| 【発明の名称】 |
シザーズギヤ装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】▲たか▼橋 直樹
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| 【要約】 |
【課題】メインギヤ１２に隣接して同一の歯数およびモジュールを有するサブギヤ１３を相対回転可能に支持するとともに、これらメインギヤ１２とサブギヤ１３との間に回転方向への付勢力を付与するスプリング１７を介装したシザーズギヤ機構において、サブギヤ１３の面ブレに原因する偏摩耗や作動不良を防止する。
【解決手段】シザーズギヤの回転中心を点Ｏ、スプリング１７からサブギヤ１３に作用する力の作用中心を点Ａとするとき、ギヤ回転方向に測った角度ＡＯＰが略９０度となる点Ｐまたはその近傍にて、サブギヤ１３とメインギヤ１２との接触面に潤滑油を供給する潤滑油供給通路８２，８３を設け、サブギヤ１３とメインギヤ１２間で最も接触圧の高くなる部分の潤滑性を高める。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】回転軸に取り付けられるメインギヤに隣接して、このメインギヤと同一の歯数およびモジュールを有するサブギヤをメインギヤに対して相対回転可能に支持するとともに、これらメインギヤとサブギヤとの間に回転方向への付勢力を付与する弾性体を介装したシザーズギヤ機構において、シザーズギヤの回転中心を点Ｏ、弾性体からサブギヤに作用する力の作用中心を点Ａとするとき、ギヤ回転方向に測った角度ＡＯＰが略９０度となる点Ｐまたはその近傍にて、サブギヤとメインギヤとの接触面に潤滑油を供給する潤滑油供給通路を設けたシザーズギヤ装置。
【請求項２】回転軸に取り付けられるメインギヤに隣接して、このメインギヤと同一の歯数およびモジュールを有するサブギヤをメインギヤに対して相対回転可能に支持するとともに、これらメインギヤとサブギヤとの間に回転方向への付勢力を付与する弾性体を介装したシザーズギヤ機構において、シザーズギヤの回転軸上にシザーズギヤ回転方向を左ネジ方向とする向きに座標軸を設定し、弾性体からサブギヤに作用する力の作用中心点Ａの上記座標軸上での座標をａ、サブギヤを回転可能に支持する軸からサブギヤに対して作用する力の作用中心点Ｂの上記座標軸上での座標をｂ、シザーズギヤの相手側ギヤから歯面での噛み合いを通じてサブギヤに入力される力の作用中心点Ｃの上記座標軸上での座標をｃ、シザーズギヤ回転中心Ｏから点Ａまでの距離をｒｓ、回転中心Ｏから作用中心点Ｃまでの距離をｒｇ、サブギヤの圧力角をαとするとき、（-ａ+ｂ）（ｒg／ｒs）cosα≧ｂ-ｃなる関係を満たす場合において、シザーズギヤの回転方向に測った角度ＡＯＰ（rad）が、【数１】
という条件を満たす点Ｐまたはその近傍にて、サブギヤとメインギヤとの接触面に潤滑油を供給する潤滑油供給通路を設けたシザーズギヤ装置。
【請求項３】シザーズギヤ機構は、メインギヤまたはサブギヤの対向端面に回転軸と同軸的に円周溝を設け、この円周溝に臨むようにメインギヤとサブギヤの各々に係止部を突設し、これら係止部を作用点として回転方向への付勢力を付与する弾性体を該円周溝に収装した構成を有する請求項１または請求項２に記載のシザーズギヤ装置。
