(57)【要約】【課題】低圧力角の場合或いは小曲率半径の場合でも、ウォームシャフトとウォームホイールの噛合いに際して歯先干渉を生じることなく、また、歯元幅を大きくできる円弧形状の歯形曲線を実現して、高精度で、高強度、高効率のウォームギアを提供する。【解決手段】ウォームシャフト１０とウォームホイールの歯形を、ウォームシャフト１０の歯部の直角方向における断面形状が、歯元側の歯形曲線Ｆ１０と歯先側の凸円弧形状をピッチ点ｃ或いはピッチ点ｃ近傍で互いに接線を共通とする複合円弧歯形であり、ウォームシャフト１０の歯部形状に相応して、ウォームホイールの歯部の直角方向における断面形状が、歯元側の凹円弧形状と歯先側の凸円弧形状をピッチ点或いはピッチ点近傍で互いに接線を共通とする複合円弧歯形であるように構成したことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯の断面が円弧形状歯形のウォームシャフトと、該ウォームシャフトと噛合うウォームホイールとから成るウォームギアにおいて、前記ウォームシャフトと前記ウォームホイールの歯形を、前記ウォームシャフトの歯部の直角方向における断面形状が、歯元側の凹円弧形状と歯先側の凸円弧形状をピッチ点或いはピッチ点近傍で互いに接線を共通とする複合円弧歯形であり、該ウォームシャフトの歯部形状に相応して、前記ウォームホイールの歯部の直角方向における断面形状が、歯元側の凹円弧形状と歯先側の凸円弧形状をピッチ点或いはピッチ点近傍で互いに接線を共通とする複合円弧歯形であるように構成したことを特徴とするウォームギア。
【請求項２】
請求項１に記載するウォームギアにおいて、前記ウォームシャフトの歯元側の前記凹円弧形状を互いに接線を共通とする曲率半径が異なる複数個の凹円弧形状で構成し、該ウォームシャフトの歯部形状に相応して、前記ウォームホイールの歯先側の前記凸円弧形状を互いに接線を共通とする曲率半径が異なる複数個の凸円弧形状で構成したこと、また、前記ウォームシャフトの歯先側の凸円弧形状を互いに接線を共通とする曲率半径が異なる複数個の凸円弧形状で構成し、該ウォームシャフトの歯部形状に相応して、前記ウォームホイールの歯元側の凹円弧形状を互いに接線を共通とする曲率半径が異なる複数個の凹円弧形状で構成したことを特徴とするウォームギア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウォームギアに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ウォームギアにおいては、高出力、高トルクに耐え得る強度を持ち、かつ、小型化を達成するために、歯部の断面形状をインボリュート歯形ではなく、単一凹円弧形状のニーマン歯形として、歯元幅を大きくする等の工夫がなされている（例えば、特許文献１の図５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００８／１２３５８８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献１によれば、ウォームシャフトの歯の断面における歯形を単一凹円弧形状のニーマン歯形として、従来のインボリュート歯形の場合より、歯元幅を大きくして高強度にできるとしている。
前記特許文献１の従来技術を、図６、図７を基にさらに詳しく説明する。
図６は、特許文献１の従来技術に相当するニーマン歯形を説明する図である。
図７は、ニーマン歯形と対比したインボリュート歯形を示す図で、図６に相当する図である。
【０００５】
図６において、従来技術のウォームシャフト３０のニーマン歯形である歯形曲線Ｆ３０は、曲率半径（以下曲率半径を単に半径と称することがある）Ｒ３の凹円弧形状をして、ピッチ円Ｐｃにおいて圧力角α３、歯元幅Ｂ３となっていて、前記圧力角α３および歯元幅Ｂ３は、図７に示すインボリュート歯形Ｆ５０のピッチ円Ｐｃにおける圧力角α５および歯元幅Ｂ５より大きくしている。
