JP2006046651A - オフセンター直接係合を可能にする歯車 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２つの歯車の間の直接係合を確実にすること。
【解決手段】 第１歯車３００及び第２歯車３５０がかみ合うように配置され、第１歯車３００は外周の一部をなす歯３１０を含み、第２歯車３５０は、外周の一部をなす歯３６０とを含み、第１歯車の歯３１０は、第１端部３１４から第２端部３１６までの歯先ランド３１２が、第２歯車の歯３６０は、第１端部３６４から第２の端部３６６までの歯先ランド３６２が、それぞれ、傾斜し且つ湾曲して形成され、歯先ランド３１２及び３６２の各々は、その半径中心が、本体の中心にはなく、歯先ランド同士の係合を防止して、歯車の直接係合を確実にする。
【選択図】 図５

Description

本発明は、２つの歯車の間で、中心から外れたオフセンターでの直接係合を可能にする歯車、システム及び方法に関する。

２つの歯車は、互いに係合する状態、又は互いに外れた状態となることができるように構成することができる。２つの歯車は、さらに、一度又はそれ以上の回数にわたって、互いに係合する状態、又は互いから外れた状態になるように（すなわち、係合／係合解除状態になる）構成することができる。例えば、２つの歯車は、一旦係合し、その係合状態のままに維持されることができる。或いは、２つの歯車は、反復的に、互いに係合／係合解除状態になることができる。

２つの歯車が互いに係合／係合解除状態になる場合には、２つの歯車のうちの第１歯車は、該２つの歯車のうちの第２歯車に対して移動する。２つの歯車が互いに係合する状態で、第１歯車の外周に沿って配置された歯が、第２歯車の外周に沿って配置された歯の間に置かれる。第１歯車の回転は、このようにして第２歯車の回転に影響を与え、逆もまた同様である。

例えば、歯車は、平歯車、はすば歯車、かさ歯車、又はウォーム歯車とすることができる。説明の目的のために、平歯車について説明する。平歯車は、回転軸に平行な複数の歯を含み、歯車中心から最も遠い歯外面に歯先ランドが配置され、歯先ランドの間に歯底ランドが配置される。第１歯車が第２歯車に対して、例えば、直線又は円形の経路に沿って並進すると、第１歯車の歯の歯先ランドが、最初に、第２歯車の歯の歯先ランドと接触することになる。歯対歯の接触が、このようにして生成される。両方の歯車の歯先ランドが互いに接触しているため、２つの歯車が互いに係合することはない。換言すると、第１歯車の歯は、第２歯車の歯の間に配置されない。

２つの歯車の歯先ランドが互いに接触するようになると、接触力が生成される。このことは、歯車中心が並進する移動中の回転しない歯車において起こる。接触力は、第２歯車の歯に対する第１歯車の歯の移動により生成された力である。歯対歯の接触により生成された接触力は、歯先ランドの半径の中心は歯車の中心にあるため、両方の歯車の中心に向けられる。その結果もたらされる力は、歯先ランドの両方の表面から各歯車の中心に向けられる。このようにすると、２つの歯車が互いに回転することはなく、すなわち、各歯車の中心に向かう、結果としての力の方向のために、接触した後に互いに係合することはない。換言すると、結果としての力が歯車の中心からずれることなく、歯車の中心に向けられるため、回転力が生成されない。したがって、歯対歯の接触により生成される力のために、両方の歯の歯先ランドに対して損傷が生じることになる。

さらに、両方の歯車の歯先ランドが互いに接触するために、２つの歯車の間の中心間合計距離が増加する。換言すると、第１歯車の歯は、第２歯車の歯とかみ合わない。中心間距離が増加することにより、第１歯車に関連する引出し装置（ドゥロア）等の組立体が、増加した距離のために、第２歯車に関連するスロットの中に嵌まらないことがある。すなわち、引出し装置等の組立体が、スロットに対して正しく位置決めされず、或いはロックされないことになる。

