JP2018016830A - 作動媒体制御機構の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】三次元積層造形法を用いた場合における造形精度を確保しつつ、サポート部を確実に除去することができる作動媒体制御機構の製造方法を提供する。【解決手段】作動媒体制御機構１を三次元積層造形法によって一体的に造形する造形工程では、製品部１０の内部の中空部の上壁部を精度よく造形するためのサポート部２０が造形され、その造形の際に、サポート部２０には、製品部１０から除去されるための中空部に設けられた連通孔から排出可能に分割破断するための脆弱部が設けられる。この連通孔は、サポート部２０を分割破断するための流体を導入する連通孔１８と、流体と共にサポート部２０を排出する連通孔１９を備え、サポート部除去工程では、連通孔１８より加圧された流体を導入することで、サポート部２０が、製品部１０とサポート部２０とを分離するための脆弱部Ｘと、サポート部内部に設けられた脆弱部Ｙで分割破断して確実に除去できる。【選択図】図３

Description

本発明は、油圧アクチュエータ等への作動媒体の供給を制御するための作動媒体制御機構の製造方法に関し、流体制御技術の分野に属する。

一般に、車両に搭載される自動変速機は、変速機構を構成する複数の摩擦締結要素への締結用油圧の生成及び給排、変速機ケース内の各部への潤滑油の供給、並びに、トルクコンバータへのオイルの供給等を制御する油圧制御装置を備えている。

例えば特許文献１に開示されているように、従来の油圧制御装置は、アルミダイキャスト等の鋳造によりバルブボディを構成する複数層のバルブボディ構成部材を成形し、これらバルブボディ構成部材にソレノイドバルブやスプールバルブ等の制御バルブを組み付けた後、各バルブボディ構成部材を合わせ面間にセパレートプレートを挟んで積み重ね、これらをボルトで締結してユニット化することで製造される。

このとき、各層のバルブボディ構成部材には、成形時に、前記バルブが挿入される穴や、作動油の出入口や、これらを連通させる油路などが形成されるが、各層のバルブボディ構成部材を鋳造で成形する従来の製造方法では、型抜き時の制約等のために前記油路の取り回しが複雑化し、また、前記セパレートプレートや多数のボルトが必要となって部品点数が多くなり、その結果、油圧制御装置が大型化したり、重量が大きくなるなどの問題があった。

これに対しては、鋳造に代え、三次元積層造形法によってバルブボディを一体的に造形することが考えられる。その場合、三次元積層造形法として、ＣＡＤデータ等に基づき、金属等の粉末を薄く敷き詰めた粉末層にレーザを照射することによって該粉末層を部分的に溶融固化させ、この上に新たな粉末層を積層してレーザ照射による溶融固化を繰り返すことで、複数の層が積層一体化した三次元形状の造形物を製造する方法の利用が可能であり、この方法によれば、前記バルブ挿入穴や油路などの中空部を有し、内部構造が複雑なバルブボディを一体的に造形することができ、油圧制御装置の小型化や軽量化が期待できる。

特開２０１３−２５３６５３号公報

前記三次元積層造形法では、造形途中、すでに固化されて粉末内に埋まった状態となっている部分を確実に支持するため、製品部の造形と同時に、これを支える柱状や壁状等のサポート部を造形し、このサポート部により先に固化した部分を支えながら、後続の部分を順次積層造形する方法が用いられる。

また、前記バルブボディのように中空部を有する製品の造形に際しては、中空部の上壁部が水平方向に広い場合、この上壁部を精度よく造形することが困難となるので、製品を傾斜状に造形することがある。つまり、図７に示すように、積層方向は造形基板１３０から上方に向かう方向であり、バルブボディ１０１の断面積の大きな油路やバルブ挿入穴等の中空部の上壁部が水平方向に対して傾斜する姿勢で、製品部１１０及びサポート部１２０が造形される。

しかし、中空部の形状等によっては、製品を傾斜させて造形するだけでは中空部の上壁部を精度よく造形することが困難な場合があり、これに対しては、中空部の内部に前述のサポート部を造形し、該サポート部によって支持された状態で中空部の上壁部を造形することが考えられる。

その場合、サポート部は造形後に製品部から分離し、外部に排出することになるが、前記中空部内と外部とを連通させる連通部の通路面積が前記サポート部よりも小さいと、分離したサポート部を外部に排出することが困難となり、製品内に残ることになる。

