JP5834651B2 - ギア付きシャフト - Google Patents

Description

本発明は、回転駆動源からの回転動力を、複数のギア等を介して出力軸に伝達するギア付きシャフトに関する。

従来、例えば無段変速機を内部に備えた車両のトランスミッションでは、エンジン（回転駆動源）の回転動力を、出力軸である車軸に、減速用ギアを介して伝達している。
例えば図３に示す従来のトランスミッションの例では、回転駆動源からの回転動力はシャフト２１０（入力軸）に取り付けられた入力ギア歯２２２Ａから第２ギア歯１２２Ａに伝達され、更に第２ギア歯１２２Ａと一体となって回転する第１ギア歯１１１Ａからシャフト３１０（出力軸）の出力ギア歯３１１Ａに伝達される。
図３の例では、第１ギア歯１１１Ａを有する第１ギアはシャフト１１０に形成されており、第２ギア歯１２２Ａを有する第２ギアはシャフト１１０の一方端から軸方向に（スプライン嵌合にて）嵌め込まれている。更にシャフト１１０の一方端から軸受装置１３０が嵌め込まれた後、シャフト１１０の一方端の端部にナットＮＴが締め付けられ、嵌め込まれた第２ギア（第２ギア歯１２２Ａを有するギア）と軸受装置１３０が抜けないように固定している。
なお、第１ギア歯１１１Ａ及び第２ギア歯１２２Ａは周知のように傾斜した形状に設定されており、エンジンの側（シャフト２１０の側）から車輪の側（シャフト３１０の側）に回転動力を伝達する場合は第１ギアと第２ギアが互いに近接する方向のスラスト荷重を受けるように設定されている。しかし、エンジンブレーキ利用時等、車輪の側からエンジンの側に回転動力を伝達する状態となった場合は、前記ギア歯の傾斜によって第１ギアと第２ギアが互いに離間する方向のスラスト荷重を受けるため、ナットＮＴを用いて第２ギアが抜けないように固定する必要がある（ナットＮＴで固定しないと軸受装置１３０、１４０へのスラスト荷重の負荷により、軸受装置１３０、１４０の寿命が短くなる可能性がある）。

例えば特許文献１に記載された従来技術では、特許文献１の図１２において、第２軸心ＣＬ２回りに回転する軸の右端部に、ギアや軸受装置等の抜けを防止するナットが締め付けられている。
また例えば特許文献２に記載された従来技術では、シャフトに嵌め込んだ軸受装置が抜けることを防止する構造が開示されており、シャフトに嵌め込む軸受装置と、シャフトに嵌め込む円筒状の歯部材と、前記歯部材の外周を覆う円筒状の締め付け部材（ナットに相当）と、を有している。軸受装置の内輪は軸方向に延長されて当該延長部の外周面にはねじ溝が形成されている。そして締め付け部材の内周面には前記延長部のねじ溝に対応するねじ溝が形成されている。また歯部材の一方端にはスリットが形成されて縮径可能に構成されている。そして軸受装置に隣接させて歯部材を嵌め込み、歯部材を覆うように締め付け部材を取り付け、締め付け部材をねじ込んで歯部材に内径方向の荷重を付与して縮径させてシャフトに食い込ませている。

特開２００７−１４８３号公報 特開２００９−１３８７６５号公報

特許文献１及び特許文献２に記載された従来技術では、嵌め込んだギアや軸受装置が抜けないようにするためのナット（締め付け部材）を必要としているので、ナットの締め付け作業が必要であり、非常に手間がかかる。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、シャフトの一方端の側から嵌め込んだギア及び軸受装置が抜けることを防止するナットが不要な構造にするとともに、より効率良く組み付けることができるギア付きシャフトを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るギア付きシャフトは次の手段をとる。
まず、本発明の第１の発明は、シャフトと、前記シャフトの一方端から前記シャフトの軸方向に沿って嵌め込まれる貫通孔を有するギア部材と、前記ギア部材が嵌め込まれたシャフトの一方端から前記軸方向に沿って嵌め込まれる軸受装置の内輪部材と、を備えたギア付きシャフトである。
前記ギア部材は、外周面にギア歯を有するギア部と、前記ギア部の内径よりも小さな内径を有する軸受保持部と、を前記軸方向に沿って有している。
また、前記シャフトにおける前記ギア部材が嵌め込まれる一方端である挿通部は、前記軸方向に沿って、前記ギア部が嵌め込まれて保持されるギア挿通部と、前記軸受保持部が嵌め込まれて保持される軸受挿通部と、嵌め込まれた前記ギア部材が一方端の側に抜けないように係止するギアロック部と、に形成され、前記軸受挿通部の外径は前記ギア挿通部の外径よりも小さな径に形成され、前記ギアロック部の外径は前記ギア部材の前記軸受保持部の内径よりも大きな径であり且つ前記ギア部の内径よりも小さな径に形成されている。
また、前記ギア部材における前記軸受保持部は、一方端の側が開口した円筒状に形成されているとともに前記軸方向に平行な複数のスリットによって複数に分割されて、前記軸受挿通部へ嵌め込まれる際には径方向に弾性変形可能とされており、前記軸受保持部が前記シャフトの前記軸受挿通部へ嵌め込まれた状態では前記軸受保持部の一方端は前記ギアロック部により係止された状態とされている。
そして、前記内輪部材は、前記ギアロック部により係止された前記軸受保持部の一方側から前記軸受保持部の外周面に嵌め込まれている。

