JPS61194115A - シフトフオ−クおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は自動車の手動変速機に使用されるシフトフォ
ークに関し、特に鋼板を主体としてプレス加工により作
成されるシフトフォークおよびその製造方法に関するも
のである。

従来の技術 周知のように自動車の手動変速機におけるシフトフォー
クは、シフトレバ−の操作をギヤもしくはハブスリーブ
に伝達するためのものであり、従来一般には鍛造品や鋳
造品が使用されることが多かった。しかしながら最近で
は自動車の低燃費化の要請に伴なう変速機の小型化、軽
量化の要求から鋼板をプレス加工したシフトフォークを
使用することが多くなっている。

第２図に、鋼板製シフトフォークの従来品の一例を示す
。第２図において二股形状をなすフォーり部１の先端部
はギヤもしくはハブスリーブと係合する爪部２とされ、
フォーク部１の基端側にはその板面に対し直角に折曲し
たヘッド部３が形成され、ヘッド部３の先端にはシフト
レバ−の先端が嵌合する嵌合部４が形成されている。す
なわち、ヘッド部３の先端には一対の嵌合突起５．６が
形成されて、その一対の嵌合突起５．６の間の溝状の部
分が嵌合部４とされている。なお第２図において７．８
はボス部である。

上述のような鋼板製シフトフォークにおいて、爪部２の
表面、すなわちハブスリーブもしくはギヤに係合・摺動
する摺動面２Ａは、耐焼付性、耐摺動摩耗性が要求され
るため、ナイロン樹脂やＭＯ溶射などの耐摩耗性被覆を
施すのが通常である。一方、嵌合部４の内面は、シフト
レバ−の操作時に衝撃的な摩擦が加わるから、耐衝撃摩
耗性が優れていることが要求され、そのため高周波焼入
れ、火炎焼入れなどの局部焼入れを施して、局部的に表
面硬化層を形成しておくのが通常である。

発明が解決すべき問題点 前述のような従来の鋼板製シフトフォークにおいては、
シフトレバ−嵌合部４の内面の焼入硬化層の硬さを確保
して充分な耐衝撃摩耗性を得るために、素材鋼板として
炭素含有量が０．２５〜０．４５％程度の高炭素鋼を使
用せざるを得なかった。すなわち、鋼の焼入性は炭素含
有量に大きく依存し、ある程度炭素含有量が高い鋼板を
使用しなければ、シフトフォークのシフトレバ−嵌合部
として実用となる程度の焼入れ硬さが得られなかったの
である。しかしながら逆に鋼板の加工性は炭素含有量が
高くなればそれに伴なって低下し、特にシフトフォーク
の場合打抜きや曲げ等のプレス加工を必要とするから、
炭素含有量が０．２５〜０．４５％と高い鋼板を使用し
た従来の鋼板製シフトフォークにおいては、そのプレス
加工性が悪いことが大きな問題となっていた。すなわち
、プレス加工のために大きな加工力を必要とするため大
型のプレス機を必要とし、そのため設備コストが大きく
なり、また型寿命が短くなるため型交換が頻繁となって
生産性を阻害し、さらにはプレス加工時の欠陥製品の発
生率も高くなって歩留りが低下する等の問題があった。

