JP4350300B2 - シフトギアホイールの製造方法、その方法を実施する装置並びにその方法で製造されたシフトギアホイール - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、同軸に配置されかつ軸方向に突出するシフト歯であって、軸方向のアンダーカットを有するものを備えたシフトギアホイールの製造方法に関する。
【０００２】
例えば、この種のシフトギアホイールは車両用シンクロメッシュトランスミッションに使用される。先ず、一般的な理解として、図１及び図２ａ〜図２ｃを参照して従来技術に属するシンクロユニットの一部について説明する。
【０００３】
図１は、クラッチ本体７を備えた空回りホイール(loose wheel)１、シンクロリング２、摺動スリーブ３及びシンクロナイザー本体４を分解して示す図である。
【０００４】
空回りホイール１は外歯２０を備えている。その端面には、クラッチ本体７が一体的に形成されている。クラッチ本体７は、複数のシフト歯５を有する同軸のリングを備え、該歯５は、（アンダーカットを形成する同軸の溝６から出発して）軸線方向左側に延びると共に、空回りホイール１の端面より突出する。このシフト歯５の幅が（歯先から出発して）溝６の基部の方向に減少するように、該シフト歯５は軸線方向のアンダカットを有する。シフト歯５の歯先には、ルーフ形状が与えられていると共に、該歯は軸線に直角な方向の輪状面１４まで延びている。該輪状面１４からは同軸の摩擦円錐体８が起立する。
【０００５】
シンクロリング２の外面には、シフト歯９を備えたリングが設けられ、該シフト歯９は軸線に直角に延びる２つの環状面の間にあって、軸方向に延びる。シンクロリング２の内面には、クラッチ本体７の摩擦円錐体８が係合する。
【０００６】
摺動スリーブ３は、軸方向に延びる歯１２を備えると共に、軸方向に移動可能であるが、シンクロナイザー本体４上で回転不能であるように配置されている。そのため、シンクロナイザー本体４は軸方向に延びる歯１３を有し、該歯１３が摺動スリーブ１３の内側のシフト歯１２と噛み合う。該摺動スリーブのシフト歯１２は、同様にその軸方向の両端部の近傍にアンダーカットを備える。
【０００７】
図２は、図１に示したトランスミッション要素のシフト歯の位置を、異なる３つのシフト位置で示す展開断面図である。
【０００８】
図２ａは、ニュートラル位置でのシンクロシフト装置を示す。この場合、摺動スリーブ３は中央に位置する。クラッチ本体を備えた空回りホイール１とその他の空回りホイール（図示せず）とはシンクロナイザー本体に対して回転自在である。摺動スリーブ３のシフト歯１２、シンクロリング２のシフト歯９及びクラッチ本体のシフト歯は相互に間隔を置いて位置する。
【０００９】
図２ｂは、ブロック位置でのトランスミッション要素を示す。摺動スリーブ３とシンクロリング２とは右側に移動させられている。従って、シンクロリング２は、クラッチ本体７の摩擦円錐体８と摩擦係合状態になると共に、回転されられるので、摺動スリーブのシフト歯１２とシンクロリング２のシフト歯９とはそれらルーフ形状のスロープ部で相互に当接する。
【００１０】
図２ｃは、「ギアが噛み合う」位置を示す。ここでは、摺動スリーブが非常に右側に摺動するので、摺動スリーブ３の歯１２がシンクロリング２のシフト歯９間を完全に貫通して噛み合うと共に、クラッチ本体７のシフト歯５の間に突出する。トルクを伝達する場合、摺動スリーブ３のシフト歯１２のアンダカットとクラッチ本体７のシフト歯５のアンダカットとが背中あわせで係合し、それによって、トランスミッション要素の軸方向の離脱が防止される。これがアンダカットの目的である。
【００１１】
アンダカットを有するシフト歯を備えたシフトギアホイールの製造方法について種々の方法が知られている。
【００１２】
その製造方法は、ドイツ国特許公開第20 40 413号公報から知られている。このものでは、先ず、平行に延びる歯元の面を粗いプレスにより形成し、そして、ルーフ形状を与えるように仕上げエッジ加工することで、アンダカットを有する歯を備えたテーパ状のギアホイールが製造される。
【００１３】
さらに、シフトトランスミッション用のアンダカットを有する歯を備えた簡単な伝動部材が設けられたシンクロ部品の製造方法は知られている（ドイツ国特許第34 27 156号）。このものでは、半製品を製造するために先ず粗い鍛造が行われる。これにより、その伝動部材は、仕上げ加工された歯先の高さより高い寸法の歯を備えている。次いで、歯が、鍛造型に対してその半径方向外側で支持されている間、先ず、歯先が粗いエッジ加工されるような方法で、複数の校正打撃処理によって冷間半製品が加工される。同時に、粗いエッジ加工またはさらなる校正打撃処理のいずれによっても各歯の部位にひずみ硬化が生じる。次いで、歯先にルーフ形状が与えられかつ歯元の面がそのアンダカットに対応する傾斜を有するほどに、歯先が仕上げエッジ加工される。
