JP2003515064A - ウォーム／ウォームギア変速装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明によるウォーム／ウォームギア変速装置１０，１６は、鼓形ねじ１２により形成された２４枚より少ない歯を有する鼓形ウォームギア１６を備えている。鼓形ねじ１２の１周当たりの包囲角は１５°より大きい。改変ウォームねじによって、異なる形状のウォームギア１６が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、概して減速装置に関するものであり、より詳しくは、従来の変速装
置より高いトルクを伝達でき、かつ、より高い伝達効率を実現可能である超低ギ
ア比のユニークなウォーム／ウォームギア変速装置に関するものである。本発明
はまた、機械的入力を一方向に伝達して出力する組合せ変速システムに関するも
のでもある。このような目的のために、主として２つのシステムを提供する。 （ｉ）機械的振動エネルギが入力され、変速装置が一方向のエネルギを出力する
。 （ii）連続的な一方向の機械的エネルギが入力され、変速装置が速度を変えて出
力する。これらは、２種類のエネルギ源、すなわち直流及び交流を利用して一方
向に回転するモータのように、電気エネルギの類型として捉えることができる。

【０００２】

【従来の技術】

変速装置は、種々の目的で回転運動を伝達するために利用されている。本願に
おいて用いる“変速装置”という用語は必ずしも自動車用の変速機を意味するも
のではないが、それらも含んでいる。本発明は、駆動源から駆動部材を通じて被
駆動部材へと伝動が行われるいかなるシステムをも含むものである。この種の変
速装置の用途の一例は、ヘリコプターのロータ駆動部である。公知のように、ヘ
リコプターのロータ駆動部における最大の問題点の１つは騒音である。従来の斜
交軸式ギア変速装置と比較して、ウォーム／ウォームギアタイプの変速装置が発
する騒音は小さい。しかしながら、従来のウォーム／ウォームギア変速装置では
効率が低くかつ伝達可能トルクが小さかったので、ヘリコプターの動力伝達シス
テムに用いることはできなかった。

【０００３】 ウォーム／ウォームギア変速装置、特に鼓形減速装置または円錐駆動式ウォー
ム／ウォームギア装置は機械的動力伝達装置の分野では周知である。ウォームギ
アは、それと歯合するウォームが回転することによって駆動される。ウォームギ
アに取付けられた軸の回転速度は、ウォームギア上の歯数とウォーム上のねじ数
とで決定される。ウォームには、１条または復数条のねじを設けることができる
。従来のウォーム／ウォームギア変速装置は、２４枚またはそれ以上の歯を有す
るウォームギアを備えている。特に、米国国家規格“工業用鼓形ウォームギア設
計”（ANSI/AGMA-6030-C87）は、ギア歯数の最小値として２４枚を推奨している
。さらに、公知のウォームギアにおいてウォームねじ１周当たりの包囲角が１５
°以上であるものはない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】

標準的な全ての鼓形ウォーム／ウォームギア変速装置において、鼓形ウォーム
ギアの面は、ウォームの鼓形ねじ形状によって形成されている。ここで“形成”
という用語は、ウォームギアの歯形状が、どのように規定されるかということを
意味している。ウォームギアの歯形状は、鼓形ウォームねじ面を表す式に基づい
て数式で表現すること、ウォームねじ形状を有する工具でギア素材をホブ加工す
ること、あるいは、コンピュータモデル上で３次元中実ウォームギアを３次元中
実ウォームねじの形状で切削することによって形成可能である。従来の鼓形ウォ
ーム／ウォームギア変速装置においては、歯元部にアンダーカットが生じるため
に、歯数が２４より少ない鼓形ギア歯を有するウォームギアは用いられていない
。ウォームの包囲角は、ウォーム上のねじとウォームギア上の歯との間の接触領
域がなす角度である。包囲角は、ウォームギアの中心に対してウォームねじの両
端がなす角度である。１周のねじを有するウォームの場合、歯合するギア歯の最
大数は２である。公知であるように、ねじ包囲角は次式により計算できる。 ψ＝３６０°／Ｎ ここでＮはウォームギアの歯数である。

【０００５】 従って、歯数２４の場合、ψ₂₄＝１５°である。同様に、歯数１２の場合、ψ ₁₂ ＝３０°である。この角度はウォームギアの角度ピッチにも等しい。

【０００６】 ２条ねじウォームの場合には、包囲角はウォームギアの角度ピッチの２倍とな
る。例えば、歯数６のウォームギアに対する１条ねじウォームの包囲角は６０°
であるが、歯数６のウォームギアに対する２条ねじウォームの包囲角は１２０°
である。従って、多条ねじウォームの場合の包囲角は、式：ψ＝ｔ＊３６０°で
計算される。ここで、ｔはねじ条数である。

【０００７】 標準的な全ての鼓形ウォーム／ウォームギア変速装置では、ウォームねじとウ
ォームギア歯との間の接触は線接触に限定されている。

【０００８】 さらに、標準的な鼓形ウォーム／ウォームギア変速装置におけるギア比は、５
またはそれ以上に限られてきた。このようにギア比が高いので、ウォームギアを
被駆動部材として用い、ウォームを駆動部材として用い、ウォームギアからウォ
ームへと動力を伝達することは実用的ではないと考えられてきた。

【０００９】 ウォーム／ウォームギア変速装置のセルフロック機構を用いることにより、エ
ネルギを一方向に連続的に伝達し、かつ変速を行う技術においては、従来種々の
改良が行われてきた。

【００１０】 概して言えば、従来は、直線状ウォームとウォームギアに差動手段を組合せて
用いてきた。

【００１１】 この種の変速装置は、Elseに付与された米国特許第2,853,140号明細書、Korff
に付与された米国特許第2,225,957号明細書、Butterbaughに付与された米国特許
第3,208,305号明細書、Harryに付与された米国特許第4,346,728号明細書、Lusiu
sに付与された米国特許第4,917,200号明細書、Sulzerに付与された米国特許第4,
346,728号明細書、Bauschに付与された米国特許第4,987,788号明細書、Leeに付
与された米国特許第4,973,295号明細書、Johnshoyに付与された米国特許第Re33,
278号明細書、Horvathに付与された米国特許第3,220,284号明細書、Freyに付与
された米国特許第5,033,996号明細書、Freyに付与された米国特許第5,015,898号
明細書に開示されている。

【００１２】 セルフロック機構を利用するためには、１条のみのねじを有するウォームを用
いることが好ましい。なぜなら、この場合リード角が小さくなるからである。直
線状ウォームを用いた従来技術では、１周を超えるねじを形成することによって
セルフロック作用を奏することができる。このような構成の場合、２つのウォー
ムギア歯のみがねじと歯合する。ウォームギアの歯数が２４より多い場合、各歯
が小さくなり、伝達可能負荷が制限される。１条ねじを備えた従来のセルフロッ
ク式ウォームシステムにおける最小ギア比は２４である。このようなシステムを
用いた場合、ウォームの速度はウォームギアの速度の２４倍である。これが、従
来技術の実用化を妨げてきた原因である。ウォームのピッチ円直径をウォームギ
アのピッチ円直径に合わせて大きくすることもまた実用的ではない。なぜなら、
ウォーム本体の大きなサイズに対してねじが極めて小さくなるからである。ウォ
ームギアの歯数が２４より多く、ウォームねじ１周当たりの包囲角が１５°より
小さい標準的な鼓形ウォーム／ウォームギア変速装置は、同様の問題を包含して
いる。特に、小さくて強度の低い歯、ウォームねじに対するウォームギア歯のギ
ア比が２４より大きいことが問題である。

【００１３】

【課題を解決するための手段】

歯数が２４より少ない鼓形ウォーム／ウォームギア変速装置は、ウォームギア
歯の歯元部にアンダーカットが生じるために製造不可能であると考えられてきた
ため、一般市場で使用されたことはない。今日まで、当業者は、歯数が２４より
少ない鼓形ウォームギアが適切に機能するということに懐疑的であり、克服でき
ない障壁が存在すると信じてきた。これに対し、本発明が提供する鼓形ウォーム
／ウォームギア変速装置は、ウォームねじ１周当たりの包囲角を大きくすること
により、ギア歯にアンダーカットを生じないウォームギアを用いている。

【００１４】 歯数を２４より少なくし、ねじ１周当たりの包囲角を従来の鼓形ウォーム／ウ
ォームギア変速装置と比較して大きくとることにより、本発明は、９９％の効率
を確保しながら、１条ねじの場合の最小ギア比を２まで減少させることを可能に
した。これに対し、従来の鼓形ウォーム／ウォームギア変速装置における最小ギ
ア比は、１条ウォームの場合で２４、５条ウォームの場合で５である。この新し
い鼓形ウォーム／ウォームギア変速装置における効率は、低ギア比の直交駆動系
に使用される周知のハイポイドギア装置の場合よりもなお高い。本発明による装
置は、ギア比が低いので、多くの用途においてハイポイドギア装置またはベベル
ギア装置の代用として用いることができる。加えて、この新しい鼓形ウォーム／
ウォームギア変速装置では、ウォームギアからウォームへとトルクを伝達する逆
駆動が可能である。同じサイズで比較すれば、本発明の装置は、従来のハイポイ
ドギア装置と比較して２倍以上の動力伝達容量を有している。

