KR20030033032A - 웜기어 전조가공방법과 그 웜기어 - Google Patents

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KR20030033032A KR10-2003-7002387A KR20037002387A KR20030033032A KR 20030033032 A KR20030033032 A KR 20030033032A KR 20037002387 A KR20037002387 A KR 20037002387A KR 20030033032 A KR20030033032 A KR 20030033032A
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Abstract

기어 정밀도를 충분히 확보하면서 가공공정을 감소시키기 위해 전조로 웜기어를 가공한다. 제 1전조다이스(100) 및 제 2전조다이스(101)의 회전과, 공작물 소재를 이송하는 서보모터(76)에 의해, 공작물 소재를 전조다이스 사이에 위치결정시킨다. 웜기어는 리드각이 커서 마무리 직경과 소재 직경의 차이가 클 때, 전조가공 진행중에 리드각이 변하여 스루피드가 발생한다. 슬라이드판(slide plate)(55)은, 이송대(53)위를 자유롭게 슬라이딩하므로, 제 1전조다이스(100), 제 2전조다이스(101) 및 공작물과의 리드각에 의한 스루피드가 발생했을 경우, 슬라이드판(55)은 자유롭게 슬라이딩하고 검출센서에 의해 검출된다. 제 1전조다이스(100) 및 제 2전조다이스(101)의 회전은 정지된다. 제 1전조다이스(100) 및 제 2전조다이스(101)는 역회전을 개시함과 동시에 슬라이드판(55)도 역방향 운동이 개시되어 전조를 개시한다. 이후 동일 가공을 반복하여 전조를 행한다.

Description

웜기어 전조가공방법과 그 웜기어{METHOD OF ROLLING WORM GEAR AND THE WORM GEAR}
차량의 전동식 파워 스티어링(power steering) 장치로서, 전동모터의 회전출력을 웜기어 기구를 통해 감속하고, 스티어링 휠(steering wheel)에 연결된 출력축(出力軸)을 어시스트 구동하는 유형의 것이 공지되어 있다. 큰 부하가 걸리지 않는 경자동차용의 파워 스티어링 장치에 있어서는, 금속제 원통웜기어와 수지제 웜휠을 조합하여 웜기어 기구로서 사용한 유형이 공지되어 있다(예를 들면, 일본국 특허 공개공보 헤이세이9-24855호).
이러한 금속제 웜기어는, 정밀도가 요구되므로 소입강(燒入鋼, quench-hardened steel)을 선반(旋盤, lathe)가공 후, 열처리하고 연삭 마무리(finish grinding) 가공에 의해 제조되고 있다. 선반에서 가공하는 경우, 절삭공구(cutting tool)로 절삭되나, 생산성을 높일 때에는 원추형의 밀링 커터(milling cutter)를사용하여, 그 밀링 커터의 축선을 웜축에 대하여(웜기어의 피치선에서의 리드각(lead angle))만큼 기울여 나사가공하는 요령으로 절삭한다.
하지만, 이 웜기어의 제작공정은, 적어도 절삭, 열처리, 연삭으로 크게는 3공정이 필요하다. 또한 이를 위한 설비도 선반, 열처리설비, 연삭기의 적어도 3대가 필요하게 된다. 이로 인해 가공비가 증대되어 수지제 웜휠의 이점을 충분히 발휘할 수 없었다.
또한 수나사, 웜기어등을 전조할 때, 서로 마주 배치된 제 1전조다이스(a first rolling die) 및 제 2전조다이스(a second rolling die)가 서로 접근하여 밀어넣기 이송(penetrate-feed)을 행한다. 이 때, 웜기어의 리드각이 크고, 또한 마무리 직경과 소재 직경(blank diameter)의 차이가 클 때, 전조가공의 진행중에, 리드각이 변하는 현상을 "스루피드(through-feed)"라고 부른다. 이 스루피드가 발생하면 스루피드에 의한 공작물(work)의 이동방향의 나사산(thread)의 플랭크(flank)면과 반대측 플랭크면 사이에서 전조원통다이스(cylindrical dies)의 접촉이 달라, 전조면의 마무리 정밀도가 나빠지는 문제가 있다. 이 스루피드를 방지하기 위해, 통상적으로는 눈으로 보면서 제 1전조다이스, 또는 제 2전조다이스의 축선방향의 위상위치를 변경시킴으로써 보정을 하는 수가 있다.
그러나, 이 보정방법은, 수나사, 또는 웜기어의 양측에 수나사, 또는 웜기어의 직경보다 큰 축이 있는 것과 같은 부품의 경우, 이 부분에 전조다이스가 간섭하므로 스루피드를 방지하기 위한 보정은 하기 어렵다. 또 이러한 때, 다이스를정전(正轉) 또는 역전시켜서 전조시키는 것도 행하고 있으나, 백래시(backlash)등의 발생에 의하여 제품정밀도가 높은 것은 얻을 수 없고, 생산성도 좋지 않다. 본 출원인은, 이 스루피드를 제 1전조다이스 및 제 2전조다이스의 회전축선과 직교하는 축선 둘레에서 회동(回動)(pivot)하는 주축 경사 기구(主軸傾斜機構)를 제안하였다(일본국 특허 공개공보 헤이세이11-285766호).
그러나, 이 주축 경사 기구를 사용한 것에서도, 가공개시부터 가공종료까지 의 지름의 변화가 큰 웜기어등과 같은 공작물에서는, 스루피드의 발생을 완전하게는 방지할 수 없으며 이것이 가공오차가 되어 나타난다
본 발명의 목적은, 기어 정밀도를 충분히 확보하면서 가공공정을 감소시킨 웜기어의 전조가공방법과 그 웜기어를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 기어 정밀도를 충분히 확보하면서 비용을 절감시킨 웜기어의 전조가공방법과 그 웜기어를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 이점은, 횡전위(橫轉位)된 박치(薄齒, thin-toothed)의 웜기어가 전조가공에 의하여 고정밀도로 가공이 가능해졌으므로, 종래의 웜기어보다 가공 공정수를 적게 할 수 있으며, 또한 가공비용도 대폭 저하시킬 수 있다.
본 발명은, 웜기어의 전조(轉造)(rolling)가공방법과 그 웜기어에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 전조가공에 의해, 자동차의 핸들구동용 웜기어등을 전조에 의해 가공하기 위한 웜기어의 전조가공방법과 그 전조가공방법에 의해 전조가공된 웜기어에 관한 것이다.
도 1은, 본 발명에 관한 웜기어를 전조하기 위한 전조기 전체를 나타낸 입체외관도이다. 도 2는, 도 1을 II-II선으로 절단했을 때의 일부 단면도이다. 도 3은 전조기의 정면도이다. 도 4는 전조기의 평면도이다. 도 5는 제 2다이스 이동대의 좌측면도이다. 도 6은 다이스 이송장치의 개략 기구를 나타낸 전조기의 평면도이다.
도 7은 공작물을 지지 이송하기 위한 공작물 이송장치의 측면도이다. 도 8 (a)는 웜기어 치형(齒形)의 단면도이고, 도 8 (b)는 도 8 (a)의 잇홈(tooth profile)의 형상이 다른 또 하나의 웜기어 이빨의 단면도이다. 도 9는 CNC장치 및각 제어모터등의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 10(a)~(b)는 웜기어를 전조가공할 때의 공정을 나타낸 공정도이다. 도11(c)~(d)는 웜기어를 전조가공할 때의 공정을 나타낸 공정도이다. 도12(e)~(f)는 웜기어를 전조가공할 때의 공정을 나타낸 공정도이다.
본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위해 다음 수단을 채택한다.
