JP4246083B2 - 減速装置 - Google Patents

Description

本発明は、駆動モータの回転軸の回転等を伝達する減速装置に関する。

周知の様に、この種の減速装置においては、複数の歯車を噛み合わせており、最初の歯車を回転させ、この回転を以降の他の各歯車に順次伝達して、回転速度を減速する。このとき、歯車と他の歯車との噛み合いにより回転を伝達することから、各歯車の噛み合いピッチ誤差を原因とする振動の発生を避け難い。この振動は、歯車の回転軸もしくは回転軸の軸受けを介して減速装置のシャーシもしくはケースへと伝達される。そして、このシャーシもしくはケースの振動が騒音となる。

このため、歯車から発生する振動もしくは減速装置の騒音を抑制するための様々な提案がなされている。例えば、特許文献１には、図６に示す様に歯車１０１の外周縁を除く表面に弾性材１０２を弾性的に圧縮した状態で設け、圧縮された弾性材１０２により歯車の振動を吸収して減衰させ、騒音を抑えるという技術が開示されている。

また、特許文献２には、図７に示す様に円形のフランジ部材１１１の外周に歯車部材１１２を固定支持し、フランジ部材１１１として、２種類の材質を貼り合わせたものを適用し、フランジ部材１１１に制振性を持たせて、歯車の振動を吸収して抑制するという技術が開示されている。
実開平２−８０２５０号公報 特開平１０−２３１９１８号公報

しかしながら、特許文献１では、弾性材をボルトとナットで締め付ける等の複雑な構造を必用とし、また該構造を伴う歯車の厚みが増大するという不都合があった。

また、特許文献２では、フランジ部材の形状が複雑であって、フランジ部材の製作が困難であった。また、２種類の材質を貼り合わせたものを曲げ加工して、フランジ部材を製作する場合は、２種類の材質がずれてしまって、これらの貼り合わせ強度が弱まり、本来の制振性を発揮することができなくなった。

そこで、本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、構造が複雑化せず、容易に製作することができ、十分な制振性を発揮することが可能な減速装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、駆動モータの回転軸に固定された第１歯車と、第１歯車に噛み合う第２歯車と、第２歯車に噛み合う第３歯車とを少なくとも備える減速装置において、第２歯車は、複数の歯を円形回転体の外周縁に形成し、円形回転体中心の支軸から外周縁の各歯までの平面部に接着剤層を介して円板を接着したものであって、円形回転体の材質と円板の材質が異なり、円板及び接着剤層による振動の抑制効果を第２歯車のみに与えている。

また、本発明においては、円形回転体の共振周波数と板状部材の共振周波数が異なる。

更に、本発明においては、円形回転体の直径方向に沿う断面の曲げ剛性が、板状部材の曲げ剛性以下である。

また、本発明においては、円形回転体の材質と板状部材の材質が異なる。

更に、本発明においては、円形回転体の材質が合成樹脂であり、板状部材の材質が金属である。

本発明の歯車によれば、各歯を円形回転体の外周縁に形成しており、この円形回転体の少なくとも外周縁を除く表面に、板状部材を接着している。ここで、円形回転体と板状部材の変形に伴い、円形回転体と板状部材間にせん断力が作用し、円形回転体と板状部材間に介在する接着剤層にせん断歪みが発生する。接着剤は、一般にせん断歪みに対する減衰性能を持っている。このため、円形回転体と板状部材間の接着剤層は、両者間のせん断歪みを減衰させ、これに伴って両者の振動も減衰させ、騒音を抑える。また、円形回転体に板状部材を貼り合わせるので、構造が複雑化せず、容易に作成することができ、厚みの増大も抑えることができる。

また、円形回転体の共振周波数と板状部材の共振周波数が異なるので、円形回転体と板状部材間の振動の位相がずれ、接着剤層のせん断歪み速度が大きくなって、接着材層の減衰力が高まり、円形回転体と板状部材の振動の減衰作用がより大きくなる。

