JP3873056B2 - ウォームギヤの転造加工方法 - Google Patents

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウォームギヤの転造加工方法に関し、更に詳しくは、転造加工によって、自動車のハンドル駆動用のウォームギヤ等を転造により加工するためのウォームギヤの転造加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の電動式パワーステアリング装置として、電動モータの回転出力をウォームギヤ機構を介して減速し、ステアリングホイールに連結された出力軸をアシスト駆動するタイプのものが知られている。大きな負荷がかからない軽自動車用のパワーステアリング装置においては、金属製の円筒ウォームギヤと樹脂製のウォームホイールとを組み合わせてウォームギヤ機構として用いたタイプが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
この金属製のウォームギヤは、精度が要求されるので焼入れ鋼を旋盤加工の後、熱処理し研削仕上げ加工加工により製造されている。旋盤で加工する場合、バイトで切削されるが、生産性を上げるときは円錐形のフライスを使用し、このフライスの軸線をウォーム軸に対してγ（ウォームギヤのピッチ線における進み角）だけ傾けてネジ加工の要領で切削する。
【０００４】
しかしながら、このウォームギヤの製作工程は、少なくとも切削、熱処理、研削と大きくは３工程が必要である。また、このための設備も旋盤、熱処理設備、研削盤の少なくとも３台が必要となる。このために加工コストが増大し樹脂製のウォームホイールの利点が十分に発揮できていなかった。
【０００５】
また、雄ネジ、ウォームギヤ等を転造するとき、対向して配置された第１転造ダイス、及び第２転造ダイスが互いに接近して押し込み送りを行う。このとき、ウォームギヤの進み角が大きくて、かつ仕上がり直径と素材直径の差が大きいとき、転造加工の進行中に、進み角が変化する現象が「歩み」と呼ばれている。この歩みが発生すると、歩みによるワークの移動方向のネジ山のフランク面と反対側のフランク面との間で丸ダイスの接触が異なり、転造面の仕上がり精度が悪くなる問題がある。この歩みを防ぐために、通常は目視等により第１転造ダイス、又は第２転造ダイスの軸線方向の位相位置を変えることにより補正をすることがある。
【０００６】
しかしながら、この補正方法は、雄ネジ、又はウォームギヤの両側に雄ネジ、又はウォームギヤの直径より大きな軸があるような部品の場合、この部分に転造ダイスが干渉するので歩みを防ぐための補正は困難である。又このようなとき、ダイスを正転、又は逆転させて転造させることも行われているが、バックラッシュ等の発生により製品精度の高いものはできないし、生産性も悪い。本出願人は、この歩みを第１転造ダイス、及び第２転造ダイスの回転軸線と直交する軸線の周りで回動する主軸傾斜機構を提案した（特許文献２）。
【０００７】
しかしながら、この主軸傾斜機構を用いたものでも、加工開始から加工終了までの径の変化が大きいウォームギヤ等のようなワークでは、歩みの発生を完全には防ぐことができず、これが加工誤差となって現れる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−２４８５５号公報
【特許文献２】
特開平１１−２８５７６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、ギヤ精度を十分確保しながら加工工程を減少させたウォームギヤの転造加工方法を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、ギヤ精度を十分確保しながらコストを低減させたウォームギヤの転造加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記目的を達成するため、次の手段を採る。
本発明１のウォームギヤ転造加工方法は、円筒状の素材を中心に配置して転造加工するための円筒状の複数のダイスと、前記ダイスを回転駆動するためのダイス回転駆動手段と、前記素材を回転自在に支持するための素材支持手段と、前記ダイスを互いに接近させて押し込むための押込み手段とを備えた転造機によるウォームギヤ転造加工方法において、
前記ダイスを同一方向に同期回転させながら前記素材に向かって互いに押込み送りをして転造加工する第１ステップ、及び
前記第１ステップの終了後、前記ダイスの回転方向を逆回転させて、前記素材を転造加工する第２ステップと
を交互に繰り返してウォームギヤを転造により加工することを特徴とする。
【００１１】
本発明２のウォームギヤの転造方法は、本発明１において、前記ダイスを前記押込み送り方向と逆方向に待避させた後、前記第２ステップを行うと、より精度の高い加工が継続できる。
【００１２】
本発明３のウォームギヤの転造方法は、本発明１又は２において、前記ウォームギヤの真円度を向上させるために、前記ダイスを前記押込み送りを停止させた状態で、前記第１ステップ、及び前記２ステップを交合に行って、前記ウォームギヤを転造すると良い。
【００１３】
本発明４のウォームギヤの転造方法は、本発明１又は２において、前記転造機は、４本の連結軸（４０）が、互いに平行になるように配置され、かつ第１案内レール（３）、及び第２案内レール（２６）と互いに平行になるように配置されており、
前記第１案内レール（３）には、第１転造ダイス（１００）を搭載した第１ダイス移動台（６）が移動自在に配置されており、
前記ダイスは、第１転造ダイス（１００）及び第２転造ダイス（１０１）の２台とからなり、