【００１５】 本願発明では、ウォームギア歯とウォームねじとの間で“面−面”接触を実現
することができ、これにより、鼓形ウォーム／ウォームギア変速装置のトルク伝
達容量が向上する。このような作用は、ウォームねじ１周当たりの包囲角を１５
°以上とすることによって得られる。標準的な全ての鼓形ウォーム／ウォームギ
ア変速装置（1994年 New Jersey州Englewood Cliff所在PTR Prentice Hallにお
けるFaydor Litvinの講演“Gear Geometry and Applied Theory”参照）では、
ねじとウォームギア歯との間、または、ねじとねじフォロワとの間においては線
接触しか得られない。面接触が得られるという物理的特性は新規であり、予期さ
れ得ない結果である。

【００１６】 本発明におけるウォームは、分割ウォームの半分、または半分以下の部分であ
って、ただ１つの支持軸を有する形態であってもよい。さらに、ウォームギアは
、分割ウォームギアの半分、または半分以下の部分であって、ただ１つの支持軸
を有する形態であってもよい。分割ウォームギアまたは分割ウォームの半分、ま
たは半分以下の部分を用いることによって、ウォームとウォームギアの組付けが
容易になる。

【００１７】 本発明は、ウォームとウォームギアとの間に実現され１方向クラッチとして利
用される“セルフロック”作用について記載する。本出願において本発明のウォ
ームとウォームギアとの組合せを記述するために用いる“セルフロック”という
用語は、ウォームと歯合しているウォームギアの歯がウォーム軸回りにウォーム
を回転させることができない状態を意味する。ウォームの歯はねじ上で滑らない
ので、ねじが、ねじ軸回りに回転することがない。歯及びねじそれぞれの材料、
及びそれぞれの角度を慎重に選択することにより、当業者であればセルフロック
作用を実現することができる。従来、一般的に、ウォームの自由回転は電気モー
タによって実現されてきた。これはトルク伝達方向を逆にするために重要である
が、ウォームは、ウォームギアの歯とウォームのねじとの間のギア比に応じて回
転しなければならない。本発明は、オン／オフ−クラッチ及びウォームギアによ
って駆動される駆動列の入力部と、駆動列の出力部によって駆動されるウォーム
と、を備えた新規なギア列またはプーリ式駆動装置（場合によってはフレキシブ
ルシャフトを含む）を提供する。

【００１８】 ウォームとウォームギアとの組合せがシステム内に組込まれ、ウォームはロー
タ内で回転するように支持される。ロータは駆動ウォームギアを囲繞している。
ウォームギアには回転入力が与えられる。ウォームギアの歯はウォーム上のねじ
と歯合し、ウォーム及びロータはウォームギアの軸回りに回転する。この回転は
、歯合しているウォームねじとウォームギア歯との間の相対運動なしに行われる
。

【００１９】 好ましくは、ロータ上に補助モータ（またはオン／オフ−クラッチ）が取付け
られ、ウォームギアに対してウォームを回転させ、ウォームギアを元の位置に復
帰させたり、振動入力の場合には、ウォームギアをウォームに対して回転させた
りする。振動入力が与えられた場合、ウォームとロータは機械的ダイオードとし
て機能し、一方向出力を実現する。オン／オフ−クラッチを備えたギア列の代わ
りにモータを用いる場合、クラッチのオン／オフ作用をウォームギアの振動に同
期させなければならない。

【００２０】 次に、異なる種類の変速装置について述べるが、この場合、ウォームを保持し
ているロータが接地されていることが基本構成となっている。そのため、作動部
材が３６０°を超えて自在に回転しても作動部材への電気接続に問題は生じない
。ロータのバランス取りも容易になる。ウォームギアをスパイダ型差動装置及び
ベベルギア型差動装置の異なる部材に取付ける種々の構成は本発明の基盤となる
。そのような構成を組合せることによって、異なる速度比を有する変速装置が提
供される。本出願において開示する実施形態は、親出願には記載されていない。
本発明は、振動入力を利用して回転を伝達する場合だけでなく、従来の動力伝達
装置のようにトルクを伝達する場合にも応用できる。例えば、本システムは、自
動車のトランスミッションの一部として、あるいは、速度比が可変であるギアボ
ックスの一部として利用可能である。

【００２１】

【発明の実施の形態】

本発明のさらなる用途は、以下の詳細説明から明らかになる。しかしながら、
本発明の好ましい実施形態に関する詳細説明及び特定の形態は、説明の便宜上、
記載したものに過ぎないことを理解されたい。なぜなら、当業者が詳細説明を読
めば、本発明の範囲内で種々の変更及び改良を加えることが可能であるからであ
る。

【００２２】 添付図面を参照しながら以下の詳細説明を読むことにより、本発明をより深く
理解することができる。

【００２３】 本発明によるウォーム／ウォームギア変速装置８の一実施形態を図１に示す。
この変速装置は、少なくとも１条のねじ１２を有する鼓形ウォーム１０を備えて
いる。鼓形ウォーム１０は軸１３上に支持されている。ねじ１２は、３枚の歯１
４を有する鼓形ウォームギア１６における少なくとも１枚の歯１４と歯合してい
る。図１に示すように、好ましい実施形態では、鼓形ウォーム１０は１条のねじ
１２を備え、鼓形ウォームギア１６は、その外周上に互いに離隔配置された３枚
の歯を備えている。図示するように、ウォームギア１６のいずれの歯も、鼓形ウ
ォーム１０のねじとの間にギャップ“Ｇ”を有している。鼓形ウォーム１０はウ
ォームギア１６を包含し、ウォームギア１６もまた鼓形ウォーム１０を包含して
いる。

【００２４】 本発明の思想によれば、ウォームギア上の歯数と、ウォームにおける１条のね
じとで定まる最小ギア比は２である。従って、ウォームギアの回転によってウォ
ームは、より速い速度で回転する。ウォームギア１６及びウォーム１０は、好ま
しくは、図１に示さないハウジング内に収容される。一般的に、ハウジングは金
属から形成され、ユニットを構成するギア、ベアリング、及びシールを潤滑しか
つ冷却するための潤滑材を収容するリザーバを形成する。ハウジングは、ギア、
ベアリング、シール、及び関連部材（図示せず）を固定支持する。

【００２５】 図１７は、１条のねじ１２を有する鼓形ウォーム１０と、３枚のギア歯１４を
有する鼓形ウォームギア１６とを備えた図１に示すウォーム／ウォームギア変速
装置８の斜視図である。図から分かるように、ウォーム１０が矢印Ａの方向に回
転すると、歯１４ａと歯合しているねじ１２が歯１４ａを下方に押圧し、ウォー
ムギア１６を矢印“Ｂ”で示す方向に回転させる。ウォームギア１６が回転する
と、次いでギア歯１４ｂがねじ１２と歯合し、ギア歯１４ａがねじ１２との歯合
から解放される際に、ギア歯１４ｂによって回転が継続される。

【００２６】 鼓形ウォームギアを用いる理由は、この種のウォームギアが他のねじフォロワ
とは異なる自然な形状の歯面を有しているためである。ウォームギアの歯の形状
は、ウォームが有する１条または多条のねじの形状によって規定される。ウォー
ムギアが有するウォームギア歯の形状を形成するためにコンピュータモデルシミ
ュレーションを利用することができる。次いで、ウォームギアは、ホブ加工また
は鋳造といった公知の技術を用いて形成することができる。ウォームギア歯が、
同じ包囲角に対して長さの異なる（短い）ねじを有するウォームのねじ形状によ
って形成される場合、ウォーム歯の形状は異なったものとなる。

【００２７】 鼓形ウォームギアを用いることによる主要な利点は、より大きなトルク伝達容
量を得られることである。ウォームのねじはウォームギアの歯と転がり接触関係
にあり、これによって効率の向上を図ることができる。さらに、ウォームの中心
部におけるピッチ円直径が、ウォームギアの中心におけるピッチ円直径と同じオ
ーダーになることも好ましいことである。標準的設計のウォームでは、２条以上
のねじを設け大きな包囲角を設けた場合、ウォームとウォームギアとの組付けが
困難になることが大きな障害であると考えられてきた。本発明によるウォームと
ウォームギアの場合、ウォームのねじとウォームギアの歯を図５１に示すように
適切に配置することにより、ウォームとウォームギアとを容易に組付けることが
できる。この図では特に、ウォームギアの歯１６４がウォームのねじ１６２に対
し半径方向から直接歯合し、隣接する２つウォームギア歯１６６，１６８につい
ては、ウォームギア１７０のギア歯１６６，１６８の一面（１６６Ａ，１６８Ａ
）がねじ１６２と部分的にのみ歯合するように、２条のねじ１６２を有するウォ
ーム１６０が配置された状態を示している。２つのねじ１６２間の距離は、ウォ
ームギア１７０を直接歯合させる際にウォームギア１７０を受入れるのに十分な
大きさとなっている。

