JP4915384B2

JP4915384B2 - 中空歯車の製造方法

Info

Publication number: JP4915384B2
Application number: JP2008102623A
Authority: JP
Inventors: 正明西幸
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-04-10
Filing date: 2008-04-10
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2028-04-10
Also published as: JP2009250418A

Description

本発明は、中空歯車の製造方法に関し、特に、ディスク部に貫通孔を有する中空歯車の製造方法に関する。

自動車等の車両に設けられた動力伝達装置は、複数の歯車を介して内燃機関から駆動輪に動力を伝達するようになっている。例えば、ハイブリッド車両に設けられた動力伝達装置にあっては、内燃機関やモータジェネレータから入力軸に伝達された動力を、遊星歯車装置のリングギヤを介してカウンタドリブンギヤに伝達し、次いで、このカウンタドリブンギヤに連結されるファイナルドライブギヤを介してディファレンシャル装置に伝達した後、ディファレンシャル装置を介して左右の駆動輪に動力を伝達するようになっている。

ところで、動力伝達装置において発生する騒音は、遊星歯車、カウンタドリブンギヤ、ファイナルドライブギヤやシャフト、ベアリング等が回転することによって生じる騒音と、これらの振動が動力伝達装置のケース等に伝播してケース等が共振することによって発生する騒音とに大別される。

従来、この動力伝達装置において発生する騒音は、主に動力伝達装置のケース等にリブを追加する等の対策を施すことにより、動力伝達装置のケース等の共振を防止することによって騒音の低減が試みられていた。

ところが、近年においては、内燃機関の低騒音化やタイヤが回転することによって発生する騒音の低減化、ボディの改良による風切り音の低減化等が確実に実現されてきており、動力伝達装置のケースにおいて発生する騒音を無視することができないようになってきている。

加えて、近年においては、車両への動力伝達装置の搭載スペースの制約や動力伝達装置自体の重量の制約等が一層厳しくなってきており、動力伝達装置のケース等への対策を実施することは非常に困難になっている。このため、動力伝達装置のケース等への対策以外の他の騒音低減技術の開発が必要となっている。

このような要求に対して歯車の構造を工夫して騒音の抑制や変速機の軽量化を図るようにしたものがある。このような歯車の製造方法としては、中空状の小径環状部と、小径環状部の回転軸に直交する方向に小径環状部から放射方向に延在し、放射方向外端面に歯部を有するディスク部とを備え、ディスク部に貫通孔を形成したものがある。

この歯車の製造方法としては、中空状の小径環状部と、小径環状部から放射方向に延在するディスク部とからなる中空ブランクを鍛造加工によって成形した後、ディスク部の放射方向外端に切削によって歯部を形成し、次いで、歯部の歯面にシェービング加工を施すようにしている（例えば、特許文献１参照）。
この後の処理としては、中空ブランクに焼き入れ等の熱処理工程を施した後に、レーザ加工によってディスク部に貫通孔を形成することにより、製品としての中空歯車を製造するようにしているものがある（例えば、特許文献２参照）。

また、シェービング加工にあっては、中空ブランクをシェービング装置に設けられた把持部に把持し、このシェービング装置に設けられたシェービングカッターによって中空ブランクの歯部の歯面をシェービングすることが一般的である。
また、レーザ加工によってディスク部に貫通孔を形成する場合には、中空ブランクをレーザ加工装置に設けられた把持部に把持した状態でディスク部をレーザ加工することにより、貫通孔を形成するのが一般的である。

このように形成された中空歯車をカウンタドリブンギヤとして用い、小径環状部をファイナルドライブギヤの回転軸にスプライン嵌合し、カウンタドリブンギヤと遊星歯車装置のリングギヤとを噛合させることにより、カウンタドリブンギヤとリングギヤが噛合する際の放射方向および接線方向の弾性変形を許容し、カウンタドリブンギヤとリングギヤ同士が噛合する際にカウンタドリブンギヤとリングギヤのギヤ部が衝突して振動が発生することによって生ずる騒音や、カウンタドリブンギヤとリングギヤに加わる負荷が変動等することにより、カウンタドリブンギヤとリングギヤの噛合のタイミングが変動することよって生ずる振動に起因する騒音を低減し、これらの振動が動力伝達装置のケース等に伝播してこのケース等が共振するのを抑制することができる。

