JP2009528485A

JP2009528485A - 歯車装置

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Publication number: JP2009528485A
Application number: JP2008556654A
Authority: JP
Inventors: ボイトラーオラフ; ロゴフスキヴァルデマール; ブランケンシュペックレムト; ローフィンクギュンター
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2006-03-02
Filing date: 2007-02-28
Publication date: 2009-08-06
Also published as: US20090044650A1; WO2007098745A1; DE102006010270B4; DE102006010270A1; US8151663B2; BRPI0708426A2; EP1989467A1; EP1989467B1; MX2008011161A

Abstract

本発明は、たとえばシャフトに相対回動不能に組み付けるために設けられた、組み立てられた歯車を備えた歯車装置に関する。該歯車は１つの歯付きリングと、軸方向で該歯付きリングの両側に配置された２つのフランジとから成っている。両フランジは、該両フランジを歯付きリングに対して位置固定する形状接続の形で歯付きリングと嵌め合わされている。前記歯車を形成する構成部分のうちの１つの構成部分にハブが形成されており、該ハブに、前記歯車のそれぞれ別の構成部分が押し被されている。前記歯車を形成する構成部分は、リベットまたはねじの使用を不要にして、クランプ結合により結束される。該クランプ結合は少なくとも１つのクランプリングによって実現されており、該クランプリングはハブまたはシャフトの周面に環状に設けられた溝と係合されている。前記クランプリングは、各フランジの、歯付きリングとは反対の側の軸方向の外面をばね弾性的に押圧する。この場合、歯付きリングの軸方向の外面ならびに両フランジの軸方向内側の面に設けられた、互いに対応し合う複数の凸部と凹部とが互いに係合する。

Description

本発明は歯車装置に関する。当該歯車装置は特に、複数のコンポーネントから成りかつその限りでは「組み立てられた歯車（gebautes Zahnrad）」とも呼ばれる歯車を備えた装置に関する。このような形式の公知の歯車は、たとえばプラスチックから成る１つの歯輪もしくは歯付きリング(Zahnkranz)と、該歯付きリングを機械的に安定化させるための、軸方向で両側に配置されたディスクもしくはフランジとから成っている。この場合、有利には両フランジのうちの少なくとも一方のフランジが金属から成っている。これにより、相応する歯車が、そのプラスチック転動面に基づいて高い回転安定性もしくは高い回転スムーズ性を有するようになり、しかもそれと同時に金属性のコンポーネントを使用することによって所要の機械的な安定性および耐摩耗性をも有するようになることが達成される。

組み立てられた歯車を備えた歯車装置は、たとえば国際公開第０１／４４６９４号パンフレットに基づき公知である。同国際公開パンフレットには、シャフトまたはピニオンへの組付けのために設けられた歯車が記載されている。この歯車は、２つのフランジの間に配置された１つの歯付きリングを有しており、この場合、この歯付きリングはその半径方向の延在長さに関して２つのセグメントに分割されて形成されている。歯付きリングのこれら両セグメントは組付けの途中でねじによって結合される。これらのねじはピニオンまたはシャフトの長手方向軸線に対して直交する横方向で歯付きリングの両セグメントを貫いて案内される。このときに、歯付きリングは軸方向で両側に配置された両フランジと一緒にシャフトまたはピニオンに組み付けられ、この場合、歯付きリングの両セグメントは両フランジのうちの一方のフランジに形成されたハブを取り囲む。組み立てられた歯車の軸方向での結束は、同じくねじによって形成される。これらのねじは、両フランジを結合するためにピニオンまたはシャフトの長手方向軸線に対して平行に歯付きリングを貫いて案内される。このような装置における欠点としては、比較的高い組付け手間が挙げられるが、しかし特にシャフトもしくはピニオンに対する、組み立てられた歯車の位置に関してこの装置がセルフセンタリング機能を有していないという事実も挙げられる。