본 발명의 웜기어 전조가공방법은, 원통 형상의 소재를 중심에 배치하여 전조가공하기 위한 원통 형상의 복수의 다이스와, 상기 다이스를 회전구동하기 위한 다이스 회전 구동수단과, 상기 소재를 회전 가능하게 지지하기 위한 소재 지지수단과, 상기 다이스를 서로 접근시켜 밀어넣기를 하기 위한 밀어넣기 이송수단(penetrate feed means)을 갖춘 전조기에 의한 웜기어 전조가공방법에 있어서,
상기 다이스를 동일방향으로 동기(同期) 회전시키면서 상기 소재를 향해 서로 밀어넣기 이송을 하여 전조가공하는 제 1스텝, 및
상기 제 1스텝 종료 후, 상기 다이스의 회전방향을 역회전시켜서 상기 소재를 전조가공하는 제 2스텝
을 번갈아 되풀이하며 웜기어를 전조에 의해 가공하는 것이다.
상기 웜기어의 전조는, 상기 다이스를 상기 밀어넣기 이송방향과 역방향으로 대피시킨 후에 상기 제 2스텝을 행하면 보다 고정밀도의 가공을 계속할 수 있다. 상기 웜기어의 원형도(circularity, roundness)를 향상시키기 위해, 상기 다이스를 상기 밀어넣기 이송을 정지시킨 상태에서 상기 제 1스텝, 및 제 2스텝을 번갈아 행하며 상기 웜기어를 전조하는 것이 좋다.
상기 전조기의 상기 다이스는, 4개의 가이드의 대략 중심에 배치되고, 그리고 회전축선이 평행하게 배치된 2대로 이루어진 것을 사용하면 보다 효과적인 전조가 가능하게 된다.
또한, 상기 웜기어 전조가공방법은, 상기 전조가공중에, 상기 소재의 직경의 변화에 의해 상기 웜기어의 리드각이 변하여, 상기 웜기어가 축선 방향으로 이동하는 스루피드가 발생하는 것을, 상기 소재의 이동으로부터 검지(detect)하고, 상기 이동이 설정된 범위를 넘었을 때, 상기 다이스의 회전방향을 역회전시켜서 상기 스루피드의 방향을 역방향으로 하면 된다.
또한, 상기 웜기어 전조가공방법은, 상기 전조기는, 상기 다이스의 회전축선과 직교하는 축선을 중심으로 회동하는 주축 경사 수단을 갖춘 것으로, 상기 전조가공중에, 상기 소재의 직경의 변화에 의해 리드각이 변하여, 상기 소재가 축선방향으로 이동하는 스루피드를 검지하여, 그 스루피드를 해소하기 위해 상기 주축 경사 수단의 보정 회동 각도를 연산하여, 상기 주축 경사 수단으로 상기 다이스를 상기 보정 회동 각도량만큼 회동시켜서 상기 스루피드를 해소하면 된다.
본 발명의 웜기어는, 원통 형상의 소재를 중심에 배치하여 전조가공하기위한 원통 형상의 복수의 다이스와, 상기 다이스를 서로 동기 회전 구동하기위한 다이스 회전구동수단과, 상기 소재를 회전 가능하게 지지하기 위한 소재 지지수단과, 상기 다이스를 서로 접근시켜서 밀어넣기를 하기 위한 밀어넣기수단을 갖춘 전조기에 의한 웜기어 전조가공방법에 의해 전조 가공된 웜기어로서,
상기 웜기어 치간(齒間)의 치저(齒底) 형상은, 상기 웜기어의 축선을 포함한 단면에서 정상부(vertex)가 형성된 것이다. 상기 정상부는, 기계구조용 탄소강으로 각도가 120도~150도이고, 상기 정상부의 선단이 단면에서 반경으로 1.0~1.5mm의 원호형상이 바람직하다.
다른 본 발명의 웜기어는, 원통 형상의 소재를 중심에 배치하여 전조가공하기 위한 원통 형상의 복수의 다이스와, 상기 다이스를 서로 동기 회전 구동하기 위한 다이스 회전 구동수단과, 상기 소재를 회전가능하게 지지하기 위한 소재 지지수단과, 상기 다이스를 서로 접근시켜서 밀어넣기를 하기 위한 밀어넣기수단을 갖춘전조기에 의한 웜기어 전조가공방법에 의해 전조 가공된 웜기어로서,
상기 웜기어 치간(齒間)의 치저(齒底)의 형상은, 상기 웜기어 축선을 포함한 단면에서 원호가 형성된 것이다. 상기 원호에는, 기계구조용 탄소강으로 단면에서 반경으로 1.0~1.5mm의 원호형상이 바람직하다.
본 발명의 웜기어의 전조가공에서 사용되는 상기 전조기의 상기 다이스는, 4개의 가이드의 대략 중심에 배치되고 회전축선이 평행하게 배치된 2대로 이루어진 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 웜기어의 전조가공에 사용되는 상기 전조기는, 상기 다이스의 회전축선과 직교하는 축선을 중심으로 회동하는 주축 경사 수단을 갖춘 것이 좋다. 상기 웜기어는, 상기 웜기어의 축선을 포함한 단면에서 상기 웜기어의 이 두께는 치저(齒底)의 간격보다 작은 것으로 적용하는 것이 좋다.
이하, 본 발명을 구체화한 실시형태를 설명한다. 도 1은 본 발명에 관한 웜기어를 전조하기 위한 전조기 전체를 나타낸 입체외관도이다. 도 2는 도 1을 II-II선으로 절단했을 때의 일부 단면도이다. 도 3은 전조기의 정면도이다. 도 4는 절단 평면도이다. 전조기(1)는 원통 형상의 다이스를 마주 보게 배치하고 소재를 소성변형시켜서 소성가공하는 전조원통다이스 전조기이다. 보통의 전조원통다이스 전조기는, 회전구동되는 가동 다이스와 이에 따라 회전하는 고정 다이스는, 그 회전축선이 평행되게 마주보고 배치되고, 그 중간에 소재가 배치된다.
본 발명에 관한 웜기어 가공용의 전조기(1)는, 가공중에는 2개의 전조원통다이스를 동기시켜서 동시에 동일 회전방향으로 회전구동하는 것이다. 이하, 그를 위한 상세한 구조에 관하여 설명한다. 베드(2)는, 전조기(1)의 본체를 구성하며 내부가 공동(空洞)인 구조물의 대(臺)이다(도 2 참조). 베드(2)는 대체로 상자모양을 하고 있으며, 주물 또는 강판을 용접하여 제작된 것이다. 베드(2)의 상면에는 2개의 제 1안내레일(3)이 평행하게 볼트등으로 고정 배치되어 있다. 2개의 제 1안내레일(3)위에는 제 1다이스 이동지지대(4)가 선형 베어링 블록(5)을 통해 이동 가능하게 탑재되어 있다. 제 1다이스 이동지지대(4)의 전면(前面)에는 제 1다이스이동대(6)가 일체로 고정지지되어 있다. 마찬가지로 제 1다이스 이동대(6)도 선형 베어링 블록(5)을 통해 2개의 제 1안내레일(3)위에 이동 가능하게 설치되어 있다.
제 1다이스 이동대(6)의 전면(前面)(7)에는 제 1전조원통다이스 지지대(8)가 후술할 이유에 의해 회동 가능하게 지지되어 탑재되어 있다(도 3참조). 제 1전조원통다이스 지지대(8)에는, 2대의 제 1전조원통다이스 베어링(9) 및 제 2전조원통다이스 베어링(10)이 간격을 두고 배치되어 있다. 제 1전조원통다이스 베어링(9) 및 제 2전조원통다이스 베어링(10) 사이에는 제 1전조원통다이스 축(11)이 수평방향으로 배치되어 있으며, 그 양단을 제 1 전조원통다이스 베어링(9) 및 제 2전조원통다이스 베어링(10)이 각각 지지하고 있다.
