JP6414560B2 - 構造体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、構造体の製造方法、特に、変速機等の作動流体制御機構を内部に収納する構造体の製造方法に関する。

車両に搭載される変速機などの構造体のケースは、ケース全体がアルミニウムなどの金属材料を用いて形成されているが、所定の剛性を確保しつつ軽量化することが求められている。

これに対し、金属製の構造体のケースの一部を樹脂製に代えて、金属製のフレーム部材と樹脂製のカバー部材とを組み合わせるようにしたものが知られている。例えば特許文献１には、変速機のケースの一部を構成するサイドカバーを、金属製のフレーム部材と、該フレーム部材の間に形成された開口部を塞ぐ樹脂製のカバー部材とによって構成したものが開示されている。

特開２０１３−１１７２４０号公報

特許文献１に開示されたケースのように、フレーム部材等の専ら強度や剛性を担うための骨格部と、該骨格部を構成する骨部で囲まれた開口部を閉塞するためのカバー部材等の壁面部とでなるケースにおいて、強度や剛性を確保しつつ更なる軽量化を図る場合、中空構造を有する骨格部を三次元積層造形法によって積層造形することが考えられる。

ここでいう三次元積層造形法とは、ＣＡＤデータ等に基づいて、金属等の粉末を薄く敷き詰めた粉末層にレーザを選択的に照射することによって溶融固化させ、この上に新たな粉末層を積層してレーザ照射を行うことを繰り返すことで、複数の層が積層一体化した三次元形状の造形物を製造する方法である。この方法によれば、金型を用いた成形では製造できない中空構造等の複雑な内部構造を有する製品を一体的に造形することが可能である。

しかしながら、このような三次元積層造形法によって中空構造を有する骨格部を積層造形する場合、骨格部の内部に形成された空洞部に溶融固化しなかった粉末が残留するので、軽量化を図るためには、この内部残留粉末を造形後に除去する必要がある。この内部残留粉末の除去は、空洞部に連通する複数の排出穴の一つから空洞部内に圧縮空気を送り込んで他の排出穴から外部へ空気と共に内部残留粉末を吹き出すことで、ある程度は可能であるが、空洞部から内部残留粉末を完全に除去することは困難であり、わずかながら内部に粉末が残留する。そのため、構造体が作動流体を制御するための油圧制御バルブ機構を内部に収納する変速機である場合、除去しきれなかった内部残留粉末が骨格部の空洞部から漏れ出して作動流体に混入し、該作動流体が供給された油圧アクチュエータ等が動作不良を起こすおそれがある。そして、この課題は、構成体が変速機である場合に限るものではない。

そこで、本発明は、構造体の内部残留物がその外部に漏れ出すのを防止することができる構造体の製造方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明は、次のように構成したことを特徴とする。

まず、本願の請求項１に記載の発明は、
第１部材と、第２部材を有する構造体の製造方法であって、
三次元積層造形法によって、空洞部と該空洞部の内部残留物を排出するための排出穴とを有する前記第１部材を造形する第１造形工程と、
前記第１部材の前記排出穴から前記内部残留物を除去する第１除去工程と、
三次元積層造形法によって、空洞部と該空洞部の内部残留物を排出するための排出穴とを有する前記第２部材を造形する第２造形工程と、
前記第２部材の前記排出穴から前記内部残留物を除去する第２除去工程と、
前記第１部材の前記排出穴を前記第２部材によって閉塞すると共に前記第２部材の前記排出穴を前記第１部材によって閉塞するように前記第１部材と前記第２部材とを組み付ける組付工程と、を有する
ことを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、
第１部材と、第２部材を有する構造体の製造方法であって、
三次元積層造形法によって、空洞部と該空洞部の内部残留物を排出するための排出穴とを有する前記第１部材を造形する第１造形工程と、
前記第１部材の前記排出穴から前記内部残留物を除去する第１除去工程と、
三次元積層造形法によって、空洞部と該空洞部の内部残留物を排出するための排出穴とを有する前記第２部材を造形する第２造形工程と、
前記第２部材の前記排出穴から前記内部残留物を除去する第２除去工程と、
前記第１部材の前記排出穴と前記第２部材の前記排出穴とを共に溶接肉部によって閉塞するように前記第１部材と前記第２部材とを組み付ける組付工程と、を有する
ことを特徴とする。

