説明

対応した工具を使用する連続形成法によって内サイクロイド歯を有する傘歯車を製造する方法

本発明は、歯のフランクの長手方向ラインとして真っ直ぐなまたは線形の内サイクロイドを有するプランジ研削された冠歯車(32)の製造に関する。この製造は、軸方向の運動が結合される形成法により、実行される。改良ホビング法を使用することにより、対応するピニオン(31)を製造することができる。対応するテーパー化された創成歯車(41)が、図9Aに破線の形態で示されている。フライス加工工具(50)のカッタヘッド軸は、参照符号(51)によって識別されている。この場合に、フライス加工工具(50)は、多数のカッタ(52)を担持している。円錐形の仮想的な創成歯車(41)の刃(44)は、フライス加工工具(50)のカッタ(52)の刃または刃のフランクにより、係合領域内において、表現または再現される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、連続形成法により、具体的には、フライス加工カッタヘッドを使用することにより、内サイクロイド(ハイポサイクロイド:hypocycloid)歯を有する直歯(straight-toothed)傘歯車を製造する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
傘歯車には様々な型式(タイプ:type)のものがあり、これらの型式は、具体的には、フランク(flank)の長手方向ラインの輪郭(プロフィール:profile)に基づいて区別されている。以下の傘歯車は、フランクのプロフィールに応じて区分けされたものである:
−直歯傘歯車
−はす歯傘歯車
−ねじれ歯傘歯車
【0003】
傘歯車対の歯は、(ピッチ円錐角が既知である場合には)組み合わされる仮想的なプレーンギヤ(plane gear)の歯によって一意に確定することができる。また、対応するプレーンギヤを、ウエハー(wafer)状の非常に薄い輪郭ディスク(円板)として仮定することも可能である。プレーンギヤは、ピッチ円錐角をδ=90°に設定することにより、傘歯車の歯から結果的に得られる。
【0004】
ねじれ歯付き傘歯車の場合には、フランクの長手方向ラインの形状について、更なる細区分が可能である:
−円弧
−外サイクロイド(エピサイクロイド:epicycloid)、特に、拡張(エクステンディッド:extended)外サイクロイド
−インボリュート
−内サイクロイド、特に、拡張内サイクロイド
【0005】
円弧歯傘歯車は、フランクの長手方向ラインとして円弧を有している。円弧歯傘歯車は、単一割り出し(インデックス:indexing)法(間欠的割り出しプロセス,単一割り出しプロセス、或いは正面フライス削りとも呼ばれる)にて製造される。単一割り出し法は、図1Aにおいて模式的に示されている。カッタヘッド20のカッタ21は、製作されるべき傘歯車11が固定位置にある間に、円運動を行う。更なる歯空隙を造るためには、カッタヘッド20を引き戻し、且つ、ワークピース11を或る割付(インデックス)角だけ回転させる。(ここでは反時計回り方向の)更なる漸進的な回転が、図1Aにおいて矢印A,B及びCで示されている。従って、1つの歯空隙22は常に1つずつ造られる。
【0006】
外サイクロイド、特に拡大(エクスパンディッド:expanded)外サイクロイド歯(拡張外サイクロイド形歯とも呼ばれる)の歯車は、連続割出し法(連続ホビング(hobbing)、連続割出しプロセス、または正面ホビングとも呼ばれる)によって製造される。連続割出し法による外サイクロイドの製造においては、バーカッタヘッドのねじ山の数G(カッタグループの数)に対する傘歯車のプレーンギヤの歯の数zの比率は、基礎円GKの半径RGと転動円RKの半径RRの比率に対応している。その上部にカッタ23の刃が着座するカッタヘッドの公称半径rが転動円RKの半径RRを上回っている際に、拡張外サイクロイドと呼ばれる(図1Bを参照)。
この連続割出し法においては、カッタヘッドとワーク11の両方が、時系列に互いに適合された運動順序によって回転する。したがって、割出しは、連続的に実行され、かつ、空隙12と、対応する歯13は、疑似的に同時に製造される。対応する例が図1Bに示されている。ここでは、カッタヘッドは、反時計回りに回転し、ワーク11は、時計回りに回転している(この回転運動は、プレーンギヤ回転とも呼ばれる)。ここでは、外サイクロイド(例えば、拡張外サイクロイド)が生成される。したがって、ここでは、運動が反対方向において発生している。両方が同一方向において回転した場合には、(図1Cに示されているように)内サイクロイドが生成される。
図1Bは、対応するカッタヘッドのカッタ23が、通常、対(カッタグループ当たりのカッタの数が2つ、3つ、またはこれよりも大きい場合には、グループとも呼ばれる)で存在することを示している。図1Bは、カッタヘッドの転動円RKがワーク11の基礎円GKに沿って転動することを示している。ここでは、Mは、カッタヘッドの中心点を示している。この中心点Mは、転動円RKの中心点と一致している。それぞれの場合に1対のカッタのみ、または1つのグループのカッタのみが歯空隙12を通じて運動するように、2つの回転運動の結合が実行されている。
【0007】
「直線」的な内サイクロイドをフランクの長手方向ラインとして有する傘歯車は、図2に示されている原理に従って製造することができる。図示の数学的原理は、様々な教本に示されているが、欧州特許出願公開第1348509A2号明細書(特許文献1)にも開示されている。基本的に、この方法は、「Stanki dja obrabotki konitscheskich zubtschatych kolos」、Izdanie 2−e、V.N.Kedrinskij、K.M.Pismanik、Izdatelstvo、「Maschinostroenie」、Moskva、1967、506〜508頁(非特許文献1)にも開示されている。
【0008】
欧州特許出願公開第1348509A2号明細書(特許文献1)に記述されている方法は、伝達比が小さい場合に、よく使用される。
【0009】
