JP4811676B2 - Gear using gear teeth and gear transmission device - Google Patents
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Description
本発明は、円弧歯形を使用した歯車、この歯車を利用した歯車伝達装置に関する。 The present invention relates to a gear using an arc tooth profile and a gear transmission device using the gear.
従来、円弧歯形を持つ歯車としては、ウイルトハーバー・ノビコフ歯車(WN歯車)が有名であり、各種分野において円弧歯形に関する研究開発が進められ円弧歯形として、あるいは円弧と他の曲線を組み合わせた歯形として各種歯車へ応用されている。前記の歯形は、内接歯車式ポンプの歯車、自動車のステアリング装置のラックアンドピニオン、減速装置の歯車、歯付ベルトの歯等の歯として用いられている。本発明は、先に公開されている特許公開平2007−32836に関連した出願である。基本的な考え方は、前記に公開されている発明に基づくものである。
先の特許公開2007−32836には、従来から使用されている円弧歯形を持った 歯車と対比した形で特徴をのべている。しかしながら、前記の特許公開された特許請求の範 囲における請求項1に記載の歯車において、請求項の中には任意の間隔にて等間隔に変形さ せることが可能である歯形を持った歯車についての開示はしていない。前記、公開された出 願の請求項1の歯車の歯形曲線を基にして等間隔に変形させるという操作をすることにより、自在に歯形を変形させることが可能となる。インボリュート歯車には転位歯車が存在するように、円弧歯形を持った歯車に於いても前述の如く、歯形曲線を等間隔に変形させるさせることにより歯車の大きさや軸間きょりの微調整が可能となる歯形を持った歯車が必要とされる。本発明の請求項1の歯車は、前述のことを鑑みて考案したものであり、これらを満足する歯車を提供するものである。ここで、特許請求の範囲および明細書に記載している用語について説明することにする。歯車に関する専門用語は、慣例的に用いられる用語や専門書により表現が異なるものもあるので、本出願文においては、下記の様に定義して使用している。
外歯車 円筒歯車であり、平歯車のように外側に歯が配置されているもの。
外接歯車 本出願文においては、内接歯車式ポンプの外歯車として使用する 時に用いている。
内接歯車 本出願文においては、内接歯車式ポンプの内歯車として使用する 時に 用いている。
歯車歯車伝達装置 歯車を一対以上使用して構成される装置、減速装 置、増速 装置、変速装置などの歯車を使用して構成する歯車装 置を示す。
円弧半径R 外歯車においては歯先面の歯形形状である円弧の半径(R) であり、内歯車においては歯底面の歯形形状である円弧の半径(R)を 円弧半径Rとして定義している。請求項1の歯車の歯の大きさを表す 単位として使用している。(インボリュート歯車に於けるモジュールm に相当)
In the previous patent publication 2007-32836, the feature is described in contrast to a gear having an arc tooth shape that has been conventionally used. However, in the gear according to claim 1 in the scope of the patent-published claims, the gear having a tooth profile that can be deformed at equal intervals in the claims. Is not disclosed. It is possible to freely deform the tooth profile by performing an operation of deforming at equal intervals based on the tooth profile curve of the gear according to claim 1 of the published application. As in the case of involute gears, there is a shift gear, and as described above, gears with an arc tooth profile can be finely adjusted by changing the tooth profile curve at equal intervals as described above. There is a need for gears with possible tooth profiles. The gear of claim 1 of the present invention has been devised in view of the foregoing, and provides a gear that satisfies these requirements. Here, terms used in the claims and specification will be explained. Since some technical terms related to gears have different expressions depending on commonly used terms and technical books, they are defined and used as follows in this application text.
External gear A cylindrical gear with teeth arranged on the outside like a spur gear.
External gear In this application, it is used when used as an external gear of an internal gear pump.
Internal gear In this application, it is used when used as an internal gear of an internal gear pump.
Gear Gear Transmission Device A gear device configured using gears such as a device configured by using a pair of gears, a reduction device, a speed increasing device, and a transmission device is shown.
Arc radius R In the external gear, it is the radius (R) of the arc that is the tooth profile shape of the tooth tip surface. In the internal gear, the radius (R) of the arc that is the tooth profile shape of the bottom surface is defined as the arc radius R. . It is used as a unit representing the size of the gear teeth of claim 1. (Equivalent to module m in involute gear)
先の特許公開2007−32836にて、円弧歯形を持った歯車の用途を実施例を含めて開示しているところであるが、等間隔に変形させた歯車については実施例を含めて具体的には触れていない。円弧歯形を持った歯車にて各種の歯車装置を構成する場合、歯車と歯車の軸間きょりを調整しなければならない場合や歯車の大きさの調整が必要な時がある。また、内接歯車式ポンプの歯車として使用した場合、吸入及び吐出容量の調整をしなければならない場合がある。減速装置の歯車として使用した場合、歯車のサイズ、歯の強度、ケーシングの大きさを含めた装置の設計に自由度を与えることが可能となる歯車が必要とされる。また、前記の歯車を含む、複数の歯車で構成できる歯車伝達装置が必要とされる。前述のことを鑑みて、これらの要件を満たす歯車及び歯車装置を提供するものである。 In the previous patent publication 2007-32836, the use of a gear having an arc tooth profile is disclosed including examples, but the gears deformed at equal intervals are specifically included including examples. Not touching. When various gear devices are configured with a gear having an arc tooth profile, there is a case where it is necessary to adjust the clearance between the shafts of the gear and the gear or it is necessary to adjust the size of the gear. Further, when used as a gear of an internal gear type pump, the suction and discharge capacity may need to be adjusted. When used as a gear of a reduction gear, a gear is required that can give a degree of freedom to the design of the device including the size of the gear, the strength of the teeth, and the size of the casing. Further, there is a need for a gear transmission device that can be composed of a plurality of gears including the gears described above. In view of the foregoing, a gear and gear device that satisfies these requirements is provided.
