JP7477016B1 - シザーズギア及び伝達機構 - Google Patents

Abstract

【課題】フリクションの悪化を抑え、効率的に力を伝達することができるシザーズギアを提供する。【解決手段】このシザーズギアは、メインギア１０と、サブギア２０と、サブギア２０がメインギア１０に対して回転した際、サブギア２０がメインギアに対してサブギア２０の初期位置に戻るように周方向に力を付与する付勢部材と、を備えるシザーズギアであって、付勢部材は、メインギア１０及びサブギア２０のうち一方に配置されたボールピンであって、ボールピンは、ばね３３及びボール３１を有し、ばね３３がボール３１をメインギア１０及びサブギア２０のうち他方に向かって押し付けている、ボールピン３０であり、メインギア１０及びサブギア２０のうちボールピンが設けられていない側のギアに設けられボールが嵌り込むボール受け溝２５であって、深さが周方向に沿って変化するボール受け溝２５が形成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、シザーズギア及び伝達機構に関する。

エンジンからの駆動力をクランクを介して伝えるギアトレインでは、クランクの回転変動やカム駆動トルクによって、ギアどうしが衝突するギアラトルが発生する。ギアラトルによって発生した振動は、ギア軸受を伝わってエンジンブロック本体に伝達され、エンジン騒音を悪化させる。ギアラトルに対する対策として、従来、２枚の歯で相手側のギアの歯を挟み込み、ギアの相対移動を抑制するシザーズギアにより騒音悪化を抑える方法が提案されている。

ギアラトルに起因する騒音(ラトル音)を低減するために、例えば、メインギアとサブギアとの間においてそれらの回転方向に沿って延在するスプリングを設置し、その一端がメインギアのストッパピンに係止され、他端がサブギアのストッパピンに係止されたシザーズギアを用いることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０２２－１１５４２４号公報

ばね力で相手の歯を挟み込む構造のシザーズギアでは、ギアラトルが発生しない運転条件でも、シザーズギアから相手側の歯に対して歯を抑え込む力が働き続けるため、フリクションの悪化要因となっていた。また、スプリングのバネ定数を増加させると、相手ギアとの解離や衝突を抑制する効果が向上するが、歯面接触の抵抗が増加することにより、駆動損失が増加したり耐久信頼性が低下したりするという課題がある。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、フリクションの悪化を抑え、効率的に力を伝達することができるシザーズギア及び伝達機構を提供することを目的とする。

本発明の一態様のシザーズギアは、シャフトに連結されたメインギアと、前記メインギアに対して周方向に回転可能に設けられたサブギアと、前記サブギアが前記メインギアに対して回転した際、前記サブギアが前記メインギアに対して前記サブギアの初期位置に戻るように周方向の力を付与する付勢部材と、を備えるシザーズギアであって、前記付勢部材は、前記メインギア及び前記サブギアのうち一方に配置されたボールピンであって、前記ボールピンは、ばね及びボールを有し、前記ばねが前記ボールを前記メインギア及び前記サブギアのうち前記ボールピンが設けられていない側のギアに向かって押し付けている、ボールピンであり、前記メインギア及び前記サブギアのうち前記ボールピンが設けられていない側のギアには、前記ボールが嵌り込むボール受け溝であって、深さが前記周方向に沿って変化するボール受け溝が形成されている。

前記ボール受け溝は、前記サブギアを前記初期位置に位置させるために前記ボールが嵌り込む最深部と、前記最深部から前記周方向に延び出すように形成されたテーパ部と、を有してもよい。

前記テーパ部は、前記ボールが前記周方向の位置にかかわらず一定の力で前記ボール受け溝に押し付けられると仮定した場合に、前記ボールが前記最深部から周方向に離れるほど、前記ボールが前記テーパ部の内面に当接する箇所における、前記サブギアを前記初期位置に戻す方向の力が大きくなる形状のテーパを有する。

前記ボールピンは前記メインギアに設けられ、前記ボール受け溝は前記サブギアに設けられていてもよい。

前記ボールピンは前記サブギアに設けられ、前記ボール受け溝は前記メインギアに設けられてもよい。

本発明の一態様の伝達機構は、上記記載のシザーズギアと、前記シザーズギアと噛み合う第１ギアと、を備え、前記シザーズギアは、初期状態で、前記サブギアの歯が前記第１ギアの歯に接触しないように設けられている。

