特開 2024-111904 歯車および歯車機構

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024111904

(43)【公開日】2024-08-20

(54)【発明の名称】歯車および歯車機構

(51)【国際特許分類】

   F16H 57/04 20100101AFI20240813BHJP

   F16H 55/17 20060101ALI20240813BHJP

【ＦＩ】

F16H57/04 Z

F16H55/17 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023016613

(22)【出願日】2023-02-07

(71)【出願人】

【識別番号】000004204

【氏名又は名称】日本精工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109380

【弁理士】

【氏名又は名称】小西 恵

(74)【代理人】

【識別番号】100109036

【弁理士】

【氏名又は名称】永岡 重幸

(72)【発明者】

【氏名】小林 英樹

【テーマコード（参考）】

3J030

3J063

【Ｆターム（参考）】

3J030BA01

3J030BB07

3J030CA10

3J063AA40

3J063CB01

3J063XD02

3J063XD17

3J063XD62

3J063XD72

(57)【要約】

【課題】フルパックでなくても潤滑を維持する。
【解決手段】 歯車は、歯車の回転方向に並んだ複数の歯と、上記歯の先側から元側へと当該歯の一部が窪んで当該先側が開放した潤滑剤溜まりと、を備える。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

歯車の回転方向に並んだ複数の歯と、
前記歯の先側から元側へと当該歯の一部が窪んで当該先側が開放した潤滑剤溜まりと、
を備える歯車。

【請求項2】

前記潤滑剤溜まりは、前記回転方向へと延びた溝である請求項１に記載の歯車。

【請求項3】

前記潤滑剤溜まりの壁は、前記歯の先側に向かって開いて傾斜している請求項１に記載の歯車。

【請求項4】

前記潤滑剤溜まりは、前記歯同士の間に延びた歯溝の延伸方向において、当該歯が他の歯車の歯と噛み合う範囲の外側に設けられる請求項１に記載の歯車。

【請求項5】

請求項４に記載の歯車の複数が互いに噛み合った歯車機構。

【請求項6】

請求項１から３のいずれか１項に記載の歯車と、
前記歯車によって伝達される駆動力で駆動されて外力を出力する駆動機構と、
を備えたアクチュエータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、歯車および歯車機構に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電動アクチュエータやロボットなどの様々な分野で、運動や動力の伝達機構として歯車機構が用いられている。また、伝達機構としての歯車機構では、運動や動力の滑らかな伝達を維持するために、一般的に、グリースなどの潤滑剤が用いられる。潤滑剤が枯渇すると運動や動力の伝達効率の低下などが生じるため、歯車の歯面同士が噛み合う箇所における潤滑の維持が望まれる。

【0003】

例えば特許文献１には、歯車群を収納したケース本体部の開口穴にグリース溜まりを形成して、歯車が噛み合う箇所の潤滑を維持する技術が提案されている。
また、例えば特許文献２には、歯車を囲んだ円環状のフレーム内部に固形状潤滑剤を配置して歯車の潤滑を維持する技術が提案されている。

【0004】

特許文献１および特許文献２に記載の技術では、歯車が収容された空間のほぼ一杯に潤滑剤を充填したいわゆるフルパックが用いられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００６－２５０２５９号公報

【特許文献2】特開２０１７－８２９９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、歯車が収容されたケース内でのフルパックは、潤滑剤の攪拌抵抗が大きく、伝達効率が低下する。また、歯車の歯面のみのフルパックも考えられるが、歯面の噛み合いに伴って潤滑剤が歯溝の延びる方向に移動するため、潤滑が不足する虞がある。
そこで、本発明は、フルパックでなくても潤滑を維持することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明に係る歯車の一態様は、歯車の回転方向に並んだ複数の歯と、上記歯の先側から元側へと当該歯の一部が窪んで当該先側が開放した潤滑剤溜まりと、を備える。
このような歯車によれば、潤滑剤溜まりに潤滑剤が溜められるとともに、溜まった潤滑剤が歯車の回転と噛み合いに伴って歯面に次第に供給されるので、フルパックでなくても潤滑を維持することができる。

