JP4957985B2 - 心なし歯車ラッピング盤 - Google Patents

Description

本発明は、中心軸を固定しない被加工歯車と、それを挟み込む２個のラップ工具歯車及び被加工歯車の脱落防止と送りの安定をもたらす案内歯車からなる心なし歯車ラッピング方法に関する。

歯車のラッピング加工には、特定の２個の歯車対を噛み合わせ、ラップ液を供給しながら回転させて両者の歯車の歯面を仕上げる方法と、被加工歯車にラップ工具歯車を噛み合わせてラップ液を供給しながら回転させ、被加工歯車の歯面のみを仕上げるものとがあるが、本発明は後者に属し、相手歯車を特定しない汎用の平歯車とはすば歯車を対象とする仕上げ法であり、被加工歯車とラップ歯車の噛み合い点に、ラップ砥粒とラップ油を混合したラップ液を供給しながら歯車列を回転させ、歯面粗さ、歯形精度などの歯車精度を高めることを基本とする。

前記ラッピングにおいて、相手歯車を特定しない後者のラッピング方法は汎用性が高く、加工時間が短いため、大量生産に適するが、正味加工時間に対して、被加工歯車の取り付けと取り外しに多くの時間を要し、これが生産能率の向上を大きく阻害するという問題があった。

また、前記の相手歯車を特定しない従来のラッピング方法では、ラップ駆動歯車の一方向回転に対して、被加工歯車の片歯面のみが加工されるため、他方の歯面を加工しようとすれば被加工歯車を逆向きに取り付け替えるか、またはラップ歯車を逆方向に回転させなければならないという問題があった。

はすば歯車はねじ歯車の一種であるため、回転により被加工歯車に軸方向の推力が働き、被加工歯車を軸に固定しない心なしラッピングではラップ歯車の回転により、被加工歯車が軸方向に飛び出す問題がある。

被加工歯車の取り付けと取り外しの手間を短縮する方法として、被加工歯車を軸に固定しない心なしラッピング方法が有効で、被加工歯車の取り付け、取り外しのためにスパナ等の工具を必要とせず、容易に被加工歯車の交換ができるため、交換時間の大幅な短縮が可能で、取り付け取り外しの自動化も極めて容易である。

被加工歯車を二個のラップ歯車で挟んで噛み合わせ、一方のラップ歯車を駆動し、他方のラップ歯車にブレーキをかけて加工負荷を与えれば、駆動ラップ歯車とブレーキラップ歯車のそれぞれにより、被加工歯車の片歯面ずつが加工されるため、一度に両歯面の加工ができ、正味加工時間が半減する。

被加工歯車とラップ歯車に歯すじ方向のすべり運動を与えて、被加工歯車の歯形全体の除去量を均一化するために、被加工歯車が平歯車の場合は、二個のラップ歯車はともに同じ向きで適当な大きさのねじれ角を有するはすば歯車を用い、被加工歯車がはすば歯車の場合は、そのねじれ角に応じて、二個のラップ歯車は平歯車かもしくは被加工歯車と同じねじれ方向で適当な大きさのねじれ角を有するはすば歯車を用い、被加工歯車とラップ歯車は両者のねじれ角の和に相当する角度だけ交叉させて噛み合わせるが、案内歯車については被加工歯車が平歯車の場合は平歯車を、被加工歯車がはすば歯車の場合は同じ大きさのねじれ角を持つ逆方向ねじれのはすば歯車を用いるため、案内歯車軸はいずれの場合も被加工歯車軸と平行に位置する。

上記に示す、はすば歯車の回転により発生する被加工歯車の軸方向推力に対し、内部に回転円板を有するコの字型被加工歯車保持装置を設け、送り速度を制御するもので、コの字型被加工歯車保持装置の採用により、推力のいずれの方向にも対しても対応できる。また当該回転円板は僅かな隙間で、被加工歯車の広い側面を支えて保持するため、軸に固定していない被加工歯車の傾きをよく抑え、これが加工精度の向上をもたらす。

本発明の目的は、以下に示す手段により達成される。

（１）２個のラップ歯車の間に被加工歯車を挟み込んで噛み合わせれば、被加工歯車を軸に固定せずに回転させることができ、噛み合い点に砥粒とラップ油を混合したラップ液を供給することにより、被加工歯車を軸に固定することのない、心なしラッピングが実現できる。

（２）上記歯車列において、一方のラップ歯車に回転を与えて駆動し、他方のラップ歯車にブレーキをかけて加工負荷を与えれば、それぞれのラップ歯車で被加工歯車の片歯面ずつが加工され、一度に両歯面を仕上げることができる。

