JP2007113675A - Worm gear - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は減速機もしくは増速機に使用されるウォーム歯車に関するものである。 The present invention relates to a worm gear used for a speed reducer or a speed increaser.
ウォーム歯車は、第一歯車であるウォームと、第一歯車の回転軸と直交する回転軸で第一歯車と噛み合う第二歯車であるホイールとを有する。ホイールの歯加工にはウォームの歯形形状及びピッチ円径と同じ歯形形状及びピッチ円径を有するホブを用い、ホイール及びホブを、ホイールの軸方向とホブの軸方向とが直角になるように配置し、ホブの回転数とホイールの回転数の比をウォームの歯数とホイールの歯数の比と同じにして、ホイールの軸方向にホイールの歯を創生しながらホブをウォームとホイールの噛み合い位置と同じ位置まで押し込んで行う。このようにして加工されたホイールはウォームと滑らかに噛み合う。 The worm gear includes a worm that is a first gear and a wheel that is a second gear that meshes with the first gear on a rotation axis orthogonal to the rotation axis of the first gear. For the tooth processing of the wheel, a hob having the same tooth profile shape and pitch circle diameter as the worm tooth profile shape and pitch circle diameter is used, and the wheel and hob are arranged so that the axial direction of the wheel and the axial direction of the hob are perpendicular to each other. The ratio of the rotation speed of the hob to the rotation speed of the wheel is the same as the ratio of the number of teeth of the worm to the number of teeth of the wheel, and the hob is engaged with the worm and the wheel while creating the wheel teeth in the axial direction of the wheel. Push to the same position as the position. The wheel thus machined meshes smoothly with the worm.
例えば、特許文献1に記載されているように、ホイールはホブで歯切り加工するために、ホイールの材料には加工しやすいように、かつ、強度及び耐摩耗性が高い材料として、りん青銅、鉛青銅等を用いる、または、鋳鉄製のボスの周囲にりん青銅製の歯部を設けて安価にする。
For example, as described in
また、加工性と耐摩耗性を考慮すれば、一般的には、焼き入れが施されていない鋼材を用い、ホイールの歯面の硬度を高めるために、鋼材をホブで創生歯切りした後、浸炭処理もしくは高周波焼き入れを施したり、ホブで創生歯切りした後、高硬度材料を歯面へコーティングする方法が考えられる。 In consideration of workability and wear resistance, generally, steel that has not been hardened is used, and the steel material is first cut with a hob to increase the hardness of the tooth surface of the wheel. A method of coating a tooth surface with a high hardness material after carburizing or induction hardening, or cutting a tooth with a hob is conceivable.
従来の技術では、上述のように、ホイールの材料はホブで歯車の創生加工をするために、りん青銅等の加工しやすい材料を使用するが、りん青銅等従来使用されていた材料は、加工しやすい材料であるため強度が十分とはいえず、動力伝達能力が低くなるという問題点がある。 In the conventional technology, as described above, the material of the wheel uses a material that is easy to process, such as phosphor bronze, in order to create a gear with a hob. Since it is a material that is easy to process, it cannot be said that its strength is sufficient, and there is a problem that the power transmission capability is low.
また、ホブで創生歯切りした後、焼入れを施した場合は焼き入れ歪みのために変形し、ホイールの歯面の精度が悪くなり、結果的に動力伝達を大きくすることが難しくなるという問題がある。 In addition, after quenching the tooth with a hob, if it is quenched, it deforms due to quenching distortion, the accuracy of the tooth surface of the wheel deteriorates, and consequently it is difficult to increase power transmission There is.
また、ホイールは、歯面形状が複雑な3次元形状をしているため、焼き入れ歪みを取り除く研磨技術が確立されていないという問題がある。 In addition, since the wheel has a complicated three-dimensional tooth surface shape, there is a problem that a polishing technique for removing quenching distortion has not been established.
