JP6114078B2 - ウォーム減速機 - Google Patents

Description

本発明は、ウォーム減速機に関するものである。

ウォームとウォームに噛み合うウォームホイールとから構成され、ウォームの回転を減速してウォームホイールに伝達するウォーム減速機が知られている。ウォームホイールの歯は歯幅方向中央がくびれた鼓形状に形成され、これにより、ウォームとウォームホイールとの噛み合い部における曲率の差を小さくして接触面圧を低下させることで摩耗を防止することができる。

特許文献１には、ウォームとウォームホイールとの互いの回転軸の交角を直交状態から傾けた斜交型のウォーム減速機が開示されている。

特開２０１１−３３１９７号公報

斜交型のウォーム減速機では、ウォームとウォームホイールとの噛み合い部における歯当たりがウォームホイールの歯の歯幅方向中央から端部側へと移動するので、ウォームとウォームホイールとの接触面積が増大する。よって、ウォームとウォームホイールとの歯当たり箇所におけるフリクション変動が増大する可能性がある。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたものであり、ウォームとウォームホイールとの歯当たり箇所におけるフリクション変動の増大を抑制可能な斜交型のウォーム減速機を提供することを目的とする。

本発明は、外周面に螺旋状のウォーム歯が形成されるウォームと、外周面にウォーム歯と噛み合うホイール歯が形成されるウォームホイールと、を備え、ウォームとウォームホイールとの互いの回転軸が斜交して配置され、ウォームの回転を減速してウォームホイールに伝達するウォーム減速機であって、ホイール歯は、ウォームホイールの軸方向である歯幅方向の両端に形成される歯幅端面と、ウォームホイールの周方向である歯厚方向の両端に形成され歯幅方向両端から中央に向かって歯厚が減少するように曲面状に形成される歯厚端面と、を有する鼓形状に形成され、ウォームが回転駆動された場合にウォーム歯によって歯厚方向に押される歯厚端面は、歯幅方向一方側であってウォーム歯が出て行く側に、ウォーム歯によって押される方向にウォーム歯から逃げた逃げ部を有する、ことを特徴とする。

本発明によれば、ウォームとウォームホイールとの交角が直交状態から傾斜した斜交型のウォーム減速機において、ウォームホイールの歯厚端面のウォーム歯が出て行く側に逃げ部を設けた。これにより、ウォーム歯とウォームホイールのホイール歯とが歯幅方向端部において接触することを避けることができ、ウォームホイールの歯面にフリクション変動が生じることを抑制することができる。

本発明の実施形態に係るウォーム減速機のウォームとウォームホイールとを組み合わせた状態を示す平面図である。 ウォームホイールのみを示す平面図である。 図２Ａの範囲Ａを拡大して示す拡大図である。 図２ＡのＢ−Ｂ断面にウォームを噛み合わせた状態を部分的に示す断面図である。 本発明の実施形態におけるウォーム歯とホイール歯との噛み合い状態を示す模式図である。 図３Ａのホイール歯の第１歯厚端面に作用する歯当たりを示す歯当たり分布図である。 ウォームホイールのホイール歯を切削加工する様子を示す図である。 １次切削工程において切削された後のホイール歯を示す図である。 ２次切削工程において切削された後のホイール歯を示す図である。 ウォームが左ネジタイプの場合におけるウォームとウォームホイールとを組み合わせた状態を示す平面図である。 ウォームが左ネジタイプの場合におけるホイール歯を示す図である。 図７Ａのホイール歯の第１歯厚端面に作用する歯当たりを示す歯当たり分布図である。 比較例におけるウォームホイールのホイール歯を拡大して示す拡大図である。 比較例におけるウォーム歯とホイール歯との噛み合い状態を示す模式図である。 比較例におけるウォーム歯とホイール歯との噛み合い状態を示す模式図である。 図８Ｃのホイール歯の第１歯厚端面に作用する歯当たりを示す歯当たり分布図である。 図８Ｃのホイール歯の第２歯厚端面に作用する歯当たりを示す歯当たり分布図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態におけるウォーム減速機１のウォーム２とウォームホイール３とを組み合わせてウォームホイール３の軸に垂直な方向から見た状態を示す平面図である。

ウォーム減速機１は、駆動軸（図示せず）に連結されるウォーム２と、従動軸（図示せず）に連結されるウォームホイール３と、を備える。駆動軸の回転に伴ってウォーム２が回転すると、ウォーム２に噛み合うウォームホイール３が回転する。このとき、ウォーム２の回転は減速してウォームホイール３に伝達される。なお、以下の説明では、ウォーム２が駆動側であってウォームホイール３が従動側である場合について示すが、反対に、ウォームホイール３が駆動側であってウォーム２が従動側であってもよい。