【００１４】
最後に、車両用トランスミッションのクラッチギアホイールの機械加工方法は、ドイツ国特許公開第34 38 454号から知られている。ここでは、先ず、第１作業段階において、加圧下で変形可能な加工材料から冷間鍛造または熱間鍛造によって丸いロッド状の半製品が形成される。第２作業段階では、半製品が鍛造型を使用してプレスされる。この段階では、所定の仕上げ寸法と、同時にテーパ面の突出部とが得られる。第３作業段階では、テーパ面の突出部が歯の輪郭にもたらされる。第４作業段階では、歯の輪郭にアンダカットが備えられるほどに、歯の輪郭が、テーパ面の突出部の反対側の端部の端面から鍛造型内でプレスされる。
【００１５】
本発明の目的は、軸線方向にアンダカットを有するシフト歯を備えたギアホイールの非切削式製造方法を提供することにある。これにより、特に実施が容易になると共に、多量生産に最適となる。
【００１６】
本発明の方法は、請求の範囲第１項に記載した方法段階により特徴付けられる。
【００１７】
本発明の方法は、絶間なく個々の歯を一貫して連続的に仕上げ加工できると共に、再現された製品をもたらすという効果を奏する。本発明は簡単であると共に、時間とコストを節約させる。
【００１８】
本発明の方法の有利な改良形は、請求の範囲第２項から第５項記載の主題にある。
【００１９】
さらに、本発明は上述の方法を実施できる装置に関する。該装置の本質的な特徴は請求の範囲第６項記載の主題にある。
【００２０】
請求の範囲第７項は本発明の装置の有利な改良形に関する。
【００２１】
最後に、本発明は、上述の方法で製造されたシフトギアホイールに関する。
【００２２】
このシフトギアホイールの特徴は請求の範囲第８項に示されている。
【００２３】
請求の範囲第９項は、本発明のシフトギアホイールの有利な改良形に関する。
【００２４】
以下に、図面を参照して本発明の有利な実施例を説明する。
【００２５】
図３は、収容部品を、シフトギアホイール半製品、及びまたは方法の実施後に仕上加工されたシフトギアホイール１を収容する下型２１の形で示す。図３〜図１１においてシフトギアホイール１の符号として、図１でクラッチ本体７を備えた空回りホイール１に使用した符号と同一のものを使用する。シフトギアホイール１の軸線は符号１５で示し、以下では、「回転軸」と称する。
【００２６】
下型２１の上方には成形具１６が配置されている。該成形具の下側には、環状のくぼみ部１７が設けられ、そのエッジ部には、複数の凹状の歯入れ部（Zahnausnehmung)１８が位置している。該凹状歯入れ部は、成形具１６の軸方向であって、その端面方向にも、及び半径方向であって、その内側方向にも開口している。成形具は、下型２１に対して駆動部材（図示せず）によって章動運動（回り揺動運動：taumelnde Kreisbewegung)させられる。この場合、章動角（Taumelwinkle）τは調整可能である。この章動軸線は符号１９で示される。章動角τが０°より大きい場合、回転軸線１５と章動軸線１９とは交点１４において交差する。章動運動を行う間、章動軸線１９は回転軸１５を中心として回転する。従って、成形具１６は、その都度、一点において成形のためにシフトギアホイール１の関連するシフト歯５と集中的な接触状態にあり、他方で、軸方向に対向する位置では、（章動角τに依存して）成形具１６とそれに対応するシフトギアホイール１のシフト歯５との間に部分的な或いは全体的な間隙が生じる。
【００２７】
仕上げ加工されたシフトギアホイール１は、方法が終了し、成形具１６を除去した後に、エジェクタ２２を用いて下型２１から押し出し可能である。
【００２８】
図４〜図９の左側には、図３の矢印方向に見た、図３のシフトギアホイール１のシフト歯５のＡ−Ａ線に沿った断面図である。このことは、その都度、後側のシフト歯５を考察していることを意味する。それに加えて、図４〜図１０の右側には、章動軸線１９とシフトギアホイール１の回転軸線１５との交点の上方で章動軸線１９の位置ｘが判るようにした円がそれぞれ示されている。章動軸線１９の位置ｘから章動角τが推測できる。
【００２９】