【００２８】 本発明によるウォーム／ウォームギア変速装置２０の他の実施形態を図２に示
している。この変速装置は、２条の同一ねじ２４を有する鼓形ウォーム２２を備
えている。これらのねじ２４は、６枚の歯２８を有する鼓形ウォームギア２６の
少なくとも１枚の歯と歯合する。ウォームギア２６は軸３０に接続され、一方、
ウォーム２２は軸３２に接続されている。図３では、ウォームギア２６を断面で
示している。図４は、２条の同一ねじ２４を有する鼓形ウォーム２２及び支持軸
３２を示す側面図である。

【００２９】 図１８は、２条のねじ２４を有する鼓形ウォーム２２と、それに歯合する６枚
の歯２８を有する鼓形ウォームギア２６とを備えた図２に示すウォーム／ウォー
ムギア変速装置に対応する斜視図である。

【００３０】 図５は、ウォームギア２６上に６枚の歯２８を形成するために用いられる鼓形
ウォームねじ２４の包囲角が１２０°であることを示している。この鼓形ウォー
ムねじ２４は、１周、すなわちウォームの回転軸周りに３６０°にわたって形成
されている。鼓形ウォームねじが１周にわたって形成されているということは、
この例を用いて次のように説明することができる。ウォームねじの両端部は同一
断面を有するが、一の位置と、そこから１２０°離れた別の位置とに配置されて
いる。ウォームねじの断面は、ウォームの断面を、ウォームの一端からウォーム
ねじ２４に沿ってウォームの他端へと移動させることによって重ねることができ
る。その場合、ウォームの断面は、軸３２の回転軸回りに３６０°回転する。

【００３１】 本発明によるウォーム／ウォームギア変速装置は、２４枚より少ない歯を有す
るウォームギアを提供し、さらに、図２１，２２に示すように、ウォームのねじ
とウォームギアの歯との間に面接触を実現する。図２１は、６枚の歯２８を有す
るウォームギア２６における２つの面接触領域１００ａ，１００ｂを示している
。図２２は、２条のねじ２４を有するウォーム２２における２つの面接触領域１
０２ａ，１０２ｂを示している。

【００３２】 図６は、ウォームギアの歯を形成するためのウォームねじ３８を示している。
これは、１２０°の包囲角を有するねじを短く切った一部である。

【００３３】 図７は、６枚の歯２８を有する鼓形ウォームギア２６の側面図である。図８は
、６枚の歯３４を有する鼓形ウォームギア４４の側面図である。鼓形ウォームギ
ア４４は、図７に示すウォームギア２６のギア部を、駆動軸４６周りの回転のた
めの軸に沿って短縮したものである。実用上、ウォームギア４４を長手方向に分
割して２つの半体とし、一方の半体のみを用いてもよい。あるいは、素材から、
もともと短縮されたウォームギアを形成してもよい。改変ウォームギア４４は、
１段減速ユニットにおいて組立てが容易である。このことは、ギアの圧力角が小
さく、鼓形ウォームを鼓形ウォームギアに組付けることが難しい場合に極めて重
要である。多くの用途において、改変ウォームギア４４は十分機能する。鼓形ウ
ォームギア４４は、ウォームギア４４を一方向からのみ支持する駆動軸４６に接
続可能である。あるいは、鼓形ウォームギア４４を両端で支持してもよい。

【００３４】 鼓形ウォームギア２６，４４の本体は軸方向に延在する端部フランジを備え、
両端部フランジは隣接するカラーのフランジに係止され、こうしてウォームギア
が所定位置に保持される。ウォーム本体、ウォームギア本体の一方、または双方
は、駆動、または被駆動のため、軸に対してキー止め、またはその他の手段で固
定される。ウォーム、ウォームギアの一方、または双方の比較的小さい長手方向
の移動によって、ウォームギア、カラー、軸を全て分解することが可能となって
いる。

【００３５】 本発明においては、ウォームギア１６が有する歯１４の数とウォーム１０が有
するねじ１２の数との比は、１１：１またはそれ以下であることが好ましい。最
も好ましいギア比は、図示のように３またはそれ以下である。ウォームギア１６
の歯１４は２枚だけ使用することも可能である。本出願におけるウォーム／ウォ
ームギア変速装置はセルフロック機構を有している。

【００３６】 本出願において本発明のウォームとウォームギアとの組合せを記述するために
用いる“セルフロック”という用語は、ウォームと歯合しているウォームギアの
歯がウォーム軸回りにウォームを回転させることができない状態を意味する。歯
１４はねじ１２上で滑らないので、ねじ１２が、ねじ軸回りに回転することがな
い。歯１４とねじ１２それぞれの材料、及びそれぞれの角度を慎重に選択するこ
とにより、当業者であればセルフロック作用を実現することができる。本発明に
よるウォーム／ウォームギア変速装置は、純粋な摩擦式セルフロック装置とは異
なり、幾何学的にセルフロック作用を実現する。

【００３７】 図９は、短縮鼓形ウォーム５０を鼓形ウォームギア５２と共に示している。鼓
形ウォームギア５２は、ウォームギア２６（図２，７に示す）の歯２８と数は同
じであるが異なる形状の歯５３を有している。歯の形状が異なっているのは、短
縮鼓形ウォーム５０の短縮鼓形ウォームねじ５４によって形成されたためである
。

【００３８】 図１０において、鼓形ウォーム５０は、ウォーム５０を一方向から支持する駆
動軸５６に接続されている。図１１は、２条のねじ６１を有する改変鼓形分割ウ
ォーム６０を備えたウォーム／ウォームギア変速装置を示している。ここで、改
変鼓形分割ウォーム６０は、６枚の歯６３を有する鼓形ウォームギア６２に対し
てオフセンター位置に配置されている。

【００３９】 図１２は、２条のねじ６１を有する２つの改変ウォーム６０を備えたウォーム
／ウォームギア変速装置の側面図である。ここで、２つの改変ウォーム６０はオ
フセンター位置に配置され、それぞれが異なる駆動軸６２，６４に接続されかつ
ウォームギア６２と歯合している。

【００４０】 図１３は、オフセンター位置で同一回転軸上に配置され同一駆動軸３２に接続
された２つの改変ウォーム６０を備えたウォーム／ウォームギア変速装置を示し
ている。

【００４１】 改変ウォームが異なるねじ位相角で共通軸に接続されている場合、作動状態で
は、一方のウォームのねじがウォームギアの歯と歯合し始める際に、他方のウォ
ームのねじが異なるタイミングで歯合から解放されることを意味する。異なる位
相角とする目的は、かみあい率を増大させて滑らかなかみあいを実現するためで
ある。

【００４２】 図１４は、ウォームねじ６８を有しそれぞれが異なる回転軸上に配置され異な
る駆動軸７０，７２に接続された２つの改変ウォーム６０を備えたウォーム／ウ
ォームギア変速装置を示している。各ウォーム６０は、歯６４を有するウォーム
ギア６２と歯合している。

【００４３】 図１５は、図１４に示すウォーム６０の鼓形ねじ６８によって形成された異な
る形状の歯６４を有する鼓形ウォームギア６２の側面図である。

【００４４】 図１６は、対応するウォームねじ２４を有しそれぞれが異なる回転軸上に配置
され各駆動軸３２に接続された２つの鼓形ウォーム２２を備えたウォーム／ウォ
ームギア変速装置を示している。各ウォーム２２は鼓形ウォームギア２６と歯合
している。

【００４５】 図１９は、１０枚の歯８２を有するウォームギア８０と、ねじ８６を有しウォ
ームギア８０に歯合する鼓形分割ウォーム８４とを備えたウォーム／ウォームギ
ア変速装置の斜視図である。

【００４６】 図２０は、３条のねじ９６を有する改変鼓形分割ウォーム９４と歯合し９枚の
歯９２を有するウォームギア９０の斜視図である。

【００４７】 図２３は、図２０に示すウォーム／ウォームギア変速装置と一般的なハイポイ
ド型ギア装置１０６との大きさの違いを示す図である。

【００４８】 本出願において説明する本発明では、２種類の異なる作動が考えられる。ウォ
ーム／ウォームギア変速装置がセルフロック作用を有していない場合、駆動軸か
ら鼓形ウォーム１２、鼓形ウォームギア１６を介して出力軸へと運動を伝達する
ことができ、また逆に、出力軸から駆動軸３２へと運動を伝達することができる
。図示する他の実施形態においても同様に、駆動軸から被駆動軸への運動の伝達
、あるいは、被駆動軸から駆動軸への運動の伝達が可能である。

