JP2017172632A - 歯車及び動力伝達機構 - Google Patents

Abstract

【課題】動力伝達機構の組み立てが簡単になる歯車及び動力伝達機構を提供する。【解決手段】駆動歯車１０は、歯面１３から突出または陥入する係合部１６を有する。係合部１６は、歯面１３において基準ピッチ円ＣＡと歯底円ＣＢとの間に配置されて、駆動歯車１０に噛み合う従動歯車２０の被係合部２６に係合する。【選択図】図４

Description

本発明は、歯車及び一対の歯車を含む動力伝達機構に関する。

歯車を介して回転動力を伝達する動力伝達機構が知られている。このような動力伝達機構では、動力伝達が効率よく行われるように、互いに噛み合わせる歯車の軸間距離が高精度に調整されて各歯車が配置される。歯車の歯の構造は、特許文献１または特許文献２に示されるように様々なものがあるが、歯の構造に関わらず、歯車の軸間距離の調整は必要である。

特開２０１３−３６５００号公報 特開２０１４−７７５０１号公報

しかし、歯車の軸間距離を高精度に調整することは手間がかかる。一方、歯車を支持する各部品の寸法精度を高めることにより、調整の手間を軽減することができるが、各部品の寸法精度を高めると各部品の製造コストが増大する。本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、動力伝達機構の組み立てが簡単になる歯車及び動力伝達機構を提供する。

（１）上記課題を解決する歯車は、駆動歯車であり、歯面から突出または陥入する係合部を有し、前記係合部は、前記歯面において基準ピッチ円と歯底円との間に配置されて、前記駆動歯車に噛み合う従動歯車の被係合部に係合する。

この構成によれば、駆動歯車と、被係合部を有する従動歯車とが噛み合わされる動力伝達機構において、駆動歯車の係合部と従動歯車の被係合部とが係合する。このとき、この係合に基づいて駆動歯車及び従動歯車が移動して、駆動歯車と従動歯車との間の中心軸間距離が調整される。すなわち、駆動歯車と従動歯車との噛み合いに基づいて駆動歯車と従動歯車との中心軸間距離が自動的に調整される。したがって、この駆動歯車によれば、動力伝達機構の組み立て時に、駆動歯車と従動歯車との間の中心軸間距離を高精度に調整する必要がないため、駆動歯車を含む動力伝達機構の組み立てが簡単になる。

（２）上記課題を解決する歯車は、従動歯車であり、歯面から突出または陥入する被係合部を有し、前記被係合部は、前記歯面において基準ピッチ円と歯先円との間に配置されて、前記従動歯車に噛み合う駆動歯車に係合部に係合する。

上述と同様の理由により、この従動歯車によれば、動力伝達機構の組み立て時に、駆動歯車と従動歯車との間の中心軸間距離を精確に設定する必要がないため、従動歯車を含む動力伝達機構の組み立てが簡単になる。

（３）上記課題を解決する動力伝達機構は、駆動歯車と、前記駆動歯車に噛み合う従動歯車とを有し、前記駆動歯車は、歯面から突出または陥入する係合部を有し、前記係合部は、前記歯面において基準ピッチ円と歯底円との間に配置されて、前記従動歯車の被係合部に係合し、前記従動歯車は、歯面から突出または陥入する前記被係合部を有し、前記被係合部は、前記歯面において基準ピッチ円と歯先円との間に配置されて、前記駆動歯車に前記係合部に係合し、前記駆動歯車と前記従動歯車とは互いに噛み合う。

この構成によれば、上述と同様の理由により、動力伝達機構の組み立て時に駆動歯車と従動歯車との間の中心軸間距離を精確に設定する必要がないため、動力伝達機構の組み立てが簡単になる。

（４）上記動力伝達機構において、前記駆動歯車の係合部及び前記従動歯車の被係合部は、歯幅に亘るように構成される。
上記構成によれば、歯面から陥入する係合部または被係合部は、歯の端面に開口する。このため、係合部または被係合部に潤滑油が溜まって滞ることが抑制され、潤滑油の流通が促進される。なお、この構成は、粘度が高い潤滑油が使われる動力伝達機構車に有用である。

