JP2017058002A - 山歯歯車 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で共振周波数を低周波側に移動させ、もしくは振動を低減させることによりギヤノイズを低減させることが可能な山歯歯車を提供する。
【解決手段】第１歯車片２と第２歯車片３との間の外周部には、前記第１歯車片２と前記第２歯車片３とに軸線方向で一体化された突起部７と、半径方向において前記突起部７と同一の位置に前記第１歯車片２と前記第２歯車片３とに軸線方向で隙間を空けた溝部８とが形成され、前記突起部７に対して、回転中心軸線を中心とした反対側には前記溝部８が位置している。
【選択図】図１

Description

この発明は、軸線方向における一方側の歯の捩れ方向と他方側の歯の捩れ方向とが反対方向を向いて形成されている山歯歯車に関するものである。

山歯歯車は軸線方向に対するスラスト力を相殺することができる歯車であり、そのような山歯歯車の一例が特許文献１に記載されている。特許文献１には、回転軸の軸線方向に対して歯が所定の角度捩れて形成された第１歯車片と、第１歯車片の捩れ方向とは反対方向に歯が捩れて形成された第２歯車片とを一体化させて構成した山歯歯車が記載されている。

特開２００６−０９０４８１号公報

山歯歯車は正常な噛み合いを可能とするために、第１歯車片と第２歯車片との位相を適正な位置になるように規制する必要がある。これに対して特許文献１に記載されたように構成された山歯歯車は、各歯車片の組み合わせを変更することにより、特別な装置なしに位相を合わせることが可能である。しかしながら、このような山歯歯車においては、例えば、トルクが入力されることにより歯車が共振した場合、過大なギヤノイズが発生するおそれがある。また共振することにより、歯車等の耐久性の悪化の要因、もしくは摩耗の要因となるおそれがある。したがって、このような不都合を簡単な構成で改善し、共振周波数を低周波側に移動もしくは振動を低減させ、ギヤノイズを低減させることが可能な山歯歯車を開発する余地があった。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、簡単な構成で共振周波数を低周波側に移動させ、もしくは振動を低減させることによりギヤノイズを低減させることが可能な山歯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、この発明は、軸線方向に対して所定方向に捩れた歯が外周部に形成された第１歯車片と、前記歯の捩れ方向とは反対方向に捩れた他の歯が外周部に形成された第２歯車片とを有し、前記第１歯車片と前記第２歯車片とが同一軸線上で互いに隣接しかつ一体となって回転するように配置された山歯歯車において、前記第１歯車片と前記第２歯車片との間の外周部には、前記第１歯車片と前記第２歯車片とに軸線方向で一体化された突起部と、半径方向において前記突起部と同一の位置に前記第１歯車片と前記第２歯車片とに軸線方向で隙間を空けた溝部とが形成され、前記突起部に対して、回転中心軸線を中心とした反対側には前記溝部が位置していることを特徴とするものである。

この発明によれば、第１歯車片と第２歯車片との間にスペーサが配置、もしくは各歯車片と一体となるように形成されている。また、そのスペーサの外周部には、第１歯車片と第２歯車片とによって挟み付けられる突起部と、半径方向において突起部と同一の位置に軸線方向で隙間を空けた溝部とが形成されている。さらに、その溝部は、突起部に対して回転中心軸線を中心とした反対側に位置している。すなわち、円周方向で、突起部と溝部とがそれぞれ点対称とならないように形成されているため、山歯歯車の剛性を低減させることができ、共振周波数を低周波側に移動させることができる。したがって、このような簡単な構成により、歯車の噛み合いの剛性のピークを低周波側に低減させることができ、振動を低下させることによりギヤノイズを抑制もしくは低減させることができる。

この発明の実施例における山歯歯車の一例（第１例）を説明するための断面図である。 この発明の実施例における山歯歯車の一例を説明するための斜視図である。 この発明の実施例における山歯歯車の他の例（第２例）を説明するための断面図である。 この発明の実施例における山歯歯車の更に他の例（第３例）を説明するための断面図である。 この発明の実施例における山歯歯車の更に他の例（第４例）を説明するための断面図である。

この発明の実施例における山歯歯車の一例を図１に模式的に示している。図１および図２に示す山歯歯車１は、回転軸に一体化された第１歯車片２と、その回転軸と一体に回転するように組み付けられる第２歯車片３とにより構成されている。これら各歯車片２，３には、回転軸の軸線方向に所定の長さを有する外歯４，５が形成されている。具体的には、第１歯車片２に形成された第１外歯４および第２歯車片３に形成された第２外歯５は、山歯歯車１がトルクを伝達している際に、常時噛み合うように形成されている。また、これら各歯車片２，３の間にはスペーサ６が設けられている。

