JP5842427B2

JP5842427B2 - 歯車の製造方法

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Publication number: JP5842427B2
Application number: JP2011158720A
Authority: JP
Inventors: 康順中井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-07-20
Filing date: 2011-07-20
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2031-07-20
Also published as: JP2013024307A

Description

本発明は、歯車及び歯車の製造方法に関する。

歯車をシャフトに固定する技術としては、例えば特許文献１及び２に開示されている。特許文献１の技術は、バランサ駆動ギヤのボス部に形成された内周スプラインにクランク軸の外周スプラインを嵌合することで、バランサ駆動ギヤをクランク軸に固定している。また、特許文献２の技術は、ピニオンギヤから軸方向に延在する軸部の外周に形成されたスプラインを、ドライブシャフトから軸方向に延在するピニオンジョイントの内周に形成されたスプラインに嵌合することで、ピニオンギヤをドライブシャフトに固定している。

ところで、特許文献３及び４には、貫通孔を形成することで歯車を軽量化する技術が開示されている。

特開２００４−９２６２４号公報特開２００９−２２８８５２号公報特開２０１１−５８６２５号公報実開平１−１７４５０５号公報

特許文献１及び２の技術は、歯車の軽量化については考慮していない。特許文献３及び４の技術は、シャフトに対して歯車を略同軸上に簡単に配置することができるように、歯車の形状を工夫していない。

本発明の目的は、このような問題を解決するためになされたものであり、シャフトに対して歯車を略同軸上に簡単に配置することができる軽量な歯車及び歯車の製造方法を提供することである。

本発明の一形態に係る歯車は、回転軸の中心にシャフトを組み付ける歯車であって、前記歯車のシャフトが組み付けられる側の面に形成される凸部と、前記歯車を軽量化するための軽量化部と、を備える。

上記歯車において、前記凸部は、板状部材を加工することで前記歯部と共に複数形成され、複数の前記凸部の内方に前記シャフトの端部が嵌合されること、が好ましい。
上記歯車において、前記凸部は、前記軽量化部の間に配置されること、が好ましい。
上記歯車において、前記凸部と前記軽量化部とは、歯車の周方向に交互に配置されること、が好ましい。

上記歯車において、前記シャフトは、カムシャフトであり、前記カムシャフトと前記歯車とは位置決めピンを介して位置決めされ、前記歯車は前記シャフトの端部にボルト接合されること、が好ましい。

本発明の一形態に係る歯車の製造方法は、板状部材をプレス成型により、外周側面に歯部を形成すると共に、シャフトの端部が内方に嵌合され前記シャフトに対して歯車を略同軸上に配置する凸部を、前記シャフトの端部が嵌合される側の面に形成する工程と、板状部材に軽量化部を形成する工程と、を備える。

上記歯車の製造方法において、前記凸部を形成する際に用いる、受け側の成形型と、押し側の成形型とは、前記凸部における前記シャフトの端部と接触する面を形成する、前記受け側の成形型における側面と、前記押し側の成形型における側面とが、平面から見て略等しく配置されること、が好ましい。

上記歯車の製造方法において、前記凸部を前記軽量化部の間に形成し、前記凸部と前記軽量化部とを歯車の周方向に交互に配置すること、が好ましい。

以上、説明したように、本発明によると、シャフトに対して歯車を略同軸上に簡単に配置することができる軽量な歯車及び歯車の製造方法を提供することができる。

本発明に係る実施の形態の歯車をシャフトの端部に固定した状態を示す断面図である。本発明に係る実施の形態の歯車を概略的に示す斜視図である。本発明に係る実施の形態の歯車を示す平面図である。図３のIV−IV矢視断面図である。本発明に係る実施の形態の歯車の製造方法における、軽量化孔を形成する工程を示す図である。本発明に係る実施の形態の歯車の製造方法における、歯部と凸部とを形成する工程を示す図である。凸部におけるシャフトと接触する面を形成する、第２のパンチの側面と第３のパンチの側面とのクリアランスを説明する図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

先ず、本実施の形態に係る歯車１を説明する。歯車１は、図１に示すように、シャフト２の端部に固定され（組み付けられ）、特に自動車等のエンジンのカムシャフトの端部に好適に固定される。つまり、歯車１は、カムスプロケットとして好適に用いることができる。

歯車１は、図２に示すように、歯部１１、凸部１２、軽量化孔１３、貫通孔１４、嵌合孔１５を備える。なお、本実施の形態の歯車１は、中央部が凹んだ形状とされているが、平板でも良く、中央部が盛り上がった形成とされていても良い。要するに歯車１の断面形状は、巻き付けられるカムチェーンの配置などによって適宜設定される。