前記第２案内レール（２６）には、第２転造ダイス（１０１）を搭載した第２ダイス移動台（２５）が移動自在に配置されており、
前記第１転造ダイス（１００）と前記第２転造ダイス（１０１）は、前記４本の前記連結軸（４０）の略中心に配置されたものであり、かつ前記第１転造ダイス（１００）及び前記第２転造ダイス（１０１）の回転軸線が互いに平行して配置されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明５のウォームギヤの転造方法は、本発明１又は２において、前記転造加工中に、前記素材の直径の変化により前記ウォームギヤの進み角が変化して、前記ウォームギヤが軸線方向に移動する歩みが発生するのを、前記素材の移動から検知し、
前記移動が設定された範囲を越えたとき、前記ダイスの回転方向を逆回転させ前記歩みの方向を逆方向にする前記第２ステップを行うことを特徴とする。
【００１５】
本発明６のウォームギヤの転造方法は、本発明５において、前記転造機は、前記ダイスの回転軸線と直交する軸線を中心に回動する主軸傾斜手段とを備えたものであり、
前記歩みを解消するために前記主軸傾斜手段の補正回動角度を演算して、
前記主軸傾斜手段で、前記ダイスを前記補正回動角度量だけ回動させて前記歩みを解消することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のウォームギヤの転造方法の効果（本発明の利点）は、横転位された薄歯のウォームギヤが転造加工により高精度で加工が可能になったので、従来のウォームギヤより加工工程数が少なくでき、しかも加工コストも大幅に低下させることができる、ものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を具体化した実施の形態を説明する。図１は、本発明に係るウォームギヤを転造するための転造機の全体を示す立体外観図である。図２は、図１をＩＩ−ＩＩ線で切断したときの一部断面図である。図３は、転造機の正面図である。図４は、切断平面図である。転造機１は、円筒状のダイスを対向させて配置し素材を塑性変形させて塑性加工する丸ダイス転造機である。通常の丸ダイス転造機は、回転駆動される可動ダイスとこれと連れ回りする固定ダイスとは、その回転軸線が平行になるように対向して配置され、その中間に素材が配置されている。
【００１８】
本発明に係るウォームギヤ加工用の転造機１は、加工中は２個の丸ダイスを同期させて同時に同一回転方向に回転駆動するものである。以下、そのための詳細構造について説明する。ベッド２は、転造機１の本体を構成し内部が空洞の構造物の台である（図２参照）。ベッド２は、概ね箱形をしており、鋳物、又は鋼板を溶接して造られたものである。ベッド２の上面には、２本の第１案内レール３が平行にボルト等で固定配置されている。２本の第１案内レール３上には、第１ダイス移動支持台４がリニアベアリングブロック５を介して移動自在に搭載されている。第１ダイス移動支持台４の前面には、第１ダイス移動台６が一体に固定支持されている。同様に、第１ダイス移動台６もリニアベアリングブロック５を介して２本の第１案内レール３上に移動自在に設けられている。
【００１９】
第１ダイス移動台６の前面７には、第１丸ダイス支持台８が後述する理由から回動自在に支持されて搭載されている（図３参照）。第１丸ダイス支持台８には、２台の第１丸ダイス軸受９、及び第２丸ダイス軸受１０が間隔をおいて配置されている。第１丸ダイス軸受９、及び第２丸ダイス軸受１０の間には、第１丸ダイス軸１１が水平方向に配置されており、この両端を第１丸ダイス軸受９、及び第２丸ダイス軸受１０がそれぞれ支持している。
【００２０】
第１丸ダイス支持台８は、第１主軸傾斜機構（図示せず）により、第１丸ダイス軸１１の中心軸線と直交する回動軸線を中心にして回動可能である。第１主軸傾斜機構は、第１ダイス移動台６の側面に配置されたギヤと、このギヤと噛み合うサーボモータとで構成されている。第１丸ダイス支持台８を回動駆動するこのサーボモータ１４２は、後述するＣＮＣ装置１２０（図９参照）により、第１丸ダイス支持台８の回動角度位置を制御する。第１主軸傾斜機構は、後述するネジ、ウォームギヤ等のような螺旋形状を有する部品の加工中に発生する歩み現象による、加工誤差を防ぐための機構である。
【００２１】
第２丸ダイス軸受１０の端部には歯車箱１２が配置され、この歯車箱１２内には検出器１３４（図９参照）が内蔵されている。歯車箱１２内の歯車機構は、ユニバーサルジョイント１３を介して駆動軸１４からの回転を第１丸ダイス軸１１に回転を伝達するものである。駆動軸１４は、更にユニバーサルジョイント１５を介して減速機構１６の出力軸（図示せず）に連結されている。減速機構１６は、ブラケット１８により支持固定されている。
【００２２】
ブラケット１８は、駆動機構支持台２０の上に搭載されている。駆動機構支持台２０は、ベッド２の側面の中央部に隣接してベッド２と一体に固定配置されている。減速機構１６の入力軸（図示せず）には、サーボモータ１７の出力軸が連結されている。結局、サーボモータ１７の回転出力は、減速機構１６により減速され、更にユニバーサルジョイント１５、駆動軸１４、ユニバーサルジョイント１３、及び歯車箱１２内の歯車機構を介して、第１丸ダイス軸１１を回転速度指令に従って回転駆動する。サーボモータ１７の回転出力の制御は、後述するＣＮＣ装置１２０により行う。
【００２３】
サーボモータ１７の回転駆動を第１丸ダイス軸１１に伝達するために、２個のユニバーサルジョイント１５、及びユニバーサルジョイント１３から構成される回転駆動伝達機構を採用した。サーボモータ１７が駆動機構支持台２０上に固定されているのに対し、第１丸ダイス軸１１が２本の第１案内レール３の上を第１ダイス移動台６が移動するので位置が一定しないので、通常の継手構造では円滑に回転を伝達できない。ユニバーサルジョイント１３，１５を用いたこの回転駆動伝達機構は、円滑にかつ等速度でサーボモータ１７の回転を第１丸ダイス軸１１に伝達する機能を果たす。