【００４９】 ウォーム／ウォームギア変速装置がセルフロック作用を有している場合、運動
は、駆動軸から鼓形ウォーム、鼓形ウォームギアを介して出力軸へと伝達するこ
とだけが可能である。ウォームに接続された独立駆動軸を備えた図１２，１４，
１６に示すウォーム／ウォームギア変速装置をヘリコプター駆動部の動力分割変
速装置に用いて、高速エンジンからロータ駆動軸へとエネルギを伝達することが
できる。この場合、ウォームギアを直接（またはギア列を介して）ヘリコプター
ロータの駆動軸に接続し、ウォームを直接（またはギア列を介して）ヘリコプタ
ーのエンジンの出力軸に接続することができる。ヘリコプター駆動系の設計によ
っては、本発明のウォーム／ウォームギア変速装置をベベルギアの代用として用
いることができる。

【００５０】 本発明によれば、ウォームねじ１周当たりの包囲角が大きいので、ウォームギ
アの歯にアンダーカットが生じない。

【００５１】 本発明の一形態によれば、ウォームギア歯と１条のウォームねじとの間におい
て最小のギア比で回転を伝達するために、ウォームとウォームギアの組合せを利
用することができる。過去においては、ダブル鼓形ウォーム／ウォームギアの組
合せの場合、ウォームギアには最小で２４枚の歯が必要であると考えられてきた
。しかしながら、本発明の場合、従来のウォーム／ウォームギアとの相違点は、
歯数のみではなく、ウォームギア歯の形状を形成するために用いられるウォーム
ねじの包囲角も異なる。この包囲角は、ウォームギアの歯数が２の場合、ねじ１
周当たり１８０°まで実現可能であるが、好ましくは１５°以上である。

【００５２】 本発明においては、セルフロック式ウォーム／ウォームギアの組合せの場合、
ウォームギアからウォームへのギア比は、好ましくは１０またはそれ以下である
。

【００５３】 上述ようなウォーム／ウォームギアの組合せシステムは、従来のシステムと比
較した場合、非常に高いトルクを伝達できるという点で好ましい。

【００５４】 過去においては、ウォーム及びウォームギアは低摩擦材料から形成され、一般
的にウォームギアは青銅のみから形成されてきた。しかしながら、本発明におい
ては、ウォーム及びウォームギアは、鋼のような強靭な材料から形成することが
できる。ウォームギア及びウォームの歯及びねじの好ましい形状は添付図面に示
しているが、変更することもできる。その場合でも、当業者であれば、他の形状
も本発明の範囲に含まれることを理解できるであろう。

【００５５】 本出願においては、ウォームギアの歯とウォームねじとの間の面−面転がり接
触によって、鼓形ウォーム／ウォームギア変速装置のトルク容量が増大する。こ
のことは、ウォームギア歯を形成するためのウォームねじの包囲角が１５°、あ
るいは３０°以上の場合に可能となる。本発明のウォーム／ウォームギア変速装
置の効率は、低ギア比の直交駆動装置に用いられる周知のハイポイドギア装置の
場合と同等か、それ以上である。逆駆動、すなわち、ウォームギアが駆動部材、
ウォームが被駆動部材である場合でも、本発明のウォーム／ウォームギア変速装
置は、ハイポイドギア装置の場合と比較して高い効率を示す。

【００５６】 本発明の装置が多くの用途においてハイポイドギア装置またはベベルギア装置
の代用として使用可能であることは、本発明による鋼製ウォーム／ウォームギア
変速装置のダイナモ試験で確認された。本発明のウォーム／ウォームギア変速装
置は、ハイポイドギア式変速装置またはベベルギア式変速装置と比較して低騒音
であるので、特にヘリコプターまたは自動車の駆動系に本発明のウォーム／ウォ
ームギア変速装置を用いることの利点は大きい。同じサイズで比較すれば、本発
明の装置は、ハイポイドギア装置の場合の２倍以上のトルク伝達容量を有する。
この場合、ハイポイドギアは２４枚以上の歯を有する。本発明の装置は、ハイポ
イドギア装置と同じ輪郭であれば歯数が少ないので、それぞれの歯が厚くなり、
従って、歯の強度が高い。図２３に示すように、３条のねじ９６を有する改変ウ
ォーム９４は、ハイポイド変速装置におけるピニオンと類似の形状及びサイズを
有していることが分かる。改変ウォーム９４とハイポイドギア１０６のピニオン
とが同じサイズである場合、ハイポイドギア１０６はウォームギア９０に対して
２倍の直径を有する。今日まで、当業者は、２４枚より少ない歯を有する鼓形ウ
ォームギアが機能するということに懐疑的であって、及び／または、商用化には
越え難い障壁が存在すると考えてきた。

【００５７】 図４７〜図５０を参照すると、これらの図には、鼓形ウォームギア２０４と歯
合するねじ２０２を有する芯無し鼓形ウォーム２００を示している。鼓形ウォー
ム２００のねじ２０２は、その対向端部（２０２Ａ，２０２Ｂ）において支持部
材２０６に支持されている。ねじ２０２は、鋳造または機械加工によって支持部
材２０６と一体に形成可能であり、あるいは、溶接またはその他公知の手法で支
持部材２０６に取付けてもよい。図４７，４８に示す実施形態におけるウォーム
は、支持部材２０６に接続されたねじ２０２を有する完全鼓形ウォームである。
図４９は、ねじ２０２両端部（２０２Ａ、２０２Ｂ）の中間位置でねじ同士を接
続するための付加的支持ディスク２０８を示している。支持ディスク２０８によ
って、ねじ２０２の強度及び剛性が向上する。

【００５８】 図５０は、ベース支持部材２１６と端部支持部材２１８とに接続されたねじ２
１４を有する芯無し鼓形分割ウォーム２１２を示している。芯無し鼓形分割ウォ
ーム２１２は、ベース支持部材２１６に支持されて回転する。このように構成さ
れた芯無し鼓形ウォーム２１２は、ウォーム／ウォームギア変速装置への捩り衝
撃を吸収することができる柔軟性ウォームを提供する。加えて、芯無し鼓形ウォ
ームの形態では、ねじの全長にわたって潤滑が向上する。

【００５９】 本発明による基本システムは、多様な機械的変速装置に応用することができる
。例えば、本装置は、自動車のフロントアクスル駆動部または差動式リヤアクス
ル駆動部、あるいは、パワーウィンド、エスカレータ駆動部等に用いることがで
きる。

【００６０】 上述の鼓形ウォーム及びウォームギアは、図２４に示すように、振動入力を用
いて回転を伝達する装置に利用することができる。この装置は、ロータ１１２内
に収容されたウォーム１１１を備えている。ロータ１１２は、ベアリングを取付
けるための剛体支持部を構成している。最良の結果を得るために、ウォーム１１
１はウォームギア１１３を取囲むように配置される。ウォームギア１１３もまた
、ウォーム１１１を取囲むように配置される。ウォーム１１１が回転する際、ウ
ォームギア１１３は低速で回転する。ウォームギアの歯と、ウォーム１１１上に
設けられた１条のウォームねじとで定まる最小のギア比は２である。一方、ウォ
ームギア１１３の回転によってウォーム１１１は、より速い速度で回転する。本
発明では、ウォームギア１１３に対してウォーム１１１をその回転軸回りに回転
させる手段が設けられている。前記手段は、補助モータ、あるいは、ギア１１６
，１１７からなりオン／オフ−クラッチ１１８を含むハイポイドギアセット、螺
旋状ギアセット、ベベルギアセット、またはヘリコンギアセットを備えたギア列
で構成することができる。駆動列の入力部はウォームギア１１３によって入力軸
１１４から駆動され、ウォーム１１１は駆動列の出力部（オン／オフークラッチ
）によって駆動される。ロータ１１２は出力軸１１５に接続されている。オン／
オフークラッチ１１８は、“オン”、“オフ”状態を有する電気機械式摩擦クラ
ッチで構成することができる。駆動列のギア比は、ウォームギア１１３の歯数と
ウォーム１１１のねじ条数とで定まるギア比に等しいか、それ以上である。ウォ
ーム１１１及びウォームギア１１３はセルフロック作用を有している。

【００６１】 ウォームギア１１３に対してウォーム１１１をその回転軸回りに回転させる駆
動手段の例を図２５，２６に示している。図２５に開示する手段は、平ギア１１
９，１２０と、フレキシブルシャフト１２１と、オン／オフークラッチ１１８と
を備えている。図２６に開示する駆動手段は、ベルト１６２を備えたプーリ１６
０，１６１と、フレキシブルシャフト１２１と、オン／オフークラッチ１１８と
を備えたプーリ駆動手段である。フレキシブルシャフト１２１を備えた駆動手段
は、１段減速装置において組立てが容易である。ウォーム１１１の軸周り方向に
予荷重を与え、ウォームギア１１３の歯とウォーム１１１のねじとの間のバック
ラッシュを除去するためには、補助モータを用いることが望ましい。