ウォーム減速機１は、例えば電動パワーステアリング装置に適用される。この場合、駆動軸は電動モータの回転軸に連結され、従動軸はステアリングシャフトやピニオンに連結される。これにより、ステアリング操作に伴う操舵力を電動モータによってアシストすることができる。

ウォーム２は、円柱状のウォーム本体２１と、ウォーム本体２１の外周に所定のピッチで螺旋状に形成されるウォーム歯２２と、を有する。ウォーム本体２１は、図１の右端側が駆動軸に連結される。ウォーム歯２２は、右ネジタイプであり、２条の歯から構成される。したがって、ウォーム２を図１の右端側から軸方向に見て時計回りに回転させるとウォーム歯２２が軸方向右端側に送られ、ウォーム２を反時計回りに回転させるとウォーム歯２２が軸方向左端側に送られる。なお、ウォーム歯２２は１条又は３条以上の歯から構成されていてもよい。

ウォームホイール３は、円板状のホイール本体３１と、ホイール本体３１の外周である円周面に所定のピッチで形成されるホイール歯３２と、を有する。ホイール歯３２のピッチは、ウォーム歯２２のピッチとほぼ等しくなるように設定される。

ウォーム２とウォームホイール３とは、図１に示すように、互いの回転軸が直交状態から所定の斜交角だけ傾斜するように配置される。すなわち、斜交角が例えば２０度であれば、ウォーム２とウォームホイール３との軸交角は７０度となる。

ウォーム２が時計回りに回転駆動されると、ウォームホイール３の隣接するホイール歯３２の間を通過するウォーム歯２２は、ホイール歯３２の歯幅方向一端側（図１の上方）から他端側（図１の下方）へと摺動する。前述のように、ウォーム歯２２はウォーム２の回転に伴って図１の右端側へと送られるので、ウォーム歯２２がホイール歯３２の左側側面を送り方向に押圧しながら摺動する。これにより、ウォームホイール３は図１の上方から軸方向に見て反時計回りに回転する。

ウォーム２が反時計回りに回転駆動されると、ウォームホイール３の隣接するホイール歯３２の間を通過するウォーム歯２２は、ホイール歯３２の歯幅方向他端側（図１の下方）から一端側（図１の上方）へと摺動する。前述のように、ウォーム歯２２はウォーム２の回転に伴って図１の左端側へと送られるので、ウォーム歯２２がホイール歯３２の右側側面を送り方向に押圧しながら摺動する。これにより、ウォームホイール３は図１の上方から軸方向に見て時計回りに回転する。

図２Ａは、図１からウォーム２を取り除いてウォームホイール３のみを示す平面図である。図２Ｂは、図２Ａの範囲Ａを拡大して示す拡大図である。図２Ｂの破線は、後述する比較例におけるホイール歯３２の形状を示す線である。図２Ｃは、図２ＡのＢ−Ｂ断面にウォーム２を噛み合わせた状態を部分的に示す断面図である。

ウォームホイール３のホイール歯３２は、ウォームホイール３の軸方向である歯幅方向の両端に形成される歯幅端面３３と、ウォームホイール３の周方向である歯厚方向の両端に形成される歯厚端面３４とを有する。

歯幅端面３３は、ホイール本体３１の軸方向端面に沿った平面状に形成される。歯厚端面３４は、歯幅方向両端から中央に向かって歯厚が減少するように曲面状に形成される。したがって、ホイール歯３２は、図２Ａに示すように、ウォームホイール３の径方向外側から見た場合に鼓形状となる。

なお、以下の説明において、ウォーム２が時計回りに回転する場合にウォーム歯２２によって押される側の歯厚端面３４（図２Ｂのホイール歯３２の左側面）を第１歯厚端面３４ａと称し、ウォーム２が反時計回りに回転する場合にウォーム歯２２によって押される側の歯厚端面３４（図２Ｂのホイール歯３２の右側面）を第２歯厚端面３４ｂと称する。

第１歯厚端面３４ａは、歯幅方向一方側であってウォーム歯２２が出て行く側（図２Ｂの下側）に、ウォーム歯２２によって押される方向にウォーム歯２２から逃げた逃げ部３５を有する。第２歯厚端面３４ｂは、歯幅方向一方側であってウォーム歯２２が出て行く側（図２Ｂの上側）に、ウォーム歯２２によって押される方向にウォーム歯２２から逃げた逃げ部３５を有する。

