特許 6823498 歯車装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6823498

(24)【登録日】2021年1月13日

(45)【発行日】2021年2月3日

(54)【発明の名称】歯車装置

(51)【国際特許分類】

   F16H 1/16 20060101AFI20210121BHJP

   F16H 55/10 20060101ALI20210121BHJP

   F16H 55/12 20060101ALI20210121BHJP

   F16H 19/04 20060101ALI20210121BHJP

【ＦＩ】

   F16H1/16 A

   F16H55/10

   F16H55/12 Z

   F16H19/04 L

【請求項の数】7

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2017-35915(P2017-35915)

(22)【出願日】2017年2月28日

(65)【公開番号】特開2018-141515(P2018-141515A)

(43)【公開日】2018年9月13日

【審査請求日】2020年1月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】390029805

【氏名又は名称】ＴＨＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100112140

【弁理士】

【氏名又は名称】塩島 利之

(74)【代理人】

【識別番号】100119297

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 正男

(72)【発明者】

【氏名】雨宮 容平

【審査官】 山尾 宗弘

(56)【参考文献】

【文献】 中国特許出願公開第１０４９６４０１７（ＣＮ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−１５８３４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２４９２９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００５−５０９８１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｈ １／１６

Ｆ１６Ｈ １９／０４

Ｆ１６Ｈ ５５／１０

Ｆ１６Ｈ ５５／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１ねじ歯車と、
前記第１ねじ歯車に複数の転動体を介して組まれる第２ねじ歯車と、
前記転動体を循環させる少なくとも一つの一巻きの循環経路と、を備え、
前記循環経路は、前記第１ねじ歯車に沿う一巻き未満の螺旋経路と、前記螺旋経路の一端と他端とを繋ぐ戻し経路と、から構成され、
前記循環経路が複数設けられ、
前記複数の循環経路の前記戻し経路の位相が互いに円周方向にずれる歯車装置。

【請求項2】

第１ねじ歯車と、
前記第１ねじ歯車に複数の転動体を介して組まれる第２ねじ歯車と、
前記転動体を循環させる少なくとも一つの一巻きの循環経路と、を備え、
前記循環経路は、前記第１ねじ歯車に沿う一巻き未満の螺旋経路と、前記螺旋経路の一端と他端とを繋ぐ戻し経路と、から構成され、
前記第１ねじ歯車は、前記循環経路に沿って分割された複数の分割体を積層してなる歯車装置。

【請求項3】

隣接する前記分割体の合わせ面には、前記螺旋経路を形成する螺旋溝が形成され、
前記転動体が隣接する前記分割体の前記螺旋溝に保持されることを特徴とする請求項２に記載の歯車装置。

【請求項4】

隣接する前記分割体の前記合わせ面には、前記循環経路の前記螺旋溝が形成される曲面部と、前記第１ねじ歯車の軸に直角な平面部と、が設けられ、
前記分割体の前記平面部が互いに接触することを特徴とする請求項３に記載の歯車装置。

【請求項5】

隣接する前記分割体の一方には、筒状の凸部が設けられ、
隣接する前記分割体の他方には、前記凸部が嵌まる凹部が設けられ、
前記平面部は、前記凸部及び前記凹部に形成されることを特徴とする請求項４に記載の歯車装置。

【請求項6】

前記複数の分割体には、前記複数の分割体が互いに円周方向に位置ずれするのを防止する位置決めピンが通されることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか一項に記載の歯車装置。

【請求項7】

前記第１ねじ歯車は、ウォームであり、
前記第２ねじ歯車は、ウォームホイールであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の歯車装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、第１ねじ歯車と、第１ねじ歯車に組まれる第２ねじ歯車と、を備え、２軸の間に回転運動を伝える歯車装置に関する。

【背景技術】

【0002】

この種の歯車装置として、平行でなく交わりもしない２軸の間に回転運動を伝えるウォームギヤが知られている。ウォームギヤは、第１ねじ歯車（ウォーム）と、これに組まれる第２ねじ歯車（ウォームホイール）と、を備える。ウォームは歯すじのねじれ角が大きく、ピッチ円筒の直径が小さいねじ歯車である。ウォームホイールは、ねじれ角の小さいはすば歯車状のねじ歯車である。入力はウォームの回転であり、出力はウォームホイールの回転である。

