JP2014065052A - 異材鍛造方法及びドグクラッチ用鍛造品 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを下げることができる異材鍛造技術を提供することを課題とする。
【解決手段】図（ａ）に示すように、第１ダイ４１に、第１の金属系部材３１が環状段部７２の内側に収まるようにして素材７１を載せる。（ｂ）に示すように、セットされている素材７１へ第１パンチ５１を下げる。第１円錐台部７３が第２の金属系部材３２を径外方へ膨出するように塑性変形させる。第１の金属系部材３１は下部が環状段部７２により変形が抑制され、第１の金属系部材３１の上部が下部よりも径外方に広がって中心部が外周部より軸線方向へ突出する。（ｃ）に示す第１鍛造品８６を得る。
【効果】素材を径方向に膨出するように塑性加工を施すにも拘わらず、素材は第１の金属系部材の上端に第２の金属系部材を接合してなる。上下に繋ぐため、素材は容易に製造することができ、製造コストを下げることができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、異材鍛造品を得る異材鍛造技術に関する。

異材鍛造品は用途は任意であるが、理解を促すために、ドグクラッチを例に説明する。
図１１は従来のドグクラッチの使用形態を説明する図であり、歯車変速機２００に、駆動軸２０１と従動軸２０２が備えられる。駆動軸２０１に、第１ギヤ２０３と、この第１ギヤ２０３より大径の第２ギヤ２０４が、圧入嵌合により一体的に取付けられる。

従動軸２０２に、ニードル軸受２０５を介して駆動側回転体としての第３ギヤ２０６が回転自在に取付けられる。この第３ギヤ２０６は、第１ギヤ２０３に常時噛み合うと共に軸線方向の一側にドグギヤ部２０７を有する。
さらに、従動軸２０２に、ニードル軸受２０５を介して第４ギヤ２０８が回転自在に取付けられる。この第４ギヤ２０８は、第２ギヤ２０４に常時噛み合うと共に軸線方向の一側にドグギヤ部２０９を有する。

第３ギヤ２０６と第４ギヤ２０８とに挟まるようにして、従動軸２０２に筒形ガイド２１１が嵌められる。さらに、この筒形ガイド２１１の外周に、スプライン２１２を介して軸移動自在にスリーブ２１３が取付けられる。
このスリーブ２１３は、セレクター２１４で、軸方向に移動される。

セレクター２１４にて、スリーブ２１３が第３ギヤ２０６側へ付勢されると、スリーブ２１３はスプライン２１２とドグギヤ部２０７に跨る。
この状態で、駆動軸２０１が回されると、駆動力は第１ギヤ２０３、第３ギヤ２０６、スリーブ２１３、筒形ガイド２１１の順で伝達され、従動軸２０２が回される。

また、セレクター２１４にて、スリーブ２１３が第４ギヤ２０８側へ付勢されると、スリーブ２１３はスプライン２１２とドグギヤ部２０９に跨る。
この状態で、駆動軸２０１が回されると、駆動力は第２ギヤ２０４、第４ギヤ２０８、スリーブ２１３、筒形ガイド２１１の順で伝達され、従動軸２０２が回される。

セレクター２１４により、２つのドグギヤ部２０７、２０９のどちらかを選択する、またはどちらも選択しない（中立状態）の３態様が選べるため、この動力断接機構は「ドグクラッチ」と呼ばれる。

ところで、第３ギヤ２０６及び第４ギヤ２０８はギヤ用鋼を切削することにより製造され得る。しかし、ドグギヤ部２０７等を形成するため、切削に時間が掛かると共に切り屑が大量に発生する。
地球資源の有効活用が求められる中、切り屑の発生を抑制することが望まれる。

そこで、第３ギヤ２０６又は第４ギヤ２０８とほぼ同形でドグギヤ部２０７又はドグギヤ部２０９を有する鍛造品を製造し、この鍛造品の外周ギヤを切削することで、切り屑の発生量を少なくすることが提案されている（例えば、特許文献１（図１）参照。）。

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図１２は従来の鍛造法によるドグクラッチの製造工程を説明する図であり、（ａ）に示すように円板素材２２０を準備し、（ｂ）に示すように予備鍛造品２２１を鍛造成形し、（ｃ）に示すように、ドグギヤ部２２２が付いたドグクラッチ用鍛造品２２３に成形する。そして、（ｄ）に示すように切削加工を施して外周ギヤ２２４及びドグギヤ部２２２を備えるギヤ２２５を得る。

