(57)【要約】【課題】歯車が反り返る方向には弾性変形ができ、かつ半径方向の剛性を高くすることにより、歯車同士のミスアライメントを低減させることのできる歯車装置を提供する。【解決手段】軸４に嵌合するボス部９の外周側に、ハブ部１１を介してリム部１０が一体に形成され、かつそのリム部１０の外周面に歯が形成されている歯車５を備え、該歯車５を互いに噛み合わせて動力を伝達することに伴って、該歯車５に嵌合している前記軸４に撓みが生じる歯車装置１において、前記ボス部９とハブ部１１との少なくともいずれか一方に、前記軸４が撓んだ際に前記歯と軸４との相対的な反り返りを許容する弾性部位１１と、該弾性部位１１の側壁面に設けられ、かつ前記歯車５の半径方向の剛性を増大させる補強部材１２とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸に嵌合するボス部の外周側に、ハブ部を介してリム部が一体に形成され、かつそのリム部の外周面に歯が形成されている歯車を備え、
該歯車を互いに噛み合わせて動力を伝達することに伴って、該歯車に嵌合している前記軸に撓みが生じる歯車装置において、
前記ボス部とハブ部との少なくともいずれか一方に、前記軸が撓んだ際に前記歯と軸との相対的な反り返りを許容する弾性部位と、
該弾性部位の側壁面に設けられ、かつ前記歯車の半径方向の剛性を増大させる補強部材と
を備えていることを特徴とする歯車装置。
【請求項２】
前記弾性部位は、前記ハブ部と前記ボス部との少なくともいずれか一方の一部の板厚を薄くすることにより形成され、
前記補強部材が前記ハブ部の板厚を薄くした箇所の全体に嵌め込まれて設けられていることを特徴とする請求項１に記載の歯車装置。
【請求項３】
前記弾性部位は、前記ハブ部と前記ボス部との少なくともいずれか一方の一部の板厚を薄くすることにより形成され、
前記補強部材が前記ハブ部の円周方向に一定の間隔を空けて設けられていることを特徴とする請求項１に記載の歯車装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、歯車装置に関し、特に歯車が動力伝達時に受ける荷重により弾性変形する歯車装置に関するものである。
【０００２】
歯車装置は、動力を伝達するときに、従動側歯車を回転させる方向に動力を伝達するとともに、その従動側歯車の回転方向とは異なる方向に荷重をかける場合がある。特に、はすば歯車の場合には、従動側歯車の回転方向と垂直な方向すなわち回転軸線方向の荷重（スラスト荷重）と歯車の半径方向の荷重（ラジアル荷重）とが生じる。
【０００３】
特許文献１には、駆動側歯車のシャフトと従動側歯車のシャフトとが平行でない場合には、通常は、かさ歯車を設けるが、かさ歯車の成形は困難なため、平歯車が反り返る方向に弾性変形できるように、歯車の半径方向での中間部の一部の板厚を薄くした構成の歯車装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２４９２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載の歯車装置は、歯車の半径方向での中間部の一部の板厚を薄くすることにより、歯車が反り返ることができ、駆動側歯車のシャフトと従動側歯車のシャフトとが平行でない場合でも、平歯車は噛み合うことができる。しかしながら、平行でないシャフト同士に、上記反り返り方向に弾性可能な平歯車を噛み合わせることは、回転軸からの距離が歯車の軸線方向における一端側とその他端側とで異なる。つまり、歯車の軸線方向における異端側と他端側との端部での速さが異なるので、ミスアライメントによる噛み合い損失が増大する可能性がある。また、特許文献１に記載された装置は、樹脂製のものであって、例えば、車両における動力伝達装置のように大きな伝達荷重が作用する箇所すなわち歯車の半径方向の荷重が大きい箇所に使用される場合には、半径方向の剛性が低いため、歯飛びなどが生じる可能性があり適用することができない。したがって、伝達荷重が大きい箇所に設けられ、かつ回転軸が傾いた場合においても、噛み合い状態を維持することのできる歯車装置については、未だ改善の余地がある。
【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、歯車が反り返る方向には弾性変形ができ、かつ半径方向の剛性を高くすることにより、歯車同士のミスアライメントを低減させることのできる歯車装置を提供することを目的とする。
