JP2008303968A

JP2008303968A - 歯車伝達機構

Info

Publication number: JP2008303968A
Application number: JP2007151383A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Imanishi; 正明今西
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2007-06-07
Filing date: 2007-06-07
Publication date: 2008-12-18

Abstract

【課題】はすば歯車伝達機構において、軸受けの荷重分布の不均一さの拡大を緩和し、シャフトとの焼きつきを抑制することのできる歯車伝達機構を提供することにある。
【解決手段】複数のはすば歯車からなる歯車伝達機構１１であって、前記はすば歯車は、シャフトに接続されるハブ部１２ａ〜１５ａと、はすばが設けられたリム部と、前記ハブ部と前記リム部を連結するディスク部とを含んでいる。前記ディスク部は、複数の貫通孔と、前記複数の貫通孔の間に位置するスポーク部１２ｃ〜１５ｃとを有している。互いに噛合するはすば歯車は、前記スポーク部が連結された前記リム部が、常に他のはすば歯車の前記スポーク部が連結されていない部分に噛合するように、各はすば歯車の前記スポーク部の位置と位相とが設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、歯車伝達機構に係り、詳しくははすば歯車からなる歯車伝達機構に関する。

従来、フォークリフトにおいては、エンジンのクランクシャフトの回転を取り出してフォークリフトの荷役用油圧ポンプ等の装置を駆動させるために、補助駆動装置が利用されている。荷役用油圧ポンプはフォークリフトの走行、停止に係わらずに動作させる必要があるため、補助駆動装置は、エンジンのクランクシャフトから直接動力を取り出せるようになっている。補助駆動装置としては、騒音や振動が少なく、動力の伝達効率が優れていることから、はすば歯車からなる歯車伝達機構が広く採用されている。

図６（ａ）に示すように、補助駆動装置としての歯車伝達機構６１は、エンジン６２に対して外部に設けられるものであるため、クランクシャフト６３と図示しない荷役用オイルポンプに接続された回転軸６７との間にアイドルギア６４を介在させて回転させている。アイドルギア６４はギアのシャフト６５に回転可能に挿通支持されている。前記アイドルギア６４は、クランクシャフト６３に固定されたドライブギア６６に噛合するとともに、回転軸６７に固定されたドリブンギア６８に噛合する。

はすば歯車はフォークリフトといった産業用車両の他、一般車両のトランスミッション等にも利用されている。はすば歯車は比較的騒音や振動が少なく静粛性に優れているが、エンジンやタイヤによって発生する振動や騒音の低減が実現されてきていることから、歯が噛合する際に生じる振動の発生を抑制し、より静粛性の高いはすば歯車の提供が望まれていた。このような要求に対して、はすば歯車のハブ部とリム部を連結するディスク部に貫通孔を設け、スポーク部を形成したはすば歯車が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１では、はすば歯車のディスク部に周方向に延びる複数の貫通孔を設け、これらの貫通孔の間に位置する連結部でハブ部とリム部とを連結することによって、撓みやすいはすば歯車とし、噛合部で生じた振動の伝達を緩和する構成としている。
特開２００５−６９４０１号公報

はすば歯車の噛合部では、動力伝達時に図６（ｂ）に示すようなスラスト方向（シャフトの軸線方向）の力Ｐ１と力Ｐ２が発生する。スラスト方向に発生した力Ｐ１及び力Ｐ２によって、アイドルギア６４は力Ｐ１及び力Ｐ２方向へわずかに傾いた状態で駆動する。アイドルギア６４のシャフト６５への接触面６９も力Ｐ１及び力Ｐ２方向へ同時に傾き、負荷部６９ａにおいて荷重が増大する。そのため、アイドルギア６４はシャフト６５に対して均一に接触せず、シャフト６５は常に不均一な荷重を受けることになる。

