JP6555210B2 - 歯車機構およびその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、互いに噛み合う二つの歯車を備えた歯車機構およびその製造方法に関するものである。

特許文献１には、互いに噛み合う二つの歯車を備えた歯車機構が記載されている。これらの歯車は、トルクの伝達時にシャフトが撓むことによる噛み合い位置の変化を抑制するように構成されている。具体的には、それぞれの歯車は、シャフトに嵌合したハブ部と、そのハブ部に連結されたリム部とを備え、そのリム部は、歯車が反り返ることができ、かつ歯車の半径方向の変位を抑制することができるように形成されている。

特許文献２および特許文献３には、互いに噛み合う歯車のバックラッシュを低減するように構成された歯車機構が記載されている。この歯車機構は、互いに平行に配置された二つの回転軸にそれぞれ歯車が連結され、それらの歯車は、歯面のうち歯幅方向における一方側の部分と歯車の回転中心軸線との距離と、歯幅方向における他方側の部分と歯車の回転中心軸線との距離とが異なるように形成されている。そして、それらの歯車のうちの少なくともいずれか一方の歯車の側面を、軸線方向に押圧する弾性部材が設けられている。

特開２０１１−１７９５６５号公報 特開２００７−２８５３２７号公報 特開２００７−２０５４８０号公報

ところで、一般的な歯車機構は、伝達するトルクや回転数などの運転状態が区々であるため、予め定められた運転状態で歯当たりが良好となるように歯面の形状を定めている。したがって、上記予め定められた運転状態以外の運転状態で動力を伝達する場合には、歯当たりが良好とならない場合がある。そこで、特許文献１に記載されたように歯車が反り返ることができるようにリム部を形成することにより、動力の伝達時に歯車が変形することで歯当たりを良好とすること、すなわち動力の伝達効率の低下を抑制することができる。一方、歯車は、伝達するトルクやギヤ比などに応じて要求される剛性や大きさが定められているため、全ての歯車のリム部を特許文献１に記載したように構成することができない可能性がある。または、全ての歯車のリム部を特許文献１に記載したように構成するとすれば、加工コストなどが増大する可能性がある。したがって、従来では加工工数を低減しつつ、動力の伝達効率の低下を抑制するための技術的な改善の余地がある。

この発明は上記の技術的課題に着目して成されたものであり、加工工数を低減しつつ、動力の伝達効率の低下を抑制することができる歯車機構およびその製造方法を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、この発明は、第１噛み合い歯を有する第１歯車と、前記第１噛み合い歯に噛み合う第２噛み合い歯を有する第２歯車とを備えた歯車機構において、前記第１歯車を支持する第１軸部材と、前記第２歯車を支持する第２軸部材とを備え、前記第１歯車は、前記第１軸部材に連結されるとともに、前記第１噛み合い歯が形成された第１ベース部を有し、前記第２歯車は、前記第２軸部材に連結されるとともに、前記第２噛み合い歯が形成された第２ベース部を有し、予め定めた所定の動力を伝達した場合に相手側の噛み合い歯との接触面の面積のうちの歯元面側の面積と歯先面側の面積とが同一となるように形成された前記第１歯車と前記第２歯車とのうち、前記所定の動力と異なる動力を伝達した場合に前記歯元面側の面積が前記歯先面側の面積よりも大きくなる一方の歯車のみに、前記一方の歯車におけるベース部の剛性を低くするための低剛性部が形成されていることを特徴とするものである。

この発明では、前記一方の歯車は、前記一方の歯車における前記ベース部の剛性が、前記第１歯車と前記第２歯車とのうちの他方の歯車におけるベース部の剛性よりも低くなるように構成されていてよい。

この発明では、前記低剛性部は、前記一方の歯車における他の部分を構成する材料よりもヤング率が低い材料により構成されていてよい。

この発明では、前記低剛性部は、前記一方の歯車における他の部分の断面係数よりも小さい断面係数となる形状に形成されていてよい。

この発明では、前記低剛性部は、前記一方の歯車における他の部分の板厚よりも薄く形成して構成されていてよい。

この発明では、前記一方の歯車における前記ベース部の側面のうちの少なくともいずれか一方の側面に溝部が形成され、前記低剛性部は、前記溝部であってよい。

この発明では、前記一方の歯車は、前記一方の歯車における歯面の圧力角誤差が、動力の伝達時に相手側の噛み合い歯との接触面の面積のうちの歯元面側の面積が歯先面側の面積よりも大きくなるように構成されていてよい。

この発明では、前記一方の歯車は、前記一方の歯車における噛み合い歯が、予め定められた運転状態に基づいて形成された歯形よりも歯元側の歯厚が厚く、または歯先側の歯厚が薄くなるように構成されていてよい。

