(57)【要約】【課題】鼓形ウォームギヤ用の鋼製のホイールを研削仕上げする。【解決手段】表面硬化可能な鋼製のホイール素材を鼓形ホブにより歯切りし、歯面硬化して形成するホイールを電着砥石とともにホブ盤にセットしてホイールの各歯の歯面を研削する。【選択図】図１
2012240171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製の鼓形ウォームと組み合わせる鼓形ウォームギヤ用の鋼製のホイールの研削仕上げ方法であって、鋼材のホイール素材を鼓形ホブにより歯切りして形成するホイールを前記鼓形ウォームの形状の電着砥石とともにホブ盤上にセットし、電着砥石をホイールに噛み合わせてホイールの歯の両側の歯面に当て、電着砥石を回転軸方向に移動させることなく回転軸まわりに回転させながらホイールを所定の減速比に従って回転させることにより、ホイールの各歯の両側の歯面を同時に研削することを特徴とする鼓形ウォームギヤ用のホイールの研削仕上げ方法。
【請求項２】
鋼製の鼓形ウォームと組み合わせる鼓形ウォームギヤ用の鋼製のホイールの研削仕上げ方法であって、鋼材のホイール素材を鼓形ホブにより歯切りして形成するホイールを前記鼓形ウォームの形状で前記鼓形ホブの歯厚より小さい歯厚の電着砥石とともにホブ盤上にセットし、電着砥石をホイールに噛み合わせてホイールの歯の片側の歯面に当て、電着砥石を回転軸方向に移動させることなく回転軸まわりに回転させながらホイールを所定の減速比に従って回転させることにより、ホイールの各歯の片側の歯面を研削することを特徴とする鼓形ウォームギヤ用のホイールの研削仕上げ方法。
【請求項３】
前記電着砥石、ホイール間の減速比ｊは、ｊ＝ｉ／（１±δ／（２πＲ））とすることを特徴とする請求項２記載の鼓形ウォームギヤ用のホイールの研削仕上げ方法。ただし、ｉは、鼓形ウォームギヤの減速比、δは、前記ホイールの１回転当りの切込量、Ｒは、前記ホイールのピッチ円半径である。
【請求項４】
前記電着砥石の歯厚は、前記鼓形ホブの歯厚の７０〜９５％とすることを特徴とする請求項２または請求項３記載の鼓形ウォームギヤ用のホイールの研削仕上げ方法。
【請求項５】
前記ホイールの１回転当りの切込量δは、δ≦０．５ｄ／ｍ（ただし、ｍ＝２〜１０）とすることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか記載の鼓形ウォームギヤ用のホイールの研削仕上げ方法。ただし、ｄは、前記電着砥石の平均砥粒径である。
【請求項６】
鋼製の鼓形ウォームと、請求項１ないし請求項５のいずれか記載の研削仕上げ方法を適用した鋼製のホイールとを組み合わせてなる鼓形ウォームギヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、鋼製の鼓形ウォームと組み合わせて鼓形ウォームギヤを構成する鋼製のホイールを研削仕上げするための鼓形ウォームギヤ用のホイールの研削仕上げ方法と、鼓形ウォームギヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
ウォームギヤは、大きな減速比を実現することができる反面、ウォームとホイールとの間に大きな滑り接触が介在するため、鋼製のウォームと銅合金製のホイールとを組み合わせて焼付きを防止する。
【０００３】
しかし、銅合金は、硬度が低く、摩耗し易いという問題がある。そこで、鋼製のホイールを採用し、焼付きを防止するためにウォームとホイールとの歯形をニーマン歯形とし、滑り接触を少なくして油膜形成を良好にすることができる鋼製のホイールの研削仕上げ方法が提案されている（特許文献１）。すなわち、鋼製のホイールの歯面を熱処理硬化した後、ウォーム形状の電着砥石をホイールに噛み合わせ、電着砥石を回転軸まわりに回転させながら回転軸方向に移動させてホイールを所定の速度比に回転させることにより、ホイールの歯面を適切に研削することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１６７５４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
