(57)【要約】【課題】形状が簡単で機械加工が容易な円弧歯形曲線を使用した歯車で構成する内接歯車式ポンプ及びサイクロ(商品登録)減速機、歯車伝達装置を提供する。【解決手段】歯車の歯先面の歯形形状は基準ピッチ線上を中心とした歯先半径Ｒの円弧で形成され、歯底面の歯形形状は基準ピッチ円と隣り合う歯先面の歯形形状である歯先半径Ｒの２つの円に外接する３接円の円弧で形成され、歯車の歯形は前記歯先面の歯形形状の円弧と前記歯底面の歯形形状の円弧が接する関係で接続された曲線であり、この曲線の近似曲線でもあり、更に、基準ピッチ円の中心を基にこの曲線を任意の間隔でオフセットさせることが可能である歯形形状を持った歯車を使用して内接歯車式ポンプ及びサイクロ減速機、歯車伝達装置を構成する。【選択図】図１
2007032836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯車の歯先面の歯形形状は基準ピッチ線上を中心とした歯先半径Ｒの円弧で形成され、歯底面の歯形形状は基準ピッチ円と隣り合う歯先面の歯形形状である歯先半径Ｒの２つの円に外接する３接円の円弧で形成され、歯車の歯形は前記歯先面の歯形形状の円弧と前期歯底面の歯形形状の円弧が接する関係で接続された曲線であり、この曲線の近似曲線でもあり、更に、基準ピッチ円の中心を基にこの曲線を任意の間隔でオフセットさせることが可能である歯形形状を持った歯車。
【請求項２】
ハウジング内に回転自在に装着された請求項１に記載の歯形曲線を持った内接歯車と、前記内接歯車内に偏心して配設された請求項1に記載の歯形曲線を持った外接歯車とを備え、両歯車が互いにかみ合いして回転し、これら両歯車間に流体を吸入・吐出する内接歯車式ポンプであって、前記内接歯車は、前記外接歯車よりも1歯多い歯数を有し、両歯車がお互いに最も深くかみ合う部分の反対側で両歯車の歯先同士が摺動する内接歯車式ポンプ。
【請求項３】
請求項１に記載した歯車を含む、複数の歯車で構成された歯車伝達装置。
【請求項４】
請求項１に記載の歯形曲線を持ったラックカッター、ピニオンカッター、ホブカッター、フライスカッターいずれか１以上の工具を使用した方法による創成歯切り法、または請求項１に記載の歯形曲線を持ったフライスカッター、研削砥石による成形歯切り法、並びにＮＣデータ作成による加工プログラムからフライスカッターによる成形加工法、放電加工機による成形加工法いずれか１以上の方法により歯車を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円弧歯形を使用した歯車、この歯車を利用した内接歯車式ポンプ、歯車伝達装置及び歯車の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、円弧歯形を持つ歯車としては、ウイルトハーバー・ノビコフ歯車（ＷＮ歯車）が有名であり、各種分野において円弧歯形に関する研究開発が進められ円弧歯形として、あるいは円弧歯形の一部と他の曲線を組み合わせた歯形曲線として歯車へ用いられている。前記の歯形曲線は、内接歯車式ポンプの歯車、自動車のステアリング装置のラックアンドピニオン、減速装置の歯車、歯付ベルトの歯等の歯形曲線として用いられている。
【０００３】
内接歯車式ポンプにはトロコイド歯形を使用した歯車ポンプが多く用いられているが、トロコイド歯形の代わりに複数の円弧を組み合わせた円弧歯形曲線を使用した内接歯車ポンプもある。
【特許文献１】特許公開平１１-９４０５２
【特許文献２】特許公開平１０-２０５４５８
【０００４】
サイクロ(登録商標)減速機に使用される歯車の歯形としては、一般的にサイクロイド歯形を使用したサイクロイド歯車や円弧歯形、トロコイド歯形を使用した歯車が装置の構成要素として多く用いられている。
【特許文献３】特許公開２００３-２７８５１１
【特許文献４】特許公開平０５-２９６３０１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来から使用されている円弧歯形を持った歯車の歯形曲線は複雑な理論式の基で算出されたものが多く、歯形形状も複数の円弧や曲線を組み合わせて一つの歯形曲線としているものが多くある。これらの歯形曲線を理解するには大変な努力を要する場合がある。単純な形状の歯形を持ち、簡単な計算式にて歯車の主要部分が求まり、簡単に歯形の作図が可能となる歯車が必要とされる。本発明の歯車は、前述のことを鑑みて考案したものであり、これらを満足する歯車を提供するものである。
【０００６】
従来から使用されている内接歯車式ポンプにはトロコイド歯形を使用したトロコイドポンプが多く使用されている。このトロコイド歯形を持った歯車を内接歯車式ポンプに使用した場合、外接歯車の歯先円直径がその歯車の歯数と、設計上の偏心量、基礎円直径、転円直径、軌跡円直径により決定される。逆に、外接歯車の歯先円直径を固定して偏心量を決めようとすると、偏心量の設定に自由度がなく、吐出量を大きくすることが出来ない問題点がある。理論吐出量は偏心量が大きくなるにつれて増加するため、吐出量を増やすには、偏心量の設定に自由度を与える必要がある。歯車の大きさを含めて偏心量の設定に自由度のある内接歯車式ポンプが必要とされる。前述のことを鑑みて、これらの要件を満たす内接歯車式ポンプを提供するものである。
【０００７】
内歯車としては、多くはインボリュート歯形を持った歯車が多く使用されている。しかしながら、内歯車を使用した装置においては、外歯車による歯車列の構成よりも、歯の干渉による噛み合い歯数の制限により、装置自体が大型化する問題点がある。また、サイクロイド歯形やトロコイド歯形を持った歯車が各種の歯車装置に使用されているが、これらの歯車を使用して歯車装置を設計する場合には、いずれも複雑な理論式の基で設計しなければならないことがある。簡単な歯車計算式の基で設計可能な歯車であり、歯の干渉は少なく、噛み合い歯数の制限が少なく、装置自体を省力化することが可能となる歯車及び歯車装置が必要とされる。前述のことを鑑みて、これらの要件を満たす歯車及び歯車装置を提供するものである。
【０００８】
円弧歯形を持つ歯車は、複数の円弧や曲線を組み合わせた歯形曲線を持つものが多くある。これらの歯車を製造するには、歯形曲線が複雑になればなるほど専用工具や専用工作機械が必要となる。また、ＮＣ工作機械を使用してインボリュート曲線、サイクロイド曲線、トロコイド曲線などの歯形曲線を含む歯車を加工する場合は、ＮＣデータは近似曲線にて算出され、直線切削の連続加工の指令にて歯切りされる。この場合、非常に多くのデータ容量を必要とすると共に切削加工時間が長くなる欠点がある。前述の問題点は、歯形曲線を複数の円弧で構成することにより解決されると思われる。前述のことを鑑みて、これらの問題点を解決すべき歯車製造法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項1の発明は、歯車の歯先面の歯形形状は基準ピッチ線上を中心とした歯先半径Ｒの円弧で形成され、歯底面の歯形形状は基準ピッチ円と隣り合う歯先面の歯形形状である歯先半径Ｒの２つの円に外接する３接円の円弧で形成され、歯車の歯形は前記歯先面の歯形形状の円弧と前期歯底面の歯形形状の円弧が接する関係で接続された曲線であり、この曲線の近似曲線でもあり、更に、基準ピッチ円の中心を基にこの曲線を任意の間隔でオフセットさせることが可能である歯形形状を持った歯車である。
【００１０】
