JP4697887B2

JP4697887B2 - 一対の樹脂製やまば歯車

Info

Publication number: JP4697887B2
Application number: JP2006284934A
Authority: JP
Inventors: 徹萩原
Original assignee: Enplas Corp
Current assignee: Enplas Corp
Priority date: 2006-10-19
Filing date: 2006-10-19
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2026-10-19
Also published as: JP2008101700A

Description

本発明は、動力伝達用のギヤトレインの一部を構成する一対の樹脂製やまば歯車に関するものである。

従来から、動力伝達用のギヤトレインの一部には、動力伝達時における作動音を静粛化すると共に振動を抑えるために、一対の噛み合う樹脂製やまば歯車が使用されている（特許文献１参照）。
特開２００５−６９４５８号公報

しかしながら、一対の噛み合う樹脂製やまば歯車は、山形形状の歯の全歯幅方向中央に位置する頂部の歯元において、頂部近傍を除く歯の歯元応力よりも大きな応力が作用するため、この応力差に起因して最初に寿命に達する。そのため、機構設計を担当する技術者から、樹脂製やまば歯車の全歯幅方向中央に位置する頂部の歯元応力値を低減でき、樹脂製やまば歯車の歯の強度を増すことができる技術の提供が望まれていた。

そこで、本発明は、樹脂製やまば歯車の歯の強度を効果的に高め、噛み合う一対の樹脂製やまば歯車の寿命を長くすることを目的とする。

請求項１の発明は、ねじれが反対のはすば歯車を歯幅方向中央で貼り合わせたような山形形状の歯を多数有する一方の樹脂製やまば歯車と、この一方の樹脂製やまば歯車の前記歯と噛み合う多数の歯を有する他方の樹脂製やまば歯車と、からなる一対の樹脂製やまば歯車に関するものである。この発明において、前記一方の樹脂製やまば歯車の歯は、少なくとも歯幅方向中央近傍の圧力角が、歯幅方向中央近傍以外の圧力角よりも大きくなるように形成されている。また、前記他方の樹脂製やまば歯車の歯は、前記一方の樹脂製やまば歯車の前記歯と同一の圧力角の変化となるように形成されている。

請求項２の発明は、請求項１の発明に係る一対の樹脂製やまば歯車において、以下のような特徴を有するものである。すなわち、前記一方の樹脂製やまば歯車の前記歯の歯幅方向中央近傍における圧力角は、歯幅方向中央から歯幅方向端部側へ向かうにしたがって漸減するようになっている。また、前記一方の樹脂製やまば歯車の前記歯の歯幅方向中央近傍以外における圧力角は、前記歯幅方向中央近傍の圧力角の変化に連続して変化するようになっている。

請求項３の発明は、請求項１の発明に係る一対の樹脂製やまば歯車において、以下のような特徴を有するものである。すなわち、前記一方の樹脂製やまば歯車の前記歯は、前記歯幅方向中央近傍の圧力角が一定であって、前記歯幅方向中央近傍以外の圧力角が前記歯幅方向中央近傍から離れるにしたがって漸減するようになっている。

請求項４の発明は、請求項１の発明に係る一対の樹脂製やまば歯車において、以下のような特徴を有するものである。すなわち、前記一方の樹脂製やまば歯車の前記歯は、前記歯幅方向中央近傍の圧力角が一定であって、前記歯幅方向中央近傍以外の圧力角が前記歯幅方向中央近傍の圧力角よりも小さく且つ一定である。

本発明によれば、噛み合う一対の樹脂製やまば歯車の歯の強度を、少なくとも応力集中が生じやすい全歯幅の中央近傍において効率的に大きくすることができる。その結果、本発明は、一対の樹脂製やまば歯車の長寿命化を図ることができる。

以下、本発明の最良の実施形態を図面に基づき詳述する。

図１は、噛み合う一対の樹脂製やまば歯車１を示すものである。この図１に示す一対の樹脂製やまば歯車１は、共に同一の樹脂材料（ポリアセタール（ＰＯＭ），ポリアミド，ポリカーボネート，ＡＢＳ樹脂等）を使用して射出成形されたものであり、小径で歯数の少ない第１やまば歯車（一方の樹脂製やまば歯車）２と、この第１やまば歯車２よりも大径で歯数の多い第２やまば歯車（他方の樹脂製やまば歯車）３とで構成されている。これら第１やまば歯車２及び第２やまば歯車３の歯４，５は、歯のねじれ方向が反対のはすば歯車を貼り合わせたような山形形状（図２の平面形状が略Ｖ字形状）をしている。なお、この一対の樹脂製やまば歯車１は、第１やまば歯車２の歯数をＺ１とし、第２やまば歯車３の歯数をＺ２とすると、第１やまば歯車２から第２やまば歯車３へと動力が伝達される際の減速比がＺ２／Ｚ１となり、増速比がＺ１／Ｚ２となる。

