JP2018135964A - フェースギア伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の装置では、強度上の問題となる噛み合い接触線長さの変動に関しては考慮されていなかった。
【解決手段】フェースギアＦとピニオンＰとを備えると共に、１歯の噛み合いと２歯の噛み合いとを繰り返すフェースギア伝達装置であって、フェースギアＦの歯面の外端側が、外端基準点Ｐ１と、歯面の歯先において外端部よりも内側の位置から歯先基準点Ｐ２に至る間の任意点Ｐ３とを線で結んだ連続形状であり、外端基準点Ｐ１が、歯面の外端部Ｆｂと１歯の噛み合い終了位置である噛み合い接触線Ｌｅとの交点であると共に、歯先基準点Ｐ２が、歯面の歯先と噛み合い進行線Ｌｓとの交点である構成とすることで、噛み合い進行に伴う噛み合い接触線長さの変動を抑制し、その変動に伴う衝撃を緩和してギア対の強度向上を実現する。
【選択図】図２

Description

本発明は、フェースギアとこれに噛み合うピニオンとを備えたフェースギア伝達装置に関するものである。

従来におけるフェースギア伝達装置としては、例えば、クラウン歯車とピニオンからなるギア組合せ体の名称で、特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載のギア組合せ体は、ピニオンの歯が、クラウン歯車の歯切り下げを縮減するためにクラウン歯車の半径方向において外側から内側に向かって漸増する圧力角を有する構成である。これにより、上記のギア組合せ体は、負荷がかかるクラウン歯車の歯面の半径方向内側への延長を可能にし、クラウン歯車の歯面の総重なり面積を有効に拡大する。

特許第４７１２０４７号公報

ところで、自動車の差動装置等を構成するギア対のように、ギア比の小さい（例えば２以下）フェースギア伝達装置では、フェースギアとピニオンとの噛み合い進行に伴う噛み合い接触線長さの変動が強度上の問題となる。しかし、従来のギア組合せ体では、クラウン歯車の歯面において、噛み合い接触線を延長し得るものの、噛み合い接触線長さの変動や、その変動に伴う衝撃に関しては考慮されていなかった。

本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたものであって、フェースギアとピニオンとの噛み合い進行に伴う噛み合い接触線長さの変動を抑制することができ、その変動に伴う衝撃を緩和してギア対の強度向上を実現することができるフェースギア伝達装置を提供することを目的としている。

本発明に係わるフェースギア伝達装置は、フェースギアとこれに噛み合うピニオンとを備えると共に、互いの１歯の噛み合いと、隣接する２歯の噛み合いとを連続的に繰り返すものである。このフェースギア伝達装置は、フェースギアの歯面の外端側が、歯面の外端部における外端基準点と、歯面の歯先において外端部よりも内側の位置から歯先基準点に至る間に設定した任意点とを線で結んだ連続形状である。

そして、フェースギア伝達装置は、前記外端基準点が、歯面の外端部と、１歯の噛み合い終了位置である噛み合い接触線との交点であると共に、前記歯先基準点が、歯面の歯先と、噛み合い進行線との交点である構成としており、上記構成をもって課題を解決するための手段としている。

本発明に係わるフェースギア伝達装置は、フェースギアの外端側が、実質的に、歯先を頂部とする面取り形状になる。これにより、フェースギア伝達装置は、隣接する２歯の噛み合いの間に、回転方向に先行する１歯の噛み合い接触線長さを次第に減少させて、２歯の噛み合い終了から１歯の噛み合い開始に移行する際の噛み合い接触線長さの急変を緩和する。

このようにして、フェースギア伝達装置は、フェースギアとピニオンとの噛み合い進行に伴う噛み合い接触線長さの総和の変動を抑制することができ、その変動に伴う衝撃を緩和してギア対の強度向上や高寿命化を実現することができる。

