(57)【要約】【課題】アイドラギヤの支持剛性を高くしてギヤのミスアライメントおよびそれに伴う動力損失を低減できる動力伝達装置を提供する。【解決手段】支持軸６に回転自在に取り付けられたアイドラギヤ１に複数のギヤ２，３が噛み合っており、動力の伝達に伴って前記複数のギヤ２，３と前記アイドラギヤ１との間に前記複数のギヤ２，３とアイドラギヤ１との間隔を増大させる方向の分離力が作用する動力伝達装置において、前記支持軸６は、前記アイドラギヤ１に作用する前記分離力を合成した合力の作用方向に対する曲げ強度が前記作用方向に対して直交する方向での曲げ強度より大きい断面形状を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持軸に回転自在に取り付けられたアイドラギヤに複数のギヤが噛み合っており、動力の伝達に伴って前記複数のギヤと前記アイドラギヤとの間に前記複数のギヤとアイドラギヤとの間隔を増大させる方向の分離力が作用する動力伝達装置において、
前記支持軸は、前記アイドラギヤに作用する前記分離力を合成した合力の作用方向に対する曲げ強度が前記作用方向に対して直交する方向での曲げ強度より大きい断面形状を有していることを特徴とする動力伝達装置。
【請求項２】
前記断面形状は、前記作用方向での寸法が、前記作用方向に対して直交する方向での寸法より大きい異形形状を含むことを特徴とする請求項１に記載の動力伝達装置。
【請求項３】
前記断面形状は、前記作用方向での断面係数もしくは断面二次モーメントが、前記作用方向に対して直交する方向での断面係数もしくは断面二次モーメントより大きい異形形状を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の動力伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、歯車によって動力を伝達する装置に関し、特に駆動側のギヤと従動側のギヤとが共にアイドラギヤに噛み合い、そのアイドラギヤを介して駆動側ギヤと従動側ギヤとの間で動力を伝達するように構成された装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
動力を伝達する手段として歯車が各種の分野で使用されていることは周知の通りであり、その一例として特許文献１には、駆動側のギヤと従動側のギヤとの間にアイドラギヤを配置し、そのアイドラギヤを介して駆動側から従動側に動力を伝達するように構成された装置が記載されている。この特許文献１に記載された装置は、アイドラギヤの支持構造を改良したものであり、アイドラギヤの内周部の左右両側にテーパー面が形成されているとともに、一体となって回転するように連結された二本の軸のそれぞれの先端部に、アイドラギヤにおける各テーパー面に合致する形状のテーパー面が形成され、アイドラギヤに作用する荷重をそのテーパー面で受けるように構成されている。すなわち、この種のアイドラギヤには、トルクを伝達することに伴ってスラスト方向やラジアル方向の荷重あるいはモーメントが作用する。そこで、特許文献１に記載された装置では、アイドラギヤが倒れ込む方向の荷重をテーパー面で受けるように構成することにより局部的に大きい荷重がかかったり、それに伴って局部摩耗が生じるなどのこと防止するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開昭６３−１３９３５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
歯車装置における各歯車は、それぞれのピッチ円が噛み合い点で一致するように組み付けられ、その状態で回転してトルクを伝達することにより効率良く動力を伝達することができる。しかしながら、歯車にはトルクを伝達することにより、上述した多様な方向の荷重が作用し、その結果、互いに噛み合っている歯車同士の間には、それらの歯車を離反させる方向のいわゆる分離力が作用する。この分離力によって歯車あるいはこれを支持している軸にたわみが生じると、歯車の噛み合いに狂いが生じ、その結果、歯面での摩擦の増大などによって動力損失が生じる。