この発明では、前記第１歯車と前記第２歯車とのうちの他方の歯車は、前記他方の歯車における歯面の圧力角誤差が、動力の伝達時に前記一方の歯車の噛み合い歯との接触面の面積が歯元面側の面積よりも歯先面側の面積が大きくなるように構成されていてよい。

この発明では、前記他方の歯車は、前記他方の歯車における噛み合い歯が、予め定められた運転状態に基づいて形成された歯形よりも歯先側の歯厚が厚く、または歯元側の歯厚が薄くなるように構成されていてよい。

また、この発明は、第１歯車の第１噛み合い歯と、第２歯車の第２噛み合い歯とを噛み合わせて動力を伝達する歯車機構の製造方法において、前記第１歯車と前記第２歯車とが所定の動力を伝達する場合に噛み合いが良好となるように予め定めた諸元に基づいて前記第１歯車と前記第２歯車とを形成し、前記第１歯車と前記第２歯車とを噛み合わせて前記所定の動力とは異なる動力を伝達した場合に相手側の噛み合い歯との接触面の面積のうちの歯元面側の面積が歯先面側の面積よりも大きくなる前記第１歯車と前記第２歯車とのうちの一方の歯車を特定し、前記特定された一方の歯車のうちの軸部材と噛み合い歯とを連結するベース部に、前記ベース部の剛性を低下させる低剛性部を形成することを特徴とする歯車機構の製造方法である。

この発明の製造方法では、前記一方の歯車を特定した後に、前記一方の歯車の前記ベース部の板厚を薄くする加工を行ってよい。

この発明によれば、予め定められた所定の条件に基づいて形成された二つの歯車を噛み合わせて動力を伝達した場合に、それらの歯車のうち相手側の噛み合い歯との接触面の面積が歯先面側の面積よりも歯元面側の面積が大きくなる一方の歯車におけるベース部の剛性を低くするように、一方の歯車に低剛性部が形成されている。そのように低剛性部を形成することにより、動力の伝達時に低剛性部が形成されたベース部が変形する。そのため、動力の伝達時に噛み合い位置が意図した位置から変化することを抑制すること、すなわち相手側の噛み合い歯との接触面の面積のうちの歯先面側の面積と、歯元面側の面積との偏差を低減することができる。その結果、歯車機構の動力の伝達効率が低下することを抑制することができる。また、一方の歯車の剛性を低下させればよいため、加工工数が増大することを抑制することができるとともに、過度に歯車の剛性が低下することを抑制することができる。

この発明で対象とすることができる歯車機構の構成の一例を説明するための斜視図である。 第１歯車を挟んで第２歯車とは反対側から見た模式図である。 回転軸の軸線方向から見た模式図である。 第１歯車と第２歯車との噛み合い状態を説明するための作用平面図である。 歯当たりの仕方の変化に伴う歯車機構の動力の伝達効率の変化を検証するための基礎実験の結果を示す図であり、低トルクを入力した場合の実験結果を示す図である。 歯当たりの仕方の変化に伴う歯車機構の動力の伝達効率の変化を検証するための基礎実験の結果を示す図であり、高トルクを入力した場合の実験結果を示す図である。 円盤部の剛性を低下させて歯車機構の動力の伝達効率を検証した実験結果であり、円盤部の剛性を低下させる以外は第１基礎実験と同一の条件で行った実験結果を示す図である。 円盤部の剛性を低下させて歯車機構の動力の伝達効率を検証した実験結果であり、円盤部の剛性を低下させる以外は第２基礎実験と同一の条件で行った実験結果を示す図である。 円盤部の剛性を低下させて歯車機構の動力の伝達効率を検証した実験結果であり、円盤部の剛性を低下させる以外は第３基礎実験と同一の条件で行った実験結果を示す図である。 第１円盤部に低剛性部（溝）を形成した例を示す斜視図である。 第１円盤部の両側面に溝を形成した例を示す断面図である。 第１円盤部の一方の側面に溝を形成した例を示す断面図である。 第１円盤部の他方の側面に溝を形成した例を示す断面図である。

この発明で対象とすることができる歯車機構は、互いに噛み合う二つの歯車を有するものであり、その歯車機構の構成の一例を図１に示している。図１に示す歯車機構１は、第１回転軸２と、第１回転軸２と一体に回転する第１歯車３と、第１回転軸２と平行に配置された第２回転軸４と、第２回転軸４と一体に回転するとともに、第１歯車３と噛み合う第２歯車５とにより構成されている。また、第１歯車３の外径（またはピッチ円）は、第２歯車５の外径（またはピッチ円）よりも大きく形成されている。なお、図１には、歯幅方向に対して歯筋が傾斜して形成されたはすば歯車を示しているが、歯車の種類は特に限定されず、歯幅方向に対して歯筋が平行に形成された平歯車などであってもよい。

