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Patent Searching and Data


Title:
METHOD AND APPARATUS FOR FORMING SPIRAL GROOVE BY CUTTING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/013783
Kind Code:
A1
Abstract:
A method for forming a spiral groove in the periphery surface of a column-shaped or cylindrical work (WK) by cutting. In a state in which the shaft center of a side cutter (19) whose blade body is provided on the periphery is inclined relative to the shaft center of the work (WK) at a predetermined angle and the blade body of the side cutter (19) is arranged so that the blade body of the side cutter cuts the periphery surface of the work (WK) to the depth of the groove, the side cutter (19) is rotated on the shaft center, the side cutter (19) is transported in a direction (M1) which is in parallel with the shaft center of the work (WK), and in synchronization therewith, the work (WK) is rotated on the shaft center in an arrow (M2) direction. As the blade body, for example, a blade body whose leading end is a narrow side and which is in a trapezoidal shape is used.

Inventors:
KAJITA, Sotaro (3-24, Nishikino-cho Nishi 3-cho, Sakai-ku, Sakai-sh, Osaka 31, 5900931, JP)
梶田 壮太郎 (〒31 大阪府堺市堺区錦之町西3丁3番24号 株式会社梶田機械製作所内 Osaka, 5900931, JP)
Application Number:
JP2007/000779
Publication Date:
January 29, 2009
Filing Date:
July 20, 2007
Export Citation:
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Assignee:
SUMITOMO METAL INDUSTRIES, LTD. (5-33, Kitahama 4-chome Chuo-ku, Osaka-sh, Osaka 41, 5410041, JP)
住友金属工業株式会社 (〒41 大阪府大阪市中央区北浜四丁目5番33号 Osaka, 5410041, JP)
KAJITA MACHINERY, LTD. (3-24, Nishikino-cho Nishi 3-cho Sakai-ku, Sakai-sh, Osaka 31, 5900931, JP)
株式会社梶田機械製作所 (〒31 大阪府堺市堺区錦之町西3丁3番24号 Osaka, 5900931, JP)
International Classes:
B23C3/32; B23C5/00; B23G1/32
Attorney, Agent or Firm:
KUBO, Yukio (Oriental Shin-Osaka Building, 1-26 Nishinakajima7-chome, Yodogawa-ku, Osaka-sh, Osaka 11, 5320011, JP)
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Claims:
 円柱状または円筒状の被切削部材の外周面に螺旋状の溝を切削により形成する方法であって、
 外周に刃体が設けられたサイドカッタの軸心を前記被切削部材の軸心に対して所定の角度傾斜させた状態で、かつ、前記サイドカッタの刃体が前記被切削部材の外周面に対して前記溝の深さ分だけ切り込むように配置した状態で、前記サイドカッタをその軸心を中心に回転させておき、
 前記サイドカッタを前記被切削部材の軸心と平行に移動させるとともに、これと同期するように、前記被切削部材をその軸心を中心として回転させる、
 ことを特徴とする螺旋状の溝を切削により形成する方法。
 前記刃体の形状は、前記サイドカッタの中心から前記被切削部材の軸心に下ろした垂線上にある接点位置において前記溝の断面形状と同じ形状であり、かつ、前記接点位置から離れた位置においては形成された溝の周面と前記刃体とが干渉しないような形状である、
 請求項1記載の螺旋状の溝を切削により形成する方法。
 前記刃体の形状は、先端部が短辺となる台形であり、
 前記刃体によってその形状と同じ断面形状である台形の前記溝を形成する、
 請求項2記載の螺旋状の溝を切削により形成する方法。
 円柱状または円筒状の被切削部材の外周面に螺旋状の溝を切削により形成する装置であって、
 前記被切削部材をその軸心を中心として回転可能に支持する支持装置と、
 前記被切削部材を回転駆動する被切削部材回転駆動装置と、
 外周に刃体が設けられたサイドカッタと、
 前記サイドカッタをその軸心が前記被切削部材の軸心に対して所定の角度傾斜した状態でかつ当該軸心を中心として回転可能なように支持するサイドカッタ支持装置と、
 前記サイドカッタを回転駆動するサイドカッタ回転駆動装置と、
 前記サイドカッタの刃体が前記被切削部材の外周面に対して前記溝の深さ分だけ切り込む位置に送るための縦送り装置と、
 前記サイドカッタを前記被切削部材の軸心と平行に移動させるための横送り装置と、
 前記横送り装置による前記サイドカッタの移動と前記被切削部材回転駆動装置による被切削部材の外周面の周方向移動とが同期するように制御する制御装置と、
 を有することを特徴とする螺旋状の溝を切削により形成する装置。
 前記刃体の形状は、前記サイドカッタの中心から前記被切削部材の軸心に下ろした垂線上にある接点位置において前記溝の断面形状と同じ形状であり、かつ、前記接点位置から離れた位置においては形成された溝の周面と前記刃体とが干渉しないような形状である、
 請求項4記載の螺旋状の溝を切削により形成する装置。
 前記刃体の形状は、先端部が短辺となる台形である、
 請求項5記載の螺旋状の溝を切削により形成する装置。
 前記サイドカッタは、刃が交互に設けられたスタッガミーリングカッタである、
 請求項5または6記載の螺旋状の溝を切削により形成する装置。
 前記螺旋状の溝は、渦電流式の減速装置用のロータの外周面に設けられた冷却用のフィンのための溝である、
 請求項4ないし7のいずれかに記載の螺旋状の溝を切削により形成する装置。
 請求項1ないし3のいずれかの方法を用いて、渦電流式の減速装置用のロータの外周面に設けられる冷却用のフィンのための溝を切削により形成する方法。
 請求項1ないし3のいずれかの方法を用いて、はすば歯車の歯溝を切削により形成する方法。
 請求項1ないし3のいずれかの方法を用いて、ねじのねじ溝を切削により形成する方法。
Description:
螺旋状の溝を切削により形成す 方法および装置

