(57)【要約】少なくとも第１円筒歯車（21）及び第２円筒歯車（22）を有するギア変速システム（20）を提案する。各円筒歯車（21, 22）は複数の歯（23, 26）を有し，第１円筒歯車（21）の歯（23）は，所定の接触ライン（30）に従って，第２円筒歯車（22）の歯（26）の第１歯面（27）と接触するための第１歯面（24）を有する。各第１及び第２円筒歯車（21, 22）の歯（23, 26）の第１歯面（24, 27）は，所定の接触ライン（30）により決定された歯形状及び歯特性を有する。【選択図】図５ｂ
2014524555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１円筒歯車（21）及び第２円筒歯車（22）を有するギア変速システム（20）であって，各円筒歯車（21, 22）は複数の歯（23, 26）を有し，前記第１円筒歯車（21）の前記歯（23）は，所定の第１接触ライン（30）に従って，前記第２円筒歯車（22）の前記歯（26）の第１歯面（27）と接触するための第１歯面（24）を有するギア変速システム（20）において，前記第１及び第２円筒歯車（21, 22）の各々の歯（23, 26）の第１歯面（24, 27）は，前記所定の第１接触ライン（30）により決定された歯形状及び歯特性を有することを特徴とするギア変速システム（20）。
【請求項２】
請求項１に記載のギア変速システム（20）であって，前記所定の第１接触ライン（30）は連続的な接触ラインであるギア変速システム（20）。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の，完全に等速性を有するギア変速システム（20）。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載のギア変速システム（20）であって，前記接触ライン（30）は，軸方向の前記円筒歯車（21, 22）の幅にわたって見られる連続的な各断面について変化可能であるギア変速システム（20）。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載のギア変速システム（20）であって，前記所定の第１接触ライン（30）は少なくとも１つの歯特性のために最適化され，前記第１及び第２円筒歯車（21, 22）の各々の歯（23, 26）の第１歯面（24, 27）は，最適化された第１接触ライン（30）により決定された歯形状及び歯特性を有するギア変速システム（20）。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載のギア変速システム（20）であって，前記第１接触ライン（30）は少なくとも２つの接触ライン部分（30a, 30b, 30c）を有し，該接触ライン部分（30a, 30b, 30c）の各々は，固有の幾何学的方程式により記述されるギア変速システム（20）。
【請求項７】
請求項６に記載のギア変速システム（20）であって，前記接触ライン部分（30a, 30b, 30c）の各々は，同一の幾何学的方程式により記述されるギア変速システム（20）。
【請求項８】
請求項６に記載のギア変速システム（20）であって，前記接触ライン部分（30a, 30b, 30c）の少なくとも１つは，他の前記接触ライン部分（30a, 30b, 30c）とは異なる幾何学的方程式により記述されるギア変速システム（20）。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか一項に記載のギア変速システム（20）であって，更に第３円筒歯車（33）を有し，該第３円筒歯車（33）は，所定の第２接触ライン（30）に従って，前記第１円筒歯車（21）の前記歯（23）の第２歯面（25）と接触するための第１歯面（35）を有するギア変速システム（20）において，前記第３円筒歯車（33）の歯（34）の第１歯面（35）及び前記第１円筒歯車（21）の歯（23）の第２歯面（25）は，前記第２接触ライン（30）により決定された歯形状及び歯特性を有するギア変速システム（20）。
【請求項１０】
請求項９に記載のギア変速システム（20）であって，前記第２接触ライン（30）は連続的な接触ラインであるギア変速システム（20）。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載のギア変速システム（20）であって，前記第２接触ライン（30）は少なくとも２つの接触ライン部分（30a, 30b, 30c）を有し，該接触ライン部分（30a, 30b, 30c）の各々は，固有の幾何学的方程式により記述されるギア変速システム（20）。
【請求項１２】
請求項１１に記載のギア変速システム（20）であって，前記接触ライン部分（30a, 30b, 30c）の各々は，同一の幾何学的方程式により記述されるギア変速システム（20）。
