JP4780780B2 - 一対の樹脂製やまば歯車 - Google Patents

Description

本発明は、動力伝達用のギヤトレインの一部を構成する一対の樹脂製やまば歯車に関するものである。

従来から、動力伝達用のギヤトレインの一部には、動力伝達時における作動音を静粛化すると共に振動を抑えるために、一対の噛み合う樹脂製やまば歯車が使用されている（特許文献１参照）。

このような一対の噛み合う樹脂製やまば歯車は、山形形状の歯の全歯幅方向中央に位置する頂部の歯元において、頂部近傍を除く歯の歯元応力よりも大きな応力が作用する。とりわけ、一対の噛み合う樹脂製やまば歯車は、小径のやまば歯車とこれよりも大径のやまば歯車の組み合わせの場合に、小径のやまば歯車における歯の頂部近傍の歯元に大きな応力が作用し、小径のやまば歯車が最初に寿命に達する。また、一対の噛み合う樹脂製やまば歯車は、同径のやまば歯車同士が噛み合う場合であっても、駆動側のやまば歯車における歯の頂部近傍の歯元の方が被動側のやまば歯車における歯の頂部近傍の歯元よりも早期に寿命に達することが経験的に知られている。

このような問題を解決するためには、転位させることにより、歯の歯元の歯厚を厚くして、歯元強度を高めることが考えられる（非特許文献１参照）。

なお、平歯車の歯の転位係数を歯幅方向の一端側から他端側へ変化させる技術も既に開発されている（特許文献２参照）。
特開２００５−６９４５８号公報（段落番号０００７及び図４参照） 特開２００６−２５０１８２号公報（段落番号００２０及び図３参照） 吉本成香、外４名、「機械設計−機械の要素とシステムの設計−」、第１版、理工学社、２００６年５月２０日、Ｐ２０８

しかしながら、非特許文献１に開示された従来技術は、歯の全体を正転位させるようになっているため、樹脂製やまば歯車に適用した場合に、歯の歯元の歯厚が歯幅方向全域で同様に厚くなり、補強が必要となる歯の頂部近傍のみを効率的に補強できず、全体の樹脂量が多くなり、全体の重量が重くなりすぎるという問題が生じる。更に、噛み合い率が低減し、騒音が増大するという問題が生じる。

また、特許文献２に開示された従来技術は、噛合部のバックラッシを調整して、バックラッシに起因する異音の発生を抑制することを目的とし、歯幅方向の一端側から他端側に向かって転位係数を変化させるようになっているため、歯の応力集中する部位における歯元の歯厚を他部に比較して厚くし、歯元強度を効果的に高めることができない。

そこで、本発明は、樹脂製やまば歯車の歯の強度を効率的に高め、噛み合う一対の樹脂製やまば歯車の寿命を長くすることを目的とする。

請求項１の発明は、一対の樹脂製やまば歯車に関するものであり、樹脂製の第１やまば歯車と、この第１やまば歯車と噛み合う樹脂製の第２やまば歯車と、からなっている。そして、前記第１やまば歯車が前記第２やまば歯車よりも小径になっている。この発明に係る一対の樹脂製やまば歯車において、前記第１やまば歯車は、山形の歯の少なくとも頂部の転位係数が他部の転位係数よりも大きくなるように形成されている。また、前記第２やまば歯車は、前記第１やまば歯車との噛み合い位置における前記第１やまば歯車の転位係数との和が歯幅方向に沿って一定の値となるような転位係数で形成されている。

請求項２の発明は、一対の樹脂製やまば歯車に関するものであり、駆動側の樹脂製の第１やまば歯車と、この第１やまば歯車と噛み合う被動側の樹脂製の第２やまば歯車と、からなっている。そして、前記第１やまば歯車と前記第２やまば歯車が同径になっている。この発明に係る一対の樹脂製やまば歯車において、前記第１やまば歯車は、山形の歯の少なくとも頂部の転位係数が他部の転位係数よりも大きくなるように形成されている。また、前記第２やまば歯車は、前記第１やまば歯車との噛み合い位置における前記第１やまば歯車の転位係数との和が歯幅方向に沿って一定の値となるような転位係数で形成されている。

請求項３の発明は、一対の樹脂製やまば歯車に関するものであり、樹脂製の第１やまば歯車と、この第１やまば歯車と噛み合う樹脂製の第２やまば歯車と、からなっている。そして、前記第１やまば歯車が前記第２やまば歯車よりも小径になっている。この発明に係る一対の樹脂製やまば歯車において、前記第１やまば歯車は、山形の歯の頂部近傍の転位係数が他部の転位係数よりも大きくなるように形成されている。また、前記第２やまば歯車は、前記第１やまば歯車との噛み合い位置における前記第１やまば歯車の転位係数との和が歯幅方向に沿って一定の値となるような転位係数で形成されている。