本発明によれば、フリクションの悪化を抑え、効率的に力を伝達することができるシザーズギア及び伝達機構を提供できるという効果を奏する。

シザーズギアの分解斜視図である。 シザーズギアの動作を説明するための図である。 シザーズギアの断面図である。 付勢部材であるボールピン及びその周辺構造を示す模式図である。 ボールピンの機能を説明するための図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、シザーズギアの分解斜視図である。図２は、シザーズギアの動作を説明するための図である。図３は、シザーズギアの断面図である。図４は、付勢部材であるボールピン及びその周辺構造を示す模式図である。図５は、ボールピンの機能を説明するための図である。図５は、図４の周方向Ｌに沿った切断面を示している。

シザーズギアＳ１００は、例えば、車両に搭載される。シザーズギアＳ１００は、一例として、エンジン又はトランスミッション等の動力伝達機構の一部として用いられる。

シザーズギアＳ１００は、図１に示すように主要な構成要素として、メインギア１０、サブギア２０、ボールピン３０、シャフト４１、及びフランジ４２を備えている。

メインギア１０は、外周にギアの歯部が形成されたギアであり、中央部には貫通孔が形成されている。メインギア１０は一例としてヘリカルギヤである。メインギア１０は、シャフト４１の軸部４１ａに連結されており、シャフト４１の回転に応じてシャフト４１とともに回転する。

サブギア２０は、メインギア１０と同様、外周に歯部が形成されたギアであり、一例としてヘリカルギヤである。サブギア２０は、メインギア１０に隣接してメインギア１０と同軸上に配置されている。サブギア２０の中央部には貫通孔が形成され、サブギア２０は、メインギア１０と同様、シャフト４１によって支持される。但し、サブギア２０は、シャフト４１の軸部４１ａ周りに動くことができるように構成されている。これにより、サブギア２０は、メインギア１０に対して周方向に回転可能に設けられている。

シャフト４１は、例えばエンジンの駆動力により回転するシャフトである。シャフト４１は、メインギア１０の貫通孔及びサブギア２０の貫通孔に挿入される軸部４１ａを有している。フランジ４２は、シャフト４１の軸部の先端側に対して固定される。

図２は、シザーズギアS１００が相手方のギア５０と組み付けられている場合におけるギアのかみ合いを、シャフト４１の軸方向から拡大して示している。図中、破線で示した部分は、サブギア２０の歯２０aである。また、メインギア１０及び相手方のギア５０はそれぞれ実線で示している。サブギア２０は、図２に示すように、初期状態で、メインギア１０に対してギアの周方向に所定の角度だけずれている。具体的には、サブギア２０は、メインギア１０の歯１０ａとサブギア２０の歯２０ａとが相手方のギア５０の歯５０ａを挟み込むように、設けられているが、本実施形態においては、サブギア２０は、サブギア２０の歯２０ａがギア５０の歯５０ａに接触しない程度の位置に位置決めされている。この例では、ギアの噛合い部において、図の左側から、メインギア１０の歯１０ａ、ギア５０の歯５０ａ、及びサブギア２０の歯２０ａの順で歯が位置している。

シザーズギアＳ１００では、このように、メインギア１０及びサブギア２０が相手方のギア５０の歯５０ａを挟み込むように設けられており、トルクの変動によってギア５０が一時的に図示（図２）の反時計回り方向に動いた場合に、ギア５０の歯５０ａがサブギア２０の歯２０ａを押してサブギア２０がメインギア１０に対して相対的に回転する。サブギア２０には、後述するボールピン３０の作用により、サブギア２０が元の位置に戻ろうとする力が付与されているので、ギア間の相対変位が抑えられ、ギアラトルを抑制する作用が生じる。

（ボールピン３０について）
ボールピン３０は、サブギア２０がメインギア１０に対して回転した際に、サブギア２０がメインギア１０に対して当該サブギア２０の初期位置に戻るように周方向の付勢力を付与する付勢部材である。ボールピン３０は、本実施形態では、メインギア１０に設けられており、図３に示すように、ばね３３及びボール３１を有する。

ばね３３は、ボールピン３０に形成された凹部１０ｈに配置されている。ばね３３は、一例としてコイルスプリングである。

ボール３１は、ばね３３に隣接して配置された球体であり、メインギア１０からサブギア２０側に突出するように設けられている。ボール３１は、ばね３３によってサブギア２０の側に向かって押し付けられている。なお、図３では、説明を簡単にするために、ボール３１及びばね３３のみが描かれているが、ばね３３及びボール３１を収容する筒体が設けられていてもよい。この構成の場合、ボール３１は、筒体から部分的に突出する。