【００６２】 ロータ１１２が接地される場合、ウォームギア１１３は差動ギアセットを構成
する部材の１つに接続される。図２７に示す差動ギアセットは、スパイダギア１
２４を有するサンギア１２２，１２３と、ハウジング１２５と、キャリア１２６
とを備え、サンギア１２２がウォームギア１１３に接続されているスパイダ型差
動装置である。説明の簡略化のため、駆動手段は補助モータ１２７である。

【００６３】 図２８に示す差動ギアセットは、サンギア１２３と、スパイダギア１３０を有
するリングギア１２８と、ハウジング１２５と、キャリア１２６とを備え、サン
ギア１２３がウォームギア１１３に接続されているスパイダ型差動装置である。

【００６４】 図２９に示す差動ギアセットは、サンギア１２３と、スパイダギア１３０を有
するリングギア１２８と、ハウジング１２５と、キャリア１２６とを備え、リン
グギア１２８がウォームギア１１３に接続されているスパイダ型差動装置である
。

【００６５】 図３０に示す差動ギアセットは、ダブルスパイダギア１２４を有するサンギア
１２２，１２３と、ハウジング１２５と、キャリア１２６とを備え、キャリア１
２６がウォームギア１１３に接続されているスパイダ型差動装置である。

【００６６】 図３１に示す差動ギアセットの例は、サンギア１２３と、スパイダギア１３０
を有するリングギア１２８と、ハウジング１２５と、キャリア１２６とを備え、
キャリア１２６がウォームギア１１３に接続されているスパイダ型差動装置であ
る。

【００６７】 図３２に示す差動ギアセットは、アイドラべベルギア１３１を有するベベルギ
ア１２９，１３４と、ハウジング１３２と、キャリア１３３とを備え、ベベルギ
ア１３４がウォームギア１１３に接続されているベベルギア型差動装置である。

【００６８】 図３３に示す差動ギアセットは、アイドラべベルギア１３１を有するベベルギ
ア１２９，１３４と、ハウジング１３２と、キャリア１３３とを備え、キャリア
１３３がウォームギア１１３に接続されているベベルギア型差動装置である。

【００６９】 図３４に示す差動ギアセットは、スパイダべベルギア１３１を有するベベルギ
ア１２９，１３４と、ハウジング１３２と、キャリア１３３とを備え、キャリア
１３３がウォームギア１３６に接続されているベベルギア型差動装置である。ベ
ベルギア１３４はウォームギア１１３に接続されている。追加シャフト１３８に
よって反対方向の回転が可能となっている。簡略化のために、駆動手段は補助モ
ータ１２７，１３７である。

【００７０】 変速装置のギア比を変更するため、または、回転方向を逆にするためには、ロ
ータ１１２，１２７を有する一対のウォーム１１１，１３５を、各ウォームギア
１１３，１３６と共に独立軸１１４，１１５によって駆動し、ウォームギアを差
動装置の部材に接続するように差動装置を介在させることができる。

【００７１】 図３５に示す差動ギアセットは、スパイダギア１３９を有するサンギア１２２
，１２３，１２８と、ハウジング１２５と、キャリア１２６とを備え、サンギア
１２８が第２ウォームギア１３６に接続され、キャリア１２６が第１ウォームギ
ア１１３に接続されているスパイダ型差動装置である。簡略化のため、駆動手段
は補助モータ１２７，１３７である。

【００７２】 図３６に示す差動ギアセットは、サンギア１２２，１２３と、リングギア１２
８と、ハウジング１２５と、スパイダギア１２４と、キャリア１２６とを備え、
サンギア１２３が第１ウォームギア１１３に接続され、リングギア１２８が第２
ウォームギア１３６に接続されているスパイダ型差動装置である。簡略化のため
、駆動手段は補助モータ１２７，１３７である。

【００７３】 図３７に示す差動ギアセットは、サンギア１２２，１２３と、リングギア１２
８と、ハウジング１２５と、スパイダギア１２４と、キャリア１２６とを備え、
キャリア１２６が第１ウォームギア１１３に接続され、リングギア１２８が第２
ウォームギア１３６に接続されているスパイダ型差動装置である。簡略化のため
、駆動手段は補助モータ１２７，１３７である。

【００７４】 図３８に示す差動ギアセットは、スパイダギア１３９を有するサンギア１２２
，１２３，１２８と、ハウジング１２５と、キャリア１２６とを備え、サンギア
１２８が第２ウォームギア１３６に接続され、キャリア１２６が第１ウォームギ
ア１１３に接続されているスパイダ型差動装置である。第１駆動装置は、オン／
オフ−クラッチ１１８を有するギア１１６，１１７であり、第２駆動装置は、補
助モータ１２７である。

【００７５】 図３９に示す差動ギアセットは、サンギア１２２，１２３と、リングギア１２
８と、ハウジング１２５と、スパイダギア１２４と、キャリア１２６とを備え、
キャリア１２６が第１ウォームギア１１３に接続され、リングギア１２８が第２
ウォームギア１３６に接続されているスパイダ型差動装置である。第１駆動装置
は、オン／オフ−クラッチ１１８を有するギア１１６，１１７であり、第２駆動
装置は、補助モータ１２７である。

【００７６】 図４０に示す差動ギアセットは、サンギア１２２，１２３と、リングギア１２
８と、ハウジング１２５と、スパイダギア１２４と、キャリア１２６とを備え、
キャリア１２６が第１ウォームギア１１３に接続され、リングギア１２８が第２
ウォームギア１３６に接続されているスパイダ型差動装置である。第１駆動装置
は、オン／オフ−クラッチ１１８を有するギア１１６，１１７であり、第２駆動
装置は、オン／オフ−クラッチ１４２を有するギア１４０，１４１である。

【００７７】 図４１は、図２４と図３３との組合せである。図４１に示す差動ギアセットは
、アイドラべベルギア１３１を有するベベルギア１２９，１３４と、ハウジング
１３２と、キャリア１３３とを備え、キャリア１３３がウォームギア１１３及び
ウォームギア１３６に接続されているベベルギア型差動装置である。ロータ１１
２は接地されている。

【００７８】 図４２に示す差動ギアセットは、サンギア１２２，１２３と、ハウジング１２
５と、キャリア１２６とを備えたスパイダ型差動装置、及びベベルギア１２９，
１３４と、アイドラべベルギア１３１とを備えたベベルギア型差動装置であり、
キャリア１２６がウォームギア１１３に接続され、サンギア１２２が第２ウォー
ムギア１３６及びキャリア１３３に接続されている。第１駆動装置は、オン／オ
フ−クラッチ１１８を有するギア１１６，１１７であり、第２駆動装置は、補助
モータ１２７である。

【００７９】 図４３は、ロータ１４４内に収容された分割ウォーム１４３と、補助モータ１
４５とを開示している。バランス取りのために、ロータ１４４の本体は、取外し
可能なバランス部材１４６を保持している。半体、または半体より小さいウォー
ム１４３は、ウォームギア１４７に容易に組付けることができる。

【００８０】 図４４は、ウォーム半体１４３のランド部の面、及びそれに適合するウォーム
ギア１４７の歯の面とを示す断面図である。

【００８１】 図４５は、捩りばね１４８と摩擦クラッチ１４９とからなる部材列を含む半体
ウォーム１４３及びウォームギア１４７を示す断面図である。

【００８２】 図４６は、捩りばね１４８と摩擦クラッチ１４９とからなる部材列、及び捩り
ばね１５１と摩擦クラッチ１５２とからなる部材列という２つの部材列を含む２
つの半体ウォーム１４３及び１つのウォームギア１４７を示す断面図である。

【００８３】 図２４に示すように、入力軸１１４はウォームギア１１３を駆動する。出力軸
１１５はロータ１１２を回転させる。オン／オフ−クラッチ１１８あるいは補助
モータには電力が供給される。本出願における発明の一環としてブラシ整流子を
利用することができる。制御システム（図示せず）が電源と補助モータまたはオ
ン／オフ−クラッチとの間で電流を制御する。通常状態が“オン”状態であるオ
ン／オフ−クラッチの場合、電流を通じた場合に“オフ”状態に変化する。

