JP2003136331A - ウォーム歯車の歯面修整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 いかなる種類、形式のウォーム歯車に対して
も、ウォームホイールの歯面の修整を効率的に行うこと
ができ、それによってウォーム歯車の性能向上を図るこ
とが可能となる、ウォーム歯車の歯面修整方法を提供す
る。 【解決手段】 本発明によるウォーム歯車の歯面修整方
法は、ウォームと、これと噛み合うウォームホイールか
らなるウォーム歯車の製造において、前記ウォームホイ
ールの歯面の修整を行うに際し、前記ウォームのピッチ
円半径よりも大きなピッチ円半径と、これらピッチ円半
径の比に応じて前記ウォームの条数よりも増加させた非
整数の条数と、前記ウォームの歯形と共役な歯形と、前
記ウォームの歯の進み角と等しい進み角と、を具える切
刃を有するホブを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウォーム歯車の製
造における、ウォームホイールの歯面を修整する方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ウォーム歯車の性能を向上させるため
に、歯面の修整が不可欠であることは従来より知られて
いる。適切な歯面修整を行うことにより、ウォームとウ
ォームホイールとの滑らかな噛み合いが実現される、両
者の歯の間への潤滑油の流入が容易となって潤滑状態が
改善される、加工誤差や組み立て誤差による歯の片当た
りが防止される等の利点が得られるからである。

【０００３】かかる歯面修整方法として、従来より種々
の方法が提案されている。例えば、ウォームよりも外径
の大きなホブを用いてウォームホイールを歯切りする方
法、歯切りの際にホブの軸をわずかに傾斜させる方法、
ウォームの軸方向のピッチをホブのピッチよりもわずか
に大きくする方法等である。

【０００４】しかしながら、こうした従来の方法は、い
ずれも、最終仕上げの際には試行錯誤的、経験的な歯当
たり調整が必要であり、効率的なウォーム歯車の製造を
困難なものとしていた。また、この事は同時に、従来の
方法では、ウォームの歯形や条数等に係わらず、いかな
る種類、形式のウォーム歯車にも適用できる歯面修整方
法を見出す事が困難であることを意味するものでもあっ
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
の問題点を解決し、いかなる種類、形式のウォーム歯車
に対しても、ウォームホイールの歯面の修整を効率的に
行うことができ、それによってウォーム歯車の性能向上
を図ることが可能となる、ウォーム歯車の歯面修整方法
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、ウォ
ームと、これと噛み合うウォームホイールからなるウォ
ーム歯車の製造において、前記ウォームホイールの歯面
の修整を行うに際し、前記ウォームのピッチ円半径ｒ_w
よりも大きなピッチ円半径ｒ_hと、これらピッチ円半径
の比ｒ_h／ｒ_wに応じて前記ウォームの条数Ｎ_wよりも増
加させた条数Ｎ_hと、前記ウォームの歯形と共役な歯形
と、前記ウォームの歯の進み角と等しい進み角と、を具
える切刃を有し、前記条数Ｎ_hを非整数を含む値とした
ホブを用いることを特徴とするウォーム歯車の歯面修整
方法に関するものである。

【０００７】本発明によるウォーム歯車の歯面修整方法
は、前記ウォームホイールと前記ホブとの間の位相補正
を行うことを特徴とするものである。

【０００８】また本発明は、前記のウォーム歯車の歯面
修整方法に用いるホブに関するものであり、このホブ
は、その外周面において、切刃を有する領域と切刃を有
しない領域とを有し、前記切刃を有する領域を、外周方
向に180°未満の範囲とすることを特徴とするものであ
る。

【０００９】さらに本発明は、前記の歯面修整方法によ
り、前記ホブを用いてウォームホイールの歯面修整を行
うことを特徴とするホブ盤に関するものである。

【００１０】

【発明の効果】本発明によるウォーム歯車の歯面修整方
法においては、ウォームホイールの歯切りを行うための
ホブを、ウォームよりもピッチ円半径を大きくすると共
に、条数をホブとウォームそれぞれのピッチ円半径の比
に応じて増加させ、また歯形をウォームと共役、すなわ
ち基準ラックを介してウォームと噛み合うような歯形と
し、さらに歯の進み角をウォームと等しくしたものとし
ている。

