WO2013187111A1 - 噛み合いクラッチ - Google Patents

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WO2013187111A1
WO2013187111A1 PCT/JP2013/060743 JP2013060743W WO2013187111A1 WO 2013187111 A1 WO2013187111 A1 WO 2013187111A1 JP 2013060743 W JP2013060743 W JP 2013060743W WO 2013187111 A1 WO2013187111 A1 WO 2013187111A1
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WO
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rotating body
side rotating
torque receiving
island
groove
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PCT/JP2013/060743
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English (en)
French (fr)
Inventor
大志 村田
吉弘 富松
Original Assignee
武蔵精密工業株式会社
九州武蔵精密株式会社
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Publication date
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16D11/14—Clutches in which the members have interengaging parts with clutching members movable only axially
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16D2300/00—Special features for couplings or clutches
    • F16D2300/10—Surface characteristics; Details related to material surfaces

Definitions

  • the present invention relates to a meshing clutch suitable for a gear reducer.
  • a meshing clutch called a dog clutch or a jaw clutch is used for the gear reducer. That is, the meshing clutch is provided with a convex portion on one of the driving side rotating body and the driven side rotating body, a concave portion on the other side, the driving side rotating body is rotated, and the driving side rotating body is meshed with the convex portion.
  • This is a power transmission mechanism of a type that transmits a driving force from the rotating body to the driven side rotating body.
  • FIG. 16 shows a dog clutch disclosed in Patent Document 1.
  • the convex portion 102 is fitted into the concave portion 101.
  • the convex portion 102 is formed on the driving side rotating body 103 and the concave portion 101 is formed on the driven side rotating body 104
  • the driving side rotating body 103 moves in the direction of the arrow X
  • the side surface 105 of the convex portion 102 is changed.
  • the driven side rotating body 104 also moves in the direction of arrow X.
  • the driving side rotating body 103 moves in the direction of arrow Y
  • the side surface 107 of the convex portion 102 hits the receiving surface 108 of the concave portion 101, and then the driven side rotating body 104 also moves in the direction of arrow Y.
  • the dog clutch disclosed in Patent Document 1 does not describe a manufacturing method of the recess 101, but is generally formed by a cutting method. Therefore, an outline of the cutting method will be described with reference to FIG.
  • a material 109 is prepared.
  • a concave portion 101 shown in FIG. 17B is cut and formed on the material 109 by an end mill or a milling cutter.
  • “ ⁇ ” means a finish symbol.
  • a large amount of chips are generated by cutting. Since the cutting time increases as the amount of chips increases, the number of processing steps increases. In addition, waste of material occurs due to a large amount of chips. While it is required to reduce the product cost, it is required to shorten the cutting time and reduce the amount of chips.
  • An object of the present invention is to provide a meshing clutch that can shorten the cutting time and generate less chips.
  • the convex portion is provided on one of the driving side rotating body and the driven side rotating body, the concave portion is provided on the other, the convex portion is engaged with the concave portion, and the torque receiving surface of the concave portion is engaged.
  • the concave portion has a strip-shaped island portion protruding from the bottom surface in the circumferential direction.
  • the groove portion and the bottom surface are formed by a forging die, the surface is a forged black skin, and the island portion is the forged metal
  • a cutting surface formed by cutting an upper portion after being molded by the mold and receiving a tip end surface of the convex portion; the groove portion is formed to be deeper than the bottom surface; and the cutting surface is the bottom surface Shallow mesh that is formed shallower Chi is provided.
  • the strip-shaped island portion extending in the circumferential direction has one end and the other end formed in a semicircular shape.
  • the drive-side rotator has a gear portion formed on an outer peripheral side of the concave portion, and the concave portion is an outer edge continuous with the torque receiving surface formed in a circumferential direction.
  • the outer edge portion and the inner edge portion have an arcuate substantially trapezoidal shape, and the outer edge portion is formed on the bottom surface of the bottom surface.
  • An arc surface formed with a radius corresponding to or greater than the depth is continuous with the bottom surface.
  • the radius of the arc surface formed between the outer edge portion and the torque receiving surface is larger than the radius of the arc surface formed between the inner edge portion and the torque receiving surface. Is also big.
  • the bottom surface constituting the recess and the groove portion directly below the torque receiving surface remain forged black skin.
  • the strip-shaped island portion protruding from the bottom surface is cut at the top after forging. If most of the concave portions remain forged, chip generation is small and the cutting time is short.
  • the meshing clutch which can shorten cutting processing time and can generate
  • the bottom surface constituting the recess was made shallower than the groove. If the bottom surface has the same depth as the groove portion, the recess becomes deeper as a whole, and the protruding length of the forging die increases. The longer the protrusion length, the greater the stress generated in the forging die during forging, so the life of the forging die is shortened. Further, the product thickness of the driving side rotating body or the driven side rotating body becomes smaller as the concave portion becomes deeper. Since the concave portion is deep, the product thickness is reduced, and the strength of the driving side rotating body or the driven side rotating body is lowered. In this regard, according to the present invention, the bottom surface is shallower than the groove.
  • the recesses become shallow. Then, the protrusion length of a forging die becomes short, the stress which generate
  • both ends in the circumferential direction of the strip-shaped island part are semicircular.
