(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部材と円板状のドラム部を有する単一の素材を用い、その軸部材に油穴やスプライン歯を加工すると共にドラム部を鍛造により伸ばし回転塑性加工のプリフォーム形状にする機械加工工程と、
機械加工済素材の表面全体に浸炭硬化層を形成する浸炭焼き入れ工程と、
焼き入れ済素材のうち回転塑性加工が施されるドラム部のみを加熱焼鈍して回転塑性加工が可能な硬度とする加熱焼鈍工程と、
加熱焼鈍されたドラム部に金型を設定し、ドラム部に対するフォーミングローラの押圧を保ったまま金型に沿ってフォーミングローラを相対移動させることで内歯を有するドラムを成形する冷間の回転塑性加工工程と、
を備えていることを特徴とするドラム付き軸部材の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のドラム付き軸部材の製造方法において、
前記加熱焼鈍工程を、真空中または窒素等の不活性ガス中にて加熱焼鈍を行なう工程としたことを特徴とするドラム付き軸部材の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載のドラム付き軸部材の製造方法において、
前記加熱焼鈍工程を、設定した焼鈍温度レベルまでワーク温度を上げ、加熱保持により焼鈍部の硬度分布を均一にさせ得る時間まで上げたワーク温度を維持する工程としたことを特徴とするドラム付き軸部材の製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３記載のドラム付き軸部材の製造方法において、
前記加熱焼鈍工程を、焼鈍後のビッカース硬度をＨＶ１００〜１５０とし、かつ、回転塑性加工後のビッカース硬度がＨＶ２３０以上を確保することが可能な焼鈍条件としたことを特徴とするドラム付き軸部材の製造方法。
【請求項５】
油穴やスプライン歯等を有する軸部材に内歯を有するドラムが固定されたドラム付き軸部材において、
前記軸部材とドラムを、単一の素材による一体品とすると共に、
前記軸部材は、表面に浸炭硬化層を形成した部材とし、
前記ドラムは、回転塑性加工による内歯を有する部材としたことを特徴とするドラム付き軸部材。
【請求項６】
請求項５記載のドラム付き軸部材において、
前記軸部材は自動変速機内に設けられた動力を伝達するシャフトであり、
前記ドラムはシャフトと一体に回転し、内歯にクラッチプレートが摺動可能に嵌合されるクラッチドラムであることを特徴とするドラムドラム付き軸部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動変速機のインプットシャフトとクラッチドラム等のように軸部材に内歯を有するドラムが固定されたドラム付き軸部材の製造方法とその方法により製造されたドラム付き軸部材の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、インプットシャフト等に代表される自動車用トランスミッション部品（ドラム付き軸部材）は、図５に示すように、油穴やスプライン歯等を有する軸物部品は、浸炭熱処理品もしくは高周波焼き入れ部品を使用し、外周部のクラッチドラム部品は、板金プレス部品を使用し、軸物部品とクラッチドラム部品とを電子ビーム溶接にて接合することで製造されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の自動車用トランスミッション部品の製造方法にあっては、互いに独立した軸物部品とクラッチドラム部品とを別々に製造し、両部品を電子ビーム溶接接合することで、ドラム付き軸部材を製造するようにしているため、下記に列挙する問題がある。
【０００４】
（１）  軸物部品の機械加工（油穴やスプライン歯）及び熱処理と、クラッチドラム部品のプレス成形加工及び機械加工（穴や溝や仕上げ）と、両部品を位置合わせしながらの電子ビーム溶接作業と、をそれぞれ行なわなければならないため、製造時間が多大となるし、製造コストも高価となってしまう。