また、カウンタドリブンギヤに貫通孔が形成されることにより、カウンタドリブンギヤが肉抜きされるので、カウンタドリブンギヤの軽量化を図ることができ、結果的に動力伝達装置の軽量化を図ることができる。
特開平７−１３６８６３号公報特開２００６−２６６４９５号公報

しかしながら、このような従来の中空歯車の製造方法にあっては、中空ブランクにシェービング加工を施す際およびディスク部に貫通孔を形成する際に、中空ブランクを単体でシェービング装置に設けられた把持部に把持するようにしているため、十分な把持力を確保することができず、歯部や貫通孔の加工作業の作業性が低いという問題があった。

本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、歯部および貫通孔の加工を容易に行うことができ、歯部および貫通孔の加工作業の作業性を向上させることができる中空歯車の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る中空歯車の製造方法は、上記目的を達成するため、（１）中空状の小径環状部と、前記小径環状部から放射方向に延在し、放射方向外端面に歯部を有するディスク部とを備え、前記ディスク部に貫通孔が形成される中空歯車の製造方法であって、前記ディスク部の放射方向外端に複数の歯部が前加工された前記中空歯車を熱処理する熱処理工程と、外周部に動力伝達歯車が形成された回転軸を準備し、前記熱処理工程後に、前記小径環状部を前記動力伝達歯車の回転軸に組み付ける組み付け工程と、前記組み付け工程後に、前記回転軸を把持し、次いで、研磨装置によって前記ディスク部の歯部の歯面を研磨加工する歯研磨工程と、前記歯研磨工程後に、前記回転軸を把持し、前記ディスク部に前記貫通孔を形成する貫通孔形成工程とを含んでなる。

この方法により、熱処理加工後の歯研磨加工において、小径環状部を動力伝達歯車の回転軸に組み付けた状態で、回転軸を把持し、研磨装置によってディスク部の歯部の歯面を研磨加工するので、歯部の歯面の研磨加工時に十分な把持力を確保することができ、歯部の加工を容易に行うことができる。このため、歯部の加工作業の作業性を向上させることができる。
また、歯研磨加工後の貫通孔形成工程において、小径環状部を動力伝達歯車の回転軸に組み付けた状態で、回転軸を把持し、ディスク部に貫通孔を形成するので、貫通孔の加工時に十分な把持力を確保することができ、貫通孔の加工を容易に行うことができる。このため、貫通孔の加工作業の作業性を向上させることができる。

また、歯部の歯面の研磨加工前にディスク部に貫通孔を形成すると、歯部にびびりが発生するおそれがあるが、本発明では、歯部の歯面の研磨加工を行った後に、ディスク部に貫通孔を形成するようにしたので、歯部にびびりが発生するのを防止することができ、歯部の加工精度が低下するのを防止することができる。

上記（１）に記載の中空歯車の製造方法において、（２）前記貫通孔形成工程において、前記貫通孔を前記動力伝達歯車の放射方向外端面よりも放射方向外方に形成するようにしている。

この方法により、貫通孔を動力伝達歯車の放射方向外端面よりも放射方向外方に形成するので、貫通孔を形成する際に動力伝達歯車の放射方向外方の空間を利用することができ、動力伝達歯車が貫通孔の形成作業の妨げになるのを防止することができる。

上記（１）または（２）に記載の中空歯車の製造方法において、（３）前記貫通孔形成工程がレーザ加工によって行われる。
この方法により、貫通孔をレーザ加工によって形成するので、貫通孔を非接触加工で形成することができ、中空歯車にバリ等が発生するのを防止することができる。

本発明によれば、歯部および貫通孔の加工を容易に行うことができ、歯部および貫通孔の加工作業の作業性を向上させることができる中空歯車の製造方法を提供することができる。

以下、本発明に係る中空歯車の製造方法の実施の形態について、図面を用いて説明する。
図１〜図６は、本発明に係る中空歯車の製造方法の一実施の形態を示す図であり、中空歯車を自動車等の車両の動力伝達装置に適用した例を示している。