  • An island forming groove for forming an island is provided in the forging die. Since this groove has a semicircular shape at both ends, it is easy to process with an end mill. That is, the island-forming grooves can be engraved in one pass by an end mill having an outer diameter corresponding to the width of the groove, and the number of steps for forming the island-forming grooves of the forging die can be reduced. Further, since both ends of the island forming groove are semicircular, stress concentration is avoided and the life of the forging die can be further extended.
  • the concave portion has a substantially trapezoidal shape, and the outer edge portion is continuous with the bottom surface by an arc surface having a radius corresponding to or larger than the depth of the bottom surface in a cross-sectional view.
  • Protrusion for bottom surface formation is provided on the forging die. By providing an arcuate surface having a large radius on this bottom surface formation protrusion, the durability of the bottom surface formation protrusion can be enhanced and the life of the forging die is further extended. be able to.
  • a gear portion is formed on the outer periphery of the recess, and even if a large torque is transmitted to the gear portion, the stress concentration is greatly relieved by the arc surface having a large radius, so there is a concern that the meshing clutch may be broken. Absent.
  • the radius of the arc surface formed between the outer edge portion and the torque receiving surface is larger than the radius of the arc surface formed between the inner edge portion and the torque receiving surface. That is, the circular arc surface is composed of a large radius and a small radius. Even if torque is transmitted to the gear on the outer periphery of the driving side rotating body, since the radius of the arc surface between the outer edge portion and the torque receiving surface is large, the stress concentration is greatly relieved and there is no fear that the meshing clutch is broken. On the other hand, since the radius of the circular arc surface formed between the inner edge portion and the torque receiving surface is a portion far from the gear, a small radius may be used. If the radius of the circular arc surface formed between the inner edge portion and the torque receiving surface is small, the degree of freedom in designing the shape of the meshing clutch increases.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line 6-6 in FIG. It is the figure which showed the meshing clutch. It is the figure which showed the manufacturing method of the meshing clutch.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line 9-9 in FIG. It is the figure which showed the manufacturing method by the cross section of a meshing clutch.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line 11-11 in FIG.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view taken along line 14-14 of FIG. It is the figure which showed the example of a change of the manufacturing method of the meshing clutch shown in FIG. It is sectional drawing of the conventional dog clutch. It is the figure which showed the manufacturing method of the conventional dog clutch.
  • the gear transmission 10 includes a drive shaft 11 and a driven shaft 12.
  • the first gear 13 and the second gear 14 having a larger diameter than the first gear 13 are integrally attached to the drive shaft 11 by press fitting.
  • the third gear 16 as a drive side rotating body is rotatably attached to the driven shaft 12 via the needle bearing 15.
  • the third gear 16 has a recess 17 on one side in the axial direction, and always meshes with the first gear 13.
  • the fourth gear 18 is rotatably attached to the driven shaft 12 via the needle bearing 15.
  • the fourth gear 18 has a recess 19 on one side in the axial direction, and always meshes with the second gear 14.
  • the cylindrical guide 21 is fitted to the driven shaft 12 so as to be sandwiched between the third gear 16 and the fourth gear 18.
  • a driven-side rotating body 23 is attached to the cylindrical guide 21 via a spline 22 so that the shaft can move freely.
  • the driven-side rotator 23 has convex portions 24 and 24 on one side and the other side in the axial direction, and an annular groove 25 on the outer periphery.
  • a shift fork 26 is fitted in the annular groove 25.
  • the meshing clutch 20 is configured by the third gear 16 that is the driving side rotating body and the driven side rotating body 23. Since it is a clutch, it is connected to the power system to disconnect / connect the power. The power disconnection / connection will be described below.
  • the driven rotor 23 is normally in a so-called neutral position.
  • the third gear 16 is rotated by the first gear 13 and the fourth gear 18 is rotated by the second gear 14. 12 is not rotated.
  • the convex portion 24 provided on the other side in the axial direction of the driven-side rotating body 23 is the fourth.
  • the protrusion 24 provided on one side in the axial direction of the driven-side rotating body 23 engages with the recess 17 of the third gear 16.
  • the fourth gear 18 and the driven side rotating body 23 are mechanically coupled. Then, the driven shaft 12 is rotated by the drive shaft 11 via the second gear 14 and the fourth gear 18. If it is FIG.2 (b), the 3rd gear 16 and the driven side rotary body 23 will be mechanically connected. Then, the driven shaft 12 is rotated by the drive shaft 11 via the first gear 13 and the third gear 16. Since the first gear 13 and the second gear 14 have different diameters, the rotational speed of the driven shaft 12 is different in FIGS. 2 (a) and 2 (b). That is, shifting can be performed by the shift fork 26.
  • the drive shaft 11 and the driven shaft 12 can be interchanged. That is, the reference number 12 can be a drive shaft, the reference number 11 can be a driven shaft, the reference number 23 can be a drive side rotating body, and the reference number 16 can be a driven side rotating body.
  • the convex portion 24 may be provided on one of the driving side rotating body (third gear 16) and the driven side rotating body 23, and the concave portion 17 may be provided on the other side.
  • the driven-side rotating body 23 has splines 22 on the inner peripheral surface, and a plurality of (in this example, six) convex portions on the side surface, which is the front surface of the drawing, at an equal pitch. 24 with a ring.
  • the third gear 16 has a plurality of (six in this example) recesses 17.
