JP6949428B2 - ベルト式無段変速機用プーリシャフトの製造方法 - Google Patents

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方法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用いて好適な製造方法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、鍛造型（金型）の摩耗が短期間で進んでしまうため、型の寿命確保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、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ベルト式無段変速機用プーリシャフトの製造方法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、本発明のベルト式無段変速機用プーリシャフトの製造方法は、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金型によって一体的に鍛造成型されるベルト式無段変速機用プーリシャフトの製造方法であって、円柱状のワークから複数の鍛造工程を経て前記プーリ部と前記パーキングギヤとを形成する仕上げ工程と、前記仕上げ工程の直前で前記プーリ部の円錐の頂角よりも小さい頂角を備えた円錐状のプーリ準備部を形成する準備工程と、を有し、前記仕上げ工程の初期においては、前記ワークの前記プーリ準備部の円錐面が前記金型に接触しない状態から鍛造成型が実施されることを特徴とする。

（２）前記仕上げ工程の金型に前記パーキングギヤを形成するための環状溝が形成されており、前記準備工程において、前記プーリ準備部の円錐の底面の外周縁が、前記環状溝の溝幅の中間に位置するように形成されることが好ましい。
（３）前記準備工程において、前記プーリ準備部の円錐の底面がほぼ平坦に形成されることが好ましい。

（４）また、前記ワークの材料として、ケイ素（Ｓｉ）含有量が０．８〜１．０質量％の高Ｓｉ鋼を用い、全工程が、前記ワーク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で実施されることが好ましい。

本発明によれば、円錐状のプーリ部とパーキングギヤとを形成する仕上げ工程の直前に、プーリ部の円錐の頂角よりも小さい頂角を備えた円錐状のプーリ準備部を形成する準備工程を実施するので、仕上げ工程の初期において、金型に挿入したワークの前記プーリ準備部の円錐面が金型に接触しないため、素材の温度低下を抑制でき、素材の流動性を確保して、パーキングギヤ部（パーキングギヤを形成するための環状溝）に素材を充満させることができる。

また、本発明によれば、プーリ準備部の円錐の底面の外周縁が、仕上げ工程の金型に形成されたパーキングギヤ形成用の環状溝の溝幅の中間に位置するように形成したので、前記環状溝近傍に材料がより多量に配置されることとなり、パーキングギヤ部（環状溝）内に材料を早く流入させることができる。さらに、プーリ準備部の底面をほぼ平坦とすることにより材料をより早く流入させることができ、パーキングギヤ部に材料を充満させることが可能となる。

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。

本発明の一実施形態に係る製造方法の各工程の終了状態を示す鍛造装置の断面図であり、（ａ）は第一工程、（ｂ）は第二工程、（ｃ）は第三工程（準備工程）、（ｄ）は第四工程（仕上げ工程）を示している。 本発明の一実施形態における第四工程（仕上げ工程）の開始直前の状態を示す部分的断面図である。 本発明の一実施形態の第四工程（仕上げ工程）における工程の進捗に応じた材料の流動状態を表す部分断面図であり、（ａ）が初期状態を示し、（ｂ）から（ｄ）へ順に進み、（ｅ）が終了状態を示している。なお、（ｃ），（ｄ），（ｅ）はパーキングギヤ部を拡大して示す部分拡大断面図である。

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。
また、本実施形態で用いる鍛造装置は、金型の型形状以外は従来周知の一般的な鍛造装置と同様であるので、装置各部の説明は省略する。
さらに、図１では、各工程で形成されるワークの形状を明確化するため、鍛造装置の断面部分のハッチングを省略している。

まず、第一工程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を図１（ａ）の第一工程の金型のダイ２ａにセットし、金型のパンチ４ａにより鍛造加工して図１（ａ）に示す形状の第一ワーク１０ａを形成する。この第一ワーク１０ａには、短い軸部１２ａと、円錐状の予備面１４ａが形成される。

次に、第一ワーク１０ａは、図１（ｂ）の第二工程の金型のダイ２ｂにセットされ、パンチ４ｂにより鍛造加工されて、長い軸１２ｂと円錐状の予備面１４ｂとを備えた図１（ｂ）に示す形状の第二ワーク１０ｂに形成される。

