JP3624198B2 - 非対称歯車製造方法、非対称歯車、非円形かつ非対称歯車、歯車機構、及びバレル加工機 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、平行軸歯車、交さ軸歯車、食い違い軸歯車等の歯車、それら歯車を利用した歯車機構、及び、それら歯車を利用したバレル研磨機に関する。
背景技術
従来から、回動運動を伝達する手段として、歯車及び歯車機構が使用されている。しかし、回動運動を一定角速度比で伝達するものはあっても、歯数に無関係に角速度比が変化するものはなかった。そこで、角速度比を変化させながら回動運動を伝達できる伝動装置について、既に出願されている（特開平１０−１８４８５２）。ところが、これらの出願に開示する歯車によれば、変形させた歯車であるため、機械加工が困難であり、製造コスト及び製造時間が多大であった。そこで、このような課題を解決することを目的とした歯車及び歯車機構が案出されて出願されている（特開２０００−８１１１２）。この歯車は、半円形状の歯末外周曲線と半円形状の歯元外周曲線とが接続された複数の歯形を有する歯車であるとともに、ピッチ線から回転中心までの距離が不定である歯車である。
しかし、これらの出願に開示する歯車に比較して、負荷に対する耐久性や騒音等を考慮し、実施する上で加工時に現実に生じる不具合を無くし、回転軸に負荷される不自然な力を解消できるような歯車であり、実用性のある歯車を開発する必要があった。
そこで、本発明者は、変形歯車に関して、さらに鋭意研究を重ねた結果、本発明に至ったのである。
発明の開示
本発明は、現実の歯車駆動系に利用でき、実用性の高い歯車及び歯車機構を提供することを目的とする。
本発明の非対称歯車製造方法は、歯車回転軸への負荷の変動を認識するステップと、該負荷の変動に対応してピッチ曲線を決定するステップと、該決定したピッチ曲線を有する歯車同志が噛合するように該ピッチ曲線を補正するステップと、該補正したピッチ曲線を有する歯形を決定するステップと、歯車部材を該決定した歯形に加工するステップと、を含むことを特徴とする。
本明細書において、非対称とは、所定の直線を対象軸とする線対称とならないことを言う。また、非対称歯車とは、回転中心軸を通る全ての直線が、線対称の対象軸にならないことを言う。すなわち、回転中心軸を通る全ての直線を基準線にしても、線対称となり得ないことを言う。
本発明の非対称歯車製造方法は、前記歯車製造方法において、前記ピッチ曲線を決定するステップが、前記負荷の変動に対応して回転速度変動を決定するステップと、該決定した回転速度変動に対応してピッチ曲線の半径変動を決定するステップとを含むことを特徴とする。
本発明の非対称歯車製造方法は、前記歯車製造方法において、前記回転速度変動を決定するステップが、負荷が増加する時に前記回転速度を減少させ、負荷が減少する時に前記回転速度を増加させるように決定することを特徴とする。
本発明の非対称歯車製造方法は、前記歯車製造方法において、前記回転速度変動を決定するステップが、負荷が増加する時の回転速度の減少率と負荷が減少する時の回転速度の増加率とが異なるように決定することを特徴とする。
本発明の非対称歯車製造方法は、前記歯車製造方法において、前記加工するステップが、前記決定した歯形のＮＣデータを作成するステップと、該ＮＣデータに基づいて成形加工を行うステップとを含むことを特徴とする。
本明細書において、成形加工とは、歯車部材を固定して工具を移動させる加工を言い、創成加工に対立する概念である。
本発明の非対称歯車は、歯車回転軸への負荷の変動を認識し、該負荷の変動に対応してピッチ曲線を決定し、該決定したピッチ曲線を有する歯車同志が噛合するように該ピッチ曲線を補正し、該補正したピッチ曲線を有する歯形を決定し、歯車部材を該決定した歯形に加工して製造したことを特徴とする。
本発明の非対称歯車は、前記非対象歯車において、前記非対称歯車を少なくとも２個噛合させて回転させた場合、従動側の非対称歯車の回転速度増加率と回転速度減少率とが異なることを特徴とする。
本発明の非円形かつ非対称歯車は、略半円形状の歯末外周曲線と略半円形状の歯元外周曲線とが接続された複数の歯形を有する歯車であり、該歯末外周曲線の中心点が略ピッチ線上に位置し、該歯元外周曲線の中心点が該ピッチ線よりも内側に位置することを特徴とする。
ここに、本明細書において、歯形とは、一の歯末外周曲線と一の歯元外周曲線とから構成され、外周曲線を構成する単位を言う。また、歯末とは、歯形のうち、ピッチ線よりも外側の部分を言い、歯元とは、歯形のうち、ピッチ線よりも内側の部分を言う。なお、本発明の非円形かつ非対称歯車を、波形の輪郭曲線を有するカムと称しても良い。
また、本発明の非円形かつ非対称歯車は、前記非円形かつ非対称歯車において、前記歯末外周曲線と前記歯元外周曲線とが略直線によって接続されたことを特徴とする。
また、本発明の非円形かつ非対称歯車は、前記非円形かつ非対称歯車において、一定形状を成すピッチ線から回転中心までのピッチ線半径距離が不定の非円形であり、該回転中心を通る線に対して非対称であることを特徴とする。
