KR102031160B1 - 기어 기구 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

가공 공정수를 저감하면서, 동력의 전달 효율의 저하를 억제할 수 있는 기어 기구를 제공한다.
제1 맞물림 이(7)와 제1 베이스부(6)를 갖는 제1 기어(3)와, 제1 맞물림 이(7)에 맞물리는 제2 맞물림 이(9)와 제2 베이스부(8)를 갖는 제2 기어(5)를 구비한 기어 기구(1)에 있어서, 미리 정한 소정의 조건에 기초하여 형성된 제1 기어(3)와 제2 기어(5)가 동력을 전달한 경우에, 상대측의 맞물림 이와의 접촉면의 면적 중 치원면측의 면적이 치선면측의 면적보다도 커지는 제1 기어(3)에, 제1 베이스부(6)의 강성을 낮추기 위한 저강성부(10(11))가 형성되어 있다.

Description

기어 기구 및 그 제조 방법{GEAR ASSEMBLY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 서로 맞물리는 2개의 기어를 구비한 기어 기구 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

특허문헌 1에는, 서로 맞물리는 2개의 기어를 구비한 기어 기구가 기재되어 있다. 이들 기어는, 토크의 전달 시에 샤프트가 휘는 것에 의한 맞물림 위치의 변화를 억제하도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 각각의 기어는 샤프트에 끼워 맞춤한 허브부와, 그 허브부에 연결된 림부를 구비하고, 그 림부는 기어를 뒤로 젖힐 수 있으며, 또한 기어의 반경 방향의 변위를 억제할 수 있도록 형성되어 있다.

특허문헌 2 및 특허문헌 3에는, 서로 맞물리는 기어의 백래쉬를 저감하도록 구성된 기어 기구가 기재되어 있다. 이 기어 기구는, 서로 평행하게 배치된 2개의 회전축에 각각 기어가 연결되고, 이들 기어는 치면 중 치폭 방향에 있어서의 한쪽측의 부분과 기어의 회전 중심 축선의 거리와, 치폭 방향에 있어서의 다른 쪽측의 부분과 기어의 회전 중심 축선의 거리가 상이하게 형성되어 있다. 그리고, 이들 기어 중 적어도 어느 한쪽의 기어의 측면을, 축선 방향으로 가압하는 탄성 부재가 설치되어 있다.

일본 특허 공개 제2011-179565호 공보 일본 특허 공개 제2007-285327호 공보 일본 특허 공개 제2007-205480호 공보

그런데, 일반적인 기어 기구는, 전달하는 토크나 회전수 등의 운전 상태가 각기 다르기 때문에, 미리 정해진 운전 상태에서 이 접촉이 양호해지도록 치면의 형상을 정하고 있다. 따라서, 상기 미리 정해진 운전 상태 이외의 운전 상태에서 동력을 전달하는 경우에는, 이 접촉이 양호해지지 않는 경우가 있다. 그래서, 특허문헌 1에 기재된 바와 같이 기어를 뒤로 젖힐 수 있도록 림부를 형성함으로써, 동력의 전달 시에 기어가 변형됨으로써 이 접촉을 양호하게 하는 것, 즉 동력의 전달 효율의 저하를 억제할 수 있다. 한편, 기어는 전달하는 토크나 기어비 등에 따라 요구되는 강성이나 크기가 정해져 있기 때문에, 모든 기어의 림부를 특허문헌 1에 기재한 바와 같이 구성하지 못할 가능성이 있다. 또는 모든 기어의 림부를 특허문헌 1에 기재한 바와 같이 구성하면, 가공 비용 등이 증대될 가능성이 있다. 따라서, 종래에는 가공 공정수를 저감하면서, 동력의 전달 효율의 저하를 억제하기 위한 기술적인 개선의 여지가 있다.

본 발명은 상기의 기술적 과제를 주목하여 이루어진 것이며, 가공 공정수를 저감하면서, 동력의 전달 효율의 저하를 억제할 수 있는 기어 기구 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 제1 맞물림 이를 갖는 제1 기어와, 상기 제1 맞물림 이에 맞물리는 제2 맞물림 이를 갖는 제2 기어를 구비한 기어 기구에 있어서, 상기 제1 기어를 지지하는 제1 축 부재와, 상기 제2 기어를 지지하는 제2 축 부재를 구비하고, 상기 제1 기어는, 상기 제1 축 부재에 연결됨과 함께, 상기 제1 맞물림 이가 형성된 제1 베이스부를 갖고, 상기 제2 기어는, 상기 제2 축 부재에 연결됨과 함께, 상기 제2 맞물림 이가 형성된 제2 베이스부를 갖고, 미리 정한 소정의 조건에 기초하여 형성된 상기 제1 기어와 상기 제2 기어가 동력을 전달한 경우에, 상기 제1 기어와 상기 제2 기어 중 상대측의 맞물림 이와의 접촉면의 면적 중 치원면측의 면적이 치선면측의 면적보다도 커지는 한쪽의 기어에, 상기 한쪽의 기어에 있어서의 베이스부의 강성을 낮추기 위한 저강성부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에서는, 상기 한쪽의 기어는, 상기 한쪽의 기어에 있어서의 상기 베이스부의 강성이, 상기 제1 기어와 상기 제2 기어 중 다른 쪽의 기어에 있어서의 베이스부의 강성보다도 낮아지도록 구성되어 있어도 된다.

본 발명에서는, 상기 저강성부는, 상기 한쪽의 기어에 있어서의 다른 부분을 구성하는 재료보다도 영률이 낮은 재료에 의해 구성되어 있어도 된다.

본 발명에서는, 상기 저강성부는, 상기 한쪽의 기어에 있어서의 다른 부분의 단면 계수보다도 작은 단면 계수가 되는 형상으로 형성되어 있어도 된다.

본 발명에서는, 상기 저강성부는, 상기 한쪽의 기어에 있어서의 다른 부분의 판 두께보다도 얇게 형성하여 구성되어 있어도 된다.

본 발명에서는, 상기 한쪽의 기어에 있어서의 상기 베이스부의 측면 중 적어도 어느 한쪽의 측면에 홈부가 형성되고, 상기 저강성부는 상기 홈부이면 된다.

