JP2019100495A - 歯車構造および歯車構造の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】歯車の騒音を改善する。【解決手段】歯車構造は、回転軸に接続される軸部３２と、軸部３２よりも径方向外側に設けられ、回転方向に配列された複数の噛合い面３４と、噛合い面３４と軸部３２との間に位置し、回転軸の軸方向の一方側と他方側とで剛性が異なる接続部３６と、を備える。駆動歯車１０の接続部３６および従動歯車２０の接続部４６の少なくとも一方において、軸方向の一方側と他方側とで剛性を異ならせることにより、歯車の騒音を改善することができる。【選択図】図４

Description

本発明は、歯車構造および歯車構造の製造方法に関する。

特許文献１には、駆動歯車および従動歯車の各インボリュート歯面形状に基づいて、駆動歯車および従動歯車の各噛合進行位置における噛合剛性値を演算することについて開示がある。

特開２００８−１７５６９４号公報

しかし、特許文献１では、噛合剛性値を演算する際に、歯車の歯以外の部位を含んだ歯車全体の剛性を考慮していない。したがって、演算した噛合剛性値に基づいて、歯車の騒音を改善させることが困難であった。

そこで、本発明は、歯車の騒音を改善する歯車構造および歯車構造の製造方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の歯車構造は、回転軸に接続される軸部と、前記軸部よりも径方向外側に設けられ、回転方向に配列された複数の噛合い面と、前記噛合い面と前記軸部との間に位置し、前記回転軸の軸方向の一方側と他方側とで剛性が異なる接続部と、を備える。

前記接続部は、肉薄部と、前記肉薄部よりも前記噛合い面側に位置し、前記肉薄部よりも前記軸方向の幅が大きく、前記軸方向の一方側と他方側とで径方向の厚みが異なる肉厚部と、を備えてもよい。

前記接続部は、肉薄部と、前記肉薄部よりも前記噛合い面側に位置し、前記肉薄部よりも前記軸方向の幅が大きく、前記軸方向の一方側に切り欠き部が形成された肉厚部と、を備えてもよい。

前記接続部は、肉薄部と、前記肉薄部よりも前記噛合い面側に位置し、前記肉薄部よりも前記軸方向の幅が大きく、前記軸方向の中心位置が、前記肉薄部の前記軸方向の中心位置と異なる肉厚部と、を備えてもよい。

駆動歯車と、前記駆動歯車に噛合する従動歯車と、を有し、前記駆動歯車は、前記軸方向の一方側から前記噛合い面が前記従動歯車の前記噛合い面に噛合い始め、前記接続部は、前記軸方向の一方側が他方側よりも剛性が低くてもよい。

駆動歯車と、前記駆動歯車に噛合する従動歯車と、を有し、前記従動歯車は、前記軸方向の一方側から前記噛合い面が前記従動歯車の前記噛合い面に噛合い始め、前記接続部は、前記軸方向の一方側が他方側よりも剛性が低くてもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の歯車構造の製造方法は、第１回転軸に接続される軸部と、前記軸部よりも径方向外側に設けられ、回転方向に配列された複数の噛合い面と、前記噛合い面と前記軸部との間に位置する接続部と、を備えた駆動歯車の剛性変動を有限要素法により演算するステップと、第２回転軸に接続される軸部と、前記軸部よりも径方向外側に設けられ、回転方向に配列された複数の噛合い面と、前記噛合い面と前記軸部との間に位置する接続部と、を備えた従動歯車の剛性変動を有限要素法により演算するステップと、前記駆動歯車の剛性変動の波形と、前記従動歯車の剛性変動の波形と、を合成した合成波形を生成するステップと、生成した前記合成波形に基づいて、前記駆動歯車および前記従動歯車のうち少なくとも一方の前記接続部の剛性を変更するステップと、を有する。

前記接続部の剛性を変更するステップは、前記回転軸の軸方向において、前記駆動歯車の歯と前記従動歯車の歯が噛み合う位置が前記回転軸に近い側の前記接続部の剛性を変更してもよい。

本発明によれば、歯車の騒音を改善することができる。

本実施形態の動力伝達機構を説明する図である。 比較例における駆動歯車および従動歯車の形状（基準形状）を説明する図である。 ＦＥＭにより演算された比較例における駆動歯車および従動歯車の剛性変動の波形を示す図である。 本実施形態における駆動歯車および従動歯車の概略断面図である。 ＦＥＭにより演算された駆動歯車および従動歯車の剛性変動の波形を示す図である。 第１変形例における駆動歯車および従動歯車の概略断面図である。 第２変形例における駆動歯車および従動歯車の概略断面図である。 第３変形例における駆動歯車および従動歯車の概略断面図である。 ＦＥＭにより演算された駆動歯車および従動歯車の剛性変動の波形を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

自動車（車両）は、原動機からの動力を車軸側に伝達する動力伝達機構においてさまざまな歯車が設けられている。歯車を用いた動力伝達機構の一例としては、自動車用変速機が挙げられる。本実施形態では、自動車用変速機における動力伝達機構について具体的に説明するが、本実施形態の動力伝達機構は、自動車用変速機以外にも適用可能であり、その用途が限定されるものではない。

図１は、本実施形態の動力伝達機構１を説明する図である。動力伝達機構１は、駆動歯車（歯車構造）１０と従動歯車（歯車構造）２０を有する。駆動歯車１０は、第１回転軸１２に支持され、第１回転軸１２と一体的に回転する。従動歯車２０は、第２回転軸２２に支持され、第２回転軸２２と一体的に回転する。本実施形態では、第１回転軸１２と第２回転軸２２は、平行に設けられる。駆動歯車１０と従動歯車２０は、互いに噛み合って一対の歯車対を形成している。

