ウォーム転造装置およびウォーム転造方法
【課題】転造加工中におけるシャフトの回転回数を最適化し、ウォームの精度向上および成形作業の効率向上を図る。
【解決手段】各ロールダイス２３の外周部に、凹部４０，食い込み歯４１，成形歯４２および仕上げ歯４３を設け、各ロールダイス２３の加工歯２４の一端側から他端側までの間においてワークにウォームを成形するようにし、加工歯２４の一端側から他端側までの長さ寸法を、ワークが１０〜３５回転する長さ寸法に設定した。よって、転造加工中におけるワークの回転回数を最適化することができ、ワークの中心に亀裂が発生したりワークの表面に剥離が発生したりすることを抑制することができる。
【解決手段】各ロールダイス２３の外周部に、凹部４０，食い込み歯４１，成形歯４２および仕上げ歯４３を設け、各ロールダイス２３の加工歯２４の一端側から他端側までの間においてワークにウォームを成形するようにし、加工歯２４の一端側から他端側までの長さ寸法を、ワークが１０〜３５回転する長さ寸法に設定した。よって、転造加工中におけるワークの回転回数を最適化することができ、ワークの中心に亀裂が発生したりワークの表面に剥離が発生したりすることを抑制することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャフトの外周面に転造加工によりウォームを成形するウォーム転造装置およびウォーム転造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用のワイパ装置やパワーウインド装置等の駆動源としては、電動モータ本体に減速機構を取り付けて１つのユニットとした減速機構付きモータが多く用いられている。このような減速機構付きモータでは、小型で大きな減速比を得られるウォームギヤ機構を減速機構として用いる場合が多く、この場合、モータ構成を簡素化するために、モータ本体のアマチュアシャフトの外周面にウォームを一体に成形するようにしている。
【０００３】
アマチュアシャフトの外周面にウォームを一体に成形する方法としては、電動モータ（駆動源）により回転駆動される一対のダイス間にワークとしてのシャフトを挟み込み、これによりシャフトの外周面にウォームを転造する方法が知られている。この方法によれば、切削加工の場合に比して削りカスの排出が無く、加工時間の短縮が図れる等のメリットがある。このような転造加工を行う転造装置としては、例えば、特許文献１に記載された技術が知られている。
【０００４】
特許文献１に記載された転造装置は、駆動源により回転駆動される一対の丸ダイス（ダイス）を備えており、各丸ダイスの加工歯の大きさや形状（モジュール）は、その全周に亘って一定となっている。そして、ワーク（シャフト）を各丸ダイス間に挟み込み、各丸ダイスをそれぞれ同一方向に回転駆動するとともに各丸ダイスを所定圧で徐々に近接させ、これによりワークの外周面にネジ溝等を転造加工するようになっている。
【特許文献１】特開平１１―２８５７６１号公報（図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の特許文献１に記載された転造装置は、各丸ダイスを複数回回転させてワークの外周面にネジ溝等を転造加工するものであり、各丸ダイスよりも小径のワークは各丸ダイスの回転回数以上の回転をするようになっている。ここで、ワークの仕上がり（出来栄え）を良好な状態とするためには、転造加工中におけるワークの回転回数を最適化する必要があり、ワークの回転回数によっては、以下に示すような問題が生じ得る。
【０００６】
つまり、ワークの回転回数を最適値よりも少なくして転造加工を施した場合には、各丸ダイスの加工歯がワークに急激に食い込むため、各丸ダイスの加工歯から伝わる荷重がワークの中心部分に集中し、これにより、ワークの中心部分に中空状の亀裂が発生することがある。これは、完成品の精度低下等を招くことになる。一方、ワークの回転回数を最適値よりも多くして転造加工を施した場合には、各丸ダイスの加工歯のワークへの食い込みが徐々に行われるため、上述のようなワークの中心に亀裂が発生することを防ぐことができる。しかし、各丸ダイスの加工歯がワークに長く接触すること等に起因して、ワークの表面に剥離が発生することがある。これは、転造加工後にバリ取り作業が必要となる等、成形作業の効率低下を招くことになる。
【０００７】
本発明の目的は、転造加工中におけるシャフトの回転回数を最適化し、ウォームの精度向上および成形作業の効率向上を図ることができるウォーム転造装置およびウォーム転造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のウォーム転造装置は、シャフトの外周面に転造加工によりウォームを成形するウォーム転造装置であって、所定方向に回転を行う駆動源と、前記駆動源により駆動され、加工歯が互いに向き合う一対のダイスと、前記各ダイスの対向面に設けられ、互いの底部間距離が前記シャフトの直径寸法よりも大きく設定された凹部と、前記各ダイスの前記各凹部の一端側に設けられ、互いの山頂間距離が前記シャフトの直径寸法よりも小さく設定され、前記シャフトに食い込む食い込み歯と、前記各ダイスの前記各食い込み歯の一端側に設けられ、互いの山頂間距離が前記シャフトの直径寸法よりも小さく設定され、前記シャフトの外周面に前記ウォームを成形する成形歯と、前記各ダイスの前記各成形歯の一端側に設けられ、前記ウォームを仕上げる仕上げ歯とを備え、前記各ダイスの加工歯の一端側から他端側までの長さ寸法を、前記シャフトが１０〜３５回転する長さ寸法に設定したことを特徴とする。
【０００９】
本発明のウォーム転造装置は、前記シャフトは、減速機構付きモータのアマチュアシャフトであることを特徴とする。
【００１０】
本発明のウォーム転造方法は、駆動源により駆動される一対のダイス間にシャフトを配置し、前記各ダイスをそれぞれ駆動して前記シャフトの外周面に転造加工によりウォームを成形するウォーム転造方法であって、加工歯の一端側から他端側までの長さ寸法を、前記シャフトが１０〜３５回転する長さ寸法に設定した前記各ダイスを用い、前記各ダイスに設けられた各凹部間に、前記各ダイスと非接触状態で前記シャフトを配置するシャフト配置工程と、前記各ダイスの前記各凹部の一端側に設けられた食い込み歯により、前記シャフトを前記各ダイス間に導入するシャフト導入工程と、前記各ダイスの前記各食い込み歯の一端側に設けられた成形歯により、前記シャフトの外周面に前記ウォームを成形するウォーム成形工程と、前記各ダイスの前記各成形歯の一端側に設けられた仕上げ歯により、前記ウォームを仕上げるウォーム仕上げ工程とを備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明のウォーム転造方法は、前記シャフトは、減速機構付きモータのアマチュアシャフトであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、各ダイスの対向面に、凹部，食い込み歯，成形歯および仕上げ歯を設け、各ダイスの加工歯の一端側から他端側までの間においてシャフトにウォームを成形するようにし、加工歯の一端側から他端側までの長さ寸法を、シャフトが１０〜３５回転する長さ寸法に設定したので、転造加工中におけるシャフトの回転回数を最適化することができる。したがって、シャフトの中心に亀裂が発生したりシャフトの表面に剥離が発生したりすることを抑制することができ、ひいては、ウォームの精度向上および成形作業の効率向上を図ることができる。
【００１３】
本発明によれば、シャフトは、減速機構付きモータのアマチュアシャフトであり、ウォームの精度向上および作業効率の向上が図れるので、減速機構付きモータの作動時における静粛性の向上、および減速機構付きモータの製造コストの低減を実現することができる。
【００１４】
本発明によれば、加工歯の一端側から他端側までの長さ寸法を、シャフトが１０〜３５回転する長さ寸法に設定した各ダイスを用い、凹部によるシャフト配置工程と、食い込み歯によるシャフト導入工程と、成形歯によるウォーム成形工程と、仕上げ歯によるウォーム仕上げ工程とによって、高精度のウォームを備えたシャフトを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１６】
図１は減速機構付きモータを示す断面図を、図２は本発明に係るウォーム転造装置の要部を示す斜視図を、図３は図２のウォーム転造装置を模式的に示す説明図をそれぞれ表している。
