JP2007100744A

JP2007100744A - 歯車及び歯車装置

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Publication number: JP2007100744A
Application number: JP2005288271A
Authority: JP
Inventors: Toru Takumori; 徹宅森; Kenshi Oumi; 憲仕近江
Original assignee: Enplas Corp
Current assignee: Enplas Corp
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2007-04-19
Anticipated expiration: 2025-09-30
Also published as: JP4979218B2

Abstract

【課題】一対の歯車の噛み合い時に歯車が発生する騒音を低減すると共に、回転伝達誤差を低減しようとする。
【解決手段】複数の歯１を備え相手歯車の歯との噛み合いによって回転運動を伝達する歯車Ｇ₁であって、各々の歯１の歯先部分を、歯先面３の歯幅方向の中央部又は両端部５，６が凸形に突出する形状に形成したものである。これにより、一対の歯車の噛み合い時に歯車が発生する騒音を低減すると共に、回転伝達誤差を低減することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、一対の歯車を組み合わせて対向する相手歯車の歯との噛み合いにより２軸間に回転運動を伝達する歯車及び歯車装置に関し、詳しくは、一対の歯車の噛み合い時に歯車が発生する騒音を低減すると共に、回転伝達誤差を低減しようとする歯車及び歯車装置に係るものである。

従来の歯車装置の歯車は、一般的に、対称歯形を有する標準歯車と呼ばれる歯車を用いている。このような標準歯車同士の組み合わせでは、各々の歯が歯先の歯幅と歯元の歯幅とが同一寸法であり、全歯たけが歯幅方向に一定であるため、対向する歯が噛み合う場合に、例えば２枚噛み合いと１枚噛み合いとの間で一種のバネとして作用する歯のバネ定数の変化量が大きい状態であり、噛み合い騒音が大きくなると共に、振動が増大することがあった。また、振動が増大することから、歯車の回転伝達誤差が大きくなることがあった。

これに対処して、従来、一対の歯車をインボリュート平歯車によって構成し、かつ一対の歯車のうち少なくとも一方の歯車が、標準インボリュート平歯車と比較して歯における２枚噛み合い領域の剛性を低下させる剛性低下手段を備えた歯車装置が提案されている。この歯車の剛性低下手段としては、例えば歯先部分の一方の端面から他方の端面に向けて貫通する貫通孔を形成したものがある。この場合、対向する歯の噛み合い時に、歯のたわみ量が標準インボリュート平歯車の歯のたわみ量と比較して相対的に大きくなるので、噛み合いの区間におけるたわみ量の変動が抑制され、回転伝達時の静粛性を改善すると共に、振動も改善することができる（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−３１２７５５号公報（図４）

しかし、従来の歯車装置の歯車においては、特許文献１の図４に示されるように、剛性低下手段としての貫通孔が歯先部分の一方の端面から他方の端面に向けて貫通されてはいるが、各々の歯の歯形はインボリュート平歯車のままであり、各歯が相手歯車の歯と噛み合う際の接触は、線接触の状態となるものであった。この場合、対向する歯の噛み合いにおいて、噛み合いの最初から最後まで線接触の状態が続き、一対の歯車の噛み合い時に歯車が発生する騒音を十分に低減することができないものであった。また、噛み合い時の振動も十分に改善することができず、歯車の回転伝達誤差も十分に低減することができないものであった。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、一対の歯車の噛み合い時に歯車が発生する騒音を低減すると共に、回転伝達誤差を低減しようとする歯車及び歯車装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による歯車は、複数の歯を備え相手歯車の歯との噛み合いによって回転運動を伝達する歯車であって、各々の歯の歯先部分を、歯先面の歯幅方向の一部分又は両端部が凸形に突出する形状に形成したものである。

このような構成により、各々の歯の歯先部分の形状を、歯先面の歯幅方向の一部分又は両端部が凸形に突出するように形成する。

また、上記歯先面の形状は、中央部が歯元側から歯先側に向けて突出し、両端部が歯先側から歯元側に向けて後退した凸曲面に形成されたものである。これにより、歯先面の形状を凸曲面に形成したことで、歯先部分にて相手歯車と噛み合わない部分が生じて、点接触にて噛み合いが始まる。

