JP2022129858A - シザースギア - Google Patents

Abstract

【課題】ギアラトルを抑え、かつ、振動レベルの悪化を抑えることが可能なシザースギアを提供する。【解決手段】シザースギアは、軸回りに回転可能なメインギアと、メインギアと同一の軸方向に配置され、メインギアに対して相対回転可能なサブギアと、両端部を有し、両端部の一方の端部がメインギアおよびサブギアのうちの一方のギアを回転方向一側へ付勢し、両端部の他方の端部がメインギアおよびサブギアの他方のギアを回転方向他側へ付勢する付勢部材と、を備えるシザースギアであって、一方のギアおよび一方の端部のうちの一方は、軸方向と直交する方向である径方向へ凹入または径方向へ凸出する係合部を有し、一方のギアおよび一方の端部のうちの他方は、一方のギアを回転方向一側へ付勢する付勢力が所定値以内である場合、係合部に係合し、かつ、付勢力が所定値を超える場合、係合部から離脱する被係合部を有する。【選択図】図１

Description

本開示は、シザースギアに関する。

商業用車両のディーゼルエンジンでは、耐久信頼性の観点から動弁系や補機の駆動にタイミングギア（ギアによる駆動伝達機構）が採用されている。ギアによる駆動伝達機構では、ギア対の噛み合い歯面（以下、歯表面）を接触させている場合の、反噛み合い歯面（歯背面）間にはバックラッシュと呼ばれる円周方向のクリアランスが存在する。駆動トルクが変動する場合、ギアの回転が加減速し、ギア対の相対周速度が変化する。これにより、歯表面の解離、衝突が発生する。この現象をギアラトルと呼ぶ。ギアラトルによって発生する騒音をギアラトル音（以下、ラトル音）と呼ぶ。

ラトル音を低減するために、バックラッシュを縮小する方法や、シザースギアが採用される。シザースギアは、メインギアと、サブギアと、メインギアを回転方向一側に付勢し、サブギアを回転方向他側に付勢するバネとを有し、バネの付勢力によって、噛み合う相手ギアをメインギアとサブギアとで回転方向両側から挟み込むことで、ギア対の相対運動を抑制する（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００４－２３２８２５号公報

ところで、バネのバネ定数を増加させると、相手ギアと解離、衝突を抑制する効果が向上するが、反面、歯表面接触の抵抗が増加し、摩擦損失が増加する場合がある。また、バネとバネを止める部品（例えば、ピン）との間の接触抵抗が増加し、耐久信頼性が低下する。

また、駆動トルクが一定でない駆動伝達機構で用いられるシザースギアでは、運転状態によってはギアラトルを抑制できないどころか、振動レベルが悪化することが実験により明らかになった。バネ定数が相手ギアとの解離を抑制するのに十分な設定になっていない条件では、正の駆動トルクとは反対の負の駆動トルクが作用すると、サブギアが相手ギアから受ける力によって開かれる。このとき、バネの付勢力による緩衝効果でメインギアの歯背面と相手ギアの歯背面との衝突力は低減される。しかしながら、その後、駆動トルクが負から正に反転すると、相手ギアの歯表面がメインギアの歯表面と再衝突する。このとき、バネの復元力が加わることで、衝突エネルギが増幅されて、シザースギアを設けていない状態より振動レベルが悪化する。

本開示の目的は、ギアラトルを抑え、かつ、振動レベルの悪化を抑えることが可能なシザースギアを提供することである。

上記の目的を達成するため、本開示におけるシザースギアは、
軸回りに回転可能なメインギアと、
前記メインギアと同一の軸方向に配置され、前記メインギアに対して相対回転可能なサブギアと、
両端部を有し、前記両端部の一方の端部が前記メインギアおよび前記サブギアのうちの一方のギアを回転方向一側へ付勢し、前記両端部の他方の端部が前記メインギアおよび前記サブギアの他方のギアを回転方向他側へ付勢する付勢部材と、
を備えるシザースギアであって、
前記一方のギアおよび前記一方の端部のうちの一方は、前記軸方向と直交する方向である径方向へ凹入または径方向へ凸出する係合部を有し、
前記一方のギアおよび前記一方の端部のうちの他方は、前記一方のギアを前記回転方向一側へ付勢する付勢力が所定値以内である場合、前記係合部に係合し、かつ、前記付勢力が前記所定値を超える場合、前記係合部から離脱する被係合部を有する。

