(57)【要約】【課題】円柱状素材の周面転造部に隣接して矯正ダイス用の一定幅のフラット部を加工物に設ける必要がなく、適用できるワークが限られることがない、かつ転造加工によるワークの曲がりが小さく、曲がり取り矯正などの工程が不要となるウォーム軸転造加工用平ダイスを提供。【解決手段】平ダイス６、７の食いつき部30始端のねじ山のリード角をβ１、平ダイスの仕上げ部31終端のねじ山のリード角をβ２とし、β１＜β２  に設定し、かつ平ダイスの食いつき部始端のねじ山のリード角β１から前記平ダイスの仕上げ部終端のねじ山のリード角β２に至るまで、リード角を連続的にかつなめらかに変化させてねじ山を形成したものである。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の平ダイス間に配置して円柱状素材の周面転造部にウォームギヤを形成するウオーム軸の転造加工用平ダイスにおいて、前記平ダイスの食いつき部始端のねじ山のリード角をβ１、前記平ダイスの仕上げ部終端のねじ山のリード角をβ２とし、β１＜β２  に設定し、かつ前記平ダイスの食いつき部始端のねじ山のリード角β１から前記平ダイスの仕上げ部終端のねじ山のリード角β２に至るまで、前記リード角を連続的にかつなめらかに変化させてねじ山を形成したことを特徴とするウォーム軸転造加工用平ダイス。
【請求項２】
一対の平ダイス間に配置して円柱状素材の周面転造部にウォームギヤを形成するウオーム軸の転造加工用平ダイスにおいて、前記円柱状素材の外径をＤ0 、ウォームギヤの外径をＤ3 、ウォームギヤの歯底径をＤ4 としたとき、前記平ダイスの食いつき部始端のねじ山のリード角をβ１、食いつき部での前記円柱状素材の設計ころがり径をＤ1 、ウォームギヤの軸方向ピッチをＰとして、
前記食いつき部での前記円柱状素材の設計ころがり径をＤ1 を、
（Ｄ0 ×0.95）＜Ｄ1 ＜（Ｄ0 ×1.05）                                          とし、ｔａｎβ１＝Ｐ／πＤ1   となるように、β１を設定し、
前記平ダイスの仕上げ部終端のねじ山のリード角をβ２、仕上げ部での円柱状素材の設計ころがり径をＤ2 として、仕上げ部での前記円柱状素材の設計ころがり径をＤ2 を、
〔（Ｄ3 ＋Ｄ4 ）／２〕＜Ｄ2 ＜1.1 ×〔（Ｄ3 ＋Ｄ4 ）／２〕
とし、ｔａｎβ２＝Ｐ／πＤ2   となるように、β２を設定し、
かつ前記平ダイスの食いつき部始端のねじ山のリード角β１から前記平ダイスの仕上げ部終端のねじ山のリード角β２に至るまで、前記リード角を連続的にかつなめらかに変化させてねじ山を形成したことを特徴とするウォーム軸転造加工用平ダイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はウォームギヤ付シャフトであるウオーム軸の転造加工用平ダイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、小形モータなどに使用されるウォームギヤ付シャフトであるウオーム軸は、転造加工により円柱状素材の周面転造部にウォームギヤが形成される。即ち、円柱状素材を一対のダイスにて押圧しながら互いに逆方向に移動させ、これにより円柱状素材を回転させてその周面転造部にウォームギヤを形成させる。
【特許文献１】特開２００３−１４５２４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
かかる従来の転造加工によりウオーム軸を形成する場合、転造用ダイスの端部での加重アンバランスにより、転造加工したウオーム軸の一例の側面図である図１に示すように、ウオーム軸12の切れ上がり部、即ち、円柱状素材の周面転造部２の端部、に曲がり５が発生する。ウオーム軸12に発生した曲がり５は、小形モータに組み込まれると、異常振動や騒音の原因となるので、ウオーム軸12の曲がり５を一定レベル以下とするため、曲がり取り矯正などの工程を必要とするなどの課題があった。こうした課題を解決する方法として、特許文献１では平ダイスにおいて、転造中の平ダイスの両側面に、各一対の矯正ダイスを、円柱状素材の周面転造部に隣接した円筒部に接するように配置し、曲がりを矯正する方法を提案する。しかしながら、この方法では、ウオーム軸加工部、即ち円柱状素材の周面転造部、に隣接して矯正ダイスを押し当てる押し当て部として、一定幅のフラット部を加工物に設ける必要があり、適用できるワークが限られた。また、ウオーム転造加工では、加工が進むに従い、平ダイスのリード角に対応した転がり径にずれが生じ、ウォームギヤの有効歯幅が短くなるという課題もあった。