上記の第１歯車３は、第１回転軸２に嵌合される第１円盤部６と、第１円盤部６の外周面に形成された第１噛み合い歯７とを有し、第１円盤部６に第１回転軸２が回転方向で一体となるように挿入されている。この第１回転軸２が、この発明の実施形態における「第１軸部材」に相当するものであって、従来知られているリム部やウェブ部あるいはハブ部などと称される箇所である。なお、第１円盤部６と第１回転軸２とをスプライン係合させ、または第１円盤部６に第１回転軸２を圧入するなどにより、第１回転軸２により第１歯車３を支持するように構成すればよく、その構成は特に限定されない。すなわち、第１円盤部６は、第１回転軸２と一体となって回転するとともに、第１回転軸２の軸線方向に移動することができるように構成されていてもよく、第１円盤部６は、第１回転軸２とが一体となって回転するとともに、第１回転軸２の軸線方向に移動することができないように構成されていてもよい。

また、第２歯車５も第１歯車３と同様に構成されている。具体的には、第２歯車５は、第２回転軸４に嵌合される第２円盤部８と、第２円盤部８の外周面に形成され、かつ第１噛み合い歯７に噛み合う第２噛み合い歯９とを有し、第２円盤部８に第２回転軸４が回転方向で一体となるように挿入されている。この第２回転軸４が、この発明の実施形態における「第２軸部材」に相当するものであって、従来知られているリム部やウェブ部あるいはハブ部などと称される箇所である。なお、第２円盤部８と第２回転軸４とをスプライン係合させ、または第２円盤部８に第２回転軸４を圧入するなどにより、第２回転軸４により第２歯車５を支持するように構成すればよく、その構成は特に限定されない。すなわち、第２円盤部８は、第２回転軸４と一体となって回転するとともに、第２回転軸４の軸線方向に移動することができるように構成されていてもよく、第２円盤部８は、第２回転軸４とが一体となって回転するとともに、第２回転軸４の軸線方向に移動することができないように構成されていてもよい。

上述した各歯車３，５は、従来知られている歯車と同様に歯面がインボリュート曲線となるように構成され、その噛み合い歯７，９の捩れ角や圧力角などの諸元や圧力角誤差、捩れ角誤差、歯形丸み、クラウニングなどの歯面精度は、歯車機構１が伝達するトルクの大きさや回転数などの所定の運転状態に基づいて予め定められている。具体的には、歯車機構１に入力される最大トルクなどに応じて、それぞれの噛み合い歯７，９の基準となる捩れ角や圧力角などの諸元を定め、更に歯車機構１に最も頻繁に伝達される所定の動力を予め定め、その所定の動力が伝達された場合に各歯車３，５の歯面同士が最も良好に接触するように、それぞれの噛み合い歯７，９の捩れ角誤差や圧力角誤差などの歯面精度を定めている。なお、ここで示す圧力角誤差とは、歯たけ方向における最も大きい圧力角と最も小さい圧力角との偏差であり、捩れ角誤差とは、歯筋方向における最も大きい捩れ角と最も小さい捩れ角との偏差である。

そのように噛み合い歯７，９の歯面精度を定める場合には、所定の動力を伝達する際における円盤部６，８や噛み合い歯７，９の撓み量、もしくは各回転軸２，４やその回転軸２，４を支持する図示しないベアリングの変形量や位置ズレの量、あるいはベアリングを固定するケースの変形量などをシミュレーションや実験などに基づいて求め、その求められた撓み量や変形量などを考慮している。

したがって、歯車機構１に伝達される動力の大きさが、上記所定の動力の大きさと異なっている場合には、円盤部６，８や噛み合い歯７，９の撓み量もしくは回転軸２，４の変形量などが所定の動力が伝達される場合とは異なるため、各歯車３，５の歯面同士の接触の仕方が、所定の動力が伝達される場合と比較して悪化する可能性がある。

図２は、トルクの伝達に伴って歯車３，５や回転軸２，４あるいはベアリングもしくはケースが変形して、第１歯車３の歯幅方向と第２歯車５の歯幅方向とが交差した例を示している。なお、図２は、図１の矢視IIにおける歯の噛み合い状態を模式的に示しており、第１歯車３が第２歯車５に対して傾いた状態を示している。このように各歯車３，５が噛み合った場合には、予め定められたタイミングよりも早いタイミングで各歯車３，５の噛み合い歯７，９が噛み合い始めるとともにその噛み合いが終了し、または遅いタイミングで各歯車３，５の噛み合い歯７，９が噛み合い始めるとともにその噛み合いが終了することになる。

