JP5217288B2 - ラッピング加工方法、ラッピング加工装置およびラッピング加工用歯車 - Google Patents

Description

本発明は、歯車の歯面を研磨するラッピング加工方法、ラッピング加工装置およびラッピング加工用歯車に関するものである。

近年、鋼製の被加工歯車にナイロン製の歯車を噛み合わせ、ラッピング剤であるラップコンパウンドを介在させながら回転させることにより被加工歯車の歯面を研磨し、歯面粗度を大幅に向上させるラッピング加工方法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、この方法では、ナイロン製の歯車の歯が撓み易いために、ラッピング加工において同時噛み合い歯数が変化する際にナイロン製の歯車の歯の撓み量が大きく変動し、加工される被加工歯車の歯面形状に不具合を生じさせる虞がある。
特開２０００−３４３３２８号公報

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、被加工歯車の歯面形状の不具合を低減させるラッピング加工方法、ラッピング加工装置およびラッピング加工用歯車を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明に係るラッピング加工方法は、被加工歯車及び当該被加工歯車と噛み合うラッピング加工用歯車を、砥粒を含むラッピング剤を介在させた状態で噛み合わせつつ回転させ、前記被加工歯車及びラッピング加工用歯車の同時噛み合い歯数が変化しながら当該被加工歯車の歯面を研磨するラッピング加工方法であって、前記ラッピング加工用歯車の歯の、相対的に小さい同時噛み合い歯数で前記被加工歯車と接する部位である第１噛合部の少なくとも一部の撓み剛性が、相対的に大きい同時噛み合い歯数で前記被加工歯車と接する部位である第２噛合部の撓み剛性よりも大きいことを特徴とする。

上記目的を達成する本発明に係るラッピング加工装置は、被加工歯車及び当該被加工歯車と噛み合うラッピング加工用歯車を、砥粒を含むラッピング剤を介在させた状態で噛み合わせつつ回転させ、前記被加工歯車及びラッピング加工用歯車の同時噛み合い歯数が変化しながら当該被加工歯車の歯面を研磨するラッピング加工装置であって、前記ラッピング加工用歯車の歯の、相対的に小さい同時噛み合い歯数で前記被加工歯車と接する部位である第１噛合部の少なくとも一部の撓み剛性が、相対的に大きい同時噛み合い歯数で前記被加工歯車と接する部位である第２噛合部の撓み剛性よりも大きいことを特徴とする。

上記目的を達成する本発明に係るラッピング加工用歯車は、砥粒を含むラッピング剤を介在させた状態で被加工歯車と噛み合いつつ、被加工歯車との同時噛み合い歯数が変化しながら回転し、当該被加工歯車の歯面を研磨するラッピング加工用歯車であって、前記ラッピング加工用歯車の歯の、相対的に小さい同時噛み合い歯数で前記被加工歯車と接する部位である第１噛合部の少なくとも一部の撓み剛性が、相対的に大きい同時噛み合い歯数で前記被加工歯車と接する部位である第２噛合部の撓み剛性よりも大きいことを特徴とする。

上記のように構成した本発明に係るラッピング加工方法、ラッピング加工装置およびラッピング加工装置は、相対的に小さい同時噛み合い歯数で被加工歯車と接する第１噛合部の少なくとも一部の撓み剛性が、相対的に大きい同時噛み合い歯数で被加工歯車と接する第２噛合部の撓み剛性よりも大きいため、加工の際に同時噛み合い歯数が変化しても、歯の撓み量の変動を抑制し、加工される被加工歯車の歯面形状の不具合を低減できる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係るラッピング加工装置を示す部分斜視図、図２は、同ラッピング加工装置の加工用歯車の歯を拡大して示す部分斜視図、図３は、同ラッピング加工装置の加工用歯車の他の例の歯を拡大して示す部分斜視図である。

本発明の第１実施形態に係るラッピング加工装置１は、図１、２に示すように、ハイポイドギアの歯面を研磨して仕上げ加工を行うものであり、研磨される被加工歯車２と、被加工歯車２と噛み合って被加工歯車２の歯面を研磨する加工用歯車３（ラッピング加工用歯車）とを有しており、砥粒が混入したラップコンパウンドであるラッピング剤を噛み合う部位に介在させつつ回転させることにより、仕上げ加工を行う。なお、本実施形態では、ハイポイドギアのうちのリングギアが被加工歯車２となっており、ピニオンギアが加工用歯車３となっているが、逆であってもよい。

