(57)【要約】【課題】抜き穴による軽量化の効果を向上すると共に、その抜き穴への応力の集中を緩和できる歯車及びパワーステアリングポンプを提供する。【解決手段】抜き穴２０を、外径円Ａ、内径円Ｂ、二本の直線Ｃ、Ｄとから形成される扇面形状２４の各隅部２５、２６に丸みを付けた隅丸扇面形状２１に形成すると共に、隅丸扇面形状２１の締結部１３側に配置された内側隅部２３の丸みの半径Ｒｄを、歯部１２側に配置された外側隅部２２の丸みの半径Ｒｃよりも大きく形成した。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周上に等間隔に配置された複数の歯を有する歯部と、挿入される駆動軸に締結する締結部と、該歯部及び該締結部との間に介設された壁部と、を備え、該壁部に該駆動軸の軸方向に貫通した複数の抜き穴を周方向に等間隔に配置した歯車において、
前記抜き穴を、中心が前記歯部の円周の中心であり、半径が前記歯部及び前記壁部の外側境界円の半径よりも小さい外径円と、中心が前記歯部の円周の中心であり、半径が該外径円の半径よりも小さく、且つ前記締結部及び前記壁部の内側-境界円の半径よりも大きい内径円と、前記歯部の円周の中心から径方向に延びた二本の直線とから形成される扇面形状の各隅部に丸みを付けた隅丸扇面形状に形成すると共に、
前記隅丸扇面形状の前記締結部側に配置された内側隅部の丸みの半径を、前記歯部側に配置された外側隅部の丸みの半径よりも大きく形成したことを特徴とする歯車。
【請求項２】
前記内側隅部の丸みの半径を、前記内側隅部及び前記外側隅部の間の辺を前記隅丸扇面形状の中心側から見て外側に凸となる曲線にする値にした請求項１に記載の歯車。
【請求項３】
前記内側隅部の丸みの半径を、各前記内側隅部の間の辺を前記締結部側に凸となる曲線にする値にした請求項１又は２に記載の歯車。
【請求項４】
前記隅丸扇面形状を径方向の対称軸に対して線対称の形状に形成した請求項１〜３のいずれか１項に記載の歯車。
【請求項５】
前記隅丸扇面形状の二本の前記直線がなす角を、隣り合う前記隅丸扇面形状の前記対称軸のなす角の５０％以上、８０％以下の値にした請求項４に記載の歯車。
【請求項６】
前記外径円の半径を前記外側境界円の半径の８６％以下の値にすると共に、前記内径円の半径を前記外側境界円の半径の５４％以上の値、且つ前記外径円の半径の７０％以下の値にした請求項１〜５のいずれか１項に記載の歯車。
【請求項７】
前記内側隅部の丸みの半径を前記外側境界円の半径の１９％以上、３０％以下の値にすると共に、前記外側隅部の丸みの半径を前記外側境界円の半径の２％以上、１１％以下の値にした請求項６に記載のいずれか１項に記載の歯車。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の歯車を備えたことを特徴とするパワーステアリングポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車及びパワーステアリングポンプに関し、より詳細には、より軽量化できると共に、その軽量化のための抜き穴への応力の集中を緩和できる歯車及びパワーステアリングポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
駆動軸からの動力を歯先から伝達する、あるいは複数の歯車の間に介設され一方の歯車から他方の歯車へ動力を伝達する歯車には、軽量化のための抜き穴が設けられている（例えば、特許文献１に参照）。
【０００３】
