JP2006297539A - ウォームホイール及びその加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ウォームとウォームホイールの噛合いを「面」当たりに近くすることにより、摩耗耐久性能を向上すること。
【解決手段】 ウォームホイール１を、ウォームより大きな径の台形形状切削刃を持つホブカックー２によって加工するに際して、ホブカッター２の台形形状の切削刃は、従来例に比べて、その刃先及び刃元を薄くするような修整が施してある。そのため、使用時に組み合わされるウォームと同一形状、同一サイズをした工具で加工したウォームホイール１に近い形状が得られ、したがって、ウォームとウォームホイール１間で、「面」当たりに近い噛合いを実現できる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置等に使用される、例えば樹脂製のウォームホイール及びその加工方法に関する。

電動パワーステアリング装置等に使用される樹脂製のウォームホイールを加工する際には、使用時に組み合わされるウォームと同一形状の切削刃を持ち、ウォームと同一外径のホブカッターを用いて加工することにより、摩耗耐久性能に優れた理想的な歯形を得ることができる。

しかしながら、そのようなホブカッターでは、加工効率が低い、或いは工具寿命が短く、経済性が悪いため、実用的ではない。

そこで、台形形状の切削刃を持ち使用時に組み合わされるウォームより大きな径のホブカッターで加工するのが一般的である。

そのような大径の台形形状切削刃を持つホブカッターで加工されたウォームホイールは、ウォームとの噛合いが「点」当たりに近く、摩耗しやすいという問題がある。

特許文献１では、ウォームホイールの歯元側圧力角を歯先側圧力角より小さくすることによりギヤの局部当たりを抑制し、摩耗対策としている。

すなわち、特許文献１では、「ウォームとウォームホイールの少なくとも一方において、噛み合いピッチ円径に対して歯元側の圧力角を、歯先側の圧力角より小さくすることで、磨耗している箇所を逃がすような歯形状とできることが判明し、又そうすることで、実際に局部摩耗を低減できることも確認された。かかる圧力角の差は、大きすぎると悪影響が生じるので、２度以内であると好ましい。更に、ピッチ円径に対して歯元側の圧力角が、歯先側の圧力角より小さくなっている限り、歯断面が異なる円弧（直線を含む）を滑らかに連結して形成されるような形状でよい。」と開示している。

具体的には、図９に示すように、ウォーム２１の圧力角αｎは一定で１６°である。一方、ウォームホイール２２の圧力角αｎは、噛み合いピッチ円径を挟んで歯元側が１５°、歯先側が１６°となっている。

なお、図９は、従来の特許文献１に開示してあるウォームとウォームホイールの歯形状を示す図である。

また、特許文献２では、使用時に組み合わされるウォームを基準としてピッチ円径、条数を独自に設定し、前記ウォームの歯形と共役な歯形と、前記ウォームと等しい進み角を具える切れ刃を有するホブにより、ウォームホイールの歯面を修整し、滑らかな噛合いを得るとしている。
特開２００２−１３９１２７号公報 特開２００３−１３６３３１号公報

しかしながら、特許文献１の対策では、ギヤの局部当たりを抑制することはできても、ウォームとの噛合いは「点」当たりに近く、特に、重荷重の場合には、ウォームホイールの摩耗を防止するのは難しい。

また、特許文献２の対策も、ウォームとの噛合いは、「点」当たりに近く、ウォームホイールの摩耗を防止するものではない。

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、ウォームとウォームホイールの噛合いを「面」当たりに近くすることにより、摩耗耐久性能を向上することができる、ウォームホイール及びその加工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に係るウォームホイールの加工方法は、ウォームホイールを、台形形状の切削刃を持ち使用時に組み合わされるウォームより大きな径のホブカッターによって、加工するウォームホイールの加工方法に於いて、
前記ホブカッターの台形形状の切削刃は、その刃先及び刃元を薄くするような修整が施してあることを特徴とする。

本発明の請求項２に係るウォームホイールは、前記請求項１に記載したホブカッターによって、加工して製造したことを特徴とする。

本発明によれば、ホブカッターの台形形状の切削刃は、その刃先及び刃元を薄くするような修整が施してあることから、使用時に組み合わされるウォームと同一形状、同一サイズをした工具で加工したウォームホイールに近い形状が得られる。

したがって、ウォームとウォームホイール間で、「面」当たりに近い噛合いを実現し、摩耗耐久性能に優れたウォームホイールが得られる。

以下、本発明の実施の形態に係るウォームホイール及びその加工方法を図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係り、台形形状切削刃を持つホブカッターを用いたウォームホイール１の加工の模式図である。

本実施の形態は、図１に示すウォームより大きな径の台形形状切削刃を持つホブカッター２による加工において、以下のように切削刃の形状に修整を加えるものである。

まず、ウォームより大きな径の台形形状切削刃を持つホブカッター２により加工される軸直角中央断面における歯形形状を算出する。

これは、ホブ加工における台形形状切削刃上の点群の軌跡を計算し、その重ね合わせが除去される部分であり、残るのが加工される歯形形状とする計算法により求めることが出来る。