請求項２の発明は、ハウジング内に回転自在に装着された請求項1に記載の歯形形状を持った内接歯車と、前記内接歯車内に偏心して配設された請求項1に記載の歯形形状を持った外接歯車とを備え、両歯車が互いにかみ合いして回転しこれら両歯車間に流体を吸入・吐出する内接歯車式ポンプであって、前記内接歯車は、前記外接歯車よりも1歯多い歯数を有し、両歯車がお互いに最も深くかみ合う部分の反対側で両歯車の歯先同士が摺動する内接歯車式ポンプである。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１に記載した歯車を含む、複数の歯車で構成された歯車伝達装置である。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１に記載の歯形形状を持ったラックカッター、ピニオンカッター、ホブカッター、フライスカッターいずれか１以上の工具を使用した方法による創成歯切り法、または請求項１に記載の歯形形状を持ったフライスカッター、研削砥石による成形歯切り法、並びにＮＣデータ作成による加工プログラムからフライスカッターによる成形加工法、放電加工機による成形加工法いずれか１以上の方法により歯車を製造する方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の請求項1の歯車は円弧歯形を持つ歯車であり、歯の大きさは歯先面の歯形形状である円弧の半径Ｒ（以下、歯先半径Ｒと表示する）で表される。歯先半径Ｒには任意の値を設定することが可能であり、この値と歯数により歯車の大きさが決定することになる。一対の歯車が噛み合う条件は歯先半径Ｒが同じ値になることが条件となる。この歯先半径Ｒはインボリュート歯車のモジュールに相当するものである。モジュールと比較すれば、歯の大きさが測定可能な実測値として表現される利点があり、歯先半径Ｒは歯車装置の大きさにより任意に設定することが可能となる。更に、インボリュート歯車と比較すれば、噛み合いが滑らかであり、振動が少なく歯部の強度が大となる。また、歯と歯の干渉がないに等しい。少数枚数の歯の組み合わせから歯車列を構成できる特徴を有する。
【００１４】
本発明の請求項２の内接歯車式ポンプは請求項1の歯車を使用した内接歯車式ポンプである。歯先半径Ｒの値により、極小サイズの歯車列の組み合わせから任意のサイズの組み合わせまで用途により、幅広く選択が可能となる特徴がある。更に、外接歯車１枚歯、内接歯車２枚歯組み合わせから任意枚数の歯車構成の設定が可能となる。偏心量ｅは歯先半径Ｒの１/２となり、トロコイドポンプと比較すれば、偏心量を簡単に求めることができ、ポンプの吐出量の設定が容易となる特徴がある。
【００１５】
本発明の請求項３の歯車伝達装置は、請求項1の円弧歯形を持つ歯車を使用して構成された歯車装置である。サイクロ減速装置の歯車としても使用することが可能であり、従来から使用されているサイクロ減速装置と比較すれば、歯車設計の容易さおよび歯先半径Ｒの設定の自由度から、装置自体の設計の幅に自由度を持たすことが可能であり、大きな減速比を設定することが可能となる。更に、装置の軽量化にも繋がってくる。また、本発明の歯車を内歯車と小歯車の構成にて動力伝達用にも使用が可能であり、少数枚数の歯車列を構成すれば装置自体の軽量化を図ることが可能となる。他の歯車装置にも用途を広げることができる。
【００１６】
本発明の請求項４の歯車を製造する方法の１つとして、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置を使用して歯車のＮＣデータ作成からＮＣ工作機械による歯切り加工がある。歯形曲線が円弧なので、ＮＣデータの容量を小さくとることが可能であり、加工時間を短縮できる特徴を有している。更に、本発明の歯形曲線を有する専用切削工具を使用して、創成歯切り法、成形歯切り法により歯車の量産も可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
【表１】
2007032836.tif 000003
【００１８】
表１は本発明の歯形曲線を作成する基礎となる計算式の一覧表である。円弧を組み合わせた歯形曲線なので、計算が簡単であり、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置による作図、加工データ作成、解析が容易にできることとＮＣデータ容量が小さくなり、加工時間を短縮することが出来る特徴を有する。また、本発明の特筆すべきところは、歯先半径Ｒを歯の大きさを表す単位にしていること（インボリュート歯車はモジュールを使用している）であり、更に、請求項1に示す歯底面の歯形形状が各々の円の３接円弧で形成されることにより、この歯形曲線を使用した歯車の各々歯の噛み合いをなめらかにしていることが最大の特徴である。歯の大きさを表す歯先半径Ｒの値により、任意の歯数、大きさの歯車が設定可能になる。表1から得られたデータを基に作成した図が、図１から図１6までの作図データである。図１から図１０及び図16は、内接歯車式ポンプとして用いた場合の外接歯車、内接歯車の作図例と内接歯車式ポンプの構成図である。基本的には外接歯車１枚歯と内接歯車２枚歯組み合わせから内接歯車式ポンプの歯車構成が可能となる。また、図10に示すように外接歯車、内接歯車をピッチ円径の中心を基にして、同じ方向へ同じオフセット量にて歯形曲線を平行移動させることにより、歯車サイズの調整が可能となり吐出量を微調整することが可能となる。図１１、図１２は本発明の歯形曲線を歯車伝達装置の内歯車として使用した場合の図例を示す。かみ合わせ枚数による歯の干渉がないので任意の歯数の組み合わせが可能となる。前記同様に歯車サイズは歯先半径Ｒにて自在に設定が可能となる。表２、表３、図１３、図１４、図１５は本発明の歯形曲線をサイクロ減速機の歯車として実施した例を示す。以下、本発明の実施形態を表１から表３、図１から図１６に基づいて説明する。
【００１９】
表１は、本発明の基をなす歯車基本計算式を内接歯車式ポンプの外接歯車と内接歯車を例として示したものである。歯先半径Ｒ、歯数ｚを基に外接歯車（１）と内接歯車（２）のピッチ円直径ｄ、歯先円直径ｄａ、歯底円直径ｄｆ、偏心量ｅを算出する。尚、本発明の歯形曲線の大きな特徴の一つであるが、外接歯車（1）に関しては、ピッチ円直径ｄ1と歯底円直径ｄｆ1が等しい関係になる。また、内接歯車（２）関してはピッチ円直径ｄ２と歯先円直径ｄａ２が等しい関係になる歯形を形成している。また、外接歯車の歯形形状と内接歯車の歯形形状は、歯先半径Ｒと歯数が同じであれば、同一形状となる。３６０度(１円)を各々の歯車の歯数ｚで割った角度を歯数分割角度αと呼ぶことにする。以下、歯数分割角度αと表示することにする。表1で求めた基本データにより、ＣＡＤソフトを使用して図１に示す歯形曲線の作図をする。本発明の歯形曲線は、形状が単純なので汎用ＣＡＤソフトにて容易に作図が可能である特徴を有している。計算例は歯先半径Ｒを１として、外接歯車歯数ｚ１が５枚、内接歯車歯数ｚ２が６枚の計算例を示す。
【００２０】
図１は、表１の計算例の外接歯車（1）を基にした歯形曲線の作図例である。水平中心線1ｕ、垂直中心線1ｖを作図する。次に歯数分割角度α1にて垂直中心線1ｖより左回り角度で、交点ｏ１をと通る中心線1ｗを作図する。交点ｏ１を中心としてピッチ円d１１と歯先円da１１を作図する。次に、ピッチ円d１１と垂直中心線1ｖと中心線１ｗの交点ｏ１１,と交点ｏ1２を中心とした歯先半径（Ｒ）１の円１１，円１２を作図する。前記の円１１，円１２、ピッチ円ｄ１１の外接する３接円１３を作図する。作図された円１１の円弧１ａ、１ｂと３接円の円弧1ｂ、1ｃと円１２の円弧1ｃ、1ｄを接続すれば、歯形曲線の一部が作図される。この歯形曲線をｏ１を中心として歯車の歯数値（５）ほど回転複写をすれば外接歯車の歯形曲線ｓ１が作図される。
【００２１】
図２は、表１の計算例の内接歯車（２）を基にした歯形曲線の作図例である。水平中心線２ｕ、垂直中心線２ｖを作図する。次に歯数分割角度α２にて垂直中心線２ｖより左回り角度で、交点ｏ２をと通る中心線２ｗを作図する。交点ｏ２を中心としてピッチ円d２２と歯底円dｆ２２を作図する。次に、ピッチ円d２２と垂直中心線２ｖと中心線２ｗの交点ｏ２１,と交点ｏ２２を中心とした歯先半径（Ｒ）１の円２１，円２２を作図する。前記の円２１，円２２、ピッチ円ｄ２２の外接する３接円２３を作図する。作図された円２１の円弧２ａ、２ｂと３接円２３の円弧２ｂ、２ｃと円２２の円弧２ｃ、２ｄを接続すれば、歯形曲線の一部が作図される。この歯形曲線をｏ２を中心として歯車の歯数値（６）ほど回転複写をすれば内接歯車の歯形曲線ｓ２が作図される。
【００２２】
図３は表1の計算式を基にして作図した図１の外接歯車（１）と図２の内接歯車（２）を組み合わせた内接歯車ポンプの構成図である。
