JP6783460B2 - 軸交差型歯車装置 - Google Patents

Description

この発明は主として軽負荷用に適した軸交差型歯車装置に関する。

従来、軸を交差させた歯車伝動装置としては、傘歯車機構やヘリカルギヤー，ウォーム歯車機構等が知られているが、これらはいずれも一般機械部品として独自の歯車加工が必要であり、加工コストも過大になる。このため例えば軽負荷用として用いられる計器類の数量カウンター用ギヤー，機器類操作用ギヤー，軽量物の送り用ギヤ伝動等では低コストのギヤー伝動機構が求められていた。また、これらに適した軸交差型歯車装置としては、特許文献１，２に示されるものが提案されている。

特開２００９−１５０５２４号公報（図７，図２２） 特開平５−１２３９２２号公報（図１）

上記特許文献１の発明は、一対の歯車の周面を一方は中間部を谷形に湾曲させて鼓形にし、他方は上記湾曲と適合する山形に湾曲させて太鼓形に形成して、両外周面同士を山形と谷形間で噛み合わさせるものである。そしてこの歯車軸は同文献１の図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、平行な場合のほか同一平面上で交差する場合が示されている。また同文献図２２では各ギヤーをヘリカルギヤーとして、三次元的に交差する場合が示されている。

特許文献１の発明の一対の歯車は、その外周面の一方が幅方向に山形の円弧に、他方が谷形の円弧になって両歯の円弧同士が重なり合って噛み合う形状である。しかし通常の歯車は、歯車の直径と歯数によってモジュールが決定されるが、単一の歯車で軸方向において直径が変化すると、幅方向の中心と端面側ではモジュールが変化し、太鼓形の歯車と鼓形の歯車ではその幅方向の中心位置ではモジュールが一致せず、特に互いに噛み合うべき歯先のピッチと歯元（歯底）のピッチが異なるために、少なくとも平行軸や三次元交差軸の場合は歯車の正常な噛み合いが不可能となる。

また同文献の図７（ａ），図７（ｃ）の噛み合いでは噛み合い位置の歯車径が一致し又はモジュールを一致させることができるが、両者を一致させるには軸の交差角の精密な管理が必要となるほか、歯切り加工やホーニング加工済の特定規格の歯車では、歯車周面山形又は谷形の円弧に対応した予め決められた軸交差角でのみの適用しかできず、少なくとも９０°近い軸交差角での使用は不可能という制約がある。その他このような歯車はいずれにしても特殊なホブや加工方法が不可欠であり、実用性に乏しいという欠点があった。

次に特許文献２の発明は、一対の歯車の一方を平歯車とし、他方を円板状の歯車本体の外周と両側面の外周縁に至る範囲に歯切りを行ったものを、同一平面上で軸交差角０°（平行）〜９０°の範囲で交差させるものであるが、この発明においても両側面に歯切りを行った一方の歯車では、前記同様に歯車の外周面側の歯と側面の中心側の歯では歯車径が異なる（注：歯車本体２の側面の歯は、側面視では扇形又は軸心から放射状に形成される。）ために、両位置ではモジュールが異なり、上記角度範囲のすべての位置で両歯車を適正に噛み合わせることは困難若しくは不可能である。

また仮に上記範囲の噛み合わせを実現するとすれば、平歯車のピッチと他方の歯車のピッチを互いに齟齬しない範囲に設定する必要があり、現実的には不可能又は極めて困難であり、実用的とは解されない。また図面でも明らかなように歯車の周面と側面外周縁に歯切りを行うには特殊な歯切り（ホブ）を必要とする欠点がある。

上記課題を解決するための本発明の装置は、第１に少なくとも一対の平歯車からなる歯車８，９を噛み合わせた組合わせであって、少なくとも一方の歯車９の歯先周面と側面又は端面とが交差するコーナー部９ａをアールを付して面取り状に形成し、上記アールを付したコーナー部９ａを他方の歯車８と噛み合わせることにより一対の歯車８，９の軸心Ｏ _１，Ｏ_２を同一平面上で交差させてなることを特徴としている。

