JP7007521B2

JP7007521B2 - 動力伝達装置

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Publication number: JP7007521B2
Application number: JP2021513735A
Authority: JP
Inventors: ファンソル，イン
Original assignee: パラロイドギアカンパニー，リミテッド
Priority date: 2018-05-10
Filing date: 2019-04-15
Publication date: 2022-01-24
Anticipated expiration: 2039-04-15
Also published as: WO2019216561A1; CN112105840A; DE112019002385T5; KR102035250B1; US11486482B2; JP2021521400A; US20210190191A1

Description

本発明は動力伝達装置に関するものであり、より詳細には、チャング（杖鼓）状ワームのワームギアと噛み合う新しい形態のギアを用いて、動力を伝えることができる動力伝達装置に関するものである。

動力伝達装置は回転運動を直線運動に、逆に直線運動を回転運動に伝達するか、または回転運動だけを伝達すると共に、回転速度とトルクを変換させるギア列に大別される。

通常の場合、動力伝達装置の動力伝達システムは糸巻きに巻いた糸を張りつめた状態で巻き戻す際に、糸の先端が描く軌跡であるインボリュート（ｉｎｖｏｌｕｔｅ）曲線を用いた歯形を有するギアが主に使われている。

このようなギアはその歯形が円周上に形成され、２つまたはそれ以上の軸の間に円周上に形成されたギアが噛み合って回転や動力を伝達する装置である。ギアを用いる場合は、動力や回転を確かに伝達でき、正確な角速度比で伝達することができる。

このようなギアの種類は平ギア、はすばギア、かさギア、ワームとウォームギヤなどがある。

特に、ウォームギヤは一般ギアに比べてはるかに大きなギア比を有しており、動力の入力方向と出力方向が互いに直角な特殊ギアである。

ワームとウォームギアで構成された動力伝達装置の場合、ワームは棒状であるに対して、ワーム歯と噛み合って接触するウォームギアは円盤形状を有しており、ウォームギヤの歯は円周に沿って間隔を置いて形成される。従って、ワームとウォームギアの相互接触面積が小さくなる、即ち、噛合率が低下するという問題がある。

このような問題点を改善するためには、動力伝達装置としてチャング状のワーム、例えばヒンドリーワーム（Ｈｉｎｄｌｅｙｗｏｒｍ）が知られている。

チャング状ワームは外周面がチャング状に湾曲され、湾曲領域には螺旋状の溝、例えば螺旋状の歯が形成されたものであり、これと噛み合うウォームギアは歯数が多く過ぎるため、隣り合う歯の間の圧力を支持する面積が通常のワーム及びウォームギヤに比べて広がる。従って、ギアの摩耗を減少させると共に、大きな動力を伝えることができる特徴がある。

ところで、従来の動力伝達装置はこのようなチャング状ワームとウォームギアに限定して使用しており、チャング状ワームの特徴を十分に生かして様々な形態のギアと一緒に使用する試みがなかった。

従って、本出願人はチャング状ワームにチャング状ワームと噛み合って回転することができる新しい形態のギアを開発して、動力を伝えることができる動力伝達装置を発明するに至った。

本発明は前述した問題点を解決するためになされたものであり、ギアの噛合率を向上させ、ギアの摩耗を減らし、動力伝達効率を向上させることができる動力伝達装置を提供することにその目的がある。

本発明の目的はウォーム軸；前記ウォーム軸に設けられ、前記ウォーム軸の軸方向に沿って外径が中央から両端に向かって徐々に大きくなるように形成される縮径部を有し、前記縮径部に螺旋状のウォーム歯が形成されたチャング状ワーム；前記ウォーム軸と間隔を置いて並んで配置される第１伝動軸；及び前記第１伝動軸に設けられ、外周面に前記チャング状ワームのウォーム歯と共役な歯形を有する第１ギア歯が螺旋状に連続して形成されて、前記チャング状ワームのウォームギアと噛み合って回転する第１伝動ギアを含む動力伝達装置によって達成することができる。