ｅは偏心量を示す。外接歯車歯数５枚の歯形曲線ｓ1と内接歯車歯数６枚の歯形曲線ｓ２のかみ合いを示す。入力軸を介して外接歯車（１）へ動力が伝達される。外接歯車（１）はｏ１を中心として回転をする。内接歯車（２）は外接歯車（１）とかみ合いながらｏ２を中心として同じ方向へ回転しこれら両歯車間に流体を吸入・吐出する内接歯車式ポンプであって、前記内接歯車は、前記外接歯車よりも1歯多い歯数を有し、両歯車がお互いに最も深くかみ合う部分の反対側で両歯車の歯先同士が摺動する内接歯車式ポンプである。偏心量ｅは表１の計算式の通り歯先半径Ｒ/２で簡単に求められることを最大の特徴としている。また、外接歯車と内接歯車の歯数の組み合わせは、最小枚数１枚歯と２枚歯組み合わせから可能である。
【００２３】
図4は本発明の歯形曲線の解析図の例を示す。図（ａ）は図１の外接歯車（１）の歯形曲線ｓ１の１枚歯分の歯形曲線ｓ11と図２の内接歯車（２）の歯形曲線ｓ２の１枚歯分の歯形曲線ｓ２２がそれぞれｏ１及びｏ２を中心点としてかみ合っている状態を示している。図（b）は図（ａ）を初期状態として、外接歯車(５枚)と内接歯車(６枚)の歯数比５：６の逆比（６：５）の回転角にて左回りに回転させ、それぞれの歯形曲線ｓ1１、ｓ２２の各回転角におけるかみあい軌跡を図示したものである。歯形曲線ｓ1１はｏ１を中心として６度ごとに１８０度まで回転させたものであり、歯形曲線ｓ２２はｏ２を中心として５度ごとに１５０度まで回転させてかみ合い状態を解析したものである。更に、それぞれの回転角度に置けるお互いの歯の干渉を分析したものである。
【実施例１】
【００２４】
図５は、外接歯車1枚歯と内接歯車２枚歯の各歯車とこれらの歯車を使用した内接歯車式ポンプの構成図を示す。本発明の歯形曲線を使用した最小枚数の組み合わせ図である。図（ａ）は外接歯車1枚歯を示す。表１より、ｄ１は外接歯車のピッチ円直径，ｄａ１は歯先円直径である。本発明の歯形曲線の定義からすれば、歯形曲線の作図において１枚歯の場合は、３接円で求める歯形の円弧部の作図は不可能であるため、１枚歯歯形曲線ｓ1はｏ１を中心として回転する歯先半径Ｒの円として定義することにする。図（ｂ）は内接歯車２枚歯を示す。表1よりｄ２は内接歯車のピッチ円直径、ｄｆ２は歯底円直径である。２枚歯の場合は、２つの歯先半径Ｒの円の中心とピッチ円の中心が同一直線上にあるため、３接円で求める歯形の円弧部は、前記３つの円の接線となる。図（ｃ）は外接歯車１枚と内接歯車２枚を組み合わせた内接歯車式ポンプの構成図である。入力軸を介して歯形曲線ｓ１の外接歯車はｏ１を中心として回転をする。外接歯車が回転をすれば、それにかみ合っている歯形曲線ｓ２の内接歯車はｏ２を中心として同方向へ回転をする内接歯車式ポンプである。偏心量ｅと歯先半径Ｒを多様に設定すれば、回転往復式ポンプや内燃機関にも応用は可能となる。
【００２５】
以下、表１の計算式を基にして作図した実施例を下記に示す。歯先半径Ｒは１とする。
図６は外接歯車２枚歯と内接歯車３枚歯の内接歯車式ポンプの構成図である。
図７は外接歯車３枚歯と内接歯車４枚歯の内接歯車式ポンプの構成図である。
図８は外接歯車４枚歯と内接歯車５枚歯の内接歯車式ポンプの構成図である。
図９は外接歯車６枚歯と内接歯車７枚歯の内接歯車式ポンプの構成図である。
本発明の歯形曲線を使用すれば、内接歯車式ポンプは外接歯車と内接歯車の歯数を１枚違いにすることを条件として、任意枚数の組み合わせが可能となる。
【００２６】
表１及び図１と図２で説明した外接歯車及び内接歯車の歯形曲線を標準歯形とすれば、図１０に示す歯形曲線は標準歯形に対してオフセットして変形させた歯形曲線である。オフセットとは等間隔に平行移動させることである。但し、正確なかみ合いを保つ為には、外接歯車の歯形曲線と内接歯車の歯型曲線は同じオフセット量で同じ方向にて処理しなければならない制限がある。オフセットが可能な範囲は歯先半径Ｒの数値により決定される。オフセット値をＦとすれば  Ｆは＋1.32Ｒから−Ｒ  の範囲で可能となる。図10は、外接歯車の歯数4枚、内接歯車の歯数５枚組み合わせ内接歯車式ポンプの構成図であり、歯先半径Ｒは１である。オフセット０が標準歯形を示す。標準歯形に対してそれぞれプラス側とマイナス側へオフセットさせた図である。標準歯形を使用した内接歯車式ポンプに対して、オフセットした歯形を使用すれば歯車の大きさの微調整が可能になるとともに、吐出量の調整が可能となる特徴がある。
【実施例２】
【００２７】
図11の図（ａ）は、小歯車歯数３枚と内歯車歯数８枚の平歯車と内歯車の関係を示す図である。本発明の歯形曲線を使用して、歯車伝達装置の歯車として実施した例である。図（ｂ）は小歯車歯数５枚と内歯車歯数１０枚の構成図である。図１２は小歯車歯数１０枚と内歯車歯数５０枚の構成図である。表１の歯車の基本計算式から各々の歯形曲線を作図する。表１の外接歯車（１）の式を小歯車の計算式として、内接歯車（２）の式を内歯車の計算式として使用する。中心距離ｃは,ｃ=（ｄ2-ｄ1）/２で求めることが出来る。入力軸を介して歯形曲線ｓ１の小歯車がｏ１を中心として回転する。それにかみ合っている歯形曲線ｓ２の内歯車がｏ２を中心として同方向へ回転する歯車伝達装置である。かみ合う条件は歯先半径Ｒが同じであることが条件となる。小数枚数歯車の組み合わせから任意歯数の組み合わせまで速度比に応じて、歯車歯数の設定が可能である。歯車伝達装置の応用例として、図１３、図１４、図１５のサイクロ減速機の構成図を示す。
【００２８】
【表２】
2007032836.tif 000004
【実施例３】
【００２９】
図１３は、本発明の歯形曲線を使用した減速機の構成図を示す。左図がケーシングカバー１３８を取り除いた時に見える各々の歯車の構成図である。右図はサイクロ減速機の組み立て断面図を示す。機構的な原理は、サイクロ減速機のしくみを応用したものである。この減速機は、本発明の円弧歯形曲線を使用した歯車で構成されている。サイクロイド歯形は全く使用していない。円弧歯形のみ使用した歯車で構成した減速機である。表２に各歯車の基本計算式を示す。動力の伝達は入力軸１３１（偏心量ｅの偏心軸）から軸受け１３２（または、ローラーピン）を介して遊星歯車である外接歯車１３３に伝達される。この外接歯車１３３には、内ピン１３６が接触するピン穴が６個設けてある。外接歯車１３３は固定太陽歯車１３４（ケーシング本体１３７に内接歯車を歯切り）とかみ合いながら自転をする。外接歯車１３３が自転をすれば、６個のピン穴に接触している６個の内ピン１３６も同時に回転をする。内ピンは内ローラー１３５に固定されていて出力軸となる。表２より、遊星歯車である外接歯車１３３の歯数が２０枚で、太陽歯車である内接歯車１３４の歯数が２１枚なので、このサイクロ減速機の減速比は１/２０となる。歯先半径Ｒと歯車の歯数の設定により、減速装置の大きさや減速比は任意に設定が可能となる特徴がある。尚、外接歯車１３３と内接歯車１３４は１枚差の歯車であり、内接歯車式ポンプの歯車構成を応用したものである。更に、前期歯車に使用する歯形曲線は外接歯車と内接歯車が機能的に噛み合いをするならば、トロコイド曲線、サイクロイド曲線を含む他の歯形曲線でも前期サイクロ減速機の歯車として使用することは可能であると推定される。
【００３０】
【表３】
2007032836.tif 000005
【実施例４】
【００３１】
図１４、図１５は図１３のサイクロ減速機を基にした改良型減速機である。図１４（ａ）は入力軸側の各々の歯車の構成図を示す。図１４（ｂ）は出力軸側の歯車の構成図を示している。図１５は改良型減速機の組み立て断面図を示す。表３に各歯車の基本計算式を示す。内ピン及びピン穴を無しにして、外接歯車と内接歯車の構成だけにしたものである。動力の伝達は入力軸１４1(偏心量ｅの偏心軸)から軸受け１４２（またはローラーピン）を介して第1遊星歯車である外接歯車１４7に伝達され、第２遊星歯車１４5の内接歯車１４8とかみ合うと同時にその外接歯車１４3は固定太陽歯車144(入力軸側ケーシングカバーに内接歯車を歯切り)にも噛み合うことになる。尚、第２遊星歯車１４5には、３個の歯車が一体として歯切りされている。入力軸側の内接歯車148及び固定太陽歯車に噛み合う外接歯車143と出力軸側の外接歯車151である。第２遊星歯車は揺動しながら、出力軸153に歯切りされている内接歯車152と噛み合いながら出力軸へ動力が伝達される。第１遊星歯車の外接歯車１４7と第２遊星歯車１４５の内接歯車148が図１３のサイクロ減速機の６個の内ピンと６個のピン穴に相当する機能を分担していることになる。このサイクロ減速機の場合は、第１遊星歯車の外接歯車１４7とそれにかみ合う第２遊星歯車の内接歯車１４8の歯数比は減速比には関係しない。第２遊星歯車の外接歯車１４3と固定太陽歯車144との歯数比及び出力軸側の外接歯車１５１と内接歯車１５２の歯数比がこの減速機の減速比に関係する。表３より減速比は１/８５となり、大きな減速比を得ることができる。
