(57)【要約】【課題】歯車の加工工数及び製作コストの増大を伴うことなく、歯面の接触応力及び騒音を低減するとともに、歯幅方向の歯当たりを均一化して局部的な接触面圧の上昇の発生を防止し、高強度のはすば歯車増速機構及びこれを備えた風車用増速機を提供する。【解決手段】はすば歯車からなり少なくとも２段の増速段を構成する歯車及び増速機において、前記はすば歯車の歯形のアデンダムＡ及びデデンダムＤをモジュール（ｍ）の１．１〜１．２倍、かつ最終増速段の重なり噛み合い率（ｅ）を３．０〜３．３、その前段増速段の重なり噛み合い率（ｅ）を２．０〜２．３に形成し歯先面の歯幅方向のクラウニングを歯幅中心線に対して非対称に形成したことを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
はすば歯車からなり少なくとも２段の増速段を構成する歯
車において、前記はすば歯車の歯形のアデンダムＡ及びデデンダムＤをモジュール（ｍ）の１．１〜１．２倍（Ａ＝（１．１〜１．２）ｍ、Ｄ＝（１．１〜１．２）ｍ）、かつ最終増速段の重なり噛み合い率（ｅ）を３．０〜３．３、その前段増速段の重なり噛み合い率（ｅ）を２．０〜２．３に形成してなることを特徴とするはすば歯車。
【請求項２】
歯先面の歯幅方向のクラウニングを歯幅中心線に対して非対称に形成したことを特徴とするはすば歯車。
【請求項３】
前記クラウニングは、歯幅中心線に対して歯当りの強い側の端部が反対側の端部よりも大きくなるように構成されてなることを特徴とする請求項２記載のはすば歯車。
【請求項４】
歯先面の歯幅方向のクラウニングを歯幅中心線に対して非対称に形成し、前記クラウニングは、歯幅中心線に対して歯当りの強い側の端部が反対側の端部よりも大きくなるように構成されてなることを特徴とする請求項１記載のはすば歯車。
【請求項５】
駆動歯車とこれに噛み合う増速歯車とをはすば歯車にて構成した複数段の増速歯車段からなる増速装置を備えた風車用増速機において、前記はすば歯車の歯形のアデンダムＡ及びデデンダムＤをモジュール（ｍ）の１．１〜１．２倍（Ａ＝（１．１〜１．２）ｍ、Ｄ＝（１．１〜１．２）ｍ）、かつ最終増速段の重なり噛み合い率（ｅ）を３．０〜３．３、その前段増速段の重なり噛み合い率（ｅ）を２．０〜２．３に形成し、さらに歯先面の歯幅方向のクラウニングを歯幅中心線に対して非対称に形成したことを特徴とする風車用増速機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、はすば歯車の形状及び該はすば歯車を用いた風車用増速機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
風車により発電機を駆動する風車発電装置においては、低速の風車回転を発電機の定格回転数まで増速するため、大きな増速比を備えた増速機が必要となる。このため、通常の風車発電装置に装備される増速機は、低速側の第１段増速装置に小スペースで大きな増速比が得られるが騒音が比較的大きい遊星歯車式増速装置を用い、高速側の第２段増速装置及び第３段増速装置に、単位スペース当たりの増速比は大きく採れないが噛み合いが円滑で高速回転時においても騒音の小さいはすば歯車式増速装置を用いた３段増速方式の増速機が多用されている。
【０００３】
かかる増速機や減速機に用いられるはすば歯車においては、噛み合い率を適正に保持して歯面の接触応力の増大を回避するとともに、噛み合い騒音を抑制することが必須要件であり、これを達成するために種々の手段が提案されている。
そのうちの１つに特許文献１（特開平９−３１７８５２号公報）がある。かかる技術においては、歯の歯先面から半径方向にスリットを凹設して歯に柔軟性を持たせ、歯車の製作誤差等によって生じる噛み合い率のばらつきを、前記スリットを有する歯の撓みによって吸収し、噛み合い率を均一に保持するように構成されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−３１７８５２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記のように、はすば歯車式の増、減速機においては、噛み合い率を適正に保持して歯面の接触応力の増大を回避するとともに噛み合い騒音を抑制することが必須要件であるが、前記特許文献１を含む従来技術にあっては、歯形のアデンダムＡ及びデデンダムＤをモジュールｍの１倍（Ａ＝１ｍ、Ｄ＝１ｍ）程度に採っており、また前記噛み合い率ｅはｅ＝（１．５〜１．６）程度であるため、歯面の接触応力の増大及び騒音の増大を招き易い。