歯部１１は、円盤状の板状部材の外周側面に形成される。歯部１１には、図示を省略したカムチェーンが巻き付けられる。これにより、図示を省略したカムチェーンからの駆動力が歯車１に伝達される。

凸部１２は、歯部１１が形成される外周側面を挟み込む面の一方の面、即ちシャフト２が組み付けられる面１０１に複数個形成される。詳細には、凸部１２は、図２等に示すように、板状部材を加工して当該板状部材の一部を歯車１の厚み方向に突出させたものである。凸部１２は、図３に示すように、例えば平面から見て略矩形状に形成される。

凸部１２における歯車１の内方側に配置される側面１２１は、シャフト２の端部の外周側面に引かれた接線Ｌ１と略平行に配置される。つまり、凸部１２における歯車１の内方側に配置される側面１２１と、当該側面１２１の中央位置と歯車１の中心Ｏ１とを結ぶ直線Ｌ２と、は略直交する。凸部１２の側面１２１の幅寸法Ｔ１は、シャフト２の端部の外周側面に良好に接触することができる幅寸法に設定される。

また、凸部１２の側面１２１は、図４に示すように、シャフト２の中心軸Ｏ２と略平行に配置される。凸部１２の側面１２１の高さＨ１は、複数の凸部１２内にシャフト２の端部が嵌め込まれた際に、他の凸部１２の側面１２１とで歯車１をシャフト２に固定することができる高さに設定される。

このような凸部１２は、図３に示すように、歯車１の周方向に略等間隔で配置される。本実施の形態では、６個の凸部１２が歯車１の周方向に略等間隔で配置されている。つまり、隣接する凸部１２にそれぞれ引かれた直線Ｌ２が成す角度θ１は略６０°である。そして、直線Ｌ２における歯車１の中心（回転軸）Ｏ１から凸部１２の側面１２１までの距離Ｄ１はそれぞれ略等しい。

なお、凸部１２の形状は、矩形状に限らない。要するに、凸部１２の形状は、シャフト２の端部の外周側面に良好に接触させることができる側面１２１を有する形状であれば良い。

軽量化孔１３は、歯車１を軽量化するための開口部である。軽量化孔１３は、例えば円形に形成される。この軽量化孔１３の直径Ｒ１は、歯車１として機能するための強度を損なわないように適宜設定される。

このような軽量化孔１３は、図３に示すように、歯車１の周方向に略等間隔で配置される。本実施の形態では、６個の軽量化孔１３が歯車１の周方向に略等間隔で配置されている。

ここで、軽量化孔１３は、隣接する凸部１２の間に配置されていることが好ましい。つまり、軽量化孔１３の中心Ｏ３と歯車１の中心Ｏ１とを結ぶ直線Ｌ３と直線Ｌ２とで成す角度θ２は略３０°である。その結果、軽量化孔１３と凸部１２とは、歯車１の円周方向に交互に配置されることになる。

これにより、詳細は後述するが、凸部１２をプレス成型した際に生じる歪みが、軽量化孔１３によって吸収され、歯部１１の精度に悪影響を与えない。なお、軽量化孔１３の形状は、円形に限らず、多角形状でも良く、軽量化と歪みの吸収とを考慮して適宜設定される。

貫通孔１４は、図１に示すように、歯車１をシャフト２の端部に固定する際にボルト３を通すために、歯車１の厚さ方向に形成される。つまり、シャフト２の端部には、軸方向に当該シャフト２の中心軸Ｏ２と軸を略共通にするボルト孔２１が形成されており、このボルト孔２１に歯車１の貫通孔１４を貫通させたボルト３が捻じ込まれる。

貫通孔１４の中心Ｏ４は、歯車１の中心Ｏ１と略一致する。また、貫通孔１４の直径Ｒ２は、ボルト３の軸部を貫通孔１４に通した際に当該ボルト３が振れないように設定される。

嵌合孔１５は、図１乃至３に示すように、シャフト２の端部から軸方向に延びる位置決めピン２２を嵌め込むために、歯車１の厚さ方向に形成される。本実施の形態の嵌合孔１５は、貫通孔１４と連続するように形成されている。そして、嵌合孔１５は、位置決めピン２２が嵌め込まれた際に、歯車１がシャフト２に対してガタつかないように形成されている。

これにより、歯車１に駆動力が伝達された際に、シャフト２に対して当該歯車１が滑ってシャフト２に対する位置がずれることがない。そのため、シャフト２をカムシャフトとして採用した際に、バルブタイミングがずれることを良好に防ぐことができる。

