ヘリカル歯車の加工方法
【課題】ゴースト音の発生を未然に抑制する加工仕様を創設し、適切な歯車の歯数とカッタの条数の組み合わせで歯切りする歯車の加工方法を提供する。
【解決手段】ヘリカル歯車である歯車の歯数をZ、歯車の歯面を切削するカッタの条数をH、任意の正の整数をN、残部整数部分をMとして、Z=H×N+Mと表し、M=±1のいずれかを満たすか否かを判定する仕様判定ステップと、M=±1のいずれをも満たさないように、Z>H×Nを満たすNのうちの最大の整数であるN1に対応するMであるM1が、M1>1であり、Z<H×Nを満たすNのうちの最小の整数であるN2に対応するMであるM2が、M2<1であるという前記M1とM2の2つの条件を満たす前記歯数Zおよび前記条数Hとなる組み合わせで歯切りする歯切りステップと、を含む。
【解決手段】ヘリカル歯車である歯車の歯数をZ、歯車の歯面を切削するカッタの条数をH、任意の正の整数をN、残部整数部分をMとして、Z=H×N+Mと表し、M=±1のいずれかを満たすか否かを判定する仕様判定ステップと、M=±1のいずれをも満たさないように、Z>H×Nを満たすNのうちの最大の整数であるN1に対応するMであるM1が、M1>1であり、Z<H×Nを満たすNのうちの最小の整数であるN2に対応するMであるM2が、M2<1であるという前記M1とM2の2つの条件を満たす前記歯数Zおよび前記条数Hとなる組み合わせで歯切りする歯切りステップと、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、カッタによるヘリカル歯車の加工方法に係り、特に、ゴースト音の発生を未然に抑制する加工仕様を創設して、適切な歯車の歯数とカッタの条数の組み合わせで歯切りするカッタによるヘリカル歯車の加工方法に関する。
【背景技術】
【0002】
歯車の歯面を創成する場合、歯車ブランク材と刃具を相対移動させながら、歯車ブランク材を切削する歯切り工程で歯形を形成する。刃具は、ホブカッタやピニオンカッタ等を使用する。
歯車ブランク材と刃具の組み合わせで加工する場合、一般的には最終歯形とはならず、歯面にうろこ状の微小な凹凸(ツールマーク)が残るため、歯面仕上げ工程が必要である。この歯面仕上げ工程では、シェービングカッタやねじ型砥石による歯車研磨などで歯面仕上げを行い、歯面粗さを改善し歯面精度を確保して、ギアノイズを低減している。
【0003】
ここで、通常の歯車音は、一般に、歯車の噛み合い次数、およびその整数倍で発生し、音や振動として知覚されるが、歯車の噛み合い次数の非整数倍で発生する騒音をいわゆるゴースト音といい、通常の歯車音に対して不快感を与える。そのため、ゴースト音を抑制するために、歯面を研削して面粗さを向上させる技術が知られている(例えば、特許文献1)。
【0004】
また、回転体の振動データを収集し周波数分析することにより、ギアの噛みの良否を判断したり(例えば、特許文献2)、歯車の複数の同時接触線方向の各歯面形状を測定し各実測歯面形状の頂点に基づいて噛み合い進行方向を設定することにより、はすば歯車の歯面形状を測定したりする技術が知られている(例えば、特許文献3)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2000−52145号公報
【特許文献2】特開平2−38930号公報
【特許文献3】特開平11−118407号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、特許文献1は、ゴースト音が発生する歯車を歯面研削によりゴースト音を解消する加工技術であり、カッタによる歯切り加工においてゴースト音を抑制するという課題に着目したものではない。
また、特許文献2と特許文献3は、歯面形状の測定分析技術を開示したものであり、ゴースト音の発生を未然に防止するためのカッタによる歯切りの加工仕様を創設するという課題は何ら開示されていない。
【0007】
本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、ゴースト音の発生を未然に抑制する加工仕様を創設し、適切な歯車の歯数とカッタの条数の組み合わせで歯切りするヘリカル歯車の加工方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
前記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、ヘリカル歯車である歯車の歯数をZ、前記歯車の歯面を切削するカッタの条数をH、任意の正の整数をN、残部整数部分をMとして、Z=H×N+Mと表し、M=±1のいずれかを満たすか否かを判定する仕様判定ステップと、M=±1のいずれをも満たさないように、Z>H×Nを満たすNのうちの最大の整数であるN1に対応するMであるM1が、M1>1であり、Z<H×Nを満たすNのうちの最小の整数であるN2に対応するMであるM2が、M2<1であるという前記M1とM2の2つの条件を満たす前記歯数Zおよび前記条数Hとなる組み合わせで歯切りする歯切りステップと、を含むことを特徴とするカッタによるヘリカル歯車の加工方法である。
【0009】
請求項1に係る発明によれば、Z=H×N+Mと表し、M=±1のいずれかを満たすか否かを判定する仕様判定ステップを含むことで、ゴースト音が発生する可能性が高い加工仕様であるかどうかを判定して、ゴースト音が発生する可能性が高い加工仕様を未然に回避することができる。
【0010】
すなわち、M=±1のいずれかを満たす前記歯数Zと前記条数Hの組み合わせでは、前記歯車の歯面に形成される前記カッタのツールマークを検証すると、カッタの送り方向に沿って順次、隣接する1つ違いの条番号の刃部(第1条目から第H条目までの個々のカッタ)で形成されたツールマークが並ぶ。
【0011】
一方、前記カッタには個体差としての中心軸の偏芯や歯切り加工機への取り付け時における中心軸のずれが加工精度の許容限度内で必然的に発生するため、この軸の偏芯等の影響を受けて、各条番号の刃部(第1条目から第H条目までの歯部)は、それぞれ微小に異なる切込み深さのツールマークを形成することが想定される。
【0012】
しかしながら、軸の偏芯等の影響は、条数が多いカッタでは隣接する条番号の歯部が形成するツールマークの切込み深さの差が微小であるから、歯面に順次隣接する1つ違いの条番号のツールマークが並ぶと、それぞれ微小に異なる切込み深さのツールマークが連続的に並ぶことで、連続的な滑らかな規則性を有するうねりが歯面に形成される。また、当該うねりがゴースト音に影響を及ぼすことについては後述する。
【0013】
よって、M=±1のいずれかを満たすか否かを判定することで、ゴースト音に影響を及ぼす連続的な滑らかな規則性を有するうねりが歯面に形成される蓋然性が高いか否かを簡易な手法で判定し、ゴースト音の発生に影響を及ぼす当該うねりの形成を回避することで、ゴースト音の発生を未然に抑制することができる。
【0014】
そして、歯切りステップにおいて、M=±1のいずれをも満たさないように、M1>1、かつ、M2<1という2つの条件を満たす前記歯数Zおよび前記条数Hとなる組み合わせで歯切りすることで、歯面に隣接する1つ違いの条番号のツールマークが並ばないようにして当該うねりの形成を回避し、歯切り加工の段階で未然にゴースト音の発生を効果的に抑制することができる。
【0015】
このため、簡略化された簡易な手法により、不測に発生するゴースト音を未然に効果的に回避することが可能となるため、ゴースト音を解消するための余分な研磨加工等が不要になり工数削減に寄与することができる。
【0016】
請求項2に係る発明は、請求項2に記載のヘリカル歯車の加工方法であって、前記カッタの条数Hは、4条以上であることを特徴とする。かかる構成によれば、M=±1のいずれかを満たす可能性の高いカッタの条数Hが3条以下の組み合わせを予め排除しておくことで、より効率的にゴースト音の発生を抑制することができる。
【0017】
請求項3に係る発明は、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のヘリカル歯車の加工方法であって、前記歯切りステップは、Z=H×N+Mにおいて、前記M1が、M1=+2、+3、・・・、+(N−2)のいずれかを満たし、前記M2が、M2=−2、−3、・・・、−(N−2)のいずれかを満たし、かつ、前記(N−2)が、(N−2)≦H−2であることを特徴とする。
【0018】
かかる構成によれば、例えば、カッタの条数が4条の場合は、Z=4×N±2の条件を満たす歯車の歯数とカッタの条数の組み合わせで歯切りし、カッタの条数が5条の場合は、Z=5×N±2またはZ=5×N±3の条件を満たす歯車の歯数とカッタの条数の組み合わせで歯切りし、カッタの条数が6条の場合は、Z=6×N±2またはZ=6×N±3またはZ=6×N±4の条件を満たす歯車の歯数とカッタの条数の組み合わせで歯切りする。
【0019】
請求項4に係る発明は、請求項1に記載のヘリカル歯車の加工方法であって、前記歯切りステップにおける前記M1とM2の2つの条件を満たす前記歯数Zおよび前記条数Hとなる組み合わせの条件が認識できるように案内手段が設けられていることを特徴とする。
かかる構成によれば、作業者は、前記M1とM2の2つの条件を満たす前記歯数Zおよび前記条数Hとなる組み合わせの条件が迅速確実に認識できる。
【0020】
請求項5に係る発明は、請求項4に記載のヘリカル歯車の加工方法であって、前記案内手段は、前記組み合わせの条件を音声案内、一覧表で表示、カードに記載して表示、箇条書きで記載して表示したもののいずれかであることを特徴とする。かかる構成によれば、作業者は音声案内や一覧表等で表示された案内手段により、前記M1とM2の2つの条件を満たす前記歯数Zおよび前記条数Hとなる組み合わせの条件が迅速確実に認識できる。
【発明の効果】
【0021】
本発明は、ゴースト音の発生を未然に抑制する加工仕様を創設して、適切な歯車の歯数とカッタの条数の組み合わせで歯切りするヘリカル歯車の加工方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】一般的な歯切り加工の様子を示す斜視図であり、(a)はカッタを下から上に送りながらで歯車を加工する様子を示し、(b)は5条のカッタと歯車の歯数との関係を概念的に示す。