また、高硬度材料をホイールの歯面上へコーティグする方法では、精度と硬度を確保することができるが、製造コストが高くなるという問題があり、また、コーティングの膜厚が数10μm程度であるため、磨耗による寿命が短くなるという問題がある。 Further, in the method of coating a high hardness material onto the tooth surface of the wheel, accuracy and hardness can be ensured, but there is a problem that the manufacturing cost becomes high, and the film thickness of the coating is about several tens of μm. Therefore, there is a problem that the life due to wear is shortened.
本発明は、製造コストを抑え、長寿命で動力伝達能力の高いウォーム歯車を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to provide a worm gear with reduced manufacturing cost, long life, and high power transmission capability.
本発明に係るウォーム歯車は、第一歯車と、上記第一歯車の軸と直交する軸を有し上記第一歯車に噛合う第二歯車で構成されるウォーム歯車において、上記第二歯車であるホイールが、ブランクを高硬度化した高硬度材料をホブで加工してなるものである。 The worm gear according to the present invention is the second gear in the worm gear constituted by a first gear and a second gear having an axis orthogonal to the axis of the first gear and meshing with the first gear. A wheel is formed by processing a high hardness material obtained by increasing the hardness of a blank with a hob.
本発明に係るウォーム歯車によれば、ブランクを高硬度化した高硬度材料をホブで加工してホイールに仕上げるので、長寿命で動力伝達能力の高い高精度なホイールが得られる。 According to the worm gear according to the present invention, a high-hardness material obtained by increasing the hardness of a blank is processed with a hob and finished into a wheel, so that a highly accurate wheel with a long life and high power transmission capability can be obtained.
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
実施の形態1.
図1乃至図4、及び図7は、本発明に係るウォーム歯車におけるホイールの加工方法を示す斜視図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 4 and 7 are perspective views showing a method of processing a wheel in a worm gear according to the present invention.
図1(a)において、ホイール材2は、例えば、高硬度金属化合物を焼結により成形した高硬度材料である。図1(b)に示したように、ホイール材2を、ホブ3により歯切り加工することによってホイール4が製造される。ホイール4の各歯は、図1(b)においては、ウォームの外周径と合わせるように、歯底部及び歯上部の中央部が全体に低くなった弓形に形成される。また、高硬度材料をホブ3で歯切り加工する際の加工条件は、後述のような条件とすることにより、ホブのクラック及び割れが発生しない加工が可能となる。
In FIG. 1A, the
また、ホブ3による歯切り加工においては、ホブ3を図1(b)の直線矢印で示した軸方向にホイール材2に切り込ませて、ホブ3の回転数をNh、ホイールの歯数をZ2とすると、ホブの回転数Nhとホイール材2の回転数N2との関係を、Nh/N2=Z2/Nhとなるように設定して歯切り加工することによりホイール4が形成される。以下、図2乃至図4、及び図7においても同様である。
Further, in the gear cutting by the
図1に示したホイールの加工法によれば、高硬度のホイール材2をホブ3で加工してホイール4に仕上げるので、高硬度で高精度なホイールが得られる。
According to the wheel processing method shown in FIG. 1, the
図2において、図2(a)のブランク材1は、例えば、S45CやSCM材などの丸鋼材あるいは鍛造材を切削切断してできたものであり、図2(b)のホイール材2はブランク材1を高周波焼入れ処理または浸炭焼き入れ処理及び焼き戻しなどで高硬度材料とされている。図2(c)に示したように、ホイール材2を、ホブ3により歯切り加工することによってホイール4が製造される。図2(c)においては、ウォームの外周径と合わせるように、歯底部及び歯上部の中央部が低くなった弓形に形成される。
In FIG. 2, the
図2に示したホイールの加工法によれば、熱処理により高硬度にした高硬度のホイール材2をホブ3で加工してホイール4に仕上げるので、高硬度で高精度なホイールが得られる。
According to the wheel processing method shown in FIG. 2, the high
