JP2008190555A - 動力伝達チェーン用ピンおよびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 ピンの加工時間を減少して、製造原価を下げることができる動力伝達チェーン用ピンおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】 動力伝達チェーン用ピンの製造方法は、冷間鍛造によって、所定長さの棒状部材を最終断面形状および圧入を容易とするガイド部34付きの最終端部形状を有するピン14とする加工工程を含んでおり、所定長さの棒状部材の端部を砥石で研削する研削工程を含んでいない。
【選択図】 図７

Description

この発明は、動力伝達チェーン用ピンおよびその製造方法、さらに詳しくは、自動車等の車両の無段変速機（ＣＶＴ）に好適な動力伝達チェーン用ピンおよびその製造方法に関する。
自動車用無段変速機として、図９に示すように、固定シーブ(2a)および可動シーブ(2b)を有しエンジン側に設けられたドライブプーリ(2)と、固定シーブ(3b)および可動シーブ(3a)を有し駆動輪側に設けられたドリブンプーリ(3)と、両者間に架け渡された無端状動力伝達チェーン(1)とからなり、油圧アクチュエータによって可動シーブ(2b)(3a)を固定シーブ(2a)(3b)に対して接近・離隔させることにより、油圧でチェーン(1)をクランプし、このクランプ力によりプーリ(2)(3)とチェーン(1)との間に接触荷重を生じさせ、この接触部の摩擦力によりトルクを伝達するもの（チェーン式無段変速機）が知られている。
動力伝達チェーンとしては、特許文献１に、ピンが挿通される前後挿通部を有する複数のリンクと、一のリンクの前挿通部と他のリンクの後挿通部とが対応するようにチェーン幅方向に並ぶリンク同士を長さ方向に屈曲可能に連結する複数の第１ピンおよび複数の第２ピンとを備えているものが提案されている。この特許文献において、ピンは、鍛造、旋削、切削等を施して所定形状に形成された棒状の中間素材を形成した後、ピン端面が所定形状になるように研削加工などを行って製造されている。
特開２００４−２５１３８５号公報（段落番号００２２）
上記特許文献１の動力伝達チェーンでは、多数のピンが使用されるが、ピンの端部を研削加工する必要があることからピンの加工時間が長くなり、製造原価が非常に高いものとなっている。
この発明の目的は、ピンの加工時間を減少して、製造原価を下げることができる動力伝達チェーン用ピンおよびその製造方法を提供することにある。
この発明による動力伝達チェーン用ピンは、動力伝達チェーンのチェーン幅方向に並ぶリンクに圧入される動力伝達チェーン用ピンであって、ピンの少なくとも一方の端部に、圧入を容易とするガイド部が設けられており、ガイド部が冷間鍛造によって形成されていることを特徴とするものである。
本発明が対象とする動力伝達チェーンでは、通常、断面形状が異なる２種類のピン（第１ピンおよび第２ピン）が使用され、第１ピンおよび第２ピンの少なくとも一方がプーリと接触して摩擦力により動力伝達する。いずれか一方のピンがプーリと接触するチェーンにおいては、第１ピンおよび第２ピンのうちのいずれか一方は、このチェーンが無段変速機で使用される際にプーリに接触する方のピン（以下では、「第１ピン」または「ピン」と称す）とされ、他方は、プーリに接触しない方のピン（インターピースまたはストリップと称されており、以下では、「第２ピン」または「インターピース」と称す）とされる。第１ピンは、プーリに接触するのでその端面形状を所定の曲面形状（ダブルＲ形状、球面など）とする必要があるのに対し、第２ピンは、その必要はない。しかしながら、第１ピンおよび第２ピンは、ともに、リンクに圧入されることから、その端部にガイド部が形成されることが好ましく、これが冷間鍛造によって形成される。
ピンの材質としては、軸受鋼などの適宜な鋼が使用される。
