JPH10166233A - 動力伝達用孔付き軸の強化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】軸芯に直交する円孔の内部まで硬化処理が可能
な動力伝達用軸の製造方法を提供する。 【解決手段】軸部材の軸芯方向に交差する円孔２０ａ、
２１ａ、２２ａを形成した動力伝達用孔付き軸１３、１
４の強化方法であって、前記円孔２０ａ、２１ａ、２２
ａは軸外周面に向かって広がるテーパー形状に形成し、
前記円孔２０ａ、２１ａ、２２ａの形成された軸１３、
１４に硬化処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、軸部材の軸芯方向に交
差する円孔を形成した動力伝達用孔付き軸の強化方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の動力伝達軸としては、他
えば、図９（ａ）に示すように、自動変速機１のトルク
コンバータ２の回転出力を変速機４に伝達する入力軸３
と、この入力軸３と嵌合して変速機４の変速した回転出
力を出力する出力軸５とがある。

【０００３】入力軸３は、図９（ｂ）に示すように、ト
ルクコンバータ２の入力側に開口する軸芯に形成された
油経路６と、この油経路６と連通して軸外周に開口する
円孔６ａと、嵌合する出力軸５側に開口する軸芯に形成
された油経路７と、この油経路７と連通して軸外周に開
口する円孔７ａとを有している。

【０００４】また、出力軸５は、図９（ｃ）に示すよう
に、嵌合する入力軸３側の油経路７開口に対向した開口
を有する軸芯に形成された油経路８と、この油経路８と
連通して軸外周に開口する円孔８ａとを有している。

【０００５】これら入・出力軸３、５には、一般的なね
じりトルクを受けるシャフト部材と同様に応力分布に応
じた硬さの増加、圧縮残留応力の付与及び耐摩耗性付与
の観点から浸炭焼き入れ焼き戻しまたは高周波焼き入れ
等の表面硬化処理を行う方法が多く用いられている。

【０００６】さらに、より一層の強度向上が必要な場合
には、ターンテーブル上で入・出力軸３、５を回転させ
ながら、入・出力軸３、５の円孔６ａ、７ａ、８ａに向
かってショットピーニング処理を行う場合もあった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来、ドリル
加工等により形成する円孔６ａ、７ａ、８ａが切り欠き
となり、円孔６ａ、７ａ、８ａの軸外周面より内部側に
応力集中が厳しくなってしまう。

【０００８】そこで、浸炭焼き入れ焼き戻し処理では、
切り欠き感受性が高く、充分な強度が得られ難いとの問
題があった。

【０００９】また、高周波焼き入れ処理では、浸炭焼き
入れに比較して処理コストが安価であるとともに、じん
性の高い硬化層が得られ易くて強度的に有利であるが、
図１０に示すように、軸外周面から浅い硬化層９しか得
られず、円孔６ａ、７ａ、８ａの最奥部まで硬化するこ
とができないことから、円孔６ａ、７ａ、８ａ内部の未
硬化部９ａを起点として破壊するため、充分な強度を得
ることが困難であった。

【００１０】さらに、ショットピーニング処理を行った
場合も、円孔６ａ、７ａ、８ａの軸外周開口端に形成し
た面取り面６ｂ、７ｂ、８ｂから跳ね返ってくるショッ
トが処理ショットと干渉し、円孔６ａ、７ａ、８ａの最
奥部までショットが届き難く、硬化処理の効果が少ない
という問題点があった。

【００１１】そこで、この発明の目的は、軸部材の軸芯
方向に交差する円孔の内部まで硬化処理が可能な動力伝
達用孔付き軸の強化方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、この発明の請求項１は、軸部材の軸芯方向に交差す
る円孔を形成した動力伝達用孔付き軸の強化方法であっ
て、前記円孔は軸外周面に向かって広がるテーパー形状
に形成し、前記円孔の形成された軸に硬化処理を行うこ
とを特徴としている。

【００１３】この構成によれば、硬化処理する軸部材に
形成した円孔が軸外周面に向かって広がるテーパー形状
に形成されているので、円孔内周のテーパー面に硬化が
行き渡って円孔の内部まで硬化処理することができる。
また、円孔をテーパー加工するリーマー工程時、円孔の
面取り工程の代わりとなるため、工程の増加が発生しな
い。

