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発明の名称 歯車セットのラッピング装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平11−821
公開日 平成11年(1999)1月6日
出願番号 特願平9−154943
出願日 平成9年(1997)6月12日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】樺山 亨 (外1名)
発明者 今井 秀一
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】相互に噛み合った歯車をそれぞれ独立して回転駆動する一対のモータと、歯車間の噛み合い歯面にラッピングパウダを供給するラッピングパウダ供給手段と、前記一対の歯車が所定の回転位相差を有して同期回転するよう前記モータの回転を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする歯車セットのラッピング装置。
【請求項2】前記制御手段は、前記モータの負荷電流として検出されるトルクが所定値になるように前記位相差を設定することを特徴とする請求項1記載の歯車セットのラッピング装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は加工すべき一対の歯車の歯面をラッピングにより仕上げ加工する歯車セットのラッピング装置、特に、一対の歯車を互いに噛み合い回転状態で駆動しつつラッピングするラッピング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】機械加工により得られた歯車はその歯面がカッターより受けた細かいすじを生じていたり、加工誤差を含むこともある。特に、歯車はその歯面の強度をより高めるため、歯面に浸炭焼入れ等の熱処理を施すことが多く、歯面には焼歪による変形が生じることもある。このように被加工物としての歯車はその歯面が機械加工処理や熱処理を受けることにより微小量(μの単位で)変形していることが多く、これらの歯面の変形を除去するため、歯車は加工最終工程において歯面をラッピング処理される。
【0003】ところで、2軸間の回転伝達を行うのに用いる歯車対、特に、ハイポイドギヤセットのラッピング処理では、被加工物としてのピニオンギヤとリングギヤを相互に噛み合わせ、回転運動させ、同時に、両歯面間に細かい砥粒とラップ油が混合されたラップ剤を流し込み、しかも、回転運動中の相互の噛み合い歯面が押圧状態で摺動するように保持し、相互の歯面を平滑に仕上げるようにしている。
【0004】このようなハイポイドギヤセットのラッピングを行うラッピング装置の一例を図4に示した。ここでは基台120上に回転軸130,140を枢着し、両軸によりピニオンギヤ100とリングギヤ110を互いに噛み合う状態で支持する。ピニオンギヤ100の回転軸130は減速機構150を介し駆動モータ160に連結され、回転駆動力を受け、リングギヤ110の回転軸140は増速機構170を介しブレーキとしての油圧モータ180に連結され制動力を受ける。ここで駆動モータ160がピニオンギヤ100を駆動するとリングギヤ110が連れ回りし、同時に一対の歯面間に砥粒を含むラップ剤が供給されるので、相互の歯面が互いに適正にすり合わされ、互いに相手側を研磨するように摺動する。しかも、リングギヤ110側が油圧モータ180にブレーキ力を受けることより、両歯面間の隙間は排除され、両歯面には適度の面圧が加わり、歯面のラッピングが効率良くなされる。
【0005】ここで、油圧モータ180によるブレーキ力を増減調整し、更に、砥粒の粒度及び硬度をそれぞれ増減調整することにより、ラッピング加工時間を低減出来る。しかし、自動車用ハイポイドギヤセットのように低騒音化の要求が高いものでは、最終の仕上げ加工となるラッピング加工により高精度の歯面を成形できるよう、このラッピング加工に十分時間をかけ、念入りなラッピング加工が行われることが多い。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】処で、図4に示したラッピング装置の場合、基本的にピニオンギヤ100やリングギヤ110、或いは双方が回転方向のピッチ誤差を含むとしても、ピニオンギヤ100に対しリングギヤ110がそのピッチ誤差を許容したままで回転角速度を変化させて連れ回りすることとなる。即ち、両者あるいは一方のギヤがもともと持っていたピッチ誤差により、リングギヤ110側はその回転角速度を増減変化させ、即ち、振動を含む状態で連れ回りすることとなる。