請求項1の発明は、歯車の歯の大きさは、基準ピッチ線上に中心を持つ円弧半径Rで定義され、歯車の歯形は、歯車歯数Zで基準ピッチ線を等分割した分割点を中心として作成される円弧半径Rの円弧と隣り合う前記の2円弧と基準ピッチ線とが外接する3接円弧で形成する歯形を基準にしたものであり、前記の円弧半径Rの中心と前記の3接円弧の中心を基点として等間隔に変形させた歯形であり、前記の各々の変形した歯形が接する関係で接続された歯形曲線を持つことを特徴とした歯車である。 In the invention of claim 1, the gear tooth size is defined by an arc radius R having a center on the reference pitch line, and the gear tooth profile is centered on a dividing point obtained by equally dividing the reference pitch line by the gear tooth number Z. Is based on a tooth profile formed by a tangent arc formed by circumscribing the two arcs adjacent to the arc of the arc radius R and the reference pitch line, and the center of the arc radius R and the 3 The gear has a tooth profile deformed at equal intervals with the center of the tangent arc as a base point, and has a tooth profile curve connected so that each of the deformed tooth profiles contacts .
請求項2の発明は、請求項1に記載した歯車を含む、複数の歯車で構成される歯車伝達装置である。 A second aspect of the present invention is a gear transmission device including a plurality of gears including the gear according to the first aspect.
請求項1に記載の歯車は円弧歯形を持つ歯車であり、歯の大きさは外歯車においては歯先面の歯形形状である円弧の半径R(以下、円弧半径Rと定義する)また、内歯車においては歯底面の歯形形状である円弧半径Rで表される。円弧半径Rは任意の値を設定することが可能であり、この値と歯数により等間隔に変形させる基となる歯車の大きさが決定されることになる。この円弧半径Rはインボリュート歯車のモジュールに相当するものである。モジュールと比較すれば、歯の大きさが測定可能な実測値として表現される利点があり、円弧半径Rは歯車装置の大きさにより任意に設定することが可能となる。更に、インボリュート歯車と比較すれば、噛み合いが滑らかであり、振動が少なく歯部の強度が大となる。また、歯と歯の干渉がないに等しい。少数枚数の歯の組み合わせから歯車列を構成できる特徴を有する。また、請求項1に記載の歯車は、円弧半径Rの円弧の中心および隣り合う前記の2円弧と基準ピッチ円とが外接する3接円弧の中心を基にして外方向(プラス側)あるいは内方向(マイナス側)へ等間隔に変形させることが可能となる。歯車の歯形曲線を自在に変形させてかみ合わせることが可能であり、軸間きょりの調整や歯車サイズの調整が可能となる特徴を有する。 The gear according to claim 1 is a gear having an arc tooth shape, and the tooth size of the external gear is an arc radius R (hereinafter, defined as an arc radius R) which is a tooth shape of a tooth tip surface. In the gear, it is represented by an arc radius R which is a tooth profile shape of the root surface. The arc radius R can be set to an arbitrary value, and the size of the base gear to be deformed at equal intervals is determined by this value and the number of teeth. This arc radius R corresponds to an involute gear module. Compared with the module, there is an advantage that the tooth size is expressed as an actually measured value that can be measured, and the arc radius R can be arbitrarily set depending on the size of the gear device. Further, compared with the involute gear, the meshing is smooth, the vibration is less, and the strength of the tooth portion is increased. Also, there is no tooth-to-tooth interference. The gear train can be formed from a combination of a small number of teeth. Further, the gear according to claim 1 is based on the center of an arc having an arc radius R and the center of a 3-tangent arc where the adjacent two arcs and the reference pitch circle are circumscribed, or inward (plus side) or inward. It becomes possible to deform in the direction (minus side) at equal intervals . The tooth profile curve of the gear can be freely deformed and meshed with each other, and there is a feature that adjustment of the clearance between the shafts and the gear size can be adjusted.
請求項2に記載の歯車伝達装置は、請求項1の円弧歯形を持つ歯車を使用して構成された歯車装置である。減速装置の歯車としても使用することが可能であり、従来から使用されている減速装置と比較すれば、歯車設計の容易さおよび円弧半径Rの設定の自由度から、装置自体の設計の幅に自由度を持たすことが可能となり、大きな減速比を持った装置を設計することが可能となる。更に、等間隔に変形した歯車を使用することにより装置の軽量化にも繋がってくる。また、請求項1の歯車を内歯車と外歯車の構成にて動力伝達用にも使用が可能であり、少数歯数の歯車列を構成すれば装置自体の軽量化を図ることが可能となる。内接歯車式ポンプの外接歯車および内接歯車として使用すれば、等間隔に変形させる量により、吐出量や装置の大きさを自在に調整することが可能となる。減速、増速、変速装置や他の歯車を使用した動力伝達装置にも用途を広げることができる。 A gear transmission device according to a second aspect of the present invention is a gear device configured using the gear having the arc tooth profile of the first aspect. It can also be used as a gear of a reduction gear. Compared with a reduction gear used in the past, the design range of the device itself can be reduced from the ease of gear design and the freedom of setting of the arc radius R. It becomes possible to have a degree of freedom, and it is possible to design a device having a large reduction ratio. Furthermore, the use of gears deformed at equal intervals also leads to weight reduction of the device. Further, the gear of claim 1 can be used for power transmission by the configuration of the internal gear and the external gear, and if the gear train having a small number of teeth is configured, the device itself can be reduced in weight. . When used as an external gear and an internal gear of an internal gear pump, the discharge amount and the size of the apparatus can be freely adjusted by the amount of deformation at equal intervals . Applications can be extended to power transmission devices using deceleration, speed-up, transmissions and other gears.