（３）被加工歯車が平歯車のときは、２個のラップ歯車として適当な大きさで向きが同じねじれ角を有するはすば歯車を用い、被加工歯車がはすば歯車のときは、そのねじれ角の大きさにより、平歯車かもしくは被加工歯車と同じ向きの適当な大きさのねじれ角を有するはすば歯車を用いれば、被加工歯車歯面との間に軸方向のすべり運動が生じ、歯面全体の均一な加工が実現できる。

（４）軸に固定しない被加工歯車を、２個のラップ歯車で挟み込んで噛み合わ、駆動ラップ歯車を回転させると、回転力により被加工歯車が軸直角方向に飛び出すため、飛び出そうとする側に案内歯車を設けて、被加工歯車の脱落防止を行うが、案内歯車は、被加工歯車が平歯車のときは平歯車を、はすば歯車のときは同じ大きさで逆方向ねじれ角を持つはすば歯車を用いる。

（５）はすば歯車は、回転を与えるとそのねじれにより軸方向に推力が発生し、被加工歯車を軸に固定しない心なしラッピングでは被加工歯車が軸方向に飛び出そうとするので、内部に２個の回転円板を有するコの字型被加工歯車保持装置を持つ送り装置により速度制御をすれば、所要の送り速度を得ることができ、また前記２個の回転円板の間に被加工歯車を極めてわずかな隙間を与えて支えることにより、軸に固定されない被加工歯車の傾きを防止でき、高精度加工が実現できる。

以上説明した本発明によれば、請求項ごとに以下のような効果が得られる。

請求項１記載の本発明によれば、２個のラップ歯車と１個の案内歯車で被加工歯車を挟み込んで噛み合わせて回転させ、噛み合い点に微小砥粒と油剤を混合したラップ液を供給すれば、被加工歯車を軸に固定しない心なしラッピングが実現でき、被加工歯車の取り付けと取り外しのために工具を必要とせず、短時間に容易に取り替えることができ、著しい生産能率の向上が実現できる。

請求項２記載の本発明によれば、被加工歯車に噛み合う２個のラップ歯車の一方を、電動機で回転を与える駆動軸に固定し、他方をブレーキ軸に固定し、適当なブレーキ力を与えれば、両歯面で同一の加工負荷を与えることができ、それぞれのラップ歯車が被加工歯車の片歯面ずつを加工するため、一度に両歯面が加工され、正味加工時間が半減できる。

請求項３記載の本発明によれば、コの字型被加工歯車保持装置内に設置された回転円板に極めてわずかな隙間を与えて被加工歯車を保持すれば、加工中の被加工歯車の傾きを抑えることができるため、歯すじ方向の加工精度を向上させることが可能であるばかりでなく、ラップ歯車もしくは被加工歯車のねじれ方向により生じる軸方向推力がいずれの方向の場合にも適用できる。

以下、添付した図面を参照して、本発明の一実施の形態を説明する。なお、以下の説明において、まず、平歯車もしくははすば歯車をラッピングするための心なしラッピング盤の概略について説明し、続いて、心なしラッピング盤を用いた平歯車もしくははすば歯車のラッピング方法について説明する。

以下、図１に示すラップ盤の組み立て図を用いてラップ盤の概略を説明し、図２から図６に示す各部の詳細図を用いてラッピング方法を説明する。

心なしラッピング盤の構成

図１は、本発明の心なしラッピング盤の概略構成を示す図面である。

ラッピングを施そうとする平歯車もしくははすば歯車である被加工歯車（１）を２個のラップ歯車（２）、（３）の間に挟み込んでそれぞれと噛み合わせれば、被加工歯車は軸に固定しない、いわゆる心なしで保持することができる。

被加工歯車（１）とラップ歯車（２）、（３）の噛み合いにおいて、歯形方向のみならず歯すじ方向にもすべり運動を与えてラッピング効果を歯形全体に及ぼすために、被加工歯車（１）が平歯車であれば、ラップ歯車（２）、（３）ははすば歯車を用い、被加工歯車（１）がはすば歯車であれば、ラップ歯車（２）、（３）は平歯車もしくは被加工歯車（１）と同一ねじれ方向で適当なねじれ角を有するはすば歯車を用いる。そのため、被加工歯車（１）の回転軸（心なしのため、仮想中心軸となる）に対して、ラップ歯車（２）、（３）の回転軸は両歯車のねじれ角の和に相当する角度だけ交叉することになる。

しかしそのままで、駆動側のラップ歯車（２）を回転させると、被加工歯車（１）は回転の方向により軸直角のいずれかの方向に押し出されようとする。そのため、被加工歯車（１）の飛び出し防止と送り運動の案内を行うための案内歯車（４）を設ける。