このドグギヤ部２２２を備えるギヤ２２５は、ドグクラッチの主要素である。そこで、本書では便宜上、ドグギヤ部２２２を備えるギヤ２２５を「ドグクラッチ」と呼ぶことにする。

ドグクラッチ２２５は、外周ギヤ２２４を外周部に備える関係上、ギヤ用鋼で造られる。ギヤ用鋼は、いわゆる硬い材料である。
一方、図１１で説明したように、ドグクラッチ（第３ギヤ２０６）のドグギヤ部２０７及び第４ギヤ２０８のドグギヤ部２０９には、スリーブ２１３が軸方向に移動しつつ噛み合う。

すなわち、図１２に示す外周ギヤ２２４とドグギヤ部２２２とは、使われ方が異なり、そのために、強度上の要求が相違する。
このような要求に応えるために、従来、物性が異なる２つの異材に鍛造を施す異材鍛造法が提案されてきた（例えば、特許文献２（図６）参照。）。

特許文献２は、鍛造ホイールを対象とする発明に係るが、同文献の図６（ｃ）に示すビレット（２２）（特許文献２に記載される符号を括弧付きで示す。以下同じ）が素材となる。ビレット（２２）は外筒状の外周部ビレット（２２ａ）にテーパ柱状の中央部ビレット（２２ｂ）を嵌めてなる。この嵌合は回転摩擦圧接により実施される。

先ず、外周部ビレット（２２ａ）にテーパ穴を開ける必要があり、中央部ビレット（２２ｂ）をテーパ穴に合致するように正確にテーパ仕上げする必要がある。このテーパ切削加工のため、外周部ビレット（２２ａ）の加工費が嵩むと共に中央部ビレット（２２ｂ）の加工費が嵩み、ビレット（２２）は高価になる。

特許文献２では説明されていないが、摩擦圧接時、中央部ビレット（２２ｂ）を把持する必要がある。摩擦圧接時に把持する構造が知られている（例えば、特許文献３（図１参照）。）。
特許文献３の図１では、外周部ビレットに相当する被補修材（３）（特許文献３に記載される符号を括弧付きで示す。以下同じ）のテーパ穴（３）に、中央部ビレットに相当するプラグ（２）を回転摩擦圧接する場合に、プラグ（２）に把持部（２ｂ）を設け、この把持部（２ｂ）をチャック（１）で把持させる。

すなわち、把持部（２ｂ）を設ける必要がある上、用済み後に、把持部（２ｂ）をテーパプラグ部（２ａ）から切除する必要も生じ、こられの点からも高価になる。
よって、特許文献２、３により、ドグクラッチを製造することにしても、ドグクラッチの製造コストが増大する。製造コストが嵩むと、折角の技術が採用され難くなる。

そこで、製造コストを下げることができる異材鍛造技術が、求められる。

特開２００１−１０５０９１公報 特開２００９−２８５６７１公報 特開２００３−２０５３７３公報

本発明は、製造コストを下げることができる異材鍛造技術を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、第１の金属系部材及びこの第１の金属系部材とは異なる物性の第２の金属系部材からなる異材鍛造品を得る異材鍛造方法であって、
前記第１の金属系部材の上端に、前記第２の金属系部材を接合してなる第１素材を準備する素材準備工程と、
前記第１素材の下端の外径より大きな内径の環状段部を有する第１ダイ及び前記第１素材の上端の外径より先端の外径が小さな第１円錐台部を有する第１パンチからなる第１鍛造金型を準備する第１金型準備工程と、
前記第１ダイに、前記第１の金属系材料が前記環状段部内に収まるようにして前記第１素材を載せる第１素材セット工程と、
セットされた前記第１素材へ前記第１パンチを下げ、前記第１円錐台部で前記第２の金属系部材を径外方へ膨出するように塑性変形させる第１鍛造工程とからなり、
前記第１の金属系材料は下部が前記環状段部により変形が抑制され、前記第１の金属系材料の上部が前記下部より径外方に広がって中心部が外周部より軸線方向へ突出し、このような第１の金属系部材の前記外周部から外側上方へ前記第２の金属系部材が延びる軸方向断面形態の第１鍛造品を得ることを特徴とする。

