JP5948715B2 - 組み合わせ部品及びその製造方法と成形金型 - Google Patents

組み合わせ部品及びその製造方法と成形金型 Download PDF

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Description

この発明は、粉末冶金法などで製造される２部材を相互に固定して作られるプラネタリキャリアなどの組み合わせ部品と、その部品の製造方法及び成形金型に関する。
例えば、自動変速機用のプラネタリキャリアは、安価に製造するために粉末冶金法で製造することが行われている。
その粉末冶金法によるプラネタリキャリアは、粉末の第１成形体と第２成形体を重ねて焼結し、その焼結と同時に２者を鑞付け接合して作られる。
第２成形体には端板となる基部の一面にブリッジと称される柱が立設されており、その第２成形体を下にし、上に向けた柱の先端に第１成形体を載せ、柱と第１成形体の重ね面に鑞材を浸み込ませて重ね面を接合する。
そのプラネタリキャリアの製造方法は、下記特許文献１，２などに記載されている。
特公平６−３７６４４号公報 特許第３５８５７４３号公報
前述のプラネタリキャリアには、第１成形体と第２成形体間に形成される窓の幅（第１成形体と第２成形体の基部間の距離）について高い寸法精度が要求される。
ところが、上記特許文献１，２などに記載された従来のプラネタリキャリアの製造方法によれば、窓幅の寸法精度（第２成形体と第１成形体の基部間距離の精度）が第２成形体に設けられる柱の長さ精度によって決まる。
第２成形体は、原料粉末の圧縮成形時に基部の柱設置側の面を下２パンチで、柱の先端を下２パンチの外周に配置される下１パンチで、基部の柱の無い側の面を上パンチでそれぞれ成形する方法が採られる。
この方法での柱の長さ精度は、下１パンチと下２パンチの軸方向相対位置（両パンチの成形部の相対位置）に左右される。
その下１パンチと下２パンチの軸方向相対位置は、それらのパンチの組み付け誤差や成形荷重によるパンチの変形、撓みなどによってばらつく。下１パンチを第２成形体の柱の数に対応させて複数に分割している場合には、下１パンチの各分割体の変形量や撓み量もばらつくことがある。
この下１パンチと下２パンチの設備上の不可避の相対位置のばらつきの影響を受けて柱の長さがばらつき、窓幅の寸法精度が安定しない。
この発明は、製品の信頼性を高めるために、下１パンチと下２パンチの軸方向相対位置のばらつきがキャリアの窓幅などの寸法精度に影響を及ぼさないようにすることを課題としている。
上記の課題を解決するため、基部の一面に柱を立設した第２部材の前記柱を第１部材に軸方向に突き合わせて第１部材と第２部材を互いに固定する組み合わせ部品に対して以下の工夫を施した。
即ち、第２部材に設ける柱の先端の一部と第２部材の柱設置側の基部の端面を下２パンチで成形し、その下２パンチで成形した柱の先端の一部を柱の先端との間に軸方向の段差を生じた位置決め面にし、その位置決め面を前記第１部材に軸方向に突き合わせて第１部材と第２部材を互いに固定するようにした。
前記柱の先端の残余部は、従来と同様に下１パンチで成形し、その残余部に対して下２パンチで成形する位置決め面は、段差を生じた面にする。
この方法で成形される第２部材は、柱の先端に段差を生じた位置決め面を備え、その位置決め面の外周のコーナ（第２部材の柱の内径側、外径側又は周方向の側面に開放した側のコーナ）に金型の位置決め面成形部の曲面、例えばコーナＲが転写された曲面が存在する。
この発明は、上記の方法で成形した第２部材を、第１部材に対して上記位置決め面で軸方向相対位置の位置決めを行って固定する製造方法とその方法で製造した組み合わせ部品を提供する。