また、本発明の非円形かつ非対称歯車は、前記非円形かつ非対称歯車において、略半円形状の歯末外周曲線と略半円形状の歯元外周曲線とが接続された複数の歯形を有する歯車であり、一定形状を成すピッチ線から回転中心までのピッチ線半径距離が不定であり、少なくとも該歯末外周曲線の略半円形状の半径が不定であることを特徴とする。
また、本発明の非円形かつ非対称歯車は、前記非円形かつ非対称歯車において、前記ピッチ線半径距離が最大になるピッチ線上の点の付近の歯形における歯末外周曲線の略半円形状の半径が、他の歯形における歯末外周曲線の略半円形状の半径よりも大きいことを特徴とする。
次に、本発明の歯車機構は、略半円形状の歯末外周曲線と略半円形状の歯元外周曲線とが接続された歯形を有する歯車であるとともに、該歯末外周曲線の中心点が略ピッチ線上に位置し、該歯元外周曲線の中心点が該ピッチ線よりも内側に位置する一の歯車と、該一の歯車に噛合される他の歯車とを備えたことを特徴とする。
また、本発明の歯車機構は、略半円形状の歯末外周曲線と略半円形状の歯元外周曲線とが接続された歯形を有する歯車であるとともに、一定形状を成すピッチ線から回転中心までのピッチ線半径距離が不定であり、少なくとも該歯末外周曲線の略半円形状の半径が不定である一の歯車と、該一の歯車に噛合される他の歯車とを備えたことを特徴とする。
このような本発明の歯車機構は、本発明の歯車を利用した歯車機構であり、従動側の歯車に不定速度回動運動を行わせ、この不定速度回動運動を利用した歯車機構である。不定速度回動運動を生じさせるため、洗濯機、攪拌機（ミキサー、バレル仕上げ機等）又は自動車用ワイパー等に利用され得る。また、一方の歯車又は他方の歯車を回動させることにより、他方の歯車又は一方の歯車を不定速度で回動させ、このうちのいずれかの歯車に、機構としてのクランク又はレバーの機能を持たせて、不定速度往復運動又は不定速度揺動運動を生じさせる歯車機構である。不定速度往復運動を生じさせるため、エンジンや圧縮機等のピストンクランク機構にも利用され得る。また、不定速度往復運動を生じさせるため、エンジンや圧縮機等に利用され得る。
また、本発明の歯車機構は、前記歯車機構において、一定形状を成すピッチ線から回転中心までのピッチ線半径距離が不定である第１の歯車と、該第１の歯車を噛み合う第２の歯車と、該第２の歯車と噛み合う第３の歯車とを備え、該第２の歯車のピッチ線の寸法と該第３の歯車のピッチ線の寸法とが異なることを特徴とする。なお、本明細書において、ピッチ線とは、歯車同士が転がり接触をすると考えた場合の転がり面であるピッチ面の断面線であり、円等の曲線の他、直線を含む。
また、本発明のバレル研磨機（バレル加工機）は、加工対象物及び研磨剤が入れられたドラムを回転させるバレル研磨機において、このバレルの一回転間の変速用としての歯車機構が、非円形歯車からなり、この非円形歯車のピッチ曲線はバレル一回転間の変速比に対応した曲線を有し、かつ接触する歯車対のピッチ曲線の接点が両歯車軸の中心線上に配置し、そのピッチ曲線上に配備される両歯車の歯形曲線は双方が噛合う曲線から構成され、略半円形状の歯形に対しては、略半円形状の歯末外周曲線と略半円形状の歯元外周曲線とが接続された複数の歯形を有する歯車であるとともに、該歯末外周曲線の中心点が略ピッチ線上に位置し、該歯元外周曲線の中心点が該ピッチ線上若しくはそのピッチ線よりも内側に位置する歯車を備え、前記ドラム内の加工物と研磨剤の周速及び軌跡長を変化させたことを特徴とするバレル研磨機。
ここに、双方が噛合うこととなる曲線とは、インボリュート、サイクロイド、トロコイド、及びその類似曲線等を言う。また、非円形歯車のピッチ曲線は、非円形により変動するバレル回転のソフトドライビング及びランニングを行うために、非円形かつ非対称とし得る。
また、本発明のバレル研磨機は、加工対象物が入れられたドラムを歯車機構によって回転させるバレル研磨機において、前記歯車機構が、略半円形状の歯末外周曲線と略半円形状の歯元外周曲線とが接続された複数の歯形を有する歯車であり、一定形状を成すピッチ線から回転中心までのピッチ線半径距離が不定であり、少なくとも該歯末外周曲線の略半円形状の半径が不定である歯車を備えたことを特徴とする。
また、本発明のバレル研磨機は、前記バレル研磨機において、前記ドラム回転用歯車機構を介さない場合であって、前記ドラムの回転軸に対する直角方向断面が略円形状又は略楕円形状であることを特徴とする。
また、本発明のバレル研磨機は、加工対象物が入れられたドラムを歯車機構によって回転させるバレル研磨機において、前記ドラムの回転軸に対する直角方向断面が略円形状又は略楕円形状であることを特徴とする。
また、本発明のバレル研磨機は、前記バレル研磨機において、前記ドラムの内部に、仕切り板又はねじり羽根が備えられたことを特徴とする。