【０００６】
また、前記特許文献１においては、前記のように、歯の歯先面から半径方向にスリットを凹設して歯に柔軟性を持たせることにより噛み合い率を均一化しているが、前記スリットを全部の歯に加工する必要があり、歯車の加工工数が増大するとともに製作コストも増大する。
また、かかるはすば歯車式増、減速機においては、歯幅が大きくなると歯幅方向の歯当たりが不均一になって局部的な接触面圧の上昇が発生し易いが、前記従来技術にあってはかかる不具合に対して格別な対処はなされていない、
等の問題点を有している。
【０００７】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、歯車の加工工数及び製作コストの増大を伴うことなく、歯面の接触応力及び騒音を低減するとともに、歯幅方向の歯当たりを均一化して局部的な接触面圧の上昇の発生を防止し、高強度のはすば歯車増速機構及びこれを備えた風車用増速機を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するため、はすば歯車からなり少なくとも２段の増速段を構成する歯車において、前記はすば歯車の歯形のアデンダムＡ及びデデンダムＤをモジュール（ｍ）の１．１〜１．２倍（Ａ＝（１．１〜１．２）ｍ、Ｄ＝（１．１〜１．２）ｍ）、かつ最終増速段の重なり噛み合い率（ｅ）を３．０〜３．３、その前段増速段の重なり噛み合い率（ｅ）を２．０〜２．３に形成してなることを特徴とするはすば歯車を提案する。
【０００９】
はすば歯車においては、歯の噛み合い率（正面噛み合い率及び重なり噛み合い率）を大きくして接触応力を小さくするとともに噛み合い騒音を低減し、かつ歯の曲げ強度を大きく保持することを要する。
しかしてかかる発明において、歯形のアデンダムＡ及びデデンダムＤをモジュール（ｍ）の１．１〜１．２倍とし、かつかつ最終増速段の重なり噛み合い率（ｅ）を３．０〜３．３、その前段増速段の重なり噛み合い率（ｅ）を２．０〜２．３としたのは、次の根拠による。
即ち、前記アデンダムＡ及びデデンダムＤをモジュール（ｍ）以下（Ａ≦ｍ、Ｄ≦ｍ）で、かつ重なり噛み合い率（ｅ）を２．０倍未満にすると、歯丈の小さい低歯となって噛み合い面の接触応力が大きくなるとともに噛み合い騒音も増大し、
前記アデンダムＡ及びデデンダムＤをモジュール（ｍ）の１．２倍を超え（Ａ＞１．２ｍ、Ｄ＞１．２ｍ）るような歯丈の大きい高歯になると、歯形が細くなって歯の曲げ強度が低下する。
また、重なり噛み合い率（ｅ）が３．３を超える（ｅ＞３．３）と、同時噛み合い枚数が３枚以上になるので、動力伝達時の接触応力が低下する。
【００１０】
かかる発明における前記アデンダムＡ及びデデンダムＤの範囲及び重なり噛み合い率（ｅ）の範囲は、発明者らが実験によって求めたものであり、このように構成することにより、適正な噛み合いがなされて、噛み合い面の接触応力が許容接触応力の範囲に保持されるとともに、噛み合い騒音が抑制され、かつ歯の曲げ応力を許容曲げ応力以下に保持できる、低騒音で高強度のはすば歯車が得られる。
【００１１】
また本発明は、歯先面の歯幅方向のクラウニングを歯幅中心線に対して非対称に形成したことを特徴とするはすば歯車にある。
かかるに発明において好ましくは、前記クラウニングは、歯幅中心線に対して歯当りの強い側の端部が反対側の端部よりも大きくなるように構成するのがよい。
【００１２】
歯車においては、通常、歯幅方向の歯当たりは端部側になるに従い大きくなり、噛み合い接触面圧が過大になると端部側から破損が始まる。
