JP4127229B2 - 焼入れ部材及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は表面焼き入れされた成形部材及びその製造方法に関する。

成形部材に表面焼入れ処理を施した場合、それまでに冷間加工などによって生じている残留応力、焼入れの際の温度変化や成形部材の各部分の温度差による熱応力、あるいは、材料の変態による変態応力などが重なり合って、成形部材に焼入れ変形、すなわち歪みを生ずることが知られている。

これらの歪みは、焼入れ処理後に圧印などの適当な方法で矯正されることがあるが、歪みの程度によっては、焼入れ処理によって形成された表面硬化層に割れを生じるおそれがあるため高い精度で矯正することができない場合がある。

例えば、自動車の自動変速機などの遊星歯車装置のキャリアにおいては、キャリアプレートとこれに対向するフランジとは、高い平行精度が要求されるものであり、この平行精度が低いと歯車の噛み合いズレを招き、耐久性悪化やギヤノイズの増大に繋がるという問題を生じる。

キャリアプレートのピニオンギヤ受け面、ピニオンシャフト受け面およびスプライン部にはＨｖ５００以上の硬度が必要であるために、プレス成形後にガス軟窒化処理（焼入れ処理）を施して部材の全表面に表面硬化層を形成している。このため、焼入れによる歪みが発生し、キャリアプレートとフランジとの平行精度が低下するために焼入れ後に圧印（コイニング）などの矯正を行っている。しかし、表面硬化層は延性が極めて低く、矯正による割れを生じる危険性があるために大きな矯正を施すことができなかった。また、焼入れにより発生した歪みを研磨加工などで修正する方法もあるが、研磨加工により表面硬化層が除去されてしまうおそれがあるとともに、コスト上昇を招くという問題もあり現実的ではなかった。このため、遊星歯車装置の耐久性や静粛性に問題を残しており、容易に矯正できる焼入れ成形部材が望まれていた。

本発明は上述の問題に鑑みてなされたもので、焼入れ処理により生じた歪みをコストの増加を抑えて効果的に矯正できる焼入れ部材とその製造方法とを提供することを目的とする。

発明者は、連続した屈曲部を有する成形部材の表面焼入れ処理により発生する歪みは、屈曲部の角度の変化に大きく現れるが、屈曲部には表面硬化層が不要であることに着目し、鋭意研究を重ねて本発明を完成したものである。

すなわち、本発明の焼入れ部材は、連続する屈曲部を有する表面焼入れ処理された焼入れ部材であって、その連続する屈曲部は平坦部とこの平坦部から突出した凸部との境界部であり、平坦部と凸部とは焼入れ処理による表面硬化層を有し、この境界部は焼入れ処理による表面硬化層を有しないことを特徴とする。

連続した屈曲部に高い表面硬度を必要としない本発明の成形部材においては、連続した屈曲部に表面硬化層を有しないので、この屈曲部は容易に塑性変形することができる。従って、焼入れ処理によって生じた歪みを所望の精度を得るように容易に矯正することができる。

平坦部と凸部とを有する成形部材にあっては、焼入れ処理により発生する歪みは、凸部に対する平坦部の傾きとして生じることが多い。本発明の焼入れ部材は、平坦部と凸部との境界部に表面硬化層を有していないので、発生した傾きを精度よく矯正することができる。

本発明の焼入れ部材は、遊星歯車装置のキャリアであることが望ましい。

上記の焼入れ部材によって遊星歯車装置のキャリアを製造することにより、キャリアプレートに生じた焼入れ歪みを高精度に矯正することができるので、キャリアのキャリアプレートとフランジとの平行度を高かめることができ、遊星歯車装置の耐久性や静粛性を大幅に向上させることができる。

本発明の焼入れ部材の製造方法は、連続する屈曲部を有する表面焼入れされた焼入れ部材の製造方法であって、連続する屈曲部を有する部材を成形する成形工程と、成形された部材に屈曲部を除いて焼入れ処理を施す焼入れ工程と、焼入れ工程で生じた歪みを矯正する矯正工程とを有することを特徴とする。

