WO2024190754A1 - 歯車装置 - Google Patents

Abstract

歯車装置（１）は、第１中心軸線上に複数の第１平歯車（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ）が直列に配置され、かつ、隣り合う第１平歯車が互いに回転方向にずれた第１多層平歯車（１０）であって、それら第１平歯車が第１中心軸線を中心として一体として回転する第１多層平歯車と、第１中心軸線と平行な第２中心軸線上に複数の第２平歯車（２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ）が直列に配置され、かつ、隣り合う第２平歯車が互いに回転方向にずれた第２多層平歯車（２０）であって、それら第２平歯車が第２中心軸線を中心として一体として回転する第２多層平歯車とを備える。

Description

歯車装置 関連出願の相互参照

　本国際出願は、２０２３年３月１６日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０２３－０４２０７０号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０２３－０４２０７０号の全内容を本国際出願に参照により援用する。

　本開示は、歯車装置に関する。

　例えば、特許文献１に記載の歯車は、互いに位相がずれた２つの平歯車を弾性材を介してシャフトに固定し、１つのシザーズ歯車を構成している。なお、平歯車とは、歯筋方向が中心軸線と平行な歯車をいう。

　このシザーズ歯車は、特許文献１の図４に示されるように、他の平歯車と噛み合う際に、当該他の平歯車の歯をシザーズ歯車を構成する２つの平歯車の歯で挟み込むことにより、バックラッシュに起因する異音の発生を防止している。

実開平１－７８７６４号公報

　歯車装置は、少なくとも２つの歯車を噛み合わせることにより回転力を伝達する。このとき、入力側の歯車の回転力が変動すると、歯車装置に振動（以下、この振動を「噛み合い振動」という。）が発生する。

　噛み合い振動を抑制するには、２つの歯車をヘリカル歯車とすることが望ましい。しかし、ヘリカル歯車では回転力を伝達する際に、必然的に、中心軸線と平行な力、つまりスラスト荷重が発生する。

　本開示は、上記点に鑑み、ヘリカル歯車を用いることなく、噛み合い振動を抑制することが可能な歯車装置の一例を開示する。

　歯車装置は、例えば、以下の構成要件のうち少なくとも１つを備えることが望ましい。すなわち、当該構成要件は、第１中心軸線上に複数の第１平歯車が直列に配置され、かつ、隣り合う第１平歯車が互いに回転方向にずれた第１多層平歯車であって、それら第１平歯車が当該第１中心軸線を中心として一体として回転する第１多層平歯車と、第１中心軸線と平行な第２中心軸線上に複数の第２平歯車が直列に配置され、かつ、隣り合う第２平歯車が互いに回転方向にずれた第２多層平歯車であって、それら第２平歯車が当該第２中心軸線を中心として一体として回転する第２多層平歯車とである。

　そして、複数の第１平歯車それぞれが、対応する複数の第２平歯車それぞれと噛み合っていることが望ましい。

　これにより、例えば、第１多層平歯車に回転力が入力され、第２多層平歯車に回転力が伝達される場合において、第１多層平歯車の回転力が変動したときには、その振動が複数の第１平歯車に時間的にずれた状態で分散される。

　このため、例えば、入力歯車が１つの平歯車で構成された場合に比べて、複数の第１平歯車それぞれで発生する振動が小さくなるので、噛み合い振動が抑制され得る。さらに、第１多層平歯車及び第２多層平歯車は、複数の平歯車が一体として回転する歯車であるので、スラスト荷重は原理的に発生しない。

　また、当該歯車装置では、第１多層平歯車及び第２多層平歯車を構成する複数の第１平歯車及び第２平歯車それぞれは、一体として回転するので、各第１平歯車と各第２平歯車とは、シザーズ歯車と異なり、通常の平歯車と平歯車との噛み合い状態と同じである。

　つまり、当該歯車装置では、「出力側の平歯車の歯を入力側の２つの平歯車の歯により挟み込む構成」ではない。このため、当該歯車装置では、特許文献１に記載の発明のごとく「平歯車の歯を２つの平歯車の歯により挟み込む」という作用が生じ得ない。したがって、当該歯車装置は、シザーズ歯車と平歯車とを噛み合わせた特許文献１に記載の歯車装置（特許文献１の図４参照）と技術的思想において全く異なる発明である。

　以下、本開示の例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。
第１実施形態に係る歯車装置を示す図である。 第１実施形態に係る歯車装置を示す図である。 平歯車の噛み合い状態を示す図である。 第２実施形態に係る歯車装置を示す図である。 第３実施形態に係る第１多層平歯車を示す図である。

　１… 歯車装置
　１０… 第１多層平歯車
　１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ… 第１平歯車
　２０… 第２多層平歯車
　２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ… 第２平歯車

