(57)【要約】【課題】回転バランスが良好なウォームギヤを容易かつ確実に製造可能とする。【解決手段】ウォーム長決定方法は、ウォームホイールと噛み合うギヤ歯の数およびリード角を含む各種諸元を決定する諸元決定工程（Step1）と、決定した諸元を実現するために必要な長さを求める１次暫定長決定工程（Step2）と、ウォームギヤの軸方向両端に施す面取りの角度を決定する面取り角決定工程（Step3）と、決定した角度で面取りを行った上で１次暫定長決定工程（Step2）において求めた長さを確保するために必要な長さを求める２次暫定長決定工程（Step4）と、決定したリード角および面取り角を備えるウォームギヤの長さと回転バランスとの関係を示す特性曲線上において、２次暫定長決定工程（Step4）において求めた長さを超える領域で最初に現れる変曲点に対応する長さをウォームギヤの長さと決定する最終長決定工程（Step5）と、を有する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に取り付けられ、かつ、ウォームホイールと噛み合わされて減速機構を構成するウォームギヤの長さを決定するウォーム長決定方法であって、
少なくとも前記ウォームホイールと噛み合うギヤ歯の数およびリード角を含む各種諸元を決定する諸元決定工程と、
前記諸元決定工程において決定した諸元を実現するために必要な長さを求める１次暫定長決定工程と、
ウォームギヤの軸方向両端に施す面取りの角度を決定する面取り角決定工程と、
前記面取り角決定工程において決定した角度で面取りを行った上で前記１次暫定長決定工程において求めた長さを確保するために必要な長さを求める２次暫定長決定工程と、
前記諸元決定工程において決定したリード角および前記面取り角決定工程において決定した面取り角を備えるウォームギヤの長さと回転バランスとの関係を示す特性曲線上において、前記２次暫定長決定工程において求めた長さを超える領域で最初に現れる変曲点に対応する長さをウォームギヤの長さと決定する最終長決定工程と、を有するウォーム長決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸に取り付けられ、かつ、ウォームホイールと噛み合わされるウォームギヤの長さを決定する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転軸に取り付けられたウォームギヤと、当該ウォームギヤと噛み合うウォームホイールと、からなる減速機構が知られている。かかる減速機構（ギヤ対）は、例えば、自動車などの車両に搭載されるパワーウィンド装置やワイパ装置の駆動源として用いられるモータ装置に組み込まれる。
【０００３】
ここで、アーマチュアの回転軸（以下、「アーマチュア軸」という場合がある。）とは別体のウォームギヤをアーマチュア軸に装着すると、アーマチュア軸の回転バランスが崩れてしまことがあった。具体的には、、ウォームギヤが装着されるアーマチュア軸については、予め回転バランスの調整が行われるのが通常である。一方、アーマチュア軸に装着されるウォームギヤについては、回転バランスの調整は行われないのが通常である。したがって、バランスが調整されているアーマチュア軸に、バランスが調整されていないウォームギヤが装着されることにより、ウォームギヤを含むアーマチュア全体の回転バランスが崩れ、円滑な回転が得られないことがあった。
【０００４】
そこで、特許文献１には、面取りされた両端面を含むウォームギヤの両端部を鏡面対称状態とすることによってウォームギヤのバランスを取ることが記載されている。特許文献１によれば、ウォームギヤの全長をウォーム歯の１ピッチ寸法の整数倍に設定して切断し、かつ、切断した両端面に面取りを施すことにより、ウォームギヤ両端部が鏡面対称状態となり、当該ウォームギヤが高度にバランス化される、とのことである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１７５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような背景の下、本件発明者らは、回転バランスが良好なウォームギヤを容易かつ確実に製造するための方法について鋭意研究した結果、ウォームギヤの長さと回転バランスとの間に相関関係が存在するとの知見を得た。また、回転バランスが良好となるウォームギヤの長さは、当該ウォームギヤのリード角と面取り角とに大きく依存するとの知見を得た。