本発明のフェースギア伝達装置の第１実施形態を説明する斜視図である。 フェースギアの歯の側部断面図及び平面図である。 図２の構成に対して、任意点を内端側に設けた場合を示す側部断面図及び平面図である。 任意点を歯先基準点の位置に設けた構成を示す側部断面図及び平面図である。 噛み合い進行に伴う噛み合い接触線の変化を順次示す説明図（Ａ）〜（Ｄ）である。 噛み合い進行と噛み合い接触線長さの総和との関係を示すグラフである 本発明のフェースギア伝達装置の第２実施形態を説明する要部の側部断面図（Ａ）、及び噛み合い接触線長さの総和との関係を示すグラフ（Ｂ）である。 フェースギア伝達装置を適用した差動装置を説明する断面図である。

〈第１実施形態〉
図１に示すフェースギア伝達装置は、環状の歯列を有するフェースギアＦと、これに係合するピニオンＰとを備えており、双方の回転中心線が実質的に直交する構成である。一例として、フェースギアＦは、凸曲面状を成す歯面を有している。他方、ピニオンＰは、インボリュート歯形を有している。

また、フェースギア伝達装置は、例えば、２以下の比較的小さいギア比を有するものであり、後に詳述するが、１ピッチの間に、フェースギアＦ及びピニオンＰの互いの１歯（１歯同士）の噛み合いと、隣接する２歯（２歯同士）の噛み合いとを連続的に行い、それ以降、同様のピッチを繰り返すものである。なお、以下の説明では、フェースギアＦの内周側の端部を内端部Ｆａとし、外周側の端部を外端部Ｆｂとして説明する。

そして、フェースギア伝達装置は、図２〜図４に示すように、フェースギアＦの歯面の外端側が、歯面の外端部Ｆｂにおける外端基準点Ｐ１と、歯面の歯先において外端部Ｆｂよりも内側の位置から歯先基準点Ｐ２に至る間（外端部Ｆｂを含まない領域Ｑ）に設定した任意点Ｐ３とを線で結んだ連続形状である。これにより、フェースギアＦの歯の外端側（外端面）は、実質的に、歯先を頂部とする面取り形状になっている。

上記の外端基準点Ｐ１は、歯面の外端部Ｆｂと、１歯の噛み合い終了位置である噛み合い接触線Ｌｅとの交点である。また、上記の歯先基準点Ｐ２は、歯面の歯先と、噛み合い進行線Ｌｓとの交点である。噛み合い接触線Ｌｅ及び噛み合い進行線Ｌｓについては、後述する。

図２〜図４に示すフェースギアＦは、いずれも、外端基準点Ｐ１と任意点Ｐ３とを結ぶ線が、直線である。また、図２に示すフェースギアＦ（ＦＡ）は、外端部Ｆｂから歯先基準点Ｐ２に至る間において、歯先基準点Ｐ２から約３分の２程度の位置に、任意点Ｐ３を設定したものである。よって、任意点Ｐ３は、歯面の外端部Ｆｂよりも内側（内端部側）に位置している。

図３に示すフェースギアＦ（ＦＢ）は、外端部Ｆｂから歯先基準点Ｐ２に至る間において、歯先基準点Ｐ２から約３分の１程度の位置に、任意点Ｐ３を設定したものである。また、図４に示すフェースギアＦ（ＦＣ）は、歯先基準点Ｐ２と同位置に、任意点Ｐ３を設定したものである。よって、図３及び図４に示す任意点Ｐ３にあっても、歯面の外端部Ｆｂよりも内側（内端部側）に位置している。

フェースギア伝達装置では、フェースギアＦの各歯が放射状に配置され、これにピニオンＰが噛み合っている。このため、フェースギアＦの歯面におけるピニオンＰとの噛み合い接触線Ｌ（主に点線で示す）は、図２中に矢印で示すように、内端部Ｆａの歯元から歯先及び外端部Ｆｂに向けて、長さを増大させつつ連続的に移行する。また、噛み合い接触線Ｌは、歯元から歯先に向けて、歯丈方向に対する傾斜角が次第に減少し、歯先側では歯先とほぼ平行になる。

さらに、フェースギアＦの歯面は、図２中に灰色で示す１歯の噛み合い領域Ａ１を有している。また、同歯面は、１歯の噛み合い領域Ａ１の歯元側及び歯先側に、図２中に白色で示す２歯の噛み合い領域Ａ２，Ａ３を有している。

