JP2017056466A - 一方向クラッチ用の端面クラッチ歯を鍛造するための鍛造成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一方向クラッチ用の端面クラッチ歯を鍛造するための鍛造成形装置を提供する。
【解決手段】装置Ａは、円筒状のマンドレル２０と、マンドレル２０に周方向に回動可能に外嵌合された円筒状のクラッチ歯成形パンチ３０と、クラッチ歯成形パンチ３０に外嵌合された円筒状のノックアウトスリーブ４０と、ノックアウトスリーブ４０の下端に当接するノックアウトピン８０と、クラッチ歯成形パンチ３０の上方に位置し該クラッチ歯成形パンチ３０の上に載置された成形用部材２００Ａを押圧するためのパンチ７０とを備える。押圧時にクラッチ歯成形パンチ３０は周方向に回動することで、クラッチ歯成形パンチ３０の型破損を回避できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄系材料からなる一方向クラッチ用の端面クラッチ歯を冷、温間で鍛造するための鍛造成形装置に関する。

スプライン歯からなるクラッチ用の内歯を備えたリバース歯車を鍛造によって製造する鍛造成形装置が特許文献１等に記載されている。通常、この種の鍛造成形装置では、下パンチと上パンチの間に成形用部材がセットされ、下パンチまたは上パンチのいずれかに、パンチの移動軸方向に沿うストレートなスプライン歯形成部材が備えられ、下パンチと上パンチとが軸方向に接近することで、その間に設置されている成形用部材にスプライン歯が鍛造される。

特開２０１１−２５６９５３号公報

特許文献１に記載される形態の鍛造成形装置を用いることで、パンチの移動軸と平行に延在するスプライン歯を内歯として備えたクラッチ用の部材を確実に鍛造成形することができる。クラッチの一形態として一方向クラッチが存在する。一方向クラッチの場合、その端面に形成されるクラッチ歯は、底面に垂直な面と、該垂直面の頂部に向けて底面から斜め上方に延在する斜面とで構成される。このような垂直面と斜面とで構成されるクラッチ歯の適数個を端面側に備える部材（以下、本発明において「端面クラッチ歯」という）を鍛造で成形することは困難であり、従来、機械加工で端面クラッチ歯の成形が行われている。その理由を図９および図１０を参照して説明する。

図９は、一方向クラッチ用の端面クラッチ歯の一例であり、一般に鉄系材料で作られている。端面クラッチ歯１は、全体として中央開口２を有するリング状であり、平坦な底面３と、該底面３から垂直に立ち上がる垂直面４と、該垂直面４の頂部５に向けて底面３から斜め上方に向けて延在する斜面６、とで構成されるクラッチ歯単体７の適数個（図示のものでは９個）が、周方向に等間隔で形成されている。なお、図示の端面クラッチ歯１では、垂直面４の頂部５に浅い凹溝８が形成されているが、凹溝８を有しないクラッチ歯単体７も存在する。

この形態の、クラッチ歯単体７を端面側に持つ端面クラッチ歯１を鍛造で製造する場合の模式的な図が図１０に示される。図１０において、１００はクラッチ歯成形用のリング状のパンチであり、パンチ１００の上端面には、鍛造すべき端面クラッチ歯１における前記クラッチ歯単体７の形状に一致する形状の９個の歯形成形用凹所１０７が周方向に等間隔に一体に形成されている。該歯形成形用凹所１０７は、垂直面１０４と該垂直面１０４の頂部１０５から斜め上方に向けて延在する斜面１０６と、頂部１０５に形成された浅い凸部１０８で構成される。

鍛造成形しようとする場合、前記クラッチ歯成形用のパンチ１００の上に、リング状の成形用部材２００Ａが載置される。クラッチ歯成形用のパンチ１００は、図示しないマンドレルに装着されており、鍛造成形時には、上方から、図示しない上パンチによって、成形用部材２００Ａに対し、下方に向けた圧力が付加される。

加圧されることで成形用部材２００Ａは次第に変形していき、その一部は、前記した歯形成形用凹所１０７内に入り込むように流動する。材料の移動により、成形用部材２００Ａは前記斜面１０６に衝接した状態となり、その状態でさらに下方に向けて加圧されると、その分力Ｐは、高い面圧となってクラッチ歯成形用のパンチ１００を周方向に回動させる方向に作用する。しかし、クラッチ歯成形用のパンチ１００は図示しないノックアウトピンによって周方向への回動が阻害されており、前記分力Ｐは、前記頂部１０５あるいは浅い凸部１０８に集中応力として作用するようになる。その結果、クラッチ歯成形用のパンチ１００の型破損が誘引される。さらに、型破損の危険とは別に、前記頂部１０５あるいは浅い凸部１０８への材料流動が最後になるために、その近傍への材料移動量が少なくなる恐れがあり、鍛造成形品、すなわち端面クラッチ歯１の頂点部（頂部１５あるいは浅い凸部１８）のフィルアップが悪くなって所望の形状を出すことができないことが起こりうる。

