JP5040096B2 - 動力伝達装置の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、動力伝達装置およびその製造方法に関し、より特定的には、車両に搭載される動力伝達装置およびその製造方法に関するものである。

従来、動力伝達装置は、たとえば特開２００１−１１６１１５号公報（特許文献１）に開示されている。
特開２００１−１１６１１５号公報

上記従来の技術では第１の歯車と第２の歯車を周方向に相対変位可能に組み合わせた歯車装置において、第１および第２の歯車の周方向の相対的な変位に伴って弾性変形するアーム状の可撓部を第２の歯車のボス部から径外周方向に、一体的に設ける技術が開示されている。

ところで、金属製の歯車は製造時に一般に鍛造、ブランク加工、歯面加工、焼入れおよび焼戻し加工という順に製造工程を経ることが知られている。上述のようなアーム部を設ける場合、焼入れ前にアーム部を形成する工程を介入させると焼き歪みのばらつきが大きくなり、また焼入れ後に同工程を介入させると焼入後の硬い面を加工する必要があり、加工が困難になるという問題があった。

そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、騒音を防止することができる動力伝達装置であって、かつ加工時の変形を抑制することが可能な動力伝達装置を提供することを目的とする。

この発明に従った動力伝達装置の製造方法は、所定の軸心まわりに回転する回転部材を介して動力源からの動力を伝達する動力伝達装置であって、回転部材はボス部から半径方向外側に延設されたディスク部を備え、ディスク部にはレーザ加工により形成されたスリット状の孔部が設けられており、スリット状の孔部がＣ形状を有する、動力伝達装置の製造方法であって、Ｃ字状に形成されたスリット状の孔部は、スリット端部の貫通孔を形成する第一工程と、スリットのもう一方の端部の貫通孔を形成する第二工程と、第一工程にて形成された貫通孔の中心部分を始点とし、第二工程にて形成された貫通孔の中心部分を終点とするようにスリットを形成する第三工程から構成される。

この発明に従えば、加工時の変形を抑制でき、かつ騒音および／または振動の発生を防止することができる動力伝達装置を提供することができる。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に従ったスパイラルギヤの正面図であり、図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。

図１および図２で示すように、この発明の実施の形態１に従ったスパイラルギヤ１０は、ボス部１１と、ディスク部１２と、リム部１３とを有する。ボス部１１は円筒形状に形成されており、その中央に貫通孔１１１が設けられており、貫通孔１１１には回転シャフトが差し込まれて回転シャフトに嵌着される。ディスク部１２は、ボス部１１から回転軸の半径方向外側に向かって延在するように設けられた肉薄部である。リム部１３は、ディスク部１２の外周端に位置し、リム部１３の外周面には歯が刻まれており、これによって歯面１３１が形成されている。

ディスク部１２は、回転軸の周方向に沿って延びるスリット状の貫通孔１２２を複数有している。この貫通孔１２２は、回転軸の軸方向と平行な方向に向かって延びており、ディスク部１２を貫いている。この発明の実施の形態におけるスパイラルギヤ１０では、貫通孔１２２は軸方向の周方向において等間隔に３個設けられている。また、回転軸の周方向に沿って延びる貫通孔１２２の間には、連結部１２１が位置している。連結部１２１は、ボス部１１とリム部１３とを連結している。

図１で示すように、この発明の実施の形態１に従ったスパイラルギヤ１０にあっては、回転軸の周方向における連結部１２１の長さＬ１が、回転軸の周方向における貫通孔１２２の長さＬ２よりも小さく構成されている。上述のように、本発明におけるスパイラルギヤ１０にあっては、貫通孔１２２が回転軸の周方向において等間隔に３個設けられているため、それぞれの貫通孔１２２の回転軸の周方向における長さＬ１はいずれも同じである。また、連結部１２１の回転軸の周方向における長さＬ２もすべて同じとなっている。