本開示によれば、ギアラトルを抑え、かつ、振動レベルの悪化を抑えることができる。

図１は、本開示の実施の形態に係るシザースギアを模式的に示す正面図である。 図２は、図１のＡ－Ａ線断面図である。 図３は、タイミングギアの一例を模式的に示す図である。 図４は、変形例１に係るシザースギアを模式的に示す正面図である。 図５は、図４のＢ－Ｂ線断面図である。 図５は、変形例２に係るシザースギアの一部を模式的に示す図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本開示の実施の形態に係るシザースギア１を模式的に示す正面図である。図２は図１のＡ－Ａ線断面図である。図２にはＸ軸およびＹ軸が描かれている。図２において左右方向を軸方向またはＸ方向といい、左方向を軸方向一側、表側又は「＋Ｘ方向」、右方向を軸方向他側、裏側又は「－Ｘ方向」という。また、Ｘ軸に対して直交する方向を径方向又はＹ方向といい、Ｘ軸から径方向へ遠ざかる方向を径方向外側又は「＋Ｙ方向」、Ｘ軸へ径方向から近づく方向を径方向内側又は「－Ｙ方向」という。また、Ｘ軸回りの方向を、回転方向又は周方向という。

図１および図２に示すように、シザースギア１は、メインギア２と、サブギア３と、付勢部材４と、止めリング５と、軸６とを備える。

メインギア２は、相手ギア７（図３を参照）に噛合し、相手ギア７の駆動トルクにより軸６回りに回転する。メインギア２の外周部には周方向に所定間隔で複数のメイン歯２１を有している。

メインギア２の裏側（－Ｘ方向）面には環状溝２２が配置されている。環状溝２２は、円周方向に延在し、表側（＋Ｘ方向）へ凹入する。環状溝２２の径方向外側（＋Ｙ方向）の溝壁２３には、凹部２４（本開示の「係合部」に対応する）が配置されている。凹部２４は、径方向外側（＋Ｙ方向）へ凹入する。凹部２４は、環状溝２２側（換言すれば、径方向内側）へ開いた開口を有している。凹部２４は、凹曲面２７を有している。凹曲面２７は、軸方向から平面視した場合に、凹部２４の開口側から凹部２４の底側（換言すれば、径方向外側）へ凹状に湾曲する。

凹部２４は、第１凹部２５および第２凹部２６から構成されている。図１において、第１凹部２５は第２凹部２６よりも反時計回りの方向ＣＷ２に配置されている。第１凹部２５および第２凹部２６のそれぞれは互いに同じ形状の凹曲面２７を有している。なお、第１凹部２５および第２凹部２６のそれぞれは互いに異なる形状の凹曲面２７であってもよい。第１凹部２５と第２凹部２６との間の境界部２８は、径方向内側へ突出する円弧状の山形になっている。

サブギア３は、メインギア２の裏側（－Ｘ方向）に配置される。サブギア３の外周部には周方向に所定間隔で複数のサブ歯３１が配置されている。図１に複数のサブ歯３１の中の一つを示す。サブギア３は、メインギア２と同一の軸方向に配置され、メインギア２に対して相対回転可能である。サブギア３は、軸方向（Ｘ方向）へ移動しないように、環状溝２２の径方向内側（－Ｙ方向）の溝壁部と止めリング５とにより軸方向（Ｘ方向）両側から挟まれている。

