JP2578386B2 - ギヤの結合方法 - Google Patents

ギヤの結合方法

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JP2578386B2 JP5044791A JP5044791A JP2578386B2 JP 2578386 B2 JP2578386 B2 JP 2578386B2 JP 5044791 A JP5044791 A JP 5044791A JP 5044791 A JP5044791 A JP 5044791A JP 2578386 B2 JP2578386 B2 JP 2578386B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は合成樹脂製のギヤの鋼製
シャフトに対する結合方法に係り、例えば大型車両に用
いて好適な合成樹脂製のスピードメータギヤであって、
耐摩耗性および摺動特性に優れたスピードメータギヤの
鋼製シャフトに対する結合方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】自動車の運転席の前方のインストルメン
トパネル上にはスピードメータが取付けられており、こ
のスピードメータによって車両の走行速度を表示するよ
うにしている。車両の走行速度はトランスミッションの
出力側の回転数を、ウオームギヤを介して減速してスピ
ードメータギヤに伝達するようにしており、その回転に
比例した値がスピードメータに表示されるようになって
いる。
【０００３】トランスミッションの出力側と連動するス
ピードメータギヤは炭素鋼によって製作され、軟窒化処
理して表面の硬化を行なうようにしており、耐摩耗性等
の性能の向上を図るようにしていた。またこのスピード
メータギヤと噛合って回転する相手側のウオームギヤも
炭素鋼から製作され、浸炭焼入れの表面硬化処理を施
し、同様に耐摩耗性の向上を図っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の大型車両用のス
ピードメータギヤが上述の如く、炭素鋼によって製作さ
れるとともに、表面処理が施されているのにもかかわら
ず、品質のバラツキ等により最悪の場合にはスピードメ
ータギヤの歯車が摩耗損傷し、車両の走行速度が正しく
スピードメータに表示されなくなる場合が考えられる。
このようなスピードメータギヤの不具合の原因は、スピ
ードメータギヤの周速が大きくなるに従って、潤滑油
膜、すなわちトランスミッションオイルの油膜が切れ、
かじり現象を生じ、このかじりによって発生した鋼片が
さらに摩耗を促進するという悪循環が生ずることによる
ものである。また潤滑油が存在しても、大型車両の場合
にはスピードメータギヤにかかる負荷が大きいために、
かじり現象が発生し、このかじられた硬質の鋼片によっ
て摩耗を引起すことも原因である。
【０００５】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであって、スピードメータギヤに不具合が発生し
て正しく車速を検出できなくなることを防止するように
したスピードメータギヤの結合方法を提供することを目
的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
めに、本発明においては、ギヤ、例えば自動車用のスピ
ードメータギヤを炭素鋼に代えて合成樹脂で製作するよ
うにしている。すなわち合成樹脂製の歯車を鋼製のシャ
フトに結合した複合構造を採用するようにしている。
【０００７】合成樹脂製ギヤの原料として用いられる合
成樹脂材料は、ナイロンのようなポリアミド樹脂が好ま
しく、その強度を高めるためにはガラス繊維を強化材と
して２０〜４０重量％程度加えたものが望ましい。そし
て合成樹脂製ギヤをポリアミド樹脂で製作する場合に
は、ナイロン６６またはナイロン６を用いるようにすれ
ばよい。
【０００８】ポリアミド樹脂以外にも、ポリプロピレ
ン、ポリエチレン、ポリスチレン、アクリルニトリルブ
チルスチレン、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタ
レート、ポリフェニレンオキサイド、ポリカーボネー
ト、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルサルフ
ァイド、ポリサルフォン、ポリアレリート、ポリイミ
ド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン等
が利用可能である。またこのような樹脂に複合されて強
化のために用いられる繊維は、ガラス繊維の他に、炭素
繊維、アラミド繊維、セラミック繊維、金属繊維等があ
る。
【０００９】このような合成樹脂単体あるいは強化繊維
によって複合された合成樹脂から成るギヤは、高周波誘
導加熱によって鋼製シャフトの嵌合部に融着固化されて