請求項４の発明は、一対の樹脂製やまば歯車に関するものであり、駆動側の樹脂製の第１やまば歯車と、この第１やまば歯車と噛み合う被動側の樹脂製の第２やまば歯車と、からなっている。そして、前記第１やまば歯車と前記第２やまば歯車が同径になっている。この発明に係る一対の樹脂製やまば歯車において、前記第１やまば歯車は、山形の歯の頂部近傍の転位係数が他部の転位係数よりも大きくなるように形成されている。また、前記第２やまば歯車は、前記第１やまば歯車との噛み合い位置における前記第１やまば歯車の転位係数との和が歯幅方向に沿って一定の値となるような転位係数で形成されている。

請求項５の発明は、一対の樹脂製やまば歯車に関するものであり、樹脂製の第１やまば歯車と、この第１やまば歯車と噛み合う樹脂製の第２やまば歯車と、からなっている。そして、前記第１やまば歯車が前記第２やまば歯車よりも小径になっている。この発明に係る一対の樹脂製やまば歯車において、前記第１やまば歯車は、山形の歯の頂部から歯幅方向両端部に向かうにしたがって転位係数が漸減するように形成されている。また、前記第２やまば歯車は、前記第１やまば歯車との噛み合い位置における前記第１やまば歯車の転位係数との和が歯幅方向に沿って一定の値となるような転位係数で形成されている。

請求項６の発明は、一対の樹脂製やまば歯車に関するものであり、駆動側の樹脂製の第１やまば歯車と、この第１やまば歯車と噛み合う被動側の樹脂製の第２やまば歯車と、からなっている。そして、前記第１やまば歯車と前記第２やまば歯車が同径になっている。この発明に係る一対の樹脂製やまば歯車において、前記第１やまば歯車は、山形の歯の頂部から歯幅方向両端部に向かうにしたがって転位係数が漸減するように形成されている。また、前記第２やまば歯車は、前記第１やまば歯車との噛み合い位置における前記第１やまば歯車の転位係数との和が歯幅方向に沿って一定の値となるような転位係数で形成されている。

本発明によれば、噛み合う一対の樹脂製やまば歯車のうち、早期に寿命に達する第１やまば歯車の歯の強度を、少なくとも応力集中が生じやすい山形の歯の頂部において効率的に大きくすることができる。その結果、本発明は、第１やまば歯車と第２やまば歯車の寿命を近づけることができ、一対の樹脂製やまば歯車の長寿命化を図ることができる。

以下、本発明の最良の実施形態を図面に基づき詳述する。

図１は、噛み合う一対の樹脂製やまば歯車１を示すものである。この図１に示す一対の樹脂製やまば歯車１は、共に同一の樹脂材料（ポリアセタール（ＰＯＭ），ポリアミド，ポリカーボネート，ＡＢＳ樹脂等）を使用して射出成形されたものであり、小径で歯数の少ない第１やまば歯車２と、この第１やまば歯車２よりも大径で歯数の多い第２やまば歯車３とで構成されている。これら第１やまば歯車２及び第２やまば歯車３の歯４，５は、図３に示すように、歯４の平面形状が略Ｖ字形状のような山形形状をしている。なお、この一対の樹脂製やまば歯車１は、第１やまば歯車２の歯数をＺ１とし、第２やまば歯車３の歯数をＺ２とすると、第１やまば歯車２から第２やまば歯車３へと動力が伝達される際の減速比がＺ２／Ｚ１となり、増速比がＺ１／Ｚ２となる。

図１に示す第１やまば歯車２は、ウェブ６の中央部に軸穴７が形成され、ウェブ６の外周側に複数の歯４が形成されており、その歯４が図２（ａ）〜（ｄ）のうちのいずれかに示す転位係数の変化となるように形成されている。すなわち、この第１やまば歯車２の歯４は、図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、少なくとも全歯幅の中央（歯幅方向中央であって、歯４の頂部８に対応する位置（図３（ａ）参照））Ｗｃにおいて最も大きな転位係数となるように形成されている。ここで、図２（ａ）の歯４は、歯幅方向中央Ｗｃにおいて最も大きな転位係数となり、この歯幅方向中央Ｗｃから歯幅方向両端部に向かうにしたがって転位係数が漸減するようになっている。また、図２（ｂ）の歯４は、歯幅方向中央Ｗｃにおいて最も大きな転位係数となる点は図２（ａ）と同様であるが、転位係数の漸減する範囲が歯幅方向中央Ｗｃ（頂部８）の近傍Ｌ（例えば、図３に示すように、全歯幅をＷとすると、ほぼＬ＝Ｗ／５の範囲であって、応力集中による歯元強度が問題となり易い範囲）迄であり、この歯幅方向中央Ｗｃの近傍Ｌの端部から歯幅方向端部までの範囲における転位係数が一定（転位係数がゼロの場合を含む）となるように形成されている。また、図２（ｃ）の歯４は、歯幅方向中央Ｗｃの近傍Ｌが一定の転位係数となり、この歯幅方向中央Ｗｃの近傍Ｌの端部から歯幅方向端部に向かうにしたがって転位係数が漸減するように形成されている。また、図２（ｄ）の歯４は、歯幅方向中央Ｗｃの近傍Ｌが一定の転位係数となる点は図２（ｃ）と同様であるが、歯幅方向中央Ｗｃの近傍Ｌの端部から歯幅方向端部までの間が歯幅方向中央Ｗｃの近傍Ｌにおける転位係数よりも小さい一定の転位係数（転位係数がゼロの場合を含む）となるように形成されている。

