JP2015230095A - バックラッシュ除去機構付ウォーム減速機及びこれを駆動源とする産業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】ウォーム減速機の正逆回転時発生する歯面の接触隙間による回転ガタツキを皆無とする、バックラッシュ除去機構付ウォーム減速機を提供する。【解決手段】ウォーム６ａ，６ｂとウォームホイール７ａ，７ｂのバックラッシュを無くすために、ウォームホイールの歯を左右のウォームの歯で常時挟みつける。即ち、モータ４での駆動軸３と平行に、ギヤを介して同一回転するもう１本の駆動軸１０を設ける。この駆動軸に同一ねじれ角のウォームをそれぞれキー３ｂ，１０ｂを用いて軸方向摺動自在、回転動力伝達可とし、軸突起部を反力受けとする圧縮ばねでウォームを互いに反対方向に押圧し、このウォームと噛合う２個のウォームホイールを、ウォーム軸と直交する部品回転駆動軸１１に設ける。更に、回転動力が２倍に増えないように、ウォームホイールと部品回転駆動軸との間に、一方向クラッチを互いに動作が反対方向となるように設ける。【選択図】図４

Description

本発明は、構造物を支持し回転駆動する産業機械の回転駆動部に関し、特に回転数を大幅に減速するウォーム減速機に関し、回転体の偏荷重により正、逆回転時突然発生する急激な速度変動を自動的に無くす、ウォームギヤのバックラッシュを除去するウォーム減速機およびこれを駆動源とする産業機械に関する。

ウォーム減速機は減速比を大きく取れる事、出力軸側から駆動軸を回す事が出来ない等の優れた長所があり、産業機械に多く使用される。一方、ウォームとウォームホイールの接触歯面はスベリ摩擦のため、新品時はバックラッシュが小さくしても、使用経年に伴い歯面のすべり摩耗が進展してバックラッシュが大きくなる欠点がある。このバックラッシュ対策は、自動車のパワーステアリング装置のウォーム減速機に特許文献１、特許文献２に示す如くある。しかし、前者はウォームの支持軸受に特殊弾性材を介在させ、ウォームホイールの軸間距離を自動調整し、一方向回転のバックラッシュによる動力伝達のガタツキを防止するものである。従って、反対方向の回転時に発生するバックラッシュによるガタツキは防止できない。又後者は、ウォーム歯面をカム溝とし、ウォームホイール歯面はピン構造で、このピンがカム溝に挿入されている。この結果、ウォームとウォームホイールのバックラッシュは殆ど無い。従ってウォームの正、逆回転時発生するガタツキはないが、確動カム機構であり、コストも高く、減速比も大きく出来ない難点がある。

特許公開２００９−０６１８９８ 特許公開平０９−３２４８３７

本発明は、従来技術では成し得なかったウォーム減速機の正逆回転時発生するウォームとウォームホイール歯面の接触隙間による回転ガタツキを皆無とするバックラッシュ除去機構付ウォーム減速機を提供するものである。

ウォームとウォームホイールのバックラッシュを無くす為には、ウォームホイールの歯を左右のウォームの歯で常時挟みつければ良い。

上記を達成するためには、２つの問題がある。１つは、１本のウォームで、すべり摩擦で磨り減るウォームホイールの歯を常時挟みつけることは出来ない。２つは、常時挟みつける機構が出来たとしてもウォームホイールを回す動力が２倍になっては意味が無い。

本発明は上記問題を解決し、所期の目的を達成したものである。
本発明の必要性を図１に示す。図２は本発明の原理図で，図３，４は原理の動作説明図である。

即ち、図１に示すような大形構造物２をβ軸、θ軸中心に１回転させると、ウォーム減速機のバックラッシュにより、必ず、不意に急激に回転する時がある。これは大形構造物の重心が回転中心と一致しない為である。この不意に起こる急激な回転は、大形構造物の機械加工や溶接、組立作業に致命的なダメージを与える。

