JP2009508061A - 接続ギア歯を備えた傘歯車 - Google Patents

Abstract

傘歯車（１）は傘形ギア歯（２）とその一端に隙間無く接続していて同じ歯数を有している少なくとも１つの別のギア歯（３）を含んだ接続ギア歯を有している。両方のギア歯を一種のインボリュート回転ギア歯として形成し、両方のギア歯の移行領域がエッジ無で延在し、その際傘形ギア歯（２）と接続ギア歯（３）の歯形パラメータが別々かつ互いに異なって設定される。

Description

この発明は、傘形ギア歯とその一端に隙間無く接続している同じ歯数を有した少なくとも１つの別のギア歯を含んだ接続ギア歯を有する傘歯車に関する。

その種の平歯として形成された接続ギア歯を有する傘歯車は仏国特許第９０９４１３号明細書によって知られている。ここで互いに接続しているギア歯はエッジによって分離されている。

従来２つのギア歯のエッジ無の接続は、１９９７年駆動技術ジャーナル第３６号３巻第８２−９２頁のカーハインツ・ロート氏ならびにシージェン・ツァイ氏による記事“特殊な特性を有したインボリュートギア”によってのみ知られており、それにおいて２つの円環歯車の相対速度の目的のためその歯形パラメータが互いに適応している傘形ギア歯と平歯が相互に移行する。

従来の技術においてさらに傘形ギア歯の軸方向長に比べて極めて短く軸方向に隙間無くその傘形ギア歯に接続する平歯を有する傘歯車が知られており、それにおいて平歯のギアプロフィールが軸方向に突出している傘形ギア歯プロフィールに相応する。その種の平歯はスプラインとしてのみ使用することができる。

従来の技術においてさらに外歯として傘形ギア歯に軸方向に離間して接続する平歯を備えた傘形ギア歯が知られている。

そこでその外歯は純粋なスプラインとして形成され、傘形ギア歯の外径に比べて小さな頭円直径と傘形ギア歯とは異なった歯数を有している。

仏国特許第９０９４１３号明細書 １９９７年駆動技術ジャーナル第３６号３巻第８２−９２頁のカーハインツ・ロート氏ならびにシージェン・ツァイ氏による記事"特殊な特性を有したインボリュートギア"

従って本発明の目的は、より拡張された機能を有する傘歯車を提供することである。

前記の課題は、請求項１の特徴を有する本発明に係る傘歯車によって解決される。その際両方のギア歯、すなわち傘形ギア歯およびそれに隙間無く接続している接続ギア歯が同じ歯数を有しており、それによってそれらのギア歯が直接的に相互に嵌合することができる。両方のギア歯の歯および歯面は一体的に相互に移行することが好適である。さらに、傘形ギア歯および接続ギア歯のいずれもが一種のインボリュート回転ギア歯として形成され、それによって（従来の技術とは異なって）接続ギア歯がスプラインとしてのみでなく別の歯車との間のローリング式の動力伝達にも適したものとなる。さらに、互いに隙間無く接続しているギア歯の移行領域がエッジ無に形成されており、傘形ギア歯および接続ギア歯の歯形パラメータが別々および互いに相違して設定される。

本発明に係る傘歯車は、成形加工プロセスによって製造することが好適である。当業者においては、熱間成形および冷間成形、ならびに鍛造等の従来の技術において知られている成形方式を使用することができる。原則的に機械削りによる製造も可能であるが、本発明に係る傘歯車の特性、特に移行領域のエッジ無特性は成形製造方法によって極めて容易に実現することができる。さらに、傘形ギア歯および接続ギア歯を１つの作業工程において同時に形成することができる。

本発明の第１の好適な構成形態によれば、両方のギア歯の歯形パラメータが移行領域においてインボリュート回転要件に対して充分であり、それによって両方のギア歯のうち一方と噛合する歯車のなだらかなローリングが移行領域においても保証される。

