JP2007160360A

JP2007160360A - 駆動部品の塑性結合方法

Info

Publication number: JP2007160360A
Application number: JP2005360664A
Authority: JP
Inventors: Masaru Hashimoto; 優橋本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-12-14
Filing date: 2005-12-14
Publication date: 2007-06-28

Abstract

【課題】捩りトルク強度が確保されると共に、工数が削減される駆動部品の塑性結合方法を提供する。
【解決手段】ハブ１の塑性流動時に、該ハブ１の材料が、ダイ１１に設けられた環状の突起１６によってセレーション９へ向けて誘導される。これにより、該塑性流動されるハブ１の材料がセレーション９に充填され、駆動部品の捩り強度が確保される。また、パンチ１８のかしめ成形部２４によって、かしめ加工がパンチの一連の動作（塑性結合と同一工程）で行われるので、工数を削減することができる。また、パンチ１８のガイド部２３によって、ボス３が上端部から下端部へ向けて順次内周面３ａ側へ寄せられるので、ハブ１とシャフト２との嵌め合いを厳密に管理する必要がない。これにより、塑性結合前のボス３の内周面３ａの加工（切削）を廃止することが可能になり、工数を削減することができる。
【選択図】図８

Description

本発明は、ハブとシャフトとが塑性結合されて形成される駆動部品の塑性結合方法に関するもので、特に、一方の部材の結合面にセレーションが形成された駆動部品の塑性結合方法に関する。

一般に、自動車用自動変速装置には、ハブとシャフトとが一体的に結合された駆動部品が組込まれている。このような駆動部品では、一方の部材の結合面にセレーションが形成され、他方部材を塑性流動させてセレーションを他方の部材の結合面に食込ませることにより、双方の部材を結合させたものが知られている。例えば、特許文献１に記載の塑性結合部品（以下、従来の塑性結合部品と称する。）では、下型とリング型とによってハブのフランジ部が挟持されると共に、リング型の内周面によってハブのボス（以下、単にボスと称する。）外周面が拘束され、この状態で、セレーションが形成されたシャフトの端部がボス中空部に挿入される。そして、ボス上端部をパンチによって上方から押込むことによりハブの材料を塑性流動させ、シャフトの端部に形成されたセレーション（三角歯）をボスに食込ませる。次に、ボス上端部を上記パンチとは別個のパンチで押し潰すことにより、ボス上端部がかしめ加工される。このようにして得られた塑性結合部品では、ハブとシャフトとを相対回転運動させる方向に作用する回転トルクが、シャフトの端部に形成されたセレーションの歯面によって受止められる。

しかしながら、上記従来の塑性結合部品では、シャフトの端部に形成されたセレーションの歯先のみがボスに食込んでいるため、当該セレーションの歯先Ｒ部に回転トルクが作用した場合、ハブにボスを押し広げるような分力が作用し、捩り強度が低下する問題がある。そこで、ハブの材料をセレーションの歯元まで充填させるため、ボス上端部をパンチで押込む力を高めると、ハブのボスが座屈を起こしてしまう。また、従来の塑性結合部品では、プレス加工時に、リング型によってボス外周面が拘束されるため、ボスの内径がシャフト端部の外径よりも大きくなるように、予めボス内周面を切削しておく必要があり、工数増大の原因になっていた。さらに、従来の塑性結合部品では、プレス加工完了後にかしめ加工が実施されるため、これも工数増大の原因になっていた。
特開２００４−１９５４７５号公報（段落番号００７３〜００７８、図５及び図６）

そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、捩りトルク強度が確保されると共に、工数が削減される駆動部品の塑性結合方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、ハブとシャフトとが結合されて形成され、両部材のうち一方の部材の結合面にセレーションが形成された駆動部品の塑性結合方法であって、両部材のうち他方の部材を、パンチによって成形圧力を負荷して塑性流動させ、セレーションを臨むようにダイに設けられた突起によってセレーションへ向けて誘導させることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の駆動部品の塑性結合方法において、パンチによって成形圧力を負荷して他方の部材を塑性流動させつつ、同一のパンチによって他方の部材の被結合部の一端がかしめ加工されることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の駆動部品の塑性結合方法において、他方の部材の被結合部の一端の全周又は選択された部位が、パンチによってかしめ加工されることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の駆動部品の塑性結合方法において、他方の部材におけるセレーションに相対する部分の全周又は選択された部位が、パンチによって成形圧力が負荷されて塑性流動されることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の駆動部品の塑性結合方法において、パンチの凸部とダイの凹部とによって他方の部材の底部が圧縮成形され、該底部の被結合部近傍に凹部が形成されることを特徴とする。