より具体的に説明すると、第１歯車片２には、従来知られているはす歯歯車と同様に、回転軸の軸線方向に対して歯４の長手方向が捩れて形成されている。また、同様に第２歯車片３も回転軸の軸線方向に対して歯５の長手方向が捩れて形成されている。さらに軸線方向に対する各歯４，５の捩れ方向が互いに反対に形成されている。すなわち、軸線方向における一方側の歯４と、他方側の歯５との捩れ角が相反するように形成されている。言い換えれば、伝達されるトルクに応じた軸線方向の分力を相殺できるように構成されている。そして、第１歯車片２と第２歯車片３とを組み合わせた際は、山歯歯車１の歯の形状は、山形になる。なお、捩れ角とは、互いに噛み合う歯車が噛み合うときに滑りが生じないピッチ面と、歯車の歯面との交線である歯筋が、軸線方向に対して傾斜している角度をいう。

スペーサ６は、ほぼ環状なる部材により構成され、第１歯車片２と第２歯車片３との間に挟み付けられるように配置されている。すなわちスペーサ６を介して第１歯車片２と第２歯車片３とが連結されている。また、このスペーサ６は、円周方向に複数の突起が形成されている。具体的には図１に示すように、第１歯車片２の外周部と第２歯車片３の外周部との間に、第１歯車片２と第２歯車片３とに軸線方向で一体化された突起部７が形成されている。すなわち、各歯車片２，３の外周部の間に挟まれ、かつ半径方向外側に突出した突起部７が形成されている。この突起部７は、図１における例では円周方向で一定の間隔を空けて、三つ設けられている。その突起部７は台形形状からなり、かつ各突起部７は同一の大きさとされている。

また、半径方向において突起部７と同一の位置に第１歯車片２と第２歯車片３とに軸線方向で隙間を空けた溝部（クリアランス）８が形成されている。言い換えれば、半径方向における外側で歯車片２，（３）とスペーサ６との間に円弧状の溝部８が三つ形成され、溝部８を形成して残った部分が突起部７とされている。つまり、スペーサ６の外周部に突起部７と溝部８とが形成され、スペーサ６の外周までの半径と、歯車片２，（３）の歯底と突起部７とが接触する部分までの半径とが異なる半径とされ、突起部７までの半径の方が長くなるように構成されている。また、その突起部７が形成されたスペーサ６は、全体として点対称形状にならないように形成され、すなわち、突起部７に対して回転中心軸線を中心とした反対側に溝部８が位置するように構成されている。そして、第１歯車片２とスペーサ６とは面接触するように構成され、同様に第２歯車片３とスペーサ６とはスペーサ６を挟んで第１歯車片２とは反対方向から面接触するように構成されている。さらに図１に示す例では突起部７と歯車片２，（３）の歯底とが、三箇所で接触するように構成されている。

したがって、第２歯車片３をスペーサ６を介して組み付けると、第１歯車片２と第２歯車片３とが一体となって回転する。また、トルク伝達時に、各歯４，５の歯面が接触することにより各歯車片２，３に作用する軸線方向の荷重を相殺させることができるように、第２歯車片３を回転軸に組み付けた後に、第２歯車片３を挟んで第１歯車片２とは反対側から、図示しないナットを回転軸に締め付けている。なお、各歯車片２，３に作用する軸線方向の荷重を相殺することができればよく、つまり、第２歯車片３と、第１歯車片２または回転軸とを軸線方向で一体化させることができればよい。そのため、上述したようにナットにより第２歯車片３を第１歯車片２との間に挟み付ける構成に限らず、例えばスナップリングによって第２歯車片３が、軸線方向において第１歯車片２から離隔しないように構成してもよい。

また上述した例では、第１歯車片２と第２歯車片３とスペーサ６が別体となって形成された例を示しているが、この山歯歯車１は第１歯車片２と第２歯車片３とスペーサ６とが一体に成形されてもよい。具体的には、第１歯車片２と第２歯車片３とスペーサ６とを一体に成形し、第１歯車片２の歯４と、第２歯車片３の歯５との捩れ方向が軸線方向に対して相反するように歯切りする。ついで、一体に成形された山歯歯車１のスペーサ６を図１に示すように均一の形状とならないように溝部８を後から加工する。すなわち、上述した例と同様の形状となるように、溝部８が突起部７に対して回転中心軸線を中心とした反対側に位置するように後から加工する。後述する例についても同様である。

上述したように、山歯歯車１は軸線方向に対するスラスト力を相殺することができる。その一方で、このような山歯歯車１は、固有振動や、噛み合い伝達誤差等による起振力によって、歯車の面外方向もしくは半径方向の共振によって、ギヤノイズが生じ過大となるおそれがある。そこで、この山歯歯車１では、共振周波数を低周波側に移動させるべく、第１歯車片２と第２歯車片３との間に円周方向に均一でない溝が形成されたスペーサ６が設けられている。