【0008】

上記歯車において、上記潤滑剤溜まりは、上記回転方向へと延びた溝であると、回転方向の各箇所に潤滑剤が行き渡るので好ましい。
また、上記歯車において、上記潤滑剤溜まりの壁は、上記歯の先側に向かって開いて傾斜していることがこのましい。この歯車によれば、歯車の回転に伴って潤滑剤が壁に沿って円滑に歯の先側へと移動して歯面に供給される。

【0009】

また、上記歯車において、上記潤滑剤溜まりは、上記歯同士の間に延びた歯溝の延伸方向において、当該歯が他の歯車の歯と噛み合う範囲の外側に設けられることが好ましい。この歯車によれば、歯の噛み合う範囲から外側に食み出た潤滑剤が潤滑剤溜まりに溜まり、歯車の回転に伴って歯の噛み合う範囲へと戻されるので、潤滑の維持力が高い。

【0010】

上記課題を解決するために、本発明に係る歯車機構の一態様は、上記潤滑剤溜まりが上記範囲の外側に設けられた歯車の複数が互いに噛み合っている。
このような歯車機構によれば、歯同士が噛み合う箇所で潤滑剤溜まりの外側の壁が互いに組み合うため、歯の噛み合いで食み出す潤滑剤が潤滑剤溜まりにとどまって再び歯面に供給されるので潤滑が維持される。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、フルパックでなくても潤滑を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の第１実施形態における歯車を示す図である。

【図2】本発明の第２実施形態における歯車を示す図である。

【図3】本発明の第３実施形態における歯車を示す図である。

【図4】本発明の第４実施形態における歯車を示す図である。

【図5】本発明の第５実施形態における歯車機構を示す斜視図である。

【図6】本発明の第５実施形態における歯車機構を示す上面図である。

【図7】電動アクチュエータの構造を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。但し、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするため、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。また、先に説明した図に記載の要素については、後の図の説明において適宜に参照する場合がある。

【0014】

図１は、本発明の第１実施形態における歯車１００を示す図である。図１（Ａ）には斜視図が示され、図１（Ｂ）には上面図が示されている。
第１実施形態の歯車１００は、歯車１００の回転方向に並んだ複数の歯１０１を備えている。歯１０１の相互間には歯溝１０２が延びている。

【0015】

第１実施形態の歯車１００は一例として平歯車であり、歯１０１の先端（歯先）１２と歯溝１０２の底（歯底）２１は、歯車１００の回転軸に沿った軸方向に直線的に延びている。また、第１実施形態の歯車１００は、一例として軸方向の全範囲で他の歯車（図示せず）と噛み合う。

【0016】

歯車１００の歯１０１は、他の歯車の歯と噛み合って回転運動や回転駆動力を伝達する。歯車１００が他の歯車と噛み合う際には、他の歯車の歯が歯溝１０２内に挿入され、歯１０１の軸方向に延びた表面（歯面）１１が他の歯車の歯の表面と接触する。これにより運動や力の伝達が実現される。運動や力の円滑な伝達のため、歯面同士の接触と離間が滑らかに行われることが求められ、歯車１００の歯面１１には、潤滑剤としてグリースが塗布されている。

【0017】

歯車１００の潤滑剤が不足して潤滑不良となった場合、運動や力の伝達効率が低下する他に、歯車損傷も生じる虞がある。潤滑不良による歯車損傷としては、例えば、摩耗、高温による変色、歯面疲労、永久変形などが生じる虞がある。
摩耗としては、例えば、歯面の溶着と引き裂きが交互に起こって歯面に表面劣化が生じるスコーリングなどがある。高温による変色としては、例えばバーニングなどがある。歯面疲労としては、例えば、歯面にピットやき裂が生じるピッチングなどがある。永久変形としては、例えば、歯車１００の回転方向に対して直角方向に、歯面に周期的に波状の模様が生じるリップリングなどがある。

【0018】

伝達効率の低下や歯面損傷を抑制するためには、歯車１００の歯面１１に潤滑剤（グリース）を維持して歯車１００の潤滑を保つことが求められる。
歯車１００は、歯１０１の一部にグリース溜まり１０３を備えている。グリース溜まり１０３は、歯先１２側から歯１０１の元側に向かって窪み、歯先１２側は開放している。

