CN109690141A - 齿圈以及齿圈的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种齿圈以及齿圈的制造方法。该齿圈是与太阳齿轮、和被配置于太阳齿轮的径向外侧且与太阳齿轮啮合的小齿轮一起构成行星齿轮单元的齿圈，在齿圈的内周面的至少一部分形成有与小齿轮啮合的内周齿，并且在齿圈的外周面的至少一部分形成有硬度比内周齿低的外周齿，内周齿的表面的氮浓度比外周齿中的至少齿面的表面的氮浓度高。

Description

齿圈以及齿圈的制造方法
技术领域
本发明涉及齿圈以及齿圈的制造方法。
背景技术
以往，公知有被用于车辆的自动变速器等的、具备齿圈的行星齿轮单元。例如日本特开平04-285346号公报中公开了这样的技术。
上述日本特开平04-285346号公报公开了具备：齿圈、与齿圈的内周齿啮合的小齿轮、以及被配置于小齿轮的内侧并与小齿轮啮合的太阳齿轮的、被用于车辆的自动变速器的行星齿轮单元。齿圈的内周齿被要求规定的硬度，所以在该日本特开平04-285346号公报的行星齿轮单元中，对齿圈的内周齿实施了用于提高硬度的软氮化处理。在内周齿的硬度提升方面考虑使用高频淬火处理时，该软氮化处理与高频淬火处理相比处理温度低，能够抑制因处理引起的形变的产生，高精度地形成内周齿，所以与高频淬火处理相比，能够减少因与小齿轮的啮合导致的齿轮噪声。
另外，在日本专利第4867430号公报公开的行星齿轮单元中，在齿圈的径向外侧配设有作为摩擦卡合元件的离合器。该离合器具备：作为第一摩擦件的外侧薄板(离合器板)43、以及作为第二摩擦件的内侧薄板(离合器片)44等，被形成于齿圈R1的外周面的花键、与被形成于离合器片44的内周面的花键卡合。因此，齿圈R1成为兼作离合器Ca的毂的构成。同样，齿圈R2也兼作离合器Cb的毂。
专利文献1：日本特开平04-285346号公报
专利文献2：日本专利第4867430号公报
然而，在对上述日本专利第4867430号公报记载那样的现有的具有内周齿以及外周齿的齿圈实施了上述日本特开平04-285346号公报那样的软氮化处理的情况下，将齿圈载置于炉内并进行软氮化处理，所以内周齿以及外周齿双方被软氮化处理而硬度增加。其结果是，超过与外周齿啮合的离合器片的表面硬度，已被软氮化处理的齿圈的外周齿的表面硬度较大地增加。因此，存在离合器片因与齿圈的外周齿的接触而容易磨损这样的不良。其结果是，难以抑制与外周齿啮合的部件的磨损。在考虑车辆的自动变速器的情况下，若离合器片这样磨损，而且该磨损加剧，则不仅成为齿轮噪声的原因，还能够成为产生变速冲击的原因。
发明内容
本发明正是为了解决上述课题而完成的，本发明的一个目的在于提供一种能够高硬度并且高精度地形成内周齿，并且能够抑制与外周齿啮合的部件的磨损的齿圈以及齿圈的制造方法。
为了实现上述目的，本发明的第一方面的齿圈是与太阳齿轮、和被配置于太阳齿轮的径向外侧且与太阳齿轮啮合的小齿轮一起构成行星齿轮单元的齿圈，其中，在齿圈的内周面的至少一部分形成有与小齿轮啮合的内周齿，并且在齿圈的外周面的至少一部分形成有硬度比内周齿低的外周齿，内周齿的表面的氮浓度比外周齿中的至少齿面的表面的氮浓度高。