【図2】歯数が44歯の歯車を5条のカッタで加工する場合の歯面に形成されるツールマークの状態を説明するための図であり、(a)は各歯面におけるツールマークの並び順を示し、(b)は歯面に形成されるうねりの状態を概念的に示し、(c)はカッタの回転中心がずれた状態を模式的に示す側面図である。
【図3】右ねじれのヘリカル歯車と左ねじれのヘリカル歯車が噛合する際のR歯面が加速する場合における歯当たりの状態を説明するための歯面の模式図であり、(a)は右ねじれヘリカル歯車が時計回り、(b)は左ねじれヘリカル歯車が反時計回りに回転する状態を示す。
【図4】右ねじれのヘリカル歯車と左ねじれのヘリカル歯車が噛合する際のL歯面が加速する場合における歯当たりの状態を説明するための歯面の模式図であり、(a)は右ねじれヘリカル歯車が反時計回り、(b)は左ねじれヘリカル歯車が時計回りに回転する状態を示す。
【図5】歯面に形成されるツールマークの状態を説明するための模式図であり、(a)は歯車の歯面の部分斜視図、(b)〜(d)はカッタの各条の切込み量の相対差を示す概念図である。
【図6】歯数が44歯の歯車を6条のカッタで加工する場合の歯面に形成されるツールマークの状態を説明するための図であり、(a)は各歯面におけるツールマークの並び順を示し、(b)は歯面に形成されるうねりの状態を概念的に示し、(c)はカッタの回転中心がずれた状態を模式的に示す側面図である。
【図7】歯数が44歯の歯車を3条のカッタで加工する場合の歯面に形成されるツールマークの状態を説明するための図である。
【図8】歯数が44歯の歯車を3条のカッタで加工する場合における他の例のツールマークの状態を説明するための図である。
【図9】歯数と条数の組み合わせとゴースト音との関係を説明するための表である。
【図10】歯車における1歯噛み合い分長さを説明するための模式的な斜視図である。
【図11】ツールマーク数とゴースト次数との関係を解析した図であり、(a)は44歯の歯車を5条のカッタで加工する場合、(b)は49歯の歯車を6条のカッタで加工する場合を示す。
【図12】カッタの偏芯とゴースト音との関係を説明するための図であり、(a)はカッタが偏芯する様子を示す断面図であり、(b)はカッタの偏芯量とゴースト音の程度を対比するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0023】
本発明の実施形態に係る歯車の加工方法について、左ねじれのヘリカル歯車を例として、ゴースト音が発生する蓋然性が高い加工仕様と対比しながら説明する。
【0024】
一般的に、ホブカッタやピニオンカッタ等のカッタ2でワークBL(歯車ブランク材)から歯切り加工をする場合には、図1(a)に示すように、カッタ2を図示したA方向に移動させて位置決めし、高速で回転させながら、下から上に図示するB方向(歯車の幅方向)に送りをかけてワークBLを回転させながら歯切りする。歯切り終了後は、カッタ2をC方向に逃がしD方向に移動して加工原点に戻す。
【0025】
そして、例えば、5条のカッタ2の場合には、図1(a)に示すように、第1条目から第5条目まで、螺旋形状に連続して配設された凸形状の刃部2a,2b,2c,2d,2e(2a〜2e)が形成されている。このため、5条のカッタで歯数がZ歯の歯車3を加工する場合には、図1(b)に示すように、凸形状の刃部2a〜2eにより、歯面3a,3b,3c,3d,3e(3a〜3e)が切削されて、第1歯3A、第2歯2B、第3歯3C、第4歯3D、第5歯3E・・・第Z歯まで順次ギア歯が創成される。
【0026】
本発明の実施形態に係る歯車の加工方法は、歯車の歯数とカッタの条数との組み合わせがゴースト音が発生する可能性が高いかどうかを判定する仕様判定ステップと、適切な歯車の歯数とカッタの条数との組み合わせで歯切りする歯切りステップと、を含んでいる。
【0027】
仕様判定ステップは、歯車の歯数をZ、前記歯車の歯面を切削するカッタの条数をH、任意の正の整数をN、残部整数部分をMとして、Z=H×N+Mと表し、M=±1のいずれかを満たすか否かを判定するステップである。
【0028】
仕様判定ステップについて、具体的に、44歯の歯車をカッタの条数が、それぞれ5条、6条、3条のカッタ(ホブカッタ)で加工する場合を例として、説明する。
ここで、カッタの条数が5条の場合には、Z=H×N1+Mにおいて、44=5×9−1であるから、M=M2=−1の条件を満たす。よって、この組み合わせでは、ゴースト音が発生する蓋然性が高いことが想定される。
【0029】
カッタの条数が6条の場合には、Z=H×N+Mにおいて、44=6×7+2であるから、M=M1=2、かつ、44=6×8−4であるから、M=M2=−4である。
よって、M=±1のいずれをも満たさないため、この組み合わせでは、ゴースト音が発生する蓋然性が低いことが想定される。
【0030】
カッタの条数が3条の場合には、Z=H×N1+Mにおいて、44=3×15−1であるから、M2=−1の条件を満たす。よって、この組み合わせでは、ゴースト音が発生する蓋然性が高いことが想定される。
【0031】
そして、うねり形状判定ステップにおいて、当該うねりがサインカーブに近い連続する滑らかな単独のまたは等周期のうねりを形成する場合には、M=±1のいずれかを満たすことがわかる。また、M=±1のいずれかを満たす場合には、当該うねりがサインカーブに近い連続する滑らかな単独のまたは等周期のうねりを形成することがわかる。
【0032】
[44歯で5条の場合]
仕様判定ステップにおいて、歯数が44歯の歯車を条数が5条のカッタで歯切りする場合について、図2と図3を参照しながら説明する。参照する図2(a)は、並び順判定ステップを示し、歯車の第1歯(歯数1の欄)から第44歯(歯数44の欄)までの各歯面に形成されるツールマークの並び順を縦方向に並べて表示したものである。また、表の最下段がワークBL(図1(a)参照)の1周目の回転、その上がワークBLの2周目の回転のようにして順次表示する。図2(b)は、うねり形状判定ステップを示し、ツールマークの並び順に沿って各条の切込み深さの差を加味して歯面に形成される凹凸形状のうねりを概念的に示したものである。
【0033】
図2(a)に示す表の最下段は、左端の歯数1の項に記載した第1歯から右方向に第44歯まで、カッタの第1条目で形成されたツールマークを1として表示し、カッタの第2条目で形成されたツールマークを2というようにして表示したものである。ワークBLの第1周目の回転では、歯車の第1歯から第5歯までがそれぞれカッタの第1条目から第5条目までで形成されるため、ツールマーク1〜5として表示する。同様に、歯車の第6歯から第10歯までもそれぞれカッタの第1条目から第5条目までで形成され、ツールマーク1〜5として表示する。そうすると、第44歯は、第4条目で形成されたツールマーク4である。
【0034】
このようにして、ワークBLが1回転すると、その間にカッタが歯面に沿って歯車の幅方向に送られるため(図1(a)参照)、第44歯に続く第1歯は、第5条目のツールマークが形成される。つまり、第1歯にはツールマーク1に隣接してツールマーク5が形成される(第1歯の下から2段目参照)。
以上のように、第1歯では、表の下からツールマーク1,5,4,3,2,の順で繰り返しながら歯切り加工が進められる。
【0035】
ここで、図10に示すように、歯車の幅方向に沿う方向における1歯噛み合い分長さδを設定し、この1歯噛み合い分長さδ内に含まれるツールマークの数Tを基準として考察する。1歯噛み合い分長さδは、歯車の主要な歯当たりに相当する噛み合い長さを表す概念である。
【0036】
ヘリカル歯車は、歯すじがつる巻線である円筒歯車であり、基準円筒状でつる巻線はβのねじれを有し、歯車が1回転すると歯車の幅方向に沿う方向においてリードPzだけ進む。したがって、1歯噛み合い分長さδは、δ=Pz/Zで表され、基準円直径をd、歯直角モジュールをmとすると、Pz=πd/tanβであるから、δ=π×m÷sinβで求めることができる。
具体的には、m=1.74、ねじれ角をβ=36度とすると、1歯噛み合い分長さδは、δ=3.14×1.74÷0.588≒9.30mmである。
【0037】
したがって、1歯噛み合い分長さδ内に含まれるツールマークの数Tは、カッタの送り速度をVとすると、T=δ/Vから求めることができる。
例えば、V=1.5mm/sとすると、1歯噛み合い分長さδ内に含まれるツールマークの数Tは、T=9.3÷1.5=6.2個であるから、歯面の中央部分の6個分のツールマークを抽出して考察する。
【0038】
ここで、ヘリカル歯車を駆動させたときの歯当たりの状態について、図3と図4を参照
しながら説明する。図3と図4は、ヘリカル歯車におけるねじれ方向、回転方向、および従動歯車か駆動歯車かの違いによる歯当たりの向きを説明するための図であり、図3は左ねじれ、図4は右ねじれを示す。
図3および図4において、Top側はエンジン等の駆動装置が連結される側、Bottom側はトランスミッション等の被駆動装置が連結される側を示し、回転方向はTop側から見て時計回りか反時計回りかを示す。また、歯元部をRoot、歯先部をTipとして示す。
【0039】
例えば、図3に示すように、Top側から見て右ねじれのヘリカル歯車を時計回りに駆動回転する場合には(図3(a)参照)、対となる左ねじれのヘリカル歯車は反時計回りに従動回転する(図3(b)参照)。この場合には、双方歯車ともにR歯面が歯当たり面となり、右ねじれのヘリカル歯車は、図3(a)に示すように、Bottom側の歯元部RootからTop側の歯先部Tipまで対角線上に歯当たり進行する。対となる左ねじれのヘリカル歯車は、図3(b)に示すように、Bottom側の歯先部TipからTop側の歯元部Rootまで対角線上に歯当たり進行する。
【0040】
ところで、例えば、車のエンジン、ミッション、駆動輪を想定して上記の歯車セットがミッションに組み込まれた場合には、回転が逆になることはない。つまり、エンジンが回転数を上げると、右ねじれのヘリカル歯車は駆動歯車として、また左ねじれのヘリカル歯車は従動歯車として双方歯車ともにR歯面が噛み合い回転する。減速する場合はエンジン回転が低下するが、駆動輪は回転する力が働くので、今度は左ねじれのヘリカル歯車は駆動歯車として、また、右ねじれのヘリカル歯車は従動歯車として双方歯車ともにL歯面が噛み合い回転する。
【0041】