請求項２に係る発明では、下位の前記第１の金属系部材の体積よりも、上位の前記第２の金属系部材の体積が大きいことを特徴とする。

請求項３に係る発明では、前記第１素材は、摩擦圧接法により、前記第１の金属系部材へ前記第２の金属系部材を接合したものであることを特徴とする。

請求項４に係る発明では、前記第１ダイは、前記環状段部の内側に水平に延びる底面を有すると共にこの底面の中央に下へ窪む中央凹部を有することを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１記載の異材鍛造方法で製造された前記第１鍛造品を第２素材とし、この第２素材に更なる鍛造を施す異材鍛造方法であって、
前記第２素材の下半部を収納する収納凹部を有する第２ダイ及び前記第２素材の上端の外径より先端の外径が小さな第２円錐台部を有する第２パンチからなる第２鍛造金型を準備する第２金型準備工程と、
前記第２ダイに、前記第２素材の下半部が前記収納凹部に収まるようにして前記第２素材を載せる第２素材セット工程と、
セットされた前記第２素材へ前記第２パンチを下げ、前記第２円錐台部で前記第２素材の上半部を径外方へ膨出するように塑性変形させる第２鍛造工程とからなり、
前記第２パンチで前記第２素材の第２の金属系部材に加えて、前記第２素材の第１の金属系部材の上部を膨出させることで、前記前記第２素材の第１の金属系部材は水平部とこの水平部の外周部から外側上方へ延びる立ち上がり部とからなり、前記第２の金属系部材が前記立ち上がり部の上端から外側上方へ延びる軸方向断面形態の第２鍛造品を得ることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項５記載の異材鍛造方法で製造された前記第２鍛造品を第３素材とし、この第３素材に更なる鍛造を施す異材鍛造方法であって、
前記第３素材の外周部を軸方向へ膨出させ得る外周凹部と前記第３素材の内周部を軸方向へ膨出させ得る内周凹部とを有する第３ダイ及びこの第３ダイに向かって進める第３パンチからなる第３金型を準備する第３金型準備工程と、
前記第３ダイに、前記第３素材をセットする第３素材セット工程と、
セットされた前記第３素材へ前記第３パンチを下げて前記第３素材の外周部及び内周部を軸方向へ膨出させる第３鍛造工程とからなり、
内周部が前記第１の金属系部材からなり、外周部が前記第２の金属系部材からなる第３鍛造品を得ることを特徴とする。

請求項７に係る発明では、前記第１鍛造工程は、熱間鍛造工程であることを特徴とする。

請求項８に係る発明では、請求項６又は請求項７記載の異材鍛造方法で塑性加工された前記第３鍛造品はドグクラッチ用鍛造品であり、前記第２の金属系部材は外周ギヤに適した鋼材料であり、前記第１の金属系部材は前記第２の金属系部材より軟らかくてドグギヤ部の形成に適した鋼材料であることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、第１素材を径方向に膨出するように塑性加工を施すにも拘わらず、第１素材は第１の金属系部材の上端に第２の金属系部材を接合してなる。上下に繋ぐため、第１素材は容易に製造することができる。
そして、第１素材は、鍛造により、第１の金属系部材が中心部が外周部より膨らみ、第２の金属系部材が外側へ張り出すように塑性加工される。すなわち、下位の第１の金属系部材を中心部に残しつつ、下位の第１の金属系部材と上位の第２の金属系部材となる第１素材を、中心から外側へ、すなわち径外方へ流動させることができる。

請求項２に係る発明では、下位の第１の金属系部材の体積よりも、上位の第２の金属系部材の体積を大きくした。第２の金属系部材は体積を大きいため、より径外方へ膨出させることができる。すなわち、第２の金属系部材が体積の大きい外周側へ移動しても、充分な量が確保され、外周側の機能上の問題が発生しない。

請求項３に係る発明では、摩擦圧接法で第１の金属系部材に第２の金属系部材を接合する。摩擦圧接法は、拡散接合法であるため、接合強度が母材と遜色ないほど高まり、鍛造工程中に接合部位が剥がれる心配はない。また、拡散接合法は異材の接合にも適しており、物性の異なる第１の金属系部材に第２の金属系部材を容易に接合することができる。

請求項４に係る発明では、第１ダイは、環状段部の内側に、下へ窪む中央凹部を有する。中央凹部に第１の金属系部材の一部が流入する。この後は、中央凹部で第１の金属系部材の位置決めがなされる。また、次工程でのダイ（第２ダイ）に中央凹部を設けておけば、第２ダイに第２素材（第１鍛造品）を容易に位置決めすることができる。