【００２４】
他方、第１ダイス移動台６と対向するベッド２上の位置には、第２ダイス移動台２５が配置されている。ベッド２の上面には、２本の第２案内レール２６がボルト等で固定配置されている。第２案内レール２６は、第１ダイス移動台６を案内する２本の第１案内レール３を直線上で延長した位置に配置されている（図４参照）。２本の第２案内レール２６上には、第２ダイス移動台２５がリニアベアリングブロック２７を介して移動自在に搭載されている（図３参照）。
【００２５】
第２ダイス移動台２５の前面２８には、第２丸ダイス支持台２９が後述する理由から中心０を中心として回動自在に支持されて搭載されている（図５参照）。第２丸ダイス支持台２９には、２台の第３丸ダイス軸受３０、及び第４丸ダイス軸受３１が間隔をおいて配置されている（図２参照）。第３丸ダイス軸受３０、及び第４丸ダイス軸受３１の間には、第２丸ダイス軸３２が水平方向に向いて配置されており、この両端を第３丸ダイス軸受３０、及び第４丸ダイス軸受３１がそれぞれ回転自在に支持している。
【００２６】
第２丸ダイス支持台２９は、第２主軸傾斜機構（図示せず）により、第２丸ダイス軸３２の中心軸線と直交する回動軸線Ｏを中心に角度＋α、又は−αだけ回動する（図５参照）。第２主軸傾斜機構は、第２ダイス移動台２５の側面に配置されたギヤと、このギヤと噛み合うサーボモータとで構成されている。第２丸ダイス支持台２９を駆動するこのサーボモータ１４７は、後述するＣＮＣ装置１２０により、第２丸ダイス支持台２９の位置を制御する（図９参照）。第２主軸傾斜機構は、後述するネジ、ウォーム等のような螺旋構造を有する部品の形状精度に影響する歩み現象による誤差を防ぐための機構である。
【００２７】
第４丸ダイス軸受３１の端部には、歯車箱３３が配置され、歯車箱３３内には回転検出機構（図示せず）が内蔵されている。歯車箱３３内の歯車機構は、ユニバーサルジョイント３４を介して駆動軸３５からの回転を第２丸ダイス軸３２に伝達するものである。駆動軸３５は、更にユニバーサルジョイント３６を介して減速機構３７の出力軸（図示せず）に連結されている。減速機構３７は、前述したブラケット１８により支持固定されている。
【００２８】
減速機構３７の入力軸には、サーボモータ３８の出力軸が連結されている。結局、サーボモータ３８の回転出力は、減速機構３７により減速され、ユニバーサルジョイント３６、駆動軸３５、ユニバーサルジョイント３４、及び歯車箱３３内の歯車機構を介して、第２丸ダイス軸３２をＣＮＣ装置１２０（図９参照）の指令に従って制御される。
【００２９】
第１ダイス移動支持台４と第１ダイス移動台６の外周の４隅には、軸固定部４１が配置されている。軸固定部４１には、４本の連結軸４０の一端が固定されている。４本の連結軸４０は、互いに平行になるように配置され、かつ第１案内レール３、及び第２案内レール２６と互いに平行になるように配置されている。４本の連結軸４０には、第２ダイス移動台２５の外周の４隅にガイド部４２が配置され、ガイド部４２に組み込まれた軸受を介して移動自在に第２ダイス移動台２５を支持している。
【００３０】
［ダイス送り装置４９］
図６は、ダイス送り装置の概略機構を示す転造機の略平面図である。以上の説明で理解されるように、第２ダイス移動台２５は、第２案内レール２６と４本の連結軸４０に案内されて、第１ダイス移動台６に対して相対的に接近、又は離反移動が可能である。連結軸４０の他端は、圧力プレート４５に連結固定されている。圧力プレート４５には、油圧シリンダから構成される油圧シリンダ５０が固定されている。油圧シリンダ５０は、ピストンの伸長位置を高精度で制御できるサーボバルブを備えたものである。油圧シリンダ５０の出力軸であるピストンロッド５１の先端は、第２ダイス移動台２５の背面５２に固定されている。
【００３１】
油圧シリンダ５０に油圧を導入して駆動すると、ピストンロッド５１が伸長する。油圧シリンダ５０は圧力プレート４５とに固定され、かつ圧力プレート４５と第１ダイス移動台６は連結軸４０により互いに連結されているので、ピストンロッド５１の伸長により第１ダイス移動台６と第２ダイス移動台２５とは互いに接近する。
【００３２】
図６に示すように、第２ダイス移動台２５の移動方向と同一方向に向けてラック９１が配置され、このラック９１の一端が第２ダイス移動台２５が固定されている。圧力プレート４５には、ラック９０の一端が固定されている。ラック９０とラック９１は、互いに平行になるように配置されている。
【００３３】
ラック９０とラック９１は、ピニオン９３に噛み合っている。ピニオン９３のピニオン軸９４は、ベッド２に回転自在に設けられている。結局、油圧シリンダ５０を駆動すると、ピストンロッド５１が伸長する。油圧シリンダ５０は圧力プレート４５とに固定され、かつ圧力プレート４５と第１ダイス移動台６は連結軸４０により互いに連結されているので、ピストンロッド５１の伸長により第１ダイス移動台６と第２ダイス移動台２５とは互いに接近又は離反する。
【００３４】
このとき、ピニオン軸９４はベッド２に回転自在支持されているので回転はするが移動しない。この結果、第１ダイス移動台６と第２ダイス移動台２５の間の間隔の中心位置は、常にベッド２上の一定位置に位置されることになる。この一定位置にワーク（工作物）の中心軸線を一致させると、ワークの加工精度が向上すると共に、転造機１へのワークの供給、及び排除等が容易となる。
【００３５】