【0019】

第１実施形態の歯車１００では、上述したように軸方向の全範囲が歯１０１の噛み合う範囲であり、当該噛み合う範囲内にグリース溜まり１０３が設けられている。グリース溜まり１０３は歯先１２側が開放しているため、グリース溜まり１０３には、歯１０１の噛み合いによって歯面１１から押し出されたグリースが溜まる。そして、歯車１００の回転に伴う遠心力などによってグリース溜まり１０３からグリースが歯面１１に供給される。この結果、歯車１００をグリース内に封じるフルパックでなくても歯面１１の潤滑が維持され、運動や力の円滑な伝達が実現する。

【0020】

グリース溜まり１０３は、本実施形態では、歯車１００の回転方向に延びた溝となっている。このため、グリース溜まり１０３に溜まったグリースは、歯車１００の回転力などによって回転方向に移動することで歯車１００の全周に行き渡る。また、グリース溜まり１０３は、歯面１１に垂直な方向から見た場合、いわゆるＶ字溝であり、Ｖ字を形成する壁３１が歯先１２側に向かって開き、歯車１００の回転面Ｐに対して斜めに傾いている。このため、傾いた壁３１に沿ってグリースが滑らかに歯先１２側へと移動し、グリースが円滑に歯面１１に供給される。

【0021】

図２は、本発明の第２実施形態における歯車２００を示す図である。図２（Ａ）には斜視図が示され、図２（Ｂ）には上面図が示されている。第２実施形態の説明において、第１実施形態と共通する構成には同じ符号が付されている。
第２実施形態の歯車２００は、第１実施形態の歯車１００と同様の平歯車であり、歯１０１と歯溝１０２とを備えている。

【0022】

第２実施形態の歯車２００にも、歯１０１が噛み合う範囲内にグリース溜まり２０３が設けられていて、グリース溜まり２０３は回転方向に延びた溝となっている。第２実施形態では、グリース溜まり２０３は、いわゆるＵ字溝であり、溝の両側の壁３２が歯車２００の回転面Ｐに沿って広がっている。Ｕ字溝のグリース溜まり２０３でもグリースを溜めることができる。そして、グリース溜まり２０３は歯先１２側が開放しているので、グリース溜まり２０３に溜まったグリースが歯車２００の回転に伴って歯面１１に供給される。

【0023】

図３は、本発明の第３実施形態における歯車３００を示す図である。図３（Ａ）には斜視図が示され、図３（Ｂ）には上面図が示されている。第３実施形態の説明において、第１実施形態と共通する構成には同じ符号が付されている。
第３実施形態の歯車３００も、第１実施形態の歯車１００と同様の平歯車であり、歯３０１と歯溝１０２とを備えている。第３実施形態では、歯３０１は噛み合い部１３と端部１４を有する。噛み合い部１３では、歯３０１が他の歯車の歯と噛み合い、歯３０１の端部１４は、歯溝１０２の延伸方向において、噛み合い範囲の外に位置する。そして、第３実施形態では、端部１４にグリース溜まり３０３が設けられている。なお、本実施形態では一例としてグリース溜まり３０３が歯３０１の両側の各端部１４に設けられているが、グリース溜まり３０３は歯３０１の一方の端部１４のみに設けられてもよい。

【0024】

歯３０１の端部１４に設けられたグリース溜まり３０３は、噛み合い部１３での噛み合いによって端部１４側へと食み出たグリースを受け止めて溜めることができる。そして、グリース溜まり３０３に溜まったグリースは、歯車３００の回転に伴って噛み合い部１３の歯面１１に供給されるので、潤滑の維持力が高い。

【0025】

第３実施形態でもグリース溜まり３０３は、回転方向に延びた溝となっていて、歯先１２側が開放している。第３実施形態では、グリース溜まり３０３の壁３３、３４は、歯３０１の外側に位置する壁３４が歯車３００の回転面Ｐに沿って広がり、歯３０１の内側に位置する壁３３が歯車３００の回転面Ｐに対して傾いている。外側の壁３４が回転面Ｐに沿って広がっていることにより、グリースが歯車３００外へと漏れにくい。また、内側の壁３３が回転面Ｐに対して傾いていることにより、グリースが壁３３に沿って円滑に噛み合い部１３へと供給される。

