JP2005291465A - ウォーム及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ウォームの成形精度、特に歯すじ精度を向上し、ウォーム・ウォームホイールの伝達トルクの変動を減少して、ＥＰＳシステムの機能向上を図ること。
【解決手段】 ワーク（Ｗ）を中心にして、不等角度ピッチに配置した２個のロールダイス（１，２）により、ウォームを転造成形して製造している。ワーク（Ｗ）とダイス（１，２）の接触部分長さの違いによる荷重のバランスの差は、生じるが、ワーク（Ｗ）が回転しながら成形されるので、仮に、ワーク（Ｗ）が１９０°回転してきた時を考えてみると、０°のときと違う箇所が成形されるために、荷重のバランスが変化する。したがって、成形されるウォームは、歯すじ形状にうねりが生じにくい。
【選択図】 図３

Description

本発明は、例えば電動パワーステアリング用減速ギアであるウォーム・ウォームホイールのウォーム及びその製造方法に関する。

従来の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）用のウォームは、要求される加工精度の問題から、切削加工（切削加工、研削加工）による製法が主流であったが、近年では、転造加工技術が開発されて、その成形精度が良くなってきている。

しかし、転造成形方法により製造されたウォームは、各ダイス間での成形荷重の差から、歯すじ形状にうねりが生じるといった問題がある。

また、非特許文献１によれば、２ロールダイスを用いた転造加工では、加工荷重バランスの問題から、奇数条数のウォームは、偶数条数のウォームと比較して、１５〜２０％程精度が悪いとの報告がされている。

また、偶数条数のウォームであったとしても、加工されるブランクの加工端から生じる荷重バランスの問題から、歯すじ形状にうねりが発生するため、歯すじ形状誤差が悪くなる。

図９（ａ）は、ウォームギヤ接触面積確認部位を示す模式図であり、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ、斜線部が各歯の接触面積を表すグラフであり、（ｄ）は、ウォームの条数が奇数である場合の模式図である。

図９（ａ）の転造ウォームの転造部長さＬにおいて、円周上の点線部Ａ〜Ｅの５ケ所での各歯がダイスに接触している(塑性加工される)面積を表したのが図９（ｂ）及び（ｃ）のグラフである。

グラフの斜線部が各歯の接触面積を表し、面積合計グラフは、その合計面積を表している。

図９（ｂ）のグラフでは、Ａ〜Ｅの接触面積合計が異なっている。このため、転造を行う際に左右ダイス間の転造荷重にバラツキが生じる。この荷重バラツキの影響で、転造時にうねりが発生し、歯すじ誤差精度が悪くなると考えられるからである。

そこで、転造ブランクの被転造部長さＬを最適化し、接触面積を図９（ｃ）のグラフのように、できる限り平均化させれば、転造の際に左右ダイス間の荷重バランスが保たれ、よい結果が得られる、と推測される。

この接触面積と同様に、ウォームの条数も、転造精度に影響すると考えている。

ウォームギヤ条数が１・３・５のように奇数の場合、図９（ｄ）のように、片側のウォーム歯の転造が行われているとき、もう片側では、転造が行われていない状況になる。このため、接触面積が左右で異なり、加工荷重バランスが崩れて、軸の振れ（うねり）が生じ、歯すじ誤差につながると考えられるからである。

よって、転造に向く条数は、常に左右ダイスで塑性加工が行われる２・４・６…という偶数が良いと考えられる。試験結果より、偶数の場合、奇数に比べ１５〜２０％の精度向上が見込めることが分かった。

このように、歯すじ形状にうねりがあると、ＥＰＳ用のウォームでは、トルク伝達の変動を生じるといったことがあり、ＥＰＳシステムの機能低下につながる問題となっている。

ところで、図７（ａ）は、従来に係る２ロールダイスによる転造方法を示す模式図であり、（ｂ）は、従来に係る３ロールダイスによる転造方法を示す模式図である。

複数のロールダイスを用いる転造加工技術に関して、従来のロールダイスの配置は、加工対象であるワークを中心として、等ピッチである。

すなわち、２ロールダイス（１，２）であるときには、図７（ａ）に示すように、１８０°ピッチであり、３ロールダイス（１，２，３）であるときには、図７（ｂ）に示すように、１２０°ピッチである。
日本塑性加工学会 鍛造分科会、第３１回鍛造実務講座講演、（株）青山製作所による講演資料（２００４年２月）

図８は、従来の等ピッチ・転造方法による製造工程を示す模式図である。従来方法であると、ワーク（Ｗ）とダイス（１，２）の接触部分長さの違いによる荷重のバランスの差により、ロールダイス（１，２）のワーク（Ｗ）ヘの押込み量に差を生じる。

その結果、ワーク（Ｗ）は、回転しながら成形されるが、仮に、ワーク（Ｗ）が１８０°回転してきた時を考えてみると、０°のときと同様の荷重バランスの差のまま成形されると考えることができる。

