JP6394953B2 - ギア装置 - Google Patents

Description

本発明は、シザーズ構造を有するセクター形状のフェースギアを備えたギア装置に関する。

特許文献１には、環状配置された複数のギア歯を有するフェースギアと、当該フェースギアに噛合される相手ギアとしての入力ギアと、フェースギアの背面に設けられたギア側磁石としてのリング磁石と、当該リング磁石に対向して斥力を生じせしめる支持側磁石とを備える、ギア装置が記載されている。

特許文献１に記載のギア装置においては、支持側磁石の斥力に基づき、非接触でフェースギアを支持する磁気軸受を形成している。そして、フェースギアにおける入力ギアとの噛み合い部分に対応する位置に支持側磁石の一つが設けられており、該磁石が形成する磁界に基づく斥力により、入力ギアとの噛み合い部分を当該入力ギア側に付勢することによって噛合状態を制御している。

特開２０１３−１５５８０２号公報

しかし、特許文献１に記載のギア装置では、歯打ち音（ラトル音）の低減について考慮されていない。また、部品点数が多いため、ギア装置の製造コストが高くなってしまうという問題があった。

上記課題を解決するため、本発明の一例としてのギア装置は、複数のギア歯を含み、セクター形状を有するメインフェースギアと、前記メインフェースギアのギア歯と同じ歯形の複数のギア歯を含むと共に、前記メインフェースギアに対して相対的に移動可能に設けられたサブフェースギアと、前記サブフェースギアの延在方向において、前記サブフェースギアを付勢する付勢部材と、前記メインフェースギア及び前記サブフェースギアと噛み合う相手ギアとを備え、前記メインフェースギアは、前記延在方向に沿って延在する溝部を有しており、前記サブフェースギアは、前記溝部に配置される。

本発明に係るギア装置により、歯打ち音を低減すると共に、部品点数を削減してギア装置の製造コストを低下させることができる。

本発明のさらなる特徴は、添付図面を参照して例示的に示した以下の実施例の説明から明らかになる。

第１実施形態に係るギア装置の概略平面図である。 第１実施形態に係るギア装置の概略分解斜視図である。 ギア装置の付勢部材の概略断面図である。 第１実施形態に係るギア装置の噛み合い状態を説明する概略図である。 第２実施形態に係るギア装置の概略平面図である。 第２実施形態に係るギア装置の概略分解斜視図である。 第２実施形態に係るギア装置の噛み合い状態を説明する概略図である。 第３実施形態に係るギア装置の概略平面図である。

以下、本発明を実施するための例示的な実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。ただし、以下の実施形態で説明する寸法、材料、形状、構成要素の相対的な位置等は任意であり、本発明が適用される装置の構成又は様々な条件に応じて変更できる。また、特別な記載がない限り、本発明の範囲は、以下に具体的に記載された実施形態に限定されるものではない。なお、本明細書においては、メインフェースギアに対してピニオン側が上方向に対応し、その反対側が下方向に対応する。また、水平方向とは、メインフェースギアに対して水平な方向に対応する。

［第１実施形態］
図１から図４を参照して、第１実施形態に係るギア装置について説明する。なお、図３は、図１のIII−III線に沿った概略断面図である。また、図４は、メインフェースギアのギア歯とサブフェースギアのギア歯との噛み合い状態を示す概略図であり、両ギア歯とピニオンのギア歯の水平方向に沿った概略断面図である。

図１及び図２に示すように、ギア装置１００は、複数のギア歯１１を含み、セクター形状を有するメインフェースギア１と、メインフェースギア１のギア歯１１と同じ歯形の複数のギア歯２１を含むと共に、メインフェースギア１に対して相対的に移動可能に設けられたサブフェースギア２と、サブフェースギア２の延在方向において、サブフェースギア２を付勢する付勢部材としての金属製の板バネ３を備えている。また、ギア装置１００は、メインフェースギア及び前記サブフェースギアと噛み合う相手ギアとして、ピニオン（ピニオンギア）４を備えている。このピニオン４、メインフェースギア１及びサブフェースギア２は、樹脂又は金属等から形成することができる。

