JPH0474572B2

JPH0474572B2 -

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Publication number: JPH0474572B2
Application number: JP56156366A
Authority: JP
Priority date: 1981-09-30
Filing date: 1981-09-30
Publication date: 1992-11-26
Also published as: US4702126A; EP0078111A3; EP0078111A2; EP0078111B1; JPS5857544A; DE3276833D1

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、シンクルギヤ装置において使用する
面歯車及び面擺歯車の改良並びにこの改良された
面歯車及び面擺歯車の製造方法に関するもので、
背〓が少なく、歯当り面積、噛合率が大きく、低
騒音で負荷能力の高いシンクルギヤ装置用面歯車
及び面擺歯車を提供すること及びその製造方法を
提供することを目的とする。

従来から用いられている歯車機構は、ほとんど
インボリユート歯形の円筒側面面歯車の組合わせ
であり、製作が容易で効率が良いため、歯車機構
の主流を占めている。しかし、この歯車機構は、
歯数差に限界があるために回転比を大きくとるこ
とは困難であるのと、外接噛合のために噛合率が
少ないので伝達容量の割には大型化しなければな
らない。

そこで本発明者は、通常の歯車機構あるいは公
転歯車機構に代る新規な歯車機構として、シンク
ルギヤ装置（向斜面擺歯車機構）を開発提供した
（特開昭54−120347号）。

シンクルギヤ装置（SYNCLINE FACE
CYCLOIDAL GEARING向斜面擺歯車機構）と
は、対向配置された一対の自転面歯車に、自転と
面擺（CYCLOID MOTIONサイクロイドモーシ
ヨン）とができる、両面に歯山を持つ面歯車（以
下、面擺歯車という）を向斜して噛合させたもの
をいい、このようなシンクルギヤの例を第１図お
よび第２図に示す。

第１図は、凸面状歯車（ピツチ円錐角が90゜〜
10゜迄の歯車）を使用したシンクルギヤ減速機の
軸線位置での中央断面図であり、第２図は、凹凸
面状歯車（凹面の場合は、ピツチ円錐角が90゜＋
10゜迄の歯車）を使用した同上断面図である。

自転面歯車（面歯車とは、歯車の面部に歯形を
持つ歯車をいう）１と４とが対向配置されてお
り、この自転面歯車１と４の間に、面擺歯車３が
向斜して噛合されている。斜軸S₁によつて面擺歯
車３は、図面上は左右に揺動、立体上は面擺運動
させられ、この結果、面擺歯車３は、自転面歯車
１と４の歯面上を面擺運動して、自転面歯車の歯
数と自己の歯数との歯数差比に応じて出力軸S₂を
回転させる。

従つて、いずれか一方の自転面歯車１または４
を固定すると、他方の自転面歯車１または４は、
前記歯数差の成分に応じて回転する。たとえば、
第１図において、自転面歯車１と４の歯数をそれ
ぞれ、N₁とN₄とし面擺歯車３の両面の歯数をそ
れぞれN₂といN₃とし、一方の自転面歯車１を固
定した場合について考えると、入力軸である斜軸
S₁と出力軸S₂との回転比１／Ｒは、１／Ｒ＝S₂／S₁＝N₂−N₁／N₂×N₃／N₄＋N₄−N₃／N₄ ＝１−N₁・N₃／N₂・N₄ で与えられる。

この場合、一般にN₂・N₄＞N₁・N₃であるの
で、前記１／Ｒは正となり、入力軸S₁と出力軸S₂
は同方向に回転する。また、他方の自転面歯車４
を固定した場合の回転比１／Ｒは１／Ｒ＝１−N₂・N₄／N₁・N₃ となり、負であるので、逆方向に回転する。

このように、シンクルギヤ装置は、自転面歯車
と面擺歯車とを組合わせたものである。ところ
で、シンクルギヤ装置では、同一自転中心線上
で、歯数が異なる同じ大きさの歯形を持つ面歯車
を噛み合わせる必要があるので、普通の面歯車を
使用するときは、各面歯車のピツチ円錐線の交点
（以下、ピツチ円錐頂点という）を、揺動中心点
と一致させなければならない。このため、自転面
歯車は凸形とし、面擺歯車は凹形として、両歯車
の噛合を、軸線上に、例えば、第２図に示す様に
併設するか、あるいは半径方向内の外側に設けて
いる。ところが、このようなシンクルギヤ装置で
は、機構そのものや、歯形製作上の困難さなどの
理由によつて、現在ではほとんど製作されていな
い。従つてこの発明が主として対象とするシンク
ルギヤ装置は、第１図に示すような凸面状歯車を
使用したシンクルギヤ装置であるが、第２図に示
すような凸面状と凹面状の歯車を使用することも
可能である。