３６０°回転したときも同様で、成形が完了するまで、この荷重バランスの差は、変わらない。したがって、成形されるウォームは、歯すじ形状にうねりを生じることになる。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、ウォームの成形精度、特に歯すじ精度を向上し、ウォーム・ウォームホイールの伝達トルクの変動を減少して、ＥＰＳシステムの機能向上を図ることができる、ウォーム及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の請求項１に係るウォームは、ワークを中心にして、不等角度ピッチに配置した複数のロールダイスにより、転造成形して形成されたことを特徴とする。

本発明の請求項２に係るウォームは、前記転造成形中に、前記複数のロールダイスの不等角度ピッチを制御しながら、形成されたことを特徴とする。

本発明の請求項３に係るウォームの製造方法は、ワークを中心にして、不等角度ピッチに配置した複数のロールダイスにより、ウォームを転造成形して、製造することを特徴とする。

本発明の請求項４に係るウォームの製造方法は、前記転造成形中に、前記複数のロールダイスの不等角度ピッチを制御することを特徴とする。

[作用]
本発明の方法であると、図３に示すように、ワーク（Ｗ）とダイス（１，２）の接触部分長さの違いによる荷重のバランスの差は、生じるが、ワーク（Ｗ）が回転しながら成形されるので、仮に、ワーク（Ｗ）が１９０°回転してきた時を考えてみると、０°のときと違う箇所が成形されるために、荷重のバランスが変化する。したがって、成形されるウォームは、歯すじ形状にうねりが生じにくい。

以上説明したように、本発明によれば、ウォームの特に歯すじ誤差のうねりが減少することにより、ウォームの転造成形精度が向上する。

従って、ウォームの成形精度、特に歯すじ精度が向上するので、ウォーム・ウォームホイールの伝達トルクの変動が減少することから、ＥＰＳシステムの機能向上が期待できる。

以下、本発明の実施の形態に係るウォーム及びその製造方法を図面を参照しつつ説明する。

（本発明の構成）
図１（ａ）は、本発明に係る２ロールダイスによる転造方法を示す模式図であり、（ｂ）は、本発明に係る３ロールダイスによる転造方法を示す模式図である。

本発明では、図１（ａ）に示すように、ワーク（Ｗ）を中心にして、不等角度ピッチに配置した２個のロールダイス（１，２）により、ウォームを転造成形して、製造している。不等角度ピッチは、例えば１９０°と１７０°である。これにより、後に詳述するように、ウォームの特に歯すじ誤差のうねりを減少して、ウォームの転造成形精度を向上することができる。

また、本発明では、図１（ｂ）に示すように、ワーク（Ｗ）を中心にして、不等角度ピッチに配置した３個のロールダイス（１，２，３）により、ウォームを転造成形して、製造している。不等角度ピッチは、例えば１３０°、１２５°、及び１０５°である。これにより、後に詳述するように、ウォームの特に歯すじ誤差のうねりを減少して、ウォームの転造成形精度を向上することができる。

図２は、本発明に係る２ロールダイスによる転造方法を示し、不等角度ピッチを制御する場合であり、（ａ）は、加工開始時を示し、（ｂ）は、加工終了時を示している。

本発明では、加工開始時には、不等角度ピッチは、例えば１９０°と１７０°であるが、ウォームの転造成形中に、徐々に変化させて、加工終了時には、２００°と１６０°にしている。これにより、後に詳述するように、ウォームの転造成形精度を著しく向上することができる。

図３は、本発明の不等角度ピッチ・転造方法による製造工程を示す模式図である。

本発明の方法であると、図３に示すように、ワーク（Ｗ）とダイス（１，２）の接触部分長さの違いによる荷重のバランスの差は、生じるが、ワーク（Ｗ）が回転しながら成形されるので、仮に、ワーク（Ｗ）が１９０°回転してきた時を考えてみると、０°のときと違う箇所が成形されるために、荷重のバランスが変化する。したがって、成形されるウォームは、歯すじ形状にうねりが生じにくい。

（第１実施の形態）
図４（ａ）は、本発明の第１実施の形態に係るウォームの転造成形装置の正面図であり、（ｂ）は、その側面図である。

図５（ａ）は、加工開始時のロールダイスとワークの配置関係を示す模式図であり、（ｂ）は、加工終了時のロールダイスとワークの配置関係を示す模式図である。

図４には、本発明の第１実施の形態による不等角度ピッチの転造成形装置を示した。本実施の形態の装置は、装置の簡単のために、ロールダイス（１，２）は、２ロールとし、二つのロールは、ロールダイス（１，２）の中心間距離が小さくなるように、移動する。ワーク（Ｗ）は、図で示した位置に固定されている。ワーク支持は、２つのセンター台（１１，１２）を用いて、ワーク支持ブッシュ（１３）を介して固定される。ワーク（Ｗ）は、転造加工中にブッシュ（１３）を固定している軸受により自由に回転できるが、ワーク（Ｗ）の位置は、固定されている。

従来方法での転造加工では、ワーク（Ｗ）は、旋盤加工で用いられるようなセンターが用いられるが、本実施の形態による不等角度ピッチ転造加工では、図に示したようなブッシュ方式のワーク支持を用いた。

