JP3522645B2 - 歯車組立体、歯車列組立体およびその組立方法 - Google Patents
歯車組立体、歯車列組立体およびその組立方法Info
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Description
限定的に歯車列のバックラッシュの減少に関する。
み合うとき、間隙部は代表的には歯を収容するに必要な
空間より大きい空間を有する。この過剰な空間はある場
合にはラッシュ、またはバックラッシュと名付けられ
る。バックラッシュは多くの要素によって変化し、これ
は多くの歯車製造過程に代表的な歯車軸受の半径方向遊
隙、歯車軸の偏心度、歯車の中心間の間隙の不正確性お
よび歯車間の変動を含む多くの要素によって変化する。
通常歯車の歯に過大な衝撃荷重を生ずる。この荷重は過
大な騒音を発生し、又はその他の歯車列の問題を発生せ
しめる。例えば、バックラッシュは歯車の摩耗を促進さ
せる。バックラッシュを減少せしめることは内燃機関の
場合に特に重要であり、特にディーゼル機関の歯車列に
おいて重要である。米国特許第5450112号明細
書、同第4920828号明細書、同第4770582
号明細書、同第3523003号明細書は各種の機関に
対する歯車列の適用に関する背景情報を示している。
は、歯車の精密な加工と取付けにある。しかし、この方
法は通常は費用がかかり、摩耗によって時間と共に変化
するバックラッシュを適切に処理できない。バックラッ
シュを減少せしめる別の方法として歯車列の間に1つ以
上のシザー(scissor)歯車を挿入する方法があ
る。通常、シザー歯車の歯は噛み合う歯車の歯間の空間
を占めるように調節可能となされている。米国特許第4
747321号明細書、同第4739670号明細書、
同第3365973号明細書、同第2607238号明
細書は各種形式のシザー歯車の例を示している。
クラッシュ制御は、シザー歯車が異なる量のバックラッ
シュを有する2つ以上の歯車と噛み合う場合には制限さ
れる。代表的には、シザー歯車の有効な歯の寸法は最小
のバックラッシュを有する歯車によって決定されるが、
これは他方の噛み合う歯車が大きいバックラッシュを有
する場合に通常不適当である。この問題の解決策の1つ
はバックラッシュの差が最小となるように噛み合う歯車
を選択することであるが、このバックラッシュ適合方法
は通常、時間がかかり、費用が高い。従って、歯車列の
場合、シザー歯車と噛み合う多数の歯車におけるバック
ラッシュの差を処理する必要性がある。
の回りに回転可能な2つの歯車が互いにばね偏倚されて
いるものがある。この形態において対をなすそれぞれの
歯車の歯車歯は拡がって噛み合う歯車の歯間の隙間を充
填する。ある歯車列においては噛み合う歯車によって歯
の対に与えられる荷重が、ばねの偏倚力に抗してそれぞ
れの歯車対を整合せしめるに充分に大となる。代表的に
は整合する歯車対の各歯車は同一の公称歯厚を持って高
い荷重を比例的に分担する形状を有する。しかし公称値
からの無作為の偏向は、通常は各対の一方または他方の
歯が異常に高い負荷を受けて変形して他方の歯車に適合
するようになる。この変形工程で歯車歯はしばしば逆方
向負荷を受け、一方向の曲げ負荷を受ける場合に対比し
て急速に摩耗する。また、このような変形は歯相互間の
大きい変化を生じて性能を低下せしめ歯車列の騒音を高
くする。従って、これらの欠点がなく高い負荷を可能と
するバックラッシュのない歯車組立体について要望があ
る。
グが燃焼行程において発生するが、高い衝撃による歯車
歯の騒音によることがある。代表的にはこの騒音は通常
のシザー歯車によっては充分に除去することができな
い。従って、この形式の騒音についても歯車列の改良が
要望される。
ックラッシュのない歯車組立体を使用するバックラッシ
ュのない歯車組立体および歯車列に関する。本発明の各
種態様は新規であり、自明でなく、各種の利点を有す
る。本発明の本質は添付の請求の範囲によってのみ決定
されるものであるが、望ましい実施例の特性をなすいく
つかの性質を以下に略述する。
を定め、第1の歯車と第2の歯車との間に第1の噛み合
いを確立することによって、歯車列が組立られる。第2
の歯車はシザー歯車形式であって、歯の大きさの有効値
は第1の噛合いによって決定される。第3の歯車の取付
け位置は第2の歯車と第2の噛合いを形成するように選
択される。この取付け位置は有効な歯寸法の関数として
決定され、第2の噛合いのバックラッシュを制御する。
が提供される。装置は内燃機関を含み、これに第1、第
2および第3の歯車がピボット的に連結される。第2の
歯車は第1の噛み合いによって第1の歯車と係合し、第
3の歯車は第2の噛み合いによって第2の歯車と係合す
る。第2の歯車はシザー歯車形式である。この装置は調
節可能な位置決め機構を含み、第2の歯車の回転軸線に
相対的な第3の歯車の回転軸線の位置の範囲を与えて第
2の噛み合いのバックラッシュを制御するに適した調節
可能な位置決め機構を含む。本発明のこの形式の1つの
利点はシザー歯車と噛み合う2つの歯車間のバックラッ
シュの差が示される点にある。
ュ防止歯車組立体が与えられ、第1の数の円周方向に配
置された歯を有する第1の歯車と、ばね偏倚力を受けて
第1の歯車と係合する第2の歯車とを含み、ばね偏倚力
は第1の歯車と第2の歯車とを互いに相対的にほぼ共通
の回転中心の回りに回転せしめる。第2の歯車は多数の
円周方向に配置された歯を含み、それぞれ第1の歯車の
対応する歯と対をなしている。それぞれの歯の対は偏倚
