JP5098366B2 - 板金製歯車形状部品、そのプレス成形型及び成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、板金製歯車形状部品、そのプレス成形型及び成形方法に関し、板金製歯車形状部品の技術分野に属する。

例えば車両用の自動変速機においては、図１３に示すように、周壁部１０１と底壁部１０２とを有するカップ状体の周壁部１０１に歯部１０３及び歯底部１０４が形成されてなるクラッチハブ等の板金製歯車形状部品１００が用いられることがある。

このような板金製歯車形状部品の成形方法として、例えば特許文献１には、第１工程で円板状の板金製素材からカップ状の素材を形成し、第２工程で、このカップ状の素材の周壁部に、成形外周面に山筋及び谷筋が形成されたパンチと、成形内周面に山筋及び谷筋が形成されたダイスとで、歯部及び歯底部をプレス成形することが開示されている。

特公平６−８８０８７号公報

ところで、生産性の向上のため、円板状の板金製素材からカップ状の素材への成形と、歯部及び歯底部の成形とを一工程で行うことが考えられるが、以下のような問題がある。

すなわち、プレス時には、素材がパンチとダイスとで挟まれるので、素材とこれらとの間の摺動抵抗により、素材における底壁部となる部分と周壁部となる部分との間の屈曲部に大きな引張力が生じ、この引張力により、該屈曲部部分の材料が軸線方向に流動して該部分の板厚が薄くなる。つまり、前述の図１３に示すように、歯車形状部品１００の屈曲部１０５における歯部１０３の底壁部１０２側に丸味を有するいわゆるダレＹ（歯部１０３の高さが規定高さ未満の部分）が生じるが、前述の第１工程及び第２工程を同時に行うと、この引張力が一層大きくなってダレＹの軸方向長Ｌａが大きくなり、板金製歯車形状部品１００の軸方向寸法が一定とした場合、歯部１０３の有効歯長Ｌｕ（開口部側端部からダレＹが始まる部分までの軸方向長）が短かくなるという問題がある。したがって、有効歯長Ｌｕを所定長得ようとする場合、２工程で行う場合よりも板金製歯車形状部品１００の軸方向寸法が大きくなり、その結果、該歯車形状部品１００が用いられる変速機等の寸法が大きくなるという問題がある。

そこで、本発明は、板状の板金製素材からダレを抑制しつつ一工程でカップ状の板金製歯車形状部品をプレス成形する方法及び装置、ならびにこれらの方法及び装置により得られる板金製歯車形状部品を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、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、板金製素材から、カップ状体の周壁部に歯部及び歯底部が形成されてなる歯車形状部品を、パンチとダイスとでプレス成形する板金製歯車形状部品のプレス成形型であって、前記ダイスの成形内周面に、前記歯部及び歯底部を形成する谷筋及び山筋が軸線方向に沿って奥側ほど段階的に高くなり、かつテーパ部を介して連続する複数領域に分けて形成されていると共に、この複数領域に分けて形成された山筋及び谷筋は、隣接領域への移行時における素材の断面減少率が各段階において略一定となるように形成されており、かつ、前記パンチの成形外周面に、前記歯部及び歯底部を形成する山筋及び谷筋が形成されていると共に、該パンチの山筋に、該山筋の先端側が後端側よりも低くなるように段部が設けられていることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、板金製素材から、カップ状体の周壁部に歯部及び歯底部が形成されてなる歯車形状部品を、パンチとダイスとでプレス成形する板金製歯車形状部品のプレス成形方法であって、前記ダイスとして、成形内周面に、前記歯部及び歯底部を形成する谷筋及び山筋が軸線方向に沿って奥側ほど段階的に高くなり、かつテーパ部を介して連続する複数領域に分けて形成されていると共に、この複数領域に分けて形成された山筋及び谷筋が、隣接領域への移行時における素材の断面減少率が各段階において略一定となるように形成されたものを用い、前記パンチとして、成形外周面に、前記歯部及び歯底部を形成する山筋及び谷筋が形成され、かつ、該パンチの山筋に、該山筋の先端側が後端側よりも低くなるように段部が設けられているものを用いることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、板金製素材から、パンチとダイスとでプレス成形されることにより、カップ状体の周壁部に歯部及び歯底部が形成されてなる板金製歯車形状部品であって、前記ダイスとして、成形内周面に、前記歯部及び歯底部を形成する谷筋及び山筋が軸線方向に沿って奥側ほど段階的に高くなり、かつテーパ部を介して連続する複数領域に分けて形成され、かつ、この複数領域に分けて形成された山筋及び谷筋が、隣接領域への移行時における素材の断面減少率が各段階において略一定となるように形成されたものを用い、前記パンチとして、成形外周面に、前記歯部及び歯底部を形成する山筋及び谷筋が形成され、かつ、該パンチの山筋に、該山筋の先端側が後端側よりも低くなるように段部が設けられているものを用いて成形されていることを特徴とする。