【０００６】
しかしながら、図６に二点鎖線で示すウォームシャフト４０の歯形曲線Ｆ４０のように、ピッチ円Ｐｃにおける圧力角α４を前記圧力角α３よりも低くする場合、或いは、半径Ｒ４を前記半径Ｒ３よりも小さくする場合、図示Ｐ４で示す突起した歯先が図示しないウォームホイールの歯元部と干渉する恐れがあり、また、図示歯元幅Ｂ４が前記歯元幅Ｂ３よりも小さくなって、場合によっては図７に示すインボリュート歯形Ｆ５０の歯元幅Ｂ５よりも小さくなることがあり、高強度、高出力、高トルクというニーマン歯形の優位性が発揮できなくなるという恐れがある。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑み、低圧力角の場合或いは小曲率半径の場合でも、ウォームシャフトとウォームホイールの噛合いに際して歯先干渉を生じることなく、また、歯元幅を大きくできる円弧形状の歯形曲線を実現して、高精度で、高強度、高効率のウォームギアを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の課題に対し、本発明は以下の手段により解決を図る。
（１）第１の手段のウォームギアは、歯の断面が円弧形状歯形のウォームシャフトと、該ウォームシャフトと噛合うウォームホイールとから成るウォームギアにおいて、前記ウォームシャフトと前記ウォームホイールの歯形を、前記ウォームシャフトの歯部の直角方向における断面形状が、歯元側の凹円弧形状と歯先側の凸円弧形状をピッチ点或いはピッチ点近傍で互いに接線を共通とする複合円弧歯形であり、該ウォームシャフトの歯部形状に相応して、前記ウォームホイールの歯部の直角方向における断面形状が、歯元側の凹円弧形状と歯先側の凸円弧形状をピッチ点或いはピッチ点近傍で互いに接線を共通とする複合円弧歯形であるように構成したことを特徴とする。
【０００９】
（２）第２の手段のウォームギアは、前記第１の手段のウォームギアにおいて、前記ウォームシャフトの歯元側の前記凹円弧形状を互いに接線を共通とする曲率半径が異なる複数個の凹円弧形状で構成し、該ウォームシャフトの歯部形状に相応して、前記ウォームホイールの歯先側の前記凸円弧形状を互いに接線を共通とする曲率半径が異なる複数個の凸円弧形状で構成したこと、また、前記ウォームシャフトの歯先側の凸円弧形状を互いに接線を共通とする曲率半径が異なる複数個の凸円弧形状で構成し、該ウォームシャフトの歯部形状に相応して、前記ウォームホイールの歯元側の凹円弧形状を互いに接線を共通とする曲率半径が異なる複数個の凹円弧形状で構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係わる本発明は、歯の断面が円弧形状歯形のウォームシャフトと、該ウォームシャフトと噛合うウォームホイールとから成るウォームギアにおいて、前記ウォームシャフトと前記ウォームホイールの歯形を、前記ウォームシャフトの歯部の直角方向における断面形状が、歯元側の凹円弧形状と歯先側の凸円弧形状をピッチ点或いはピッチ点近傍で互いに接線を共通とする複合円弧歯形であり、該ウォームシャフトの歯部形状に相応して、前記ウォームホイールの歯部の直角方向における断面形状が、歯元側の凹円弧形状と歯先側の凸円弧形状をピッチ点或いはピッチ点近傍で互いに接線を共通とする複合円弧歯形であるように構成したことにより、低圧力角を実現でき、高精度で、かつ、高負荷能力、高効率のウォームギアとすることができるという効果を有する。
また、ウォームホイールの歯元幅を大きくする選択枝が多くなり、大きい歯元幅により曲げ強さを向上させることができるという効果を有する。
【００１１】