サブギア３の表側（＋Ｘ方向）面にはサブピン３９が配置されている。サブピン３９は、サブギア３の表側面から環状溝２２側へ突出している。

付勢部材４は、環状溝２２に収容されている。付勢部材４は、開口端を備えたリング状バネ４Ａを有する。開口端の一方の端部４１は、凸部４３（本開示の「被係合部」に対応する）を有する。凸部４３は、凹部２４に係合する。凸部４３は、軸方向から平面視した場合に、凸部４３の基端側から凸部４３の先端側（換言すれば、径方向外側）へ凸状に湾曲する凸曲面４４を有する。メインギア２は、凸部４３が凹部２４に係合し、凹曲面２７を回転方向一側（時計回りの方向ＣＷ１）へ付勢することで、回転方向一側（時計回りの方向ＣＷ１）へ付勢される。

開口端の他方の端部４２は、回転方向一側（時計回りの方向ＣＷ１）からサブピン３９に当接している。他方の端部４２は、円弧状溝を有していて、円弧状溝は、サブピン３９の外周に嵌まるようにサブピン３９の径と同じ径を有している。サブギア３は、他方の端部４２が回転方向一側（時計回りの方向ＣＷ１）からサブピン３９に当接することで、回転方向他側（反時計回りの方向ＣＷ２）へ付勢される。

上記のように構成されたシザースギア１においては、凸部４３が第１凹部２５（第２凹部２６よりも反時計回りの方向ＣＷ２に配置された凹部２４）に係合している場合（図１において第１凹部２５に係合する凸部４３を実線で示す）、凸部４３は、第１凹部２５の凹曲面２７を回転方向一側（時計回りの方向ＣＷ１）へ付勢する。以下の説明において、特に言及しない場合、凸部４３が凹曲面２７を付勢する力を、単に「付勢力」という。

図３は、タイミングギアの一例を模式的に示す図である。図３に示すように、時計回りの方向ＣＷ１に回転している相手ギア７がメインギア２に対して正（反時計回りの方向ＣＷ２）の駆動トルクを伝達している場合（メインギア２と相手ギア７との間に速度差がない状態）、付勢力は所定値以下である。付勢力が所定値以下である場合、凸部４３は第１凹部２５に係合する状態を維持する。凸部４３が凹曲面２７を時計回りの方向ＣＷ１に付勢することにより、メインギア２は時計回りの方向ＣＷ１に付勢される。また、他方の端部４２がサブピン３９を反時計回りの方向ＣＷ２に付勢することにより、サブギア３が反時計回りの方向ＣＷ２に付勢される。以上により、リング状バネ４Ａの付勢力により、相手ギア７がメインギア２とサブギア３とに挟まれるようになるため、バックラッシュを縮小することが可能となる。

例えば、相手ギア７がメインギア２に伝達する駆動トルクが正から負（時計回りの方向ＣＷ１の駆動トルク）に転じたとき、付勢力が所定値を超える場合がある。この場合、凸部４３は第１凹部２５から離脱し、山形の境界部２８を超えて、第２凹部２６に移動する（図１において第２凹部２６に移動した凸部４３を点線で示す）。その後、付勢力が所定値以下となった場合、凸部４３は第２凹部２６から離脱し、山形の境界部２８を超えて、第１凹部２５に移動する。

次に、シザースギア１がタイミングギアを構成する場合について説明する。ここでは、タイミングギアに、カムシャフトギア（吸気カムシャフトや、排気カムシャフトギア）が含まれている場合を一例に挙げて説明する。このようなタイミングギアにおいて、開弁時、カムシャフトギアはカムシャフトを駆動し、カムシャフトはスプリングの付勢力に抗して弁（吸気弁や排気弁）を開く。閉弁時は、スプリングの付勢力により弁が閉じられる。なお、閉弁時、カムシャフトはスプリングが押し返えされる。これにより、カムシャフトギアは増速する。その結果、例えば、駆動トルクが正から負に転じる。