請求項５に係る発明では、第１鍛造金型で塑性加工された第１鍛造品に、第２鍛造金型で更なる塑性加工を加えるため、複雑な形状の第２鍛造品を得ることができる。

請求項６に係る発明では、第２鍛造金型で塑性加工された第２鍛造品に、第３鍛造金型で更なる塑性加工を加えるため、より複雑な形状の第３鍛造品を得ることができる。

請求項７に係る発明では、第１鍛造工程を熱間で実施する。冷間や温間に比較して熱間であれば、素材の流動性がよくなり、鍛造圧力を下げることができると共により複雑な形状の鍛造品を得ることができる。ただし、熱間ではスケールが発生し易い。本発明では第１鍛造工程で第１素材を中心から外側へ膨出させる。この移動により、スケールは外周面から剥がれ、鍛造直後のエアブローでスケールが除去される。結果、得られる第１鍛造品はスケールレスとなる。スケールが付着していなければ、後工程で塑性成形の際、スケールが一緒に鍛造されてしまうことなく、ドグギヤ部は綺麗になる。

最後に（例えば熱間鍛造が終わると）スケールを落とすためにショットを打たなければならない。しかし、ショットを打ってもスケールが噛み込み鍛造されないので、ショットによるスケール落としの際、ドグギヤ部がぼろぼろになることはない。

請求項８に係るドグクラッチ用鍛造品は、請求項６又は請求項７記載の異材鍛造方法で塑性加工された第３鍛造品であり、第２の金属系部材は外周ギヤに適した鋼材料であり、第１の金属系部材は第２の金属系部材より軟らかい鋼材料でドグギヤ部に適した鋼材料である。
外周ギヤとドグギヤ部とは使われ方が違い、要求品質以上の材料費が発生することを防止できる。

また、比較的軟らかい第１の金属系部材であれば鍛造金型への負荷が軽減され、鍛造金型の寿命を延ばすことができる。また、第１の金属系部材は、第２の金属系部材より、造形が容易であるため、より複雑な形状の鍛造品が製作可能となる。

本発明に係るドグクラッチの使用形態を説明する図である。 タンデム型鍛造装置の基本構成図である。 第１鍛造金型の分解斜視図である。 第１鍛造金型の軸方向断面図である。 摩擦圧接法を説明する図である。 第１鍛造金型の作用説明図である。 第２鍛造金型の構成図兼作用図である。 ピアス金型の構成図兼作用図である。 第３鍛造金型の構成図兼作用図である。 図４に示す第１鍛造金型の変更例を示す図である。 従来のドグクラッチの使用形態を説明する図である。 従来の鍛造法によるドグクラッチの製造工程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。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

異材鍛造品の用途は任意であるが、理解を促すために、ドグクラッチ及びドグクラッチ用鍛造品を例に説明する。
図１に示すように、ある種の歯車減速機１０では、駆動軸１１に第１ギヤ１２と第２ギヤ１３が一体的に設けられる。また、従動軸１５に、ニードル軸受１６、１６を介して第３ギヤ１７と第４ギヤ１８が取付けられる。

第３ギヤ１７と第４ギヤ１８とに挟まるようにして、従動軸１５に筒形ガイド２１が嵌められる。さらに、この筒形ガイド２１の外周に、スプライン２２を介して軸移動自在にスリーブ２３が取付けられる。
このスリーブ２３は、セレクター２４で、軸方向に移動される。

セレクター２４にて、スリーブ２３が第３ギヤ１７側へ付勢されると、スリーブ２３はスプライン２２とドグギヤ部２７に跨る。
この状態で、駆動軸１１が回されると、駆動力は第１ギヤ１２、第３ギヤ１７、スリーブ２３、筒形ガイド２１の順で伝達され、従動軸１５が回される。

また、セレクター２４にて、スリーブ２３が第４ギヤ１８側へ付勢されると、スリーブ２３はスプライン２２とドグギヤ部２８に跨る。
この状態で、駆動軸１１が回されると、駆動力は第２ギヤ１３、第４ギヤ１８、スリーブ２３、筒形ガイド２１の順で伝達され、従動軸１５が回される。

セレクター２４により、２つのドグギヤ部２７、２８のどちらかを選択する、またはどちらも選択しない（中立状態）の３態様が選べるため、この動力断接機構は「ドグクラッチ」と呼ばれる。

