JP5428183B2 - 円筒状クラッチ部品の成形方法及び成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動変速機に組み込まれるクラッチドラムやクラッチハブなどの円筒状クラッチ部品の成形技術に関する。

自動車の自動変速機に組み込まれるクラッチドラムやクラッチハブなどのクラッチ部品には、その内周面（クラッチドラムの場合）又は外周面（クラッチハブの場合）に多板クラッチをスプライン嵌合させるためのスプライン溝が形成される。

例えば、特許文献１には、軸方向に沿って複数の歯形が歯車状に形成されたマンドレルの外周部に中空円筒状ワークを装着し、マンドレルの外周部と転造ローラの断面梯形状をなす単一の歯形突部との間でワークの筒状外周面を押圧しながらワーク及びマンドレルを転造ローラに対して軸方向及び周方向（軸まわりに回転する方向）に相対移動させてワークの筒状外周面に複数の歯形を成形する技術が記載されている。
特許第３７０９７１２号明細書

上記特許文献１のようにマンドレルと転造ローラとでワークを押圧して成形する場合、ワークの筒状外周面の素材がその軸方向及び周方向に流動するため、成形過程においてワークはその軸方向及び周方向に拡大するように変形する。従来は、ワークの周方向に延びた分は、予め試験などにより延び量を予測しておき、この予測された延び量を見込んでマンドレルの歯形を決定していた。しかしながら、周方向の延びが予測を超えて大きいと、歯形が狙いからずれてしまい、必要な寸法が得られない。また、成形時の素材の流動量は加工速度を上げるほど多くなるため（つまり、単位加工あたりのワーク素材に対する転造ローラ及びマンドレルの送り量が大きくなるため、加工する範囲が大きくなる）、素材の変形を最小限に抑えるために加工速度を上げることに限界があった。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされ、その目的は、クラッチ部品の加工速度を上げても従来より素材の変形を抑えることができ、生産効率の向上と加工精度の向上とを両立させることができる技術を実現することである。

上述の課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る第１の形態は、板金製ワークの筒状部をマンドレル及び２つの転造ローラにより押圧することにより、クラッチディスクと係合する複数のスプラインが形成された円筒状クラッチ部品の成形方法において、軸方向に沿って外周部に複数の歯形を有する前記マンドレルに前記ワークをセットする工程と、前記スプラインを形成するために中央部に設けられた歯部と、当該歯部の両側部に設けられた突部とを有し、前記ワークの筒状部の外側にて該筒状部を径方向に挟んで対向する前記２つの転造ローラと、前記ワークがセットされた前記マンドレルとを、前記ワークの軸方向及び回転方向に相対移動しながら前記ワークの筒状部を押圧するとともに、前記ワークを押圧することによる周方向への素材の流動を前記突部により規制しつつ前記スプラインを成形する工程とを有し、前記スプラインを成形する工程において、前記各転造ローラの歯部及び当該歯部の両側部に設けられた突部により、加工単位毎に、前記ワークの筒状部に前記スプラインにおいて２つの凹部及び１つの凸部のみを形成する。

また、本発明に係る第２の形態は、板金製ワークの筒状部をマンドレル及び２つの転造ローラにより押圧することにより、クラッチディスクと係合する複数のスプラインが形成された円筒状クラッチ部品の成形装置において、前記マンドレルは、軸方向に沿って外周部に複数の歯形を有し、前記ワークがセットされた状態で前記２つの転造ローラに対して前記ワークの軸方向及び回転方向に相対移動可能であり、前記２つの転造ローラは、前記ワークの筒状部の外側にて該筒状部を径方向に挟んで対向するとともに、それぞれ、前記スプラインを形成するために中央部に設けられた歯部と、当該歯部の側部に設けられてワークを押圧したことによる周方向への素材の流動を規制する突部とを有し、前記各転造ローラの歯部及び当該歯部の両側部に設けられた突部により、加工単位毎に、前記ワークの筒状部に前記スプラインにおいて２つの凹部及び１つの凸部のみが形成される。