力に抗して作用する力によって決定される複合歯厚を有
している。第1の歯はそれぞれ第1の円弧歯厚を有し、
第2の歯はそれぞれ第2の円弧歯厚を有し、これは公称
的には第1の歯厚より小となされる。一般的には、この
歯厚の差は第1の歯車に対する偏倚力を越える負荷を利
用して逆方向の曲げ負荷を減少せしめる。
シザー歯車などのバックラッシュ防止歯車組立体が高い
最大偏倚トルクを有して与えられ、ディーゼル機関のノ
ッキング音を減少せしめる。通常、これらの音を減少さ
せるに必要な最大偏倚トルクは特定の機関設計および予
期される負荷の関数として選択される。望ましい実施例
において、最大偏倚トルクは少なくとも約135N−m
(約100ft−lbs)とする。さらに望ましい実施
例においては、最大偏倚トルクは少なくとも約270N
−m(約200ft−lbs)とする。さらに望ましい
実施例においては最大偏倚トルクは少なくとも約675
N−m(約500ft−lbs)となされる。従来の常
識に反して、この比較的に高い偏倚トルクがディーゼル
機関にしばしば見られる不愉快なハンマー音やノッキン
グ音を減少せしめるに有効であることが判った。
防止歯車組立体は、第1の数の円周方法に配置された歯
と第1の数のスプラインとを有する第1の歯車を含む。
この組立体はさらに第2の数の円周方法に配置された歯
と第2の数のスプラインとを有する第2の歯車を含む。
第1および第2のスプラインは、ほぼ共通の回転軸線の
回りに互いに係合し、この軸線に対して傾斜して、第1
および第2の歯車を相対的に回転せしめる。第1および
第2の歯は対をなして第1および第2の歯車の相対的な
回転に伴って寸法を変化せしめる。
ュ防止歯車組立体は、第1の数の円周方法に配置された
歯を有する第1の歯車と、ばね偏倚力を受けて第1の歯
車と係合する第2の歯車とを含み、第1および第2の歯
車は共通回転軸線の回りに相対的に回転する。第2の歯
車は第2の数の歯を含み、それぞれの歯は第1の歯車の
対応する歯と対をなして、多数の可変歯厚の複合歯を形
成してバックラッシュを減少させる。第1の歯車に担持
されたねじ付きステムと頭部とを有する整合装置が設け
られる。頭部は第1の歯車に選択的に位置決めされて、
第2の歯車に調節可能な支持関係を与えて、第1および
第2の歯の整合を対応的に変化せしめる偏倚力に対抗す
る。望ましくは頭部は、第1および第2の歯をほぼ整合
せしめる1つの位置を有して、当該組立体を歯車列に取
付けることを容易とする。
ュ防止歯車組立体を歯車列内に組み込み、内燃機関と共
に使用する。
立体のバックラッシュが、別の噛み合いによって決定さ
れる有効歯寸法を有するシザー歯車と噛み合う組合わせ
歯車を配置することによって減少せしめられる。
が減少する。
せしめられたバックラッシュ防止歯車組立体が得られ
る。
作用せしめることによって、騒音の発生が減少せしめら
れたバックラッシュ防止歯車組立体が得られる。
歯車間の負荷分割を制御することが可能となる。
性の高いバックラッシュ防止歯車組立体が得られる
よび態様は図面を参照する以下の説明によって明らかと
なされる。
施例を示し、これを説明するため特殊の用語を使用す
る。しかし、これらは本発明を限定するものではない。
すなわち、本発明の範囲を限定しない。説明した装置の
変形、改変および以下に説明する本発明の原理の応用で
あって当業者の容易に行い得るものは本発明の範囲内に
ある。
す。装置20は破線で示すクランク軸24を有する機関
ブロック22を含む。さらに、装置20は機関ブロック
22に連結されたヘッド組立体30を含む。ヘッド組立
体30は破線で示す燃料噴射カム軸32と破線で示す弁
カム軸34とを含む。一つの実施例において、ブロック
22とヘッド組立体30は大能力直列6シリンダディー
ゼル機関である。本発明は当業者に公知の他の形式の機
関にも適用可能である。
歯車列40はクランク軸24に連結された駆動歯車42
を含む。クランク軸24と駆動歯車42とは十字線で示
す回転中心44を有している。図面において回転中心は
回転軸線が図面に垂直でないとき鎖線または破線として
示し、図面に垂直なとき十字線で示す。歯車42は機関
装置20の作動時に中心44の回りにクランク軸24と
共に回転して、歯車列40の残りの歯車を駆動する。
ックラッシュ防止アイドル歯車50と噛み合う。歯車5
0は回転中心54を有する軸53の回りに回転する。軸
53はファスナ即ち固定具55によってブロック22に
取付けられる。軸受56が軸53と歯車50のバックラ
ッシュのないバックラッシュ防止歯車組立体58との間
の回転支持を与える。
ュ防止歯車組立体58の構造と作動とに関する付加的な
詳細を示す。図2において、歯車組立体58に組込む以
前の歯車60の詳細が示される。歯車60はハブ63を
含む。ウエブ64が円周方向に間隔をおかれた7つの開
口65を限定する。さらに、各開口65についてウエブ
64は一端にフィンガ部つき縁部65aを、他端に対抗
する縁部65bを有する。開口65、縁部65a、65
bは中心54の回りの仮想円の円周に沿ってほぼ均等に
間隔をおかれている。歯車60は多数の円周方向に間隔
をおかれた歯車歯66をリム67に限定されて有する。
リム67はウエブ64によってハブ63に連結される。
歯車歯66の隣接する各部材はギャップ即ち間隙68に
よって互いにほぼ均等な間隔を有している。歯66およ
び間隙68は図面の明確化のため、いくつかの数のみに
符号が付してある。歯車歯66の各部材は互いに寸法、
形状がほぼ同一である。同様に間隙68も互いに寸法、
