JP2007162746A

JP2007162746A - 歯車装置

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Publication number: JP2007162746A
Application number: JP2005356569A
Authority: JP
Inventors: Hideya Osawa; 英也大澤; Masaya Ichikawa; 雅也市川
Original assignee: Aisin AI Co Ltd
Current assignee: Aisin AI Co Ltd
Priority date: 2005-12-09
Filing date: 2005-12-09
Publication date: 2007-06-28

Abstract

【課題】噛み合う２個のかさ歯車の強度をバランスさせることにより、装置としての大きさを変えることなく強度を向上し、製造コストも従来と変わらない歯車装置を提供する。
【解決手段】本発明の歯車装置は、フレームに回転自在に保持され、互いに噛み合う歯をそれぞれもつ複数のかさ歯車からなる歯車装置であって、強度の弱い側の該かさ歯車１の歯面の大端５の面取り寸法あるいは丸み寸法Ｍを噛み合う相手側の該かさ歯車（丸み寸法ｍ）よりも大きくすることにより、歯当たり位置を歯元寄りに（ＸからＹに）偏移させたことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転駆動力を伝達する歯車装置に関し、より詳細には複数のかさ歯車からなる歯車装置の強度向上に関する。

一般的に車両では、回転軸の方向を変換し、減速するとともに、車両曲進時に内外輪の速度差を生じさせるために、複数のかさ歯車を組み合わせたディファレンシャル装置が用いられている。ディファレンシャル装置は、一般的には、回転するデフ本体部と、デフ本体部に軸支持されるピニオンギヤと、ピニオンギヤと噛合して左右両輪にそれぞれ駆動力を伝達する２個のサイドギヤと、で構成されている。そして、ピニオンギヤは２個のサイドギヤとバランスして噛み合い、内輪側のサイドギヤの回転が遅くなるように差動動作するようになっている。一般的に、ピニオンギヤ及びサイドギヤにはかさ歯車が用いられ、両者の回転軸が直交するように配置されている。

かさ歯車は、文字通りかさ状の円錐面に歯をもっている。歯の種類には、すぐ歯、はす歯、まがり歯、などがあり、歯厚は内径の小端側よりも外径の大端側で大きくなっている。歯面の端部は、エッジでの局部当たりを防止するために、部分的に除去されるのが一般的である。かさ歯車は通常切削加工あるいは鍛造により製造され、切削加工では面取り加工により、鍛造では丸みをもたせることにより、端部が除去されている。

デファレンシャル装置を始めとする駆動力伝達機構は、回転数や駆動力が急変する過酷な条件で使用され、かつ安全性の確保も必要であり、高い耐久強度や疲労強度が要求されている。この要求に応えるため、歯車の製造工程では焼き入れ処理、特に浸炭焼き入れ処理が施されている。近年では、鉄製粒子を歯車の表面に衝突させるショットピーニング処理が施されるようになってきている。これらの処理により、歯車表面の硬度が増すとともに、圧縮残留応力が付与されて、疲労強度が向上されている。さらに、特許文献１に開示される高強度ハイポイド歯車では、化学研磨を施すことにより、局所的な欠陥を除去するとともに、表面を平滑化して応力集中を緩和している。
特開平５−１６９３２４号公報

ところで、大きな回転駆動力が伝達されているとき、応力は歯面全体に均一に分布せずに、歯厚が大きく剛性の強い大端付近に集中する傾向がある。そして、噛み合う２個のかさ歯車のうち強度的に弱い側が、応力集中に起因して破損に至る問題がある。この問題に対して、かさ歯車のサイズを大きくすれば強度を向上して解決することができるが、装置の大形化、重量化、製造コスト上昇などのデメリットが発生してしまう。

本発明は上記背景に鑑みてなされたものであり、噛み合う２個のかさ歯車の強度をバランスさせることにより、装置としての大きさを変えることなく強度を向上し、製造コストも従来と変わらない歯車装置を提供する。

本発明の歯車装置は、フレームに回転自在に保持され、互いに噛み合う歯をそれぞれもつ複数のかさ歯車からなる歯車装置であって、強度の弱い側の該かさ歯車の歯面の大端の面取り寸法あるいは丸み寸法を噛み合う相手側の該かさ歯車よりも大きくすることにより、歯当たり位置を歯元寄りに偏移させたことを特徴とする。

本発明の歯車装置は、互いに噛み合う歯をそれぞれもつ複数のかさ歯車で構成されている。直交する回転軸をもつ２個のかさ歯車が最も簡単な構成であるが、これには限定されない。例えば、車両用のディファレンシャル装置は、デフ本体に軸支持され回転軸を共有して向かい合う２個のピニオンギヤと、両方のピニオンギヤと噛合して左右両輪にそれぞれ駆動力を伝達する２個のサイドギヤと、の合計４個のかさ歯車で構成される場合が多い。本発明は、様々な駆動力伝達機構に用いられるかさ歯車に適用することができる。