内サイクロイドを得るために、半径RRを有する転動円RKは、半径RGを有する固定された基礎円GKの内部において転動する。転動円RKは、矢印P1によって示されているように、その軸(中心点M)を中心として回転する。転動円RKは、矢印P2によって示されているように、基礎円GKの内部において反時計回りに転動する(回転方向を逆転させることもできる)。ポインタZ1は、転動円RK内において半径方向を外向きに位置が固定された状態において方向付けされ、かつ、転動円RKの周囲上の生成点Uと関連付けられている。この地点Uは、転動円RKの座標系において位置が固定される。即ち、この地点Uは、転動円RKに対して固定して接続されている。地点Uのホビング運動を通じて、即ち、基礎円GKの中心点を中心とした衛星運動に結合された地点Mを中心としたその独自の回転を通じて、地点Uは、基礎円GKのx−y座標系において内サイクロイドHYを、あるいは、図示されている特別のケースにおいては、直線を生成する。したがって、地点Uは、転動円RKが基礎円GK内において転動した際に、線形内サイクロイド(HY)を規定または表現する。ここで、カッタヘッドの半径rは、r=RRである。ここでは、2つの円RKおよびGKは、デカルトx−y座標系において示されている。
【0010】
このx−y座標系におけるパラメータ表現は、以下のように表される。

(2)
【0011】
これらの式(1)および(2)において、λは、基礎円GKの中心点MGとの関係における転動円RKの中心点Mの回転角度を表している。スナップショットが図2に示されており、この場合には、λ=0、x=RG、y=0が当てはまる。Uの座標は、[RG,0]と表現される。
【0012】
図3A〜図3Hは、順序に基づいて、内サイクロイドHYが直線になる特別なケースが存在することを示している。これらの図においては、図の明瞭性を損なわないように、説明および参照符号が意図的に省略されている。ただし、図2の説明および参照符号を一対一で適用することができる。条件RR=RG/2またはRG/RR=2が満足された際に、結果的に直線が得られる。図3A〜図3Hに基づいて、生成点Uは、図3A(λ=0°)の図から始まって、x軸に沿って、座標位置[RG,0]から、左方向に、座標位置[−RG,0]まで変位することが観察されよう。図3E(λ=180°)において、この座標位置[−RG,0]に到達している。転動円RKは、いまや、x−y座標系の2つの下部象限を通じて転動し、かつ、地点Uは、座標位置[−RG,0]から座標位置[RG,0]に戻るように運動する。これらの図において、直線HYは、x軸に沿って、[RG,0]から[−RG,0]まで延在する距離である。
【0013】
示されているこれらの図に基づいて、内サイクロイドの特別な形状について説明することもできる。特別な形状は、以下のように生成される。生成点Uが転動円RKの内部または外部である場合に、それぞれ、短縮内サイクロイドまたは拡張内サイクロイドと呼ばれる。転動円RKの中心M(図2を参照)と生成点Uの位置の間の距離は、パラメータcによって表される。したがって、c<RRは、短縮内サイクロイドを生成し、かつ、c>RRは、拡張内サイクロイドを生成する。
図4Aには、c=1.5RRを有する拡張内サイクロイドが示されている。したがって、ポインタZ2は、長さc=1.5RRを有する(変数cは、図1Bにおけるカッタヘッドの公称半径rに対応している)。したがって、カッタヘッドの公称半径rは、ここでは、r=1.5RRである。図4Bには、c=0.5RRを有する短縮内サイクロイドが示されている。したがって、ポインタZ3は、長さc=0.5RRを有する。したがって、カッタヘッドの公称半径rは、ここでは、r=0.5RRである。それぞれの場合に、楕円は、そのパラメータ表現がx−y座標系において角度λの関数として次のように表される内サイクロイドHYとして生成される。

(4)
前述のように、c=RRおよびRR=RG/2である場合には、特別なケースとして、線形内サイクロイドが得られる。
【0014】
傘歯車を製造するために使用される正面フライス加工カッタヘッドにおいては、いわゆる、バーカッタヘッドとプロフィールカッタヘッドが区別されている。バーカッタヘッドは、多数の(例えば、40個の)バーカッタを装備し、それぞれのバーカッタは、シャフトと、ヘッドエリアと、を有する。バーカッタを研磨することにより、望ましい形状および位置をヘッドエリアに付与することができる。バーカッタヘッドは、相対的に少ない数のカッタを収容するプロフィールカッタヘッドよりも生産的であり、かつ、バーカッタは、再度プロフィールを付与することができる。
これとは対照的に、プロフィールカッタヘッドは、リリーフグラウンドカッタを装備する。これらのフォームカッタ(プロフィールカッタとも呼ばれる)は、再研磨の際に、機械加工表面上にそのプロフィール形状を維持する。これらのフォームカッタの再研磨のために特殊な研磨装置が不要であることが、プロフィールカッタを使用した傘歯車のフライス加工の利点である。例えば、既知のZyklo−Palloid(登録商標)法は、このようなプロフィールカッタを使用して渦巻き状の傘歯車を製造している。
【0015】
ホビングのみならず、むしろ、プランジ(plunge)研削(プランジングとも呼ばれる)によっても、冠歯車(クラウン歯車:crown wheel)を製造可能であることが知られている。この場合には、形成法、あるいは、FORMATE(登録商標)歯車研削とも呼ばれる(FORMATE(登録商標)は、米国ニューヨーク州Rochesterに所在するThe Gleason Works社の商標である)。この手順は、冠歯車の製造における時間を節約する。ホビング運動が発生しないため、工具のプロフィールが冠歯車の空隙内に再現される。このように製造された冠歯車は、工具のプロフィールを有しており、即ち、歯のフランクのプロフィールの曲率が、第1工具の工具プロフィール形状の結果として直接的に得られる。ただし、この場合には、ホビングされたピニオンとプランジ研削された冠歯車が相互に正しく動作できるように、傘歯車対の対応する対をなすピニオンを改良ホビング法によって製造しなければならない。これに関する詳細は、例えば、「Kegelraeder;Grundlagen,Anwendungen[Bevel Gears;Fundamentals,Applications]」、J.Klingelnberg、Springer Verlag、2008年、16〜17頁(非特許文献2)を参照されたい。プランジ研削された冠歯車およびマッチングするホビングされたピニオンを製造する方法は、米国特許第1,982,036号明細書(特許文献2)に開示されており、両方の傘歯車は、円錐状にテーパー化された(テーパー状の)歯を有する。この方法に関する詳細は、米国特許第2,105,104号明細書(特許文献3)および米国特許第2,310,484号明細書(特許文献4)を参照されたい。これらの米国特許は、それぞれ、螺旋歯または渦巻歯傘歯車の製造に関係している。
