JP4766887B2 - 歯車及び歯車装置 - Google Patents

Description

本発明は、一対の歯車を組み合わせて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及び歯車装置に関し、詳しくは、一対の歯車の噛み合い時に歯車が発生する騒音を低減すると共に、回転伝達誤差を低減し、さらに、歯車の歯の強度低下を防止しようとする歯車及び歯車装置に係るものである。

従来の歯車装置の歯車は、一般的に、対称歯形を有する標準歯車と呼ばれる歯車を用いている。このような標準歯車同士の組み合わせでは、各々の歯が歯先の歯幅と歯元の歯幅とが同一寸法であり、全歯たけが歯幅方向に一定であるため、対向する歯が噛み合う場合に、例えば２枚噛み合いと１枚噛み合いとの間で一種のバネとして作用する歯のバネ定数の変化量が大きい状態であり、噛み合い騒音が大きくなると共に、振動が増大することがあった。また、振動が増大することから、歯車の回転伝達誤差が大きくなることがあった。

これに対処して、従来、歯車の歯先の歯幅を歯元の歯幅よりも小さくなるように形成した歯車装置が提案されていた。この歯車の歯幅の変化は、歯の強度上から歯元部分では行われず、歯先部分で行われ、歯先で最小歯幅に形成されていた。この場合、対向する歯の噛み合い時に、例えば２枚噛み合いと１枚噛み合いとの間で歯のバネ定数の変化量が減少して、噛み合い騒音を改善すると共に、振動も改善することができる（例えば、特許文献１参照）。
実開昭５７−１６０４４０号公報（第３図）

しかし、従来の歯車装置の歯車においては、特許文献１の第３図に示されるように、歯先の歯幅が歯元の歯幅よりも小さく形成されて、歯先における最小歯幅が歯幅方向の中央部分に形成されており、全歯たけの最も深い部分が歯幅方向の中央部分に位置していた。この場合、対向する歯の噛み合いにおいて、全歯たけが最も深い中央部分から荷重がかかるが、中央部分への荷重作用では一種のバネとして作用する歯のバネ性は十分に軟らかくならず、噛み合い時の振動を十分に改善することができず、噛み合い騒音を十分に改善することができないものであった。また、振動を十分に改善することができないことから、歯車の回転伝達誤差も十分に改善することができないものであった。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、一対の歯車の噛み合い時に歯車が発生する騒音を低減すると共に、回転伝達誤差を低減し、さらに、歯車の歯の強度低下を防止しようとする歯車及び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、一対の歯車を組み合わせて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、上記一対の歯車のうち一方の歯車について、各々の歯の厚さを歯幅方向に亘って一様にしつつ、各々の歯の歯先部分にて、歯先円の直径を歯幅方向の一方の端部で最大になり他方の端部で最小になるように連続的に変化させて上記一方の端部側から上記他方の端部側に向けて傾斜する歯先面を形成するとともに、各々の歯の歯元部分にて、歯元円の直径を歯幅方向の上記一方の端部で最大になり上記他方の端部で最小になるように連続的に変化させて上記一方の端部側から上記他方の端部側に向けて傾斜する歯元形状を形成し、他方の歯車については、標準歯車の歯形に形成し、上記一方の歯車において、上記歯元形状の傾斜が上記歯先面の傾斜よりも小さいことを特徴とする。

本発明による更に他の歯車装置は、一対の歯車を組み合わせて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、上記一対の歯車の両方の歯車について、各々の歯の厚さを歯幅方向に亘って一様にしつつ、各々の歯の歯先部分にて、歯先円の直径を歯幅方向の一方の端部で最大になり他方の端部で最小になるように連続的に変化させて上記一方の端部側から上記他方の端部側に向けて傾斜する歯先面を形成するとともに、各々の歯の歯元部分にて、歯元円の直径を歯幅方向の上記一方の端部で最大になり上記他方の端部で最小になるように連続的に変化させて上記一方の端部側から上記他方の端部側に向けて傾斜する歯元形状を形成し、上記一対の歯車は、上記噛み合った歯同士で上記歯先面及び上記歯元形状の傾斜の方向が互いに反対方向になるように配置され、上記両方の歯車において、上記歯元形状の傾斜が上記歯先面の傾斜よりも小さいことを特徴とする。

ここで、好ましくは、上記傾斜する歯先面は、各々の歯の歯先部分にて、相手歯車の歯との噛み合い時の（ｎ＋１）枚噛み合いとｎ枚噛み合い（ｎは１以上の整数）との分岐点近傍を歯先円の直径が最小となる位置として形成する。