つまり、上記の過程で駆動歯車と従動歯車の機能が双方の歯車で変化することはあっても、回転方向が変化することはない。
従って、図3に示すように、左ねじれのヘリカル歯車が反時計回りに駆動回転する場合は(図3(b)参照)、対となる右ねじれのヘリカル歯車が時計回りに従動回転し(図3(a)参照)、双方歯車ともにL歯面が歯当たり面となり、左ねじれのヘリカル歯車は、図3(b)に示すように、Bottom側の歯元部RootからTop側の歯先部Tipまで対角線上に歯当たり進行する。対となる右ねじれのヘリカル歯車は、図3(a)に示すように、Bottom側の歯先部TipからTop側の歯元部Rootまで対角線上に歯当たり進行する。
【0042】
一方、図3の例に対して回転が逆方向である図4の例について説明する。
Top側から見て右ねじれのヘリカル歯車を反時計回りに駆動回転する場合には(図4(a)参照)、対となる左ねじれのヘリカル歯車は時計回りに従動回転する(図4(b)参照)。この場合には、双方歯車ともにL歯面が歯当たり面となり、右ねじれのヘリカル歯車は、図4(a)に示すように、Top側の歯元部RootからBottom側の歯先部Tipまで対角線上に歯当たり進行する。対となる左ねじれのヘリカル歯車はTop側の歯先部TipからBottom側の歯元部Rootまで対角線上に歯当たり進行する。
【0043】
また、左ねじれのヘリカル歯車が時計回りに駆動回転する場合は、対となる右ねじれのヘリカル歯車が反時計回りに従動回転し、双方歯車ともにR歯面が歯当たり面となり、左ねじれのヘリカル歯車はTop側の歯元部RootからBottom側の歯先部Tipまで対角線上に歯当たり進行する。対となる右ねじれのヘリカル歯車は、図4(b)に示すように、Top側の歯先部TipからBottom側の歯元部Rootまで対角線上に歯当たり進行する。
【0044】
通常の車両を想定した場合には、回転が逆転する構造ではないが、一般的には、逆回転する構造もある。例えば、モーター駆動のギヤボックスでは回転方向は制御により自由自在である。しかしながら、図3(b)と図4(b)を対比すれば明らかなとおり、逆回転した場合には各歯の噛み合い順序と各歯面における噛み合い方向がいずれも逆になるため同様の結果となる。したがって、本願発明は、回転方向を限定する必要はなく、また逆回転可能な構造を排除するものでもない。
【0045】
以下、左ねじれの44歯のヘリカル歯車を5条のカッタで加工した場合における歯面に形成されるツールマークの連続性について具体的に説明する。
左ねじれのヘリカル歯車を反時計回りに従動歯車として回転させた場合には、図5(a)に示すように、矢印Fの方向に歯当たりが進行する(図3(b)参照)。したがって、1歯噛み合い分長さδ内に含まれる6個分のツールマークに着目すると、太枠で囲った範囲となり、第1歯では、歯幅方向に沿って紙面上から下方向にツールマーク1,2,3,4,5,1と並ぶ(図5(a)参照)。
【0046】
第2歯では、同様にして、図5(a)に示すように、第1歯のツールマークに対して、次の条番号で加工されるため、並び順は第1歯と同じようにツールマーク1,2,3,4,5,1と並ぶが、第1歯と同じ範囲の6個のツールマークを上から下方向に見るとツールマーク2,3,4,5,1,2と並ぶ。第3歯では、ツールマーク3,4,5,1,2,3と並ぶ。
【0047】
ここで、図5(a)では、条番号は固有のものではなく条番号のつながりが重要であるから、説明の便宜上、第1歯において1歯噛み合い分長さδ内の最初の歯当たり部の条番号が1となる範囲を抽出して考察する。
また、実際の歯当たりは、矢印Fの方向に進行するが、ツールマークの並び順は歯幅方向に沿って考察しても同様であるので、歯幅方向に沿って紙面における上から下方向に並んだツールマークに着目して考察する。
【0048】
一方、カッタには個体差としての中心軸の偏芯や歯切り加工機への取り付け時における中心軸のずれが加工精度の許容限度内で必然的に発生する(図12参照)。
このため、実際の歯切り加工においては、カッタの回転中心C1がカッタの中心軸C2に対して第1条の歯部2a(図1参照)の方にずれていると想定すると、図5(b)に示すように、第1条目(第1条の歯部による加工)よりも第2条目の方が切り込み量が深くなり、第3条目と第4条目がさらに深くなり、第5条目が第2条目と同じ切込み量となる。
【0049】
このようなカッタの条番号ごとの切込み量の相対差をグラフに表示すると、図2(b)に示すように、第1歯では、ツールマーク1,2,3,4,5,1であるから(図2(a))、ツールマーク1とツールマーク2の切込み量の差、およびツールマーク2とツールマーク3の切込み量の差が等しく段差も小さいから連続的な滑らかさを有している。そして、ツールマーク3とツールマーク4の切込み量が同じであるから滑らかな連続性を有する。さらに、ツールマーク4とツールマーク5の切込み量の差が等しく段差も小さいから連続的な滑らかさを有し、ツールマーク5とツールマーク1の切込み量の差が等しいからやはり滑らかな連続性を有する。
【0050】
このため、第1歯におけるツールマーク1,2,3,4,5,1の並び順では、段差が少なく連続的にツールマークが並び、この変化が同じ周期で繰り返されるから、第1歯の歯面には、連続的な滑らかな規則性を有する単独のまたは等周期のうねり(等周期うねり)が形成される。
【0051】
同様にして、第2歯および第3歯も、第1歯とツールマークの並び順は同じであるから、同じように等周期うねりが形成され、第4歯から第44歯にも同じように等周期うねりが形成される。このように、第1歯から第44歯まで、ツールマークの並び順は同じであるから、同じ規則性を有する同じような等周期うねりが形成される。
【0052】
このすべての歯面(第1歯から第44歯まで)に共通する規則性を有する等周期うねりが、ゴースト音に影響を及ぼす蓋然性が高いことが想定される。そして、このような等周期うねりは、M=±1のいずれかを満たす場合に形成されることがわかる。
【0053】
[44歯で6条の場合]
歯数が44歯の歯車を条数が6条のカッタで歯切りする場合について、主として図6を参照しながら説明する。図6の表の最下段は、歯車の第1歯から第6歯までがそれぞれカッタの第1条目から第6条目までで形成されるため、ツールマーク1〜6として表示する。第44歯は、第2条目で形成されたツールマーク2である。
【0054】
このようにして、ワークBL(歯車ブランク材)が1回転すると、その間にカッタが歯面に沿って歯車の幅方向に送られるため(図1(a)参照)、第44歯に続く第1歯は、第3条目のツールマーク3が形成される(第1歯の下から2段目参照)。
【0055】
したがって、第1歯では、表の下からツールマーク1,3,5,1,3,5の順で繰り返しながら歯切り加工が進められる(図6(a)参照)。一方、第2歯では、表の下からツールマーク2,4,6,2,4,6の順で繰り返すようにツールマークが形成され、第3歯では、ツールマーク3,5,1,3,5,1の順で繰り返す。このように、奇数番目の第1歯と第3歯の並び順は同じであるが、奇数番目の第1歯と偶数番目の第2歯の並び順では異なっている。
【0056】
ここで、1歯噛み合い分長さδ内に含まれる6個分のツールマークに着目すると、第1歯では、上から下方向にツールマーク1,5,3,1,5,3と並ぶ(図6(a)参照)。一方、第2歯では、ツールマーク2,6,4,2,6,4と並び、第3歯では、ツールマーク3,1,5,3,1,5と並ぶ。
【0057】
そして、カッタの条番号ごとの切込み量の相対差を考慮すると、図6(c)から理解されるように、第1条目の切込み量と比較すると、第1条目よりも第2条目と第6条目の方が切り込み量が深くなり、第3条目と第5条目がさらに深くなり、第4条目が最も深くなる切込み量となる。
【0058】
このカッタの条番号ごとの切込み量の相対差をグラフに表示すると、図6(b)に示すように、第1歯では、ツールマーク1,5,3,1,5,3の順であるから(図4(a))、ツールマーク1とツールマーク5,3の切込み量の差が比較的大きいため、段差が大きく連続的な滑らかさに欠けている。
同様に、第2歯でも、2,6,4,2,6,4の順であるから(図6(a))、ツールマーク2,6とツールマーク4の切込み量の差が大きいため、段差が比較的大きく連続的な滑らかさに欠けている。
【0059】
しかも、奇数番目の第1歯に形成された凹凸状のうねりはツールマーク1が浅くツールマーク5と3が深くなっているのに対して、偶数番目の第2歯に形成された凹凸状のうねりはツールマーク2と6がツールマーク1よりも深く、そしてツールマーク2と6よりもツールマーク4がさらに深くなっているため凹凸形状も深さも異なるため、各歯に共通する同じ規則性を有しない。よって、すべての歯面に共通する規則性(等周期性)を有する等周期うねりが生じないので、ゴースト音が発生する蓋然性は低いと考えられる。
【0060】
[44歯で3条の場合(6ツールマーク)]
歯数が44歯の歯車を条数が3条のカッタで歯切りする場合について、主として図7を参照しながら説明する。
図7の表の最下段は、歯車の第1歯から第3歯までがそれぞれカッタの第1条目から第3条目までで形成されるため、ツールマーク1〜3として表示する。第44歯は、第2条目で形成されたツールマーク2である。
このようにして、ワークBLが1回転すると、その間にカッタが歯面に沿って歯車の幅方向に送られるため(図1(a)参照)、第44歯に続く第1歯は、第3条目のツールマーク3が形成される(第1歯の下から2段目参照)。
【0061】
したがって、第1歯では、表の下からツールマーク1,3,2,1,3,2の順で繰り返しながら歯切り加工が進められる(図7(a)参照)。一方、第2歯では、第1歯と並び順は同じであるが、第1歯とは1つずれたツールマーク2から始まり、表の下からツールマーク2,1,3,2,1,3の順で繰り返すようにツールマークが形成され、第3歯では、さらに1つずれたツールマーク3から始まり、ツールマーク3,2,1,3,2,1の順で繰り返す。
【0062】
このように、1つずれているが、始端と終端が異なるのみですべての歯でツールマークの並び順が同じであるから、すべての歯面に共通する規則性(等周期性)を有する等周期うねりが生じる。
【0063】