【0016】
本発明は、内サイクロイド歯を有する傘歯車のフライス加工に、特に、直歯傘歯車のフライス加工に関する。
【0017】
直歯傘歯車をフライス加工するべく現在使用されている方法は、ホビング(既知のホビング法の名称:Coniflex(登録商標)、Konvoid、およびSferoid(商標))およびブローチング(Revacycle(登録商標)法とも呼ばれる)である。ホビングの場合には、等しいサイズの2つの円板形状のカッタヘッドが使用され、この場合に、外周上のカッタは、半径方向を外向きに向いている。2つのカッタヘッドの軸は、最も狭い地点において1つのカッタヘッドのカッタが他方のカッタの間に係合してもよいように、互いに向かって傾斜している。したがって、1つのカッタヘッドは、左フランクのために使用され、かつ、1つのカッタヘッドは、右フランクのために使用される。この直歯傘歯車のホビングは、単一割出し法であり、この場合には、冠歯車および傘歯車ピニオンがホビングされる。
ブローチング法も、単一割出し法であるが、この場合には、冠歯車および傘歯車ピニオンの歯のフランクは、ホビングのように、包絡線切削によって製造されない。むしろ、ブローチングにおけるカッタプロフィールは、傘歯車の最終的な空隙プロフィールの形状に正確に対応している。ブローチング法は、単一割出し法におけるホビングよりも生産的ではあるが、ほとんどすべての傘歯車(伝達比)について、周囲に複数の様々なダイカッタを有する特殊な円板形状のブローチングカッタヘッドが必要であるという欠点を有する。
【0018】
傘歯車対のホビング製造における時間費用は、しばしば、相対的に大きい。この知見は、内サイクロイド歯を有する傘歯車にも適用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0019】
【特許文献1】欧州特許出願公開第1 348 509 A2号明細書
【特許文献2】米国特許第1,982,036号明細書
【特許文献3】米国特許第2,105,104号明細書
【特許文献4】米国特許第2,310,484号明細書
【非特許文献】
【0020】
【非特許文献1】「Stanki dja obrabotki konitscheskich zubtschatych kolos」、Izdanie 2−e、V.N.Kedrinskij、K.M.Pismanik、Izdatelstvo、「Maschinostroenie」、Moskva、1967、506〜508頁
【非特許文献2】「Kegelraeder;Grundlagen,Anwendungen[Bevel Gears;Fundamentals,Applications]」、J.Klingelnberg、Springer Verlag、2008年、16〜17頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0021】
したがって、本発明は、直歯傘歯車を迅速にかつ生産的に製造できるようにする解決策を提供するという目的に基づいている。特に、本発明は、直歯ピニオンおよび直歯冠歯車から製造される傘歯車対の製造にも関する。
【0022】
したがって、本発明は、特に、冠歯車の従来のホビングにおいては、フライス加工工具が冠歯車ブランク上において材料をほとんど引き戻さない機械加工フェーズが存在しうるという知見に基づいている。この機械加工フェーズにおいては、フライス加工工具は、生産的に動作しない。プランジ研削にのみ限定されることにより、冠歯車の機械加工時間を短縮できることが判明している。しかしながら、その結果、冠歯車の歯のわずかに異なる歯プロフィールが結果的に得られる。したがって、プランジ研削された冠歯車とホビングされたピニオンが互いに一緒に正しく動作することができるように、または機能可能な傘歯車対を形成することができるように、相応して適合されたホビング法を使用することにより、関連するピニオンを製造しなければならない。ここでは、この適合されたホビング法を改良ホビング法とも呼称する。
【課題を解決するための手段】
【0023】
この目的は、本発明によれば、請求項1に記載された方法によって実現される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項の主題を形成している。
【0024】
本発明による方法においては、冠歯車のみがプランジ研削され、ピニオンはホビングされる。ピニオンのホビングプロセスは、ホビングされた冠歯車を有する既知の対のピニオンとの関係において変更されている。したがって、この文脈において、改良ホビング法と呼称する。
【0025】
冠歯車のみをプランジ研削し、関連するピニオンを改良ホビングする方法は、特に有効かつ迅速であることが証明された。
【0026】
本発明を使用して多軸傘歯車研削装置上において直歯歯車を迅速かつ効率的に製造することができることは、本発明の利点と考えられる。この結果、直歯の製造のために特別な装置を使用する必要がない。
【0027】
必要に応じて、本発明による形成法を使用して対をなす歯を一定の歯高において製造可能であることは、本発明の利点である。
【0028】
同一の歯車研削装置上において、渦巻き状の傘歯車対とホビングされた直歯傘歯車対を製造することができる。この方法は、高い柔軟性と高い生産性を同時に実現する。
【0029】
参照符号のリストは、本開示の一部である。
【0030】
図面については、本文中において広範に説明している。図面を参照し、本発明の例示的実施形態について、以下に詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1A】単一割出し法の概略図を示す。
【図1B】連続割出し法の概略図を示しており、ここでは、外サイクロイドが生成されている。
【図1C】連続割出し法の概略図を示しており、ここでは、内サイクロイドが生成されている。
【図2】内サイクロイドの生成の概略図を示す。
【図3A】線形内サイクロイドの生成の漸進的な概略図を示す。
【図3B】線形内サイクロイドの生成の漸進的な概略図を示す。
【図3C】線形内サイクロイドの生成の漸進的な概略図を示す。