　以下の発明の実施形態は、本開示の技術的範囲に属する実施形態の一例を示すものである。つまり、特許請求の範囲に記載された発明特定事項等は、下記の実施形態に示された具体的構成や構造等に限定されない。

　なお、各図に付された方向を示す矢印及び斜線等は、各図相互の関係及び各部材又は部位の形状を理解し易くするために記載されたものである。したがって、本開示に示された発明は、各図に付された方向に限定されない。斜線が付された図は、必ずしも断面図を示すものではない。

　少なくとも符号が付されて説明された部材又は部位は、「唯１つの」等の断りがされた場合を除き、少なくとも１つ設けられている。つまり、「唯１つの」等の断りがない場合には、当該部材は２以上設けられていてもよい。本開示に示された歯車装置は、少なくとも符号が付されて説明された部材又は部位等の構成要素、並びに図示された構造部位のうち少なくとも１つを備える。

　（第１実施形態）
　＜１．歯車装置の概要＞
　第１実施形態は、電動モータの回転出力を減速して伝達する減速機に本開示に係る歯車装置の一例が適用されたものである。当該歯車装置１は、図１に示されるように、第１多層平歯車１０及び第２多層平歯車２０等を少なくとも備える。

　なお、本実施形態では、第１多層平歯車１０に電動モータ（図示せず。）の回転力が入力される。第２多層平歯車２０は、第１多層平歯車１０から受けた回転力を減速して出力側に伝達する。

　＜２．多層平歯車の詳細＞
　第１多層平歯車１０は、図１に示されるように、複数の（本例では、４つの）第１平歯車１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄを有している。複数の第１平歯車１０Ａ～１０Ｄは、第１中心軸線Ｌ１上に直列に配置されている。

　第１平歯車１０Ａ～１０Ｄは、隣り合う第１平歯車１０Ａ～１０Ｄが互いに回転方向にずれているとともに、第１中心軸線Ｌ１を中心として一体として回転する。

　本実施形態では、例えば、第１多層平歯車１０の軸部１１にスプラインやセレーション等の回転止め（図示せず。）が設けられ、当該回転止めに各第１平歯車１０Ａ～１０Ｄが位相がずれた状態で嵌め込まれて第１多層平歯車１０が構成されている。

　第２多層平歯車２０は、歯数を除き、第１多層平歯車１０と同じ構造である。すなわち、第２多層平歯車２０も複数の（本例では、４つの）第２平歯車２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄを有している。複数の第２平歯車２０Ａ～２０Ｄは、第１中心軸線Ｌ１と平行な第２中心軸線Ｌ２（図２参照）上に直列に配置されている。

　第２平歯車２０Ａ～２０Ｄは、隣り合う第２平歯車２０Ａ～２０Ｄが互いに回転方向にずれているとともに、第２中心軸線Ｌ２を中心として一体として回転する。複数の第１平歯車１０Ａ～１０Ｄそれぞれは、対応する複数の第２平歯車２０Ａ～２０Ｄそれぞれと噛み合っている。

　つまり、第１平歯車１０Ａは第２平歯車２０Ａと噛み合い、第１平歯車１０Ｂは第２平歯車２０Ｂと噛み合い、第１平歯車１０Ｃは第２平歯車２０Ｃと噛み合い、第１平歯車１０Ｄは第２平歯車２０Ｄと噛み合っている。

　＜３．第１実施形態に係る歯車装置の特徴＞
　本実施形態に係る歯車装置１では、第１多層平歯車１０に回転力が入力され、第２多層平歯車２０に回転力が伝達される場合において、第１平歯車１０Ａと第２平歯車２０Ａとの噛合、第１平歯車１０Ｂと第２平歯車２０Ｂとの噛合、第１平歯車１０Ｃと第２平歯車２０Ｃとの噛合、及び第１平歯車１０Ｄと第２平歯車２０Ｄとの噛合は、それぞれ時間的にずれる。

　この噛み合いの時間的なずれにより、第１多層平歯車１０と第２多層平歯車２０とが、全体として噛み合っていない時間が少なくなる。言い換えると、複数の第１平歯車１０Ａ～１０Ｄと複数の第２平歯車２０Ａ～２０Ｄとの間で発生する振動は、他の平歯車同士が時間的にずれて噛み合うことにより分散される。

　このため、本実施形態によれば、例えば、入力歯車が１つの平歯車で構成された場合に比べて、噛み合い振動が抑制され得る。さらに、第１多層平歯車１０及び第２多層平歯車２０は、複数の平歯車が一体として回転する歯車であるので、スラスト荷重は原理的に発生しない。

