JP7435226B2 - 歯車 - Google Patents

Description

本発明は、歯車に関する。

歯車としては、金属製ブッシュと、金属製ブッシュの周囲に設けられ外周に歯部が形成された樹脂部材と、金属製ブッシュと樹脂部材との間に設けられた弾性部材と、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１７－０１５１００号公報

ところで、近年の歯車では、低騒音化の要求が高まる中、歯車が噛み合う際に発生する歯打ち音（噛合い音とも称される）を抑制することが求められる。歯打ち音の抑制のために、種々の対策が考えられるが、当該対策に起因して歯車の強度が低下してしまうおそれがある。

本発明の一態様は、歯車の強度を維持しつつ歯打ち音を抑制することが可能な歯車を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る歯車は、外周に複数の歯部を有する歯車本体と、歯面から露出しないように歯部の内部に少なくとも設けられ、歯車本体よりも弾性率が低い低弾性部材と、を備える。

この歯車では、低弾性部材が歯部の内部に存在することから、歯打ち音が発生する歯部自体にその減衰効果をもたせることができ、歯打ち音を効果的に抑制することができる。また、低弾性部材が歯面からは露出しないように設けられていることから、低弾性部材が歯部の内部に存在することにより歯面強さが低下するのを抑制することができ、ひいては、歯車の強度が低下してしまうことを抑制することができる。したがって、歯車の強度を維持しつつ歯打ち音を抑制することが可能となる。

本発明の一態様に係る歯車では、低弾性部材は、歯部の内部のみに配置されていてもよい。この構成では、歯車の強度を維持しやすくなる。

本発明の一態様に係る歯車では、低弾性部材は、複数の歯部のうちの全ての歯部の内部に設けられていてもよい。この構成では、歯打ち音をより抑制することができる。また、歯車における軸回りの対称性を確保しやすくなる。

本発明の一態様に係る歯車では、低弾性部材は、Ｎ個（Ｎは１以上の整数）おきの歯部の内部に設けられていてもよい。この構成では、歯車の強度を維持しやすくなる。また、歯車における軸回りの対称性を確保しやすくなる。

本発明の一態様に係る歯車では、低弾性部材は、歯部の端面及び頂面の少なくとも一方から露出するように設けられていてもよい。この構成では、例えば歯部の内部に低弾性部材を充填しやすく、低弾性部材を容易に設けることが可能となる。

本発明によれば、歯車の強度を維持しつつ歯打ち音を抑制することが可能な歯車を提供することができる。

図１は、第１実施形態に係る歯車の斜視図である。 図２（ａ）は、図１の歯車の製造方法を示す斜視図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の続きを示す斜視図である。 図３（ａ）は、図２（ｂ）の続きを示す断面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）の続きを示す断面図である。 図４（ａ）は、図３（ｂ）の続きを示す斜視図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）の続きを示す斜視図である。図４（ｃ）は、図４（ｂ）の続きを示す斜視図である。 図５は、第２実施形態に係る歯車の斜視図である。 図６（ａ）は、図５の歯車の製造方法を示す斜視図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）の続きを示す斜視図である。 図７（ａ）は、図６（ｂ）の続きを示す斜視図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）の続きを示す斜視図である。 図８は、変形例に係る歯車の一部を拡大して示す斜視図である。 図９は、他の変形例に係る歯車の一部を拡大して示す斜視図である。 図１０は、更に他の変形例に係る歯車の一部を拡大して示す斜視図である。

以下、添付図面を参照して、実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

［第１実施形態］
第１実施形態について説明する。図１及び図２に示されるように、第１実施形態に係る歯車１は、金属製ギヤであって、車両用又は産業用の歯車として用いられる。例えば歯車１は、エンジン内のバランスシャフトギヤ及びカムシャフトギヤ等に使用できる。歯車１は、歯車本体３と、低弾性部材５と、を備える。歯車１は、平歯車である。

