JP4686482B2 - スプライン軸の歯列プロファイル - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載した形式の歯列プロファイルに関する。

ボスを軸に形状接続的に結合するためには、しばしば嵌合結合または滑りキー結合が使用される。大きなトルクを伝達しなければならず、ボスと軸との間の摺動を可能にしたい場合には、しばしば多溝付き異形材もしくはスプライン軸が使用される。

この場合、溝はしばしば方形のまたは台形のプロファイルを有している。この場合、このプロファイルは切削加工でまたは冷間成形、たとえば衝撃転造法によって製作される。切削加工に比べて冷間成形は、特に大きな経済性と同時に生産したい高い個数の利点を有している。

まさにこのようなプロファイルを製作する場合の冷間成形時には、このプロファイルの精度に対する一連のパラメータが極めて重要となる。これは、特に直径、歯厚さ、ピッチ、溝側面形状および溝側面方向もしくは歯側面形状および歯側面方向、ワークの楕円値等である。これらの個々のパラメータの適合が累積され、最終的にボスと軸との間の嵌合欠陥に繋がる。この嵌合欠陥は、ボスと軸との間の有効な結合に対して重要となる。したがって、この嵌合は、一般的に結合を可能にするために、十分な遊びを備えて設計されなければならない。

しかし、いまや、この所要の遊びは、ボスと軸との間の対偶の品質の低減に繋がる。このことは、パラメータおよび結合の使用目的に応じて不利な影響を与える。しばしば、素材の非均質性に基づき、後続の冷間成形時には、このワークの品質に課せられる要求を、条件付けられてしか満たすことができない。

この問題は、オートマチック式の車両トランスミッションに用いられるクラッチ摩擦板支持体または、たとえば顕著には、ジョイント軸伸縮管の製作時に生ぜしめられ得る。このジョイント軸伸縮管は、たとえば車両構造に大きな個数で使用される。この場合、内面もしくは外面に設けられた相応の異形成形部を備えたそれぞれ１つの内側管と外側管とが使用される。高い個数に基づき、経済的な生産のために、冷間成形法が極めて重要となるものの、運転中のジョイント軸伸縮管の高い回転速度に起因して、内側管と外側管との間の異形結合の精度に極めて高い要求が課せられる。

慣用の異形材の使用時には、両管の間に、一般的に大きな異形材長さに起因して、座屈遊びが生ぜしめられる。この座屈遊びは、運転中にジョイント軸の、許容することができない半径方向の運動に繋がり得る。この運動は、負荷と回転数とが高い場合にジョイント軸の破壊にまで繋がり得る。座屈遊びは、内側管のプロファイルと外側管のプロファイルとの間の半径方向遊びによって生ぜしめられる。

本発明の課題は、駆動構成要素、特に互いに摺動可能に形成されたジョイント軸に用いられる歯列プロファイルを改良して、半径方向遊びが最小限に抑えられているかまたは完全に排除されているようにすることである。

この課題は、本発明によれば、請求項１記載の特徴を備えた歯列プロファイルによって解決される。本発明による別の有利な構成は、後続の請求項２〜６の特徴から明らかである。

ほぼ方形のまたは台形の溝横断面を備えた、形状接続的なボス・軸結合、つまり、スプライン結合に用いられる本発明による溝プロファイルは、ボスまたは軸の溝底または溝頭に、半径方向外向きに突出した少なくとも１つのリブを有している。これによって、ボスもしくは軸の長手方向軸線に対して半径方向で面に対する線の載着が生ぜしめられる。このような載着は、有利には少ない遊びを伴ってまたは全く遊びなしに実施され得る。

ボスまたは軸の各溝底または各溝頭が、少なくとも１つのリブを有していると有利である。これによって、全周に沿って、ボスと軸との間のプロファイルの、規定された結合が達成され、ボス内での軸の正確な半径方向の位置決めが達成される。

リブが、溝の側面に対して平行に延びて、有利には相応の溝底もしくは溝頭の全長に沿って形成されていると有利である。これによって、まさに伸縮管に形成されるような大きな歯列長さの場合に、ボスの溝と軸の溝との間のもしくは内側管の溝と外側管の溝との間の、面に対する線の正確に半径方向の結合が得られる。

リブが、外向きに先細になる台形の横断面を有していると有利である。このような形状は、冷間成形によって簡単に製作することができ、高い形状安定性を有している。リブが、相応の溝底もしくは溝頭の幅の５０％、有利には２５％の最大の幅を有していると有利である。リブが狭幅に形成されていてればされているほど、向かい合って位置する溝底もしくは溝頭の相応の面に対するリブヘッドの載着面がますます小さくなる。これによって、正確な幾何学的な条件をより大きな異形材長さにわたって得ることもできる。