ここで、前記チャング状ワームの各ウォーム歯は、互いに異なるピッチ円の直径、及び同じ有効歯の高さを有することができる。

前記第１伝動ギアの外周は、前記縮径部の断面形状に対応して前記第１伝動軸の軸方向に沿って外径が中央から両端に向かって徐々に小さくなる断面形状を有することができる。

前記第１伝動ギアの各第１ギア歯は、互いに異なるピッチ円の直径、及び同じ有効歯の高さを有すると共に、前記チャング状ワームのウォーム歯と共役な軸方向モジュール、リード角、軸方向ピッチを有することができる。

前記ウォーム軸を挟んで前記第１伝動軸と対向して並んで配置される第２伝動軸；及び前記第２伝動軸に設けられ、外周面に前記チャング状ワームのウォーム歯と共役な歯形を有する第２ギア歯が螺旋状に連続して形成されて、前記チャング状ワームのウォームギアと噛み合って回転する第２伝動ギアを更に含むことができる。

前記第２伝動ギアの外周は、前記縮径部の断面形状に対応して前記第２伝動軸の軸方向に沿って外径が中央から両端に向かって徐々に小さくなる断面形状を有することができる。

前記第２伝動ギアの各第２ギア歯は、互いに異なるピッチ円の直径、及び同じ有効歯の高さを有すると共に、前記チャング状ワームのウォーム歯と共役な軸方向モジュール、リード角、軸方向ピッチを有することができる。

前記ウォーム軸を挟んで前記第１伝動軸と直交して対向配置される第３伝動軸；及び前記第３伝動軸に設けられ、外周面に円周方向に沿って間隔を置いて前記チャング状ワームのウォーム歯と噛み合う複数の第３ギア歯が形成された第３伝動ギアを更に含むことができる。

前記第３伝動ギアの複数の第３ギア歯は、それぞれ同じピッチ円の直径、及び同じ有効歯の高さを有すると共に、前記チャング状ワームのウォーム歯と共役な軸方向モジュール、リード角、軸方向ピッチを有することができる。

本発明によれば、ギアの噛合率を向上させ、ギアの摩耗を減らし、動力伝達効率を向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係る動力伝達装置を示す構成図である。図１の要部を示す正面断面図である。本発明の第２実施形態に係る動力伝達装置を示す構成図である。図３の要部を示す正面断面図である。本発明の第３実施形態に係る動力伝達装置を示す構成図である。図５の要部を示す正面断面図である。

本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は、添付した図面と共に詳細に後述する実施形態を参照すると、明確になるはずである。しかし、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で実現できる。但し、本実施形態は、本発明の開示を完全なものにし、本発明が属する技術分野における通常の技術者に本発明の範囲を完全に理解させるために提供されるものである。

本明細書で用いられる用語は、実施形態を説明するためのものであり、本発明を制限しようとするものではない。本明細書において、単数型は特に言及しない限り複数型も含む。明細書で用いられる「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び／又は「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、言及した構成要素以外に１つ以上の他の構成要素の存在又は追加を排除しない。明細書全体に亘って同一の図面符号は同一の構成要素を示し、「及び／又は」は言及した構成要素のそれぞれ及び１つ以上のあらゆる組み合わせを含む。

他の定義がなければ、本明細書で用いられる全ての用語（技術及び科学的用語を含む）は、本発明の属する技術分野における通常の技術者が共通して理解できる意味として使用され得る。また、一般に用いられる辞典に定義されている用語は、明白に特に定義されていない限り、理想的に又は過度に解釈されない。

以下、添付図面を参照して本発明について詳細に説明する。

説明に先立ち、複数の実施形態において、同一の構成を有する構成要素については同一符号を使用して代表的に第１実施形態で説明し、その他の実施形態では第１実施形態と異なる構成について説明することにする。

図１及び図２には本発明の第１実施形態に係る動力伝達装置が示されている。

これらの図に示したように、本発明の第１実施形態に係る動力伝達装置１ａはウォーム軸１０、チャング状ワーム２０、第１伝動軸３０、及び第１伝動ギア４０を含む。

ウォーム軸１０は一定の長さを有する円形断面の棒状を有する。ウォーム軸１０の両端部は軸受（図示せず）により回転可能に支持される。

チャング状ワーム２０はウォーム軸１０の中央領域に設けられる。チャング状ワーム２０はウォーム軸１０の軸方向に沿って外径が中央から両端に向かって徐々に大きくなるように形成された縮径部２１を有する。