すなわち、従来の製造工程を大幅に変更することなく所望の焼入れ部材を得る製造方法とすることができる。

ここで、焼入れ工程は屈曲部に防窒化材を塗布するガス軟窒化処理工程であることが望ましい。

屈曲部に防窒化材を塗布することにより、屈曲部には表面硬化層が形成されないない。従って、連続する屈曲部を塑性変形可能な状態で維持することができる。

また、本発明の焼入れ部材の製造方法は、連続する屈曲部を有する表面焼入れされた焼入れ部材の製造方法であって、連続する屈曲部を有する部材を成形する成形工程と、成形された部材に焼入れ処理を施す焼入れ工程と、焼入れされた部材の屈曲部の表面硬化層を除去する硬化層除去工程と、焼入れ工程で生じた歪みを矯正する矯正工程とを有することを特徴とする。

すなわち、成形工程と焼入れ工程とは従来と同様に行い、焼入れ処理後に塑性変形を必要とする屈曲部の表面硬化層を切削または研削などによって除去する方法である。この方法によっても上記と同様の効果を得ることができる。

本発明を以下の実施例によってさらに詳しく説明する。実施例として自動変速機の遊星歯車装置におけるキャリアを製造した。キャリアは、キャリアプレートフランジとから構成されるが、ここでは、キャリアプレートの製造方法について説明する。

まず、厚さ４．５ｍｍの鋼板（ＳＰＨ３７０）を用いて図１、２に示すキャリアプレート１をプレス成形した。図１は形成したキャリアプレート１の正面概要図であり、図２は、図１のＸ−Ｏ−Ｘ断面の断面概要図である。

キャリアプレート１は、円盤状のプレート部２と、このプレート部２から突出し回転軸（図示しない）に係合する凸部（以後、ボス部という）３と、プレート部２の外周からボス部３の軸線Ｈとほぼ平行してフランジ（図示しない）へ突設された複数（実施例では４本）の脚部４とが一体的にプレス成形されている。ボス部３の外周部にはスプライン加工３’が施されており所定の回転軸と嵌合するようになっている。プレート部２の４本の脚部４の間には、ピニオン軸（図示しない）と嵌合しピニオンを回転自在に支持する支持穴５が穿設されており、また、ピニオンをキャリア内に挿入するとともに、このピニオンの歯先をリングギヤ（図示しない）と噛合させるための開口部６が形成されている。

次に、この様に形成されたキャリアプレート１のプレート部２とボス部３との境界部分、つまり、ボス部３の根本付近７の全周に亘って両面に防窒化材を所定量塗布した。なお、防窒化材に換えてニッケルメッキ、あるいは銅メッキなどを施してもよい。

続いて、この部分的に防窒化材を塗布したキャリアプレート１に通常の方法でガス軟窒化処理を施し、防窒化材を塗布した部分を除いた全表面に表面硬化層を形成した。焼入れ処理後のキャリアプレート１には、図３の断面に示すように焼入れ歪みが発生していた。歪みは、主としてピニオンの支持穴５を穿設した平坦部８に発生しており、平坦部８が波打つ凹凸歪み９と、平坦部８全体が基準面１０に対して傾斜する傾き１１との２種類の歪みであった。

歪みの発生した焼入れ後のキャリアプレート１を圧印して歪みを矯正した。圧印は、従来の方法によった。この矯正工程では、表面硬化層が形成されている凹凸歪み９は矯正することはできなかった。しかし、ボス部３の根本付近７には焼入れ処理が施されていないので、この部分では塑性変形することが可能であり、図４に示すように平坦部８の傾き１１を基準面１０と平行になるように大きく矯正することができた。このように、本発明によれば、精度の高い矯正が可能であった。

次に、キャリアプレート１の各製造工程による凹凸歪み９と傾き１１の変化を振れ精度として測定した。測定方法は以下の通りである。

キャリアプレートのプレート部にダイアルゲージを押接してキャリアプレートを回転させる。プレート部の半径方向に所定箇所測定し得られた測定値の最大値と最小値との差を振れ精度とした。結果を図５に示した。