【００１１】このようなホブを用いてウォームホイール
の歯面修整を行うことにより、ウォームとウォームホイ
ールとの滑らかな噛み合いや、ウォームとウォームホイ
ールの歯面間への潤滑油の流入が容易となるような適切
な歯面を、試行錯誤的、経験的な歯当たり調整を行うこ
と無く形成することが可能となる。

【００１２】また、ホブとウォームとの間の歯形と寸法
の関係を明確に定義することができることから、いかな
る種類、形式のウォーム歯車にも適用することができ、
ウォームの歯形が任意に与えられた場合や、歯形を転位
させた場合、また多条ウォームの場合にも、適切な歯面
修整を容易に行うことが可能となる。

【００１３】さらに、ホブの切刃の進み角をウォームの
歯の進み角と等しくしながらも、ホブのピッチ円半径を
ウォームのピッチ円半径よりも増加させたことにより、
ウォームホイールと接触するホブの切刃の条数が実質的
に非整数となることから、ウォームとウォームホイール
との間の隙間を任意に調整することができ、しかもホブ
の切刃の進み角をウォームの歯の進み角と等しくしてい
るためにホブ軸を傾斜させる必要が無いことから、ウォ
ームホイールの歯切りに用いるホブ盤の構造の簡素化と
歯切り精度の向上が期待できる。

【００１４】また本発明によるウォーム歯車の歯面修整
方法においては、ホブの切刃の条数が実質的に非整数と
なるため、ホブが１回転すると、１つの切刃の進み角に
沿ったウォームの歯のねじ線が他の切刃によるねじ線と
合流して干渉する可能性がある。そのため、歯面修整に
際し、ホブとウォームホイールとの間で位相補正を行
い、こうしたねじ線同士の干渉を避けることとしてい
る。

【００１５】また本発明によるホブは、その外周面に、
切刃を有する領域と、切刃を有しない領域とを設け、そ
の切刃を有する領域を、外周方向に180°未満の範囲と
することが好適であるものとしている。

【００１６】本発明によるホブは、前述したように切刃
の条数が実質的に非整数となるため、ホブが１回転する
と、１つの切刃の進み角に沿ったウォームホイールの歯
のねじ線が他の切刃によるねじ線と合流して干渉する可
能性がある。そのため、ホブの外周面にに切刃を有する
領域と切刃を有しない領域とを設けることにより、こう
したねじ線同士の干渉を有効に回避する。

【００１７】さらに本発明によるホブ盤は、上述した歯
面修整方法により、上述したホブを用いてウォームホイ
ールの歯面修整を行うものであることから、ウォームと
ウォームホイールの歯面間への潤滑油の流入が容易とな
るような適切な歯面を、試行錯誤的、経験的な歯当たり
調整や、歯切りの際にホブ軸を傾斜させる必要無しに精
度良く形成することができ、しかもホブ盤自体の構造の
簡素化をも図ることが可能である。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施形態について説明する。

【００１９】図1は、本発明におけるウォーム、ウォー
ムホイールおよびホブの関係を示すものであり、図1(a)
はホブによるウォームホイールの歯切りを示す断面図、
図1(b)はウォームとウォームホイールとの噛み合いを示
す断面図、図1(c)は図1(a)および図1(b)をホブおよびウ
ォームの軸線方向から見た図をそれぞれ示す。

【００２０】図より明らかなように、ウォームホイール
1を歯切りするホブ2の切刃のピッチ円半径ｒ_hは、ウォ
ーム3のピッチ円半径ｒ_wよりも大きく、また、図1(c)に
示すように、ホブ2の切刃によるねじ面は、ウォーム3の
歯によるねじ面を包絡するような形状となっている。