従来の動力伝達チェーンでは、ピンの先端部上縁が先にリンクの貫通孔に圧入され、これから遅れて、先端部下縁が貫通孔に圧入されていたのに対し、この発明による動力伝達チェーン用ピンでは、例えば、ピンの上下縁部が同時に圧入可能とするようなガイド部がピン端部に形成される。ガイド部は、圧入時に先端側となる端部にだけ設けられていればよく、必要に応じて、両端部に設けるようにしてもよい。
このようなガイド部を有するピンは、通常、線材を所要の断面形状となるように引き抜き加工した後、傾斜状の端面をプレス加工によって形成し、さらに熱処理した後に、砥石を用いた研削（または研磨）加工を施すことで製造されるが、この発明による動力伝達チェーン用ピンのガイド部は、冷間鍛造によって形成される。
この発明による動力伝達チェーン用ピンの製造方法は、動力伝達チェーンのチェーン幅方向に並ぶリンク同士を連結する動力伝達チェーン用ピンの製造方法であって、線材をその断面形状が略小判状となるように引き抜き加工する粗断面形状形成工程と、引き抜き加工された連続棒状部材を所定長さにかつその端面が軸方向に対して所定の角度となるように切断する端部粗形状形成工程と、所定長さに切断された棒状部材を冷間鍛造加工によって最終断面形状および最終端部形状とする最終形状形成工程とを含み、所定長さの棒状部材の端部を砥石で研削する研削工程を含んでいないことを特徴とするものである。
粗断面形状形成工程で得られる断面形状は、最終形状とする必要がないので、引き抜き加工のしやすさ、次工程での取り扱いやすさを考慮して決定すればよく、楕円、楕円の一部を直線としたものなどとされる。端部粗形状形成工程における軸方向に対する所定の角度は、プーリに接触する第１ピンの場合、プーリの傾斜面に対応した傾斜角度とされ、プーリに接触しない第２ピンの場合には、特に限定されることはなく、軸方向に直交する角度、プーリの傾斜面に対応した傾斜角度などとされる。最終形状形成工程は、通常、複数回の工程で（複数の成形用金型を使用して）行われ、この場合に、最終断面形状を先に形成してもよく、最終端部形状を先に形成してもよい。
「砥石で研削する研削工程」は、得られる表面粗さに関係なく、砥石を用いた切削加工をすべて含むものとする。この発明による動力伝達チェーン用ピンの製造方法において、研削工程以外の表面仕上げ加工であるバレル加工や熱処理工程は、必要に応じて実施してもよい。
この発明の動力伝達チェーン用ピンの製造方法によると、所定長さに切断された棒状部材の端部を砥石で研削する研削工程を含むことなく、動力伝達チェーン用ピンを製作することができ、研削工程を含まないことで、加工時間が短縮され、しかも、廃液が環境を悪化させる研削液を使用せずに済む。
この発明による動力伝達チェーン用ピンおよびこの発明の動力伝達チェーン用ピンの製造方法によって製造されたピンは、ピンが挿通される前後挿通部を有する複数のリンクと、一のリンクの前挿通部と他のリンクの後挿通部とが対応するようにチェーン幅方向に並ぶリンク同士を連結する前後に並ぶ複数の第１ピンおよび複数の第２ピンとを備え、第１ピンと第２ピンとが相対的に転がり接触移動することにより、リンク同士の長さ方向の屈曲が可能とされており、第１ピンおよび第２ピンのうちの一方は、一のリンクの前挿通部に圧入により固定されかつ他のリンクの後挿通部に移動可能に嵌め入れられ、同他方は、一のリンクの前挿通部に移動可能に嵌め入れられかつ他のリンクの後挿通部に圧入により固定されている動力伝達チェーンにおいて好適に使用される。
この場合に、リンクは、例えば、ばね鋼や炭素工具鋼製とされる。リンクの材質は、ばね鋼や炭素工具鋼に限られるものではなく、軸受鋼などの他の鋼でももちろんよい。リンクは、例えば、鋼板をプレス打ち抜き、バレル加工、熱処理およびショット加工により製作される。
ピンの圧入は、挿通部の長さ方向に対して直交する部分の縁（上下の縁）で行われるのが好ましく、動力伝達チェーンは、例えば、必要な数のピンを台上に垂直状に保持した後、リンクを１つずつあるいは数枚まとめて圧入していくことにより製造される。