また、メインフェースギア１は、例えば、略扇形のセクター形状を有しており、セクターギアとして機能する。そして、メインフェースギア１の回転中心である中心部には、回転軸５が設けられている。また、メインフェースギア１は、円弧上の先端部分に環状配置された複数のギア歯１１を備えている。このメインフェースギア１は従動ギアとして機能し、その回転軸が出力軸に対応する。そして、ピニオン４は駆動ギアとして機能し、その回転軸が入力軸に対応する。ただし、メインフェースギア１を駆動ギアとして機能させ、ピニオン４を従動ギアとして機能させてもよい。また、メインフェースギア１は、半円状又は他の円弧形状を有していてもよい。

図２に示すように、メインフェースギア１のギア歯１１及びサブフェースギア２のギア歯２１は、上方（ピニオン４の回転軸方向に直交する方向）に突出している。また、ピニオン４は、螺子状の捩れをもって形成された二条のギア歯４１を有するヘリカルギアである。そして、ギア歯１１及びギア歯２１は、ギア歯４１に対して転がり接触で噛み合うように捩れをもった形状を有している。

また、メインフェースギア１は、サブフェースギア２の延在方向に沿って延在する溝部としてのレール１５を有している。このレール１５は、メインフェースギア１のギア歯１１の配列方向と同心円状に湾曲して延在している。すなわち、レール１５は、メインフェースギア１の回転方向に沿って延在している。そして、レール１５は、サブフェースギア２の外形と相補的な内形を有している。

サブフェースギア２は、メインフェースギア１と隣り合うように、レール１５に摺動可能に配置される。そのため、板バネ３に付勢されると、サブフェースギア２は、メインフェースギア１に対して相対的に移動する。また、レール１５に配置されたサブフェースギア２のギア歯２１は、レール１５から露出している。そして、ギア歯２１は、メインフェースギア１のギア歯１１と並んで、ピニオン４のギア歯４１と噛み合うギア歯を共に構成している。

図３に示すように、レール１５に、サブフェースギア２の移動を規制する規制部として、ストッパー１６が設けられている。このストッパー１６は、サブフェースギア２の過回転を防止するために、レール１５の端部に形成された段差部である。サブフェースギア２がストッパー１６に当接することにより、レール１５内におけるサブフェースギア２の移動（回転）を所定の範囲内に規制することができる。そのため、ストッパー１６は、図３に示すようにサブフェースギア２の端部がストッパー１６に当接した状態において、ギア歯１１とギア歯２１の歯筋が均一に揃う位置に配置されている。

また、レール１５には、板バネ３の取り付け部としての穴部１７が設けられている。この穴部１７は、レール１５の端面に形成されている。そして、板バネ３は板状の端部３１を有しており、端部３１を穴部１７に挿入することによって、板バネ３がレール１５に取り付けられる。なお、穴部１７は、メインフェースギア１の側面（レール１５の端面）を貫通する貫通孔であってもよい。

また、板バネ３は、端部３１から連続するバネ部３２を有している。そして、バネ部３２は、サブフェースギア２の端面に当接して、メインフェースギア１の回転方向とは反対の方向にサブフェースギア２を付勢する。また、サブフェースギア２は、板バネ３と当接する突起２２を有している。この突起は、サブフェースギア２の板バネ３側の端面に形成されており、板バネ３の係脱を防止する規制部として機能する。すなわち、板バネ３の一方側においては、端部３１が穴部１７に挿入されており、他方側においてはバネ部３２が突起２２に当接している。そのため、突起２２により板バネ３の上方移動が規制され、板バネ３（端部３１）が穴部１７から抜け出ることが防止される。

