JPWO2006082935A1 - ウォームギヤ - Google Patents

Abstract

ボール戻し軌道からボールを円滑に掬い上げることができるウォームギヤを提供する。ウォームギヤを、外周にボール１７が転動し、螺旋状のウォーム溝１５ａが形成されるウォーム本体２０と、ウォーム本体２０に複数のボール１７を介して噛み合うホイール１６と、ウォーム本体２０の内側に設けられ、螺旋状のボール戻し軌道βをウォーム本体２０の内側との間で形成するシャフト２１と、ウォーム溝１５ａとボール戻し軌道βとを連結する連結軌道γが形成される循環部材２２と、ウォーム溝１５ａに沿った螺旋状のウォーム溝軌道α、ボール戻し軌道β、連結軌道γとで構成される循環経路に配列される複数のボール１７とで構成する。循環部材２２のボール戻し軌道β側の端部に、連結軌道γの奥の方に向かって徐々に幅が狭くなる溝３６が形成される舟底掬い部２２ｂを設ける。ボール戻し軌道βを移動するボール１７は、舟底掬い部２２ｂの両側３８で抱え込まれながら連結軌道γの奥の方に導かれる。

Description

本発明は、ウォームとウォームに噛み合うホイールとからなるウォームギヤに関し、特にウォームとホイールとの間に転がり運動可能に複数のボールを介在させたウォームギヤに関する。

ウォームギヤは、ねじ状のウォームと、ウォームに噛み合うホイールとを組合せたものであり、ウォームの軸とホイールの軸のなす角度が直角の場合に用いられることが多い。ウォームギヤには、小さい容積で非常の大きい減速比を得られるという特徴がある。しかし、かみあいに大きいすべりを伴うので、損失が大きくなりやすく、効率の面で他の歯車に劣るという欠点がある。

ウォームギヤの効率を上げるために、特許文献１には、ウォームとホイールとの間に複数のボールを介在させ、ウォームとホイールとの間に発生するすべり摩擦を転がり摩擦に置き換えたウォームギヤが開示されている。

図１９は特許文献１に記載されたウォームギヤを示す。ウォームギヤは、ウォーム１，ホイール２，複数のボール３，ケース４とで構成される。ウォーム１とホイール２とは直接接触することがなく、ウォーム１の回転運動は、ウォーム１とホイール２との間に介在されるボールを介してホイール２に伝動される（特許文献１、段落［0040］）。

図２０はボールの循環経路を示す。この図ではわかり易くするために、ウォーム１は示されていない。ボールを循環させるための循環経路はウォーム１に形成される。ボール群３´はウォームとホイールの両方に接触していて、動力を伝動する役目を果たす。このボール群３´は能動経路内に位置する。ウォーム外周のウォーム溝上の残りのボール群３″は受動経路に位置し、ボール群３´´´は戻し経路に位置する。能動経路は、ウォーム外周の螺旋状のウォーム溝の一部であり、瞬間的にホイール２に噛み合っている部分である。受動経路は、ウォーム溝の能動経路以外の部分である。戻し経路は、ウォームの内部に形成されていて、ウォーム溝の一端と他端を接続する。ウォーム１を回転させると、ボール３は能動経路、受動経路、戻し経路の全ての段階を順番に通過する（特許文献１、段落［0042］）。

図２１は、ウォーム溝及び戻し経路におけるボールの出入りを示す。戻し経路は、ウォーム１の外周に形成されたウォーム溝の一端と他端に接続される。ウォーム溝の一端から他端まで移動したボールは、ウォーム溝の他端から戻し経路に入り、戻し経路を経由した後、再びウォーム溝の一端に戻る。ウォーム溝の両端は同様に構成されている。この図には、ウォーム本体１ａ、ペグ１ｂ、ボール軌道輪４、伝達ボール３を示す。ボールは矢印Ａの方向に進行する（特許文献１、段落［0053］）。

ウォーム溝の一端は、ウォーム本体１ａとウォーム本体１ａ内部のペグ１ｂに斜めに空けられた円筒孔１１に接続される。円筒孔１１のサイズはボール３を容易に循環させることができるようにボール３の直径よりも僅かに大きい。円筒孔１１はウォーム溝の一端から始まり、ペグ１ｂの外周の接線方向に伸び、最終的にはペグ１ｂの外周の螺旋状の戻し溝に接する。円筒孔１１の中心線はウォーム１の中心線に交差する９Ｂ−９Ｂ断面内にある（特許文献１、段落［0054］）。

循環口はボールがウォーム溝上から円筒孔内に移行するのを容易にするために設けられる。循環口のボス部１２はウォーム溝上を移動するボール３を偏向させ、円筒孔１１内に導く（特許文献１、段落［0055］）。