シンクルギヤ装置は、理論通り構成できれば、
効率が良く、大トルクの伝達が可能であるが、特
に使用する面歯車及び面擺歯車の構成、製作にお
いて問題があり、所期の機能を達成するシンクル
ギヤ装置を得るには種々の試行錯誤を繰り返さざ
るを得なかつた。

例えば、正規の面歯車同志の噛合わせにおいて
は所望とする機能を期待し得ない。この点につき
第３図および第４図に従つて説明する。

第３図は、歯先、ピツチ、歯底の各円錐頂点が
軸心上の一点で合致する凸形面歯車（このような
歯形のものを特に正規の面歯車という）の歯筋方
向の中央断面図的説明図を示し、歯先円錐角が互
いに等しい２つの面歯車N₁とN₂（上述の回転数
N₁・N₂とは区別する）が向斜面Σ（図上、右側
の面歯車N₂が向斜角Σ゜分、左傾されている）で
噛合している状態における軸中心最大噛合位置で
の断面図。第４図は、各面歯車N₁とN₂の各円錐
頂点O₁、O₂を結び直線O₁−O₂を含む平面図的な
関係を示す説明図である。

各面歯車N₁、N₂のそれぞれの歯数をZ₁、Z₂と
し、且つ、Z₁＜Z₂であるとすると、一般に、凸形
面歯車の歯角θ゜は、基準PCD（ｍ×Ｚ）位置での
弦歯厚と円錐底円半径ｒ＝mZ／２、円錐高さｈ
によつて求めることができる。また、正規の凸形
面歯車N₁、N₂におけるシンクルギヤ装置では、
基準PCD位置でのｍが等しく、歯数Ｚが異なる
ので、各歯車の頂角はθ₁゜＞θ₂゜の関係にある。従
つて各面歯車N₁、N₂の各歯先円錐角δk₁、δk₂を
δk₁＝δk₂とした第３図の例では、各面歯車N₁、
N₂夫々のピツチ円錐線δo₁、δo₂と、歯底円錐線
δr₁、δr₂は夫々δo₁＜δo₂、δr₁＜δr₂となる。同様
にピツチ円錐線δo₁＝δo₂とすると、δk₁＞δk₂、
δr₁＜δr₂となる。

故に、各面歯車N₁、N₂は基準ピツチ円である
外径部でのみ点接触して噛み合うことになり、こ
れによつて、内側歯面部ではギヤツプが生じてし
まう。

ところが、普通、シンクルギヤ装置では歯数差
Z₂−Z₁＝１〜４、向斜角Σ゜をmZ／2tanΣ゜＝（1.5
〜２）ｍ、tanΣ゜（３〜４）／Ｚとして、５〜10゜
程度で設計することが多いので、歯角差θ₁゜−θ₂゜
や、前記ギヤツプ値は微小になるけれども、上述
した様に、各面歯車同志が点接触しているので、
負荷能力が低く、したがつて実用に供することが
できないという問題点がある。

そこで、本発明においては、この種面歯車の歯
形を偏移して歯当り面積を増大することによつて
点接触をなくし、上述の問題点の解消を図つたも
のである。

すなわち、本発明において偏移面歯車を開発す
ることにより、シンクルギヤの所期の機能を従前
に発揮させ得たのである。

ここでいう『偏移面歯車』とは、従来の正規の
面歯車のピツチ円錐線、歯底円錐線、歯先円錐線
が一点で交わるのに対して、この歯車のピツチ円
錐線または曲線は、歯底円錐線及び歯先円錐線と
一点で交わらないものをいう。また、換言すれば
『転移』面歯車のピツチ円錐線が直線的であつた
ものを、ラツピングによつて、洋ハサミのうらす
き（反り）の原理を導入することによつて、ピツ
チ円錐線を『曲円錐化』したものを称する。

