JP4367948B2 - 一体成形ギヤ及び内燃機関用キック始動装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関用キック始動装置に好適な一体成形ギヤに関する。

大径ギヤのボス部に小径ギヤを一体に備えてなる一体成形ギヤは、特殊なギヤであるが、狭いスペースに実質的に大小２個のギヤを配置することができるという利点があり、各種の回転機械や回転装置に内蔵される。

一体成形ギヤを内燃機関に内蔵した技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−１３８０５５公報（図１）

特許文献１の図１において、符号１１はプライマリドリブンギヤ、符号２１はスタータドリブンギヤであり、両方のギヤ１１、２１は一体成形ギヤの部分を構成する。
小径のスタータドリブンギヤ２１の歯底面は図中左右に延び、右端は大径のプライマリドリブンギヤ１１の左側面に、垂直に交わっている。すなわち、歯底面は直角のコーナ部を介してプライマリドリブンギヤ１１に繋がっていることになる。

上述の一体成形ギヤにおいて、直角コーナ部付近の応力（焼入れ後の応力）が他の部位より高くなるという課題がある。更に、小径ギヤ部の強度が確保しにくいという課題がある

加えて、一体成形ギヤを圧粉成形−焼結法で製造する場合に、大径のプライマリドリブンギヤ１１側を上にし、小径のスタータドリブンギヤ２１側を下にして、原料粉末を流し込む場合、小径のスタータドリブンギヤ２１側には原料粉末が流れ込みにくい為、充填圧力を高める必要がある。この結果、金型が劣化しやすくなり、生産性が低下する。

したがって、特許文献１に示される一体成形ギヤにあっては、直角コーナ部付近の強度低下及び小径ギヤの中間部の充填密度の低下による小径ギヤの強度低下と、生産性の低下とを改善する必要があることが分かった。

本発明は、小径ギヤの強度低下を抑制し且つ生産性の向上を図ることのできる一体成形ギヤを提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、圧粉成形工程と焼結工程を経て製造するギヤであり、前記ギヤは、内燃機関のプライマリドリブンギヤである大径ギヤのボス部に内燃機関のスタータドリブンギヤである小径ギヤを一体に備えており、前記大径ギヤは、前記ボス部とこのボス部の一端から外方へ延ばしたディスク部とこのディスク部の外周に設ける歯部とで構成し、前記小径ギヤの歯底面の一端は、外方へ傾斜させた傾斜面を介して前記ディスク部に連続させ、前記小径ギヤに高周波焼入れを施した一体成形ギヤにおいて、前記小径ギヤの傾斜面の最大径となる前記ディスク部との接続部は、前記小径ギヤの歯先外形部を超えて、この歯先外形部より大径の前記ディスク部へと連続して形成され、前記傾斜面の最小径となる前記歯底面との接続部は、ギヤ軸方向において、前記傾斜面と小径ギヤの歯先との接続部より、反ディスク部側に位置しており、前記傾斜面と前記歯底面との接続部をアール形状部として形成し、前記傾斜面、前記歯底面及び前記接続部のアール形状部を含んで小径ギヤの歯面全範囲を含む全範囲を、高周波焼き入れ範囲として含まれていることを特徴とする。

請求項２に係る発明では、前記圧粉成形工程で、前記大径ギヤ側の原料粉末が前記傾斜面に沿って前記小径ギヤ側へ流され充填されたことを特徴とする。

請求項３に係る発明では、一体成形ギヤは、支軸の片持ち支持部に取付けるとともに、小径ギヤが噛合う相手ギヤにはクラウニング加工が施されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、内燃機関のスタータドリブンギヤである小径ギヤの歯底面の一端を、外方へ傾斜させた傾斜面を介してディスク部に連続させた。従来の直角コーナ部を、本発明では傾斜面に変更したので、原料粉末は傾斜面を介して小径ギヤ側に円滑に流入する。この結果、金型を劣化させない充填圧力、すなわち低い充填圧力で小径ギヤ中間部の充填密度を向上させることができ、必要な小径ギヤの強度を得ることができる。
加えて、請求項１に係る発明では、小径ギヤに高周波焼入れを施す。従来の直角コーナ部を、本発明では傾斜面に変更し、傾斜面と歯底面との接続部をアール形状部として形成し、傾斜面、歯底面及び接続部のアール形状部を含んでプライマリドリブンギヤの歯面全範囲を含む全範囲を、高周波焼き入れ範囲として含むようにしたので、焼入れ後の強度を平均化することができ、プライマリドリブンギヤである小径ギヤの強度向上を図ることができる。
また、、大径ギヤ、小径ギヤからなる一体成形ギヤを内燃機関のプライマリドリブンギヤとスタータドリブンギヤとしたので、強度の高い一体成形ギヤを内蔵するため、内燃機関に備えるギヤ構造の設計が容易になる。