  • the outer edge portion 28 is longer than the inner edge portion 29, and the outer edge portion 28 and the inner edge portion 29 have an arcuate substantially trapezoidal shape centering on the rotation center.
  • Torque receiving surfaces 31 and 31 are legs that connect both ends of the outer edge portion 28 and the inner edge portion 29 via a large-diameter arc 39 and a small-diameter arc 40 having a smaller radius of curvature than the large-diameter arc 39.
  • the concave portion 17 has, on the bottom surface 32, a strip-shaped island portion 33 that protrudes from the bottom surface 32 to the drawing table and extends in the circumferential direction. In between, there are grooves 34 and 34 that are recessed from the bottom surface 32 toward the back of the drawing.
  • the strip-shaped island portion 33 includes semicircular portions 35 and 35 at both ends in the circumferential direction.
  • the groove portions 34, 34 are provided between the island portion 33 and the torque receiving surfaces 31, 31.
  • the convex portion 24 of the driven-side rotator 23 is fitted in the concave portion 17 of the third gear 16, and the tip of the convex portion 24 slides along the island portion 33.
  • the side surface 27 of 24 hits the torque receiving surface 31 of the recess 17.
  • the base corner 101a of the recess 101 is a (radius) arc surface having a general tolerance of about 0.2 to 0.5 mm in the case of cutting.
  • the arc surface of the tip corner 102 a of the projection 102 is set larger than the radius of curvature of the root corner 101 a of the recess 101.
  • the length of the torque receiving surface 106 in the axial direction is ensured by making the curvature radius of the root corner 101a of the recess 101 smaller than 1 mm or less.
  • the tip end corner of the convex portion of the forging die for forging the arc surface of the root corner 101a must have a radius of curvature smaller than 1 mm.
  • the convex tip end corner of the forging die smaller than 1 mm is not preferred because stress concentrates during forging, and the convex tip corner of the forging die tends to break.
  • the tip corner 24a of the convex portion 24 does not interfere with the root corner of the concave portion 17, and is necessary in the axial direction.
  • the torque receiving surface 31 is ensured, and the side surface 27 of the convex portion 24 reliably hits the torque receiving surface 31, and torque is transmitted from the driving side rotating body (third gear 16) to the driven side rotating body 23.
  • the curvature radius in the groove part 34 is enlarged as 1 mm or more (preferably 1.5 mm or more), the convex part front-end corner of a forging die will become difficult to break.
  • a material 109 is prepared, and a recess 101 as shown in FIG. 8B is formed by cutting. “ ⁇ ” indicates a finished surface.
  • the material 109 is prepared in FIG. 8A, and the concave portion 17 is formed by a plastic working method using a forging die (detailed later) as shown in FIG. 8C. To do. At this stage, the surfaces of the groove portions 34 and 34 and the island portion 33 are forged black skin. " ⁇ " Indicates forged black skin.
  • the cutting allowance 36 is estimated in advance on the upper part of the island part 33, and the upper part of the island part 33 is cut with a milling cutter. Therefore, as shown in FIG. 8D, a cutting surface 37 is formed on the upper portion of the island portion 33. The other portions of the bottom surface 32 and the groove 34 remain forged black skin. Compared with FIG. 8B, FIG. 8D shows that the amount of cutting waste generated is significantly smaller.
  • the island portion 33 protrudes from the bottom surface 32 in the concave portion 17.
  • the outer edge portion 28 continues to the bottom surface 32 by a circular arc surface 38 drawn with a radius R corresponding to the depth D1 of the bottom surface 32 or a radius R larger than that in the cross-sectional view.
  • FIG. 10B shows a conventional comparative example
  • FIGS. 10C and 10D show examples.
  • FIG. 10A is prepared, and a recess 101 as shown in FIG. 10B is formed by cutting. “ ⁇ ” indicates a finished surface.
  • the material 109 is prepared in FIG. 10A, and the concave portion 17 is formed by using a forging die (detailed later) as shown in FIG. 10C.
  • the surfaces of the bottom surfaces 32 and 32, the island portion 33, and the groove portion 34 are forged black skin.
  • the symbol “ ⁇ ” indicates forged black skin.
  • a cutting allowance 36 is estimated in advance on the upper portion of the island portion 33, and the upper portion of the island portion 33 is cut with a milling cutter.
  • FIG. 10 (d) a cutting surface 37 is formed on the upper portion of the island portion 33.
  • the other portions of the bottom surface 32 and the groove 34 remain forged black skin.
  • FIG. 10 (d) significantly reduces the amount of cutting waste generated and the cutting time.
  • FIG. 11A shows a comparative example
  • FIG. 11B shows an example.
  • the groove 111 and the bottom surface 112 have the same depth d1, and the depth d2 of the cutting surface 113 is smaller than d1. Since the bottom surface 112 has the largest area ratio, the bottom surface 112 is shown wide.
  • the groove 34 is deepened (D1 ⁇ D2) and the cutting surface 37 is shallow (D3 ⁇ D1) with respect to the depth D1 of the bottom surface 32. Since the bottom surface 32 has the largest area ratio, the bottom surface 32 is shown wide.
  • the product thickness D4 in (b) increases (d4 ⁇ D4).
  • the greater the product thickness D4 the greater the strength of the third gear 16 as the drive side rotating body.
  • a forging die (groove portion forming projection 52 to be described later) for forging the groove portion 34 has a length for extruding the material 109 to the forging die for forming the bottom portion 32.
