JP2001020966A - セレーション付シャフト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シャフトを雌型部品に対して小さな圧入力で
圧入することができ、クラック、破損等の発生を未然に
防止する。 【解決手段】 シャフト３に形成されるセレーション２
０を高さが高い第１のセレーション２１Ａと、高さがこ
れより低い第２のセレーション２１Ｂとで構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外周面に転造によ
って形成されたセレーションを有し、このセレーション
が雌型部品に圧入されるセレーション付シャフトに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】直流モータ、例えば自動車に用いられる
ＡＢＳ（アンチ・スキッド・ブレーキ・システム）用モ
ータにおいては、シャフトに回転子と整流子（コンミテ
ータ）を取付け、このコンミテータの外周にブラシを圧
接している。シャフトと回転子、コンミテータは、互い
に相対的な回転を防止して回転を確実に伝達するため
に、セレーション結合されている。

【０００３】セレーションは、溝の縁に盛り上がり形成
された断面形状が三角形の部分で、溝が連続していない
ときは１つのＶ字状溝について２個ずつ対をなして形成
され、連続しているときは溝と同数となる。このような
セレーションは通常転造によって形成されるが、数が少
ないとシャフト３と転造ダイスとの間に滑りが発生し、
転造できなくなる。転造可能なセレーションの最少個数
は１６個で、好ましくは２４個以上、さらに好ましくは
２８個以上とされ、最少個数以下の場合は通常プレス加
工（ナーリング加工）によって形成される。転造による
場合は、図８に示すように加工面に三角形の突状体２が
形成された一対の転造ダイス１Ａ，１Ｂによってシャフ
ト３を挾み込み、これらの転造ダイス１Ａ，１Ｂを互い
に反対方向（矢印方向）に平行移動させながらシャフト
３を回転させることによりセレーション４を形成するの
が一般的である。

【０００４】一方、プレス加工による場合は、図９に示
すように加圧面にナール形成用凹部６が形成された一対
のセレーション加工用型７Ａ，７Ｂをシャフト３のナー
ル形成予定部に押付けることにより突起（ナール）８を
形成する。

【０００５】セレーション４（または突起８）が形成さ
れた雄型部品であるシャフト３に雌型部品であるコンミ
テータ５を組付ける場合、シャフト３をコンミテータ５
の穴に圧入することによりセレーション結合する。本発
明は、特に転造によって形成されたセレーションを有す
るシャフトに関するものである。

【０００６】圧入に際しては、圧入力が大きいとコンミ
テータ５の周方向の内径の伸びが大きくなり、許容引張
り強度以上に伸びるとクラックが発生し、それが進行す
ると内径部に割れが発生して破損するため、注意深く圧
入する必要がある。また、シャフト３とコンミテータ５
の軸芯がずれると、モータの特性、耐久性等が低下する
ため、両者の軸芯を正確に一致させて圧入する必要があ
る。シャフト３をコンミテータ５に圧入するために必要
な圧入力は、セレーションの数、高さ等によって異な
り、数および高さが増すと転造加工性および軸芯の同軸
性は向上するが、大きな圧入力を必要とする。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、転造に
よってセレーション４を形成する場合は、少なくとも１
６個のセレーションをシャフトの外周に２個一組として
等間隔をおいて形成する必要があるため、大きな圧入力
を必要とし、そのため雌型部品にクラックが発生し、破
損し易いという問題があった。一方、プレス加工によっ
て突起８を形成する場合は、突起の数が通常は４個であ
るため、大きな圧入力を必要とせず容易に圧入すること
ができるという利点がある。しかし、突起８はセレーシ
ョン４に比べて高い精度で形成することが難しく、また
突起の場合は対角線上の２個の突起８の頂点間距離を正
確に管理する必要があり、この距離を安定した寸法にす
るためには等間隔よりもむしろ不等間隔に形成すること
が好ましく、そのため、シャフト３をコンミテータ５の
穴に軸芯を一致させて圧入しても実際には偏心し易いと
いう問題があった。

【０００８】本発明は上記した従来の問題を解決するた
めになされたもので、その目的とするところは、シャフ
トを雌型部品に対して小さな圧入力で圧入することがで
き、クラック、破損等の発生を未然に防止するようにし
たセレーション付シャフトを提供することにある。

【０００９】上記目的を達成するために第１の発明は、
外周面に転造によって形成されたセレーションを有し、
このセレーションが雌型部品に圧入されるセレーション
付シャフトにおいて、前記セレーションを高さが異なる
少なくとも２種類のセレーションで構成したことを特徴
とする。