歯先半径Ｒと歯車の歯数の設定により、減速装置の大きさや減速比は任意に設定が可能となる特徴がある。更に、機構的には内接歯車式ポンプの機構を応用しているので、ケーシング内の潤滑を含めて内接歯車式ポンプの機能を併用することも可能となる特徴を有している。前期歯車に使用する歯形曲線は外接歯車と内接歯車が機能的に噛み合いをするならば、トロコイド曲線、サイクロイド曲線を含む他の歯形曲線でも前期サイクロ減速機の歯車として使用することは可能であると推定される。
【実施例５】
【００３２】
図16は、歯形曲線ｓ１の外接歯車１枚と歯形曲線ｓ２の内接歯車２枚を使用した内接歯車式ポンプの構成図（ａ）と入力軸として使用する偏心軸（ｂ）を示す。図（ａ）において、外接歯車及び内接歯車の形状を決める基本計算は表１の式を使用している。図５の外接歯車１枚歯と内接歯車２枚歯と歯形曲線は同じである。異なる点は、図５の内接歯車式ポンプでは外接歯車の回転中心ｏ１が外接歯車のピッチ円の中心に設定しているが、図１５の内接歯車式ポンプでは外接歯車の回転中心ｏ１は、歯先円半径Ｒの円の中心で設定している。図（ｂ）の入力軸である偏心軸が回転すれば、外接歯車はｏ１を中心として自転しながら、偏心量ｅにてｏ２を中心として公転する遊星歯車の役割をなす。外接歯車とかみ合っている内接歯車は外接歯車の公転とともにｏ２を中心として同方向へ回転することになる。この内接歯車式ポンプの場合、偏心量ｅは0からＲ（Ｒは歯先半径）の範囲にて設定が可能となる特徴を有する。歯先半径Ｒを多様に設定すれば、回転往復ポンプや内燃機関にも応用は可能である。
【００３３】
本発明の請求項１に記載の歯形形状を持ったラックカッター、ピニオンカッター、ホブカッター、フライスカッターいずれか１以上の工具を使用した方法による創成歯切り法、または請求項１に記載の歯形形状を持ったフライスカッター、研削砥石による成形歯切り法、並びにＮＣデータ作成による加工プログラムからフライスカッターによる成形加工、放電加工機による成形加工いずれか１以上の方法で歯車を製造すれば、単品生産から多量生産まで広範囲な生産方法が設定できる。また、歯車を製造する方法の１つとして、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置を使用して歯車のＮＣデータ作成からＮＣ工作機械による加工がある。歯形曲線が複数の円弧だけを使用しているので、ＮＣデータは円弧切削指令が主とした内容になる。従って、ＮＣデータ容量は少なくてすみ、加工時間を短くする特徴がある。インボリュート歯車、サイクロイド歯車、トロコイド歯車などの曲線を使用した歯車の場合は、ＮＣデータとして出力されるデータは直線切削指令が主となる。前記の曲線は直線で補間された近似曲線としてデータ出力され、データ容量が大幅に増え、長い加工時間を要すことになる。更に、請求項1に記載した円弧歯形を持った歯車は、複数の円弧で接続された歯形を持つ歯車であるが、ＮＣ工作機械にて歯切り加工される場合には、ＮＣデータは歯形曲線の近似曲線（直線が連続したもの、あるいは直線と円弧が連続して混在するも）として出力されることが多くある。従って、請求項１の歯車は複数の円弧で構成された歯形曲線ではあるが、その曲線に沿った近似曲線でもあると定義することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の円弧歯形曲線を使用した歯車の用途は内接歯車式ポンプの外接歯車、内接歯車を初めとして、減速機の歯車や内歯車としての歯車伝達装置等広範囲にわたって使用が可能となる。歯先半径Ｒの設定が自在に可能なので微小歯車から大歯車まで用途が広範囲に選択可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の外接歯車歯数５枚歯の歯形曲線を示す図である。
【図２】本発明の内接歯車歯数6枚歯の歯形曲線を示す図である。
【図３】本発明の外接歯車歯数５枚と内接歯車歯数６枚の内接歯車式ポンプの構成図を示す図である。
【図４】本発明の外接歯車歯数５枚と内接歯車歯数６枚の歯形曲線かみ合い解析図を示す図である。
【図５】本発明の外接歯車歯数1枚と内接歯車歯数2枚の内接歯車式ポンプの構成図を示す図である。
【図６】本発明の外接歯車歯数2枚と内接歯車歯数3枚の内接歯車式ポンプの構成図を示す図である。
【図７】本発明の外接歯車歯数3枚と内接歯車歯数4枚の内接歯車式ポンプの構成図を示す図である。
【図８】本発明の外接歯車歯数4枚と内接歯車歯数5枚の内接歯車式ポンプの構成図を示す図である。
【図９】本発明の外接歯車歯数6枚と内接歯車歯数7枚の内接歯車式ポンプの構成図を示す図である。
【図１０】本発明の外接歯車歯数4枚と内接歯車歯数5枚の標準歯形曲線とオフセットした歯形曲線を示す図である。
【図１１】本発明の歯形曲線を使用した平歯車歯数３枚と内歯車歯数8枚歯の構成図を示す図である。
【図１２】本発明の歯形曲線を使用した平歯車歯数10枚と内歯車歯数50枚歯の構成図を示す図である。
【図１３】本発明の外接歯車と内接歯車を使用したサイクロ減速機の組立図を示す図である。
【図１４】本発明の外接歯車と内接歯車を使用した改良型サイクロ減速機の構成図を示す図である。
【図１５】本発明の外接歯車と内接歯車を使用した改良型サイクロ減速機の組立図を示す図である。
【図１６】本発明の外接歯車歯数1枚と内接歯車歯数2枚の内接歯車式ポンプの構成図を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１１  ｏ１１を中心とした歯先半径１の円
１２  ｏ１２を中心とした歯先半径１の円
１３  外接歯車（1）の３接円
２1   ｏ２１を中心とした歯先半径１の円
２２  ｏ２２を中心とした歯先半径１の円
２３  内接歯車（２）の３接円
1ａ  図１の交点  
１ｂ  図１の接点    
１ｃ  図１の接点
１ｄ  図１の交点
２ａ  図２の交点
２ｂ  図２の接点
２ｃ  図２の接点
２ｄ  図２の交点
１ｕ  図１の水平中心線
１ｖ  図１の垂直中心線
１ｗ  図１の歯数分割角度（α1）割り出し中心線    
２ｕ  図２の水平中心線
２ｖ  図２の垂直中心線
２ｗ  図２の歯数分割角度（α2）割り出し中心線
１３１  図１３の入力軸  
１３２  図１３の軸受け
１３３  図１３の外接歯車
１３４  図１３の内接歯車
１３５  図１３の内ローラー
１３６    図１３の内ピン
１３７    図１３のケーシング本体
１３８    図１３のケーシングカバー  
１４１    図１４、図１５の入力軸
１４２    図１４、図１５の軸受け
１４３    図１４、図１５の外接歯車
１４４    図１４、図１５の内接歯車
１４５    図１４、図１５の第２遊星歯車
１４７    図１４、図１５の外接歯車
１４８    図１４、図１５の内接歯車
１５１    図１４、図１５の外接歯車
１５２    図１４、図１５の内接歯車
１５３    図１５の出力軸
１５４    図１５の入力軸側ケーシング
１５５    図１５の出力軸側ケーシング    
ｃ    中心距離
ｄ1      外接歯車ピッチ円直径
ｄ11   外接歯車ピッチ円
ｄ２    内接歯車ピッチ園直径
ｄ２２   内接歯車ピッチ円
ｄａ１  外接歯車歯先円直径
ｄａ１1 外接歯車歯先円
ｄｆ２   内接歯車歯底円直径
ｄｆ２２  内接歯車歯底円
ｅ    偏心量
ｏ1   外接歯車中心点
ｏ２  内接歯車中心点
ｏ１１  図１の 歯先半径の中心点
ｏ１２  図１の歯先半径の中心点
ｏ２１  図２の歯先半径の中心点
ｏ２２  図２の歯先半径の中心点
Ｒ      歯先半径
ｓ１    外接歯車歯形曲線
ｓ２    内接歯車歯形曲線
ｓ１１  外接歯車歯形曲線（1枚歯形）
ｓ２２   内接歯車歯形曲線（1枚歯形）
α1   外接歯車の歯数分割角度  
α2   内接歯車の歯数分割角度  
【図１】
2007032836.tif 000006
【図２】
2007032836.tif 000007
【図３】
2007032836.tif 000008
【図４】