駆動歯車１０および従動歯車２０の噛合い部には、不図示の潤滑油供給ノズルにより潤滑油が供給される。潤滑油供給ノズルは、歯車対の噛込み側に設けられる。ただし、潤滑油供給ノズルは、歯車対の反噛込み側に設けられてもよい。また、潤滑油供給ノズルの向きを調整して、歯車対のいずれか一方の歯車に向けて潤滑油を供給するようにしてもよい。なお、本実施形態では、潤滑油供給ノズルを使用して潤滑油を供給する例を挙げたが、これに限定されず、例えば、飛沫潤滑や油浴潤滑等、潤滑油供給ノズルを使用しない他の潤滑油供給機構を使用して潤滑油を供給してもよい。

駆動歯車１０は、複数の歯１４を有する。駆動歯車１０は、例えば、はすば歯車である。複数の歯１４は、第１回転軸１２の回転方向（以下、単に回転方向という）に沿って円環状に形成される。複数の歯１４は、歯すじが第１回転軸１２の中心軸に対し傾斜している。複数の歯１４は、ねじれ方向が左で、所定のねじれ角を有する。

従動歯車２０は、複数の歯２４を有する。従動歯車２０は、例えば、はすば歯車である。複数の歯２４は、第２回転軸２２の回転方向に沿って円環状に形成される。複数の歯２４は、歯すじが第２回転軸２２の中心軸に対し傾斜している。複数の歯２４は、ねじれ方向が右で、所定のねじれ角を有する。

駆動歯車１０と従動歯車２０は、互いの歯１４、２４を噛み合わせて回転を伝達する。駆動歯車１０は、図１の矢印Ａ方向に回転し、従動歯車２０の図１の矢印Ｂ方向への回転を導く。本実施形態では、駆動歯車１０から従動歯車２０に回転（動力）を伝達している。

ここで、本実施形態では、動力伝達機構１に駆動歯車１０および従動歯車２０を組み込む前に、駆動歯車１０および従動歯車２０の歯１４、２４の噛合い剛性変動（以下、剛性変動という）を有限要素法（ＦＥＭ：Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ）により演算する。本実施形態では、不図示のコンピュータを用いて、ＦＥＭにより駆動歯車１０および従動歯車２０の噛合い剛性変動を演算する。ＦＥＭにより、歯車全体の剛性変動を演算することができる。ＦＥＭによれば、歯車の周方向（回転方向）だけでなく、歯車の軸方向および径方向の剛性変動を演算することができる。

以下、ＦＥＭにより演算される駆動歯車１０と従動歯車２０の剛性変動について説明する。ここでは、まず、駆動歯車１０および従動歯車２０の形状を、比較例である基準形状とした場合について説明する。図２は、比較例における駆動歯車１００および従動歯車２００の形状（基準形状）を説明する図である。図２（ａ）は比較例における駆動歯車１００の概略断面図を示し、図２（ｂ）は比較例における従動歯車２００の概略断面図を示す。図２（ｃ）は、図２（ａ）に示す駆動歯車１００の一点鎖線部分を抽出した図である。図２（ｄ）は、図２（ｂ）に示す従動歯車２００の一点鎖線部分を抽出した図である。

図２（ａ）に示すように、駆動歯車１００は、軸部３２と、複数の噛合い面３４と、接続部１３６とを備える。軸部３２は、円筒形状であり、第１回転軸１２に接続される。軸部３２の中心軸は、第１回転軸１２の中心軸と略一致する。複数の噛合い面３４は、複数の歯１４の歯先から複数の歯１４の歯元までの部位を指す。複数の噛合い面３４は、軸部３２よりも径方向外側に設けられ、回転方向に配列される。接続部１３６は、噛合い面３４と軸部３２との間に位置し、噛合い面３４（すなわち、複数の歯１４の歯元）と軸部３２とを接続する。

接続部１３６は、肉厚部１３６ａと、肉薄部１３６ｂとを有する。肉厚部１３６ａは、肉薄部１３６ｂよりも噛合い面３４側に位置し、肉薄部１３６ｂよりも軸方向の幅が大きい。肉厚部１３６ａは、噛合い面３４の第１回転軸１２における軸方向（以下、単に軸方向という）の幅と等しい幅を有する。ここで、等しい（同じ）とは、完全に等しい（同じである）場合と、許容誤差（加工精度や組付誤差等）の範囲内で完全に等しい（同じである）場合からずれている場合とを含む意味である。以下、等しい、あるいは、同じ、という記載は、上述した内容と同様の意味とする。肉薄部１３６ｂは、肉厚部１３６ａよりも軸部３２側に位置し、噛合い面３４および肉厚部１３６ａよりも軸方向の幅が小さい。接続部１３６の軸方向において、肉厚部１３６ａの中心位置は、肉薄部１３６ｂの中心位置と等しい。

図２（ｃ）に示すように、駆動歯車１００の噛合い面３４は、第１回転軸１２の軸方向の一方側における歯１４の歯元（図中右下）において、従動歯車２００の歯２４と噛合いを開始する（以下、噛合い始めという）。また、駆動歯車１００の噛合い面３４は、第１回転軸１２の軸方向の他方側における歯１４の歯先（図中左上）において、従動歯車２００の歯２４と噛合いを終了する（以下、噛合い終わりという）。

肉厚部１３６ａは、噛合い面３４における噛合い始め側（一方側）の厚さと、噛合い面３４における噛合い終わり側（他方側）の厚さが等しい。つまり、肉厚部１３６ａは、軸方向の一方側と他方側とで径方向の厚みが等しい。

図２（ｂ）に示すように、従動歯車２００は、軸部４２と、複数の噛合い面４４と、接続部４６とを備える。軸部４２は、円筒形状であり、第２回転軸２２に接続される。軸部４２の中心軸は、第２回転軸２２の中心軸と略一致する。複数の噛合い面４４は、複数の歯２４の歯先から複数の歯２４の歯元までの部位を指す。複数の噛合い面４４は、軸部４２よりも径方向外側に設けられ、回転方向に配列される。接続部４６は、噛合い面４４と軸部４２との間に位置し、噛合い面４４（すなわち、複数の歯２４の歯元）と軸部４２を接続する。