接続ギア歯は平歯として形成された接続ギア歯とすることが好適であり、それが傘形ギア歯に対してその端部でより大きなモジュールをもって、すなわちより大きな直径の端部上で軸方向に接続する。しかしながら、対向しているより小さなモジュールに接合する平歯も可能であり、その際これをいずれも移行領域までの適宜な歯形パラメータによって傘形ギア歯と共に使用することが可能なようにする。

本発明に係る傘歯車において、傘形ギア歯の設計はＤＩＮ３９７１号の規定に準拠するものであることが好適であり、外歯はＤＩＮ３９６０号の規定に従った平歯として形成することが好適である。

本発明に係る傘歯車の傘形ギア歯および／または接続ギア歯は球面性を有することが好適である。移行領域とは、両方のギア歯がエッジ無で互いに移行する領域を示す。両方のギア歯が球面性を有している場合、移行領域はギア歯の各歯当たりの間に存在している、互いに嵌合するギア歯の領域を示すことができる。

両方のギア歯の幾何形状はそれぞれの歯に対して重要な歯形パラメータを適宜に選択することによって別々に設定することができる。傘形ギア歯の設計のために、特にその侵入角（α_ＫＶ）、モジュール（ｍ_ＫＶ）、転位係数（Ｘ_ＫＶ）、および基準ピッチ円錐角（δ_ＫＶ）が重要である。平歯については、特にその侵入角（α_Ｓｔ）、モジュール（ｍ_Ｓｔ）、転位係数（Ｘ_Ｓｔ）、およびピッチ円直径（ｄ_Ｓｔ）が重要である。前述したパラメータは、必要に応じてギア歯の幅にわたって、特にギア歯の移行領域内において変化させることができる。

本発明の別の好適な構成形態において傘形ギア歯および接続ギア歯の歯形パラメータは、傘形ギア歯上でローリングしそのギア歯が傘歯車の平歯内に噛合する傘歯車と平歯上でローリングしその平歯が傘形ギア歯内に噛合する平歯車の両方が障害無くローリングし得るように互いに相関させて選択する。

さらに、歯面輪郭線の経移が移行領域内において両側から傘形ギア歯あるいは平歯の歯面輪郭線の経移に接線的に移行するような方式で傘歯車がギア歯の移行領域内にその歯面の底歯逃げ角を有することが好適である。それによって歯面の領域内において両方のギア歯のなだらかかつ均等な移行が保証される。

また、歯頭円直径の経移が移行領域内において両側から傘形ギア歯あるいは平歯の歯頭円の経移に接線的に移行するような方式で、傘歯車がギア歯の移行領域内にその歯の歯頭円直径の底歯逃げ角を有することが好適である。

従って傘形ギア歯および平歯のいずれも傘歯車の周囲上において傘歯車のもう一方の部材より突出しない。それによってさらに、本発明に係る傘歯車の外面上において両方のギア歯間の平滑、エッジ無、および円形で必要に応じて可変半径を有した移行が保証される。

本発明の別の好適な構成形態によれば、平歯のピッチ円と傘形ギア歯の基準ピッチ円錐との間の交点において平歯あるいは傘形ギア歯のモジュールが同じ値を有することが好適であり、それによってギア歯の極めて平滑な移行が可能になる。このことは特に、互いに異なっている傘形ギア歯と平歯の歯形パラメータがギア歯の移行領域に内において可能な限り連続的に相互に移行すれば好適である。

加えて、傘歯車が平歯の半径方向内側内に配置された内側スプラインを有し得ることが好適である。そのことによって本発明に係る傘歯車の機能性がさらに向上する。従って、平歯として好適に形成された接続ギア歯の面から３つの異なった動力伝達の可能性が生じ：第１に動力伝達は平歯を介して実施することができ、すなわちローリングによってあるいは平歯を外側スプラインとして使用することによって実施する。後者の場合、平歯が例えば適宜に適合させたボスの内側スプラインと共に作用することができる。他方、（選択的あるいは追加的に）その内側スプラインを動力伝達のために使用することもできる。