はすば歯車は、作用平面の対角線方向に噛み合いが進行するとともに、噛み合い始めてから噛み合いが終了するまでの中間位置を挟んで噛み合い進行方向における一方側では歯元の面が相手側の歯車に噛み合い、他方側では歯先の面が相手側に噛み合うように構成されている。したがって、上記のように噛み合い始めるタイミングや噛み合いが終了するタイミングが予め定められたタイミングからずれると、相手側の噛み合い歯との接触面の面積のうちの歯元面側の面積が歯先面側の面積よりも大きくなり、または相手側の噛み合い歯との接触面の面積のうちの歯先面側の面積が歯元面側の面積よりも大きくなる。なお、相手側の噛み合い歯と接触する面積とは、一つの噛み合い歯が噛み合い始めてからその噛み合いが終了するまでに相手側の噛み合い歯と接触する面積の累積値である。

以下の説明では、上記のように相手側の噛み合い歯との接触面のうちの歯元面側の面積が歯先面側の面積よりも大きくなる噛み合いを、「歯元当たり」と記し、相手側の噛み合い歯との接触面の面積のうちの歯先面側の面積が歯元面側の面積よりも大きくなる噛み合いを、「歯先当たり」と記す。

図３は、トルクの伝達に伴って歯車３，５や回転軸２，４あるいはベアリングもしくはケースが変形して、第１歯車３の歯幅方向と第２歯車５の歯幅方向とが平行でない状態で各歯車３，５が噛み合っている例を示している。なお、図３は、図１の矢視IIIにおける歯の噛み合い状態を模式的に示しており、第１歯車３が第２歯車５に対して傾いた状態を示している。このように各歯車３，５が噛み合った場合には、互いの歯車３，５の回転中心同士の距離に対して、第１歯車３における回転中心Ｏからその第１歯車３の歯幅方向における一方側の歯先までの半径方向での距離が長くなる。すなわち、第１歯車３の歯先が第２歯車５の歯元側に差し込まれる。また、第１歯車３の回転中心軸線と第２歯車５の回転中心軸線とが捩れる。そのため、第１歯車３は、歯元当たりとなり、第２歯車５は、歯先当たりとなる。

なお、平歯車の場合は、作用平面上におけるピッチ線と平行に噛み合い位置が進行するように構成されているものの、図２や図３に示すようにトルクの伝達に伴って第１歯車３の歯幅方向と第２歯車５の歯幅方向とが交差し、または第１歯車３の歯幅方向と第２歯車５の歯幅方向とが平行でない状態になると、その角度に応じてピッチ線に対する噛み合い進行方向が傾く。その結果、はすば歯車により構成した場合と同様に相手側の噛み合い歯との接触面の面積のうちの歯元面側の面積が歯先面側の面積よりも大きくなり、または相手側の噛み合い歯との接触面の面積のうちの歯先面側の面積が歯元面側の面積よりも大きくなる場合がある。

図４は、第１歯車３が歯元当たりした際における作用平面を示している。上述したようにはすば歯車は、作用平面の対角線方向に噛み合いが進行する。この噛み合いが進行する方向（ピッチ線に対する傾斜角度）は、噛み合い歯７の捩れ角に応じたものとなる。したがって、図４に示す例では、噛み合い歯７の捩れ角に応じて、図における右下側から左上側に向けて、あるいは左上側から右下側に向けて噛み合いが進行している。すなわち、第１噛み合い歯７の歯面の歯元側から歯先側に向けて噛み合いが進行し、第２噛み合い歯９の歯面の歯先側から歯元側に向けて噛み合いが進行している。なお、図４には、図における右下側から左上側に向けて噛み合いが進行している例を示しており、その噛み合い進行方向を矢印で示し、意図した通りに歯当たりする場合の噛み合い領域を破線で示している。

図４に破線で示すように意図した通りに歯当たりする場合には、相手側の噛み合い歯との接触面の面積のうちの歯元面側の面積と歯先面側の面積とがほぼ同一になる。一方、図４に実線で示すように意図した歯当たりとならない場合には、相手側の噛み合い歯との接触面の面積のうちの歯元面側の面積が、歯先面側の面積よりも大きくなり、または歯先面側の面積が、歯元面側の面積よりも大きくなる。