【0026】

図４は、本発明の第４実施形態における歯車４００を示す図である。図４（Ａ）には斜視図が示され、図４（Ｂ）には上面図が示されている。第４実施形態の説明において、第３実施形態と共通する構成には同じ符号が付されている。
第４実施形態の歯車４００も、第３実施形態の歯車３００と同様に、歯４０１と歯溝１０２とを備え、歯４０１は、噛み合い部１３と端部１４とを有する。そして、端部１４にグリース溜まり４０３が設けられ、グリース溜まり４０３は、回転方向に延びた溝となっている。

【0027】

一方、グリース溜まり４０３の壁３４、３５は、第４実施形態の場合、どちらも回転面Ｐに沿って広がっている。グリース溜まり４０３の壁３４、３５の向きが異なっているが、第４実施形態でも第３実施形態と同様に、グリース溜まり４０３は噛み合い部１３から食み出たグリースを受け止めて溜めることができる。そして、グリース溜まり４０３に溜まったグリースは、噛み合い部１３の歯面１１に供給されるので、潤滑の維持力が高い。

【0028】

図５および図６は、本発明の第５実施形態における歯車機構６００を示す図である。図５には斜視図が示され、図６には上面図が示されている。第５実施形態の説明において、第４実施形態と共通する構成には同じ符号が付されている。
第５実施形態の歯車機構６００は、複数（例えば２つ）の歯車４００、５００が噛み合った構造を有する。２つの歯車４００、５００のうち小さい方の歯車４００は、第４実施形態の歯車４００であり、大きい方の歯車５００も、第４実施形態の歯車４００と同様の構造を有する。

【0029】

歯車４００、５００の歯４０１、５０１が噛み合う箇所Ｒでは、歯面１１からグリースが押し出され、グリースは噛み合い部１３から端部１４へと移動する。そして、グリースはグリース溜まり４０３、５０３に受け止められる。また、第５実施形態の歯車機構６００では、歯４０１、５０１が噛み合う箇所Ｒで、グリース溜まり４０３、５０３の壁３４同士が互いに組み合って一連の壁３４となる。

【0030】

従って、第５実施形態の歯車機構６００では、端部１４へのグリースの移動が大きい箇所Ｒにおいて、歯車４００、５００の外へのグリースの漏れが抑制されることになり、潤滑の維持力が高い。
次に上述した各実施形態の歯車や歯車機構が適用されるアクチュエータについて説明する。

【0031】

図７は、電動アクチュエータ７００の構造を示す断面図である。図７には、電動アクチュエータ７００の出力軸中心に沿う面で切断された断面の図が示されている。また、一部の要素については、理解の便宜上、断面ではなく外観が示されている。
本実施形態の電動アクチュエータ７００は、回転運動を直線運動に変換するボールねじを利用することにより、モータから入力された回転力を軸力（軸に沿う方向の力）に変換して出力するボールねじ式直動型アクチュエータである。電動アクチュエータ７００は、本発明のアクチュエータの一実施形態に相当する。

【0032】

本実施形態の電動アクチュエータ７００は、ボールねじ７１０と、伝達ギア７２０と、入力側回転軸７２２と、出力軸７３０と、玉軸受け７５１と、軸受ハウジング７５０と、モータ７６０と、減速機７７０と、図示が省略されたハウジングを備えている。
伝達ギア７２０は入力側回転軸７２２に固定されている。伝達ギア７２０は減速機７７０を介してモータ７６０から回転力を受けて入力側回転軸７２２に回転力を伝達する。ボールねじ１０は、入力側回転軸７２２を介して伝達された回転力による回転運動を直線運動に変換する。

【0033】

出力軸７３０は、ボールねじ７１０のナット７１３に連結され、ボールねじ７１０により上記回転力から変換された軸力を出力する。ボールねじ７１０および出力軸７３０は、図示が省略された略筒状のハウジングに内包されており、ハウジングは電動アクチュエータ３５０全体を保持している。

【0034】

玉軸受け７５１は、ボールねじ７１０のねじ軸７１１および入力側回転軸７２２を回転自在に保持している。軸受ハウジング７５０は、玉軸受け７５１をハウジングに対して固定している。
ボールねじ７１０は、螺旋状のねじ溝７１１ａを外周面に有するねじ軸７１１と、ねじ軸７１１のねじ溝７１１ａに対向する螺旋状のねじ溝７１３ａを内周面に有するナット７１３と、両ねじ溝７１１ａ、７１３ａにより形成される螺旋状のボール転動路内に転動自在に装填された複数のボール（図示せず）と、前記ボールを前記ボール転動路の終点から始点へ戻し循環させるボール循環路（図示せず）と、を備えている。