歯対歯の接触を避けるための１つの方法は、狭幅の歯を与えることである。歯対歯の接触に対する可能性は減少するが、依然として歯対歯の接触が生じることがある。歯対歯の接触による悪影響を緩和するための別の方法は、第１歯車の中心の周りをピボット運動する、ばね負荷又は重力負荷された、あそび（中間）歯車すなわちアイドラ歯車を与えることである。アイドラ歯車は、第１歯車の中心の周りでピボット運動し、第２歯車の歯の通り道から出て、歯対歯の接触に関連する高い力を避けるようにする。歯車が、歯対歯の接触の衝撃を吸収することを可能にするばね負荷シャフトもまた用いることができる。結果として、ばねのために、伝達することができるトルクが制限される。さらに、アイドラ歯車又はばね負荷シャフトを用いることにより、製造費が増加される。さらに、両方の場合において、付加的な構造体を受け入れるために、歯車機構の大きさが増加する。

したがって、本発明は、単純で低価格であり、２つの歯車の寿命を延ばし、組立体を適当に配置することを可能にする、直接係合を可能にする方法及び装置を提供する。

本発明の１つの例示的な態様によれば、本発明では、中心にある本体と、該本体の外周上に形成された少なくとも１つの歯とを有する歯車において、前記少なくとも１つの歯の歯先ランドの半径中心が、本体の中心にはないことが特徴となっている。

本発明の別の例示的な態様によれば、本発明は、第１歯車の第１歯が第２歯車の第２歯に接触するように、第１歯車を第２歯車に対して移動させ、結果としての力が、第１歯車又は第２歯車のうちの少なくとも１つの中心に向けられないように、第１歯車の第１歯を第２歯車の第２歯に対して押し付け、結果としての力によりトルクが生成され、第１歯車の第１歯が第２歯車の第２歯とかみ合うまで、生成されたトルクに基づいて、歯車のうちの少なくとも１つを回転させることを含む、第１歯車を第２歯車と組み合わせるための方法を含む。

本発明の別の例示的な態様によれば、端部に突出部が配置されたシャフトと歯車とを備えた歯車組立体を包含し、前記歯車が、中心にある本体と、該本体の外周上に形成された少なくとも１つの歯とを備え、該少なくとも１つ歯の歯先ランドの半径中心は前記本体のにはないように形成され、前記シャフトは、歯車を貫通しており、突出部と第１の表面との間の歯車の第１の側部に配置されたハブが、第１の端部及び第２の端部をもつスロットを含み、突出部はスロットを貫通しており、シャフトをスロットの第１の端部の方向に付勢する付勢部材が設けられている。

例えば、画像形成装置、車、機器、又は、２つの歯車が係合する又は外れる、現在利用可能な、又は後世に開発されるあらゆる構造体に組み込むことができる本発明による２つの歯車の一般的な理解のために、本発明の種々の実施形態を示す図３ないし図１０を参照する。

明確にするために、図１及び図２は、係合し、又は、外れる従来技術による２つの歯車を示す。図１は係合前の２つの歯車を示し、図２は歯対歯の接触状態にある２つの歯車を示す。

図１及び図２に示すように、第１歯車１００及び第２歯車１５０が示される。第１歯車１００は、中心１０２と、第１歯車の外周の一部となる歯１１０とを含む。歯１１０は、第１歯車１００の中心１０２から最も離れて歯１１０の外面となる歯先ランド１１２と、隣接する歯先ランド１１２の間の歯底ランド１１４を含む。同様に、第２歯車１５０は、中心１５２と、第２歯車１５０の外面の一部となる歯１６０とを含む。歯１６０は、第２歯車１００の中心１５２から最も離れて第２歯車１５０の歯１６０の外面となる歯先ランド１６２と、隣接する歯先ランド１６２の間の歯底ランド１６４を含む。

第１歯車１００の歯１１０及び第２歯車１５０の歯１６０は、互いに向かい合うように配置される。歯１１０、１６０の両方は、さらに、標準的なインボリュート歯車形状を有するように構成される。