形状がほぼ同一である。
車組立体58の歯車70が示されている。歯車70はハ
ブ73を含み、ハブ73は軸受56を介して軸53と回
転支持関係にある(図1参照)。歯車60のハブ63は
ハブ73と係合している。ハブ63とハブ73との間の
干渉は歯車60、70の相対的な回転を可能とする。歯
車70はウエブ74を含む。タブ74aがウエブ74か
ら図3の紙面に対してほぼ垂直方向に突出し、一方側が
リム77に連結されて対応する凹所75を限定する。少
なくとも1つのタブ74aは貫通するねじ付き孔79を
限定する。ねじ付き孔79は図3の紙面にほぼ平行な長
手方向軸線を有している。ウエブ74はそれぞれ凹所7
5のそれぞれに対応する重量軽減孔75aを限定する。
凹所75とタブ74aとは中心54の回りの仮想円の円
周にそってほぼ均等に間隔をおかれている。
数の歯車歯76を含む。リム77はウエブ74によって
ハブ73に一体的に取付けられる。歯車歯76の隣接す
る部材は互いにほぼ均等な間隙78をもって間隔をおか
れる。歯76および間隙78は数個のみを示す。歯車歯
76はそれぞれ互いに寸法、形状がほぼ同等である。同
様に、間隙78もほぼ同一形状、寸法である。望ましく
は歯車70の歯76の数は歯車60の歯66の数と同一
とする。
られる非整合状態のバックラッシュ防止歯車組立体58
を示す。歯車60、70は互いに緩く係合し、歯車60
の各開口65は歯車70の対応する凹所75とほぼ重な
って複数のポケット80を限定する。それぞれ一端82
と他端84とを有する多数のコイルばね81が設けられ
る。各ばね81は対応するポケット80にそれぞれ位置
決めされ、端部82は対応するタブ74aと係合し、端
部84は対応する縁部65aと整合する。しかし、端部
84は縁部65aと係合しなくともよい。
2と対抗する頭部94とを有する調節ボルト90を含
む。ステム92は図4の孔79に充分にねじこまれるよ
うにねじ切りされ、頭部94は対応するタブ74aに接
触する。通常、歯66、76は非整合位置にあり、歯6
6は歯76間に限定される間隙78と重なり、歯76は
歯66間に限定される間隙68と重なっている。歯車7
0のハブ73は歯車60のハブ63と回転支持関係を形
成し、歯車60、70は相対的に回転可能となされる。
頭部94には歯車60が歯車70に対して反時計方向に
回転するとき歯車60の隣接する縁部65bを支持する
形状の接触表面95が限定されている。歯車60が歯車
70に対して時計方向に回転するとき、ばね端部84が
対応する縁部65aと係合するようになる。望ましくは
各縁部65aは各ばね81のコイル内に嵌合する寸法の
フィンガを限定し、歯車60との適切な整合を容易とす
る。充分な力で時計方向に回転させると図5に示すよう
に、ばね81は対応する縁部65aとタブ74aとの間
で圧縮される。
歯車列40に取付けるに適した状態を示す。整合状態で
歯76、66は図5に示すように互いに重なり合ってい
る。ばね81は縁部65aとタブ74aとの間で高圧縮
状態であり、対応する高いばね力を生じている。調節組
立体58は図4の形態から図5の形態にボルト90を緩
めることによって変化し、頭部94はステムの軸線Sに
沿って孔79から離れる。この緩め運動が継続すると、
表面95は隣接する縁部65bに支持され、ばね81は
隣接して整合するタブ74aと縁部65aとの間で圧縮
される。
と縁部65bとが離れて歯車60、70を互いに相対的
に回転せしめ、歯66、76を相対的に運動せしめる。
歯車の歯66は図4の偏倚力を受けない位置から図5の
高い偏倚力を受ける位置までの間にいくつかの歯76を
通過する。
ている。歯車70の歯76は同様に面76aを有してお
り、いくつかを図示する。代表的な面66aの歯幅をW
60として示す。同様に歯幅W70は代表的な面76a
の歯幅を示す。望ましくは歯幅W60は歯幅W70より
小とする。さらに望ましくは歯幅W70は歯幅W60よ
り少なくとも約50%大とする。さらに望ましくは歯幅
W70は少なくとも歯幅W60の約2倍とする。
シュ防止歯車組立体58は歯車70を準備し、ばね81
の1つを孔79に整合せしめることによって構成され
る。ボルト90が孔79内にねじこまれ、頭部94を関
連するタブ74aに接触させる。残りのばね81が歯車
70の凹所75に配置される。歯車60が歯車70上に
配置され仮想円86(図4に破線で示す)に沿ってほぼ
均等に間隔をおかれた対応するポケット80を限定す
る。縁部65aが対応するばね81の端部84と整合す
る。
て、歯66、76を整合させることが望ましい。この整
合を与えるためにボルト90を孔79から部分的に緩め
て、頭部94が歯車60の隣接する縁部65bと接触し
て、対応的にばね81を圧縮する。これに応答して歯6
6、76は互いに通過して運動する。ボルト90を緩め
ることによってこの運動は継続して、図5に示す整合位
置にほぼ到達する。この結果、図5に示すように歯車6
0は軸線Sに沿って距離Dだけ歯車70から分離する。
図4の非整合位置でも図5の整合位置でも、ボルト90
のステム92は部分的に孔79内にねじこまれているこ
とに注意する。別の実施例において、1つ又はすべての
タブ74aが孔79をボルト90に整合せしめる。同様
に、多数の孔79を有する場合には多数のボルト90を
使用してもよい。
たならば、組立体58を軸受56を介して軸53に取付
ける。取付けが完了すると、整合した歯66、76は駆
動歯車42の歯46と噛合い48を形成する。しかし噛
合い48は、歯66、76がボルト90の延長部によっ