図２２（Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）は、ペグの３つの平面図法を示し、図２２（Ｄ），（Ｅ）はペグの斜視図を示す。図２１（Ｂ）に示されるウォーム本体１ａの円筒孔１１は、ペグ１ｂの循環孔１４ａに繋がる。循環孔１４ａは螺旋状の戻し溝１４ｂに滑らかに繋がる。戻し溝１４ｂの断面形状はＵ字形状で、戻し溝１４ｂの深さは、ボール３がウォーム本体１ａの内周面とペグ１ｂの戻し溝１４ｂとの間に拘束されずに嵌め込まれる深さに設定される。

米国特許公開公報（US2003/0115981Ａ１）

特許文献１に記載のウォームギヤにおいて、ウォーム１を回転させると、能動経路に配置されたボール群がウォーム１とホイール２との間を転がる。能動経路のボール群３´が転がることによって、受動経路及び戻し経路のボール群３″，３´´´が能動経路のボール群３´によって押される。つまり、ボール循環経路の全体のボール群のうち、一部である能動経路のボール群３´が全体のボール群を循環させる。ウォームギヤの循環経路にあっては、能動経路に比べて受動経路及び戻し経路が極めて長くなるという特徴がある。ウォームギヤの効率を上げるためには、ウォームとホイールとの間に摩擦力を低減するボールを介在させるだけでは不十分で、受動経路及び戻し経路においてボールが移動する際の抵抗を低減させることが重要になってくる。

しかし、特許文献１に記載のウォームギヤにあっては、ペグ１ｂの外周の戻し溝１５からウォーム本体１ａの円筒孔にボールを掬い上げる際に、ボール３をペグ１ｂの循環孔１４の壁面に衝突・方向転換させて円筒孔１１に掬い上げる。このため、ボール３を円滑に掬い上げることができず、ひいてはボール３を円滑に循環できない。また高速でボール３を循環させた場合、ボール循環孔１４の壁面との衝突部分の強度が低下するおそれもある。

そこで本発明は、ウォーム内のボール戻し軌道からボールを円滑に掬い上げることができるウォームギヤを提供することを目的とする。

以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照番号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものでない。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、ウォーム（１５）とホイール（１６）との間に転がり運動可能にボール（１７）を介在させたウォームギヤであって、外周にボール（１７）が転動する螺旋状のウォーム溝（１５ａ）が形成されるウォーム本体（２０）と、前記ウォーム本体（２０）に複数のボール（１７）を介して噛み合うホイール（１６）と、前記ウォーム本体（２０）の内側に設けられ、螺旋状のボール戻し軌道（β）を前記ウォーム本体（２０）の内側との間で形成するシャフト（２１）と、前記ウォーム本体（２０）に設けられ、前記ウォーム溝（１５ａ）と前記ボール戻し軌道（β）とを連結する連結軌道（γ）が形成される循環部材（２２）と、前記ウォーム溝（１５ａ）に沿った螺旋状のウォーム溝軌道（α）、前記ボール戻し軌道（β）、及び前記連結軌道（γ）とで構成される循環経路に配列される複数のボール（１７）と、を備え、前記循環部材（２２）の前記ボール戻し軌道（β）側の端部には、前記連結軌道（γ）の奥の方に向かって徐々に幅が狭くなる溝（３６）が形成される舟底掬い部（２２ｂ）が設けられ、前記ボール戻し軌道（β）を移動するボール（１７）は、前記舟底掬い部（２２ｂ）の両側（３８）で抱え込まれながら前記連結軌道（γ）の奥の方に導かれることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のウォームギヤにおいて、前記シャフト（２１）の軸線方向からみて、前記舟底掬い部（２２ｂ）の前記溝（３６）は、前記シャフト（２１）上の前記ボール戻し軌道（β）を移動する前記ボール（１７）の中心線軌道（３７）に沿った円弧形状に形成され、かつ前記溝（３８）は前記中心線軌道（３７）よりもシャフト側に配置されることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のウォームギヤにおいて、前記シャフト（２１）の外周には、前記ボール（１７）の半径未満の深さを有し、前記ボール戻し軌道（β）を構成するボール戻し溝（２１ａ）が形成されることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３いずれかに記載のウォームギヤにおいて、前記循環部材（２２）の前記ウォーム溝軌道（α）側の端部には、リップ部（２２ａ）が設けられ、前記ウォーム溝軌道（α）を移動するボールは、前記リップ部（２２ａ）の壁面（２２ｃ）に衝突して前記ウォーム溝軌道（α）から前記連結軌道（γ）に落とし込まれることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のウォームギヤにおいて、前記循環部材（２２）は前記ウォーム本体（２０）とは別部材で、前記ウォーム本体（２０）に組み込まれることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５いずれかに記載のウォームギヤにおいて、前記連結軌道（γ）は、前記ボール戻し軌道（β）に連結される部分が直線形状（(4)）であり、且つ、前記連結軌道（γ）と前記ボール戻し軌道（β）との接続点において、前記連結軌道（γ）の中心線と前記ボール戻し軌道（β）の中心線の接線とが一致することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、舟底掬い部の両側でボールを抱え込みながらボールを連結軌道の奥の方に導くので、ボールと舟底掬い部との衝突を可及的に少なくすることができ、したがってボールを円滑に掬い上げることができる。また、舟底掬い部の溝で徐々にボールの進路を狭めることにより、ボールの揺れを抑え、ボールを整列運動させることもできる。