本発明に係る傘歯車のギア歯の設計に際して（好適な境界条件を考慮しながら）平歯はそのパラメータに依存した設計において好適な方式によって傘形ギア歯の歯形パラメータの関数として得ることができる。従って次の適宜な関数ｆが成立する：
（α_Ｓｔ，Ｘ_Ｓｔ，ｍ_Ｓｔ）＝ｆ（α_ＫＶ，Ｘ_ＫＶ，ｍ_ＫＶ，δ_ＫＶ）
ここで、符号Ｓｔは“平歯”、ＫＶは“傘形ギア歯”を示している。

次の表には前記のパラメータに対して考えられる限界領域ならびに好適に選択される領域が示されている：

好適な領域は予定された適用分野およびそれに伴った本発明に係る傘歯車の要求性能を考慮して得られる。特に傘形ギア歯のモジュールの好適な領域に対して潜在的に利用可能な構造スペースが重要となる。好適な傘形ギア歯の侵入角範囲は予想されるギア歯の歯面負荷と相関し、転位量は達成される歯底荷重耐久性に相関し、基準ピッチ円錐角はその傘形ギア歯と噛合する傘歯車の歯数比率に相関する。平歯に対しても同様な特徴が成立する。

前述したように、ギア歯の移行領域内においてその領域内で可変であるパラメータの調節によってギア歯、特に歯面が可能な限り平滑に互いに移行することを図ることが必要である。移行領域内において関数ｆに対して、シリンダ状ギア歯のピッチ円と傘形ギア歯の基準ピッチ円錐との交点において平歯のモジュールが傘形ギア歯のモジュールと同じ値を有するという境界条件を設定することが好適である。関数ｆに対するその他の境界条件は前述した好適な構成形態から得られる。

本発明はさらに、直線歯切りされた傘歯車とそれに接続している直線歯切りされた平歯に限定されることはない。前述した原理は斜め歯切りされた傘形ギア歯とそれに接続している斜め歯切りされた平歯にも適用可能であり、その際その斜め角度が平歯および傘形ギア歯の間で互いに一致することが好適である。

次に、本発明に係る傘歯車の実施例につき添付図面を参照しながら詳細に説明する。

図１ないし図３に示された本発明に係る傘歯車１の実施例は、傘形ギア歯２とそれに（より大きなモジュールを有するその端部上に）隙間無く軸方向に接続している接続ギア歯としての平歯３を含んでいる。両方のギア歯２，３は直線歯切りされている。さらに、傘歯車１は追加的に内側スプライン４を備えており、それが平歯３および傘形ギア歯２の半径方向内側に配置されている。これは例えばシャフト等の外側スプラインとの回転ずれしない結合のために機能することができる。傘形ギア歯２および平歯３はいずれも同数で１４本の歯を備えている。さらに、傘形ギア歯２および平歯３はインボリュート回転ギア歯として形成されており、従ってそれらはいずれもそれと噛合している第２の傘歯車あるいは平歯車との動力伝達に適している。さらに、傘形ギア歯と平歯が直接的に相互に移行していることが明らかになっている。ギア歯２，３の移行領域５はエッジ無に形成されている。特に図３の上面図において、平歯３と噛合する平歯車が傘形ギア歯２内まで軸方向に延在していたとしてもそれ自体傘形ギア歯２によって障害を被ることは無いことが確認される。反対に、別の傘歯車が傘形ギア歯２内にローリングする際にそれが平歯３内あるいはそれを超えて延在していても平歯３によって障害を被ることはない。平歯３のピッチ円ｄ_Ｓｔと傘形ギア歯２の基準ピッチ円錐ｄ_ＫＶとの間の交点において平歯３のモジュールと傘形ギア歯２のモジュールが互いに一致するものとなる。それらの歯は移行領域５内において、歯頭円直径の経移が移行領域内において両側から接線式に傘形ギア歯２と平歯３の歯頭円直径の経移に連続的かつ飛びあるいはエッジ無で相互に移行するような方式でその歯頭円直径の底歯逃げ角を有している。さらに、互いに移行している傘形ギア歯２および平歯３の歯の歯面がそれぞれの歯形パラメータのなだらかな移行によってそれらの歯面が移行領域５内においてエッジ無となるようにその領域で平滑化される。特に、移行領域５内の歯面の逃げ面によってギア歯の歯面輪郭が移行領域５内において両側から傘形ギア歯２および平歯３の歯面輪郭に接線的に移行することが達成される。傘形ギア歯２は球面性を有しており、それは図１において印が付いた面として示された歯当たり７から見ることができる。平歯３の歯の軸方向幅は傘形ギア歯２の歯の軸方向幅よりも大きくなる。傘歯車１はその端面側の末端に放射状に延在している延長部６を備えており、それによって例えば内側スプライン４と結合されているシャフトの肩部をインタロック式に包囲することができる。