また、『転移』とは、第３図乃至第８図に示す
様に、自転面歯車の軸Ｘ−Ｘに対してＯ点で向斜
する軸Ｙ−Ｙ上に設けた面歯車の夫々にPCDの
頂点O₁やO₂等が一致しない場合、噛合PCDを一
致させるように夫々の中心を偏心させた面歯車の
組合わせを指称するために、通常の円筒側面歯車
などで使用される『転位』と区別して用いてい
る。ピツチ円錐線が直線的な場合の偏心を『転
移』といい、ピツチ円錐線が曲線の場合を『偏
移』と定義する。

また、『負転移』『正転移』は、通常の歯車の
『転移』における『負転移』『正転位』の関係を本
発明の『転移』にあてはめたものである。因みに
『負転移』とは、転位歯切り法のインボリユート
歯車の創成歯切りにおいて、ラツク形工具の基準
ピツチ線と歯車の基準ピツチ円とを半径方向に一
定量（転移量）ずらせて行う歯切り法で用いるも
ので、基準ラツク形工具の基準ピツチ線と歯車の
基準ピツチ円との距離即ち、基準ピツチ線が歯車
の基準ピツチ円の外側にあるときの転位量を正、
両者が交わるとき負とするものである。

この場合、前記基準ラツク形工具の基準ピツチ
線は、第１０図に示すように本発明のピニオン形
ラツプベースの基準ピツチ円１３を指し、１４は
負転移のピツチ円を、１５は正転移のピツチ円を
指すことになる。

また、『曲円錐化』『曲円錐形』とは、第９図に
示すように、円錐形の外周面が曲面である形、即
ち一つは、凸面状の紡錘形状１１のことをいい、
他はその紡錘形状のものと逆の曲面の凹面状の形
状１２を指す。本発明の場合はこの紡錘形状の歯
車同志を使用することが多いが、第２図に示すよ
うに凸面状と凹面状の歯車を使用することもあ
る。

『偏移』について、第１１図に従つてさらに説
明する。シルクギヤ装置は、対向して設けた自転
面歯車N₁とN₄の間に、その中心線軸Ｘ−Ｘと揺
動中心Ｏを通つて、向斜角Σで交わるＹ−Ｙを軸
心とする面擺歯車N₂・N₃とが噛み合うので、円
錐頂点O₁およびO₂は、（歯数差）×ｍ／２tanΣ／２＝O₁P₁＝O₂P₂ だけ偏心してP₁およびP₂にならなければならな
い。

このため正規の面歯車では歯数が異なるとモジ
ユールが異なるので、噛合せることができない。
よつて、各々の円錐頂点O₁、O₂を夫々正負等量
偏移してP₁、P₂にした面歯車を使用しなければ
ならない。

ここで、 O₁P₁′＝O₁P₁₂′＝O₂P₁₂′ ＝O₂P₂′＝ｘ／２であるから、歯数差をN₂−N₁とすると、ｘ＝（N₂−N₁）ｍ／２ ΔP₁P₁′P₁₂′＝ΔP₂P₂′P₁₂′であるから、 O₁P₁＝O₂P₂で、ΔO₁P₁′P₁において偏移量は、 O₁P₁＝O₂P₂＝O₁P₁′tan（Σ／２）＝ｘ／２tanΣ／２＝（N₂−N₁）ｍ／４tanΣ／２通常においては、Σ＝4゜〜6゜であるから、 tan（Σ／２）＝0.0349〜0.0524 また、ｍを３、歯数差を２とすれば、ｍ＝３、
N₂−N₁＝２のとき、ｘ＝３×２／２＝３である
から、偏移量は、（１／２）×tan（Σ／２）＝0.05235〜0.0786 ときわめて小さい値となる。