て強制的に整合せしめられている場合、相当量のバック
ラッシュを有する。この歯車50のバックラッシュをな
くすために、歯車60および歯車70が圧縮されたばね
81による偏倚力を受けて相対的に回転可能となされ
る。組立体58の取付け後にボルト90を孔79内にね
じこんで駆動歯車42との噛合い48を形成することの
より、回転可能となされる。この結果ばねの偏倚力によ
り歯66、76は互いに偏倚して噛合い48を形成する
隣接する歯46間の全空間を占める。特に注意すること
は噛合い48は歯66、76が図4に示す無負荷位置に
戻ることを許容しない。
として可変の有効寸法、すなわち歯厚を有する複合歯と
して作用し、この「歯厚」は組合わされる歯46間の寸
法によって変化する。「歯厚」を変化させると噛合い4
8のバックラッシュは複合歯によって減少し、または実
質的にゼロとなる。組立体58を完成させるため、ボル
ト90を締付けて頭部94が関連するタブ74aに接触
するようにする。ボルト90は望ましくは調節工程時に
歯車70に担持され、組立体58は歯車50の部分とし
て利用される。
関のタイミング歯車列として長期間使用するに適した金
属材料から機械加工される。ボルト90とばね81とは
同様にディーゼル機関用として長期間使用するに適した
材料からつくることが望ましい。しかし、当業者に公知
の別の材料を使用してもよい。
て示されるが、駆動歯車、被駆動歯車その他、当業者に
公知の別の配置としてもよい。すべての場合、歯車50
は新規の形式のシザー歯車である。
内においてアイドル歯車100と噛合い96を形成す
る。アイドル歯車100は回転中心104の回りに回転
して、間隙108によって間隔をおかれた円周方向歯1
06を限定し歯車50と噛合い96を形成する。
00の詳細が示される。アイドル歯車100はウエブ1
14に一体的に連結されて歯106を限定するリム10
7を含む。ウエブ114には重量軽減孔116がある。
ウエブ114はハブ118に一体的に連結され、ハブ1
18は図6の断面図に示すように中心104に対応する
回転軸線に沿う歯厚がリム107よりいくらか少ない。
円筒形ブッシュ119が軸103とハブ118との間の
回転軸受面を提供する。軸103はアイドル歯車100
をブロック22に取付ける4つの通路105を限定す
る。
位置決め機構120によって行う。機構120は取付け
板130を含み、板130はアイドル歯車100の軸1
03とブロック22との間に位置する。注意すべきこと
は、板130はアイドル歯車100のハブ118との間
に間隙があって、アイドル歯車100が軸103の回り
に自由に回転することである。
ブロック22と保持板140との間に位置している。保
持板140には取付け孔145が軸103の取付け孔1
05と板130の取付け孔135とブロック22のねじ
孔25とほぼ整合して設けられている。注意すること
は、孔105は歯車100の回転軸線に直角な軸線に関
して取付け孔135、取付け孔145およびねじ孔25
より大きい寸法を有している。アイドル歯車100は板
130と板140との間に、孔145、通路105およ
び通路135を貫通してキャップねじファスナ即ち固定
具150を差し込みかつねじ付きステム152の端部を
孔25にねじこむことによって固定される。ファスナ1
50はそれぞれねじ付きステム152に対抗する頭部1
54を有する。ステム152が充分に孔25にねじこま
れたとき、頭部154は保持板140に接触して保持板
140を軸153に把持し、軸153を板130に把持
する。
を望ましくは図1の平面に平行で図6の平面に直角な平
面区域に配置する。この区域において歯車100は図1
の矢印X、Yに示す2方向の自由度を有する。
付け板130が図示しないファスナを使用して通常の方
法でブロック22に最初に固着され、通路135が孔2
5に整合せしめられる。板130がブロック22に固着
されるとアイドル歯車100は板130上に位置決めさ
れ、通路105と通路135とは重なる。次に、保持板
140が軸103上に配置され、孔145は対応する通
路105、135および孔25と重なる。ファスナ即ち
固定具150が、それぞれ整合する孔145、通路10
5および通路135を通過して対応する孔25内に緩く
ねじ込まれる。望ましくは固定具150は最初に孔25
内に、板140に接触してアイドル歯車100を所定位
置に従動的に保持するに充分な量だけねじこまれる。こ
の形態において、アイドル歯車100の矢印X、Yで示
す平面区域に相対的な位置は通路105内における固定
具150の遊隙によって許容される範囲内に選択され
る。XーY位置が選択されると、固定具150は締付け
られてアイドル歯車100と機構120とは固着され
る。
ッシュ防止歯車200との間に噛合い196を形成す
る。歯車200はシリンダヘッド組立体30の燃料噴射
カム軸32に取付けられ、回転中心204の回りに回転
する。歯車200は望ましくは歯車50と同様に参照数
字266で示す複合歯車歯の対を有する。さらに、歯車
200のばね281は歯車50のばね81と同様な形状
を有しているが、その数は少ない(3個が図示され
る)。同様に、取付け調節ボルト290が示される。こ
の調節ボルトは歯車50のボルト90と同様な取付け機
能を有する。歯車50と歯車200の一方または双方に
ベレビレ座金を使用してコイルばねと共に又はコイルば
ねなしで、ばね偏倚力を与えるようにしてよい。
6を形成する。歯車300は弁カム軸34に取付けられ
て回転中心304の回りに回転する。歯車300は歯3