 本発明は、螺旋状の溝を切削により形成 る方法および装置に関し、例えば、渦電流 の減速装置用のロータの外周面に設けられ 冷却用のフィンのための溝、はすば歯車の 溝、またはねじのねじ溝などを切削により 成するために用いられる。

 従来より、バスやトラックなどの大型車 には、制動装置として、主ブレーキである ットブレーキのほかに補助ブレーキが備え れている。そのような補助ブレーキとして ターダ(渦電流式減速装置)が用いられてい 。リターダは、支持リングの周囲に複数の 石を備える固定部と、回転軸とそれに連結 れた円筒部からなるロータとによって構成 れる(特開平11-113240)。ロータRTの外周面には 冷却のために傾斜平板型の多数のフィンFN 設けられる(図6ないし図8を参照)。

 従来において、フィンFNの設けられたロー RTの製作に際して、次の(1)~(3)の方法によっ いた。
(1) 円筒状の部材の外周面にフィンFNを溶接 よって取り付ける。
(2) 円筒状の部材の外周面に、エンドミルを いて螺旋状の溝を切削により形成し、残っ 山をフィンFNとする。
(3) 円筒状の部材の外周面に、ホブを用いて 旋状の溝を切削により形成し、残った山を ィンFNとする。

 しかし、上に述べたいずれの方法による 合も、ロータRTの製作に多くの工数がかか 、これがコストアップの要因となっている

 例えば、上に述べた(1)の溶接による方法 は、直径400ミリメートル程度の円筒状の部 に1つのフィンFNを取り付けるのに30分程度 するので、例えば80枚の全部のフィンFNを取 付けるためには40時間程度かかることとな 。また、(2)のエンドミルで切削する方法で 10時間程度かかり、(3)のホブで切削する方法 では5時間程度かかる。

 また、上に述べたフィン付きのロータ以 に、円筒状の部材の外周面に螺旋状の溝を 成することによって製作される物が種々あ が、多くは上に述べた(1)~(3)の方法によって 製作しているため多くの工数を要している。

 本発明は、上述の問題に鑑みてなされた ので、円柱状または円筒状の被切削部材の 周面に螺旋状の溝を形成するに際し、従来 りも短時間で螺旋状の溝を形成することの きる方法および装置を提供することを目的 する。

 本発明の一実施形態に係る方法は、円柱状 たは円筒状の被切削部材の外周面に螺旋状 溝を切削により形成する方法であって、外 に刃体が設けられたサイドカッタの軸心を 記被切削部材の軸心に対して所定の角度傾 させた状態で、かつ、前記サイドカッタの 体が前記被切削部材の外周面に対して前記 の深さ分だけ切り込むように配置した状態 、前記サイドカッタをその軸心を中心に回 させておき、前記サイドカッタを前記被切 部材の軸心と平行に移動させるとともに、 れと同期するように、前記被切削部材をそ 軸心を中心として回転させる。