また、上パンチ、下１パンチ及びダイと組み合わせる下２パンチが、第２部材の柱設置側の基部の端面を成形する成形部と、第２部材の柱の先端の一部、かつ、前記基部の一面に前記柱の側面を介して連なる箇所に段差を生じて設けられる位置決め面の成形部を併せ持ち、前記下１パンチが前記柱の先端の残余部を成形するように構成された成形金型も併せて提供する。
この成形金型は、第２部材の基部に貫通孔を設けるものについては、貫通孔成形用のコアロッドが追加される。
上記した組み合わせ部品、成形方法、成形金型によれば、第２部材の基部の柱設置側の端面から第１部材の端面までの距離精度（キャリアの窓幅などの寸法精度）が安定する。
第２部材成形工程の粉末投入状態を示す断面図である。 第２部材成形工程の圧粉成形完了状態を示す断面図である。 第２部材成形工程で得られた第２部材（成形体）を金型から抜き出した状態を示す断面図である。 この発明の組み合わせ部品の一例の概要を示す側面図である。 図４の組み合わせ部品の第２部材の平面図である。 例示の第１部材と第２部材の軸方向位置決め部の拡大断面図である。 この発明の組み合わせ部品の他の例を示す断面図である。 図７の組み合わせ部品の第２部材の成形方法を示す断面図である。
以下、添付図面の図１〜図８に基づいて、この発明の組み合わせ部品、その部品の製造方法及び成形金型の実施の形態を説明する。
粉末冶金法で用いる第２部材（これは粉末の成形体）の成形金型とそれによる成形工程を図１〜図３に示す。図中１は上パンチ、２は下１パンチ、３は下２パンチ、４は下２パンチ３の中心を貫通させたコアロッド、５はダイである。
例示の成形工程では、図１に示したダイ５と下１パンチ２と下２パンチ３とコアロッド４との間に作り出されるキャビティー６に原料粉末Ｐを投入し、上パンチ１を降下させて成形を行う。
ここで、図４に示した第２部材２０の基部２１の柱設置側の面と、基部２１の一面に周方向に間隔をあけて複数立設される柱２２の内径側の側面と、柱２２の周方向の側面を下２パンチ３で成形する。
また、柱２２の先端の一部もその下２パンチ３で成形する。
さらに、柱２２の先端の一部を除いた箇所を下１パンチ２で、基部２１の柱の無い側の面を上パンチ１で、基部２１に設けられる中心の孔をコアロッド４で、第２部材２０の外周をダイ５でそれぞれ成形する。
図２は、圧粉成形が完了した状態である。また、図３は得られた第２部材２０を金型から抜き出した状態である。
下２パンチ３の柱成形部は、下１パンチ２で成形する柱２２の先端面（この発明で言う残余部）に対して段差を生じた面を成形する。その段差を生じた面を基準にして第１部材１０（図４、図６参照。これも粉末の成形体）との位置決めがなされる。
図１〜図３の符号３ａが、位置決めの基準になる位置決め面２３（図３〜図５参照）を成形する成形部である。その成形部３ａは、下２パンチ３の先端からの距離Ｌ（図１参照）を、第２部材２０と第１部材１０の基部２１，１１間に要求される寸法（例えば窓幅寸法）に準じて設定している。
その距離Ｌは、同一パンチによる成形面間の距離であるので、成形工程における下１パンチ２と下２パンチ３の軸方向相対位置のばらつきの影響を受けない。
従って、第２部材２０の基部２１から位置決め面２３までの距離は、成形工程における下１パンチ２と下２パンチ３の軸方向相対位置のばらつきの影響を受けることなく、下２パンチ３の距離Ｌによって決まる。
このため、図６に示したように、位置決め面２３を第１部材１０に突き合わせることで、第２部材２０と第１部材１０の基部間の寸法に対する下１パンチと下２パンチの相対位置のばらつきの影響を排除することができ、上記基部間寸法のばらつきを抑制することが可能になる。