【００１４】請求項２は、前記硬化処理は焼き入れ表面
硬化処理としたことを特徴としている。この構成によれ
ば、焼き入れ表面硬化処理する軸部材には軸外周面に向
かって広がるテーパー形状に円孔が形成されているの
で、円孔内部深く硬化層が得られ、十分な強度が得られ
る。

【００１５】また、請求項３は、前記硬化処理は焼き入
れ表面硬化処理した後、ショットピーニングの硬化処理
を行うことを特徴としている。この構成によれば、焼き
入れ表面硬化処理した軸部材の軸外周面に向かって広が
るテーパー形状の円孔にショットピーニングの硬化処理
を行うので、円孔内面を疲労起点とする場合に、ショッ
トが起点周辺にまで有効に投射されて疲労強度を飛躍的
に向上させることができる。

【００１６】さらに、請求項４は、前記円孔内面の面粗
度をＲｚ≦１５μｍとし、ショットピーニングの硬化処
理を行うことを特徴としている。この構成によれば、シ
ョットピーニングの硬化処理を行う円孔内周のテーパー
面を面粗度Ｒｚ≦１５μｍに加工したので、必要に応じ
て、テーパー角、円孔内面の面粗度を最適範囲に管理
し、円孔内面を疲労起点とする場合に、ショットが起点
周辺にまで有効に投射されて疲労強度を飛躍的に向上さ
せることができる。

【００１７】そして、請求項５は、前記円孔の軸外周面
に向かって広がるテーパー形状のなす角度を５〜１２゜
としたことを特徴としている。この構成によれば、円孔
内周のテーパー面が５〜１２゜の角度で形成しているの
で、円孔内部深く硬化層が得られ、十分な強度が得られ
る。

【００１８】また、請求項６は、前記焼き入れ表面硬化
処理は、高周波焼き入れであることを特徴としている。
この構成によれば、焼き入れ表面硬化処理を高周波焼き
入れとしたので、高周波焼き入れ時のコイルと円孔内面
の傾斜角度が減少し、円孔周辺による深い硬化層が得ら
れる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
および図８に基づいて説明する。

【００２０】図１において、１０は車両としての自動車
の自動変速機、１１は自動変速機１０のトルクコンバー
タ、１２はトルクコンバータ１１の入力を変速する変速
機、１３はトルクコンバータ１１の回転出力を変速機１
２に伝達する入力軸、１４は入力軸１３と嵌合して変速
機１２の変速した回転出力を出力する出力軸１４であ
る。

【００２１】図２は、自動変速機１０の動力伝達用軸と
してのこの入力軸１３と出力軸１４とを示している。

【００２２】入力軸１３は、図２（ａ）に示すように、
トルクコンバータ１１の入力側に開口する軸芯に形成さ
れた油経路２０と、この油経路２０と連通して軸外周に
開口する円孔２０ａと、嵌合する出力軸１４側に開口す
る軸芯に形成された油経路２１と、この油経路２１と連
通して軸外周に開口する複数の円孔２１ａとを有してい
る。

【００２３】また、出力軸１４は、図２（ｂ）に示すよ
うに、嵌合する入力軸１３側の油経路２１の開口に対向
の開口を有する軸芯に形成された油経路２２と、この油
経路２２と連通して軸外周に開口する複数の円孔２２ａ
とを有している。

【００２４】これら円孔２０ａ、２１ａ、２２ａは、断
面を拡大した図３に示すように、軸芯に形成された油経
路２０、２１、２２に連通する底孔２３より軸外周に開
口する表孔２４の直径を大きくしたテーパー形状となっ
ている。そして、テーパー角度が５〜１２゜に形成され
ている。

【００２５】このテーパー角度を５〜１２゜に形成した
理由は、トルク付加時の円孔２０ａ、２１ａ、２２ａ内
面の発生応力とショットピーニングによる残留応力との
影響を考慮している。

【００２６】即ち、テーパー角を増加すると、図４のね
じりトルク付加時のテーパー角と有限要素法（ＦＥＭ）
の計算による応力との関係に示すように、表面硬化軸の
亀裂発生方向となる軸中心より４５°傾いた円孔２０
ａ、２１ａ、２２ａ内面に作用する最大主応力が増加す
る。そして、この最大主応力の最大値を示す位置が円孔
２０ａ、２１ａ、２２ａ深さ方向の深部に移行し、疲労
強度、静的強度が低下する。

【００２７】一方、図５に示すように、テーパー角の増
大に伴い、ショットピーニング処理により発生する円孔
２０ａ、２１ａ、２２ａ内部の圧縮残留応力が増加す
る。ここで残留応力の測定は、Ｘ線により円孔２０ａ、
２１ａ、２２ａに対する円周方向応力を測定している。