図３は、スパイラルギヤにおいて発生する騒音が低減する原理について説明するための図である。以下、この図を参照して、騒音の発生する仕組みについて説明する。

図３を参照して、回転シャフト２０は矢印Ａで示す方向に回転する場合について考える。回転シャフト２０に嵌着されたスパイラルギヤ１０のリム部１３の外周面に設けられた歯に、他のスパイラルギヤの歯が点Ｂにおいて噛合している場合には、この点Ｂにおいてスパイラルギヤ１０に噛み合い力が加わる。この噛み合い力は、図３に示すように、接線方向の分力と半径方向の分力と軸方向の分力との３方向の分力に分解される。これは、平歯車同士を噛合させた場合に生じる噛み合いに比べ、軸方向にも噛み合い力が加わる点で異なる。

スパイラルギヤ１０のディスク部１２に設けられた貫通孔１２２は、これら３方向に分解可能な噛み合い力がディスク部１２を介してボス部１１に伝達されることを防止する。すなわち、ディスク部１２に貫通孔１２２を設けることにより、接線方向、半径方向および軸方向の３方向においてディスク部１２の剛性がいずれも低減されるため、連結部１２１が弾性変形し撓むことによって歯面１３１にて生じた振動の伝達が緩和されるようになる。このため、効果的に振動の発生および伝達が抑制されるようになり、結果として、騒音の発生が低減されることになる。

特に、上述のように、回転軸の周方向における連結部１２１の長さＬ１を、回転軸の周方向における貫通孔１２２の長さＬ２よりも小さくすることにより、効果的に軸方向における連結部１２１の剛性が低下されるため、噛み合い力の軸方向成分がボス部１１に伝達される割合が減少し、振動の発生および伝達が抑制され、騒音の発生が顕著に低減されるようになる。

また、上述のように、貫通孔１２２が回転軸の周方向において実質的に等間隔に３個設けられることにより、回転軸の周方向における弾性変形が過度に生じないようになる。このため、固有振動モードが励起され難くなり、振動および騒音の発生を抑制できる。

すなわち、実施の形態１に従ったスパイラルギヤ１０は所定の軸心まわりに回転する回転部材として用いられ、動力源からの動力はこのスパイラルギヤを介して伝達される。スパイラルギヤ１０は、ボス部１１から半径方向外側に延設されたディスク部１２を備え、ディスク部１２には、レーザ加工により形成されたスリット状の貫通孔１２２が設けられている。

このように構成されたスパイラルギヤ１０では、レーザ加工により貫通孔１２２が形成されるため、レーザ加工以外で貫通孔を形成した場合に比べて加工時の変形を抑制することができる。

（実施の形態２）
図４は、この発明の実施の形態２に従ったスパイラルギヤの正面図である。図４を参照して、この発明の実施の形態２に従ったスパイラルギヤでは、ボス部１１の外周に複数の貫通孔が設けられている点で、実施の形態１に従ったスパイラルギヤと異なる。実施の形態２に従ったスパイラルギヤ１０でも、歯車のコンプライアンスを変化させ、騒音を低減させる形状として焼入れ後のレーザ加工により、ディスク部１２にスリット状の貫通孔１２２を設けている。すなわち、動力伝達機構では、ギヤの噛み合いによって動力の伝達を行なっているが、噛み合いで生じる強制力が振動となって伝達することで不快な騒音が発生する。従来は、噛み合いで生じる強制力を低減するために歯面の精度を数μｍのオーダで管理してきたが、焼入れ後の歯面加工を行なうなどしない限りこのような厳密な管理が難しく、生産上大変困難であった。

これに対し、本発明では、ディスク部１２にスリット形状の貫通孔１２２を設けている。この貫通孔１２２により、スパイラルギヤ１０の動的な剛性が変化することで、スパイラルギヤ１０自体のコンプライアンス（変位の周波数応答性）を変化させ、噛み合いによる騒音を低減することができる。

また、この貫通孔１２２は、焼入れ後にレーザ加工を行なうことで形成される。焼入れ前の加工で孔を設けると形状が複雑となり、焼き歪みのばらつきが大きくなるため、歯面精度の悪化が問題となる。これに対し、レーザ加工を用いることで、焼き後加工が可能であり、歯面精度の悪化を抑えることができる。