請求項２に係る発明では、圧粉成形工程で大径ギヤ側の原料粉末が傾斜面に沿って小径ギヤ側へ流されるため、低圧力での充填が可能となると共に所定の充填率に達するまでの時間が短くなり、生産性を高めることができる。

請求項３に係る発明では、相手ギヤにクラウニング加工を施すことで、一体成形ギヤを支軸の片持ち支持部に取付けた支持構造であっても、一体成形ギヤの倒れを許容することができる。このため、支軸を支える軸受の数を減らすことができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係る内燃機関の断面図であり、内燃機関１０は、クランクケース１１とシリンダブロック１２とシリンダヘッド１３とヘッドカバー１４で外観部分を構成し、クランクケース１１にクランク軸１６、メインシャフト１７、カウンタシャフト１８、キックスタータ軸１９を互いに平行になるように配置し、シリンダブロック１２にシリンダ２１を配置し、このシリンダ２１にピストン２２を往復移動自在に収納し、このピストン２２をクランク軸１６にコンロッド２３で連結し、シリンダヘッド１３に点火プラグ２４及び動弁機構２５を配置し、この動弁機構２５をヘッドカバー１４でカバーする空冷エンジンである。

２６はフライホイール、２７は交流発電機のローター、２８はクラッチ機構、２９は変速ギヤ機構、４０はキック始動装置（詳細は後述）である。

通常の運転中は、燃焼室３１に混合ガスを供給し、ピストン２２で圧縮した後に点火プラグ２４で着火させ、爆発させると、ピストン２２が下がり、クランク軸１６が回転し、このクランク軸１６に設けたプライマリドライブギヤ３２によりプライマリドリブンギヤ３３が回転する。プライマリドリブンギヤ３３の回転はクラッチ機構２８を介してメインシャフト１７に伝達する。そして、メインシャフト１７で変速ギヤ機構２９を介してカウンタシャフト１８を回し、このカウンタシャフト１８の一端に設けたドライブスプロケット３４でチェーン３５を周回させる。

以上、通常の運転を説明したが、次に始動操作及びそのためのキック始動装置４０を詳しく説明する。
図２は本発明に係るキック始動装置の構成図であり、キック始動装置４０は、キックスタータ軸１９と、このキックスタータ軸１９に設けたドグクラッチメンバ４１と、キックスタータ軸１９に空転自在に設けたスタータドライブギヤ４２と、カウンタシャフト１８の一端の片持ち部４３に空転自在に設けたアイドルギヤ４４と、メインシャフト１７の一端の片持ち部４５に空転自在に設けた一体成形ギヤ５０とからなる。

図示せぬキックペダルを踏むなどしてキックスタータ軸１９を回すと、ドグクラッチメンバ４１が図示せぬカム溝の作用で図右へ移動してスタータドライブギヤ４２に噛合い、スタータドライブギヤ４２が回転する。このスタータドライブギヤ４２でアイドルギヤ４４を回し、アイドルギヤ４４で一体成形ギヤ５０のスタータドリブンギヤ４７を回すことで一体成形ギヤ５０のプライマリドリブンギヤ３３を回し、このプライマリドリブンギヤ３３でプライマリドライブギヤ３２を回すことで、クランク軸１６を回す。クランク軸１６を回しながら混合ガスに着火することで、内燃機関を始動させることができることは周知の通りである。

次に一体成形ギヤ５０の詳細を説明する。
図３は本発明に係る一体成形ギヤの断面図であり、一体成形ギヤ５０は、大径ギヤ５１のボス部５２に小径ギヤ５３を一体に備えてなる特殊なギヤであり、大径ギヤ５１は、ボス部５２とこのボス部５２から径外方へ延ばしたディスク部５４とこのディスク部５４の外周に設ける歯部５５とで構成し、小径ギヤ５３の歯底面５６の一端は、径外方へ傾斜させた傾斜面５７を介してディスク部５４に連続させたことを特徴とする。

なお、一体成形ギヤ５０を内燃機関に適用する場合には、大径ギヤ５１はプライマリドリブンギヤ（図２の符号３３）であり、小径ギヤ５３はスタータドリブンギヤ（図２の符号４７）とする。