ロールダイス（１，２）の外径は、それぞれ、φ１７０ｍｍとした。ワーク（Ｗ）の素材外径は、φ１６ｍｍとした。

加工開始時のロールダイス（１，２）の位相を、ワーク（Ｗ）を中心として、１９３．５°と１６６．５°とした。このときのロールダイス（１，２）のセンター間距離は、１８４．７ｍｍであった。

それぞれのロールダイス（１，２）をワーク（Ｗ）に押込み転造加工したときの、ロールダイス（１，２）のセンター間距離を１８０．０ｍｍとすると、ワーク（Ｗ）に対してロールダイス（１，２）の押込み量は、約２．３３ｍｍとなる。

この場合、ロールダイス（１，２）は、それぞれのロールダイス（１，２）方向に移動されたので、加工完了時のロールダイス（１，２）の位相は、ワーク（Ｗ）を中心として、１９３．９°と１６６．１°となった。転造加工されたワーク（Ｗ）は、その歯底径が、φ１１．３に成形された。

（第２実施の形態）
図６（ａ）は、本発明の第２実施の形態に係るウォームの転造成形装置の模式図であり、（ｂ）は、ステップ数とワーク径との関係を示すグラフである。

本実施の形態では、ロールダイス（１，２）の位相を制御しながら、転造成形している。

本実施の形態の装置は、装置の簡単のために、ロールダイスは、２ロールダイス（１，２）とし、二つのロールは、ロールダイス（１，２）の中心間距離が小さくなるように移動する。

本実施の形態は、上記の第１実施形態と同様の装置とした。ロールダイス（１，２）の押込み、および回転軸は、ＮＣ制御される。

ロールダイス（１，２）の外径は、それぞれ、φ１７０ｍｍとした。ワーク（Ｗ）の素材外径は、φ１６ｍｍとした。加工開始時のロールダイス（１，２）の位相を、ワーク（Ｗ）を中心として、α＝１６６．５°と１９３．５°とした。このときのロールダイス（１，２）のセンター間距離は、１８４．７ｍｍであった。

図６には、ワーク（Ｗ）の径（歯底径）と、ロールダイス（１，２）間距離と、ワーク（Ｗ）を中心としたときのロールダイス（１，２）の位置を角度で示し、加工開始（ステップ０）から加工完了（ステップ２４）のそれぞれの値を、図６と表１で表した。

加工開始から加工の完了まで、ロールダイス（１，２）が移動すると共に、ロールダイス（１，２）の位置角度が変化する。このとき、左右のロールダイス（１，２）の位相がずれるが、ＮＣ制御により、補正をおこないながら、転造成形することができる。

ロールダイス（１，２）の位置角度が加工開始時の１６６．５°から１６６．１°に変化するので、ワーク（Ｗ）に対するロールダイス（１，２）の位相を加工が進むにつれて、０．４°の角度を補正回転させることにより、精度の良いウォームを成形することが可能である。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。

（ａ）は、本発明に係る２ロールダイスによる転造方法を示す模式図であり、（ｂ）は、本発明に係る３ロールダイスによる転造方法を示す模式図である。 本発明に係る２ロールダイスによる転造方法を示し、不等角度ピッチを制御する場合であり、（ａ）は、加工開始時を示し、（ｂ）は、加工終了時を示している。 本発明の不等角度ピッチ・転造方法による製造工程を示す模式図である。 （ａ）は、本発明の第１実施の形態に係るウォームの転造成形装置の正面図であり、（ｂ）は、その側面図である。 （ａ）は、加工開始時のロールダイスとワークの配置関係を示す模式図であり、（ｂ）は、加工終了時のロールダイスとワークの配置関係を示す模式図である。 （ａ）は、本発明の第２実施の形態に係るウォームの転造成形装置の模式図であり、（ｂ）は、ステップ数とワーク径との関係を示すグラフである。 （ａ）は、従来に係る２ロールダイスによる転造方法を示す模式図であり、（ｂ）は、従来に係る３ロールダイスによる転造方法を示す模式図である。 従来の等ピッチ・転造方法による製造工程を示す模式図である。 （ａ）は、ウォームギヤ接触面積確認部位を示す模式図であり、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ、斜線部が各歯の接触面積を表すグラフであり、（ｄ）は、ウォームの条数が奇数である場合の模式図である。

符号の説明

１，２，３ ロールダイス
１１，１２ センター台
１３ ワーク支持ブッシュ
Ｗ ワーク

Claims (4)

1. ワークを中心にして、不等角度ピッチに配置した複数のロールダイスにより、転造成形して形成されたことを特徴とするウォーム。
2. 前記転造成形中に、前記複数のロールダイスの不等角度ピッチを制御しながら、形成されたことを特徴とする請求項１に記載のウォーム。
3. ワークを中心にして、不等角度ピッチに配置した複数のロールダイスにより、ウォームを転造成形して、製造することを特徴とするウォームの製造方法。
4. 前記転造成形中に、前記複数のロールダイスの不等角度ピッチを制御することを特徴とする請求項３に記載のウォームの製造方法。

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