それに対して、欧州特許第１３３９５９６号明細書および国際公開第２００５／０３８３０３号パンフレットに基づき公知の、やはり組み立てられた歯車を用いて実現された歯車装置には次のような利点がある。すなわち、この歯車装置は組み立てられた歯車の各コンポーネントの特殊な構成に基づいてセンタリング機能を有している。この公知の歯車装置では、歯付きリングと共に歯車を形成する両外側のディスクもしくはフランジが、軸方向に延びる複数の突出部を有しており、これらの突出部は歯付きリングを貫通して、それぞれ反対の側に位置する他方のディスクに設けられた対応する凹部内に係合する。これにより、セルフセンタリングが達成され、このようなセルフセンタリングは改善された力伝達をもたらす。上記構成に基づきさらに歯車の組付けも容易になるが、しかしそれにもかかわらず、組み立てられた歯車のコンポーネントが、上記欧州特許第１３３９５９６号明細書および国際公開第２００５／０３８３０３号パンフレットに開示されている解決手段において確実な結束を達成するためにねじ締結されるか、またはリベット締結される限り、組付け手間は相変わらず高いままとなる。ねじ締結またはリベット締結のためには、相応するねじまたはリベットが、このために歯付きリングの半径方向内側の範囲に設けられた別の貫通孔を貫いて案内される。さらに、両フランジの形状接続的な結合、つまり係合に基づいた嵌合による結合のためと、ねじ締結またはリベット締結のために歯付きリングに設けられなければならない多数の貫通孔は、歯付きリングの射出成形プロセスにおけるその製作の点で不都合であるとみなされ得る。歯付きリングはこの限りでは、いわばプラスチックには不適当に設計されている。

本発明の課題は、公知先行技術における前で述べた不都合を回避することのできる歯車装置を提供することである。このためには、組み立てられた歯車を備えた、相応する歯車装置が、一方ではセルフセンタリング機能を有するように形成されていて、他方では単純な構造を有しており、ひいては僅かな組付け手間しか必要としないことが望ましい。

この課題は、請求項１の特徴部に記載の特徴を有する歯車装置により解決される。本発明の有利な構成もしくは改良形は、請求項２以下に記載されている。

本発明により提案された歯車装置は、少なくとも１つの組み立てられた歯車を有している。この組み立てられた歯車は、シャフトまたはピニオンに相対回動不能に組み付けるために設けられている。この歯車は主として１つの歯輪、つまり歯付きリングと、軸方向でこの歯付きリングの両側に配置された２つのフランジとから成っている。両フランジは、これらのフランジを歯付きリングに対して半径方向およびねじり方向で位置固定する形状接続、つまり係合に基づいた嵌合の形で、歯付きリングと嵌め合わされている。組み立てられた歯車を形成する構成部分のうちの少なくとも１つの構成部分には、ハブが形成されており、このハブには、組み立てられた歯車のそれぞれ別の構成部分が押し被されている。

本発明にとって重要となるのは、組み立てられた歯車の構成部分が、軸方向で、歯付きリングを貫通するリベット、ねじまたはこれに類するものの使用を不要にして嵌め合わされることである。それどころか、これらの構成部分は軸方向でクランプ結合により位置固定されかつ結束される。このクランプ結合は少なくとも１つのクランプリングによって実現されている。このクランプリングはハブまたはシャフトもしくはピニオンの周面に環状に設けられた溝と係合されている。前記クランプリングは、各フランジの、歯付きリングとは反対の側の軸方向外面をばね弾性的に押圧する。この場合、歯付きリングの軸方向外面と、両フランジの軸方向内側の面とに設けられた、互いに対応し合う複数の凸部と凹部とが互いに係合し合う。このときに、凸部も、対応する凹部も、歯付きリングおよび／または両フランジに形成されていてよい。しかし、いずれの場合にも、歯付きリングは、公知先行技術とは異なり、リベットまたはねじによっても、場合によってはフランジに形成された前記凸部によっても貫通されないので、歯付きリングは、設けられるべき貫通孔の数が少ない点で、特にプラスチックからの歯付きリングの製造の場合には、製作技術的な観点からも有利に形成されている。

既に述べたハブは、可能となる１実施態様では、両フランジのうちの一方のフランジの、歯付きリングに面した軸方向内側の面に設けられた段部により形成されていてよい。この場合には、歯付きリングおよび他方のフランジがこのハブに押し被されている。別の実施態様は、歯付きリングに軸方向両側で、相応する段部が配置されており、該段部によってハブが実現されていて、該ハブにそれぞれ片側から各フランジが押し被されていることにより与えられている。

