JP2018144099A

JP2018144099A - ドグクラッチ用ドグの鍛造方法及びドグクラッチ用ドグ

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Publication number: JP2018144099A
Application number: JP2017044970A
Authority: JP
Inventors: 清水　秀一; Shuichi Shimizu; 秀一清水; 和広前田; Kazuhiro Maeda; 吉村　光彦; Mitsuhiko Yoshimura; 光彦吉村
Original assignee: Musashi Seimitsu Industry Co Ltd
Current assignee: Musashi Seimitsu Industry Co Ltd
Priority date: 2017-03-09
Filing date: 2017-03-09
Publication date: 2018-09-20
Also published as: US20180257128A1; EP3372860B1; EP3372860A1

Abstract

【課題】金型の耐久性を低下させることなく且つ安価なドグクラッチ用ドグの鍛造方法及びドグクラッチ用ドグを提供する。【解決手段】図（ａ）に示すように、中間品５３のドグ２０は先端角部２７に三角形断面状の欠肉部２８が残っている。このようなドグ２０の先端面２５にパンチ５４を当てる。このパンチ５４で、影線を施した部分５５を押圧する。この影線を施した部分５５の面積はＳ１である。パンチ５４で先端面２５が押圧されると、先端面２５の肉（影線を施した部分５５）が欠肉部２８と凹部３０とに分流する。仕上げ工程の最終段階では、図（ｂ）に示すように、断面積Ｓ２に相当する分の肉が先端面２５から先端角部２７に流動し、断面積Ｓ３に相当する分の肉が先端面２５から凹部３０に流動する。先端角部２７のアール寸法は、Ｒ１から小さなＲ２に変更される。肉が補充されたため、アール寸法Ｒ２は、Ｒ１の数分の一になる。【選択図】図５

Description

本発明は、ドグクラッチ用ドグの鍛造方法及びドグクラッチ用ドグに関する。

常時噛み合い式歯車変速機において、互いに隣接するギヤ間でトルク伝達を行うため、ドグクラッチを設けることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
こうしたドグクラッチは、両ギヤを接近させたとき、一方のギヤに突出させたドグが他方のギヤと係合することで、両ギヤ間でトルク伝達が行われ、両ギヤを離反させたとき、ドグの係合が開放され、両ギヤ間のトルク伝達が解除されるようになっている。

ところで上記のようなドグは、一般に鍛造で成形される。その際、金型の隅部には素材が充填しにくいため、ドグの先端角部には欠肉が生じやすい。このような欠肉は、トルク伝達面（トルク伝達時に相手ギヤと係合する面）の有効面積を減少させ、ドグの耐久性を低下させる。

そこで、トルク伝達面の有効面積が十分なドグを得るために、従来は、鍛造時に極めて大きな成形荷重を加えて金型の隅々まで素材を充填させたり、或いは鍛造後にドグの先端面を切削加工して欠肉部を除去する方法が採られてきた。
しかしながら、極めて大きな成形荷重で鍛造する場合には、金型の耐久性が低下しやすくなる。また、切削加工を行う場合には、加工コストが嵩む。

金型の長寿命化と加工コストの低減が求められる中、トルク伝達面の有効面積が十分なドグを成形するにあたり、金型の耐久性を低下させることなく且つ安価なドグの鍛造方法が望まれる。