結合されるようになっている。鋼製シャフトを加熱用治
具内に配しておき、その外周部に設けられているコイル
によって嵌合部を加熱するとともに、押圧用治具を用い
て合成樹脂製ギヤを鋼製シャフトに圧入すると、このギ
ヤの嵌合部の内周面が溶融固化されて鋼製シャフトと結
合されることになる。
【００１０】合成樹脂製ギヤは歯車の外周面、ボスの外
周面等の嵌合孔の内周面以外の部分で治具によって位置
決めされる。そして押圧用治具によってセンタリングさ
れた鋼製シャフトが合成樹脂製ギヤの嵌合孔に圧入され
る。従って嵌合孔の内周部が溶融されたギヤは鋼製シャ
フトに正しく中心合わせされた状態で結合される。
【００１１】
【作用】鋼製のシャフトと結合された合成樹脂製ギヤは
例えばスピードメータギヤであって、トランスミッショ
ンの出力側に取付けられているウオームと噛合って回転
駆動される。合成樹脂製のギヤはそれ自身が潤滑性を有
するために、摺動特性が良好になる。潤滑油の存在下で
あれば摺動性がさらに良好になる。また樹脂製のギヤの
一部がかじりで損傷し、樹脂片が摺動部に挟まっても、
摩耗を促進することはない。また樹脂製のギヤはそれ自
身が高い耐摩耗性を有しており、しかも必要に応じて繊
維で強化されているために、負荷に十分耐えられるよう
になる。そして上記ウオームギヤによって回転駆動され
た例えばスピードメータギヤの回転数に比例した車速が
インストルメントパネル上のスピードメータに車速とし
て表示されるようになる。
【００１２】
【実施例】合成樹脂製のスピードメータギヤは、ナイロ
ン６６を用いて製作される。または３０重量％のガラス
繊維を強化材として含んだナイロン６６によって製作さ
れる。そしてスピードメータギヤは樹脂の丸棒から機械
加工して製作されたものと、射出成形によって歯面をも
含めて成形したものの２種類の歯車を用意した。なお歯
車を射出成形する場合の条件の一例を示すと、射出成形
機は５０トンの型締め力のものを用い、樹脂の溶融温度
を２８５℃に設定するとともに、溶融樹脂の射出圧力を
１４５０ｋｇｆ／ｃｍ2 、金型温度は７０℃とした。
【００１３】このようなスピードメータギヤは図１およ
び図２に示すようにして鋼製のシャフトと結合される。
加熱用治具１０はその中心を上下に貫通するように貫通
孔１１を備えており、この貫通孔１１内に鋼製シャフト
１２を配するようにしている。貫通孔１１内には段部１
３が設けられており、この段部１３に鋼製シャフト１２
の直径の異なる部分が当接して高さ方向の位置決めが行
なわれるようになっている。また治具１０にはその上面
にリング状突部１４が形成されるとともに、この突部１
４の外周部には誘導加熱用コイル１５が巻装されるよう
になっている。
【００１４】上記加熱用治具１０のリング状突部１４の
内周側が凹部１８に構成されており、この凹部１８の部
分にスピードメータギヤ２０が受入れられるようになっ
ている。鋼製シャフト１２の外周面にはローレット加工
面１９が形成されており、この加工面１９にスピードメ
ータギヤ２０が取付けられるようになっている。すなわ
ちスピードメータギヤ２０の中心孔２１が鋼製シャフト
１２のローレット加工面１９に嵌合されて結合されるよ
うになっている。
【００１５】実施例の加熱用治具１０の誘導加熱用コイ
ル１５は容量が１０ＫＷであって、このコイル１５に高
周波の電流を通ずることにより、図１に示すように金型
１０にセットされた鋼製シャフト１２のローレット加工
面１９が加熱されることになる。すなわち約３秒間の誘
導加熱によってローレット加工面１９は約３００℃にな
る。この温度はスピードメータギヤ２０を構成するナイ
ロン６６の融点よりもやや高い温度である。
【００１６】そしてこのような状態において鋼製シャフ
ト１２の上部からスピードメータギヤ２０をシャフト１
２に嵌合させ、押圧用治具２２によって下方へ押圧す
る。なおこのときにスピードメータギヤ２０の外周側の
部分が凹部１８の内周面によって位置決めされてセンタ
リングされる。すなわち凹部１８の内周面がスピードメ
ータギヤ２０と鋼製シャフト１２とを互いにセンタリン
グする位置決め面を構成している。そして押圧用治具２
２によってスピードメータギヤ２０を下方へ押圧しなが
らその中心孔２１を鋼製シャフト１２のローレット加工
面１９に圧入すると、加熱されたシャフト１２と接する
ギヤ２０の中心孔２１の内周面は溶融し、次いで樹脂が
凝固して硬化することになる。
【００１７】従ってスピードメータギヤ２０は鋼製シャ
フト１２のローレット加工面１９に強固に結合されるよ
うになる。そしてローレット加工面１９の凹凸によって
スピードメータギヤ２０の中心孔２１と鋼製シャフト１
２との結合強度が改善されるようになる。なおスピード
メータギヤ２０の中心孔２１の内径はシャフト１２のロ
ーレット加工面１９の外形よりもやや小さな値に設定し
ておくのが望ましく、両者の差を例えば０．５ｍｍ程度