본 발명에서는, 상기 한쪽의 기어는, 상기 한쪽의 기어에 있어서의 치면의 압력각 오차가, 동력의 전달 시에 상대측의 맞물림 이와의 접촉면의 면적 중 치원면측의 면적이 치선면측의 면적보다도 커지도록 구성되어 있어도 된다.

본 발명에서는, 상기 한쪽의 기어는, 상기 한쪽의 기어에 있어서의 맞물림 이가, 미리 정해진 운전 상태에 기초하여 형성된 치형보다도 치원측의 이 두께가 두껍거나 또는 치선측의 이 두께가 얇아지도록 구성되어 있어도 된다.

본 발명에서는, 상기 제1 기어와 상기 제2 기어 중 다른 쪽의 기어는, 상기 다른 쪽의 기어에 있어서의 치면의 압력각 오차가, 동력의 전달 시에 상기 한쪽의 기어의 맞물림 이와의 접촉면의 면적이 치원면측의 면적보다도 치선면측의 면적이 커지도록 구성되어 있어도 된다.

본 발명에서는, 상기 다른 쪽의 기어는, 상기 다른 쪽의 기어에 있어서의 맞물림 이가, 미리 정해진 운전 상태에 기초하여 형성된 치형보다도 치선측의 이 두께가 얇거나 또는 치원측의 이 두께가 두꺼워지도록 구성되어 있어도 된다.

또한, 본 발명은 제1 기어의 제1 맞물림 이와, 제2 기어의 제2 맞물림 이를 맞물리게 하여 동력을 전달하는 기어 기구의 제조 방법에 있어서, 상기 제1 기어와 상기 제2 기어를 미리 정한 제원에 기초하여 형성하고, 상기 제1 기어와 상기 제2 기어를 맞물리게 하여 동력을 전달한 경우에 상대측의 맞물림 이와의 접촉면의 면적 중 치원면측의 면적이 치선면측의 면적보다도 커지는 상기 제1 기어와 상기 제2 기어 중 한쪽의 기어를 특정하고, 상기 특정된 한쪽의 기어 중 축 부재와 맞물림 이를 연결하는 베이스부에, 상기 베이스부의 강성을 저하시키는 저강성부를 형성하는 것을 특징으로 하는 기어 기구의 제조 방법이다.

본 발명의 제조 방법에서는, 상기 한쪽의 기어를 특정한 후에, 상기 한쪽의 기어의 상기 베이스부의 판 두께를 얇게 하는 가공을 행해도 된다.

본 발명에 의하면, 미리 정해진 소정의 조건에 기초하여 형성된 2개의 기어를 맞물리게 하여 동력을 전달한 경우에, 이들 기어 중 상대측의 맞물림 이와의 접촉면의 면적이 치선면측의 면적보다도 치원면측의 면적이 커지는 한쪽의 기어에 있어서의 베이스부의 강성을 낮추도록, 한쪽의 기어에 저강성부가 형성되어 있다. 그렇게 저강성부를 형성함으로써, 동력의 전달 시에 저강성부가 형성된 베이스부가 변형된다. 그로 인해, 동력의 전달 시에 맞물림 위치가 의도한 위치로부터 변화하는 것을 억제하는 것, 즉 상대측의 맞물림 이와의 접촉면의 면적 중 치선면측의 면적과, 치원면측의 면적의 편차를 저감할 수 있다. 그 결과, 기어 기구의 동력의 전달 효율이 저하되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 한쪽의 기어의 강성을 저하시키면 되기 때문에, 가공 공정수가 증대되는 것을 억제할 수 있음과 함께, 과도하게 기어의 강성이 저하되는 것을 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명에서 대상으로 할 수 있는 기어 기구의 구성의 일례를 설명하기 위한 사시도.
도 2는 제1 기어를 사이에 두고 제2 기어와는 반대측으로부터 본 모식도.
도 3은 회전축의 축선 방향으로부터 본 모식도.
도 4는 제1 기어와 제2 기어의 맞물림 상태를 설명하기 위한 작용 평면도.
도 5는 이 접촉의 방법의 변화에 수반하는 기어 기구의 동력의 전달 효율의 변화를 검증하기 위한 기초 실험의 결과를 도시하는 도면이며, 저토크를 입력한 경우의 실험 결과를 도시하는 도면.
도 6은 이 접촉의 방법의 변화에 수반하는 기어 기구의 동력의 전달 효율의 변화를 검증하기 위한 기초 실험의 결과를 도시하는 도면이며, 고토크를 입력한 경우의 실험 결과를 도시하는 도면.
도 7은 원반부의 강성을 저하시켜 기어 기구의 동력의 전달 효율을 검증한 실험 결과이며, 원반부의 강성을 저하시키는 것 이외는 제1 기초 실험과 동일한 조건에서 행한 실험 결과를 도시하는 도면.
도 8은 원반부의 강성을 저하시켜 기어 기구의 동력의 전달 효율을 검증한 실험 결과이며, 원반부의 강성을 저하시키는 것 이외는 제2 기초 실험과 동일한 조건에서 행한 실험 결과를 도시하는 도면.
도 9는 원반부의 강성을 저하시켜 기어 기구의 동력의 전달 효율을 검증한 실험 결과이며, 원반부의 강성을 저하시키는 것 이외는 제3 기초 실험과 동일한 조건에서 행한 실험 결과를 도시하는 도면.
도 10은 제1 원반부에 저강성부(홈)를 형성한 예를 나타내는 사시도.
도 11은 제1 원반부의 양측면에 홈을 형성한 예를 나타내는 단면도.
도 12는 제1 원반부의 한쪽의 측면에 홈을 형성한 예를 나타내는 단면도.
도 13은 제1 원반부의 다른 쪽의 측면에 홈을 형성한 예를 나타내는 단면도.