【図3D】線形内サイクロイドの生成の漸進的な概略図を示す。
【図3E】線形内サイクロイドの生成の漸進的な概略図を示す。
【図3F】線形内サイクロイドの生成の漸進的な概略図を示す。
【図3G】線形内サイクロイドの生成の漸進的な概略図を示す。
【図3H】線形内サイクロイドの生成の漸進的な概略図を示す。
【図4A】楕円形の内サイクロイド(拡張内サイクロイド)の生成の概略図を示す。
【図4B】楕円形の内サイクロイド(短縮内サイクロイド)の生成の概略図を示す。
【図5】直歯を有する傘歯車の概略図を示しており、歯の一部のみが示されている。
【図6】直歯を有する傘歯車ピニオンの概略斜視図を示す。
【図7】傘歯車研削装置の斜視図を示す。
【図8】直歯を有するピニオンを有すると共に直歯を有する冠歯車を有する傘歯車対の概略図を示す。
【図9A】テーパー化された創成歯車によって規定されるプランジ研削された冠歯車を有する本発明による形成法の概略図を示す。
【図9B】テーパー化された創成歯車によって規定されるホビングされたピニオンを有する本発明による形成法の概略図を示す。
【図10A】従来のホビングされたピニオンの様々なプロフィール断面の概略図を示す。
【図10B】従来のホビングされた冠歯車の様々なプロフィール断面の概略図を示す。
【図11A】本発明に従って改良ホビングされたピニオンの様々なプロフィール断面の概略図を示す。
【図11B】本発明に従ってプランジ研削された冠歯車の様々なプロフィール断面の概略図を示す。
【図12】プランジ研削された冠歯車、改良ホビングされたピニオン、および対応するテーパー化された創成歯車の概略斜視図を示す。
【発明を実施するための形態】
【0032】
用語は、本説明との関係において使用されており、これらは、関連する出版物および特許においても使用されている。ただし、これらの用語の使用は、十分に理解できるようにするためのものに過ぎないことに留意されたい。本発明による概念および特許請求項の保護の範囲は、その解釈において、特定の用語の選択によって制限されるものではない。本発明は、その他の用語体系および/または技術分野に容易に移し替えることができる。これらの用語は、その他の技術分野においては、相応して適用することを要する。
【0033】
本発明は、内サイクロイドの直歯を有する傘歯車31,32(図8を観察されたい)の製造を対象としている。内サイクロイド歯は、この場合には、内サイクロイドによって規定されたフランクの長手方向ラインを有する歯として理解されたい。「内サイクロイドの直歯」は、本発明によれば、直線に対応するまたは直線に高度に近似したフランクの長手方向ラインを有する歯として理解されたい。略直線とは、ここでは、その曲率半径が歯幅の15倍を上回る、即ち、その曲率が相応して小さい拡張または短縮内サイクロイドとして理解されたい。このような曲率半径は、一般的な歯幅においては、ほとんど認識または知覚できず、したがって、本発明との関連において、内サイクロイドの直歯であると見なされることになる。
【0034】
本発明によれば、冠歯車32は、プランジ研削により、即ち、冠歯車ブランクとの関係における第1フライス加工工具50のプランジ運動40により、製造される。詳細は、図9Aの概略図に示されている。図9Aには、テーパー化された創成歯車41が破線の形態で示されている。ホビングクレードル軸43は、創成歯車41のプレーンギヤ軸に対応している。フライス加工工具50のカッタヘッド軸は、参照符号51によって識別されている。フライス加工工具50は、複数のカッタ52(例えば、バーカッタ)を担持している。円錐形の仮想的な創成歯車41の歯44が、第1研削フライス加工ヘッド50のカッタ52の刃または刃のフランクにより、係合領域内において表現または再現される。
【0035】
対応するプランジ研削プロセスは、図9Aに示されているように、例えば、深さ位置が、プランジ運動40用の送り込み軸として使用されることにより、区別される。このプロセスには、ホビング運動が伴わないため、ホビングクレードル軸は一定である。研削フライス加工ヘッド50と冠歯車ブランクの間の基準を生成するその他の変数は、プランジ研削プロセスにおいて一定であってよい。冠歯車のフランクの形状の変更を所望する場合には、その他の値を様々に予め規定しておくこともできる。
【0036】
プランジ研削(プランジングとも呼ばれる)は、1つの形成法である。プランジ研削は、冠歯車32の製造における時間を節約する。ホビング運動が発生しないため、第1フライス加工工具50の工具プロフィールが、冠歯車の空隙内に再現される。この結果、このようにして製造された冠歯車32は、工具50のプロフィールを有する。即ち、冠歯車32の歯のフランクのプロフィール曲率は、工具50の工具プロフィールの形態の直接的な結果として得られる。このプロフィール曲率は、好ましくは、プロフィール方向において観察された際に、小さな曲率を有する。
【0037】
プロフィール方向において観察された際に、歯のフランクが平均直角モジュールの20倍を上回る曲率半径を有する実施形態が特に好ましい。
【0038】
ホビングによって製造された従来の冠歯車と本発明に従ってプランジ研削によって製造された冠歯車32との比較において、以下のように主張してもよい。ホビングされる冠歯車のプロフィールが湾曲すればするほど、プランジ研削のみが行われた冠歯車32は、この冠歯車のプロフィールから更に逸脱し、プランジ研削された冠歯車32と共に十分に機能可能な傘歯車対30を形成できるように、対応するピニオン31を更に変更しなければならない。伝達比は、略、この結果として得られ、したがって、本発明による方法を使用して冠歯車32に対してプランジ研削のみを実施することが推奨される。図11Aおよび図11Bの例は、13:47における、即ち、伝達比がi=3.61538である歯を示している。本発明は、i>2の伝達比の、かつ、特に好ましくは、i>2.5の伝達比のプランジ研削された冠歯車32と改良ホビングされたピニオン31を有する傘歯車対30に対して特に有利に適用されよう。
【0039】