接続部４６は、肉厚部４６ａと、肉薄部４６ｂとを有する。肉厚部４６ａは、肉薄部４６ｂよりも噛合い面４４側に位置し、肉薄部４６ｂよりも軸方向の幅が大きい。肉厚部４６ａは、噛合い面４４の軸方向の幅と等しい幅を有する。肉薄部４６ｂは、肉厚部４６ａよりも軸部４２側に位置し、噛合い面４４および肉厚部４６ａよりも軸方向の幅が小さい。接続部４６の軸方向において、肉厚部４６ａの中心位置は、肉薄部４６ｂの中心位置と等しい。

図２（ｄ）に示すように、従動歯車２００の噛合い面４４は、第２回転軸２２の軸方向の一方側における歯２４の歯先（図中右下）において、駆動歯車１００の歯１４と噛合いを開始する。また、従動歯車２００の噛合い面４４は、第２回転軸２２の軸方向の他方側における歯２４の歯元（図中左上）において、駆動歯車１００の歯１４と噛合いを終了する。

肉厚部４６ａは、噛合い面４４における噛合い始め側（一方側）の厚さと、噛合い面４４における噛合い終わり側（他方側）の厚さが等しい。つまり、肉厚部４６ａは、軸方向の一方側と他方側とで径方向の厚みが等しい。

図３は、ＦＥＭにより演算された比較例における駆動歯車１００および従動歯車２００の剛性変動の波形を示す図である。縦軸はＦＥＭにより演算された剛性値（以下、単に剛性ともいう）を表し、横軸は噛合い進行方向を表す。ここで、剛性値とは、歯１４、２４（すなわち、噛合い面３４、４４）に荷重を付加した場合の荷重／変位量の値である。図３（ａ）では、駆動歯車１００の歯１４の噛合い始めから噛合い終わりまでの剛性変動の波形を示している。図３（ｂ）では、従動歯車２００の歯２４の噛合い始めから噛合い終わりまでの剛性変動の波形を示している。図３（ｃ）では、図３（ａ）に示す剛性変動の波形と図３（ｂ）に示す剛性変動の波形を合成した合成波形を示している。図３（ｄ）では、駆動歯車１００の複数の歯１４と従動歯車２００の複数の歯２４が連続して噛み合うときの複数の合成波形を示している。図３（ｅ）では、図３（ｄ）に示す複数の合成波形の包絡線を示している。

図３（ａ）に示すように、比較例における駆動歯車１００は、噛合い終わり側よりも噛合い始め側の方が剛性値が大きい。これは、図２（ｃ）に示すように、駆動歯車１００において、噛合い始めの位置が歯１４の歯元であるのに対し、噛合い終わりの位置が歯１４の歯先であるためである。一方、図３（ｂ）に示すように、比較例における従動歯車２００は、噛合い始め側よりも噛合い終わり側の方が剛性値が大きい。これは、図２（ｄ）に示すように、従動歯車２００において、噛合い始めの位置が歯２４の歯先であるのに対し、噛合い終わりの位置が歯２４の歯元であるためである。

この比較例における駆動歯車１００の剛性変動の波形と、比較例における従動歯車２００の剛性変動の波形を合成すると、図３（ｃ）に示す合成波形（以下、比較例の合成波形という）となる。図３（ｃ）に示すように、比較例の合成波形は、噛合い終わり側よりも噛合い始め側の方で剛性値が大きくなる部分を有する。したがって、図３（ｄ）に示す比較例の複数の合成波形から包絡線（以下、比較例の包絡線という）を導出すると、比較例の包絡線は、図３（ｅ）に示すように所定の振幅を有する。

この包絡線の振幅を小さくすることができれば、歯車の騒音を小さくする、すなわち、歯車の騒音を改善することができる。

そこで、本実施形態では、比較例における駆動歯車１００および従動歯車２００のうち、駆動歯車１００に着目し、図３（ｃ）に示す合成波形に基づいて、駆動歯車１００の形状（基準形状）を変更することで、歯車の騒音を改善することを目的とする。不図示のコンピュータは、駆動歯車１００の形状を変更する前に、まず、図３（ｃ）に示す合成波形に基づいて、駆動歯車１００の接続部１３６における剛性を変更する。例えば、不図示のコンピュータは、駆動歯車１００の接続部１３６における噛合い始め側の剛性を高く、あるいは、低くした場合における、合成波形（図３（ｃ））の変化度合いをシミュレートする。しかし、これに限定されず、不図示のコンピュータは、例えば、駆動歯車１００の接続部１３６における噛合い終わり側の剛性を高く、あるいは、低くした場合における、合成波形（図３（ｃ））の変化度合いをシミュレートしてもよい。

つぎに、不図示のコンピュータは、図３（ｃ）に示す合成波形が噛合い始めと噛合い終わりとの間で最も平坦形状に近づく波形となる、駆動歯車１００の接続部１３６における噛合い始め側（あるいは、噛合い終わり側）の剛性を導出する。その後、不図示のコンピュータは、導出した剛性に基づいて、寸法最適化ツールにより接続部１３６の最適な形状を導出する。ここで、例えば、寸法最適化ツールにより、接続部１３６の軸方向における噛合い始め側と噛合い終わり側のうち一方側の形状を変更する。このとき、駆動歯車１００の歯１４と従動歯車２００の歯２４が噛み合う位置（以下、噛合い位置という）と、第１回転軸１２との間の距離に応じて、上記一方側を決定するとよい。例えば、噛合い始め側における噛合い位置と第１回転軸１２との間の距離が、噛合い終わり側における噛合い位置と第１回転軸１２との間の距離よりも短い場合、上記一方側を噛合い始め側に決定するとよい。逆に、噛合い始め側における噛合い位置と第１回転軸１２との間の距離が、噛合い終わり側における噛合い位置と第１回転軸１２との間の距離よりも長い場合、上記一方側を噛合い終わり側に決定するとよい。噛合い位置が第１回転軸１２に近い側の接続部１３６の形状を変更することで、噛合い位置が第１回転軸１２から遠い側の接続部１３６の形状を変更するよりも、剛性の変化度合いを大きくすることができる。したがって、寸法最適化ツールにより接続部１３６の最適な形状を得やすくすることができる。以下、不図示のコンピュータにより導出された最適な形状を有する駆動歯車１０の形状について説明する。

