JP2019066004A

JP2019066004A - やまば歯車

Info

Publication number: JP2019066004A
Application number: JP2017193739A
Authority: JP
Inventors: 忠史高垣; Tadashi Takagaki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-10-03
Filing date: 2017-10-03
Publication date: 2019-04-25
Also published as: US20190101190A1; CN109604857A

Abstract

【課題】組立式のやまば歯車において固定構造による重量の増加や体格の大型化を抑制するとともに、溶接による歯面精度の低下を抑制すること。【解決手段】軸方向に対して互いに逆向きに傾斜する歯部を有する右歯車３と左歯車４とが回転軸２上に軸方向に並んで配置されたやまば歯車１において、右歯車３は、外周部に歯部３１が一体成形され、かつ内周部が回転軸２に嵌合する環状部３２を備え、環状部３２の軸方向両端側は回転軸２に溶接されており、環状部３２の軸方向端面のうち左歯車４とは反対側の右端面３２ａに形成され、かつ環状部３２の内周部と回転軸２との嵌合部分に軸方向からの溶接により形成された第１溶接部５と、右歯車３の歯部３１と左歯車４の歯部４１との間の軸方向隙間Ｗに形成され、かつ環状部３２の軸方向端面のうち左歯車４側の端面に径方向外側からの溶接により形成された第２溶接部６と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、やまば歯車に関する。

特許文献１には、車両のトランスミッションにやまば歯車を用いることが開示されている。このやまば歯車は組立式であり、二つのはすば歯車がそれぞれ回転軸とは別体に成形され、各はすば歯車の内周部が回転軸のフランジ部に固定された構造を有する。

また、歯車を回転軸に固定する方法として、締結要素による機械的な締結（例えば特許文献２）や、溶接による接合（例えば特許文献３）が知られている。特許文献２には、組立式のやまば歯車について、一方のはすば歯車が回転軸と一体成形された構造で、他方のはすば歯車をピンとナットによって回転軸に締結することが開示されている。特許文献３には、歯車の内周部とフランジ部との嵌合部分を軸方向の両側から溶接することが開示されている。

特開２０１７−００９１１５号公報特開２００９−２１６１７６号公報特開平１０−２３１９１８号公報

しかしながら、特許文献２に記載の締結構造では、ピンとナットを設けることにより部品点数の増加や重量化を招き、軸方向の体格も大型化してしまう。さらに、特許文献３に記載の溶接方法は、歯車の軸方向両側に干渉部材が存在しない場合のみ溶接可能である。加えて、溶接により歯車を固定する構造では、溶接部で生じる引張残留応力が歯車に作用するため、その影響により歯車が変形して歯面精度が低下するおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、固定構造による重量の増加や体格の大型化を抑制するとともに、溶接による歯面精度の低下を抑制することができるやまば歯車を提供することを目的とする。

本発明は、軸方向に対して互いに逆向きに傾斜する歯部を有する第１歯車と第２歯車とが回転軸上に軸方向に並んで配置されたやまば歯車において、第１歯車は、外周部に歯部が一体成形され、かつ内周部が回転軸に嵌合する第１環状部を備え、第１環状部の軸方向両端側は、回転軸に溶接されており、第１環状部の軸方向端面のうち第２歯車とは反対側の端面に形成され、かつ第１環状部の内周部と回転軸との嵌合部分に軸方向からの溶接により形成された第１溶接部と、軸方向で第１歯車の歯部と第２歯車の歯部との間の隙間に形成され、かつ第１環状部の軸方向端面のうち第２歯車側の端面に径方向外側からの溶接により形成された第２溶接部と、を有することを特徴とする。

第２歯車は、外周部に歯部が一体成形され、かつ内周部が回転軸に嵌合する第２環状部を備え、第２環状部の軸方向両端側は、回転軸に溶接されており、第２環状部の軸方向端面のうち第１歯車とは反対側の端面に形成され、かつ第２環状部の内周部と回転軸との嵌合部分に軸方向からの溶接により形成された第３溶接部、を有し、第２溶接部は、第２環状部の軸方向端面と第１環状部の軸方向端面との合わせ面に径方向外側からの溶接により形成されてもよい。

この構成によれば、第１歯車と第２歯車とが両方とも回転軸に溶接された場合でも、各歯車の軸方向両端側に溶接部が形成される。これにより、各歯車の軸方向両側に溶接部の引張残留応力が作用するため、溶接による歯面精度の低下が抑制される。