【０００５】
（２）  軸物部品を浸炭熱処理した場合、溶接部の浸炭防止不良を原因とし、電子ビーム溶接時にブローホールやピンホールあるいは、割れ等が生じてしまい、所望の溶接強度が得られない。
【０００６】
（３）  溶接品質の確認作業としては切断調査に頼らざるを得なく、現実に製品による全数溶接品質の確認ができない。よって、高い溶接品質を保つには溶接作業時に細心の注意を払いながら時間をかけて作業する必要がある。
【０００７】
（４）  軸物部品とクラッチドラム部品と電子ビーム溶接するため、溶接に伴う材料加熱で生じる溶接歪みを避けることができず、溶接歪みによりスプライン歯が傾くと共に、軸物部品とクラッチドラム部品との軸心ズレによりクラッチプレートとの嵌合隙間を一定に保つことができない。
【０００８】
（５）  別体のクラッチドラムの高強度化を図るため、クラッチドラムのみ軟窒化処理を施す必要がある。
【０００９】
上記従来の製造方法では、プレス成形によりクラッチドラム部品を製造する方法を説明したが、特開平７−５１７８１号公報に記載されているように、クラッチドラム部品を冷間の回転塑性加工であるフローフォーミングにより加工する方法が知られている。このフローフォーミングとは、金型に素材を設定し、金型と共に素材を回転させ、ドラム部に対するフォーミングローラの押圧を保ったまま金型に沿ってフォーミングローラを相対移動させ、ローラによるしごきで押し出された材料を金型に流し込み、内歯を有するドラムを成形する冷間の回転塑性加工をいう。
【００１０】
よって、このフローフォーミングをドラム製造に採用すると、プレス成形のような弾性変形領域でのスプリングバックがなくてスプライン内歯を機械加工精度並みの高精度で成形できるし、また、冷間の塑性加工のために加工硬化が大きく、さらに、金属組織の結晶が地滑りや微細化する等のファイバーフロー現象が生かされるので機械的性質（引張強さ・靭性・疲労強度）が素材強度より高まるというメリットがある。
【００１１】
しかしながら、フローフォーミングで製造されたドラムと軸物部品とを溶接してドラム付き軸部材を製造するを製造することには変わりがないため、上記問題点の（１）  〜（４）  については何ら解決されない。
【００１２】
本発明が解決しようとする課題は、低廉な製造コストと、高い製品品質の確保と、歯の傾き防止と、ドラムの軸心ズレの防止を達成しながら、高精度と高強度を両立させたドラムを一体に有するドラム付き軸部材の製造方法とドラム付き軸部材を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
（解決手段１）
上記課題の解決手段１（請求項１）は、軸部材と円板状のドラム部を有する単一の素材を用い、その軸部材に油穴やスプライン歯を加工すると共にドラム部を鍛造により伸ばし回転塑性加工のプリフォーム形状にする機械加工工程と、
機械加工済素材の表面全体に浸炭硬化層を形成する浸炭焼き入れ工程と、
焼き入れ済素材のうち回転塑性加工が施されるドラム部のみを加熱焼鈍して回転塑性加工が可能な硬度とする加熱焼鈍工程と、
加熱焼鈍されたドラム部に金型を設定し、ドラム部に対するフォーミングローラの押圧を保ったまま金型に沿ってフォーミングローラを相対移動させることで内歯を有するドラムを成形する冷間の回転塑性加工工程と、
を備えていることを特徴とする。
【００１４】
なお、この場合、金型と共に素材を回転させることが望ましい。金型と共に素材を回転させることで、回転塑性加工工程の制御が容易となり、また内歯の精度を向上させることができる。
【００１５】
（解決手段２）
上記課題の解決手段２（請求項２）は、請求項１記載のドラム付き軸部材の製造方法において、
前記加熱焼鈍工程を、真空中または窒素等の不活性ガス中にて加熱焼鈍を行なう工程としたことを特徴とする。