第３ギヤ１７をドグクラッチ１７と読み替えると、このドグクラッチ１７は、ドグギヤ部２７及びその近傍が第１の金属系材料３１で構成され、外周ギヤ２９を含む外周部が第２の金属系材料３２で構成される。

第１の金属系材料３１は、例えば、クロム鋼（ＳＣｒ４２０）、機械構造用炭素鋼（Ｓ２５Ｃ、Ｓ３５Ｃなど）、Ｓ２５Ｃ、Ｓ３５Ｃ相当のボロン鋼である。
また、第２の金属系材料３２は、例えば、ニッケルクロムモリブデン鋼である。ニッケルクロムモリブデン鋼は、焼入れ性を高めるＮｉとＭｏを含んでいるために、熱処理後の強度や表面硬度が著しく高まる。一方、クロム鋼に含まれるＣｒも焼入れ性に寄与するが、熱処理後の強度や表面硬度は、ニッケルクロムモリブデン鋼より低い。

そこで、便宜上、ニッケルクロムモリブデン鋼を「硬い鉄鋼材料」、クロム鋼をそれよりも「軟らかい鉄鋼材料」と呼ぶことにする。

このような２つの異なる物性の金属系材料３１、３２で造られるドグクラッチ１７の製造技術を以下に詳しく説明する。

図２に示すように、鍛造装置４０は、等ピッチで配置される第１ダイ４１、第２ダイ４２、ピアスダイ４３及び第３ダイ４４を支える丈夫な基盤４５と、この基盤４５に向かって昇降し等ピッチで配置される第１パンチ５１、第２パンチ５２、ピアスパンチ５３及び第３パンチ５４を支える丈夫な昇降盤５５とからなるタンデム型装置である。

第１ダイ４１と第１パンチ５１で第１鍛造金型６１が構成される。同様に、第２ダイ４２と第２パンチ５２で第２鍛造金型６２が構成され、ピアスダイ４３とピアスパンチ５３でピアス金型６３が構成され、第３ダイ４４と第３パンチ５４で第３鍛造金型６４が構成される。
ワーク（各素材）は、第１鍛造金型６１で第１次造形が行われ、第２鍛造金型６２で第２次造形が行われ、ピアス金型６３で穴開けが行われ、第３鍛造金型６４で第３次造形、すなわち最終造形が行われる。

金型６１〜６４の詳細構造及び作用を、以下に説明する。
図３に示すように、第１鍛造金型６１は、第１素材７１の下端の外径Ｄ１より大きな内径ｄ１の環状段部７２を有する第１ダイ４１、及び第１素材７１の上端の外径Ｄ２より先端の外径Ｄ３が小さく、上方にいくに従い大径となる第１円錐台部７３を有する第１パンチ５１からなる。第１円錐台部７３の最大外周は、抑え面（図４、符号７９ ）に繋がる。

図４に示すように、第１ダイ４１は、環状段部７２の内側に水平に延びる底面７４を有すると共にこの底面７４の中央に下へ窪む中央凹部（第１中央凹部）７５を有する。環状段部７２の外側に上方へ広がる円弧面７６、７６を有する。
また、第１パンチ５１に設けられる第１円錐台部７３は、下端面（先端面）７７と、この下端面７７の縁から上に拡径する傾斜面７８と、抑え面７９とを有する。

次に、好ましい第１素材７１の製造方法を説明する。
図５（ａ）に示すように、ギヤ用鋼より軟らかい鋼（例えばクロム鋼）からなる第１の金属系部材３１と、ギヤ用鋼に代表される硬い鋼（例えばニッケルクロムモリブデン鋼）からなる第２の金属系部材３２とを準備する。

そして、（ｂ）に示すように、固定チャック８３に第２の金属系部材３２を固定し、回転チャック８４に第１の金属系部材３１をチャックする。次に、回転チャック８４を高速で回すと共に押圧シリンダ８５で前進せることにより、第１の金属系部材３１の一端３１ａと第２の金属系部材３２の一端３２ａを突合わせる。
なお、第１の金属系部材３１の一端３１ａの端面と第２の金属系部材３２の一端３２ａの端面は、鋸切断面である。