図示の位置決め面２３は、柱２２の先端よりも凹んでいるが、この位置決め面２３は柱２２の先端よりも突出していてもよい。その位置決め面２３の形状も水平な平面に限定されない。斜面や曲面、それらを組み合わせた面などであってもよい。
その位置決め面２３を成形する下２パンチ３の成形部３ａには、応力集中回避用の曲面、例えばコーナＲが付される。従って、その成形部によって成形された位置決め面２３は、図６に示すように、外周のコーナ（例示のケースでは柱２２の内径側に開放したコーナ）に金型の曲面形状が転写された曲面２３ａを有する面になる。
第２部材２０に形成する位置決め面２３は、周方向に間隔をあけて（好ましくは定ピッチで）３箇所以上設けると好ましい。その位置決め面２３が３箇所以上あると第２部材２０と第１部材１０を軸心の傾きを抑制して安定して突き合わせることができる。
また、その位置決め面２３は、面積の小さなものが好ましい。何故なら、圧粉成形において同一パンチに複数の面積の大きな成形面が軸方向に大きな段差を有して設けられていると、パンチによる軸方向圧縮量に大きな差が生じて得られる部材の段差を有する成形面に成形される箇所に密度差が生じる。
位置決め面２３の面積が小さければ、パンチによる軸方向圧縮量が他部に比べて小さくなる箇所（位置決め面２３の設置領域と対応した箇所）にも成形圧によって原料粉末が流入するので、部材に大きな成形密度差が生じることが回避される。
図４の組み合わせ部品Ａは、焼結体の第１部材１０と第２部材２０を組み合わせたプラネタリキャリアである。
このプラネタリキャリアは、第１部材１０と第２部材２０を焼結時に鑞付け接合して製造される。
鑞付け接合は、既述の通り、第２部材２０を下にし、上に向けた柱２２の先端に第１部材１０を載せ、これを焼結炉に導入し、柱２２と第１部材１０の重ね面に鑞材を浸み込ませて重ね面を接合する。
このとき、図６に示すように、第１部材１０と第２部材２０は、第２部材２０の柱２２に形成した位置決め面２３を第１部材１０に突き合わせて軸方向位置決めを行う。
下１パンチ２で成形した柱２２の先端と位置決め面２３との間の段差ｈは、下１パンチ２と下２パンチ３の軸方向相対位置の想定ばらつき量を考慮して、柱２２の先端が第１部材１０に突き当たった状態で位置決め面２３が第１部材１０から浮き上がる事態が起こらないように設定されている。
また、第１部材１０と第２部材２０の接合部のクリアランス（柱２２の先端と第１部材１０との間のクリアランス）ＣＬは、下１パンチ２と下２パンチの軸方向相対位置が想定された範囲内でばらついても、毛細管現象でそのクリアランス部に溶融した鑞材が浸み込むように設定されている。
第１部材１０の接合部を、第２部材の位置決め面２３が突き合わされる部位に対してＨ凹ませており、その凹み量Ｈを下１パンチ２と下２パンチの軸方向相対位置の想定ばらつき量を考慮した位置決め面２３の段差ｈの最大値と等しくするか大きく設定することで鑞材を浸み込ませるためのクリアランスを確保することができる。
なお、以上の説明は、量産性に優れるコスト面で有利な粉末冶金法で製造される焼結プラネタリキャリアを例に挙げて行ったが、この発明の組み合わせ部品は、鍛造成形や射出成形によって製造されるものであってもよい。鍛造成形品や射出成形品も、金型の組み立て誤差などによって第２部材と第１部材の基部間寸法がばらつくことが考えられるので、この発明の効果を期待できる。
また、この発明の適用対象は、図７に示すように、第２部材２０の基部２１の径方向内側に柱２２が（１本に限らず複数本も可）設けられる部品であってもよい。
図７の組み合わせ部品Ａの第２部材２０は、図８に示すように下１パンチ２を下２パンチ３の内側に配置してその下１パンチ２で柱２２の先端を成形する。
