JP6953275B2

JP6953275B2 - 鍛造用金型

Info

Publication number: JP6953275B2
Application number: JP2017207203A
Authority: JP
Inventors: 駿介大嶋; 寧照權
Original assignee: JATCO Ltd
Current assignee: JATCO Ltd
Priority date: 2017-10-26
Filing date: 2017-10-26
Publication date: 2021-10-27
Anticipated expiration: 2037-10-26
Also published as: JP2019076943A; CN109702130B; CN109702130A

Description

本発明は、ベルト式無段変速機（以下、ＣＶＴという）の固定プーリを構成するプーリシャフトの製造に用いる鍛造用金型に関するものであり、特に、シーブの背面（シーブ面と反対側の面）に、プーリの外径よりもやや小径のパーキングギヤがプーリと一体的に形成されるプーリシャフトの製造に好適な鍛造用金型に関するものである。

車両に搭載されるＣＶＴにはパーキング機構の装備が必須であるが、このパーキング機構を構成するパーキングギヤを、固定プーリ（プーリシャフト）のシーブ面の背面側に一体的に付設することが知られている。（特許文献１）

特開平１１−２５４０８４号公報

上記のようなプーリシャフトを鍛造により製造する場合、ケイ素（Ｓｉ）の含有量が０．２質量％程度の鋼材を用いるのが一般的であるが、この場合にはシーブ面の耐久性を向上させるため、後工程においてマイクロショットブラスト処理を施す必要があった。しかしながら、マイクロショットブラスト処理に用いるショット玉が完全に除去されずに少量でも残留してしまうと、このショット玉が夾雑物（コンタミ）となって、製品としてのＣＶＴに油振等の不具合を発生させるおそれがあった。

そこで、近年、プーリシャフト（特に、シーブ面）の耐久性の向上を図ると共に、マイクロショットブラスト処理工程を廃止すべく、材料としてケイ素含有量が０．８〜１．０質量％の高Ｓｉ鋼を用いることが検討されている。

上記高Ｓｉ鋼を用いて通常の熱間鍛造（加熱温度１２５０℃前後）を行うと、硬度の高い酸化スケールが発生し、金型の摩耗が短期間で進んでしまうため、硬度の高い酸化スケールの発生を抑制して型の寿命確保するためには、通常よりも加熱温度の低い亜熱間鍛造（加熱温度１１２０℃〜１１６０℃）で製造する必要があることが出願人等の検証により判明している。

しかしながら、亜熱間鍛造では、加熱によるワークの硬度低下が十分でなく、金型内における材料の流動性が低下するため、型全体に材料が行き渡らず、特に、上記パーキングギヤ部（パーキングギヤを形成するために設けられた金型の溝部）に材料が充満されず、欠品となるおそれがある。

本発明は、上記のような課題に鑑み創案されたものであり、プーリシャフトの鍛造による製作において、高Ｓｉ鋼を利用して亜熱間鍛造を行っても、金型内全体に、特にパーキングギヤ部に、材料を充分に充満させることのできる鍛造用金型を提供することを目的としている。

（１）上記の目的を達成するために、本発明の鍛造用金型は、軸部と、前記軸部の径方向外方に延設された円錐状のプーリ部と、前記プーリ部の外周部近傍において前記プーリ部の円錐の底面から前記軸部の軸方向に沿って突設された環状のパーキングギヤとが一体的に鍛造成型されるベルト式無段変速機のプーリシャフトを製造するための鍛造用金型であって、上型と下型とで形成されるキャビティが、前記プーリシャフトを成型する賦形部と、前記賦形部の前記プーリ部外周縁に対応する周縁部から前記プーリ部の径方向外方に向かって延設されて余肉を流出させる逃し空間とを備え、前記逃し空間が、前記パーキングギヤの歯先部の前記径方向外方に形成される第一空間と、前記パーキングギヤの歯底部の前記径方向外方に形成される第二空間とを有し、前記第一空間における余肉の流通抵抗が前記第二空間における余肉の流通抵抗よりも大きく設定されていることを特徴とする。

（２）前記第一空間における余肉の流通面積を、前記第二空間における余肉の流通面積よりも小さく設定することが好ましい。
（３）前記第一空間における前記上型の型面と前記下型の型面との距離を、前記第二空間における前記上型の型面と前記下型の型面との距離よりも小さく設定することが好ましい。

（４）また、材料としてケイ素（Ｓｉ）含有量が０．８〜１．０質量％の高Ｓｉ鋼を用い、前記材料の加熱温度が熱間鍛造と温間鍛造の中間となる亜熱間鍛造に用いる温度であることが好ましい。