第１の金属系部材３１の一端３１ａと第２の金属系部材３２の一端３２ａが摩擦熱で溶融未満の高温になる。高温になると分子や原子が活性化され、第１の金属系部材３１の一端３１ａの分子や原子が第２の金属系部材３２の一端３２ａに拡散され、同時に、第２の金属系部材３２の一端３２ａの分子や原子が第１の金属系部材３１の一端３１ａに拡散され、拡散接合現象が起こる。結果、溶融させないにも拘わらず第１の金属系部材３１の一端３１ａに第２の金属系部材３２の一端３２ａを接合させることができる。この接合法は摩擦圧接法と呼ばれる。なお、摩擦圧接の際に出た境界面のバリは、切削により除去される。

結果、（ｃ）に示すように、第１の金属系部材３１の上端に、第２の金属系部材３２を接合してなる第１素材７１が得られる。なお、接合法は摩擦圧接法に限定するものではなく、ろう材によるろう接法、融接による溶接法、その他の接合法であってもよい。

図４で説明したように、第１ダイ４１と第１パンチ５１からなる第１鍛造金型６１を準備するとともに、図５で説明したように、第１素材７１を準備する。

次に、図６（ａ）に示すように、第１ダイ４１に、第１の金属系部材３１が環状段部７２の内側に収まるようにして第１素材７１を載せる（第１素材セット工程）。
（ｂ）に示すように、セットされている第１素材７１へ第１パンチ５１を下げる。すると、第１円錐台部７３が第２の金属系部材３２を径外方へ膨出するように塑性変形させる（第１鍛造工程）。この工程の際に第１の金属系部材３１は下部が環状段部７２により変形が抑制され、第１の金属系部材３１の上部が下部よりも径外方に広がって中心部が外周部より軸線方向へ突出する。併せて、中央凹部７５により、第１の金属系部材３１の一部が下方へ膨出して中央凸部３１ｂが形成される。

結果、（ｃ）に示すように、第１の金属系部材３１の外周部から外側上方へ第２の金属系部材３２が延びる軸方向断面形態の第１鍛造品８６を得る。

次に、第２鍛造金型６２の構成と作用を説明する。
図７（ａ）に示すように、第２鍛造金型６２は、第１鍛造品８６（以下、第２素材８６と読み替える。）の下半部を概ね収納する収納凹部８７を有する第２ダイ４２及び第２素材８６の上端の外径Ｄ４より先端の外径Ｄ５が小さな第２円錐台部８８を有する第２パンチ５２からなる。ただし、外径Ｄ５は、外径Ｄ３（図４）より大きい。
さらに、第２ダイ４２の上部に、所定寸法を超えて径外方への膨出することを防止する壁部８９を備える。

第２鍛造金型６２を準備した上で（第２金型準備工程）、第２ダイ４２に、第２素材８６の下半部が収納凹部８７に収まるようにして第２素材８６を載せる（第２素材セット工程）。このときに、収納凹部８７の中央に中央凹部９１を設けておくと、中央凸部３１ｂを嵌めることができ、第２ダイ４２に正確に第２素材８６を位置決めすることができる。

次に、第２素材８６へ第２パンチ５２を下げ、第２円錐台部８８で第２素材８６の上半部を径外方へ膨出するように塑性変形させる（第２鍛造工程）。この第２鍛造工程では、第２パンチ５２で第２の金属系部材３２に加えて、第１の金属系部材３１の上部を径外方へ膨出させる。

結果、図７（ｂ）に示すように、第１の金属系部材３１は水平部９２とこの水平部９２の両端から上へ延びる立ち上がり部９３とからなり、第２の金属系部材３２が立ち上がり部９３の上端から外側へ延びる軸方向断面形態の第２鍛造品９４を得ることができる。

次に、ピアス金型６３の構成と作用を説明する。
図８（ａ）に示すように、ピアスダイ４３とピアスパンチ５３からなるピアス金型６３を準備する。ピアスダイ４３には、第２鍛造品９４の下半部を収納する凹部９５と、この凹部９５から下へ延びる切断片排出穴９６を備える。

加えて、ピアス金型６３は、第２鍛造品９４を抑える押さえ板９８と、この押さえ板９８を付勢するスプリング９７、９７を備える。
凹部９５に第２鍛造品９４を載せ、抑え板９８で、第２鍛造品９４を抑える。次に、ピアスパンチ５３を下げる。

