歯車の歯面の硬材精密機械加工方法
本発明は、協働して制御される少なくとも５つの軸と、追加的なツール軸（ＷＡ）とを有する装置（１００）を用いて、歯車（１０）の事前作製された歯面（１１）を硬材精密機械加工するための方法に関する。本発明によれば、回転対称ツール（２０．１）をツール軸（ＷＡ）の周りを回転させる（Ｒ１）ように、回転対称ツールを装置側面に移動させる。さらに、回転対称ツールの直線ライン領域が形成動作において歯面（１１）に沿って接線方向に案内され、回転対称ツール（２０．１）がツール軸（ＷＡ）の周りの回転（Ｒ１）により事前作製された歯面（１１）の表面材料を研磨するように、協働して制御される５つの軸を作動させる。形成動作が一連の所与の移動ベクトル（Ｅ）に沿って行われる
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車の加工前歯面の硬材精密機械加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ギアの製造方法において、通常、いわゆる軟材機械加工と硬材機械加工とは区別されている。硬材機械加工は、ワークピース（未処理加工対象物）を硬化させた後に機械加工されるものである。
【０００３】
軟材機械加工の後に硬化させることにより、硬化処理に起因して変形が生じ得る。ギアなどについて、所望の形状、接触特性、および表面品位を実現するためには、多くの場合、硬化させた状態で加工仕上げされる。
【０００４】
図１は、例示的なプロセスを概略的に示したフローチャート１００である。歯車を機械加工するための一般的な具体例を示すものである。この具体例では、ブランク（処理途上物、ボックス１０１）から開始し、軟材機械加工ステップが行われる。たとえば、回転させることにより（ボックス１０２）、（中央に）ボア孔を形成する。ブランクを反転させて、さらに機械加工を行う（ボックス１０３）。反転させた後、回転させることにより、再び機械加工を行う（ボックス１０４）。これらのステップは、任意的なものであり、本願では、プリフォーム製造過程という。プリフォーム製造過程においては、他のステップヤ、択一的なステップを行ってもよい。プリフォーム製造過程が完了したとき、このワークピースは、ギア・ブランク（処理途上ギア）またはワークピース・ブランクＫ１という。ステップ１０２またはステップ１０２〜１０４は、たとえば、いわゆる事前機械加工装置またはいくつかの異なる装置を用いて行われる。
【０００５】
通常、その後にギア切削加工が行われる。ギア切削加工において、荒歯切り加工ツールを用いて、適当な位置に適当な遊びをもってギア・ブランクＫ１の斜面に荒歯切りを行うことにより（ステップ１０５）、所定数の歯が形成される。その後、任意的なステップとして、仕上げツールを用いて歯面切削仕上げ処理が施され（ステップ１０６）、このとき歯面切削仕上げ装置による所定の精度で、隣接する歯面の間の間隔を所望の間隔にすることができる。しかしながら、（２つのステップ１０５，１０６ではなく）１回のみのステップを行う場合、歯面がずれて形成されることがある。
【０００６】
ステップ１０５，１０６は、たとえば１つの同一の加工装置または加工ステーションで行ってもよい。この場合、ワークピース・ブランクＫ１は、把持し直す、または移動させる必要はない。
【０００７】
図１に示す上述のステップは、軟材機械加工処理と呼ばれている。
【０００８】
その後、通常、事前処理ワークピースＫ２には熱処理が施される（ボックス１０７）。一般に、この熱処理により、軟材機械加工処理において問題が生じることはない。この熱処理は、事前処理ワークピースＫ２を硬化させるものである。その後、上述の仕上げ加工が行われる（ボックス１０８）。この仕上げ加工は、本願においては硬材機械加工というが、歯車装置の硬材機械加工が施される。こうして歯車Ｋ３が完成する。
【０００９】
硬材機械加工処理において、エンドミルあるいはボール状ヘッド状研磨機を多少用いて、事前加工した歯面上に沿って案内することにより歯面の表面仕上げを行う。このように表面仕上げされた表面を調査すると、所定の状況においては、表面上に明らかな処理痕により粗悪な接触パターンが形成されることが分かった。こうしたことは、特に、表面仕上げに要した時間が十分でなかった場合、そして／または表面仕上げすべき歯面上を表面仕上げ装置があまりにも速く移動した場合に生じる。また、たとえば、このように表面仕上げされた２つの歯車が歯車対として用いられたとき、流体潤滑の問題も生じ得る。
【００１０】
したがって本発明は、より良好な歯面の接触パターンまたはより良好な表面特性を有し、かつ高い生産性の有する、事前加工された歯車の歯面の硬材機械加工方法を提供することを目的とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】欧州特許出願第EP 09169933.0号
【発明の概要】
【００１２】
本発明の課題は、事前作製された歯面を硬材精密機械加工するための方法により解決される。この方法は、協働して制御される少なくとも５つの軸と、追加的なツール軸とを有する装置を用いて行われる。本発明によれば、好適にはエンドミルや研磨ロッドなどの回転対称ツールをツール軸の周りを回転するように配置する。回転対称ツールの包囲線の少なくとも１つの短い矩形領域が形成動作において歯面に沿って接線方向に案内され、回転対称ツールがツール軸の周りに回転することにより、事前作製された歯面の表面材料を研磨するように、協働して制御される５つの軸のうちの１つまたはそれ以上の軸の移動が制御される。
【００１３】
１つの実施形態において、形成動作は、互いに対して若干湾曲した複数のトレース（痕跡）を有し、これらのトレースは、切削ヘッドを用いてホブ切削により歯面を形成するときに形成される、切削ヘッドのカッタの仮想的なトレースに対応または近似するものである。
【００１４】
好適には、回転対称ツールはトレースに沿って案内され、こうしたトレースはいわゆる回転ＩＳＯラインに対応するか、または回転ＩＳＯラインに近似するものである。
【００１５】
本発明に係る方法は、特に、硬化プロセスの後に、すなわち硬材状態にある歯面を機械加工するために考案されたものである。ここで採用されるツールは、これに応じて採用する必要がある。すなわち対応する方法は、硬材機械加工である。すでに荒削りした歯面を再度精密に加工仕上げするためのものであるので、この方法を硬材精密機械加工という。
【００１６】
本発明に係る方法の最も重要な利点は、熱処理の結果として残存する硬化による変形を完全に取り除き、精密に加工されたベアリング特性および際立った表面品位を実現し、動作寿命に有用な効果を与え、こうして機械加工された歯車の回転の静寂性を確保できるという点にある。本発明を適用すると、本発明による機械加工された２つの歯車が互いに対をなして用いられた場合、流体潤滑に対する良好な結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】歯車を機械加工する際の一般的な手法を示すフローチャートである。
【図２Ａ】歯車の歯面、および本発明に係る方法により案内されたツールを概略的に示す斜視図である。
【図２Ｂ】歯車および図２Ａに示すツールを概略的に示す平面図である。
【図３】歯車の歯面、および本発明に係る方法により案内されたツールを概略的に示す正面図であって、ツールは、その回転軸が形成トレースに対して垂直となるように案内されている。
【図４】歯車の歯面、および本発明に係る方法により案内されたツールを概略的に示す正面図であって、回転軸が形成トレースとなす角度が９０度より大きくなるように、ツールを押しつつ案内される状態を示すものである。
【図５】歯車の歯面、および本発明に係る方法により案内されたツールを概略的に示す正面図であって、回転軸が形成トレースとなす角度が９０度より小さくなるように、ツールを引きつつ案内される状態を示すものである。