縮径部２１にはワーム歯２３が形成されている。ワーム歯２３は相異なるピッチ径に応じて相異なる軸方向モジュール、相異なるリード角、相異なる軸方向ピッチを有し、縮径部の外周面にウォーム軸１０の軸方向に沿って螺旋状に連続して形成されている。また、各ワーム歯２３は縮径部２１の断面形状に対応して、互いに異なるピッチ円の直径、及び同じ有効歯の高さを有する。

一方、本実施形態おいてはウォーム軸１０とチャング状ワーム２０が同心をなして一体に作られたことを例示したが、これに限定されず、ウォーム軸１０とチャング状ワーム２０はキーにより取り外し可能に結合されることもある。

ここで、チャング状ワーム２０はウォーム軸１０に比べて相対的に外径が大きいことが好ましい。

第１伝動軸３０は一定の長さを有する円形断面の棒状を有する。第１伝動軸３０はウォーム軸１０と間隔を置いて並んで配置される。第１伝動軸３０の両端部は軸受（図示せず）により回転可能に支持される。また、第１伝動軸３０は第１伝動軸３０の軸方向に沿って左右に流動しないように軸受で支持することができる。

第１伝動ギア４０は一定の厚さの円盤形状を有する。第１伝動ギア４０の外周は、チャング状ワーム２０の縮径部２１の断面形状に対応して第１伝動軸３０の軸方向に沿って外径が中央から両端に向かって徐々に小さくなる断面形状、例えば、アーク形態で突出した断面形状を有する。

第１伝動ギア４０の外周面にはチャング状ワーム２０のワーム歯２３と共役な歯形を有する第１ギア歯４３が第１伝動軸３０の軸方向に沿って螺旋状に連続して形成されている。

第１伝動ギア４０の各第１ギア歯４３は、互いに異なるピッチ円の直径、及び同じ有効歯の高さを有する。また、各第１ギア歯４３はチャング状ワーム２０のワーム歯２３と共役な軸方向モジュール、リード角、軸方向ピッチを有する。なお、第１ギア歯４３はチャング状ワーム２０のウォーム歯２３の数にギヤ比（減速比）を掛けた螺旋数を有する。

従って、第１伝動ギア４０の各第１ギア歯４３の一フランク、例えば各第１ギア歯４３の一歯面はチャング状ワーム２０の各ワーム歯２３の一フランクに同時に接触し、各ワーム歯２３のフランクに沿って噛み合って回転する。この時、第１ギヤ４０の各第１ギア歯４３の一歯面はチャング状ワーム２０の各ワーム歯２３の一フランクにワーム歯２３の法線方向に一直線をなして接触する。従って、高速回転の際、ワーム歯２３と第１ギア歯４３との間に潤滑剤が容易に流入及び流出する。これにより、ワーム歯２３と第１ギア歯４３との間に発生する摩耗を減らすことができ、チャング状ワーム２０と第１伝動ギア４０の寿命も延ばすことができる。

また、第１伝動ギア４０をチャング状ワーム２０と組み立てる際に、チャング状ワーム２０の中心線が第１伝動ギア４０の中心線を通過しながらウォーム軸１０の軸線と直交するようにチャング状ワーム２０と第１伝動ギア４０を配置する。これにより、チャング状ワーム２０と第１伝動ギア４０の噛合率を向上させることができる。

一方、チャング状ワーム２０と第１伝動ギア４０との間の減速比はチャング状ワーム２０の中心線からのピッチワン直径と第１伝動ギア４０のピッチワン直径の比により得られる。

ここで、本実施形態によると、第１伝動軸３０と第１伝動ギア４０がキーにより結合されることを例示したが、これに限定せず、第１伝動軸３０と第１伝動ギア４０は同心をなして一体に作ることも可能である。