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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、エンジンのカムシャフトや燃料噴射ポンプの駆動など、トルク変動や回転変動を伴う回転伝達部分に用いられるシザーズギヤ装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば自動車用エンジンの燃料噴射ポンプあるいはカムシャフトなどのトルク変動または回転変動を生じる装置の駆動に適した歯車機構としてシザーズギヤ装置というものが知られている。これは、駆動軸に設けたメインギヤに隣接して同一の歯数およびモジュールを有するサブギヤを相対回転可能に設け、これらメインギヤとサブギヤを弾性体で回転方向に付勢した構成を有している。このようなシザーズギヤ装置を用いると、弾性的に相対回転可能なメインギヤとサブギヤの各歯面間に相手側歯車の歯を挟み込む作用によりバックラッシュが解消されることから、トルク変動を生じるカムシャフト等を円滑かつ静粛に駆動することができる。（シザーズギヤ装置の公知文献としては、例えば特開平５-１８４５６号公報、特開平６-２８８４６２号公報を参照。）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このようなシザーズギヤ機構には、メインギヤとサブギヤとを互いに回転方向に付勢するように弾性体を設けた構成により、サブギヤが回転軸中心に対して傾斜する態様の変位、いわゆる面ブレを起こし、これに伴いメインギヤとの接触部分に異常摩耗を生じたり相手側ギヤとのかみ合い不良を生じたりする問題がある。
【０００４】バックラッシュによる歯車騒音はトルク変動・回転変動が大きいほど顕著であるので、トルク変動・回転変動が大きい用途ほどシザーズギヤの弾性体による振り反力を大きい値に設定する必要がある。しかしながら、上述の異常摩耗等の問題は弾性体の張力を増大させるほど著しくなるので、本来その有効性がより期待される用途でのシザーズギヤの適用が困難なものとなっている。
【０００５】本発明はこのような従来の問題点を解消することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】第１の発明では、回転軸に取り付けられるメインギヤに隣接して、このメインギヤと同一の歯数およびモジュールを有するサブギヤをメインギヤに対して相対回転可能に支持するとともに、これらメインギヤとサブギヤとの間に回転方向への付勢力を付与する弾性体を介装したシザーズギヤ機構において、シザーズギヤの回転中心を点Ｏ、弾性体からサブギヤに作用する力の作用中心を点Ａとするとき、ギヤ回転方向に測った角度ＡＯＰが略９０度となる点Ｐまたはその近傍にて、サブギヤとメインギヤとの接触面に潤滑油を供給する潤滑油供給通路を設けた（図１参照）。
【０００７】第２の発明では、回転軸に取り付けられるメインギヤに隣接して、このメインギヤと同一の歯数およびモジュールを有するサブギヤをメインギヤに対して相対回転可能に支持するとともに、これらメインギヤとサブギヤとの間に回転方向への付勢力を付与する弾性体を介装したシザーズギヤ機構において、シザーズギヤの回転軸上にシザーズギヤ回転方向を左ネジ方向とする向きに座標軸を設定し、弾性体からサブギヤに作用する力の作用中心点Ａの上記座標軸上での座標をａ、サブギヤを回転可能に支持する軸からサブギヤに対して作用する力の作用中心点Ｂの上記座標軸上での座標をｂ、シザーズギヤの相手側ギヤから歯面での噛み合いを通じてサブギヤに入力される力の作用中心点Ｃの上記座標軸上での座標をｃ、シザーズギヤ回転中心Ｏから点Ａまでの距離をｒｓ、回転中心Ｏから作用中心点Ｃまでの距離をｒｇ、サブギヤの圧力角をαとするとき、（-ａ+ｂ）（ｒg／ｒs）cosα≧ｂ-ｃなる関係を満たす場合において、シザーズギヤの回転方向に測った角度ＡＯＰ（rad）が、【０００８】
【数１】
という条件を満たす点Ｐまたはその近傍にて、サブギヤとメインギヤとの接触面に潤滑油を供給する潤滑油供給通路を設けた（図３、図４参照）。
【０００９】上記各発明のシザーズギヤ機構としては、メインギヤまたはサブギヤの対向端面に回転軸と同軸的に円周溝を設け、この円周溝に臨むようにメインギヤとサブギヤの各々に係止部を突設し、これら係止部を作用点として回転方向への付勢力を付与する弾性体を該円周溝に収装した構成のものを適用することができる。