さらに、レーザ光を走査させることで加工可能なスリット形状とされる。レーザ光の走査を変化させるだけで任意のスリット形状を設けることが可能であるため、自由度が高く、個々のギヤへの最適形状を織り込むことができる。また、スリットの位置を的確に選ぶことによって、長孔を設けた場合と同様の振動低減が可能であるため、孔形状とするよりも加工時間を短縮することができる。

図５は、歯車の加工工程を示すブロック図である。まず、通常一般には、鋼を鍛造加工する（ステップＳ１）。

次に、ブランク加工（ステップＳ２）、歯面加工（ステップＳ３）および焼入れ（ステップＳ４）を行なった後に、レーザ加工を行なう（ステップＳ５）。このレーザ加工により、貫通孔１２２を形成する。レーザ加工終了後に焼き後加工（ステップＳ６）を行なう。

すなわち、実施の形態２に従った動力伝達装置の製造方法は、ボス部１１から半径方向外側に延設されたディスク部１２を備えたスパイラルギヤ１０を介して動力源からの動力を伝達する動力伝達装置の製造方法であって、少なくともスパイラルギヤ１０に焼入れをする工程と、焼入れ後にディスク部１２にスリット状の貫通孔１２２をレーザ加工で形成する工程と、貫通孔１２２を形成した後にスパイラルギヤ１０に焼き後加工を行なう工程とを備える。

次に、本発明に従ったスパイラルギヤにおける騒音低減効果について説明する。本発明に従ったスリット状の貫通孔１２２を有するスパイラルギヤと、スリット状ではない貫通孔を有するスパイラルギヤと、貫通孔を有さないスパイラルギヤとを準備した。図６は、スリット状ではない貫通孔１２２を有するスパイラルギヤの正面図であり、図７はスリット状の貫通孔１２２を有するスパイラルギヤの正面図である。これらのスパイラルギヤのスパイラルギヤならびに貫通孔を有さないスパイラルギヤの寸法はほぼ同一であり、異なる点は、貫通孔１２２の径方向の幅である。スリット状の貫通孔はレーザの走査のみであけられる幅であり、レーザ加工により貫通孔１２２を形成した。なお、本実施例では、スリット状でない貫通孔３２２とスリット状の貫通孔１２２は、スパイラルギヤ１０の平面中心から径方向５２ｍｍの位置に設けている。

このような３種類のスパイラルギヤを用い、それぞれの周波数でどの程度の騒音が発生するかを調べた。その結果を図８で示す。図８中、実線３０１は、貫通孔が設けられていないスパイラルギヤ、点線３０２は図７で示すスパイラルギヤ、二点鎖線３０３は図６で示す本発明のスパイラルギヤにおける周波数と音圧和との関係を示す。図８を参照して、本発明に従ったスパイラルギヤ（二点鎖線３０３）では、オリジナルの実線３０１で示すスパイラルギヤの音圧和に対し音圧和が小さくなっていることがわかる。また、孔をあけたサンプルである点線３０２で示すサンプルと同等の騒音の低減効果があることがわかった。

（実施の形態３）
図９は、この発明の実施の形態３に従ったスパイラルギヤの正面図である。図９を参照して、この発明の実施の形態３に従ったスパイラルギヤ１０では、貫通孔１２２がＣ形状である点で、実施の形態１に従ったスパイラルギヤとは異なる。貫通孔１２２は内部領域１２５を取囲むように一筆書き可能な形状とされており、取囲まれた内部領域１２５は切り残し部１２６により外部領域とつながっている。この実施の形態では内部領域１２５の外周側に切り残し部１２６を設けているが、内周側に切り残し部１２６が設けられていてもよい。また、円周方向の端部に切り残し部１２６が設けられていてもよい。

さらに、実施の形態３では、３つの切り残し部１２６を設けているが、切り残し部１２６の数はこれに限られるものではなく、複数または単数の切り残し部１２６を設けてもよい。

さらに、それぞれの内部領域１２５は対称形状とされているが、これに限られるものではなく、非対称形状の内部領域１２５を複数個設けてもよい。

すなわち、スパイラルギヤのコンプライアンスを変化させるとともに、ダンパによる振動低減効果により騒音を低減させる形状として、焼入れ後のレーザ加工によってディスク部１２にダンパ形状を設ける。ダンパ形状の内部領域１２５はスパイラルギヤ１０本体と異なる固有振動数を有し、スパイラルギヤ１０の振動を減衰させる効果がある。