また、本発明のバレル研磨機は、前記バレル研磨機において、前記ドラムの回転軸方向両端、回転軸方向一端又は回転軸方向中心へいくに従って細く狭まる形状に該ドラムが構成されたことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の非円形かつ非対称歯車を示す正面図である。
図２は、図１に示す非円形かつ非対称歯車を示す拡大正面図である。
図３は、図１に示す非円形かつ非対称歯車を使用した歯車機構を示す正面図である。
図４は、図１に示す歯車を使用したバレル研磨機を示す図であり、同図（ａ）は正面断面図であり、同図（ｂ）は側面断面図である。
図５は、従来の歯車を示す拡大正面図である。
図６は、従来のバレル研磨機を示す正面断面図である。
図７は、本発明のバレル研磨機の他の実施形態を示す図であり、同図（ａ）は正面断面図であり、同図（ｂ）は側面断面図である。
図８は、本発明の非円形かつ非対称歯車の他の実施形態を示す正面図である。
図９は、図８に示す非円形かつ非対称歯車を使用した歯車機構を示す正面図である。
図１０は、本発明の非円形かつ非対称歯車の更に他の実施形態を示す正面図である。
図１１は、非円形かつ非対称歯車の回転速度を示すグラフである。
図１２は、本発明の非円形かつ非対称歯車の更に他の実施形態を示す正面図である。
図１３は、図１２の非円形かつ非対称歯車を使用した往復運動機構を示す正面図である。
図１４は、図１３の往復運動機構のピストンの変位を示す変位線図である。
図１５は、従来の往復運動機構のピストンの変位を示す変位線図である。
図１６は、本発明の非対称歯車を示す図である。
図１７は、本発明の非対称歯車の他の実施形態を示す図である。
図１８は、本発明の非対称歯車の更に他の実施形態を示す図である。
図１９は、本発明の非対称歯車の更に他の実施形態を示す図である。
図２０は、本発明の非対称歯車に関して、回転角度と回転速度及び負荷との関係を示すグラフである。
発明を実施するための最良の形態
次に、本発明に係る非円形かつ非対称歯車、歯車機構、及びバレル研磨機の実施の形態について、図面に基づいて詳しく説明する。
図１及び図２において、符号１０は、本発明の非円形かつ非対称歯車であり、図３において、符号１２は、本発明の歯車機構であり、図４において、符号１４は、非円形かつ非対称歯車１０及び歯車機構１２を使用した本発明のバレル研磨機（バレル研磨機）である。なお、本明細書及び図面において、歯車１０には歯車１０ａ及び歯車１０ｂを含む。歯末外周曲線１６には歯末外周曲線１６ａ及び歯末外周曲線１６ｂを含み、歯元外周曲線１８には歯元外周曲線１８ａ及び歯元外周曲線１８ｂを含み、歯形２０には歯形２０ａ及び歯形２０ｂを含む。
非円形かつ非対称歯車１０は、略半円形状の歯末外周曲線１６と略半円形状の歯元外周曲線１８とが接続された複数の歯形２０を有する非円形かつ非対称歯車であり、図２に示すように、歯末外周曲線１６の中心点２２がピッチ線２４上に位置し、歯元外周曲線１８の中心点２６がピッチ線２４よりも内側に位置するように構成されている。すなわち、歯車１０ａの歯元外周曲線１８ａと歯車１０ｂの歯末外周曲線１６ｂとの間、及び歯車１０ｂの歯元外周曲線１８ｂと歯車１０ａの歯末外周曲線１６ａとの間に、両歯車の接触点を含む歯形２０ａ及び２０ｂにおいて、クリアランス４０が形成されるように構成されている。また、歯末外周曲線１６と歯元外周曲線１８とが直線２８によって接続されて構成されている。また、歯０は、ピッチ線２４が楕円形状である変形歯車であり、一定形状を成すピッチ線２４から車１回転中心３０までのピッチ線半径距離Ｒが不定であるように構成されている。
このような非円形かつ非対称歯車１０においては、歯車１０を回転駆動させた場合の負荷に対応するために、少なくとも歯末外周曲線１６の略半円形状の半径ｒが不定であることが望ましい。例えば、ピッチ線半径距離Ｒが最大になるピッチ線上の点３２の付近の歯形２０における歯末外周曲線１６の略半円形状の半径ｒ１が、ピッチ線半径距離Ｒが最小になるピッチ線上の点３４の付近の他の歯形２０における歯末外周曲線１６の略半円形状の半径ｒ２よりも大きいことが望ましい。一の歯車１０ａが点３２付近で他の歯車１０ｂと接触する場合に回転数の増速率が最も高くなり、点３２付近で歯車１０ａに回転軸３０ａのねじれ方向にかかる負荷が最も大きくなると考えられるからである。また、点３４から点３２へいくに従って、歯末外周曲線１６の略半円形状の半径ｒが大きくなっても良い。点３４で他の歯車１０ｂと接触している時から点３２で他の歯車１０ｂと接触している時へ移行するに従って、減速率が減少し増速率が増大していくため、他の歯車１０ｂに正の加速度が存在し、歯車１０ａにかかる負荷が増大していくと考えられるからである。なお、歯車１０ｂは、ピッチ線半径距離Ｒが最大になるピッチ線上の点の付近の歯形２０における歯末外周曲線１６の略半円形状の半径ｒ１が、ピッチ線半径距離Ｒが最小になるピッチ線上の点の付近の他の歯形２０における歯末外周曲線１６の略半円形状の半径ｒ２よりも小さいことが、負荷に対応した形状にする観点から好ましい。