【００８４】 入力軸１１４を正回転させる場合、クラッチ１１８は“オフ”状態とされる。
ウォームギア１１３と共に軸１１４を正方向に回転させると、ウォーム１１１は
、ウォームギア１１３の回転軸回りにロータ１１２と共に回転する。この回転の
際には、ウォーム１１１とウォームギア１１３との相対運動はない。すなわち、
ウォームギア１１３の歯がウォーム１１１のねじと直接歯合し、この動力伝達の
際に相対運動は発生しない。この回転は、ウォームギアの歯からウォームのねじ
へと作用する垂直力によって実現される。相対運動が発生しないので、効率は最
大となる。こうして、出力軸１１５の回転が実現される。この回転は、前述した
ように、歯とねじとが“セルフロック”作用を奏するように構成された場合に実
現される。当業者であれば、どのようにしてセルフロック式ギアセットを構成す
るればよいか、分かるはずである。入力軸１１４を逆回転させる場合、クラッチ
１１８は“オン”状態とされる。軸１１４を回転させると、ギア１１６，１１７
及びウォーム１１１も回転する。この回転は、ウォーム１１１のねじがウォーム
ギア１１３の歯から力を受けず、ウォーム１１１及びロータ１１２に回転が伝達
されない形態で実現される。ギア列のギア比がウォームギア／ウォームのギア比
より大きい場合であっても、クラッチ１１８が滑りを許容するのでギア列の破壊
は防止される。入力軸１１４の回転は出力軸１１５に伝達されない。

【００８５】 ウォームギア１１３の歯とウォーム１１１との間に所定のギャップを設けると
好ましい。このギャップは、回転の伝達に先立って解消され、接触は低いトルク
負荷から始まることが望ましい。これらの特徴については、上記親出願において
、より詳しく説明されている。

【００８６】 一例を挙げると、図２５，２６に示すウォーム１１１は、フレキシブルシャフ
ト１２１を通じて回転が伝達されて回転する。この構成によれば、スペースが小
さくて済む。ウォーム１１１とウォームギア１１３との間のギア比によっては、
ウォーム１１１を回転させてウォームギア１１３の歯との相互作用を回避するた
めに、補助モータまたはギア列が必要であるが、このような相互作用の回避は、
入力速度が非常に高い場合には現実的ではない。ウォームとウォームギアとの間
のギア比は、１２より小さくすることが最も好ましい。ウォームギア１１３上の
２枚の歯のみを用いることも可能である。上述したように、ウォームギア１１３
からウォーム１１１への動力伝達は、通常のウォームとウォームギアとの組合せ
の場合に生じる相対運動なしに行われる。すなわち、ウォームギア１１３の歯が
ウォーム１１１のねじに接触させられ、ウォームギア１１３は、それ自体の軸回
りに回転することが阻止される。ウォームギア１１３に力が伝達され、ウォーム
ギア１１３はウォーム１１１をウォームギア１１３の軸回りに回転させ、こうし
てロータ１１２が回転する。

【００８７】 本発明におけるウォーム及びウォームギアは、歯とねじとが相互歯合する通常
のギアセットとは異なる使われ方をしているので、部材のために選択される材料
は、これまで用いられてきたものとは異なる。これまで、ウォーム及びウォーム
ギアは、低摩擦係数の材料から形成され、一般的には潤滑が必要であった。本発
明においては、潤滑は不要である。加えて、ウォーム及びウォームギアは、鋼の
ような強靭な材料から形成される。歯及びねじ、ウォーム及びウォームギアの形
状は、セルフロック作用を実現するように形成される。さらに、歯及びねじには
摩擦を増大させる材料を付着させてもよい。再度述べるが、目標は、ウォームと
ウォームギアとの間の滑らかな動きを実現することではなく、セルフロック作用
を実現することである。ウォームギア上の歯数を減少させるとウォームギアの慣
性も減少する。こうして、振動入力に対してウォームギアがシフトすることので
きる速度が増大する。最後に、ウォームギアの歯数を単純に減少させるのではな
く、ウォームねじの厚さを減少させることによって所定のギャップを形成するこ
とができる。

【００８８】 ギア列、補助モータまたはオン／オフ−クラッチを備えたプーリ式駆動装置は
、比較的低トルク用のものである。その機能は、ウォームギアの歯に対する相互
作用なしにウォームを回転させること、及び、過負荷の際には、ウォームがウォ
ームギアによって固定されていても停止することである。従って、高トルク用の
のモータまたはオン／オフ−クラッチを用いる必要はない。このような理由によ
り、オン／オフ−クラッチまたは補助モータを作動させるために必要な電気エネ
ルギはわずかである。

【００８９】 オン／オフ−クラッチまたは補助モータを回転させるために電気エネルギを供
給することは不都合を招く場合がある。それ以外に、多くの用途において、伝達
トルク及び回転速度を変更したり、回転方向を変更したりする必要がある。この
ような目的のために、本発明では２自由度の差動装置を用いている。１自由度を
取去る（拘束する）ことによって、差動装置は遊星ギア伝動装置となる。このよ
うな構成に関する異なる実施形態を図２７〜図３３に示す。

【００９０】 図２７，３０は、入力軸１１４の正回転または逆回転をトルクを変更しながら
伝達したり、出力軸１１５を入力軸１１４から分離したりする変速装置を示して
いる。ギア比は、ギア１２２，１２３が有する歯の数に依存する。

【００９１】 図２８，２９，３１は、入力軸１１４から入力される回転の方向を変更しかつ
トルクを変更したり、出力軸１１５を入力軸１１４から分離したりする変速装置
を示している。ギア比は、ギア１２８，１２３が有する歯の数に依存する。

【００９２】 図３２，３３は、トルクを変更することなく入力軸１１４から入力される回転
の方向を変更したり、出力軸１１５を入力軸１１４から分離したりする変速装置
を示している。

【００９３】 ウォームギアを差動装置の部材に接続するために、一対のウォーム１１１，１
３５と、手段（補助モータ１２７及び補助モータ１３７、ギア１１６，１１７及
びオン／オフ−クラッチ１１８を備えたギア列、または、ギア１４０，１４１及
びオン／オフ−クラッチ１４２を備えたギア列）を備えたロータ１１２，１３３
と、それぞれが独立の入力軸によって駆動されるウォームギア１１３，１３６と
を差動装置に追加することによって、ギア比を第１ギア比から第２ギア比へと変
更したり、回転の方向を変更したりすることが可能である。

【００９４】 図３４は、軸１１４から軸１１５，１３８へと回転方向を変更したり、出力軸
１１５を入力軸１１４から分離したりする変速装置を開示している。ウォームギ
ア１１３がウォーム１１１によって保持された場合、軸１３８は入力軸１１４と
同方向に回転する。ウォームギア１３６がウォーム１３５によって保持された場
合、軸１１５は入力軸１１４と逆方向に回転する。

【００９５】 図３５〜図４０は、ウォームギア１３６がウォーム１３５によって保持された
場合に入力軸１１４と出力軸１１５とが接続され、ギア比が１となる変速装置を
開示している。これらの構成は、ウォームギア１１３がウォーム１１１によって
保持された場合に入力軸１１４と出力軸１１５の速度比を変更するために、ある
いは、ウォームギア１１３及びウォームギア１３６がフリー状態の場合に入力軸
１１４を出力軸１１５から分離するためにも応用される。図３５〜図３７は、ウ
ォーム１１１，１３５を回転させるために用いられている駆動手段の点で、図３
８〜図４０とは異なっている。

【００９６】 図２４〜図４０に示す変速装置を組合せることにより、多様な変速装置を構成
することができる。そのような構成の例を図４１，４２に示す。図４１は図２４
の装置と図３３の装置との組合せである。ロータ１１３のみが接地されている。
図４２においては、ロータ１１３，１３３が接地されている。ウォーム１３５が
ウォームギア１３６を保持した場合、入力軸１１４と出力軸１１５の速度比は１
になる。ウォーム１１１がウォームギア１１３を保持した場合、入力軸１１４と
出力軸１１５の速度比は−１（マイナス１）になる。

【００９７】 鼓型ウォームが大きな包囲角を有する場合、ウォームをウォームギアに組付け
る作業が複雑になる。ウォームの回転軸方向で半分、または半分以下とされた鼓
型分割ウォームを用いることによって組付けは容易になる（図４３）。半体ウォ
ームのランド部の面及びそれに適合するウォームギアの歯の面が傾斜しており、
ウォームギアの一方向への回転に対してウォームが自由回転でき、ウォームギア
の逆方向への回転に対してはロック作用が得られる場合、ギア列または補助モー
タを備えた複雑な手段を用いる必要はない。この場合（図４５）、半体または半
体より小さい分割ウォーム１４３に、捩りばね１４８と摩擦クラッチ１４９とか
らなる部材列を含む手段を設けることができる。ここで、ウォーム１４３は捩り
ばね１４８に取付けられ、摩擦クラッチ１４９はロータ１４４に取付けられる。
捩りばね１４８は、入力軸１１４の回転方向が変化する都度、ウォーム１４３の
ねじとウォームギア１４７の歯との間の隙間を除去するように機能する。図４６
は、前述したウォーム１４３，１５０とウォームギア１４７との組合せが、非常
に高いトルクを伝達できることを示している。

