(57)【要約】【課題】試験効率が良く、ひいてはウォームギヤ機構の開発を短期間で且つ低コストで実現することができるウォームギヤ機構の評価試験装置を提供する。【解決手段】評価試験装置１００は、ウォームの歯面の一部に相当する第１歯面１を傾斜状に有する円盤状の第１試験片２と、ウォームホイールの歯溝内で相対向する一対の歯面の一方に相当する第２歯面３を有する第２試験片４とを用いる。ロードセル２４が第２試験片４の回転を拘束する。電動モータ７によって、第１試験片２を第１回転軸線Ｃ１の回りに回転駆動し、第１歯面１を第２歯面３に対して摺動させる。第１試験片２に種々の速度、負荷を与える条件で、例えば３００回転した時点での温度を測定し評価する。【選択図】図１
2013061221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウォームの歯面に相当する第１歯面を有する第１試験片と、
ウォームホイールの歯面に相当する第２歯面を有する第２試験片と、
前記第１歯面および前記第２歯面を押圧接触させるように、第１試験片および第２試験片を、それぞれ、支持する第１支持機構および第２支持機構と、
前記第１歯面および前記第２歯面を相対摺動させるように、両試験片の何れか一方を他方に対して回転させる駆動機構と、を備え、
前記第２試験片の第２歯面は、多くとも２つ設けられているウォームギヤ機構の評価装置。
【請求項２】
請求項１において、前記第２歯面は単一で設けられ、
前記単一で設けられる第２歯面の歯面形状は、前記ウォームホイールの単一の歯溝内で相対向する一対の歯面の何れか一方の歯面形状に等しくされ、
前記第１試験片は、回転軸線としての中心軸線を有し、前記駆動機構によって前記回転軸線の回りに回転駆動される円盤状をなし、
前記第１歯面は、前記第１試験片の一側面に傾斜状に設けられているウォームギヤ機構の評価試験装置。
【請求項３】
請求項２において、前記第１歯面は、前記第１試験片の回転方向に一様に連続しているウォームギヤ機構の評価試験装置。
【請求項４】
請求項２において、前記第１歯面は、前記第１試験片の一側面を前記回転方向に分割した複数の領域毎に設けられており、
前記複数の領域の第１歯面が、前記第１試験片の回転に伴って順次に前記第２歯面に接触するウォームギヤ機構の評価試験装置。
【請求項５】
請求項４において、前記第１支持機構は、前記第１試験片を前記第１試験片の回転軸線方向に移動可能に支持する支持部と、前記第１試験片の他側面に設けられた受圧面を押圧しつつ前記受圧面に転がり接触して前記第１試験片を前記回転軸線の方向に支持する複数の転動体と、を含み、
前記第１試験片の他側面の受圧面は、前記第１試験片の一側面の、前記回転軸線の方向に関する起伏の周方向変化の位相とは逆位相の起伏を有しているウォームギヤ機構の評価試験装置。
【請求項６】
請求項１において、前記第２歯面は一対で設けられ、
前記一対で設けられる第２歯面の歯面形状は、前記ウォームホイールの単一の歯溝内で相対向する一対の歯面の歯面形状に等しくされ、
前記第１試験片は、回転軸線としての回転対称軸線を有し、前記駆動機構によって前記回転対称軸線の回りに回転駆動される回転対称体を含み、
前記第１歯面は、前記回転対称体の回転方向に一様に連続しているウォームギヤ機構の評価試験装置。
【請求項７】
請求項６において、前記第１試験片としての回転対称体は、球面形成体であり、
前記第１歯面は、球面の一部であるウォームギヤ機構の評価試験装置。
【請求項８】
請求項７において、前記第１歯面の曲率半径が、前記第２歯面の曲率半径よりも小さくされているウォームギヤ機構の評価試験装置。
【請求項９】
請求項７または８において、前記第２の試験片の回転軸線が、前記第１の試験片の回転軸線としての回転対称軸線に対して傾斜しているウォームギヤ機構の評価試験装置。
【請求項１０】
請求項２から９の何れか１項において、前記第２支持機構は、前記第１試験片の回転軸線としての第１回転軸線に対して傾斜するか又は平行である第２回転軸線の回りに回転可能に支持した支持体と、前記第２回転軸線の回りの、第２試験片の回転を抑制するように前記支持体を押圧するロードセルと、を含むウォームギヤ機構の評価試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウォームギヤ機構の評価試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電動パワーステアリング装置の高出力化に伴い、減速機構が大型化しており、電動パワーステアリング装置を車両へレイアウトすることが非常に厳しくなってきている。また、減速機構として通例用いられているウォームギヤ機構のウォームホイールのギヤ部として樹脂を用いた場合、強度を満足するためにウォームホイールが大型になる傾向にある。また、高強度に耐え得る樹脂は高価であり、製造コストが高くなる。そこで、金属ギヤを用いることが考えられている。
【０００３】
