JP2007530883A - ギアアセンブリー - Google Patents

Abstract

トルクを一方のシャフトから他方のシャフトに伝達するためのギアアセンブリーは、それぞれのシャフトに取り付けられた２つの噛み合ったギアを有する。ギアの一方は、シャフトの一方を受け入れるためのハブ部材と、ハブ部材と一緒に回転可能に取付けられた歯付環状部材と、を含む。ハブ部材と環状部材との間に設けられた少なくとも１つのばねは、ギアの少なくとも一方の偏心によりギアの回転中に誘発されるねじり振動及び騒音を減らすことのできる剛性を有する。

Description

本発明は、トルクを１つのシャフトからもう１つのシャフトに伝達するためのギアアセンブリーに関し、かかるアセンブリーの用途に適したギアに関する。ギアアセンブリーは真空ポンプのシャフト間にトルクを伝達するのに特に有用である。

図１を参照すると、周知の真空ポンプは排気室を含み、軸受２で指示された一対の平行なシャフト１がこの排気室を貫いている。ロータ３が、各シャフト１に排気室内で回転可能に取り付けられている。ロータ３は、ルーツ（Ｒｏｏｔｓ）でも、ノルゼイ（Ｎｏｒｔｈｅｙ）（又は「クロー」）でも、スクリューでもよい補足し合う排気輪郭を有する。使用中、モータ４がシャフト１の一方を駆動しているとき、他方のシャフトは噛み合ったタイミングギア５によってそのギアと同期して回転される。ロータ３は、排気されるべき流体が排気室の入口に吸い込まれて排気室から出口を経て流出するように構成されている。

図１は、３つの異なる排気形態を示す。図１（ａ）では、ロータ３は軸受２間に設けられ、タイミングギア５はポンプのモータ被動端に設けられている。図１（ｂ）では、タイミングギア５はポンプの他端に設けられ、図１（ｃ）は、片持ちロータを使用する形態を示している。

噛み合ったギア５によるトルクの伝達はギアの偏心によって影響される。ギアの偏心により、通常は、同心ギアで一定になるはずの駆動トルクが振動する。典型的な偏心製造公差を持つギアによって駆動される高い慣性の軽負荷回転機械の場合には、振動する駆動トルクの大きさは定常状態の駆動トルクを超えることがある。その結果、ギアは噛み合いのままであり、これは、高周波の歯と歯の滑りを引き起こすことがあり、軽負荷回転機械でしばしば遭遇される特性騒音を引き起こすことがある。

ポンプの設計は、摩擦及び電力消費を減らすように改善されてきた。その結果、要求される定常状態の駆動トルクが減じ、かくして、回転機械は、偏心誘発ねじり振動及び関連した騒音問題を益々こうむることになった。

本発明の少なくとも好ましい実施形態の目的は、典型的なギア偏心に順応することによってこのようなねじり振動及び騒音を減らすことにある。

１つの側面では、本発明は、トルクを一方のシャフトから他方のシャフトに伝達するためのギアアセンブリーであって、それぞれのシャフトに取り付けられた２つの噛み合ったギアを有し、該ギアの一方は、シャフトの一方を受け入れるためのハブ部材と、ハブ部材と一緒に回転可能に取付けられた歯付環状部材と、ハブ部材と環状部材との間に設けられ、且つギアの少なくとも一方の偏心によりギアの回転中に誘発されるねじり振動及び騒音を減らすことのできる剛性を有する手段と、を有するギアアセンブリーを提供する。

ねじり振動及び騒音を抑制するための手段は、好ましくは、ハブ部材と環状部材との間の弾性カップリングからなる。このカップリングは、好ましくは、部材の向かい合い面の間に配置される。好ましい実施形態では、弾性カップリングは、部材の間にトルクを伝達するための駆動機構内に配置される。例えば、一方の部材は、部材の間にトルクを伝達するための他方の部材の回り止めを各々うけいれるための１つ又はそれ以上の凹部を有するのがよく、弾性カップリングは、各凹部及び回り止めの向かい合い面の間に配置される。

かくして、ねじり振動及び騒音を抑制するための手段は、部材の向かい合い面の間に配置された少なくとも１つの弾性部材からなる。好ましい実施形態では、複数の弾性部材は各々、部材のそれぞれの向かい合い面の間に配置される。

弾性部材は、多数のばね、例えば、金属ねじりばね、又は部材の半径内の接線に沿って作用する板ばね、ディスクばね、及びコイルばねを含む移行ばねによって具合よく提供される。変形例としては、反発磁石を使用しても良く、それによって生じたねじり剛性は磁束に比例する。最後に、ある適用では、粘弾性材料の使用が適切であるかもしれない。

