(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラネタリギヤセットのピニオンギヤを、ピニオンシャフトを介して支持するプラネタリキャリアにおいて、
前記ピニオンシャフトを嵌挿させる支持部としてシャフト孔をもち、さらに、該シャフト孔の周面の一部であって荷重負荷の作用により該ピニオンシャフトと摺動する方向に、高周波焼入れにより形成された深さ１ｍｍ以下の硬化面を有することを特徴とするプラネタリキャリア。
【請求項２】
前記シャフト孔は、一方の端部をプラネタリキャリアに回り止め固定された前記ピニオンシャフトの他方の端部側の前記支持部である、請求項１記載のプラネタリキャリア。
【請求項３】
前記硬化面は、前記シャフト孔内に設置させた円弧状の焼入れコイルの絶縁スリットの背面側に形成されたものである、請求項１又は２記載のプラネタリキャリア。
【請求項４】
前記プラネタリキャリアは、板材のプレス加工品からなり、前記シャフト孔は、リーマ仕上げされた孔である、請求項１〜３のいずれか１項記載のプラネタリキャリア。
【請求項５】
前記高周波焼入れは、４００ｋＨｚ以上の周波数での焼入れである、請求項１〜４のいずれか１項記載のプラネタリキャリア。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動変速機等各種の伝動装置に用いられるプラネタリギヤセットに関し、特にそのピニオンギヤを支持するキャリアの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラネタリギヤセットにおけるプラネタリキャリアは、周知のように、サンギヤとリングギヤに噛合して自転するピニオンギヤの公転を伝達する要素を構成するものである。プラネタリキャリアへのピニオンギヤの支持は、プラネタリキャリアに回り止め支持したピニオンシャフトにブッシュ等を介して回転自在に支持する構造とされるが、プラネタリキャリアのピニオンシャフト支持部には、ピニオンギヤを介する動力伝達に伴う荷重負荷でプラネタリキャリアに捩り変形が生じることで、シャフト周面と支持部との間の微小な摺動による摩耗が生じる。こうした摩耗に対する耐久性を維持すべく、従来、プラネタリキャリアは、冷間鍛造品やプレス加工品に比べて硬度が高いために加工性の悪い熱間鍛造品を敢えて粗材とし、その削り出し加工で製造される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のような熱間鍛造品を粗材とするプラネタリキャリアは、その後工程の削り出し加工による材料歩留りの悪さ及び生産性の低さから製造コストの高騰を招く。そこで想起されるのが、加工性、材料歩留りのよい冷間鍛造品や生産性の極めて高いプレス加工品を粗材とし、耐摩耗性を要するシャフト支持部のみを焼入れ硬化する方法であるが、こうした熱処理はシャフト支持部の仕上げ加工後に行なうことになるため、従来通常行なわれるような加熱深さの深い焼入れでは、高い位置精度と平行度を要求されることから通常孔あけ加工後にリーマ仕上げされるシャフト支持部に大きな焼入れ歪みを生じさせることになり、特に熱歪みを生じ易いプレス加工品にあっては好ましくない。
【０００４】
そこで本発明は、熱影響の小さい焼入れによりプラネタリギヤのピニオンギヤをピニオンシャフトを介して支持するプラネタリキャリアの支持部の耐久性を向上させることを主たる目的とする。次に、本発明は、プラネタリキャリアの荷重支持特性に着目して、支持部に対する焼入れに方向性を持たせることで、熱影響を一層小さくすることを更なる目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する本発明のプラネタリキャリアは、プラネタリギヤセットのピニオンギヤを、ピニオンシャフトを介して支持するプラネタリキャリアにおいて、前記ピニオンシャフトを嵌挿させる支持部としてシャフト孔をもち、さらに、該シャフト孔の周面の一部であって荷重負荷の作用により該ピニオンシャフトと摺動する方向に、高周波焼入れにより形成された深さ１ｍｍ以下の硬化面を有することを特徴とする。
【０００６】
前記の構成におけるシャフト孔は、一方の端部をプラネタリキャリアに回り止め固定された前記ピニオンシャフトの他方の端部側の支持部とするのが有効である。
【０００８】