【図６】歯丈が異なる歯車、および本発明に係る方法により案内されたツールを概略的に示す正面図であって、ツールを引きつつ案内される状態を示すものである。
【図７Ａ】一定の歯丈を有する歯車、および本発明に係る方法により案内されたツールを概略的に示す正面図であって、回転ＩＳＯラインが示されている。
【図７Ｂ】歯丈が異なる平歯状の円錐歯車を概略的に示す正面図であって、回転ＩＳＯラインが示されている。
【図８】本発明に係るツールの円筒形状ベース本体部の概略的な斜視図である。
【図９】本発明に係るツールの円錐台形状ベース本体部の概略的な斜視図である。
【図１０】本発明に係る別のツールの円筒形状ベース本体部の概略図である。
【図１１】平歯状の円錐歯車の突状歯面、および本発明に係る方法により案内されたツールを示す正面図であって、ツールが交差するライン上に案内されている。
【図１２】本発明に係る方法が採用される全体的装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図面および実施形態を参照して、本発明の詳細および利点について、以下説明する。
本願明細書において用いられる用語は、専門的な刊行物または特許文献でも用いられているものである。ただし、こうした用語は、本発明をより十分に理解するためだけのものである。本発明のアイデアおよび請求項の保護範囲は、こうした特定の用語に限定して解釈すべきではない。本発明は、さらなる労力を要することなく、他の装置の技術専門用語および/または他の専門分野に対して適用することができる。他の専門分野において、こうした用語は同様に用いることができる。
【００１９】
本発明に係る方法は、事前処理された歯車１０の歯面１１を硬材精密機械加工する方法であって、この方法について図２Ａおよび図２Ｂを参照して以下説明する。図２Ａは、直線的に加工された歯車の歯面であって、すなわち歯面ラインが湾曲していない歯面の１つを簡略的に示す斜視図である。図２Ａは、直線的な歯面形状を有する歯を相当に図案化したものである。実際において、こうした歯は、曲線のある歯面形状（たとえばインボリュート歯車形状）を有することが多い。この図面で見える歯面は、右手側歯面１１を有する。歯は一定の高さ（歯丈）を有する。左手側（後方）歯面は隠れて見えない。図２ａにおいて、好適には円柱状ミラー（圧延機）または研磨ロッドなどの（円筒形状のベース本体部を有する）回転対称ツール２０．１が、ツール軸ＷＡの周りを回転するように設置される。この回転は、たとえばスピンドルまたは装置１００（図示せず）に設置されたモータＭを用いて、回転対称ツールを回転させる。ここでは、きわめて簡略化してモータＭを図示している。図２Ａに示すように直線的な形状を有する特別な場合であり、ツール２０．１は全体の長さにおいて歯面と接触している。一方、曲線を含む形状を有する通常の場合、ツール２０．１は一部のみの領域において歯面と接触し、その一部領域の長さは歯面に対する設置状態に依存する。
【００２０】
たとえば図１２に示す装置１００は、協働して制御される少なくとも５つの軸と、追加的なツール軸ＷＡを有するものである。５つの軸のうちの１つまたはそれ以上は、たとえば装置１００のＮＣ制御Ｓにより協働して制御され、円筒状ベース本体部を有するツール２０．１（円筒状ツール２０．１ともいう。）の矩形包囲線（矩形長領域ともいう。）は、歯面１１に沿った接線方向の形成動作（generation motion）により形成される。この点に関する詳細については、概略的な図３〜図６または図７Ａ、図７Ｂに図示されている。形成動作は、図中、数多くのベクトルＥにより表示されている。回転対称ツール２０．１は、ツール軸ＷＡの周りを回転しながら形成動作を行う。ツール軸ＷＡの周りの回転Ｒ１に起因して、事前処理された歯面１１から表面部材が研磨され、歯面１１の機械加工仕上げが行われる。ツール２０．１の少なくとも１つの矩形長領域が機械加工される歯面１１の表面に接触するので、部分的または断面的な接触による機械加工が行われる。部分的または断面的な接触の寸法は、歯面に対する方向付け、先行する処理ステップ（たとえばホブによる歯面切削ステップ）、およびツールのベース本体部の形状に依存する。歯面の表面状態は、常に、事前機械加工ステップにより影響を受ける。歯面に沿った断面は、事前機械加工ステップに起因して、原則的に常に折れ線形状を有し、折れ線のそれぞれのポイントの距離は、送り出し量（切削ステップ時の回転送り出し量）に依存する。ただし、いわゆるプロファイル研磨（平面研磨、shape grinding）を用いる場合には、折れ線形状とはならない。
【００２１】
図２Ａおよび図２Ｂにおいて、形成動作はベクトルＥで示され、ベクトルＥは歯面１１に対して斜めに延びている。連続的なベクトルＥは、ツール２０．１の現時点での移動方向および形成動作を示す。その他の形成動作の移動トレース（痕跡）は、破線ベクトルで示されている。
【００２２】
原則的に、形成動作の移動トレースは、図２Ａ、図２Ｂ、図３、図４、図５、図６、および図１１で示すものに比して、互いに対し実質的により接近している（たとえば図７Ａおよび図７Ｂから明らかなように、距離Ａは実質的により短い。）。さらに形成動作の移動トレースの方向および形状は、回転ＩＳＯラインと同様のものであり、たとえば図７Ａおよび図７Ｂに示すような回転装置を実現するものである。回転ＩＳＯラインは、同じ回転角度を用いて形成されたポイントの連結ラインに左右される。
【００２３】
ツール２０．１の移動方向が対応する場合、次のようになる。装置の設定が選択され、軸ＷＡが理想的な歯面１１に対して傾斜すると、ツール２０．１の少なくとも短い矩形長領域が歯面に対して接線方向に形成される。円錐台状ツール２０．２（すなわち図９に示すような円錐台形状を有するベース本体部を含むツール２０．２）において、対応する異なる角度で設定が選択されることもある。ツール２０．２を用いる場合、移動ライン角度は円錐台の包囲線２１と円錐軸との間の角度に相当し、ツール軸ＷＡに対応するものである。
【００２４】
ツール２０は、その矩形領域が直径に比して相対的に長いことが、特に好ましい。公的には、有効動作距離Ｌ１と半径Ｒの間の比が５より大きいこと（すなわちＬ／Ｒ＞５）。すなわち、ツール２０．１は、図８に示すような長くて細いベース本体部を有することが好ましい。ライン角度が十分に鋭角であるように設定されたとき、すなわち図４に示すようにツール２０．１が相当に急斜に案内されるとき、こうしたツール２０．１は、隣接する２つの歯の間の歯間ギャップにツールを挿入することができるという点において利点を有する。
【００２５】
装置の設定に依存するが、隣接する形成動作トレースの間の距離Ａ（図２Ａ、図２Ｂ、図３、図４、図５、図６、および図１１）は、距離Ａより若干大きいものであってもよいし、小さいものであってもよい。好適には、直近の隣接する形成動作トレースの間の距離Ａは、ベクトルＥに対応するが、ツール２０の包囲線の有効動作距離より小さいものである。図３に態様によれば、ツール２０．１のベース本体部の包囲線が理想的な円筒形状を有し、包囲線の有効動作距離Ｌ１が円筒状ツール２０．１の円柱の高さＨ１に相当する場合（すなわちＬ１＝Ｈ１）である。距離Ａは、０．２×Ｌ１〜０．８×Ｌ１であることが好ましい。このような仕様は、歯の形状を矩形とする場合や、歯面を矩形とする場合にのみ維持される。図３に示す実施例では、距離Ａはおよそ０．２５×Ｌ１である。
【００２６】
包囲線の有効動作距離Ｌ１だけでなく、歯面ラインおよび歯面形状も同様に、距離Ａに対して影響を与える。移動ライン角度Ｗ２は、距離Ａを考慮して選択してもよい。好適には、以下のルールに従う。移動ライン角度Ｗ２が９０度より大きい場合、または９０度より小さい場合、移動ライン角度Ｗ２の正弦（sine）に比例して、距離Ａの寸法を小さくする。たとえば、次のアプローチが適合する。Ａ＝Ｌ１×sin（Ｗ２）
