JP4273409B2

JP4273409B2 - ウォームギア装置及びそのウォームギア装置を備える電子機器

Info

Publication number: JP4273409B2
Application number: JP2004020714A
Authority: JP
Inventors: 真帆洲上
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2004-01-29
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2024-01-29
Also published as: JP2005214275A

Description

本発明は、逆転動作が可能で大きな減速比を得ることのできるウォームギア装置、及びそのウォームギア装置を伝動用減速装置として備えた電子機器に関する。

歯車伝動系において、駆動側と出力側の角速度比を大きくする場合、通常の歯車装置では大径ギアのピッチ円直径が非常に大きくなるという不利があるが、ウォームギア装置ではウォームの条数とウォームホイールの歯数との比を角速度比の逆比にとるのでウォームホイールのピッチ円直径を小さくしながら大きな角速度比を得られるという利点がある。

然し、ウォームギア装置は歯面間の滑りが大きく、これによる摩擦損失のために伝動効率が悪いという不利がある。

ここに、ウォームを駆動側とした場合の伝動効率（減速効率）をη_１、ウォームホイールを駆動側とした場合の伝動効率（増速効率）をη_２、ウォームの進み角をγ、歯面間の摩擦角をρ、摩擦係数をμ、歯直角圧力角をαとすると、
η_１＝tanγ／tan（γ＋ρ）・・・（１）
η_２＝tan（γ−ρ）／tanγ ・・・（２）
tanρ＝μ／cosα ・・・（３）
で表される。

上式（２）によれば、γ≦ρであると伝動効率がゼロ以下となり、自動締まりとなってウォームホイールでウォームを回すことができない。これは、減速装置として、逆転動作が不能であることを示すが、この性質は時に伝動系のセルフロックに有効利用される。然し、自動締まりに必要な小さな進み角では伝動効率が低い上、ウォームとウォームホイールの間に外部から過負荷が作用したときに歯部を破損する虞がある。

一方、γ＞ρであればウォームホイールでウォームを回すことができる。尚、ウォームの進み角γを大きくするには、そのリードを大きくするかピッチ円直径を小さくすればよいが、ウォームのピッチ円直径を小さくするには伝達トルクなどの関係から自ずと限界がある。

このため、効率重視のウォームギア装置では進み角を大きくするため多条ウォームが一般に広く用いられる。通常、多条ウォームとして条数が３以上のウォームであれば、
γ＞ρを満足するような大きな進み角にして、効率が高く逆転動作も可能となる。然し、条数の大きいウォームでは大きな減速比を得られない。

そこで、進み角が異なる大小２種類の歯部を形成したウォームを備え、進み角が小さい方の歯部に駆動力伝達用のウォームホイールを噛み合わせ、進み角が大きい方の歯部に手動力伝達用のウォームホイールを噛み合わせたウォームギア装置が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開平５−１７４４６６号公報（段落００２４〜００３７、図１）

特許文献１に開示されるようなウォームギア装置によれば、進み角が小さい方の歯部と噛み合うウォームホイールにより大きな減速比で伝達機構を駆動しながら、緊急時などには進み角が大きい方の歯部と噛み合うウォームホイールによりウォームを手動で回転させることができる。

然し、特許文献１では、駆動力伝達用のウォームホイールと噛み合う歯部の進み角γ_２は非常に小さく、γ_２＜ρ＝tan^−１（μ／cosα）であるから、大きな減速比を得られても効率が悪く、ウォームとウォームホイールの間に外部から過負荷が作用したときにはウォームホイールの歯部を破損する虞がある。

このため、大きな伝達トルクが要求される場合には、駆動源として高出力モータを用いなければならず、外力によるウォームホイールの歯部の破損を防止する対策としては、伝動系にクラッチを介在させるなどの必要が生ずることから、装置の大型化、高コスト化を招くという問題がある。

一方、車載用電子機器においては、近年のカーナビゲーションシステムの普及等により大型の平面表示パネルを搭載したものが主流となっている。その種の車載用電子機器には、係る表示パネルを、不使用時にはダッシュボードに納められた機器本体に収納させ、使用時には運転席や助手席から視認できるようにダッシュボードの外側に起立させるという駆動機構が設けられている。そして、表示パネルの大型化に伴い、上記の駆動機構には逆転動作と大きな減速比が得られるウォームギア（ウォーム及びウォームホイール）を好適に用いる事ができるのであるが、車載用電子機器には、所謂１ＤＩＮサイズという極めて小さいスペース（容積）に納められなければならず、ウォームギアなどの駆動機構系を大型化してしまうと、これを搭載することが難しくなるという問題があった。

