(57)【要約】【課題】ウォームとウォームホイールを用いた回転伝達機構におけるバックラッシを少なくするためには、ウォームとウォームホイールの軸間距離を狭く調整して組立てる必要があるが、このとき軸間距離を狭くし過ぎると、歯車などの加工精度の限界や組立て誤差による回転の振れが吸収できず、滑らかな回転が得られなくなる。本発明は、バックラッシの除去と歯車の噛み合い外れの抑制の両立が得られるようにしたウォーム歯車回転伝達装置を提供する。【解決手段】ウォームホイールをその法線方向に弾性を有するように構成し、また、ウォームをウォームホイールに押し付けて組立を実施することで、バックラッシの除去と滑らかな回転を可能とし、更に歯車の噛み合い外れの抑制を実現する。【選択図】図１
2007092903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウォームとウォームホイールにより回転動力を伝達するウォーム歯車回転伝達装置において、上記ウォームホイールは上記法線方向に弾性を有し、上記ウォームと上記ウォームホイールとの歯面に作用する法線方向の力に追従して、上記ウォームと上記ウォームホイールの軸間距離を所定範囲内に保持することによってバックラッシを除去することを特徴とするウォーム歯車回転伝達装置。
【請求項２】
請求項１記載のウォーム歯車回転伝達装置において、弾性を有するスリーブを備え、上記ウォームホイールは上記スリーブの外周に取付けされ、上記スリーブの弾性変形により、上記ウォームと上記ウォームホイールの軸間距離を所定範囲に保持することによってバックラッシを除去することを特徴とするウォーム歯車回転伝達装置。
【請求項３】
請求項２記載のウォーム歯車回転伝達装置において、上記スリーブを固定するためのベースにベアリングを備え、上記ベアリングは、上記スリーブに加わる上記法線方向の力を分散させると共に、過大な負荷がかかった時に、上記ウォームと上記ウォームホイールの噛み合いが外れることを防止することを特徴とするウォーム歯車回転伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウォーム歯車回転伝達機構におけるバックラッシ除去に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
歯車機構は、回転運動の伝達に欠かせない存在である。このとき、大きな減速比を要する場合に適した歯車機構として、ウォーム歯車がある。ウォーム歯車とは、ウォームとこれに噛み合ったウォームホイールで構成されている歯車機構のことである。
【０００３】
図３によって従来のウォーム歯車技術を説明する。図３は従来のウォーム歯車伝達機構の一例の構成を示す斜視図である。
この図３には、ウォーム 21 と、これに噛み合ったウォームホイール 25 が示されている。そして、まず、ウォーム 21 は、ウォームベース 22 に、軸受23 により回転可能に取付けられていて、その一方の軸端には動力源であるモータ24 の回転軸が連結されていて、このウォーム歯車回転伝達機構の駆動力の入力側となっている。
一方、ウォームホイール 25 は回転軸 26 を備えていて、この回転軸26 が軸受を介してウォームホイールベース 27 に回転可能な状態で保持され、この回転伝達機構の駆動力の出力側となっている。
なお、この回転軸 26 の軸受は、ウォームホイール 25 の下側のウォームホイールベース 27 に敢付けられているため、図３では隠れて見えない。
【０００４】
このとき、ウォームベース 22 は、固定ボルト 28 により、軸間距離29（後述する）を保ってウォームホイールベース 27 に取付けられる。そして、ウォーム 21 とウォームホイール 25 は、このときのウォームベース 22 の取付け位置で決まる軸間距離で噛み合うことになる。
このため、固定ボルト 28 が挿通できるようにウォームベース 22 に形成してある取付け孔は、軸間方向（軸間距離 29 の方向）に長くなった長穴形状または楕円形状になっており、ウォームホイールベース 27 の任意の位置にウォームベース 22 を固定することで軸間距離の調整が得られるようになっている。これは、バックラッシ、つまり歯車の間に存在し、ガタの要因となる隙間を最適化するためである。
【０００５】
図４は、ウォームホイール 25 とウォーム 21 との噛み合い関係を説明するための模式図で、この図に軸間距離29 が示されている。そして、この軸間距離 29 は、ウォームベース22 をウォームホイールベース 27 に取付ける固定ボルト28 が、ウォームベース 22 に設けてある取付け孔の中のどの位置で固定されるかにより決められる。
【０００６】
