JP3433656B2 - 軸部材の嵌合構造および嵌合方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、車両の動力伝達
装置などに用いられる軸部材の嵌合構造および嵌合方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、車両の動力伝達装置などにおい
ては、複数のトルク伝達部材が設けられており、これら
のトルク伝達部材同士の間でトルクの伝達が行われる。
ここで、複数のトルク伝達部材を、格別の接続部材を用
いることなく、比較的大きなトルクの伝達が可能な状態
で接続するための構成として、軸部材の嵌合構造が用い
られている。

【０００３】この軸部材の嵌合構造は、孔の内周に複数
の内歯が形成された第１軸部材と、外周に複数の外歯が
形成された第２軸部材とを備えている。そして、第２軸
部材を孔の内部に挿入することにより、複数の内歯と複
数の外歯とが噛合され、第２軸部材と第１軸部材との間
におけるトルクの伝達が可能な状態になる。

【０００４】このように、軸部材の嵌合構造は、第１軸
部材と第２軸部材とを孔の軸線方向に相対移動させる過
程を経て両者が結合される。そこで、第２軸部材を孔の
内部に挿入する場合の挿入抵抗を軽減させるため、複数
の内歯と複数の外歯との間に、円周方向に所定の隙間が
形成されるように、複数の内歯および複数の外歯の寸法
が設定されている。

【０００５】しかし、複数の内歯と複数の外歯との間に
円周方向の隙間が形成された状態で第１部材と第２部材
とが接続されていると、トルクの変化により隙間の範囲
内で第２軸部材と第１軸部材とが円周方向に相対移動す
る。その結果、第１軸部材または第２軸部材が振動した
り、内歯と外歯との噛合い部分に騒音が生じる可能性が
あった。

【０００６】ここで、第１軸部材と第２軸部材とが接続
された状態において、第１軸部材と第２軸部材との円周
方向の相対移動を防止することの可能な軸部材の嵌合構
造および嵌合方法の一例が、特開昭５８−２１１０１８
号公報に記載されている。この公報に記載された軸部材
の嵌合構造では、雌形スプライン（第１軸部材）の歯部
（内歯）の谷部の一部が塑性変形されて、谷部の円周方
向の長さが部分的に狭くなるように形成されている。そ
して、雌形スプラインに雄形スプライン（第２軸部材）
が圧入固定されている。

【０００７】つまり、この公報に記載された軸部材の嵌
合構造は、雌形スプラインの歯部の一部を塑性変形させ
てその谷部の円周方向の長さを部分的に狭く形成し、そ
の後に焼き入れなどの熱処理を施し、雄形スプラインを
雌形スプラインに圧入して製造されている。

【０００８】上記公報に記載された軸部材の嵌合構造お
よび嵌合方法によれば、雌形スプラインの歯部の谷部の
間隔が狭くなっているため、雌雄一対のスプラインが円
周方向に隙間なく噛合して圧入される。したがって、雌
雄一対のスプラインの間で伝達されるトルクが変化した
場合でも、雌雄一対のスプラインの円周方向の相対移動
を防止することができるとされている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記公報に記
載されたスプラインおよびその製造方法においては、雌
形スプラインの内周を円周方向において局部的に塑性変
形させることにより、雌雄一対のスプラインを相互に圧
入している。このため、雌形スプラインの内周に円周方
向において局部的な応力の集中が発生し、圧入時の圧入
荷重が高い場合は雌形スプラインの外周形状の変形や強
度の低下を招く恐れがあった。

【００１０】この発明は上記事情を背景としてなされた
もので、第２軸部材の円周方向における応力の集中を緩
和することの可能な軸部材の嵌合構造およびその嵌合方
法を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段およびその作用】上記目的
を達成するため請求項１の発明は、孔の内周に複数の内
歯が形成された第１軸部材と、前記孔の内部に配置さ
れ、かつ、前記複数の内歯に噛合する複数の外歯が形成
された第２軸部材とを備えた軸部材の嵌合構造におい
て、前記複数の外歯のいずれかの歯先面と、前記内歯の
歯底面とを当接して相互に塑性変形させた第１圧入部
と、前記第１圧入部が形成される外歯以外の外歯の歯面
と、前記内歯の歯面とを当接して相互に塑性変形させた
第２圧入部とを備えていることを特徴とする。