제 1전조원통다이스 지지대(8)는, 제 1주축 경사 기구(도시생략)에 의해, 제 1전조원통다이스축(11)의 중심축선과 직교하는 회동축선을 중심으로 회동가능하다. 제 1주축경사 기구는, 제 1다이스 이동대(6)의 측면에 배치된 기어와, 그 기어와 맞물리는 서보모터(servomotor)로 구성되어 있다. 제 1전조원통다이스 지지대(8)를 회동구동하는 이 서보모터(142)는 후술할 CNC장치(120)(도 9참조)에 의해 제 1전조원통다이스 지지대(8)의 회동 각도 위치를 제어한다. 제 1주축 경사 기구는 후술할 나사, 웜기어등과 같은 나선형상(螺旋形狀)을 가진 부품의 가공중에 발생하는 스루피드 현상에 의한, 가공오차를 방지하기 위한 기구이다.
제 2전조원통다이스 베어링(10)의 단부(端部)에는 기어 박스(gear box)(12)가 배치되고, 이 기어 박스(12)내에는 검출기(134)(도 9참조)가 내장되어 있다. 기어 박스(12)내의 기어 기구는, 유니버설 조인트(universal joint)(13)를 통해 구동축(14)으로부터의 회전을 제 1전조원통다이스축(11)으로 전달하는 것이다. 구동축(14)은 또 유니버설 조인트(15)를 통해 감속기구(16)의 출력축(도시생략)에 연결되어 있다. 감속기구(16)는 브래킷(bracket)(18)에 의해 지지 고정되어 있다.
브래킷(18)은 구동기구 지지대(20)위에 탑재되어 있다. 구동기구 지지대(20)는, 베드(2)의 측면 중앙부에 인접하여 베드(2)와 일체로 고정배치되어 있다. 감속기구(16)의 입력축(도시생략)에는, 서보모터(17)의 출력축이 연결되어 있다. 결국 서보모터(17)의 회전 출력은 감속기구(16)에 의해 감속되고, 또 유니버설조인트(15), 구동축(14), 유니버설 조인트(13) 및 기어 박스(12)내의 기어 기구를 통해, 제 1전조원통다이스축(11)을 회전 속도 지령에 따라 회전구동한다. 서보모터(17)의 회전 출력 제어는 후술할 CNC장치(120)에 의해 행한다.
서버 모터(17)의 회전구동을 제 1전조원통다이스축(11)에 전달하기 위해서, 2개의 유니버설 조인트(15) 및 유니버설 조인트(13)로 구성되는 회전구동 전달기구를 채택하였다. 서보모터(17)가 구동기구 지지대(20)위에 고정되어 있는 것에 대해, 제 1전조원통다이스축(11)이 2개의 제 1안내레일(3) 위를 제 1다이스 이동대(6)가 이동하므로 위치가 일정하지 않기 때문에, 통상적인 조인트 구조에서는 원활하게 회전을 전달할 수 없다. 유니버설 조인트(13, 15)를 사용한 이 회전구동 전달기구는 원활하고 그리고 등속도로 서보모터(17)의 회전을 제 1전조원통다이스축(11)에 전달하는 기능을 수행한다.
한편, 제 1다이스 이동대(6)와 서로 마주한 베드(2) 위의 위치에는, 제 2다이스 이동대(25)가 배치되어 있다. 베드(2)의 상면에는, 2개의 제 2안내레일(26)이볼트등으로 고정배치되어 있다. 제 2안내레일(26)은, 제 1다이스 이동대(6)를 안내하는 2개의 제 1안내레일(3)을 직선상으로 연장한 위치에 배치되어 있다(도 4참조). 2개의 제 2안내레일(26)위에는, 제 2다이스 이동대(25)가 선형 베어링 블록(27)을 통해 이동 가능하게 탑재되어 있다(도 3참조).
제 2다이스 이동대(25)의 전면(前面)(28)에는 제 2전조원통다이스 지지대(29)가 후술할 이유에 의해 중심 O를 중심으로 회동 가능하게 지지되어 탑재되어 있다(도 5참조). 제 2전조원통다이스 지지대(29)에는, 2대의 제 3전조원통다이스 베어링(30) 및 제 4전조원통다이스 베어링(31)이 간격을 두고 배치되어 있다(도 2참조). 제 3전조원통다이스 베어링(30) 및 제 4전조원통다이스 베어링(31)사이에는 제 2전조원통다이스축(32)이 수평방향을 향해 배치되어 있고, 이 양단(兩端)을 제 3전조원통다이스 베어링(30) 및 제 4전조원통다이스 베어링(31)이 각각 회전 가능하게 지지하고 있다.
제 2전조원통다이스 지지대(29)는, 제 2주축 경사 기구(도시생략)에 의해 제 2전조원통다이스축(32)의 중심축선과 직교하는 회동축선 O를 중심으로 각도 +또는 -만큼 회동한다(도 5참조). 제 2주축 경사 기구는 제 2다이스 이동대(25)의 측면에 배치된 기어와, 그 기어와 맞물리는 서보모터로 구성되어 있다. 제 2전조원통다이스 지지대(29)를 구동하는 이 서보모터(147)는, 후술할 CNC장치(120)에 의해 제 2전조원통다이스 지지대(29)의 위치를 제어한다(도 9참조). 제 2주축 경사 기구는 후술할 나사, 웜등과 같은 나선구조를 가진 부품의 형상 정밀도에 영향을주는 스루피드 현상에 의한 오차를 방지하기 위한 기구이다.
제 4전조원통다이스 베어링(31)의 단부에는, 기어 박스(33)가 배치되고, 기어 박스(33)내에는 회전검출기구(도시생략)가 내장되어 있다. 기어 박스(33)내의 기어 기구는 유니버설 조인트(34)를 통해 구동축(35)으로부터의 회전을 제 2전조원통다이스축(32)에 전달하는 것이다. 구동축(35)은, 또 유니버설 조인트(36)를 통해 감속기구(37)의 출력축(도시생략)에 연결되어 있다. 감속기구(37)는 상술한 브래킷(18)에 의해 지지고정되어 있다.
감속기구(37)의 입력축에는 서보모터(38)의 출력축이 연결되어 있다. 결국 서보모터(38)의 회전출력은, 감속기구(37)에 의해 감속되며, 유니버설 조인트(36), 구동축(35), 유니버설 조인트(34) 및 기어 박스(33)내의 기어 기구를 통해, 제 2전조원통다이스축(32)을 CNC장치(120)(도 9참조)의 지령에 따라 제어한다.
제 1다이스 이동 지지대(4)와 제 1다이스 이동대(6)의 바깥 둘레의 4모서리에는, 축고정부(41)가 배치되어 있다. 축고정부(41)에는 4개의 연결축(40)의 한쪽 끝이 고정되어 있다. 4개의 연결축(40)은, 서로 평행해지도록 배치되고, 또한 제 1안내레일(3) 및 제 2안내레일(26)과 서로 평행해지도록 배치되어 있다. 4개의 연결축(40)에는, 제 2다이스 이동대(25)의 바깥 둘레의 4모서리에 가이드부(42)가 배치되고, 가이드부(42)에 짜넣어진 베어링을 통해 이동 가능하게 제 2다이스 이동대(25)를 지지하고 있다.