かかる従来技術によるときは、ウォーム形状の電着砥石を回転軸まわりに回転させながら回転軸方向に移動させることが不可欠であるので、円筒ウォームを使用する円筒ウォームギヤ用のホイールにしか適用できず、鼓形ウォームを使用する鼓形ウォームギヤ用のホイールに対して本質的に適用不可能であるという問題があった。なお、鼓形ウォームギヤは、ウォームとホイールの各歯面の接触線が滑り方向に対して大きな角度を有するため、油膜形成が良好であり、ウォームとホイールとの各歯面の相対曲率半径が円筒ウォームギヤの約４倍にも達するため、円筒ウォームギヤの４倍の負荷トルクを加えてもヘルツ面圧が変わらず、格段に大きな負荷容量を実現することができ、同じ負荷トルクなら、ウォームとホイールとの中心距離に代表される各部のサイズを約７０％に小形化することができる。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、鋼製の鼓形ウォームと組み合わせる鼓形ウォームギヤ用の鋼製のホイールを研削仕上げするための鼓形ウォームギヤ用のホイールの研削仕上げ方法と、鼓形ウォームギヤを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的を達成するためのこの出願の第１発明（請求項１に係る発明をいう、以下同じ）の構成は、鋼製の鼓形ウォームと組み合わせる鼓形ウォームギヤ用の鋼製のホイールの研削仕上げ方法であって、鋼材のホイール素材を鼓形ホブにより歯切りして形成するホイールを鼓形ウォームの形状の電着砥石とともにホブ盤上にセットし、電着砥石をホイールに噛み合わせてホイールの歯の両側の歯面に当て、電着砥石を回転軸方向に移動させることなく回転軸まわりに回転させながらホイールを所定の減速比に従って回転させることにより、ホイールの各歯の両側の歯面を同時に研削することをその要旨とする。
【０００８】
第２発明（請求項２に係る発明をいう、以下同じ）の構成は、鋼製の鼓形ウォームと組み合わせる鼓形ウォームギヤ用の鋼製のホイールの研削仕上げ方法であって、鋼材のホイール素材を鼓形ホブにより歯切りして形成するホイールを鼓形ウォームの形状で鼓形ホブの歯厚より小さい歯厚の電着砥石とともにホブ盤上にセットし、電着砥石をホイールに噛み合わせてホイールの歯の片側の歯面に当て、電着砥石を回転軸方向に移動させることなく回転軸まわりに回転させながらホイールを所定の減速比に従って回転させることにより、ホイールの各歯の片側の歯面を研削することをその要旨とする。
【０００９】
なお、第２発明において、電着砥石、ホイール間の減速比ｊは、ｊ＝ｉ／（１±δ／（２πＲ））としてもよい。ただし、ｉは、鼓形ウォームギヤの減速比、δは、ホイールの１回転当りの切込量、Ｒは、ホイールのピッチ円半径である。また、電着砥石の歯厚は、鼓形ホブの歯厚の７０〜９５％としてもよい。
【００１０】
さらに、第１発明、第２発明において、ホイールの１回転当りの切込量δは、δ≦０．５ｄ／ｍ（ただし、ｍ＝２〜１０）としてもよい。ただし、ｄは、電着砥石の平均砥粒径である。
【００１１】
第３発明（請求項６に係る発明をいう、以下同じ）の構成は、鋼製の鼓形ウォームと、第１発明または第２発明に係る研削仕上げ方法を適用した鋼製のホイールとを組み合わせることをその要旨とする。
【発明の効果】
【００１２】
