JP2007301627A - 塑性締結方法および塑性締結部品 - Google Patents

Abstract

【課題】同軸度に対する厳しい要求に対しても十分に対応できる塑性締結方法および塑性締結部品を提供する。
【解決手段】第１歯車１の嵌合面に、縮径円筒面１０と拡径円筒面１１とを連続に形成すると共に、第２歯車３の嵌合面に、前記拡径円筒面１１に摺接する円筒面１２と前記縮径円筒面１０に食込むスプライン歯１３と連続に形成し、拡径円筒面１１と円筒面１２とを圧入時のガイド面として利用して、スプライン歯１３を縮径円筒面１０に食込ませながら第１歯車１と第２歯車３とを圧入嵌合させ、十分な接合強度と優れた同軸度とを有するサブ組立体（塑性締結部品）を得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、２つの嵌合部材を圧入嵌合させる塑性締結方法と該塑性締結方法によって得られた塑性締結部品とに関する。

例えば、車両のトランスミッションには多数の歯車が組込まれるが、その一部は、予め一体化したサブ組立体として供されるようになっている。図５は、前記サブ組立体を構成する歯車の一例を示したものである。同図中、１は、外周に歯幅の大きい外歯２を有する第１歯車、３は、外周に歯幅の小さい外歯４を有する第２歯車であり、第１歯車１の一端に設けたボス部１ａに第２歯車３が圧入嵌合されるようになっている。この場合、単に両歯車１、３を圧入嵌合させたのでは、所望の接合強度を確保することが困難であり、そこで従来は、第１歯車１のボス部１ａの外周および第２歯車３の内周にそれぞれスプライン歯５、６を形成し、これらスプライン歯５、６を噛合わせながら圧入するスプライン圧入法が採用されていた。

図６は、上記したスプライン圧入法の実施状態を示したもので、ここでは、第１歯車１の孔内に嵌入可能な位置決め部７ａを先端に有する受ダイ７に第１歯車１を支承させ、この第１歯車１上にスプライン歯５、６の位相を合わせながら第２歯車３をセットして、押ダイ８の下動により第２歯車３を第１歯車１に圧入嵌合させるようにしている。

ところで、近年、エンジン出力の増大に伴い、上記した歯車同士のサブ組立体に対しても、接合強度のより一層の増大が望まれている。接合強度の増大を図るには、相互に嵌合面を食込ませながら圧入嵌合させる、いわゆる塑性締結法が有用であることが従来より知られており、例えば、特許文献１には、軸と歯車とのスプライン圧入にこの塑性締結法を利用することが記載されている。より詳しくは、軸の外周にインボリュート歯形のスプライン歯を、歯車の内周に台形歯形のスプライン歯をそれぞれ形成し、スプライン歯を相互に食込ませながら両者を圧入嵌合させるようにしている。したがって、この方式を前記歯車同士のスプライン圧入に適用する場合は、例えば、第１歯車１のスプライン歯５をインボリュート歯形に、第２歯車３のスプライン歯６を台形歯形にそれぞれ設定して圧入嵌合を行えばよく、これによって両歯車１と３の接合強度は十分となる。

なお、特許文献２には、圧入嵌合すべき２つの嵌合部材の一方にセレーション歯を設けて両嵌合部材を圧入嵌合させる塑性結合法（塑性締結法）が開示されており、このような塑性締結法を、上記した歯車１と３の圧入嵌合に適用しても、上記同様に高い接合強度が得られる。

特開平１１−１０８０７０号公報 特開２００４−２６８１３１号公報

しかるに、２つの嵌合部材の圧入嵌合に塑性締結法を採用する場合は、圧入に際して両嵌合部材に軸径方向の大きな力（横力）が作用するため、所定の同軸度を確保するには、両嵌合部材を、型（治具）によって軸径方向に拘束する必要がある（特許文献２参照）。しかしながら、圧入の作業性を考慮すると、嵌合部材と型との間には所定のクリアランスを確保しなければならず、このクリアランスの分、同軸度の悪化が避けられないようになる。特に、上記したトランスミッション用歯車のサブ組立体の場合は、同軸度に対する要求が厳しくなっており、実質、塑性締結法の適用は断念せざるを得ない状況にあった。