第１溶接部の表面は、第１環状部の軸方向端面と同一平面上に形成された平坦面であってもよい。

この構成によれば、第１溶接部の表面が平坦面であるため、第１溶接部の表面が盛り上がっている場合よりも溶接部に生じる引張残留応力を低減できる。

本発明によれば、軸方向からの溶接により形成された第１溶接部と、やまば歯車を構成する二つの歯車間に径方向外側からの溶接により形成された第２溶接部とを有することにより、回転軸に溶接された歯車の軸方向両端側に溶接部が形成される。そのため、溶接部で生じる引張残留応力が軸方向両側でバランスされて歯面精度の低下が抑制される。また、回転軸と歯車とが溶接されるため、締結要素が不要になり軽量かつ小型のやまば歯車を実現できる。

図１は、第１実施形態のやまば歯車を模式的に示す断面図である。図２は、第１実施形態における溶接方法を説明するための図である。図３は、変形例の構造を説明するための図である。図４は、溶接による歯車の変形を説明するための図である。図５は、別の変形例の構造を説明するための図である。図６は、第２実施形態のやまば歯車を模式的に示す断面図である。図７は、第２実施形態における溶接方法を説明するための図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態におけるやまば歯車について具体的に説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態のやまば歯車１を模式的に示す断面図である。やまば歯車１は、組立式歯車であって、回転軸２とは別体に成形された第１歯車である一方のはすば歯車３と、回転軸２に一体成形された第２歯車である他方のはすば歯車４とが軸方向に並んで配置されている。そして、一方のはすば歯車３は溶接により回転軸２と一体化されている。なお、この説明では、軸方向位置について図１に示す軸方向の右側と左側を用いる。また、軸方向に並ぶ二つのはすば歯車３，４を左右歯車と表現する。

一方のはすば歯車（以下「右歯車」という）３は、軸方向の両側が溶接されて回転軸２と一体化されている。この右歯車３は、軸方向に対して傾斜している歯部３１と、回転軸２の外周部２１に嵌合する中空の環状部３２とを有する。歯部３１は、環状部３２の外周部に一体成形されている。環状部３２は、回転軸２に溶接される部位である。

他方のはすば歯車（以下「左歯車」という）４は、軸方向に対して傾斜している歯部４１を有する。歯部４１は、回転軸２に一体成形されている。左歯車４の歯部４１と右歯車３の歯部３１とは互いに逆向き傾斜している。また、歯部４１と歯部３１とは軸方向に離れて配置されており、左側の歯部４１と右側の歯部３１との間には所定の軸方向隙間Ｗが設けられる。例えば、軸方向隙間Ｗは数ミリ程度に設定される。

やまば歯車１には、環状部３２の軸方向両側が回転軸２に溶接された溶接部が形成されている。図１に黒色で示すように、やまば歯車１は、環状部３２の軸方向端面のうちの一方端面（以下「右端面」という）３２ａに形成された第１溶接部５と、環状部３２の軸方向端面のうちの他方端面（以下「左端面」という）３２ｂ側で軸方向隙間Ｗに形成された歯車間溶接部である第２溶接部６とを有する。第１溶接部５は、軸方向からの溶接により形成された第１溶接痕を有する。一方、第２溶接部６は、径方向外側からの溶接により形成された第２溶接痕を有する。この溶接方法について図２を参照して説明する。

図２は、第１実施形態における溶接方法を説明するための図である。図２に示すように、右歯車３の環状部３２が回転軸２に嵌合している状態で溶接が行われる。例えば円筒形状の内周部３２ｃを有する環状部３２が回転軸２の外周部２１に嵌合してもよく、あるいはスプライン形状の内周部３２ｃを有する環状部３２が回転軸２にスプライン嵌合してもよい。

図２に破線円Ａで示すように、環状部３２の右端面３２ａ側では、環状部３２の内周部３２ｃと回転軸２の外周部２１とが嵌合している部分が軸方向の右側（一方側）から溶接される。右端面３２ａよりも軸方向右側には溶接時に干渉する部材が存在しないため、右端面３２ａ側を軸方向右側から軸方向左側に向けて溶接を行うことが可能である。これにより第１溶接部５（第１溶接痕）が形成される。例えば、この溶接が周方向の全周に行われ、右端面３２ａ側には第１溶接部５が周方向の全周に亘って形成される。また、第１溶接部５はレーザ溶接または電子ビーム溶接により形成されることが望ましい。