本发明的第一方面的齿圈如上述那样，以内周齿的表面的氮浓度比外周齿中的至少齿面的表面的氮浓度高的方式形成齿圈。由此，在内周齿中，通过对内周齿的表面形成氮化层，能够以高硬度形成内周齿。另外，与高频淬火相比能够通过处理温度低的氮化处理来形成氮化层，能够抑制因处理引起的形变的产生，能够高精度地形成内周齿。其结果是，能够确保内周齿的耐磨性，并且能够减少与啮合于齿圈的内侧的齿轮的齿轮噪声。另外，在外周齿中，与在外周齿的表面存在氮化层的情况相比，能够减少外周齿的硬度。其结果是，能够抑制与外周齿啮合的部件的磨损。
本发明的第二方面的齿圈的制造方法是基于圆环状坯料制造在内周面具有内周齿且在外周面具有外周齿的齿圈的制造方法，其具备以下工序：在圆环状坯料的内周面形成已形成了内周齿的中间体的工序；对中间体的整体实施氮化处理而在中间体的表面形成氮化层的工序；将实施了氮化处理的中间体的外周面中的已被形成于希望形成外周齿的部分的氮化层除去的工序；以及在除去了氮化层的中间体的希望形成外周齿的部分形成外周齿的工序。
在本发明的第二方面的齿圈的制造方法中，如上述那样，对内周齿的表面实施氮化处理由此形成氮化层，而外周齿的表面被除去氮化层那样地形成齿圈。由此，在内周齿中，通过对内周齿的表面形成氮化层，能够以高硬度形成内周齿。另外，与高频淬火相比能够通过处理温度低的氮化处理形成氮化层，由此能够抑制因处理引起的形变的产生，能够高精度地形成内周齿。其结果是，能够确保内周齿的耐磨性，并且能够减少与在齿圈的内侧啮合的齿轮的齿轮噪声。另外，在外周齿中，与在外周齿的表面存在氮化层的情况相比，能够减少外周齿的硬度。其结果是，能够抑制与外周齿啮合的部件的磨损。
根据本发明，如上述那样，能够高硬度并且高精度地形成内周齿，并且能够抑制与外周齿啮合的部件的磨损。
附图说明
图1是表示具备本发明的一实施方式的齿圈的行星齿轮单元的概要的剖视图。
图2是表示本发明的一实施方式的齿圈的立体图。
图3是表示本发明的一实施方式的离合器片的一部分的图。
图4是用于说明本发明的一实施方式的齿圈的制造方法的图。
具体实施方式
以下，结合附图来说明本发明的实施方式。
参照图1～图3对本发明的一实施方式的行星齿轮单元进行说明。
行星齿轮单元100构成为作为车辆的自动变速器用部件而被使用。例如行星齿轮单元100构成为被用于汽车的自动变速器。另外，如图1所示，行星齿轮单元100具备：齿圈1、太阳齿轮2、小齿轮3a以及3b。另外，齿圈1构成为在径向外径侧，离合器片4a以及4b啮合。行星齿轮单元100包含：包含小齿轮3a以及3b的双小齿轮行星齿轮。
如图1所示，太阳齿轮2被配置于齿圈1的径向内侧。太阳齿轮2构成为与被配置于径向外侧的多个小齿轮3a啮合。即太阳齿轮2被配置于齿圈1的径向的大致中心。另外，太阳齿轮2被配置于多个小齿轮3a的大致中心。另外，太阳齿轮2构成为能够以旋转轴21为中心旋转。
小齿轮3a以及3b被配置于齿圈1的径向内侧。另外，小齿轮3a以及3b被配置于太阳齿轮2的径向外侧。即小齿轮3a以及3b被配置于太阳齿轮2与齿圈1之间。另外，小齿轮3a构成为与太阳齿轮2以及小齿轮3b啮合。另外，小齿轮3b构成为与小齿轮3a以及齿圈1啮合。多个小齿轮3b通过行星架31而连结。小齿轮3a构成为能够以旋转轴32a为中心旋转。小齿轮3b构成为能够以旋转轴32b为中心旋转。另外，多个小齿轮3a以及3b构成为能够绕太阳齿轮2相对于太阳齿轮2相对地旋转。
行星架31具有行星架板31a、和行星架板31b，通过行星架板31a以及31b支承旋转轴32a以及32b。旋转轴32a将小齿轮3a支承为能够旋转。旋转轴32b将小齿轮3b支承为能够旋转。