図４は鋳造型を閉じた状態を示す。このことは、章動角τが０°の状態で、先ず、半製品の形であるシフトギアホイール上に成形具１６が設置されることを意味する。シフトギアホイール半製品１は粗成形のシフト歯５を備えている。この粗成形の歯５は平行な歯元の面２３と２４を備えている。この歯元の面の軸方向の端部には丸み部２７が備えられている。しかしながら、この丸み部２７に代えて、粗成形のシフト歯５に、既にルーフ形状を与えておくこともできる。それに対応して、成形具１６には凹状の歯入れ部１８が設けられている。そのため（シフト歯にルーフ形状が与えられていない場合）、この凹状歯入れ部には、粗成形のシフト歯５にルーフ形状を与えるためにくさび状の基部が備えられる。凹状の歯入れ部１８の境界エッジ部２５と２６は、（後述する）アンダカットを形成するのに用いられる。断面図に並べて示した円から理解されるように、回転軸線１５と章動軸線１９とは間隔なしに（τ＝０°）同軸線上にある。
【００３０】
以下に、図５〜図９を参照して、シフトギアホイールの製造方法の加工手順が一例として記載されている。
【００３１】
図５は加工手順の第一製造段階を示す。その製造段階の間、章動角τは最大に調整される。この章動角は、断面図に並べて示した円上の章動軸線１９の位置ｘから明らかになる。ここでは、章動軸１９が軸１５の上方に位置する。このことは、今のところ成形具１６が回転軸１５を中心とする回り運動を行わないことを意味する。この第一製造段階の間、粗成形のシフト歯５には、僅かながらルーフ形状が与えられると共に、シフト歯５は僅かだけ幅広になる。
【００３２】
図６は加工手順の第二段階を示す。この段階の間、章動角τは再度最大に調整される。ここでは、章動軸線１９は軸１５の右側に位置する。このことは、章動軸線１９、つまり章動軸線によって成形具１６が図５に対して９０°の位置まで回り運動を行うことを意味する。凹状歯入れ部１８の境界エッジ部２６が粗成形のシフト歯５にアンダカットを形成していることが断面図から明確になる。歯元の面２４はもはや直線状ではなく、凹状になる。
【００３３】
図７は、図５と比較して、章動軸線１９が回転軸線１５を中心として１８０°の回り運動した後の状態を示す。現在図示するシフト歯５の位置での成形具１６は、シフト歯５と凹状歯入れ部１８とが離脱することなしに、シフトギアホイール半製品１に対して持ち上げられている
図８では、章動軸線１９が２７０°の回り運動を行っている。ここでは、成形具１６が、未だ部分的に粗成形のシフト歯５の方向に再び下降し、そして、シフト歯の左側の歯元の面に凹状のアンダカットを形成している。従って、歯元の面２３はもはや直線状ではなく、同様の凹状になる。
【００３４】
図９は、仕上げ加工されたアンダカットを有するシフト歯５を示す。この場合、章動角τは０°まで戻される。回転軸線１５と章動軸線１９とは、間隔を置かず、相互に平行である。
【００３５】
実際に方法を実施する場合、複数の章動運動での手順が進行中、章動角は０°からその最大角度まで連続的に増加される。そして、複数の章動運動における殆どの手順では、最大角のまま保持される。最後に、さらに実施する章動運動での手順の進行中、章動角は０°まで連続的に減少される。
【００３６】
シフト歯５に、可能なかぎり対称のアンダカットが形成されることを保障するために、実際には同じ操作を再び繰り返すことができる。この場合、回り運動は反対方向にもたらされる。
【００３７】
最大章動角は、使用する章動装置に依存する。現在の装置では、章動角は２°に調整可能である。現在の方法では、シフト歯での所望のアンダカット角が最大章動角に対応し、その章動角で方法を実施する装置が操作される。
【００３８】
アンダカット角をより大きくする必要がある場合、章動装置を最適に再設計しなければならないか、または成形具１６の凹状歯入れ部の側面に適当なアンダカットを設ける。この場合、シフト歯５に所定のアンダカット角を達成するために、最大章動角を大きくすることと、凹状の歯入れ部１８の側面３０．３１のアンダカット角を大きくすることとを組合わせることができる。従って、例えば、凹状歯入れ部１８に２．３°のアンダカット角を設けると共に、最大章動角を２°とすることで、シフト歯５に４．３°のアンダカット角が達成される。
【００３９】
図１０は、アンダカットを備えた凹状歯入れ部１８を示す。他の点では、図１０は図９に対応している。
【００４０】
図１１は、仕上げ加工されたシフトギアホイール１の一部を拡大した断面図である。ここでは、シフト歯５が溝６内に部分的に埋没し、その結果、シフトギアホイール１が全体として比較的平坦な構造になることが特に明らかになる。従来の方法では、溝深さｂに対する溝幅ａの比率を一定の比率以下にすることは不可能である。本発明の方法では、ここで述べる種のシフトギアホイールを可能なかぎり平坦に製造する所望の目的のために、より有利となる。
