JP7412196B2 - 動力伝達軸及び動力伝達軸の加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、動力伝達軸及び動力伝達軸の加工方法に関する。

特許文献１には、動力伝達軸に円環状のシールリングが嵌挿されるシールリング溝を有する自動変速機が開示されている。

特開２０１７－１８０７５７号公報

ところで、動力伝達軸にシールリング溝を形成する際には、熱処理工程及びショットピーニング加工等による動力伝達軸への残留応力付与工程を行った後で仕上げ加工を行う場合がある。この場合、ショットピーニング加工等による残留応力付与工程により表面残留応力が加えられた硬化部分を切削加工することになるので、シールリング溝の表面残留応力が解放されて、動力伝達軸が変形する。そのため、シールリング溝の仕上げ加工により動力伝達軸の振れ公差に影響を及ぼすおそれがある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、シールリング溝の加工による動力伝達軸の振れ公差への影響を抑制することを目的とする。

本発明のある態様によれば、動力伝達軸は、外周に矩形の断面形状を有する環状に形成されて熱処理及び残留応力付与がなされ、シールリングが挿入されるシールリング溝と、前記シールリング溝に隣接配置された作動油路と、を備え、前記シールリング溝は、前記矩形の断面形状の最内周に形成される底面と、前記矩形の断面形状の軸方向における両端部に形成される一対の側面と、を有し、前記一対の側面のうち前記作動油路とは軸方向反対側の側面は、前記底面よりも表面粗さが小さい。

また、本発明のある態様によれば、外周に矩形の断面形状を有しシールリングが挿入される環状のシールリング溝及び当該シールリング溝に隣接配置された作動油路を備えた動力伝達軸の加工方法は、前記シールリング溝を加工する粗加工工程と、前記シールリング溝を加工した後に熱処理を行う熱処理工程と、外周面に残留応力を付与処理する残留応力付与工程と、前記残留応力付与工程を行った後、前記シールリング溝の前記矩形の断面形状の軸方向の両端部に形成された一対の側面のうち、前記作動油路とは軸方向反対側の側面を少なくも仕上げ加工し、かつ前記矩形の断面形状の最内周に形成された底面の加工は行わない仕上加工工程と、を備える。

上記態様では、シールリング溝の側面の表面粗さが底面の表面粗さよりも小さい。そのため、熱処理工程及び残留応力付与工程を行った後でシールリング溝の仕上げ加工を行う場合であっても、シールリング溝の側面のみを加工すればよい。即ち、仕上げ加工の際に底面は加工不要となる。このため、底面の表面残留応力を解放することなく、側面の表面残留応力のみが解放されるようにしたので、底面まで仕上げ加工する場合よりも解放される表面残留応力の影響を小さくできる。したがって、動力伝達軸の変形が抑制され、シールリング溝の加工による動力伝達軸の振れ公差への影響を抑制することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る動力伝達軸の正面図である。 図２は、動力伝達軸におけるシールリング溝近傍の構成について説明する拡大断面図である。 図３は、動力伝達軸の加工方法のフローチャートである。 図４は、動力伝達軸におけるシールリング溝の粗加工について説明する図である。 図５は、動力伝達軸の熱処理について説明する図である。 図６は、動力伝達軸のショットピーニング加工について説明する図である。 図７は、動力伝達軸におけるシールリング溝の一方の側面の仕上げ加工について説明する図である。 図８は、動力伝達軸におけるシールリング溝の他方の側面の仕上げ加工について説明する図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る動力伝達軸１について説明する。ここでは、動力伝達軸１が車両の有段式自動変速機（ステップＡＴ）におけるインプットシャフトに適用される場合を例として説明する。

まず、図１及び図２を参照して、動力伝達軸１の構成について説明する。

図１は、動力伝達軸１の正面図である。図２は、車両の有段式自動変速機（ステップＡＴ）に組み付けられた状態での図１におけるＩＩ部の拡大断面図であり、動力伝達軸１におけるシールリング溝２０近傍の構成について説明する図である。

図１に示すように、動力伝達軸１は、第１スプライン１１と、サンギヤ１２と、第２スプライン１３と、複数のリブ１４と、複数のシールリング溝２０と、を有する。動力伝達軸１は、中心軸線ｅまわりに回転することで、入力された動力を出力側に伝達するものである。動力伝達軸１は、炭素鋼（例えばＳＣＲ４２０Ｈ）によって形成される。

