JP2018012123A - パーキングギヤ付きプーリシャフトの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】粗造形されたパーキングギヤ部２３でのバリの発生を防止する。【解決手段】パーキングギヤ部２３が一体に形成されたパーキングギヤ付き固定プーリ２の製造方法であって、棒状の素材４の熱間鍛造により、シャフト部２１とシーブ部２２とを有する固定プーリ２の主要部を造形する第１工程（ステップＳ１０１、ステップＳ１０２）と、第１工程で得られた中間素材４Ｂの熱間鍛造により、シーブ部２２の裏側にパーキングギヤ部２３を粗造形する第２工程（ステップＳ１０３）と、第２工程で得られた中間素材４Ｃの冷間鍛造により、パーキングギヤ部２３を造形する第３工程（ステップＳ１０４）と、を有し、第２工程で使用する第３鍛造金型７は、第１工程で使用する金型（第１鍛造金型５、第２鍛造金型６）よりも軟化温度が高い材料で形成したものである構成とした。【選択図】図２

Description

本発明は、パーキングギヤ付きプーリシャフトの製造方法に関する。

特許文献１には、パーキングギヤ付プーリシャフトの製造方法であって、棒状素材の熱間鍛造により、シャフト部とプーリ部とを有するプーリシャフトの主要部の造形と、パーキングギヤ部の粗造形を行ったのち、冷間鍛造により、パーキングギヤ部を造形することが開示されている。

特開２０１２−１７９６３４号公報

しかし、この製造方法でパーキングギヤ付プーリシャフトを製造すると、パーキングギヤ部にバリが発生することがある。
このバリが脱落して自動変速機のオイルに混ざってしまうと、自動変速機の動作に不都合を生じる可能性もあるので、パーキングギヤ付プーリシャフトを製造する際に、バリが生じないようにすることが求められている。

本発明は、
パーキングギヤが一体に形成されたパーキングギヤ付きプーリシャフトの製造方法であって、
棒状素材の熱間鍛造により、シャフト部とプーリ部とを有するプーリシャフトの主要部を造形する第１工程と、
前記第１工程で得られた素材の熱間鍛造により、前記プーリ部の裏側にパーキングギヤ部を粗造形する第２工程と、
前記第２工程で得られた素材の冷間鍛造により、前記パーキングギヤ部を造形する第３工程と、を有し、
前記第２工程で使用する金型は、前記第１工程で使用する金型よりも軟化温度が高い材料で形成した構成とした。

本願発明者は、パーキングギヤ部におけるバリの発生傾向を確認したところ、パーキングギヤ部の歯溝部と歯部との境界にバリが発生しやすいことに気付き、歯溝部と歯部との境界にバリが発生する原因を鋭意検討したところ、パーキングギヤ部の粗造形に用いる金型の劣化が影響していることを突き止めた。
そして、金型が劣化する原因を鋭意検討したところ、パーキングギヤ部を粗造形する際に金型における素材に挿入される部位が、熱間鍛造による高熱と、素材への挿入に伴って作用する圧縮熱とで、他の部位よりも高温となって軟化すること、
金型における素材に挿入される部位に、軟化による変形が生じて、バリの発生を引き起こすこと、を突き止めた。
そこで、上記のように、パーキングギヤ部の粗造形に用いる金型を、プーリシャフトの主要部の造形に用いる金型よりも軟化温度が高い材料で形成したところ、金型における素材に挿入される部位の変形が防止されて、バリの発生を抑えることができた。

パーキングギヤ付きの固定プーリを説明する図である。 パーキングギヤ付きの固定プーリの製造過程のフローチャートである。 パーキングギヤ付きの固定プーリを製造する過程を説明する図である。 パーキングギヤの粗造形に用いられる金型を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態を、パーキングギヤ付きの固定プーリ２（プーリシャフト）を例に挙げて説明する。
図１は、パーキングギヤ付きの固定プーリ２を説明する図であり、（ａ）は、パーキングギヤ付きの固定プーリ２を、当該固定プーリ２に組み付けられた可動プーリ３と共に示した断面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。