【0007】このため、このラッピング加工では、ピッチ誤差によって生じた振動によりラッピング加工精度が低下し易い。しかも、この連れ回りによるラッピング加工では、単に、歯面全体を同量づつ平均的に研磨するだけとなり、ピッチ誤差を修正することは出来なかった。特に、ハイポイドギヤセットのように歯面に特定の理論曲線を持ち、互いに噛合う歯面での摺接面積が比較的大きな場合、ラッピングにより歯面全体の平均的な研磨だけが進み、ピッチ誤差を除去出来することは出来ず、むしろ、長時間をかけてラッピングを行うと、振動発生に伴い、ピニオンギヤ100やリングギヤ110のピッチ誤差が拡大し易く、問題となっている。
【0008】本発明の目的は、相互に噛み合う一対の歯車の歯面よりピッチ誤差や歯形誤差を高効率に修正できる歯車セットのラッピング装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載された発明によれば、相互に噛み合った一対の歯車間に所定の回転位相差が与えられるため、両歯車の歯面間に噛合面圧を発生させてラッピング加工を施すことができる。特に、この状態で一対の歯車が同期回転していることから、ピッチ誤差や歯形誤差に起因する歯面の進み部位や遅れ部位に対して、歯面の進み部位ではより高い面圧が作用してより強いラッピング加工が施され、逆に歯面の遅れ部ではより低い面圧が作用してより弱いラッピング加工が施されることになる。これによりピッチ誤差や歯形誤差を高効率に修正でき、加工品質、加工能率を十分向上させることができる。
【0010】請求項2に記載された発明によれば、各モータの負荷電流として検出されるトルクを所定値となるようにして位相差を設定するので、位相差の設定を簡単かつ適切に行える。
【0011】
【発明の実施の形態】図1には本発明の実施形態例としての歯車セットのラッピング装置を示した。この歯車セットのラッピング装置Aは、自動車の終減速機で用いるハイポイドギヤセットを研削加工及び熱処理した後にラッピング処理するものであり、基台1上にハイポイドギヤセットをなすピニオンギヤ2とリングギヤ3をリヤアクスルハウジング内で使用すると同様の態様に配備して、噛み合い状態で回転駆動するよう構成される。
【0012】ここで、歯車セットのラッピング装置Aは、基台1と、基台1上に複数の軸受Bを介し枢支される第1、第2回転軸4,5と、両回転軸4,5に支持されるピニオンギヤ2とリングギヤ3の各歯面に細かい砥粒とラップ油が混合されたラップ剤を流し込むラッピングパウダ供給手段10と、第1回転軸4に第1回転伝達系6を介し連結された第1ACサーボモータ(以後単に第1モータと記す)7と、第2回転軸5に第2回転伝達系8を介し連結された第2ACサーボモータ(以後単に第2モータと記す)9と、第1、第2モータ7,9の各駆動回路を成す第1第2ACサーボアンプ(以後単に第1、第2アンプと記す)11,12と、第1、第2アンプ11,12に制御信号α1,α2,ω1,ω2をそれぞれ出力するコントローラ13とを備える。
【0013】基台1はテーブル状を成し、その上面に支持された第1、第2回転軸4,5を互いの回転中心線L1,L2が平面視で直交状態となるよう保持し、図示しない側面視では所定量だけ高さ方向に離隔して、即ち、食違い状態で保持し、この状態でハイポイドギヤとして形成されているピニオンギヤ2とリングギヤ3を噛み合い回転できるように支持する。
【0014】第1回転軸4は一端に第1回転伝達系6の従動スプロケット601を一体的に結合し、他端には加工物としてのピニオンギヤ2をコレット等の固定手段14で締付固定する。第2回転軸5は一端に第2回転伝達系8の従動スプロケット801を一体的に結合し、他端には加工物としてのリングギヤ3をリング状のコレットエキスパンディスク等の固定手段15で締付固定する。第1モータ7の回転軸701には第1回転伝達系6の駆動スプロケット602が一体的に結合され、この駆動スプロケット602は第1回転伝達系6のVベルト603を介し従動スプロケット601に連結される。第2モータ9の回転軸901には第2回転伝達系8の駆動スプロケット802が一体的に結合され、この駆動スプロケット802は第2回転伝達系8のVベルト803を介し従動スプロケット801に連結される。なお、第1、第2回転伝達系6,8は共に所定の減速比で各モータ回転を各ギヤ側に回転伝達するよう構成される。
【0015】第1モータ7、第2モータ9は第1、第2アンプ11,12から供給される電流を受け、所定の回転角速度、回転位相に調整されるように構成される。第1、第2アンプ11,12は交流電源16に接続され、コントローラ13から指示されている所定の回転角速度、回転位相で第1、第2モータ7,9を回転させるように、この交流電源16から供給された電流を調整して第1、第2モータ7,9へ供給する。