【０００５】
このようないわゆるミスアライメントを防止もしくは抑制するためには、歯車の支持剛性を増大させればよいが、そのために歯車軸を大径化したり、歯車軸にヤング率の大きい部材を複合化させたりすると、歯車装置が大型化したり、コストが増大する要因になる。前述した特許文献１に記載されている装置では、トルク伝達に伴う荷重が局部的に作用することを回避もしくは低減できるとしても、上記の分離力に起因するミスアライメントを低減することは困難である。
【０００６】
この発明は上記の課題に着目してなされたものであり、装置を大型化することなく、アイドラギヤの支持剛性を向上させて、動力の伝達に伴うミスアライメントを低減することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、支持軸に回転自在に取り付けられたアイドラギヤに複数のギヤが噛み合っており、動力の伝達に伴って前記複数のギヤと前記アイドラギヤとの間に前記複数のギヤとアイドラギヤとの間隔を増大させる方向の分離力が作用する動力伝達装置において、前記支持軸は、前記アイドラギヤに作用する前記分離力を合成した合力の作用方向に対する曲げ強度が前記作用方向に対して直交する方向での曲げ強度より大きい断面形状を有していることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記断面形状は、前記作用方向での寸法が、前記作用方向に対して直交する方向での寸法より大きい異形形状を含むことを特徴とする動力伝達装置である。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記断面形状は、前記作用方向での断面係数もしくは断面二次モーメントが、前記作用方向に対して直交する方向での断面係数もしくは断面二次モーメントより大きい異形形状を含むことを特徴とする動力伝達装置である。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、アイドラギヤを介して前記複数のギヤの間でトルクが伝達される場合、アイドラギヤを前記複数のギヤから離隔させる分離力の作用方向は一定となる。すなわち、前記複数のギヤの間でのトルクの伝達は、アイドラギヤを介して行われるので、複数のギヤのうちのいずれか一つのギヤとアイドラギヤとの間で伝達されるトルクが変化すると、アイドラギヤと他のギヤとの間で伝達されるトルクが同様に、もしくは比例して変化するため、複数のギヤの各々とアイドラギヤとの間で作用する分離力をアイドラギヤで合成した合力の作用方向は、一定となる。そして、その作用方向における支持軸の曲げ強度がこれとは直交する方向での曲げ強度より大きくなっているので、その作用方向での寸法をトルク伝達に必要な強度となる寸法に設定すれば、これとは直交する方向での寸法を小さくしてもよく、したがって装置の大型化を招来することなく、あるいは大型化を抑制しつつ、アイドラギヤの支持剛性を向上させて、ギヤのミスアライメントや動力損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明に係る動力伝達装置におけるギヤトレーンの一例を示す模式図である。
【図２】そのアイドラギヤの支持軸の断面形状と、従来の一般的な支持軸の断面形状である円形形状とを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
