JP4812540B2 - ウォーム歯車装置 - Google Patents

Description

本発明は、ネジ状の歯を有するウォームとこれと噛み合う複数の歯を有するウォームホイールとを潤滑流体の存在下で噛み合わせるウォーム歯車装置に関し、詳しくは、両者の歯の歯面の噛み合わせにおける摩擦力を低減して効率向上及び耐久性向上並びに静音性向上を図ることができるウォーム歯車装置に係るものである。

従来のこの種のウォーム歯車装置は、ウォームとウォームホイールの互いに摺接する歯面の少なくともいずれか一方に、複数個の微細な油溜まり溝を設けている。そして、上記油溜まり溝は、摺動方向と直交する方向に延在する細帯形状に形成されている。また、ウォームの進行方向が一方向である場合には、進行方向に対して両側より中心部に向かって傾斜して山形に折れる形状に形成されている（例えば、特許文献１参照）。
実開平５−８１１１号公報

しかし、上記従来のウォーム歯車装置においては、その油溜まり溝が複数個の微細な細帯形状に形成されているため、各々の歯の摺動接触面に持ち込まれた潤滑油がこれら微細な油溜まり溝に蓄えられ、上記摺動接触面の間の油量が増加すると共に、常時、歯面の間に潤滑油が保持されて、ウォームとウォームホイールの摺動接触面が流体潤滑の状態となるが、ウォームの歯とウォームホイールの歯との噛み合いの接触圧力を低減することまではできず、両者の歯の歯面の噛み合わせにおける摩擦力を低減することはできないものであった。このように、摩擦力があまり小さくないことから、温度が上昇してエネルギー消費が大きくなり、効率が低下するものであった。また、摩擦力が小さくないことから、騒音も大きく、耐久性も低下するものであった。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、ウォームとウォームホイールの歯の歯面の噛み合わせにおける摩擦力を低減して効率向上及び耐久性向上並びに静音性向上を図ることができるウォーム歯車装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によるウォーム歯車装置は、ネジ状の歯を有するウォームと、このウォームと噛み合う複数の歯を有するウォームホイールとを、潤滑流体の存在下で両者の歯の歯面を噛み合わせて成るウォーム歯車装置において、上記ウォームホイールの上記ウォームと噛み合う各々の歯の歯幅方向にて噛み合いが進行する方向に沿って、入口側が広くて深く出口側が狭くて浅い断面形状に形成され、上記潤滑流体が入口側から入り込み、出口側から出て行くように横長の窪み部を設けたものである。

このような構成により、ウォームとウォームホイールとが潤滑流体の存在下で噛み合って回転する際に、ウォームホイールのウォームと噛み合う各々の歯の歯幅方向にて噛み合いが進行する方向に沿って、入口側が広くて深く出口側が狭くて浅い断面形状に形成された横長の窪み部に、その噛み合いの回転力により上記潤滑流体が入口側から入り込み、出口側から出て行き、その出て行く際に潤滑流体が高圧とされて互いに噛み合う相手の歯面に反力を与えて、噛み合わせにおける摩擦力を低減する。

そして、上記横長の窪み部は、各々の歯の歯幅方向にて所定間隔をあけて複数個が１列状に設けられたものである。これにより、各々の歯の歯幅方向にて所定間隔をあけて複数個が１列状に設けられた横長の窪み部によって、その噛み合いの回転力により潤滑流体が横長の窪み部を順次送られる度に圧力が高くなり、相手の歯面に与える反力が大きくなって噛み合わせにおける摩擦力をさらに低減する。

また、上記横長の窪み部は、各々の歯の歯幅方向にてその前半部に１個だけ設けたものである。これにより、各々の歯の歯幅方向にてその前半部に１個だけ横長の窪み部を設ければよいので、ウォームホイールを樹脂成形で製造した場合にも、金型の加工が容易であり、離型が可能となって製造が容易となる。

