JP5607803B1

JP5607803B1 - 台形歯すじ歯車

Info

Publication number: JP5607803B1
Application number: JP2013192219A
Authority: JP
Inventors: 信男豊田
Original assignee: 有限会社Ｄａｃ
Priority date: 2013-09-17
Filing date: 2013-09-17
Publication date: 2014-10-15
Anticipated expiration: 2033-09-17
Also published as: JP2015059586A

Abstract

【課題】歯の噛合い状態を円滑にして騒音や振動の発生を防止し、高負荷の動力伝達が可能な歯車を提供する。
【解決手段】歯幅方向中央位置に形設される直線状歯部４と、歯幅方向両端位置に形設されるねじれ方向が反対の一対のはすば状歯部５・６と、からなる歯すじが台形形状の歯２を有する。特に、直線状歯部４は、歯幅方向長さＬ１が歯３のピッチよりも大きく、かつはすば状歯部５・６の歯幅方向長さＬ２よりも小さくなるように形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、台形歯すじ歯車の技術に関し、より詳細には、歯すじが台形形状に形成された歯を有する台形歯すじ歯車の技術に関する。

従来、自動車部品、精密機械、事務機器、又は電子機器等の動力伝達機構（歯車装置）を構成する歯車としては、一般に、歯すじが軸に対して平行となるように直線状の歯が形設された平歯車や、歯すじが軸に対して一定の角度（ねじれ方向）となるように円周方向にねじれたはすば歯車や、ねじれ方向が反対の一対のはすば歯車を組み合わせたような形状のやまば歯車等が用いられている。

はすば歯車では、歯の噛合い状態が次の歯が十分噛合うまで持続されるため、動力伝達時の歯車間の伝達トルク及び噛合力の変動が抑えられる結果、平歯車と比べて騒音や振動が低減され、高負荷の動力伝達が可能となる。しかし一方で、歯すじが軸に対してねじれているため、軸方向のスラスト力が発生し、スラスト荷重を受けるための軸受構造が必要となる。その点、やまば歯車では、軸方向のスラスト力が打ち消されてスラスト荷重が発生せず、上述したはすば歯車の欠点が解消される。

このように、やまば歯車では、平歯車とはすば歯車の欠点が解消されるが、構造上、歯の噛合い状態にて歯幅方向中央位置に形設されるＶ字型の頂部に応力が集中するため、頂部において他の箇所よりも大きな歯元応力が作用し、早く寿命に達してしまうという問題があった。また、歯車精度（加工精度）が不十分であると頂部において噛合い不良を生じ易く、騒音や振動が発生する要因となっていた。

かかる観点から、従来のやまば歯車の構成として、例えば、特許文献１又は特許文献２に開示されるように、歯幅方向中央位置の圧力角や転位係数を他の箇所よりも大きくなるように形成した構成が提案され、また、特許文献３に開示されるように、標準歯の山側歯面及び谷側歯面に対して歯の山側歯面及び谷側歯面が歯幅方向両端位置から歯幅方向中央位置に近づくほど内側に離れるように形成した構成等が提案されている。

特開２００８−１０１７００号公報特開２００８−１４４９２４号公報特開２００８−２３２３８３号公報

確かに、上述した特許文献１乃至特許文献３に開示される従来のやまば歯車の構成によれば、歯幅方向中央位置の諸元を他の箇所と異なるように形成することで、歯幅方向中央位置の歯元強度の向上や、頂部における噛合い不良の防止が期待できる。しかしながら、かかるやまば歯車の構成では、歯幅方向中央位置とその他の箇所において諸元を徐々に異ならせるものであるため、歯すじに沿って歯の噛合い状態を円滑に保つには、より高度な歯車の諸元設定が必要となり、歯車精度（加工精度）によっては期待されるような効果が実現できないという問題があった。

そこで、本発明では、台形歯すじ歯車に関し、前記従来の課題を解決するもので、歯の噛合い状態を円滑にして騒音や振動の発生を防止し、高負荷の動力伝達が可能な歯車を提供することを目的とする。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