しかし、この軽量化のための抜き穴には、形状によっては応力が集中することにより耐久性が低下する。この応力集中による耐久性を向上する改善策としては、抜き穴を小さくすることが挙げられるが、その場合には歯車の軽量化の効果が低減する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１２７２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その課題は、抜き穴による軽量化の効果を向上すると共に、その抜き穴への応力の集中を緩和できる歯車及びパワーステアリングポンプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するための本発明の歯車は、円周上に等間隔に配置された複数の歯を有する歯部と、挿入される駆動軸に締結する締結部と、該歯部及び該締結部との間に介設された壁部と、を備え、該壁部に該駆動軸の軸方向に貫通した複数の抜き穴を周方向に等間隔に配置した歯車において、前記抜き穴を、中心が前記歯部の円周の中心であり、半径が前記歯部及び前記壁部の外側境界円の半径よりも小さい外径円と、中心が前記歯部の円周の中心であり、半径が該外径円の半径よりも小さく、且つ前記締結部及び前記壁部の内側境界円の半径よりも大きい内径円と、前記歯部の円周の中心から径方向に延びた二本の直線とから形成される扇面形状の各隅部に丸みを付けた隅丸扇面形状に形成すると共に、前記隅丸扇面形状の前記締結部側に配置された内側隅部の丸みの半径を、前記歯部側に配置された外側隅部の丸みの半径よりも大きく形成したことを特徴とするものである。
【０００７】
また、上記の課題を解決するための本発明のパワーステアリングポンプは、上記に記載の歯車を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の歯車によれば、軽量化のための抜き穴の形状を、扇面形状の各隅部に丸みを付けた隅丸扇面形状に形成すると共に、隅丸扇面形状の締結部側に配置された内側隅部の丸みの半径を、歯部側に配置された外側隅部の丸みの半径よりも大きく形成するので、内側隅部の丸みの半径を大きくことにより、抜き穴に集中する応力を分散して抜き穴への応力の集中を緩和でき、更に、応力の集中の緩和に寄与しない外側隅部の丸みの半径を小さくして、壁部の面積に対して抜き穴の面積を大きくすることにより、軽量化を図ることができる。
【０００９】
従って、その歯車を備えた本発明のパワーステアリングポンプは、軽量化によって駆動力を減少できるので、燃費を向上できると共に、応力の集中を緩和して耐久性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の歯車の実施形態を例示する平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】図１の抜き穴を拡大した拡大図である。
【図４】図１の抜き穴の別例を拡大した拡大図である。
【図５】本発明のパワーステアリングポンプを例示する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の歯車及びパワーステアリングポンプについて説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態の歯車１０の構成の平面図を示し、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ断面図を示す。この歯車１０は、他方の歯車から歯部１２の円周上に等間隔に配置された複数の歯１１に伝達された動力を締結部１３に締結された駆動軸３１へ伝達するものである。
【００１３】
図１及び図２に示すように、歯車１０は、円周上に等間隔に配置された複数の歯１１を有する歯部１２と、挿入される駆動軸３１に締結する締結部１３と、歯部１２及び締結部１３の間に介設された壁部１４と、を備えている。歯部１２、壁部１４、及び締結部１３のそれぞれは、歯部１２の円周の中心Ｐ１に向かって順に配置されている。
【００１４】
また、図２に示す構成では、締結部１３は歯部１２に対して駆動軸３１の軸方向にオフセットされている。このように締結部１３が歯部１２に対して軸方向にオフセットされることで、スラスト力を分散できるため好ましいが、必ずしも、この締結部１３は歯部１２に対してオフセットされなくてもよい。
【００１５】