【0035】

前記ボールは、前記ボール転動路内を移動しつつねじ軸７１１の回りを回って前記ボール転動路の終点に至り、そこで前記ボール転動路から掬い上げられて前記ボール循環路の一方の端部に入る。前記ボール循環路に入った前記ボールは前記ボール循環路内を通って前記ボール循環路の他方の端部に達し、そこから前記ボール転動路の始点に戻されるようになっている。

【0036】

なお、ねじ軸７１１、ナット７１３および前記ボールの素材は特に限定されるものではなく、一般的な材料が使用可能であり、例えば鋼等の金属やセラミックがあげられる。また、ねじ溝７１１ａ、７１３ａの断面形状は、円弧状でもよいしゴシックアーク状でもよい。

【0037】

ボールねじ７１０は、前記ボールを介して間接的に係合されたナット７１３とねじ軸７１１とが相対的に回転運動させられると、前記ボールの転動を介してねじ軸７１１とナット７１３とが軸方向に相対的に直線移動する。そして、前記ボール転動路と前記ボール循環路により無端状のボール通路が形成されており、前記ボール転動路内を転動する前記ボールが無端状の前記ボール通路内を無限に循環するようになっているため、ねじ軸７１１とナット７１３とは継続的に直線移動することができる。ねじ軸７１１の回転方向によって、ナット７１３の直線移動方向が決定する。

【0038】

ナット７１３は、連結要素７５３により、出力軸７３０に連結されている。本実施形態では一例として２つの連結要素７５３が備えられている。ナット７１３が直線移動すると、その軸力が連結要素７５３によって出力軸７３０に伝達され、出力軸７３０がナット７１３とともに直線移動するので、出力軸７３０から軸力が出力される。

【0039】

入力側回転軸７２２から出力軸７３０に至る機構が、本発明にいう駆動機構の一例に相当し、本実施形態の場合は外力の一例として軸力が出力される。
減速機７７０は、複数のギア７７１、７７２、７７３を有し、歯数が異なるギアがかみ合って回転することにより、モータ７６０側の回転速度に対して伝達ギア７２０側の回転速度を低下させる。このように回転速度が低減されることにより、伝達ギア７２０側ではモータ７６０側での回転力（回転トルク）よりも大きな回転力（回転トルク）が生じる。

【0040】

減速機７７０が有する複数のギア７７１、７７２、７７３および伝達ギア７２０の一部あるいは全部に対して上記歯車１００、２００、３００、４００、５００や上記歯車機構６００が適用される。電動アクチュエータ７００などにおいては、潤滑剤の攪拌抵抗が大きいフルパックは採用が困難であるが、上記歯車１００、２００、３００、４００、５００や上記歯車機構６００の適用によってギア７７１、７７２、７７３および伝達ギア７２０における潤滑性が維持される。

【0041】

なお、上記説明では、本発明のアクチュエータの一実施形態としてボールねじ式直動型アクチュエータが例示されているが、本発明のアクチュエータは、ボールねじ以外の駆動機構を備えた直動型アクチュエータであってもよいし、回転型や曲線移動型のアクチュエータであってもよいし、手動型やエンジン駆動型のアクチュエータであってもよい。

【0042】

また、上記説明では、本発明が平歯車に適用された例が示されているが、本発明の歯車および歯車機構は、斜歯歯車や山歯歯車や傘歯車などに適用されてもよい。
また、上記説明では、潤滑剤としてグリースが用いられる例が示されているが、本発明の歯車および歯車機構には、グリース以外の潤滑剤が用いられてもよい。

【符号の説明】

【0043】

１００、２００、３００、４００、５００…歯車、
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１…歯、１１…歯面、１２…歯先、
１３…噛み合い部、１４…端部、１０２…歯溝、２１…歯底、
１０３、２０３、３０３、４０３、５０３…グリース溜まり、
３１、３２、３３、３４、３５…壁、６００…歯車機構、７００…電動アクチュエータ、
７１０…ボールねじ、７２０…伝達ギア、７２２…入力側回転軸、７３０…出力軸、
７６０…モータ、７７０…減速機、７７１、７７２、７７３…ギア

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】