このような構成によって、本発明の第１実施形態に係る動力伝達装置１ａにおいて、ウォーム軸１０と第１伝動軸３０はウォーム軸１０の回転中心軸線と第１伝動軸３０の回転中心軸線との間の軸間距離を有して互いに並んで配置される。

そして、チャング状ワーム２０の中心が第１伝動ギア４０の中心線を通過しながらウォーム軸１０の軸線と直交するように、チャング状ワーム２０と第１伝動ギア４０が配置される。

これにより、第１伝動ギア４０の各第１ギア歯４３の一フランクはチャング状ワーム２０の各ワーム歯２３の一フランクに同時に接触し、フランクに沿って噛み合って回転する。これにより、チャング状ワーム２０と第１伝動ギア４０の噛合率が向上し、ギアの摩耗が減り、動力伝達効率を向上させることができる。

そして、本発明の第１実施形態に係る動力伝達装置１ａはウォーム軸１０に入力される回転数をチャング状ワーム２０の中心線からのピッチワン直径と第１伝動ギア４０のピッチワン直径によって減速して、第１伝動軸３０を回転させることができる。

一方、図３及び図４には本発明の第２実施形態に係る動力伝達装置が示されている。

本発明の第２実施形態に係る動力伝達装置１ｂは前述した第１実施形態とは異なり、前述した第１伝動軸３０及び第１伝動ギア４０と同じ構造を有する第２伝動軸５０及び第２伝動ギア６０がウォーム軸１０及びチャング状ワーム２０を挟んで対向配置されている。

即ち、第２伝動軸５０はウォーム軸１０を挟んで第１伝動軸３０と対向して並んで配置されている。

第２伝動軸５０はウォーム軸１０と間隔を置いて並んで配置される。第２伝動軸５０の両端部は軸受（図示せず）により回転可能に支持される。また、第２伝動軸５０は第２伝動軸５０の軸方向に沿って左右に流動しないように軸受で支持することができる。

第２伝動ギア６０は一定の厚さの円盤形状を有する。第２伝動ギア６０の外周は、チャング状ワーム２０の縮径部２１の断面形状に対応して第２伝動軸５０の軸方向に沿って外径が中央から両端に向かって徐々に小さくなる断面形状、例えば、アーク形態で突出した断面形状を有する。ここで、第２伝動ギア６０は第１ギヤ４０と同じ外径または異なる外径を有することができる。

第２伝動ギア６０の外周面にはチャング状ワーム２０のワーム歯２３と同じ歯形を有する第２ギア歯６３が第２伝動軸５０の軸方向に沿って螺旋状に連続して形成されている。

第２伝動ギア６０の各第２ギア歯６３は、互いに異なるピッチ円の直径、及び同じ有効歯の高さを有する。また、各第２ギア歯６３はチャング状ワーム２０のワーム歯２３と共役な軸方向モジュール、リード角、軸方向ピッチを有する。なお、第２ギア歯６３はチャング状ワーム２０のウォーム歯２３の数に必要なギア比（減速比）を掛けた螺旋数を有する。

従って、第２伝動ギア６０の各第２ギア歯６３の一フランクはチャング状ワーム２０の各ワーム歯２３の一フランクに同時に接触し、各ワーム歯２３のフランクに沿って噛み合って回転する。この時、第２伝動ギア６０の各第２ギア歯６３の一歯面はチャング状ワーム２０の各ワーム歯２３の一フランクにワーム歯２３の法線方向に一直線をなして接触する。従って、高速回転の際、ワーム歯２３と第２ギア歯６３との間に潤滑剤が容易に流入及び流出する。これにより、ワーム歯２３と第２ギア歯６３との間に発生する摩耗を減らすことができ、チャング状ワーム２０と第２ギヤ６０の寿命も延ばすことができる。

また、第２伝動ギア６０をチャング状ワーム２０と組み立てる際に、チャング状ワーム２０の中心線が第２伝動ギア６０の中心線を通過しながらウォーム軸１０の軸線と直交するようにチャング状ワーム２０と第２伝動ギア６０を配置する。これにより、チャング状ワーム２０と第２伝動ギア６０の噛合率を向上させることができる。