【００２７】
こうした数学的関係が成り立つとき、表面品位だけでなく、必要とされる機械加工時間に関する有利な結果をもたらす。ただし、こうしたルールは任意的なものである。距離Ａを一定にして装置１００を操作することも可能である。距離Ａを歯面１１上のツール２０の現時点での位置の関数とすることも可能である。ベクトルＥは、形成動作を示すものであるが、平行に延びる複数のラインであってもよい（距離Ａはどこでも同一であってもよい）。ただし、複数のベクトルＥのそれぞれは、曲線を有するもの（curvilinear）であってもよく、この場合、平行ではなくなる（回転ＩＳＯラインと同様のものとなる）。
【００２８】
ツール２０が装置１００の複数の軸のそれぞれにおいて相互作用しながら移動する場合における３次元動作経路に沿った形成動作を特定する際に、歯の形状を検討する。その他、３次元空間において全体的に歯面を特徴付けるツールの歯面ライン、成形手法（course of the profile）、歯面の変形、およびその他の態様についても検討する。たとえば歯面が凸状形状を有する場合、３次元経路（ここではベクトルＥで表示）は、装置の側面に隣接して配置しなければならない。たとえば異なる高さ（歯丈）を有する歯、螺旋状またはスパイラル状の歯面ギア歯車を形成するためには、隣接して配置することが必要となる。
【００２９】
距離Ａが小さいほど、より高い精度で、歯面１１の表面の機械加工仕上げをすることができる。ただし、形成動作が接近して行うと、すなわち距離Ａをできるだけ小さくすると、ツールは、表面に沿ってより長い距離においてより数多く形成動作を行うように案内しなければならない。より長い距離に沿ってより数多くツールを案内するということは、機械加工仕上げに要する時間が増大することを意味する。
【００３０】
とりわけツール２０のベース本体部の形状に依存するツール軸ＷＡの移動ライン角度を規定することの他、機械加工すべき歯面１１に対して（図３に示すように）垂直方向に、（図４に示すように）押しつつ進める方向に、または（図５に示すように）引きつつ進める方向に、ツール２０を横断的に案内すべきか否かについて規定してもよい。図３に示すように垂直方向に移動ラインを取るとき、移動ライン角度Ｗ２は９０度となり、図４に示すように押しつつ進める方向に移動ラインを取るとき、移動ライン角度Ｗ２は９０度〜１３５度となり、図５に示すように引きつつ進める方向に移動ラインを取るとき、移動ライン角度Ｗ２は９０度〜４５度となる。
【００３１】
これらの図面において、歯の根元の領域、すなわち歯根１２の近くにおいて歯面がツール２０で表面仕上げされない歯面の一部領域が破線１４で示されている。破線１４は歯根領域１８に対する移行領域を示すものである。この移行領域の境界は不明瞭である。
【００３２】
図２Ａ、図２Ｂ、図３、図４、図５、図７Ａ、および図１１に示す歯はすべて一定の歯丈（歯の高さ）を有する。しかし本発明は、より複雑な形状を有する歯面についても問題なく適用することができる。上述のように、歯丈は、一般に、歯面の長手方向および断面（profile）方向に対して曲線をなす（curvilinear）ものである。したがって、これにベクトルＥが適合するように、ＮＣ制御部Ｓをプログラムする必要がある。
【００３３】
装置１００は、ツール２０，２０．１，２０．２を接線方向に移動させ、形成動作を実行させる制御信号を生成するＮＣ制御部Ｓを有する。
【００３４】
本発明は、ベベルギア（傘歯車）の歯面を機械加工仕上げする上で特に有用である。図７Ａにおいて、歯丈が一定の平歯状ベベルギアの歯面１１が図示されている。図７Ｂにおいて、歯丈が異なる平歯状ベベルギアの歯面１１が図示されている。根元円錐角は頂部円錐角より小さい。上述した内容は、この場合にも同様に該当する。
【００３５】
本発明は、歯丈が一定または異なる歯車に対して適用可能である。本発明は、平歯状、平歯状、または螺旋状の歯車に対して一般に適用することができる。
【００３６】
本発明のとりわけ好適な実施形態において、形成動作は、互いに対して平行に延びる矩形または多少曲線をなすベクトルＥに沿って実施される。こうしたベクトルＥは、好適には、棒状カッターヘッドの仮想的なブレード移動トレースを近似するように計算で決定されるものであり（この場合ベクトルは必ずしも平行に延びる必要はない）、こうした移動トレースは、歯面切削治具（ホブ）を用いて対応する歯面を作製するときに形成される。歯面切削の際、棒状カッターヘッドは回転軸（カッターヘッド軸）の周りに回転移動するだけでなく、回転揺動軸の周りに案内されるものである。回転揺動軸は、仮想的なクラウン歯車のクラウンギア軸に対応し、対応するベベルギアの数学的定義に付随するものである。
【００３７】
これらの表面は、ラインに沿って互いに接触する場合、数学的には、共役的な表面（conjugated surfaces）であるという。本発明によれば、ツール２０は常に歯面１１に沿って案内され、その歯面は装置１００の複数の軸を適正に制御することにより形成され、回転対象ツール２０の包囲線の少なくとも１つのそれぞれの短い領域（本願では有効動作距離Ｌ１という。）は、歯面のそれぞれの短い領域と対をなすものである。ツール２０を歯面に沿って接線方向に案内することにより、共役性が担保される。この共役性により、ツール２０の有効動作距離Ｌ１の範囲における切削機械加工仕上げが実現される。本発明により機械加工仕上げされる歯面１１を微視的に見た場合、形成動作トレースのベクトルＥに垂直な断面において矩形ラインとして上述した歯面が形成されている。上述のようにツール２０を用いて機械加工した後、複数の直線的な線分断面および／または曲線を有する断面として構成される矩形ラインＰが形成される。
【００３８】
図１０は、延伸円筒状ベース本体部を有する別のツール２０．１の概略図である。ツール２０．１は高さＨ１を有する。ツールのヘッド領域１８が円錐台形状を有して収縮しているため、またはヘッド面取り部を有しているため、有効動作距離Ｌ１は、より短い。同様に円錐台形状のツール２０．２は、当然に、有効動作距離Ｌ１より大きい高さＨ１を有する。
【００３９】
本願において、回転対称ツール２０という用語は、ツール２０を定義するために用いられ、そのベース本体部は、円形円筒形状（たとえば図８参照）または円錐台形状（たとえば図９参照）を有する。円形円筒形状を有するツールは、図２Ａ、図２Ｂ、図３、図４、図５、図６、図８、図１０、および図１１で図示されている。円錐台形状を有するツール２０．２は、図９に示されている。図２Ａ、図２Ｂ、図３、図４、図５、図６、図８、図１０、および図１１で示す実施形態の説明は、円錐台形状を有するツール２０．２の円錐角度に応じてライン角度を選択する必要がある点を除き、円錐台形状を有するツールにも同様に適用することができる。
【００４０】
歯面１１がたとえばクラウン部（突起部）Ｂを有する場合には、互いに交差する複数のベクトルＥに沿ってツール２０を案内することが好ましい。この原理については図１１に示されている。図１１では、クラウン部Ｂを楕円で図示されている。ツール２０を鏡面Ｓ１−Ｓ１に沿って反転させた後に、ベクトルＥに交差する別のベクトルＥ＊に沿って案内させてもよい。
【００４１】
このようにすることにより、より良好な表面特性を得ることができるが、同時に機械加工仕上げに要する時間が増大する。
【００４２】
本願において、回転対称ツールは、主に回転本体部（回転対称ベース本体部）を有するものをいい、その包囲線が矩形ライン２１（母線という。）により形成されたものである。円錐台の代わりに、双曲面を用いてもよい。ツールの領域は、機械加工の際に機械加工されるワークピース上の一部において接線方向に少なくとも部分的に接触する。