次に、第二ワーク１０ｂは、図１（ｃ）の第三工程（準備工程）の金型のダイ２ｃにセットされ、パンチ４ｃにより鍛造加工されて、長い軸１２ｃと円錐状のプーリ準備部１４ｃとを備えた図１（ｃ）に示す形状の第三ワーク１０ｃに形成される。
ダイ２ｂ，２ｃ，２ｄの各型形状の設定により、このプーリ準備部１４ｃの円錐の頂角θ１は、前記予備面１４ｂの円錐の頂角θ２よりも大きく、次の第四工程で形成されるプーリ部のシーブ面を形成する円錐の頂角θ３よりも小さく形成されている。
また、パンチ４ｃの型形状の設定により、円錐状のプーリ準備部１４ｃの底面１６ｃ（図４（ｃ）ではプーリ準備部１４ｃの上方の面部）は、ほぼ平坦に形成されている。

さらに、第三ワーク１０ｃは、図１（ｄ）の第四工程（仕上げ工程）の金型のダイ２ｄにセットされ、パンチ４ｄにより鍛造加工されて、軸（軸部）１００と、円錐状のシーブ面１２２を備えたプーリ１２０（円錐状のプーリ部）と、プーリ１２０の円錐の底面１２４（シーブ面１２２と反対側の面）に軸１００の軸方向に沿って突設され、プーリ１２０の外径よりも僅かに小径で環状のパーキングギヤ１３０とが、一体的に形成された図１（ｄ）に示す形状の第四ワーク（プーリシャフト）１４０として仕上げられる。
なお、円錐のシーブ面１２２の頂角は、プーリ準備部１４ｃの円錐の頂角θ１よりも大きな頂角θ３に形成される。
また、パーキングギヤ１３０の歯は、環状のパーキングギヤ１３０の外周側に形成される。

図２は、前記第四工程が開始される直前の状態を示す装置の部分断面図であり、ダイ２ｄには、プーリ１２０のシーブ面１２２を形成する型面２１ｄが形成されている。この型面２１ｄは、シーブ面１２２の頂角θ３と同一の頂角を備えた円錐面で構成されている。
また、パンチ４ｄには、パーキングギヤ１３０を形成するための環状の型溝４１ｄ（以下、パーキングギヤ部ともいう。）が形成されている。

そして、ワーク１０ｃは、第三工程において、プーリ準備部１４ｃの底面１６ｃの外周縁１８ｃが型溝４１ｄの溝幅Ｄ１の中間に位置するように形成されている。

第四工程の金型２ｄ，４ｄにセットされた第三ワーク１０ｃは、その円錐面２０ｃの頂角θ１が型面２１ｄの頂角θ３よりも小さいので、この状態（第四工程開始直前の状態）では、円錐面２０ｃが型面２１ｄに接触しない．このため、ワーク１０ｃと金型２ｄとの接触によるワーク１０ｃの放熱が防止でき、ワーク１０ｃの温度低下を抑制できる。

この後、パンチ４ｄが下降してワークの押圧（鍛造）が開始されると、ワークは、パンチ４ｄの下降に伴って、図３（ａ）〜図３（ｅ）の順に変形（材料が流動）し、最終的に図１（ｄ）に示す形状に形成される。このとき、図３（ｅ）に示すように、型溝４１ｄ（パーキングギヤ部）には材料が充満される。
これにより、第四工程が終了となる。

なお、図３（ｅ）において、金型２ｄ，４ｄの空間部６ｄに流出した材料部分は製品のバリ１４２であり、後の工程において切断される。
金型を製品となる範囲のみで密閉せずに、上記のようにバリ１４２として空間部６ｄに流出させるように構成することにより、鍛造における型荷重を密閉金型の場合よりも低減することができ、鍛造装置の寿命を確保できる。

本発明の一実施形態に係るベルト式無段変速機用プーリシャフトの製造方法は上記のように、第四工程（仕上げ工程）の直前に、第四工程に用いるダイ２ｄの型面２１ｄの頂角θ３（即ち、プーリ部１２０のシーブ面１２２の頂角θ３）よりも小さな頂角θ１を有するプーリ準備部１４ｃを形成する第三工程（準備工程）を実施するようにしたので、第四工程の初期において、ワーク１０ｃとダイ２ｄとの接触が回避されて、放熱によるワーク１０ｃの温度低下が抑制されて、第四工程の鍛造加工中における材料の流動性を確保できる。
このため、亜熱間鍛造を必要とする高Ｓｉ鋼を材料として用いても、材料の流動性を確保でき、型溝（パーキングギヤ部）４１ｄに材料を充満させることができる。