本発明は以上のような事情に鑑みて成されたものであり、その目的は動力伝達を効率よく行え、しかも減速装置として逆転動作が可能で大きな減速比を得ることのできるウォームギア装置とこれを用いた電子機器を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係るウォームギア装置は、回転駆動軸に取り付けられる条数３の原動ウォーム、その原動ウォームと噛み合う第１ウォームホイール、その第１ウォームホイールと同軸に設けられる条数４の従動ウォーム、及びその従動ウォームと噛み合う第２ウォームホイールを有し、
前記第１ウォームホイールと前記従動ウォームが一体に形成され、
前記原動ウォームの進み角が前記第１ウォームホイールとの摩擦角より大きく、且つ前記従動ウォームの進み角が前記第２ウォームホイールとの摩擦角より大きく設定されて成ることを特徴とする。

又、フラット状のパネルを収容可能な筺体と、この筺体内に移動可能に設けられる走行ユニットとを備え、前記筺体に前記パネルの挿入方向及び排出方向への走行ユニットの移動案内をするガイド部が設けられると共に、前記走行ユニットには、前記ガイド部に沿って往復移動するための走行機構と、前記筺体から排出された前記パネルを旋回させてその一面が筺体に対する前記パネルの排出側に向くよう該パネルの開放動作を行うパネル旋回機構とが設けられる電子機器であって、前記走行機構が上記ウォームギア装置を有して成ることを特徴とする。

本発明に係るウォームギア装置によれば、２つのウォーム（原動ウォーム及び従動ウォーム）を組み合わせていることから小型にして大きな減速比を得ることができ、しかも原動ウォームが３条、従動ウォームが４条であり、それらの進み角がそれぞれ摩擦角より大きく設定されていることから伝動効率がよく、減速装置にして逆転動作が可能である。

又、本発明に係る電子機器によれば、走行ユニットを往復移動させる走行機構に上記のウォームギア装置を用いていることから、平歯車などによる減速歯車列を利用するものに比べて装置全体の一層の小型化を図ることができ、しかも動力の出力側となる第２ウォームホイール側から原動ホイール側への逆転動作が可能であるから係る電子機器の生産時において手動での組立を容易に行うことができ、更には筺体の外部に排出された走行ユニットに挿入方向への外力が作用した場合でもウォームギア装置が過負荷で破損することを防止できる。

以下、本発明を図面に基づいて詳しく説明する。図１は本発明に係るウォームギア装置を示す。図１において、Ｍは駆動源としての正逆回転が可能なモータであり、その回転駆動軸には原動ウォーム（ウォームＡ１）が取り付けられる。ウォームＡ１には第１ウォームホイール（ウォームホイールＢ１）が噛み合わされ、ウォームホイールＢ１の中心部には従動ウォーム（ウォームＡ２）が一体に形成される。二段構造を成すウォームホイールＢ１とウォームＡ２は、モータＭの回転駆動軸に対して直交する同軸（同一の回転軸Ｃ１）上に固着して設けられ、ウォームホイールＢ１より小径なウォームＡ２には円筒形の第２ウォームホイール（ウォームホイールＢ２）が噛み合わされる。ウォームホイールＢ２はギアＧと一体に形成されており、そのウォームホイールＢ２とギアＧは回転軸Ｃ１に対して直交する回転軸Ｃ２上に固着して設けられる。

特に、ウォームＡ１は条数３の多条ウォーム、ウォームＡ２は条数４の多条ウォームであり、ウォームＡ１の進み角γ_１と摩擦角ρ_１との関係がγ_１＞ρ_１、ウォームＡ２の進み角γ_２と摩擦角ρ_２の関係がγ_２＞ρ_２に設定される。尚、ウォームＡ１，Ａ２の歯直角断面における圧力角（図１１において、ウォームの歯面上の任意の点Ｐを通る半径線と、同点Ｐにおける接平面との間の鋭角）をα_１，α_２、摩擦係数をμ_１，μ_２として、
ρ_１＝tan^−１（μ_１／cosα_１）、ρ_２＝tan^−１（μ_２／cosα_２）で表される。

