(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に所定のピッチ間隔でラック歯を形成した直線状のウォームラックと、截頭円錐体の外表面に前記ラック歯のピッチ間隔で、前記ラック歯に対向する突条歯を最大径部から最小径部にかけて複数条の螺旋状に形成した円錐台状のウォーム歯車とを備え、
前記ラック歯の前記突条歯に対向する面に、前記突条歯の前記最大径部から前記最小径部までのうち、前記最大径部の曲率半径を前記ラック歯に平行となる長径として前記ラック歯の歯筋長さ方向に沿わせ、かつ前記最小径部を短径とする楕円の一部を成すように窪み、かつ前記歯筋長さに対して前記突条歯の捩じれの変化率で、前記突条歯の捩じれ方向に捩じれた曲面壁部を設け、
前記ウォームラックに対して前記ウォーム歯車を所定の角度で傾斜するように配置して、前記突条歯を前記ラック歯のうち三つのラック歯の前記曲面壁部には噛合させて、
前記ウォーム歯車の回転駆動時、前記ウォーム歯車の回転が前記ウォームラックに直線運動力として伝達変換されるようにしたことを特徴とするウォームラック形動力伝達装置。
【請求項２】
前記ウォーム歯車の前記ウォームラックとは反対側の端部に、前記ウォーム歯車を回転駆動する電動機が一列に連結されていることを特徴とする請求項１に記載のウォームラック形動力伝達装置。
【請求項３】
前記ウォームラックは縦形に配置され、前記ウォーム歯車は、高所作業用および荷物などの上げ下げに用いる昇降装置に組み込まれていることを特徴とする請求項１に記載のウォームラック形動力伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウォーム歯車およびウォームラックを有し、前者の回転運動を直線運動として後者に伝えるウォームラック形動力伝達装置に係り、とりわけウォーム歯車が円錐台状を成すウォームラック形動力伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、大型工作機械の搬送用に好適となるウォームラック形動力伝達装置では、図４に示すものがある。図４では、短寸のウォーム歯車５０を半割りナット状のウォームラック５１に並列させてウォーム歯５０ａをウォームラック５１のラック歯５１ａに噛み合わせている。
【０００３】
入力軸５０ｂを介してウォーム歯車５０を電動機（図示せず）などにより回転させると、ウォームラック５１が長手方向Ｎに直線移動し、大型工作機械のロボットアーム（図示せず）などに動力を伝えて、機械部品などの送り作業を行う。ウォーム歯５０ａがラック歯５１ａに略半円領域部で噛み合うので、ウォーム歯車５０からウォームラック５１への伝達力が大きく、長尺な加工機械の送り機構に好適である。
しかしながら、ウォームラック５１とウォーム歯車５０とは並列配置のため、電動機や動力伝達機構を設置するスペースが狭くなり、伝達機構が複雑化する欠点がある。
【０００４】
ウォームラック形動力伝達装置の他の機構として、図５に示すスクロールチャック５２がある。スクロールチャック５２は、旋盤（図示せず）で工作物のチャック機能に用いられ、台座５３の上面に回転可能に設けられた渦巻き条歯５２ａをスクロールとして取り付けている。渦巻き条歯５２ａは、アルキメデス曲線に沿って形成されたもので、三本のラックピース５４を噛合させている。
【０００５】
ピニオン５５を周歯５６に噛み合わせてハンドル５７で回転駆動させることにより、渦巻き条歯５２ａが回転して、ラックピース５４を中心方向Ｌに移動させて工作物へのチャック機能を働かさせている。渦巻き条歯５２ａは、長尺噛合面積が大きいので、複数のラックピース５４を同時に移動させることができる利点がある。この反面、ラックピース５４の移動範囲は、渦巻き条歯５２ａの中心部Ｇが限界で、中心部Ｇを通過しては移動できず、長距離駆動は不可能である。
【０００６】
この欠点を緩和したのが特許文献１の半開放型の引戸である。平面上のスクロールの代わりに、ローラユニットを傘状にしてスクロール歯を設けている。ローラユニットの回転時、受歯がスクロール歯の中心を超えて移動できるようになる。