第１ダイス移動台６と第２ダイス移動台２５の間の間隔は、第２ダイス移動台２５に配置された後述する移動台間隔計測手段により、計測される。移動台間隔計測手段は、第２ダイス移動台２５の上部に固定されたリニアスケール１１１、リニアスケール１１１の磁気目盛りを読みとるためのセンサー（図示せず）、センサーを固定した棒状のセンサー台１１０等からなる（図４参照）。
【００３６】
センサー台１１０の一端は、第１ダイス移動台６に固定されている。従って、第１ダイス移動台６と第２ダイス移動台２５が相対移動すれば、センサーはリニアスケール１１１の磁気目盛りを読み取り、その間の間隔を読みとることができる。以上のような、転造機１の第１丸ダイス軸１１、及び第２丸ダイス軸３２の回転駆動、及び各転造ダイスの移動は後述するＣＮＣ装置１２０で同期制御、又は非同期制御される。
【００３７】
［ワーク送り装置５９］
図７は、工作物であるワークＷを支持し送るためのワーク送り装置５９の側面図である。前述した第１丸ダイス軸１１、及び第２丸ダイス軸３２には、第１転造ダイス１００、第２転造ダイス１０１がキー固定されている。基板６１上には１本のリニアレール５８がボルトにより固定されている。２台のリニアブロック５７は、リニアレール５８の上に移動自在に搭載されている。
【００３８】
２個のリニアブロック５７の両側面には、ワーク長さ調整板８９がそれぞれ掛け渡され、ボルトにより相互に連結固定されている。更に、ワーク長さ調整板８９の上面には、それぞれスライド押え５４がボルトにより固定されている。２枚のスライド押え５４の間には、これに案内されてスライド板５５が摺動自在に設けられている。スライド押え５４にガイドされて移動するスライド板５５の移動範囲は、転造加工中に移動するものであり設定された移動範囲のみである。
【００３９】
結局のところ、リニアブロック５７、ワーク長さ調整板８９、スライド押え５４、及びスライド板５５により、送り台５３を構成する。スライド板５５の上面には、心押台６０が固定されている。心押台６０には、ウォームギヤの素材、又はワークＷを回転自在に支持するセンタ６２が挿入固定されている。心押台６０には、スライド板５５の移動範囲を決めるセンサードッグ６３がボルト６４により固定されている。センサードッグ６３の移動を検知する前進位置検出センサ７９は、基板６１上に固定されている。
【００４０】
スライド板５５には、心押台６０と対向してチャック台６５が配置固定されている。チャック台６５には、センタ支持軸６７が設けられており、このセンタ支持軸６７に軸受６８を介して回転自在に回転センタ６６が回転自在に支持されている。一方、チャック台６５の背面には、センタ支持軸６７を軸線方向に移動自在に駆動するためのチャック用空圧シリンダ６９がボルト７０により固定されている。空気圧で作動するチャック用空圧シリンダ６９のピストンロッドは、センタ支持軸６７に連結されている。
【００４１】
従って、チャック用空圧シリンダ６９を作動させると、センタ支持軸６７、及び回転センタ６６が軸線方向に伸張、又は縮み駆動されて、素材、又はワークＷを回転センタ６６、及びセンタ６２の間に取り付け、又は取り外すことができる。リニアブロック５７には、ナット７２が固定されている。ナット７２には、送りネジ７３がねじ込まれている。送りネジ７３の一端は、回転継手であるカップリング７４を介してサーボモータ７６の出力軸７７に連結されている。
【００４２】
従って、サーボモータ７６を駆動すると、送りネジ７３が回転駆動され送り台５３がリニアレール５８上を移動し、その位置が制御されることになる。チャック台６５上には、センサードッグ７１がボルト７８で固定されている。センサードッグ７１の移動を検知する後退位置検出センサ７５は、基板６１に固定されている。従って、前進位置検出センサ７９はワークＷの前進位置を検出し、後退位置検出センサ７５はワークＷの後退位置を検出する。
【００４３】
チャック台６５の側面には、磁気スケールであるリニアスケール９９が配置固定されている。リニアスケール９９の移動は、固定された読取装置（図示せず）で読みとられ、移動が検知される。従って、このリニアスケール９９の移動を検知することによりワークＷの移動が検出されることになる。
【００４４】
転造加工が進行すると、前述したウォームギヤであるワークＷの進み角が変化し誤差となる。この誤差がなければワークＷは後述するように理論上は軸線方向に移動することはない。この誤差がワークが軸線方向に移動する歩み量となって発生する。リニアスケール９９の移動は、センサーにより読みとられ、このデータは歩み量検出プログラム１６０（図９参照）により、歩み量として計算される。
【００４５】
即ち、ワークＷに螺旋溝を転造する場合、第１転造ダイス１００、第２転造ダイス１０１をワークＷに向かって、少しずつ互いに接近するように押し込むにつれ、ワークＷのネジ溝の谷径が小さくなる。そのためにワークＷの押込み開始時に比べて押込み完了時には、ワークＷの谷部の円周長さが短くなる。言い換えると、ワークＷの円周長さとピッチとの関係が、転造開始時と転造加工終了時とでは異なる。
【００４６】
ワークＷの円周長は、押込み開始時の円周長をＬ、ウォームギヤの進み角（ねじれ角）をβで一定とすれば、幾何学的には押込み完了時には円周長Ｌは、直径が小さくなった量だけ短くなる。しかしながら従来の転造機は、この押込み動作中は丸ダイスのリード角（ねじれ角）βは変わらない。このため、押込み開始時のワークＷのピッチＰと、押込み完了時のワークＷのピッチＰ１との間にはピッチのズレδＰが発生する。
【００４７】
このピッチのズレδＰ分だけ転造中にワークＷがその中心軸線方向に移動する現象が発生する。この転造中にワークＷが移動する現象をワークＷの「歩み」と呼んでいる。特に、外径と谷径が大きいウォームギヤ、ネジのようなワークＷの場合にこの現象が顕著に現れる。歩みが発生すると、歩みによるワークＷの移動方向のウォームギヤ、ネジ山のフランク面が丸ダイスである第１転造ダイス１００、及び第２転造ダイス１０１に強く接触することになる。この結果、転造加工された加工部品の加工精度である形状精度を悪くしている。