因みに、本例において、ウォームＡ１は軸ピッチ１．３１７８mm、リード３．９５１９mmの右巻きであり、ウォームＡ２は軸ピッチ１．３２６４mm、リード５．３０５６mmの右巻きである。一方、ウォームホイールＢ１は歯数４０、ピッチ円直径１６．７７mm、ウォームホイールＢ２は歯数１２、ピッチ円直径５．０７mmであり、ウォームＡ１とウォームホイールＢ１の歯数条数比（速比）は４０／３、ウォームＡ２とウォームホイールＢ２の歯数条数比（速比）は１２／４、ウォームＡ１とウォームホイールＢ２の間の速比は４０／１である。

又、γ_１＝１７．２１２７゜、γ_２＝１７．２１２７゜、α_１，α_２＝２０゜、μ_１，μ_２＝０．１５、ρ_１，ρ_２≒９゜である。

ここに、係るウォームギア装置は上式γ_１＞ρ_１、γ_２＞ρ_２を満足しているので減速装置として逆転動作が可能であるが、例えばウォームＡ１，Ａ２の条数が１〜２であると進み角を大きくすることが困難で伝動効率も悪くなる一方、条数を４より大きくすると大きな減速比を得られなくなる。又、ウォームＡ２を３条にすれば更に大きな減速比を得られるが、この場合には時として逆転動作が不能になる。これは「リードのよろめき」といったウォームの加工精度や駆動側と出力側における作用トルクのバランスに起因するものと思われる。

そこで、試行錯誤の末、上述のように駆動側の原動ウォーム（ウォームＡ１）を３条、出力側の従動ウォーム（ウォームＡ２）を４条とすることが最適であるという結果を得たものである。特に、ウォームＡ２を４条とすることにより、３条に比べて減速比が低下するものの逆転動作時の所要トルクを小さくすることができる。これは、後述するような車載用電子機器に利用して組立作業を容易に行えることに繋がる。

以下、係る車載用電子機器について説明すると、図２はその使用態様を示した概略図である。

図２において、１は液晶パネルや有機ＥＬといった画像表示素子から成る表示面１Ａを有したフラット状のパネル（パネル状のディスプレイ装置であり、以下表示パネルとする）、２はその表示パネルを駆動する機器本体（本例においてＤＶＤなどのディスクを駆動するディスク再生装置）、３は表示パネルや機器本体を収容する筺体であり、その筺体３内には表示パネル１の排出／挿入を行うための走行ユニット４が前後方向（図２の左右方向）に往復移動可能に設けられる。特に、走行ユニット４は、ユニット台５の一端部に表示パネル１を連結するためのパネル連結部６を回動可能に設けて構成され、そのパネル連結部６はフレキシブル配線７を介して機器本体２と接続される。

そして、機器本体２内で再生駆動されるディスクの記録情報（地図や映像などのビジュアル信号）がフレキシブル配線７からパネル連結部６を通じて表示パネル１に入力され、これにより表示パネルの表示面１Ａに映像表示が行われる。

尚、筺体３は表示パネル１を出し入れするための開口部３Ａを有し、その開口部３Ａを車室内に向けて車両のダッシュボード８内に固定されると共に、表示パネル１は図２(Ａ)のようにその表示面１Ａを下向きにした倒伏状態で筺体３の内部に収容される。この状態で、表示面１Ａに交差する方向の表示パネルの一端面は開口部３Ａから露出されるが、その一端面は操作スイッチ類をもつ操作部１Ｂとされ、その操作により表示パネル１を開口部３Ａから筺体３の外部に排出したり、これを筺体３内に引き込んで収容したりすることができるようになっている。このような操作は、操作部１Ｂのほか、機器本体の操作部２Ａで行うようにしてもよい。

特に、操作部１Ｂでは図２(Ｂ)の想像線で示されるよう表示パネル１が倒伏姿勢のまま排出するだけの場合と、図２(Ｂ)の実線で示されるよう表示パネル１が倒伏状態から起立姿勢に立ち上がって開放する場合とを選択できるようになっており、倒伏姿勢に排出された表示パネル１はパネル連結部６からの離脱が許容され、起立姿勢の表示パネル１はその一面（表示面１Ａ）が車室内側（筺体３に対する表示パネル１の排出側）に向いて係る表示面１Ａを運転席等から視認可能とされる。

