JP4507238B2

JP4507238B2 - ウォームホイール

Info

Publication number: JP4507238B2
Application number: JP2004008558A
Authority: JP
Inventors: 洋一竹内
Original assignee: Enplas Corp
Current assignee: Enplas Corp
Priority date: 2004-01-15
Filing date: 2004-01-15
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2024-01-15
Also published as: DE102005001448A1; US20050160857A1; JP2005201375A

Description

この発明は、各種自動車部品、産業機械、精密機械等の動力伝達装置に使用されるウォームホイールに関するものである。

一般に、ウォームギヤ１３は、図７に示すように構成されており、動力伝達装置において、平行でなく且つ交わりもしない２軸間の動力伝達に使用され、非常に大きな減速比を得たい場合に使用されるものである。このようなウォームギヤ１３は、ウォーム１４とウォームホイール１５の噛み合いが線接触であり、噛み合い面に生じる摩擦抵抗に起因して発熱し、伝達エネルギーの一部を熱エネルギーに変換するため、エネルギーロスを生じやすい。

また、近年、作動音の静粛化のため、ウォームギヤをプラスチックで成形する場合がある。しかしながら、プラスチックは、発熱による強度低下が金属の場合よりも大きい。したがって、ウォームギヤのうちのウォームホイールをプラスチックで成形した場合には、ウォームホイール自体の発熱の他に、ウォームギヤ側から熱伝導される熱もウォームホイールに加わるため、ウォームホイールの歯の高温化に起因して、歯の強度が低下したり、摩耗が早期に進行するということが特に問題となっていた。とりわけ、ウォームホイールの歯の歯幅方向中央部は、その歯幅方向両端部に比較して熱がこもりやすいため、発熱に起因する悪影響を大きく受けることになる。

このような問題を解消するには、ウォームとウォームホイールとの噛み合い面の摩擦抵抗を減じたり、ウォームとウォームホイールとの噛み合い部分を少なくして、ウォーム側からウォームホイール側への伝熱を抑えることが効果的である。そこで、例えば、特許文献１に示すように、ウォームギヤのウォームホイールと噛み合う歯面に、歯すじに沿って溝を形成し、この溝に潤滑油を充填して、この潤滑油によって噛み合う摩擦面を潤滑し、摩擦抵抗に伴う発熱を低減することが考えられている。また、特許文献２に示すように、ウォームホイールの歯の中央部に縦溝を形成して、ウォームとウォームホイールとの噛み合い面を少なくすることが考えられている。

特開２００３−２０７０３１号公報特開昭６０−２２７０５７号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、摩擦面の潤滑による摩擦抵抗の低下は期待できるものの、ウォーム側からウォームホイール側への伝熱の抑制を考慮しておらず、ウォームホイールの歯の高温化を十分に抑えることができない。

また、特許文献２の技術は、図８に示すように、成形時に歯面１６に形成されるくぼみ１７を噛み合い時においても縦溝１８によって大気解放できるようにし、歯面１６のくぼみ１７内に空気やオイルが圧縮されて密閉されることのないようして、くぼみ１７に密閉された空気やオイルが一気に解放されることに起因する騒音を防止するものであり、噛み合う歯面１６の発熱の抑制や、ウォーム１４側からウォームホイール１５側への伝熱を抑制するようにはなっていない（図７参照）。

そこで、本発明は、ウォームホイールの歯の発熱を効果的に防止することを目的とする。

請求項１の発明は、ウォームと噛み合う複数の歯を外周に備えたウォームホイールに関するものである。この発明において、前記歯の歯幅方向中央部から歯幅方向一端部に向かって第１のクラウニングが行われ、前記歯の歯幅方向中央部から歯幅方向他端部に向かって第２のクラウニングが行われるようになっている。そして、前記第１のクラウニングは、前記歯幅方向中央部と前記歯幅方向一端部とのほぼ中間部における歯厚が、前記歯幅方向中央部と前記歯幅方向一端部の歯厚よりも大きくなるように行われる。また、前記第２のクラウニングは、前記歯幅方向中央部と前記歯幅方向他端部との中間部における歯厚が、前記歯幅方向中央部と前記歯幅方向他端部の歯厚よりも大きくなるように行われる。そして、前記ウォームとの噛み合い時、前記歯幅方向中央部と前記歯幅方向一端部との中間部、及び前記歯幅方向中央部と前記歯幅方向他端部との中間部が、前記ウォームと接触するようになっている。また、前記ウォームとの噛み合い時、前記歯の前記歯幅方向中央部、前記歯幅方向一端部及び前記歯幅方向他端部には、前記ウォームの歯との間に隙間が生じるようになっている。