例えば、相手ギア７がメインギア２に伝達する駆動トルクが正から負に転じた場合、メインギア２の歯背面と相手ギア７の歯背面とが衝突する。また、サブギア３が相手ギア７を回転しようとする。しかし、駆動トルクが正から負（時計回りの方向ＣＷ１の駆動トルク）に転じているため、サブギア３が相手ギア７から図１において時計回りの方向ＣＷ１の力を受ける。これにより、サブピン３９が時計回りの方向ＣＷ１に回動する。その結果、リング状バネ４Ａの他方の端部４２がサブピン３９から受ける反力が大きくなる。同時に、凸部４３が第１凹部２５の凹曲面２７を付勢する付勢力が大きくなる。そして、付勢力が所定値を超える場合、凸部４３は第１凹部２５から離脱し、山形の境界部２８を超えて、第２凹部２６に移動する。凸部４３が境界部２８を超えるとき、リング状バネ４Ａが歪むため、メインギア２の歯背面と相手ギア７の歯背面とが衝突する時のエネルギの一部が歪みエネルギとして消費される。これにより、メインギア２の歯背面と相手ギア７の歯背面との衝突力が低減される。その結果、ギアラトルを抑えることができるとともに、振動レベルの悪化を抑えることができる。

さらに、例えば、相手ギア７がメインギア２に伝達する駆動トルクが負から正（反時計回りの方向ＣＷ２の駆動トルク）に反転した場合、相手ギア７の歯表面がメインギア２の歯表面と再衝突して、サブピン３９が反時計回りの方向ＣＷ２に回動し、他方の端部４２がサブピン３９から受ける反力が小さくなり、同時に、凸部４３が凹曲面２７を付勢する付勢力も小さくなって、所定値以下となる。これにより、リング状バネ４Ａが復元する。リング状バネ４Ａの復元により、凸部４３は第２凹部２６から離脱し、山形の境界部２８を超えて、第１凹部２５に移動する。この場合においても、メインギア２の表背面と相手ギア７の表背面とが衝突する時のエネルギの一部が歪みエネルギとして消費される。これにより、メインギア２の表背面と相手ギア７の表背面との衝突力が低減される。その結果、ギアラトルを抑えることができるとともに、振動レベルの悪化を抑えることができる。

上記実施の形態に係るシザースギア１は、相手ギア７に噛合し、相手ギア７の駆動トルクにより軸回りに回転可能なメインギア２と、メインギア２と同一の軸方向に配置され、メインギア２に対して相対回転可能なサブギア３と、両端部４１，４２を有し、一方の端部４１がメインギア２を回転方向一側（時計回りの方向ＣＷ１）へ付勢し、他方の端部４２がサブギア３を回転方向他側（反時計回り方向ＣＷ２）へ付勢するリング状バネ４Ａと、を備えるシザースギアであって、メインギア２は、軸方向と直交する方向である径方向へ凹入する凹部２４を有し、リング状バネ４Ａの一方の端部４１は、メインギア２を回転方向一側（時計回りの方向ＣＷ１）へ付勢する付勢力が所定値以内である場合、凹部２４に係合し、かつ、付勢力が所定値を超える場合、凹部２４から離脱する凸部４３を有する。

上記の構成によれば、相手ギア７がメインギア２に伝達する駆動トルクが正から負に転じて、凸部４３が第１凹部２５の凹曲面２７を付勢する付勢力が所定値を超えた場合、凸部４３が第１凹部２５から第２凹部２６に移動するとき、凸部４３が山形の境界部２８を超えるため、リング状バネ４Ａが撓んで、メインギア２の歯背面と相手ギア７の歯背面とが衝突する時のエネルギの一部が撓みエネルギとして消費される。また、その後、駆動トルクが負から正に転じて、リング状バネ４Ａの復元力により、凸部４３が第２凹部２６から第１凹部２５に移動するとき、凸部４３が山形の境界部２８超えるため、リング状バネ４Ａが撓んで、メインギア２の歯表面と相手ギア７の歯表面とが衝突する時のエネルギの一部が撓みエネルギとして消費される。以上により、ギアラトルを抑え、かつ、振動レベルの悪化を抑えることができる。

また、上記実施の形態では、凸部４３が凸曲面４４を有しているため、凸部４３が第１凹部２５と第２凹部２６との間を移動する際のリング状バネ４Ａの動きが円滑となる。

（変形例１）
次に、本実施の形態の変形例について説明する。変形例の説明においては、上記実施の形態と異なる構成について主に説明し、同じ構成については同一符号を付してその説明を省略する。上記実施の形態では、凸部４３は凸曲面４４を有する。また、凹部２４は凹曲面２７を有する。