上記歯車によれば、その歯車を有する動力伝達機構の組み立てが簡単になる。上記動力伝達機構は簡単に組み立てられる。

動力伝達機構の模式図。 駆動歯車の斜視図。 従動歯車の斜視図。 駆動歯車と従動歯車との噛み合い構造を示す模式図。 駆動歯車と従動歯車との噛み合い動作を示す模式図。 駆動歯車と従動歯車との噛み合い動作を示す模式図。

図１〜図６を参照して、動力伝達機構の一例を説明する。なお、図１〜図６に示される矢印（円弧を含む矢印）は、歯車の回転方向を示す。
図１に示されるように、動力伝達機構１は、ベース部材２と、ベース部材２に固定される第１支持部材３と、ベース部材２に固定される第２支持部材６と、駆動歯車１０と、駆動歯車１０に噛み合う従動歯車２０とを備える。

第１支持部材３は、締結部材５でベース部材２に取り付けられる。第１支持部材３には、駆動歯車１０に取り付けられる回転軸４を受ける軸受３ａが設けられる。第２支持部材６は、締結部材８でベース部材２に取り付けられる。第２支持部材６には、従動歯車２０に取り付けられる回転軸７を受ける軸受６ａが設けられる。

駆動歯車１０と従動歯車２０とは、それぞれの基準ピッチ円ＣＡ，ＣＤが接するように噛み合わされる。具体的には、駆動歯車１０の回転軸４が第１支持部材３の軸受３ａに挿通され、従動歯車２０の回転軸７が第２支持部材６の軸受６ａに挿通された状態で、第１支持部材３と第２支持部材６の位置が調整される。そして、この位置調整により、駆動歯車１０と従動歯車２０との噛み合いが適切となるようにされる。

駆動歯車１０には、モータ等の回転動力が伝達される。例えば、駆動歯車１０の回転軸４にモータ等の回転動力が直接または歯車を介して伝達される。従動歯車２０は、駆動歯車１０の回転に伴って回転する。

なお、以下では、実施形態の説明の簡略化のため、駆動歯車１０は、一方向（以下、これを「回転方向」という。）にだけ回転することとする。また、互いに噛み合っている２つの歯１２，２２の接点が、各歯車の中心点を通る中心線ＬＣ上にあるときの歯１２，２２の位置を「基準噛合位置」という（図６参照）。また、駆動歯車１０の基準ピッチ円ＣＡと従動歯車２０の基準ピッチ円ＣＤとが接するように適切に駆動歯車１０と従動歯車２０とが配置されているときの、駆動歯車１０の中心点と従動歯車２０の中心点との間の距離を「設定中心距離」という。また、駆動歯車１０の中心点と従動歯車２０の中心点との間の距離（以下、「中心軸間距離」という。）が設定中心距離に設定されているときの、駆動歯車１０及び従動歯車２０の位置を適正位置という。

図２及び図４を参照して、駆動歯車１０を説明する。
駆動歯車１０は、本体部１１と、本体部１１の周りに等間隔に配置される複数の歯１２とを備える。回転方向側の歯面１３には、基準ピッチ円ＣＡと歯底円ＣＢとの間に係合部１６が設けられている。

歯面１３の一部は、インボリュート曲線に沿うように構成される。例えば、歯面１３において係合部１６の径方向外方端から所定位置までの範囲が、インボリュート曲線に沿うように構成される。そして、歯面１３において所定位置よりも外側の範囲は、インボリュート曲線よりも内側に設定される曲線に沿うように構成される。このように回転方向側の歯面１３の一部がインボリュート曲線に沿うように構成されている場合、係合部１６の係合面１７は、歯面１３において、次の要件を充たす位置に配置される。すなわち、係合部１６の係合面１７の外形線（回転軸４方向からみた係合部１６の外形線）は、歯１２が基準噛合位置よりも上流側（すなわち噛合い前の位置）の所定の位置に配置されているときに、インボリュート曲線を構成するための２つの基礎円ＣＸ，ＣＹの共通接線ＬＡに交差する（図４参照）。

