JP2004257560A - シフト装置の構成ユニットおよび該構成ユニットを製作する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シフト装置の構成ユニット（１）であって、該構成ユニットがシフトユニットとは無関係に前もって製作されており、構成ユニットには、鉄材料から成る少なくとも１つの機械部分（４）と、該機械部分を支持する、鉄材料から成る少なくとも１つの支持体とが包括されており、機械部分が回転軸線（５ａ）を中心として支持体（３）に対して相対的に少なくとも旋回可能に支持体に結合されている形式の構成ユニットを改良して、各構成部分の組み合わせ時に生じる欠点を回避することができるような構成ユニットを提供する。
【解決手段】構成ユニットが少なくとも部分的に、完体の構成ユニットの熱処理から得られる硬質の表面層を有しているようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、シフト装置の構成ユニットであって、該構成ユニットがシフトユニットとは無関係に前もって製作されており、構成ユニットには、鉄材料から成る少なくとも１つの機械部分と、該機械部分を支持する、鉄材料から成る少なくとも１つの支持体とが包括されており、機械部分が回転軸線を中心として支持体に対して相対的に少なくとも旋回可能に支持体に結合されている形式のものに関する。さらに本発明はそのような構成ユニットを製作する方法に関する。

この種の構成ユニットは例えば自動車および二輪車の伝動装置内のシフトまたはセレクトシャフトユニットである。本発明は、互いに可動であってかつ互いに取り付けられる伝動装置エレメントが車両伝動装置への組込み前に構成ユニットとして前組み立てされている、別の構成ユニットにも関する。その際、この構成ユニットは少なくとも１つの支持体を有しており、支持体は例えば、伝動装置に対して相対的に旋回可能なレバーとして形成されており、この支持体は例えば、回転運動可能にレバーに取り付けられるローラの形の機械部分またはレバーに旋回可能に取り付けられる第２のレバーの形の機械部分を収容する。構成ユニットの、互いに回転もしくは旋回運動可能にかつ互いに取り付けられる個別部分間の回転結合部もしくは旋回結合部は例えば、構成ユニットの個別部分の内の１つに設けられた旋回ジャーナルまたは別個の旋回ピンにより形成されている。その際、旋回可能な機械部分は、例えば遊びを有したはめあい、つまりすきまばめによって、旋回ピンもしくは旋回ジャーナルに据え付けられる。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第４０２０１６０号明細書には、この種の、セレクトアームの形の構成ユニットが記載されている。セレクトアームは、ローラの、レバー状の支持体とピンとから形成されており、伝動装置内で相対回動不能にシフトシャフトに据え付けられる。その際、ローラは回転可能に、支持体に固定的に取り付けられたピンに支承されている。

車両伝動装置の製作時に、伝動装置の構成部分を個別的にではなく、複数の構成部分を前組み立てされた構成ユニットとしてまとめて伝動装置に組み入れる傾向がますます強くなっている。構成ユニットを組み入れる利点は明らかである。伝動装置構成部分を保管・搬送するための物流コストおよび伝動装置の組立時間は減じられている。組立失敗は回避される。構成ユニット内での種々異なる機能と、その製作時の種々異なる方法の適用とにより、構成部分はしばしば種々異なる鉄材料もしくは鋼材料から製作されている。背景技術による、この種の構成ユニットの個別部分は、構成ユニットに組み立てられる前に、構成部分ごとに異なる熱処理および被覆法を受けさせられる。このことは、当業者にとって複数の構成部分を構成ユニットへと結合するための結合技術に関して限られた選択肢しか利用可能ではないことを意味する。それゆえ、例えば硬化された構成部分は全くもって溶接不能である。溶接は特に大量生産時に安価な接合法であるので、しばしば、組み合わせる前の個別部分の硬化は断念される。そこで、下位構成ユニットを組み合わせた後もしくは複数の構成部分を構成ユニットへと結合した後に、負荷のかかる箇所はしばしば部分的に、例えば帰納的に硬化されている。この種の手間のかかる処理は、伝動装置に組み立てる際に構成ユニットを使用すること自体によって発生するコスト上の利点を少なくとも部分的に相殺してしまう。構成ユニットへと結合される前に硬化される部分はしばしば例えば回転可能な結合部の領域において、硬化ひずみまたは硬化時の幾何学形状変化により生ぜしめられる欠陥を、切削による後加工によって補償することができるように、ゆとりを備えて構成されている。切削による後加工はコストを上昇させる別の要因であり、それゆえ欠点である。しばしば、部分の後加工は断念される。その場合、硬化ひずみおよび硬化による幾何学形状変化は、熱ひずみおよび体積変化の大きさを見越した適当な見越寸法（Ｖｏｒｈａｌｔｅｍａｓｓ）によって、部分、特に旋回座部もしくは回転座部の部分の設計時に考慮されている。この事例では、構成ユニット内の構成部分の旋回結合部もしくは回転結合部における、過大または過小な遊びが見込まれる。それというのも、この種の硬化ひずみおよび幾何学形状変化はプロセスを確実には予測し得ないからである。見越寸法は、被覆された構成部分から成る構成ユニットに組み合される前段階においても、見込まれる層厚さの大きさの点で考慮されなければならないので、この事例もまた、旋回座部もしくは回転座部における過大または過小な遊びが見込まれる。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第４０２０１６０号明細書

