JP4423815B2

JP4423815B2 - 樹脂製ウォームホイールの製造法、樹脂製ウォームホイール用素形体

Info

Publication number: JP4423815B2
Application number: JP2001156642A
Authority: JP
Inventors: 昭治沢井
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Priority date: 2001-05-25
Filing date: 2001-05-25
Publication date: 2010-03-03
Anticipated expiration: 2021-05-25
Also published as: JP2002349674A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂製ウォームホイールの製造法とその製造に供する素形体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、ウォームホイールの要部断面図である。この断面図は、ウォームホイールを歯と歯の間でウォームホイール中芯に向かって切断した面から見た状態を示している。（ａ）〜（ｃ）に示すようにウォームホイールの歯には種々の形状があるが、いずれのウォームホイールにおいても、前記断面に現れる歯底１は、ウォームホイールに噛み合う相手ウォームの形状に対応して、円弧形状を描いている。歯厚（特に歯先２の厚さ）も、歯幅方向中央で薄くなっている。尚、一点鎖線の円弧はピッチ円を示している。（ａ）の歯は、歯幅ｗが歯底１から歯先２に亘って一様であり、歯先２は歯底１と同様に円弧形状を描いている。（ｂ）の歯は、歯幅ｗが歯底１から歯先２に向かって小さくなり、歯先２は歯底１と同様に円弧形状を描いている。（ｃ）の歯は、歯幅ｗが歯底１から歯先２に亘って一様であり、歯先２は真っ直ぐである。
従って、ウォームホイールは、歯の断面形状が、歯幅方向では一様になっておらず変化している。歯底の位置（中芯からの距離）も歯幅方向で変化している。図（２）は、図１（ｃ）の歯について、歯の断面形状が歯幅方向で変化している様子を示すものである。（ａ）は歯幅方向両端における歯の断面形状であり、（ｂ）は歯幅方向中央における歯の断面形状である。（ａ）と（ｂ）を比較すると、（ａ）の歯丈ｈ’は（ｂ）の歯丈ｈより小さく、（ａ）の歯厚ｔ’は（ｂ）の歯厚ｔより厚くなっている。歯底１の位置（中芯からの距離）も歯幅方向で変化している。一方、平歯車やハスバ歯車は、歯の断面形状が歯幅方向全体に亘り一様であるので、歯丈と歯厚も歯幅方向全体に亘り一様であり、歯底の位置も一定である。ウォームホイールは、平歯車やハスバ歯車とは前記の点が異なっている。
【０００３】
ウォームホイールは、これまで青銅鋳物製や砲金製が多かったが、軽量化、静粛性、滑り性の要望が強くなり、中芯のブッシュを金属製にしその周囲を樹脂製とした構成が増加しつつある。樹脂製の場合、造形の自由度が高いことから、使用時の設計寸法・形状どおりに成形したいという願望が強い。しかし、ウォームホイールは上記のような形状であることから、使用時の設計寸法・形状どおりに成形した成形品を成形金型からその型開き方向に取出すことはできない。使用時の設計寸法・形状どおりの成形品を成形金型から取出すためには、歯毎に独立して進出／後退するコア型を成形空間に放射状に配置して、所定の成形空間を構成するしかない。成形時には前記各コア型を中芯に向かって進出させて成形空間を構成し、成形品取出し時には前記各コア型を後退させて成形品取出しの障害とならないようにするのである。しかし、このような技術は、金型構造が複雑になり且つ成形精度を維持することが困難であるので、現実的とは言えない。
【０００４】
樹脂製ウォームホイールの製造には、次のような技術が採用されている。
（１）所定厚みの樹脂製の円板を成形し、当該円板の外周部に切削工具を用いて歯切り加工を施し、高精度の歯面を形成する。