さらに、上記歯先面の形状は、両端部が歯元側から歯先側に向けて突出し、中央部が歯先側から歯元側に向けて後退した凹曲面に形成されたものである。これにより、歯先面の形状を凹曲面に形成したことで、歯先部分にて相手歯車と噛み合わない部分が生じて、点接触にて噛み合いが始まる。

さらにまた、上記歯先面の形状は、中央部が歯元側から歯先側に向けて突出し、両端部が歯先側から歯元側に向けて後退した凸形斜面に形成されたものである。これにより、歯先面の形状を凸形斜面に形成したことで、歯先部分にて相手歯車と噛み合わない部分が生じて、点接触にて噛み合いが始まる。

また、上記歯先面の形状は、両端部が歯元側から歯先側に向けて突出し、中央部が歯先側から歯元側に向けて後退した凹形斜面に形成されたものである。これにより、歯先面の形状を凹形斜面に形成したことで、歯先部分にて相手歯車と噛み合わない部分が生じて、点接触にて噛み合いが始まる。

さらに、本発明による歯車装置は、一対の歯車を組み合わせて対向する相手歯車の歯との噛み合いにより２軸間に回転運動を伝達する歯車装置であって、上記一対の歯車のうち少なくとも一方の歯車について、各々の歯の歯先部分を、歯先面の歯幅方向の一部分又は両端部が凸形に突出する形状に形成したものである。

このような構成により、一対の歯車のうち少なくとも一方の歯車について、各々の歯の歯先部分の形状を、歯先面の歯幅方向の一部分又は両端部が凸形に突出するように形成する。

請求項１に係る歯車によれば、各々の歯の歯先部分の形状を、歯先面の歯幅方向の一部分又は両端部が凸形に突出するように形成することができる。この場合、対向する歯の噛み合い時の接触において、歯先部分でいきなり線接触とならずに点接触で始まり、その後徐々に線接触に移行して行くので、相手歯車の歯との接触がやわらかくなり、衝撃を吸収できる。したがって、一対の歯車の噛み合い時に歯車が発生する振動を低減して、噛み合い騒音を低減することができる。また、振動が低減することにより、歯車の回転伝達誤差を低減することができる。

また、請求項２に係る発明によれば、歯先面の形状を凸曲面に形成したことで、歯先部分にて相手歯車と噛み合わない部分が生じて、噛み合い開始を点接触とすることができる。この場合、相手歯車の歯との噛み合いが点接触で始まり、その後徐々に線接触に移行して行くことから、相手歯車の歯との接触がやわらかくなり、衝撃を吸収することができる。

さらに、請求項３に係る発明によれば、歯先面の形状を凹曲面に形成したことで、歯先部分にて相手歯車と噛み合わない部分が生じて、噛み合い開始を点接触とすることができる。この場合、相手歯車の歯との噛み合いが点接触で始まり、その後徐々に線接触に移行して行くことから、相手歯車の歯との接触がやわらかくなり、衝撃を吸収することができる。

さらにまた、請求項４に係る発明によれば、歯先面の形状を凸形斜面に形成したことで、歯先部分にて相手歯車と噛み合わない部分が生じて、噛み合い開始を点接触とすることができる。この場合、相手歯車の歯との噛み合いが点接触で始まり、その後徐々に線接触に移行して行くことから、相手歯車の歯との接触がやわらかくなり、衝撃を吸収することができる。

また、請求項５に係る発明によれば、歯先面の形状を凹形斜面に形成したことで、歯先部分にて相手歯車と噛み合わない部分が生じて、噛み合い開始を点接触とすることができる。この場合、相手歯車の歯との噛み合いが点接触で始まり、その後徐々に線接触に移行して行くことから、相手歯車の歯との接触がやわらかくなり、衝撃を吸収することができる。