ボスもしくは軸の長手方向軸線を基準とした、向かい合って位置する溝底もしくは溝頭に対するリブの載着面の曲率半径が、遊びなしにまたはプリロードを伴って形成されていると有利である。したがって、ボスと軸との間の半径方向の遊びを実際に完全に排除することができる。さらに、プリロードすら加えることができることが分かった。すなわち、リブがボスプロファイルに形成されている場合には、リブの載着面の曲率半径が、向かい合って位置する溝底もしくは溝頭の曲率半径よりも大きくなっている。このことは、特に肉薄の中空異形材の場合に適している。この場合、ボスまたは軸または両部材は中空異形材として形成されている。さらに、これによって、有利には、材料の非均質性に起因して、まさに中空異形材の場合に生ぜしめられる横断面の楕円値を補償することもできる。

それぞれ１つの溝底もしくは溝頭に、互いに平行に配置された少なくとも２つのリブが形成されていると有利である。プロファイルの寸法設定と、ボスおよび軸の寸法と、伝達したい力および回転速度とに相応して、１つよりも多くのリブを設けることが有利であり得る。

さらに、１つもしくはそれ以上のリブの側方に形成された、プロファイル底部もしくはプロファイル頭部の、半径方向で向かい合って位置する面の間のポケットは、プロファイルの中間室内での潤滑媒体の分配のために極めて有利であると分かった。

さらに、前記課題は、内側管と外側管とを備えた、ジョイント軸に用いられる伸縮管において、内側管または外側管が、請求項１から６までのいずれか１項記載の溝プロファイルを有していることによって解決される。

この場合、内側管と外側管とが、ほぼ均一な異形材厚さを備えた中空体として形成されていると有利である。このようなジョイント軸は、自動車で原動機から駆動軸もしくは駆動輪への力伝達のために使用するために特に良好に適している。

さらに、本発明によれば、請求項１から６までのいずれか１項記載の溝プロファイルを冷間転造法で製作するための方法において、１つまたはそれ以上の異形ローラまたは異形ドラムを、リブに相応に形成されたプロファイルを備えた、異形成形のために必要となる、中空部材の内部に位置する異形マンドレルに合致させて、ボスまたは軸の表面に係合させることが提案される。これによって、有利には、リブを１回の作業工程で溝の形成と一緒に製作することができる。

異形ローラもしくは異形ドラムを周期的に衝撃係合させる、つまり、押し付けると有利である。この衝撃転造法によって、特に精密な異形成形部を形成することができる。

以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

図１には、たとえば車両構造に使用されるような伸縮管の、中空異形材として形成された外側管１と内側管２との横断面図が示してある。この場合、外側管１だけでなく内側管２も、台形の横断面を有する溝３を備えた、周面に沿って均一に配置された異形成形部を有している。

図２には、図１に示した伸縮管の個々の溝プロファイルの一部が詳しく示してある。この場合、外側管１は、内側に向けられた溝頭４を備えた、内向きに形成された台形の溝３を有している。溝頭４は、伸縮管の長手方向軸線に対して円筒状の面を有している。内側管は、外側に向けられた溝底５を備えた、相応に形成された溝３を有している。溝底５も同じく溝頭４に類似して円筒状の面を有している。

いま、溝底５には、半径方向外向きに突出した１つのリブ６が形成されている。このリブ６の端面６′は、この例では、外側管の溝頭４の中心に、有利には遊びなしに載置している。溝頭４の溝幅Ｂに比べて僅かな載着幅ｂによって、実際には、面に対する点の結合もしくは、溝３の長手方向延在長さを考慮して、面に対する線の結合が提供される。さらに、リブ６の僅かな幅ｂによって、冷間成形法の場合でも最も僅かな誤差を維持して精密な製作が可能となる。これによって、対偶の遊びなしの設計が一般的に初めて可能となる。

外側管１と内側管２との溝３の、それぞれ互いに向かい合った側面７は互いに、有利には小さな遊びを有している。これによって、溝プロファイルの製造時の溝の側面角とピッチとの最大誤差が補償され、外側管１と内側管２との対偶が可能となる。遊びは、たとえば１００ｍｍの平均的な管直径および２ｍｍの肉厚の場合に約０．０５ｍｍであり得る。このような値は冷間成形法によって獲得可能である。

いま、有利には、内側管２の各溝３の各溝底５が、このような１つのリブ６を有している場合、これによって、外側管１と内側管２との間の結合部の半径方向遊びを、有利には完全に排除することができる。これによって、このような伸縮管において有害となる座屈遊びも確実に排除される。

図３および図４には、肉厚の管状異形材１′；２′に設けられたリブ６を備えた本発明による溝プロファイルの別の構成が示してある。当然ながら、肉厚の２つの管形材１′，２′の組合せも可能であり、また、中実異形材が内側管２として使用されてもよい。

図５には、さらに、本発明による溝プロファイルの別の択一的な構成が示してある。この場合、ここでは、互いに平行に位置する２つのリブ６が溝底５に形成されている。ちなみに、リブ６と溝底５もしくは溝頭４との間に形成されたポケット８が、潤滑媒体を収容しかつ分配するために最も良好に適していて、リブ６なしの慣用の溝プロファイルに比べて良好な潤滑特性を有していることが分かった。