【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、軸に嵌合するボス部の外周側に、ハブ部を介してリム部が一体に形成され、かつそのリム部の外周面に歯が形成されている歯車を備え、該歯車を互いに噛み合わせて動力を伝達することに伴って、該歯車に嵌合している前記軸に撓みが生じる歯車装置において、前記ボス部とハブ部との少なくともいずれか一方に、前記軸が撓んだ際に前記歯と軸との相対的な反り返りを許容する弾性部位と、該弾性部位の側壁面に設けられ、かつ前記歯車の半径方向の剛性を増大させる補強部材とを備え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、前記弾性部位は、前記ハブ部と前記ボス部との少なくともいずれか一方の板厚を薄くすることにより形成され、前記補強部材が前記ハブ部の板厚を薄くした箇所の全体に嵌め込まれて設けられていることを特徴とする歯車装置である。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記弾性部位は、前記ハブ部と前記ボス部との少なくともいずれか一方の板厚を薄くすることにより形成され、前記補強部材が前記ハブ部の円周方向に一定の間隔を空けて設けられていることを特徴とする歯車装置である。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、軸に嵌合するボス部とそのボス部の外周側に設けられたハブ部との少なくともいずれか一方に弾性部位が設けられているので、歯車の動力伝達の際に生じる荷重により軸が撓んだ場合でも、歯車が反り返ることができ、歯車の噛み合い状態を維持することができる。また、その弾性部位の側壁面に歯車の半径方向の剛性を増大させる補強部材が設けられているから、歯車の半径方向の剛性が増大するので、歯車がラジアル荷重を受けた場合でも、半径方向の変形を規制することができる。したがって、歯車のミスアライメントによる噛み合い損失を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明に係る歯車装置の一例を示す断面図である。
【図２】この発明に係る歯車装置におけるギヤトレーンの一例を示す概略図である。
【図３】第２のシャフトに作用する力を示す模式図である。
【図４】第２のシャフトの傾きに従って第２のギアが傾いた状態を示す概略図である。
【図５】第２のシャフトの傾きを第２のギアが吸収している状態を示す概略図である。
【図６】第２のギアの形状を示す断面図である。
【図７】この発明に係る歯車装置の他の構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
つぎに、この発明に係る歯車装置について説明する。図２は、車両における歯車装置１のギアトレーンを模式的に示したものであり、図示しない動力源に連結された第１のシャフト２に嵌合された第１のギア３と、第１のシャフト２と平行に設けられた第２のシャフト４に嵌合された第２のギア５とが噛み合って動力を伝達する。また、第２のシャフト４に嵌合され、かつ第２のギア５の図における左側に設けられた第３のギア６と、第２のシャフト４に平行に設けられた第３のシャフト７に嵌合された第４のギア８とが噛み合って動力を伝達する。そして、第３のシャフト７は、図示しない車軸などを介して車輪と連結されている。
【００１３】
このように構成された歯車装置１のギアトレーンにおいて、特に各ギア３，５，６，８がはすば歯車の場合には、噛み合っているギアがお互いを離す方向に力を作用させるいわゆる分離力を各ギア３，５，６，８が半径方向に受ける。したがって、各ギア３，５，６，８と嵌合している各シャフト２，４，７は図における上下方向に力を受ける。図３には、第２のシャフト４が受ける力を模式的に示してあり、第１のギア３と第２のギア５との動力伝達により、第２のシャフト４に上方向に力Ｗ２が作用し、第３のギア６と第４のギア８との動力伝達により、下方向に力Ｗ１が作用する。なお、下方向に作用する力Ｗ１および上方向に作用する力Ｗ２の最大値は、それぞれの歯車３，５，６，８に作用させる最大トルクを予め定めることにより求めることができる。そして、第２のシャフト４に下方向に作用する力Ｗ１により、第２のシャフト４の左支持部Ａと下方向に作用する力Ｗ１の作用点Ｂとの間における撓み量を次式（１）で、また、作用点Ｂと第２のシャフト４の右支持部Ｄとの間における撓み量を次式（２）で求めることができる。
【００１４】
【数１】
2011179565.tif 000003
【００１５】
【数２】
2011179565.tif 000004
【００１６】
なお、式（１），（２）におけるｙ'は第２のシャフト４の撓みがない状態すなわち設計値を基準としての撓み量を示し、ａは左支持部Ａと作用点Ｂとの距離、ｂは作用点Ｂと第２のシャフト４に上方向に作用する力Ｗ２の作用点Ｃとの距離、ｃは作用点Ｃと右支持部Ｄとの距離、Ｅはヤング率、Ｉは弾性二次モーメント、ｌは第２のシャフト４の全長を表し、ｘは左支持部Ａからの任意の距離を表す。
【００１７】
また、第２のシャフト４に上方向に作用する力Ｗ２により、左支持部Ａと作用点Ｃとの間における撓み量を次式（３）で、また、作用点Ｃと右支持部Ｄとの間における撓み量を次式（４）で求めることができる。
【００１８】
【数３】
2011179565.tif 000005
【００１９】
【数４】
2011179565.tif 000006
【００２０】
なお、式（３），（４）におけるｙ''は第２のシャフト４の撓みがない状態すなわち設計値を基準としての撓み量を示す。
【００２１】