【００９８】 以上説明した全ての構成は、本発明の変速装置が、軸１１４への振動入力を単
一方向の回転として出力軸１１５に伝達するために利用できるだけでなく、従来
の装置と比較してさらなる機能を有していることを示している。概して鼓型ウォ
ーム及び鼓型ウォームギアを説明する図２４〜図４６に示された実施形態におい
ては、ウォーム及びウォームギアは、好ましくは、鼓型完全ウォーム及びウォー
ムギア及び鼓型分割ウォーム及びウォームギアを含み、図１〜図２３に開示され
た種類のものであることを理解されたい。

【００９９】 以上説明した全ての構成は、本発明の変速装置が、軸１１４への振動入力を単
一方向の回転として出力軸１１５に伝達するために利用できるだけでなく、従来
の装置と比較してさらなる機能を有していることを示している。変速装置におい
て速度を調節するために本発明を用いる場合、本発明は主として差動システムと
して作動する。このようなシステムは、入力部材と、出力部材と、制御部材とを
備えている。これらの部材をウォームギアに接続する種々の組合せによって、異
なる性能及び特性が実現される。入力動力は、入力部材から差動装置の出力部材
へと伝達される。制御部材は、内的反作用の際には通常静止している。差動装置
の入力部材が、一定速度で一方向に回転する機械的エネルギ源に接続された場合
、出力部材の速度は、差動装置の制御部材の速度に依存する。制御部材を作動さ
せるためには、ウォームに内的反作用が作用している状態で補助モータがウォー
ムを回転させて（内的反作用の方向に反する方向ではない）ウォームギアのロッ
ク状態を解除する。負荷作用状態でウォームギアのロック状態を解除するために
必要な動力は、作動装置の入力部材から出力部材へと伝達される動力と比較する
と小さい。鼓型ウォーム及びウォームギアのギア比が低い場合、補助モータから
大きな動力を供給する必要はない。

【０１００】 以上説明した発明は種々の利点を奏する。振動運動を伝達するために、本発明
の装置は、補助モータによって回転方向を変更することで出力軸の速い逆転運動
を実現する。本装置は、作動部材間に、ほとんど、あるいは全く潤滑剤を必要と
しない。なぜなら、ウォームとウォームギアは、ウォームが負荷から解放されウ
ォームとウォームギアとの間のバックラッシュが除去された際にのみ相対運動を
するからである。種々の伝達速度で速度調節を行うために、本装置は、セルフロ
ック作用（ウォーム／ウォームギア変速装置のセルフロックジオメトリによる）
を失うことなく、作動部材間の潤滑を許容する。従って、ウォームのロック解除
運動を生じさせるために必要な動力が低減され、効率が向上する。

【０１０１】 本発明に関して種々の実施形態を開示した。当業者であれば、ある種の変更形
態も本発明の範囲に含まれることを理解できるであろう。

【０１０２】 以上本発明を説明したが、同一の作用を種々の形態で実現可能であることは明
らかである。そのような変更形態は、本発明の思想及び範囲を逸脱するものでは
なく、当業者にとって明らかであるそのような変更形態は、本出願における特許
請求の範囲に含まれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の思想に従い３枚の歯を有するウォームギアを備えたウォ
ーム／ウォームギア変速装置の断面図である。

【図２】 本発明の思想に従い６枚の歯を有するウォームギアを備えたウォ
ーム／ウォームギア変速装置の側面図である。

【図３】 ウォームギアを断面で示すウォーム／ウォームギア変速装置の側
面図である。

【図４】 ２条のねじを備え、ウォームギアの形状形成に用いられる鼓形ウ
ォームの側面図である。

【図５】 ウォームギアの歯の形状形成に用いられる鼓形ねじを説明するた
めの図である。

【図６】 ウォームギアの歯の形状形成に用いられる鼓形ねじの一部を示す
図である。

【図７】 本発明の思想に従う鼓形ウォームギアの側面図である。

【図８】 ウォームギアの一側で支持された駆動軸を有する変更形態のウォ
ームギアを示す側面図である。

【図９】 変更形態のウォームを備えたウォーム／ウォームギア変速装置の
側面図である。

【図１０】 ウォームの一側で支持された駆動軸を有するウォーム／ウォー
ムギア変速装置の側面図である。

【図１１】 オフセンター位置にある変更形態のウォームを備えたウォーム
／ウォームギア変速装置の側面図である。

【図１２】 オフセンター位置にある変更形態のウォームを２つ備えたウォ
ーム／ウォームギア変速装置の側面図である。

【図１３】 同一回転軸上に配置され同一駆動軸に接続された２つの変更形
態のウォームを備えたウォーム／ウォームギア変速装置の側面図である。

【図１４】 異なる回転軸上に配置された２つの変更形態のウォームを備え
たウォーム／ウォームギア変速装置の側面図である。

【図１５】 異なる歯形状を有する鼓形ウォームギアを示す図である。

【図１６】 異なる回転軸上に配置された２つの鼓形ウォームを備えたウォ
ーム／ウォームギア変速装置の側面図である。

【図１７】 ３枚の歯を有するウォームギアを備え図１に示されるウォーム
／ウォームギア変速装置の斜視図である。

【図１８】 ６枚の歯を有するウォームギアと２条のねじを有するウォーム
とを備え図２に示されるウォーム／ウォームギア変速装置の斜視図である。

【図１９】 １０枚の歯を有するウォームギアと１条のねじを有するウォー
ムとを備えたウォーム／ウォームギア変速装置の斜視図である。

【図２０】 ９枚の歯を有するウォームギアと３条のねじを有する変更形態
のウォームとを備えたウォーム／ウォームギア変速装置の斜視図である。

【図２１】 ６枚の歯を有するウォームギアの斜視図であり、歯合するウォ
ームとの接触面を歯面上に黒塗り部で示している。

【図２２】 ２条のねじを有するウォームの斜視図であり、歯合するウォー
ムギアとの接触面をねじ面上に黒塗り部で示している。

【図２３】 図２０に示すウォーム／ウォームギア変速装置と一般的なハイ
ポイド型ギア装置との大きさの違いを示す図である。

【図２４】 オン／オフ−クラッチを有するギア列を備えた本発明によるウ
ォーム／ウォームギア変速装置の断面図である。

【図２５】 オン／オフ−クラッチとフレキシブルシャフトとを有するギア
列を備えた本発明によるウォーム／ウォームギア変速装置の断面図である。

【図２６】 オン／オフ−クラッチとフレキシブルシャフトとを有するプー
リ駆動装置を備えた本発明によるウォーム／ウォームギア変速装置の断面図であ
る。

【図２７】 本発明の思想を組込んだウォーム／ウォームギア変速装置に接
続されたサンギアを備えたスパイダ型差動装置の断面図である。

【図２８】 本発明の思想を組込んだウォーム／ウォームギア変速装置のウ
ォームギアに接続されたサンギアとリングギアとを備えたスパイダ型差動装置の
断面図である。

【図２９】 本発明の思想を組込んだウォーム／ウォームギア変速装置のウ
ォームギアに接続されたリングギアを備えたスパイダ型差動装置の断面図である
。

【図３０】 本発明の思想を組込んだウォーム／ウォームギア変速装置のウ
ォームギアに接続されたキャリアを備えたスパイダ型差動装置の断面図である。

【図３１】 本発明の思想を組込んだウォーム／ウォームギア変速装置のウ
ォームギアに接続されたキャリアを有するリングギアを備えたスパイダ型差動装
置の断面図である。

【図３２】 本発明の思想を組込んだウォーム／ウォームギア変速装置のウ
ォームギアに接続されたベベルギアを備えたベベルギア型差動装置の断面図であ
る。

【図３３】 本発明の思想を組込んだウォーム／ウォームギア変速装置のウ
ォームギアに接続されたキャリアを備えたベベルギア型差動装置の断面図である
。

【図３４】 本発明の思想を組込んだ一対のウォーム／ウォームギア変速装
置の第１ウォームギアに接続されたキャリアと第２ウォームギアに接続されたベ
ベルギアとを備えたベベルギア型差動装置の断面図である。

【図３５】 本発明の思想を組込んだ一対のウォーム／ウォームギア変速装
置の第１ウォームギアに接続されたキャリアと第２ウォームギアに接続されたサ
ンギアとを備えたスパイダ型差動装置の断面図である。

【図３６】 本発明の思想を組込んだ一対のウォーム／ウォームギア変速装
置の第１ウォームギアに接続されたサンギアと第２ウォームギアに接続されたリ
ングギアとを備えたスパイダ型差動装置の断面図である。

【図３７】 本発明の思想を組込んだ一対のウォーム／ウォームギア変速装
置の第１ウォームギアに接続されたキャリアと第２ウォームギアに接続されたリ
ングギアとを備えたスパイダ型差動装置の断面図である。

【図３８】 本発明の思想を組込みかつオン／オフ−クラッチを有するギア
列を備えた一対のウォーム／ウォームギア変速装置の第１ウォームギアに接続さ
れたキャリアと第２ウォームギアに接続されたサンギアとを備えたスパイダ型差
動装置の断面図である。