06を限定し、これが歯車200の歯の対266と干渉
して噛合い296を形成している。
共に回転して歯車50を回転せしめる。これに応答し
て、歯車50は噛合い96を介してアイドル歯車100
を回転せしめる。アイドル歯車100は噛合い196を
介して歯車200を回転せしめて、燃料噴射カム軸32
を回転させることによって機関装置20のための燃料噴
射器(図示しない)のタイミングを調節する。更に、歯
車200は噛合い296を介して歯車300を回転せし
め、弁カム軸34を回転させてヘッド組立体30のため
の機関の弁(図示しない)のタイミングを行う。すなわ
ち、歯車列40はクランク軸24の回転に応答してヘッ
ド組立体30のカム軸32、34を回転せしめて機関装
置20のタイミングを制御する。
なる数および配置とすることが当業者には容易である。
さらに別の実施例として、通常のシザー歯車が歯車50
又は歯車200又は双方の代わりに使用される。さらに
別の実施例では、調節可能の位置決め機構を有するアイ
ドル歯車を省略してもよい。
42の歯46の数は約48で、歯車60、70の歯6
6、76の数はそれぞれ約70であり、調節可能のアイ
ドル歯車100の歯106の数は約64で、歯車200
の複合歯266の数は約76であり、歯車300の歯3
06の数は約76である。さらに、この場合において歯
車42、50、100、200、300はスパー歯車
で、内燃機関と共に長期間使用可能な金属材料製となさ
れ、図1の平面にほぼ直交するほぼ平行な回転軸線を有
する。
たが、装置20の組立てについて、図7A、図7Bを参
照して説明する。図7A、図7Bにおいて参照数字は図
1ないし図6に示すものと同等であるが、歯の噛合いは
拡大図として示し、本発明の選択された特徴を強調して
いる。図7Aは駆動歯車列40の中間組立て段階を示し
ている。この段階において駆動歯車42は既に取付けら
れて、矢印R1に示す方向に中心44の回りに回転す
る。同様に、噛合う歯車300は矢印R5に示す方向に
中心304の回りに回転するように取付けられる。
50、200が取付けられて、歯車42、50間に噛合
い48を、歯車200、300間に噛合い296を形成
するようにする。噛合い48、296の形成は、歯車5
0、200の歯が歯車42、300の歯46、306間
の間隙をそれぞれ占めるとき、対応する歯の対の有効複
合寸法を決定する。明示のため歯車50について、歯車
70の歯76は破線で示され、歯車60の歯66は実線
で示される。歯車50の1つの複合歯の対の有効円弧歯
厚T50も示される。有効円弧歯厚は噛合い48につい
て歯車50のピッチ円に沿って決定される。注意するこ
とは、アイドル歯車100がない場合、歯厚T50は歯
車42の歯46の噛合い間隙によって決定される。
歯の対266を形成する。それぞれの対266は明示の
ため破線で示す部材と実線で示す部材とを有する。1つ
の複合歯の対266の歯の有効円弧歯厚は歯車200の
ピッチ円に相対的な円弧歯厚T200として示される。
00が駆動されるときの回転方向を示す。参考のため、
機関ブロック22の取付け孔25も示される。
れ、アイドル歯車100が取付けられて図7Bに示すよ
うに歯車50と噛合い96を形成し、歯車200と噛合
い196を形成する。歯の歯厚T50、T200は、噛
合い48、296におけるバックラッシュの量の差に対
応して差を有する。機構120を使用して固定の回転中
心54、204に相対的な回転中心104のX−Y位置
を調節し、アイドル歯車100を歯車50、200の予
め定めた歯寸法に最適に噛み合うようにするが、これは
バックラッシュの差に関係しない。機構120のファス
ナ即ち固定具150が参考のため図7Bに示される。
位置調節は噛合い96、196におけるバックラッシュ
の量の制御に重要である。異なる歯厚T50、T200
によるバックラッシュの差がある範囲内にあれば、アイ
ドル歯車100を噛合う歯車の回転軸線に直角な平面区
域に沿って適当な位置に配置することによって、バック
ラッシュを減少せしめまたはゼロとすることができる。
アイドル歯車100との間に2つの噛合い96、196
が示されるが、噛合う歯車の数が異なる場合でのバック
ラッシュの制御も可能である。例えば、3つの歯車4
2、50、100から成る歯車列にもこの技術が適用可
能である。
2、50、100の選択された作動状態が図1ないし図
6におけると同様な参照数字を使用して概略的に示され
ているが、各種の特徴を明示するため歯は大きく、数が
少なく示される。図8Aにおいて、歯車42、50、1
00は互いに静止(運動しない)位置にある。噛合い4
8において、仮想のピッチ円C1、C2、C3が歯車4
2、50、100についてそれぞれ破線で示される。歯
車50の1対の歯車歯76、66の円弧歯厚T50aは
ピッチ円C2に沿う円弧として示される。矢印DF1は
図8Aに示す静的状態において歯車50の偏倚力に対抗
して作用する力を示す。歯車100の静的反作用力は矢
印RF1として示される。選択された歯66の円弧歯厚
T60、も示される。選択された歯76の円弧歯厚T7
0も示される。それぞれの歯60、70について、円弧
歯厚T60は円弧歯厚T70より公称的に小であること
が望ましい。1つの望ましい実施例においてT60はT
70より少なくとも約0.0508mm(0.002イ
ンチ)だけ小とする。さらに望ましくは、この差は少な
くとも約0.1016mm(0.004インチ)とす
る。最も望ましくは、この差は0.0508〜0.15
24mm(0.002〜0.006インチ)の範囲とす