上記の理由から、一方向クラッチ用の端面クラッチ歯を鍛造で成形する場合には、慎重な作業を必要とするばかりでなく、十分な形状を備えた鍛造品を得ることが困難なことから、これまで、一方向クラッチ用の端面クラッチ歯を鍛造で成形加工することは、ほとんど行われていないのが実情である。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、一方向クラッチ用の端面クラッチ歯を容易に鍛造成形することができ、かつクラッチ歯成形用のパンチの型形状に十分に一致した鍛造成形品を得ることのできる、一方向クラッチ用の端面クラッチ歯を鍛造するための鍛造成形装置を提供することを課題とする。

本発明による一方向クラッチ用の端面クラッチ歯を鍛造するための鍛造成形装置は、円筒状のマンドレルと、前記マンドレルに周方向に回動可能に外嵌合された円筒状のクラッチ歯成形パンチと、前記クラッチ歯成形パンチに外嵌合された円筒状のノックアウトスリーブと、前記ノックアウトスリーブの下端に当接するノックアウトピンと、前記クラッチ歯成形パンチの上方に位置し該クラッチ歯成形パンチの上に載置された成形用部材を押圧するためのパンチ、とを少なくとも備えることを特徴とする。

本発明による一方向クラッチ用の端面クラッチ歯を鍛造するための鍛造成形装置においては、クラッチ歯成形パンチは周方向に回動可能にマンドレルに外嵌合されている。そのために、鍛造時に、その上に載置された成形用部材を介して、クラッチ歯成形パンチに周方向に回動させる力が作用したときに、その力に追従してクラッチ歯成形パンチは周方向に回動する。それにより、クラッチ歯成形パンチに、特に、クラッチ歯単体の頂部に対応する箇所に、集中応力が生じるのを回避することが可能となり、結果、クラッチ歯成形パンチに型破損が生じるのを効果的に回避することができる。また、クラッチ歯単体の頂部への成形用部材のフィルアップも円滑となり、所望の形状のクラッチ歯単体を備えた一方向クラッチ用の端面クラッチ歯を確実に鍛造することができる。

また、本発明による鍛造成形装置では、円筒状のクラッチ歯成形パンチの外側に円筒状のノックアウトスリーブが外嵌合しており、少なくともノックアウトスリーブの厚みに相当する空所が、クラッチ歯成形パンチの外側と装置機枠（ダイス）との間に形成される。そして、鍛造時に、成形用部材の一部は前記空所内に入り込むことができる。この入り込みにより、成形用部材の高い流動性を確保することが可能となり、それによっても、クラッチ歯単体の頂部への成形用部材のフィルアップが円滑となる。

一方向クラッチ用の端面クラッチ歯を鍛造するための鍛造成形装置の一例をその作動状態と共に示す図。 クラッチ歯成形パンチの斜視図（ａ）と断面図（ｂ）。 ノックアウトスリーブの斜視図（ａ）と断面図（ｂ）。 成形用部材の一例を示す断面図。 一方向クラッチ用の端面クラッチ歯を鍛造した後、成形品を排出する工程を説明する図。 成形用部材が押圧されて変形していく状態を説明するための図。 鍛造で得られた一方向クラッチ用の端面クラッチ歯を示す斜視図。 図７で示す端面クラッチ歯の径方向での断面図。 一方向クラッチ用の端面クラッチ歯の一例を説明する斜視図。 従来の鍛造装置で図９に示す端面クラッチ歯を鍛造成形するときの状態を説明するための図。

以下、本発明による一方向クラッチ用の端面クラッチ歯を鍛造するための鍛造成形装置の一実施の形態を図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明による一方向クラッチ用の端面クラッチ歯２００（図７参照）を鍛造するための鍛造成形装置（以下、単に「鍛造成形装置」という）の一実施の形態の要部を示しており、中心線Ｌの左側は鍛造成形が終了した状態を示し、右側は成形品を排出したときの状態を示している。