実開昭５９−１６４８５９号公報

本発明は、トルク伝達面の有効面積が十分なドグを成形するにあたり、金型の耐久性を低下させることなく且つ安価なドグクラッチ用ドグの鍛造方法及びドグクラッチ用ドグを提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、ドグクラッチ用ドグの鍛造方法であって、
先端面を囲う先端角部に欠肉部を残した状態でドグを成形すると共に前記先端面に凹部を成形するドグ成形工程と、
前記先端面を押圧することで、前記先端面の肉を前記先端角部へ流動させ前記欠肉部を補充する仕上げ工程と、を含むことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１記載のドグクラッチ用ドグの鍛造方法において、
前記ドグ成形工程では、前記先端面に占める前記凹部の入口面積を、前記先端面の面積の５％〜３０％の範囲で成形することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２記載のドグクラッチ用ドグの鍛造方法において、
前記ドグ成形工程では、前記凹部を入口が円で底に向かうほど面積が小さくなるように成形することを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項記載のドグクラッチ用ドグの鍛造方法において、
前記仕上げ工程では、前記凹部を残存させるように、前記先端面を押圧することを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか１項記載のドグクラッチ用ドグの鍛造方法において、
前記ドグ成形工程は、前記先端角部に前記欠肉部を残した状態でドグを成形する予備成形工程と、前記先端面に前記凹部を成形する凹設工程とからなることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、ドグクラッチ用ドグであって、ドグの先端面に凹部が設けられていることを特徴とする。

請求項７に係る発明は、請求項６記載のドグクラッチ用ドグにおいて、
前記先端面に占める前記凹部の入口面積は、前記先端面の面積の５％〜３０％の範囲であることを特徴とする。

請求項８に係る発明は、請求項６又は請求項７記載のドグクラッチ用ドグにおいて、
前記凹部は、入口が円で底に向かうほど面積が小さくなる窪みであることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、ドグ成形工程でドグの先端角部に欠肉部を残した状態でドグを成形すると共にドグの先端面に凹部を成形することで、仕上げ工程でドグの先端面を押圧したときに、先端面の肉を欠肉部と凹部とに分流させ、比較的小さな成形荷重にて先端角部まで肉を流動させることができる。
結果、金型の耐久性を低下させることなく、トルク伝達面の有効面積が十分なドグを成形することができる。また、切削加工を必要としない分、安価にトルク伝達面の有効面積が十分なドグを成形することができる。

請求項２に係る発明では、ドグの先端面に占める凹部の入口面積を先端面の面積の５％〜３０％の範囲とした。仮に５％よりも小さいと、凹部への肉の分流が十分に行われない一方、３０％よりも大きいと、先端角部の肉厚が薄くなり、仕上げ工程でドグの先端面を押圧したときに先端角部が変形しやすくなる。この点、本発明では、凹部の入口面積をドグの先端面の面積の５％〜３０％の範囲とすることで、成形不良の発生を抑えつつトルク伝達面の有効面積が十分なドグを成形することができる。

請求項３に係る発明では、凹部の入口を円にした。仮に、凹部の入口に変曲点があると、先端面が押圧された際に、変曲点を起点にして、かぶり（塑性加工後の肉の充填密度に差がでる不具合。）が生じる。この点、本発明では凹部の入口を円としたため、かぶりの発生を防止できる。
また、凹部を底に向かうほど面積が小さくなるようにしたので、ドグの強度低下も抑制できる。

請求項４に係る発明では、仕上げ工程にて凹部を残存させるため、製品重量を軽減させることができる。その結果、製品の慣性マスが小さくなり、製品を組み込んだ歯車変速機の変速操作性を向上させることができる。

請求項５に係る発明では、ドグ成形工程を、先端角部に欠肉部を残した状態でドグを成形する予備成形工程と、先端面に凹部を成形する凹設工程とからなるようにした。これにより、各工程の金型を単純化できる。

請求項６に係る発明は、ドグクラッチ用ドグであって、ドグの先端面に凹部が設けられているため、製品重量を軽減させることができる。その結果、製品の慣性マスが小さくなり、製品を組み込んだ歯車変速機の変速操作性を向上させることができる。

加えて、請求項６に係る発明では、ドグの先端面に凹部を設けているため、ドグを成形する際、ドグの先端面を押圧したときに、先端面の肉を欠肉部と凹部とに分流させ、比較的小さな成形荷重にて先端角部まで肉を流動させることができる。
結果、金型の耐久性を低下させることなく、トルク伝達面の有効面積が十分なドグを成形することができる。また、切削加工を必要としない分、安価にトルク伝達面の有効面積が十分なドグを成形することができる。