なお、歯車１０ｂの形状は歯車１０ａの形状を裏返した関係にあり、各両歯車１０は、回転中心３０を通る全ての線に対して非対称であるように構成されている。また、両歯車１０は、互いに噛み合うことがＣＡＤによって確認されている。また、歯車１０の型の形成においては、ＣＡＤ又はＣＡＤ／ＣＡＭによって得られたＮＣデータに基づき、ＮＣレーザー加工機、ＮＣ放電加工機、ＮＣマシニングセンター、ＮＣフライス盤、ＮＣターニングセンター、又はＮＣ複合加工機等のＮＣ工作機械を使用して形成することが好ましい。また、歯車１０のような歯形自体をＮＣ工作機等の工作機械を使用して形成する場合であっても、歯末１２及び歯元１４を略半円弧形状等に構成するため、ＣＡＤ又はＣＡＤ／ＣＡＭによるＮＣデータの作成、又はＮＣ工作機械による切削を容易に行うことができる。このため、歯車１０の歯形自体をＮＣ工作機等の工作機械を使用して形成する場合であっても、歯車１０の製造コスト及び製造工数を低減することができる。
このような非円形かつ非対称歯車１０によれば、略半円形状の歯末外周曲線１０６と略半円形状の歯元外周曲線１０８とが接続された複数の歯形１２０を有する図５に示すような歯車１００と異なり、歯車１０ａの歯元外周曲線１８ａと歯車１０ｂの歯末外周曲線１６ｂとの間、及び歯車１０ｂの歯元外周曲線１８ｂと歯車１０ａの歯末外周曲線１６ａとの間に、両歯車の接触点を含む歯形２０ａ及び２０ｂにおいて，クリアランス４０が形成されることとなる。このため、歯車１０ａと１０ｂとが噛み合う場合に、歯形２０ａと２０ｂとが食い込みあったり干渉し合うことがなく、円滑に噛み合うことができ、耐久性が向上するとともに騒音が少なくなる。また、接触部における摩擦抵抗が少なくなり、機械効率を向上させることができ、実用性を高めることができる。一方、歯車１００の場合には、外周の加工精度に僅かの誤差があっただけでも、歯形１２０ａと歯形１２０ｂとが食い込みあったり干渉し合うこととなる。
次に、本発明に係る非円形かつ非対称歯車１０を利用した歯車機構１２の実施形態について説明する。この歯車機構１２は、図３に示すように、駆動側の歯車（第２の歯車）３６と、歯車３６に噛み合わされた歯車（第３の歯車）３８と、歯車３８に接合された歯車１０ａと、歯車１０ａに噛み合わされた歯車１０ｂとから構成されている。歯車３６と歯車３８とはピッチ線が円形状である歯車であるが、互いに寸法が異なり、歯車３６の外周上の一定の点に接触する歯車３８の外周上の点が時間経過に従って変化していくように構成されている。例えば、ある時間において、歯車３６の外周上のＡ点に接触する歯車３８の外周上の点がＢ点であった場合、歯車３６が一回転した後にＡ点に接触する歯車３８の外周上の点はＢ点ではなく他のＣ点になり、さらに歯車３６が一回転した後にＡ点に接触する歯車３８の外周上の点はＢ点でもＣ点でもなくＥ点になるように構成されている。
このような歯車機構１２によれば、変形歯車である歯車１０ａ及び１０ｂを回転させるため、歯車３６及び３８にかかる回転軸３０のねじれ方向の負荷は歯車の外周全体に均一にかからず、局所的に大きな負荷がかかるが、この局所的負荷のかかる点が歯車３６及び３８の外周上の一点にならずに、歯車３６及び３８の外周全体に渡るようにして、歯車３６及び３８の耐久性を向上させることができる。特に、加工対象物、メディア及び研磨水等の重量による負荷の大きいバレル研磨機に使用する場合にその効果は大きい。なお、図３においては、歯車３６よりも歯車３８の寸法が大きい場合について記載しており、歯車３６から歯３８へ回転運動を伝達する際に減速する機構について記載している。
次に、本発明の歯車１０及び歯車１２を利用して回転駆動させるバレル研磨機１４の実施形態について説明する。このバレル研磨機１４は、加工対象物４２が入れられたドラム４４を歯車機構１２によって回転させるバレル研磨機であり、図４に示すように、ドラム４４の回転軸４６に対する直角方向断面が円形状に構成されている。
このようなバレル研磨機１４によれば、ドラム４４の回転軸４６に対する直角方向断面が円形状に構成されているため、ドラム４４の回転時に加工対象物４２が流動せずにドラム４４の内壁を摺動して滑らかにドラム４４の底へ落下していく。このため、加工対象物４２同士が衝突することなく、メディアと混ざり合いながら落下し、加工対象物４２が欠けることがなく、加工対象物４２の品質を向上させることができる。すなわち、ドラム１３０の回転軸１３２に対する直角方向断面が６角形等の多角形である図６に示すような従来のバレル研磨機１３４と異なり、研磨効果を高めることができる。特に、変形歯車である歯車１０を用いてドラムを回転させる場合は、回転速度が変動するため、ドラムによって加工対象物４２が振り落とされるため、変形歯車１０を用いてドラムを回転させる場合に、ドラム４４の回転軸４６に対する直角方向断面を円形状に構成したことによる効果が顕著に現れる。また、バレル研磨機１４によれば、図４（ｂ）に示すように、ドラム４４の回転軸４６方向両端へいくに従って細く狭まる形状にドラム４４が構成されているため、摺動落下する加工対象物４２の流れ方向をドラム４４の中間部に集中させて研磨ムラを防止できる。なお、バレル研磨機１４において、図７に示すように、ドラム４４の回転軸４６に対する直角方向断面が楕円形状に構成されても同様の効果が生じる。また、円若しくは楕円の類似曲線、円若しくは楕円以外の曲線、又はそれらの類似曲線、その他の種々の曲線、又は多角形等で構成して応用することも可能である。さらに、図４（ｂ）の側面形状も機能に応じて多様化でき、円若しくは楕円、円若しくは楕円の類似曲線、円若しくは楕円以外の曲線又はそれらの類似曲線、その他の種々の曲線、又は多角形等から構成できる。