本願の請求項１に記載の発明によれば、三次元積層造形法によって、空洞部と該空洞部の内部残留物を排出するための排出穴とを有する第１,第２部材を造形し、該第１,第２部材の排出穴から内部残留物を除去し、第１部材の排出穴を第２部材によって閉塞すると共に第２部材の排出穴を第１部材によって閉塞するように第１部材と第２部材とを組み付けるので、除去しきれなかった内部残留物が第１,第２部材の空洞部から外部へ出ようとしても、閉塞された排出穴を介して外部に漏れ出すことはない。したがって、構造体の内部残留物がその外部に漏れ出すのを防止可能な構造体の製造方法を提供することができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、三次元積層造形法によって、空洞部と該空洞部の内部残留物を排出するための排出穴とを有する第１,第２部材を造形し、該第１,第２部材の排出穴から内部残留物を除去し、第１部材の排出穴と第２部材の排出穴とを共に溶接肉部によって閉塞するように第１部材と前記第２部材とを組み付けるので、除去しきれなかった内部残留物が第１,第２部材の空洞部から外部へ出ようとしても、閉塞された排出穴を介して外部に漏れ出すことはない。したがって、構造体の内部残留物がその外部に漏れ出すのを防止可能な構造体の製造方法を提供することができる。

第１参考例に係る構造体の上面図である。 図１におけるＹ−Ｙ線に沿った構造体の断面図である。 図２の骨格部の拡大断面図及び斜視図である。 図１におけるＡ−Ａ線に沿った構造体のケースの断面図である。 図１におけるＢ−Ｂ線に沿った構造体のケースの断面図である。 骨格部の変形例の断面図である。 本発明の第１実施形態に係る構造体の断面図及び拡大図である。 本発明の第２実施形態に係る構造体の断面図及び拡大図である。 第２参考例に係る構造体の断面図及び拡大図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。

［第１参考例］
図１は、第１参考例に係る構造体の上面図である。また、図２は、図１におけるＹ−Ｙ線に沿った構造体の断面図である。

［構造体の構造］
図１に示すように、第１参考例に係る構造体は、車両に搭載される動力伝達装置を構成する変速機１、具体的には入力軸及び出力軸が同一軸線状に配置されたフロントエンジン・リアドライブ車に搭載される縦置き式の変速機である。

この変速機１は、軸線が車体前後方向に延びるように配置された変速機構と、該変速機構に供給する油圧を制御するための油圧制御バルブ機構（図示しない）と、が変速機ケース内に収容されている。この変速機構は、変速機ケースの車体前方側に配設されるエンジンなどの駆動源にクラッチを介して接続される入力軸Ｓ１と、該入力軸Ｓ１と同一軸線上に配置された出力軸と、入力軸Ｓ１及び出力軸に平行に配置されたカウンタ軸Ｓ２とを有し、入力軸Ｓ１、出力軸及びカウンタ軸Ｓ２が変速機ケースに回動可能に支持されている。なお、図２には、入力軸Ｓ１及びカウンタ軸Ｓ２に設けられ、互いに噛合するギヤＧ１、Ｇ２を示している。

上述の変速機構を収容する変速機ケースは、クラッチを収納するクラッチハウジングと前記変速機構を収納するミッションケースとが一体的に形成された車体前方側のケース本体部２と、ケース本体部２に結合された車体後方側のエクステンションハウジング３と、をケース構成部材として有している。この変速機ケースは、ケース本体部２の車体後方側に設けられたフランジ部２ａとエクステンションハウジング３の車体前方側に設けられたフランジ部３ａとをボルト及びナットを用いて締結固定することにより形成されている。

