ホブ

ホブ切りとは、ホブ盤（特殊なフライス盤）を使用して、歯車の切削、スプラインの切削、およびスプロケットの切削を行う機械加工プロセスです。ホブと呼ばれる切削工具で一連の切削を行うことにより、歯車の歯またはスプラインが材料（平らな円筒形の金属片や熱硬化性プラスチックなど）に段階的に切り込まれます。

ホブ加工は、他のほとんどの歯車成形プロセスと比較して比較的高速かつ安価であり、幅広い部品や数量に使用されます。^[1]ホブ加工は、平歯車やはすば歯車の加工に特によく使用されます。^[2]

外歯車のホブ加工に類似したスカイビングの一種は、内歯車の切削にも適用でき、回転カッターでスカイビング加工される（成形やブローチ加工ではなく）。^[3]

ホブ切りでは、直線歯車、ヘリカル歯車、直線ベベル歯車、面取り歯車、クラウン歯車、ウォーム歯車、円筒歯車、面取り歯車を作ることができます。^[4]ホブ盤は2つの斜めスピンドルを使用します。1つにはブランクのワークピースが取り付けられ、もう1つにはカッター（または「ホブ」）が取り付けられます。ホブのスピンドル（軸）とワークピースのスピンドルの間の角度は、製造する部品の種類によって異なります。たとえば、平歯車を製造する場合、スピンドルはホブのリード角で保持されますが、ヘリカル歯車を製造する場合は、ホブのリード角にヘリカル歯車のヘリックス角を加えた角度で保持されます。2つのスピンドルの速度は、ブランクに切削される歯の数によって決まる一定の比率で保持されます。たとえば、ギア比が40:1の1条ホブの場合、ホブはブランクが1回転するごとに40回転し、ブランクに40本の歯を作ります。ホブに複数のねじ山がある場合、速度比はホブのねじ山の数で乗じられます。^[5]次に、適切な歯の深さが得られるまでホブをワークピースに送り込みます。操作を終了するには、ホブをブランクの回転軸と平行にワークピースに送り込みます。^[4]

大量生産の際には、適切な治具を使用して複数のブランクを積み重ね、1回の操作で切断することがよくあります。^[5]

非常に大きなギアの場合、ホブ加工をより効率的に行うために、ブランクをあらかじめ大まかな形状に 切り込むことがあります。

ホブ盤はホバーとも呼ばれ、さまざまなサイズのギアを生産するためにさまざまなサイズがあります。小さな計器用ギアは小型の卓上機で生産され、大径の船舶用ギアは大型の産業用機械で生産されます。ホブ盤は通常、ワークピースを保持するためのチャックとテールストック、ホブを取り付けるためのスピンドル、および駆動モーターで構成されています。^[6]

理論的にインボリュートである歯形の場合、基本ラックは直線で、側面は歯形の圧力角で傾斜し、上部と下部は平らです。小数のピニオンを使用できるようにするために必要な余剰補正は、このラックの先端をサイクロイド形状に適切に変更するか、理論ピッチ以外の直径でホブ加工することによって得られます。ホブとブランクのギア比は固定されているため、結果として得られるギアはピッチ円上で正しいピッチを持ちますが、歯の厚さはスペース幅と等しくなりません。

ホブ盤は、最大モジュールまたはピッチ径を生成できることが特徴です。たとえば、10インチ（250 mm）の容量の機械は、10インチのピッチ径と通常最大10インチの歯幅のギアを生成できます。ほとんどのホブ盤は垂直ホバーであり、ブランクが垂直に取り付けられています。水平ホブ盤は通常、長いワークピースを切断するために使用されます。つまり、シャフトの端のスプラインを切断します。^[7]

ホブは工作物に歯を切るために使用される切削工具です。円筒形で、螺旋状の切削歯があります。これらの歯にはホブの長さに沿って溝があり、切削と切削片の除去に役立ちます。スプラインやスプロケットギアなどの特殊なギア用に設計された特別なホブもあります。^[6]

ホブ歯の断面形状は、完成品に使用されるラックギアの歯とほぼ同じ形状です。創成加工のために、ホブの歯の長さを長くしてギアの根元に隙間を作るなど、形状に若干の変更が加えられています。 ^[8]各ホブ歯の裏側には、摩擦を減らすための逃げ面があります。^[9]

ほとんどのホブは1条ホブですが、大量生産の工場では2条ホブや3条ホブが使用されます。多条ホブは1条ホブよりも効率的ですが、精度は劣ります。^[10] 切削する歯車の歯の種類に応じて、特注ホブと汎用ホブがあります。特注ホブは他のホブとは異なり、歯形を変更した歯車を作るのに適しています。通常、修正歯形は強度を高め、サイズと歯車の騒音を減らすために使用されます。

一般的なコンロの種類は次のとおりです。

• ローラーチェーンスプロケットホブ
• ウォームホイールホブ
• スプラインホブ
• 面取りホブ
• 平歯車およびヘリカル歯車ホブ
• ストレートサイドスプラインホブ
• インボリュートスプラインホブ
• セレーションホブ
• セミトッピングギアホブ