すなわち、請求項１においては、断面円形の円筒形状に形成される歯車基部を有する円形歯車として構成され、歯幅方向中央位置に形設され、歯すじが前記歯車基部の軸心と平行の直線状である直線状歯部と、歯幅方向両端位置に形設され、前記直線状歯部の歯幅方向の両端より連続箇所を介して連続され、歯すじが前記歯車基部の軸心に対して斜めのはすば状であり、ねじれ方向が反対で歯幅方向中央の軸直角断面に対して面対称に形成された一対のはすば状歯部と、前記連続箇所の凹側歯面の歯幅方向全面が歯先面から歯底面近傍にかけて切り欠きされて形成された二つの噛合い逃げ部と、からなる複数の歯を有してなり、前記歯車基部の外周面に円周方向に沿って前記複数の歯が一体成型され、前記歯車基部の外周面を平面に展開した場合に前記直線状歯部及び前記一対のはすば状歯部にて連続される歯すじの形状が等脚台形の上底及び脚にそれぞれ相当する形状で表わされるものである。

請求項２においては、前記直線状歯部は、歯幅方向長さが歯のピッチよりも大きく、かつ前記はすば状歯部の歯幅方向長さよりも小さくなるように形成されるものである。

請求項３においては、前記はすば状歯部は、軸直角断面歯形が歯幅方向に渡って同一の形状となるように形成されるものである。

本発明の効果として、歯の噛合い状態が円滑で騒音や振動の発生を防止でき、高負荷の動力伝達が可能となる。

本発明の一実施例に係る歯車の全体的な構成を示した斜視図である。図１の歯車の軸方向斜視図である。歯車の歯すじを模式的に示した正面図である。歯車の歯を拡大して示した平面図である。はすば状歯部の軸直角断面歯形を示した図３におけるＡ−Ａ矢視断面図である。別実施例の歯車の歯を拡大して示した平面図である。別実施例の歯車の歯を拡大して示した平面図である。別実施例の歯車の歯を拡大して示した平面図である。

次に、発明を実施するための形態を説明する。

図１乃至図３に示すように、本実施例の歯車１は、歯車基部２の表面（周面）に歯すじが台形形状の複数の歯３・３・・・を有する台形歯すじ歯車として構成されている。本実施例の歯車１では、歯車基部２が断面円形の円筒形状に形成され、軸芯Ｃに沿って設けられた軸孔２ａに図示せぬ回転軸が挿設されて、一対の歯車１・１が噛合回転されることで回転軸間で動力を伝達可能とされている。また、歯車基部２には、複数の歯３（直線状歯部４及びはすば状歯部５・６）が一体成型されている。

図３及び図４に示すように、歯３は、上述したように歯すじが台形形状に形成され、歯幅方向中央位置に形設される直線状歯部４と、歯幅方向両端位置に形設されるねじれ方向が反対の一対のはすば状歯部５・６とで構成されている。なお、図４に示した歯３の平面図は、歯車１における一つの歯３を拡大して模式的に示したものであり、歯車１の一つの歯３をピッチ円上で歯幅方向に切断した場合に表れる歯３の断面形状に相当する。

ここで、本実施例の「台形形状」とは、歯３の歯すじ形状を模して表したものであり、平歯歯車の「直線形状」の歯すじ形状や、やまば歯車の「山形形状」の歯すじ形状とは異なるものである。具体的には、歯３の歯幅方向中央位置が台形の上底に相当し、歯３の歯幅方向両端位置が台形の脚に相当する（なお、台形の下底に相当するものはない）。本実施例では、歯３は、歯幅方向中央位置が軸芯Ｃと平行の直線状で、かつ歯幅方向両端位置が歯端に向けて対称方向に斜めに広がる（ねじれる）ように形成されている。