第１歯車１００が直線方向１７０において第２歯車１５０に向かって移動すると、第１歯車１００の歯１１０は、第２歯車１５０の歯１６０に接触する。第１歯車１００が、さらに直線方向１７０に移動することを試みると、さらに別の圧力が、第１歯車１００の歯１１０によって、第２歯車１５０の歯１６０に対してかけられる。歯先ランド１１２、１６２の両方が、各歯１１０、１６０の歯先ランド形状の半径中心が各歯車１００、１５０の中心にある、標準的な形状を有するため、第１歯車１００の歯１１０は、第２歯車１５０の歯１６０の間を移動しない。したがって、２つの歯車１００、１５０の間の接触力により生成される結果としての力は、歯車１００、１５０の中心１０２、１５２に向けられる。歯車１００、１５０の歯１１０、１６０の間に加えられたさらに別の圧力は、このようにして歯１１０、１６０に対して損傷を与える。

したがって、歯対歯の接触による悪影響を避けるため、及び歯に対する損傷の可能性を減少させるために、本発明は、歯先ランドが特別な又は標準的でない形状を含む歯をもつ歯車を与える。この形状を与えることにより、２つの歯車の歯により生成される結果としての力が、歯車の中心に向けられなくなる。各歯の歯先ランドの半径中心が各歯車の中心にないために、結果としての力が、歯車の中心に向けられることはない。したがって、歯車は、結果としての力が向けられる方向に回転して、歯がかみ合うことができるようになる。

図３Ａ及び図３Ｂに示すように、２つの改良された形状を含む２つの歯車が示される。図３Ａに示すように、第１歯車２００は歯２１０を有する。各歯２１０は傾斜した歯先ランド２１２を有する。歯先ランド２１２の第１の端部２１４は、第２の端部２１６より歯車２００の中心２０２から離れている。図３Ｂに示すように、第２歯車２５０は歯２６０を有する。各歯２６０は湾曲した歯先ランド２６２を有する。歯先ランド２６２の第１の端部２６４は、湾曲した第２の端部より歯車２５０の中心２５２から離れている。

傾斜した歯先ランド２１２又は湾曲した歯先ランド２６２を与えることにより、接触することになる２つの向かい合う歯により生成される結果としての力は、接触面に対して垂直であるため、この力が歯車の中心の方向に向けられることがなくなる。換言すると、生成された、結果としてもたらされた力は、歯車の中心の周りにトルクを与えて、第１歯車が第２歯車に対して回転し、歯が互いにかみ合うことができるようになる。結果としての力が歯車の中心の方向に向けられないためにトルクが生成される。理解されるように、少なくとも１つの歯の歯先ランドの半径中心が歯車の中心でないのであれば、ほとんどのあらゆる歯先ランド形状を用いて、結果としての力が歯車の中心の方向に向けられないようにすることができる。

図４及び図５は、本発明の実施形態に従って、係合し、外れる２つの歯車を示す。図４は係合前の２つの歯車を示し、図５は歯が互いにかみ合った状態の２つの歯車を示す。理解されるように、図４及び図５の２つの歯車は、図３Ｂの歯車２５０と同じである。

図４及び図５においては、第１歯車３００及び第２歯車３５０が示される。第１歯車３００は、中心３０２と、第１歯車３００の外周の一部をなす歯３１０とを含む。歯３１０は、第１歯車３００の歯３１０の外面に配置されて、第１歯車３００の中心３０２から最も遠い歯先ランド３１２を含む。同様に、第２歯車は、中心３５２と、第２歯車３５０の外周の一部をなす歯３６０とを含む。歯３６０は、第２歯車３５０の歯３６０の外面に配置されて、第２歯車３５０の中心３５２から最も遠い歯先ランド３６２を含む。

第１歯車３００の歯３１０及び第２歯車３５０の歯３６０は、互いに向かい合うように配置される。歯３１０及び歯３６０の両方は、さらに、第１の端部３１４から第２の端部３１６まで、及び第１の端部３６４から第２の端部３６６まで傾斜する、湾曲した歯先ランド３１２及び３６２を有するように構成される。湾曲した歯先ランド３１２及び３６２は、同じ方向に傾斜する。換言すると、湾曲した歯先ランド３１２が、第１の端部３１４が第２の端部３１６から反時計回りの方向に傾斜している場合には、湾曲した歯先ランド３６２もまた、第１の端部３６４が第２の端部３６６から反時計回りの方向に傾斜する。