請求項７に係る発明では、ドグの先端面に占める凹部の入口面積は、先端面の面積の５％〜３０％の範囲であるため、先端面の面積が極端に減少せず、相手ギヤとの接触時の過度な面圧上昇を防止することができる。その上で、成形性も向上させることができる。

請求項８に係る発明では、凹部の入口が円である。仮に、凹部の入口に変曲点があると、相手ギヤとの接触時に、変曲点を起点にして破壊が生じやすい。この点、本発明では凹部の入口が円であるため、破壊の発生を防止できる。
また、凹部を底に向かうほど面積が小さくなる窪みであるため、ドグの強度も確保できる。

本発明に係るドグの斜視図である。ドグの拡大図である。ドグの製造工程を説明する図である。ドグ成形工程を説明する図である。仕上げ工程を説明する図である。ドグの製造工程の変更例を説明する図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。

図１に示すように、本発明に係るドグクラッチ用ドグ２０（以下、単にドグ２０と記す。）は、例えば常時噛み合い式歯車変速機に用いられるギヤ１０の側面１２に突出形成される。
ドグ２０は、４つの壁面（外壁面２１、内壁面２２、一対の側壁面２３、２４）を有すると共に、これら壁面２１〜２４の先端に接してギヤ１０の側面１２に平行（略平行を含む。）な先端面２５を有する。

前者４つの壁面のうち一対の壁面２３、２４は、トルク伝達時に相手ギヤと係合する面、いわゆるトルク伝達面となる。
なお、ドグ２０は先端面２５が四角形や台形のものに限られず円形でも良い。先端面２５が円形の場合には円柱状の壁面となり、壁面の一部がトルク伝達面となる。

図２に示すように、ドグ２０の先端面２５には、入口が正円である凹部３０が一体的に形成されている。この凹部３０の断面図は、後述する。

以上の構成からなるドグ２０の製造方法を、図３、図４及び図５に基づいて説明する。
図３（ａ）に示すように、所定ボリュームの鍛造用素材５１を準備する。なお、鍛造用素材５１の形態は任意である。この鍛造用素材５１に施すドグ成形工程を図４に基づいて説明する。

図４（ａ）に示すように、鍛造用金型４０を準備する。この鍛造用金型４０に、ドグ形成部４１を設けると共に、このドグ形成部４１の底に円錐台状の凸部４２を設けておく。円錐台状の凸部４２は、円錐台に半球形の頂部を接続した形態のものである。つまり凸部４２は、底部が正円で頂上に向かって断面積が小さくなる。

このような鍛造用金型４０を用いて、鍛造用素材５１に鍛造を施す。結果、図４（ｂ）に示すようなドグ２０を得ることができる。このドグ２０は、先端面２５を囲う先端角部２７がアール寸法Ｒ１となる。想像線で示し、断面が略三角形状を呈する欠肉部２８が存在する。

アール寸法Ｒ１が大きければ、鍛造は容易になり、鍛造用金型４０の負担は軽減される。対して、アール寸法Ｒ１が小さいほど鍛造圧力を高める必要があり、鍛造用金型４０の強度を高める必要がある。よって、アール寸法Ｒ１は、経済性等を考慮して、適正に決定される。Ｒ１は例えば０．５ｍｍである。

図４（ｃ）は図４（ｂ）のＣ矢視図である。
図４（ｃ）に示すように、凹部３０は、入口が直径Ｗ２の正円である。そして、図面奥、すなわち底に向かうほど面積が小さくなる。