まず、構成を説明する。
図１において、動力伝達装置１は、トランスミッションケース２を有しており、トランスミッションケース２内には、変速機構を構成する複合遊星歯車装置３と、フロントドライブシャフト３３、３４への差動出力が可能なディファレンシャル装置４と、蓄電された電力により車両を駆動させる駆動用モータ５と、図示しないエンジンからの動力により発電可能なモータジェネレータ６と、動力伝達装置１の各部にオイルを供給するオイルポンプ７とが収納されている。

複合遊星歯車装置３は、駆動用モータ５から出力された動力を伝達する第１の遊星歯車装置１１と、エンジンから出力された動力を伝達する第２の遊星歯車装置１２とを含んで構成されており、駆動用モータ５およびエンジンから出力された動力をディファレンシャル装置４に選択的に伝達できるようになっている。

トランスミッションケース２は、エンジン側に締結支持されるハウジング１３と、ハウジング１３のエンジン側とは反対側の開口端に固定されたケース１４とを有している。
また、ケース１４のハウジング１３側とは反対側の開口端には、ケースカバー１５が装着されており、ケースカバー１５のケース１４側の反対側には、オイルポンプカバー１６が装着されている。

また、ハウジング１３には、ハウジングカバー１７が装着されており、ハウジング１３内をモータジェネレータ６の収納部分とエンジンからの駆動力伝達機構であるダンパー要素１８の収納部分とに画成している。

モータジェネレータ６および第２の遊星歯車装置１２の回転中心部分には、モータジェネレータ６および第２の遊星歯車装置１２を貫通するように延在するインプットシャフト１９が配設されており、駆動用モータ５および第１の遊星歯車装置１１の回転中心部分には、駆動用モータ５および第１の遊星歯車装置１１を貫通するように延在するオイルポンプ駆動軸２０が配設されている。

インプットシャフト１９は、一端部がクランクシャフト２１に回転方向一体に係合されるとともに、他端部が第２の遊星歯車装置１２に接続されており、エンジンからの動力を複合遊星歯車装置３に伝達するようになっている。

オイルポンプ駆動軸２０は、一端部がインプットシャフト１９に回転方向一体に係合されるとともに、他端部がオイルポンプ７に接続されており、インプットシャフト１９からの動力をオイルポンプ７に伝達するようになっている。

また、トランスミッションケース２内には、複合遊星歯車装置３から出力された動力をディファレンシャル装置４に伝達するカウンタドリブンギヤ２２およびファイナルドライブギヤ２３が設けられている。

カウンタドリブンギヤ２２は、複合遊星歯車装置３のカウンタドライブギヤ２４に噛合しており、このカウンタドリブンギヤ２２はファイナルドライブギヤ２３が一体に形成された回転軸としてのカウンタシャフト２５にスプライン嵌合している。

ディファレンシャル装置４は、中空のデフケース２６を備えており、デフケース２６の外周部にはファイナルドライブギヤ２３と歯合するファイナルギヤ２７が締結され、複合遊星歯車装置３から出力された動力がファイナルギヤ２７を介してデフケース２６に伝達されるようになっている。

また、デフケース２６の内部には、ピニオンギヤシャフト２８が回転自在に支持されており、ピニオンギヤシャフト２８には、一対のディファレンシャルピニオンギヤ２９、３０が固定されている。

各ディファレンシャルピニオンギヤ２９、３０には、２体のサイドギヤ３１、３２がそれぞれ歯合しており、各サイドギヤ３１、３２にはフロントドライブシャフト３３、３４がそれぞれ接続され、各フロントドライブシャフト３３、３４には、図示しない前輪がそれぞれ固定されている。

本実施の形態では、このように構成される動力伝達装置１のカウンタドリブンギヤ２２が動力伝達歯車としてのファイナルドライブギヤ２３のカウンタシャフト２５にスプライン嵌合されていることから、カウンタドリブンギヤ２２が中空歯車を構成しており、このカウンタドリブンギヤ２２の製造方法について特徴がある。

図２、図４において、カウンタドリブンギヤ２２は、内周部にスプライン部４１ａを有する中空状の小径環状部４１と、小径環状部４１から放射方向に延在し、放射方向外端面に歯部４２を有するディスク部４３とを備え、ディスク部４３に３つの貫通孔４４が形成されている。

そして、小径環状部４１のスプライン部４１ａがカウンタシャフト２５のスプライン部２５ａにスプライン嵌合することにより、カウンタドリブンギヤ２２がカウンタシャフト２５に取付けられている。