【００２１】また、ホブ2の切刃4の歯形と、ウォーム3
の歯5の歯形とは共役な関係、すなわち、これらの歯形
は基準ラックを介して互いに滑らかに噛み合うような関
係となっている。なお、これらの関係を図2に模式的に
示している。

【００２２】上述したように、ホブ2の切刃のピッチ円
半径ｒ_hは、ウォーム3の歯のピッチ円半径よりｒ_wも大
きい。そのため、両者を共役とするために、ホブ2の切
刃4の条数をウォーム3の歯5の条数よりも増加させる。
この条数を増加させる割合は、ホブ2の切刃4のピッチ円
半径ｒ_hとウォーム3の歯5のピッチ円半径ｒ_wとの比とす
る。したがって、ホブ2の切刃4の条数Ｎ_hとウォーム3の
歯の条数Ｎ_wとの関係は、ホブ2の切刃4のピッチ円半径
ｒ_hをウォーム3の歯5のピッチ円半径ｒ_wに対してΔｒ増
加させるとすると、以下の式で表される。

【数１】ｒ_h＝ｒ_w＋Δｒ Ｎ_h＝Ｎ_w・ｒ_h／ｒ_w

【００２３】また、ホブ2の切刃4の進み角γ_hは、切刃4
のモジュール（すなわち、ウォームの歯の歯直角モジュ
ール）をｍ_nとすると、

【数２】γ_h＝ｓｉｎ^-1（ｍ_nＮ_h／２ｒ_h）で与えられ
る。

【００２４】ここで、前記のＮ_h＝Ｎ_w・ｒ_h／ｒ_wの関係
から、上式で与えられるγ_hは、

【数３】 γ_h＝ｓｉｎ^-1（ｍ_nＮ_h／２ｒ_h） ＝ｓｉｎ^-1（ｍ_nＮ_w／２ｒ_w） ＝γ_w となり、ホブ2の切刃4の進み角γ_hはウォーム3の歯5の
進み角γ_wに等しくなる。これにより、歯切りに際して
はホブを傾斜させる必要がなくなる。

【００２５】図3は、ホブ2の断面図を示すものである。
図示のように、ホブ2は外周面に、外周に沿って二つの
領域、すなわち切刃4を有している領域Aと、切刃4を有
していない領域Bが設けられている。また、領域Aの範囲
は、角度にして180°未満としている。

【００２６】ホブ2をこのような形状にする理由は以下
の通りである。すなわち、前述したようにホブ2の切刃4
のピッチ円半径ｒ_hは、ウォーム3の歯5のピッチ円半径
ｒ_wよりも大きく、また、ホブ2の切刃4の条数Ｎ_hは、前
記の式で示されるように、ウォーム3の歯5の条数Ｎ_wに
対して、これらピッチ円半径の比に相当する分だけ増加
している。そのため、ウォーム3の歯切りに際し、歯切
りを行うホブ2の切刃4の条数Ｎ_hは実質的に非整数とな
る（例えば、ウォーム3の歯5の条数Ｎ_wが3のとき、ホブ
2の切刃4の条数Ｎ_hは3.3となる）。

【００２７】このとき、ホブ2が歯切りを行いながら１
回転して次の歯切りを行うと、ホブ2の１回転では整数
の条数分だけしか切刃が移動しないため、ホブ2に設定
された条数と、ウォームホイール1に形成される歯と噛
み合うウォーム3の歯5の条数との間のずれにより、１つ
の切刃の進み角に沿って形成されたウォーム3の歯5の１
つのねじ線が、他の切刃に沿って形成された他のねじ線
と合流して干渉する可能性が生じる。その結果、一旦形
成された歯のねじ線が、他の切刃によって削られてしま
うおそれがある。

【００２８】こうした事態を避けるため、本発明におい
ては、ホブ2を上述したような形状、すなわち、外周面
の一部のみに切刃を有するような形状とすると共に、後
に説明する位相補正を行うこととしている。