図１に示すように、ベルト式の無段変速機のプーリ１は、パーキングギヤ付き固定プーリ２を有しており、この固定プーリ２は、軸線Ｘ方向に延びるシャフト部２１と、シャフト部２１の外周から径方向外側に延びるシーブ部２２と、パーキングギヤ部２３と、を有している。

固定プーリ２のシャフト部２１では、円筒状の基部３１をシャフト部２１に外挿した可動プーリ３が、シャフト部２１の中心軸（軸線Ｘ）方向に移動可能に設けられており、この可動プーリ３は、基部３１の外周から径方向外側に延びるシーブ部３２を有している。
可動プーリ３のシーブ部３２と、固定プーリ２のシーブ部２２の互いの対向面は、それぞれ軸線Ｘに対して所定角度傾斜したシーブ面２２ａ、３２ａとなっており、これらシーブ面２２ａ、３２ａの間に、無段変速機の図示しないベルトが巻き掛けられるようになっている。

固定プーリ２のシーブ部２２では、軸線Ｘ方向におけるシーブ面２２ａとは反対側に、パーキングギヤ部２３が設けられており、このパーキングギヤ部２３は、シャフト部２１およびシーブ部２２と一体に形成されている。

図１の（ｂ）に示すように、パーキングギヤ部２３は、軸線Ｘ方向から見てリング状を成す基部２３１を有しており、この基部２３１の外周には、図示しないパーキングポールが係脱する歯溝部２３２が形成されている。

基部２３１において歯溝部２３２は、軸線Ｘ回りの周方向に所定間隔で複数設けられており、周方向で隣接する歯溝部２３２、２３２の間が、歯部２３３となっている。
実施の形態では、歯部２３３の軸線Ｘ周りの周方向の長さＬ１のほうが、歯溝部２３２の軸線Ｘ周りの周方向の長さＬ２よりも長くなっている（Ｌ１＞Ｌ２）。

基部２３１の内径側には、シャフト部２１の一端２１ａ側の外周を所定間隔で囲む肉抜溝２４が、軸線Ｘ方向から見てリング状に形成されている。

以下、パーキングギヤ付きの固定プーリ２の製造過程を説明する。
図２は、固定プーリ２の製造過程を説明するフローチャートである。
図３は、素材４（棒状素材）からパーキングギヤ付きの固定プーリ２を製造する過程を説明する図であり、素材４からパーキングギヤ部２３を有する固定プーリ２が形成されるまでの間での形状変化を説明する図である。

実施の形態にかかるパーキングギヤ付きの固定プーリ２は、円柱状の素材４（棒状素材）から熱間鍛造と冷間鍛造を経て製造されるようになっている。
図２に示すように固定プーリ２は、
（１）素材４の熱間鍛造により、シャフト部２１とシーブ部２２とを有する固定プーリ２の主要部を粗造形する工程（ステップＳ１０１）と、
（２）第１工程で得られた中間素材４Ａの熱間鍛造により、固定プーリ２のシャフト部２１とシーブ部２２を造形する工程（ステップＳ１０２）と、
（３）第２工程で得られた中間素材４Ｂの熱間鍛造により、シーブ部２２の裏側にパーキングギヤ部２３を粗造形する工程（ステップＳ１０３）と、
（４）第３工程で得られた中間素材４Ｃの冷間鍛造により、パーキングギヤ部２３を造形する工程（ステップＳ１０４）と、を経て、製造される。

ここで、本明細書における用語「造形」は、鍛造により最終的に形成される部位が、厳密な形状で形成されることを意味し、「粗造形」は、鍛造により最終的に形成される部位が、大まかな形状で形成されることを意味している。

