JP7238744B2

JP7238744B2 - 歯車

Info

Publication number: JP7238744B2
Application number: JP2019215983A
Authority: JP
Inventors: 敦小林; 暁石川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-11-29
Filing date: 2019-11-29
Publication date: 2023-03-14
Anticipated expiration: 2039-11-29
Also published as: JP2021085482A

Description

本開示は、歯車に関する。

従来、歯車の剛性（例えば、軸剛性等）を低下させることにより、歯車のねじり共振周波数を低下させる技術が開示されている（特許文献１参照）。

かかる技術によれば、歯車のねじり共振周波数を歯車の常用回転数に対応する周波数帯の範囲外とし、歯車の噛み合い時の騒音を低減することができる。

特開２０１５－０６８４５１号公報

しかしながら、歯車の剛性を低下させると、歯車の強度が低下してしまう可能性がある。

そこで、上記課題に鑑み、歯車の強度低下を抑制しつつ、歯車の噛み合い時の騒音の低減を図ることが可能な技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本開示の一実施形態では、
複数の歯が設けられる外周部と、
回転軸が設けられる中心部と、
前記中心部と前記外周部との間を連結する連結部と、
前記中心部と前記外周部との間に配置される本体部と、前記中心部及び前記外周部のうちの前記中心部に前記本体部を結合させる結合部とを含む錘部と、
前記結合部が前記本体部の周方向の範囲全体の一部と連結するように前記錘部に設けられる切り欠き部と、を備える、
歯車が提供される。

本実施形態によれば、歯車は、錘部の作用によって、回転軸部分のねじりモードを変化させ、ねじり共振周波数を低下させることができる。また、歯車は、切り欠き部の作用によって、結合部にねじりモードで相対的に大きなひずみを生じさせ、ねじり共振周波数を更に低下させることができる。よって、歯車は、中心部、柱部、及び外周部等の剛性を低下させることなく、ねじり共振周波数を低下させ、他の歯車との噛み合い時の騒音の低減を図ることができる。

上述の実施形態によれば、歯車の強度低下を抑制しつつ、歯車の噛み合い時の騒音の低減を図ることが可能な技術を提供することができる。

歯車の第１例を示す斜視図である。歯車の第１例を示す正面図である。歯車の第２例を示す正面図である。歯車の第３例を示す正面図である。歯車の第４例を示す正面図である。比較例に係る歯車を示す正面図である。

以下、図面を参照して実施形態について説明する。

［歯車の第１例］
まず、図１、図２を参照して、本実施形態に係る歯車１の第１例について説明する。以下、「径方向」、「周方向」、及び「軸方向」は、歯車１の径方向、周方向、及び軸方向を意味する。

図１は、本実施形態に係る歯車１の第１例を示す斜視図である。図２は、本実施形態に係る歯車１の第１例を示す正面図である。

本実施形態に係る歯車１は、例えば、自動車のトランクアクスル内の動力伝達機構の一部として用いられる。

図１、図２に示すように、歯車１は、中心部１０と、外周部２０と、柱部３０と、錘部４０とを含む。以下、後述の第２例～第４例についても同様である。

中心部１０は、径方向における回転軸心の付近に設けられる。中心部１０には、回転軸１００が設けられる。例えば、中心部１０には、回転軸１００が挿通される挿通孔が設けられ、回転軸１００は、この挿通孔に挿通され、挿通孔との間のセレーション結合やスプライン結合等により歯車１（中心部１０）と一体に固定されてよい。

外周部２０は、径方向における最も外側に設けられる。外周部２０の外周面には、複数の歯が設けられ、複数の歯は、他の歯車の歯と噛み合うことにより、他の歯車との間で動力（トルク）の伝達を実現することができる。

柱部３０（接続部の一例）は、中心部１０の外周面と外周部２０の内周面との間を接続する構造部材である。柱部３０は、例えば、中心部１０の外周面における相対的に狭い角度範囲から径方向の外側に延び出す形で形成されている。図１、図２に示すように、本実施形態では、周方向で等間隔に３本の柱部３０が設けられる。また、柱部３０の数は、２本であってもよいし、４本以上であってもよい。