第１スプライン１１は、トルクコンバータのタービン（図示省略）と噛合する。第１スプライン１１からは、トルクコンバータからの動力が入力される。

サンギヤ１２は、遊星歯車機構（図示省略）を構成する。サンギヤ１２からは、動力が出力される。

第２スプライン１３は、遊星歯車機構を切り換えるためのクラッチ機構（図示省略）と噛合する。

隣り合う一対のリブ１４の間には、クラッチ機構を制御するための作動油が通過する作動油路としての環状流路１６（図２参照）が形成される。リブ１４は、形成される環状流路１６の数に応じて複数（ここでは４個）設けられる。

図２に示すように、動力伝達軸１は、中心軸線ｅ方向に形成される作動油流路１ａと、作動油流路１ａから径方向に形成されて外周面に開口する作動油流路１ｂと、を有する。動力伝達軸１の外周面は、円筒状のスリーブ３の内周面に対向する。

スリーブ３は、径方向に形成されて内周面に開口する作動油流路３ａを有する。

環状流路１６は、動力伝達軸１の外周面と、リブ１４のシールリング溝２０に挿入される後述するシールリング２と、スリーブ３の内周面と、によって画成される。

クラッチ機構を制御するための作動油は、作動油流路１ａ，１ｂを通じて環状流路１６に流入し、環状流路１６から作動油流路３ａを通じてクラッチ機構に供給される。

図２に示すように、シールリング溝２０は、各々のリブ１４の外周から中心軸線ｅ側に向けて凹状に形成される。シールリング溝２０は、リブ１４における軸方向の略中央に形成される。シールリング溝２０は、矩形の断面形状を有する環状に形成される。シールリング溝２０には、矩形の断面形状を有するシールリング２が各々挿入される。

シールリング溝２０は、底面２１と、一対の側面２２，２３と、一対の段部２４と、を有する。

底面２１は、矩形の断面形状の最内周に形成される。底面２１には、シールリング２が当接しない。そのため、底面２１の表面粗さは比較的大きくてもよい。底面２１は、後述するように、粗加工工程によって形成される。

一対の側面２２，２３は、矩形の断面形状の軸方向における両端部に各々形成される。具体的には、側面２２は、環状流路１６とは反対側に形成され、側面２３は、環状流路１６側に形成される。環状流路１６に作動油が供給されたときには、シールリング溝２０に挿入されたシールリング２は、環状流路１６とは反対側の側面２２と当接する。一方、環状流路１６に作動油が供給されていないときには、シールリング溝２０に挿入されたシールリング２は、環状流路１６とは反対側の側面２２若しくは環状流路１６側の側面２３と当接する。そのため、側面２２，２３の表面粗さを、底面２１よりも小さく設定している。

なお、側面２２，２３のうち、圧力がかかった状態でシールリング２が当接するのは、環状流路１６とは反対側の側面２２のみであって、圧力がかかった状態ではシールリング２は環状流路１６側の側面２３には当接しない。そのため、シールリング２に圧力がかかった状態で当接する側面２２のみの表面粗さを、底面２１及び側面２３の表面粗さよりも小さく設定してもよい。

即ち、環状流路１６に作動油が供給されている場合、シールリング２の側面は、作動油の圧力によってシールリング溝２０の環状流路１６とは反対側の側面２２に圧力がかかった状態で押し付けられる。同様に、シールリング２の外周面は、環状流路１６に作動油が供給されると、作動油の圧力によってスリーブ３の内周面に圧力がかかった状態で押し付けられる。これにより、環状流路１６が密閉される。

一方、環状流路１６に作動油が供給されていない場合、シールリング２は、圧力や荷重がかからない状態で側面２２，２３のいずれかに当接する。そのため、側面２２，２３の両方の表面粗さを底面２１よりも小さくすることで、表面粗さが大きい面にシールリング２が当接しないので、シールリング２の耐久性を維持できる。

側面２２，２３は、後述するように、粗加工工程の後、熱処理工程及び残留応力付与工程であるショットピーニング工程を経た後で、仕上加工工程によって形成される。

よって、熱処理及びショットピーニング加工を行った後でシールリング溝２０の仕上げ加工を行う場合には、シールリング溝２０の側面２２，２３のみを加工すればよい。即ち、仕上げ加工の際に底面２１は加工不要となる。そのため、底面２１の表面残留応力を解放することなく、側面２２，２３の表面残留応力のみが解放されるようにしたので、底面２１まで仕上げ加工する場合よりも解放される表面残留応力の影響を小さくできる。したがって、動力伝達軸１の変形が抑制され、シールリング溝２０の加工による動力伝達軸１の振れ公差への影響を抑制することができる。