これらの問題を解決するための手法としては、シフトフ
ォーク本体の鋼板として炭素含有量の低いものを用い、
浸炭焼入れ、浸炭浸窒焼入れ、あるいは窒化処理によっ
て表面硬化層を形成することも考えられるが、これらの
方法の場合シフトフォーク全体が高温に加熱されるため
、シフトフォークに大きな歪が生じ、実用には耐えない
。また一部では局部的に浸炭焼入れなどを行なう方法（
例えば特開昭５９−１５００８２号参照）も提案されて
いるが、その方法も実際にはかなりの範囲にわたって熱
影響が及び、その熱影響部で機械的特性の劣化や歪が生
じてしまうから、シフトフォークに適用することは困難
である。すなわちシフトフォークの場合、シフトレバ−
嵌合部の内面のわずかな部分以外は靭性や耐疲労強度等
が高いことが必要であるが、従来の部分浸炭焼入法では
シフトレバ−嵌合部内面にのみ局部的に浸炭焼入れを行
なおうとしても実際にはヘッド部３のかなりの部分まで
熱影響が及び、それらの部分で上述のような機械的諸特
性を劣化させてしまうのである。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、鋼
板製のシフトフォークにおいて、その全体の加工性は確
保しつつ、シフトレバ−嵌合部内面のみ局部的に耐摩耗
性を充分に向上させ、しかも加熱時の熱影響によりシフ
トフォーク全体あるいは嵌合部周辺に歪が生じたり機械
的特性が劣化したりすることがないようにしたシフトフ
ォーク、およびその製造方法を提供することを目的とす
るものである。

問題点を解決するための手段 本発明者等は上述の目的を達成するべく鋭意実験・研究
を重ねた結果、シフトフォークの本体部分の鋼板として
は加工性の優れた低炭素含有量のものを用い、併せてレ
ーザ、プラズマアーク、電子ビーム、ＴＩＧアーク等の
高密度エネルギ源を用いて材料表面を局部的に合金化す
ると同時に急冷焼入処理を適用して、シフトレバ−嵌合
部の内面表層部の炭素含有量を局部的に富化させるとと
もにその部分を焼入硬化させることによって、全体とし
ては加工性に優れかつシフトレバ−嵌合部内面が高硬度
で耐摩耗性に優れたシフトフォークが得られることを見
出し、この発明をなすに至った。

すなわち本願の第１発明のシフトフォークは、本体部分
が炭素含有１０，１５１量％以下の鋼板で形成されてお
り、しかもシフトレバ−が嵌合する嵌合部の内面に、合
金化焼入処理によって炭素含有量が０．２５〜０．４５
重量％の範囲内に富化されかつＨｖ３５０以上の硬さに
焼入硬化された焼入硬化層が形成されていることを特徴
とするものである。

また本願の第２発明のシフトフォーク製造方法は、炭素
含有量が０．１５重量％以下の鋼板に、シフトレバ−が
嵌合される嵌合部を形成した後、炭素含有量が０．３５
重量％以上の鉄系材料からなる炭素富化用材料を前記嵌
合部内面の表面に配し、次いで前記炭素富化用材料の上
から高密度エネルギを照射して、炭素富化用材料および
その下側の鋼板母材の表層部を溶融・合金化させ、引続
いて前記高密度エネルギの照射を停止させて鋼板母材側
への熱移動により凝固・急冷させ、嵌合部内面に炭素含
有量０．２５〜０．４５重量％の焼入硬化層を形成する
ことを特徴とするものである。

発明の詳細な説明および作用 第１図に、この発明のシフトフォークの一例の全体構成
を示す。なお第１図において、既に説明した第２図の従
来例と同一の要素については同一の符号を付し、その説
明を省略する。

第１図において、１０はフォーク部１およびヘッド部３
などからなる本体部分を構成する鋼板であって、この鋼
板１０は炭素含有量が０ｏ１５重量％以下のものとされ
ている。一方、シフトレバ−が嵌合される嵌合部４の内
面表層部には、レーザ、プラズマアーク、電子ビーム、
ＴＩＧアークなどの高密度エネルギを用いた合金化焼入
処理により炭素量が０．２５〜０．４５重量％に富化さ
れかつ焼入硬化されたビッカース硬さくＨｖ）３５０以
上の焼入硬化層１１が形成されている。なお爪部２のハ
ブスリーブ摺動面２Ａは、従来と同様にナイロン樹脂や
ＭＯ溶射層などの耐摩耗性被覆が施されている。

