JP3202253U - 縦方向に円錐歯形をもち歯間隙幅が一定のベベルギヤ又はハイポイドギヤ - Google Patents

Abstract

【課題】単純に及び／又は効果的に製造することができ、可及的に耐久性が高いベベルギヤ及びハイポイドギヤを提供する。【解決手段】ベベルギヤ（１０）又はハイポイドギヤ（１０）は、少なくとも１つの歯間隙（１１）を有する複数のまがり歯を備えている。歯間隙（１１）は、歯面（１２．１、１２．２）によって画成されている。歯面（１２．１、１２．２）は、それぞれ外サイクロイドの形状の歯面縦線を有している。歯間隙（１１）は、一定の歯間隙底幅（ｅｆｎ）を有している。【選択図】図１

Description

本考案の要旨は、まがり歯を備えたベベルギヤ及びハイポイドギヤに関するものである。

種々の形態のベベルギヤ及びハイポイドギヤが存在する。

まがり歯を備えたベベルギヤ及びハイポイドギヤは、フライス切削法（milling method）又は研削法（grinding method）を用いて製造される。フライス切削加工の場合は、いわゆるカッターヘッドが用いられ、研削加工の場合は、いわゆるカップ研削ホイール（cup grinding wheel）が用いられる。この場合、シングルインデックス（研削加工又はフライス切削加工）又は連続インデックス（研削加工のみ）を行う多種多様の方法が知られている。

例えば、円弧状の歯を備えたベベルギヤは、シングルインデックス法（まがり歯ベベルギヤの正面切削の場合は、間欠インデックス法とも呼ばれる）により製造される。シングルインデックス法においては、カッターヘッドのカッターが円運動を終了すると、製造すべきベベルギヤ１つの歯間隔が形成される。さらに歯間隔を形成するために、カッターヘッドが後退させられ、ワークピースがインデックス角だけ回転させられる（インデックス回転と呼ばれている）。かくして、この後次の歯間隔が形成される。したがって、常に１つの歯間隔が一挙に（all at once）形成される。

カッターヘッドを用いるフライス切削加工により、歯高が変化するベベルギヤ、すなわち歯の高さが歯幅に沿って連続的に変化するベベルギヤ、又は一定の歯高を有するベベルギヤを製造することができる。ここで、歯高が変化する歯形は、より典型的な歯形である。その結果、いわゆるクラウンギヤにおける歯面線は、この場合は円弧状となる。

これとは対照的に、外転サイクロイド状の歯をもつベベルギヤは、連続インデックス加工、すなわち連続インデックス法（連続インデックス法と呼ばれ、まがり歯ベベルギヤの場合は正面ホブ切削と呼ばれる）により製造される。連続インデックス法においては、カッターヘッドとワークピースとが両方とも、互いに時系列順に実施される移動手順により結合された態様で回転させられる。かくして、インデックス加工が連続的に実施され、歯間隔とこれに対応する複数の歯とがほぼ同時に形成される。

複数の歯が連続インデックス法でフライス切削加工される場合、外転サイクロイド状の歯をもつベベルギヤの歯面線は外転サイクロイド曲線である。かくして、長くされ又は短くされた外転サイクロイド曲線も形成することができる。ここで応用される連続インデックス法の場合は、複数の歯が常に一定の歯高をもつように構成されている。

したがって、製造すべきベベルギヤ又はハイポイドギヤの幾何学的形状を決定する各可変要素は、選択された方法により異なる。これらの可変要素は、例えば、歯面縦線の形状、歯幅に沿った歯高の形状、頭部円錐角及び基部円錐角の寸法、歯間隔底幅及びその形状等である。

一定の歯高を有し、歯面縦線全体としての形状が円弧形又は外転サイクロイド状であるベベルギヤ及びハイポイドギヤは、円錐形の歯間隙底（conical tooth gap base）を有する。すなわち、歯間隙底幅（tooth gap base width）は変化する。