図１に示す第１やまば歯車２は、ウェブ６の中央部に軸穴７が形成され、ウェブ６の外周側に複数の歯４が形成されている。そして、この第１やまば歯車２の歯４は、図２に示すように、全歯幅の中央（歯幅方向中央）Ｗｃの近傍Ｌ（例えば、全歯幅をＷとすると、Ｌ＝Ｗ／５又は１ｍｍのいずれか大きな寸法の範囲）において、全歯幅の中央Ｗｃに向かうにしたがって圧力角が漸増するように形成されている。ここで、歯４の歯幅方向中央近傍（歯幅方向中央を中心とする歯幅方向の所定範囲）Ｌの圧力角を歯幅方向中央に向かうにしたがって漸増させ、歯４の歯幅方向中央における歯元側の歯厚を厚くした理由は、歯のねじれ角が１５°の樹脂製やまば歯車の場合、歯の歯幅方向中央における歯元応力が歯の歯幅方向中央以外の歯元応力よりも２０％程度大きいことに着目し、歯幅方向中央部近傍の歯元を補強すれば、歯全体の強度を効率的に増大できる点、及び噛み合い率の低下を極力抑える必要がある点を考慮したものである。なお、歯幅方向中央近傍Ｌの寸法をＷ／５（Ｌ＝Ｗ／５）としたのは、歯幅方向中央の歯元応力を２０％程度減少させるにはＷ／５程度の範囲を補強する範囲として考慮すれば十分であると考えられ、また、全歯幅Ｗの１／５の範囲の圧力角の変化であれば噛み合い率に大きな変化を生じさせることがないと判断されたことによる。また、圧力角が変化する範囲である歯幅方向中央近傍ＬをＷ／５と１ｍｍのいずれか大きな方としたのは、Ｗ／５が１ｍｍよりも小さい場合、歯形形状を高精度に成形するのが困難となる点を考慮したものである。すなわち、歯幅方向中央近傍Ｌは、Ｗ／５＞１ｍｍの場合にはＷ／５とし、Ｗ／５＜１ｍｍの場合には１ｍｍとする。

このように形成された第１やまば歯車２は、図２（ｃ）に示すように、歯４の全歯幅の中央Ｗｃ近傍において、全歯幅の中央Ｗｃに向かうにしたがって歯元側の歯厚寸法が大きくなり、応力集中を生じやすい歯４の頂部８近傍の強度を効率的に高くすることができる。

ここで、図４に示すように、歯幅方向中央近傍以外の歯４の圧力角が１４．５°の場合、歯幅方向中央の圧力角を２０．８°にすると、歯の強度を２０％高くする（歯元応力を２０％低減する）ことができる。なお、図４は、歯４の強度を１％高めるには、圧力角を１．０４°大きくする必要があることを示している。すなわち、図４に示す直線Ｔ１は、圧力角をαとし、強度アップ率をβとすると、α＝１４．５°＋１．０４βの関係を示している。

以上のような第１やまば歯車２は、例えば、モータの出力軸に固定されるピニオンギヤとして使用され、減速装置の一部を構成するか、又は、被動側ギヤとして使用され、増速装置の一部を構成する。

図１に示す第２やまば歯車３は、中心部に軸穴１０が形成されたボス部１１と、このボス部１１の外周側で且つ幅方向中央部（軸芯ＣＬ２に沿った方向の中央部）から径方向外方へ向かって広がる円板状のウェブ１２と、このウェブ１２の外周に形成された円筒状のリム１３とを備え、このリム１３の外周側に第１やまば歯車２の歯４と噛み合う複数の歯５が形成されている。

そして、この第２やまば歯車３の歯５は、図３に示すように、全歯幅の中央Ｗｃ近傍において、第１やまば歯車２の歯４と同様の形状となるように形成されている。すなわち、第２やまば歯車３の歯５は、第１やまば歯車２の歯４と同一の歯幅方向範囲（歯幅方向中央近傍Ｌ）内において、第１やまば歯車２の歯４の圧力角の変化と同一の圧力角の変化となるように形成されている。また、この第２やまば歯車３の歯５は、第１のやまば歯車２の歯４との噛み合い箇所における圧力角が第１やまば歯車２の歯４の圧力角と同一になるように形成されている。

このように形成された第２やまば歯車３は、第１やまば歯車２と同様に、応力集中が生じやすい歯５の頂部１４近傍の強度を効率的に高くすることができ、歯５の歯幅方向中央の歯元応力を低減することができる。