1歯噛み合い分長さδ内に含まれる6個分のツールマークに着目すると、第1歯では、上から下方向にツールマーク1,2,3,1,2,3と並ぶ(図7(a)参照)。第2歯では、ツールマーク2,3,1,2,3,1と並び、第3歯では、ツールマーク3,1,2,3,1,2と並ぶ。
そして、カッタの条番号ごとの切込み量の相対差を考慮すると、図7(c)から理解されるように、第1条目の切込み量と比較すると、第1条目よりも第2条目と第3条目の方が切り込み量が深くなっている。
【0064】
このカッタの条番号ごとの切込み量の相対差をグラフに表示すると、図7(b)に示すように、第1歯では、ツールマーク1とツールマーク2,3の切込み量の差が大きく、連続性には欠けているが、等周期性は備えている。同様に、第2歯と第3歯でも、ツールマーク2,3とツールマーク1の切込み量の差が大きく、連続性な滑らかさに欠けているが、前記したように、すべての歯でツールマークの並び順が同じであるため、各歯に共通する同じ規則性(等周期性)を有している。
【0065】
よって、ゴースト音が発生する蓋然性が低いと判定するのは適切ではなく、このような加工仕様を回避してゴースト音が発生する蓋然性が低い加工仕様に変更するか、カッタの偏芯の管理等の精度管理をより厳格したり、仕上げ加工の削り代を増加したりする等、予め対策を講じておくことが望ましい。
【0066】
[44歯で3条の場合(7ツールマーク)]
ここで、カッタの送り速度Vを遅くして、1歯噛み合い分長さδ内に含まれるツールマーク数が7になるように調整すると、カッタの条番号ごとの切込み量の相対差のグラフは、図8(b)に示すように、第1歯では、ツールマーク1,2,3,1,2,3,1と並ぶ(図8(a)参照)。第2歯では、ツールマーク2,3,1,2,3,1,2と並び、第3歯では、ツールマーク3,1,2,3,1,2,3と並ぶ。
【0067】
図7(b)に表示された6ツールマークのうねりと、図8(b)に表示された7ツールマークのうねりを対比すると、7ツールマークのうねりの方が6ツールマークのうねりよりも各歯面における等周期性(規則性)が向上するため、各歯面に共通する規則性が高くなるため、よりゴースト音が発生する蓋然性がより高くなることが想定される。
【0068】
このように、カッタの送り速度Vを調整することで、送り方向のツールマークの長さが変わるため、各歯面に形成される等周期うねりの周期が変化したり、隣接する歯面における等周期うねりの連続性が変化したりするので、ゴースト音の大きさやゴースト音が発生する蓋然性の程度が異なることが想定される。
【0069】
なお、歯数が44歯の歯車を条数が2条または4条のカッタで歯切りする場合のように、歯数Z÷条数Hが割り切れ、Z=H×N+Mにおいて、M=0となる場合がある。
このような組み合わせの場合には、第1歯の歯面にはすべて第1条目によるツールマーク1が形成され、第2歯の歯面にはすべて第2条目によるツールマーク1が形成されるというように、カッタの条番号の固有の特性が特定の歯面にすべて反映されてしまう。このため、通常採用しない方が望ましい組み合わせであるので、前記したような等周期うねりは生じないが、このような組み合わせの詳細な説明は省略する。
【0070】
以上の結果に基づいて、歯車の歯数とカッタの条数との関係について、ゴースト音が発生する蓋然性が高いかどうかを整理すると図9のようになる。図9は、歯数が10〜49までの歯車を条数が2〜6までのカッタで歯切りする場合の歯数と条数との関係を示し、Z=H×N+Mにおいて、M=±1のいずれかを満たすか否かを記載したものである。
【0071】
表中の「○印」はM=±1を満たさず、ゴースト音が発生する蓋然性が低いと想定される組み合わせであり、表中の「1と−1の表示」は、M=±1のいずれかを満たし、ゴースト音が発生する蓋然性が高いと想定される組み合わせであり、表中の「0の表示」は、M=0となる組み合わせであるから回避することが望ましい組み合わせである。
【0072】
ここで、図9からわかるように、2条と3条のカッタでは、適切な組み合わせが生じないので、予め加工仕様としては採用しないことが望ましい。
このようにして、M1とM2の2つの条件を満たす歯数Zおよび条数Hとなる組み合わせを作業者が現場で迅速に認識できるように、案内手段である一覧表で表示しておくことは、効果的である。
なお、案内手段としては、一覧表の他、カードに記載して表示したり、箇条書きで記載したり、表示作業者が起動ボタンを押すと音声で案内したりすることができる。
【0073】
歯切りステップは、M=±1のいずれをも満たさないように、Z>H×Nを満たすNのうちの最大の整数であるN1に対応するMであるM1が、M1>1であり、Z<H×Nを満たすNのうちの最小の整数であるN2に対応するMであるM2が、M2<1であるという前記M1とM2の2つの条件を満たす前記歯数Zおよび前記条数Hとなる組み合わせで歯切りするステップである。
【0074】
具体的には、M1=+2、+3、・・・、+(N−2)のいずれかを満たし、M2=−2、−3、・・・、−(N−2)のいずれかを満たし、かつ、前記(N1−2)が、(N1−2)≦H−2を満たすような歯数Zと条数Hの組み合わせを採用して歯切りする。
【0075】
次に、44歯の左ねじれ歯車を5条カッタで歯切りする場合におけるゴースト音の発生パターンを数学的に検討する。図11に示すように、ツールマーク数に整数を取り、5条カッタの5に相当するところに歯数44を対応させる。44÷5=8.8をツールマーク数の1の横に置いて対応させ、順次ツールマーク数の整数倍ごとに8.8の倍数を置いて対応させる。このようにすると、ツールマーク数4には35.2が対応し、ツールマーク数6には52.8が対応する。
【0076】
この事実は、44歯の歯車音が44次、及びその整数倍で発生することを考慮すれば、ツールマーク数が4のとき、35.2次、整数表現では35次、ツールマーク数が6つまり6ツールマークのとき52.8次、整数表現では53次のゴースト音が発生することを示唆する。
【0077】
更に、カッタ条数の整数倍前後、例えばカッタ条数−1のパターンでゴースト音が発生するならば、そのゴースト音の次数は35次(35.2)、79次(79.2)、123次(123.2)、もしカッタ条数+1のパターンでゴースト音が発生するならば、そのゴースト音の次数は53次(52.8)、97次(96.8)、141次(140.8)となる。
【0078】
ここで、歯数が44歯の歯車を条数が5条のカッタで歯切りする場合には、M2=−1であるから、実際にカッタの振れが10μの場合と120μの場合で設定して、この組み合わせで歯切りして、ゴースト音が発生するかどうかを検証する。
【0079】
ベンチテストにより歯車の振動計測データを収集して、ゴースト音が発生するかどうかを次数解析した結果、図12(b)に示すように、通常のギア音が生じる44次ではなく、53次振幅のピークが認められた。したがって、53次の振幅に由来するゴースト音が発生することがわかる。振幅のピークは120μの方が10μよりも明確であるので、ゴースト音も大きくなることが想定される。
【0080】
本発明の実施形態に係る歯車の加工方法によれば、以下のような作用効果を奏する。
すなわち、Z=H×N+Mと表し、M=±1のいずれかを満たすか否かを判定する仕様判定ステップを含むことで、ゴースト音が発生する可能性が高い加工仕様であるかどうかを判定して、ゴースト音が発生する可能性が高い加工仕様を予め回避することができる。
【0081】
このため、簡略化された簡易な手法により、不測に発生するゴースト音を未然に効果的に回避することが可能となるため、ゴースト音を解消するための余分な研磨加工等が不要になり工数削減に寄与することができる。
【0082】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されず、適宜変更して実施することが可能である。
例えば、前記した実施形態においては、仕様判定ステップにおいて、M=±1のいずれかを満たすか否かを判定したが、仕様判定ステップは、具体的には、歯車の各歯面におけるカッタの1条目からH条目までの各条により形成されるツールマークの並び順がどのようになるかを判定する並び順判定ステップと、前記各条により形成されるツールマークにおける当該カッタの中心軸と回転軸との偏芯(ずれ)に起因する前記各条による切り込み深さの差を加味して、前記ツールマークが連続して並ぶことにより形成される前記歯面の凹凸形状(うねり)がサインカーブに近くなるような連続的な滑らかな(段差が小さい)規則性を有する単独のまたは等周期のうねり(等周期うねり)を形成するかどうかを判定するうねり形状判定ステップと、を有して構成することもできる。
【符号の説明】
【0083】
2 カッタ
3 歯車
N 任意の正の整数
M 残部整数部分
H カッタの条数
Z 歯車の歯数
m 歯直角モジュール
δ 1歯噛み合い分長さ
β ねじれ角
【技術分野】
【0001】
本発明は、カッタによるヘリカル歯車の加工方法に係り、特に、ゴースト音の発生を未然に抑制する加工仕様を創設して、適切な歯車の歯数とカッタの条数の組み合わせで歯切りするカッタによるヘリカル歯車の加工方法に関する。
【背景技術】
【0002】
歯車の歯面を創成する場合、歯車ブランク材と刃具を相対移動させながら、歯車ブランク材を切削する歯切り工程で歯形を形成する。刃具は、ホブカッタやピニオンカッタ等を使用する。
歯車ブランク材と刃具の組み合わせで加工する場合、一般的には最終歯形とはならず、歯面にうろこ状の微小な凹凸(ツールマーク)が残るため、歯面仕上げ工程が必要である。この歯面仕上げ工程では、シェービングカッタやねじ型砥石による歯車研磨などで歯面仕上げを行い、歯面粗さを改善し歯面精度を確保して、ギアノイズを低減している。
【0003】
ここで、通常の歯車音は、一般に、歯車の噛み合い次数、およびその整数倍で発生し、音や振動として知覚されるが、歯車の噛み合い次数の非整数倍で発生する騒音をいわゆるゴースト音といい、通常の歯車音に対して不快感を与える。そのため、ゴースト音を抑制するために、歯面を研削して面粗さを向上させる技術が知られている(例えば、特許文献1)。
【0004】
また、回転体の振動データを収集し周波数分析することにより、ギアの噛みの良否を判断したり(例えば、特許文献2)、歯車の複数の同時接触線方向の各歯面形状を測定し各実測歯面形状の頂点に基づいて噛み合い進行方向を設定することにより、はすば歯車の歯面形状を測定したりする技術が知られている(例えば、特許文献3)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2000−52145号公報
