(57)【要約】【課題】硬化能に優れていながら成型の容易な素材と、高周波熱処理を行う製造方法とを提供する。【解決手段】Ｆｅを主成分として、０．３２〜０．３８重量％のＣ、０．１５〜０．３５重量％のＳｉ、０．６０〜０．９０重量％のＭｎ、０．０３重量％以下のＰ、０．０３５重量％以下のＳ、０．０２重量％以下のＣｒ及びその他の不純物からなる炭素鋼を１５０〜２００℃／ｓの冷却速度で制御し、微細なフェライトと微細分散球状化セメンタイトとから構成されるキックダウンドラムのスプライン部に熱遮断キャップを被せると同時にスプライン部の内径空間に加熱コイルを引入する段階；周波数１００ｋＨｚ、電圧９４ｋＷ、加熱温度９００〜９５０℃、加熱時間３〜５秒の条件で加熱すると共に水冷させる段階；及び電気炉で１４０〜１５０℃で１時間テンパリングする段階からなるキックダウンドラムの製造方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅを主成分として、０．３２〜０．３８重量％のＣ、０．１５〜０．３５重量％のＳｉ、０．６０〜０．９０重量％のＭｎ、０．０３重量％以下のＰ、０．０３５重量％以下のＳ、０．０２重量％以下のＣｒ及びその他の不純物からなる炭素鋼を１５０〜２００℃／ｓの冷却速度で制御し、微細なフェライトと微細分散球状化セメンタイトとから構成されることを特徴とする、自動車用キックダウンドラム素材。
【請求項２】
請求項１に記載の素材から製造されたキックダウンドラムのスプライン部に熱遮断キャップを被せると同時にスプライン部の内径空間に加熱コイルを引入する段階と；周波数１００ｋＨｚ、電圧９４ｋＷ、加熱温度９００〜９５０℃、加熱時間３〜５秒の条件で加熱すると共に水冷させる段階と；電気炉で１４０〜１５０℃で１時間テンパリングする段階とからなることを特徴とする、自動車用キックダウンドラムの製造方法。
【請求項３】
前記キックダウンドラムのスプライン部の均一な加熱のために、キックダウンドラムを所定の回転ジグで１００〜２００ｒｐｍで回転させることを特徴とする、請求項２に記載の自動車用キックダウンドラムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用キックダウンドラム素材及びそのドラム製造方法に関するものであって、さらに詳細には、変速機の駆動系部品であるキックダウンドラムに硬化能に優れていながら成型の容易な素材を適用し、この素材が適用されたキックダウンドラムのスプライン部を高周波熱処理することにより、硬度を向上させると共に耐久品質が改善できるようにした、自動車用キックダウンドラム素材及びそのドラム製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常的に、自動車用変速機のクラッチのような駆動系部品は、加工の容易性を図るために、伸率に優れた鋼板を利用して製造される。
【０００３】
前記自動変速機のクラッチを構成している部品の中でも、部品と部品とが当接するスプライン部の場合は、伸率のみを考慮した鋼板をそのまま使用して製造するため、クラッチの作動時、繰り返される摩擦により磨耗及び変形が避けられない。
【０００４】
前記自動変速機において、部品と部品とが当接する部品の一つはキックダウンドラムにあり、このキックダウンドラムは、２段及び４段変速時、リバースサンギアを拘束し変速ができるようにした部品である（図６参照）。
【０００５】
およそ、７万〜８万マイルを走行した車両において、スプライン部の全歯磨耗による変速不能現象がよく発生している。
【０００６】
このような現象は、一般に、キックダウンドラムの素材が硬度１９０Ｈｖ程度のＳＰＨＤ素材であって、相対部品のリバースサンギアが表面硬度６５０Ｈｖ程度の熱処理された高硬度部品であることから生じる現象であって、これに対する速やかな改善方案が要求されている。
【０００７】
また、次の表１は、キックダウンドラムの素材として利用されるＳＰＨＤの組成を示したものであって、炭素含量が極めて少ないため、熱処理によっては所望の強度及び硬度を得ることができない。
【０００８】
【表１】
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【０００９】