ウォーム歯２２が出て行く側とは、図２Ｃに示すように、ウォーム歯２２がホイール歯３２に隣接する状態から通過して遠ざかって行く側を意味する。例えば、第２歯厚端面３４ｂにおいてウォーム歯２２が出て行く側は図２Ｃの下側であり、第２歯厚端面３４ｂの下側に逃げ部３５が形成されることになる。

各逃げ部３５は、歯厚端面３４に対する逃げ量が歯幅方向中央から端部に向かって増大するように形成される。これにより、歯厚端面３４は中心の異なる２つの曲面を歯幅方向中央で接続した形状となる。

ここで、図８Ａから図８Ｄを参照して、比較例におけるウォーム減速機について説明する。

図８Ａは、比較例におけるウォームホイール１０３のホイール歯１３２を拡大して示す拡大図である。

ウォームホイール１０３のホイール歯１３２は、ウォームホイール１０３の軸方向である歯幅方向の両端に形成される歯幅端面１３３と、ウォームホイール１０３の周方向である歯厚方向の両端に形成される歯厚端面１３４と、を有する鼓形状に形成される。

図８Ｂは、ウォーム１０２とウォームホイール１０３との斜交角が０度である場合、すなわち、両者の軸が直交する場合における、図８Ａのウォーム歯１２２とホイール歯１３２との噛み合い状態を示す模式図である。説明の簡略化のため、ウォーム歯１２２については、隣接するホイール歯１３２の間に噛み合う先端部分の断面のみを示す。

ウォーム１０２が時計回りに回転するとウォーム歯１２２がウォームホイール１０３の隣接するホイール歯１３２の間を摺動する。ウォーム歯１２２は図８Ｂの右側に向けて送られるので、ウォーム歯１２２とホイール歯１３２の第１歯厚端面１３４ａとが摺動する。この場合、ウォーム歯１２２の側面と第１歯厚端面１３４ａとはともに曲率を有するので、大きな面圧が生じにくい。また、ウォーム歯１２２とホイール歯１３２とは、歯当たり箇所が歯幅方向端部に偏ることなく歯幅方向中央において摺接する。

図８Ｃは、図８Ｂのウォーム１０２をウォームホイール１０３に対して斜交させて配置した場合における、ウォーム歯１２２とホイール歯１３２との噛み合い状態を示す模式図である。

このような斜交型のウォーム減速機では、ウォーム歯１２２がホイール歯１３２に対して傾斜して摺接するので、ウォーム歯１２２とホイール歯１３２との歯当たり箇所がホイール歯１３２の歯幅方向端部側へ偏ってしまう。なお、図８Ｃにおけるウォーム歯１２２の断面は、説明の明確化のため、ウォーム歯１２２がホイール歯１３２に対して傾斜する場合を示しているが、ウォーム歯１２２の断面の径方向位置によってはウォーム歯１２２とホイール歯１３２とが傾斜しない場合もあり得る。

図８Ｄは、図８Ｃのホイール歯１３２の第１歯厚端面１３４ａに作用する歯当たりを示す歯当たり分布図である。歯当たり分布図は、ウォーム歯１２２とホイール歯１３２との隙間の分布を示しており、ウォーム歯１２２とホイール歯１３２との隙間は図の矢印方向へ行くほど小さくなる。ウォーム歯１２２とホイール歯１３２とは、隙間が小さくなるほどより小さな荷重で接触し、隙間が大きくなるほどより大きな荷重で接触する。なお、図８Ｄの歯丈方向右側は、ウォームホイール１０３の径方向外側に相当する。

図８Ｄに示すように、ウォーム歯１２２とホイール歯１３２との歯当たり箇所はホイール歯１３２の歯幅方向端部側へ偏り、第１歯厚端面１３４ａの端部においてウォーム歯１２２とホイール歯１３２とが接触する。これにより、ウォーム歯１２２及びホイール歯１３２の歯当たり箇所においてフリクション変動が生じる可能性がある。

また、ウォーム１０２が反時計回りに回転する場合も、上述したのと同様の理由により、第２歯厚端面１３４ｂの端部においてウォーム歯１２２とホイール歯１３２とが接触する。この場合、第２歯厚端面１３４ｂの歯当たり分布図は、図８Ｅに示す図となり、図８Ｅの歯丈方向左側が、ウォームホイール１０３の径方向外側に相当する。