本発明の基本原理を図２で説明する。先ず構造を説明する。軸３と軸１０は平行で軸１１はこれと直交する。軸３と軸１０はほぼ同じ構造で、ばね５ａと５ｂの配置が異なり、モータの有無の違いだけである。軸３は軸受３ｅでハウジングに軸支し、一端はモータ４とカップリング３ｄで連結、キー３ｂで軸方向摺動可能かつ回転駆動可能とするウォーム６ａと連結し、ウォームを軸方向に押圧するバネ５ａを持つ。バネ５ａとばね５ｈは互いにウォーム６ａ、６ｂを反対方向に押圧する。３ａは軸３の突起部でバネ５ａの反力受けである。３ｃはウォーム６ａのストッパーである。一方他端のギヤ１２ａは平行軸１０のギヤ１２ｃとギヤ１２ｂを介して係合している。軸１０は軸受１０ｅで軸支され、軸３と同様、ウォーム６ｂをバネ１０ｂで軸３と反対方向に押圧している。軸１１は軸受１１ｅで軸支され、カップリング１１ａと連結するチャック１１ｂで構造物２を保持する。７ａ，７ｂはウォーム６ａ、６ｂと噛合うウォームホイールで、軸１１に固定された一方向クラッチ８ａ，８ｂ上に固定してある。ここで、ウォーム６ａ、６ｂは同じねじれ角、ウォームホイール７ａ，７ｂも同じねじれ角である。また、一方向クラッチ８ａ，と８ｂは自由回転方向が互いに反対となるようにしてある。

次に、図３で構造物２を回転させる時の動作を説明する。図３の状態では、構造物２の重心が回転駆動軸の右側にあり、軸１１はｆ方向とは反対の右回りに回転させられる。これに対抗して構造物２をｆの左方向に回転させるためには、モータ４の回転方向をｂ方向とし、ウォーム６ａのねじれ角を右ねじれとすれば良い。すると、ウォームのｂ方向回転でウォームの歯とウォームホイールの歯は図５の７ａａ面で接し、バネ５ａはウォームをａ方向に押しバックラッシュδを発生させる。更に、ウォーム６ａと噛合うウォームホイール７ａはｅ方向に回転し、この回転力は一方向クラッチ８ａを作動させ軸１１に伝達される。一方、軸３の回転力はギヤ１２ａ、１２ｂ、１２ｃを介して、軸３と同一のｄ方向に回転するよう伝達される。このときウォーム６ａの歯面は図６の如くバネ５ｂでウォームホイール７ｂの歯面に押圧され、７ａｂ面で接触し、７ａａ面にバックラッシュδを発生させる。即ち、この時、ウォーム６ｂとウォームホイール７ｂのバックラッシュδがゼロの状態となり、ウォームホイール７ｂのｅ方向の回転と軸１１のｑ方向の回転は同一方向となり、軸１１とウォームホイール７ｂとの間の回転力の伝達はなくなり、一方向クラッチ８ｂは自由連結となる。従って一方向クラッチ８ｂは作動していない。以上から、図３に示すｆ方向回転はウォーム６ａとウォームホイール７ａで動力が伝達され、ウォーム６ｂとウォームホイール７ｂは空転となる。

