JP2002166324A - 歯車の歯元形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 歯車の歯元の形成方法を提供すること。 【解決手段】 複数の設計基準点１０を示す関数として
歯車の歯元を形成する方法が提供される。本発明の方法
は、設計基準点１０に多項式曲線１２を適合させる工程
と、前記適合させた多項式曲線１２に一致する湾曲形状
を有する歯元１８を歯車１６に形成する工程とを含んで
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は歯車に歯元を形成、
管理する方法に関し、特に、歯元をその設計基準の関数
として得られた形状に形成する方法、および、形成され
た歯元が前記得られた形状に一致しているか検査するた
めの方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】歯車の設計では、ある歯車の負荷容量に
おける主要な制限要因の１つに歯の曲げ強さがある。粗
いピッチを有する歯車の歯を選択することにより曲げ強
さを高めることは周知となっているが、通常、これは食
点(pitting)や摩滅(scuffing)といった他の種類の歯車
の負荷容量を低減する問題を生じすることが知られてい
る。これらに限定はされないが、より良い材料を使用す
ることや、硬化法、ショットピーリングなど、歯車の全
般的な設計を変更することなく歯車の曲げ強さを高める
ための多くの方法が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】基本的な歯の寸法を変
更することなく歯車の歯の最大曲げ応力値を低減する方
法もあり得る。この点に関して、典型的な最大曲げ応力
値の位置は、噛み合っている歯車の歯と係合する歯の有
効輪郭領域の開始点の間にある遷移領域を取り囲む歯
元、および、歯が歯車本体に結合する部位である歯の歯
根部にあることが知られている。理想的な応力低減方法
は、高い応力集中が存在しないように歯元に沿って応力
勾配を低減することであろう。

【０００４】本発明は上述の目的を達成する歯車の歯元
の形成方法を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の１つの特徴によ
れば、複数の設計基準点を示す関数として歯車の歯元を
形成する方法が提供される。本発明の方法は、前記設計
基準点に多項式曲線を適合させる工程と、前記工程
（ａ）において適合させた多項式曲線に一致する湾曲形
状を有する歯元を歯車に形成する工程とを含んでいる。
更に、実際に形成した歯元を検査して、座標測定装置を
用いて前記適合させた曲線と比較することができる。本
発明の更に他の特徴によれば、前記多項式曲線に一致す
る湾曲面を有する工具を準備し、前記工具を用いて前記
歯元に前記湾曲形状を移すことにより前記歯元が形成さ
れる。

【０００６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明による一対の歯元
のための複数の設計基準点１０に適合させた曲線を示し
ており、この曲線は、歯車の第１の歯の有効輪郭の開始
点（−Ｘsap）から歯根部（０）を通過して、隣接する
第２の歯の有効輪郭の開始点（Ｘsap）まで延びてい
る。設計基準点１０の位置は、歯元に対して比較的平坦
な応力勾配を与える演算手法(alogorithm)を用いて決定
されており、負荷応力は歯元に沿って実質的に均等に分
配され、歯元面に沿って実質的な応力集中が生ずること
なく、歯車の歯の一方または双方の歯元に隣接する部分
において過大な曲げ応力のために破断することが低減さ
れるようになっている。

【０００７】多項式、好ましくは二次の多項式で示され
る曲線１２が、以下の式を用いる周知の最小二乗法など
の通常の曲線の当てはめ技術または適合技術を用いて設
計基準点１０に当てはめられる或いは適合される。

【０００８】

【数１】

【０００９】図２を参照すると、歯車１６の一部１４
は、本発明により形成された歯元１８を含んでいる。歯
元１８の各々は第１の歯２２および隣接する第２の歯２
８の有効輪郭領域２０、２６の開始点から歯根部２４へ
延設されている。

【００１０】歯元１８は通常の歯車製造技術を用いて形
成可能である。この歯車製造技術には、これに限定され
ないが、フライスカッタによるフライス技術、形刃(sha
pe cutter)による成形技術、ホブ切り、引き抜き、押
出、粉末焼結、スタンピング(stamping)、切削または鍛
造により好ましくは歯車に実質的に均一な仕上げ代層を
残して粗加工されたワークから研削することを含んでい
る。歯元１８は、また、非金属歯車の場合に射出成形に
より形成することもできる。好ましくは、設計基準点に
当てはめた或いは適合させた曲線は、歯元が形成された
ときに該歯元に前記曲線が再現されるように、カッタ、
ホブ、成形型および／または研削ホイール上に再現され
る。