【００１６】
（解決手段３）
上記課題の解決手段３（請求項３）は、請求項１または請求項２記載のドラム付き軸部材の製造方法において、
前記加熱焼鈍工程を、設定した焼鈍温度レベルまでワーク温度を上げ、加熱保持により焼鈍部の硬度分布を均一にさせ得る時間まで上げたワーク温度を維持する工程としたことを特徴とする。
【００１７】
（解決手段４）
上記課題の解決手段４（請求項４）は、請求項１ないし請求項３記載のドラム付き軸部材の製造方法において、
前記加熱焼鈍工程を、焼鈍後のビッカース硬度をＨＶ１００〜１５０とし、かつ、回転塑性加工後のビッカース硬度がＨＶ２３０以上を確保することが可能な焼鈍条件としたことを特徴とする。
【００１８】
（解決手段５）
上記課題の解決手段５（請求項５）は、油穴やスプライン歯等を有する軸部材に内歯を有するドラムが固定されたドラム付き軸部材において、
前記軸部材とドラムを、単一の素材による一体品とすると共に、
前記軸部材は、表面に浸炭硬化層を形成した部材とし、
前記ドラムは、回転塑性加工による内歯を有する部材としたことを特徴とする。
【００１９】
（解決手段６）
上記課題の解決手段６（請求項６）は、請求項５記載のドラム付き軸部材において、
前記軸部材は自動変速機内に設けられた動力を伝達するシャフトであり、
前記ドラムはシャフトと一体に回転し、内歯にクラッチプレートが摺動可能に嵌合されるクラッチドラムであることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
実施の形態１は請求項１〜４に記載の発明に対応するドラム付き軸部材の製造方法と請求項５，６に記載の発明に対応するドラム付き軸部材である。
【００２１】
［ドラム付き軸部材の製造方法について］
図１は実施の形態１のドラム付き軸部材の製造方法を示す工程説明図で、図１において、１は軸部材、２はドラム、２’はドラム部、３ａは第１軸心油穴、３ｂは第２軸心油穴、４はスプライン歯、５はスプライン内歯、６は浸炭硬化層、７は金型、８はフォーミングローラである。そして、実施の形態１のドラム付き軸部材の製造方法は、機械加工工程と、浸炭焼き入れ工程と、加熱焼鈍工程と、回転塑性加工工程によるもので、以下、各工程について説明する。
【００２２】
機械加工工程では、図１（イ）  に示すように、軸部材１と円板状のドラム部２’を有する単一の素材を用い、図１（ロ）  に示すように、その軸部材１に第１軸心油穴３ａや第２軸心油穴３ｂやスプライン歯４を加工すると共にドラム部２’を揺動鍛造により伸ばし、フローフォーミング（回転塑性加工の一例）のプリフォーム形状にする。
【００２３】
浸炭焼き入れ工程では、図１（ハ）  に示すように、機械加工済の素材に浸炭焼き入れを施し、表面全体に浸炭硬化層６を形成する。
【００２４】
加熱焼鈍工程では、図１（ニ）  に示すように、焼き入れ済素材のうちフローフォーミングが施されるドラム部２’のみを高周波加熱（基本的には高周波加熱を行なうが代替えとしてレーザー加熱でも可能）により焼鈍してフローフォーミングが可能な硬度（ビッカース硬度をＨＶ１００〜１５０）とする。尚、この加熱焼鈍工程では、図１（ニ）  の１点鎖線より下の軸部材１の部分は、熱影響を遮断する熱シールド状態にしておく。また、ドラム部２’のどこまでの部分を加熱焼鈍するかについては、フローフォーミングによってしごく部分より所定の余裕代をとった部分とする。
【００２５】
回転塑性加工工程では、図１（ホ）  に示すように、加熱焼鈍されたドラム部２’に金型７を設定し、金型７と共に素材を回転させ、ドラム部２’に対するフォーミングローラ８の押圧を保ったまま金型７に沿ってフォーミングローラ８を相対移動（金型７と素材を軸方向に移動）させることでスプライン内歯５を有するドラム２を成形する冷間の回転塑性加工を行なう。尚、熱延または冷延帯鋼を材料としてフローフォーミングを行なうフローフォーミング装置に比べ、被加工物の初期硬度が高い材料を成形することになるため、使用するフローフォーミング装置は、金型７の強度（耐摩耗，耐疲労，耐衝撃）と設備を含めた剛性アップを図った全体装置構成とする。