通例、歯車機構の性能試験は、例えば特許文献１や特許文献２のように、実際の歯車機構そのものを用いて実施している。電動パワーステアリング装置のウォームギヤ機構の耐久評価試験においても、実機のウォームギヤ機構そのものを用い、据え切り状態の負荷を与える促進試験として実施されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−５２４２７号公報
【特許文献２】特開２００６−２４２９６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ウォームホイールは多数の歯面を持つため、前記の耐久評価試験において、ウォームホイールの１つの歯面に負荷がかかるのは、（歯数／条数）回に１度である。このため、多大な試験時間を要している。具体的には、試験時間としては、通例、４０日程度という長時間を要している。
このため、効率が悪く、開発期間が長くなり、開発コストが高くなるという問題があった。特に金属製のウォームホイールの場合、評価に際して、ＮＣ加工機を用いて特殊な歯面を有するウォームホイールを、その都度製作しなければならず、多大なコストを要していた。
【０００６】
本発明の目的は、試験効率が良く、ひいてはウォームギヤ機構の開発を短期間で且つ低コストで実現することが可能となるウォームギヤ機構の試験装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、ウォーム（５１）の歯面（５１１）に相当する第１歯面（１；１Ａ）を有する第１試験片（２；２Ａ）と、ウォームホイール（５２）の歯面（５２１，５２２）に相当する第２歯面（３；３Ａ，３Ｂ）を有する第２試験片（４；４Ａ，４Ｂ）と、前記第１歯面および前記第２歯面を押圧接触させるように、第１試験片および第２試験片を、それぞれ、支持する第１支持機構（５；５Ａ）および第２支持機構（６；６Ａ）と、前記第１歯面および前記第２歯面を相対摺動させるように、両試験片の何れか一方を他方に対して回転させる駆動機構（７；７Ａ）と、を備え、前記第２試験片の第２歯面は、多くとも２つ設けられているウォームギヤ機構の評価試験装置を提供する。
【０００８】
なお、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素等を表すが、このことは、むろん、本発明がそれらの実施形態に限定されるべきことを意味するものではない。以下、この項において同じ。
請求項２のように、前記第２歯面は単一で設けられ、前記単一で設けられる第２歯面（３）の歯面形状は、前記ウォームホイールの単一の歯溝内で相対向する一対の歯面の何れか一方の歯面形状に等しくされ、前記第１試験片は、回転軸線（Ｃ１）としての中心軸線を有し、前記駆動機構によって前記回転軸線の回りに回転駆動される円盤状をなし、前記第１歯面は、前記第１試験片の一側面（８）に傾斜状に設けられていてもよい。
【０００９】
請求項３のように、前記第１試験片の回転方向（Ｒ１）に一様に連続していてもよい。  請求項４のように、前記第１歯面は、前記第１試験片の一側面を前記回転方向に分割した複数の領域（Ａ１〜Ａ６）毎に設けられており、前記複数の領域の第１歯面が、前記第１試験片の回転に伴って順次に前記第２歯面に接触してもよい。
請求項５のように、前記第１支持機構は、前記第１試験片を前記第１試験片の回転軸線方向に移動可能に支持する支持部（１２）と、前記第１試験片の他側面（９）に設けられた受圧面（１０ａ）を押圧しつつ前記受圧面に転がり接触して前記第１試験片を前記回転軸線の方向に支持する複数の転動体（１５）と、を含み、前記第１試験片の他側面の受圧面は、前記第１試験片の一側面の、前記回転軸線の方向に関する起伏の周方向変化の位相とは逆位相の起伏を有していてもよい。
【００１０】
請求項６のように、前記第２歯面は一対で設けられ、前記一対で設けられる第２歯面（３Ａ，３Ｂ）の歯面形状は、前記ウォームホイールの単一の歯溝内で相対向する一対の歯面の歯面形状に等しくされ、前記第１試験片は、回転軸線としての回転対称軸線（Ｃ１１）を有し、前記駆動機構によって前記回転対称軸線の回りに回転駆動される回転対称体（２６）を含み、前記第１歯面は、前記回転対称体の回転方向に一様に連続していてもよい。
【００１１】
請求項７のように、前記第１試験片としての回転対称体は、球面形成体（２６）であり、前記第１歯面は、球面の一部であってもよい。
請求項８のように、前記第１歯面の曲率半径（Ｐ１）が、前記第２歯面の曲率半径（Ｐ２Ａ，Ｐ２Ｂ，Ｐ３Ａ，Ｐ３Ｂ）よりも小さくされていてもよい。
請求項９のように、前記第２の試験片の回転軸線（Ｃ２１）が、前記第１の試験片の回転軸線としての回転対称軸線（Ｃ１１）に対して傾斜していてもよい。
【００１２】
請求項１０のように、前記第２支持機構は、前記第１試験片の回転軸線としての第１回転軸線（Ｃ１；Ｃ１１）に対して傾斜するか又は平行である第２回転軸線（Ｃ２；Ｃ２１）の回りに回転可能に支持した支持体（２０；２０Ａ）と、前記第２回転軸線の回りの、第２試験片の回転を抑制するように前記支持体を押圧するロードセル（２４；２４Ａ）と、を含んでいてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、ウォームホイールの歯面に相当する、第２試験片の多くとも２つの第２歯面に対して、ウォームの歯面に相当する、第１試験片の第１歯面を摺動接触させて、試験を行うので、試験時間を、従来と比較して格段に短くする（例えば数１０秒〜数分とする）ことができる。したがって、試験効率が良く、ひいては歯車機構の開発を短期間で且つ低コストで実現することが可能となる