【００４３】
研磨ツール２０は、異なる実施形態で用いられることが好ましい。本願では、研磨とは、金属の切削加工装置をいう。ツール２０は、断片（chips）を削り取る切削エッジまたは切磋ブレードを有する研磨用として採用される切削ツールであってもよい。
【００４４】
本発明によれば、とりわけ硬化材料の切削加工装置のために設計されたツール２０を採用することが好ましい。
【００４５】
断片を形成し、削り取るために必要な機械加工動作は、事前作製された歯面１１に対してツール２０を回転させることにより実現される。（ベクトルＥの方向の）送り出し動作は、成形のために必要なものであるが、歯面１１に対するツール２０の相対的な移動により実施される。こうした相対的移動は、装置１００のＮＣ制御軸により実現される。
【００４６】
本発明によれば、ツール２０は、登り切削状態（climb cutting state）、すなわち送り出し方向とは逆の方向に切削する状態に維持することができる。登り切削状態において、回転ツール２０のブレードエッジ、すなわち回転ツール２０の周方向表面は、研磨材料で覆われるが、送り出し動作のベクトルＥの方向に係合領域上を移動する。送り出しとは逆の方向に切削する場合、送り出し移動のベクトルＥとは逆の方向に係合領域上を移動する。
【００４７】
本発明によれば、回転駆動式の回転対称ツールが採用される。ここではツール軸ＷＡは、事前作製された硬材ワークピースＫ２に対して、複数の軸の周りにおいて回転させることができる。（好適にはＮＣ制御部である）相当する制御部は、対応する複数の軸の周りの移動を連動させるように構成されている。その結果、プログラムされた移動トレースに沿って、ツール２０を案内することができる。
【００４８】
図１２は、本発明に係る全体的装置１００の斜視図である。この装置１００は、特に、大きなモジュール部品を有する歯車の精密機械仕上げのために設計されたものである。機械加工仕上げを行う歯車（図示せず）が、ワークピース・テーブル上に設置される。この装置１００は、５つのＮＣ制御軸を有する。さらにこの装置は、追加的なツール軸ＷＡの周りに回転するツール２０を含むスピンドル２２を有する。図１２に示す概略図において、ツール軸ＷＡは垂直方向に延びている。ツール・スピンドル２２は、水平軸の周りを回転移動し、垂直軸に平行に上下方向に変位することができる。装置１００は、（直線的な双方向矢印により図示された）３つの直交軸と、回転テーブル１０１の第１の回転軸とを有する。追加的に、スピンドル２２は、円錐ワッシャ２３を用いた回転移動を介して旋回移動することができる。対応するインターフェイスの詳細については、本願出願人により２００９年９月１０日付けで出願された欧州特許出願第EP 09169933.0号に記載されている。
【符号の説明】
【００４９】
１０…歯車
１１…歯面
１２…歯根
１３…歯先円
１４…歯根領域への移行領域
１５…断面ライン
１６…機械加工仕上げ前の歯面ライン
１７…移行マーカ
１８…歯根領域
２０…回転対称ツール
２０．１…円筒状ツール
２０．２…円錐台状ツール
２１…包囲線（母線）
２２…スピンドル
２３…円錐ワッシャ
１…装置
Ａ…距離
Ｂ…クラウン部（突起部）
Ｅ…形成動作経路を示す一連のベクトル（移動ベクトル）
Ｅ＊…交差ベクトル
Ｈ１…歯丈（歯の高さ）
Ｌ１…有効動作距離
Ｐ…矩形ライン
Ｒ１…ツール軸ＷＡの周りの回転
Ｒ…半径
Ｓ…ＮＣ制御部
Ｍ…モータ
ＷＡ…ツール軸
Ｗ２…移動ライン軸
Ｓ１−Ｓ１…鏡面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車の加工前歯面の硬材精密機械加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ギアの製造方法において、通常、いわゆる軟材機械加工と硬材機械加工とは区別されている。硬材機械加工は、ワークピース（未処理加工対象物）を硬化させた後に機械加工されるものである。
【０００３】
軟材機械加工の後に硬化させることにより、硬化処理に起因して変形が生じ得る。ギアなどについて、所望の形状、接触特性、および表面品位を実現するためには、多くの場合、硬化させた状態で加工仕上げされる。
【０００４】
図１は、例示的なプロセスを概略的に示したフローチャート１００である。歯車を機械加工するための一般的な具体例を示すものである。この具体例では、ブランク（処理途上物、ボックス１０１）から開始し、軟材機械加工ステップが行われる。たとえば、回転させることにより（ボックス１０２）、（中央に）ボア孔を形成する。ブランクを反転させて、さらに機械加工を行う（ボックス１０３）。反転させた後、回転させることにより、再び機械加工を行う（ボックス１０４）。これらのステップは、任意的なものであり、本願では、プリフォーム製造過程という。プリフォーム製造過程においては、他のステップヤ、択一的なステップを行ってもよい。プリフォーム製造過程が完了したとき、このワークピースは、ギア・ブランク（処理途上ギア）またはワークピース・ブランクＫ１という。ステップ１０２またはステップ１０２〜１０４は、たとえば、いわゆる事前機械加工装置またはいくつかの異なる装置を用いて行われる。
【０００５】
通常、その後にギア切削加工が行われる。ギア切削加工において、荒歯切り加工ツールを用いて、適当な位置に適当な遊びをもってギア・ブランクＫ１の斜面に荒歯切りを行うことにより（ステップ１０５）、所定数の歯が形成される。その後、任意的なステップとして、仕上げツールを用いて歯面切削仕上げ処理が施され（ステップ１０６）、このとき歯面切削仕上げ装置による所定の精度で、隣接する歯面の間の間隔を所望の間隔にすることができる。しかしながら、（２つのステップ１０５，１０６ではなく）１回のみのステップを行う場合、歯面がずれて形成されることがある。
【０００６】
ステップ１０５，１０６は、たとえば１つの同一の加工装置または加工ステーションで行ってもよい。この場合、ワークピース・ブランクＫ１は、把持し直す、または移動させる必要はない。
【０００７】
図１に示す上述のステップは、軟材機械加工処理と呼ばれている。
【０００８】
その後、通常、事前処理ワークピースＫ２には熱処理が施される（ボックス１０７）。一般に、この熱処理により、軟材機械加工処理において問題が生じることはない。この熱処理は、事前処理ワークピースＫ２を硬化させるものである。その後、上述の仕上げ加工が行われる（ボックス１０８）。この仕上げ加工は、本願においては硬材機械加工というが、歯車装置の硬材機械加工が施される。こうして歯車Ｋ３が完成する。
【０００９】
硬材機械加工処理において、エンドミルあるいはボール状ヘッド状研磨機を多少用いて、事前加工した歯面上に沿って案内することにより歯面の表面仕上げを行う。このように表面仕上げされた表面を調査すると、所定の状況においては、表面上に明らかな処理痕により粗悪な接触パターンが形成されることが分かった。こうしたことは、特に、表面仕上げに要した時間が十分でなかった場合、そして／または表面仕上げすべき歯面上を表面仕上げ装置があまりにも速く移動した場合に生じる。また、たとえば、このように表面仕上げされた２つの歯車が歯車対として用いられたとき、流体潤滑の問題も生じ得る。
【００１０】
したがって本発明は、より良好な歯面の接触パターンまたはより良好な表面特性を有し、かつ高い生産性の有する、事前加工された歯車の歯面の硬材機械加工方法を提供することを目的とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】欧州特許出願第EP 09169933.0号
【発明の概要】
【００１２】