さらに、請求項６に係る歯車装置によれば、一対の歯車のうち少なくとも一方の歯車について、各々の歯の歯先部分の形状を、歯先面の歯幅方向の一部分又は両端部が凸形に突出するように形成することができる。この場合、対向する歯の噛み合い時の接触において、歯先部分でいきなり線接触とならずに点接触で始まり、その後徐々に線接触に移行して行くので、相手歯車の歯との接触がやわらかくなり、衝撃を吸収できる。したがって、一対の歯車の噛み合い時に歯車が発生する振動を低減して、噛み合い騒音を低減することができる。また、振動が低減することにより、歯車の回転伝達誤差を低減することができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明による歯車装置の実施形態を示す図であり、一対の歯車の噛み合い状態の要部説明図である。この歯車装置は、一対の歯車を組み合わせて対向する相手歯車の歯との噛み合いにより２軸間に回転運動を伝達するもので、一方の歯車Ｇ₁と、他方の歯車Ｇ₂とを組み合わせて成る。一方の歯車Ｇ₁は、例えば歯数の少ない方の歯車であり、小歯車と呼ばれるものである。また、他方の歯車Ｇ₂は、例えば歯数の多い方の歯車であり、大歯車と呼ばれるものである。

図１において、符号Ｐ₁は一方の歯車Ｇ₁のピッチ円を示し、符号Ｐ₂は他方の歯車Ｇ₂のピッチ円を示している。また、符号Ｂは、一対の歯車Ｇ₁，Ｇ₂を噛み合わせたときの対向する歯１と歯２との歯面間の遊びであるバックラッシを示している。

まず、一方の歯車Ｇ₁の形状について説明する。この歯車Ｇ₁は、複数の歯１，１，…を備えその歯１が相手歯車（Ｇ₂）の歯２と噛み合って回転運動を伝達するもので、一般的には図２に示すように、インボリュート曲線で左右対称とされた標準歯車の歯形に形成されている。すなわち、各々の歯１がその歯先面３の歯幅Ｗ₃と歯元４の歯幅Ｗ₄とが同一寸法とされ、全歯たけＨが歯幅方向に一定とされている。

ここで、本発明においては、歯１の形状は、図３に示すように、各々の歯１の歯先部分が、歯先面３の歯幅Ｗ₃方向の一部分が凸形に突出する形状に形成されている。図３の例では、歯先面３の形状は、中央部が歯元４側から歯先側に向けて突出し、両端部５，６が歯先側から歯元４側に向けて後退した円弧状の凸曲面に形成されている。

図４は、図３に示すように形成された歯１の形状の細部を説明する側面図である。ここで、歯先部分にて円弧状の凸曲面に形成される領域は、各々の歯１の歯先部分にて、相手歯車（Ｇ₂）の歯（２）との噛み合い時の（ｎ＋１）枚噛み合いとｎ枚噛み合い（ｎは１以上の整数）との分岐点近傍より歯先側の領域である。図４の例では、相手歯車（Ｇ₂）の歯（２）との噛み合い率が例えば１以上２以下の場合を示しており、２枚噛み合いと１枚噛み合いとの分岐点近傍より歯先側の領域を凸曲面に形成している。すなわち、図４において、１枚噛み合い領域を中間部のＥ₁とし、２枚噛み合い領域を歯先側のＥ₂及び歯元側のＥ₂′とすると、歯先側の２枚噛み合い領域Ｅ₂を歯先部分にて円弧状の凸曲面に形成される領域としている。

このような形状により、各々の歯１の歯先部分の形状を、歯先面３の歯幅Ｗ₃方向の中央部が凸形に突出するように形成することができる。この場合、対向する歯１，２の噛み合い時の接触において、歯先部分でいきなり線接触とならずにその中央部において点接触で始まり、その後徐々に線接触に移行して行くので、相手歯車（Ｇ₂）の歯（２）との接触がやわらかくなり、衝撃を吸収できる。したがって、一対の歯車の噛み合い時に歯車が発生する振動を低減して、噛み合い騒音を低減することができる。また、振動が低減することにより、歯車の回転伝達誤差を低減することができる。

また、歯車の歯１，２の噛み合いにおいては、歯先部分の方が歯の滑り速度が速いが、上述のように各々の歯１の歯先部分にて歯先面３の形状を円弧状の凸曲面に形成しているので、歯の滑り速度が速い部分の接触線が短くなって接触面積が小さいことから、歯の滑りにより発生する滑り騒音を低減することもできる。

なお、図１において対向する歯１，２の噛み合いにおいて、主動力伝達面となる部分は、図４に示す１枚噛み合い領域Ｅ₁及び歯元側の２枚噛み合い領域Ｅ₂′であって、歯幅Ｗ₃方向の一方の端縁から他方の端縁にわたって歯面を形成した状態となり、回転運動を十分に伝達することができる。