フェースギアＦの歯面において、１歯の噛み合い領域Ａ１とは、他の部分での噛み合いが存在しない状態で、ピニオンの１歯が接触する領域である。また、同歯面において、２歯の噛み合い領域Ａ２，Ａ３とは、回転方向に先行する歯面の歯先側にピニオンＰの１歯が接触する領域Ａ２と、回転方向の次の歯面における歯元側に、ピニオンＰの回転方向の次の１歯が接触する領域Ａ３である。

なお、回転方向に先行する歯面における噛み合い接触線（領域Ａ１の接触線）Ｌは、「上１歯の噛み合い接触線Ｌ」と言い換えることができる。また、回転方向の次の歯面における噛み合い接触線（領域Ａ３の接触線）Ｌは、「下１歯の噛み合い接触線Ｌ」と言い換えることができる。

フェースギアＦ及びピニオンＰの噛み合いは、回転を伴って連続的に行われるので、フェースギアＦの各歯面に、１歯の噛み合い領域Ａ１と、２歯の噛み合い領域Ａ２，Ａ３を定義することができる。そして、外側基準点Ｐ１を決定する噛み合い接触線Ｌｅは、図２〜図４中に実線で示すように、１歯の噛み合い領域Ａ１において、その歯先側の終了位置に相当する接触線である。

また、フェースギアＦの歯面における噛み合い進行線Ｌｓは、ピニオンＰとの接触中心を連続させた線である。フェースギア伝達装置は、先述したように、フェースギアＦの歯面が凸曲面状を成すと共に、ピニオンＰがインボリュート歯形を有している。

この場合、フェースギアＦにおける噛み合い接触線Ｌは、理論上の線である。実際には、フェースギアＦ及びピニオンＰの互いの歯面は、弾性変形を伴って、凸曲面の頂点を中心にした楕円の範囲で接触する。したがって、上記の噛み合い進行線Ｌｓは、ピニオンＰとの接触中心を噛み合い接触線Ｌの移行方向（図２中のの矢印方向）に連続させた線であり、概ね、各噛み合い接触線Ｌの中心部分を通る線である。

図５（Ａ）〜（Ｄ）は、噛み合い進行に伴う噛み合い接触線Ｌの変化を順次示す説明図である。図６は、図２〜図４に示すフェースギアＦ（ＦＡ〜ＦＣ）について、噛み合い進行と噛み合い接触線長さの総和との関係を示すグラフである。なお、図２〜図４に示すいずれのフェースギアＦ（ＦＡ〜ＦＣ）でも、噛み合い進行に伴って噛み合い接触線Ｌが同様に変化するが、図５（Ａ）〜（Ｄ）には、代表例として、図４に示すフェースギアＦ（歯先基準点Ｐ２と同位置に任意点Ｐ３を設定したもの）を示している。

フェースギア伝達装置は、図５（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、１ピッチの間に、１歯の噛み合いと、隣接する２歯の噛み合いとを連続的に行い、その間、図６に示すように、噛み合い接触線長さの総和が変化する。なお、図５（Ａ）〜（Ｄ）に示す上段の歯Ｆ１は、回転方向に先行する歯であり、下段のＦ２は、回転方向の次の歯である。この場合、回転方向とは、フェースギアＦとピニオンＰとの相対的な回転方向である。

フェースギア伝達装置は、図５（Ａ）に示すように、２歯の噛み合いを開始した直後（Ｔ１直後）において、上段の歯Ｆ１では、歯先側の２歯の噛み合い領域Ａ２に、相対的に長い噛み合い接触線Ｌ１、つまり、上１歯の噛み合い接触線Ｌ１が存在する。また、下段の歯Ｆ２では、歯元側の２歯の噛み合い領域Ａ３に、相対的に短い噛み合い接触線Ｌ２、つまり、下１歯の噛み合い接触線Ｌ２が存在する。よって、図６に示す噛み合い接触線長さの総和は、双方の噛み合い接触線Ｌ１，Ｌ２の長さの和である。

上記の２歯の噛み合いの間は、上段の歯Ｆ１の噛み合い接触線（上１歯の噛み合い接触線）Ｌ１が徐々に短くなると共に、下段の歯Ｆ２の噛み合い接触線（下１歯の噛み合い接触線）Ｌ２が徐々に長くなり、全体として、噛み合い接触線の長さの総和は漸減する。