本発明の課題は、事前作製された歯面を硬材精密機械加工するための方法により解決される。この方法は、協働して制御される少なくとも５つの軸と、追加的なツール軸とを有する装置を用いて行われる。本発明によれば、好適にはエンドミルや研磨ロッドなどの回転対称ツールをツール軸の周りを回転するように配置する。回転対称ツールの包囲線の少なくとも１つの短い矩形領域が形成動作において歯面に沿って接線方向に案内され、回転対称ツールがツール軸の周りに回転することにより、事前作製された歯面の表面材料を研磨するように、協働して制御される５つの軸のうちの１つまたはそれ以上の軸の移動が制御される。
【００１３】
１つの実施形態において、形成動作は、互いに対して若干湾曲した複数のトレース（痕跡）を有し、これらのトレースは、切削ヘッドを用いてホブ切削により歯面を形成するときに形成される、切削ヘッドのカッタの仮想的なトレースに対応または近似するものである。
【００１４】
好適には、回転対称ツールはトレースに沿って案内され、こうしたトレースはいわゆる回転ＩＳＯラインに対応するか、または回転ＩＳＯラインに近似するものである。
【００１５】
本発明に係る方法は、特に、硬化プロセスの後に、すなわち硬材状態にある歯面を機械加工するために考案されたものである。ここで採用されるツールは、これに応じて採用する必要がある。すなわち対応する方法は、硬材機械加工である。すでに荒削りした歯面を再度精密に加工仕上げするためのものであるので、この方法を硬材精密機械加工という。
【００１６】
本発明に係る方法の最も重要な利点は、熱処理の結果として残存する硬化による変形を完全に取り除き、精密に加工されたベアリング特性および際立った表面品位を実現し、動作寿命に有用な効果を与え、こうして機械加工された歯車の回転の静寂性を確保できるという点にある。本発明を適用すると、本発明による機械加工された２つの歯車が互いに対をなして用いられた場合、流体潤滑に対する良好な結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】歯車を機械加工する際の一般的な手法を示すフローチャートである。
【図２Ａ】歯車の歯面、および本発明に係る方法により案内されたツールを概略的に示す斜視図である。
【図２Ｂ】歯車および図２Ａに示すツールを概略的に示す平面図である。
【図３】歯車の歯面、および本発明に係る方法により案内されたツールを概略的に示す正面図であって、ツールは、その回転軸が形成トレースに対して垂直となるように案内されている。
【図４】歯車の歯面、および本発明に係る方法により案内されたツールを概略的に示す正面図であって、回転軸が形成トレースとなす角度が９０度より大きくなるように、ツールを押しつつ案内される状態を示すものである。
【図５】歯車の歯面、および本発明に係る方法により案内されたツールを概略的に示す正面図であって、回転軸が形成トレースとなす角度が９０度より小さくなるように、ツールを引きつつ案内される状態を示すものである。
【図６】歯丈が異なる歯車、および本発明に係る方法により案内されたツールを概略的に示す正面図であって、ツールを引きつつ案内される状態を示すものである。
【図７Ａ】一定の歯丈を有する歯車、および本発明に係る方法により案内されたツールを概略的に示す正面図であって、回転ＩＳＯラインが示されている。
【図７Ｂ】歯丈が異なる平歯状の円錐歯車を概略的に示す正面図であって、回転ＩＳＯラインが示されている。
【図８】本発明に係るツールの円筒形状ベース本体部の概略的な斜視図である。
【図９】本発明に係るツールの円錐台形状ベース本体部の概略的な斜視図である。
【図１０】本発明に係る別のツールの円筒形状ベース本体部の概略図である。
【図１１】平歯状の円錐歯車の突状歯面、および本発明に係る方法により案内されたツールを示す正面図であって、ツールが交差するライン上に案内されている。
【図１２】本発明に係る方法が採用される全体的装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図面および実施形態を参照して、本発明の詳細および利点について、以下説明する。
本願明細書において用いられる用語は、専門的な刊行物または特許文献でも用いられているものである。ただし、こうした用語は、本発明をより十分に理解するためだけのものである。本発明のアイデアおよび請求項の保護範囲は、こうした特定の用語に限定して解釈すべきではない。本発明は、さらなる労力を要することなく、他の装置の技術専門用語および/または他の専門分野に対して適用することができる。他の専門分野において、こうした用語は同様に用いることができる。
【００１９】
本発明に係る方法は、事前処理された歯車１０の歯面１１を硬材精密機械加工する方法であって、この方法について図２Ａおよび図２Ｂを参照して以下説明する。図２Ａは、直線的に加工された歯車の歯面であって、すなわち歯面ラインが湾曲していない歯面の１つを簡略的に示す斜視図である。図２Ａは、直線的な歯面形状を有する歯を相当に図案化したものである。実際において、こうした歯は、曲線のある歯面形状（たとえばインボリュート歯車形状）を有することが多い。この図面で見える歯面は、右手側歯面１１を有する。歯は一定の高さ（歯丈）を有する。左手側（後方）歯面は隠れて見えない。図２ａにおいて、好適には円柱状ミラー（圧延機）または研磨ロッドなどの（円筒形状のベース本体部を有する）回転対称ツール２０．１が、ツール軸ＷＡの周りを回転するように設置される。この回転は、たとえばスピンドルまたは装置１００（図示せず）に設置されたモータＭを用いて、回転対称ツールを回転させる。ここでは、きわめて簡略化してモータＭを図示している。図２Ａに示すように直線的な形状を有する特別な場合であり、ツール２０．１は全体の長さにおいて歯面と接触している。一方、曲線を含む形状を有する通常の場合、ツール２０．１は一部のみの領域において歯面と接触し、その一部領域の長さは歯面に対する設置状態に依存する。
【００２０】
たとえば図１２に示す装置１００は、協働して制御される少なくとも５つの軸と、追加的なツール軸ＷＡを有するものである。５つの軸のうちの１つまたはそれ以上は、たとえば装置１００のＮＣ制御Ｓにより協働して制御され、円筒状ベース本体部を有するツール２０．１（円筒状ツール２０．１ともいう。）の矩形包囲線（矩形長領域ともいう。）は、歯面１１に沿った接線方向の形成動作（generation motion）により形成される。この点に関する詳細については、概略的な図３〜図６または図７Ａ、図７Ｂに図示されている。形成動作は、図中、数多くのベクトルＥにより表示されている。回転対称ツール２０．１は、ツール軸ＷＡの周りを回転しながら形成動作を行う。ツール軸ＷＡの周りの回転Ｒ１に起因して、事前処理された歯面１１から表面部材が研磨され、歯面１１の機械加工仕上げが行われる。ツール２０．１の少なくとも１つの矩形長領域が機械加工される歯面１１の表面に接触するので、部分的または断面的な接触による機械加工が行われる。部分的または断面的な接触の寸法は、歯面に対する方向付け、先行する処理ステップ（たとえばホブによる歯面切削ステップ）、およびツールのベース本体部の形状に依存する。歯面の表面状態は、常に、事前機械加工ステップにより影響を受ける。歯面に沿った断面は、事前機械加工ステップに起因して、原則的に常に折れ線形状を有し、折れ線のそれぞれのポイントの距離は、送り出し量（切削ステップ時の回転送り出し量）に依存する。ただし、いわゆるプロファイル研磨（平面研磨、shape grinding）を用いる場合には、折れ線形状とはならない。
【００２１】
図２Ａおよび図２Ｂにおいて、形成動作はベクトルＥで示され、ベクトルＥは歯面１１に対して斜めに延びている。連続的なベクトルＥは、ツール２０．１の現時点での移動方向および形成動作を示す。その他の形成動作の移動トレース（痕跡）は、破線ベクトルで示されている。
【００２２】