 これら被切削部材およびサイドカッタの移 および回転は、これらの間で相対的に行わ ればよい。

 好ましくは、前記刃体の形状は、前記サ ドカッタの中心から前記被切削部材の軸心 下ろした垂線上にある接点位置において前 溝の断面形状と同じ形状であり、かつ、前 接点位置から離れた位置においては形成さ た溝の周面と前記刃体とが干渉しないよう 形状である。

 さらに好ましくは、前記刃体の形状は、 端部が短辺となる台形であり、前記刃体に ってその形状と同じ断面形状である台形の 記溝を形成する。

本発明に係る切削装置の正面図である 切削装置の右側面図である。 切削装置の平面図である。 サイドカッタの一部を拡大して示す図 ある。 サイドカッタの刃体を拡大して示す図 ある。 切削装置によって製作されたロータの を示す正面図である。 図6に示すロータの表面の一部を展開し て示す図である。 ワークとサイドカッタとの位置関係を す図である。 制御装置の構成の例を示すブロック図 ある。 ワークの表面の移動距離とサイドカッ タの移動距離との関係を示す図である。 制御装置による同期制御を説明するた めの図である。 ワークの外周面の円周と螺旋状の溝に 沿った仮想円との関係を示す図である。 ロータの半径方向からみた溝の形状と 仮想円に沿った各位置における溝の断面形状 との関係を示す図である。 刃体の軌跡と仮想円の方向に沿った溝 との位置関係を示す図である。 図14の要部を拡大して示す図である。 各位置における刃体と溝との位置関係 を示す図である。 他の形状の刃体の例を示す図である。

 図1~図3において、切削装置1は、ベッド11 θ軸ハウジング12、θ軸13、X軸スライドベー 14、X軸スライド15、Z軸スライド16、刃物台17 、カッタ軸18、サイドカッタ19、および制御 置30などからなる。θ軸13にはワークWKが取り 付けられる。

 図6および図7に示されるように、ワークWK は、炭素鋼その他の金属材料からなる円筒状 のものである。ワークWKの外周面に、螺旋状( つるまき線状)の溝MZを切削により形成するこ とによって、多数のフィンFNを有したロータR Tを製作する。溝MZは、ワークWKの軸心JWに対 る傾き角度つまりねじれ角βが45°である。 き角度45°のフィンFNが冷却効果が高い。

 ワークWKおよびロータRTの寸法例をあげる と、外径が約455ミリメートル、内径が約400ミ リメートル、幅LWKが約77ミリメートルである 溝MZの深さは約13.5ミリメートル、溝MZの直 方向でのピッチは約12ミリメートル、溝MZの 数つまりフィンFNの個数は約80個である。ワ ークWKは、θ軸13に同心上に取り付けられ、水 平方向の軸を中心として矢印M2方向に回転駆 される。

 図4および図5に示されるように、サイド ッタ(side milling cutter)19は、円盤状のカッタ 体191の外周縁に近い両側の面に、刃192a,192b 等角度間隔で交互に設けられたスタッガミ リングカッタ(stagger milling cutter) である。 つまり、カッタ本体191の一方の側面に、多数 の刃192aが等角度間隔で取り付けられ、他方 側面に、刃192aと刃192aの中間位置にそれぞれ 刃192bが取り付けられている。これら2組の刃1 92a,192bによって刃体HTが形成されており、本 施形態では刃体HTの形状がほぼ台形となって いる。したがって、サイドカッタ19を回転さ てワークWKに切り込んでいくと、刃体HTの形 状とほぼ同じ台形の溝が形成されることとな る。

 本実施形態において、サイドカッタ19の 体HTの先端の描く円弧の直径は350ミリメート ルである。

 図1~図3および図8を参照して、カッタ軸18 は、サイドカッタ19が、ボルトなどによっ 取り付けられている。カッタ軸18の軸心JCは 鉛直線つまりθ軸13に垂直な線JEに対して、 定の角度、本実施形態では45°(π/2)傾斜して いる。したがって、サイドカッタ19の刃体HT 切削位置(接点位置)における走行方向の接線 JSも、ワークWKの軸心JWに対して同じ45°傾斜 ている。この傾斜角度45°が、上に述べたね れ角βである。

 カッタ軸18を回転させることによってサ ドカッタ19が回転する。そして、Z軸スライ 16によって、サイドカッタ19の刃体HTがワー WKの外周面に対して溝MZの深さ分だけ切り込 ように調整される。この状態で、X軸スライ ド15によってサイドカッタ19をワークWKの軸心 JWと平行な方向(矢印M1方向)に移動させるとと もに、その移動と同期するように、θ軸13に ってワークWKをその軸心を中心として矢印M2 向に回転させる。なお、矢印M1方向がX軸方 である。