また、図４に示すように、メインフェースギア１のそれぞれのギア歯１１は、凹状に湾曲した凹面１１ａと、凸状に湾曲した凸面１１ｂとを有している。また、サブフェースギア２のそれぞれのギア歯２１は、凹状に湾曲した凹面２１ａと、凸状に湾曲した凸面２１ｂとを有している。そして、ギア歯１１及びギア歯２１において、ピニオン４のギア歯４１との接触部分は、ギア歯１１及びギア歯２１の歯面上を斜めに移動する。すなわち、ギア歯４１とギア歯１１及びギア歯２１との接触部分は、ギア歯１１及びギア歯２１の歯底から歯先（又は歯先から歯底）に向かって、歯幅方向における一方の端部から他方の端部へと斜めに移動する。

そして、第１実施形態の板バネ３は、サブフェースギア２に対して、その凹面２１ａ側に配置されている。すなわち、板バネ３は、凹面２１ａから凸面２１ｂに向かう方向に付勢力を加えるように、サブフェースギア２の端面に面して配置されている。そして、メインフェースギア１、サブフェースギア２及び板バネ３によって、シザーズ構造が実現されている。そのため、メインフェースギア１とサブフェースギア２とが噛み合う際に、ピニオン４のギア歯４１が、メインフェースギア１のギア歯１１とサブフェースギア２のギア歯２１の間に挟み付けられる。このシザーズ構造によって、バックラッシュを抑制して、歯打ち音を低減することができる。

より詳細には、ギア歯１１及びギア歯２１とギア歯４１との間には、隙間（バックラッシュ）が存在する。そのため、伝達される回転力（駆動力）の向きの変化に伴い、歯面同士の分離及び衝突が生じる。そして、ギア歯１１及びギア歯２１の歯面と、ギア歯４１の歯面との衝突に起因して歯打ち音が生じてしまう。そこで、シザーズ構造を設け、サブフェースギア２を、板バネ３の弾性力によって時計方向Ａ（図１）に付勢する。これにより、メインフェースギア１及びサブフェースギア２が時計方向に回転する状態、又は停止状態において、サブフェースギア２のギア歯２１とメインフェースギア１のギア歯１１との間で、ピニオン４のギア歯４１が挟み付けられる。

そのため、図４の上側に示すように、時計方向Ａに回転している状態では、ピニオン４のギア歯４１が、サブフェースギア２のギア歯２１とメインフェースギア１のギア歯１１とに挟み付けられる。そして、ギア歯４１は、接触部分Ｃ１においてギア歯１１と接触し、接触部分Ｃ２においてギア歯２１と接触する。これにより、バックラッシュを抑制して、歯打ち音を低減することができる。一方、図４の下側に示すように、時計方向Ａとは反対の反時計方向Ｂ（図１）に回転している状態では、サブフェースギア２のギア歯２１とメインフェースギア１のギア歯１１の歯筋が揃う。そして、ギア歯４１は、接触部分Ｃ３においてギア歯１１と接触し、接触部分Ｃ４においてギア歯２１と接触する。

フェースギアは回転方向によって性能差があり、時計方向Ａと反時計方向Ｂとの間で回転方向が切り替わるとき、凹面１１ａ及び凹面２１ａの方が凸面１１ｂ及び凸面２１ｂよりもバックラッシュが大きくなる。そのため、反時計方向Ｂから時計方向Ａに回転方向が切り替わるときには、バックラッシュが大きくなる結果、応答性が悪くなり、歯打ち音も大きくなる。

そこで、第１実施形態においては、シザーズ構造を設けると共に、サブフェースギア２に対して、その凹面２１ａ側に板バネ３を配置している。これにより、時計方向Ａにおける付勢力がサブフェースギア２に加わるため、時計方向Ａに回転する際のピニオン４は、そのギア歯４１がメインフェースギア１のギア歯１１とサブフェースギア２のギア歯２１とに挟まれた状態で回転する。一方、反時計方向Ｂに回転する際には、凸面１１ｂ及び凸面２１ｂが揃ってピニオン４のギア歯４１と噛み合う。