【００１７】
図１に示すように、減速機構付きモータ１０は、車両用のワイパ装置の駆動源として用いられるものであり、電動モータ本体１１と電動モータ本体１１に固定される減速機１２とを備えている。電動モータ本体１１は、所謂ブラシ付き直流モータであり、モータヨーク１３とモータヨーク１３に回転自在に支持されるシャフト、つまりアマチュアシャフト１４を備えており、図示しないバッテリ（電源）から供給される直流電流により作動してアマチュアシャフト１４が回転するようになっている。
【００１８】
減速機１２は、モータヨーク１３に固定されるギヤケース１５の内部に減速機構としてのウォームギヤ機構１６を収容した構造を採っている。ウォームギヤ機構１６は、アマチュアシャフト１４の外周面に一体に形成されるウォーム１７と、出力軸１８に支持されてギヤケース１５内に回転自在に収容されるウォームホイル１９とを備えている。これにより、電動モータ本体１１が作動してアマチュアシャフト１４が回転すると、その回転はウォームギヤ機構１６により所定の回転数にまで減速されて出力軸１８から出力される。
【００１９】
減速機構付きモータ１０においては、アマチュアシャフト１４の素材となる外周面に何も成形していない無垢のワークＷ（シャフト）を転造加工することにより、ワークＷの外周面にウォーム１７を一体に成形するようになっている。本実施の形態においては、ワークＷの素材としてはS35CやS45C等の炭素鋼鋼材を採用し、その直径寸法はφ７(mm)に設定されている。
【００２０】
図２および図３に示すように、ウォーム転造装置２０は、作業場所の床等（図示せず）に固定されるベース筺体２１を備えている。ベース筺体２１に一体に設けられたダイス収容部２２には、略同一形状に形成された一対のロールダイス（ダイス）２３が収容されている。各ロールダイス２３は、SKD11等のダイス鋼により略円盤状に形成された転造ダイスであり、それぞれの外周部（対向面）には、ウォーム１７を成形するための加工歯２４が設けられている。各ロールダイス２３は、互いの回転中心軸が平行となるようダイス収容部２２内に並べて配置されており、これにより、各ロールダイス２３の加工歯２４は互いに向き合わされている。
【００２１】
各ロールダイス２３は、ダイス収容部２２内に対向するよう固定された一対の固定ブロック２５に、それぞれ回転軸２６を介して回転自在に支持されている。各回転軸２６は、各固定ブロック２５の内部にそれぞれ設けられる駆動源としての電動モータ（図示せず）により回転駆動され、何れも同一の方向（例えば、時計回り方向）に回転するようになっている。このように、本実施の形態においては、各回転軸２６を中心に回転する各ロールダイス２３を用い、各ロールダイス２３の回転駆動のみで転造加工するため、例えば、一対の平ダイスを用いて各平ダイスをスライドさせる転造装置に比して、転造装置自体のコンパクト化を可能としている。
【００２２】
各固定ブロック２５間には、各ロールダイス２３により転造加工されるワークＷを支持する支持ブロック２７が設けられている。支持ブロック２７は、各ロールダイス２３の軸方向に平行な方向に貫通する支持孔２８を備えている。支持孔２８の内径寸法は、ワークＷの直径寸法よりも僅かに大きく形成されており、支持孔２８は、ワークＷを回転自在かつ軸方向に移動自在に支持するようになっている。
【００２３】
ベース筺体２１には、ワークＷを支持ブロック２７に向けて供給するためのワーク供給台２９が設けられている。ワーク供給台２９は断面が略Ｖ字形状に形成されており、ワークＷをＶ字形状の溝内に保持して待機させるようになっている。ワーク供給台２９には、ワークＷを支持ブロック２７に向けて移動させるワーク供給シリンダ３０が近接配置されている。ワーク供給台２９にワークＷをセットし、ワーク供給シリンダ３０を作動させることで、支持孔２８にワークＷを挿通させることができ、これにより支持ブロック２７がワークＷの基端側を支持し、ワークＷの先端側が各ロールダイス２３間に配置される。
【００２４】
ベース筺体２１には、転造加工後のワークＷ、つまりアマチュアシャフト１４をダイス収容部２２から取り出すための取り出し孔３１が設けられている。取り出し孔３１は、ダイス収容部２２における支持ブロック２７の支持孔２８と対向する箇所に設けられており、ワーク供給シリンダ３０によってアマチュアシャフト１４を押し出すことで、アマチュアシャフト１４を取り出し孔３１に挿通させることができる。
【００２５】
ここで、ウォーム１７の転造加工を滑らかに行うために、各ロールダイス２３の各加工歯２４には、それぞれ潤滑油供給装置（図示せず）により潤滑油が供給されるようになっている。
【００２６】
次に、各ロールダイス２３の詳細構造について図面を用いて説明する。
【００２７】
図４（ａ），（ｂ）はロールダイスの構造を説明する説明図を、図５（ａ）〜（ｄ）はロールダイスの加工歯の形状を説明する部分断面図を、図６はロールダイスの加工歯の歯先（山頂）と歯底（谷底）との関係を説明する展開図を、図７（ａ），（ｂ）は図４（ａ）のＡ矢視図およびＢ矢視図を、図８はロールダイスの外周部に形成される面取り部の形状を説明する展開図をそれぞれ表している。
【００２８】
図４に示すように、ロールダイス２３の外周部、つまり各ロールダイス２３の対向面には、周方向に沿って凹部４０が設けられている。凹部４０は、ロールダイス２３の周方向に向けて、矢印（１）の範囲（範囲角度１１６°）に亘って設けられている。凹部４０の深さ寸法は、図３に示すように、各凹部４０を対向配置させた状態のもとで、各凹部４０の底部間距離がワークＷの直径寸法よりも大きくなる深さ寸法に設定されている。
【００２９】
ロールダイス２３の凹部４０の一端側には、周方向に沿って食い込み歯４１が設けられている。食い込み歯４１は、ロールダイス２３の周方向に向けて、矢印（２）の範囲（範囲角度７４°）に亘って設けられている。食い込み歯４１の外径寸法は、その全域に亘り、各食い込み歯４１を対向配置させた状態のもとで、各食い込み歯４１の山頂間距離がワークＷの直径寸法よりも小さくなる外径寸法に設定されている。
【００３０】
図５（ａ）に示すように、食い込み歯４１の歯先の断面形状は、その全域に亘り７０°以下であって、好ましくは５０°〜６５°の鋭角となっており、無垢のワークＷ（シャフト）が食い込みやすくなっている。また、図６に示すように、食い込み歯４１の始点を０°とした際に、周方向に０°から７４°に向かうにつれて、歯先（山頂稜線）の外径寸法が徐々に大きくなるとともに、歯底（谷底稜線）の外径寸法についても徐々に大きくなっている。
【００３１】
ここで、各ロールダイス２３は、各回転軸２６のそれぞれに互いに表裏反対となるよう固定されており、これにより、各ロールダイス２３を同一方向に回転駆動することで、各凹部４０間にあるワークＷに各食い込み歯４１がそれぞれ略同時に食い込み始め、ワークＷを各食い込み歯４１間に導入できるようになっている。
【００３２】
ロールダイス２３の食い込み歯４１の一端側には、周方向に沿って成形歯４２が設けられている。成形歯４２は、ロールダイス２３の周方向に向けて、矢印（３）の範囲（範囲角度１２１°）に亘って設けられている。成形歯４２の外径寸法は、その全域に亘り、各成形歯４２を対向配置させた状態のもとで、各成形歯４２の山頂間距離がワークＷの直径寸法よりも小さくなる外径寸法に設定されている。
【００３３】
図５（ｂ）に示すように、成形歯４２の歯先の断面形状は、その歯先に平坦部４２ａが形成されるとともに、図６に示すように、食い込み歯４１の始点を０°とした際に、周方向に７４°から１９５°に向かうにつれて、歯先（山頂稜線）の外径寸法は不変で、歯底（谷底稜線）の外径寸法が徐々に大きくなっている。これにより、隣り合う各成形歯４２間に塑性変形して入り込んだワークＷの一部を徐々に成形していき、ワークＷの外周面にウォーム１７を成形できるようになっている。
【００３４】
ロールダイス２３の成形歯４２の一端側には、周方向に沿って仕上げ歯４３が設けられている。仕上げ歯４３は、ロールダイス２３の周方向に向けて、矢印（４）の範囲（範囲角度１８°）に亘って設けられている。
【００３５】
図５（ｃ）に示すように、仕上げ歯４３の歯先の断面形状は、その歯先に平坦部４３ａが形成されるとともに、図６に示すように、食い込み歯４１の始点を０°とした際に、周方向に１９５°から２１３°に向けて、歯先（山頂稜線）の外径寸法および歯底（谷底稜線）の外径寸法は不変となっている。これにより、隣り合う仕上げ歯４３間のウォーム１７の表面を、平滑に仕上げることができるようになっている。