例えば、図３に示したウォーム歯車回転伝達機構を動作させ、ウォーム21 とウォームホイール 25 が回転されたとすると、ウォーム21 とウォームホイール 25 の噛み合い歯面の隙間が一様にならず、ウォーム21 とウォームホイール 25 の位置により隙間が変化してしまい、図５に示すように、噛み合せが浅くバックラッシが大きくなってしまう場所と、図６に示すように噛み合せが深くなってバックラッシが小さくしまう場所とが現われてしまう。
【０００７】
これは、構成部品の加工精度や組立精度に限界があるため、ウォーム21 とウォームホイール 25 に回転振れが生じることによる。このとき、図５に示したバックラッシが大きくなってしまう所では、ガタとなって位置決め精度の悪化や停止時の揺れが大きくなるなどの問題が発生し、他方、図６に示すように、バックラッシが小さくなっている場所では、摩擦力が大きくなって滑らかな回転が得られなくなるなどの問題が発生する。
【０００８】
これを吸収するため、従来から、ウォームホイールベース 27 にウォームベース 22 を固定する際、滑らかな回転が得られ、かつ最小のバックラッシで最適な噛み合せとなるように、取付け位置に調整したり、ウォーム 21 とウォームホイール 25 の加工精度を上げるためラツピングなどのすり合わせ作業を実施したりしていた。このような調整作業は、熟練を要し、作業にも長時間が必要であった。
【０００９】
一方、これらの方法とは別に、ウォームをウォームホイールに対して弾性的に押付けた状態に保持し、バックラッシを無くす方法が従来技術として提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００４−１０８４４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記従来技術は、ウォームホイールに対するウォームの弾性的な押付けに伴う摩擦力の増加と停止時の位置決め力の低下について配慮がされておらず、伝達効率の低下と位置決め精度の向上に問題があった。
【００１１】
ウォームとウォームホイールによる回転伝達機構では、動力伝達時に、歯面に対して、ウォームからみて軸方向と接線方向、それに法線方向の３方向に力が働くが、このとき滑らかな回転を行うためには、歯面間にわずかな隙間が必要であるが、これは、前述のように、ウォームとウォームホイールが取付けられている回転伝達機構の加工精度や組立精度に限界があることによるガタを吸収するためである。
【００１２】
そこで、このようなウォームとウォームホイールを用いた回転伝達機構におけるバックラッシを少なくするためには、ウォームとウォームホイールの軸間距離を狭く調整して組立てる必要があるが、このとき軸間距離を狭くし過ぎると、歯車などの加工精度の限界や組立て誤差による回転の振れが吸収できず、滑らかな回転が得られなくなる。
【００１３】
ここで隙間をなくして組み立てたとすると歯面の摩擦力が増加し、大きな回転力が必要になり、最悪の場合には回転不能になる。しかも、この場合、歯面の磨耗も早く進み、短時間でバックラッシが大きくなってしまうことになる。
一方、精密な停止位置決めを要求される装置の場合、バックラッシの存在は位置決め精度の低下となるので、僅かなバックラッシでも問題になる。但し、この場合は、停止時、常に同じ回転方向から停止させるなどの方法によればバックラッシによる問題の改善が可能であるが、この場合でも、停止後に外力が加わった場合には位置ずれを起こし、外力が振動である場合には揺れを起こすなど問題があった。このような位置ずれや揺れをなくすためは、停止後に作動するブレーキ機構を、別途付加する必要があり、構成が複雑化してしまう。
【００１４】
このとき、上記した従来技術によれは、これらの問題に対処が可能であるが、この従来技術では、大きな外力が掛ったときウォームとウォームホイールの噛み合いが外れてしまうおそれがあった。この噛み合い外れに対処するため、ウォームをウォームホイールに対して弾性的に押付けているときの力を強くした場合には、上記したように、摩擦力が増加して大きな回転力が必要になり、最悪の場合には回転不能になる上、歯面の磨耗が早く進み、短時間でバックラッシが大きくなってしまうなどの問題が生じてしまう。
【００１５】
従って、従来技術では、ウォームホイールに対するウォームの弾性的な押付けに伴う摩擦力の増加と停止時の位置決め力の低下が二律背反することになり、上記したように、伝達効率の低下と位置決め精度の向上に問題が生じてしまうのである。
本発明の目的は、バックラッシの除去と歯車の噛み合い外れの抑制の両立が得られるようにしたウォーム歯車回転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】
【００１６】
上記の目的を達成するために、本発明のウォーム歯車回転伝達装置では、ウォームホイールをその法線方向に弾性を有するように構成し、また、ウォームをウォームホイールに押し付けて組立を実施することで、バックラッシの除去と滑らかな回転を可能とし、更に歯車の噛み合い外れの抑制を実現している。