本発明の請求項1の歯車は、表1の内接歯車式ポンプ用歯車基本計算式にて歯車の基本データを求め、先の特許公開2007−32836にて開示している図1および図2の作図方法に従って作図され、この歯形曲線を円弧半径Rの円弧の中心および隣り合う前記の2円弧と基準ピッチ円とが外接する3接円弧の中心を基にして等間隔に変形して作成される歯形曲線を持った歯車である。前記の出願と同様に歯数1枚から任意の歯数の歯車まで適用できるものである。
本発明の請求項1の歯車の特徴として、歯の大きさである円弧半径Rの設定および等間隔に変形させる量Fはある範囲において任意に設定が可能であるという特徴を有している。等間隔に変形させる量は歯車の歯の大きさを表す円弧半径Rの値により設定され、等間隔に変形させるのに可能な範囲はプラス側(外側)については、図1および図2に示す通り3接円の円弧半径Rとrの値により決定され、外側の上限はrの値が0となる点が最大の変形させる量となる。つまり、3接する円弧が収縮して無くなる点である。
マイナス側(内側)については、円弧半径Rの値が0となる点までである。つまり、歯の大きさを表す円弧半径Rが0となる点、歯先が尖った形状になる点である。また、等間隔に変形させる基の図形(ここでは歯形曲線を示す)に対して外側に等間隔に変形させる場合にはプラスの値にて等間隔に変形させる量を表示することとし、内側に等間隔に変形させる場合にはマイナスの値にて等間隔に変形させる量を表示することにする。本発明の請求項1の歯車は、内接歯車式ポンプの外接歯車、内接歯車として用いることが可能であり、歯車伝達装置の個々の歯車列の要素として用いることも可能である。さらに、先の出願にて開示している減速機の構成要素の1つとして用いることも可能であるという特徴を有している。
ここで、先の出願の請求項1に記載の歯車の歯形曲線と等間隔に変形させた歯形曲線を比較してその特色と効果をまとめて簡単に説明することにする。詳しくは次項の図例に従って説明することにする。
特色として、1) 先の出願の請求項1に記載の歯形曲線の円弧半径Rと等間隔に変形 した歯形曲線の円弧半径R1(等間隔に変形させた図形の円弧半径と等 間隔に変形させる図形の基になる円弧半径を区別するために円弧半径の 記号表示をR1とRで表示している)は異なる。つまり、等間隔に変形 することにより円弧半径Rの値およびピッチ円直径dは増減することに なる。また、円弧半径Rの2つの円とに外接する3接円の円弧で形成され る外歯車の歯底部、内歯車の歯先部の形状は等間隔に変形させることによ り変形するが、3接する円弧で構成されることは同じである。この場 合、図1および図2に示す3接円の円弧半径r=0になる点および円弧半 径R1=0になる点を含める。
2) 外側に等間隔に変形させた場合の変形量の限界は外歯車の場合、 歯車の歯底の形状は隣り合う円弧半径Rの2円とピッチ円とに外接する3 接円の円弧で形成されるが、この3接円の半径値が0になる点が限界と なる。
3)内側に等間隔に変形させる場合は、図2に示す通り、円弧半径R の値が0になるまでである。内歯車についても同様な結果が得られている。
4) 本発明の請求項1の歯車の特徴の1つであるが、基の歯形曲線に 対して円弧半径Rの円弧の中心および隣り合う前記の2円弧と基準ピッチ 円とが外接する3接円弧の中心を基に歯形曲線を等間隔に変形させた歯車 でも、先の出願の請求項1に記載の歯車同様に1対の歯車として正確にか み合いをするという大きな特徴を有している。
5)歯車の歯のかみ合いは、先の出願においては原則的に同じ歯の大きさで ないとかみ合わないと定義しているが、本発明の請求項1の歯車は、歯形 曲線を等間隔に変形することにより歯の大きさ(円弧半径R)が異なる歯 車同士でもかみ合いをする特徴を持っている。それは図7、図8および 図11にて詳しく説明をしているところである。
効果として、1)歯の大きさを表す円弧半径Rの値は変化するが、歯車の大きさを任 意に調整することが可能となる。
2) 外歯車のかみ合いに於いては、軸間きょりを調整することが可能となる。
3) 歯車の歯の大きさ(円弧半径R)の設定が自在になり、歯車の強度や歯車 サイズを含む歯車の設計が容易になる特徴を有している。
4) 本発明の請求項1に記載の歯車を使用して歯車伝達装置を設計する場合、 装置自体の軽量化、省力化を計ることが容易に可能となる。
以下、本発明の実施形態を表1から表3、図1から図11に基づいて説明する。
The gear according to claim 1 of the present invention obtains basic data of a gear by the internal gear type pump gear basic calculation formula shown in Table 1 and disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Publication No. 2007-32836. The tooth profile curve is created by deforming the tooth profile curve at equal intervals based on the center of the arc of radius R and the center of the 3-tangent arc where the adjacent two arcs and the reference pitch circle are circumscribed. A gear with a tooth profile curve. Similar to the above-mentioned application, the present invention can be applied to gears having one tooth to an arbitrary number of teeth.
As a feature of the gear according to claim 1 of the present invention, there is a feature that the setting of the arc radius R which is the size of the tooth and the amount F which is deformed at equal intervals can be arbitrarily set within a certain range. The amount of deformation at equal intervals is set by the value of the arc radius R representing the size of the gear teeth, and the possible range for deformation at equal intervals is shown in FIGS. 1 and 2 for the plus side (outer side). The upper limit on the outside is determined by the value of the arc radii R and r of the three circles, and the point at which the value of r is 0 is the maximum amount of deformation. In other words, it is a point where the arc that touches the 3 contracts and disappears.
On the minus side (inner side), it is up to the point where the value of the arc radius R becomes zero. That is, the arc radius R representing the size of the tooth is 0, and the tooth tip has a pointed shape. In addition, when deforming at regular intervals outward with respect to the base figure to be deformed at regular intervals (here, a tooth profile curve is shown), the amount of deformation at regular intervals is displayed with a positive value. In the case of deformation at equal intervals, the amount of deformation at equal intervals is displayed as a negative value. The gear according to claim 1 of the present invention can be used as an external gear and an internal gear of an internal gear type pump, and can also be used as an element of an individual gear train of a gear transmission device. Further, it has a feature that it can be used as one of the components of the reduction gear disclosed in the previous application.