これらの形態によれば、転造ローラの歯部の周方向の両側部に、ワーク素材の周方向への流動を規制する突部を設けたことにより、加工速度（つまり、転造ローラ及びマンドレルの送り量）を上げてもワークの拡径方向への変形を抑制できる。

本発明によれば、クラッチ部品の加工速度を上げても従来より素材の変形を抑えることができ、生産効率の向上と加工精度の向上とを両立させることができる。

以下に、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。

尚、以下に説明する実施の形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で下記実施形態を修正又は変形したものに適用可能である。

［円筒状クラッチ部品の構成］
図１は、本発明の円筒状クラッチ部品として適用されるクラッチドラムの斜視図である。

図１に示すように、クラッチドラム１０は板金製で有底円筒状であり、その底部には軸部材を通す軸穴１２が設けられている。クラッチドラム１０の円筒部（筒状周面部）には、軸方向に延びるスプライン溝１１が形成されている。スプライン溝１１は、交互に配置された各３２条の（外周側から見て）凹部１１ａと凸部１１ｂとからなる。

スプライン溝１１の凸部１１ｂには径方向に貫通する１対の油穴１３が計１６対形成されている。油穴１３は３２条の凸部１１ｂに１つおきに設けられている。油穴１３は、これにＡＴＦ（自動変速機油）を通すことにより、クラッチ及びその周辺の部材の潤滑性や冷却性を高める作用を有する。

クラッチドラム１０の軸方向で、円筒部の開口端部１５と油穴１３との間に、スナップリングが嵌入されるスナップリング溝１４が形成されている。スナップリング溝１４はスプライン溝１１の全周に亘って設けられているが、その溝深さが凸部１１ｂにまで及ばないので、実際に溝成形加工が施されるのは図示のように凹部１１ａとなる。

次に、図１のクラッチドラム１０の製造方法および製造装置について説明する。

図２は、図１に示すクラッチドラムの製造工程を示す概略図である。

先ず、図２（ａ）のプレス成形工程では、１枚の金属板に不図示のプレス装置によって打ち抜き加工と絞り加工とを施し、金属板を円筒形状に成形する。即ち、クラッチドラム１０の基本的な形状である有底円筒形状と軸穴１２が形成される（以下、プレス成形ワークＷ１）。このプレス成形ワークにおける円筒部の軸方向の長さは完成寸法よりも短く、円筒部は余剰な板厚を有している。

次に、図２（ｂ）のスプライン成形工程において、ワークＷ１の円筒部にスプライン溝１１が形成される（以下、スプライン成形ワークＷ２）。スプライン成形装置２０は、軸方向に沿って複数の歯形（スプライン溝１１に対応）が形成された歯車状外周部２１ａを有するのマンドレル２１と、図４で後述する断面梯形状の歯形を有する突部が形成された転造ローラ２２とを備える。転造ローラ２２は、回転ヘッド２３に回転自在に支持されてローラの自身の回転軸を中心に自転するようにｒ１方向に回転可能であるとともに、回転ヘッド２３が回転することによってマンドレル２１に対して近接と離間を繰り返しながらマンドレル２１の軸方向に沿って回転ヘッド２３の回転軸２３ａのまわりを公転するようにｒ２方向に回転可能である。また、１つの回転ヘッド２３に対して２つの転造ローラ２２が支持されており、この回転ヘッド２３がマンドレル２１に対して上下方向又は左右方向に一対（つまり、２つ）配設され、互いに反対方向に回転可能である。

スプライン成形を行う際には、先ず、（１）マンドレル２１の外周部２１ａにプレス成形ワークＷ１の内周部を装着して固定具２４により固定し、（２）その後、転造ローラ２２の公転周期とマンドレル２１の軸方向ｄ１及び周方向ｄ２への送り量及び送り速度とを同期させながら、マンドレル２１の外周部２１ａと転造ローラ２２の突部との間でワークＷ１の外周面を押圧することによってスプライン溝１１を形成していく。ここで、１回の加工ごとのマンドレル２１の軸方向ｄ１への送り量（つまり、転造ローラ２２がワークＷ１を押圧する長さ）は、スプライン溝１１の全長をいくつかに分割したときの単位長さに相当し、回転ヘッド２３が１対あるのでワークＷ１を半回転させるごとに単位長さ分ずつスプライン溝１１が軸方向に形成されていく。

