JP2007092788A - Device for transmitting worm gear rotation - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ウォーム歯車を使用した回転伝達機構におけるバックラッシ除去と停止時の停止位置保持機能向上に関するものである。 The present invention relates to backlash removal and improvement of a stop position holding function when stopping in a rotation transmission mechanism using a worm gear.
歯車機構は回転運動の伝達に欠かせない存在であるが、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。ここで、このウォーム歯車とは、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り、そこで、その一例について、図3により説明する。 A gear mechanism is indispensable for transmission of rotational motion. At this time, there is a worm gear as a gear mechanism suitable for a case where a large reduction ratio is required. Here, the worm gear is a gear mechanism composed of a worm and a worm wheel meshed with the worm, and an example thereof will be described with reference to FIG.
この図3は、ウォーム歯車回転伝達機構の一例を示した斜視図で、ここにはウォーム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。
FIG. 3 is a perspective view showing an example of a worm gear rotation transmission mechanism, in which a
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に取付けられているため、図3では隠れて見えない。
On the other hand, the
このとき、ウォームベース22は、固定ボルト28により、軸問距離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の取付位置で決まる軸問距離で噛み合うことになる。
At this time, the
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孔は、軸間方向(軸間距離29の方向)に長くなった楕円形になっており、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が、これは、バックラッシ、つまり歯車の間に存在し、カタの要因となる隙間を最適化するためである。
For this reason, the mounting hole formed in the
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概略図で、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に設けてある楕円孔の中のどの位置で固定されるかにより決められる。
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the meshing relationship between the
そこで、いま、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。
Therefore, when the worm gear rotation transmission mechanism shown in FIG. 3 is operated and the
これは、構成部品の加工精度や組立精度に限度があり、このためウォーム21とウォームホイール25に回転振れがあるためである。そして、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してしまう。
This is because there is a limit to the processing accuracy and assembly accuracy of the component parts, and thus the
そこで、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な取付位置に調整したり、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。
Therefore, in order to absorb this, conventionally, when the
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。)。
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。 In the above prior art, no consideration has been given to an increase in frictional force due to the elastic pressing of the worm against the worm wheel and a decrease in positioning force at the time of stopping, and there has been a problem in reducing transmission efficiency and improving positioning accuracy. .
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かあることによるガタを吸収するためである。 In the rotation transmission mechanism using the worm and worm wheel, force is applied to the tooth surface in the axial direction, tangential direction, and normal direction with respect to the tooth surface during power transmission. However, a slight gap is required between the tooth surfaces, as described above, this is due to the limited processing accuracy and assembly accuracy of the rotation transmission mechanism to which the worm and worm wheel are attached. To absorb.
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。 Therefore, in order to reduce the backlash in the rotation transmission mechanism using the worm and the worm wheel, it is necessary to adjust the distance between the worm and the worm wheel so that the distance between the axes is reduced. If it is too much, the limit of processing accuracy of gears and the like and the runout of rotation due to assembly errors cannot be absorbed, and smooth rotation cannot be obtained.
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。 If it is assembled without gaps here, the frictional force of the tooth surface increases, a large rotational force is required, and in the worst case, rotation is impossible. In addition, in this case, the tooth surface wears quickly, and the backlash increases in a short time.
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、停止後に外力が作用すれば位置ずれを起こし、外力が振動である場合には揺れを起こすなど問題があり、この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。 On the other hand, in the case of a device that requires precise stop positioning, the presence of backlash reduces positioning accuracy, so even a slight backlash causes a problem. However, in this case, it is possible to improve the problem caused by backlash by always stopping from the same rotational direction when stopping, but even in this case, if an external force is applied after stopping, the position will be displaced and the external force If the vibration is vibration, there is a problem such as shaking, and in order to eliminate this shaking, it is necessary to separately add a brake mechanism that operates after stopping, and the configuration becomes complicated.