[다이스 이송장치(49)]
도 6은, 다이스 이송장치의 개략 기구를 나타낸 전조기의 대략적인 평면도이다. 이상의 설명에서 이해되는 바와 같이 제 2다이스 이동대(25)는, 제 2안내레일(26)과 4개의 연결축(40)으로 안내되며, 제 1다이스 이동대(6)에 대하여 상대적으로 접근 또는 이반이동(離反移動)이 가능하다. 연결축(40)의 다른 쪽 끝은, 압력판(pressure plate)(45)에 연결 고정되어 있다. 압력판(45)에는, 유압실린더로 구성된 유압실린더(50)가 고정되어 있다. 유압실린더(50)는 피스톤의 신장위치를 고정밀도로 제어할 수 있는 서보밸브를 갖춘 것이다. 유압실린더(50)의 출력축인 피스톤 로드(51)의 선단은 제 2다이스 이동대(25)의 뒷면(52)에 고정되어 있다.
유압실린더(50)에 유압을 도입하여 구동하면, 피스톤 로드(51)가 신장된다. 유압실린더(50)는 압력판(45)에 고정되고, 또한 압력판(45)과 제 1다이스 이동대(6)는 연결축(40)에 의해 서로 연결되어 있으므로, 피스톤 로드(51)의 신장에 의해 제 1다이스 이동대(6)와 제 2다이스 이동대(25)는 서로 접근한다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 제 2다이스 이동대(25)의 이동방향과 동일방향을 향해 래크(rack)(91)가 배치되고, 그 래크(91)의 한쪽 끝이 제 2다이스 이동대(25)에 고정되어 있다. 압력판(45)에는 래크(90)의 한쪽 끝이 고정되어 있다. 래크(90)와 래크(91)는 서로 평행해지도록 배치되어 있다.
래크(90)와 래크(91)는 피니언(pinion)(93)에 맞물려 있다. 피니언(93)의 피니언축(94)은 베드(2)에 회전 가능하게 설치되어 있다. 결국 유압실린더(50)를 구동하면 피스톤 로드(51)가 신장된다. 유압실린더(50)는 압력판(45)에 고정되고, 또한 압력판(45)과 제 1다이스 이동대(6)는 연결축(40)에 의해 서로 연결되어 있으므로, 피스톤 로드(51)의 신장에 의해 제 1다이스 이동대(6)와 제 2다이스 이동대(25)는 서로 접근 또는 이반한다.
이 때, 피니언축(94)은 베드(2)에 회전 가능하게 지지되어 있으므로 회전은 하되 이동은 하지 않는다. 그 결과, 제 1다이스 이동대(6)와 제 2다이스 이동대(25)간의 간격 중심위치는 항상 베드(2)위의 일정위치로 위치되게 된다. 이 일정위치에 공작물의 중심축선을 일치시키면 공작물의 가공 정밀도가 향상됨과 아울러, 전조기(1)로의 공작물의 공급 및 배제 등이 용이해진다.
제 1다이스 이동대(6)와 제 2다이스 이동대(25) 사이의 간격은 제 2다이스 이동대(25)에 배치된 후술할 이동대 간격 계측수단에 의해 계측된다. 이동대 간격 계측수단은 제 2다이스 이동대(25)의 상부에 고정된 선형 스케일(111), 선형 스케일(111)의 자기(磁氣) 눈금을 읽어내기 위한 센서(도시생략), 센서를 고정한 봉 형상의 센서대(110)등으로 이루어진다. (도 4참조).
센서대(110)의 한쪽 끝은 제 1다이스 이동대(6)에 고정되어 있다. 따라서, 제 1다이스 이동대(6)와 제 2다이스 이동대(25)가 상대이동하면, 센서는 선형 스케일(111)의 자기눈금을 판독하여, 그 사이의 간격을 읽어낼 수 있다. 이상과 같은, 전조기(1)의 제 1전조원통다이스축(11) 및 제 2전조원통다이스축(32)의 회전구동 및 각 전조다이스의 이동은 후술할 CNC장치(120)에 의해 동기제어 또는 비동기제어된다.
[공작물이송장치(59)]
도 7은 공작물(W)을 지지 이송하기 위한 공작물 이송장치(59)의 측면도이다.상술한 제 1전조원통다이스축(11) 및 제 2전조원통다이스축(32)에는, 제 1전조다이스(100), 제 2전조다이스(101)가 키로 고정 되어 있다. 기판(61) 위에는 1개의 선형 레일(58)이 볼트에 의해 고정되어 있다. 2대의 선형 블록(57)은 선형 레일(58)의 위로 이동 가능하게 탑재되어 있다.
2개의 선형 블록(57)의 양측면에는, 공작물 길이 조정판(89)이 각각 걸쳐져, 볼트에 의해 상호 연결 고정되어 있다. 또한, 공작물 길이 조정판(89)의 상면에는, 각각 슬라이드 리테이너(slide retainer)(54)가 볼트에 의해 고정되어 있다. 2개의 슬라이드 리테이너(54)의 사이에는, 이것에 안내되어 슬라이드판(55)이 슬라이딩 가능하게 설치되어 있다. 슬라이드 리테이너(54)에 안내되어 이동하는 슬라이드판(55)의 이동범위는, 전조 가공중에 이동하는 것이며 설정된 이동범위에 한한다.
결국에는 선형 블록(57), 공작물 길이 조정판(89), 슬라이드 리테이너(54) 및 슬라이드판(55)에 의해 이송대(53)를 구성한다. 슬라이드판(55)의 상면에는, 심압대(tailstock)(60)가 고정되어 있다. 심압대(60)에는, 웜기어의 소재, 또는 공작물(W)을 회전 가능하게 지지하는 센터(62)가 삽입 고정되어 있다. 심압대(60)에는, 슬라이드판(55)의 이동범위를 결정하는 센서 도그(sensor dog)(63)가 볼트(64)에 의해 고정되어 있다. 센서 도그(63)의 이동을 검지하는 전진위치 검출센서(79)는 기판(61)위에 고정되어 있다.
슬라이드판(55)에는, 심압대(60)와 서로 마주보고 척대(chuck plate)(65)가 배치 고정되어 있다. 척대(65)에는 센터 지지축(67)이 설치되어 있고, 이 센터 지지축(67)에 베어링(68)을 통해 회전 가능하게 회전센터(66)가 회전 가능하게 지지되어 있다. 한편 척대(65)의 뒷면에는 센터 지지축(67)을 축선방향으로 이동 가능하게 구동하기 위한 척용 공압(空壓)실린더(69)가 볼트(70)에 의해 고정되어 있다. 공기압으로 작동하는 척용 공압실린더(69)의 피스톤로드는 센터지지축(67)에 연결되어 있다.
따라서, 척용 공압실린더(69)를 작동시키면, 센터 지지축(67) 및 회전센터(66)가 축선방향으로 신장, 또는 수축 구동되어, 소재 또는 공작물(W)을 회전센터(66) 및 센터(62) 사이에 부착하거나 뺄 수 있다. 선형 블록(57)에는 너트(72)가 고정되어 있다. 너트(72)에는 이송나사(73)가 나사삽입되어 있다. 이송나사(73)의 한쪽 끝은 회전 베어링인 연결기(coupling)(74)를 통해 서보모터(76)의 출력축(77)에 연결되어 있다.
따라서, 서보모터(76)를 구동하면, 이송나사(73)가 회전 구동되고 이송대(slide)(53)가 선형 레일(58) 위를 이동하여, 그 위치가 제어되게 된다. 척대(65) 위에는, 센서 도그(71)가 볼트(78)로 고정되어 있다. 센서 도그(71)의 이동을 검지하는 후퇴위치 검출센서(75)는 기판(61)에 고정되어 있다. 따라서 전진위치 검출센서(79)는 공작물(W)의 전진위치를 검출하고, 후퇴위치 검출센서(75)는 공작물(W)의 후퇴위치를 검출한다.