特許文献１に記載された構成では、貫通孔の設けられている箇所と、設けられていない箇所では可撓性が異なる。前記可撓性を有する歯車を図６（ａ）のアイドルギアとして用いた場合、噛合部に対するアイドルギアの位相によって、可撓性の高い部分と低い部分が交互に現れることになる。可撓性の高い部分が、隣接するドライブギア６６あるいはドリブンギア６８と噛合した場合、アイドルギアは撓んで振動及びスラスト方向の力を吸収することができる。一方、回転によって位相が変わり、可撓性が低く剛性の高い部分で噛合する場合は、アイドルギアは十分に撓むことが出来ず、振動及びスラスト方向の力を有効に吸収することができない。すなわち、噛合部に生じるスラスト方向の力Ｐ１及び力Ｐ２の吸収能力は、歯車の回転に伴って定期的に高くなったり、低くなったりする。また、可撓性が低く剛性の高い部分で噛合する場合は、スラスト方向の力Ｐ１及び力Ｐ２の吸収能力が一時的に不足することとなる。そのため、シャフト６５に対する不均一な荷重分布を有効に抑制できず、アイドルギアのシャフトへの焼きつきが発生する問題がある。特に、フォークリフトに代表される産業用車両において、歯車伝達機構を用いて大きな動力を伝達する場合、そのような問題が発生しやすい傾向にある。

本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、はすば歯車を用いた歯車伝達機構において、シャフト径を大きくせずにシャフトへの荷重分布の不均一さの拡大を緩和し、焼きつきを抑制することのできる歯車伝達機構を提供することにある。

前記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、複数のはすば歯車からなる歯車伝達機構であって、前記はすば歯車は、シャフトに接続されるハブ部と、はすばが設けられたリム部と、前記ハブ部と前記リム部を連結する円盤状のディスク部とを含み、前記ディスク部は、複数の貫通孔と、前記複数の貫通孔の間に位置するスポーク部とを有し、互いに噛合するはすば歯車は、前記スポーク部が連結された前記リム部が、常に他のはすば歯車の前記スポーク部が連結されていない部分に噛合するように、各はすば歯車の前記スポーク部の位置と位相とが設定されている。

この発明では、はすば歯車のリム部のうちスポーク部が連結された部分は、可撓性が低く剛性が高い部分となる。また、はすば歯車のリム部のうちスポーク部が連結されていない部分は、可撓性の高く剛性が低い部分となる。互いに噛合するはすば歯車は、リム部のうち剛性が高い部分が、常に他のはすば歯車のリム部のうち可撓性の高い部分と噛合する。そのため、噛合部に作用するスラスト方向の力が、可撓性の高い部分で噛合するはすば歯車によって吸収され、吸収能力の一時的な不足を抑制することができる。

本発明によれば、はすば歯車伝達機構において、シャフト径を大きくせずにシャフトへの荷重分布の不均一さの拡大を緩和し、焼きつきの発生を抑制することができる。

以下、本発明をフォークリフトの荷役用油圧ポンプを駆動させるための補助駆動装置に具体化した一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
図１は本発明による歯車伝達機構を示した模式図である。歯車伝達機構１１は、ドライブギア１２と、ドリブンギア１５と、両ギア１２，１５との間に設けられたアイドルギア１３，１４とを備えている。ドライブギア１２、ドリブンギア１５、アイドルギア１３，１４は、いずれも同径ではすばのねじれ方向がドライブギア１２及びアイドルギア１４で同じであり、アイドルギア１３及びドリブンギア１５では逆方向である点を除き同じ構造のはすば歯車である。

歯車伝達機構１１に用いられるはすば歯車の構造を、ドライブギア１２を例にして、図２を参照して説明する。
ドライブギア１２は、ハブ部１２ａと、リム部１２ｂと、ハブ部１２ａ及びリム部１２ｂを連結する円盤状のディスク部１２ｅとを備え、ディスク部１２ｅには、スポーク部１２ｃと、貫通孔１２ｄが設けられている。リム部１２ｂは、強度を確保するために十分な厚みを有しており、その外周には、はすば１２ｆが設けられている。

ディスク部１２ｅの厚みはハブ部１２ａやリム部１２ｂの厚みよりも薄く形成されている。ディスク部１２ｅに設けられた貫通孔１２ｄは、はすば歯車のディスク部の周方向に延びるように同一形状で２つ形成されている。また、二つのスポーク部１２ｃは、ディスク部１２ｅに設けられた貫通孔１２ｄの間に挟まれるように形成されており、リム部１２ｂの周縁が形成する円の中心を基点として点対称となるように配置されている。スポーク部１２ｃの断面は、長方形である。スポーク部１２ｃの幅Ｌ１は、貫通孔１２ｄの長さＬ２より短く形成されている。