【特許文献2】特開平2−38930号公報
【特許文献3】特開平11−118407号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、特許文献1は、ゴースト音が発生する歯車を歯面研削によりゴースト音を解消する加工技術であり、カッタによる歯切り加工においてゴースト音を抑制するという課題に着目したものではない。
また、特許文献2と特許文献3は、歯面形状の測定分析技術を開示したものであり、ゴースト音の発生を未然に防止するためのカッタによる歯切りの加工仕様を創設するという課題は何ら開示されていない。
【0007】
本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、ゴースト音の発生を未然に抑制する加工仕様を創設し、適切な歯車の歯数とカッタの条数の組み合わせで歯切りするヘリカル歯車の加工方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
前記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、ヘリカル歯車である歯車の歯数をZ、前記歯車の歯面を切削するカッタの条数をH、任意の正の整数をN、残部整数部分をMとして、Z=H×N+Mと表し、M=±1のいずれかを満たすか否かを判定する仕様判定ステップと、M=±1のいずれをも満たさないように、Z>H×Nを満たすNのうちの最大の整数であるN1に対応するMであるM1が、M1>1であり、Z<H×Nを満たすNのうちの最小の整数であるN2に対応するMであるM2が、M2<1であるという前記M1とM2の2つの条件を満たす前記歯数Zおよび前記条数Hとなる組み合わせで歯切りする歯切りステップと、を含むことを特徴とするカッタによるヘリカル歯車の加工方法である。
【0009】
請求項1に係る発明によれば、Z=H×N+Mと表し、M=±1のいずれかを満たすか否かを判定する仕様判定ステップを含むことで、ゴースト音が発生する可能性が高い加工仕様であるかどうかを判定して、ゴースト音が発生する可能性が高い加工仕様を未然に回避することができる。
【0010】
すなわち、M=±1のいずれかを満たす前記歯数Zと前記条数Hの組み合わせでは、前記歯車の歯面に形成される前記カッタのツールマークを検証すると、カッタの送り方向に沿って順次、隣接する1つ違いの条番号の刃部(第1条目から第H条目までの個々のカッタ)で形成されたツールマークが並ぶ。
【0011】
一方、前記カッタには個体差としての中心軸の偏芯や歯切り加工機への取り付け時における中心軸のずれが加工精度の許容限度内で必然的に発生するため、この軸の偏芯等の影響を受けて、各条番号の刃部(第1条目から第H条目までの歯部)は、それぞれ微小に異なる切込み深さのツールマークを形成することが想定される。
【0012】
しかしながら、軸の偏芯等の影響は、条数が多いカッタでは隣接する条番号の歯部が形成するツールマークの切込み深さの差が微小であるから、歯面に順次隣接する1つ違いの条番号のツールマークが並ぶと、それぞれ微小に異なる切込み深さのツールマークが連続的に並ぶことで、連続的な滑らかな規則性を有するうねりが歯面に形成される。また、当該うねりがゴースト音に影響を及ぼすことについては後述する。
【0013】
よって、M=±1のいずれかを満たすか否かを判定することで、ゴースト音に影響を及ぼす連続的な滑らかな規則性を有するうねりが歯面に形成される蓋然性が高いか否かを簡易な手法で判定し、ゴースト音の発生に影響を及ぼす当該うねりの形成を回避することで、ゴースト音の発生を未然に抑制することができる。
【0014】
そして、歯切りステップにおいて、M=±1のいずれをも満たさないように、M1>1、かつ、M2<1という2つの条件を満たす前記歯数Zおよび前記条数Hとなる組み合わせで歯切りすることで、歯面に隣接する1つ違いの条番号のツールマークが並ばないようにして当該うねりの形成を回避し、歯切り加工の段階で未然にゴースト音の発生を効果的に抑制することができる。
【0015】
このため、簡略化された簡易な手法により、不測に発生するゴースト音を未然に効果的に回避することが可能となるため、ゴースト音を解消するための余分な研磨加工等が不要になり工数削減に寄与することができる。
【0016】
請求項2に係る発明は、請求項2に記載のヘリカル歯車の加工方法であって、前記カッタの条数Hは、4条以上であることを特徴とする。かかる構成によれば、M=±1のいずれかを満たす可能性の高いカッタの条数Hが3条以下の組み合わせを予め排除しておくことで、より効率的にゴースト音の発生を抑制することができる。
【0017】
請求項3に係る発明は、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のヘリカル歯車の加工方法であって、前記歯切りステップは、Z=H×N+Mにおいて、前記M1が、M1=+2、+3、・・・、+(N−2)のいずれかを満たし、前記M2が、M2=−2、−3、・・・、−(N−2)のいずれかを満たし、かつ、前記(N−2)が、(N−2)≦H−2であることを特徴とする。
【0018】
かかる構成によれば、例えば、カッタの条数が4条の場合は、Z=4×N±2の条件を満たす歯車の歯数とカッタの条数の組み合わせで歯切りし、カッタの条数が5条の場合は、Z=5×N±2またはZ=5×N±3の条件を満たす歯車の歯数とカッタの条数の組み合わせで歯切りし、カッタの条数が6条の場合は、Z=6×N±2またはZ=6×N±3またはZ=6×N±4の条件を満たす歯車の歯数とカッタの条数の組み合わせで歯切りする。
【0019】
請求項4に係る発明は、請求項1に記載のヘリカル歯車の加工方法であって、前記歯切りステップにおける前記M1とM2の2つの条件を満たす前記歯数Zおよび前記条数Hとなる組み合わせの条件が認識できるように案内手段が設けられていることを特徴とする。
かかる構成によれば、作業者は、前記M1とM2の2つの条件を満たす前記歯数Zおよび前記条数Hとなる組み合わせの条件が迅速確実に認識できる。
【0020】
請求項5に係る発明は、請求項4に記載のヘリカル歯車の加工方法であって、前記案内手段は、前記組み合わせの条件を音声案内、一覧表で表示、カードに記載して表示、箇条書きで記載して表示したもののいずれかであることを特徴とする。かかる構成によれば、作業者は音声案内や一覧表等で表示された案内手段により、前記M1とM2の2つの条件を満たす前記歯数Zおよび前記条数Hとなる組み合わせの条件が迅速確実に認識できる。
【発明の効果】
【0021】
本発明は、ゴースト音の発生を未然に抑制する加工仕様を創設して、適切な歯車の歯数とカッタの条数の組み合わせで歯切りするヘリカル歯車の加工方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】一般的な歯切り加工の様子を示す斜視図であり、(a)はカッタを下から上に送りながらで歯車を加工する様子を示し、(b)は5条のカッタと歯車の歯数との関係を概念的に示す。
【図2】歯数が44歯の歯車を5条のカッタで加工する場合の歯面に形成されるツールマークの状態を説明するための図であり、(a)は各歯面におけるツールマークの並び順を示し、(b)は歯面に形成されるうねりの状態を概念的に示し、(c)はカッタの回転中心がずれた状態を模式的に示す側面図である。
【図3】右ねじれのヘリカル歯車と左ねじれのヘリカル歯車が噛合する際のR歯面が加速する場合における歯当たりの状態を説明するための歯面の模式図であり、(a)は右ねじれヘリカル歯車が時計回り、(b)は左ねじれヘリカル歯車が反時計回りに回転する状態を示す。
【図4】右ねじれのヘリカル歯車と左ねじれのヘリカル歯車が噛合する際のL歯面が加速する場合における歯当たりの状態を説明するための歯面の模式図であり、(a)は右ねじれヘリカル歯車が反時計回り、(b)は左ねじれヘリカル歯車が時計回りに回転する状態を示す。
【図5】歯面に形成されるツールマークの状態を説明するための模式図であり、(a)は歯車の歯面の部分斜視図、(b)〜(d)はカッタの各条の切込み量の相対差を示す概念図である。
【図6】歯数が44歯の歯車を6条のカッタで加工する場合の歯面に形成されるツールマークの状態を説明するための図であり、(a)は各歯面におけるツールマークの並び順を示し、(b)は歯面に形成されるうねりの状態を概念的に示し、(c)はカッタの回転中心がずれた状態を模式的に示す側面図である。
【図7】歯数が44歯の歯車を3条のカッタで加工する場合の歯面に形成されるツールマークの状態を説明するための図である。
【図8】歯数が44歯の歯車を3条のカッタで加工する場合における他の例のツールマークの状態を説明するための図である。
【図9】歯数と条数の組み合わせとゴースト音との関係を説明するための表である。
【図10】歯車における1歯噛み合い分長さを説明するための模式的な斜視図である。
【図11】ツールマーク数とゴースト次数との関係を解析した図であり、(a)は44歯の歯車を5条のカッタで加工する場合、(b)は49歯の歯車を6条のカッタで加工する場合を示す。
【図12】カッタの偏芯とゴースト音との関係を説明するための図であり、(a)はカッタが偏芯する様子を示す断面図であり、(b)はカッタの偏芯量とゴースト音の程度を対比するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0023】
本発明の実施形態に係る歯車の加工方法について、左ねじれのヘリカル歯車を例として、ゴースト音が発生する蓋然性が高い加工仕様と対比しながら説明する。
【0024】
一般的に、ホブカッタやピニオンカッタ等のカッタ2でワークBL(歯車ブランク材)から歯切り加工をする場合には、図1(a)に示すように、カッタ2を図示したA方向に移動させて位置決めし、高速で回転させながら、下から上に図示するB方向(歯車の幅方向)に送りをかけてワークBLを回転させながら歯切りする。歯切り終了後は、カッタ2をC方向に逃がしD方向に移動して加工原点に戻す。
【0025】