【図３９】 本発明の思想を組込みかつオン／オフ−クラッチを有するギア
列と補助モータとを含む装置を備えた一対のウォーム／ウォームギア変速装置の
第１ウォームギアに接続されたキャリアと第２ウォームギアに接続されたサンギ
アとを備えたスパイダ型差動装置の断面図である。

【図４０】 本発明の思想を組込んだ一対のウォーム／ウォームギア変速装
置の第１ウォームギアに接続されたサンギアと第２ウォームギアに接続されたリ
ングギアとを備えたベベルギア型差動装置の断面図である。

【図４１】 本発明の思想を組込み１つの固定ロータを備えた一対のウォー
ム／ウォームギア変速装置の第１ウォームギア及び第２ウォームギアに接続され
たベベルギア型差動装置の断面図である。

【図４２】 本発明の思想を組込み２つの固定ロータを備えた一対のウォー
ム／ウォームギア変速装置の第１ウォームギア及び第２ウォームギアに接続され
たスパイダ型差動装置とベベルギア型差動装置とを示す断面図である。

【図４３】 本発明の思想を組込んだウォーム／ウォームギア変速装置の分
割ウォームの一部に形成されたねじと歯合する歯を有するウォームギアの断面図
である。

【図４４】 ウォーム半体のランド部の面、及びそれに適合するウォームギ
アの歯の面とを示す断面図である。

【図４５】 摩擦クラッチを備えた捩りばね列を含む分割ウォーム及びウォ
ームギアを示す断面図である。

【図４６】 摩擦クラッチを備えた捩りばね列を含む２つの分割ウォーム及
び１つのウォームギアを示す断面図である。

【図４７】 芯無しウォームを備えたウォーム／ウォームギア変速装置の側
面図である。

【図４８】 図４７に示す芯無し鼓形ウォームの側面図である。

【図４９】 ウォームねじを支持するための支持部材を備えた芯無し鼓形ウ
ォームの側面図である。

【図５０】 ウォームねじの両端部を支持するための支持部材を備えた分割
ウォームの芯無し部を示す側面図である。

【図５１】 ウォーム／ウォームギア変速装置においてウォームとウォーム
ギアとの歯合配置関係を示す斜視図である。

【符号の説明】

８，２０…ウォーム／ウォームギア変速装置； １０，２２，５０，９４，１
６０…鼓形ウォーム； １２，２４，３８，９６，１６２，２０２…ウォームの
ねじ； １４，２８，３４，５３，６３，６４，８２，９２，１６４，１６６，
１６８ …ウォームギアの歯； １６，２６，４４，５２，５４，６２，８０，
９０，１７０…鼓形ウォームギア； ３２，４６，５６，６２，６４…駆動軸；
５０，６０，８４，９４…短縮ウォーム（分割ウォーム）； １１１，１３５
…ウォーム； １１２，１２７…ロータ； ウォームギア１１３，１３６，１４
７； １１４…入力軸； １１５…出力軸； １１８，１４２…オン／オフ−ク
ラッチ； １２２，１２３…サンギア； １２４…ダブルスパイダギア１２４；
１２５，１３２…ハウジング； １２６，１３３…キャリア； １２７，１３
７…補助モータ； １２８…リングギア； １２９，１３４…ベベルギア； １
３１…アイドラべベルギア； １４３…半体ウォーム； １４８，１５１…捩り
ばね； １４９，１５２…摩擦クラッチ１４７； ２００…芯無し鼓型ウォーム
； ２０２…芯無し鼓型ウォームのねじ； ２０２Ａ，２０２Ｂ…ウォームねじ
の両端部； ２０８…付加的支持ディスク（中間支持部材）； ２１２…芯無し
鼓形分割ウォーム； ２１６…ベース支持部材２１６； ２１８…端部支持部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ， ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，Ｃ Ｚ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ， ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，Ｌ Ｔ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ， ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，Ｕ Ａ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２４枚より少ない歯（１４）を有する鼓形ウォームギア（１
   ６）と； 前記鼓形ウォームギア（１６）の少なくとも１枚の歯（１４）と歯合する少な
   くとも１条のねじ（１２）を有する鼓形ウォーム（１０）と；を備えていること
   を特徴とするウォーム／ウォームギア変速装置。
2. 【請求項２】 前記鼓形ウォームギア（１６）は、１２枚より少ない歯を有
   していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】 前記鼓形ねじ（１２）の形状によって形成された前記鼓形ウ
   ォームギア（１６）の歯の面は、前記少なくとも１条のねじ１周当たり１５°よ
   り大きい包囲角を有していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 【請求項４】 前記鼓形ねじ（１２）の形状によって形成された前記鼓形ウ
   ォームギア（１６）の歯の面は、前記少なくとも１条のねじ１周当たり３０°よ
   り大きい包囲角を有していることを特徴とする請求項２に記載の装置。
5. 【請求項５】 前記鼓形ウォーム（１０）の回転軸とは異なる回転軸上に第
   ２の鼓形ウォーム（１０）設けられ、前記鼓形ウォームギア（１６）には、前記
   第２の鼓形ウォーム（１０）の少なくとも１条のねじ（１２）が歯合しているこ
   とを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 【請求項６】 前記鼓形ウォームは、分割ウォーム（５０）の一部であるこ
   とを特徴とする請求項３に記載の装置。
7. 【請求項７】 前記鼓形ウォームは、一側のみから前記ウォームを支持する
   駆動軸（５６）に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. 【請求項８】 前記鼓形ウォームギアは、一側のみから前記鼓形ウォームギ
   アを支持する駆動軸（４６）に接続されていることを特徴とする請求項１に記載
   の装置。
9. 【請求項９】 前記鼓形ウォーム（８４）は、前記鼓形ウォームギア（８０
   ）に対してオフセンター位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載
   の装置。
10. 【請求項１０】 第１入力部材と第２入力部材（１１４）と出力部材（１１
    ５）とを含む差動ギアセットと； 前記差動ギアセットの第１入力部材に接続されかつ２４枚より少ない歯を有す
    る鼓型ウォームギア（１１３）と； 前記鼓型ウォームギア（１１３）と歯合しかつ前記鼓型ウォームギア（１１３
    ）からの駆動に対して前記鼓型ウォームギア（１１３）と共にセルフロック作用
    を奏する鼓型ウォーム（１１１）と； 前記鼓型ウォーム（１１１）を前記鼓型ウォームギア（１１３）に対して回転
    させてロック解除動作を実現する手段（１２７）と；を備えていることを特徴と
    する変速装置。
11. 【請求項１１】 前記差動ギアセットは、２つのサンギア（１２２，１２３
    ）と、前記サンギア（１２２，１２３）と歯合する少なくとも１つの遊星ピニオ
    ンギア（１２４）を支持する遊星ギアキャリア（１２６）と、を備えていること
    を特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 【請求項１２】 前記差動ギアセットは、サンギア（１２３）と、前記サン
    ギア（１２３）と歯合する少なくとも１つの遊星ピニオンギア（１３０）を支持
    する遊星ギアキャリア（１２６）と、前記少なくとも１つの遊星ピニオンギア（
    １３０）と歯合するリングギア（１２８）と、を備えていることを特徴とする請
    求項１０に記載の装置。
13. 【請求項１３】 前記差動ギアセットは、前記２つのサイドギア（１２９，
    １３４）と歯合する一対のピニオンギア（１３１）を回転自在に支持するキャリ
    ア（１３３）を備えたべベルギア型差動装置であることを特徴とする請求項１０
    に記載の装置。
14. 【請求項１４】 前記鼓型ウォームは、分割ウォーム（１４３）の一部であ
    ることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
15. 【請求項１５】 ウォームギア（２０４）と； 前記ウォームギア（２０４）が有する歯の少なくとも１つと歯合する少なくと
    も１条のねじ（２０２）を有する芯無し鼓型ウォーム（２００）と；を備えてい
    ることを特徴とするウォーム／ウォームギア変速装置。
16. 【請求項１６】 前記芯無し鼓型ウォーム（２００）の少なくとも１条のね
    じ（２０２）の両端部は、第１・第２支持部材（２０６）に接続されていること
    を特徴とする請求項１５に記載の装置。
17. 【請求項１７】 前記芯無し鼓型ウォーム（２００）は少なくとも２条のね
    じ（２０２）を備え、該少なくとも２条のねじ（２０２）の各々の両端部は一対
    の支持部材（２０６）に接続され、さらに、前記少なくとも２条のねじ（２０２
    ）の両端部の中間には、前記少なくとも２条のねじ（２０２）間に延在する中間
    支持部材（２０８）が設けられていることを特徴とする請求項１５に記載の装置
    。
18. 【請求項１８】 前記芯無し鼓型ウォーム（２１２）は、分割ウォームの一
    部であることを特徴とする請求項１５に記載の装置。