JP2015132299A - 歯車 - Google Patents

Abstract

【課題】トルク伝達時の噛み合い位置が増大することを抑制しつつ、歯面の摩擦係数を低減することができる歯車を提供する。
【解決手段】歯面に摩擦係数を低下させる被覆層１が形成された歯車において、前記被覆層１は、前記歯面のうち、予め定められたトルク以上のトルクを伝達する際に相手歯車の歯面に接触する歯当たり部となりかつ前記予め定められたトルク未満のトルクを伝達する際には前記相手歯車の歯面に接触しない部分に形成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、歯の噛み合いによって動力を伝達する歯車に関し、特にその歯面の構造に関するものである。

トルクを伝達する際の摩擦損失を低減するために、摩擦係数が低い合成高分子を素材とした樹脂材料を歯面に移着させて低摩擦係数の樹脂層を形成した歯車が特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載された歯車は、所定の形状に形成された二つの歯車を噛み合わせるとともに、それぞれの歯車に摩擦係数が低い合成高分子を素材とした樹脂歯車を噛み合わせてトルク伝達することで、二つの歯車の歯面に合成高分子の樹脂を移着させるように構成されている。また、そのように歯面に合成高分子の樹脂を移着させる際に、樹脂歯車を制動させるように負荷を加えることができるように構成されている。したがって、特許文献１に記載された歯車は、トルクを伝達する際に接触する噛み合い面の全域に合成高分子の樹脂材料が移着させられる。

一方、伝達するトルクの大きさに応じて噛み合い面に介在する潤滑剤の粘度を変更して摩擦損失を低減することができるように構成された歯車が特許文献２に記載されている。具体的には、伝達するトルクが比較的小さいときに接触する歯面の領域を、熱伝導率の小さい材料で形成するとともに、伝達するトルクが比較的大きいときに接触する歯面の領域を、熱伝導率の大きい材料で形成している。

特開２００５−２３１００３号公報 特開２０１１−１４４９０５号公報

特許文献１に記載されたように歯面に低摩擦係数の樹脂層を形成すると、その樹脂層は比較的剛性が低いので、噛み合い時に潰れるなど変形して接触点または接触面積が増大する。そのため、トルクを伝達する際に接触する箇所が増大することにより、噛み合い損失が増大する可能性がある。すなわち、歯面の摩擦係数を低下させたとしても、接触点または接触面積が増大することに起因して噛み合い損失が増大する可能性がある。

この発明は上述した事情を背景としてなされたものであって、トルク伝達時の噛み合い面積が増大することを抑制しつつ、歯面の摩擦係数を低減することができる歯車を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、歯面に摩擦係数を低下させる被覆層が形成された歯車において、前記被覆層は、前記歯面のうち、予め定められたトルク以上のトルクを伝達する際に相手歯車の歯面に接触する歯当たり部となりかつ前記予め定められたトルク未満のトルクを伝達する際には前記相手歯車の歯面に接触しない部分に形成されていることを特徴とするものである。

この発明によれば、予め定められたトルク以上のトルクを伝達する際に相手歯車の歯面に接触する歯当たり部となりかつ予め定められたトルク未満のトルクを伝達する際には相手歯車の歯面に接触しない部分に、歯面の摩擦係数を低下させる被覆層が形成されている。言い換えると、予め定められたトルク以上のトルクを伝達する際にのみ相手歯車の歯面に接触する部分に、被覆層が形成されている。そのため、被覆層が形成されている箇所を少なくすることにより、歯厚の増大を抑制することができるので、トルク伝達時の噛み合い面積が増大することを抑制することができるとともに、歯面の強度が低下することを抑制することができる。また、比較的大きなトルクを伝達する際には、その被覆層が形成された歯面が接触することで、その際の摩擦係数を低減することができる。

この発明に係る歯車の構成の一例を説明するための作用平面図である。 歯先側のみに被覆層を形成した例を示す作用平面図である。

この発明は、平歯車やはすば歯車などの種々の歯車に適用できる。それらの歯車は、一般的に、回転中心軸線に直交する平面上での歯面の断面形状がインボリュート曲線となるように構成されている。このように歯面の断面形状がインボリュート曲線となるように形成された歯車は、互いに噛み合う歯車の基礎円筒の外周面に接触する平面（以下、作用平面と記す。）上で噛み合う。そのように歯が噛み合ってトルクを伝達する時には、伝達されるトルクに応じて歯面が変形する（潰れる）ので、接触部は楕円形状となる。したがって、伝達されるトルクが大きいほど、歯面の変形が大きくなるので、その楕円形状の面積が大きくなる。その接触部の長軸方向を以下の説明では接触線と称す。

従来知られている平歯車は、歯幅方向と歯筋方向とが平行に形成されているので、作用平面上における接触線は、歯幅方向と平行になる。一方、歯幅方向に対して歯筋方向が所定の角度捩れて形成されたはすば歯車などは、その捩れ角に応じて作用平面上における接触線が傾斜する。

図１は、金属材料により形成されたはすば歯車が、相手歯車に噛み合う際の歯当たり領域Ｅを示す作用平面図である。具体的には、歯車の諸元と伝達するトルクとに基づき負荷変形を考慮することなく定められる歯当たり領域Ｅを示す作用平面図である。言い換えると、伝達トルクが予め定められた所定のトルク以上であって歯車または歯が撓み変形するなどに起因する歯当たりのずれ量が、歯形状の寸法誤差などに起因するずれ量以下の場合に、相手歯車の歯面と接触する領域Ｅを示す作用平面図である。なお、図１における縦軸は、各基礎円筒の外周面の接線方向（以下、作用線方向と記す。）を示しており、横軸は、歯幅方向を示している。以下の説明では、図１における下側を歯元側と称し、上側を歯先側と称する。