これらケース構成部材２、３は、該変速機ケースの骨格を形成する骨格部１０と、該骨格部１０によって囲まれる開口部を塞ぐように設けられた壁面部２０と、を有する。骨格部１０は、変速機ケースの軸方向である車体前後方向に延びる複数の第１骨格部１１と、変速機ケースの軸方向と直交する方向において変速機ケースの周方向に延びる複数の第２骨格部１２と、を有している。

図２に示すように、第１骨格部１１は、変速機ケースの軸方向と直交する方向における断面において変速機ケースの周方向に離間して複数設けられており、断面略四角形状に形成されている。

図３（ａ）は、図２に示す第１骨格部１１の拡大断面図であり、図３（ｂ）は、第１骨格部１１の一部を切り欠いた斜視図である。図３（ａ）に示すように、第１骨格部１１は、断面略四角形状の外周面を成し、所定の板厚を有するスキン層１１ａと、該スキン層１１ａの内部に一体的に形成され、内部に空洞部１３を有する三次元の格子（ラティス）構造部１１ｂと、を有している。特に、本実施形態の場合、格子構造部１１ｂは、正四面体の中心と四つの頂点を結ぶ単位格子が規則的に複数個互いに結合されたダイヤモンド構造を有している。

また、第２骨格部１２は、変速機ケースの軸方向に離間して変速機ケースの周方向に延びるように複数設けられており、断面略円形状に形成されている。この第２骨格部１２は、図示しないが、第１骨格部１１と同様に、外周面を成すスキン層の内部に、空洞部を有する三次元の格子構造部が一体的に形成されている。

なお、骨格部１０は、図６に示すように、複数の孔部が長手方向に延びる構造であってもよい。このとき、例えば、複数の孔部１３は、骨格部１０の軸方向に交わる断面において骨格部１０の断面積に占める複数の孔部１３の断面積の割合が骨格部１０の外周側から内周側に向かうにつれて大きくなるように形成されてもよい。このような変形例の場合、骨格部１０の断面積に占める複数の孔部１３の断面積の割合が骨格部１０の径方向に等しく形成される場合に比して、所定の剛性を確保するための重量を低減することができる。

一方、壁面部２０は、図２に示すように、骨格部１０に比して肉厚が薄い平板状に形成されている。なお、壁面部２０は、少なくとも一方の面に複数の凹部が形成された構造であってもよい。この構造によれば、壁面部２０の剛性を確保しながら重量を更に低減することができる。

次に、本実施形態の特徴であるケース本体部２とエクステンションハウジング３の合わせ面２ｂ、３ｂの周辺の構造について、図４、図５を参照しながら詳細に説明する。なお、図４、図５はそれぞれ、図３のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線における断面図である。

図４、図５に示すように、ケース本体部２とエクステンションハウジング３は、ケース本体部２のフランジ部２ａの端面であるケース本体部２の合わせ面２ｂと、エクステンションハウジング３のフランジ部３ａの端面であるエクステンションハウジング３の合わせ面３ｂと、を対向させて互いに合わせた状態で組み付けられている。

このとき、図４に示すように、エクステンションハウジング３に設けられた第１骨格部１１の排出穴１１ｃは、そのフランジ部３ａの合わせ面３ｂに開口しているが、エクステンションハウジング３に組み付けられたケース本体部２のフランジ部２ａの合わせ面２ｂによって閉塞されている。そのため、エクステンションハウジング３の第１骨格部１１の空洞部１３の内部に残留した金属等の粉末は、排出穴１１ｃから外部に漏れ出すことがない。

同様に、図５に示すように、ケース本体部２に設けられた第１骨格部１１の排出穴１１ｃは、そのフランジ部２ａの合わせ面２ｂに開口しているが、ケース本体部２に組み付けられたエクステンションハウジング３のフランジ部３ａの合わせ面３ｂによって閉塞されている。そのため、ケース本体部２の第１骨格部１１の空洞部１３の内部に残留した金属等の粉末は、排出穴１１ｃから外部に漏れ出すことがない。

したがって、本実施形態の場合、ケース本体部２とエクステンションハウジング３は、これらの合わせ面２ｂ、３ｂにおいて互いの排出穴１１ｃ、１１ｃを閉塞するように組み付けられている。