図４は、本実施形態における駆動歯車１０および従動歯車２０の概略断面図である。図４（ａ）は本実施形態における駆動歯車１０の概略断面図を示し、図４（ｂ）は本実施形態における従動歯車２０の概略断面図を示す。図４（ｃ）は、図４（ａ）に示す駆動歯車１０の一点鎖線部分を抽出した図である。図４（ｄ）は、図４（ｂ）に示す従動歯車２０の一点鎖線部分を抽出した図である。ここで、本実施形態における従動歯車２０は、上記比較例における従動歯車２００と同じであるため、従動歯車２０についての詳細な説明は省略する。

図４（ａ）に示すように、駆動歯車１０は、軸部３２と、複数の噛合い面３４と、接続部３６とを備える。本実施形態における駆動歯車１０の軸部３２および噛合い面３４は、比較例における駆動歯車１００の軸部３２および噛合い面３４と同じである。しかし、本実施形態における駆動歯車１０は、比較例における駆動歯車１００に対し、接続部３６の形状が異なる。

接続部３６は、肉厚部３６ａと、肉薄部３６ｂとを有する。肉厚部３６ａは、肉薄部３６ｂよりも噛合い面３４側に位置し、肉薄部３６ｂよりも軸方向の幅が大きい。本実施形態において、肉厚部３６ａは、噛合い面３４の軸方向の幅と等しい幅を有する。肉薄部３６ｂは、肉厚部３６ａよりも軸部３２側に位置し、噛合い面３４および肉厚部３６ａよりも軸方向の幅が小さい。ここで、肉薄部３６ｂの軸方向の幅および径方向の高さは、比較例における肉薄部１３６ｂの軸方向の幅および径方向の高さと等しい。接続部３６の軸方向において、肉厚部３６ａの中心位置は、肉薄部３６ｂの中心位置と等しい。

図４（ｃ）に示すように、駆動歯車１０の噛合い面３４は、第１回転軸１２の軸方向の一方側における歯１４の歯元（図中右下）において、従動歯車２０の歯２４と噛合いを開始する。また、駆動歯車１０の噛合い面３４は、第１回転軸１２の軸方向の他方側における歯１４の歯先（図中左上）において、従動歯車２０の歯２４と噛合いを終了する。

図４（ａ）および図４（ｃ）に示すように、肉厚部３６ａは、噛合い面３４における噛合い始め側（一方側）の厚さよりも噛合い面３４における噛合い終わり側（他方側）の厚さの方が大きい。換言すれば、肉厚部３６ａは、噛合い面３４における噛合い始め側（一方側）の厚さが、噛合い面３４における噛合い終わり側（他方側）の厚さよりも小さい。このように、本実施形態の肉厚部３６ａは、軸方向の一方側と他方側とで径方向の厚みが異なる。

ここで、本実施形態における肉厚部３６ａの噛合い終わり側（他方側）の厚さは、比較例における肉厚部１３６ａの噛合い終わり側（他方側）の厚さと同じである。しかし、本実施形態における肉厚部３６ａの噛合い始め側（一方側）の厚さは、比較例における肉厚部１３６ａの噛合い始め側（一方側）の厚さよりも小さい。

図２（ａ）および図２（ｃ）に示すように、比較例の駆動歯車１００の接続部１３６は、軸方向の中心線に対して対称形状である。したがって、比較例の駆動歯車１００は、接続部１３６の噛合い始め側（一方側）と噛合い終わり側（他方側）の剛性が等しい。一方、図４（ａ）および図４（ｃ）に示すように、本実施形態の駆動歯車１０の接続部３６は、軸方向の中心線に対して非対称形状である。したがって、本実施形態の駆動歯車１０は、接続部３６の噛合い始め側（一方側）と噛合い終わり側（他方側）の剛性が異なっている。ここで、駆動歯車１０は、軸方向の一方側において噛合い面３４が従動歯車２０の噛合い面４４に噛合い始め、軸方向の他方側において噛合い面３４が従動歯車２０の噛合い面４４に噛合い終わるとする。このとき、接続部３６は、軸方向の一方側の剛性が他方側の剛性よりも低くなるように設定される。このように、本実施形態の駆動歯車１０では、接続部３６の一方側（噛合い始め側）が低剛性化されている。

図５は、ＦＥＭにより演算された駆動歯車１０、１００および従動歯車２０、２００の剛性変動の波形を示す図である。縦軸はＦＥＭにより演算された剛性値を表し、横軸は噛合い進行方向を表す。図５において、破線は本実施形態における駆動歯車１０および従動歯車２０の剛性変動を表し、実線は比較例における駆動歯車１００および従動歯車２００の剛性変動を表す。図５（ａ）では、駆動歯車１０、１００の歯１４の噛合い始めから噛合い終わりまでの剛性変動の波形を示している。図５（ｂ）では、従動歯車２０、２００の歯２４の噛合い始めから噛合い終わりまでの剛性変動の波形を示している。図５（ｃ）では、図５（ａ）に示す剛性変動の波形と図５（ｂ）に示す剛性変動の波形を合成した合成波形を示している。図５（ｄ）では、駆動歯車１０、１００の複数の歯１４と従動歯車２０、２００の複数の歯２４が連続して噛み合うときの複数の合成波形を示している。図５（ｅ）では、図５（ｄ）に示す複数の合成波形の包絡線を示している。なお、本実施形態の従動歯車２０と比較例の従動歯車２００が同じであるため、従動歯車２０の破線、および従動歯車２００の実線を重ねて示している。

