JP4725965B2

JP4725965B2 - 歯車装置

Info

Publication number: JP4725965B2
Application number: JP2006025712A
Authority: JP
Inventors: 洋一竹内
Original assignee: Enplas Corp
Current assignee: Enplas Corp
Priority date: 2006-02-02
Filing date: 2006-02-02
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2026-02-02
Also published as: JP2007205480A

Description

本発明は、外周面に複数の歯をその歯すじが軸に対して非平行となるように形成された一対の歯車の対向する歯の噛み合いにより２軸間に回転運動を伝達する歯車装置に関し、詳しくは、バックラッシの無い歯の噛み合い状態が永続して得られる歯車装置に係るものである。

従来、この種の歯車装置に使用される歯車は、歯の歯幅方向両端部の一方の歯面にバックラッシを無くす張り出し部を突出形成する一方、歯の他方の歯面には張り出し部を形成せず、この張り出し部が噛み合う相手歯車の歯面と弾性接触し、間歇回転時における相手歯車の回転エネルギーを張り出し部の弾性変形で吸収し、噛み合う歯面同士が衝突する際の衝撃を緩和して、歯打ち音の発生を抑えるようになっていた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２４０９９５号公報

しかし、従来の歯車装置に使用されるこのような歯車においては、歯の噛み合いによって張り出し部の変形量が変化し、張り出し部が弾性変形領域を超えて塑性変形領域で使用される場合があった。そのため、変形した張り出し部が元の状態に復元せず、その結果バックラッシが発生してしまうおそれがあった。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、バックラッシの無い歯の噛み合い状態が永続して得られる歯車装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による歯車装置は、ウェブの外周面に複数の歯をその歯すじが軸に対して非平行となるように形成した一対の歯車を組み合わせてハウジング内に配置し、対向する歯の噛み合いにより２軸間に回転運動を伝達する歯車装置であって、前記一対の歯車のうち少なくとも一方の歯車は、回転軸に固着するボスを中央に保持する複数のアーム間に、円周方向に伸びて両端部を前記アームに固定すると共に頂部を前記ウェブ面から外方に突出させて波形に形成され、前記頂部を前記ハウジングの内側面に接触させて弾性変形する弾性部材を設け、前記弾性部材の弾性復元力により、前記一方の歯車をその軸に沿った方向へずらしてその歯を他方の歯車の歯に圧接させるのである。

このような構成により、ウェブの外周面に複数の歯をその歯すじが軸に対して非平行となるように形成した一対の歯車を組み合わせてハウジング内に配置し、その一対の歯車のうち少なくとも一方の歯車の、回転軸に固着するボスを中央に保持する複数のアーム間に、円周方向に伸びて両端部をアームに固定すると共に頂部をウェブ面から外方に突出させて波形に形成された弾性部材の頂部をハウジングの内側面に接触させて弾性変形させ、その弾性復元力により一方の歯車を軸方向へずらしてその歯を他方の歯車の歯に圧接させ、対向する歯の噛み合いにより２軸間に回転運動を伝達する。

また、前記弾性部材は、前記ウェブの円周方向に所定間隔で少なくとも３つ形成されたものである。これにより、ウェブの円周方向に所定間隔で少なくとも３つ形成された弾性部材で歯車の軸に沿った方向への弾性復元力を発生する。

そして、前記弾性部材を形成した方の歯車は、樹脂製であり、前記弾性部材を一体的に形成したものである。樹脂製の歯車と一体的に形成された弾性部材で歯車の軸に沿った方向への弾性復元力を発生する。

請求項１に係る発明によれば、弾性部材をハウジングの平滑な内側面に接触させれば、歯車はハウジングの内側面と一定の間隔を保って回転する。したがって、弾性部材の変形量を略一定に保つことができるので、その変形量を弾性変形領域内に予め設定することが可能となり、歯車の軸に沿った方向へ常時一定の弾性復元力を作用させることができる。これにより、バックラッシの無い歯の噛み合い状態を永続して得ることができ、間歇回転時に、噛み合う歯面同士が衝突して発生する歯打ち音の発生を抑えることができる。

また、請求項２に係る発明によれば、弾性部材を形成した歯車のウェブ面に軸に沿った方向の弾性復元力を略均一に作用することができ、バックラッシの無い歯の噛み合い状態を安定させることができる。

そして、請求項３に係る発明によれば、弾性部材を歯車と一体的に成形することができ、弾性部材付の歯車の製造が容易になる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明による歯車装置の実施形態を示す正面断面図である。この歯車装置は、一対の歯車の対向する歯の噛み合いにより２軸間に回転運動を伝達するもので、第１の歯車２と、第２の歯車３と、弾性部材４とを備えており、ハウジング１内に配置されている。