［構造体の製造方法］
上述のように構成された構造体である変速機１は、以下の製造方法によって製造される。

まず、例えばアルミニウム等の金属粉末を原料として３Ｄプリンタを用いて、三次元積層造形法によって変速機ケースの骨格部１０と壁面部２０を一体的に積層造形する造形工程を行う。

この造形工程において、変速機ケースの骨格部１０を三次元積層造形法によって形成する場合、骨格部１０の内部に形成される孔部１３、１４には、孔部１３の内部に残留する金属粉末を除去するために変速機ケースの表面、好ましくは内周面に連通する排出穴（図示しない）が形成される。

ここで、三次元積層造形法として、例えば、ＣＡＤデータ等に基づいて、材料となる粉末にレーザ又は電子ビームを用いて一層ずつ焼結して造形させていく粉末焼結積層造形法が採用され得る。具体的には、金属等の粉末を薄く敷き詰めた粉末層にレーザ又は電子ビームを選択的に照射することによって溶融固化させ、この上に新たな粉末層を積層してレーザ照射を行うことを繰り返して積層造形する粉末床溶融法（Ｐｏｗｄｅｒ Ｂｅｄ Ｆｕｓｉｏｎ）や、粉末などを供給しながらレーザ又は電子ビームで溶融し、溶融物を堆積させながら積層造形する指向性エネルギー堆積法（ＤＭＰ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔａｌ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ））を用いることができる。このような方法によれば、金型を用いた成形では製造できない中空構造等の複雑な内部構造を有する製品を一体的に造形することが可能である。なお、三次元積層造形法は、上述の方式に限るものではない。

次に、骨格部１０に形成された空洞部１３、１４の内部に溶融固化せずに残留する金属粉末を骨格部１０の排出穴から空洞部１３、１４の外部へ除去する除去工程を行う。

この除去は、具体的には、空洞部１３、１４に連通する複数の排出穴の一つから空洞部１３、１４に圧縮空気を送り込んで他の排出穴から空気と共に残留する金属粉末を吹き出したり、積層造形後の変速機ケースに振動を加えて、排出穴から残留する金属粉末を振り落とすことによって行う。

なお、除去工程の後、変速機ケースの必要な箇所に切削加工などを行う仕上げ加工工程が実施されてもよい。

次に、ケース構成部材２、３を、ボルト及びナットを用いて締結固定することによって、互いに組み付ける組付工程を行うことで、ケース１が得られる。

最後に、得られたケース１の内部に、油圧制御バルブ機構を収容する収容工程を行う。

以上の製造方法によって、上述のように構成された構造体である変速機１が製造される。

本発明が適用される構造体について、図７〜図９を参照しながら、具体的に説明する。

［第１実施形態］
図７は、本発明の第１実施形態に係る構造体であるギヤ組立体１０１の断面図及び拡大図である。図７（ａ）に示すように、ギヤ組立体１０１は、出力軸に対して同心状に互いに組み付けられた出力ギヤ１０２とパーキングギヤ１０３とを有している。

ここで、図７（ｂ）に拡大して示すように、出力ギヤ１０２には、空洞部１０２ａと、該空洞部１０２ａに外部から連通する排出穴１０２ｂとが設けられている。同様に、パーキングギヤ１０３には、空洞部１０３ａに外部から連通する排出穴１０３ｂが設けられている。これら出力ギヤ１０２とパーキングギヤ１０３は、溶接肉部１０４によって互いに固定されている。

このとき、出力ギヤ１０２の排出穴１０２ｂは、パーキングギヤ１０３の内周部によって閉塞されると共に、パーキングギヤ１０３の排出穴１０３ｂは、出力ギヤ１０２のフランジ面によって閉塞されるように組み付けられる。したがって、出力ギヤ１０２、１０３の空洞部１０２ａ、１０３ａの内部に残留した金属等の粉末は、互いに合わせ面で閉塞されているので、この粉末が外部に漏れ出すのを防止することができる。