【０００７】
本発明は、本件発明者らが得た上記知見に基づくものであり、その目的は、回転バランスが良好なウォームギヤを容易かつ確実に製造可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のウォーム長決定方法は、回転軸に取り付けられ、かつ、ウォームホイールと噛み合わされて減速機構を構成するウォームギヤの長さを決定するウォーム長決定方法である。本発明のウォーム長決定方法は、少なくとも前記ウォームホイールと噛み合うギヤ歯の数およびリード角を含む各種諸元を決定する諸元決定工程と、前記諸元決定工程において決定した諸元を実現するために必要な長さを求める１次暫定長決定工程と、ウォームギヤの軸方向両端に施す面取りの角度を決定する面取り角決定工程と、前記面取り角決定工程において決定した角度で面取りを行った上で前記１次暫定長決定工程において求めた長さを確保するために必要な長さを求める２次暫定長決定工程と、前記諸元決定工程において決定したリード角および前記面取り角決定工程において決定した面取り角を備えるウォームギヤの長さと回転バランスとの関係を示す特性曲線上において、前記２次暫定長決定工程において求めた長さを超える領域で最初に現れる変曲点に対応する長さをウォームギヤの長さと決定する最終長決定工程と、を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、回転バランスが良好なウォームギヤを容易かつ確実に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ウォームギヤの形状の一例を示す説明図である。
【図２】リード角θ１が3.429°のウォームギヤにおけるウォーム長と回転バランスとの関係を示す図である。
【図３】リード角θ１が3.729°のウォームギヤにおけるウォーム長と回転バランスとの関係を示す図である。
【図４】リード角θ１が4.029°のウォームギヤにおけるウォーム長と回転バランスとの関係を示す図である。
【図５】面取り角θ２が15°のウォームギヤにおけるウォーム長と回転バランスとの関係を示す図である。
【図６】面取り角θ２が25°のウォームギヤにおけるウォーム長と回転バランスとの関係を示す図である。
【図７】面取り角θ２が45°のウォームギヤにおけるウォーム長と回転バランスとの関係を示す図である。
【図８】本発明に係るウォーム長決定方法によってウォーム長が決定されたウォームギヤを備えるモータ装置の一例を示す概略図である。
【図９】本発明に係るウォーム長決定方法の一例を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
まず、回転バランスが良好なウォームギヤを実現するための研究の過程で本件発明者らが得た知見について説明する。尚、本明細書におけるウォームギヤの回転バランスとは、回転中心（中心軸）に対する重心位置のずれ[g・mm]である。また、以下の説明では、ウォームギヤの長さを「ウォーム長Ｌ」と呼ぶ。
【００１２】
図１に示すように、ウォーム長Ｌは、ウォームギヤ１の軸方向長さであって、ウォームギヤ１の中心軸Ｘに沿った一方の端面２から他方の端面３までの直線距離に相当する。図１に示されているリード角θ１は、ギヤ歯の円錐つる巻き線とその上の１点を通るウォームギヤ１の中心軸Ｘに直角が平面とがなす角度である。また、図１に示されている面取り角θ２は、ウォームギヤ１の軸方向両端に形成された平坦面２ａ，３ａとウォームギヤ１の中心軸Ｘに平行な平面とがなす角度である。この平坦面２ａ，３ａは、ウォームギヤ１の軸方向両端のギヤ歯の一部を切削することによって、つまり、ウォームギヤ１の軸方向両端のギヤ歯に面取りを施すことによって形成されるものである。
【００１３】