【００３６】
ロールダイス２３の仕上げ歯４３の一端側には、周方向に沿って逃げ歯４４が設けられている。逃げ歯４４は、ロールダイス２３の周方向に向けて、矢印（５）の範囲（範囲角度３１°）に亘って設けられている。
【００３７】
図５（ｄ）に示すように、逃げ歯４４の歯先の断面形状は、その歯先に平坦部４４ａが形成されるとともに、図６に示すように、食い込み歯４１の始点を０°とした際に、周方向に２１３°から２４４°に向かうにつれて、歯先（山頂稜線）の外径寸法および歯底（谷底稜線）の外径寸法が徐々に小さくなっている。これにより、隣り合う各逃げ歯４４間からウォーム１７が逃げるようにして離れていき、各ロールダイス２３間からウォーム１７を排出することができるようになっている。ここで、加工歯２４は、食い込み歯４１，成形歯４２，仕上げ歯４３および逃げ歯４４により構成されている。
【００３８】
加工歯２４の一端側から他端側までの長さ寸法、つまり、図６に示すように食い込み歯４１の始点である０°から逃げ歯４４の終点である２４４°までの長さ寸法は、本実施の形態においては、ワークＷの直径寸法φ７(mm)に合わせて約480mmに設定されている。これにより、ワークＷは加工歯２４の０°〜２４４°に向けて略２２回転するようになっている。
【００３９】
各ロールダイス２３の外周部の軸方向一端側、つまり、各ロールダイス２３を各回転軸２６に固定した状態でのワーク供給台２９側（図２，３参照）には、各ロールダイス２３の周方向に沿って面取り部５０がそれぞれ設けられている。各面取り部５０は、ワークＷの加工時におけるワークＷの歩み現象による不具合を抑制するものである。
【００４０】
ここで、図４（ａ）に示すロールダイス２３は、図２，３の右側のロールダイス２３を示しており、図４（ａ）の図中上側に面取り部５０が形成されている。なお、図２，３の左側のロールダイス２３においては、図４（ａ）の図中下側に面取り部５０が形成されることになる。
【００４１】
図７の網掛け部分に示すように、面取り部５０は、凹部４０と食い込み歯４１との接続部分側が幅狭に形成されており、逃げ歯４４と凹部４０との接続部分側が幅広に形成されている。面取り部５０は、図８の網掛け部分に示すように、食い込み歯４１の始点を０°とした際に、周方向に向けて０°から１６０°の範囲、つまり食い込み歯４１から成形歯４２の略後半までの範囲において、幅狭の状態となっている。また、食い込み歯４１の始点を０°とした際に、周方向に向けて１６０°から２４４°の範囲、つまり成形歯４２の略後半から逃げ歯４４までの範囲においては、幅狭の状態から幅広の状態に徐々に変化するようになっている。これにより、歩み現象によるワークＷの軸方向への移動に伴い、成形歯４２ないし逃げ歯４４の位置を移動させてウォーム１７に追従させることができ、アマチュアシャフト１４の軸方向寸法を短くして減速機構付きモータ１０の小型化を可能としている。
【００４２】
次に、以上のように形成したウォーム転造装置２０によるウォーム１７の転造手順について、図面を用いて詳細に説明する。
【００４３】
図９はウォーム転造装置によるウォームの転造手順を示すフローチャートを、図１０（ａ）〜（ｄ）はウォームの成形過程を説明する説明図を、図１１はワークの歩み現象を説明する説明図を、図１２（ａ），（ｂ）はウォームの完全部／不完全部の成形状態を説明する説明図を、図１３は各ロールダイスの変形例を説明する説明図を、図１４は各ロールダイスによる不合格品発生率を説明する比較グラフをそれぞれ表している。
【００４４】
［シャフト配置工程（ステップＳ１）］
まず、ウォーム転造装置２０を初期状態として、各ロールダイス２３の各凹部４０をそれぞれ対向させておく。これにより、各凹部４０間には、各ロールダイス２３に非接触の状態でワークＷの先端側が配置可能となる。次いで、ワーク供給台２９にワークＷを載置し、その後、ワーク供給シリンダ３０を作動させる。すると、ワーク供給シリンダ３０によって、図中矢印（ａ）の方向にワークＷが移動されて、支持ブロック２７の支持孔２８に挿通される。これにより、ワークＷの基端側が支持ブロック２７に支持されるとともに、ワークＷの先端側が各凹部４０間に配置される。
【００４５】
［シャフト導入工程（ステップＳ２）］
シャフト配置工程に引き続き、ウォーム転造装置２０の電動モータを回転駆動し、各回転軸２６を図中矢印（ｂ），（ｃ）の方向にそれぞれ回転させる。すると、ワークＷが図中矢印（ｄ）の方向に回転しつつ、その外周部に各ロールダイス２３の各食い込み歯４１が食い込んでいく。これにより、各ロールダイス２３の各食い込み歯４１間にワークＷが導入される。このとき、各食い込み歯４１の始点側の山頂間距離は、ワークＷの直径寸法よりも僅かに大きく設定しているため、図１０（ａ）に示すように、ワークＷを各食い込み歯４１間にスムーズに導入できるようになっている。また、各食い込み歯４１の歯先は鋭角となっているので、図１０（ｂ）の矢印に示すように、各ロールダイス２３からの押圧力をワークＷの軸方向へ分散させることができる。
【００４６】
［ウォーム成型工程（ステップＳ３）］
シャフト導入工程に引き続き、各ロールダイス２３を継続して回転駆動すると、ワークＷの外周部には各成形歯４２が位置するようになる。すると、図１０（ｃ）の矢印に示すように、隣り合う各成形歯４２間にワークＷの一部が塑性変形して入り込んでいく。その後、各成形歯４２の歯底の外径寸法が徐々に大きくなるので（図５（ｂ）参照）、隣り合う各成形歯４２間に入り込むワークＷの一部を押し固めてウォーム１７が成形されていく。
【００４７】
ウォーム１７が成形されていくのにしたがって、図９の矢印（ｅ）および図１１の矢印に示すように、ワークＷがその軸方向へ移動する歩み現象が発生する。ワークＷは、図１１に示すように、移動距離Ｄ１，移動距離Ｄ２のように略一定の速度で移動していき、これに伴い、各ロールダイス２３の面取り部５０が幅広となっていく。これにより、成形歯４２ないし逃げ歯４４が、順次ウォーム１７に追従していき、ウォーム１７の基端側（図中左側）にウォーム１７の不完全部が成形されるのを抑制することができる（ウォーム追従工程）。
【００４８】
［ウォーム仕上げ工程（ステップＳ４）］
ウォーム成形工程に引き続き、各ロールダイス２３を継続して回転駆動すると、成形されたウォーム１７の外周部には各仕上げ歯４３が位置するようになる。すると、図１０（ｄ）に示すように、隣り合う各仕上げ歯４３間にウォーム１７が隙間無く満たされていく。これにより、ウォーム１７の表面が平滑に仕上げられていく。
【００４９】
［シャフト排出工程（ステップＳ５）］
ウォーム仕上げ工程に引き続き、各ロールダイス２３を継続して回転駆動すると、仕上げられたウォーム１７の外周部には逃げ歯４４が位置するようになる。すると、隣り合う各逃げ歯４４間からウォーム１７が逃げるようにして離れていき、その後、各凹部４０間にウォーム１７が排出されて、各ロールダイス２３間から出来上がったアマチュアシャフト１４を排出できるようになる。
【００５０】
その後、ワーク供給シリンダ３０を作動させて、アマチュアシャフト１４を取り出し孔３１に向けて移動し、これにより、アマチュアシャフト１４をウォーム転造装置２０から取り出すことができる。
【００５１】
ここで、図１２（ａ）は、ワークＷの歩み現象に対して対策を施さず、面取り部５０を備えない各ロールダイス２３により成形したウォーム１７を示し、図１２（ｂ）は、上述したように面取り部５０を備えた各ロールダイス２３により成形したウォーム１７を示している。ウォーム１７の成形状態について比較したところ、面取り部５０を備えない各ロールダイス２３を用いた場合には、ウォーム１７の基端側には長さ寸法Ｌ１の不完全部が成形された。一方、面取り部５０を備えた各ロールダイス２３を用いた場合には、ウォーム１７の基端側に成形される不完全部の長さ寸法をＬ２に抑えることができた（Ｌ２＜Ｌ１）。
【００５２】
なお、図１３に示すように、各ロールダイス２３の軸方向他端側（図中右側）にも面取り部５１を設けることもでき、この場合、面取り部５１は、面取り部５０に対して各ロールダイス２３の表裏側で対象形状となるように形成するようにする。つまり、面取り部５０はウォーム１７の成形後段で徐々に幅広に変化するのに対し、面取り部５１はウォーム１７の成形後段で徐々に幅狭に変化するようにする。