クランク結合を形成するためにも、歯車装置のその他の配置構成に関連して種々異なる実施態様が存在している。可能となる１実施態様では、歯車の軸方向の両側にそれぞれクランプリングが配置されており、該クランプリングが、それぞれ溝と係合されていて、各フランジの軸方向の外面をばね弾性的に押圧している。しかし、シャフトまたはピニオンに歯車を相対回動不能に配置するためには、両フランジのうちの一方のフランジ（以下「第１のフランジ」と呼ぶ）がシャフトもしくはピニオンとワンピースもしくは一体を成すように固着形成されているような実施態様も考えられる。この場合には、クランプ結合を唯一つのクランプリングによって実現することで十分となる。このクランプリングはこの場合、歯付きリングと共に一方のフランジに形成されたハブに押し被されている他方のフランジの軸方向外側の面を軸方向に押圧する。シャフトもしくはピニオンにおける歯車の相対回動不能な配置は、一方では第１のフランジとシャフトもしくはピニオンとの一体的な形成により、他方ではシャフトもしくはピニオンと一体を成すように形成された第１のフランジにおける、歯車を形成する別の２つのコンポーネントの軸方向位置固定により、得られる。

基本的には、クランプリングが係合させられる前記溝は、実施態様に応じてシャフトもしくはピニオンに形成されているか、またはハブに形成されていてもよい。シャフトと一体を成すように結合された第１のフランジを有する前記実施態様の、実際の使用の際して重要となる変化形によれば、この場合には、クランプ結合を生ぜしめるクランプリング、この場合には１つのクランプリングが、シャフトもしくはピニオンに沿って環状に延びる溝と係合されている。場合によっては、この実施態様において、歯付きリングおよびシャフトと一体を成すように形成された第１のフランジがプラスチックから成っており、他方のフランジ、つまり第２のフランジが金属から成っている。これにより、当該装置の、プラスチック歯付きリングを備えた歯車は高い回転安定性を有している。この歯車は他方では、金属製の第２のフランジにより、所要の機械的な安定性を有している。相応する装置の製作は有利には、同じく金属から成るシャフト（ピニオン）と一体を成すように形成された第１のフランジが、プラスチックの射出成形プロセスにおいてシャフトもしくはピニオンを取り囲んで固着するように射出成形されることにより行なわれ得る。

本発明のさらに別の有利な改良形では、両フランジと歯付きリングとの間にそれぞれエラストマ製の減衰エレメントが嵌め込まれている。これらの減衰エレメントはＯリングとして形成されていると有利である。これらのＯリングはその周面に複数の突出部を有しており、これらの突出部は歯車の組み付けられた状態において、歯付きリングまたは両フランジに形成された相応する複数の隆起部もしくは凸部の間に配置されている。これにより、特に当該装置の半径方向およびねじれ方向の極めて良好な減衰が達成され、この場合、Ｏリングとしての減衰エレメントの特別な構成は、半径方向および／またはねじり方向の減衰に関する識別特性に影響を与えることを可能にするので有利である。

以下に、本発明の１実施例を図面につき詳しく説明する。

図１は、本発明による歯車装置の可能な１実施例を示す分解斜視図であり、
図２は、図１に示した実施例の断面図である。

図１には、組み立てられた歯車２，３，３´を備えた本発明による歯車装置の可能な１実施例が分解斜視図で図示されている。例示的に図示されたこの実施例は、ピニオン１に相対回動不能に組み付けられたか、もしくは組み付けられるべき、組み立てられた歯車２，３，３´に関する。組み立てられた歯車２，３，３´は図示の実施例では、主として１つの歯輪もしくは歯付きリング２と、この歯付きリング２と嵌め合わされるべき２つのフランジ３，３´とから成っている。両フランジ３，３´はそれぞれ歯付きリング２の軸方向の外面１０，１０´に配置されているか、もしくは配置される。両フランジのうちの一方のフランジ３（以下、「第１のフランジ３」と呼ぶ）には、段部が形成されており、この段部はハブ５を形成する。ハブ５には、歯付きリング２と他方のフランジ３´（以下、「第２のフランジ３´」と呼ぶ）とが、ピニオン１への歯車２，３，３´の組付けの過程で押し被される。歯車２，３，３´のこれらのコンポーネントはピニオン１への該歯車の組付け時に嵌め合わされる。両フランジ３，３´の、装置全体で見て軸方向内側の面８，８´には、全周にわたって分配された形で軸方向に延びる複数の隆起部もしくは凸部９，９´が形成されている。これらの凸部９，９´は組付けの途中で、歯付きリング２の軸方向の両外面１０，１０´に設けられた、対応する複数の凹部１１，１１´と係合し、しかもこの場合、これらの凸部９，９´は歯付きリング２を貫通することなしに凹部１１，１１´と係合する。図示の実施例では、さらに歯付きリング２と各フランジ３，３´との間にそれぞれ弾性的な材料から成るＯリング１２，１２´が嵌め込まれている。これらのＯリング１２，１２´は減衰エレメントとして働く。Ｏリング１２，１２´により、当該歯車装置は、特にねじり方向および半径方向ｒにおいて有利に作用する減衰装置を備えている。その軸方向の面の特殊な形状デザインにより与えられた形状接続、つまり係合に基づいた嵌合の形で、組み立てられた歯車２，３，３´を形成するコンポーネントはクランプ結合により位置固定される。このためには、少なくとも一方の軸方向外側７´から、クランプリング４が、対応する第２のフランジ３´に押圧される。このクランプリング４はこのために設けられた溝６内にスナップイン式に係止される。図示の実施例では、ハブ５を形成するための段部を有する第１のフランジ３がピニオン１と一体を成すように形成されていて、このピニオン１に、組み立てられた歯車２，３，３´が組み付けられる。この場合では、一方の側において、相応する第１のフランジ３とピニオン１とが一体を成すように形成されていることにより、既に軸方向の位置固定が与えられている。したがって、クランプリング４を用いた相応するクランプ結合は逆側の軸方向外側７´においてしか必要とならない。しかし、使用事例に応じて、かつこれにより生ぜしめられる前記装置の具体的な構成に応じて、すなわち場合によっては両フランジ３，３´のいずれもシャフトまたはピニオン１と一体的に結合されていないような構成の場合には、当該装置を両側でそれぞれ相応するクランプリング４によって位置固定することも必要になり得る。