図２に破線円Ｂで示すように、環状部３２の左端面３２ｂ側では、回転軸２の段差部２２と右歯車３の軸方向端部との合わせ面（段差部２２と環状部３２との合わせ面）が径方向の外側から溶接される。具体的には、段差部２２と環状部３２との合わせ面は、左歯車４の歯部４１と右歯車３の歯部３１との間の軸方向隙間Ｗに位置する。そして、この軸方向隙間Ｗの径方向外側から合わせ面に向けて溶接が行われることにより第２溶接部６（第２溶接痕）が形成される。また、第２溶接部６はレーザ溶接または電子ビーム溶接により形成されることが望ましい。レーザ溶接または電子ビーム溶接によれば、右歯車３の歯部３１と左歯車４の歯部４１との軸方向隙間Ｗが狭い場合（例えばミリ単位の隙間）であっても、環状部３２の左端面３２ｂ側を径方向外側から溶接することが可能になる。例えば、この溶接が周方向の全周に行われ、軸方向隙間Ｗに第２溶接部６が周方向の全周に亘って形成される。

以上説明した通り、第１実施形態によれば、右歯車３の歯部３１と左歯車４の歯部４１との間の軸方向隙間Ｗに、径方向外側から溶接された第２溶接部６を形成することにより、回転軸２と別体に成形された右歯車３の軸方向両側を溶接することができる。これにより、各溶接部５，６の引張残留応力が右歯車３の軸方向両側から均等に右歯車３へ作用するため、溶接による右歯車３の変形を抑制できる。この結果、右歯車３の歯面精度が低下することを抑制でき、仮にインボリュート歯車である場合には回転時にインボリュート曲線からの誤差を小さくできるので、噛合い部での振動および騒音を低減できる。加えて、各溶接部５，６の変形による歯面の片当たりを抑制することができ、やまば歯車１の強度が向上する。

また、右歯車３と回転軸２との固定方法が溶接であるため、締結要素を用いて機械的に固定する場合よりも、軽量かつ軸方向の体格が小型なやまば歯車１を実現できる。締結要素が不要であるため、部品点数の増加を抑制することも可能である。

さらに、左右歯車間で第２溶接部６によって右歯車３を左歯車４に溶接しているため、やまば歯車１の噛合い時に生じるスラスト力によって右歯車３と左歯車４との間隔が軸方向に開くことを抑制できる。これにより、スラスト力による右歯車３の軸方向変位を抑制できる。この結果、左右歯の片当たりを抑制できるので、噛合い部での振動および騒音を低減できるとともに、やまば歯車１の強度が向上する。

なお、右歯車３と左歯車４とは同位相でもよく、あるいは位相をずらしてもよい。加えて、第１実施形態のやまば歯車１は上述した構造に限定されない。例えば、第１溶接部５および第２溶接部６は、周方向の全周に形成される場合に限らず、周方向に部分的に形成されてもよい。また、環状部３２と回転軸２との嵌合部分は、しまりばめや、中間ばめであることが望ましい。

さらに、環状部３２を回転軸２に溶接した際に生じる溶接部のビードを研磨により平らにしてもよい。これにより、溶接部の引張残留応力が低減し、接合強度が向上する。例えば図３に示すように、第１溶接部５のビード表面５ｂを研磨する場合、研磨前には第１溶接部５のビード表面５ｂは右端面３２ａよりも軸方向右側に膨らんだ状態となるが、右端面３２ａに沿った平坦形状に研磨することにより、研磨後には第１溶接部５の表面５ａが右端面３２ａと同一平面上に形成された平坦面となる。加えて、第１溶接部５の表面５ａが平らな面となることで、右端面３２ａおよび表面５ａが軸受を圧入する際の軸方向端面（受け面）となる。これにより、軸受の内輪端面を受けるための段差部を回転軸２に別途加工しなくてよくなる。

また、第１実施形態の変形例として、回転軸２に溶接される右歯車３の歯部３１は、各溶接部５，６で生じる歪み（引張残留応力）による変形方向とは逆向きの形状を組み付け前に予め有していてもよい。図４に示すように、各溶接部５，６で生じる引張残留応力によって溶接後の右歯車３は軸方向に対して傾斜するように変形する場合がある。この場合、第１溶接部５の引張残留応力が第２溶接部６の引張残留応力よりも大きいため、右歯車３のピッチ円直径が軸方向で第２溶接部６側（軸方向左側）から第１溶接部５側（軸方向右側）に向けて徐々に小さくなってしまう。この変形を見越して、図５に示すように、溶接前（組み付け前）の右歯車３は、上述した変形方向とは逆向き（ピッチ円直径が軸方向左側から軸方向右側に向けて徐々に大きくなるよう）に予め歪んだ形状を有してもよい。

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態のやまば歯車１を模式的に示す断面図である。第２実施形態のやまば歯車１は、右歯車３と左歯車４が両方とも回転軸２とは別体に成形されており、右歯車３および左歯車４が溶接により回転軸２に一体化されている。なお、第２実施形態の説明では、第１実施形態と同様の構成については説明を省略し、その参照符号を引用する。

図６に示すように、左歯車４は、外周部に歯部４１が一体成形され、かつ内周部が回転軸２に嵌合する環状部４２を有する。環状部４２は、軸方向両端側で回転軸２に溶接される部位である。