【００５３】
これにより、各ロールダイス２３の幅寸法（厚み寸法）は、ｔ１（図１１参照）からｔ２に増加（ｔ２＞ｔ１）するが、各成形歯４２ないし各逃げ歯４４が、ウォーム１７の軸方向に向けてその略全域に亘り追従するようになり、ウォーム１７の先端側（図中右側）にウォーム１７の不完全部が形成されることも抑制できるようになる。よって、アマチュアシャフト１４の軸方向寸法をさらに短くすることができ、減速機構付きモータ１０をより小型化することが可能となる。
【００５４】
また、ウォーム１７の合否判定を行うべく、ウォーム１７の内部組織の状態や表面の状態について確認したところ、図１４に示すように、不合格品発生率を所定の品質基準以下に抑制でき、ワークＷの中心部分における亀裂の発生（ワーク中心亀裂発生）およびウォーム１７の歯底における剥離の発生（ワーク表面剥離発生）の双方を良好に抑制できることが確認できた。
【００５５】
ここで、各ロールダイス２３を用いた場合、ワーク中心亀裂発生およびワーク表面剥離発生の双方を良好に抑制するには、各ロールダイス２３の素材（SKD11等）およびワークＷの素材（S35CやS45C等）を考慮すると、図１４に示すように、ワークＷの回転回数が１５〜３０回転の範囲となるのが望ましく、このようにすることで、完成品のうちの略全てが品質基準をクリアすることが判った。
【００５６】
なお、図１４における一点鎖線は、従来例による不合格品発生率を示しており、従来例の各ダイスにおける加工歯はその全周に亘り一定であるため、ワーク中心亀裂発生およびワーク表面剥離発生の何れにおいても品質基準を上回ってしまい、本実施の形態に比して不合格品発生率が高いことが確認された。
【００５７】
以上詳述したように、本実施の形態に係るウォーム転造装置２０によれば、各ロールダイス２３の外周部に、凹部４０，食い込み歯４１，成形歯４２および仕上げ歯４３を設け、各ロールダイス２３の加工歯２４の一端側から他端側までの間においてワークＷにウォーム１７を成形するようにし、加工歯２４の一端側から他端側までの長さ寸法を、ワークＷが１０〜３５回転する長さ寸法に設定したので、転造加工中におけるワークＷの回転回数を最適化することができる。したがって、ワークＷの中心に亀裂が発生したりワークＷの表面に剥離が発生したりすることを抑制することができ、ひいては、ウォーム１７の精度向上および成形作業の効率向上を図ることができる。
【００５８】
また、本実施の形態に係るウォーム転造装置２０によれば、ワークＷは、減速機構付きモータ１０のアマチュアシャフト１４であり、ウォーム１７の精度向上および成形作業の効率向上が図れるので、減速機構付きモータ１０の作動時における静粛性の向上、および減速機構付きモータ１０の製造コストの低減を実現することができる。
【００５９】
さらに、本実施の形態に係るウォーム転造方法によれば、加工歯２４の一端側から他端側までの長さ寸法を、ワークＷが１０〜３５回転する長さ寸法に設定した各ロールダイス２３を用い、凹部４０によるシャフト配置工程と、食い込み歯４１によるシャフト導入工程と、成形歯４２によるウォーム成形工程と、仕上げ歯４３によるウォーム仕上げ工程とによって、高精度のウォーム１７を備えたアマチュアシャフト１４を製造することができる。
【００６０】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。例えば、上記実施の形態においては、減速機構付きモータ１０のアマチュアシャフト１４にウォーム１７を転造するためのウォーム転造装置２０を示したが、本発明はこれに限らず、他の用途に用いられるシャフトの外周面に、転造加工によりウォームを成形する際に本発明を適用することもできる。
【００６１】
また、上記実施の形態においては、本発明における一対のダイスとして、回転駆動される各ロールダイス２３を用いたものを示したが、本発明はこれに限らず、一対のダイスとして、平板状に形成された一対の平ダイスを用いることもできる。この場合、各平ダイスの加工歯をそれぞれ対向配置し、各平ダイスの少なくともいずれか一方を水平方向に相対移動（スライド）させれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】減速機構付きモータを示す断面図である。
【図２】本発明に係るウォーム転造装置の要部を示す斜視図である。
【図３】図２のウォーム転造装置を模式的に示す説明図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、ロールダイスの構造を説明する説明図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、ロールダイスの加工歯の形状を説明する部分断面図である。
【図６】ロールダイスの加工歯の歯先（山頂）と歯底（谷底）との関係を説明する展開図である。
【図７】（ａ），（ｂ）は、図４（ａ）のＡ矢視図およびＢ矢視図である。
【図８】ロールダイスの外周部に形成される面取り部の形状を説明する展開図である。
【図９】ウォーム転造装置によるウォームの転造手順を示すフローチャートである。
【図１０】（ａ）〜（ｄ）は、ウォームの成形過程を説明する説明図である。
【図１１】ワークの歩み現象を説明する説明図である。
【図１２】（ａ），（ｂ）は、ウォームの完全部／不完全部の成形状態を説明する説明図である。
【図１３】各ロールダイスの変形例を説明する説明図である。
【図１４】各ロールダイスによる不合格品発生率を説明する比較グラフである。
【符号の説明】
【００６３】
１０ 減速機構付きモータ
１１ 電動モータ本体
１２ 減速機
１３ モータヨーク
１４ アマチュアシャフト
１５ ギヤケース
１６ ウォームギヤ機構
１７ ウォーム
１８ 出力軸
１９ ウォームホイル
２０ ウォーム転造装置
２１ ベース筺体
２２ ダイス収容部
２３ ロールダイス（ダイス）
２４ 加工歯
２５ 固定ブロック
２６ 回転軸
２７ 支持ブロック
２８ 支持孔
２９ ワーク供給台
３０ ワーク供給シリンダ
３１ 取り出し孔
４０ 凹部
４１ 食い込み歯
４２ 成形歯
４２ａ 平坦部
４３ 仕上げ歯
４３ａ 平坦部
４４ 逃げ歯
４４ａ 平坦部
５０，５１ 面取り部
Ｗ ワーク（シャフト）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャフトの外周面に転造加工によりウォームを成形するウォーム転造装置およびウォーム転造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用のワイパ装置やパワーウインド装置等の駆動源としては、電動モータ本体に減速機構を取り付けて１つのユニットとした減速機構付きモータが多く用いられている。このような減速機構付きモータでは、小型で大きな減速比を得られるウォームギヤ機構を減速機構として用いる場合が多く、この場合、モータ構成を簡素化するために、モータ本体のアマチュアシャフトの外周面にウォームを一体に成形するようにしている。
【０００３】
アマチュアシャフトの外周面にウォームを一体に成形する方法としては、電動モータ（駆動源）により回転駆動される一対のダイス間にワークとしてのシャフトを挟み込み、これによりシャフトの外周面にウォームを転造する方法が知られている。この方法によれば、切削加工の場合に比して削りカスの排出が無く、加工時間の短縮が図れる等のメリットがある。このような転造加工を行う転造装置としては、例えば、特許文献１に記載された技術が知られている。
【０００４】
特許文献１に記載された転造装置は、駆動源により回転駆動される一対の丸ダイス（ダイス）を備えており、各丸ダイスの加工歯の大きさや形状（モジュール）は、その全周に亘って一定となっている。そして、ワーク（シャフト）を各丸ダイス間に挟み込み、各丸ダイスをそれぞれ同一方向に回転駆動するとともに各丸ダイスを所定圧で徐々に近接させ、これによりワークの外周面にネジ溝等を転造加工するようになっている。
【特許文献１】特開平１１―２８５７６１号公報（図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の特許文献１に記載された転造装置は、各丸ダイスを複数回回転させてワークの外周面にネジ溝等を転造加工するものであり、各丸ダイスよりも小径のワークは各丸ダイスの回転回数以上の回転をするようになっている。ここで、ワークの仕上がり（出来栄え）を良好な状態とするためには、転造加工中におけるワークの回転回数を最適化する必要があり、ワークの回転回数によっては、以下に示すような問題が生じ得る。