図４は、本実施の形態の変形例１に係るシザースギア１を模式的に示す正面図である。図５は、図４のＢ－Ｂ線断面図である。上記の実施の形態では、図１および図２に示すように、メインギア２が凹部２４を有する。また、サブギア３にはサブピン３９が設けられる。これに対し、変形例１では、サブギア３の環状溝３２に付勢部材４（リング状バネ４Ａ）が収容されている。環状溝３２の溝壁３３に凹部３４が配置されている。凹部３４は第１凹部３５および第２凹部３６から構成される。凹部３４は凹曲面３７を有する。また、第１凹部３５と第２凹部３６との間には山形の境界部３８が配置されている。また、メインギア２にはメインピン２９が設けられる。

変形例１においては、リング状バネ４Ａの一方の端部４１はメインピン２９に回転方向他側（反時計回りの方向ＣＷ２）から当接している。一方の端部４１は、円弧状溝を有していて、円弧状溝は、メインピン２９の外周に嵌まるようにメインピン２９の径と同じ径を有している。メインギア２は、一方の端部４１が回転方向他側（反時計回りの方向ＣＷ２）からメインピン２９に当接することで、回転方向一側（時計回りの方向ＣＷ１）へ付勢される。

また、変形例１においては、リング状バネ４Ａの凸部４３は、凹部３４に係合する（図４において凹部３４に係合する凸部４３を破線で示す）。凸部４３は、凹部３４に係合し、凹曲面３７を回転方向他側（反時計回りの方向ＣＷ２）へ付勢する。これにより、サブギア３は、回転方向他側（反時計回りの方向ＣＷ２）へ付勢される。

上記変形例１に係るシザースギア１によれば、相手ギア７がメインギア２に伝達する駆動トルクが正から負に転じて、凸部４３が第１凹部３５の凹曲面３７を付勢する付勢力が所定値を超えた場合、凸部４３が第１凹部３５から第２凹部３６に移動する（図４において第２凹部３６に移動した凸部４３を点線で示す）。このとき、凸部４３が山形の境界部３８を超えるため、リング状バネ４Ａが撓んで、メインギア２の歯背面と相手ギア７の歯背面とが衝突する時のエネルギの一部が撓みエネルギとして消費される。また、その後、駆動トルクが負から正に転じて、リング状バネ４Ａの復元力により、凸部４３が第２凹部３６から第１凹部３５に移動するとき、凸部４３が山形の境界部３８を超えるため、リング状バネ４Ａが撓んで、メインギア２の歯表面と相手ギア７の歯表面とが衝突する時のエネルギの一部が撓みエネルギとして消費される。以上により、ギアラトルを抑え、かつ、振動レベルの悪化を抑えることができる。

（変形例２）
次に、変形例２に係るシザースギア１について図６を参照して説明する。図６は、変形例２に係るシザースギアの一部を模式的に示す図である。上記実施の形態では、図１に示すように、凸部４３は凸曲面４４を有する。また、凹部２４は凹曲面２７を有する。

これに対し、変形例２では、図６に示すように、凸部４３は、軸方向から平面視した場合に、凸部４３の基端側から凸部４３の先端側へ向かって所定勾配の上り傾斜の側壁部４５を有する。また、凸部は、軸方向から平面視した場合に、回転方向に沿うような滑らかな平面状の頂部４６を有する。また、凹部２４は、凸部４３が凹部２４に係合した場合、側壁部４５に沿うような溝壁部２４ａと、頂部４６に沿うような溝底部２４ｂを有する。側壁部４５と溝壁部２４ａとが共に傾斜面であり、かつ、頂部４６と溝底部２４ｂとが平面状であるため、凸部４３が第１凹部２５と第２凹部２６との間を移動する際のリング状バネ４Ａの動きがより確実となり、ロバスト性を高くすることが可能となる。