【００１２】また、請求項２の発明は、孔の内周に複数
の内歯が形成された第１軸部材と、複数の外歯が形成さ
れた第２軸部材とを、前記孔の軸線方向に相対移動さ
せ、この第２軸部材を前記孔の内部に挿入して前記複数
の内歯と前記複数の外歯とを噛合させる軸部材の嵌合方
法において、前記第２軸部材を前記孔の内部に挿入する
過程で、複数の外歯のいずれかの歯先面と、前記内歯の
歯底面とを当接して相互に塑性変形させて第１圧入部を
形成し、かつ、前記第１圧入部が形成される外歯以外の
外歯の歯面と、前記内歯の歯面とを当接して相互に塑性
変形させて第２圧入部を形成することを特徴とする。

【００１３】請求項１の発明または請求項２の発明によ
れば、単一の歯溝に臨む箇所に第１圧入部および第２圧
入部が両方共形成されることなく、第１軸部材の円周方
向に分散して形成されている。このため、第１軸部材の
孔に第２軸部材を嵌合する場合に第１軸部材の孔の内周
側が塑性変形するが、孔の円周方向における局部的な応
力の集中が緩和される。したがって、内歯の強度や耐久
性が向上する。また、孔の円周方向における局部的な応
力の集中が緩和されるため、結果的に第１軸部材の外周
形状の変形が抑制され、外周形状の精度が維持される。

【００１４】

【発明の実施の形態】つぎにこの発明の一実施例を添付
図面に基づいて説明する。図２はこの発明の一実施例に
係る軸部材の嵌合構造の組み立て状態を示す側面図、図
３は軸部材の嵌合構造の分解状態を示す正面断面図であ
る。この軸部材の嵌合構造は、例えば車両の動力伝達装
置の部品として用いられ、この軸部材の嵌合構造は、ト
ルク伝達部材であるリング２およびスプライン軸３の組
み合わせにより構成されている。

【００１５】まず、リング２は軸線Ａ１を中心として回
転可能に構成されており、リング２には軸線Ａ１を中心
とする孔４が貫通して形成されている。孔４の内周に
は、円周方向に所定間隔をおいて複数の内歯５が形成さ
れ、各内歯５同士の間には歯溝６がそれぞれ形成されて
いる。図４は単体のリング２を示す側面図であり、各歯
溝６には、円周方向の幅の広い歯溝、および円周方向の
幅の狭い歯溝の２種類がある。また、リング２の外周に
は複数の外周歯７が形成されている。この複数の外周歯
７は、他の回転部材（図示せず）に噛合される。

【００１６】一方、スプライン軸３は孔４の内部に配置
されており、軸線Ａ１を中心として回転可能に構成され
ている。図５は単体のスプライン軸３を示す側面図であ
り、スプライン軸３の外周には、円周方向に所定間隔を
おいて複数の外歯８が形成されている。そして、各外歯
８と各内歯５とが噛合している。そして、幅の狭い歯溝
６には１つの外歯８が嵌合され、幅の広い歯溝６には２
つの外歯８が嵌合されている。なお、スプライン軸３の
端部の外周には面取り部３Ａが形成されている。

【００１７】図１（Ａ）は、内歯５と外歯８との噛合い
部分を示す拡大側面図である。すなわち、外歯８の歯先
面９と、歯溝６の歯底面１０とが当接し、歯先面９およ
び歯底面１０が相互に塑性変形して第１圧入部Ｂ１が形
成されている。さらに、外歯８の歯面１１と、内歯５の
歯面１２とが非接触状態にあり、歯面１１と歯面１２と
の間に隙間が形成されている。また、外歯８の歯面１１
がインボリュート曲線状に成形されている一方、内歯５
の歯面１２がほぼ直線状に成形されている。

【００１８】図１（Ｂ）は、第１圧入部Ｂ１が形成され
た外歯８以外の外歯８と、この外歯８が噛合う内歯５と
を示す部分的な拡大側面図である。すなわち、外歯８の
歯面１１と、内歯５の歯面１２とが当接して相互に塑性
変形し、第２圧入部Ｃ１が形成されている。

【００１９】図６は、第１圧入部Ｂ１または第２圧入部
Ｃ１のいずれも形成されていない外歯８と、この外歯８
の両側に位置する内歯５とを示す拡大側面図である。図
６においては、歯先面９と歯底面１０との間に隙間が形
成され、歯面１１と歯面１２との間に隙間が形成されて
いる。また、外歯８の歯面１１がインボリュート曲線状
に成形されている一方、内歯５の歯面１２がほぼ直線状
に成形されている。