【００２９】図4は、図3に示すホブ2による歯切りを示
すものである。まず、図4(a)に示すように、ホブ2とウ
ォームホイール1をそれぞれ回転させ、ホブ2に形成され
た切刃4によって歯切りを行う。切刃4は、ホブ2の外周
面の一部の領域にしか形成されていないため、図4(b)に
示すように、ホブ2の回転に伴って、ホブ2の切刃4が形
成されていない領域とウォームホイール1とが対面する
こととなる。このとき、前述した条数のずれを補正する
ための位相補正を行う。つまり、ホブ2の切刃4がウォー
ムホイールの歯切りを行い、１回転して再び歯切りを行
う前に、ホブ2の切刃4とウォーム3の歯5との条数のずれ
を補正する。

【００３０】位相補正は、例えば、ホブ2またはウォー
ムホイール1のいずれか一方の回転速度を速くするか遅
くする、またはホブ2を軸線方向にわずかにずらす、と
言った操作により行う。実際には、NC制御のプログラム
によって連続的かつ自動的に行うこととしても良い。

【００３１】なお、実際のウォームホイール1の製造に
際しては、図3のホブ2を最初から歯切りに使用しても良
く、あるいは予め従来形のホブを用いて粗削りを行い、
仕上げを図3のホブ2により行うこととしても良い。

【００３２】図5は、ウォームホイール1とウォーム3と
の噛み合い状態を示すものであり、図5(a)はウォーム3
の軸線に沿った断面図、図5(b)はウォーム3の軸線から
見た断面図である。なお、本図は後に説明するグラフの
理解のために示すものである。ここで、図示のように、
ウォームホイール1の歯6の先端部を歯先、底部を歯元と
呼び、ウォームホイール1の歯6の間の、ウォーム3の回
転によって、新たな歯5の部分が進入する箇所を入口、
歯5が出て行く箇所を出口と呼ぶ。また、歯6の幅は、図
において∠AOB＝60°となる点A，B間の距離で定義す
る。

【００３３】図6は、図5に示すウォームホイールとウォ
ームの相互に噛み合う歯面間の隙間の状態を示す等隙間
線図を示し、図の横軸は歯幅を、縦軸はウォームホイー
ルの歯高（歯丈）である。

【００３４】ここで、図6(a)は台形の歯形を有するウォ
ームホイールの歯切りに際し、ピッチ円半径がウォーム
のそれと等しいホブを使用した場合の、ウォームとウォ
ームホイール相互の歯面間の隙間（接触隙間）を示すも
のである。ここで、等隙間線の間隔Δｈは5μｍであ
る。この図では、隙間ゼロの線がウォームホイールの歯
丈のほぼ中央で、ウォームホイールの歯幅全体に亘って
存在していることが示されている。これは、ウォームの
歯とウォームホイールの歯とが、ウォームホイールの幅
全体に亘って線接触していることを示すものである。

【００３５】一方、図6(b)は、同様に台形の歯形を有す
るウォームホイールの歯切りに際し、本発明によるホブ
を使用した場合の、ウォームとウォームホイール相互の
歯面間の接触隙間を示すものである。ここで使用したホ
ブは、ピッチ円半径、すなわちホブ径を2mm増加させた
ものとしている。ここでも等隙間線の間隔Δｈは5μｍ
である。この図においては、等隙間線が楕円状に現れて
いる。これは、ウォームの歯とウォームホイールの歯が
相互に点接触していることを示すものである。すなわ
ち、両者が歯幅の入口および出口で隙間を持って滑らか
に噛み合うことを示している。

【００３６】次に図7は、ウォームと共役なホイール
と、本発明による方法を用いて歯切りを行ったウォーム
ホイールの、相互の歯面間の隙間（噛み合い隙間）を示
す等隙間線図である。ここで、図示の噛み合い隙間と
は、ウォームを回転させて多数の接触隙間を描いた場合
に、これら接触隙間を包絡させたものに相当するもので
ある。