【請求項１３】
請求項１１に記載のギア変速システム（20）であって，前記接触ライン部分（30a, 30b, 30c）の少なくとも１つは，他の前記接触ライン部分（30a, 30b, 30c）とは異なる幾何学的方程式により記述されるギア変速システム（20）。
【請求項１４】
請求項９〜１３の何れか一項に記載のギア変速システム（20）であって，前記所定の第２接触ライン（30）は少なくとも１つの歯特性のために最適化され，前記第３円筒歯車（33）の歯（34）の第１歯面（35）及び前記第１円筒歯車（21）の歯（23）の第２歯面（25）は，最適化された第２接触ライン（30）により決定された歯形状及び歯特性を有するギア変速システム（20）。
【請求項１５】
請求項１４に記載のギア変速システム（20）であって，前記第１及び第２接触ライン（30）は，少なくとも１つの同一の歯特性のために最適化されるギア変速システム（20）。
【請求項１６】
請求項１４に記載のギア変速システム（20）であって，前記第１及び第２接触ライン（30）は，少なくとも１つの異なる歯特性のために最適化されるギア変速システム（20）。
【請求項１７】
請求項９〜１６の何れか一項に記載のギア変速システム（20）であって，該ギア変速システム（20）は風力タービンのギアボックス用の遊星歯車式変速システムであり，第１円筒歯車（21）は遊星歯車，第２円筒歯車（22）は太陽歯車及び第３円筒歯車（33）は内歯歯車であるギア変速システム（20）。
【請求項１８】
請求項１〜１７の何れ一項に記載のギア変速システム（20）であって，少なくとも１つの歯特性は，歯元応力，接触圧力，伝達エラー，歯車噛合強度又は流体力学的油膜形成の少なくとも１つであるギア変速システム（20）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はギア変速システムに関する。より詳細には，本発明は所定の接触ラインにより歯型が決定された，少なくとも２つの歯車を有するギア変速システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ギア変速システムは，連続的に歯車を係合させることにより運動を伝達するために使用される。機械の作動の間，一つの歯車の歯の一つの面は別の歯車の歯の面と噛合う。歯車の歯の間の係合を最適化するには，歯車の歯の歯型を最適化することが多い。従来，噛合型ギアの間の歯の接触を最適化するため歯型の最適化に関する研究がすでに広範囲で行われており，異なるタイプの歯型の最適化方法が知られている。
【０００３】
例えば，Hlebanjaらによるスロベニアの出願特許第SI21810号はＳ−噛み合いを有する内噛合式の歯車対を開示する。このＳ−噛み合いは，内歯１を供えた歯車及び外歯２を供えた歯車を有し，側面の歯型はカーブした半対称のＳ字型の接触軌道又は接触ライン5と一致することを特徴とする（図１参照）。接触軌道又は接触ライン５の幾何学的形状は，中心部の傾斜度aC=20°+/-2°により決定される。又カーブ要因は，中心部と端部の間で増加する。係合開始のポイントＡ，係合終了のポイントＥ及び係合カーブの中心が典型的であり又あらかじめ定義されており，係合カーブの中心は歯車対の運動力学的な極Ｃと一致する。一方の側の係合開始点Ａ及び係合最終点Ｅの間の距離は，もう一方の側のウォーム歯車の中心部９と同様にモジュール値に対応する。ポイントＡ及びポイントＥの歯車の対称点１０の垂直軸からの距離は，角度aE=38°+/-1°に依存する。その結果，直線E-C又はもう一方の側の直線A-Cの間に,ウォーム歯車９の対称軸が存在する。
【０００４】
別の例は,欧州特許第EP0974016(B1)号明細書であり，一対の歯車を有するギアシステム（図３参照）を開示する。第１歯車10の歯型は３つの部分，第１歯車10の歯元内にある凹部10b，第１歯車10の歯先内にある凸部10c及び凹部10bと凸部10cとの間に配置された移行ゾーン10aを有する。同様に相手歯車12の歯型も３つの部分，相手歯車12の歯元内にある凹部12b（この凹部12bは第１歯車10の歯型の凸部10cと接合される），相手歯車12の刃先内にある凸部12c（この凸部12cは第１歯車10の凹部10bと接合される），凹部12bと凸部12cとの間に配置された移行ゾーン12aを有する。歯車対10, 12は，移行部10a, 12aに沿って噛合歯の間が接触しないよう構成される。
【０００５】
上述の方法の欠点は,１つの歯の接触即ち１つの歯の面の接触のみが最適化されることである。従って,これらの方法は遊び歯車即ち他の２つの歯車と相互作用する歯車に対する使用にはさほど適さないであろう。一方の側の遊び歯車の歯つまり第１歯面は，他方の側の第１の別の歯車の歯,つまり第２歯面と接触し,第２の別の歯車の歯とも接触する。遊び歯車の歯の第１歯面は，歯の第２歯面とは異なる負荷分布を受ける可能性がある。例えば太陽歯車と内歯歯車が相互作用する遊星歯車を備えた遊星歯車ユニットの場合，太陽歯車の側の遊星歯車の歯の歯面は,内歯歯車の側の遊星歯車の歯の歯面とは異なる負荷分布を受けるのである。