  • the stress is concentrated because it is longer than (the bottom surface forming projection 51 described later), but if the curvature radius of the bottom of the groove 34 is 1 mm or more (preferably 1.5 mm or more), the stress concentration is reduced.
  • the groove 34 is deeper than the bottom surface 32, so that the convex portion 24 (sliding on the cutting surface 37)
  • the tip of FIG. 7A is prevented from interfering with the groove portion 34, and the side surface 27 of the convex portion 24 reliably contacts the torque receiving surface 31 of the concave portion 37.
  • the forging die 50 is provided with a bottom surface forming protrusion 51, and the bottom surface forming protrusion 51 is provided with groove portion forming protrusions 52, 52, and between these groove portion forming protrusions 52, 52.
  • the bottom surface forming projection 51 is provided with an island forming groove 53.
  • the island-forming grooves 53 are semicircular at both ends in the circumferential direction.
  • a semi-circle can be formed at both ends simply by performing one-pass processing with an end mill 54 having an outer diameter corresponding to the groove width W of the island-forming groove 53. Therefore, the time required for forming the island portion forming groove 53 of the forging die 50 can be shortened. Moreover, since both ends of the island-forming groove 53 are semicircular, concentration of stress can be avoided and the life of the forging die 50 can be further extended.
  • the durability of the bottom surface forming projection 51 can be improved.
  • the life of the forging die 50 can be further extended.
  • the torque receiving surface 31 is forged with the recess 17 having the allowance for the cutting allowance 36b.
  • the machining allowance 36 and the machining allowance 36b are deleted by cutting. Accordingly, as shown in FIG. 15B, the drive-side rotating body 16 is obtained in which the upper surface of the island portion 33 is the cutting surface 37 and the torque receiving surface 31 is a finished surface.
  • the drive side rotary body 16 of this invention was applied to the gear incorporated in a gear transmission in the Example.
  • the drive side rotator 16 may be a rotator constituting a meshing clutch called a dog clutch or a jaw clutch, and is not limited to a gear.
  • the present invention is suitable for a meshing clutch called a dog clutch or a jaw clutch.