しかしながら、受歯に沿って一ピッチ進めるためには、スクロール歯を一回転させる必要があり、受歯に対するスクロール歯の摺動長さが大きくなり摩擦損失が発生し、大きな駆動力を必要とする機械産業の工作機械に適用することは困難である。
【特許文献１】特開平９−３２８９７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般に、ねじ送り機構では、伝達力が強力で移動精度が高く、かつ自己ロック性に優れているため、広範囲に用いられているが、長尺駆動が困難となる欠点がある。ラック・ピニオン機構では、長尺駆動が可能なものの、自己ロック性がなく、かつラック歯とピニオンとの噛み合い数が少ないので、強力な伝達性に欠ける。
このため、ねじ送り機構の利点を取り入れ、欠点を補い、かつラック・ピニオン機構の利点を取り入れ、欠点を補う動力伝達装置の登場が望まれていた。
【０００８】
本発明は上記の事情を考慮してなされたもので、その目的は、伝達力が強力で摩擦損失がなく伝達効率が高く、良好な移動精度で精密な直線駆動が可能となり、かつ自己ロック性を有し、しかも長尺駆動を実現するウォームラック形動力伝達装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（請求項１について）
直線状のウォームラックは、その表面に所定のピッチ間隔でラック歯を形成している。円錐台状のウォーム歯車は、截頭円錐体の外表面にラック歯のピッチ間隔で、ラック歯に対向する突条歯を最大径部から最小径部にかけて複数条の螺旋状に形成している。
曲面壁部は、ラック歯の突条歯に対向する面に設けられ、突条歯の最大径部から最小径部までのうち、最大径部の曲率半径をラック歯に平行となる長径としてラック歯の歯筋長さ方向に沿わせ、かつ最小径部を短径とする楕円の一部を成すように窪み、かつ歯筋長さに対して突条歯の捩じれの変化率で、突条歯の捩じれ方向に捩じれている。ウォームラックに対してウォーム歯車を所定の角度で傾斜するように配置して、突条歯をラック歯のうち三つのラック歯の前記曲面壁部には噛合させている。ウォーム歯車の回転駆動時、ウォーム歯車の回転がウォームラックに直線運動力として伝達変換される。
【００１０】
ラック歯に楕円の一部を成し、突条歯の捩じれの変化率に沿って捩じれた曲面壁部を形成したので、ウォーム歯車の突条歯が対応する三つのラック歯の各曲面壁部には線接触状態で噛合するようになる。
これにより、伝達力が強力で摩擦損失がなく伝達効率が高く、良好な移動精度で精密な直線の長尺駆動が可能となる。
ラック歯の曲面壁部に対する突条歯の噛合により、ウォーム歯車は回転しない限り、ウォームラックの長手方向の移動が禁じられて不動状態となる自己ロック性を有する。
【００１２】
（請求項２について）
ウォーム歯車のウォームラックとは反対側の端部に、ウォーム歯車を回転駆動する電動機が一列に連結されている。
ウォーム歯車とウォームラックとの間には余剰スペースが生じるため、ウォーム歯車に電動機を一列に連結できる。これにより、ウォーム歯車とウォームラックとが並列配置されて、余剰スペースが狭く電動機とウォーム歯車との間にギアトレインなどの伝達機構を設けて複雑化するものと異なり、伝達機構の簡素化が図られる。
【００１３】
（請求項３について）
ウォームラックは縦形に配置され、ウォーム歯車は、高所作業用および荷物などの上げ下げに用いる昇降装置に組み込まれている。
この場合、電動機をウォーム歯車に直結できることから、請求項２で述べたように、自己ロック性を有する利便性に伴う伝達機構の簡素化により昇降装置を軽量で小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明のウォームラック形動力伝達装置では、円錐台状のウォーム歯車をウォームラックに噛合させる構造のため、自己ロック性を有し、伝達力が強力で摩擦損失がなく伝達効率が高く、良好な移動精度で精密な直線での長尺駆動が可能となる。
【実施例１】
【００１５】
図１および図２に基づいて本発明の実施例１を説明する。
本発明の実施例１に係るウォームラック形動力伝達装置１は、例えば大型工作機械のロボットアーム（図示せず）の駆動に用いられるもので、通常では機械製作工場などの床に据え付けられる。
【００１６】