そして、前記硬化面は、シャフト孔内に設置させた円弧状の焼入れコイルの絶縁スリットの背面側に形成されたものとするのが有効である。
【００１０】
また、前記プラネタリキャリアは、板材のプレス加工品からなり、前記シャフト孔は、リーマ仕上げされた孔とするのが有効である。
【００１１】
そして、前記高周波焼入れは、４００ｋＨｚ以上の周波数での焼入れとするのが有効である。
【００１２】
【発明の作用及び効果】本発明の請求項１に記載の構成によれば、深さ１ｍｍ以下の硬化面が、摺動摩耗の生じ得るシャフト孔の周面の一部に形成される。したがって、高周波焼入れの熱歪みによる変形を抑えながら支持部の耐摩耗性を向上させることができるため、加工性の良好な冷間鍛造品やプレス品を素材とするプラネタリキャリアの製造が可能となる。また、焼入れにより熱影響が生じる範囲を、支持部を構成するシャフト孔周面の一部に局限することができるため、シャフト孔の位置精度や平行度への熱歪みの影響を実質上なくすことができる。
【００１３】
次に、請求項２に記載の構成によれば、ピニオンシャフトを両端部で支持する支持部のうち、耐摩耗性を要する一方側の支持部にのみ焼入れする構成となるため、焼入れする支持部を必要最小限の部位とすることができ、少ない工数で効率よく耐久性を向上させることができる。
【００１５】
また、請求項３に記載の構成によれば、高周波焼入れにおける円弧状の焼入れコイルの全周焼入れが不可能な欠点を逆用して、シャフト孔周面の必要とする範囲のみへの適切な焼入れによる硬化面の形成が可能となる。
【００１７】
また、請求項４に記載の構成によれば、生産性の極めて高いプラネタリキャリアの製造が可能となる。また、熱歪みを生じ易いプレス品を用いながら、ピニオンシャフト支持部の位置精度と平行度を高く保つことができる。
【００１８】
次に、請求項５に記載の構成によれば、支持部の硬化面の焼入れ深さを極めて浅くすることができるため、熱影響を局限して歪みの発生を一層確実に防ぐことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。まず図１は、本発明が適用されるプラネタリギヤセットの具体例を自動変速機への組込み状態での軸方向断面で示す。この例に係るプラネタリギヤセットは、サンギヤＳと、それに大径ギヤ１１側が噛合う段付きピニオンＰ１の組（図には示されていないが周方向配置の４つのピニオンから成る）と、段付きピニオンＰ１の小径ギヤ１２側に噛合う小径リングギヤＲ１と、段付きピニオンＰ１の大径ギヤ１１側に噛合うショートピニオンギヤＰ２の組（同じく、周方向配置の４つのギヤから成る）と、ショートピニオンギヤＰ２に噛合う大径リングギヤＲ２と、段付きピニオンＰ１とショートピニオンギヤＰ２の組とを支持する共通のプラネタリキャリアＣとからなる４要素のプラネタリギヤセットとされている。なお、この形態では、小径リングギヤＲ１と大径リングギヤＲ２の外周には、図示しない多板クラッチの摩擦材を係合支持すべくスプラインが形成され、両リングギヤＲ１，Ｒ２は、それぞれ多板クラッチのハブを兼ねるものとされている。
【００２０】
この形態のプラネタリギヤセットでは、プラネタリキャリアＣは、軸方向に延びる円筒状のボス部２１の一端から径方向に張出すフランジ部２２を有するフロントキャリアＣ１と、フロントキャリアＣ１のフランジ部２２の外周に口部側を連結されたカップ状のキャリアカバーＣ２と、キャリアカバーＣ２の内周に口部側を連結されたカップ状のリヤキャリアＣ３とで構成されている。フロントキャリアＣ１のフランジ部２２には、段付きピニオンＰ１とショートピニオンギヤＰ２の各ピニオンシャフト３１，３２の一端部側が嵌挿される支持部としてシャフト孔２３，２４が設けられ、キャリアカバーＣ２の底部には、ショートピニオンギヤＰ２の各ピニオンシャフト３２の他端部側が嵌挿される支持部としてのシャフト孔２５が設けられ、リヤキャリアＣ３のカップ形の底部には、段付きピニオンＰ１の各ピニオンシャフト３１の他端部側が嵌挿される支持部としてのシャフト孔２６が設けられている。
【００２１】
