(57)【要約】【課題】完全非接触にて動力伝達を行うことができる機構であり、減速比を大きくとることができる機構を提供する。【解決手段】近傍に配置した磁性体または電磁石により同極性に磁化された歯を持った歯車を駆動側および／または従動側に配置し、駆動側歯車の歯と従動側の歯の間に隙間をもたせ、磁気引力により非接触で回転運動を伝達する非接触歯車であり、従動側の歯車と駆動側の歯車がウォームとウォームホイールの組合せであるウォーム歯車であることを特徴とする非接触ウォーム歯車。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
近傍に配置した磁性体または電磁石により同極性に磁化された歯を有する歯車を駆動側および／または従動側に配置し、駆動側歯車の歯と従動側の歯の間に隙間をもたせ、磁気引力により非接触で回転運動を伝達する非接触歯車であり、従動側の歯車と駆動側の歯車がウォームとウォームホイールの組合せであるウォーム歯車であることを特徴とする非接触ウォーム歯車。
【請求項２】
従動側の歯車がウォームホイールである請求項１に記載の非接触ウォーム歯車。
【請求項３】
従動側の歯車と駆動側の歯車が噛み合わない請求項１または請求項２に記載の非接触ウォーム歯車。
【請求項４】
従動側および／または駆動側の歯車が磁性体または電磁石で挟み込まれている請求項１〜３のいずれかに記載の非接触ウォーム歯車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対の歯車が磁力により非接触にてトルクを伝達する歯車において、対の歯車がウォームとウォームホイールである非接触ウォーム歯車に関する。
【背景技術】
【０００２】
トルクを伝達する歯車対において、多くの歯車は、磨耗防止等のための潤滑油を必要とする。しかしながら、食品加工機や精密機器、真空状態で運転する機器などは、潤滑油の飛散の心配のない無潤滑の歯車を求めていた。
また、通常の歯車は、潤滑油を介したりまたは介さなかったりの状態で、歯車対の歯の部分の接触によりトルクを伝達している。このため、摩擦抵抗による伝達効率の低下、磨耗による寿命の低下、接触音の発生が問題となっている。
【０００３】
また、回転軸が食い違う歯車のひとつである、いわゆるウォーム歯車は、回転軸が平行な直線である平歯車に比べ、１段で大きく減速できる利点とともに、静粛性に優れる利点から、適所にて普及している。しかしながら、平歯車と比べて、接触面の遷移の違い等、原理的に歯車の駆動時に歯車と歯車の接触力により作用する力が回転力に変えられにくい特徴をもつため、大きな減速比と高トルクの長所を引き換えに、力の伝達効率が低い欠点があった。
【０００４】
このため、非接触にて歯車対を駆動する試みがなされており、特に、非接触手段に磁力を用いるものが多く報告されている（特許文献１〜３参照。）。特許文献１〜３が開示する技術は、いずれも平歯車に近く、回転軸が平行となるものである。また、特開平７−１７７７２４号公報（特許文献４）では、ウォーム歯車と同じ回転軸をもつ、動力伝達手段であり、歯の代わりに磁石の引力を用いた装置が開示されている。図５に特許文献４の代表図面を示す。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２１８７３５号公報
【特許文献２】特開２００５−２３３３２６号公報
【特許文献３】特開２００５−２５３２９２号公報
【特許文献４】特開平７−１７７７２４号公報
【０００６】
特許文献１〜３に記載の技術は平歯車に近いため、ウォーム歯車に近い構造をもつものに比べ、減速比を大きくとることや高トルクの発生に不利な技術であった。なお、特許文献３に記載の技術は、図６に示すように、透磁率の高い鋼材からなる歯車を両サイドから磁石で挟み込むことにより歯車を磁化する。このため、磁石の設置は比較的安価に行える利点があり、また、磁気引力を用いるのではなく、磁気斥力（いわゆる反発力）を用いることにより、歯車対を非接触に駆動することを特徴とするが、さらに高トルクの伝達が望まれるものであった。高トルクの発生（大きい減速比の実現）においては、特許文献４に記載の技術が、ウォーム歯車に近い構造の技術であるため、有利な技術と言える。しかしながら、特許文献４に記載の技術は、磁石の配置が複雑なため、製作が容易でない欠点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものである。本発明の目的は、磁力を用いた非接触の原理で動力伝達をする歯車の実現において、高トルクの発生に有利なウォーム歯車の構造をし、かつ、製作が容易な動力伝達手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係わる本発明は、近傍に配置した磁性体または電磁石により同極性に磁化された歯を有する歯車を駆動側および／または従動側に配置し、駆動側歯車の歯と従動側の歯の間に隙間をもたせ、磁気引力により非接触で回転運動を伝達する非接触歯車であり、従動側の歯車と駆動側の歯車がウォームとウォームホイールの組合せであるウォーム歯車であることを特徴とする非接触ウォーム歯車である。