請求項２に記載の発明によれば、ボールを舟底掬い部の両側で抱え込みながら掬い上げることができる。

請求項３に記載の発明によれば、ボール戻し溝からボールが半分以上露出するので、舟底掬い部でボールを抱え込むことができる。

請求項４に記載の発明によれば、ウォーム外周のウォーム溝軌道を移動するボールをウォーム内に落とし込み、連結軌道に導くことができる。

請求項５に記載の発明によれば、循環部材をウォーム本体とは別部材にすることで、複雑な形状の舟底掬い部及びリップ部を循環部材に形成し易くなる。

請求項６に記載の発明によれば、連結軌道とボール戻し軌道の接続点において、これらの軌道の中心線の接線方向が一致するので、軌道の接線方向が不連続になることがない。したがって、ボールを円滑に移動させることができる。

本発明の一実施形態におけるウォームとホイールの斜視図 ウォームの周囲にかご部材を設けたウォームギヤの斜視図 ウォームギヤの平面図 図３のIV-IV線断面図 ウォームギヤの側面図 ウォームの断面図 ウォームの軸線方向からみたホイールとウォームの正面図 ウォーム本体の斜視図 シャフトの斜視図 循環部材の斜視図 循環部材の半割り図（循環軌道に沿った断面図） シャフトの軸線方向からみた循環部材と、シャフト上のボール戻し軌道を移動するボールの中心線軌道との関係を示す図 舟底掬い部２２ｂの断面形状の変化を示す図 図１４（Ａ）はウォームが隠されたシャフトと循環部材を示し、図１４（Ｂ）はウォームを隠さずに表した状態を示す。 ウォームの循環経路を示す斜視図（ウォームを透明線で示す） ボール循環経路の中心線を示す図（図１６（Ａ）はウォームの側面側からみた図を示し、図１６（Ｂ）はウォームの正面側からみた図を示す） 図１６に対応させた循環部材の連結軌道を示す図（図１７（Ａ）はウォームの側面側からみた図を示し、図１７（Ｂ）はウォームの正面側からみた図を示す） ボール循環経路の他の例を示す図（図１８（Ａ）はウォームの側面側からみた図を示し、図１８（Ｂ）はウォームの正面側からみた図を示す） 特許文献１に記載されたウォームギヤを示す図（図１９（Ａ）は側面図を示し、図１９（Ｂ）は断面図を示し、図１９（Ｃ）は斜視図を示す） 特許文献１に記載されたウォームギヤのボールの循環経路を示す図（図２０（Ａ）は側面図を示し、図２０（Ｂ）は正面図を示し、図２０（Ｃ）は斜視図を示す） 特許文献１に記載されたウォームギヤのウォーム溝及び戻し経路におけるボールの出入りを示す図（図２１（Ａ）は側面図を示し、図２１（Ｂ）は断面図を示す） 特許文献１に記載されたウォームギヤのペグを示す図（図２２（Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）は、ペグの３つの平面図法を示し、図２２（Ｄ），（Ｅ）はペグの斜視図を示す）

符号の説明

１５…ウォーム
１５ａ…ウォーム溝
１６…ホイール
１７…ボール
２０…ウォーム本体
２１…シャフト
２１ａ…ボール戻し溝
２２…循環部材
２２ａ…リップ部
２２ｃ…リップ部の壁面
２２ｂ…舟底掬い部
３６…溝
３７…シャフトの中心線軌道
３８…舟底掬い部の両側
α…ウォーム溝軌道
β…ボール戻し軌道
γ…連結軌道
(4)…直線形状