ハウジング１は、後述の第１の歯車２及び第２の歯車３を組み合わせ、対向する歯を噛み合わせた状態で配置するものであり、第１及び第２の歯車２，３の軸Ｏ_１，Ｏ_２をそれぞれ回転可能に支持している。そして、その内側面１ａは、平らな面に形成されて後述の弾性部材４が接触してその面を滑るようになっている。

ハウジング１内部には、第１の歯車２が配設されている。この第１の歯車２は、例えば軸Ｏ_１を図示省略の駆動装置に連結して回転する駆動歯車となるもので、図２に示すように、ウェブ５の外周面に複数の歯６をその歯すじが軸Ｏ_１に対して非平行となるように形成されており、例えば山形の歯を有する樹脂製のやまば歯車である。

ハウジング１内部には、第１の歯車２に歯を噛み合わせて第２の歯車３が配設されている。この第２の歯車３は、第１の歯車２の回転に伴って回転する従動歯車となるもので、図２に示すように、ウェブ７の外周面に複数の歯８をその歯すじが軸Ｏ_２に対して非平行となるように形成されており、例えば山形の歯を有する樹脂製のやまば歯車である。

第２の歯車３のウェブ７面には、弾性部材４が突出形成されている。この弾性部材４は、図１に示すようにハウジング１の内側面１ａに接触して弾性変形し、その弾性復元力により第２の歯車３をその軸Ｏ_２に沿った方向へずらして、その歯８を第１の歯車２の歯６に圧接させるものであり、樹脂製の第２の歯車３と一体的に成形される。そして、図２に示すように第２の歯車３のウェブ７面の円周方向に等間隔で例えば３つ形成されている。これにより、第２の歯車３のウェブ７面に軸Ｏ_２に沿った方向の弾性復元力を均一に作用することができる。なお、弾性部材４は、所定間隔で少なくとも３つ形成されていればよく、４つ以上形成してもよい。さらに、弾性部材４は、最低限１つあれば第２の歯車３に対して軸Ｏ_２に沿った方向の力を作用することができる。

弾性部材４は、具体的には、図２に示すように、軸Ｏ_２に固着するボス９を中央部に保持する例えば３つのアーム１０間に、円周方向に伸びて、図３に示すようにその両端部４ａ，４ｂをアーム１０の側壁１０ａ，１０ｂに固定した状態で波形に形成して設けられている。そして、波形の頂部４ｃをウェブ７面から外方に突出させている。ここで、図３に示すように、アーム１０間の距離をＬとし、弾性部材４がハウジング１の内側面１ａに接触して変形する変形量をＤとした場合、Ｌ又はＤの値は弾性部材４のひずみ率（Ｄ／Ｌ）が弾性変形領域内となるように設定される。これにより、弾性部材４は、従来技術のように、弾性変形領域を超えて塑性変形領域内で使用されることがない。

次に、このように構成された歯車装置の動作を第１及び第２の歯車２，３がやまば歯車である場合について説明する。
先ず、図１に示すように、第１の歯車２と第２の歯車３とがそれぞれ軸Ｏ_１，Ｏ_２に固着され、互いに山形の歯６，８を噛み合わせた状態でハウジング１内に配置されている。この場合、図２に示すように、第２の歯車３のウェブ７面から頂部４ｃを突出させて形成された波形の弾性部材４が図３に示すようにその頂部４ｃをハウジング１の内側面１ａに接触させて所定量ｂだけ弾性変形している。これにより、弾性部材４の弾性復元力によって第２の歯車３が図１に矢印Ａで示す軸Ｏ _２に沿った方向へずらされる。

第２の歯車３が図１に示す軸Ｏ_２に沿って矢印Ａ方向にずれると、図４に示すように、第１の歯車２に形成された山形の歯６の上側斜歯６ａの右側歯面と、第２の歯車３に形成された山形の歯８の上側斜歯８ａの左側歯面とが常時圧接し、同時に、第１の歯車２の下側斜歯６ｂの左側歯面と、第２の歯車３の下側斜歯８ｂの右側歯面とが常時圧接することになる。

したがって、第１の歯車２と第２の歯車３とは、バックラッシのない状態で常時歯６，８が噛み合うこととなり、例えば第１の歯車２が間歇回転した場合にも、噛み合う歯面同士が衝突して発生する歯打ち音の発生を抑えることができる。