図４は本発明に係る一体成形ギヤの正面図であり、ゴム及びコイルスプリングを使用し、エンジンのトルク変動を吸収するダンパー部を有することができるように、ディスク部５４に矩形穴５８、５８と長円穴５９・・・（・・・は複数個を示す。以下同じ）を設ける。

以上の構成からなる一体成形ギヤ５０の製造方法を次に説明する。
図５は本発明に係る圧粉成形工程の説明図である。
（ａ）において、円柱状のコア型６１と、円筒状のボス下型６２と、インナー下型６４と、このインナー下型６４を囲うアウター下型６５と、ダイス６６と、ボス上型７１と、インナー上型７２と、アウター上型７３とからなる成形型で原料粉末６８を、下向き矢印及び上向き矢印のごとく圧縮する。

（ｂ）において、原料粉末６８を押圧することで、一体成形ギヤ（図３の符号５０）に対応する圧粉成形体７４を得ることができる。

図面は省略するが、圧粉成形体７４は焼結炉（好ましくは真空焼結炉）で、焼結処理を実施し、バインダを蒸発させると共に原料粉末同士を結合させて、焼結体を得る。
焼結体に細かな機械加工を施し、歯先を強化するために、高周波焼入れなどの熱処理を施す。

図６は原料粉末の充填に関する説明図である。
（ａ）は比較例を示し、歯底面１０１の一端に直角コーナ部１０２を有する。原料粉末６８は矢印Ａと矢印Ｂとの形態で、ボス下型１０３に向かう。しかし、矢印Ａと矢印Ｂとが直交するため、矢印Ｂが矢印Ａの流れを妨げ、合流は不安定且つ少量となる。その結果、所定の充填率に達するまでに時間を要し、生産性が低下する。

特に、圧縮成形工程で、ボス下型１０３の押圧作用で矢印Ｃの流れが発生し、矢印Ａ，Ｂの流れと合流するが、この合流は不安定となる。

（ｂ）は実施例を示し、歯底面５６の一端に傾斜面５７を有する。原料粉末６８は矢印Ｄと矢印Ｅとの形態で、ボス下型６２に向かう。矢印Ｅは傾斜面５７に沿って下傾し、矢印Ｄを促す作用を発揮し、合流は安定且つ多量となる。その結果、低圧力での充填が可能となると共に所定の充填率に達するまでの時間が短くなり、生産性を高めることができる。

特に、圧縮成形工程で、ボス下型６２の押圧作用で矢印Ｆの流れが発生し、矢印Ｅ，Ｆの流れと合流するが、この合流は安定し、充填率を高めることができる。すなわち、傾斜面５７を設けたことにより、低い圧縮成形圧力でも高い充填率が得られる。

図７は小径ギヤにおける焼入れ深さの説明図である。
（ａ）は比較例を示し、小径ギヤ１０４に高周波焼入れを施すことで、斜線で示す焼入れ部１０５を得ることができた。しかし、直角コーナ部１０２における焼入れ深さが浅くなり、小径ギヤ１０４に大荷重が作用すると直角コーナ部１０２付近が脆弱部になることが心配される。

（ｂ）は実施例を示し、小径ギヤ５３に高周波焼入れを施すことで、斜線で示す焼入れ部７５を得ることができた。傾斜面５７における焼入れ深さは若干小さくなるが、十分な焼入れ深さを確保することができた。この結果、小径ギヤ５３の強度が高まる。

直角コーナ部１０２を傾斜面５７に変更したことによる作用の差異は次のように推測する。
被処理部が凸部であれば、多面加熱により熱が集中して深部まで焼入れ温度に達するので、焼入れ深さは大きくなる。逆に、被処理部が凹部であれば、熱が分散し焼入れ温度は表面のみとなり焼入れ深さは小さくなる。平坦部は凸部と凹部の中間の焼入れ深さとなる。
本発明の傾斜面５７は、凹部と平坦部との中間になり、直角コーナ部や凹部より格段に焼入れ深さを増加させることができる。

次に、クラウニング加工について説明する。
図８は本発明のアイドルギヤの断面図であり、（ａ）に示すアイドルギヤ４４の歯部７５の形状に特徴がある。（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面図であり、想像線で示す横長矩形断面の歯部７５に機械的加工を加えることで鼓形、すなわちクラウン形状にしたことを特徴とする。このような機械的加工をクラウニング加工という。