본 발명에서 대상으로 할 수 있는 기어 기구는, 서로 맞물리는 2개의 기어를 갖는 것이며, 그 기어 기구의 구성의 일례를 도 1에 도시하고 있다. 도 1에 도시하는 기어 기구(1)는 제1 회전축(2)과, 제1 회전축(2)과 일체로 회전하는 제1 기어(3)와, 제1 회전축(2)과 평행하게 배치된 제2 회전축(4)과, 제2 회전축(4)과 일체로 회전함과 함께, 제1 기어(3)와 맞물리는 제2 기어(5)에 의해 구성되어 있다. 또한, 제1 기어(3)의 외경(또는 피치원)은, 제2 기어(5)의 외경(또는 피치원)보다도 크게 형성되어 있다. 또한, 도 1에는 치폭 방향에 대하여 치줄이 경사져 형성된 헬리컬 기어를 도시하고 있지만, 기어의 종류는 특별히 한정되지 않고 치폭 방향에 대하여 치줄이 평행하게 형성된 평기어 등이어도 된다.

상기의 제1 기어(3)는 제1 회전축(2)에 끼워 맞춤되는 제1 원반부(6)와, 제1 원반부(6)의 외주면에 형성된 제1 맞물림 이(7)를 갖고, 제1 원반부(6)에 제1 회전축(2)이 회전 방향에서 일체가 되도록 삽입되어 있다. 이 제1 회전축(2)이, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 「제1 축 부재」에 상당하는 것이며, 종래 알려져 있는 림부나 웹부 혹은 허브부 등이라고 칭해지는 개소이다. 또한, 제1 원반부(6)와 제1 회전축(2)을 스플라인 걸림 결합시키거나 또는 제1 원반부(6)에 제1 회전축(2)을 압입하거나 함으로써, 제1 회전축(2)에 의해 제1 기어(3)를 지지하도록 구성하면 되며, 그 구성은 특별히 한정되지 않는다. 즉, 제1 원반부(6)는 제1 회전축(2)과 일체가 되어 회전함과 함께, 제1 회전축(2)의 축선 방향으로 이동할 수 있도록 구성되어 있어도 되고, 제1 원반부(6)는 제1 회전축(2)이 일체가 되어 회전함과 함께, 제1 회전축(2)의 축선 방향으로 이동할 수 없도록 구성되어 있어도 된다.

또한, 제2 기어(5)도 제1 기어(3)와 마찬가지로 구성되어 있다. 구체적으로는, 제2 기어(5)는 제2 회전축(4)에 끼워 맞춤되는 제2 원반부(8)와, 제2 원반부(8)의 외주면에 형성되며, 또한 제1 맞물림 이(7)에 맞물리는 제2 맞물림 이(9)를 갖고, 제2 원반부(8)에 제2 회전축(4)이 회전 방향에서 일체가 되도록 삽입되어 있다. 이 제2 회전축(4)이, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 「제2 축 부재」에 상당하는 것이며, 종래 알려져 있는 림부나 웹부 혹은 허브부 등이라고 칭해지는 개소이다. 또한, 제2 원반부(8)와 제2 회전축(4)을 스플라인 걸림 결합시키거나 또는 제2 원반부(8)에 제2 회전축(4)을 압입하거나 함으로써, 제2 회전축(4)에 의해 제2 기어(5)를 지지하도록 구성하면 되며, 그 구성은 특별히 한정되지 않는다. 즉, 제2 원반부(8)는 제2 회전축(4)과 일체가 되어 회전함과 함께, 제2 회전축(4)의 축선 방향으로 이동할 수 있도록 구성되어 있어도 되고, 제2 원반부(8)는 제2 회전축(4)이 일체가 되어 회전함과 함께, 제2 회전축(4)의 축선 방향으로 이동할 수 없도록 구성되어 있어도 된다.

상술한 각 기어(3, 5)는 종래 알려져 있는 기어와 마찬가지로 치면이 인벌류트 곡선이 되도록 구성되고, 그 맞물림 이(7, 9)의 비틀림각이나 압력각 등의 제원이나 압력각 오차, 비틀림각 오차, 치형 라운딩, 크라우닝 등의 치면 정밀도는, 기어 기구(1)가 전달하는 토크의 크기나 회전수 등의 소정의 운전 상태에 기초하여 미리 정해져 있다. 구체적으로는, 기어 기구(1)에 입력되는 최대 토크 등에 따라 각각의 맞물림 이(7, 9)의 기준이 되는 비틀림각이나 압력각 등의 제원을 정하고, 또한 기어 기구(1)에 가장 빈번히 전달되는 소정의 동력을 미리 정하고, 그 소정의 동력이 전달된 경우에 각 기어(3, 5)의 치면끼리가 가장 양호하게 접촉하도록, 각각의 맞물림 이(7, 9)의 비틀림각 오차나 압력각 오차 등의 치면 정밀도를 정하고 있다. 또한, 여기에서 기재하는 압력각 오차란, 치 높이 방향에 있어서의 가장 큰 압력각과 가장 작은 압력각의 편차이며, 비틀림각 오차란, 치줄 방향에 있어서의 가장 큰 비틀림각과 가장 작은 비틀림각의 편차이다.

그렇게 맞물림 이(7, 9)의 치면 정밀도를 정하는 경우에는, 소정의 동력을 전달할 때에 있어서의 원반부(6, 8)나 맞물림 이(7, 9)의 휨량, 혹은 각 회전축(2, 4)이나 그 회전축(2, 4)을 지지하는 도시하지 않은 베어링의 변형량이나 위치 어긋남의 양, 혹은 베어링을 고정하는 케이스의 변형량 등을 시뮬레이션이나 실험 등에 기초하여 구하고, 그 구해진 휨량이나 변형량 등을 고려하고 있다.

따라서, 기어 기구(1)로 전달되는 동력의 크기가, 상기 소정의 동력의 크기와 상이한 경우에는 원반부(6, 8)나 맞물림 이(7, 9)의 휨량 혹은 회전축(2, 4)의 변형량 등이 소정의 동력이 전달되는 경우와는 상이하기 때문에, 각 기어(3, 5)의 치면끼리의 접촉의 방법이, 소정의 동력이 전달되는 경우와 비교하여 악화될 가능성이 있다.

