JP2005069377A - Shaft formed with hole - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、オートマチックトランスミッション用のインプットシャフト、アウトプットシャフト、電動モータにより回転される駆動軸等、高トルクが要求される孔付きシャフトに関し、特に外周部に潤滑用、あるいは冷却用の孔が形成された孔付きシャフトに関するものである。 The present invention relates to a shaft with a hole that requires high torque, such as an input shaft for an automatic transmission, an output shaft, a drive shaft that is rotated by an electric motor, and the like, and in particular, a hole for lubrication or cooling is formed on the outer periphery. It relates to a shaft with a hole.
従来におけるオートマチックトランスミッション用のインプットシャフト、アウトプットシャフトは、バー切断材あるいは鍛造材等の長尺の生材を外形旋削、スプライン加工、及び油孔あけ加工し、これを浸炭焼き入れ、高周波焼き入れなどにより熱処理して一次硬化処理した後、ショットピーニング加工して表面を二次硬化処理し、次いで研削加工して仕上げ、表面硬度及び疲労強度を高めるようにしていた。
前述したショットピーニング加工による硬化処理は、油孔においてはその口部のみが高い表面硬度及び疲労強度を有することになり、またショットピーニング加工は特殊な装置が必要になるとともに、ショットピーニング加工時にショットやグリット等が小孔(油孔)に入り込むため、該加工後の前洗浄などの工程が必要となる。さらに、ショットやグリット等が小孔(油孔)に残ったままユニットに組まれれば機能不良を発生させるため、その後の検査工程も必要となり、コストアップになるとともに生産性が低下するものであった。本発明は、上記不具合を解消した新規な孔付きシャフトを得ることを目的とする。 The above-described curing process by shot peening processing has a high surface hardness and fatigue strength only at the mouth portion in the oil hole, and shot peening processing requires a special device and is shot during shot peening processing. Since grit and grit enter small holes (oil holes), a process such as pre-cleaning after the processing is required. In addition, if a shot or grit is left in the small hole (oil hole) and assembled in the unit, it will cause a malfunction, so a subsequent inspection process is also required, increasing costs and reducing productivity. there were. An object of this invention is to obtain the novel shaft with a hole which eliminated the said malfunction.
請求項1に係る発明は、鋼製のシャフト主体にその外周面から内周部に向かう孔を形成するとともに、該孔の表面にナノ結晶層を形成する構成にしたものである。
請求項2に係る発明は、硬化処理された鋼製のシャフト主体を設け、孔あけ工具により前記シャフト主体にその外周面から内周部に向かう孔をあけるとともに、該孔をあける際に前記孔あけ工具により孔の表層部に高速大歪みを付与して該表面にナノ結晶層を生成する構成にしたものである。
請求項3係る発明は、前記孔あけ工具の周速を毎分50m以上、送りを1回転当たり0.1mm以下としたものである。
The invention according to
According to a second aspect of the present invention, a hardened steel shaft main body is provided, and a hole is formed in the shaft main body from the outer peripheral surface to the inner peripheral portion by a drilling tool, and the hole is formed when the hole is opened. A high-speed large strain is applied to the surface layer portion of the hole by a drilling tool to generate a nanocrystal layer on the surface.
According to a third aspect of the invention, the perforating tool has a peripheral speed of 50 m / min or more and a feed of 0.1 mm or less per revolution.
本願の請求項1に係る発明は、孔部の表面、つまり内周面がナノ結晶層により補強されることになり、孔付きシャフトの捩じりトルク時に発生する応力集中に対して十分に耐えることができ、捩じり疲労強度の高い孔付きシャフトの小型化、軽量化を図ることができる。
本願の請求項2に係る発明は、孔あけ工具によって孔部の表面にナノ結晶層を形成するようにしたので、特別な装置及び後処理を要することなくナノ結晶層を形成することができ、捩じり疲労強度の高い孔付きシャフトを安価に得ることができる。
請求項3に係る発明は、孔あけ工具の周速を毎分50m以上、送りを1回転当たり0.1mm以下にしたので、孔部表層部の組織が高速大歪みを生気し、ナノ結晶層が円滑に生成されることになる。
In the invention according to
In the invention according to
In the invention according to
以下本発明の実施例を図面に基いて説明する。図面において、図1は本発明が摘要される孔付きシャフトの断面図、図2は孔あけ工具による孔部表面へのナノ結晶層形成状態を示す要部拡大断面図、図3はナノ結晶層が形成された孔部の要部拡大断面図、図4は本発明と従来との孔あけ工具の切削条件を示す比較図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, FIG. 1 is a cross-sectional view of a shaft with a hole to which the present invention is applied, FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part showing a state of forming a nanocrystal layer on a hole surface by a drilling tool, and FIG. FIG. 4 is a comparative view showing cutting conditions of the drilling tool according to the present invention and the prior art.
