JPH06109081A - ウォーム歯車装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ウォームギアとウォームホイールとの間の摩
擦抵抗が小さく、かつバックラッシュを低く抑え、簡単
な構造で製造コストの低いウォーム歯車装置の提供にあ
る。 【構成】 ウォーム歯車装置１は、ウォーム４とホイー
ル５とによって、回転の減速を行うもので、ウォーム４
とホイール５は、ボール８を介して動力の伝達を行う。
ウォーム４は、ボール８が移動するつる巻状のボール溝
６を備える。また、ホイール５は、軸方向の面にリング
状の多数の窪み７を備え、その窪み７内にボール８が回
転自在に保持される。そして、ウォーム４が回転駆動さ
れると、ボール溝６が螺旋回転し、ボール溝６の回転移
動に伴い、ボール溝６に配されたボール８が移動し、こ
のボール８の移動によりホイール５が回転する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ウォームとホイールと
が噛み合って動力の伝達を行うウォーム歯車装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的な従来のウォーム歯車装置は、歯
すじがつる巻状のウォームと、このウォームと噛み合う
ホイールとからなり、ホイールの歯数がウォームの歯数
に対して大きく設定されたものである。このため、ウォ
ームが回転駆動されると、ホイールが減速回転する。従
来のウォーム歯車装置は、歯面と歯面との滑り接触によ
って動力の伝達を行う構造であったため、歯面の滑り接
触による摩擦が大きく、動力の伝達効率が低い。また、
バックラッシュを除くことが大変困難であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そこで、歯面の抵抗を
小さくし、バックラッシュを無くす最新の技術として、
図１０に示すように、ホイール１０１の歯を回転ローラ
１０２にしたウォーム歯車装置１００や、図１１に示す
ように、ウォーム１０３とホイール１０１にボール転走
溝１０４を設け、間に循環ボール１０５を介在させたウ
ォーム歯車装置１００がある。しかるに、これらのウォ
ーム歯車装置１００は、構造が大変複雑なため、非常に
高価となる問題点を備えていた。

【０００４】

【発明の目的】本発明は、上記の事情に鑑みてなされた
もので、その目的は、ウォームとホイールとの間の抵抗
が小さく、かつバックラッシュを容易に無くすことがで
き、また製造コストの低いウォーム歯車装置の提供にあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のウォーム歯車装
置は、次の技術的手段を採用した。ウォーム歯車装置
は、歯すじがつる巻状であるウォームと、このウォーム
と噛み合うホイールとを備える。そして、前記ホイール
は、軸方向の面に、リング状に配された多数の窪みを備
えるとともに、この多数の窪みにボールを配する。ま
た、前記ウォームの前記歯すじは、前記ボールを配する
ボール溝である。

【０００６】

【発明の作用】例えば、ウォームが回転駆動されると、
歯すじのボール溝が螺旋回転する。ボール溝の回転移動
に伴い、ボール溝に配されたボールが移動し、このボー
ルの移動によりホイールが回転する。逆に、ホイールが
回転駆動された場合は、ホイールが回転すると多数の窪
みがボールとともに円弧を描いて移動する。すると、ボ
ールがウォームのボール溝内で移動することとなり、結
果的にウォームが回転する。

【０００７】

【発明の効果】本発明のウォーム歯車装置は、上記の作
用で示したように、ウォームとホイールとの間に、ボー
ルを介して回転動力が伝達されるため、ボールの回転に
よって、ウォームとホイールとの間の摩擦が大変小さ
い。この結果、ウォームとホイールとの動力の伝達効率
が高い。また、ホイールの軸方向の面にリング状の多数
の窪みを設けて、その窪みに回転自在なボールを配した
簡単な構造であるため、低いコストで伝達効率の高いウ
ォーム歯車装置を提供できる。

【０００８】

【実施例】次に、本発明のウォーム歯車装置を、図に示
す一実施例に基づき説明する。 〔実施例の構成〕図１ないし図４は本発明の第１実施例
を示すもので、図１および図２はウォーム歯車装置の断
面図、図３はウォームとホイールの噛み合い部分の断面
図である。本実施例のウォーム歯車装置１は、産業用ロ
ボットの関節や、搬送装置、工作機械、精密機械など、
高効率、高精度、長寿命、高トルク伝達を要求される機
械装置に使用されるもので、入力軸２に伝達された回転
動力を減速して出力軸３に伝達するものである。回転動
力の減速は、入力軸２に固定されたウォーム４と出力軸
３に固定されたホイール５によってなされ、ウォーム４
のつる巻状の歯すじとして設けられたボール溝６が、ホ
イール５の軸方向の面（本実施例では平面であるが、円
錐形状でも良い）にリング状に配された多数の窪み７に
配されたボール８と噛み合い、ウォーム４の動力がホイ
ール５に伝達される。