上述の構成において、本体部分を構成する鋼板１０は炭
素含有量が０．１５重量％以下であり、このような鋼板
は従来の鋼板製シフトフォークに使用されている炭素含
有１０．２５〜０．４５重量％の鋼板と比較して格段に
加工性が優れ、かつプレス成形用鋼板として汎用されて
いる通常の冷間圧延鋼板、熱間圧延鋼板に相当するから
、コスト的にも安価である。−５嵌合部４の内面の焼入
硬化層１１は、その炭素量が合金化焼入処理によって母
材鋼板１０の炭素量（０，１５重量％以下）より高い０
．２５〜０．４５１ｊ量％に富化された状態で、その炭
素富化（合金化）直後の急冷過程で焼入硬化されたもの
であり、このように炭素富化焼入れを行なうことによっ
て、母材鋼板１０の炭素量が少なくても、Ｈｖ３５０以
上の高硬度の焼入硬化層１１を形成することができる。

ここで焼入硬化層１１の炭素含有量が０．２５重量％未
満ではＨｖ３５０以上の充分な硬さ、充分な耐摩耗性が
得られず、一方０．４５重量％を越えれば高硬度は得ら
れるものの、脆くなってシフトレバ−から衝撃的に加わ
る力に対してクラックや欠は落ちが生じ易くなる。した
がって焼入硬化層１１の炭素含有量は０．２５〜０．４
５重量％の範囲内とした。また焼入硬化層１１の硬さが
Ｈｖ３５０未満では充分な耐摩耗性が得られないから、
その硬さはＨｖ３５０以上と規定した。なお焼入硬化層
１１の硬さの上限は特に規定しないが、通常はＨｖ９０
０以下で充分であり、これ以上では場合によっては相手
攻撃性が高くなるおそれがあるとともに、逆に脆くなる
おそれもある。なおまた、上述のような炭素量、硬さを
備えた焼入硬化層の厚み（深さ）は０．２ｇ＋ｍ以上と
することが望ましい。

次に上述のようなシフトフォークの製造方法について合
金化焼入処理の説明とともに、以下に具体的に説明する
。

予め炭素含有量が０．１５重口％以下の鋼からなる所要
厚みの鋼板を用意する。そしてこれに常法にしたがって
プレス加工を施してシフトレバ−嵌合部などを形成して
おく。次いでそのシフトレバ−嵌合部の内面に対し、次
のような手順で炭素量富化および焼入れのための合金化
焼入処理を施す。

すなわち先ずシフトレバ−嵌合部の内面に、最終的に得
るべき焼入硬化層の炭素含有量が０．２５〜０．４５重
量％の範囲内となるように炭素を富化するための、炭素
含有＠　０．３５重量％以上の鉄系材料からなる炭素富
化用材料を配置する。ここで炭素富化用材料の配置方法
としては、その材料の粉末を懸濁させたスラリーを塗布
してスラリーコート層を形成したり、あるいは粉末を１
１１４して溶射層を形成する方法、さらにはメッキによ
り被覆する方法など、任意の方法を適用することができ
る。また炭素富化用材料としては高炭素鋼や鋳鉄等を用
いることができる。なお炭素富化用鉄系材料の炭素量が
０．３５重置％未満では焼入硬化層の炭素量を０．２５
重量％以上とすることが困難となるから、その炭素含有
量は０．３５重量％以上に限定した。なおまた実際に用
いる炭素富化用材料の炭素含有量は、シフトレバ−嵌合
部内面に配置するその材料の厚み（もしくは単位面積当
りのｍ）、最終的に得るべき焼入硬化層の具体的目標炭
素含有伍、得るべき焼入硬化層の厚みなどに応じて計算
により定めれば良いが、実際には合金化焼入処理によっ
て若干の炭素がロスするから、それを見込んで炭素富化
用材料の炭素含有量を定めることが望ましく、またその
ロス分発生の観点からも前述のように０．３５　ｆｆｉ
ξ％以上の炭素含有量とする必要がある。