更に、円形回転体の直径方向に沿う断面の曲げ剛性が、板状部材の曲げ剛性以下であるため、板状部材により円形回転体の振動を確実に抑えることができる。

例えば、円形回転体の材質と板状部材の材質を異ならせることにより、円形回転体の共振周波数と板状部材の共振周波数を異ならせたり、円形回転体の曲げ剛性を板状部材の曲げ剛性以下に設定することができる。より具体的には、円形回転体の材質を合成樹脂とし、板状部材の材質を金属とすれば良い。

一方、本発明の減衰装置によれば、駆動モータの回転軸に固定された第１歯車と、第１歯車に噛み合う第２歯車と、第２歯車に噛み合う第３歯車とを少なくとも備えることを前提とし、第２歯車として、上記本発明の歯車を適用している。第１歯車は、駆動モータにより直接回転されるので、その回転速度が最も高い。このため、第１と第２歯車間の歯の衝突回数が最も多い。そこで、第２歯車として、上記本発明の歯車を適用することにより、第２歯車の振動並びに騒音を抑えれば、第１と第２歯車間の騒音も効果的に抑えることができ、第２歯車の振動並びに騒音が第３歯車以降に伝達されることも防ぐことができる。この結果として、減衰装置の騒音を良好に抑えることができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の減衰装置の一実施形態を示す側面図及び平面図である。本実施形態の減衰装置は、第１歯車１、第２歯車２、第３歯車３、第４歯車４、第５歯車５、ラック６、及びシャーシ７を備えており、駆動モータ１１をシャーシ７に固定支持して、第１歯車１を駆動モータ１１の回転軸１１ａに取り付け、シャーシ７に突設されたそれぞれの支軸１２〜１５により第２乃至第５歯車２〜５を回転自在に軸支し、ラック６を矢印Ｂ方向及び矢印Ｂと逆方向に移動可能に支持している。第２歯車２は、大歯車２ａ、小歯車２ｂ、及び円板２ｃを同心状に重ねたものである。また、第４歯車４は、大歯車４ａと小歯車４ｂを同心状に重ねたものであり、第５歯車５は、大歯車５ａと小歯車５ｂを同心状に重ねたものである。

そして、第１歯車１を第２歯車２の大歯車２ａに噛み合わせ、第２歯車２の小歯車２ｂを第３歯車３に噛み合わせ、第３歯車３を第４歯車４の大歯車４ａに噛み合わせ、第４歯車４の小歯車４ｂを第５歯車５の大歯車５ａに噛み合わせ、第５歯車５の小歯車５ｂをラック６に噛み合わせている。

駆動モータ１１により第１歯車１が矢印Ａ方向に回転されたとすると、第２歯車２が矢印Ａ方向とは逆方向に回転され、第３歯車３が矢印Ａ方向に回転され、第４歯車４が矢印Ａ方向とは逆方向に回転され、第５車５が矢印Ａ方向に回転され、ラック６が矢印Ｂ方向に移動される。また、駆動モータ１１により第１歯車１が逆回転されたとすると、第２乃至第５歯車２〜５もそれぞれ逆回転され、ラック６が矢印Ｂ方向とは逆方向に移動される。

さて、この様な減衰装置においては、複数の歯車を噛み合わせて回転させるため、各歯車の噛み合いピッチ誤差を原因とする振動の発生を避け難く、この振動が歯車の回転軸もしくは回転軸の軸受けを介してシャーシ７へと伝達され、このシャーシ７が振動して、騒音が発生する。

本実施例では、ラック６のＢ方向及びその逆方向の作用力を大きくするために、駆動モータ１１の回転を減速して伝達していることから、駆動モータ１１により回転される第１歯車１の回転速度が各歯車の中では最も速く、第１歯車１と第２歯車２間の歯の衝突回数が最も多いことに着目し、第２歯車２の振動並びに騒音を抑えて、第１歯車１と第２歯車２間の騒音を効果的に抑え、かつ第２歯車２の振動並びに騒音が第３歯車３以降に伝達されることを防いで、騒音の抑制を図っている。また、第２歯車２の共振周波数と歯の衝突周波数（単位時間当たりの衝突回数）が一致すると、騒音が特に大きくなるので、第２歯車２の共振周波数を調節して、騒音を抑えてもいる。

