JP4277732B2 - 歯車の軸線位置を自動補正する歯車装置 - Google Patents

Description

本発明は、歯車装置に係り、特に歯車の軸線位置を自動補正するよう構成された歯車装置に係る。

互いに平行な第一、第二および第三の軸を有し、第一の軸には第一の捩れ方向の第一のはすば歯車が設けられ、第二の軸には第一のはすば歯車と噛み合った第一の捩れ方向とは逆の第二の捩れ方向の第二のはすば歯車と第一の捩れ方向の第三のはすば歯車とが設けられ、第三の軸には第三のはすば歯車と噛み合った第二の捩れ方向の第四のはすば歯車が設けられている歯車装置に於いては、歯車のトルク伝達作動中第二の軸にスラスト荷重が作用するが、それを受けるスラスト軸受の平均半径を第二及び第三はすば歯車のピッチ円半径とはすばの捩れ角との関係に於いて所定値に設定することにより摩擦損失や歯車騒音を低減することが、下記の特許文献１に記載されている。また転がり軸受の外輪とハウジングの間または転がり軸受の内輪と支持軸との間の隙間を無くすよう、転がり軸受に予圧を付し、軸受のクリープや振動を抑制すべく、転がり軸受の外輪とハウジングの間または転がり軸受の内輪と支持軸の間にテーパ状のアダプタを装着することが、下記の特許文献２に記載されている。
特開２００２−４８２２１号公報 特開平１１−２６４４２１号公報

はすば歯車やハイポイド歯車の如く捩れた歯を有する歯車を用いた歯車装置は、歯車の歯の噛合いの進行が滑らかであるという利点を有するが、歯車の噛合いによってトルクが伝達されるとき、歯車には同時に軸線方向のスラスト力が作用するという問題がある。特に、上記の特許文献１に記載されている如く、互いに平行な第一、第二および第三の軸を有し、第一の軸には第一の捩れ方向の第一のはすば歯車が設けられ、第二の軸には第一のはすば歯車と噛み合った第一の捩れ方向とは逆の第二の捩れ方向の第二のはすば歯車と第一の捩れ方向の第三のはすば歯車とが設けられ、第三の軸には第三のはすば歯車と噛み合った第二の捩れ方向の第四のはすば歯車が設けられている歯車装置に於いては、第一の歯車から第四の歯車が駆動される場合にも、逆に第四の歯車から第一の歯車が駆動される場合にも、第一と第二の歯車の噛合いにより第二の歯車に作用する軸線方向スラスト力と、第三と第四の歯車の噛合いにより第三の歯車に作用する軸線方向スラスト力とは、常に同方向に向いて重なるので、トルク伝達作動中第二の軸に作用するスラスト力は大きくなりがちである。

一方、歯車装置、特に車輌の駆動系に於ける歯車装置の如く、精密機械ではなく、動力機械に属する歯車装置に於いては、強度的観点から設計された軸受構成部材の温度変化による熱膨脹の差や製造上止むを得ない誤差を許容しなければならないことから、軸受部の軸心の位置にはかなりの遊びがある。しかし、かかる遊びは、歯車の横振動を許すだけでなく、それによって互いに噛み合う２つの歯車の軸心間距離が変動すれば、噛合いが悪化し変速比の変動につながり、これらの横振動や変速比変動により特に車輌に於いては車体の一部に共振を惹起し、ギヤノイズの悪化や車輌の乗り心地性を損なう恐れがある。

本発明は、歯車装置に於ける上記の事情に鑑み、噛合いによるトルク伝達に伴って軸線方向にスラスト力を生ずる歯車装置に於いて、該スラスト力を利用して歯車間距離の自動補正を図った歯車装置を提供することを課題としている。

上記の課題を解決するものとして、本発明は、噛合いによるトルク伝達に伴って相互間で半径方向と軸線方向とに力が作用する２つの歯車を含む歯車装置にして、前記２つの歯車の一方の歯車の軸受支持部に該歯車に作用する前記軸線方向力の作用方向への該歯車の変位により該歯車に作用する前記半径方向力の作用方向とは逆の方向への変位を該歯車に生じさせる変位変換機構を備えていることを特徴とする歯車装置を提案するものである。