図３に示すように、素材４は、円柱形状を成す棒状の鋼材であり、自動変速機の構成部品の作製に用いられる一般的な材料で形成されている。
ステップＳ１０１では、同軸（軸線Ｘ）上で対向配置された可動型５１と固定型５２とから構成される第１鍛造金型５を用いて、素材４に対する熱間鍛造が実施される。
これにより、最終的にシャフト部２１、シーブ部２２、そしてパーキングギヤ部２３となる領域（固定プーリ２の主要部）が粗造形された中間素材４Ａが形成される（図３の（ｂ）参照）。
なお、第１鍛造金型５は、耐摩耗性のある材料、例えばハイス鋼で形成されている。

ステップＳ１０２では、同軸（軸線Ｘ）上で対向配置された可動型６１と固定型６２とから構成される第２鍛造金型６を用いて、中間素材４Ａに対する熱間鍛造が実施される。
これにより、シャフト部２１とシーブ部２２とが最終的な形状で造形された中間素材４Ｂが形成される（図３の（ｃ）参照）。
なお、第２鍛造金型６は、耐摩耗性のある材料、例えばハイス鋼で形成されている。

ステップＳ１０３では、同軸（軸線Ｘ）上で対向配置された可動型７１と固定型７２とから構成される第３鍛造金型７を用いて、中間素材４Ｂに対する熱間鍛造が実施される。
これにより、パーキングギヤ部２３が、粗造形された中間素材４Ｃが形成される（図３の（ｄ）参照）。

ステップＳ１０４では、焼きなまし後の中間素材４Ｃに対するしごき加工（冷間鍛造）が行われて、最終的な形状で造形されたパーキングギヤ部２３を有する固定プーリ２が形成される（図３の（ｅ）参照）。

図４は、パーキングギヤ部２３の粗造形に用いられる第３鍛造金型７（可動型７１）の要部を説明する図である。図４の（ａ）は、図３の（ｄ）におけるＡ−Ａ断面図であり、図４の（ｂ）は、パーキングギヤ部２３を粗造形する過程で、可動型７１の突起７１１が中間素材４Ｂの被加工領域２３０に挿入される様子を説明する図であり、（ｃ）は、（ａ）における領域Ｂの拡大図である。

ここで、被加工領域２３０とは、最終的にパーキングギヤ部２３となる領域（図３の（ｃ）参照）を意味している。
なお、図４の（ａ）は、可動型７１を固定型７２側から見た図に相当する。
図４の（ｂ）は、可動型７１を固定型７２とは反対側の上方から見た斜視図であって、（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿って可動型７１を切断した断面を基本として、可動型７１のリング状の突起７３０の図示を省略して、可動型７１２の突起７１１が設けられた溝７１０周りと、中間素材４Ｂの被加工領域２３０のみを示している。

図４の（ａ）に示すように、この第３工程で用いる可動型７１では、固定型７２との対向面７２ａに、パーキングギヤ部２３の基部２３１および歯部２３３（図１の（ｂ）参照）の形状に対応するリング状の溝７１０と、固定プーリ２のシャフト部２１の一端２１ａ側が挿入される挿入穴７２０と、が開口している。

溝７１０の外径側の内周面７１０ａには、パーキングギヤ部２３の歯溝部２３２の形状に対応する突起７１１が、軸線Ｘ周りの周方向に所定間隔で複数設けられている。

前記したステップＳ１０３では、ステップＳ１０２で得られた中間素材４Ｂにおける被加工領域２３０に、可動型７１側の突起７１１が軸線Ｘ方向から挿入されて、パーキングギヤ部２３の歯溝部２３２となる領域２３２’を粗造形すると共に、突起７１１により周方向に押し出された中間素材４Ｂの肉で、パーキングギヤ部２３の歯部２３３となる領域２３３’が密に形成される（図４の（ｂ）参照）。