도 2는 토크의 전달에 수반하여 기어(3, 5)나 회전축(2, 4) 혹은 베어링 혹은 케이스가 변형되어, 제1 기어(3)의 치폭 방향과 제2 기어(5)의 치폭 방향이 교차한 예를 나타내고 있다. 또한, 도 2는, 도 1의 화살표 방향 II에 있어서의 이의 맞물림 상태를 모식적으로 도시하고 있으며, 제1 기어(3)가 제2 기어(5)에 대하여 기운 상태를 도시하고 있다. 이와 같이 각 기어(3, 5)가 맞물린 경우에는, 미리 정해진 타이밍보다도 빠른 타이밍에 각 기어(3, 5)의 맞물림 이(7, 9)가 맞물리기 시작함과 함께 그 맞물림이 종료되거나, 또는 느린 타이밍에 각 기어(3, 5)의 맞물림 이(7, 9)가 맞물리기 시작함과 함께 그 맞물림이 종료되게 된다.

헬리컬 기어는, 작용 평면의 대각선 방향으로 맞물림이 진행됨과 함께, 맞물리기 시작하고부터 맞물림이 종료될 때까지의 중간 위치를 사이에 두고 맞물림 진행 방향에 있어서의 한쪽측에서는 치원(齒元)의 면이 상대측의 기어에 맞물리고, 다른 쪽측에서는 치선(齒先)의 면이 상대측에 맞물리도록 구성되어 있다. 따라서, 상기와 같이 맞물리기 시작하는 타이밍이나 맞물림이 종료되는 타이밍이 미리 정해진 타이밍으로부터 어긋나면, 상대측의 맞물림 이와의 접촉면의 면적 중 치원면(齒元面, tooth flank)측의 면적이 치선면(齒先面, tooth face)측의 면적보다도 커지거나 또는 상대측의 맞물림 이와의 접촉면의 면적 중 치선면측의 면적이 치원면측의 면적보다도 커진다. 또한, 상대측의 맞물림 이와 접촉하는 면적이란, 하나의 맞물림 이가 맞물리기 시작하고부터 그 맞물림이 종료될 때까지 상대측의 맞물림 이와 접촉하는 면적의 누적값이다.

이하의 설명에서는, 상기와 같이 상대측의 맞물림 이와의 접촉면 중 치원면측의 면적이 치선면측의 면적보다도 커지는 맞물림을, 「치원 접촉」이라고 기재하고, 상대측의 맞물림 이와의 접촉면의 면적 중 치선면측의 면적이 치원면측의 면적보다도 커지는 맞물림을, 「치선 접촉」이라고 기재한다.

도 3은 토크의 전달에 수반하여 기어(3, 5)나 회전축(2, 4) 혹은 베어링 혹은 케이스가 변형되어, 제1 기어(3)의 치폭 방향과 제2 기어(5)의 치폭 방향이 평행하지 않은 상태에서 각 기어(3, 5)가 맞물려 있는 예를 나타내고 있다. 또한, 도 3은, 도 1의 화살표 방향 III에 있어서의 이의 맞물림 상태를 모식적으로 도시하고 있으며, 제1 기어(3)가 제2 기어(5)에 대하여 기운 상태를 나타내고 있다. 이와 같이 각 기어(3, 5)가 맞물린 경우에는, 서로의 기어(3, 5)의 회전 중심끼리의 거리에 대하여, 제1 기어(3)에 있어서의 회전 중심 O부터 그 제1 기어(3)의 치폭 방향에 있어서의 한쪽측의 치선까지의 반경 방향에서의 거리가 길어진다. 즉, 제1 기어(3)의 치선이 제2 기어(5)의 치원측에 삽입된다. 또한, 제1 기어(3)의 회전 중심 축선과 제2 기어(5)의 회전 중심 축선이 비틀어진다. 그로 인해, 제1 기어(3)는 치원 접촉이 되고, 제2 기어(5)는 치선 접촉이 된다.

또한, 평기어의 경우에는, 작용 평면 상에 있어서의 피치선과 평행하게 맞물림 위치가 진행되도록 구성되어 있지만, 도 2나 도 3에 도시한 바와 같이 토크의 전달에 수반하여 제1 기어(3)의 치폭 방향과 제2 기어(5)의 치폭 방향이 교차하거나 또는 제1 기어(3)의 치폭 방향과 제2 기어(5)의 치폭 방향이 평행하지 않은 상태가 되면, 그 각도에 따라 피치선에 대한 맞물림 진행 방향이 기운다. 그 결과, 헬리컬 기어에 의해 구성한 경우와 마찬가지로 상대측의 맞물림 이와의 접촉면의 면적 중 치원면측의 면적이 치선면측의 면적보다도 커지거나 또는 상대측의 맞물림 이와의 접촉면의 면적 중 치선면측의 면적이 치원면측의 면적보다도 커지는 경우가 있다.

도 4는 제1 기어(3)가 치원 접촉했을 때에 있어서의 작용 평면을 나타내고 있다. 상술한 바와 같이 헬리컬 기어는, 작용 평면의 대각선 방향으로 맞물림이 진행된다. 이러한 맞물림이 진행되는 방향(피치선에 대한 경사 각도)은, 맞물림 이(7)의 비틀림각에 따른 것이 된다. 따라서, 도 4에 도시하는 예에서는, 맞물림 이(7)의 비틀림각에 따라, 도면에 있어서의 우측 하단측으로부터 좌측 상단측을 향하거나, 혹은 좌측 상단측으로부터 우측 하단측을 향하여 맞물림이 진행되고 있다. 즉, 제1 맞물림 이(7)의 치면의 치원측으로부터 치선측을 향하여 맞물림이 진행되고, 제2 맞물림 이(9)의 치면의 치선측으로부터 치원측을 향하여 맞물림이 진행되고 있다. 또한, 도 4에는, 도면에 있어서의 우측 하단측으로부터 좌측 상단측을 향하여 맞물림이 진행되고 있는 예를 나타내고 있으며, 그 맞물림 진행 방향을 화살표로 나타내고, 의도한 대로 이 접촉하는 경우의 맞물림 영역을 파선으로 나타내고 있다.