即ち、押し付けて組み立てることにより、ウォームとウォームホイールの歯面隙間（バックラッシ）を除去し、常に歯面を接触させながら回転することが可能となる。またウォームホイールに弾性を有することにより、構成部品の加工精度や組立精度による位置ずれや回転揺れが発生しても、ウォームホイールの弾性によって外力を吸収することで、歯面に過度な摩擦力を与えることのない、滑らかな回転を可能としている。
【００１７】
好ましくは、請求項１記載のウォーム歯車回転伝達装置は、ウォームとウォームホイールにより回転動力を伝達するウォーム歯車回転伝達装置において、ウォームホイールは上記法線方向に弾性を有し、ウォームとウォームホイールとの歯面に作用する法線方向の力に追従して、ウォームとウォームホイールの軸間距離を所定範囲内に保持することによってバックラッシを除去することを特徴とする。
また、請求項２記載のウォーム歯車回転伝達装置は、請求項１記載のウォーム歯車回転伝達装置において、弾性を有するスリーブを備え、ウォームホイールはスリーブの外周に取付けされ、スリーブの弾性変形により、ウォームとウォームホイールの軸間距離を所定範囲に保持することによってバックラッシを除去することを特徴とする。
また、請求項３記載のウォーム歯車回転伝達装置は、請求項２記載のウォーム歯車回転伝達装置において、スリーブを固定するためのベースにベアリングを備え、ベアリングは、スリーブに加わる上記法線方向の力を分散させると共に、過大な負荷がかかった時に、ウォームとウォームホイールの噛み合いが外れることを防止することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、本発明によれば、バックラッシの除去と滑らかな回転動作を両立することができ、歯面間の摩擦力が低減されるため、歯面の磨耗の進行を遅らせ歯車の寿命を延ばすことができる。また、歯車の噛み合い外れもない。
しかも、本発明によれば、熟練作業であったバックラッシ調整作業を簡略化することができるので、組立コストの低減化が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明によるウォーム歯車回転伝達装置について、図示の実施の形態により詳細に説明すると、ここで、まず、図１は、本発明によるウォーム歯車回転伝達機構の第１の実施形態を示す断面図である。
この図１において、ウォーム 1 は、ウォームベース4 にベアリング（図示しない）により保持され、これによりウォームベース4 に対して回転可能に取付けられ、その一方の軸端には動力源であるモータ（図示しない）の回転軸が連結されていて、これにより、この歯車機構に対する駆動力の入力側となっている。このとき、モータはウォームベース 4 に取付けられている。
【００２０】
次に、ウォームホイール2 は、スリーブ3 の外周部に取付けられている。このスリーブ 3 が回転軸（回転中心軸 16 を一点鎖線で示す）となり、この回転軸がベアリング6 を介してウォームホイールベース5 に保持されることにより、ウォームホイールベース 5 に対して回転可能な状態で取付けられ、これより、この回転伝達機構の出力側となっている。
ここで、このウォームホイール2 による駆動力は、例えば監視カメラの撮像方向を変える（パン動作またはチルト動作する）場合の駆動源として用いられるものである。
【００２１】
また、ベアリング押さえ 7 と内輪スペーサ 8 は、スリーブ 3 をウォームホイールベース 5 に取付けるための部品であり、ベアリング 6 へ与圧をかけるように、加工寸法を調節してウォームホイールベース 5 に固定されている。
ウォームベース 4 は、ウォーム 1 をウォームホイール 2 に押付け、互いの歯面が密着しバックラッシがゼロとなるように、ウォームホイールベース 5 に固定される（図１等では、ウォーム 1 とウォームベース 4 の取付け部分を省略している。）。
【００２２】
スリーブ 3 は、ウォームホイール 2 の法線方向に弾性を有しており、ウォームホイール 2 は、このスリーブ 3 に固定されている。このため、部品の加工精度や組立精度に起因する回転振れがあった場合を有するスリーブ３に固定されているため、部品の加工精度や組立精度に起因する回転振れがあった場合でも、スリーブ 3 自体が有する弾性で、吸収することができる。従って、ウォームホイール 2 の法線方向の力に追従し、歯面の密着を維持することができる。
例えば、スリーブ 3 の形状は、ウォームホイール 2 の歯面に作用する法線方向の力に応じる形状とする。
以上述べた如く、本実施形態のウォーム歯車回転伝達機構では、バックラッシッを除去しながらの滑らかな回転運動が可能となる。
【００２３】
次に、本発明の別の実施例を、図２を用いて説明する。図２は、本発明によるウォーム歯車回転伝達機構の第２の実施形態を示す断面図である。
本実施形態は、第１の実施形態の構成において、ウォームホイール 2 設置部のスリーブ 3 の内周沿いに、ベアリング 10 を追加した構造である。図１で説明した内容は省略し、図１からの追加部分についてのみ以下に説明する。