【０００６】
従って上述した既知の歯型の最適化方法を遊び歯車で実行した場合，これらの方法は遊び歯車の第１歯面と別の歯車の歯との接触のみを最適化するため，他の歯との接触に関して依然として欠点が解消されない。
【０００７】
例えばこの欠点により，ギア変速システムの許容トルクが歯元強度の低下により制限される可能性がある。更にギア変速システムの動的挙動に関しても不都合が生じる。
【０００８】
上述の双方の例では，歯型は凹／凸の幾何学形状を有する。非対称な歯型の例も既知である。そのような非対称な歯型の一例，及びこうした歯型の設計方法はAlexander Kapelevich著の「Geometry and design of involute spur gears with asymmetric teeth（非対称歯を有するインボリュート平歯車のジオメトリと設計）」に記載されている。この論文に記載の方法は以下の考察に基づく。第一の考察として，外噛合のためにドライブ歯側に対して圧力角を大きくするが，コースト歯側に対してはそれをしない。第二の考察として，非対称歯車のパラメータはラックのパラメータの生成には依存せずに規定される。反対に，ラックのパラメータの生成の選択は非対称歯車の生成結果に基づく。ピニオン及び歯車のラックパラメータの生成は互いに独立して最適化され，異なるのが一般的である。
【０００９】
上述した方法と同様に，この方法も又１つの歯の接触，即ち歯の１つの面を最適化するのみであり，従って遊び歯車での使用にはさほど適していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】スロベニア特許出願第SI21810号
【特許文献２】欧州特許第EP0974016(B1)号明細書
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】"Geometry and design of involute spur gears with asymmetric teeth”（非対称歯を有するインボリュート平歯車のジオメトリと設計）Alexander Kapelevich著
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って本発明の課題は，所定の接触ラインにより歯型が決定された，少なくとも２つの歯車を有するギア変速システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は，少なくとも第１及び第２円筒歯車を有するギア変速システムを提案する。各円筒歯車は複数の歯を有し，所定の第１接触ラインに従って，第２円筒歯車の歯の第１歯面と接触するか又は組合うための第１歯面を有する，第１円筒歯車の歯を有する。各第１及び第２円筒歯車の歯の第1歯面は歯型を有するか，又は換言すると，所定の第１接触ラインにより定められた歯形状及び歯特性を有する。
【００１４】
発明の実施形態に従って，所定の第１接触ラインは連続的な接触ラインとすることが可能であり，これは連続的な機能の要求を満たす必要があることを意味する。
【００１５】
ギア変速システムは完全に等速性を有することが可能である。これは，例えば第１及び第２円筒歯車を有するギア変速システムの場合，第１円筒歯車（又は被動歯車とも称される）の速度が第２円筒歯車（又は駆動歯車とも称される）の速度と同一になることを意味する。
【００１６】
接触ラインは，軸方向の歯車の幅にわたって見られる連続的な各断面について変化可能である。又換言すると，接触ラインは軸位置の関数として変化可能である。
【００１７】
発明の実施形態に従って，所定の第１接触ラインは，例えば歯元応力，接触圧力，伝達エラー，歯車噛合強度又は流体力学的油膜形成から選択された１つの歯特性のために最適化可能である。各第１及び第２円筒歯車の歯の第１歯面の歯形状及び特性は，最適化された第１接触ラインにより決定される。
【００１８】
第１接触ラインは，少なくとも２つの接触ライン部分を有することが可能であり，各接触ライン部分は固有の幾何学的方程式又は数学的な式により記述される。発明の実施形態に従って，各接触ライン部分は同一の幾何学的方程式又は数学的な式により記述されることが可能である。
【００１９】
他の実施形態に従って，少なくとも１つの接触ライン部分は，他の接触ライン部分とは異なる幾何学的方程式又は数学的な式により記述されることが可能である。
【００２０】
特定の実施形態に従って，ギア変速システムは更に第３円筒歯車を有することが可能であり，第３円筒歯車は，所定の第２接触ラインに従って，第１円筒歯車の歯の第２歯面と接触するための第１歯面を有する。第３円筒歯車の歯の第１歯面及び第１円筒歯車の歯の第２歯面は，第２接触ラインにより決定された歯形状及び歯特性を有することが可能である。
