JP2010167446A - 歯車構造体とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストの歯車構造体を実現する技術を提供する。
【解決手段】歯車構造体１００は、準備工程と歯切り工程と嵌合工程と荷重工程を経て製造される。準備工程では、第１直径部と第２直径部を有するギアブランクを準備する。歯切り工程では、第１直径部の外周に歯車２の歯４を切るとともに、第２直径部の外周に歯車２の歯溝と一直線上に並ぶ溝を切る。第２直径部は、歯車２のハブ６である。嵌合工程では、リング８を第２直径部（ハブ）６に嵌合する。荷重工程では、リング８の内周面が第２直径部６の溝内に塑性流動し、リング８が第２直径部６に固定されるまでリング８を軸線方向に荷重する。
【選択図】図１１

Description

本発明は、歯車に同軸にリングが固定されている歯車構造体に関する。特に、本発明は、塑性結合を利用した歯車構造体の製造方法に関する。

歯車のシャフトあるいはハブにリングが固定された歯車構造体が知られている。従来の歯車構造体では、シャフトに通したリングを軸方向に荷重し、リングの塑性変形によってリングをシャフトに固定する手法が多く用いられる。塑性流動現象によって２つの部材を固定する手法は、塑性結合と呼ばれている。特許文献１には、リングをシャフトに強固に固定するため、歯車のシャフトの周面に溝を形成し、シャフトに通したリングの内周面が溝内に塑性流動するまでリングを軸方向に荷重し、両者を強固に結合する技術が開示されている。

実開昭５９−８５６４４号公報

特許文献１の技術では、シャフトに歯車を形成する工程と、シャフトに溝を形成する工程を個別に実施する。そのため、歯車構造体の生産性が悪い。本明細書は、生産性の高い歯車構造体を実現する技術を提供する。

歯車の製造工程には、ギアブランクに歯を切る工程が含まれる。本明細書が開示する技術は、ギアブランクに歯を切る工程において、リングを固定するための溝を、歯と同時に切る。そのような工程を採用することによって、歯車構造体の生産性が向上する。

本明細書が開示する技術の一つは、歯車に同軸にリングが固定されている歯車構造体の製造方法に具現化することができる。その製造方法は、準備工程、歯切り工程、嵌合工程、及び荷重工程を備える。準備工程では、第１直径部と第２直径部を有するギアブランクを準備する。第１直径部は、歯車が形成される予定の部位に相当する。第２直径部は、リングを固定する予定の部位に相当する。歯切り工程では、歯切り工具によって、第１直径部の外周に第１歯車の歯を切るとともに、第２直径部の外周に第１歯車の歯溝と一直線に並ぶ溝を切る。嵌合工程では、第２直径部の外径と略同径の内径を有するリングを第２直径部に嵌合する。荷重工程では、リングを軸方向に荷重する。荷重は、リングの内周面が第２直径部の溝内に塑性流動してリングが第２直径部に固定されるまで加えられる。上記したように、歯切り工程でリングを固定する溝を同時に加工するので、リングが固定された歯車構造体を効率よく製造することができる。

なお、第２直径部の直径は第１直径部の直径よりも小さいことが好ましい。そのように構成することによって、第２直径部の周方向の溝間隔を広くすることができる。溝と溝の間の周面がリングの内周面と当接することによって、リングと第２直径部との軸合わせを精密にすることができる。第２直径部の直径を第１直径部の直径よりも小さくする小径化工程は、歯切り工程に先立って実施してもよいし、歯切り工程に続いて実施してもよい。前者の場合、準備工程において、第１直径部と、第１直径部よりも小さい直径の第２直径部を有するギアブランクを準備すればよい。後者の場合、ギアブランクが有する第１直径部と第２直径部は、同径であってもよい。

嵌合工程では、第２直径部に、第２直径部の外径と略同径の中心孔を有するリングを嵌合する。リングの内周面の一部が第２直径部の周面に当接し、リングが歯車に同軸に位置合わせされる。なお、第２直径部の外径よりも僅かに小さい径の中心孔を有するリングを圧入嵌合してもよい。

上記の製造方法はさらに、歯車に同軸に円板を固定するときの結合用のスペーサリングとして上記のリングを利用することができる。すなわち、嵌合工程ではさらに、リングの外径と略同径の中心孔を有するとともにその中心孔の内周面に溝が形成されている有孔円板を、リングの外側に嵌合してもよい。この場合、荷重工程では、リングの内周面が第２直径部の溝内に塑性流動するとともに、リングの外周面が有孔円板の溝内に塑性流動するまでリングを軸方向に荷重する。上記したように、第２直径部の周面にリングの内周面が位置合わせされ、リングは歯車に同軸に固定される。同時に、有孔円板の内周面がリングの外周面に位置合わせされ、有孔円板はリングに同軸に固定される。その結果、有孔円板を歯車に同軸に固定することができる。なお、リングに加えて有孔円板を用いる場合、「有孔円板」が、歯車構造体のリングに相当する。この場合、「第２直径部に嵌合するリング」は、歯車と「歯車構造体のリング（有孔円板）」を固定するための「スペーサリング」として機能する。