歯車本体３は、例えば回転軸（図示省略）に取り付けられる部材である。歯車本体３は、他の歯車と噛み合う部材である。歯車本体３は、例えば、ステンレス鋼等の金属で形成されている。歯車本体３は、本体部７と、複数の歯部９と、を有している。本体部７は、環状である。本体部７には、貫通孔７ｈが設けられている。貫通孔７ｈは、本体部７の一方の端面と他方の端面とを貫通している。貫通孔７ｈには、回転軸が挿入される。歯部９は、本体部７の外周に複数設けられている。歯部９は、本体部７の周方向において、所定の間隔をあけて複数形成されている。複数の歯部９のそれぞれには、孔１１が設けられている。孔１１は、歯部９の一方の端面９ａと他方の端面９ｂとを貫通している。ここでの孔１１は、円形孔である。孔１１は、歯部９のみに設けられ、本体部７には設けられていない。

低弾性部材５は、歯車１が他の歯車と噛み合うことで発生する歯打ち音を減衰する部材である。低弾性部材５は、複数の歯部９の孔１１に設けられている。すなわち、低弾性部材５は、歯面９ｆから露出しないように歯部９の内部に少なくとも設けられている。低弾性部材５は、歯車本体３よりも弾性率が低い。低弾性部材５は、例えば、ゴムにより形成されている。ゴムは、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、スチレンブタジエンゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム、エピクロロヒドリンゴム又はシリコーンゴム等である。ゴムは、耐久性及び耐熱性の観点から、フッ素ゴム又はシリコーンゴムであることが好ましい。

図示する例では、低弾性部材５は、複数の歯部９のうちの全ての歯部９の内部に設けられている。低弾性部材５は、歯部９の内部のみに設けられ、本体部７には設けられていない。低弾性部材５は、孔１１の内部に隙間なく充填されている。低弾性部材５は、歯部９の端面９ａ及び端面９ｂと面一になるように設けられている。低弾性部材は、歯部９の端面９ａ及び端面９ｂから露出するように設けられている。

続いて、歯車１の製造方法の一例について説明する。

本実施形態に係る歯車１の製造方法は、金属部材加工工程と、孔加工工程と、弾性部材形成工程と、歯切加工工程と、を含む。以下、各工程について順に説明する。

＜金属部材加工工程＞
金属部材加工工程では、図２（ａ）に示されるように、円環状の金属部材２０を形成する。金属部材加工工程では、金属部材２０を切削して金属部材２０の寸法を調整する。金属部材加工工程では、金属部材２０を旋盤等の工作機械によって切削加工する。具体的には、金属部材加工工程では、金属部材２０の外径部分及び内径部側面を削り、金属部材２０を所定の寸法に加工する。金属部材２０を切削した後、金属部材２０を洗浄する。

＜孔加工工程＞
孔加工工程では、図２（ｂ）に示されるように、金属部材２０の外周部に複数の孔１１を形成する孔加工を行う。例えば孔加工工程では、ボール盤等の工作機械のドリルを用いて、金属部材２０の外周部に複数の孔１１を、周方向に沿って並ぶように形成する。

＜弾性部材形成工程＞
弾性部材形成工程では、金属部材２０の孔１１に低弾性部材５を形成する。例えば弾性部材形成工程では、図３（ａ）に示されるように、複数の孔１１が形成された金属部材２０を下型３１に配置する。続いて、図３（ｂ）に示されるように、ゴム材料Ｇを上型３２によって孔１１に押し込み、孔１１にゴム材料Ｇを注入して充填する。そして、充填したゴム材料Ｇの加硫及び加熱を行う。これにより、図４（ａ）に示されるように、金属部材２０の孔１１に低弾性部材５が形成される。必要に応じて、低弾性部材５のバリの除去等を行う。

＜歯切加工工程＞
歯切加工工程では、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示されるように、低弾性部材５の位置と歯部９の位置との位相を併せて、金属部材２０の歯切加工を行う。適用される歯切加工としては、ホブ盤又はシェービング盤による仕上げ加工が挙げられる。歯切加工工程により、低弾性部材５を内部に含む歯部９が、端面９ａ及び端面９ｂからは低弾性部材５が露出し且つ歯面９ｆからは低弾性部材５が露出しないように形成される。以上の工程により、歯車１が製造される。歯車１の製造方法としては、上述した方法に限定されず、公知の種々の手法を用いることができる。