【００２６】
［加熱焼鈍工程について］
上記加熱焼鈍工程では、下記の加熱焼鈍条件を与える。
【００２７】
（１）  加熱焼鈍工程は、酸化スケールの付着を防止するために、真空中または窒素等の不活性ガス中にて加熱焼鈍を行なう。
【００２８】
（２）  加熱焼鈍工程は、硬度分布を均一にさせるため、加熱保持時間を長くとる。すなわち、パルシング加熱を採用する。また、本パルシング加熱により、浸炭焼き入れ組織をフェライト＋パーライト組織にし、パーライト組織中のセメンタイトを可能な限り疑似球状化させ、後工程での回転塑性加工性を容易にさせる。具体的には、設定した焼鈍温度レベル（４５０℃〜９５０℃）までワーク温度を上げ、図２の点線特性のように直ちにワーク温度を下げるのではなく、図２の実線特性に示すように、上げたワーク温度を所定時間維持する。
【００２９】
（３）  加熱焼鈍工程は、焼鈍後のビッカース硬度をＨＶ１００〜１５０の回転塑性加工可能な硬度とし、かつ、回転塑性加工後のビッカース硬度がＨＶ２３０以上を確保することが可能な焼鈍条件とする。
【００３０】
［ドラム付き軸部材について］
図３は実施の形態１のドラム付き軸部材Ａを示す断面図で、図３において、１は軸部材、２はドラム、３ａは第１軸心油穴、３ｂは第２軸心油穴、３ｃは第１径方向油穴、３ｄは第２径方向油穴、４はスプライン歯、５はスプライン内歯、６は浸炭硬化層である。
【００３１】
上記製造方法により製造されるドラム付き軸部材Ａは、図３に示すように、油穴３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄやスプライン歯４等を有する軸部材１にスプライン内歯５を有するドラム２が固定された部材で、軸部材１とドラム２は、単一の素材による一体品であると共に、軸部材１は、表面に浸炭硬化層６を形成した部材であり、ドラム２は、回転塑性加工による高精度なスプライン内歯５を有する部材である。
【００３２】
［ドラム付き軸部材が適用される自動変速機について］
図４は実施の形態１の製造方法により製造されたドラム付き軸部材Ａが適用された自動変速機の動力伝達機構を示す断面図である。
【００３３】
図４において、１０はインプットシャフト（ドラム付き軸部材）、１１はトルクコンバータ、１２はコンバータハウジング、１３はオイルポンプ、１４はリバースクラッチ、１５はブレーキバンド、１６はハイクラッチ、１７はフロントプラネタリーギヤ、１８はローワンウェイクラッチ、１９はリヤプラネタリギヤ、２０はフォワードクラッチ、２１はオーバーランクラッチ、２２はロー＆リバースブレーキ、２３はアウトプットシャフト、２４はアウトプットギヤ、２５はアイドラーギヤ、２６はフォワードワンウェイクラッチ、２７はピニオンリダクションギヤ、２８はファイナルギヤ、２９ディファレンシャルである。
【００３４】
この自動変速機では、２組のプラネタリーギヤ１７，１９を使用し、４組のクラッチ１４，１６，２０，２１、２組のブレーキ１５，２２、２組のワンウェイクラッチ１８，２６の組み合わせにより、前進４段・後退１段の変速が行なわれる。
【００３５】
前記インプットシャフト１０は、トルクコンバータ１１を経過して入力されるエンジン動力を伝達するシャフトであり、このインプットシャフト１０に一体に設けられ一体に回転するハイクラッチドラムは、そのスプライン内歯にクラッチプレートが摺動可能に嵌合される。
【００３６】
次に、作用効果を説明する。
【００３７】
［製造コストについて］
ドラム付き軸部材Ａの製造コストは、別体品を一体品に置き換え、フローフォーミングにより一体成形品として製造することで低廉となる。つまり、品質や精度の確保のために丁寧な作業が要求される溶接工程を省略することで、製造コストが低減されることになる。
