JP2018509579A - 改善された高トルク伝達機構 - Google Patents

Abstract

ウォームギアはウォームおよびウォームホイールを有する。ボールおよびボールの一部を受けるカップをそれぞれが有する噛合アセンブリーが、ウォームホイールの周囲に形成される。カップのそれぞれはウォームギアに対しホイールの周に関して鋭角となるように構成される。ウォームはウォームホイールの周縁部の形状を補う凹状で先細の側方輪郭を有する。ボールの一部をウォームと噛合するとともに回動自在とすることで、使用に際してウォームとウォームホイールとの間の剪断力が減少する。

Description

本発明はウォームギア、および、負荷に対し高いトルクを与える機械的トルクマルチプライヤーとして構成されるウォームギアに関する。

先行技術の方法、装置、または、文献、へのどのような言及も、共通の一般知識の一部を形成したかあるいは形成するという証拠または自認を構成するものとして得ることができない。

ウォームおよびギアの機構は、減速、トルク増幅、および、回動−回動伝達、を要する一般的用途への使用で、何世紀にもわたって既知である。

最も基本的なウォームおよびギアの機構は、ギアまたは「ウォームホイール」の歯と噛合する一定のピッチを有するねじ山のウォームを含み、このような機構ではどの時点においても、歯のうちの１つだけがウォームから力を加えられる。つまり、ギアとウォームとの接触は、それらの間の摺動接触の１つの接点に制限される。ギアとウォームとの間の垂直点でのみ接触がなされ、その点において全てのトルク駆動力が摺動接触で伝動される。

ギアとウォームとの間のより長い円弧に沿って力を与えることができるより複雑なウォームが既知であり、それらは「らせん状」、「砂時計状」、「鼓状」のウォームと称される。たとえば、米国特許第２３３８３６７号明細書（特許文献１、Ｔｒｂｏｊｅｖｉｃｈ）において、ギアを前後に駆動可能に設計された切頭で先細の鼓状のウォームが開示されている。

このようなウォームギアにおいて、ギアの歯とウォームとの間で過度の摩耗が生じうるという問題がある。

この摩耗の問題へのアプローチの１つが、欧州特許出願公開第２２５１５６４号明細書（特許文献２、有限会社メーコー精機）で述べられており、それはウォームギアが、ホイールに形成されたソケットにおいてボールを保持する周辺磁石を有するものである。ボールがらせん状ウォームのねじ山と噛合することで、ウォームとギアホイールとが回動接触する。しかし、正確に配置された周辺磁石を備えるギアホイールの製造には複雑な労力を要するであろう。さらに、ボールが定位置に保持されなくなった場合、磁石が消磁されるおそれがある。加えて、ボールは望ましくない相当な剪断力を受ける。

ウォームとギアホイールの回動接触を提供する別のアプローチは米国特許出願公開第２００６／０１５６８４５号明細書（特許文献３、Ｔｏｎｇ）であり、それはボールがウォームのらせん状の軌道を循環し、それを通って形成されるトンネルを経て再循環するものである。しかし、このウォームギアでは、ねじ回しまたはウインチとして用いるためのトルクマルチプライヤーにおいて望ましい高トルクを、ウォームからギアへ必ずしも伝達できない。

米国特許第２３３８３６７号明細書 欧州特許出願公開第２２５１５６４号明細書 米国特許出願公開第２００６／０１５６８４５号明細書

本発明の目的は、高いレベルのトルクでの作動を可能とする改善されたウォームギアの提供である。

本発明の第一の側面は、ウォームおよびウォームホイールを含むウォームギアであって、
ａ． 前記ウォームホイールの周囲に形成され、ボールおよび前記ボールの一部を受けるカップをそれぞれが有し、前記カップのそれぞれは前記ウォームホイールの周に関して鋭角となるように構成される噛合アセンブリーを含み、
ｂ． 前記ウォームは前記ウォームホイールの周縁部の形状を補う凹状で先細の側方輪郭を有し、
ｃ． 前記ボールの一部を前記ウォームと噛合するとともに回動自在とすることで、使用に際して前記ウォームと前記ウォームホイールとの間の剪断力を減少させるウォームギアである。

