JP2015059586A - Trapezoidal tooth trace gear - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、台形歯すじ歯車の技術に関し、より詳細には、歯すじが台形形状に形成された歯を有する台形歯すじ歯車の技術に関する。 The present invention relates to a technique of a trapezoidal helical gear, and more particularly, to a technique of a trapezoidal helical gear having teeth formed in a trapezoidal shape.
従来、自動車部品、精密機械、事務機器、又は電子機器等の動力伝達機構(歯車装置)を構成する歯車としては、一般に、歯すじが軸に対して平行となるように直線状の歯が形設された平歯車や、歯すじが軸に対して一定の角度(ねじれ方向)となるように円周方向にねじれたはすば歯車や、ねじれ方向が反対の一対のはすば歯車を組み合わせたような形状のやまば歯車等が用いられている。 Conventionally, as a gear constituting a power transmission mechanism (gear device) of an automobile part, a precision machine, an office machine, an electronic device, etc., generally, a straight tooth is formed so that a tooth line is parallel to an axis. Combines a set spur gear, a helical gear that is twisted in the circumferential direction so that the tooth line is at a constant angle (twisting direction), or a pair of helical gears with opposite twisting directions. Spiral gears having a shape like that are used.
はすば歯車では、歯の噛合い状態が次の歯が十分噛合うまで持続されるため、動力伝達時の歯車間の伝達トルク及び噛合力の変動が抑えられる結果、平歯車と比べて騒音や振動が低減され、高負荷の動力伝達が可能となる。しかし一方で、歯すじが軸に対してねじれているため、軸方向のスラスト力が発生し、スラスト荷重を受けるための軸受構造が必要となる。その点、やまば歯車では、軸方向のスラスト力が打ち消されてスラスト荷重が発生せず、上述したはすば歯車の欠点が解消される。 In helical gears, the meshing state of a tooth is maintained until the next tooth is sufficiently meshed, so that fluctuations in transmission torque and meshing force between gears during power transmission are suppressed, resulting in noise compared to a spur gear. And vibration are reduced, and high load power transmission becomes possible. However, on the other hand, since the tooth trace is twisted with respect to the shaft, a thrust force is generated in the axial direction, and a bearing structure for receiving a thrust load is required. In that respect, the helical gear cancels the axial thrust force and does not generate a thrust load, thus eliminating the above-described drawbacks of the helical gear.
このように、やまば歯車では、平歯車とはすば歯車の欠点が解消されるが、構造上、歯の噛合い状態にて歯幅方向中央位置に形設されるV字型の頂部に応力が集中するため、頂部において他の箇所よりも大きな歯元応力が作用し、早く寿命に達してしまうという問題があった。また、歯車精度(加工精度)が不十分であると頂部において噛合い不良を生じ易く、騒音や振動が発生する要因となっていた。 In this way, the helical gear eliminates the disadvantages of the spur gear and the helical gear, but structurally, it has a V-shaped top that is formed at the center position in the tooth width direction when the teeth are engaged. Since the stress is concentrated, there is a problem in that a tooth root stress larger than that at other portions acts on the top portion and the life is reached quickly. Further, if the gear accuracy (machining accuracy) is insufficient, a meshing failure is likely to occur at the top, causing noise and vibration.
かかる観点から、従来のやまば歯車の構成として、例えば、特許文献1又は特許文献2に開示されるように、歯幅方向中央位置の圧力角や転位係数を他の箇所よりも大きくなるように形成した構成が提案され、また、特許文献3に開示されるように、標準歯の山側歯面及び谷側歯面に対して歯の山側歯面及び谷側歯面が歯幅方向両端位置から歯幅方向中央位置に近づくほど内側に離れるように形成した構成等が提案されている。
From such a viewpoint, as disclosed in, for example,
確かに、上述した特許文献1乃至特許文献3に開示される従来のやまば歯車の構成によれば、歯幅方向中央位置の諸元を他の箇所と異なるように形成することで、歯幅方向中央位置の歯元強度の向上や、頂部における噛合い不良の防止が期待できる。しかしながら、かかるやまば歯車の構成では、歯幅方向中央位置とその他の箇所において諸元を徐々に異ならせるものであるため、歯すじに沿って歯の噛合い状態を円滑に保つには、より高度な歯車の諸元設定が必要となり、歯車精度(加工精度)によっては期待されるような効果が実現できないという問題があった。
Certainly, according to the configuration of the conventional spur gear disclosed in
そこで、本発明では、台形歯すじ歯車に関し、前記従来の課題を解決するもので、歯の噛合い状態を円滑にして騒音や振動の発生を防止し、高負荷の動力伝達が可能な歯車を提供することを目的とする。 In view of this, the present invention relates to a trapezoidal toothed gear that solves the above-mentioned conventional problems, and a gear capable of smoothing the meshing state of the teeth to prevent noise and vibration and capable of transmitting high-load power. The purpose is to provide.