次に、図５（Ｂ）に示すように、２歯の噛み合いを終了する時点Ｔ２においては、上段の歯Ｆ１では、歯先に噛み合い接触線Ｌ１が存在する。また、下段の歯Ｆ２では、歯元側に噛み合い接触線Ｌ２が存在する。

２歯の噛み合いが終了すると、上段の歯Ｆ１の噛み合いがなくなると共に、図５（Ｃ）に示すように、下段の歯Ｆ１において、１歯の噛み合い領域（図２中の符号Ａ１）での１歯の噛み合いが開始される。

１歯の噛み合いの間は、先述したように、下１歯の噛み合い接触線Ｌ２の長さが次第に増大するので、総和（上１歯はゼロ）も増大する。この１歯の噛み合いは、図５（Ｄ）に示すように、外端基準点Ｐ１を決定する終了位置の噛み合い接触線Ｌｅで終了する

ここで、図２〜図５中には、外端側に面取り形状の無い比較例の歯Ｆｄを仮想線で示している。この比較例の歯Ｆｄは、２歯の噛み合いの間では、図６中に点線で示すように、噛み合い接触線長さの総和が漸減する。

しかし、比較例の歯Ｆｄは、歯先を外端部Ｆｂまで有しているので、相対的に長い上１歯の噛み合い接触線Ｌ１の全てが歯面の外端部まで存在する。このため、比較例の歯Ｆｄでは、２歯の噛み合いから１歯の噛み合いに移行した瞬間（図５中のＴ２）、すなわち、下１歯の噛み合い接触線Ｌ２のみでの噛み合いになった瞬間、噛み合い接触線長さの総和が急激に大きく減少し、下１歯の噛み合い接触線Ｌ２に大きな負荷が集中する。

これに対して、図２〜図４に示すフェースギアＦ（ＦＡ〜ＦＣ）は、外端側が、いわゆる面取り形状を成しているので、回転方向に先行する上１歯の噛み合い接触線Ｌ１の長さが比較例の場合よりも短くなる。加えれば、フェースギアＦ（ＦＡ〜ＦＣ）は、外端側を面取り形状にすることで、角が無い分だけ、上１歯の噛み合い接触線Ｌ１の長さが短くなる。他方、下１歯の噛み合い接触線Ｌ２の長さは漸増する。このため、フェースギアＦ（ＦＡ〜ＦＣ）では、噛み合い接触線長さの総和が、比較例の歯Ｆｄよりも大きい割合で減少する。

その結果、上記のフェースギアＦは、２歯の噛み合いから１歯の噛み合いに移行した瞬間（Ｔ２）において、噛み合い接触線長さの総和の減少量（高低差）が小さくなり、減少量の急変が緩和される。これにより、上記のフェースギアＦは、１歯の噛み合いに移行した際、下１歯の接触線Ｌ２に対する負荷を軽減し、噛み合い接触線長さの変動に伴う衝撃を低減する。

より具体的には、図２に示すフェースギアＦ、すなわち歯先基準点Ｐ２から約３分の２程度の位置に任意点Ｐ３を設定したフェースギアＦＡでは、２歯の噛み合いから１歯の噛み合いに移行した際に、比較例の歯Ｆｄよりも噛み合い接触線長さの総和の変動（減少量）が小さくなる。

また、図３に示すフェースギアＦ、すなわち歯先基準点Ｐ２から約３分の１程度の位置に任意点Ｐ３を設定したフェースギアＦＢでは、２歯の噛み合いから１歯の噛み合いに移行した際に、噛み合い接触線長さの総和の変動（減少量）がさらに小さくなる。

さらに、図４に示すフェースギアＦ、すなわち歯先基準点Ｐ２に任意点Ｐ３を設定したフェースギアＦＣでは、２歯の噛み合いの間に、噛み合い接触線長さの総和が下限値まで減少する。これにより、上記のフェースギアＦＣでは、２歯の噛み合いから１歯の噛み合いに移行した際に、噛み合い接触線長さの総和の急変が解消される。

