WO2020255349A1 - 歯車機構 - Google Patents

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WO2020255349A1
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学 蓮見
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株式会社島津製作所
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    • F16H55/00Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02Toothed members; Worms
    • F16H55/12Toothed members; Worms with body or rim assembled out of detachable parts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H55/00Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02Toothed members; Worms
    • F16H55/17Toothed wheels

Definitions

  • the present invention relates to a gear mechanism.
  • the teeth 102 of the involute gear 100 shown in FIGS. 10 and 11 include a tooth surface 104 having an involute curve.
  • the slip ratio between the teeth 102 is low at the pitch circle 106 on the tooth surface 104 and its vicinity (near the center of the tooth surface), and the slip rate increases toward the tooth tip and the tooth bottom.
  • a region having a low slip ratio near the center of the tooth surface 104 can be efficiently used, and power can be transmitted with high efficiency.
  • the pitch circle 106 is kept constant and the tooth depth is lowered, the tooth 102 becomes smaller and the strength of the tooth 102 decreases. Therefore, the tooth depth cannot be lowered and the power transmission efficiency cannot be increased.
  • An object of the present invention is to provide a gear mechanism having good power transmission efficiency and not reducing the strength of the gear.
  • the gear mechanism according to the present invention has the following configuration.
  • the gear mechanism of the present invention includes a gear body in which a plurality of gears having a plurality of teeth arranged at equal intervals on the disk portion and the outer periphery of the disk portion are stacked and fixed in the rotation axis direction, and the teeth are provided. On the tooth surface of the above, a plurality of stacked gears are shifted so that the meshing ratio becomes 1 or more in the rotation direction.
  • the friction loss of the tooth surface is reduced.
  • the gear mechanism 10 of the present application shown in FIG. 1 includes a gear body 12, and the gear body 12 includes a plurality of gears 14.
  • Each gear 14 includes a disk portion 16 and a plurality of teeth 18 provided on the outer periphery of the disk portion 16.
  • the teeth 18 of the two gear bodies 12 mesh with each other and rotate, power is transmitted from one gear body 12 to the other gear body 12.
  • All the gears 14 constituting one gear body 12 are fixed to the same rotating shaft 20.
  • the number of gears 14 is plural, and all the gears 14 have the same shape. This embodiment will be described with the number of gears 14 being 3.
  • the thickness of the gear body 12 may be the same as the thickness of the conventional gear. If each of the gears 14 is thinned so that the thickness of the gear body 12 is the same as that of the conventional gear, the gear mechanism 10 of the present application can be applied to the same gear mechanism as the conventional one.
  • a shaft hole 22 is provided in the center of the disk portion 16, a rotating shaft 20 is passed through the shaft hole 22, and the rotating shaft 20 and the disk portion 16 are fixed.
  • each gear 14 is overlapped and fixed, and each gear 14 is displaced at an equal angle in the rotation direction. All gears 14 rotate at the same time, and the gears 14 mesh with each other in order.
  • the fastening method for fixing the plurality of gears 14 together is arbitrary.
  • a hole 24 is made in the disk portion 16 (FIG. 3), a shaft of a bolt 26 is passed through the hole 24, a nut is fixed to the bolt 26, and all gears 14 are fixed.
  • rivets may be used instead of the bolt 26.
  • the plurality of teeth 18 are arranged at the same pitch.
  • the shape of the tooth surface 28 of the tooth 18 is an involute curve, and all the gears 14 are involute gears.
  • the involute gear 14A As shown in FIG. 4, assuming that the module of the conventional involute gear 14A having the teeth 18A is mA (mm), the diameter of the pitch circle (reference circle) 30 is d (mm), and the number of teeth is zA, the involute gear 14A
  • the tooth 18 of the gear 14 of the present application is based on this small tooth 18'.
  • the pitch in the pitch circle 30 of the reference tooth 18'where the tooth depth is lowered by the number a of the gear 14 is p'(mm) and the pi is ⁇
  • the tooth thickness s' is p'/2.
  • the two gear bodies 12 provided with the gear 14 can mesh with each other.
  • the diameter d and the number of teeth z of the pitch circle 30 of the gear 14 provided in the two meshing gear bodies 12 may be different.
  • the tooth tip and the tooth root of the present application are reduced by the number a of the gears 14.
  • the tooth 18 of the present application uses only the tooth surface 28 near the pitch circle 30 having a small slip ratio.