そして、図２（ａ）及び（ｂ）に示すような転位係数の歯４を備えた第１やまば歯車２は、最も大きな応力が作用すると考えられる歯幅方向中央Ｗｃ（頂部８）の歯元の歯厚が他部の歯元の歯厚よりも大きくなり、歯幅方向中央Ｗｃ（頂部８）の歯元の強度が他部の歯元の強度よりも大きくなる。

また、図２（ｃ）及び（ｄ）に示すような転位係数の歯４を備えた第１やまば歯車２は、応力集中による歯元強度が問題となり易い歯幅方向中央Ｗｃ（頂部８）の近傍Ｌにおける歯元の歯厚が他部の歯元の歯厚よりも大きくなり、歯幅方向中央Ｗｃ（頂部８）の近傍Ｌにおける歯元の強度が他部の歯元の強度よりも大きくなる。

このように、本実施形態の第１やまば歯車２は、応力集中を生じやすい歯４の頂部８及び頂部８を含めた近傍Ｌの強度を効率的に高くすることができる。

以上のような第１やまば歯車２は、例えば、モータの出力軸に固定されるピニオンギヤとして使用され、減速装置の一部を構成するか、又は、被動側ギヤとして使用され、増速装置の一部を構成する。

図１に示す第２やまば歯車３は、中心部に軸穴１０が形成されたボス部１１と、このボス部１１の外周側で且つ幅方向中央部（軸芯ＣＬに沿った方向の中央部）から径方向外方へ向かって広がる円板状のウェブ１２と、このウェブ１２の外周に形成された円筒状のリム１３とを備え、このリム１３の外周側に第１やまば歯車２の歯４と噛み合う複数の歯５が形成されている。

そして、この第２やまば歯車３の歯５は、第１やまば歯車２の歯４との噛み合い位置における転位係数の和が歯幅方向に沿って一定となるように形成されている。

また、第１やまば歯車２と第２やまば歯車３の転位係数の和は、ＩＳＯ規格に準拠したＪＧＭＡ６０１−０１に基づいて、噛み合い率の低下を抑えることができ、且つ、第１やまば歯車２の歯４の強度を効果的に増加させ、第１やまば歯車２と第２やまば歯車３の寿命を近づけることができる値に決定する。

なお、このような形状の第２やまば歯車３は、第１やまば歯車２と対で使用され、減速装置又は増速装置の一部を構成する。

以上のように、本実施形態によれば、第１やまば歯車２の歯４の強度を高くすることができ、第１やまば歯車２の寿命と第２やまば歯車３の寿命を近づけることができるため、一対の樹脂製やまば歯車１としての寿命を長くすることができる。

なお、本実施形態は、第１やまば歯車２において、歯４の頂部８と歯幅方向中央Ｗｃとが合致する態様を例示したが、これに限定されるものではなく、歯４の頂部８と歯幅方向中央Ｗｃとが歯幅方向にずれている場合には、少なくとも頂部８の転位係数が最も大きくなるように、頂部８を基準として転位係数を変化させる。

また、第１やまば歯車２の歯４の転位係数の変化は、図２（ａ）〜（ｄ）に限定されるものではなく、少なくとも頂部８の転位係数が他部の転位係数よりも大きく、頂部８の歯元の強度を他部よりも効率的に大きくすることができるようになっていればよい。

（変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、一対の樹脂製やまば歯車を構成する第１やまば歯車と第２やまば歯車の外径寸法が同一の場合にも適用できる。例えば、第１やまば歯車が駆動側で、第２やまば歯車が被動側である場合には、第１やまば歯車の頂部の歯元に大きな応力が作用し、駆動側の第１やまば歯車の方が被動側の第２やまば歯車よりも早期に寿命に達することが経験的に知られている。したがって、このような態様の一対の樹脂製やまば歯車は、第１やまば歯車の歯を上記実施形態に係る第１やまば歯車２の歯４の形状と同様に形成し（図２参照）、第２やまば歯車を上記実施形態に係る第２やまば歯車３の歯５の形状と同様に形成する。その結果、本変形例に係る一対の樹脂製やまば歯車も上記実施形態における一対の樹脂製やまば歯車１と同様の効果を得ることができる。