請求項１に係る歯車装置によれば、上記一方の歯車における各歯の全歯たけの最も深い部分を歯幅方向の一方の端部に点として位置させることができる。この場合、一対の歯車の対向する歯の噛み合いにおいて、上記一方の歯車における全歯たけが最も深い一方の端部の点から荷重がかかることとなり、歯が変形し易くなって一種のバネとして作用する歯のバネ性を軟らかくすることができる。このことから、一対の歯車の噛み合い時に歯車が発生する振動を低減して、噛み合い騒音を低減することができる。特に、上記一方の歯車の歯は、他方の歯車の歯に対して、歯先面の歯幅方向の一方の端部の点から接触し始めるので、接触線がゼロの状態から連続的に変化して増加して行き、噛み合い騒音の低減効果を格段に向上することができる。また、振動が低減することにより、歯車の回転伝達誤差を低減することができる。さらに、歯幅方向の一方の端部側の歯元形状が底上げされて、歯元の強度を高めることができる。このことから、歯車の歯の強度低下を防止することができる。

請求項２に係る歯車装置によれば、各歯の全歯たけの最も深い部分を歯幅方向の一方の端部に点として位置させることができる。この場合、一対の歯車の対向する歯の噛み合いにおいて、全歯たけが最も深い一方の端部の点から荷重がかかることとなり、歯が変形し易くなって一種のバネとして作用する歯のバネ性を軟らかくすることができる。このことから、一対の歯車の噛み合い時に歯車が発生する振動を低減して、噛み合い騒音を低減することができる。特に、相手歯車の歯に対して、歯先面の歯幅方向の一方の端部の点から接触し始めるので、接触線がゼロの状態から連続的に変化して増加して行き、噛み合い騒音の低減効果を格段に向上することができる。また、振動が低減することにより、歯車の回転伝達誤差を低減することができる。さらに、歯幅方向の一方の端部側の歯元形状が底上げされて、歯元の強度を高めることができる。このことから、歯車の歯の強度低下を防止することができる。

また、請求項３に係る発明によれば、対向する歯の噛み合いにおいて、主動力伝達面となる部分は歯幅方向の一方の端部から他方の端部にわたって歯面を形成した状態として、回転運動を十分に伝達することができる。

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図であり、一対の歯車の噛み合い状態の要部説明図である。この歯車装置は、一対の歯車を組み合わせて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、一方の歯車Ｇ₁と、他方の歯車Ｇ₂とを組み合わせて成る。一方の歯車Ｇ₁は、例えば歯数の少ない方の歯車であり、小歯車と呼ばれるものである。また、他方の歯車Ｇ₂は、例えば歯数の多い方の歯車であり、大歯車と呼ばれるものである。

図１において、符号Ｐ₁は一方の歯車Ｇ₁のピッチ円を示し、符号Ｐ₂は他方の歯車Ｇ₂のピッチ円を示している。また、符号Ｂは、一対の歯車Ｇ₁，Ｇ₂を噛み合わせたときの対向する歯１と歯２との歯面間の遊びであるバックラッシを示している。

まず、一方の歯車Ｇ₁の形状について説明する。この歯車Ｇ₁は、複数の歯１，１，…を備えその歯１が相手歯車（Ｇ₂）の歯（２）と噛み合って回転運動を伝達するもので、一般的には、図２に示すように標準歯車の歯形に形成されている。すなわち、各々の歯１がその歯先３の歯幅Ｗ₃と歯元４の歯幅Ｗ₄とが同一寸法とされ、全歯たけＨが歯幅方向に一定とされている。

ここで、本発明においては、歯１の形状は、図３に示すように、各々の歯１の歯先部分にて、歯先円の直径を図２に示す歯幅Ｗ₃方向の一方の端部５から他方の端部６に向けて変化させ、一方の端部５側から他方の端部６側に向けて傾斜する部分を有する歯先面７が形成されている。図３の例では、歯先面７は、その歯先円の直径を歯幅Ｗ₃方向の一方の端部５で最大とし、他方の端部６で最小になるように連続的に変化させてテーパー状に形成されている。

また、各々の歯１の歯元部分にて、歯元円の直径を図２に示す歯幅Ｗ₄方向の一方の端部８から他方の端部９に向けて変化させ、一方の端部８側から他方の端部９側に向けて傾斜する歯元形状に形成されている。図３の例では、歯元形状は、その歯元円の直径を歯幅Ｗ₄方向の一方の端部８で最大とし、他方の端部９で最小になるように連続的に変化させて傾斜状に形成されている。