歯高が変化するベベルギヤの場合は、一般的には歯間隙もまた円錐形である。

しかしながら、基部円錐角及び頭部円錐角が適切に設定された場合は（いわゆる双方向円錐、ＩＳＯ１０３００規格参照、これにより特定される規格のみがシングルインデックス法に応用される）、歯間隔底幅は、歯直角断面では一定である。これは、凹状及び凸状の歯面を予定している機械を用いる１回の切削で、このようなベベルギヤの歯間隙を形成することができるといった利点がある。この方法は、完結法（completing）とも呼ばれる。この場合、要求される基部円錐角は、例えば選択された平均まがり角及び器具の半径に依存する。この場合、最大限に可能な歯基部の丸め加工（rounding）は、歯幅全体にわたって形成することができる。歯基部の丸め加工は、器具の丸みつけ半径によっても決定される。ここで、歯間隔が円錐形である場合は、器具のヘッドの幅の寸法、ひいては器具の丸みつけ半径も最も狭い間隔の方向を向く。

以上をまとめれば、（クラウンギヤ上に）円弧形の歯面縦線を有するベベルギヤは、常に、変化する歯高及び円錐状又は一定の歯間隔をもつように具体化され、連続法の場合に起こるような、（クラウンギヤ上に）外転サイクロイド形の歯面縦線を有するベベルギヤは、一定の歯高と円錐形の歯間隔とをもつように具体化されるということができる。

さらなる可能性は、ボールカッター又はエンドミルによる自由造形（free-form）のフライス切削加工で製造され、又は円錐台の形状のホブカッターを用いて製造される。後者の製造方法では、歯は、歯面縦線としてインボリュート曲線をもち、かつ一定の歯高をもつように製造される。

本考案の目的は、単純に及び／又は効果的に製造することができ、可及的に耐久性が高いベベルギヤ及びハイポイドギヤを提供することである。

本考案は、複数のまがり歯（spiral gear teeth）を有するベベルギヤ（bevel gear）及びハイポイドギヤ（hypoid gear）に関するものである。

本考案に係るベベルギヤ及びハイポイドギヤは、保護を求める請求項１に記載された特徴によって、従来技術と区別することができる。

本考案によれば、基部円錐角（base cone angle）及び頭部円錐角（head cone angle）は、歯直角断面における（in normal section）歯間隙底幅（tooth gap base width）、ひいては歯直角断面における間隙底部（gap base）における外転サイクロイド（epicycloids）の距離が凹状及び／又は凸状のフランクから一定であるように選択又は設定される（ascertained）。これはまた、長くされ（lengthened）あるいは短くされた（shortened）外転サイクロイドにも当てはまる。

本考案によれば、外転サイクロイドの歯面縦線の利点（すなわち、連続法での製造可能性）は、一定の間隙幅（gap width）の利点と組み合わせられる。

カッターヘッドを用いるフライス切削加工（milling）の場合、外転サイクロイドの形状は、他の同種のベベルギヤの幾何学的パラメータ（geometry parameters）と同様に、カッターヘッドの半径とカッターヘッドの歯数とに依存する。これは、本考案によれば、基部円錐角及び頭部円錐角を、カッターヘッドの半径（radius）とカッターヘッドの歯数（cutter head gear number）とに応じて設定することができるということを意味する。あるいは、予め設定される円錐角でもって、カッターヘッドの必要なカッターヘッド仕様を決定することができるということを意味する。

本考案に係るベベルギヤ及びハイポイドギヤは、比較的安定性が高い（stable）といった利点を有する。歯車（gear wheels）においては、歯は、しばしば歯底（tooth base）で破損する（break off）。本考案によれば、歯底の湾曲（tooth base rounding）を大きくすることが可能であるので、歯底の担持容量（tooth base carrying capacity）を大きくすることができる。