【００１０】
【作用・効果】上記本発明の作用および効果を説明するにあたり、まず従来のシザーズギヤ機構においてサブギヤが面ブレ作用を起こす理由について詳述する。図５および図６に、シザーズギヤ装置の一般的な構造例を示す。図において、回転軸１１にメインギヤ１２が嵌合固定されており、その一端面側に隣接するように、同一の歯数およびモジュールを有するサブギヤ１３が回転可能に保持されている。メインギヤ１２には、サブギヤ１３との対向端面に回転軸１１と同軸的に円周溝１６が形成されており、その内部に弾性体としてＣ形の振りバネ１７が収装してある。捩りバネ１７は、一端が円周溝１６に臨むようにサブギヤ１３に圧入されたピン状の係止部１４に、他端が同じくメインギヤ１２に圧入された係止部１５にそれぞれ当接しており、これら係止部１４，１５を作用点としてメインギヤ１２とサブギヤ１３との間に回転方向の付勢力を及ぼしている。
【００１１】ここで、サブギヤ１３に作用する力を図７により説明する。図７はサブギヤ１３に固定した視点（サブギヤ１３とともに回転する視点）で観察した図であり、この場合かみ合いの相手側ギヤ１８がサブギヤの周囲を反時計廻りに回転する。サブギヤ１３に圧入されたピン１４にはスプリング１７の復元力Ｆｓが作用する一方で、相手側ギヤとのかみ合い点には、サブギヤ１３が相手側ギヤ１８の歯を挟む力の反力Ｆｇが作用する。サブギヤ１３の回転によりかみ合いの位置は図中反時計方向に回転するから、歯面に作用する力Ｆｇは、Ｆｇ１，Ｆｇ２，Ｆｇ３…と、その作用点と方向が回転する。また、サブギヤ１３は軸部１１ａに保持されているのでサブギヤ１３から軸部１１ａに対してＦｓとＦｇの合力が作用し、その反力Ｎがサブギヤ１３に対して作用する。反力Ｎの作用点は、サブギヤ１３と軸部１１ａとの嵌合部になる。
【００１２】サブギヤ１３に作用する力を上方から見た（ｘｙ平面において観察した）図を図８に示す。一般的に、シザーズギヤの構造上、スプリングからサブギヤに作用する力の作用点と、相手側ギヤから歯面を通じてサブギヤに入力される力の作用点と、サブギヤを支持する軸部からサブギヤに作用する力の作用点は同一平面上にはない。特にトルク伝達に寄与しないサブギヤ１３は歯幅が小さく設定される関係から、そのかみ合い中心点とスプリング１７の作用点とは自ずと軸方向に離隔する。したがって、スプリング反力Ｆｓ、歯面のかみ合い力Ｆｇ、支持軸反力Ｎは、図８において図中上下方向の位置が異なる作用点に作用することになる。
【００１３】図８において、Ｆｓ，Ｆｇ，Ｎの作用点がｙ軸に平行な一直線上にはないために、サブギヤ１３にはｚ軸廻りのモーメントＴｚが作用することになる。モーメントＴｚはサブギヤ１３を面ブレ方向に回転させようとする。上述したように、力Ｆｇはサブギヤ１３の回転につれてその向きを変えるから、図８においては左右にその大きさと向きを変える交番荷重になる。また、支持点反力ＮはＦｇとＦｓの合力によって発生するものであるから、Ｎもサブギヤ１３の回転によってその大きさと向きが変化する。
【００１４】ここで、Ｆｓ，Ｆｇ，Ｎのｙ方向成分をそれぞれＦｓｙ，Ｆｇｙ，Ｎｙとし、スプリング１７からサブギヤ１３に入力される力Ｆｓの作用中心のｘ座標をａ、軸部１１ａからサブギヤ１３に対して入力される力Ｎの作用中心のｘ座標をｂ、相手側ギヤ１８から歯面のかみ合いによってサブギヤ１３に入力される力Ｆｇの作用中心のｘ座標をｃとすると、モーメントＴｚは、Ｔz＝ａＦsy+ｂＮy+ｃＦgy … （１）
となる。
【００１５】Ｆｓの大きさを|Ｆｓ|，Ｆｇの大きさを|Ｆｇ|、相手側ギヤ１８とのかみ合い点とＺ軸マイナス方向のなす角度をＣＡ（図７上で反時計方向を正とする。）、ギヤの圧力角をαとすると、 Ｆsy＝-|Ｆs| … （２）