その結果、例えば、前記自動変速機用のバルブボディにおいては、車載後に車両の振動や制御バルブの作動による振動等により、中空部に残ったサポート部の一部が細かく崩れて連通部から外部に排出され、バルブボディが収納されたオイルパンに貯留されている作動油に混入することが考えられる。このことは、油圧制御装置の作動不良の原因となり、変速ショックの増大等を引き起こす懸念がある。さらに、この作動油に混入したサポート部が、自動変速機の潤滑油供給のための油路等を詰まらせることで、変速機構の潤滑不良を引き起こし、焼き付きが発生する恐れもある。

そこで、本発明は、前記バルブボディ等の作動媒体制御機構を三次元積層造形法を用いて製造する方法として、造形精度を確保しつつ、前記サポート部を確実に除去することができる方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明に係る作動媒体制御機構の製造方法は、次のように構成したことを特徴とする。

まず、請求項１に記載の発明は、
作動媒体の給排制御に用いる作動媒体制御機構の製造方法であって、
周壁で囲まれた中空部と該中空部を外部に連通させる連通部とを備えた作動媒体制御機構を、前記中空部の上壁部を支えるサポート部を造形しながら三次元積層造形法によって造形する造形工程と、
前記造形工程の後、前記中空部内に造形されたサポート部を製品部から分離し、前記連通部から外部に排出するサポート部除去工程とを有し、
前記造形工程では、前記サポート部除去工程でサポート部を前記連通部から排出可能な大きさに分割破断するための脆弱部を設けることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の発明において、
前記造形工程では、前記サポート部を分割破断するための脆弱部は、前記製品部とサポート部とを分離するための脆弱部とは異なる部位に設けることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、
前記作動媒体制御機構は、前記サポート部除去工程において前記サポート部を製品部から分離すると共に分割破断するための流体を前記中空部に導入するための導入部を備え、
前記サポート部除去工程では、前記導入部から中空部に加圧された流体を導入することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、
前記サポート部除去工程では、前記流体として、研磨材を含むものを用いることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の発明において、
前記作動媒体は自動変速機用の作動油であり、
前記作動媒体制御機構は、前記自動変速機を制御するための油路及び制御バルブ挿入穴を備えたバルブボディであり、
前記作動媒体制御機構は、前記自動変速機に設けられた前記作動油の貯留部内に収納されることを特徴とする。

まず、請求項１に記載の発明に係る作動媒体制御機構の製造方法によれば、その造形工程では、三次元積層造形法により作動媒体制御機構と一体に中空部の上壁部を精度よく造形するためのサポート部が造形されるが、このサポート部には、前記中空部内と外部とを連通させる連通部から排出可能に分割破断するための脆弱部を設けている。これにより、サポート部除去工程において、前記サポート部は、製品部としての作動媒体制御機構から分離されると共に分割破断され、前記連通部の通路面積が小さい場合にも外部に排出可能となる。

例えば、自動変速機用のバルブボディにおいては、前記サポート部が中空部に残ると、車載後にその一部が崩れてオイルパンに貯留されている作動媒体に混入し、油圧制御装置の作動不良や変速機構の潤滑不良等を引き起こすことが考えられるが、このサポート部を分割破断して中空部から排出することで、以上のような不具合を防止することができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、前記サポート部を分割破断するための脆弱部は、製品部とサポート部とを分離するための脆弱部とは異なる部位に設けられるので、分割破断後の断片は、前記脆弱部を製品部とサポート部との間のみに設けた場合よりも小さな任意の大きさにすることが可能となる。これにより、前記作動媒体制御機構の中空部に造形されたサポート部をより確実に除去することができる。

またさらに、請求項３に記載の発明によれば、前記作動媒体制御機構の連通部に、サポート部を分割破断するための流体を導入するための導入部を設け、該導入部から加圧された流体を導入することで、前記サポート部を製品部から分離すると共に分割破断して外部に排出することができる。すなわち、作動媒体制御機構の外部からの機械的作業或いは手作業では除去できない部位のサポート部に関しても除去することが可能となる。

また、請求項４に記載の発明によれば、前記サポート部除去工程における除去流体が研磨材を含むことで、前記サポート部を除去しつつ、除去後の前記製品部と前記サポート部との分離部を研磨することができる。これにより、前記作動媒体制御機構の製造工程において、前記サポート部除去工程と同時に、前記作動媒体制御機構の中空部内や連通部内等の研磨工程を行うことが可能となり、中空部内面等の面精度の向上や製造工程の短縮が可能となる。