請求項２の発明によれば、第２試験片の単一の第２歯面に対して、回転駆動される円盤状の第１試験片としての一側面に設けられた第１歯面を摺動させて、効率良く試験を行うことができる。
【００１４】
請求項３の発明によれば、第１試験片の第１歯面が円盤の回転方向に一様に連続しているので、第１歯面の加工が容易である。したがって、試験に要するコストを低減することができる。
請求項４の発明によれば、円盤状の第１試験片の第１歯面が、第１試験片の一側面を回転方向に分割した複数の領域毎に設けられており、各領域の第１歯面が、第１試験片の回転に伴って順次に第２試験片の第２歯面に接触するので、実機に近似した試験条件を実現することができる。したがって、試験による評価の精度が向上する。
【００１５】
請求項５の発明によれば、請求項４のように回転する円盤状の第１試験片の一側面の領域毎に設けられた複数の第１歯面が、順次に第２歯面に係合するときに、第１試験片の一側面の、回転軸線の方向に関する起伏の量だけ、第１試験片が、回転軸線の方向に往復動する。一方、第１試験片の他側面の受圧面が、第１試験片の一側面の、回転軸線の方向に関する起伏の周方向変化の位相とは逆位相の起伏を有しており、その受圧面を複数の転動体が転がり接触しつつ受けるので、第１試験片にガタつきや振動が生ずることを抑制することができる。したがって、安定した試験条件で試験を実施できるので、試験による評価の精度がより向上する。
【００１６】
請求項６の発明によれば、第１試験片に含まれる回転対称体に、一様に連続する第１歯面を設け、この第１歯面を第２試験片の一対の第２歯面に対して摺動させるので、効率良く試験を行うことができる。一対の第２歯面の歯面形状が、ウォームホイールの単一の歯溝内で相対向する一対の歯面の歯面形状に等しくされているので、実際のウォームホイールにより則した精度の良い試験が行える。
【００１７】
請求項７の発明によれば、第１試験片に含まれる回転対称体が球面形成体であり、第１歯面が球面の一部であるので、第１試験片の加工が容易であり、したがって、試験に要するコストを低減することができる。また、両歯面の線接触状態を実現したり、或いは回転方向に細長い接触楕円をもった実質的な点接触状態を実現したりして、実際の接触状態に近似した接触状態を実現することが可能となる。したがって、試験による評価の精度がより向上する。
【００１８】
請求項８の発明によれば、第１歯面の曲率半径が第２歯面の曲率半径よりも小さくされているので、両歯面がエッジ当たりすることを抑制することができる。また、両歯面の接触部を例えば楕円状として、実際のウォームギヤ機構の歯面の接触状態に近づけることができる。したがって、試験による評価の精度がより向上する。          
請求項９の発明によれば、第２試験片の第２回転軸線が、第１試験片の第１回転軸線（（回転対称軸線）に対して傾斜しているので、接触線に対して滑り方向が交差する、実際のウォームギヤ機構の歯面の接触状態に近づけることができる。したがって、試験による評価の精度がより向上する。
【００１９】
請求項１０の発明によれば、第２試験片を支持する支持体をロードセルが押圧することにより、第２回転軸線の回りの、第２支持体の回転を抑制する。ロードセルによって測定された荷重を用いて、第２試験片に働く負荷トルクを容易に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態の歯車の評価試験装置の一部破断側面図である。
【図２】ウォームおよびウォームホイールを含むウォームギヤ機構の概略斜視図である。
【図３】（ａ）はウォームの歯面に相当する第１歯面を有する第１試験片の正面図であり、（ｂ）は第１試験片の側面図である。
【図４】ウォームに相当する第１試験片と第１試験片を軸方向に受けるローラとの関係を示す概略図である。
【図５】ウォームホイールの歯面に相当する第２歯面を有する第２試験片を支持する第２支持機構の概略側面図である。
【図６】本発明の別の実施形態の歯車の評価試験装置の断面図である。
【図７】図６の評価試験装置の模式的平面図である。
【図８】図６の実施形態において、ウォームホイールの歯面に相当する一対の第２歯面を有する第２試験片を支持する第２支持機構の概略側面図である。
【図９】図６の実施の形態において、第１試験片の第１回転軸線および第２試験片の第２回転軸線を含む面で切断された第１試験片および第２試験片の断面図である。
【図１０】図６の実施形態において、第２試験片の第２回転軸線とは直交する面で切断された第１試験片および第２試験片の断面図であり、第１歯面と第２歯面の接触状態を示している。
【図１１】第２試験片の第２歯面を第２回転軸線の方向に見た矢視図と第１回転軸線の方向に見た矢視図を説明する模式図である。
【図１２】図６の実施形態の歯車の評価試験装置を用いて実施した評価試験の結果を示すグラフ図であり、負荷と温度との関係を示している。