【００２１】
第２接触ラインは連続的な接触ラインとすることが可能であり，これは連続的な機能の要求を満たす必要があることを意味する。
【００２２】
第２接触ラインは，少なくとも２つの接触ライン部分を有することが可能であり，各接触ライン部分は固有の幾何学的方程式又は数学的な式により記述される。
【００２３】
発明の実施形態に従って，各接触ライン部分は同一の幾何学的方程式又は数学的な式により記述されることが可能である。
【００２４】
発明の他の実施形態に従って，の接触ライン部分の少なくとも１つは，他の接触ライン部分とは異なる幾何学的方程式又は数学的な式により記述されることが可能である。
【００２５】
発明の実施形態に従って，所定の第２接触ラインは，例えば歯元応力，接触圧力，伝達エラー，歯車噛合強度又は流体力学的油膜形成から選択された１つの歯特性のために最適化可能である。 第３円筒歯車の各歯の第１歯面及び第１円筒歯車の歯の第２歯面は，最適化された第２接触ラインにより決定された歯形状及び歯特性を有することが可能である。
【００２６】
発明の実施形態に従って，第１及び第２接触ラインは，少なくとも１つの同一の歯特性のために最適化可能である。
【００２７】
発明の他の実施形態に従って，第１及び第２接触ラインは，少なくとも１つの異なる歯特性のために最適化可能である。
【００２８】
特有の実施形態に従って，ギア変速システムは風力タービンのギアボックス用の遊星歯車式変速システムとすることが可能であり，その際第１円筒歯車は遊星歯車，第２円筒歯車は太陽歯車及び第３円筒歯車は内歯歯車とすることが可能である。
【００２９】
本発明は又，ギア変速システムにおける少なくとも第１及び第２円筒歯車の歯型，即ち歯形状及び歯特性の決定方法を提案し，各第１及び第２円筒歯車は，第１及び第２歯面を備えた複数の歯を有する。決定方法は：
-第１及び第２円筒歯車の歯の第１歯面の噛合いのための接触ラインを定義するステップと，
-所定の接触ラインから，少なくとも第1及び第２円筒歯車の歯の歯形状及び歯特性を決定するステップとを含む。
【００３０】
方法は更に，少なくとも第１及び第2円筒歯車の歯の歯形状及び歯特性を決定する前に，少なくとも１つの歯特性のための所定の接触ラインを最適化するステップを含むことが可能である。
【００３１】
実施形態に従って本発明は，ギア変速システムの第１，第２及び第３円筒歯車の歯の歯形状及び歯特性を決定するための方法を提案可能であり，各第１，第２及び第３円筒歯車は第１及び第２歯面を備える。方法は：
-第１及び第２円筒歯車の歯の第１歯面の噛合いのための第１接触ラインを定義するステップと，
-第３円筒歯車の歯の第1歯面を，第１円筒歯車の歯の第２歯面と噛合わせるための第２接触ラインを定義するステップと，
-所定の第１及び第２接触ラインから，少なくとも第１及び第２円筒歯車の歯の歯形状及び歯特性を決定するステップとを含む。
【００３２】
方法は更に，第１，第２及び第３円筒歯車の歯の歯形状及び歯特性を決定する前に，少なくとも第１接触ラインを最適化するステップと，及び／又は少なくとも１つの歯特性のための所定の第２接触ラインを最適化するステップとを含むことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
各図における同一参照符号は同一の，又は対応する構成要素を表す
【図１】従来技術に係る歯型を示すグラフである。
【図２】従来技術による歯型を示すグラフである。
【図３】従来技術による「歯型」の定義を示すグラフである
【図４】発明の実施形態に係るギア変速システムを示す図である
【図５ａ】本発明の異なる実施形態に係る接触ラインを示すグラフである。
【図５ｂ】本発明の異なる実施形態に係る接触ラインを示すグラフである。
【図６ａ】本発明の異なる実施形態に係る接触ラインを示すグラフである。
【図６ｂ】本発明の異なる実施形態に係る接触ラインを示すグラフである。
【図７ａ】本発明の異なる実施形態に係る接触ラインを示すグラフである。
【図７ｂ】本発明の異なる実施形態に係る接触ラインを示すグラフである。
【図８】従来技術により既知である遊星歯車式変速システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本明細書では，発明を記述するために異なる実施形態を用いるため，異なる図面に言及する。ただし，図面は非限定的なものであり，本発明は特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。即ち，図面は説明を目的としたものであり，又，図中に示す構成要素の寸法は，明瞭性の見地から誇張されていることがある。
【００３５】
本明細書において，「含む」，「備える」，「有する」等の用語は，本発明を限定するものではない。又，特許請求の範囲における「含む」，「備える」，「有する」等の用語は，後述する手段に限定されるものではなく，他の要素，部分又はステップを除外するものでもない。