【００２０】以上のように、この実施例の軸部材の嵌合
構造１においては、第１圧入部Ｂ１および第２圧入部Ｃ
１と、第１圧入部Ｂ１および第２圧入部Ｃ１のいずれも
形成されていない領域とが、別々の外歯８に対応して形
成されている。リング２の孔４の円周方向において、第
１圧入部Ｂ１および第２圧入部Ｃ１と、第１圧入部Ｂ１
および第２圧入部Ｃ１のいずれも形成されていない領域
との配置順序は任意に決定可能である。そして、第１圧
入部Ｂ１または第２圧入部Ｃ１を形成する歯数、第１圧
入部Ｂ１または第２圧入部Ｃ１のいずれも形成しない歯
数は、孔４に対するスプライン軸３の圧入荷重、または
歯面１１と歯面１２との許容接触応力などの条件に基づ
いて決定されている。

【００２１】ここで、実施例の構成と、請求項１および
請求項２の構成との対応関係を説明すれば、リング２が
請求項１および請求項２の第１軸部材に相当し、スプラ
イン軸３が請求項１および請求項２の第２軸部材に相当
する。

【００２２】つぎに、軸部材の嵌合構造１の製造方法を
説明する。まず、リング２およびスプライン軸３が別々
に機械加工される。ここで、リング２およびスプライン
軸３の各部の寸法は、例えば以下の通りに設定すること
が可能である。すなわち、図５に示す各外歯８の歯先円
の直径Ｄ１を全て同一に設定する。また、外歯８の幅Ｅ
１は全て同一に設定する。一方、図４に示す内歯５の歯
元円の直径Ｄ２は、直径Ｄ１を越えるものと、直径Ｄ１
未満のものとの２種類を設定する。さらに、歯溝６の幅
Ｅ２は、幅Ｅ１を越えるものと、Ｅ１未満のものとの２
種類を設定する。

【００２３】上記の寸法に設定されたリング２およびス
プライン軸３を、図３に示すように同一軸線Ａ１上に配
置するとともに、リング２とスプライン軸３とを軸線Ａ
１に沿って相対移動し、リング２の孔４の内部にスプラ
イン軸３を挿入する。この挿入過程において、外歯８の
歯先円の直径Ｄ１が、内歯５の歯元円の直径Ｄ２よりも
大きく設定されている箇所では、図１（Ａ）に示すよう
に外歯８の歯先面９と歯底面１０とが当接する。そし
て、歯先面９から歯底面１０に対して外側向きの荷重が
作用し、歯先面９および歯底面１０が塑性変形して第１
圧入部Ｂ１が形成される。

【００２４】また、歯溝６の幅Ｅ２の方が、外歯８の幅
Ｅ１よりも狭く設定されている箇所では、図１（Ｂ）に
示すように歯面１１と歯面１２とが当接する。そして、
歯面１２を外側に押し広げる荷重が作用し、歯面１１お
よび歯面１２が塑性変形して第２圧入部Ｃ１が形成され
る。

【００２５】さらに、内歯５の歯元円の直径Ｄ２より
も、外歯８の歯元円の直径Ｄ１の方が小さく設定されて
いる箇所では、図１（Ｂ）および図６に示すように、歯
先面９と歯底面１０との間に隙間が形成される。さら
に、外歯８の幅Ｅ１よりも歯溝６の幅Ｅ２の方が広く設
定されている箇所では、図１（Ａ）および図６に示すよ
うに歯面１１と歯面１２との間に隙間が形成される。

【００２６】上記の軸部材の嵌合構造を車両のトルク伝
達装置の部品として用いた場合は、リング２とスプライ
ン軸３との間でトルクの伝達が行われる。この場合、リ
ング２を入力部材とし、スプライン軸３を出力部材とす
る構成、または、リング２を出力部材とし、スプライン
軸３をの入力部材とする構成のいずれを選択することも
可能である。

【００２７】そして、この実施例では、リング２とスプ
ライン軸３との嵌合部に、第１圧入部Ｂ１および第２圧
入部Ｃ１が形成されているため、リング２とスプライン
軸３との円周方向の相対移動が防止される。したがっ
て、リング２とスプライン軸３との間で伝達されるトル
クが変化した場合でも、リング２またはスプライン軸３
の振動が低減され、かつ、内歯５と外歯８との噛合い部
分に生じる騒音が抑制される。