2007032836.tif 000009
【図５】
2007032836.tif 000010
【図６】
2007032836.tif 000011
【図７】
2007032836.tif 000012
【図８】
2007032836.tif 000013
【図９】
2007032836.tif 000014
【図１０】
2007032836.tif 000015
【図１１】
2007032836.tif 000016
【図１２】
2007032836.tif 000017
【図１３】
2007032836.tif 000018
【図１４】
2007032836.tif 000019
【図１５】
2007032836.tif 000020
【図１６】
2007032836.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成18年6月30日(2006.6.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯車の歯先面の歯形形状は基準ピッチ線上を中心とした歯先半径Ｒの円弧で形成され、歯底面の歯形形状は基準ピッチ円と隣り合う歯先面の歯形形状である歯先半径Ｒの２つの円に外接する３接円の円弧で形成され、歯車の歯形は前記歯先面の歯形形状の円弧と前記歯底面の歯形形状の円弧が接する関係で接続された曲線であり、この曲線の近似曲線でもあり、更に、基準ピッチ円の中心を基にこの曲線を任意の間隔でオフセットさせることが可能である歯形形状を持った歯車。
【請求項２】
ハウジング内に回転自在に装着された請求項１に記載の歯形曲線を持った内接歯車と、前記内接歯車内に偏心して配設された請求項1に記載の歯形曲線を持った外接歯車とを備え、両歯車が互いにかみ合いして回転し、これら両歯車間に流体を吸入・吐出する内接歯車式ポンプであって、前記内接歯車は、前記外接歯車よりも1歯多い歯数を有し、両歯車がお互いに最も深くかみ合う部分の反対側で両歯車の歯先同士が摺動する内接歯車式ポンプ。
【請求項３】
請求項１に記載した歯車を含む、複数の歯車で構成された歯車伝達装置。
【請求項４】
請求項１に記載の歯形曲線を持ったラックカッター、ピニオンカッター、ホブカッター、フライスカッターいずれか１以上の工具を使用した方法による創成歯切り法、または請求項１に記載の歯形曲線を持ったフライスカッター、研削砥石による成形歯切り法、並びにＮＣデータ作成による加工プログラムからフライスカッターによる成形加工法、放電加工機による成形加工法いずれか１以上の方法により歯車を製造する方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円弧歯形を使用した歯車、この歯車を利用した内接歯車式ポンプ、歯車伝達装置及び歯車の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、円弧歯形を持つ歯車としては、ウイルトハーバー・ノビコフ歯車（ＷＮ歯車）が有名であり、各種分野において円弧歯形に関する研究開発が進められ円弧歯形として、あるいは円弧歯形の一部と他の曲線を組み合わせた歯形曲線として歯車へ用いられている。前記の歯形曲線は、内接歯車式ポンプの歯車、自動車のステアリング装置のラックアンドピニオン、減速装置の歯車、歯付ベルトの歯等の歯形曲線として用いられている。
【０００３】
内接歯車式ポンプにはトロコイド歯形を使用した歯車ポンプが多く用いられているが、トロコイド歯形の代わりに複数の円弧を組み合わせた円弧歯形曲線を使用した内接歯車ポンプもある。
【特許文献１】特許公開平１１-９４０５２
【特許文献２】特許公開平１０-２０５４５８
【０００４】
サイクロ(登録商標)減速機に使用される歯車の歯形としては、一般的にサイクロイド歯形を使用したサイクロイド歯車や円弧歯形、トロコイド歯形を使用した歯車が装置の構成要素として多く用いられている。
【特許文献１】特許公開２００３-２７８５１１
【特許文献２】特許公開平０５-２９６３０１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来から使用されている円弧歯形を持った歯車の歯形曲線は複雑な理論式の基で算出されたものが多く、歯形形状も複数の円弧や曲線を組み合わせて一つの歯形曲線としているものが多くある。これらの歯形曲線を理解するには大変な努力を要する場合がある。単純な形状の歯形を持ち、簡単な計算式にて歯車の主要部分が求まり、簡単に歯形の作図が可能となる歯車が必要とされる。本発明の歯車は、前述のことを鑑みて考案したものであり、これらを満足する歯車を提供するものである。
【０００６】
従来から使用されている内接歯車式ポンプにはトロコイド歯形を使用したトロコイドポンプが多く使用されている。このトロコイド歯形を持った歯車を内接歯車式ポンプに使用した場合、外接歯車の歯先円直径がその歯車の歯数と、設計上の偏心量、基礎円直径、転円直径、軌跡円直径により決定される。逆に、外接歯車の歯先円直径を固定して偏心量を決めようとすると、偏心量の設定に自由度がなく、吐出量を大きくすることが出来ない問題点がある。理論吐出量は偏心量が大きくなるにつれて増加するため、吐出量を増やすには、偏心量の設定に自由度を与える必要がある。歯車の大きさを含めて偏心量の設定に自由度のある内接歯車式ポンプが必要とされる。前述のことを鑑みて、これらの要件を満たす内接歯車式ポンプを提供するものである。
【０００７】
内歯車としては、多くはインボリュート歯形を持った歯車が多く使用されている。しかしながら、内歯車を使用した装置においては、外歯車による歯車列の構成よりも、歯の干渉による噛み合い歯数の制限により、装置自体が大型化する問題点がある。また、サイクロイド歯形やトロコイド歯形を持った歯車が各種の歯車装置に使用されているが、これらの歯車を使用して歯車装置を設計する場合には、いずれも複雑な理論式の基で設計しなければならないことがある。簡単な歯車計算式の基で設計可能な歯車であり、歯の干渉は少なく、噛み合い歯数の制限が少なく、装置自体を省力化することが可能となる歯車及び歯車装置が必要とされる。前述のことを鑑みて、これらの要件を満たす歯車及び歯車装置を提供するものである。
【０００８】
円弧歯形を持つ歯車は、複数の円弧や曲線を組み合わせた歯形曲線を持つものが多くある。これらの歯車を製造するには、歯形曲線が複雑になればなるほど専用工具や専用工作機械が必要となる。また、ＮＣ工作機械を使用してインボリュート曲線、サイクロイド曲線、トロコイド曲線などの歯形曲線を含む歯車を加工する場合は、ＮＣデータは近似曲線にて算出され、直線切削の連続加工の指令にて歯切りされる。この場合、非常に多くのデータ容量を必要とすると共に切削加工時間が長くなる欠点がある。前述の問題点は、歯形曲線を複数の円弧で構成することにより解決されると思われる。前述のことを鑑みて、これらの問題点を解決すべき歯車製造法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項1の発明は、歯車の歯先面の歯形形状は基準ピッチ線上を中心とした歯先半径Ｒの円弧で形成され、歯底面の歯形形状は基準ピッチ円と隣り合う歯先面の歯形形状である歯先半径Ｒの２つの円に外接する３接円の円弧で形成され、歯車の歯形は前記歯先面の歯形形状の円弧と前記歯底面の歯形形状の円弧が接する関係で接続された曲線であり、この曲線の近似曲線でもあり、更に、基準ピッチ円の中心を基にこの曲線を任意の間隔でオフセットさせることが可能である歯形形状を持った歯車である。
【００１０】