また、カウンタドリブンギヤ２２がファイナルドライブギヤ２３のカウンタシャフト２５に組み付けられた状態において、ディスク部４３の貫通孔４４は、ファイナルドライブギヤ２３の放射方向外端面よりも放射方向外方に形成されている。

次に、このカウンタドリブンギヤ２２の製造方法を図３の製造手順に基づいて説明する。
まず、材料を所定形状に鍛造する（鍛造工程Ａ）。次いで、鍛造工程Ａで得られたカウンタドリブンギヤ２２（製品）の中空ブランクをハイポイド歯切り加工し、ディスク部４３に相当する中空ブランクの放射方向外端に複数の歯部４２を形成する（歯切り工程Ｂ）。また、小径環状部４１に相当する中空ブランクの内周部にスプライン部４１ａを加工する。

次いで、中空ブランクの熱処理を行う（熱処理工程Ｃ）。この熱処理工程Ｃでは、例えば、ガス浸炭と油焼入れを行う。具体的には、中空ブランクを浸炭ガス雰囲気中で９３０℃×５時間加熱した後、８５０℃×１時間拡散し、次いで、１３０℃で油焼入れをした後、１８０℃×１時間の焼戻しの条件で浸炭焼入れ、焼戻しを行う。

次いで、図４に示すように、小径環状部４１のスプライン部４１ａをカウンタシャフト２５のスプライン部２５ａにスプライン嵌合することにより、カウンタドリブンギヤ２２をカウンタシャフト２５に取付ける（組み付け工程Ｄ）。

次いで、図５に示すように、カウンタドリブンギヤ２２が組み付けられたカウンタシャフト２５の両端部を研磨装置５１のクランプ部（把持部）５２に把持し、ディスク部４３の歯部４２の歯面４２ａを研磨装置５１の研磨工具５３によって研磨加工する（歯研磨工程Ｅ）。
具体的には、研磨工具５３は、ディスク部４３の歯部４２に噛合する研磨用の凸部を有する歯車形状を有しており、研磨工具５３および中空ブランクを共に回転させながら研磨工具５３の凸部によって歯部４２の歯面４２ａを研磨加工する。

次いで、図６に示すように、カウンタドリブンギヤ２２が組み付けられたカウンタシャフト２５の両端部をレーザ加工装置６１のクランプ部（把持部）６２に把持し、レーザ加工装置６１からディスク部４３にレーザ光Ｌを照射することにより、ディスク部４３の照射円周方向に沿って３つの貫通孔４４を形成する（貫通孔形成工程Ｆ）。
なお、レーザ加工装置６１は、レーザ発振器を用いた光学系で構成されており、レーザ加工装置６１によりディスク部４３にレーザ光Ｌが照射されると、ディスク部４３が溶融または蒸発することによって貫通孔４４が形成される。

このように本実施の形態のカウンタドリブンギヤ２２の製造方法にあっては、歯切り工程Ｂ後にカウンタドリブンギヤ２２を熱処理する熱処理工程Ｃと、外周部にファイナルドライブギヤ２３が形成されたカウンタシャフト２５を準備し、熱処理工程Ｃ後に、小径環状部４１をカウンタシャフト２５に組み付ける組み付け工程Ｄと、組み付け工程Ｄ後に、カウンタシャフト２５を研磨装置５１のクランプ部５２に把持し、研磨装置５１の研磨工具５３によってディスク部４３の歯部４２の歯面４２ａを研磨加工する歯研磨工程Ｅと、歯研磨工程Ｅ後に、カウンタシャフト２５をレーザ加工装置６１のクランプ部６２に把持し、ディスク部４３に貫通孔４４を形成する貫通孔形成工程Ｆとを含む製造工程によって製造するようにしたので、歯部４２の歯面４２ａの研磨加工時に十分な把持力を確保することができ、歯部４２の加工を容易に行うことができる。このため、歯部４２の加工作業の作業性を向上させることができる。
また、貫通孔４４の加工時に十分な把持力を確保することができ、貫通孔４４の加工を容易に行うことができる。このため、貫通孔４４の加工作業の作業性を向上させることができる。