然るにかかる発明によれば、歯幅方向のクラウニングを歯幅中心線に対して非対称に形成し、かつ請求項３のように該クラウニングを歯当りの強い側の端部が反対側の端部のよりも大きくなるように構成しているので、歯幅方向に噛み合い接触面圧の変化が大きい歯車であっても、接触面圧の大きい側のクラウニングを大きく採って歯当たりを弱めるとともに接触面圧の小さい側のクラウニングを小さく採って歯当たりを強めることにより、歯当たりを歯幅方向に均一化することが可能となる。
これにより、歯幅方向における噛み合い接触面圧の変化に応じて歯当たりを自在に変化せしめて歯幅方向の歯当たりを均一化し、歯幅方向における接触面圧の分布を均一にすることができて、局部的な接触面圧の増大による歯の破損を防止することができる。
【００１３】
また本発明は、歯先面の歯幅方向のクラウニングを歯幅中心線に対して非対称に形成し、前記クラウニングは、歯幅中心線に対して歯当りの強い側の端部が反対側の端部よりも大きくなるように構成されてなることを特徴とする。
このように構成すれば、歯形のアデンダムＡ及びデデンダムＤ並びに重なり噛み合い率（ｅ）を前記のように構成し、かつ歯幅方向のクラウニングを前記のように構成することにより、適正な噛み合いがなされて噛み合い面の接触応力が許容接触応力以下に保持されるとともに噛み合い騒音が抑制され、かつ歯の曲げ応力を許容曲げ応力以下に保持できる低騒音で高強度の歯車となり、これに加えて歯幅方向における接触面圧の分布が均一となり局部的な接触面圧の増大による歯の破損が防止されたはすば歯車を得ることができる。
【００１４】
さらに、前記発明を風車用増速機に適用した発明として、駆動歯車とこれに噛み合う増速歯車とをはすば歯車にて構成した複数段の増速歯車段からなる増速装置を備えた風車用増速機において、前記はすば歯車の歯形のアデンダムＡ及びデデンダムＤをモジュール（ｍ）の１．１〜１．２倍（Ａ＝（１．１〜１．２）ｍ、Ｄ＝（１．１〜１．２）ｍ）、かつ最終増速段の重なり噛み合い率（ｅ）を３．０〜３．３、その前段増速段の重なり噛み合い率（ｅ）を２．０〜２．３に形成し、さらに歯先面の歯幅方向のクラウニングを歯幅中心線に対して非対称に形成したことを特徴とする風車用増速機を提案する。
【００１５】
かかる発明によれば、大きな増速比を必要とする風車用増速機に用いられるはすば歯車において、歯形のアデンダムＡ及びデデンダムＤをモジュール（ｍ）の１．１〜１．２倍とし、かつ最終増速段の重なり噛み合い率（ｅ）を３．０〜３．３、その前段増速段の重なり噛み合い率（ｅ）を２．０〜２．３に構成することにより、適正な噛み合いがなされて噛み合い面の接触応力が許容接触応力以下に保持されるとともに噛み合い騒音が抑制され、かつ歯の曲げ応力を許容曲げ応力以下に保持できる低騒音で高強度の歯車となり、これに加えて歯幅方向における接触面圧の分布が均一となり、局部的な接触面圧の増大による歯の破損が防止された高強度のはすば歯車増速機構を備えた風車用増速機を得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１７】
図１は本発明の実施例に係るはすば歯車の歯の比較断面図であり、（Ａ）は本発明の歯形、（Ｂ）は従来技術の歯形である。図２はクラウニング部の歯筋方向に沿う比較断面図であり、（Ａ）は本発明の歯、（Ｂ）は従来技術の歯である。図３はクラウニング部の形状を示す歯の斜視図である。図４は本発明のはすば歯車が用いられる風車用増速機の要部断面図である。
【００１８】
本発明のはすば歯車が用いられる風車用増速機を示す図４において、該増速機は、遊星歯車装置からなる第１段増速装置１０、はすば歯車からなる第２段増速装置２０及び第３段増速装置３０からなる。
前記第１段増速装置１０において、１１は図示しない風車の風車軸に連結される入力軸、１２は該入力軸１１の軸端に固定されたキャリア、１５は該キャリア１２に円周方向等間隔に軸受１７を介して回転自在に支持された複数個の遊星軸、１３は各遊星軸１５に固着された遊星ギアである。
１６は中間軸１９に固定されたサンギア、１４はケース４０に固定されたリングギアで、前記遊星ギア１３は該サンギア１６の外周とリングギア１４の内周との間に配置され、該サンギア１６及びリングギア１４に噛み合って遊星運動をするようになっている。
【００１９】