この偏移量は微小な値であるが、歯山の噛合に
大きな影響があるので正確に加工しなければなら
ない。

ところで、偏移面歯車を使用する場合でも、正
規の面歯車と噛み合わせた場合には、シンクルギ
ヤ装置としての所期の機能は達成できない。

第５図は、ピツチ円錐角δo₂がΣ／２の正規の
面歯車N₂に、ピツチ円錐角δo₁がδo₁＝δo₂である
直線的に負偏移した面歯車N₁を噛み合わせた場
合の凸形面歯車の歯筋方向の中央断面的説明図を
示している。第５図では、各面歯車N₁、N₂の円
錐角δk₁、δk₂、δo₁、δo₂、δr₁、δr₂および頂角θ
₁、
θ₂は夫々等しいので、符号δk、δo、δr、θでこれ
をあらわしている。この例では、第６図に示すよ
うに、最大噛合位置において、歯筋方向の全域に
わたつて、〓間なく噛み合うことができるが、面
歯車N₂の揺動中心点Ｏと、各面歯車N₁、N₂の円
錐頂点O₁、O₂とを結んでできる三角形Ｏ O₁
O₂の関係上、歯山と歯溝間に〓間がなければ回
転することができない。従つて、シンクルギヤ装
置を構成する面歯車は、いずれも偏移面歯車とす
る。

ところで、凸形面歯車の歯山のインボリユート
曲線は、背円錐基礎円に対する圧力角の関数で定
まるが、面歯車が円錐歯形であるので、半径方向
直角断面歯形の曲率が歯筋方向の外側と内側とで
は異なる。仮令、直線的なピツチ円錐線の歯山で
あつても、その歯先面と歯底面の円錐線は曲線化
する。これが、面歯車の曲形インボリユート歯形
であるが、この歯切加工は、倣いか創成歯切手段
しかないために、本発明においてはまず、一般的
に能率が良いとされている直線運動刃によつて歯
切する。すなわち、面歯車の疑似曲形インボリユ
ート円錐歯形を得る。この歯形を使う場合はイン
ボリユート曲率半径を小さくするとともにクライ
ニングや歯先、歯元修正を施し、さらに相手歯車
と噛合せ、、ラツピングによつて歯当り面積の増
大を計らなければならない。そこで、本発明で
は、ラツピング量を少なくするために第７図のよ
うに面歯車N₂を正、面歯車N₁を負転移して歯切
加工した。この場合の歯山背〓は前例の半分で済
むのでラツピングによつて容易に歯当り面積を増
大させることができる。

但しインボリユート歯山で転接するのはピツチ
円錐線部だけで他の噛合歯面には滑りが生じる。
特にシンクルギヤ装置の場合は、円錐頂点が一致
しない面歯車の噛合であるから、歯筋方向にも滑
りが生じる。但し、シンクルギヤ装置用面歯車の
ピツチ円錐余角は、向斜角の半分であり、きわめ
て小さい。背円錐基礎円の関数で定まるインボリ
ユート曲率は大きく、その歯形はラツク歯に近い
ために、滑り率は小さい。

一般にインボリユート歯山の滑りによる摩擦は
ピツチ線上の転接部によつて噛合歯面の面圧が平
均化した時点で止まり、噛合は円滑に行われるよ
うになる。

以上のように、普通の直線運動切刃による歯切
方法を用い、ラツピング仕上げすることによつて
得られる偏移面歯車は、シンクルギヤ装置に有効
に用いることができる。但し、ホブによる創成歯
切と比べそのピツチ誤差は避けられない。圧接噛
合歯面にラツプ剤を介在させる共摺り式のラツピ
ングでは滑り部分が摩滅されるだけであるからこ
のピツチ誤差の修正はできないため、歯形曲線を
歪めたり、甚だしい場合はピツチ点までくずす虞
れがある。

そこで本発明におけるさらに改良された偏移面
歯車の製造方法を説明する。ここでは近似的な歯
形に歯切加工をした面歯車の歯形をラツプベース
によつてラツプ仕上げをして上記虞れを解消して
いる。