［第２実施形態］
また、図８は、本発明の第２実施形態に係る構造体であるプラネタリギヤ２０１を構成する１つのピニオンの近傍における断面図及び拡大図である。図８（ａ）に示すように、プラネタリギヤ２０１は、ピニオンシャフト２０２を回転可能に支持するキャリヤ２０３と、該キャリヤ２０３に対して溶接によって固定されたギヤ２０４と、を有している。

ここで、図８（ｂ）に拡大して示すように、キャリヤ２０３には、空洞部２０３ａと、該空洞部２０３ａに外部から連通する排出穴２０３ｂとが設けられている。同様に、ギヤ２０４には、空洞部２０４ａと、該空洞部２０４ａに外部から連通する排出穴２０４ｂとが設けられている。これらキャリヤ２０３とギヤ２０４は、溶接肉部２０５によって互いに固定されている。

このとき、キャリヤ２０３の排出穴２０３ｂとギヤ２０４の排出穴２０４ｂは共に、溶接肉部２０５によって閉塞されるように組み付けられる。したがって、キャリヤ２０３の空洞部２０３ａとギヤ２０４の空洞部２０４ａの内部に残留した金属等の粉末は、溶接肉部で閉塞されているので、この粉末が外部に漏れ出すのを防止することができる。

また、図９は、第２参考例に係る構造体であるデファレンシャルギヤ３０１の断面図及び拡大図である。図９（ａ）に示すように、デファレンシャルギヤ３０１は、リングギヤ３０２と、該リングギヤ３０２に一体的に形成されたデフケース３０３と、該デフケース３０３に対して固定ピン３０４によって固定されたピニオンシャフト３０５と、を有している。図９（ｂ）に示すように、リングギヤ３０２が固定ピン３０４によって固定されている。

ここで、図９（ｃ）に拡大して示すように、リングギヤ３０２には、空洞部３０２ａと、該空洞部３０２ａに連通する排出穴３０２ｂと、が設けられており、このリングギヤ３０２と一体的なデフケース３０３には、排出穴３０２ｂに連通して一端が外部に開口する挿入穴３０３ａが設けられている。挿入穴３０３ａの内部に固定ピン３０４を挿入することで、リングギヤ３０２がピニオンシャフト３０５に対して固定されている。

このとき、リングギヤ３０２の排出穴３０２ｂと挿入穴３０３ａは、固定ピン３０４によって共に閉塞される。したがって、リングギヤ３０２の空洞部３０２ａの内部に残留した金属等の粉末は、固定ピン３０４によって閉塞されているので、この粉末が外部に漏れ出すのを防止することができる。

以上のような構成により、本実施形態によれば以下のような作用効果を奏する。

第１,第２実施形態によれば、三次元積層造形法によって、空洞部（空洞部１３等）と該空洞部の内部残留物を排出するための排出穴（排出穴１１ｃ等）とを有する第１部材（ケース本体部２等）を造形し、該第１部材の排出穴から内部残留物を除去し、第１部材の排出穴を閉塞するように第２部材（エクステンションハウジング３等）を組み付けるので、除去しきれなかった内部残留物が第１部材の空洞部から外部へ出ようとしても、閉塞された排出穴を介して外部に漏れ出すことはない。したがって、構造体（変速機１等）の内部残留物がその外部に漏れ出すのを防止可能な構造体の製造方法を提供することができる。

また、第１参考例によれば、ケース本体部２とエクステンションハウジング３は、変速機１の変速機ケースの構成部材であり、ケース本体部２とエクステンションハウジング３の合わせ面２ｂ、３ｂにおいて排出穴１１ｃ、１１ｃを閉塞するので、ケース本体部２とエクステンションハウジング３の内部残留物が排出穴１１ｃ、１１ｃを介して外部に漏れ出すのを防止することができる。