また、上記実施の形態では、第1凹部２５および第２凹部２６のそれぞれは互いに同じ形状の凹曲面２７を有するが、互いに異なる形状でもよい。第１凹部２５の溝の深さと第２凹部２６の溝の深さが互いに異なっていてもよい。例えば、図６に示すように、第２凹部２６が第１凹部２５よりも溝が浅いため、相手ギア７の駆動力が正から負に転じた場合、凸部４３が第１凹部２５から第２凹部２６に移動し難く（撓みエネルギが大きく）、相手ギア７の駆動力が負から正に転じた場合、リング状バネ４Ａの復元力によって、凸部４３が第２凹部２６から第１凹部２５に移動し易い（撓みエネルギが小さい）という効果がある。

また、上記実施の形態および変形例では、メインギアが凹部２４を有し、リング状バネ４Ａが凸部４３を有するが、逆の態様であってもよい。すなわち、メインギア２が凸部を有し、リング状バネ４Ａが凹部を有してもよい。また、また、サブギア３が凸部を有し、リング状バネ４Ａが凹部を有してもよい。

その他、上記実施の形態は、何れも本開示の実施をするにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本開示はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

本開示は、ギアラトルを抑え、かつ、振動レベルの悪化を抑えることが要求されるタイミングギアに好適に利用される。

１ シザースギア
２ メインギア
３ サブギア
４ 付勢部材
４Ａ リング状バネ
５ 止めリング
６ 軸
７ 相手ギア
２１ メイン歯
２２ 環状溝
２３ 溝壁
２４ 凹部
２４ａ 溝壁部
２４ｂ 溝底部
２５ 第１凹部
２６ 第２凹部
２７ 凹曲面
２８ 境界部
２９ メインピン
３１ サブ歯
３２ 環状溝
３３ 溝壁
３４ 凹部
３５ 第１凹部
３６ 第２凹部
３７ 凹曲面
３８ 境界部
３９ サブピン
４１ 一方の端部
４２ 他方の端部
４３ 凸部
４４ 凸曲面
４５ 側壁部
４６ 頂部

Claims (7)

1. 軸回りに回転可能なメインギアと、
   前記メインギアと同一の軸方向に配置され、前記メインギアに対して相対回転可能なサブギアと、
   両端部を有し、前記両端部の一方の端部が前記メインギアおよび前記サブギアのうちの一方のギアを回転方向一側へ付勢し、前記両端部の他方の端部が前記メインギアおよび前記サブギアの他方のギアを回転方向他側へ付勢する付勢部材と、
   を備えるシザースギアであって、
   前記一方のギアおよび前記一方の端部のうちの一方は、前記軸方向と直交する方向である径方向へ凹入または径方向へ凸出する係合部を有し、
   前記一方のギアおよび前記一方の端部のうちの他方は、前記一方のギアを前記回転方向一側へ付勢する付勢力が所定値以内である場合、前記係合部に係合し、かつ、前記付勢力が前記所定値を超える場合、前記係合部から離脱する被係合部を有する、
   シザースギア。
2. 前記係合部および前記被係合部のうちの一方は、前記径方向へ凹入する凹部を有し、
   前記係合部および前記被係合部のうちの他方は、前記径方向へ凸出する凸部を有する、
   請求項１に記載のシザースギア。
3. 前記凸部は、前記軸方向から平面視した場合に、前記凸部の基端側から前記凸部の先端側へ凸状に湾曲する凸曲面を有する、
   請求項２に記載のシザースギア。
4. 前記凸部は、前記軸方向から平面視した場合に、前記凸部の基端側から前記凸部の先端側へ向かって所定勾配の上り傾斜の側壁部を有する、
   請求項２に記載のシザースギア。
5. 前記凸部は、前記軸方向から平面視した場合に、前記回転方向に沿うような滑らかな面状の頂部を有する、
   請求項４に記載のシザースギア。
6. 前記凹部は、前記凸部が前記凹部に係合した場合、前記側壁部に沿うような溝壁部と、前記頂部に沿うような底部を有する、
   請求項５に記載のシザースギア。
7. 前記付勢部材は、前記両端部を開口端とし、前記開口端を備えたリング状バネを有する、
   請求項１から６のいずれか一項に記載のシザースギア。

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