【００３６】
特許請求の範囲及び明細書における「結合」は，特記しない限り，直接的な結合に限定されるものではない。即ち，部分Ａが部分Ｂに結合される場合には，部分Ａが部分Ｂに直接接触する構成に限定されるわけではなく，部分Ａ及び部分Ｂが間接的に接触する構成，例えば部分Ａ及び部分Ｂの間に中間部分が介在する構成も含む。
【００３７】
本発明の実施形態によっては，本発明に係る全ての特徴を部分的にしか含まないものがある。以下の記載及び特許請求の範囲における各実施形態は，任意に組み合わせることができる。
【００３８】
本発明は，歯型付きの歯を有する，少なくとも２つ円筒歯車を有するギア変速システムを提案するものであり，歯型はギア変速システムの少なくとも２つの歯車の間の所定の接触ラインにより定義される。換言すると，本発明は接触ライン及び／又は表面形状に基づいて特徴付けられる，普遍的な歯の接触噛合いのジオメトリを備えた歯を有するギア変速システムを提案するものである。
【００３９】
発明の実施形態に従うギア変速システムは，少なくとも第１及び第２円筒歯車を有する。各円筒歯車は複数の歯を有する。第１円筒歯車の歯は，所定の第１接触ラインに従って第２円筒歯車の歯の第１歯面と接触する（組合う又は噛合うとも称する）ための第１歯面を有する。各第１及び第２円筒歯車の歯の第１歯面は，所定の第１接触ラインにより決定された歯形状及び歯特性を有する。所定の接触ラインは連続的な接触ラインを有することが可能である。連続的な接触ラインを有するとは，半径方向の機能領域を有し，連続的な機能の要求を満たすことを意味する。
【００４０】
作動のライン又は接触のラインとも称する接触ラインは，相手歯車又は噛合型歯車の歯面の間の接触の軌道を意味する。換言すると，接触ラインとは歯車の間の噛合いについて記述するものである。
【００４１】
発明の実施形態に従って，接触ラインは，軸方向の歯車の幅にわたって見られる連続的な各断面について変化可能である。これは，接触ラインが軸位置の関数として変化可能であることを意味する。厳密には，接触ラインに替えて接触面と呼ぶことも可能であり，これにより歯面は極めて複雑なトポロジーを有することが可能になる。このようにして，歯面はその幅の関数において最適化可能であり，又換言すると歯特性は軸方向に変化可能である。
【００４２】
発明の実施形態に従って，ギア変速システムは完全に等速性を有することが可能である。これは，例えば第１及び第２円筒歯車を有するギア変速システムの場合，第１円筒ギヤ（又は被動歯車とも称される）の速度が第２円筒歯車（又は駆動歯車とも称される）の速度と同一になることを意味する。
【００４３】
従って本発明は，特定の歯型，即ち所定の接触ラインにより決定された歯形状及び歯特性を有する歯を備えた，少なくとも２つの歯車を有するギア変速システムを提案する。これは，ギア変速システムのために最初に歯型が定義され，ギア変速システムの特定の接触ラインは，所定の接触ラインによる定義に基づく歯形状及び歯特性ではなく，互いに噛合う歯車の結果である現存するギア変速システムとは相対するものである。
【００４４】
従って本発明の新規性及び進歩性は，歯型すなわち歯車の歯形状および歯特性が所定の接触ラインに基づくため，この所定の接触ラインが歯型のジオメトリを決定することにある。これは，従来技術における歯型の定義方法とは明らかに異なる。最初に接触ラインを定義し，選択的に接触ラインを最適化することで，あらかじめ定義された所望の特性を有する歯を得ることが可能になる。
【００４５】
以下，本発明を幾つかの実施形態に基づいて説明する。これらの実施形態は，もっぱら本発明の理解を容易とするものであって，本発明を限定するものではないことは言うまでもない。
【００４６】
上述のように，本発明の背後にある着想は，ギア変速システムにおける少なくとも２つの歯車の歯の歯形状を定義し，従って所定の接触ラインに起因させるものである。図３は，「歯型」という用語が意味するものを概略的に示す図である。歯13は，歯表面14，歯先15及び歯根16を有する。歯型17という用語は，歯表面14の横断面の曲線，及び歯表面14の面法線又は表面法線，図３においては横断面18を意味する。発明の実施形態に従って，歯型17という用語は，歯形状及び歯特性の双方を含むことを意図している。例えば，歯特性は歯元応力，接触圧力，伝達エラー，歯車噛合強度又は流体力学的油膜形成等とすることが可能ではあるが，それらに限定されることはない。
【００４７】
本発明の実施形態の着想は，当業者にとり既知である如何なる適切な歯車のタイプにも適用可能であり，又内歯歯車即ち内歯を備えた歯車にも，外歯歯車即ち外歯を備えた歯車にも適用可能である。
【００４８】
図４は，第１円筒歯車21及び第２円筒歯車22を有するギア変速システム20を示す。第１円筒歯車21（被動歯車とも称する）の速度は，発明の実施形態に従って第２円筒歯車（駆動歯車とも称する）の速度と同一とすることが可能である。換言すると，ギア変速システム20は，等速性を有することが可能である。
