JP4650632B2 - 歯車構造及びピニオンギヤ - Google Patents

Description

本発明は、塑性加工によって歯形成形したピニオンギヤを切削加工することなく、あるいは、その端面に僅かな機械加工を施すのみで使用することができる歯車構造及びそのピニオンギヤに関するものである。

自動車の自動変速機の遊星歯車機構のプラネタリギヤ等に使用されるピニオンギヤは、一般的に歯形が切削加工（歯切り）によって形成されている。また、この種のピニオンギヤは、例えば特許文献１に記載されているように、冷間鍛造プレス加工によって歯形成形することが可能であり、これによる生産性の向上及び製造コストの低減が期待されている。
特公平３−３７８１０号公報

しかしながら、冷間鍛造プレス加工によってピニオンギヤを歯形成形する場合、必要な歯形精度をギヤの両端部まで確保することが困難であるため、精度が補償できない部位については、切削加工等の機械加工によって除去する必要があり、このことが生産性低下及び製造コスト増大の原因となっている。また、歯形精度をギヤの両端部まで確保する目的で、ピニオンギヤの端面をコイニング等の塑性加工を追加して仕上る場合、成形荷重軽減のために金型に設けられる逃げによってバリが生じることになる。このため、このバリを除去するのに切削加工等の機械加工が必要となり、やはり生産性の低下、製造コストの増大の問題を生じる。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、塑性加工によって歯形成形したピニオンギヤを切削加工することなく、あるいは、その端面に僅かな機械加工を施すのみで使用することができる歯車構造及びそのピニオンギヤを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、ピニオンギヤをキャリアによって回転可能に支持し、前記ピニオンギヤの端面と前記キャリアとの間にスラストワッシャを介装した歯車構造において、塑性加工によって前記ピニオンギヤの歯形を成形すると共に前記ピニオンギヤの端面に前記スラストワッシャが当接する該スラストワッシャよりも大径の当接面を成形し、前記スラストワッシャの厚さを前記歯形と前記当接面との間に生じるバリの前記当接面からの高さよりも大きくしたことを特徴とする。
請求項２の発明に係る歯車構造は、上記請求項１の構成において、前記スラストワッシャとして所定の厚さを有するスラストワッシャを使用し、前記バリの高さが前記スラストワッシャの所定の厚さ以上である場合、機械加工によって前記バリの高さを調整して、前記スラストワッシャの所定の厚さが前記バリの高さよりも大きくなるようにすることを特徴とする。
請求項３の発明に係る歯車構造は、上記請求項１又は２の構成において、前記ピニオンギヤは、ヘリカルギヤであることを特徴とする。
請求項４の発明に係る歯車構造は、上記請求項１乃至３のいずれかの構成において、前記塑性加工は、冷間鍛造プレス加工であることを特徴とする。
請求項５の発明に係る歯車構造は、上記請求項１乃至４のいずれかの構成において、前記キャリアは、遊星歯車機構のプラネタリキャリアであり、前記ピニオンギヤは、プラネタリギヤであることを特徴とする。
請求項６に係る発明は、キャリアによって回転可能に支持され、該キャリアとの間にスラストワッシャが介装されるピニオンギヤであって、塑性加工によって歯形が成形されると共に端面に前記スラストワッシャが当接する該スラストワッシャよりも大径の当接面が成形され、前記歯形と前記当接面との間に生じるバリの前記当接面からの高さが前記スラストワッシャの厚さよりも小さいことを特徴とする。
請求項７の発明に係るピニオンギヤは、上記請求項６の構成において、前記スラストワッシャとして所定の厚さを有するスラストワッシャを使用し、前記バリの高さが前記スラストワッシャの所定の厚さ以上である場合、機械加工によって前記バリの高さを調整して前記スラストワッシャの所定の厚さよりも小さくなるようにすることを特徴とする。
請求項８の発明に係るピニオンギヤは、上記請求項６又は７の構成において、前記歯形は、ヘリカル歯形であることを特徴とする。
請求項９の発明に係るピニオンギヤは、上記請求項６乃至８のいずれかの構成において、前記塑性加工は、冷間鍛造プレス加工であることを特徴とする。
請求項１０の発明に係るピニオンギヤは、上記請求項６乃至９のいずれかの構成において、遊星歯車機構のプラネタリキャリアに支持されるプラネタリギヤであることを特徴とする。

