JP5762342B2 - 歯車部品及び締結治具 - Google Patents

Description

本発明は、歯車部品及び締結治具ならびに歯車部品の組み立て方法に関する。

自動車等に用いられる変速機には、軸に嵌合された歯車やベアリングからなる歯車部品が複数用いられる。
このような歯車部品は、軸に歯車やベアリング等を嵌合した後に、軸端部にナット等のネジ部品を締め付けて抜け止めを行う。このようなネジ部品を軸へ締め付けるときは、軸が空転することを防止して、回り止めをする必要がある。

このような歯車部品の回り止めの技術として、従来から、二面幅等の突出部を歯車部品の端部に形成し、歯車部品の突出部に嵌合する治具によって回り止めをするものがある。
図５は、このような従来の歯車部品２０Ａを軸中心に沿って示す図である。図６の（ａ）は、従来の締結治具１０Ａの正面図であり、図６の（ｂ）は、図６の（ａ）におけるＹ−Ｙ矢視図である。
歯車部品２０Ａには、軸部２００Ａと第１の歯車２２が、歯車軸２１Ａとして一体に形成され、第２の歯車２３は軸部２００Ａに嵌合して歯車軸２１Ａに結合される。第２の歯車２３の抜け止めをするために、ナット３０が締め付けられる。
この歯車部品２０Ａでは、ナット３０が締め付けられる軸端部とは逆方向の軸端部に、二面幅の突出部２４０が形成されている。
締結治具１０Ａは、台座１１Ａから垂直に、二面幅部１２Ａを形成する壁部１５Ａと軸部１００Ａが立ち上がっている。軸部１００Ａは、嵌合軸部１３Ａとガイド部１４Ａからなる。
この締結治具１０Ａと歯車部品２０Ａは、締結治具１０Ａの嵌合軸部１３Ａを歯車部品２０Ａの嵌合穴２２０Ａと嵌合させるとともに、締結治具１０Ａの二面幅部１２Ａを歯車部品２０Ａの突出部２４０と嵌合させて、軸部２００が空転することを防止し回り止めする。

これに対し、歯車部品に二面幅の端部を形成せずに回り止めを行う技術もある。特許文献１には、歯車部品にネジ部品を軸に締め付けるための回り止め治具であって、基盤に歯車部品の歯車と噛合して歯車部品を回転不可能に係止する固定用歯車が備えられたものが記載されている。

特開２０１１−２０６８６４号公報

しかしながら、図５に示す歯車部品２０Ａのように、歯車部品の軸端部に二面幅の突出部を形成した場合は、この突出部の分だけ軸長が長くなる。
特に、実線で示すように変速機ケースの歯車支持部４０Ａが突出部２４０を収納できる場合はよいが、レイアウト等の都合により、仮想線のように収納スペースがない場合は、軸端部に突出部２４０を形成することができない。
また、軸端部に二面幅等の突出部を形成したときは、軸長が長くなる分だけ軸に用いる材料が増加するとともに、歯車部品の重量が増加する。また、材料の増加によって歯車部品自体のコストが増大するという問題があった。

そこで、特許文献１の治具によって、歯車部品の突出部を不要とすることが考えられる。ところが、特許文献１の治具は複雑であり、治具の製作や維持管理にコストがかかるという問題があった。

本願発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、歯車部品に二面幅等の突出部を設けることなく、軸の空転を防止して回り止めする歯車構造及びその組み立てに用いる締結治具を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、軸における取り付け位置に嵌合させた歯車を軸に締結したネジ部品により抜け止めした歯車部品において、軸端に三角形の頂点を円弧状とした断面を有する嵌合穴を備え、
前記軸における前記嵌合穴の奥には、同軸で当該嵌合穴より小径の円形断面を有するガ
イド穴が連なっているものとした。
また、締結治具は、歯車部品の前記嵌合穴と対応する断面を有する嵌合軸を、台座に固定したものとした。

本発明によれば、二面幅などの突出部を軸端部に形成することなく、歯車部品の軸の空転を防止することができる。
したがって、歯車部品の軸長を短縮するとともに、軸に用いる材料を削減することができる。このように材料を削減すると軽量化を図ることができるとともに、材料自体のコストを削減することができる。
これに加え、治具を軸へ挿入することのみで簡易に回り止めを行うことができるので、歯車部品の生産にかかる時間を短縮することができ、生産性を高めることもできる。