原則的に、形成動作の移動トレースは、図２Ａ、図２Ｂ、図３、図４、図５、図６、および図１１で示すものに比して、互いに対し実質的により接近している（たとえば図７Ａおよび図７Ｂから明らかなように、距離Ａは実質的により短い。）。さらに形成動作の移動トレースの方向および形状は、回転ＩＳＯラインと同様のものであり、たとえば図７Ａおよび図７Ｂに示すような回転装置を実現するものである。回転ＩＳＯラインは、同じ回転角度を用いて形成されたポイントの連結ラインに左右される。
【００２３】
ツール２０．１の移動方向が対応する場合、次のようになる。装置の設定が選択され、軸ＷＡが理想的な歯面１１に対して傾斜すると、ツール２０．１の少なくとも短い矩形長領域が歯面に対して接線方向に形成される。円錐台状ツール２０．２（すなわち図９に示すような円錐台形状を有するベース本体部を含むツール２０．２）において、対応する異なる角度で設定が選択されることもある。ツール２０．２を用いる場合、移動ライン角度は円錐台の包囲線２１と円錐軸との間の角度に相当し、ツール軸ＷＡに対応するものである。
【００２４】
ツール２０は、その矩形領域が直径に比して相対的に長いことが、特に好ましい。公的には、有効動作距離Ｌ１と半径Ｒの間の比が５より大きいこと（すなわちＬ／Ｒ＞５）。すなわち、ツール２０．１は、図８に示すような長くて細いベース本体部を有することが好ましい。ライン角度が十分に鋭角であるように設定されたとき、すなわち図４に示すようにツール２０．１が相当に急斜に案内されるとき、こうしたツール２０．１は、隣接する２つの歯の間の歯間ギャップにツールを挿入することができるという点において利点を有する。
【００２５】
装置の設定に依存するが、隣接する形成動作トレースの間の距離Ａ（図２Ａ、図２Ｂ、図３、図４、図５、図６、および図１１）は、距離Ａより若干大きいものであってもよいし、小さいものであってもよい。好適には、直近の隣接する形成動作トレースの間の距離Ａは、ベクトルＥに対応するが、ツール２０の包囲線の有効動作距離より小さいものである。図３に態様によれば、ツール２０．１のベース本体部の包囲線が理想的な円筒形状を有し、包囲線の有効動作距離Ｌ１が円筒状ツール２０．１の円柱の高さＨ１に相当する場合（すなわちＬ１＝Ｈ１）である。距離Ａは、０．２×Ｌ１〜０．８×Ｌ１であることが好ましい。このような仕様は、歯の形状を矩形とする場合や、歯面を矩形とする場合にのみ維持される。図３に示す実施例では、距離Ａはおよそ０．２５×Ｌ１である。
【００２６】
包囲線の有効動作距離Ｌ１だけでなく、歯面ラインおよび歯面形状も同様に、距離Ａに対して影響を与える。移動ライン角度Ｗ２は、距離Ａを考慮して選択してもよい。好適には、以下のルールに従う。移動ライン角度Ｗ２が９０度より大きい場合、または９０度より小さい場合、移動ライン角度Ｗ２の正弦（sine）に比例して、距離Ａの寸法を小さくする。たとえば、次のアプローチが適合する。Ａ＝Ｌ１×sin（Ｗ２）
【００２７】
こうした数学的関係が成り立つとき、表面品位だけでなく、必要とされる機械加工時間に関する有利な結果をもたらす。ただし、こうしたルールは任意的なものである。距離Ａを一定にして装置１００を操作することも可能である。距離Ａを歯面１１上のツール２０の現時点での位置の関数とすることも可能である。ベクトルＥは、形成動作を示すものであるが、平行に延びる複数のラインであってもよい（距離Ａはどこでも同一であってもよい）。ただし、複数のベクトルＥのそれぞれは、曲線を有するもの（curvilinear）であってもよく、この場合、平行ではなくなる（回転ＩＳＯラインと同様のものとなる）。
【００２８】
ツール２０が装置１００の複数の軸のそれぞれにおいて相互作用しながら移動する場合における３次元動作経路に沿った形成動作を特定する際に、歯の形状を検討する。その他、３次元空間において全体的に歯面を特徴付けるツールの歯面ライン、成形手法（course of the profile）、歯面の変形、およびその他の態様についても検討する。たとえば歯面が凸状形状を有する場合、３次元経路（ここではベクトルＥで表示）は、装置の側面に隣接して配置しなければならない。たとえば異なる高さ（歯丈）を有する歯、螺旋状またはスパイラル状の歯面ギア歯車を形成するためには、隣接して配置することが必要となる。
【００２９】
距離Ａが小さいほど、より高い精度で、歯面１１の表面の機械加工仕上げをすることができる。ただし、形成動作が接近して行うと、すなわち距離Ａをできるだけ小さくすると、ツールは、表面に沿ってより長い距離においてより数多く形成動作を行うように案内しなければならない。より長い距離に沿ってより数多くツールを案内するということは、機械加工仕上げに要する時間が増大することを意味する。
【００３０】
とりわけツール２０のベース本体部の形状に依存するツール軸ＷＡの移動ライン角度を規定することの他、機械加工すべき歯面１１に対して（図３に示すように）垂直方向に、（図４に示すように）押しつつ進める方向に、または（図５に示すように）引きつつ進める方向に、ツール２０を横断的に案内すべきか否かについて規定してもよい。図３に示すように垂直方向に移動ラインを取るとき、移動ライン角度Ｗ２は９０度となり、図４に示すように押しつつ進める方向に移動ラインを取るとき、移動ライン角度Ｗ２は９０度〜１３５度となり、図５に示すように引きつつ進める方向に移動ラインを取るとき、移動ライン角度Ｗ２は９０度〜４５度となる。
【００３１】
これらの図面において、歯の根元の領域、すなわち歯根１２の近くにおいて歯面がツール２０で表面仕上げされない歯面の一部領域が破線１４で示されている。破線１４は歯根領域１８に対する移行領域を示すものである。この移行領域の境界は不明瞭である。
【００３２】
図２Ａ、図２Ｂ、図３、図４、図５、図７Ａ、および図１１に示す歯はすべて一定の歯丈（歯の高さ）を有する。しかし本発明は、より複雑な形状を有する歯面についても問題なく適用することができる。上述のように、歯丈は、一般に、歯面の長手方向および断面（profile）方向に対して曲線をなす（curvilinear）ものである。したがって、これにベクトルＥが適合するように、ＮＣ制御部Ｓをプログラムする必要がある。
【００３３】
装置１００は、ツール２０，２０．１，２０．２を接線方向に移動させ、形成動作を実行させる制御信号を生成するＮＣ制御部Ｓを有する。
【００３４】
本発明は、ベベルギア（傘歯車）の歯面を機械加工仕上げする上で特に有用である。図７Ａにおいて、歯丈が一定の平歯状ベベルギアの歯面１１が図示されている。図７Ｂにおいて、歯丈が異なる平歯状ベベルギアの歯面１１が図示されている。根元円錐角は頂部円錐角より小さい。上述した内容は、この場合にも同様に該当する。
【００３５】
本発明は、歯丈が一定または異なる歯車に対して適用可能である。本発明は、平歯状、平歯状、または螺旋状の歯車に対して一般に適用することができる。
【００３６】
本発明のとりわけ好適な実施形態において、形成動作は、互いに対して平行に延びる矩形または多少曲線をなすベクトルＥに沿って実施される。こうしたベクトルＥは、好適には、棒状カッターヘッドの仮想的なブレード移動トレースを近似するように計算で決定されるものであり（この場合ベクトルは必ずしも平行に延びる必要はない）、こうした移動トレースは、歯面切削治具（ホブ）を用いて対応する歯面を作製するときに形成される。歯面切削の際、棒状カッターヘッドは回転軸（カッターヘッド軸）の周りに回転移動するだけでなく、回転揺動軸の周りに案内されるものである。回転揺動軸は、仮想的なクラウン歯車のクラウンギア軸に対応し、対応するベベルギアの数学的定義に付随するものである。
【００３７】