离合器片4a以及4b被配置于齿圈1的径向外侧。另外，离合器片4a以及4b沿着齿圈1的旋转轴线方向而被设置多个。具体而言，离合器片4a在齿圈1的轴向一侧被配置多个。离合器片4b在齿圈1的轴向另一侧被配置多个。在齿圈1的外周一体地形成有离合器毂10。在离合器毂10的外周面形成有花键(外周齿)。离合器毂10的花键与离合器片4a以及4b花键卡合。离合器片4a与齿圈1的外周齿12b通过两者的齿面彼此接触而卡合。离合器片4b与齿圈1的外周齿12a通过两者的齿面彼此接触而卡合。
如图3所示，离合器片4a以及4b在内侧形成有包含齿顶41、齿底42以及齿面43的多个齿。另外，离合器片4a以及4b在表面贴附有多个摩擦件40。
液压伺服器50具有：离合器鼓5、活塞部件52、解除板53以及复位弹簧54，通过这些构成动作油室55、取消油室56。
离合器鼓5位于齿圈1的径向外周侧，在被形成于该鼓部5a的内周面的花键中，与离合器板51花键卡合。另外，离合器板51以与多个离合器片4a对置的方式被设置多个。即离合器板51、与离合器片4a沿着旋转轴线被交替地配置。
活塞部件52利用密封圈521以及密封部件522而被密封，由此在与离合器鼓5之间构成油密状的动作油室55。另外，在活塞部件52的外周侧延伸配置有按压部52a。按压部52a的前端被配置为与图1的左端的离合器板51对置。
在解除板53与活塞部件52之间以收缩的状态配置有复位弹簧54。通过被配置于解除板53、活塞部件52以及活塞部件52的外周部的密封部件构成油密状的取消油室56。
通过上述构成，利用在动作油室55与取消油室56中产生的液压的平衡使活塞部件52向轴向移动，使离合器板51与离合器片4a压接/分离，由此进行离合器的卡合/释放。
液压伺服器60具有：离合器鼓6、活塞部件62、解除板63以及复位弹簧64，通过它们构成动作油室65、以及取消油室66。
离合器鼓6位于齿圈1的径向外周侧，在被形成于该鼓部6a的内周面的花键，与离合器板61花键卡合。另外，离合器板61以与多个离合器片4b对置的方式设置多个。即，离合器板61与离合器片4b沿着旋转轴线被交替地配置。
活塞部件62通过密封圈621以及密封部件622而被密封，由此在与离合器鼓6之间构成油密状的动作油室65。另外，在活塞部件62的外周侧延伸配置有按压部62a。按压部62a的前端被配置为与图1的右端的离合器板61对置。
在解除板63与活塞部件62之间以收缩的状态配置有复位弹簧64。通过被配置于解除板63、活塞部件62以及活塞部件62的外周部的密封部件构成油密状的取消油室66。
通过上述构成，利用动作油室65与取消油室66中产生的液压的平衡使活塞部件62向轴向移动，使离合器板61与离合器片4b压接/分离，由此进行离合器的卡合/释放。
如图2所示，齿圈1包含内周齿11和外周齿12。外周齿12被形成为两段，具有外周齿12a和外周齿12b。齿圈1被配置于太阳齿轮2的径向外侧。即，齿圈1与太阳齿轮2、与被配置于太阳齿轮2的径向外侧的太阳齿轮2啮合的小齿轮3a、被配置于小齿轮3a的径向外侧且与小齿轮3a啮合的小齿轮3b一起构成行星齿轮单元100。齿圈1利用内周齿11与小齿轮3b啮合。
如图1所示，齿圈1构成为在径向外侧，与多个离合器片4a以及4b啮合。即，齿圈1构成为作为离合器毂10而被使用。另外，齿圈1构成为在径向内侧与多个小齿轮3b啮合。