係合部１６は、従動歯車２０の被係合部２６に噛み合うように構成される。係合部１６は、回転方向側の歯面１３から突出または陥入するように構成される。
図２には、歯面１３から突出する係合部１６が示されている。回転軸４方向からみた係合部１６の外形は、曲線を含む。例えば、係合部１６において、歯面１３に接続される部分は、徐々に歯面１３に沿う曲線として構成される。係合部１６において歯面１３から最も離れている係合先端部１８は、弧状に構成される。係合部１６の高さは、駆動歯車１０と従動歯車２０との噛み合いが阻害されないように設定される。ここで、係合部１６の高さとは、歯面１３に平行であって係合部１６の係合先端部１８の１点で交わる線と、歯面１３との間の離間距離として規定される。

また、係合部１６は、歯幅に亘るように構成される。係合部１６が切削または成形により簡単に形成できるからである。係合部１６の係合面１７は、回転軸４に平行な複数の線が連続した連続面として構成される。

係合面１７は、第１面１７ａと第２面１７ｂとを有する。
第１面１７ａは、係合面１７における歯底側から係合先端部１８側までの部分であり、従動歯車２０の被係合部２６の第１面２７ａに接触する。

第２面１７ｂは、係合面１７における係合先端部１８側から歯先側までの部分であり、従動歯車２０の被係合部２６の第２面２７ｂに接触する。なお、係合面１７における第１面１７ａ及び第２面１７ｂ以外の部分は、従動歯車２０の係合面２７に接触しないことが好ましい。駆動歯車１０と従動歯車２０との円滑な回転を阻害しないようにするためである。

図３及び図４を参照して、従動歯車２０を説明する。
従動歯車２０は、本体部２１と、本体部２１の周りに等間隔に配置される複数の歯２２とを備える。回転方向と反対方向側（以下、「反回転方向側」という。）の歯面２４には、基準ピッチ円ＣＤと歯先円ＣＥとの間に被係合部２６が設けられている。

歯面２４の一部は、インボリュート曲線に沿うように構成される。例えば、歯面２４において被係合部２６の径方向内方端から歯底側の所定位置までの範囲が、インボリュート曲線に沿うように構成される。そして、歯面２４において被係合部２６の径方向外方端から歯先までの範囲は、インボリュート曲線よりも内側に設定される所定曲線に沿うように構成される。所定曲線は、駆動歯車１０の歯１２と従動歯車２０の歯２２との噛合いにおいて歯面２４が駆動歯車１０の係合部１６に接触しないように構成される。このように反回転方向側の歯面２４の一部がインボリュート曲線に沿うように構成されている場合、被係合部２６の係合面２７は、歯面２４において、次の要件を充たす位置に配置される。すなわち、被係合部２６の係合面２７の外形線（回転軸７方向からみた被係合部２６の外形線）は、歯２２が基準噛合位置よりも上流側（すなわち噛合い前の位置）の所定の位置に配置されているときに、インボリュート曲線を構成するための２つの基礎円ＣＸ，ＣＹの共通接線ＬＡに交差する（図４参照）。

被係合部２６は、駆動歯車１０の係合部１６に噛み合うように構成される。被係合部２６は、反回転方向側の歯面２４から突出または陥入するように構成される。なお、被係合部２６は、駆動歯車１０の係合部１６が突出するときには陥入するように構成され、逆に、駆動歯車１０の係合部１６が陥入するときには突出するように構成される。

図３には、歯面２４から陥入する被係合部２６が示されている。回転軸７方向からみた被係合部２６の外形は、曲線を含む。例えば、被係合部２６において、歯面２４に接続される部分は、徐々に歯面２４に沿う曲線として構成される。被係合部２６において歯面２４から最も離れている係合先端部２８（谷の最も深い部分）は、弧状に構成される。

また、被係合部２６は、歯幅に亘るように構成される。被係合部２６が切削または成形により簡単に形成できるからである。被係合部２６の係合面２７は、回転軸７に平行な複数の線が連続した連続面として構成される。

係合面２７は、第１面２７ａと第２面２７ｂとを有する。
第１面２７ａは、係合面２７における歯先側から係合先端部２８側までの部分であり、駆動歯車１０の係合部１６の第１面１７ａに接触する。

第２面２７ｂは、係合面２７における係合先端部２８側から歯底側までの部分であり、駆動歯車１０の係合部１６の第２面１７ｂに接触する。なお、係合面２７における第１面２７ａ及び第２面２７ｂ以外の部分は、駆動歯車１０の係合面１７に接触しないことが好ましい。駆動歯車１０と従動歯車２０との円滑な回転を阻害しないようにするためである。