【００２８】以上のことから、トルク付加時の円孔内面
の発生応力とショットピーニングによる残留応力との影
響は、テーパー角の増加に伴って相反する効果を示す。
ことから、両者の影響を考慮し、目安として、２０°以
下であるが、最適な効果が得られるテーパー角を５〜１
２°とする。

【００２９】また、円孔２０ａ、２１ａ、２２ａ内面の
面粗度をＲｚ≦１５μｍとする理由は、リーマーにてテ
ーパー加工可能で且つ疲労寿命の低下が軽微である面粗
度としている。

【００３０】即ち、図６に示すように、高周波焼き入れ
した軸のように円孔２０ａ、２１ａ、２２ａ内面より亀
裂が発生する場合、起点付近の表面の粗さが疲労寿命に
大きく影響する。そこで、円孔２０ａ、２１ａ、２２ａ
のテーパー加工を行う場合、一般的に用いるリーマーに
て加工可能であり、且つ疲労寿命の低下が軽微であるＲ
ｚ≦１５μｍとする。

【００３１】なお、円孔２０ａ、２１ａ、２２ａのテー
パー形状としては、疲労起点の深さを予め把握している
場合、図７に示すように、疲労起点位置を含んだ円孔２
０ａ、２１ａ、２２ａの軸外周に開口する表孔２４の一
部のみテーパー形状としても良く、同様の効果が得られ
る。

【００３２】次に、本発明に係わる動力伝達用孔付き軸
の強化方法を説明する。

【００３３】まず、軸材により、図２（ａ）、（ｂ）の
入・出力軸１３、１４を製作し、ドリルによって入力軸
１３の油経路２０と油経路２１および出力軸１４の油経
路２２を加工して形成する。

【００３４】そして、図３の破線で示すような入力軸１
３の円孔２０ａ、２１ａ…および出力軸１４の円孔２２
ａ…の最小径である下穴２５をドリルによって形成す
る。この下穴２５に対して、リーマーにて所定テーパー
角、円孔内面の面粗度となるように加工する。

【００３５】その後、入・出力軸１３、１４を例えば高
周波焼き入れ焼き戻しを行い、焼き戻しの済んだ入力軸
１３が、図８に示すように、図示しないターンテーブル
上の軸固定ジグ２６に立てられる。そして、ターンテー
ブルを回転させて、入力軸１３の円孔２０ａ、２１ａを
図示しないエアーノズル式ショットピーニング機のノズ
ル２７に向け、ショットピーニング処理を行う。

【００３６】上述の実施の形態による実施例を説明す
る。

【００３７】ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０Ｈの軸材により図２
（ａ）に示すような外形の入力軸１３に加工し、加工の
入力軸１３に焼き入れ焼き戻し処理を行い、芯部硬さを
２２０ＨＢとした。その後、各円孔２０ａ，２１ａの最
小径をドリルによって下穴２５を加工し、この下穴に対
して、リーマーにて表１に示すテーパー角、円孔内面の
面粗度となるようにそれぞれ加工した。

【００３８】そして、高周波焼き入れ焼き戻しを行い、
５０ＨＲＣ硬さにおける有効硬化層深さを２ｍｍとし
た。さらに、図８に示すように、図示しないエアーノズ
ル式ショットピーニング機のノズル２７から粒径０．８
ｍｍのショットを投射圧６００ＫＰａで投射し、アーク
ハイト値が０．８ｍｍ（Ａゲージ）とした上で、ねじり
疲労、及び静ねじり試験に供した。試験は最大トルク６
００Ｎｍの片振りにて実施した。

【００３９】

【表１】 表１に示すように、本実施の形態による供試番号１、
２、３は、比較例の供試番号４、５、６、７に対して著
しく高寿命であり、且つ静ねじり強度の低下も少なく抑
えられることが明らかである。なお、比較例の供試番号
６は、ショットピーニング処理を行っていない。比較例
の供試番７は、各円孔２０ａ，２１ａの内面を面粗度調
整していない。