一方図４に示す如く、構造物がｆ方向に回転を続けると、構造物の重心が左側に移動し、構造物の偏芯トルクＭａがＭｂに変化し、不意にｆ方向に急激に回転をする。これが作業時極めて危険な事である。これを未然に防止するのが、ウォーム６ｂ、ウォームホイール７ｂである。即ち図６に示す如く、軸１１が急激にｑ方向に回転すると、一方向クラッチ８ｂが瞬時に作動し、ウォームホイール７ｂをｅ方向に回す。然るに、ウォームホイール７ｂの歯面７ａｂはウォーム６ｂの歯面７ａｂに既に接触しているため、ウォームホイール７ｂはウォーム６ｂの回転速度に同期して回転し、急激に回転することはない。即ち、構造物駆動軸側からモータ駆動軸を回す事が出来ないというウォーム減速機の長所が生きるのである。又この時、一方向クラッチ８ａは自由となり軸１１の回転動力はウォームホイール７ａに伝わる事は無い。この結果、構造物の偏荷重による、不意な増速回転の発生は防止でき、同時に回転動力が一時的に大きくなる事も無い。ここで、図５の○印、×印は一方向クラッチの動作状態を示し、○印はウォームホイール７ａのｅ方向回転が軸１１に伝達でき、×印は軸１１のｑ方向回転をウォームホイール７ａに伝達できない事を示す。これは、図６に於いても同様である。

即ち、ワークを図３の如く反時計回りに回転する時は、一方向クラッチ８ａが引掛り、一方向クラッチ８ｂが外れ、ワークの方から駆動軸を回す時は、一方向クラッチ８ｂが引掛り、一方向クラッチ８ａが外れることになる。この現象はワークを図３と反対に回す時も起き、この時は図３の一方向クラッチ８ａ、８ｂが全く反対に働く。この結果、一方向クラッチ８ａ、８ｂは、軸１１の回転駆動が左右どの方向になろうと一方が引掛り、他方が外れ、一度に同時に引っ掛かったり、外れたりする事は無い。

以上記載の如く請求項１の発明によれば、ウォームとウォームホイールとの組合せを２系統とすることにより、ウォームホイールの歯面を左右のウォームの歯で挟み込み、両ウォームでウォームホイールを動かす事から、ウォームとウォームホイールの接触歯面に発生するバックラッシュ（隙間）をゼロとすることが出来る。この結果、ワーク回転駆動時、ワークの重心位置が駆動軸から反対側に移った時、回転が回転方向に突然急激に増速する恐怖と危険を未然に防止できる。又、ウォームとウォームホイールの噛合いから、出力軸側からの駆動軸回転駆動は不可能で、産業機械の安全性が向上できる。

また、請求項２の発明によれば、２個のウォームホイールに噛合う２個のウォームはそれぞれ圧縮ばねでウォームホイール側に押圧しているので、長時間運転する事によるウォームホイール歯の摩耗量に応じてウォーム歯が追従するので、運転時間に関係なく、出力軸が突然不意に増速する危険は無い。従って、安心して機械を継続運転できる。

また、請求項３の発明によれば、駆動動力伝達を不要とするウォームとウォームホイールは、ウォームホイールと出力軸との間の一方向クラッチで動力伝達が遮断される。この結果、ウォームとウォームホイールの動力伝達系統が２系列あっても、モータに印加される必要動力は１系等分だけとなり動力損失を防止できる。即ち２個の一方向クラッチは同時に２個引っ掛かり、同時に２個外れる事は無いので、動力が２倍になる事は無い。

また、請求項４の発明によれば、同一構成部品と出来る事から、部品の標準化が図れ、組立作業のミスも防止でき、低コストで高品質の装置が実現できる。

本発明を説明する概念図。 本発明の原理図。 本発明の駆動動作説明図。 本発明の駆動動作時不意に発生する増速現象説明図。 本発明のＡ−Ａ断面図。 本発明のＢ−Ｂ断面図。 本発明のＣ−Ｃ断面図。