実施の形態に係る歯車部品及び締結治具を示す斜視図である。 実施の形態に係る歯車部品を示す断面図である。 実施の形態に係る締結治具を示す図である。 実施の形態に係る歯車部品の嵌合部を軸方向から見た図である。 従来の歯車部品を示す断面図である。 従来の締結治具を示す図である。

次に、本発明の実施形態について説明する。本実施形態では、フロントエンジン・フロントドライブ方式の自動車用変速機におけるリダクションギヤ部品として構成された歯車部品、及びその締結治具を例にして説明する。

以下、図１を参照して説明する。図１は、ナット３０を締め付ける前の歯車部品２０と締結治具１０を示す斜視図である。
歯車部品２０は、歯車軸２１と第２の歯車２３を一体に結合して構成され、両端にベアリング２４，２５が設けられる。なお、図１では、ベアリング２４，２５のインナーレース２４ａ，２５ａ、ローラ２４ｂ，２５ｂが示され、アウターレースは省略されている。第２の歯車２３とベアリング２４が取り付けられる歯車軸２１の一方の端部に、ナット３０が締め付けられることで第２の歯車２３が抜け止めされる。
歯車軸２１は、一体に形成された軸部２００と第１の歯車２２からなる。第２の歯車２３は、軸部２００に嵌合して歯車軸２１に結合される。第１の歯車２２と第２の歯車２３の歯部は、はすば歯車となっている。
締結治具１０は、歯車部品２０にナット３０を締め付ける際に、軸部２００の他方の端部に挿入されて、軸部２００が空転することを防止する。

以下、図２を参照して、歯車部品２０の詳細について説明する。
第１の歯車２２は、第２の歯車２３に比べて径が小さく、歯数も少ない。第１の歯車２２は、ディファレンシャルギア（図示せず）に設けられたファイナルギア（図示せず）と噛み合う。

第２の歯車２３は、中心側にボス部２３ａを有する。ボス部２３ａは内径側にスプライン部２３ｂを形成している。
第２の歯車２３は、図示されていないギアと噛み合うことで回転トルクを伝達され、第１の歯車２２と一体になって軸部２００を中心に回転する。

軸部２００は、第１の歯車２２から両方向に延び、一方向には、第１の歯車２２から順次に第２の歯車２３と結合するための取り付け位置となるスプライン部２０１，ベアリング圧入部２０２及び雄ネジ部２３０を有している。このスプライン部２０１は、第２の歯車２３のスプライン部２３ｂとスプライン嵌合する。
第１の歯車２２の一方向の端面には、ボス状の突出部２２ａが形成されている。軸部２００の他方向には、ベアリング圧入部２０３が形成されている。

軸部２００の中心に沿って、貫通穴２１０が形成されている。この貫通穴２１０には、締結治具１０が挿入される端部から近い順に、円形断面の大径挿入部２２０，概略正三角形断面の嵌合部２２１及び円形断面の小径部２２２が形成されている。軸部２００の両端には、貫通穴２１０が開口し、面取りがされている。

図４に示すように、大径挿入部２２０は、円形断面形状になっている。大径挿入部２２０の断面の径は、嵌合部２２１の最大径部分に外接する円よりも若干大きい径にされている。
嵌合部２２１の断面は、概略三角形となっている。この概略三角形は、正三角形の各頂点に円弧状の丸みを持たせ、頂点部２２１ａとした形状である。
概略三角形の辺部分２２１ｂは、小径部２２２の径が内接する大きさにされている。そのため嵌合部２２１は小径部２２２よりも断面積が大きくされており、嵌合部２２１と小径部２２２との間に段差２１１が形成される。

ベアリング２４と２５は、軸部２００を変速機ケースの歯車支持部４０に対して回転自在に支持し、ベアリング２４と２５は、インナーレース２４ａ，２５ａと、歯車支持部４０に取り付けられるアウターレース２４ｃ，２５ｃと、インナーレース２４ａとアウターレース２４ｃとの間に回転自在に保持されたローラ２４ｂ，２５ｂからなる。ベアリング２４のインナーレース２４ａは軸部２００のベアリング圧入部２０２に、ベアリング２５のインナーレース２５ａはベアリング圧入部２０３に、それぞれ圧入される。インナーレース２４ａ，２５ａは、軸部２００と一体となって回転する。