 図8(A)(B)によく示されるように、ワークWK サイドカッタ19とは、それぞれの軸心JW,JCに 直交する直線JT上の接点位置PTにおいて最も く接触する。したがって、ワークWKは、接点 位置PTにおいて最も深く切削される。最も深 切削される接点位置PTにおいて、溝MZの断面 形状が刃体HTと同じ形状となる。また、刃体H Tの形状は、接点位置PTから接線JSの方向に離 た位置においては、形成された溝MZの周面 刃体HTとが干渉しないような形状である。そ して、刃体HTの形状は、上に述べたように先 部が短辺となる等脚台形であり、この刃体H Tによって同じ形状である台形の溝MZをワーク WKの外周面に形成する。

 なお、切削装置1において、θ軸13の回転 動のために、回転駆動装置20が設けられてお り、X軸スライド15およびZ軸スライド16の送り のために、直線駆動装置21,22が設けられてい 。

 回転駆動装置20は、ACサーボモータ、DCサ ボモータ、同期モータ、またはパルスモー などの電動機、または、油圧サーボモータ 油圧シリンダなどの油圧アクチュエータを 動源とし、減速ギア、ラック、またはねじ などの動力伝達機構または動力変換機構を してθ軸13を回転駆動する。必要に応じ、回 転エンコーダまたは回転パルスセンサなどの センサによって、θ軸13の回転角度および角 度が検出される。

 また、直線駆動装置21,22は、上に述べた 々の駆動源と動力伝達機構または動力変換 構とを組み合わせることにより、X軸スライ 15およびZ軸スライド16を直線駆動する。必 に応じ、回転エンコーダまたは直線パルス ンサなどのセンサによって、X軸スライド15 よびZ軸スライド16の送り量および送り速度 検出される。

 図9に示すように、制御装置30は、入力部3 1、演算部32、データベース33、出力部34a~cを える。入力部31は、サイドカッタ19、ワークW K、およびロータRTなどについて、寸法、形状 、材質、表面粗さなどについて入力された情 報、およびユーザの操作や指令に関する情報 を受け付け、それらを記憶するとともに演算 部32に送る。

 データベース33には、入力部31から入力さ れる情報に関連して、X軸スライド15およびZ スライド16の送り量および送り速度を制御す るに必要なデータ、同期制御を行うための種 々のデータ、その他、切削装置1を制御する めに必要な種々のデータ、またはプログラ などが記憶されている。

 演算部32は、入力部31から入力される情報 、およびデータベース33に記憶された情報に づいて、回転駆動装置20および直線駆動装 21,22を駆動制御するのに必要な演算を行う。

 これによって、制御装置30は、回転駆動 置20および直線駆動装置21,22を制御し、サイ カッタ19の矢印M1方向への移動とワークWKの 印M2方向への回転とが同期するように制御 るとともに、切削装置1の全体を制御する。

 なお、制御装置30として、CPU、RAM、ROM、 の他の周辺素子、インタフェース回路、磁 ディスク、磁気テープ、表示装置、および 力装置などを用いて構成することが可能で る。また、適当なシーケンサを用いるかま はこれらを併用することも可能である。

 次に、同期制御について説明する。

 図10において、θ軸13の回転角度θ〔rad〕 対応する円弧の長さ、つまりワークWKの表面 の移動距離LKは、ワークWKの直径をd0とすると 、次の(1)式のように示される。

  LK=θ・d0/2 ……(1)
 また、溝MZのねじれ角βに基づく、θ軸13の 転角度θ〔rad〕に対応するサイドカッタ19の 動距離LWは、次の(2)式のように示される。

  LW=LK/tanβ ……(2)
 したがって、ワークWKの表面の移動距離LKと サイドカッタ19の移動距離LWとが(2)式の関係 維持するように、θ軸13およびX軸スライド15 制御することによって、ねじれ角βの溝MZが 形成される。

 本実施形態においては、ねじれ角β=45°で あるので、tanβ=1となり、したがってLW=LKとな るように制御すれば同期がとれる。

 図11において、ワークWKは、その表面が平 面上に展開して示されている。図11には、ワ クWKの表面上における接点位置PTの軌跡が示 されている。但し、接点位置PTはワークWKの 面上にのみ実在するのであるが、図11におけ る接点位置PT1,2,7,8は、ワークWKの表面の仮想 長面上に存在するものとして示した。