好ましくは、前記ウォームは前記ボールの軌道を画定する少なくとも１つのらせん状のねじ山を有し、前記軌道は凹状の輪郭を有する。

前記ウォームギアは、前記ウォームが１周回動すると前記ウォームギアがその軸心の回りに部分的に回動するトルクマルチプライヤーとして構成されうる。

本発明の好ましい実施形態において、前記ウォームは少なくとも３つの噛合アセンブリーと噛合する。

好ましくは、前記ウォームは駆動部材と連結可能な形成物を含む。たとえば、前記形成物は六角ソケットを含むものでありうる。

本発明の好ましい実施形態において、前記ウォームギアは、前記ウォームホイールがボルトの頭を受容するソケットを有するソケットレンチとして構成される。

好ましくは、前記ウォームギアは前記ウォームおよび前記ウォームホイールのためのハウジングを含み、前記ハウジングは前記ウォームおよび前記ウォームホイールを互いに噛合した状態で保持する。

本発明の好ましい特徴、実施形態、および、変形、は、当業者が本発明を実施するのに充分な情報を提供する以下の「発明を実施するための形態」とは相違しうる。

「発明を実施するための形態」が、上述の「発明の概要」の範囲を制限するとみなすことはできない。「発明を実施するための形態」は、以下の図面を参照する。

本発明の好ましい実施例に係るウォームギアの断面図（図１）および、図１に示したウォームギアのウォームホイールの分解図（図１Ａ）。 図１のウォームギアのウォームの側面図。 ハウジングを除いた図１のウォームギアの等角図。 図１のウォームギアの噛合アセンブリーの断面図の細部。 ハウジングを除いた図１のウォームギアの側面図。 本発明の第二の実施例に係るウォームギアの部分詳細図。

図１に、本発明の好ましい実施例に係るウォームギア１の断面図が示される。ウォームギア１は、ウォームホイール５と噛合するウォーム３を有し、ウォームとウォームホイールとはハウジング７によって互いに噛合した状態で保持される。図２および図３は、それぞれ明瞭化のためにハウジング７を除いたウォームギア１の側面図および等角図である。

図示されるように、ウォームホイール５の噛合アセンブリー９ａ…９ｎはそれぞれ、カップ１１ａ…１１ｎの形態で一体に成形される支持物を有する。カップはそれぞれボール１３ａ…１３ｎを受容する。ここで述べる好ましい実施形態において、個々のボール１３ａ…１３ｎはそれぞれのカップの中で回動自在である。図１Ａはウォームホイールの分解図であり、それぞれのカップの外側のボールを示す。

個々のボール１３ａ…１３ｎはそれぞれのカップ１１ａ…１１ｎの外側を向いた表面部を有し、球状の面がウォーム３に面している。

図２に最もよく示されるように、ウォーム３には、柄４に接する柄端（１５ａ、１７ａ）から端部６に接する先端（１５ｎ、１７ｎ）へと延びる第一および第二のねじ山１５、１７が形成される。破線１９、２１に示されるように、ねじ山１５、１７は凹状に先細った側方輪郭を有する。ウォーム３の側方輪郭は、ウォームホイール５の周の噛合アセンブリー９ａ…９ｎの形状を補うものであり、よってボール１３ａ…１３ｎの球面の一部はねじ山１５、１７の間にわたる凹状の軌道２３と噛合する。

図１にさらに示されるように、ボール１３ａ…１３ｎはそれぞれのカップ１１ａ…１１ｎのソケットに、ウォーム３の軌道２３、または、ハウジング７内でウォームホイール５の外周の周りに形成されるベアリングレース３１、によって保持される。