歯車機構における動力損失は、従来知られているように歯面の摩擦係数と、その歯面に作用する荷重と、歯面で生じる滑り速度とを積算することにより求めることができる。その滑り速度は、ピッチ線からの距離に比例して速くなる。したがって、上述したように歯元当たりや歯先当たりとなる場合には、歯車機構の動力損失が大きくなると推定される。すなわち、歯車機構の動力の伝達効率が低下すると推定される。

本発明者は、歯当たりの仕方の変化に伴う歯車機構１の動力の伝達効率の変化を実験により検証した。この動力の伝達効率は、第２回転軸４に入力した動力と、第１回転軸２で検出された動力の実測値との割合で求めた。以下の説明では、この実験を、基礎実験と示す。この基礎実験では、まず、上記所定の動力を歯車機構１に入力することにより動力の伝達効率を求めた。具体的には、互いの噛み合い歯７，９の噛み合い状態が、意図した通りの噛み合い状態となるようにして動力の伝達効率を求めた。この基礎実験を、以下の説明では、第１基礎実験と記す。なお、各噛み合い歯７，９の捩れ角や圧力角などの諸元は、予め定められた諸元とし、各噛み合い歯７，９の捩れ角誤差や圧力角誤差などの歯面精度は、所定の動力を伝達する際に噛み合い位置が良好となるように定めている。

ついで、第１歯車３が歯元当たりとなるように、簡易的に第１噛み合い歯７の圧力角誤差のみを変更して、所定の動力を歯車機構１に入力することにより動力の伝達効率を求めた。具体的には、第１歯車３の歯元側の圧力角を大きくし、または第１歯車３の歯先側の圧力角を小さくすることにより、圧力角誤差が大きくなるように第１歯車３を形成して動力の伝達効率を求めた。この基礎実験を、以下の説明では、第２基礎実験と記す。

さらに、第１歯車３が歯先当たりとなるように、簡易的に第１噛み合い歯７の圧力角誤差のみを変更して、所定の動力を歯車機構１に入力することにより動力の伝達効率を求めた。具体的には、第１歯車３の歯先側の圧力角を大きくし、または第１歯車３の歯元側の圧力角を小さくすることにより、圧力角誤差が小さくなるように第１歯車３を形成して動力の伝達効率を求めた。この基礎実験を、以下の説明では、第３基礎実験と記す。

なお、第２基礎実験および第３基礎実験における各噛み合い歯７，９の諸元と、第１基礎実験における各噛み合い歯７，９の諸元とは同一である。

その基礎実験の結果を図５および図６に示しており、縦軸が、動力の伝達効率を示し、横軸が、第１回転軸２または第２回転軸４の回転数を示している。なお、図５は、低トルクを入力した場合の基礎実験の結果を示し、図６は、高トルクを入力した場合の基礎実験の結果を示している。また、第１基礎実験の結果を、菱形でプロットし、第２基礎実験の結果を、四角形でプロットし、第３基礎実験の結果を、三角形でプロットしている。

図５および図６に示すように歯先当たりする場合や歯元当たりする場合には、回転数や伝達するトルクの大きさに拘わらず、意図した通りに歯当たりする場合と比較して動力の伝達効率が低下することが分かる。

そこで、本発明者は、第１歯車３の第１円盤部６の剛性を低下させて上記の基礎実験と同様の実験を行い、第１円盤部６の剛性を低下させることによる動力の伝達効率の変化を検証した。すなわち、第１円盤部６の剛性のみを低下させ、他の条件は上記の基礎実験と同様に行った。図７ないし図９は、その実験結果を示しており、縦軸が、動力の伝達効率を示し、横軸が、第１回転軸２または第２回転軸４の回転数を示している。なお、基礎実験における高トルクと同様のトルクを入力して実験を行った。

また、図７は、第１噛み合い歯７の圧力角誤差を第１基礎実験と同様としつつ、第１円盤部６の剛性を低下させて行った実験結果を示し、図８は、第１噛み合い歯７の圧力角誤差を上記第２基礎実験と同様としつつ、第１円盤部６の剛性を低下させて行った実験の結果を示し、図９は、第１噛み合い歯７の圧力角誤差を上記第３基礎実験と同様としつつ、第１円盤部６の剛性を低下させて行った実験の結果を示している。そして、各図には、上記基礎実験の結果を塗りつぶしのシンボルでプロットし、第１円盤部６の剛性を低下させた実験結果を白抜きのシンボルでプロットしている。

図７および図９に示すように、基礎実験では、意図した通りに歯当たりしていた歯車機構や歯先当たりする歯車機構は、剛性を低下させたとしても動力の伝達効率は変化しない。これらの実験を行った後の歯面を観察すると、剛性を低下させる以前と剛性を低下させた後とで、歯当たりが変化していないことが確認できた。