案内歯車（４）は、被加工歯車（１）が送り運動により軸方向に移動してもその噛み合い状態が変化しないように、被加工歯車（１）が平歯車のときは、案内歯車（４）も平歯車を用い、被加工歯車（１）がはすば歯車のときは、案内歯車（４）は被加工歯車（１）と同じ大きさのねじれ角をもつ逆ねじれのはすば歯車を用いる。なお、両ラップ歯車と案内歯車はナイロン樹脂等の柔らかい素材を用いると、あたりがソフトになり、被加工歯車歯面はより鏡面に仕上がるため、有利である。

はすば歯車は回転させると、歯のねじれ角に応じて軸方向に推力が作用するため、軸固定していない被加工歯車（１）は軸方向に押し出されようとする。そこで、図４に示すコの字型被加工歯車保持装置（６）の内部に設けた回転円板（７−１），（７−２）で、被加工歯車（１）の両側面をできるだけ広い範囲で支え、送り速度調整用電動機（８）により適当な速度で、被加工歯車（１）の歯幅に相当する長さだけ、送り方向切り替え装置（９）により往復運動させれば、被加工歯車（１）の歯幅全体を均等に仕上げ加工することができる。

ブレーキラップ歯車（３）の回転軸の他端には、図５に示す、加工負荷を与えるためのブレーキ装置（１０）が設けられ、適当な加工負荷を得るために、ブレーキ力をひずみゲージ（２１）と検出器（２２）で検出し、負荷調整用電動機（２３）と歯車列（２４）により自動的にブレーキパッド（２０）の締め付け力を調整する。

図６に示すように、駆動ラップ歯車（２）と被加工歯車（１）の噛み合い点、並びにブレーキラップ歯車（３）と被加工歯車（１）の噛み合い点のそれぞれに微小砥粒と油剤を混合したラップ液を、流量調整弁（２８−１），（２８−２）を用いて適当な流出量に調整して供給するラップ液供給管（２７−１），（２７−２）を有している。

心なしラッピング盤による加工法

図１と、図２から図６により、本発明の心なしラッピング盤の加工原理及び加工法を説明する。

図１に示す、変速可能な駆動用電動機（５）を回転させると、それに接続した駆動軸に固定した駆動ラップ歯車（２）が回転し、駆動ラップ歯車（２）には被加工歯車（１）が両歯車のねじれ角の和に相当する角度だけ軸が傾いて噛み合っており、さらに、被加工歯車（１）にはブレーキラップ歯車（３）が上記と同様の角度だけ傾いて噛み合っており、回転が伝達する（図２参照）。

ブレーキラップ歯車（３）が固定されているブレーキ軸の他端にはブレーキ（１０）が設けられ、ブレーキ力が調整できる（図５参照）。このブレーキ力により、駆動ラップ歯車（２）と被加工歯車（１）の歯面間、及びブレーキラップ歯車（３）と被加工歯車（１）の歯面間のそれぞれに同じ大きさの圧力が生じ、それがラッピング加工負荷となる（図３参照）。

駆動ラップ歯車（２）と被加工歯車（１）、及びブレーキラップ歯車（３）と被加工歯車（１）は、それぞれ両歯車のねじれ角の和だけ傾いて噛み合っているため、駆動ラップ歯車（２）を回転させると、歯形方向の噛み合いすべりに加えて、歯すじ方向にもすべりが生じ、これが加工運動となる。ここに図６に示すラップ液供給装置から適量のラップ液を供給すれば、研磨作用が発生する。

駆動ラップ歯車（２）の回転により、被加工歯車（１）は軸直角方向に押し出されようとする。そこで飛び出さないように支持するため、案内歯車（４）を設けている（図３参照）。案内歯車（４）は、被加工歯車（１）の歯幅全体をしっかり保持するため、被加工歯車（１）が平歯車の時は平歯車を、はすば歯車の時は被加工歯車（１）とは逆方向で、同じ大きさのねじれ角を有するはすば歯車を用いる。

はすば歯車の噛み合いでは軸方向に推力が発生する。その推力を支えて、適当な送り速度で被加工歯車（１）を軸方向に往復の送り運動を行わせる送り方向切り替え装置（９）を有している。送り量は被加工歯車（１）の歯幅全体を均等に加工するため、被加工歯車（１）の歯幅に同じ長さだけ往復運動させる必要がある。

平歯車とはすば歯車の噛み合い、あるいは同ねじれのはすば歯車どうしの噛み合いでは理論的に線接触となるため、駆動ラップ歯車（２）とブレーキラップ歯車（３）の歯面は非常に狭い領域が被加工歯車歯面と接触して噛み合い、ラッピングが遂行され、他の歯面は全く加工に関与しない。そのため両ラップ歯車（２）、（３）は歯幅の狭い範囲のみが損耗するため、両ラップ歯車（２）、（３）を軸方向に適当な量シフトして、両ラップ歯車（２）、（３）の歯幅全領域を有効に利用し、両ラップ歯車（２）、（３）の寿命を延ばすためのシフト機能を備えている。