ここで述べる本発明の好ましい実施形態において、軌道２３は４つの噛合アセンブリー９ａ…９ｄと噛合する。

図１にさらに示されるように、ウォーム３は、細長いハンドル等の駆動部材と連結可能な形成物、つまり六角ソケット２５を有する。

ここで述べる好ましい実施形態において、ウォームギア１はソケットレンチとして構成され、ウォームホイール５は使用時にボルトの頭部を回動させる中央ソケット２７を有する。ウォームギア１は、ウォーム３が１周回動するとウォームホイール５がその軸心回りに部分的に回動するトルクマルチプライヤーとして構成される。

図３に示すように、ウォーム３は使用時に、その軸心２９回りに矢印３２で示される方向に回動される。ウォーム３は、ウォームの軌道２３と噛合するウォームホイール５の噛合アセンブリー９ａ…９ｎのボール１３ａ…１３ｎの球面を回動させ、ウォームホイール５の軸心３３回りに矢印３５に示される方向に力を加える。

最も直径が大きいねじ山部分１５ａ（図２に示す）によって、歯に対し最も大きい駆動力が加えられる。これは、ねじ山部分１５ａが最も大きい半径および最も小さいピッチ角を有するためである。図２に示すように、ピッチ角はウォームの軸端から遠端へと減少する。たとえば、ウォーム３の柄４の端へと向かう第二ねじ山のピッチ角であるθ_１は、ウォーム３の端部６へと向かう第二ねじ山のピッチ角であるθ_２より小さい。

ウォーム３はその回動によって、ウォームの１回転につき１つのボールを送る。したがって、ウォームホイール５に１５個の噛合アセンブリーがある場合は、図１に示すように、トルク増幅比は１５：１となる。

ボール１３ａ…１３ｎの表面が最大直径軌道部２３ａと嵌合すると、ボール１３ａ…１３ｎはそれぞれのカップ１１ａ…１１ｎの中で最も速く回動する傾向がある。これは、ウォーム３の柄４へと向かう軌道部２３ａが、ウォームのより直径が小さい先端６へと向かう軌道部２３ｎの場合よりも、ボール１３ａ…１３ｎの個々の球面とより広い面積で接触するからである。

図１に示すように、ここで述べる本発明の実施形態において、４つのボール、すなわち図１に示される瞬間においてはボール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄが、ウォーム３の軌道２３と噛合する。個々のボールはウォームの軌道およびそれぞれのカップ１１ａ…１１ｄと回動接触する。

図４に示すように、ここで述べる実施形態において、個々の球状のカップ１１ａ…１１ｄはウォームホイール５の周に対し鋭角θ_３（約６０度）で配列される。このカップの角度付けによって、ウォーム３からウォームホイールへ、そしてソケット２７を介して取り付けられた装置、たとえばボルトの頭部へと伝達される優れた力線１０が得られる。カップ中心線（図４の破線で示される）はウォーム軌道へと傾斜し、ウォーム３の１つの回動方向、つまり図５の矢印３２、３５で示される方向における背分力を最大化している。さらに、軌道１５（図４に詳細に示す）は、ボールと相互作用し、ギアをウォーム３へと引くことで、ウォームとギアとの緊密な結合の維持を補助するように形成される。

迎え角θ_３へカップ１１ａ…１１ｄを向けることで、ボール１３ａ…１３ｎは剪断力ではなくウォーム３の軌道２３からの圧縮力を受ける。この方法によると、カップ１１ａ…１１ｎは片側だけが摩耗することが無い。カップの角度付けによって、従来のウォームホイールギアで経験された離脱力を最小化する単一方向バットレス支持が得られる。また、カップの角度付けによって、極端なトルクでの作動の際に、親部品、つまりウォームとウォームホイールとの間の非常に低い離脱力に備えられることで、ウォームギア１の機能が支援される。この場合、他のベアリングを用いずにウォームホイール５が完全に離脱荷重を伝えることが可能となる。

角度を付けたカップの代わりに、ベアリングホイールの周へと角度付けされた平らに配置された球状カップを用いる場合は、ボールは剪断荷重を受け、そのためカップは横向きの力を受けるので、高い離脱力を伴わずに同等の高トルク荷重を伝達することができない。これらの力はウォームホイールをウォームから逆に逸らすであろう。このような配置は、ピニオンギアおよびクラウンギアが離脱しようとするため非常に非効率的な他の９０度の伝達機構と同等の、高い離脱力をもたらすであろう。

