JP4911062B2 - ピニオンシャフト - Google Patents

Description

本発明は、遊星歯車装置に使用されるピニオンシャフトに関する。

例えば自動車の自動変速機に用いられる遊星歯車装置は、サンギヤ，リングギヤ，及びキャリヤを備えており、これらの回転要素は出力軸の周りに同心に配されている。また、サンギヤ及びリングギヤに噛み合うピニオンギヤが、キャリヤに固定されたピニオンシャフトに、軸受用ころを介して回転自在に支持されている。
このような遊星歯車装置に使用されるピニオンシャフトには、摺動部分に潤滑油を供給するための給油路が形成されていることが多い。すなわち、ピニオンシャフトには、中心部分から径方向外方に延び外周面の軸方向端部近傍に開口する第一径方向孔と、中心部分から径方向外方に延び外周面の軸方向略中央に開口する第二径方向孔と、ピニオンシャフトの中心部分に形成され軸方向に延びる軸方向孔と、の３つの孔が形成されており、２つの径方向孔が軸方向孔により連通されている。

そして、第一径方向孔の開口部に導入された潤滑油が、軸方向孔内を通って第二径方向孔に至り、外周面の軸方向略中央に位置する開口部から吐出されるようになっている。吐出された潤滑油は、ピニオンシャフトの外周面と軸受用ころとの間の潤滑に供される。
第一径方向孔，第二径方向孔，及び軸方向孔はドリル等の工具を用いて加工するが、軸方向孔を形成するためには、ピニオンシャフトの端面から加工を始め軸方向に掘り進まざるを得ないため、どうしても端面に開口部が形成されることとなる。

ところが、端面に開口部があると、軸方向孔内の潤滑油の一部が該開口部から漏出するので、外周面の軸方向略中央の開口部から吐出される潤滑油の量が少なくなってしまい、摺動部分の潤滑が不十分となるおそれがあった。そのため、端面の開口部は塞ぐ必要があるので、断面略Ｕ字状又は断面略コ字状の略お椀型の止め栓が圧入されていた。
一般に、この止め栓はＳＰＣＣ材等の低炭素鋼で構成されているが、浸炭窒化処理や焼入れ等の熱処理により強度が高められているため、止め栓が開口部から抜けにくくなっている。すなわち、熱処理によって、止め栓が開口部から抜け落ちるのに要する力（以降は「抜け荷重」と記す）の向上が図られている。
特開平２−１１３１５５号公報

しかしながら、止め栓の熱処理コストや管理コストが高いため、ピニオンシャフトの製造コストを押し上げる要因となっていた。また、ピニオンシャフトにおいては、止め栓の抜け荷重の安定化を図るために、止め栓が圧入される開口部の直径の公差が０．０３ｍｍ未満に設定される場合が多いが、熱処理が施された止め栓は、前述のように公差を管理してもなお抜け荷重のバラツキが大きく、不良率が高かった。さらに、前述のように公差を管理するためには、加工工具の摩耗等を考慮して品質チェックの頻度を多くする必要があるとともに、加工工具の寿命も短くなるので、コストアップの要因となっている。
そこで、本発明は、上記のような従来技術が有する問題点を解決し、止め栓が抜け落ちにくく安価なピニオンシャフトを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１のピニオンシャフトは、遊星歯車装置に使用され、同心に配されたサンギヤ及びリングギヤに噛み合うピニオンギヤの中心孔に挿通されて前記ピニオンギヤを回転自在に支持するピニオンシャフトであって、下記の４つの条件を満足することを特徴とする。
条件Ａ：中心部分を軸方向に延びる中心孔が一端面に開口し、前記中心孔から分岐して径方向外方に延びる２つの分岐孔がそれぞれ外周面に開口している。

条件Ｂ：前記２つの分岐孔のうち一方は前記外周面の軸方向端部近傍に開口し、該開口部は前記中心孔内に潤滑油を導入する潤滑油導入口をなし、他方は前記外周面の軸方向略中央に開口し、該開口部は前記中心孔内の潤滑油を吐出する潤滑油吐出口をなす。
条件Ｃ：前記一端面に開口する前記中心孔の開口部は、断面略Ｕ字状又は断面略コ字状の略お椀型の止め栓が圧入されることにより塞がれている。
条件Ｄ：前記止め栓は、炭素の含有量が０．３質量％以下の鋼で構成されており、焼入れ硬化されておらず表面硬さＨｖが１００以上３００以下とされている。