以上のように、フェースギア伝達装置は、フェースギアＦの歯面の外端側を、外端基準点Ｐ１と、外端部Ｆｂよりも内側の位置から歯先基準点Ｐ２に至る間に設定した任意点Ｐ３とを線で結んだ連続形状としている。これにより、フェースギアＦは、実質的に、外端側が歯先を頂部とする面取り形状になり、隣接する２歯の噛み合いの間に、回転方向に先行する上１歯の噛み合い接触線長さを減少させて、２歯の噛み合い終了から１歯の噛み合い開始に移行する際の噛み合い接触線長さの急変を緩和する。

このようにして、フェースギア伝達装置は、フェースギアＦとピニオンＰとの噛み合い進行に伴う噛み合い接触線長さの変動を抑制することができ、その変動に伴う衝撃を緩和してギア対の強度向上や長寿命化を実現することができる。

また、フェースギア伝達装置は、フェースギアＦの外端部Ｆｂに外端基準点Ｐ１を設定するに際し、１歯の噛み合い終了位置である噛み合い接触線Ｌｅとの交点としたので、１歯の噛み合いの終わりである噛み合い接触線長さを確保することができ、強度の維持を図ることができる。

さらに、フェースギア伝達装置は、フェースギアＦとピニオンＰとの噛み合い進行に伴う噛み合い接触線長さの変動を抑制することで、噛み合い接触線の長さを延長したり、噛み合いの総重なり面積を拡大したりせずに、ギア対の強度向上を実現する。よって、フェースギア伝達装置は、フェースギアＦの大型化や重量増大を招くことなく、機械的強度の向上や長寿命化を図ることができるので、小型軽量化が求められる自動車用差動装置等のギア対への適用に優れている。

さらに、フェースギア伝達装置は、歯面の歯先において外端部Ｆｂよりも内側の位置から歯先基準点Ｐ２に至る間に設定する任意点Ｐ３を、歯先基準点Ｐ２と同位置に設定することにより、噛み合い接触線長さの総和の急変を解消することができ、２歯の噛み合い終了から１歯の噛み合い開始に移行する際の衝撃を大幅に緩和し得る。

さらに、フェースギア伝達装置は、フェースギアＦの歯面の外端側を、外端基準点Ｐ１と、任意点Ｐ３とを直線で結んだ連続形状にしているので、上記した各効果のほか、フェースギアＦの軽量化を図ることができると共に、加工も容易である。

〈第２実施形態〉
図７は、本発明に係わるフェースギア伝達装置の第２実施形態を説明する図である。なお、第１実施形態と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図７（Ａ）に示すフェースギアＦは、歯面の外端側が、外端基準点Ｐ１と、任意点Ｐ３とを線で結んだ連続形状であり、その線が曲線である。この曲線は、歯先側で凸状の曲線であると共に、外端側で凹状の曲線であり、これらは例えば放物線である。これにより、フェースギアＦの外端面は、実質的に、歯先を頂点とする曲面の面取り形状になる。また、この実施形態では、任意点Ｐ３が、歯先基準点Ｐ２と同位置に設定してある。

上記構成を備えたフェースギア伝達装置は、図７（Ｂ）に示すように、２歯の噛み合いの間において、噛み合い接触線長さの総和が、上記曲線に対応して減少する。とくに、噛み合い開始後の範囲と、噛み合い終了前の範囲とでは、噛み合い接触線長さの総和が、緩やかに減少する。

なお、図６（Ｂ）には、噛み合い接触線長さの変化を比較するために、第１実施形態で説明した比較例のフェースギアＦｄを細い点線で示し、第１実施形態の図４で説明したフェースギアＦＡを太い点線で示している。

これにより、フェースギア伝達装置は、外端基準点Ｐ１と任意点Ｐ３とを結ぶ線を曲線にしているので、２歯の噛み合い終了から１歯の噛み合い開始に移行する際の噛み合い接触線長さの変動を滑らかに抑制することができる。

また、この実施形態では、任意点Ｐ３と歯先基準点Ｐ２とが同位置であるから、２歯の噛み合いの間に、噛み合い接触線長さの総和が下限値まで減少する。これにより、上記のフェースギアＦでは、２歯の噛み合いから１歯の噛み合いに移行した際に、噛み合い接触線長さの総和の急変が解消される。