第１歯車３００が直線方向３７０に、第２歯車３５０に向かって移動すると、第１歯車３００の歯３１０は、第１に、第２歯車３５０の歯３６０に接触する。第１歯車３００がさらに直線方向３７０に移動することを試みると、第１歯車３００の歯３１０により第２歯車３５０の歯３６０に加えられた圧力が、歯車３００の中心３０２及び歯車３５０の中心３５２の方向に向けられない接線分力成分をもつ接触力を生成する。接線分力を生成することにより、歯車３００、３５０の中心３０２、３５２の周りのトルクが生成される。接線分力及び結果としてのトルクは、歯先ランド３１２、３６２が湾曲する方向とは反対方向に向けられる。換言すると、歯先ランド３１２が、第１の端部３１４が湾曲した第２の端部３１６から反時計回りの方向にあるように湾曲している場合には、歯車３００は、反時計回りに回転する。トルクが生成されると、両方の歯車３００及び３５０は、互いに回転するように付勢される。両方の歯車３００、３５０は、歯３１０が歯３６０とかみ合うまで互いに回転する。

歯３１０が歯３６０とかみ合う通常の状態においては、二組の歯３１０、３６０の間の作動長は最大になるべきである。換言すると、歯先ランド３１２と歯底ランド３１８との間の歯３１０の長さは、歯先ランド３６２と歯底ランド３６８との間の歯３６０の長さのほとんどわたって接触すべきである。歯先ランド３１２、３６２の形状は、歯車３００、３５０の間にトルクを伝達するものであってはならない。歯３１０、３６０の間の作動面を最大にするために、第１歯車３００の歯３１０の第１の端部３１４は、第２歯車３５０の歯３６０の第１の端部３６４と接触する。このようにすると、歯３１０の第１の端部３１４が歯３６０の第１の端部３６４に接触することにより、歯３１０、３６０の間の接触面積は減少しないため、歯車３００、３５０の間の接触面は、歯車３００が反時計回りに回転した場合に減少することはない。換言すると、歯３１０、３６０が伝達トルクに接触する作動長は、図１及び図２の歯１１２、１６２と同じである。理解されるように、歯３１０、３６０がかみ合うときに歯車３００が時計回りの方向で駆動される場合には、作動長を維持するために、第１の端部３１４、３６４は、第２の端部３１６、３６６に対して時計回りの方向に配置される。

図５に示すように、歯車３００、３５０の中心３０２、３５２の最終位置は、互いに対して、及び方向３７０の接線に対して所定の係合角を有するべきである。歯車３００、３５０は、２つの歯車３００、３５０の間で作用する結果としての力の方向（すなわち、圧力線）が、歯車３００、３５０を互いに離れるようにはしない、所定の圧力角を有するべきである。換言すると、圧力角は、所定の範囲を超えるべきではない。本実施形態においては、係合角は、歯車３００の中心３０２からの方向３７０の直線と、歯車３００の中心３０２及び歯車３５０の中心３５２を結ぶ線とにより定められた角度である。係合角が所定の角度と等しいか又はこれより小さい場合には、歯車は、容易に外れることになる。しかし、係合角が所定の角度より大きい場合には、一方の歯車に対する他方の歯車により生成された回転力は、歯車３００、３５０が負荷の下で離れるように駆動することはない。

前述のように、少なくとも１つの歯車が、別の歯車に対して回転して歯車が互いに係合するようになる。しかし、歯車の一方を回転させるのは困難なことがある。典型的には、シャフトが一方又は両方の歯車の中心を貫通するか又はこれに取り付けられている。さらに、シャフトの少なくとも１つを回転させるのは困難なことがある。例えば、シャフトの１つは、モータ又は剛性の装置に連結されていることがある。すなわち、かなりの量のトルクが、歯車及びこれに連結されたシャフトに要求されることになる。したがって、第２歯車が第１歯車に接近した場合には、歯対歯の接触が生じたときに、両方の歯車の歯が互いに係合するように、ある程度のあそびがシャフトと第２歯車との間に存在せねばならない。