  • the gear 18 since the gear 18 has the same tooth thickness and the tooth height of the gear is 1 / a as compared with the conventional gear 18A, the same strength can be secured even if the tooth width is set to 1 / a.
  • the present application has a structure in which the tip and root of the tooth 18A are deleted.
  • the tooth tip and the tooth root are lower by the number a of the gears 14, and the tooth surface 28 to be used is in the vicinity of the pitch circle 20 so as to include the pitch circle 30.
  • the tooth surface 28 is composed of a portion of the tooth 18A having a low slip ratio.
  • the tooth 18 of the gear 14 of the present application has the tooth tip and the vicinity of the tooth root of the tooth 18A of the conventional involute gear 14A deleted. There is no meshing between the tooth tips and tooth roots of the conventional involute gear 14A in the present application. Therefore, the gears 14 are displaced at equal angles with the rotation shaft 20 as the center of rotation. For example, when three gears are used as shown in FIG. 1 and the number of teeth of each gear 14 is 16, the adjacent gears 14 are displaced by 7.5 °. When the two gear bodies 12 mesh with each other and rotate, the other gear 14 is hooked at the timing when the hooking of one gear 14 ends. A plurality of gears 14 are hooked in order. For example, as shown in FIG. 2, the tooth surfaces 28A to F are caught in order. Therefore, in the present application, a plurality of gears 14 compensate for the conventional catching of the tooth tip.
  • the module m'of the reference small tooth 18' can be made smaller by the number of gears 14 than the module mA. Therefore, the tooth depth of the gear 14 can be lowered, and the gear 14 can be miniaturized. Since the tooth thickness s is larger than the tooth thickness s'by the number of gears 14, the tooth thickness s of the tooth 18 can be increased. Further, since the tooth depth is lowered, the strength of the tooth 18 is equivalent to that of the tooth 18A even if the thickness of the gear 14 is reduced. Therefore, by thinning and stacking the plurality of gears 14, the thickness can be the same as that of the conventional gear 14. Compared to the conventional gear mechanism, the gear mechanism 10 of the present application can be obtained only by changing the gear 14, and the structure around the gear mechanism 10 does not have to be changed.
  • lightweight holes 40 and 42 may be provided in the disk portion 16 of the gears 36 and 38.
  • the lightweight holes 40 and 42 can reduce the weight of the gears 36 and 38.
  • the number and shape of the lightweight holes 40, 42 are arbitrary. Gear mechanisms of aircraft and the like are required to be lighter, and the gear mechanism 10 of the present application can be applied to aircraft and the like.
  • the length from the tooth bottom 32 to the lightweight hole 42 is set according to the tooth depth. Therefore, in the structure of the present application in which the tooth depth is low, this portion is thinned to be lightweight. Can be transformed into.
  • a gap 48 may be formed between the adjacent gears 46.
  • the gap 48 should be formed at least on the side surface of the tooth.
  • the gear portion 52 may include four gears 54.
  • the four gears 54 are displaced at equal pitches in the rotational direction.
  • the number of gears 54 provided in the gear portion 52 is not limited as long as it is plural.
  • the gears 54 are displaced at equal pitches in the rotational direction.
  • the shift angle does not have to be this pitch.
  • the angle is not limited as long as the teeth of 28B start to mesh when the meshing of the teeth 28A of FIG. 2 ends, that is, the meshing ratio of the two gear bodies 12, 44, 52 is 1 or more.
  • the gear may be a tooth gear (helical gear) or a bevel gear.
  • the gears 14 have the same shape, but they do not have to have the same shape.
  • a gear having a different tooth bottom 32 may be used as long as a certain decrease in strength is allowed.
  • only one gear with different teeth may be used as long as the meshing ratio is 1 or more.
  • the gear mechanism of the present application includes a gear body in which a plurality of gears having a plurality of teeth arranged at equal intervals on a disk portion and the outer periphery of the disk portion are stacked and fixed in the rotation axis direction. A plurality of stacked gears are displaced at equal angles in the direction of rotation.
  • the slip ratio near the pitch circle is low.
  • the portion having a low slip ratio can be used because the tooth surface is in the vicinity including the pitch circle of the gear.
  • the gear mechanism described in the third item since the tooth gap of the gear is reduced by the number of gears provided in the gear body, the gear can be designed to be small.
  • the tooth depth of the gear is 1 / a compared to the gear.
  • the tooth pitch p can be increased by the number of gears provided in the gear body, and the tooth thickness s can be increased.
  • the teeth can be enlarged in the direction of rotation of the gear, and the strength of the teeth can be increased.
  • the total tooth depth ha + hf of the tooth can be reduced.