齿圈1被形成为圆环状。另外，齿圈1将钢材作为母材。例如作为母材的钢材作为要素包含铁、碳。另外，母材也可根据需要，作为要素进一步包含硅、锰、磷、硫、铬、铝、氮等。
如图2所示，内周齿11被设置于齿圈1的内周。另外，内周齿11构成为与小齿轮3b啮合。这里，在本实施方式中，在内周齿11的表面形成有对齿圈1的母材实施了氮化处理的氮化层13。具体而言，在内周齿11的表面通过对齿圈1的母材实施了氮化处理而形成了氮浓度比母材高的氮化层13。
如图2所示，外周齿12被设置于齿圈1的外周。另外，外周齿12包含齿顶121、齿底122以及齿面123，构成为与被配置于齿圈1的径向外侧的离合器片4a以及4b啮合。这里，在本实施方式中，齿圈1的母材在外周齿12的表面露出。即，在外周齿12的表面中的、至少齿面123不存在氮化层13。具体而言，外周齿12中的至少齿面123的表面的氮浓度被设为母材的氮浓度。
使氮侵入齿圈1的表面附近的母材而形成了氮化层13。具体而言，氮化层13通过气体软氮化处理而被形成。另外，氮化层13具有比齿圈1的母材高的硬度。例如母材在维氏硬度中具有约250HV左右的硬度。氮化层13在维氏硬度中具有约600HV以上约900HV以下左右的硬度。即氮化层13具有母材2倍以上的硬度。
(齿圈的制造方法)
接下来，参照图4A～图4E对齿圈1的制造方法进行说明。
首先，如图4A所示，基于用于形成齿圈1的钢材(母材)通过热锻造形成齿圈1的坯料101。具体而言，母材被形成为圆环状的形状。另外，圆环状的内径考虑形成内周齿11的削去量而被调整。另外，圆环状的外径考虑削去后面被形成的氮化层13的削去量、以及形成外周齿12的削去量而被调整。另外，根据需要，坯料101的内径、外径以及旋转轴线方向两端的端面被调整。
接下来，如图4B所示，在坯料101的内周形成内周齿11作为中间体102。内周齿11例如通过拉削加工、齿端倒角加工而被形成。而且，如图4C所示，对中间体102实施氮化处理，设为中间体103。由此，在中间体103的表面形成氮化层13。该氮化处理通过气体软氮化处理进行。
接下来，如图4D所示，进行了氮化处理的中间体103的外周的氮化层13被除去作为中间体104。此时，除去氮化层13直至中间体103的外周的母材露出。即除去实施了氮化处理的中间体103的外周面中的被形成于希望形成外周齿12的部分的氮化层13。这里，优选将中间体103的外周面设为作为在周向没有凹凸的平滑面的圆筒形状。能够通过车床加工容易地进行外周的氮化层13的除去。
接下来，如图4E所示，形成了在除去了氮化层13的中间体104的外周形成了外周齿12的齿圈1。即在母材露出了的中间体104的外周形成外周齿12。具体而言，在除去了氮化层13的中间体104的希望形成外周齿12的部分形成外周齿12。外周齿12例如通过滚刀被切削而形成。在中间体104的外周没有氮化层13而硬度变低，所以能够容易形成外周齿12。然后，根据需要，通过喷丸加工，除去齿圈1的毛刺，并且进行清洗。由此制造出齿圈1。
