JP5515669B2

JP5515669B2 - ウォームギヤの軸受構造

Info

Publication number: JP5515669B2
Application number: JP2009264391A
Authority: JP
Inventors: 康明鈴木
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2009-11-19
Filing date: 2009-11-19
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2029-11-19
Also published as: JP2011109862A

Description

本発明は、ウォームギヤの軸受構造に関する。

ウォームギヤ機構は、軸部にらせん状のギヤが設けられたウォームギヤと、ウォームギヤと噛合するウォームホイールとを備えた、高い減速比が得られるギヤ機構である。ウォームギヤが作動する際、ウォームギヤはスラスト方向（軸に平行な方向）にウォームホイールから力を受ける。このスラスト力によってウォームギヤがスラスト方向に動かないように、ウォームギヤを何らかの方法で支持する必要がある。従来、スラスト方向の力に対する支持は、ウォームギヤの両端に設けられる軸受によって行われている。

このようなウォームギヤ機構として、エンドスペーサが、モータ軸の基端面とヨークのスラスト受け部との間、または、モータ軸の先端面と減速ケースのスラスト受け部との間にそれぞれ介装された減速機構付モータが開示されている。モータ軸の基端面とヨークのスラスト受け部との間に介装されたエンドスペーサは、モータ軸に回動不能な状態で組み付けられ、モータ軸の先端面と減速ケースのスラスト受け部との間に介装されたエンドスペーサは、減速ケース側に回動不能な状態で組み付けられている（例えば、特許文献１参照。）。

また、モータ出力軸の一端がモータケース内の鋼球、他端がギヤケース内のメタルホルダーの中に挿入固定された鋼球によって支持され、モータ出力軸のスラストガタがないように調整した状態で、充填剤がメタルホルダーとギヤケースの間に充填され硬化されるモータ出力軸位置決め装置が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。

また、樹脂製ウォームと、樹脂製ウォームの両端に突出させた軸と、樹脂製ウォームの両端の軸に形成された段部と、軸に挿通された樹脂製軸受と、軸と段部との間に介装された金属製ワッシャを備えるウォームギヤの軸受構造が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。

特開平８−３２２１９６号公報特開平５−１５１０３号公報特開２００２−３１０２４２号公報

しかしながら、モータ軸の先端面でスラスト方向の受け部を設けた場合、部品点数が多くなることにより部品精度の積上げによるがたつきが大きくなり、作動異音が生じるおそれがある。また、鋼球と充填剤によってスラスト方向の位置決めを行う場合、部品のコストが上がるとともに、製造時の工数も多くかかるという問題がある。また、ウォームギヤのスラスト方向の力に対する支持をウォームギヤの両端に設けた軸受で行う場合、ウォームギヤが作動した際の熱膨張による食い付き（熱膨張によって生じる寸法変化により、ウォームギヤのスラスト方向の長さがウォームギヤのスラスト方向の力に対する支持をする部材同士の間隔と同程度まで伸びて嵌まり込み、支持をする部材に対し回転不能になる現象）の問題がある。また、食い付きを防ぐため、熱膨張によって生じる寸法変化に応じて隙間を設けると、ウォームギヤの発熱時の食い付きを防げても、ウォームギヤの作動温度が低い状態でがたつきが生じ、作動異音が生じるおそれがある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ウォームギアのスラスト方向のがたつきを抑え、作動異音を抑制できるとともに、熱膨張の影響の大きい部材でもその寸法変化の影響を受けにくいウォームギヤの軸受構造を提供することを課題とする。