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虞があり、他方、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。 At this time, according to the above-described prior art, it is possible to cope with these problems. However, in this prior art, there is a possibility that the worm and the worm wheel are disengaged when a large external force is applied. If the force when the worm is elastically pressed against the worm wheel is increased in order to deal with the disengagement, as described above, the frictional force increases and a large rotational force is required. In this case, the rotation becomes impossible, and the tooth surface wears quickly, resulting in a problem that the backlash increases in a short time.
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。 Therefore, in the prior art, an increase in frictional force due to the elastic pressing of the worm against the worm wheel and a decrease in the positioning force at the time of stopping are contradictory, and as described above, the transmission efficiency is lowered and the positioning accuracy is improved. Will cause problems.
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。 An object of the present invention is to provide a worm gear rotation transmission device capable of achieving both the elimination of backlash and the suppression of disengagement of gears.
上記目的は、ウォームホイールに対してウォームを押し付ける弾性手段が備えられているウォームホイール回転伝達装置において、前記弾性手段による前記押し付け力に加算して更に押し付け力を発生する駆動手段を設け、前記ウォームの回転が停止しているとき、前記駆動手段が作動されるようにして達成される。 In the worm wheel rotation transmission device provided with elastic means for pressing the worm against the worm wheel, there is provided a drive means for generating a pressing force in addition to the pressing force by the elastic means. This is accomplished by actuating the drive means when the rotation of the motor is stopped.
一般にウォーム歯車回転伝達機構は大きな減速比であるため、動作時に出力軸、つまりウォームホイールの回転軸に外力が作用しても、それに打ち勝つように設計される。しかし、停止時は出力軸に大きなトルクが加わると、バックラッシによるガタが生じる。 In general, since the worm gear rotation transmission mechanism has a large reduction ratio, even if an external force acts on the output shaft, that is, the rotation shaft of the worm wheel during operation, the worm gear rotation transmission mechanism is designed to overcome it. However, when a large torque is applied to the output shaft during stoppage, backlash causes backlash.
このとき、上記駆動手段は、停止時の位置保持特性を向上させ、ウォームホイールの軸の加わる外力に起因するガタが発生しないように、ウォームの停止時には、押し付け状態で弾性体によらないロック機構として働くので、目的が達成される。 At this time, the driving means improves the position holding characteristic at the time of stopping, and a locking mechanism that does not depend on the elastic body in the pressing state when the worm stops so that the play due to the external force applied by the shaft of the worm wheel does not occur. The purpose is achieved.
本発明によれば、バックラッシの低減と滑らかな回転動作の両立が得られるので、歯面問の摩擦力が低減され、且つ、歯面の磨耗の進行を遅らせて歯車の寿命を延ばすことができる。 According to the present invention, both reduction of backlash and smooth rotation can be achieved, so that the frictional force of the tooth surface can be reduced, and the life of the gear can be extended by delaying the progress of tooth surface wear. .
また、本発明によれば、動作停止時のガタを防止することができ、位置停止精度を高めることができる。このとき、例えば監視カメラの旋回装置では、僅かなバックラッシであっても、高倍率のレンズで撮影した場合、風や振動を受けると画面が揺れ、見難くなるが、本発明によれば、このことが解決できる。 Further, according to the present invention, it is possible to prevent backlash when the operation is stopped, and to improve the position stop accuracy. At this time, for example, in a swivel device of a surveillance camera, even if there is a slight backlash, when shooting with a high-magnification lens, the screen shakes and becomes difficult to see when subjected to wind or vibration. Can be solved.
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ことになる。 Moreover, according to the present invention, since the backlash adjustment work that has been a skillful work can be simplified, the assembly cost can be reduced.
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の実施形態を示す分解斜視図である。 Hereinafter, the worm gear rotation transmission device according to the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments. First, FIG. 1 is an exploded perspective view showing a first embodiment of the worm gear rotation transmission mechanism according to the present invention. FIG.