以上説明したように、本実施形態に係る歯車１では、低弾性部材５が歯部９の内部に存在することから、歯打ち音が発生する歯部９自体にその減衰効果をもたせることができ、歯打ち音を効果的に抑制することができる。また、低弾性部材５が歯面９ｆからは露出しないように設けられていることから、低弾性部材５が歯部９の内部に存在することにより歯面強さが低下するのを抑制することができ、ひいては、歯車１の強度が低下してしまうことを抑制することができる。したがって、歯車１の強度を維持しつつ歯打ち音を抑制することが可能となる。

歯車１では、低弾性部材５は、歯部９の内部のみに配置されている。この構成では、歯車１の強度を維持しやすくなる。

歯車１では、低弾性部材５は、複数の歯部９のうちの全ての歯部９の内部に設けられている。この構成では、歯打ち音をより抑制することができる。また、歯車１における軸回りの対称性を確保しやすくなる。

歯車１では、低弾性部材５は、歯部９の端面９ａ及び端面９ｂから露出するように設けられている。この構成では、低弾性部材５が全く露出しない場合に比べて、歯部９の内部に低弾性部材５を充填しやすく、低弾性部材５を容易に設けることが可能となる。

歯車１の歯打ち音の低減効果に関する実証試験について説明する。実証試験では、歯車１を実施例１とし、低弾性部材５及び孔１１を備えない以外は歯車１と同様な歯車を比較例とし、実施例１及び比較例の歯打ち音（ｄＢ）を計測して比較した。歯打ち音の計測は、公知の計測手法を用いた（以下の実証試験において同じ）。歯打ち音の計測時における実施例１及び比較例の回転数は、ともに６０００ｒｐｍとした。実証試験の結果、実施例１では、比較例に対して歯打ち音を約２０％低減できることを確認することができた。

［第２実施形態］
第２実施形態について説明する。本実施形態の説明では、第１実施形態と異なる点を説明し、重複する説明は省略する。

図５に示されるように、第２実施形態に係る歯車１０１は、低弾性部材５が歯部９の頂面９ｙからも露出するように設けられている点で、上述した歯車１（図１参照）と異なる。複数の歯部９のそれぞれには、孔１１と連通する孔１２が設けられている。孔１２は、歯部９の頂面９ｙに開口し、径方向に沿って延びる。ここでの孔１２は、孔１１よりも小径の円形孔である。低弾性部材５は、複数の歯部９の孔１２に更に設けられている。低弾性部材５は、孔１２の内部に隙間なく充填されている。低弾性部材５は、歯部９の頂面９ｙと面一になるように設けられている。

本実施形態の歯車１０１の製造方法では、孔加工工程において、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示されるように、ボール盤等の工作機械のドリルＤＲを用い、金属部材２０に孔１１を形成した後、金属部材２０の孔１１に連通するように孔１２を形成する。弾性部材形成工程において、ゴム材料を上型及び下型によって孔１１及び孔１２に押し込み、孔１１及び孔１２にゴム材料を注入して充填し、ゴム材料の加硫及び加熱を行う。これにより、図７（ａ）に示されるように、金属部材２０の孔１１及び孔１２に低弾性部材５が形成される。歯切加工工程により、低弾性部材５を内部に含む歯部９が、端面９ａ、端面９ｂ及び頂面９ｙから低弾性部材５が露出し且つ歯面９ｆからは低弾性部材５が露出しないように形成される（図７（ｂ）参照）。

以上、本実施形態に係る歯車１０１においても、その強度を維持しつつ歯打ち音を抑制することが可能となる。また、歯車１０１では、低弾性部材５は、歯部９の頂面９ｙから露出するように設けられている。この構成では、歯部９の内部に低弾性部材５を一層充填しやすく、低弾性部材５を一層容易に設けることが可能となる。

［変形例］
以上、実施形態について説明してきたが、本発明の一態様は必ずしも上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

上記実施形態では、低弾性部材５を歯部９の内部のみに設けたが、図８に示される歯車２０１のように、低弾性部材５を歯部９及び本体部７の内部に形成してもよい。例えば、低弾性部材５は、歯部９の内部から径方向内側に延在し、本体部７の内部に至っていてもよい。