図４で説明したドグ成形工程を、図３（ａ）に示す鍛造用素材５１に適用することにより、図３（ｂ）に示す中間品５３を得る。

この中間品５３に仕上げ工程を施す。仕上げ工程を図５に基づいて説明する。
図５（ａ）に示すように、中間品５３のドグ２０は先端角部に、三角形断面状の欠肉部２８が残っている。このようなドグ２０の先端面２５にパンチ５４を当てる。このパンチ５４で、図面に影線を施した部分５５を押圧する。この影線を施した部分５５の面積はＳ１である。
パンチ５４で先端面２５が押圧されると、先端面２５の肉（影線を施した部分５５）が欠肉部２８と凹部３０とに分流する。

仕上げ工程の最終段階では、図５（ｂ）に示すように、断面積Ｓ２に相当する分の肉が先端面２５から先端角部２７に流動し、断面積Ｓ３に相当する分の肉が先端面２５から凹部３０に流動する。概ね、断面積Ｓ２＋断面積Ｓ３が断面積Ｓ１に相当する。先端角部２７のアール寸法は、Ｒ１から小さなＲ２に変更される。肉が補充されたため、アール寸法Ｒ２は、Ｒ１の数分の一になる。例えば、０．５ｍｍであったものが０．１ｍｍ程度になる。凹部３０は入口の形状が若干変化するものの残存している。

図５で説明した仕上げ工程を、図３（ｂ）に示す中間品５３に適用することにより、図３（ｃ）に示すドグ２０を得る。

以上の仕上げ工程を実施する上で、図５（ａ）に示す凹部３０の相対的な寸法（大きさ）が重要になる。
本発明者らが、試作を重ねた結果、ドグ２０の幅Ｗ１に対して、凹部３０の入口の径Ｗ２は、（２５％〜５５％）×Ｗ１の範囲であればよいことがわかった。

所定の押圧荷重をかけた場合、入口の径Ｗ２がＷ１の５５％を超えると、影線を施した部分５５の長さ（パンチ５４に接している長さ）が小さくなり、押圧時の肉の流動が過剰になる。結果、流動量の制御が困難になる。
所定の押圧荷重をかけた場合、入口の径Ｗ２がＷ１の２５％未満になると、影線を施した部分５５が長くなり、押圧時の肉の流動が不十分になる。

よって、凹部３０の入口の径Ｗ２は、（２５％〜５５％）×ドグ２０の幅Ｗ１の範囲とする。なお、誤差等を考慮すると、凹部３０の入口の径Ｗ２は、（３０％〜４０％）×ドグ２０の幅Ｗ１の範囲にすることがより好ましい。

上記範囲を、凹部３０の入口面積とドグ２０の先端面２５の面積に換算する。
ドグ２０の先端面２５が円形である場合は、面積は径の二乗となるため、Ｗ２／Ｗ１＝２５％は面積に換算すると、０．２５^２＝６．３％となる。同様に、Ｗ２／Ｗ１＝３０％、４０％、５５％は、面積に換算すると、９％、１６％、３０％となる。

ドグ２０の先端面２５が角形である場合は、Ｗ２／Ｗ１＝２５％は面積に換算すると、（π／４）×０．２５^２＝５％となる。同様に、Ｗ２／Ｗ１＝３０％、４０％、５５％は、面積に換算すると、７％、１３％、２４％となる。
先端面２５の形状は問わないため、先端面２５に占める凹部３０の入口面積を先端面２５の面積の５％〜３０％の範囲としても良いこととなる。

また、図４（ｃ）で説明したように、凹部３０の入口は円であることが望まれる。仮に、凹部３０の入口が多角形であると、多角形の頂点が変曲点となる。肉が流動する際に、変曲点の近傍で流動が不規則になり、充填密度に粗密ができる。いわゆる、かぶりが発生する。かぶりの影響は、凹部３０に留まらず先端角部２７の仕上がり精度にも及ぶ。
この点、円であれば、かぶりの発生を抑制することができる。なお、かぶりの発生は楕円であっても抑制できるが、本実施の形態のように正円であることがより好ましい。