すると、（ｂ）に示すように、第２鍛造品９４は、中央が打ち抜かれて、中央穴９９が開く。切断片１０１は、切断片排出穴９６を介して排出される。

中央穴９９が開けられた第２鍛造品９４を、第３素材９４と呼ぶ。なお、ピアス工程を次に述べる第３鍛造金型６４による塑性加工の後に実施することもできる。この場合は、図７（ｂ）に示される第２鍛造品９４が第３素材９４となる。

第３鍛造金型６４の構成と作用を説明する。
図９（ａ）に示すように、第３素材９４の外周部９４ａを軸方向下方へ膨出させる外周凹部１０２と、第３素材９４の内周部９４ｂを軸方向下方へ膨出させる内周凹部１０３と、ギヤ形成部１０６とを有する第３ダイ４４、及びこの第３ダイ４４に向かって進める第３パンチ５４からなる第３鍛造金型６４を準備する（第３金型準備工程）。この例では、第３ダイ４４は上に延びる中央ピン１０４を備える。
第３ダイ４４に、第３素材９４をセットする（第３素材セット工程）。

（ｂ）に示すように、セットされた第３素材９４へ第３パンチ５４を下げる。すると、第３素材９４の外周部９４ａ及び内周部９４ｂを軸方向下方へ膨出させることができる（第３鍛造工程）。
結果、内周部９４ｂが第１の金属系部材３１からなり、外周部９４ａが第２の金属系部材３２からなる第３鍛造品１０５が得られる。

この第３鍛造品１０５が、ドグクラッチ用鍛造品である場合は、ドグギヤ部２７が鍛造で成形され、外周部に歯切りを含む切削加工を施すことにより、外周ギヤ（図１、符号２９）を形成することができ、図１に示すドグクラッチ（第３ギヤ１７）を得ることができる。

なお、第１〜第３鍛造工程は、熱間で行われ、表面にスケールが発生するが、第１鍛造工程と第２鍛造工程の金属系部材の素材流動により、鍛造時にスケールが剥がれ、それをエアブローで落とすので、第３鍛造工程でドグギヤ部を造形する際、スケールがドグギヤ部に噛み込まれた状態で鍛造されることを抑制する。

図４で説明した第１鍛造金型６１の変更例を、次に説明する。
図１０（ａ）に示すように、第１ダイ４１と第１パンチ５１からなる第１鍛造金型６１において、第１ダイ４１の環状段部７２が重要である。反面、図４で説明した円弧面７６や中央凹部７５を省くことができる。結果、図１０（ａ）に示すように、第１ダイ４１は、環状段部７２を備える簡単な形態の第１ダイ４１にすることができ、金型製作費用を節約することができる。第１パンチ５１は図４と同一であるため、詳細な説明は省略する。

（ｂ）に示すように、第１ダイ４１の環状段部７２内に第１素材７１をセットする。そして、第１パンチ５１を下げる。
（ｃ）に示すように、第１の金属系部材３１の両端から斜め上へ第２の金属系部材３２が延びる軸方向断面形態の第１鍛造品８６が得られる。

尚、本発明に係る異材鍛造方法は、ドグクラッチ用鍛造品の製造に適しているが、その他の用途の鍛造品に適用することは差し支えない。
また、実施例ではタンデム型鍛造装置を使用したが、いわゆる、シングルステージ（単段）の鍛造装置を使用することは差し支えない。

さらにまた、実施例では第１の金属系部材と第２の金属系部材の組み合わせを、鉄（鋼）と鉄（鋼）としたが、鉄とアルミニウム、鉄と銅、鉄と非鉄金属、アルミニウムとマグネシウム、非鉄金属と非鉄金属としてもよく、組み合わせは任意である。

本発明に係る異材鍛造方法は、ドグクラッチ用鍛造品の製造に好適である。

１７…第３ギヤ（ドグクラッチ）、３１…第１の金属系材料、３２…第２の金属系材料、４１…第１ダイ、４２…第２ダイ、４４…第３ダイ、５１…第１パンチ、５２…第２パンチ、５４…第３パンチ、６１…第１鍛造金型、６２…第２鍛造金型、６４…第３鍛造金型、７１…第１素材、７２…環状段部、７３…第１円錐台部、７４…底面、７５…中央凹部、８６…第１鍛造品（第２素材）、８７…収納凹部、８８…第２円錐台部、９２…水平部、９３…立ち上がり部、９４…第２鍛造品（第３素材）、１０２…外周凹部、１０３…内周凹部、１０５…第３鍛造品（ドグクラッチ用鍛造品）。