本明細書が開示する技術の他の一つは、歯溝と一直線に並ぶとともに歯溝の底と面一の底の溝が形成されたハブを有する歯車と、塑性変形によって内周面がハブの溝に突出してハブに固定されているリングを備える歯車構造体に具現化することもできる。そのような歯車構造体は、高い生産性で製造されるので、低コストである。

本明細書に開示する技術によれば、低コストの歯車構造体を実現することができる。

実施例１の歯車構造体（２段歯車）の断面図を示す。 図１のII−II線に沿った断面図を示す。 図２の破線で囲った部分の拡大図を示す。 実施例１の歯車構造体の製造方法を説明する図を示す（１）。 実施例１の歯車構造体の製造方法を説明する図を示す（２）。 実施例１の歯車構造体の製造方法を説明する図を示す（３）。 実施例１の歯車構造体の製造方法を説明する図を示す（４）。 実施例１の歯車構造体の製造方法を説明する図を示す（５）。 実施例１の歯車構造体の製造方法を説明する図を示す（６）。 実施例１の歯車構造体の製造方法を説明する図を示す（７）。 実施例１の歯車構造体の製造方法を説明する図を示す（８）。 実施例１の歯車構造体の製造方法を説明する図を示す（９）。 実施例２の歯車構造体の断面図を示す。 実施例２の歯車構造体の製造方法を説明する図を示す（１）。 実施例２の歯車構造体の製造方法を説明する図を示す（２）。

実施例を説明する前に、各実施例の技術的特徴の幾つかを以下に簡潔に記す。なお、主要な技術的特徴は、各実施例の説明に含まれている。
（特徴１）歯車構造体は、同軸の第１歯車と第２歯車を有する２段歯車である。
（特徴２）実施例１の２段歯車は、歯溝と一直線に並ぶ溝が形成されたハブを有する第１歯車と、塑性変形によって内周面が溝に突出してハブに固定されている第２歯車を備える。
（特徴３）実施例２の２段歯車は、ハブ付第１歯車と、ハブに嵌合しているスペーサリングと、中心孔の内周面に溝が形成されており、スペーサリングの外周に嵌合している第２歯車を備えている。スペーサリングの内周面と外周面が塑性変形し、夫々がハブの溝内と第２歯車の溝内に突出して第２歯車が第１歯車に固定されている。

図１から図３を参照し、実施例１の歯車構造体を説明する。本実施例では、歯車構造体の一例として、第１歯車２のハブ６に第２歯車８が固定されている２段歯車１００について説明する。図１は、２段歯車１００の軸線に沿った断面図を示す。図２は、図１のII−II線に沿った断面図を示す。図３は、図２の破線１８で囲った部分の拡大図を示す。

図１は、２段歯車１００の断面図を示している。２段歯車１００は、第１歯車２と第２歯車８を備えている。第１歯車２は、外歯群４と、ハブ６を有する。外歯群４は、歯切り工具によって、第１歯車２の外周面に形成されている。図１の符号２Ｍは、第１歯車２の軸線を示している。第２歯車８はリング状であり、第１歯車２に同軸に固定されている。より詳細に説明すると、第２歯車８の内周面が、第１歯車２のハブ６の外周面に固定されている。第２歯車８の外周に外歯群１０が形成されている。また、第２歯車８は、その内周側に、製造過程で生じた窪み１２を有している。窪み１２は、第２歯車８の周方向に沿って形成されている。

図２に示すように、第１歯車２のハブ６の外周面２０に、複数の溝１６が形成されている。第２歯車８の内周面１４は、ハブ６の外周面２０に接している。そのため、第２歯車８の軸線は、第１歯車２の軸線２Ｍに等しい。第１歯車２と第２歯車８は、軸線２Ｍに対して同軸に配置されている。

図３を参照し、ハブ６と第２歯車８の結合状態について説明する。図３に示すように、第２歯車８の内周面１４は、ハブ６の外周面２０に当接している。また、第２歯車８の内周面１４の一部が、ハブ６に形成されている溝１６内に塑性変形して突出している。それにより、第２歯車８がハブ６に固定されている。溝１６は、第１歯車２の外歯４の歯溝４ａと同形であり、軸方向に沿って歯溝４ａと一直線に並んでいる。