【０００６】
つまり、ワークの回転回数を最適値よりも少なくして転造加工を施した場合には、各丸ダイスの加工歯がワークに急激に食い込むため、各丸ダイスの加工歯から伝わる荷重がワークの中心部分に集中し、これにより、ワークの中心部分に中空状の亀裂が発生することがある。これは、完成品の精度低下等を招くことになる。一方、ワークの回転回数を最適値よりも多くして転造加工を施した場合には、各丸ダイスの加工歯のワークへの食い込みが徐々に行われるため、上述のようなワークの中心に亀裂が発生することを防ぐことができる。しかし、各丸ダイスの加工歯がワークに長く接触すること等に起因して、ワークの表面に剥離が発生することがある。これは、転造加工後にバリ取り作業が必要となる等、成形作業の効率低下を招くことになる。
【０００７】
本発明の目的は、転造加工中におけるシャフトの回転回数を最適化し、ウォームの精度向上および成形作業の効率向上を図ることができるウォーム転造装置およびウォーム転造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のウォーム転造装置は、シャフトの外周面に転造加工によりウォームを成形するウォーム転造装置であって、所定方向に回転を行う駆動源と、前記駆動源により駆動され、加工歯が互いに向き合う一対のダイスと、前記各ダイスの対向面に設けられ、互いの底部間距離が前記シャフトの直径寸法よりも大きく設定された凹部と、前記各ダイスの前記各凹部の一端側に設けられ、互いの山頂間距離が前記シャフトの直径寸法よりも小さく設定され、前記シャフトに食い込む食い込み歯と、前記各ダイスの前記各食い込み歯の一端側に設けられ、互いの山頂間距離が前記シャフトの直径寸法よりも小さく設定され、前記シャフトの外周面に前記ウォームを成形する成形歯と、前記各ダイスの前記各成形歯の一端側に設けられ、前記ウォームを仕上げる仕上げ歯とを備え、前記各ダイスの加工歯の一端側から他端側までの長さ寸法を、前記シャフトが１０〜３５回転する長さ寸法に設定したことを特徴とする。
【０００９】
本発明のウォーム転造装置は、前記シャフトは、減速機構付きモータのアマチュアシャフトであることを特徴とする。
【００１０】
本発明のウォーム転造方法は、駆動源により駆動される一対のダイス間にシャフトを配置し、前記各ダイスをそれぞれ駆動して前記シャフトの外周面に転造加工によりウォームを成形するウォーム転造方法であって、加工歯の一端側から他端側までの長さ寸法を、前記シャフトが１０〜３５回転する長さ寸法に設定した前記各ダイスを用い、前記各ダイスに設けられた各凹部間に、前記各ダイスと非接触状態で前記シャフトを配置するシャフト配置工程と、前記各ダイスの前記各凹部の一端側に設けられた食い込み歯により、前記シャフトを前記各ダイス間に導入するシャフト導入工程と、前記各ダイスの前記各食い込み歯の一端側に設けられた成形歯により、前記シャフトの外周面に前記ウォームを成形するウォーム成形工程と、前記各ダイスの前記各成形歯の一端側に設けられた仕上げ歯により、前記ウォームを仕上げるウォーム仕上げ工程とを備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明のウォーム転造方法は、前記シャフトは、減速機構付きモータのアマチュアシャフトであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、各ダイスの対向面に、凹部，食い込み歯，成形歯および仕上げ歯を設け、各ダイスの加工歯の一端側から他端側までの間においてシャフトにウォームを成形するようにし、加工歯の一端側から他端側までの長さ寸法を、シャフトが１０〜３５回転する長さ寸法に設定したので、転造加工中におけるシャフトの回転回数を最適化することができる。したがって、シャフトの中心に亀裂が発生したりシャフトの表面に剥離が発生したりすることを抑制することができ、ひいては、ウォームの精度向上および成形作業の効率向上を図ることができる。
【００１３】
本発明によれば、シャフトは、減速機構付きモータのアマチュアシャフトであり、ウォームの精度向上および作業効率の向上が図れるので、減速機構付きモータの作動時における静粛性の向上、および減速機構付きモータの製造コストの低減を実現することができる。
【００１４】
本発明によれば、加工歯の一端側から他端側までの長さ寸法を、シャフトが１０〜３５回転する長さ寸法に設定した各ダイスを用い、凹部によるシャフト配置工程と、食い込み歯によるシャフト導入工程と、成形歯によるウォーム成形工程と、仕上げ歯によるウォーム仕上げ工程とによって、高精度のウォームを備えたシャフトを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１６】
図１は減速機構付きモータを示す断面図を、図２は本発明に係るウォーム転造装置の要部を示す斜視図を、図３は図２のウォーム転造装置を模式的に示す説明図をそれぞれ表している。
【００１７】
図１に示すように、減速機構付きモータ１０は、車両用のワイパ装置の駆動源として用いられるものであり、電動モータ本体１１と電動モータ本体１１に固定される減速機１２とを備えている。電動モータ本体１１は、所謂ブラシ付き直流モータであり、モータヨーク１３とモータヨーク１３に回転自在に支持されるシャフト、つまりアマチュアシャフト１４を備えており、図示しないバッテリ（電源）から供給される直流電流により作動してアマチュアシャフト１４が回転するようになっている。
【００１８】
減速機１２は、モータヨーク１３に固定されるギヤケース１５の内部に減速機構としてのウォームギヤ機構１６を収容した構造を採っている。ウォームギヤ機構１６は、アマチュアシャフト１４の外周面に一体に形成されるウォーム１７と、出力軸１８に支持されてギヤケース１５内に回転自在に収容されるウォームホイル１９とを備えている。これにより、電動モータ本体１１が作動してアマチュアシャフト１４が回転すると、その回転はウォームギヤ機構１６により所定の回転数にまで減速されて出力軸１８から出力される。
【００１９】
減速機構付きモータ１０においては、アマチュアシャフト１４の素材となる外周面に何も成形していない無垢のワークＷ（シャフト）を転造加工することにより、ワークＷの外周面にウォーム１７を一体に成形するようになっている。本実施の形態においては、ワークＷの素材としてはS35CやS45C等の炭素鋼鋼材を採用し、その直径寸法はφ７(mm)に設定されている。
【００２０】
図２および図３に示すように、ウォーム転造装置２０は、作業場所の床等（図示せず）に固定されるベース筺体２１を備えている。ベース筺体２１に一体に設けられたダイス収容部２２には、略同一形状に形成された一対のロールダイス（ダイス）２３が収容されている。各ロールダイス２３は、SKD11等のダイス鋼により略円盤状に形成された転造ダイスであり、それぞれの外周部（対向面）には、ウォーム１７を成形するための加工歯２４が設けられている。各ロールダイス２３は、互いの回転中心軸が平行となるようダイス収容部２２内に並べて配置されており、これにより、各ロールダイス２３の加工歯２４は互いに向き合わされている。
【００２１】
各ロールダイス２３は、ダイス収容部２２内に対向するよう固定された一対の固定ブロック２５に、それぞれ回転軸２６を介して回転自在に支持されている。各回転軸２６は、各固定ブロック２５の内部にそれぞれ設けられる駆動源としての電動モータ（図示せず）により回転駆動され、何れも同一の方向（例えば、時計回り方向）に回転するようになっている。このように、本実施の形態においては、各回転軸２６を中心に回転する各ロールダイス２３を用い、各ロールダイス２３の回転駆動のみで転造加工するため、例えば、一対の平ダイスを用いて各平ダイスをスライドさせる転造装置に比して、転造装置自体のコンパクト化を可能としている。
【００２２】
各固定ブロック２５間には、各ロールダイス２３により転造加工されるワークＷを支持する支持ブロック２７が設けられている。支持ブロック２７は、各ロールダイス２３の軸方向に平行な方向に貫通する支持孔２８を備えている。支持孔２８の内径寸法は、ワークＷの直径寸法よりも僅かに大きく形成されており、支持孔２８は、ワークＷを回転自在かつ軸方向に移動自在に支持するようになっている。
