜視図である。 図１０のＤ部拡大図である。 図１１のＥ矢視図である。 図１１のＦ矢視図である。 図１０のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。

符号の説明

１０ 加工工具
１１ 工具母材
１２ 工具本体部
１３ シャンク部
１４ 先端接続部
１５ 正面
１６ 背面
１７、１８ シャンク側面
１９、２０ 接続部側面
１９ａ、２０ａ 接続部
２１ 先端部
２２、２３ 先端部側面
２５ 先端面
３１ 工具刃取付部
３１Ａ 先端部側取付部
３１Ｂ 工具本体部側取付部
３２ 後面支持面
３２Ａ 先端部側後面支持面
３２Ｂ 工具本体部側後面支持面
３３ 前面支持面
３４ 基端面
３５ 取付面
３５Ａ 先端部側取付面
３５Ｂ 工具本体部側取付面
４１ 工具刃
４１Ａ 刃部
４１Ｂ 工具刃本体部
４２ 後面
４２Ａ 先端部側後面
４２Ｂ 工具本体部側後面
４３ 前面
４４ 基端面
４５ 接合面
４５Ａ 先端部側接合面
４５Ｂ 工具本体部側接合面
４６ 刃面
４７ 逃げ面
４９ 先端面
５０ 切刃
５１ 接合部

Claims (3)

1. 正面、背面、上記正面と背面の両端縁の間に形成される両側面を有して軸方向に延在する工具本体部及び該工具本体部の先端に軸方向に延在する取付面を備えた先端部が一体形成された工具母材と、
   上記取付面にロウ付けされる接合面、該接合面と平行な刃面、上記接合面の前端縁と刃面の前端縁との間に形成される逃げ面、上記接合面の後端縁と刃面の後端縁との間に形成される後面を有して軸方向に延在する断面矩形の刃部を有し、上記工具母材より高硬度の工具刃とを備えた歯車歯面仕上加工工具において、
   上記工具母材の先端部に上記刃部の接合面をロウ付けする取付面及び刃部の後面に当接する後面支持面を有して軸方向に延在する溝状の工具刃取付部を備えたことを特徴とする歯車歯面仕上加工工具。
2. 上記工具刃は、
   上記刃部の接合面、刃面、逃げ面、後面にそれぞれ連続して軸方向に延在する接合面、刃面、前面、後面を備えて上記刃部に連続形成される工具刃本体部を有し、
   上記工具刃取付部は、
   上記先端部の取付面に連続して工具本体部に形成されて上記工具刃本体部の接合面をロウ付けする工具本体部側取付面、先端部の後面支持面に連続して工具本体部に形成されて上記工具刃本体部の後面に当接する工具本体部側後面支持面及び工具本体部に形成されて上記工具刃本体部の前面に当接する前面支持面を有する溝状の工具本体部側取付部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の歯車歯面仕上加工工具。
3. 上記工具刃は、ｃＢＮにより形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の歯車歯面仕上加工工具。

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