Landscapes

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

　駆動側回転体(16)から従動側回転体(23)へ駆動力を伝える噛み合いクラッチ(10)が開示される。駆動側回転体(16)に形成された凹部(17)は、底面(32)に、前記底面(32)から突出する帯状の島部(33)を周方向に有すると共に、前記島部(33)と前記トルク受け面(31)との間に溝部(34)を有する。前記溝部(34)及び前記底面(32)は、鍛造金型(50)により成形され、表面が鍛造黒皮とされる。前記島部(33)は、前記鍛造金型(50)により成形された後に上部が切削されることで形成され前記凸部(24)の先端面を受ける切削面(37)を有する。前記溝部(34)は、前記底面(32)より更に深くなるよう形成され、前記切削面(37)は、前記底面(32)より浅く形成されている。

Description

噛み合いクラッチ
　本発明は、歯車減速機に好適な噛み合いクラッチに関する。
　歯車減速機には、ドッグクラッチやジョークラッチと呼ばれる噛み合いクラッチが用いられる。すなわち、噛み合いクラッチは、駆動側回転体と従動側回転体の一方に凸部を設け、他方に凹部を設け、駆動側回転体を回転させこの凹部へ凸部を噛み合わせることで駆動側回転体から従動側回転体へ駆動力を伝える形式の動力伝達機構である。凸部や凹部の形状は、各種提案されてきた（例えば、特許文献１参照。）。図１６は、特許文献１に開示されたドッグクラッチを示している。
　図１６を参照するに、凹部１０１に凸部１０２が嵌められる。凸部１０２が駆動側回転体１０３に形成され、凹部１０１が従動側回転体１０４に形成されている場合は、駆動側回転体１０３が矢印Ｘの方向に移動すると、凸部１０２の側面１０５が凹部１０１の受け面１０６に当たり、その後、従動側回転体１０４も矢印Ｘの方向に移動する。駆動側回転体１０３が矢印Ｙの方向に移動すると、凸部１０２の側面１０７が凹部１０１の受け面１０８に当たり、その後、従動側回転体１０４も矢印Ｙの方向に移動する。
　特許文献１に開示されているドッグクラッチには、凹部１０１の製造方法が記載されていないが、一般に切削法で形成される。そこで、切削法の概要を図１７に基づいて説明する。
　図１７（ａ）に示すように、素材１０９を準備する。この素材１０９にエンドミルやフライスカッタにより、図１７（ｂ）に示す凹部１０１を切削形成する。「▽」は仕上げ記号を意味する。
　切削により、大量の切り屑が発生する。切り屑が多いほど切削加工時間が延びるため、加工工数が嵩む。また、大量の切り屑により、材料の無駄が発生する。製品コストを下げることが要求される中、切削加工時間の短縮と切り屑の少量化が求められる。
特開平１１－３７１７３号公報
　本発明は、切削加工時間が短縮でき、切り屑の発生量が少なくて済む噛み合いクラッチを提供することを課題とする。
　請求項１に係る発明によれば、駆動側回転体と従動側回転体の一方に凸部を設け、他方に凹部を設け、前記凹部へ前記凸部を噛み合わせ、前記凹部のトルク受け面へ前記凸部の側面が当たることで、前記駆動側回転体から前記従動側回転体へ駆動力を伝える噛み合いクラッチにおいて、前記凹部は、底面に、前記底面から突出する帯状の島部を周方向に有すると共に、前記島部と前記トルク受け面との間に溝部を有し、前記溝部及び前記底面は、鍛造金型により成形され、表面が鍛造黒皮とされ、前記島部は、前記鍛造金型により成形された後に上部が切削されることで形成され前記凸部の先端面を受ける切削面を有し、前記溝部は、前記底面より更に深くなるよう形成され、前記切削面は、前記底面より浅く形成されている噛み合いクラッチが提供される。
　請求項２にかかる発明では、好ましくは、周方向に延設される帯状の前記島部は、一端及び他端が半円状に形成されている。
　請求項３係る発明では、好ましくは、前記駆動側回転体は、前記凹部の外周側に形成されたギヤ部を有し、前記凹部は、周方向に形成された前記トルク受け面に連続する外縁部が、前記トルク受け面の内周に連続する内縁部よりも長くなるように形成され前記外縁部及び前記内縁部が円弧状の略台形形状を呈しており、前記外縁部は、前記底面の深さに相当又はそれ以上の半径で形成されている円弧面に前記底面に連続している。
　請求項４に係る発明では、好ましくは、前記外縁部と前記トルク受け面の間に形成された円弧面の半径は、前記内縁部と前記トルク受け面の間に形成された円弧面の半径よりも大きい。
　請求項１に係る発明では、凹部を構成する底面とトルク受け面直下の溝部は、鍛造黒皮のままである。底面から突出する帯状の島部は、鍛造成形後、上部が切削される。凹部の大部分が鍛造成形のままであれば、切り屑の発生は僅かであり、切削加工時間は短くて済む。本発明によれば、切削加工時間が短縮でき、切り屑の発生量が少なくて済む噛み合いクラッチが提供される。
　その上で、凹部を構成する底面を溝部より浅くした。仮に、底面を溝部と同じ深さにすると、凹部が全体的に深くなり、鍛造金型の突き出し長さが大きくなる。突き出し長さが大きいほど、鍛造時に鍛造金型に発生する応力が大きくなるため、鍛造金型の寿命が短くなる。また、駆動側回転体又は従動側回転体の製品厚さは、凹部が深いほど小さくなる。凹部が深いため、製品厚さが小さくなり、駆動側回転体又は従動側回転体の強度が低下する。この点、本発明によれば、底面を溝部より浅くした。凹部の大半を占める底面が浅いため、凹部が浅くなる。すると、鍛造金型の突き出し長さが短くなり、鍛造時に鍛造金型に発生する応力が小さくなり、鍛造金型の寿命が長くなる。また、凹部が浅いため、製品厚さが大きくなり、駆動側回転体又は従動側回転体の強度が増大する。