　歯車装置１では、第１多層平歯車１０及び第２多層平歯車２０を構成する複数の第１平歯車１０Ａ～１０Ｄ及び第２平歯車２０Ａ～２０Ｄそれぞれは、一体として回転するので、各第１平歯車１０Ａ～１０Ｄと各第２平歯車２０Ａ～２０Ｄとは、シザーズ歯車と異なり、通常の平歯車と平歯車との噛み合い状態と同じである。

　このため、当該歯車装置１では、図３に示されるように、各第１平歯車１０Ａ～１０Ｄと各第２平歯車２０Ａ～２０Ｄとの噛み合い部にバックラッシュが存在し、「出力側の平歯車の歯を入力側の２つの平歯車の歯により挟み込む構成」ではない。つまり、当該歯車装置１では、特許文献１に記載の発明のごとく「平歯車の歯を２つの平歯車の歯により挟み込む」という作用が生じ得ない。

　（第２実施形態）
　＜１．第２実施形態に係る歯車装置の構成＞
　上述の第１実施形態に係る歯車装置１では、例えば、第１平歯車１０Ａ→第１平歯車１０Ｂ→第１平歯車１０Ｃ→第１平歯車１０Ｄ→第１平歯車１０Ａ・・・・の順に対応する第２平歯車２０Ａ～２０Ｄと噛み合う構成であった。

　これに対して、第２実施形態に係る歯車装置１は、図４に示されるように、第１多層平歯車１０と第２多層平歯車２０とが噛み合って回転する際には、第１１平歯車１０Ａと第２１平歯車２０Ａとが噛み合った後、第１ｎ平歯車１０ｎと第２ｎ平歯車２０ｎとが噛み合うように構成されている。

　具体的には、本実施形態では、第１１平歯車１０Ａと第２１平歯車２０Ａとが噛み合った後、第１３平歯車１０Ｃと第２３平歯車２０Ｃとが噛み合う。次に、第１２平歯車１０Ｂと第２２平歯車２０Ｂとが噛み合った後、第１４平歯車１０Ｄと第２４平歯車２０Ｄとが噛み合う。

　なお、上記において、第１平歯車１０Ａが第１１平歯車１０Ａであり、第１平歯車１０Ｂが第１２平歯車１０Ｂであり、第１平歯車１０Ｃが第１３平歯車１０Ｃであり、第１平歯車１０Ｄが第１４平歯車１０Ｄあり、第１３平歯車１０Ｃ又は第１４平歯車１０Ｄが第１ｎ平歯車１０ｎである。

　また、第２平歯車２０Ａが第２１平歯車２０Ａであり、第２平歯車２０Ｂが第２２平歯車２０Ｂであり、第２平歯車２０Ｃが第２３平歯車２０Ｃであり、第２平歯車２０Ｄが第２４平歯車２０Ｄあり、第２３平歯車２０Ｃ又は第２４平歯車２０Ｄが第２ｎ平歯車２０ｎである。

　＜２．第２実施形態に係る歯車装置の特徴＞
　歯車装置では、噛み合い時の衝突によって発生した熱（以下、「衝突熱」という。）は、隣接する平歯車に順次伝達されていく。つまり、例えば、第１平歯車１０Ａで発生した衝突熱は、第１平歯車１０Ｂ→第１平歯車１０Ｃ→第１平歯車１０Ｄの順に伝達されていく。

　このとき、仮に、隣り合う平歯車が順次噛み合う構成、つまり、第１平歯車１０Ａ→第１平歯車１０Ｂ→第１平歯車１０Ｃ→第１平歯車１０Ｄの順に噛み合う構成であると、衝突熱も第１平歯車１０Ａ→第１平歯車１０Ｂ→第１平歯車１０Ｃ→第１平歯車１０Ｄの順に発生する。

　このため、隣り合う平歯車が順次噛み合う構成であると、衝突熱の伝達順序と衝突熱の発生順序とが一致する。このため、衝突熱が伝達していく際に、順次、新たに発生した衝突熱が順次加算されていくので、歯車装置１０の温度が次第に上昇していく。

　これに対して、本実施形態では、隣り合う平歯車が順次噛み合わないので、衝突熱の伝達順序と衝突熱の発生順序とが一致しない。したがって、本実施形態では、衝突熱が伝達していくタイミングと衝突熱が発生するタイミングとがずれるので、歯車装置１０の温度上昇を抑制でき得る。

　なお、図４では、第１１平歯車１０Ａと第２１平歯車２０Ａと噛み合った後、第１３平歯車１０Ｃと第２３平歯車２０Ｃと噛み合う構成であった。しかし、第１ｎ平歯車１０ｎは、第１３平歯車１０Ｃ又は第１４平歯車１０Ｄである。したがって、本実施形態は、第１１平歯車１０Ａと第２１平歯車２０Ａと噛み合った後、第１４平歯車１０Ｄと第２４平歯車２０Ｄと噛み合う構成でもよい。