図４で説明したドグ成形工程では、ドグ２０の形成と凹部３０の形成を同時に行った。しかし、図６に示すように、ドグ２０の形成と凹部３０の形成を別々に行うことも可能である。
すなわち、図６（ａ）に示す鍛造用素材５１に予備成形を施して、図６（ｂ）に示す第１中間品５３Ａを得る。この第１中間品５３Ａのドグ２０に凹部３０はまだ形成されていない。

図６（ｂ）に示す第１中間品５３Ａに凹設工程を施し、ドグ２０に凹部３０を形成する。そして、図６（ｃ）に示す第２中間品５３Ｂに仕上げ工程を施す。

このようにして仕上げ工程を施した中間品５３または第２中間品５３Ｂの外周に歯形を加工することにより、図１に示すギヤ１０が得られる。ドグ２０は、先端面２５に凹部３０を備えているため、ギヤ１０の重量を軽減させることができる。その結果、ギヤ１０の慣性マスが小さくなり、ギヤ１０を組み込んだ歯車変速機の変速操作性を向上させることができる。

ドグ成形工程（又は予備成形工程）では、ドグ２０の先端角部２７に欠肉部２８を残した状態で、ドグ２０を隆起させるので、比較的小さな成形荷重でもドグ２０を隆起させることができ、金型の耐久性を低下させない。

また、トルク伝達面２３、２４は、相手ギヤと点や線で接触すると破損や摩耗の原因となるので、平面を確保する必要がある。これに対し、先端面２５に凹部３０を設けることで、仕上げ工程でドグ２０の先端面２５を押圧したときに、トルク伝達面２３、２４が側方へ膨らむことを防ぎ、トルク伝達面２３、２４に平面を確保することができる。

本発明は、ドグクラッチ用のドグに好適である。

２０…ドグクラッチ用ドグ（ドグ）、２５…先端面、２７…先端角部、２８…欠肉部、３０…凹部。

Claims

ドグクラッチ用ドグの鍛造方法であって、
先端面を囲う先端角部に欠肉部を残した状態でドグを成形すると共に前記先端面に凹部を成形するドグ成形工程と、
前記先端面を押圧することで、前記先端面の肉を前記先端角部へ流動させ前記欠肉部を補充する仕上げ工程と、を含むことを特徴とするドグクラッチ用ドグの鍛造方法。
請求項１記載のドグクラッチ用ドグの鍛造方法において、
前記ドグ成形工程では、前記先端面に占める前記凹部の入口面積を、前記先端面の面積の５％〜３０％の範囲で成形することを特徴とするドグクラッチ用ドグの鍛造方法。
請求項１又は請求項２記載のドグクラッチ用ドグの鍛造方法において、
前記ドグ成形工程では、前記凹部を入口が円で底に向かうほど面積が小さくなるように成形することを特徴とするドグクラッチ用ドグの鍛造方法。
請求項１〜３のいずれか１項記載のドグクラッチ用ドグの鍛造方法において、
前記仕上げ工程では、前記凹部を残存させるように、前記先端面を押圧することを特徴とするドグクラッチ用ドグの鍛造方法。
請求項１〜４のいずれか１項記載のドグクラッチ用ドグの鍛造方法において、
前記ドグ成形工程は、前記先端角部に前記欠肉部を残した状態でドグを成形する予備成形工程と、前記先端面に前記凹部を成形する凹設工程とからなることを特徴とするドグクラッチ用ドグの鍛造方法。
ドグクラッチ用ドグであって、
ドグの先端面に凹部が設けられていることを特徴とするドグクラッチ用ドグ。
請求項６記載のドグクラッチ用ドグにおいて、
前記先端面に占める前記凹部の入口面積は、前記先端面の面積の５％〜３０％の範囲であることを特徴とするドグクラッチ用ドグ。
請求項６又は請求項７記載のドグクラッチ用ドグにおいて、
前記凹部は、入口が円で底に向かうほど面積が小さくなる窪みであることを特徴とするドグクラッチ用ドグ。