 サイドカッタ19は、カッタ軸18により回転 した状態で、X軸スライド15により軸心JWに沿 て矢印M1方向に移動する。これと同時に、 ークWKはθ軸13の回転により矢印M2方向に回転 し、その表面が走行仮想線JKに沿って移動す 。

 サイドカッタ19が、接点位置PT1,2,3…,7,8の 順に移動するのに対応して、ワークWKの表面 、走行仮想線JKに沿って、表面位置PK1,2,3…, 7,8と移動する。接点位置PTつまりサイドカッ 19の移動距離LW1,2,3…,6,7と、ワークWKの表面 移動距離LK1,2,3…,6,7とは、対応するもの同 が互いに等しい。つまり、サイドカッタ19の 移動距離LWとワークWKの表面の移動距離LKとが 同じになるように制御される。

 そして、サイドカッタ19が接点位置PT1に るときには、サイドカッタ19はワークWKから れており、ワークWKは切削されない。サイ カッタ19が接点位置PT2にあるときには、サイ ドカッタ19の接点位置PT2から離れた位置の刃 HTによって、ワークWKの一部が切削される。

 サイドカッタ19が接点位置PT3にあるとき は、接点位置PT3においてサイドカッタ19の刃 体HTと同じ形状の溝MZが形成され、それより 前方位置(図11の右上位置)においては溝MZの 部が形成される。接点位置PT3よりも後方位 (図11の左下位置)においては、サイドカッタ1 9の刃体HTは溝MZと干渉しない。つまり、接点 置PT3よりも後方位置においては、刃体HTに って実質的に切削されることはない。した って、サイドカッタ19が接点位置PT3に至るま でに形成された溝MZの形状は、接点位置PT3よ も後方位置の刃体HTによって変更されるこ はない。ただし、サイドカッタ19による溝MZ 切削に支障のない程度に、刃体HTが溝MZの周 面に接触することはあっても差し支えない。

 サイドカッタ19が接点位置PT4~6にあるとき には、上に述べた接点位置PT3にあるときと同 様である。

 サイドカッタ19が接点位置PT7に至ったと には、溝MZの形成は既に完了しており、この 位置においてサイドカッタ19の刃体HTは溝MZと 干渉することはない。サイドカッタ19が接点 置PT8に至ると、サイドカッタ19はワークWKか ら離れており、サイドカッタ19とワークWKと 干渉しない。

 このように、サイドカッタ19がワークWKの 表面の切削を開始する直前から溝MZの切削が 了してサイドカッタ19がワークWKから十分に 離れるまでの間において、サイドカッタ19の 動とワークWKの回転とを同期させる。

 図11についての上の説明では、X軸スライ 15とθ軸13とを同期制御して溝MZを形成する 程について述べた。しかし、実際には、Z軸 ライド16の制御をも同時に行うので、同期 とる必要のある範囲はそれよりも狭くてよ 。なお、Z軸スライド16の移動方向がZ軸方向 あり、溝MZの深さ方向である。

 つまり、例えば、X軸スライド15の制御に ってサイドカッタ19を移動させるのは、接 位置PT2から接点位置PT7までとし、この間に いて同期制御を行う。この場合に、サイド ッタ19がワークWKからZ軸方向に離れた状態に おいて、Z軸スライド16を制御して接点位置PT2 において所定の深さまで切り込むようにし、 その後に、X軸スライド15を制御してサイドカ ッタ19を接点位置PT2から接点位置PT7まで移動 せる。接点位置PT7において、Z軸スライド16 制御してサイドカッタ19をワークWKから離す 。

 なお、これらX軸スライド15およびZ軸スラ イド16の制御の位置およびタイミングは、種 変更することが可能である。

 上に述べた溝MZの形成を、溝MZのピッチご とに繰り返して行うことにより、ワークWKの 周面の全周に螺旋状の溝MZを形成すること できる。その場合に、例えば、サイドカッ 19を原点位置に戻すとともに、ワークWKを溝M Zのピッチに対応する角度だけ回転角度を進 ておけばよい。このようにして、フィンFNが 形成され、ロータRTが製作される。

 なお、上の説明で分かるように、複数の ークWKをその幅方向に同軸上にセットして くことによって、サイドカッタ19の1回の移 によって複数のワークWKに対して溝MZを形成 ることが可能である。

 次に、切削時におけるサイドカッタ19の 体HTと溝MZとの位置関係について説明する。

 図12において、ワークWKの外形を示す円弧 CWと、ワークWKの外周面において螺旋状の溝MZ に沿った円弧である仮想円CVとが、互いに接 て描かれている。本実施形態において、円 CWの直径は455ミリメートルであり、ねじれ βが45°のときの仮想円CVの直径は約907ミリメ ートルとなる。なお、ワークWKの外径は455ミ メートルであり、以降の計算においては外 基準で計算されている。

