JP5120740B1

JP5120740B1 - 半円形ギア

Info

Publication number: JP5120740B1
Application number: JP2012063137A
Authority: JP
Inventors: 興基玉田
Original assignee: 興基玉田
Priority date: 2012-03-21
Filing date: 2012-03-21
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2032-03-21
Also published as: JP2013194837A

Abstract

【課題】従来の差動装置は、はすば傘歯車を使用しているが、とても高価で強度は弱い。更にインボリュート傘歯車を使用しているが、精密なギアであり、高価である。これらを廃止し、差動装置を小さくする。
【解決手段】回転方向切断面に半円形型断面を持つピニオンギア３と山型断面を持つサイドギア６を使用した。
【選択図】図８

Description

本発明は四輪自動車の差動歯車装置、ハスバ歯車、傘歯車の伝動に関し、駆動エンジンからの回転力をデフレンシャルや作用部に伝わる力を、更に大きく改良する為に歯型を変更する技術である。

ドライブピニオンギア9の回転をリングギア10に入力し、左右出力シャフト15，16の回転数の配分を、2個のピニオンギアと2個のサイドギアで、
調節している。回転トルクは非常に大きく、当然シャフト及びピニオン、サイドギアのアッセンブリ作動装置は大きな物となる。これらの歯車を出来るだけ小さくまとめる為に歯型を変更し小型化する。

今まで、はすば傘歯車を使用しているが、とても高価で強度は弱い。
更にインボリュート傘歯車を使用しているが、精密なギアであり、高価である。この結果、差動機は大型となり四輪車の車高を高くせざるを得ない。
本発明はピニオン、サイドギア、ドライブピニオンギアを単純な山形歯車、半円形歯車にしようとする。

特開平8―35554、特開昭63―53036、特公昭47―14528 実公昭60―91837、実公昭24―804

四輪車の差動装置は必ず4個の精密で高価なピニオンギア、サイドギア、更にドライブピニオンギア、リングギアを必要とする。これを安価で、小型の部品に置き換える。最大難点はドライブピニオンギア9，ピニオンギア3、4が精密で小さく成形出来ないのである。はすば傘歯車を使用して大きな伝達力を得ようとするが、インボリュート歯車の接触面は歯厚の幅だけの接触線で回転トルクを伝達する。接触の歯元厚さ、剪断線は実に短く脆弱である。

この接触線の面圧を小さくするか、接触の歯元厚さを太くするのは大変な事で、その為どうしてもピニオンギアは小さく出来ない。特に最小有効半径はある程度以上は小さくならない物である。表面摩擦耐力は（トルク力）/（接触面積）を大きくするか、インボリュート歯車の厚さを大きくするしか無い。

(図８を見て)ピニオンギア2の噛み合わせ部分を線条部分から接触面積を四辺形に広げる為に構成して行く物である。
本発明のピニオンギアは半円歯1で接触面積は（半円形歯車の半径）X（歯厚）で決まる。サイドギア4,5リングギア10の歯形は安定的な山型歯2であり、力を常にどちらかの回転方向に逃がす形である。

ドライブピニオンギア9及びピニオンギア3、4の歯型を半円凸型ギア1とする、
制作上の難しさは全く無く、平歯（インボリュート歯）よりもはるかに簡単な半円形である。サイドギア山型歯2は、多くの歯車の中で最も簡単な半円凹型歯である。円周方向の誤差やバックラッシュ誤差が大きくても充分通用する。

これらの構造は量産部品とした時、確実に安価な物となる。更に耐久性も、耐衝撃値もかなり高くなり、出来るだけ小型化したい制作者にとって好都合な物となる。半円歯1は最もなめらかな歯形であるので、ピニオンギア3,4、サイドギアの歯の長さＬ全体で接触伝達出来る。

（図8、13）を見て解るが、ピニオンギア3、4半円歯1、ドライブピニオンギア9の半円インサート7の半円凸部が剪断面であり、回転トルクの伝達部分である。更に半円歯1は、半円形断面である。サイドギア4,5、リングギア10の切断面は山形8の断面であるから、伝達接触面は凹形半円径の半径
（半円歯の半径）X (歯車幅)＝半円歯の接触面積である。

四輪車用差動装置を小さくするには、各ピニオンギア、サイドギア、ドライブピニオンギア、リングギアの有効ピッチ直径Ｇを小さくする事である。
（回転トルク）/（半円歯のスラスト断面積）これが鉄材の許容応力を十分下回らねばならない。半円形ギアの許容応力が許すなら半円歯1の歯ギアの
.半径Ｒを大きくした方がピニオンギアも小さくまとまる事となる。