こうした構成からなるプラネタリキャリアＣは、その一端側（図示右側のフロントキャリアＣ１）がサンギヤＳを一体形成したサンギヤ軸１０にラジアル方向に片持ち状に支持されており、キャリアカバーＣ２はフロントキャリアＣ１に支持され、リヤキャリアＣ３は、キャリアカバーＣ２を介してフロントキャリアＣ１に支持された構造となるため、小径リングギヤＲ１と段付きピニオンＰ１間で動力伝達がなされる際に、段付きピニオンＰ１の小径ギヤ１２側の軸心を大径ギヤ１１側の軸心に対して周方向にずらす力が働くと、これにより段付きピニオンＰ１を支持するピニオンシャフト３１がサンギヤ軸１０回りに捩られる変形が生じ、その結果、ピニオンシャフト３１の支持スパンが長いことも相俟って、このシャフト孔２６の孔壁周面とピニオンシャフト３１の周面との間で、摺動摩耗が生じ、耐久性が損なわれる。
【００２２】
そこで、この摺動摩耗に対処すべく、本発明に従い、前記各支持部のうちの耐摩耗性が要求される支持部としてのシャフト孔２６周面に高周波焼入れによる硬化面が形成されている。図２は本発明による超高周波焼入れの方法を模式的に示す。図示（Ｂ）のように、フロントキャリアＣ１とキャリアカバーＣ２とリヤキャリアＣ３とを組立て、４つのシャフト孔２６の加工を行なった後に、更にリーマ通し加工により孔壁面を仕上げ加工したキャリアアセンブリを、リヤキャリアＣ３側を上にして立てた状態で、シャフト孔２６内に焼入れコイルＵを周壁面に対して一定の隙間を保った嵌挿状態に設置し、超高周波電流を極短時間流す。この際の電流の流れを図に矢印で示す。焼入れコイルＵを流れる電流は、コイルの一方から孔壁に沿って図示（Ａ）の方向で時計回りにほぼ一円周分だけ周方向に流れ、その際に孔壁周面から所定の深さ（この深さと焼入れ周波数の関係は後に記す）のところに渦電流により誘導電流を発生させ、その誘導加熱により焼入れを行なう。
【００２３】
なお、前記の通電時間を０．８秒程度とする場合、誘導加熱後の放熱を急速に行なわせるべくキャリアアセンブリを水中に埋没させ、その状態で通電を行なう。また、この通電時間は０．２秒程度に短縮することができ、その場合、キャリアアセンブリを水没させない大気中での通電でも、焼入れ後の放熱が良好になされることが確認されている。
【００２４】
こうした高周波焼入れによる高周波周波数と誘導加熱深さの関係を図３に示す。図示のように、通常の高周波焼入れに用いられる高周波周波数である３〜４００ｋＨｚでの誘導加熱深さは、１０ｋＨｚで０．２ｍｍ程度、１００ｋＨｚでも０．０５ｍｍ程度であるのに対して、本発明で用いる４００ｋＨｚ以上の超高周波周波数（図に☆印で示す）による焼入れでは、０．０２ｍｍ程度となり、焼入れの影響がシャフト孔の極表層部に局限され、プラネタリキャリアに与える熱歪みが極めて小さくなることが分かる。
【００２５】
次に、こうした超高周波焼入れと通常の高周波焼入れによる硬度分布を対比して図４に示す。図に□印で示す通常の高周波焼入れでは、ビッカース硬度（Ｈｖ）で３８０程度の範囲が、表面からの距離で約２ｍｍ程度となるのに対して、◆印で示す超高周波焼入れでは、同硬度で４００を超える範囲が約０．７ｍｍ程度と、極浅いものとなり、しかも熱影響が及ぶ範囲が、通常の場合の２．５ｍｍ程度に対して、１ｍｍ強程度になることが分かる。
【００２６】
ところで、前記のような円弧状の焼入れコイルでは、コイルの両周方向端間を絶縁するスリットが円形のコイルの円周の一部を遮断する配置となるため、シャフト孔に焼入れを行なった場合、この絶縁スリットに面する孔壁面部分には誘導過熱が生じず、所期の焼入れが成されない。したがってこの形式のコイルでは、シャフト孔の全周に渡る焼入れを行なうことができない。この点についての対処として、本発明の思想に従い、焼入れコイルの方向設定が成される。
【００２７】
図５はプラネタリリヤキャリアを上方から見たときの平面と焼入れコイルの設置方向との関係を示すもので、焼入れコイルＵの絶縁スリットＧは、サンギヤ軸を通す中心孔２７に対して特定の方向に指向させて位置付けられる。これにより、各シャフト孔２６には、図に誇張して焼入れ状態をハッチングで示すように、シャフト孔２６内に設置させた円弧状の焼入れコイルＵの絶縁スリットＧの背面側に硬化面Ｈが形成される。
【００２８】