また、図４の例と異なり、相手歯車（Ｇ₂）の歯（２）との噛み合い率が例えば２以上３以下の場合は、歯先側の３枚噛み合いと２枚噛み合いとの分岐点近傍より歯先側の領域を円弧状の凸曲面に形成すればよい。

図５は上述のように構成された一方の歯車Ｇ₁の全体形状を示す正面図である。図５において、歯車Ｇ₁は、略円板状のウェブ１１の外周側に複数の歯１，１，…が形成され、ウェブ１１の中心部には回転軸を固着する軸穴１２が穿設されたボス１３が形成されており、平行な２軸間に回転運動を伝達するようになっている。なお、符号Ｐ₁は一方の歯車Ｇ₁のピッチ円を示している。

図６は、歯車Ｇ₁の歯１の形状の第２の実施形態を示す要部斜視図である。この実施形態では、歯先面３の形状は、両端部５，６が歯元４側から歯先側に向けて突出し、中央部が歯先側から歯元４側に向けて後退した円弧状の凹曲面に形成されている。

図７は、図６に示すように形成された歯１の形状の細部を説明する側面図である。ここで、歯先部分にて円弧状の凹曲面に形成される領域は、各々の歯１の歯先部分にて、相手歯車（Ｇ₂）の歯（２）との噛み合い時の（ｎ＋１）枚噛み合いとｎ枚噛み合いとの分岐点近傍より歯先側の領域である。すなわち、図４に示すと同様に、１枚噛み合い領域を中間部のＥ₁とし、２枚噛み合い領域を歯先側のＥ₂及び歯元側のＥ₂′とすると、歯先側の２枚噛み合い領域Ｅ₂を歯先部分にて円弧状の凹曲面に形成される領域としている。

このような形状により、各々の歯１の歯先部分の形状を、歯先面３の歯幅Ｗ₃方向の両端部５，６が凸形に突出するように形成することができる。この場合、対向する歯１，２の噛み合い時の接触において、歯先部分でいきなり線接触とならずにその両端部の５又は６において点接触で始まり、その後徐々に線接触に移行して行くので、相手歯車（Ｇ₂）の歯（２）との接触がやわらかくなり、衝撃を吸収できる。

図８は、歯車Ｇ₁の歯１の形状の第３の実施形態を示す側面図である。この実施形態では、歯先面３の形状は、中央部が歯元４側から歯先側に向けて突出し、両端部５，６が歯先側から歯元４側に向けて後退した三角形状の凸形斜面に形成されている。

このような形状により、各々の歯１の歯先部分の形状を、歯先面３の歯幅Ｗ₃方向の中央部が凸形に突出するように形成することができる。この場合、対向する歯１，２の噛み合い時の接触において、歯先部分でいきなり線接触とならずにその中央部において点接触で始まり、その後徐々に線接触に移行して行くので、相手歯車（Ｇ₂）の歯（２）との接触がやわらかくなり、衝撃を吸収できる。

図９は、歯車Ｇ₁の歯１の形状の第４の実施形態を示す側面図である。この実施形態では、歯先面３の形状は、両端部５，６が歯元４側から歯先側に向けて突出し、中央部が歯先側から歯元４側に向けて後退した三角形状の凹形斜面に形成されている。

次に、図１に示す歯車装置を構成する他方の歯車Ｇ₂の形状について説明する。この歯車Ｇ₂は、複数の歯２，２，…を備えその歯２が相手歯車Ｇ₁の歯１と噛み合って回転運動を伝達するもので、歯２の形状は、図３〜図９に示す一方の歯車Ｇ₁の歯１の形状と全く同様に形成されている。すなわち、各々の歯２の歯先部分を、歯先面３の歯幅Ｗ₃方向の一部分又は両端部が凸形に突出する形状に形成されている。

図１０は、上述のように構成された歯車装置の一方の歯車Ｇ₁と他方の歯車Ｇ₂との組み合わせの状態を示す断面説明図である。図１０（ａ）は、一対の歯車Ｇ₁，Ｇ₂のうち一方の歯車Ｇ₁について、図３に示す各々の歯１の歯先部分において、歯先面３の形状を、中央部が歯元４側から歯先側に向けて突出し、両端部５，６が歯先側から歯元４側に向けて後退した円弧状の凸曲面に形成したものである。この場合、他方の歯車Ｇ₂は、標準歯車の歯形に形成されている。