次に、図２（ｃ）のトリミング加工工程において、スプライン成形ワークＷ２の円筒部に、図３で後述するトリミング加工装置によって油穴１３とスナップリング溝１４を穿設するとともに、ワークＷ２の開口端部１５の有効範囲以外の部分を切断する。即ち、上記スプライン成形工程において、ワークＷ２は軸方向及び周方向に拡大するように変形するため、軸方向に延びた不要な部分をトリミング加工によって切除するのである。なお、ワークＷ２の周方向に延びた分は、予め試験などにより延び量を予測しておき、この予測された延び量を見込んでマンドレル２１の歯形を決定している。

トリミング加工は、ダイス部３０とパンチ部４０によって行われる。トリミング加工装置７０は、図３に示すように、ダイス部３０、パンチ部４０、駆動機構５０及びワークＷ２を固定し回転させるインデックステーブル６０を備える。駆動機構５０は、平面視で軸心の重なる第１油圧シリンダ５１と第２油圧シリンダ５３とを備える。第１油圧シリンダ５１にはロッド５２が、第２油圧シリンダ５３にはロッド５４がそれぞれ接続されている。ロッド５２にはダイス部３０が、ロッド５４にはパンチ部４０がそれぞれ接続されている。

第１油圧シリンダ５１は、ロッド５２をワークＷ２の軸心に向けて（矢印ｓ１方向に）移動させる。そしてダイス部３０がパンチ部４０から受ける加圧力を受け止める。一方、第２油圧シリンダ５３は、ロッド５４をワークＷ２の軸心から離れる方向（矢印ｓ２方向）に移動させる。そしてパンチ部４０によってワークＷ２を内周側から押圧し加工する。

ダイス部３０は、ワークＷ２のスプライン溝１１の外周側に嵌合するダイス３１を有する。パンチ部４０は、パンチ４１〜４３と、パンチ４１〜４３を支持するガイド４４からなる。パンチ４１，４２は、ワークＷ２のスプライン溝１１の凹部１１ａに内周側から当接、貫通し油穴を形成する。この際、ダイス部３０のダイス３１は、ワークＷ２のスプライン溝１１に外周側から当接しパンチ４１，４２からの負荷を受ける。

また、パンチ４３は、ワークＷ２の開口端部１５に内周側から当接、押圧し不要な部分を切断する。この際、ダイス部３０のダイス３１は、ワークＷ２のスプライン溝１１に外周側に嵌合しパンチ４３と協働してワークＷ２の外周面にせん断力を付与する。

上記構成により、一度の加工（ロッド５４の１ストローク）でワークＷ２の周方向の一部（例えば、スプライン溝１１の２山分）が加工される（以下、加工単位）。トリミング加工装置は、ワークＷ２を載置するインデックステーブル６０を回転させ、加工単位あたりスプライン溝１１の２山分づつずらしながら、合計１６回の加工単位によって全周分（３２山分）の加工を行う。

［転造ローラの形状］
ここで、図２（ｂ）のスプライン成形を実施するための転造ローラの形状について説明する。

図４は、本発明に係る転造ローラの歯形を従来の歯形と比較して示す図である。

図４（ａ）に示す従来の転造ローラ２２Ａでは、歯部２２ａでワークＷ１を押圧し円筒部の板厚が減少していく際に、押し込まれたワーク素材が軸方向と周方向に流動し、ワークＷ１の円筒部が周方向に拡大するように変形してしまう。