在本实施方式中，如上述那样，在内周齿11的表面形成对齿圈1的母材实施了氮化处理的氮化层13，外周齿12的表面以母材露出的方式被形成。由此，能够以高硬度形成内周齿11。另外，与高频淬火相比通过处理温度低的氮化处理形成氮化层13，由此能够抑制因处理引起的形变的产生，能够高精度地形成内周齿11。其结果是，能够确保内周齿11的耐磨性，并且能够减少与啮合在齿圈1的内侧的小齿轮3b的齿轮噪声。另外，以母材露出的方式形成外周齿12的表面，由此与在外周齿12的表面存在氮化层13的情况相比，能够减少外周齿12的硬度。其结果是，能够抑制与外周齿12啮合的离合器片4a以及4b的磨损。这里，离合器片4a以及4b与齿圈1的外周齿12，在构成离合器片4a以及4b的芯板的齿面与齿圈1的外周齿12中的齿面接触，所以在齿圈1的外周齿12的齿面的表面，以母材露出的方式被形成是重要的。
另外，在本实施方式中，如上述那样，构成为使齿圈1的外周齿12与被配置于齿圈1的径向外侧的离合器片4a以及4b啮合，构成为使氮化层13具有比齿圈1的母材高的硬度。由此，能够使与离合器片4a以及4b啮合的齿圈1的外周齿12的硬度比氮化层13小，所以即使没有提高离合器片4a以及4b的硬度，也能够有效地抑制离合器片4a以及4b的磨损。
另外，在本实施方式中，如上述那样，除去进行了氮化处理的中间体102的外周的氮化层13直至齿圈1的外周的母材露出为止，在母材露出了的中间体102的外周形成外周齿12。由此，能够以不包含氮化层13的方式形成齿圈1的外周齿12，所以能够更可靠地抑制与外周齿12啮合的离合器片4a以及4b的磨损。
另外，在本实施方式中，如上述那样，通过气体软氮化处理形成中间体102的氮化层13。由此，能够形成内周齿11的齿面(凸部)以及齿底(凹部)双方都是大致均匀的厚度的氮化层13。
另外，在本实施方式中，如上述那样，将实施了氮化处理的中间体102的外周面设为在周向上没有凹凸的平滑面。由此，能够容易地除去中间体102的外周面的氮化层13。
另外，在本实施方式中，如上述那样，将中间体102的外周设为在周向上没有凹凸的平滑的圆筒形状，通过车床加工进行外周的氮化层13的除去。由此，能够通过车床加工使用与刀具相比硬度高的刀头削去氮化层13，所以能够容易地除去中间体102的外周的氮化层13。
接下来，说明本申请发明者为了确认气体软氮化处理的效果，通过气体软氮化处理使齿圈1的表面氮化并实际形成氮化层13，对齿面(凸部)以及齿底(凹部)的氮化层13的厚度进行了测定的实施例。
在该实施例中，对中间体102实施气体软氮化处理，形成了氮化层13。在该气体软氮化处理中，在约560℃中进行了两个小时的处理。其结果是，齿圈1的齿面(凸部)的氮化层13的厚度是0.23mm。另外，齿圈1的齿底(凹部)的氮化层13的厚度是0.27mm。由此，明确了通过气体软氮化处理，能够在齿面(凸部)以及齿底(凹部)双方都形成厚度大致均匀的氮化层13。
(变形例)
此外，这次公开了的实施方式应理解为全部的点仅是例示而并非限制。本发明的范围并不是上述实施方式以及实施例所说明的内容而是专利权利要求书所记载的，进一步包含与专利权利要求书等同的意思以及范围内全部的改变(变形例)。
例如在上述实施方式中，虽示出了将本发明的行星齿轮单元设为包含双行星齿轮的例子，当然，小齿轮也可是一个种类的单个行星齿轮。在该情况下,齿圈位于太阳齿轮的径向外周侧，具有与太阳齿轮和齿圈双方啮合的一个种类的多个小齿轮。另外，虽示出了将本发明的行星齿轮单元作为车辆的自动变速器用部件而使用的例子,但并不限定于此。也可将本发明的行星齿轮单元用于车辆的自动变速器用部件以外。
