JP2012237405A

JP2012237405A - 歯車

Info

Publication number: JP2012237405A
Application number: JP2011107541A
Authority: JP
Inventors: Tomoyasu Kotada; 智康孝忠; Shinya Saito; 伸也齋藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-05-12
Filing date: 2011-05-12
Publication date: 2012-12-06

Abstract

【課題】加工コストを低減しつつギヤノイズを低減させることができる歯車を提供すること。
【解決手段】本発明の一態様は、回転軸１８に装着されるハブ部１０と、ハブ部１０から回転軸１８の半径方向外側に向かって延びるフランジ部１２と、フランジ部１２の外端に設けられたリム部１４とを有し、リム部１４の外周面に歯形が形成される歯車において、フランジ部１２は、中心軸Ｓ方向についてリム部１４の中央の位置でリム部１４と連結するフランジ位置中央領域２２と中心軸Ｓ方向についてリム部１４の中央の位置からずれた位置でリム部１４と連結するフランジ位置端領域２４とを備えること、を特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、様々な機械装置において動力を伝達するための手段として用いられる歯車に関するものである。

車輌に搭載されるトランスミッションの一例として図７に示すように３軸タイプのトランスミッション１００は、トランスミッションケース１０２の内部にインプット軸１０４とカウンタ軸１０６とファイナル軸１０８を有している。インプット軸１０４とカウンタ軸１０６とファイナル軸１０８は、ベアリング１１０によって支持されている。そして各々の軸に、はすば歯車であるカウンタドライブギヤ１１２とカウンタドリブンギヤ１１４とファイナルドライブギヤ１１６とファイナルドリブンギヤ１１８が嵌合して装着されている。

カウンタドライブギヤ１１２は、インプット軸１０４に装着され、インプット軸１０４の回転を出力する歯車である。カウンタドリブンギヤ１１４は、カウンタ軸１０６に装着された歯車のうちカウンタドライブギヤ１１２に歯合する歯車であり、カウンタ軸１０６に回転を入力する歯車である。ファイナルドライブギヤ１１６は、カウンタ軸１０６に装着されたもう一方の歯車であり、カウンタ軸１０６の回転を出力する歯車である。ファイナルドリブンギヤ１１８は、ファイナル軸１０８に嵌着され、ファイナル軸１０８に回転を入力する歯車である。

そして、これらの歯車どうしが噛み合うことによって、インプット軸１０４にエンジンから入力される回転運動がカウンタ軸１０６を介してファイナル軸１０８へと伝達される。そして、ファイナル軸１０８に入力された回転運動は車輪を駆動する不図示のドライブ軸へと出力される。

このようなトランスミッションにおいては、従来より、はすば歯車や軸やベアリング等が回転することによる騒音の発生や、これらの振動がトランスミッションケース等に伝播しトランスミッションケース等が共振することによる騒音の発生が問題視されている。

そこで、このような騒音の発生、すなわちギヤノイズの発生を抑制するはすば歯車の一例として、特許文献１の歯車２００は、図８と図９に示すようにフランジ部２０２にＮＶ穴（ノイズバイブレーション穴）２０４と呼ばれる貫通孔を形成している。そしてこれにより、歯車２００内にて剛性変化を持たせてギヤノイズを低減している。このような歯車２００の製造においては、ギヤを熱処理した後にレーザ加工により溶断してＮＶ穴２０４を形成している。

また、特許文献２には、歯部の内径側の４箇所に周方向に等間隔をおいて穴とスポーク部が設けられた歯車が開示されている。そして、この歯車は、直線上に並ぶいずれか一対のスポーク部の軸線と一致する第１の中心線回りの面外曲げ剛性と、第１の中心線に直交する第２の中心線回りの面外曲げ剛性とを相違させている。

特開２００５−６９４０１号公報特開２００９−２１６１５３号公報

しかしながら、特許文献１の歯車２００では、ＮＶ穴２０４をレーザで溶断するので、加工コストが高くなってしまう。特に、フランジ部２０２の肉厚はある程度の肉厚を確保しており、かつ、熱処理後にＮＶ穴２０４を空けようとすると加工コストがさらに高くなってしまう。そして、レーザ設備などの加工設備が増加するので、加工コストが高くなってしまう。また、鍛造によりＮＶ穴を形成することも考えられるが、ＮＶ穴２０４の形状の自由度が制限されてしまう。そして、ＮＶ穴２０４が細長い形状の場合には、鍛造時に使用する成形型の型費が高くなって、加工コストが高くなるおそれがある。さらに、ＮＶ穴２０４を形成することにより歯車２００自体の強度を低下させることになる。特に、剛性変化を大きくするためにＮＶ穴２０４を大きく形成すると、歯車２００自体の強度が大きく低下してしまう。