　なお、第１平歯車が５枚以上の場合の第１ｎ平歯車１０ｎの定義は、第１３平歯車１０Ｃ又は当該第１３平歯車１０Ｃを挟んで第１２平歯車１０Ｂと反対側に位置する平歯車をいう。同様に、第２平歯車が５枚以上の場合の第２ｎ平歯車２０ｎの定義は、第２３平歯車２０Ｃ又は当該第２３平歯車２０Ｃを挟んで第２２平歯車２０Ｂと反対側に位置する平歯車をいう。

　第２実施形態において、上述の第１実施形態と同一の構成要件等は、第１実施形態と同一の符号が付されている。このため、第２実施形態では、重複する説明は省略されている。

　（第３実施形態）
　第３実施形態に係る歯車装置は、図５に示されるように、歯先軌跡線Ｌ３に回転方向一方の向きに凸となる箇所が存在するように、複数の（本例では５つの）第１平歯車１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅが配置された構成である。歯先軌跡線Ｌ３とは、複数の第１平歯車１０Ａ～１０Ｅのそれぞれ歯先中央を連ねた仮想線をいう。

　これにより、歯先軌跡線Ｌ３が第１中心軸線Ｌ１と平行となる歯車装置に比べて、潤滑油を多層平歯車１０、２０の歯部に蓄えることができ得る。なお、歯先軌跡線Ｌ３が第１中心軸線Ｌ１と平行であると、多層平歯車１０、２０の回転により潤滑油が容易に排出されてしまう。

　第１多層平歯車１０と噛み合う第２多層平歯車２０も第１多層平歯車１０と同一な構成である。また、歯先軌跡線Ｌ３のうち凸となる箇所が複数存在する構成であってもよい。さらに、凸となる箇所が複数存在する場合においては、第１の凸の向きと第２の凸の向きとが逆向きであってもよい。

　第３実施形態において、上述の第１、第２実施形態と同一の構成要件等は、第１、第２実施形態と同一の符号が付されている。このため、第３実施形態では、重複する説明は省略されている。

　（その他の実施形態）
　上述の実施形態では、減速機に本開示に係る歯車装置の一例が適用されたものであった。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、本開示は、例えば、増速機又は回転力伝達装置に適用することも可能である。

　上述の実施形態では、４枚又は５枚の平歯車にて多層平歯車が構成されていた。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、本開示は、例えば、２枚以上の平歯車にて多層平歯車が構成されていてもよい。

　さらに、本開示は、上述の実施形態に記載された開示の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されない。したがって、上述した複数の実施形態のうち少なくとも２つの実施形態が組み合わせられた構成、又は上述の実施形態において、図示された構成要件もしくは符号を付して説明された構成要件のうちいずれかが廃止された構成であってもよい。

Claims (3)

1. 　第１中心軸線上に複数の第１平歯車（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ）が直列に配置され、かつ、隣り合う第１平歯車が互いに回転方向にずれた第１多層平歯車（１０）であって、それら第１平歯車が当該第１中心軸線を中心として一体として回転する第１多層平歯車と、
   　前記第１中心軸線と平行な第２中心軸線上に複数の第２平歯車（２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ）が直列に配置され、かつ、隣り合う第２平歯車が互いに回転方向にずれた第２多層平歯車（２０）であって、それら第２平歯車が当該第２中心軸線を中心として一体として回転する第２多層平歯車とを備え、
   　複数の前記第１平歯車それぞれが、対応する複数の前記第２平歯車それぞれと噛み合っていることを特徴する歯車装置。
2. 　複数の前記第１平歯車のうちいずれかの第１平歯車を第１１平歯車とし、当該第１１平歯車に隣り合う第１平歯車を第１２平歯車とし、当該第１２平歯車に隣り合う第１平歯車を第１３平歯車とし、当該第１３平歯車又は当該第１３平歯車を挟んで前記第１２平歯車と反対側に位置する平歯車を第１ｎ平歯車（１０ｎ）とし、
   　複数の前記第２平歯車のうち、前記第１１平歯車と噛み合う第２平歯車を第２１平歯車とし、前記第１２平歯車と噛み合う第２平歯車を第２２平歯車とし、前記第１ｎ平歯車と噛み合う第２平歯車を第２ｎ平歯車（２０ｎ）としたとき、
   　前記第１多層平歯車と前記第２多層平歯車とが噛み合って回転する際には、前記第１１平歯車と前記第２１平歯車とが噛み合った後、前記第１ｎ平歯車と前記第２ｎ平歯車とが噛み合う請求項１に記載の歯車装置。
3. 　複数の前記第１平歯車のそれぞれ歯先中央を連ねた仮想線を歯先軌跡線としたとき、
   　歯先軌跡線は、回転方向一方の向きに凸となる箇所が少なくとも１つ存在する請求項１に記載の歯車装置。