Here, the tooth profile curve of the gear according to claim 1 of the earlier application is compared with the tooth profile curve deformed at equal intervals, and its features and effects will be briefly described together. Details will be described with reference to the example in the next section.
Features: 1) The arc radius R1 of the tooth profile curve deformed at equal intervals with the arc radius R of the tooth profile curve according to claim 1 of the earlier application ( deformed at equal intervals with the arc radius of the figure deformed at equal intervals ) In order to distinguish the arc radius on which the figure is based, the symbol of the arc radius is indicated by R1 and R). That is, the value of the arc radius R and the pitch circle diameter d increase or decrease by deforming at equal intervals . In addition, the shape of the tooth bottom portion of the external gear and the tooth tip portion of the internal gear formed by a circular arc of a three-tangent circle circumscribing two circles having an arc radius R is deformed by deforming at equal intervals . It is the same that it is composed of three arcs. In this case , the points where the arc radius r = 0 and the arc radius R1 = 0 of the tangent circle shown in FIGS. 1 and 2 are included.
2) The limit of the amount of deformation when deformed outwardly at equal intervals is the case of an external gear. The shape of the bottom of the gear is an arc of 3 circumscribed circles circumscribing 2 circles of adjacent arc radius R and a pitch circle. Although it is formed, the point at which the radius value of this three-tangent circle is 0 is the limit.
3) When the inside is deformed at equal intervals, as shown in FIG. 2 , the arc radius R 1 is zero. Similar results are obtained for the internal gear.
4) One of the features of the gear according to claim 1 of the present invention is that the center of the arc of the arc radius R and the adjacent two arcs and the reference pitch circle are circumscribed with respect to the basic tooth profile curve. Even with a gear whose tooth profile curve is deformed at equal intervals based on the center of the arc , it has a great feature that it meshes accurately as a pair of gears, similar to the gear described in claim 1 of the previous application. Yes.
5) In the previous application, the meshing of the teeth of the gear is defined to be in meshing unless it is the same tooth size. However, the gear of claim 1 of the present invention has a uniform tooth profile curve. Due to the deformation, there is a feature that gears with different tooth sizes (arc radius R) can be engaged with each other. This is described in detail in FIGS . 7, 8 and 11. FIG .
As effects, 1) the value of the arc radius R representing the size of the tooth changes, but the size of the gear can be arbitrarily adjusted.
2) In the meshing of the external gear, it is possible to adjust the axial clearance.
3) The gear tooth size (arc radius R) can be freely set, and the gear design including the gear strength and gear size is easy.
4) When a gear transmission device is designed using the gear according to claim 1 of the present invention, it is possible to easily reduce the weight and labor of the device itself.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to Tables 1 to 3 and FIGS. 1 to 11 .
表1は、先の出願特許公開2007−32836の表1の内接歯車式ポンプ用歯車基本計算式を基にして、等間隔に変形させた場合の外接歯車と内接歯車の基本計算式を一覧表にしたものである。歯の大きさを表す円弧半径は、基の円弧半径をRで表示をし、等間隔に変形させた歯車の円弧半径はR1として区別して表示をしている。以下同様に等間隔に変形させる量をFにて、ピッチ円直径をD、歯先円直径をDa、歯底円直径をDf、として表示をしている。
それぞれの計算項目に於いては、先の出願特許公開2007−32836の表1のデータを参照しているものもある。偏心量eについては、等間隔に変形させた歯車を用いた内接歯車式ポンプにおいては変化しないという特徴を有している。表1の計算式は、内接歯車式ポンプに用いる歯車だけではなく、等間隔に変形した歯車(外歯車及び内歯車)の計算式として用いることが可能である。
Table 1 shows the basic calculation formulas of the external gear and the internal gear when deformed at equal intervals based on the basic calculation formula of the internal gear type pump gear in Table 1 of the previous patent application 2007-32836. It is a list. The arc radius representing the size of the tooth is indicated by R, and the arc radius of the gear deformed at equal intervals is indicated as R1. Similarly, the amount of deformation at equal intervals is indicated by F, the pitch circle diameter is D, the tip circle diameter is Da, and the root circle diameter is Df.
Some of the calculation items refer to the data in Table 1 of the previous patent application 2007-32836 . The eccentricity e has a characteristic that it does not change in an internal gear pump using gears deformed at equal intervals . The calculation formulas in Table 1 can be used not only for gears used for internal gear type pumps, but also for gears (external gears and internal gears) deformed at equal intervals .
図1は、表1の計算例にある外接歯車(1)の5枚歯歯車の作図である。Rは歯の大 きさを表す円弧半径を示す。rは歯先部を構成する円弧半径Rの2つの円とピッチ円とが外 接する3接円の円弧の半径である。等間隔に変形させた図形は、表1の歯車計算式および先 の出願特許公開2007−32836の図1および図2による作図手順で作成された歯形曲 線を基にして作図することができる。図2の歯形曲線は、円弧半径Rの円弧の中心および隣 り合う前記の2円弧と基準ピッチ円とが外接する3接円弧の中心を基にして外側(プラス側 )および内側(マイナス側)へ任意の等間隔に変形させた量にて元の歯形曲線を変形させた 図である。変形させた歯形曲線の円弧半径Rの値と3接円の円弧半径rの値は等間隔に変形 させた量Fの値に連動して変化することになる。 FIG. 1 is a drawing of a 5-tooth gear of the external gear (1) in the calculation example of Table 1. R indicates an arc radius representing the size of the tooth. r is the radius of the arc of a 3-tangent circle in which the two circles of the arc radius R constituting the tooth tip part and the pitch circle are circumscribed. The figure deformed at equal intervals can be drawn on the basis of the gear calculation formula shown in Table 1 and the tooth profile curve created by the drawing procedure according to FIGS. 1 and 2 of the previous patent application 2007-32836 . Tooth profile of Figure 2, the arc radius and the two arcs and the reference pitch circle fit Ri arc center and neighboring R is based on 3 contact the center of the arc that circumscribes the outer (positive side) and inside (negative side) It is the figure which deform | transformed the original tooth profile curve by the quantity deform | transformed to arbitrary equal intervals . The value of the arc radius R of the deformed tooth profile curve and the value of the arc radius r of the tangent circle change in conjunction with the value of the amount F deformed at equal intervals .