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Abstract

【課題】動力伝達効率が良く、かつ歯車の強度が低下しない歯車機構を提供する。 【解決手段】本願の歯車機構10は、円盤部16および該円盤部16の外周に等間隔で配置された複数の歯18を備えた歯車14が回転軸方向に複数重ねられた歯車体12を備えており、複数重ねられた歯車14が回転方向にかみ合い率が1以上になるようにずらされている。前記歯車14の基準となるモジュールをm'、ピッチ円の直径をd、歯車14の歯数をzA、歯車14の数をaとすると、m'=d/(zA×a)である。

Description

歯車機構
 本発明は、歯車機構に関するものである。
 従来、下記特許文献1を始めとしてインボリュート歯車が知られている。図10、図11に示すインボリュート歯車100の歯102はインボリュート曲線になった歯面104を備える。歯面104におけるピッチ円106とその付近(歯面の中央付近)では歯102同士の滑り率が低くなっており、歯先および歯底に行くに従って滑り率が高くなる。歯102の歯たけを低くすることで、歯面104の中央付近の滑り率の低い領域を効率よく使用し、高効率で動力伝達することができる。
特開2012-000628号公報
 しかし、ピッチ円106を一定にして歯たけを低くすると、歯102が小さくなり、歯102の強度が低下する。そのため、歯たけを低くできず、動力伝達効率を上げられない。
 本発明の目的は、動力伝達効率が良く、かつ歯車の強度が低下しない歯車機構を提供することにある。
 以上の課題を解決すべく、本発明に係る歯車機構は、以下に述べるような構成を有する。
 本発明の歯車機構は、円盤部および該円盤部の外周に等間隔で配置された複数の歯を備えた歯車が回転軸方向に複数重ねられて固定された歯車体を備えており、前記歯の歯面において、複数重ねられた歯車が回転方向にかみ合い率が1以上になるようにずらされている。
 本発明によれば、歯たけを低くして、歯面の滑り率の低いピッチ円付近の領域のみを利用するため、歯面の摩擦損失が低減される。
本願の歯車機構を示す斜視図である。 図1の円Aの拡大図である。 本願の歯車機構に使用される歯車を示す図である。 歯車のピッチを示す拡大図である。 歯車の歯たけを示す拡大図である。 円盤部に軽量穴が設けられた歯車を示す図である。 円盤部に軽量穴が設けられた歯車を示す図である。 歯同士の間に隙間を設けた歯車部を示す断面図である。 4枚の歯車を用いた歯車部を有する歯車機構を示す斜視図である。 従来のインボリュート歯車を示す図である。 図10のインボリュート歯車の歯の拡大図である。
 本発明の実施形態に係る歯車機構について図面を参照して説明する。複数の実施形態を説明するが、異なる実施形態であっても同じ部材には同一の符号を付して説明を省略する場合がある。
 [実施形態1]
 図1に示す本願の歯車機構10は歯車体12を備え、その歯車体12は複数の歯車14を備える。各歯車14は円盤部16およびその円盤部16の外周に設けられた複数の歯18を備える。2つの歯車体12の歯18がかみ合って回転することで、一方の歯車体12から他方の歯車体12に動力が伝わる。
 [歯車体]
 1つの歯車体12を構成するすべての歯車14は同じ回転軸20に固定されている。歯車14の数は複数であり、すべての歯車14は同形状である。本実施形態は歯車14の数を3にして説明する。
 歯車体12の厚みを従来の歯車の厚みと同じにしてもよい。1枚1枚の歯車14を薄くして、歯車体12の厚みを従来の歯車と同じ厚みにすれば、従来と同じ歯車機構に本願の歯車機構10を適用することができる。
 円盤部16の中央に軸穴22を設け、軸穴22に回転軸20を通し、回転軸20と円盤部16を固定する。図1、図2示すように、各歯車14は重ねられて固定され、かつ、各歯車14は回転方向に等角度でずれている。すべての歯車14が同時回転し、順番に歯車14がかみあう。
 複数の歯車14を一体にして固定する締結方法は任意である。たとえば、円盤部16に穴24を開け(図3)、ボルト26の軸をその穴24に通し、ボルト26にナットを固定し、すべての歯車14を固定する。また、ボルト26の代わりにリベットを使用してもよい。
 [歯車]
 図3に示すように、歯車14において、複数の歯18は同一ピッチで配置されている。歯18の歯面28の形状はインボリュート曲線になっており、すべての歯車14はインボリュート歯車である。
