JP2008264884A - 鼓形ウォームの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鼓形ウォームを製造するに際し、別工程としてのリリーフ取りを不要にして、量産性を一層向上させる。
【解決手段】ウォームホイールとして使用するはすば歯車のギヤと実質的に同形の歯形のベースギヤの歯面に砥粒を電着して電着砥石を作り、電着砥石によりウォーム素材を研削加工して歯形を創成する鼓形ウォームの製造方法において、ベースギヤの歯数をギヤの歯数より多くする。
【選択図】図１

Description

この発明は、量産性に優れた鼓形ウォームの製造方法に関する。

鼓形ウォームギヤ（鼓形ウォームとウォームホイールとの組合せをいう、以下同じ）は、鼓形のウォームを使用するので、ウォームとウォームホイールとの同時噛合い歯数を多くすることができ、負荷容量が大きく、小形化が可能であり、動力伝達効率が高いという特長がある。しかし、ウォームの歯面が円筒ウォームのような単純な定リードのねじ面とならず、ウォームホイールの歯形も、ウォームと同形のホブによって切削される特殊な形状であるため、その製造は、必ずしも容易ではない。

そこで、鼓形ウォームギヤのウォームを作るための工具、ウォームホイールを作るための工具が提案されている（特許文献１、２）。また、ウォームホイールとして使用するギヤと同形の歯形のベースギヤを使用して加工工具を作り、鼓形ウォームを簡便に量産する方法も提案されている（特許文献３）。
特公平７−７３８０９号公報 特開２００１−１０５２３２号公報 特開２００６−１９８７５９号公報

かかる従来技術によるときは、鼓形ウォームは、ウォームホイールとの噛合いの円滑性を向上させるために、噛合いの入口側、出口側に相当する両端部の歯溝を外側に拡げ、いわゆるリリーフ取りをすることが必要であり、このようなリリーフ取りは、正規の歯形の創成工程に加えて、別工程として実施するため、工程が煩雑であるという問題があった。

そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、量産性に優れたはすば歯車のギヤをそのままウォームホイールとして使用する鼓形ウォームを製造するに際し、別工程としてのリリーフ取りを不要とし、全体としての量産性を一層向上することができる鼓形ウォームの製造方法を提供することにある。

かかる目的を達成するためのこの出願に係る第１発明（請求項１に係る発明をいう、以下同じ）の構成は、ウォームホイールとして使用するはすば歯車のギヤと実質的に同形の歯形のベースギヤの歯面に砥粒を電着して電着砥石を作り、電着砥石によりウォーム素材を研削加工して歯形を創成する鼓形ウォームの製造方法において、ベースギヤの歯数をギヤの歯数より多くすることをその要旨とする。

第２発明（請求項２に係る発明をいう、以下同じ）の構成は、ウォームホイールとして使用するはすば歯車のギヤと実質的に同形の歯形のベースギヤの歯面を硬化処理して転造ダイスを作り、一対の転造ダイスによりウォーム素材を転造加工する鼓形ウォームの製造方法において、ベースギヤの歯数をギヤの歯数より多くすることをその要旨とする。

なお、第１発明、第２発明において、ベースギヤの歯数をギヤの歯数の２倍以下とすることができる。

第３発明（請求項４に係る発明をいう、以下同じ）の構成は、ウォームホイールとして使用するはすば歯車のギヤと実質的に同形の歯形の切刃を有するピニオンカッタを作り、ピニオンカッタによりウォーム素材を切削加工して歯形を創成する鼓形ウォームの製造方法において、ピニオンカッタの歯数をギヤの歯数より多くすることをその要旨とする。

なお、第３発明において、ピニオンカッタの歯数をギヤの歯数の２倍以下とすることができる。

ただし、ベースギヤとは、砥粒を電着する前の電着砥石のベースとなるギヤ、または、歯面を硬化処理する前の転送ダイスのベースとなるギヤをいう。また、はすば歯車とは、歯すじがつる巻き線である歯車をいい、歯面とは、各歯の歯面の他、両側面、歯先面、歯底面を含む全表面をいう。