Claims (8)

1. 第１の金属系部材及びこの第１の金属系部材とは異なる物性の第２の金属系部材からなる異材鍛造品を得る異材鍛造方法であって、
   前記第１の金属系部材の上端に、前記第２の金属系部材を接合してなる第１素材を準備する素材準備工程と、
   前記第１素材の下端の外径より大きな内径の環状段部を有する第１ダイ及び前記第１素材の上端の外径より先端の外径が小さな第１円錐台部を有する第１パンチからなる第１鍛造金型を準備する第１金型準備工程と、
   前記第１ダイに、前記第１の金属系材料が前記環状段部内に収まるようにして前記第１素材を載せる第１素材セット工程と、
   セットされた前記第１素材へ前記第１パンチを下げ、前記第１円錐台部で前記第２の金属系部材を径外方へ膨出するように塑性変形させる第１鍛造工程とからなり、
   前記第１の金属系材料は下部が前記環状段部により変形が抑制され、前記第１の金属系材料の上部が前記下部より径外方に広がって中心部が外周部より軸線方向へ突出し、このような第１の金属系部材の前記外周部から外側上方へ前記第２の金属系部材が延びる軸方向断面形態の第１鍛造品を得ることを特徴とする異材鍛造方法。
2. 下位の前記第１の金属系部材の体積よりも、上位の前記第２の金属系部材の体積が大きいことを特徴とする請求項１記載の異材鍛造方法。
3. 前記第１素材は、摩擦圧接法により、前記第１の金属系部材へ前記第２の金属系部材を接合したものであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の異材鍛造方法。
4. 前記第１ダイは、前記環状段部の内側に水平に延びる底面を有すると共にこの底面の中央に下へ窪む中央凹部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の異材鍛造方法。
5. 請求項１記載の異材鍛造方法で製造された前記第１鍛造品を第２素材とし、この第２素材に更なる鍛造を施す異材鍛造方法であって、
   前記第２素材の下半部を収納する収納凹部を有する第２ダイ及び前記第２素材の上端の外径より先端の外径が小さな第２円錐台部を有する第２パンチからなる第２鍛造金型を準備する第２金型準備工程と、
   前記第２ダイに、前記第２素材の下半部が前記収納凹部に収まるようにして前記第２素材を載せる第２素材セット工程と、
   セットされた前記第２素材へ前記第２パンチを下げ、前記第２円錐台部で前記第２素材の上半部を径外方へ膨出するように塑性変形させる第２鍛造工程とからなり、
   前記第２パンチで前記第２素材の第２の金属系部材に加えて、前記第２素材の第１の金属系部材の上部を膨出させることで、前記前記第２素材の第１の金属系部材は水平部とこの水平部の外周部から外側上方へ延びる立ち上がり部とからなり、前記第２の金属系部材が前記立ち上がり部の上端から外側上方へ延びる軸方向断面形態の第２鍛造品を得ることを特徴とする異材鍛造方法。
6. 請求項５記載の異材鍛造方法で製造された前記第２鍛造品を第３素材とし、この第３素材に更なる鍛造を施す異材鍛造方法であって、
   前記第３素材の外周部を軸方向へ膨出させ得る外周凹部と前記第３素材の内周部を軸方向へ膨出させ得る内周凹部とを有する第３ダイ及びこの第３ダイに向かって進める第３パンチからなる第３金型を準備する第３金型準備工程と、
   前記第３ダイに、前記第３素材をセットする第３素材セット工程と、
   セットされた前記第３素材へ前記第３パンチを下げて前記第３素材の外周部及び内周部を軸方向へ膨出させる第３鍛造工程とからなり、
   内周部が前記第１の金属系部材からなり、外周部が前記第２の金属系部材からなる第３鍛造品を得ることを特徴とする異材鍛造方法。
7. 前記第１鍛造工程は、熱間鍛造工程であることを特徴とする請求項１記載の異材鍛造方法。
8. 請求項６又は請求項７記載の異材鍛造方法で塑性加工された前記第３鍛造品はドグクラッチ用鍛造品であり、前記第２の金属系部材は外周ギヤに適した鋼材料であり、前記第１の金属系部材は前記第２の金属系部材より軟らかくてドグギヤ部の形成に適した鋼材料であることを特徴とするドグクラッチ用鍛造品。

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