これに対して、図４（ｂ）乃至（ｄ）に示すように、転造ローラ２２Ｂ〜２２Ｄの歯部２２ｂ〜２２ｄの周方向両側部に、ワーク素材の周方向への流動を強制的に規制する一対の突部２２ｂ３〜２２ｄ３を設けている。なお、図４（ｂ）及び（ｃ）は、本発明とは異なる参考形態に係る転造ローラの歯形を示し、図４（ｄ）は、本発明の実施形態に係る転造ローラの歯形を示す。ここで、図４（ｂ）及び（ｃ）の場合、歯部２２ｂ，２２ｃは、中央の凸形状部２２ｂ１、２２ｃ１と、両側部の凹形状部２２ｂ２、２２ｃ２からなり、１つの凹部１１ａとその両側の凸部１１ｂを形成するための形状部と定義する。また、図４（ｄ）の場合、歯部２２ｄは、中央の凹形状部２２ｄ１からなり、１つの凸部１１ｂを形成するための形状部と定義する。これにより、ワーク素材の周方向への流動は規制され軸方向に流れることになるので、加工速度を上げてもワークの変形を抑制できる。具体的には、周方向への拡大を最大０．１ｍｍまで抑制可能となり、加工速度を５倍に上げても拡径方向への変形を抑制できた。

なお、図４（ｂ）の構成では、歯部２２ｂの両側部の突部２２ｂ３を、歯部２２ｂ１，２２ｂ２と同形状とし、加工単位ごとに３つの凹部１１ａと２つの凸部１１ｂとが形成できる。

また、図４（ｃ）の構成は、歯部２２ｃの両側部の突部２２ｃ３を、歯部２２ｃ１，２２ｃ２と同形状とはせず、少なくとも中央の歯部２２ｃ１より手前（ワークの回転方向ｄ２とは反対側）の突部２２ｃ３’が歯部２２ｃ１と比較して小さい突出高さで湾曲した形状である。この形状によると、歯部２２ｃ１の手前の突部２２ｃ３’の曲面により大まかな形状に予備的に加工した後、突部２２ｃ３’で素材の周方向への流動を抑制しつつ歯部２２ｃ１，２２ｃ２で最終形状に仕上げることができる。

ここで、図４（ｂ）の構成では、ワークＷ１を１本のスプライン溝１１を加工単位として送る場合、手前の突部２２ｂ３’で成形された凹部１１ａ及び凸部１１ｂが歯部２２ｂ１，２２ｂ２とその先のもう１つの突部２２ｂ３”とにより再度成形に供されることになり、結果的に不要な工程を増やし、例えば、圧痕が発生する要因となるが、図４（ｃ）の構成にすれば、このような不都合が発生することはない。換言すると、図４（ｂ）の構成において、ワークＷ１の送り量を３つの凹部１１ａと２つの凸部１１ｂごとにすれば、上記のような不都合はなくなる。

なお、図４（ｂ）及び（ｃ）において、突部２２ｂ３，２２ｃ３は歯部側からその両側の突部側に向けて素材が流動することを抑制できれば十分であるので、図４（ｃ）の破線で示すように、歯部２２ｃ１，２２ｃ２の両側に突部２２ｃ３を設けた構成に代えて、歯部（凹形状部）２２ｃ２の両側端部の一部にワークＷ１の内径方向に向けて延びて凹部１１ａの板厚の１／２程度の長さの壁部２２ｃ４を形成した構成としても良い。

また、図４（ｄ）の構成では、歯部２２ｄ１の両側部の突部２２ｄ３を、歯部２２ｄ１と同形状とし、加工単位ごとに２つの凹部１１ａと１つの凸部１１ｂとが形成できる。

図５は、転造ローラの他の参考形態を例示し、（ｅ）と（ｆ）に示すように、転造ローラ２２Ｅ，２２Ｆの歯部２２ｅ，２２ｆの周方向一側部に、ワーク素材の周方向への流動を強制的に規制する突部２２ｅ３〜２２ｆ３を設けている。

ここで、図５（ｅ）の構成では、歯部２２ｅは、中央の凸形状部２２ｅ１と、側部の凹形状部２２ｅ２からなり、凹部１１ａと凸部１１ｂを形成するための形状部と定義する。ワークの回転方向ｄ２とは反対側に設けた突部２２ｅ３により、ワーク素材の周方向（ワークの回転方向ｄ２とは反対側）への流動は規制され、加工速度を上げてもワークの変形を抑制する効果を有する。