また、第１実施形態によれば、出力ギヤ１０２とパーキングギヤ１０３を互いに溶接することによって排出穴１０２ｂ、１０３ｂを閉塞するので、出力ギヤ１０２とパーキングギヤ１０３の内部残留物が排出穴１０２ｂ、１０３ｂを介して外部に漏れ出すのを防止することができる。同様に、第２実施形態によれば、キャリヤ２０３とギヤ２０４を互いに溶接することによって排出穴２０３ｂ、２０４ｂを閉塞するので、キャリヤ２０３とギヤ２０４の内部残留物が排出穴２０３ｂ、２０４ｂを介して外部に漏れ出すのを防止することができる。

また、第２参考例によれば、リングギヤ３０２に設けられた排出穴３０２ｂと連通する挿入穴３０３ａに固定ピン３０４を挿入することによって排出穴３０２ｂを閉塞するので、リングギヤ３０２の内部残留物が排出穴３０２ｂと挿入穴３０３ａを介して外部に漏れ出すのを防止することができる。

また、第１参考例によれば、変速機１は作動流体を制御するための油圧制御バルブ機構を内部に収納するものであるので、オイル等の作動流体に粉末等の内部残留物が混入するおそれがない。

また、第１参考例によれば、作動流体制御機構は油圧制御バルブ機構であるので、変速機１の内部残留物が漏れ出して作動流体に混入し、該作動流体が供給された油圧制御バルブ機構等が内部残留物の噛み込みによって動作不良を起こすのを防止することができる。

なお、本発明は、例示された実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能である。

例えば、本実施形態では、骨格部を構成する全ての骨部について、内部の構造が共通するが、これに限るものではなく、骨部の場所に応じてその内部の構造が異なっていてもよい。

例えば、本実施形態では、三次元積層造形法によってケースの骨格部及び壁面部を一体的に形成しているが、これに限るものではなく、例えば、ケースの骨格部のみを三次元積層造形法によって一体的に形成し、その後に形成された骨格部を成形型の所定位置に挿入して、熱可塑性樹脂等の樹脂材料を用いた射出成形又はアルミニウム等の金属材料を用いたダイカスト鋳造によってケースの骨格部と壁面部とを一体的に形成することも可能である。

以上のように、本発明によれば、構造体の内部残留物がその外部に漏れ出すのを防止できる構造体の製造方法を提供することができるから、車両に搭載される自動変速機などの構造体のケースを製造する場合など、車両の製造産業分野において好適に利用される可能性がある。

１ 変速機（構造体）
２ ケース本体部（第１部材）
２ｂ 合わせ面
３ エクステンションハウジング（第２部材）
３ｂ 合わせ面
１１ｃ 排出穴
１３ 空洞部
３０３ａ 挿入穴

Claims (2)

1. 第１部材と、第２部材を有する構造体の製造方法であって、
   三次元積層造形法によって、空洞部と該空洞部の内部残留物を排出するための排出穴とを有する前記第１部材を造形する第１造形工程と、
   前記第１部材の前記排出穴から前記内部残留物を除去する第１除去工程と、
   三次元積層造形法によって、空洞部と該空洞部の内部残留物を排出するための排出穴とを有する前記第２部材を造形する第２造形工程と、
   前記第２部材の前記排出穴から前記内部残留物を除去する第２除去工程と、
   前記第１部材の前記排出穴を前記第２部材によって閉塞すると共に前記第２部材の前記排出穴を前記第１部材によって閉塞するように前記第１部材と前記第２部材とを組み付ける組付工程と、を有する
   ことを特徴とする構造体の製造方法。
2. 第１部材と、第２部材を有する構造体の製造方法であって、
   三次元積層造形法によって、空洞部と該空洞部の内部残留物を排出するための排出穴とを有する前記第１部材を造形する第１造形工程と、
   前記第１部材の前記排出穴から前記内部残留物を除去する第１除去工程と、
   三次元積層造形法によって、空洞部と該空洞部の内部残留物を排出するための排出穴とを有する前記第２部材を造形する第２造形工程と、
   前記第２部材の前記排出穴から前記内部残留物を除去する第２除去工程と、
   前記第１部材の前記排出穴と前記第２部材の前記排出穴とを共に溶接肉部によって閉塞するように前記第１部材と前記第２部材とを組み付ける組付工程と、を有する
   ことを特徴とする構造体の製造方法。