図４を参照して、駆動歯車１０の係合部１６の係合面１７と従動歯車２０の被係合部２６の係合面２７との関係を説明する。
駆動歯車１０と従動歯車２０とが適正位置に配置されているとき、係合面２７の第１面２７ａは、駆動歯車１０の係合部１６と従動歯車２０の被係合部２６との噛み合い始めにおいて、駆動歯車１０の係合面１７の第１面１７ａに接触する。このとき、係合面２７の第２面２７ｂと駆動歯車１０の係合面１７の第２面１７ｂとの間には隙間（以下、「係合部間隙間ＳＸ」という。）が生じている（図４の実線参照）。

係合面２７の第２面２７ｂは、駆動歯車１０の係合部１６と従動歯車２０の被係合部２６との噛み合いの終わりにおいて、駆動歯車１０の係合面１７の第２面１７ｂに接触する。このとき、係合面２７の第１面２７ａと駆動歯車１０の係合面１７の第１面１７ａとの間には隙間（以下、「係合部間隙間ＳＹ」という。）が生じている。このような係合部間隙間ＳＸ，ＳＹが設けられるように係合部１６及び被係合部２６が構成されることで、駆動歯車１０と従動歯車２０とが円滑に回転する。

図５及び図６を参照して、駆動歯車１０と従動歯車２０との噛み合い動作を説明する。なお、ここでは、図５及び図６の矢印Ａの歯１２及び矢印Ｂの歯２２に着目して説明する。図５は、図４の縮小図であり、図４と同じ状態を示している。

駆動歯車１０の歯１２が、基準噛合位置に向かって移動すると、歯１２と、この歯１２に噛み合う歯２２とが互いに接近する。そして、歯１２の係合部１６が共通接線ＬＡ上に至ると、歯１２の係合部１６と歯２２の被係合部２６とが係合する（図５参照）。具体的には、係合部１６の第１面１７ａと被係合部２６の第１面２７ａとが接触する。このとき、駆動歯車１０と従動歯車２０との間の中心軸間距離が、設定中心距離よりも大きいとき、係合部１６の第１面１７ａと被係合部２６の第１面２７ａとの間の押圧力が大きくなる。このため、駆動歯車１０の歯１２には従動歯車２０側に向かう力が作用し、従動歯車２０の歯２２には駆動歯車１０側に向かう力が作用する。すなわち、駆動歯車１０と従動歯車２０との間に引力が作用する。この結果、駆動歯車１０と従動歯車２０との間の中心軸間距離が設定中心距離に近づく。

一方、駆動歯車１０と従動歯車２０との間の中心軸間距離が、上述の係合部間隙間ＳＸが無い状態になる程度に設定中心距離よりも小さいとき、係合部１６の第２面１７ｂと被係合部２６の第２面２７ｂとの間の押圧力が大きくなる。このため、駆動歯車１０の歯１２には従動歯車２０から離れる方向の力が作用し、従動歯車２０の歯２２には駆動歯車１０から離れる方向の力が作用する。すなわち、駆動歯車１０と従動歯車２０との間に斥力が作用する。この結果、駆動歯車１０と従動歯車２０との間の中心軸間距離が、設定中心距離に近づく。以上のように、駆動歯車１０の係合部１６と従動歯車２０の被係合部２６との係合により、駆動歯車１０と従動歯車２０との間の中心軸間距離が設定中心距離に近づき、駆動歯車１０及び従動歯車２０は適正位置に配置されるようになる。そして、駆動歯車１０及び従動歯車２０の位置の適正化は、駆動歯車１０の回転とともに生じる歯１２と歯２２の噛み合い毎に行われるため、駆動歯車１０及び従動歯車２０の回転中は、駆動歯車１０及び従動歯車２０の配置状態は適正位置で維持されるようになる。

図６に示されるように、駆動歯車１０の歯１２が基準噛合位置に位置すると、駆動歯車１０の歯面１３と従動歯車２０の歯面２４とが接触する。すなわち、回転力の伝達効率が高いところでは、駆動歯車１０の歯面１３と従動歯車２０の歯面２４とが接触する。