図2は図1の歯形曲線を基にプラス側とマイナス側へ等間隔に変形させた図形を示す 。等間隔に変形させる前の基準となる歯形曲線を太線にて強調して表示をしている。等間隔 に変形させる可能な範囲はプラス側については、3接円の円弧半径rの値により決定され、 外側の上限はrの値が0となる点が最大の等間隔に変形させる量となる。つまり、3接する 円弧が収縮して無くなる点である。プラス側は、等間隔に変形させる量F=0から0.2づ つ増加させて3接円の円弧半径rが0になる点までを表示している。この基準となる歯形曲 線の円弧半径Rは1である。歯形曲線として用いるのは、円弧半径Rの値が0となる点まで である。つまり、歯の大きさを表す円弧半径Rが0となる点、であり、歯先が尖った形状に なる点である。図2では、マイナス側は等間隔に変形させる量F=0から-0.2づつ減少 させてゆき、円弧半径R1=0になる地点(等間隔に変形させる量F=-1.0)までを表 示している。等間隔に変形させる基の歯形曲線を多様に変形させることにより、それらの歯 車を使用して多種多様な歯車伝達装置を設計することが可能となる利点を有している。等間 隔に変形させる基の歯形曲線については、先の特許公開2007−32836にて開示して いるところである。少数歯数の歯形曲線から任意の歯数の歯形曲線までを等間隔に変形させ ることが可能である特徴を有している。 FIG. 2 shows a figure deformed at equal intervals on the plus side and the minus side based on the tooth profile curve of FIG. The reference tooth profile curve before being deformed at equal intervals is highlighted with a bold line. The possible range of deformation at equal intervals is determined by the value of the arc radius r of the tangent circle on the plus side, and the outer upper limit is the amount of deformation at the maximum equal interval where the value of r is 0 . In other words, this is the point where the arc that touches 3 is contracted and disappears. On the plus side, the amount of deformation at equal intervals F = 0 is increased by 0.2, and the arc radius r of the three-tangent circle is displayed until the point becomes zero. The arc radius R of the tooth profile curve serving as a reference is 1. Up to the point where the value of the arc radius R becomes 0 is used as the tooth profile curve. In other words, the arc radius R representing the size of the tooth is 0, and the tooth tip has a pointed shape. In FIG. 2, on the minus side, the amount of deformation at equal intervals F = 0 is decreased by -0.2, until the arc radius R1 = 0 (the amount of deformation at equal intervals F = -1.0). Is displayed. By variously deforming the tooth profile curve of the base that is deformed at equal intervals, it is possible to design a wide variety of gear transmission devices using these gears. The tooth profile of the group to be deformed at equal intervals, is where are disclosed in the prior patent publication 2007-32836. Small number of the teeth-shaped curve of the teeth to the tooth profile of any number of teeth is deformed at equal intervals has features are possible Rukoto.
図3は、表1の歯車計算式を基に作図した外接歯車4枚歯、内接歯車5枚歯の内接歯 車式ポンプの構成図を示す。いずれの歯車も円弧半径R=1で作図した偏心量e=0.5、等 間隔に変形させる量F=0で、変形する基となる歯形曲線を使用した1枚差でかみ合う内接 歯車式ポンプの閉じ込み面積である。
ポンプがケーシング内に液体を閉じ込めることができる面積(以下、閉じ込み面積と呼 ぶことにする。図3は、閉じ込み面積だけを表示したものであり、S0はその面積値である 。閉じ込み容量は、前述の面積に歯幅を乗ずれば計算することができる。CADソフトを使 用すれば、簡単に面積計算をすることが可能である。
FIG. 3 shows a configuration diagram of an internal gear type pump having four teeth on the external gear and five teeth on the internal gear drawn based on the gear calculation formula of Table 1 . Eccentricity e = 0.5 none of the gears was constructed by an arc radius R = 1, in an amount F = 0 to deform at equal intervals, internal gear meshing with one difference using tooth profile to be deformed group This is the confined area of the pump.
The area where the pump can confine liquid in the casing (hereinafter referred to as the confined area. FIG. 3 shows only the confined area, and S0 is the area value. The capacity can be calculated by multiplying the aforementioned area by the tooth width, and the area can be easily calculated using CAD software.
図4は、等間隔に変形させる量Fが0の図を外側へ等間隔に変形させた内接歯車式ポ ンプの構成図と閉じ込み面積値を表示したものである。等間隔に変形させる量Fは0.2か ら0.4までの値で変形させた外接歯車と内接歯車の組み合わせを表示している。閉じ込み 面積Sは、それぞれS2,S3,S4にて表示している。内接歯車式ポンプの場合、外接歯 車と内接歯車の等間隔に変形させる方向と等間隔に変形させる量は同じにしなければならな い。偏心量eは、基の歯形曲線を等間隔に変形させても変化しない特徴を有する。プラス側 に変形させると、歯の強度を高め吐出容量を増加させることが可能となる特徴を有している 。 FIG. 4 shows a configuration diagram of an internal gear pump in which a figure with an amount F deformed at equal intervals of 0 is deformed outward at equal intervals and a confined area value. The amount F deformed at equal intervals indicates the combination of the external gear and the internal gear deformed by a value from 0.2 to 0.4. The confinement area S is indicated by S2, S3 and S4, respectively. In the case of an internal gear pump, the direction of deformation at equal intervals between the external gear and the internal gear must be the same as the amount of deformation at equal intervals . The eccentricity e has a characteristic that it does not change even if the base tooth profile curve is deformed at equal intervals . When deformed to the plus side, the tooth strength is increased and the discharge capacity can be increased.