本発明に係る歯車構造及びピニオンギヤによれば、スラストワッシャによってバリをキャリアに干渉させることなくピニオンギヤをキャリアに回転可能に支持することができる。切削加工等によらず、あるいは、僅かな切削加工等を施すのみで、塑性加工によって歯形を成形することができるので、生産性を高め、製造コストを大幅に低減することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本実施形態に係る遊星歯車機構のプラネタリギヤアセンブリについて、図１乃至図３を参照して説明する。図１乃至図３に示すようにプラネタリギヤアセンブリ１（歯車機構）は、自動車の自動変速機に使用されるものであり、プラネタリキャリア２（キャリア）に、周方向に沿って等間隔で配置された５つのピニオンギヤ３が回転可能に支持されている。プラネタリキャリア２は、リング状のキャリア本体４とキャリアカバー５とが結合されて形成されている。プラネタリキャリア２及びピニオンギヤ３には、ピン６が挿通されており、ピン６は、その端部がかしめられてプラネタリキャリア２に固定されている。ピニオンギヤ３は、ピニオンギヤ３とピン６との間に介装されたニードルベアリング７によって回転可能に支持されている。ピニオンギヤ３の両端部とプラネタリキャリア２との間には、スラストワッシャ８が介装されている。

ピン６には、プラネタリキャリア２の端面からニードルベアリング７に潤滑油を供給するための油孔９が形成されている。スラストワッシャ８は、図５に示す第１スラストワッシャ１０を外側に、図６に示す第２スラストワッシャ１１を内側にして、これらを重ね合せたものである。第１スラストワッシャ１０には、内周部に４つの円弧状の切欠１２が形成され、両端面に径方向に延びる油溝１３が形成されており、また、第２スラストワッシャ１１には、内周部に３つの円弧状の切欠１４が形成されており、これらの切欠１２、１４及び油溝１３によって、摺動面に潤滑油を供給するようになっている。

図４に示すように、ピニオンギヤ３は、ヘリカルギヤであり、冷間鍛造プレス成形によって歯形成形されている。ピニオンギヤ３の両端面の内周側には、スラストワッシャ８に
当接する当接面１５が形成されている（一端側のみを図１及び図４に示す）。図１に示すように、スラストワッシャ８の外径ｄは、当接面の外径Ｄより小さく、また、スラストワッシャ８の厚さＴ（第１及び第２スラストワッシャ１０、１１の合計板厚）は、冷間鍛造プレス及びコイニングによってピニオンギヤ３の当接面１５の周囲に生じるバリ１６の高さＨ（当接面１５からの高さ、以下同じ。）よりも大きくなっている。なお、スラストワッシャ８は、単一のものを使用することもでき、この場合、一枚の厚さＴがバリ１６の高さＨよりも大きくなるようにする。

次に、ピニオンギヤ３の製造工程について、図７及び図８を参照して説明する。
図７は、冷間鍛造プレスによるヘリカル歯形（荒地形状）の成形工程を示している。図７に示すように、球状化焼鈍及びボンデ処理等の前処理を施した円筒状の複数のワーク（粗形材）Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、…をヘリカル歯形成形ダイス１７にセットし、ポンチ１８の先端部を挿入してプレスし、ワークＷ１、Ｗ２、Ｗ３、…に順次連続的にヘリカル歯形（荒地形状）を冷間鍛造プレス成形する。

図８は、冷間鍛造プレスによるヘリカル歯形（仕上形状）の成形及び端面コイニングの工程を示している。図８に示すように、前工程によってヘリカル歯形（荒地形状）が成形されたワークＷ１、Ｗ２、Ｗ３、…を球状化焼鈍及びボンデ処理等の前処理を施した後、順次、ヘリカル歯形成形・端面コイニングダイス１９にセットし、ポンチ２０の先端部を挿入してプレスして、ヘリカル歯形ダイス２２によってヘリカル歯形（仕上形状）を成形すると共にコイニングダイス２３によって両端面に当接面１５を冷間鍛造プレス成形する。これにより、ピニオンギヤ３の歯形精度、クラウニング精度、内面精度及び端面精度等の必要な仕上精度を確保する。このとき、成形荷重の低減等の目的で金型に設けられた逃げに材料が流れてヘリカルギヤの歯底と当接面１５との間に高さＨのバリ１６（図１参照）が生じる。

ここで、バリ１６の高さＨが性能上必要とされるスラストワッシャ８の所定の板厚Ｔよりも大きくなる場合には、簡単な切削加工等の機械加工を施して、バリ１６の高さがスラストワッシャ８の所定の板厚Ｔよりも小さくなるように調整してもよい。そして、ヘリカル歯形成形・端面コイニングダイス１９によって冷間鍛造プレス成形されたワークＷに、必要な仕上げ加工、表面処理及び熱処理等の後処理を施して完成品であるピニオンギヤ３を得る。なお、冷間鍛造プレス加工によってバリ１６のほかに生じる微細なバリは、ショットブラスト等の表面処理工程によって容易に除去することができる。