かかる第１発明の構成によるときは、電着砥石は、量産性に優れたはすば歯車のギヤと実質的に同形の歯形のベースギヤの歯面に砥粒を電着して作られる。すなわち、ベースギヤは、ウォームホイールとして使用するギヤと同形の歯形を有し、砥粒の粒径相当だけ各部の寸法を小さく形成するものとし、したがって、砥粒を含む電着砥石の歯形は、ギヤと同形に形成されている。ただし、砥粒の粒径を無視し得るとき、ベースギヤの歯形は、ギヤと同形にしてもよい。そこで、このような電着砥石をホブ盤のワーク軸に装着し、ウォーム素材をホブ軸に装着した上、両者を所定の回転比により回転駆動して所定の軸間距離になるまで軸間距離を漸減させると、電着砥石を介してウォーム素材を鼓形ウォームの歯形に研削加工することができる。

一方、ベースギヤの歯数Ｚb は、ウォームホイールとして使用するギヤの歯数Ｚa より多いから、電着砥石のピッチ円径ｄ2b＝ｍＺb は、ギヤのピッチ円径ｄ2 ＝ｍＺa より大きく、したがって、研削加工の最終時点におけるウォーム素材と電着砥石との軸間距離は、鼓形ウォームとウォームホイールとの軸間距離に比して、（Ｚb −Ｚa ）ｍ／２だけ大きく設定すればよい。ここで、ｍは、ベースギヤ、ギヤの共通の軸モジュールである。また、研削加工中の電着砥石とウォーム素材との回転比は、鼓形ウォームとウォームホイールとの減速比ｇとして、減速比（Ｚb ／Ｚa ）ｇ＞ｇ相当に設定する。電着砥石の歯数をギヤの歯数より多くし、前者のピッチ円径を後者のそれより大きくすることにより、鼓形ウォームの歯溝が中央部から両端部にかけて外側に拡げられ、歯形の創成と同時に実質的なリリーフ取りを実現することができる。

以上のようにして作られる鼓形ウォームをギヤと組み合わせれば、量産性のギヤをそのままウォームホイールとして使用する鼓形ウォームギヤを構成することができる。なお、ベースギヤは、たとえばＳ４５Ｃなどの鋼材によって作り、ギヤは、たとえばプラスチック製または強化プラスチック製とすることができる。

第２発明の構成によるときは、転造ダイスは、ウォームホイールとして使用する量産性に優れたギヤと実質的に同形の歯形に作られている。そこで、そのような転造ダイスを使用して作られる鼓形ウォームは、第１発明と同様に、ギヤと組み合わせることにより、量産性のギヤをそのままウォームホイールとして使用する鼓形ウォームギヤを構成することができる。ただし、転造ダイス用のベースギヤも、ギヤより歯数が多いから、第１発明と同様に、鼓形ウォームの製造と同時に実質的なリリーフ取りを実現可能である。なお、転造ダイスを作る際のベースギヤの歯面は、たとえば浸炭、窒化、ボロン化、浸硫、拡散被覆、焼入れ、吹付加工などの他、蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング、ＰＶＤ、ＣＶＤなどの表面硬化処理を施すものとする。

第３発明の構成によるときは、ピニオンカッタは、ウォームホイールとして使用するギヤと同形の歯形の切刃を有し、その歯数がギヤの歯数より多い。そこで、このようなピニオンカッタを使用して作られる鼓形ウォームは、第１発明、第２発明と同様に、量産性のギヤと組み合わせてギヤをそのままウォームホイールとして使用する鼓形ウォームギヤを構成することができる上、切削加工と同時に実質的なリリーフ取りを実現することができる。

第１発明、第２発明において、ベースギヤの歯数Ｚb は、ギヤの歯数Ｚa に対し、Ｚa ＜Ｚb ≦２Ｚa にすることが好ましい。第３発明のピニオンカッタの歯数Ｚb についても同様である。Ｚb ＞２Ｚa では、両端部の歯溝が広くなり過ぎ、鼓形ウォームの利点が失われるおそれがある。ただし、ウォーム素材の材質がエンジニアリングプラスチック材、青銅材、鋼材のいずれであるかにより、それぞれＺb ≦２Ｚa 、Ｚb ≦１．５Ｚa 、Ｚb ≦１．３Ｚa 程度にすることが一層好ましい。エンジニアリングプラスチック材、青銅材、鋼材は、この順に許容弾性歪みが小さくなるからである。