本発明の第１の課題解決手段は、ウォームギヤの軸受構造は、ウォーム部と前記ウォーム部の一端側に設けられた軸部と前記軸部に一体形成されたスラスト支持部とを備えたウォームギヤと、前記ウォームギヤが回転可能に配設されるハウジングと、前記ウォームギヤと前記ハウジングとの間に配設され、前記ウォームギヤからスラスト方向にかかる力を受ける軸受と、を備え、前記軸受は、前記スラスト支持部と前記ハウジングとの間に配設されるとともに前記スラスト支持部の前記ウォーム部側に配設される第一軸受部と、前記スラスト支持部の前記ウォーム部と反対側に配設される第二軸受部とを備え、前記第一軸受部及び前記第二軸受部の少なくともいずれか一方は前記ウォームギヤの回転を軸支する回転軸受部を有することである。

本発明の第２の課題解決手段は、前記スラスト支持部は、前記ウォームギヤが接続される駆動源側に形成されることである。

本発明の第３の課題解決手段は、前記スラスト支持部の外径は、前記ウォーム部の外径より大きいことである。

本発明によれば、ウォームギヤのスラスト方向の力に対する支持をウォームギヤのウォーム部の一端から延びる軸部に設けられたスラスト支持部で行うので、製造の際の寸法のばらつきが、ウォームギヤのスラスト支持部と軸受に限られ、製造の際の寸法のばらつきを抑制出来る。また、熱膨張によって生じるスラスト支持部のスラスト方向の長さの変化は、（（スラスト支持部のスラスト方向の長さ）／（ウォームギヤ全体の長さ））×（熱膨張によって生じるウォームギヤ全体の長さの変化）となるため、ウォームギヤのスラスト方向の力に対する支持を両端で行うものに比べて熱膨張による影響が小さく、ウォームギヤと軸受との間の隙間を小さく出来る。よって、作動中の発熱による熱膨張によって生じるウォームギヤの寸法変化による食い付きを抑制するとともに、作動温度が低い状態でもがたつかず作動異音を抑制出来る。また、スラスト支持部をウォームギヤに一体成形するため、部品点数を少なく出来る。

また、スラスト支持部はウォームギアが接続される駆動源側に設けられることにより、ハウジングと駆動源の接続部はハウジングの容積が大きいため、作動中の発熱によるハウジングの熱変形を低減できる。

また、ウォームギヤのスラスト支持部の径を大きくすることにより、ウォームギヤと軸受との摺動面積（接触面積）を大きくとれ、作動中のウォームギヤが軸受に及ぼす面圧を小さくすることが出来る。ウォームギヤと軸受との摩擦発熱による温度上昇は、以下のＰＶ値を算出する式（数１）より、軸受に及ぼす面圧Ｐに比例するため、ウォームギヤと軸受との摩擦発熱による温度上昇を抑えることが出来る。

また、軸受は、第一軸受部と第二軸受部を備え、第一軸受部と第二軸受部の少なくともいずれか一方は回転軸受部を有するため、他に回転軸受を設けるより部品点数が少なく、構造が簡素になり、コストを抑制出来る。

本発明の実施例に係るウォームギヤの軸受構造を適用したウォームギヤ機構を示す断面図である。本実施例に係るウォームギヤの軸受構造を示す図１の拡大部分断面図である。

以下に本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例に係るウォームギヤの軸受構造を適用したウォームギヤ機構を示す断面図である。ウォームギヤ機構は、モータ４０（駆動源）と、モータ４０のモータ出力軸４１に固定されるウォームギヤ１０と、ウォームギヤ１０と噛み合うウォームホイール６０と、ウォームギヤ１０とウォームホイール６０を回転可能に収納するハウジング２０と、を備える。ウォームギヤ１０は第一軸受３０（軸受、第一軸受部）、第二軸受３１（軸受、第二軸受部）、第三軸受３２を介して、ウォームホイール６０は軸受（図示なし）を介してハウジング２０に回転可能に収納される。