【００４９】
第１円筒歯車21は，第１歯面24及び第２歯面25を備えた，複数の歯23を有する。第２円筒歯車22も又，第１歯面27及び第２歯面28を備えた，複数の歯26を有する。図４の例においては，第１円筒歯車21の第１歯面24は，第２円筒歯車22の第１歯面27と接触する。ギア変速システム20の運転中，第１円筒歯車21の歯23の第１歯面24は，特有の接触ラインに従って，第２円筒歯車22の歯26の第１歯面27と接触する。発明の実施形態に従って，この接触ラインが最初に定義され，その後歯型即ち歯形状及び歯特性が所定の接触ラインにより決定される。又は換言すると，歯型即ち歯形状及び歯特性は所定の接触ラインの結果となる。
【００５０】
接触ラインは，歯車21, 22の歯23, 26に要求される歯特性に基づいて，ギア変速システム20を特定の適用のために定義可能である。発明の実施形態に従って，接触ラインは連続的な接触ラインとすることが可能であり，半径方向の機能領域を有し，連続的な機能の要求を満たすことを意味する。
【００５１】
接触ラインを定義した後，この接触ラインは少なくとも１つの特性，例えば歯元応力，接触圧力，伝達エラー，歯車噛合強度又は流体力学的油膜形成の何れか１つの歯特性のために最適化可能である。これにより接触ラインが最適化され，最適化された接触ラインはその後，ギア変速システム20の円筒歯車21, 22の歯23, 26の歯型，即ち歯形状及び歯特性を決定するために使用される。歯特性を最適化することは，歯特性の種類に応じて異なる意義を有することができる。例えば，歯元応力の最適化は（作動時及び／又は最大）歯元応力の低減を意味することが可能であり，接触圧力の最適化は（作動時及び／又は最大）接触圧力の低減を，伝達エラーの最適化は伝達エラーのマイナス効果の低減を，油膜形成の最適化は，流体力学的な潤滑条件の最適化を意味することが可能である。
【００５２】
従って接触ライン30は上述のように，要求される歯特性を考慮することにより，例えばギア変速システム20の特定の適用のために最初に定義され，選択的に最適化される。図５ａ及び図５ｂは，所定の接触ライン30の一例を示す。図５ａ及び図５ｂの例に従って，接触ライン30は波型のカーブを示す。しかしながら発明の実施形態に従って，所定の接触ライン30は，ギア変速システム20の特定の適用（更に参照のこと）のために要求される特性を備えた歯23, 26を得るために要求される，如何なる他の適切な形状をも有することが可能である。接触ライン30の形状は，ギア変速システム20の特定の適用のために必要とされ要求される特性に左右される。図５ａ及び図５ｂに示された接触ライン30は連続的なカーブであり，半径方向即ちｘ軸方向の機能領域を有し，連続的な機能の要求を満たすことを意味する。
【００５３】
所定の接触ライン30から，歯型すなわち第１及び第２円筒歯車21, 22の歯23, 26の形状及び特性が得られる。これは当業者にとり既知である数学的手法により得ることが可能である。図５ｂは接触ライン30と共に，第１歯車21の歯の第１歯面のカーブ31及び第２歯車22の歯の第１歯面のカーブ32を示す。従って，いったん接触ライン30が定義され，選択的に最適化されると，歯型即ち歯形状および歯特性は，接触ライン30から生じることになる。
【００５４】
発明は，結果として生じる歯型自体に関するものではないことを理解されたい。発明の原理から生じる歯型は，当業者にとり既知である如何なる歯型ともなり得るためである。本発明の背後にある着想とは，本発明により，接触ライン30に起因する如何なる適切な歯形状をも描くことが可能であること，この接触ライン30が適用されて，２つの円筒歯車21, 22の間の組合い又は噛合いが，特定の適用のために最善で可能な状態の元で発生可能であるべく，所望される特性の歯型を備えた歯が結果として生じることである。
【００５５】
所定の接触ライン30は，幾何学的方程式により記述されることが可能である。発明の実施形態に従って，所定の接触ライン30は少なくとも２つの接触ライン部分を有することが可能であるか，又は少なくとも２つの接触ライン部分から構成可能であり，各接触ライン部分は固有の幾何学的方程式により記述される。発明の実施形態に従って，又図５ａ及び図５ｂに示された実施形態に従って，少なくとも２つの接触ライン部分の各々は，同一の幾何学的方程式により記述されるか，又は換言すると，同一の構成を備えた幾何学的方程式又は数学的な式を有することが可能である。このような場合，接触ライン30は１つの幾何学的方程式により記述されることが可能であり，図５ａ及び図５ｂの例においては，以下の方程式（数１）で記述される。
【数１】
2014524555.tif 000003
【００５６】