つまり、比較例における斜交型のウォーム減速機では、ウォーム１０２の回転方向にかかわらず、ウォーム歯１２２及びホイール歯１３２の歯当たり箇所が歯幅方向端部側へ偏り、フリクション変動が生じる可能性がある。さらに、ウォーム歯１２２がホイール歯１３２の歯幅方向端部側へ接触することでホイール歯１３２が変形してしまう可能性がある。

そこで、本実施形態のウォーム減速機１では、図２Ｂに示すように、第１歯厚端面３４ａ及び第２歯厚端面３４ｂの、歯幅方向一方側であってウォーム歯２２が出て行く側に、ウォーム歯２２によって押される方向にウォーム歯２２から逃げた逃げ部３５を設けた。逃げ部３５は、図２Ｂに示すように、ホイール歯３２の中心に対して点対称に形成される。

図３Ａは、本実施形態におけるウォーム歯２２とホイール歯３２との噛み合い状態を示す模式図である。図３Ｂは、図３Ａのホイール歯３２の第１歯厚端面３４ａに作用する歯当たりを示す歯当たり分布図である。歯当たり分布図は、ウォーム歯２２とホイール歯３２との隙間の分布を示しており、ウォーム歯２２とホイール歯３２との隙間は図の矢印方向へ行くほど小さくなる。ウォーム歯２２とホイール歯３２とは、隙間が小さくなるほどより小さな荷重で接触し、隙間が大きくなるほどより大きな荷重で接触する。なお、図３Ｂの歯丈方向右側は、ウォームホイール３の径方向外側に相当する。

図３Ａに示すように、第１歯厚端面３４ａには逃げ部３５が形成されるので、ウォーム２が時計回りに回転する場合、ウォーム歯２２はホイール歯３２の歯幅方向中央寄りに摺接し、ホイール歯３２の歯幅方向端部には接触しない。

これにより、図３Ｂに示すように、ウォーム歯２２とホイール歯３２との歯当たり箇所はホイール歯３２の歯幅方向中央に位置し、第１歯厚端面３４ａの端部においてウォーム歯２２とホイール歯３２とが接触することはない。よって、ウォーム歯２２及びホイール歯３２の歯当たり箇所においてフリクション変動が生じることを抑制することができる。

同様に、第２歯厚端面３４ｂにも逃げ部３５が形成されるので、ウォーム２が反時計回りに回転する場合にも、ウォーム歯２２はホイール歯３２の歯幅方向中央寄りに摺接し、ホイール歯３２の歯幅方向端部には接触しない。

次に、図４を参照して、ウォームホイール３にホイール歯３２を形成する工程について説明する。この工程は、１次切削工程とその後に行われる２次切削工程とを含む。

ホイール歯３２は円筒形状のホブ４によって切削加工される。ホブ４は、外周面に複数の切れ刃４１が螺旋状に形成された切削工具である。各切れ刃４１は、歯すじ方向に沿って所定のピッチで配置される。

初めに、１次切削工程について説明する。

この工程では、外周面に歯形が形成されたウォームホイール３にホブ４の切れ刃４１が噛み合うように両者が配置される。このとき、ホブ４の取付角は、ホブ４の回転軸がウォームホイール３の回転軸と所定の角度で配置されるように設定され、図４に示す向きで配置される。

続いて、ホブ４とウォームホイール３とを図４の実線矢印で示す方向に同期して回転させ、ウォームホイール３の外周面の歯形をホブ４の切れ刃４１によって切削加工する。これにより、図５Ａに示すような鼓形状のホイール歯３２が形成される。

次に、２次切削工程について説明する。

この工程では、ホブ４の取付角を１次切削工程時とは異なる値に変更する。すなわち、図４の破線矢印で示すように、ホブ４の回転軸をウォームホイール３の回転軸に対して１次切削工程時の角度から所定の角度だけ傾ける。

続いて、ホブ４とウォームホイール３とを図４の実線矢印で示す方向に同期して回転させ、ウォームホイール３の外周面の歯形をホブ４の切れ刃４１によって再度切削加工する。これにより、ホイール歯３２の第１歯厚端面３４ａ及び第２歯厚端面３４ｂに逃げ部３５が形成され、図５Ｂに示すように、本実施形態のホイール歯３２が形成される。

以上のように、逃げ部３５はホイール歯３２を形成する際に用いるホブ４と同一のホブ４によって形成されるので、逃げ部３５は第１歯厚端面３４ａ及び第２歯厚端面３４ｂと曲率が同一で中心が異なる曲面状に形成される。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