本発明のピニオンシャフトは、焼入れ硬化されていない鋼で止め栓が構成されているので、抜け荷重のバラツキが小さく止め栓が抜け落ちにくい。また、止め栓に焼入れや浸炭窒化処理等の熱処理が不要であるため、本発明のピニオンシャフトは安価である。止め栓の表面硬さＨｖが１００未満であると、圧入時に大きく塑性変形して、止め栓が破損したり抜け落ちたりするおそれがある。一方、表面硬さＨｖを３００超過とするためには、焼入れや浸炭窒化処理等の熱処理が必要となるため、抜け荷重のバラツキが大きくなり、不良率が高くなるおそれがある。また、止め栓の熱処理コストや管理コストが高くなるため、ピニオンシャフトが高価となるおそれがある。

また、止め栓は、鋼板のプレス成形により製造される場合が多いが、鋼中の炭素の含有量が０．３質量％超過であると成形性が不十分となり、成形時にクラックや割れが生じるおそれがある。
また、本発明に係る請求項２のピニオンシャフトは、請求項１に記載のピニオンシャフトにおいて、前記中心孔の開口部の直径の公差が０．０３ｍｍ以上０．１ｍｍ以下であることを特徴とする。

従来のピニオンシャフトにおいては、止め栓の抜け荷重の安定化を図るために、止め栓が圧入される開口部の直径の公差は０．０３ｍｍ未満に設定される場合が多いが、本発明のピニオンシャフトは、焼入れ硬化されていない鋼で止め栓が構成されているので、前記公差が大きくても、抜け荷重のバラツキが小さく止め栓が抜け落ちにくい。また、前記公差が大きいことから、中心孔を加工する際の品質管理が容易であるため、ピニオンシャフトの生産性が高く安価に製造することができる。

前記公差が０．０３ｍｍ未満である場合は、中心孔を加工する際に品質チェックの頻度を多くする必要があるため、生産性が低下しコストアップとなる。一方、前記公差が０．１ｍｍ超過である場合は、抜け荷重が不十分となって不良率が高くなるおそれがあるとともに、前記公差をこれ以上大きくしても品質チェックの頻度は少なくならず、コストダウンに寄与しない。

本発明のピニオンシャフトは、止め栓が抜け落ちにくく安価である。

本発明に係るピニオンシャフトの実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１に示す遊星歯車装置は、図示しない軸が挿通されたサンギヤ１と、該サンギヤ１と同心に配されたリングギヤ２と、サンギヤ１及びリングギヤ２に噛み合う１個以上（図１においては３個）のピニオンギヤ３と、サンギヤ１及びリングギヤ２と同心に配されピニオンギヤ３を回転自在に支持するキャリヤ４と、を備えている。

ピニオンギヤ３に形成された中心孔３ａには、かしめ等の慣用の固着手段によりキャリヤ４に固定されたピニオンシャフト５が挿通されており、また、ピニオンシャフト５の外周面とピニオンギヤ３の中心孔３ａの内周面との間には図示されない複数の針状ころが配されていて、これによりピニオンギヤ３はピニオンシャフト５を軸として回転自在とされている。

次に、図２を参照しながら、ピニオンシャフト５について詳細に説明する。このピニオンシャフト５は、高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）等の鋼材で構成されている。ただし、鋼材の種類はＳＵＪ２に限定されるものではなく、ＳＵＪ３等の他種の軸受鋼や、ＳＣＭ４２０等の肌焼材や、ＳＫ５等の高周波焼入れ材を用いてもよい。そして、このピニオンシャフト５は浸炭処理又は浸炭窒化処理と焼鈍しとが施されており、それに続いて、ピニオンシャフト５の外周面５ｂのうち転走面のみに高周波焼入れが施されている。この高周波焼入れにより、転走面には表面硬化層が形成されている。