かかる第１発明の構成によるときは、鼓形ホブにより歯切りして形成するホイールと、鼓形ウォームの形状の電着砥石とを、それぞれホブ盤のワークテーブル上、ホブ軸上にセットする。ただし、鼓形ホブ、電着砥石の各基礎ねじ面は、互いに同一であって、それぞれ鼓形ウォームギヤを構成する鼓形ウォームのねじ面と実質的に同形である。また、電着砥石の歯厚は、鼓形ホブの歯厚と同等である。そこで、ホブ盤上において、このような電着砥石をホイールの歯の両側の歯面に当たるように噛み合わせると、歯面硬化処理などによって生じた歪相当分だけ電着砥石、ホイールの中心距離が鼓形ウォームギヤの規定の中心距離より大きくなる。したがって、ホイールの１回転当りの切込量が適切になるようにワークテーブルのラジアルフィードを掛け、電着砥石、ホイールの中心距離が規定の中心距離になるまでホイールを電着砥石に近付けることにより、ホイールの各歯の両側の歯面を同時に研削し、研削を完了することができる。
【００１３】
なお、研削中の電着砥石は、回転軸方向に移動させることなく回転軸まわりに回転させ、ホイールは、所定の減速比、すなわち鼓形ウォームギヤの減速比に従って電着砥石に同期回転させる。また、ワークテーブルの１回転当りのラジアルフィード量δr は、電着砥石の圧力角α、ホイールの１回転当りの切込量δとして、δr ＝δ／tan αで与えられる。ただし、ホイールの１回転当りの切込量δとは、ホイールの歯のピッチ円上において、ホイールの１回転ごとにピッチ円の円周方向に切り込まれる切込量をいうものとする。
【００１４】
第２発明の構成によるときは、ホブ盤上にセットするホイール、電着砥石は、電着砥石の歯厚が鼓形ホブの歯厚より小さい点を除いて第１発明のホイール、電着砥石と変わるところがない。また、このようなホイール、電着砥石は、ホブ盤上において両者の中心距離を規定の中心距離にセットすると、両者の歯面間に隙間がある状態で噛み合わされ、鼓形ウォームギヤの減速比で両者を同期回転してもホイールの歯面の研削が進行しない。そこで、両者を回転駆動するワークテーブル、ホブ軸の回転数を調節し、両者の回転数に相対的な速度差を設定することにより、ホイールの１回転当りの適切な切込量を実現することができる。
【００１５】
すなわち、このときのホイールは、電着砥石に対し、１回転当り一定の相対的な回転角度差±Δθを生じ、ホイールの１回転当りの切込量δ＝Ｒ・Δθを生じるように、鼓形ウォームギヤの減速比を修正した所定の減速比に従って回転させればよい。ただし、回転角度差±Δθの正負の符号を選択することにより、ホイールの各歯の異なる歯面を研削することができ、各歯の片側の歯面ごとに、未研削の黒皮部分を消失させて研削を完了することができる。また、片側の歯面を研削中のホイールの回転回数Ｎを設定し、合計切込量Ｎδが当初の歯面間の片側の隙間より十分大きくなったことにより片側の歯面の研削を完了させてもよい。
【００１６】
第２発明において、電着砥石、ホイール間の減速比ｊ＝ｉ／（１±δ／（２πＲ））に設定することにより、ホイールの１回転当りの切込量δ＝Ｒ・Δθを実現することができる。鼓形ウォームギヤの減速比ｉに対し、回転角度差±Δθを生じるとき、電着砥石、ホイール間の減速比ｊ＝ｉ／（１±Δθ／２π）＝ｉ／（１±δ／（２πＲ））が成立するからである。
【００１７】
また、第２発明において、電着砥石の歯厚は、鼓形ホブの歯厚の７０〜９５％に設定することが好ましい。前者が後者の７０％未満であると、電着砥石とホイールとを規定の中心距離に噛み合わせるとき、両者の歯面間の隙間が過大となり、研削時間が無駄になりがちである。また、９５％超であると、歯面間の隙間が小さく、ホイールの歯に生じる歯面硬化などに基づく歪により、電着砥石を規定の中心距離に噛み合わせることができなくなるおそれがある。
【００１８】