図２は、圧力角１４．５°、モジュール２．６５、歯数３７、基準ピッチ円直径１０３．９２ｍｍのウォームホイールについて台形形状切削刃を持つホブカッターにより加工される歯形を算出した例であり、図２（ａ）は、軸直角断面における歯形をはすば歯車の理論インボリュート歯形と比較したもの、図２（ｂ）は両者の差を拡大して示したものである。

図２（ｂ）に示すように、台形形状切削刃を持つホブカッターにより加工される歯形は、理論インボリュート歯形に対して歯先側で３０μｍ弱、歯元側で５０μｍ程度肉厚の中間となっている。

次に、使用時に組み合わされるウォームと同一形状、同一サイズをした工具で加工した理想的なウォームホイールの軸直角中央断面における歯形形状を算出する。

これは、台形形状切削刃の場合と同様に切削刃上の点群の軌跡を計算し、その重ね合わせが除去される部分であり、残るのが加工される歯形形状とする計算法により求めることが出来る。

図３は、圧力角１４．５゜、モジュール２．６５、歯数３７、基準ピッチ円直径１０３．９２ｍｍのウォームホイールについて使用時に組み合わされるウォームと同一形状、同一サイズをした工具で加工される歯形を算出した例であり、図３（ａ）は、軸直角断面における歯形をはすば歯車の理論インボリュート歯形と比較したもの、図３（ｂ）は、両者の差を拡大して示したものである。

図３（ｂ）に示すように、ウォームと同一形状、同一サイズをした工具により加工される歯形は、理論インボリュート歯形に対して歯先側で７０μｍ程度、歯元側で１２０μｍ程度肉厚の中凹となっており、ウォームとの噛合いが図２に示した台形形状切削刃を持つホブカッダーにより加工される歯形よりも「面」当たりに近くなることを示している。

最後に、軸直角中央断面において使用時に組み合わされるウォームと同一形状、同一サイズをした工具で加工した理想的なウォームホイールの歯形と同形状になるように、ウォームより大きな径の台形形状切削刃を持つホブカッターの切削刃形状を修整する。

図４は、台形形状切削刃の修整を模式的に示したものである。

使用時に組み合わされるウォームと同一形状、同一サイズをした工具で加工した理想的なウォームホイールの歯形は、歯先側、歯元側が肉厚なので、切削刃は、逆に、刃先側、刃元側を薄くすればよい。

図２（ｂ）及び図３（ｂ）に示したように使用時に組み合わされるウォームと同一形状、同一サイズをした工具で加工される歯形は、台形形状切削刃を持つホブカッターにより加工される歯形と比較して、歯先側が約４０μｍ、歯元側が約７０μｍ余分に肉厚となっている。

そこで、第１段階として、台形形状切削刃の刃先側を７０μｍ、刃元側を４０μｍ薄くする修整を加える。

第２段階として、修整した切削刃形状で加工される歯形を計算し、使用時に組み合わされるウォームと同一形状、同一サイズをした工具で加工した理想的なウォームホイールの歯形形状と比較し、その差を小さくするように更に修整を加える。

以上を繰り返すことにより、軸直角中央断面において使用時に組み合わされるウォームと同一形状、同一サイズをした工具で加工した理想的なウォームホイールと同様の歯形形状を得るための切削刃形状を求めることが出来る。

図５は、軸直角中央断面において図２に示した台形形状切削刃を持つホブカッターにより加工される歯形を、図３に示した使用時に組み合わされるウォームと同一形状、同一サイズをした工具で加工される歯形と同様の形状となるように修整したホブカッターの切削刃形状の例である。

図５に示すように、刃先側を約１５０μｍ、刃元側を約６０μｍ薄くすることにより、軸直角中央断面において使用時に組み合わされるウォームと同一形状、同一サイズをした工具で加工される歯形と同様の形状が得られた。

図６は、修整を加えたホブカッターで加工することにより得られる軸直角中央断面歯形形状と使用時に組み合わされるウォームと同一形状、同一サイズをした工具で加工したウォームホイールの軸直角中央断面歯形形状を示した図である。

そのように修整を加えた切削刃６を持つホブカッターで加工することにより、図６に示すように、軸直角中央断面において使用時に組み合わされるウォームと同一形状、同一サイズをした工具で加工した理想的なウォームホイールの軸直角中央断面形状４に近い歯形形状７が得られる。

図７は、台形形状切削刃を持つホブカッターで加工したウォームホイールの軸直角中央断面歯形形状と使用時に組み合わされるウォームと同一形状、同一サイズをした工具で加工したウォームホイールの軸直角中央断面歯形形状を示した図である。

この歯形は、図７に示す通常の台形形状切削刃を持つホブカッターで加工したウォームホイールの軸直角中央断面歯形形状３と比較して歯先、歯元の肉が厚くウォームとの噛合いが「面」当たりに近くなるように修整されていることを示している。