図１０（ｂ）は、一対の歯車Ｇ₁，Ｇ₂の両方の歯車について、図３に示す各々の歯１の歯先部分において、歯先面３の形状を、中央部が歯元４側から歯先側に向けて突出し、両端部５，６が歯先側から歯元４側に向けて後退した円弧状の凸曲面に形成したものである。この場合は、一方の歯車Ｇ₁と他方の歯車Ｇ₂の歯先面３の凸曲面の対向状態は、境界線に対して対称になるように形成されていてもよいし、ずらせて形成されていてもよい。

なお、図１０においては、図３に示す歯車の歯１を用いて歯車装置を構成した場合を示したが、本発明はこれに限られず、上述の全ての歯車の歯１を用いて歯車装置を構成することができる。また、本発明において、一対の歯車Ｇ₁，Ｇ₂のそれぞれの材質は、金属であってもよいし、樹脂であってもよい。樹脂製の歯車Ｇ₁，Ｇ₂の場合は、射出成型により製造が可能である。

また、歯先面の歯幅方向の一部分又は両端部が凸形状に形成される歯先部分の領域は、各々の歯１の歯先部分にて、相手歯車（Ｇ₂）の歯（２）との噛み合い時の（ｎ＋１）枚噛み合いとｎ枚噛み合いとの分岐点近傍より歯先側の領域に限るものではなく、分岐点よりも歯元側にあってもよい。

本発明による歯車装置の実施形態を示す図であり、一対の歯車の噛み合い状態の要部説明図である。標準歯車の歯形を示す斜視図である。本発明に係る一方の歯車の歯の形状を示す斜視図である。図３に示すように形成された歯の形状の細部を説明する側面図である。一方の歯車の全体形状を示す正面図である。一方の歯車の歯の形状の第２の実施形態を示す斜視図である。図６に示すように形成された歯の形状の細部を説明する側面図である。一方の歯車の歯の形状の第３の実施形態を示す側面図である。一方の歯車の歯の形状の第４の実施形態を示す側面図である。以上のように構成された歯車装置の一方の歯車と他方の歯車との組み合わせの状態を示す断面説明図である。

符号の説明

Ｇ₁…一方の歯車
Ｇ₂…他方の歯車
Ｗ₃…歯先の歯幅
Ｗ₄…歯元の歯幅
Ｅ₁…１枚噛み合い領域
Ｅ₂，Ｅ₂′…２枚噛み合い領域
１…一方の歯車の歯
２…他方の歯車の歯
３…歯先面
４…歯元
５…歯先の歯幅方向の一方の端部
６…歯先の歯幅方向の他方の端部

Claims

複数の歯を備え相手歯車の歯との噛み合いによって回転運動を伝達する歯車であって、
各々の歯の歯先部分を、歯先面の歯幅方向の一部分又は両端部が凸形に突出する形状に形成したことを特徴とする歯車。
上記歯先面の形状は、中央部が歯元側から歯先側に向けて突出し、両端部が歯先側から歯元側に向けて後退した凸曲面に形成されたことを特徴とする請求項１記載の歯車。
上記歯先面の形状は、両端部が歯元側から歯先側に向けて突出し、中央部が歯先側から歯元側に向けて後退した凹曲面に形成されたことを特徴とする請求項１記載の歯車。
上記歯先面の形状は、中央部が歯元側から歯先側に向けて突出し、両端部が歯先側から歯元側に向けて後退した凸形斜面に形成されたことを特徴とする請求項１記載の歯車。
上記歯先面の形状は、両端部が歯元側から歯先側に向けて突出し、中央部が歯先側から歯元側に向けて後退した凹形斜面に形成されたことを特徴とする請求項１記載の歯車。
一対の歯車を組み合わせて対向する相手歯車の歯との噛み合いにより２軸間に回転運動を伝達する歯車装置であって、
上記一対の歯車のうち少なくとも一方の歯車について、各々の歯の歯先部分を、歯先面の歯幅方向の一部分又は両端部が凸形に突出する形状に形成したことを特徴とする歯車装置。