 また、1つの溝MZに対応するワークWKの表面 移動距離LKMは、ねじれ角βが45°であるから ワークWKの幅LWKと同じ77ミリメートルである 仮想円CVに沿った溝MZの長さLCは、
  LC=LKM/cos45°
    =77/0.707
となって、約108.9ミリメートルである。つま 、刃体HTとワークWKとの接点位置PTの溝MZに った長さの最大値が約108.9ミリメートルとい うことである。換言すれば、サイドカッタ19 、1つの溝MZの切削に際し、ワークWKの仮想 CVに沿って、切削しながら約108.9ミリメート 相対的に移動することとなる。

 図13(A)には溝MZの正面図が描かれており、 図13(B)には各位置における溝MZの断面図が描 れている。図13(A)において、基準線JJは、X軸 に対してねじれ角βだけ傾斜しており、サイ カッタ19の刃体HTは、この基準線JJに沿って 動する。図13(B)において、一番上の溝MZと中 央の溝MZとの間におけるワークWKの中心角度 、約10.5°である。つまり、溝MZの半分を切削 するために、ワークWKは約10.5°以上回転する 要がある。

 なお、図13(B)における溝MZの断面図は、ワ ークWKの軸心JWに直交する平面で断面した図 あり、溝MZに直交する方向での断面図ではな い。

 図13(A)に示すように、溝MZはその正面視に おいて、ねじれた状態で見える。つまり、溝 MZの底面ZSの中心線の方向と、溝MZと溝MZとの の山(つまりフィンFN)の頂面ZTの中心線の方 とは、互いに平行にならず、互いに角度を っている。その結果、溝MZの上方の壁面ZY1 、図の右上方においては広い範囲で見えて るが、左下方に行くにしたがって狭くなっ いる。これとは逆に、溝MZの下方の壁面ZY2は 、図の右上方においては狭いが、左下方に行 くにしたがって広くなっている。そして、図 の中央部においては、上方の壁面ZY1と下方の 壁面ZY2とは同じ広さで見えている。このこと は、図13(B)に示す溝MZの断面図と対比するこ により理解できる。

 したがって、もし、サイドカッタ19の直 が極めて大きく、サイドカッタ19の回転によ って刃体HTがほぼ直線状に走行すると仮定し 場合には、溝MZの長さ方向の中央部から外 た位置においては、刃体HTと溝MZの壁面ZY1,2 が干渉することとなる。その場合には、刃 HTによって溝MZの壁面ZY1,2が切削されてしま ので、溝MZの断面形状が刃体HTの形状と異な てしまうか、または切削不可能となってし う。

 従来においては、このような理由から、 イドカッタによっては螺旋状の溝を切削で ないと一般に考えられており、ホブなどの 用の特殊な工具を用いて螺旋状の溝を形成 ていた。別の例では、平歯車などをサイド ッタを用いて歯切りすることは従来から行 れているが、螺旋状の溝を有するはすば歯 を歯切りすることは不可能と考えられてい のである。

 しかし、本願の発明者らは、そのような 来の常識を覆して、ある条件の下ではサイ カッタによって螺旋状の溝を切削すること 可能なことを発見し、その発見に基づいて 実施形態で説明する切削装置1を創成したの である。

 図14において、サイドカッタ19の刃体HTの 端の軌跡である外形線CC、およびワークWKの 仮想円CVが、太い実線で示されている。その 方に、図13に示した溝MZの正面図が、右に45 回転させた状態で示されている。

 すなわち、図14の下方に示す溝MZの正面図 は、同図において上方に向いた外形線CCで示 れるサイドカッタ19によって切削された溝MZ を、サイドカッタ19の側から見て示す図であ 。溝MZにおける基準線JJは、図13に示す基準 JJと同一であり、この基準線JJに沿って刃体 HTが移動する。

 図14において、仮想円CVの中心と外形線CC 中心とを結ぶ直線JAが示されており、直線JA が仮想円CVと交わる位置をP0とする。位置P0は 、溝MZの長さ方向の中央位置であり、ワークW Kの幅LWK方向の中央位置でもある。

 また、直線JAが仮想円CVおよび外形線CCと わる点において、それぞれの接線を引き、 れぞれ直線HS1,HS2とする。これら直線HS1,HS2 互いに平行であり、これらの間隔は溝MZの深 さに等しい。