図５（ａ）に示すように、本実施形態における駆動歯車１０の剛性は、噛合い始め側において、比較例における駆動歯車１００の剛性よりも低くなっている。これは、本実施形態の駆動歯車１０の肉厚部３６ａの噛合い始め側の厚さが、比較例の駆動歯車１００の肉厚部１３６ａの噛合い始め側の厚さより小さいためである。

本実施形態における駆動歯車１０の剛性変動の波形と、本実施形態における従動歯車２０の剛性変動の波形を合成すると、図５（ｃ）の破線で示す合成波形（以下、本実施形態の合成波形という）となる。また、図５（ｄ）の破線で示す本実施形態の複数の合成波形から包絡線を導出すると、図５（ｅ）の破線で示すような包絡線（以下、本実施形態の包絡線という）が得られる。

ここで、図５（ｅ）に示すように、本実施形態の包絡線（破線）の振幅は、比較例の包絡線（実線）の振幅より小さい。つまり、本実施形態の駆動歯車１０および従動歯車２０は、比較例である駆動歯車１００および従動歯車２００に対し、歯車の騒音を小さくすることができる。

（第１変形例）
上記実施形態では、接続部３６において、肉厚部３６ａの噛合い始め側（一方側）の厚さを、比較例における肉厚部１３６ａの噛合い始め側（一方側）の厚さよりも小さくし、接続部３６の噛合い始め側を低剛性化する例について説明した。第１変形例では、比較例における接続部１３６の噛合い始め側（一方側）に切り欠き溝（切り欠き部）を形成することで、接続部５６の噛合い始め側を低剛性化する。

図６は、第１変形例における駆動歯車５０および従動歯車２０の概略断面図である。図６（ａ）は第１変形例における駆動歯車５０の概略断面図を示し、図６（ｂ）は第１変形例における従動歯車２０の概略断面図を示す。図６（ｃ）は、図６（ａ）に示す駆動歯車５０の一点鎖線部分を抽出した図である。図６（ｄ）は、図６（ｂ）に示す従動歯車２０の一点鎖線部分を抽出した図である。なお、第１変形例における従動歯車２０は、上記実施形態における従動歯車２０と同じであるため、従動歯車２０についての詳細な説明は省略する。

図６（ａ）に示すように、駆動歯車５０は、軸部３２と、複数の噛合い面３４と、接続部５６とを備える。第１変形例における駆動歯車５０の軸部３２および噛合い面３４は、上記実施形態における駆動歯車１０の軸部３２および噛合い面３４と同じである。しかし、第１変形例における駆動歯車５０は、上記実施形態における駆動歯車１０に対し、接続部５６の形状が異なる。

接続部５６は、肉厚部５６ａと、肉薄部５６ｂとを有する。肉厚部５６ａは、肉薄部５６ｂよりも噛合い面３４側に位置し、肉薄部５６ｂよりも軸方向の幅が大きい。第１変形例において、肉厚部５６ａは、噛合い面３４の軸方向の幅と等しい幅を有する。肉薄部５６ｂは、肉厚部５６ａよりも軸部３２側に位置し、噛合い面３４および肉厚部５６ａよりも軸方向の幅が小さい。ここで、肉薄部５６ｂの軸方向の幅および径方向の高さは、比較例における肉薄部１３６ｂの軸方向の幅および径方向の高さと等しい。接続部５６の軸方向において、肉厚部５６ａの中心位置は、肉薄部５６ｂの中心位置と等しい。

肉厚部５６ａは、噛合い面３４における噛合い始め側（一方側）の厚さと、噛合い面３４における噛合い終わり側（他方側）の厚さが等しい。つまり、肉厚部５６ａは、軸方向の一方側と他方側とで径方向の厚みが等しい。

ここで、第１変形例における肉厚部５６ａの厚さは、軸方向における噛合い始め側と噛合い終わり側とで、比較例における肉厚部１３６ａの厚さと等しい。したがって、第１変形例における肉厚部５６ａの噛合い終わり側（他方側）の厚さは、上記実施形態における肉厚部３６ａの噛合い終わり側（他方側）の厚さと同じである。しかし、第１変形例における肉厚部５６ａの噛合い始め側（一方側）の厚さは、上記実施形態における肉厚部３６ａの噛合い始め側（一方側）の厚さよりも大きい。その代わりに、第１変形例における肉厚部５６ａは、噛合い始め側（一方側）に切り欠き溝５８を有する。切り欠き溝５８は、第１回転軸１２の回転方向に延在する。

第１変形例の駆動歯車５０では、肉厚部５６ａの噛合い始め側（一方側）に切り欠き溝５８を設けることで、接続部５６の噛合い始め側（一方側）と噛合い終わり側（他方側）の剛性を異ならせている。ここで、駆動歯車５０は、軸方向の一方側において噛合い面３４が従動歯車２０の噛合い面４４に噛合い始め、軸方向の他方側において噛合い面３４が従動歯車２０の噛合い面４４に噛合い終わるとする。このとき、接続部５６は、軸方向の一方側が他方側よりも剛性が低くなるように設定される。このように、第１変形例の駆動歯車５０では、接続部５６の一方側（噛合い始め側）が低剛性化されている。

第１変形例の駆動歯車５０および従動歯車２０によれば、上述した図５（ｅ）に示す上記実施形態の包絡線と同様の包絡線を得ることができる。したがって、図５（ｅ）に示すように、第１変形例の包絡線の振幅は、比較例の包絡線の振幅より小さくすることができる。その結果、第１変形例の駆動歯車５０および従動歯車２０は、比較例である駆動歯車１００および従動歯車２００に対し、歯車の騒音を小さくすることができる。