【0016】コントローラ13は、シーケンサ131、モニタ画面を表示する表示器132、及び制御信号出力部133を備える。シーケンサ131は数値制御装置であり、ピニオンギヤ2とリングギヤ3が同期回転するための各ギヤの回転角速度を制御信号出力部133に指示すると同時に、両ギヤ間に設定する回転位相差を演算して制御信号出力部133に指示する。シーケンサ131による回転位相差の演算について説明すると、シーケンサ131は各アンプ11,12から検出した各モータ7,9の負荷電流値i1,i2から歯面に発生したトルクを演算し、演算トルクが目標トルクになるよう演算トルクと回転トルクの偏差に応じた位相差補正量で位相差指示量を補正して補正後の位相差指示量を制御信号出力部133に指示している。制御信号出力部133はシーケンサ131からの回転角速度及び位相差の指示量を変換して、第1モータ7用の角速度制御信号ω1、位相制御信号α1を第1アンプ11に、第2モータ9用の角速度制御信号ω2、位相制御信号α2を第2アンプ12にそれぞれ出力する。
【0017】なお、ここでの第1モータ7が駆動するピニオン2と第2モータ9が駆動するリングギヤ3の回転位相の制御モードの一例を図2(a)、(b)、(c)を用い説明する。ここで、ピニオンギヤ2とリングギヤ3はあらかじめ設定されたピニオン2の歯数N1とリングギヤ3の歯数N2から求めたギヤ比N2:N1(=5:1)に応じた理想的な回転角速度で同期回転を行うことができ、例えば、ピニオン2が500rpmでリングギヤ3が100rpmで同期回転すると仮定する。この状態で、ピニオン2とリングギヤ3が理論的に位相差無く同期回転する状態を図2(a)に示し、ピニオン2をリングギヤ3より進角側に位相差Δθを保ち同期回転する状態を図2(b)に示し、この位相差Δθ設定時の実際のラッピング状態での同期回転状態を図2(c)に示した。
【0018】図2(a)から明らかなように、理論的に位相差無く同期回転する状態ではピニオン2とリングギヤ3の両歯は相互に設定クリアランスを保ち回転し、加工誤差、例えば進角側への突出部p1をピニオン2の歯201が生じている場合には、同突出部p1のみがリングギヤ3の歯301に押圧され、噛合面圧(ラッピングトルク)が生じてラッピングされる。図2(b)から明らかなように、ピニオン2とリングギヤ3の両歯が位相差Δθを保ち同期回転する状態ではピニオン2とリングギヤ3の両歯は理論的には相互に連続して重なる回転状態と成り、実際は図2(c)に示すように、位相差Δθが低減してΔθrとなり、歯面の噛み合いを開始していくと第1、第2モータ7,9は指示された位相差Δθに戻す回転力を発生し、即ち、ピニオン2側の第1モータ7は遅れを戻す方向に、リングギヤ3側の第2モータ9は進みを戻す方向に面圧を発生させ、これがラッピング加工に必要な噛合面圧(ラッピングトルク)として互いの歯面に発生し続ける。即ち、図2(b)に示す状態に戻そうとして発生するトルクを利用して歯面全域を相互にラッピングする。特に、加工誤差、例えば進角側への突出部p1をピニオン2の歯201が生じていると同突出部p1がリングギヤ3の歯301に強く押圧され、強くラッピングされ、歯形形状が修正される。
【0019】なお、ここで明らかなように、ピニオン2とリングギヤ3の両歯が位相差Δθを確保しようとしつつ、実際は相互に押圧しあって回転することより、位相差Δθと第1、第2モータ7,9のトルクとは対応関係にあると見做せる。更に、ピニオン2の歯201の1つが回転方向の進角側へピッチ誤差を持って成形されていると仮定すると、この時、ピニオン2側の歯201でピッチ誤差を有する進み部位では噛み合い中連続してリングギヤ3の歯301と大きく相互に重なっての回転状態と成り、実際はこのピッチ誤差を有する進み部位は噛み合い中連続してリングギヤ3の歯301より歯面面圧(ラッピングトルク)を強固に受けて強いラッピング加工が施され、逆に歯201の遅れ部位ではより低い面圧が作用し弱いラッピング加工が施される、歯のピッチ誤差の修正ラッピングが高効率でなされる。
【0020】ここで、図1の歯車セットのラッピング装置Aを用いてハイポイドギヤセットを同時にラッピング処理する際の作動を説明する。なお、図3にはラッピング制御ルーチンを示した。先ず、ラッピング処理に先立ち、基台上の第1回転軸4に加工物であるピニオンギヤ2を固定手段14で締付固定し、第2回転軸5にリングギヤ3を固定手段15で締付固定する。次にコントローラ13の図示しない制御盤により、ピニオン2とリングギヤ3のギヤ比N2:N1(減速比)が5:1であることを入力すると、シーケンサ131はピニオン2がn1(=500rpm)でリングギヤ3がn2(=100rpm)で同期回転するよう目標回転速度を指示し(ステップs1,s2)、制御信号出力部133内で制御信号ω1、ω2が設定されている(ステップs3)。