請求項１に係る発明によれば、ウォームホイールのウォームと噛み合う各々の歯の歯幅方向にて噛み合いが進行する方向に沿って、入口側が広くて深く出口側が狭くて浅い断面形状に形成された横長の窪み部に、その噛み合いの回転力により潤滑流体が入口側から入り込み、出口側から出て行き、その出て行く際に潤滑流体が高圧とされて互いに噛み合う相手の歯面に反力を与えて、噛み合わせにおける摩擦力を低減することができる。このように、摩擦力が低減することから、温度上昇を抑えてエネルギー消費を低減し、効率を向上することができる。また、摩擦力が低減することから、耐久性を向上し、静音性を向上することができる。

また、請求項２に係る発明によれば、各々の歯の歯幅方向にて所定間隔をあけて複数個が１列状に設けられた横長の窪み部によって、その噛み合いの回転力により潤滑流体が横長の窪み部を順次送られる度に圧力が高くなり、相手の歯面に与える反力が大きくなって噛み合わせにおける摩擦力をさらに低減することができる。したがって、効率向上及び耐久性向上並びに静音性向上を図ることができる。

さらに、請求項３に係る発明によれば、各々の歯の歯幅方向にてその前半部に１個だけ横長の窪み部を設ければよいので、ウォームホイールを樹脂成形で製造した場合にも、金型の加工が容易であり、離型が可能となって製造が容易となる。したがって、生産性を向上することができる。また、この場合も、摩擦力を低減して、効率向上及び耐久性向上並びに静音性向上を図ることができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明によるウォーム歯車装置の実施形態を示す図である。このウォーム歯車装置は、ウォームとこれと噛み合うウォームホイールとを潤滑流体の存在下で両者の歯の歯面を噛み合わせたもので、図１に示すように、ウォーム１と、ウォームホイール２とが対になっている。

ウォーム１は、回転軸３の周りにネジ状の歯４が形成され、１本の棒状ネジのように形成されている。ネジ状の歯４は、１条又は複数条であってもよい。

ウォーム１には、ウォームホイール２が噛み合っている。このウォームホイール２は、その外周面にウォーム１の歯４と噛み合う複数の歯５を有しており、円筒形のハスバ歯車のように形成されている。そして、ウォーム１とウォームホイール２とは、それぞれの回転軸が互いに直角をなすように組み合わされ、潤滑流体（例えば、潤滑油、水、気体等）の存在下で両者の歯４，５の歯面が噛み合わされている。

ここで、本発明においては、ウォームホイール２のウォーム１の歯４と噛み合う歯５の歯面５ａに横長の窪み部６（図２参照）が設けられている。この窪み部６は、この内部に潤滑流体が入り込んでその後出て行くようにするもので、図２に示すように、ウォームホイール２の各々の歯５の歯幅方向Ｗにて噛み合いが進行する方向（以下「噛合い進行方向」という）Ｐに沿って、所定間隔をあけて複数個が１列状に設けられている。

この窪み部６の具体的な形状は、図２及び図３に示すように、噛合い進行方向Ｐの入口側７が広くて深く出口側８が狭くて浅い断面形状に形成され、側面視で略三角形状に延びている。したがって、個々の窪み部６の噛合い進行方向Ｐに沿う断面積は、入口側７が大きく、出口側８が小さくなる。このことから、個々の窪み部６内の体積変化は、噛合い進行方向Ｐに沿って入口側７から出口側８に向かって大から小に順次変化する。

このように形成されたウォーム１とウォームホイール２とが潤滑流体の存在下で、図１に示すように、ウォーム１の歯４とウォームホイール２の歯５とを噛み合わせて、ウォーム歯車装置を構成している。図１の場合は、ウォーム１は、矢印Ａのように左回りに回転して右から左方向にネジ状の歯４が進行する。そして、ウォームホイール２は、ウォーム１の歯４との噛み合いによってその歯５が矢印Ｂのように左側に押されて左回りに回転する。

次に、このように構成されたウォーム１とウォームホイール２との噛み合わせ状態及びそのときの動作について、図３を参照して説明する。図３は、図１においてウォーム１の歯４とウォームホイール２の歯５とが噛み合った状態を示す要部拡大断面図である。この噛み合い状態において、対向するウォーム１の歯４の歯面４ａとウォームホイール２の歯５の歯面５ａとの間には、潤滑流体が介在される。