ウォームギヤ１０は、ウォーム部１１と、ウォーム部１１の一端側（本実施例ではモータ４０側）に設けられた軸部１２と、軸部１２に一体形成されたスラスト支持部１３と、を備える。スラスト支持部１３は、ウォーム部１１の一端側から延びる円筒状の軸部１２に、フランジ状に設けられる。スラスト支持部１３の外径は、ウォーム部１１の外径より大きくなっている。ウォームギヤ１０は樹脂材料の射出成形により形成される。これにより、ウォーム部１１より径の大きいスラスト支持部１３を容易に一体成形出来る。なお、ウォームギア１０は金属粉末による焼結によって形成されてもよい。

ハウジング２０は樹脂製で、ウォームギヤ１０を第一軸受３０、第二軸受３１、第三軸受３２を介して、ウォームホイール６０を軸受（図示なし）を介して回転可能に収納する。ハウジング２０のモータ４０側には、軸受収納部２１が形成される。

図２は、本実施例に係るウォームギヤの軸受構造を示す図１の拡大部分断面図である。第一軸受３０は、ウォームギヤ１０のスラスト支持部１３のウォーム部１１側の面に摺接する第一スラスト軸受部３３と、ウォームギヤ１０の軸部１２の外周面に摺接する第一回転軸受部３４と、を備える。第二軸受３１は、ウォームギヤ１０のスラスト支持部１３のモータ４０側の面に摺接する第二スラスト軸受部３５と、ウォームギヤ１０のスラスト支持部１３の外周と摺接する第二回転軸受部３６とを備える。第一軸受３０、第二軸受３１、第三軸受３２は、ハウジング２０に圧入固定され、例えば銅の焼結品などを使用出来る。第一軸受３０、第二軸受３１を金属製にすると、所望の精度が得られる。

本発明の実施例に係るウォームギヤの軸受構造を適用したウォームギヤ機構の作動を以下に説明する。

モータ４０が作動し、モータ出力軸４１が回転すると、モータ出力軸４１に固定されたウォームギヤ１０が一体回転する。ウォームギヤ１０の回転は、ウォームギヤ１０に噛合するウォームホイール６０に、ウォームギヤ１０とウォームホイール６０とのギヤ比に応じて減速され、伝達される。ウォームホイール６０の回転は、ウォームホイール６０の出力軸６１から取り出される。第一軸受３０又は第二軸受３１が、ウォームギヤ１０の回転方向に応じて、ウォームギヤ１０のスラスト方向の力を受ける。

本実施例によれば、スラスト支持部１３と軸受との間に隙間が形成されるため、作動中のウォームギヤ１０の発熱による熱膨張によって生じる寸法変化によるウォームギヤ１０の食い付きを抑制出来る。この隙間は、第二軸受３１の第二回転軸受部３６のスラスト方向の長さを調整して、ウォームギヤ１０やハウジング２０の設計変更を伴うことなく、ウォームギヤ機構の作動条件（回転速度、作動温度、作動環境温度、各部材の材質など）に応じて容易に調整可能である。また、ウォームギヤ１０のスラスト方向の支持をウォームギヤ１０のウォーム部１１の一端側から延びる軸部１２に設けられたスラスト支持部１３で行うので、製造の際の寸法のばらつきがスラスト方向の支持に主に影響を与える部位が、ウォームギヤ１０のスラスト支持部１３及び第２軸受３１に限られ、製造の際の寸法のばらつきがスラスト方向の支持に与える影響を抑制出来る。また、熱膨張によるスラスト支持部１３の長さの変化は、（（スラスト支持部１３のスラスト方向の長さ）／（ウォームギヤ１０全体の長さ））×（熱膨張によるウォームギヤ１０全体の長さの変化）となるため、ウォームギヤ１０のスラスト方向を両端で支持するものに比べて熱膨張による影響が小さく、スラスト支持部１３と軸受との間の隙間を小さく出来る。よって、作動中の発熱による熱膨張によって生じるウォームギヤ１０の寸法変化による食い付きを抑制するとともに、作動温度が低い状態でもウォームギヤ１０のスラスト方向のがたつきを抑制出来、作動異音を抑制出来る。また、ウォームギヤ１０を樹脂製とすることで、ウォームギヤ１０のスラスト支持部１３の形状を自由に設定して一体成形することが出来、また、部品点数を少なく出来る。