なお、駆動軸３１の軸方向は図１では図面の表裏方向となる。歯１１の歯先を示す円を歯先円１５、ピッチを示す円をピッチ円１６、及び歯底を示す円を歯底円１７とする。また、歯部１２の直径、つまり歯先円１５の直径をΦａ、歯部１２と壁部１４の外側境界円１８の直径をΦｂ、及び締結部１３と壁部１４との内境界円１９の直径をΦｃとする。なお、歯部１２においては、一部の歯１１を省略している。
【００１６】
壁部１４においては、駆動軸３１の軸方向に貫通した六個の抜き穴２０が周方向に等間隔に配置されている。この抜き穴２０の個数については、六個に限定されずに、歯先円１５の直径Φａ、外側境界円１８の直径Φｂ、及び内境界円１９の直径Φｃに基づいて、あるいは、歯車１０の動力の伝達状況に基づいて選択される。
【００１７】
例えば、直径Φａが１２０ｍｍ、直径Φｂが９４ｍｍ、直径Φｃが４４ｍｍの場合には、六個とし、各直径がそれを超える場合には七個以上としてもよく、各直径がそれ未満の場合には五個以下としてもよい。また、一方の歯車から他方の歯車へ動力を伝達する場合には、歯部１２と締結部１３の間に大きな応力が発生しないので、抜き穴２０の個数を増やしてより軽量化に特化してもよい。
【００１８】
歯車１０に抜き穴２０を設けることで、歯車１０を軽量化することができるが、抜き穴２０の形状によっては抜き穴２０において応力集中が発生して耐久性が低下してしまう。
【００１９】
そこで、本発明の歯車１０は、抜き穴２０を、丸みが付けられた外側隅部２２及び内側隅部２３を有する隅丸扇面形状２１に形成すると共に、内側隅部２３の丸みの半径Ｒｄを外側隅部２２の丸みの半径Ｒｃよりも大きく形成して構成される。
【００２０】
図３は抜き穴２０の拡大図であり、抜き穴２０の構成を示す。
【００２１】
隅丸扇面形状２１は、中心が歯部１２の歯先円１５及びピッチ円１６等の円周の中心Ｐ１であり、半径Ｒａが外側境界円１８の半径Φｂ／２よりも小さい外径円Ａと、中心が中心Ｐ１であり、半径Ｒｂが半径Ｒａよりも小さく、且つ内境界円１９の半径Φｃ／２よりも大きい内径円Ｂと、中心Ｐ１から歯部１２の径方向に延びた二本の直線Ｃ、Ｄとから形成される扇面形状２４の各隅部２５、２６に丸みを付けた形状とする。この二本の直線Ｃ、Ｄがなす角αは抜き穴２０の個数により定められる。
【００２２】
扇面形状２４は、外径円Ａ上に配置された二つの外側隅部２５、つまり外径円Ａ及び各直線Ｃ、Ｄの交点、並びに、内径円Ｂ上に配置された二つの内側隅部２６、つまり内径円Ｂ及び各直線Ｃ、Ｄの交点のそれぞれが凹方向のエッジとなっている。
【００２３】
隅丸扇面形状２１は、歯部１２側、すなわち外径円Ａ側に配置される外側隅部２２、締結部１３側、すなわち内径円Ｂ側に配置される内側隅部２３、各外側隅部２２の間で外径円Ａ上に延設される外径円弧辺２７、各内側隅部２３の間で内径円Ｂ上に延設される内径円弧辺２８、並びに、外側隅部２２及び内側隅部２３の間で直線Ｃ、Ｄ上に延設される直線辺２９を有した、中心Ｐから径方向に伸びた対称軸Ｅに対して線対称の形状である。
【００２４】
抜き穴２０が隅丸扇面形状２１に形成される、すなわち歯部１２の歯先円１５の直径又は半径を示す対称軸Ｅに対して線対称の形状に形成されることで、抜き穴２０への応力をバランスよく分散できるので、耐久性の向上には有利となる。
【００２５】
外側隅部２２の丸みの半径Ｒｃが、外側境界円１８の半径の２％以上、１１％以下の値に設定されると共に、内側隅部２３の丸みの半径Ｒｄが、外側境界円１８の半径Φｂ／２の１９％以上、３０％以下の値に設定されることが望ましい。例えば、外側境界円１８の直径Φｃを９４ｍｍとすると、外側隅部２２の丸みの半径Ｒｃは、０．９４ｍｍ以上、５．１７ｍｍ以下となり、内側隅部２３の丸みの半径Ｒｄは、９ｍｍ以上、３２ｍｍ以下となる。
【００２６】
このように、抜き穴２０を、外径円Ａ、内径円Ｂ、及び二本の直線Ｃ、Ｄから形成される扇面形状２４の外側隅部２５及び内側隅部２６に丸みを付けた隅丸扇面形状２１に形成することで、歯車１０を鋳造した際に金型から抜き易くなると共に、外側隅部２２及び内側隅部２３に掛かる応力の集中を抑制できる。更に、応力の集中の緩和に寄与しない外径円Ａ側に配置された外側隅部２２の丸みの半径Ｒｃを小さくして更なる軽量化を図り、内径円Ｂ側に配置された内側隅部２３の丸みの半径Ｒｄを大きくすることでより応力を分散して抜き穴２０への応力の集中を緩和できる。