請求項２の発明は、ハウジング内に回転自在に装着された請求項1に記載の歯形形状を持った内接歯車と、前記内接歯車内に偏心して配設された請求項1に記載の歯形形状を持った外接歯車とを備え、両歯車が互いにかみ合いして回転しこれら両歯車間に流体を吸入・吐出する内接歯車式ポンプであって、前記内接歯車は、前記外接歯車よりも1歯多い歯数を有し、両歯車がお互いに最も深くかみ合う部分の反対側で両歯車の歯先同士が摺動する内接歯車式ポンプである。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１に記載した歯車を含む、複数の歯車で構成された歯車伝達装置である。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１に記載の歯形形状を持ったラックカッター、ピニオンカッター、ホブカッター、フライスカッターいずれか１以上の工具を使用した方法による創成歯切り法、または請求項１に記載の歯形形状を持ったフライスカッター、研削砥石による成形歯切り法、並びにＮＣデータ作成による加工プログラムからフライスカッターによる成形加工法、放電加工機による成形加工法いずれか１以上の方法により歯車を製造する方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の請求項1の歯車は円弧歯形を持つ歯車であり、歯の大きさは歯先面の歯形形状である円弧の半径Ｒ（以下、歯先半径Ｒと表示する）で表される。歯先半径Ｒには任意の値を設定することが可能であり、この値と歯数により歯車の大きさが決定することになる。一対の歯車が噛み合う条件は歯先半径Ｒが同じ値になることが条件となる。この歯先半径Ｒはインボリュート歯車のモジュールに相当するものである。モジュールと比較すれば、歯の大きさが測定可能な実測値として表現される利点があり、歯先半径Ｒは歯車装置の大きさにより任意に設定することが可能となる。更に、インボリュート歯車と比較すれば、噛み合いが滑らかであり、振動が少なく歯部の強度が大となる。また、歯と歯の干渉がないに等しい。少数枚数の歯の組み合わせから歯車列を構成できる特徴を有する。
【００１４】
本発明の請求項２の内接歯車式ポンプは請求項1の歯車を使用した内接歯車式ポンプである。歯先半径Ｒの値により、極小サイズの歯車列の組み合わせから任意のサイズの組み合わせまで用途により、幅広く選択が可能となる特徴がある。更に、外接歯車１枚歯、内接歯車２枚歯組み合わせから任意枚数の歯車構成の設定が可能となる。偏心量ｅは歯先半径Ｒの１/２となり、トロコイドポンプと比較すれば、偏心量を簡単に求めることができ、ポンプの吐出量の設定が容易となる特徴がある。
【００１５】
本発明の請求項３の歯車伝達装置は、請求項1の円弧歯形を持つ歯車を使用して構成された歯車装置である。サイクロ減速装置の歯車としても使用することが可能であり、従来から使用されているサイクロ減速装置と比較すれば、歯車設計の容易さおよび歯先半径Ｒの設定の自由度から、装置自体の設計の幅に自由度を持たすことが可能であり、大きな減速比を設定することが可能となる。更に、装置の軽量化にも繋がってくる。また、本発明の歯車を内歯車と小歯車の構成にて動力伝達用にも使用が可能であり、少数枚数の歯車列を構成すれば装置自体の軽量化を図ることが可能となる。他の歯車装置にも用途を広げることができる。
【００１６】
本発明の請求項４の歯車を製造する方法の１つとして、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置を使用して歯車のＮＣデータ作成からＮＣ工作機械による歯切り加工がある。歯形曲線が円弧なので、ＮＣデータの容量を小さくとることが可能であり、加工時間を短縮できる特徴を有している。更に、本発明の歯形曲線を有する専用切削工具を使用して、創成歯切り法、成形歯切り法により歯車の量産も可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
【表１】
2007032836.tif 000022
【００１８】
表１は本発明の歯形曲線を作成する基礎となる計算式の一覧表である。円弧を組み合わせた歯形曲線なので、計算が簡単であり、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置による作図、加工データ作成、解析が容易にできることとＮＣデータ容量が小さくなり、加工時間を短縮することが出来る特徴を有する。また、本発明の特筆すべきところは、歯先半径Ｒを歯の大きさを表す単位にしていること（インボリュート歯車はモジュールを使用している）であり、更に、請求項1に示す歯底面の歯形形状が各々の円の３接円弧で形成されることにより、この歯形曲線を使用した歯車の各々歯の噛み合いをなめらかにしていることが最大の特徴である。歯の大きさを表す歯先半径Ｒの値により、任意の歯数、大きさの歯車が設定可能になる。表1から得られたデータを基に作成した図が、図１から図１6までの作図データである。図１から図１０及び図16は、内接歯車式ポンプとして用いた場合の外接歯車、内接歯車の作図例と内接歯車式ポンプの構成図である。基本的には外接歯車１枚歯と内接歯車２枚歯組み合わせから内接歯車式ポンプの歯車構成が可能となる。また、図10に示すように外接歯車、内接歯車をピッチ円径の中心を基にして、同じ方向へ同じオフセット量にて歯形曲線を平行移動させることにより、歯車サイズの調整が可能となり吐出量を微調整することが可能となる。図１１、図１２は本発明の歯形曲線を歯車伝達装置の内歯車として使用した場合の図例を示す。かみ合わせ枚数による歯の干渉がないので任意の歯数の組み合わせが可能となる。前記同様に歯車サイズは歯先半径Ｒにて自在に設定が可能となる。表２、表３、図１３、図１４、図１５は本発明の歯形曲線をサイクロ減速機の歯車として実施した例を示す。以下、本発明の実施形態を表１から表３、図１から図１６に基づいて説明する。
【００１９】
表１は、本発明の基をなす歯車基本計算式を内接歯車式ポンプの外接歯車と内接歯車を例として示したものである。歯先半径Ｒ、歯数ｚを基に外接歯車（１）と内接歯車（２）のピッチ円直径ｄ、歯先円直径ｄａ、歯底円直径ｄｆ、偏心量ｅを算出する。尚、本発明の歯形曲線の大きな特徴の一つであるが、外接歯車（1）に関しては、ピッチ円直径ｄ1と歯底円直径ｄｆ1が等しい関係になる。また、内接歯車（２）関してはピッチ円直径ｄ２と歯先円直径ｄａ２が等しい関係になる歯形を形成している。また、外接歯車の歯形形状と内接歯車の歯形形状は、歯先半径Ｒと歯数が同じであれば、同一形状となる。３６０度(１円)を各々の歯車の歯数ｚで割った角度を歯数分割角度αと呼ぶことにする。以下、歯数分割角度αと表示することにする。表1で求めた基本データにより、ＣＡＤソフトを使用して図１に示す歯形曲線の作図をする。本発明の歯形曲線は、形状が単純なので汎用ＣＡＤソフトにて容易に作図が可能である特徴を有している。計算例は歯先半径Ｒを１として、外接歯車歯数ｚ１が５枚、内接歯車歯数ｚ２が６枚の計算例を示す。
【００２０】
図１は、表１の計算例の外接歯車（1）を基にした歯形曲線の作図例である。水平中心線1ｕ、垂直中心線1ｖを作図する。次に歯数分割角度α1にて垂直中心線1ｖより左回り角度で、交点ｏ１をと通る中心線1ｗを作図する。交点ｏ１を中心としてピッチ円d１１と歯先円da１１を作図する。次に、ピッチ円d１１と垂直中心線1ｖと中心線１ｗの交点ｏ１１,と交点ｏ1２を中心とした歯先半径（Ｒ）１の円１１，円１２を作図する。前記の円１１，円１２、ピッチ円ｄ１１の外接する３接円１３を作図する。作図された円１１の円弧１ａ、１ｂと３接円の円弧1ｂ、1ｃと円１２の円弧1ｃ、1ｄを接続すれば、歯形曲線の一部が作図される。この歯形曲線をｏ１を中心として歯車の歯数値（５）ほど回転複写をすれば外接歯車の歯形曲線ｓ１が作図される。
【００２１】
図２は、表１の計算例の内接歯車（２）を基にした歯形曲線の作図例である。水平中心線２ｕ、垂直中心線２ｖを作図する。次に歯数分割角度α２にて垂直中心線２ｖより左回り角度で、交点ｏ２をと通る中心線２ｗを作図する。交点ｏ２を中心としてピッチ円d２２と歯底円dｆ２２を作図する。次に、ピッチ円d２２と垂直中心線２ｖと中心線２ｗの交点ｏ２１,と交点ｏ２２を中心とした歯先半径（Ｒ）１の円２１，円２２を作図する。前記の円２１，円２２、ピッチ円ｄ２２の外接する３接円２３を作図する。作図された円２１の円弧２ａ、２ｂと３接円２３の円弧２ｂ、２ｃと円２２の円弧２ｃ、２ｄを接続すれば、歯形曲線の一部が作図される。この歯形曲線をｏ２を中心として歯車の歯数値（６）ほど回転複写をすれば内接歯車の歯形曲線ｓ２が作図される。
【００２２】
図３は表1の計算式を基にして作図した図１の外接歯車（１）と図２の内接歯車（２）を組み合わせた内接歯車ポンプの構成図である。