また、請求項５に記載の発明によれば、前記作動媒体制御機構が自動変速機のバルブボディの場合に、このバルブボディについて請求項１から請求項４に記載の発明による効果が得られ、車載後にサポート部の一部が崩れて貯留部内の作動油に混入することによる前述の不具合が防止される。また、三次元積層造形法によって造形されることで、従来のような鋳造の構成部材を積み重ねる構造に比べ、セパレートプレートやボルトが不要となり、バルブボディの小型化や軽量化が可能となる。

本発明の実施形態に係る作動媒体制御機構を示す斜視図である。 前記実施形態に係る作動媒体制御機構の製造方法を示す側面図である。 図２におけるＡ−Ａ断面の断面図である。 図３におけるサポート部の脆弱部を示す説明図である。 図３におけるＢ−Ｂ断面の拡大断面図である。 図３におけるＣ部の拡大図である。 三次元積層造形法による作動媒体制御機構の製造方法の一例を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態に係るバルブボディ１の製造方法について説明する。

図１に示すように、バルブボディ１は三次元積層造形法によって造形された単一部材で構成されており、車両に搭載される自動変速機やトルクコンバータに供給される油圧の制御に用いられ、オイルパンに収納された状態で変速機ケース（図示せず）に組み付けられる。

前記バルブボディ１には、中空部として、複数の油路１１…１１、これらの油路１１…１１に連絡された複数のバルブ挿入穴１２…１２、オイルポンプの作動油吸入油路１３及び吐出油路１４、変速機ケースの油路との連通孔１５…１５、変速機ケースへの取付用ボルト孔１６…１６等が設けられている。バルブ挿入穴１２…１２には、ソレノイドバルブやスプールバルブが組み付けられ、これらのバルブは、バルブボディ１の油路１１…１１などと共に油圧制御装置を構成している。

上述のように構成されたバルブボディ１は、以下の製造方法によって製造される。

図２に示すように、この実施形態では金属粉末を原料とし、３Ｄプリンタを用いる三次元積層造形法によって、前記油路１１…１１やバルブ挿入穴１２…１２等の中空部を含む全ての部分を一体的に積層造形する造形工程を行う。

ここで、この実施形態に係る三次元積層造形法では、ＣＡＤデータ等に基づき、金属粉末を薄く敷き詰めた粉末層にレーザを照射することによって該粉末層を部分的に溶融固化させ、この上に新たな粉末層を積層してレーザ照射による溶融固化を繰り返すことで、複数の層が積層一体化した三次元形状の造形物を製造する。

三次元積層造形法によるバルブボディ１の造形において、積層方向は上方に向かう方向であり、図２に示すように、この実施形態では、バルブボディ１は、特に断面積の大きな油路１３，１４やバルブ挿入穴１２等の中空部を精度よく造形するため、これらの中空部の上壁部が水平方向に対して傾斜する姿勢で造形される。

その場合、バルブボディ１となる製品部１０の所定部分の下方となる部位に、その部位の造形に先立ってサポート部２０が造形される。このサポート部２０は、製品部１０と同様、造形基板３０の上面、或いは先に造形された製品部１０の上面から一層ずつ上方に立ち上がるように積層され、前記サポート部２０として、前記造形基板３０の上面から立ち上がるサポート部２０ａと、製品部１０の上面から立ち上がるサポート部２０ｂとが造形される。

また、このサポート部２０は柱状や壁状に造形され、該サポート部２０の端部と製品部１０との連結部１０ａにはこれらを分離しやすくするための脆弱部Ｘが設けられている。

図３に示すように、バルブボディ１には、前述の油路１１…１１，１３，１４やバルブ挿入穴１２…１２等の中空部のほかに、これらの中空部の構成壁の間の余肉を抜いた部分（以下、「除肉部」という）が存在し、この除肉部１７として、バルブボディ１の外部に露出した外側除肉部１７ａと、バルブボディ１の中空部となる内側除肉部１７ｂとがある。図３の例では、所定の内側除肉部１７ｂの両端部に、この除肉部をバルブボディ１の外部に連通させるための連通孔１８，１９がそれぞれ設けられており、造形時に上壁面を支えるためのサポート部２０ｃが設けられている。ここで、外側除肉部１７ａのサポート部は、図２の製品部１０の上面から立ち上がるサポート部２０ｂとして造形される。