なお、このような形状の第２やまば歯車３は、第１やまば歯車２と対で使用され、減速装置又は増速装置の一部を構成する。

以上のように、本実施形態によれば、第１やまば歯車２の歯４の強度を高くすることができると共に、第２やまば歯車３の歯５の強度をも高くすることができ、一対の樹脂製やまば歯車１としての寿命を長くすることができる。

（変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、図５に示すように、歯４，５の歯幅方向中央近傍Ｌの圧力角が他部（歯幅方向中央近傍Ｌ以外の部分）の圧力角よりも大きくなっていればよく、歯４，５の圧力角の変化のさせ方としても様々なものが考えられる。例えば、図５のＡパターンのように、歯４，５の歯幅方向中央近傍Ｌを一定の圧力角とし、歯４，５の歯幅方向中央近傍以外の部分の圧力角を歯幅方向中央近傍Ｌから歯幅方向端部に向かうにしたがって漸減させるようにしてもよい。また、図５のＢパターンのように、歯４，５の歯幅方向中央（Ｗｃ）から幅方向両端部側へ向かうにしたがって圧力角を漸減させるようにしてもよい。また、図５のＣパターンのように、歯４，５の歯幅方向中央近傍以外の部分を一定の基準圧力角とし、歯の歯幅方向中央近傍Ｌのみを基準圧力角よりも大きく且つ一定の圧力角にするように構成してもよい。なお、図５中において、ａ及びｂは、歯４，５の歯幅方向一端及び歯幅方向他端とするか、又は、歯４，５の歯幅方向一端と歯幅方向近傍Ｌとの間の任意の箇所及び歯幅方向他端と歯幅方向近傍Ｌとの間の任意の箇所としてもよい。

本発明の実施形態に係る一対の樹脂製やまば歯車を示す図である。本発明の実施形態に係る一対の樹脂製やまば歯車のうち、第１やまば歯車を示す図である。このうち（ａ）が第１やまば歯車を模式的に示す部分的平面図、（ｂ）が（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断して示す断面図、（ｃ）が（ａ）のＢ方向から見た図である。本発明の実施形態に係る一対の樹脂製やまば歯車のうち、第２やまば歯車を示す図である。このうち（ａ）が第２やまば歯車を模式的に示す部分的平面図、（ｂ）が（ａ）のＣ−Ｃ線に沿って切断して示す断面図、（ｃ）が（ａ）のＤ方向から見た図である。歯幅方向中央の圧力角と強度アップ率目標値との関係を示す図である。本発明の実施形態に係る樹脂製やまば歯車の変形例を示す図である。

符号の説明

１……一対の樹脂製やまば歯車、２……第１やまば歯車（一方の樹脂製やまば歯車）、３……第２やまば歯車（他方の樹脂製やまば歯車）、４，５……歯、Ｌ……歯幅方向中央近傍、Ｗｃ……全歯幅の中央（歯幅方向中央）

Claims

ねじれが反対のはすば歯車を歯幅方向中央で貼り合わせたような山形形状の歯を多数有する一方の樹脂製やまば歯車と、この一方の樹脂製やまば歯車の前記歯と噛み合う多数の歯を有する他方の樹脂製やまば歯車と、からなる一対の樹脂製やまば歯車において、
前記一方の樹脂製やまば歯車の歯は、少なくとも歯幅方向中央近傍の圧力角が、歯幅方向中央近傍以外の圧力角よりも大きくなるように形成され、
前記他方の樹脂製やまば歯車の歯は、前記一方の樹脂製やまば歯車の前記歯と同一の圧力角の変化となるように形成された、
ことを特徴とする一対の樹脂製やまば歯車。
前記一方の樹脂製やまば歯車の前記歯の歯幅方向中央近傍における圧力角は、歯幅方向中央から歯幅方向端部側へ向かうにしたがって漸減し、
前記一方の樹脂製やまば歯車の前記歯の歯幅方向中央近傍以外における圧力角は、前記歯幅方向中央近傍の圧力角の変化に連続して変化するようになっている、
ことを特徴とする請求項１に記載の一対の樹脂製やまば歯車。
前記一方の樹脂製やまば歯車の前記歯は、前記歯幅方向中央近傍の圧力角が一定であって、前記歯幅方向中央近傍以外の圧力角が前記歯幅方向中央近傍から離れるにしたがって漸減するようになっている、
ことを特徴とする請求項１に記載の一対の樹脂製やまば歯車。
前記一方の樹脂製やまば歯車の前記歯は、前記歯幅方向中央近傍の圧力角が一定であって、前記歯幅方向中央近傍以外の圧力角が前記歯幅方向中央近傍の圧力角よりも小さく且つ一定である、
ことを特徴とする請求項１に記載の一対の樹脂製やまば歯車。