【００３８】
また、一体成形品とする場合の全体焼き入れ手法として浸炭焼き入れ手法を採用することで、高周波焼き入れ手法を採用する場合に比べ、コスト低減となる。なぜなら、高周波焼き入れ手法を採用した場合、軸部の焼き入れ工程が２ステーション必要となり、製造工程が煩雑かつ高コストとなってしまう。
【００３９】
［製品品質について］
従来の別部品溶接による製造方法の場合、軸物部品の溶接部の浸炭防止不良を原因とし、電子ビーム溶接時にブローホールやピンホールや割れ等が生じてしまい、所望の溶接強度が得られないとか、溶接品質の確認作業としては切断調査に頼らざるを得なく、現実に溶接品質の確認ができないという問題があり、大量に生産した場合、バラツキのない安定した高い製品品質を望むことができない。
【００４０】
これに対し、ドラム付き軸部材Ａは溶接レスの一体品であるため、電子ビーム溶接時にブローホールやピンホールや割れ等が皆無となるし、また、溶接品質を確認しなくても品質を絶対的に保証され、バラツキのない安定した高い製品品質が確保される。
【００４１】
［製品精度について］
従来の別部品溶接による製造方法の場合、軸物部品とクラッチドラム部品と電子ビーム溶接するため、溶接に伴う材料加熱で生じる溶接歪みを避けることができなく、溶接歪みによりスプライン歯が傾くし、軸物部品とクラッチドラム部品との軸心ズレによりクラッチプレートとの嵌合隙間を一定に保つことができない。
【００４２】
これに対し、ドラム付き軸部材Ａは軸部材１とドラム２が一体であるし、ドラム２はフローフォーミングにより成形されるため、溶接に伴う歪みや軸心ズレがなく、歯の傾きが防止されるし、軸部材１とドラム２の軸心ズレが防止される。しかも、金型７と共に回転させながら行なわれるフローフォーミングでは、ドラム２のスプライン内歯５の加工精度が機械加工並みに高く、しかも、軸部材１との軸心一致性も高く、歯ブレ品質が絶対的に向上する。
【００４３】
実施の形態１の製造方法では、フローフォーミングより先に浸炭熱処理を行なうようにしたが、これは、仮に、後工程にて浸炭熱処理をすると、クラッチドラムが熱処理歪みで変形してしまい、要求される寸法精度を満たすことができないという理由による。
【００４４】
［製品強度について］
従来の別部品溶接による製造方法の場合、高強度化を図るため、別体のクラッチドラムのみ軟窒化処理をしていた。
【００４５】
これに対し、実施の形態１では、浸炭焼き入れ後、ドラム部２’のみの加熱焼鈍工程を設けることにより、ドラム２の必要硬度ひいては必要強度を自由に選択できるようにしている。加えて、フローフォーミングによりドラム２を成形することで、冷間塑性加工による加工硬化の増大と、ファイバーフローによる素材強度の向上というメリットも享受できる。
【００４６】
よって、高周波焼き入れにより軸部１の高強度化を図ることができると共に、軟窒化処理を行なうことなくドラム２の高強度化を図ることができる。
【００４７】
尚、全体焼き入れ手法として高周波焼き入れ手法を採用した場合、軸部の芯部硬度の向上が図れず、高強度化への対応には、非常に厳しい結果にならざるを得ない。
【００４８】
（その他の実施の形態）
実施の形態１では、自動変速機のインプットシャフトへの適用例を示したが、軸部材とドラムが一体に設けられるような部品であれば本発明の製造方法を適用することができる。
【００４９】
【発明の効果】
請求項１記載のドラム付き軸部材の製造方法にあっては、軸部材と円板状のドラム部を有する単一の素材を用い、その軸部材に油穴やスプライン歯を加工すると共にドラム部を鍛造により伸ばし回転塑性加工のプリフォーム形状にする機械加工工程と、機械加工済素材の表面全体に浸炭硬化層を形成する浸炭焼き入れ工程と、焼き入れ済素材のうち回転塑性加工が施されるドラム部のみを加熱焼鈍して回転塑性加工が可能な硬度とする加熱焼鈍工程と、加熱焼鈍されたドラム部に金型を設定し、ドラム部に対するフォーミングローラの押圧を保ったまま金型に沿ってフォーミングローラを相対移動させることで内歯を有するドラムを成形する冷間の回転塑性加工工程と、を備えているため、低廉な製造コストと、高い製品品質の確保と、歯の傾き防止と、ドラムの軸心ズレの防止を達成しながら、高精度と高強度を両立させたドラムを一体に有するドラム付き軸部材の製造方法を提供することができる。