直線状歯部４は、歯３の歯幅方向中央位置に軸芯Ｃと平行となるように形設されている。はすば状歯部５・６は、歯幅方向両端位置にねじれ方向が反対の対称形状に形成された一対のはすば歯車の歯すじ形状（はすば状）となるように形設され、直線状歯部４を基準にそれぞれ反対側の歯端に向けて延出されている。はすば状歯部５は、歯幅方向一端側の位置（図３において左側位置）にねじれ方向が右上がり（右ねじれ）となるように形設されている。一方、はすば状歯部６は、はすば状歯部５と反対側の歯幅方向他端側の位置（図３において右側位置）に、ねじれ方向が左上がり（左ねじれ）となるように形設されている。

歯３は、直線状歯部４の歯幅方向の両端にて直線状歯部４及びはすば状歯部５・６が連続されており、具体的には、直線状歯部４の歯面とはすば状歯部５・６の歯面とが連続されて、歯３の凸側歯面３ａ（図４において下側の歯面）が直線状歯部４及びはすば状歯部５・６の連続箇所を介して屈曲して連続され、かつ歯３の凹側歯面３ｂ（図４において上側の歯面）が直線状歯部４及びはすば状歯部５・６の連続箇所を介して屈曲して連続されている。

本実施例の歯車１は、各種歯車諸元が適宜設計され、具体的には、歯車諸元としての歯たけ、モジュール、圧力角、歯幅、歯数、転位量（転位係数）、ねじれ角（２１．５°〜４５°）、素材、及び製法等が用途や使用目的に応じて選定される。

図４に示したように、歯３の寸法設計としては、直線状歯部４が、歯幅方向長さＬ１が歯３のピッチよりも大きく、かつ、はすば状歯部５・６の歯幅方向長さＬ２よりも小さくなるように形成される。この「歯３のピッチ」とは、歯車１を平面に展開した基準成形歯のピッチのことである。直線状歯部４は、好ましくは歯幅方向長さＬ１が歯車１のモジュール（ピッチ／π）の３．５倍以上となるように形成される。また、はすば状歯部５・６は、好ましくは歯幅方向長さＬ２が直線状歯部４の歯幅方向長さＬ１の１．２倍以上となるように形成される。

図５に示すように、歯３の歯形としては、はすば状歯部５・６において軸直角断面歯形Ｓ１が歯幅方向に渡って同一の形状となるように形成される。特に、本実施例の歯車１では、直線状歯部４においても軸直角断面歯形Ｓ２がはすば状歯部５・６の軸直角断面歯形Ｓ１と同一の形状となるように形成され、直線状歯部４及びはすば状歯部５・６が同一形状の軸直角断面歯形Ｓ１・Ｓ２で歯幅方向に渡って連続されている。

歯車１の素材としては、特に限定されず、素鋼やステンレス鋼等の各種鋼材の他、銅材や樹脂（プラスチック）等の通常の素材が用いられる。

歯車１の製法としては、特に限定されず、主に、素材として各種鋼材が用いられる場合には、成形法や創成法と呼ばれる歯切りやプレス加工等の機械加工にて製造され、また素材として樹脂（プラスチック）が用いられる場合には射出成形等の樹脂加工にて製造される。特に、本実施例の歯車１は、歯３の歯すじが台形形状となるように形成されるため、上述した歯切りやプレス加工による機械加工が困難で、歯車精度（加工精度）に劣るため、好ましくは所定の基準成形歯が形設された基準ラックを加工電極として用いた放電加工や５軸加工などにより製造される。これらの放電加工等によれば、歯車１の歯車精度（加工精度）を高めることができ、上述したようにはすば状歯部５・６において軸直角断面歯形Ｓ１が歯幅方向に渡って同一の形状となるように形成することが容易である。

以上のように、本実施例の歯車１は、歯幅方向中央位置に形設される直線状歯部４と、歯幅方向両端位置に形設されるねじれ方向が反対の一対のはすば状歯部５・６と、からなる歯すじが台形形状の歯３・３・・を有するので、歯３の噛合い状態が円滑で騒音や振動の発生を防止でき、高負荷の動力伝達が可能となる。