前記変位変換機構は前記軸線方向力を前記半径方向力に変換する傾斜カムであってよい。

特に、本発明は、互いに平行な第一、第二および第三の軸と、前記第一の軸により担持された第一の捩れ方向の第一のはすば歯車と、前記第二の軸により担持され前記第一のはすば歯車と噛み合った前記第一の捩れ方向とは逆の第二の捩れ方向の第二のはすば歯車と、前記第二の軸により担持された前記第一の捩れ方向の第三のはすば歯車と、前記第三の軸により担持され前記第三のはすば歯車と噛み合った前記第二の捩れ方向の第四のはすば歯車とを含み、前記第二の軸の両端部に前記変位変換機構を備える歯車装置に於いて実施されるに適している。

上記の如く、噛合いによるトルク伝達に伴って相互間で半径方向と軸線方向とに力が作用する２つの歯車を含む歯車装置に於いて、前記２つの歯車の一方の歯車の軸受支持部に該歯車に作用する前記軸線方向力の作用方向への該歯車の変位により該歯車に作用する前記半径方向力の作用方向とは逆の方向への変位を該歯車に生じさせる変位変換機構が設けられていれば、噛合いによるトルク伝達に伴って該歯車に作用する半径方向力により、該歯車が軸ごと軸受支持部の遊び代だけ半径方向に変位しても、それに対応して該歯車の軸受支持部には前記変位変換機構により前記半径方向力の作用方向とは逆の方向への変位が生ずるので、上記の遊び代を自動的に打ち消すことができ、歯車の横振動や変速比変動を抑制することができる。

傾斜カムは変位を直角方向に変換するに簡単にして有効な手段であり、前記の如く歯車に作用する軸線方向力の作用方向への該歯車の変位により該歯車に作用する半径方向力の作用方向とは逆の方向への変位を生成するに適している。

特に、本発明が、互いに平行な第一、第二および第三の軸と、前記第一の軸により担持された第一の捩れ方向の第一のはすば歯車と、前記第二の軸により担持され前記第一のはすば歯車と噛み合った前記第一の捩れ方向とは逆の第二の捩れ方向の第二のはすば歯車と、前記第二の軸により担持された前記第一の捩れ方向の第三のはすば歯車と、前記第三の軸により担持され前記第三のはすば歯車と噛み合った前記第二の捩れ方向の第四のはすば歯車とを含み、前記第二の軸の両端部に前記変位変換機構を備える歯車装置に於いて実施されれば、前記第一と第二の歯車の噛合いにより前記第二の歯車に作用する軸線方向スラスト力と、前記第三と第四の歯車の噛合いにより前記第三の歯車に作用する軸線方向スラスト力とは、常に同方向を向いて重なるので、この重ね合わされた軸線方向力に基づいて、上記の如き変位変換機構により、前記第二と第三の歯車、即ち前記第二の軸、の軸受支持部を、それに作用する半径方向力の作用方向とは逆の方向へ確実に変位させることができる。

添付の図１は、本発明を、特に互いに平行な第一、第二および第三の軸と、前記第一の軸により担持された第一の捩れ方向の第一のはすば歯車と、前記第二の軸により担持され前記第一のはすば歯車と噛み合った前記第一の捩れ方向とは逆の第二の捩れ方向の第二のはすば歯車と、前記第二の軸により担持された前記第一の捩れ方向の第三のはすば歯車と、前記第三の軸により担持され前記第三のはすば歯車と噛み合った前記第二の捩れ方向の第四のはすば歯車とを含み、前記第二の軸の両端部に前記変位変換機構を備える歯車装置に於いて実施した一つの形態を示す一部縦断面による概略側面図であり、図２は図１に示す歯車装置を図１の右方向より見た要部の概略端面図である。

