JP6528524B2 - ギヤ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ギヤ装置に関するものである。

従来、複数のギヤが歯合するギヤ列においては、その噛み合い伝達誤差により生ずるノイズの抑制が重要な課題の一つになっている。即ち、互いに歯合するギヤ間の噛み合い剛性は、その噛み合い状態が１歯噛み合いであるか２歯噛み合いであるかにより変化する。そして、その周期的に変動するトルク伝達特性がノイズとして顕在化するという問題がある。

この点を踏まえ、例えば、特許文献１に記載のギヤ装置は、一つの中間ギヤに噛合する入力ギヤと出力ギヤとの間で、その中間ギヤに対する噛み合いの位相が逆位相となっている。そして、これにより、入力ギヤ側及び出力ギヤ側の噛み合い伝達誤差に基づくノイズを打ち消すことで、その低振動化及び静音化を図る構成になっている。

特開２００３−２４００６５号公報

しかしながら、上記従来技術は、入力ギヤ及び出力ギヤが中間ギヤを共有する構成であることから、そのギヤ列により得られる変速比や噛み合い位相の調整方法等、ギヤ装置の設計に大きな制約を受けることになる。そして、これが部品点数の増加や装置の複雑化・大型化等を招く一因となる可能性があることから、この点において、なお改善の余地を残すものとなっていた。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、高い設計自由度を確保して、高い変速比と静粛性とを両立させることのできるギヤ装置を提供することにある。

上記課題を解決するギヤ装置は、駆動力が入力される第１ギヤと、前記第１ギヤに噛合する第２ギヤと、前記第２ギヤと同軸に一体回転する第３ギヤと、前記第３ギヤに噛合する第４ギヤと、を備え、前記第１ギヤと前記第２ギヤとの間における噛み合いの位相と前記第３ギヤと前記第４ギヤとの間における噛み合いの位相とが逆位相となるように構成されたギヤ装置であって、前記第１ギヤ及び前記第２ギヤが第１減速部を形成し、前記第３ギヤ及び前記第４ギヤが第２減速部を形成するとともに、前記第１減速部の噛合率に対して前記第２減速部の噛合率を大とすることにより、前記第１減速部と前記第２減速部との間で一歯噛み合いと二歯噛み合いとの割合を逆転させた。

上記構成によれば、回転軸を共有する第２ギヤ及び第３ギヤが互いに独立した二段の変速部を形成することで、高い設計自由度を確保することができる。そして、これにより、高い変速比を実現しつつ、噛み合い位相の調整によって、その噛み合い伝達誤差により生ずるノイズを打ち消すことができる。その結果、部品点数の増加や装置の複雑化・大型化等を招くことなく、より高い変速比と静粛性とを両立させることができる。

即ち、複数段の減速部を有する減速機においては、伝達トルクが大きな後段側の減速部ほど、そのギヤ歯に負荷がかかることになる。しかしながら、上記のように第２減速部における二歯噛み合いの割合を高めることで、その第２減速部を構成する第３ギヤ及び第４ギヤ間の噛み合い剛性が強化される。そして、これによりギヤ歯の変形を抑えることで、その第３ギヤ及び第４ギヤ間における噛み合い伝達誤差を低減することができる。一方、伝達トルクが小さな第１減速部については、当該第１減速部を構成する第１ギヤ及び第２ギヤにおける二歯噛み合いの割合を低くした場合であっても、そのギヤ歯に変形が生じ難い。従って、上記構成によれば、第２減速部における噛み合い伝達誤差の発生を抑えた上で、当該第２減速部と第１減速部との間において、その噛み合い伝達誤差により生ずるノイズを打ち消すことができる。そして、これにより、より高い静粛性を確保することができる。

上記課題を解決するギヤ装置は、前記一歯噛み合いと前記二歯噛み合いとの割合が１：１となる場合を基準として、前記第１ギヤ及び前記第２ギヤについては歯丈を低くし、前記第３ギヤ及び前記第４ギヤについては歯丈を高くしたものであることが好ましい。

即ち、歯丈を調整することで、一歯噛み合いと二歯噛み合いとの割合を大きく変更することができる。そして、これにより、高い減速比を有する構成においても、効果的に、その第１減速部と第２減速部との間で一歯噛み合いと二歯噛み合いとの割合を最適化することができる。