ナット３０はフランジ付きの六角ナットである。軸部２００の雄ネジ部２３０にナット３０が締め付けられることで、第２の歯車２３が抜け止めされる。具体的には、ナット３０を締め付けることによって、ベアリング２４のインナーレース２４ａは図２の左方向へ押し付けられ、第２の歯車２３のボス部２３ａは、第１の歯車２２の突出部２２ａへ押し付けられる。この結果、第２の歯車２３は固定される。

以下、図３を参照して、締結治具１０について説明する。図３の（ａ）は、締結治具１０の正面図であり、図３の（ｂ）は、図３の（ａ）におけるＸ−Ｘ矢視図である。
図３の（ａ）に示すように、締結治具１０は、台座１１と軸部１００からなる。
台座１１は、図３の（ｂ）に示すように、所定の厚みのある長円板形状をしており、締結治具１０を固定するための雌ネジを切られた係止穴（図示せず）等の固定手段により、テーブル等に固定されることができるようにされている。

図３の（ａ）に示すように、軸部１００は、台座１１から垂直に立ち上がり、台座１１に近い側から順に、ボス部１２，嵌合軸部１３，ガイド部１４を形成する。ボス部１２は大径挿入部２２０に嵌り、嵌合軸部１３は嵌合部２２１に嵌り、ガイド部１４は小径部２２２に嵌るように設定されている。
ボス部１２と嵌合軸部１３は、接続部１３ｂにおいて、滑らかに繋がれている。

ボス部１２は、大径挿入部２２０に対応して断面形状は円形にされている。締結治具１０が貫通穴２１０に挿入されたときは、ボス部１２が大径挿入部２２０に挿入された状態となる。

嵌合軸部１３の断面は、嵌合部２２１に対応する概略三角形となっている（図３の（ｂ）参照）。この概略三角形は、嵌合部２２１と同様に、正三角形の頂点部１３ｄを円弧状に丸めた形状である。締結治具１０が歯車部品２０の貫通穴２１０に挿入されたときは、嵌合軸部１３は、嵌合部２２１に嵌合する。
嵌合軸部１３と嵌合部２２１には、いわゆる遊びとして若干の空隙が設けられている。具体的には、嵌合軸部１３と嵌合部２２１は、辺部分１３ｃの遊びは少なめにして、頂点部１３ｄの遊びを多めにすることが望ましい。
このように、概略三角形断面の辺部分の遊びを少なくすることで、概略三角形断面における辺部分１３ｃと辺部分２２１ｂとが嵌合しやすくなり、嵌合軸部１３と嵌合部２２１の嵌合を密にすることができる。また、頂点部１３ｄの遊びを大きくすることで、締結治具１０を挿入しやすくなる。
嵌合軸部１３の断面は、ガイド部１４の軸部１４ａの外径を概略三角形の内面で内接する大きさである。そのため、ガイド部１４は嵌合軸部１３より細くなっている部分があり、ガイド部１４の軸部１４ａとの間に段差１３ａができる（図３の（ｂ）参照）。
この段差１３ａは、小径部２２２と嵌合部２２１の間に形成される段差２１１に当接して、締結治具１０の軸部１００の貫通穴２１０への挿入深さを制限している。

図３の（ａ）に示すように、ガイド部１４は、小径部２２２が嵌る大きさに設定された軸部１４ａと先細りになった傾斜部１４ｂからなる。
傾斜部１４ｂは、嵌合軸部１３が嵌合部２２１と嵌合しやすいように、軸部１００を案内する。締結治具１０が挿入されたときは、ガイド部１４が小径部２２２に挿入された状態となる。