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。 The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.
すなわち、請求項1においては、歯幅方向中央位置に形設される直線状歯部と、歯幅方向両端位置に形設されるねじれ方向が反対の一対のはすば状歯部と、からなる歯すじが台形形状の歯を有するものである。
That is, in
請求項2においては、前記直線状歯部は、歯幅方向長さが歯のピッチよりも大きく、かつ前記はすば状歯部の歯幅方向長さよりも小さくなるように形成されるものである。 According to a second aspect of the present invention, the linear tooth portion is formed so that a tooth width direction length is larger than a tooth pitch and smaller than a tooth width direction length of the helical tooth portion. is there.
請求項3においては、前記はすば状歯部は、軸直角断面歯形が歯幅方向に渡って同一の形状となるように形成されるものである。 According to a third aspect of the present invention, the helical tooth portion is formed such that the axis perpendicular to the axis has the same shape in the tooth width direction.
請求項4においては、前記直線状歯部は、歯幅方向の両端にて前記はすば状歯部と連続されるものである。 According to a fourth aspect of the present invention, the linear tooth portion is continuous with the helical tooth portion at both ends in the tooth width direction.
請求項5においては、前記直線状歯部の凹側歯面の歯幅方向に沿って歯先面から歯底面近傍にかけて切り欠きされた噛合い逃げ部が形成されるものである。 According to a fifth aspect of the present invention, a meshing escape portion cut out from the tooth tip surface to the vicinity of the tooth bottom surface along the tooth width direction of the concave tooth surface of the linear tooth portion is formed.
請求項6においては、前記直線状歯部及びはすば状歯部の連続箇所の凹側歯面に歯先面から歯底面近傍にかけて切り欠きされた噛合い逃げ部が形成されるものである。 According to a sixth aspect of the present invention, a meshing relief portion cut out from the tooth tip surface to the vicinity of the tooth bottom surface is formed on the concave tooth surface of the continuous portion of the linear tooth portion and the helical tooth portion. .
本発明の効果として、歯の噛合い状態が円滑で騒音や振動の発生を防止でき、高負荷の動力伝達が可能となる。 As an effect of the present invention, the meshing state of the teeth is smooth, the generation of noise and vibration can be prevented, and high load power transmission is possible.
次に、発明を実施するための形態を説明する。 Next, modes for carrying out the invention will be described.
図1乃至図3に示すように、本実施例の歯車1は、歯車基部2の表面(周面)に歯すじが台形形状の複数の歯3・3・・・を有する台形歯すじ歯車として構成されている。本実施例の歯車1では、歯車基部2が断面円形の円筒形状に形成され、軸芯Cに沿って設けられた軸孔2aに図示せぬ回転軸が挿設されて、一対の歯車1・1が噛合回転されることで回転軸間で動力を伝達可能とされている。また、歯車基部2には、複数の歯3(直線状歯部4及びはすば状歯部5・6)が一体成型されている。
As shown in FIG. 1 to FIG. 3, the
図3及び図4に示すように、歯3は、上述したように歯すじが台形形状に形成され、歯幅方向中央位置に形設される直線状歯部4と、歯幅方向両端位置に形設されるねじれ方向が反対の一対のはすば状歯部5・6とで構成されている。なお、図4に示した歯3の平面図は、歯車1における一つの歯3を拡大して模式的に示したものであり、歯車1の一つの歯3をピッチ円上で歯幅方向に切断した場合に表れる歯3の断面形状に相当する。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
ここで、本実施例の「台形形状」とは、歯3の歯すじ形状を模して表したものであり、平歯歯車の「直線形状」の歯すじ形状や、やまば歯車の「山形形状」の歯すじ形状とは異なるものである。具体的には、歯3の歯幅方向中央位置が台形の上底に相当し、歯3の歯幅方向両端位置が台形の脚に相当する(なお、台形の下底に相当するものはない)。本実施例では、歯3は、歯幅方向中央位置が軸芯Cと平行の直線状で、かつ歯幅方向両端位置が歯端に向けて対称方向に斜めに広がる(ねじれる)ように形成されている。