另外，在上述实施方式中，虽示出了将本发明的齿圈用于行星齿轮单元的例子，但并不限定于此。也可将本发明的齿圈用于行星齿轮单元以外。
另外，在上述实施方式中，虽示出了通过气体软氮化处理在齿圈形成氮化层的构成的例子，但本发明并不限定于此。在本发明中，也可通过气体软氮化处理以外的方法在齿圈形成氮化层。例如通过盐浴氮化处理来形成氮化层。
另外，在上述实施方式中，虽示出了通过车床加工，除去齿圈的外周的氮化层的构成的例子，但本发明并不限定于此。在本发明中，也可通过车床加工以外的加工除去齿圈的外周的氮化层。例如也可通过立铣刀、刀具等的切削除去齿圈的外周的氮化层。
另外，在上述实施方式中，虽示出了在齿圈的外周齿的径向外侧与离合器片啮合的构成的例子，但本发明并不限定于此。在本发明中，也可在齿圈的外周齿的径向外侧与离合器片以外的齿轮啮合。
另外，在上述实施方式中，虽示出了在齿圈的内周面整体形成有内周齿的构成的例子，但本发明并不限定于此。在本发明中，只要在齿圈的内周面的至少一部分形成内周齿即可。通过在齿圈的内周面中的哪个范围内使与小齿轮啮合，内周齿的范围也附带地被决定了。
另外，在上述实施方式中，虽示出了在齿圈的外周面整体形成有外周齿的构成的例子，但本发明并不限定于此。在本发明中，只要在齿圈的外周面的至少一部分形成了外周齿即可。在齿圈的外周面，也通过在哪个范围内作为离合器毂而使用来决定了外周齿的范围。在上述实施方式中，虽将齿圈的外周面作为两种毂来使用，当然，也可是一个种类。
另外，在上述实施方式中，虽示出了将外周齿的表面的氮浓度设为母材的氮浓度的构成的例子，但本发明并不限定于此。在本发明中，只要将外周齿中的至少齿面的表面的氮浓度设为母材的氮浓度即可。这是因为在齿面与离合器片接触。
附图标记的说明
1齿圈、2太阳齿轮、3a、3b小齿轮、4a、4b离合器片、11内周齿、12、12a、12b外周齿、13氮化层、100行星齿轮单元、102、103、104中间体。

Claims (5)

1.一种齿圈，是与太阳齿轮、和被配置于上述太阳齿轮的径向外侧且与上述太阳齿轮啮合的小齿轮一起构成行星齿轮单元的齿圈，其中，
在上述齿圈的内周面的至少一部分形成有与上述小齿轮啮合的内周齿，并且在上述齿圈的外周面的至少一部分形成有硬度比上述内周齿低的外周齿，
上述内周齿的表面的氮浓度比上述外周齿中的至少齿面的表面的氮浓度高。
2.根据权利要求1所述的齿圈，其中，
上述齿圈的上述外周齿构成为与被配置于上述齿圈的径向外侧的离合器片啮合。
3.一种齿圈的制造方法，是基于圆环状坯料制造在内周面具有内周齿且在外周面具有外周齿的齿圈的制造方法，其具备以下工序：
在上述圆环状坯料的内周面形成已形成了上述内周齿的中间体的工序；
对上述中间体整体实施氮化处理而在上述中间体的表面形成氮化层的工序；
将实施了上述氮化处理的上述中间体的外周面中的已被形成于希望形成上述外周齿的部分的上述氮化层除去的工序；以及
在除去了上述氮化层的上述中间体的希望形成上述外周齿的部分形成上述外周齿的工序。
4.根据权利要求3所述的齿圈的制造方法，其中，
将实施了上述氮化处理的上述中间体的外周面预先做成在周向上没有凹凸的平滑面。
5.根据权利要求3或者4所述的齿圈的制造方法，其中，
上述齿圈的上述氮化层通过气体软氮化处理而形成。
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