請求項２の発明は、請求項１の発明に係るウォームホイールにおいて、前記隙間が空気層による断熱部である。

請求項３の発明は、請求項１の発明に係るウォームホイールにおいて、前記歯の前記歯幅方向中央部と前記ウォームの歯との間の前記隙間には、潤滑剤が充填される。そして、前記歯の前記歯幅方向一端部及び前記歯幅方向他端部と前記ウォームの歯との間の前記隙間が、空気層による断熱部である。

請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかの発明に係るウォームホイールにおいて、前記歯の歯先及び歯底を前記ウォームの形状に合わせて円弧状に凹ませてある。

本発明のウォームホイールは、ウォームとの噛み合い時、歯の歯幅方向中央部と歯幅方向一端部との中間部及び歯幅方向中央部と歯幅方向他端部との中間部だけがウォームの歯と接触し、ウォームの歯と接触しない部分に生じる隙間によってウォームからの熱が断熱されるため、ウォームからの熱に起因する歯の温度上昇、及びこの歯の温度上昇に起因する歯の強度低下や摩耗を抑えることができ、長期に亘り正確な動力伝達が可能になる。このような効果は、ウォームホイールをプラスチックで形成したときに顕著となる。

また、本発明のウォームホイールは、歯幅方向中央部に位置するウォームと噛み合い接触しない部分に潤滑剤を充填しておくことにより、その潤滑剤をウォームとの摩擦接触部分に供給することができ、ウォームとの摩擦抵抗を低減でき、摩擦に伴う発熱を低減することができた。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳述する。

図１〜図３は、本発明の実施の形態に係るウォームホイール１を示す図である。このうち、図１は、ウォームホイール１の縦断面図である。また、図２は、ウォームホイール１の正面図である。また、図３は、ウォームホイール１の歯２の形状を示す部分的外観斜視図である。

これらの図において、ウォームホイール１は、例えば、ポリアセタール、ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリブチレンテレフタレート等を使用して射出成形することができ、外周に歯２が形成されたリム３と、中心に軸穴４が形成された略円筒形状のハブ（軸支持部）５と、これらリム３とハブ５とを径方向に一体的に接続するウェブ６とを備えている。なお、本実施の形態においては、ハブ５の軸線（Ｌ１）方向長さが歯幅寸法と同一寸法に形成され、ハブ５の軸線方向両端５ａ，５ｂがリム３の歯幅方向両端３ａ，３ｂとほぼ面一となるように形成されている。また、リム３の歯幅方向中央部とハブ５の軸方向中央部がウェブ６によって径方向に接続されている。

歯２は、図３に示すように、歯幅方向中央部２ａから両端部２ｂ，２ｃ側に向かってクラウニングされており、歯幅方向中央に対して歯幅方向の形状が略対称形状となるように形成されている。すなわち、歯２は、歯幅方向中央部２ａと歯幅方向一端部２ｂとの中間部２ｄの歯厚が大きく、歯幅方向中央部２ａと歯幅方向一端部２ｂがその中間部２ｄの歯厚よりも小さくなるように第１のクラウニングが行われている。また、歯２は、歯幅方向中央部２ａと歯幅方向他端部２ｃとの中間部２ｅの歯厚が大きく、歯幅方向中央部２ａと歯幅方向他端部２ｃがその中間部２ｅの歯厚よりも小さくなるように第２のクラウニングが行われている。これにより、歯２は、歯幅方向中央部２ａと歯幅方向両端部２ｂ，２ｃが噛み合うウォーム（図示せず）に対して接触することがない非接触部となっている。尚、図中の第１のクラウニングと第２のクラウニングとの境界には、稜線が現れているが、上記境界には稜線が現れないようにＲを付けてもよい。

このように、歯幅方向中央部２ａから歯幅方向両端部２ｂ，２ｃに向かってそれぞれクラウニングされることにより形成された歯２は、歯幅方向中央部２ａと歯幅方向両端部２ｂ，２ｃにおいて、ウォームの歯との間に隙間（非接触部）を生じるようになっており、この隙間にある空気によってウォーム側に対して断熱される。すなわち、ウォームホイール１の歯２は、ウォームとの噛み合い時において、歯幅方向中央部２ａ及びその近傍と歯幅方向両端部２ｂ，２ｃ及びその近傍に空気層による断熱部が生じるようになっている。

そして、このように、歯２が歯幅方向中央部２ａに対して対称にクラウニングされることにより、歯幅方向中央部２ａに対して対称の位置に２箇所の最大歯厚部分（中間部２ｄ，２ｅ）が形成され、この最大歯厚部分（２ｄ，２ｅ）がウォームと噛み合い接触することになる。