このような歯車１は、図１に示すように、複数の凸部１２内にシャフト２の端部が嵌め込まれる。これにより、凸部１２の側面１２１はシャフト２の端部の外周側面にそれぞれ接触して、複数の凸部１２で歯車１をシャフト２の端部に保持することになる。ここで、直線Ｌ２における歯車１の中心Ｏ１から凸部１２の側面１２１までの距離Ｄ１はそれぞれ略等しく、さらに貫通孔１４の中心Ｏ４と歯車１の中心Ｏ１とは略一致する。そのため、歯車１の中心Ｏ１はシャフト２の中心軸Ｏ２上に配置されることになる。

このように本実施の形態の歯車１は、複数の凸部１２内にシャフト２の端部を嵌め込み、ボルト接合するだけで、簡単にシャフト２の端部に固定することができる。しかも、歯車１は、軽量化孔１３を備えているので軽量である。歯車１の軽量化により、歯車１をカムスプロケットに採用した場合、カムチェーンの負荷を軽減することができ、カムチェーンの伸びを低減することができる。

また、隣接する凸部１２の間に軽量化孔１３を形成したので、凸部１２を形成する際の歪みを軽量化孔１３で吸収することができ、歯部１１の精度に悪影響を及ぼさない。

さらに板状部材を加工するだけで、凸部１２や軽量化孔１３を簡単に形成することができ、例えば以下に説明するように、プレス成型で歯車１と共に凸部１２を製造することができる。

次に、本実施の形態に係る歯車１の製造方法を説明する。先ず板状部材４を、第１のプレス成型機５に配置する。第１のプレス成型機５は、図５に示すように、板状部材４の固定冶具５１と、軽量化孔１３を形成するための第１のパンチ５２と、を押し側の成形型として備える。

固定冶具５１は、第２のパンチ５３と共に板状部材４を挟み込んで固定する。第１のパンチ５２は、固定冶具５１に対して図示を省略した駆動装置によって上下方向に移動する。第１のパンチ５２は、軽量化孔１３の配置及び個数に対応するように、複数個配置される。第１のパンチ５２は、軽量化孔１３の形状に倣った断面形状を有する。

また、第１のプレス成型機５は、第２のパンチ５３を押し側の成形型に対応する受け側の成形型として備える。第２のパンチ５３は、第１のパンチ５２が挿入される挿入孔５３１が形成されている。そして、第２のパンチ５３は、挿入孔５３１が形成された領域を除いた領域で固定冶具５１と共に板状部材４を挟み込んで固定する。

このような第１のプレス成型機５における押し側の成形型と受け側の成形型との間に、板状部材４における所定の位置に軽量化孔１３が形成されるように、当該板状部材４を配置する。

次に、第１のパンチ５２を下方に移動させて板状部材４の所定の位置に軽量化孔１３を形成する。

そして、図６に示すように、第２のプレス成型機６に軽量化孔１３が形成された板状部材４を配置する。ちなみに、図６では、左側半分に板状部材４をプレスする前の第２のプレス成型機６を示し、右側半分に板状部材４をプレスした後の第２のプレス成型機６を示している。

図６に示す第２のプレス成型機６は、板状部材４の固定冶具６１と、外周側面に歯部１１を形成するための一組のダイス６２と、凸部１２を形成するための第１のパンチ６３と、貫通孔１４及び嵌合孔１５を形成するための第２のパンチ６４と、を押し側の成形型として備える。

固定冶具６１は、後述する第３のパンチ６５と共に板状部材４を挟み込んで固定する。固定冶具６１は、平面から見て円形に形成される。

一組のダイス６２は、固定冶具６１に対して図示を省略した駆動装置によって上下方向に移動する。一組のダイス６２は、平面から見て環状に形成されており、その内部に固定冶具６１が配置される。そして、一組のダイス６２の対向する面には、切削刃６２１がそれぞれ形成されている。切削刃６２１の内周側面は、歯部１１の外周形状に倣うように形成される。

第１のパンチ６３も、固定冶具６１に対して図示を省略した駆動装置によって上下方向に移動する。第１のパンチ６３は、凸部１２の配置及び個数に対応するように、複数配置される。つまり、第１のパンチ６３は、固定冶具６１の周方向に略等間隔で配置される。第１のパンチ６３は、凸部１２の平面視に対応する断面形状を有する。

第２のパンチ６４も、固定冶具６１に対して図示を省略した駆動装置によって上下方向に移動する。第２のパンチ６４は、固定冶具６１の中心に配置される。第２のパンチ６４は、本実施の形態では貫通孔１４及び嵌合孔１５を一体的に形成できる断面形状を有する。