 さらに、直線JAに対して、仮想円CVの中心 角が1°ずつ増加する半径線HVを順次引く。そ ぞれの半径線HVがサイドカッタ19の外形線CC 交わる点と、サイドカッタ19の中心点との に、それぞれ半径線HCを引く。半径線HCと仮 円CVとの交点を、それぞれ、P1,P2,P3…,P7とす る。

 そして、各交点P1~7において、直線JAに平 な直線HAを引く。直線HAを含む平面がその下 方において溝MZを切断したときのその溝MZの 状が、後で図16によって示される。つまり、 図14において、各直線HAによって切断された MZは、各交点P1~7に対応する位置における、 体HTに対する溝MZの形状を示すこととなる。

 図15において、半径線HVが外形線CCと交わ 点から、直線HS1と平行な直線HFを引く。各 線HFは、各交点P1~7における刃体HTの先端の深 さ方向の位置を示す。

 また、半径線HCが仮想円CVと交わる点から 、直線HS2と平行な直線HGを引く。各直線HGは 各交点P1~7における溝MZの山の頂面ZTの高さ方 向の位置を示す。

 図16において、図15で求めた直線HFおよび 線HGに基づいて、各交点P1~6の位置における 体HTの位置、および溝MZの位置が示される。 そして、上に説明した図14に示される直線HA より切断された溝MZによって、各交点P1~6の 置における溝MZの形状、つまり、刃体HTに対 る溝MZの頂面ZT、壁面ZY1,2、および底面ZSの 方向の位置(図16における左右方向の位置)が される。

 なお、交点P0の位置における刃体HTおよび 溝MZの位置および形状が示されていないが、 点P0の位置においては、当然のことながら 体HTの位置および形状と溝MZのそれらとが一 し、溝MZと刃体HTとは図において全く重なっ た状態となるからである。

 図16によると、交点P0から交点P1,P2,P3…へ 移動するにしたがって、刃体HTは溝MZから離 れていく様子が分かる。その際に、刃体HTはZ 軸方向に真っ直ぐに抜け出すが、溝MZは僅か はあるが徐々にねじれた状態となって刃体H Tから離れて行く。しかし、その過程におい 、刃体HTが溝MZの壁面ZY1,2に食い込むことは く、つまり刃体HTが既に形成された溝MZに干 することなく、刃体HTが溝MZから離れて行く 。

 このように、刃体HTの形状を等脚台形と ることによって、サイドカッタ19を用いて円 筒状のワークWKの外周面に螺旋状の溝MZを切 により形成することができる。サイドカッ 19を用いて切削を行うので、高速切削が可能 であり、切削時間を短縮することができる。

 例えば、直径350ミリメートルのサイドカ タ19の刃体HTに超硬チップを用い、サイドカ ッタ19を150RPM程度で回転すると、刃体HTの周 は160メートル/分程度にもなる。これによっ 、上に述べたワークWKに対する80個の溝MZの 削を3時間程度で行うことが可能である。

 また、本実施形態の切削装置1によると、 サイドカッタ19を用いて切削するので、刃物 低コストであり且つそのメンテナンスが容 である。

 なお、上に述べた例では、刃体HTの形状 等脚台形であるが、刃体HTの中心線に対する 斜辺の角度αは大きいほど、つまり台形の長 に対する短辺が短いほど、刃体HTが溝MZから 逃げやすくなり、それだけサイドカッタの直 径を大きくすることができ、したがって切削 速度を上げることができる。

 また、サイドカッタ19の直径が小さいほ 、さらにワークWKの直径が小さいほど、刃体 HTが溝MZから逃げやすくなり、したがって、 形に近い台形、または矩形に近い形状の刃 HTを用いることができる。

 また、ねじれ角βは上に述べた45°以外の 々の角度とすることができる。ねじれ角β 小さいほど刃体HTと溝MZとは干渉し難くなる で、刃体HTの形状の設計の自由度が高くな 。

 次に、他の形状の刃体HTの例について説 する。

 図17(A)には、三角形の刃体HT1が示されて る。したがって、これによる溝MZの形状も三 角形となる。刃体HT1の先端部には適当なアー ルを設けておけばよい。

 図17(B)には、先端がアール状の刃体HT2が されている。したがって、これによる溝MZの 形状も底部がアール状となる。

 さらに、刃体HTとして、等脚でない台形 円弧形状、楕円形状、多角形状など、上に べた以外の種々の形状および寸法の刃体HTを 用いることができる。その場合に、どのよう な形状の刃体HTをどのようなワークWKに対し 適用可能であるかについては、図12~図16で説 明した方法により作図を行って検証すればよ い。その場合に、形成された溝MZの壁面ZYと 体HTとが干渉しないようにするのがよい。し かし、刃体HTを形成された溝MZの壁面ZYに意図 的に接触させて切削することによって、刃体 HTとは異なる特殊な形状の溝MZを形成するこ も可能である。