このような構成の本実施の形態によれば、ウォームとウォームホイール１との噛み合いによる動力伝達時に生じる熱は、クラウニングによって形成された非接触部（２ａ，２ｂ，２ｃ）の空気層によって断熱され、ウォームからウォームホイール１への伝熱が２箇所の接触部分（中間部２ｄ，２ｅ）に限られるため、ウォームからウォームホイール１への伝熱に起因するウォームホイール１の歯２の温度上昇を抑えることができる。その結果、ウォームホイール１の歯２の温度上昇に起因する強度低下を効果的に防止でき、また、摩耗の増大を効果的に防止できる。なお、図４に示すような従来のウォームホイール１１は、歯１２の歯厚が幅方向に均一であり、ウォームとの接触面積が本発明に比較して格段に広くなるため、ウォームからの伝熱量が大きくなる。

なお、本実施の形態のウォームホイール１において、図５に示すように、ウォーム７の歯８に接触する一方の最大歯厚部（中間部２ｄ）と他方の最大歯厚部（中間部２ｅ）との間の歯厚が漸減する部分（歯幅方向中央部の非接触部であって斜線で示す部分）に潤滑剤（例えば、グリース）を充填し、この潤滑剤によって歯２の摩擦接触する部分（中間部２ｄ，２ｅ）を潤滑して、噛み合い時の摩擦抵抗を低減し、歯面の摩擦による温度上昇や摩耗を防止するようにしてもよい。

また、本実施の形態のウォームホイール１において、ウォームとの接触部である最大歯厚部（中間部２ｄ，２ｅ）に歯たけ方向に延びる縦溝を形成し、この縦溝に潤滑剤を充填し、この潤滑剤でウォームとウォームホイールとの接触部を潤滑すれば、摩擦抵抗に起因する発熱を効果的に防止できるため、断熱部における空気層の断熱の効果と相まって、一層効果的に歯２の温度上昇を防止できる。

また、本実施の形態のウォームホイール１は、歯２が歯幅方向に平行なものや、歯２がはすば状のものや、図６に示すように、歯底及び歯先をウォームの形状に合わせて円弧状に凹ませた鼓形ウォームホイールに広く適用できる。

この発明に係るウォームホイールは、静粛で且つ円滑な動力伝達を要する場合に使用すると効果的であり、平行でなく且つ交わりもしない２軸間の動力伝達にウォームとともに使用され、非常に大きな減速比でもって動力伝達する。

本発明の実施の形態に係るウォームホイールの正面図である。

本発明の実施の形態に係るウォームホイールの縦断面図であり、図１のＡ−Ａ線に沿って切断して示す断面図である。

本発明の実施の形態に係るウォームホイールの歯の一部拡大斜視図である。

従来のウォームホイールの歯の一部拡大斜視図である。

本発明の実施の形態に係るウォームホイールの変形例を示す歯の平面図である。

本発明の実施の形態に係るウォームホイールの他の変形例を示す縦断面図である。

一般的なウォームギヤを示す図であり、ウォームギヤを部分的に切り欠いて、ウォームとウォームホイールの噛み合い状態を示す図である。

従来のウォームホイールの歯の斜視図である。

符号の説明

１……ウォームホイール、２……歯、２ａ……中央部、２ｂ，２ｃ……端部

Claims

ウォームと噛み合う複数の歯を外周に備えたウォームホイールにおいて、
前記歯の歯幅方向中央部から歯幅方向一端部に向かって第１のクラウニングが行われ、前記歯の歯幅方向中央部から歯幅方向他端部に向かって第２のクラウニングが行われ、前記第１のクラウニングは、前記歯幅方向中央部と前記歯幅方向一端部との中間部における歯厚が、前記歯幅方向中央部と前記歯幅方向一端部の歯厚よりも大きくなるように行われ、
前記第２のクラウニングは、前記歯幅方向中央部と前記歯幅方向他端部との中間部における歯厚が、前記歯幅方向中央部と前記歯幅方向他端部の歯厚よりも大きくなるように行われ、
前記ウォームとの噛み合い時、前記歯幅方向中央部と前記歯幅方向一端部との中間部、及び前記歯幅方向中央部と前記歯幅方向他端部との中間部が、前記ウォームと接触し、
前記ウォームとの噛み合い時、前記歯の前記歯幅方向中央部、前記歯幅方向一端部及び前記歯幅方向他端部には、前記ウォームの歯との間に隙間が生じる、
ことを特徴とするウォームホイール。
前記隙間が空気層による断熱部である、
ことを特徴とする請求項１記載のウォームホイール。
前記歯の前記歯幅方向中央部と前記ウォームの歯との間の前記隙間には、潤滑剤が充填され、
前記歯の前記歯幅方向一端部及び前記歯幅方向他端部と前記ウォームの歯との間の前記隙間が、空気層による断熱部である、
ことを特徴とする請求項１記載のウォームホイール。
前記歯の歯先及び歯底を前記ウォームの形状に合わせて円弧状に凹ませた、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のウォームホイール。