第２に、一対の両方の各歯車８，９の歯先周面と側面又は端面とが交差するコーナー部８ａ，９ａをアールを付して面取状に形成してなることを特徴としている。

第３に、一対の歯車８，９の面取状に形成したコーナー部８ａ，９ａ同士を噛み合わせたことを特徴としている。

第４に、両歯車８，９の噛み合い時に、互いの歯車の歯Ｃ_１，Ｃ_２をピッチ円Ｐ_１，Ｐ_２上のピッチ点Ｐ_０で接触させることを特徴としている。

第５に、歯車８，９の歯底の端面又は側面側コーナー部８ｂ，９ｂを面取り形成してなることを特徴としている。

以上のように構成される本発明の歯車装置によれば、次のような効果を奏する。
（１）軸交差型の歯車装置の歯車自体はいずれも標準的な平歯車で足りるので、歯切りやホーニング加工等も容易で且つ低コストでの調達が可能であり、歯車断面の外周と端面又は側面とのコーナー部にアールを付すことにより、軸交差状態で噛み合っても、他方の歯車の歯面に一方の歯車角度の付いた角部が当接することはなく、他方の歯面を損傷することがなく、歯車寿命が保持できる。

（２）また平歯車同士が同一モジュールを保ったまま噛み合うので、歯車伝動も円滑で、小負荷用であっても比較的高トルクにも耐え易く、９０°を含む広範囲の軸交差角での組合わせが可能である。

（３）一対の歯車の両方の断面コーナー部をアールに形成することにより、コーナー部同士を噛み合せることが可能となり且つ軸交差角が０°〜１８０°の広範囲で軸交差が可能となる。さらに両歯車の噛み合せが互いにピッチ点で円弧状の面同士が噛み合うことにより、効率の良いスムースな歯車伝動が可能になる。

（４）また歯車の側面又は端面と歯底面の端部とのコーナー部を面取りすることにより、軸を交差させて噛み合せた際の歯底面の端部コーナーが他方の歯車の歯先と干渉することがなく、歯車軸の交差角や交差位置の選択範囲が広くなる利点がある。

本発明の歯車装置を試作実験した際の全体正面図である。 本発明の歯車装置の右側面図である。 本発明の歯車装置の歯車噛み合い状態を示す平面断面図である。 歯車の噛み合い状態を示す拡大平断面図である。 図４のＶ−Ｖ断面図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は軸交差角を０°（平行），４５°，９０°，１３５°，１８０°（平行）とする歯車の組合わせ状態を示す平面図である。

図面は本発明の歯車装置を試作実験した際の１実施形態を示し、装置はプレート状のベース１上に、平面視で直交方向に一対のブロック状の軸受部２，３がボルト４等によって立設固定されており、この軸受部２，３の直交する内面側には軸６，７により平歯車からなる歯車８，９が同一高さで且つ平面視で直交する方向に回転自在に軸支されており、スナップリング（Ｃリング）５等により抜け止めされている。

上記歯車８，９はそれぞれの端面（又は側面）と歯の周面（歯先面）とのコーナー部同士が互いに噛み合っており、各歯車８，９の上記コーナー部９ａ，８ａは、歯車の外周面方向から見た周面視で例えば歯高と同一又はそれ以上の半径のアールに面取り形成されており、相互の噛み合い時に、一方の歯車の端部コーナーが、他方の歯車の歯面や歯底面に当接（干渉）して損傷させない形状に形成される。また上記歯車８，９同士の噛み合いは、通常の歯車と同様に、最大トルク時に対応する歯面同士が歯車のピッチ円Ｐ_１，Ｐ_２が交差するピッチ点Ｐ_０（図４，図５参照）において互いの円弧状の山形面を点接触させることが望ましい。

図１，２に図示する例では駆動側歯車となる前後方向の軸心Ｏ_１を持つ軸６上の歯車８の後方には、歯車８を回転駆動させるための大径の操作輪１１が歯車８と一体的に回転するように軸装されている。この例においては操作輪１１を手動又はベルト伝動により回転させることで、駆動側歯車８により従動側歯車９を回転駆動させる。この時両歯車８，９の前記コーナー部８ａ，９ａがアール状に形成されているため、９０°を含む広い範囲での軸交差角θ_１が確保され且つ歯車同士が交差して噛み合っても、互いに噛み合いが円滑に行われ、他の歯車の歯面や歯底に干渉しないので損傷することもない。

この実施形態で示す基端部に円柱形状残し、先端側にのみ歯Ｃ_１，Ｃ_２を形成した歯車では、図３に示すように軸交差角θ_１が９０°まで得られ、そこから鋭角方向に交差角θ_１の調整範囲θ_２が８０°近く得られる。全幅歯切りを行った場合については、図６において詳述する。

図４，図５は図１〜図３の歯車８，９が直交して噛み合っている場合の拡大平断面図とＶ−Ｖ断面図を表わしており、既述のように歯Ｃ_１，Ｃ_２のコーナー部８ａ，９ａにおける最大トルク時の噛み合い接点はピッチ点Ｐ_０である。