当業者にとって難なく明らかであるように、リブ６は、たとえば外側管１の内面で溝頭４に形成されていてもよく、したがって、内部に向けられている。また、リブ６が、それぞれ内側管２の溝頭もしくは外側管１の溝底に配置されていてもよい。

リブ６が正確な寸法で製造され得ることによって、リブ６の端面６′と、向かい合って位置する溝頭４との間の遊びの排除の代わりに、端面６′が、溝頭４の曲率半径よりも大きな曲率半径を外側管１もしくは内側管２の長手方向軸線に対して有していることによって、プリロードもしくは予備荷重を調整することができる。このことは、肉薄の外側管（１）もしくは内側管（２）での使用のために全く特に適している。この場合、そこでは、これによって、あり得る楕円値、すなわち、正確な円形からの偏差も補償することができる。

本発明による溝プロファイルを備えた伸縮管の横断面図である。 本発明により形成された図１の溝の一部の横断面図である。 伸縮管の択一的な構成の一部の横断面図である。 伸縮管の別の択一的な構成の一部の横断面図である。 本発明による溝の択一的な構成を備えた、図２に示した一部の横断面図である。

符号の説明

１ 外側管、 １′ 管状異形材、 ２ 内側管、 ２′ 管状異形材、 ３ 溝、 ４ 溝頭、 ５ 溝底、 ６ リブ、 ６′ 端面、 ７ 側面、 ８ ポケット、 Ｂ 溝幅、 ｂ 載着幅

Claims (14)

1. 形状接続的なボス・軸結合に用いられる溝プロファイルであって、ほぼ方形のまたは台形の溝横断面（３）が設けられている形式のものにおいて、ボス（１）または軸（２）の溝底（５）または溝頭（４）が、半径方向外向きに突出した少なくとも１つのリブ（６）を有しており、該リブ（６）が、溝底（５）または溝頭（４）の材料から一体に形成されていることを特徴とする、形状接続的なボス・軸結合に用いられる溝プロファイル。
2. ボス（１）または軸（２）の各溝底（５）または各溝頭（４）が、少なくとも１つのリブ（６）を有している、請求項１記載の溝プロファイル。
3. リブ（６）が、溝（３）の側面（７）に対して平行に延びて形成されている、請求項１または２記載の溝プロファイル。
4. リブ（６）が、溝（３）の側面（７）に対して平行に延びて、相応の溝底（５）もしくは溝頭（４）の全長に沿って形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の溝プロファイル。
5. リブ（６）が、外向きに先細になる台形の横断面を有していて、相応の溝底（５）もしくは溝頭（４）の幅（Ｂ）の５０％の最大の幅（ｂ）を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の溝プロファイル。
6. リブ（６）が、外向きに先細になる台形の横断面を有していて、相応の溝底（５）もしくは溝頭（４）の幅（Ｂ）の２５％の最大の幅（ｂ）を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の溝プロファイル。
7. ボス（１）もしくは軸（２）の長手方向軸線を基準とした、向かい合って位置する溝底（５）もしくは溝頭（４）に対するリブ（６）の載着面の曲率半径が、遊びなしにまたはプリロードを伴って形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の溝プロファイル。
8. それぞれ１つの溝底（５）もしくは溝頭（４）に、互いに平行に配置された少なくとも２つのリブ（６）が形成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の溝プロファイル。
9. ボス（１）の溝（３）の、互いに反対の側の側面（７）と、軸（２）の溝（３）の、互いに面した側の側面（７）とが、それぞれ互いに直接的に向かい合って配置されている、請求項１記載の溝プロファイル。
10. ボス（１’）および／または軸（２）が、内側歯列および外側歯列を備えた中空異形材である、請求項１記載の溝プロファイル。
11. 軸に相当する内側管（２）と、ボスに相当する外側管（１）とを備えた、ジョイント軸に用いられる伸縮管において、内側管（２）または外側管（１）が、請求項１から１０までのいずれか１項記載の溝プロファイル（３）を有していることを特徴とする、ジョイント軸に用いられる伸縮管。
12. 内側管（２）と外側管（１）とが、ほぼ均一な異形材厚さを備えた中空体として形成されている、請求項１１記載の伸縮管。
13. 請求項１から１０までのいずれか１項記載の溝プロファイル（３）を冷間転造法で製作するための方法において、１つまたはそれ以上の異形ローラまたは異形ドラムを、リブ（６）に相応に形成されたプロファイルを備えた、異形成形のために必要となる、中空部材の内部に位置する異形マンドレルに合致させて、ボス（１）または軸（２）の表面に係合させることを特徴とする、溝プロファイルを冷間転造法で製作するための方法。
14. 異形ローラもしくは異形ドラムを周期的に衝撃係合させる、請求項１３記載の方法。

Images