〈第３実施形態〉
図８は、先の各実施形態に示すフェースギア伝達装置を適用した差動装置を説明する図である。差動装置は、リングギア１１と、これに組み合わせたデフケース１２との間に、相対向する一対のサイドギア１３，１３を配置すると共に、両サイドギア１３，１３に係合する２つのピニオン１４，１４を配置している。

すなわち、フェースギア伝達装置は、フェースギア（Ｆ）がサイドギア１３であると共に、ピニオン（Ｐ）が、サイドギア１３に噛み合うピニオン１４である。

リングギア１１は、車軸孔１５と同軸上に一方のサイドギア１３を備え、図示しないプロペラシャフトの歯車に係合すると共に、車軸孔１５に取り付けた一方の車軸とサイドギア１３とを連結する。デフケース１２は、車軸孔１６と同軸上に他方のサイドギア１３を備えを備え、車軸孔１６に取り付けた他方の車軸とサイドギア１３とを連結する。各ピニオン１４は、デフケース１２に設けた夫々のピニオンシャフト１７，１７により回転自在に保持されている。

差動装置は、周知のように、プロペラシャフトの回転を左右の車軸に伝達し、車両が旋回する際に左右の車軸の回転を変化させる。このとき、フェースギア伝達装置は、サイドギア１３（Ｆ）とピニオン１４（Ｐ）とが、互いの１歯の噛み合いと、隣接する２歯の噛み合いとを連続的に繰り返す。

その際、フェースギア伝達装置は、噛み合い進行に伴う噛み合い接触線長さの変動を抑制して、その変動に伴う衝撃を緩和するので、差動装置におけるギア対の強度向上、長寿命化、及び小型軽量化などに貢献することができる。

本発明に係わるフェースギア伝達装置は、その構成が上記各実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の細部を適宜変更することが可能であり、差動装置以外の適用も当然可能である。また、フェースギア伝達装置を構成するフェースギアＦ及びピニオンＰは、ＮＣマシンによる切削加工や、鍛造等の方法により製造することができる。

Ｆ フェースギア
Ｆａ 歯面の内端部
Ｆｂ 歯面の外端部
Ｐ ピニオン
Ｐ１ 外端基準点
Ｐ２ 歯先基準点
Ｐ３ 任意点
Ｌ 噛み合い接触線
Ｌ１ 上１歯の噛み合い接触線
Ｌ２ 下１歯の噛み合い接触線
Ｌｅ 噛み合い終了位置の噛み合い接触線
Ｌｓ 噛み合い進行線
１３ サイドギア（フェースギア）
１４ ピニオン

Claims (5)

1. フェースギアとこれに噛み合うピニオンとを備えると共に、
   互いの１歯の噛み合いと、隣接する２歯の噛み合いとを連続的に繰り返すフェースギア伝達装置であって、
   フェースギアの歯面の外端側が、歯面の外端部における外端基準点と、歯面の歯先において外端部よりも内側の位置から歯先基準点に至る間に設定した任意点とを線で結んだ連続形状であり、
   前記外端基準点が、歯面の外端部と、１歯の噛み合い終了位置である噛み合い接触線との交点であると共に、
   前記歯先基準点が、歯面の歯先と、噛み合い進行線との交点であることを特徴とするフェースギア伝達装置。
2. 前記任意点が、歯先基準点と同位置であることを特徴とする請求項１に記載のフェースギア伝達装置。
3. フェースギアの歯面の外端側が、外端基準点と、任意点とを直線で結んだ連続形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載のフェースギア伝達装置。
4. フェースギアの歯面の外端側が、外端基準点と、任意点とを曲線で結んだ連続形状であって、
   前記曲線が、歯先側で凸状の曲線であると共に、外端側で凹状の曲線であることを特徴とする請求項１又は２に記載のフェースギア伝達装置。
5. 前記フェースギアが、差動装置を構成するサイドギアであると共に、
   前記ピニオンが、サイドギアに噛み合うピニオンであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のフェースギア伝達装置。

Images