図1において、1はオートマチックトランスミッション用のインプットシャフトからなる孔付きシャフトであり、SCM420H、SCr420H、S45C等の焼き入れ材料により形成されている。
In FIG. 1,
上記孔付きシャフト1は以下の如くして形成する。即ち、バー切断材あるいは鍛造材等の長尺の生材を外形旋削、スプライン3a,3bの加工、及び軸方向に延びる油導入用の横孔4a,4b,4cの加工を行って所定の形状及び寸法を有するシャフト主体2を形成する。次いでこれを浸炭焼き入れなどの熱処理を行って歪み取り、及び硬化処理する。本例では、浸炭焼き入れを行って、表面の硬度が約6.8GPa(700Hv)、内部の硬度が約3.4GPa(350Hv)となるように硬化処理する。ついで、研削加工して仕上げる。なお、この研削加工は、次工程の横孔4a,4b,4c加工後に行うようにしてもよい。
The
次いでドリルからなる孔あけ工具6(図2)により、上記シャフト主体2の外周部にその外周面から上記各横孔4a,4b,4c向かって連通する油供給用の分岐孔5(5a,5b,5c・・・)を軸方向に所定の間隔をおいてあける。この場合、本発明は上記各分岐孔5を以下の如くしてあける。即ち、孔あけ工具6の切削条件は、図4の上段で示すナノ結晶層生成切削条件、即ち、孔あけ工具6の回転速度を、その周速が毎分50m以上、好ましくは毎分約75mとなる回転速度とし、該孔あけ工具6の送りを一回転当たり0.1mm以下、好ましくは一回転当たり約0.05mmとし、この状態で図2に示すようにして各分岐孔5をあける。
Next, the oil supply branch hole 5 (5a, 5b) communicates with the outer peripheral surface of the shaft
上記各分岐孔5の形成は、規定よりも小径のドリルで下孔5’(図2の仮想線)をあけ、次いで規定の径を有するドリル、又はリーマで上記下孔5’を規定の径に仕上げるようにしてもよい。この場合、下孔5’をあけるドリルは、図4の下段で示す従来の切削条件、即ち、周速が毎分10〜20mとなる回転速度、送りが一回転当たり約0.05mmとし、該下孔5’を規定の径に仕上げるドリル、又はリーマの切削条件は前述した本発明による周速及び送りで仕上げるようにする。なお、上記下孔5’はシャフト主体2を焼き入れ処理する前にあけるようにしてもよい。
Each of the
上記実施例によれば、孔あけ工具6の周速を従来の2.5倍以上に高めて分岐孔5を形成するようにしたので、分岐孔5の表層部の組織が高歪大歪みを生気する超強加工となり、図2、図3に示すように、該分岐孔5の表面、つまり内周面にナノ結晶層Cが円滑に生成されることになる。実験によると、SCM420H部材の例では、上記ナノ結晶層Cは、粒径が100nm(0.1μm)、硬度が9.8GPa(980Hv)、面粗さがRa0.7となり、孔付きシャフト1の捩じり疲労強度テストをしたところ、図1の分岐孔5a,5b,5c部における捩じり疲労強度は、付加トルク392Nmで平均378653回、付加トルク451Nmで平均95727回となり、この捩じり疲労強度は、従来工法(ショットピーニング加工なし)品に比べ約20%の強度アップの評価結果となる。
According to the above-described embodiment, the peripheral speed of the drilling tool 6 is increased to 2.5 times or more than the conventional speed so as to form the
本発明による孔あけ工具6は、孔の種類、深さ等によってドリル、リーマ、ガンドリル(半月きり)等、適宜設定される。また、前述した横孔4a,4b,4cも前述と同様の孔加工を行ってその表面(内周面)にナノ結晶層を形成するようにしてもよい。
The drilling tool 6 according to the present invention is appropriately set as a drill, a reamer, a gun drill (half moon drill), or the like depending on the type and depth of the hole. Further, the above-described
1 孔付きシャフト
2 シャフト主体
3a,3b スプライン
4a,4b,4c 横孔
5(5a,5b,5c) 分岐孔
6 孔あけ工具
C ナノ結晶層
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