この状態で、図１に示すようにウォーム１とウォームホイール２とが噛み合うことにより、図３において、ウォーム１の歯４の歯面４ａがウォームホイール２の歯５の歯面５ａに対して左側から右側に向けて矢印Ｐのように噛み合いが進行して行く。このとき、両歯面４ａ，５ａ間の潤滑流体は、ウォーム１の回転力によりまず第１の窪み部６ａに入り込む。

この第１の窪み部６ａに入り込んだ潤滑流体は、さらにウォーム１の回転力により入口側７から出口側８に向けて移動される。この窪み部６ａ内の体積は、噛合い進行方向Ｐに沿って入口側７から出口側８に向かって大から小に順次変化するので、出口側８において潤滑流体が高圧とされ、その部分に対向するウォーム１の歯４の歯面４ａを押し返す反力となる。さらに、出口側８の高圧の潤滑流体が窪み部６ａの外に出たところで歯面５ａとの間で、ウォーム１の歯４の歯面４ａをさらに大きな反力で押し返す。

このとき、両歯面４ａ，５ａ間の摩擦力Ｆを考えると、両歯面間の摩擦係数をμとし、歯面に直角に作用する力をＲとすると、
Ｆ＝μＲ …（１）
で表される。ここで、上述のように、窪み部６ａで高圧とされた潤滑流体による反力で力Ｒが小さくなるので、式（１）による摩擦力Ｆが低減される。

次に、第１の窪み部６ａから送り出された潤滑流体は、ウォーム１の回転力により第２の窪み部６ｂに入り込む。この第２の窪み部６ｂに入り込んだ潤滑流体は、上述と同様にしてさらに高圧とされ、その部分に対向するウォーム１の歯４の歯面４ａを押し返す反力となる。さらに、出口側の高圧の潤滑流体が窪み部６ｂの外に出たところで歯面５ａとの間で、ウォーム１の歯４の歯面４ａをさらに大きな反力で押し返す。そして、式（１）による摩擦力Ｆが低減される。

以後、同様にして、１列状に設けられた複数個の窪み部６で順次摩擦力Ｆが低減され、全体としてウォーム１とウォームホイール２との噛み合わせにおける摩擦力が低減される。この場合、複数個の窪み部６が歯幅方向Ｗにて所定間隔をあけて列状に設けられたことにより、反力が徐々に大きくなって摩擦力が低減される。そして、このように、摩擦力が低減することから、温度上昇を抑えてエネルギー消費を低減し、効率を向上することができる。また、摩擦力が低減することから、耐久性を向上し、静音性を向上することができる。

なお、この動作により、ウォーム１とウォームホイール２の歯４，５の噛み合いの終了側に押し出された潤滑流体は、その近傍のハウジング内側面に形成された誘導溝に入って案内され、両者の歯４，５の噛み合いの開始側に戻されるようになっている。

図４及び図５は、ウォームホイール２の歯５の歯面５ａに形成された横長の窪み部の他の実施形態を示す図である。この実施形態による横長の窪み部６′は、ウォームホイール２の各々の歯５の歯幅方向Ｗにて噛合い進行方向Ｐに沿って、入口側７が広くて深く出口側８が狭くて浅い断面形状に形成され、側面視で細長い略三角形状に延びており、該歯５の歯幅方向Ｗにてその前半部に１個だけ設けられている。この窪み部６′は、図２に示した先の実施形態の窪み部６よりも長いものとなっている。

このように構成されたウォームホイール２とウォーム１との噛み合わせ状態は、図５に示すようになる。この場合も、横長の窪み部６′の噛合い進行方向Ｐに沿う断面積は、入口側７が大きく、出口側８が小さくなる。このことから、窪み部６′内の体積変化は、噛合い進行方向Ｐに沿って入口側７から出口側８に向かって大から小に順次変化する。この噛み合い状態において、対向するウォーム１の歯４の歯面４ａとウォームホイール２の歯５の歯面５ａとの間には、潤滑流体が介在される。

この状態で、図１に示すようにウォーム１とウォームホイール２とが噛み合うことにより、図５において、ウォーム１の歯４の歯面４ａがウォームホイール２の歯５の歯面５ａに対して左側から右側に向けて矢印Ｐのように噛み合いが進行して行く。このとき、両歯面４ａ，５ａ間の潤滑流体は、ウォーム１の回転力により横長の窪み部６′に入口側７から入り込む。