【００１０】第２の発明は、上記第１の発明において、
高さが異なる２種類のセレーションをシャフトの周方向
に２つずつ交互に形成したことを特徴とする。

【００１１】第３の発明は、上記第１の発明において、
高さが高いセレーションと高さが低いセレーションの数
を、一方が他方に対して整数倍となるように異ならせ、
数が少ないセレーションが形成されている隣り合う溝間
に数が多いセレーションを前記整数倍の２倍と等しい数
ずつ形成したことを特徴とする。

【００１２】第４の発明は、外周面に転造によって形成
されたセレーションを有し、このセレーションが雌型部
品に圧入されるセレーション付シャフトにおいて、前記
セレーションをシャフトの軸線方向に離間させて複数列
形成するとともに、軸線方向に隣り合うセレーションの
位相を異ならせたことを特徴とする。

【００１３】本発明においては、高さが低いセレーショ
ンによって圧入力を低減することができる。セレーショ
ンをシャフトの軸線方向に離間させて形成すると、隣り
合う列どうしの間の部分は圧入されないので、圧入力を
低減することができる。またセレーションをシャフトの
軸線方向に離間させて形成すると、セレーション全体の
数は一列に形成した場合と同じでも、各列のセレーショ
ンの数を少なくすることができるので、小さな圧入力で
圧入することができる。軸線方向に隣り合うセレーショ
ンの位相を異ならせると、各列のセレーションの数が転
造可能な数より少ない場合でもダイスとシャフトの間に
滑りが生じず良好に転造することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図１（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）は本発明に係るセレーション付シャフトの一実施
の形態を示す断面図、Ｘ−Ｘ線断面図およびＡ部の拡大
断面図、図２は転造時の状態を示す斜視図である。本実
施の形態においては、駆動モータのシャフトに適用し、
このシャフトと雌型部品としてのコンミテータをセレー
ション結合する例について示す。

【００１５】図１において、シャフト３の外周面でコン
ミテータ５が取付けられる部位には、セレーション２０
が転造によって形成されている。セレーション２０は、
Ｖ字状溝２２（２２Ａ，２２Ｂ）の縁に盛り上がり形成
された断面形状が三角形（鋸歯状）の部分であるため、
１つのＶ字状溝２２について２つずつ対をなして形成さ
れる。なお、ここではセレーション全体を指す場合と、
個々のセレーションを指す場合のいずれもセレーション
と呼ぶ。

【００１６】さらに、セレーション２０について詳述す
ると、このセレーション２０は、高さが異なる大小２種
類のセレーション、すなわち高さが高い第１のセレーシ
ョン２１Ａと、高さがこれより低い第２のセレーション
２１Ｂとで構成されている。このため、Ｖ字状溝２２の
大きさ（深さ）も異なり、第１のセレーション２１Ａが
形成されているＶ字状溝２２Ａの方が第２のセレーショ
ン２１Ｂが形成されているＶ字状溝２２Ｂより僅かでは
あるが大きい。第１、第２のセレーション２１Ａ，２１
Ｂの高さＨ1 ，Ｈ2 は、シャフト３の外径、コンミテー
タ５の材質、強度等によっても異なるが、直径が１０ｍ
ｍφのシャフトの場合０．０２ｍｍ前後で、その差は２
〜１０μｍｍ程度である。

【００１７】また、第１、第２のセレーション２１Ａ，
２１Ｂは、同一長さでコンミテータ５の幅と略同等かこ
れより長く形成されている。さらに、１つのＶ字状溝２
２に形成されている２つのセレーションを一組として同
一ピッチｐでかつ位相を半ピッチずらして形成されるこ
とにより、２つずつ交互に形成されている。この場合、
本実施の形態においては、Ｖ字状溝２２をシャフト３の
周方向に等間隔をおいて１２個形成し、第１、第２のセ
レーション２１Ａ，２１Ｂをそれぞれ１２個ずつ、全体
として２４個形成した例を示している。

【００１８】このような第１、第２のセレーション２１
Ａ，２１Ｂを形成するには、図２に示すように加工面に
大きさが異なる２種類の三角形からなる突状体２５ａ，
２５ｂを所定の間隔をおいて交互に形成した一対の転造
ダイス２３，２４によってシャフト３を挾み込み、両ダ
イス２３，２４を間隔を変えないで反対方向に平行移動
させるとともに、シャフト３を回転させることにより容
易にかつ高い精度をもって形成することができる。