請求項２に係わる本発明は、前記請求項１に記載するウォームギアにおいて、前記ウォームシャフトの歯元側の前記凹円弧形状を互いに接線を共通とする曲率半径が異なる複数個の凹円弧形状で構成し、該ウォームシャフトの歯部形状に相応して、前記ウォームホイールの歯先側の前記凸円弧形状を互いに接線を共通とする曲率半径が異なる複数個の凸円弧形状で構成したこと、また、前記ウォームシャフトの歯先側の凸円弧形状を互いに接線を共通とする曲率半径が異なる複数個の凸円弧形状で構成し、該ウォームシャフトの歯部形状に相応して、前記ウォームホイールの歯元側の凹円弧形状を互いに接線を共通とする曲率半径が異なる複数個の凹円弧形状で構成したことにより、歯形の形状曲線の選択並びにウォームシャフト或いはウォームホイールの歯元幅或いは圧力角の選択にバラエティが拡がるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わるウォームギアの噛合い断面図である。
【図２】図１に示すウォームギアのウォームシャフトの歯形図である。
【図３】本発明による歯形を従来のニーマン歯形と対比して説明する図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係わるウォームギアの噛合い断面図であり、図１に相当する図である。
【図５】図２に示すウォームギアのウォームシャフトの歯形図である。
【図６】特許文献１の従来技術に相当するニーマン歯形を説明する図である。
【図７】ニーマン歯形と対比したインボリュート歯形を示す図で、図６に相当する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明の実施の形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
（発明の第１の実施の形態）
【００１４】
本発明の第１の実施の形態を図１および図２に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係わるウォームギアの噛合い断面図である。
図２は、図１に示すウォームギアのウォームシャフトの歯形図である。
図１において、ウォームギア１は、互いに噛合うウォームシャフト１０とウォームホイール１０ｗによって構成されていて、前記ウォームシャフト１０のピッチ円Ｐｃ１０と前記ウォームホイール１０ｗのピッチ円Ｐｃ１０ｗが、図示のように接している。
【００１５】
図２において、ウォームシャフト１０の歯の断面の歯形曲線Ｆ１０は、歯元幅Ｂ１の端部ａとピッチ円Ｐｃでのピッチ点ｃとの間の歯元側が曲率半径（以下曲率半径を単に半径と称することがある）Ｒａの凹円弧で形成され、前記ピッチ点ｃと歯先端部ｂとの間の歯先側が半径Ｒｂの凸円弧で形成されていて、半径Ｒａの凹円弧の接線と半径Ｒｂの凸円弧の接線が前記ピッチ点で共通とする複合円弧歯形となっている。
なお、前記歯形曲線Ｆ１０は、前記ピッチ点ｃで圧力角α１となっている。
【００１６】
前記ウォームホイール１０ｗは、前記説明のウォームシャフト１０の歯との噛合いが適合する歯形曲線となっており、詳細な図示は省略しているが、歯元側が凹円弧で形成され、歯先側が凸円弧で形成されていて、歯元側の凹円弧の接線と歯先側の凸円弧の接線がピッチ点で共通とする複合円弧歯形となっている。
【００１７】
次に、本発明の第１の実施の形態に係わるウォームギア１の作用を説明する。
ウォームシャフト１０の歯は、歯形曲線Ｆ１０を採用していることにより、低圧力角α１並びに歯元側の凹円弧の半径Ｒａが小さくなっているとともに、歯先側の半径Ｒｂの凸円弧の形成によって歯先部ｂで図６に示すような従来技術の突起（図６に示すような突起Ｐ４）が無く、該ウォームシャフト１０と噛合うウォームホイール１０ｗの歯元部との干渉が無い。
また、歯形曲線Ｆ１０の採用により、歯元幅Ｂ１を大きくすることができて、ウォームシャフト１０の歯元部の曲げ強さを向上することができるとともに、ウォームホイール１０ｗの歯元幅も大きくすることができて、ウォームホイール１０ｗの歯元部の曲げ強さも向上することができる。