すなわち、本実施例の歯車１は、歯幅方向中央位置に直線状歯部４が形設されるため、従来のやまば歯車と比べて歯幅方向中央位置の歯すじ形状が変更されることにより、歯車精度（加工精度）に起因する噛合い不良を低減して騒音や振動の発生を防止でき、歯３の歯幅方向中央位置の寿命を延ばすことができる。また、歯幅方向両端位置にねじれ方向が反対の一対のはすば状歯部５・６が形設されるため、噛合い状態が長く接触面積を大きく取ることができ、高負荷の動力伝達が可能となる。このように直線状歯部４及びはすば状歯部５・６が設けられることで、歯３の噛合いが滑らかで騒音（含む間欠騒音）や振動の発生を防止でき、かつ高負荷の動力伝達が可能となるのである。さらに、歯幅方向で諸元を徐々に異ならせる等の高度な歯車の諸元設定が不要となり、歯３（直線状歯部４及びはすば状歯部５・６）の設計加工が容易で、歯車１の品質のバラつきを抑制できる。

そして、本実施例の歯車１は、軸方向のスラスト力が打ち消されてスラスト荷重が発生せず、軸受け構造が簡素化されて装置全体の小型化が可能となるため、例えば、円滑駆動が要求される製品（産業用ロボット、ポンプ装置等）や静寂駆動が要求される製品（医療機器、軍事機器、車載音響機器等）等をはじめ、自動車部品、精密機械、事務機器、又は電子機器等の高付加価値製品の動力伝達機構（歯車装置）に採用することができる。

特に、本実施例の歯車１は、直線状歯部４にて、歯幅方向長さＬ１が歯３のピッチよりも大きく、かつはすば状歯部５・６の歯幅方向長さＬ２よりも小さくなるように形成されるため、歯３の噛合い状態をより円滑にして騒音や振動の発生を効果的に防止できる。すなわち、直線状歯部４において、歯幅方向長さＬ１が歯３のピッチよりも小さいと、直線状歯部４に大きな歯元応力が作用して、直線状歯部４の低寿命化や噛合い不良に基づく騒音や振動が発生してしまい、一方、はすば状歯部５・６の歯幅方向長さＬ２よりも大きいと、はすば状歯部５・６による騒音や振動の低減効果が発揮できないからである。

また、本実施例の歯車１は、はすば状歯部５・６が、軸直角断面歯形Ｓ１が歯幅方向に渡って同一の形状となるように形成されるため、はすば状歯部５・６の噛合い精度を高めて、歯３の噛合い状態をより円滑にすることができる。

また、本実施例の歯車１は、直線状歯部４が、歯幅方向の両端にてはすば状歯部５・６と連続されるため、歯直線状歯部４の歯元強度を高めて、歯３の幅方向中央位置の寿命を延ばすことができる。

なお、歯車１の構成としては、上述した実施例に限定されず、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

すなわち、上述した実施例の歯車１では（図４等参照）、歯３において直線状歯部４が歯幅方向の両端にてはすば状歯部５・６と連続される構成について説明したが、歯３の形状はこれに限定されず、歯３の歯すじとして全体として台形形状となるように形成されればよい。例えば、図６に示す実施例の歯１０３のように、直線状歯部１０４の歯幅方向の両端に離間１０７・１０７が設けられて、直線状歯部１０４及びはすば状歯部１０５・１０６が非連続に形設されてもよい。かかる場合において、直線状歯部１０４の歯幅方向長さＬ１及びはすば状歯部１０５・１０６の歯幅方向長さＬ２は、離間１０７・１０７を除くそれぞれの両歯端間の歯幅方向の長さに相当する。