本発明に係る傘歯車の一実施例を示した縦断面図である。 図１の傘歯車を示した立体図である。 図１および図２の傘歯車の上面図である。

Claims (16)

1. 傘形ギア歯とその一端に隙間無く接続していて同じ歯数を有している少なくとも１つの別のギア歯を含んだ接続ギア歯を有する傘歯車であり、
   両方のギア歯を一種のインボリュート回転ギア歯として形成し、両方のギア歯の移行領域がエッジ無で延在し、その際傘形ギア歯と接続ギア歯の歯形パラメータが別々かつ互いに異なって設定されることを特徴とする傘歯車。
2. 両方のギア歯の移行領域内においてその歯形パラメータがインボリュート回転条件を達成するものであることを特徴とする請求項１記載の傘歯車。
3. 接続ギア歯を傘形ギア歯に対してより大きなモジュールを有しているその端面上で接続する平歯として形成することを特徴とする請求項１記載の傘歯車。
4. 傘形ギア歯および接続ギア歯の歯形パラメータは、傘形ギア歯上でローリングしそのギア歯が傘歯車の平歯内に軸方向に進入する傘歯車と平歯上でローリングしその平歯が傘形ギア歯内に軸方向に進入する平歯車の両方が障害無くローリングし得るように互いに相関させて選択することを特徴とする請求項３記載の傘歯車。
5. 歯面輪郭線の経移が移行領域内において両側から傘形ギア歯あるいは平歯の歯面輪郭線の経移に接線的に移行するような方式で傘歯車がギア歯の移行領域内にその歯面の底歯逃げ角を有することを特徴とする請求項４記載の傘歯車。
6. 歯頭円直径の経移が移行領域内において両側から傘形ギア歯あるいは平歯の歯頭円直径の経移に接線的に移行するような方式で、傘歯車がギア歯の移行領域内にその歯の歯頭円直径の底歯逃げ角を有することを特徴とする請求項４記載の傘歯車。
7. 平歯のピッチ円と傘形ギア歯の基準ピッチ円錐との間の交点において平歯のモジュールが傘形ギア歯のモジュールと同じ値を有することを特徴とする請求項４記載の傘歯車。
8. 平歯の侵入角が１７°ないし３０°の範囲にあることを特徴とする請求項３記載の傘歯車。
9. 平歯のモジュールが１ないし２０の値を有することを特徴とする請求項３記載の傘歯車。
10. 平歯の転位量係数が−０．５ないし＋０．５の値で選択されることを特徴とする請求項３記載の傘歯車。
11. 傘形ギア歯の侵入角が１７°ないし３０°の範囲にあることを特徴とする請求項３記載の傘歯車。
12. 傘形ギア歯のモジュールが１ないし２０の値を有することを特徴とする請求項３記載の傘歯車。
13. 傘形ギア歯の転位量係数が−０．５ないし＋０．５の値で選択されることを特徴とする請求項３記載の傘歯車。
14. 傘形ギア歯の基準ピッチ円錐角が１０°ないし９０°の範囲内にあることを特徴とする請求項３記載の傘歯車。
15. 傘歯車が平歯の半径方向内側に配置された内側スプラインをさらに備えることを特徴とする請求項３記載の傘歯車。
16. 傘歯車が成形によって製造されることを特徴とする請求項１記載の傘歯車。

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