図２は、振動並びに騒音を抑えるための構造を有する第２歯車２を図１（ａ）のＣ−Ｃに沿って切断して示している。図２から明らかな様に第２歯車２は、大円形回転体２１と小円形回転体２２を同心状に形成し、複数の歯２３を大円形回転体２１の外周縁に一定のピッチで形成して、大歯車２ａを形成し、複数の歯２４を小円形回転体２２の外周縁に一定のピッチで形成して、小歯車２ｂを形成している。そして、支軸１２から各歯２３までの範囲にある大円形回転体２１の平面部２１ａに、円板２ｃを接着剤（図示せず）を介して貼り合わせている。

ここで、図３（ａ）に示す様に第２歯車２を大円形回転体２１に簡略化して、大円形回転体２１の振動を考えてみる。図３（ｂ）に示す様に大円形回転体２１が振動して共振状態にあるときには、太鼓の皮と同様に、大円形回転体２１の周縁と中心の位相が１８０度ずれて、大円形回転体２１が振動するか、もしくは大円形回転体２１が単純な曲げ運動を繰り返し、大円形回転体２１が点線及び実線で示す変形を交互に繰り返す。

図４（ａ）に示す様に大円形回転体２１に円板２ｃを貼り合わせて一体化すると、図４（ｂ）に示す様に大円形回転体２１と円板１０が共に振動し、大円形回転体２１の変形に伴って円板１０も変形する。大円形回転体２１と円板２ｃを貼り合わせたときの剛性は、大円形回転体２１単体のときの剛性よりも高くなるため、大円形回転体２１と円板１０の変形量が大円形回転体２１単体の変形量よりも小さくなり、大円形回転体２１の振動が抑えられる。

また、大円形回転体２１と円板２ｃの変形に伴い、大円形回転体２１と円板２ｃ間にせん断力が作用し、大円形回転体２１と円板２ｃ間に介在する接着剤層にせん断歪みが発生する。接着剤は、一般にせん断歪みに対する減衰性能を持っている。このため、大円形回転体２１と円板２ｃ間の接着剤層は、両者間のせん断歪みを減衰させ、両者の振動も減衰させる。

接着材層の減衰力は、せん断歪み速度に比例する。また、大円形回転体２１と円板２ｃ間で共振周波数をずらせば、両者間で振動の位相がずれて、接着剤層のせん断歪み速度が大きくなる。このため、大円形回転体２１と円板２ｃ間で共振周波数をずらすことにより、接着材層の減衰力を高めて、大円形回転体２１と円板２ｃの振動の減衰作用を大きくすることができる。

円板（大円形回転体２１及び円板２ｃ）の共振周波数ｆは、次式（１）で与えられる（機械工学便覧新版１９８６年、Ａ３−Ｐ５４を参照）。

ただし、λは境界条件で定まる無次元係数、ｈは円板厚の１／２、ａは円板の半径、Ｅは円板のヤング率、ρは円板材料の密度である。

そこで、大円形回転体２１の共振周波数をｆ１とし、円板２ｃの共振周波数をｆ２とすると、各共振周波数ｆ１、ｆ２が相互に異なり、かつ各共振周波数ｆ１、ｆ２が第１歯車１と第２歯車２間の歯の衝突周波数からずれる様に、上記式（１）に基づいて、大円形回転体２１及び円板２ｃの大きさや材質等を設定すれば、第２歯車２の振動を抑えて、騒音を抑えることができる。

また、大円形回転体２１の断面２次モーメントを円板２ｃの断面２次モーメントよりも小さくすれば、大円形回転体２１の変形に抗する円板２ｃの力が大きくなるので、第２歯車２の変形量をより抑えて、第２歯車２の振動を抑えることができる。