Ｆgy＝-|Ｆg|cos（ＣＡ-α） … （３）
Ｎy＝-Ｆsy-Ｆgy＝|Ｆs|+|Ｆg|cos（ＣＡ-α） … （４）
となる。
【００１６】式（２）〜（４）を式（１）に代入して整理すると、 Ｔz＝（-ａ+ｂ）|Ｆs|+（ｂ-ｃ）|Ｆg|cos（ＣＡ-α） … （５）
となる。
【００１７】上記の説明では、図８を用いてｘｙ平面内の力の作用に注目して説明したが、図９に示すように、ｘｚ平面内の力の作用を考えると、サブギヤにはｙ軸廻りのモーメントＴｙも作用する。ここで、図９において反時計方向を正とすると、モーメントＴｙはＴy＝-ｂＮz-ｃＦgz … （６）
で表される。ただし、Ｎｚは支持軸反力Ｎのｚ方向成分であり、Ｆｇｚは相手側ギヤから歯面を通じてサブギヤに入力される力Ｆｇのｚ方向成分であり、それぞれ以下のように表される。
【００１８】Ｆgz＝-|Ｆg|sin（ＣＡ-α） … （７）
Ｎz＝-Ｆgz＝|Ｆg|sin（ＣＡ-α） … （８）
式（７）〜（８）を式（６）に代入して整理すると、Ｔy＝（ｃ-ｂ）|Ｆg|sin（ＣＡ-α） … （９）
となる。
【００１９】また、スプリング１７からサブギヤ１３に入力される力Ｆｓの作用中心Ａとサブギヤ１３の回転中心Ｏとの距離をｒｓ、相手側ギヤ１８から歯面のかみ合いによってサブギヤ１３に入力される力Ｆｇの作用中心Ｃとサブギヤ１３の回転中心Ｏとの距離をｒｇとすれば、|Ｆｓ|と|Ｆｇ|の間には、|Ｆs|ｒs＝|Ｆg|cos（α）ｒg … （１０）
なる関係がある。
【００２０】したがって、実際にサブギヤ１３を面ブレ方向に回転させようとするトルクは、上述のＺ軸廻りのモーメントＴｚとｙ軸廻りのモーメントＴｙの合力Ｔになる。
【００２１】ここで、歯車の諸元からモーメントＴｚ，Ｔｙの時間変化を計算すると、図１０に示すようになる。ただし、モーメントの向きは図８および図９中で反時計方向を正とする。モーメントＴｚ（符号５１）とモーメントＴｙ（符号５２）の時間変化はほぼ正弦波状をなす三角関数に近似した関数になり、その周期はシザーズギヤの回転周期と一致する。
【００２２】モーメントＴｚとＴｙとの合力であるモーメントＴの方向と大きさの変化をｙｚ平面状にプロットしたものを図１１に示す。モーメントＴは、図１１上で原点６１から伸びたベクトルで表現される。ベクトルの向きに対して右ネジ方向にモーメントＴが作用し、その大きさがベクトルの長さで表される。モーメントＴの大きさと方向はシザーズギヤの回転に応じて６２，６３…と変化するが、ベクトルの先端は円６４上を動くことになる。
【００２３】サブギヤ１３にモーメントＴが作用することにより、サブギヤは図１１上におけるベクトルを回転軸として、ベクトルの右ネジ方向に微少回転する。この結果、サブギヤ１３と相手側ギヤ１８のかみ合いが悪化するという問題が生じる。さらに、サブギヤ１３がベクトルを軸に右ネジ方向に微少回転することで、サブギヤ１３とメインギヤ１２とは、両ギヤが互いに接する円環状の面１９全体で接触するのではなく、面１９上の一部分１９ａで局所的に接触することになる。この接触点１９ａの角度上の位置は、図１１上で各ベクトルをほぼ９０度時計方向に回転させた位置になる。接触は点接触に近い状態であるので面圧が高くなり、またサブギヤ１３とメインギヤ１２は回転方向に微少変位で擦り合っているので、接触部近傍においてフレッティング等の異常摩耗現象が発生するおそれがある。