 図4に示すように、歯18Aを備えた従来のインボリュート歯車14AのモジュールをmA(mm)、ピッチ円(基準円)30の直径をd(mm)、歯数をzAとすると、インボリュート歯車14AのモジュールはmA=d/zAである。歯18'のモジュールm'はモジュールmAと比較して歯車14の数aだけ小さくなり、m'=mA/a=d/(zA×a)となっている。たとえば3枚の歯車14を使用した場合、モジュールm'は従来のインボリュート歯車14Aのモジュールの1/3になり、m'=d/(zA×3)であり、歯18'を備えた歯車の歯数z'は従来のインボリュート歯車14Aの3倍でz'=zA×3である。本願の歯車14の歯18はこの小さな歯18'を基準とする。
 図4に示すように、歯車14の数aだけ歯たけが低くなった基準の歯18'のピッチ円30におけるピッチをp'(mm)、円周率をπとすると、p'=π×m'=π×mA/aである。また、歯厚s'はp'/2である。歯車14をずらしてa枚配置することにより、歯車14はピッチを基準となった歯18'のa倍にしても歯車のかみあいが確保できるため、歯車14のピッチpは、p=p'×aにすることができる。ピッチpは歯18Aのピッチと同じである。これにより、歯車14の歯厚sも基準となった歯18'に対して歯車14の数aだけ長くすることができるため、s=s'×a=p/2=π×m'×a/2である。歯車14の歯数は、z=z'/a=zAである。
 上記歯車14を備える2つの歯車体12は噛み合うことができる。噛み合う2つの歯車体12に備えられる歯車14のピッチ円30の直径dと歯数zは異なってもよい。
 図5に示すように、従来のインボリュート歯車14Aの歯18Aの歯先のたけはhaA=mAである。歯元のたけはhfA=mAである。一方、本願の歯車18の歯先のたけの歯先のたけはha=m'=mA/aである。歯元のたけはhf=m'=mA/aである。上記のように本願の歯先のたけおよび歯元のたけが歯車14の数aだけ小さくなっている。従来のインボリュート歯車14Aの歯18Aと比較して、本願の歯18は滑り率が小さいピッチ円30付近の歯面28のみを使用している。さらに、従来歯車18Aと比較して歯車18は、歯厚が同じで歯車の歯丈が1/aであることから、歯幅を1/aにしても同等の強度が確保できる。
 本願は歯18Aの歯先および歯元を削除した構造になっている。言い換えると、本願は歯先のたけ及び歯元のたけが歯車14の数aだけ低く、さらに使用する歯面28はピッチ円30を含むようにしてピッチ円20の付近にある。歯面28は歯18Aの滑り率の低い部分で構成されている。
 図4、図5に示すように、本願の歯車14の歯18は従来のインボリュート歯車14Aの歯18Aの歯先および歯元付近が削除されている。従来のインボリュート歯車14Aにあった歯先および歯元によるかみ合いが本願に無い。そこで、回転軸20を回転中心として歯車14が等角度でずらされている。たとえば、図1のように3枚の歯車を使用し、各歯車14の歯数が16になった場合、隣り合う歯車14は7.5°ずれている。2つの歯車体12がかみ合って回転するときに、一の歯車14の引っ掛かりが終了するタイミングで他の歯車14が引っ掛かる。複数の歯車14が順番に引っ掛かる。たとえば、図2に示すように、歯面28A~Fが順番で引っかかる。そのため、従来あった歯先の引っ掛かりを、本願は複数の歯車14によって補っている。
 以上のように、本願は基準となる小さな歯18'のモジュールm'をモジュールmAよりも歯車14の数だけ小さくすることができる。そのため、歯車14の歯たけを低くすることができ、歯車14を小型化できる。歯厚sは歯厚s'よりも歯車14の数だけ大きくなるため、歯18の歯厚sを大きくすることができる。また、歯たけが低くなるため、歯車14の厚みが薄くなっても歯18の強度は歯18Aと同等である。よって、複数の歯車14を薄くして重ねることで、従来の歯車14と同じ厚みにすることができる。従来の歯車機構に対して、歯車14を変えるだけで本願の歯車機構10にでき、歯車機構10の周辺の構造を変更しなくてもよい。
 [実施形態2]
 図6、図7に示すように、歯車36、38の円盤部16に軽量穴40、42が設けられていてもよい。軽量穴40、42によって歯車36、38を軽量化できる。軽量穴40、42の数と形状は任意である。航空機などの歯車機構は軽量化を求められており、本願の歯車機構10を航空機などに適用することができる。なお、図7の歯車38において、歯底32から軽量穴42までの長さは、歯たけに応じて設定されることから、歯たけが低くなる本願の構造では、この個所を薄くして軽量化することができる。
 [実施形態3]