【００４８】
前述した第１主軸傾斜機構、及び第２主軸傾斜機構は、ウォームギヤ、ネジのような製品の形状精度に影響する歩みを防ぐための機構であり、押込み中にリード角をワークの円周長さによって補正する。なお、補正により加工されるワークの進み角が変わるが、僅かな量のために形状精度に大きく影響することはなく、補正しない場合より誤差が少なく充分に公差の範囲内に収まる。
【００４９】
［ＣＮＣ装置１２０］
図９は、ＣＮＣ装置１２０、及び各制御モータ等の構成を示すブロック図である。ＣＮＣ装置１２０は、ＮＣ専用機や、個人用小型コンピュータ（以下、パソコンという）の拡張スロットにサーボモータの制御、シーケンス制御等を行うＮＣボード等を装備して数値制御機能とパソコン機能とを有するいわゆるパソコンＮＣ装置が使用できる。ＣＮＣ装置１２０には、種々のデータ処理を行う情報処理手段としてのＣＰＵ１２１が設けられており、ＣＰＵ１２１にはバス１２２を介して主記憶装置としてフラッシュメモリ１２３、及びＲＡＭ１２４が接続されている。
【００５０】
ＣＰＵ１２１は、フラッシュメモリ１２３に記憶されているシステムプログラム、及びデータと、ＲＡＭ１２４にロード（メモリ中に読み込むこと）されたプログラム、及びデータに従って動作する。このようにＲＡＭ１２４にロードされるプログラムとしては、基本プログラムであるＯＳ（オペレーティング・システム）や、数多くあるＮＣ指令の各ＮＣ指令に応じた処理を行うＮＣ指令処理プログラム、工具・工作物データ設定プログラム、計測寸法演算プログラム１２５、傾斜角度演算プログラム１２６、計測データ設定プログラム１２７、歩み量検出プログラム１６０、表示部１３０に対して文字や図形の表示を行う表示制御プログラム等がある。
【００５１】
計測寸法演算プログラム１２５は、リニアスケール１１１をセンサーで読み取った第１転造ダイス１００、及び第２転造ダイス１０１の間隔、検出器１３４、検出器１３７等のデータから、転造加工のための押込み速度を決めるために時々刻々演算するプログラムである。この演算結果は、ＮＣ加工プログラムメモリ１２９のＮＣ加工プログラムによりダイス間隔制御部１５０に指令され実行される。
【００５２】
傾斜角度演算プログラム１２６は、歩み量検出プログラム１６０で計測された歩み量、及び計測寸法演算プログラム１２５で計測された第１転造ダイス１００、及び第２転造ダイス１０１の間隔等から、第１主軸傾斜機構、及び第２主軸傾斜機構の傾斜角度を時々刻々演算するためのプログラムである。この演算結果は、ＮＣ加工プログラムメモリ１２９のＮＣ加工プログラムにより、第１主軸傾斜機構の傾斜制御部１４０、及び第２主軸傾斜機構の傾斜制御部１４５に指令される。計測データ設定プログラム１２７は、第１転造ダイス１００、及び第２転造ダイス１０１の寸法、ワークＷの寸法等を設定するための設定データをメモリ中に記憶するためのプログラムである。
【００５３】
歩み量検出プログラム１６０は、リニアスケール９９を読み込んで得られたデータから歩み量を計測するためのプログラムである。ＣＰＵ１２１にはバス１２２を介してパラメータメモリ１２８が接続されている。パラメータメモリ１２８には、転造加工に必要な各種パラメータを記憶しておく。パラメータメモリ１２８は、不揮発メモリを使用することによりＣＮＣ装置１２０の電源をオフにしても記憶内容を保持しておくことができる。
さらに、ＣＰＵ１２１にはバス１２２を介してＮＣ加工プログラムメモリ１２９等が接続されている。ＮＣ加工プログラムメモリ１２９には、ワークＷを加工位置、又は待避位置までの移動、ワークＷを加工するときの第１転造ダイス１００、及び第２転造ダイス１０１の回転速度・回転量、第１主軸傾斜機構、及び第２主軸傾斜機構の傾斜角度、両ダイスの間隔等、を順次制御して転造加工を行うためのＮＣ加工プログラムが記憶されている。ＮＣ加工プログラムは、オペレータがワークＷの種類、材質、形状により、加工条件、各ダイスの回転速度、移動速度、送り量等をプログラムしたものである。
【００５４】
また、ＣＰＵ１２１にはバス１２２を介して入出力機器が接続されている。入出力機器としては、文字、及び図形を表示する表示部１３０、作業者がデータを入力するための入力部１３１がインターフェース回路を介してバス１２２に接続されている。表示部１３０としてはＣＲＴ、ＥＬ表示パネルや液晶ディスプレイ等が使用でき、入力部１３１としてはキーボード、表示部１３０と一体に組み合わせたタッチパネル等が使用できる。
【００５５】
また、ＣＰＵ１２１には、バス１２２を介して補助記憶装置としての固定ディスク装置を接続するようにしてもよい。その場合、固定ディスク装置にはＣＰＵ１２１によって実行されるべき種々のプログラム等を記憶しておき、適宜、これらのプログラム等を固定ディスク装置からＲＡＭ１２４やＮＣ加工プログラムメモリ１２９にロードすればよい。
【００５６】
ＣＮＣ装置１２０は、第１転造ダイス１００の主軸回転制御部１３２、アンプ１３３を介して第１転造ダイス１００を回転駆動するサーボモータ１７に接続されている。サーボモータ１７の回転速度は検出器１３４を介してアンプ１３３にフィードバックされ、所定の回転速度が維持される。従って、第１転造ダイス１００の軸回りの角度位置は、検出器１３４から主軸回転制御部１３２にフィードバックされ、第１転造ダイス１００を所望の回転速度、角度位置の制御が可能である。
【００５７】