また、歯部４２の歯面４２ａの研磨加工前にディスク部４３に貫通孔を形成すると、歯部４２にびびりが発生するおそれがあるが、本実施の形態では、歯部４２の歯面４２ａの研磨加工を行った後に、ディスク部４３に貫通孔４４を形成するようにしたので、歯部４２にびびりが発生するのを防止することができ、歯部４２の加工精度が低下するのを防止することができる。

また、本実施の形態では、貫通孔形成工程において、貫通孔４４をファイナルドライブギヤ２３の放射方向外端面よりも放射方向外方に形成したので、貫通孔４４を形成する際にファイナルドライブギヤ２３の放射方向外方の空間を利用することができ、ファイナルドライブギヤ２３が貫通孔４４の形成作業の妨げになるのを防止することができる。

また、本実施の形態では、貫通孔形成工程において、貫通孔４４をレーザ加工によって形成するようにしたので、貫通孔４４を非接触加工で形成することができ、カウンタドリブンギヤ２２のディスク部４３にバリ等が発生するのを防止することができる。

なお、本実施の形態では、中空歯車の製造方法として、車両の動力伝達装置１に用いられるカウンタドリブンギヤ２２を製造する方法を示したが、これに限らず、外周部に動力伝達歯車が形成された回転軸が組み付けられた状態で歯部を形成することができる中空歯車であれば、本製造方法をどのような形態の中空歯車に適用してもよい。

また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

以上のように、本発明に係る中空歯車の製造方法は、歯部および貫通孔の加工を容易に行うことができ、歯部および貫通孔の加工作業の作業性を向上させることができるという効果を有し、ディスク部に貫通孔を有する中空歯車の製造方法等として有用である。

本発明に係る中空歯車の製造方法の一実施の形態を示す図であり、中空歯車であるカウンタドリブンギヤを備えた動力伝達装置の構成図である。本発明に係る中空歯車の製造方法の一実施の形態を示す図であり、カウンタドリブンギヤの正面図である。本発明に係る中空歯車の製造方法の一実施の形態を示す図であり、カウンタドリブンギヤの製造手順を示す図である。本発明に係る中空歯車の製造方法の一実施の形態を示す図であり、カウンタドリブンギヤをファイナルドライブギヤに組み付けた状態を示す図である。本発明に係る中空歯車の製造方法の一実施の形態を示す図であり、カウンタドリブンギヤの歯部の歯面を研磨する状態を示す図である。本発明に係る中空歯車の製造方法の一実施の形態を示す図であり、カウンタドリブンギヤに貫通孔を形成する状態を示す図である。

符号の説明

２２カウンタドリブンギヤ（中空歯車）
２３ファイナルドライブギヤ（動力伝達歯車）
２５カウンタシャフト（回転軸）
４１小径環状部
４２歯部
４２ａ歯面
４３ディスク部
４４貫通孔
Ａ鍛造工程
Ｂ歯切り工程
Ｃ熱処理工程
Ｄ組み付け工程
Ｅ歯研磨工程
Ｆ貫通孔形成工程

Claims

放射方向内端にスプライン歯が形成された中空状の小径環状部と、前記小径環状部から放射方向に延在し、放射方向外端面に歯部を有するディスク部とを備え、前記ディスク部に貫通孔が形成される中空歯車の製造方法であって、
前記ディスク部の放射方向外端に複数の歯部が前加工されるとともに、前記小径環状部にスプライン歯が加工された前記中空歯車を熱処理する熱処理工程と、
外周部に動力伝達歯車が形成された回転軸を準備し、前記熱処理工程後に、前記小径環状部を前記動力伝達歯車の回転軸の外周部に形成されたスプライン歯にスプライン嵌合させることにより、前記ディスク部を前記回転軸に組み付ける組み付け工程と、
前記組み付け工程後に、前記回転軸を把持し、次いで、研磨装置によって前記ディスク部の歯部の歯面を研磨加工する歯研磨工程と、
前記歯研磨工程後に、前記回転軸を把持し、前記ディスク部に前記貫通孔を形成する貫通孔形成工程とを含んでなることを特徴とする中空歯車の製造方法。
前記貫通孔形成工程において、前記貫通孔を前記動力伝達歯車の放射方向外端面よりも放射方向外方に形成することを特徴とする請求項１に記載の中空歯車の製造方法。
前記貫通孔形成工程がレーザ加工によって行われることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の中空歯車の製造方法。