また、前記表１に示したＳＰＨＤ素材は、図７の写真から分かるように、ほとんどがフェライト組織からなっており、若干のパーライトが含まれている素材であって、硬度は１８０〜１９０Ｈｖであり、降伏強度は２４４Ｍｐａ、引張強度は３６４ＭＰａ、伸率は４１％であって、硬度が低いため７万〜８万マイルを走行すると、スプライン部の歯磨耗及び破損が発生するようになる。
【００１０】
このような点を鑑みてスプライン部の耐磨耗性を向上させようと、スプライン部のみを熱処理性のよい素材で適用し浸炭熱処理した後、キックダウンドラムに熔接し使用しているが、これは、熔接及び熱処理仕上げ加工などの追加工程が発生し、コストアップ、且つ、工程が複雑になる問題点がある。
【００１１】
即ち、キックダウンドラムは、図５に示したように、ドラム部（ＳＰＨＤ素材）とボス部（ＳＣｒ４２０Ｈ１）とに分けられるが、このボス部の組成は、表２に示した。
【００１２】
【表２】
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【００１３】
前記ボス部（スプライン部）のみを浸炭熱処理により硬化させた後、前記ドラム部に熔接してキックダウンドラムを製造しているが、追加工程によるコストアップ、浸炭による表面硬度（８０７〜８３６Ｈｖ）の増加により相対部品の磨耗現象をさらに招来し、全硬化により過大な負荷が作用した場合、スプライン部に亀裂が生じて、最悪の場合、スプライン部の破損が起こるという問題点がある。
特許文献１および２には浸炭熱処理の方法が開示されている。
【特許文献１】特開平７−５４９６７号公報
【特許文献２】特開平７−３００６６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、前記のような点を鑑みて研究開発されたものであって、硬化能に優れていながら成型の容易な自動変速機のキックダウンドラム素材と、耐磨耗性を要するキックダウンドラムのスプライン部に対し高周波熱処理を行うことにより、耐久品質の確保及びコストダウンの効果が得られるようにしたキックダウンドラムの製造方法とを提供することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記目的を達成するための本発明は、Ｆｅを主成分として、０．３２〜０．３８重量％のＣ、０．１５〜０．３５重量％のＳｉ、０．６０〜０．９０重量％のＭｎ、０．０３重量％以下のＰ、０．０３５重量％以下のＳ、０．０２重量％以下のＣｒ及びその他の不純物からなる炭素鋼を１５０〜２００℃／ｓの冷却速度で制御し、微細なフェライトと微細分散球状化セメンタイトとから構成されるキックダウンドラム素材を提供する。
【００１６】
また本発明は、前記の目的を達成するために、前記素材から製造されたキックダウンドラムのスプライン部に熱遮断キャップを被せると同時にスプライン部の内径空間に加熱コイルを引入する段階と；周波数１００ｋＨｚ、電圧９４ｋＷ、加熱温度９００〜９５０℃、加熱時間３〜５秒の条件で加熱すると共に水冷させる段階と；電気炉で１４０〜１５０℃で１時間テンパリングする段階とからなるキックダウンドラムの製造方法を提供する。
【００１７】
好ましくは、前記キックダウンドラムのスプライン部の均一な加熱のために、キックダウンドラムを所定の回転ジグで１００〜２００ｒｐｍで回転させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明による自動車用キックダウンドラム素材及びそのドラム製造方法によれば、キックダウンドラムのスプライン部に対する高周波熱処理を行うことにより、硬度の向上と共にスプライン部の耐磨耗性を大きく増大させることができて、従来の熱処理性のよい素材を用いて熔接により取り付けられるスプライン部に比べ、熱処理工程のみを追加することにより、工程の単純化及びコストタウンの効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【００２０】
本発明は、自動変速機のキックダウンドラムに、硬化能が優秀で成形の容易な利点を提供できる素材、即ち、Ｆｅを主成分として、０．３２〜０．３８重量％のＣ、０．１５〜０．３５重量％のＳｉ、０．６０〜０．９０重量％のＭｎ、０．０３重量％以下のＰ、０．０３５重量％以下のＳ、０．０２重量％以下のＣｒ及びその他の不純物からなる炭素鋼を１５０〜２００℃／ｓの冷却速度で制御し、図１の写真のような微細なフェライトと微細分散球状化セメンタイトとから構成される素材を適用したことに主眼点がある。