貫通孔の長さＬ２よりスポーク部の幅Ｌ１を短くすることで、スポーク部１２ｃはねじり弾性変形しやすくなる。
ディスク部１２ｅの厚みを薄くし、幅Ｌ１を短く形成されたスポーク部１２ｃは、リム部１２ｂに発生したスラスト方向の力に対して、二つのスポーク部１２ｃを基軸としてねじれるように弾性変形することができる。すなわち、リム部１２ｂのうちスポーク部１２ｃが連結された部分は可撓性が低く剛性が高くなり、一方リム部１２ｂのうちスポーク部１２ｃが連結されていない部分は可撓性が高くなる。

図１（ｂ）に示すように、ドライブギア１２はハブ部１２ａにおいてシャフトとしてのクランクシャフト１６に固定され、ドリブンギア１５はハブ部１５ａにおいてシャフトとしての回転軸１８にそれぞれ固定されている。アイドルギア１３，１４はハブ部１３ａ，１４ａにおいてシャフトとしての支軸１７に挿通され、回転可能に支持されている。

アイドルギア１３，１４に挿通される支軸１７とハブ部１３ａ，１４ａの内径面との間には、潤滑油で潤滑するための僅かな隙間が設けられている。アイドルギア１３，１４のハブ部１３ａ，１４ａは、回転する際に、支軸１７の軸方向へ容易に傾倒しない厚みとしてある。

歯車伝達機構１１を構成する、互いに噛合するはすば歯車、即ち、各ギア１２〜１５は、スポーク部１２ｃ等が連結されたリム部１２ｂ等が、常に他のはすば歯車のスポーク部１２ｃ等が連結されていない部分に噛合するように、各はすば歯車のスポーク部１２ｃ等の位置と位相とが設定されている。この実施形態では、図１（ａ）に示すように、隣接する各ギア１２〜１５は、スポーク部１２ｃ〜１５ｃが９０度ずつずれた位相で噛合している。

以下、歯車伝達機構１１の動作について説明する。
歯車伝達機構１１は、クランクシャフト１６の回転に伴い、ドライブギア１２が回転される。ドライブギア１２の回転は、噛合するアイドルギア１３，１４を介してドリブンギア１５に伝達され、ドリブンギア１５に固定された回転軸１８を回転させる。以上のように動力が伝達される場合、リム部１２ｂ，１４ｂ上の噛合部では、スラスト方向の力が発生する。

図３（ａ）に示す状態においては、ドライブギア１２及びアイドルギア１４は可撓性の高い部分において、それぞれアイドルギア１３及びドリブンギア１５の可撓性の低く剛性が高い部分と噛合している。発生したスラスト方向の力によって、アイドルギア１３及びドリブンギア１５の剛性の高いスポーク部１３ｃ，１５ｃに対応したリム部１３ｂ，１５ｂは殆ど変形しない。そのため、そのようなリム部１３ｂ，１５ｂのはすば歯車と噛合するドライブギア１２及びアイドルギア１４のリム部１２ｂ，１４ｂが受けた力によって、リム部１２ｂ，１４ｂに連結されたスポーク部１２ｃ，１４ｃは、ねじれ方向２１にねじれるようにして弾性変形する。スポーク部１２ｃ，１４ｃがねじれ弾性変形することによって、ドライブギア１２及びアイドルギア１４は図３（ｂ）に示すように、スポーク部１２ｃ，１４ｃを軸とした回転方向である動き方向２２へ撓む。一方、アイドルギア１３及びドリブンギア１５は、可撓性が低く剛性の高い部分で噛合していることから、噛合部で発生したスラスト方向の力は、もっぱらドライブギア１２及びアイドルギア１４の弾性変形によって吸収され、アイドルギア１３及びドリブンギア１５は殆ど弾性変形しない。

図３（ａ）に示す状態から各はすば歯車が、９０度回転した図４（ａ）の状態においては、ドライブギア１２及びアイドルギア１４は、９０度回転して可撓性が低く剛性の高い部分でそれぞれ隣接するアイドルギア１３及びドリブンギア１５に噛合している。一方アイドルギア１３及びドリブンギア１５は、可撓性の高い部分でそれぞれ隣接するドライブギア１２及びアイドルギア１４に噛合している。

この状態では、アイドルギア１３及びドリブンギア１５のスポーク部１３ｃ，１５ｃは、リム部１３ｂ，１５ｂ上の噛合部において発生したスラスト方向の力を受けて、ねじれ方向２１にねじれるようにして弾性変形する。スポーク部１３ｃ，１５ｃがねじれ弾性変形することによって、アイドルギア１３及びドリブンギア１５は図４（ｂ）に示すように、スポーク部１３ｃ，１５ｃを軸とした回転方向である動き方向２２へ撓む。一方、ドライブギア１２及びアイドルギア１４は、可撓性が低く剛性の高い部分で噛合していることから、噛合部で発生したスラスト方向の力はもっぱらアイドルギア１３及びドリブンギア１５の弾性変形によって吸収され、ドライブギア１２及びアイドルギア１４は殆ど弾性変形しない。