【０００４】
本発明の課題は、かかる従来の課題を解決した、円柱状素材の周面転造部に隣接して矯正ダイス用の一定幅のフラット部を加工物に設ける必要がなく、適用できるワークが限られることがない、かつ転造加工によるワークの曲がりが小さく、曲がり取り矯正などの工程が不要となるウォーム軸転造加工用平ダイスを提供することにある。
本発明の別の課題は、転造加工による歩みによりウォームギヤの有効歯幅が短くならず、必要な有効歯幅を確保できるウォーム軸転造加工用平ダイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このため本発明は、一対の平ダイス間に配置して円柱状素材の周面転造部にウォームギヤを形成するウオーム軸の転造加工用平ダイスにおいて、前記平ダイスの食いつき部始端のねじ山のリード角をβ１、前記平ダイスの仕上げ部終端のねじ山のリード角をβ２とし、β１＜β２  に設定し、かつ前記平ダイスの食いつき部始端のねじ山のリード角β１から前記平ダイスの仕上げ部終端のねじ山のリード角β２に至るまで、前記リード角を連続的にかつなめらかに変化させてねじ山を形成したことを特徴とするウォーム軸転造加工用平ダイスを提供することにより上述した本発明の課題を解決した。
【発明の効果】
【０００６】
矯正用ダイスを使用しないウォーム軸の転造加工においては、転造加工時に被加工物が滑りなしでころがる円をころがり円と呼ぶが、このころがり円の径、ころがり径Ｄは転造加工の実験により求めらる。また、被加工物を加工するための平ダイスのリード角をβ、ウォームギヤの軸方向ピッチをＰとすると、ｔａｎβ＝Ｐ／πＤ  の関係が成立するが、実際の転造加工においては、平ダイスの食いつき部から仕上げ部にかけて円柱状素材の材料がウォームギヤの歯先まで盛り上がり、円柱状素材のころがり径が次第に大きくなる。このため、平ダイスのリード角βが一定の場合は、設計ころがり径Ｄと実際のころがり径との差により、ウォーム軸が軸方向に移動する歩みが生じるが、本発明では、平ダイスの食いつき部の円柱状素材のころがり径＜仕上げ部のころがり径、と設定し、平ダイスの食いつき部始端のねじ山のリード角β１＜仕上げ部終端のねじ山のリード角β２とし、かつ前記平ダイスの食いつき部始端のねじ山のリード角β１から前記平ダイスの仕上げ部終端のねじ山のリード角β２に至るまで、前記リード角を連続的にかつなめらかに変化させてねじ山を形成したので、転造加工での歩みを小さくすることができ、円柱状素材の周面転造部に隣接して矯正ダイス用の一定幅のフラット部を加工物に設ける必要がなく、適用できるワークが限られることがなく、かつ転造加工によるワークの曲がりが小さく、曲がり取り矯正などの工程が不要となるウォーム軸転造加工用平ダイスを提供するものとなった。
【０００７】
好ましくは、一対の平ダイス間に配置して円柱状素材の周面転造部にウォームギヤを形成するウオーム軸の転造加工用平ダイスにおいて、前記円柱状素材の外径をＤ0 、ウォームギヤの外径をＤ3 、ウォームギヤの歯底径をＤ4 としたとき、前記平ダイスの食いつき部始端のねじ山のリード角をβ１、食いつき部での前記円柱状素材の設計ころがり径をＤ1 、ウォームギヤの軸方向ピッチをＰとして、
前記食いつき部での前記円柱状素材の設計ころがり径をＤ1 を、
（Ｄ0 ×0.95）＜Ｄ1 ＜（Ｄ0 ×1.05）                                          とし、ｔａｎβ１＝Ｐ／πＤ1   となるように、β１を設定し、