第１発明において、ベースギヤの歯幅を歯直角モジュールの４０〜４００倍に大きく設定すれば、ウォーム素材の研削加工中に電着砥石を軸方向に送ることにより、鼓形ウォームの歯面研削に関与する砥粒の数を増加させ、電着砥石を永持ちさせることができる。また、軸方向の送り速度を適切に設定することにより、歯面の面粗さを小さくして歯形精度を向上させることも可能である。ただし、電着砥石を軸方向に送るに代えて、ウォーム素材を電着砥石の軸方向に平行移動させてもよい。ベースギヤの歯幅を歯直角モジュールの４００倍超にすると、電着砥石としての機械的強度が不足したり、ホブ盤に対する装着が困難になったりするおそれがある。また、第２発明においても、第１発明と同様に転造ダイスの歯幅を大きくすることにより、転造ダイスを永持ちさせることができる。

なお、第１発明、第２発明の「ベースギヤの歯数」、第３発明の「ピニオンカッタの歯数」とは、軸モジュールｍ、ピッチ円径ｄ2bに対する理論上の最大歯数Ｚb ＝ｄ2b／ｍを表わす。よって、軸モジュールｍ、ピッチ円径ｄ2bである限り、第１発明、第２発明は、歯数１〜Ｚb のベースギヤを含み、第３発明は、同様のピニオンカッタを含むものとする。

以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。

鼓形ウォームの製造方法は、図１の手順によって実施する。ただし、図１には、ウォームホイールとして使用する量産性のギヤとしてのはすば歯車を加工済みの鼓形ウォームと組み合わせ、鼓形ウォームギヤとして完成させる工程を含んで図示されている。

まず、ギヤと実質的に同形の歯形を有し、ギヤより歯数が多いベースギヤを用意し、ベースギヤの歯面に砥粒を電着して電着砥石を作る（図１のステップ（１）、以下、単に（１）のように記す）。なお、ベースギヤは、たとえば鋼材により作り、取付用のボスやアーバなどを設けてもよい。

つづいて、電着砥石をホブ盤のワーク軸に装着し、ウォーム素材をホブ軸に装着して、電着砥石により鼓形ウォームの歯形を研削加工して作る（２）。ただし、このとき、ワーク軸は、ギヤの歯数Ｚa 、ベースギヤ（電着砥石）の歯数Ｚb ＞Ｚa 、完成後の鼓形ウォームギヤの減速比ｇとして、回転数Ｒ2 ＝Ｒ1 ／（（Ｚb ／Ｚa ）ｇ）＝Ｒ1 ／（ｇＺb ／Ｚa ）に設定し、電着砥石の軸心とウォーム素材の軸心との共通垂線に沿って互いの軸間距離ｄを所定の値まで漸減させるものとする。ただし、研削加工の終了時点における軸間距離ｄ＝ＣＤb は、ＣＤb ＝ＣＤa ＋（Ｚb −Ｚa ）ｍ／２とすればよく、ここで、Ｒ1 、Ｒ2 は、それぞれウォーム素材、電着砥石の回転数であり、ＣＤa ＝Ｚa ・ｍ／２＋ｄ1 ／２は、完成後の鼓形ウォームギヤの軸間距離であり、ｍは、ベースギヤ、ギヤの共通の軸モジュール、ｄ1 は、鼓形ウォームの基準ピッチ円径である。

このようにして作成した鼓形ウォームを歯数Ｚa のはすば歯車のギヤと組み合わせて組み立て（３）、ギヤをウォームホイールとして目的とする鼓形ウォームギヤを完成させる。ギヤは、たとえば量産性のプラスチック製、強化プラスチック製などとすることができる。