（第１の発明による効果）したがって、第１の発明のように、シザーズギヤの回転中心を点Ｏ、弾性体からサブギヤに作用する力の作用中心を点Ａとするとき、ギヤ回転方向に測った角度ＡＯＰが略９０度となる点Ｐまたはその近傍にて、サブギヤとメインギヤとの接触面に潤滑油を供給する潤滑油供給通路を設けた構成とすることにより、サブギヤに面ブレ方向に働くモーメントによってサブギヤが面ブレ方向に微小回転し、サブギヤとメインギヤが点１９ａにて点接触した際に、その接触力が最大になる点に対して潤滑油を供給することが可能になり、点接触によるシザーズギヤの不具合を効果的に予防することが可能になる。よって、シザーズギヤのスプリング反力をより大きくすることが可能になり、従来よりもトルク変動・回転変動の大きい用途にシザーズギヤを適用することが可能になる。
（第２の発明による効果）ところで、上述の接触点１９ａの方向と、接触点１９ａにおける接触力の大きさをｙｚ平面にプロットしたものを図１２に示す。図１２において、原点７１から伸びたベクトルの向きが原点から接触点１９ａへの方向を示し、ベクトルの長さが接触点１９ａでサブギヤ１３とメインギヤ１２との間に働く力の大きさを示す。サブギヤ１３に作用するモーメントは図１１に示されるベクトルの右ネジ方向に作用するから、接触点１９ａの位置は図１１に示されるモーメントを表すベクトルを時計方向に略９０度回転させた方向になり、接触点１９ａで伝達される力は図１１に示されるベクトルの長さに比例するから、図１２は図１１を時計方向に略９０度回転させたものと相似形になる。接触点１９ａの位置および接触力の大きさは、シザーズギヤの回転に応じて変化するが、図１２上ではベクトルが７２，７３…と向きと大きさを変化することで表現される。接触による荷重が最大になる接触点１９ａの位置は、図１１上でｙ軸正の方向になる。また、（-ａ+ｂ）（ｒg／ｒs）cosα≧ｂ-ｃ … （１１）
なる条件を満たす場合には、接触点１９ａの取りうる角度上の範囲は、原点７１から円７４に対してプロットされた接線７５，７６で囲まれる範囲７７内になる。
【００２４】この範囲７７は、第２の発明における角度ＡＯＰの領域に相当する。したがって、この第２の発明によっても、上記第１の発明と同様の効果が得られる。さらにこの発明は、第１の発明に比較して点接触の起こりうる範囲内により広く潤滑油を供給するので、面ブレ方向のモーメントが最大になる場合以外にも点接触による不具合を予防することができ、その一方で潤滑油通路を形成しておくべき範囲が限定されるので、メインギヤ１２とサブギヤ１３との接する面の周方向全体に潤滑油を供給する必要がなくなるという特長がある。
【００２５】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施形態につき図面に基づいて説明する。図１および図２は、本発明の第１の実施形態であり、構成上は上記第１の発明に対応する。メインギヤ１２およびサブギヤ１３とで構成されるシザーズギヤは図１において時計周りに回転するものとする。基本的な構成は図５と同様であるが、シザーズギヤを支持する回転軸１１の内部に中空部８１が存在している点と、回転軸１１の外周部と中空部８１を連通するように潤滑油通路８２と、メインギヤ１２の内部に潤滑油通路８３が形成されている点が異なる。
【００２６】潤滑油通路８２および８３は、図１における水平線Ｌ上に形成されており、スプリング１７からサブギヤ１３に作用する力の作用点であるピン１４とシザーズギヤ中心を結ぶ直線と潤滑油通路８２，８３のなす角度は、ピン１４の位置を基準にシザーズギヤ回転方向に略９０度となっている。軸１１内部の中空部８１には図示しないオイルポンプからの潤滑油が導入され、潤滑油通路８２および８３を通じて、サブギヤ１３とメインギヤ１２との接触面に潤滑油が供給される。