次に、図４を用いて、前記バルブボディ１の所定の中空部（内側除肉部）１７ｂに設けられたサポート部２０ｃについて、その構成を説明する。

前記サポート部２０ｃは、この実施形態では所定の厚みを持った菱形の断片２１を複数連結した壁状態２２や柱状態２３の構造で、それらが組み合わされて構成されている。具体的には、壁状態２２は、断片２１の上下の頂点２１ａ同士と左右の頂点２１ｂ同士が連結されることで形成され、柱状態２３は、断片２１の上下の頂点２１ａ同士が連結されることで形成される。

そして、前記壁状態２２は、一定の間隔で平行に複数配置され、前記柱状態２３は、平行に設けられた壁状態２２…２２の間に、その壁状態２２…２２に直行する方向で、壁状態２２…２２の対応する断片２１…２１の対角線の中央と、柱状態２３…２３の断片２１…２１の左右方向の頂点２１ｂ…２１ｂが当接するように複数連結されている。

また、この断片２１の頂点２１ａと製品部１０との連結部１０ａには脆弱部Ｘが設けられ、断片２１の上下方向の頂点２１ａ同士の連結部と、左右方向の頂点２１ｂ同士の連結部と、壁状態２２の断片２１の対角線の中央とそれに対応する柱状態２３の断片２１の左右方向の頂点２１ｂの連結部には、脆弱部Ｙが設けられている。

さらに、前記断片２１は、後述するサポート部除去工程において排出側となる連通孔１９を通過可能な大きさに造形されている。例えば、断片２１の最長寸法が、連通孔１９の通路面積よりも小さく造形されている。

以上の構成でバルブボディ１は、三次元積層造形法により造形される。

次に、本発明の実施形態に係るサポート部除去工程について説明する。

図３に示すように、サポート部除去工程では、サポート部２０ｃ…２０ｃを除去するため、前記バルブボディ１内に加圧された流体（例えば、水、油、気体等）を導入するための導入部として用いる連通孔１８と、除去されたサポート部２０ｃ…２０ｃと流体とが排出される排出部として用いる連通孔１９とを備えている。また、連通孔１８には、例えばねじ込み継ぎ手ａを介してパイプｂが接続される。

以上の構成で、サポート部２０を除去するサポート部除去工程を実施する。前記サポート部除去工程では、まず、例えばワイヤーカット等で造形基板３０から造形品を切り離し、外側のサポート部２０ａを手作業等で製品部１０から除去する。

次に、バルブボディ１の中空部１７ｂの一方の端部の前記導入部としての連通孔１８にねじ込み継ぎ手ａを介して、加圧エア供給パイプｂを接続し、前記中空部１７ｂ内に加圧エアを供給する。

これにより、図５及び図６に示すように、加圧エアの圧力でサポート部２０ｃ…２０ｃの脆弱部が断片２１…２１に分割破断される。ここで、サポート部２０ｃ…２０ｃは、サポート部２０ｃ…２０ｃと製品部１０との連結部１０ａ…１０ａに備えられている脆弱部Ｘ…Ｘで製品部１０から分離され、サポート部内に備えられている脆弱部Ｙ…Ｙによってサポート部自体が例えば菱形の断片２１…２１に細かく分割破断され、このサポート部の断片２１は連通孔１９の通路面積よりも細かく分割破断されるので、排出部として用いる連通孔１９から加圧エアと共に外部に排出される。

その結果、バルブボディ１の中空部１７ｂに造形されたサポート部２０ｃ…２０ｃが、除去されずに残留したまま車両に搭載され、振動によって一部が崩れ、オイルパンに貯留されている作動油に混入することを防止することができる。

なお、前記流体として、加圧エアに代えて液体の使用も可能であり、その際、研磨材（例えば、軟質なアメーバ状の高分子樹脂と炭化ケイ素、高分子樹脂と人工ダイヤ等）を含むものを用いることで、サポート部を除去しつつ、サポート部の除去後の製品部とサポート部との分離部を研磨することができる。これにより、作動媒体制御機構の製造工程において、サポート部除去工程と同時に、前記作動媒体制御機構の中空部内や連通部内等の研磨工程を行うことが可能となり、中空部内面等の面精度の向上や製造工程の短縮が可能となる。

また、上述の実施形態では、サポート部の断片の形状を菱形とし、連通孔の通路面積よりも小さいことを例示しているが、このサポート部は複数の断片を脆弱部で連結させて形成され、製品部との分離のための脆弱部と、サポート部自体を分割破断するための脆弱部を備え、その脆弱部で分割破断されて連通孔から排出できればよく、断片の最長の寸法が連通孔の通路面積よりも大きい場合でも、この連通孔から除去できる形状、例えば円柱形状で、その径が連通孔よりも小さく、長尺が連通孔よりも長い等のように連通孔を通過できればよい。したがって、サポート部の断片の形状は、実施形態の形状に限るものではない。