前記平ダイスの仕上げ部終端のねじ山のリード角をβ２、仕上げ部での円柱状素材の設計ころがり径をＤ2 として、仕上げ部での前記円柱状素材の設計ころがり径をＤ2 を、
〔（Ｄ3 ＋Ｄ4 ）／２〕＜Ｄ2 ＜1.1 ×〔（Ｄ3 ＋Ｄ4 ）／２〕
とし、ｔａｎβ２＝Ｐ／πＤ2   となるように、β２を設定し、
かつ前記平ダイスの食いつき部始端のねじ山のリード角β１から前記平ダイスの仕上げ部終端のねじ山のリード角β２に至るまで、前記リード角を連続的にかつなめらかに変化させてねじ山を形成したことで、平ダイスの食いつき部での円柱状素材のころがり径は、円柱状素材の径に近似しており、仕上げ部での円柱状素材のころがり径は、ウォームギヤの外径をＤ3 とウォームギヤの歯底径をＤ4 との中間径より若干大きめとなることから、平ダイスの食いつき部、仕上げ部のリード角を上記の設定とすることで、転造加工でのウオーム軸の歩みをほぼゼロにすることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の第１の実施形態のウォーム軸転造加工用平ダイスを図１乃至図４を参照して説明する。図１は転造加工したウオーム軸の一例の側面図、図２は本発明の実施形態のウォーム軸転造加工用平ダイスの要部断面図、図３は図２のＡ矢視方向要部側面図で、ウォーム軸転造加工用下平ダイス７を立面図としてみたものであり、図４は図２、図３の平ダイスを使用したときのワークが転造加工により軸方向に移動する量である歩み量と、転造加工時間との関係を示すグラフ、図５は図６の平ダイスを使用したときのワークが転造加工により軸方向に移動する量である歩み量と、転造加工時間との関係を示すグラフ、図６は図３に対応した従来のウォーム軸転造加工用下平ダイスの立面図である。
【０００９】
図２に示すように、小形モータなどに使用されるウオーム軸は、円柱状素材であるワーク12を、図示しないセンタ保持装置により回転可能に保持し、ワーク12の周面転造部２を一対の平ダイス６、７で挟み込んで転がすことにより、押圧しながら一対の平ダイス６、７を互いに逆方向に移動させ、これにより円柱状素材であるワーク12を回転させてその周面転造部２にウォームギヤ４を塑性加工により形成させる。該センタ保持装置はワーク12の両センタを支持しワークの歩みに追従できるようにされているが、ワーク柄部円筒部１、３に嵌合し回転可能にされたブッシュ構造でもよい。
【００１０】
図６に示すような従来のウォーム軸転造加工用下平ダイス通常平ダイスでは、ダイス歯、即ち平ダイス上面の歯面のねじ山のリード角は一定で製作されるので、転造加工の進行に伴ってワークの周面転造部のころがり径が変化すると、上述したように、ワークは軸方向に移動することになり歩み現象が起きる。発明者らは、ワークの歩み方向が13で示す方向であるような転造加工を行うと、図１に示すようにワークの歩み方向とは反対方向側の、ウォームギヤ４とワーク柄部円筒部３の境界付近で、ワークの曲がりが発生することを発見した。
図６に示すように、ワーク12が転造加工により加工中のときのそれぞれの位置の平ダイス７とワーク柄部円筒部端部の位置関係は、15⇒16⇒17と、半径方向移動位置ａ〜ｃに対応して変化する。ワーク12は図でみて軸方向、矢印ｏｐ方向に歩む。即ちウォームギヤ４が加工さるべき加工部位を72とすると、加工部位72はワーク柄部円筒部３端部が15⇒16⇒17と加工が進むにつれて軸方向に矢印ｏｐ方向に移動する。このとき、ワークの歩み方向である矢印ｏｐ方向とは逆のウオームギヤ４と柄部円筒部３付近でワークの曲がりが発生し、加工精度を悪化させるとともに、ウォームギヤの有効歯幅が短くなった。図５のグラフに図６の平ダイスを使用したときのワークが転造加工により軸方向に移動する量である歩み量と、転造加工時間との関係を示す。
【００１１】