この発明に係る動力伝達装置の一例として、一つのアイドラギヤに、駆動側のギヤ（以下、仮に駆動ギヤとする）と従動側のギヤ（以下、仮に従動ギヤとする）とが噛み合っていて、そのアイドラギヤを介して駆動ギヤと従動ギヤとの間でトルクを伝達するように構成された装置について説明する。図１はその装置を模式的に示しており、アイドラギヤ１に駆動ギヤ２と従動ギヤ３とが共に噛み合っており、これらのギヤ１，２，３は例えばはす歯歯車によって構成されている。また、これらのギヤ１，２，３は、その回転中心Ｏ1，Ｏ2，Ｏ3を結んだ線が所定の角度θとなる位置に配置されている。
【００１３】
駆動ギヤ２は所定の回転軸４に取り付けられており、また同様に、従動ギヤ３は所定の回転軸５に取り付けられている。これに対してアイドラギヤ１は、それ自体が回転できればよいので、非円形断面の支持軸６に軸受７を介して回転自在に取り付けられている。支持軸６の断面形状が非円形であるのは、支持軸６に要求される曲げ強度が方向によって異なっているからである。すなわち、上記のギヤ１，２，３の間でトルクを伝達することに伴って、それらのギヤ１，２，３を互いに離す方向の荷重（分離力）が作用し、これが支持軸６に対する曲げ荷重となるが、その分離力が作用する方向は以下に説明するようにほぼ一義的に定まる。したがって、支持軸６はその分離力に対する曲げ強度が十分であれば、その強度に特には関係しない部分の寸法は相対的に小さくしてよい。このような強度上の要請を可及的に小さい断面積で満たすように構成したことにより、支持軸６の断面形状を非円形断面もしくは異形断面としたのである。
【００１４】
より具体的に説明すると、図１において、アイドラギヤ１と駆動ギヤ２との間でトルクを伝達することによる分離力は、それらの回転中心Ｏ1，Ｏ2とを結んだ直線の方向に作用する。このようにしてアイドラギヤ１に作用する分離力を図１に符号Ｗ1sで示してある。これと同様に、アイドラギヤ１と従動ギヤ３との間でトルクを伝達することによる分離力は、それらの回転中心Ｏ1，Ｏ3とを結んだ直線の方向に作用する。このようにしてアイドラギヤ１に作用する分離力を図１に符号Ｗ2sで示してある。したがって、駆動ギヤ２からアイドラギヤ１を介して従動ギヤ３にトルクを伝達することに伴って、アイドラギヤ１をこれらの駆動ギヤ２および従動ギヤ３から離隔させるように作用する荷重は各分離力Ｗ1s，Ｗ2sを合成した荷重Ｗとなる。その荷重Ｗは、下記の式で表される。
Ｗ＝２・Ｗs ・ＣＯＳ（θ／２）  （ここで、Ｗs ＝Ｗ1s＝Ｗ2s）
そして、各分離力Ｗ1s，Ｗ2sは、図１に示す歯車装置に入力されるトルクに応じて同様に変化するから、これらの合成力である上記の荷重Ｗがアイドラギヤ１あるいはその支持軸６に作用する方向は一義的に定まり、一定となる。
【００１５】
支持軸６は、このような特定の方向に作用する荷重Ｗに耐え得る曲げ強度を有していればよく、他の方向での曲げ強度は低くてよく、したがって当該他の方向での寸法も小さくてよい。そのため、支持軸６の断面形状はいわゆる異方性のある非円形に形成されているのである。その支持軸６の断面形状の例を図２に例示してある。図２の（ａ）に示す例はいわゆるＩ形断面形状であり、図２の（ａ）では上側から下側に向けて上記の荷重Ｗが作用するものとして示してある。このＩ形断面形状では、荷重Ｗの作用する方向での寸法、すなわち図２の（ａ）では高さｈがこれと直交する方向での寸法、すなわち図２の（ａ）では幅より大きくなっている。そして、その断面の面積を「Ａ」とした場合、曲げ強度に関係する断面係数は（Ａｈ／３）となり、また断面二次モーメントは（Ａｈ２／６）となる。
【００１６】
また、図２の（ｂ）に示す例は縦長の矩形断面形状であり、図２の（ｂ）では上側から下側に向けて上記の荷重Ｗが作用するものとして示してある。この矩形断面形状では、荷重Ｗの作用する方向での寸法、すなわち図２の（ｂ）では高さｈがこれと直交する方向での寸法、すなわち図２の（ｂ）では幅より大きくなっている。そして、その断面の面積を「Ａ」とした場合、曲げ強度に関係する断面係数は（Ａｈ／６）となり、また断面二次モーメントは（Ａｈ２／１２）となる。
【００１７】