【００４１】
最後に、特に、図３〜図１０が章動角やアンダカットなどの本質的な特徴を強調して示すものであることに言及する。縮尺どおりの図面では、これらの特徴はほとんど識別できないであろう。
【００４２】
また、最大章動角並びに章動の回転数に関するデータは単に例として示したものであり、それによって本発明の本質的内容に影響を与えることなく変更できることに言及する。
【００４３】
さらに、上述の方法は、下型２１及び成形具１６を、等しく種々の章動プレスに使用されることを指摘する。最も一般的な章動プレスは、例えば、その部品の運動に応じて３つのタイプに分類できる。
【００４４】
第１タイプの章動プレスでは，シフトギアホイール半製品１が挿入された下型１が駆動されて回転軸１５を中心として回転運動を行う。上側の成形具１６は、章動角τで傾斜した章動軸線１９を中心として下型２１の回転運動と同期して回転する。成形操作の間の持ち上げ運動に相応する並進運動は、同様に、上側の成形具１６を介して液圧式で与えられる。成形具１６が駆動されず回転運動を行う場合、即ち、成形具１６が章動軸線１９を中心としてシフトギアホイールと協働して回転自在である場合、章動プレスの種類は１Ａになる。他方で、付加的に成形具１６が駆動されて回転運動を行う場合、この章動プレスの種類は１Ｂになる。
【００４５】
第２タイプの章動プレスは固定の下型２１を備え、この下型は、並進運動、回転運動のいずれも行わない。シフトギアホイール１は、加工操作の間、固定である。その代わり、上側の成形具１６は全３つの運動、即ち、章動軸１９を中心とした回転、垂直な回転軸１５を中心とした章動運動、並びに液圧駆動される軸方向の並進運動を行う。
【００４６】
第３タイプの章動プレスは、図を参照して説明した上述の方法用のものであるが、最も一般的な章動プレスである。ここでは、液圧駆動される並進運動は、装置の下側にあるシリンダによって行われる。章動運動は、上述の成形具１６によって与えられ、他方で、下型２１及びシフトギアホイール１は固定されたままである。
【００４７】
使用される章動プレスの種類に関係なく、本発明で重要なことは、成形具１６がシフトギアホイール及びまたはシフトギアホイール半製品に対して章動運動を行うということにある。この場合、章動運動の動作の個々の要素が章動プレスの種々の工具にどのように割り当てられるがは根本的にとるに足りないことである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、従来技術の車両用シンクロユニットの部品の分解斜視図である。この場合、その部品はアンダカットを有するシフト歯を備えたシフトギアホイールである。
【図２】 図２ａ〜図２ｃは、図１に示すシンクロユニットのトランスミッション要素を、３つの異なるシフト位置で示す展開断面図である。
【図３】 図３は、本発明の方法でシフトギアホイールを製造する装置の概略的な断面図である。
【図４】 図４は、加工手順のうち、連続的な製造段階における、図３に示す装置で製造されたシフトギアホイールの歯のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図５】 図５は、加工手順のうち、連続的な製造段階における、図３に示す装置で製造されたシフトギアホイールの歯のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図６】 図６は、加工手順のうち、連続的な製造段階における、図３に示す装置で製造されたシフトギアホイールの歯のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図７】 図７は、加工手順のうち、連続的な製造段階における、図３に示す装置で製造されたシフトギアホイールの歯のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図８】 図８は、加工手順のうち、連続的な製造段階における、図３に示す装置で製造されたシフトギアホイールの歯のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図９】 図９は、加工手順のうち、連続的な製造段階における、図３に示す装置で製造されたシフトギアホイールの歯のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図１０】 図１０は、図９と同様の図である。この場合、成形具の凹状歯入れ部はアンダーカットを備えている。