次に、本発明の非円形かつ非対称歯車は図８に示す歯車５０であっても良く、本発明の歯車機構は図９に示す歯車機構５２であっても良い。歯車５０は、歯車１０と同様の作用及び効果を奏し、歯車１０とは形状又は寸法の異なる歯車である。歯車機構５２は、歯車機構１２と同様の作用及び効果を奏し、歯車機構１２とは形状又は寸法の異なる歯車である。
また、本発明の非円形かつ非対称歯車は図１０に示すような歯車６０であっても良い。明細書及び図面において、歯車６０には歯車６０ａ及び歯車６０ｂを含む。この歯車６０も、一定形状を成すピッチ線から回転中心６２までのピッチ線半径距離が不定の非円形であり、回転中心６２を通る全ての線に対して非対称に構成されている、このような歯車６０によれば、歯車６０ａ一定速度で回転させた場合の時間Ｔと歯車６０ｂの回転速度Ｖとの関係は、図１１に示すようなグラフとなるが、加速する時のグラフ６４の傾きは減速する時のグラフ６６の傾きよりも大きくなっている。すなわち、回転速度ＶがピークとなるＰ点同士を結んだ直線６８の直角二等分線７０に対して非対称となる。
また、本発明の非円形かつ非対称歯車は図１２に示すような歯車８０であっても良い。この歯車８０は、一定形状を成すピッチ線８４から回転中心８２までのピッチ線半径距離が不定の非円形であり、回転中心８２を通る全ての線に対して非対称である。例えば、また、歯元外周曲線の中心点８６がピッチ線８４よりも内側に位置している。回転中心８２を通る線８１及び８３に対して非対称である。なお、本発明の非円形かつ非対称歯車に使用する歯形は、応用する産業機械（ポンプ、圧縮機、又はバレル研磨機等の工作機械、車（自動車のエンジン、福祉機器の車椅子、又は自動車等）、又は日常生活用機器（洗濯機等））の性能向上に合わせて、図２に示すような、円弧を使った歯形以外の歯形（例えば、インボリュート、サイクロイド、トロコイド曲線又はそれらの類似曲線等）を自由に選択して使用しても良い。
また、歯車８０を用いた往復運動機構８８を図１３に示す。この往復運動機構８８は、原動側の歯車８０ａと、従動側の歯車８０ｂと、歯車８０ｂにピン結合されたリンク９０とから構成され、リンク９０によってピストン９２を往復運動させるように構成されている。歯車８０ｂには、一例として、ピン９４を回転可能に取り付けるピン結合部が複数箇所に設けられており、作動させる対象機構の性能を向上させるように、リンク９０を歯車８０ｂに取り付ける位置を変更可能に配置できる。このような往復運動機構８８によれば、図１４に示すように、ピストン９２の往復運動方向における速度の変位曲線に脹らみを持たせることができ、図１５に示すような従来の往復運動機構の変位曲線のように角ばった曲線とはならない。このため、ピストン９２を滑らかに往復運動させることができる。なお、このような運動機構８８は、ピストン９２の運動に限らず、その他の多様な運動機構に適用でき、例えば、ポンプ、車の駆動機構、アーム、ドラム、工具、圧縮機、プレス、送風機、粉砕機、攪拌機、洗濯機、チェーンソー、草刈機、洗車装置、キックスターター、自動機、コンベア、福祉機器（車椅子、又は福祉用ロボット等）、若しくはワイパー等の運動に使用できる。
次に、本発明の歯車は、例えば、図１６に示す非対称歯車２００であっても良い。この歯車２００は、プレス加工機の往復運動の駆動機構に使用する歯車であり、歯車回転軸２０２への負荷の変動を認識し、認識した負荷の変動に対応してピッチ曲線２０４を決定し、決定したピッチ曲線２０４を有する歯車同志が噛合するようにピッチ曲線２０４を補正し、補正したピッチ曲線２０４を有する歯形２０６を決定し、歯車部材を決定した歯形２０６に加工して製造した歯車である。
この非対称歯車２００の製造方法を以下に詳細に説明する。
まず、パンチ又はダイを往復運動させてプレス材料をプレス加工する時の歯車回転軸２０２にかかる負荷の変動をカセンサー又はトルクセンサー等によって測定して認識する。例えば、プレス材料が強靭な材料である場合、パンチとダイとを接近させてプレスする時に最も大きな負荷がかかり、パンチとダイとを離隔させる時は機械的負荷がかかる程度である。この場合、駆動側の非対称歯車２００ａの回転速度に対する従動側の非対称歯車２００ｂの回転速度比Ｓは、パンチとダイとを接近させてプレスする時に小さくし、パンチとダイとを離隔させる時に大きくする必要がある。より大きな負荷がかかる時は従動側の非対称歯車２００ｂの回転速度を小さくする必要がある一方で、より小さな負荷がかかる時は加工の迅速化を図る必要があるからである。この非対称歯車２００ａ及び２００ｂの場合、非対称歯車２００ａ及び２００ｂが１回転する間には、最大負荷及び最小負荷の状態が夫々１度存在する。このような観点から、回転速度比Ｓの変動を決定し、Ｓ＝ｒａ／ｒｂ（ｒａは非対称歯車２００ａのピッチ曲線半径であり、ｒｂは非対称歯車２００ｂのピッチ曲線半径である。）なる式により、ピッチ曲線２０４ａ及び２０４ｂを決定する。ピッチ曲線２０４ａ及び２０４ｂは、方向の異なる同一形状である。