この図1において、ウォーム1は、ウォームベース2にベアリング3により保持され、これによりウォームベース2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4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4はウォームベース2に取付けられている。
In FIG. 1, a worm 1 is held by a
次に、ウォームホイール5は回転軸6を備え、この回転軸6がベアリング(図示せず)を介してウォームホイールベース7に保持されることにより、ウォームホイールベース7に対して回転可能な状態で取付けられ、これより、この歯車機構の駆動力の出力側となっている。ここで、このウォームホイール5による駆動力は、例えば監視カメラの撮像方向を変える場合の駆動源として用いられるものである。
Next, the
このウォームベース2には、例えば薄板状の鋼板部材からなる弾性体8が、その一方の端部(図では左端)で取付けてあり、この弾性体8の他方の端部(図では右端)は、L字形の支柱9を介してウォームホイールベース7の端面に取付けられている。また、このウォームベース2には、ウォーム1の軸心がモータ4とは反対側に延びた位置で、当該軸心に直交した孔10が設けてある。
An
そして、この孔10が、ウォームホイールベース7に軸受け11により回転可能に保持されている回転軸12に嵌合されるようになっていて、これによりウォームベース2は、一方では回転軸12を軸として回動可能な状態でウォームホイールベース7の面に保持され、他方では弾性体8によりウォームホイールベース7の端面に弾性的に保持されていることになる。
The hole 10 is adapted to be fitted to a
そこで、この結果、ウォーム1は、弾性体8の弾力により、ウォームホイール5に対して、相互の軸間が狭められる方向に弾性的に押し付けられていることになり、このとき弾性体8の弾力を適正な値に設定することにより、ウォーム1とウォームホイール5の歯面がバックラッシの無い状態で接触させられ、且つ適正な力で噛み合いが得られるようにすることができる。
Therefore, as a result, the worm 1 is elastically pressed against the
なお、ウォームベース2に設けてある孔10と、ウォームホイールベース7に設けてある軸受11及び支点軸12の位置関係は、当然のことながら逆転しても問題なく実施することができる。
It should be noted that the positional relationship between the hole 10 provided in the
このとき、支柱9には、ロックネジ13を螺合させるための雌ねじ孔を備えたロックネジ支持板14が取付けてあり、このロックネジ支持板14には、ロータリーソレノイド15が取付けてある。そして、このロータリーソレノイド15の回転軸は上記した雌ねじ孔に螺合されているロックネジ13に連結されており、従って、この支柱9がウォームホイールベース7の端面に取付けられると、ロックネジ13の先端部がウォームベース2の端面にPで示した点に突き当たることになる。
At this time, a lock
そこで、いま、ロータリーソレノイド15を作動させ、ロックネジ13がロックネジ支持板14の雌ねじ孔にねじ込まれる方向に回転されるようにしたとすると、ロックネジ13の先端部がウォームベース2の端面のP点を押し、弾性体8の弾性に加算してウォーム1が更に強くウォームホイール5に密着する方向にウォームベース2を移動させることになる。
Therefore, if the
一方、ロータリーソレノイド15の作動を止めると、ロックネジ13は雌ねじ孔から抜け出す方向に回転されるので、ロックネジ13の先端部はウォームベース2のP点から離れる方向に戻り、この結果、上記した弾性体8の弾力によりウォーム1がウォームホイール5に弾性的に押し付けられている状態に戻ることになる。
On the other hand, when the operation of the
ここで、この実施形態では、ウォーム1をウォームホイール5に弾性的に押し付けるための部材として板状の弾性体8を用いているので、この場合、ウォーム1をウォームホイール5に押し付ける方向、つまりウォームホイール5のピッチ円の法線方向以外については弾性体8の剛性が高く、ウォーム1の上下動を抑制する効果が容易に得られることになる。
Here, in this embodiment, since the plate-like
なお、図示してないが、ウォームベース2の上下動を抑制するガイドを別に設けるようにしてやれば、ウォーム1の上下の動きは更に問題にならない。また、弾性体8に代えてコイルバネなど別の形態の弾性体の適用も可能であるが、この場合は、バネの種類により支持構造物の形状を選択する必要があることはいうまでもない。
Although not shown, if a separate guide for suppressing the vertical movement of the
次に、この実施形態におけるロータリーソレノイド15の制御について説明すると、これは、モータ4が停止されたとき通電され、これにより初期回転位置からロックネジ13がロックネジ支持板14の雌ねじ孔にねじ込まれる方向に回転される。このため、図示してないが、ロータリーソレノイド15の通電を制御する装置(又は回路)を設け、モータ4に通電され、ウォーム1が回転駆動されているときは、ロータリーソレノイド15には電流が供給されず、モータ4に対する電流の供給が停止され、ウォーム1が停止したときだけロータリーソレノイド15に電流が供給されるように制御するのである。