本発明によれば、賦形部のプーリ部外周縁に対応する周縁部からプーリ部の径方向外方に向かって延設されて余肉を流出させる逃し空間おいて、パーキングギヤの歯先部の径方向外方に形成される第一空間の流通抵抗を、パーキングギヤの歯底部の径方向外方に形成される第二空間の流通抵抗よりも大きくしたので、パーキングギヤの歯先部を形成する金型の溝部近傍における材料の逃し空間への流出がより抑制され、前記溝部への材料の流入が確保されて、製品として重要な要素であるパーキングギヤの歯先部の欠肉が防止でき、欠品の発生を低減できる。

また、本発明によれば、第一空間における余肉の流通面積を、第二空間における余肉の流通面積よりも小さく設定することにより流通抵抗の差を形成するので、金型の形状を簡単なものにすることができ、さらに、第一空間における上型の型面と下型の型面との距離を、第二空間における上型の型面と下型の型面との距離よりも小さく設定することにより流通抵抗の差を形成するので、金型の形状をより簡単なものにすることができる。

また、高Ｓｉ鋼を材料として亜熱間鍛造で製造することにより、素材のパーキングギヤ部（特に、歯先部）への充満を達成させた上で製品の耐久性を向上させることができ、さらに後工程でのマイクロショットブラスト処理も省略することが可能となる。

ワークに対する鍛造加工の工程を示す説明図であり、（ａ）は第一工程、（ｂ）は第二工程、（ｃ）は第三工程、（ｄ）は第四工程をそれぞれ示している。本発明の一実施形態に係る鍛造用金型の概要を示す一部省略断面図である。本発明の一実施形態に係る鍛造用金型で成形されたプーリシャフトのパーキングギヤ側から視た平面図である。図３のＡ−Ａ線に沿う矢視断面図である。図３のＢ−Ｂ線に沿う矢視断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。

図１を参照して、ワークを加工してプーリシャフトを製造する工程を説明する。
まず、鍛造加工を実施する前工程として、高Ｓｉ鋼を材料とする図示しない円柱状のワークを１１２０℃〜１１６０℃（亜熱間鍛造）に加熱する。
その後、加熱された円柱状ワークに第一工程の鍛造加工を実施して、図１（ａ）に示す短い軸１１ａを備えた第一ワーク１０ａを形成する。

次に、第一ワーク１０ａに第二工程の鍛造加工を実施して、図１（ｂ）に示す長い軸１１ｂを備えた第二ワーク１０ｂを形成する。

次に、第二ワーク１０ｂに第三工程の鍛造加工を実施して、図１（ｃ）に示す長い軸１１ｃとほぼ球形のプーリ準備部１２ｃとを備えた第三ワーク１０ｃを形成する。

さらに、第三ワーク１０ｃを、図２に示す本実施形態に係る鍛造用金型（以下、単に金型という）１００にセットし、第四工程の鍛造加工を実施して、図１（ｄ）に示す軸部１１ｄとプーリ部１２ｄとパーキングギヤ１３ｄとを備えた第四ワーク１０ｄを形成する。

前記第四ワーク１０ｄには、金型１００の逃し空間（後述）に材料（余肉）が流出することにより形成されたバリ１４ｄが残存している。このバリ１４ｄを後工程で切離することにより、最終的な製品形状を持つプーリシャフト１０が得られる。

図２は、前記第四工程を実施するための金型１００の一部省略断面図である。
従来周知のように、本来、鍛造用金型は複数の部品から構成されており、また金型を駆動するための駆動装置やワークを金型から排出するためのノックアウトピン等が配設されているのが通例であるが、図２では金型１００のキャビティ１０２の形状を明確化するため、一般的に周知の構成は省略している。

金型１００の上型１０４と下型１０６で形成されるキャビティ１０２は、プーリシャフト１０の本体部分（余肉を除く部分）を形成する賦形部１１０と、同賦形部１１０の周縁部から延設されて材料の余肉を流出させる逃し空間１２０を備えている。
図２の２本の一点鎖線Ｃ，Ｄ（プーリ部１２ｄの外周縁に相当する位置）の間が賦形部１１０であり、その外側が逃し空間１２０である。

賦形部１１０には、プーリシャフト１０の形状に合わせて、前記軸部１１ｄを形成する軸形成部１１１と、前記プーリ部１２ｄを形成するプーリ形成部１１２と、前記パーキングギヤ１３ｄを形成するギヤ溝部１１３とが形成されている。
逃し空間１２０は、プーリ形成部１１２の外周縁（一点鎖線Ｃ，Ｄの位置）からプーリ部１１２（賦形部１１０）内に連通して延設されている。

図３は、プーリシャフト１０をパーキングギヤ１３ｄ側から視た平面図であり、前記逃し空間１２０の一部を二点鎖線で示している。
図３から明白なように、パーキングギヤ１３ｄはプーリ部１２ｄよりもやや小径の環状体で構成されており、側面１３１ｄが図示しないパーキングポールに係合する複数の歯先部１３２ｄと、各歯先部１３２ｄ間の複数の歯底部１３３ｄとが形成されている。