駆動歯車１０の歯１２と従動歯車２０の歯２２との噛み合い始めにおいて、上述したように係合部１６と被係合部２６との係合により駆動歯車１０と従動歯車２０とが適正位置に配置されるようになるため、その後、駆動歯車１０の歯面１３と従動歯車２０の歯面２４との接点は共通接線ＬＡ上を移動する。このようにして、駆動歯車１０から従動歯車２０へ回転動力が効率よく伝達される。

動力伝達機構１の作用を説明する。
上述のように、動力伝達機構１では、駆動歯車１０の歯１２と従動歯車２０の歯２２の噛み合いにおいて、駆動歯車１０の係合部１６と従動歯車２０の被係合部２６とが係合する。この係合により、駆動歯車１０と従動歯車２０とが適正位置に配置されるようになる。すなわち、駆動歯車１０と従動歯車２０とが回転することに基づいて自動的に駆動歯車１０の位置と従動歯車２０の位置が調整される。

本実施形態の効果を説明する。
（１）駆動歯車１０は、歯面１３から突出する係合部１６を有する。係合部１６は、歯面１３において基準ピッチ円ＣＡと歯底円ＣＢとの間に配置されて、従動歯車２０の被係合部２６に係合する。

この構成によれば、駆動歯車１０の係合部１６と従動歯車２０の被係合部２６とが係合する。このとき、この係合に基づいて駆動歯車１０及び従動歯車２０が移動して、駆動歯車１０と従動歯車２０との間の中心軸間距離が調整される。すなわち、駆動歯車１０と従動歯車２０との噛み合いに基づいて駆動歯車１０と従動歯車２０との中心軸間距離が自動的に調整される。したがって、この駆動歯車１０によれば、動力伝達機構１の組み立て時に、駆動歯車１０と従動歯車２０との間の中心軸間距離を高精度に調整する必要がないため、駆動歯車１０を含む動力伝達機構１の組み立てが簡単になる。

（２）従動歯車２０は、歯面２４から陥入する被係合部２６を有する。被係合部２６は、歯面２４において基準ピッチ円ＣＤと歯先円ＣＥとの間に配置されて、駆動歯車１０に係合部１６に係合する。上述と同様の理由により、この従動歯車２０によれば、動力伝達機構１の組み立て時に、駆動歯車１０と従動歯車２０との間の中心軸間距離を精確に設定する必要がないため、従動歯車２０を含む動力伝達機構１の組み立てが簡単になる。

（３）動力伝達機構１は、上述の駆動歯車１０と上述の従動歯車２０とを有する。この構成によれば、上述（１）及び（２）と同様の効果が得られる。
（４）動力伝達機構１において、駆動歯車１０の係合部１６及び従動歯車２０の被係合部２６は、歯幅にわたるように構成される。すなわち、被係合部２６は、歯２２の端面２５に開口する。このため、被係合部２６に潤滑油が溜まって滞ることが抑制され、潤滑油の流通が促進される。なお、この構成は、粘度が高い潤滑油が使われる動力伝達機構１に有用である。

＜その他の実施形態＞
・実施形態では、駆動歯車１０の係合部１６及び従動歯車２０の被係合部２６は、歯幅方向の一方の端面１５，２５から他方の端面１５，２５まで亘るように構成されているが、これを次のように変更することができる。

駆動歯車１０の係合部１６の両端（歯幅方向における両端）及び従動歯車２０の被係合部２６の両端（歯幅方向における両端）は、それぞれの歯１２，２２における両端よりも中心側に位置する。具体的には、駆動歯車１０の係合部１６は、歯幅方向（回転軸４に沿う方向）において歯１２の一方の端面１５よりも内側位置１０１から歯１２の他方の端面１５よりも内側位置１０２までの間に設けられる（図２参照）。同様に、従動歯車２０の被係合部２６は、歯幅方向（回転軸７に沿う方向）において歯２２の一方の端面２５よりも内側位置２０１から歯２２の他方の端面２５よりも内側位置２０２までの間に設けられる。すなわち、陥入構造とされる被係合部２６は、歯面にのみ開口し、端面２５に開口しない。すなわち、被係合部２６は孔構造となる。この構造では、潤滑剤が被係合部２６に溜まり易くなるため、潤滑剤不足が抑制される。この構成は、粘度が低い潤滑油が使われる動力伝達機構１に有用である。