척대(65)의 측면에는, 자기(磁氣) 스케일인 선형 스케일(99)이 배치 고정되어 있다. 선형 스케일(99)의 이동은, 고정된 판독장치(도시생략)로 읽혀져 이동이 검지된다. 따라서 이 선형 스케일(99)의 이동을 검지함으로써 공작물(W)의 이동이검출되게 된다.
전조가공이 진행되면, 상술한 웜기어인 공작물(W)의 리드각이 변하여 오차가 된다. 이 오차가 없으면 공작물(W)은 후술하는 바와 같이 이론상으로는 축선방향으로 이동하지는 않는다. 이 오차가 공작물이 축선방향으로 이동하는 스루피드량이 되어서 발생한다. 선형 스케일(99)의 이동은, 센서에 의해 읽혀지며 이 데이터는 스루피드량 검출프로그램(160)(도 9참조)에 의해 스루피드량으로서 계산된다.
즉, 공작물(W)에 나선홈을 전조할 경우, 제 1전조다이스(100), 제 2전조다이스(101)를 공작물(W)을 향해, 조금씩 서로 접근하도록 밀어넣기(penetrate)함에 따라 공작물(W)의 나사홈의 골지름(谷徑, minor diameter)이 작아진다. 그로 인해, 공작물(W)의 밀어넣기 개시시에 비하여 밀어넣기 완료시에는 공작물(W)의 골부(谷部)의 원주 길이가 짧아진다. 바꿔 말하면, 공작물(W)의 원주 길이와 피치의 관계가 전조 개시시와 전조 가공 종료시와는 다르다.
공작물(W)의 원주 길이는, 밀어넣기 개시시의 원주 길이를 L, 웜기어의 리드각(나선각)을로 일정하게 하면, 기하학적으로는 밀어넣기 완료시에는 원주 길이 L은 직경이 작아진 양만큼 짧아진다. 그렇지만 종래의 전조기는, 이러한 밀어넣기 동작중에는 전조원통다이스의 리드각(나선각)는 변하지 않는다. 그로 인해 밀어넣기 개시시의 공작물(W)의 피치 P와 밀어넣기 완료시의 공작물(W)의 피치 P1의 사이에는 피치의 편차P가 발생한다.
이 피치의 편차P분만큼 전조중에 공작물(W)이 그 중심축선방향으로 이동하는 현상이 발생한다. 이 전조중에 공작물(W)이 이동하는 현상을 공작물(W)의 [스루피드(through-feed)]라고 부른다. 특히, 외경(外徑)과 골지름이 큰 웜기어, 나사와 같은 공작물(W)의 경우에 이러한 현상이 현저히 나타난다. 스루피드가 발생하면 스루피드에 의한 공작물(W) 이동방향의 웜기어, 나사산의 플랭크(flank)면이 전조원통다이스인 제 1전조다이스(100) 및 제 2전조다이스(101)에 강하게 접촉하게 된다. 그 결과, 전조가공된 가공부품의 가공정밀도인 형상 정밀도를 악화시키고 있다.
상술한 제 1주축 경사 기구 및 제 2주축 경사 기구는, 웜기어, 나사와 같은 제품의 형상 정밀도에 영향을 주는 스루피드를 방지하기 위한 기구로서 밀어넣기 하는 중에 리드각을 공작물의 원주 길이에 따라 보정한다. 또한, 보정에 의해 가공되는 공작물의 리드각이 변하지만, 그 양이 미미하여 형상 정밀도에 크게 영향을 끼치지는 않으며, 보정하지 않는 경우보다 오차가 작아 충분히 공차(公差) 범위내에 든다.
[CNC 장치120]
도 9는 CNC장치(120) 및 각 제어모터등의 구성을 나타낸 블록도이다. CNC장치(120)는, NC전용기나, 개인용 소형컴퓨터(이하, PC라 한다)의 확장 슬롯(slot)에 서보모터의 제어, 시퀀스 제어(sequence control)등을 행하는 NC 보드등을 장비하여 수치 제어기능과 PC 기능을 가지는 소위 PC NC장치를 사용할 수 있다. CNC장치(120)에는, 각종 데이터처리를 행하는 정보처리수단으로서의 CPU(121)가 설치되어 있고, CPU(121)에는 버스(bus)(122)를 통해 주기억장치로서 플래시메모리(flash memory)(123) 및 RAM(124)이 접속되어 있다.
CPU(121)는, 플래시 메모리(123)에 기억되어 있는 시스템 프로그램 및 데이터와 RAM(124)에 로드(load)(메모리에 읽어들임)된 프로그램, 및 데이터에 따라서 동작한다. 이와 같이 RAM(124)에 로드되는 프로그램으로서는, 기본프로그램인 OS(Operating System)이나, 다수의 NC지령의 각 NC지령에 대응한 처리를 행하는 NC지령처리프로그램, 공구 · 공작물 데이터설정프로그램, 계측치수 연산프로그램(125), 경사각도 연산프로그램(126), 계측데이터 설정프로그램(127), 스루피드량 검출프로그램(160), 표시부(130)에 대하여 문자나 도형 표시를 행하는 표시 제어 프로그램등이 있다.
계측치수 연산프로그램(125)은 선형 스케일(111)을 센서로 판독한 제 1전조다이스(100) 및 제 2전조다이스(101)의 간격, 검출기(134), 검출기(137)등의 데이터로부터, 전조가공을 위한 밀어넣기 속도를 결정하기 위해 시시각각 연산하는 프로그램이다. 이 연산결과는 NC 가공프로그램 메모리(129)의 NC 가공프로그램에 의해 다이스간격 제어부(150)로 지령되어 실행된다.
경사각도 연산프로그램(126)은 스루피드량 검출프로그램(160)으로 계측된 스루피드량, 및 계측치수 연산프로그램(125)으로 계측된 제 1전조다이스(100) 및 제 2전조다이스(101)의 간격 등으로부터, 제 1주축 경사 기구 및 제 2주축경사 기구의 경사각도를 시시각각 연산하기 위한 프로그램이다. 이 연산결과는 NC가공프로그램 메모리(129)의 NC가공프로그램에 의해, 제 1주축경사 기구의 경사 제어부(140) 및 제 2주축 경사 기구의 경사 제어부(145)로 지령된다. 계측데이터설정프로그램(127)은 제 1전조다이스(100) 및 제 2전조다이스(101)의 치수, 공작물(W)의 치수 등을 설정하기 위한 설정데이터를 메모리내에 기억시키기 위한 프로그램이다.
스루피드량 검출프로그램(160)은 선형 스케일(99)을 읽어들여 얻어진 데이터로부터 스루피드량을 계측하기 위한 프로그램이다. CPU(121)에는 버스(122)를 통해 매개변수 메모리(parameter memory)(128)가 접속되어 있다. 매개변수 메모리(128)에는 전조가공에 필요한 각종 매개변수를 기억해 둔다. 매개변수 메모리(128)는, 불휘발 메모리(non-volatile memory)를 사용함으로써 CNC장치(120)의 전원을 오프(off)로 하여도 기억내용을 저장해 둘 수가 있다.