かさ歯車は、通常円錐面上に放射状に歯をもち、歯厚は内周側の小端よりも外周側の大端で大きく形成されるとともに、歯元から歯先に向かうにつれて薄く形成されている。歯幅は、歯元から歯先に向かうにつれて減少している。したがって、歯を正面から見ても横から見ても、略台形状となっている。また、歯面端部には局部当たりを防止するために面取りが施されている。例えば、切削加工による製造法では、歯面端部のエッジ部分が斜めに削り取られている。また鍛造による製造法では、歯面端部のエッジ部分には丸みがつくように加工されている。面取りの寸法は通常、噛合する両方のかさ歯車の全端面で一定とされている。この面取りによって、歯面端部への応力集中が緩和されている。

２つのかさ歯車が噛合するときには、両方の歯面同士が接触して歯当たりし、駆動力を伝達する。ここで、駆動力が増加するにつれて歯面同士のの接触圧が増加し、広い範囲で接触するようになる。さらに駆動力が増加すると、接触圧に屈しない高い剛性をもつ大端同士の接触部分に応力が集中してくる。このとき、２つのかさ歯車の強弱に差があると、弱い側の耐久強度や疲労強度により、歯車装置としての性能が支配されることになる。したがって、２つのかさ歯車の強度をバランスさせることが重要である。かさ歯車の強度は、ただ単に歯の形状だけで決まるものではなく、歯数比や駆動力の伝達方向などの諸要因に影響されている。

本発明では、歯当たり時に応力の集中する接触点すなわち歯当たり位置を、強度の弱い側の歯元寄りに偏移させている。これにより、強度の弱い側のかさ歯車では、歯厚の大きな歯元寄りで駆動力を伝達することができ、従来よりも耐久強度は向上する。一方、強度の強い相手側のかさ歯車では、歯当たり位置が歯先寄りに移動するため、耐久強度が低下して、弱い側とバランスするようになる。歯当たり位置を偏移させるための手段として、本発明では耐久強度の弱い側のかさ歯車の歯面の大端の面取り寸法あるいは丸み寸法を噛み合う相手側の該かさ歯車よりも大きくしている。

従来の小さな面取り寸法同士のかさ歯車の噛合では、駆動力が増加したときの歯当たり位置は、両方の歯丈の中間高さで大端の面取り面と歯面との境界付近となる。これに対して本発明では、強度の弱い側の大端すなわち、略台形状の脚に相当する傾斜した歯端を大きく面取りするようにしている。これにより、面取り面と歯面との境界は歯幅の中央側かつ歯元寄りに移動する。歯当たりは削り取られた面取り面では発生せず、歯当たり位置は従来よりも歯元寄りかつ歯幅の中央寄りに偏移する。これに伴い、強い側の歯当たり位置は、歯先寄りに偏移する。

なお、噛合する両方のかさ歯車で大端の面取り寸法を大きくした場合、歯当たり位置は、端面から歯幅の中央方向に移動するが、歯丈方向すなわち歯元あるいは歯先の方向へは移動しない。したがって、当初の強度の大小関係が依然として残り、効果を生じない。

上述の構成、作用、効果に関する説明は、面取寸法と丸み寸法とで略同様である。

本発明を切削加工により実施する場合、一部の面取り寸法を変更して加工するだけでよく、コスト上昇は殆どない。また、鍛造により実施する場合、丸み寸法を大きくした鍛造型を製作する必要はあるが、量産時の製品コストは変わらない。

本発明の歯車装置は、車両用のディファレンシャル装置に好適である。

本発明の歯車装置では、耐久強度の弱い側のかさ歯車の歯面の大端の面取り寸法あるいは丸み寸法を噛み合う相手側のかさ歯車よりも大きくすることにより、歯当たり位置を歯元寄りに偏移させている。このため、両方のかさ歯車の強度をバランスさせ、装置としての大きさを変えることなく強度を向上させることができ、製造コストも従来と変わらない。