図４から図１１を参照し、２段歯車１００の製造方法を説明する。まず、図４に示すように、厚肉部２２を有する中空のギアブランク１を準備する（準備工程）。説明の便宜上、厚肉部２２の軸線２Ｍ方向の上半分を第１直径部２４と称し、下半分を第２直径部２６と称する。第１直径部２４は、後に外歯群４が形成される予定の部位に相当する。第２直径部２６は、後に第２歯車８を固定するハブ６が形成される部位に相当する。図４に示すように、本実施例では、第１直径部２４の直径と第２直径部２６の直径が等しい。次に、歯切り工具を用いて、厚肉部２２に外歯群を切る（歯切り工程）。歯切り工程では、第１直径部２４から第２直径部２６に亘って外歯群４を切る。図５は、厚肉部２２に外歯群が形成された後の、V−V線に沿った断面の拡大図を示す。図５は、図３に示した範囲１８と同じ範囲を示す。図５に示すように、厚肉部２２（第１直径部２４と第２直径部２６）に、外歯群４が形成されている。なお、破線２２ａは、外歯群４が形成される前の厚肉部２２の外周面を示している。また、歯切り工程に先立って、ギアブランク１を熱処理してもよい。熱処理を施すとギアブランク１の強度が向上する。この外歯群４が、第１歯車２の外歯群に相当する。以後、外歯群４を切った後のギアブランク１を第１歯車２と称する。

次に、図６に示すように、第２直径部２６の外径を第１直径部２４の外径よりも小さくする（小径化工程）。その結果、第１直径部２４には、歯切り工程で形成された外歯群４がそのまま残り、第２直径部２６は、外歯群４と一直線に並ぶ溝を有するハブ６となる。ハブ６（第２直径部２６）の直径Ｒ６は、ギアブランク１の軸線２Ｍ方向の端部の直径よりも大きく、第１歯車２の外歯群４の外径（第１直径部２４の直径）よりも小さい。図７は、図６のVII−VII線に沿った拡大断面図を示す。図７に示すように、第１直径部２４に外歯群４が形成され、第２直径部２６（ハブ６）に溝１６が形成される。前述したように、第１直径部２４と第２直径部２６は、元々同じ厚肉部２２である。そのため、外歯群４の歯溝４ａとハブ６の溝１６は、軸方向に沿って一直線上に並ぶ。歯切り工程と小径化工程が終了すると、溝１６が形成されたハブ６を有する第１歯車２が完成する。なお、本実施例では、外歯群の仕上げ工程（シェービング工程や研磨工程等）の説明は省略する。

なお、歯切り工程に先立って小径化工程を実施することもできる。その方法を、図８と９を参照して説明する。まず、図８に示すように、厚肉部２２の軸線２Ｍ方向の一部分を小径化し、第１直径部２４と、第１直径部２４よりも小径の第２直径部２６を形成する（小径化工程）。その結果、第１直径部２４と、第１直径部２４よりも小径の第２直径部２６を有するギアブランク１を準備することができる（準備工程）。その後、歯切り工具を用いて、第１直径部２４に外歯群４を切りつつ、第２直径部２６に溝１６を切る（歯切り工程）。歯切り工程について、図９を参照して説明する。歯切り工程では、第１直径部２４に外歯群４を切りつつ、第２直径部２６に溝１６を切る。このときに、外歯群４の歯先が第２直径部２６の外周面よりも外側に位置し、外歯群４の歯溝４ａが第２直径部２６の外周面よりも内側に位置するように、外歯群４を形成する。それにより、第２直径部２６に溝１６が形成される。隣接する溝１６の間に第２直径部２６の外周面が残存する。

２段歯車１００の製造方法について説明を続ける。図１０に示すように、中空孔１４を有する第２歯車８（リングの一例）を準備する。中空孔１４の直径Ｒ１４は、ハブ６の直径Ｒ６（図６を参照）とほぼ同径である。次に、図１１に示すように、第２歯車８をハブ６に嵌合する。図１２は、第２歯車８をハブ６に嵌合させた後の、XII−XII線に沿った拡大断面図を示す。図１２に示すように、第２歯車８の内周面１４が、ハブ６の外周面２０に当接する。その結果、第２歯車８が、第１歯車２と同軸に位置合わせされる（図１１を参照）。なお、第２歯車８をハブ６に嵌合した直後は、図１２に示すように、ハブ６の溝１６内は空洞である。

次に、図１１に示すように、第２歯車８を軸線２Ｍ方向に荷重する。図１１の符号Ａは、荷重の位置と方向を示している。本実施例では、第２歯車８の中空孔１４側、すなわちハブ６との嵌合部付近を軸線方向に荷重する（荷重工程）。荷重は、第２歯車８の内周面がハブ６の溝１６内に塑性流動し、第２歯車８がハブ６に固定されるまで続けられる（図３を参照）。第２歯車８を符号Ａ方向に荷重することによって、第２歯車８に窪み１２が形成されることがある（図１も参照）。