さらに、このピニオンシャフト５には、摺動部分（転走面）に潤滑油を供給するための給油路１０が設けてある。給油路１０は、ピニオンシャフト５の径方向中心部分を軸方向に延び軸方向両端面５ａのうち一方のみに開口する中心孔１１と、中心孔１１から分岐して径方向中心部分から径方向外方に延びピニオンシャフト５の外周面５ｂに開口する２つの分岐孔１２，１３と、からなる。

外周面５ｂの軸方向略中央に開口する分岐孔１２と、外周面５ｂの軸方向端部近傍に開口する分岐孔１３とは、中心孔１１により連通されている。そして、分岐孔１３の開口部１３ａから導入された潤滑油が、中心孔１１内を通って分岐孔１２に至り、外周面５ｂの軸方向略中央に位置する開口部１２ａから吐出されるようになっている。吐出された潤滑油は、摺動するピニオンシャフト５の外周面５ｂと前記針状ころとの間の潤滑に供される。すなわち、分岐孔１３の開口部１３ａは、中心孔１１内に潤滑油を導入する潤滑油導入口として機能し、分岐孔１２の開口部１２ａは、中心孔１１内の潤滑油を吐出する潤滑油吐出口として機能する。

中心孔１１及び分岐孔１２，１３は、ドリル等を用いた加工により形成されるが、中心孔１１を形成するためには、ピニオンシャフト５の端面５ａから加工を始め軸方向に掘り進まざるを得ないため、どうしても端面５ａに開口部１１ａが形成されることとなる。ところが、中心孔１１に開口部１１ａがあると、中心孔１１内の潤滑油の一部が開口部１１ａから漏出するので、外周面５ｂの開口部１２ａから吐出される潤滑油の量が少なくなってしまい、摺動部分の潤滑が不十分となるおそれがあった。そのため、端面５ａの開口部１１ａは、通常は、止め栓２０を圧入することにより塞がれている。

この止め栓２０は、断面略Ｕ字状の略お椀型をなしており、その凸側を中心孔１１に向けて開口部１１ａに圧入されている。また、止め栓２０は、炭素の含有量が０．３質量％以下の鋼板からプレス成形等の成形法により製造されたものであり、焼入れ硬化されておらず表面硬さＨｖが１００以上３００以下とされている。
焼入れ硬化されていない鋼で止め栓２０が構成されているので、抜け荷重のバラツキが小さく止め栓２０が開口部１１ａから抜け落ちにくい。また、止め栓２０に焼入れや浸炭窒化処理等の熱処理が不要であるため、ピニオンシャフト５は安価である。このようなピニオンシャフト５を備える本実施形態の遊星歯車装置は、自動車の自動変速機に好適に用いることができる。

なお、本実施形態においては、止め栓２０の形状は断面略Ｕ字状の略お椀型であったが、断面略コ字状の略お椀型でもよい。また、中心孔１１の開口部１１ａは、潤滑油導入口である開口部１３ａに近い方の軸方向端面５ａに開口していたが、潤滑油吐出口である開口部１２ａに近い方の軸方向端面に開口していてもよい。
さらに、中心孔１１の開口部１１ａの直径は特に限定されるものではないが、基準寸法は通常３ｍｍ以上１２ｍｍ以下である。さらに、中心孔１１の開口部１１ａの直径の公差は特に限定されるものではないが、０．０３ｍｍ以上０．１ｍｍ以下であることが好ましい。

そして、開口部１１ａの直径と止め栓２０の直径とによって抜け荷重を制御可能であるが、止め栓２０の直径において許容される誤差の最小寸法と、開口部１１ａの直径において許容される誤差の最大寸法との差を、０．０２ｍｍ以上０．０８ｍｍ以下とすることが好ましく、０．０２ｍｍ以上０．０５ｍｍ以下とすることがより好ましい。例えば、止め栓２０の直径と開口部１１ａの直径とが共に６ｍｍの場合であれば、止め栓２０の直径の許容される誤差の最大寸法を＋０．０５ｍｍ、最小寸法を−０．０１ｍｍとし、開口部１１ａの直径の許容される誤差の最大寸法を＋０．０１ｍｍ、最小寸法を−０．０２ｍｍとすればよい。