尚、表示パネル１をパネル連結部６から離脱可能とする位置は、図２(Ｂ)のように、表示パネル１の全体がダッシュボードの外側に排出された位置に限らず、倒伏姿勢における表示パネル１の端部からダッシュボード８までの距離が表示パネル１を手で掴めるだけの距離ＨＳになる位置を離脱可能位置としてもよい（図２(Ｃ)参照）。例えば、距離ＨＳを５０mmに設定することができる。表示パネル１を離脱する場合は、図２(Ｃ)の状態から図示せぬ離脱ボタンを押し、表示パネル１のロックを解除してから取り外すが、係るロック機構については説明を省略する。

又、表示パネル１が起立姿勢に開放された状態では、パネル連結部６からの表示パネル１の離脱が阻止されると共に、表示パネル１のアングル（回動角）を水平面に対する任意の角度範囲で調整可能とされる。この角度は例えば６０〜１０５度とする。尚、倒伏姿勢での表示パネル１の排出／挿入動作は筺体３内における走行ユニット４の往復移動により行われるが、筺体３内の両側には表示パネル１の挿入方向及び排出方向に沿って走行ユニット４の移動案内を行う後述のガイド部が設けられる。

次に、筺体の構造を説明する。図３は筺体の正面概略図であり、図４及び図５にはそれぞれ図３におけるＸ−Ｘ断面、Ｙ−Ｙ断面を示す。これらの図で明らかなように、筺体３の内部両側には走行ユニット４の移動案内を行う上記のガイド部３１（溝形のレール），３２（Ｌ形のガイドレール）が設けられる。又、筺体３の内部天井面には走行ユニットがガイド部３１，３２に沿って往復移動するためのラック３３が設けられると共に、ガイド部３２の近傍にはこれに沿って表示パネル１を案内するパネルガイド３４が突出して設けられ、そのパネルガイド３４に表示パネルの側面に形成される図示せぬガイド溝が摺動自在にして嵌合するようにしてある。更に、図５から明らかなように、ガイド部３２の一端は筺体３の開口部３Ａから張り出しており、これによりパネル連結部６を開口部３Ａから排出したときでも所定の排出量において走行ユニットのユニット台５をガイド部３２で支持できるようになっている。

次に、走行ユニットの構造を説明する。図６は走行ユニットの表側を示す平面図、図７はその裏側を示す斜視図、図８はパネル連結部を取り外した走行ユニットの表側を示す斜視図である。図６及び図７から明らかなように、走行ユニット４は上記のユニット台５とこれに取り付けられるパネル連結部６から構成される。

このうち、パネル連結部６には、表示パネル１に設けられる信号入力部１１に結合する信号出力部６１（出力端子）、及び表示パネルに形成されるピン差込口１２に挿入する左右一対のガイドピン６２などが設けられ、信号出力部６１には図２に示したフレキシブル配線７が接続される。

一方、ユニット台５には、図３に示した筺体のガイド部３１，３２に係合するガイド受５１，５２と左右一対のブラケット５３が形成される。そして、パネル連結部６はその両側に突出する回動支点軸６３がブラケット５３により回転自在に支持され、その回動支点軸６３上には欠歯ギア６４が設けられる。

又、図８に示すように、走行ユニット（特にそのユニット台５）には筺体内に設けられる上記のガイド部３１，３２に沿って往復移動を行うための走行機構７０と、パネル連結部に連結された表示パネルを旋回させるためのパネル旋回機構８０とが設けられる。

図８及び図９に示すように、走行機構７０には図１に示したウォームＡ１，Ａ２やウォームホイールＢ１，Ｂ２などから構成されるウォームギア装置が用いられ、ウォームホイールＢ２と一体のギアＧがギア７１と噛み合わされると共に、そのギア７１が回転軸７２の両端に設けられるピニオン７３の一方と噛み合わされ、そのピニオン７３が図３などに示した筺体内のラック３３と噛み合うようにしてある。このうち、ギアＧには回転量検出ギア７４が噛み合わされ、係るギア７４の回転量がセンサ７５により検知され、この回転量を基にモータＭの停止制御を行う構成とされる。

よって、モータＭの正逆駆動により走行ユニット４を往復移動させてその停止位置を制御できるほか、走行機構７０を構成するウォームギア装置が逆転動作可能であるからモータＭの停止状態において走行ユニット４を手動により往復移動させることができる。このため、車載用電子機器の生産現場において筺体内部への走行ユニット４の組み込みを手動で行えるので、製造作業が極めて容易に行える。又、当然に専用の治具も不要であり設備が簡略化できる。尚、ウォームＡ１とウォームホイールＢ２の間における逆転動作に必要な所要トルクはある程度の大きさ（本例において１Ｋｇ程度）を有しているので、車両への搭載時において車両の走行振動などで走行ユニット４が不用意に移動することはない。