本発明は、上記した技術的背景に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、同軸度に対する厳しい要求に対しても十分に対応できる塑性締結方法と塑性締結部品を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る塑性締結方法は、相互に圧入嵌合される２つの嵌合部材のうち、少なくとも一方の嵌合部材の嵌合面に歯すじが圧入方向へ延びる歯を形成し、該歯を相手側嵌合部材の嵌合面に食込ませながら両嵌合部材を圧入嵌合させる塑性締結方法において、前記２つの嵌合部材の嵌合面に相互に摺接可能にガイド面を形成し、該ガイド面を案内に両嵌合部材を圧入嵌合させることを特徴とする。

このように行う塑性締結方法においては、ガイド面を案内に２つの嵌合部材を相互に圧入嵌合させるので、両嵌合部材が相互に心ずれを打ち消すように働き、結果として十分満足する同軸度が得られるようになる。

本塑性締結方法において、上記各嵌合部材のガイド面は、高硬さを有していることが望ましく、これによりガイド面同士の摺動が円滑となり、圧入を安定して行うことができるようになる。

また、本塑性締結方法において、２つの嵌合部材の双方の嵌合面に歯を形成する場合、該歯の歯形形状を双方で異ならせるようにするのが望ましく、これにより簡単に所望の食込み代を確保することができる。

また、嵌合面に形成する歯の種類は任意であり、スプライン歯であってもセレーション歯であってもよい。

さらに、本塑性締結方法において、圧入始端となる歯の導入部に、圧入方向の後側へ傾斜するテーパを設けるようにしてもよく、この場合は，歯の食込みによって押出された材料が歯溝内に流入するので、両嵌合部材の接合強度はより一層増大する。

上記課題を解決するため、本発明に係る塑性締結部品は、相互に圧入嵌合された２つの嵌合部材からなり、相互の嵌合面が、歯を食込ませた形状の塑性締結領域と平滑面を合せた形状のガイド領域とを連接してなっていることを特徴とする。この場合、前記２つの嵌合部材は、歯車であってもよい。

本発明に係る塑性締結方法によれば、相互の嵌合面に形成したガイド面を案内に２つの嵌合部材を相互に圧入嵌合させて塑性締結するので、十分な接合強度と優れた同軸度とを有する塑性締結部品を得ることができる。また、圧入に際して軸径方向に拘束する型と嵌合部材とのクリアランスを小さく設定する必要がないので、圧入作業性が悪化することもない。

また、本発明に係る塑性締結部品によれば、塑性締結領域によって接合強度が保証されかつガイド領域によって同軸度が保証されているので、耐久信頼性に著しく優れたものとなり、その適用範囲は拡大する。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１乃至図３は、本発明に係る塑性締結方法の１つの実施形態を示したものである。なお、本実施形態は、前記図５に示した第１歯車１と第２歯車３との圧入嵌合に適用したもので、各歯車の全体的構造は実質同じであるので、ここでは同一符号を付すこととする。本実施形態において、第２歯車３が圧入嵌合される第１歯車１のボス部１ａの外周面（嵌合面）は、先端側の縮径円筒面１０と基端側の拡径円筒面１１とを連接した段付き形状となっている。一方、第２歯車３の内周面（嵌合面）には、前記第１歯車１の拡径円筒面１１に摺接可能な円筒面１２と前記第１歯車１の縮径円筒面１０に食込み可能なスプライン歯１３とが、圧入方向の前・後に連続して形成されている。

上記第２歯車３の円筒面１２の長さは、第１歯車１の縮径円筒面１０の長さよりもわずか大きく設定されており、これにより、圧入に際して、縮径円筒面１０に対するスプライン歯１３の食込みに先行して、該円筒面１２が第１歯車１側の拡径円筒面１１に嵌合する（図１、２）。そして、第１歯車１側の拡径円筒面１１と第２歯車３側の円筒面１２とが嵌合することで、第１歯車１と第２歯車３とは同心に位置決めされ、その後の圧入は、前記円筒面１１、１２を案内に進行することになる。したがって、第１歯車１側の拡径円筒面１１と第２歯車３側の円筒面１２とは圧入嵌合時のガイド面として機能する。一方、第２歯車３側のスプライン歯１３は、その歯末部が第１歯車１の縮径円筒面１０に食込むように歯丈が設定されている。また、このスプライン歯１３の圧入始端となる導入部には、圧入方向の後側へ傾斜するテーパ１４が設けられている。スプライン歯１３の歯形形状は任意であり、インボリュート歯形であっても、あるいは台形歯形、左右非対称歯形であってもよい。