これらの図に於いて、１０は第一のはすば歯車、１２は第二のはすば歯車、１４は第三のはすば歯車、１６は第四のはすば歯車である。第一のはすば歯車１０は第一の軸１８により担持されており、第一の捩れ方向、即ち、図示の例では右ねじの捩れ方向、に捩れたはす歯を有している。第二のはすば歯車１２は第二の軸２０により担持されており、第二の捩れ方向、即ち、図示の例では左ねじの捩れ方向、に捩れたはす歯を有し、第一のはすば歯車１０と噛み合わされている。第三のはすば歯車１４は第二の軸２０により担持されており、第一の捩れ方向（右ねじ）に捩れたはす歯を有している。そして第四のはすば歯車１６は第三の軸２２により担持されており、第二の捩れ方向（左ねじ）に捩れたはす歯を有し、第三のはすば歯車１４と噛み合わされている。

第一の軸１８はその一端を駆動源２４により担持され、他端を図にては単に解図的に示された軸受装置２６により担持されている。第二の軸２０の支持構造が本発明の要部をなすものであるが、その一端は軸受装置２８により歯車装置のハウジング３０より担持され、他端は軸受装置３２により歯車装置のハウジング３０より担持されている。第三の軸２２はその一端を図にては単に解図的に示された軸受装置３４により担持され、他端は図には示されていない歯車装置の出力端部により担持されている。

図示の構造に於いて、軸１８が駆動源２４により図１の左方から見て時計回り方向（図２に於いて実線矢印にて示されている方向）に駆動されると、歯車１０の回転により歯車１２は図１の左方から見て反時計回り方向（図２中、実線矢印方向）に駆動され、その軸心部には図にて黒の矢印により示されている如き作用方向の半径方向力と軸線方向力とが作用する。また歯車に１２がそのように駆動されることにより、軸２０にて担持された歯車１４が、それと噛み合った歯車１６を駆動すると、歯車１４にはその反作用として図にて黒の矢印により示されている如き作用方向の半径方向力と軸線方向力とが作用する。従って、歯車１２と１４とを担持する軸２０には、歯車１２に作用する半径方向力と軸線方向力と、歯車１４に作用する半径方向力と軸線方向力とが、同方向に重なり、加算されて作用する。

軸受２８および３２は、図示の例では互いに同形の球軸受であり、それぞれ外輪３６、３８、内輪４０、４２、球４４、４６を有し、その内輪にてナットの如き締着要素４８、５０により軸２０の両端部と結合されて、軸２０を半径方向および軸線方向に担持するラジアル／スラスト軸受として作用している。軸受２８および３２の外輪３６、３８は、それぞれ溝型断面の環状枠体５２、５４に装着され、環状枠体５２、５４の図にて上下方向に隔たる約９０^o程の領域には、縦断面が図１に見える如き三角形の楔型をなし、軸線方向から見ると図２に見えている如き円弧形状をなす傾斜カム部材５６、５８、６０、６２が固定されている。そしてこれらの傾斜カム部材５６、５８、６０、６２の斜面部に対向するハウジング３０の各部には、該斜面部をそれに沿って滑り合うように受ける傾斜カム面６４、６６、６８、７０が設けられている。

かかる構成によれば、歯車１０が駆動源２４により上記の通り図１の左方より見て時計回り方向に駆動され、これによって歯車１２が歯車１０により図１の左方より見て反時計回り方向に駆動され、また歯車１４が歯車１６を図１の左方より見て時計回り方向に駆動すると、軸２０には図にて黒の矢印により示す如き半径方向および軸線方向の力が作用し、軸受２８および３２は傾斜カム５６、６０と傾斜カム面６４、６８の係合部を経て図にて黒の矢印にて示す如き半径方向および軸線方向の力を受けて支持されるので、傾斜カム５６〜６２と傾斜カム面６４〜７０の傾斜が適当に設定されれば、軸２０に作用する軸線方向力により、軸受２８および３２を図１にて左方へ変位させ、それによって軸２０を図にて下方へ変位させ、軸受２８および３２による軸受支持部に存在する遊びを詰め、該遊びにより軸２０が適当に支持されなくなって歯車１０と１２および歯車１４と１６の間に前記半径方向力により過度の押圧係合が生ずることを回避し、歯車１０と１２および歯車１４と１６の間に適正な係合が保たれる状態に軸２０を支持することを確保することができる。