本考案のさらなる実施態様は、本願の従属形式の各請求項から推察することができるであろう。

以下、本考案のさらに詳細な構成及び利点を、添付の図面を参照しつつ本考案の典型的な実施形態により説明する。

図１は、本考案に係るまがり歯ベベルギヤ又はまがり歯ハイポイドギヤの２つの歯及び歯間隙の模式的な斜視図であり、この歯間隙は、多数の歯直角断面（normal section）を連結する（concatenate）ことにより人為的に設定された（ascertained artificially）ものである。 図２は、本考案に係るベベルピニオン又はハイポイドピニオンの斜視図である。 図３は、本考案に係るベベルクラウンホイール又はハイポイドクラウンホイールの斜視図である。 図４Ａは、２０％歯幅でクラウンギヤを作成する場合における模式的な歯直角断面を示す図である。 図４Ｂは、５０％歯幅でクラウンギヤを作成する場合における模式的な歯直角断面を示す図である。 図４Ｃは、８０％歯幅でクラウンギヤを作成する場合における模式的な歯直角断面を示す図である。 図５Ａは、２０％歯幅で本考案に係るピニオンの歯間隙を形成する場合における模式的な正面断面（transverse section）を示す図である。 図５Ｂは、５０％歯幅で図５Ａに示すピニオンの模式的な正面断面を示す図である。 図５Ｃは、８０％歯幅で図５Ａに示すピニオンの模式的な正面断面を示す図である。

本明細書において用いられている用語は、本願と関連する刊行物及び特許においても用いられているものである。しかしながら、これらの用語は、より良好な理解に資するために用いられているだけであるということに注目すべきである。本考案の概念及び本願の請求項の保護範囲は、とくにこれらの用語を選択したことにより解釈されるものに制限されるものではない。本考案は、他の用語を用いたシステム及び／又は技術分野にも容易に適用することができるものである。したがって、これらの用語は、他の技術分野にも適用されるものである。

本考案は、まがり歯（spiral gear teeth）を有するベベルギヤ１０及びハイポイドギヤ１０に関するものである。しかしながら、以下では説明を簡潔にするため、ときにはギヤホイール１０（gear wheel）と呼ぶことがある。

本考案における用語の意味においては、軸がオフセットされた変速装置（transmission）において用いられるベベルギヤはハイポイドギヤと呼ばれる。ハイポイドギヤは、まがり歯ベベルギヤの形態のものである。ハイポイドギヤ１０のピニオン軸（pinion axis）とクラウンホイール軸（crown wheel axis）は一点で交わらない。これらの軸は、ベベルギヤの場合のようには交差せず、ハイポイドギヤの場合は交差する。

まがり歯は、歯面縦線（flank longitudinal line）が湾曲した形状をもつ歯車歯である。歯面縦線の曲率半径（radius of curvature）は、歯幅の２０倍より小さくするのが好ましい。すなわち、その曲率（curvature）は相応に大きい。

歯幅（tooth width）は、ベベルギヤ１０の歯の外側の端面と内側の端面の間のインデックスコーンジャケット線（indexing cone jacket line）の断面（section）として定義される。

直歯ベベルギヤ（linear-toothed bevel gear）においては、正面断面（transverse section）は、歯直角断面（normal section）と同一である。しかしながら、本考案はまがり歯を有するベベルギヤ１０及びハイポイドギヤ１０に関するものであるので、正面断面は歯直角断面とは異なる。

図１は、歯間隙１１（tooth gap）の左側及び右側に位置する２つの歯を有するベベルギヤ１０の歯を模式的に示している。図１に示す実施例は、ＩＳＯ２３５０９規格（standard）から導き出された（derived）ものである。本考案におけるこの形態のまがり歯を表すことを可能にするために、このまがり歯は、コンピュータによって非常に多数の歯直角断面に分解され、これらの歯直角断面においては、１つのものが正面断面の形態の他のものの後に配置されている。次の用語は、ＩＳＯ２３５０９規格にしたがって、下記のように定義される。
Ｚｄ ：歯厚
Ｚｈ ：歯高（歯たけ）
ｅ_ｆｎ ：クラウンホイールの歯底の歯間隙底幅
ｅ_ｔ ：インデックスコーン面における歯間隙
インデックスコーン（indexing cone）及びインデックスコーン面（indexing cone plane）は、ベベルギヤ１０の重要な基準可変要素（reference variables）である。かくして、図１から明らかなとおり、例えば歯厚Ｚｄは、インデックス円（indexing circle）上で規定される。