以上の説明においては、第１及び第２の歯車２，３がやまば歯車である場合について説明したが、これに限られず、歯の歯すじが軸に対して非平行となるように形成されたものであれば如何なるものであってもよい。例えば、図５（ａ）に示すように、第１の歯車２の歯６を歯すじ方向に中央部がしぼんだ形状に形成し、それに対応して第２の歯車３の歯８を歯すじ方向に中央部がふくらんだ形状に形成したものであってもよい。この場合、第２の歯車３が矢印Ａ方向にずれると、第２の歯車３の歯８の両側歯面が第１の歯車２の対向する歯６の歯面に圧接してバックラッシが無くなる。

また、図５（ｂ）に示すように、第１の歯車２の歯６を歯厚が一方の端面６ｃ側を厚くし他方の端面６ｄ側を薄くしてその間の両側方の歯面を滑らかな斜面で結び、各々の歯６の軸Ｏ_１に平行な面内の横断面形状が略台形となるように形成し、それとは逆に、第２の歯車３の歯８を歯厚が一方の端面８ｃ側を薄くし他方の端面８ｄ側を厚くしてその間の両側方の歯面を滑らかな斜面で結び、各々の歯８の軸Ｏ_２に平行な面内の横断面形状が略台形となるように形成したものであってもよい。この場合、第２の歯車３が矢印Ａ方向にずれると、第２の歯車３の歯８の両側歯面が第１の歯車２の対向する歯６の歯面に圧接してバックラッシが無くなる。

さらに、図５（ｃ）に示すように、第１及び第２の歯車２，３がはすば歯車であってもよい。この場合、第２の歯車３が矢印Ａ方向にずれると、第２の歯車３の歯８の一方側歯面が第１の歯車２の歯６の対向する歯面に圧接してバックラッシが無くなる。

また、本実施形態においては、第１の歯車２が駆動側歯車で第２の歯車３が従動側歯車である場合について説明したが、逆に第２の歯車３が駆動側歯車で第１の歯車２が従動側歯車であってもよい。

さらに、以上の説明においては、弾性部材４を第２の歯車３と一体的に成形した場合について説明したが、これに限られず、例えば金属の板ばねで形成して第２の歯車３のウェブ７面に後付してもよい。

さらにまた、本実施形態においては、弾性部材４を第２の歯車３に形成した場合について説明したが、これに限られず、第１の歯車２に形成してもよく、又は両歯車２，３に形成してもよい。ここで、両歯車２，３に弾性部材４を形成する場合には、両歯車２，３の軸に沿って互いに反対方向の弾性復元力が発生するように弾性部材４を各歯車２，３のウェブ面５，７から互いに反対方向に突出形成するとよい。

そして、以上の説明においては、第１及び第２の歯車２，３が樹脂製の場合について説明したが、金属製であってもよい。

本発明による歯車装置の実施形態を示す正面断面図である。歯車装置を構成する第１及び第２の歯車の歯の噛み合い状態を示す斜視図である。第２の歯車の弾性部材を弾性変形領域内で変形させるための寸法設定について示す説明図である。本発明による歯車装置に使用される一対のやまば歯車において、バックラッシが無くなる原理を示す説明図である。本発明による歯車装置に使用される一対の歯車の歯の他の形状例を示す説明図である。

符号の説明

１…ハウジング
１ａ…内側面
２…第１の歯車
３…第２の歯車
４…弾性変形部材
４ａ，４ｂ…両端部
４ｃ…頂部
６…第１の歯車の歯
７…ウェブ
８…第２の歯車の歯
９…ボス
１０…アーム
Ｏ_１…第１の歯車の軸
Ｏ_２…第２の歯車の軸

Claims

ウェブの外周面に複数の歯をその歯すじが軸に対して非平行となるように形成した一対の歯車を組み合わせてハウジング内に配置し、対向する歯の噛み合いにより２軸間に回転運動を伝達する歯車装置であって、
前記一対の歯車のうち少なくとも一方の歯車は、回転軸に固着するボスを中央に保持する複数のアーム間に、円周方向に伸びて両端部を前記アームに固定すると共に頂部を前記ウェブ面から外方に突出させて波形に形成され、前記頂部を前記ハウジングの内側面に接触させて弾性変形する弾性部材を設け、
前記弾性部材の弾性復元力により、前記一方の歯車をその軸に沿った方向へずらしてその歯を他方の歯車の歯に圧接させることを特徴とする歯車装置。
前記弾性部材は、前記ウェブの円周方向に所定間隔で少なくとも３つ形成されたことを特徴とする請求項１記載の歯車装置。
前記弾性部材を形成した方の歯車は、樹脂製であり、前記弾性部材を一体的に形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の歯車装置。