このような第１実施形態によれば、時計方向Ａに回転する状態から回転を停止した後に、反時計方向Ｂに回転を開始する際に、付勢部材の弾性力によって時計方向Ａに加わる付勢力が減衰力として働くため、歯打ち音が低減される。また、反時計方向Ｂに回転する状態から回転を停止した際には、付勢部材の弾性力によってサブフェースギア２が付勢されてピニオン４を回転させる。これにより、ピニオン４のギア歯４１は、メインフェースギア１のギア歯１１の凹面１１ａに接触する。

この場合、ピニオン４に加わるトルクが回転時よりも小さいため、歯打ち音が低減される。その後、時計方向Ａに回転を開始する際のピニオン４は、そのギア歯４１がメインフェースギア１のギア歯１１とサブフェースギア２のギア歯２１とに挟まれた状態で回転する。これにより、バックラッシュを抑制して応答性が向上する。さらに、シザーズ構造は、メインフェースギア１、サブフェースギア２、及び板バネ３（付勢部材）から構成されるため、部品点数が少なく且つ組み付けも容易である。このように、第１実施形態によれば、歯打ち音を低減すると共に、部品点数を削減して製造コストを低下させることができる。

［第２実施形態］
続いて、図５から７を参照して、第２実施形態に係るギア装置２００について説明する。なお、図４は、メインフェースギアのギア歯とサブフェースギアのギア歯との噛み合い状態を示す概略図であり、両ギア歯とピニオンのギア歯の水平方向に沿った概略断面図である。また、第２実施形態の説明においては、第１実施形態との相違点について説明し、第１実施形態で説明した構成要素については同じ参照番号を付し、その説明を省略する。特に説明した場合を除き、同じ参照符号を付した構成要素は略同一の動作及び機能を奏し、その作用効果も略同一である。

図５及び図６に示すように、第２実施形態においては、付勢部材としての板バネ２０３が、サブフェースギア２０２に対して、その凸面側に配置されている。すなわち、板バネ２０３は、サブフェースギア２０２の凸面２２１ｂから凹面２２１ａ（図７）に向かう方向に付勢力を加えるように、サブフェースギア２０２の端面に面して配置されている。そして、板バネ２０３は、サブフェースギア２０２に当接して、メインフェースギア２０１の回転方向とは反対の方向に付勢している。この板バネ２０３と、メインフェースギア２０１及びサブフェースギア２０２によって、シザーズ構造が実現されている。

第２実施形態のメインフェースギア２０１も、サブフェースギア２０２が配置される溝部としてのレール２１５を有している。そして、レール２１５の端部には、サブフェースギア２０２の過回転を防止するための段差部としてのストッパー２１６が形成されている。なお、第１実施形態と同様に、レール２１５の端面には、板バネ２０３の取り付け部が形成されている。また、サブフェースギア２０２の板バネ２０３側の端面には、板バネ２０３の係脱を防止する規制部が形成されている。

図７に示すように、メインフェースギア２０１のそれぞれのギア歯２１１は、凹状に湾曲した凹面２１１ａと、凸状に湾曲した凸面２１１ｂとを有している。また、サブフェースギア２０２のそれぞれのギア歯２２１は、凹状に湾曲した凹面２２１ａと、凸状に湾曲した凸面２２１ｂとを有している。そして、板バネ２０３の弾性力によって、サブフェースギア２０２が反時計方向Ｂ（図５）に付勢される。これにより、メインフェースギア２０１及びサブフェースギア２０２が反時計方向Ｂに回転する状態、又は停止状態において、サブフェースギア２０２のギア歯２２１とメインフェースギア２０１のギア歯２１１との間で、ピニオン４のギア歯４１が挟み付けられる。

より具体的に、反時計方向Ｂに回転している状態では、ピニオン４のギア歯４１が、サブフェースギア２０２のギア歯２２１とメインフェースギア２０１のギア歯２１１とに挟み付けられる。そして、図７の下側に示すように、ギア歯４１は、接触部分Ｃ３においてギア歯２１１と接触し、接触部分Ｃ４においてギア歯２２１と接触する。これにより、バックラッシュを抑制して、歯打ち音を低減することができる。一方、図７の上側に示すように、時計方向Ａ（図５）に回転している状態では、サブフェースギア２０２のギア歯２２１とメインフェースギア２０１のギア歯２１１の歯筋が揃う。そのため、ギア歯４１は、接触部分Ｃ１においてギア歯２１１と接触し、接触部分Ｃ２においてギア歯２２１と接触する。