発明の他の実施形態に従って，少なくとも２つの接触ライン部分の少なくとも１つは，他方の接触ライン部分とは異なる方程式により記述されることが可能である（更に参照のこと）。
【００５７】
既に上述したように，接触ライン30は当業者にとり既知である，他の如何なる適切な形状を有することも可能である。接触ライン30の他の例は，発明の実施形態に従って図６ａ及び図６ｂに示される。図６ａ及び図６ｂにおいては，接触ライン30は指数曲線である。この例においても，接触ライン30における異なる接触ライン部分は，同一の幾何学的方程式により記述され，対応する方程式（数２）は以下に示される。
【数２】
2014524555.tif 000004
【００５８】
再び図６ａ及び図６ｂは，もっぱら発明の実施形態に従ったギアシステム20における歯車21, 22の歯のジオメトリを決定する接触ライン30を例示するものであって，本発明を限定するものではないことは言うまでもない。
【００５９】
更なる実施形態に従ってすでに上述したように，接触ライン30の少なくとも２つの接触ライン部分の各々は，異なる幾何学的方程式により記述されることが可能である。この例は図７ａ及び図７ｂに示されており，図７ａ及び図７ｂにおいては，接触ライン30の第１接触ライン部分30aは，以下の方程式（数３）を満たす。
【数３】
2014524555.tif 000005
この際，anは30度であり，接触ライン30の第２部分30b及び第３部分30cはスプライン方程式（区分的に滑らかな多項式関数）を満たす。
【００６０】
図７ａ及び図７ｂに示された異なる幾何学的方程式により記述される部分30a, 30b, 30cを有するこのような接触ライン30は又，合成接触ラインとも称される。異なる隣接する部分30a及び30b，30a及び30cの各中間には移行ポイントが存在する。このような隣接部分30a及び30b，30a及び30cの間の移行ポイントは，接触ライン30に沿って如何なる場所に位置することも可能であるが，必ずしも極Ｃと一致する必要はなく，極Ｃは接触ライン30とｘ軸との交差ポイントである。図７ａ及び図７ｂの例においては，移行ポイントTp1及びTP2は極Ｃと一致しない。
【００６１】
発明の更なる実施形態に従って，ギア変速システム20は図４に示された２つの円筒歯車21, 22に替えて，３つの円筒歯車を有することも可能である。換言すると，ギア変速システム20は遊び歯車システム20をも有することが可能である。例えば，第１及び第２円筒歯車21, 22は外歯歯車又は外歯23, 26を備えた歯車とし，一方第３円筒歯車33は内歯歯車又は内歯34を備えた歯車とすることができる。このような特有のギアシステム20は，例えば遊星歯車システム20とすることが可能であり，この遊星歯車システム20は当業者にとり既知であり，その例は図８に示される。図８の例においては，第１円筒歯車21は遊星歯車とすることが可能であり，第２円筒歯車22は太陽歯車，第３円筒歯車33は内歯歯車とすることが可能である。遊星歯車式変速システム20は，例えば風力タービンのギアボックス用の遊星歯車式変速システム20とすることが可能である。
【００６２】
図４に示された例と同様に，第１及び第２円筒歯車21, 22の歯23, 26は，第１歯面24, 27，又第２歯面25, 28を有する。第１円筒歯車21の第１歯面24は，第２円筒歯車22の第１歯面27と接触する。第３円筒歯車33の歯34は又，第１歯面35及び第２歯面36を有する。第３円筒歯車33の歯34の第１歯面35は，第１円筒歯車21の第２歯面25と接触する。
【００６３】
これらの実施形態に従って，第１円筒歯車21の第１歯面24及び第２歯面25は，第２円筒歯車22及び第３円筒歯車33の双方と良好な噛合い接触を得るべく最適化される。ギア変速システム20の運転中，第１円筒歯車21の歯23の第１歯面24は，第１接触ライン30に従って第２円筒歯車22の歯26の第１歯面27と接触し，第１円筒歯車21の歯23の第２歯面25は，第２接触ライン30に従って第３円筒歯車33の歯34の第１歯面35と接触する。再び発明に従って，第１及び第２接触ライン30が最初に定義され，その後歯型即ち第１，第２及び第３円筒歯車21，22, 33の歯23, 26, 34の歯形状及び歯特性が，所定の接触ライン30により決定される。
【００６４】
最初に，第１接触ライン30が定義可能である。接触ライン30は，ギア変速システム20の特定の適用のために，第１及び第２円筒歯車21, 22の歯23, 26に要求される特性に基づいて定義可能である。従って第１接触ライン30は，例えば歯元応力，接触圧力，伝達エラー又は流体力学的油膜形成等の少なくとも１つの歯特性のために最適化可能であるが，これらに限定されることはない。所定の第１接触ライン30から，歯型即ち第１及び第２円筒歯車21, 22の歯23, 26の第１歯面24, 27の形状及び特性が決定される。
【００６５】