Here, the “trapezoidal shape” of the present embodiment is a representation of the shape of the
直線状歯部4は、歯3の歯幅方向中央位置に軸芯Cと平行となるように形設されている。はすば状歯部5・6は、歯幅方向両端位置にねじれ方向が反対の対称形状に形成された一対のはすば歯車の歯すじ形状(はすば状)となるように形設され、直線状歯部4を基準にそれぞれ反対側の歯端に向けて延出されている。はすば状歯部5は、歯幅方向一端側の位置(図3において左側位置)にねじれ方向が右上がり(右ねじれ)となるように形設されている。一方、はすば状歯部6は、はすば状歯部5と反対側の歯幅方向他端側の位置(図3において右側位置)に、ねじれ方向が左上がり(左ねじれ)となるように形設されている。
The
歯3は、直線状歯部4の歯幅方向の両端にて直線状歯部4及びはすば状歯部5・6が連続されており、具体的には、直線状歯部4の歯面とはすば状歯部5・6の歯面とが連続されて、歯3の凸側歯面3a(図4において下側の歯面)が直線状歯部4及びはすば状歯部5・6の連続箇所を介して屈曲して連続され、かつ歯3の凹側歯面3b(図4において上側の歯面)が直線状歯部4及びはすば状歯部5・6の連続箇所を介して屈曲して連続されている。
The
本実施例の歯車1は、各種歯車諸元が適宜設計され、具体的には、歯車諸元としての歯たけ、モジュール、圧力角、歯幅、歯数、転位量(転位係数)、ねじれ角(21.5°〜45°)、素材、及び製法等が用途や使用目的に応じて選定される。
The
図4に示したように、歯3の寸法設計としては、直線状歯部4が、歯幅方向長さL1が歯3のピッチよりも大きく、かつ、はすば状歯部5・6の歯幅方向長さL2よりも小さくなるように形成される。この「歯3のピッチ」とは、歯車1を平面に展開した基準成形歯のピッチのことである。直線状歯部4は、好ましくは歯幅方向長さL1が歯車1のモジュール(ピッチ/π)の3.5倍以上となるように形成される。また、はすば状歯部5・6は、好ましくは歯幅方向長さL2が直線状歯部4の歯幅方向長さL1の1.2倍以上となるように形成される。
As shown in FIG. 4, the dimension design of the
図5に示すように、歯3の歯形としては、はすば状歯部5・6において軸直角断面歯形S1が歯幅方向に渡って同一の形状となるように形成される。特に、本実施例の歯車1では、直線状歯部4においても軸直角断面歯形S2がはすば状歯部5・6の軸直角断面歯形S1と同一の形状となるように形成され、直線状歯部4及びはすば状歯部5・6が同一形状の軸直角断面歯形S1・S2で歯幅方向に渡って連続されている。
As shown in FIG. 5, the tooth profile of the
歯車1の素材としては、特に限定されず、素鋼やステンレス鋼等の各種鋼材の他、銅材や樹脂(プラスチック)等の通常の素材が用いられる。
The material of the
歯車1の製法としては、特に限定されず、主に、素材として各種鋼材が用いられる場合には、成形法や創成法と呼ばれる歯切りやプレス加工等の機械加工にて製造され、また素材として樹脂(プラスチック)が用いられる場合には射出成形等の樹脂加工にて製造される。特に、本実施例の歯車1は、歯3の歯すじが台形形状となるように形成されるため、上述した歯切りやプレス加工による機械加工が困難で、歯車精度(加工精度)に劣るため、好ましくは所定の基準成形歯が形設された基準ラックを加工電極として用いた放電加工や5軸加工などにより製造される。これらの放電加工等によれば、歯車1の歯車精度(加工精度)を高めることができ、上述したようにはすば状歯部5・6において軸直角断面歯形S1が歯幅方向に渡って同一の形状となるように形成することが容易である。
The manufacturing method of the
以上のように、本実施例の歯車1は、歯幅方向中央位置に形設される直線状歯部4と、歯幅方向両端位置に形設されるねじれ方向が反対の一対のはすば状歯部5・6と、からなる歯すじが台形形状の歯3・3・・を有するので、歯3の噛合い状態が円滑で騒音や振動の発生を防止でき、高負荷の動力伝達が可能となる。
As described above, the
すなわち、本実施例の歯車1は、歯幅方向中央位置に直線状歯部4が形設されるため、従来のやまば歯車と比べて歯幅方向中央位置の歯すじ形状が変更されることにより、歯車精度(加工精度)に起因する噛合い不良を低減して騒音や振動の発生を防止でき、歯3の歯幅方向中央位置の寿命を延ばすことができる。また、歯幅方向両端位置にねじれ方向が反対の一対のはすば状歯部5・6が形設されるため、噛合い状態が長く接触面積を大きく取ることができ、高負荷の動力伝達が可能となる。このように直線状歯部4及びはすば状歯部5・6が設けられることで、歯3の噛合いが滑らかで騒音(含む間欠騒音)や振動の発生を防止でき、かつ高負荷の動力伝達が可能となるのである。さらに、歯幅方向で諸元を徐々に異ならせる等の高度な歯車の諸元設定が不要となり、歯3(直線状歯部4及びはすば状歯部5・6)の設計加工が容易で、歯車1の品質のバラつきを抑制できる。
That is, in the
そして、本実施例の歯車1は、軸方向のスラスト力が打ち消されてスラスト荷重が発生せず、軸受け構造が簡素化されて装置全体の小型化が可能となるため、例えば、円滑駆動が要求される製品(産業用ロボット、ポンプ装置等)や静寂駆動が要求される製品(医療機器、軍事機器、車載音響機器等)等をはじめ、自動車部品、精密機械、事務機器、又は電子機器等の高付加価値製品の動力伝達機構(歯車装置)に採用することができる。
The