【０００９】入力軸２および出力軸３は、交わることな
く垂直に交差するもので、それぞれがベアリング９を介
してケース１０に回転自在に支持されている。

【００１０】本実施例のウォーム４は、円柱体の周囲に
ボール溝６をつる巻状に設けたものである。このボール
溝６は、ウォーム４とホイール５との間に配された各ボ
ール８が全て同時に、各部位のボール溝６と噛み合うよ
うに設けられている。つまり、ボール溝６の各部位の深
さは、各ボール８と同時に接触する深さに設けられてい
る。つまり、ホイール５の回転にともなう窪み７の描く
軌跡の円（ピッチ円）が、本実施例のように、ウォーム
４の中心を接線として通る場合、ボール溝６の両端は最
初浅く、中央に近づくにつれて深くなる。この技術によ
って、ウォーム４とホイール５とは、各ボール８を介し
て広い範囲（例えばホイール５の外径の１／４）に亘っ
て噛み合う。なお、比較に従来技術を示すと、ウォーム
の歯と、ホイールの歯との噛み合いでは、ウォームを鼓
形にして、歯の当たり面積を大きくし、油の保持も高く
したものでも（鼓形ウォーム）、ウォームの歯面の端部
が直角になると、それ以上ウォームの歯長を長くできな
くなる。従って、従来、ウォームとホイールとの噛み合
い角度は、ほぼ４０°が限界であった。しかるに、本実
施例の噛み合い角度は、９０°を成すことにより、大き
な噛み合い率を達成することができ、本実施例のウォー
ム歯車装置１は、非常に大きなトルクの伝達を行う。

【００１１】このウォーム４にボール溝６を形成する加
工技術の一例を図４に示す。ボール溝６を切削する未加
工のウォーム４を回転駆動するとともに、ボール溝６を
切削するエンドミル１１を備えた切削フライス１２を、
窪み７の描くピッチ円に沿って定速の円運動させる。す
ると、上述のように、ウォーム４におけるボール８と全
て同時に噛み合うボール溝６を備えたウォーム４を設け
ることができる。なお、未加工のウォーム４の回転速度
と、切削フライス１２の円運動の速度は、ウォーム歯車
装置１の減速比によって設定される。また、上記の切削
技術は、ＮＣフライスを用いることにより、容易に実施
することができる。

【００１２】また、本実施例のボール溝６は、ボール８
の曲面の曲率よりやや大きい曲率の断面Ｖ字のゴシック
アーチ型に設けられている（図３参照）。具体的には、
ボール溝６の曲率Ｒは、ボール８の直径をｄとすると、
例えばＲ＝0.52〜0.6 ｄの範囲に設けられる。ボール溝
６は、断面がボール８の半径よりやや大きい曲率を有し
た面が対向するＶ字形（ゴシックアーチ形）に設けられ
ることにより、ボール８は、図３に示すように、２点接
触で、ほぼ４５°の作用線をもつ。このように、２点接
触であるため、ボール８の転がり抵抗はやや大きくなる
が、バックラッシュがなくなり、負荷能力が高く、かつ
正転、逆転の二方向の負荷に対向できる。

【００１３】本実施例のホイール５の側面にリング状に
設けられる多数の窪み７は、ボール８を回転自在に保持
する球面の穴で、形状はボール８の曲率に一致する。

【００１４】ボール８は、ホイール５の各窪み７に配さ
れた耐摩耗性に優れた硬質で精密な球体で、各窪み７か
ら脱落しないように、ウォーム４と噛み合わない状態で
は、ホイール５と対向する円板状のボール押さえ１３に
よって保持される。

【００１５】〔実施例の作動〕次に、上記実施例の作動
を簡単に説明する。電動機などの出力によって入力軸２
が回転駆動されると、入力軸２とともにウォーム４が回
転する。ウォーム４の回転によってつる巻状のボール溝
６が回転し、ボール溝６に嵌まったボール８を駆動す
る。ボール８がウォーム４に駆動されることによって、
ボール８を窪み７に配するホイール５が回転し、出力軸
３が回転する。これによって、入力軸２に伝えられた回
転動力が、減速して出力軸３に伝えられる。