また、第三工程で形成するプーリ準備部１４ｃの外周縁１８ｃを、型溝４１ｄの溝幅Ｄ１の中間に位置するように形成したので、型溝４１ｄ近傍に材料が多量に配置されることとなり、型溝４１ｄ内に早く材料を流入させることができる。
さらに、プーリ準備部１４ｃの底面１６ｃをほぼ平坦な形状としたので、より早く材料を型溝４１ｄ内に流入させることができる。

また、本発明の一実施形態によれば、第一または第二工程において密閉バリ（ダイ２ａ，２ｂとパンチ４ａ，４ｂとの間の僅かな隙間に材料が侵入してできるバリ）が発生し、それが後工程で傷となって残るような場合でも、第三工程を実施することにより、傷を図２に一点鎖線で示す○印Ａの位置に移動させることができる。その後、第四工程の進捗による材料の流動により、傷（○印Ａ）は、図３（ａ）〜（ｄ）に示すように移動され、最終的に図３（ｅ）に示す位置、即ち、パーキングギヤ１３０の裏側（歯と反対側の面）に留まることになる。なお、図２及び図３では、便宜的に傷を切欠きとして示すが、実際の傷形状を示すものではない。
従って、密閉バリによる傷を、パーキングギヤ１３０の歯の機能に影響を与えない場所に移動させることができ、完成した製品（プーリシャフト１４０）に支障が生じることを防止できる。

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、プーリシャフト１４０を、高Ｓｉ鋼を材料として亜熱間鍛造で製造する場合を示したが、本発明は、他の材料や鍛造方法を用いてプーリシャフトを製造する場合にも適用可能である。

また、実施形態では、金型にバリ１４２を形成する空間部６ｄを設けたが、この空間部６ｄのない金型を用いても良い。

２ｄ ダイ
４ｄ パンチ（仕上げ工程の金型）
４１ｄ 型溝（環状溝）
１０ａ〜１０ｃ ワーク（第１〜３ワーク）
１４ｃ プーリ準備部
１６ｃ プーリ準備部１４ｃの底面
１８ｃ プーリ準備部１４ｃの外周縁
２０ｃ プーリ準備部１４ｃの円錐面
１００ 軸（軸部）
１２０ プーリ（プーリ部）
１２２ シーブ面
１４０ プーリシャフト（第４ワーク）
θ１ プーリ準備部１４ｃの頂角
θ３ シーブ面１２２の頂角
Ｄ１ 型溝４１ｄの溝幅

Claims (4)

1. 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金型によって一体的に鍛造成型されるベルト式無段変速機用プーリシャフトの製造方法であって、
   円柱状のワークから複数の鍛造工程を経て前記プーリ部と前記パーキングギヤとを形成する仕上げ工程と、
   前記仕上げ工程の直前で前記プーリ部の円錐の頂角よりも小さい頂角を備えた円錐状のプーリ準備部を形成する準備工程と、を有し、
   前記仕上げ工程の初期においては、前記ワークの前記プーリ準備部の円錐面が前記金型に接触しない状態から鍛造成型が実施される
   ことを特徴とするベルト式無段変速機用プーリシャフトの製造方法。
2. 前記仕上げ工程の金型に前記パーキングギヤを形成するための環状溝が形成されており、
   前記準備工程において、前記プーリ準備部の円錐の底面の外周縁が、前記環状溝の溝幅の中間に位置するように形成される
   ことを特徴とする請求項１に記載のベルト式無段変速機用プーリシャフトの製造方法。
3. 前記準備工程において、前記プーリ準備部の円錐の底面がほぼ平坦に形成される
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のベルト式無段変速機用プーリシャフトの製造方法。
4. 前記ワークの材料として、ケイ素（Ｓｉ）含有量が０．８〜１．０質量％の高Ｓｉ鋼を用い、
   全工程が、前記ワーク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で実施される
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のベルト式無段変速機用プーリシャフトの製造方法。

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