クラウニング加工の効果を説明する。
図２のおいて、クラウニング加工を施したアイドルギヤ４４はカウンタシャフト１８の片持ち部４３に取付けた。軸や梁の支持方法は両端支持法と片持ち支持法とがあり、両端支持法では軸端における撓みはほぼゼロである。一方、片持ち支持法での軸端（自由端）における撓みは最大となる。
そのため、アイドルギヤ４４は軸受７７を中心にして倒れる可能性がある。

ギヤ同士の噛合いにおいて、一方又は両方のギヤが倒れると、歯面の端のエッジ部で接触し局部的に過大な力が作用することにより、亀裂が入るという不具合が発生する。
クラウニング加工を施すことで、局部的なエッジ部での接触を緩和することができ、亀裂などの発生を防止することができる。

また、一体成形ギヤ５０はメインシャフト１７の片持ち部４５に取付けたので、倒れる心配が大きい。すなわち、メインシャフト１７の片持ち部４５とカウンタシャフト１８の片持ち部４３との両方が撓んでギヤ４７と４４の噛み合いが悪くなる恐れがある。
しかし、何れかのシャフト１７又は１８が倒れても相手ギヤ（アイドルギヤ４４）にクラウニング加工を施してあるため、ある程度の倒れや振れは許容できるようになる。

尚、本発明の一体成形ギヤは、内燃機関のプライマリドリブンギヤ及びスタータドリブンギヤに好適であるが、内燃機関の別のギヤ又は内燃機関以外の回転機械に使用することは差し支えない。

本発明の一体成形ギヤは、内燃機関のプライマリドリブンギヤ及びスタータドリブンギヤに好適である。

本発明に係る内燃機関の断面図である。 本発明に係るキック始動装置の構成図である。 本発明に係る一体成形ギヤの断面図である。 本発明に係る一体成形ギヤの正面図である。 本発明に係る圧粉成形工程の説明図である。 原料粉末の充填に関する説明図である。 小径ギヤにおける焼入れ深さの説明図である。 本発明のアイドルギヤの断面図である。

符号の説明

１０…内燃機関、１６…クランク軸、１７…支軸としてのメインシャフト、１８…支軸としてのカウンタシャフト、１９…キックスタータ軸、３３…プライマリドリブンギヤ、４０…キック始動装置、４２…スタータドライブギヤ、４３、４５…片持ち部、４４…アイドルギヤ（相手ギヤ）、４７…スタータドリブンギヤ、５０…一体成形ギヤ、５１…大径ギヤ、５２…ボス部、５３…小径ギヤ、５４…ディスク部、５５…歯部、５６…歯底面、５７…傾斜面。

Claims (3)

1. 圧粉成形工程と焼結工程を経て製造するギヤであり、前記ギヤは、内燃機関のプライマリドリブンギヤである大径ギヤのボス部に内燃機関のスタータドリブンギヤである小径ギヤを一体に備えており、前記大径ギヤは、前記ボス部とこのボス部の一端から外方へ延ばしたディスク部とこのディスク部の外周に設ける歯部とで構成し、前記小径ギヤの歯底面の一端は、外方へ傾斜させた傾斜面を介して前記ディスク部に連続させ、前記小径ギヤに高周波焼入れを施した一体成形ギヤにおいて、
   前記小径ギヤの傾斜面の最大径となる前記ディスク部との接続部は、前記小径ギヤの歯先外形部を超えて、この歯先外形部より大径の前記ディスク部へと連続して形成され、
   前記傾斜面の最小径となる前記歯底面との接続部は、ギヤ軸方向において、
   前記傾斜面と小径ギヤの歯先との接続部より、反ディスク部側に位置しており、
   前記傾斜面と前記歯底面との接続部をアール形状部として形成し、前記傾斜面、前記歯底面及び前記接続部のアール形状部を含んで小径ギヤの歯面全範囲を含む全範囲を、高周波焼き入れ範囲として含まれている、
   ことを特徴とする一体成形ギヤ。
2. 前記圧粉成形工程で、前記大径ギヤ側の原料粉末が前記傾斜面に沿って前記小径ギヤ側へ流され充填されたことを特徴とする請求項１記載の一体成形ギヤ。
3. 前記一体成形ギヤは、支軸の片持ち支持部に取付けるとともに、小径ギヤが噛合う相手ギヤにはクラウニング加工が施されていることを特徴とする請求項１記載の一体成形ギヤ。

Images