シンクルギヤ装置は、角度と歯数差の少ない面
歯車相互の噛合であるために噛合歯数が多く、歯
合歯山を歯筋方向に摺動させることはできないの
で歯数の少ない、負転移したピニオン形ラツプベ
ースを噛合せる。ラツプベースの噛合率は歯数に
よつて１〜1.5程度に定められまた負転移によつ
て（歯巾）＜（溝巾）とすることができるため被加
工面歯車と噛合せて両歯車を自転させながらラツ
プベースを歯筋方向に噛合歯山の背〓がなくなる
まで摺動させることが出来る。またこの機構では
容易に噛合角度も変えられるため、曲線転移やク
ラウニング化が行える。ラツプベースを軟質合金
（例えばアルミやその合金）製として軸直行傘歯
車のピニオン形の円錐斜面を負転移したインボリ
ユート歯形に歯切する。ラツプベースと被加工歯
車の歯山差を奇数とし、歯山比を整数外に選び一
定の面圧をかけて自転させると噛合歯山は順次移
動するから各歯山は歯切時のピツチ誤差が修正さ
れると共にラツプベースによつて正しい歯形にラ
ツプ仕上げされる。ラツプ剤は適当な溶剤と混合
して噛合歯面に滴下するとラツプベースに付着し
て保持される。このため摩耗はこの面と摺動する
焼入鋼の被加工物歯面のみでラツプベース側は殆
ど摩滅しない。

この種ラツプベースによるシンクルギヤ装置用
面歯車のラツピングは、主として正転移した面擺
歯車N₂だけ行うことが多い。この場合の歯当り
は曲率径の大きいインボリユート曲線と歯筋方向
曲線で構成された凸曲偏球と平面の接触となり、
歯面の弾性変形と相俟つて面圧に応じた理想的な
歯当りとなる。

さらに大型、強トルクを伝達する必要のあるも
のや高速回転用のシンクルギヤ装置では、ラツピ
ング加工をした面歯車N₂と負転移に歯切りした
面歯車N₁を一定の面圧で噛合せ、ラツプ剤を介
在させてラツピング仕上げすることもある。この
場合、面歯車N₁の歯形の歯先面および歯底面は
僅かに凹偏移され、噛合歯当り面は凹凸面化す
る。この場合背〓はやや増大する傾向にあるが、
噛合間隔によつて調整することができる。

以上、主としてシンクルギヤ装置用凸面インボ
リユート直歯面歯車の形状やその歯切とラツプベ
ースによるラツプ仕上方法について述べたが、こ
れは同様に斜面や曲り歯（円弧歯形）並びに他の
傘歯車や側面、らせん歯車にも適用することがで
きる。

正負等量に転移したシンクルギヤ装置用面歯車
の歯形は正規の偏移円錐曲面インボリユート歯形
に近似しており、ピニオンラツプベースで能率的
にラツプ仕上げをすることができる。またこの種
の面歯車に避けることができないピツチ誤差や歯
形曲線もラツプベースや共摺りラツピングによつ
て修正される。

シンクルギヤ装置は、噛合角度が小さく、比較
的大きな歯形を採用することができるために噛合
歯数が多く、しかもその機構は他のサイクロイド
機構と異なり、加工の容易なインボリユート歯形
を使用することができる。

本発明は、このようなシンクルギヤ装置用の面
歯車及び面擺歯車として最適の面歯車及び面擺歯
車並びその製造方法を提供し得たのであり、本発
明に係る面歯車及び面擺歯車を使用すれば、所期
の機能を十二分に達成し得る実用的価値の高いシ
ンクルギヤ装置を提供し得るものである。

すなわち、本発明に係る面歯車及び面擺歯車を
使用したシンクルギヤ装置は、次の特色を有して
いる。

(イ) 偏移円錐曲面歯形を使用するため、背〓を小
さく押さえることができるとともに、歯当りが
噛合歯山に分散して生じるために面圧が分担さ
れる。しかも、噛合基準ピツチ点近くの歯山は
正確に転動し、他の噛合歯面の滑り率も小さい
ために効率がよく、大トルクの伝達が可能であ
る。

(ロ) 確実に転動する歯山面があるために、他の滑
り歯山部の摩耗が防止され、発熱害が少ない。

(ハ) シンクルギヤ装置の歯山の噛合動作速度は他
の側面円筒歯車に比べて非常に遅く、また、歯
山のラツプ仕上げによつて、ピツチ誤差が矯正
されているために噛合音がきわめて低い。