以上のように構成した本実施形態の作用について次に説明する。
ヘリカル歯形成形・端面コイニングダイス１９によって仕上形状に成形されたピニオンギヤ３は、その両端面に、コイニングされた当接面１５とヘリカルギヤの歯底との間にバリ１６が生じるが、当接面１５に当接するスラストワッシャ８の厚さＴがバリ１６の高さＨよりも大きいので、バリ１６がプラネタリキャリア２に干渉することがなく、ピニオンギヤ３を回転可能に支持することができる。

ピニオンギヤ３は、切削加工（歯切り）することなく、冷間鍛造プレス加工によってヘリカル歯形が成形され、また、冷間鍛造プレス加工によって生じたバリ１６を除去する必要がないので、従来必要とされた切削加工が不要となって製造工程を大幅に簡素化することができ、生産性を高めて製造コストを大幅に低減することができる。

なお、上記実施形態では、一例として、自動変速機の遊星歯車機構のプラネタリギヤとして使用されるヘリカルギヤについて説明しているが、本発明は、これに限らず、スラストワッシャを使用する歯車構造であれば、他の歯車構造にも同様に適用することができ、また、平歯車にも同様に適用することができる。また、冷間鍛造プレス加工だけでなく、温間鍛造プレス加工、熱間鍛造プレス加工等の他の塑性加工にも同様に適用することができる。

本発明の一実施形態に係るプラネタリギヤアセンブリの要部であるピニオンギヤの支持部を拡大して示す縦断面図である。 図１に示すプラネタリギヤアセンブリの図３におけるＡ−Ａ線による縦断面図である。 図１に示すプラネタリギヤアセンブリの端面図である。 図１に示すプラネタリギヤアセンブリのピニオンギヤの斜視図である。 図１に示すプラネタリギヤアセンブリの第１スラストワッシャの正面図及び側面図である。 図１に示すプラネタリギヤアセンブリの第２スラストワッシャの正面図及び側面図である。 ヘリカル歯形成形ダイスを用いて図４に示すピニオンギヤの歯形（荒地形状）を冷間鍛造プレス成形する工程を示す図である。 ヘリカル歯形成形・端面コイニングダイスを用いて図４に示すピニオンギヤの歯形及び端面（仕上形状）を冷間鍛造プレス成形する工程を示す図である。

符号の説明

１ プラネタリギヤアセンブリ（歯車構造）、２ プラネタリキャリア（キャリア）、３ ピニオンギヤ、８ スラストワッシャ、１５ 当接面、１６ バリ

Claims (10)

1. ピニオンギヤをキャリアによって回転可能に支持し、前記ピニオンギヤの端面と前記キャリアとの間にスラストワッシャを介装した歯車構造において、塑性加工によって前記ピニオンギヤの歯形を成形すると共に前記ピニオンギヤの端面に前記スラストワッシャが当接する該スラストワッシャよりも大径の当接面を成形し、前記スラストワッシャの厚さを前記歯形と前記当接面との間に生じるバリの前記当接面からの高さよりも大きくしたことを特徴とする歯車構造。
2. 前記スラストワッシャとして所定の厚さを有するスラストワッシャを使用し、前記バリの高さが前記スラストワッシャの所定の厚さ以上である場合、機械加工によって前記バリの高さを調整して、前記スラストワッシャの所定の厚さが前記バリの高さよりも大きくなるようにすることを特徴とする請求項１に記載の歯車構造。
3. 前記ピニオンギヤは、ヘリカルギヤであることを特徴とする請求項１又は２に記載の歯車構造。
4. 前記塑性加工は、冷間鍛造プレス加工であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の歯車構造。
5. 前記キャリアは、遊星歯車機構のプラネタリキャリアであり、前記ピニオンギヤは、プラネタリギヤであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の歯車構造。
6. キャリアによって回転可能に支持され、該キャリアとの間にスラストワッシャが介装されるピニオンギヤであって、塑性加工によって歯形が成形されると共に端面に前記スラストワッシャが当接する該スラストワッシャよりも大径の当接面が成形され、前記歯形と前記当接面との間に生じるバリの前記当接面からの高さが前記スラストワッシャの厚さよりも小さいことを特徴とするピニオンギヤ。
7. 前記スラストワッシャとして所定の厚さを有するスラストワッシャを使用し、前記バリの高さが前記スラストワッシャの所定の厚さ以上である場合、機械加工によって前記バリの高さを調整して前記スラストワッシャの所定の厚さよりも小さくなるようにすることを特徴とする請求項６に記載のピニオンギヤ。
8. 前記歯形は、ヘリカル歯形であることを特徴とする請求項６又は７に記載のピニオンギヤ。
9. 前記塑性加工は、冷間鍛造プレス加工であることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載のピニオンギヤ。
10. 遊星歯車機構のプラネタリキャリアに支持されるプラネタリギヤであることを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載のピニオンギヤ。

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