以下本発明の一実施形態におけるウォームギヤを説明する。まずウォームギヤの概略の構成を説明する。図１はウォームとホイールの斜視図を示し、図２はウォームのウォーム溝にボールを配列させるためにウォームの周囲にかご部材を設けたウォームギヤの斜視図を示す。

ウォームギヤは、ねじ状のウォーム１５と、ウォーム１５に噛み合うホイール１６とを組合せたものである。ウォーム１５とホイール１６の歯同士は直接的に接触することがない。摩擦係数を低減するために、ウォーム１５とホイール１６との間には複数のボール１７が介在される。ウォーム１５とホイール１６はこの複数のボール１７を介して噛み合う。

ウォーム１５の外周には、所定のリードを有する螺旋状のウォーム溝１５ａが形成され、複数のボール１７はこのウォーム溝１５ａに沿って進行する。ウォーム１５はかご部材１８で囲まれる。ホイール１６の外周部は、ウォーム１５のウォーム溝１５ａに向かい合うために、かご部材１８に形成した細長いスリット１８ａ（図７参照）内に嵌り込む。ホイール１６の外周には、ウォーム１５のウォーム溝１５ａに噛み合うねじれ角の小さいホイール溝１６ａが形成される。ウォーム１５の内部には、螺旋状のウォーム溝１５ａの一端と他端に連結される一対の連結軌道、及びボール戻し軌道が設けられる。ウォーム溝１５ａに沿ったウォーム溝軌道を移動するボール１７は、ウォーム溝軌道の一端まで移動した後、ウォーム１５の内部に落とし込まれ、一方の連結軌道に入る。その後、ボール１７はウォーム１５の内部のボール戻し軌道を経由した後、反対側の連結軌道から再びウォーム溝１５ａ上に現れる。各軌道の詳細については後述する。ウォーム溝軌道を移動するボール１７をウォーム内部に落とし込むのは、ウォーム１５の外側に循環部材を設けた場合、ウォーム１５がホイール１６に対して回転しているので、循環部材とホイール１６とが干渉してしまうからである。

ウォーム１５とホイール１６との間でボール１７は押し潰されるような荷重を受けている。一方ウォーム１５とかご部材１８との間のボール１７は荷重を受けていない。このためウォーム溝軌道は、ウォーム１５とホイール１６との間の負荷域と、ウォーム１５とかご部材１８との間の無負荷域とに分けられる。ウォーム１５を回転させると、ウォーム１５とホイール１６との間の負荷域のボール１７が転がる。負荷域のボール１７が、ウォーム溝軌道の無負荷域、連結軌道及びボール戻し軌道に配置されるボール群を押し、これによりボール全体がボール循環経路を循環する。

ウォーム１５を回転させると、ウォーム溝１５ａのリードによってボール１７がウォーム１５の軸線方向にも移動する。ボール１７はホイール１６のホイール溝１６ａ上をも転がるので、このようなボール１７の軸線方向への進行に伴って、ホイール１６が回転する。ウォーム１５を回転させるとホイール１６が回転する現象は、ボールねじのねじ軸を回転させるとナットがねじ軸の軸線方向に移動するのに似ている。

以下に各部の詳細な構成について説明する。図３ないし図７は、本発明の一実施形態におけるウォームギヤの全体図を示す。図３は平面図、図４は図３のIV-IV線断面図、図５は側面図、図６はウォームの断面図、図７はウォームの軸線方向からみたホイールとウォームの正面図を示す。

図４に示されるように、ウォームギヤのベース１９には、ウォーム１５がその軸線の回りに回転可能に支持されている。またこのベース１９には、ホイール１６が回転可能に支持されている。ウォーム１５の回転軸とホイール１６の回転軸とは直交する。ウォーム１５はその軸線方向の中央部の外形が絞られた鼓形をしている。ウォーム１５の外周には所定のリードを有する螺旋状のウォーム溝が形成される。ウォーム１５を鼓形にしたのは、ウォーム溝１５ａ上の複数列のボールをホイール１６に噛み合わせて負荷容量を大きくするためである。勿論負荷容量が小さくてもよい場合は、ウォーム１５は円筒形に形成されてもよい。

図６に示されるように、ウォーム１５は、螺旋状のウォーム溝１５ａが形成される円筒形のウォーム本体２０とシャフト２１とを備える。図８はウォーム本体２０の斜視図を示す。ウォーム本体２０の外周には、所定のリードを有する螺旋状のウォーム溝１５ａが形成される。ウォーム溝１５ａの断面形状は、例えば単一の円弧からなるサーキュラーアーク溝形状、又は２つの円弧からなるゴシックアーチ溝形状に形成される。ウォーム溝１５ａの一端及び他端には、ウォーム溝１５ａ上を移動するボールをウォーム内に落とし込む循環部材２２が設けられる。循環部材２２の詳細については後述する。循環部材２２には、ウォーム本体２０とシャフト２１とを一体に回転させるためにウォーム本体２０の軸線と直交する方向に貫通孔２３が明けられる。