【００２８】また、この実施例では、第１圧入部Ｂ１お
よび第２圧入部Ｃ１と、第１圧入部Ｂ１および第２圧入
部Ｃ１のいずれも形成されていない領域とが、別個の外
側スプライン歯８に対応して形成されている。言い換え
れば、単一の歯溝６に臨む箇所には、第１圧入部Ｂ１ま
たは第２圧入部Ｃ１のいずれか一方が形成されるか、ま
たは、第１圧入部Ｂ１および第２圧入部Ｃ１がいずれも
形成されていない構成になっている。つまり、第１圧入
部Ｂ１および第２圧入部Ｃ１が、単一の歯溝６に形成さ
れずに、リング２の円周方向に分散して形成されてい
る。

【００２９】このため、孔４の内部にスプライン軸３を
嵌合する場合は孔４の内周が塑性変形するが、孔４の円
周方向における局部的な応力の集中が緩和され、内歯５
の歯元の隅肉部の亀裂、欠損、割れなどが抑制される。
したがって、内歯５の強度や耐久性が向上する。また、
リング２の半径方向の肉厚が比較的薄い場合でも、リン
グ２の外周形状、具体的には外周歯７の変形が抑制され
てその形状精度が維持される。したがって、リング２の
外周歯７と、外周歯７に噛み合う回転部材（図示せず）
とのギヤノイズが抑制され、かつ、外周歯７の強度や耐
久性が向上する。

【００３０】つぎに、リング２の孔４にスプライン軸３
を嵌合した場合に、この嵌合荷重がリング２の外周形状
に与える影響を、図４に示す外周歯７の圧力角θ１を例
として説明する。この圧力角θ１は、外周歯７の歯面１
３上において、その半径線Ｆ１と歯面１３に対する接線
Ｇ１との成す角である。

【００３１】図７は、実施例に係る軸部材の嵌合構造の
外周歯７の圧力角θ１の誤差の変化量と、および比較例
に係る軸部材の嵌合構造の外歯の圧力角の誤差の変化量
とを比較した線図である。ここで、比較例は、内歯の単
一の歯溝に臨む箇所に、外歯の歯先面と内歯の歯底面と
を当接させて相互に塑性変形した第１圧入部と、外歯の
歯面と内歯の歯面とを当接させて相互に塑性変形した第
２圧入部とが形成されている。

【００３２】図７の線図においては、縦軸に圧力角の誤
差の変化量が示され、横軸にリングの内歯の歯番号（１
〜ｎ）が示されている。この図７によれば、実施例の圧
力角θ１の変化量の変化割合の方が、比較例の圧力角の
変化量の変化割合よりも少ないことが分かる。このよう
な差異が生じる理由は、比較例では、内歯の単一の歯溝
に臨む箇所に、第１圧入部および第２圧入部が形成され
ており、リングの内周面に局部的な応力の集中が発生
し、結果的に外歯が変形しやすいからである。

【００３３】なお、上記実施例において、複数の内歯５
の歯元円の直径Ｄ２を全てほぼ同一に設定したリング２
と、複数の外歯８の歯先円の直径Ｄ１を、直径Ｄ２より
も小さい値および大きい値の２種類に設定したスプライ
ン軸３とを嵌合して第１圧入部Ｂ１を形成することも可
能である。さらに、歯溝６の幅Ｅ２を全て同一に設定し
たリング２と、各外歯８の幅Ｅ１が幅Ｅ２よりも狭いも
のと広いものとの２種類に設定したスプライン軸３とを
嵌合して第２圧入部Ｃ１を形成することも可能である。

【００３４】また、この実施例では、内歯５の歯面１２
がほぼ直線状に成形されているため、面取り部３Ａが施
されたスプライン軸３を孔４に挿入する場合に、外歯８
の歯面１１と歯面１２との間に隙間が形成される。した
がって、スプライン軸３とリング２との円周方向の位相
を合致させやすく、リング２の孔４に対するスプライン
軸３の嵌合作業性が向上する。

【００３５】さらに、歯面１１と歯面１２との間に隙間
が形成される歯面１２の形状をインボリュート曲線状に
成形することも可能である。この構成を採用すれば、ト
ルクの伝達時にリング２とスプライン軸３とが円周方向
に相対移動して歯面１１と歯面１２とが接触した場合
に、歯面１１と歯面１２とが面接触して単位面積当たり
の接触圧力が軽減され、歯面１１または歯面１２の変
形、欠損、割れが抑制される。なお、上記スプライン軸
３の歯をほぼ矩形とした角形スプライン軸を用いること
も可能である。さらに、この発明の内側部材としてセレ
ーション軸を用いることも可能である。