次に、この決定したピッチ曲線２０４ａ及び２０４ｂについて、互いに常に噛み合いながら回転するように補正する。すなわち、歯車２００ａ及び歯車２００ｂの互いに噛み合う１対の歯形について、ｒａ＋ｒｂ＝Ｌ（一定）なる式が成立するようにピッチ曲線２０４ａ及び２０４ｂのＣＡＤデータを補正する。このため、補正後のピッチ曲線２０４ａ及び２０４ｂは、理想的な形状と僅かに異なる。このようにしてピッチ曲線２０４ａ及び２０４ｂを決定した後、ピッチ曲線２０４ａ及び２０４ｂの略線上に中心点の存在する円形の歯末及び歯元をＣＡＤによって描き、歯形２０６ａ及び２０６ｂを決定する。歯形２０６ａ及び２０６ｂは、方向の異なる同一形状である。
次に、ＣＡＤ上で決定した歯形２０６ａ及び２０６ｂからＮＣデータを作成する。この作成したＮＣデータを使用して歯車部材をＮＣ加工して、非対称歯車２００ａ及び２００ｂの製造が終了する。本発明の非対称歯車２００ａ及び２００ｂは、負荷の変動に対応して歯形を決めるため、結果的に非対称な形状となっている。この非対称歯車２００ａ及び２００ｂは、コンプレッサーに使用しても良い。なお、非対称歯車２００ａ及び２００ｂの歯形は、インボリュート歯形であっても良い。
次に、本発明の歯車は、例えば、図１７に示す非対称歯車２１０ａ及び２１０ｂであっても良い。この非対称歯車２１０ａ及び２１０ｂは、バレル機又は攪拌機に使用する。この非対称歯車２１０ａ及び２１０ｂの場合、非対称歯車２１０ａ及び２１０ｂが１回転する間には、負荷の上昇及び降下の状態が夫々３度存在する。この非対称歯車２１０ａ及び２１０ｂの製造方法は、非対称歯車２００ａ及び２００ｂと同様である。なお、非対称歯車２１０ａ及び２１０ｂの歯形は、インボリュート歯形であっても良い。
次に、本発明の歯車は、例えば、図１８に示す非対称歯車２２０ａ及び２２０ｂであっても良い。この非対称歯車２２０ａ及び２２０ｂは、冷蔵庫用ロータリーコンプレッサー又は攪拌機に使用する。この非対称歯車２２０ａ及び２２０ｂの場合、非対称歯車２２０ａ及び２２０ｂが１回転する間には、負荷の上昇及び降下の状態が夫々３度存在する。この非対称歯車２２０ａ及び２２０ｂの製造方法は、非対称歯車２００ａ及び２００ｂと同様である。なお、非対称歯車２２０ａ及び２２０ｂの歯形は、インボリュート歯形であっても良い。
次に、本発明の歯車は、例えば、図１９に示す非対称歯車２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３２ａ、２３２ｂ及び２３２ｃであっても良い。これらの歯車は、攪拌機の回転伝達部２３４又は２３６に組み込まれて使用される。非対称歯車２３０ａ及び２３２ａは駆動側歯車であり、非対称歯車２３０ｂ、２３０ｃ、２３２ｂ及び２３２ｃは従動側歯車である。駆動側歯車が中心に位置し、従動側歯車が両サイドに位置することにより、回転速度を変動させながらも振動を防止することができ、非対称歯車を有効に活用できる。
また、本発明の歯車の歯形を決定するにあたり、歯車回転軸の負荷（単位はＮ（ニュートン），ｋｇｆ等）の変動と回転速度（単位はｒｐｍ等）の変動との対応関係の一例を図２０に示す。図２０の場合、ピストンの駆動用の非対称歯車についての例であるが、非対称歯車が１回転する間には、負荷の上昇及び降下の状態が夫々１度存在し、負荷が最低の時に回転速度が最大となり、負荷が最大の時に回転速度が最小となる。また、負荷が増加するに従って回転速度を減少させ、負荷が減少するに従って回転速度を増加させているが、負荷の増加率よりも回転速度の減少率を小さくし、負荷の減少率よりも回転速度の増加率を小さくしている。具体的には、負荷の場合、回転角度０°付近から急激に増加した後に、より緩やかに増加して最大値（ＭＡＸ）に達するが、回転速度は緩やかに減少して最小値（ＭＩＮ）に達している。また、負荷の場合、回転角度１８０°付近から緩やかに減少した後に、より急激に減少して最小値（ＭＩＮ）に達するが、回転速度は略一定の増加率で増加して最大値（ＭＡＸ）に達している。これは、歯車の騒音等を防止するためである。
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、本発明に係る非円形かつ非対称歯車、歯車機構及びバレル研磨機は、図示したものに限定されず、その他の態様でも実施し得るものである。