図６に示されるように、ウォーム本体２０の外側にはかご部材１８が設けられる。ベース１９には一対のブラケット２５が固定される。かご部材１８を支持するために、この一対のブラケット２５がかご部材１８の軸線方向の両端を挟む。かご部材１８は略円筒形状をしており、その内周の軸線方向の中央部の径が鼓形のウォーム本体２０に合わせて絞られている。このかご部材１８とウォーム本体２０のウォーム溝１５ａとの間に螺旋状のウォーム溝軌道αが形成される。

図７に示されるように、かご部材１８にはその軸線方向に伸びるスリット１８ａが形成される。ホイール１６のホイール溝１６ａとウォーム本体２０のウォーム溝１５ａとが向かい合うように、スリット１８ａ内にホイール１６の外周部が嵌り込む。

図６に示されるように、ウォーム本体２０の内部は中空に形成され、ウォーム本体２０の内部の空間をシャフト２１が貫通する。ブラケット２５上にはシャフト支持部２６が固定され、シャフト２１の両端は、シャフト支持部２６にベアリング２７を介して回転可能に支持される。

図９はシャフト２１の斜視図を示す。シャフト２１の外周には、所定のリードを有する螺旋状のボール戻し溝２１ａが形成される。ウォーム１５のウォーム溝１５ａの一端まで転がったボールをウォーム溝１５ａの他端に戻すことができるように、ボール戻し溝２１ａのリードはウォーム溝１５ａのリードとは逆になる（すなわち一方が右ねじであるのに対して他方が左ねじになる関係にある）。ボール戻し溝２１ａの深さは、ボールの半径未満であり、ボール１７はボール戻し溝２１ａから半分以上露出する。これは、後述する循環部材２２の舟底掬い部での掬い上げを可能にするためである。シャフト２１には、キー溝２１ｂ及びシャフト２１の軸線と直交する貫通孔２１ｃが明けられる。これらは、シャフト２１とウォーム本体２０とを一体に回転させるために設けられる。

図９に示されるように、シャフト２１のボール戻し溝２１ａは、ウォーム本体２０の内側との間で、ボール戻し軌道βを形成する。ボール戻し軌道βの一端と他端は、循環部材２２に形成される連結軌道に接続される。また、シャフト２１のキー溝２１ｂにはキー２９がはめ込まれ、貫通孔２１ｃにはウォーム本体２０の貫通孔２３をも同時に貫通するボルト３０が挿入される。

図３及び図５に示されるように、ベース１９には一組のホイール支持ブロック３１が固定され、このホイール支持ブロック３１にベアリング３２を介してホイール回転軸３３が回転可能に支持される。ホイール１６はホイール回転軸３３の中央部分に固定されている。ホイール１６の外周には、ホイール溝１６ａが形成される。ホイール溝１６ａのねじれ角は小さく、ホイール溝１６ａは概ねホイール１６の軸線方向に伸びている。ホイール溝１６ａの断面形状は、例えば単一の円弧形状からなるサーキュラーアーク溝形状、又は複数の円弧を組み合わせたゴシックアーチ溝形状に形成される。図７に示されるように、ウォーム本体２０の外形に合わせてホイール１６の外周の幅方向の中央部は、外径が狭められている。これにより、ホイール溝１６ａの長さ方向の全体に亘って、ボール１７とホイール溝１６ａとが接触する。

図１０及び図１１は、ウォーム１５のウォーム溝１５ａの両端に組み込まれる循環部材２２を示す。図１０は循環部材の斜視図を示し、図１１は循環部材の半割り図（循環軌道に沿った断面図）を示す。循環部材２２の内部には、ウォーム溝軌道αの端とボール戻し軌道βの端とを接続する連結軌道γが形成される。循環部材２２のウォーム溝軌道α側の端部には、ホイール１６のホイール溝１６ａ内に突出するリップ部２２ａが形成される。リップ部２２ａは、ウォーム溝軌道αを移動するボール１７を連結軌道γに落とし込むことができるように、ウォーム溝軌道αを移動するボール１７の中心線の軌道よりも外側に突出する。ウォーム溝軌道αを移動するボール１７は、このリップ部２２ａの壁面２２ｃに衝突し、方向転換して、連結軌道γ内に落とし込まれる。循環部材２２のウォーム溝軌道α側の端部にリップ部２２ａを設けたのは、ボール１７に衝突する壁面２２ｃがないとウォーム溝軌道αを移動するボール１７をウォーム１５の内部に落とし込むことができないからである。ボール戻し軌道βを経由して残りの循環部材２２の連結軌道γを通過したボールは、リップ部２２ａからウォーム溝軌道α上に戻される。