次に、本発明の効果について説明する。

まず、請求項１に記載の発明によれば、山筋及び谷筋をそれぞれ有するダイス及びパンチにより、板金製歯車形状部品が一工程で得られることとなる。

その場合に、パンチの山筋には、該山筋の先端側が後端側よりも低くなるように段部が設けられているから、素材における屈曲部部分の材料がプレス成形時に軸線方向に流動しようとするのが段部により遮られることとなり、その結果、歯車形状部品の屈曲部の板厚の減少が抑制されてダレの長さが短くなる。したがって、段部が設けられていない場合と比較すると、歯車形状部品の軸方向寸法が一定とした場合、歯部の有効歯長が長くなり、他方、歯部の有効歯長を一定量確保すればよい場合は、歯車形状部品の軸方向寸法を短くすることができ、該歯車形状部品を利用する自動変速機を小型化することができる。

また、ダイスの成形内周面には、山筋及び谷筋が軸線方向に沿って奥側ほど段階的に高くなり、かつテーパ部を介して連続する複数領域に分けて形成されているので、歯部及び歯底部が段階的に形成されることとなる。したがって、プレス成形時に素材の屈曲部に働く引張力が過度に大きくなるのが抑制され、これによっても素材における屈曲部部分の材料の軸線方向への流動が抑制されて、前述の効果が確実なものとなる。

さらに、この発明によれば、前記ダイスの成形内周面に複数領域に分けて形成された山筋及び谷筋は、素材の断面減少率が各領域段階において略一定となるように形成されているから、プレス成形時に素材の屈曲部に働く引張力が大きくなるのが一層抑制される。したがって、前記の効果が一層良好に発揮されることとなる。

また、請求項２に記載の方法発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果が得られることとなる。

また、請求項３に記載の発明によれば、カップ状歯車形状部品の底部に近い部位から有効な歯部が形成されるので、従来と比べ、歯車形状部品の軸方向寸法を短くすることができる。

以下、本発明の実施の形態に係る板金製歯車形状部品、及びそのプレス成形型並びに成形方法について説明する。

まず、板金製歯車形状部品について説明する。本発明に係る板金製歯車形状部品は、車両用自動変速機のクラッチハブ１に適用されている。このクラッチハブ１は、図１、図２に示すように、周壁部２と底壁部３とを有する底浅の有底円筒体（いわゆるカップ状体）で、周壁部２の外周には軸方向に延びる歯部４と歯底部５とが周方向に交互に所定角度間隔で一体形成されていると共に、底壁部３の中央には円形開口６が形成されている。

このクラッチハブ１は、図３に示すプレス成形装置１０により、中央に円形の開口を有する円板状の板金製素材Ｘをブレス加工することにより成形される。

このプレス成形装置１０は、ダイス２０と、該ダイス２０に対向するように配置されたパンチ３０とを有している。

ダイス２０は、図示しない機台に固定されたダイ支持ブロック４２にダイホルダ４３を介して固定されている。ダイス２０のパンチ３０が嵌入する孔部２０ａには、エア圧によるクッション機構４４により上方に付勢された円柱状のダイクッション４５が上下に移動可能に配設されている。ダイクッション４５の上面には、素材Ｘの円形開口とほぼ同径で、素材Ｘの位置決めを行うための突部４５ａが設けらている。クッション機構４４による上方への付勢力は、パンチ３０の先端面とダイス２０の先端面との間に挟みこまれた板金製素材Ｘが摺動不可能な程度の大きさに設定されている。