例えば、本発明の非円形かつ非対称歯車及び歯車機構の用途は、特に限定されず、ピストンの往復運動の他、洗濯機、攪拌機又は自動車用ワイパー等に使用しても良い。洗濯機又は攪拌機（ミキサー、バレル研磨機等）として使用した場合には、回転体（回転翼等）を不定速度回動運動させて泡立ちを良くし、洗浄効率又は攪拌効率を向上させることができると考えられる。また、リンク機構の一例である自動車用ワイパーとして使用した場合には、窓の中央付近等の一定の部分を通過する時のみ高速で回転させることにより、自動車用ワイパー効果の上昇、見やすさの向上（運転視界の確保及び向上）及び磨耗の低減ができる
また、不定速度往復運動を生じさせることを利用して、圧縮機に使用しても良い。圧縮機に使用した場合には、圧縮するための負荷に対応して往復運動の速度を変えることにより、圧縮効率を高めることができると考えられる。また、同一モーターを使用してさらに圧縮効率を向上できる。また、バレル研磨機において、ドラムの回転軸方向両端、回転軸方向一端又は回転軸方向中心へいくに従って細く狭まる形状にドラム構成したバレル研磨機の場合、側面断面図において、図４（ｂ）に示す形状に限定されず、回転軸方向両端へいくに従って細く狭まる形状として、楕円、円又は球であっても良い。また、回転軸方向一端へいくに従って細く狭まる形状として、台形又は変形楕円等の鉛直線に対して非対称形状であっても良い。また、回転軸方向中心へいくに従って細く狭まる形状として、鼓形状であっても良い。
その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々なる改良，修正，変形を加えた態様で実施できるものである。
産業上の利用可能性
本発明の非対称歯車は、歯車回転軸への負荷変動に対応してピッチ曲線を決定して製造することにより結果的にピッチ曲線が非対称となった歯車である。負荷変動は用途によって異なるが、本発明によれば負荷変動に応じた形状であり、用途に応じた最適の形状となる。また、非円形歯車は回転速度が変動するが、非対称とすることにより、回転速度の増加率と回転速度の増加率とを異ならせることができる。このため、振動を吸収できる等、従来の非円形歯車に対して有利な効果が生じる。なお、非対称とすることにより、回転速度の増加率と回転速度の増加率とを異ならせることができ、回転速度の増加率と回転速度の増加率とを異ならせるように歯車の製造を行えば、必然的に非対称になる。
このような非対称歯車によれば、負荷の変動を均衡化させることにより、歯車駆動機構の消費電力を削減することができる。現実に実験を行った結果、２５％〜２７％の消費電力を削減できた。
本発明の非対称歯車をポンプに利用した場合、以下の効果が生じる。ルーツ型ポンプに組み込むと、ポンプ効率を向上させることができるとともに、脈動を吸収できる。ロータリーポンプに組み込めば消費電力を削減できるとともに、ポンプ効率を改善できる。ピストンポンプに組み込めば消費電力を削減できる。
本発明の非対称歯車を攪拌機又は研磨機に利用した場合、以下の効果が生じる。液体混合機に組み込むと、混合密度及び混合速度を向上できる。家庭用ミキサーの場合にも、同様の効果がある。洗濯機に組み込んでフィンを不等速回転させると泡立ちが良くなる。回転バレル研磨機に組み込むと、従来の回転バレル研磨機に対して数倍の研磨力になる。
本発明の非対称歯車をコンベアの駆動手段に利用した場合、以下の効果が生じる。粉状物移送装置に組み込んで不等速で粉状物を運動させると、一定量ずつに分離できる。生産ラインのコンベアに組み込むと、安価な間欠コンベアとして利用できる。
本発明の非対称歯車をプレス機のラム駆動に利用した場合、以下の効果が生じる。リンクプロモーション機に組み込むと、ラムの下降速度をアナログ的に変更でき、材料を容易に伸ばすことができるとともに、金型の寿命を長くすることができる。
本発明の非対称歯車を小型エンジンの出力軸に利用した場合、電力を削減できる。また、振動を吸収できるため、船舶用の大型ディーゼルエンジンに組み込めば、騒音防止が可能となり、エンジンチェーンソーに組み込めば、白蝋病の予防が可能となる。
本発明の非対称歯車を水量計に組み込んだ場合、不等速運動を利用して流量を増幅することにより、微量測定が可能となる。
本発明の非円形かつ非対称歯車及び歯車機構によれば、一の歯車の歯元外周曲線と他の歯車の歯末外周曲線との間、及び他の歯車の歯元外周曲線と一の歯車の歯末外周曲線との間に、両歯車の接触点を含む歯形において，クリアランスが形成されることとなる。このため、外周の略半円形状の加工精度が殆ど０である歯車でなくとも、一の歯車と他の歯車とが噛み合う場合に、一の歯車の歯形と他の歯車の歯形とが食い込みあったり干渉し合うことがなく、円滑に噛み合うことができ、耐久性が向上するとともに騒音が少なくなる。また、外周の略半円形状の加工精度を完全に０にするには不可能であるという観点からも、本発明の歯車及び歯車機構は、外周の略半円形状の加工精度が殆ど０である歯車でなくとも円滑に噛み合うことができるという特徴点により、有効な効果が生じる。また、外周の略半円形状の加工精度を完全に０にする必要がなくなり、歯車の加工が容易になる。