図４は、図３に示すように形成された歯１の形状の細部を説明する側面図である。歯１の歯先部分においては、歯幅Ｗ₃方向の一方の端部５から他方の端部６にわたって破線で囲んだ部分１０を切り取った形となり、テーパー状に傾斜する歯先面７が形成されている。また、歯１の歯元部分においては、歯幅Ｗ₄方向の一方の端部８を所定の寸法ｄだけ持ち上げた形となり、一方の端部８から他方の端部９に向けて傾斜する歯元形状に形成されている。

そして、歯先面７は、各々の歯１の歯先部分にて、相手歯車（Ｇ₂）の歯（２）との噛み合い時の（ｎ＋１）枚噛み合いとｎ枚噛み合い（ｎは１以上の整数）との分岐点近傍を歯先円の直径が最小となる位置として形成されている。図４の例では、相手歯車（Ｇ₂）の歯（２）との噛み合い率が例えば１以上２以下の場合を示しており、２枚噛み合いと１枚噛み合いとの分岐点近傍を歯先円の直径が最小となる位置として形成されている。すなわち、図４において、１枚噛み合い領域を中間部のＥ₁とし、２枚噛み合い領域を歯先側及び歯元側のＥ₂，Ｅ₂′とすると、歯先側の２枚噛み合い領域Ｅ₂と１枚噛み合い領域Ｅ₁との分岐点（他方の端部６）近傍を歯先円の直径が最小となる位置として形成されている。

このような形状により、各歯１の全歯たけの最も深い部分を歯幅Ｗ₃方向の一方の端部５に点として位置させると共に、歯幅Ｗ₄方向の一方の端部８の歯元部分を斜めに持ち上げることができる。この場合、対向する歯１，２の噛み合いにおいて、全歯たけが最も深い一方の端部５の点から荷重がかかることとなり、歯１が変形し易くなって一種のバネとして作用する歯１のバネ性を軟らかくすることができると共に、その部分の歯元形状が底上げされて、歯元４の強度を高めることができる。なお、この場合は、相手歯車（Ｇ₂）の歯（２）に対して、歯先面７の歯幅Ｗ₃方向の一方の端部５の点から接触し始めるので、接触線がゼロの状態から連続的に変化し増加して行くこととなり、噛み合い騒音の低減効果を格段に向上することができる。

また、図１において対向する歯１，２の噛み合いにおいて、主動力伝達面となる部分は、１枚噛み合い領域Ｅ₁及び歯元側の２枚噛み合い領域Ｅ₂′であって、歯幅Ｗ₃方向の一方の端縁から他方の端縁にわたって歯面を形成した状態となり、回転運動を十分に伝達することができる。

なお、図４の例と異なり、相手歯車（Ｇ₂）の歯（２）との噛み合い率が例えば２以上３以下の場合は、歯先側の３枚噛み合いと２枚噛み合いとの分岐点近傍を歯先円の直径が最小となる位置として形成すればよい。

図５は上述のように構成された一方の歯車Ｇ₁の全体形状を示す正面図であり、図６は図５のＡ−Ａ線断面図であり、図７は図５の背面図である。図５において、歯車Ｇ₁は、略円板状のウェブ１１の外周側に複数の歯１，１，…が形成され、ウェブ１１の中心部には回転軸を固着する軸穴１２が穿設されたボス１３が形成されており、平行な２軸間に回転運動を伝達するようになっている。なお、符号Ｐ₁は一方の歯車Ｇ₁のピッチ円を示している。また、図６において、符号Ｄａは歯１の歯先を連ねた円である歯先円の直径を示し、歯幅Ｗ₃方向の一方の端部５における最大の歯先円直径を示しており、符号Ｄｂは同じく歯１の歯先を連ねた円である歯先円の直径を示し、歯幅Ｗ₃方向の他方の端部６における最小の歯先円直径を示している。

図８は、図６のＣ矢視による要部拡大正面図であり、歯先面７の傾斜状態及び歯元４の傾斜状態を説明するものである。歯先面７は、図６に示す最大の歯先円直径Ｄａ及び最小の歯先円直径Ｄｂに対応して決められた歯先円半径Ｒａ及び歯先円半径Ｒｂによって、一方の端部５から他方の端部６にわたってテーパー状に傾斜させて切り取られている。また、歯元４は、最大の歯元円直径及び最小の歯元円直径に対応して決められた歯元円半径Ｒｃ及び歯元円半径Ｒｄによって、一方の端部８から他方の端部９に向けて傾斜する形状に形成されている。

なお、図８において、符号Ｒｅ，Ｒｆは、上述の歯元円半径Ｒｃ及び歯元円半径Ｒｄによって形成される歯元４の形状において、左右に隣り合う歯１，１の間の歯元部分を円弧状に連続形成させるための基準ラック半径を示している。