【００１６】〔実施例の効果〕本実施例のウォーム歯車
装置１は、次の効果を奏する。 （１）本実施例のウォーム歯車装置１は、ウォーム４の
回転が、ホイール５に伝わる際、ウォーム４に保持され
るボール８を介して伝達される。つまり、ウォーム４と
ボール８は転がり接触で、ボール８とホイール５とは滑
り接触であるため、ウォーム４からホイール５へ動力が
伝わる際の摩擦抵抗が従来に比較して大変小さくなる。
この結果、ウォーム４からホイール５へ伝達されるエネ
ルギー損失を低く抑えることができ、動力の伝達効率が
大変優れる。 （２）ホイール５側は、ボール８の回転支持が接触面積
の大きな球状の窪み７なので、負荷容量が大きく、大ト
ルクを伝達できる。また、接触面積が大きいため、剛性
が高い。 （３）ボール８は、ベアリング用などとして高精度な球
が一般化され、また、球状の穴の窪み７も容易に精密加
工できるため、窪み７とボール８との隙間を極めて小さ
くでき、バックラッシュを小さくできる。

【００１７】（４）ボール溝６の断面を、断面Ｖ字のゴ
シックアーチ形に設けたことにより、ボール８が、図３
に示すように、ほぼ４５°の作用線をもつ。このよう
に、２点接触であるため、ボール８の転がり抵抗はやや
大きくなるが、バックラッシュがなくなり、負荷能力が
高く、かつ正転、逆転の二方向の負荷に対向できる。な
お、参考に示すと、ローラを歯として動力の伝達を行う
技術では、ローラを溝の両側に接触させると回転不能に
なるが、本発明のように、ボール８を歯とする場合、ボ
ール８は一定の回転中心線を持たないため、ボール溝６
にならい自ら回転方向を自在に変化させて回転し、２点
接触が可能となる。 （５）ボールやローラを介して動力の伝達を行う従来の
ウォーム歯車装置（図１０、図１１参照）に比較して、
大変簡単な構造であるため、部品点数や加工工数が低
く、ウォーム歯車装置１を低価格で製造できる。特に、
ホイール５は、円板に球状の窪み７を複数設けるだけで
作成できるため、どのような形式のホイールよりも安価
に作成できる。 （６）ウォーム歯車装置１の減速比を１：１〜１：１０
０以上の広い範囲に設定できる。また、減速比の低いも
のは、高剛性、低バックラッシュ、高効率のかさ歯歯車
に変化する（図９参照）。これによって、広い範囲の用
途に使用できる。

【００１８】（７）従来のウォーム歯車装置では、歯の
噛み合い率を高くするために、ウォームを鼓形に設ける
方法があるが、製造や組立が難しい欠点を備える。これ
に対し、本実施例のウォーム４は、歯が球体のボール８
であるため、一定の接触部（歯車でいうピッチ線）を持
たず、図１、図２に示すように、ウォーム４が円筒形で
あるにもかかわらず、高い噛み合い率を有する。 （８）通常のウォーム歯車装置は、バックラッシュの調
整を行うことができない。また、複リードウォーム歯車
装置では、ウォームを軸方向へずらすことによって調整
できるものもあるが、隙間をゼロにすると、摩擦が増大
するため、いくらかの隙間を残す必要がある。さらに、
従来のローラやボールを介在させたウォーム歯車装置
（図１０、図１１参照）では、入出力軸の軸距離の調整
を行わせるのは、構造が複雑であり、操作も難しい。し
かるに、本発明を適用するウォーム歯車装置１は、ホイ
ール５を軸方向に調節するのみで、容易に隙間の調整が
できるとともに、隙間をゼロにしても支障がなく、バッ
クラッシュをゼロに近づけることができる。なお、本実
施例では、ホイール５が一体に設けられた出力軸３を回
転自在に支持するベアリング９を、ケース１０にねじ込
まれた予圧ネジ１４によって軸方向に調節することによ
って、上記隙間（予圧）の調節を容易に行うことができ
る。 （９）また、ボール８を介してウォーム４とホイール５
とに予圧をかけても、ボール８の滑り回転が許容される
領域では、極端に摩擦は増大せず、予圧による剛性の向
上を図ることができる。つまり、初期トルク（低トル
ク）で発生する各部材の弾性変形によるロストモーショ
ンを予圧によって殺して使うことができるため、負荷変
動や速度変化による回転ムラの発生を抑えることができ
る。また、弾性変形が抑えられるため、振動が少ない。

