| 【発明の名称】 |
軽量歯車 |
| 【発明者】 |
【氏名】丹所 敏紀
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| 【要約】 |
【課題】大型の歯車の搬送作業・移動作業・取り付け作業の労力を軽減できる軽量で強固な歯車を提供する。
【解決手段】金属製の歯車において、円筒状の外周面に歯部５を備え、内周面をテーパ面１２にした歯部体２として、歯部体の内周面７と密着する支持体の外周面８を備えた支持体３として、支持体の内周面９に密着する軸支持体４として、分離した部位により加工容易にする。各部位は、摩擦溶接により一体化して、軽量材とかリブにより支持したものとかの軽量な支持体３と強固な鋼材の歯部体２と鋼材の軸支持体４により構成された軽量歯車１によって、変速機を軽量にでき、機械損失を少なくする効果がある。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 金属製の円板形状の歯車において、外周面に歯部を備え、内周面をテーパ状にした円筒形状の歯部体と、歯部体に挿入可能にするテーパ状の外周面を備え、中心部に軸支持体を固定可能にした内周面を設けた支持体と、支持体の中心部へ挿入可能にする外周面を備え、内周面に軸を挿入可能にした軸支持体と、を一体化したことを特徴とする軽量歯車。
【請求項２】 支持体は、側面にリブを備えて形成したことを特徴とする請求項１記載の軽量歯車。
【請求項３】 歯部体と支持体との一体化は、歯部体の内周面と支持体の外周面とを摩擦溶接することを特徴とする請求項１記載の軽量歯車。
【請求項４】歯部体と支持体とは異材であることを特徴とする請求項３記載の軽量歯車。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、強固な歯部と軸支持部材とを備え、歯部と軸部との連結を軽量な支持体で形成した金属製の歯車に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の金属製の歯車５０は、材料を歯車の強度に合った材質として、丸材等を歯車の仕上げ寸法より大きめの径と幅を持つ値で切断し、切断した材料を旋盤加工により寸法にあった外周径・幅・軸穴径等のベースを仕上げる。ベースを仕上げしたものは、外周面に歯部５の加工をする歯切盤により歯部５が形成される。
【０００３】歯部５は、小型でより大きな強度を得るために、歯部５の表面処理である焼入れ工程・ガス浸透処理工程をしていた。表面処理をすることは材料以上の硬度を得ることができるために、一般に行われている。歯車の小型軽量なものは、旋盤加工・歯切り加工・表面加工のための移動及び取り付けが容易であるが、重量もので大型なものについてはクレーン・リフト等により加工機械に取り付け・移動・搬送を行っていた。また、大型歯車では材料を軽量化するために、材料の制作工程において、型に嵌め込んで、歯部を支える支持部の肉部を薄くしたり透孔をあけたりして軽量化していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の歯車では、丸材から加工するものにしても型から加工するものについても、同一材質から歯車が形成されるために、歯部以外の支持部にも強固な材料を使用することになり、歯車の材料費のコストアップになっていた。また、歯車をより軽量化するためには、材料を肉薄したり透孔を備えたりして軽量化しても限界があり、より強い材質によって小型化すると材料費が高価なものとなり、コストアップを避けることができなかった。
【０００５】本発明は、歯車を軽量化して強固な歯部を備える支持部を制作することを目的にして、歯部と支持部とを別加工にして加工容易なものとし、軽量な異材の部位として一体化することで歯車を形成すると共に、支持部を軽量材で安価な異材を採用して、強固で制作容易にして搬送及び取り付け移動等を軽減した安価な軽量歯車を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために請求項１の発明は、金属製の円板形状の歯車であって、外周面を歯部として、内周面をテーパ状にした円筒形状の歯部体する。歯部体の内周面には支持体を挿入して固定する。支持体は、歯部体の内周面に重合するテーパ状の外周面を備えた外輪を設け、中心部に内周面を備えた内輪を設け、外輪と内輪を支持可能にしている。支持体の内周面には軸支持体を挿入して固定する。軸支持体は、支持体の内周面に重合するテーパ状の外周面を備え、内周面に軸を挿入できる様にしている。軽量歯車は、歯部体と支持体と軸支持体とを一体にすることで構成されている。
【０００７】請求項２の発明は、請求項１の発明の支持体の側面にリブを形成して歯部体と軸支持体とを支持して軽量化する構成とする。請求項３の発明は、請求項１の発明の歯部体と支持体とを一体化するには歯部体の内周面と支持体の外周面とを重合させて摩擦溶接による構成とする。請求項４の発明は、請求項３の発明の歯部体と支持体とは異なる材質の金属を使用して摩擦溶接により一体化する構成とする。請求項１の構成では、歯部体と支持体と軸支持体とに分離されているので、加工の移動・搬送が容易にでき、分離された各部位によって、より軽量に加工が可能になる。そして、一体化すると強固になると共に軽量な歯車を形成する作用がある。
【０００８】請求項２の構成では、支持体にリブを備えているので強固になり、肉を薄くすることができる作用がある。
【０００９】請求項３の構成では、摩擦溶接により確実に均等された接合ができ、異なる材質のものでも接合できる作用がある。
【００１０】請求項４の構成では、歯車の大きな体積を占める支持体に軽量材を採用することで軽量化する作用がある。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の軽量歯車１の実施形態について、図に示し説明する。図１は、一実施例として歯部体２を円筒形状にして、歯部体の外周面６に歯部５を加工している。歯部体２は、材料をパイプ材を切断したリング材にして、自動機等の旋盤によりベース加工を行い、歯部体の外周面６を水平な平行面にして、歯切盤により歯部５を加工する。