【図１３】図６の実施形態の歯車の評価試験装置を用いて実施した評価試験の結果を示すグラフ図であり、負荷と回転トルク（抵抗トルク）との関係を示している。
【図１４】図６の実施形態の歯車の評価試験装置を用いて実施した評価試験の結果を示すグラフ図であり、回転速度と温度との関係を示している。
【図１５】図６の実施形態の歯車の評価試験装置を用いて実施した評価試験の結果を示すグラフ図であり、回転速度と温度との関係を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下には、図面を参照して、本発明の実施形態を具体的に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るウォームギヤ機構の評価試験装置の一部破断側面図である。図２はウォームギヤ機構の斜視図である。
図２に示すように、ウォームギヤ機構５０は、互いに噛み合うウォーム５１とウォームホイール５２とによって構成されている。ウォーム５１は渦巻き状に連続する歯面５１１を有している。ウォームホイール５２の外周には、複数の歯溝５３が周方向に等間隔で形成されている。ウォームホイール５２は、各歯溝５３において相対向する一対の歯面５２１，５２２を有している。
【００２２】
図１を参照して、ウォームギヤ機構の評価試験装置１００は、ウォーム５１の歯面５１１の一部に相当する第１歯面１を有する第１試験片２と、ウォームホイール５２の歯面５２１，５２２の何れか一方に相当する第２歯面３を有する第２試験片４と、第１歯面１および第２歯面３を押圧接触させるように、第１試験片２および第２試験片４を、それぞれ、支持する第１支持機構５および第２支持機構６と、第１試験片２を回転駆動する駆動機構としての電動モータ７とを備えている。
【００２３】
第１試験片２の第１歯面１の歯面形状は、ウォーム５１の歯面５１１の一部の歯面形状と同じである。第２試験片４の第２歯面３の歯面形状は、ウォームホイール５２の単一の歯溝５３内で相対向する一対の歯面５２１，５２２の歯面形状と同じである。
第１試験片２は、第１回転軸線Ｃ１としての中心軸線を有する円盤状をなしている。第１試験片２は、第１支持機構５によって支持された状態で第１回転軸線Ｃ１の回りに回転駆動される。第２支持機構６が、第２試験片４を、第１回転軸線Ｃ１とは平行な第２回転軸線Ｃ２の回りに回転可能に支持する要素（後述する第１支持体２０、支軸２１、軸受２２，２３）と、回転可能に支持された第２試験片４の回転を拘束する要素（後述するロードセル２４）とを備えている。したがって、第２試験片４は、第２回転軸線Ｃ２回りに回転しない。
【００２４】
第１試験片２は、軸方向Ｘ１に対向する一側面８および他側面８を有している。図３（ａ）に示すように、第１試験片２の一側面８には、第１回転軸線Ｃ１を中心とし、軸方向Ｘ１（第１回転軸線Ｃ１の方向）に対して傾斜する環状領域Ａが設けられている。一側面８の環状領域Ａは、第１試験片２の回転方向Ｒ１に並ぶ複数の領域Ａ１〜Ａ６に分割されており、各領域Ａ１〜Ａ６毎に、第１歯面１が設けられている。
【００２５】
したがって、第１試験片２の回転に伴って、各領域Ａ１〜Ａ６の第１歯面１が、順次に第２試験片４の第２歯面３に接触するようになっている。第１歯面１がそれぞれ形成される各領域Ａ１〜Ａ６は、渦巻き状をなして斜め放射状に径方向外方へ延びる形状（巴状）の領域である。例えば第１試験片２の領域Ａ５の第１歯面１が、第２試験片４の第２歯面３に接触するときには、回転方向Ｒ１の下流側の接触線ＣＬで接触する状態から、回転方向Ｒ１の上流側の接触線ＣＬで接触する状態へ（移行方向Ｚ１へ）と順次に移行する。
【００２６】
図１および図３（ｂ）に示すように、第１試験片２の他側面９には、第１回転軸線Ｃ１を中心とする環状凹部１０が設けられている。環状凹部１０の底面が、後述するローラを受ける受圧面１０ａを構成している。また、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、第１試験片２には、第１回転軸線Ｃ１を中心とする被支持孔１１が、両側面８，９を貫くように形成されている。
【００２７】
図１に示すように、第１支持機構５は、第１試験片２の被支持孔１１に挿通され、第１試験片２を一体回転可能に且つ軸方向Ｘ１（第１回転軸線Ｃ１の方向）に相対移動可能に支持する支持部としての回転軸１２と、回転軸１２の一対の端部１２１，１２２をそれぞれ回転可能に支持する一対の軸受１３，１４とを備えている。
軸受１３，１４としては、例えば針状ころ軸受が用いられる。各軸受１３，１４はそれぞれ固定部Ｂによって直接または間接的に支持されている。駆動機構としての電動モータ７は、回転軸１２を回転駆動することにより、第１試験片２を第１回転軸線Ｃ１の回りに回転させる。
【００２８】
また、第１支持機構５は、第１試験片２の他側面９の環状凹部１０の底からなる受圧面１０ａを押圧しつつ受圧面１０ａに転がり接触して、第１試験片２を軸方向Ｘ１（第１回転軸線Ｃ１の方向）に支持する複数の転動体としての複数（例えば３つの）ローラ１５を備えている。複数のローラ１５は、固定部Ｂに固定された第１支持体１６によって回転可能に支持されている。第１支持体１６は、前記の軸受１４を介して回転軸１２の対応する端部１２２を回転可能に支持している。