【図１１】 図１１は、歯に関する環状溝と寸法比率とを識別させるための歯を備えたシフトギアホイールの部分断面図である。

Claims (12)

1. クラッチ本体を端面に備えたシフトギアホイールであって、前記クラッチ本体は、前記クラッチ本体と同軸に配置されたシフト歯を有するリングを備え、前記シフト歯は、軸方向に突出し、軸方向に対してアンダカットを有するものを備えたシフトギアホイールを製造する方法において、
   ａ）同軸に配置されかつ軸方向に突出する粗成形の歯を備え、前記歯の歯元の面が軸方向に延びたシフトギアホイール半製品であって、それに対応する軸方向の凹状歯入れ部を備えた成形具と係合し、その際、シフトギアホイール半製品の粗成形のシフト歯を、遊びもって凹状歯入れ部に係合する段階と、
   ｂ）所望のアンダカットを形成するように、凹状歯入れ部の輪郭部がシフトギアホイール半製品の粗成形の歯の歯元の面に渡ってプレスしかつ材料成形する方法で移動するような態様で、互いに対して章動運動させる段階と、
   ｃ）加工されたシフトギアホイールと成形具とを相互に分離する段階とを含むことを特徴とする方法。
2. 段階ａ）の間、シフトギアホイール半製品と成形具とを相互に同軸となるように位置合わせすることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 段階ｃ）の間、シフトギアホイール半製品と成形具とを、同様に、相互に同軸となるように位置合わせすることを特徴とする請求項１または請求項２記載の方法。
4. 段階ｂ）の間、シフトギアホイール半製品を駆動させて回転軸を中心として回転運動させ、そして、成形具を、章動角で傾斜した章動軸線を中心としてシフトギアホイール半製品の回転運動と同期して協働回転することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の方法。
5. 成形具が付加的に駆動されて回転運動を行うことを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 段階ｂ）の間、シフトギアホイール半製品を固定し、かつ成形具が、章動角を中心とした回転、垂直な回転軸を中心とした回転及び軸方向の持ち上げ運動を同時に実施することを特徴とする請求項１〜請求項３項のいずれか１つに記載の方法。
7. 段階ｂ）の間、シフトギアホイール半製品が軸方向の持ち上げ運動を実施し、成形具が同時に章動運動を実施することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の方法。
8. 段階（ｂ）の間、章動運動の進行中におけるシフトギアホイール半製品と成形具との間の章動角を０°から最大章動角まで連続的に増加させ、次いで、最大章動角で保持し、最後に０°まで減少させることをことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の方法。
9. 段階（ｂ）において、章動運動を一方向に行い、次いで、章動運動を逆方向に繰り返すことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の方法。
10. 請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載の方法を実施するための装置において、
    軸方向に延びる粗成形のシフト歯を有するリングを備えたシフトギアホイール半製品用収容部品と、環状のくぼみ部を有する成形具であって、前記環状のくぼみ部のエッジ部に、該成形具の端面に向かう軸方向で前記くぼみ部の半径方向内側に開口した凹状歯入れ部を位置させたものと、駆動部材であって、収容部品と成形具とを調整可能な章動角で互いに対して章動運動させるものとを備えることを特徴とする装置。
11. 成形具の凹状歯入れ部の側面が軸方向に延びるか、または−成形具の端面方向から見て−軸線に対するアンダカットを有することを特徴とする請求項１０記載の装置。
12. 請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載の方法で製造された、軸方向に延びるシフト歯を有するリングを備えたシフトギアホイールにおいて、
    シフト歯の軸線方向に突出した歯先がその中央領域より幅広になるように、歯元の面は凹状に形成され、アンダカットが形成されることを特徴とするシフトギアホイール。

Images