錘部４０は、中心部１０及び外周部２０のうちの中心部１０だけに結合される形で、中心部１０の外周面と外周部２０の内周面との間に配置される。本例では、錘部４０は、軸方向における柱部３０と略同じ位置、且つ、周方向における隣接する柱部３０と柱部３０との間の角度範囲に配置され、軸方向で見て略扇形状を有する。

錘部４０の中心部１０との結合部４１は、軸方向で見て相対的に細くなるように構成されている。具体的には、結合部４１は、錘部４０の主要部（結合部４１よりも径方向外側の部分）（以下、便宜的に「錘主要部」）が設けられる周方向の角度範囲よりも相対的に小さい角度範囲に設けられる。本例では、結合部４１は、錘主要部が設けられる周方向における角度範囲の約３０％の角度範囲に設けられる。

図２に示すように、本例では、錘部４０には、中心部１０の外周面付近に切り欠き部４２（低強度部の一例）が設けられる。切り欠き部４２は、錘部４０の周方向の両端から外周面沿いに延びる形で二つ設けられ、結合部４１は、錘主要部が設けられる角度範囲の中央部付近の相対的に狭い角度範囲で中心部１０と結合する。そのため、結合部４１は、切り欠き部４２の作用によって、錘部４０の全体の中での剛性が相対的に低くなるように構成される。

［歯車の第２例］
次に、図３を参照して、本実施形態に係る歯車１の第２例について説明する。以下、上述の第１例と異なる部分を中心に説明する。

図３は、本実施形態に係る歯車１の第２例を示す正面図である。

図３に示すように、錘部４０には、上述の第１例の場合と同様、中心部１０の外周面付近に切り欠き部４２が設けられる。これにより、本例では、結合部４１が設けられる角度範囲（具体的には、二つの結合部４１が設けられる角度範囲の合計）は、錘主要部が設けられる角度範囲の一部（具体的には、上述の第１例の場合と同様、約３０％の角度範囲）に限定される。

本例では、切り欠き部４２は、周方向における錘主要部が設けられる角度範囲の両端部以外の角度範囲で周方向に延びる形で設けられる。これにより、錘部４０には、切り欠き部４２を挟んで、周方向における錘主要部が設けられる角度範囲の両端部に二つの結合部４１が設けられる。そのため、結合部４１は、上述の第１例の場合と同様、切り欠き部４２の作用によって、錘部４０の全体の中での剛性が相対的に低くなるように構成される。

［歯車の第３例］
次に、図４を参照して、本実施形態に係る歯車１の第３例について説明する。以下、上述の第１例等と異なる部分を中心に説明する。

図４は、本実施形態に係る歯車１の第３例を示す正面図である。

図４に示すように、錘部４０には、上述の第１例等の場合と同様、中心部１０の外周面付近に切り欠き部４２が設けられる。これにより、本例では、結合部４１が設けられる角度範囲は、錘主要部が設けられる角度範囲の一部（具体的には、上述の第１例等の場合と同様、約３０％の角度範囲）に限定される。

本例では、切り欠き部４２は、周方向における錘主要部が設けられる角度範囲のうちの一端部以外の角度範囲で周方向に延びる形で設けられる。これにより、錘部４０には、周方向における錘主要部が設けられる角度範囲の一端部に結合部４１が設けられる。そのため、結合部４１は、上述の第１例等の場合と同様、切り欠き部４２の作用によって、錘部４０の全体の中での剛性が相対的に低くなるように構成される。

［歯車の第４例］
次に、図５を参照して、本実施形態に係る歯車１の第４例について説明する。以下、上述の第１例等と異なる部分を中心に説明する。

図５は、本実施形態に係る歯車１の第４例を示す正面図である。

図５に示すように、錘部４０には、上述の第１例の場合と同様、中心部１０の外周面付近に切り欠き部４２が設けられる。具体的には、切り欠き部４２は、錘部４０の周方向の両端から外周面沿いに延びる形で二つ設けられ、結合部４１は、錘部４０の主要部が設けられる角度範囲の中央部付近の相対的に狭い角度範囲で中心部１０と結合する。