ウォームラック形動力伝達装置１において、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、直線状のウォームラック２は、鉄や軟鋼などの金属により断面略矩形に形成され、基盤Ｂ上に設けられた金属梁Ｄ上に設置されている。ウォームラック２は、長手方向に移動可能に設けられており、上向き表面に所定のピッチ間隔Ｐで多数のラック歯２ａを連続形成している。ラック歯２ａの歯面プロフィールは、例えば断面略台形をなしている。
【００１７】
円錐台状のウォーム歯車３は、鉄や軟鋼製の截頭円錐体４の外表面にラック歯２ａのピッチ間隔Ｐで、ラック歯２ａに対向する突条歯５を最大径部Ｓ１から最小径部Ｓ２にかけて複数条の螺旋状に一体形成したものである。突条歯５の歯面プロフィールは、ラック歯２ａと同様に断面略台形をなしている。ウォーム歯車３は、ウォームラック２と同一面上に位置し、ウォームラック２に対して例えば３０°の傾斜角αとなるように配置し、突条歯５をラック歯２ａに噛合させる。
【００１８】
ラック歯２ａの突条歯５に対向する面には、図２（ｂ）に示すように、歯筋長さＴ方向に沿って楕円Ｅの一部を成すように窪み、かつ図２（ｃ）に示すように、ラック歯２ａの歯筋長さＴに対して突条歯５の捩じれの変化率θに沿って捩じれた曲面壁部６を設けている。
【００１９】
ここで、截頭円錐体４の母線に対する突条歯５の捩り角は、最大径部Ｓ１に近づくほど大きくなる傾向があるため、最小径部Ｓ２から最大径部Ｓ１に沿って一回転毎に捩じれ角度に変化率θが生じる。この変化率θを突条歯５の捩れ方向に沿って曲面壁部６の捩れに適用している。
【００２０】
この楕円Ｅは、突条歯５の最大径部Ｓ１から最小径部Ｓ２までのいずれか、例えば最大径部Ｓ１の曲率半径をラック歯２ａに平行な長径Ｍａとし、最小径部Ｓ２を短径Ｍｂとしてなる。
突条歯５をラック歯２ａの曲面壁部６に噛合させ、ウォーム歯車３の回転駆動時、ウォーム歯車３の回転がウォームラック２に直線運動力として伝達変換されるようにしている。
【００２１】
ウォーム歯車３の後端部には、図１（ａ）に示すように、ハウジング８に収容された入力軸７が一体に延出形成されており、ハウジング８と入力軸７との間には軸受９ａ、９ｂが設けられている。ウォーム歯車３のウォームラック２とは反対側の端部、すなわちハウジング８の後端部８ａには、ウォーム歯車３を回転駆動する電動機１０が駆動系部品として一列に連結されている。電動機１０の回転軸１０ａは、スリーブ１０ｓを挿通してウォーム歯車３の入力軸７に連結されている。
【００２２】
ウォームラック２の一側面部には、長手方向に沿ってガイド棒１１が取り付けられている。ガイド棒１１には、ガイド棒１１に摺動可能に嵌合する横長溝１２ａを有するスライダー１２が設けられている。スライダー１２とハウジング８とは、ガイド板１３により連結されており、ウォーム歯車３をウォームラック２に噛合状態に位置保持している。
【００２３】
このため、ウォーム歯車３、ハウジング８および電動機１０をウォームラック２とは異なる静止部材（図示せず）に固定し、電動機１０に通電すると、電動機１０の回転力が回転軸１０ａおよび入力軸７を介してウォーム歯車３に伝わる。ウォーム歯車３の突条歯５がラック歯２ａの曲面壁部６に噛合していることから、電動機１０の回転力は、ウォームラック２を長手方向に移動させる直線運動に変換される。ガイド板１３は、ガイド棒１１に沿って直線方向に摺動するため、ウォーム歯車３をウォームラック２に沿って移動するように案内する。
【００２４】
逆にウォーム歯車３、ハウジング８および電動機１０を固定状態から解放して自由にし、ウォームラック２を床に固定すると、電動機１０の通電に伴い、ウォーム歯車３がハウジング８および電動機１０と一緒にウォームラック２に沿って長手方向に移動するようになる。
【００２５】
上記構成では、ラック歯２ａに楕円Ｅの一部を成し、突条歯５の捩じれの変化率θに沿って捩じれた曲面壁部６を形成したので、ウォーム歯車３の突条歯５が対応する三つのラック歯２ａの各曲面壁部６に線接触状態で噛合するようになる。
これにより、伝達力が強力で摩擦損失がなく伝達効率が高く、良好な移動精度で精密な直線の長尺駆動が可能となる。