被加工歯車２及び加工用歯車３は、それぞれ回転可能な駆動軸４および従動軸５に固定される。

駆動軸４は、軸受（不図示）に回転可能に支持され、モータ等の駆動源（不図示）に連結されており、駆動源を制御部（不図示）により制御することにより、任意の回転数で回転する。従動軸５は、軸受（不図示）に回転可能に支持され、ブレーキ等の負荷（不図示）に連結される。

被加工歯車２は、金属性であり、加工用歯車３と噛み合う歯の噛み合い面が、研磨される被加工面６となる。また、加工用歯車３は、ナイロン製であり、被加工歯車２と噛み合う歯の噛み合い面が、被加工歯車２の被加工面６を研磨する研磨面７である。なお、加工用歯車３は、ナイロン製に限定されず、他の樹脂により形成されてもよい。

被加工歯車２及び加工用歯車３の同時に噛み合う歯の数（同時噛み合い歯数）は、回転する際に変化し、本実施形態では、同時噛み合い歯数は１または２である。したがって、加工用歯車３の研磨面７には、同時噛み合い歯数が１で被加工面６と噛み合う第１噛合部８と、同時噛み合い歯数が２で被加工面６と噛み合う第２噛合部９とが形成され、第２噛合部９は、第１噛合部８の歯幅方向両端側に位置する。

なお、同時噛み合い歯数が２または３である歯車を加工する場合においては、第１噛合部８は同時噛み合い歯数が２で噛み合い、第２噛合部９は同時噛み合い歯数が３で噛み合うこととなる。また、より高い同時噛み合い歯数である歯車を加工する場合においては、第２噛合部の同時噛み合い歯数が、第１噛合部の同時噛み合い歯数よりも高くなる。

加工用歯車３の噛み合い面の背面１２には、第１噛合部８に対応する部位に、突出した突出部１０が設けられて、歯厚の厚い厚肉部が形成される。したがって、第１噛合部８における歯厚が、第２噛合部９の歯厚よりも厚く形成され、第１噛合部８の撓み剛性が、第２噛合部９の撓み剛性よりも高くなる。また、突出部１０の形状は、段差１１が滑らかに形成されており、応力集中を防止することができる。なお、突出部１０は、第１噛合部８に完全に一致して形成される必要はなく、第１噛合部８に対応する部位の一部に形成されてもよい。突出部１０は、加工用歯車３と一体的に成形されることが好ましいが、別途成形した後に接着剤等で固定してもよく、または、背面１２の第２噛合部９と対応する部位を削って形成してもよい。

また、図３に示す加工用歯車１３の他の例のように、必ずしも段差１４が滑らかでなくてもよい。

次に、ラッピング加工方法について説明する。

まず、駆動軸４に被加工歯車２を固定し、従動軸５に加工用歯車３を固定した状態で歯車２，３を互いに噛み合わせる。次に、歯が噛み合う部位にラッピング剤を供給しつつ、制御部により駆動源を制御して駆動軸４（被加工歯車２）を所定の回転数で回転させる。このとき、従動軸５は負荷に連結されているため、被加工歯車２の被加工面６が、加工用歯車３の研磨面７から力を受けつつ接触する。これにより、樹脂製の研磨面７によって砥粒が被加工面６に押し付けられ、被加工面６が研磨される。被加工面６が研磨されて仕上げられた歯車は、噛み合いによる摩擦損失が低減され、油温上昇が抑制されて、燃費も向上される。

このラッピング加工においては、同時噛み合い歯数が１および２の間で交互に変動する。したがって、例えば被加工歯車２に突出部１０が設けられない場合には、同時噛み合い歯数が１と２のそれぞれの場合では、同時に噛み合う全ての歯の合成した撓み剛性（総撓み剛性Ｋ）の差が大きくなる。すなわち、同時噛み合い歯数が小さいほど、総撓み剛性Ｋは低くなることから、同時噛み合い歯数が１の場合の総撓み剛性Ｋ１が、同時噛み合い歯数が２の場合の総撓み剛性Ｋ２よりも低くなり、これに伴って同時噛み合い歯数が１の場合の撓み量Ｘ１が、同時噛み合い歯数が２の場合の撓み量Ｘ２よりも大きくなる。したがって、同時噛み合い歯数が変動すると、例えば同時噛み合い歯数が２から１に変化する際に、加工用歯車３の総撓み剛性Ｋが低下して過大な撓みが生じ易く、加工用歯車３の歯の背面１２の歯先部等で被加工歯車２との干渉が発生し、噛み合いに不具合が生じる虞がある。また、上述のような干渉に至らないまでも、歯の総撓み剛性Ｋの不均一は、望ましくない回転変動を発生させる原因ともなる。このような干渉や回転変動が生じると、被加工面６の取りしろが不均一となり、歯面形状の崩れの原因となる。