本発明によれば、高い設計自由度を確保して、高い変速比と静粛性とを両立させることができる。

アクチュエータ装置の概略構成図（ギヤ装置の平面図）。 ギヤ装置の側面図。 （ａ）は、第１減速部における噛み合いの進行を示す説明図、（ｂ）は、第２減速部における噛み合いの進行を示す説明図。 歯丈調整による噛み合い長さの変化を示す説明図。

以下、ギヤ装置及びアクチュエータ装置の一実施形態を図面に従って説明する。
図１及び図２に示すように、本実施形態のアクチュエータ装置１は、駆動源となるモータ５と、このモータ５の回転を減速して出力するギヤ装置１０と、を備えている。具体的には、本実施形態のギヤ装置１０は、モータ５の駆動力が入力される第１ギヤ１１と、この第１ギヤ１１に噛合する第２ギヤ１２と、この第２ギヤ１２と同軸に一体回転する第３ギヤ１３と、この第３ギヤ１３に噛合する第４ギヤ１４と、を備えている。本実施形態では、第１ギヤ１１は、第１回転軸２１と一体に回転し、第２ギヤ１２及び第３ギヤ１３は、第２回転軸２２と一体に回転する。尚、本実施形態の第２ギヤ１２及び第３ギヤ１３は、軸方向に離間することなく一体に形成されている。そして、第４ギヤ１４は、第３回転軸２３と一体に回転する構成になっている。

本実施形態のギヤ装置１０において、第２ギヤ１２は、第１ギヤ１１よりも多くの歯数を有して大径に形成されている。また、第４ギヤ１４は、第３ギヤ１３よりも多くの歯数を有して大径に形成されている。尚、第３ギヤ１３は、第２ギヤ１２と等しい歯数を有して当該第２ギヤ１２よりも小径に形成されている。そして、本実施形態のギヤ装置１０は、これにより、その第１ギヤ１１及び第２ギヤ１２が第１減速部３１を形成し、第３ギヤ１３及び第４ギヤ１４が第２減速部３２を形成する構成になっている。

また、図３（ａ）（ｂ）に示すように、本実施形態のギヤ装置１０は、その第１減速部３１を形成する第１ギヤ１１と第２ギヤ１２との間における噛み合いの位相と、その第２減速部３２を形成する第３ギヤ１３と第４ギヤ１４との間における噛み合いの位相とが逆位相となるように構成されている。そして、本実施形態では、これにより、第２回転軸２２を共有する第２ギヤ１２及び第３ギヤ１３が、その噛み合い伝達誤差により生ずる互いのノイズを打ち消すように構成されている。

詳述すると、本実施形態では、第１ギヤ１１及び第２ギヤ１２間については、二歯噛み合い状態よりも一歯噛み合い状態の方が長くなるように設定されている。尚、図３中、「Ｔ」は位相変化の一周期を示している。また、第３ギヤ１３及び第４ギヤ１４間については、一歯噛み合い状態よりも二歯噛み合い状態の方が長くなるように設定されている。即ち、本実施形態のギヤ装置１０は、第１ギヤ１１及び第２ギヤ１２間の噛合率に対して第３ギヤ１３及び第４ギヤ１４の噛合率が大となるように構成されている。そして、本実施形態では、これにより、第１減速部３１と第２減速部３２との間で一歯噛み合いと二歯噛み合いとの割合を逆転させる構成になっている。

さらに詳述すると、本実施形態では、一歯噛み合いと二歯噛み合いとの割合が１：１となる場合を基準として、第１減速部３１を構成する第１ギヤ１１及び第２ギヤ１２については、その歯丈が低く設定されている。そして、第２減速部３２を構成する第３ギヤ１３及び第４ギヤ１４については、その歯丈が高く設定されている。