この第１の発明によれば、シャフトの一方端からギア部材の嵌め込みを開始すると、ギアロック部の外周面にて、スリットが形成された軸受保持部を拡径する。そして軸受保持部がギアロック部を通過すると、拡径した軸受保持部が復元し、ギアロック部を係止する。そして軸受保持部の外周に内輪部材を嵌め込む。
このため、ナットが不要な構造であるとともに、手間無く、効率良く組み付けることができる。また、軸受保持部の外周に内輪部材を嵌め込むことで、軸受保持部が拡径することを防止し、より確実に、ギア部材がギアロック部の側に抜けることを防止することができる。

次に、本発明の第２の発明は、上記第１の発明に係るギア付きシャフトであって、前記軸受挿通部の前記ギアロック部の側における前記軸方向の所定範囲には、前記ギアロック部に近づくにつれて徐々に前記軸受挿通部の外径が小さくなる傾斜部が形成されている。

この第２の発明によれば、軸受保持部におけるギアロック部に対向する端面と、ギアロック部における軸受保持部に対向する端面と、をより確実に接触させて、より確実にギアロック部を軸受保持部に係止させることができる。

次に、本発明の第３の発明は、上記第１または第２の発明に係るギア付きシャフトであって、前記ギアロック部の外周面における一方端の側であって一方端に向かって外径が徐々に小さくなる外周テーパ面、あるいは、前記軸受保持部の内周面における他方端の側であって他方端に向かって内径が徐々に大きくなる内周テーパ面、の少なくとも一方のテーパ面が形成されている。

この第３の発明によれば、外周テーパ面及び内周テーパ面の少なくとも一方のテーパ面に沿って、軸受保持部をより容易にシャフトに嵌め込むことが可能となる。

（Ａ）は第１ギア部１１が形成されているシャフト１０、第２ギア部２１が形成されているギア部材２０、内輪部材３１を有する軸受装置３０、の概略形状を説明する斜視図であり、（Ｂ）はシャフト１０の断面図であり、（Ｃ）はギア部材２０の断面図である。 （Ａ）はシャフト１０の一方端からギア部材２０を嵌め込む様子を説明する断面図であり、（Ｂ）はギア部材２０を嵌め込んだシャフト１０の一方端から軸受装置３０（内輪部材３１）を嵌め込む様子を説明する断面図であり、（Ｃ）はシャフト１０にギア部材２０と軸受装置３０（内輪部材３１）を嵌め込んだギア付きシャフト１を説明する断面図である。 従来のトランスミッションにおいて、第１ギア歯１１１Ａを有する第１ギアが形成されたシャフト１１０、第２ギア歯１２２Ａを有する第２ギア、軸受装置１３０、１４０、ナットＮＴの組み付け状態を説明する図である。

以下に本発明を実施するための形態を図面を用いて説明する。
●［ギア付きシャフト１の全体構成（図１）］
本発明のギア付きシャフト１は、図１（Ａ）の斜視図に示すように、シャフト１０、ギア部材２０、軸受装置３０にて構成されている。なお、図１（Ｂ）はシャフト１０における回転軸ＺＳ方向に沿った断面図を示しており、図１（Ｃ）はギア部材２０における回転軸ＺＳ方向に沿った断面図を示している。
なお、軸受装置３０の代わりに軸受装置３０の内輪部材３１のみが嵌め込まれたギア付きシャフト１としても良い。この場合、ギア付きシャフト１をトランスミッション等に組み込む際、ギア付きシャフト１に転動体３３と外輪部材３２を組み付けてトランスミッション等に組み込む。