その後，第２接触ライン30が決定可能である。第１接触ライン30についてと同様に，第２接触ラインも，ギア変速システム20の特定の適用のために，第１及び第３円筒歯車21, 33の歯23, 34に要求される特性に基づいて定義可能である。その結果第２接触ライン30は，例えば歯元応力，接触圧力，伝達エラー又は流体力学的油膜形成等の少なくとも１つの歯特性のために最適化可能であるが，これらに限定されることはない。所定の第２接触ライン30から，歯型即ち第１円筒歯車21の歯23の第２歯面25及び第３円筒歯車33の歯34の第1歯面35の形状及び特性が決定される。
【００６６】
発明の実施形態に従って，第１及び第２接触ライン30は，少なくとも１つの同一の歯特性のために最適化可能である。発明の他の実施形態に従って，第１及び第２接触ライン30は少なくとも１つの異なる歯特性のために最適化可能である。又第１及び第２接触ライン30は，歯特性と同一の数で最適化される必要はない。
【００６７】
上述の方法において，歯型即ち３つの円筒歯車21, 22, 33の歯23, 26, 34の形状及び特性は，これらの歯車21, 22, 33の歯23, 26, 34の間で最適の接触を得るために決定可能である。
【００６８】
本発明の実施形態の原理の利点は，ギア変速システム20が３つの円筒歯車21, 22, 33を有する場合，他の歯車22, 33と接触する円筒歯車21の歯23の歯面24, 25が，独立して個別に最適化可能であることにある。
【００６９】
そのような方法により，第１円筒歯車21の歯23の第１及び第２歯面24, 25で発生可能な，異なる負荷分散が考慮できる。その結果，ギア変速システム20の許容トルクは，発明の実施形態に従って制限されず，これはギア変速システム20の動的挙動のために有利に作用する。
【００７０】
第１及び第２接触ライン30は，幾何学的方程式により記述されることが可能であり，又接触ライン部分30a, 30b, 30cの少なくとも２つの接触ライン部分から構成可能である。各接触ライン部分30a, 30b, 30cは，固有の幾何学的方程式又は数学的な式により記述される。発明の実施形態に従って，第１及び第２接触ライン30の少なくとも何れかの接触ライン部分30a, 30b, 30cは，同一の幾何学的方程式又は数学的な式により記述されることが可能である。発明の実施形態に従って，第１及び第２接触ライン30の少なくとも何れかの接触ライン部分30a, 30b, 30cは，異なる幾何学的方程式又は数学的な式により記述されることが可能である。発明の実施形態に従って，第１及び第２接触ライン30は同数の接触ライン部分30a, 30b, 30cを有することが可能であるか，又は異なる数の接触ライン部分30a, 30b, 30cを有することが可能である。
【００７１】
発明の実施形態に従う原理は，如何なる歯型17を得るためにも適用可能，即ち接触ライン30に起因する如何なる形状及び如何に要求される歯特性をも備えた歯23, 26を得るために適用可能であり，接触ライン30は如何なる形状をも有し，このような歯型17を得るべく最適化されるものである。
【符号の説明】
【００７２】
20            ギア変速システム            
21            第１円筒歯車         
22            第２円筒歯車         
23            歯                   
24            第１歯面                    
25            第２歯面                    
26            歯                   
27            第１歯面                    
30            第１及び第２接触ライン      
30a, 30b, 30c 接触ライン部分              
33            第３円筒歯車         
34            歯                   
35            第１歯面                    
【図１】
2014524555.tif 000006
【図２】
2014524555.tif 000007
【図３】
2014524555.tif 000008
【図４】
2014524555.tif 000009
【図５ａ】
2014524555.tif 000010
【図５ｂ】
2014524555.tif 000011
【図６ａ】
2014524555.tif 000012
【図６ｂ】
2014524555.tif 000013
【図７ａ】
2014524555.tif 000014
【図７ｂ】
2014524555.tif 000015
【図８】
2014524555.tif 000016
【国際調査報告】
2014524555.tif 000017
2014524555.tif 000018