　請求項２に係る発明では、帯状の島部の周方向両端が半円状である。鍛造金型に、島部を形成するための島部形成用溝を設ける。この溝は両端が半円状であるため、エンドミルでの加工が容易となる。すなわち、溝の幅に対応する外径のエンドミルにより１パスで島部形成用溝を刻設することができ、鍛造金型の島部形成用溝の溝形成工数を短縮することができる。さらに、島部形成用溝は、両端が半円状であるため、応力の集中が回避され、鍛造金型の寿命を更に延ばすことができる。
　請求項３に係る発明では、凹部は、略台形形状を呈し、断面視で、底面の深さに相当、又はそれ以上の半径を有する円弧面により、外縁部が底面に連続している。鍛造金型に底面形成用突起を設けるが、この底面形成用突起に大きな半径を有する円弧面を設けることにより、底面形成用突起の耐久性を高めることができ、鍛造金型の寿命を一層延ばすことができる。さらに、凹部の外周にはギヤ部が形成されており、このギヤ部に大きなトルクが伝達されても、大きな半径を有する円弧面により応力集中が大いに緩和されるため、噛み合いクラッチが破壊する心配はない。
　請求項４に係る発明では、外縁部とトルク受け面との間に形成された円弧面の半径は、内縁部とトルク受け面との間に形成された円弧面の半径よりも大きい。すなわち、円弧面を、大きい半径と小さい半径とで構成する。駆動側回転体の外周のギヤにトルクが伝達されても、外縁部とトルク受け面との間の円弧面の半径が大きいため、応力集中が大いに緩和され、噛み合いクラッチが破壊する心配はなくなる。一方、内縁部とトルク受け面との間に形成された円弧面の半径はギヤから遠い部位であるため、小さい半径で差し支えない。内縁部とトルク受け面との間に形成された円弧面の半径が、小さければ、噛み合いクラッチの形状設計の自由度が増す。
本発明に係る噛み合いクラッチを内蔵する歯車変速機の部分断面図である。 歯車変速機の作用図である。 図１の矢印３－３から見た図である。 図１の矢印４－４から見た図である。 凹部の斜視図である。 図４の６－６線に沿った断面図である。 噛み合いクラッチを示した図である。 噛み合いクラッチの製造方法を示した図である。 図４の９－９線に沿った断面図である。 噛み合いクラッチの断面による製造方法を示した図である。 図４の１１－１１線に沿った断面図である。 鍛造金型の部分斜視図である。 図１２に示した島部形成用溝の正面図である。 図１２の１４－１４線に沿った断面図である。 図８に示した噛み合いクラッチの製造方法の変更例を示した図である。 従来のドッグクラッチの断面図である。 従来のドッグクラッチの製造方法を示した図である。
　以下、本発明の好ましい実施例について、添付した図面に基づいて詳細に説明する。
　図１に示すように、歯車変速機１０は、駆動軸１１と従動軸１２とを備えている。第１ギヤ１３と該第１ギヤ１３よりも大径の第２ギヤ１４とは、圧入嵌合により駆動軸１１に一体的に取付けられる。
　駆動側回転体としての第３ギヤ１６は、ニードル軸受１５を介して従動軸１２に回転自在に取付けられる。この第３ギヤ１６は、軸線方向の一側に凹部１７を有し、第１ギヤ１３に常時噛み合っている。さらに、第４ギヤ１８は、ニードル軸受１５を介して従動軸１２に回転自在に取付けられる。この第４ギヤ１８は、軸線方向の一側に凹部１９を有し、第２ギヤ１４に常時噛み合っている。
　筒型ガイド２１は、第３ギヤ１６と第４ギヤ１８とに挟まるようにして、従動軸１２に嵌められる。この筒形ガイド２１にスプライン２２を介して軸移動自在に従動側回転体２３が取付けられる。この従動側回転体２３は、軸線方向の一側と他側に凸部２４、２４を有し、外周に環状溝２５を有する。この環状溝２５にシフトフォーク２６が嵌められる。
　駆動側回転体である第３ギヤ１６と従動側回転体２３とで、噛み合いクラッチ２０が構成される。クラッチであるから動力系に接続されて、動力の切断／接続を行う。動力の切断／接続については、以下に説明する。
　従動側回転体２３は、通常はいわゆる中立位置にある。駆動軸１１が回転されると、第１ギヤ１３により第３ギヤ１６が回されると共に第２ギヤ１４により第４ギヤ１８が回転されるが、ニードル軸受１５、１５により空転するため、従動軸１２は回転されない。
　図２（ａ）に示すように、シフトフォーク２６により、従動側回転体２３が軸方向に移動されると、従動側回転体２３の軸線方向の他側に設けられた凸部２４が第４ギヤ１８の凹部１９に噛み合うか、又は図２（ｂ）示すように、従動側回転体２３の軸線方向の一側に設けられた凸部２４が第３ギヤ１６の凹部１７に噛み合う。
　図２（ａ）であれば、第４ギヤ１８と従動側回転体２３が機械的に連結される。すると、第２ギヤ１４と第４ギヤ１８を介して、駆動軸１１により従動軸１２が回転される。図２（ｂ）であれば、第３ギヤ１６と従動側回転体２３が機械的に連結される。すると、第１ギヤ１３と第３ギヤ１６を介して、駆動軸１１により従動軸１２が回転される。第１ギヤ１３と第２ギヤ１４は径が異なるため、図２（ａ）と図２（ｂ）では、従動軸１２の回転速度が異なる。すなわち、シフトフォーク２６により、変速を行うことができる。
　なお、図１において、駆動軸１１と従動軸１２とを入れ替えることができる。すなわち、参照番号１２を駆動軸、参照番号１１を従動軸、参照番号２３を駆動側回転体、参照番号１６を従動側回転体とすることができる。凸部２４は駆動側回転体（第３ギヤ１６）と従動側回転体２３との一方に設ければよく、凹部１７は他方に設ければよい。
　図３に示すように、従動側回転体２３は、内周面にスプライン２２を有し、図面おもて側の面である側面に等ピッチで複数個（この例では６個）の凸部２４を備えるリングである。