前記第２段増速装置２０において、２１は前記中間軸１９の軸端部に固定された駆動ギア、２２は該駆動ギア２１に噛み合う該駆動ギア２１よりも小径の増速ギアである。２４は前記中間軸１９を前記キャリア１２に支持する軸受、１８、２５、２６は前記中間軸１９をケース４０に支持する軸受である。
２３は前記増速ギア２２及び後述する第３段増速装置３０の駆動ギア３１が固定された中間歯車軸、３４は該中間歯車軸２３をケース４０に回転自在に支持する軸受である。
また、前記第３段増速装置３０において、３１は前記中間歯車軸２３に固定された駆動ギア、３２は該駆動ギア３１に噛み合う該駆動ギア３１よりも小径の増速ギアである。３３は該増速ギア３２が固定され発電機の回転軸（図示省略）等に連結される出力軸、３５は該出力軸３３をケース４０に回転自在に支持する軸受である。
【００２０】
かかる風車用増速機において、風車の風車軸から前記入力軸１１に伝達された回転力により第１段増速装置１０のキャリア１２が回転し、該キャリア１２の回転（公転）により遊星ギア１３がリングギア１４に噛み合いながら自転し、該遊星ギア１３に噛み合うサンギア１６が増速され前記入力軸１１と同方向に回転して１段目の増速がなされ、これに従い中間軸１９が回転する。
該中間軸１９の回転は第２段増速装置２０の駆動ギア２１に伝達され、該駆動ギア２１と増速ギア２２との歯数比によって２段目の増速がなされ、この回転は中間歯車軸２３を介して第３段増速装置３０の駆動ギア３１に伝達される。
そして第３段増速装置３０において、駆動ギア３１と増速ギア３２との歯数比によって３段目の増速がなされ、前記出力軸３３が前記３段に亘って増速された高速回転で以って回転せしめられる。
【００２１】
本発明は、前記風車用増速機の第２段増速装置２０及び第３段増速装置３０に適用されるはすば歯車の改良に係るものである。
本発明の実施例に係るはすば歯車の歯形を示す図１において、１は歯、１ａは該歯１の歯先面、１ｂは歯元円、２はピッチ円径である。
本発明の実施例においては、図１（Ａ）に示されるように、歯形のアデンダムＡ及びデデンダムＤを、歯形のモジュールをｍとすると、
Ａ＝（１．１〜１．２）ｍ、Ｄ＝（１．１〜１．２）ｍ
に構成し、
かつ前記歯１の重なり噛み合い率ｅを、
第２段増速装置２０の駆動ギア２１と増速ギア２２との噛み合いにおいて、
ｅ＝（２．０〜２．３）
第３段増速装置３０の駆動ギア３１と増速ギア３２との噛み合いにおいて、
ｅ＝（３．０〜３．３）
に構成している。
【００２２】
尚、図１（Ｂ）は従来の歯形であり、歯形のアデンダムＡ及びデデンダムＤは、
Ａ＝１ｍ、Ｄ＝１ｍ
また重なり噛み合い率ｅは
ｅ＝１．５〜１．６
程度に設定されている。
【００２３】
かかる実施例によれば、歯形のアデンダムＡ及びデデンダムＤ、並びに第２段増速装置２０及び第３段増速装置３０の駆動ギア２１、３１と増速ギア２２、３２との噛み合いにおいて重なり噛み合い率ｅを前記のように構成することにより、歯丈の大きい高歯となって噛み合い面の接触応力が許容接触応力の範囲に保持されるとともに噛み合い騒音が抑制され、かつ歯丈を歯の曲げ応力を許容曲げ応力以下に保持できる高さに規制することにより曲げ強度を保持できるので、低騒音で高強度のはすば歯車を備えた増速装置が得られる。
【００２４】
また、かかる実施例におけるクラウニング部の構成を示す図２において（Ａ）は本発明の歯、（Ｂ）は従来技術の歯である。
図２（Ａ）及び図３において、１は歯、１ａは歯先面、４はクラウニングのない基準歯先面、３は歯幅中心線である。
本発明の実施例においては、図２（Ａ）に示されるように、前記歯先面１ａの歯幅Ｂ方向のクラウニングを歯幅中心線３に対して非対称に形成し、該歯幅中心線３に対して歯当りの強い側の端部の基準歯先面４からのクラウニング量Ｃ２が反対側端部のクラウニング量Ｃ１よりも大きくなるように構成する。
尚、図２（Ｂ）は従来技術を示し、歯先面１ａの歯幅Ｂ方向のクラウニング（クラウニング量Ｃ０）を歯幅中心線３に対して対称に形成している。
【００２５】