その後、前述と同様にして、窪み部６′に入り込んだ潤滑流体は、さらにウォーム１の回転力により入口側７から出口側８に向けて移動される。この窪み部６′内の体積は、噛合い進行方向Ｐに沿って入口側７から出口側８に向かって長い距離をかけて大から小に順次変化するので、出口側８において潤滑流体が高圧とされ、その部分に対向するウォーム１の歯４の歯面４ａを押し返す反力となる。さらに、出口側８の高圧の潤滑流体が該窪み部６′の外に出たところで歯面５ａとの間で、ウォーム１の歯４の歯面４ａをさらに大きな反力で押し返す。

これにより、前述と同様にして、式（１）によって表される摩擦力Ｆが低減される。そして、全体としてウォーム１とウォームホイール２との噛み合わせにおける摩擦力が低減される。このように、摩擦力が低減することから、温度上昇を抑えてエネルギー消費を低減し、効率を向上することができる。また、摩擦力が低減することから、耐久性を向上し、静音性を向上することができる。さらに、各々の歯５の歯幅方向Ｗにてその前半部に１個だけ横長の窪み部６′を設ければよいので、ウォームホイール２を樹脂成形で製造する場合にも、金型の加工が容易であり、離型が可能となって製造が容易となる。したがって、生産性を向上することができる。

なお、図２及び図４においては、窪み部６又は６′は、ウォームホイール２の歯５の一方の歯面５ａ側にのみ設けたものとしたが、本発明はこれに限られず、歯面５ａの裏側の歯面（すなわち、両方の歯面）にも設けてもよい。この場合、歯面５ａの裏側の歯面に設ける窪み部６又は６′は、その噛合い進行方向Ｐが逆方向となるので、該窪み部６又は６′の入口側７及び出口側８の配置、断面形状が逆となる。これにより、ウォーム１とウォームホイール２との噛み合いにおいて、回転方向が逆になってもその噛み合わせの摩擦力が低減される。

また、図２及び図４においては、窪み部６又は６′は、ウォームホイール２の歯５側に設けたものとしたが、本発明はこれに限られず、ウォーム１の歯４側に設けてもよい。この場合でも、上述と全く同様の効果が得られる。さらに、窪み部６又は６′を設けたウォーム１又はウォームホイール２と噛み合う相手側の歯面には、潤滑流体の撹拌効率を上げるため、微細に凹凸を付けて粗面化してもよい。

本発明によるウォーム歯車装置の実施形態を示す説明図である。 ウォームホイールの歯の歯面に横長の窪み部が形成された状態を示す斜視図である。 図１において、ウォームの歯とウォームホイールの歯とが噛み合った状態を示す要部拡大断面図である。 ウォームホイールの歯の歯面に形成された横長の窪み部の他の実施形態を示す斜視図である。 図１において、ウォームの歯と図４に示すウォームホイールの歯とが噛み合った状態を示す要部拡大断面図である。

符号の説明

１…ウォーム
２…ウォームホイール
４…ウォームの歯
４ａ…ウォームの歯面
５…ウォームホイールの歯
５ａ…ウォームホイールの歯面
６，６ａ，６ｂ，６ｃ，６′…窪み部
７…窪み部の入口側
８…窪み部の出口側

Claims (3)

1. ネジ状の歯を有するウォームと、このウォームと噛み合う複数の歯を有するウォームホイールとを、潤滑流体の存在下で両者の歯の歯面を噛み合わせて成るウォーム歯車装置において、
   上記ウォームホイールの上記ウォームと噛み合う各々の歯の歯幅方向にて噛み合いが進行する方向に沿って、入口側が広くて深く出口側が狭くて浅い断面形状に形成され、上記潤滑流体が入口側から入り込み、出口側から出て行くように横長の窪み部を設けたことを特徴とするウォーム歯車装置。
2. 上記横長の窪み部は、各々の歯の歯幅方向にて所定間隔をあけて複数個が１列状に設けられたことを特徴とする請求項１記載のウォーム歯車装置。
3. 上記横長の窪み部は、各々の歯の歯幅方向にてその前半部に１個だけ設けたことを特徴とする請求項１記載のウォーム歯車装置。

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