しかし、本実施形態に係るラッピング加工方法では、第１噛合部８に対応して突出部１０が設けられることから、第１噛合部８の撓み剛性が第２噛合部９の撓み剛性よりも高いため、同時噛み合い歯数が１となる際の総撓み剛性Ｋ１が向上され、同時噛み合い歯数が２となる際の総撓み剛性Ｋ２と同程度とすることができ、撓み量Ｘの差も減少する。したがって、歯車の回転時に同時噛み合い歯数が変化しても、総撓み剛性Ｋの変動が低減され、上述のような干渉や回転変動の発生を抑制することができ、被加工面６の取りしろが均一化され、歯面形状の崩れを抑えることができる。

＜第２実施形態＞
図４は、本発明の第２の実施形態に係るラッピング加工装置の加工用歯車の歯を拡大して示す部分斜視図である。なお、第１の実施形態と同様の機能を有する部位については同一の符号を使用し、重複を避けるため、その説明を省略する。

第２実施形態に係るラッピング加工装置は、図１に示す第１実施形態に係るラッピング加工装置１と、加工用歯車２２の構造のみが異なる。すなわち、第２実施形態における加工用歯車２２は、図４に示すように、噛み合い面の背面２３に突出部１０が設けられず、第１噛合部２４に対応する部位の少なくとも一部が、第２噛合部２５よりも剛性の高い材料で形成される。第１噛合部２４および第２噛合部２５の材料は、いずれも樹脂製であり、例えば、異なる剛性を有するナイロンにより形成される。これにより、第１噛合部２４における撓み剛性を、第２噛合部２５の撓み剛性よりも高くすることができる。

このような加工用歯車２２は、２色成形等により、一体的に成形されることが好ましいが、別個の部材として成形した後に、接着剤等により固定してもよい。なお、効果については、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、対象となる被加工歯車および加工用歯車は、ハイポイドギアに限定されず、他の構造の歯車であってもよい。特に、はすば歯車やまがりばがさ歯車等のように歯がねじり角を有する歯車であれば、上述した実施形態と同様に、第１噛合部の歯幅方向両側に第２噛合部が位置し、容易に適用することができる。また、図５は本発明を平歯車に適用した際の加工用歯車３１の歯を拡大して示す部分斜視図であるが、平歯車等のようにねじり角を有さない歯車であっても、図５のように、歯幅方向に延在する突出部３２（もしくは剛性の高い部位）を設けることができる。

本発明の第１の実施形態に係るラッピング加工装置を示す部分斜視図である。 同ラッピング加工装置の加工用歯車の歯を拡大して示す部分斜視図である。

同ラッピング加工装置の加工用歯車の他の例の歯を拡大して示す部分斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係るラッピング加工装置の加工用歯車の歯を拡大して示す部分斜視図である。 本発明を平歯車に適用した際の歯を拡大して示す部分斜視図である。

符号の説明

１ ラッピング加工装置、
２ 被加工歯車、
３，１３，２２，３１ 加工用歯車、
４ 駆動軸、
５ 従動軸、
６ 被加工面、
７ 研磨面、
８，２４ 第１噛合部、
９，２５ 第２噛合部、
１０，３２ 突出部、
１１，１４ 段差、
１３，２３ 背面、
Ｋ，Ｋ１，Ｋ２ 総撓み剛性、
Ｘ，Ｘ１，Ｘ２ 撓み量。

Claims (18)