本発明によれば、冠歯車32は、歯空隙のフライス加工により、以下のように製造される。工具軸(カッタヘッド軸51と呼ばれる)を中心とした回転R1に対して設定された第1フライス加工カッタヘッド50(更に一般的に、ここでは、第1工具とも呼ばれる)が、冠歯車32の歯空隙をフライス加工するために使用される。歯空隙のフライス加工の際には、冠歯車ブランク32がワーク軸(冠歯車33の傘歯車軸とも呼ばれる)を中心として連続的に回転している間に(図9Aの回転R2)、第1工具50のみが、機械加工対象の冠歯車ブランク32上においてプランジ研削運動40を実行する。前述のように、第1工具50は、円錐形の仮想的な創成歯車41によって規定されており、これは、製造対象である冠歯車32の倒立円錐形状に対応している。
【0040】
プランジ研削の送り込みは、第1フライス加工工具50の溝がそのカッタヘッド軸51の方向において冠歯車ブランク32内に降下する速度を規定する。
【0041】
歯の長手方向(即ち、フランクの長手方向ラインの方向)において観察した際に曲率を有していないまたはわずかな曲率のみを有する歯のフランクを有する歯空隙が冠歯車ブランク32上にフライス加工されるように、本発明においては、図3A〜図3Hに示されると共にこれらの図面との関連において説明した原理による内サイクロイドの直歯の製造を使用する。内サイクロイドは、歯の長手方向(仮想的な創成歯車41上)における曲線であり、かつ、したがって、直線またはわずかな曲率を有する曲線が結果的に歯の長手方向において得られる。特定の伝達比(<2.5)のホビングされた傘歯車対の冠歯車においては、真っ直ぐなまたはわずかに湾曲した工具プロフィールが使用された場合に、わずかなプロフィール曲率が結果的に得られる。この結果、関連するピニオン31の過剰な変更を必要とすることなしに、冠歯車32を単独で形成することができる。前述の工具プロフィールを使用するプランジ研削の場合には、この結果、曲率を有していないまたはわずかな曲率のみを有するプロフィールが結果的に得られる。
【0042】
本発明によれば、ピニオン31は、以下のように、歯空隙のフライス加工によって製造される(図9Bも観察されたい)。ピニオン31の歯空隙のフライス加工は、工具軸61を中心とした回転に対して設定されると共に改良ホビング法によるホビング運動を実行する第2フライス加工カッタヘッド60(更に一般的に、ここでは、第2工具とも呼ばれる)を使用して実行される。ピニオンブランク31は、フライス加工の際に、そのワーク軸34(ピニオン軸)を中心として連続的に回転する。改良ホビング法においては、ホビングクレードルとピニオンブランク32は、結合された運動を実行し、これにより、ピニオン32の湾曲したフランクプロフィールが結果的に生成される。ホビングクレードルは、コンピュータモデルまたは仮想的なギヤ研削装置の1つの軸に過ぎず、装置100上に実際には存在しない。
【0043】
第2フライス加工カッタヘッド60は、相対的に小さなプロフィール曲率を有するプランジ研削された冠歯車32と共に正しく稼動するために、プロフィール方向において観察された際に大きな曲率を有する歯のフランクを有する歯空隙がピニオンブランク31上にフライス加工されるように、円錐形の仮想的な創成歯車41によって規定されている。
【0044】
冠歯車32のプランジ研削の際に第1工具50上において真っ直ぐな工具プロフィールを使用する場合には、直歯の垂直プロフィールが得られる。ただし、本発明に従って、わずかに湾曲した工具プロフィールを第1工具50上において使用することにより、プランジ研削された冠歯車32上にプロフィールクラウニングを生成することもできる。このように生成された冠歯車の歯のプロフィールも、結果的に、わずかに湾曲している。必要に応じて、第1工具50の工具プロフィールを強力に湾曲させることも可能であり、したがって、従来のホビングされた冠歯車と同様の曲率をプランジ研削された冠歯車32上において実現することができる。この場合には、必要とされる適合を保証するために、ピニオン31の第2工具60のプロフィールをもう1つの方向(凹入)において湾曲させる。
【0045】
ただし、別の実施形態によれば、第1工具50の真っ直ぐな工具プロフィールを使用することもできる。この場合には、装置100のフライス加工運動により、望ましいプロフィールクラウニングを生成することができる。また、歯のフランクのプロフィールクラウニングを生成するために、工具プロフィールがわずかな曲率を有することもできる。これら2つのケースにおいては、冠歯車の垂直プロフィールの曲率半径は、歯高の20倍を上回る。
【0046】
傘歯車対30の対応するピニオン31(図8を参照)は、前述のように、ホビングされたピニオン31とプランジ研削された冠歯車32が互いに正しく動作できるように、改良ホビング法によって製造しなければならない。これに関する詳細については、例えば、刊行物「Kegelraeder;Grundlagen,Anwendungen[Bevel Gears;Fundamentals,Applications]」(J.Klingelnberg、Springer Verlag、2008年、16〜17頁)を参照されたい。
【0047】
内サイクロイドの直歯を有するプレーンギヤ14の概略図が図5に示されており、歯13の一部のみ(この場合には、5つの歯)が陰影が施された状態において示されている。このようなプレーンギヤ14には、次式(1)が適用される。

【0048】
プレーンギヤのピッチ角τは、(プレーンギヤ)モジュールmとプレーンギヤ半径Rが判明している場合に、あるいは、プレーンギヤの歯の数zが判明している場合に、この式(6)に基づいて算出することができる。図5は、直歯傘歯車14の場合には、基準フランクライン15(フランクライン)は、直線であり、これらは、通常、プレーンギヤの中心Mを通って半径方向に延在することを示している。すべての対応する数式が周知である。これに関する詳細については、例えば、刊行物「Kegelraeder;Grundlagen,Anwendungen[Bevel Gears;Fundamentals,Applications]」(J.Klingelnberg、Springer Verlag、2008年)を参照されたい。対応する数式は、39頁以降に示されている。
【0049】
これらの知見に基づいて、真っ直ぐなハイポイド歯を有する傘歯車を製造するために使用可能な第1および第2フライス加工カッタヘッド50、60を算出および製造することができる。
【0050】
図6は、直歯を有する本発明による傘歯車ピニオン31の例を概略斜視図において示している。この図において、歯13および歯空隙12が観察されよう。
【0051】