　図４に示すように、第３ギヤ１６は、複数個（この例では６個）の凹部１７を有する。凹部１７は、外縁部２８が内縁部２９より長くて、外縁部２８及び内縁部２９が、回転中心を中心として円弧状の略台形形状を呈する。外縁部２８と内縁部２９の両端を大径円弧３９及びこの大径円弧３９より曲率半径が小さい小径円弧４０を介して結ぶ脚が、トルク受け面３１、３１となる。
　図５に示すように、凹部１７は、底面３２に、この底面３２から図面表へ突出し周方向へ延設される帯状の島部３３を有し、この島部３３とトルク受け面３１、３１との間に図面奥へ底面３２より窪む溝部３４、３４を有する。また、帯状の島部３３は、周方向の両端に半円部３５、３５を備える。
　図６に示すように、溝部３４，３４は、島部３３とトルク受け面３１、３１との間に設けられる。
　図７（ａ）に示すように、第３ギヤ１６の凹部１７に、従動側回転体２３の凸部２４が嵌まり、凸部２４の先端が島部３３に沿って滑ることにより、凸部２４の側面２７が凹部１７のトルク受け面３１に当たる。
　ところで、図７（ｂ）に示す比較例もよく採用される。凹部１０１の根元隅１０１ａは、切削加工の場合、一般公差として約０．２～０．５ｍｍの（半径）円弧面とされる。また、凹部１０１の根元隅１０１ａとの干渉を避けるため、凸部１０２の先端隅１０２ａの円弧面は、凹部１０１の根元隅１０１ａの曲率半径よりも大きく設定される。
　ここで、根元隅１０１ａの円弧面を鍛造する場合について検討する。根元隅１０１ａの円弧面を鍛造する鍛造金型の凸部先端隅の破損を少なくする為、鍛造金型の凸部先端隅の円弧面（曲率半径）を１ｍｍ以上にすることが考えられる。１ｍｍ以上にするとトルク受け面１０６自体が軸線方向に小さくなり、トルク受け面１０６の強度が確保できなくなる。強度を確保するには、トルク受け面１０６を更に、軸線方向に長く伸ばすことが考えられる。しかし、トルク受け面１０６を軸方向に伸ばすと、第３ギヤ１６の凹部１７と従動回転体２３の凸部２４が軸線方向に長くなることにつながり、結果として歯車変速機１０の構成部品が大型化しコスト上昇につながり、好ましくない。
　対策として、切削加工のように曲率半径を小さくすることで、トルク受け面１０６の軸線方向の長さを確保することが考えられる。すなわち、凹部１０１の根元隅１０１ａの曲率半径を１ｍｍ以下より小さくすることで、トルク受け面１０６の軸線方向の長さを確保する。そのためには、根元隅１０１ａの円弧面を鍛造する鍛造金型の凸部先端隅を１ｍｍより小さな曲率半径にしなければならない。しかし、１ｍｍより小さい鍛造金型の凸部先端隅は、鍛造時に応力が集中し、鍛造金型の凸部先端隅が破損しやすくなり、好ましくない。
　この点、図７（ａ）に示した本実施例では、溝部３４が設けられているので、凸部２４の先端隅２４ａが凹部１７の根元隅に干渉することがなく、軸線方向に必要なトルク受け面３１が確保されて、凸部２４の側面２７はトルク受け面３１に確実に当たり、駆動側回転体（第３ギヤ１６）から従動側回転体２３にトルクが伝達される。また、溝部３４内の曲率半径を１ｍｍ以上（好ましくは、１．５ｍｍ以上）と大きくすれば、鍛造金型の凸部先端隅が破損しにくくなる。
　次に凹部１０１と凹部１７の形成方法を各々説明する。なお、図８では説明の便宜上、（ｂ）で従来の比較例を説明し、（ｃ）、（ｄ）で実施例を説明する。
　図８（ａ）で素材１０９を準備し、切削加工により、（ｂ）に示すような凹部１０１を形成する。「▽」は仕上げ面を示す。
　これに対して、本実施例では、図８（ａ）で素材１０９を準備し、図８（ｃ）に示すように鍛造金型（詳細後述）を用いて、凹部１７を塑性加工法により形成する。この段階では、溝部３４、３４及び島部３３の表面は、鍛造黒皮である。「～」は鍛造黒皮を示す。
　島部３３の上部に削り代３６が予め見込まれており、島部３３の上部をフライスカッタで切削する。従って、図８（ｄ）に示すように、島部３３の上部に切削面３７ができる。底面３２、溝部３４のその他の部位は鍛造黒皮のままである。図８（ｂ）に比較して図８（ｄ）は切削屑の発生量が格段に小さくなる。
　また、図９に示すように、凹部１７において、底面３２から島部３３が突出している。好ましくは、断面視で、底面３２の深さＤ１に相当する半径Ｒ又はそれ以上の半径Ｒで描かれる円弧面３８により、外縁部２８は底面３２に連続する。
　図９に示す凹部１７の形成方法について、図１０に基づいて説明する。図１０（ｂ）は従来の比較例を示し、図１０（ｃ）、（ｄ）は実施例を示している。
　図１０（ａ）で素材１０９を準備し、切削加工により、（ｂ）に示すような凹部１０１を形成する。「▽」は仕上げ面を示す。
　これに対して、本実施例では、図１０（ａ）で素材１０９を準備し、図１０（ｃ）に示すように鍛造金型（詳細後述）を用いて、凹部１７を形成する。この段階では、底面３２、３２、島部３３及び溝部３４の表面は、鍛造黒皮である。記号「～」は鍛造黒皮を示す。島部３３の上部に削り代３６が予め見込まれており、島部３３の上部をフライスカッタで切削する。
　その結果、図１０（ｄ）に示すように、島部３３の上部に切削面３７ができる。底面３２、溝部３４のその他の部位は鍛造黒皮のままである。図１０（ｂ）に比較して図１０（ｄ）は切削屑の発生量及び切削時間が格段に小さくなる。
　次に、凹部１７における溝部３４と切削面３７と底面３２の深さの差異について、図１１に基づいて説明する。図１１（ａ）は比較例を示し、図１１（ｂ）は実施例を示している。