本発明により得られたピンを使用した動力伝達チェーンは、円錐面状のシーブ面を有する第１のプーリと、円錐面状のシーブ面を有する第２のプーリと、これら第１および第２のプーリに掛け渡される動力伝達チェーンとを備えている動力伝達装置において、好適に使用される。このような動力伝達装置は、自動車等の無段変速機としての使用に好適なものとなる。
この発明の動力伝達チェーン用ピンおよびその製造方法によると、冷間鍛造を行うことによって、切削工程を不要とすることにより、ピンの加工時間を減少して、製造原価を下げることができる。また、研削廃液による環境の悪化も防止することができる。
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。以下の説明において、上下は、図２の上下をいうものとする。
図１は、この発明による動力伝達チェーンピンが使用される動力伝達チェーンの一部を示しており、動力伝達チェーン(1)は、チェーン長さ方向に所定間隔をおいて設けられた前後挿通部(12)(13)を有する複数のリンク(11)と、チェーン幅方向に並ぶリンク(11)同士を長さ方向に屈曲可能に連結する複数のピン（第１ピン）(14)およびインターピース（第２ピン）(15)とを備えている。インターピース(15)は、ピン(14)よりも短くなされ、両者は、インターピース(15)が前側に、ピン(14)が後側に配置された状態で対向させられている。
チェーン(1)は、幅方向同位相の複数のリンクで構成されるリンク列を進行方向（前後方向）に３つ並べて１つのリンクユニットとし、この３列のリンク列からなるリンクユニットを進行方向に複数連結して形成されている。この実施形態では、リンク枚数が９枚のリンク列とリンク枚数が８枚のリンク列２つとが１つのリンクユニットとされている。
図２に示すように、リンク(11)の前挿通部(12)と後挿通部(13)との間には、柱部(21)が介在させられており、前挿通部(12)は、ピン(14)が移動可能に嵌め合わせられるピン可動部(16)およびインターピース(15)が固定されるインターピース固定部(17)からなり、後挿通部(13)は、ピン(14)が固定されるピン固定部(18)およびインターピース(15)が移動可能に嵌め合わせられるインターピース可動部(19)からなる。
各ピン(14)は、インターピース(15)に比べて前後方向の幅が広くなされており、インターピース(15)の上下縁部には、各ピン(14)側にのびる突出縁部(15a)(15b)が設けられている。
図２において、符号ＡおよびＢで示す箇所は、チェーン(1)の直線部分においてピン(14)とインターピース(15)とが接触している線（断面では点）であり、ＡＢ間の距離がピッチである。
チェーン幅方向に並ぶリンク(11)を連結するに際しては、一のリンク(11)の前挿通部(12)と他のリンク(11)の後挿通部(13)とが対応するようにリンク(11)同士が重ねられ、ピン(14)が一のリンク(11)の後挿通部(13)に固定されかつ他のリンク(11)の前挿通部(12)に移動可能に嵌め合わせられ、インターピース(15)が一のリンク(11)の後挿通部(13)に移動可能に嵌め合わせられかつ他のリンク(11)の前挿通部(12)に固定される。そして、このピン(14)とインターピース(15)とが相対的に転がり接触移動することにより、リンク(11)同士の長さ方向（前後方向）の屈曲が可能とされる。
リンク(11)のピン固定部(18)とインターピース可動部(19)との境界部分には、インターピース可動部(19)の上下の凹円弧状案内部(19a)(19b)にそれぞれ連なりピン固定部(18)に固定されているピン(14)を保持する上下の凸円弧状保持部(18a)(18b)が設けられている。同様に、インターピース固定部(17)とピン可動部(16)との境界部分には、ピン可動部(16)の上下の凹円弧状案内部(16a)(16b)にそれぞれ連なりインターピース固定部(17)に固定されているインターピース(15)を保持する上下の凸円弧状保持部(17a)(17b)が設けられている。