ボールピン３０は、メインギア１０の中心からボール３１の中心までの距離ｄがメインギア１０の半径の５０％の長さ以上となるように、又は、距離ｄがメインギア１０の半径の７５％の長さとなるように設けられていてもよい。このように、ギアの比較的外周側の位置にボールピン３０が配置されていることで、ボールピン３０による周方向の付勢力によるモーメントが大きくなり、効果的にサブギア２０を元の位置に戻すことが可能となる。

サブギア２０には、ボール３１の一部が入り込むボール受け溝２５が形成されている。ボール受け溝２５の輪郭形状（ギアの厚み方向に見た正面視の輪郭形状）は、単純な円形であってもよいが、本実施形態では図４に例示するように、例えば、ボール受け溝２５の輪郭形状はギアの周方向Ｌに沿って延在するやや円弧状にカーブした長円形である。

ボール受け溝２５は、図５に示すように、ギアの周方向（図５の横方向）に沿って所定の長さに形成されており、深さが周方向に沿って変化するように設けられている。ボール受け溝２５は、具体的には、第１部分２５ａと第２部分２５ｂとを含む。ボール受け溝２５は、図５の断面視において、深さが例えば階段状に不連続的に変化するのではなく、連続的に変化する曲線となるように設けられている。このような形状であることにより、ボール３１がボール受け溝２５内をスムーズに移動する。

第１部分２５ａは、ボール３１の外形に沿うような曲面状の内面を有する。第１部分２５ａは、サブギア２０を初期位置に位置させるためにボール３１が嵌り込む最深部を含んでいる。

第２部分２５ｂは、ボール受け溝２５の最深部から周方向のうち一方向（図５の右側）に延び出すように形成されたテーパ部である。第２部分２５ｂは、最深部から離れるにつれて溝の深さが徐々に浅くなるような曲面状に形成されている。第２部分２５ｂは、具体的には、ボール３１がボール受け溝２５の最深部から周方向に離れるほど、ボール３１がテーパ部の内面に当接する箇所における、サブギア２０を初期位置に戻す方向の力Ｆが大きくなる形状に形成されている。つまり、図５（ａ）の初期状態から、図５（ｂ）及び図５（ｃ）のようにボール３１が徐々に最深部から離れた場合に、図５（ｃ）における、ボール３１がテーパ部の内面に当接する箇所でサブギア２０を初期位置に戻す方向（周方向）の力Ｆが、図５（ｂ）における力Ｆよりも大きくなるようなテーパを有するように、ボール受け溝２５が設けられている。

なお、本実施形態の構成では、シザーズギアＳ１００が図５（ａ）の状態から図５（ｂ）及び図５（ｃ）の状態になるにつれて、ばね３３が押し縮められるので、実際には、第２部分２５ｂのテーパが変化することによる力Ｆの変化に加えて、ばね３３からの付勢力の分力である周方向の成分の力も生じる。したがって、ボール３１が最深部から離れるほど、力Ｆの大きさは相乗的に増加する。

本実施形態では実際には上記のような構成であるが、説明の都合上、「ボールが最深部から周方向に離れるほど、ボールがテーパ部の内面に当接する箇所における、サブギアを初期位置に戻す方向の力が大きくなる」とは、ボール３１が周方向の位置にかかわらず一定の力でボール受け溝２５に押し付けられると仮定した状態でのことをいう。

（動作）
上記のように構成されたシザーズギアＳ１００では、従来のシザーズギアのようなＣ字型のスプリングではなく、メインギア１０とサブギア２０との間にボールピン３０が設けられている。このボールピン３０によって、メインギア１０とサブギア２０との相対位置が規定されている。そして、シザーズギアＳ１００は、サブギア２０の歯２０ａがギア５０の歯５０ａに接触しないように設けられている。シザーズギアＳ１００の通常の回転時には、サブギア２０の歯２０ａはギア５０の歯５０ａに接することなく、メインギア１０とギア５０との噛合いによりギアが回転する。

一方、トルク変動によりラトルが発生する場合、サブギア２０の歯２０ａがギア５０の歯５０ａによって押される。そして、図５（ａ）の状態から、図５（ｂ）及び図５（ｃ）の状態となると、ボール３１が凹部１０ｈ（図３）側に押し込まれつつ、ボール３１が第２部分２５ｂに接する。ボール３１が第２部分２５ｂテーパ面に当接する箇所においては、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示したように、サブギア２０を初期位置に戻す方向の力Ｆが発生するので、この力により、サブギア２０が元の位置に戻ろうとし、サブギア２０の歯２０ａがギア５０の歯５０ａの変位を抑制する。