前記したように、本願発明者は、熱間鍛造により形成されるパーキングギヤ部２３の歯溝部２３２と歯部２３３との境界にバリが発生する原因を鋭意検討したところ、パーキングギヤ部２３の粗造形に用いる第３鍛造金型７、すなわち、前記したステップＳ１０３で用いられる第３鍛造金型７の劣化が影響していることを突き止めた。
そして、金型が劣化する原因を鋭意検討したところ、パーキングギヤ部２３を粗造形する際に可動型７１における素材に挿入される部位（突起７１１）が、熱間鍛造による高熱と、中間素材４Ｂへの挿入に伴って作用する圧縮熱とで、他の部位よりも高温となって軟化することが原因であることを突き止めた。

すなわち、可動型７１側において突起７１１が、リング状の溝７１０の内周面７１０ａから突出しており、突起７１１が中間素材４Ｂに挿入される過程で、突起７１１の内周面７１１ａと、周方向における両側面７１１ｂ、７１１ｂに、中間素材４Ｂからの反力（図４の（ｃ）、矢印参照）が作用するため、突起７１１が、他の部位よりも大きく圧縮されて、他の部位よりも高温になることを突き止めた。

そして、シミュレーションなどによる分析の結果、パーキングギヤ部２３を粗造形する際に可動型７１の突起７１１に作用する圧縮熱は、熱間鍛造用の金型の一般的な構成素材であるハイス鋼の軟化温度（約７００℃）よりも高い温度であることを確認した。
そのため、第３鍛造金型７（可動型７１、固定型７２）をハイス鋼で形成すると、パーキングギヤ部を粗造形する際の圧縮熱で、第３鍛造金型７の少なくとも可動型７１の突起７１１周りが軟化して、摩耗が生じてしまうことを突き止めた。

そこで、実施の形態では、第３鍛造金型７（可動型７１、固定型７２）を、第１鍛造金型５や第２鍛造金型６よりも軟化温度が高い材料で形成しており、熱間鍛造による高熱とパーキングギヤ部２３を粗造形する際の圧縮熱で、第３鍛造金型７（可動型７１、固定型７２）が軟化温度以上に加熱されないようにしている。
これにより、第３鍛造金型７（可動型７１、固定型７２）の軟化による摩耗と、摩耗に起因する第３鍛造金型７（可動型７１、固定型７２）の劣化を防ぐことで、鍛造時のバリの発生を抑制している。

ここで、圧縮熱が作用するのは、可動型７１のほうであるので、第３鍛造金型７を構成する可動型７１と固定型７２とのうちの少なくとも可動型７１を、第１鍛造金型５や第２鍛造金型６よりも軟化温度が高い材料で形成しておくことが好ましい。

さらに、パーキングギヤ部２３を粗造形する際に最も大きな圧力が作用するのは、リング状の溝７１０内に突出する突起７１１であるので、少なくともこの突起７１１を、第１鍛造金型５や第２鍛造金型６よりも軟化温度が高い材料で形成しておくことが好ましい。
なお、この場合には、突起７１１の全体を、第１鍛造金型５や第２鍛造金型６よりも軟化温度が高い材料で形成する必要は無く、中間素材４Ｂの被加工領域２３０に直接接触する領域、すなわち、突起７１１の内周面７１１ａと、周方向における両側面７１１ｂ、７１１ｂと、固定型７２との対向面７１１ｃの表面側の領域が、少なくとも第１鍛造金型５や第２鍛造金型６よりも軟化温度が高い材料で形成されていれば良い（図４の（ｂ）参照）。

さらに、突起７１１が中間素材４Ｂの被加工領域２３０に挿入される過程では、可動型７１における溝７１０の内周面７１０ａや、リング状突起７３０の外周面７３０ａにも、中間素材４Ｂからの応力が作用するので、これら内周面７１０ａや外周面７３０ａの少なくとも表面側の領域に、第１鍛造金型５や第２鍛造金型６よりも軟化温度が高い材料で形成しておくことが好ましい。