また、歯車１０が駆動源２４により逆に図１の左方より見て反時計回り方向に駆動されるとき、或は車輌に於けるエンジンブレーキ時の如く歯車装置が出力軸２２の側から正回転ではあるが逆に駆動されるときには、軸２０には図にて白の矢印にて示す如き半径方向および軸線方向の力が作用し、これによって軸２０は図にて下方へ向かう半径方向力を受け、軸受２８および３２による軸受支持部に存在する遊びによって歯車１０と１２および歯車１４と１６の噛合いは緩み、その度合いが過ぎれば、歯面に過度の磨耗を生ずる虞れがあが、しかし、この場合にも、軸２０に白の矢印にて示す軸線方向力が作用すれば、傾斜カム部材５８、６２と傾斜カム面６６、７０の係合により、軸受２８および３２には図にて白の矢印にて示す如き上向きの半径方向力が作用するので、軸受２８および３２は、歯車の噛み合いによって軸２０に作用する図にて下向きの半径方向力に抗して、図にて上向きに変位され、軸受２８および３２による軸受支持部に存在する遊びを消滅させて歯車間に適正な係合状態を保持することができる。

以上に於いては本発明を一つの実施の形態について詳細に説明したが、かかる実施の形態について本発明の範囲内にて種々の変更が可能であることは当業者にとって明らかであろう。例えば、図示の実施の形態では歯車１２と１４の歯の捩れ方向は互いに逆であるが、これらの捩れ方向が互いに同一であっても、歯車１２と１４とではその径が異なるので、同じ伝達トルクに対しても噛合いの歯面圧は異なり、その間の差により軸２０には軸線方向力が生じ、これによって同様の作用を行わせることができる。

本発明を特に３軸系の歯車装置に於いて実施した一つの形態を示す一部縦断面による概略側面図。 図１に示す歯車装置を図１の右方向より見た要部の概略端面図。

符号の説明

１０…第一のはすば歯車、１２…第二のはすば歯車、１４…第三のはすば歯車、１６…第四のはすば歯車、１８…第一の軸、２０…第二の軸、２２…第三の軸、２４…駆動源、２６，２８…軸受装置、３０…ハウジング、３２，３４…軸受装置、３６，３８…外輪、４０，４２…内輪、４４，４６…球、４８，５０…締着要素、５２，５４…環状枠体、５６，５８，６０，６２…傾斜カム部材、６４，６６，６８，７０…傾斜カム面

Claims (3)

1. 噛合いによるトルク伝達に伴って相互間で半径方向と軸線方向とに力が作用する２つの歯車を含む歯車装置にして、前記２つの歯車の一方の歯車の軸受支持部に該歯車に作用する前記軸線方向力の作用方向への該歯車の変位により該歯車に作用する前記半径方向力の作用方向とは逆の方向への変位を該歯車に生じさせる変位変換機構を備えていることを特徴とする歯車装置。
2. 前記変位変換機構は前記軸線方向力を前記半径方向力に変換する傾斜カムであることを特徴とする請求項１に記載の歯車装置。
3. 互いに平行な第一、第二および第三の軸と、前記第一の軸により担持された第一の捩れ方向の第一のはすば歯車と、前記第二の軸により担持され前記第一のはすば歯車と噛み合った前記第一の捩れ方向とは逆の第二の捩れ方向の第二のはすば歯車と、前記第二の軸により担持された前記第一の捩れ方向の第三のはすば歯車と、前記第三の軸により担持され前記第三のはすば歯車と噛み合った前記第二の捩れ方向の第四のはすば歯車とを含み、前記第二の軸の両端部に前記変位変換機構を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の歯車装置。

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