歯面１２．１、１２．２の形状又は形態は、歯面縦線（flank longitudinal line）によってあらわされている。本考案においては、ベベルギヤの歯車歯を備えた対応創成用クラウンホイール（corresponding generating crown wheel）の歯面縦線は、外転サイクロイドの形状又は外転サイクロイドから導き出される形状を有する。図４Ａ〜図４Ｃは、創成用クラウンホイール１０．３の歯間隙１１を示している。ここで、図４Ａは２０％歯幅（20% tooth width）での歯間隙１１を示し、図４Ｂは５０％歯幅（50% tooth width）（すなわち、歯の中央部）での歯間隙１１を示し、図４Ｃは８０％歯幅（80% tooth width）での歯間隙１１を示している。図４Ａ〜図４Ｃに基づいて、歯幅のあらゆる位置での歯直角断面においてクラウンホイール１０．３の歯間隙底幅ｅ_ｆｎは同一であるということを認識することができるであろう。すなわち、次の関係が成立することが認識できるであろう。
ｅ_{ｆｎ２０％}＝ｅ_{ｆｎ５０％}＝ｅ_{ｆｎ８０％}

ここでは、創成用クラウンホイール１０．３は、ベベルクラウンホイールであり、ベベルギヤ１０の代わりにカウンタホイール（counter wheel）と１対にして用いることができる。

図５Ａ〜図５Ｃにおいては、前記の説明は、本考案に係るピニオン１０．１の歯間隙に転用される。これらの図は、２０％歯幅、５０％歯幅（すなわち、歯の中央部）及び８０％歯幅における正面断面を示している。ピニオン１０．１はまがり歯を有するので、正面断面は、歯直角断面とは異なる。歯直角断面においては、さらに歯間隙底幅ｅ_ｆｎが一定である。すなわち、次の関係が成立する。
ｅ_{ｆｎ２０％}＝ｅ_{ｆｎ５０％}＝ｅ_{ｆｎ８０％}
これとは対照的に、正面断面においては、下記の不等式で示すように、歯間隙底幅ｅ_ｆは互いに異なる。
ｅ_ｆ２０％＜ｅ_ｆ５０％＜ｅ_ｆ８０％

ハイポイドギヤ歯車歯を備えた対応クラウンホイール１０．３の歯面縦線は、外転サイクロイドの形状又は外転サイクロイドから導き出される形状を有する。

図１、図２、図３及び図５Ａ〜５Ｃから推察することができるように、本考案は、少なくとも１つの歯間隙１１を備えたまがり歯を有するベベルギヤ１０又はハイポイドギヤ１０に関するものである。この少なくとも１つの歯間隙１１は、歯面１２．１、１２．２によって画成される（delimited）。これらの図においては、凸状の（convex）歯面には参照番号１２．１が付され、凹状の（concave）歯面には参照番号１２．２が付されている。本考案によれば、これらの歯面１２．１、１２．２は、それぞれ、外転サイクロイドの形状の歯面縦線を有している。さらに、図１を参照しつつすでに説明したとおり、歯間隙１１は、一定値である歯間隙底幅ｅ_ｆｎを有している。

本考案によれば、歯車１０の底部円錐角及び頭部円錐角は、歯直角断面において歯間隙底幅ｅ_ｆｎが一定となるように、意図的に選択され又は設定される。適切な底部円錐角及び頭部円錐角を選択又は設定することにより、歯直角断面において、歯間隙１１の底部における凹状の歯面１２．２の外転サイクロイドと、凸状の歯面１２．１の外転サイクロイドの距離が一定である歯車１０を得ることができる。この説明は、長くされ（lengthened）又は短くされた（shortened）外転サイクロイドについても当てはまる。