また、特許文献２の歯車では、各々のスポーク部の間に特許文献１の歯車２００と同様に穴を設けているので、穴の加工にかかるコストが高くなってしまう。また、歯車自体の強度が低下してしまう。

そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、加工コストを低減しつつギヤノイズを低減させることができる歯車を提供すること、を課題とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、回転軸に装着されるハブ部と、前記ハブ部から前記回転軸の半径方向外側に向かって延びるフランジ部と、前記フランジ部の外端に設けられたリム部とを有し、前記リム部の外周面に歯形が形成される歯車において、前記フランジ部は、中心軸方向について前記リム部の中央の位置で前記リム部と連結する第１領域と前記中心軸方向について前記リム部の中央の位置からずれた位置で前記リム部と連結する第２領域とを備えること、を特徴とする。

この態様によれば、フランジ部は中心軸方向についてリム部の中央の位置でリム部と連結する第１領域と中心軸方向についてリム部の中央の位置からずれた位置でリム部と連結する第２領域とを備えるので、フランジ部の剛性が低減される。そのため、第１領域が弾性変形して撓むことにより、歯面に生じた振動の伝達が緩和されるようになる。したがって、効果的に歯面における振動の発生や伝達を抑制できるので、結果としてギヤノイズの発生を低減させることができる。

また、フランジ部にレーザ加工により溶断して穴を形成する必要がなく、例えば鍛造により第１領域と第２領域とを形成することが出来るので、加工コストを低減することができる。

上記態様においては、周方向について前記第１領域の長さを前記第２領域の長さよりも小さくすること、が好ましい。

この態様によれば、周方向について前記第１領域の長さを前記第２領域の長さよりも小さくするので、効果的に第１領域の剛性が低減される。そのため、噛み合い力がハブ部に伝達される割合が減少し、歯面における振動の発生や伝達が抑制され、ギヤノイズの発生が顕著に低減される。

上記態様においては、前記中心軸方向について前記第２領域の端部を前記ハブ部の端部と同じ位置または前記ハブ部の端部よりも内側の位置に形成すること、が好ましい。

この態様によれば、中心軸方向について第２領域の端部をハブ部の端部と同じ位置またはハブ部の端部よりも内側の位置に形成するので、第２領域を形成するために歯車のフランジ部を掘り込む深さを抑えることができる。そのため、加工コストを出来るだけ抑えることができる。

上記態様においては、前記中心軸方向について前記第２領域の端部を前記ハブ部の端部よりも外側の位置に形成すること、が好ましい。

この態様によれば、中心軸方向について第２領域の端部をハブ部の端部よりも外側の位置に形成するので、フランジ部の剛性変化を大きく持たせることができ、フランジ部の剛性をさらに低減させることができる。そのため、ギヤノイズの発生をさらに低減させることができる。

上記態様においては、前記中心軸方向の断面について前記ハブ部と前記第２領域との接続部分は前記中心軸方向の厚みよりも前記中心軸方向と交わる交差方向の厚みを小さくすること、が好ましい。

この態様によれば、中心軸方向の断面についてハブ部と第２領域との接続部分は中心軸方向の厚みよりも中心軸方向と交わる交差方向の厚みを小さくする。そして、中心軸方向に成形型を移動させて鍛造により第２領域を形成する場合に、中心軸方向の厚みについて鍛造を行うために必要な厚みとしておくことにより、フランジ部を鍛造により形成して加工コストを低減することができる。また、フランジ部の剛性をさらに低減させて、ギヤノイズの発生をさらに低減させることができる。

本発明に係る歯車によれば、加工コストを低減しつつギヤノイズを低減させることができる。

実施例１の歯車の正面図である。図１のＡ−Ａ断面図である。回転軸に装着した実施例１の歯車の外観斜視図である。実施例２の歯車の正面図である。図４のＢ−Ｂ断面図である。図５におけるハブ部とフランジ部との接続部分の拡大図である。車両に搭載されるトランスミッションの構成を示す模式図である。ＮＶ穴を形成した歯車の正面図である。図８のＣ−Ｃ断面図である。