トルク変動が解消した場合には、サブギア２０は、ボールピン３０の作用により初期位置に戻り、メインギア１０及びサブギア２０は図５（ａ）の状態に戻る。

（シザーズギアＳ１００の効果）
以上説明した本実施形態のシザーズギアＳ１００では、従来のようなＣ字型のスプリングではなく、ボールピン３０によってメインギア１０とサブギア２０との間の周方向の付勢力が付与される。ボールピン３０を利用した本実施形態の構成によれば、図２に示したように、サブギア２０を、歯２０ａが相手側のギア５０の歯５０ａに接触しない位置に位置決めすることができる。したがって、最終的に構成される伝達機構において、サブギア２０の歯２０ａがギア５０の歯５０ａに接しないため、フリクションの悪化を低減させることができ、ひいては効率的な伝達が可能となる。

＜変形例＞
上記の実施形態では、ボールピン３０がメインギア１０に設けられたが、ボールピン３０は、メインギア１０及びサブギア２０のうち一方に配置されていればよい。この場合、メインギア１０及びサブギア２０のうちボールピン３０が設けられていない側のギアにボール受け溝が形成される。但し、上記実施形態のように、メインギア１０とサブギア２０とを比較すると、通常、メインギア１０の方が厚くなるため、ボールピン３０がメインギア１０に設けられた構成は、ボールピン３０がサブギア２０に設けられる構成に比べて、サブギア２０を厚く形成する必要がなく、構成全体の小型化に有利である。

複数のボールピン３０が設けられていてもよく、特には、複数のボールピン３０のうち第１グループがメインギア１０に設けられ、第２グループがサブギア２０に設けられていてもよい。第１グループの幾つかのメインギア１０（例えば２つ又は３つ）と、第２グループの幾つかのメインギア１０（例えば２つ又は３つ）とが、同一円周上に交互に、かつ、周方向に等間隔となるように、配置されていてもよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

１０ メインギア
１０ａ 歯
１０ｈ 凹部
２０ サブギア
２０ａ 歯
２５ ボール受け溝
２５ａ 第１部分
２５ｂ 第２部分
３０ ボールピン
３１ ボール
３３ ばね
４１ シャフト
４２ フランジ
５０ ギア（第１ギア）
５０ａ 歯
Ｆ 力
Ｌ 周方向
Ｓ１００ シザーズギア

Claims (6)

1. シャフトに連結されたメインギアと、
   前記メインギアに対して周方向に回転可能に設けられたサブギアと、
   前記サブギアが前記メインギアに対して回転した際、前記サブギアが前記メインギアに対して前記サブギアの初期位置に戻るように周方向の力を付与する付勢部材と、
   を備えるシザーズギアであって、
   前記付勢部材は、
   前記メインギア及び前記サブギアのうち一方に配置されたボールピンであって、前記ボールピンは、ばね及びボールを有し、前記ばねが前記ボールを前記メインギア及び前記サブギアのうち前記ボールピンが設けられていない側のギアに向かって押し付けている、ボールピンであり、
   前記メインギア及び前記サブギアのうち前記ボールピンが設けられていない側のギアには、前記ボールが嵌り込むボール受け溝であって、深さが前記周方向に沿って変化するボール受け溝が形成されている、
   シザーズギア。
2. 前記ボール受け溝は、
   前記サブギアを前記初期位置に位置させるために前記ボールが嵌り込む最深部と、
   前記最深部から前記周方向に延び出すように形成されたテーパ部と、
   を有する、
   請求項１に記載のシザーズギア。
3. 前記テーパ部は、
   前記ボールが前記周方向の位置にかかわらず一定の力で前記ボール受け溝に押し付けられると仮定した場合に、前記ボールが前記最深部から周方向に離れるほど、前記ボールが前記テーパ部の内面に当接する箇所における、前記サブギアを前記初期位置に戻す方向の力が大きくなる形状のテーパを有する、
   請求項２に記載のシザーズギア。
4. 前記ボールピンは前記メインギアに設けられ、
   前記ボール受け溝は前記サブギアに設けられている、
   請求項１又は２に記載のシザーズギア。
5. 前記ボールピンは前記サブギアに設けられ、
   前記ボール受け溝は前記メインギアに設けられている、
   請求項１又は２に記載のシザーズギア。
6. 請求項１又は２に記載のシザーズギアと、
   前記シザーズギアと噛み合う第１ギアと、
   を備え、
   前記シザーズギアは、初期状態で、前記サブギアの歯が前記第１ギアの歯に接触しないように設けられている、
   伝達機構。