【0003】

ウォームギヤには、ウォームとウォームホイールとの間にすべりが多くて摩耗し易いという課題がある。また、これらの間にバックラッシが発生し易いという課題がある。この課題を解決するために、特許文献１には、ウォームとウォームホイールとの間に転がり運動可能にボール状の転動体を介在させたウォームギヤが開示されている。ウォームを回転させると、転動体がウォームとウォームホイールとの間を転がるので、すべりの低減、バックラッシの低減、高い効率などの効果を奏する。

【0004】

特許文献１に記載のウォームギヤには、ウォームとウォームホイールとの間を転がる転動体を循環させる循環経路が設けられる。この循環経路は、ウォームとウォームホイールとの間で転動体が転がる能動経路と、能動経路から出た転動体をウォームとウォームを囲むケーシングとの間で移動させる受動経路と、ウォームの内部に設けられる再循環経路と、から構成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特表２００５−５０９８１０号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、循環経路を転動体を循環させるにあたって、ウォームとウォームホイールとの間を転がる転動体が循環経路の残りの転動体を押す必要がある。特許文献１に記載のウォームギヤにあっては、循環経路の巻き数が３であり、ウォームとウォームホイールとの間の数少ない残りの転動体が残りの多数の転動体を押す必要があるので、転動体を循環させにくいという課題がある。

【0007】

そこで、本発明の目的は、転動体が循環経路を円滑に循環することができる歯車装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、第１ねじ歯車と、前記第１ねじ歯車に複数の転動体を介して組まれる第２ねじ歯車と、前記転動体を循環させる少なくとも一つの一巻きの循環経路と、を備え、前記循環経路は、前記第１ねじ歯車に沿う一巻き未満の螺旋経路と、前記螺旋経路の一端と他端とを繋ぐ戻し経路と、から構成され、前記循環経路が複数設けられ、前記複数の循環経路の前記戻し経路の位相が互いに円周方向にずれる歯車装置である。
本発明の他の態様は、第１ねじ歯車と、前記第１ねじ歯車に複数の転動体を介して組まれる第２ねじ歯車と、前記転動体を循環させる少なくとも一つの一巻きの循環経路と、を備え、前記循環経路は、前記第１ねじ歯車に沿う一巻き未満の螺旋経路と、前記螺旋経路の一端と他端とを繋ぐ戻し経路と、から構成され、前記第１ねじ歯車は、前記循環経路に沿って分割された複数の分割体を積層してなる歯車装置である。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、循環経路が一巻きであるので、第１ねじ歯車と第２ねじ歯車との間を転がる転動体が押す残りの転動体の数が少なくなる。このため、転動体が円滑に循環する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施形態の歯車装置の斜視図である。

【図2】ウォームとウォームホイールの斜視図である。

【図3】ウォームの主要部の側面図である。

【図4】軸に沿ったウォームの主要部の断面図である。

【図5】ウォームの分解斜視図である。

【図6】ウォームの分割体の分解斜視図である（図６（ａ）は手前側から見た分割体の分解斜視図であり、図６（ｂ）は奥側から見た分割体の分解斜視図である）。

【図7】位置決めピンを示す斜視図である。

【図8】一巻きの循環経路でのボールの循環を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施形態の歯車装置を詳細に説明する。ただし、本発明の歯車装置は種々の形態で具体化することができ、本明細書に記載される実施形態に限定されるものではない。本実施形態は、明細書の開示を十分にすることによって、当業者が発明の範囲を十分に理解できるようにする意図をもって提供されるものである。

【0012】

図１は、本発明の一実施形態の歯車装置の斜視図を示す。１は第１ねじ歯車としてのウォーム、２は第２ねじ歯車としてのウォームホイール、３はケーシングである。本実施形態の歯車装置は、非交差で直角な２軸１ａ，２ａの間に回転運動を伝えるウォームギヤである。ウォーム１はケーシング３にベアリングを介して第１軸１ａの回りを回転可能に支持される。ウォームホイール２はケーシング３にベアリングを介して第２軸２ａの回りを回転可能に支持される。ウォーム１とウォームホイール２との間には、転動体としてのボール４が転がり運動可能に介在する。ウォーム１を回転させると、ボール４が転がり、ウォームホイール２が回転する。ウォーム１とウォームホイール２との間の回転伝達はボール４を介してなされる。