【００２９】
各ローラ１５の支軸１７の中心軸線Ｋ１は、第１試験片２の他側面９と平行である。図４に示すように、各ローラ１５は、第１試験片２の回転方向Ｒ１に関して等間隔に配置されており、各ローラ１５の支軸１７の中心軸線Ｋ１は、第１試験片２の第１回転軸線Ｃ１と直交する方向に延びている。各ローラ１５の支軸１７の両端は、第１支持体１６に保持された例えば玉軸受等の転がりからなる軸受１８によって回転可能に支持されている。
【００３０】
第１試験片２の他側面９に設けられた受圧面１０ａは、一側面８の環状領域Ａの軸方向Ｘ１（第１回転軸線Ｃ１の方向）に関する起伏の周方向変化の位相とは逆位相の起伏を有している。したがって、下記の利点がある。
すなわち、環状領域Ａを回転方向Ｒに分割した複数の領域Ａ１〜Ａ６毎に設けられた第１歯面１が、順次に第２試験片４の第２歯面３に係合するときに、第１試験片２が軸方向Ｘ１（第１回転軸線Ｃ１の方向）に往復動する。その往復動のストローク分を、ローラ１５が押圧状態で転がり接触する受圧面１０ａに設けられた前記逆位相の起伏によって吸収することができる。これにより、第１試験片２にガタつきや振動が生ずることを抑制することができる。
【００３１】
図１および図５に示すように、第２試験片４を支持する第２支持機構６は、第２試験片４を取り外し可能に取り付ける取付部１９を有する第２支持体２０と、第２支持体２０と一体回転可能な支軸２１の両端を回転可能に支持する例えば玉軸受等の転がり軸受からなる一対の軸受２２，２３と、固定部Ｂによって保持され、支軸２１の中心軸線である第２回転軸線Ｃ２回りの第２支持体２０の回転を抑制するように、第２支持体２０の端面２０１（所定部）を押圧するロードセル２４とを備えている。
【００３２】
本実施形態では、第２支持体２０の所定部としての端面２０１は、第２回転軸線Ｃ２と平行な面である。第２支持体２０には、第２回転軸線Ｃ２を中心とするモーメント力（トルク）が負荷されており、ロードセル２４は、抗力を第２支持体２０の端面２０１に及ぼすことにより、前記モーメント力（トルク）に抗して第２支持体２０の回転を拘束する抵抗トルクを発生させている。したがって、ロードセル２４が受ける荷重Ｆ（測定荷重に相当）と、第２回転軸線Ｃ２を中心とする前記モーメント力（トルク）の腕の長さＬとの積を算出することにより、第２試験片４が第１試験片２から受けている負荷トルクを求めることができる。
【００３３】
本実施形態によれば、ウォームホイール５２の歯面５２１または５２２に相当する、第２試験片４の単一の第２歯面３に対して、ウォーム５１の歯面５１１の一部に相当する、第１試験片２の第１歯面１を摺動接触させて、試験を行うので、試験時間を、従来と比較して格段に短くする（例えば数１０秒〜数分とする）ことができる。したがって、試験効率が良く、ひいては、歯車機構としてのウォームギヤ機構５０の開発を短期間で且つ低コストで実現することが可能となる
特に、第２試験片４の単一の第２歯面３に対して、回転駆動される円盤状の第１試験片２の一側面８に設けられた第１歯面１を摺動させることにより、効率良く試験を行うことができる。また、第１試験片２の第１歯面１が、円盤状の第１試験片２の一側面８を回転方向Ｒ１に分割した複数の領域Ａ１〜Ａ６毎に設けられて、第１試験片２の回転に伴って順次に、第２試験片４の第２歯面３に接触するので、実機に近似した試験条件を実現することができる。したがって、試験による評価の精度が向上する。
【００３４】
特に、第１試験片２の第１歯面１が、第１試験片２の第１回転軸線Ｃ１に対して傾斜状に設けられているので、接触線ＣＬに対して滑り方向が交差する、実際のウォームギヤ機構５０のウォームホイール５２の歯面５２１または５２２の接触状態により近づけることができる。したがって、試験による評価の精度がより向上する。
また、円盤状の第１試験片２の一側面８の環状領域Ａが回転方向Ｒ１に分割された複数の領域Ａ１〜Ａ６のそれぞれに、第１歯面１を設けており、各領域Ａ１〜Ａ６の第１歯面１が、順次に、第２試験片４の第２歯面３に係合するときに、第１試験片２の一側面８の環状領域Ａが軸方向Ｘ１（第１回転軸線Ｃ１の方向）に関する起伏の量だけ、第１試験片２が軸方向Ｘ１（第１回転軸線Ｃ１の方向）に往復動する。
【００３５】
一方、円盤状の第１試験片２の他側面１０の受圧面１０ａが、一側面８の環状領域Ａの軸方向Ｘ１（第１回転軸線Ｃ１の方向）に関する起伏の周方向変化の位相とは逆位相の起伏を有しており、受圧面１０ａを複数のローラ１５が転がり接触しつつ受ける。したがって、第１試験片２にガタつきや振動が生ずることを抑制することができる。したがって、安定した試験条件で試験を実施できるので、試験による評価の精度がより向上する。
【００３６】
また、第２支持機構６が、第２試験片４を支持し、第２回転軸線Ｃ２の回りに回転可能に支持された第２支持体２０の端面２０１（所定部）に、ロードセル２４を押し当てて、第２回転軸線Ｃ２回りの第２支持体２０の回転を抑制するようにしている。したがって、ロードセル２４によって測定された荷重を用いて、第２試験片４に働く負荷トルクを容易に求めることができる。試験条件を精度良く設定することが可能となる。