図7は、本発明による傘歯車の、この場合には、ハイポイド歯を有する傘歯車ピニオン(例えば、ピニオン31)と真っ直ぐなまたは疑似的に真っ直ぐなハイポイド歯を有する冠歯車32の歯車研削のための対応するCNC装置100(傘歯車研削装置とも呼ばれる)の基本構造の斜視図を示している。
【0052】
CNC装置100は、以下のように構築することができる。装置ハウジング110は、装置ベッド106上において、線形座標軸X(第1軸)に沿って水平方向にかつ直線的にガイドされる。第1キャリッジ103は、装置ハウジング110の側部表面に装着されたガイド105上のスピンドル駆動装置101を使用して線形座標軸Z(第2軸)に沿って垂直方向に運動可能である。第2キャリッジ108を有するワークスピンドルキャリアは、図7に示されているCNC装置100内において、X軸に対して垂直の線形座標軸Y(第3軸)に沿って装置ベッド104のガイド107上において水平方向にかつ直線的にガイドされる。垂直軸C(第4軸)を有する第1回動装置109がキャリッジ108上に配置されている。図7に示されているCNC装置100内において、第1キャリッジ103のガイド105とZ軸は、垂直線との関係において傾斜している。
【0053】
第1キャリッジ103は、工具スピンドル軸102(第5軸)を中心として回転することができるように取り付けられた工具スピンドル111を担持している。工具スピンドル111は、(フライス加工)工具を担持している。この場合に、改良ホビングにおいては、工具スピンドル111は、第2フライス加工工具60(例えば、多数のバーカッタ62を有するカッタヘッド60)を担持している。この場合に、プランジ研削においては、工具スピンドル111は、第1フライス加工工具50(例えば、多数のカッタ52を有するカッタヘッド50)を担持している。ワークスピンドル112は、水平方向においてガイドされ、かつ、第2キャリッジ108により、また、第1回動装置109により、装置ベッド106上において直線的に変位可能であるかまたは回動可能である。
第1回動装置109は、ワークスピンドル軸113(第6軸)を中心として回転可能なワークスピンドル112を担持している。ワークスピンドル112は、ブランク31(または、32)を担持している。このケースにおいては、直歯ピニオンブランク31が、装置100内において機械加工される。第1回動装置109は、ブランク31(または、32)を機械加工位置に回動させるために、C軸を中心としてガイドされた状態において、水平後方において回動可能である。ワークスピンドル112には、ブランク31(または,32)を把持するためのチャックを設けることができる。
【0054】
したがって、本発明は、連続形成法によって真っ直ぐな内サイクロイド歯を有する傘歯車31および32を製造するためのフライス加工法に関する。(図1Cと同様に)傘歯車31、32との同期した運動状態にあるフライス加工工具(例えば、カッタヘッド50または60)が使用される。フライス加工工具50または60は、カッタヘッド公称半径rを有する。
【0055】
前述の例においては、このようなフライス加工工具50または60を使用することにより、内サイクロイドによるフランクの長手方向ラインを有する歯を有する傘歯車31、32が結果的に得られる。
【0056】
本発明による冠歯車32のフライス加工においては、その工具軸51を中心とした第1工具50の回転およびそのワーク軸33を中心とした冠歯車ブランク32の回転が結合されることにより、フランクの長手方向ラインとして内サイクロイドが生成される。装置100は、必要とされる運動順序の結合を保証している。好ましくは、対応する軸方向の運動を結合するためのコントローラが装置100の一部として設けられる。
【0057】
前述の軸が、図7に示されている傘歯車研削装置100と直接的に関係していない場合には、それらの軸は、いわゆる仮想的な歯車研削装置の軸である。歯車研削装置(例えば、傘歯車研削装置100)は常に、仮想的なテーパー化された創成歯車41が製造対象である傘歯車31、32との係合状態において実行する相対運動が、工具50または60およびブランク31または32を使用して正確に強制されるように、構成されている。創成歯車41上の1つの歯44が、工具50、60のプロフィール、あるいは、工具50、60の刃により、置換される。
【0058】
内サイクロイド歯を有する直歯傘歯車31、32は、好ましくは、本発明に従って転動円半径RRに対する基礎円GKの基礎円半径RGの比率がRG/RR=2となるように選択されることにより、製造される。この場合には、直歯の内サイクロイドを有する傘歯車が製造される。ここで、フライス加工工具のカッタヘッド半径rは、それぞれのケースにおいて、r=RRである。
【0059】
ただし、RG/RR≠2であり、かつ、RG/RRの比率がわずかに2を逸脱している場合には、内サイクロイドによるフランクの長手方向ラインが結果的に得られる。ここで、このフランクの長手方向ラインは、その曲率半径が歯幅の15倍を上回る場合には、略真っ直ぐであると考えられる(即ち、そのフランクの長手方向ラインは、わずかな曲率を有する)。この場合には、基礎円GKの基礎円半径RGは、転動円半径RRの略2倍の大きさである。好ましくは、RG/RR=2±5%である。ここで、フライス加工工具のカッタヘッド半径rは、それぞれ、転動円半径RRよりも多少大きいかまたは多少小さい(図4Aおよび図4Bも参照)。
【0060】
図10Aは、従来のホビングされたピニオンの歯の概略図を示しており、図10Bは、従来のホビングされた冠歯車の歯の概略図を示している。図11Aは、本発明による改良ホビングされたピニオン31の対応する歯の概略図を示しており、図11Bは、本発明によるプランジ研削された冠歯車32の歯の概略図を示している。これらの図のそれぞれにおいて、踵部、歯の中間部、およびつま先部における歯のプロフィールが、互いに上下に配置されている。
ホビングされた冠歯車のプロフィールは、わずかに湾曲しており、これとは対照的に、プランジ研削された冠歯車32のプロフィールは、真っ直ぐである。伝達比i=3.615、即ち、先程必要とされたように、伝達比iが2を上回っているため、ホビングされた冠歯車とプランジ研削された冠歯車32の差異は、わずかである。プランジ研削された冠歯車32用のピニオン31のプロフィールは、ホビングされた冠歯車のピニオンのプロフィールよりも強力に湾曲している。したがって、プランジ研削された冠歯車32用のピニオン31のプロフィールは、多少小さな歯基部の厚さおよび歯頭部の厚さを有する。