【0013】

図２は、ウォーム１とウォームホイール２の斜視図を示す。図３は、ウォーム１の主要部の側面図を示す。図４は、軸に沿ったウォーム１の主要部の断面図を示す。図２に示すように、ウォーム１は鼓状であり、その外周面は双曲線回転面に形成される。ウォーム１には、例えば一巻きの循環経路１１が３つ設けられる。一巻きの循環経路１１は、ウォーム１に沿う一巻き未満の螺旋経路１１ａと、螺旋経路１１ａの一端と他端とを繋ぐ戻し経路１１ｂと、から構成される。螺旋経路１１ａの巻き数は１／２以上１未満である。戻し経路１１ｂはウォーム１の内部に設けられる。

【0014】

図３に示すように、螺旋経路１１ａは、所定のねじれ角（リード角）を持つ螺旋状の溝からなる。図４に示すように、螺旋経路１１ａは、ボール４を露出させることができるように開いた断面を持つ。螺旋経路１１ａ直角の断面形状は特に限定されるものではなく、例えば単一の円弧からなるサーキュラーアーク形状、二つの円弧を組み合わせたゴシックアーチ形状である。螺旋経路１１ａのボール４はウォーム１の歯の役割をし、ウォームホイール２に噛み合う。

【0015】

螺旋経路１１ａの幅Ｗは、螺旋経路１１ａに嵌まるボール４が螺旋経路１１ａから落下しないようにボール４の直径未満である。後述するようにウォーム１を螺旋経路１１ａに沿って分割することで、螺旋経路１１ａの幅Ｗをボール４の直径未満に加工するのが可能になる。

【0016】

図３に示すように、戻し経路１１ｂは、Ｓ字状又は直線状であり、螺旋経路１１ａのリードと逆のリードを持つ。図４に示すように、戻し経路１１ｂの断面形状はボール４の直径よりも大きい円状であり、戻し経路１１ｂは閉じた断面を持つ。戻し経路１１ｂは、循環経路１１の一端まで移動したボール４を循環経路１１の他端に戻す役割を持つ。戻し経路１１ｂでは、ボール４がウォーム１の内部を移動する。

【0017】

図２に示すように、本実施形態の循環経路１１の数は３である。３つの戻し経路１１ｂの位相は、互いに円周方向に１２０度ずれる。戻し経路１１ｂの位相を１２０度ずらすことで、３つの循環経路１１のうち、常に２つの螺旋経路１１ａのボール４をウォームホイール２に噛み合わせることができる。

【0018】

ウォームホイール２は、ねじれ角の小さいはすば歯車状である。ウォームホイール２の外周面には、円周方向に一定のピッチで所定のねじれ角を持つ歯溝１２が形成される。ウォームホイール２の歯溝１２のピッチ、ねじれ角は、ウォームホイール２の歯溝１２がウォーム１の螺旋経路１１ａのボール４に噛み合うように設定される。歯溝１２の直角の断面形状は、特に限定されるものではなく、例えば単一の円弧からなるサーキュラーアーク形状、二つの円弧を組み合わせたゴシックアーチ形状である。

【0019】

図５は、ウォーム１の分解斜視図を示す。図６は、ウォーム１の分割体の分解斜視図を示す。ウォーム１は循環経路１１に沿って複数に分割される。本実施形態では、３つの循環経路１１が設けられるので、ウォーム１は４つに分割される。ウォーム１は４つの分割体２１−２４を軸方向に積層してなる。

【0020】

分割体２１−２４は、その中心に軸１ａが通る通し孔２１ａ−２４ａを有するリング状である。分割体２１−２４に軸１ａを通し、ロックナット２６を軸１ａに締めることで、分割体２１−２４がロックナット２６とフランジ１ａ１との間に挟まれて、軸１ａに固定される。通し孔２１ａ−２４ａには、軸１ａに回転不可能に連結するためのキー溝が形成される。