スペーサ６は上述したように、円周方向で間隔を空けて複数の突起部７が形成されている。また、その突起部７の回転中心軸線に対して反対側は溝部８とされ、スペーサ全体としての形状は、点対称にならない形状とされている。したがって、このように円周方向で均一でない形状のスペーサ６を第１歯車片２と第２歯車片３との間に配置、もしくは一体化して形成することにより、回転方向で山歯歯車１の撓みもしくは振動にバラツキが生じ、山歯歯車１の剛性を低減させることができる。これにより、例えばトルクが入力された際、共振周波数を低周波側に移動させることができる。共振周波数を低減させることは、言い換えれば固有振動数を低減させることであり、その固有振動数は、以下の式で示すことができる。
ｆ＝ω／２π ・・・（１）

なお、式（１）におけるｆは固有振動数を示し、ωは円振動数（角振動数）を示している。したがって、式（１）より円振動数ωの値を小さくすることにより固有振動数、すなわち共振周波数を低減させることができる。その円振動数ωは、以下の式で示すことができる。
ω＝λ^２／Ｒ^２・√Ｄ／ρｓ ・・・（２）

なお、式（２）におけるλは振動によって決まる無次元の定数を示し、Ｒは半径を示し、Ｄは円板の曲げ剛性を示し、ρｓは比重を示している。したがって、式（２）により曲げ剛性Ｄの値を低減させることにより、固有振動数、すなわち共振周波数を低減させることができる。

したがって、上述したように、円周方向でスペーサ６の外周部に突起部７と溝部８を形成することにより、曲げ剛性を低減させることができるため共振周波数を低減させることができる。これにより、ギヤノイズを抑制もしくは低減させることができる。また、このスペーサ６に形成された突起部７は上述した形状に限定されず、図３に示すような形状でもよい。

図３に示す例は、図１の構成に比べ、突起部７が大きく形成されている。具体的には、スぺーサ６の円周方向で、図１より大きい台形形状の突起部７が三つ形成されている。すなわち、図１に形成された台形形状の突起がより大きく形成されている。言い換えれば、円周方向で歯車片２，（３）とスペーサ６との間に、より大きな湾曲した溝部８が形成されている。そして、歯車片２，（３）の歯底と突起部７とが図１と同様に三箇所で接触している。これにより、山歯歯車１の剛性をより低減することができ、共振周波数をより低周波側に移動させることができ、ギヤノイズを抑制することができる。

さらに突起部７は図４，図５に示すように、円周方向で、不規則な形状により構成されてもよい。図４はスペーサ６に一つ突起部７を形成した例を示している。具体的には、図１に形成された三つの突起部７を一つのみ形成し、円周方向で不規則な形状とされている。すなわち、歯車片２，（３）の歯底と突起部７との接触は一箇所となるように形成されている。言い換えれば、円周方向で歯車片２，（３）とスペーサ６との間に、図１より大きな溝部８が連続的に形成され、ほぼ一つの円状もしくは環状な溝部８とされている。

また図５は、図１の例と同様に円周方向で台形形状の突起部７が三つ形成されているが、その突起部７がそれぞれが異なった形状もしくは大きさの形状とされている。具体的には、突起部７の円周方向における長さが、突起部７ａに比べて突起部７ｂの方が短く形成されて、さらに突起部７ｃは突起部７ｂより短く形成されている。すなわち突起部が、７ａ，７ｂ，７ｃの順で小さくなるように形成されている。つまり、それぞれの突起部が同様の大きさでなく、不規則な形状により形成されている。言い換えれば、円周方向で歯車片２，（３）とスペーサ６との間に、それぞれ異なった大きさからなる円弧状の溝部８が形成されている。

したがって、図４および図５のようにスペーサ６に不規則もしくは不均一な形状からなる突起部７および溝部８を形成することにより、より剛性を低減でき、低周波側に共振周波数を移動させることができる。また共振周波数を低減させることにより、共振を抑制することができ、その結果ギヤノイズを抑制もしくは低減することができる。

以上、上述したように、複数の実施例に基づいて説明したが、この発明は上述した例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更されてよい。

１…山歯歯車、 ２…第１歯車片、 ３…第２歯車片、 ４…第１外歯、 ５…第２外歯、 ６…スペーサ、 ７…突起部、 ８…溝部（クリアランス）。

Claims (1)

1. 軸線方向に対して所定方向に捩れた歯が外周部に形成された第１歯車片と、前記歯の捩れ方向とは反対方向に捩れた他の歯が外周部に形成された第２歯車片とを有し、前記第１歯車片と前記第２歯車片とが同一軸線上で互いに隣接しかつ一体となって回転するように配置された山歯歯車において、
   前記第１歯車片と前記第２歯車片との間の外周部には、前記第１歯車片と前記第２歯車片とに軸線方向で一体化された突起部と、半径方向において前記突起部と同一の位置に前記第１歯車片と前記第２歯車片とに軸線方向で隙間を空けた溝部とが形成され、
   前記突起部に対して、回転中心軸線を中心とした反対側には前記溝部が位置していることを特徴とする山歯歯車。

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