一方、循環部材２２のボール戻し軌道β側の端部には、ボール戻し軌道βを移動するボール１７を掬い上げる舟底掬い部２２ｂが形成される。舟底掬い部２２ｂには、連結軌道γの奥の方に向かって徐々に幅が狭くなる溝３６が形成される。以下、舟底掬い部２２ｂについて詳述する。

図１２は、シャフト２１の軸線方向からみた循環部材２２と、シャフト２１上のボール戻し軌道βを移動するボール１７の中心線軌道３７との関係を示す。シャフト２１の軸線方向からみて、舟底掬い部２２ｂの溝３６は、ボール１７の中心線軌道３７に沿った円弧形状で、かつ中心線軌道３７よりも寸法ｈだけシャフト２１側に配置される。また上述のように、ボール戻し溝２１ａの深さはボール１７の半径未満であり、ボール１７はその半分以上がボール戻し溝２１ａから露出する。

図１３は、舟底掬い部２２ｂの断面形状の変化を示す。舟底掬い部２２ｂの先端の断面形状に０を付記し、連結軌道γの奥の方に移動した舟底掬い部２２ｂの断面形状に１から１０を順番に付記した。舟底掬い部２２ｂの断面形状は、０の位置において半円形形状で、舟底掬い部２２ｂの両側３８がボール１７の中心線軌道よりも寸法ｈだけ突出する。連結軌道γの奥の方に向かうにしたがい（１から１０に進むにしたがい）、舟底掬い部２２ｂの両側３８がシャフト側に突出し、舟底掬い部２２ｂの断面形状は半円形形状から円形に近づく。これに伴い、舟底掬い部２２ｂの溝３６の幅Ｗが徐々に狭くなる。

図１２に示されるように、ボール戻し軌道βを移動するボールは、舟底掬い部２２ｂに転がり込む。図１３に示されるように、舟底掬い部２２ｂの溝３６の幅Ｗは０から４までは、ボール１７の直径よりも大きい。このためボール１７は舟底掬い部２２ｂの両側に抱え込まれることなく、シャフト２１の周囲を移動し、舟底掬い部２２ｂとボール１７の背面との隙間３９が僅かずつ大きくなる（このとき図１２に示されるように、ボール１７の中心線軌道３７は連結軌道γの中心線４０からシャフト２１側に変位する）。ボール１７がさらに５まで移動すると、ボール１７が舟底掬い部２２ｂに抱え込まれはじめる。舟底掬い部２２ｂの溝３６の幅Ｗは奥の方に向かって徐々に狭くなるので、６から１０でボールは舟底掬い部２２ｂで抱え込まれながら、連結軌道γの奥の方に導かれる。舟底掬い部２２ｂの両側３８でボール１７を抱え込みながら連結軌道γの奥の方に導くことで、ボール１７と舟底掬い部２２ｂとの衝突を可及的に少なくすることができ、ボール１７を円滑に掬い上げることができる。また、舟底掬い部２２ｂで徐々にボール１７の進路を狭めることにより、ボール１７の揺れを抑え、ボール１７を整列運動させることもできる。

ウォーム溝軌道α、ボール戻し軌道β及び一対の連結軌道γとでボール循環経路が構成される。これらの軌道の内径はボール１７の直径よりも若干大きい。図１４及び図１５は循環経路を移動するボール１７を示す。図１４（Ａ）はウォーム本体２０が隠されたシャフト２１と循環部材２２を示し、図１４（Ｂ）はウォーム本体２０を隠さずに表した図を示す。図１５では、ウォーム本体２０の内部の循環経路を示すために、ウォーム本体２０を透明線で示した。ウォーム１５外周の螺旋状のウォーム溝軌道αには、複数のボール１７が配列される。ボール１７間にはボール１７同士の接触を防止するためにスペーサ３３が介在される。ウォーム溝軌道αの一部のボールは、ホイール１６のホイール溝１６ａにも接触するので、ウォーム溝１５ａとホイール溝１６ａとの間で押し潰されるような荷重を受ける。一方、ウォーム溝軌道αの他部のボールは、ウォーム溝１５ａとかご部材１８との間で押しつぶされるような荷重を受けることはない。このためウォーム溝軌道αは、ウォーム１５とホイール１６との間の負荷域と、ウォーム１５とかご部材１８との間の無負荷域とに分けられる。ウォーム１５を回転させると、ウォーム１５とホイール１６との間のウォーム溝軌道αの負荷域をボール１７が転がる。負荷域を転がるボール１７がウォーム溝軌道αの無負荷域のボールを押すので、ウォーム溝軌道α上のボール全体がウォーム溝軌道αに沿って移動する。