シャフト１０については、図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、回転軸ＺＳ方向における一方端の側にはギア部材２０が嵌め込まれる挿通部１２が形成されており、回転軸ＺＳ方向における他方端の側には、第１外径の第１ギア歯１１Ａを有する第１ギア部１１が形成されている。
挿通部１２は、回転軸ＺＳ方向に沿って、ギア部材２０の第２ギア部２１（ギア部に相当）が嵌め込まれて保持されるギア挿通部１２Ａと、ギア部材２０の軸受保持部２２が嵌め込まれて保持される軸受挿通部１２Ｂと、シャフト１０に嵌め込まれたギア部材２０が一方端の側に抜けないように係止するギアロック部１２Ｃと、を有している。
ギア部２０については、図１（Ａ）及び（Ｃ）に示すように、シャフト１０に嵌め込まれる貫通孔が形成されており、他方端の側には第１外径とは異なる第２外径の第２ギア歯２１Ａ（ギア歯に相当）を有する第２ギア部２１が形成されている。また、ギア部２０の一方端の側には、軸受挿通部１２Ｂに保持される略円筒状の軸受保持部２２が形成されている。

また、シャフト１０におけるギア挿通部１２Ａの外周面には、第２ギア部２１の内周面とスプライン嵌合するための溝が形成されている。また第２ギア部２１の内周面にも、同様にスプライン嵌合するための溝が形成されている。これにより、シャフト１０の第１ギア部１１と、ギア部材２０の第２ギア部２１と、が一体となって滑ることなく回転する。
そしてギア挿通部１２Ａの外径φＡ１は、第２ギア部２１の内径φＡ２に対応する径に設定されており、軸受挿通部１２Ｂの外径φＢ１は、軸受保持部２２の内径φＢ２に対応する径に設定されている。そして、ギア挿通部１２Ａの外径φＡ１＞ギアロック部１２Ｃの外径φＣ１＞軸受挿通部１２Ｂの外径φＢ１に設定されており、第２ギア部２１の内径φＡ２＞ギアロック部１２Ｃの外径φＣ１＞軸受保持部２２の内径φＢ２に設定されている。
そしてギア部材２０における軸受保持部２２は、一方端の側が開口した円筒状に形成され、回転軸ＺＳ方向に平行な複数のスリット２２Ｓが形成されて複数に分割され、弾性力を有する材質にて形成されている。この構成により、軸受保持部２２は、拡径および縮径が可能である。

また、ギア挿通部１２Ａにおける回転軸ＺＳ方向の長さは、第２ギア部２１における回転軸ＺＳ方向の長さと同等であり、軸受挿通部１２Ｂにおける回転軸ＺＳ方向の長さは、軸受保持部２２における回転軸ＺＳ方向の長さと同等である。そして、「ギア挿通部１２Ａの回転軸ＺＳ方向の長さ＋軸受挿通部１２Ｂの回転軸ＺＳ方向の長さ」は、「第２ギア部２１の回転軸ＺＳ方向の長さ＋軸受保持部２２の回転軸ＺＳ方向の長さ」とほぼ同等に設定されている。
また、図１（Ｂ）に示すように、軸受挿通部１２Ｂにおけるギアロック部１２Ｃの側（軸受挿通部１２Ｂにおける一方端の側）の回転軸ＺＳ方向の所定範囲１２Ｈには、ギアロック部１２Ｃに近づくにつれて徐々に軸受挿通部１２Ｂの外径が小さくなる傾斜部１２Ｌが形成されている。
また、図１（Ｂ）に示すように、ギアロック部１２Ｃの外周面における一方端の側には、ギアロック部材１２Ｃの外径が一方端に向かって徐々に小さくなる外周テーパ面１２Ｍが形成されている。
また、図１（Ｃ）に示すように、軸受保持部２２の内周面における他方端の側には、軸受保持部２２の内径が他方端に向かって徐々に大きくなる内周テーパ面２２Ｍが形成されている。
なお、本実施の形態の説明では、外周テーパ面１２Ｍと内周テーパ面２２Ｍの双方のテーパ面が形成された例を説明するが、外周テーパ面１２Ｍと内周テーパ面２２Ｍは、少なくとも一方のテーパ面が形成されていれば良い。