なお、第１発明、第２発明において、ホイールの１回転当りの切込量δ≦０．５ｄ／ｍ（ただし、ｍ＝２〜１０）とすることにより、電着砥石の目詰りを防ぎ、良好な研削性を維持することができる。ｍ＞１０では、研削能率が悪く、ｍ＜２では、研削表面の粗さが過大になる。なお、電着砥石の砥粒は、ＣＢＮ砥粒またはダイヤモンド砥粒が好ましく、δ＝１〜１０μｍ程度に設定することが好ましい。
【００１９】
第３発明の構成によるときは、第１発明、第２発明を適用して製作する鋼製のホイールを鋼製の鼓形ウォームと組み合わせることにより、強度が大きく、コスト的にも有利な鼓形ウォームギヤを実現することができる。なお、ここでいう鋼製の鼓形ウォームは、ホイールと同様の鋼材を使用することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】全体工程手順図
【図２】鼓形ウォームギヤの構成説明図
【図３】加工状態説明図
【図４】工具説明図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。
【００２２】
鼓形ウォームギヤ用のホイールの研削仕上げ方法は、図１のステップ（１）〜（３）の手順によって実施する。ただし、このようにして製作する鋼製のホイールＢは、鋼製の鼓形ウォームＡと組み合わせ、鼓形ウォームギヤとして完成させる（同図のステップ（４）、図２）。
【００２３】
鼓形ウォームギヤの鼓形ウォームＡは、ウォーム歯幅Ａ1 を有し、鼓形ウォームＡ、ホイールＢの軸心Ｃ1 、Ｃ2 は、互いに直交し、所定の中心距離ＣＤa を隔てている。そこで、鼓形ウォームＡのねじ面の条数ｔ、ホイールＢの歯数Ｚとし、鼓形ウォームＡ、ホイールＢの回転数Ｒ1 、Ｒ2 とすると、鼓形ウォームギヤの減速比ｉ＝Ｒ1 ／Ｒ2 ＝Ｚ／ｔである。
【００２４】
ホイールＢを作るときは、まず、表面硬化可能な鋼材のホイール素材を歯切りする（図１のステップ（１）、以下単に（１）のように記す）。すなわち、鋼材のホイール素材３０は、ホブ盤５０上において、鼓形ホブ２１により歯切りする（図３）。ただし、図３（Ｂ）は、同図（Ａ）のＸ矢視相当図である。鼓形ホブ２１は、ウォーム歯幅２１ａ内において、鼓形ウォームＡのねじ面と実質的に同形の基礎ねじ面を有する（図４（Ａ））。
【００２５】
ホブ盤５０は、ベッド５１の一端部にコラム５２を立設し（図３）、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、鼓形ホブ２１が保持されている。鼓形ホブ２１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、ホイール素材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。ホイール素材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。そこで、ホブ盤５０は、鼓形ホブ２１に対してホイール素材３０を所定の減速比ｉに従って同期回転させながら、両者の中心距離を規定の中心距離ＣＤa にまで近付けることにより、ホイール素材３０をホイールＢとほぼ同形に歯切りすることができる。
【００２６】
つづいて、歯切りされたホイール素材３０、すなわちホイールを歯面硬化処理する（２）。歯面硬化処理は、浸炭焼入れ、高周波焼入れ、タフトライドなどの通常の手法でよい。
【００２７】
その後、歯面硬化処理されたホイールの歯面を研削する（３）。研削作業は、ホブ盤５０のホブ軸５５に図４（Ｂ）の電着砥石２２を装着し、ワークテーブル５７上に歯面硬化処理後のホイールを装着して実施する。ただし、電着砥石２２は、ウォーム歯幅２２ａ内において、鼓形ホブ２１と同一の基礎ねじ面を有し、鼓形ウォームＡの形状である。また、電着砥石２２の歯厚は、図４に拘らず、鼓形ホブ２１の歯厚と同等である。
【００２８】