（２）所定の樹脂製ウォームホイールのための素形体を成形し、当該素形体に、樹脂の融点近傍に加熱した工具ウオームを噛み合わせて、歯面を転圧加工する（特開平８−１８７７９５号公報）。
【０００５】
ウォームホイールを製造するための樹脂製の円板は、かなり厚肉の成形品である。その内部には、ボイドの発生が避けられない。上記（１）のように円板を切削することにより歯を現出させる技術は、円板を中芯に向かって深く切削するので内部のボイドが歯面に現れやすい。歯面に存在するボイドは、そこから油分や水分が侵入して歯車劣化の原因となる。上記（２）の転圧加工により歯面を賦形する技術は、ボイドが歯面に現れることは少ないと推測されるが、転圧により歯先やウォームホイールの両面に余肉が排出され、これを別途切削加工により除去する必要があるので、製造工数が増える。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、樹脂製ウォームホイールを製造するに当たり、切削加工の技術を採用しつつ歯面にボイドが現れるのを回避することである。また、少ない工数で樹脂製ウォームホイールを製造することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明が対象とする製造法は、まず、樹脂製ウォームホイールの素形体を金型成形する。この素形体は、ハスバ歯車形状であり、歯丈と歯厚を歯幅方向全体に亘り一様に成形したものである。歯底の位置も歯幅方向全体に亘り一定とする。そして、少なくとも歯部については、切削加工のための削り代を付与した状態の成形をする。以上の（ａ）工程によって得た素形体を切削加工に供し、所定のウォームホイールの歯面形状に仕上げる（ｂ）工程を実施する。
【０００８】
上記のように、素形体は、歯丈と歯厚が歯幅方向全体に亘り一様であり、歯底の位置も一定であるので、素形体の成形金型からの取出しを型開き方向に実施することができる。尚、歯はハスバになっているので、取出しには、型開き方向への動きと併せて、素形体と金型の間に、型開き方向の軸の周りに若干の回転を伴うことになる。所定の歯面形状に仕上げる切削加工は、素形体表面の薄い削り代を切削するだけである。切削工数は少なくて済み、また、素形体の成形に際して表面に近い箇所にボイドはできにくいので、前記切削加工により形成した歯面にボイドが現れることもない。
【０００９】
図１に基づいて説明したように、ウォームホイールの断面に現れる歯底１は円弧形状を描いており、歯幅方向中央の歯底１がウォームホイール中芯に最も近く位置する。素形体の歯丈は、ウォームホイールの歯幅方向中央の歯底１に対応する大きさと同等かそれより大きく設定することが望ましい。すなわち、本発明に係る製造法は、歯部にのみ、上記（ｂ）工程における切削加工のための削り代を付与することを特徴とする。このような構成は、ボイドの発生を抑制する上でさらに有利である。ボイドの発生を抑制するためには、成形時の冷却をゆっくりと行なわなければならないが、前記の構成によれば冷却速度を速めることが可能になる。また、切削加工時に切削工具（ホブ）先端にかかる負荷が軽減される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に係る製造法を実施するに当たり、素形体の成形は、射出成形や圧縮成形により行なう。成形に供する樹脂は、熱可塑性樹脂（ポリアミド，ポリアセタール，ポリエーテルケトン，ポリフェニレンサルファイドなど）と、熱硬化性樹脂（フェノール樹脂，エポキシ樹脂，架橋ポリアミノアミドなど）のいずれでもよい。樹脂には、補強繊維（ガラス繊維，炭素繊維，アラミド繊維など）を適宜充填する。成形は、中芯に金属製ブッシュをインサートとして配置し実施する。
【００１１】
成形する素形体は、ハスバ歯車に準じた形状である。歯丈と歯厚を歯幅方向全体に亘り一様にし、歯底の位置も一定にすることにより、成形金型からの取出しを型開き方向に実施できるようにする。素形体を型開き方向に成形金型から突き出して取出すときに素形体から金型表面に加えられる力で、金型が型開き方向の軸の周りに自由回転できる構造にするとよい。