도 4에 파선으로 나타낸 바와 같이 의도한 대로 이 접촉하는 경우에는, 상대측의 맞물림 이와의 접촉면의 면적 중 치원면측의 면적과 치선면측의 면적이 거의 동일해진다. 한편, 도 4에 실선으로 나타낸 바와 같이 의도한 이 접촉이 되지 않는 경우에는, 상대측의 맞물림 이와의 접촉면의 면적 중 치원면측의 면적이, 치선면측의 면적보다도 커지거나 또는 치선면측의 면적이, 치원면측의 면적보다도 커진다.

기어 기구에 있어서의 동력 손실은, 종래 알려져 있는 바와 같이 치면의 마찰 계수와, 그 치면에 작용하는 하중과, 치면에서 발생하는 미끄러짐 속도를 적산함으로써 구할 수 있다. 그 미끄러짐 속도는, 피치선으로부터의 거리에 비례하여 빨라진다. 따라서, 상술한 바와 같이 치원 접촉이나 치선 접촉이 되는 경우에는, 기어 기구의 동력 손실이 커진다고 추정된다. 즉, 기어 기구의 동력의 전달 효율이 저하된다고 추정된다.

본 발명자는, 이 접촉의 방법의 변화에 수반하는 기어 기구(1)의 동력의 전달 효율의 변화를 실험에 의해 검증했다. 이 동력의 전달 효율은, 제2 회전축(4)에 입력한 동력과, 제1 회전축(2)에서 검출된 동력의 실측값의 비율로 구했다. 이하의 설명에서는, 이 실험을, 기초 실험이라고 기재한다. 이 기초 실험에서는, 먼저, 상기 소정의 동력을 기어 기구(1)에 입력함으로써 동력의 전달 효율을 구했다. 구체적으로는, 서로의 맞물림 이(7, 9)의 맞물림 상태가, 의도한 대로의 맞물림 상태로 되도록 하여 동력의 전달 효율을 구했다. 이 기초 실험을, 이하의 설명에서는, 제1 기초 실험이라고 기재한다. 또한, 각 맞물림 이(7, 9)의 비틀림각이나 압력각 등의 제원은, 미리 정해진 제원으로 하고, 각 맞물림 이(7, 9)의 비틀림각 오차나 압력각 오차 등의 치면 정밀도는, 소정의 동력을 전달할 때에 맞물림 위치가 양호해지도록 정하고 있다.

계속해서, 제1 기어(3)가 치원 접촉이 되도록, 간이적으로 제1 맞물림 이(7)의 압력각 오차만을 변경하고, 소정의 동력을 기어 기구(1)에 입력함으로써 동력의 전달 효율을 구했다. 구체적으로는, 제1 기어(3)의 치원측의 압력각을 크게 하거나 또는 제1 기어(3)의 치선측의 압력각을 작게 함으로써, 압력각 오차가 커지도록 제1 기어(3)를 형성하여 동력의 전달 효율을 구했다. 이 기초 실험을, 이하의 설명에서는, 제2 기초 실험이라고 기재한다.

또한, 제1 기어(3)가 치선 접촉이 되도록, 간이적으로 제1 맞물림 이(7)의 압력각 오차만을 변경하고, 소정의 동력을 기어 기구(1)에 입력함으로써 동력의 전달 효율을 구했다. 구체적으로는, 제1 기어(3)의 치선측의 압력각을 크게 하거나 또는 제1 기어(3)의 치원측의 압력각을 작게 함으로써, 압력각 오차가 작아지도록 제1 기어(3)를 형성하여 동력의 전달 효율을 구했다. 이 기초 실험을, 이하의 설명에서는, 제3 기초 실험이라고 기재한다.

또한, 제2 기초 실험 및 제3 기초 실험에 있어서의 각 맞물림 이(7, 9)의 제원과, 제1 기초 실험에 있어서의 각 맞물림 이(7, 9)의 제원과는 동일하다.

그 기초 실험의 결과를 도 5 및 도 6에 도시하고 있으며, 종축이 동력의 전달 효율을 나타내고, 횡축이 제1 회전축(2) 또는 제2 회전축(4)의 회전수를 나타내고 있다. 또한, 도 5는 저토크를 입력한 경우의 기초 실험의 결과를 나타내고, 도 6은 고토크를 입력한 경우의 기초 실험의 결과를 나타내고 있다. 또한, 제1 기초 실험의 결과를, 마름모형으로 플롯하고, 제2 기초 실험의 결과를, 사각형으로 플롯하고, 제3 기초 실험의 결과를, 삼각형으로 플롯하고 있다.

도 5 및 도 6에 도시하는 바와 같이 치선 접촉하는 경우나 치원 접촉하는 경우에는, 회전수나 전달하는 토크의 크기에 구애되지 않고, 의도한 대로 이 접촉하는 경우와 비교하여 동력의 전달 효율이 저하됨을 알 수 있다.

그래서, 본 발명자는, 제1 기어(3)의 제1 원반부(6)의 강성을 저하시켜 상기의 기초 실험과 마찬가지의 실험을 행하여, 제1 원반부(6)의 강성을 저하시키는 것에 의한 동력의 전달 효율의 변화를 검증했다. 즉, 제1 원반부(6)의 강성만을 저하시키고, 다른 조건은 상기의 기초 실험과 마찬가지로 행했다. 도 7 내지 도 9는 그 실험 결과를 나타내고 있으며, 종축이 동력의 전달 효율을 나타내고, 횡축이 제1 회전축(2) 또는 제2 회전축(4)의 회전수를 나타내고 있다. 또한, 기초 실험에 있어서의 고토크와 마찬가지의 토크를 입력하여 실험을 행했다.