電着砥石２２による研削工程は、ホブ盤５０上において、電着砥石２２をホイールに噛み合わせて電着砥石２２をホイールの歯の両側の歯面に当て、所定の減速比ｉに従ってホイールを電着砥石２２に同期回転させる。ただし、このときの電着砥石２２は、ホブ軸５５に一致する回転軸まわりに回転させ、回転軸方向に移動させない。また、ホイールの１回転当りの切込量δが適切になるようにワークテーブル５７をホブ軸５５に向けてラジアルフィードし、ホイールの各歯の両側の歯面を同時に研削する。なお、電着砥石２２とホイールとの中心距離が規定の中心距離ＣＤa に達したら研削完了とする。
【００２９】
このようにして研削完了した鋼製のホイールは、ホイールＢとして、鋼製の鼓形ウォームＡと組み合わせ（４）、鼓形ウォームギヤとして完成させる。なお、図４（Ａ）、（Ｂ）において、鼓形ホブ２１、電着砥石２２のウォーム歯幅２１ａ、２２ａ内の基礎ねじ面は、図示に拘らず、互いに同一であり、それぞれ鼓形ウォームＡのウォーム歯幅Ａ1 内のねじ面と実質的に同形である。鼓形ホブ２１のねじ面には、ほぼ軸方向の溝２１ｂ、２１ｂ…を介し、太線で示す切れ刃２１ｃ、２１ｃ…、粗いドットで示すねじ筋の両側面の逃げ面（横二番）、細かいドットで示すねじ筋の頂面の逃げ面（すくい二番）が形成され、各切れ刃２１ｃは、ねじ筋の断面の歯形に沿って形成されている。また、電着砥石２２のねじ面には、図示しない砥粒が全表面に電着されている。
【００３０】
以上の説明において、ホイール素材３０用の鋼材は、焼入れ可能な鋼材とし、歯切り後に焼入れ処理してもよい。また、鼓形ウォームＡ用の鋼材は、ホイール素材３０用と同様の鋼材とし、歯切り後のホイールと同様の歯面硬化処理または焼入れ処理を施すことが好ましい。ただし、歯切り後のホイールは、歯面硬化処理、焼入れ処理のいずれをも省略することも可能である。
【他の実施の形態】
【００３１】
図１のステップ（３）の研削工程は、電着砥石２２の歯厚を鼓形ホブ２１の歯厚の７０〜９０％とし、ホブ盤５０上において、電着砥石２２をホイールに噛み合わせてホイールの歯の片側の歯面に当て、ホイールの各歯の片側の歯面を個別に研削することができる。
【００３２】
このときの電着砥石２２とホイールとは、研削の当初から両者の中心距離を規定の中心距離ＣＤa に保持することができ、両者の減速比ｊ＝ｉ／（１±Δθ／２π）＝ｉ（１±δ／（２πＲ））に従ってホイールを回転させることにより、適切なホイールの１回転当りの切込量δ＝Ｒ・Δθを実現することができる。ここで、Δθは、電着砥石２２に対するホイールの１回転当りの回転角度差、Ｒは、ホイールの歯のピッチ円半径である。また、研削中の片側の歯面に黒皮部分がなくなったら研削完了としてよく、ホイールの回転回数Ｎにより研削完了のタイミングを検出することができる。なお、その他の材料や、処理内容とその有無、研削条件などは、先きの実施の形態と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
この発明は、鋼製の鼓形ウォーム、鋼製のホイールを組み合わせることにより、鼓形ウォームギヤの実用性を一層高め、従来の円筒ウォーム減速機や、ハイポイドギヤ減速機などの代替機種として、あるいは、バックラッシの変化がない減速機が求められる精密工作機械分野などに対して広く好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００３４】
ｉ、ｊ…減速比
Ａ…鼓形ウォーム
Ｂ…ホイール
２１…鼓形ホブ
２２…電着砥石
３０…ホイール素材
５０…ホブ盤
特許出願人      株式会社  シンヱーテック
【図１】
2012240171.tif 000003
【図２】
2012240171.tif 000004
【図３】
2012240171.tif 000005
【図４】
2012240171.tif 000006