一方、図８に示すように、基礎実験では、歯元当たりする歯車機構は、剛性を低下させると動力の伝達効率が向上する。この実験を行った後の歯面を観察すると、剛性を低下させる以前と剛性を低下させた後とでは、剛性を低下させた後の方が、歯元で接触する面積と歯先で接触する面積との偏差が小さくなっていることが確認できた。すなわち、歯当たりが歯先側に変化していることが確認できた。

上述したように歯元当たりする第１歯車３における第１円盤部６の剛性を低下させることにより、動力の伝達効率を向上させることができる。そのため、この発明の実施形態における歯車機構１は、図１０に示す歯車機構１のうち歯元当たりとなる歯車（第１歯車とする）の第１円盤部６の剛性を低下させるために、第１円盤部６に低剛性部１０が形成されている。すなわち、第１円盤部６の一部の剛性を他の部分の剛性よりも低くし、または第２歯車５における第２円盤部８の剛性よりも低くしている。具体的には、第１円盤部６に環状の溝１１を形成している。なお、そのように第１円盤部６の剛性を低下させたとしても、その第１円盤部６の剛性は、歯車機構１に伝達される最大トルクに基づいて要求される剛性よりも大きくなるように形成されている。

このように予め定められた諸元や歯面精度に基づいて歯車３，５を形成した場合に歯元当たりとなる歯車３における円盤部６の剛性を低下させることにより、動力の伝達時に円盤部６が変形する。そのため、動力の伝達時に噛み合い位置が意図した位置から変化することを抑制すること、すなわち相手側の噛み合い歯９との接触面の面積のうちの歯先面側の面積と、歯元面側の面積との偏差を低減することができる。その結果、歯車機構１の動力の伝達効率が低下することを抑制することができる。また、一方の歯車３の剛性を低下させればよいため、加工工数が増大することを抑制することができるとともに、過度に歯車３の剛性が低下するなどの事態を抑制することができる。

つぎに、上述した歯車機構１の製造方法について説明する。上述した歯車機構１は、まず、予め定められた諸元や歯面精度に基づいて各歯車を形成し、その歯車機構１をユニット化して動力を伝達したときにおけるミスアライメント量を求める。このミスアライメント量は、設計上定められた各回転軸２，４同士の平行度などであって、実際の歯車機構１をユニット化して動力を伝達することにより測定してもよく、シミュレーションによって求めてもよい。なお、ミスアライメント量を求める際に歯車機構１に伝達する動力は、噛み合い歯７，９の捩れ角や圧力角などの諸元や噛み合い歯７，９の捩れ角誤差や圧力角誤差などの歯面精度を定める際に基準として用いる動力とは異なる動力である。

ついで、各歯車３，５の歯面形状を求める。この歯面形状は、歯車３，５を実測してもよく、設計値に基づいたものであってもよい。そして、上述したミスアライメント量と、歯形とから歯面の接触状態をシミュレーションにより求める。具体的には、作用平面上での歯面の接触位置およびその面積を求める。ついで、歯面の接触位置とその面積とから歯元当たりする歯車３と、歯先当たりする歯車５とを特定し、その歯元当たりする歯車３の円盤部６の剛性を低下させるための低剛性部１０を形成する。具体的には、歯元当たりする歯車３の円盤部６のうちの少なくとも一部の板厚が薄くなるように溝や穴を形成する。

上述した低剛性部１０の構成例について図１１ないし図１３を参照して説明する。図１１に示す例では、円盤部６の両側面に環状の溝１１ａ，１１ｂを形成しており、その溝１１ａ，１１ｂが形成された箇所が低剛性部１０となる。このように円盤部６の両側面に溝１１ａ，１１ｂを形成することにより、歯車機構１がトルクを伝達することに伴って、回転軸２，４やベアリングあるいはケースなどが変形したとしても、歯車３が反り返るように円盤部６が湾曲し、または噛み合い歯７が回転方向にずれるように円盤部６が撓み変形するなどして、歯元当たりとなることを抑制することができる。すなわち、トルクの伝達に伴う回転軸２，４やベアリングあるいはケースなどの変形を要因とした噛み合い位置のずれを是正することができる。その結果、歯車機構１の動力の伝達効率が低下することを抑制することができる。