【００２７】
外径円Ａの半径Ｒａは、抜き穴２０の外径であるが、この外径円Ａの半径Ｒａは、外側境界円１８の半径Φｂ／２の８６％以下の値に設定されることが望ましい。例えば、外側境界円１８の直径Φｂを９４ｍｍとすると、外径円Ａの半径Ｒａ、すなわち抜き穴２０の外径はＲ４０以下となる。
【００２８】
外径円Ａの半径Ｒａが外側境界円１８の半径Φｂ／２の８６％を超えた値に設定されると、すなわち抜き穴２０の外径が大きく設定されると、壁部１４の厚みが薄くなり応力集中が始まる。そのため、外径円Ａの半径Ｒａが外側境界円１８の半径Φｂ／２の８６％以
下の値に設定されることで、応力集中を回避できるので耐久性の向上に有利となる。
【００２９】
内径円Ｂの半径Ｒｂは、抜き穴２０の内径である。この内径円Ｂの半径Ｒｂは、外側境界円１８の半径Φｂ／２の５４％以上の値、且つ外径円Ａの半径Ｒａの７０％以下の値に設定されることが望ましい。例えば、外側境界円１８の直径Φｂを９４ｍｍとすると、内径円Ｂの半径Ｒｂ、すなわち抜き穴２０の内径はＲ２６以上となる。
【００３０】
内径円Ｂの半径Ｒｂが外側境界円１８の半径Φｂ／２の５４％未満の値に設定されると、すなわち抜き穴２０の内径が小さく設定されると、抜き穴２０への応力が集中する。そのため、内径円Ｂの半径Ｒｂは外側境界円１８の半径Φｂ／２の５４％以上の値に設定されることで、その抜き穴２０への応力の集中を緩和できるので耐久性の向上に有利となる。
【００３１】
また、内径円Ｂの半径Ｒｂが外径円Ａの半径Ｒａの７０％を超えた値に設定されると、すなわち抜き穴２０の外径及び内径の差が小さく設定されると、抜き穴２０の面積が減少し、抜き穴２０による歯車１０の軽量化の効果が減少する。そのため、内径円Ｂの半径Ｒｂが外径円Ａの半径Ｒａの７０％以下の値に設定されることで、抜き穴２０による歯車１０の軽量化に有利となる。
【００３２】
二本の直線Ｃ、Ｄは、中心Ｐ１から径方向に延びる直線である。この二本の直線Ｃ、Ｄのなす角αは、抜き穴２０の個数により定められており、抜き穴２０の周方向の長さを規定している。そこで、このなす角αは、隣り合う隅丸扇面形状２１の対称軸Ｅのなす角βの５０％以上、８０％以下の値に設定されることが望ましい。例えば、六個の抜き穴２０を周方向に等間隔に配置する場合には、隣り合う隅丸扇面形状２１の対称軸Ｅ同士のなす角βは６０度となる。従って、二本の直線Ｃ、Ｄのなす角αは３０度以上、４８度以下の値に設定される。
【００３３】
このなす角αが、隣り合う隅丸扇面形状２１の対称軸Ｅのなす角βの５０％未満の値に設定されると、隅丸扇面形状２１の周方向の長さが短くなり、その分抜き穴２０の面積が減少し、歯車１０の重量が増加する。また、なす角αが、隣り合う隅丸扇面形状２１の対称軸Ｅのなす角βの８０％を超えた値に設定されると、歯部１２を支持する柱部分が細くなり、その分耐久性が低下する。そのため、なす角αが、隣り合う隅丸扇面形状２１の対称軸Ｅのなす角βの５０％以上、８０％以下の値に設定されると、軽量化と耐久性の向上とをバランスよく最適化できる。
【００３４】
上記の歯車１０によれば、歯車１０の軽量化を考慮して設けられる抜き穴２０を、外径円Ａ、内径円Ｂ、及び二本の直線Ｃ、Ｄから形成した扇面形状２４に対して、応力の集中の緩和を考慮して扇面形状２４の各隅部２５、２６に丸みを付けた隅丸扇面形状２１に形成する。そして、その隅丸扇面形状２１の内側隅部２３の丸みの半径Ｒｄを、外側隅部２２の丸みの半径Ｒｃよりも大きく形成する。
【００３５】
これにより、締結部１３側に配置された内側隅部２３の丸みの半径Ｒｄを大きくすることで、抜き穴２０に集中する応力をより分散して、抜き穴への応力の集中をより緩和できる。更に、応力の集中の緩和に寄与しない歯部１２側に配置された外側隅部２２の丸みの半径Ｒｃを小さくすることにより、壁部１４の面積に対して抜き穴２０の面積を大きくして、より軽量化できる。