【００１２】歯部体の内周面７は、テーパ状にしてあるため円筒形状の一端側の円径より他端側の円径が若干小さくなっている。歯部体２は、歯切加工を終了後に表面処理が行われる。表面処理は、歯部５のみに行われ、材質によって方法が異なるが焼き入れによる方法と、液体・気体を浸透させる方法とにより歯部５の表面強度を上げることが出来る。
【００１３】支持体３は、軽量化するために軽量材であるアルミ材を使用して説明する。アルミ材は、引き抜き方法により図１のようにリブ１１を３本形成した状態で押し出され、長尺（１２ｍ）の素材が定尺として複数本が製造される。素材は、歯部体２の幅の加工寸法に合わせて切断される。支持体の外周面８は、歯部体の内周面９のテーパ面１２に合わせた傾斜角度で加工される。支持体の内周面９は、一端側の内径と他端側の内径が異なるテーパ面１２に加工して、軸支持体４を挿入可能にしてある。
【００１４】軸支持体４は、パイプ材を切断してベース加工したもので、支持体の内周面９のテーパ面１２に合った傾斜角度で外周を仕上げてある。軸穴１４は、軸が固定されるキー溝１５付きであり、入力軸とか出力軸とかを固着されるようにした平行面にしてある。キー溝１５付きのものは単体のうちに加工しておくと移動・搬送が容易になる。
【００１５】図２は、歯部体２を上述したものと同様にして、支持体３を円板状の支持体１７にしている。円板状の支持体１７は、丸材を切断して歯部体の内周面７のテーパ面１２に合わせた支持体の外輪１８と軸支持体４を軸着可能にした支持体の内輪１９を加工してある。丸材は、鋼材でもアルミ材でもよく、軽量化を図るために円板状にしてある。加工は、旋盤等により制作してもよいが、プレス等による型で制作してもよい。
【００１６】図３は、軽量歯車１を分離したもので、歯部体２が歯部５と歯部体の内周面７を備えた状態になっている。支持体３は、支持体の外周面８と支持体の内周面９を仕上げた状態にしてある。軸支持体１３は外周面と軸穴１４があり、軸穴１４にベアリング・メタル等の軸受を介して軸着したアイドル歯車に採用してもよい。
【００１７】図４は、分離した各部位を一体加工したもので、摩擦溶接により溶着させたものである。摩擦溶接は、溶接するものをチャックで掴んで高速回転させ、溶接されるものをベットに固定しておき、高速回転するチャックを油圧力によりベットへ接近させて、摩擦熱により溶解したところを圧接させることで異材でも接合することができる。
【００１８】摩擦溶接の作業は、摩擦溶接機の高速回転と油圧装置により上下動するチャックに支持体３を固定して、ベットに歯部体２を回転不可能に固定し、チャックを掴んだ支持体３を高速回転させ、ベットに固定してある歯部体の内周面７のテーパ面１２に重合させる方向に接近させる。歯部体２は、歯部５をすでに加工して表面処理もした完成品にしてある。
【００１９】歯部体の内周面７と支持体の外周面８とが接触すると、摩擦熱により溶解が始まると圧接させる様に油圧力より更に接近させてからチャックの回転を急停止させ、油圧力を数秒間保持させ、チャックを開きベットから遠ざける。ベットに固定してある歯部体２は、支持体３が挿入されて一体に固定された状態となって、取り外すして冷却する。
【００２０】次に、支持体３と軸支持体４・１３とを溶着する作業について説明する。摩擦溶接機のチャックが軸支持体４・１３を掴み、ベットに上述した歯部体２と支持体３とを一体に溶接したものを固定する。軸支持体４は、鋼鉄製のもので内径に備えるキー溝１５を溶接する前に加工しておくとよい。摩擦溶接機のチャックは、高速回転してベットの方向に進み支持体の内周面９に合わせて軸支持体４・１３を重合させる。
【００２１】支持体の内周面９は、チャックに掴まれた軸支持体４・１３が高速回転して接触するために、溶解する。溶解したときに、チャックは支持体の内周面９に圧接して急停止する。チャックが開いて、掴んでいた軸支持体４・１３を解放する。軸支持体４・１３と支持体３が固定されることで、軽量な歯車を形成することができる。３種類の部位を溶接した後は、摩擦溶接による溶接部が凹凸状になり、側面を旋盤により仕上げ加工をするとよい。支持体３は、プレス加工したものでもよく、支持体の外周面８と支持体の内周面９を支えるリブ１１を数本の棒状のものとか、複数本をクロスさせたスボーク状のものにしてもよい。材質は軽量なアルミ等を使用することが多く、剛性の高いものに仕上げている。また、支持体３を緩衝部材となるばね材・棒材を採用したクラッチの作用をさせてた装置にしてもよい。
【００２２】
【発明の効果】請求項１の発明では、歯車を各部位ごとに分離してあるため、加工における搬送・移動・取り付けに必要な労力を軽減することができ、一体化した歯車も軽量なものになり、歯車の噛合による変速装置も軽量な装置になる効果がある。請求項２の発明では、支持体をリブにより支持することで、より軽量で強固な歯車を形成することができる効果がある。請求項３の発明では、摩擦溶接する接触面をテーパ状にしているため、重合が容易にでき、溶接による不良が少ない効果がある。請求項４の発明では、支持体を軽量な材質に変えても、摩擦溶接なら溶着させることができる効果がある。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００２３７８３５
【氏名又は名称】富士変速機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１０月１４日（１９９９．１０．１４） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１１６１１２（Ｐ２００１−１１６１１２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年４月２７日（２００１．４．２７） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３３０３６３ |
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