前記逃し空間１２０は、前記歯先部１３２ｄの延長上（歯先部１３２ｄの径方向外方）に形成された第一空間１２０ａと、前記歯底部１３３ｄの延長上（歯先部１３３ｄの径方向外方）に形成された第二空間１２０ｂとを備えている。

そして、図４，図５に示すように、第一空間１２０ａにおける上型１０４の型面１０４ａと下型１０６の型面１０６ａとの間隔（距離）Ｄａが、第二空間１２０ｂにおける上型１０４の型面１０４ａと下型１０６の型面１０６ａとの間隔（距離）Ｄｂよりも小さく設定されており、これにより第一空間１２０ａにおける余肉の流通抵抗が第二空間１２０ｂにおける余肉の流通抵抗より大きくなる。なお、図５に示す二点鎖線は図４に示す歯先部１３２ｄの断面輪郭を示している。

本鍛造用金型は、上記のように構成されており、歯先部１３２ｄの径方向外方に形成される第一空間１２０ａにおける余肉の流通抵抗を他部（第二空間１２０ｂ）よりも大きくしたので、高Ｓｉ鋼を材料として亜熱間鍛造で材料の流動性が低下する状況下でプーリシャフトを製造しても、歯先部１３２ｄを形成するためのギヤ溝部１１３に材料を充満させることができ、欠品の発生を抑制できる。

また、第二空間１２０ｂにおける余肉の流通抵抗を小さくしたので、金型１００の成型荷重の上昇を抑制でき、金型１００の寿命を確保できる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はかかる実施形態を適宜変形して実施することができる。
例えば、上記実施形態では、第一及び第二空間１２０ａ，１２０ｂにおける金型１００の型面１０４ａ，１０６ａ間の距離を変更することにより余肉の流通抵抗に差を設ける構成としたが、型面１０４ａ，１０６ａ間の距離を同一として第一空間１２０ａにおける型面１０４ａ，１０６ａから突起等を突設することにより余肉の流通面積を小さくする（流通抵抗を大きくする）ことでも上記実施形態と同等の効果を得ることが可能である。

また、本実施形態では、鍛造成型する材料としてケイ素（Ｓｉ）含有量が０．８〜１．０質量％の高Ｓｉ鋼を用いているが、鍛造成型の材料はこれに限定されるものではなく、種々の金属材料に適用しうる。
また、本鍛造用金型は、実施形態で例示したように、材料の加熱温度が熱間鍛造と温間鍛造の中間となる亜熱間鍛造に好適ではあるが、亜熱間鍛造に限定されるものではなく、他の鍛造技術に適用してもよい。

１０プーリシャフト
１１ｄ軸部
１２ｄプーリ部
１３ｄパーキングギヤ
１４ｄバリ（余肉）
１００金型
１０４上型
１０４ａ型面
１０６下型
１０６ａ型面
１１０賦形部
１２０逃し空間
１２０ａ第一空間
１２０ｂ第二空間
Ｄａ第一空間１２０ａにおける型面距離
Ｄｂ第二空間１２０ｂにおける型面距離

Claims

軸部と、前記軸部の径方向外方に延設された円錐状のプーリ部と、前記プーリ部の外周部近傍において前記プーリ部の円錐の底面から前記軸部の軸方向に沿って突設された環状のパーキングギヤとが一体的に鍛造成型されるベルト式無段変速機のプーリシャフトを製造するための鍛造用金型であって、
上型と下型とで形成されるキャビティが、前記プーリシャフトを成型する賦形部と、前記賦形部の前記プーリ部外周縁に対応する周縁部から前記プーリ部の径方向外方に向かって延設されて余肉を流出させる逃し空間とを備え、
前記逃し空間が、前記パーキングギヤの歯先部の前記径方向外方に形成される第一空間と、前記パーキングギヤの歯底部の前記径方向外方に形成される第二空間とを有し、
前記第一空間における余肉の流通抵抗が前記第二空間における余肉の流通抵抗よりも大きく設定されている
ことを特徴とする鍛造用金型。
前記第一空間における余肉の流通面積を、前記第二空間における余肉の流通面積よりも小さく設定した
ことを特徴とする請求項１に記載の鍛造用金型。
前記第一空間における前記上型の型面と前記下型の型面との距離を、前記第二空間における前記上型の型面と前記下型の型面との距離よりも小さく設定した
ことを特徴とする請求項２に記載の鍛造用金型。
材料としてケイ素（Ｓｉ）含有量が０．８〜１．０質量％の高Ｓｉ鋼を用い、前記材料の加熱温度が熱間鍛造と温間鍛造の中間となる亜熱間鍛造に用いる温度である
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の鍛造用金型。