なお、この技術は、次の技術思想として表現されることを付記する。すなわち、駆動歯車と、前記駆動歯車に噛み合う従動歯車とを有し、前記駆動歯車は、歯面から突出または陥入する係合部を有し、前記係合部は、前記歯面において基準ピッチ円と歯底円との間に配置されて、前記従動歯車の被係合部に係合し、前記従動歯車は、歯面から突出または陥入する前記被係合部を有し、前記被係合部は、前記歯面において基準ピッチ円と歯先円との間に配置されて、前記駆動歯車に前記係合部に係合し、前記駆動歯車と前記従動歯車とは互いに噛み合う、動力伝達機構であって、前記駆動歯車の係合部の両端及び前記従動歯車の被係合部の両端は、歯における両端よりも中心側に位置する。この構成により、上述したように、この構造では、潤滑剤が被係合部に溜まり易くなるため、潤滑剤不足が抑制される。

・実施形態では、実施形態の説明の簡略化のため、駆動歯車１０は一方向（以下、これを「回転方向」という。）にだけ回転する駆動歯車１０及び従動歯車２０に本技術を適用した例を説明しているが、本技術はこれに限定されない。例えば、本技術は、両方向に回転する駆動歯車１０及び従動歯車２０にも適用され得る。この場合、駆動歯車１０の両歯面１３，１４に係合部１６が設けられ、従動歯車２０の両歯面２３，２４に被係合部２６が設けられる。

・実施形態では、駆動歯車１０の回転軸４及び従動歯車２０の回転軸７は軸受３ａ，６ａで受けられているが、駆動歯車１０及び従動歯車２０の支持構造はこれに限定されない。例えば、駆動歯車１０は回転軸４に回転可能に取り付けられ得る。同様に、従動歯車２０は回転軸７に回転可能に取り付けられ得る。

１…動力伝達機構、２…ベース部材、３…第１支持部材、３ａ…軸受、４…回転軸、５…締結部材、６…第２支持部材、６ａ…軸受、７…回転軸、８…締結部材、１０…駆動歯車、１１…本体部、１２…歯、１３…歯面、１４…歯面、１５…端面、１６…係合部、１７…係合面、１７ａ…第１面、１７ｂ…第２面、１８…係合先端部、２０…従動歯車、２１…本体部、２２…歯、２３…歯面、２４…歯面、２５…端面、２６…被係合部、２７…係合面、２７ａ…第１面、２７ｂ…第２面、２８…係合先端部、ＣＡ…基準ピッチ円、ＣＢ…歯底円、ＣＤ…基準ピッチ円、ＣＥ…歯先円、ＣＸ…基礎円、ＣＹ…基礎円、ＬＣ…中心線、ＬＡ…共通接線、ＳＸ，ＳＹ…係合部間隙間、１０１，１０２，２０１，２０２…内側位置。

Claims (4)

1. 駆動歯車であり、歯面から突出または陥入する係合部を有し、前記係合部は、前記歯面において基準ピッチ円と歯底円との間に配置されて、前記駆動歯車に噛み合う従動歯車の被係合部に係合する、歯車。
2. 従動歯車であり、歯面から突出または陥入する被係合部を有し、前記被係合部は、前記歯面において基準ピッチ円と歯先円との間に配置されて、前記従動歯車に噛み合う駆動歯車に係合部に係合する、歯車。
3. 駆動歯車と、前記駆動歯車に噛み合う従動歯車とを有し、
   前記駆動歯車は、歯面から突出または陥入する係合部を有し、前記係合部は、前記歯面において基準ピッチ円と歯底円との間に配置されて、前記従動歯車の被係合部に係合し、
   前記従動歯車は、歯面から突出または陥入する前記被係合部を有し、前記被係合部は、前記歯面において基準ピッチ円と歯先円との間に配置されて、前記駆動歯車に前記係合部に係合し、
   前記駆動歯車と前記従動歯車とは互いに噛み合う、動力伝達機構。
4. 前記駆動歯車の係合部及び前記従動歯車の被係合部は、歯幅に亘るように構成される
   請求項３に記載の動力伝達機構。

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