また、下２パンチ３の長手途中に位置決め面の成形部３ａを設けた下２パンチ３で第２部材２０の基部２１の柱設置側の端面と柱２２の先端の一部（位置決め面２３）を成形する。
図７のような柱２２が１本の組み合わせ部品については、第１部材と第２部材の軸の傾きを抑えるために、柱２２の端面に位置決め面２３を好ましくは３個以上設けるのがよい。その位置決め面２３が第１部材１０に必ず突き当たる設計にして第１部材１０と第２部材２０を互いに固定する。
同様の理由から、柱２２が中心対称位置に２本設けられる組み合わせ部品も、位置決め面２３の総数を３個以上にするのがよい。
このほか、第１部材と第２部材の相互固定は、鑞付けに限定されない。拡散接合、接着、機械的締結などにより固定する組み合わせ部品に適用してもこの発明の有効性が発揮される。
鍛造成形や射出成形によって製造される組み合わせ部品についても、金型の組み立て誤差などによって第２部材と第１部材の基部間寸法がばらつくことが考えられるので、これらの組み合わせ部品に適用してもこの発明の有効性が発揮される。
第２部材の柱の位置決め面を突き合わせる相手箇所もプレートである必要はない。柱と柱を突き合わせて第１部材と第２部材を位置決めすることも考えられる。
この形態については、第１部材と第２部材の双方の柱に一方が柱の先端から凹み、他方が柱の先端から突出した位置決め面を各部材の基部の端面を成形する下２パンチによって形成し、双方の柱の位置決め面を凹凸嵌合させて突き合わせるようにするとよい。
１ 上パンチ
２ 下１パンチ
３ 下２パンチ
３ａ 位置決め面の成形部
４ コアロッド
５ ダイ
６ キャビティー
１０ 第１部材
１１ 基部
２０ 第２部材
２１ 基部
２２ 柱
２３ 位置決め面
２３ａ コーナの曲面
Ａ 組み合わせ部品
Ｐ 原料粉末
Ｌ 下２パンチの先端から位置決め面の成形部までの距離Ｌ
ｈ 柱の先端と位置決め面との間の段差
Ｈ 第１部材の接合面の凹み量
ＣＬ 第１部材と第２部材の接合部のクリアランス

Claims (4)

  1. 基部の一面に柱が立設された第２部材の前記柱が第１部材に軸方向に突き合わされて第１部材と第２部材が互いに固定された組み合わせ部品であって、前記第２部材が、柱の先端の一部、かつ、前記基部の一面に前記柱の側面を介して連なる箇所に柱の先端面に対して軸方向に段差を生じた位置決め面を具備し、その位置決め面の前記柱の側面に開放した側のコーナに、第２部材の基部の一面と前記位置決め面を成形する金型の位置決め面成形部の曲面形状が転写された曲面が存在する組み合わせ部品。
  2. 前記第１部材と第２部材が焼結体であり、その第１部材と第２部材が第２部材の前記柱の先端と第１部材との間に存在する鑞材を介して接合されている請求項１に記載の組み合わせ部品。
  3. 基部の一面に柱を立設した第２部材と第１部材を互いに固定した組み合わせ部品の製造方法であって、
    前記第２部材に設ける柱の先端の一部と第２部材の柱設置側の基部の端面を同一パンチで成形し、そのパンチで成形した柱の先端の一部を柱の先端との間に軸方向の段差を生じた位置決め面にし、
    前記位置決め面を前記第１部材に軸方向に突き合わせて第１部材と第２部材を互いに固定する組み合わせ部品の製造方法。
  4. 上パンチ、下１パンチ、下２パンチ及びダイを備える成形金型であって、前記下２パンチが、第２部材の柱設置側の基部の端面を成形する成形部と、第２部材の柱の先端の一部、かつ、前記基部の一面に前記柱の側面を介して連なる箇所に段差を生じて設けられる位置決め面の成形部を併せ持ち、前記下１パンチが前記柱の先端の残余部を成形するように構成された成形金型。
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