図２〜図４のグラフ中に示されている曲線は、面取り角θ２が同一（30[°]）で、リード角θ１が異なる３つのウォームギヤのそれぞれにおけるウォーム長Ｌ[ｍｍ]と回転バランス[g・mm]との関係を示す特性曲線の一部分である。具体的には、図２のグラフ中の曲線は、リード角θ１が3.429[°]のウォームギヤにおけるウォーム長Ｌ[mm]と回転バランス[g・mm]との関係を示す特性曲線の一部分である。図３のグラフ中の曲線は、リード角θ１が3.729[°]のウォームギヤにおけるウォーム長Ｌ[mm]と回転バランス[g・mm]との関係を示す特性曲線の一部分である。図４のグラフ中の曲線は、リード角θ１が4.029[°]のウォームギヤにおけるウォーム長Ｌ[mm]と回転バランス[g・mm]との関係を示す特性曲線の一部分である。尚、それぞれの特性曲線は、本件発明者らがコンピュータを用いて行ったシミュレーションによって得られたものである。
【００１４】
図２〜図４より、各ウォームギヤの回転バランスは、ウォーム長Ｌの変化に伴って周期的に変化することが理解できる。言い換えれば、ウォーム長Ｌの変化に伴って回転バランスが波を打つように変化することが理解できる。また、それぞれの特性曲線上には、回転バランスが好転から悪化に変わることを示す変曲点が周期的に現れる。
【００１５】
例えば、図２に示される特性曲線上には、２つの変曲点（Ｐ１），（Ｐ２）が現れている。変曲点（Ｐ１）に対応するウォーム長Ｌは17.1［mm］であり、回転バランスは0.00551［g・mm］である。また、変曲点（Ｐ２）に対応するウォーム長Ｌは19.1［mm］であり、回転バランスは0.00649［g・mm］である。
【００１６】
図３に示される特性曲線上の変曲点（Ｐ１）に対応するウォーム長Ｌは20.6［mm］、回転バランスは0.01174［g・mm］であり、変曲点（Ｐ２）に対応するウォーム長Ｌは22.8［mm］、回転バランスは0.00243［g・mm］である。
【００１７】
図４に示される特性曲線上の変曲点（Ｐ１）に対応するウォーム長Ｌは17.5［mm］、回転バランスは0.00073［g・mm］であり、変曲点（Ｐ２）に対応するウォーム長Ｌは19.8［mm］、回転バランスは0.01650［g・mm］であ
尚、本件発明者らは、面取り角θ２が同一でリード角θ１が上記以外の角度である他の複数のウォームギヤについても同様のシミュレーションを行った。その結果、全てのウォームギヤについて、ウォーム長Ｌと回転バランスとの間に上記と同様の相関関係があることが確認された。つまり、全てのウォームギヤにおいて、回転バランスがウォーム長（Ｌ）の変化に伴って周期的に変化すること、その周期変化を示す特性曲線上には、回転バランスが好転から悪化に変わることを示す変曲点が周期的に現れること、が確認された。
【００１８】
図５〜図７のグラフ中に示されている曲線は、リード角θ１が同一（3.729[°]）で、面取り角θ２が異なる３つのウォームギヤのそれぞれにおけるウォーム長Ｌ[mm]と回転バランス［g・mm］との関係を示す特性曲線の一部分である。具体的には、図５のグラフ中の曲線は、面取り角θ２が15[°]のウォームギヤにおけるウォーム長Ｌ[mm]と回転バランス［g・mm］との関係を示す特性曲線の一部分である。図６のグラフ中の曲線は、面取り角θ２が25[°]のウォームギヤにおけるウォーム長Ｌ[mm]と回転バランス［g・mm］との関係を示す特性曲線の一部分である。図７のグラフ中の曲線は、面取り角θ２が45[°]のウォームギヤにおけるウォーム長Ｌ[mm]と回転バランス［g・mm］との関係を示す特性曲線の一部分である。尚、それぞれの特性曲線は、本件発明者らがコンピュータを用いて行ったシミュレーションによって得られたものである。
【００１９】
図５〜図７より、ウォームギヤの回転バランスは、ウォーム長Ｌの変化に伴って周期的に変化することが理解できる。言い換えれば、ウォーム長Ｌの変化に伴って回転バランスが波を打つように変化することが理解できる。また、それぞれの特性曲線上には、回転バランスが好転から悪化に変わることを示す変曲点が周期的に現れる。
【００２０】
例えば、図５に示される特性曲線上には、３つの変曲点（Ｐ１），（Ｐ２），（Ｐ３）が現れている。変曲点（Ｐ１）に対応するウォーム長Ｌは20.1［mm］であり、回転バランスは0.02208［g・mm］である。変曲点（Ｐ２）に対応するウォーム長Ｌは22.2［mm］であり、回転バランスは0.01092［g・mm］である。また、変曲点（Ｐ３）に対応するウォーム長Ｌは24.4［mm］であり、回転バランスは0.00192［g・mm］である。
【００２１】
図６に示される特性曲線上の変曲点（Ｐ１）に対応するウォーム長Ｌは20.4［mm］、回転バランスは0.00982［g・mm］であり、変曲点（Ｐ２）に対応するウォーム長Ｌは22.6［mm］、回転バランスは0.00096［g・mm］である。