図示の実施例では、クランプリング４が、ピニオン１と一体を成すように結合された第１のフランジ３とは反対の側の軸方向外側からピニオン１に押し被されて、ピニオン１の周面に環状に延びる溝６と係合する。この溝６はピニオン１の軸方向の延在長さに関して、歯車２，３，３´のための規定の位置決めに相応して配置されている。しかし、図示の実施例では、この第１のフランジ３に形成されたハブ５が歯付きリング２と、反対の側に位置する第２のフランジ３´とを貫通していて、クランプリング４をスナップイン式に係止させるために必要となる溝が、ハブ５の外周面の、第２のフランジ３´を貫通した範囲に設けられていることも考えられる。いずれの場合でも、溝５は、この溝５と係合するクランプリング４が、第２のフランジ３´の軸方向の外面７´を押圧し、ひいては第２のフランジ３´と歯付きリング２とを一緒に、反対の側に位置する第１のフランジ３に押圧するように位置決めされている。これにより、付加的なねじ結合またはリベット結合を必要とすることなしに、歯車コンポーネントの信頼性の良い軸方向位置固定および歯車コンポーネントの確実な結束が保証されている。歯付きリング２は歯車装置の本発明による構成に基づき、該歯付きリング２が第１のフランジ３のハブ５によって貫通される真ん中の範囲は別として、それ以外に貫通孔を有しないので、歯付きリング２の形状は、その製作のために使用される射出成形法に関して、公知先行技術から知られている別の解決手段の場合よりも著しく好都合となる。

図２には、図１につき説明した装置が、軸方向で断面された形で、組み付けられた状態で図示されている。この断面からは、特に、組み立てられた歯車２，３，３´のコンポーネントの、クランプ結合により与えられた結束が良く判る。図２から判るように、クランプリング４は当該装置の組付け時に、ピニオン１の外周面に環状に設けられた溝６と係合している。クランプリング４はその相応する形状付与に基づき、クランプばねの形式で、歯車２，３，３´のその他のコンポーネントを押圧し、これらのコンポーネントをその所定の相互配置関係で位置固定する。

本発明による歯車装置の可能な１実施例を示す分解斜視図である。図１に示した実施例の断面図である。

符号の説明

１シャフトまたはピニオン
２，３，３´ 組み立てられた歯車
２歯付きリング
３，３´ フランジ
４クランプリング
５ハブ
６溝
７，７´ 軸方向の外面
８，８´ 内側の軸方向側面
９，９´ 凸部
１０，１０´ 歯付きリングの軸方向の側面
１１，１１´ 凹部
１２，１２´ 減衰エレメント（Ｏリング）
１３，１３´ 突出部
１４間隙
１５凸部
ａ軸方向
ｒ半径方向