さらに、固定端Ａおよび固定端Ｄに働くそれぞれのモーメントによる左支持部Ａと右支持部Ｄとの間の撓み量は次式（５）で求めることができる。
【００２２】
【数５】
2011179565.tif 000007
【００２３】
なお、式（５）におけるｙ'''は第２のシャフト４の撓みがない状態すなわち設計値を基準としての撓み量を示し、ＭＡおよびＭＢは次式（６）および（７）である。
【００２４】
【数６】
2011179565.tif 000008
【００２５】
【数７】
2011179565.tif 000009
【００２６】
なお、ＭＡは左支持部Ａに働くモーメントを示し、ＭＢは右支持部Ｄに働くモーメントを示す。以上の式を合計することにより、第２のシャフト４に生じる合力による撓み量を求めることができる。
【００２７】
【数８】
2011179565.tif 000010
【００２８】
したがって、第２のシャフト４の任意の箇所の撓み量を求めることができるので、図４に示すように、第２のシャフト４の傾きに従って第２のギア５が傾いた場合の第２のギア５の軸線方向における両端座標ｘ１，ｘ２を上記の式（５）に代入することにより、第２シャフトの半径方向における高さ差を求めることができる。なお、第２のシャフト４の撓み量は微量なので、第２のシャフト４が撓んでいない状態での、第２のギア５の両端座標を近似値としてｘ１，ｘ２とする。つまり、次式（９）および（１０）を上記の式（５）に代入することにより、それぞれの箇所でのシャフト４の半径方向の撓み量ｙ１，ｙ２を求めることができる。
【００２９】
【数９】
2011179565.tif 000011
【００３０】
【数１０】
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【００３１】
そして、式（９）、（１０）で求められたｘ１，ｘ２を上記の式（５）に代入して求められるｙ１，ｙ２の差の絶対値すなわち高さ差で第２のシャフト４に上方向に作用する力Ｗ２を割った値が、この第２のシャフト４に作用する力Ｗ１，Ｗ２および固定端のモーメントの合力により第２のシャフト４が撓む量を吸収するために必要となるバネ定数となる。なお、バネ定数を求める式（１１）を以下に示す。
【００３２】
【数１１】
2011179565.tif 000013
【００３３】
以上の計算により、第２のシャフト４の撓みを吸収するために必要なバネ定数が求めることができるので、そのバネ定数にあわせて第２のギア５が弾性変形することができる形状を決められる。
【００３４】
つまり、図６に示すように、歯が形成されているリム部１０とシャフトに固定されているボス部９との間に位置するハブ部１１の板厚を薄くすることにより、歯車の反り返り方向の剛性を下げることができ、その板厚は上記バネ定数に合わせるように形成させればよい。なお、第２のギア５が第２のシャフト４の傾きを吸収している状態を図６に示す。
【００３５】
このように構成することにより、シャフトの傾きをギアが吸収することができる。また、シャフトの両端部は固定端であるので図における上下方向に移動することはなく、シャフトの回転軸線は変化することはない。つまり、回転軸線と歯すじとは平行な状態を維持することができる。
【００３６】
また、この発明に係る歯車は、伝達力が大きい場合すなわち歯車の半径方向への荷重が大きい場合に歯車が半径方向に撓むことを抑制するものであり、上記の板厚を薄くした箇所に補強部材１２が設けられることにより半径方向の剛性を増大させるものである。図１には、その補強部材１２を設けた一例を示してあり、上記板厚を薄くした箇所の側壁面に、円環状の補強部材１２が焼きばめにより取り付けられている。また、この補強部材１２の材料は、歯車の材料よりも剛性の高い材料とすることが好ましい。例えば、歯車の材料が合金鋼（Ｅ＝２００ＧＰａ）で補強部材１２が超硬合金（Ｅ＝４４０〜５５０ＧＰａ）とすることが好ましい。したがって、歯車の半径方向の剛性は、補強部材１２により高くすることができる。また、歯車が反り返る方向には、ハブ部１１の補強部材１２の板厚を含む板厚が薄くなっているので、従来の歯車すなわち板厚が均一な歯車より反り返りやすく、歯車の噛み合い状態はシャフトの傾きに影響され難い。なお、図における補強部材１２は、ハブ部１１の両壁面に設けられているが、片壁面のみでも良い。
【００３７】
なお、この発明は、歯車の一部の板厚を薄くして歯車が反り返る方向の弾性変形を容易にしつつ、それに伴う半径方向の剛性の低下を補強部材１２により補うものであり、上述した構成例に限定されない。つまり、上記補強部材１２を図７に示すようにボス部９からリム部１０へ向けて円周方向に所定間隔を空けて設けられたリブ１３としても良い。
【符号の説明】
【００３８】
１…歯車装置、  ２，４，７…シャフト、  ３，５，６，８…ギア、  ９…ボス部、１０…リム部、１１…ハブ部、１２…補強部材、１３…リブ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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