本発明の実施形態に係る一対の樹脂製やまば歯車を示す図（一部を破断して示す図）である。 本発明の実施形態に係る一対の樹脂製やまば歯車のうち、第１やまば歯車の歯の歯幅方向に沿った転位係数の変化を示す図である。 本発明の実施形態に係る一対の樹脂製やまば歯車のうち、第１やまば歯車を模式的に示す図であり、（ａ）が部分的平面図、（ｂ）が（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断して示す断面図である。

符号の説明

１……一対の樹脂製やまば歯車、２……第１やまば歯車、３……第２やまば歯車、４……歯、８……頂部、Ｌ……近傍

Claims (6)

1. 樹脂製の第１やまば歯車と、この第１やまば歯車と噛み合う樹脂製の第２やまば歯車と、からなり、
   前記第１やまば歯車が前記第２やまば歯車よりも小径である、
   一対の樹脂製やまば歯車において、
   前記第１やまば歯車は、山形の歯の少なくとも頂部の転位係数が他部の転位係数よりも大きくなるように形成され、
   前記第２やまば歯車は、前記第１やまば歯車との噛み合い位置における前記第１やまば歯車の転位係数との和が歯幅方向に沿って一定の値となるような転位係数で形成された、
   ことを特徴とする一対の樹脂製やまば歯車。
2. 駆動側の樹脂製の第１やまば歯車と、この第１やまば歯車と噛み合う被動側の樹脂製の第２やまば歯車と、からなり、
   前記第１やまば歯車と前記第２やまば歯車が同径である、
   一対の樹脂製やまば歯車において、
   前記第１やまば歯車は、山形の歯の少なくとも頂部の転位係数が他部の転位係数よりも大きくなるように形成され、
   前記第２やまば歯車は、前記第１やまば歯車との噛み合い位置における前記第１やまば歯車の転位係数との和が歯幅方向に沿って一定の値となるような転位係数で形成された、
   ことを特徴とする一対の樹脂製やまば歯車。
3. 樹脂製の第１やまば歯車と、この第１やまば歯車と噛み合う樹脂製の第２やまば歯車と、からなり、
   前記第１やまば歯車が前記第２やまば歯車よりも小径である、
   一対の樹脂製やまば歯車において、
   前記第１やまば歯車は、山形の歯の頂部近傍の転位係数が他部の転位係数よりも大きくなるように形成され、
   前記第２やまば歯車は、前記第１やまば歯車との噛み合い位置における前記第１やまば歯車の転位係数との和が歯幅方向に沿って一定の値となるような転位係数で形成された、
   ことを特徴とする一対の樹脂製やまば歯車。
4. 駆動側の樹脂製の第１やまば歯車と、この第１やまば歯車と噛み合う被動側の樹脂製の第２やまば歯車と、からなり、
   前記第１やまば歯車と前記第２やまば歯車が同径である、
   一対の樹脂製やまば歯車において、
   前記第１やまば歯車は、山形の歯の頂部近傍の転位係数が他部の転位係数よりも大きくなるように形成され、
   前記第２やまば歯車は、前記第１やまば歯車との噛み合い位置における前記第１やまば歯車の転位係数との和が歯幅方向に沿って一定の値となるような転位係数で形成された、
   ことを特徴とする一対の樹脂製やまば歯車。
5. 樹脂製の第１やまば歯車と、この第１やまば歯車と噛み合う樹脂製の第２やまば歯車と、からなり、
   前記第１やまば歯車が前記第２やまば歯車よりも小径である、
   一対の樹脂製やまば歯車において、
   前記第１やまば歯車は、山形の歯の頂部から歯幅方向両端部に向かうにしたがって転位係数が漸減するように形成され、
   前記第２やまば歯車は、前記第１やまば歯車との噛み合い位置における前記第１やまば歯車の転位係数との和が歯幅方向に沿って一定の値となるような転位係数で形成された、
   ことを特徴とする一対の樹脂製やまば歯車。
6. 駆動側の樹脂製の第１やまば歯車と、この第１やまば歯車と噛み合う被動側の樹脂製の第２やまば歯車と、からなり、
   前記第１やまば歯車と前記第２やまば歯車が同径である、
   一対の樹脂製やまば歯車において、
   前記第１やまば歯車は、山形の歯の頂部から歯幅方向両端部に向かうにしたがって転位係数が漸減するように形成され、
   前記第２やまば歯車は、前記第１やまば歯車との噛み合い位置における前記第１やまば歯車の転位係数との和が歯幅方向に沿って一定の値となるような転位係数で形成された、
   ことを特徴とする一対の樹脂製やまば歯車。

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