【００３７】
次いで、図６は、本発明の別の実施形態に係るウォームギヤ機構の評価試験装置１０１の断面図であり、図７は評価試験装置１０１の模式的平面図である。図６に示すように、ウォームギヤ機構の評価試験装置１０１は、ウォーム５１の歯面５１１の一部に相当する第１歯面１Ａを有する第１試験片２Ａと、ウォームホイール５２の歯溝５３内で相対向する一対の歯面５２１，５２２にそれぞれ相当する第２歯面３Ａ，３Ｂをそれぞれ有する第２試験片４Ａ，４Ｂと、第１歯面１Ａと第２歯面３Ａ，３Ｂを押圧接触させるように、第１試験片２Ａおよび第２試験片４Ａを、それぞれ、支持する第１支持機構５Ａおよび第２支持機構６Ａと、第１試験片２Ａを回転駆動する駆動機構としての電動モータ７Ａとを備えている。
【００３８】
第１試験片２Ａは、第１回転軸線としての回転対称軸線Ｃ１１を有し、駆動機構としての電動モータ７Ａによって回転対称軸線Ｃ１１の回りに回転駆動される回転対称体である。具体的には、第１試験片２Ａは、回転対称軸線Ｃ１１の方向に延びる中空の軸部２５と、軸部２５の一端に単一の材料で一体に設けられた回転対称体としての球面形成体２６とを備えている。
【００３９】
第１歯面１Ａは球面形成体２６に設けられ、第１歯面１Ａの歯面形状は、球面の一部である。第１歯面１Ａは、第１試験片２Ａの球面形成体２６（回転対称体）の回転方向に一様に連続していることになる。また、第１試験片２Ａの第１回転軸線（回転対称軸線Ｃ１１）を含む両試験片２Ａ；４Ａ，４Ｂの断面において、両歯面１Ａ；３Ａ，３Ｂの接触部の法線Ｈ１が、回転対称軸線Ｃ１１に対して傾斜している。
【００４０】
第１支持機構５Ａは、軸部２５の中心孔２５ａに挿入され、一体回転可能に連結された回転軸１２Ａと、回転軸１２Ａを軸方向Ｘ１（回転対称軸線Ｃ１の方向）に回転可能に且つ軸方向に移動不能に支持する軸受２７とを備えている。駆動機構としての電動モータ７Ａが、回転軸１２Ａを介して第１試験片２Ａを回転対称軸線Ｃ１１の回りに回転駆動する。
【００４１】
図８に示すように、各第２試験片４Ａ，４Ｂは、直方体形状のブロックにより構成されている。図６に示すように、各第２試験片４Ａ，４Ｂは、保持ブロック２８に設けられた対応する保持溝２９ａ，２９ｂにそれぞれ固定されている。
第２支持機構６Ａは、両試験片４Ａ，４Ｂを保持した保持ブロック２８を第１回転軸線としての回転対称軸線Ｃ１１に対して傾斜した第２回転軸線Ｃ２１の回りに支持する第２支持体２０Ａと、第２支持体２０Ａを軸体３０を介して第１回転軸線としての回転対称軸線Ｃ１１と同一軸線上の第３回転軸線Ｃ３の回りに回転可能に且つ軸方向Ｘ１（第３回転軸線Ｃ３の方向）に移動可能に支持する軸受３１と、軸体３０を介して第２支持体２０Ａを軸方向Ｘ１（第３回転軸線Ｃ３の方向）に押圧する弾性部材４０と、軸体３０と一体回転するように軸体３０に設けられた径方向突起４１に当接することにより、第３回転軸線Ｃ３回りの第２支持体２０Ａの回転による力を検出するロードセル２４Ａとを備えている。
【００４２】
図６に示すように、第２支持体２０Ａは、互いの間に保持ブロック２８の保持空間を区画する第１分割体３２および第２分割体３３と、分割体３２，３３同士を相対回転不能に且つ軸方向相対移動不能に連結する連結具３４とを備えている。
第１分割体３２は、保持ブロック２８の一側面２８１に隙間を設けて対向する対向部３５を有している。第２分割体３３は、保持ブロック２８の他側面２８２に隙間を設けて対向する対向部３６および保持ブロック２８の底面２８３を受ける受け面３７を有している。
【００４３】
弾性部材４０によって第２支持体２０Ａに与えられる軸方向Ｘ１（第３回転軸線Ｃ３の方向）の力が、第２試験片４Ａ，４Ｂを保持した保持ブロック２８の底面２８３と第２支持体２０Ａの第１分割体３２の受け面３７との間に摩擦抵抗を発生させる。これにより生起される摩擦抵抗トルクによって、第２支持体２０Ａを介して第２試験片４Ａ，４Ｂの回転が拘束されている。前記摩擦抵抗トルクに相当する力がロードセル２４Ａによって測定可能である。
【００４４】
図８に示すように、第２試験片４Ａ，４Ｂの歯面形状は、ウォームホイール５２の単一の歯溝５３内で相対向する一対の歯面５２１，５２２の歯面形状とそれぞれ同じである。各第２試験片４Ａ，４Ｂは、各第２試験片４Ａ，４Ｂをそれぞれを貫通して保持ブロック２８にねじ込まれた固定ねじ３８によって、保持ブロック２８に固定されている。
図９は、第１試験片２Ａの回転対称軸線Ｃ１１（第１回転軸線）および第２試験片４Ａ，４Ｂの第２回転軸線Ｃ２１を含む、第１試験片２および第２試験片４Ａ，４Ｂの断面を示している。図９に示すように、第２回転軸線Ｃ２１は第１回転軸線としての回転対称軸線Ｃ１１に対して傾斜している。
【００４５】
また、第２歯面３Ａの曲率中心Ｑ３Ａを中心とする、第２歯面３Ａの曲率半径Ｐ３Ａと、第２歯面３Ｂの曲率中心Ｑ３Ｂを中心とする、第２歯面３Ｂの曲率半径Ｐ３Ｂとは、互いに等しい（Ｐ３Ａ＝Ｐ３Ｂ）。球面形成体２６に設けられる第１歯面１Ａの曲率半径Ｐ１が、第２歯面３Ａ，３Ｂの曲率半径Ｐ３Ａ，Ｐ３Ｂよりも小さくされている（Ｐ１＜Ｐ３Ａ＝Ｐ３Ｂ）。