また、ウォームギヤ１０のモータ４０側に設けられた軸部１２にスラスト支持部１３が形成されるので、スラスト支持部１３の周囲のハウジング２０の容積は、ウォームギア１０のモータ４０と接続される反対側の端部の周囲のハウジング２０の容積より大きいため、作動中のスラスト支持部１３の摺動摩擦によって生じる発熱がハウジング２０に伝播、拡散され、ハウジング２０の温度上昇を抑えることが出来、樹脂製のハウジングであっても熱変形が低減され、ハウジング２０の耐久性を向上させることが出来る。

また、ウォームギヤ１０のスラスト支持部１３の径を大きくすることにより、ウォームギヤ１０と第一軸受３０及び第二軸受３１との摺動面積（接触面積）を大きくとれる。具体的には、ウォームギヤ１０と第一軸受３０の第一スラスト軸受部３３、ウォームギヤ１０と第二軸受３１の第二スラスト軸受部３５、との摺動面積を大きくとれる。よって、作動中のウォームギヤ１０が第一軸受３０及び第二軸受３１に及ぼす面圧（ウォームギヤ１０が第一軸受３０の第一スラスト軸受部３３に及ぼす面圧、ウォームギヤ１０が第二軸受３１の第二スラスト軸受部３５に及ぼす面圧）を小さく出来る。ここで、ウォームギヤ１０と第一軸受３０及び第二軸受３１との摩擦発熱による温度上昇は、以下のＰＶ値を算出する式（数２）より、第一軸受３０及び第二軸受３１に及ぼす面圧Ｐに比例するため、作動中のウォームギヤ１０が第一軸受３０及び第二軸受３１に及ぼす面圧を小さくすると、ウォームギヤ１０と第一軸受３０及び第二軸受３１との摩擦発熱による温度上昇を抑えることが出来る。

また、第一軸受３０及び第二軸受３１は回転軸受部を有するため、他に回転軸受を設けるより部品点数が少なく、構造が簡素になり、コストを抑制出来る。なお、第一軸受３０及び第二軸受３１の回転軸受部は、いずれか一方のみに設けられていても良い。

本実施例のウォームギヤ機構は、例えば、パワーシートスライド用の減速機構として使用可能である。

１０ウォームギヤ
１１ウォーム部
１２軸部
１３スラスト支持部
２０ハウジング
３０第一軸受（軸受，第一軸受部）
３１第二軸受（軸受，第二軸受部）
３４第一回転軸受部（回転軸受部）
３６第二回転軸受部（回転軸受部）
４０モータ（駆動源）

Claims

ウォーム部と前記ウォーム部の一端側に設けられた軸部と前記軸部に一体形成されたスラスト支持部とを備えたウォームギヤと、
前記ウォームギヤが回転可能に配設されるハウジングと、
前記ウォームギヤと前記ハウジングとの間に配設され、前記ウォームギヤからスラスト方向にかかる力を受ける軸受と、を備え、
前記軸受は、前記スラスト支持部と前記ハウジングとの間に配設されるとともに前記スラスト支持部の前記ウォーム部側に配設される第一軸受部と、前記スラスト支持部の前記ウォーム部と反対側に配設される第二軸受部とを備え、
前記第一軸受部及び前記第二軸受部の少なくともいずれか一方は前記ウォームギヤの回転を軸支する回転軸受部を有することを特徴とするウォームギヤの軸受構造。
前記スラスト支持部は、前記ウォームギヤの駆動源側に形成されることを特徴とする請求項１に記載のウォームギヤの軸受構造。
前記スラスト支持部の外径は、前記ウォーム部の外径より大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載のウォームギヤの軸受構造。