【０００９】
請求項２に係わる本発明は、従動側の歯車がウォームホイールである請求項１に記載の非接触ウォーム歯車である。
【００１０】
請求項３に係わる本発明は、従動側の歯車と駆動側の歯車が噛み合わないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の非接触ウォーム歯車である。
【００１１】
請求項４に係わる本発明は、従動側および／または駆動側の歯車が磁性体または電磁石で挟み込まれていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の非接触ウォーム歯車である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、歯の部分が同極性に磁化された歯車を用いる非接触歯車において、ウォーム歯車の構造とすることにより、平歯車形状のものよりも減速比を大きくとることや、出力トルクを大きくとることができる。また、従来のウォーム歯車と異なり、非接触であるため、接触面の滑りによる磨耗が起因する効率低下を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１４】
透磁率の大きい磁性材料ＳＳ４００からなるウォーム１とウォームホイール２の端面にネオジム製リングマグネット３を装着し、歯先間に磁気引力を発生させて、非接触で動力伝達が可能な磁気引力ウォーム歯車の試験を行った。ウォーム１においては、歯先がＮ極となるよう、リングマグネット３をＮ極側がウォーム１に接する形で両端面に配置した。一方、ウォームホイール２においては、歯先がＳ極となるよう、リングマグネット３をＳ極側がウォームホイール２に接する形で両端面に配置した。このときの配置概略図を図１（ａ）に示す。ただし、図中、歯の描写は省略する。また、諸元を表１中に示す。磁束密度測定は電子磁気工業製ガウスメータＧＭ４０００とトランスバース型プローブＴ４０１を用いて行った。
【００１５】
なお、ウォーム１は、ウォーム条数１、ウォーム進み角３°４１′２９″とし、ウォームホイール２は、歯数２０、工具圧力角２０°、モジュール４ｍｍとした。また、ウォーム１とウォームホイール２の軸間距離は、両歯車の歯先間距離が１ｍｍになるよう設定した。図２に、歯先部分の拡大写真を示す。ウォーム１をサーボモータ４により駆動し、ウォームホイール２に接続したサーボモータ５によりトルクを計測した。また、運転時間は約５０ｓｅｃとした。図３に、試験の概略図を示す。
【００１６】
図４に、試験により得られたウォーム側の歯車回転速度Ｎと最大非接触伝達トルクＴ２との関係、およびウォーム側の歯車回転速度Ｎとトルク損失率ΔＴ／Ｔ２との関係を示す。トルク損失率ΔＴ／Ｔ２は減速比および軸受の摩擦損失トルクを考慮して求めた。なお、図中には、他の実施例、比較例についても記載する。
結果、後述する比較例である従来の接触かみ合いウォーム歯車よりも、Ｎ≦３００ｒｐｍで高い効率を示すことが確認できた。また、かみ合い音についても、比較例である接触かみ合い歯車に比べて２０ｄＢほど低いことがわかった。
【実施例２】
【００１７】
実施例１の装置において、ウォーム１にリングマグネットを配置せず、ウォームホイール２のみを磁化した場合の試験を行った。このときの配置概略図を図１（ｂ）に示す。ただし、図中、歯の描写は省略する。また、諸元を表１中に示す。
【００１８】
図４に、試験により得られたウォーム側の歯車回転速度Ｎと最大非接触伝達トルクＴ２との関係、およびウォーム側の歯車回転速度Ｎとトルク損失率ΔＴ／Ｔ２との関係を示す。トルク損失率ΔＴ／Ｔ２は減速比および軸受の摩擦損失トルクを差し引いて求めた。
結果、後述する比較例である従来の接触かみ合いウォーム歯車よりも、Ｎ≦３００ｒｐｍで高い効率を示すことが確認できた。また、かみ合い音についても、比較例である接触かみ合い歯車に比べて２０ｄＢほど低いことがわかった。
【実施例３】
【００１９】