パンチ３０は、機台に上下に移動可能に支持された可動ブロック５１に固定されている。この可動ブロック５１の上部の凹部５１ａにはスライドブロック５２が上下に移動可能に配設されていると共に、該スライドブロック５２と上方の機台との間にはエア圧によるクッション機構５３が配設されており、該クッション機構５３によりスライドブロック５２が下方に付勢されている。また、スライドブロック５２の下面には可動ブロック５１を貫通して下方に延びるロッド５４の上端部が固着されていると共に、該ロッド５４の下端部にはグリッパ部材５５が固着されており、パンチ３０が下方に移動したときに、前記クッション機構５３の付勢力によりグリッパ部材５５が素材Ｘをダイス２０の上面との間に挟みこむようになっている。なお、その力は、パンチ３０が下方に移動するときに、素材Ｘが摺動可能な程度の大きさに設定されている。

このダイス２０の孔部２０ａの成形内周面２０ｂには、図４、図５に示すように、その軸線方向に沿って山筋２１および谷筋２２が周方向に交互に所定角度間隔で形成されており、これら山筋２１および谷筋２２によってクラッチハブ１の歯部４および歯底部５の外面側が形成されるようになっている。

山筋２１は、孔部２０ａの挿入側開口端からやや奥へ入ったところから立上り、テーパ部２１ａ，２１ｂ，２１ｃを介して段階的に高くなる一定高さの直線部２１ｄ，２１ｅ，２１ｆを有している。

谷筋２２は、山筋２１相互間に形成されていると共に、軸方向で山筋２１のテーパ部２１ｃよりも奥において、テーパ部２２ａを介して高くなっており、その前後に一定高さの直線部２２ｂ，２２ｃを有している。

そして、この山筋２１と谷筋２２との組み合わせにより、図４に示す４つの成形領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４が形成されており、これにより、クラッチハブ１の歯部４及び歯底部５が段階的に形成されるようになっている。

ここで、領域Ｄ１、Ｄ２は、いわば予備成形のための領域である。なお、立上り部分のテーパ部２１ａは望ましくは円錐形状でない方が良好な絞り込み効果が得られる。領域Ｄ１の断面形状は、図５（ａ）に示すように、比較的緩やかな波形をなしている。領域Ｄ２の断面形状は、図５（ｂ）に示すように、山筋２１の高さがやや高くなっている。

領域Ｄ３のテーパ部２１ｃは、クラッチハブ１の歯底部５を形成するためのものであって、素材Ｘの外周側をクラッチハブ１の周壁部２の歯底部５の最終深さまで押え込む。

領域Ｄ３の直線部２１ｆは、クラッチハブ１の歯部４側面を形成するためのものであって、断面形状は、図５（ｃ）に示すように、その高さがほぼ一定であるが幅が次第に広がっている。

領域Ｄ４の谷筋２２のテーパ部２２ａは、クラッチハブ１の歯部４の先端面を形成するためのものであって、素材Ｘの外周側をクラッチハブ１の周壁部２の歯部４の高さを最終高さまで押え込む。この領域Ｄ４の断面形状は、図５（ｄ）に示すようになっており、谷筋２２の深さが最終的な歯部４の高さとなっている。

パンチ３０について説明すると、このパンチ３０は円柱状をなし、その成形外周面３０ａには、図６、図７に示すように、その軸線方向に沿って山筋３１および谷筋３２が周方向に交互に所定角度間隔で形成されており、これら山筋３１および谷筋３２によってクラッチハブ１の歯部４および歯底部５の内面側が形成されるようになっている。

ここで、図５（ａ）〜（ｄ）からわかるように、ダイス２０の山筋２１及び谷筋２２の高さ及び幅は、ダイス２０における隣接する成形領域への移行時における、パンチ３０と組み合わせることにより生じる成形空間の断面積、すなわちその空間に充填される素材Ｘの断面積の減少率が、各段階においてほぼ一定となるように形成されている。

また、ダイス２０の開口周縁部には、Ｒ面２０ｃが形成されており、プレス成形時に素材Ｘが該面２０ｃに沿って下方に引きずられることにより、滑らかに円筒出し可能なように構成されている。

また、本実施の形態に係るパンチ３０の山筋３１には、その先端近傍において先端側が低くなるように段部３１ａが形成されている。この段部３１ａの高さＴは素材Ｘの板厚よりもやや小さくされている。