ｅは偏心量を示す。外接歯車歯数５枚の歯形曲線ｓ1と内接歯車歯数６枚の歯形曲線ｓ２のかみ合いを示す。入力軸を介して外接歯車（１）へ動力が伝達される。外接歯車（１）はｏ１を中心として回転をする。内接歯車（２）は外接歯車（１）とかみ合いながらｏ２を中心として同じ方向へ回転しこれら両歯車間に流体を吸入・吐出する内接歯車式ポンプであって、前記内接歯車は、前記外接歯車よりも1歯多い歯数を有し、両歯車がお互いに最も深くかみ合う部分の反対側で両歯車の歯先同士が摺動する内接歯車式ポンプである。偏心量ｅは表１の計算式の通り歯先半径Ｒ/２で簡単に求められることを最大の特徴としている。また、外接歯車と内接歯車の歯数の組み合わせは、最小枚数１枚歯と２枚歯組み合わせから可能である。
【００２３】
図4は本発明の歯形曲線の解析図の例を示す。図（ａ）は図１の外接歯車（１）の歯形曲線ｓ１の１枚歯分の歯形曲線ｓ11と図２の内接歯車（２）の歯形曲線ｓ２の１枚歯分の歯形曲線ｓ２２がそれぞれｏ１及びｏ２を中心点としてかみ合っている状態を示している。図（b）は図（ａ）を初期状態として、外接歯車(５枚)と内接歯車(６枚)の歯数比５：６の逆比（６：５）の回転角にて左回りに回転させ、それぞれの歯形曲線ｓ1１、ｓ２２の各回転角におけるかみあい軌跡を図示したものである。歯形曲線ｓ1１はｏ１を中心として６度ごとに１８０度まで回転させたものであり、歯形曲線ｓ2２はｏ２を中心として５度ごとに１５０度まで回転させてかみ合い状態を解析したものである。更に、それぞれの回転角度に置けるお互いの歯の干渉を分析したものである。
【実施例１】
【００２４】
図５は、外接歯車1枚歯と内接歯車２枚歯の各歯車とこれらの歯車を使用した内接歯車式ポンプの構成図を示す。本発明の歯形曲線を使用した最小枚数の組み合わせ図である。図（ａ）は外接歯車1枚歯を示す。表１より、ｄ１は外接歯車のピッチ円直径，ｄａ１は歯先円直径である。本発明の歯形曲線の定義からすれば、歯形曲線の作図において１枚歯の場合は、３接円で求める歯形の円弧部の作図は不可能であるため、１枚歯歯形曲線ｓ1はｏ１を中心として回転する歯先半径Ｒの円として定義することにする。図（ｂ）は内接歯車２枚歯を示す。表1よりｄ２は内接歯車のピッチ円直径、ｄｆ２は歯底円直径である。２枚歯の場合は、２つの歯先半径Ｒの円の中心とピッチ円の中心が同一直線上にあるため、３接円で求める歯形の円弧部は、前記３つの円の接線となる。図（ｃ）は外接歯車１枚と内接歯車２枚を組み合わせた内接歯車式ポンプの構成図である。入力軸を介して歯形曲線ｓ１の外接歯車はｏ１を中心として回転をする。外接歯車が回転をすれば、それにかみ合っている歯形曲線ｓ２の内接歯車はｏ２を中心として同方向へ回転をする内接歯車式ポンプである。偏心量ｅと歯先半径Ｒを多様に設定すれば、回転往復式ポンプや内燃機関にも応用は可能となる。
【００２５】
以下、表１の計算式を基にして作図した実施例を下記に示す。歯先半径Ｒは１とする。
図６は外接歯車２枚歯と内接歯車３枚歯の内接歯車式ポンプの構成図である。
図７は外接歯車３枚歯と内接歯車４枚歯の内接歯車式ポンプの構成図である。
図８は外接歯車４枚歯と内接歯車５枚歯の内接歯車式ポンプの構成図である。
図９は外接歯車６枚歯と内接歯車７枚歯の内接歯車式ポンプの構成図である。
本発明の歯形曲線を使用すれば、内接歯車式ポンプは外接歯車と内接歯車の歯数を１枚違いにすることを条件として、任意枚数の組み合わせが可能となる。
【００２６】
表１及び図１と図２で説明した外接歯車及び内接歯車の歯形曲線を標準歯形とすれば、図１０に示す歯形曲線は標準歯形に対してオフセットして変形させた歯形曲線である。オフセットとは等間隔に平行移動させることである。但し、正確なかみ合いを保つ為には、外接歯車の歯形曲線と内接歯車の歯型曲線は同じオフセット量で同じ方向にて処理しなければならない制限がある。オフセットが可能な範囲は歯先半径Ｒの数値により決定される。オフセット値をＦとすれば  Ｆは＋1.32Ｒから−Ｒ  の範囲で可能となる。図10は、外接歯車の歯数4枚、内接歯車の歯数５枚組み合わせ内接歯車式ポンプの構成図であり、歯先半径Ｒは１である。オフセット０が標準歯形を示す。標準歯形に対してそれぞれプラス側とマイナス側へオフセットさせた図である。標準歯形を使用した内接歯車式ポンプに対して、オフセットした歯形を使用すれば歯車の大きさの微調整が可能になるとともに、吐出量の調整が可能となる特徴がある。
【実施例２】
【００２７】
図11の図（ａ）は、小歯車歯数３枚と内歯車歯数８枚の平歯車と内歯車の関係を示す図である。本発明の歯形曲線を使用して、歯車伝達装置の歯車として実施した例である。図（ｂ）は小歯車歯数５枚と内歯車歯数１０枚の構成図である。図１２は小歯車歯数１０枚と内歯車歯数５０枚の構成図である。表１の歯車の基本計算式から各々の歯形曲線を作図する。表１の外接歯車（１）の式を小歯車の計算式として、内接歯車（２）の式を内歯車の計算式として使用する。中心距離ｃは,ｃ=（ｄ2-ｄ1）/２で求めることが出来る。入力軸を介して歯形曲線ｓ１の小歯車がｏ１を中心として回転する。それにかみ合っている歯形曲線ｓ２の内歯車がｏ２を中心として同方向へ回転する歯車伝達装置である。かみ合う条件は歯先半径Ｒが同じであることが条件となる。小数枚数歯車の組み合わせから任意歯数の組み合わせまで速度比に応じて、歯車歯数の設定が可能である。歯車伝達装置の応用例として、図１３、図１４、図１５のサイクロ減速機の構成図を示す。
【００２８】
【表２】
2007032836.tif 000023
【実施例３】
【００２９】
図１３は、本発明の歯形曲線を使用した減速機の構成図を示す。左図がケーシングカバー１３８を取り除いた時に見える各々の歯車の構成図である。右図はサイクロ減速機の組み立て断面図を示す。機構的な原理は、サイクロ減速機のしくみを応用したものである。この減速機は、本発明の円弧歯形曲線を使用した歯車で構成されている。サイクロイド歯形は全く使用していない。円弧歯形のみ使用した歯車で構成した減速機である。表２に各歯車の基本データを示す。動力の伝達は入力軸１３１（偏心量ｅの偏心軸）から軸受け１３２（または、ローラーピン）を介して遊星歯車である外接歯車１３３に伝達される。この外接歯車１３３には、内ピン１３６が接触するピン穴が６個設けてある。外接歯車１３３は固定太陽歯車１３４（ケーシング本体１３７に内接歯車を歯切り）とかみ合いながら自転をする。外接歯車１３３が自転をすれば、６個のピン穴に接触している６個の内ピン１３６も同時に回転をする。内ピンは内ローラー１３５に固定されていて出力軸となる。表２より、遊星歯車である外接歯車１３３の歯数が２０枚で、太陽歯車である内接歯車１３４の歯数が２１枚なので、このサイクロ減速機の減速比は１/２０となる。歯先半径Ｒと歯車の歯数の設定により、減速装置の大きさや減速比は任意に設定が可能となる特徴がある。尚、外接歯車１３３と内接歯車１３４は１枚差の歯車であり、内接歯車式ポンプの歯車構成を応用したものである。更に、前記歯車に使用する歯形曲線は外接歯車と内接歯車が機能的に噛み合いをするならば、トロコイド曲線、サイクロイド曲線を含む他の歯形曲線でも前記サイクロ減速機の歯車として使用することは可能であると推定される。
【００３０】
【表３】
2007032836.tif 000024
【実施例４】
【００３１】
図１４、図１５は図１３のサイクロ減速機を基にした改良型減速機である。図１４（ａ）は入力軸側の各々の歯車の構成図を示す。図１４（ｂ）は出力軸側の歯車の構成図を示している。図１５は改良型減速機の組み立て断面図を示す。表３に各歯車の基本データを示す。内ピン及びピン穴を無しにして、外接歯車と内接歯車の構成だけにしたものである。動力の伝達は入力軸１４1(偏心量ｅの偏心軸)から軸受け１４２（またはローラーピン）を介して第1遊星歯車である外接歯車１４7に伝達され、第２遊星歯車１４5の内接歯車１４8とかみ合うと同時にその外接歯車１４3は固定太陽歯車144(入力軸側ケーシングカバーに内接歯車を歯切り)にも噛み合うことになる。尚、第２遊星歯車１４5には、３個の歯車が一体として歯切りされている。入力軸側の内接歯車148及び固定太陽歯車に噛み合う外接歯車143と出力軸側の外接歯車151である。第２遊星歯車は揺動しながら、出力軸153に歯切りされている内接歯車152と噛み合いながら出力軸へ動力が伝達される。第１遊星歯車の外接歯車１４7と第２遊星歯車１４５の内接歯車148が図１３のサイクロ減速機の６個の内ピンと６個のピン穴に相当する機能を分担していることになる。このサイクロ減速機の場合は、第１遊星歯車の外接歯車１４7とそれにかみ合う第２遊星歯車の内接歯車１４8の歯数比は減速比には関係しない。第２遊星歯車の外接歯車１４3と固定太陽歯車144との歯数比及び出力軸側の外接歯車１５１と内接歯車１５２の歯数比がこの減速機の減速比に関係する。表３より減速比は１/８５となり、大きな減速比を得ることができる。