振れ精度は、キャリアプレートのプレス成形後、つまり焼入れ前では全体で３５μｍであり、このうち凹凸歪みが２５μｍであり、傾きは１０μｍであった。次に焼入れ処理を施すと、凹凸歪みは、３０μｍとやや増加した程度であるが、傾きは５０μｍと、焼入れ処理前の５倍となった。全体の振れ精度は８０μｍで焼入れ処理前の２倍以上となった。この状態のキャリアプレートに圧印（コイニング）により矯正を施すと、平坦部は表面硬化しているために凹凸歪みは３０μｍと変化しないが、傾きは１５μｍと大きく改善された。ボス部の根本付近は焼入れ処理が施されていないので、割れを発生することなく塑性変形させて矯正することができた。

従来技術においては、矯正によりボス部の根本付近に割れが発生するため、振れ精度は数μｍ程度しか改善することができなかった。しかし、本発明によれば、従来技術と同様の方法で矯正を施すことにより、振れ精度を約３５μｍ改善することができた。

以上のように焼入れ後の歪みを矯正工程により改善することで、遊星歯車装置の耐久性と静粛性とを大幅に向上させることができる。

なお、本発明は上記の実施例に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において変更してもよい。

例えば、実施例では、ボス部の根本付近に防窒化材を塗布して窒化処理後のこの部分の塑性変形を可能としたが、まず、成形部材全体に焼入れ処理を施してから必要部分の焼入れ硬化層を除去してもよい。一般的に窒化処理は、表層の０．３〜０．６ｍｍ程度を硬化させる表面硬化処理であるので、超硬バイトなどによる切削あるいは砥石などによる研削で表面硬化層を除去することができる。焼入れ工程と矯正工程との間にこのような硬化層除去工程を設けることにより実施例と同様の作用と効果とを得ることができる。

また、前記の実施例では、焼入れ部材の材料として熱延鋼板（ＳＰＨ３７０）を用いたが、本発明の成形部材の材料は表面硬化層を形成する材料であれば良く、要求される強度や成形性などを考慮して、炭素鋼やクロム鋼なども好適に用いることができる。

本発明の焼入れ部材とその製造方法は、少なくとも平面から突出した凸部を有する焼入れ成形部材について広範に適用することができる。

自動車の部材としては、自動変速装置のキャリア、ハブ、ドラムなどには好適に用いることができ、精度のよい部材を得ることができる。

本発明の実施例のキャリアプレートの正面概要図である。 図１のＸ−Ｏ−Ｘ断面の概要図である。 焼入れ後の歪み発生状態を説明する実施例の断面模式図である。 矯正後の歪み状態を説明する実施例の断面模式図である。 実施例の各製造工程後の振れ精度を比較して示す棒グラフである。

符号の説明

１：キャリアプレート ２：プレート部 ３：凸部（ボス部） ４：脚部 ５：支持穴 ６：開口部 ７：根本付近（未焼入れ部） ９：凹凸歪み １１：傾き

Claims (5)

1. 連続する屈曲部を有する表面焼入れ処理された焼入れ部材であって、
   前記連続する屈曲部は平坦部と該平坦部から突出した凸部との境界部であり、
   前記平坦部と前記凸部とは焼入れ処理による表面硬化層を有し、前記境界部は焼入れ処理による表面硬化層を有しないことを特徴とする焼入れ部材。
2. 前記焼き入れ部材は、遊星歯車装置のキャリアである請求項１に記載の焼入れ部材。
3. 連続する屈曲部を有する表面焼入れされた焼入れ部材の製造方法であって、
   前記連続する屈曲部を有する部材を成形する成形工程と、
   前記成形された部材に前記屈曲部を除いて焼入れ処理を施す焼入れ工程と、
   前記焼入れ工程で生じた歪みを矯正する矯正工程と、
   を有することを特徴とする焼入れ部材の製造方法。
4. 前記焼入れ工程は前記屈曲部に防窒化材を塗布するガス軟窒化処理工程である請求項３に記載の焼入れ部材の製造方法。
5. 連続する屈曲部を有する表面焼入れされた焼入れ部材の製造方法であって、
   前記連続する屈曲部を有する部材を成形する成形工程と、
   前記成形された部材に焼入れ処理を施す焼入れ工程と、
   前記焼き入れされた部材の前記屈曲部の表面硬化層を除去する硬化層除去工程と、
   前記焼入れ工程で生じた歪みを矯正する矯正工程と、
   を有することを特徴とする焼入れ部材の製造方法。

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