そして、例えば、5条のカッタ2の場合には、図1(a)に示すように、第1条目から第5条目まで、螺旋形状に連続して配設された凸形状の刃部2a,2b,2c,2d,2e(2a〜2e)が形成されている。このため、5条のカッタで歯数がZ歯の歯車3を加工する場合には、図1(b)に示すように、凸形状の刃部2a〜2eにより、歯面3a,3b,3c,3d,3e(3a〜3e)が切削されて、第1歯3A、第2歯2B、第3歯3C、第4歯3D、第5歯3E・・・第Z歯まで順次ギア歯が創成される。
【0026】
本発明の実施形態に係る歯車の加工方法は、歯車の歯数とカッタの条数との組み合わせがゴースト音が発生する可能性が高いかどうかを判定する仕様判定ステップと、適切な歯車の歯数とカッタの条数との組み合わせで歯切りする歯切りステップと、を含んでいる。
【0027】
仕様判定ステップは、歯車の歯数をZ、前記歯車の歯面を切削するカッタの条数をH、任意の正の整数をN、残部整数部分をMとして、Z=H×N+Mと表し、M=±1のいずれかを満たすか否かを判定するステップである。
【0028】
仕様判定ステップについて、具体的に、44歯の歯車をカッタの条数が、それぞれ5条、6条、3条のカッタ(ホブカッタ)で加工する場合を例として、説明する。
ここで、カッタの条数が5条の場合には、Z=H×N1+Mにおいて、44=5×9−1であるから、M=M2=−1の条件を満たす。よって、この組み合わせでは、ゴースト音が発生する蓋然性が高いことが想定される。
【0029】
カッタの条数が6条の場合には、Z=H×N+Mにおいて、44=6×7+2であるから、M=M1=2、かつ、44=6×8−4であるから、M=M2=−4である。
よって、M=±1のいずれをも満たさないため、この組み合わせでは、ゴースト音が発生する蓋然性が低いことが想定される。
【0030】
カッタの条数が3条の場合には、Z=H×N1+Mにおいて、44=3×15−1であるから、M2=−1の条件を満たす。よって、この組み合わせでは、ゴースト音が発生する蓋然性が高いことが想定される。
【0031】
そして、うねり形状判定ステップにおいて、当該うねりがサインカーブに近い連続する滑らかな単独のまたは等周期のうねりを形成する場合には、M=±1のいずれかを満たすことがわかる。また、M=±1のいずれかを満たす場合には、当該うねりがサインカーブに近い連続する滑らかな単独のまたは等周期のうねりを形成することがわかる。
【0032】
[44歯で5条の場合]
仕様判定ステップにおいて、歯数が44歯の歯車を条数が5条のカッタで歯切りする場合について、図2と図3を参照しながら説明する。参照する図2(a)は、並び順判定ステップを示し、歯車の第1歯(歯数1の欄)から第44歯(歯数44の欄)までの各歯面に形成されるツールマークの並び順を縦方向に並べて表示したものである。また、表の最下段がワークBL(図1(a)参照)の1周目の回転、その上がワークBLの2周目の回転のようにして順次表示する。図2(b)は、うねり形状判定ステップを示し、ツールマークの並び順に沿って各条の切込み深さの差を加味して歯面に形成される凹凸形状のうねりを概念的に示したものである。
【0033】
図2(a)に示す表の最下段は、左端の歯数1の項に記載した第1歯から右方向に第44歯まで、カッタの第1条目で形成されたツールマークを1として表示し、カッタの第2条目で形成されたツールマークを2というようにして表示したものである。ワークBLの第1周目の回転では、歯車の第1歯から第5歯までがそれぞれカッタの第1条目から第5条目までで形成されるため、ツールマーク1〜5として表示する。同様に、歯車の第6歯から第10歯までもそれぞれカッタの第1条目から第5条目までで形成され、ツールマーク1〜5として表示する。そうすると、第44歯は、第4条目で形成されたツールマーク4である。
【0034】
このようにして、ワークBLが1回転すると、その間にカッタが歯面に沿って歯車の幅方向に送られるため(図1(a)参照)、第44歯に続く第1歯は、第5条目のツールマークが形成される。つまり、第1歯にはツールマーク1に隣接してツールマーク5が形成される(第1歯の下から2段目参照)。
以上のように、第1歯では、表の下からツールマーク1,5,4,3,2,の順で繰り返しながら歯切り加工が進められる。
【0035】
ここで、図10に示すように、歯車の幅方向に沿う方向における1歯噛み合い分長さδを設定し、この1歯噛み合い分長さδ内に含まれるツールマークの数Tを基準として考察する。1歯噛み合い分長さδは、歯車の主要な歯当たりに相当する噛み合い長さを表す概念である。
【0036】
ヘリカル歯車は、歯すじがつる巻線である円筒歯車であり、基準円筒状でつる巻線はβのねじれを有し、歯車が1回転すると歯車の幅方向に沿う方向においてリードPzだけ進む。したがって、1歯噛み合い分長さδは、δ=Pz/Zで表され、基準円直径をd、歯直角モジュールをmとすると、Pz=πd/tanβであるから、δ=π×m÷sinβで求めることができる。
具体的には、m=1.74、ねじれ角をβ=36度とすると、1歯噛み合い分長さδは、δ=3.14×1.74÷0.588≒9.30mmである。
【0037】
したがって、1歯噛み合い分長さδ内に含まれるツールマークの数Tは、カッタの送り速度をVとすると、T=δ/Vから求めることができる。
例えば、V=1.5mm/sとすると、1歯噛み合い分長さδ内に含まれるツールマークの数Tは、T=9.3÷1.5=6.2個であるから、歯面の中央部分の6個分のツールマークを抽出して考察する。
【0038】
ここで、ヘリカル歯車を駆動させたときの歯当たりの状態について、図3と図4を参照
しながら説明する。図3と図4は、ヘリカル歯車におけるねじれ方向、回転方向、および従動歯車か駆動歯車かの違いによる歯当たりの向きを説明するための図であり、図3は左ねじれ、図4は右ねじれを示す。
図3および図4において、Top側はエンジン等の駆動装置が連結される側、Bottom側はトランスミッション等の被駆動装置が連結される側を示し、回転方向はTop側から見て時計回りか反時計回りかを示す。また、歯元部をRoot、歯先部をTipとして示す。
【0039】
例えば、図3に示すように、Top側から見て右ねじれのヘリカル歯車を時計回りに駆動回転する場合には(図3(a)参照)、対となる左ねじれのヘリカル歯車は反時計回りに従動回転する(図3(b)参照)。この場合には、双方歯車ともにR歯面が歯当たり面となり、右ねじれのヘリカル歯車は、図3(a)に示すように、Bottom側の歯元部RootからTop側の歯先部Tipまで対角線上に歯当たり進行する。対となる左ねじれのヘリカル歯車は、図3(b)に示すように、Bottom側の歯先部TipからTop側の歯元部Rootまで対角線上に歯当たり進行する。
【0040】
ところで、例えば、車のエンジン、ミッション、駆動輪を想定して上記の歯車セットがミッションに組み込まれた場合には、回転が逆になることはない。つまり、エンジンが回転数を上げると、右ねじれのヘリカル歯車は駆動歯車として、また左ねじれのヘリカル歯車は従動歯車として双方歯車ともにR歯面が噛み合い回転する。減速する場合はエンジン回転が低下するが、駆動輪は回転する力が働くので、今度は左ねじれのヘリカル歯車は駆動歯車として、また、右ねじれのヘリカル歯車は従動歯車として双方歯車ともにL歯面が噛み合い回転する。
【0041】
つまり、上記の過程で駆動歯車と従動歯車の機能が双方の歯車で変化することはあっても、回転方向が変化することはない。
従って、図3に示すように、左ねじれのヘリカル歯車が反時計回りに駆動回転する場合は(図3(b)参照)、対となる右ねじれのヘリカル歯車が時計回りに従動回転し(図3(a)参照)、双方歯車ともにL歯面が歯当たり面となり、左ねじれのヘリカル歯車は、図3(b)に示すように、Bottom側の歯元部RootからTop側の歯先部Tipまで対角線上に歯当たり進行する。対となる右ねじれのヘリカル歯車は、図3(a)に示すように、Bottom側の歯先部TipからTop側の歯元部Rootまで対角線上に歯当たり進行する。
【0042】
一方、図3の例に対して回転が逆方向である図4の例について説明する。
Top側から見て右ねじれのヘリカル歯車を反時計回りに駆動回転する場合には(図4(a)参照)、対となる左ねじれのヘリカル歯車は時計回りに従動回転する(図4(b)参照)。この場合には、双方歯車ともにL歯面が歯当たり面となり、右ねじれのヘリカル歯車は、図4(a)に示すように、Top側の歯元部RootからBottom側の歯先部Tipまで対角線上に歯当たり進行する。対となる左ねじれのヘリカル歯車はTop側の歯先部TipからBottom側の歯元部Rootまで対角線上に歯当たり進行する。
【0043】
また、左ねじれのヘリカル歯車が時計回りに駆動回転する場合は、対となる右ねじれのヘリカル歯車が反時計回りに従動回転し、双方歯車ともにR歯面が歯当たり面となり、左ねじれのヘリカル歯車はTop側の歯元部RootからBottom側の歯先部Tipまで対角線上に歯当たり進行する。対となる右ねじれのヘリカル歯車は、図4(b)に示すように、Top側の歯先部TipからBottom側の歯元部Rootまで対角線上に歯当たり進行する。
【0044】
通常の車両を想定した場合には、回転が逆転する構造ではないが、一般的には、逆回転する構造もある。例えば、モーター駆動のギヤボックスでは回転方向は制御により自由自在である。しかしながら、図3(b)と図4(b)を対比すれば明らかなとおり、逆回転した場合には各歯の噛み合い順序と各歯面における噛み合い方向がいずれも逆になるため同様の結果となる。したがって、本願発明は、回転方向を限定する必要はなく、また逆回転可能な構造を排除するものでもない。
【0045】
以下、左ねじれの44歯のヘリカル歯車を5条のカッタで加工した場合における歯面に形成されるツールマークの連続性について具体的に説明する。
左ねじれのヘリカル歯車を反時計回りに従動歯車として回転させた場合には、図5(a)に示すように、矢印Fの方向に歯当たりが進行する(図3(b)参照)。したがって、1歯噛み合い分長さδ内に含まれる6個分のツールマークに着目すると、太枠で囲った範囲となり、第1歯では、歯幅方向に沿って紙面上から下方向にツールマーク1,2,3,4,5,1と並ぶ(図5(a)参照)。
【0046】