●［ギア付きシャフト１の組み付け手順（図２）］
次に図２（Ａ）〜（Ｃ）を用いて、シャフト１０に、ギア部材２０と軸受装置３０とを組み付けてギア付きシャフト１を製造する手順の例を説明する。なお図２（Ａ）〜（Ｃ）は回転軸ＺＳ方向に沿った断面図を示している。
また、ギア付きシャフト１において、シャフト１０の他方端に嵌め込まれている軸受装置４０は省略しても良い。また、シャフト１０の一方端には、軸受装置３０を嵌め込む代わりに軸受装置３０の内輪部材３１のみを嵌め込むようにしても良い。図２（Ａ）〜（Ｃ）の例では、軸受装置４０をシャフト１０の他方端に嵌め込み、シャフト１０の一方端に軸受装置３０を嵌め込んだギア付きシャフト１を例として説明する。
なお図２（Ａ）〜（Ｃ）の例では、図２（Ａ）にてシャフト１０の他方端に軸受装置４０が圧入されている例を記載しているが、軸受装置４０は図２（Ａ）〜（Ｃ）のいずれのステップで圧入されても良い。

最初のステップでは、図２（Ａ）に示すように、他方端の側に軸受装置４０が嵌め込まれたシャフト１０の一方端の側からギア部材２０を嵌め込む。
シャフト１０へのギア部材２０の嵌め込みが開始されると、まず第２ギア部２１がギアロック部１２Ｃを通過する（内径φＡ２＞外径φＣ１より）。そして軸受保持部２２がギアロック部１２Ｃに達すると、ギアロック部材１２Ｃの外周テーパ面１２Ｍと、軸受保持部２２の内周テーパ面２２が接触し（内径φＢ２＜外径φＣ１より）、スリット２２Ｓが形成されている軸受保持部２２が弾性力にて外径方向に拡径する。そして軸受保持部２２がギアロック部１２Ｃを通過すると、軸受保持部２２が拡径した状態から弾性力にて復元し、軸受保持部２２の一方端にギアロック部材１２Ｃが係止される。

次のステップでは、図２（Ｂ）に示すように、ギアロック部材１２Ｃを係止した軸受保持部２２の一方端の側から、軸受装置３０（または内輪部材３１）を、軸受保持部２２の外周面に嵌め込む。軸受装置３０の内輪部材３１の内径φＤ３は、軸受保持部２２の対応個所の外径φＤ２（図１（Ｃ）参照）に対応する径に設定されている。軸受装置３０（または内輪部材３１）を軸受保持部２２の外周面に嵌め込むことで、軸受保持部２２が弾性力にて拡径してギアロック部１２Ｃの係止状態が解除されることを適切に防止することができる。

なお、図２（Ｃ）は、組み付けが終わったギア付きシャフト１を示している。
図２（Ｃ）及び図１（Ｂ）に示すように、軸受保持部２２の一方端の側における回転軸ＺＳ方向の所定範囲１２Ｈには、ギアロック部１２Ｃに近づくにつれて徐々に軸受挿通部１２Ｂの外径が小さくなる傾斜部１２Ｌが形成されて隙間１２Ｋが形成されている。
この隙間１２Ｋにより、図２（Ｃ）の拡大図に示すように、軸受保持部２２のコーナ部２２Ｒの半径のほうが、ギアロック部１２Ｃと軸受挿通部１２Ｂとの境界部のコーナ部１２Ｒの半径よりも大きい、等の場合であっても、軸受保持部２２の軸受保持部端面２２Ｎと、ギアロック部１２Ｃの係止端面１２Ｎと、をより確実に接触させることができる。なお、軸受保持部端面２２Ｎは軸受保持部２２における回転軸ＺＳに直交する面であってギアロック部１２Ｃに対向する面であり、係止端面１２Ｎはギアロック部１２Ｃにおける回転軸ＺＳに直交する面であって軸受保持部２２に対向する面である。
これにより、より確実にギアロック部１２Ｃを軸受保持部２２に係止させることができる。なお、軸受保持部２２とギアロック部１２Ｃとの接触面の径方向の長さΔＬが１［ｍｍ］以上であることが好ましく、隙間１２Ｋを形成することで、確実にこの長さを確保することが可能であり、より確実にギアロック部１２Ｃを係止できる。
また、外周テーパ面１２Ｍまたは内周テーパ面２２Ｍの少なくとも一方を形成することで、当該テーパ面に沿って、軸受保持部２２をより容易にシャフト１０に嵌め込むことができる。