1. 被加工歯車及び当該被加工歯車と噛み合うラッピング加工用歯車を、砥粒を含むラッピング剤を介在させた状態で噛み合わせつつ回転させ、前記被加工歯車及びラッピング加工用歯車の同時噛み合い歯数が変化しながら当該被加工歯車の歯面を研磨するラッピング加工方法であって、
   前記ラッピング加工用歯車の歯の、相対的に小さい同時噛み合い歯数で前記被加工歯車と接する部位である第１噛合部の少なくとも一部の撓み剛性が、相対的に大きい同時噛み合い歯数で前記被加工歯車と接する部位である第２噛合部の撓み剛性よりも大きいことを特徴とするラッピング加工方法。
2. 前記ラッピング加工用歯車の歯の第１噛合部の少なくとも一部は、前記第２噛合部よりも歯厚が厚い厚肉部を有することを特徴とする請求項１に記載のラッピング加工方法。
3. 前記圧肉部は、前記ラッピング加工用歯車の歯の被加工歯車との噛み合い面の背面側に突出する突出部を有することを特徴とする請求項２に記載のラッピング加工方法。
4. 前記ラッピング加工用歯車の歯の第１噛合部の少なくとも一部は、前記第２噛合部の材料よりも剛性の高い材料から形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のラッピング加工方法。
5. 前記ラッピング加工用歯車は、樹脂製であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のラッピング加工方法。
6. 前記被加工歯車及びラッピング加工用歯車は、ハイポイドギアであり、前記ラッピング加工用歯車の第２噛合部は、第１噛合部に対して歯幅方向の両側に位置することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のラッピング加工方法。
7. 被加工歯車及び当該被加工歯車と噛み合うラッピング加工用歯車を、砥粒を含むラッピング剤を介在させた状態で噛み合わせつつ回転させ、前記被加工歯車及びラッピング加工用歯車の同時噛み合い歯数が変化しながら当該被加工歯車の歯面を研磨するラッピング加工装置であって、
   前記ラッピング加工用歯車の歯の、相対的に小さい同時噛み合い歯数で前記被加工歯車と接する部位である第１噛合部の少なくとも一部の撓み剛性が、相対的に大きい同時噛み合い歯数で前記被加工歯車と接する部位である第２噛合部の撓み剛性よりも大きいことを特徴とするラッピング加工装置。
8. 前記ラッピング加工用歯車の歯の第１噛合部の少なくとも一部は、前記第２噛合部よりも歯厚が厚い厚肉部を有することを特徴とする請求項７に記載のラッピング加工装置。
9. 前記圧肉部は、前記ラッピング加工用歯車の歯の被加工歯車との噛み合い面の背面側に突出する突出部を有することを特徴とする請求項８に記載のラッピング加工装置。
10. 前記ラッピング加工用歯車の歯の第１噛合部の少なくとも一部は、前記第２噛合部の材料よりも剛性の高い材料から形成されることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載のラッピング加工装置。
11. 前記ラッピング加工用歯車は、樹脂製であることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項に記載のラッピング加工装置。
12. 前記被加工歯車及びラッピング加工用歯車は、ハイポイドギアであり、前記ラッピング加工用歯車の第２噛合部は、第１噛合部に対して歯幅方向の両側に位置することを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１項に記載のラッピング加工装置。
13. 砥粒を含むラッピング剤を介在させた状態で被加工歯車と噛み合いつつ、被加工歯車との同時噛み合い歯数が変化しながら回転し、当該被加工歯車の歯面を研磨するラッピング加工用歯車であって、
    前記ラッピング加工用歯車の歯の、相対的に小さい同時噛み合い歯数で前記被加工歯車と接する部位である第１噛合部の少なくとも一部の撓み剛性が、相対的に大きい同時噛み合い歯数で前記被加工歯車と接する部位である第２噛合部の撓み剛性よりも大きいことを特徴とするラッピング加工用歯車。
14. 前記第１噛合部の少なくとも一部は、前記第２噛合部よりも歯厚が厚い厚肉部を有することを特徴とする請求項１３に記載のラッピング加工用歯車。
15. 前記圧肉部は、前記被加工歯車との噛み合い面の背面側に突出する突出部を有することを特徴とする請求項１４に記載のラッピング加工用歯車。
16. 前記第１噛合部の少なくとも一部は、前記第２噛合部の材料よりも剛性の高い材料から形成されることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか１項に記載のラッピング加工用歯車。
17. 樹脂により形成されたことを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか１項に記載のラッピング加工用歯車。
18. 前記第２噛合部が前記第１噛合部に対して歯幅方向の両側に位置するハイポイドギアであることを特徴とする請求項１３〜１７のいずれか１項に記載のラッピング加工用歯車。

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