このためには、例えば円板２ｃを大円形回転体２１の厚みよりも厚くすれば良い。あるいは、小型の減衰装置においては、各歯車を合成樹脂（例えばナイロン）により形成することが多いため、円板２ｃとして、ヤング率が合成樹脂よりも高い金属製のものを適用すれば良い。この場合は、円板２ｃを薄くすることができ、第２歯車２そのものも薄くすることができる。

この様に本実施例では、第２歯車２として、大円形回転体２１と円板２ｃを接着剤により貼り合わせたものを用い、大円形回転体２１と円板２ｃ間で共振周波数を異ならせ、大円形回転体２１の供給周波数と円板２ｃの共振周波数を第１歯車１と第２歯車２間の歯の衝突周波数からずらし、大円形回転体２１の断面２次モーメントを円板２ｃの断面２次モーメントよりも小さくしているので、第２歯車２の振動並びに騒音を抑えて、第１歯車１と第２歯車２間の騒音を効果的に抑え、かつ第２歯車２の振動並びに騒音が第３歯車３以降に伝達されることを防いで、騒音を抑制することができる。

また、第２歯車２に円板２ｃを貼り合わせるので、第２歯車２の構造が複雑化せず、第２歯車２を容易に作成することができ、第２歯車２の厚みの増大も抑えることができ、延いては減衰装置の小型化を図ることができ、またコストの上昇を招かずに済む。

尚、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、多様に変形することができる。例えば、図５に示す様に支軸１２から各歯２３までの範囲で大円形回転体２１に凹部２１ｂを形成し、円板２ｃを凹部２１ｂに嵌め込んで接着しても良い。これにより、第２歯車２をより薄くして、減衰装置のより小型化を図ることができる。この場合も、大円形回転体２１と円板２ｃを接着剤により貼り合わせ、大円形回転体２１と円板２ｃ間で共振周波数を異ならせ、大円形回転体２１の供給周波数と円板２ｃの共振周波数を第１歯車１と第２歯車２間の歯の衝突周波数からずらし、大円形回転体２１の断面２次モーメントを円板２ｃの断面２次モーメントよりも小さくする。

（ａ）及び（ｂ）は、本発明の減衰装置の一実施形態を示す側面図及び平面図である。 本実施例の減衰装置における第２歯車を図１（ａ）のＣ−Ｃに沿って切断して示す断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、第２歯車２の大円形回転体単体の振動を説明するために用いた図である。 （ａ）及び（ｂ）は、第２歯車２の大円形回転体と円板の振動を説明するために用いた図である。 第２歯車の変形例を示す断面図である。 従来の歯車の一例を示す断面図である。 従来の歯車の他の例を示す断面図である。

符号の説明

１ 第１歯車
２ 第２歯車
２ａ 大歯車
２ｂ 小歯車
２ｃ 円板
３ 第３歯車
４ 第４歯車
５ 第５歯車
６ ラック
７ シャーシ
１１ 駆動モータ
１２〜１５ 支軸

Claims (4)

1. 駆動モータの回転軸に固定された第１歯車と、第１歯車に噛み合う第２歯車と、第２歯車に噛み合う第３歯車とを少なくとも備える減速装置において、
   第２歯車は、複数の歯を円形回転体の外周縁に形成し、円形回転体中心の支軸から外周縁の各歯までの平面部に接着剤層を介して円板を接着したものであって、円形回転体の材質と円板の材質が異なり、円板及び接着剤層による振動の抑制効果を第２歯車のみに与えたことを特徴とする減速装置。
2. 円形回転体の共振周波数と円板の共振周波数が異なることを特徴とする請求項１に記載の減速装置。
3. 円形回転体の直径方向に沿う断面の曲げ剛性が、円板の曲げ剛性以下であることを特徴とする請求項１に記載の減速装置。
4. 円形回転体の材質が合成樹脂であり、円板の材質が金属であることを特徴とする請求項１に記載の減速装置。

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