同様にＣＮＣ装置１２０は、第２転造ダイス１０１の回転制御部１３５、アンプ１３６を介して第１転造ダイス１００を回転駆動するサーボモータ３８に接続されている。サーボモータ３８の回転速度は、検出器１３７を介してアンプ１３６にフィードバックされ、所定の回転速度に制御される。従って、第２転造ダイス１０１の軸回りの角度位置は、検出器１３７から主軸回転制御部１３２にフィードバックされ、第２転造ダイス１０１を所望の回転速度、角度位置に制御に制御される。
【００５８】
更に、ＣＮＣ装置１２０は、第１転造ダイス１００、及び第２転造ダイス１０１を傾けるための第１主軸傾斜機構のサーボモータ１４２、及び第２主軸傾斜機構のサーボモータ１４７に接続されており、それぞれ制御する。即ち、ＣＮＣ装置１２０は、第１転造ダイス１００の傾斜制御部１４０、アンプ１４１を介して第１転造ダイス１００の回動を制御するサーボモータ１４２に接続されている。サーボモータ１４２の回転は、検出器１４３を介してアンプ１４１にフィードバックされ、所定の傾斜角度が維持される。従って、第１転造ダイス１００を傾斜させるための回動角度位置は、検出器１４３から傾斜制御部１４０にフィードバックされ、第１転造ダイス１００を傾斜のために所望の回動角度位置に位置決めすることが可能である。
【００５９】
同様に、ＣＮＣ装置１２０は、第２転造ダイス１０１の傾斜制御部１４５、アンプ１４６を介して第２転造ダイス１０１の傾斜のための回動角度位置を制御するサーボモータ１４７に接続されている。サーボモータ１４７の回転は、検出器１４８を介してアンプ１４６にフィードバックされ、所定の傾斜角度に制御される。従って、第２転造ダイス１０１の回動角度位置は、検出器１４８から傾斜制御部１４５にフィードバックされ、第２転造ダイス１０１を傾斜のために所望の回動角度位置に位置決めすることが可能である。
【００６０】
更に、ＣＮＣ装置１２０は、油圧シリンダ５０のサーボバルブ１５２の弁の開閉をオンオフ制御することにより、第１転造ダイス１００と第２転造ダイス１０１との間の間隔を制御する。このために、ＣＮＣ装置１２０は、ダイス間隔制御部１５０、アンプ１５１を介して油圧シリンダ５０を制御するサーボバルブ１５２に接続されている。本例では、この位置決め精度は、１００ＫＮの負荷において４〜５μｍ程度である。
【００６１】
ＣＮＣ装置１２０は、ワーク送り装置５９の位置決め制御部１５３、アンプ１５４を介してワークＷの位置を制御するサーボモータ７６に接続されている。サーボモータ７６の回転は、検出器１５５を介してアンプ１５４にフィードバックされ、所定の転造開始位置に送られる。後退位置検出センサ７５は、ワークＷを転造するときの最後退位置を検知するためのものである。前進位置検出センサ７９は、ワークＷを転造するときの最前進位置を検知するためのものである。以上説明した各駆動軸は、第１転造ダイス１００、及び第２転造ダイス１０１の同期回転を除いて独立して制御される。ただし、制御機能に余力があるときは、同期制御するものであっても良い。
【００６２】
心押台６０の側面には、前述したようにリニアスケール９９が配置されている。歩み量検出プログラム１６０は、リニアスケール９９の読みとりにより、転造加工開始以降の歩み量を演算するためのプログラムである。歩み量検出プログラム１６０は、ワークＷを心押台６０とチャック台６５との間でクランプした状態で、かつ転造開始以降のワークＷのあゆみ量を演算する。
【００６３】
［ウォームギヤの転造加工方法１］
以上のような転造機１、及びワーク送り装置において、車両の電動式パワーステアリング装置のアシストのためのウォームギヤ機構で使用されるウォームギヤを例にして、その転造加工方法を説明する。図８（ａ）は、ウォームギヤの中心線を含む面で切断したときのウォームギヤ歯の断面図である。このウォームギヤ８０は、ピッチ線を含む断面８１の円周位置でみると、通常のウオームギヤに比して歯厚８２は歯溝８３より薄く形成されている。
【００６４】
この理由は、このウォームギヤ８０に噛み合うウオームホイール（図示せず）が合成樹脂製であるから機械的な強度が弱いので、ウォームホイールの歯厚を厚くするためである。歯底は、断面で二つの螺旋状の傾斜面８４が交差するように角度αに形成されている。本例では、角度αは、１５０度である。本発明のウォームギヤの転造加工方法では、ピッチ円で１８〜２０ｍｍ、モジュール１．５〜２．０、ウォームの条数が２、又は３のものにおいて、角度αは、機械構造用炭素鋼（例えば、Ｓ４５Ｃ等）であれば、塑性流れを円滑するという観点から１２０度〜１５０度の範囲が好ましい。また、歯高は６ｍｍ以内、谷径で１０ｍｍ以上が好ましい。この数値範囲を外れると、表面から素材が剥離する等の現象が発生する。
【００６５】
この角度αで交差する二つの傾斜面８４が交差し、歯底の中間が最も直径が小さく形成されている。歯面８８と傾斜面８４との間は、曲面８５で接続されている。二つの傾斜面８４、即ち円錐面の間も曲面８６で接続されている。前述した仕様のウォームギヤの曲面８６は、断面で半径１．０〜１．５ｍｍが塑性流れを円滑するという観点から好ましい。この歯底は、工具側からみればテーパ状の凸部を有し、塑性流動が均等に起こりやすく転造が円滑である。即ち、歯底が二つの円錐面である傾斜面８４が交差した形状、即ち先端が角度を有したものなので、先端部の両面で分配された金属の塑性流動が生じやすくかつ均等になる。
【００６６】
図８（ｂ）は、図８（ａ）のものとは歯溝の形状が異なる他のウォームギヤ歯の断面図である。図８（ｂ）に示す歯溝８３の歯底８７は、断面で半径Ｒ１の円弧を成す形状である。図８（ｂ）に示す歯底８７形状は、歯底８７に円弧、転造ダイス側でいえば凸状の円弧に形成されているので、図８（ａ）の歯底形状に比べて素材の自然な塑性流動が生じやすい利点がある。機械構造用炭素鋼で歯底８７の半径Ｒ１は、断面で半径１．０〜１．５ｍｍが塑性流れを円滑するという観点から好ましい。