【００２１】
本発明によるキックダウンドラム素材の硬化能は、全的にＣの含量により決定されて、Ｃの含量が０．３２重量％未満であると、相対部品の表面硬度の６５０Ｈｖに及ばないため磨耗が大きく生じ、０．３８重量％を超えると、伸率が低くなり成型に問題が発生する可能性がある。
【００２２】
また、本発明の素材を用いてキックダウンドラムを製造するにおいて、冷却速度を１５０℃／ｓ未満にすると、硝石フェライトの生成を抑えると同時に層状組織を抑え、フェライトを微細化する効果が不十分な問題があり、冷却速度を２００℃／ｓ以上にすると、経済的、技術的側面から好ましくない。
【００２３】
本発明のキックダウンドラム素材は、前記のように１５０〜２００℃／ｓの正確な冷却速度の制御を通じて得られたもので、微細なフェライトと微細分散セメンタイトとから構成されＣの含量が０．３４重量％で多いが、３６％の優れた伸率を示し、降伏強度は２４４Ｍｐａ、引張強度は３６４ＭＰａを示す。
【００２４】
このような素材から製造された本発明のキックダウンドラムにおいて、その上端部には、スプライン部が一体に形成されるが、このスプライン部は、相対部品との噛合い駆動時、繰り返される摩擦により磨耗及び変形が生じやすい部分であって、高硬度の耐磨耗性を要する。
【００２５】
このため、本発明は、前記キックダウンドラムのスプライン部に対し高周波熱処理を行うが、以下、その方法について説明する。
【実施例１】
【００２６】
図２は、本発明によるキックダウンドラムのスプライン部に熱処理を行うための装置を示し、図３は、熱処理されるスプライン部を示す。
【００２７】
まず、前記素材から製造されたキックダウンドラムを所定の回転ジグに載せて乗せて、キックダウンドラムの上端に一体に形成されたスプライン部の外径に熱遮断のためのキャップを被せると同時に、スプライン部の内径空間に加熱コイルを挿入する。
【００２８】
次に、周波数１００ｋＨｚ、電圧９４ｋＷ、加熱温度９００〜９５０℃、加熱時間３〜５秒の条件で加熱すると同時に、水冷させる段階を進行した後、通常の電気炉において１４０〜１５０℃で１時間テンパリングする段階を進行する。
【００２９】
部品の特性上、前記スプライン部の断面の厚さは、約２．９ｍｍ程度であるため１００ｋＨｚの装備によりスプラインの内径部を熱処理することは不可能で、少なくとも４００ｋＨｚ以上の装備を要するが、本発明では、スプライン部の外径を熱遮断キャップで被せた状態であるため、熱が外部へ放出されることを最大限遮断し、１００ｋＨｚの高周波熱処理が可能になる。
【００３０】
一方、キックダウンドラムの回転が１００ｒｐｍ未満または停止状態で熱処理を行う場合、コイルの磁場により加熱される試片の温度が均一ではなくなるため均一な硬化が得られなく、キックダウンドラムの回転が２００ｒｐｍを超過する場合は、経済的側面から好ましくない。
【００３１】
また、スプライン部に対する加熱温度が９００℃未満である場合、高周波熱処理の特性上、かなり速い速度で加熱されるため、組織全体にオーステナイト変態が起こらなく、急冷時、完全マルテンサイト組織が得られない短所がある。また、９５０℃を超える場合、向上効果があまりなく、オーステナイトの結晶粒が大きく成長する可能性があるため、好ましくない。
【００３２】
また、スプライン部に対する加熱時間を３秒未満にすると、全体的に目標とする加熱温度に達せず、均一な硬度が得られなくて、また５秒を超える場合、スケールが過多に生じ、追加加工を必要とする短所がある。
【００３３】
上述のように、本発明によると、マルテンサイト組織は、高温のオーステナイトを強制的に急冷して変態させた不安定な組織であって、安定した組織を得るためにテンパリングを実施するのである。１４０℃未満でテンパリングを行う場合、その効果があまりなく、１５０℃を超える場合は、試片表面の硬度の低下を招来する。
【００３４】
以下、第２の実施例を通じて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【実施例２】
【００３５】
０．３４重量％のＣと、３６％の伸率を有して、前述のように微細なフェライトと微細分散球状化セメンタイトとから構成された本発明の素材（表３参照）を用いて製造されたキックダウンドラムのスプライン部に対し、下記のような条件で熱処理を行った。