【0061】
最後に、本発明の更なる説明のために、図12を参照されたい。テーパー化された創成歯車41が使用されており、これは、冠歯車32に対応している。ピニオン31は、テーパー化された創成歯車41(冠歯車32に対応している)を転がり下りることによって製造される。第2カッタヘッド60(第2工具)は、ピニオン32との接触状態となる領域内におけるテーパー化された創成歯車41を表している。冠歯車32は、テーパー化された創成歯車41が(冠歯車32のメス型として)冠歯車32内に降下することによって製造される。第1カッタヘッド50(第1工具)は、冠歯車32との接触状態となる領域内におけるテーパー化された創成歯車41を(冠歯車32のメス型として)表している。創成歯車41は、ホビングされた/プランジ研削された対用の無限に薄い膜であり、膜の一面がピニオン31と、膜の他面が冠歯車32と、接触状態となる。テーパー化された創成歯車41を表す薄膜は、図12には、グレーで示されている。
【0062】
本発明による研削プロセス(フライス加工)は、2フランク研削または1フランク研削の両方であってよい。2フランク研削においては、右および左フランクが、1つの工具50、60および1つの機械設定を使用して同時に製造される。1フランク研削においては、右および左フランクが、異なる機械設定を使用して別個に製造される。後者の場合には、同一のカッタヘッド50、60を使用して、あるいは、2つの異なるカッタヘッドを使用して、実行することができる。
【符号の説明】
【0063】
11 傘歯車ピニオン
12 歯空隙
13 歯
14 プレーンギヤ
15 基準フランクライン
20 カッタヘッド
21 カッタ
23 カッタ
30 傘歯車対
31 ピニオンまたはピニオンブランク
32 冠歯車または冠歯車ブランク
33 冠歯車の傘歯車軸
34 ピニオンの傘歯車軸
40 プランジ研削運動
41 テーパー化された創成歯車(プレーンギヤ)
43 ホビングクレードル軸
44 円錐形の仮想的な創成歯車41の歯
50 第1工具(フライス加工工具)
51 フライス加工工具50のカッタヘッド軸
52 (バー)カッタ
60 第2工具(フライス加工工具)
61 フライス加工工具60のカッタヘッド軸
62 バーカッタ
100 CNC装置
101 スピンドル駆動装置
102 工具スピンドル軸
103 第1キャリッジ
104 装置ベッド
105 ガイド
106 装置ベッド
107 ガイド
108 第2キャリッジ
109 回動装置
110 装置ハウジング
111 工具スピンドル
112 ワークスピンドル
113 ワークスピンドル軸=ピニオンまたは冠歯車の傘歯車軸
A 第1割出し回転
B 第2割出し回転
C 第3割出し回転
c パラメータ
GK 基礎円
HY 内サイクロイド
M カッタヘッドの中心点=ピッチ円の中心点
MG 基礎円GKの中心点
δ プレーンギヤのピッチ円錐角
δ 傘歯車のピッチ円錐角
λ (回転)角度
モジュール
プレーンギヤの中心
P1 矢印
P2 矢印
カッタヘッド半径
RK ピッチ円
RG 基礎円半径
RR 転動円半径
プレーンギヤ半径
R1 軸51を中心とした回転
R2 軸33を中止とした回転
τ プレーンギヤの割付角
U 地点
プレーンギヤの歯の数
Z1、Z2、Z3 ポインタ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
形成法によって冠歯車(32)を製造する方法であって、
冠歯車ブランク(32)を提供するステップと、
第1工具(50)を使用して前記冠歯車ブランク(32)を機械加工することにより、前記冠歯車(32)の前記歯空隙をフライス加工するステップであって、前記第1工具は、工具軸(51、102)を中心とした回転(R1)に対して設定されると共に、歯空隙のフライス加工の際に、前記冠歯車ブランク(32)がワーク軸(33)を中心として連続的に回転している間に、前記冠歯車ブランク(32)上においてプランジ研削運動(40)を単独で実行する、ステップと、
を有し、
i.前記第1工具(50)は、製造対象である前記冠歯車(32)の倒立円錐形状に対応した円錐形の仮想的な創成歯車(41)によって規定されており、
ii.前記冠歯車(32)の前記フライス加工の際に、自らの工具軸(51、102)を中心とした前記第1工具(50)の回転と、自らのワーク軸(33)を中心とした前記冠歯車ブランク(32)の回転とが組み合わされることにより、フランクの長手方向ラインとして内サイクロイド(HY)が生成され、かつ、
iii.前記内サイクロイド(HY)は、真っ直ぐな内サイクロイドである、
ことを特徴とする方法。
【請求項2】
前記フランクの長手方向ラインは、真っ直ぐな内サイクロイドまたは線形の内サイクロイドである、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項3】
以下の2つの条件、
−基礎円(GK)の基礎円半径(RG)は、転動円半径(RR)の2倍である、あるいは
−前記基礎円(GK)の前記基礎円半径(RG)は、前記転動円半径(RR)の略2倍、即ち、基礎円半径/転動円半径=2±5%である、
のうちの1つが前記内サイクロイド(HY)の規定のために予め規定される、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
【請求項4】
前記第1工具(50)は、研削工具、好ましくは、正面フライス加工カッタヘッドである、ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
【請求項5】
予備的方法ステップにおける前記冠歯車(32)の設計は、前記円錐形の仮想的な創成歯車(41)に由来する、ことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
【請求項6】
前記円錐形の仮想的な創成歯車(41)は、前記第1工具(50)によって再現される、ことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
【請求項7】
前記第1工具の係合の領域内における当該第1工具(50)の刃は、前記円錐形の仮想的な創成歯車(41)の歯(44)を表す、ことを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