【００３６】ここで、上記の実施例に開示されたこの発
明の特徴的な構成を列挙すれば以下の通りである。すな
わち、孔の内周に複数の内歯が形成された第１軸部材
と、前記孔の内部に配置され、かつ、前記複数の内歯に
噛合する複数の外歯が形成された第２軸部材とを備えた
軸部材の嵌合構造において、前記複数の外歯のいずれか
の歯先面と、前記内歯の歯底面とを当接して相互に塑性
変形させた第１圧入部と、前記第１圧入部が形成される
外歯以外の外歯の歯面と、前記内歯の歯面とを当接して
相互に塑性変形させた第２圧入部とを備えており、か
つ、前記第２圧入部以外の箇所では前記外歯の歯面と、
前記内歯の歯面との間に隙間が形成されていることを特
徴とする軸部材の嵌合構造。ここで、上記隙間に臨む前
記内歯の歯面の形状を、ほぼ直線状またはインボリュー
ト曲線状に成形することが可能である。

【００３７】

【発明の効果】以上のように請求項１または請求項２の
発明によれば、単一の歯溝に臨む箇所に第１圧入部およ
び第２圧入部が両方共形成されることなく、第１軸部材
の円周方向に分散して形成されている。このため、第１
軸部材の孔に第２軸部材を嵌合する場合に第１軸部材の
孔の内周側が塑性変形するが、孔の円周方向における局
部的な応力の集中が緩和される。したがって、内歯の強
度や耐久性が向上する。また、孔の円周方向における局
部的な応力の集中が緩和されるため、結果的に第１軸部
材の外周形状の変形が抑制され、外周形状の精度が維持
される。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）、（Ｂ）は、この発明の一実施例に係る
軸部材の嵌合構造の要部を示す側面図である。

【図２】この発明の一実施例に係る軸部材の嵌合構造の
組み立て状態を示す側面図である。

【図３】この発明の一実施例に係る軸部材の嵌合構造の
分解状態を示す正面断面図である。

【図４】図２の軸部材の嵌合構造のリングのみを示す側
面図である。

【図５】図２の軸部材の嵌合構造のスプライン軸を示す
側面図である。

【図６】この発明の軸部材の嵌合構造の要部を示す側面
図である。

【図７】この発明の実施例に用いられたリングの外歯の
圧力角の変化量と、比較例のリングの外歯の圧力角の変
化量とを比較した線図である。

【符号の説明】

２ リング ３ スプライン軸 ４ 孔 ５ 内歯 ８ 外歯 ９ 歯先面 １０ 歯底面 １１，１２ 歯面 Ａ１ 軸線 Ｂ１ 第１圧入部 Ｃ１ 第２圧入部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−62410（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−211018（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−200951（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−101719（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−69715（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−66227（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16D 1/06

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 孔の内周に複数の内歯が形成された第１
   軸部材と、前記孔の内部に配置され、かつ、前記複数の
   内歯に噛合する複数の外歯が形成された第２軸部材とを
   備えた軸部材の嵌合構造において、 前記複数の外歯のいずれかの歯先面と、前記内歯の歯底
   面とを当接して相互に塑性変形させた第１圧入部と、 前記第１圧入部が形成される外歯以外の外歯の歯面と、
   前記内歯の歯面とを当接して相互に塑性変形させた第２
   圧入部とを備えていることを特徴とする軸部材の嵌合構
   造。
2. 【請求項２】 孔の内周に複数の内歯が形成された第１
   軸部材と、複数の外歯が形成された第２軸部材とを、前
   記孔の軸線方向に相対移動させ、この第２軸部材を前記
   孔の内部に挿入して前記複数の内歯と前記複数の外歯と
   を噛合させる軸部材の嵌合方法において、 前記第２軸部材を前記孔の内部に挿入する過程で、複数
   の外歯のいずれかの歯先面と、前記内歯の歯底面とを当
   接して相互に塑性変形させて第１圧入部を形成し、か
   つ、前記第１圧入部が形成される外歯以外の外歯の歯面
   と、前記内歯の歯面とを当接して相互に塑性変形させて
   第２圧入部を形成することを特徴とする軸部材の嵌合方
   法。