これらの表面は、ラインに沿って互いに接触する場合、数学的には、共役的な表面（conjugated surfaces）であるという。本発明によれば、ツール２０は常に歯面１１に沿って案内され、その歯面は装置１００の複数の軸を適正に制御することにより形成され、回転対象ツール２０の包囲線の少なくとも１つのそれぞれの短い領域（本願では有効動作距離Ｌ１という。）は、歯面のそれぞれの短い領域と対をなすものである。ツール２０を歯面に沿って接線方向に案内することにより、共役性が担保される。この共役性により、ツール２０の有効動作距離Ｌ１の範囲における切削機械加工仕上げが実現される。本発明により機械加工仕上げされる歯面１１を微視的に見た場合、形成動作トレースのベクトルＥに垂直な断面において矩形ラインとして上述した歯面が形成されている。上述のようにツール２０を用いて機械加工した後、複数の直線的な線分断面および／または曲線を有する断面として構成される矩形ラインＰが形成される。
【００３８】
図１０は、延伸円筒状ベース本体部を有する別のツール２０．１の概略図である。ツール２０．１は高さＨ１を有する。ツールのヘッド領域１８が円錐台形状を有して収縮しているため、またはヘッド面取り部を有しているため、有効動作距離Ｌ１は、より短い。同様に円錐台形状のツール２０．２は、当然に、有効動作距離Ｌ１より大きい高さＨ１を有する。
【００３９】
本願において、回転対称ツール２０という用語は、ツール２０を定義するために用いられ、そのベース本体部は、円形円筒形状（たとえば図８参照）または円錐台形状（たとえば図９参照）を有する。円形円筒形状を有するツールは、図２Ａ、図２Ｂ、図３、図４、図５、図６、図８、図１０、および図１１で図示されている。円錐台形状を有するツール２０．２は、図９に示されている。図２Ａ、図２Ｂ、図３、図４、図５、図６、図８、図１０、および図１１で示す実施形態の説明は、円錐台形状を有するツール２０．２の円錐角度に応じてライン角度を選択する必要がある点を除き、円錐台形状を有するツールにも同様に適用することができる。
【００４０】
歯面１１がたとえばクラウン部（突起部）Ｂを有する場合には、互いに交差する複数のベクトルＥに沿ってツール２０を案内することが好ましい。この原理については図１１に示されている。図１１では、クラウン部Ｂを楕円で図示されている。ツール２０を鏡面Ｓ１−Ｓ１に沿って反転させた後に、ベクトルＥに交差する別のベクトルＥ＊に沿って案内させてもよい。
【００４１】
このようにすることにより、より良好な表面特性を得ることができるが、同時に機械加工仕上げに要する時間が増大する。
【００４２】
本願において、回転対称ツールは、主に回転本体部（回転対称ベース本体部）を有するものをいい、その包囲線が矩形ライン２１（母線という。）により形成されたものである。円錐台の代わりに、双曲面を用いてもよい。ツールの領域は、機械加工の際に機械加工されるワークピース上の一部において接線方向に少なくとも部分的に接触する。
【００４３】
研磨ツール２０は、異なる実施形態で用いられることが好ましい。本願では、研磨とは、金属の切削加工装置をいう。ツール２０は、断片（chips）を削り取る切削エッジまたは切磋ブレードを有する研磨用として採用される切削ツールであってもよい。
【００４４】
本発明によれば、とりわけ硬化材料の切削加工装置のために設計されたツール２０を採用することが好ましい。
【００４５】
断片を形成し、削り取るために必要な機械加工動作は、事前作製された歯面１１に対してツール２０を回転させることにより実現される。（ベクトルＥの方向の）送り出し動作は、成形のために必要なものであるが、歯面１１に対するツール２０の相対的な移動により実施される。こうした相対的移動は、装置１００のＮＣ制御軸により実現される。
【００４６】
本発明によれば、ツール２０は、登り切削状態（climb cutting state）、すなわち送り出し方向とは逆の方向に切削する状態に維持することができる。登り切削状態において、回転ツール２０のブレードエッジ、すなわち回転ツール２０の周方向表面は、研磨材料で覆われるが、送り出し動作のベクトルＥの方向に係合領域上を移動する。送り出しとは逆の方向に切削する場合、送り出し移動のベクトルＥとは逆の方向に係合領域上を移動する。
【００４７】
本発明によれば、回転駆動式の回転対称ツールが採用される。ここではツール軸ＷＡは、事前作製された硬材ワークピースＫ２に対して、複数の軸の周りにおいて回転させることができる。（好適にはＮＣ制御部である）相当する制御部は、対応する複数の軸の周りの移動を連動させるように構成されている。その結果、プログラムされた移動トレースに沿って、ツール２０を案内することができる。
【００４８】
図１２は、本発明に係る全体的装置１００の斜視図である。この装置１００は、特に、大きなモジュール部品を有する歯車の精密機械仕上げのために設計されたものである。機械加工仕上げを行う歯車（図示せず）が、ワークピース・テーブル上に設置される。この装置１００は、５つのＮＣ制御軸を有する。さらにこの装置は、追加的なツール軸ＷＡの周りに回転するツール２０を含むスピンドル２２を有する。図１２に示す概略図において、ツール軸ＷＡは垂直方向に延びている。ツール・スピンドル２２は、水平軸の周りを回転移動し、垂直軸に平行に上下方向に変位することができる。装置１００は、（直線的な双方向矢印により図示された）３つの直交軸と、回転テーブル１０１の第１の回転軸とを有する。追加的に、スピンドル２２は、円錐ワッシャ２３を用いた回転移動を介して旋回移動することができる。対応するインターフェイスの詳細については、本願出願人により２００９年９月１０日付けで出願された欧州特許出願第EP 09169933.0号に記載されている。
【符号の説明】
【００４９】
１０…歯車
１１…歯面
１２…歯根
１３…歯先円
１４…歯根領域への移行領域
１５…断面ライン
１６…機械加工仕上げ前の歯面ライン
１７…移行マーカ
１８…歯根領域
２０…回転対称ツール
２０．１…円筒状ツール
２０．２…円錐台状ツール
２１…包囲線（母線）
２２…スピンドル
２３…円錐ワッシャ
１…装置
Ａ…距離
Ｂ…クラウン部（突起部）
Ｅ…形成動作経路を示す一連のベクトル（移動ベクトル）
Ｅ＊…交差ベクトル
Ｈ１…歯丈（歯の高さ）
Ｌ１…有効動作距離
Ｐ…矩形ライン
Ｒ１…ツール軸ＷＡの周りの回転
Ｒ…半径
Ｓ…ＮＣ制御部
Ｍ…モータ
ＷＡ…ツール軸
Ｗ２…移動ライン軸
Ｓ１−Ｓ１…鏡面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
協働して制御される少なくとも５つの軸と、追加的なツール軸（ＷＡ）とを有する装置（１００）を用いて、歯車（１０）の事前作製された歯面（１１）を硬材精密機械加工するための方法であって、
・ツール軸（ＷＡ）の周りを回転させる（Ｒ１）ように、回転対称ツール（２０：２０．１，２０．２）を配置するステップと、
・回転対称ツール（２０：２０．１，２０．２）の包囲線の少なくとも１つの短い矩形領域が形成動作において歯面（１１）に沿って接線方向に案内され、回転対称ツール（２０：２０．１，２０．２）がツール軸（ＷＡ）の周りに回転すること（Ｒ１）により、事前作製された歯面（１１）の表面材料を研磨するように、協働して制御される５つの軸の１つまたはそれ以上の軸の移動を制御するステップとを有し、
形成動作が一連の所与の移動ベクトル（Ｅ）に沿って行われることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
装置（１００）の制御ユニット（Ｓ）は、回転対称ツール（２０：２０．１，２０．２）が硬材精密機械加工する歯面（１１）に対して接線方向に当接させ、形成動作を実行するように、制御信号を生成することを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法であって、
回転対称ツール（２０：２０．１，２０．２）は、円筒状ベース本体部を含むツール（２０．１）であることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載の方法であって、