【００６７】
図１０（ａ）ないし図１２（ｆ）は、ウォームギヤの転造加工の工程順序を示すものである。中実で円筒状のワークＷの素材Ｍのチャッキング位置で、チャック用空圧シリンダ６９を作動させて、素材Ｍをセンタ６２と回転センタ６６との間で挟んで保持する。第１転造ダイス１００、及び第２転造ダイス１０１との回転を停止中に、サーボモータ７６を起動して、送りネジ７３を回転させてスライド板５５を駆動し、第１転造ダイス１００、及び第２転造ダイス１０１側に送り（図１０（ａ）参照）、更に加工開始位置まで送る（図１０（ｂ）参照）。
【００６８】
第１転造ダイス１００、及び第２転造ダイス１０１は、所定位置に位置決めされている。第１転造ダイス１００、及び第２転造ダイス１０１を同一回転方向に回転するように起動させ、かつ互いに同期回転させる。第１転造ダイス１００、及び第２転造ダイス１０１が互いに同期回転しながら、油圧シリンダ５０を駆動させて、互いに接近するように押込みを行う。この押し込みにより、転造加工が開始される。
【００６９】
このとき、加工しようとするウォームギヤの進み角（通常は、ピッチ点における進み角をいう。）が強くて、仕上がり直径と素材直径の差が大きいとき、転造開始位置と転造終了位置との間の転造進行中に進み角が変化し誤差となる。この誤差が前述した歩みである。転造加工が開始されると、この歩みが発生してスライド板５５が移動する。スライド板５５は、送り台５３の上を自由に摺動可能であるため、転造中のワークＷは第１転造ダイス１００、及び第２転造ダイス１０１の回転を厳密に同期させて回転制御したとしても、第１転造ダイス１００、及び第２転造ダイス１０１のリード角は一定であるので、前述したウォームギヤの進み角、及びこの回転数に応じた移動量、即ち歩み量だけその軸線方向に移動を行う。
【００７０】
転造加工が進んで、スライド板５５が歩みにより所定量送られると、センサードッグ６３が前進位置検出センサ７９により検知される。又は、歩みによるワークＷの前進位置の検知は、リニアスケール９９により検知しても良い。これが検知されると、第１転造ダイス１００、及び第２転造ダイス１０１は、回転を停止し、かつ油圧シリンダ５０による押込み動作が停止される。更に、第１転造ダイス１００、及び第２転造ダイス１０１は、互いに押込み方向とは逆方向に後退する。本例では、約０．０５〜０．２ｍｍ程度の後退させて、即ち転造の押し付け圧力が除かれる程度の後退させて解除する。
【００７１】
この後退は、素材Ｍの弾性変形分と転造機の機械系の弾性変形分を解放して、第１転造ダイス１００、及び第２転造ダイス１０１と素材Ｍとを接触をさせないための後退動作である（以下、「スプリングバック」とも言う。）。この後、第１転造ダイス１００、及び第２転造ダイス１０１を転造加工位置まで再度押し込み（切込み動作）、逆回転を開始する（図１１（ｄ）参照）。押し込み（切込み動作）は、前述した仕様のウォームギヤで、５〜３０段階で段階的に変化させながら切込む方法を採用している。後述するように、必要に応じてこの段階に間欠的に後述するドウエルを入れて転造加工を行う。
【００７２】
この逆回転による転造加工により、歩みによる加工誤差をも補正することになる。この誤差の補正原理の詳細なメカニズムは不明であるが、ワークＷとダイスとの接触を均一化するためとも推定される。この転造加工により、第１転造ダイス１００、及び第２転造ダイス１０１のリードにより、ワークＷは前述した転造とは逆方向の軸線方向に移動し、センサードッグ７１が後退位置検出センサ７５により検知される。又は、歩みによるワークＷの後退位置の検知は、リニアスケール９９により検知しても良い。
【００７３】
次に、第１転造ダイス１００、及び第２転造ダイス１０１の回転を停止させて、かつ油圧シリンダ５０を駆動して、ワークＷから第１転造ダイス１００、及び第２転造ダイス１０１を引き離して待避位置まで後退する（図１２（ｅ）参照）。サーボモータ７６を起動して、送りネジ７３を逆回転させて送り台５３を駆動し、第１転造ダイス１００、及び第２転造ダイス１０１から離れる方向に送り、元の加工開始位置まで送る（図１０（ｆ）参照）。以後、同様の工程を繰り返して転造を行う。前述した仕様のウォームギヤの場合、第１転造ダイス１００、及び第２転造ダイス１０１の回転速度が１０〜４０ｒｅｖ／ｍｉｎで、正転／逆転の回数で１５回〜５０回の繰り返しを行う。
【００７４】
第１転造ダイス１００、及び第２転造ダイス１０１が素材Ｍの転造を開始すると、素材Ｍとの接触は素材Ｍの全ての外周位置で均一ではない。即ち、ウォームギヤは、通常は２条、又は３条の歯が形成されているが、これと同時に噛み合う第１転造ダイス１００、及び第２転造ダイス１０１歯の組数は外周の角度位置で異なる。言い換えると、第１転造ダイス１００、及び第２転造ダイス１０１が素材Ｍの外周を押圧する力は一定であるので、塑性流れが外周の角度位置で異なり２条の歯の場合は断面形状で楕円形、３条の場合は略三角形に形成され易い。
【００７５】
この形状を修正するために、油圧シリンダ５０による押し込み動作（送り動作）を停止させ、第１転造ダイス１００、及び第２転造ダイス１０１が互いに接近する動作による押込み動作を停止させた状態（ドウエル）で、正転／逆転の回数でいうと２回〜５回転造を行うと、前述した断面形状で楕円形、略三角形になろうとするピッチ円筒径、外径が真円に転造される。この転造方法により、前述した仕様のウォームギヤで、このドウエル工程を入れないときは、ピッチ円筒径、外径の誤差で０．２〜０．３ｍｍの異形になってしまうものが０．０２ｍｍ以内の誤差で転造できた。この２〜３回のドウエル動作は、押し込み（切込み動作）の何れかの段階に間欠的に入れて転造加工を行う。
【００７６】