鍛造成形装置Ａは、下部機枠１０と上部機枠５０とを備え、下部機枠１０に対して上部機枠５０は上下方向に可動となっている。下部機枠１０には、外径ｒ１である円筒状のマンドレル２０が軸方向に可動に備えられている。上部機枠５０には、前記マンドレル２０と同じ軸心線を持つパンチピン６０が、その下端をマンドレル２０の上端面に接するようにして備えられている。パンチピン６０の外周には、適数本のパンチ７０がパンチピン６０の外周に沿って上下動可能に備えられており、上部機枠５０と共に上下動する。パンチ７０は１つの環状をなす部材であってもよい。なお、このような構成を備えた鍛造成形装置はすでに知られたものであり、詳細な説明は省略する。

本発明による鍛造成形装置Ａにおいて、前記マンドレル２０は、図示のように、上方の大径部２１と下方の小径部２２で構成され、大径部２１と小径部２２は斜面２３で接続している。そして、該マンドレル２０に外嵌合するようにして、円筒状のクラッチ歯成形パンチ３０が、マンドレル２０に対して周方向に自由に回動できるようにして、装着されている。

クラッチ歯成形パンチ３０は、図２（ａ）に斜視図を、図２（ｂ）に図２（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図を示すように、第１の円筒部３１と、その下端側の第２の円筒部３２とで構成される。第１の円筒部３１の上端面には、鍛造成形しようとする一方向クラッチ用の端面クラッチ歯２００（図７参照）の端面に形成されるクラッチ歯単体２０７の形状に対応する歯形成形用凹所３７が、周方向に等間隔で形成されている。第１の円筒部３１の径方向幅ｔ１は前記クラッチ歯単体２０７の径方向幅ｔ１と等しい。

第２の円筒部３２の径方向の幅ｔ２は、第１の円筒部３１の径方向幅ｔ１よりも広く、図２（ｂ）に示すように、第１の円筒部３１は、第２の円筒部３２の上端部に、その外側よりも内側に偏位した位置で一体に接続している。すなわち、第１の円筒部３１の外側壁と第２の円筒部３２の外側壁の間には隙間ｓ１が存在し、第１の円筒部３１の内側壁と第２の円筒部３２の内側壁の間には隙間ｓ２が存在する。そして、隙間ｓ１は隙間ｓ２よりも大きい。場合によっては、隙間ｓ２は０であってもよい。なお、図示しないが、第１の円筒部３１の径方向幅ｔ１が第２の円筒部３２の径方向の幅ｔ２と等しくされていても、所期の目的は達成可能である。

第２の円筒部３２の内径ｒ２は前記マンドレル２０の外径ｒ１にほぼ等しいが、両者の間には、クラッチ歯成形パンチ３０がマンドレル２０の外周面に沿って周方向に回動できるだけのわずかな隙間が形成されている。第２の円筒部３２の外径ｒ３は、内径ｒ２＋第２の円筒部３２の径方向の幅ｔ、となる。また、第２の円筒部３２の下端部は、内径ｒ４が前記内径ｒ２より小さくされた領域３３が形成されており、前記領域３３の内周面と第２の円筒部３２の内周面とは斜面３４によって接続している。また、前記内径が小さくされた領域３３の内径ｒ４は、マンドレル２０の小径部２２の外径とほぼ等しく、前記斜面３４の傾斜角度は、マンドレル２０の大径部２１との小径部２２とを接続する斜面２３の傾斜角度とほぼ等しい。

前記クラッチ歯成形パンチ３０に外嵌合するようにして、内径ｒ５の円筒状のノックアウトスリーブ４０が備えられる。ノックアウトスリーブ４０は、内径ｒ５であり厚みｔ３の上方円筒部４１と、その下端側において外側に向けて肉厚となった外径ｒ７の下方円筒部４２とで構成される。ノックアウトスリーブ４０の内径ｒ５は、前記クラッチ歯成形パンチ３０の第２の円筒部３２の外径ｒ３にほぼ等しくされている。なお、前記上方円筒部４１の外径ｒ６は内径ｒ５＋厚みｔ３となる。

下部機枠１０には、前記クラッチ歯成形パンチ３０内に、その上方から前記マンドレル２０を落とし込んだ状態で両者が配置され、配置されたクラッチ歯成形パンチ３０に外嵌合するようにして、前記ノックアウトスリーブ４０がその肉厚となった下方円筒部４２が下端側となるようにして配置される。さらに、下部機枠１０には、内径が前記ノックアウトスリーブ４０の上方円筒部４１の外径ｒ６とほぼ等しい円筒状のダイス１１が、前記配置されたクラッチ歯成形パンチ３０とノックアウトスリーブ４０の上方域に対応する部位に配置されている。

