| 【発明の名称】 |
歯 車 |
| 【発明者】 |
【氏名】有賀幸則
【氏名】長田重慶
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| 【要約】 |
【課題】回転時の騒音、振動の少ない曲率波状変動歯車を提供する。
【解決手段】接触の開始点からカミアイ率が１となる点までの間の歯形曲線の少なくとも一部を、ピッチサークル上に中心を有し、その両側の歯形曲線と滑らかに接続する円弧歯形により置換する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】相手歯車と噛み合う部分の歯形曲線が、歯形タケ方向に曲率が周期的に増減する連続かつ微分可能な曲線から成る歯車において、接触の開始点からカミアイ率が１となる点までの間の歯形曲線の少なくとも一部を、ピッチサークル上に中心を有し、その両側の歯形曲線と滑らかに接続する円弧歯形としたことを特徴とする上記の歯車。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、歯車、特に本発明者等が特許第 1,606,158号：特公平２−015743号に依って開示し、ロジックスギアなる商品名で知られた曲率波状変動歯車の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】この歯車は、その歯形曲線の曲率が歯タケ方向に周期的に増減する連続かつ微分可能な函数で、接触点における相対曲率が実質的に０であり、従って、滑り率も又、０となるよう構成されている。
【０００３】更に具体的に言えば、この歯車の相手歯車と接触する部分の歯形曲線は、その曲率半径が増加、減少を繰り返しながら周期的に変化するよう構成されており、そして、曲率半径が極小となる点では、その歯車と相手歯車の曲率中心が何れもピッチ線上の同一点にある。
【０００４】一方の歯車のアデンダム及びデデンダムは、それぞれ相手歯車のデデンダム及びアデンダムと接触し、かつ両歯車ともそのアデンダムは凸、デデンダムは凹であるから、接触は常に凹面と凸面との間で行われ、これにより上記の如く曲率半径が極小となる接触点では、両歯形曲線の相対曲率は０となり、そのため滑り率も０となるものである。而して、この曲率半径が極小となる点は歯形曲線上に多数稠密に設けることができ、又、その様な接触点の間の部分でもカミアイ率は極めて小さく、実質的に０と見て差し支えない値であり、従って、この歯車では噛み合いの全領域で実質的にカミアイ率は０となるものである。
【０００５】而して、この歯車の歯先及び歯底の歯形曲線は、それぞれ接触部の歯形曲線に滑らかに接続し、かつ相手歯車との間に所望の頂隙が与えられるよう選ばれた円弧とされている。この歯車は、インボリュート歯車などに比して滑り率が低く、そのため強い歯面強度が得られると言う利点があるが、加工及び組立に高い精度を必要とし、精度が不充分であると、運転時に騒音等を発生するなどの問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、叙上の問題を解決するためなされたものであり、その目的とするところは、特別に高い精度を必要とせず、通常の歯車と同等程度の精度で加工及び組立を行っても、騒音が発生せず、強い歯面強度が得られるよう改良された上記の曲率波状変動歯車を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者等の研究によって、上記歯車の騒音等は、一方の歯車の歯面が相手歯車の歯面と接触を開始する部分の精度に依存しており、特に、接触開始点からカミアイ率が１となる迄の間の歯形曲線の精度が重要であることが判明した。更に本発明者等は、この接触開始点からカミアイ率が１となる迄の歯形曲線をピッチサークル上に中心を有する円弧で置換することにより、この騒音等が大幅に軽減されることを見出し、本発明を完成した。
【０００８】即ち、本発明の上記の目的は、上記の曲率波状変動歯車において、接触の開始点からカミアイ率が１となる点までの間の歯形の少なくとも一部を、ピッチサークル上に中心を有し、その両側の歯形曲線と滑らかに接続する円弧歯形とした上記の曲率波状変動歯車によって達成される。