 上に述べたように、サイドカッタによっ 螺旋状の溝を切削することが可能な条件は 図12~図16で説明した作図を行うことによっ 見いだすことができる。したがって、ワー WKの寸法、溝MZの形状、寸法、ねじれ角β、 よびサイドカッタ19の直径などに基づいて作 図を行い、企図する溝MZの切削が可能かどう を知ることができる。また、その場合に切 が不可能となったときは、サイドカッタ19 直径をいくらにすれば切削可能となるか、 体HTの形状をどのように修正すれば切削可能 となるかなど、作図によって切削するための 条件を知ることができる。

 また、切削を可能とするための理論式ま は条件式は、現時点においては未だ見いだ れていないが、それが見いだされた際には その式に基づいてコンピュータで演算を行 ことによって、企図する溝MZの切削が可能 どうかを容易に知ることができる。

 また、作図による方法または式を用いて 算する方法など、種々の方法に基づいて、 ンピュータによるシミュレーションを行う とによって、企図する溝MZの切削が可能か うかを判断することも可能である。

 例えば、上に述べた切削装置1の構成に対 応した各部の形状のデータを三次元シミュレ ータに入力し、刃体HTとワークWKとの干渉の 無を検証すればよい。また、三次元CADを用 、例えば上に述べた点P1,P2,P3…などでの断面 の状態をチェックすることによっても、刃体 HTとワークWKとの干渉の有無を検証すること 可能である。

 上に述べた実施形態では、切削装置1によ って円筒状のワークWKにねじれ角βが45°の溝M Zを形成する例を説明したが、ねじれ角βは45 以外の任意の角度であってもよい。ねじれ βを、例えば10°~45°または10°~60°の範囲から 選んでもよい。具体的には、例えば、ねじれ 角βを、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、 50°、または60°など、またはそれらの間の任 の角度とすることが可能である。また、ワ クWKは円柱状または棒状であってもよい。 ークWKに溝MZを形成してロータRTを製作する を説明したが、ロータRT以外の種々の部品ま たは製品の製作に適用可能である。

 例えば、サイドカッタによってはすば歯 の歯溝を切削により形成してもよい。また サイドカッタによってねじのねじ溝を切削 より形成してもよい。

 また、上に述べた実施形態の切削装置1で は、ワークWKをθ軸廻りに回転させ、サイド ッタ19をX軸方向およびZ軸方向に移動させた 、これらの回転および移動は、ワークWKと イドカッタ19との相対運動がそのようになっ ていればよい。つまり、例えば、ワークWKを 転させかつX軸方向に移動させ、サイドカッ タ19をZ軸方向に移動させてもよい。また、ワ ークWKを回転させかつZ軸方向に移動させ、サ イドカッタ19をX軸方向に移動させてもよい。 また、ワークWKを回転させかつZ軸方向および X軸方向に移動させ、サイドカッタ19は移動さ せないようにしてもよい。また、ワークWKを 定し、サイドカッタ19をX軸方向およびZ軸方 向に移動させるとともに、θ軸廻りの回転を うようにしてもよい。また、ワークWKおよ サイドカッタ19の両方をθ軸廻りに回転させ またはX軸方向に移動させ、またはZ軸方向 移動させてもよい。

 また、ロボットまたはマニピュレータな によってワークWKを把持し、θ軸廻りの回転 、X軸方向の移動、またはZ軸方向の移動など 行わせてもよい。また、ロボットまたはマ ピュレータなどによって、軸心JCを中心と て回転するように構成されたサイドカッタ19 のカッタ軸18を把持し、θ軸廻りの回転、X軸 向の移動、またはZ軸方向の移動などを行わ せてもよい。また、2台のロボットまたはマ ピュレータを用いて、ワークWKおよびサイド カッタ19をそれぞれ把持し、それぞれの方向 相対移動させまたは相対回転させるように てもよい。

 その他、サイドカッタ19、刃体HT、ワーク WK、切削装置1の全体または各部の構造、形状 、寸法、個数、材質、位置、速度などは、本 発明の趣旨に沿って適宜変更することができ る。