本実施形態において、上記第１歯車１および第２歯車３には、浸炭焼入れ処理が施されており、それぞれの全表面は、相互の嵌合面を含めて高硬さ（ＨＶ７２０〜８５０程度）の浸炭焼入層によって覆われている。しかして、第１歯車１の縮径円筒面１０については、事前に研磨することにより前記浸炭焼入層を除去するようにし、これによって該縮径円筒面１０の硬さは芯部側の硬さと同じ（ＨＶ１４０〜２００程度）になっている。浸炭焼入層の深さは、通常０.６ｍｍ程度となっており、前記縮径円筒面１０には、予め前記浸炭焼入層の深さ分の厚さが上乗せされている。ただし、この縮径円筒面１０の硬さは、浸炭焼入後、例えば高周波加熱することによって下げることもでき、この場合は、前記浸炭焼入層の深さ分の上乗せは不要となる。なお、ガイド面として機能する第１歯車１側の拡径円筒面１１および第２歯車３側の円筒面１２は、所望により浸炭焼入れ後、研磨仕上げするようにしてもよい。

本実施形態において、上記第１歯車１と第２歯車３との圧入嵌合に用いる型は、第１歯車１を支承する可動受ダイ２０と、この可動受ダイ２０の周りに配置され、第２歯車３を支承する固定受ダイ２１と、この固定受ダイ２１の上方に配設された押しダイ２２とを備えている。可動受ダイ２０は、所定のクッション圧を発生するクッション手段に支持されており、その上端部には、第１歯車１の孔内に嵌入可能な位置決め部２０ａが設けられている。

第１歯車１と第２歯車３との圧入嵌合に際しては、図１に示すように、固定受けダイ２１上に第２歯車３を位置決めセットした後、位置決め部２０ａを第１歯車１の孔内に嵌入させながら可動受けダイ２０上に該第１歯車１をセットし、その後、押しダイ２２を下動させる。すると、可動受けダイ２１が押しダイ２２と連動して下動し、これにより、先ず第１歯車１の拡径円筒面（ガイド面）１１と第２歯車３の円筒面（ガイド面）１２とが摺接し、第１歯車１と第２歯車３とが同心に位置決めされる。

そして、押しダイ２２のさらなる下動により、第１歯車１と第２歯車３とが相対移動し、第２歯車３の高硬さのスプライン歯１３が第１歯車１の低硬さの縮径円筒面１０に食込む。このとき、スプライン歯１３の導入部にテーパ１４が設けられているので、図３に示すように、スプライン歯１３の歯末部１３ａの食込みによって押し出された材料がスプライン歯１３の歯溝１３ｂ内に流入（塑性流動）する。すなわち、塑性流動を起こしながら第１歯車１と第２歯車２とが相互に圧入嵌合され、遂には、図４に示すように、第１歯車１の縮径円筒面１０の全長にわたる圧入嵌合が終了し、これにて第１歯車１と第２歯車３とは強固に塑性締結される。しかして、この間、第１歯車１のガイド面１１と第２歯車３のガイド面１２とを案内に圧入嵌合が進行するので、圧入途中で第１歯車１と第２歯車３とが心ずれを起こすことがなく、結果として、同軸度に優れた（０.１以下）サブ組立体（塑性締結部品）が得られるようになる。本実施形態においては特に、第１歯車１のガイド面１１と第２歯車３のガイド面１２とが、高硬さの浸炭焼入層からなっているので、両者のガイド面１１と１２とが円滑に摺動し、これによって安定した圧入が保証される。

このようにして得られたサブ組立体（塑性締結部品）は、図４に示されるように、相互の嵌合面が、歯を食込ませた形状の塑性締結領域Ａと平滑面を合せた形状のガイド領域Ｂとを連接してなっている。すなわち、塑性締結部品は、塑性締結領域Ａによって接合強度が保証されかつガイド領域Ｂによって同軸度が保証されているので、耐久信頼性に著しく優れたものとなる。