（第２変形例）
上記実施形態では、接続部３６において、肉厚部３６ａの噛合い始め側（一方側）の厚さを、比較例における肉厚部１３６ａの噛合い始め側（一方側）の厚さよりも小さくし、接続部３６の噛合い始め側を低剛性化する例について説明した。第２変形例では、肉厚部６６ａの軸方向の中心位置を、肉薄部６６ｂの軸方向の中心位置と異ならせることで、接続部６６の噛合い始め側を低剛性化する。

図７は、第２変形例における駆動歯車６０および従動歯車２０の概略断面図である。図７（ａ）は第２変形例における駆動歯車６０の概略断面図を示し、図７（ｂ）は第２変形例における従動歯車２０の概略断面図を示す。図７（ｃ）は、図７（ａ）に示す駆動歯車６０の一点鎖線部分を抽出した図である。図７（ｄ）は、図７（ｂ）に示す従動歯車２０の一点鎖線部分を抽出した図である。なお、第２変形例における従動歯車２０は、上記実施形態における従動歯車２０と同じであるため、従動歯車２０についての詳細な説明は省略する。

図７（ａ）に示すように、駆動歯車６０は、軸部３２と、複数の噛合い面３４と、接続部６６とを備える。第２変形例における駆動歯車６０の軸部３２および噛合い面３４は、上記実施形態における駆動歯車１０の軸部３２および噛合い面３４と同じである。しかし、第２変形例における駆動歯車６０は、上記実施形態における駆動歯車１０に対し、接続部６６の形状が異なる。

接続部６６は、肉厚部６６ａと、肉薄部６６ｂとを有する。肉厚部６６ａは、肉薄部６６ｂよりも噛合い面３４側に位置し、肉薄部６６ｂよりも軸方向の幅が大きい。第２変形例において、肉厚部６６ａは、噛合い面３４の軸方向の幅と等しい幅を有する。肉薄部６６ｂは、肉厚部６６ａよりも軸部３２側に位置し、噛合い面３４および肉厚部６６ａよりも軸方向の幅が小さい。ここで、肉薄部６６ｂの軸方向の幅および径方向の高さは、比較例における肉薄部１３６ｂの軸方向の幅および径方向の高さと等しい。

肉厚部６６ａは、噛合い面３４における噛合い始め側（一方側）の厚さと、噛合い面３４における噛合い終わり側（他方側）の厚さが等しい。つまり、肉厚部６６ａは、軸方向の一方側と他方側とで径方向の厚みが等しい。

ここで、第２変形例における肉厚部６６ａの厚さは、軸方向における噛合い始め側から噛合い終わり側まで、比較例における肉厚部１３６ａの厚さと等しい。したがって、第２変形例における肉厚部６６ａの噛合い終わり側（他方側）の厚さは、上記実施形態における肉厚部３６ａの噛合い終わり側（他方側）の厚さと同じである。しかし、第２変形例における肉厚部６６ａの噛合い始め側（一方側）の厚さは、上記実施形態における肉厚部３６ａの噛合い始め側（一方側）の厚さよりも大きい。その代わりに、第２変形例における肉薄部６６ｂの軸方向の中心位置は、肉厚部６６ａの軸方向の中心位置に対し、噛合い終わり側（他方側）に位置している（ずれている）。

第２変形例の駆動歯車６０では、肉薄部６６ｂの軸方向の中心位置を肉厚部６６ａの軸方向の中心位置から噛合い終わり側（他方側）にずらすことで、接続部６６の噛合い始め側（一方側）と噛合い終わり側（他方側）の剛性を異ならせている。ここで、駆動歯車６０は、軸方向の一方側において噛合い面３４が従動歯車２０の噛合い面４４に噛合い始め、軸方向の他方側において噛合い面３４が従動歯車２０の噛合い面４４に噛合い終わるとする。このとき、接続部６６は、軸方向の一方側が他方側よりも剛性が低くなるように設定される。このように、第２変形例の駆動歯車６０では、接続部６６の一方側（噛合い始め側）が低剛性化されている。

第２変形例の駆動歯車６０および従動歯車２０によれば、上述した図５（ｅ）に示す上記実施形態の包絡線と同様の包絡線を得ることができる。したがって、図５（ｅ）に示すように、第２変形例の包絡線の振幅は、比較例の包絡線の振幅より小さくすることができる。その結果、第２変形例の駆動歯車６０および従動歯車２０は、比較例である駆動歯車１００および従動歯車２００に対し、歯車の騒音を小さくすることができる。

（第３変形例）
上記実施形態では、接続部３６の噛合い始め側を低剛性化する例について説明した。第３変形例では、接続部７６の噛合い始め側を低剛性化せずに、接続部７６の噛合い終わり側を高剛性化する例について説明する。

図８は、第３変形例における駆動歯車７０および従動歯車２０の概略断面図である。図８（ａ）は第３変形例における駆動歯車７０の概略断面図を示し、図８（ｂ）は第３変形例における従動歯車２０の概略断面図を示す。図８（ｃ）は、図８（ａ）に示す駆動歯車７０の一点鎖線部分を抽出した図である。図８（ｄ）は、図８（ｂ）に示す従動歯車２０の一点鎖線部分を抽出した図である。なお、第３変形例における従動歯車２０は、上記実施形態における従動歯車２０と同じであるため、従動歯車２０についての詳細な説明は省略する。

図８（ａ）に示すように、駆動歯車７０は、軸部３２と、複数の噛合い面３４と、接続部７６とを備える。第３変形例における駆動歯車７０の軸部３２および噛合い面３４は、上記実施形態における駆動歯車１０の軸部３２および噛合い面３４と同じである。しかし、第３変形例における駆動歯車７０は、上記実施形態における駆動歯車１０に対し、接続部７６の形状が異なる。