図１０は、図９中の切り残し部を拡大して示す正面図である。図１０を参照して、切り残し部１２６は、内部領域１２５と外部領域との境界領域であり、内部領域１２５が独立して振動を許容する程度の強度を有する。すなわち、切り残し部１２６の円周方向の幅が大きくなると、内部領域１２５と他の領域が強固に接続され、内部領域１２５によるダンパ効果が得られない。また、切り残し部１２６があまりに小さく過ぎると、切り残し部１２６の強度が不足し、内部領域１２５が脱落するおそれがある。

この実施の形態では、完全に貫通孔１２２をあけることによる効果（歯車のコンプライアンス変化）に加え、切り残し部でつながった内部によるダンパの振動低減効果を得ることができる。

（実施の形態４）
図１１は、この発明の実施の形態４に従った動力伝達装置の断面図である。図１１を参照して、この発明の実施の形態４に従った動力伝達装置としての自動変速機２００は、トランスアクスルハウジング２０１、トランスアクスルケース２０２およびトランスアクスルリアカバー２０３内に収納された動力伝達部品を有する。トランスアクスルハウジング２０１内にはインプットシャフト２０５が収納される。インプットシャフト２０５はトルクコンバータから動力を伝達され、この動力を自動変速機２００側へ伝える。トランスアクスルケース２０２内には、ギヤトレーンが収納されており、たとえば、プラネタリギヤ２１２はサンギヤ２１３とリングギヤ２１４と噛み合い、プラネタリギヤ２１２、サンギヤ２１３およびリングギヤ２１４が遊星歯車機構を構成している。

またトランスアクスルケース２０２内にはカウンタドライブギヤ２０６が収納されており、カウンタドライブギヤ２０６はカウンタドリブンギヤ２０７と噛み合っている。カウンタドリブンギヤ２０７に伝達された動力はディファレンシャルドライブピニオン２０８に伝達される。ディファレンシャルドライブピニオン２０８はディファレンシャルギヤのリングギヤ２０９と噛み合う。

図１１で示すような自動変速機２００では、振動は矢印５０１から５０６で示すようにケースまたはドライブシャフトへ伝達する。このような振動の伝達を遮断するために、本発明では、実施の形態１から３で示したスリット状の貫通孔を設ける。たとえば、カウンタドライブギヤ２０６に貫通孔を設ければ、矢印５０２で示す方向の振動の伝達を主に抑制できる。また、カウンタドリブンギヤ２０７に貫通孔を設けることによって、矢印５０３，５０４で示す方向の振動の伝達を主に抑制できる。

さらに、リングギヤ２０９に貫通孔を設けることにより、矢印５０５，５０６で示す方向の振動の伝達を主に抑制できる。

また、プラネタリギヤキャリア２１１にスリット形状の貫通孔を設けることで、矢印５０１で示す方向の振動の伝達を主に抑制できる。

図１２は、図１１中の矢印ＸＩＩで示す方向から見たプラネタリギヤキャリアの正面図である。図１２を参照して、遊星歯車機構を構成するプラネタリギヤキャリア２１１には、複数本のスリット状の貫通孔２２２が設けられている。この実施の形態では、円周方向に等間隔に３箇所貫通孔２２２が設けられているが、貫通孔２２２の配置位置および配置個数はこれに限定されるものではなく、さらに多くまたは少ない貫通孔２２２を設けてもよい。

プラネタリギヤキャリア２１１はプラネタリギヤ２１２を自転可能かつ公転可能に保持している。プラネタリギヤ２１２は内周側においてサンギヤ２１３と噛み合い、外周側においてリングギヤ２１４と噛み合っている。プラネタリギヤ２１２はサンギヤ２１３およびリングギヤ２１４と噛み合い、回転トルクを伝達することで軸方向の力が生じる。この軸方向の力はプラネタリギヤキャリア２１１に伝達されるが、プラネタリギヤキャリア２１１にはスリット形状の貫通孔２２２が設けられているため、この軸方向の力の伝達が貫通孔２２２において軽減される。その結果、軸方向の振動の抑制を図ることができる。すなわち、動力伝達機構は車両に設けられた自動変速機２００であり、回転部材は自動変速機内に設けられるプラネタリギヤキャリア２１１である。