はすば歯車は、歯幅方向における一方の歯元側もしくは歯先側から、他方の歯先側もしくは歯元側に向けて接触線が連続的に移動して噛み合いが進行する。すなわち、作用平面上で対角線方向に噛み合いが進行する。また、接触線は、噛み合い進行方向に対して交差する。図１には、歯幅方向における左側の歯元側から右側の歯先側に向けて噛み合いが進行し、かつ歯幅方向における左側の歯先側から右側の歯元側に向けて接触線が傾斜している例を示している。

その歯当たり領域Ｅの外側であって図１におけるハッチングを付している箇所のみに、低摩擦係数の合成高分子を素材とする樹脂層１が形成されている。具体的には、はすば歯車の歯面形状を形成した後に、その歯面における歯当たり領域Ｅ以外の箇所が樹脂層１により被覆されている。なお、低摩擦係数の合成高分子を素材とする樹脂層１は、従来知られているものと同様のものであってフッ素炭素樹脂やポリアミド樹脂などの被覆層であり、従来知られている移着など種々の方法により歯面が被覆される。

上述したように形成された歯車は、伝達トルクが比較的大きく、歯車または歯が撓み変形するなどして歯当たりのずれ量が大きい場合には、樹脂層１が形成された歯面が接触してトルクを伝達する。そのように樹脂層１が形成された部分が他の歯車の歯面に接触することにより、樹脂層の一部が除去されて歯当たりする面にその除去された樹脂が介在する。そのため、伝達トルクが比較的大きいときには、歯当たりする面に介在する樹脂により摩擦係数が低下させられるので、噛み合い損失を低減することができる。なお、噛み合い損失は、摩擦係数と、歯面に作用する荷重と、接触線上での滑り速度とに基づいて算出することができ、滑り速度は、互いに噛み合う歯が転がり接触する円（ピッチ円）から離れるに連れて増大する。

また、伝達トルクが比較的大きく歯当たりがずれた場合であっても、歯面の多くの部分は、樹脂層が形成されていない箇所に接触する。言い換えると、樹脂層１が形成されておらず比較的歯面強度が高い箇所で歯面が接触してトルクを伝達する。そのため、伝達トルクが大きい場合であっても、歯面強度を比較的高くすることができるので、耐久性が低下することを抑制することができる。

一方、伝達トルクが比較的小さく（低負荷時であって）歯当たりが所定量以上ずれない場合には、図１に示す歯当たり領域Ｅ内で歯面が接触するが、歯面に作用する荷重が比較的小さい。また、図１に示す歯当たり領域Ｅに樹脂層１を形成したとしても、噛み合い損失が小さいことにより摩耗量が少ないので、除去される樹脂が少なく噛み合い面に供給される樹脂の量が少ない。そのため、伝達トルクが小さく歯当たり領域Ｅ内で歯面が接触してトルクを伝達する場合であっても、過剰に噛み合い損失が増大することがない。さらに、歯当たり領域Ｅに樹脂層を形成しないことにより、歯面を被覆する樹脂層が潰れる等して変形することによる噛み合い点または噛み合い面積の増大を抑制することができる。その結果、噛み合い損失の増大を抑制することができる。

つぎに、この発明に係る歯車の他の構成の一例を説明する。図２は、その構成を説明するための作用平面図である。なお、図２における歯当たり領域Ｅは、図１と同様に伝達トルクが比較的小さいときに歯面が接触する領域を示している。図２に示す例では、歯当たり領域以外でありかつ歯先側のみに樹脂層２を形成している。

このように歯先側のみに樹脂層２を形成することにより、歯面強度が低下することを抑制することができるとともに、噛み合い点または噛み合い面積が増大することによる噛み合い損失の増大を抑制することができる。また、歯先側は滑り速度が大きいので、噛み合い損失または摩耗が大きい。したがって、歯先側に樹脂層２を形成することにより、歯当たりがずれて歯先側で接触するときに、除去される樹脂の量が多く、接触面に供給される樹脂の量が多い。そのため、樹脂層２を形成する領域を少なくしたとしても、伝達トルクが大きい場合に効果的に樹脂を供給して噛み合い損失を低減させることができる。さらに、伝達トルクが大きく歯車または歯が撓み変形したときの撓み量は、歯先側が歯元側よりも大きくなる。そのため、伝達トルクが大きくなって歯車や歯が撓み変形することにより歯当たりがずれて接触する可能性が高いので、その部分に樹脂層２を形成することで伝達トルクが大きいときの摩擦係数を効果的に低下させること、すなわち噛み合い損失を低減させることができる。なお、歯先側は、歯元側と比較して樹脂層２が形成しやすいので、加工が容易になり加工工数を低減することができる。

１，２…樹脂層、 E …（低負荷時の）歯当たり領域。

Claims (1)

1. 歯面に摩擦係数を低下させる被覆層が形成された歯車において、
   前記被覆層は、前記歯面のうち、予め定められたトルク以上のトルクを伝達する際に相手歯車の歯面に接触する歯当たり部となりかつ前記予め定められたトルク未満のトルクを伝達する際には前記相手歯車の歯面に接触しない部分に形成されていることを特徴とする歯車。

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