また、図５（ｆ）の構成では、歯部２２ｆは、中央の凸形状部２２ｆ１と、側部の凹形状部２２ｆ２からなり、凹部１１ａと凸部１１ｂを形成するための形状部と定義する。ワークの回転方向ｄ２に設けた突部２２ｆ３により、ワーク素材の周方向（ワークの回転方向ｄ２）への流動が規制され、加工速度を上げてもワークの変形を抑制する効果を有する。

なお、本実施形態では、円筒状クラッチ部品として多板クラッチが内周面にスプライン嵌合されるクラッチドラム１０を一例として説明したが、多板クラッチを外周面にスプライン嵌合させるクラッチハブであっても適用できる。また、本発明は、自動変速機のクラッチ部品に限定するものではなく、同様の機構を有するクラッチ部品にも適用可能である。

本発明の円筒状クラッチ部品として適用されるクラッチドラムの斜視図である。 図１に示すクラッチドラムの製造工程を示す概略図である。 図２のトリミング加工装置の平面図である。 本発明に係る転造ローラの歯形（図４（ｄ））を、従来の歯形（図４（ａ）及び参考形態に係る歯形（図４（ｂ）及び（ｃ））と比較して示す図である。 転造ローラの他の参考形態を例示する図である。

１０ クラッチドラム
１１ スプライン溝
１２ 軸穴
１３ 油穴
１４ スナップリング溝
１５ 開口端部
２１ マンドレル
２２，２２Ａ−２２Ｆ 転造ローラ
２３ 回転ヘッド
２４ 固定具
３０ ダイス部
３１ ダイス
４０ パンチ部
４１，４２ パンチ
５０ 駆動機構
５１ 第１油圧シリンダ
５３ 第２油圧シリンダ
５２，５４ ロッド
６０ インデックステーブル
Ｗ１，Ｗ２ ワーク

Claims (2)

1. 板金製ワークの筒状部をマンドレル及び２つの転造ローラにより押圧することにより、クラッチディスクと係合する複数のスプラインが形成された円筒状クラッチ部品の成形方法において、
   軸方向に沿って外周部に複数の歯形を有する前記マンドレルに前記ワークをセットする工程と、
   前記スプラインを形成するために中央部に設けられた歯部と、当該歯部の両側部に設けられた突部とを有し、前記ワークの筒状部の外側にて該筒状部を径方向に挟んで対向する前記２つの転造ローラと、前記ワークがセットされた前記マンドレルとを、前記ワークの軸方向及び回転方向に相対移動しながら前記ワークの筒状部を押圧するとともに、前記ワークを押圧することによる周方向への素材の流動を前記突部により規制しつつ前記スプラインを成形する工程とを有し、
   前記スプラインを成形する工程において、前記各転造ローラの歯部及び当該歯部の両側部に設けられた突部により、加工単位毎に、前記ワークの筒状部に前記スプラインにおいて２つの凹部及び１つの凸部のみを形成することを特徴とする成形方法。
2. 板金製ワークの筒状部をマンドレル及び２つの転造ローラにより押圧することにより、クラッチディスクと係合する複数のスプラインが形成された円筒状クラッチ部品の成形装置において、
   前記マンドレルは、軸方向に沿って外周部に複数の歯形を有し、前記ワークがセットされた状態で前記２つの転造ローラに対して前記ワークの軸方向及び回転方向に相対移動可能であり、
   前記２つの転造ローラは、前記ワークの筒状部の外側にて該筒状部を径方向に挟んで対向するとともに、それぞれ、前記スプラインを形成するために中央部に設けられた歯部と、当該歯部の両側部に設けられてワークを押圧したことによる周方向への素材の流動を規制する突部とを有し、
   前記各転造ローラの歯部及び当該歯部の両側部に設けられた突部により、加工単位毎に、前記ワークの筒状部に前記スプラインにおいて２つの凹部及び１つの凸部のみが形成されることを特徴とする成形装置。

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