図４（ａ）の状態からさらに４５度回転した場合では、ドライブギア１２、アイドルギア１４、アイドルギア１３及びドリブンギア１５のいずれも剛性の高い部分で噛合しないこととなるから、４つのはすば歯車が均等に弾性変形してスラスト方向の力を吸収する。

以上のように、歯車伝達機構１１は、いずれのはすば歯車においても、回転によって位相が変化しても、はすば歯車の可撓性が低く剛性の高い部分で他のはすば歯車に噛合する位相においては、当該部分は常に噛合される他のはすば歯車の可撓性が高い部分に噛合することとなる。つまり、可撓性が低く剛性が高い部分同士では噛合しない。

この実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）ハブ部１２ａ等とリム部１２ｂ等とをスポーク部１２ｃなどで連結することで、リム部１２ｂ等上の噛合部に働くスラスト方向の力を、スポーク部１２ｃ等のねじれ弾性変形によって吸収し、ハブ部１２ａ等とシャフトの不均一な荷重状態の拡大を緩和することができる。

（２）歯車伝達機構１１を構成する個々のはすば歯車は、可撓性が低く剛性が高い部分が、常に他のはすば歯車の可撓性が高い部分に噛合するように、各はすば歯車のスポーク部の位置と位相とが設定されている。したがって、隣接するはすば歯車は、可撓性が低く剛性が高い部分同士では噛合しないことから、スラスト方向の力の吸収能力が一時的に低下することを抑制できる。

（３）ハブ部１３ａ，１４ａと支軸１７の不均一な荷重状態の拡大を緩和されることで、支軸１７への焼きつきを抑制することができる。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。

○ スポーク部１２ｃ等の本数は２本に限られず、可撓性が低く剛性が高い部分が、常に他のはすば歯車の可撓性が高い部分に噛合するように設けられておればよい。例えば、図５（ａ）に示すように３本であってもよく、４本以上であってもよい。

このように構成することで、はすば歯車の可撓性を維持しつつ、剛性を向上させることができる。ただし、スポーク部の数が多くなると、はすば歯車の可撓性が低くなるので、６本以下とすることが好ましい。

○ スポーク部の本数は１本としてもよい。そのように構成することで、可撓性の高いはすば歯車とし、スラスト方向の力の吸収能力を向上させることができる。
○ 歯車伝達機構を構成するはすば歯車は、すべて同じ本数のスポーク部を備えている必要はなく、可撓性が低く剛性が高い部分が、常に他のはすば歯車の可撓性が高い部分に噛合するように、各はすば歯車のスポーク部の位置と位相とが設定されておればよい。また、歯車伝達機構を構成するはすば歯車は、すべて同じ直径を有する場合に限られず、異なる直径を有するはすば歯車を組み合わせてもよい。

例えば、図５（ｂ）に示すように、２本のスポーク部１９ｃを有するはすば歯車１９と、３本のスポーク部２０ｃを有するはすば歯車２０を組み合わせてもよい。はすば歯車１９の円周の１／２の長さとはすば歯車２０の円周の１／３の長さとが同じになるようするとともに、はすば歯車１９，２０のスポーク部１９ｃ，２０ｃ同士（可撓性が低く剛性が高い部分）で噛合しない位相で配置する。この場合、はすば歯車１９とはすば歯車２０の直径は異なってもよい。

このように構成することで、組み合わされるはすば歯車の直径やスポーク部の数が異なっていても、互いに噛合するはすば歯車は、可撓性が低く剛性が高い部分が、常に他のはすば歯車の可撓性が高い部分に噛合することから、スラスト方向の力の吸収能力が一時的に低下することを抑制できる。

○ 歯車伝達機構を構成するはすば歯車のスポーク部は、リム部の円周を均等に分割するように配置することに限られない。すなわち、可撓性が低く剛性が高い部分が、常に他のはすば歯車の可撓性が高い部分に噛合できるスポーク部の位置であればよく、不均一に配置されてもよい。例えば図５（ｂ）のはすば歯車２０の３本のスポーク部２０ｃのうち、１本を省略したような場合である。