또한, CPU(121)에는 버스(122)를 통해 NC가공프로그램 메모리(129)등이 접속되어 있다. NC가공프로그램 메모리(129)에는 공작물(W)을 가공위치 또는 대피위치까지의 이동, 공작물(W)을 가공할 때의 제 1전조다이스(100) 및 제 2전조다이스(101)의 회전속도 · 회전량, 제 1주축 경사 기구 및 제 2주축 경사 기구의 경사각도, 양다이스의 간격 등을 순차 제어하여 전조가공을 행하기 위한 NC가공프로그램이 기억되어 있다. NC가공프로그램은 작업자가 공작물(W)의 종류, 재질, 형상에 따라 가공조건, 각 다이스의 회전속도, 이동속도, 이송량 등을 프로그램한 것이다.
또한, CPU(121)에는 버스(122)를 통해 입출력기기가 접속되어 있다. 입출력기기로서는, 문자 및 도형을 표시하는 표시부(130), 작업자가 데이터를 입력하기 위한 입력부(131)가 인터페이스(interface)회로를 통해 버스(122)에 접속되어 있다. 표시부(130)로서는, CRT, EL 표시패널이나 액정 디스플레이등을 사용할 수 있고, 입력부(131)로서는 키보드, 표시부(130)와 일체로 조합된 터치 패널등을 사용할 수 있다.
또한, CPU(121)에는, 버스(122)를 통해 보조기억장치로서의 고정 디스크장치를 접속해도 좋다. 그 경우, 고정 디스크장치에는 CPU(121)에 의해 실행되어야 될 각종 프로그램들을 기억해 두고, 적절히 이들 프로그램들을 고정 디스크장치로부터 RAM(124)이나 NC가공프로그램 메모리(129)에 로드(load)하면 된다.
CNC장치(120)는, 제 1전조다이스(100)의 주축회전 제어부(132), 앰프(amplifier)(133)를 통해 제 1전조다이스(100)를 회전구동하는 서보모터(17)에 접속되어 있다. 서보모터(17)의 회전속도는 검출기(134)를 통해 앰프(133)에 피드백(feedback)되어 소정의 회전속도가 유지된다. 따라서 제 1전조다이스(100)의 축둘레의 각도위치는 검출기(134)로부터 주축회전 제어부(132)에 피드백되어 제 1전조다이스(100)를 원하는 회전속도, 각도위치로 제어가 가능하다.
마찬가지로 CNC장치(120)는, 제 2전조다이스(101)의 주축회전제어부(135), 앰프(136)를 통해 제 1전조다이스(100)를 회전구동하는 서보모터(38)에 접속되어 있다. 서보모터(38)의 회전속도는 검출기(137)를 통해 앰프(136)에 피드백되어 소정의 회전속도로 제어된다. 따라서 제 2전조다이스(101)의 축둘레의 각도위치는 검출기(137)로부터 주축회전 제어부(132)에 피드백되어 제 2전조다이스(101)를 원하는 회전속도, 각도위치로 제어한다.
또한, CNC장치(120)는, 제 1전조다이스(100) 및 제 2전조다이스(101)를 기울이기 위한 제 1주축 경사 기구의 서보모터(142) 및 제 2주축 경사 기구의 서보모터(147)에 접속되어 각각 제어한다. 즉, CNC장치(120)는 제 1전조다이스(100)의 경사 제어부(140), 앰프(141)를 통해 제 1전조다이스(100)의 회동을 제어하는 서보모터(142)에 접속되어 있다. 서보모터(142)의 회전은 검출기(143)를 통해 앰프(141)에 피드백되어 소정의 경사각도가 유지된다. 따라서, 제 1전조다이스(100)를 기울이기 위한 회동각도위치는 검출기(143)로부터 경사 제어부(140)로 피드백되어 제 1전조다이스(100)를 기울이기위해 원하는 회동각도위치로 위치결정하는 것이 가능하다.
마찬가지로, CNC장치(120)는, 제 2전조다이스(101)의 경사 제어부(145), 앰프(amplifier)(146)를 통해 제 2전조다이스(101)의 경사를 위한 회동각도위치를 제어하는 서보모터(147)에 접속되어 있다. 서보모터(147)의 회전은, 검출기(148)를 통해 앰프(146)로 피드백되어 소정의 경사각도로 제어된다. 따라서, 제 2전조다이스(101)의 회동각도위치는, 검출기(148)로부터 경사 제어부(145)로 피드백되어 제 2전조다이스(101)를 기울이기 위해 원하는 회동각도위치로 위치결정을 할 수가 있다.
또한, CNC장치(120)는, 유압실린더(50)의 서보밸브(152)의 밸브 개폐를 온오프(on-off)제어함으로써 제 1전조다이스(100)와 제 2전조다이스(101)간의 간격을 제어한다. 그로 인해, CNC장치(120)는 다이스 간격 제어부(150), 앰프(151)를 통해 유압실린더(50)를 제어하는 서보밸브(152)에 접속되어 있다. 본 예에서는, 이 위치결정의 정밀도는 100KN의 부하에 있어서 4 ~ 5㎛정도이다.
CNC장치(120)는, 공작물이송장치(59)의 위치결정 제어부(153), 앰프(154)를 통해 공작물(W)의 위치를 제어하는 서보모터(76)에 접속되어 있다. 서보모터(76)의 회전은 검출기(155)를 통해 앰프(154)에 피드백되고 소정의 전조 개시 위치로 이송된다. 후퇴위치 검출센서(75)는 공작물(W)을 전조할 때의 최고 후퇴 위치를 검지하기 위한 것이다. 전진위치 검출센서(79)는 공작물(W)을 전조할 때의 최고 전진 위치를 검출하기 위한 것이다. 이상에서 설명한 각 구동축은, 제 1전조다이스(100) 및 제 2전조다이스(101)의 동기회전을 배제하고 독립하여 제어된다. 단 제어기능에 여력이 있을 때에는, 동기제어하는 것이라도 좋다.
심압대(60)의 측면에는, 상술한 바와 같이 선형 스케일(99)이 배치되어 있다. 스루피드량 검출프로그램(160)은 선형 스케일(99)의 판독에 의해 전조가공개시이후의 스루피드량을 연산하기 위한 프로그램이다. 스루피드량 검출프로그램(160)은 공작물(W)을 심압대(60)와 척대(65) 사이에서 클램프(clamp)한 상태에서, 또 전조개시이후의 공작물(W)의 스루피드량을 연산한다.
[웜기어의 전조가공방법 1]
이상과 같은 전조기(1) 및 공작물 이송장치에 있어서, 차량의 전동식 파워 스티어링(power steering)장치의 어시스트를 위한 웜기어기구로 사용되는 웜기어를 예로 들어, 그 전조가공방법을 설명한다. 도 8 (a)는 웜기어의 중심선을 포함한 면에서 절단했을 때의 웜기어 이빨의 단면도이다. 이 웜기어(80)는, 피치(pitch)선을 포함한 단면(81)의 원주 위치에서 보면, 통상의 웜기어에 비해 이 두께(82)는 잇홈(83)보다 얇게 형성되어 있다.
그 이유는, 이 웜기어(80)에 맞물리는 웜휠(도시생략)이 합성수지제여서 기계적인 강도가 약하므로, 웜휠의 이 두께를 두껍게 하기 위함이다. 치저는, 단면에서 2개의 나선 형상의 경사면(84)이 교차하도록 각도로 형성되어 있다. 본 예에서는, 각도는, 150도이다. 본 발명의 웜기어의 전조가공방법에서는 피치 원 18 ~ 20mm, 모듈 1.5 ~ 2.0, 웜의 조수가 2 또는 3인 것에 있어서, 각도는, 기계구조용 탄소강(예컨대, S45C 등)이라면, 소성 유동(the plastic flow of material)을 원활히 한다는 관점에서 120도~ 150도의 범위가 바람직하다. 또, 치고(齒高)는 6mm이내, 골지름은 10mm이상이 바람직하다. 이러한 수치범위를 벗어나면, 표면으로부터 소재가 박리되는 등의 현상이 발생한다.