実施の形態４では、スリット孔である貫通孔を振動の伝達経路上の部品に配置する。ギヤの強制力で発生した振動の伝達経路上にある部品にスリット孔を設けることにより、部品の振動特性を変化させ、振動の伝達を抑制できる。たとえば、カウンタドライブギヤベアリングの支持部やプラネタリギヤキャリアなどにスリット孔を設ける。また、レーザ光を走査することで加工可能なスリット形状とする。レーザ光の走査を変化させるだけで任意のスリット形状を設けることが可能であるため、自由度が高く、その部位に応じて最適形状を織り込むことができる。また、スリット形状であるため、孔をあける場合に比べてスペース制約がある部品についても織り込みが可能である。

また、スリット部分に振動減衰効果を狙った材料を埋込んでもよい。たとえば、スリット部分に振動減衰効果を持つ樹脂などの材料を埋込み、積極的に減衰させてもよい。

（実施の形態５）
図１３は、この発明の実施の形態５に従ったスパイラルギヤの平面図である。図１３を参照して、この発明の実施の形態５に従ったスパイラルギヤ１０では、ディスク部１２にスリット状の孔部としての貫通孔１２２が複数形成されており、その両端にはほぼ円形状の貫通孔１３５，１３６が形成されている。貫通孔１３５，１３６の内径はＲ１であり、貫通孔１３５，１３６の内径は互いに等しい。スリット状の貫通孔１２２は中心からの径がＲ２の部分に位置しており、２つの貫通孔１３５，１３６を繋ぐような円弧形状とされている。スリット状の貫通孔１２２の両端部に貫通孔１３５，１３６を設けるのは、応力集中を避けるために、隅部分での半径をある程度大きくする必要があるためである。なお、この実施の形態では、貫通孔１２の両端に貫通孔１３５，１３６を設けているが、両端以外の貫通孔１２２の途中に別の貫通孔を設けてもよい。

次に、図１３で示すスパイラルギヤの貫通孔の製造方法について説明する。図１４は、図１３で示す貫通孔の製造工程を示すブロック図である。図１４を参照して、まず貫通孔１３５を形成する。このとき、貫通孔１３５の半径がＲ１となるように、レーザによりディスク部１２を打ち抜くような加工を施す（ステップＳ１０１）。

次に、貫通孔１３５から離れた位置に別の貫通孔１３６を形成する。貫通孔１３６の半径もＲ１であり、レーザによりディスク部１２を打ち抜くような加工をする（ステップＳ１０２）。

最後に、貫通孔１３５，１３６を接続するようにスリット状の貫通孔１２２を形成する。スリット状の貫通孔１２２を形成する場合には、レーザにより貫通孔１３５から貫通孔１３６側へレーザの焦点を移動させることで貫通孔１２２を形成する。このとき、レーザを往復させる必要はなく、１度だけ貫通孔１３５から１３６側へレーザの焦点を移動させればよい（ステップＳ１０３）。

なお、上記ステップＳ１０１からＳ１０３はその順番を、どのように配置してもよい。すなわち、図１４では、ステップＳ１０１、Ｓ１０２、Ｓ１０３の順で加工を行なったが、これに限定されるものではなく、Ｓ１０１からＳ１０３のいずれが最初の工程となってもよく、いずれが最後の工程となってもよい。すなわち、図１４で示す流れ以外にも、ステップＳ１０１、Ｓ１０３、Ｓ１０２の順で加工を行なってもよく、ステップＳ１０２、Ｓ１０１、Ｓ１０３の順で加工を行なってもよく、Ｓ１０２、Ｓ１０３、Ｓ１０１の順で加工を行なってもよく、ステップＳ１０３、Ｓ１０１、Ｓ１０２の順で加工を行なってもよく、ステップＳ１０３、Ｓ１０２、Ｓ１０１の順で加工を行なってもよい。