ウォーム溝軌道αの一端まで移動したボールは、循環部材２２のリップ部２２ａで方向転換され、ウォーム溝軌道αから連結軌道γへと導かれる。連結軌道γを通過したボール１７は舟底掬い部２２ｂからシャフト２１上のボール戻し軌道βへ導かれる。ボール戻し軌道βはウォーム溝軌道αとは逆リードなので、螺旋状のボール戻し軌道βを移動するボール１７はウォーム溝軌道αの他端に近づく。ボール戻し軌道βの他端まで移動したボール１７は、残りの循環部材２２の舟底掬い部２２ｂで掬い上げられ、連結軌道γへ導かれる。連結軌道γを通過したボール１７はリップ部２２ａから再びウォーム溝軌道αへと戻される。

図１６はボール循環経路の中心線を示す。図１６（Ａ）はウォームの側面側からみた図を示し、図（Ｂ）はウォームの正面側からみた図を示す。図１７は図１６に対応させた循環部材２２の連結軌道γを示す。ボール循環経路は、螺旋状のウォーム溝軌道α、螺旋状のボール戻し軌道β、ウォーム溝軌道αとボール戻し軌道βとを連結する一対の連結軌道γとで構成される。この実施形態では、ウォーム１５の外周に二巻きのウォーム溝軌道αが形成されている。一対の循環部材２２のリップ部２２ａは、ウォーム１５の軸線方向からみて同じ位置に配置される。このため、ウォーム１５の軸線方向からみてあたかもウォーム溝軌道αから一方の循環部材２２の連結軌道γにボールが落とし込まれると同時に、他方の循環部材２２の連結軌道γからウォーム溝軌道αへボールが飛び出すようになる。リップ部２２ａを同じ位置に配置することで、ウォーム１５とホイール１６との間を転がるボール１７の有効数を一定に保つことができる。ボール戻し軌道βは１．５巻きの螺旋状に形成される。ボール戻し軌道βを螺旋状に形成することで、大きな曲率半径の軌道を形成することができ、ボール１７を円滑に移動させることができる。

連結軌道γの、ウォーム溝軌道αに接続される部分（図１７（Ａ）中(1)で示される領域）は、円弧形状である。ウォーム溝軌道αからウォーム１５の内部にボール１７を落とし込むため、ウォーム１５の軸線方向からみて円弧形状(1)の曲率半径Ｒ１は、ウォーム溝軌道αの曲率半径Ｒ２よりも小さい。また、ウォーム溝軌道αとの接続点において、連結軌道γの中心線の接線とウォーム溝軌道αの中心線の接線とが一致する。ここで、ウォーム溝軌道αは所定のリードを有するので、ウォーム１５の側面からみて、図１７（Ａ）に示されるように円弧形状(1)はリードに合わせて傾いている。

連結軌道γの、ボール戻し軌道βに接続される部分（図１７中(4)で示される領域）は、直線形状であり、且つ、連結軌道γとボール戻し軌道βとの接続点において、連結軌道γの中心線とボール戻し軌道βの中心線の接線とが一致する。ここで、ボール戻し軌道βは所定のリードを有するので、図１７（Ａ）に示されるように、ウォーム１５の側面からみて直線形状(4)はリードに合わせて傾いている。

そして、連結軌道γの円弧形状に形成された部分(1)と、連結軌道γの直線形状に形成された部分(4)との間の中間部分は、直線形状(2)と円弧形状(3)の組合せで構成される。具体的には、円弧形状に形成された部分(1)には、直線形状(2)が連結され、直線形状に形成された部分(1)には、円弧形状(3)が連結される。直線形状(2)と円弧形状(3)とは、その接続点において軌道の中心線の接線方向が一致する。すなわち循環部材２２の連結軌道γは、リップ部２２ａから舟底掬い部２２ｂに至るまで、円弧(1)、直線(2)、円弧(3)、直線(4)の組合せで構成される。

以上のように連結軌道γを構成すると、連結軌道γとウォーム溝軌道αとの接続点において、これらの軌道の中心線の接線方向が一致するので、軌道の接線方向が不連続になることがない。また、連結軌道γとボール戻し軌道βとの接続点においても、これらの軌道の中心線の接線方向が一致するので、軌道の接線方向が不連続になることがない。さらに連結軌道γはその内部の円弧(1)、直線(2)、円弧(3)、直線(4)の軌道の接続点において、接線方向が一致するので、連結軌道γの全長に亘って軌道の接線方向が不連続になることがない。したがって、ボールを円滑に移動させることができる。