ピニオンギア3,4は図5,7、8を見て、
Ｚ（モジュ―ル）＝（ピッチ円径Ｇ）/（歯数＝12）大きい方が伝達馬力が大となるが、ピッチ外径を小さくする為には、正面法線ピッチＫ、（図８見て）
かみ合い率の関係を考慮しなければならない。ピッチ円径Ｇ＝７２ｍｍなら、

７２/１２＝６Ｚ（モジュ―ル）＝６となる。
第２実施例では、半円形ギアの役割はピ二オン切羽14（図10,11を見て）に半円インサート7を挿入部品として固定装着するが、ピ二オン切羽14の喰い込み高さだけ耐剪断面積を増加する役目を成す。
切羽高さＭＸ (歯車幅)＝応力伝達面積

（１）ピニオンギア，ドライブピニオンギアを小型にしても、半円形ギア1のスラスト断面積さえ確保すれば、伝達トルクは変わらない。半円形ギア1と隣の半円形ギア1aの間隔によりサイドギア5、6の山形歯2と山形歯2aとピニオンギア3、4（図8を見ながら）が半円形ギア1，1aとピニオンギア3,4に接触し続ける事が必要十分条件である。

当然剪断、摩擦面積(半円歯の半径Ｒ)を2倍にすると耐-剪断力を2倍にする事となる。これらの効果により、ピ二オンギア3、4サイドギア5、6の大きさを
インボリュート歯車と比べ3割小さく出来る。
更にリングギア10、ドライブピ二オンギア9も3割小型化出来る。四輪の差動機は全ての自動車に用いられており、かなり大きな容積を占める。

これを出来るだけ小型化出来る事は、すべての面で、多大の効果をもたらす。
インボリュート歯車ではもう限界に成っており、これ以上の伝達手段は、本発明の半円形ギア1しか存在しない。
ピ二オンギア3、4サイドギア5、6の小型化→デフレンシャル.の占有体積の低
下及びデフレンシャル.の重量の軽量化、価格の低下をもたらす。

（２）いずれの歯車も歯面は固くする必要がある。
その為ドライブピ二オンギア9の半円ギア1を別部品にして半円インサート7として挿入.する方法もある、ドライブピ二オンギア9の円周にピ二オン切羽14部を三角形に切り込み、そこに半円インサート7を挿入するとより大きい伝達馬力が得られ事になる。

半円インサート7は前後をインサート押さえ11、インサート保持板12、ボルト35で固定し同時回転する。インサートの形は半円断面でなくとも楕円気味でも強度と摩擦を考慮し都合良く変へていく事でかなり大きい形も十分可能である。
インサートを.使う事で無理な形やより大馬力の伝達が可能となる。

本発明の第１実施例の水平断面図@0001 図１の差動装置の拡大断面図@0002 図２と同じ方向から見た正面組図@0003 図３の前後ピニオンギア3、4左サイドギア6概略図@0004 前ピニオンギア3の正面図@0005 サイドギア5、6の正面図@0006 ピニオンギア、サイドギアのモジュール説明図@0007 図２のＡ矢視図、図７のＦ矢視図@0008 第２実施例ドライブピニオン9，リングギア10組図@0009 図９のＢ矢視図@0010 図１０のドライブピニオン9のインサートを除いた図@0011 リングギア10正面図@0012 図９のＣ矢視図

半円形ギアを左右ピニオンギア3,4、に装着、サイドギア5,6、リングギア10 に山形ギアを装着、ドライブピニオンギア9に半円形インサート7を装着し、デフレンシャル機能を完成させる。

自動車の差動機装置の全体を示し（図1〜８）本発明の主要部を図２で示す。
前ピ二オンギア2、後ピ二オンギア3、サイドギア4,5をギアケース13,13aの中へ組み込で回転可能とする。ギアケース13の外にリングギア10を装着する。
（図２を見ながら）半円形ギア1を持ったピ二オンギア3をピ二オンシャフト17、に嵌装されており、後部もピ二オンギア4をピ二オンシャフト18、に嵌装されており、ギアケース13,13aが包み込む形で外れなくする。

回転力はエンジン、入力フランジ30からドライブピ二オンギア9へつたわる。
従来インボリュートは歯車で構成されている物を本発明は、半円形ギア1、サイド山形歯2で置き換えた。ギア歯は大きさでほぼ耐久力が決まるのだが、本図面は説明用で実用には、半円形ギアの大きさを、小さくして、歯数を多くする。