図２（Ａ）〜（Ｃ）にベースギヤ１０を例示する。ベースギヤ１０は、両面に取付用のボス１１、１１を突設するとともに、各歯の歯先面の中央部に共通ののど部１２を形成してもよく（同図（Ａ）、（Ｃ））、各歯の歯先側の両側面に共通の面取り１３、１３を形成してもよい（同図（Ｂ）、（Ｃ））。ただし、のど部１２、面取り１３、１３は、その両者を形成しなくてもよい。また、ボス１１、１１は、アーバなどの別の取付手段に代えてもよい。なお、図２（Ａ）〜（Ｃ）において、符号ｘは、ベースギヤ１０の歯幅である。ベースギヤ１０の歯形は、ウォームホイールとして使用するはすば歯車のギヤと実質的に同形であり、したがって、軸モジュールｍ、ねじれ角γも、ギヤと共通である。ただし、ベースギヤ１０の歯数Ｚb は、ギヤの歯数Ｚa に対し、Ｚa ＜Ｚb ≦２Ｚa とする。

図３にウォーム素材２０を例示する。ただし、同図の二点鎖線は、鼓形ウォームの歯の歯底面の予定位置を示す。ウォーム素材２０は、外形が鼓形状または円柱状の歯形成形部２１の両端に取付用の段付きの軸２２、２３が突設されている。歯形成形部２１の中央部は、のど部２４となる。

ホブ盤５０に対するウォーム素材２０、電着砥石３０の装着状況を図４に示す。ただし、図４（Ｂ）は、同図（Ａ）のＸ矢視相当図である。

ホブ盤５０は、ベッド５１の一端部にコラム５２を立設し、コラム５２の前面には、昇降自在のホブサドル５３、回転自在のホブヘッド５４、横行自在のホブ軸５５を介し、ウォーム素材２０が保持されている。ウォーム素材２０は、ホブ軸５５を介して回転駆動することができる。ベッド５１上には、コラム５２に対向するようにして前後動するワークスタンド５６が搭載されており、電着砥石３０は、ワークスタンド５６上のワークテーブル５７、ワーク軸５８、ワーク支え５９を介して保持されている。なお、電着砥石３０は、ワークテーブル５７上のワーク軸５８を介して回転駆動することができる。

図５には、ホブ盤５０上の研削加工中の電着砥石３０、ウォーム素材２０の相対位置関係が模式的に図示されている。ただし、同図（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれウォーム素材２０の軸心Ｃ2 を含み、電着砥石３０の軸心Ｃ3 に垂直の平面内、電着砥石３０の軸心Ｃ3 を含み、ウォーム素材２０の軸心Ｃ2 に垂直の平面内の要部拡大図である。

ホブ盤５０上において、ホブ軸５５に装着するウォーム素材２０、ワーク軸５８に装着する電着砥石３０は、それぞれの軸心Ｃ2 、Ｃ3 が互いに直角であり、軸心Ｃ2 、Ｃ3 の共通垂線Ｌがウォーム素材２０の歯形成形部２１の中央に位置し、しかも電着砥石３０の中央平面Ｐに含まれるようにセットする。ウォーム素材２０、電着砥石３０は、それぞれ所定方向に所定の回転数Ｒ1 、Ｒ2 で回転させながら（図５（Ａ）の矢印Ｒ1 、Ｒ2 方向）、軸心Ｃ2 、Ｃ3 の共通垂線Ｌに沿って軸間距離ｄ＝ＣＤb にまで漸減させることにより、電着砥石３０を介してウォーム素材２０の歯形成形部２１を研削加工し、所定の鼓形ウォームを創成することができる。

図５（Ａ）において、電着砥石３０の歯数Ｚb は、完成後の鼓形ウォームと組み合わせるギヤの歯数Ｚa より多く、したがって、電着砥石３０のピッチ円径ｄ2bは、ギヤのピッチ円径ｄ2 に対し、ｄ2b＞ｄ2 である。そこで、ウォーム素材２０に創成される歯形は、中央部から両端部にかけて歯溝が外側にリリーフ量δだけ拡げられ（同図の二点鎖線）、ウォーム素材２０は、鼓形ウォームの歯形の創成と同時に必要なリリーフ取りを実施することができる。ただし、リリーフ量δは、図示に拘らず、ウォーム素材２０の歯形成形部２１の中央部から両端部にかけて連続的に増大している。