図５，６，７は、本発明の一実施例を示す断面図である。図５は原理図２のＡ−Ａ断面図、図６は図２のＢ−Ｂ断面図、図７は図２のＣ−Ｃ断面図である。
２０はハウジングで、モータ４が取り付き、軸３，軸１０，軸１１を軸支する軸受３ｅ、１０ｅ、１１ｅがある。軸３の軸段差３ｃはウォーム６ａ組立時圧縮ばね５ａでウォーム６ａが抜けないようユニット組立を可能とするものである。δはウォーム６ａとウォームホイール７ａとのバックラッシュで接触面７ａｂに発生する隙間である。また歯の接触面７ａａには隙間がない。この隙間δがウォーム６ａとウォームホイール７ａのガタツキとなる。ギヤ１２ａは軸３とキー３ｋで一体となっている。ウォーム６ａと噛合うウォームホイール７ａは、ウォームホイール軸１１との間に一方向クラッチ８ａを内蔵している。この一方向クラッチ８ａは外輪がキー８ａａでウォームホイールと一体となり、内輪はキー８ａｂで軸１１と一体となっている。又、この一方向クラッチはウォームホイール７ａのｅ方向回転を軸１１に伝達し、軸１１のｑ方向回転はウォームホイール７ａに伝わらない。図７、図８にある○印は動力が伝達する意味で、×印は動力が伝達しない事を示している。

一方、図６に示すように、ギヤ１２ａ、１２ｂ、１２ｃで回転方向が同一となる軸１０のウォーム６ｂは図５とは反対側に圧縮ばね５ｂを配している。この結果ウォームホイール７ｂとの歯面の接触は７ａｂ面がゼロ、７ａａ面にバックラッシュδが発生する。この結果、図５と図６を見るとウォームホイールの歯はウォーム６ａ、６ｂで挟まれた事になる。即ち、駆動軸３と被駆動軸１１との間の動力伝達に隙間は無く、常時、モータの動力が被駆動軸１１に伝達される。尚、図６の×印はウォームホイール７ｂのｅ方向回転動力が軸１１に伝わらず、○印は軸１１のｑ方向動力がウォームホイール７ｂに伝わる事を表している。ここで、軸段差３ｃ、１０ｃとウォーム６ａ、６ｂとのギャップＺの量は長時間運転により発生する最大バックラッシュδより大きくする。図７でギヤ１２ａ、１２ｂ、１２ｃでウォーム６ａ、６ｂが同一方向に回転することが分かる。３０は大形構造物２を保持するチャックである。

以上の構造から、モータ４の回転は、保持構造物の重心位置の切替り時に急激に働く反対方向の負荷トルクに対して変動する事はない。即ち、負荷トルクの変化に対して不意に増速する回転速度の変化を未然に防止できる。

１：産業機械 ２：大形構造物 ３、１０：駆動軸 ４：モータ
６ａ、６ｂ：ウォーム ５ａ、５ｂ：圧縮ばね ３ｂ、１０ｂ： キー
７ａ、７ｂ：ウォームホイール ８ａ、８ｂ：一方向クラッチ １１：部品回転駆動軸
２０：ハウジング ３０：チャック

Claims (4)

1. 一対のウォーム軸を平行に配し、両軸が同一回転となるようギヤ連結し、この２個のウォームと噛合うウォームホイールをこの軸と直交する軸に２個併設する事を特徴とするバックラッシュ除去機構付ウォーム減速機及びこれを駆動源とする産業機械。
2. 平行配置した２個のウォームを各軸のキーで軸方向摺動自在かつ軸回転動力伝達可とし、軸と一体の突起部で反力を受けるバネで各ウォームを押圧し、このウォームと噛合うウォームホイールをこの軸と直交する軸に２個併設する事を特徴とする請求項１記載のバックラッシュ除去機構付ウォーム減速機及びこれを駆動源とする産業機械。
3. 出力軸に設けた２個のウォームホイールとウォームホイール軸間に一方向クラッチを設け、各クラッチの動力伝達方向が互いに反対になるようにした事を特徴とする請求項１記載のバックラッシュ除去機構付ウォーム減速機及びこれを駆動源とする産業機械。
4. ２個のウォームと２個のウォームホイールは同じもの、一方向クラッチ２個も同じ、２個の圧縮ばねと２個のキーも同じで、これら同じ部品２組の組合せで構成する事を特徴とする請求項１記載のバックラッシュ除去機構付ウォーム減速機及びこれを駆動源とする産業機械。

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