としておくことが好ましい。
【００１８】このようにして鋼製シャフト１２と結合さ
れたスピードメータギヤ２０は図３に示すトランスミッ
ションのリヤケーシング２５内に上部から挿入されるよ
うになっている。そしてケーシング２５内においてスピ
ードメータギヤ２０は、トランスミッションの出力側の
部分に取付けられているウオームギヤ２６と噛合うよう
になっている。従ってスピードメータギヤ２０を通して
減速された回転速度で鋼製シャフト１２が回転されるこ
とになる。この回転数と対応する車速がインストルメン
トパネルのスピードメータ上に表示されるようになって
いる。
【００１９】図４はこのようなスピードメータギヤ２０
の耐久性を測定するための装置であって、トランスミッ
ション３０の後側のケーシング２５に上述の如くスピー
ドメータギヤ２０を備えた鋼製シャフト１２が上方から
挿入されるようになっており、ケーシング２５内におい
てウオームギヤ２６と噛合うようになっている。そして
鋼製シャフト１２はワイヤケーブルを介してスピードメ
ータ３２と結合されるとともに、このワイヤケーブルに
負荷を与える負荷装置３１が接続されるようになってい
る。上記ケーシング２５内の潤滑油の温度は温度計３４
によって測定される。
【００２０】架台３６上には回転軸３７が軸受を介して
回転可能に支持されている。そしてこの回転軸３７の先
端部に上記ウオームギヤ２６が装着されるようになって
いる。回転軸３７はプーリ３８、３９およびベルト４０
を介してモータ４１によっ回転駆動されるようになって
いる。またプーリ３８の回転が回転計４３によって読み
出される。
【００２１】試験Ｉ ナイロン６６とガラス繊維強化（３０重量％）ナイロン
６６とでは、どちらに耐久性があるか、それぞれのロッ
ド材から機械加工によって削り出した歯車を作り、前述
の方法で鋼製シャフト１２に結合した。また図４の試験
装置で試験し、摩耗量をみた。摩耗量は歯車の歯厚の減
少量によって測定した。なおこの場合の試験条件は、回
転数が１９８０回転、回転トルクが３．５ｋｇｆ・ｃ
ｍ、トランスミッションオイルの油温が１４０℃、試験
時間１００時間である。試験結果は表１に示される。
【００２２】
【表１】 この結果が示すように、ガラス繊維によって強化された
ものが摩耗量が少なかった。なお鋼製シャフト１２とス
ピードメータギヤ２０との加熱溶着結合強度を回転によ
るトルク強度で試験した結果は、ナイロン６６でもガラ
ス繊維強化ナイロン６６でもともに１００ｋｇｆ・ｃｍ
以上を示し、強度上の問題がないことを確認している。
【００２３】試験ＩＩ 試験に供するスピードメータギヤ２０はガラス繊維強化
ナイロン６６のロッド材から機械加工によって削り出し
た歯車を鋼製シャフト１２に加熱溶着の方法によって結
合させたスピードメータギヤ、射出成形によって歯形を
形成したガラス繊維強化ナイロン６６の歯車を鋼製シャ
フト１２と加熱溶着させたスピードメータギヤである。
そして比較のために、従来より用いられている鋼製のス
ピードメータギヤを用いた。
【００２４】試験条件は回転数が３７００回転、トラン
スミッション３０の潤滑油の温度が１６０℃、回転トル
クが４．０ｋｇｆ・ｃｍ、試験時間が１００時間であ
る。以上の条件は試験Ｉよりも過酷なものでり、例えば
回転数が３７００ｒｐｍは車速が約１４０ｋｍ／Ｈに相
当し、トランスミッションオイルの温度が１６０℃で厳
しいことは、通常でのトランスミッションオイルの最大
温度が約１２０℃であることを考慮すれば過酷な試験条
件であることが容易に理解できる。この試験の結果を表
２に示す。
【００２５】
【表２】 この結果から明らかなように、射出成形によって歯形を
形成したスピードメータギヤ２０が最も小さな摩耗量を
示し、優れた耐摩耗性があることが分った。すなわち現
行の鋼製のものの約半分の摩耗量になっている。
【００２６】同じガラス繊維強化ナイロン６６であって
も、機械加工品と射出成形品では、前者の耐摩耗性が劣
っている。その理由は、機械加工された歯車の表面は工
具の刃で切削加工されるために、強化用のガラス繊維が
むき出しになった状態にある。また一部のガラス繊維が
むしり取られた状態にある。これに対して射出成形され
た歯車の表面は、薄い樹脂層で覆われた状態であるため
に、上述のように表面にむき出しになったガラス繊維が
残存することがなく、これによって摺動特性が改善され
ることによるものと考えられる。
【００２７】合成樹脂によって製作されたスピードメー
タギヤ２０と鋼製シャフト１２との結合方法として、高
周波誘導加熱による融着結合の他に、両者を接着剤によ
って結合する方法が考えられる。接着剤による結合は、
スピードメータギヤ２０と鋼製シャフト１２との間に接
着剤を充填する隙間を設ける必要があり、完全な接着剤
の充填が難しく、接着強度が不足する欠点がある。また
スピードメータギヤ２０と鋼製シャフト１２の芯合わせ
が難しく、寸法的に誤差を生ずる問題がある。