第2歯では、同様にして、図5(a)に示すように、第1歯のツールマークに対して、次の条番号で加工されるため、並び順は第1歯と同じようにツールマーク1,2,3,4,5,1と並ぶが、第1歯と同じ範囲の6個のツールマークを上から下方向に見るとツールマーク2,3,4,5,1,2と並ぶ。第3歯では、ツールマーク3,4,5,1,2,3と並ぶ。
【0047】
ここで、図5(a)では、条番号は固有のものではなく条番号のつながりが重要であるから、説明の便宜上、第1歯において1歯噛み合い分長さδ内の最初の歯当たり部の条番号が1となる範囲を抽出して考察する。
また、実際の歯当たりは、矢印Fの方向に進行するが、ツールマークの並び順は歯幅方向に沿って考察しても同様であるので、歯幅方向に沿って紙面における上から下方向に並んだツールマークに着目して考察する。
【0048】
一方、カッタには個体差としての中心軸の偏芯や歯切り加工機への取り付け時における中心軸のずれが加工精度の許容限度内で必然的に発生する(図12参照)。
このため、実際の歯切り加工においては、カッタの回転中心C1がカッタの中心軸C2に対して第1条の歯部2a(図1参照)の方にずれていると想定すると、図5(b)に示すように、第1条目(第1条の歯部による加工)よりも第2条目の方が切り込み量が深くなり、第3条目と第4条目がさらに深くなり、第5条目が第2条目と同じ切込み量となる。
【0049】
このようなカッタの条番号ごとの切込み量の相対差をグラフに表示すると、図2(b)に示すように、第1歯では、ツールマーク1,2,3,4,5,1であるから(図2(a))、ツールマーク1とツールマーク2の切込み量の差、およびツールマーク2とツールマーク3の切込み量の差が等しく段差も小さいから連続的な滑らかさを有している。そして、ツールマーク3とツールマーク4の切込み量が同じであるから滑らかな連続性を有する。さらに、ツールマーク4とツールマーク5の切込み量の差が等しく段差も小さいから連続的な滑らかさを有し、ツールマーク5とツールマーク1の切込み量の差が等しいからやはり滑らかな連続性を有する。
【0050】
このため、第1歯におけるツールマーク1,2,3,4,5,1の並び順では、段差が少なく連続的にツールマークが並び、この変化が同じ周期で繰り返されるから、第1歯の歯面には、連続的な滑らかな規則性を有する単独のまたは等周期のうねり(等周期うねり)が形成される。
【0051】
同様にして、第2歯および第3歯も、第1歯とツールマークの並び順は同じであるから、同じように等周期うねりが形成され、第4歯から第44歯にも同じように等周期うねりが形成される。このように、第1歯から第44歯まで、ツールマークの並び順は同じであるから、同じ規則性を有する同じような等周期うねりが形成される。
【0052】
このすべての歯面(第1歯から第44歯まで)に共通する規則性を有する等周期うねりが、ゴースト音に影響を及ぼす蓋然性が高いことが想定される。そして、このような等周期うねりは、M=±1のいずれかを満たす場合に形成されることがわかる。
【0053】
[44歯で6条の場合]
歯数が44歯の歯車を条数が6条のカッタで歯切りする場合について、主として図6を参照しながら説明する。図6の表の最下段は、歯車の第1歯から第6歯までがそれぞれカッタの第1条目から第6条目までで形成されるため、ツールマーク1〜6として表示する。第44歯は、第2条目で形成されたツールマーク2である。
【0054】
このようにして、ワークBL(歯車ブランク材)が1回転すると、その間にカッタが歯面に沿って歯車の幅方向に送られるため(図1(a)参照)、第44歯に続く第1歯は、第3条目のツールマーク3が形成される(第1歯の下から2段目参照)。
【0055】
したがって、第1歯では、表の下からツールマーク1,3,5,1,3,5の順で繰り返しながら歯切り加工が進められる(図6(a)参照)。一方、第2歯では、表の下からツールマーク2,4,6,2,4,6の順で繰り返すようにツールマークが形成され、第3歯では、ツールマーク3,5,1,3,5,1の順で繰り返す。このように、奇数番目の第1歯と第3歯の並び順は同じであるが、奇数番目の第1歯と偶数番目の第2歯の並び順では異なっている。
【0056】
ここで、1歯噛み合い分長さδ内に含まれる6個分のツールマークに着目すると、第1歯では、上から下方向にツールマーク1,5,3,1,5,3と並ぶ(図6(a)参照)。一方、第2歯では、ツールマーク2,6,4,2,6,4と並び、第3歯では、ツールマーク3,1,5,3,1,5と並ぶ。
【0057】
そして、カッタの条番号ごとの切込み量の相対差を考慮すると、図6(c)から理解されるように、第1条目の切込み量と比較すると、第1条目よりも第2条目と第6条目の方が切り込み量が深くなり、第3条目と第5条目がさらに深くなり、第4条目が最も深くなる切込み量となる。
【0058】
このカッタの条番号ごとの切込み量の相対差をグラフに表示すると、図6(b)に示すように、第1歯では、ツールマーク1,5,3,1,5,3の順であるから(図4(a))、ツールマーク1とツールマーク5,3の切込み量の差が比較的大きいため、段差が大きく連続的な滑らかさに欠けている。
同様に、第2歯でも、2,6,4,2,6,4の順であるから(図6(a))、ツールマーク2,6とツールマーク4の切込み量の差が大きいため、段差が比較的大きく連続的な滑らかさに欠けている。
【0059】
しかも、奇数番目の第1歯に形成された凹凸状のうねりはツールマーク1が浅くツールマーク5と3が深くなっているのに対して、偶数番目の第2歯に形成された凹凸状のうねりはツールマーク2と6がツールマーク1よりも深く、そしてツールマーク2と6よりもツールマーク4がさらに深くなっているため凹凸形状も深さも異なるため、各歯に共通する同じ規則性を有しない。よって、すべての歯面に共通する規則性(等周期性)を有する等周期うねりが生じないので、ゴースト音が発生する蓋然性は低いと考えられる。
【0060】
[44歯で3条の場合(6ツールマーク)]
歯数が44歯の歯車を条数が3条のカッタで歯切りする場合について、主として図7を参照しながら説明する。
図7の表の最下段は、歯車の第1歯から第3歯までがそれぞれカッタの第1条目から第3条目までで形成されるため、ツールマーク1〜3として表示する。第44歯は、第2条目で形成されたツールマーク2である。
このようにして、ワークBLが1回転すると、その間にカッタが歯面に沿って歯車の幅方向に送られるため(図1(a)参照)、第44歯に続く第1歯は、第3条目のツールマーク3が形成される(第1歯の下から2段目参照)。
【0061】
したがって、第1歯では、表の下からツールマーク1,3,2,1,3,2の順で繰り返しながら歯切り加工が進められる(図7(a)参照)。一方、第2歯では、第1歯と並び順は同じであるが、第1歯とは1つずれたツールマーク2から始まり、表の下からツールマーク2,1,3,2,1,3の順で繰り返すようにツールマークが形成され、第3歯では、さらに1つずれたツールマーク3から始まり、ツールマーク3,2,1,3,2,1の順で繰り返す。
【0062】
このように、1つずれているが、始端と終端が異なるのみですべての歯でツールマークの並び順が同じであるから、すべての歯面に共通する規則性(等周期性)を有する等周期うねりが生じる。
【0063】
1歯噛み合い分長さδ内に含まれる6個分のツールマークに着目すると、第1歯では、上から下方向にツールマーク1,2,3,1,2,3と並ぶ(図7(a)参照)。第2歯では、ツールマーク2,3,1,2,3,1と並び、第3歯では、ツールマーク3,1,2,3,1,2と並ぶ。
そして、カッタの条番号ごとの切込み量の相対差を考慮すると、図7(c)から理解されるように、第1条目の切込み量と比較すると、第1条目よりも第2条目と第3条目の方が切り込み量が深くなっている。
【0064】
このカッタの条番号ごとの切込み量の相対差をグラフに表示すると、図7(b)に示すように、第1歯では、ツールマーク1とツールマーク2,3の切込み量の差が大きく、連続性には欠けているが、等周期性は備えている。同様に、第2歯と第3歯でも、ツールマーク2,3とツールマーク1の切込み量の差が大きく、連続性な滑らかさに欠けているが、前記したように、すべての歯でツールマークの並び順が同じであるため、各歯に共通する同じ規則性(等周期性)を有している。
【0065】
よって、ゴースト音が発生する蓋然性が低いと判定するのは適切ではなく、このような加工仕様を回避してゴースト音が発生する蓋然性が低い加工仕様に変更するか、カッタの偏芯の管理等の精度管理をより厳格したり、仕上げ加工の削り代を増加したりする等、予め対策を講じておくことが望ましい。
【0066】
[44歯で3条の場合(7ツールマーク)]
ここで、カッタの送り速度Vを遅くして、1歯噛み合い分長さδ内に含まれるツールマーク数が7になるように調整すると、カッタの条番号ごとの切込み量の相対差のグラフは、図8(b)に示すように、第1歯では、ツールマーク1,2,3,1,2,3,1と並ぶ(図8(a)参照)。第2歯では、ツールマーク2,3,1,2,3,1,2と並び、第3歯では、ツールマーク3,1,2,3,1,2,3と並ぶ。
【0067】
図7(b)に表示された6ツールマークのうねりと、図8(b)に表示された7ツールマークのうねりを対比すると、7ツールマークのうねりの方が6ツールマークのうねりよりも各歯面における等周期性(規則性)が向上するため、各歯面に共通する規則性が高くなるため、よりゴースト音が発生する蓋然性がより高くなることが想定される。
【0068】
このように、カッタの送り速度Vを調整することで、送り方向のツールマークの長さが変わるため、各歯面に形成される等周期うねりの周期が変化したり、隣接する歯面における等周期うねりの連続性が変化したりするので、ゴースト音の大きさやゴースト音が発生する蓋然性の程度が異なることが想定される。
【0069】
なお、歯数が44歯の歯車を条数が2条または4条のカッタで歯切りする場合のように、歯数Z÷条数Hが割り切れ、Z=H×N+Mにおいて、M=0となる場合がある。
このような組み合わせの場合には、第1歯の歯面にはすべて第1条目によるツールマーク1が形成され、第2歯の歯面にはすべて第2条目によるツールマーク1が形成されるというように、カッタの条番号の固有の特性が特定の歯面にすべて反映されてしまう。このため、通常採用しない方が望ましい組み合わせであるので、前記したような等周期うねりは生じないが、このような組み合わせの詳細な説明は省略する。