以下、本発明を具体化した実施例について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜実施例１＞
まず、実施例１の歯車１について説明する。実施例１の歯車１は、図１と図２に示すように、ハブ部１０と、フランジ部１２と、リム部１４などを有している。なお、図１は実施例１の歯車１の正面図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。

ハブ部１０は、円筒形状に形成され、その内周面１６の内側に回転軸１８（図３参照）が差し込まれて、当該回転軸１８に嵌め合いながら装着される。フランジ部１２は、ハブ部１０から歯車１の半径方向（回転軸１８の半径方向）の外側に向かって形成され、ハブ部１０よりも歯車１の中心軸Ｓ方向（ハブ部１０の中心軸方向）の厚みを小さく形成した肉薄の部分である。リム部１４は、フランジ部１２の歯車１の半径方向の外側の端部にて歯車１の周方向の全周にわたって形成されている。そして、リム部１４の歯車１の半径方向の外周面には、歯形が形成された歯面２０が形成されている。

フランジ部１２は、ハブ部１０とリム部１４とを連結しており、フランジ位置中央領域２２とフランジ位置端領域２４とを備えている。ここで、フランジ位置中央領域２２は、フランジ部１２のうち、図２に示すように、フランジ部１２とリム部１４との連結部分２６が歯車１の中心軸Ｓ方向についてリム部１４の中央部分に位置している領域である。すなわち、歯車１の中心軸Ｓ方向について、フランジ位置中央領域２２の中心の位置は、リム部１４の中心の位置と一致している。なお、フランジ位置中央領域２２は、本発明における「第１領域」の一例である。

また、フランジ位置端領域２４は、フランジ部１２のうち、図２に示すように、フランジ部１２とリム部１４との連結部分２６が歯車１の中心軸Ｓ方向についてリム部１４の一方側の端（図２では右側の端）の部分に位置している領域である。すなわち、歯車１の中心軸Ｓ方向について、リム部１４の中央部分の位置とはずれた位置でフランジ位置端領域２４とリム部１４との連結部分２６が形成されている。そして、フランジ位置端領域２４の端部２８（図２の右側の端部）の位置は、リム部１４の端部３０（図２の右側の端部）の位置と一致している。また、歯車１の中心軸Ｓ方向について、フランジ位置端領域２４の端部２８は、ハブ部１０の端部３２（図２の右側の端部）よりも内側の位置に形成されている。なお、フランジ位置端領域２４は、本発明における「第２領域」の一例である。

そして、歯車１は、図１に示すように、周方向について３個のフランジ位置端領域２４が等間隔に設けられており、各々のフランジ位置端領域２４の間にフランジ位置中央領域２２が合計３個設けられている。また、歯車１の周方向について、３つのフランジ位置中央領域２２の長さＬ１は全て同じである。また、歯車１の周方向について、３個のフランジ位置端領域２４の長さＬ２も全て同じである。そして、フランジ位置中央領域２２の長さＬ１は、フランジ位置端領域２４の長さＬ２よりも小さく形成されている。図１に示す例においては、長さＬ１は長さＬ２の１／５〜１／６に形成されている。

このような構成の歯車１について、図３に示すように当該歯車１を装着した回転軸１８が矢印ａ方向に回転する場合を想定する。なお、図３は、回転軸１８に装着した歯車１の外観斜視図である。ここでは、歯車１として、はすば歯車を例に挙げて説明する。回転軸１８に装着された歯車１のリム部１４の歯面２０に設けられた歯に、他の不図示の歯車の歯が点ｂにおいて噛合しているとすると、この点ｂにおいて歯車１に噛み合い力が加わる。この噛み合い力は、図３に示すように、接線方向の分力と半径方向の分力と軸方向（図２における中心軸Ｓ方向）の分力との３方向の分力に分解される。なお、歯車１として、平歯車を例に挙げた場合には、接線方向の分力と半径方向の分力との２方向の分力に分解される。