比較のために図２の（ｃ）に円形断面形状を示してあり、その面積を「Ａ」、直径を「ｈ」とした場合、曲げ強度に関係する断面係数は（Ａｈ／７）となり、また断面二次モーメントは（Ａｈ２／４π）となる。すなわち、図２の（ａ）に示すＩ形断面形状や図２の（ｂ）に示す矩形断面形状の方が、円形断面形状より断面係数および断面二次モーメントが大きくなる。
【００１８】
したがって、支持軸６の断面形状を上記のＩ形断面形状や矩形断面形状などの荷重の作用方向での寸法が、これとは直交する方向での寸法より大きいいわゆる異形形状とすれば、必要な強度を損なうことなく、従来一般的な円形断面の軸に対して幅の小さいものとすることができる。
【００１９】
また、この発明における上記支持軸６の断面積について説明すると、上記の図２の（ａ）に示すＩ型断面形状の面積を「Ａ」とし、図２の（ｃ）に示す円形形状の面積を「Ａ1 」とし、これらの断面形状をもつ軸の断面係数を同一とした場合、これらの面積の間には、（Ａ＝Ａ1 ・３／７）の関係が成立する。また、上記の図２の（ｂ）に示す矩形断面形状の面積を「Ａ」とし、図２の（ｃ）に示す円形形状の面積を「Ａ1 」とし、これらの断面形状をもつ軸の断面係数を同一とした場合、これらの面積の間には、（Ａ＝Ａ1 ・６／７）の関係が成立する。
【００２０】
さらに、断面二次モーメントを同じにした場合の断面積の関係について説明すると、図２の（ａ）に示すＩ型断面形状の面積Ａと、これと断面二次モーメントを同じにした図２の（ｃ）に示す円形形状の面積Ａ1 との間には、（Ａ＝Ａ1 ／２）の関係が成立し、また図２の（ｂ）に示す矩形断面形状の面積Ａと、これと断面二次モーメントを同じにした図２の（ｃ）に示す円形形状の面積Ａ1 との間には、（Ａ＝１２・Ａ1 ／４π）の関係が成立する。
【００２１】
このように、断面係数あるいは断面二次モーメントが同一の場合、Ｉ型断面形状もしくは矩形断面形状の面積Ａは、円形形状の面積Ａ1 より小さくなる。すなわち、支持軸６として、曲げ強度を損なうことなく、断面積の小さい、細いものを採用することができ、したがって支持軸６の軽量化が可能になる。
【００２２】
以上説明したように、この発明に係る動力伝達装置では、トルクの伝達に伴ってアイドラギヤ１に作用する分離力に基づく荷重の方向が、アイドラギヤ１とこれに噛合している複数の他のギヤとの相対位置に基づいて一義的に決まり、その方向での曲げ強度が大きくなるようにいわゆる異形断面形状の支持軸６を配置し、その支持軸６にアイドラギヤ１を回転自在に支持させるように構成してある。そのため、トルク伝達時の撓みが殆ど生じないように支持軸６として剛性の高いものを使用したとしても、前記荷重の作用方向に対して直交する方向の寸法を小さくして、支持軸６を小型軽量のものとすることができる。ひいては、機械的な強度を損なうことなく、動力伝達装置の全体としての構成を小型軽量化することができる。また、アイドラギヤ１の変位が防止もしくは抑制されるので、ミスアライメントを防止もしくは抑制して動力の伝達効率を向上させることができる。
【００２３】
なお、この発明は上述した具体例に限定されないのであって、支持軸の断面形状は、要は、分離力に基づく荷重の作用方向での曲げ強度が、これとは直交する方向での曲げ強度より大きくなる形状であればよいのであって、その形状は、主として、前記荷重の作用方向の寸法がこれとは直交する方向の寸法より大きい形状であり、したがって楕円形など上述した具体例で示した形状以外のものであってもよい。また、アイドラギヤに噛み合う他のギヤは、上述したように二つである必要はなく、三つ以上の他のギヤが噛み合い、それらのギヤの間で、アイドラギヤを介してトルクを伝達するように構成されていてもよい。
【符号の説明】
【００２４】
１…アイドラギヤ、  ２…駆動ギヤ、  ３…従動ギヤ、  ６…支持軸。
【図１】
2011174557.tif 000003
【図２】
2011174557.tif 000004