【請求項8】
歯のフランクを有する歯空隙が、前記冠歯車ブランク(32)上においてフライス加工され、そのプロフィール曲率は、前記第1工具(50)の工具プロフィール形状の直接的な結果として得られ、前記歯のフランクは、好ましくは、プロフィール方向において観察した際に、わずかな曲率を有する、ことを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
【請求項9】
前記歯フランクは、前記プロフィール方向において観察した際に、平均的な標準モジュールの20倍を上回る曲率半径を有する、ことを特徴とする請求項8に記載の方法。
【請求項10】
前記曲率半径は、変更されていない歯のフランクとの関係において確定される、ことを特徴とする請求項8または9に記載の方法。
【請求項11】
前記冠歯車(32)に加えて、対応するピニオン(31)も、ピニオンブランク(31)から製造され、第2工具(60)がこの目的に使用される、ことを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。
【請求項12】
前記ピニオン(31)の歯空隙は、前記ピニオンブランク(31)がワーク軸(34)を中心として連続的に回転している間に、工具軸(61、102)を中心とした回転に対して設定されると共に機械加工対象の前記ピニオンブランク(31)の前記歯空隙のフライス加工製造のための改良ホビング法によるホビング運動を実行する前記第2工具(60)を使用してフライス加工され、前記第2工具(60)は、前記円錐形の仮想的な創成歯車(41)によって規定される、ことを特徴とする請求項11に記載の方法。
【請求項13】
前記ホビング運動は、ホビング開始位置とホビング終了位置によって確定されるホビングクレードル軸(43)を中心とした回動運動である、ことを特徴とする請求項12に記載の方法。
【請求項14】
前記冠歯車(32)と前記ピニオン(31)は、2を上回る伝達比(i)を有する傘歯車対(30)を形成する、ことを特徴とする請求項11に記載の方法。
【請求項15】
前記ホビング運動は、ホビングクレードル角によって確定されるホビングクレードル軸(43)を中心とした回動運動であり、前記ホビングクレードル軸(43)は、前記円錐形の仮想的な創成歯車(41)のプレーンギヤ軸に対応している、ことを特徴とする請求項1から12に記載の方法。
【請求項16】
前記歯空隙は、前記プランジ研削運動(40)を通じて、前記第1工具(50)を使用したプランジ研削フライス加工によって創成される、ことを特徴とする請求項1から15のいずれか一項に記載の方法。
【請求項17】
前記第1工具(50)の工具プロフィールは、前記冠歯車ブランク(32)において、前記形成法による前記第1工具(50)のプランジ研削により、前記冠歯車ブランク(32)上における歯空隙として正確に再現される、ことを特徴とする請求項1から16のいずれか一項に記載の方法。
【請求項18】
深さ位置のみが、前記プランジ研削における直線的なプランジ運動(40)の送り軸として使用される、ことを特徴とする請求項1から17のいずれか一項に記載の方法。

【図1A】
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【図1B】
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【図1C】
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【図2】
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【図3A−3B】
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【図3C】
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【図3D】
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【図3E−3F】
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【図3G】
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【図3H】
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【図4A】
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【図4B】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9A】
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【図9B】
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【図10A】
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【図10B】
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【図11A】
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【図11B】
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【図12】
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【公表番号】特表2013−506572(P2013−506572A)
【公表日】平成25年2月28日(2013.2.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−532530(P2012−532530)
【出願日】平成22年9月23日(2010.9.23)
【国際出願番号】PCT/EP2010/064067
【国際公開番号】WO2011/042315
【国際公開日】平成23年4月14日(2011.4.14)
【出願人】(596043494)クリンゲルンベルク・アクチェンゲゼルシャフト (15)
【氏名又は名称原語表記】Klingelnberg AG