次いで前記炭素富化用材料の上から、レーザ、プラズマ
アーク、電子ビーム、ＴＩＧアーク等の高密度エネルギ
源を照射して局部的に急速加熱する。これによって炭素
富化用材料とその下側の鋼板母材の表面層の一部（シフ
トレバ−嵌合部内面表層）とが溶融して、一体に合金化
した溶融層が形成される。この溶融層は、炭素富化用材
料と鋼板母材の一部との合金化によって炭素量が０．２
５盾量％以上に富化されたものとなる。

続いて直ちに高密度エネルギ源の照射を停止させれば、
溶融層の熱は鋼板母材側へ急速に移動して溶融層が急速
凝固し、さらに引続い−て常瀧近くまで急速冷却される
。この急速冷が過程では焼入変態が生じ、所謂焼入組織
、すなわちマルテンサイト組織を主体とする焼入硬化層
が形成される。

ここで、前述の溶融層は炭素量が０．２５重１％以上に
富化されているため、その凝固−急速冷却く焼入れ）に
より得られる焼入硬化層は、ＨＶ３５０以上の高硬度、
高耐摩耗性を示すものとなる。

上述のプロセスにおいて、レーザ、ＴＩＧアーク等の高
密度エネルギを照射した場合、炭素富化用材料とその下
側の母材鋼板のシフトレバ−嵌合部内面の表面層の一部
のみが局部的に急速加熱されて直ちに溶融する。これに
対し母材鋼板の前記表面層の一部を除いた部分の全体の
マスは相対的に著しく大きいから、全体的な温度上昇は
極めて遅く、したがって前述のように局部的に溶融した
段階で直ちに高密度エネルギの照射を停止させれば、局
部的な溶ｆｉＩＩ層の熱が未だ低温の母材側へ急速に拡
散移動し、その結果前述のように溶融層が急速凝固しさ
らに急速冷却されて焼入組織が形成されるのである。

なおここで高密度エネルギの照射の「停止」とは必ずし
も高密度エネルギ源自体のエネルギ放出を停止させるこ
とを意味するものではない。すなわち、実際に高密度エ
ネルギを照射するにあたっては、シフトレバ−嵌合部内
面の一端側から他端側へ向けて順次照射位置を移動させ
るのが通常であり、その場合照射位置が初期位置から次
の位置へ移動すれば、初期位置では高吉度エネルギの照
射を受けない状態となるが、このような場合も初期位置
については照射の「停止」に相当することになる。

以上のようにして、合金化焼入処理を適用することによ
り、炭素含有ｆｌ　Ｑ、１５重量９６以下の鋼板を用い
てもシフトレバ−嵌合部内面のみに炭素含有９０．２５
〜０．４５　重量％、ＨＶ３５０以上の焼入硬化層を形
成することが可能となったのである。

なおここで合金化焼入処理にはレーザやＴｒＧア−ク等
の高密度エネルギを用いて局部的に急速加熱−急速冷却
を行なっているため、目的とするシフトレバ−嵌合部内
面以外の部分に対して熱影響が及ぶ範囲は極めて狭く、
そのためシフトフォーク全体あるいはヘッド部に歪が生
じるおそれがなく、また熱影響により機械的特性が劣化
する部分も極めて少ない。

実施例 ＪＩＳ規格の８１２Ｇ（炭素！ｌ　０．１２％）に相当
する厚さ４．５ＩＩＩＩｌの熱延鋼板を用意し、これを
シフトフォーク形状にプレス加工してレフトレバー嵌合
部を形成した。次いでレフトレバー嵌合部内面に炭素富
化用材料として炭素含有！０．８％の高炭素ｔＡ粉末の
スラリーコートわを厚さ０．１１１１にわたって形成し
た。続いてＴＩＧアーク装置を用いて前記スラリーコー
ト層をシフ１−レバー嵌合部の一端から他端まで連続的
に加熱した。このＴＩＧアーク加熱は、シールドガスと
して１１に２５１／馴のアルゴンガスを用い、ピークＬ
Ｒ１５０Ａ。