【００２２】
図７に示される特性曲線上の変曲点（Ｐ１）に対応するウォーム長Ｌは17.1［mm］、回転バランスは0.00094［g・mm］であり、変曲点（Ｐ２）に対応するウォーム長Ｌは19.3［mm］、回転バランスは0.00202［g・mm］である。
【００２３】
尚、本件発明者らは、面取り角θ２が上記以外の角度である他の複数のウォームギヤについても、同様のシミュレーションを行った。その結果、全てのウォームギヤについて、ウォーム長Ｌと回転バランスとの間に上記と同様の相関関係があることが確認された。つまり、全てのウォームギヤにおいて、回転バランスがウォーム長Ｌの変化に伴って周期的に変化すること、その周期変化を示す特性曲線上には、回転バランスが好転から悪化に変わることを示す変曲点が周期的に現れること、が確認された。
【００２４】
次に、上記知見に基づく本発明のウォーム長決定方法の実施形態の一例について説明する。より具体的には、図８に示されているウォームギヤ１０のウォーム長Ｌを決定する場合を例にとって本発明のウォーム長決定方法の実施形態の一例について説明する。
【００２５】
図８に示されているウォームギヤ１０は、アーマチュア２０の回転軸２１に取り付けられており、かつ、ウォームホイール３０と噛み合わされて減速機構を構成している。ウォームギヤ１０は、アーマチュア２０の回転軸２１とは別体であり、回転軸２１に圧入されている。より具体的には、アーマチュア２０の回転軸２１はブラシホルダ４０に挿通されており、ウォームギヤ１０は、ブラシホルダ４０から突出している回転軸２１の先端側に圧入されている。
【００２６】
図９に示されるように、本実施形態に係るウォーム長決定方法は、諸元決定工程（Step1），１次暫定長決定工程（Step2），面取り角決定工程（Step3），２次暫定長決定工程（Step4）および最終長決定工程（Step5）を少なくとも有する。
【００２７】
諸元決定工程（Step1）では、ウォームギヤ１０（図８）に関する各種諸元を決定する。具体的には、ウォームホイール３０（図８）に形成されているギヤ歯（不図示）と噛み合うギヤ歯の数Ｎおよびリード角θ１を少なくとも決定する。当該諸元決定工程（Step1）において決定されるその他の諸元の一例としては、ピッチ，歯丈，モジュール，内径，外径，圧力角，転移係数などが挙げられる。
【００２８】
１次暫定長決定工程（Step2）では、諸元決定工程（Step1）において決定した諸元を実現するために必要な長さ［mm］を求める。以下の説明では、当該１次暫定長決定工程（Step2）において求められる長さを「有効長Ｌ１」と呼ぶ場合がある。
【００２９】
面取り角決定工程（Step3）では、ウォームギヤ１０（図８）の軸方向両端に施す面取りの角度［°］を決定する。以下の説明では、当該面取り角決定工程（Step3）において決定される面取りの角度を「面取り角θ２」と呼ぶ場合がある。
【００３０】
ウォームギヤ１０の製造過程で実施される面取り加工では、ウォームギヤ１０の軸方向両端のギヤ歯の一部を面取り角θ２で切削する。つまり、面取り角決定工程（Step3）において決定される面取り角（θ２）は、軸方向両端のギヤ歯に対する切削角度でもある。また、面取り加工によって切削された軸方向両端のギヤ歯は、ウォームホイール３０（図８）とは噛み合わず、ウォームホイール３０への動力伝達に寄与しない。言い換えれば、面取り加工の実施前においてウォームギヤ１０の軸方向両端にあったギヤ歯は、面取り加工の実施後にギヤ歯として機能しなくなる無効なギヤ歯である。さらに言い換えれば、２つの無効なギヤ歯の間にあるＮ個のギヤ歯は、ウォームホイール３０と噛み合ってウォームホイール３０へ動力を伝達する有効なギヤ歯である。
【００３１】
図９に示されている２次暫定長決定工程（Step4）では、面取り加工を実施するために必要な余長（面取り長さ）を含む長さ［mm］を求める。具体的には、面取り角決定工程（Step3）において決定した面取り角θ２で面取りを行った上で有効長Ｌ１を確保するために必要な長さを求める。以下の説明では、当該２次暫定長決定工程（Step4）において求められる長さを「面取り前全長Ｌ２」と呼ぶ場合がある。つまり、当該２次暫定長決定工程（Step4）では、１次暫定長決定工程（Step２）で求めた有効長Ｌ１に面取り長さを足した長さを面取り前全長Ｌ２として求める。尚、面取り加工を実施するために必要な余長（面取り長さ）は、歯丈に基づいて求めることができる。