또한, 도 7은 제1 맞물림 이(7)의 압력각 오차를 제1 기초 실험과 마찬가지로 하면서, 제1 원반부(6)의 강성을 저하시켜 행한 실험 결과를 나타내고, 도 8은 제1 맞물림 이(7)의 압력각 오차를 상기 제2 기초 실험과 마찬가지로 하면서, 제1 원반부(6)의 강성을 저하시켜 행한 실험의 결과를 나타내고, 도 9는 제1 맞물림 이(7)의 압력각 오차를 상기 제3 기초 실험과 마찬가지로 하면서, 제1 원반부(6)의 강성을 저하시켜 행한 실험의 결과를 나타내고 있다. 그리고, 각 도면에는, 상기 기초 실험의 결과를 흑색 심볼로 플롯하고, 제1 원반부(6)의 강성을 저하시킨 실험 결과를 백색 심볼로 플롯하고 있다.

도 7 및 도 9에 도시한 바와 같이, 기초 실험에서는, 의도한 대로 이 접촉하고 있던 기어 기구나 치선 접촉하는 기어 기구는, 강성을 저하시켰다고 해도 동력의 전달 효율은 변화하지 않는다. 이들 실험을 행한 후의 치면을 관찰하면, 강성을 저하시키기 이전과 강성을 저하시킨 후에, 이 접촉이 변화하고 있지 않음을 확인할 수 있었다.

한편, 도 8에 도시한 바와 같이, 기초 실험에서는, 치원 접촉하는 기어 기구는, 강성을 저하시키면 동력의 전달 효율이 향상된다. 이 실험을 행한 후의 치면을 관찰하면, 강성을 저하시키기 이전과 강성을 저하시킨 후에는, 강성을 저하시킨 후가, 치원에서 접촉하는 면적과 치선에서 접촉하는 면적의 편차가 더 작게 되어 있음을 확인할 수 있었다. 즉, 이 접촉이 치선측으로 변화하고 있음을 확인할 수 있었다.

상술한 바와 같이 치원 접촉하는 제1 기어(3)에 있어서의 제1 원반부(6)의 강성을 저하시킴으로써, 동력의 전달 효율을 향상시킬 수 있다. 그로 인해, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 기어 기구(1)는 도 10에 도시하는 기어 기구(1) 중 치원 접촉이 되는 기어(제1 기어로 한다)의 제1 원반부(6)의 강성을 저하시키기 위하여, 제1 원반부(6)에 저강성부(10)가 형성되어 있다. 즉, 제1 원반부(6)의 일부의 강성을 다른 부분의 강성보다도 낮추거나 또는 제2 기어(5)에 있어서의 제2 원반부(8)의 강성보다도 낮추고 있다. 구체적으로는, 제1 원반부(6)에 환상의 홈(11)을 형성하고 있다. 또한, 그렇게 제1 원반부(6)의 강성을 저하시켰다고 해도, 그 제1 원반부(6)의 강성은 기어 기구(1)로 전달되는 최대 토크에 기초하여 요구되는 강성보다도 커지도록 형성되어 있다.

이와 같이 미리 정해진 제원이나 치면 정밀도에 기초하여 기어(3, 5)를 형성한 경우에 치원 접촉이 되는 기어(3)에 있어서의 원반부(6)의 강성을 저하시킴으로써, 동력의 전달 시에 원반부(6)가 변형된다. 그로 인해, 동력의 전달 시에 맞물림 위치가 의도한 위치로부터 변화하는 것을 억제하는 것, 즉 상대측의 맞물림 이(9)와의 접촉면의 면적 중 치선면측의 면적과, 치원면측의 면적의 편차를 저감할 수 있다. 그 결과, 기어 기구(1)의 동력의 전달 효율이 저하되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 한쪽의 기어(3)의 강성을 저하시키면 되기 때문에, 가공 공정수가 증대되는 것을 억제할 수 있음과 함께, 과도하게 기어(3)의 강성이 저하되는 등의 사태를 억제할 수 있다.

다음에, 상술한 기어 기구(1)의 제조 방법에 대하여 설명한다. 상술한 기어 기구(1)는 먼저, 미리 정해진 제원이나 치면 정밀도에 기초하여 각 기어를 형성하고, 그 기어 기구(1)를 유닛화하여 동력을 전달했을 때에 있어서의 미스 얼라인먼트량을 구한다. 이 미스 얼라인먼트량은, 설계상 정해진 각 회전축(2, 4)끼리의 평행도 등이며, 실제의 기어 기구(1)를 유닛화하여 동력을 전달함으로써 측정해도 되고, 시뮬레이션에 의해 구해도 된다. 또한, 미스 얼라인먼트량을 구할 때에 기어 기구(1)로 전달하는 동력은, 맞물림 이(7, 9)의 비틀림각이나 압력각 등의 제원이나 맞물림 이(7, 9)의 비틀림각 오차나 압력각 오차 등의 치면 정밀도를 정할 때에 기준으로서 사용하는 동력과는 상이한 동력이다.

계속해서, 각 기어(3, 5)의 치면 형상을 구한다. 이 치면 형상은, 기어(3, 5)를 실측해도 되고, 설계값에 기초한 것이어도 된다. 그리고, 상술한 미스 얼라인먼트량과, 치형으로부터 치면의 접촉 상태를 시뮬레이션에 의해 구한다. 구체적으로는, 작용 평면 상에서의 치면의 접촉 위치 및 그 면적을 구한다. 계속해서, 치면의 접촉 위치와 그 면적으로부터 치원 접촉하는 기어(3)와, 치선 접촉하는 기어(5)를 특정하고, 그 치원 접촉하는 기어(3)의 원반부(6)의 강성을 저하시키기 위한 저강성부(10)를 형성한다. 구체적으로는, 치원 접촉하는 기어(3)의 원반부(6) 중 적어도 일부의 판 두께가 얇아지도록 홈이나 구멍을 형성한다.

상술한 저강성부(10)의 구성예에 대하여 도 11 내지 도 13을 참조하여 설명한다. 도 11에 도시하는 예에서는, 원반부(6)의 양측면에 환상의 홈(11a, 11b)을 형성하고 있으며, 그 홈(11a, 11b)이 형성된 개소가 저강성부(10)가 된다. 이와 같이 원반부(6)의 양측면에 홈(11a, 11b)을 형성함으로써, 기어 기구(1)가 토크를 전달하는 것에 수반하여, 회전축(2, 4)이나 베어링 혹은 케이스 등이 변형되었다고 해도, 기어(3)가 뒤로 젖혀지도록 원반부(6)가 만곡되거나 또는 맞물림 이(7)가 회전 방향으로 어긋나도록 원반부(6)가 휨 변형되거나 하여, 치원 접촉이 되는 것을 억제할 수 있다. 즉, 토크의 전달에 수반하는 회전축(2, 4)이나 베어링 혹은 케이스 등의 변형을 요인으로 한 맞물림 위치의 어긋남을 시정할 수 있다. 그 결과, 기어 기구(1)의 동력의 전달 효율이 저하되는 것을 억제할 수 있다.