【００５０】
なお、回転塑性加工工程において、金型と共に素材を回転させた場合、加工制御が容易となり、また、内歯の精度を向上させることができる。
【００５１】
請求項２記載の発明にあっては、請求項１記載のドラム付き軸部材の製造方法において、加熱焼鈍工程を、真空中または窒素等の不活性ガス中にて加熱焼鈍を行なう工程としたため、請求項１記載の発明の効果に加え、加熱焼鈍時の酸化スケールの付着を防止することができる。
【００５２】
請求項３記載の発明にあっては、請求項１または請求項２記載のドラム付き軸部材の製造方法において、加熱焼鈍工程を、設定した焼鈍温度レベルまでワーク温度を上げ、加熱保持により焼鈍部の硬度分布を均一にさせ得る時間まで上げたワーク温度を維持する工程としたため、請求項１または請求項２記載の発明の効果に加え、後工程の回転塑性加工工程を容易にさせることができる。
【００５３】
請求項４記載の発明にあっては、請求項１ないし請求項３記載のドラム付き軸部材の製造方法において、加熱焼鈍工程を、焼鈍後のビッカース硬度をＨＶ１００〜１５０とし、かつ、回転塑性加工後のビッカース硬度がＨＶ２３０以上を確保することが可能な焼鈍条件としたため、請求項１ないし請求項３記載の発明の効果に加え、回転塑性加工が可能な硬度を確保しながら、製品としての高いドラム硬度を確保することができる。
【００５４】
請求項５記載の発明にあっては、油穴やスプライン歯等を有する軸部材に内歯を有するドラムが固定されたドラム付き軸部材において、軸部材とドラムを、単一の素材による一体品とすると共に、軸部材は、表面に浸炭硬化層を形成した部材とし、ドラムは、回転塑性加工による内歯を有する部材としたため、低廉な製造コストと、高い製品品質の確保と、歯の傾き防止と、ドラムの軸心ズレの防止を達成しながら、高精度と高強度を両立させたドラムを一体に有するドラム付き軸部材を提供することができる。
【００５５】
請求項６記載の発明にあっては、請求項５記載のドラム付き軸部材において、軸部材は自動変速機内に設けられた動力を伝達するシャフトであり、ドラムはシャフトと一体に回転し、内歯にクラッチプレートが摺動可能に嵌合されるクラッチドラムであるため、請求項５記載の発明の効果に加え、クラッチの締結・解放時に内歯に沿ってクラッチプレートがスムーズに移動でき、クラッチ引き摺りやプレート偏摩耗が防止され、クラッチの耐久信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１のドラム付き軸部材の製造方法を示す工程図である。
【図２】実施の形態１のドラム付き軸部材の製造方法の加熱焼鈍工程でのワーク温度特性図である。
【図３】実施の形態１のドラム付き軸部材を示す断面図である。
【図４】実施の形態１の製造方法により製造されたドラム付き軸部材が適用された自動変速機の動力伝達機構を示す断面図である。
【図５】従来のドラム付き軸部材を示す断面図である。
【符号の説明】
Ａ  ドラム付き軸部材
１  軸部材
２  ドラム
２’  ドラム部
３ａ  第１軸心油穴
３ｂ  第２軸心油穴
３ｃ  第１径方向油穴
３ｄ  第２径方向油穴
４  スプライン歯
５  スプライン内歯
６  浸炭硬化層
７  金型
８  フォーミングローラ
１０  インプットシャフト（ドラム付き軸部材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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