前記ダイス１１の下位には、内径が前記ノックアウトスリーブ４０の肉厚となった下方円筒部４２の外径ｒ７にほぼ等しい円筒状の空間を持つ機枠部材１２が位置しており、さらにその下端には、配置されたノックアウトスリーブ４０における肉厚となった下方円筒部４２の下端面に当接する適数本のノックアウトピン８０が上下に摺動自在に備えられた機枠部材１３が位置している。図示しない駆動機構により、前記ノックアウトピン８０には上方への移動が付与される。

上部機枠５０は、パンチピン６０およびパンチ７０と共に、図示しない駆動機構によって上下動が可能となっており、下降した位置において、前記パンチ７０は、下部機枠１０におけるマンドレル２０の外周面とダイス１１の内周面との間の空間内に入り込むようになっている。

以下、上記した鍛造成形装置Ａの作動を説明する。なお、以下では、先に図９を用いて説明した形状である一方向クラッチ用の端面クラッチ歯１を、Ｓ１５Ｃのような低炭素鋼を用いて鍛造する場合を例として説明する。したがって、前記したクラッチ歯成形パンチ３０の上端面には、図１０を用いて説明した歯形成形用凹所１０７と同じ形状の歯形成形用凹所３７が形成されている。もちろん、歯形成形用凹所３７の形状は、これに限るものではなく、底面から斜め上方に立ち上がる斜面３６を有することを条件に、任意である。

最初に、図４に示すような、断面ほぼ矩形状であるリング状の成形材料（前素材）２００Ａを用意する。前素材２００Ａの内径ｒ８は、前記マンドレル２０の外径ｒ１に等しいかわずかに大きく、外径ｒ９は、前記ダイス１１の内径、すなわち前記ノックアウトスリーブ４０の上方円筒部４１の外径ｒ６とほぼ等しい。

上部機枠５０を上昇させて、パンチ７０の先端を下部機枠１０の上面より上位に位置させる。その状態で、前素材２００Ａをその下面側が前記クラッチ歯成形パンチ３０の上端面に乗った姿勢として、上部機枠５０にセットする。その状態が図５（ａ）に示される。このときに、マンドレル２０、クラッチ歯成形パンチ３０およびノックアウトスリーブ４０は、機枠部材１３によって下方位置で支持された姿勢にあり、ノックアウトスリーブ４０の下端にはノックアウトピン８０が衝接している。

前素材２００Ａのセットの後、上部機枠５０を下降させ、パンチ７０により前素材２００Ａを下方に向けて押圧する。その状態が図５（ｂ）に示される。加圧により、前素材２００Ａは、クラッチ歯成形パンチ３０の第１の円筒部３１の上端面に形成された前記した歯形成形用凹所３７（図２）内に、次第に流動していく。図１０に基づき説明したように、その過程で、歯形成形用凹所３７の傾斜面３６には、クラッチ歯成形パンチ３０を周方向に回動させる方向の分力が作用する。本発明による鍛造成形装置Ａでは、クラッチ歯成形パンチ３０は、周方向には回動しないマンドレル２０に対して、周方向の回動自在に外嵌合しており、前記分力が作用したときに、それに応じて、前素材２００Ａと共に周方向に回動することができる。

そのために、歯形成形用凹所３７に局所的な集中応力が生じるのを回避することができ、型破損、すなわち、歯形成形用凹所３７が部分的に破壊するようなことは生じない。そのために、歯形成形用凹所３７の形状に沿った歯形を持つ一方向クラッチ用の端面クラッチ歯２００を、反復して鍛造することが可能となる。

また、鍛造時に、クラッチ歯成形パンチ３０が周方向に回動することから、クラッチ歯単体の頂部への前素材２００Ａのフィルアップも円滑となり、所望の形状のクラッチ歯単体を備えた一方向クラッチ用の端面クラッチ歯２００を確実に鍛造することができる。

さらに、本発明による鍛造成形装置Ａでは、前素材２００Ａをセットした状態で、ノックアウトスリーブ４０の上端は、クラッチ歯成形パンチ３０の第１の円筒部３１の上端部よりも下位に位置するようにされており、結果として、ノックアウトスリーブ４０の上方には、少なくともノックアウトスリーブ４０の上方円筒部４１の厚みｔ３に相当する空所が全周方向に存在する。さらに加えて、図示の鍛造成形装置Ａでは、図２（ｂ）に基づき説明したように、クラッチ歯成形パンチ３０における第１の円筒部３１は第２の円筒部３２よりも幅が狭くなっており、第１の円筒部３１の外側壁と第２の円筒部３２の外側壁の間には隙間ｓ１が存在し、第１の円筒部３１の内側壁と第２の円筒部３２の内側壁の間には隙間ｓ２が存在している。