以上の工程により、２段歯車１００が完成する。その後、第２歯車８の外周部（外歯群１０）を熱処理してもよい。第２歯車８の強度が向上する。なお、上記の工程に代えて、第２歯車８用のギアブランクをハブ６に固定し、そのギアブランクを熱処理した後に、ギアブランクの外周面に外歯群１０を切ってもよい。

図１３を参照し、実施例２の歯車構造体を説明する。歯車構造体は、実施例１の２段歯車１００の変形例であり、ハブ６と第２歯車２０８の固定方法が２段歯車１００と異なるだけである。実施例１の２段歯車１００と同じ部品については、同じ符号を付すことにより説明を省略することがある。

２段歯車２００は、同軸の第１歯車２と第２歯車２０８を有する。２段歯車２００は、ハブ６と第２歯車２０８（有孔円板の一例）の間に、スペーサリング（リングの一例）５０が介在している。より正確にいうと、スペーサリング５０がハブ６に固定されており、スペーサリング５０に第２歯車２０８が固定されている。結果的に、第２歯車２０８が第１歯車２のハブ６に固定される。第２歯車２０８の内周面２１４には、複数の溝２４２が形成されている。スペーサリング５０の内周面５４が塑性変形してハブ６の溝１６内に突出している。また、スペーサリング５０の外周面５２が塑性変形して第２歯車２０８の溝２４２内に突出している。その結果、第１歯車２（ハブ６）に第２歯車２０８が固定されている。

図１４と図１５を参照し、２段歯車２００の製造方法を説明する。図１４と図１５に示す領域は、実施例１の図７に示した領域に相当する。なお、第１直径部２４に第１歯車２の外歯群４を形成し、第２直径部２６に溝１６を形成するまでの工程（歯切り工程と小径化工程）は、２段歯車１００と同じなので説明を省略する。まず、図１４に示すように、ハブ６にスペーサリング５０を嵌合させ、スペーサリング５０に第２歯車２０８を嵌合させる（嵌合工程）。スペーサリング５０の内周面５４の径は、ハブ６の外周面２０の径にほぼ等しい。また、スペーサリング５０の外周面５２の径は、第２歯車２０８の内周面２１４の径にほぼ等しい。そのため、図１３に示すように、第２歯車２０８は、第１歯車２と同軸に位置する。なお、図１４に示す段階、すなわち嵌合工程の直後では、溝１６、２４２内は空洞である。

次に、スペーサリング５０を、軸線２Ｍ方向に沿って荷重する（荷重工程：図１１も参照）。図１５に示すように、スペーサリング５０の内周面５４の一部が溝１６内に塑性流動する。同時に、スペーサリング５０の外周面５２の一部が溝２４２内に塑性流動する。その結果、スペーサリング５０を介して第２歯車２０８がハブ６（第１歯車２）に固定される。その後、第２歯車２０８の外周部を熱処理してもよい。なお、２段歯車２００でも、歯が形成されていない有孔円板（第２歯車のギアブランク）２０８をスペーサリング５０に固定し、有孔円板２０８を熱処理した後に、有孔円板２０８の外周面に外歯群を切ってもよい。

実施例の好適な変形例を説明する。上記実施例では、第１歯車のハブに第２歯車が固定されている２段歯車について説明した。実施例で説明した技術は、２段歯車以外の歯車構造体に適用することもできる。実施例で説明した技術は、例えば第１歯車のハブに、円板状のリングが固定されている歯車構造体に適用することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１：ギアブランク
２：第１歯車
６：ハブ
８：第２歯車（リング）
１６：第２直径部の溝
２４：第１直径部
２６：第２直径部
５０：スペーサリング（リング）
１００、２００：２段歯車（歯車構造体）
２０８：第２歯車（有孔円板）
２４２：有孔円板の溝

Claims (3)

1. 歯車に同軸にリングが固定されている歯車構造体の製造方法であって、
   第１直径部と第２直径部を有するギアブランクを準備する準備工程と、
   第１直径部の外周に歯車の歯を切るとともに、第２直径部の外周に前記歯車の歯溝と一直線に並ぶ溝を切る歯切り工程と、
   リングを第２直径部に嵌合する嵌合工程と、
   リングの内周面が第２直径部の溝内に塑性流動してリングが第２直径部に固定されるまで中空円板リングを軸方向に荷重する荷重工程と、
   を備えることを特徴とする歯車構造体の製造方法。
2. 嵌合工程ではさらに、内周面に溝が形成されている有孔円板をリングの外側に嵌合し、
   荷重工程では、リングの外周面が有孔円板の溝内に塑性流動して有孔円板とリングが第２直径部に固定されるまでリングを軸方向に荷重することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
3. 歯溝と一直線に並ぶ溝が形成されたハブを有する歯車と、
   塑性変形によって内周面が前記溝に突出してハブに固定されているリングと、
   を備えることを特徴とする歯車構造体。

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