이 각도에서 교차하는 2개의 경사면(84)이 교차하고, 치저의 중간이 가장 직경이 작게 형성되어 있다. 치면(88)과 경사면(84)의 사이는, 곡면(85)으로 접속되어 있다. 2개의 경사면(84), 즉 원추면 사이도 곡면(86)으로 접속되어 있다. 상술한 사양의 웜기어의 곡면(86)은, 단면에서 반경 1.0 ~ 1.5mm가 소성 유동을 원활하게 한다는 관점에서 바람직하다. 이 치저는, 공구측에서 보면 테이퍼 형상의(tapered) 볼록부를 가지고, 소성유동이 균등하게 일어나기쉽고 전조가 원활하다. 즉, 치저가 2개의 원추면인 경사면(84)이 교차한 형상, 즉 선단이 각도를 가졌기 때문에, 선단부의 양면에서 분배된 금속의 소성 유동이 일어나기 쉽고 또한 균등하게 된다.
도 8 (b)는 도 8 (a)의 것과는 잇홈의 형상이 다른 또 하나의 웜기어 이빨의단면도이다. 도 8 (b)에 나타낸 잇홈(83)의 치저(87)는, 단면에서 반경 R1의 원호를 이루는 형상이다. 도 8 (b)에 나타낸 치저(87)형상은 치저(87)에 원호, 전조다이스측에서 말하면 볼록 형상의 원호로 형성되어 있으므로, 도 8 (a)의 치저형상에 비해 소재의 자연적인 소성 유동이 발생하기 쉬운 이점이 있다. 기계구조용 탄소강에서 치저(87)의 반경 R1은, 단면에서 반경 1.0 ~ 1.5mm가 소성유동을 원활히 한다는 관점에서 바람직하다.
도 10 (a) 내지 도12 (f)는 웜기어 전조가공의 공정순서를 나타낸 것이다. 중실(中實, solid)로 원통 형상의 공작물(W)인 소재(M)의 처킹(chucking)위치에서 척용 공압실린더(69)를 작동시켜서 소재(M)를 센터(62)와 회전센터(66)의 사이에 끼워 잡는다. 제 1전조다이스(100) 및 제 2전조다이스(101)의 회전을 정지하는 중에, 서보모터(76)를 기동하여 이송나사(73)를 회전시켜서 슬라이드판(55)을 구동하고, 제 1전조다이스(100) 및 제 2전조다이스(101)측으로 이송(feed)하고(도 10 (a) 참조), 다시 가공 개시 위치까지 이송한다.(도10 (b) 참조).
제 1전조다이스(100), 및 제 2전조다이스(101)는, 소정위치에 위치결정되어 있다. 제 1전조다이스 및 제 2전조다이스(101)를 동일 회전방향으로 회전하도록 기동시키고, 또 서로 동기회전시킨다. 제 1전조다이스(100), 및 제 2전조다이스(101)가 서로 동기회전하면서, 유압실린더(50)를 구동시켜, 서로 근접하도록 밀어넣기를 행한다. 이 밀어넣기에 의해, 전조가공이 개시된다.
이 때, 가공하고자 하는 웜기어의 리드각(통상적으로는, 피치점에에서의 리드각을 말한다)이 커서, 마무리 직경과 소재 직경의 차이가 클 때, 전조개시위치와전조종료위치 사이의 전조진행중에 리드각이 변하여 오차가 된다. 이 오차가 상술한 스루피드이다. 전조가공이 개시되면, 이 스루피드가 발생하여 슬라이드판(55)이 이동한다. 슬라이드판(55)은, 이송대(53)의 위를 자유롭게 슬라이딩 가능하므로, 전조중의 공작물(W)은 제 1전조다이스(100) 및 제 2전조다이스(101)의 회전을 엄밀하게 동기시켜 회전 제어했다고 하더라도, 제 1전조다이스(100) 및 제 2전조다이스(101)의 리드각은 일정하므로, 상술한 웜기어의 리드각 및 그 회전수에 따른 이동량, 즉 스루피드량만큼 그 축선방향으로 이동한다.
전조가공이 진행되어, 슬라이드판(55)이 스루피드에 의해 소정량 이송되면, 센서 도그(63)가 전진 위치 검출센서(79)에 의해 검지되다. 또는, 스루피드에 의한 공작물(W)의 전진위치의 검지는, 선형 스케일(99)에 의해 검지해도 된다. 이것이 검지되면, 제 1전조다이스(100) 및 제 2전조다이스(101)는, 회전을 정지하고 , 그리고 유압실린더(50)에 의한 밀어넣기동작이 정지된다. 또한, 제 1전조다이스(100) 및 제 2전조다이스(101)는 서로 밀어넣기방향과는 역방향으로 후퇴한다. 본 예에서는, 약 0.05~0.2mm정도 후퇴시켜, 즉 전조의 밀어붙이는 압력이 빠질 정도로 후퇴시켜 해제한다.
이 후퇴는, 소재(M)의 탄성 변형분과 전조기의 기계계(機械系) 탄성 변형분을 릴리스(release)하여 제 1전조다이스(100) 및 제 2전조다이스(101)와 소재(M)가 접촉되지 않도록 하기 위한 후퇴동작이다(이하, "스프링백(spring back)"이라고도 함). 그 후, 제 1전조다이스(100) 및 제 2전조다이스(101)를 전조 가공 위치까지 재차 밀어넣고(절삭동작), 역회전을 개시한다(도 11 (d)참조). 밀어넣기(절삭동작)는, 상술한 사양의 웜기어에서, 5~30단계로 단계적으로 변화시키면서 절삭하는 방법을 채택하고 있다. 후술하는 바와 같이, 필요에 따라 그 단계에 간헐적으로 후술할 다우얼(dowel)을 넣어 전조가공을 행한다.
이 역회전에 의한 전조 가공에 의해, 스루피드에 의한 가공 오차도 보정하게 된다. 이 오차의 보정원리의 상세한 메카니즘(mechanism)은 명백하지않으나, 공작물(W)과 다이스의 접촉을 균일화하기 위한 것으로도 추정된다. 이 전조가공에 의해, 제 1전조다이스(100) 및 제 2전조다이스(101)의 리드에 의해 공작물(W)은 상술한 전조와는 역방향의 축선방향으로 이동하고, 센서도그(sensor dog)(71)가 후퇴위치 검출센서(75)에 의해 검지된다. 또는, 스루피드에 의한 공작물(W)의 후퇴위치의 검지는 선형 스케일(99)에 의해 검지해도 된다.
다음으로, 제 1전조다이스(100) 및 제 2전조다이스(101)의 회전을 정지시키고, 또한 유압실린더(50)를 구동하여, 공작물(W)로부터 제 1전조다이스(100) 및 제 2전조다이스(101)를 떼어놓아 대피위치까지 후퇴한다(도 12(e)참조). 서보모터(76)를 기동하여,이송나사(73)를 역회전시켜 이송대(53)를 구동하고, 제 1전조다이스(100) 및 제 2전조다이스(101)에서 떨어진 방향으로 이송하여, 원래의 가공 개시 위치까지 이송한다(도 10(f)참조). 이후 같은 공정을 반복하여 전조를 행한다. 상술한 사양의 웜기어의 경우, 제 1전조다이스(100) 및 제 2전조다이스(101)의 회전속도가 10~40rev/min이고, 정전/역전(正轉/逆轉)의 회전수로 15회~50회의 반복을 행한다.