実施例２の装置において、ウォーム１とウォームホイール２の両歯車とも、弦歯厚が５.０８ｍｍになるように、歯先円径をピッチ円径まで切削した装置において試験を行った。また、諸元を表１中に示す。なお、ウォーム１とウォームホイール２の軸間距離は、両歯車の歯先間距離が１ｍｍになるよう設定しなおした。
【００２０】
図４に試験により得られた、ウォーム側の歯車回転速度Ｎと最大非接触伝達トルクＴ２との関係、およびウォーム側の歯車回転速度Ｎとトルク損失率ΔＴ／Ｔ２との関係を示す。トルク損失率ΔＴ／Ｔ２は減速比および軸受の摩擦損失トルクを差し引いて求めた。
結果、後述する比較例である従来の接触かみ合いウォーム歯車よりも、Ｎ≦３００ｒｐｍで高い効率を示すことが確認できた。また、ウォームホイール２のトルクが、実施例１〜３と比較例１〜２の中で最大となる０．１５Ｎｍを示した。また、かみ合い音についても、比較例である接触かみ合い歯車に比べて２０ｄＢほど低いことがわかった。
【００２１】
（比較例１）
実施例１との比較のため、比較例１の装置を用いて、実施例１の試験により得られたウォーム側の歯車回転速度Ｎと最大非接触伝達トルクＴ２に設定し、ウォーム１およびウォームホイール２ともにリングマグネットを配置せず、歯車を磁化しない場合の試験を行った。ただし、ウォーム１とウォームホイール２は接触によりかみ合うよう、軸間距離を設定しなおした。
図４に、試験により得られたウォーム側の歯車回転速度Ｎと最大非接触伝達トルクＴ２との関係、およびウォーム側の歯車回転速度Ｎとトルク損失率ΔＴ／Ｔ２との関係を示す。
【００２２】
（比較例２）
実施例３との比較のため、比較例２の装置を用いて、実施例３の試験により得られたウォーム側の歯車回転速度Ｎと最大非接触伝達トルクＴ２に設定し、ウォーム１およびウォームホイール２ともにリングマグネットを配置せず、歯車を磁化しない場合の試験を行った。ただし、ウォーム１とウォームホイール２は接触によりかみ合うよう、軸間距離を設定しなおした。
図４に、試験により得られたウォーム側の歯車回転速度Ｎと最大非接触伝達トルクＴ２との関係、およびウォーム側の歯車回転速度Ｎとトルク損失率ΔＴ／Ｔ２との関係を示す。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
上記実施例の非接触ウォーム歯車は、従動側および／または駆動側の歯車が、同極性に磁化された歯車であり、かつ、ウォーム歯車の構成である。したがって、歯が交互の極にて磁化される場合に比べ、製造が容易である。さらに、ウォーム歯車の構成であることから、減速比を大きくとれ、高トルクを発生することができる。
【００２５】
また、従動側の歯車がウォームホイールである非接触ウォーム歯車では、ウォームを駆動側とすることにより、ウォームホイール（従動側の歯車）の高トルク運転が可能である。
【００２６】
また、従動側と駆動側の歯車がかみ合わない非接触ウォーム歯車は、高速回転時の歯の接触を防止できるとともに、負荷トルクの増大等で歯と歯の間に滑りが生じる場合においても適用できる。ウォームホイールに過負荷が加わった場合には、ウォームホイールが空転するため、ウォームホイールの過負荷も防止できる。
【００２７】
従動側および／または駆動側の歯車が磁性体または電磁石で挟み込まれている非接触ウォーム歯車は、歯車を磁化させる手段として、歯車の両側に磁性体もしくは電磁石を設置する。たとえば、歯車の両側に、中心に孔のある円柱状のリングマグネットを設置することができる。この際、リングマグネットの孔には、歯車の回転軸を通過させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】ウォーム、ウォームホイール、リングマグネットの配置概略図である。
【図２】実施例１のウォーム歯車の歯先部分の拡大写真である。
【図３】実施例１における試験装置の概略図である。
【図４】実施例および比較例により得られたデータである。
【図５】従来の非接触歯車の例である。
【図６】従来の非接触歯車の例である。
【符号の説明】
【００２９】
１…ウォーム
２…ウォームホイール
３…リングマグネット
４…サーボモータ（駆動側）
５…サーボモータ（測定側）
【図１】
2007239765.tif 000004
【図２】
2007239765.tif 000005
【図３】
2007239765.tif 000006
【図４】
2007239765.tif 000007
【図５】
2007239765.tif 000008
【図６】
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