接続部７６は、肉厚部７６ａと、肉薄部７６ｂとを有する。肉厚部７６ａは、肉薄部７６ｂよりも噛合い面３４側に位置し、肉薄部７６ｂよりも軸方向の幅が大きい。第３変形例において、肉厚部７６ａは、噛合い面３４の軸方向の幅と等しい幅を有する。肉薄部７６ｂは、肉厚部７６ａよりも軸部３２側に位置し、噛合い面３４および肉厚部７６ａよりも軸方向の幅が小さい。ここで、肉薄部７６ｂの軸方向の幅および径方向の高さは、比較例における肉薄部１３６ｂの軸方向の幅および径方向の高さと等しい。接続部７６の軸方向において、肉厚部７６ａの中心位置は、肉薄部７６ｂの中心位置と等しい。

肉厚部７６ａは、噛合い面３４における噛合い始め側（一方側）の厚さよりも噛合い面３４における噛合い終わり側（他方側）の厚さの方が大きい。換言すれば、肉厚部７６ａは、噛合い面３４における噛合い始め側（一方側）の厚さが、噛合い面３４における噛合い終わり側（他方側）の厚さよりも小さい。このように、第３変形例の肉厚部７６ａは、軸方向の一方側と他方側とで径方向の厚みが異なる。

ここで、第３変形例における肉厚部７６ａの噛合い始め側（一方側）の厚さは、比較例における肉厚部１３６ａの噛合い始め側（一方側）の厚さと等しい。しかし、第３変形例における肉厚部７６ａの噛合い終わり側（他方側）の厚さは、比較例における肉厚部１３６ａの噛合い終わり側（他方側）の厚さよりも大きい。

第３変形例の駆動歯車７０では、肉厚部７６ａの噛合い終わり側（他方側）の厚さを噛合い始め側（一方側）の厚さより大きくすることで、接続部７６の噛合い始め側（一方側）と噛合い終わり側（他方側）の剛性を異ならせている。ここで、駆動歯車７０は、軸方向の一方側において噛合い面３４が従動歯車２０の噛合い面４４に噛合い始め、軸方向の他方側において噛合い面３４が従動歯車２０の噛合い面４４に噛合い終わるとする。このとき、接続部７６は、軸方向の他方側が一方側よりも剛性が高くなるように設定される。このように、第３変形例の駆動歯車７０では、接続部７６の他方側（噛合い終わり側）が高剛性化されている。

図９は、ＦＥＭにより演算された駆動歯車７０、１００および従動歯車２０、２００の剛性変動の波形を示す図である。縦軸はＦＥＭにより演算された剛性値を表し、横軸は噛合い進行方向を表す。図９において、破線は第３変形例における駆動歯車７０および従動歯車２０の剛性変動を表し、実線は比較例における駆動歯車１００および従動歯車２００の剛性変動を表す。図９（ａ）では、駆動歯車７０、１００の歯１４の噛合い始めから噛合い終わりまでの剛性変動の波形を示している。図９（ｂ）では、従動歯車２０、２００の歯２４の噛合い始めから噛合い終わりまでの剛性変動の波形を示している。図９（ｃ）では、図９（ａ）に示す剛性変動の波形と図９（ｂ）に示す剛性変動の波形を合成した合成波形を示している。図９（ｄ）では、駆動歯車７０、１００の複数の歯１４と従動歯車２０、２００の複数の歯２４が連続して噛み合うときの複数の合成波形を示している。図９（ｅ）では、図９（ｄ）に示す複数の合成波形の包絡線を示している。なお、第３変形例の従動歯車２０と比較例の従動歯車２００が同じであるため、従動歯車２０の破線、および従動歯車２００の実線を重ねて示している。

図９（ａ）に示すように、第３変形例における駆動歯車７０の剛性は、噛合い終わり側において、比較例における駆動歯車１００の剛性よりも高くなっている。これは、第３変形例の駆動歯車７０の肉厚部７６ａの噛合い終わり側の厚さが、比較例の駆動歯車１００の肉厚部１３６ａの噛合い終わり側の厚さより大きいためである。

この第３変形例における駆動歯車７０の剛性変動の波形と、上記実施形態における従動歯車２０の剛性変動の波形を合成すると、図９（ｃ）の破線で示す合成波形（以下、第３変形例の合成波形という）となる。また、図９（ｄ）の破線で示す第３変形例の複数の合成波形から包絡線を導出すると、図９（ｅ）の破線で示すような包絡線（以下、第３変形例の包絡線という）が得られる。

ここで、図９（ｅ）に示すように、第３変形例の包絡線（破線）の振幅は、比較例の包絡線（実線）の振幅より小さい。つまり、第３変形例の駆動歯車７０および従動歯車２０は、比較例である駆動歯車１００および従動歯車２００に対し、歯車の騒音を小さくすることができる。

上述した上記実施形態および上記変形例では、比較例における駆動歯車１００の接続部１３６の形状を変更することで、接続部１３６の噛合い始め側を低剛性化、あるいは、噛合い終わり側を高剛性化させ、歯車の騒音を改善する例について説明した。しかし、これに限定されず、例えば、比較例における従動歯車２００の接続部４６の形状を変更することで、接続部４６の噛合い始め側を低剛性化、あるいは、噛合い終わり側を高剛性化させ、歯車の騒音を改善するようにしてもよい。