또한, 회전축이나 베어링 혹은 케이스 등이 변형된 경우에는, 각 맞물림 이(7, 9)의 맞물림 위치가 치폭 방향으로 어긋나는 경우가 있다. 그러한 경우에는, 치원 접촉하는 제1 기어(3)의 제1 원반부(6)의 한쪽의 측면에 도 11이나 도 12에 도시하는 바와 같이 환상의 홈(11c, 11d)을 형성해도 된다. 구체적으로는, 치원 접촉하는 제1 기어(3)의 맞물림 위치가 미리 정해진 맞물림 위치보다도 치폭 방향에 있어서의 한쪽측(도 11에 있어서의 우측 또는 도 12에 있어서의 좌측)으로 어긋나는 경우에는, 원반부(6)의 측면 중 맞물림 위치가 어긋나는 방향과 동일측의 측면(도 11에 있어서의 우측 또는 도 12에 있어서의 좌측)에 홈(11c, 11d)을 형성해도 된다. 이것은, 치폭 방향에 있어서의 한쪽측의 치면에 하중이 작용함으로써, 맞물림 이(7)가 비틀어지는 것을 억제하기 때문에, 즉 맞물림 위치가 치폭 방향으로 어긋난 경우에 맞물림 이(7)가 일정하게 쓰러지는 방향(회전 방향)으로 변형되도록 하기 때문이다.

이와 같이 원반부(6)의 한쪽의 측면에 홈(11c, 11d)을 형성한 경우에도, 기어 기구(1)가 토크를 전달하는 것에 수반하여, 회전축(2, 4)이나 베어링 혹은 케이스 등이 변형되었다고 해도, 기어(3)가 뒤로 젖혀지도록 원반부(6)가 만곡되거나 또는 맞물림 이(7)가 회전 방향으로 어긋나도록 원반부(6)가 휨 변형되거나 하여, 치원 접촉이 되는 것을 억제할 수 있다. 즉, 기어 기구(1)의 동력의 전달 효율이 저하되는 것을 억제할 수 있다.

또한, 미리 정해진 운전 상태에 기초하여 기어(치형)를 형성하면, 동력의 전달 시에 제2 기어(5)가 치원 접촉이 되는 경우가 있다. 그 경우에는, 제2 기어(5)가 소직경의 기어임으로써, 원반부(8)의 강성을 저하시키기 위한 홈 등을 형성할 수 없는 경우가 있다. 즉, 치원 접촉하는 기어(5)에 요구되는 조건에 따라, 치원 접촉하는 기어(5)에 저강성부를 형성할 수 없는 경우가 있다. 그러한 경우에는, 치선 접촉이 되는 기어(여기서는, 제1 기어라고 한다)(3)의 치원이나 치원 접촉이 되는 기어(여기서는, 제2 기어라고 한다)(5)의 치선이 두꺼워지거나 또는 제1 기어(3)의 치선이나 제2 기어(5)의 치원이 얇아지도록 압력각 오차를 변경해도 된다. 즉, 미리 정해진 운전 상태에 기초하여 기어를 형성한 경우에 치원 접촉이 되는 기어를, 제1 기어(3) 또는 제2 기어(5)의 압력각 오차를 변경함으로써 치선 접촉이 되도록 하고, 치선 접촉이 되는 기어를, 제1 기어(3) 또는 제2 기어(5)의 압력각 오차를 변경함으로써 치선 접촉이 되도록 해도 된다.

이와 같이 미리 정해진 압력각 오차를 변경하여 형성한 기어 기구(1)에 의해 동력을 전달한 경우에 치원 접촉이 되는 기어가, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 「한쪽의 기어」에 상당한다. 또한, 상기와 같이 압력각 오차를 변경하는 경우라도, 미리 정한 운전 상태에서의 맞물림 위치가 의도한 대로의 맞물림 위치가 되도록 압력각 오차를 변경한다.

이와 같이 구성함으로써, 미리 정해진 제원이나 치면 정밀도에 기초하여 형성된 기어(3, 5)를 사용한 경우에 치원 접촉이 되는 제2 기어(5)가 적어도 어느 한쪽의 맞물림 이(7, 9)의 압력각 오차를 변경함으로써 치선 접촉하게 되고, 치선 접촉이 되는 제1 기어(3)가 적어도 어느 한쪽의 맞물림 이(7, 9)의 압력각 오차를 변경함으로써 치원 접촉이 된다. 따라서, 상기와 같은 제2 기어(5)에 요구되는 조건을 만족하면서, 기어 기구(1)의 동력의 전달 효율이 저하되는 것을 억제할 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 원반부(6)의 강성을 저하시키기 위하여 홈(11)을 형성하는 것은, 원반부(6)의 단면 계수를 저하시켜 강성을 저하시키기 위해서이며, 원반부(6)에 홈(11)을 형성하는 것 외에도, 구멍을 형성하거나 해도 된다. 또한, 그 강성을 적절히 정하기 위하여 또는 맞물림 위치를 조정하는 데 도 11 내지 도 13에 있어서의 홈(11a, 11b, 11c, 11d)의 깊이나 홈폭 등을 적절히 정해도 된다. 또한, 원반부(6)의 강성을 저하시키기 위해, 영률이 낮은 재료에 의해 원반부(6)를 구성해도 된다. 즉, 원반부(6)의 일부를 알루미늄 합금이나 마그네슘 합금, 혹은 플라스틱, 혹은 탄소 섬유 강화 플라스틱 등으로 구성하고, 다른 부분(맞물림 이를 포함한다)을 저탄소강에 의해 구성해도 된다.