図６は、シャフト４２０と歯車の組立体であって、歯車４００がシャフト４２０に対して制限された量の回転（すなわち、あそび）が可能にされた例を示す。歯車４００は、歯車４００の外周をとなる歯４１０を含む。各歯４１０は、さらに、図３Ａの歯先ランド２１２と同様な形状の歯先ランド４１２を含む。

シャフト４２０は、歯車４００の中心を貫通し、シャフト４２０の端部４２４に配置されたピン４２２を含む。Ｕ字形状のスロット４３２をもつハブ４３０が、歯車４００に取り付けられるか又はこれと一体になっている。Ｕ字形状のスロット４３２は、第２の端部４３６より、歯車４００の表面４１４に対して近くに延びる第１の端部４３４を含む。スロットは、さらに、ピン４２２がスロット４３２と接触するように設計される。

付勢ばね４４０は、ハブ４３０の反対側にある歯車４００表面とシャフト４２０に取り付けられた又はこれと一体的なリング４２２又は肩部との間に、歯車４００と接触するように配置される。ばね４４０の付勢力は、ピン４２２が歯車４００の表面４１４の方向に押し付けられるようにかけられる。このようにすると、ピン４２２は、第２の端部４３６より表面４１４に対して近い、スロット４３２の第１の端部４３４の方向に移動する。

歯車４００の歯先ランド４１２が別の歯車の歯先ランドと接触するようになると、歯車４００は、シャフト４２０に対して時計回りの方向に回転する。歯車４００が時計回りの方向に移動すると、ばね４００により生成された付勢力に対するピン４２２は、スロット４３２の第１の端部４３４から第２の端部４３６の方向に移動する。歯車４００に負荷がかけられると、歯車４００は、シャフト４２０に対するその元の位置に回転して戻る。このようにして、第１の端部４３４と第２の端部４３６との間のスロットの幅が、必要なあそびを与える。理解されるように、スロット４３２の最小幅は、歯車４００が少なくとも１つの歯の等価物により回転することができるのに十分なものであるべきである。

さらに他の実施形態においては、付勢ばね４４０はねじりばねである。理解されるように、歯車において制限された量のあそびを与え、歯車が別の歯車から外れたときに定位置に戻す、現在利用可能な又は後に開発されるあらゆる装置を用いることができる。

図７及び図８は、本発明の別の実施形態を示す。図７及び図８に示すように、第１歯車５００及び第２歯車５５０が示される。本実施形態においては、シャフト５０２及び第１歯車５００を回転するためには、かなりの量のトルクが要求される。すなわち、ある程度のあそびが第２歯車５５０に存在せねばならない。さらに、本実施形態においては、歯車５００、５５０の構造体は、歯車５００から歯車５５０に伝達される結果としての力が効率的に伝達されて、歯車５５０が歯車５００から離れないように設置される。

第１歯車５００は、これを貫通するシャフト５０２及び歯車５００の外周を囲む歯５１０を含む。各歯５１０は、図３Ａの歯先ランド２１２と同様な歯先ランド５１２を含む。第２歯車５５０はシャフト５５２の周りを回転する。第２歯車のシャフト５５２は、別のシャフト５５６に取り付けられた腕部５５４に、取り付けられるか又は一体に形成されている。このようにして、シャフト５５２は、歯車５５０の中心で回転する。