それゆえ本発明の課題は、冒頭で述べた形式の構成ユニットを改良して、その組み合わせ時における上記の欠点を回避することできるような構成ユニットを提供することである。さらに、本発明の課題はそのような構成ユニットを製作する方法を提供することである。

上記課題を解決した本発明の構成によれば、構成ユニットが少なくとも部分的に、完体の構成群の熱処理から得られる硬質の表面層を有しているようにした。さらに、上記課題を解決した本発明の方法によれば、支持体および機械部分を製作し、少なくとも支持体と機械部分とを結合して構成ユニットを形成し、該構成ユニットを熱処理するというステップに従って製作するようにした。

本発明によれば、最初に個別部分、つまり支持体および機械部分が個々に製作されて、その後で、未処理の軟らかい状態で互いに結合されている。構成部分を構成ユニットへと組み立てた後に、それから、熱処理と、本発明の有利な構成に記載されているような被覆とが行われている。

本発明による構成ユニットは複数の、その都度１つまたは複数の機械部分が取り付けられている支持体を有していてもよい。これに対して択一的に構成ユニットは、複数の機械部分の内の幾つかが旋回可能もしくは回転可能に取り付けられている支持体を有している。構成ユニットの、個々の構成部分が硬化されずに（軟らかいまま）供給されているので、構成部分を結合するための溶接およびコーキンも適用可能である。

少なくとも構成部分、つまり支持体および機械部分と、有利にはピンとから成る構成ユニットは、個別部分の組立後に、または上記個別部分から成る下位構成群の組立後にも、熱処理に曝されている。この場合、熱処理とは、構成群を時間的経過に従って温度および場合によっては付加的に別の物理的および／または化学的な影響に曝す全ての処理と理解することができる。これらの影響は選択的に個々にまたは互いに組み合わされて、構成群の個別部分の表面の、少なくとも大きな領域の硬さ、耐磨耗性および耐食性を向上させる。その際、例えばはだ焼硬化（浸炭）または窒化もしくは炭窒化（窒素浸炭）の場合のような、主に材料の表面層の特性を変化させる熱化学的な処理を、例えば無心焼入れの場合のような、材料状態を意図的に部品の全横断面で変化させる方法に対して優先させることができる。熱化学的な処理の場合、幾つかの例外は除外して、構成群が熱処理の最中におよび熱処理の終了までに曝されている比較的低い温度に基づいて、個別部分の形状は明らかな硬化ひずみなしに維持されたままである（構成部分のひずみは僅かである）。