また、回転軸やベアリングあるいはケースなどが変形した場合には、各噛み合い歯７，９の噛み合い位置が歯幅方向にずれる場合がある。そのような場合には、歯元当たりする第１歯車３の第１円盤部６の一方の側面に図１１や図１２に示すように環状の溝１１ｃ，１１ｄを形成してもよい。具体的には、歯元当たりする第１歯車３の噛み合い位置が予め定められた噛み合い位置よりも歯幅方向における一方側（図１１における右側、または図１２における左側）にずれる場合には、円盤部６の側面のうち噛み合い位置がずれる方向と同一側の側面（図１１における右側、または図１２における左側）に溝１１ｃ，１１ｄを形成してもよい。これは、歯幅方向における一方側の歯面に荷重が作用したことにより、噛み合い歯７が捩れることを抑制するため、すなわち噛み合い位置が歯幅方向にずれた場合に噛み合い歯７が一様に倒れる方向（回転方向）に変形するようにするためである。

このように円盤部６の一方の側面に溝１１ｃ，１１ｄを形成した場合であっても、歯車機構１がトルクを伝達することに伴って、回転軸２，４やベアリングあるいはケースなどが変形したとしても、歯車３が反り返るように円盤部６が湾曲し、または噛み合い歯７が回転方向にずれるように円盤部６が撓み変形するなどして、歯元当たりとなることを抑制することができる。すなわち、歯車機構１の動力の伝達効率が低下することを抑制することができる。

また、予め定められた運転状態に基づいて歯車（歯形）を形成すると、動力の伝達時に第２歯車５が歯元当たりとなる場合がある。その場合には、第２歯車５が小径の歯車であることにより、円盤部８の剛性を低下させるための溝などを形成することができない場合がある。すなわち、歯元当たりする歯車５に要求される条件に応じて、歯元当たりする歯車５に低剛性部を形成することができない場合がある。そのような場合には、歯先当たりとなる歯車（ここでは、第１歯車とする）３の歯元や歯元当たりとなる歯車（ここでは、第２歯車とする）５の歯先が厚くなり、または第１歯車３の歯先や第２歯車５の歯元が薄くなるように圧力角誤差を変更してもよい。すなわち、予め定められた運転状態に基づいて歯車を形成した場合に歯元当たりとなる歯車を、第１歯車３または第２歯車５の圧力角誤差を変更することにより歯先当たりとなるようにし、歯先当たりとなる歯車を、第１歯車３または第２歯車５の圧力角誤差を変更することにより歯先当たりとなるようにしてもよい。

このように予め定められた圧力角誤差を変更して形成した歯車機構１により動力を伝達した場合に歯元当たりとなる歯車が、この発明の実施形態における「一方の歯車」に相当する。なお、上記のように圧力角誤差を変更する場合であっても、予め定めた運転状態での噛み合い位置が意図した通りの噛み合い位置となるように圧力角誤差を変更する。

このように構成することにより、予め定められた諸元や歯面精度に基づいて形成された歯車３，５を使用した場合に歯元当たりとなる第２歯車５が、少なくともいずれか一方の噛み合い歯７，９の圧力角誤差を変更することにより歯先当たりすることになり、歯先当たりとなる第１歯車３が、少なくともいずれか一方の噛み合い歯７，９の圧力角誤差を変更することにより歯元当たりとなる。したがって、上記のような第２歯車５に要求される条件を満たしつつ、歯車機構１の動力の伝達効率が低下することを抑制することができる。

なお、上述したように円盤部６の剛性を低下させるために溝１１を形成するのは、円盤部６の断面係数を低下させて剛性を低下させるためであって、円盤部６に溝１１を形成する他に、穴を形成するなどしてもよい。また、その剛性を適宜定めるため、または噛み合い位置を調整するために図１１ないし図１３における溝１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの深さや溝幅などを適宜定めてもよい。さらに、円盤部６の剛性を低下させるために、ヤング率が低い材料により円盤部６を構成してもよい。すなわち、円盤部６の一部をアルミニウム合金やマグネシウム合金、あるいはプラスチック、もしくは炭素繊維強化プラスチックなどで構成し、他の部分（噛み合い歯を含む）を低炭素鋼により構成してもよい。

また、この発明で対象とする歯車機構は、互いに噛み合う二つの歯車が外歯歯車のものに限らず、一方の歯車が内歯歯車であってもよい。その場合には、回転軸に連結される部分は、円盤部に代えて円筒状に形成されたものであってもよい。さらに、少なくともいずれか一方の歯車が連結される軸部材は、回転可能なものに限らず、ケースなどに固定された軸部材であってもよい。

１…歯車機構、 ２，４…回転軸、 ３，５…歯車、 ６，８…円盤部、 ７，９…噛み合い歯、 １０…低剛性部、 １１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ…溝。

Claims (12)