【0021】更に、ピニオンギヤ2とリングギヤ3の目標ラッピングトルクTの指示を図示しない制御盤から行う。この目標ラッピングトルクTの設定に当たっては、ピニオンギヤ2とリングギヤ3の素材の硬度、熱処理等の有無、ラップ剤の特性、ラッピング時間等が考慮されて、適宜設定される。ところで、この目標ラッピングトルクTの指示を受けたシーケンサ131はこのラッピングトルクを確保できる両ギヤ2,3間の位相差指示量Δθを演算し、前述の如く各モータの負荷電流値i1、i2を参照しながら位相差指示量Δθを増減調整することで目標ラッピングトルクTを確保するという制御を行う。
【0022】即ち、コントローラ13の図示しない駆動開始スイッチがオンされると(ステップs4)、先ずラッピングパウダ供給手段10が駆動して、ラップ剤をピニオンギヤ2とリングギヤ3の各歯面に連続して流し込む(ステップs5)。同時に制御信号出力部133から制御信号ω1,ω2を出力してピニオンギヤ2とリングギヤ3をそれぞれ第1、第2モータ7,9で駆動し、両ギヤをギヤ比N2:N1(5:1)に応じた理想的な回転角速度で同期回転を行う(ステップs6)。
【0023】更に、シーケンサ131はステップs7において、前述の目標ラッピングトルクTを読み込み、ステップs8では各モータ7,8の負荷電流i1,i2を読み込む。続いて、負荷電流i1,i2から現在の発生トルクTnを演算して、目標ラッピングトルクTとの偏差δTを求めて、偏差δTに応じて所定の関数式f(δT)に基づき位相差補正量Δθ’を演算して、この補正量Δθ’により位相差指示量Δθを補正して新たな位相差指示量Δθを求める(ステップs8〜s12)。その後、制御信号出力部133が位相差指示量Δθに基づいて位相制御信号α1,α2を設定し、これを出力して各モータ7,8の回転位相を制御する(ステップs13,s14)。
【0024】なお、現在の負荷電流i1,i2は第1、第2アンプ11,12より読み込むことができる。このように、ここでは各モータの負荷電流i1,i2に基づいて演算されるトルクTnが目標トルクTとなるようにして位相差Δθを調整するので、位相差の設定を簡単かつ適切に行える。
【0025】このようにコントローラ13がピニオンギヤ2とリングギヤ3の位相差Δθを目標値に保持しつつ同期回転を継続することにより、ピニオンギヤ2とリングギヤ3の両者の歯面はラッピング処理される。この際量産加工されるピニオンギヤ2とリングギヤ3は微小なピッチ誤差や歯形誤差を有しているため、理想的な歯面を持った両ギヤを理想的な回転角速度で、且つ所定の位相差Δθで回転した場合に対して、回転方向の歯面に誤差の分だけ進み、遅れを発生する。このため、図1の歯車セットのラッピング装置Aによる回転位相同期ラッピング加工においては、図2(a)、(b)、(c)に於いて説明したように、歯面の回転方向進み部では所定の位相角Δθに戻そうとする量がより大きいため、サーボモータからより高いラッピングトルクを受け、プラスしている歯面をより強く加工することとなる。一方、回転方向で遅れている歯面ではその逆により低いラッピングトルクが発生し、マイナスしている歯面をより弱くラッピングすることと成る。このような作用により、ピニオンギヤ2とリングギヤ3のピッチ誤差や歯形誤差をより効率良く修正することが可能となり、高品質、高効率なラッピング加工が達成される。
【0026】上述の処において、相互に噛み合った被加工歯車としてピニオン2とリングギヤ3からなるハイポイドギヤを例に説明したが、その他の相互に噛み合ったハイポイドギヤ、相互に噛み合った平歯車でも同様にラッピング加工でき、同様の作用効果が得られる。これらの場合、上述の第1、第2回転軸4,5に代えて、各一対の歯車の使用態様に応じた所定の噛み合い状態を保持できるよう、第1、第2回転軸(図示せず)が基台1に配設され、使用されることと成る。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1に記載された発明によれば、相互に噛み合った歯車間に回転位相差を与え、噛合面圧を発生させることによりラッピング加工を施すことができ、特に、この状態で各歯車が同期回転するので、ピッチ誤差や歯形誤差に起因する歯面の進み部をより高い面圧でより強くラッピング加工し、逆に歯面の遅れ部をより低い面圧でより弱くラッピング加工するので、ピッチ誤差や歯形誤差を高効率に修正でき、加工品質、加工能率を十分向上させることができる。
【0028】請求項2に記載された発明によれば、各モータの負荷電流として検出されるトルクを所定値となるようにして位相差を設定するので、位相差の設定を簡単かつ適切に行え、制御を容易に行える。




 

 


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