フェースギアは回転方向によって性能差があり、凹面２１１ａ及び凹面２２１ａの方が凸面２１１ｂ及び凸面２２１ｂよりも強度は弱い。そのため、時計方向Ａと反時計方向Ｂとで、同じ入力トルクで回転させる場合、凸面側から回転力が加わるときにギア歯が破壊されなくとも、凹面側から回転力が加わるときにギア歯が破壊される可能性がある。そこで、第２実施形態においては、シザーズ構造を設けると共に、サブフェースギア２０２の凸面２２１ｂ側に板バネ２０３を配置している。これにより、反時計方向Ｂにおける付勢力がサブフェースギア２０２に加わるため、反時計方向Ｂに回転する際のピニオン４は、そのギア歯４１がメインフェースギア２０１のギア歯２１１とサブフェースギア２０２のギア歯２２１とに挟まれた状態で回転する。一方、時計方向Ａに回転する際には、凹面２１１ａ及び凹面２２１ａが揃ってピニオン４のギア歯４１と噛み合う。

このような第２実施形態によれば、反時計方向Ｂに回転する状態から回転を停止した後に、時計方向Ａに回転を開始する際に、付勢部材の弾性力によって反時計方向Ｂに加わる付勢力が減衰力として働くため、歯打ち音が低減される。そして、時計方向Ａに回転する際には、凹面２１１ａ及び凹面２２１ａが揃っているため、メインフェースギア２０１のギア歯２１１の凹面２１１ａと、サブフェースギア２０２のギア歯２２１の凹面２２１ａとでピニオン４からの回転力を受けることになる。これにより、回転力（駆動力）を分散して受けることになり、ギア歯２１１及びギア歯２２１の耐久性が向上する。

また、時計方向Ａに回転する状態から回転を停止した際には、付勢部材の弾性力によってサブフェースギア２０２が付勢されてピニオン４を回転させる。これにより、ピニオン４のギア歯４１は、メインフェースギア２０１のギア歯２１１の凸面２１１ｂに接触する。しかしこの場合は、ピニオン４に加わるトルクが回転時よりも小さいため、歯打ち音が低減される。さらに、シザーズ構造は、メインフェースギア２０１、サブフェースギア２０２、及び板バネ２０３（付勢部材）から構成されるため、部品点数が少なく且つ組み付けも容易である。このように、第２実施形態によれば、歯打ち音を低減すると共に、部品点数を削減して製造コストを低下させることができる。

［第３実施形態］
続いて、図８を参照して、第３実施形態に係るギア装置３００について説明する。なお、第３実施形態の説明においては、第１及び第２実施形態との相違点について説明し、第１及び第２実施形態で説明した構成要素については同じ参照番号を付し、その説明を省略する。特に説明した場合を除き、同じ参照符号を付した構成要素は略同一の動作及び機能を奏し、その作用効果も略同一である。

第１実施形態においては、メインフェースギア１の回転軸５を内側とした場合に、メインフェースギア１のギア歯１１に対して、その内側にサブフェースギア２が配置されている。これに対して、第３実施形態においては、図８に示すように、メインフェースギア３０１のギア歯３１１に対して、メインフェースギア３０１の回転軸５側とは反対側にサブフェースギア３０２が配置されている。そして、付勢部材としての板バネ３は、サブフェースギア３０２に当接して、メインフェースギア３０１の回転方向とは反対の方向に付勢している。

第１実施形態と同様に、板バネ３は、サブフェースギア３０２の凹面側に配置されており、メインフェースギア３０１、サブフェースギア３０２及び板バネ３によって、シザーズ構造が実現されている。このシザーズ構造によって、バックラッシュを抑制して、歯打ち音を低減することができる。また、時計方向における付勢力がサブフェースギア３０２に加わるため、時計方向Ａに回転する際のピニオン４は、そのギア歯４１がメインフェースギア３０１のギア歯３１１とサブフェースギア２のギア歯３２１とに挟まれた状態で回転する。