1. 第１噛み合い歯を有する第１歯車と、前記第１噛み合い歯に噛み合う第２噛み合い歯を有する第２歯車とを備えた歯車機構において、
   前記第１歯車を支持する第１軸部材と、
   前記第２歯車を支持する第２軸部材と
   を備え、
   前記第１歯車は、前記第１軸部材に連結されるとともに、前記第１噛み合い歯が形成された第１ベース部を有し、
   前記第２歯車は、前記第２軸部材に連結されるとともに、前記第２噛み合い歯が形成された第２ベース部を有し、
   予め定めた所定の動力を伝達した場合に相手側の噛み合い歯との接触面の面積のうちの歯元面側の面積と歯先面側の面積とが同一となるように形成された前記第１歯車と前記第２歯車とのうち、前記所定の動力と異なる動力を伝達した場合に前記歯元面側の面積が前記歯先面側の面積よりも大きくなる一方の歯車のみに、前記一方の歯車におけるベース部の剛性を低くするための低剛性部が形成されている
   ことを特徴とする歯車機構。
   
2. 請求項１に記載の歯車機構において、
   前記一方の歯車は、前記一方の歯車における前記ベース部の剛性が、前記第１歯車と前記第２歯車とのうちの他方の歯車におけるベース部の剛性よりも低くなるように構成されている
   ことを特徴とする歯車機構。
3. 請求項１または２に記載の歯車機構において、
   前記低剛性部は、前記一方の歯車における他の部分を構成する材料よりもヤング率が低い材料により構成されている
   ことを特徴とする歯車機構。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の歯車機構において、
   前記低剛性部は、前記一方の歯車における他の部分の断面係数よりも小さい断面係数となる形状に形成されている
   ことを特徴とする歯車機構。
5. 請求項１ないし４のいずれか一項に記載の歯車機構において、
   前記低剛性部は、前記一方の歯車における他の部分の板厚よりも薄く形成して構成されている
   ことを特徴とする歯車機構。
6. 請求項１ないし５のいずれか一項に記載の歯車機構において、
   前記一方の歯車における前記ベース部の側面のうちの少なくともいずれか一方の側面に溝部が形成され、
   前記低剛性部は、前記溝部である
   ことを特徴とする歯車機構。
7. 請求項１ないし６のいずれか一項に記載の歯車機構において、
   前記一方の歯車は、前記一方の歯車における歯面の圧力角誤差が、動力の伝達時に相手側の噛み合い歯との接触面の面積のうちの歯元面側の面積が歯先面側の面積よりも大きくなるように構成されている
   ことを特徴とする歯車機構。
8. 請求項７に記載の歯車機構において、
   前記一方の歯車は、前記一方の歯車における噛み合い歯が、予め定められた運転状態に基づいて形成された歯形よりも歯元側の歯厚が厚く、または歯先側の歯厚が薄くなるように構成されている
   ことを特徴とする歯車機構。
9. 請求項１ないし８のいずれか一項に記載の歯車機構において、
   前記第１歯車と前記第２歯車とのうちの他方の歯車は、前記他方の歯車における歯面の圧力角誤差が、動力の伝達時に前記一方の歯車の噛み合い歯との接触面の面積が歯元面側の面積よりも歯先面側の面積が大きくなるように構成されている
   ことを特徴とする歯車機構。
10. 請求項９に記載の歯車機構において、
    前記他方の歯車は、前記他方の歯車における噛み合い歯が、予め定められた運転状態に基づいて形成された歯形よりも歯先側の歯厚が厚く、または歯元側の歯厚が薄くなるように構成されている
    ことを特徴とする歯車機構。
    
11. 第１歯車の第１噛み合い歯と、第２歯車の第２噛み合い歯とを噛み合わせて動力を伝達する歯車機構の製造方法において、
    前記第１歯車と前記第２歯車とが所定の動力を伝達する場合に噛み合いが良好となるように予め定めた諸元に基づいて前記第１歯車と前記第２歯車とを形成し、
    前記第１歯車と前記第２歯車とを噛み合わせて前記所定の動力とは異なる動力を伝達した場合に相手側の噛み合い歯との接触面の面積のうちの歯元面側の面積が歯先面側の面積よりも大きくなる前記第１歯車と前記第２歯車とのうちの一方の歯車を特定し、
    前記特定された一方の歯車のうちの軸部材と噛み合い歯とを連結するベース部に、前記ベース部の剛性を低下させる低剛性部を形成する
    ことを特徴とする歯車機構の製造方法。
    
12. 請求項１１に記載の歯車機構の製造方法において、
    前記一方の歯車を特定した後に、前記一方の歯車の前記ベース部の板厚を薄くする加工を行う
    ことを特徴とする歯車機構の製造方法。

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