環状部４２の軸方向両端側には、径方向外側からの溶接により形成された第２溶接部６（歯車間溶接部）と、軸方向からの溶接により形成された第３溶接部７とが形成される。第３溶接部７は、環状部４２の軸方向端面のうち、右歯車３とは反対側の他方端面（以下「左端面」）４２ａに形成される。また、第２溶接部６は、図７に示すように、環状部４２の軸方向端面のうち、右歯車３側の一方端面（以下「右端面」という）４２ｂと環状部３２の左端面３２ｂとの合わせ面を径方向外側から溶接して形成される。この溶接方法について図７を参照して説明する。

図７は、第２実施形態における溶接方法を説明するための図である。図７に示すように、左歯車４の環状部４２および右歯車３の環状部３２が回転軸２に嵌合している状態で溶接が行われる。例えば円筒形状の内周部４２ｃを有する環状部４２が回転軸２の外周部２１に嵌合してもよく、あるいはスプライン形状の内周部４２ｃを有する環状部４２が回転軸２にスプライン嵌合してもよい。

図７に破線円Ｃで示すように、環状部４２の左端面４２ａ側では、環状部４２の内周部４２ｃと回転軸２との嵌合部分が軸方向の左側から溶接される。内周部４２ｃの左端側には、嵌合時（溶接前）に回転軸２の段差部２２に当接する位置決め部４２ｄが設けられている。そして、左端面４２ａよりも軸方向左側には溶接時に干渉する部材が存在しないため、左端面４２ａ側を軸方向左側から軸方向右側に向けて溶接を行うことが可能である。これにより、第３溶接部７（第３溶接痕）が形成される。例えば、この溶接が周方向の全周に行われ、左端面４２ａ側には第３溶接部７が周方向の全周に亘って形成される。また、第３溶接部７はレーザ溶接または電子ビーム溶接により形成されることが望ましい。

図７に破線円Ｂで示すように、環状部４２の右端面４２ｂ側では、歯車間溶接部を形成するために、左歯車４と右歯車３とが軸方向に当接する部分（環状部４２の軸方向端面と環状部３２の軸方向端面との合わせ面）が径方向の外側から溶接される。具体的には、左側の環状部４２と右側の環状部３２との合わせ面の軸方向位置は軸方向隙間Ｗに位置する。

以上説明した通り、第２実施形態によれば、左右歯車３,４がいずれも回転軸２と別体に成形された場合も、各歯車３，４の軸方向両端側を溶接することが可能である。これにより、第１実施形態と同様に、軽量かつ小型の歯車を形成することができ、歯面精度の低下を抑制することができる。

なお、第３溶接部７のビード表面を研磨して、左端面４２ａと同一平面上に形成された平坦な表面を有する第３溶接部７を形成してもよい。

１やまば歯車
２回転軸
３一方のはすば歯車（右歯車）
４他方のはすば歯車（左歯車）
５第１溶接部
６第２溶接部

Claims

軸方向に対して互いに逆向きに傾斜する歯部を有する第１歯車と第２歯車とが回転軸上に軸方向に並んで配置されたやまば歯車において、
前記第１歯車は、外周部に前記歯部が一体成形され、かつ内周部が前記回転軸に嵌合する第１環状部を備え、
前記第１環状部の軸方向両端側は、前記回転軸に溶接されており、
前記第１環状部の軸方向端面のうち前記第２歯車とは反対側の端面に形成され、かつ前記第１環状部の内周部と前記回転軸との嵌合部分に軸方向からの溶接により形成された第１溶接部と、
軸方向で前記第１歯車の歯部と前記第２歯車の歯部との間の隙間に形成され、かつ前記第１環状部の軸方向端面のうち前記第２歯車側の端面に径方向外側からの溶接により形成された第２溶接部と、を有する
ことを特徴とするやまば歯車。
前記第２歯車は、外周部に前記歯部が一体成形され、かつ内周部が前記回転軸に嵌合する第２環状部を備え、
前記第２環状部の軸方向両端側は、前記回転軸に溶接されており、
前記第２環状部の軸方向端面のうち前記第１歯車とは反対側の端面に形成され、かつ前記第２環状部の内周部と前記回転軸との嵌合部分に軸方向からの溶接により形成された第３溶接部、を有し、
前記第２溶接部は、前記第２環状部の軸方向端面と前記第１環状部の軸方向端面との合わせ面に径方向外側からの溶接により形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のやまば歯車。
前記第１溶接部の表面は、前記第１環状部の軸方向端面と同一平面上に形成された平坦面であることを特徴とする請求項１または２に記載のやまば歯車。