【００３２】
最終長決定工程（Step5）では、諸元決定工程（Step1）において決定したリード角θ１および面取り角決定工程（Step3）において決定した面取り角θ２を備えるウォームギヤの長さと回転バランスとの関係を示す特性曲線に基づいてウォームギヤ１０の最終的な長さであるウォーム長Ｌ［mm］を決定する。具体的には、特性曲線上において、２次暫定長決定工程（Step4）において求めた面取り前全長Ｌ２を超える領域で最初に現れる変曲点に対応する長さをウォーム長Ｌと決定する。
【００３３】
最終長決定工程（Step5）よりも前の各工程において決定され、又は求められた値が次のとおりであったと仮定する。
【００３４】
ギヤ歯の数Ｎ      ：６［個］
リード角θ１      ：3.729［°］
有効長Ｌ１        ：13.032［mm］
面取り角θ２      ：45［°］
面取り前全長Ｌ２  ：16.79（13.032＋3.758）［mm］
リード角θ１が3.729[°]で、面取り角θ２が45[°]であるウォームギヤの長さと回転バランスとの関係を示す特性曲線（図７）を参照すると、図９に示される面取り角決定工程（Step3）において決定された面取り前全長Ｌ２（＝16.79［mm］）を越える領域で最初に現れる変曲点（Ｐ１）に対応する長さは17.1［mm］である。この場合、図９に示される最終長決定工程（Step5）では、図７に示される変曲点（Ｐ１）に対応する長さである17.1［mm］をウォーム長Ｌと決定する。
【００３５】
ここで、図９に示される２次暫定長決定工程（Step4）において決定された面取り前全長Ｌ２（＝16.79［mm］）を超える長さがあれば、面取り角決定工程（Step3）で決定した面取り角θ２（＝45［°］）で面取りを行った上で有効長Ｌ１（＝13.032［mm］）を確保することはできる。しかし、図７に示される変曲点（Ｐ１）に対応する長さ（＝17.1［mm］）まで延長することによって、より良好な回転バランスが得らえる。図７には具体的数値は示されていないが、面取り前全長Ｌ２（＝16.79［mm］）における回転バランスが、屈曲点（Ｐ１）における回転バランス（0.00094［g・mm］）よりも大きい（悪い）ことは明らかである。
【００３６】
尚、図７に示される変曲点（Ｐ１）の先にも同様の変曲点が現れる。しかし、変曲点（Ｐ１）よりも先に現れる他の変曲点（例えば、屈曲点（Ｐ２））に対応する長さをウォーム長Ｌと決定した場合、ウォームギヤの全長が必要以上に長くなり、減速機構の大型化を招き、ひいては減速機構を含む装置全体の大型化を招くことになる。
【００３７】
以上のように、本実施形態に係るウォーム長決定方法によれば、有効長に対する延長を最小限に抑えつつ、回転バランスが良好なウォームギヤを容易かつ確実に製造することができる。尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。また、本発明のウォーム長決定方法によって長さが決定されるウォームギヤは、アーマチュアの回転軸に取り付けられるウォームギヤに限られない。
【符号の説明】
【００３８】
１，１０    ウォームギヤ
２，３    端面
２ａ，３ａ    平坦面
２０    アーマチュア
２１    回転軸
３０    ウォームホイール
４０    ブラシホルダ
Ｌ    ウォーム長
Ｌ１    有効長
Ｌ２    面取り前全長
Ｘ    中心軸
θ１    リード角
θ２    面取り角
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３    変曲点
【図１】
2020169721.tif 000003
【図２】
2020169721.tif 000004
【図３】
2020169721.tif 000005
【図４】
2020169721.tif 000006
【図５】
2020169721.tif 000007
【図６】
2020169721.tif 000008
【図７】
2020169721.tif 000009
【図８】
2020169721.tif 000010
【図９】
2020169721.tif 000011