【００２８】そこで鋼製シャフト１２の外周面に凹凸の
模様を形成するとともに、このシャフト１２の嵌合部の
外径よりも若干小さな内径の中心孔２１を有するスピー
ドメータギヤを機械的に強制的に嵌合させて圧入結合す
る方法がある。この方法によると結合強度が不足する。
またスピードメータギヤ２０の中心孔２１の内周面に切
欠きがつくために、長時間の使用中に切欠き効果によっ
て損傷を生ずる可能性がある。
【００２９】別の方法は金型内に鋼製シャフト１２をセ
ットし、この金型を射出成形機に接続し、溶融した樹脂
をこの金型のキャビティ内に射出成形することによっ
て、樹脂製の歯車をシャフト１２上にインサート成形に
よって形成するものである。この場合にシャフト１２が
長いと金型が大きくなり、これによってコストが増大す
る欠点がある。またシャフト１２のセンタリングに難点
がある。
【００３０】鋼製シャフト１２を加熱用治具１０内に配
し、誘導加熱用コイル１５によって加熱し、この状態で
スピードメータギヤ２０を圧入してその中心孔２１の内
周面を溶着結合する方法は、上記のような各種の問題点
を解消することができ、スピードメータギヤ２０を強固
に鋼製シャフト１２に結合することが可能になる。しか
もスピードメータギヤ２０と鋼製シャフト１２との芯出
しが正しく行なわれ、高精度に両者を結合できるように
なる。
【００３１】
【発明の効果】以上のように第１の発明は、ギヤを合成
樹脂によって構成し、鋼製シャフトの嵌合部を高周波誘
導加熱によって加熱しておき、加熱された鋼製シャフト
の嵌合部にギヤを圧入し、このギヤの嵌合孔の内周面を
溶融固化させることによってギヤを鋼製シャフトと結合
するようにしたものである。従って合成樹脂製のギヤそ
れ自身の特性によって耐摩耗性が向上されるばかりでな
く、軽量な樹脂材料の使用によって軽量化が図られ、あ
るいはまた樹脂材料の減衰能力による歯車の回転時の騒
音の低下が可能になる。またこのような合成樹脂製のギ
ヤを用いることによって、このギヤと噛合う相手方のギ
ヤの表面の浸炭焼入れから成る表面硬化の熱処理が不要
になり、トータルとしてのコストの低減も可能になる。
【００３２】また第２の発明は合成樹脂製のギヤをその
嵌合孔の内周面以外の部分で位置決めして鋼製シャフト
に対して中心合わせをするようにしたものである。従っ
て嵌合孔の内周面を溶融させながら鋼製シャフトを圧入
しても、鋼製シャフトに対して合成樹脂製のギヤが正し
く位置決めされることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る結合方法を示す縦断面
図である。
【図２】同分解斜視図である。
【図３】スピードメータギヤの取付けを示す外観斜視図
である。
【図４】耐摩耗の試験を行なうための装置の正面図であ
る。
【符号の説明】
１０ 加熱用治具 １２ 鋼製シャフト １３ 段部 １４ リング状突部 １５ 誘導加熱用コイル １９ ローレット加工面 ２０ スピードメータギヤ ２２ 押圧用治具
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水村 真司 埼玉県川越市大字大中居620番地 イズ ミ工業株式会社内 (72)発明者 山村 陽茂 東京都港区芝５丁目33番８号 三菱自動 車工業株式会社内 (72)発明者 八代 進 東京都港区芝５丁目33番８号 三菱自動 車工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−124489（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−25873（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−5556（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−137013（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−163361（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ギヤを合成樹脂によって構成し、鋼製シ
    ャフトの嵌合部を高周波誘導によって加熱しておき、加
    熱された前記鋼製シャフトの嵌合部に前記ギヤを圧入
    し、該ギヤの嵌合孔の内周部を溶融固化させることによ
    って前記ギヤを前記鋼製シャフトと結合するようにした
    ことを特徴とするギヤの結合方法。
  2. 【請求項２】 前記ギヤの嵌合孔の内周面以外の部分で
    前記ギヤの位置決めをして前記鋼製シャフトに対して中
    心合わせをするようにしたことを特徴とする請求項１に
    記載のギヤの結合方法。
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