【００２３】
ベース筺体２１には、ワークＷを支持ブロック２７に向けて供給するためのワーク供給台２９が設けられている。ワーク供給台２９は断面が略Ｖ字形状に形成されており、ワークＷをＶ字形状の溝内に保持して待機させるようになっている。ワーク供給台２９には、ワークＷを支持ブロック２７に向けて移動させるワーク供給シリンダ３０が近接配置されている。ワーク供給台２９にワークＷをセットし、ワーク供給シリンダ３０を作動させることで、支持孔２８にワークＷを挿通させることができ、これにより支持ブロック２７がワークＷの基端側を支持し、ワークＷの先端側が各ロールダイス２３間に配置される。
【００２４】
ベース筺体２１には、転造加工後のワークＷ、つまりアマチュアシャフト１４をダイス収容部２２から取り出すための取り出し孔３１が設けられている。取り出し孔３１は、ダイス収容部２２における支持ブロック２７の支持孔２８と対向する箇所に設けられており、ワーク供給シリンダ３０によってアマチュアシャフト１４を押し出すことで、アマチュアシャフト１４を取り出し孔３１に挿通させることができる。
【００２５】
ここで、ウォーム１７の転造加工を滑らかに行うために、各ロールダイス２３の各加工歯２４には、それぞれ潤滑油供給装置（図示せず）により潤滑油が供給されるようになっている。
【００２６】
次に、各ロールダイス２３の詳細構造について図面を用いて説明する。
【００２７】
図４（ａ），（ｂ）はロールダイスの構造を説明する説明図を、図５（ａ）〜（ｄ）はロールダイスの加工歯の形状を説明する部分断面図を、図６はロールダイスの加工歯の歯先（山頂）と歯底（谷底）との関係を説明する展開図を、図７（ａ），（ｂ）は図４（ａ）のＡ矢視図およびＢ矢視図を、図８はロールダイスの外周部に形成される面取り部の形状を説明する展開図をそれぞれ表している。
【００２８】
図４に示すように、ロールダイス２３の外周部、つまり各ロールダイス２３の対向面には、周方向に沿って凹部４０が設けられている。凹部４０は、ロールダイス２３の周方向に向けて、矢印（１）の範囲（範囲角度１１６°）に亘って設けられている。凹部４０の深さ寸法は、図３に示すように、各凹部４０を対向配置させた状態のもとで、各凹部４０の底部間距離がワークＷの直径寸法よりも大きくなる深さ寸法に設定されている。
【００２９】
ロールダイス２３の凹部４０の一端側には、周方向に沿って食い込み歯４１が設けられている。食い込み歯４１は、ロールダイス２３の周方向に向けて、矢印（２）の範囲（範囲角度７４°）に亘って設けられている。食い込み歯４１の外径寸法は、その全域に亘り、各食い込み歯４１を対向配置させた状態のもとで、各食い込み歯４１の山頂間距離がワークＷの直径寸法よりも小さくなる外径寸法に設定されている。
【００３０】
図５（ａ）に示すように、食い込み歯４１の歯先の断面形状は、その全域に亘り７０°以下であって、好ましくは５０°〜６５°の鋭角となっており、無垢のワークＷ（シャフト）が食い込みやすくなっている。また、図６に示すように、食い込み歯４１の始点を０°とした際に、周方向に０°から７４°に向かうにつれて、歯先（山頂稜線）の外径寸法が徐々に大きくなるとともに、歯底（谷底稜線）の外径寸法についても徐々に大きくなっている。
【００３１】
ここで、各ロールダイス２３は、各回転軸２６のそれぞれに互いに表裏反対となるよう固定されており、これにより、各ロールダイス２３を同一方向に回転駆動することで、各凹部４０間にあるワークＷに各食い込み歯４１がそれぞれ略同時に食い込み始め、ワークＷを各食い込み歯４１間に導入できるようになっている。
【００３２】
ロールダイス２３の食い込み歯４１の一端側には、周方向に沿って成形歯４２が設けられている。成形歯４２は、ロールダイス２３の周方向に向けて、矢印（３）の範囲（範囲角度１２１°）に亘って設けられている。成形歯４２の外径寸法は、その全域に亘り、各成形歯４２を対向配置させた状態のもとで、各成形歯４２の山頂間距離がワークＷの直径寸法よりも小さくなる外径寸法に設定されている。
【００３３】
図５（ｂ）に示すように、成形歯４２の歯先の断面形状は、その歯先に平坦部４２ａが形成されるとともに、図６に示すように、食い込み歯４１の始点を０°とした際に、周方向に７４°から１９５°に向かうにつれて、歯先（山頂稜線）の外径寸法は不変で、歯底（谷底稜線）の外径寸法が徐々に大きくなっている。これにより、隣り合う各成形歯４２間に塑性変形して入り込んだワークＷの一部を徐々に成形していき、ワークＷの外周面にウォーム１７を成形できるようになっている。
【００３４】
ロールダイス２３の成形歯４２の一端側には、周方向に沿って仕上げ歯４３が設けられている。仕上げ歯４３は、ロールダイス２３の周方向に向けて、矢印（４）の範囲（範囲角度１８°）に亘って設けられている。
【００３５】
図５（ｃ）に示すように、仕上げ歯４３の歯先の断面形状は、その歯先に平坦部４３ａが形成されるとともに、図６に示すように、食い込み歯４１の始点を０°とした際に、周方向に１９５°から２１３°に向けて、歯先（山頂稜線）の外径寸法および歯底（谷底稜線）の外径寸法は不変となっている。これにより、隣り合う仕上げ歯４３間のウォーム１７の表面を、平滑に仕上げることができるようになっている。
【００３６】
ロールダイス２３の仕上げ歯４３の一端側には、周方向に沿って逃げ歯４４が設けられている。逃げ歯４４は、ロールダイス２３の周方向に向けて、矢印（５）の範囲（範囲角度３１°）に亘って設けられている。
【００３７】
図５（ｄ）に示すように、逃げ歯４４の歯先の断面形状は、その歯先に平坦部４４ａが形成されるとともに、図６に示すように、食い込み歯４１の始点を０°とした際に、周方向に２１３°から２４４°に向かうにつれて、歯先（山頂稜線）の外径寸法および歯底（谷底稜線）の外径寸法が徐々に小さくなっている。これにより、隣り合う各逃げ歯４４間からウォーム１７が逃げるようにして離れていき、各ロールダイス２３間からウォーム１７を排出することができるようになっている。ここで、加工歯２４は、食い込み歯４１，成形歯４２，仕上げ歯４３および逃げ歯４４により構成されている。
【００３８】
加工歯２４の一端側から他端側までの長さ寸法、つまり、図６に示すように食い込み歯４１の始点である０°から逃げ歯４４の終点である２４４°までの長さ寸法は、本実施の形態においては、ワークＷの直径寸法φ７(mm)に合わせて約480mmに設定されている。これにより、ワークＷは加工歯２４の０°〜２４４°に向けて略２２回転するようになっている。
【００３９】
各ロールダイス２３の外周部の軸方向一端側、つまり、各ロールダイス２３を各回転軸２６に固定した状態でのワーク供給台２９側（図２，３参照）には、各ロールダイス２３の周方向に沿って面取り部５０がそれぞれ設けられている。各面取り部５０は、ワークＷの加工時におけるワークＷの歩み現象による不具合を抑制するものである。
【００４０】
ここで、図４（ａ）に示すロールダイス２３は、図２，３の右側のロールダイス２３を示しており、図４（ａ）の図中上側に面取り部５０が形成されている。なお、図２，３の左側のロールダイス２３においては、図４（ａ）の図中下側に面取り部５０が形成されることになる。
【００４１】
図７の網掛け部分に示すように、面取り部５０は、凹部４０と食い込み歯４１との接続部分側が幅狭に形成されており、逃げ歯４４と凹部４０との接続部分側が幅広に形成されている。面取り部５０は、図８の網掛け部分に示すように、食い込み歯４１の始点を０°とした際に、周方向に向けて０°から１６０°の範囲、つまり食い込み歯４１から成形歯４２の略後半までの範囲において、幅狭の状態となっている。また、食い込み歯４１の始点を０°とした際に、周方向に向けて１６０°から２４４°の範囲、つまり成形歯４２の略後半から逃げ歯４４までの範囲においては、幅狭の状態から幅広の状態に徐々に変化するようになっている。これにより、歩み現象によるワークＷの軸方向への移動に伴い、成形歯４２ないし逃げ歯４４の位置を移動させてウォーム１７に追従させることができ、アマチュアシャフト１４の軸方向寸法を短くして減速機構付きモータ１０の小型化を可能としている。
【００４２】
次に、以上のように形成したウォーム転造装置２０によるウォーム１７の転造手順について、図面を用いて詳細に説明する。
【００４３】