【００３７】本図は、ホブ径をウォームよりも2mm増加
させたホブを用いて、ウォームの歯の条数Ｎ_wをそれぞ
れ3，6，9としてウォームホイールの歯切りを行った場
合の結果を示すものである。なお、前述したように、本
発明においては、ホブの切刃の条数Ｎ_hは実質的に非整
数となるため、前記各ウォームに対応するＮ_hの値はそ
れぞれ3.25，6.5，9.75となる。

【００３８】ここで、図7(a)は条数Ｎ_w=3、図7(b)は条
数Ｎ_w=6、図7(c)は条数Ｎ_w=9の場合をそれぞれ示すもの
であるが、いずれも接触点（隙間ゼロの点）がウォーム
の回転に伴ってウォームホイールの歯幅中央を歯丈に沿
って移動していることが示されている。これは、ウォー
ムとウォームホイールの歯が相互に正確に接触し、回転
伝達誤差の無い噛み合いが行われていることを示すもの
である

【００３９】また、図の等隙間線の密度（混み具合）は
隙間の大きさを示し、密度が高ければ隙間は大きく、逆
に密度が高ければ隙間が小さいことを示す。図7(a)〜
(c)のいずれにおいても、ウォームホイールの左側、す
なわちウォームの歯が進入してくる側の隙間が大きく、
右側、すなわちウォームの歯が出ていく側の隙間が小さ
くなっている。ウォームとウォームホイールの歯面間へ
の潤滑油の導入は、左側から行われるため、これらの結
果は、歯面間への潤滑油の導入が容易となり、良好な潤
滑状態が得られることを示している。

【００４０】図8は、ウォームホイールの歯に転位を与
えた場合、すなわちホブによるウォームホイールの歯切
りの際、ホブの切刃のピッチ線をウォームホイールの歯
のピッチ線からずらして歯切りを行った場合の、ウォー
ムとウォームホイールとの噛み合い隙間を示す等隙間線
図である。

【００４１】ここで、図8(a)は凸円弧ウォームに対して
-4mmの負の転位、すなわちホブ切刃のピッチ円がウォー
ムホイールのピッチ円と交差するような転位を与えた場
合を示し、一方図8(b)は凹円弧ウォームに対して4mmの
正の転位、すなわちホブ切刃のピッチ円がウォームホイ
ールのピッチ円よりも外側に位置するような転位を与え
た場合を示すものである。

【００４２】本図に示される通り、ウォームホイールの
歯に転位を与えた場合でも、ウォームとウォームホイー
ルの歯相互の正確な接触と、それによる伝達誤差の無い
良好な噛み合いが実現され、また潤滑油の導入が容易と
なるような良好な歯面間の隙間が得られていることが理
解される。

【００４３】図9はホブのピッチ円半径の、ウォームの
ピッチ円半径に対する増径率Δｒ／ｒ_wと、ウォームホ
イールの歯幅（図5のAB間の距離）端における、ウォー
ムとウォームホイールの歯面間の隙間との関係を示すグ
ラフである。ここで、入口側とは点A側、出口側とは点B
側をそれぞれ示すものである。また、ウォームの歯の条
数Ｎ_w=3、モジュールｍ_n=4、ウォーム径ｒ_w=24mm、基準
ピッチ線上の圧力角α_n=25°である。図より明らかなよ
うに、歯面間の隙間とホブ径の増径率とは、ほぼ比例関
係にある。

【００４４】図10は、ウォームの歯の進み角と、ホブの
ピッチ円半径のウォームのピッチ円半径に対する増分Δ
ｒによって無次元化した歯面間の隙間との関係を示すグ
ラフであり、図では３種類の異なる圧力角に対してウォ
ームホイールの入口側および出口側（図5参照）それぞ
れについて示すものである。