したがって、請求項１に記載の発明では、塑性流動された部材をセレーションへ向けて誘導し、一方の部材の結合面（セレーション）と他方の部材の結合面との間に充填させることができる。
請求項２に記載の発明では、ハブとシャフトとの両部材を塑性結合させる工程（プレス工程）とかしめ工程とをワンパンチ（同一工程）で実施することができる。
請求項３に記載の発明では、ハブとシャフトとの軸芯方向への相対移動が阻止される。また、設計抜け強度に応じてかしめ加工する部位を選択することができる。
請求項４に記載の発明では、設計捩れ強度に応じて塑性結合させる部位を選択することができる。
請求項５に記載の発明では、型抜き後、他方の部材の底部の凹部に生じる引張によるスプリングバック力によって、駆動部品には、他方の部材の被結合部を一方の部材のセレーションに押付ける力が常時作用する。

捩りトルク強度が確保されると共に、工数が削減される駆動部品の塑性結合方法を提供することができる。

本発明の一実施の形態を図１〜図８に基づいて説明する。なお、本実施の形態では、ハブ１（他方の部材）とシャフト２（一方の部材）とを塑性結合させ、自動車用自動変速装置に組込まれる駆動部品を製造する方法を説明する。図１に示されるように、上記ハブ１は、ボス３（被結合部）と、該ボス３と同芯に設けられる外円筒部４と、内側縁５ａがボス３に連続すると共に外側縁５ｂが外円筒部４に連続する底部５と、によって構成される。なお、ハブ１の底部５には、剛性を高めるための環状に形成された凸部６が設けられる。上記シャフト２は、上記ハブ１よりも硬い材料（結合時における径方向への変形を防止するために、ビッカース硬さで３００Ｈｖ以上硬い材料、または３倍の硬度を有する材料。）によって形成される中空軸であり、一端に、第１フランジ７と第２フランジ８とを備える。そして、上記第２フランジ８の外周面（一方の部材の結合面）には、シャフト２軸芯方向（図１における上下方向）に延びる歯を有するセレーション９が形成される。該セレーション９は、図２に示されるように、歯面の一側９ａがシャフト２の軸断面上に形成されると共に歯面の他側９ｂが軸断面に対して所定角度で傾斜して形成され、各歯の頂部９ｃにはＲ形状が形成される。

次に、本駆動部品の塑性結合方法に用いられるプレス型１０を説明する。図１に示されるように、上記プレス型１０は、ダイ１１の中央に、上記シャフト２の軸部１２が挿入される軸挿入孔１３と、該軸挿入孔１３の開口周縁に環状に形成され、シャフト２の第１フランジ７を支持するフランジ支持部１４と、が設けられる。なお、図３にも示されるように、シャフト２がダイ１１にセットされた状態では、シャフト２が芯出しされ、ダイ１１とシャフト２の第２フランジ８の下側面との間には間隙１５が形成される。また、上記ダイ１１は、フランジ支持部１４の外側に、上記軸挿入孔１３と同芯の環状の突起１６を備え、該突起１６は、当該ダイ１１にセットされたシャフト２のセレーション９と、当該ダイ１１にセットされたハブ１の底部５内側縁５ａの外Ｒ部と、の双方に臨むように設けられる。さらに、ダイ１１は、上記突起１６の外側に、後述するパンチ１８に整合させた環状の凹部１７が形成され、該凹部１７は、図５に示されるように、底部１７ｃと、該底部１７ｃの内側縁１７ａ及び外側縁１７ｂとが、比較的大きい曲率半径の曲面によって連続するように形成される。