○ はすば歯車の材質は、歯車伝達機構が伝達しようとする動力の大きさに対して十分な強度を有する材料がのぞましい。例えば、産業車両の補助駆動装置として歯車伝達機構を使用する場合、歯車伝達機構を構成するはすば歯車の材質はクロムモリブデン鋼、炭素鋼等が望ましい。また、歯車伝達機構で伝達しようとする動力が小さければ、アルミニウムや銅、チタン等を使用してもよく、金属に限られず、例えばガラス繊維、カーボンファイバ又はフィラーを添加したポリアミド樹脂やポリアセタール樹脂等を用いてもよい。

○ スポーク部の断面は長方形に限られず、円形、正方形、楕円形又は台形等であってもよい。
○ スポーク部の断面は、ねじりに対して応力を均一化する形状であることが望ましい。すなわち、断面二次モーメントの値が小さくなる断面形状とすることが望ましい。従って、スポーク部の断面形状は円形に近いほど、より好ましい。

○ 歯車伝達機構は、はすば歯車としてのアイドルギアが含まれていなくてもよい。例えば、図５（ａ）に示すように、歯車伝達機構はドライブギア１２およびドリブンギア１５のみからなる歯車伝達機構としてもよい。このような構成であっても噛合点に生じるスラスト方向の力を吸収することが可能である。これによれば、はすば歯車が固定されたドライブシャフトや回転軸への負荷を軽減することができる。

○ 歯車伝達機構を構成するはすば歯車は４個に限られず、２個又は３個でもよいし、５個以上でもよい。
○ スポーク部の幅Ｌ１は、貫通孔の長さＬ２より短くする。好ましくは、幅Ｌ１は長さＬ２の１／２〜１／２０の長さとし、より好ましくは、幅Ｌ１は長さＬ２の１／３〜１／６とする。

以下の技術的思想（発明）は、前記実施形態から把握できる。
（ａ）請求項１に記載の発明において、前記歯車伝達機構は、産業車両のエンジンのクランクシャフトから動力を得て油圧ポンプを駆動する補助駆動装置としての歯車伝達機構である。

（ｂ）請求項１又は前記技術的思想（ａ）に記載の発明において、前記スポーク部は、前記リム部の形成する円周を均等に分割するように配置されている。
（ｃ）請求項１、前記技術的思想（ａ）及び（ｂ）のうちいずれか１つに記載の発明において、前記スポーク部の断面形状は、ねじれやすい形状である。

（ｄ）請求項１及び前記技術的思想（ａ）〜（ｃ）のうちいずれか１つに記載の発明において、前記スポーク部の断面形状は、円形である。

（ａ）は歯車伝達機構の模式正面図、（ｂ）は歯車伝達機構の模式平面図。はすば歯車の正面図。（ａ）は歯車伝達機構の模式正面図、（ｂ）は歯車伝達機構の模式平面図。（ａ）は歯車伝達機構の模式正面図、（ｂ）は歯車伝達機構の模式平面図。（ａ）は別の実施形態の歯車伝達機構の模式図、（ｂ）は別の実施形態の歯車伝達機構の模式図。（ａ）は従来技術の歯車伝達機構の正面図、（ｂ）は同じく歯車伝達機構の平面図。

符号の説明

１１…歯車伝達機構、１２…はすば歯車としてのドライブギア、１３，１４…はすば歯車としてのアイドルギア、１５…はすば歯車としてのドリブンギア、１２ａ〜１５ａ…ハブ部、１２ｂ〜１５ｂ…リム部、１２ｃ〜１５ｃ…スポーク部、１２ｄ…貫通孔、１２ｅ…ディスク部、１６…シャフトとしてのクランクシャフト、１７…シャフトとしての支軸、１８…シャフトとしての回転軸。

Claims

複数のはすば歯車からなる歯車伝達機構であって、
前記はすば歯車は、シャフトに接続されるハブ部と、はすばが設けられたリム部と、前記ハブ部と前記リム部を連結する円盤状のディスク部とを含み、前記ディスク部は、複数の貫通孔と、前記複数の貫通孔の間に位置するスポーク部とを有し、互いに噛合するはすば歯車は、前記スポーク部が連結された前記リム部が、常に他のはすば歯車の前記スポーク部が連結されていない部分に噛合するように、各はすば歯車の前記スポーク部の位置と位相とが設定されていることを特徴とする歯車伝達機構。