更に、この焼入れの方向性について説明する。図１に示す本形態のプラネタリギヤセットの場合、図にハブ側のみを示すクラッチを係合させて小径リングギヤＲ１と段付きピニオンＰ１との間でトルク伝達が成される場合、段付きピニオンＰ１がサンギヤ軸１０を中心として捩られる方向に荷重負荷がかかる。このときのプラネタリキャリアＣの変形挙動をみると、プラネタリキャリアＣのフロントキャリアＣ１側は、全周に切れ目のない円板状のフランジ部２２の内径側に円筒状のボス部２１が張り出す剛性の高い構造であるのに対して、キャリアカバーＣ２はカップ状ではあるがピニオンギヤＰ２を露出させる開口を持つものであり、同様にリヤキャリアＣ３もカップ状ではあるが段付きピニオンＰ１の小径ギヤ１２を露出させる開口を持つものであることから、プラネタリキャリアＣ全体でみた場合、リヤキャリアＣ３側の剛性が低くなる。そしてこのことから、前記のような荷重負荷がかかった場合、段付きピニオンＰ１を支持するピニオンシャフト３１は、フロントキャリアＣ１側のピン３０により回り止めされた支持部を中心としてサンギヤ軸１０を中心とする円周方向にリヤキャリアＣ３側の捩れ変形を伴いながら傾斜する。こうしたピニオンシャフト３１の傾斜によりシャフト孔２６の孔壁面とピニオンシャフト３１の外周面との間で微小ながら摺動が生じる。この場合の摺動面は荷重負荷方向と一致する。
【００２９】
本形態のプラネタリキャリアＣの場合の荷重負荷方向は、図５を参照して、各シャフト孔２６について、各シャフト孔の中心を通る円の接線に対して、内向きにほぼ４５度の方向となる。そこで前述のように、この方向に合わせて焼入れに方向性を持たせることで、円形の焼入れコイルによる所期の硬化面Ｈの形成を可能としているのである。またこのことは、逆に言えば、焼入れ範囲を深さ方向に局限しながら、更に周方向にも局限することができることを意味する。
【００３０】
以上詳述したように、前記実施形態の構成によれば、浅い高周波焼入れにより熱歪みによる変形を抑えながら支持部の耐摩耗性を向上させることができるため、加工性の良好な軟鋼のプレス品を粗材とするプラネタリキャリアの製造が可能となる。また、ピニオンシャフト３１を両端部で支持する支持部２３，２６のうち、耐摩耗性を要する一方側の支持部２６にのみ焼入れする構成となるため、焼入れする支持部を必要最小限の部位とすることができ、少ない工数で効率よく耐久性を向上させることができる。
【００３１】
また、焼入れにより熱影響が生じる範囲を、支持部を構成するシャフト孔２６周面の一部に局限することができるため、シャフト孔２６の位置精度や平行度への熱歪みの影響を実質上なくすことができる。更に、この点に関して、高周波焼入れにおける円弧状の焼入れコイルＵの全周焼入れが不可能な欠点、すなわち絶縁スリットＧ側の焼入れがなされない特性を逆用して、シャフト孔２６周面の必要とする範囲、すなわち荷重負荷が作用する方向のみへの適切な焼入れによる硬化面Ｈの形成が可能となる。
【００３２】
更に、超高周波焼入れにより、支持部の硬化面Ｈの焼入れ深さを極めて浅くすることができるため、熱影響を局限して歪みの発生を一層確実に防ぐことができる。この結果、生産性の極めて高いプラネタリキャリアＣの製造が可能となる。また、熱歪みを生じ易いプレス品を用いながら、ピニオンシャフト支持部２６の位置精度と平行度を高く保つことができる。
【００３３】
以上、本発明を特定の形態のプラネタリキャリアに適用して説明したが、この形態の例示は、発明の理解のためのものであり、本発明は広く一般的なプラネタリキャリアに適用可能であり、特許請求の範囲に記載の事項に基づく種々変形を本発明の範囲から排除する主旨のものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るプラネタリギヤセットを示す軸方向断面図である。
【図２】超高周波焼入れの方法を示す模式図である。
【図３】高周波焼入れによる高周波周波数と誘導加熱深さの関係を示すグラフである。
【図４】超高周波焼入れと通常の高周波焼入れによる硬度分布を対比して示すグラフである。
【図５】焼入れの際のリヤキャリアと焼入れコイルの位置設定の関係を示す平面図である。
【符号の説明】
Ｃ  プラネタリキャリア
Ｐ１  段付きピニオン（ピニオンギヤ）
２６  シャフト孔（支持部）
３１  ピニオンシャフト
Ｈ  硬化面
Ｕ  焼入れコイル
Ｇ  絶縁スリット
【図１】
0003862149.tif 000002
【図２】
0003862149.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003862149.tif 000005
【図５】
0003862149.tif 000006