【００４６】
図１０は、第２回転軸線Ｃ２１と直交する面で両試験片２Ａ，４Ａ（４Ｂ）を切断した断面図である。図１０に示すように、第１歯面１Ａの曲率半径Ｐ１が、第２歯面３Ａ（３Ｂ）の曲率半径Ｐ２Ａ，Ｐ２Ｂよりも小さくされている（Ｐ１＜Ｐ２Ａ＝Ｐ２Ｂ）。
図１１は、第２試験片４Ａ，４Ｂの断面図の下方に、第２試験片４Ａ，４Ｂの第２歯面３Ａ，３Ｂを第２回転軸線Ｃ２１の方向から見た模式図（真ん中の図）と、第２歯面３Ａ，３Ｂを回転対称軸線Ｃ１１の方向から見た模式図（下側の図）とを示している。
【００４７】
第２回転軸線Ｃ２１の方向から見た模式図（真ん中の図）に示すように、第２歯面３Ａ，３Ｂに、それぞれ設けられる、第２回転軸線Ｃ２１を中心とする円弧状の接触線ＣＬＡ，ＣＬＢで両歯面１Ａ；３Ａ，３Ｂが接する（線接触）する。
また、回転対称軸線Ｃ１１（第１回転軸線）の方向から見た模式部（下側の図）に示すように、各第２歯面３Ａ，３Ｂの接触線ＣＬＡ，ＣＬＢにおける滑り速度は、回転対称軸線Ｃ１１から対応する接触線ＣＬＡ，ＣＬＢまでの距離ＤＡ，ＤＢに比例する。距離ＤＢが距離ＤＡよりも大きいので、接触線ＣＬＢにおける滑り速度が、接触線ＣＬＡにおける滑り速度よりも大きくなる。
【００４８】
本実施形態によれば、ウォームホイール５２の単一の歯溝５３内で相対向する一対の歯面５２１，５２２に相当する第２歯面３Ａ，３Ｂに対して、ウォーム５１の歯面５１１に相当する、第１試験片２Ａの第１歯面１Ａを摺動接触させて、試験を行うので、試験時間を、従来と比較して格段に短くする（例えば数分とする）ことができる。したがって、試験効率が良く、ひいては歯車機構の開発を短期間で且つ低コストで実現することが可能となる。
【００４９】
また、第１試験片２Ａに含まれる回転対称体（球面形成体２６）に、一様に連続する第１歯面１Ａを設け、この第１歯面１Ａを第２試験片４Ａ，４Ｂの一対の第２歯面３Ａ，３Ｂに対して摺動させるので、効率良く試験を行うことができる。一対の第２歯面３Ａ，３Ｂの歯面形状が、ウォームホイール５２の単一の歯溝５３内で相対向する一対の歯面５２１，５２２の歯面形状に等しくされているので、実際のウォームホイール５２に、より則した精度の良い試験が行える。
【００５０】
また、第１試験片２Ａに含まれる回転対称体が球面形成体２６であり、第１歯面１Ａが球面の一部であるので、第１試験片２Ａの加工が容易であり、したがって、試験に要するコストを低減することができる。また、第１試験片２Ａにより第２歯面３Ａ，３Ｂに対して線接触状態を実現したり、或いは回転方向に細長い接触楕円をもった実質的な点接触状態を実現したりして、実際の接触状態に近似した接触状態を実現することが可能となる。したがって、試験による評価の精度がより向上する。
【００５１】
また、図９に示すように、第２試験片４Ａ，４Ｂの第２回転軸線Ｃ２１が、第１試験片２Ａの回転対称軸線Ｃ１１（第１回転軸線）に対して傾斜しているので、接触線に対して滑り方向が交差する、実際のウォームギヤ機構５０のウォームホイール５２の歯面５２１，５２２の接触状態に近づけることができる。したがって、試験による評価の精度がより向上する。また、図１１に示すように、第２歯面３Ａで滑り速度と第２歯面３Ｂでの滑り速度とを異ならせることができるので、この点からも、実際のウォームギヤ機構５０のウォームホイール５２の各歯面５２１，５２２の接触状態に近づけることができる。
【００５２】
また、図９に示すように、回転対称軸線Ｃ１１（第１回転軸線）および第２回転軸線Ｃ２１の双方を含む面で切断された両試験片２Ａ；４Ａ，４Ｂの断面において、第１歯面１Ａの曲率半径Ｐ１が、第２歯面３Ａ，３Ｂの曲率半径Ｐ３Ａ，Ｐ３Ｂよりも小さくされている（Ｐ１＜Ｐ３Ａ＝Ｐ３Ｂ）。また、図１０に示すように、第２回転軸線Ｃ２１と直交する面で両試験片２Ａ，４Ａ（４Ｂ）を切断した断面において、第１歯面１Ａの曲率半径Ｐ１が第２歯面３Ａ（３Ｂ）の曲率半径Ｐ２よりも小さくされている（Ｐ１＜Ｐ２）。
【００５３】
したがって、第１歯面１Ａと各第２歯面３Ａ，３Ｂとがエッジ当たりすることを抑制することができる。また、第１歯面１Ａと各第２歯面３Ａ，３Ｂとの接触部を例えば楕円状として、実際のウォームギヤ機構５０の歯面５１１；５２１，５２２同士の接触状態に近づけることができる。したがって、試験による評価の精度がより向上する。          
また、弾性部材４０が、第２試験片３Ａ，３Ｂを支持する第２支持体２０Ａを、軸体３０を介して押圧することにより、第２回転軸線Ｃ３回りの第２支持体２０Ａの回転を抑制する。ロードセル２４Ａによって測定された、軸体３０の第３軸線Ｃ３回りの荷重を用いて、第２試験片３Ａ，３Ｂに働く負荷トルクを容易に求めることができる。試験条件を精度良く設定することが可能となる。
【００５４】
図１２から図１５は、図６のウォームギヤ機構の評価試験装置１０１を用いて実施した各種評価試験の結果を示している。
試験条件は下記である。すなわち、第１試験片２Ａの材質は、ＳＣＭ４２０の浸炭品である。また、第２試験片４Ａ，４Ｂの材質は、焼結材を用いた鍛造品である。第１試験片２Ａの滑り速度は、０．５〜１．０ｍ／秒とした。また、第２支持体に与える負荷は、最大で５０００Ｎとした。温度条件は常温（室温）とし、試験中の温度上昇はなりゆきとした。また、潤滑条件としては、歯面に高荷重用のグリースを塗布した。