本例では、周方向における結合部４１が設けられる角度範囲は、上述の第１例の場合の約半分である。そのため、結合部４１は、切り欠き部４２の作用によって、上述の第１例の場合に対して、錘部４０の全体の中での剛性が更に低くなるように構成される。

［作用］
次に、図１～図５に加え、図６を参照して、本実施形態に係る歯車の作用について説明する。

＜比較例に係る歯車＞
図６は、比較例に係る歯車１Ｃを示す正面図である。

比較例に係る歯車１Ｃは、回転軸１００Ｃが設けられる中心部１０Ｃと、外周部２０Ｃと、柱部３０Ｃと、錘部４０Ｃとを含む。

中心部１０Ｃ、外周部２０Ｃ、及び柱部３０Ｃは、それぞれ、本実施形態に係る歯車１の中心部１０、外周部２０、及び柱部３０と略同じ構成を有するため、説明を省略する。

錘部４０Ｃは、本実施形態に係る歯車１と同様、中心部１０Ｃ及び外周部２０Ｃのうちの中心部１０Ｃだけに結合される形で、中心部１０Ｃの外周面と外周部２０Ｃの内周面との間に配置される。錘部４０Ｃは、軸方向における柱部３０Ｃと略同じ位置、且つ、周方向における柱部３０Ｃと柱部３０Ｃとの間の角度範囲に配置され、略扇形状を有する。

錘部４０Ｃは、周方向における錘主要部が設けられる角度範囲全体で中心部１０Ｃと結合されている。即ち、錘部４０Ｃでは、本実施形態（上述の第１例～第４例）の場合と異なり、切り欠き部が省略される。

＜比較例との対比＞
上述の如く、本実施形態に係る歯車１は、比較例に係る歯車１Ｃと同様、中心部１０の径方向の外側に錘部４０が取り付けられる。

これにより、回転軸１００を含む中心部１０のイナーシャ（慣性モーメント）が相対的に大きくなり、回転軸１００を含む中心部１０Ｃのイナーシャに対する外周部２０Ｃのイナーシャの比（以下、「イナーシャ比」）を相対的に小さくすることができる。

例えば、イナーシャ比が相対的に大きい歯車の場合、他の歯車からの噛み合い力が作用する外周部のイナーシャが相対的に大きく変位しにくい一方、回転軸を含む中心部のイナーシャが相対的に小さく変位し易くなる。そのため、他の歯車との噛み合い時に、回転軸を含む中心部が相対的に大きく回転方向に変位する一方、外周部の変位量が相対的に小さくなり、騒音が相対的に大きくなってしまう可能性がある。

これに対して、本実施形態では、イナーシャ比が相対的に小さくなることで、外周部２０との対比で、回転軸１００を含む中心部１０が変位しにくくなる。そのため、他の歯車との噛み合い時に、回転軸１００を含む中心部１０の変位量が相対的に小さくなり、その結果、外周部２０の変位量を相対的に大きくすることができる。また、イナーシャ比を変化させることで、ねじりモードを変化させ、ねじり共振周波数を低下させることができる。よって、本実施形態に係る歯車１は、中心部１０、外周部２０、及び柱部３０等の剛性を低下させることなく、ねじり共振周波数やイナーシャ比を低下させ、他の歯車と噛み合い時の騒音の低減を図ることができる。

また、通常、歯車は、その適用機器、適用箇所、仕様（例えば、サイズ、材質）等によって、発生しうる騒音の周波数帯域が異なりうる。そのため、歯車のねじり共振周波数は、設計時において、歯車の適用機器、適用箇所、仕様等に応じて、適宜調整可能であることが望ましい。

これに対して、本実施形態では、錘部４０のサイズや材料等を適宜選択することにより、設計者等は、歯車１のねじり共振周波数を適宜調整することができる。

また、本実施形態では、錘部４０の剛性を下げる切り欠き部４２が設けられる。

例えば、比較例の歯車１Ｃの場合、周方向における錘主要部が設けられる角度範囲全体で中心部１０Ｃと結合されるため、結合部の強度が高く、結合部にねじれモードでのひずみが生じにくい。