【００１２】
素形体は、少なくとも歯部については、切削加工により所定の寸法・形状のウォームホイールに仕上げるための削り代を付与した状態の成形をする。成形は、好ましくは、モジュールの２〜１００％の厚さに相当する削り代を付与した歯寸法とする。上述したように、ウォームホイールの歯厚は、歯幅方向端部で厚く歯幅方向中央で薄いので、歯幅方向端部ではモジュールの２％程度の厚さに相当する削り代を確保し、歯幅方向中央ではモジュールの１００％程度までの厚さに相当する削り代を確保する。削り代が厚くなりすぎると、切削加工により内部のボイドが切削面に現れる心配がある。
【００１３】
素形体の歯底については、削り代を含まない状態（歯丈を大きくしたあるいは歯底を深くした状態）の成形をする。
図３は、歯部と歯底に削り代を付与した素形体１０を成形し、この素形体１０を切削加工して、図１（ｃ）に示した歯形状のウォームホイールを製造する従来の例を示している。素形体１０はハスバ歯車形状であり、歯丈ｈ_１と歯厚ｔ_１が歯幅方向全体に亘り一様であり、歯底１２の位置も一定である。この素形体１０に対しては、歯部１１と歯底１２の両方に切削加工を施す。素形体１０の歯部１１に対しては、歯厚が歯幅方向両端で厚く歯幅方向中央で薄くなるように切削を施し、所定のウォームホイールの歯面に仕上げる。素形体１０の歯底１２に対しても切削を施し、ウォームホイールの断面に現れる歯底が円弧形状を描く歯底１に仕上げる。この場合、ウォームホイールの歯丈は歯幅方向両端で小さく歯幅方向中央で大きく、ｈ’＜ｈとなる。歯先２は真っ直ぐのままとし切削をしないので、加工工数が少なくて済む。
図４は、歯部に削り代を含む素形体１０’を成形し、この素形体を切削加工して、図１(ｃ)に準じた歯形状のウォームホイールを製造する本発明に係る例を示している。素形体１０’はハスバ歯車形状であり、歯丈ｈ_２と歯厚ｔ_２が歯幅方向全体に亘り一様であり、歯底１２の位置も一定である。素形体１０’の歯丈ｈ_２は、図３に基づいて説明した素形体１０の歯丈ｈ_１より大きく成形してある。この素形体１０’に対しては歯部１１にだけ切削加工を施す。素形体１０’の歯部１１に対して、歯厚が歯幅方向両端で厚く歯幅方向中央で薄くなるように切削を施し、所定のウォームホイールの歯面に仕上げる。この場合、ウォームホイールの歯底１は素形体１０’の歯部１１の中間位置に円弧形状を描くように仕上げる。従って、素形体１０’の歯丈ｈ_２は、ウォームホイールの歯幅方向中央におる歯丈ｈと同等かそれより大きく設定しておくことになる。すなわち、素形体１０’の歯底１２の位置は、ウォームホイールの歯幅方向中央の歯底１と同等かそれより深く設定しておく。
【００１４】
図５は、素形体１０，１０’を切削加工する様子を示している。ウォームの螺旋条を一定間隔で切り欠いて刃を形成した切削工具３を素形体１０，１０’の周面に、両者の回転軸を交叉して配置し、切削工具３の歯を素形体１０，１０’の歯部１１に噛み合わせて、両者を同期させながら回転して切削を実施する。図４に基づいて説明した実施の形態の場合、切削工具３の刃先端が素形体１０’に当接されない（素形体１０’の歯底１２を切削しない）ので、切削工具３にかかる負荷が低減され、効率よく切削加工を進めることができる。
【００１５】
【実施例】
従来例１
本従来例は、図３に基づいて説明した従来技術に対応する。製造するウォームホイールの諸元は次のとおりである。
モジュール：２．５，歯数：３０，歯幅：１７．０mm
圧力角：２０°，進み角：３°５２’
ピッチ円の直径：７５．０mm，歯先における直径：８０．０mm
歯底における直径：歯幅方向中央で６８．７５mm，歯幅方向端部で７２．８０mm
まず、補強繊維としてアラミド繊維を配合した６６ナイロンを射出成形してハスバ歯車形状の素形体１０を成形した。素形体１０の形状は、図３に基づいて説明したとおりであり、歯部１１に付与した削り代は、歯幅方向端部で０．０５mm、歯幅方向中央で１．０mmの厚さとなっている。また、歯底１２に付与した削り代は、歯幅方向端部で０．０５mm、歯幅方向中央で２．０mmの厚さとなっている。歯丈ｈ_１は３．６mmである。