また、本発明に係る面歯車及び面擺歯車の製
造方法において、正または負転移した歯数の少
ないピニオン形のラツプベースを使用する場合
は、面歯車と噛み合つて自転するとともに、歯
筋方向にも摺動することができるためにラツピ
ング速度が大きいなどの効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、凸形面歯車を使用したシンクルギヤ
減速機の軸位置での中央断面図、第２図は、凹凸
形面歯車を使用したシンクルギヤ減速機の同上断
面図、第３図は、互いに噛み合う歯先円錐角の等
しい正規の面歯車N₁、N₂の最大噛合歯山の歯筋
方向における中央断面図的説明図、第４図は、第
３図の噛み合いにおいて、各面歯車の円錐頂点
O₁−O₂線平面での歯角θ₁とθ₂とを示す平面図的
説明図、正規の面歯車N₁と負転移した面歯車N₂
とを噛み合わせた場合における、第５図は、偏移
面歯車と正規の面歯車を噛み合わせた場合におけ
る第３図と同様の説明図、第６図は、第５図の噛
み合いにおける第４図と同様の説明図、第７図
は、本発明に係る面歯車及び面擺歯車の最大噛合
歯山の歯筋方向における中央断面図的説明図、第
８図は、第７図の噛み合いにおける円錐頂点O₁
−O₂線平面での平面図的説明図、一実施例を示
すもので、正負等量転移した面歯車N₁とN₂の同
上断面図的及び第９図は、本発明における歯車の
『曲円錐形』の説明図、第１０図は、本発明にお
ける噛合ピツチ円錐線の正及び負転移の説明図、
第１１図は、本発明における『偏移』の説明図で
ある。１……自転面歯車N₁、２……面擺歯車N₂、３
……斜軸（高速軸S1付）、４……自転面歯車（低
速軸S₂付）、Ｏ……揺動中心点、O₁……面歯車N₁
のピツチ円錐線頂点、O₂……面歯車N₂のピツチ
円錐線頂点、θ₁、θ₂……面歯車N₁とN₂との歯角、
Σ゜……向斜角（噛合角）、δk……歯先円錐線、δo
……ピツチ円錐線、δr……歯底円錐線。

Claims

【特許請求の範囲】１対向して設けた一対の面歯車と、この一対の
面歯車間において斜軸に軸受を介して自転と面擺
ができるように設けられ、両面歯山において各面
歯車に向斜して噛み合わせた面擺歯車とからなる
シンクルギヤ装置の面歯車及び面擺歯車におい
て、互いに噛み合う面歯車及び面擺歯車の噛合ピ
ツチ円錐線が一致するように各々の噛合ピツチ円
錐線が正負等量転移され、かつ当該面歯車及び面
擺歯車のインボリユート歯形の歯先面及び歯底面
が曲円錐形化するように凸曲または凹曲偏移加工
されて、互いの歯当り面積が増大されたことを特
徴とするシンクルギヤ装置の面歯車及び面擺歯
車。２同一噛合ピツチ円錐線で互いに噛み合うよう
に噛合ピツチ円錐線を転移して歯切加工した面歯
車及び面擺歯車を、正または負転移した同一歯形
の噛合率の少ないピニオン形ラツプベースに噛合
せ、一定の噛合圧力をかけて自転させるとともに
噛合角度と深さを調整しながら歯筋方向に前記ピ
ニオン形ラツプベースとの間において相対的に摺
動させてラツピングすることにより、その歯形の
歯先及び歯底面を曲円錐形に偏移加工し、歯形を
インボリユート形にラツプ仕上するシンクルギヤ
装置用面歯車及び面擺歯車の製造方法。３同一噛合ピツチ円錐線で互いに噛み合うよう
に噛合ピツチ円錐線を転移して歯切加工した面歯
車及び面擺歯車を、一定の噛合圧力をかけて自転
させるとともに、噛合角度と深さを調整しながら
歯筋方向に相対的に摺動させてラツピングするこ
とにより、その歯形の歯先及び歯底面を曲円錐形
に偏移加工し、歯形をインボリユート形にラツプ
仕上するシンクルギヤ装置用面歯車及び面擺歯車
の製造方法。４同一噛合ピツチ円錐線で互いに噛合うように
噛合ピツチ円錐線を転移して歯切加工した面歯車
及び面擺歯車を向斜して噛合せ、一定の噛合圧力
をかけて自転と面擺運動をさせながらラツピング
することにより、その歯形の歯先及び歯底面を曲
円錐形に偏移加工し、歯形をインボリユート形に
ラツプ仕上するシンクルギヤ装置用面歯車及び面
擺歯車の製造方法。