［ウォームギヤの転造加工方法２］
前記したウォームギヤの転造加工方法１は、ワークの歩みによる誤差の補正を第１転造ダイス１００、及び第２転造ダイス１０１を逆転させることにより行った。しかしながら、傾斜角度演算プログラム１２６の演算結果により、サーボモータ１４２、サーボモータ１４７を制御して第１転造ダイス１００、及び第２転造ダイス１０１の傾斜を制御し、歩みの補正をする。このように歩みが発生しないように、又は歩み量が一定値以下になるように制御されながら転造を進行させる方法であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、前述した自動車の電動式パワーステアリング装置に使用されるウォームギヤとその転造加工方法に限らず、他の産業機械、民生機械用の動力伝達用として金属製のウォームギヤとその転造加工方法に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】図１は、本発明に係るウォームギヤを転造するための転造機の全体を示す立体外観図である。
【図２】図２は、図１を ＩＩ−ＩＩ線で切断したときの一部断面図である。
【図３】図３は、転造機の正面図である。
【図４】図４は、転造機の平面図である。
【図５】図５は、第２ダイス移動台の左側面図である。
【図６】図６は、ダイス送り装置の概略機構を示す転造機の平面図である。
【図７】図７は、工作物であるワークを支持し送るためのワーク送り装置の側面図である。
【図８】図８（ａ）はウォームギヤの歯形の断面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）の歯溝の形状が異なる他のウォームギヤ歯の断面図である。
【図９】図９は、ＣＮＣ装置、及び各制御モータ等の構成を示すブロック図である。
【図１０】図１０（ａ）〜（ｂ）は、ウオームギヤを転造加工するときの工程を示す工程図である。
【図１１】図１１（ｃ）〜（ｄ）は、ウオームギヤを転造加工するときの工程を示す工程図である。
【図１２】図１２（ｅ）〜（ｆ）は、ウオームギヤを転造加工するときの工程を示す工程図である。
【符号の説明】
【００７９】
１…転造機
２…ベッド
３…第１案内レール
４…第１ダイス移動支持台
６…第１ダイス移動台
８…第１丸ダイス支持台
２０…駆動機構支持台
２５…第２ダイス移動台
２６…第２案内レール
２９…第２丸ダイス支持台
４０…連結軸
５９…ワーク送り装置
１００…第１転造ダイス
１０１…第２転造ダイス
１４２…サーボモータ
１２０…ＣＮＣ装置
１００…第１転造ダイス
１０１…第２転造ダイス

Claims (6)

1. 円筒状の素材を中心に配置して転造加工するための円筒状の複数のダイスと、
   前記ダイスを回転駆動するためのダイス回転駆動手段と、
   前記素材を回転自在に支持するための素材支持手段と、
   前記ダイスを互いに接近させて押し込むための押込み手段と
   を備えた転造機によるウォームギヤ転造加工方法において、
   前記ダイスを同一方向に同期回転させながら前記素材に向かって互いに押込み送りをして転造加工する第１ステップ、及び
   前記第１ステップの終了後、前記ダイスの回転方向を逆回転させて、前記素材を転造加工する第２ステップと
   を交互に繰り返してウォームギヤを転造により加工する
   ことを特徴とするウォームギヤ転造加工方法。
2. 請求項１において、
   前記ダイスを前記押込み送り方向と逆方向に待避させた後、前記第２ステップを行う
   ことを特徴とするウォームギヤ転造加工方法。
3. 請求項１又は２において、
   前記ダイスを前記押込み送りを停止させた状態で、前記第１ステップ、及び前記２ステップを交互に行って、前記ウォームギヤの転造加工を行う
   ことを特徴とするウォームギヤ転造加工方法。
4. 請求項１又は２において、
   前記転造機は、
   ４本の連結軸（４０）が、互いに平行になるように配置され、かつ第１案内レール（３）、及び第２案内レール（２６）と互いに平行になるように配置されており、
   前記第１案内レール（３）には、第１転造ダイス（１００）を搭載した第１ダイス移動台（６）が移動自在に配置されており、
   前記ダイスは、第１転造ダイス（１００）及び第２転造ダイス（１０１）の２台とからなり、
   前記第２案内レール（２６）には、第２転造ダイス（１０１）を搭載した第２ダイス移動台（２５）が移動自在に配置されており、
   前記第１転造ダイス（１００）と前記第２転造ダイス（１０１）は、前記４本の前記連結軸（４０）の略中心に配置されたものであり、かつ前記第１転造ダイス（１００）及び前記第２転造ダイス（１０１）の回転軸線が互いに平行して配置されている
   ことを特徴とするウォームギヤ転造加工方法。
5. 請求項１又は２において、
   前記転造加工中に、前記素材の直径の変化により前記ウォームギヤの進み角が変化して、前記ウォームギヤが軸線方向に移動する歩みが発生するのを、前記素材の移動から検知し、
   前記移動が設定された範囲を越えたとき、前記ダイスの回転方向を逆回転させ前記歩みの方向を逆方向にする前記第２ステップを行う
   ことを特徴とするウォームギヤ転造加工方法。
6. 請求項５において、
   前記転造機は、前記ダイスの回転軸線と直交する軸線を中心に回動する主軸傾斜手段とを備えたものであり、
   前記歩みを解消するために前記主軸傾斜手段の補正回動角度を演算して、
   前記主軸傾斜手段で、前記ダイスを前記補正回動角度量だけ回動させて前記歩みを解消する
   ことを特徴とするウォームギヤ転造加工方法。

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