JP2001116112A - 軽量歯車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大型の歯車の搬送作業・移動作業・取り付け
作業の労力を軽減できる軽量で強固な歯車を提供する。 【解決手段】 金属製の歯車において、円筒状の外周面
に歯部５を備え、内周面をテーパ面１２にした歯部体２
として、歯部体の内周面７と密着する支持体の外周面８
を備えた支持体３として、支持体の内周面９に密着する
軸支持体４として、分離した部位により加工容易にす
る。各部位は、摩擦溶接により一体化して、軽量材とか
リブにより支持したものとかの軽量な支持体３と強固な
鋼材の歯部体２と鋼材の軸支持体４により構成された軽
量歯車１によって、変速機を軽量にでき、機械損失を少
なくする効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、強固な歯部と軸支
持部材とを備え、歯部と軸部との連結を軽量な支持体で
形成した金属製の歯車に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の金属製の歯車５０は、材料を歯車
の強度に合った材質として、丸材等を歯車の仕上げ寸法
より大きめの径と幅を持つ値で切断し、切断した材料を
旋盤加工により寸法にあった外周径・幅・軸穴径等のベ
ースを仕上げる。ベースを仕上げしたものは、外周面に
歯部５の加工をする歯切盤により歯部５が形成される。

【０００３】歯部５は、小型でより大きな強度を得るた
めに、歯部５の表面処理である焼入れ工程・ガス浸透処
理工程をしていた。表面処理をすることは材料以上の硬
度を得ることができるために、一般に行われている。歯
車の小型軽量なものは、旋盤加工・歯切り加工・表面加
工のための移動及び取り付けが容易であるが、重量もの
で大型なものについてはクレーン・リフト等により加工
機械に取り付け・移動・搬送を行っていた。また、大型
歯車では材料を軽量化するために、材料の制作工程にお
いて、型に嵌め込んで、歯部を支える支持部の肉部を薄
くしたり透孔をあけたりして軽量化していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の歯車で
は、丸材から加工するものにしても型から加工するもの
についても、同一材質から歯車が形成されるために、歯
部以外の支持部にも強固な材料を使用することになり、
歯車の材料費のコストアップになっていた。また、歯車
をより軽量化するためには、材料を肉薄したり透孔を備
えたりして軽量化しても限界があり、より強い材質によ
って小型化すると材料費が高価なものとなり、コストア
ップを避けることができなかった。

【０００５】本発明は、歯車を軽量化して強固な歯部を
備える支持部を制作することを目的にして、歯部と支持
部とを別加工にして加工容易なものとし、軽量な異材の
部位として一体化することで歯車を形成すると共に、支
持部を軽量材で安価な異材を採用して、強固で制作容易
にして搬送及び取り付け移動等を軽減した安価な軽量歯
車を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１の発明は、金属製の円板形状の歯車であっ
て、外周面を歯部として、内周面をテーパ状にした円筒
形状の歯部体する。歯部体の内周面には支持体を挿入し
て固定する。支持体は、歯部体の内周面に重合するテー
パ状の外周面を備えた外輪を設け、中心部に内周面を備
えた内輪を設け、外輪と内輪を支持可能にしている。支
持体の内周面には軸支持体を挿入して固定する。軸支持
体は、支持体の内周面に重合するテーパ状の外周面を備
え、内周面に軸を挿入できる様にしている。軽量歯車
は、歯部体と支持体と軸支持体とを一体にすることで構
成されている。

【０００７】請求項２の発明は、請求項１の発明の支持
体の側面にリブを形成して歯部体と軸支持体とを支持し
て軽量化する構成とする。請求項３の発明は、請求項１
の発明の歯部体と支持体とを一体化するには歯部体の内
周面と支持体の外周面とを重合させて摩擦溶接による構
成とする。請求項４の発明は、請求項３の発明の歯部体
と支持体とは異なる材質の金属を使用して摩擦溶接によ
り一体化する構成とする。請求項１の構成では、歯部体
と支持体と軸支持体とに分離されているので、加工の移
動・搬送が容易にでき、分離された各部位によって、よ
り軽量に加工が可能になる。そして、一体化すると強固
になると共に軽量な歯車を形成する作用がある。