特に、熱処理加工及びショットピーニング加工を行った後でシールリング溝２０の仕上げ加工を行う際に、シールリング溝２０の環状流路１６とは反対側の側面２２のみを加工する場合には、解放される表面残留応力の影響をより小さくできる。したがって、動力伝達軸１の変形が抑制され、シールリング溝２０の加工による動力伝達軸１の振れ公差への影響を更に抑制することができる。また、圧力がかかった状態でシールリング２が当接する側面２２のみを加工し、他の側面２３や底面２１に比べて表面粗さを小さくすることで、シールリング２の耐久性の低下も最小限に抑制できる。

底面２１と側面２２，２３との間には、段部２４が形成される。即ち、一対の側面２２，２３の間隔は、底面２１よりも大きい。

段部２４は、側面２２と底面２１との間、及び側面２３と底面２１との間に形成される。側面２２，２３と底面２１との接続面２５は、側面２２，２３から連続する曲面状に形成される。同様に、底面２１と段部２４との接続面２６は、底面２１から連続する曲面状に形成される。

よって、側面２２，２３と段部２４との接続面２５は曲面状に形成されるので、側面２２，２３と段部２４とを直角の角部によって接続する場合と比較して、応力集中を避けることができる。同様に、底面２１と段部２４との接続面２６は曲面状に形成されるので、底面２１と段部２４とを直角の角部によって接続する場合と比較して、応力集中を避けることができる。

次に、図３から図８を参照して、動力伝達軸１におけるシールリング溝２０の加工方法について説明する。

図３は、動力伝達軸１の加工方法のフローチャートである。図４は、動力伝達軸１におけるシールリング溝２０の粗加工について説明する図である。図５は、動力伝達軸１の熱処理について説明する図である。図６は、動力伝達軸１のショットピーニング加工について説明する図である。図７は、動力伝達軸１におけるシールリング溝２０の一方の側面２２の仕上げ加工について説明する図である。図８は、動力伝達軸１におけるシールリング溝２０の他方の側面２３の仕上げ加工について説明する図である。

図３のステップＳ１では、シールリング溝２０の粗加工を行う（粗加工工程）。具体的には、図４に示すように、動力伝達軸１を旋盤にセットし、動力伝達軸１の軸方向の大きさがシールリング溝２０における底面２１と略同一の超硬工具５１によって、外周から中心軸線ｅ側に向けてシールリング溝２０を切削加工する。

このとき、超硬工具５１の先端における両端の角部が曲線状の超硬工具５１を用いることにより、超硬工具５１による切削加工を行うだけで、底面２１と段部２４とを接続する曲面状の接続面２６が形成される。

続いて、図３のステップＳ２では、動力伝達軸１に熱処理を行う（熱処理工程）。具体的には、図５に示すように、動力伝達軸１の外周表面に熱を加えて硬度を上昇させる。このとき、加える熱の温度や時間等は、要求される硬度に応じて設定される。熱処理による硬化部分２７の深さは、リブ１４の外周面やシールリング溝２０の側面２２，２３よりも、シールリング溝２０の奥に位置する底面２１の方が大きくなる。

続いて、図３のステップＳ３では、動力伝達軸１にショットピーニング加工を行う（ショットピーニング工程）。具体的には、図６に示すように、粒状の鋼鉄の投射材５２を動力伝達軸１の外周表面に衝突させることで、塑性変形による加工硬化を生じさせると共に、表面残留応力を付与する。

続いて、図３のステップＳ４では、シールリング溝２０の仕上げ加工を行う（仕上加工工程）。具体的には、図７及び図８に示すように、動力伝達軸１を旋盤にセットし、動力伝達軸１の軸方向の大きさがシールリング溝２０における底面２１よりも小さいＣＢＮ工具５３によって、外周から中心軸線ｅ側に向けてシールリング溝２０の側面２２，２３のみを切削加工（ハードターニング加工）する。即ち、仕上加工工程では、シールリング溝２０の底面２１の切削加工は行わない。このとき、ステップＳ１における粗加工のときよりも表面粗さが小さくなるように側面２２，２３を切削加工する。