次に、この成形装置１０を用いたクラッチハブ１の成形方法について説明する。

まず、図３に示すように、素材Ｘをダイクッション４５に載置する。このとき、ダイクッション４５の突部４５ａに素材Ｘの開口が嵌り、素材Ｘが位置決めされる。

そして、成形装置１０を作動させてパンチ３０を降下させる。その場合に、パンチ３０が図８に示す位置まで降下すると、グリッパ部材５５の下面とダイス２０の上面との間に、素材Ｘが挟み込まれる。なお、この挟む力は、前述のように、素材Ｘがダイス２０及び押圧部材５５に対して摺動可能な大きさとされている。

そして、パンチ３０をさらに降下させると、パンチ３０の先端面と、ダイス２０の先端面との間に素材Ｘの中心部側が挟み込まれる。

そして、パンチ３０をさらに降下させてダイス２０の孔部２０ａ内に圧入させると、図９に示すように、素材Ｘの外周側が、グリッパ部材５５の下面及びダイス２０の上面に摺接しながら中心側に引きずり出されると共に、この引きずり出された外周側が、ダイス２０の開口周縁部のＲ面２０ｃにより絞られて円筒出しされる。

その場合に、この図９に示すように、素材Ｘの屈曲部ｘ１が、ダイス２０の山筋２１の始端部２１ｓに当接すると、パンチ３０がさらにダイス２０内に圧入されるときに、素材Ｘとダイス２０の山筋２１との摺動抵抗により、底壁部となる部分ｘ２と周壁部となる部分ｘ３の間に大きな引張力が作用することなる。

ここで、本実施の形態においては、前述のようにパンチ３０の山筋３１の先端側には該山筋３１の先端側が後端側よりも低くなるように段部３１ａが設けられているが、図９からわかるように、屈曲部ｘ１がダイス２０の山筋２１の始端部２１ｓに当接したときに、素材Ｘにおける周壁部ｘ３となる部分の内面がこの段部３１ａに当接するようになっている。そして、さらにパンチ３０をダイス２０内に圧入すると、図１０に示すように、周壁部ｘ３となる部分の内面が段部３１ａに食い込むこととなる。したがって、パンチ３０をさらにダイス２０内に圧入するときに、この屈曲部ｘ１部分の材料の一部が軸線方向に流動しようとするのが段部３１ａにより遮られることとなり、その結果、クラッチハブ１の屈曲部７の板厚の減少が抑制されてダレＹの長さが短くなる。したがって、段部３１ａが設けられていない場合と比較すると、クラッチハブ１の軸方向寸法が一定とした場合、歯部４の有効歯長が長くなり、他方、歯部４の有効歯長を一定量確保すればよい場合は、クラッチハブ１の軸方向寸法を短くすることができ、該クラッチハブ１を利用する自動変速機を小型化することができる。

そして、さらにパンチ３０をダイス２０内に圧入していくと、素材Ｘにおける周壁部となる部分ｘ３に、ダイス２０の山筋２１及び谷筋２２とパンチ３０の山筋３１及び谷筋３２とにより、歯部及び歯底部が形成されていく。そして、図１１に示す最下方位置までパンチ３０が圧入されると、周壁部２に所定の高さ及び幅の歯部４及び歯底部５を備えたクラッチハブ１が成形されることとなる。

その場合に、ダイス２０の山筋２１及び谷筋２２、パンチ３０の山筋３１及び谷筋３２は、軸線方向に沿って複数領域に分けて形成されているから、歯部及び歯底部が段階的に形成されることとなる。つまり、プレス成形時に素材Ｘの屈曲部ｘ１に働く引張力が過度に大きくなるのが抑制され、これによっても素材Ｘにおける屈曲部ｘ１部分の材料の軸線方向への流動が抑制されて、前述の効果が確実なものとなる。

また、ダイス２０の山筋２１及び谷筋２２、パンチ３０の山筋３１及び谷筋３２は、隣接領域への移行時における素材Ｘの断面減少率が各段階において略一定となるように形成されているから、プレス成形時に素材Ｘの屈曲部ｘ１に働く引張力が大きくなるのが一層抑制される。したがって、これによっても、前述の効果が一層良好に発揮されることとなる。

ここで、図１２に示すように、このような成形装置１０により成形されたクラッチハブ１の周壁部２の歯部４の内周面には、パンチ３０の山筋３１の段差部３１ａに対応する段部４ａが形成されている。また、パンチ３０の山筋３１に段差部３１ａが設けられていないもので形成した場合よりも、周壁部２と底壁部３とを接続する屈曲部７の素材の流動が抑制されることにより、該屈曲部７の板厚が十分に確保され、その結果、クラッチハブの軸ダレＹの軸方向長Ｌａが小さくなって、有効歯長Ｌｕが長くなっている。