図９はウォーム転造装置によるウォームの転造手順を示すフローチャートを、図１０（ａ）〜（ｄ）はウォームの成形過程を説明する説明図を、図１１はワークの歩み現象を説明する説明図を、図１２（ａ），（ｂ）はウォームの完全部／不完全部の成形状態を説明する説明図を、図１３は各ロールダイスの変形例を説明する説明図を、図１４は各ロールダイスによる不合格品発生率を説明する比較グラフをそれぞれ表している。
【００４４】
［シャフト配置工程（ステップＳ１）］
まず、ウォーム転造装置２０を初期状態として、各ロールダイス２３の各凹部４０をそれぞれ対向させておく。これにより、各凹部４０間には、各ロールダイス２３に非接触の状態でワークＷの先端側が配置可能となる。次いで、ワーク供給台２９にワークＷを載置し、その後、ワーク供給シリンダ３０を作動させる。すると、ワーク供給シリンダ３０によって、図中矢印（ａ）の方向にワークＷが移動されて、支持ブロック２７の支持孔２８に挿通される。これにより、ワークＷの基端側が支持ブロック２７に支持されるとともに、ワークＷの先端側が各凹部４０間に配置される。
【００４５】
［シャフト導入工程（ステップＳ２）］
シャフト配置工程に引き続き、ウォーム転造装置２０の電動モータを回転駆動し、各回転軸２６を図中矢印（ｂ），（ｃ）の方向にそれぞれ回転させる。すると、ワークＷが図中矢印（ｄ）の方向に回転しつつ、その外周部に各ロールダイス２３の各食い込み歯４１が食い込んでいく。これにより、各ロールダイス２３の各食い込み歯４１間にワークＷが導入される。このとき、各食い込み歯４１の始点側の山頂間距離は、ワークＷの直径寸法よりも僅かに大きく設定しているため、図１０（ａ）に示すように、ワークＷを各食い込み歯４１間にスムーズに導入できるようになっている。また、各食い込み歯４１の歯先は鋭角となっているので、図１０（ｂ）の矢印に示すように、各ロールダイス２３からの押圧力をワークＷの軸方向へ分散させることができる。
【００４６】
［ウォーム成型工程（ステップＳ３）］
シャフト導入工程に引き続き、各ロールダイス２３を継続して回転駆動すると、ワークＷの外周部には各成形歯４２が位置するようになる。すると、図１０（ｃ）の矢印に示すように、隣り合う各成形歯４２間にワークＷの一部が塑性変形して入り込んでいく。その後、各成形歯４２の歯底の外径寸法が徐々に大きくなるので（図５（ｂ）参照）、隣り合う各成形歯４２間に入り込むワークＷの一部を押し固めてウォーム１７が成形されていく。
【００４７】
ウォーム１７が成形されていくのにしたがって、図９の矢印（ｅ）および図１１の矢印に示すように、ワークＷがその軸方向へ移動する歩み現象が発生する。ワークＷは、図１１に示すように、移動距離Ｄ１，移動距離Ｄ２のように略一定の速度で移動していき、これに伴い、各ロールダイス２３の面取り部５０が幅広となっていく。これにより、成形歯４２ないし逃げ歯４４が、順次ウォーム１７に追従していき、ウォーム１７の基端側（図中左側）にウォーム１７の不完全部が成形されるのを抑制することができる（ウォーム追従工程）。
【００４８】
［ウォーム仕上げ工程（ステップＳ４）］
ウォーム成形工程に引き続き、各ロールダイス２３を継続して回転駆動すると、成形されたウォーム１７の外周部には各仕上げ歯４３が位置するようになる。すると、図１０（ｄ）に示すように、隣り合う各仕上げ歯４３間にウォーム１７が隙間無く満たされていく。これにより、ウォーム１７の表面が平滑に仕上げられていく。
【００４９】
［シャフト排出工程（ステップＳ５）］
ウォーム仕上げ工程に引き続き、各ロールダイス２３を継続して回転駆動すると、仕上げられたウォーム１７の外周部には逃げ歯４４が位置するようになる。すると、隣り合う各逃げ歯４４間からウォーム１７が逃げるようにして離れていき、その後、各凹部４０間にウォーム１７が排出されて、各ロールダイス２３間から出来上がったアマチュアシャフト１４を排出できるようになる。
【００５０】
その後、ワーク供給シリンダ３０を作動させて、アマチュアシャフト１４を取り出し孔３１に向けて移動し、これにより、アマチュアシャフト１４をウォーム転造装置２０から取り出すことができる。
【００５１】
ここで、図１２（ａ）は、ワークＷの歩み現象に対して対策を施さず、面取り部５０を備えない各ロールダイス２３により成形したウォーム１７を示し、図１２（ｂ）は、上述したように面取り部５０を備えた各ロールダイス２３により成形したウォーム１７を示している。ウォーム１７の成形状態について比較したところ、面取り部５０を備えない各ロールダイス２３を用いた場合には、ウォーム１７の基端側には長さ寸法Ｌ１の不完全部が成形された。一方、面取り部５０を備えた各ロールダイス２３を用いた場合には、ウォーム１７の基端側に成形される不完全部の長さ寸法をＬ２に抑えることができた（Ｌ２＜Ｌ１）。
【００５２】
なお、図１３に示すように、各ロールダイス２３の軸方向他端側（図中右側）にも面取り部５１を設けることもでき、この場合、面取り部５１は、面取り部５０に対して各ロールダイス２３の表裏側で対象形状となるように形成するようにする。つまり、面取り部５０はウォーム１７の成形後段で徐々に幅広に変化するのに対し、面取り部５１はウォーム１７の成形後段で徐々に幅狭に変化するようにする。
【００５３】
これにより、各ロールダイス２３の幅寸法（厚み寸法）は、ｔ１（図１１参照）からｔ２に増加（ｔ２＞ｔ１）するが、各成形歯４２ないし各逃げ歯４４が、ウォーム１７の軸方向に向けてその略全域に亘り追従するようになり、ウォーム１７の先端側（図中右側）にウォーム１７の不完全部が形成されることも抑制できるようになる。よって、アマチュアシャフト１４の軸方向寸法をさらに短くすることができ、減速機構付きモータ１０をより小型化することが可能となる。
【００５４】
また、ウォーム１７の合否判定を行うべく、ウォーム１７の内部組織の状態や表面の状態について確認したところ、図１４に示すように、不合格品発生率を所定の品質基準以下に抑制でき、ワークＷの中心部分における亀裂の発生（ワーク中心亀裂発生）およびウォーム１７の歯底における剥離の発生（ワーク表面剥離発生）の双方を良好に抑制できることが確認できた。
【００５５】
ここで、各ロールダイス２３を用いた場合、ワーク中心亀裂発生およびワーク表面剥離発生の双方を良好に抑制するには、各ロールダイス２３の素材（SKD11等）およびワークＷの素材（S35CやS45C等）を考慮すると、図１４に示すように、ワークＷの回転回数が１５〜３０回転の範囲となるのが望ましく、このようにすることで、完成品のうちの略全てが品質基準をクリアすることが判った。
【００５６】
なお、図１４における一点鎖線は、従来例による不合格品発生率を示しており、従来例の各ダイスにおける加工歯はその全周に亘り一定であるため、ワーク中心亀裂発生およびワーク表面剥離発生の何れにおいても品質基準を上回ってしまい、本実施の形態に比して不合格品発生率が高いことが確認された。
【００５７】
以上詳述したように、本実施の形態に係るウォーム転造装置２０によれば、各ロールダイス２３の外周部に、凹部４０，食い込み歯４１，成形歯４２および仕上げ歯４３を設け、各ロールダイス２３の加工歯２４の一端側から他端側までの間においてワークＷにウォーム１７を成形するようにし、加工歯２４の一端側から他端側までの長さ寸法を、ワークＷが１０〜３５回転する長さ寸法に設定したので、転造加工中におけるワークＷの回転回数を最適化することができる。したがって、ワークＷの中心に亀裂が発生したりワークＷの表面に剥離が発生したりすることを抑制することができ、ひいては、ウォーム１７の精度向上および成形作業の効率向上を図ることができる。
【００５８】
また、本実施の形態に係るウォーム転造装置２０によれば、ワークＷは、減速機構付きモータ１０のアマチュアシャフト１４であり、ウォーム１７の精度向上および成形作業の効率向上が図れるので、減速機構付きモータ１０の作動時における静粛性の向上、および減速機構付きモータ１０の製造コストの低減を実現することができる。
【００５９】
さらに、本実施の形態に係るウォーム転造方法によれば、加工歯２４の一端側から他端側までの長さ寸法を、ワークＷが１０〜３５回転する長さ寸法に設定した各ロールダイス２３を用い、凹部４０によるシャフト配置工程と、食い込み歯４１によるシャフト導入工程と、成形歯４２によるウォーム成形工程と、仕上げ歯４３によるウォーム仕上げ工程とによって、高精度のウォーム１７を備えたアマチュアシャフト１４を製造することができる。