【００１９】このように本発明においては高さが異なる
第１、第２のセレーション２１Ａ，２１Ｂを形成してい
るので、圧入時の圧入力が低減されコンミテータ５の破
損を防止することができる。すなわち、セレーション２
０を転造によって形成する場合、セレーション２０の数
を増やせば、転造加工性は向上する。しかし、セレーシ
ョン２０の数が増加すると、シャフト３をコンミテータ
５の穴に圧入するときの圧入力も増大するため、コンミ
テータ５の周方向の伸びが大きくなり、許容引張り強度
以上に伸びるとクラックが発生し、それが進行すると内
径部に割れが発生して破損する。

【００２０】そこで、セレーション２０を全て同一の高
さに形成するのではなく、一部のセレーション（第２の
セレーション２１Ｂ）を通常のセレーション（第１のセ
レーション２１Ａ）よりも低く形成しておくと、第２の
セレーション２１Ｂについては第１のセレーション２１
Ａに比べて小さな圧入力でよいため、その分だけ圧入時
の圧入力を低減することができる。したがって、コンミ
テータ５の周方向の伸びが小さく、クラックや割れが生
じず、破損を防止することができる。

【００２１】因みに単純な計算として、第１のセレーシ
ョン２１Ａのみを２４個形成したシャフトを圧入すると
きの圧入力を例えば１００Ｋｇ・ｆと仮定し、第２のセ
レーション２１Ｂのみを同じく２４個形成したシャフト
を圧入するときの圧入力を例えば５０Ｋｇ・ｆと仮定す
ると、第１、第２のセレーション２１Ａ，２１Ｂをそれ
ぞれ１２個ずつ形成したシャフトを圧入するときの圧入
力は、７５Ｋｇ・ｆとなり、第１のセレーション２１Ａ
のみを２４個形成したシャフトを圧入するときに比べ
て、圧入力を２５Ｋｇ・ｆだけ低減することができる。

【００２２】また、転造によるセレーション２０は、プ
レス加工による突起に比べて加工精度が高く、しかもセ
レーション２０の数もプレス加工による場合に比べて多
いため、圧入時にシャフト３とコンミテータ５の軸芯が
ずれたりすることが少なく、高い同軸度をもってセレー
ション結合させることができる。さらに転造の場合は、
プレス加工に比べて高さが異なる複数のセレーションを
一回の転造によって形成することができるので有利であ
る。なお、セレーション結合の同軸度は、セレーション
の数が１２以上であると向上する。

【００２３】図３は本発明の他の実施の形態を示すシャ
フトの断面図である。この実施の形態においては、第１
のセレーション２１Ａを１６個、第２のセレーション２
１Ｂを８個とし、第２のセレーション２１Ｂが形成され
ている隣り合う２つのＶ字状溝２２Ｂと２２Ｂの間に第
１のセレーション２１Ａが形成されているＶ字状溝２２
Ａを２個、第１のセレーション２１Ａについていえば４
つずつ形成している。

【００２４】別の言い方をすれば、第１、第２のセレー
ション２１Ａ，２１Ｂは、２つ一組となってＶ字状溝２
２Ａ，２２Ｂの両縁にそれぞれ形成されるものであるた
め、隣り合う２組の第２のセレーション２１Ｂ間に第１
のセレーション２１Ａを２組ずつ形成する。さらに別の
言い方をすれば、２つの第２のセレーション２１Ｂを４
つの第１のセレーション２１Ａおきに形成する。

【００２５】このような構造からなるシャフト３Ａにお
いても、高さが低い第２のセレーション２１Ｂを有して
いるので、圧入時の圧入力を低減することができる。こ
こで、本実施の形態においては、第２のセレーション２
１Ｂが形成されている隣り合う２つのＶ字状溝２２Ｂと
２２Ｂの間に第１のセレーション２１Ａを４つずつ形成
した例を示したが、この逆、すなわち第１のセレーショ
ン２１Ａを８個、第２のセレーション２１Ｂを１６個と
し、隣り合う２つのＶ字状溝２２Ａと２２Ａの間に第２
のセレーション２１Ｂを４個ずつ形成してもよい。

【００２６】図４（ａ）、（ｂ）は本発明の他の実施の
形態を示す転造時の状態を示す斜視図およびセレーショ
ン結合の断面図である。この実施の形態においては、２
つのセレーション２０，２０をシャフト３Ｂの軸線方向
に離間させて２列に形成し、両セレーション２０，２０
間に圧入力の逃げ部２７を設けている。各セレーション
２０は、図１に示した実施の形態と全く同じで、高さが
異なる第１、第２のセレーション２１Ａ，２１Ｂによっ
て構成されている。またセレーション２０全体の長さ
は、コンミテータの幅と略等しい。