ラック歯２ａの曲面壁部６に対する突条歯５の噛合により、ウォーム歯車３は回転しない限り、ウォームラック２の長手方向の移動が禁じられて不動状態となる自己ロック性を保持する。
【実施例２】
【００２６】
図３は本発明の実施例２を示す。実施例２では、実施例１で用いたウォームラック形動力伝達装置１を昇降装置１４に適用している。
すなわち、ウォームラック２は縦形に配置され、ウォーム歯車３は、高所作業用や荷物などの上げ下げに用いる昇降装置１４に組み込まれている。
【００２７】
昇降装置１４は、収納ボックス１７、収納ボックス１７上に取り付けられた平坦なパレット１８およびパレット１８の両側に立設された把手１９ａ、１９ｂを備えている。ウォーム歯車３、ハウジング８および電動機１０は、収納ボックス１７内に取り付けられており、電動機１０は、電導コード１５を介して電源コンセント１６に接続されている。図３では、便宜上の理由からガイド棒１１、スライダー１２およびガイド板１３からなるガイド構造体を省いている。
【００２８】
パレット１８に荷物や作業者（いずれも図示せず）を載せた状態で、使用者Ｕがアンテナ２０ａを備えた遠隔装置機器２０を操作すると、電動機１０に通電されてウォーム歯車３がウォームラック２に対して回転することにより、図３に矢印Ｎ１およびＮ２で示すように、昇降装置１４が荷物や作業者を載せたまま上昇したり下降したりする。
実施例２の昇降装置１４では、ウォーム歯車３がウォームラック２に対して自己ロック性を有することから、伝達機構の簡素化により昇降装置１４を軽量で小型化することができる。
【００２９】
（変形例）
（ａ）実施例１におけるウォームラック２やウォーム歯車３は鉄や軟鋼製に限らず、負荷状態によっては強化プラスチック製や強化セラミック製であってもよい。
（ｂ）実施例１において、ウォームラック２に対するウォーム歯車３の傾斜角αは、３０°に限らず、１０°〜３０°内の角度範囲に所望に設定してもよく、使用状況、設置場所あるいは負荷状態などによって種々に変更することができる。
【００３０】
（ｃ）ウォームラック２のラック歯２ａおよびウォーム歯車３における突条歯５の各歯面プロフィールは断面略台形状に限らず、断面略円弧状やＶ字状の先端を有する略円弧状の断面形状を有してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明のウォームラック形動力伝達装置では、突条歯に曲面壁部を形成してウォーム歯車の突条歯が対応する各曲面壁部に線接触状態で噛合するようにしている。これにより、ウォームラックに対するウォーム歯車の自己ロック性を生じるとともに、伝達力が強力で摩擦損失がなく伝達効率が高く、良好な移動精度で精密な直線の長尺駆動が可能となる。ウォームラック形動力伝達装置の小型で高性能な有益性から生産の効率化を求める需要の増加に伴い、機械産業界へ広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】（ａ）はウォームラック形動力伝達装置の部分縦断面図、（ｂ）はウォームラック形動力伝達装置の正面図である（実施例１）。
【図２】（ａ）はウォームラック形動力伝達装置の斜視図、（ｂ）はラック歯を説明するための斜視図、（ｃ）はラック歯の斜視図である（実施例１）。
【図３】ウォームラック形動力伝達装置が組み込まれた昇降装置を示す斜視図である（実施例２）。
【図４】ウォーム歯車をウォームラックに噛み合わせた状態を示す斜視図である（従来）。
【図５】スクロールチャックを模式的に示す斜視図である（従来）。
【符号の説明】
【００３３】
１    ウォームラック形動力伝達装置
２    ウォームラック
２ａ  ラック歯
３    ウォーム歯車
４    截頭円錐体
５    突条歯
６    曲面壁部
７    入力軸
１０  電動機
１４  昇降装置
α    傾斜角
θ    捩じれの変化率
Ｅ    楕円
Ｍａ  長径  
Ｍｂ  短径  
Ｓ１  最大径部
Ｓ２  最小径部
【図１】
0004531097.tif 000002
【図２】
0004531097.tif 000003
【図３】
0004531097.tif 000004
【図４】
0004531097.tif 000005
【図５】
0004531097.tif 000006