一方、パネル旋回機構８０は、図８及び図１０に示すように旋回用駆動源８１、その駆動軸に取り付けられるウォーム８２、該ウォームと噛み合うウォームホイール８３、該ウォームホイールと一体のギア部８３Ａと噛み合うギア８４、該ギアと一体のウォーム部８４Ａと噛み合うウォームホイール８５、該ウォームホイールと一体のギア部８５Ａと噛み合う二段ギア８６、該二段ギアの小径ギア部８６Ａと噛み合う伝動ギア８７、及び該伝動ギアと噛み合う上記の欠歯ギア６４で構成され、その欠歯ギア６４が回動支点軸６３を支点としてパネル連結部６に固定されると共に、その他の歯車列８２〜８７はユニット台５に配される。

このうち、ギア８６には回転量検出ギア８８が噛み合わされ、その回転量（すなわちパネル旋回機構の動作量）がセンサ８９により検知されるようになっている。そして、係るセンサ８９の検出信号に基づいて駆動源８１の駆動制御が行われ、これによりパネル連結部６の回動量（表示パネルの旋回量）が制御されるようにしてある。

従って、駆動源８１を正逆に回転駆動することにより、欠歯ギア６４と一体のパネル連結部６を回動せしめ、パネル連結部６に結合する表示パネルの開閉動作を行うことができる。

尚、以上のようなパネル旋回機構８０において、ウォーム８２とウォームホイール８３は減速装置として逆転動作が可能とされるが、ウォーム部８４Ａとウォームホイール８５は開放時の表示パネルを所定の角度に保ち得るよう、ウォーム部８４Ａの進み角を摩擦角以下とした逆転防止構造が適用される。

以上、本発明について説明したが、図１のような構造のウォームギア装置は上記のような表示パネル着脱式の車載用電子機器ほか、種々の機器における伝動減速装置として利用することができる。

本発明に係るウォームギア装置を示す斜視図図１のウォームギア装置を伝動用減速装置として備える車載用電子機器の概略図同機器を構成する筺体の正面概略図図３のＸ−Ｘ断面図図３のＹ−Ｙ断面図走行ユニットのパネル連結部から表示パネルを離脱した状態を示す平面図走行ユニットの裏側を示す斜視図パネル連結部を省略した走行ユニットの表側を示す斜視図本発明のウォームギア装置を用いた走行機構を示す説明図パネル旋回機構を示す説明図ウォーム山直角断面図

符号の説明

Ａ１原動ウォーム
Ａ２従動ウォーム
Ｂ１第１ウォームホイール
Ｂ２第２ウォームホイール
１パネル（表示パネル）
１Ａ表示面
２機器本体
３筺体
４走行ユニット
５ユニット台
６パネル連結部
３１，３２ガイド部
３３ラック
６３パネル連結部の回動支点軸
７０走行機構
８０パネル旋回機構

Claims

回転駆動軸に取り付けられる条数３の原動ウォーム、その原動ウォームと噛み合う第１ウォームホイール、その第１ウォームホイールと同軸に設けられる条数４の従動ウォーム、及びその従動ウォームと噛み合う第２ウォームホイールを有し、
前記第１ウォームホイールと前記従動ウォームが一体に形成され、
前記原動ウォームの進み角が前記第１ウォームホイールとの摩擦角より大きく、且つ前記従動ウォームの進み角が前記第２ウォームホイールとの摩擦角より大きく設定されて成るウォームギア装置。
フラット状のパネルを収容可能な筺体と、この筺体内に移動可能に設けられる走行ユニットとを備え、前記筺体に前記パネルの挿入方向及び排出方向への走行ユニットの移動案内をするガイド部が設けられると共に、前記走行ユニットには、前記ガイド部に沿って往復移動するための走行機構と、前記筺体から排出された前記パネルを旋回させてその一面が筺体に対する前記パネルの排出側に向くよう該パネルの開放動作を行うパネル旋回機構とが設けられる電子機器であって、前記走行機構が請求項１記載のウォームギア装置を有して成ることを特徴とする電子機器。