このような第３実施形態によれば、時計方向Ａに回転する状態から回転を停止した後に、反時計方向Ｂに回転を開始する際に、付勢部材の弾性力によって時計方向Ａに加わる付勢力が減衰力として働くため、歯打ち音が低減される。そして、時計方向Ａに回転を開始する際のピニオン４は、そのギア歯４１がメインフェースギア１のギア歯３１１とサブフェースギア２のギア歯３２１とに挟まれた状態で回転する。これにより、バックラッシュを抑制して応答性を向上させることができる。

さらに、シザーズ構造は、メインフェースギア３０１、サブフェースギア３０２、及び板バネ３（付勢部材）から構成されるため、部品点数が少なく且つ組み付けも容易である。このように、第３実施形態によれば、歯打ち音を低減すると共に、部品点数を削減して製造コストを低下させることができる。なお、板バネ３は、第２実施形態と同様に、サブフェースギア３０２の凸面側に配置してもよい。これにより、メインフェースギア３０１のギア歯３１１及びサブフェースギア３０２のギア歯３２１の耐久性が向上する。

以上、各実施形態を参照して本発明について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明に反しない範囲で変更された発明、及び本発明と均等な発明も本発明に含まれる。また、上述の各実施形態及び各変形例は、本発明に反しない範囲で適宜組み合わせることができる。

例えば、付勢手段は、板バネには限定されず、例えば、ゴム及び圧縮コイルバネ等の様々な弾性体を用いることができる。また、メインフェースギアの回転方向は一方向には限定されない。例えば、メインフェースギアの回転方向は、互いに逆向きの二方向に切り替え可能であってもよい。この場合、付勢部材は、サブフェースギアの延在方向において、メインフェースギアの回転方向又はその反対方向にサブフェースギアを付勢することになる。

１：メインフェースギア、２：サブフェースギア、３：付勢部材、４：相手ギア、５：回転軸、１１：ギア歯、１５：溝部、１６：規制部、１７：取り付け部、２１：ギア歯、２１ａ：凹面、２１ｂ：凸面、２２：突起、１００：ギア装置

Claims (8)

1. 複数のギア歯を含み、セクター形状を有するメインフェースギアと、
   前記メインフェースギアのギア歯と同じ歯形の複数のギア歯を含むと共に、前記メインフェースギアに対して相対的に移動可能に設けられたサブフェースギアと、
   前記サブフェースギアの延在方向において、前記サブフェースギアを付勢する付勢部材と、
   前記メインフェースギア及び前記サブフェースギアと噛み合う相手ギアとを備え、
   前記メインフェースギアは、前記延在方向に沿って延在する溝部を有しており、
   前記サブフェースギアは、前記溝部に配置されている、ギア装置。
2. 前記サブフェースギアのギア歯は、凹面と凸面とを有しており、
   前記付勢部材は、前記サブフェースギアに対して前記凹面側に配置されている、請求項１に記載のギア装置。
3. 前記サブフェースギアのギア歯は、凹面と凸面とを有しており、
   前記付勢部材は、前記サブフェースギアに対して前記凸面側に配置されている、請求項１に記載のギア装置。
4. 前記溝部に、前記サブフェースギアの移動を規制する規制部が設けられている、請求項１に記載のギア装置。
5. 前記溝部に、前記付勢部材の取り付け部が設けられている、請求項１から４のいずれか１項に記載のギア装置。
6. 前記サブフェースギアは、前記付勢部材と当接する突起を有している、請求項１から５のいずれか１項に記載のギア装置。
7. 前記メインフェースギアのギア歯に対して、前記メインフェースギアの回転軸側とは反対側に前記サブフェースギアが配置されている、請求項１から６のいずれか１項に記載のギア装置。
8. 前記相手ギアは、螺子状の捩れを有したヘリカルギアである、請求項１から７のいずれか１項に記載のギア装置。

Images