 図8の歯車体44のように、隣り合う歯車46の間に隙間48ができるようにしてもよい。隙間48は少なくとも歯の側面に形成されるようにする。2つの歯車体44が噛み合ったときに、歯同士が干渉しにくくなる。また、歯幅が薄くなることで、ギヤのかみ合い部の潤滑油や空気が排出されやすくなるため、効率を改善することができる。
 [実施形態4]
 図9の歯車機構50のように、歯車部52が4枚の歯車54を備えてもよい。4枚の歯車54が回転方向に等ピッチでずれている。その他、歯車部52に備えられる歯車54の数は複数であれば限定されない。
 [実施形態5]
 上記の実施形態は図1、図9の歯車機構10、50のように、歯車54が回転方向に等ピッチでずれている形態を説明したが。ずらす角度は当ピッチでなくても構わない。たとえば、図2の歯28Aのかみ合いが終わる際に28Bの歯がかみ合い始めている状態、つまり、2つの歯車体12、44、52のかみ合い率が1以上であれば角度は限定されない。
 [実施形態6]
 上記の実施形態は歯車14、34、36としてインボリュート平歯車を用いて説明したが、他の歯車であってもよい。たとえば歯車は、はす歯歯車(ヘリカルギヤ)または傘歯車であってもよい。
 [実施形態7]
 上記の実施形態は歯車14を同一形状として説明したが、同一形状でなくてもよい。たとえば、一定の強度低下を許容するならば、歯底32が違う歯車であってもよい。また、たとえば一定の効率低下を許容するならば、かみ合い率が1以上になる範囲で1枚だけ歯たけの違う歯車であってもよい。
 (第1項)本願の歯車機構は、円盤部および該円盤部の外周に等間隔で配置された複数の歯を備えた歯車が回転軸方向に複数重ねられて固定された歯車体を備えており、複数重ねられた歯車が回転方向に等角度でずらされている。
 第1項に記載の歯車機構によると、ピッチ円付近の滑り率が低い。
 (第2項)前記歯面が歯車のピッチ円を含んだ該ピッチ円の付近である。
 第2項に記載の歯車機構によると、歯面が歯車のピッチ円を含むその付近であることで、滑り率の低い部分を使用できる。
 (第3項)前記歯車の基準となるモジュールをm'、ピッチ円の直径をd、歯車の歯数をzA、歯車の数をaとすると、m'=d/(zA×a)である。
 第3項に記載の歯車機構によると、歯車の歯たけが歯車体に備えられた歯車の数だけ小さくなるため、歯車が小型になるように設計することができる。歯車の歯たけは歯車と比べて1/aである。
 (第4項)前記歯車の歯のピッチをp、円周率をπとすると、p=π×m'×aであり、歯厚s=p/2=π×m'×a/2である。
 第4項に記載の歯車機構によると、歯のピッチpは歯車体に備えられた歯車の数だけ大きくでき、歯厚sを大きくできる。歯車の回転方向に歯を大きくでき、歯の強度を高めることができる。
 (第5項)前記歯の歯末のたけをha、歯元のたけをhfとすると、ha=hf=m'である。
 第5項に記載の歯車機構によると、歯の全歯たけha+hfを小さくすることができる。
 その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。
10、50:歯車機構
12、44、52:歯車体
14、14A、36、38、46、54:歯車
16:円盤部
18、18A、18':歯
20:回転軸
22:軸穴
24:穴
26:ボルト
28、28A、28B、28C、28D、28E、28F:歯面
30:ピッチ円
32:歯底
34:歯先
40、42:軽量穴
48:隙間

Claims (5)

  1. 円盤部および該円盤部の外周に等間隔で配置された複数の歯を備えた歯車が回転軸方向に複数重ねられて固定された歯車体を備えており、複数重ねられた歯車が回転方向にかみ合い率が1以上になるようにずらされている歯車機構。
  2. 前記歯面が歯車のピッチ円を含んだ該ピッチ円の付近である請求項1の歯車機構。
  3. 前記歯車の基準となるモジュールをm'、ピッチ円の直径をd、歯車の歯数をzA、歯車の数をaとすると、
    m'=d/(zA×a)
    である請求項2の歯車機構。
  4. 前記歯車の歯のピッチをp、円周率をπとすると、
    p=π×m'×a
    であり、
    歯厚s=p/2=π×m'×a/2
    である請求項3の歯車機構。
  5. 前記歯の歯末のたけをha、歯元のたけをhfとすると、
    ha=hf=m'
    である請求項4の歯車機構。
PCT/JP2019/024568 2019-06-20 2019-06-20 歯車機構 WO2020255349A1 (ja)

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