Claims

シャフトまたはピニオン（１）に相対回動不能に組み付けるために設けられた少なくとも１つの組み立てられた歯車（２，３，３´）を備えた歯車装置であって、組み立てられた歯車（２，３，３´）が、１つの歯付きリング（２）と、軸方向で該歯付きリング（２）の両側に配置された２つのフランジ（３，３´）とから成っており、両フランジ（３，３´）が、該両フランジを歯付きリング（２）に対して半径方向およびねじり方向で位置固定する形状接続の形で歯付きリング（２）と嵌め合わされており、組み立てられた歯車（２，３，３´）を形成する構成部分のうちの１つの構成部分に少なくとも１つのハブ（５）が形成されており、該ハブ（５）に、組み立てられた歯車（２，３，３´）の別の構成部分が押し被されている形式のものにおいて、組み立てられた歯車（２，３，３´）を形成する構成部分が、軸方向（ａ）でクランプ結合により結束されていて、かつ互いに対して位置固定されており、該クランプ結合が、少なくとも１つのクランプリング（４）によって実現されており、該クランプリング（４）が、ハブ（５）またはシャフトもしくはピニオン（１）の周面に環状に設けられた溝（６）と係合されていて、両フランジ（３，３´）のうちの一方のフランジの、歯付きリング（２）とは反対の側の軸方向の外面（７，７´）をばね弾性的に押圧しており、両フランジ（３，３´）の内側の軸方向の側面（８，８´）に形成された、軸方向（ａ）で歯付きリング（２）に向かって延びる複数の隆起部もしくは凸部（９，９´）が、歯付きリング（２）の軸方向の側面（１０，１０´）に形成された対応する複数の凹部（１１，１１´）と係合しているか、または両フランジ（３，３´）の内側の軸方向の側面（８，８´）に形成された複数の凹部が、歯付きリング（２）の軸方向の側面（１０，１０´）に形成された、軸方向（ａ）で両フランジ（３，３´）へ向かって延びる対応する複数の隆起部もしくは凸部と係合していることを特徴とする歯車装置。
ハブ（５）が、両フランジのうちの一方のフランジ（３）の、歯付きリング（２）に面した軸方向内側の面（９）に設けられた段部により形成されている、請求項１記載の歯車装置。
ハブ（５）が、歯付きリング（２）の軸方向の両外面（１０，１０´）に設けられた２つの段部により形成されている、請求項１に記載の歯車装置。
歯車（２，３，３´）の軸方向の両側に、それぞれ溝（６）と係合しかつ各フランジ（３，３´）の軸方向の外面をばね弾性的に押圧するクランプリング（４）が配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の歯車装置。
ハブ（５）が、両フランジ（３，３´）のうちの一方のフランジ（３）、つまり第１のフランジ（３）に設けられた段部により形成されており、ハブ（５）を形成するための段部を有する第１のフランジ（３）が、シャフトまたはピニオン（１）と一体を成すように形成されており、組み立てられた歯車（２，３，３´）が、軸方向（ａ）で、第１のフランジ（３）とシャフトまたはピニオン（１）との一体的な形成と、クランプリング（４）とによって結束されており、該クランプリング（４）が、軸方向（ａ）で、歯付きリング（２）と共に第１のフランジ（３）に形成されたハブ（５）に押し被された他方のフランジ（３´）、つまり第２のフランジ（３´）の軸方向外側の面（７´）を押圧していて、組み立てられた歯車（２，３，３´）全体が、これによってシャフトまたはピニオン（１）に相対回動不能に配置されている、請求項１または２記載の歯車装置。
歯付きリング（２）と第１のフランジ（３）とがプラスチックから成っており、第２のフランジ（３´）が金属から成っており、第１のフランジ（３）が、金属から成るシャフトもしくは金属から成るピニオン（１）を取り囲んで固着するようにプラスチックを射出成形することにより形成されている、請求項５記載の歯車装置。
クランプリング（４）が、シャフトもしくはピニオン（１）の環状に設けられた溝（６）と係合している、請求項５または６記載の歯車装置。
歯付きリング（２）と、組み立てられた歯車（２，３，３´）の両フランジ（３，３´）との間にそれぞれエラストマ製の減衰エレメント（１２，１２´）が配置されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の歯車装置。
前記減衰エレメント（１２，１２´）がＯリングとして形成されており、該Ｏリングが、その周面に沿って外方へ向かって突設された複数の突出部（１３，１３´）を有しており、該突出部（１３，１３´）が、両フランジ（３，３´）および／または歯付きリング（２）から軸方向（２）へ突出した複数の隆起部もしくは凸部（１５）の間隙（１４）内に突入している、請求項８記載の歯車装置。