特に、本実施例の歯車1は、直線状歯部4にて、歯幅方向長さL1が歯3のピッチよりも大きく、かつはすば状歯部5・6の歯幅方向長さL2よりも小さくなるように形成されるため、歯3の噛合い状態をより円滑にして騒音や振動の発生を効果的に防止できる。すなわち、直線状歯部4において、歯幅方向長さL1が歯3のピッチよりも小さいと、直線状歯部4に大きな歯元応力が作用して、直線状歯部4の低寿命化や噛合い不良に基づく騒音や振動が発生してしまい、一方、はすば状歯部5・6の歯幅方向長さL2よりも大きいと、はすば状歯部5・6による騒音や振動の低減効果が発揮できないからである。
In particular, in the
また、本実施例の歯車1は、はすば状歯部5・6が、軸直角断面歯形S1が歯幅方向に渡って同一の形状となるように形成されるため、はすば状歯部5・6の噛合い精度を高めて、歯3の噛合い状態をより円滑にすることができる。
Further, in the
また、本実施例の歯車1は、直線状歯部4が、歯幅方向の両端にてはすば状歯部5・6と連続されるため、歯直線状歯部4の歯元強度を高めて、歯3の幅方向中央位置の寿命を延ばすことができる。
In the
なお、歯車1の構成としては、上述した実施例に限定されず、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
The configuration of the
すなわち、上述した実施例の歯車1では(図4等参照)、歯3において直線状歯部4が歯幅方向の両端にてはすば状歯部5・6と連続される構成について説明したが、歯3の形状はこれに限定されず、歯3の歯すじとして全体として台形形状となるように形成されればよい。例えば、図6に示す実施例の歯103のように、直線状歯部104の歯幅方向の両端に離間107・107が設けられて、直線状歯部104及びはすば状歯部105・106が非連続に形設されてもよい。かかる場合において、直線状歯部104の歯幅方向長さL1及びはすば状歯部105・106の歯幅方向長さL2は、離間107・107を除くそれぞれの両歯端間の歯幅方向の長さに相当する。
That is, in the
また、上述した実施例の歯車1では(図4等参照)、直線状歯部4において軸直角断面歯形S2が歯幅方向に渡って同一の形状となるように形成される構成について説明したが、直線状歯部4の形状はこれに限定されず、例えば、図7に示す実施例の歯203のように、直線状歯部204の凹側歯面203bの歯幅方向に沿って歯先面から歯底面近傍にかけて切り欠きされた噛合い逃げ部208が形成されてもよく、また、図8に示す実施例の歯303のように、直線状歯部304及びはすば状歯部305・306の連続箇所(二カ所)の凹側歯面303bに歯先面から歯底面近傍にかけて切り欠きされた噛合い逃げ部308・308がそれぞれ形成されてもよい。さらに、図7及び図8に示した噛合い逃げ部208(308・308)は、直線状歯部204(304)の凹側歯面203b(303b)であれば、配置や形状等は特に限定されず、噛合い逃げ部208(308)の一部がはすば状歯部205・206(305・306)に渡って形成されてもよい。
Further, in the
このように、直線状歯部204(304)の凹側歯面203b(303b)に噛合い逃げ部208(308)が形成されることで、歯203(303)の噛合い状態をより円滑にすることができる。また、噛合い逃げ部208(308)にて油だまりの効果を奏することができるとともに、放電加工による場合に歯車精度(加工精度)を容易に担保することができる。
Thus, the meshing relief portion 208 (308) is formed on the
また、上述した実施例の歯車1では(図1等参照)、直線状歯部4及びはすば状歯部5・6が一つの歯車基部2と一体成型される構成について説明したが、かかる歯車1の構成はこれに限定されず、例えば、歯車基部2が複数の部材より構成され、各部材に直線状歯部4及びはすば状歯部5・6がそれぞれ形設され、その後一体に組み付けられることで、全体として一つの歯車1となるように構成されてもよい。
Further, in the
また、上述した実施例の歯車1では(図1等参照)、歯車基部2が円筒形状に形成された構成(円形歯車)について説明したが、かかる歯車1の形状はこれに限定されず、例えば、歯車基部2が非円形状や平板形状に形成されてもよい。特に、後者の場合には、歯車1をラック(直線歯車)として構成することができ、一対の円形歯車及び直線歯車よりなるラックピニオンとして用いることができる。
Further, in the
1 歯車
2 歯車基部
2a 軸孔
3 歯
3a 凸側歯面
3b 凹側歯面
4 直線状歯部
5 はすば状歯部
6 はすば状歯部
DESCRIPTION OF
すなわち、請求項1においては、歯幅方向中央位置に形設される直線状歯部と、歯幅方向両端位置に形設され、前記直線状歯部の歯幅方向の両端より連続箇所を介して連続され、ねじれ方向が反対の対称形状に形成された一対のはすば状歯部と、前記直線状歯部及び前記連続箇所の凹側歯面の歯幅方向全面が歯先面から歯底面近傍にかけて切り欠きされて形成された一つの噛合い逃げ部と、からなる歯すじが台形形状の歯を有してなり、一つの歯車基部に前記複数の歯が一体成型されてなるものである。 That is, according to the first aspect of the present invention, the linear tooth portion formed at the center position in the tooth width direction and the both ends of the tooth width direction are formed, and the linear tooth portions are connected from both ends in the tooth width direction through continuous portions. The entire tooth width direction of the pair of helical teeth formed in a symmetrical shape with opposite twist directions and the straight teeth and the concave tooth surface of the continuous portion from the tooth tip surface. A tooth streak composed of one meshing escape portion formed by cutting out near the bottom surface has trapezoidal teeth, and the plurality of teeth are integrally molded on one gear base. is there.