ピン(14)を基準としたピン(14)とインターピース(15)との接触位置の軌跡は、インボリュート曲線とされており、この実施形態では、ピン(14)の接触面が、断面において半径Ｒｂ、中心Ｍの基礎円を持つインボリュート形状を有し、インターピース(15)の接触面が平坦面（断面形状が直線）とされている。これにより、各リンク(11)がチェーン(1)の直線部分から曲線部分へまたは曲線部分から直線部分へと移行する際、前挿通部(12)においては、ピン(14)が固定状態のインターピース(15)に対してその接触面がインターピース(15)の接触面に転がり接触（若干のすべり接触を含む）しながらピン可動部(16)内を移動し、後挿通部(13)においては、インターピース(15)がインターピース可動部(19)内を固定状態のピン(14)に対してその接触面がピン(14)の接触面に転がり接触（若干のすべり接触を含む）しながら移動する。
上記の動力伝達チェーン(1)では、ピンの上下移動の繰り返しにより、多角形振動が生じ、これが騒音の要因となるが、ピン(14)とインターピース(15)とが相対的に転がり接触移動しかつピン(14)を基準としたピン(14)とインターピース(15)との接触位置の軌跡がインボリュート曲線とされていることにより、ピンおよびインターピースの接触面がともに円弧面である場合などと比べて、振動を小さくすることができ、騒音を低減することができる。
この動力伝達チェーン(1)は、図８に示したＶ型プーリ式ＣＶＴで使用されるが、この際、プーリ軸(2e)を有するプーリ(2)の固定シーブ(2a)および可動シーブ(2b)の各円錐状シーブ面(2c)(2d)にインターピース(15)の端面が接触しない状態で、ピン(14)の端面がプーリ(2)の円錐状シーブ面(2c)(2d)に接触し、この接触による摩擦力により動力が伝達される。ピン(14)とインターピース(15)とは、上述のように、転がり接触移動するので、プーリ(2)のシーブ面(2c)(2d)に対してピン(14)はほとんど回転しないことになり、摩擦損失が低減し、高い動力伝達率が確保される。
図８において、ドライブプーリ(2)の可動シーブ(2b)を固定シーブ(2a)に対して接近・離隔させると、チェーン(1)の巻き掛け径は、接近時には大きく、離隔時には小さくなる。ドリブンプーリ(3)では、図示省略するが、その可動シーブがドライブプーリ(2)の可動シーブ(2b)とは逆向きに移動し、ドライブプーリ(2)の巻き掛け径が大きくなると、ドリブンプーリ(3)の巻き掛け径が小さくなり、ドライブプーリ(2)の巻き掛け径が小さくなると、ドリブンプーリ(3)の巻き掛け径が大きくなる。この結果、変速比が１：１である状態（初期値）を基準にして、ドライブプーリ(2)の巻き掛け径が最小で、ドリブンプーリ(3)の巻き掛け径が最大であるＵ／Ｄ状態が得られ、また、ドライブプーリ(2)の巻き掛け径が最大で、ドリブンプーリ(3)の巻き掛け径が最小のＯ／Ｄ状態が得られる。
図８に示すように、ピン(14)は、一様な断面形状とされてリンク(11)が圧入されているリンク保持部(31)と、リンク保持部(31)の両端に形成されプーリ(2)のシーブ面(2c)(2d)に対応する傾斜面(32a)(33a)を有するプーリ当接部(32)(33)とからなり、ピン(14)の上下縁部がリンク(11)の貫通孔(12)の上下縁部に圧入されることで、ピン(14)とリンク(11)とが結合されている。インターピース(15)は、プーリに当接しないようになされており、インターピース(15)の上下縁部がリンク(11)の貫通孔(12)の上下縁部に圧入されることで、インターピース(15)とリンク(11)とが結合されている。