なお、図２では、回転中心軸 16 と対称な上部部分を省略している。
【００２４】
ベアリング 10 は、ベアリング押さえ 11 により、ベアリングブロック 9 に内輪側で固定されている。
ベアリングブロック 9 は、ウォームホイールベース 5′に固定されるが、このベアリングブロック 9 の固定には、ウォームホイール 2 の法線方向に調整するように調整代が設けられている（即ち、図３における軸間距離 29の調整に相当する。）。
【００２５】
図１の実施例での説明と同様に、ウォームベース4 は、ウォーム 1 をウォームホイール 2 に押付けて固定している。このため、取付け後のスリーブ 3 は弾性変形している状態となっている。
このスリーブ 3 の弾性変形量は、回転振れにより、ウォームホイール 2 が１回転する間に種々変化する。
ベアリングブロック 9 は、このスリーブ 3 の弾性変形量が最大となっている箇所において、スリーブ 3 の内周に接触するように固定された構造となっている。
【００２６】
図１の実施形態では、バックラッシを除去した滑らかな回転伝達動作は可能となっている。しかし、第１の実施形態において、ウォーム歯車回転伝達機構に大きな外力が働くと、一時的にスリーブ 3 の弾性変形量が増加し、ウォーム1 とウォームホイール 2 の噛み合いが外れ、回転ズレが発生してしまう可能性がある。
これを防止するため、図２の実施形態では、スリーブ 3 の内側にベアリング 10 を設けることで、ウォーム 1 とウォームホイール 2 の距離が一定以上離れない構造としており、歯面の噛み合いが外れることを防止している。
【００２７】
以上述べたように、本発明の第２の実施形態のウォーム歯車回転伝達機構では、バックラッシを除去しながらの滑らかな回転運動を可能とすると共に、一時的に大きな外力が加わった場合でも、ウォームとウォームホイールの歯面の噛み合いが外れることはない。
【００２８】
図７は、本発明の第３の実施形態である。第１及び第２の実施形態においては、いずれも、スリーブ（図１または図２のスリーブ 3 ）はベアリング（図１または図２のベアリング 6 ）の外輪側に固定されている。しかし、図７に示すように、スリーブ 3′をベアリング 6′の内輪側に持っていっても良い。
なお、図７でも、図２と同様に、回転中心軸 16 と対称な上部部分を省略している。
【００２９】
更に、これまで述べた実施形態ではウォームホイールに弾性を持たせる構造とし、ウォームホイールの内側にスリーブを設置しているが、別の構造にて弾性を付加しても構わない。
例えばウォームホイールを２重構造とし、その間を、弾性を持つ材料によって繋ぎ、法線方向以外は別途固定することで、法線方向にのみ弾性を持つウォームホイールの構造としても良い。
【００３０】
また例えば、弾性を持たせるために、図８に示す本発明の一実施形態を説明するための断面図のように、本発明のウォームホイールを支えるスリーブの力線方向（一点鎖線 18 の方向）は、ウォームと噛み合う歯面の位置での法線方向の力（一点鎖線 17 の方向）と一直線上ではない位置にずらして、例えば、断面がコの字状に配置している。
【００３１】
以上のように、本発明によれば、バックラッシの除去と滑らかな回転動作を両立することができ、歯面間の摩擦力が低減されるため、歯面の磨耗の進行を遅らせ歯車の寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成を示す断面図。
【図２】本発明の第２の実施形態の構成を示す断面図。
【図３】従来のウォーム歯車回転伝達装置の構成例を示す斜視図。
【図４】ウォーム歯車機構による噛み合い状況を説明するための模式図。
【図５】ウォーム歯車機構によるバックラッシ例を説明するための図。
【図６】ウォーム歯車機構によるバックラッシ例を説明するための図。
【図７】本発明の第３の実施形態の構成を示す断面図。
【図８】本発明の一実施形態を説明するための断面図。
【符号の説明】
【００３３】
1：ウォーム、  2：ウォームホイール、  3，3′：スリーブ、  4：ウォームベース、  5，5′，5″：ウォームホイールベース、  6，6′：ベアリング、  7，7′：ベアリング押さえ、  8，8′：内輪スペーサ、  9：ベアリングブロック、  10：ベアリング、  11：ベアリング押さえ、  16：回転中心軸、  21：ウォーム、  22：ウォームベース、  23：ベアリング、  24：モータ、  25：ウォームホイール、  26：回転軸、  27：ウォームホイールベース、  28：固定ボルト、  29：軸間距離。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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