【００２７】シャフト３Ｂにセレーション２０を２列に
形成する転造ダイス２３，２４としては、その加工面を
幅方向中央に形成した溝３０によって２列に分割したも
のが用いられる。

【００２８】このようなシャフト３Ｂにおいても圧入力
を低減することができる。すなわち、例えば一列に形成
した場合のセレーション２０の長さをＬ0 、２列に分割
して形成した場合のセレーション２０の全体の長さをＬ
（＝Ｌ0 ）、各列の長さをＬ／３、逃げ部２７の長さを
Ｌ／３とすると、逃げ部２７の長さＬ／３分だけ圧入長
さが減少するため、圧入力は減少する。これは圧入長さ
が２Ｌ0 ／３の一列からなるセレーションを圧入すると
きの圧入力と同等である。

【００２９】また、圧入長さが２Ｌ／３でコンミテータ
５の幅より短くても、コンミテータ５の両端部を被圧入
部としているので、中央部を被圧入部とした場合に比べ
てコンミテータ５の左右への振れを少なくすることがで
きる。

【００３０】図５（ａ）、（ｂ）は本発明のさらに他の
実施の形態を示すシャフトのセレーション部の正面図、
Ｙ−Ｙ線拡大断面図、図６は転造時の状態を示す斜視図
である。本実施の形態においては、合計３６個のセレー
ション４０をそれぞれ１２個ずつシャフト３Ｃの軸線方
向に距離ｄだけ離間させて３列に形成している。各列の
セレーション４０の高さは全て等しい。また、１列目と
３列目のセレーション４０は同位相で、２列目のセレー
ション４０とは位相が半ピッチずれて形成されている。
３列のセレーション４００全体の長さは、コンミテータ
の幅と略等しい。

【００３１】シャフト３Ｃにセレーション４０を３列に
形成する転造ダイス３１，３２としては、その加工面を
２本の溝３０，３０によって幅方向に三分割し、分割さ
れた中央の加工面と左右の加工面に突状体２５を半ピッ
チずらして形成したものが用いられる。

【００３２】このようにセレーション４０をシャフト３
Ｃの軸線方向に離間させて３列に形成すると、セレーシ
ョン４０全体の数は、一列に３６個全てのセレーション
を形成した場合と同じでも各列のセレーション４０の数
は１／３になるので、圧入時の圧入力が１／３に低減さ
れ、圧入作業を容易に行うことできる。また、逃げ部２
７が２つ形成されるので、さらに圧入力を低減すること
ができる。

【００３３】また、各列のセレーション４０は、最少転
造個数より少ない１２個であっても、位相のずれにより
見掛け上は２４個形成されていると見なせるため、良好
に転造することができる。

【００３４】

【実施例】図１に示した実施の形態と同様にシャフトに
高さが異なる２種類のセレーションを２つずつ交互に製
作し、圧入代とコンミテータの抜け強度の関係を測定し
た。シャフトの外径は１０．１４±０．０１ｍｍφで、
このシャフトの外周に高さが異なる第１、第２のセレー
ションをぞれぞれ１８個ずつ形成し、穴径が１０．０５
５〜１０．０８５ｍｍφのコンミテータに圧入した。こ
のときの圧入代とコンミテータの抜け強度の関係を図７
に実線５０で示す。また、比較例として、同一高さのセ
レーションを１８個形成したシャフトと５０個形成した
シャフトの圧入代と抜け強度を二点鎖線５１と破線５２
で示す。実施例と二点鎖線で示す比較例における圧入代
は、０．０３５〜０．１０５ｍｍであった。破線で示す
比較例における圧入代は、０．０３〜０．０９ｍｍであ
った。圧入代は抜け強度にほぼ比例するため、この図か
ら明らかなように本発明においては抜け強度（圧入力）
を低減することができる。

【００３５】ここで、破線で示す比較例においては、セ
レーションの数が多くなると、丸棒どうしの圧入状態に
近づくため、抜け強度は大きくなる。しかし、圧入力が
大きくなると被圧入体の降伏点（Ｐ点）を超えて引張り
力が働き、弾性限界を超えることによって抜け強度は低
下する。

【００３６】なお、図１〜図４に示した実施の形態にお
いては、高さが異なる２種類のセレーション２１Ａ，２
１Ｂを形成したが、本発明はこれに何ら限定されるもの
ではなく２種類以上、例えば３種類のセレーションを形
成してもよい。また、図３に示した実施の形態において
は、第２のセレーション２１Ｂが形成されている隣り合
う２つのＶ字状溝２２Ｂと２２Ｂの間に第１のセレーシ
ョン２１Ａを４つずつ形成した例を示したが、６つずつ
形成してもよい。要は高さが高いセレーションと高さが
低いセレーションの数を、一方が他方に対して整数倍と
なるように異ならせ、数が少ないセレーションが形成さ
れている隣り合う溝間に数が多いセレーションを前記整
数倍の２倍と等しい数ずつ形成すればよい。