また、上述した実施例の歯車１では（図４等参照）、直線状歯部４において軸直角断面歯形Ｓ２が歯幅方向に渡って同一の形状となるように形成される構成について説明したが、直線状歯部４の形状はこれに限定されず、例えば、図７に示す実施例の歯２０３のように、直線状歯部２０４の凹側歯面２０３ｂの歯幅方向に沿って歯先面から歯底面近傍にかけて切り欠きされた噛合い逃げ部２０８が形成されてもよく、また、図８に示す実施例の歯３０３のように、直線状歯部３０４及びはすば状歯部３０５・３０６の連続箇所（二カ所）の凹側歯面３０３ｂに歯先面から歯底面近傍にかけて切り欠きされた噛合い逃げ部３０８・３０８がそれぞれ形成されてもよい。さらに、図７及び図８に示した噛合い逃げ部２０８（３０８・３０８）は、直線状歯部２０４（３０４）の凹側歯面２０３ｂ（３０３ｂ）であれば、配置や形状等は特に限定されず、噛合い逃げ部２０８（３０８）の一部がはすば状歯部２０５・２０６（３０５・３０６）に渡って形成されてもよい。

このように、直線状歯部２０４（３０４）の凹側歯面２０３ｂ（３０３ｂ）に噛合い逃げ部２０８（３０８）が形成されることで、歯２０３（３０３）の噛合い状態をより円滑にすることができる。また、噛合い逃げ部２０８（３０８）にて油だまりの効果を奏することができるとともに、放電加工による場合に歯車精度（加工精度）を容易に担保することができる。

また、上述した実施例の歯車１では（図１等参照）、直線状歯部４及びはすば状歯部５・６が一つの歯車基部２と一体成型される構成について説明したが、かかる歯車１の構成はこれに限定されず、例えば、歯車基部２が複数の部材より構成され、各部材に直線状歯部４及びはすば状歯部５・６がそれぞれ形設され、その後一体に組み付けられることで、全体として一つの歯車１となるように構成されてもよい。

また、上述した実施例の歯車１では（図１等参照）、歯車基部２が円筒形状に形成された構成（円形歯車）について説明したが、かかる歯車１の形状はこれに限定されず、例えば、歯車基部２が非円形状や平板形状に形成されてもよい。特に、後者の場合には、歯車１をラック（直線歯車）として構成することができ、一対の円形歯車及び直線歯車よりなるラックピニオンとして用いることができる。

１歯車
２歯車基部
２ａ軸孔
３歯
３ａ凸側歯面
３ｂ凹側歯面
４直線状歯部
５はすば状歯部
６はすば状歯部

Claims

断面円形の円筒形状に形成される歯車基部を有する円形歯車として構成され、
歯幅方向中央位置に形設され、歯すじが前記歯車基部の軸心と平行の直線状である直線状歯部と、
歯幅方向両端位置に形設され、前記直線状歯部の歯幅方向の両端より連続箇所を介して連続され、歯すじが前記歯車基部の軸心に対して斜めのはすば状であり、ねじれ方向が反対で歯幅方向中央の軸直角断面に対して面対称に形成された一対のはすば状歯部と、
前記連続箇所の凹側歯面の歯幅方向全面が歯先面から歯底面近傍にかけて切り欠きされて形成された二つの噛合い逃げ部と、
からなる複数の歯を有してなり、
前記歯車基部の外周面に円周方向に沿って前記複数の歯が一体成型され、
前記歯車基部の外周面を平面に展開した場合に前記直線状歯部及び前記一対のはすば状歯部にて連続される歯すじの形状が等脚台形の上底及び脚にそれぞれ相当する形状で表わされることを特徴とする台形歯すじ歯車。
前記直線状歯部は、歯幅方向長さが歯のピッチよりも大きく、かつ前記はすば状歯部の歯幅方向長さよりも小さくなるように形成される請求項１に記載の台形歯すじ歯車。
前記はすば状歯部は、軸直角断面歯形が歯幅方向に渡って同一の形状となるように形成される請求項１又は請求項２に記載の台形歯すじ歯車。