また、第２のプレス成型機６は、第３のパンチ６５を押し側の成形型に対応する受け側の成形型として備える。つまり、第３のパンチ６５は平面から見て円形に形成される。そして、第３のパンチ６５の外周側面６５１は、一組のダイス６２の内周側面の形状に倣うように形成される。また、第３のパンチ６５の上面における第１のパンチ６３の下部領域に凸部１２を形成するための凹み部６５２が形成される。さらに第３のパンチ６５の略中央領域には、第２のパンチ６４の下部が挿入される挿入孔６５３が形成される。第３のパンチ６５の他の領域は、固定冶具６１と共に板状部材４を挟み込んで固定する。

ここで、図７に示すように、凸部１２の側面１２１を形成するための、第１のパンチ６３の側面６３１と第３のパンチ６５における凹み部６５２の側面６５２ＡとのクリアランスＴ２は、第１のパンチ６３を下方に移動させた際に、板状部材４を部分的に切断して凸部１２を良好に形成することができるように、小さく設定されていることが好ましい。つまり、平面から見ると、第１のパンチ６３の側面６３１と第３のパンチ６５における凹み部６５２の側面６５２Ａとは略重なるように配置されることが好ましい。

このような第２のプレス成型機６における押し側の成形型と受け側の成形型との間に軽量化孔１３が形成された板状部材４が配置される。

次に、図６の右側半分に示すように、一組のダイス６２を下方に移動させて板状部材４の外周側面に歯部１１を形成すると共に、第１のパンチ６３を下方に移動させて板状部材４に凸部１２を形成する。それと共に、第２のパンチ６４を下方に移動させて板状部材４に貫通孔１４及び嵌合孔１５を形成する。

ここで、第１のパンチ６３の側面６３１と第３のパンチ６５における凹み部６５２の側面６５２ＡとのクリアランスＴ２が小さく設定されているので、板状部材４が部分的に良好に切断され、切断面である凸部１２の側面１２１にバリ等が発生し難い。そのため、凸部１２の側面１２１の高精度化と良好な面粗度を確保することができる。

このような歯車の製造方法は、歯車１の歯部１１と凸部１２とを略同時に形成することができ、すなわち歯部１１を形成する際に想定した中心と凸部１２を形成する際に想定した中心とを一致させることができ、相互の同軸度を確保することができる。しかも、歯車１の歯部１１と凸部１２とを略同時に形成するので、製造工程を短縮することができる。

また、先に板状部材４に軽量化孔１３を形成した後に、凸部１２を形成するので、凸部１２のプレス成型時の歪みを軽量化孔１３で良好に吸収することができる。

以上、本発明に係る歯車及び歯車の製造方法の実施の形態を説明したが、上記の構成に限らず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、変更することが可能である。

本実施の形態では、軽量化孔１３を形成したが、歯車１を貫通している必要は無く、軽量化のために凹み部を形成しても良い。

本実施の形態では、貫通孔１４と嵌合孔１５とを一体的に形成したが、貫通孔１４と嵌合孔１５とを別に形成しても良い。また、位置決めピン２２を嵌合することができれば、孔である必要がなく、位置決めピン２２を嵌合するために凹み部を形成しても良い。

本実施の形態では、６個の凸部１２を形成したが、歯車１の周方向に略等間隔で少なくとも３個の凸部１２を形成すれば良い。

１歯車、１０１凸部が形成される面
１１歯部
１２凸部、１２１凸部の側面
１３軽量化孔
１４貫通孔
１５嵌合孔
２シャフト、２１ボルト孔、２２位置決めピン
３ボルト
４板状部材
５第１のプレス成型機
５１固定冶具
５２第１のパンチ
５３第２のパンチ、５３１挿入孔
６第２のプレス成型機
６１固定冶具
６２一組のダイス、６２１切削刃
６３第１のパンチ、６３１第１のパンチの側面
６４第２のパンチ
６５第３のパンチ、６５１第３のパンチの外周側面、６５２凹み部、６５２Ａ凹み部の側面、６５３挿入孔

Claims

板状部材に軽量化部を形成する工程と、
前記板状部材に前記軽量化部を形成した後に、前記板状部材をプレス成型により、外周側面に歯部を形成すると同時に、シャフトの端部が内方に嵌合され前記シャフトに対して歯車を略同軸上に配置する凸部を、前記シャフトの端部が嵌合される側の面において前記軽量化部の間に形成しつつ、前記凸部の形成によって前記板状部材に生じる歪みを前記軽量化部で吸収する工程と、
を備える歯車の製造方法。
前記凸部を形成する際に用いる、受け側の成形型と、押し側の成形型とは、前記凸部における前記シャフトの端部と接触する面を形成する、前記受け側の成形型における側面と、前記押し側の成形型における側面とが、平面から見て略等しく配置される請求項１に記載の歯車の製造方法。
前記凸部と前記軽量化部とを歯車の周方向に交互に配置する請求項１又は２に記載の歯車の製造方法。