またこの噛み合いでは必要ないものの、軸交差角θ_１が図６（Ｂ），（Ｄ）に示す場合のように、例えば駆動歯車８に対し、従動歯車９を４５°前後傾斜させると、互いの歯車の歯底端部と歯先側端のコーナー部とが干渉し合うケースがあるため、当該コーナー部８ｂ，９ｂがアールになるように面取り加工又は面取り形成することが望ましい。

図６は歯車の歯が全周面に形成された歯車８，９を噛み合わせる際の軸交差角θ_１が
０°（平行）〜１８０°（付き合わせ方向に平行）の範囲で交差する場合を示している。同図（Ａ）〜（Ｅ）に示すものではいずれも両歯車８，９のコーナー部８ａ，９ａ同士を噛み合わせているが、例えば歯車８のコーナー部以外の周面の中途位置に他方の歯車９のコーナー部９ａを噛み合せることも可能である。その際の軸交差角θ_１が４５°又は１３５°付近では、歯車８の歯先が、歯車９の歯底面と干渉する場合があるので、前述した歯底端部のコーナー部９ａがアールに面取り形成されることにより上記干渉を避けることが可能となる。また歯車８の歯先コーナー部８ａを他方の歯車９の周面途中で噛み合せる場合も、同様に歯車８の歯底端のコーナー部８ｂをアール状に面取り形成すれば足りる。

上記歯底側のコーナー部８ｂ，９ｂは、歯車８，９の側面での周面の歯切り（ホブ加工）終了時に、ＮＣ制御等によりホブの軸心を歯車８，９の側端コーナー部で円弧状に送り作動させることで当該円弧に応じたアールの面取り加工が可能であり、特殊なホブやホブ切りは必要ない。上記歯底側のコーナー部８ｂ，９ｂのアールは歯先側のコーナー部８ａ，９ａのアールと同心のアールである方が加工上は好都合である。

また上記歯底側のコーナー部８ｂ，９ｂの歯車側面への加工歯切りは歯車軸心に対しては周縁の極く限られた深さでのみ可能であり、既述のように歯車軸心に近くなるとホブの刃が隣接する他の歯同士を切削除去することになる。

その他上記例では平歯車８，９の一側面のみにアール状に面取り形成した例を示したが、両側面共に且つ歯先側，歯底側端の両方のコーナー部８ａ，９ａ，８ｂ，９ｂを面取り形成することも可能であり、歯車自体は必ずしも歯切り加工したものに限らず、冷間鍛造，焼結成形，プラスチック成形等によることも可能である。

８，９ 歯車
８ａ，９ａ 歯先端面又は側面側のコーナー部
８ｂ，９ｂ 歯底端のコーナー部
Ｃ_１，Ｃ_２ 歯
Ｏ_１，Ｏ_２ 軸心
Ｐ_０ ピッチ点
Ｐ_１，Ｐ_２ ピッチ円
θ_１ 軸交差角
θ_２ 軸交差角調整範囲

Claims (5)

1. 少なくとも一対の平歯車からなる歯車（８，９）を噛み合わせた組合わせであって、少なくとも一方の歯車（９）の歯先周面と側面又は端面とが交差するコーナー部（９ａ）をアールを付して面取り状に形成し、上記アールを付したコーナー部（９ａ）を他方の歯車（８）と噛み合わせることにより一対の歯車（８，９）の軸心（Ｏ _１ ，Ｏ _２ ）を同一平面上で交差させてなる軸交差型歯車装置。
2. 一対の両方の各歯車（８，９）の歯先周面と側面又は端面とが交差するコーナー部（８ａ，９ａ）をアールを付して面取状に形成してなる請求項１に記載の軸交差型歯車装置。
3. 一対の歯車（８，９）の面取状に形成したコーナー部（８ａ，９ａ）同士を噛み合わせた請求項２に記載の軸交差型歯車装置。
4. 両歯車（８，９）の噛み合い時に、互いの歯車の歯（Ｃ _１ ，Ｃ _２ ）をピッチ円（Ｐ _１ ，Ｐ _２ ）上のピッチ点（Ｐ_０）で接触させる請求項１〜３のいずれかに記載の軸交差型歯車装置。
5. 歯車（８，９）の歯底の端面又は側面側コーナー部（８ｂ，９ｂ）を面取り形成してなる請求項１〜４のいずれかに記載の軸交差型歯車装置。

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