被加工歯車（１）の歯面仕上げをより滑らかに仕上げたいとき、まず粗い砥粒を用いた荒ラッピングを行った後、細かい砥粒を用いた仕上げラッピングを行うが、この場合、粒度の異なる砥粒が混じり合うのを防止するため、駆動ラップ歯車（２）とブレーキラップ歯車（３）を仕上げ加工用のそれに交換するが、その際、はすば歯車のねじれ角を粗ラッピング時とは逆ねじれにして加工能率の向上を図る。それを実現するため、被加工歯車（１）に対する駆動ラップ歯車（２）とブレーキラップ歯車（３）が、粗ラッピング時とは逆方向に傾けられる。

コの字型被加工歯車保持装置（６）の２つの回転円板（７−１），（７−２）の間に被加工歯車（１）を軸直角方向から挿入するとき、被加工歯車（１）の歯先と駆動ラップ歯車（２）及びブレーキラップ歯車（３）の歯先どうしが干渉して、噛み合わないことがありうるため、被加工歯車（１）を挿入する際、駆動ラップ歯車（２）を低速で駆動しながらゆっくり挿入する（図４参照）。そのため駆動用電動機（５）は、被加工歯車（１）挿入時は低速で回転し、挿入完了後は高速回転でラッピングを行う可変回転機能を有している。

産業の利用可能性

本発明の心なし歯車ラッピング盤は、従来の相手歯車を特定した共擦り法とは異なり、相手歯車を特定しない汎用の平歯車及びはすば歯車のラッピング仕上げ盤であるため、その利用範囲はきわめて広い。

本機は、加工時間が数１０秒と短く、また浸炭焼き入れした超高硬度の歯車でも容易に加工ができ、加工された歯車はその耐久性が増加し、運転騒音が低減されるため、自動車産業などの多量生産現場での利用において最もその威力が発揮できる。

本機で加工した歯車の運転騒音低減効果を利用して、特に静粛性が要求される、ＯＡ機器に用いられる歯車減速機用ピニオン及び歯車の加工に利用してその効果が期待できる。

心なし歯車ラッピング盤の構成を示す概略図である。 被加工歯車、駆動ラップ歯車、ブレーキラップ歯車、案内歯車の位置関係と噛み合い状態を示す図である。 被加工歯車の歯面に及ぼす力（加工負荷）の方向を示す図である。 加工負荷を与えるブレーキ機構を示す図である。 コの字型被加工歯車保持装置を示す図である。 ラップ液供給装置を示す図である。

符号の説明

１：被加工歯車
２：駆動ラップ歯車
３：ブレーキラップ歯車
４：案内歯車
５：駆動用電動機
６：コの字型被加工歯車保持装置
７−１，７−２：回転円板
８：送り速度調整用電動機
９：送り方向切り替え装置
１０：ブレーキ装置
１１：駆動軸軸受
１２：ブレーキ軸軸受
１３−１，１３−２：案内歯車軸軸受
１４−１，１４−２：ブレーキ軸軸受
１５：駆動軸継ぎ手
１６：ブレーキ軸継ぎ手
１７：コラム幅調整ねじ
１８：コラム幅調整用ハンドル
１９−１：駆動軸支持コラム
１９−２：ブレーキ軸支持コラム
２０：ブレーキパッド
２１：ひずみゲージ
２２：ひずみ検出器
２３：負荷調整用電動機
２４：歯車列
２５：ラップ液タンク
２６：ラップ液攪拌機
２７−１，２７−２：ラップ液供給管
２８−１，２８−２：ラップ液流量調整弁

Claims (3)

1. 被加工歯車とラップ歯車との噛み合い点に微小砥粒と油剤を適当な割合で混合したラップ液を供給し、歯面を高精度に仕上げる歯車ラッピング装置において、軸に固定しない被加工歯車を、２個のラップ歯車と１個の案内歯車の合計３個の歯車の間に挟み込んで噛み合わせて加工するのを特徴とする心なしラッピング装置。
2. ２個のラップ歯車のうちの１個を駆動軸に固定して電動機等により回転を与え、当該ラップ歯車に噛み合う被加工歯車に回転を伝達し、さらに被加工歯車にかみ合うもう１個のラップ歯車に回転を伝達し、後者のラップ歯車軸にブレーキ装置を用いて加工負荷を与えることにより、被加工歯車の両歯面を一度に仕上げることができることを特徴とする請求項１に記載の歯車ラッピング装置。
3. 軸に固定していない被加工歯車は、２個のラップ歯車の間に設けたコの字型被加工歯車保持装置の中に軸直角方向から、歯合わせを必要とせず、また工具を用いることなく容易に取り付け、取り外しが出来ることを特徴とする請求項１または２に記載の歯車ラッピング装置。

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