【0070】
以上の結果に基づいて、歯車の歯数とカッタの条数との関係について、ゴースト音が発生する蓋然性が高いかどうかを整理すると図9のようになる。図9は、歯数が10〜49までの歯車を条数が2〜6までのカッタで歯切りする場合の歯数と条数との関係を示し、Z=H×N+Mにおいて、M=±1のいずれかを満たすか否かを記載したものである。
【0071】
表中の「○印」はM=±1を満たさず、ゴースト音が発生する蓋然性が低いと想定される組み合わせであり、表中の「1と−1の表示」は、M=±1のいずれかを満たし、ゴースト音が発生する蓋然性が高いと想定される組み合わせであり、表中の「0の表示」は、M=0となる組み合わせであるから回避することが望ましい組み合わせである。
【0072】
ここで、図9からわかるように、2条と3条のカッタでは、適切な組み合わせが生じないので、予め加工仕様としては採用しないことが望ましい。
このようにして、M1とM2の2つの条件を満たす歯数Zおよび条数Hとなる組み合わせを作業者が現場で迅速に認識できるように、案内手段である一覧表で表示しておくことは、効果的である。
なお、案内手段としては、一覧表の他、カードに記載して表示したり、箇条書きで記載したり、表示作業者が起動ボタンを押すと音声で案内したりすることができる。
【0073】
歯切りステップは、M=±1のいずれをも満たさないように、Z>H×Nを満たすNのうちの最大の整数であるN1に対応するMであるM1が、M1>1であり、Z<H×Nを満たすNのうちの最小の整数であるN2に対応するMであるM2が、M2<1であるという前記M1とM2の2つの条件を満たす前記歯数Zおよび前記条数Hとなる組み合わせで歯切りするステップである。
【0074】
具体的には、M1=+2、+3、・・・、+(N−2)のいずれかを満たし、M2=−2、−3、・・・、−(N−2)のいずれかを満たし、かつ、前記(N1−2)が、(N1−2)≦H−2を満たすような歯数Zと条数Hの組み合わせを採用して歯切りする。
【0075】
次に、44歯の左ねじれ歯車を5条カッタで歯切りする場合におけるゴースト音の発生パターンを数学的に検討する。図11に示すように、ツールマーク数に整数を取り、5条カッタの5に相当するところに歯数44を対応させる。44÷5=8.8をツールマーク数の1の横に置いて対応させ、順次ツールマーク数の整数倍ごとに8.8の倍数を置いて対応させる。このようにすると、ツールマーク数4には35.2が対応し、ツールマーク数6には52.8が対応する。
【0076】
この事実は、44歯の歯車音が44次、及びその整数倍で発生することを考慮すれば、ツールマーク数が4のとき、35.2次、整数表現では35次、ツールマーク数が6つまり6ツールマークのとき52.8次、整数表現では53次のゴースト音が発生することを示唆する。
【0077】
更に、カッタ条数の整数倍前後、例えばカッタ条数−1のパターンでゴースト音が発生するならば、そのゴースト音の次数は35次(35.2)、79次(79.2)、123次(123.2)、もしカッタ条数+1のパターンでゴースト音が発生するならば、そのゴースト音の次数は53次(52.8)、97次(96.8)、141次(140.8)となる。
【0078】
ここで、歯数が44歯の歯車を条数が5条のカッタで歯切りする場合には、M2=−1であるから、実際にカッタの振れが10μの場合と120μの場合で設定して、この組み合わせで歯切りして、ゴースト音が発生するかどうかを検証する。
【0079】
ベンチテストにより歯車の振動計測データを収集して、ゴースト音が発生するかどうかを次数解析した結果、図12(b)に示すように、通常のギア音が生じる44次ではなく、53次振幅のピークが認められた。したがって、53次の振幅に由来するゴースト音が発生することがわかる。振幅のピークは120μの方が10μよりも明確であるので、ゴースト音も大きくなることが想定される。
【0080】
本発明の実施形態に係る歯車の加工方法によれば、以下のような作用効果を奏する。
すなわち、Z=H×N+Mと表し、M=±1のいずれかを満たすか否かを判定する仕様判定ステップを含むことで、ゴースト音が発生する可能性が高い加工仕様であるかどうかを判定して、ゴースト音が発生する可能性が高い加工仕様を予め回避することができる。
【0081】
このため、簡略化された簡易な手法により、不測に発生するゴースト音を未然に効果的に回避することが可能となるため、ゴースト音を解消するための余分な研磨加工等が不要になり工数削減に寄与することができる。
【0082】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されず、適宜変更して実施することが可能である。
例えば、前記した実施形態においては、仕様判定ステップにおいて、M=±1のいずれかを満たすか否かを判定したが、仕様判定ステップは、具体的には、歯車の各歯面におけるカッタの1条目からH条目までの各条により形成されるツールマークの並び順がどのようになるかを判定する並び順判定ステップと、前記各条により形成されるツールマークにおける当該カッタの中心軸と回転軸との偏芯(ずれ)に起因する前記各条による切り込み深さの差を加味して、前記ツールマークが連続して並ぶことにより形成される前記歯面の凹凸形状(うねり)がサインカーブに近くなるような連続的な滑らかな(段差が小さい)規則性を有する単独のまたは等周期のうねり(等周期うねり)を形成するかどうかを判定するうねり形状判定ステップと、を有して構成することもできる。
【符号の説明】
【0083】
2 カッタ
3 歯車
N 任意の正の整数
M 残部整数部分
H カッタの条数
Z 歯車の歯数
m 歯直角モジュール
δ 1歯噛み合い分長さ
β ねじれ角
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ヘリカル歯車である歯車の歯数をZ、前記歯車の歯面を切削するカッタの条数をH、任意の正の整数をN、残部整数部分をMとして、Z=H×N+Mと表し、
M=±1のいずれかを満たすか否かを判定する仕様判定ステップと、
M=±1のいずれをも満たさないように、
Z>H×Nを満たすNのうちの最大の整数であるN1に対応するMであるM1が、
M1>1であり、
Z<H×Nを満たすNのうちの最小の整数であるN2に対応するMであるM2が、
M2<1である
という前記M1とM2の2つの条件を満たす前記歯数Zおよび前記条数Hとなる組み合わせで歯切りする歯切りステップと、
を含むことを特徴とするカッタによるヘリカル歯車の加工方法。
【請求項2】
前記カッタの条数Hは、4条以上であることを特徴とする請求項1に記載のヘリカル歯車の加工方法。
【請求項3】
前記歯切りステップは、Z=H×N+Mにおいて、
前記M1が、M1=+2、+3、・・・、+(N−2)のいずれかの条件を満たし、
前記M2が、M2=−2、−3、・・・、−(N−2)のいずれかの条件を満たし、
かつ、前記(N−2)が、(N−2)≦H−2
であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のヘリカル歯車の加工方法。
【請求項4】
前記歯切りステップにおける前記M1とM2の2つの条件を満たす前記歯数Zおよび前記条数Hとなる組み合わせの条件が認識できるように案内手段が設けられていることを特徴とする請求項1に記載のヘリカル歯車の加工方法。
【請求項5】
前記案内手段は、前記組み合わせの条件を音声案内、一覧表で表示、カードに記載して表示、箇条書きで記載して表示したもののいずれかであることを特徴とする請求項4に記載のヘリカル歯車の加工方法。
【請求項1】
ヘリカル歯車である歯車の歯数をZ、前記歯車の歯面を切削するカッタの条数をH、任意の正の整数をN、残部整数部分をMとして、Z=H×N+Mと表し、
M=±1のいずれかを満たすか否かを判定する仕様判定ステップと、
M=±1のいずれをも満たさないように、
Z>H×Nを満たすNのうちの最大の整数であるN1に対応するMであるM1が、
M1>1であり、
Z<H×Nを満たすNのうちの最小の整数であるN2に対応するMであるM2が、
M2<1である
という前記M1とM2の2つの条件を満たす前記歯数Zおよび前記条数Hとなる組み合わせで歯切りする歯切りステップと、
を含むことを特徴とするカッタによるヘリカル歯車の加工方法。
【請求項2】
前記カッタの条数Hは、4条以上であることを特徴とする請求項1に記載のヘリカル歯車の加工方法。
【請求項3】
前記歯切りステップは、Z=H×N+Mにおいて、
前記M1が、M1=+2、+3、・・・、+(N−2)のいずれかの条件を満たし、
前記M2が、M2=−2、−3、・・・、−(N−2)のいずれかの条件を満たし、
かつ、前記(N−2)が、(N−2)≦H−2
であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のヘリカル歯車の加工方法。
【請求項4】
前記歯切りステップにおける前記M1とM2の2つの条件を満たす前記歯数Zおよび前記条数Hとなる組み合わせの条件が認識できるように案内手段が設けられていることを特徴とする請求項1に記載のヘリカル歯車の加工方法。
【請求項5】
前記案内手段は、前記組み合わせの条件を音声案内、一覧表で表示、カードに記載して表示、箇条書きで記載して表示したもののいずれかであることを特徴とする請求項4に記載のヘリカル歯車の加工方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【公開番号】特開2011−194513(P2011−194513A)
【公開日】平成23年10月6日(2011.10.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−63936(P2010−63936)
【出願日】平成22年3月19日(2010.3.19)
【出願人】(000005326)本田技研工業株式会社 (23,863)
【公開日】平成23年10月6日(2011.10.6)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年3月19日(2010.3.19)
【出願人】(000005326)本田技研工業株式会社 (23,863)
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