〔実施例〕
以下に実施例を示して、本発明をさらに詳細に説明する。表１に示すような鋼種の鋼板をプレス成形により加工して、図２に示すような形状の止め栓を製造した。比較例１の止め栓には焼入れを施したが、他の止め栓には何ら熱処理を施さなかった。得られた止め栓の表面硬さと、プレス成形後の破損の有無を表１に示す。

比較例２の止め栓は、炭素の含有量が０．３質量％超過である鋼で構成されているため、プレス成形によって損傷が生じた。他の止め栓は、炭素の含有量が０．３質量％以下である鋼で構成されているため、損傷は生じなかった。
これらの止め栓をピニオンシャフトの軸方向端面に形成された孔の開口部に圧入し、抜け荷重を測定した。なお、孔（開口部）の直径の基準寸法は４．４５ｍｍであり、公差は表１に示す通りである。比較例１，４の場合は、孔の直径の公差が小さく０．０３ｍｍ未満であるため、ピニオンシャフトに孔を加工する際に、孔開け加工の後に仕上げ加工が必要であった。他の場合は、孔の直径の公差が大きく０．０３ｍｍ以上であるため、孔開け加工の後の仕上げ加工は不要であった。

また、止め栓の直径の基準寸法は４．４５ｍｍであり、公差は、止め栓の直径において許容される誤差の最小寸法と、孔の直径において許容される誤差の最大寸法との差が、０．０２ｍｍ以上０．０５ｍｍ以下となるようにした。
抜け荷重の測定結果を表１に示す。実施例１〜４は、十分な抜け荷重を有していた。これに対して比較例３は、止め栓の表面硬さが低すぎるため強度不足となり、圧入時に大きく塑性変形して抜け荷重が低下したと思われる。また、比較例５は、孔の直径の公差が０．１１ｍｍと大きすぎるため、抜け荷重が低くなったと考えられる。

次に、ピニオンシャフトの孔開け加工や止め栓の製造を含めたピニオンシャフト全体の製造コストを比較した。結果を表１に示す。なお、表１の製造コストは、比較例１の製造コストを１とした場合の相対値で示してある。
比較例１は、止め栓に熱処理を施していることに加えて、孔の形成に２回の加工工程（孔開け加工及び仕上げ加工）を要しているため、製造コストが最も高かった。また、比較例４は、熱処理は行っていないが、孔の形成に２回の加工工程を要しているため、製造コストが高かった。

本発明の一実施形態であるピニオンシャフトを備える遊星歯車装置の分解斜視図である。 ピニオンシャフトの断面図である。

符号の説明

１ サンギヤ
２ リングギヤ
３ ピニオンギヤ
３ａ 中心孔
４ キャリヤ
５ ピニオンシャフト
５ａ 軸方向端面
５ｂ 外周面
１０ 給油路
１１ 中心孔
１１ａ 開口部
１２ 分岐孔
１２ａ 開口部
１３ 分岐孔
１３ａ 開口部
２０ 止め栓

Claims (2)

1. 遊星歯車装置に使用され、同心に配されたサンギヤ及びリングギヤに噛み合うピニオンギヤの中心孔に挿通されて前記ピニオンギヤを回転自在に支持するピニオンシャフトであって、下記の４つの条件を満足することを特徴とするピニオンシャフト。
   条件Ａ：中心部分を軸方向に延びる中心孔が一端面に開口し、前記中心孔から分岐して径方向外方に延びる２つの分岐孔がそれぞれ外周面に開口している。
   条件Ｂ：前記２つの分岐孔のうち一方は前記外周面の軸方向端部近傍に開口し、該開口部は前記中心孔内に潤滑油を導入する潤滑油導入口をなし、他方は前記外周面の軸方向略中央に開口し、該開口部は前記中心孔内の潤滑油を吐出する潤滑油吐出口をなす。
   条件Ｃ：前記一端面に開口する前記中心孔の開口部は、断面略Ｕ字状又は断面略コ字状の略お椀型の止め栓が圧入されることにより塞がれている。
   条件Ｄ：前記止め栓は、炭素の含有量が０．３質量％以下の鋼で構成されており、焼入れ硬化されておらず表面硬さＨｖが１００以上３００以下とされている。
2. 前記中心孔の開口部の直径の公差が０．０３ｍｍ以上０．１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のピニオンシャフト。

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