【００５５】
図１２に結果を示す第１試験では、第２試験片４Ａ，４Ｂの第２支持体２０Ａに、弾性部材４０が与える負荷を種々変更し、第１試験片２Ａを回転速度１９０ｒｐｍで、総回転数３００回転で回転させたときの第２歯面３Ａ，３Ｂの温度を測定した。第２歯面３Ａ，３Ｂの温度は複数箇所を測定し、平均値を求めた。図１２に示すように、負荷の増大とともに、比例的に第２歯面３Ａ，３Ｂの温度が上昇することが判明した。また、温度の評価基準が１００°Ｃとした場合、負荷の値として５ｋＮは許容されることが判明した。
【００５６】
図１３に結果を示す第２試験では、第２試験片４Ａ，４Ｂの第２支持体２０Ａに、ロードセル２４Ａを介して与える負荷を種々変更し、第１試験片２Ａを回転速度１９０ｒｐｍで、総回転数３００回転で回転させたときの回転トルクを求めた。図１３に示すように、負荷の増大とともに、回転トルクが比例的に増大することが判明した。
図１４に結果を示す第３試験では、負荷を０．４９〜４．９ｋＮの範囲で種々変更し、また、回転速度を１９０〜１９００ｒｐｍの範囲でを種々変更し、総回転数３００回転で第１試験片２Ａを回転させたときの、第２歯面３Ａ（３Ｂ）の温度を測定した。図１４に示すように、負荷が０．４９ｋＮと低い場合には、回転速度を高くしても、あまり温度上昇しないことが判明した。また、負荷が大きいほど、低い回転速度でも、高い温度となることが判明した。すなわち、回転速度が高いほど、また負荷が大きいほど、温度上昇に関して厳しくなることが判明した。
【００５７】
図１５に結果を示す第４試験では、負荷を０．４９ｋＮとし、回転速度を種々変更して、第２試験片２Ａを総回転数３００回転で回転させたときの回転トルクを求めた。図１５に示すように、負荷が０．４９ｋＮと小さい場合には、回転速度を高くしても、回転トルが殆ど変化しないことが判明した。
以上のように、総回転数３００回転で試験結果が出るので、回転速度が例えば１８００ｒｐｍであれば、試験が僅か１０秒で終了し、回転速度が例えば１９０ｒｐｍであれば、試験が約１分半で終了する。従来と比較して格段に試験効率が良いことが判明した。
【００５８】
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、図１の実施形態において、第１試験片２の他側面の受圧面１０ａの起伏を廃止し、第１支持体１６を軸方向Ｘ１（第１回転軸線Ｃ１の方向）に移動可能とし、第１支持体１６を例えば圧縮コイルばねや皿ばね等の弾性付勢部材によって、軸方向Ｘ１（第１回転軸線Ｃ１の方向）に弾性的に付勢するようにしてもよい。
【００５９】
また、図３の実施の形態では、第１歯面１を回転方向Ｒ１に複数設けたが、回転方向Ｒ１に一様に連続する単一の第１歯面を設けるようにしてもよい。その他、本発明の請求項記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。
【符号の説明】
【００６０】
１００；１０１…ウォームギヤ機構の評価試験装置、１；１Ａ…第１歯面、２；２Ａ…第１試験片、３；３Ａ，３Ｂ…第２歯面、４；４Ａ，４Ｂ…第２試験片、５；５Ａ…第１支持機構、６，６Ａ…第２支持機構、７；７Ａ…電動モータ（駆動機構）、８…一側面、９…他側面、１０…環状凹部、１０ａ…受圧面、１２，１２Ａ…回転軸（支持部）、１５…ローラ（転動体）、１９…取付部、２０；２０Ａ…第２支持体、２０１…端面（所定部）、２４，２４Ａ…ロードセル、２５…軸部、２６…球面形成体（回転対称体）、２８…保持ブロック、２８３…底面、３２…第１分割体、３３…第２分割体、３４…連結具、３７…受け面、Ａ…環状領域、Ａ１〜Ａ６…領域、Ｃ１…第１回転軸線、Ｃ１１…回転対称軸線（第１回転軸線）、Ｃ２；Ｃ２１…第２回転軸線、Ｃ３…第３回転軸線、ＣＬ；ＣＬＡ，ＣＬＢ…接触線、Ｐ；Ｐ３Ａ，Ｐ３Ｂ…曲率半径、Ｑ１…球面中心、Ｑ３Ａ，Ｑ３Ｂ…曲率中心、Ｒ１…回転方向、Ｘ１…軸方向、５０…ウォームギヤ機構、５１…ウォーム、５１１…（ウォームの）歯面、５２…ウォームホイール、５２１，５２２…（ウォームホイールの）歯面、５３…歯溝
【図１】
2013061221.tif 000003
【図２】
2013061221.tif 000004
【図３】
2013061221.tif 000005
【図４】
2013061221.tif 000006
【図５】
2013061221.tif 000007
【図６】
2013061221.tif 000008
【図７】
2013061221.tif 000009
【図８】
2013061221.tif 000010
【図９】
2013061221.tif 000011
【図１０】
2013061221.tif 000012
【図１１】
2013061221.tif 000013
【図１２】
2013061221.tif 000014
【図１３】
2013061221.tif 000015
【図１４】
2013061221.tif 000016
【図１５】
2013061221.tif 000017