この動力伝達チェーン(1)は、必要な数のピン(14)およびインターピース(15)を台上に垂直状に保持した後、リンク(11)を１つずつあるいは数枚まとめて圧入していくことにより製造される。圧入代は０．００５ｍｍ〜０．１ｍｍとされている。こうして、組み立てられたチェーン(1)には予張力が付与される。
図３は、この発明におけるピン(14)とリンク(11)との圧入時の状態を示しており、圧入時に先端側となるピン(14)の端部には、圧入を容易とするためのガイド部(34)が形成されている。すなわち、各ピン(14)の端部には、その端面が接触するシーブの形状に対応する傾斜面(32a)(33a)とされていることにより、圧入時に先にリンク(11)の貫通孔(12)に嵌め入れられる先端部上縁(14a)と、圧入時に最後にリンク(11)の貫通孔(12)に嵌め入れられる先端部下縁(14b)とが存在しており、その先端部上縁(14a)が傾斜状とされることによってガイド部(34)が形成され、これにより、先端部下縁(14b)よりも先端側に位置する先端部上縁(14a)の圧入代が０とされている。したがって、圧入時の応力集中が緩和され、これにより、リンク(11)の変形および削れが防止され、リンク(11)の強度低下が防止されかつ摩耗粉の発生量が削減されるとともに、これらに起因するリンク(11)間の摩擦が減少しチェーン(1)の曲げトルクを低減することができる。
上記図３に示したピン(14)では、従来のものに対して、先端部上縁(14a)だけが傾斜状とされてガイド部(34)が形成されているが、ガイド部形状は、これに限られるものではなく、ピン(14)の上下縁部が同時に圧入されるようにするものであれば、種々の変更が可能である。例えば、ピン(14)の先端部上縁だけを削除するのではなく、先端部下縁も同時に削除するようにしてもよい。その一例を図４に示す。図４において、圧入時に先端側となるプーリ当接部(32)の上縁部とリンク保持部(31)の上縁部との境界部分に、圧入代が徐々に増加する傾斜面(35a)が設けられているとともに、圧入時に先端側となるプーリ当接部(32)の下縁部とリンク保持部(31の下縁部との境界部分にも、圧入代が徐々に増加する傾斜面(35b)が設けられていることにより、圧入を容易とするガイド部(35)が形成されている。これにより、上縁の傾斜面(35a)に作用する力と下縁の傾斜面(35b)に作用する力とはほぼ同じになり、より一層、圧入が容易となりかつ圧入時の応力集中が緩和される。
図５から図７までに、ガイド部(34)(35)を有するピン(14)を製造するのに好適なこの発明による動力伝達チェーン用ピンの製造方法を示している。この製造方法は、線材（従来と同じもの）をその断面形状が略小判状となるように引き抜き加工する粗断面形状形成工程（図５参照）と、引き抜き加工された連続棒状部材(W1)を所定長さにかつその端面が軸方向に対して所定の角度となるように切断する端部粗形状形成工程（図６参照）と、所定長さに切断された棒状部材(W2)を冷間鍛造加工によって最終断面形状および最終端部形状とする最終形状形成工程（図７参照）とを含んでいる。
図５において、引き抜き加工用ダイス(51)は、断面楕円形のダイス孔を有しており、引き抜き工程では、軸受鋼製の線材が断面楕円形の連続状の棒状部材(W1)とされる。この断面形状は、粗形状でよいので、精度や傷等を特別に管理する必要はなく、したがって、特別な管理が必要な最終形状を得るための引き抜き加工に比べて加工コストが大幅に低下する。
図６において、連続状の棒状部材(W1)の切断面は、棒状部材(W1)の軸方向に対して直角ではなく、第１および第２のカッター(62)(63)によって、両端ともに所定の傾斜角度に形成される。なお、図６では、所定長さの棒状部材(W2)の上下が常に同じ側に位置するように切断しているが、所定長さの棒状部材(W2)を得るには、棒状部材(W2)の上下が交互に並ぶように切断するようにしてもよい。