なお、図１に示されるように、上記プレス型１０は、軸挿入孔１３の回りに複数個（少なくとも３個）のクランパ１９が配設され、各クランパ１９によって、ダイ１１にセットされたハブ１の外円筒部４が、軸挿入孔１３の軸芯、即ち当該ダイ１１にセットされて芯出しされたシャフト２の軸芯に向けて押圧されることにより、ハブ１がシャフト２に対して芯出しされる構造になっている。また、図３にも示されるように、プレス型１０は、環状に形成されるシャフト押え２０を備え、芯出しされたシャフト２の第２フランジ８の内周縁が、該シャフト押え２０によって押圧されて拘束される。さらに、プレス型１０は、シャフト押え２０の外周側に間隔を空けて環状に形成されるハブ押え２１を備え、該ハブ押え２１とダイ１１の凹部１７の直外側部分とによって、芯出しされたハブ１の底部５が挟持される構造になっている。また、プレス型１０は、シャフト押え２０とハブ押え２１との間に環状に形成され、外周面が上記ハブ押え２１の内周面に対して軸芯方向（図１及び図３における上下方向）に摺動可能なパンチ１８を備える。

図３及び図５に示されるように、上記パンチ１８は、下端部外側に、環状に形成されて上記ダイ１１の凹部１７に相対する凸部２２を備え、該凸部２２の直内側には、環状に形成されたガイド部２３が設けられる。そして、本駆動部品の塑性結合方法では、パンチ１８が下降するのに伴い、上記ガイド部２３によって、ダイ１１にセットされたハブ１のボス３が、上端部から下端部へ向けて順次内周面３ａ（結合面）側（図３における右側）へ寄せられつつ、シャフト２のセレーション９へ向けて塑性流動される。この時、ボス３の下端部の材料が、ダイ１１に形成された突起１６によってセレーション９へ向けて誘導され、図６に示されるように、該ボス３の材料がセレーション９の歯元に充填される構造になっている。また、パンチ１８は、上記ガイド部２３の内側に、テーパ状に形成された環状のかしめ成形部２４が設けられ、図８に示されるように、パンチ１８がストロークエンドに到達した時点で、かしめ成形部２４によって、ボス３の上端部（一端）がシャフト２の第２フランジ８の上側面に被さるようにかしめ加工される構造になっている。

なお、本駆動部品の塑性結合方法では、図７に示されるように、ボス３を拡径させる方向に作用する圧縮によるスプリングバック力をＡとし、ダイ１１の凹部１７とパンチ１８の凸部２２とによって底部５が加圧されて形成された凹部２５に作用する引張によるスプリングバック力をＢとした場合、プレス型から型抜きされた駆動部品（製品）の内部応力が、Ｂ＞Ａとなるように、ダイ１１の凹部１７とパンチ１８の凸部２２とが形成される。これにより、ハブ１とシャフト２との結合部２６に、ハブ１の結合面（ボス３の内周面３ａ）をシャフト２のセレーション９に常時押付けるような力（Ｂ−Ａ）が作用される構造になっている。

次に、本駆動部品の塑性結合方法を説明する。まず、シャフト２（一方の部材）の軸部１２がダイ１１の軸挿入孔１３に挿入されることにより、シャフト２がダイ１１に対して芯出しされる。次に、該シャフト２の第２フランジ８のセレーション９が形成された外周面に、ハブ１（他方の部材）のボス３（被結合部）の内周面３ａ（結合面）が嵌合され。ハブ１とシャフト２とがダイ１１にセットされると、図１に示されるように、シャフト押え２０が下降され、該シャフト押え２０によって、シャフト２がダイ１１に拘束される。次に、クランパ１９によってハブ１の外円筒部４が押圧され、ハブ１がシャフト２に対して芯出しされる。両部材（ハブ１及びシャフト２）が芯出しされると、ハブ押え２１が下降され、該ハブ押え２１によってハブ１がダイ１１に拘束される。この状態で、パンチ１８が下降されると、図３に示されるように、まず、パンチ１８のガイド部２３がボス３の上端部外側に当接される。