또한, 본 발명에서 대상으로 하는 기어 기구는, 서로 맞물리는 2개의 기어가 외치 기어의 것에 한하지 않고, 한쪽의 기어가 내치 기어여도 된다. 그 경우에는, 회전축에 연결되는 부분은, 원반부 대신에 원통형으로 형성된 것이어도 된다. 또한, 적어도 어느 한쪽의 기어가 연결되는 축 부재는, 회전 가능한 것에 한하지 않고, 케이스 등에 고정된 축 부재여도 된다.

1: 기어 기구
2, 4: 회전축
3, 5: 기어
6, 8: 원반부
7, 9: 맞물림 이
10: 저강성부
11, 11a, 11b, 11c, 11d: 홈

Claims (12)

1. 제1 맞물림 이를 갖는 제1 기어와, 상기 제1 맞물림 이에 맞물리는 제2 맞물림 이를 갖는 제2 기어를 구비한 기어 기구에 있어서,
   상기 제1 기어를 지지하는 제1 축 부재와,
   상기 제2 기어를 지지하는 제2 축 부재
   를 구비하고,
   상기 제1 기어는, 상기 제1 축 부재에 연결됨과 함께, 상기 제1 맞물림 이가 형성된 제1 베이스부를 갖고,
   상기 제2 기어는, 상기 제2 축 부재에 연결됨과 함께, 상기 제2 맞물림 이가 형성된 제2 베이스부를 갖고,
   미리 정한 소정의 동력을 전달할 경우에 상대측의 맞물림 이와의 접촉면의 면적 중 치원면측의 면적과 치선면측의 면적이 동일하게 되도록 형성된 상기 제1 기어와 상기 제2 기어 중, 상기 소정의 동력과 다른 동력을 전달한 경우에 상기 치원면측의 면적이 상기 치선면측의 면적보다도 커지는 한쪽의 기어에만, 상기 한쪽의 기어에 있어서의 베이스부의 강성을 낮추기 위한 저강성부가 형성되어 있는
   것을 특징으로 하는 기어 기구.
2. 제1항에 있어서, 상기 한쪽의 기어는, 상기 한쪽의 기어에 있어서의 상기 베이스부의 강성이, 상기 제1 기어와 상기 제2 기어 중 다른 쪽의 기어에 있어서의 베이스부의 강성보다도 낮아지도록 구성되어 있는
   것을 특징으로 하는 기어 기구.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 저강성부는, 상기 한쪽의 기어에 있어서의 다른 부분을 구성하는 재료보다도 영률이 낮은 재료에 의해 구성되어 있는
   것을 특징으로 하는 기어 기구.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 저강성부는, 상기 한쪽의 기어에 있어서의 다른 부분의 단면 계수보다도 작은 단면 계수가 되는 형상으로 형성되어 있는
   것을 특징으로 하는 기어 기구.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 저강성부는, 상기 한쪽의 기어에 있어서의 다른 부분의 판 두께보다도 얇게 형성하여 구성되어 있는
   것을 특징으로 하는 기어 기구.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 한쪽의 기어에 있어서의 상기 베이스부의 측면 중 적어도 어느 한쪽의 측면에 홈부가 형성되고,
   상기 저강성부는 상기 홈부인
   것을 특징으로 하는 기어 기구.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 한쪽의 기어는, 상기 한쪽의 기어에 있어서의 치면의 압력각 오차가, 동력의 전달 시에 상대측의 맞물림 이와의 접촉면의 면적 중 치원면측의 면적이 치선면측의 면적보다도 커지도록 구성되어 있는
   것을 특징으로 하는 기어 기구.
8. 제7항에 있어서, 상기 한쪽의 기어는, 상기 한쪽의 기어에 있어서의 맞물림 이가, 미리 정해진 운전 상태에 기초하여 형성된 치형보다도 치원측의 이 두께가 두껍거나 또는 치선측의 이 두께가 얇아지도록 구성되어 있는
   것을 특징으로 하는 기어 기구.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 기어와 상기 제2 기어 중 다른 쪽의 기어는, 상기 다른 쪽의 기어에 있어서의 치면의 압력각 오차가, 동력의 전달 시에 상기 한쪽의 기어의 맞물림 이와의 접촉면의 면적이 치원면측의 면적보다도 치선면측의 면적이 커지도록 구성되어 있는
   것을 특징으로 하는 기어 기구.
10. 제9항에 있어서, 상기 다른 쪽의 기어는, 상기 다른 쪽의 기어에 있어서의 맞물림 이가, 미리 정해진 운전 상태에 기초하여 형성된 치형보다도 치선측의 이 두께가 두꺼워지거나 또는 치원측의 이 두께가 얇아지도록 구성되어 있는
    것을 특징으로 하는 기어 기구.
11. 제1 기어의 제1 맞물림 이와, 제2 기어의 제2 맞물림 이를 맞물리게 하여 동력을 전달하는 기어 기구의 제조 방법에 있어서,
    상기 제1 기어와 상기 제2 기어가 소정의 동력을 전달하는 경우에 상대측의 맞물림 이와의 접촉면의 면적 중 치원면측의 면적과 치선면측의 면적이 동일하게 되도록 미리 정한 제원에 기초하여 상기 제1 기어와 상기 제2 기어를 형성하고,
    상기 제1 기어와 상기 제2 기어를 맞물리게 하여 상기 소정의 동력과는 다른 동력을 전달한 경우에 상대측의 맞물림 이와의 접촉면의 면적 중 치원면측의 면적이 치선면측의 면적보다도 커지는 상기 제1 기어와 상기 제2 기어 중 한쪽의 기어를 특정하고,
    상기 특정된 한쪽의 기어 중 축 부재와 맞물림 이를 연결하는 베이스부에, 상기 베이스부의 강성을 저하시키는 저강성부를 형성하는
    것을 특징으로 하는 기어 기구의 제조 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 한쪽의 기어를 특정한 후에, 상기 한쪽의 기어의 상기 베이스부의 판 두께를 얇게 하는 가공을 행하는
    것을 특징으로 하는 기어 기구의 제조 방법.

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