上述の実施形態におけるサポート部除去工程では、流体を用いたサポート部の除去方法を例示したが、これ以外にも流体を用いずに外部からの加熱や加振等によって、製品部とサポート部の連結部に備えられた脆弱部を分離させ、サポート部内に備えられた脆弱部を分割破断させることで、サポート部を除去することも可能である。

また、上述の実施形態では、中空部を除肉部で例示したが、サポート部が油路等の中空部に設けられている場合にも同様な製造方法が可能である。特に、本発明の方法でバルブ挿入穴や油路にサポート部が造形され、そのサポート部が除去される場合は、バルブ挿入穴や油路を精度よく形成することができる。これにより、例えばスプール用のバルブ挿入穴では、スプールの円滑な移動を実現可能であり、油路に適用する場合は、油路を通る作動油に対する抵抗を抑制することができる。

さらに、上述の実施形態では、三次元積層造形法で造形される製品部を傾斜させた姿勢で実施したが、製品部を傾斜させる必要がない場合であっても、三次元積層造形法でサポート部が製品部と一体的に造形され、その除去工程が必要な造形方法において本発明は有効である。

また、上述の実施形態では、作動媒体制御装置としてバルブボディを用いて説明したが、本発明は三次元積層造形法で造形されたサポート部を要する作動媒体制御装置の製造工程一般において適用可能である。

以上のように、本発明によれば、バルブボディを三次元積層造形法によって積層造形する際に、一体に造形するサポート部を除去でき、残留したサポート部が作動油に混入することを防止できるから、油圧制御装置を有する自動変速機及びこれを搭載した車両の製造産業分野において好適に利用される可能性がある。

１，１０１ バルブボディ（作動媒体制御機構）
１０，１１０ 製品部
１０ａ 連結部
１１ 油路
１２ バルブ挿入穴
１３ 作動油吸入油路
１４ 作動油吐出油路
１５ 変速機ケースの油路との連通孔
１６ ボルト孔
１７ 除肉部
１７ａ 外側除肉部
１７ｂ 内側除肉部
１８ 連通孔（導入部）
１９ 連通孔（排出部）
２０，１２０ サポート部
２０ａ 造形基板から立ち上がるサポート部
２０ｂ 製品部の上面から立ち上がるサポート部
２０ｃ 除肉部に設けられたサポート部
２１ 断片
２１ａ，２１ｂ 連結部
２２ 壁状態
２３ 柱状態
３０，１３０ 造形基板
ａ 継ぎ手
ｂ パイプ
Ｘ 脆弱部
Ｙ 脆弱部

Claims (5)

1. 作動媒体の給排制御に用いる作動媒体制御機構の製造方法であって、
   周壁で囲まれた中空部と該中空部を外部に連通させる連通部とを備えた作動媒体制御機構を、前記中空部の上壁部を支えるサポート部を造形しながら三次元積層造形法によって造形する造形工程と、
   前記造形工程の後、前記中空部内に造形されたサポート部を製品部から分離し、前記連通部から外部に排出するサポート部除去工程とを有し、
   前記造形工程では、前記サポート部除去工程でサポート部を前記連通部から排出可能な大きさに分割破断するための脆弱部を設けることを特徴とする作動媒体制御機構の製造方法。
2. 前記造形工程では、前記サポート部を分割破断するための脆弱部は、前記製品部とサポート部とを分離するための脆弱部とは異なる部位に設けることを特徴とする請求項１に記載の作動媒体制御機構の製造方法。
3. 前記作動媒体制御機構は、前記サポート部除去工程において前記サポート部を製品部から分離すると共に分割破断するための流体を前記中空部に導入するための導入部を備え、
   前記サポート部除去工程では、前記導入部から中空部に加圧された流体を導入することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の作動媒体制御機構の製造方法。
4. 前記サポート部除去工程では、前記流体として、研磨材を含むものを用いることを特徴とする請求項３に記載の作動媒体制御機構の製造方法。
5. 前記作動媒体は自動変速機用の作動油であり、
   前記作動媒体制御機構は、前記自動変速機を制御するための油路及び制御バルブ挿入穴を備えたバルブボディであり、
   前記作動媒体制御機構は、前記自動変速機に設けられた前記作動油の貯留部内に収納されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の作動媒体制御機構の製造方法。

Images