そして、パンチ１８が下降するに伴い、ガイド部２３によって、ボス３が上端部から下端部へ向けて順次内周面３ａ側（結合面側、図３における右側）へ寄せられ、該ボス３の材料がシャフト２に形成されたセレーション９へ向けて塑性流動される。この時、ボス３の下端部の材料が、ダイ１１に形成された突起１６によってセレーション９へ向けて誘導され、図６に示されるように、該ボス３の材料がセレーション９の歯元に充填される。そして、図８に示されるように、パンチ１８がストロークエンドに到達した時点で、パンチ１８のかしめ成形部２４によって、ボス３の上端部（一端）が、シャフト２の第２フランジ８の上側面に被さるようにかしめ加工されると共に、ダイ１１の凹部１７とパンチ１８の凸部２２とによってハブ１の底部５が圧縮成形され、該底部５の内周縁５ａのボス３近傍に環状の凹部２５が形成される。なお、パンチ１８が下降を開始してからストロークエンドに到達するまでは一連の動作である。

この実施の形態では以下の効果を奏する。
本駆動部品の塑性結合方法では、ハブ１（他方の部材）の塑性流動時に、該ハブ１の材料が、シャフト２に形成されたセレーション９に臨むようにダイ１１に設けられた環状の突起１６によってセレーション９へ向けて誘導されるので、該塑性流動されるハブ１の材料が、ボス３（被結合部）の内周面３ａ（結合面）とセレーション９との間に充填される。これにより、ハブ１とシャフト２との接触面積（結合面積）が従来の駆動部品（塑性流動される材料がセレーション９の歯元まで達していない）と比較して増大し、ハブ１とシャフト２との結合強度が高められ、駆動部品の捩り強度が確保される。さらに、ハブ１の材料がセレーション９の歯元に充填されるので、駆動部品の気密性が確保される。

また、本駆動部品の塑性結合方法では、ダイ１１の凹部１７とパンチ１８の凸部２２とによってハブ１の底部５が圧縮成形され、該ボス３の内側縁５ａのボス３近傍に凹部２５が形成される。そして、凹部２５に作用する引張によるスプリングバック力Ｂが、ボス３を拡径させる方向に作用する圧縮によるスプリングバック力Ａよりも大きく設定される。これにより、ハブ１とシャフト２との結合部２６に、ハブ１の結合面（ボス３の内周面３ａ）をシャフト２のセレーション９に常時押付けるような力（Ｂ−Ａ）が作用され、駆動部品の捩り強度が高められる。

また、本駆動部品の塑性結合方法では、パンチ１８のかしめ成形部２４によって、ボス３の上端部（一端）が、シャフト２の第２フランジ８の上側面に被さるようにかしめ加工されるので、駆動部品の抜け強度（シャフト２に対するハブ１の抜け強度）が確保される。さらに、かしめ加工がパンチ１８の一連の動作（塑性結合と同一工程）で行われるので、従来のかしめ加工（塑性結合と別工程）と比較して工数が削減される。

また、本駆動部品の塑性結合方法では、パンチ１８のガイド部２３によって、ボス３が上端部から下端部へ向けて順次内周面３ａ側へ寄せられるので、ハブ１（ボス３）とシャフト２（セレーション９）との嵌め合いを厳密に管理する必要がない。したがって、塑性結合前のボス３の内周面３ａの加工（切削）を廃止することが可能になり、工数が大幅に削減される。

なお、実施の形態は上記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。
本実施の形態では、図４に示されるように、突起１６の頂部Ｒを比較的小さく形成し、該頂部Ｒの内外両側（図４における左右両側）に内外対称に斜面２７を形成すると共に、各斜面２７とダイ１１の平坦面２８との交差部Ｒを小さく形成したが、図９に示されるように、頂部Ｒの内外両側に斜面２７を設けず、突起１６ａの頂部Ｒを比較的大きく形成し、該頂部Ｒとダイ１１の平坦面２８とを曲率半径が大きいＲの曲面で連続させもよいし、また、図１０に示されるように、突起１６ｂの頂部Ｒの内外両側の形状を内外で対称に形成せず、内側若しくは外側に偏倚させた曲面で形成してもよい。

本実施の形態では、ハブ１（他方の部材）のボス３（被結合部）の上端部の全周がかしめ加工されるが、駆動部品の確保すべき抜け強度に応じて、ボス３の上端部の一部をかしめ加工してもよい。
また、本実施の形態では、ハブ１（他方の部材）のボス３（セレーション９に相対する部分）の全周に成形圧力を負荷し、ボス３の全周に亘って塑性流動を生じさせ、セレーション９の全周にハブ１の材料を充填させたが、駆動部品の確保すべき捩り強度に応じて、ボス３の一部に成形圧力を負荷し、該成形圧力が負荷された部分にのみ塑性流動を生じさせ、セレーション９の全周のうち一部にハブ１の材料を充填させてもよい。