【００３７】また、図５および図６に示した実施の形態
においては、１２個のセレーション４０を３列に形成し
たが、３列に限らず２列、４列、５列・・・であっても
よい。

【００３８】さらに、セレーションの実施形態として
は、セレーションをその軸線方向の全長にわたって被圧
入体に圧入する必要はなく、例えばセレーションが３列
形成されているシャフトの場合、１列目のセレーショ
ンのみを被圧入体（コンミテータ、積層コア等）に圧入
してもよい。この場合は、各列のセレーションの数が最
少転造個数より少なくても、位相をずらしておくことに
より良好に転造することができる。１列目のセレーシ
ョンを第１の被圧入体（例えば、コンミテータ）に圧入
し、２列目、３列目のセレーションを第２の圧入体（例
えば、積層コア）に圧入してもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るセレー
ション付シャフトによれば、圧入力を低減することがで
き、また雄型部品であるシャフトと雌型部品の軸芯を一
致させてセレーション結合させることができる。また、
本発明は、セレーションをシャフトの軸線方向に離間さ
せて形成し、隣り合う列どうしの間に逃げ部を設けてい
るので、圧入力を低減することができる。またセレーシ
ョンをシャフトの軸線方向に離間させて形成すると、セ
レーション全体の数は一列に形成した場合と同じでも、
各列のセレーションの数を少なくすることができるの
で、小さな圧入力で圧入することができる。さらに、軸
線方向に隣り合うセレーションの位相を異ならせている
ので、各列のセレーションの数が転造可能な最少個数よ
り少ない場合でも良好に転造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 （ａ）は本発明に係るセレーション付シャフ
トの一実施の形態を示す断面図、 （ｂ）はＸ−Ｘ線断
面図、（ｃ）はＡ部の拡大断面図である。

【図２】 図１における実施例の転造時の状態を示す斜
視図である。

【図３】 本発明の他の実施の形態を示す断面図であ
る。

【図４】 （ａ）本発明のさらに他の実施の形態を示す
転造時の斜視図、（ｂ）はセレーション結合の断面図で
ある。

【図５】 （ａ）は本発明のさらに他の実施の形態を示
すシャフトのセレーション部の正面図、（ｂ）はＹ−Ｙ
線拡大断面図である。

【図６】 図５における実施例の転造時の状態を示す斜
視図である。

【図７】 圧入代とコンミテータの抜け強度の関係を示
す図である。

【図８】 従来の転造時の状態を示す斜視図である。

【図９】 （ａ）、（ｂ）は従来のプレス加工時の状態
を示す図およびシャフトの断面図である。

【符号の説明】

１Ａ，１Ｂ…転造ダイス、２…突状体、３…シャフト、
４…セレーション、５…コンミテータ、２０…セレーシ
ョン、２１Ａ…第１のセレーション、２１Ｂ…第２のセ
レーション、２２，２２Ａ，２２Ｂ…Ｖ字状溝、２３，
２４…転造ダイス、２７…逃げ部、４０…セレーショ
ン。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周面に転造によって形成されたセレー
   ションを有し、このセレーションが雌型部品に圧入され
   るセレーション付シャフトにおいて、 前記セレーションを高さが異なる少なくとも２種類のセ
   レーションで構成したことを特徴とするセレーション付
   シャフト。
2. 【請求項２】 請求項１記載のセレーション付シャフト
   において、 高さが異なる２種類のセレーションをシャフトの周方向
   に２つずつ交互に形成したことを特徴とするセレーショ
   ン付シャフト。
3. 【請求項３】 請求項１記載のセレーション付シャフト
   において、 高さが高いセレーションと高さが低いセレーションの数
   を、一方が他方に対して整数倍となるように異ならせ、
   数が少ないセレーションが形成されている隣り合う溝間
   に数が多いセレーションを前記整数倍の２倍と等しい数
   ずつ形成したことを特徴とするセレーション付シャフ
   ト。
4. 【請求項４】 外周面に転造によって形成されたセレー
   ションを有し、このセレーションが雌型部品に圧入され
   るセレーション付シャフトにおいて、 前記セレーションをシャフトの軸線方向に離間させて複
   数列形成するとともに、軸線方向に隣り合うセレーショ
   ンの位相を異ならせたことを特徴とするセレーション付
   シャフト。