このとき、歯車１はフランジ部１２にフランジ位置端領域２４を設けているので、接線方向と半径方向と軸方向との３方向についてフランジ部１２の剛性がいずれも低減される。そのため、フランジ位置中央領域２２が弾性変形し撓むことにより、歯面２０にて生じた振動の伝達が緩和されるようになる。このようにして、フランジ位置端領域２４は、接線方向と半径方向と軸方向との３方向に分解可能な噛み合い力がフランジ部１２を介してハブ部１０に伝達されることを抑制する。したがって、効果的に振動の発生および伝達が抑制されるようになり、結果としてギヤノイズの発生を低減させることができる。

また、図１に示すように、歯車１の周方向についてフランジ位置中央領域２２の長さＬ１をフランジ位置端領域２４の長さＬ２よりも小さく形成しているので、効果的に歯車１の軸方向についてフランジ部１２の剛性が低減される。そのため、噛み合い力の軸方向成分がハブ部１０に伝達することをさらに抑制できるので、振動の発生および伝達が抑制され、ギヤノイズの発生がより顕著に低減される。

また、フランジ位置端領域２４は歯車１の周方向について等間隔に３個設けることにより、歯車１の中心軸Ｓ方向における弾性変形が過度に生じないようになる。そのため、ギヤノイズの発生が確実に抑制される。

このように実施例１の歯車１は、図１と図２に示すように、歯車１の周方向の各位置におけるフランジ部１２の歯車１の中心軸Ｓ方向の位置を調整することにより、歯車１の形状を工夫して歯車１内にて剛性変化を持たせている。すなわち、フランジ部１２に剛性変化用の掘り込み形状を配置してフランジ部１２の剛性を低減させることにより、ギヤノイズを低減させている。これにより、前記の特許文献１のように、レーザにより溶断してＮＶ穴２０４（図８や図９参照）を形成することが不要となるので、加工コストを低減しつつギヤノイズを低減させることができる。また、フランジ部１２に貫通穴を設ける必要がなく、フランジ部１２に掘り込み形状のフランジ位置端領域２４を設ければよいので、鍛造設備を用いて鍛造により加工することにより歯車１を製造できる。さらに、フランジ部１２に貫通穴を設けないので、歯車１自体の強度を維持することができる。そして、このような歯車１は、はすば歯車や平歯車など、様々な種類の歯車に適用できる。

なお、前記の説明においては、図２に示すように中心軸Ｓ方向についてフランジ位置端領域２４の端部２８をハブ部１０の端部３２よりも内側の位置に形成しているが、中心軸Ｓ方向についてフランジ位置端領域２４の端部２８をハブ部１０の端部３２と同じ位置に形成してもよい。

以上のような実施例１の歯車１によれば、フランジ部１２は、中心軸Ｓ方向についてリム部１４の中央の位置でリム部１４と連結するフランジ位置中央領域２２と中心軸Ｓ方向についてリム部１４の中央の位置からずれた位置でリム部１４と連結するフランジ位置端領域２４とを備えるので、フランジ部１２の剛性が低減される。そのため、フランジ位置中央領域２２が弾性変形して撓むことによって歯面２０に生じた振動の伝達が緩和されるようになる。したがって、効果的に歯面２０における振動の発生や伝達を抑制できるので、結果としてギヤノイズの発生を低減させることができる。

また、フランジ部１２にレーザ加工により溶断して穴を形成する必要がなく、例えば鍛造によりフランジ位置中央領域２２とフランジ位置端領域２４とを形成することが出来るので、加工コストを低減することができる。

また、歯車１の周方向についてフランジ位置中央領域２２の長さＬ１をフランジ位置端領域２４の長さＬ２よりも小さくするので、効果的にフランジ位置中央領域２２の剛性が低減される。そのため、噛み合い力がハブ部１０に伝達される割合が減少し、歯面２０における振動の発生や伝達が抑制され、ギヤノイズの発生が顕著に低減される。

また、中心軸Ｓ方向についてフランジ位置端領域２４の端部２８をハブ部１０の端部３２と同じ位置またはハブ部１０の端部３２よりも内側の位置に形成するので、フランジ位置端領域２４を形成するために歯車１のフランジ部１２を掘り込む深さを抑えることができる。そのため、加工コストを出来るだけ抑えることができる。