ここで、上記実施形態においては、第２歯車３の嵌合面にスプライン歯１３を形成して、このスプライン歯１３を第１歯車１の嵌合面に食込ませるようにしたが、本発明は、第１歯車１の嵌合面にスプライン歯を形成して、このスプライン歯を第２歯車３の嵌合面に食込ませるようにしてもよいもので、この場合も、上記実施形態と同様に接合強度に優れかつ同軸度に優れた塑性締結部品が得られる。

本発明はまた、第１歯車３と第２歯車３の双方の嵌合面にスプライン歯を形成して、スプライン歯同士を相互に食込ませながら圧入嵌合してもよいものである。この場合は、一方のスプライン歯をインボリュート歯形に、他方のスプラインを台形歯形あるいは左右非対称歯形にそれぞれ設定し、あるいは一方のスプライン歯を台形歯形に、他方のスプラインをインボリュート歯形あるいは左右非対称歯形にそれぞれ設定することで、簡単に食込み代を確保することができる。

また、上記実施形態においては、圧入の案内となるガイド面（１１、１２）およびスプライン歯（１３）に高硬さの浸炭焼入層をそのまま残すようにしたが、相互に圧入嵌合される２つの嵌合部材が、浸炭焼入れや全体焼入れなどの硬化処理を施されていない非硬化品である場合は、該ガイド面および該スプライン歯を、例えば高周波焼入れなどにより表面硬化させるようにしてもよい。

また、相互に圧入嵌合される２つの嵌合部材が、例えば全体焼入れされた熱処理品である場合は、芯部まで高硬さとなっているので、表面を研磨しても嵌合面に硬度差をつけることはできない。この場合は、低硬さにしたい側の嵌合部材の表層部を加熱して硬さを下げるようにする。

さらに、相互に圧入嵌合される２つの嵌合部材の相互間に材料が逃げるスペースを確保できる場合は、必ずしもスプライン歯１３の導入部にテーパ１４を設ける必要がない。この場合は、スプライン１３の食込みで押出された材料の一部が圧入方向の前側へ流動して前記スペースに逃げ込むことになる。

なお、上記スプライン歯は、歯形が山形をなすセレーション歯に代えてもよいことは、もちろんである。

本発明に係る塑性締結方法の一つの実施形態を示したもので、圧入嵌合の初期段階を示す断面図である。 図１の一部を拡大して示す断面図である。 圧入嵌合中における塑性流動の状態を示す断面図である。 本塑性締結方法の一つの実施形態を示したもので、圧入嵌合の最終段階を示す断面図である。 本塑性締結方法の適用対象の一つである２つの歯車の構造を示す断面図である。 ２つの歯車を対象にした従来のスプライン圧入方法の実施状態を示す断面図である。

符号の説明

１ 第１歯車（嵌合部材）
３ 第２歯車（嵌合部材）
１０ 縮径円筒面（嵌合面）
１１ 拡径円筒面（ガイド面）
１２ 円筒面（嵌合面）
１３ スプライン歯
１４ テーパ
Ａ 塑性締結領域
Ｂ ガイド領域

Claims (7)

1. 相互に圧入嵌合される２つの嵌合部材のうち、少なくとも一方の嵌合部材の嵌合面に歯すじが圧入方向へ延びる歯を形成し、該歯を相手側嵌合部材の嵌合面に食込ませながら両嵌合部材を圧入嵌合させる塑性締結方法において、前記２つの嵌合部材の嵌合面に相互に摺接可能にガイド面を形成し、該ガイド面を案内に両嵌合部材を圧入嵌合させることを特徴とする塑性締結方法。
2. ２つの嵌合部材のガイド面が、高硬さを有していることを特徴とする請求項１に記載の塑性締結方法。
3. ２つの嵌合部材の双方の嵌合面に歯を形成する場合、該歯の歯形形状を双方で異ならせることを特徴とする請求項１または２に記載の塑性締結方法。
4. 嵌合面に形成する歯が、スプライン歯またはセレーション歯であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の塑性締結方法。
5. 圧入始端となる歯の導入部に、圧入方向の後側へ傾斜するテーパを設けたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の塑性締結方法。
6. 相互に圧入嵌合された２つの嵌合部材からなり、相互の嵌合面が、歯を食込ませた形状の塑性締結領域と平滑面を合せた形状のガイド領域とを連接してなっていることを特徴とする塑性締結部品。
7. 相互に圧入嵌合された２つの嵌合部材が、歯車であることを特徴とする請求項６に記載の塑性締結部品。
   
   

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