本発明は、板金から形成される歯車形状部品、そのプレス成形型及び成形方法に広く適用することができる。

本発明の実施の形態に係るクラッチハブ（板金製歯車形状部品）の正面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 板金製歯車形状部品の成形装置の縦断面図である。 図３のダイス部分の拡大図である（その他の部材は省略してある）。 図４のＣ−Ｃ端面図（ａ図）、Ｄ−Ｄ端面図（ｂ図）、Ｅ−Ｅ端面図（ｃ図）、Ｆ−Ｆ端面図（ｄ図）ある。 図３のパンチ部分の拡大図である（その他の部材は省略してある）。 図６のＧ−Ｇ断面図である。 パンチが途中位置まで降下した状態を示す図３相当の図である。 成形途上の状態におけるバンチ及びダイス部分の拡大図である。 本成形装置及び成形方法による成形時の作用の説明図である。 パンチを最下方位置まで圧入した状態における図９相当の図である。 図２の矢印Ｈ部分の要部拡大図である。 背景技術に係るクラッチハブの説明図である。

符号の説明

１ クラッチハブ（板金製歯車形状部品）
２ 周壁部
３ 底壁部
４ 歯部
５ 歯底部
１０ 成形装置（成形型）
２０ ダイス
３０ パンチ
２１ ダイスの山筋
２２ ダイスの谷筋
３１ パンチの山筋
３２ パンチの谷筋
３１ａ パンチの山筋の段部

Claims (3)

1. 板金製素材から、カップ状体の周壁部に歯部及び歯底部が形成されてなる歯車形状部品を、パンチとダイスとでプレス成形する板金製歯車形状部品のプレス成形型であって、
   前記ダイスの成形内周面に、前記歯部及び歯底部を形成する谷筋及び山筋が軸線方向に沿って奥側ほど段階的に高くなり、かつテーパ部を介して連続する複数領域に分けて形成されていると共に、
   この複数領域に分けて形成された山筋及び谷筋は、隣接領域への移行時における素材の断面減少率が各段階において略一定となるように形成されており、
   かつ、前記パンチの成形外周面に、前記歯部及び歯底部を形成する山筋及び谷筋が形成されていると共に、
   該パンチの山筋に、該山筋の先端側が後端側よりも低くなるように段部が設けられていることを特徴とする板金製歯車形状部品のプレス成形型。
2. 板金製素材から、カップ状体の周壁部に歯部及び歯底部が形成されてなる歯車形状部品を、パンチとダイスとでプレス成形する板金製歯車形状部品のプレス成形方法であって、
   前記ダイスとして、成形内周面に、前記歯部及び歯底部を形成する谷筋及び山筋が軸線方向に沿って奥側ほど段階的に高くなり、かつテーパ部を介して連続する複数領域に分けて形成されていると共に、この複数領域に分けて形成された山筋及び谷筋が、隣接領域への移行時における素材の断面減少率が各段階において略一定となるように形成されたものを用い、
   前記パンチとして、成形外周面に、前記歯部及び歯底部を形成する山筋及び谷筋が形成され、かつ、該パンチの山筋に、該山筋の先端側が後端側よりも低くなるように段部が設けられているものを用いることを特徴とする板金製歯車形状部品のプレス成形方法。
3. 板金製素材から、パンチとダイスとでプレス成形されることにより、カップ状体の周壁部に歯部及び歯底部が形成されてなる板金製歯車形状部品であって、
   前記ダイスとして、成形内周面に、前記歯部及び歯底部を形成する谷筋及び山筋が軸線方向に沿って奥側ほど段階的に高くなり、かつテーパ部を介して連続する複数領域に分けて形成され、かつ、この複数領域に分けて形成された山筋及び谷筋が、隣接領域への移行時における素材の断面減少率が各段階において略一定となるように形成されたものを用い、
   前記パンチとして、成形外周面に、前記歯部及び歯底部を形成する山筋及び谷筋が形成され、かつ、該パンチの山筋に、該山筋の先端側が後端側よりも低くなるように段部が設けられているものを用いて成形されていることを特徴とする板金製歯車形状部品。

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