【０００９】尚、歯車の回転方向は任意であるから、上記と同様な円弧歯形部分は、歯車の正転時の接触開始点側のみでなく、逆転方向の接触開始点（即ち、正転方向の接触終了点）側にも設けておくことが推奨される。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつゝ本発明を具体的に説明する。図１は本発明に係る曲率波状変動歯車の基準ラック歯形の説明図、図２は互いにかみ合っている歯車の歯形曲線を基準ラック歯形の４分の１基本歯形で示した説明図、図３はホブによる創成加工状態を示す包絡線図、図４は創成された歯数２０の歯車の歯形曲線の一部を示す拡大図、図５は歯数１２の歯車の歯形曲線の一部を示す拡大図である。
【００１１】而して図１には、歯車１と、それをを創成しているホブ２の基準ラック歯形が示されている。図中、Ｃはピッチ線、曲線ＬＭＮＯＰＱＲＳは歯車１とホブ２に共通の歯形曲線であり、Ｏはピッチ線Ｃと歯形曲線ＬＭＮＯＰＱＲＳとの交点である。歯車１とホブ２の歯形曲線は重なっており同形であるので、ここでは歯車１のものとして説明する。点Ｌは歯先中心点、点Ｓは歯底中心点であり、又、点Ｍは接触開始点、点Ｑは接触終了点である。
【００１２】歯形曲線ＮＯＰの部分は、上記の曲率波状変動歯車の歯形曲線であり、、点Ｎ及び点Ｐは、歯車として用いられるとき相手歯車とのカミアイ率が１となる点のうち、ピッチ線Ｃから最も遠い点である。この部分の歯形曲線に就いては上記の特許により開示されているので、ここではその詳細な説明を省略する。尚、歯形曲線ＮＯＰの両端の点Ｎ及び点Ｐに於ける曲率中心は点Ｏであり、従って、これらの点で立てた歯形曲線ＮＯＰの法線は点Ｏを通るものである。又、歯形曲線ＮＯと同ＯＰとは、点Ｏに就いて対称である。
【００１３】而して、本発明に於いては、歯形曲線ＭＮ及びＰＱＲの部分が、ピッチ線Ｃ上の点Ｏを中心とする円弧で構成されている。ここで点Ｑは点Ｍに対応する点、即ち、点Ｏに関し互いに対称な位置にある点であり、同形の相手歯車とかみ合うとき、点Ｍ及びＱは、相手歯車の対応する点Ｑ及びＭに接触するようになっているものである。従って円弧ＰＱＲは円弧ＭＮより長く、歯先円弧ＲＳは歯底円弧ＬＭより短い。このように構成することにより、かみ合い時に適切な頂隙が得られる。即ち、図１において、αM ＝αQ ＜αRαN ＝αPｒA ＞ｒDである。
【００１４】而して、歯形曲線ＮＯＰの両端で立てた法線ＯＮ及びＯＰは又、円弧ＭＮ及びＰＱＲの法線でもあるから、歯形曲線ＮＯＰと、円弧ＭＮ及びＰＱＲとは滑らかに接続する。又、歯先の歯形曲線ＬＭ及び歯底の歯形曲線ＲＳは、それぞれ円弧ＭＮ及びＰＱＲと滑らかに接続する円弧である。而して、本発明歯車では、接触の開始点に引き続く部分、即ち、歯形曲線ＭＮ及びＰＱの部分が、同一の曲率半径を有する円弧歯形として構成されている。
【００１５】図２には、互いにかみ合い運動をしている一対の歯車１０及び２０の４／１ラック歯形曲線が示されている。これらの歯車１０及び２０は、いずれも無限大径歯車として示されているものである。この図から、点Ｍ及びＮがそれぞれ点Ｑ及びＰに対応する接触点であること、円弧ＰＱＲが同ＭＮより長く、このため、歯先の円弧ＬＭの半径ｒA が、歯底の半径ｒD より大きくなること、及び、歯末のタケＨが、歯元のタケ（Ｈ＋ΔＨ）より低くなり、これにより頂隙ΔＨが得られること、などが判明する。
【００１６】これはウイルドハーバー・ノビコフギヤとして知られている円弧歯車の一部分である。この歯車は、アデンダム及びデデンダムが、いずれもピッチ線上に曲率中心を有し、かつ同一の曲率半径を有する凸円弧及び凹円弧から成る円弧歯形を有するものであり、強い歯面強度を有することが知られている。然しながら、この円弧歯車は、回転中接触点が歯形曲線に沿って連続的に移動するということがなく、接触は、駆動歯車と被動歯車の歯形曲線が一致する特定の回転角に於いてのみ発生し、そのときは歯形曲線の全面で接触が行われるが、その前後の回転角度では全く接触がおこなわれないので、平歯車としては利用することができず、ハスバ歯車としなければならないものである。