なお、図１６に示される循環部材２２の連結軌道γのウォーム溝軌道に接続される部分を、円弧形状の替わりに螺旋形状又はクロソイド曲線形状等の曲線形状に形成することもできる。またウォーム溝軌道α、ボール戻し軌道βの形状によっては、連結軌道γの中間部分の直線(2)及び／又は円弧(3)を省略することも可能である。

図１８はボール循環経路の他の例を示す。図１８（Ａ）はウォームの側面側からみた図を示し、図１８（Ｂ）はウォームの正面側からみた図を示す。図１８に示される循環経路では、一対の循環部材２２のリップ部２２ａの位置をウォーム１５の軸線方向からみて周方向に位置をずらし、一対のリップ部２２ａを離間させている。この例によれば、ウォーム１５の軸方向からみて、一対のリップ部２２ａ間のボール１７も荷重を負荷できるようになるので、ウォーム１５とホイール１６との間を転がるボール１７の有効数を増やすことができる。このようにウォーム溝軌道αを移動するボール１７を連結軌道γに落とし込む位置は、ウォームギヤによって様々に変わる。この例では、ボール戻し軌道βは０．４巻き程度の螺旋状に形成され、ウォーム溝軌道αは２巻き弱の螺旋状に形成される。連結軌道γは、０．４巻き程度のボール戻し軌道βと２巻き弱のウォーム溝軌道αとを連結する。上記図１６に示される軌道と同様に、連結軌道γとウォーム溝軌道αとの接続点、連結軌道γとボール戻し軌道βとの接続点においては、互いの軌道の接線が一致する。また連結軌道γ自体は螺旋(1)、直線(2)、円弧(3)、直線(4)の組合せで構成され、その内部の螺旋(1)、直線(2)、円弧(3)、直線(4)の接続点において、接線方向が一致する。

本明細書は、２００５年２月４日出願の特願２００５−０２９７４１に基づく。この内容はすべてここに含めておく。

Claims (6)

1. ウォームとホイールとの間に転がり運動可能にボールを介在させたウォームギヤであって、
   外周にボールが転動する螺旋状のウォーム溝が形成されるウォーム本体と、
   前記ウォーム本体に複数のボールを介して噛み合うホイールと、
   前記ウォーム本体の内側に設けられ、螺旋状のボール戻し軌道を前記ウォーム本体の内側との間で形成するシャフトと、
   前記ウォーム本体に設けられ、前記ウォーム溝と前記ボール戻し軌道とを連結する連結軌道が形成される循環部材と、
   前記ウォーム溝に沿った螺旋状のウォーム溝軌道、前記ボール戻し軌道、及び前記連結軌道とで構成される循環経路に配列される複数のボールと、を備え、
   前記循環部材の前記ボール戻し軌道側の端部には、前記連結軌道の奥の方に向かって徐々に幅が狭くなる溝が形成される舟底掬い部が設けられ、
   前記ボール戻し軌道を移動するボールは、前記舟底掬い部の両側で抱え込まれながら前記連結軌道の奥の方に導かれることを特徴とするウォームギヤ。
2. 前記シャフトの軸線方向からみて、前記舟底掬い部の前記溝は、前記シャフト上の前記ボール戻し軌道を移動する前記ボールの中心線軌道に沿った円弧形状に形成され、かつ前記溝は前記中心線軌道よりもシャフト側に配置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。
3. 前記シャフトの外周には、前記ボールの半径未満の深さを有し、前記ボール戻し軌道を構成するボール戻し溝が形成されることを特徴とする請求項２に記載のウォームギヤ。
4. 前記循環部材の前記ウォーム溝軌道側の端部には、リップ部が設けられ、
   前記ウォーム溝軌道を移動するボールは、前記リップ部の壁面に衝突して前記ウォーム溝軌道から前記連結軌道に落とし込まれることを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載のウォームギヤ。
5. 前記循環部材は、前記ウォーム本体とは別部材で、前記ウォーム本体に組み込まれることを特徴とする請求項４に記載のウォームギヤ。
6. 前記連結軌道は、前記ボール戻し軌道に連結される部分が直線形状であり、且つ、前記連結軌道と前記ボール戻し軌道との接続点において、前記連結軌道の中心線と前記ボール戻し軌道の中心線の接線とが一致することを特徴とする請求項１ないし５いずれかに記載のウォームギヤ。