る。
の方向に回転し、矢印DF2に示す合力駆動力を与え
る。これに応答して歯車50は矢印R2に示す方向に回
転し、歯車100は矢印R3に示す方向に回転する。歯
車100に示される反作用力は矢印RF2として示され
る。合力DF2、RF2は充分に大であって、ばね偏倚
力に部分的に打ち勝って歯車50のばね81を圧縮す
る。この結果、歯車50の歯の複合対の円弧歯厚T50
bは歯厚T50aに対比して減少する(ここでT50b
はT50aより小である)。駆動歯車42から伝達され
る力の大きさが増加すると、歯車歯66、76は整合に
近づく。
F3と歯車100の反作用力RF3とが、ばね81を圧
縮して歯車歯66、76を整合せしめる。整合が行われ
ると複合歯厚T50cが得られる。T50cは、T50
aおよびT50bより小であり、歯76の円弧歯厚T7
0にほぼ等しい。ばね81は図8Cにおいてほぼ充分に
圧縮され、図5の状態のばね81とほぼ等しいエネルギ
を貯蔵するようになされる。
い(T60<T70)ことは、歯66の負荷が図8Cの
圧縮ばねによって与えられる負荷を越えることを防止す
る。これに対比して、歯76はばね負荷を越える負荷を
負担する。歯66の負荷をばね偏倚力に限定することは
通常、公称的には同一円弧歯厚を有する歯の対の各部材
の無作為の寸法差に基づく逆方向曲げ負荷を減少せしめ
る。望ましくは各歯76の広い方の歯幅W70はばね偏
倚力を越える高い駆動負荷を負担するように選択される
が、歯車50について全歯幅の増加(W60+W70)
は、すべての歯について同一の公称円弧歯厚を有するシ
ザー歯車による逆方向曲げ負荷に耐えるに必要な歯幅の
増加量より通常は小さい。
弧歯厚T70の歯車に対比した効果を負荷曲線400に
ついて示すグラフである。ここで破線は歯車60を示
し、実線は歯車70を示す。水平部分410は図8Aの
静的状態における歯車50の予め負荷された偏倚力に対
応する。傾斜部分420は図8Aの静的状態と図8Cの
整合位置との間の歯66、76の負荷状態に対応する。
図8Bは傾斜部分420に沿う一点を示す。負荷によっ
てばね81が圧縮され図8Cに示すように歯が整合する
と、歯車60の歯66の負荷は、ばね81の最大荷重で
平坦になり、図9の破線430として示される。同時
に、歯76の厚い歯幅W70は図9に傾斜線440とし
て示す高い負荷を担持する。歯車70が高い負荷を受け
て、歯車60の負荷が円弧歯厚の差(T70−T60)
によって制限されることにより、曲げ負荷が制限され
る。
機関のハンマー音などは、これらの機関に関連する歯車
列の高い衝撃音によっている。歯車列内にシザー歯車を
設けることによって比較的高い偏倚トルクを与えること
によって、全体的な騒音強度の減少を含む予期しない音
量の劇的な変化が経験された。ここに「偏倚トルク」と
は、ばね偏倚されたシザー歯車によって与えられるトル
クをいう。偏倚トルクは歯車の回転中心から歯までの半
径方向距離と半径に対応する円に接線方向に作用する力
との積の大きさによって決定される。代表的には偏倚ト
ルクはシザー歯車の偏倚負荷の量の関数として変化す
る。望ましくは偏倚トルクは歯車歯が偏倚力に抗してほ
ぼ整合したとき最大となる。図5における歯66、76
の整合形態において、半径方向ベクトルTと力ベクトル
Fとが図示され、これらを使用して組立体58の偏倚ト
ルクを決定することができる。
lbs)の最大偏倚トルクによって歯車列の騒音特性お
よび強度を改善することができることが判った。さらに
望ましくは最大偏倚トルクを約270N−m(200f
t−lbs)とする。さらに望ましくは最大偏倚トルク
を約675N−m(500ft−lbs)とする。
ックラッシュ防止歯車組立体558の回転中心554に
関する展開斜視図である。組立体558はハブ563の
内側円筒形表面ウエブ564に設けたスプライン561
を有する歯車560を含んでいる。ハブ563は貫通す
る開口563aを有する。スプライン561は中心55
4の回りに螺旋形をなし、歯車560の回転軸線に対し
て傾斜している。ハブ563はウエブ564に一体的に
連結されている。ウエブ564に一体的に連結されたリ
ム567には多数の円周方向に配置された歯566が設
けられる。歯566は中心554の回りに互いにほぼ均
等に間隔をおかれており、それぞれほぼ同一の寸法、形
状を有している。隣接する歯566間に間隙568が同
様に互いにほぼ均等に間隔をおかれて、ほぼ同一の寸
法、形状を有している。歯車560のウエブ564は2
つの対向する開口569を限定する。
歯車570はハブ573の外側円筒形表面572に設け
たスプライン571を含む。スプライン571は中心5
54に関して螺旋形であり、歯車570の回転軸線に対
して傾斜している。スプライン571はスプライン56
1とほぼ同様に傾斜しており、互いに組合わされる。ハ
ブ573には内側円筒形表面ウエブ574で囲まれる開
口573aが設けられ、取付軸に対して回転支持関係を
有している。歯車570はハブ573に一体的に連結さ
れたウエブ574を含む。歯576がウエブ574に一
体的に連結されたリム577に設けられる。歯576は
回転中心554の回りにほぼ均等に間隔をおかれてお
り、互いにほぼ同一の寸法、形状を有している。歯57
6は間隙578を有している。間隙578は互いにほぼ
均等に間隔をおかれて、ほぼ同一の寸法、形状を有して
いる。すなわち、ハブ573、ウエブ574、リム57
7は円筒形凹所575を限定する。ウエブ564はそれ
ぞれ開口569の1つに対応する2つの対向するねじ付