かかる構成によれば、歯幅Ｂ方向のクラウニングを歯幅中心線３に対して非対称に形成し、かつクラウニング量Ｃを歯当りの強い側のクラウニング量Ｃ２が反対側のクラウニング量Ｃ１よりも大きくなるように構成しているので、歯幅Ｂ方向に噛み合い接触面圧の変化が大きい歯車であっても、該接触面圧の大きい側つまり歯当りの強い側のクラウニング量Ｃ２を大きく採って歯当たりを弱めるとともに接触面圧の小さい側つまり歯当りの弱い側のクラウニング量Ｃ１を小さく採って歯当たりを強めることにより、歯当たりを歯幅Ｂ方向に均一化することが可能となる。
これにより、歯幅Ｂ方向における噛み合い接触面圧の変化に応じて歯当たりを自在に変化せしめて歯幅Ｂ方向の歯当たりを均一化し、歯幅Ｂ方向における接触面圧の分布を均一にすることができて、局部的な接触面圧の増大を回避できる。
【００２６】
以上のように構成されたはすば歯車からなる増速機構を備えた風車用増速機は、歯形のアデンダムＡ及びデデンダムＤ、並びに第２段増速装置２０及び第３段増速装置３０の駆動ギア２１、３１と増速ギア２２、３２との噛み合いにおいて、重なり噛み合い率ｅを前記のように構成することにより、適正な噛み合いがなされて噛み合い面の接触応力が許容接触応力以下に保持されるとともに噛み合い騒音が抑制され、かつ歯１の曲げ応力を許容曲げ応力以下に保持できる低騒音で高強度の歯車となる。
これに加えて歯幅Ｂ方向のクラウニングを、歯幅中心線３に対して、歯当りの強い側のクラウニング量Ｃ２が反対側のクラウニング量Ｃ１よりも大きくなるように構成しているので、歯幅Ｂ方向における接触面圧の分布が均一となり、局部的な接触面圧の増大による歯の破損防止効果が大きくなる。
【００２７】
【発明の効果】
以上記載の如く本発明によれば、前記アデンダムＡ及びデデンダムＤの範囲及び重なり噛み合い率（ｅ）の範囲を請求項１の範囲になるように構成することにより、適正な噛み合いがなされて、噛み合い面の接触応力が許容接触応力以下に保持されるとともに噛み合い騒音が抑制され、かつ歯の曲げ応力を許容曲げ応力以下に保持できる、低騒音で高強度のはすば歯車を得ることができる。
【００２８】
また本発明によれば、歯幅方向に噛み合い接触面圧の変化が大きい歯車であっても、該接触面圧の大きい側のクラウニングを大きく採って歯当たりを弱めるとともに接触面圧の小さい側のクラウニングを小さく採って歯当たりを強めることにより歯当たりを歯幅方向に均一化することが可能となり、これにより、歯幅方向における噛み合い接触面圧の変化に応じて歯当たりを自在に変化せしめて歯幅方向の歯当たりを均一化し、歯幅方向における接触面圧の分布を均一にすることができて、局部的な接触面圧の増大による歯の破損を防止することができる。
【００２９】
さらに、本発明によれば、増速機の増速段に前記構成からなるはすば歯車を用いれば、適正な噛み合いがなされて噛み合い面の接触応力を許容接触応力以下に保持できるとともに、噛み合い騒音が抑制されかつ歯の曲げ応力を許容曲げ応力以下に保持できる低騒音で高強度の歯車となり、これに加えて歯幅方向における接触面圧の分布が均一となり局部的な接触面圧の増大による歯の破損が防止された高強度のはすば歯車増速機構を備えた風車用増速機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係るはすば歯車の歯の比較断面図であり、（Ａ）は本発明の歯形、（Ｂ）は従来技術の歯形である。
【図２】クラウニング部の歯筋方向に沿う比較断面図であり、（Ａ）は本発明の歯、（Ｂ）は従来技術の歯である。
【図３】クラウニング部の形状を示す歯の斜視図である。
【図４】本発明のはすば歯車が用いられる風車用増速機の要部断面図である。第３工程を示す説明図である。
【符号の説明】
１    歯
１ａ  歯先面
２    ピッチ円
３    歯幅中心線
４    基準歯先面
１０  第１段増速装置
１１  入力軸
２０  第２段増速装置
３０  第３段増速装置
２１、３１  駆動ギア
２２、３２  増速ギア
３３  出力軸
Ａ    アデンダム
Ｄ    デデンダム
Ｂ    歯幅
Ｃ１、Ｃ２  クラウニング量
【図１】
2005023978.tif 000003
【図２】
2005023978.tif 000004
【図３】
2005023978.tif 000005
【図４】
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