【００２７】既述したように、サブギヤ１２にはスプリング１７からの反力と、サブギヤを回転自由に支持する軸部からサブギヤ１２に作用する支持点反力と、相手側ギヤ１８からかみ合いによって伝達される力とが作用する。これら３つの力の作用する位置が、サブギヤ１３の厚さ方向（側面図において左右方向）において異なるために、サブギヤには面ブレ方向にモーメントが作用し、そのモーメントによってサブギヤが面ブレ方向に微小回転変位し、サブギヤ１３とメインギヤ１２は点接触する。点接触の位置はシザーズギヤの回転に応じて変化するが、面ぶれモーメントが最大になる時の接触点の位置は図１中で符号１９ｂで示される部分になる。本実施形態では潤滑油通路８２および８３によってこの接触部（１９ｂ）付近に潤滑油が積極的に供給されるので、点接触による異常摩耗や、シザーズギヤの作動不良などの不具合を効果的に予防することができる。
【００２８】図３および図４は、本発明の第２の実施形態であり、上記第２の発明に対応する。メインギヤ１２およびサブギヤ１３とで構成されるシザーズギヤが図３において時計方向に回転するものとする。基本的な構成は第１の実施形態と同様であるが、回転軸１１の外周部と中空部８１を連通する潤滑油通路の構成が異なる。すなわち、この場合中空部８１から接触部（１９ｃ）に到る潤滑油通路が回転軸１１、メインギヤ１２のサブギヤ支持部分、サブギヤ１３を通して、９１ａ〜９３ａと９１ｂ〜９３ｂの２系統となっている。図３においてこれら第１の潤滑油通路９１ａ〜９３ａと第２の潤滑油通路９１ｂ〜９３ｂが水平線Ｌとなす角度は、それぞれ±sin-1｛（ｂ-ｃ）ｒs／（-ａ+ｂ）ｒgcosα｝
となっている。軸１１内部の中空部８１には潤滑油が圧送されており、潤滑油通路９１ａ〜９３ａまたは９１ｂ〜９３ｂを通じて、サブギヤ１３とメインギヤ１２との接触面に潤滑油が供給される。従来技術の説明に示したように、サブギヤ１２にはスプリング１７からの反力と、サブギヤを回転自由に支持する軸からサブギヤ１２に作用する支持点反力と、相手側ギヤ１８からかみ合いによって伝達される力とが作用する。これら３つの力の作用する位置が、サブギヤ１３の厚さ方向（側面図において左右方向）において異なるために、サブギヤには面ブレ方向にモーメントが作用し、そのモーメントによってサブギヤが面ブレ方向に微小回転変位し、サブギヤ１３とメインギヤ１２は点接触する。点接触の位置はシザーズギヤの回転に応じて変化するが、その接触点の範囲は接触部（１９ｃ）付近に限定される。
【００２９】本実施形態では２系統の潤滑油通路９１ａ〜９３ａ、９１ｂ〜９３ｂによって接触部（１９ｃ）付近に潤滑油が積極的に供給されているので、点接触による異常摩耗や、サブギヤ１３とメインギヤ１２との固着などの不具合を効果的に予防することができる。第１実施形態と比較して、点接触の起こりうる範囲内に広く潤滑油を供給するので、面ブレ方向のモーメントが最大になる場合以外にも点接触による不具合を予防することができ、その一方で潤滑油通路を形成しておくべき範囲が限定されるので、メインギヤ１２とサブギヤ１３との接する面の周方向全体に潤滑油を供給する必要がなくなる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３９９７
【氏名又は名称】日産自動車株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１０月２２日（１９９９．１０．２２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７５５１３
【弁理士】
【氏名又は名称】後藤 政喜 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１２４１８４（Ｐ２００１−１２４１８４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年５月８日（２００１．５．８） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３０１３３３ |
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