＜実施例２＞
次に、実施例２について説明する。以下の説明では、実施例１と同等の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に述べる。実施例２の歯車２は、図４と図５に示すように、歯車２の中心軸Ｓ方向について、フランジ位置中央領域２２の端部２８の位置がハブ部１０の端部３２の位置と一致している一方で、フランジ位置端領域２４の端部２８の位置がハブ部１０の端部３２の位置よりも外側（図５の右側）に形成されている。

そして、フランジ位置端領域２４では、図６に示すように中心軸Ｓ方向の歯車２の断面について、ハブ部１０とフランジ部１２との接続部分３４にて中心軸Ｓ方向と所定の角度で交わる交差方向の最小厚みｔ１を、フランジ部１２の中心軸Ｓ方向の厚みｔ２よりも小さく形成している。このとき、厚みｔ２を歯車２の中心軸Ｓ方向から鍛造用の成形型により鍛造するときに必要な所定の厚みとすることにより、歯車２について鍛造で成形するために必要な厚みを確保しつつ、剛性変化をさらに効果的に持たせてギヤノイズの発生を低減させることができる。

以上のような実施例２の歯車２によれば、前記の実施例１の歯車１の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。実施例２の歯車２は、中心軸Ｓ向についてフランジ位置端領域２４の端部２８をハブ部１０の端部３２よりも外側の位置に形成するので、フランジ部１２の剛性変化を大きく持たせることができ、フランジ部１２の剛性をさらに低減させることができる。そのため、ギヤノイズの発生をさらに低減させることができる。

また、図６に示すように、中心軸Ｓ方向の断面についてハブ部１０とフランジ位置端領域２４との接続部分３４は中心軸Ｓ方向の厚みｔ２よりも中心軸Ｓ方向と交わる交差方向の最小厚みｔ１を小さくする。そして、中心軸Ｓ方向に不図示の成形型を移動させて鍛造によりフランジ位置端領域２４を形成する場合に、中心軸Ｓ方向の厚みｔ２について鍛造を行うために必要な厚みとしておくことにより、フランジ部１２を鍛造により形成して加工コストを確実に低減することができる。

前記の実施例１，２においては、いずれもフランジ部１２の周方向に等間隔３個のフランジ位置端領域２４を設けた場合を例示して説明を行なったが、フランジ位置端領域２４の個数は、３個に限定されるものではなく２個以上すなわち複数個であればよい。

また、前記の実施例１，２においては、中心軸Ｓ方向についてフランジ部１２のフランジ位置中央領域２２とフランジ位置端領域２４との厚みを等しくした場合を例示して説明を行ったが、これに限定されるものではなく、中心軸Ｓ方向についてフランジ部１２のフランジ位置中央領域２２とフランジ位置端領域２４との厚みが異なるようにしてもよい。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。

１歯車
２歯車
１０ハブ部
１２フランジ部
１４リム部
２０歯面
２２フランジ位置中央領域
２４フランジ位置端領域
２６連結部分
２８（フランジ部の）端部
３０（リム部の）端部
３２（ハブ部の）端部
３４接続部分
Ｌ１（フランジ位置中央領域の）長さ
Ｌ２（フランジ位置端領域の）長さ
ａ矢印
ｂ点
Ｓ中心軸

Claims

回転軸に装着されるハブ部と、前記ハブ部から前記回転軸の半径方向外側に向かって延びるフランジ部と、前記フランジ部の外端に設けられたリム部とを有し、前記リム部の外周面に歯形が形成される歯車において、
前記フランジ部は、中心軸方向について前記リム部の中央の位置で前記リム部と連結する第１領域と前記中心軸方向について前記リム部の中央の位置からずれた位置で前記リム部と連結する第２領域とを備えること、
を特徴とする歯車。
請求項１の歯車において、
周方向について前記第１領域の長さを前記第２領域の長さよりも小さくすること、
を特徴とする歯車。
請求項１または２の歯車において、
前記中心軸方向について前記第２領域の端部を前記ハブ部の端部と同じ位置または前記ハブ部の端部よりも内側の位置に形成すること、
を特徴とする歯車。
請求項１または２の歯車において、
前記中心軸方向について前記第２領域の端部を前記ハブ部の端部よりも外側の位置に形成すること、
を特徴とする歯車。
請求項４の歯車において、
前記中心軸方向の断面について前記ハブ部と前記第２領域との接続部分は前記中心軸方向の厚みよりも前記中心軸方向と交わる交差方向の厚みを小さくすること、
を特徴とする歯車。