き凹所579を限定する。
75に配置され、互いにほぼ均等に間隔をおかれて中心
554の回りに、ハブ573とリム577との間に配置
されている。調節装置590a、590bがそれぞれね
じ付きステム592を有する調節ボルト590を有す
る。ステム592は頭部594と対抗する端部593と
を有する。調節装置590a、590bはそれぞれステ
ム592が貫通する座金596を含む。頭部594は座
金596が通過しない大きさとなっている。座金596
の外径は開口569を通過しない大きさとなっている。
開口569の大きさはステム592に対して充分な余裕
を有し、ステム592の選択的な位置決めが可能であ
る。ねじ付き孔579はステム592の対応する1つが
係合するに適した形状となっている。
合位置、即ち歯車560、570の歯566、576
が、図4に示す実施例と同様に整合しない位置にある状
態が示される。付加的に図11Bを参照すると組立体5
58の非整合位置の側面立面図が示される。歯車560
のスプライン561が歯車570のスプライン571と
係合する。それぞれの装置590a、590bについて
ステム592は対応する長手方向軸線S1、S2を有す
る。ステム592は、対応する座金596と開口569
を通過して最初にねじ付き孔即ち凹所579に係合す
る。ばね581は図11A、図11Bでは実質的に圧縮
されていない。
558の整合状態の斜視図と側面立面図とがそれぞれ示
される。この整合状態は図5の組立体58の整合状態と
対応している。組立体558を整合状態とするため、調
節装置590a、590bのステム592が凹所579
に充分にねじこまれ、ばね581を歯車560、570
間に圧縮する。ばね581が圧縮されると、組合わせス
プライン561、571の傾斜によって横移動作用が生
じ、これが装置590a、590bの並進運動を歯車5
60、570の回転運動に変換させる。装置590a、
590bのステム592がねじ戻されると、圧縮された
ばね81の力によって、歯車560、570は反対方向
に回転するが、これはスプライン561、571の係合
によっている。組立体558は、ステム592が凹所5
79に充分にねじこまれたとき歯566、576がほぼ
整合するようになされる。この組立体558の整合配向
は選択された最大偏倚トルクを与える形状となされる。
歯車560、570がステムの軸線S1、S2に沿って
占める距離は図11Bにおける非整合位置のD1から図
12Bにおける整合位置のD2まで変化し、D1はD2
より大である。注目すべきことは、D2は組立体558
の歯車560、570がステムの軸線S1、S2に沿っ
て占める最小距離である。すなわち、歯車560、57
0はそれらが中心554に対応する回転軸線に沿って占
める距離によって互いに相対的に回転する。
同一とする。また、螺旋形スプライン561、571の
数も歯566、576の数と同一とする。歯とスプライ
ンとを同一の数とすると、歯566、576の整合と高
いばね圧縮力とが一致することを保証するためにスプラ
イン561、571の割出しを行う必要がなくなる。別
の実施例において、開口569は図10に示すような円
形でなく、非円形としてもよい。別の実施例において、
開口569は中心554の回りの円弧を有する弓形とな
される。
573以外の位置に設けてもよい。非限定的な例とし
て、一方の歯車に弓形の溝孔を設け、その内側表面にス
プラインを設け、他方の歯車から該溝孔内に延長するフ
ランジに設けたスプラインと係合せしめる。係合するス
プラインの1つ以上の部片を回転軸線の回りに配置する
ことにより、軸線を取囲まないでも歯車の相対的回転が
可能である。
に整合装置が設けられ、バックラッシュ防止歯車組立体
の2つの歯車の歯を該組立体のばね偏倚力に抗して選択
的に整合せしめる。ステム592が締付けられて図12
A、図12Bの整合状態を与え、取付けを容易とする。
組立体558が別の歯車例えば歯車42と噛合うと、そ
れぞれの装置590a、590bのステム592が緩め
られて、歯車560、570の相対的回転が可能となっ
て、噛合う歯車のバックラッシュが取上げられる。この
緩め位置は図11A、図11Bの形態と同様であるが、
望ましくはそれぞれのボルト590の頭部594と座金
596との間に間隙を設けて対応する噛合いのバックラ
ッシュ状態の変化に適応するようにする。一つの実施例
において、組立体558が別の歯車と噛合って取付けら
れたとき、装置590a、590bは除去される。この
実施例は噛合いによって偏倚力に抗している。
車に連結されてステムの軸線に沿って延長するねじ付き
ステムを有する調節装置を有する。装置はさらに、歯車
に対して相対的な位置決めを与えるためステムに連結さ
れた頭部を含む。通常、組立体58、558は本発明の
他の特性に関して互換性がある。更に、組立体58、5
58はバックラッシュ防止歯車200と共に使用するこ
とができる。また、組立体58、558の別の実施例に
おいてボルト90、590は、歯車の一方に固定された
ねじ付きステムとし、これにねじ込まれたナットを可動
の頭部としてもよい。ナットはステムに沿って位置決め
されて他方の歯車に選択的に係合する。さらに別の実施
例において、バックラッシュ防止組立体は省略される。
本発明の変形例において、通常のシザー歯車が使用され
る。
特許出願明細書は参考文献として示すものであるが、個
々の刊行物、特許明細書、特許出願明細書それぞれ本明
細書の一部を構成する。
示され、詳述されたが、これらは説明を目的とするもの