以上、本実施の形態にて説明したギア付きシャフト１は、ナットのネジ溝及びナットが不要であるので、ナットの締め付け作業が不要であり、ギア部２０と軸受装置３０（または内輪部材３１）を嵌め込むだけでよいので、組み付け作業が容易であり、且つ作業時間を短縮化することができる。
また、第１ギア部１１と第２ギア部２１を互いに離間する方向のスラスト荷重が発生しても、当該スラスト荷重を、軸受装置３０、４０にて受けることなく、軸受保持部２２にて係止したギアロック部１２Ｃにて受けることができる。これにより、軸受装置３０、４０の寿命の低下を適切に防止することができる。

本発明のギア付きシャフト１は、本実施の形態で説明した外観、構成、構造、形状等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
本発明のギア付きシャフト１は、車両のトランスミッションに限定されず、回転駆動源からの回転動力を出力軸に伝達する種々のギア付きシャフトに適用することができる。
また本実施の形態の説明では、軸受装置３０、４０の例として、円錐ころと外輪部材と内輪部材とを備えた円錐ころ軸受を記載したが、円錐ころを有する転がり軸受に限定されず、円環状の内輪部材を有する軸受装置であれば良い。
また本実施の形態の説明では、４本のスリット２２Ｓにて軸受保持部２２を４個に分割する例を示したが、４個に限定されず、２個以上に分割されていれば良い。
また本実施の形態の説明では、隙間１２Ｋ、外周テーパ面１２Ｍ、内周テーパ面２２Ｍを形成した例を説明したが、これらは省略しても良い。

１ ギア付きシャフト
１０ シャフト
１１ 第１ギア部
１１Ａ 第１ギア歯
１２ 挿通部
１２Ａ ギア挿通部
１２Ｂ 軸受挿通部
１２Ｃ ギアロック部
１２Ｈ 所定範囲
１２Ｌ 傾斜部
１２Ｋ 隙間
１２Ｍ 外周テーパ面
２０ ギア部材
２１ 第２ギア部（ギア部）
２１Ａ 第２ギア歯（ギア歯）
２２ 軸受保持部
２２Ｍ 内周テーパ面
２２Ｓ スリット
３０、４０ 軸受装置
３１ 内輪部材
３２ 外輪部材
３３ 転動体

Claims (3)

1. シャフトと、
   前記シャフトの一方端から前記シャフトの軸方向に沿って嵌め込まれる貫通孔を有するギア部材と、
   前記ギア部材が嵌め込まれたシャフトの一方端から前記軸方向に沿って嵌め込まれる軸受装置の内輪部材と、を備えたギア付きシャフトにおいて、
   前記ギア部材は、外周面にギア歯を有するギア部と、前記ギア部の内径よりも小さな内径を有する軸受保持部と、を前記軸方向に沿って有しており、
   前記シャフトにおける前記ギア部材が嵌め込まれる一方端である挿通部は、前記軸方向に沿って、前記ギア部が嵌め込まれて保持されるギア挿通部と、前記軸受保持部が嵌め込まれて保持される軸受挿通部と、嵌め込まれた前記ギア部材が一方端の側に抜けないように係止するギアロック部と、に形成され、前記軸受挿通部の外径は前記ギア挿通部の外径よりも小さな径に形成され、前記ギアロック部の外径は前記ギア部材の前記軸受保持部の内径よりも大きな径であり且つ前記ギア部の内径よりも小さな径に形成されており、
   前記ギア部材における前記軸受保持部は、一方端の側が開口した円筒状に形成されているとともに前記軸方向に平行な複数のスリットによって複数に分割されて、前記軸受挿通部へ嵌め込まれる際には径方向に弾性変形可能とされており、前記軸受保持部が前記シャフトの前記軸受挿通部へ嵌め込まれた状態では前記軸受保持部の一方端は前記ギアロック部により係止された状態とされており、
   前記内輪部材は、前記ギアロック部により係止された前記軸受保持部の一方側から前記軸受保持部の外周面に嵌め込まれている、
   ギア付きシャフト。
2. 請求項１に記載のギア付きシャフトであって、
   前記軸受挿通部の前記ギアロック部の側における前記軸方向の所定範囲には、前記ギアロック部に近づくにつれて徐々に前記軸受挿通部の外径が小さくなる傾斜部が形成されている、
   ギア付きシャフト。
3. 請求項１または２に記載のギア付きシャフトであって、
   前記ギアロック部の外周面における一方端の側であって一方端に向かって外径が徐々に小さくなる外周テーパ面、
   あるいは、前記軸受保持部の内周面における他方端の側であって他方端に向かって内径が徐々に大きくなる内周テーパ面、
   の少なくとも一方のテーパ面が形成されている、
   ギア付きシャフト。

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