【００４５】この図10を用いると、ウォームのピッチ円
半径ｒ_w、ホブのピッチ円半径の増分Δｒ、歯の圧力角
α_nおよびウォームの歯の進み角γ_wを与えると、ウォー
ムとウォームホイールの歯面間の隙間を求めることがで
きる。例えばｒ_w=12mm，α_n=20°，γ_w=15°のウォーム
歯車において、ホブのピッチ円半径の増分をΔｒ=0.5mm
とすると、図10より、入口側の隙間δ_A=0.049×0.5=24.
6μｍ、出口側の隙間δ_B=0.026×0.5=13.2μｍと求めら
れる。

【００４６】以上説明したように、本発明によるウォー
ムホイール歯車の歯面修整方法によれば、いかなる種
類、形式のウォーム歯車に対しても、歯面の修整を効率
的に行うことができ、それによって、ウォームとウォー
ムホイールとの滑らかな噛み合いが実現でき、またウォ
ームとウォームホイールとの間へ潤滑油の流入が容易と
なるような適切な歯面を、試行錯誤的、経験的な歯当た
り調整を行うこと無く形成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明におけるウォーム、ウォームホイール
およびホブの関係を示す図である。

【図２】 本発明におけるウォーム、ウォームホイー
ル、基準ラックおよびホブの相互の関係を模式的に示す
図である。

【図３】 本発明に係るホブの形状を示す断面図であ
る。

【図４】 図3に示すホブによるウォームホイール歯切
り工程を概略示す図である。

【図５】 本発明に係る方法により歯切りを行ったホブ
とウォームとの噛み合い状態を示す図である。

【図６】 図5に示すウォームホイールとウォームの相
互に噛み合う歯面間の隙間の状態を示す等隙間線図であ
る。

【図７】 ウォームと共役なホイールと、本発明による
方法を用いて歯切りを行ったウォームホイールの、相互
の歯面間の隙間（噛み合い隙間）を示す等隙間線図であ
る。

【図８】 ウォームホイールの歯に転位を与えた場合
の、ウォームとウォームホイールとの噛み合い隙間を示
す等隙間線図である。

【図９】 ホブのピッチ円半径の、ウォームのピッチ円
半径に対する増径率と、ウォームホイールの歯幅端にお
ける、ウォームとウォームホイールの歯面間の隙間との
関係を示すグラフである。

【図１０】 ウォームの歯の進み角と、ホブのピッチ円
半径のウォームのピッチ円半径に対する増分によって無
次元化した歯面間の隙間との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ ウォームホイール ２ ホブ ３ ウォーム ４ ホブの切刃 ５ ウォームの歯 ６ ウォームホイールの歯

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウォームと、これと噛み合うウォームホ
   イールからなるウォーム歯車の製造において、前記ウォ
   ームホイールの歯面の修整を行うに際し、 前記ウォームのピッチ円半径ｒ_wよりも大きなピッチ円
   半径ｒ_hと、 これらピッチ円半径の比ｒ_h／ｒ_wに応じて前記ウォーム
   の条数Ｎ_wよりも増加させた条数Ｎ_hと、 前記ウォームの歯形と共役な歯形と、 前記ウォームの歯の進み角と等しい進み角と、を具える
   切刃を有し、前記条数Ｎ_hを非整数を含む値としたホブ
   を用いることを特徴とするウォーム歯車の歯面修整方
   法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の方法において、前記ウォ
   ームホイールと前記ホブとの間の位相補正を行うことを
   特徴とするウォーム歯車の歯面修整方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の方法に用いるホ
   ブであって、 その外周面において、切刃を有する領域と切刃を有しな
   い領域とを有し、 前記切刃を有する領域を、外周方向に180°未満の範囲
   とすることを特徴とするウォームホイール歯面修整用ホ
   ブ。
4. 【請求項４】 請求項３記載のホブによりウォームホイ
   ールの歯面修整を行うことを特徴とする請求項１または
   ２記載の方法に用いるホブ盤。