ウォームホイール３のホイール歯３２は、第１歯厚端面３４ａ及び第２歯厚端面３４ｂの歯幅方向一方側であってウォーム歯２２が出て行く側に、ウォーム歯２２によって押される方向にウォーム歯２２から逃げた逃げ部３５を有する。これにより、ウォーム歯２２とホイール歯３２とが第１歯厚端面３４ａ及び第２歯厚端面３４ｂの歯幅方向端部において接触することを防止することができる。よって、ウォーム歯２２及びホイール歯３２の歯当たり箇所においてフリクション変動が生じることを抑制することができる。

さらに、逃げ部３５はホイール歯３２の中心に対して点対称に形成されるので、ウォーム２の回転方向にかかわらず、ウォーム歯２２がホイール歯３２の歯幅方向端部において接触することを防止することができる。

さらに、逃げ部３５は第１歯厚端面３４ａ及び第２歯厚端面３４ｂと曲率が同一で中心が異なる曲面状に形成される。

また、１次切削工程で用いられるホブ４と同一のホブ４を用いて、取付角を変更するだけで２次切削工程を行うことで逃げ部３５を形成することができるので、ホイール歯３２の製造コストを抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態では、ウォーム歯２２が右ネジタイプのウォーム２を例示したが、ウォーム歯２２が左ネジタイプであってもよい。この場合、図６に示すように、ウォーム５はウォームホイール３に対して互いの回転軸が直交状態から、右ネジタイプとは反対側に所定の斜交角だけ傾斜するように配置される。

さらに、ウォーム５の回転とウォーム歯５２の進み方向との関係が右ネジタイプとは逆になる。すなわち、ウォーム５を時計回りに回転させるとウォーム歯５２が第２歯厚端面３４ｂを押す方向に進み、ウォーム５を反時計回りに回転させるとウォーム歯５２が第１歯厚端面３４ａを押す方向に進む。

したがって、逃げ部３５は、図７Ａに示すように、右ネジタイプの場合とはウォームホイール３の回転軸に対して線対称の位置に形成される。また、第１歯厚端面３４ａにおけるウォーム歯５２との歯当たり箇所の圧力分布は、図７Ｂに示すように、歯幅方向中央に位置し、第１歯厚端面３４ａの端部においてウォーム歯５２とホイール歯３２とが接触することはない。よって、右ネジタイプの場合と同様に、ウォーム歯５２及びホイール歯３２の歯当たり箇所においてフリクション変動が生じることを抑制することができる。

１ ウォーム減速機
２ ウォーム
３ ウォームホイール
２２ ウォーム歯
３２ ホイール歯
３３ 歯幅端面
３４ 歯厚端面
３４ａ 第１歯厚端面
３４ｂ 第２歯厚端面
３５ 逃げ部

Claims (5)

1. 外周面に螺旋状のウォーム歯が形成されるウォームと、外周面に前記ウォーム歯と噛み合うホイール歯が形成されるウォームホイールと、を備え、前記ウォームと前記ウォームホイールとの互いの回転軸が斜交して配置され、前記ウォームの回転を減速してウォームホイールに伝達するウォーム減速機であって、
   前記ホイール歯は、前記ウォームホイールの軸方向である歯幅方向の両端に形成される歯幅端面と、前記ウォームホイールの周方向である歯厚方向の両端に形成され歯幅方向両端から中央に向かって歯厚が減少するように曲面状に形成される歯厚端面と、を有する鼓形状に形成され、
   前記ウォームが回転駆動された場合に前記ウォーム歯によって歯厚方向に押される前記歯厚端面は、歯幅方向一方側であって前記ウォーム歯が出て行く側に、前記ウォーム歯によって押される方向に前記ウォーム歯から逃げた逃げ部を有する、
   ことを特徴とするウォーム減速機。
2. 前記逃げ部は、前記ホイール歯の中心に対して点対称に形成される、
   ことを特徴とする請求項１に記載のウォーム減速機。
3. 前記歯厚端面は、歯幅方向他方側に曲面状に形成される他方側端面部を有し、
   前記逃げ部は、前記他方側端面部と中心が異なる曲面状に形成される、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のウォーム減速機。
4. 前記逃げ部は、前記他方側端面部と曲率が同一の曲面状に形成される、
   ことを特徴とする請求項３に記載のウォーム減速機。
5. 前記ウォームと前記ウォームホイールとの回転軸は、互いの回転軸が直交した状態と比較して前記歯厚端面の前記歯幅方向一方側と前記ウォーム歯との間隔が狭まるように互いに斜交する、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか1項に記載のウォーム減速機。

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