【００１８】
前記ウォームシャフト１０の歯形曲線Ｆ１０の特長について、図３をもとに更に詳しく説明する。
図３は、本発明による歯形を従来のニーマン歯形と対比して説明する図である。
図３において、ウォームシャフト（以下ウォームシャフトを単にウォームと称することがある）１０の軸方向をｚ方向、該ｚ方向と直角でウォーム１０と噛合うウォームホイール１０ｗの中心軸方向をｙ方向、前記ｙ方向とｚ方向に直角な方向をｘ方向として表している。
また、（ａ）ウォーム断面は、ウォーム１０の歯形を成形する工具（砥石）の一部の断面も図示してある。
さらに、（ｂ）砥石との接触線は、ウォーム１０と前記砥石との接触線を図示し、（ｃ）噛合い断面は、ウォーム１０とウォームホイール１０ｗの噛合い断面を図示しており、（ｄ）同時接触線は、ウォーム１０とウォームホイール１０ｗの噛合いにおける接触線を図示している。
なお、従来のニーマン歯形の場合も、同様に、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向を図示している。
【００１９】
図３に示すように、本発明による歯形用の砥石の断面形状は、当然のことながら従来のニーマン歯形用の砥石の断面形状と相違しており、砥石との接触線も図示のように相違している。
ウォーム１０とウォームホイール１０ｗとの噛合い断面と、ウォーム３０とウォームホイール３０ｗとの噛合い断面との対比から、ウォームホイール１０ｗの歯元幅Ｂ１ｗはウォームホイール３０ｗの歯元幅Ｂ３ｗよりも大きくすることができ、ウォームホイール１０ｗの歯元部の曲げ強さは向上する。
【００２０】
また、（ｄ）同時接触線の、本発明による歯形の場合と従来のニーマン歯形の場合との対比から分るように、本発明による歯形の場合は、ピッチ円近辺での接触がピッチ円回りの方向に密となり（対比上、従来のニーマン歯形の場合はピッチ円の直角方向に密となっている）、ウォームとウォームホイールとの心間距離の誤差に対する歯当り変化の感度を低くすることができ、このために高精度で且つ負荷能力、効率の良いウォームギアとすることができる。
【００２１】
前記説明では、ウォームシャフト１０の歯元側の凹円弧と歯先側の凸円弧を、図２に示すように両者の共通接線がピッチ点ｃで接続された場合を説明したが、両者の共通接線の接続がピッチ点ｃとなることに限定するものではなく、両者の共通接線の接続はピッチ点ｃ近傍であってもよく、その作用は前記説明と類似しているので、詳細な説明は省略する。
また、前記説明では、ウォームシャフト１０の歯元側の凹円弧を、歯元幅Ｂ１の端部ａを始点とした場合を説明したが、前記始点は図示ａ点に限定するものではなく、ａ点近傍であってもよく、その作用は前記説明と類似しているので、詳細な説明は省略する。
（第２の実施の形態）
【００２２】
次に、本発明の第２の実施の形態に係わるウォームギア２について図４および図５をもとに説明する。
図４は、本発明の第２の実施の形態に係わるウォームギアの噛合い断面図であり、図１に相当する図である。
図５は、図４に示すウォームギアのウォームシャフトの歯形図である。
図４において、ウォームギア２は、互いに噛合うウォームシャフト２０とウォームホイール２０ｗによって構成されていて、前記ウォームシャフト２０のピッチ円Ｐｃ２０と前記ウォームホイール２０ｗのピッチ円Ｐｃ２０ｗが、図示のように接している。
【００２３】
図５において、ウォームシャフト２０の歯の断面の歯形曲線Ｆ２０は、歯元幅Ｂ２の端部ｄとピッチ円Ｐｃでのピッチ点ｆとの間の歯元側が、それぞれの接線が接点ｓで共通である半径Ｒｄの凹円弧と半径Ｒｓの２個の凹円弧形状で形成され、前記ピッチ点ｆと歯先端部ｅとの間の歯先側が、それぞれの接線が接点ｔで共通である半径Ｒｔの凸円弧と半径Ｒｅの２個の凸円弧形状で形成されていて、半径Ｒｓの凹円弧の接線と半径Ｒｔの凸円弧の接線が前記ピッチ点ｆで共通とする複合円弧歯形となっている。