以上の説明において、電着砥石３０は、ベースギヤ１０の歯幅ｘを歯直角モジュールの少なくとも４０倍以上に設定し、研削加工中に軸心Ｃ3 方向に相対移動させることにより、格段に永持ちさせることができる。ただし、ホブ盤５０上において、電着砥石３０を移動させるに代えて、ホブサドル５３を介してウォーム素材２０を電着砥石３０の軸心Ｃ3 方向に平行移動させてもよい。

他の実施の形態

図１、図５において、電着砥石３０は、一対の転造ダイス４０、４０に代えることができる（図６）。ただし、転造ダイス４０は、ベースギヤ１０の歯面を適切に硬化処理して作るものとする。

一対の転造ダイス４０、４０は、ウォーム素材２０の歯形成形部２１を挟み込むようにして図示しないねじ転造盤のような転造盤にセットし、ウォーム素材２０、転造ダイス４０、４０を所定方向に所定の回転数Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ2 で回転させながら（図６の矢印Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ2 方向）、歯形成形部２１を両側から加圧することにより（同図の矢印Ｋ、Ｋ方向）、ウォーム素材２０を鼓形ウォームに転造加工することができる。ただし、各転造ダイス４０は、それぞれの軸心Ｃ4 とウォーム素材２０の軸心Ｃ2 との共通垂線Ｌが中央平面に含まれるように、しかも、各共通垂線Ｌが歯形成形部２１の中央に位置して一直線状となるようにセットする。また、各転造ダイス４０の歯形、歯数は、基本的に電着砥石３０のそれと同一に形成する。

なお、各転造ダイス４０も、ベースギヤ１０の歯幅ｘを歯直角モジュールの少なくとも４０倍以上に設定し、転造加工中に軸心Ｃ4 方向に送ることができる。

図１、図５において、電着砥石３０は、ピニオンカッタに代えてもよい（図示省略）。ただし、ピニオンカッタは、ウォームホイールとして使用するはすば歯車のギヤと実質的に同形の歯形の切刃を有するものとし、ギヤの歯数Ｚa より多い歯数Ｚb を有するものとする。

以上の説明において、電着砥石３０、ベースギヤ１０の歯数Ｚb は、軸モジュールｍ、ピッチ円径ｄ2bに対する理論上の最大歯数である。そこで、電着砥石３０、ベースギヤ１０の実際の歯数は、軸モジュールｍ、ピッチ円径ｄ2bである限り、１〜Ｚb の範囲で任意に設定することができる。転造ダイス４０と、そのベースギヤ１０についても同様であり、ピニオンカッタについても同様である。

工程手順図 ベースギヤの構成説明図 ウォーム素材の構成図 研削加工状態説明図 要部拡大説明図 他の実施の形態を示す模式図

符号の説明

Ｚa 、Ｚb …歯数
１０…ベースギヤ
２０…ウォーム素材
３０…電着砥石
４０…転造ダイス

特許出願人 株式会社 シンヱーテック
代理人 弁理士 松 田 忠 秋

Claims (5)

1. ウォームホイールとして使用するはすば歯車のギヤと実質的に同形の歯形のベースギヤの歯面に砥粒を電着して電着砥石を作り、電着砥石によりウォーム素材を研削加工して歯形を創成する鼓形ウォームの製造方法において、ベースギヤの歯数をギヤの歯数より多くすることを特徴とする鼓形ウォームの製造方法。
2. ウォームホイールとして使用するはすば歯車のギヤと実質的に同形の歯形のベースギヤの歯面を硬化処理して転造ダイスを作り、一対の転造ダイスによりウォーム素材を転造加工する鼓形ウォームの製造方法において、ベースギヤの歯数をギヤの歯数より多くすることを特徴とする鼓形ウォームの製造方法。
3. ベースギヤの歯数をギヤの歯数の２倍以下とすることを特徴とする請求項１または請求項２記載の鼓形ウォームの製造方法。
4. ウォームホイールとして使用するはすば歯車のギヤと実質的に同形の歯形の切刃を有するピニオンカッタを作り、ピニオンカッタによりウォーム素材を切削加工して歯形を創成する鼓形ウォームの製造方法において、ピニオンカッタの歯数をギヤの歯数より多くすることを特徴とする鼓形ウォームの製造方法。
5. ピニオンカッタの歯数をギヤの歯数の２倍以下とすることを特徴とする請求項４記載の鼓形ウォームの製造方法。

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