図8を見ながら）半円歯1、山型歯2が（図2）Ａ断面形状で
（半円形ギア直径 2Ｒ） X （歯長さＬ）が剪断耐力と考えられる。
（半円形ギア半径Ｒ） X （歯長さＬ）が摩擦耐力と考えられる。
図1,2より、ドライブピ二オンギア9（半円インサート7）→リングギア10
→左右ピ二オンギア3、4（半円ギア1）→左右サイドギア5、6（山形ギア）
→左右出力シャフト15,16→左右タイヤと伝わる。
リングギア10、ギアケース13,13aを回転させて、それに内蔵される差動装置も回転する、これにより差動機構を成立させる。

図９は全体図であり、図11がドライブピンイオンギア9とリングギア10の接続部が本発明部である（図9〜13）
ドライブピンイオンギア9は（図11）が正面図であり、三角の切羽が周りに刻まれている、半円インサート7は相手のドライブピンイオンギア9のピ二オン切羽14に噛み合わされており、図10）の様に全周に配置されている。

半円インサート7とリングギアのバックラッシュも適当に存在する。
入力軸ドライブピ二オンギア9が回転するが、半円インサート7が全周に付いており、回転方向断面は半円である。半円インサート7は前部をインサート押さえ10、後部をインサート保持板11によりボルト35で固定されており、ドライブピ二オンギア9と同時に回転するが、半円インサート7と一体回転する構造である。

リングギア10とドライブピ二オンギア9の減速比は1/3である。
世界で使われている、まがり傘歯車と歯厚みが同じでも、伝達面-面積が数倍大きくとれる為、より小型に出来る構造である。必要に応じて、ボルトを用いてギアケース13とギアケース13aを数か所固定する。
この図面は一部省略いている。

リングギア10はギアケース13,13aと一体で回転するし、山型歯8である。
半円インサート7の役目は機械的硬さを確保したい時に、ドライブピ二オンギア9とインサート7を別々に製作する事が可能となる。又摩耗によって消耗した時など、とインサート7を新品に取り換えてドライブピ二オンギア9に装着する事が可能となる。

何より接触面積を大幅に増加させた事である。半円歯1と山型歯の組み合わせであり、半円形インサート7の円錐を媒介した、インサート機能（応力を分散させる）を持実用化した初の差動機である。

図11を見て切羽高さＭ（平均高さ）とすると
（インサート切羽高さＭ） X （歯長さＬ）が耐-応力と考えられる。
（半円形ギア半径２Ｒ） X （歯長さＬ）が耐せん断力と考えられる。
前部インサート押さえ10、後部インサート保持板11の形は円形環により半円形インサート7を束ねておき、ボルト35でドライブピ二オンギア9に固着する。

インサート7の可能性はより大きい部品を製作、組み合わせる可能性を示す。
インサートの形は半円断面でなくとも楕円気味でも強度と摩擦を考慮し変形のインサートでも十分可能である。
本発明は大馬力で、より実用的な形に出来た発明である。

1・・半円歯 2・・・サイドギア山型歯
3・・前ピニオンギア 4・・後ピニオンギア
3a・・前ピニオンギア 4a・・後ピニオンギア
5・・右サイドギア 6・・左サイドギア
7・・半円形インサート 8・・リングギア山型歯
9・ドライブピニオンギア 10・・リングギア
11・・インサート押さえ 12・・インサート保持板
13・・ギアケース 13a・・ギアケース
14・・ピニオン切羽 15・・右出力シャフト
16・・左出力シャフト 17・・ピニオンシャフト
18・・ピニオンシャフト 19・・シャフトジョイント

22・ベアリングハウジング 22a・ベアリングハウジング
23・・ベアリング 23a・・ベアリング
24・・オイルシール 25・・平均円径Ｄ
26・・平均円径Ｅ 27・・ピッチ円径Ｇ
28・・歯高さＪ 29・・円錐距離Ｈ
30・・入力フランジ 31・・
33・・デフケース 35・・・ボルト
36・・正面法線ピッチＫ、 37・・歯の長さＬ
38・・半円ギアの半径Ｒ 39・・切羽高さＭ

Claims

四輪自動車の差動機装置において、ピニオンギア3,4のギア歯形を底面が半円歯1の円錐として全周に固着し、サイドギヤ5,6のギア歯形を底面が山型歯2の円錐として全周に固着し、差動作用をなしてサイドギヤ5,6から左右シャフト15,16、にスプライン嵌合し左右タイヤに回転力を伝達する半円形ギア
ドライブピニオンギア9に三角錘のピニオン切羽14を全周に設け、そこへ底面が半円形-三角形の半円錐インサート7を各部挿入し、前部にインサート押え11、後部にインサート保持板12で固着し、ドライブピニオンギアの回転を回転方向切断面が山型歯8のリングギア10に伝達する事を特徴とする前記請求項第１項記載の半円形ギア