【００１１】歯元が形成されると、その湾曲した形状が
元の曲線と比較され、歯元と前記曲線との一致が確かめ
られる。これは、座標測定装置などの従来から存在する
適当な手段により行うことができる。

【００１２】図３を参照すると、本発明の方法のフロー
チャート３０が示されている。ステップ３２から開始し
て、多項式曲線が、歯元に対する所望の設計特性を与え
るように決定された多数の設計基準点に当てはめられる
或いは適合される。ステップ３４において、ステップ３
２において当てはめた多項式曲線に一致する湾曲形状を
有した歯元が歯車の隣接する歯の愛大に形成される。次
いで、ステップ３６において歯元の曲線が当てはめた曲
線と比較され、湾曲形状が前記曲線と一致しているか評
価される。

【００１３】本発明による歯車の歯元を製造、管理する
ための方法は、広範な目的の歯車、特に、より高い耐曲
げ応力性が重要な設計上の問題となる歯車に利用するこ
とができる。本発明の他の特徴、目的、利点は、図面、
発明の詳細な説明および特許請求の範囲から明らかとな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一対の歯元のための複数の設計基
準点に適合させた曲線を示す図である。

【図２】本発明を適用する歯車の部分拡大図である。

【図３】本発明の方法を実施するフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１０…設計基準点 １２…曲線 １６…歯車 １８…歯元 ２０…歯の有効輪郭領域 ２２…歯 ２４…歯根部 ２６…派の有効輪郭領域 ２８…歯

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダニー エル．サーマン アメリカ合衆国，フロリダ 33945，パイ ンランド，ピー．オー．ボックス 358, アッパー キャプティバ アイランド (72)発明者 グレゴリー エー．マトソン アメリカ合衆国，イリノイ 60563−3176, ネイパービル，イースト フィフス アベ ニュ 200，アパートメント 423 (72)発明者 フランクリン ティー．プリー アメリカ合衆国，イリノイ 61615−1071, ペオリア，ウエスト ブルックフォレスト ドライブ 817 (72)発明者 マイケル ダブリュ．キプリング アメリカ合衆国，イリノイ 61548−9803, メタモラ，アール．アール．３ Ｆターム(参考） 3C025 DD00 HH07

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の設計基準点を示す関数として歯車
   の歯元を形成する方法において、 （ａ）前記設計基準点に多項式曲線を適合させる工程
   と、 （ｂ）前記工程（ａ）において適合させた多項式曲線に
   一致する湾曲形状を有する歯元を歯車に形成する工程と
   を含んで成る方法。
2. 【請求項２】 前記工程（ｂ）において形成した歯元を
   前記工程（ａ）において適合させた曲線と比較する工程
   を更に含んでいる請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 前記工程は座標測定装置を用いて実施さ
   れる請求項２に記載の方法。
4. 【請求項４】 前記工程（ａ）において適合させた多項
   式曲線に一致する湾曲面を有する工具を準備し、前記工
   具を用いて前記歯元に前記湾曲形状を移すことにより前
   記歯元が形成される工程を更に含んで成る請求項１に記
   載の方法。
5. 【請求項５】 前記工具が研削工具である請求項４に記
   載の方法。
6. 【請求項６】 前記工具が切削工具である請求項４に記
   載の方法。
7. 【請求項７】 前記工程（ｂ）において、前記歯車は、
   前記歯元を形成する際に除去される仕上げ代を含むよう
   に鍛造により粗加工されたワークから形成され、前記仕
   上げ代は、前記多項式曲線に一致する湾曲形状を有する
   外表面を有しており、実質的に均一な仕上げ代層を除去
   することにより前記歯元が形成される請求項１に記載の
   方法。
8. 【請求項８】 前記多項式は少なくとも二次の多項式で
   ある請求項１に記載の方法。
9. 【請求項９】 前記設計基準点は、歯元に沿って所望の
   応力分布を与えるための演算手法(algorithm)を少なく
   とも部分的に用いて決定される位置を有している請求項
   １に記載の方法。