【００１９】〔第２実施例〕図５および図６は第２実施
例を示すもので、図５はウォーム歯車装置１の要部断面
図、図６はウォーム４におけるボール８の配置を示す説
明図である。本実施例は、オーバーピッチ円（窪み７の
描くピッチ円とウォーム４の中心とが交差する）のウォ
ーム歯車装置１で、ウォーム４に設けられるボール溝６
は、ボール溝６の両端は最初浅く、中央に近づくにつれ
て深く、そして中央部では再び浅くなる。このように、
オーバーピッチ円のウォーム歯車装置１を採用すること
により、図６に示すように、ウォーム４とボール８との
噛み合い数を増すことができる（本実施例では、７個の
ボールが噛み合う）。そして、ウォーム４とボール８と
の噛み合い数を増すことによって、第１実施例に比較し
て、更に大きなトルクの伝達を行うことができる。

【００２０】〔第３実施例〕図７は第３実施例を示す窪
み７の断面図である。本実施例は、窪み７のボール８の
接触面に、低摩擦材料１５をコーティングし、ウォーム
４からホイール５へ伝達されるエネルギー損失を更に低
く抑え、動力の伝達効率の向上を図ったものである。な
お、低摩擦材料１５は、金属系、非金属系（樹脂、セラ
ミック等）の周知なものである。

【００２１】〔第４実施例〕図８は第４実施例を示す窪
み７の断面図である。本実施例は、窪み７を低摩擦材料
１５によって形成したもので、窪み７を形成された低摩
擦材料１５が、ホイール５に埋め込まれたものである。

【００２２】〔第５実施例〕図９は第５実施例を示すウ
ォーム歯車装置１の概略斜視図である。本実施例のウォ
ーム歯車装置１は、減速比の低いもので、減速比が低く
なると、高剛性、低バックラッシュ、高効率のかさ歯歯
車に変化する。つまり、ホイール５側からウォーム４の
駆動が可能で、増速が可能となる。

【００２３】〔変形例〕上記の実施例では、ボール溝を
ゴシックアーチ形のＶ溝に形成した例を示したが、平面
のＶ字溝や、ボールの曲率に合わせたボール溝とするな
ど、他の形状で良い。また、窪みもボールの曲率に合わ
せた例を示したが、窪み側の形状を断面Ｖ字に形成した
り、溝として設けても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】ウォーム歯車装置の断面図である（第１実施
例）。

【図２】図１とは異なった方向のウォーム歯車装置の断
面図である（第１実施例）。

【図３】噛み合い部分の断面図である（第１実施例）。

【図４】ウォームの加工方法を示す説明図である（第１
実施例）。

【図５】ウォーム歯車装置の要部断面図である（第２実
施例）。

【図６】ウォームにおけるボールの配置を示す説明図で
ある（第２実施例）。

【図７】窪みの断面図である（第３実施例）。

【図８】窪みの断面図である（第４実施例）。

【図９】かさ歯歯車に変化したウォーム歯車装置の斜視
図である（第５実施例）。

【図１０】ローラを用いた従来のウォーム歯車装置の説
明図である（従来技術）。

【図１１】ボールを用いた従来のウォーム歯車装置の説
明図である（従来技術）。

【符号の説明】

１ ウォーム歯車装置 ４ ウォーム ５ ホイール ６ ボール溝（歯すじ） ７ 窪み ８ ボール

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 歯すじがつる巻状であるウォームと、こ
   のウォームと噛み合うホイールとを備えるウォーム歯車
   装置において、 前記ホイールは、軸方向の面に、リング状に配された多
   数の窪みを備えるとともに、この多数の窪みにボールを
   配し、 前記ウォームの前記歯すじは、前記ボールを配するボー
   ル溝であることを特徴とするウォーム歯車装置。
2. 【請求項２】 つる巻状である前記ボール溝の各部位の
   深さは、各ボールと同時に接触する深さに設けられた、
   請求項１のウォーム歯車装置。
3. 【請求項３】 前記ホイールは、前記ウォームの一方の
   側のみに配された、請求項１または請求項２のウォーム
   歯車装置。
4. 【請求項４】 前記ホイールは、前記ウォームを挟んで
   両側に配された、請求項１または請求項２のウォーム歯
   車装置。
5. 【請求項５】 前記ボール溝は、ボールの曲面よりやや
   大きい曲率で、断面Ｖ字のゴシックアーチ型である、請
   求項１ないし請求項４のいずれかのウォーム歯車装置。