図９は、歯車Ｇ₁の歯１の形状の他の実施形態を示す斜視図である。この実施形態は、歯先面７′の形状として、歯先円の直径を歯幅Ｗ₃方向の一方の端部５側の所定幅部分１４で最大（Ｄａ）とし、その内側辺部から他方の端部６側に向けて最小（Ｄｂ）になるように連続的に変化させて形成したものである。すなわち、各々の歯１の歯先面７′を、一方の端部５側の所定幅部分１４で平面状とし、その内側辺部から他方の端部６側に向けて連続的に傾斜するテーパー面１５としている。これにより、各歯１の全歯たけの最も深い部分を歯幅Ｗ₃方向の一方の端部５側に所定幅部分１４の平面状として位置させることができる。この場合は、対向する歯１，２の噛み合いにおいて、全歯たけが最も深い一方の端部５側の所定幅部分１４から荷重がかかることとなり、図３と同様に一種のバネとして作用する歯１のバネ性を軟らかくすることができると共に、相手歯車（Ｇ₂）の歯（２）に対して、一方の端部５側の所定幅部分１４から接触し始めるので、接触端部の破損の虞をなくすことができる。

以上の説明では、一方の歯車Ｇ₁の形状は、図３又は図９に示すように、各々の歯１の歯先部分にて、一方の端部５側から他方の端部６側に向けて傾斜する部分を有する歯先面７，７′を形成し、各々の歯１の歯元部分にて、一方の端部８側から他方の端部９側に向けて傾斜する歯元形状に形成したものとしたが、本発明はこれに限られず、各々の歯１の歯元部分は標準歯車の歯形に形成し、歯先部分のみを一方の端部５側から他方の端部６側に向けて傾斜する部分を有する歯先面７，７′に形成してもよい。

次に、図１に示す歯車装置を構成する他方の歯車Ｇ₂の形状について説明する。この歯車Ｇ₂は、複数の歯２，２，…を備えその歯２が相手歯車Ｇ₁の歯１と噛み合って回転運動を伝達するもので、歯２の形状は、図３又は図９に示す一方の歯車Ｇ₁の歯１の形状と全く同様に形成されている。すなわち、各々の歯２の歯先部分にて、歯先円の直径を歯幅方向の一方の端部から他方の端部に向けて変化させ、一方の端部側から他方の端部側に向けて傾斜する部分を有する歯先面を形成し、各々の歯２の歯元部分にて、歯元円の直径を歯幅方向の一方の端部から他方の端部に向けて変化させ、一方の端部側から他方の端部側に向けて傾斜する歯元形状に形成されている。そして、その歯先面は、各々の歯２の歯先部分にて、相手歯車Ｇ₁の歯１との噛み合い時の（ｎ＋１）枚噛み合いとｎ枚噛み合い（ｎは１以上の整数）との分岐点近傍を歯先円の直径が最小となる位置として形成されている。

なお、この他方の歯車Ｇ₂の形状についても、上述と同様に、各々の歯２の歯元部分は標準歯車の歯形に形成し、歯先部分のみを一方の端部側から他方の端部側に向けて傾斜する部分を有する歯先面に形成してもよい。

図１０は、上述のように構成された歯車装置の一方の歯車Ｇ₁と他方の歯車Ｇ₂との組み合わせの状態を示す断面説明図である。図１０（ａ）は、一対の歯車Ｇ₁，Ｇ₂のうち一方の歯車Ｇ₁について、各々の歯１の歯先部分にて、歯先円の直径を歯幅方向の一方の端部から他方の端部に向けて変化させ、一方の端部側から他方の端部側に向けて傾斜する部分を有する歯先面７を形成し、各々の歯１の歯元（４）部分にて、歯元円の直径を歯幅方向の一方の端部から他方の端部に向けて変化させ、一方の端部側から他方の端部側に向けて傾斜する歯元形状に形成したものである。この場合、他方の歯車Ｇ₂は、標準歯車の歯形に形成されている。

図１０（ｂ）は、一対の歯車Ｇ₁，Ｇ₂の両方の歯車について、各々の歯１，２の歯先部分にて、歯先円の直径を歯幅方向の一方の端部から他方の端部に向けて変化させ、一方の端部側から他方の端部側に向けて傾斜する部分を有する歯先面７，７を形成し、各々の歯１，２の歯元（４）部分にて、歯元円の直径を歯幅方向の一方の端部から他方の端部に向けて変化させ、一方の端部側から他方の端部側に向けて傾斜する歯元形状に形成したものである。この場合は、一方の歯車Ｇ₁と他方の歯車Ｇ₂の歯先面７，７の傾斜方向は、互いに反対方向になるように形成されている。