一方、チャング状ワーム２０と第２ギヤ６０との間の減速比はチャング状ワーム２０の中心線からのピッチワン直径と第２伝動ギア６０のピッチワン直径の比により得られる。

ここで、本実施形態によると、第２伝動軸５０と第２伝動ギア６０がキーにより結合されることを例示したが、これに限定せず、第２伝動軸５０と第２ギヤ６０は同心をなして一体に作ることも可能である。

このような構成によって、本発明の第２実施形態に係る動力伝達装置１ｂはウォーム軸１０と第１伝動軸３０がウォーム軸１０の回転中心軸線と第１伝動軸３０の回転中心軸線との間の軸間距離を有して並んで配置されると共に、ウォーム軸１０と第２伝動軸５０がウォーム軸１０の回転中心軸線と第２伝動軸５０の回転中心軸線との間の軸間距離を有して並んで配置される。

そして、チャング状ワーム２０の中心が第１伝動ギア４０の中心線と第２伝動ギア６０の中心線が通過しながらウォーム軸１０の軸線と直交するようにチャング状ワーム２０と第１伝動ギア４０及び第２伝動ギア６０が配置される。

これにより、第１伝動ギア４０の各第１ギア歯４３の一フランクと第２ギヤ６０の各第２ギア歯６３の一フランクはそれぞれ、チャング状ワーム２０の各ワーム歯２３の一フランクに同時に接触し、プランクに沿って噛み合って回転する。これにより、チャング状ワーム２０と第１伝動ギア４０及び第２伝動ギア６０の噛合率が向上し、ギアの摩耗が減り、動力伝達効率を向上させることができる。

そして、本発明の第２実施形態に係る動力伝達装置１ｂは第１伝動ギア４０と第２ギヤ６０の各ピッチ円形の直径を互いに異なるようにまたは同一に形成することにより、ウォーム軸１０に入力される回転数をチャング状ワーム２０と第１伝動ギア４０及び第２伝動ギア６０を経て様々な減速比で減速させて、それぞれ第１伝動軸３０と第２伝動軸５０を同じ回転数で回転させたり、または異なる回転数で回転させることができる。

これにより、様々な減速比を有する動力伝達装置を実現することができる。

図５及び図６には本発明の第３実施形態に係る動力伝達装置が示されている。

本発明の第３実施形態に係る動力伝達装置１ｃは前述した第１実施形態とは異なり、第３伝動軸７０と第３伝動ギア８０を更に含む。

第３伝動軸７０はウォーム軸１０を挟んで第１伝動軸３０と直交して対向配置されている。

第３伝動軸７０はウォーム軸１０と間隔を置いて直交して配置される。第３伝動軸７０の両端部は軸受（図示せず）により回転可能に支持される。また、第３伝動軸７０は第３伝動軸７０の軸方向に沿って左右に流動しないように軸受で支持することができる。

第３伝動ギア８０は一定の厚さの円盤形状を有する。第３伝動ギア８０の外周は円周方向に沿って円状に形成されている。

第３伝動ギア８０の外周面にはチャング状ワーム２０のワーム歯２３と噛み合う複数の第３ギア歯８３が円周方向に沿って間隔を置いて形成されている。第３伝動ギア８０の複数の第３ギア歯８３は、それぞれ同じピッチ円の直径、及び同じ有効歯の高さを有すると共に、チャング状ワーム２０のワーム歯２３と共役な軸方向モジュール、リード角、軸方向ピッチを有する。

一方、チャング状ワーム２０と第３ギヤ８０との間の減速比はチャング状ワーム２０の螺旋数と第３ギヤ８０の第３ギア歯８３の数の比により得られる。

このような第３伝動ギア８０はキー９０により第３伝動軸７０と結合されることが好ましい。

このような構成によって、本発明の第３実施形態に係る動力伝達装置１ｃはウォーム軸１０と第１伝動軸３０がウォーム軸１０の回転中心軸線と第１伝動軸３０の回転中心軸線との間の軸間距離を有して並んで配置されると共に、ウォーム軸１０と第３伝動軸７０が、ウォーム軸１０の回転中心軸線と第３伝動軸７０の回転中心軸線との間の軸間距離を有して直交して配置される。