ハブ部材と環状部材との間にばねのような手段を設けることにより、ギアのねじり剛性を制御することができる。部材の間にばねを設けることによって、偏心により加速されたり減速されたりする慣性を減ずる。ギアが加速されると、ばねは、シャフトが一定速度にとどまることができるように圧縮するように設計される。偏心で誘発されるギアの加速からのシャフトの隔絶は、駆動トルクの振動を減じ、ギアが噛み合ったままにしておく偏心を増大させるであろう。

ギアを噛み合ったままにするギア偏心から生じるトルク以外の外部トルクの場合には、ばねは、ギアが噛み合いに戻って来るときに起こる衝撃を吸収擦るように作用し、かくして、アセンブリーを線形の噛み合い作動領域に戻すように作用する。この趣旨の裏付けでは、歯と歯の滑りの滑りの非線形分析は、全体のねじり剛性があるレベル以上である場合にのみギアが噛み合いのままであることを示している。換言すれば、低ねじり剛性回転機械（「弱いシャフト」）は常に噛み合いのままである。

本発明のこの側面は、上述のように、ギアアセンブリーによって互いに連結された少なくとも２つのシャフトを有する真空ポンプに及ぶ。例えば、高速ルーツブロワー真空ポンプは１：１のギア比で排気室内で開口寸するルーツ形ロータを含む。ギアの間のねじり振動は、最大速度及び極限圧力（ポンプによって達成し得る最良の真空）で作動するとき問題になりうる。発生される騒音はギアの偏心に依存することが知られており、有効な歯車製造公差で現れる。被動シャフトに取り付けられた本発明による実験の試作ギアは、通常、ポンプがこの騒音問題を被り易いギア偏心でギアの歯と歯の滑りを除去することが知られた。

他の側面では、本発明は、一方のシャフトから他方のシャフトにトルクを伝達するためのギアであって、シャフトの一方を受け入れるためのハブ部材と、ハブ部材と一緒に回転可能に取り付けられた歯付環状部材と、ハブ部材と環状部材との間に設けられ、かつ環状部材の偏心によって使用中に誘発されるねじり振動及び騒音を減らすことのできる剛性を有する手段と、を含むギアを提供する。

本発明の更なる側面は、ギアの少なくとも１つの偏心によってギアの回転中に誘発されるねじり振動及び騒音を減らすためにギアアセンブリーのギアアセンブリーに少なくとも１つのばねの使用を提供する。

本発明の好ましい特徴を今、添付図面を参照してほんの一例として説明する。

図２を参照すると、図１に示す真空ポンプのいずれかに、又は他の軽負荷の高慣性回転機械に使用するのに適したギア１０は、ポンプのシャフトを受け入れるためのハブ部材１２と、ハブ部材１２と一緒に回転可能に取り付けられ且つ周囲歯１６を有する環状部材１４と、からなる。ハブ部材１２によって受け入れられたシャフトはポンプの駆動シャフトか被動シャフトかのいずれであってもよい。軸受アセンブリー１８が環状部材１４のボア及びシャフトによって担持される。

使用中、環状部材１４の周囲歯１６は、１：１のギア比を有する他のギアの対応する歯と噛み合っている。ギア１０は図１に示すタイミングギア５と同様である。

部材１２、１４間にトルクを伝達するための駆動機構は、部材の一方の回転軸線と垂直な面に設けられ、他方の部材の軸線方向面に設けられたそれぞれの凹部に入る複数の回り止めによって提供される。図２に示す実施形態では、回り止め２０は環状部材１４に設けられ、凹部２２はハブ部材１２に設けられているが、これは、回り止めがハブ部材に設けられ、凹部が環状部材に設けられるように、逆であっても良い。

図３に示すように、板ばね２４ａ、２４ｂが回り止め２０及び凹部２２の向かい合い半径方向面２６、２８間で各凹部２２内に配置される。ばね２４ａ、２４ｂは、環状部材１４か環状部材１４の歯１６と噛み合っているギアのいずれかの偏心によって軽負荷状態のもとに誘発されるねじり振動及び騒音を実質的に抑制するように選択された剛性を有する。ばね２４ａ、２４ｂはまた、外乱から生じる歯と歯の衝撃の吸収をもたらす。

軽負荷状態のもとでは、極限圧力で作動するポンプによって経験されるように、部材１２、１４間のトルクの伝達は、各凹部２２内に設けられたばね２４ａ、２４ｂの１つによる。これは、ギアの偏心に順応するのに必要なある程度の弾性を提供する。

一体駆動が駆動シャフトと被動シャフトの間に位相関係を妥協する事を回避するのに必要とされる、より高い負荷を受けるポンプの場合には、ばねの角度的な撓みが所定駆動トルク以上の特定値に達すると、向かい合いの半径方向面２６、２８間で平になる。これは、半径方向面２６、２８間に必要な一体駆動を提供する。