即ち、図４に示すように、例えば、第３ギヤ１３及び第４ギヤ１４について、その調整前の歯丈ｈ３，ｈ４よりも調整後の歯丈Ｈ３，Ｈ４の方が高くなるように歯丈調整を行った場合（ｈ３＜Ｈ３，ｈ４＜Ｈ４）、作用線Ｎ上の噛み合い長さは、その調整前の噛み合い長さＬａよりも調整後の噛み合い長さＬｂの方が長くなる（Ｌａ＜Ｌｂ）。尚、同図中、一点鎖線に示す円弧は、それぞれ、第３ギヤ１３及び第４ギヤ１４の基準円Ｒ３，Ｒ４を示している。また、作用線Ｎは、これら両基準円Ｒ３，Ｒ４の共通接線であり、噛合率（正面噛合率）は、その作用線Ｎの噛み合い長さを基礎円ピッチで除することにより求められる。そして、本実施形態のギヤ装置１０は、これにより、第３ギヤ１３及び第４ギヤ１４の噛合率を高めることで、その噛み合いの位相を第１ギヤ１１及び第２ギヤ１２に対して逆位相とする構成になっている。

以上、本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）ギヤ装置１０は、モータ５の駆動力が入力される第１ギヤ１１と、この第１ギヤ１１に噛合する第２ギヤ１２と、この第２ギヤ１２と同軸に一体回転する第３ギヤ１３と、この第３ギヤ１３に噛合する第４ギヤ１４と、を備える。そして、ギヤ装置１０は、第１ギヤ１１と第２ギヤ１２との間における噛み合いの位相と第３ギヤ１３と第４ギヤ１４との間における噛み合いの位相とが逆位相となるように構成される。

上記構成によれば、回転軸（第２回転軸２２）を共有する第２ギヤ１２及び第３ギヤ１３が互いに独立した二段の変速部（第１減速部３１及び第２減速部３２）を形成することで、高い設計自由度を確保することができる。そして、これにより、高い変速比（減速比）を実現しつつ、噛み合い位相の調整によって、その噛み合い伝達誤差により生ずるノイズを打ち消すことができる。その結果、部品点数の増加や装置の複雑化・大型化等を招くことなく、より高い変速比と静粛性とを両立させることができる。

（２）ギヤ装置１０は、第１ギヤ１１及び第２ギヤ１２が第１減速部３１を形成し、第３ギヤ１３及び第４ギヤ１４が第２減速部３２を形成する。そして、ギヤ装置１０は、第１減速部３１の噛合率に対して第２減速部３２の噛合率を大とすることにより、これら第１減速部３１と第２減速部３２との間で一歯噛み合いと二歯噛み合いとの割合が逆転した構成となっている。

即ち、複数段の減速部を有する減速機においては、伝達トルクが大きな後段側の減速部ほど、そのギヤ歯に負荷がかかることになる。しかしながら、上記のように、第２減速部３２における二歯噛み合いの割合を高めることで、その第２減速部３２を構成する第３ギヤ１３及び第４ギヤ１４間の噛み合い剛性が強化される。そして、これにより、ギヤ歯の変形を抑えることで、その第３ギヤ１３及び第４ギヤ１４間における噛み合い伝達誤差を低減することができる。一方、伝達トルクが小さな第１減速部３１については、当該第１減速部３１を構成する第１ギヤ１１及び第２ギヤ１２における二歯噛み合いの割合を低くした場合であっても、そのギヤ歯に変形が生じ難い。従って、上記構成によれば、第２減速部３２における噛み合い伝達誤差の発生を抑えた上で、当該第２減速部３２と第１減速部３１との間において、その噛み合い伝達誤差により生ずるノイズを打ち消すことができる。そして、これにより、より高い静粛性を確保することができる。

（３）ギヤ装置１０は、一歯噛み合いと二歯噛み合いとの割合が１：１となる場合を基準として、第１減速部３１を構成する第１ギヤ１１及び第２ギヤ１２については、その歯丈が低く設定され、第２減速部３２を構成する第３ギヤ１３及び第４ギヤ１４については、その歯丈が高く設定される。

即ち、歯丈を調整することで、一歯噛み合いと二歯噛み合いとの割合を大きく変更することができる。そして、これにより、高い減速比を有する構成においても、効果的に、その第１減速部３１と第２減速部３２との間で一歯噛み合いと二歯噛み合いとの割合を最適化することができる。