図８は、修整を加えたホブカッターで加工することにより得られる中央から離れた断面の軸直角断面歯形形状を示した図である。

ただし、図８に示すように、中央から離れた断面においては、上記の修整を加えたホブカッターで加工した歯形８は使用時に組み合わされるウォームと同一形状、同一サイズをした工具で加工したウォームホイールの歯形９より歯が厚い部分１０が生じる。

これは、実際にこのウォームホイールをウォームと噛合わせた際に干渉が生じることを示している。

しかし、摩耗耐久性能が問題となるような重荷重下では弾性変形によりこのような干渉がある程度吸収されるので、弾性変形により吸収できる程度の干渉量となるように歯形の修整量を決めればよい。

弾性変形により吸収できる干渉量は使用条件によって異なるので、修整量ゼロから軸直角中央断面において使用時に組み合わされるウォームと同一形状、同一サイズをした工具で加工される歯形と同様の形状が得られるような修整量の範囲内で、面圧分布を求める解析或いは実機によるテストで問題ない修整量を確認し、修整量を決定すればよい。

以上から、本実施の形態に於いては、このようにウォームより大きな径のホブカッターにおいて台形形状の工具の刃先、刃元を薄くする修整を加えることにより、使用時に組み合わされるウォームと同一形状、同一サイズをした工具で加工したウォームホイールに近い形状を得ることができ、ウォームとウォームホイール間で「面」当たりに近い噛合いとなる摩耗耐久性能に優れたウォームホイールが得られる。

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。

本発明の実施の形態に係り、台形形状切削刃を持つホブカッターを用いたウォームホイールの加工の模式図である。 台形形状切削刃を持つホブカックーにより加工される歯形を算出した例であり、（ａ）は、軸直角断面における歯形をはすば歯車の理論インボリュート歯形と比較したもの、（ｂ）は、両者の差を拡大して示したものである。 使用時に組み合わされるウォームと同一形状、同一サイズをした工具で加工される歯形を算出した例であり、（ａ）は、軸直角断面における歯形をはすば歯車の理論インボリュート歯形と比較したもの、（ｂ）は、両者の差を拡大して示したものである。 本発明の実施の形態に係り、ウォームより大きな径のホブカッターにおける台形形状切削刃の刃先、刃元を薄くする修整を示した模式図である。 本発明の実施の形態に係り、台形形状切削刃を持つホブカッターにより加工される歯形を、使用時に組み合わされるウォームと同一形状、同一サイズをした工具で加工される歯形と同様の形状となるように修整したホブカッターの切削刃形状の例であり、（ａ）は、左フランク修整量、（ｂ）は、切削刃形状、（ｃ）は、右フランク修整量である。 修整を加えたホブカッターで加工することにより得られる軸直角中央断面歯形形状と使用時に組み合わされるウォームと同一形状、同一サイズをした工具で加工したウォームホイールの軸直角中央断面歯形形状を示した図である。 台形形状切削刃を持つホブカッターで加工したウォームホイールの軸直角中央断面歯形形状と使用時に組み合わされるウォームと同一形状、同一サイズをした工具で加工したウォームホイールの軸直角中央断面歯形形状を示した図である。 修整を加えたホブカッターで加工することにより得られる中央から離れた断面の軸直角断面歯形形状を示した図である。 従来の特許文献１に開示してあるウォームとウォームホイールの歯形状を示す図である。

符号の説明

１：ウォームホイール
２：台形形状切削刃を持つホブカッター
３：台形形状切削刃を持つホブカッターで加工したウォームホイールの軸直角中央断面歯形形状
４：使用時に組み合わされるウォームと同一形状、同一サイズをした工具で加工したウォームホイールの軸直角中央断面歯形形状
５：台形形状切削刃
６：修整を加えた切削刃
７：修整を加えたホブカッターで加工することにより得られる軸直角中央断面歯形形状
８：修整を加えたホブカッターで加工することにより得られる中央から離れた断面の軸直角断面歯形形状
９：使用時に組み合わされるウォームと同一形状、同一サイズをした工具で加工することにより得られる中央から離れた断面の軸直角断面歯形形状
１０：修整を加えたホブカッターで加工することにより得られる軸直角断面歯形形状と使用時に組み合わされるウォームと同一形状、同一サイズをした工具で加工することにより得られる軸直角断面歯形形状間の中央から離れた断面における干渉部
２１：ウォーム
２２：ウォームホイール

Claims (2)

1. ウォームホイールを、台形形状の切削刃を持ち使用時に組み合わされるウォームより大きな径のホブカッターによって、加工するウォームホイールの加工方法に於いて、
   前記ホブカッターの台形形状の切削刃は、その刃先及び刃元を薄くするような修整が施してあることを特徴とするウォームホイールの加工方法。
2. 前記請求項１に記載したホブカッターによって、加工して製造したことを特徴とするウォームホイール。

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