で本発明を限定しない。すなわち、本発明の精神の範囲
内のすべての変形例および改変例は保護されるべきであ
る。
置の前面立面図である。
組立体の部品の上面平面図。
組立体の部品の上面平面図。
防止歯車組立体に整合しない関係で組込まれた上面平面
図。
整合した状態の斜視図。
ル歯車と調節可能の位置決め機構の断面図。
異なる段階を示す概略正面立面図である。
部の選択された作動状態を示す概略正面立面図である。
連する関係を示すグラフ。
クラッシュ防止歯車組立体の分解斜視図。
組立体の整合しない形態の上面平面図。図11Bは図1
1Aのバックラッシュ防止歯車組立体の側面立面図。
組立体の整合した形態の上面平面図。図12Bは図12
Aのバックラッシュ防止歯車組立体の側面立面図。
ュ防止歯車組立体 60、70 歯車 65 開口 75 凹所 66、76 歯車歯 67、77 リム 81 コイルばね 90 調節ボルト 92 ステム 94 頭部 100 アイドル歯
車 120 位置決め機構 130 取付板 140 保持板 150 ねじ固定具
Claims (6)
- 【請求項1】 円周方向に配置された多数の第1の歯
(76,576)を有する第1の歯車(70,570)
と、円周方向に配置された多数の第2の歯(66,56
6)を有する第2の歯車(60,560)とを有し、前
記第1の歯車と前記第2の歯車は、該両歯車の間に配置
された単数又は複数のばねにより該両歯車の間に作用す
るばね偏倚トルクの作用下に、共通な回転中心(54,
554)のまわりに互いに相対的に回転可能であり、前
記第1の歯(76,576)の各々は、対立する前記第
2の歯(66,566)の各々と対をなして複合歯を形
成し、該複合歯は前記偏倚トルクに抗して作用する力に
従って寸法が可変であるバックラッシュ防止歯車組立体
(58,558)において、 第1の歯車(70,570)に連結されるねじ付きステ
ム(92,592)と、該ステム(92,592)に連
結される頭部(94,594)とを有する調節装置(9
0,590a,590b)にして、前記頭部(94,5
94)は取付けのため前記ばね偏倚トルクに抗して前記
第1(76,576)および第2(66,566)の歯
を整合せしめる支持関係を第2の歯車(60,560)
に対して形成する選択可能の第1の位置を有する、調節
装置(90,590a,590b)を含むことを特徴と
するバックラッシュ防止歯車組立体。 - 【請求項2】 前記頭部(94,594)は、前記歯車
組立体(58,558)を別の歯車(42,100)と
噛合わせるために取付けた後に、前記ばね偏倚トルクに
応答して前記第1(70,570)および第2(60,
560)の歯車の互いに相対的な回転を可能とする選択
可能の第2の位置を有することを特徴とする請求項1の
歯車組立体。 - 【請求項3】 前記調節装置(90)が前記ステム(9
2)と前記頭部(94)とを有するボルト(90)を含
み、前記第1の歯車(70)がねじ付き孔(79)を有
しており、前記ステム(92)の少なくとも一部は前記
孔(79)内にねじ込まれて頭部(94)を該孔(7
9)と前記第2の歯車(60)と間に位置決めすること
を特徴とする請求項2の歯車組立体。 - 【請求項4】 前記頭部(94,594)が前記第1の
位置において、前記第2の歯車(60,560)と接触
し、前記第2の位置において前記第1の歯車(70,5
70)と接触することを特徴とする請求項3の歯車組立
体。 - 【請求項5】 前記第1の歯車(570)がねじ付き孔
(579)を有し、第1の数の螺旋形スプライン(57
1)を形成する第1のハブ(573)を有し、 前記第2の歯車(560)が前記ねじ付き孔(579)
と重なる形状の開口(569)を有し、第2の数の螺旋
形スプライン(561)を形成する第2のハブ(56
3)を有し、前記第1のスプライン(571)と前記第
2のスプライン(561)とは互いに係合し、 前記調節装置(590a,590b)は、前記頭部(5
94)に対抗するステム(592)を有するボルト(5
90)と座金(596)とを含み、前記ステム(59
2)は前記座金(596)と前記開口(569)とを貫
通して前記孔(579)にねじ係合して、前記座金(5
96)と前記第2の歯車(560)とを前記頭部(59
4)と前記第1の歯車(570)との間に前記第1の位
置において選択的にクランプすることを特徴とする請求
項1又は2の歯車組立体。 - 【請求項6】 前記ばね偏倚トルクが少なくとも約13
5N−m(100ft−1bs)の最大偏倚トルクを有
し、前記第1の歯(576)は第1の円弧歯厚(T7
0)を有し、前記第2の歯(566)は第2の円弧歯厚
(T60)を有し、前記第1の歯厚(T70)は前記第
2の歯厚(T60)より少なくとも約0.0508mm
(0.002インチ)大きいことを特徴とする請求項1
〜請求項5のいづれか1項の歯車組立体。
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US08/853,013 US5979259A (en) | 1997-05-08 | 1997-05-08 | Gear train assembly including a scissor gear |
US08/853,341 US5870928A (en) | 1997-05-08 | 1997-05-08 | Anti-lash gear with alignment device |
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