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鼓形ウォームの製造方法 - 特開2008−264884 | j-tokkyo
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【発明の名称】 鼓形ウォームの製造方法
【発明者】 【氏名】堀内 昭世

【要約】 【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。
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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)。
【特許文献1】特公平7−73809号公報
【特許文献2】特開2001−105232号公報
【特許文献3】特開2006−198759号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
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。
【0005】
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。
【課題を解決するための手段】
【0006】
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。
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【発明の効果】
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【0020】
以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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】
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【図面の簡単な説明】
【0038】
【図1】工程手順図
【図2】ベースギヤの構成説明図
【図3】ウォーム素材の構成図
【図4】研削加工状態説明図
【図5】要部拡大説明図
【図6】他の実施の形態を示す模式図
【符号の説明】
【0039】
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
【出願人】 【識別番号】502139611
【氏名又は名称】株式会社シンヱーテック
【出願日】 平成19年4月16日(2007.4.16)
【代理人】 【識別番号】100090712
【弁理士】
【氏名又は名称】松田 忠秋


【公開番号】 特開2008−264884(P2008−264884A)
【公開日】 平成20年11月6日(2008.11.6)
【出願番号】 特願2007−107102(P2007−107102)