【００１７】本発明に於いては、このような円弧歯形を取り入れるが、ハスバ歯車とする必要はなく、平歯車として利用できるものである。その理由は、それらが採り入れられる部分が、接触開始点からカミアイ率が大約１となる点までの間であることによる。即ち、本発明においては、歯車１０及び２０がかみ合いを開始し、点ＭとＱが接触すると、直ちに円弧ＭＮとＱＰが接触し、その接触は曲率波状変動歯車の歯形曲線部分ＰＯと、ＮＯの接触にリレーされるためである。歯形曲線ＰＯＮと、同ＮＯＰの接触は、曲率波状変動歯車の波面の接触であり、そのため、接触点はこれらの歯形曲線に沿って連続的に移動し、かつ、そのときの接触は、相対曲率が等しく、滑り率０の接触となるものである。
【００１８】従って、本発明に係る歯車においては、互いにかみ合い、接触する歯面の一部に円弧歯形を取り入れているが、本発明歯車は平歯車として構成できるものである。尚、歯形の一部に円弧を有する歯車は多数提案されているが、その多くは、その円弧の包絡線であるところの相手歯車の歯形部分と接触するものであり、円弧歯形部分同士が接触するものは提案されていない。
【００１９】図３には、本発明に係る曲率波状変動歯車をホブにより創成加工する際の包絡線が示されている。ここではワークを固定し、ホブにより歯車を創成する状況が示されているが、逆にこの図面に示されたワークと同形のホブを用いれは、この歯車を創成するため必要なホブを得ることができる。ホブにより創成されたモジュール３、歯数２０の歯車の歯形曲線の一部が図４に、又、同じくモジュール３、歯数１２の歯車の歯形曲線の一部が図５に示されている。
【００２０】尚、叙上の説明では、円弧歯形を接触の開始点付近からカミアイ率が１となる点までの範囲の全域に渡って設けるように説明したが、円弧部分は必ずしも上記範囲の一部、例えば上記範囲の接触の開始点側の７０〜８０％程度として良く、５０％であっても尚相当の効果が認められるものである。又、両歯車の噛み合いの開始を円滑にし、かつ適度な頂隙を得るために、歯元では、この円弧歯形部分を接触開始点より歯底側にやゝ延長して設けるものである。又、前にも述べた如く、接触の開始点はまた接触の終了点でもあり、歯車の回転方向は必ずしも一定方向には限定されないから、歯車がいずれの方向に回転しても良いように、接触の開始点近傍のみでなく、終了点の近傍にも円弧歯形部分を設けておくことが推奨される。
【００２１】
【発明の効果】而して、この円弧歯形は加工が容易であり、さほどコストを掛けなくとも高精度で加工ができるので、歯車の機能にとって特に重要な接触開始点部分をこの歯形とすることは、騒音問題、振動問題を解決し、耐久性を向上させるため、極めて有意義である。この円弧歯車は強い制振作用があるが、平歯車に対して、円弧歯車としてかみ合う形で、これを歯形曲線の一部に取り入れることは不可能であった。
【００２２】本発明においては、曲率波状変動歯車の歯形曲線と合理的に組み合わせ、平歯車として利用できるよう構成することにより、円弧歯車の利点を採り入れ、曲率波状変動歯車の欠点を解消することを得るものである。即ち、本発明によれば、特別に高精度の加工に依らなくとも、騒音、振動等の少ない曲率波状変動歯車を提供し得るものである。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５９１０１８８９９
【氏名又は名称】長田 重慶
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）９月２５日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】最上 正太郎
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| 【公開番号】 |
特開平１１−９４０５２ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）４月９日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−２６０５６８ |
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