熱化学的な処理の例外の１つとしてのはだ焼と、無心焼入れとは、その高い温度によって部品に概して必然的にひずみを生ぜしめる熱処理である。構成群にとって臨界的な箇所、特にピンまたはジャーナルに沿った旋回可能な機械部分の座部における後加工は不可能であるし、高いコストのために望まれもしない。それゆえ、熱ひずみが、冒頭で述べた見越公差において考慮されなければならないので、硬化後、座部には、機能に不都合な影響を及ぼさない遊びが生ぜしめられている。

本発明の対象による構成群を処理する有利な熱化学的な方法は窒化法である。その際選択的には、例えばガス窒化およびプラズマ窒化のような公知の、窒素の拡散時の窒化か、ガス炭窒化およびプラズマ炭窒化のようなやはり当業者にとって公知の、軟窒化とも呼ばれる窒素および炭素の拡散時の窒化が意図されている。構成部分はこの種の処理中に、硬化（焼入れ）に比べて比較的に低い温度に曝されている。窒化深さ（Ｎｈｔ）は同じ表面硬さの場合、はだ焼硬化時のはだ焼深さ（Ｅｈｔ）に比較して僅かである。それというのも、窒化された構成部分における表面張力がより大きいからである。

この方法に典型的な低い温度も僅かな窒化深さも結果として、個別部分および構成群が全く熱ひずみを有さないことにつながる。これまで個別部分の製作時に、互いに接合したい部分の、見込まれるがその大きさに関しては前もって予測するのが困難な熱ひずみにより考慮されなければならなかった、個別部分、特にピンに沿った機械部分の旋回座部または回転座部の製作時の見越公差は本発明により不要になる。硬化ひずみを後加工するために個別部分に設けられたゆとりは本発明ではもはや設けられていない。

考慮しなければならない変化は窒素の、構成部分の材料に関連して沈着される量の体積増加だけである。処理された部分の体積が増加する、つまり低合金鋼から成るピンの場合例えば０．４〜０．６ｍｍのＮｈｔに関して１５〜２０μｍの分だけ増加するので、この体積増加は、特にガスおよびプラズマ中での窒化の場合、ピンに沿った機械部分の回転座部もしくは旋回座部における遊びを調節することを目指して使用可能である。ローラの孔とピンの外径との間の、例えばピンにローラを簡単に組み立てるために必要な遊びは熱処理によって有利に減じられることができる。本発明によって完体で硬化された構成ユニットにおいて測定することにより証明され得ることであるが、ピンと回転可能な機械部分（ローラ）との間のギャップ内部の体積増加は、互いに対をなすエレメントにおいて、窒化プロセスの持続時間とは無関係に、環状ギャップ内にもはや十分な、ガスまたはプラズマから成る雰囲気がこの箇所に存在しなくなるまで進展するに過ぎない。これにより、窒素の結合は回転座部の環状ギャップ内で、引き続き構成ユニットで継続する窒化プロセスとは無関係に終了する。良好に機能する旋回結合部または回転結合部のための、有利には僅かな遊びが生ぜしめられている。

構成部分の表面における強度および耐磨耗性は窒化法により向上させられている。処理された材料の表面は改善された滑動特性を有している。このことは特に、機械部分間、有利にはローラとピンとの間の回転結合部にとっても、ローラの走行面とローラにより負荷される伝動装置部分との間の滑動・転動接触（Ｇｌｅｉｔ−Ｒｏｌｌｋｏｎｔａｋｔ）にとっても有利である。別の利点は、作業プロセスの省略、つまり構成ユニットの構成部分を機能形式に合わせて調整したり、主に構成群の孔またはこれに類するものの表面に残された、方法に起因する望ましくない残物を取り除いたりする手間が省けることによって得られるコスト節減にある。