【０００８】請求項２の構成では、支持体にリブを備え
ているので強固になり、肉を薄くすることができる作用
がある。

【０００９】請求項３の構成では、摩擦溶接により確実
に均等された接合ができ、異なる材質のものでも接合で
きる作用がある。

【００１０】請求項４の構成では、歯車の大きな体積を
占める支持体に軽量材を採用することで軽量化する作用
がある。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の軽量歯車１の実施形態に
ついて、図に示し説明する。図１は、一実施例として歯
部体２を円筒形状にして、歯部体の外周面６に歯部５を
加工している。歯部体２は、材料をパイプ材を切断した
リング材にして、自動機等の旋盤によりベース加工を行
い、歯部体の外周面６を水平な平行面にして、歯切盤に
より歯部５を加工する。

【００１２】歯部体の内周面７は、テーパ状にしてある
ため円筒形状の一端側の円径より他端側の円径が若干小
さくなっている。歯部体２は、歯切加工を終了後に表面
処理が行われる。表面処理は、歯部５のみに行われ、材
質によって方法が異なるが焼き入れによる方法と、液体
・気体を浸透させる方法とにより歯部５の表面強度を上
げることが出来る。

【００１３】支持体３は、軽量化するために軽量材であ
るアルミ材を使用して説明する。アルミ材は、引き抜き
方法により図１のようにリブ１１を３本形成した状態で
押し出され、長尺（１２ｍ）の素材が定尺として複数本
が製造される。素材は、歯部体２の幅の加工寸法に合わ
せて切断される。支持体の外周面８は、歯部体の内周面
９のテーパ面１２に合わせた傾斜角度で加工される。支
持体の内周面９は、一端側の内径と他端側の内径が異な
るテーパ面１２に加工して、軸支持体４を挿入可能にし
てある。

【００１４】軸支持体４は、パイプ材を切断してベース
加工したもので、支持体の内周面９のテーパ面１２に合
った傾斜角度で外周を仕上げてある。軸穴１４は、軸が
固定されるキー溝１５付きであり、入力軸とか出力軸と
かを固着されるようにした平行面にしてある。キー溝１
５付きのものは単体のうちに加工しておくと移動・搬送
が容易になる。

【００１５】図２は、歯部体２を上述したものと同様に
して、支持体３を円板状の支持体１７にしている。円板
状の支持体１７は、丸材を切断して歯部体の内周面７の
テーパ面１２に合わせた支持体の外輪１８と軸支持体４
を軸着可能にした支持体の内輪１９を加工してある。丸
材は、鋼材でもアルミ材でもよく、軽量化を図るために
円板状にしてある。加工は、旋盤等により制作してもよ
いが、プレス等による型で制作してもよい。

【００１６】図３は、軽量歯車１を分離したもので、歯
部体２が歯部５と歯部体の内周面７を備えた状態になっ
ている。支持体３は、支持体の外周面８と支持体の内周
面９を仕上げた状態にしてある。軸支持体１３は外周面
と軸穴１４があり、軸穴１４にベアリング・メタル等の
軸受を介して軸着したアイドル歯車に採用してもよい。

【００１７】図４は、分離した各部位を一体加工したも
ので、摩擦溶接により溶着させたものである。摩擦溶接
は、溶接するものをチャックで掴んで高速回転させ、溶
接されるものをベットに固定しておき、高速回転するチ
ャックを油圧力によりベットへ接近させて、摩擦熱によ
り溶解したところを圧接させることで異材でも接合する
ことができる。

【００１８】摩擦溶接の作業は、摩擦溶接機の高速回転
と油圧装置により上下動するチャックに支持体３を固定
して、ベットに歯部体２を回転不可能に固定し、チャッ
クを掴んだ支持体３を高速回転させ、ベットに固定して
ある歯部体の内周面７のテーパ面１２に重合させる方向
に接近させる。歯部体２は、歯部５をすでに加工して表
面処理もした完成品にしてある。