　図１１（ａ）に示した比較例においては、溝部１１１と底面１１２を同じ深さｄ１とし、切削面１１３の深さｄ２をｄ１より小さくした。底面１１２が面積比で最大であるため、底面１１２を広幅にして示した。
　一方、図１１（ｂ）に示した実施例では、底面３２の深さＤ１に対して、溝部３４を深くし（Ｄ１＜Ｄ２）、切削面３７を浅くした（Ｄ３＜Ｄ１）。底面３２が面積比で最大であるため、底面３２を広幅にして示した。
　図１１（ａ）の底面１１２における製品厚さｄ４と、図１１（ｂ）の底面３２における製品厚さＤ４を比較すると、（ｂ）の製品厚さＤ４が大きくなる（ｄ４＜Ｄ４）。この製品厚さＤ４が大きいほど、駆動側回転体としての第３ギヤ１６の強度が大きくなる。また、鍛造金型の寿命向上には、鍛造金型への応力低減が必要である。よって、面積が大きな底面３２を溝部３４より浅くすることが望まれる。
　一方、図１１（ｂ）では、溝部３４を鍛造成形する部分の鍛造金型（後述する溝部成形用突起５２）は、素材１０９への押出し長さが、底部３２を形成する部分の鍛造金型（後述する底面形成用突起５１）より長いため、応力が集中するが、溝部３４の底の曲率半径を１ｍｍ以上（好ましくは１．５ｍｍ以上）とすれば、応力の集中が低減される。また、溝部３４を鍛造成形する部分の鍛造金型が多少摩耗して鍛造成形される溝部３４が多少浅くなっても、溝部３４が底面３２より深いので、切削面３７上を滑る凸部２４（図７（ａ））の先端が、溝部３４と干渉することを防止し、凸部２４の側面２７が凹部３７のトルク受け面３１に確実に当たる。
　次に、鍛造金型の構造について、図１２～図１５に基づいて説明する。図１２を参照すると、鍛造金型５０に、底面形成用突起５１を設け、この底面形成用突起５１に溝部形成用突起５２、５２を設け、これらの溝部形成用突起５２、５２の間にて、底面形成用突起５１に島部形成用溝５３を設ける。
　図１３に示すように、島部形成用溝５３は、周方向の両端が半円である。島部形成用溝５３の溝幅Ｗに対応する外径のエンドミル５４により１パス加工を施すだけで、両端に半円が形成できる。よって、鍛造金型５０の島部形成用溝５３の溝形成工数を短縮することができる。また、島部形成用溝５３は、両端が半円であるため、応力の集中が回避され、鍛造金型５０の寿命を更に延ばすことができる。
　また、図１４に示すように、底面形成用突起５１に、突起５１の高さと同等か、それ以上の大きな円弧面５５を設けることにより、底面形成用突起５１の耐久性を高めることができ、鍛造金型５０の寿命を一層延ばすことができる。
　また、図１５（ａ）に示すように、島部３３に削り代３６を見込む他、トルク受け面３１に削り代３６ｂを見込んだ形態の凹部１７を鍛造形成する。次に、削り代３６及び削り代３６ｂを切削加工により削除する。従って、図１５（ｂ）に示すように、島部３３の上面が切削面３７になると共に、トルク受け面３１が仕上げ面とされた駆動側回転体１６が得られる。
　図１５（ａ）及び（ｂ）に示した例は、トルク受け面３１に精度が要求されるときに、推奨される。図１５（ａ）に示すように、凹部１７が鍛造で形成され、削り代３６、３６ｂの厚さは大きくないため、全て切削加工で製造する場合に比較して、切り屑を大幅に減らすことができる。
　尚、本発明の駆動側回転体１６は、実施例では歯車変速機に内蔵されるギヤに適用した。しかし、駆動側回転体１６は、ドッグクラッチやジョークラッチと呼ばれる噛み合いクラッチを構成する回転体であればよく、ギヤに限るものではない。
　本発明は、ドッグクラッチやジョークラッチと呼ばれる噛み合いクラッチに好適である。
　１６…駆動側回転体（第３ギヤ）、１７…凹部、２０…噛み合いクラッチ、２３…従動側回転体、２４…凸部、２７…凸部の側面、２８…外縁部、２９…内縁部、３１…トルク受け面、３２…底面、３３…島部、３４…溝部、３５…半円部、３６…削り代、３７…切削面、３８…円弧面、Ｄ１…底面の深さ、Ｄ２…溝部の深さ、Ｄ３…切削面の深さ。

Claims (4)

  1. 　駆動側回転体と従動側回転体の一方に凸部を設け、他方に凹部を設け、前記凹部へ前記凸部を噛み合わせ、前記凹部のトルク受け面へ前記凸部の側面が当たることで、前記駆動側回転体から前記従動側回転体へ駆動力を伝える噛み合いクラッチにおいて、
    　前記凹部は、底面に、前記底面から突出する帯状の島部を周方向に有すると共に、前記島部と前記トルク受け面との間に溝部を有し、
    　前記溝部及び前記底面は、鍛造金型により成形され、表面が鍛造黒皮とされ、
    　前記島部は、前記鍛造金型により成形された後に上部が切削されることで形成され前記凸部の先端面を受ける切削面を有し、
    　前記溝部は、前記底面より更に深くなるよう形成され、前記切削面は、前記底面より浅く形成されていることを特徴とする噛み合いクラッチ。
  2. 　周方向に延設される帯状の前記島部は、一端及び他端が半円状に形成されている、請求項１に記載の噛み合いクラッチ。
  3. 　前記駆動側回転体は、前記凹部の外周側に形成されたギヤ部を有し、前記凹部は、周方向に形成された前記トルク受け面に連続する外縁部が、前記トルク受け面の内周に連続する内縁部よりも長くなるように形成され前記外縁部及び前記内縁部が円弧状の略台形形状を呈しており、前記外縁部は、前記底面の深さに相当又はそれ以上の半径で形成されている円弧面に前記底面に連続している、請求項１に記載の噛み合いクラッチ。
  4. 　前記外縁部と前記トルク受け面の間に形成された円弧面の半径は、前記内縁部と前記トルク受け面の間に形成された円弧面の半径よりも大きい、請求項３に記載の噛み合いクラッチ。
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