このように、実施の形態では、第３鍛造金型７における少なくとも可動型７１を、第１鍛造金型５や第２鍛造金型６よりも軟化温度が高い材料で形成したことで、パーキングギヤ部２３の歯溝部２３２と歯部２３３の造形に関わる部位（突起７１１周り）の軟化による可動型７１の劣化を防止している。
これにより、第３鍛造金型７で粗造形されたパーキングギヤ部２３における歯溝部２３２と歯部２３３との境界での肉残りやバリの発生を好適に抑制できる。

以上の通り、実施の形態では
（１）パーキングギヤ部２３が一体に形成されたパーキングギヤ付き固定プーリ２（プーリシャフト）の製造方法であって、
棒状の素材４の熱間鍛造により、シャフト部２１とシーブ部２２とを有する固定プーリ２の主要部を造形する第１工程（ステップＳ１０１、ステップＳ１０２）と、
第１工程で得られた中間素材４Ｂの熱間鍛造により、シーブ部２２の裏側にパーキングギヤ部２３を粗造形する第２工程（ステップＳ１０３）と、
第２工程で得られた中間素材４Ｃの冷間鍛造により、パーキングギヤ部２３を造形する第３工程（ステップＳ１０４）と、を有し、
第２工程で使用する第３鍛造金型７は、第１工程で使用する金型（第１鍛造金型５、第２鍛造金型６）よりも軟化温度が高い材料で形成したものである構成とした。

このように構成すると、パーキングギヤ部２３を粗造形する際に第３鍛造金型７における素材に挿入される部位（突起７１１）が、熱間鍛造による高熱と、中間素材４Ｂへの挿入に伴って作用する圧縮熱とで、他の部位よりも高温となって軟化することを好適に防止できるので、軟化に起因する第３鍛造金型７の劣化に起因して、粗造形されたパーキングギヤ部２３における歯溝部２３２と歯部２３３との境界での肉残りやバリが発生することを好適に防止できる。

（２）第２工程（ステップＳ１０３）で使用する第３鍛造金型７は、
固定プーリ２の中心軸（軸線Ｘ）方向にストロークする可動型７１（インサート金型）と、
軸線Ｘ上で、可動型７１に対向配置された固定型７２と、から構成されており、
第２工程では、可動型７１における中間素材４Ｂの被加工領域２３０に挿入された部位（突起７１１）で、パーキングギヤ部２３の歯溝部２３２を粗造形しており、
少なくとも可動型７１が、前記第１工程で使用する金型（第１鍛造金型５、第２鍛造金型６）よりも軟化温度が高い材料で形成したものである構成とした。

このように構成すると、パーキングギヤ部２３を粗造形する際に第３鍛造金型７における素材に挿入される部位（突起７１１）を持つ可動型７１が、熱間鍛造による高熱と、中間素材４Ｂへの挿入に伴って作用する圧縮熱とでも高温となって軟化することを好適に防止できる。
これにより、可動型７１の軟化に起因する劣化が防止されて、粗造形されたパーキングギヤ部２３における歯溝部２３２と歯部２３３との境界での肉残りやバリが発生することを好適に防止できる。

（３）可動型７１では、パーキングギヤ部２３の造形に関わる領域（突起７１１、溝７１０、リング状突起７３０）が、少なくとも第１工程で使用する金型（第１鍛造金型５、第２鍛造金型６）よりも軟化温度が高い材料で形成されている構成とした。

このように構成すると、パーキングギヤ部２３を粗造形する際に、第３鍛造金型７におけるパーキングギヤ部２３の造形に関わる領域（突起７１１、溝７１０、リング状突起７３０）が、熱間鍛造による高熱と、中間素材４Ｂへの挿入に伴って作用する圧縮熱で高温となって軟化することを好適に防止できる。