前記の実施例においては、ボールはカップ内で回動自在であった。しかし発明者は、図６に示すような、ボール１３およびカップ１１を備える単一固体片としての噛合アセンブリーの作成が可能であることを発見した。この場合、ボール１３の球面はカップ１１と一体に成形され、回動接触はしない。むしろ、噛合アセンブリー９´は従来の歯の方式においてより作用し、ウォームの軌道による過度の摩耗を防ぐために潤滑されなければならない。この第二実施例は、たとえば図１を参照してここで述べられた典型的な実施例よりは望ましくないことは理解されるであろう。

典型的なウォームギアは、図１に示すように、トルクレンチに関してここで述べられたが、ギアボックスやウインチのような高トルク伝達機構が必要とされる他の適用に用いることもできる。

以上の記述によって、本発明の少なくとも１つの特定的、実質的かつ確実な使用が識別されることは理解されるであろう。

制定法に従って、本発明は構造的または方法的特徴に多かれ少なかれ特有の言語で記載された。

用語「有する」（“ｃｏｍｐｒｉｓｅ”および“ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ”、“ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ ｏｆ”などの変形）は、一貫して包括的な意味で用いられ、どのような追加の特徴をも排除するものではない。ここで述べられた手段は本発明の実施の好ましい形態を含むものであるので、本発明はここで示されたかあるいは述べられた特定の特徴に限定されないことは理解されるであろう。したがって、本発明は、当業者に適切に解釈される添付の請求項の適切な範囲内でのいずれの形態または改良をも請求する。

本明細書および請求項（存在する場合）にわたって、文脈から要求されない限りは、語「実質的に」または「約」は、その語によって修飾される範囲の値に限定されるものではないことは理解されるであろう。

本願の明細書および請求項にわたって、文脈から要求されない限りは、単数は複数を包含するものである。特に不定冠詞が用いられる場合、明細書は文脈から要求されない限りは、単数と同様に複数を考慮するものと理解されるであろう。

本発明の特定の側面、実施形態または例とともに述べられた特色、整数、特徴、合成物、化学部分、または、集合、は、両立不能でない限りは、ここで述べる他の側面、実施形態、または、例、にも適用できることが理解されるであろう。

本発明のいずれの実施形態も単に例であり、本発明を限定することを意図していない。したがって、本発明の精神および範囲から外れない限りは、ここで述べた実施形態に様々な他の変更および修正を行なうことができることは認識されるべきである。

Claims (6)

1. ウォームおよびウォームホイールを含むウォームギアであって、
   前記ウォームホイールの周囲に形成され、ボールおよび前記ボールの一部を受けるカップをそれぞれが有し、前記カップのそれぞれは前記ウォームホイールの周に関して鋭角となるように構成される噛合アセンブリーを含み、
   前記ウォームは前記ウォームホイールの周縁部の形状を補う凹状で先細の側方輪郭を有し、
   前記ボールの一部を前記ウォームと噛合するとともに回動自在とすることで、使用に際して前記ウォームと前記ウォームホイールとの間の剪断力を減少させるウォームギア。
2. 前記ウォームは前記ボールの軌道を画定する少なくとも１つのらせん状のねじ山を有し、前記軌道は凹状の輪郭を有する請求項１に記載のウォームギア。
3. 前記ウォームが１周回動すると前記ウォームギアがその軸心の回りに部分的に回動するトルクマルチプライヤーとして構成される請求項１または２に記載のウォームギア。
4. 前記ウォームは前記ウォームホイールの少なくとも３つの噛合アセンブリーと噛合する請求項１から３のいずれか１項に記載のウォームギア。
5. 前記ウォームは駆動部材と連結可能な形成物を含む請求項３に記載のウォームギア。
6. 前記ウォームホイールがボルトの頭を受容するソケットを有するトルクレンチとして構成される請求項５に記載のウォームギア。

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