本実施の形態では、図２に示されるように、セレーション９の歯面の一側９ａがシャフト２の軸断面上に形成されると共に、歯面の他側９ｂが該軸断面に対して傾斜して形成されるが、図１１に示されるように、セレーション９の歯を、頂部９ｃ（シャフト２の軸断面）に対して対称に形成してもよい。この場合、図２に示されるセレーション９の場合と比較して、軸芯回りの捩り強度の絶対値は低くなるが、軸芯回り両方向の回転トルクに対して所定の捩り強度を確保することができる。
また、図１２に示されるように、図２におけるセレーション９の頂部９ｃのＲ形状を、歯面の一側９ａに対して突出させるように形成してもよい。この場合、ハブ１とシャフト２との接触面積（結合面積）がより増大し、ハブ１とシャフト２との結合強度、延いては、駆動部品の捩り強度が高められる。

本実施の形態では、図５に示されるように、ダイ１１の凹部１７は、底部１７ｃと内側縁１７ａ及び外側縁１７ｂとが連続する緩やかな曲面で構成され、パンチ１８の凸部２２の形状もこれに整合させたが、図１３に示されるように、ダイ１１の凹部１７の底部Ｒを比較的小さく形成すると共に該底部Ｒの内外両側（図１３における左右両側）に斜面２９を形成し、パンチ１８の凸部２２の形状をこれに整合させて構成してもよい。

なお、本実施の形態では、駆動部品の塑性結合方法について説明したが、結合される部材のうち、一方の部材の結合面にセレーションが形成された部材であれば、本発明は駆動部品の塑性結合に限定されない。

本実施の形態の説明図であり、ハブとシャフトとが、プレス型によって拘束された状態を示す図である。本実施の形態の説明図であり、シャフトに形成されたセレーションの形状を示す図である。本実施の形態の説明図であり、パンチのガイド部がハブのボスに当接された状態を示す図１の一部拡大図である。本実施の形態の説明図であり、ダイに形成された突起の形状を示す図である。本実施の形態の説明図であり、パンチの凸部とダイの凹部との形状を示す図である。本実施の形態の説明図であり、ボスの材料がセレーションの歯元に充填された状態を示す図である。本実施の形態の説明図であり、ハブとシャフトとの結合部に作用する内部応力を示す図である。本実施の形態の説明図であり、パンチがストロークエンドに到達した状態の結合部を示す図である。突起の他の実施の形態を示す図である。突起の他の実施の形態を示す図である。セレーションの他の実施の形態を示す図である。セレーションの他の実施の形態を示す図である。パンチの凸部とダイの凹部との他の実施の形態を示す図である。

符号の説明

１ハブ（他方の部材）、２シャフト（一方の部材）、３ボス（被結合部）、５底部、９セレーション、１１ダイ、１６突起、１７凹部（ダイ）、１８パンチ１８凸部（パンチ）、２５凹部（底部）

Claims

ハブとシャフトとが結合されて形成され、両部材のうち一方の部材の結合面にセレーションが形成された駆動部品の塑性結合方法であって、前記両部材のうち他方の部材を、パンチによって成形圧力を負荷して塑性流動させ、前記セレーションを臨むようにダイに設けられた突起によって前記セレーションへ向けて誘導させることを特徴とする駆動部品の塑性結合方法。
前記パンチによって成形圧力を負荷して前記他方の部材を塑性流動させつつ、同一の前記パンチによって前記他方の部材の被結合部の一端がかしめ加工されることを特徴とする請求項１に記載の駆動部品の塑性結合方法。
前記他方の部材の前記被結合部の一端の全周又は選択された部位が、前記パンチによってかしめ加工されることを特徴とする請求項１又は２に記載の駆動部品の塑性結合方法。
前記他方の部材における前記セレーションに相対する部分の全周又は選択された部位が、前記パンチによって成形圧力が負荷されて塑性流動されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の駆動部品の塑性結合方法。
前記パンチの凸部と前記ダイの凹部とによって前記他方の部材の底部が圧縮成形され、該底部の前記被結合部近傍に凹部が形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の駆動部品の塑性結合方法。