（４）可動型７１のパーキングギヤ部２３の造形に関わる領域では、パーキングギヤ部２３の外形を規定するリング状の溝７１０（凹部）が、固定型７２との対向面７１ａに開口して形成されており、
リング状の溝７１０部の内周７１０ａには、中間素材４Ｂにおける最終的にパーキングギヤ部２３となる領域２３０に挿入されて歯溝部２３２となる領域２３２’を粗造形する突起７１１（挿入部）が、軸線Ｘ周りの周方向に所定間隔で複数設けられており、
突起７１１が、少なくとも第１工程で使用する金型（第１鍛造金型５、第２鍛造金型６）よりも軟化温度が高い材料で形成されている構成とした。

このように構成すると、パーキングギヤ部２３の歯溝部２３２と歯部２３３の造形に直接関わる部分（突起７１１）の軟化を防ぐことができるので、粗造形されたパーキングギヤ部２３における歯溝部２３２と歯部２３３との境界での肉残りやバリが発生することをより確実に防止できる。

１ プーリ
２ 固定プーリ
２１ シャフト部
２２ シーブ部
２３ パーキングギヤ部
２３０ 領域
２３１ 基部
２３２ 歯溝部
２３２’ 領域
２３３ 歯部
２３３’ 領域
２４ 肉抜溝
３ 可動プーリ
３１ 基部
３２ シーブ部
４ 素材
４Ａ〜４Ｃ 中間素材
５ 第１鍛造金型
５１ 可動型
５２ 固定型
６ 第２鍛造金型
６１ 可動型
６２ 固定型
７ 第３鍛造金型
７１ 可動型
７１ａ 対向面
７１０ 溝
７１０ａ 内周面
７１１ 突起
７１１ａ 内周面
７１１ｂ 両側面
７１１ｃ 対向面
７２ 固定型
７２０ 挿入穴
７３０ リング状突起
７３０ａ 外周面
Ｘ 軸線

Claims (4)

1. パーキングギヤが一体に形成されたパーキングギヤ付きプーリシャフトの製造方法であって、
   棒状素材の熱間鍛造により、シャフト部とプーリ部とを有するプーリシャフトの主要部を造形する第１工程と、
   前記第１工程で得られた素材の熱間鍛造により、前記プーリ部の裏側にパーキングギヤ部を粗造形するパーキングギヤ部粗造形工程と、
   前記第２工程で得られた素材の冷間鍛造により、前記パーキングギヤ部を造形する第３工程と、を有し、
   前記第２工程で使用する金型は、前記第１工程で使用する金型よりも軟化温度が高い材料で形成したものであることを特徴とするパーキングギヤ付きプーリシャフトの製造方法。
2. 前記第２工程で使用する金型は、
   前記プーリシャフトの中心軸方向にストロークするインサート金型と、
   前記中心軸上で、前記インサート金型に対向配置された固定型と、から構成されており、
   前記第２工程では、前記インサート金型の前記第１工程で得られた素材に挿入された領域で、前記パーキングギヤの歯溝部を粗造形しており、
   少なくとも前記インサート金型が、前記第１工程で使用する金型よりも軟化温度が高い材料で形成したものであることを特徴とする請求項１に記載のパーキングギヤ付きプーリシャフトの製造方法。
3. 前記インサート金型では、前記パーキングギヤ部の造形に関わる領域が、少なくとも前記第１工程で使用する金型よりも軟化温度が高い材料で形成されていることを特徴とする請求項２に記載のパーキングギヤ付きプーリシャフトの製造方法。
4. 前記インサート金型の前記パーキングギヤ部の造形に関わる領域では、前記パーキングギヤ部の外形を規定するリング状の凹部が、前記固定型との対向面に開口して形成されており、
   前記リング状の凹部の内周には、前記第１工程で得られた素材に挿入されて前記歯溝部を造形する挿入部が、周方向に所定間隔で複数設けられており、
   前記挿入部が、少なくとも前記第１工程で使用する金型よりも軟化温度が高い材料で形成されていることを特徴とする請求項３に記載のパーキングギヤ付きプーリシャフトの製造方法。

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