回転対称ツール（２０：２０．１，２０．２）は、円錐台状ベース本体部を含むツール（２０．２）であり、
回転対称ツール（２０．２）の円錐角度に相当するツール軸（ＷＡ）のブレード角度を用いて、回転対称ツール（２０．２）を歯面（１１）に沿って接線方向に案内することを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１に記載の方法であって、
形成動作は移動ベクトル（Ｅ）に沿って行われ、
移動ベクトル（Ｅ）は、互いに対して若干湾曲し、好適には平行であり、
移動ベクトル（Ｅ）は、仮想的なカッタ・トレースに対応または近似し、好適にはカッタ・ヘッドの回転ＩＳＯラインであり、
ホブ切削により対応する歯面（１１）を形成したときに、カッタ・トレースが形成されることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１に記載の方法であって、
ツール軸（ＷＡ）の周りの回転の回転速度を特定することにより、研磨する速度を設定するステップを有することを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１に記載の方法であって、
回転対称ツール（２０：２０．１，２０．２）を歯面（１１）に沿って案内し、送り出し動作の速度を特定することにより、生産性を設定するステップを有することを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか１に記載の方法であって、
回転対称ツール（２０：２０．１，２０．２）を歯面（１１）に沿って案内し、送り出し動作の速度を特定し、隣接する移動ベクトル（Ｅ）の間の距離（Ａ）を特定することにより、歯面（１１）の表面品位を設定するステップを有することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１〜５のいずれか１に記載の方法であって、
回転対称ツール（２０：２０．１，２０．２）を歯面（１１）に沿って案内し、送り出し動作の速度を特定し、隣接する移動ベクトル（Ｅ）の間の距離（Ａ）を特定することにより、機械加工精度を設定するステップを有することを特徴とする方法。
【請求項１】
協働して制御される少なくとも５つの軸と、追加的なツール軸（ＷＡ）とを有する装置（１００）を用いて、歯車（１０）の事前作製された歯面（１１）を硬材精密機械加工するための方法であって、
・ツール軸（ＷＡ）の周りを回転させる（Ｒ１）ように、回転対称ツール（２０：２０．１，２０．２）を配置するステップと、
・回転対称ツール（２０：２０．１，２０．２）の包囲線の少なくとも１つの短い矩形領域が形成動作において歯面（１１）に沿って接線方向に案内され、回転対称ツール（２０：２０．１，２０．２）がツール軸（ＷＡ）の周りに回転すること（Ｒ１）により、事前作製された歯面（１１）の表面材料を研磨するように、協働して制御される５つの軸の１つまたはそれ以上の軸の移動を制御するステップとを有し、
形成動作が一連の所与の移動ベクトル（Ｅ）に沿って行われることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
装置（１００）の制御ユニット（Ｓ）は、回転対称ツール（２０：２０．１，２０．２）が硬材精密機械加工する歯面（１１）に対して接線方向に当接させ、形成動作を実行するように、制御信号を生成することを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法であって、
回転対称ツール（２０：２０．１，２０．２）は、円筒状ベース本体部を含むツール（２０．１）であることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載の方法であって、
回転対称ツール（２０：２０．１，２０．２）は、円錐台状ベース本体部を含むツール（２０．２）であり、
回転対称ツール（２０．２）の円錐角度に相当するツール軸（ＷＡ）のブレード角度を用いて、回転対称ツール（２０．２）を歯面（１１）に沿って接線方向に案内することを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１に記載の方法であって、
形成動作は移動ベクトル（Ｅ）に沿って行われ、
移動ベクトル（Ｅ）は、互いに対して若干湾曲し、好適には平行であり、
移動ベクトル（Ｅ）は、仮想的なカッタ・トレースに対応または近似し、好適にはカッタ・ヘッドの回転ＩＳＯラインであり、
ホブ切削により対応する歯面（１１）を形成したときに、カッタ・トレースが形成されることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１に記載の方法であって、
ツール軸（ＷＡ）の周りの回転の回転速度を特定することにより、研磨する速度を設定するステップを有することを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１に記載の方法であって、
回転対称ツール（２０：２０．１，２０．２）を歯面（１１）に沿って案内し、送り出し動作の速度を特定することにより、生産性を設定するステップを有することを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか１に記載の方法であって、
回転対称ツール（２０：２０．１，２０．２）を歯面（１１）に沿って案内し、送り出し動作の速度を特定し、隣接する移動ベクトル（Ｅ）の間の距離（Ａ）を特定することにより、歯面（１１）の表面品位を設定するステップを有することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１〜５のいずれか１に記載の方法であって、
回転対称ツール（２０：２０．１，２０．２）を歯面（１１）に沿って案内し、送り出し動作の速度を特定し、隣接する移動ベクトル（Ｅ）の間の距離（Ａ）を特定することにより、機械加工精度を設定するステップを有することを特徴とする方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公表番号】特表２０１３−５０８１７４（Ｐ２０１３−５０８１７４Ａ）
【公表日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５３４６１４（Ｐ２０１２−５３４６１４）
【出願日】平成２２年１０月５日（２０１０．１０．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０６４８４２
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０４７９５７
【国際公開日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【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
【公表日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月５日（２０１０．１０．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０６４８４２
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０４７９５７
【国際公開日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【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
[ Back to top ]