図２、図３に示すように、本発明の実施形態のウォーム軸転造加工用平ダイスは、一対の平ダイス６、７間に配置して円柱状素材であるワーク12の周面転造部２にウォームギヤ４を形成するウオーム軸の転造加工用平ダイスにおいて、平ダイス６、７の食いつき部30始端のねじ山のリード角をβ１、平ダイスの仕上げ部31終端のねじ山のリード角をβ２とし、β１＜β２  に設定し、かつ平ダイスの食いつき部始端のねじ山のリード角β１から前記平ダイスの仕上げ部終端のねじ山のリード角β２に至るまで、リード角を連続的にかつなめらかに変化させてねじ山を形成したものである。これにより、転造加工での歩みを小さくすることができ、円柱状素材の周面転造部２に隣接して矯正ダイス用の一定幅のフラット部を加工物に設ける必要がなく、適用できるワークが限られることがなく、かつ転造加工によるワークの曲がりが小さく、曲がり取り矯正などの工程が不要となるウォーム軸転造加工用平ダイスを提供するものとなった。
【実施例１】
【００１２】
図２、図３に示す本発明の実施形態のウォーム軸転造加工用平ダイスでは、円柱状素材であるワーク12の外径をＤ0 、ウォームギヤ４の外径をＤ3 、ウォームギヤの歯底径をＤ4 としたとき、平ダイスの食いつき部30始端のねじ山のリード角をβ１、食いつき部30での円柱状素材であるワーク12の設計ころがり径をＤ1 、ウォームギヤ４の軸方向ピッチをＰとして、  食いつき部30での円柱状素材であるワーク12の設計ころがり径をＤ1 を、
Ｄ1 ＝Ｄ0 とし、（（Ｄ0 ×0.95）＜Ｄ1 ＜（Ｄ0 ×1.05）でもよい）
ｔａｎβ１＝Ｐ／πＤ1   となるように、β１を設定し、
平ダイスの仕上げ部31終端のねじ山のリード角をβ２、仕上げ部31での円柱状素材であるワーク12の設計ころがり径をＤ2 として、仕上げ部31での円柱状素材であるワーク12の設計ころがり径をＤ2 を、  Ｄ2 = 1.05×〔（Ｄ3 ＋Ｄ4 ）／２〕  とし、
（Ｄ2 は、〔（Ｄ3 ＋Ｄ4 ）／２〕＜Ｄ2 ＜1.1 ×〔（Ｄ3 ＋Ｄ4 ）／２〕でもよい）    ｔａｎβ２＝Ｐ／πＤ2   となるように、β２を設定し、
かつ平ダイスの食いつき部30始端のねじ山のリード角β１から仕上げ部31終端のねじ山のリード角β２に至るまで、リード角を連続的にかつなめらかに変化させてねじ山を形成したことで、平ダイスの食いつき部での円柱状素材のころがり径は、円柱状素材の径に近似しており、仕上げ部での円柱状素材のころがり径は、ウォームギヤの外径をＤ3 とウォームギヤの歯底径をＤ4 との中間径より若干大きめとなることから、平ダイスの食いつき部、仕上げ部のリード角を上記の設定とすることで、平ダイス7aとワーク12の相対関係は、21⇒22⇒23のように加工が進むにつれて変化せず一定である。その結果ウォームギヤ端部の曲がりが小さく、加工精度が向上するとともに、不完全歯が少なく、ウォームギヤの有効歯幅を確保するものとなった。図４のグラフに図２、図３に示す本発明の実施形態のウォーム軸転造加工用平ダイスを使用したときのワークが転造加工により軸方向に移動する量である歩み量と、転造加工時間との関係に示すように、転造加工でのウオーム軸の歩みをほぼゼロにすることができた。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】転造加工したウオーム軸の一例の側面図。
【図２】本発明の実施形態のウォーム軸転造加工用平ダイスの要部断面図。
【図３】図２のＡ矢視方向要部側面図で、ウォーム軸転造加工用下平ダイス７を立面図としてみたものである。
【図４】図２、図３の平ダイスを使用したときのワークが転造加工により軸方向に移動する量である歩み量と、転造加工時間との関係を示すグラフ。
【図５】図６の平ダイスを使用したときのワークが転造加工により軸方向に移動する量である歩み量と、転造加工時間との関係を示すグラフ。
【図６】図３に対応した従来のウォーム軸転造加工用下平ダイスの立面図である。
【符号の説明】
【００１４】
２：円柱状素材の周面転造部、４：ウオーム、６、７：平ダイス
12：円柱状素材であるワーク、30：平ダイスの食いつき部、31：平ダイスの仕上げ部
β、β１、β２：平ダイスのねじ山のリード角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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