まず、図７に示すように、シールリング溝２０の一方の側面２２を切削加工する。これにより、側面２２と底面２１との間に段部２４が形成される。次に、図８に示すように、シールリング溝２０の他方の側面２３を切削加工する。これにより、側面２３と底面２１との間に段部２４が形成される。

このとき、ＣＢＮ工具５３の先端における両端の角部が曲線状のＣＢＮ工具５３を用いることにより、ＣＢＮ工具５３による切削加工を行うだけで、側面２２，２３と段部２４とを接続する曲面状の接続面２５が形成される。

以上の工程によって、シールリング溝２０を形成することができる。

このように、熱処理及びショットピーニング加工を行った後でシールリング溝２０の仕上げ加工を行う際には、シールリング溝２０の側面２２，２３のみを加工する。即ち、仕上加工工程では、シールリング溝２０の底面２１の切削加工は行わない。そのため、底面２１の表面残留応力を解放することなく、側面２２，２３の表面残留応力のみが解放されるので、底面２１まで仕上げ加工する場合よりも解放される表面残留応力の影響を小さくできる。したがって、動力伝達軸１の変形が抑制され、シールリング溝２０の加工による動力伝達軸１の振れ公差への影響を抑制することができる。

また、圧力がかかった状態でシールリング２が当接する側面２２及び圧力がかかっていない状態でシールリング２が当接する可能性のある側面２３の切削加工を行い、底面２１に比べて表面粗さを小さくすることで、シールリング２の耐久性の低下も抑制できる。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

動力伝達軸１は、外周に矩形の断面形状を有する環状に形成され、シールリング２が挿入されるシールリング溝２０と、シールリング溝２０に隣接配置された環状流路１６と、を備え、シールリング溝２０は、矩形の断面形状の最内周に形成される底面２１と、矩形の断面形状の軸方向における両端部に形成される一対の側面２２，２３と、を有し、一対の側面２２，２３のうち環状流路１６とは軸方向反対側の側面２２は、底面２１よりも表面粗さが小さい。

この構成によれば、シールリング溝２０の側面２２の表面粗さは、底面２１の表面粗さよりも小さい。そのため、熱処理及びショットピーニング加工を行った後でシールリング溝２０の仕上げ加工を行う場合であっても、シールリング溝２０の側面２２のみを加工すればよい。即ち、仕上げ加工の際に底面２１は加工不要となる。このため、底面２１の表面残留応力を解放することなく、側面２２の表面残留応力のみが解放されるようにしたので、底面２１まで仕上げ加工する場合よりも解放される表面残留応力の影響を小さくできる。したがって、動力伝達軸１の変形が抑制され、シールリング溝２０の加工による動力伝達軸１の振れ公差への影響を抑制することができる（請求項１に対応する効果）。

更に、環状流路１６に作動油が供給されている場合には、シールリング２に油圧がかかり、シールリング２は側面２２に当接することになる。このとき、シールリング溝２０の環状流路１６とは反対側の側面２２の表面粗さが小さいため、シールリング２の耐久性の低下が抑制される（請求項１に対応する効果）。

また、一対の側面２２，２３のうち環状流路１６側の側面２３もまた、底面２１よりも表面粗さが小さい。

この構成では、側面２２，２３の両方の表面粗さが底面２１よりも小さい。環状流路１６に作動油が供給されていない場合、シールリング２は、圧力や荷重がかからない状態で側面２２，２３のいずれかに当接する。そのため、側面２２，２３の両方の表面粗さを底面２１よりも小さくすることで、表面粗さの大きい面にシールリング２が当接しないので、シールリング２の耐久性を維持できる（請求項２に対応する効果）。

また、一対の側面２２，２３の間隔は底面２１よりも大きく、底面２１よりも表面粗さが小さい側面２２，２３と底面２１との間には段部２４が形成され、側面２２，２３と段部２４との接続面２５は、側面２２，２３から連続する曲面状に形成される。

この構成によれば、側面２２，２３と段部２４との接続面２５は曲面状に形成されるので、側面２２，２３と段部２４とを直角の角部によって接続する場合と比較して、応力集中を避けることができる（請求項３に対応する効果）。