（４）第２回転軸２２を共有する第２ギヤ１２及び第３ギヤ１３は、軸方向に離間することなく一体に形成される。このような構成を採用することで、第１ギヤ１１及び第２ギヤ１２が形成する第１減速部３１と第３ギヤ１３及び第４ギヤ１４が形成する第２減速部３２との間において、効率よく、その噛み合い伝達誤差により生ずるノイズを互いに打ち消すことができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、第３ギヤ１３及び第４ギヤ１４について、その調整前の歯丈ｈ３，ｈ４よりも調整後の歯丈Ｈ３，Ｈ４の方が高くなるように歯丈調整を行う場合を例示した。この場合において、その一歯噛み合いと二歯噛み合いとの割合が、最終的に第１減速部３１と第２減速部３２との間で逆転するものであれば、実際に歯丈調整を行うのは、第３ギヤ１３及び第４ギヤ１４についてのみでもよい。即ち、予め第１ギヤ１１及び第２ギヤ１２については１：１よりも一歯噛み合いの方が大きくなるような設計を基礎として、その第３ギヤ１３及び第４ギヤ１４の歯丈調整を行う構成であってもよい。また、予め第３ギヤ１３及び第４ギヤ１４については１：１よりも二歯噛み合いの方が大きくなるような設計を基礎として、その第１ギヤ１１及び第２ギヤ１２の歯丈調整を行う構成であってもよい。更に、その一歯噛み合いと二歯噛み合いとの割合が１：１となる設計を基礎として、第１ギヤ１１及び第２ギヤ１２、並びに第３ギヤ１３及び第４ギヤ１４の双方について、それぞれ、その歯丈調整を行う構成であってもよい。そして、その調整後の歯丈については、一般的な設計基準とされる「２．２５モジュール」から外れてもよい。

・上記実施形態では、歯丈調整によって、その一歯噛み合いと二歯噛み合いとの割合及び噛み合いの位相を調整することとした。しかし、これに限らず、その他、ギヤ歯の諸元変更等によって、その噛み合い位相の調整を行う構成であってもよい。

次に、以上の実施形態から把握することのできる技術的思想を効果とともに記載する。
（イ）回転軸を共有する第２ギヤ及び第３ギヤが軸方向に離間することなく一体に形成されること、を特徴とするギヤ装置。これにより、第１ギヤ及び第２ギヤと第３ギヤ及び第４ギヤとの間において、効率よく、その噛み合い伝達誤差により生ずるノイズを互いに打ち消すことができる。

（ロ）上記ギヤ装置を備えたアクチュエータ装置。

１…アクチュエータ装置、５…モータ、１０…ギヤ装置、１１…第１ギヤ、１２…第２ギヤ、１３…第３ギヤ、１４…第４ギヤ、２１…第１回転軸、２２…第２回転軸、２３…第３回転軸、３１…第１減速部、３２…第２減速部、ｈ３，ｈ４，Ｈ３，Ｈ４…歯丈、Ｒ３，Ｒ４…基準円、Ｎ…作用線、Ｌａ，Ｌｂ…噛み合い長さ。

Claims (2)

1. 駆動力が入力される第１ギヤと、
   前記第１ギヤに噛合する第２ギヤと、
   前記第２ギヤと同軸に一体回転する第３ギヤと、
   前記第３ギヤに噛合する第４ギヤと、を備え、
   前記第１ギヤと前記第２ギヤとの間における噛み合いの位相と前記第３ギヤと前記第４ギヤとの間における噛み合いの位相とが逆位相となるように構成されたギヤ装置であって、
   前記第１ギヤ及び前記第２ギヤが第１減速部を形成し、
   前記第３ギヤ及び前記第４ギヤが第２減速部を形成するとともに、
   前記第１減速部の噛合率に対して前記第２減速部の噛合率を大とすることにより、前記第１減速部と前記第２減速部との間で一歯噛み合いと二歯噛み合いとの割合を逆転させたギヤ装置。
2. 請求項１に記載のギヤ装置において、
   前記一歯噛み合いと前記二歯噛み合いとの割合が１：１となる場合を基準として、
   前記第１ギヤ及び前記第２ギヤについては歯丈を低くし、
   前記第３ギヤ及び前記第４ギヤについては歯丈を高くしたこと、
   を特徴とするギヤ装置。