【００６０】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。例えば、上記実施の形態においては、減速機構付きモータ１０のアマチュアシャフト１４にウォーム１７を転造するためのウォーム転造装置２０を示したが、本発明はこれに限らず、他の用途に用いられるシャフトの外周面に、転造加工によりウォームを成形する際に本発明を適用することもできる。
【００６１】
また、上記実施の形態においては、本発明における一対のダイスとして、回転駆動される各ロールダイス２３を用いたものを示したが、本発明はこれに限らず、一対のダイスとして、平板状に形成された一対の平ダイスを用いることもできる。この場合、各平ダイスの加工歯をそれぞれ対向配置し、各平ダイスの少なくともいずれか一方を水平方向に相対移動（スライド）させれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】減速機構付きモータを示す断面図である。
【図２】本発明に係るウォーム転造装置の要部を示す斜視図である。
【図３】図２のウォーム転造装置を模式的に示す説明図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、ロールダイスの構造を説明する説明図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、ロールダイスの加工歯の形状を説明する部分断面図である。
【図６】ロールダイスの加工歯の歯先（山頂）と歯底（谷底）との関係を説明する展開図である。
【図７】（ａ），（ｂ）は、図４（ａ）のＡ矢視図およびＢ矢視図である。
【図８】ロールダイスの外周部に形成される面取り部の形状を説明する展開図である。
【図９】ウォーム転造装置によるウォームの転造手順を示すフローチャートである。
【図１０】（ａ）〜（ｄ）は、ウォームの成形過程を説明する説明図である。
【図１１】ワークの歩み現象を説明する説明図である。
【図１２】（ａ），（ｂ）は、ウォームの完全部／不完全部の成形状態を説明する説明図である。
【図１３】各ロールダイスの変形例を説明する説明図である。
【図１４】各ロールダイスによる不合格品発生率を説明する比較グラフである。
【符号の説明】
【００６３】
１０ 減速機構付きモータ
１１ 電動モータ本体
１２ 減速機
１３ モータヨーク
１４ アマチュアシャフト
１５ ギヤケース
１６ ウォームギヤ機構
１７ ウォーム
１８ 出力軸
１９ ウォームホイル
２０ ウォーム転造装置
２１ ベース筺体
２２ ダイス収容部
２３ ロールダイス（ダイス）
２４ 加工歯
２５ 固定ブロック
２６ 回転軸
２７ 支持ブロック
２８ 支持孔
２９ ワーク供給台
３０ ワーク供給シリンダ
３１ 取り出し孔
４０ 凹部
４１ 食い込み歯
４２ 成形歯
４２ａ 平坦部
４３ 仕上げ歯
４３ａ 平坦部
４４ 逃げ歯
４４ａ 平坦部
５０，５１ 面取り部
Ｗ ワーク（シャフト）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトの外周面に転造加工によりウォームを成形するウォーム転造装置であって、
所定方向に回転を行う駆動源と、
前記駆動源により駆動され、加工歯が互いに向き合う一対のダイスと、
前記各ダイスの対向面に設けられ、互いの底部間距離が前記シャフトの直径寸法よりも大きく設定された凹部と、
前記各ダイスの前記各凹部の一端側に設けられ、互いの山頂間距離が前記シャフトの直径寸法よりも小さく設定され、前記シャフトに食い込む食い込み歯と、
前記各ダイスの前記各食い込み歯の一端側に設けられ、互いの山頂間距離が前記シャフトの直径寸法よりも小さく設定され、前記シャフトの外周面に前記ウォームを成形する成形歯と、
前記各ダイスの前記各成形歯の一端側に設けられ、前記ウォームを仕上げる仕上げ歯とを備え、
前記各ダイスの加工歯の一端側から他端側までの長さ寸法を、前記シャフトが１０〜３５回転する長さ寸法に設定したことを特徴とするウォーム転造装置。
【請求項２】
請求項１記載のウォーム転造装置において、前記シャフトは、減速機構付きモータのアマチュアシャフトであることを特徴とするウォーム転造装置。
【請求項３】
駆動源により駆動される一対のダイス間にシャフトを配置し、前記各ダイスをそれぞれ駆動して前記シャフトの外周面に転造加工によりウォームを成形するウォーム転造方法であって、
加工歯の一端側から他端側までの長さ寸法を、前記シャフトが１０〜３５回転する長さ寸法に設定した前記各ダイスを用い、
前記各ダイスに設けられた各凹部間に、前記各ダイスと非接触状態で前記シャフトを配置するシャフト配置工程と、
前記各ダイスの前記各凹部の一端側に設けられた食い込み歯により、前記シャフトを前記各ダイス間に導入するシャフト導入工程と、
前記各ダイスの前記各食い込み歯の一端側に設けられた成形歯により、前記シャフトの外周面に前記ウォームを成形するウォーム成形工程と、
前記各ダイスの前記各成形歯の一端側に設けられた仕上げ歯により、前記ウォームを仕上げるウォーム仕上げ工程とを備えることを特徴とするウォーム転造方法。
【請求項４】
請求項３記載のウォーム転造方法において、前記シャフトは、減速機構付きモータのアマチュアシャフトであることを特徴とするウォーム転造方法。
【請求項１】
シャフトの外周面に転造加工によりウォームを成形するウォーム転造装置であって、
所定方向に回転を行う駆動源と、
前記駆動源により駆動され、加工歯が互いに向き合う一対のダイスと、
前記各ダイスの対向面に設けられ、互いの底部間距離が前記シャフトの直径寸法よりも大きく設定された凹部と、
前記各ダイスの前記各凹部の一端側に設けられ、互いの山頂間距離が前記シャフトの直径寸法よりも小さく設定され、前記シャフトに食い込む食い込み歯と、
前記各ダイスの前記各食い込み歯の一端側に設けられ、互いの山頂間距離が前記シャフトの直径寸法よりも小さく設定され、前記シャフトの外周面に前記ウォームを成形する成形歯と、
前記各ダイスの前記各成形歯の一端側に設けられ、前記ウォームを仕上げる仕上げ歯とを備え、
前記各ダイスの加工歯の一端側から他端側までの長さ寸法を、前記シャフトが１０〜３５回転する長さ寸法に設定したことを特徴とするウォーム転造装置。
【請求項２】
請求項１記載のウォーム転造装置において、前記シャフトは、減速機構付きモータのアマチュアシャフトであることを特徴とするウォーム転造装置。
【請求項３】
駆動源により駆動される一対のダイス間にシャフトを配置し、前記各ダイスをそれぞれ駆動して前記シャフトの外周面に転造加工によりウォームを成形するウォーム転造方法であって、
加工歯の一端側から他端側までの長さ寸法を、前記シャフトが１０〜３５回転する長さ寸法に設定した前記各ダイスを用い、
前記各ダイスに設けられた各凹部間に、前記各ダイスと非接触状態で前記シャフトを配置するシャフト配置工程と、
前記各ダイスの前記各凹部の一端側に設けられた食い込み歯により、前記シャフトを前記各ダイス間に導入するシャフト導入工程と、
前記各ダイスの前記各食い込み歯の一端側に設けられた成形歯により、前記シャフトの外周面に前記ウォームを成形するウォーム成形工程と、
前記各ダイスの前記各成形歯の一端側に設けられた仕上げ歯により、前記ウォームを仕上げるウォーム仕上げ工程とを備えることを特徴とするウォーム転造方法。
【請求項４】
請求項３記載のウォーム転造方法において、前記シャフトは、減速機構付きモータのアマチュアシャフトであることを特徴とするウォーム転造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−７５９６２（Ｐ２０１０−７５９６２Ａ）
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２４６６０５（Ｐ２００８−２４６６０５）
【出願日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【出願人】（０００１４４０２７）株式会社ミツバ (2,083)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【出願人】（０００１４４０２７）株式会社ミツバ (2,083)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]