【００４０】このように、円孔をテーパー形状としたた
め、高周波焼き入れ時のコイルと円孔内面の傾斜角度が
減少するため、テーパー角０°の場合に比較して、円孔
周辺により深い硬化層が得られるため、強度的に有利と
なる。また、円孔内部のショット投射状況の確認、面粗
度測定等の品質管理が容易となる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明
は、軸部材の軸芯方向に交差する円孔を形成した動力伝
達用孔付き軸の強化方法であって、前記円孔は軸外周面
に向かって広がるテーパー形状に形成し、前記円孔の形
成された軸に硬化処理を行うので、円孔内周のテーパー
面に硬化が行き渡って円孔の内部まで硬化処理すること
ができる。また、円孔をテーパー加工するリーマー工程
時、円孔の面取り工程の代わりとなるため、工程の増加
が発生しない。

【００４２】請求項２の発明は、前記硬化処理は焼き入
れ表面硬化処理としたので、円孔内部深く硬化層が得ら
れ、十分な強度が得られる。

【００４３】また、請求項３の発明は、前記硬化処理は
焼き入れ表面硬化処理した後、ショットピーニングの硬
化処理を行うので、円孔内面を疲労起点とする場合に、
ショットが起点周辺にまで有効に投射されて疲労強度を
飛躍的に向上させることができる。

【００４４】さらに、請求項４の発明は、前記円孔内面
の面粗度をＲｚ≦１５μｍとし、ショットピーニングの
硬化処理を行うので、必要に応じて、テーパー角、円孔
内面の面粗度を最適範囲に管理し、円孔内面を疲労起点
とする場合に、ショットが起点周辺にまで有効に投射さ
れて疲労強度を飛躍的に向上させることができる。

【００４５】そして、請求項５の発明は、前記円孔の軸
外周面に向かって広がるテーパー形状のなす角度を５〜
１２゜としたので、円孔内部深く硬化層が得られ、十分
な強度が得られる。

【００４６】また、請求項６の発明は、前記焼き入れ表
面硬化処理を高周波焼き入れとしたので、高周波焼き入
れ時のコイルと円孔内面の傾斜角度が減少し、円孔周辺
による深い硬化層が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態に係わる、車両用自動変
速機の動力伝達用軸を示す要部説明図である。

【図２】動力伝達用軸の断面図で、（ａ）は入力軸図、
（ｂ）は出力軸図である。

【図３】動力伝達用軸の円穴の断面拡大図である。

【図４】円穴のテーパー角と円穴内面の発生応力計算値
の関係を示す説明図である。

【図５】円穴のテーパー角とショットピーニング処理後
の円穴内面の残留応力の関係を示す説明図である。

【図６】円穴内面の面粗度と軸寿命の関係を示す説明図
である。

【図７】他の実施の形態に係わる円穴の断面拡大図であ
る。

【図８】入力軸をショットピーニング処理する説明図で
ある。

【図９】従来の車両用自動変速機の要部説明図で、
（ａ）は車両用自動変速機の動力伝達用軸を示す要部説
明図、（ｂ）は入力軸図、（ｃ）は出力軸図である。

【図１０】従来の動力伝達用軸の円穴内部の未硬化部を
示す説明図である。

【符号の説明】

１３、１４…動力伝達用軸 ２０、２１、２２…油経路 ２０ａ、２１ａ、２２ａ…円孔

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸部材の軸芯方向に交差する円孔を形成し
   た動力伝達用孔付き軸の強化方法であって、前記円孔は
   軸外周面に向かって広がるテーパー形状に形成し、前記
   円孔の形成された軸に硬化処理を行うことを特徴とする
   動力伝達用孔付き軸の強化方法。
2. 【請求項２】前記硬化処理は焼き入れ表面硬化処理とし
   たことを特徴とする請求項１に記載の動力伝達用孔付き
   軸の強化方法。
3. 【請求項３】前記硬化処理は焼き入れ表面硬化処理した
   後、ショットピーニングの硬化処理を行うことを特徴と
   する請求項１または２に記載の動力伝達用孔付き軸の強
   化方法。
4. 【請求項４】前記円孔内面の面粗度をＲｚ≦１５μｍと
   し、ショットピーニングの硬化処理を行うことを特徴と
   する請求項１乃至３のいずれかに記載の動力伝達用孔付
   き軸の強化方法。
5. 【請求項５】前記円孔の軸外周面に向かって広がるテー
   パー形状のなす角度を５〜１２゜としたことを特徴とす
   る請求項１乃至４のいずれかに記載の動力伝達用孔付き
   軸の強化方法。
6. 【請求項６】前記焼き入れ表面硬化処理は、高周波焼き
   入れであることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか
   に記載の動力伝達用孔付き軸の強化方法。