図１５は、比較例に従ったスパイラルギヤの平面図である。図１５を参照して、スパイラルギヤ１０では、スリット状でない孔部３２２が形成されており、スリット状でない孔部３２２の内周面１２２１，外周面１２２２は、互いに異なる半径Ｒ３，Ｒ２を有する。孔部３２２の両端には貫通孔１３５，１３６が設けられている。このように比較例に従ったスパイラルギヤ１０では、スリット状の孔部を設けないために半径Ｒ２の外周面１２２２と半径Ｒ３の内周面１２２１をそれぞれ別に加工する必要があり、製造工程が増加するという問題がある。

すなわち、実施の形態５に従った動力伝達装置としてのスパイラルギヤ１０の製造方法は、スリット端部の貫通孔１３５を形成する第一工程と、スリットのもう一方の端部の貫通孔１３６を形成する第二工程と、第一工程にて形成された貫通孔１３５の中心部分を始点とし、第二工程にて形成された貫通孔１３６の中心部分を終点とする第三工程から構成される。また、互いに距離を隔てて貫通孔１３５，１３６を形成する工程と、それらの貫通孔を結ぶように円弧状のスリット状の貫通孔１２２を形成する工程とを備える。貫通孔１２２はスリット状であればよく、円弧状に限られず、直線状であってもよい。また、湾曲している場合であっても、一定の半径である必要はない。

別の工程では、まずスリット状の貫通孔１２２を形成し、その両側に貫通孔１３５，１３６を形成することができる。

さらに、貫通孔１３５，１３６のいずれか一方のみを形成し、その後スリット状の貫通孔１２２を形成し、最後に貫通孔１３５，１３６の他方を形成してもよい。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、ここで示した実施の形態はさまざまに変形することが可能である。まず、本発明が適用される動力伝達機構は自動変速機だけでなく、手動変速機、無段変速機、差動装置、動力分配装置またはリダクション機能を有するハブ装置に関しても本発明を適用することが可能である。

また、縦置きまたは横置きのいずれのエンジン形式の動力伝達機構に本発明を適用することも可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した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すべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１に従ったスパイラルギヤの正面図である。 図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 スパイラルギヤにおいて発生する騒音が低減する原理について説明するための図である。 この発明の実施の形態２に従ったスパイラルギヤの正面図である。 歯車の加工工程を示すブロック図である。 スリット状ではない孔部３２２を有するスパイラルギヤの正面図である。 スリット状の貫通孔１２２を有するスパイラルギヤの正面図である。 各サンプルでの周波数と音圧和との関係を示すグラフである。 この発明の実施の形態３に従ったスパイラルギヤの正面図である。 図９中の切り残し部を拡大して示す正面図である。 この発明の実施の形態４に従った動力伝達装置の断面図である。 図１１中の矢印ＸＩＩで示す方向から見たプラネタリギヤキャリアの正面図である。 この発明の実施の形態５に従ったスパイラルギヤの平面図である。 図１３で示す貫通孔の製造工程を示すブロック図である。 比較例に従ったスパイラルギヤの平面図である。

符号の説明

１０ スパイラルギヤ、１１ ボス部、１２ ディスク部、１３ リム部、１２２ 貫通孔。

Claims (1)

1. 所定の軸心まわりに回転する回転部材を介して動力源からの動力を伝達する動力伝達装置であって、前記回転部材はボス部から半径方向外側に延設されたディスク部を備え、前記ディスク部にはレーザ加工により形成されたスリット状の孔部が設けられており、前記スリット状の孔部がＣ形状を有する、動力伝達装置の製造方法であって、
   前記Ｃ字状に形成されたスリット状の孔部は、前記スリット端部の貫通孔を形成する第一工程と、前記スリットのもう一方の端部の貫通孔を形成する第二工程と、前記第一工程にて形成された貫通孔の中心部分を始点とし、前記第二工程にて形成された貫通孔の中心部分を終点とするようにスリットを形成する第三工程から構成される、動力伝達装置の製造方法。

Images