なお、前記歯形曲線Ｆ２０は、前記ピッチ点ｆで圧力角α２となっている。
【００２４】
前記ウォームホイール２０ｗは、前記説明のウォームシャフト２０の歯と噛合いが適合する歯形曲線となっており、詳細な図示は省略しているが、歯元側が曲率半径の異なる２個の凹円弧形状で形成され、歯先側が曲率半径の異なる２個の凸円弧形状で形成されていて、歯元側の前記ピッチ点側の凹円弧の接線と歯先側の前記ピッチ点側の凸円弧の接線が前記ピッチ点で共通とする複合円弧歯形となっている。
【００２５】
次に、本発明の第２の実施の形態に係わるウォームギア２の作用を説明する。
ウォームシャフト２０の歯が歯形曲線Ｆ２０を採用されていることにより、低圧力角α２並びに歯元側の凹円弧の半径Ｒｄを小さくすることができるとともに、歯先側の半径Ｒｅの凸円弧の形成によって歯先端部ｅでの図６に示すような従来の突起（図６に示すような突起Ｐ４）が無く、該ウォームシャフト２０と噛合うウォームホイール２０ｗの歯元部との干渉が無い。
また、歯形曲線Ｆ２０の採用により、歯元幅Ｂ２を大きくすることができて、ウォームシャフト２０の歯元部の曲げ強さを向上させることができるとともに、ウォームホイール２０ｗの歯元幅も大きくすることができて、ウォームホイール２０ｗの歯元部の曲げ強さも向上させることができる。
【００２６】
ここで、本発明の第２の実施の形態では、歯元側が曲率半径の異なる２個の凹円弧で形成されているので、ウォームシャフト２０の歯の歯元幅Ｂ２の大きさの選択を、目的とするウォームギア２の強度等に合わせて自由度を高くすることができ、また、圧力角α２の大きさの選択も目的とするウォームギア２の噛合い性能等に合わせて自由度を高くすることができる。
【００２７】
前記説明では、歯元側と歯先側をそれぞれ曲率半径の異なる２個の円弧形状で形成する場合について説明したが、前記円弧形状は２個に限らず曲率半径の異なる３個以上の複数個としてもよく、また、歯元側と歯先側の何れか一方のみを複数個の円弧形状としてもよく、その選択はウォームギアの目的とする強度、噛合い等の性能に応じて行えばよい。
【００２８】
本発明の第２の実施の形態における従来のニーマン歯形との対比については、前記本発明の第１の実施の形態で説明した内容と同様であるので、詳細な説明は省略する。
また、前記説明では、ウォームシャフト２０の歯元側の曲率半径の異なる複数個の凹円弧と歯先側の曲率半径の異なる複数個の凸円弧を、図５に示すように両者の共通接線がピッチ点ｆで接続された場合を説明したが、両者の共通接線の接続がピッチ点ｆとなることに限定するものではなく、両者の共通接線の接続はピッチ点ｆ近傍であってもよいことは、前記本発明の第１の実施の形態で説明した内容と同様であり、詳細な説明は省略する。
また、前記説明では、ウォームシャフト２０の歯元側の凹円弧を、歯元幅Ｂ２の端部ｄを始点とした場合を説明したが、前記始点は図示ｄ点に限定するものではなく、ｄ点近傍であってもよいことは、前記本発明の第１の実施の形態で説明した内容と同様であり、詳細な説明は省略する。
【符号の説明】
【００２９】
１，２  ウォームギア
１０，２０  ウォームシャフト（ウォーム）
１０ｗ，２０ｗ  ウォームホイール
Ｂ１，Ｂ２  歯元幅
Ｆ１０，Ｆ２０  歯形曲線
Ｐｃ  ピッチ円
Ｒａ，Ｒｄ，Ｒｓ  （歯元側の）凹円弧の（曲率）半径
Ｒｂ，Ｒｅ，Ｒｔ  （歯先側の）凸円弧の（曲率）半径
ｃ，ｆ  ピッチ点
α１，α２  圧力角
【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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