本発明を実施するための最良の形態を、図１〜図４を参考にして説明する。まず、図１はかさ歯車の一般的な構造を説明する図であり、（Ａ）は一つの歯を示す説明図、（Ｂ）は歯丈の中間高さにおける断面形状を示す図である。図１（Ｂ）において、従来のかさ歯車２は図中の右上に回転軸をもち、円錐面上に放射状に多数の歯３をもっている。（Ｂ）の斜線部の断面に示されるように、歯厚は内周側の小端４における小端厚Ｔ１よりも外周側の大端５における大端厚Ｔ２の方が大きく形成されている。また、歯厚は歯元６から歯先７に向かうにつれて薄く形成されている。図１（Ａ）に示されるように、歯幅Ｗは歯丈Ｌの中間高さから歯先７に向かうにつれて減少し、歯３の正面から見て略台形状となっている。また、（Ａ）に斜線で示されるように、大端５から歯先６を経由して小端４に至る歯面端部には、局部当たりを防止するために一定の丸みｍが設けられている。かさ歯車２は、別のかさ歯車と噛合するように配置されて、歯車装置が構成されている。

図２は、本発明の実施例の歯車装置を説明するかさ歯車１の歯３の大端５付近の拡大図である。図２（Ａ）は、噛合するかさ歯車１のうち弱い側の大端５の端面に大きな丸みＭを設けた実施例を示している。なお、歯先７及び小端の端部は従来と同等の一定の丸みｍである。（Ｂ）は、全端面に一定の丸みｍを設けた従来構成のかさ歯車２を示している。（Ｂ）の従来構成では、大きな駆動力でかさ歯車２が噛合するとき、歯当たり位置は図中の位置Ｘになる。位置Ｘは、剛性の強い大端５の面取り面と歯面との境界付近で、歯丈Ｌのほぼ中間高さである。これに対して（Ａ）の実施例では、丸みＭが大きいため、歯当たり位置は従来の位置Ｘよりも歯元寄りかつ歯幅の中央寄りの位置Ｙに偏移する。

実施例では、弱い側のかさ歯車１の歯当たり位置が従来の位置Ｘから歯元寄りの位置Ｙに偏移するため、歯厚の大きい部分で駆動力を伝達でき、耐久強度が向上して、強い側とバランスする。

図３は、本発明の別の実施例である車両用のディファレンシャル装置９の説明図である。ディファレンシャル装置９は、駆動力の入力されるリングギヤ９１と、リングギヤ９１とともに回転するデフ本体部９２と、デフ本体部９２に向き合って軸支持され回転軸を共有する２個のピニオンギヤ９３と、両方のピニオンギヤ９３と噛合して左右両輪にそれぞれ駆動力を伝達する２個のサイドギヤ９４と、で構成されている。このピニオンギヤ９３及びサイドギヤ９４に、本発明の歯車装置が適用されている。すなわち、噛合するピニオンギヤ９３とサイドギヤ９４のうち、強度の弱いサイドギヤ９４の歯の全端面に大きな丸みＭが設けられている。

図４は、ディファレンシャル装置９の噛合部分Ｋの拡大図であり、（Ａ）は実施例の構成を示す図、（Ｂ）は従来構成を示す図である。（Ｂ）の従来構成では、歯当たり位置は、ピニオンギヤ９３とサイドギヤ９４との中間の大端５付近の歯面上の位置Ｘになる。これに対して（Ａ）の実施例では、斜線で示したサイドギヤ９４の丸みＭが大きいため、歯当たり位置はサイドギヤ９４の歯元６寄りかつ歯幅の中央寄り（図中では上方）の歯面上の位置Ｙに偏移している。このため、強度の弱いサイドギヤ９４では、歯当たり位置の歯厚が大きくなって耐久強度が向上し、ピニオンギヤ９３の強度とバランスさせることができる。

かさ歯車の一般的な構造を説明する図であり、（Ａ）は一つの歯を示す説明図、（Ｂ）は歯丈の中間高さにおける断面形状を示す図である。本発明の実施例の歯車装置を説明するかさ歯車の歯の大端付近の拡大図であり、（Ａ）は実施例、（Ｂ）は従来構成をそれぞれ示している。本発明の別の実施例である車両用のディファレンシャル装置の説明図である。図３のディファレンシャル装置の噛合部分の拡大図であり、（Ａ）は実施例、（Ｂ）は従来構成をそれぞれ示している。

符号の説明

１：実施例のかさ歯車２：従来のかさ歯車
３：歯４：小端５：大端６：歯元７：歯先
９：ディファレンシャル装置
９１：リングギヤ９２：デフ本体部
９３：ピニオンギヤ９４：サイドギヤ
ｍ：一定の丸みＭ：大きな丸み

Claims

フレームに回転自在に保持され、互いに噛み合う歯をそれぞれもつ複数のかさ歯車からなる歯車装置であって、
強度の弱い側の該かさ歯車の歯面の大端の面取り寸法あるいは丸み寸法を噛み合う相手側の該かさ歯車よりも大きくすることにより、歯当たり位置を歯元寄りに偏移させたことを特徴とする歯車装置。
車両用デファレンシャル装置を構成する請求項１に記載の歯車装置。