次に、本実施形態における締結治具１０の使用要領について説明する。
本実施形態では、締結治具１０は、軸部２００のベアリング２５が取り付けられる側の端部に挿入して使用する。なお、ここで挿入とは相対的であり、締結治具１０がテーブル等に固定されている場合は、軸部２００を軸部１００に嵌挿することになる。
締結治具１０は、軸部２００に正しく挿入されたときは、嵌合部２２１と嵌合軸部１３の概略三角形の角度位置が一致する。このとき、嵌合軸部１３は、断面が円弧状にされた頂点部１３ｄ近傍となる辺部分１３ｃの３か所で、軸部２００の嵌合部２２１と嵌合する。
嵌合部２２１と嵌合軸部１３の概略三角形の角度位置がずれているときは、嵌合部２２１の内周面と嵌合軸部１３は嵌合しないが、ガイド部１４の傾斜部１４ｂによって、軸部１００が貫通穴２１０の中心軸に合うように案内されているので、わずかな角度変更で嵌合する。
また、締結治具１０の段差１３ａと、貫通穴２１０の段差２１１が互いに当接しているか否かを、当接音や挿入深さを確認することで容易に知ることができる。そのため、嵌合部２２１と嵌合軸部１３の概略三角形の角度位置がずれたままで、ナット３０を締め付けることで締結治具１０と歯車軸２１を損傷することがないようにされている。さらに、接続部１３ｂは、滑らかに形成されているので、応力が集中しないようにされている。
以上のように、嵌合部２２１と嵌合軸部１３の嵌合によって、歯車部品２０を回り止めしたうえで、軸部２００の一端に、ナット３０を締め付ける。
すなわち、ナット３０を締め付ける際に軸部２００が空転して、ナット３０とともに軸部２００が回転してしまうことを防止する。

以上のように、嵌合軸部１３と嵌合部２２１の断面が、概略三角形形状の断面を有するものとしたのは、以下の理由による。
締結治具の嵌合軸を歯車部品の嵌合部に嵌合させた上で、ナットを締め付ける際、軸部へのねじりトルクだけでなく、軸部に対する曲げ方向のモーメントが働いてしまうことがある。
この曲げモーメントが繰り返し締結治具に与えられると、締結治具の疲労破壊や磨耗を招くとともに、締結治具が嵌合部から受ける力で塑性変形してネジ切られてしまう原因となる。そのため、締結治具に曲げモーメントが働いたときでも、安定して軸の回り止めをする手段が必要である。

そこで、締結治具の断面を概略四角形断面とする等、概略多角形断面にすることで頂点の数を増やすことで曲げモーメントに対応することが考えられる。たしかに、締結治具の断面を概略多角形断面にすると、嵌合部の嵌合軸に対する作用点が増える。そのため、ナットの締め付け時に作用点にかかる力が分散されて、締結治具の耐久性は向上する。
ところが、嵌合軸及び嵌合部は、切削加工で形成する必要があるため、断面を概略多角形形状としたときには、切削加工のための加工時間が概略三角形断面の場合よりも多く必要になる。その結果、締結治具と歯車部品を切削する工具の寿命が悪化する。
さらに、軸の径を変えずに、嵌合部と嵌合軸の断面形状を概略多角形断面としたときには、断面多角形の辺の長さが短くなる。そうすると、小径の切削工具を使用することになり、締結治具と嵌合部を加工することが困難となる。これに対して大径の工具を使用すると、加工は容易になるが、歯車部品の嵌合部の断面積を大きくせざるを得ない。そうすると今度は、軸の肉厚を薄くせざるを得ず、軸の強度を確保することが難くなる。

一方、嵌合軸と嵌合部の断面形状を例えば楕円形とすることもできる。断面形状を楕円形としたときには、嵌合部と締結治具の製作は比較的容易である。
しかし、断面形状を楕円形としたときには、締結治具の嵌合軸は、歯車部品の嵌合部を２か所で支持することになり、作用点が２か所に減少するので、作用点を３か所とする概略三角形断面のときよりも作用点に力が集中しやすい。そのため、断面を楕円形にしたときは、概略三角形としたときよりも締結治具の耐久性が低下する。具体的には、クラックが締結治具の作用点から入りやすくなる。

以上に対し、軸部を概略三角形断面とした場合は、軸の嵌合部を断面上の３つの点で支持するので、作用点を３か所に分散することができ、嵌合軸及び嵌合部の加工を容易にしつつ、締結治具の耐久性を確保して、安定した回り止めを行うことができる。