図5は、等間隔に変形させる前のFが0の図を内側へ等間隔に変形した内接歯車式ポ ンプの構成図と閉じ込み面積値を表示したものである。等間隔に変形させる量Fは-0.2 から-0.4までの値で変形させた外接歯車と内接歯車の組み合わせを表示している。閉じ 込み面積Sは、それぞれS7、S8,S9にて表示している。吐出容量は、減少するが装置 自体を軽量化することが可能となる。図4と同様に偏心量eは変化しないことが分かる。図 4および図5にて基の歯形曲線を等間隔に変形させて構成した内接歯車式ポンプの実施例と して表示している。歯車ポンプを設計する上で、歯車の強度を含めて吐出容量の調整や装置 の軽量化につながるものである。マイナス側に変形させると、歯の大きさRが小さくなる分 、液体を閉じ込める面積を増加させることが可能となり、吐出容量を自在に設計上で調整す ることが可能となる特徴を有する。また、基になる歯形曲線の円弧半径R=2として作図を して、マイナス側に等間隔に変形させる量F=−1.0(円弧半径R=1)とした場合と基 の歯形曲線(円弧半径R=1)で作図して内接歯車式ポンプをこれらの歯車で構成させた場 合では、等間隔に変形させて歯車の歯の大きさを同じにして構成した内接歯車式ポンプの方 が大きな閉じ込み面積Sを得ることが可能となる。 FIG. 5 shows a configuration diagram of the internal gear type pump in which a figure with F of 0 before being deformed at equal intervals is deformed inward at equal intervals and a confined area value. The amount F deformed at equal intervals indicates the combination of the external gear and the internal gear deformed by a value from -0.2 to -0.4. The confinement area S is indicated by S7, S8, and S9, respectively. Although the discharge capacity decreases, the device itself can be reduced in weight. It can be seen that the eccentricity e does not change as in FIG. In FIG. 4 and FIG. 5, the basic tooth profile curve is shown as an embodiment of an internal gear pump constructed by deforming at regular intervals . In designing the gear pump, this will lead to adjustment of discharge capacity including gear strength and weight reduction of the equipment. When it is deformed to the minus side, the area for confining the liquid can be increased as the tooth size R becomes smaller, and the discharge capacity can be freely adjusted by design. In addition, when the arc radius R = 2 of the base tooth profile curve is plotted and the amount F = −1.0 (arc radius R = 1) to be deformed at equal intervals on the minus side and the base tooth profile curve ( If the internal gear type pump is constructed with these gears by drawing with the arc radius R = 1), the internal gear type pump is constructed with the gear teeth having the same size by being deformed at equal intervals. It becomes possible to obtain a larger confinement area S.
表2は、図4及び図5のそれぞれの等間隔に変形させた図形の円弧半径R1の値、等 間隔に変形させる量Fの値、閉じ込み面積Sの値を外側へ等間隔に変形させた場合と内側へ 等間隔に変形させた場合とを一覧表にまとめたものである。等間隔に変形させる量Fの値により円弧半径R1の値、閉じ込み面積Sの値が比例的に増減していることが分かる。つまり、等間隔に変形させる量Fの値により吐出容量、それぞれの歯車サイズ、ケーシングサイズ は比例的に調整が可能となることが分かる。本発明の請求項1に記載の歯車は、基の歯形曲 線を等間隔に変形させることにより自在に歯形曲線を変形させることが可能となり、歯車の大きさ、前記の歯車を含む歯車装置のサイズ、歯形の形状を自在に調整することが可能となる特徴を有した歯車である。 Table 2, each equally spaced to the value of the arc radius R1 of the deformed so figure 4 and 5, the value of the quantity F deforming at equal intervals, is deformed at regular intervals the value of the confinement area S to the outside The table shows the case where the case is deformed and the case where it is deformed inward at equal intervals . It can be seen that the value of the arc radius R1 and the value of the confinement area S are proportionally increased / decreased by the value of the amount F deformed at equal intervals . That is, it can be seen that the discharge capacity, the respective gear sizes, and the casing size can be proportionally adjusted by the value of the amount F deformed at equal intervals . According to the first aspect of the present invention, the tooth profile curve can be freely deformed by deforming the base tooth profile curve at equal intervals, and the size of the gear and the gear device including the gear can be changed. It is a gear having a feature that the size and the shape of the tooth profile can be freely adjusted.
図6は、表1の歯車計算式を基に作図したラックとピニオン(歯数20枚)として構 成したかみ合い図である。歯の大きさR=1であり、等間隔に変形させる量F=0となる変 形させる図形の基となる図形である。ラックとピニオンの軸間きょりをaで表示している。ラックとピニオンのかみ合いにおいては、軸間きょりa=d/2となる。ここでdはピニオンのピッチ円直径を表す。ラックの基準ピッチをPとすると、P=π・Rという式が成り立つことになる。Rは、歯の大きさを表す円弧半径である。図7および図8にて等間隔に変形さ せた図形を示す。 FIG. 6 is a meshing diagram configured as a rack and pinion (20 teeth) constructed based on the gear calculation formula of Table 1 . It is a figure that is the basis of a figure to be deformed with a tooth size R = 1 and an amount F = 0 that is deformed at equal intervals . The clearance between the rack and the pinion is indicated by a. In the engagement between the rack and the pinion, the distance between the axes is a = d / 2. Here, d represents the pitch circle diameter of the pinion. If the reference pitch of the rack is P, the equation P = π · R is established. R is an arc radius representing the size of a tooth. Figures 7 and 8 show figures deformed at equal intervals .