【0021】

分割体２１−２４の合わせ面には、一巻きの循環経路１１を形成する一巻きの循環溝１３が形成される。循環溝１３は、螺旋経路１１ａを形成する螺旋溝１３ａと、螺旋溝１３ａの一端と他端とを繋ぎ、戻し経路１１ｂを形成する戻し溝１３ｂと、から構成される。隣接する分割体２１−２４を合わせると、開いた断面の螺旋経路１１ａと閉じた断面の戻し経路１１ｂが構成される。

【0022】

図６（ａ）は手前側から見た分割体２１−２４の分解斜視図であり、図６（ｂ）は奥側から見た分割体２１−２４の分解斜視図である。分割体２１−２４は、軸方向の端部に配置される端部分割体２１，２４と、軸方向の中間部に配置される中間部分割体２２，２３とに分類される。端部分割体２１、中間部分割体２２、中間部分割体２３、端部分割体２４の構成を順番に説明する。

【0023】

図６（ｂ）に示すように、端部分割体２１の端面２１ｂの外周側には、循環溝１３が形成される（図４参照）。端部分割体２１の端面２１ｂの外周側のうち、少なくとも螺旋溝１３ａが形成される部分（曲面部）は、曲面状である。端部分割体２１の端面２１ｂの外周側のうち、戻し溝１３ｂが形成される部分は、平面状又は曲面状である。筒状の凸部２１ｃの端面２１ｃ１（平面部）は、軸１ａに直交する平面状である。

【0024】

図６（ａ）（ｂ）に示すように、中間部分割体２２の両端面２２ｂ１，２２ｂ２の外周側には、循環溝１３が形成される。中間部分割体２２の両端面２２ｂ１，２２ｂ２の外周側のうち、少なくとも螺旋溝１３ａが形成される部分（曲面部）は、曲面状である。中間部分割体２２の端面２２ｂ１の内周側には、端部分割体２１の凸部２１ｃに嵌まる凹部２２ｃが形成される（図６（ａ）、図４参照）。凹部２２ｃの底面（平面部）は、軸１ａに直角な平面状である。中間部分割体２２の端面２２ｂ１の内周側には、筒状の凸部２２ｄが設けられる。凸部２２ｄの端面２２ｄ１（平面部）は、軸１ａに直交する平面状である（図６（ｂ）、図４参照）。

【0025】

図４に示すように、端部分割体２１と中間部分割体２２を重ね合わせるとき、端部分割体２１の凸部２１ｃの端面２１ｃ１（平面部）と中間部分割体２２の凹部２２ｃの底面（平面部）とが接触する。端部分割体２１の曲面部２１ｅと中間部分割体２２の曲面部２２ｅとの間には、僅かな隙間が空く（図４参照）。

【0026】

図６（ａ）（ｂ）に示すように、中間部分割体２３の両端面２３ｂ１，２３ｂ２の外周側には、中間部分割体２２と同様に循環溝１３が形成される。中間部分割体２３の両端面２３ｂ１，２３ｂ２の外周側のうち、少なくとも螺旋溝１３ａが形成される部分（曲面部）は曲面状である。中間部分割体２３の端面２３ｂ１の内周側には、中間部分割体２２の凸部２２ｄに嵌まる凹部２３ｃが形成される（図６（ａ）、図４参照）。凹部２３ｃの底面（平面部）は平面状である。中間部分割体２３の端面２３ｂ２の内周側には、筒状の凸部２３ｄが形成される（図６（ｂ）、図４参照）。凸部２３ｄの端面２３ｄ１（平面部）は平面状である。図４に示すように、中間部分割体２２と中間部分割体２３を重ね合わせるとき、中間部分割体２２の凸部２２ｄの端面２２ｄ１（平面部）と中間部分割体２３の凹部２３ｃの底面（平面部）とが接触する。

【0027】

図６（ａ）に示すように、端部分割体２４の端面２４ｂの外周側には、循環溝１３が形成される。端部分割体２４の端面２４ｂの外周側のうち、少なくとも螺旋溝１３ａが形成される部分（曲面部）は曲面状である。端部分割体２４の端面２４ｂの内周側には、中間部分割体２３の凸部２３ｄに嵌まる凹部２４ｃが形成される（図４参照）。凹部２４ｃの底面（平面部）は平面状である。中間部分割体２３と端部分割体２４を重ね合わせるとき、中間部分割体２３の凸部２３ｄの端面２３ｄ１（平面部）と端部分割体２４の凹部２４ｃの底面（平面部）とが接触する（図４参照）。