図１０（ｃ）は、同じく一対の歯車Ｇ₁，Ｇ₂の両方の歯車について、各々の歯１，２の歯先部分にて、一方の端部側から他方の端部側に向けて傾斜する部分を有する歯先面７，７を形成し、各々の歯１，２の歯元（４）部分にて、一方の端部側から他方の端部側に向けて傾斜する歯元形状に形成したものである。この場合は、一方の歯車Ｇ₁と他方の歯車Ｇ₂の歯先面７，７の傾斜方向は、互いに同じ方向になるように形成されている。

なお、本発明において、一対の歯車Ｇ₁，Ｇ₂のそれぞれの材質は、金属であってもよいし、樹脂であってもよい。樹脂製の歯車Ｇ₁，Ｇ₂の場合は、射出成型により製造が可能である。

本発明による歯車装置の実施形態を示す図であり、一対の歯車の噛み合い状態の要部説明図である。 標準歯車の歯形を示す斜視図である。 本発明に係る一方の歯車の歯の形状を示す斜視図である。 図３に示すように形成された歯の形状の細部を説明する側面図である。 一方の歯車の全体形状を示す正面図である。 図５のＡ−Ａ線断面図である。 図５の背面図である。 図６のＣ矢視による要部拡大正面図である。 一方の歯車の歯の形状の他の実施形態を示す斜視図である。 以上のように構成された歯車装置の一方の歯車と他方の歯車との組み合わせの状態を示す断面説明図である。

符号の説明

Ｇ₁…一方の歯車
Ｇ₂…他方の歯車
Ｗ₃…歯先の歯幅
Ｗ₄…歯元の歯幅
Ｅ₁…１枚噛み合い領域
Ｅ₂，Ｅ₂′…２枚噛み合い領域
Ｄａ…歯先円直径の最大
Ｄｂ…歯先円直径の最小
１…一方の歯車の歯
２…他方の歯車の歯
３…歯先
４…歯元
５…歯先の歯幅方向の一方の端部
６…歯先の歯幅方向の他方の端部
７，７′…歯先面
８…歯元の歯幅方向の一方の端部
９…歯元の歯幅方向の他方の端部
１４…一方の端部側の所定幅部分
１５…他方の端部側に向けて傾斜するテーパー面

Claims (3)

1. 一対の歯車を組み合わせて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、
   上記一対の歯車のうち一方の歯車について、各々の歯の厚さを歯幅方向に亘って一様にしつつ、各々の歯の歯先部分にて、歯先円の直径を歯幅方向の一方の端部で最大になり他方の端部で最小になるように連続的に変化させて上記一方の端部側から上記他方の端部側に向けて傾斜する歯先面を形成するとともに、各々の歯の歯元部分にて、歯元円の直径を歯幅方向の上記一方の端部で最大になり上記他方の端部で最小になるように連続的に変化させて上記一方の端部側から上記他方の端部側に向けて傾斜する歯元形状を形成し、
   他方の歯車については、標準歯車の歯形に形成し、
   上記一方の歯車において、上記歯元形状の傾斜が上記歯先面の傾斜よりも小さいことを特徴とする歯車装置。
2. 一対の歯車を組み合わせて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、
   上記一対の歯車の両方の歯車について、各々の歯の厚さを歯幅方向に亘って一様にしつつ、各々の歯の歯先部分にて、歯先円の直径を歯幅方向の一方の端部で最大になり他方の端部で最小になるように連続的に変化させて上記一方の端部側から上記他方の端部側に向けて傾斜する歯先面を形成するとともに、各々の歯の歯元部分にて、歯元円の直径を歯幅方向の上記一方の端部で最大になり上記他方の端部で最小になるように連続的に変化させて上記一方の端部側から上記他方の端部側に向けて傾斜する歯元形状を形成し、
   上記一対の歯車は、上記噛み合った歯同士で上記歯先面及び上記歯元形状の傾斜の方向が互いに反対方向になるように配置され、
   上記両方の歯車において、上記歯元形状の傾斜が上記歯先面の傾斜よりも小さいことを特徴とする歯車装置。
3. 上記傾斜する歯先面は、各々の歯の歯先部分にて、相手歯車の歯との噛み合い時の（ｎ＋１）枚噛み合いとｎ枚噛み合い（ｎは１以上の整数）との分岐点近傍を歯先円の直径が最小となる位置として形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の歯車装置。
   

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