図3において、図3(a)のブランク材1は、S45CやSCM材などの丸鋼材を切削切断ものあるいはS45CやSCM材などを鍛造して製作したものであり、図3(b)に示したように、ブランク材1をホブ3により歯切り加工して粗仕上げ歯車5を作製する。粗仕上げ歯車5は、各歯の高さが軸方向において同一なはすば歯車である。図3(c)において、粗仕上げ歯車5を高周波焼入れ処理または浸炭焼き入れ処理及び焼き戻しなどで高硬度とした高硬度処理された歯車6とし、図3(d)において、ホブ3で高硬度処理された歯車6を歯切り加工してホイール4を作製する。図3(d)においては、ウォームの外周径と合わせるように、歯底部及び歯上部の中央部が低くなった弓形に形成される。
In FIG. 3, the
図3に示したホイールの加工法によれば、モジュールが大きいウォーム歯車の場合、硬い材料を直接歯切りするのは難しくなるが、あらかじめ粗仕上げ加工による歯切りをした後、高周波焼入れ処理などで高硬度にしてホイール4とすることにより、精密仕上げ加工代を小さくすることができ、加工が容易になる。 According to the wheel processing method shown in FIG. 3, in the case of a worm gear having a large module, it is difficult to directly cut the hard material. However, after cutting in advance by rough finishing, By making the wheel 4 high in hardness, the precision finishing machining allowance can be reduced and the machining becomes easy.
図4においては、図2及び図3において示したと同様のブランク材1を多数重ね(図4(a))、図4(b)に示したように、多数重ねられたブランク材1をホブ3により歯切り加工して粗仕上げ歯車(はすば歯車)5を作製し、図4(c)において、各粗仕上げ歯車5は高周波焼入れ処理または浸炭焼き入れ処理及び焼き戻しなどで高硬度処理された歯車6とし、図4(d)においては、高硬度処理された歯車6を、ホブ3でウォームの外周径と合わせるように、歯底部及び歯上部の中央部が全体に低くなった弓形に歯切り加工して、ホイール4を作製する。
In FIG. 4, many
図4に示したホイールの加工方法によれば、図3に示したモジュールが大きいウォーム歯車において、さらに加工時間を短縮することが可能となる。 According to the wheel machining method shown in FIG. 4, the machining time can be further shortened in the worm gear having a large module shown in FIG.
図5は、ホブのピッチ円径をウォームのピッチ円径より大きくして歯切り加工してホイールを製作した場合の、ホイールとウォームとの接触状態を示す正面図である。通常、高硬度材料をホブで歯切りする場合、ウォーム歯車はウォームとホブのピッチ円径は同じにするのが通例であるが、図5(a)及び図5(b)(図5(a)のA部拡大図)に示したように、ウォームより大きなピッチ円径を持ったホブ3で加工されたホイール10とウォーム8との接触状態においては、歯当り11が点接触になるため組立誤差を許容でき、歯面間への潤滑油の引き込みがよくなる。
FIG. 5 is a front view showing a contact state between the wheel and the worm when the wheel is manufactured by making the hob pitch circle diameter larger than the pitch circle diameter of the worm and gear cutting. Normally, when gears of high hardness are cut with a hob, the worm gear is usually made to have the same pitch circle diameter of the worm and the hob, but FIG. 5 (a) and FIG. 5 (b) (FIG. 5 (a) As shown in the enlarged view of part A)), since the contact 11 is point contact in the contact state between the
図6は、ホブのピッチ円径をウォームのピッチ円径と同じにして歯切り加工してホイールを製作した場合の、ホイールとウォームとの接触状態を示す正面図である。図6(a)及び図6(b)(図6(a)のA部拡大図)に示したように、ウォームと同じピッチ円径を持つホブで加工された高硬度材料であるホイール7とウォーム8との歯当り9は線接触となるため、組立誤差があれば片当りを生じる。
FIG. 6 is a front view showing a contact state between the wheel and the worm when the wheel is manufactured by gear cutting with the hob pitch diameter equal to the pitch diameter of the worm. As shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b) (enlarged view of portion A in FIG. 6 (a)), a
以上、図1乃至図6においては、ホイール4の各歯は、ウォームの外周径と合わせるように、歯底部及び歯上部の中央部が全体に低くなった弓形に形成されたはすば歯車の例を示した。
図7においては、ホイール4が高硬度材料をホブ3により直接歯切り加工したはすば歯車(図7(a))と、ホイール4とウォーム8が噛み合っている状態(図7(b))を示している。
As described above, in FIGS. 1 to 6, each tooth of the wheel 4 is a helical gear formed in an arcuate shape in which the bottom part of the tooth and the central part of the top part of the tooth are lowered to match the outer diameter of the worm. An example is shown.