本実施の形態では、軸部２００が特許請求の範囲の軸に該当し、以下、スプライン部２０１が取り付け位置に該当し、第２の歯車が歯車に該当し、ナット３０がネジ部品に該当し、嵌合部２２１が嵌合穴に該当し、小径部２２２がガイド穴に該当し、大径挿入部２２０が挿入口に該当し、嵌合軸部１３が嵌合軸に該当する。

実施の形態は以上のように構成され、歯車部品２０は、歯車軸２１の軸部２００におけるスプライン部２０１に嵌合させた第２の歯車２３を、軸部２００に締結したナット３０により抜け止めした歯車部品２０において、軸部２００の軸端に三角形の頂点を円弧状とした断面を有する嵌合部２２１を貫通穴２１０に備えるものとした。
これにより、まず、ナット３０を締め付ける際に、嵌合部２２１と対応する形状の軸を備える締結治具１０を用いることにより、軸部２００を回り止めすることができる。締結治具１０を貫通穴２１０へ挿入することのみで簡易に回り止めをすることができるので、歯車部品２０の組み立てにかかる時間を短縮することができ、生産性を高めることができる。
また、二面幅などの突出部を軸端部に形成する必要がないため、歯車部品２０の軸長を短縮することができる。
軸長の短縮により、軸部２００は、用いる材料を削減することで材料自体のコストが削減されるとともに、軽量化を図ることができる。加えて、軸部２００の端部に突出部を作成するための加工のコストや、突出部を作成するための工具のコストを低減することができる。
さらに、変速機のユニット全体を小型化して、ユニット全体の重量も削減することができるので、変速機を搭載する車両全体の製造コストを低減することができるとともに、車両の燃費効率も向上させることができる。（請求項１に対応する効果）

また、締結治具１０は、嵌合軸部１３を、台座１１に固定している。
これにより、例えば、台座をテーブル等の台などに取り付けることにより、締結治具１０を容易に固定することができる。（請求項５に対応する効果）

また、ナット３０はスプライン部２０１へ第２の歯車２３が挿通される側の軸端側に締結され、嵌合部２２１は第２の歯車２３が挿通される側と反対側の軸端に設けてあるものとした。
これにより、テーブル等に固定した締結治具１０の嵌合軸部１３に軸部２００の嵌合部２２１を挿入すれば、軸部２００の上端においてナット３０を容易に締め付けることができる。例えば、ナット３０をテーブル等の台などに歯車軸２１を置いて作業することが可能になる。（請求項２に対応する効果）

さらに、軸部２００における嵌合部２２１の奥に、同軸で当該嵌合部２２１より小径の円形断面を有する小径部２２２が連なっているので、締結治具１０の嵌合軸部１３の先端に小径部２２２と対応する断面を有するガイド部１４を設けることにより、嵌合軸部１３と嵌合部２２１を芯合わせして、容易に嵌合させることができる。
したがってまた、嵌合部２２１と嵌合軸部１３の概略三角形の角度位置がずれているときでも、わずかな角度変更で嵌合することができる。そのため、嵌合部２２１と嵌合軸部１３が嵌合しないままナット３０を締め付け、締結治具１０や歯車部品２０を損傷させるおそれを減少する。（請求項３，６に対応する効果）

さらに、嵌合部２２１は、同軸で当該嵌合部２２１より大径の円形断面を有する大径挿入部２２０を介して第２の歯車２３が挿通される側と反対側の軸端に開口しているので、締結治具１０の嵌合軸部１３の先端に小径部２２２と対応する断面を有するガイド部１４を設け、前記台座１１側には前記大径挿入部２２０に対応する断面を有するボス部１２を設けることにより、小径部２２２は、ガイド部１４によって支持され、大径挿入部２２０は、ボス部１２によって支持されるので、嵌合部２２１の軸が傾かないから、穴面がかじられる等の損傷を生じないので、締結治具１０の耐久性を向上させる。また、締結治具によって歯車部品２０を損傷させない。（請求項４，７に対応する効果）

本実施形態では、変速機におけるリダクションギヤとして構成された歯車部品２０を例として説明したが、本発明はこれに限らず、その他、軸に歯車やベアリング等を嵌合した後、抜け止めの目的で軸端部にナット等のネジ部品を締め付ける部品に適用することができる。