これに対して、本実施形態では、歯車１は、切り欠き部４２の作用によって、錘部４０の切り欠き部４２に対応する箇所（結合部４１）にねじりモードで相対的に大きなひずみを生じさせ、ねじり共振周波数を更に低下させることができる。よって、歯車１は、他の歯車との噛み合い時の騒音を更に低減させることができる。また、設計者等は、錘部４０のサイズや材料等に加えて、切り欠き部４２の仕様を検討することによって、より広い調整幅で、歯車１のねじり共振周波数を調整することができる。

また、本実施形態では、図５に示すように、錘主要部の周方向の幅に対する結合部４１の周方向の幅は、錘部４０（結合部４１）の強度が許容される範囲でより小さく設定されてよい。

これにより、歯車１は、錘部４０の切り欠き部４２に対応する箇所（結合部４１）にねじりモードで更に大きなひずみを生じさせ、ねじり共振周波数を更に低下させることができる。よって、歯車１は、他の歯車との噛み合い時の騒音を更に低減させることができる。また、設計者等は、更に広い調整幅で、歯車１のねじり共振周波数を調整することができる。

また、本実施形態では、図１、図２、図４、図５に示すように、錘部４０は、切り欠き部４２により周方向の幅が相対的に狭くなるように設けられる一つの結合部４１で中心部１０と結合されてよい。

これにより、歯車１の回転時に、一つの結合部４１だけで錘主要部を支持する必要がある。そのため、ねじりモードで結合部４１により大きなひずみを生じさせ、ねじり共振周波数を更に低下させることができる。よって、歯車１は、他の歯車との噛み合い時の騒音を更に低減させることができる。また、設計者等は、更に広い調整幅で、歯車１のねじり共振周波数を調整することができる。

また、本実施形態では、図４に示すように、錘部４０は、切り欠き部４２により錘主要部が設けられる角度範囲の一端部に設けられる一つの結合部４１で中心部１０と結合されてよい。

これにより、結合部４１と錘主要部の重心位置との間の距離をより長くすることができる。そのため、ねじりモードで結合部４１により大きなひずみを生じさせ、ねじり共振周波数を更に低下させることができる。よって、歯車１は、他の歯車との噛み合い時の騒音を更に低下させることができる。

［変形・変更］
以上、実施形態について詳述したが、本開示はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された要旨の範囲内において、種々の変形・改良が可能である。

例えば、上述の実施形態において、歯車１の軸方向において、柱部３０と錘部４０とをある程度オフセットさせてもよい。この場合、錘部４０は、柱部３０が設けられる周方向の角度範囲に一部又は全部が含まれるように設けられてもよい。

また、上述の実施形態及び変形例において、切り欠き部４２は、中心部１０の外周面に対して、径方向で相対的に外側の位置（即ち、外周部２０寄りの位置）に設けられてもよい。

また、上述の実施形態及び変形例において、切り欠き部４２以外の方法で、錘部４０の剛性を低下させてもよい。例えば、上述の比較例の錘部４０Ｃと同様、錘主要部が設けられる周方向の角度範囲の全体で錘部４０を中心部１０と結合する構成を前提として、結合部４１と錘主要部とで材料を異ならせてもよい。この場合、結合部４１に錘主要部の材料よりも剛性が低い材料が採用されてよい。

１歯車
１０中心部
２０外周部
３０柱部（接続部）
４０錘部
４１結合部
４２切り欠き部（低剛性部）
１００回転軸

Claims

複数の歯が設けられる外周部と、
回転軸が設けられる中心部と、
前記中心部と前記外周部との間を接続する接続部と、
前記中心部と前記外周部との間に配置される本体部と、前記中心部及び前記外周部のうちの前記中心部に前記本体部を結合させる結合部とを含む錘部と、
前記結合部が前記本体部の周方向の範囲全体の一部と連結するように前記錘部に設けられる切り欠き部と、を備える、
歯車。