前記の図から認識できるように、歯車１０の歯間隙１１は、円錐状の歯形（conical tooth shape）をもつ歯によって画成される（defined）。

本考案に係る歯車１０の歯は、歯幅に沿って変化する歯高Ｚｈを有するものであってもよい。しかしながら、特別な場合においては、歯高Ｚｈは一定であってもよい。

本考案によれば、連続的間欠回転法（continuous indexing method）で実施される、ベベルギヤ又はハイポイドギヤのワークピースの少なくとも１つの歯間隙の切削屑の除去を行う方法（method for chip-removing manufacturing）を用いることができる。

このように間欠回転が連続的に実施され、歯車１０のすべての歯間隙がほぼ同時に（quasi-simultaneously）形成される。このような工具（tool）とワークピース（workpiece）の連動（coupled movements）により、作成すべき歯車１０のクラウンギヤ１０．３上の歯面縦線として外転サイクロイドが形成される結果となる。

本考案は、作成すべき歯車のクラウンホイール１０．３上の歯面縦線が内転サイクロイド（hypocycloid）であるベベルギヤ又はハイポイドギヤにも転用する（transfer）ことができる。

１０ ベベルギヤ又はハイポイドギヤ、１０．１ ベベルピニオン又はハイポイドピニオン、１０．２ ベベルクラウンギヤ又はハイポイドクラウンギヤ、１０．３ 創成用クラウンホイール、１１ 歯間隙、１２．１ 歯面、１２．２ 歯面、ｅ_ｆｎ 歯直角断面における歯間隙底幅、ｅ_ｆ 正面断面における歯間隙底幅、ｅ_ｔ インデックスコーンプレーンにおける歯間隙幅、Ｚｄ 歯厚、Ｚｄ 歯高。

Claims (10)

1. 少なくとも１つの歯間隙（１１）を有する複数のまがり歯を備えたベベルギヤ（１０）であって、
   前記歯間隙（１１）は、歯面（１２．１、１２．２）によって画成され、
   前記歯面（１２．１、１２．２）は、それぞれ外転サイクロイドの形状の歯面縦線を有し、
   前記歯間隙（１１）は、一定の歯間隙底幅（ｅ_ｆｎ）を有することを特徴とするベベルギヤ（１０）。
2. 前記歯間隙（１１）は、円錐形の歯形をもつ複数の歯によって画成されていることを特徴とする、請求項１に記載のベベルギヤ（１０）。
3. 前記複数の歯は、該ベベルギヤ（１０）がベベルクラウンギヤと１対になることができるように設定された歯高形状を有することを特徴とする、請求項２に記載のベベルギヤ（１０）。
4. 前記複数の歯は、歯幅に沿って変化する歯高（Ｚｈ）を有することを特徴とする、請求項２に記載のベベルギヤ（１０）。
5. 歯直角断面における歯間隙底幅（ｅ_ｆｎ）は、歯幅の異なる位置で同一であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のベベルギヤ（１０）。
6. 少なくとも１つの歯間隙（１１）を有する複数のまがり歯を備えたハイポイドギヤ（１０）であって、
   前記歯間隙（１１）は、歯面（１２．１、１２．２）によって画成され、
   前記歯面（１２．１、１２．２）は、それぞれ外転サイクロイドの形状の歯面縦線を有し、
   前記歯間隙（１１）は、一定の歯間隙底幅（ｅ_ｆｎ）を有することを特徴とするハイポイドギヤ（１０）。
7. 前記歯間隙（１１）は、円錐形の歯形をもつ複数の歯によって画成されていることを特徴とする、請求項６に記載のハイポイドギヤ（１０）。
8. 前記複数の歯は、該ハイポイドギヤ（１０）がハイポイドクラウンギヤと１対になることができるように設定された歯高形状を有することを特徴とする、請求項７に記載のハイポイドギヤ（１０）。
9. 前記複数の歯は、歯幅に沿って変化する歯高（Ｚｈ）を有することを特徴とする、請求項７に記載のハイポイドギヤ（１０）。
10. 歯直角断面における歯間隙底幅（ｅ_ｆｎ）は、歯幅の異なる位置で同一であることを特徴とする、請求項６又は７に記載のハイポイドギヤ（１０）。

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