第２歯車５５０は、セクタ歯車として形成され、部分的な外周を囲む歯５６０を含む。理解されるように、部分的な歯車である第２歯車５５０を与えることにより、機構全体の高さは、かみ合ったときに減少する。第２歯車５５０は、さらに、２組の歯先ランドを含む。第１組の歯先ランド５６２は、図７に示すように、左側の歯５６０に配置され、図３Ａの歯先ランド２１２と同様な歯先ランド形状を含む。本実施形態においては、第２歯車５５０が方向５７０において移動した場合には、２つの左側の歯５６０だけが第１歯車５００の歯５１０に接触するため、２つの一番左の歯５６０だけが、改良修正された歯先ランド形状を含む。すなわち、２つの一番左の歯５６０だけが修正されて、歯５１０を歯５６０にかみ合わせる。理解されるように、より多くの又はすべての歯５６０が修正された形状を含んでもよく、あるいは、歯５１０の全てが修正された形状にされなくてもよい。

歯車５５０が方向５７０において移動すると、歯５６０の第１組の歯先ランド５６２が歯５１０の歯先ランド５１２と接触するようになる。歯車５５０がさらに方向５７０に移動すると、トルクが生成される。トルクが生成されると、歯車５５０は時計回りの方向に回転する。しかし、第２歯車５５０を部分的な歯車とし且つ修正された形状の歯先ランド５６２を用いる場合には、歯５６０は、歯車５００が時計回りの方向に回転しても歯車５５０を方向５８０に押し出すことなく十分なトルクが歯車５００から歯車５５０に伝達されるように、歯５１０と好ましくかみ合うべきである。

図８に示すように、モータ（図示せず）により加えられたトルクによって歯車５００が時計回りの方向に回転した場合には、結果としての力Ｆｇが、歯車５００の歯５１０により、歯車５５０の歯５６０に対して作用する。この結果として、力Ｆｇは、歯５１０、５６０の形状、方向５７０（図７参照）に関する歯車の中心位置、及びモータにより歯車５００に加えられたトルクに基づいて生成される。図８に示すように、歯車５００の時計回りの回転により生成された、結果としての力Ｆｇの角度は、９５．２°である。理解されるように、理想的な力の角度は、９０°とすることができる。９０°から９５．２°までの間の力の角度を与えることにより、最小の量の力が方向５８０（図７参照）に向けられる。これにより、歯車５００と５５０が外れることが避けられる。９０°〜９５．２°までの間の力を取得するために、歯車の中心位置５０２及び／又は５５２を修正することができ、及び／又は、歯面の幾何学的形状を変更することにより修正することができる。

他方、図９及び図１０に示す場合では、歯車５００の歯５１０が歯車５５０の歯５６０とかみ合っているが、歯５６０が、歯車６００の時計回りの回転により生成される結果としての力の角度が１０９．９°になるように、歯５１０と接触している。歯車５５０の初期角度が時計回りに過度に回転されているため、結果としての力Ｆｇに対して、より大きな角度が生成される。これによって、歯車５００の歯５１０の作動面に歯車５５０の歯５６０の先端部が当たることになる。これによって、角度１０９．９°の力と、方向５８０に向けられる付加的な力とが生成される。したがって、歯車５００、５５０との間の係合が外れる可能性が増加する。

係合前の２つの従来の歯車の平面図である。 歯と歯の接触状態にある２つの従来の歯車の平面図である。 本発明の１の実施形態による歯車の平面図である。 本発明の他の実施形態による歯車の平面図である。 本発明の前記他の実施形態による係合前の２つの歯車の平面図である。 本発明の図４の実施形態による係合状態の２つの歯車の平面図である。 本発明の別の実施形態にかかる歯車組立体の斜視図である。 本発明の更に別の実施形態に係る歯車組立体の、一の係合状態の２つの歯車の平面図である。 図７の円８の部分の拡大図である。 本発明の前記更に別の実施形態に係る歯車組立体の、他の係合状態の２つの歯車の平面図である。 図９の円１０の部分の拡大図である。

符号の説明

３００、３５０：歯車
３０２、３５２：中心
３１０、３６０：歯
３１２、３６２：歯先ランド
３１４、３６４：端部

Claims (1)

1. 中心にある本体と、該本体の外周上に形成された少なくとも１つの歯とを有する歯車であって、
   前記少なくとも１つの歯の歯先ランドの半径中心が、前記本体の中心にはない
   ことを特徴とする歯車。

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