【００３６】
【表３】
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【００３７】
上記のような熱処理条件と共に、キックダウンドラムのスプライン部の外径を熱遮断用キャップ（Ｓ４５Ｃ素材）で被せて、亀裂加熱のために所定の回転ジグ上で１００〜２００ｒｐｍで回転させる。
【００３８】
前記のような熱処理の後、１４０〜１５０℃の電気炉で１時間テンパリングを行う。
【００３９】
その後、通常の測定装備によりスプライン部に対する硬度を測定し、内面全体が６００Ｈｖ程度の硬度を有することが分かった。
【００４０】
また、スプライン部の外面の硬度は３２０Ｈｖ以下であるため、スプライン部内面に対する過大な負荷が作用するとしても亀裂を防止することができるようになる。
【００４１】
また、高周波焼入の結果、前述のように６００Ｈｖ以上の硬度を得ることができて、組織の分析結果、図４の写真のように完全マルテンサイト変態が起こることが分かった。
【実施例３】
【００４２】
スプライン部に対する熱遮断用キャップを使用していないことを除いては、実施例と同様にして熱処理を行った。
【００４３】
その結果、スプライン部の厚さが２．９ｍｍ程度しかならないため、高周波熱処理時、試片の温度を上昇させることができなく、熱が外部へ放出され熱処理がうまくできないため、硬度は２４４〜２９７Ｈｖであった。
【００４４】
一方、スプライン部の下側の厚さは、上側より厚いため試片の温度が上昇するが、他の部位は、厚さが薄いため熱が外部へ放出され試片の温度が上昇しないようになり、結果的に、前記キャップを使用せずに熱処理をすると、マルテンサイト変態が進まないことが分かった。
【実施例４】
【００４５】
スプライン部に被せるキャップの素材を、炭素鋼ではなく、熱伝導率のよい素材を適用して熱処理を行ったことを除いては、実施例と同様に熱処理を行った。
【００４６】
一般に炭素鋼は、熱伝導率が０．１１０〜０．１３０ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃を示す。しかし、それ以上の熱伝導率を有する銅（０．９３４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃）をキャップの素材として利用した場合、熱伝導率がよいため硬化分布が均一ではないという短所があり、熱伝導率が炭素鋼と似かよった他の素材を使用する場合、ニッケル（０．２２ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃）や白金（０．１６５ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃）などは、費用の側面から好ましくないという短所がある。
【００４７】
結果的に、前述の実施例のように、キックダウンドラムのスプライン部に対する熱処理をすることで、スプライン部の耐久品質を容易に確保すると共に、コストダウンの効果を得ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明によるキックダウンドラム素材であって、微細なフェライトと微細分散球状化セメンタイトとから構成されたことを示す写真である。
【図２】本発明によるキックダウンドラムのスプライン部に熱処理を行うための装置を示す写真である。
【図３】熱処理されるスプライン部を示す写真である。
【図４】本発明の素材を熱処理した組織であって、完全マルテンサイト変態を示す写真である。
【図５】従来、キックダウンドラムのボス部（スプライン部）を浸炭熱処理した後、熔接により取り付けた状態を示す写真である。
【図６】通常のキックダウンドラムの形状を示す写真である。
【図７】通常のキックダウンドラムの素材の組織写真である。
【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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【図６】
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【図７】
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