そして、チャング状ワーム２０の中心が第１伝動ギア４０の中心線と第３ギヤ７０の中心線が通過しながらウォーム軸１０の軸線と直交するようにチャング状ワーム２０と第１伝動ギア４０及び第３ドライブギヤ７０が配置される。

また、チャング状ワーム２０のワーム歯２３は第３ギヤ８０の第３ギア歯８３の一フランクにフランクの垂直方向、例えば第３ギア歯８３の法線方向に噛み合って回転する。

従って、チャング状ワーム２０に相異なる形態の第１伝動ギア４０と第３ドライブギヤ８０をそれぞれ組み合わせることにより、ウォーム軸１０に入力される回転数をチャング状ワーム２０と第１伝動ギア４０及び第３伝動ギア８０を経て様々な減速比で減速させ、それぞれ第１伝動軸３０と第３伝動軸７０を互いに同じ回転数、または異なる回転数で回転させることができる。

これにより、第１伝動軸３０と第３伝動軸７０が互いに直交する形態を有することにより、様々な形態の動力伝達装置を実現することができるだけでなく、様々な減速比を有する動力伝達装置を実現することができる。

Claims

ウォーム軸；
前記ウォーム軸に設けられ、前記ウォーム軸の軸方向に沿って外径が中央から両端に向かって徐々に大きくなるように形成される縮径部を有し、前記縮径部に螺旋状のウォーム歯が形成されたチャング状ワーム；
前記ウォーム軸と間隔を置いて並んで配置される第１伝動軸；及び
前記第１伝動軸に設けられ、外周面に前記チャング状ワームのウォーム歯と共役な歯形を有する第１ギア歯が螺旋状に連続して形成されて、前記チャング状ワームのウォームギアと噛み合って回転する第１伝動ギアを含む動力伝達装置。
前記チャング状ワームの各ウォーム歯は、互いに異なるピッチ円の直径、及び同じ有効歯の高さを有する請求項１に記載の動力伝達装置。
前記第１伝動ギアの外周は、前記縮径部の断面形状に対応して前記第１伝動軸の軸方向に沿って外径が中央から両端に向かって徐々に小さくなる断面形状を有する請求項１に記載の動力伝達装置。
前記第１伝動ギアの各第１ギア歯は、互いに異なるピッチ円の直径、及び同じ有効歯の高さを有すると共に、前記チャング状ワームのウォーム歯と共役な軸方向モジュール、リード角、軸方向ピッチを有する請求項３に記載の動力伝達装置。
前記ウォーム軸を挟んで前記第１伝動軸と対向して並んで配置される第２伝動軸；及び
前記第２伝動軸に設けられ、外周面に前記チャング状ワームのウォーム歯と共役な歯形を有する第２ギア歯が螺旋状に連続して形成されて、前記チャング状ワームのウォームギアと噛み合って回転する第２伝動ギアを更に含む請求項１に記載の動力伝達装置。
前記第２伝動ギアの外周は、前記縮径部の断面形状に対応して前記第２伝動軸の軸方向に沿って外径が中央から両端に向かって徐々に小さくなる断面形状を有する請求項５に記載の動力伝達装置。
前記第２伝動ギアの各第２ギア歯は、互いに異なるピッチ円の直径、及び同じ有効歯の高さを有すると共に、前記チャング状ワームのウォーム歯と共役な軸方向モジュール、リード角、軸方向ピッチを有する請求項６に記載の動力伝達装置。
前記ウォーム軸を挟んで前記第１伝動軸と直交して対向配置される第３伝動軸；及び
前記第３伝動軸に設けられ、外周面に円周方向に沿って間隔を置いて前記チャング状ワームのウォーム歯と噛み合う複数の第３ギア歯が形成された第３伝動ギアを更に含む請求項１に記載の動力伝達装置。
前記第３伝動ギアの複数の第３ギア歯は、それぞれ同じピッチ円の直径、及び同じ有効歯の高さを有すると共に、前記チャング状ワームのウォーム歯と共役な軸方向モジュール、リード角、軸方向ピッチを有する請求項８に記載の動力伝達装置。