【００３６】
上記の歯車１０においては、図４に示すように、内側隅部２３の丸みの半径Ｒｄが、外側隅部２２及び内側隅部２３の間の直線辺２９を隅丸扇面形状２１の中心側から見て外側に凸となる曲線辺２９ａにする値に設定されることが望ましい。また、この曲線辺２９ａ
は、直線Ｃ、Ｄに対して点接触にすることがより望ましい。
【００３７】
このように、内側隅部２３の丸みの半径Ｒｄを、外側隅部２２及び内側隅部２３の間の辺を曲線辺２９ａにする値に設定することで、抜き穴２０への応力集中をより緩和できると共に、隅丸扇面形状２１の直線部が無くなるので、歯車１０を鋳造した際に金型から抜き易くなる。
【００３８】
加えて、上記の歯車１０においては、内側隅部２３の丸みの半径Ｒｄを、各内側隅部２３の間の内径円弧辺２８を隅丸扇面形状２１の中心側から見て外側に凸となる曲線辺２８ａにする値に設定されることが望ましい。また、この曲線辺２８ａは、内径円Ｂに対して点接触することがより望ましい。
【００３９】
このように、内側隅部２３の丸みの半径Ｒｄを、各内側隅部２３の間の辺を曲線辺２８ａにする値に設定することで、抜き穴２０への応力集中をより緩和できると共に、隅丸扇面形状２１が滑らかな形状となるので、歯車１０を鋳造した際に金型から抜き易くなる。
【００４０】
図４に示す隅丸扇面形状２１は、対称軸Ｅを一つのみを有するオーバル形状である。オーバル形状とは、幾何学においては卵形、長円、又は楕円に似た形状を示し、微分可能な、すなわち滑らかな曲線で形成される形状である。このように、抜き穴２０をオーバル形状に形成することで、歯車１０の軽量化、抜き穴２０への応力集中の緩和、及び歯車１０の製造し易さに有利となる。
【００４１】
上記の歯車１０は、様々な装置に組み込み可能であるが、特に、駆動軸３１から歯部１２へ、又は歯部１２から駆動軸３１へ動力を伝達する装置に組み込まれることがより好ましい。そのような装置としては、例えば、エンジンから動力が歯車１０を経由して伝達されるパワーステアリングポンプなどを例示できる。
【００４２】
図５に示すように、パワーステアリングシステム３０においては、運転者のステアリング３２の操作がステアリングコラム３３を経由してステアリングギアボックス３４へ伝達し、ステアリングギアボックス３４の内部のピニオン３５に噛み合ったラック３６を動かして、操舵輪が操舵されている。このとき、パワーステアリングポンプ３７から吐出されたオイルが、バルブボディ３８を経由してパワーシリンダ３９へと供給されており、ステアリング３２の操作を補助している。
【００４３】
このパワーステアリングポンプ３７は、図示しないベーンの駆動軸３１に歯車１０が締結されており、エンジン４０のクランクシャフト４１の動力がベルト及びプーリーからなる動力伝達機構４２を経由してこの歯車１０に伝達されている。
【００４４】
このように歯車１０により動力が伝達されるパワーステアリングポンプ３７は、歯車１０の軽量化によって駆動力を減少できるので、エンジン４０の燃料消費を抑制することができると共に、歯車１０への応力の集中を緩和して耐久性を向上できる。
【符号の説明】
【００４５】
１０  歯車
１１  歯
１２  歯部
１３  締結部
１４  壁部
１８  外側境界円
１９  内側境界円
２０  抜き穴
２１  隅丸扇面形状
２２  外側隅部
２３  内側隅部
２４  扇面形状
２５  外側隅部
２６  内側隅部
Ａ  外径円
Ｂ  内径円
Ｃ、Ｄ  直線
Ｒａ  外径円Ａの半径
Ｒｂ  内径円Ｂの半径
α  二本の直線Ｃ、Ｄのなす角
Ｒｃ  外側隅部２２の丸み半径
Ｒｄ  内側隅部２３の丸み半径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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