この実施形態では、板ばねがねじり剛性を制御するのに使用されているが、接線方向に設けられたディスクばね又はコイルばねをその代わりに使用しても良い。変形例として、反発磁石を使用しても良く、それによって生じたねじり剛性は磁束に比例する。ある適用では、粘弾性材料が適切であるかもしれない。

３つの周知のポンプ形態を概略的に示す。 図１のポンプのいずれかに使用するのに適したギアの横断面図である。 図２のギアのハブ部材と環状部材の間にトルクを伝達するための機構を示す横断面図である。

Claims (18)

1. トルクを一方のシャフトから他方のシャフトに伝達するためのギアアセンブリーであって、それぞれのシャフトに取り付けられた２つの噛み合ったギアを有し、該ギアの一方は、シャフトの一方を受け入れるためのハブ部材と、ハブ部材と一緒に回転可能に取付けられた歯付環状部材と、ハブ部材と環状部材との間に設けられ、且つギアの少なくとも一方の偏心によりギアの回転中に誘発されるねじり振動及び騒音を減らすことのできる剛性を有する手段と、を有するギアアセンブリー。
2. ねじり振動及び騒音を減らすための手段は、ギアの限界偏心を増すための手段からなる、請求項１によるギアアセンブリー。
3. ねじり振動及び騒音を減らすための手段は、ハブ部材と環状部材との間の弾性カップリングからなる、請求項１又は２によるギアアセンブリー。
4. ねじり振動及び騒音を減らすための手段は、ハブ部材の半径方向面と環状部材の向かい合いの半径方向面との間に配置される、請求項１ないし３のいずれかによるギアアセンブリー。
5. ねじり振動及び騒音を減らすための手段は、ハブ部材と環状部材の間にトルクを伝達するための駆動機構内に配置される、請求項１ないし４のいずれかによるギアアセンブリー。
6. ハブ部材及び環状部材の一方は、ハブ部材と環状部材の間にトルクを伝達するための、ハブ部材及び環状部材の他方の回り止めを受け入れるための凹部を有し、ねじり振動及び騒音を減らすための手段は、凹部及び回り止めの向かい合い面の間に配置される、請求項５によるギアアセンブリー。
7. ハブ部材及び環状部材の前記一方は、ハブ部材及び環状部材の他方のそれぞれの回り止めを各々受け入れるための複数の凹部を有し、ねじり振動及び騒音を減らすための手段は、各凹及び回り止めの向かい合い面の間に配置される、請求項６によるギアアセンブリー。
8. ねじり振動及び騒音を抑制するための手段は、ハブ部材及び環状部材の向かい合い面の間に配置された少なくとも１つの弾性部材からなる、請求項１ないし７のいずれかによるギアアセンブリー。
9. ねじり振動及び騒音を抑制するための手段は、各々、ハブ部材及び環状部材のそれぞれの向かい合い面の間に配置された複数の弾性部材からなる、請求項９によるギアアセンブリー。
10. 各弾性部材はねじり抵抗をもたらすためのばねからなる、請求項９によるギアアセンブリー。
11. 各弾性部材はねじり抵抗をもたらすための複数のばねからなる、請求項９によるギアアセンブリー。
12. 各弾性部材は粘弾性部材からなる、請求項９によるギアアセンブリー。
13. ねじり振動及び騒音を減らすための手段は、ハブ部材及び環状部材の向かい合い面に設けられた互いに反発する磁石からなる、請求項１ないし７のいずれかによるギアアセンブリー。
14. ねじり振動及び騒音を減らすための手段は、シャフト間に位相関係を維持するように構成される、請求項１ないし１３のいずれかによるギアアセンブリー。
15. ねじり振動及び騒音を減らすための手段は、一体駆動を所定駆動トルク以上でハブ部材と環状部材の間に確立させるように構成される、請求項１４によるギアアセンブリー。
16. 請求項１ないし１５のいずれかによるギアアセンブリーによって互いに連結された少なくとも２つのシャフトを有する真空ポンプ。
17. 一方のシャフトから他方のシャフトにトルクを伝達するためのギアであって、シャフトの一方を受け入れるためのハブ部材と、ハブ部材と一緒に回転可能に取り付けられた歯付環状部材と、ハブ部材と環状部材との間に設けられ、環状部材の偏心によって使用中誘発されるねじり振動及び騒音を減らすことのできる剛性を有する手段と、を含むギア。
18. ギアの少なくとも１つの偏心によってギアの回転中に誘発されるねじり振動及び騒音を減らすギアアセンブリーのギアに設けられた少なくとも１つのばねの使用。

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