In FIG. 7, the helical gear (FIG. 7 (a)) in which the wheel 4 directly cuts a hard material with the
図7(a)においては、ホイール4の各歯が、弓形ではなく軸方向の間で歯底部及び歯上部の直線状に形成された矩形状の歯を有するはすば歯車であるので、ホイール4の軸方向におけるどの位置においてもウォーム8とうまく噛み合うことができる。
In FIG. 7 (a), each tooth of the wheel 4 is a helical gear having rectangular teeth formed linearly at the bottom and top of the tooth between the axial directions instead of the arcuate shape. The
図8は、上記図1乃至図7のように作製されたホイール12を、円筒ウォーム13に適用した例(図8(a))と、鼓形ウォーム14(図8(b))に適用した例とを示しており、本発明のウォーム歯車におけるホイールは、円筒ウォーム13及び鼓形ウォーム14のいずれにも適用することができる。
FIG. 8 shows an example in which the
以上のホイールの加工方法において、高周波焼き入れ処理または浸炭焼き入れ処理及び焼き戻しした後の高硬度材料をホブで歯切り加工する際の加工条件は、ホブの周速を50〜100m/min、ホブの加工送り(ホイール1回転当たりのホブの押し込み量)を0.05mm以下とする。また、加工部に潤滑油及び冷却油を供給せずに加工する。 In the above wheel processing method, the processing conditions when the high-hardness material after induction hardening or carburizing quenching and tempering is geared with a hob are 50 to 100 m / min. The hob processing feed (the pushing amount of the hob per one rotation of the wheel) is set to 0.05 mm or less. Moreover, it processes without supplying lubricating oil and cooling oil to a process part.
このような加工条件とすることにより、ホブの割れ、またはクラック発生が防止できるため生産性が向上する。 By setting it as such processing conditions, since the crack of a hob or crack generation can be prevented, productivity is improved.
以上に説明したウォーム歯車は、ウォーム(第一歯車)をモータの回転軸に取り付け、ウォームと噛み合うホイール(第二歯車)の構成としたギアードモータとすることにより、モータを低騒音で、小型化したものにすることができる。 The worm gear described above is a geared motor with a worm (first gear) attached to the rotating shaft of the motor and a wheel (second gear) meshing with the worm, thereby reducing the size of the motor with low noise. Can be made.
本発明に係るウォーム歯車は、モータと減速機が部が一体に形成され、モータ軸の一端部に第一歯車が形成されたギアードモータ等に有効に利用することができる。 The worm gear according to the present invention can be effectively used for a geared motor or the like in which a motor and a speed reducer are integrally formed and a first gear is formed at one end of a motor shaft.
1 ブランク材、2 ホイール材(高硬度材料)、3 ホブ、
4,7,10,12 ホイール、5 粗仕上げ歯車、6 高硬度処理された歯車、
8 ウォーム、9 線接触歯当り、11 点接触歯当り、13 円筒ウォーム、
14 鼓形ウォーム。
1 blank material, 2 wheel material (high hardness material), 3 hob,
4, 7, 10, 12 wheel, 5 rough finish gear, 6 high-hardness processed gear,
8 worms, 9 wire contact teeth, 11 point contact teeth, 13 cylindrical worms,
14 Hourglass warm.
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