제 1전조다이스(100) 및 제 2전조다이스(101)가 소재(M)의 전조를 개시하면,소재(M)와의 접촉은 소재(M)의 전체 바깥둘레 위치에서 균일하지는 않다. 즉, 웜기어는, 일반적으로 2조 또는 3조의 이빨이 형성되어 있으나, 이와 동시에 맞물리는 제 1전조다이스(100) 및 제 2전조다이스(101) 이빨의 조수(組數)는 바깥둘레의 각도위치에서 다르다. 바꿔 말하면, 제 1전조다이스(100) 및 제 2전조다이스(101)가 소재(M)의 바깥둘레를 누르는 힘은 일정하므로, 소성 유동이 바깥 둘레의 각도위치에서 달라 2조의 이빨인 경우에는 단면형상에서 타원형, 3조인 경우에는 거의 삼각형으로 형성되기 쉽다.
이 형상을 수정하기 위해, 유압실린더(50)에 의한 밀어넣기동작(밀어넣기 이송동작)을 정지시키고, 제 1전조다이스(100) 및 제 2전조다이스(101)가 서로 접근하는 동작에 의한 밀어넣기동작을 정지시킨 상태(다우얼(dowel))에서, 정전/역전의 회수로 말하면 2회~5회 전조를 행하면, 상술한 단면형상에서 타원형, 거의 삼각형이 되고자 하는 피치원통 지름, 바깥 지름이 동그랗게 전조된다. 이러한 전조방법에 의해, 상술한 사양의 웜기어에서, 이 다우얼(dowel)공정을 넣지 않을 때에는, 피치원통 지름, 바깥 지름의 오차로 0.2~0.3mm의 이형(異形)이 되어버릴 것이 0.02mm이내의 오차에서 전조할 수 있었다. 이 2~3회의 다우얼동작은 밀어넣기(밀어넣기 이송 동작)의 어느 단계든 간헐적으로 넣어 전조가공을 행한다.
[웜기어의 전조가공방법 2]
상기한 웜기어의 전조가공방법 1은, 공작물의 스루피드에 의한 오차의 보정을 제 1전조다이스(100) 및 제 2전조다이스(101)를 역전시킴으로써 행하였다. 그러나, 경사각도 연산프로그램(126)의 연산결과에 따라, 서보모터(142),서보모터(147)를 제어하여 제 1전조다이스(100) 및 제 2전조다이스(101)의 경사를 제어하고, 스루피드의 보정을 한다. 이와 같이 스루피드가 발생하지 않도록, 또는 스루피드량이 일정치 이하가 되도록 제어되면서 전조를 진행시키는 방법이라도 좋다.
본 발명은 상술한 자동차의 전동식 파워 스티어링 장치에 사용되는 웜기어와 그 전조가공방법에 한정되지 않고, 다른 산업기계, 민생기계용의 동력전달용으로서 금속제 웜기어와 그 전조가공방법에 적용할 수 있다.

Claims (11)

  1. 원통 형상의 소재를 중심에 배치하여 전조가공하기 위한 원통 형상의 복수의 다이스와,
    상기 다이스를 회전구동하기 위한 다이스 회전 구동수단과,
    상기 소재를 회전 가능하게 지지하기 위한 소재 지지수단과,
    상기 다이스를 서로 접근시켜서 밀어넣기(penetrate feed)를 하기 위한 밀어넣기 수단(penetrate feed means)
    을 갖춘 전조기에 의한 웜기어 전조가공방법에 있어서,
    상기 다이스를 동일방향으로 동기회전시키면서 상기 소재를 향하여 서로 밀어넣기 이송을 하여 전조가공하는 제 1스텝(step), 및
    상기 제 1스텝 종료후, 상기 다이스의 회전방향을 역회전시켜서 상기 소재를 전조가공하는 제 2스텝
    을 번갈아 반복하여 웜기어를 전조에 의해 가공하는 것을 특징으로 하는 웜기어 전조가공방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 다이스를 상기 밀어넣기 이송방향과 역방향으로 대피시킨 후 상기 제 2스텝을 행하는 것을 특징으로 하는 웜기어 전조가공방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 다이스를 상기 밀어넣기 이송(penetratefeed)을 정지시킨 상태에서 상기 제 1스텝 및 2스텝을 번갈아 행하여 상기 웜기어의 전조가공을 행하는 것을 특징으로 하는 웜기어 전조가공방법.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 전조기의 상기 다이스는, 4개의 가이드의 대략 중심에 배치되고 회전축선이 평행하게 배치된 2대로 이루어진 것을 특징으로 하는 웜기어 전조가공방법.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 전조가공중에, 상기 소재의 직경의 변화에 의해 상기 웜기어의 리드각이 변하여 상기 웜기어가 축선방향으로 이동하는 스루피드(through-feed)가 발생하는 것을 상기 소재의 이동으로부터 검지하고,
    상기 이동이 설정된 범위를 넘었을 때, 상기 다이스의 회전방향을 역회전시켜서 상기 스루피드의 방향을 역방향으로 만드는 것을 특징으로 하는 웜기어 전조가공방법.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 전조기는, 상기 다이스의 회전축선과 직교하는 축선을 중심으로 회동하는 주축 경사 수단을 갖춘 것으로,
    상기 전조가공중에, 상기 소재의 직경변화에 의해 리드각이 변하고, 상기 소재가 축선방향으로 이동하는 스루피드를 검지하고, 그 스루피드를 해소하기 위해 상기 주축 경사 수단의 보정 회동 각도를 연산하여,
    상기 주축 경사 수단으로 상기 다이스를 상기 보정 회동 각도량만큼 회동시켜서 상기 스루피드를 해소하는 것을 특징으로 하는 웜기어 전조가공방법.
  7. 원통 형상의 소재를 중심에 배치하여 전조가공하기 위한 원통 형상의 복수의 다이스와,
    상기 다이스를 서로 동기 회전 구동하기 위한 다이스 회전 구동수단과,
    상기 소재를 회전 가능하게 지지하기 위한 소재지지수단과,
    상기 다이스를 서로 접근시켜서 밀어넣기를 하기 위한 밀어넣기 수단을 갖춘 전조기에 의한 웜기어 전조가공방법에 의해 전조가공된 웜기어로서,
    상기 웜기어의 치간(齒間)의 치저(齒底)형상은, 상기 웜기어 축선을 포함한 단면에서 원호가 형성된 정상부(vertex)가 형성된 것을 특징으로 하는 웜기어.
  8. 원통 형상의 소재를 중심에 배치하여 전조가공하기 위한 원통 형상의 복수의 다이스와,
    상기 다이스를 서로 동기 회전 구동하기 위한 다이스 회전 구동수단과,
    상기 소재를 회전 가능하게 지지하기 위한 소재지지수단과,
    상기 다이스를 서로 접근시켜서 밀어넣기를 하기 위한 밀어넣기 수단을 갖춘 전조기에 의한 웜기어 전조가공방법에 의해 전조가공된 웜기어로서,
    상기 웜기어의 치간의 치저의 형상은 상기 웜기어의 축선을 포함한 단면에서 원호가 형성된 것을 특징으로 하는 웜기어.
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 전조기의 상기 다이스는, 4개의 가이드의 대략 중심에 배치되고, 또한 회전축선이 평행하게 배치된 2대로 이루어진 것을 특징으로 하는 웜기어.
  10. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 전조기는, 상기 다이스의 회전축선과 직교하는 축선을 중심으로 회동하는 주축 경사 수단을 갖춘 것을 특징으로 하는 웜기어.
  11. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 웜기어는, 상기 웜기어의 축선을 포함한 단면에서 상기 웜기어의 이 두께는 치저의 간격보다 작은 것인 것을 특징으로 하는 웜기어.
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