また、外周に矩形の断面形状を有しシールリング２が挿入される環状のシールリング溝２０及び当該シールリング溝２０に隣接配置された環状流路１６を備えた動力伝達軸１の加工方法は、シールリング溝２０を加工する粗加工工程と、シールリング溝２０を加工した後に熱処理を行う熱処理工程と、外周面に残留応力を付与処理する残留応力付与工程と、残留応力付与工程を行った後、シールリング溝２０の矩形の断面形状の軸方向の両端部に形成された一対の側面２２，２３のうち、環状流路１６とは軸方向反対側の側面２２を少なくも仕上げ加工し、かつ矩形の断面形状の最内周に形成された底面２１の加工は行わない仕上加工工程と、を備える。

また、粗加工工程では、超硬工具５１によって前記シールリング溝２０を切削加工し、仕上加工工程では、ＣＢＮ工具５３によって粗加工工程よりも表面粗さが小さくなるようにシールリング溝２０の側面２２，２３を切削加工する。

これらの構成によれば、熱処理及びショットピーニング加工を行った後でシールリング溝２０の仕上げ加工を行う場合には、シールリング溝２０の側面２２，２３のみを加工する。即ち、仕上加工工程では、シールリング溝２０の底面２１の切削加工は行わない。そのため、底面２１の表面残留応力を解放することなく、側面２２，２３の表面残留応力のみが解放されるので、底面２１まで仕上げ加工する場合よりも解放される表面残留応力の影響を小さくできる。したがって、動力伝達軸１の変形が抑制され、シールリング溝２０の加工による動力伝達軸１の振れ公差への影響を抑制することができる（請求項４，５に対応する効果）。

また、圧力がかかった状態でシールリング２が当接する側面２２の切削加工を行い、底面２１に比べて表面粗さを小さくすることで、シールリング２の耐久性の低下も抑制できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態では、動力伝達軸１が車両の有段式自動変速機（ステップＡＴ）におけるインプットシャフトに適用される場合を例として説明した。これに代えて、シールリング溝２０の構成を、他の動力伝達軸に適用してもよい。

１ 動力伝達軸
２ シールリング
１６ 環状流路（作動油路）
２０ シールリング溝
２１ 底面
２２ 側面
２３ 側面
２４ 段部
２５ 接続面
２６ 接続面

Claims (5)

1. 動力伝達軸であって、
   外周に矩形の断面形状を有する環状に形成されて熱処理及び残留応力付与がなされ、シールリングが挿入されるシールリング溝と、
   前記シールリング溝に隣接配置された作動油路と、
   を備え、
   前記シールリング溝は、
   前記矩形の断面形状の最内周に形成される底面と、
   前記矩形の断面形状の軸方向における両端部に形成される一対の側面と、
   を有し、
   前記一対の側面のうち前記作動油路とは軸方向反対側の側面は、前記底面よりも表面粗さが小さい、
   ことを特徴とする動力伝達軸。
2. 請求項１に記載の動力伝達軸であって、
   前記一対の側面のうち前記作動油路側の側面もまた、前記底面よりも表面粗さが小さい、
   ことを特徴とする動力伝達軸。
3. 請求項１又は２に記載の動力伝達軸であって、
   前記一対の側面の間隔は前記底面よりも大きく、前記底面よりも表面粗さが小さい前記側面と前記底面との間には段部が形成され、
   前記側面と前記段部との接続面は、前記側面から連続する曲面状に形成される、
   ことを特徴とする動力伝達軸。
4. 外周に矩形の断面形状を有しシールリングが挿入される環状のシールリング溝及び当該シールリング溝に隣接配置された作動油路を備えた動力伝達軸の加工方法であって、
   前記シールリング溝を加工する粗加工工程と、
   前記シールリング溝を加工した後に熱処理を行う熱処理工程と、
   外周面に残留応力を付与処理する残留応力付与工程と、
   前記残留応力付与工程を行った後、前記シールリング溝の前記矩形の断面形状の軸方向の両端部に形成された一対の側面のうち、前記作動油路とは軸方向反対側の側面を少なくも仕上げ加工し、かつ前記矩形の断面形状の最内周に形成された底面の加工は行わない仕上加工工程と、
   を備える、
   ことを特徴とする動力伝達軸の加工方法。
5. 請求項４に記載の動力伝達軸の加工方法であって、
   前記粗加工工程では、超硬工具によって前記シールリング溝を切削加工し、前記仕上加工工程では、ＣＢＮ工具によって前記粗加工工程よりも表面粗さが小さくなるように前記シールリング溝の前記側面を切削加工する、
   ことを特徴とする動力伝達軸の加工方法。

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