成形条件は、外形寸法が素形体１０と同様の円板（１７．０mm厚で８０．０mm径）を射出成形する場合の１／２の成形サイクルとした。
上記素形体１０を、図５に基づいて説明した切削加工に供し、上記諸元のウォームホイールを製作した。切削加工面にボイドは検出されず加工精度も良好であった。
【００１６】
実施例１
本実施例は、図４に基づいて説明した発明の実施の形態に対応する。製造するウォームホイールの諸元は従来例１と同様である。
まず、補強繊維としてアラミド繊維を配合した６６ナイロンを射出成形してハスバ歯車形状の素形体１０’を成形した。素形体１０’の形状は、図４に基づいて説明したとおりであり、歯部１１に付与した削り代は、歯幅方向端部で０．０５mm、歯幅方向中央で１．０mmの厚さとなっている。尚、歯底１２には削り代を付与しない。歯丈ｈ_２は５．８mmである。
成形条件は、従来例１と同様である。
上記素形体１０’を、図５に基づいて説明した切削加工に供し、上記諸元のウォームホイールを製作した。上記歯丈ｈ_２は、ウォームホイールの歯幅方向中央における歯丈ｈと同等かそれより大きく設定してあるので、ウォームホイールの歯底１は素形体１０’の歯部１１の中間位置に円弧形状を描くように仕上げられる。切削工具の歯の先端が素形体１０’の歯底１２を切削することがないので、切削工具への負荷が軽減され、切削加工を効率よく進めることができる。
切削加工面にボイドは検出されず加工精度も良好であった。切削加工面を所定以上にさらに切削してもボイドは検出されなかったので、成形サイクルを従来例１より短くしても差し支えないことが判明した。
【００１７】
【発明の効果】
上述のように、従来の方法によれば、歯面にボイドのない精度のよいウォームホイールを製造することができるが、素形体の成形サイクルを短くできることならびに切削加工も効率よく進めることができるので、製造工数の低減に有用である。
素形体の歯底に削り代を付与しない本発明に係る製造法では、さらなる素形体の成形サイクル短縮と切削加工の効率化に有用であるばかりでなく、このような方法で製造したウォームホイールの歯溝には、相手ウォームと噛み合ったときウォームの歯先が当接しない空間が形成される。この空間を潤滑油の保持部として機能させることができるので好都合である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ウォームホイールの要部断面図であり、ウォームホイールを歯と歯の間でウォームホイール中芯に向かって切断した面から見た状態を示す。
【図２】図１（ｃ）の歯について、歯の断面形状が歯幅方向で変化している様子を示す説明図である。
【図３】従来技術を示す説明図である。
【図４】本発明に係る実施の形態を示す説明図である。
【図５】素形体を切削加工する状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１はウォームホイールの歯底
２はウォームホイールの歯先
３は切削工具
１０，１０’は素形体
１１は素形体の歯部
１２は素形体の歯底

Claims

樹脂製ウォームホイールのためのハスバ歯車形状をした素形体を金型成形する工程（ａ）と、前記工程（ａ）により得た素形体を切削加工してウォームホイールの歯を仕上げる工程（ｂ）を経るものであり、
前記工程（ａ）は、歯丈と歯厚を歯幅方向全体に亘り一様にした歯部を有し、歯底の位置を歯幅方向全体に亘り一定とした素形体を成形し、且つ、歯部にのみ、前記工程（ｂ）における切削加工のための削り代を付与した状態の成形をするものであり、
前記工程（ｂ）は、歯部にのみ、ウォームホイールとしての歯面と歯底を形成する切削加工を行なうことを特徴とする樹脂製ウォームホイールの製造法。
樹脂製ウォームホイールを製作するためのハスバ歯車形状をした素形体であって、
歯丈と歯厚が歯幅方向全体に亘り一様である歯部と、歯幅方向全体に亘り一定位置にある歯底を有し、且つ、歯部にのみ、ウォームホイールとしての歯面と歯底を形成するための削り代を付与してあることを特徴とする樹脂製ウォームホイール用素形体。