どの窒化法が使用されるかは様々な要因に依存しており、個々の事例ごとに決定されることができる。本発明の有利な構成はプラズマ窒化である。ただし、これに対して択一的にガス窒化も考えられる。窒化は全ての従来慣用の鉄基材料、鋼および鋳鉄ならびに焼結材料の処理のために適している。それというのも、これらほとんど全てがガス窒化されることができ、かつ全てがプラズマ窒化されることができるからである。このことは特に有利である。それというのも、本発明の対象による構成群の個別部分のためにしばしば、冷間成形可能な、炭素の少ない鋼が使用されているからである。本発明による構成群のための有利な引抜き部分、押出し部分またはエンボス加工部分の材料は事実上、冒頭で述べたはだ焼法による表面層の浸炭なしに、かつこれに由来する熱ひずみの欠点を伴うことなしに硬化されることはできない。窒化は、これらの材料にも硬い表面層を設けることを可能にする。炭素の少ない溶接可能な鋼から成る構成群の個別部分はしばしば溶接によって互いに固定されており、例えばピンは支持体に固定されている。溶接は何ら問題なく可能である。それというのも、これらの部分は、熱処理と、熱処理に引き続いて被覆を行う前に、溶接されているからである。付加的に、プラズマ窒化時に、構成群における処理したくない表面が銅ペーストの塗布によって、または構成群の個別部分に設けられたねじ山が例えばねじの螺入もしくはナットの螺設によって簡単に被覆され得るのは有利である。

特に非合金鋼および低合金鋼における、窒化された表面の腐食特性は、安定した窒化から形成される化合物層により改善されている。耐食性は、窒化処理の要素として公知の後酸化または窒処理後の酸化によりさらに改善されている。酸化は耐食性を改善するための、特に自動車産業の大量生産で適用される方法である。この種の層は、オートバイまたは伝動装置のシフトドーム（Ｓｃｈａｌｔｄｏｍｅｎ）におけるように構成群が少なくとも部分的に野外に曝されている場合に特に有利である。後酸化および酸化は外側の表面層に影響を及ぼすための熱化学的な方法である。全ての表面層は、窒化層を後酸化した後、３つのゾーンから構成される。第１のゾーンは拡散層であって、拡散層は基材への移行部を形成し、かつその上に位置する層の結合を補強する。第１のゾーンには基材から外方に向かって硬質かつ耐磨耗性の化合物層が接続されており、化合物層は一般に１５〜３０μｍの層厚さを有している。表面はＦｅ_３Ｏ_４から成る薄い酸化物層（例えば１〜３μｍの厚さ）の形の第３のゾーンを有している。本発明による個別部分が熱処理前に１つの構成群へと互いに結合されているので、熱処理後には、溶接シームと、接合およびコーキンによる結合部からの材料排除部位とにも、選択的かつ付加的に酸化によって腐食安定化されている耐食性の表面層が設けられている。これまで部分の組立前に部分上に被着される被覆のために考慮されなければならなかった、個別部分を製作する際の、特にピンに沿った機械部分の旋回座部または回転座部における見越公差は本発明に基づいて意味を成さなくなる。

以下に図面を参照しながら本発明の実施例について詳説する。

図１には、構成ユニット１の、セレクトシャフトユニット６として構成された実施例が示されている。図２〜図４には、構成ユニット１の個別部分が示されている。構成ユニット１はシャフト２を有しており、シャフト２にはセレクトレバー７の形の支持体３が据え付けられている。セレクトレバー７にはピン５によって、ローラ８の形の機械部分もしくは機械要素４がピンの回転軸線５ａを中心として回転可能に取り付けられている。

図２には、切削によらない成形方法と切削加工法との組み合わせで製作されたシャフト２が示されている。図３に示した支持体３は打抜き部分である。図４に示した、ローラ８として構成された機械部分４は切削によらずにローラがけ（Ｒｏｌｌｉｅｒｅｎ）もしくは押出しにより製作されており、かつ選択的に円筒状の貫通孔８ａ内を切削により後加工されている。図５に示したピン５は押出し部分である。構成ユニット１の、上記した全ての個別部分は低炭素のはだ焼鋼（例えば材料記号１６ＭｎＣｒ５）から製作されている。個別部分２，３，４，５は以下の手順で構成ユニット１へと組み立てられている；
−セレクトレバー７を貫通孔７ａでもってシャフト２のはめあい部位２ａに接合し、レーザ溶接シーム９で固定し、
−ローラ８を切欠き２ｂ内に位置決めし、ならびにピン５を貫通孔８ａ内に導入し、
−ピン５を円形の貫通孔７ｂ内に圧入して、ピン５を支持体３にレーザ溶接シーム１０により固定する。