上記実施形態において、低弾性部材５の大きさ及び範囲は特に限定されない。例えば図９に示される歯車３０１のように、低弾性部材５は、端面９ａ及び端面９ｂに露出する部分と頂面９ｙに露出する部分とが連なるように設けられていてもよい。歯車３０１の低弾性部材５は、板状を呈し、端面９ａと端面９ｂと頂面９ｙとに露出しつつ歯部９に埋め込まれるように構成されている。

歯車３０１の歯打ち音の低減効果に関する実証試験について説明する。ここでは、歯車３０１を実施例２とし、実施例２及び上記比較例の歯打ち音（ｄＢ）を計測して比較した。歯打ち音の計測時における実施例２及び比較例の回転数は、ともに６０００ｒｐｍとした。実証試験の結果、実施例２では、比較例に対して歯打ち音を約１０％低減できることを確認することができた。

また例えば図１０に示される歯車４０１のように、低弾性部材５は、歯車３０１（図９参照）よりも径方向内側に延在し、本体部７の内部に至っていてもよい。歯車４０１の歯打ち音の低減効果に関する実証試験について説明する。ここでは、歯車４０１を実施例３とし、実施例３及び上記比較例の歯打ち音（ｄＢ）を計測して比較した。歯打ち音の計測時における実施例３及び比較例の回転数は、ともに６０００ｒｐｍとした。実証試験の結果、実施例３では、比較例に対して歯打ち音を約８％低減できることを確認することができた。

上記実施形態では、全ての歯部９の内部に低弾性部材５を設けたが、低弾性部材５は、Ｎ個（Ｎは１以上の整数）おきの歯部９の内部に設けられていてもよい。この構成では、歯車１の強度を維持しやすくなる。また、歯車１における軸回りの対称性を確保しやすくなる。なお、低弾性部材５は、複数の歯部９の少なくとも何れかの内部に設けられていればよい。

上記実施形態では、低弾性部材５は、歯部９の端面９ａ、端面９ｂ及び頂面９ｙの少なくとも何れかから露出していなくてもよい。上記実施形態では、歯車１が平歯車である形態を一例に説明したが、歯車１は、はすば歯車等であってもよい。上記実施形態では、低弾性部材５がゴムにより形成されている形態を一例に説明したが、低弾性部材５は、ゴムに限定されない。低弾性部材５は、歯車本体３よりも弾性率が低い部材であればよい。

上記実施形態では、歯車１が金属製歯車である形態を一例に説明したが、本発明の一態様に係る歯車は、樹脂製歯車であってもよい。樹脂製歯車における歯車本体は、環状の金属製ブッシュと、金属製ブッシュの周囲に設けられ外周に歯部を有する環状の樹脂部材と、を含む。この場合、低弾性部材は、当該樹脂部材よりも弾性率が低い。

上記実施形態及び変形例における各構成には、上述した材料及び形状に限定されず、様々な材料及び形状を適用することができる。上記実施形態又は変形例における各構成は、他の実施形態又は変形例における各構成に任意に適用することができる。上記実施形態又は変形例における各構成の一部は、本発明の一態様の要旨を逸脱しない範囲で適宜に省略可能である。

１，１０１，２０１，３０１，４０１…歯車、３…歯車本体、５…低弾性部材、９…歯部、９ａ，９ｂ…端面、９ｆ…歯面、９ｙ…頂面。

Claims (5)

1. 外周に複数の歯部を有する歯車本体と、
   歯面から露出しないように前記歯部の内部に少なくとも設けられ、前記歯車本体よりも弾性率が低い低弾性部材と、を備え、
   前記歯部には、前記歯部の一方の端面と他方の端面とを貫通する孔が設けられ、
   前記低弾性部材は、前記歯部の前記孔に設けられ、前記歯部の頂面から露出しない、歯車。
2. 前記低弾性部材は、前記歯部の内部のみに配置されている、請求項１に記載の歯車。
3. 前記低弾性部材は、複数の前記歯部のうちの全ての歯部の内部に設けられている、請求項１又は２に記載の歯車。
4. 前記低弾性部材は、複数の前記歯部のうちのＮ個（Ｎは１以上の整数）おきの歯部の内部に設けられている、請求項１又は２に記載の歯車。
5. 前記低弾性部材は、前記歯部の端面から露出するように設けられている、請求項１～４の何れか一項に記載の歯車。

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