例えば、上記実施形態および上記変形例における従動歯車２０の接続部４６は、上記実施形態のように、肉厚部４６ａの噛合い始め側（一方側）の厚さを、比較例における肉厚部４６ａの噛合い始め側（一方側）の厚さより小さくしてもよい。また、上記実施形態および上記変形例における従動歯車２０の接続部４６は、第１変形例の駆動歯車５０ように、肉厚部４６ａの噛合い始め側（一方側）に切り欠き溝（切り欠き部）を形成してもよい。また、上記実施形態および上記変形例における従動歯車２０の接続部４６は、第２変形例の駆動歯車６０ように、肉薄部４６ｂの軸方向の中心位置を、肉厚部４６ａの軸方向の中心位置に対し、噛合い終わり側（他方側）にずらしてもよい。また、上記実施形態および上記変形例における従動歯車２０の接続部４６は、第３変形例の駆動歯車７０ように、肉厚部４６ａの噛合い終わり側（他方側）の厚さを、比較例における肉厚部４６ａの噛合い終わり側（他方側）の厚さよりも大きくしてもよい。

従動歯車２０の接続部４６の形状を、上記実施形態および上記変形例の駆動歯車（１０、５０、６０、７０）の接続部（３６、５６、６６、７６）のように変更することによっても、上述したように歯車の騒音を改善することができる。

また、比較例における駆動歯車１００の接続部１３６および従動歯車２００の接続部４６の両方の形状をバランスよく変更することで、歯車の騒音を改善するようにしてもよい。

以上説明したように、上記実施形態および上記変形例によれば、不図示のコンピュータは、まず、ＦＥＭにより駆動歯車１００および従動歯車２００、すなわち、基準形状における剛性変動を演算する。つぎに、駆動歯車１００の剛性変動の波形と、従動歯車２００の剛性変動の波形と、を合成した合成波形を生成する。そして、生成した合成波形に基づいて、駆動歯車１００および従動歯車２００のうち少なくとも一方の接続部１３６、４６の剛性を変更（調整）する。その後、変更した剛性に基づいて、寸法最適化ツールにより接続部１３６および接続部４６のうち少なくとも一方の最適な形状を導出する。これにより、接続部１３６および接続部４６の少なくとも一方の噛合い始め側を低剛性化、あるいは、噛合い終わり側を高剛性化させ、歯車の騒音を改善することができる。

以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例又は修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。

上記実施形態および上記変形例において、駆動歯車（１０、５０、６０、７０）および従動歯車２０は、はすば歯車である例について説明した。しかし、これに限定されず、駆動歯車および従動歯車は、ねじ歯車、やまば歯車、かさ歯車、スパイラルベベルギア、ハイポイドギヤなどの他の歯車であってもよく、駆動歯車および従動歯車の軸は平行でも斜交でもよい。

本発明は、歯車構造および歯車構造の製造方法に利用できる。

１０、５０、６０、７０ 駆動歯車（歯車構造）
２０ 従動歯車（歯車構造）
３２、４２ 軸部
３４、４４ 噛合い面
３６、４６、５６、６６、７６ 接続部

Claims (8)

1. 回転軸に接続される軸部と、
   前記軸部よりも径方向外側に設けられ、回転方向に配列された複数の噛合い面と、
   前記噛合い面と前記軸部との間に位置し、前記回転軸の軸方向の一方側と他方側とで剛性が異なる接続部と、
   を備える歯車構造。
2. 前記接続部は、
   肉薄部と、
   前記肉薄部よりも前記噛合い面側に位置し、前記肉薄部よりも前記軸方向の幅が大きく、前記軸方向の一方側と他方側とで径方向の厚みが異なる肉厚部と、
   を備える請求項１に記載の歯車構造。
3. 前記接続部は、
   肉薄部と、
   前記肉薄部よりも前記噛合い面側に位置し、前記肉薄部よりも前記軸方向の幅が大きく、前記軸方向の一方側に切り欠き部が形成された肉厚部と、
   を備える請求項１に記載の歯車構造。
4. 前記接続部は、
   肉薄部と、
   前記肉薄部よりも前記噛合い面側に位置し、前記肉薄部よりも前記軸方向の幅が大きく、前記軸方向の中心位置が、前記肉薄部の前記軸方向の中心位置と異なる肉厚部と、
   を備える請求項１に記載の歯車構造。
5. 駆動歯車と、前記駆動歯車に噛合する従動歯車と、を有し、
   前記駆動歯車は、
   前記軸方向の一方側から前記噛合い面が前記従動歯車の前記噛合い面に噛合い始め、
   前記接続部は、前記軸方向の一方側が他方側よりも剛性が低い
   請求項１から４のいずれか１項に記載の歯車構造。
6. 駆動歯車と、前記駆動歯車に噛合する従動歯車と、を有し、
   前記従動歯車は、
   前記軸方向の一方側から前記噛合い面が前記従動歯車の前記噛合い面に噛合い始め、
   前記接続部は、前記軸方向の一方側が他方側よりも剛性が低い
   請求項１から４のいずれか１項に記載の歯車構造。
7. 第１回転軸に接続される軸部と、前記軸部よりも径方向外側に設けられ、回転方向に配列された複数の噛合い面と、前記噛合い面と前記軸部との間に位置する接続部と、を備えた駆動歯車の剛性変動を有限要素法により演算するステップと、
   第２回転軸に接続される軸部と、前記軸部よりも径方向外側に設けられ、回転方向に配列された複数の噛合い面と、前記噛合い面と前記軸部との間に位置する接続部と、を備えた従動歯車の剛性変動を有限要素法により演算するステップと、
   前記駆動歯車の剛性変動の波形と、前記従動歯車の剛性変動の波形と、を合成した合成波形を生成するステップと、
   生成した前記合成波形に基づいて、前記駆動歯車および前記従動歯車のうち少なくとも一方の前記接続部の剛性を変更するステップと、
   を有する歯車構造の製造方法。
8. 前記接続部の剛性を変更するステップは、
   前記回転軸の軸方向において、前記駆動歯車の歯と前記従動歯車の歯が噛み合う位置が前記回転軸に近い側の前記接続部の剛性を変更する
   請求項７に記載の歯車構造の製造方法。

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