構成ユニット１の組立に引き続いて、全体的な熱処理が用意されている。この場合、構成ユニット１はプラズマ窒化され、その際に、０．０１５＋０．０１０ｍｍの化合物層ＶＳが生ぜしめられる。ローラ８の貫通孔８ａと回転座部５ｂとの間の半径方向遊びは、約８μｍ〜１２μｍの、構成部分５，４の体積増加で減少し、かつピン５を取り巻く環状ギャップ内の、熱処理のために必要なプラズマ雰囲気が、十分な窒素を付加するためにはもはや十分でなくなるまで減少する。約０．０５ｍｍから最大で０．２５ｍｍまでの半径方向遊びが回転座部に残される。熱処理後、構成ユニット１には完全に、硬質の表面層もしくは縁部層が形成されていて、この表面層に、酸化を用いた別の熱処理で、１μｍ＋１μｍの耐食性の酸化物層が被着されている。

構成ユニットの、セレクトシャフトユニットとして構成された実施例を示す図である。 シャフトを示す図である。 セレクトレバーとしての支持体を示す図である。 ローラとしての機械部分を示す図である。 ピンを示す図である。

符号の説明

１ 構成ユニット
２ シャフト
２ａ はめあい部位
３ 支持体
４ 機械部分
５ ピン
５ａ 回転軸線
５ｂ 回転座部
６ セレクトシャフトユニット
７ セレクトレバー
７ａ 貫通孔
７ｂ 貫通孔
８ ローラ
８ａ 貫通孔
９ レーザ溶接シーム
１０ レーザ溶接シーム

Claims (11)

1. シフト装置の構成ユニット（１）であって、該構成ユニット（１）がシフトユニットとは無関係に前もって製作されており、構成ユニット（１）には、鉄材料から成る少なくとも１つの機械部分（４）と、該機械部分（４）を支持する、鉄材料から成る少なくとも１つの支持体とが包括されており、機械部分（４）が回転軸線（５ａ）を中心として支持体（３）に対して相対的に少なくとも旋回可能に支持体（３）に結合されている形式のものにおいて、構成ユニット（１）が少なくとも部分的に、完体の構成ユニット（１）の熱処理から得られる硬質の表面層を有していることを特徴とする、シフト装置の構成ユニット。
2. 構成ユニット（１）が、熱化学的な熱処理から得られる硬質の表面層を有している、請求項１記載の構成ユニット。
3. 表面層が窒化層を有しており、該窒化層が、鉄と化合した窒素により形成されている、請求項２記載の構成ユニット。
4. 表面層が外方に向かって、組成Ｆｅ_３Ｏ_４の酸化鉄層を有している、請求項２または３記載の構成ユニット。
5. 機械部分（４）が、回転可能にピン（５）に取り付けられたローラ（８）であって、該ローラ（８）が支持体（３）にピン（５）を介して結合されている、請求項１記載の構成ユニット。
6. 請求項１の上位概念部に記載された形式の構成ユニット（１）を製作する方法において、以下のステップに従って、
   支持体（３）および機械部分（４）を製作し、
   少なくとも支持体（３）と機械部分（４）とを結合して構成ユニット（１）を形成し、
   該構成ユニット（１）を熱処理する、
   ことにより製作することを特徴とする、構成ユニットを製作する方法。
7. 構成ユニット（１）を少なくとも部分的に熱化学的な熱処理に曝す、請求項６記載の方法。
8. 構成ユニット（１）を窒化法で熱処理に曝す、請求項７記載の方法。
9. 構成ユニット（１）をプラズマ窒化法で熱処理に曝す、請求項８記載の方法。
10. 窒化法に続けて後酸化期を設ける、請求項９記載の方法。
11. 窒化法での熱処理に続けて、構成ユニット（１）の表面の、少なくとも部分的な酸化処理を行う、請求項９記載の方法。

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