すなわち、請求項1においては、断面円形の円筒形状に形成される歯車基部を有する円形歯車として構成され、歯幅方向中央位置に形設され、歯すじが前記歯車基部の軸心と平行の直線状である直線状歯部と、歯幅方向両端位置に形設され、前記直線状歯部の歯幅方向の両端より連続箇所を介して連続され、歯すじが前記歯車基部の軸心に対して斜めのはすば状であり、ねじれ方向が反対で歯幅方向中央の軸直角断面に対して面対称に形成された一対のはすば状歯部と、前記連続箇所の凹側歯面の歯幅方向全面が歯先面から歯底面近傍にかけて切り欠きされて形成された二つの噛合い逃げ部と、からなる複数の歯を有してなり、前記歯車基部の外周面に円周方向に沿って前記複数の歯が一体成型され、前記歯車基部の外周面を平面に展開した場合に前記直線状歯部及び前記一対のはすば状歯部にて連続される歯すじの形状が等脚台形の上底及び脚にそれぞれ相当する形状で表わされるものである。 That is, according to the first aspect of the present invention, it is configured as a circular gear having a gear base portion formed in a cylindrical shape having a circular cross section, and is formed at a central position in the tooth width direction, and a tooth line is a straight line parallel to the axis of the gear base portion. Linear teeth that are in the shape of a tooth, and are formed at both ends in the width direction of the tooth, continuous from both ends of the teeth in the width direction of the straight teeth through a continuous portion, and the tooth trace is relative to the axis of the gear base And a pair of helical teeth formed in a plane shape symmetrical with respect to the axis perpendicular to the center of the tooth width direction, and the concave tooth surface of the continuous portion. in the tooth width direction over the entire surface is to have a two meshing escape portion which is formed by notches over near the bottom land of the tooth crest, the plurality of teeth made of, circumferentially on the outer peripheral surface of the gear base portion wherein the plurality of teeth are integrally molded along and expand the outer peripheral surface of the gear base portion in the plane The linear teeth and the pair of the case are those represented by the shape the shape of the tooth trace are consecutive in helical Joha section respectively correspond to the upper base and the legs of the isosceles trapezoid.
Claims (6)
歯幅方向両端位置に形設されるねじれ方向が反対の一対のはすば状歯部と、
からなる歯すじが台形形状の歯を有することを特徴とする台形歯すじ歯車。 A straight tooth portion formed at the center position in the tooth width direction;
A pair of helical teeth with opposite torsional directions formed at both ends in the tooth width direction;
A trapezoidal toothed gear having a trapezoidal tooth.
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