Next, the control of the
従って、この実施形態によれば、ウォーム1が停止したときは、ウォーム1がウォームホイール5に強制的に強く押し付けられるので、精密な停止位置決め精度を確実に得ることができ、しかも大きな外力が掛ったときでもウォーム1とウォームホイール5の噛み合いが外れてしまう虞がない。
Therefore, according to this embodiment, when the worm 1 is stopped, the worm 1 is forcibly and strongly pressed against the
また、この実施形態によれば、ウォーム1が回転しているときは、弾性体8の弾力により、ウォーム1とウォームホイール5の歯面がバックラッシの無い状態で接触させられ、且つ適正な力で噛み合いが得られるので、摩擦力が増加して大きな回転力が必要になる虞もなく、勿論、最悪の場合でも回転不能になる虞もない上、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虞もまったく無い。
Further, according to this embodiment, when the worm 1 is rotating, the elastic surface of the
次に、図2は、本発明の第2の実施形態で、この場合、図1で説明した第1の実施形態と異なる点は、ウォーム1にモータ4が直結されているのではなく、ウォーム1にタイミングベルト用のプーリー16を取付け、図示してない回転駆動源からタイミングベルトを介して駆動力が与えられるようにしたものである。 Next, FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention. In this case, the difference from the first embodiment described in FIG. 1 is that the motor 4 is not directly connected to the worm 1 but the worm 1 1, a pulley 16 for a timing belt is attached so that a driving force is applied via a timing belt from a rotational driving source (not shown).
ここで、この図2の実施形態の場合、ウォーム1をウォームホイール5に押し付けるための回転軸12の位置については、それがプーリー16の直下に位置するようにして構成する。そうすることにより、タイミングベルトからプーリー16に張力が働いても、回転軸12回りのトルクとして作用するのが防止されるので、ウォーム1のウォームホイール5に対する弾性体8による弾性力に影響を与える虞を少なくすることができる。
Here, in the case of the embodiment of FIG. 2, the position of the
1:ウォーム
2:ウォームベース
3:ベアリング
4:モータ
5:ウォームホイール
6:回転軸
7:ウォームホイールベース
8:弾性体
9:支柱
10:孔
11:軸受け
12:支点軸
13:ロックネジ
14:ロック支持板
15:ロータリーソレノイド
16:タイミングベルト用プーリー
21:ウォーム
22:ウォームベース
23:軸受け
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
1: Worm 2: Worm base 3: Bearing 4: Motor 5: Worm wheel 6: Rotating shaft 7: Worm wheel base 8: Elastic body 9: Post 10: Hole 11: Bearing 12: Support shaft 13: Lock screw 14: Lock support Plate 15: Rotary solenoid 16: Timing belt pulley 21: Worm 22: Worm base 23: Bearing 24: Motor 25: Worm wheel 26: Rotating shaft 27: Worm wheel base 28: Fixing bolt 29: Distance between shafts
Claims (1)
前記弾性手段による前記押し付け力に加算して更に押し付け力を発生する駆動手段を設け、
前記ウォームの回転が停止しているとき、前記駆動手段が作動されるように構成したことを特徴とするウォーム歯車回転伝達装置。
In the worm wheel rotation transmission device provided with elastic means for pressing the worm against the worm wheel,
Drive means for generating a pressing force in addition to the pressing force by the elastic means is provided,
A worm gear rotation transmission device characterized in that the drive means is operated when the rotation of the worm is stopped.
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