最終形状形成工程は、冷間鍛造加工によって最終断面形状を得る最終断面形状形成用の冷間鍛造工程（図７（ａ）参照）と、冷間鍛造加工によって最終端部形状を得る最終端部形成用の冷間鍛造工程（図７（ｂ）参照）とを含んでいる。図７（ａ）および（ｂ）において、冷間鍛造装置(71)は、ホルダ(72)(76)と、ホルダ(72)(76)に支持された下ダイス(73)(77)および上ダイス(74)(78)と、上下移動可能なパンチ(75)(79)とを有している。最終断面形状形成用の冷間鍛造工程で使用される下ダイス(73)には、ピン(14)の転がり接触面を形成する凹部が設けられ、上ダイス(74)には、ピン(14)の上下の圧入部を形成する凹部が設けられている。したがって、パンチ(75)を加工させて転がり接触面と反対側の面を打撃することにより、ピン(14)の最終断面形状が形成される。また、最終端部形成用の冷間鍛造工程で使用される下ダイス(77)には、圧入を容易とするガイド部(34)を形成する凹部が設けられており、上ダイス(78)には、プーリ(2)(3)の円錐状シーブ面(2c)(2d)に接触する面(32a)(33a)を形成する凹部が設けられている。したがって、パンチ(79)を加工させてガイド部(34)と反対側の面を打撃することにより、ピン(14)の最終端部形状が形成される。こうして、従来端面加工に必要であった砥石を使用した研削（研磨を含む）が不要で、しかも、圧入用のガイド部(34)を形成するために必要な研削加工も不要として、ピン(14)の最終形状を得ることができる。なお、図７では、冷間鍛造を２回の工程に分けて説明しているが、２回に限られるものではない。
上記のピンの製造方法は、端面形状の制約が少なくかつガイド部が形成されることが好ましいインターピース(15)に適用できることはもちろんである。また、この製造方法は、第１ピンおよび第２ピンの長さが同じで両方ともがシーブ面に接触するチェーンにおいて使用されるピンやその他各種タイプの動力伝達チェーンで使用されているピンに対しても適用可能である。
図１は、この発明による動力伝達チェーン用ピンが使用される動力伝達チェーンの１実施形態の一部を示す平面図である。 図２は、リンクの拡大側面図である。 図３は、この発明による動力伝達チェーン用ピンとリンクとの圧入時の状態を概略的に示す図である。 図４は、この発明による動力伝達チェーン用ピンの他の実施形態の形状を概略的に示す図である。 図５は、この発明による動力伝達チェーン用ピンの製造方法の第１工程である引き抜き加工工程を模式的に示す図である。 図６は、この発明による動力伝達チェーン用ピンの製造方法の第２工程である切断工程を模式的に示す図である。 図７は、この発明による動力伝達チェーン用ピンの製造方法の第３工程である冷間鍛造工程を模式的に示す図である。 図８は、動力伝達チェーンがプーリに取り付けられた状態を示す正面図である。 図９は、無段変速機を示す斜視図である。
符号の説明
(1) 動力伝達チェーン
(11) リンク
(14) ピン
(34)(35) ガイド部

Claims (2)

  1. 動力伝達チェーンのチェーン幅方向に並ぶリンクに圧入される動力伝達チェーン用ピンであって、ピンの少なくとも一方の端部に、圧入を容易とするガイド部が設けられており、ガイド部が冷間鍛造によって形成されていることを特徴とする動力伝達チェーン用ピン。
  2. 動力伝達チェーンのチェーン幅方向に並ぶリンク同士を連結する動力伝達チェーン用ピンの製造方法であって、
    線材をその断面形状が略小判状となるように引き抜き加工する粗断面形状形成工程と、引き抜き加工された連続棒状部材を所定長さにかつその端面が軸方向に対して所定の角度となるように切断する端部粗形状形成工程と、所定長さに切断された棒状部材を冷間鍛造加工によって最終断面形状および最終端部形状とする最終形状形成工程とを含み、所定長さの棒状部材の端部を砥石で研削する研削工程を含んでいないことを特徴とする動力伝達チェーン用ピンの製造方法。
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