そのために、図６に、図５（ｂ）での一部を拡大して示すように、パンチ７０による前素材２００Ａの押圧により、前素材２００Ａの一部は、前記マンドレル２０の外周面と第１の円筒部３１の内側壁との間の隙間Ｓ２、および前記ダイス１１の内周面と第１の円筒部３１の外周面との間の隙間（隙間Ｓ１＋ノックアウトスリーブ４０の上方円筒部４１の厚みｔ３に相当する空所の厚み）にも流動していくことができる。それにより、鍛造される端面クラッチ歯２００は、図７に斜視図、図８に断面図を示すように、内側壁部２０１と外側壁部２０２とを備え、内側壁部２０１と外側壁部２０２との間に、平坦な底面から垂直に立ち上がる垂直面２０４と、該垂直面２０４の頂部２０５に向けて底面から斜め上方に向けて延在する斜面２０６、とで構成されるクラッチ歯単体２０７の適数個（図示のものでは９個）が存在する形状のものとなる。

鍛造時には、前記内側壁部２０１と外側壁部２０２の部分を捨て軸として使用することで、材料（前素材２００Ａ）の移動を容易にすることができ、従来の鍛造装置を用いる場合と比較して、成形荷重を下げることが可能となる。なお、実験では、前記一方の隙間Ｓ２の無い形状にクラッチ歯成形パンチ３０を形成し、それを用いて外側壁部２０２のみを備えた端面クラッチ歯２００を鍛造成形する場合でも、成形荷重を減らすことができた。

鍛造成形が終了した後の型打ち出し品（一方向クラッチ用の端面クラッチ歯２００）の排出は次のようにして行われる。すなわち、成形終了後に、図５（ｃ）に示すように、パンチ７０を型打ち出し品の排出ができる分の距離が取れる位置まで上昇させるとともに、パンチピン６０にマンドレル２０の上昇を抑制できるだけの抑止力を与える。

その状態で、図５（ｄ）に示すように、ノックアウトピン８０を上昇させる。それにより、ノックアウトピン８０の先端はノックアウトスリーブ４０の下端面と衝接し、ノックアウトスリーブ４０が上昇する。ノックアウトスリーブ４０の上昇により、ノックアウトスリーブ４０と共に、マンドレル２０およびクラッチ歯成形パンチ３０も上昇するが、マンドレル２０の上昇は、マンドレル２０がパンチピン６０に衝接することで停止し、同時にクラッチ歯成形パンチ３０の上昇も停止する。

その後、さらにノックアウトピン８０を上昇させると、ノックアウトスリーブ４０のみがさらに上昇する。上昇したノックアウトスリーブ４０の先端は型打ち出し品である端面クラッチ歯２００の前記した外側壁部２０２の下端に衝接し、さらに上昇することで、型打ち出し品をクラッチ歯成形パンチ３０から離脱させる。

なお、本発明による鍛造成形装置Ａを用いて鍛造成形された端面クラッチ歯２００は、前記したように、内側壁部２０１と外側壁部２０２の双方または外側壁部２０２のみを備えた形状となる。一方向クラッチ用の端面クラッチ歯として使用するに際しては、そのような壁部を備えた形状で使用してもよく、壁部を除去した形のものを使用してもよい。どちらを選択するかは、端面クラッチ歯２００が使用される環境に応じて決められる。壁部を残したままで使用することにより、端面クラッチ歯の強度が向上するという利点がもたらされる。

Ａ…一方向クラッチ用の端面クラッチ歯を鍛造するための鍛造成形装置、
１０…下部機枠、
１１…ダイス、
２０…マンドレル、
３０…円筒状のクラッチ歯成形パンチ、
３７…歯形成形用凹所、
４０…円筒状のノックアウトスリーブ、
５０…上部機枠、
６０…パンチピン、
７０…パンチ、
８０…ノックアウトピン、
２００Ａ…成形用部材（前素材）
２００…鍛造成形しようとする一方向クラッチ用の端面クラッチ歯、
２０７…クラッチ歯単体。

Claims (1)

1. 一方向クラッチ用の端面クラッチ歯を鍛造するための鍛造成形装置であって、
   円筒状のマンドレルと、前記マンドレルに周方向に回動可能に外嵌合された円筒状のクラッチ歯成形パンチと、前記クラッチ歯成形パンチに外嵌合された円筒状のノックアウトスリーブと、前記ノックアウトスリーブの下端に当接するノックアウトピンと、前記クラッチ歯成形パンチの上方に位置し該クラッチ歯成形パンチの上に載置された成形用部材を押圧するためのパンチ、とを少なくとも備えることを特徴とする鍛造成形装置。

Images