本実施形態では、軸の片側の一端にナットによる抜け止めがされた歯車部品を例にしたが、本発明はこれに限らない。本発明は、軸の両端に締結部品を用いる歯車部品にも適用することができる。

また、ネジ部品はナット３０に限らず、ボルトのようなネジ部品であっても構わない。
例えば、ボルトであれば、軸部２００の端部の内径側を雌ネジとすればよい。

締結治具１０及び軸部２００は、耐久性を向上させるため表面処理を行うこともできる。表面処理の種類は疲労強度を求める場合にはショットピーニング、対磨耗性を求める場合にはコーティングによる表面処理を行うことが望ましい。また、浸炭を行うことも、靭性と対磨耗性を向上させるため望ましい。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれる。

１０ 締結治具
１１ 台座
１２ ボス部
１３ 嵌合軸部
１３ａ 段差
１３ｂ 接続部
１３ｃ 辺部分
１３ｄ 頂点部
１４ ガイド部
１４ａ 軸部
１４ｂ 傾斜部
２０ 歯車部品
２１ 歯車軸
２２ 歯車
２２ａ 突出部
２３ 歯車
２３ａ ボス部
２３ｂ スプライン部
２４ ベアリング
２４ａ インナーレース
２４ｂ ローラ
２４ｃ アウターレース
２５ ベアリング
２５ａ インナーレース
２５ｂ ローラ
２５ｃ アウターレース
３０ ナット
４０ 歯車支持部
１００ 軸部
２００ 軸部
２０１ スプライン部
２０２ ベアリング圧入部
２０３ ベアリング圧入部
２１０ 貫通穴
２１１ 段差
２２０ 大径挿入部
２２１ 嵌合部
２２１ａ 頂点部
２２１ｂ 辺部分
２２２ 小径部
２３０ 雄ネジ部

Claims (8)

1. 軸における取り付け位置に嵌合させた歯車を前記軸に締結したネジ部品により抜け止めした歯車部品において、
   前記軸の軸端に三角形の頂点を円弧状とした断面を有する嵌合穴を備え、
   前記軸における前記嵌合穴の奥には、同軸で当該嵌合穴より小径の円形断面を有するガイド穴が連なっていることを特徴とする歯車部品。
2. 前記ネジ部品は前記取り付け位置へ前記歯車が挿通される側の軸端側に締結され、
   前記嵌合穴は前記歯車が挿通される側と反対側の軸端に設けてあることを特徴とする請求項１に記載の歯車部品。
3. 前記嵌合穴は、同軸で当該嵌合穴より大径の円形断面を有する挿入口を介して前記歯車が挿通される側と反対側の軸端に開口していることを特徴とする請求項１または２に記載の歯車部品。
4. 請求項１から３のいずれか１に記載の歯車部品の前記嵌合穴と対応する断面を有する嵌合軸を、台座に固定してあることを特徴とする締結治具。
5. 請求項１から３のいずれか１に記載の歯車部品の前記嵌合穴と対応する断面を有する嵌合軸を、台座に固定してあり、
   前記嵌合軸はその先端に前記ガイド穴と対応する断面を有するガイド部を有していることを特徴とする締結治具。
6. 請求項３に記載の歯車部品の前記嵌合穴と対応する断面を有する嵌合軸を、台座に固定してあり、
   前記嵌合軸は、その先端に前記ガイド穴と対応する断面を有するガイド部を備えているとともに、前記台座側には前記挿入口に対応する断面を有するボス部を備えていることを特徴とする締結治具。
7. 軸における取り付け位置に嵌合させた歯車を前記軸に締結したネジ部品により抜け止めした歯車部品であって、前記軸の軸端に三角形の頂点を円弧状とした断面を有する嵌合穴を備える歯車部品の前記嵌合穴と対応する断面を有する嵌合軸を、台座に固定してあることを特徴とする締結治具。
8. 前記ネジ部品は、前記取り付け位置へ前記歯車が挿通される側の軸端側に締結され、
   前記嵌合穴は、前記歯車が挿通される側と反対側の軸端に設けてあることを特徴とする請求項７に記載の締結治具。

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