ベースｉｆ流１２０Ａ、ピーク電流時間２ｍ５ｅｃ、ベ
ース電流時開２蒲気のパルス電流によりトーヂ移動速度
３ＩＩｌｌ／′Ｓにの条件で実施した。

以上の結果、シフトバー嵌合部内面に、深さ２．２１の
焼入硬化層が形成された。この焼入硬化層の硬さ淵定を
行なったところ、Ｈｖ７８０〜８２０の値が得られた。

なお焼入硬化層の炭素量は０．３８％であった。

比較のため、同一の鋼板で作られたシフトフォークのシ
フトレバ−嵌合部に高炭素鋼粉末を配置　　′せずに、
同一の条件でシフトレバ−嵌合部内面を加熱する実験を
行なったところ、深さ２．１１ＤＩの焼入層が得られた
が、その硬さはＨｖ３５０に満たなかった。したがって
この発明の方法によれば、シフトレバ−嵌合部に硬質で
耐摩耗性に優れた焼入硬化層を形成し得ることが明らか
である。

発明の効果 以上のようにこの発明のシフトフォークは、本体部分材
料として炭素含有量０．１５重量％以下の加工性に優れ
た鋼板を用い、かつ衝撃的な摩擦に対して高い耐摩耗性
が要求されるシフトレバ−嵌合部の内面には、合金化焼
入処理により炭素量が０９２５〜０．４５重量％で硬さ
がＨｖ３５０以上の！ｉ！質かつ耐摩耗性に優れた焼入
硬化層が局部的に形成されたものであり、したがってプ
レス加工時にあたって過大なプレス圧力を要したりある
いは金型寿命を短クシたりさらには欠陥プレス品を発生
したりすることなく、低コストかつ高い生産性でシフｌ
−フォーク形状に加工することができ、しかもシフ１〜
レバ一嵌合部には充分な耐摩耗性を与えてその耐久性を
高めることができろ。そしてまたこの発明の方法ではシ
フトレバ−嵌合部の焼入合金化迅理にあたってそのシフ
トレバ−嵌合部内面のみが局部的に急速加熱、急速冷汗
されろため、熱影響が及ぶ範囲が極く狭く、したが）て
熱影響により歪が生じたりｄ械的特性の劣）ヒを沼いた
りするおそれが慢めて少なく、高品質のシフトフォーク
を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のシフトフォークの一例を示す斜視図
、万２図は従来のｉｌ　ｔｆｉ製シフトフォークの一例
を示す斜視図である。 ４・・・嵌合部、　１ｏ・・・本体部分を構成する鋼板
、１１・・・焼入硬化層。 出願人　　トヨタ自動車株式会社 代理人　　弁理士　呻　１）武　久 （ばか１名）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）本体部分が炭素含有量０．１５重量％以下の鋼板
   で作られており、しかもシフトレバーが嵌合する嵌合部
   の内面に、合金化焼入処理によって炭素含有量が０．２
   ５〜０．４５重量％の範囲内に富化されかつＨｖ３５０
   以上の硬さに焼入硬化された焼入硬化層が形成されてい
   ることを特徴とするシフトフォーク。
2. （２）炭素含有量が０．１５重量％以下の鋼板に、シフ
   トレバーが嵌合される嵌合部を形成した後、炭素含有量
   が０．３５％以上の鉄系材料からなる炭素富化用材料を
   前記嵌合部の内面の表面に配し、次いで前記炭素富化用
   材料の上から高密度エネルギを照射して、前記炭素富化
   用材料およびその下側の鋼板母材の表層部を溶融・合金
   化させ、引続いて前記高密度エネルギの照射を停止させ
   て鋼板母材側への熱移動により凝固・急冷させ、前記嵌
   合部内面に炭素含有量０．２５〜０．４５重量％の焼入
   硬化層を形成することを特徴とするシフトフォークの製
   造方法。