図7は、図6のラックとピニオンを等間隔に変形させて構成したかみ合い図である。 ピニオンである外歯車は、外側(プラス方向)へ等間隔に変形させる量F=0.5にて変形させたものであり、ラックはピニオンが等間隔に変形させる量ほど大きくなっているので、逆の方向(マイナス方向)へF=-0.5等間隔に変形させてかみ合わせた図である。このかみ合わせの場合、ピニオン側の歯車の歯は太った形となり歯の強度を増すことが可能となる。しかし、ラック側の歯形は歯先が尖った形となり歯の強度は劣ってくることになる。ラック側とピニオン側のどちらをプラス側または、マイナス側へオフセットするかは、装置の構造や伝達する動力の大きさにより自在に選択することが可能となる。 FIG. 7 is an engagement diagram configured by deforming the rack and pinion of FIG. 6 at equal intervals . The external gear which is a pinion is deformed by an amount F = 0.5 that is deformed outward (plus direction) at equal intervals , and the rack is larger as the amount that the pinion is deformed at equal intervals . It is the figure which deform | transformed to the reverse direction (minus direction), and was meshed | fitted at equal intervals of F = -0.5. In the case of this meshing, the tooth of the pinion side gear becomes thick and the strength of the tooth can be increased. However, the tooth profile on the rack side has a pointed tip and the strength of the teeth is inferior. Which of the rack side and the pinion side is offset to the plus side or the minus side can be freely selected according to the structure of the apparatus and the magnitude of the transmitted power.
図8は、図7の逆の操作をしたものである。つまり、ピニオン側をマイナス方向へ (等間隔に変形させる量F=-0.5)、ラック側をプラス方向へ(等間隔に変形させる量 F=0.5)それぞれ0.5の等間隔に変形させる量を与えたものである。この場合は、ラック側の歯の強度を高めることが可能となる。 FIG. 8 shows the reverse operation of FIG. That is, (the amount F = -0.5 to deform at regular intervals) the pinion side in the negative direction, the rack side to the plus direction at equal intervals, respectively 0.5 (amount F = 0.5 deform at regular intervals) The amount to be deformed is given. In this case, it is possible to increase the strength of the teeth on the rack side.
表3は、図9、図10、図11に於ける各々の外歯車データを一覧表にまとめたものであ る。図9は、等間隔に変形させる量F=0の時の歯車基本データを基に作図したものであり、図9のデータを基に等間隔に変形させて作図したのが、図10、図11であり、それらの 歯車データを表3に示す。 Table 3 summarizes the external gear data in FIGS. 9, 10, and 11 in a list. Figure 9 is obtained by plotting on the basis of the gear basic data when the amount F = 0 for deforming at regular intervals, that was constructed by deforming at equal intervals on the basis of the data of FIG. 9, FIG. 10, FIG. 11 and the gear data are shown in Table 3.
図9は、外歯車をかみ合わせた歯車列の実施例である。等間隔に変形させる量F=0であり、等間隔に変形させる基となる外歯車のかみ合い図である。
軸間きょりaは次式で求めることができる。a=(d3+d4)/2+Rの式にて求まる。d3、d4はそれぞれの外歯車のピッチ円直径であり、Rは円弧半径を表す。この円弧半径Rは、等間隔に変形させる基となる歯形曲線の円弧半径であり、基の歯形曲線を正負の方向へ等間隔に変形させたとしても、この式の円弧半径の値Rは変化しない固定値として使用する。お互いが等間隔に変形させる量F=0の外歯車同士のかみ合いの場合は、かみ合い時 に歯と歯の干渉や歯の進みや遅れが多少見られる。この現象を解消するために、基の歯形曲線を等間隔に変形させて歯車列を構成したのが次項の図10、図11である。
FIG. 9 shows an embodiment of a gear train in which external gears are engaged. FIG. 4 is an engagement diagram of an external gear that is a base F that is deformed at equal intervals with an amount F = 0 that is deformed at equal intervals .
The inter-axis clearance a can be obtained by the following equation. a = (d3 + d4) / 2 + R. d3 and d4 are pitch circle diameters of the respective external gears, and R represents an arc radius. The arc radius R is a circular arc radius of a tooth profile comprising a base for deforming at equal intervals, even deformed at equal intervals tooth profile of the base to the positive and negative direction, arc radius value R of this formula is changed Use as a fixed value. In the case of meshing between external gears F = 0 that are deformed at equal intervals, there is some interference between teeth and tooth advancement and delay during meshing. In order to eliminate this phenomenon, the gear train is configured by deforming the basic tooth profile curve at equal intervals in FIGS.
図10は、図9の外歯車2個を同じ等間隔に変形させる量F=-0.1にて等間隔に変形して組み合わせた歯車列である。各々の歯車データは表3にて表示している。外歯車同士の組み合わせの場合、上記の項で説明の通り等間隔に変形させる量F=0ではかみ合い時に 歯の干渉や歯の進み遅れが生ずる。
この現象を解消するには、歯形曲線をピッチ円の中心を基に正方向または負の方向へ等間 隔に変形させて組み合わせれば解消させることが可能となる。図10は、その実施例の1つとして取り上げている。
FIG. 10 shows a gear train in which two external gears of FIG. 9 are deformed and combined at equal intervals with an amount F = −0.1 that is deformed at the same equal intervals . Each gear data is shown in Table 3 . In the case of a combination of external gears, tooth interference and tooth advance / delay occur at the time of meshing when the amount F = 0 deformed at equal intervals as described in the above section.
To eliminate this phenomenon, it is possible to eliminate by combining by deforming at equal intervals the tooth profile to the positive or negative direction based on the center of the pitch circle. FIG. 10 is taken up as one of the embodiments.