【００１９】歯部体の内周面７と支持体の外周面８とが
接触すると、摩擦熱により溶解が始まると圧接させる様
に油圧力より更に接近させてからチャックの回転を急停
止させ、油圧力を数秒間保持させ、チャックを開きベッ
トから遠ざける。ベットに固定してある歯部体２は、支
持体３が挿入されて一体に固定された状態となって、取
り外すして冷却する。

【００２０】次に、支持体３と軸支持体４・１３とを溶
着する作業について説明する。摩擦溶接機のチャックが
軸支持体４・１３を掴み、ベットに上述した歯部体２と
支持体３とを一体に溶接したものを固定する。軸支持体
４は、鋼鉄製のもので内径に備えるキー溝１５を溶接す
る前に加工しておくとよい。摩擦溶接機のチャックは、
高速回転してベットの方向に進み支持体の内周面９に合
わせて軸支持体４・１３を重合させる。

【００２１】支持体の内周面９は、チャックに掴まれた
軸支持体４・１３が高速回転して接触するために、溶解
する。溶解したときに、チャックは支持体の内周面９に
圧接して急停止する。チャックが開いて、掴んでいた軸
支持体４・１３を解放する。軸支持体４・１３と支持体
３が固定されることで、軽量な歯車を形成することがで
きる。３種類の部位を溶接した後は、摩擦溶接による溶
接部が凹凸状になり、側面を旋盤により仕上げ加工をす
るとよい。支持体３は、プレス加工したものでもよく、
支持体の外周面８と支持体の内周面９を支えるリブ１１
を数本の棒状のものとか、複数本をクロスさせたスボー
ク状のものにしてもよい。材質は軽量なアルミ等を使用
することが多く、剛性の高いものに仕上げている。ま
た、支持体３を緩衝部材となるばね材・棒材を採用した
クラッチの作用をさせてた装置にしてもよい。

【００２２】

【発明の効果】請求項１の発明では、歯車を各部位ごと
に分離してあるため、加工における搬送・移動・取り付
けに必要な労力を軽減することができ、一体化した歯車
も軽量なものになり、歯車の噛合による変速装置も軽量
な装置になる効果がある。請求項２の発明では、支持体
をリブにより支持することで、より軽量で強固な歯車を
形成することができる効果がある。請求項３の発明で
は、摩擦溶接する接触面をテーパ状にしているため、重
合が容易にでき、溶接による不良が少ない効果がある。
請求項４の発明では、支持体を軽量な材質に変えても、
摩擦溶接なら溶着させることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の軽量歯車の分離状態を示し、支持体に
リブを備えた斜視図。

【図２】量歯車の支持体を円板状のものを採用した、分
離状態を示す斜視図。

【図３】支持体にリブを備えた軽量歯車の分離状態を示
す側面断面図。

【図４】図３の軽量歯車を一体化した側面断面図。

【図５】従来の歯車を示す斜視図。

【符号の説明】

１ 軽量歯車 ２ 歯部体 ３ 支持体 ４ 軸支持体 ５ 歯部 ６ 歯部体の外面 ７ 歯部体の内周面 ８ 支持体の外面 ９ 支持体の内周面 １１ リブ １２ テーパ面 １５ キー溝 １７ 円板状の支持体 １８ 支持体の外輪 １９ 支持体の内輪

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属製の円板形状の歯車において、外周
   面に歯部を備え、内周面をテーパ状にした円筒形状の歯
   部体と、歯部体に挿入可能にするテーパ状の外周面を備
   え、中心部に軸支持体を固定可能にした内周面を設けた
   支持体と、支持体の中心部へ挿入可能にする外周面を備
   え、内周面に軸を挿入可能にした軸支持体と、を一体化
   したことを特徴とする軽量歯車。
2. 【請求項２】 支持体は、側面にリブを備えて形成した
   ことを特徴とする請求項１記載の軽量歯車。
3. 【請求項３】 歯部体と支持体との一体化は、歯部体の
   内周面と支持体の外周面とを摩擦溶接することを特徴と
   する請求項１記載の軽量歯車。
4. 【請求項４】歯部体と支持体とは異材であることを特徴
   とする請求項３記載の軽量歯車。