歯先半径Ｒと歯車の歯数の設定により、減速装置の大きさや減速比は任意に設定が可能となる特徴がある。更に、機構的には内接歯車式ポンプの機構を応用しているので、ケーシング内の潤滑を含めて内接歯車式ポンプの機能を併用することも可能となる特徴を有している。前記歯車に使用する歯形曲線は外接歯車と内接歯車が機能的に噛み合いをするならば、トロコイド曲線、サイクロイド曲線を含む他の歯形曲線でも前記サイクロ減速機の歯車として使用することは可能であると推定される。
【実施例５】
【００３２】
図16は、歯形曲線ｓ１の外接歯車１枚と歯形曲線ｓ２の内接歯車２枚を使用した内接歯車式ポンプの構成図（ａ）と入力軸として使用する偏心軸（ｂ）を示す。図（ａ）において、外接歯車及び内接歯車の形状を決める基本計算は表１の式を使用している。図５の外接歯車１枚歯と内接歯車２枚歯と歯形曲線は同じである。異なる点は、図５の内接歯車式ポンプでは外接歯車の回転中心ｏ１が外接歯車のピッチ円の中心に設定しているが、図１５の内接歯車式ポンプでは外接歯車の回転中心ｏ１は、歯先円半径Ｒの円の中心で設定している。図（ｂ）の入力軸である偏心軸が回転すれば、外接歯車はｏ１を中心として自転しながら、偏心量ｅにてｏ２を中心として公転する遊星歯車の役割をなす。外接歯車とかみ合っている内接歯車は外接歯車の公転とともにｏ２を中心として同方向へ回転することになる。この内接歯車式ポンプの場合、偏心量ｅは0からＲ（Ｒは歯先半径）の範囲にて設定が可能となる特徴を有する。歯先半径Ｒを多様に設定すれば、回転往復ポンプや内燃機関にも応用は可能である。
【００３３】
本発明の請求項１に記載の歯形形状を持ったラックカッター、ピニオンカッター、ホブカッター、フライスカッターいずれか１以上の工具を使用した方法による創成歯切り法、または請求項１に記載の歯形形状を持ったフライスカッター、研削砥石による成形歯切り法、並びにＮＣデータ作成による加工プログラムからフライスカッターによる成形加工、放電加工機による成形加工いずれか１以上の方法で歯車を製造すれば、単品生産から多量生産まで広範囲な生産方法が設定できる。また、歯車を製造する方法の１つとして、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置を使用して歯車のＮＣデータ作成からＮＣ工作機械による加工がある。歯形曲線が複数の円弧だけを使用しているので、ＮＣデータは円弧切削指令が主とした内容になる。従って、ＮＣデータ容量は少なくてすみ、加工時間を短くする特徴がある。インボリュート歯車、サイクロイド歯車、トロコイド歯車などの曲線を使用した歯車の場合は、ＮＣデータとして出力されるデータは直線切削指令が主となる。前記の曲線は直線で補間された近似曲線としてデータ出力され、データ容量が大幅に増え、長い加工時間を要すことになる。更に、請求項1に記載した円弧歯形を持った歯車は、複数の円弧で接続された歯形を持つ歯車であるが、ＮＣ工作機械にて歯切り加工される場合には、ＮＣデータは歯形曲線の近似曲線（直線が連続したもの、あるいは直線と円弧が連続して混在するも）として出力されることが多くある。従って、請求項１の歯車は複数の円弧で構成された歯形曲線ではあるが、その曲線に沿った近似曲線でもあると定義することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の円弧歯形曲線を使用した歯車の用途は内接歯車式ポンプの外接歯車、内接歯車を初めとして、減速機の歯車や内歯車としての歯車伝達装置等広範囲にわたって使用が可能となる。歯先半径Ｒの設定が自在に可能なので微小歯車から大歯車まで用途が広範囲に選択可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の外接歯車歯数５枚歯の歯形曲線を示す図である。
【図２】本発明の内接歯車歯数6枚歯の歯形曲線を示す図である。
【図３】本発明の外接歯車歯数５枚と内接歯車歯数６枚の内接歯車式ポンプの構成図を示す図である。
【図４】本発明の外接歯車歯数５枚と内接歯車歯数６枚の歯形曲線かみ合い解析図を示す図である。
【図５】本発明の外接歯車歯数1枚と内接歯車歯数2枚の内接歯車式ポンプの構成図を示す図である。
【図６】本発明の外接歯車歯数2枚と内接歯車歯数3枚の内接歯車式ポンプの構成図を示す図である。
【図７】本発明の外接歯車歯数3枚と内接歯車歯数4枚の内接歯車式ポンプの構成図を示す図である。
【図８】本発明の外接歯車歯数4枚と内接歯車歯数5枚の内接歯車式ポンプの構成図を示す図である。
【図９】本発明の外接歯車歯数6枚と内接歯車歯数7枚の内接歯車式ポンプの構成図を示す図である。
【図１０】本発明の外接歯車歯数4枚と内接歯車歯数5枚の標準歯形曲線とオフセットした歯形曲線を示す図である。
【図１１】本発明の歯形曲線を使用した平歯車歯数３枚と内歯車歯数8枚歯の構成図を示す図である。
【図１２】本発明の歯形曲線を使用した平歯車歯数10枚と内歯車歯数50枚歯の構成図を示す図である。
【図１３】本発明の外接歯車と内接歯車を使用したサイクロ減速機の組立図を示す図である。
【図１４】本発明の外接歯車と内接歯車を使用した改良型サイクロ減速機の構成図を示す図である。
【図１５】本発明の外接歯車と内接歯車を使用した改良型サイクロ減速機の組立図を示す図である。
【図１６】本発明の外接歯車歯数1枚と内接歯車歯数2枚の内接歯車式ポンプの構成図を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
1１  ｏ１１を中心とした歯先半径１の円
１２   ｏ１２を中心とした歯先半径１の円
１３   外接歯車（1）の３接円
２１   ｏ２１を中心とした歯先半径１の円
２２  ｏ２２を中心とした歯先半径１の円
２３   内接歯車（２）の３接円
1ａ    図１の交点  
１ｂ   図１の接点    
１ｃ   図１の接点
１ｄ   図１の交点
２ａ   図２の交点
２ｂ   図２の接点
２ｃ    図２の接点
２ｄ   図２の交点
１ｕ   図１の水平中心線
１ｖ   図１の垂直中心線
１ｗ  図１の歯数分割角度（α1）割り出し中心線    
２ｕ  図２の水平中心線
２ｖ   図２の垂直中心線
２ｗ   図２の歯数分割角度（α2）割り出し中心線
１３１   図１３の入力軸  
１３２   図１３の軸受け
１３３   図１３の外接歯車
１３４   図１３の内接歯車
１３５   図１３の内ローラー
１３６    図１３の内ピン
１３７    図１３のケーシング本体
１３８    図１３のケーシングカバー  
１４１    図１４、図１５の入力軸
１４２    図１４、図１５の軸受け
１４３    図１４、図１５の外接歯車
１４４    図１４、図１５の内接歯車
１４５    図１４、図１５の第２遊星歯車
１４７    図１４、図１５の外接歯車
１４８    図１４、図１５の内接歯車
１５１    図１４、図１５の外接歯車
１５２    図１４、図１５の内接歯車
１５３    図１５の出力軸
１５４    図１５の入力軸側ケーシング
１５５    図１５の出力軸側ケーシング    
ｃ     中心距離
ｄ1     外接歯車ピッチ円直径
ｄ11   外接歯車ピッチ円
ｄ２    内接歯車ピッチ円直径
ｄ２２   内接歯車ピッチ円
ｄａ１   外接歯車歯先円直径
ｄａ１1  外接歯車歯先円
ｄｆ２    内接歯車歯底円直径
ｄｆ２２  内接歯車歯底円
ｅ     偏心量
ｏ1   外接歯車中心点
ｏ２  内接歯車中心点
ｏ１１  図１の 歯先半径の中心点
ｏ１２  図１の歯先半径の中心点
ｏ２１  図２の歯先半径の中心点
ｏ２２  図２の歯先半径の中心点
Ｒ    歯先半径
ｓ１    外接歯車歯形曲線
ｓ２    内接歯車歯形曲線
ｓ１１  外接歯車歯形曲線（1枚歯形）
ｓ２２   内接歯車歯形曲線（1枚歯形）
α1   外接歯車の歯数分割角度  
α2   内接歯車の歯数分割角度