また、略半円形状の歯末外周曲線と略半円形状の歯元外周曲線とが接続された複数の歯形を有する歯車であり、一定形状を成すピッチ線から回転中心までのピッチ線半径距離が不定であり、少なくとも歯末外周曲線の略半円形状の半径が不定であることを特徴とする本発明の非円形かつ非対称歯車及び歯車機構によれば、例えば、ピッチ線半径距離が最大になるピッチ線上の一の点の付近の歯形における歯末外周曲線の略半円形状の半径を、ピッチ線半径距離が最小になるピッチ線上の他の点の付近の他の歯形における歯末外周曲線の略半円形状の半径よりも大きくすることにより、一の歯車がその一の点付近で他の歯車と接触する場合に回転数の増速率が最も高くなり、その一の点付近で歯車にかかる負荷が最も大きくなることに対応できる。このため、歯車の耐久性を向上させて寿命を長くできるため、歯車をより薄く構成することが可能となる。
また、所定形状を成すピッチ線から回転中心までのピッチ線半径距離が不定である第１の歯車と、第１の歯車と噛み合う第２の歯車と、第２の歯車と噛み合う第３の歯車とを備え、第２の歯車のピッチ線の寸法と第３の歯車のピッチ線の寸法とが異なることを特徴とする本発明の歯車機構によれば、変形歯車である歯車を回転させることによる局所的負荷のかかる点が歯車の外周上の一点にならずに、歯車の外周全体に渡るようにして、歯車の耐久性を向上させることができる。また、歯車の厚みを薄くすることが可能となる。
また、加工対象物及び研磨剤が入れられたドラムを歯車機構によって一回転間に変速回転させるバレル研磨機の一例によれば、バレルが６角形で１対２の変速比を有する非円形歯車を使用した場合、加工物と研磨剤の軌跡が楕円形状となり、従来の斜面のみの軌跡長よりも軌跡長と周速をアップすることができる。現実に、研磨効率が４０％上昇した。また、多様な周速を得られるため、多様な加工物に対応できる。
また、ドラムの回転軸に対する直角方向断面が略円形状又は略楕円形状であることを特徴とする本発明のバレル研磨機によれば、ドラムの回転時に加工対象物が流動せずにドラムの内壁を摺動して滑らかにドラムの底へ落下していく。このため、加工対象物同士が衝突することなく、加工対象物同士がメディアと混ざり合いながら落下し、加工対象物が欠けることがなく、加工対象物の品質を向上させることができる。
また、ドラムの内部に、仕切り板又はねじり羽根が備えられたことを特徴とする本発明のバレル研磨機によれば、仕切り板を備えた場合には、種類の異なる加工対象物や研磨材の使用が可能になる。これにより、研磨材の選定試験を容易に行うことができ、異種の加工対象物の異種の研磨が可能になる。
また、ドラムの回転軸方向両端等へいくに従って細く狭まる形状にドラムが構成されたことを特徴とする本発明のバレル研磨機によれば、摺動落下する加工対象物の流れ方向をドラムの中間部等に集中させて研磨ムラ等の加工ムラを防止することができる。

Claims (7)

1. ピッチ曲線が線対称軸を有しないピッチ曲線が非対称な非対称歯車の製造方法であり、
   原動側の歯車を一定速度で回転させた場合の時間と従動側の歯車の回転速度との関係を示す非対称な回転速度変動曲線を、当該歯車回転軸への負荷の変動に対応して決定するステップと、
   該非対称な回転速度変動曲線に対応して非対称なピッチ曲線を決定するステップと、
   該決定したピッチ曲線を有する歯車であって同一形状かつ同一寸法である２個の歯車同志が噛合しながら回転するように、一方の歯車のピッチ曲線半径と他方の歯車のピッチ曲線半径との和が一定となるように該ピッチ曲線を補正するステップと、
   該補正したピッチ曲線を有する歯形を決定するステップと、
   歯車部材を該決定した歯形に加工するステップと、
   を含む非対称歯車製造方法。
2. 前記ピッチ曲線を決定するステップが、該決定した回転速度変動曲線に対応してピッチ曲線から回転中心までのピッチ曲線半径距離の変動を決定するステップを含む請求項１に記載する非対称歯車製造方法。
3. 前記回転速度変動を決定するステップが、負荷が増加する時に前記回転速度を減少させ、負荷が減少する時に前記回転速度を増加させるように決定する請求項２に記載する非対称歯車製造方法。
4. 前記回転速度変動を決定するステップが、負荷が増加する時の回転速度の減少率と負荷が減少する時の回転速度の増加率とが異なるように決定する請求項３に記載する非対称歯車製造方法。
5. 前記加工するステップが、前記決定した歯形のＮＣデータを作成するステップと、該ＮＣデータに基づいて成形加工を行うステップとを含む請求項１乃至請求項４のいずれかに記載する非対称歯車製造方法。
6. ピッチ曲線が線対称軸を有しないピッチ曲線が非対称な非対称歯車であり、請求項１乃至請求項５のいずれかの非対称歯車製造方法により製造する非対称歯車。
7. 前記非対称歯車を少なくとも２個噛合させて回転させた場合、従動側の非対称歯車の回転速度増加率と回転速度減少率とが異なる請求項６に記載する非対称歯車。

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