【0028】

図６（ａ）に示すように、４つの分割体２１−２４には、円周方向に１２０度間隔を開けて軸方向を向く複数の孔２７が形成される。図７に示すように、孔２７には位置決めピン２８が通される。分割体２１−２４に位置決めピン２８を通すことで、分割体２１−２４を円周方向に位置決めできる。

【0029】

本実施形態のウォームギヤによれば、以下の効果を奏する。ウォーム１を回転させると、ボール４がウォーム１とウォームホイール２との間を転がる。ボール４の転がり運動を利用することで、すべりの低減、バックラッシの低減、高い効率などの効果を奏する。

【0030】

図８に示すように、循環経路１１は一巻きであるので、ウォーム１とウォームホイール２との間を転がるボール４ａが押すボール４ｂの数を少なくすることができる。このため、ボール４ａ，４ｂを円滑に循環させることができる。

【0031】

循環経路１１が一巻きであるので、循環経路１１のリード角やＢＣＤ（Ball Center Diameter、ボール中心径）、ボール４の径等を一巻き毎に変化させることができる。ウォームホイール２の歯溝１２に合う最適な循環経路１１を設計できるので、ボール４の循環をより円滑にすることができる。また、ウォームギヤの効率をより高くすることができる。

【0032】

３つの戻し経路１１ｂの位相が互いに円周方向に１２０度ずれるので、３つの循環経路１１のうちの２つの循環経路１１のボール４をウォームホイール２に噛み合わせることができる。

【0033】

循環経路１１に沿って分割された分割体２１−２４の螺旋溝１３ａでボール４を保持するので、ウォーム１単独でボール４を保持することができる。このため、ウォームギヤの製造者がウォーム１やウォームホイール２を別々に出荷することができる。

【0034】

複数の分割体２１−２４の軸方向の位置決めをするにあたって、隣接する分割体２１−２４の平面部を互いに接触させ、曲面部の間に僅かな隙間を空けることで、複雑な形状の曲面部の加工を容易にすることがき、ウォーム１の組立てが容易になる。

【0035】

隣接する分割体２１−２４の一方に筒状の凸部２１ｃ，２２ｄ，２３ｄを形成し、隣接する分割体２１−２４の他方に凹部２２ｃ，２３ｃ，２４ｃを形成するので、隣接する分割体２１−２４の軸方向の位置決めと半径方向の位置決めとが可能になる。

【0036】

分割体２１−２４に位置決めピン２８を通すので、分割体２１−２４を円周方向に位置決めすることができる。

【0037】

なお、本発明は上記実施形態に具現化されるのに限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で他の実施形態に変更可能である。

【0038】

例えばウォームは鼓状にすることも円筒状にすることもできる。また、ウォームの第１軸とウォームホイールの第２軸とを直角からずらすこともできる。さらに、ウォームの一巻き循環経路の数を２以上にすることができる。

【0039】

上記実施形態では、本発明をウォームギヤに適用する例を説明したが、本発明は歯すじがねじれ角を持つ歯車装置に適用することもできる。

【符号の説明】

【0040】

１…ウォーム（第１ねじ歯車）、２…ウォームホイール（第２ねじ歯車）、３…ケーシング、４…ボール（転動体）、１１…循環経路、１１ａ…螺旋経路、１１ｂ…戻し経路、１３ａ…螺旋溝、１３ｂ…戻し溝、２１，２４…端部分割体（分割体）、２２，２３…中間部分割体（分割体）、２１ｂ，２２ｂ１，２２ｂ２，２３ｂ１，２３ｂ２，２４ｂ…端面（合わせ面）、２１ｃ，２２ｄ，２３ｄ…凸部、２１ｅ，２２ｅ…曲面部、２１ｃ１，２２ｄ１，２３ｄ１…端面（平面部）、２２ｃ，２３ｃ，２４ｃ…凹部、２８…位置決めピン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】