ホブ切りは、次の種類の完成したギアを作成するために使用されます。

• サイクロイドギア（下記参照）
• ヘリカルギア
• インボリュート歯車
• ラチェット
• スプライン
• スプロケット
• 平歯車
• ウォームギア

ホブ切りは、ほとんどのスロート付きウォームホイールの製造に使用されますが、特定の歯形はホブ切りできません。ホブのプロファイルの一部が軸に対して垂直になっていると、ホブに通常のバックオフ プロセスで生成される切削クリアランスがなくなり、うまく切削できなくなります。

サイクロイド ギア(BS978-2 ファイン ピッチ ギア仕様で使用されているもの) およびサイクロイド型ギアの場合、ピニオンの各モジュール、比率、および歯数には異なるホブ カッターが必要なので、ホブ加工は少量生産には効果的ではありません。

この問題を回避するために、特別な戦時緊急円弧歯車規格が作られ、カッター製造リソースを節約するために、8 歯以上の各モジュールを 1 つのホブで切削できる、サイクロイドに近い一連の形状が与えられました。これのバリエーションは、BS978-2a (計器および時計機構用歯車。サイクロイド型歯車。二重円弧型歯車) に今でも含まれています。

ホブの同心度の許容差により、ホブ加工で実際に切断できる下部モジュールは約 0.5 モジュールに制限されます。

イギリスのランカスター出身のクリスチャン・シーレは、1856年にホブ盤の特許を取得しました。 ^{[11] [自費出版]}シンプルな設計でしたが、基本的な部品はすべて通常の特許図面に記載されています。ホブ切削工具と適切なスピンドル速度比を提供する歯車列がはっきりと見えます。時計製造業界におけるホブ加工の知識は、彼の特許取得以前からあったと考えられます。次の大きな進歩は、1897年にヘルマン・ファウターが従来の「平歯車」とヘリカルギアの両方を切削できる機械を発明し、生産をさらに前進させたときでした。^[12]

• ギアの名称一覧

• アメリカ金属協会、Cubberly, William H.、Bardes, Bruce P. (1978)、金属ハンドブック：機械加工、第16巻（第9版、イラスト入り）、ASM International、ISBN 978-0-87170-007-0。
• デガーモ、E. ポール; ブラック、J. T.; コーサー、ロナルド A. (2003)、製造における材料とプロセス(第 9 版)、Wiley、ISBN 0-471-65653-4。
• Drozda, Tom; Wick, Charles; Benedict, John T.; Veilleux, Raymond F.; Society of Manufacturing Engineers; Bakerjian, Ramon (1983)、『Tool and Manufacturing Engineers Handbook: Machining』、第 1 巻 (第 4 版、イラスト入り)、Society of Manufacturing Engineers、ISBN 978-0-87263-085-7。
• エンドイ、ロバート（1990）、歯車のホブ加工、シェービング（図解版）、製造技術者協会、ISBN 978-0-87263-383-4。
• ジョーンズ、フランクリン D. (1964)、機械工場トレーニングコース (第 5 版、イラスト版)、Industrial Press Inc.、ISBN 978-0-8311-1040-6。
• トッド、ロバート H.; アレン、デル K.; アルティング、レオ (1994)、製造プロセスリファレンスガイド、インダストリアルプレス社、ISBN 0-8311-3049-0。

• バーストール、オーブリー F. (1965)、機械工学の歴史、MIT 出版、ISBN 0-262-52001-X、LCCN  65-10278303 ページには、「1856 年にクリスチャン シーレが考案したホブ加工法は、1880 年代にインボリュート型の歯車の歯がサイクロイド型に取って代わるとすぐに、生産作業に実用的なものになりました。インボリュート ホブは、インボリュート ラックと同様に、直線の側面を持っているためです (ウォームは連続ラックの一種です)。そのため、ウォームからホブを作るには、回転しながらブランクを切断できるように、ウォームにいくつかの歯を切り込むだけで済みます。」とあります。
• GB 185702896、シーレ、クリスチャン、「ナット、ネジ、歯車を切断するための機械」、1856 年 12 月 6 日発行、1857 年 6 月 5 日発行 。1890 年以前の特許は eSpaceNet では見つかりません (大英図書館の注記を参照)。シート 1 と 2 が欠落している Google ブックの再版を参照してください。
• ウッドベリー、ロバート S. (1958)、歯車切削機械の歴史: 幾何学と機械の歴史的研究、MIT 出版、ISBN 9780262730013、OCLC  1689960105 ページでは、「しかし、ウォームは連続ラックの一種であり、それを使って歯車を切るのに必要なのは、それに切削刃をつけてホブを作ることだけであることが認識されていました (図 45)。この方法で歯を切ったのは、おそらく1768 年にラムズデンが初めてでした。」
• ウッドベリー、ロバート S. (1972)、「歯車切削機械の歴史」、工作機械の歴史研究、マサチューセッツ州ケンブリッジ: MIT プレス、ISBN 978-0-262-73033-4、LCCN  72006354、OCLC  609185
• ダドリー、ダール W. (1969)、「ギア アートの進化」、アメリカ ギア製造業者協会発行、ワシントン DC、議会図書館カタログ カード番号: 72-78509
• Radzevich, Stephen P. (2017)、「Gear cut tools: science and engineering」、CRC Press、第 2 版、ISBN 9781138037069。第 1 章では、Gear cut tools の非常に包括的かつ現代的な歴史について説明します。 

• ギンパート、デニス（1994年1月）、「ギアホブ加工プロセス」（PDF）、ギアテクノロジー、11（1）：38–44図8～10にホブ盤の概略図を示します。