図11は、表3に歯車データを示すとおり、片方の外歯車は等間隔に変形させる量F =-0.8(負の方向)にて等間隔に変形させ、他方の外歯車はF=0.8(正の方向)に て等間隔に変形させる組み合わせた歯車列である。図2にて説明の通り、等間隔に変形させるのに可能な範囲は正の方向については、3接円の円弧半径Rとrの値により決定され、外側の上限はrの値が0となる点が最大の等間隔に変形させる量となる。つまり、3接する円 弧が収縮して無くなる点である。負の方向については、歯形曲線として有効と思われる範囲 は円弧半径Rの値が0となる点までであると思われる。つまり、歯の大きさを表す円弧半径Rが0となる点、歯先が尖った形状になる点である。前述の等間隔に変形させる範囲を各々の歯車へ設定することにより、適正なかみ合いの歯車列を自在に選択することが可能となる。また、図11の歯車列の左側の外歯車は、負の方向へ等間隔に変形させた歯車である。この歯形曲線は、ローラチェーンスプロケットととして応用することも可能となる。これに用いるチェーンのローラ径は、図11の右図の外歯車の円弧半径R1を参照することが可能となる。本発明の請求項1に記載の歯車は、歯形曲線を等間隔に変形させることにより自在に変形することが可能となる特徴を有しているので、多種多様な方面へ歯車装置の要素として用いることが可能であると推察される。
FIG. 11 shows gear data in Table 3. One external gear is deformed at equal intervals by an amount F = −0.8 (negative direction) that is deformed at equal intervals, and the other external gear is F = It is a combined gear train that is deformed at equal intervals by 0.8 (positive direction). As described in FIG. 2, the range that can be deformed at equal intervals is determined by the values of the arc radii R and r of the tangent circle in the positive direction, and the upper limit of the outside is the value of r being 0. This point is the amount of deformation at the maximum equal interval . In other words, it is the point where the arc that is in contact with the three contracts and disappears. For the negative direction, the range that seems to be effective as a tooth profile curve seems to be the point where the value of the arc radius R becomes zero. That is, the arc radius R representing the size of the tooth is 0, and the tooth tip has a pointed shape. By setting the above-described range of deformation at equal intervals for each gear, it is possible to freely select a gear train having an appropriate meshing state. Further, the external gear on the left side of the gear train in FIG. 11 is a gear deformed at equal intervals in the negative direction. This tooth profile curve can be applied as a roller chain sprocket. For the roller diameter of the chain used for this, it is possible to refer to the arc radius R1 of the external gear in the right diagram of FIG. Since the gear according to claim 1 of the present invention has a feature that it can be freely deformed by deforming the tooth profile curve at equal intervals, it is used as an element of the gear device in various directions. It is speculated that it is possible.
本発明の請求項1に記載の歯車の歯形を持ったラックカッター、ピニオンカッター、ホブカッター、フライスカッター、前記のいずれかの工具を使用した方法による創成歯切り法、または請求項1に記載の歯車の歯形を持ったフライスカッター、研削砥石による成形歯切り法、並びにNCデータ作成による加工プログラムからフライスカッターによる成形加工法、放電加工機による加工法、射出成形機による成形加工法、鋳造法、前記のいずれかの方法で請求項1に記載の歯車を製造すれば、単品生産から多量生産まで広範囲な生産方法が設定できる。また、請求項1に記載の歯車を製造する方法の1つとして、CAD/CAM装置を使用して歯車のNCデータ作成からNC工作機械による加工がある。歯形曲線は複数の円弧だけを使用しているので、NCデータは円弧切削指令が主とした内容になる。従って、NCデータ容量は少なくてすみ、加工時間を短くする特徴を有している。 A rack cutter, a pinion cutter, a hob cutter, a milling cutter having the gear tooth shape according to claim 1 of the present invention, a generating gear cutting method using a method using any one of the above tools, or the gear according to claim 1 Milling cutters with the following tooth shapes, molding gear cutting method with grinding wheel, and machining program by NC data creation, milling cutter molding method, electrical discharge machine processing method, injection molding machine molding method, casting method, If the gear according to claim 1 is manufactured by any one of the methods, a wide range of production methods can be set from single item production to mass production. Further, as one of the methods for manufacturing the gear according to the first aspect, there is the machining of the NC data from the creation of the gear NC data using the CAD / CAM device to the machining by the NC machine tool. Since the tooth profile curve uses only a plurality of circular arcs, the NC data is mainly composed of circular cutting commands. Accordingly, the NC data capacity is small, and the machining time is shortened.
本発明の請求項1に記載の歯車は、内接歯車式ポンプの外接歯車、内接歯車を初めとして、減速機の歯車を含む歯車伝達装置の要素として、多種多様にわたって広範囲にその用途が可能となる特徴を有している。 The gear according to claim 1 of the present invention can be used widely and widely as an element of a gear transmission device including an external gear of an internal gear type pump, an internal gear, and a gear of a reduction gear. It has the following characteristics.
a 歯車かみ合い時の中心間距離
d1 外接歯車ピッチ円直径
d2 内接歯車ピッチ円直径
d3 図9の外歯車ピッチ円直径
d4 図9の外歯車ピッチ円直径
da 外接歯車歯先円直径
df 内接歯車歯底円直径
D 等間隔に変形した歯車のピッチ円直径
Da 等間隔に変形した歯車の歯先円直径
Df 等間隔に変形した歯車の歯底円直径
e 偏心量
F 等間隔に変形させる値
o1 外接歯車中心点
R 円弧半径
R1 等間隔に変形した図形の円弧半径
r 図2の3接円の半径
S 図3及び図4の内接歯車式ポンプの閉じ込め面積
α1 外接歯車の歯数分割角度
α2 内接歯車の歯数分割角度
a Center distance at the time of gear meshing d1 External gear pitch circle diameter d2 Internal gear pitch circle diameter d3 External gear pitch circle diameter d4 in FIG. 9 External gear pitch circle diameter in FIG. 9 external gear tooth tip circle diameter df Internal gear The diameter of the root circle D The pitch circle diameter of the gear deformed at equal intervals Da The diameter of the tip circle of the gear deformed at equal intervals Df The diameter of the root circle of the gear deformed at equal intervals e Eccentricity F Value to be deformed at equal intervals o1 Circumferential gear center point R Arc radius R1 Arc radius of figure deformed at equal intervals r Radius of circle tangent 3 in Fig. S Confinement area of internal gear pump in Figs. 3 and 4 α1 Division number of teeth of outer gear α2 Number of teeth division angle of internal gear
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