JP2002295642A - 傘歯車およびその製造方法 - Google Patents

傘歯車およびその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の傘歯車は、隅肉曲線の曲率半径が小径
端部側を基準としているので、大径端部の歯元部分で破
損しやすくなる恐れがあるといった問題点があった。 【解決手段】 歯面Ａと歯底面Ｂの間の隅肉曲線の曲率
半径Ｒを小径端部Ｄ１から大径端部Ｄ２へ向けて漸次増
大させた傘歯車１とし、大径端部Ｄ２の強度向上等を実
現した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種機械の動力伝
達機構に用いられる傘歯車およびその製造方法に関し、
例えば、自動車のディファレンシャルギアなどに用いる
のに好適な傘歯車およびその製造方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】一般に、すぐ歯傘歯車や曲がり歯傘歯車
といった傘歯車は、図５（ａ）に示す歯車素材１００を
鍛造や機械加工により形成し、図５（ｂ）に示すように
歯車素材１００に歯１０１を切削加工を施すことによ
り、図５（ｃ）に示すように傘歯車１０２として形成さ
れる。この傘歯車１０２は、小径端部から大径端部に向
けて歯形状が漸次増大したものとなっているが、図５
（ｄ）に小径端部の断面を示し且つ図５（ｅ）に大径端
部の断面を示すように、歯１０１の歯面Ａと歯底面Ｂの
間の隅肉曲線の曲率半径Ｒは小径端部から大径端部まで
同一となっている。このとき、隅肉曲線の曲率半径Ｒ
は、相手歯車との干渉を考慮して小径端部の曲率半径Ｒ
を基準としている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たような従来の傘歯車にあっては、例えば自動車のディ
ファレンシャルギアに用いる場合、次のような問題点が
あった。つまり、自動車のディファレンシャルギアに用
いる傘歯車では、動力伝達時の負荷に対応するため、歯
幅が大きい大径端部に近い位置で相手歯車と歯当りする
ようにチューニングされるが、隅肉曲線の曲率半径が小
径端部の曲率半径を基準としているので、大径端部の歯
元部分で破損しやすくなる恐れがあり、この破損を防止
するために要求強度を確保し得る大型の傘歯車を使用せ
ざるを得ないという問題点があり、このような問題点を
解決することが課題であった。
【０００４】
【発明の目的】本発明は、上記従来の課題に着目して成
されたもので、小径端部から大径端部にかけて充分な強
度を確保することができる傘歯車およびその製造方法を
提供することを特徴としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる傘歯車
は、請求項１として、歯面と歯底面の間の隅肉曲線の曲
率半径を小径端部から大径端部へ向けて漸次増大させた
構成とし、請求項２として、隅肉曲線の最大曲率半径の
値が、相手歯車との最小噛合い円半径と歯底円半径の差
の値と同等である構成としており、上記構成をもって従
来の課題を解決するための手段としている。
【０００６】また、本発明に係わる傘歯車の製造方法
は、請求項３として、請求項１または２に記載の傘歯車
を製造するに際し、傘歯車の反転形状の歯車成形部を有
する鍛造型を製作し、この鍛造型により傘歯車を鍛造成
形する構成とし、請求項４として、請求項１または２に
記載の傘歯車と相似形状の放電加工用電極を製作し、こ
の放電加工用電極を用いて傘歯車の反転形状の歯車成形
部を有する鍛造型を製作する構成とし、請求項５とし
て、放電加工用電極が、大径端部と略同一半径で同軸状
に連続する円柱部を有する構成としている。
【０００７】なお、上記構成において、鍛造型の歯車成
形部や放電加工用電極は、例えば、三次元ＣＡＤを用い
て設計し、ＣＡＭを用いて機械加工プログラムを作成し
たのち、ＣＮＣマシニングセンタを用いて製作すること
ができ、とくに、曲率半径が変化する隅肉曲線はボール
エンドミルにより加工することができる。また、鍛造型
による鍛造成形としては、温間鍛造または冷間鍛造で歯
形を形成することができ、必要精度に応じて冷間サイジ
ングを行って精度を確保することができる。なお、鍛造
成形後には、必要に応じて仕上げ加工や磨き加工を施し
てもよい。
【０００８】
【発明の効果】本発明の請求項１に係わる傘歯車によれ
ば、歯面と歯底面の間の隅肉曲線の曲率半径を小径端部
から大径端部へ向けて漸次増大させたことにより、とく
に従来において破損しやすい部分であった大径端部の強
度を高めることができ、小径端部から大径端部にかけて
均一に充分な強度を得ることができる。これにより、傘
歯車の小型化、ならびに当該傘歯車を用いる伝達機構の
小型化を実現することができ、傘歯車や伝達機構の低コ
スト化にも貢献することができる。
【０００９】本発明の請求項２に係わる傘歯車では、隅
肉曲線の最大曲率半径の値を相手歯車との最小噛合い円
半径と歯底円半径の差の値と同等にしたことにより、と
くに大径端部に充分な強度を確保し得る隅肉曲線を得る
ことができると共に、良好な歯車形状を保つことがで
き、請求項１と同様の効果を得ることができる。
【００１０】本発明の請求項３に係わる傘歯車の製造方
法によれば、請求項１または２に記載の傘歯車を製造す
るに際し、鍛造型による鍛造成形を採用したことによ
り、歯車素材に歯切り切削加工を行っていた従来に比べ
て生産性を大幅に向上させることができると同時に、隅
肉曲線の曲率半径が小径端部から大径端部に向けて漸次
増大する傘歯車を高精度に製造することができ、傘歯車
のさらなる低コスト化などにも貢献することができる。
【００１１】本発明の請求項４に係わる傘歯車の製造方
法によれば、請求項３と同様の効果を得ることができる
うえに、傘歯車と相似形状の放電加工用電極を製作し、
この放電加工用電極を用いて鍛造型の歯車成形部を形成
することから、隅肉曲線の曲率半径が小径端部から大径
端部に向けて漸次増大する反転形状の歯車成形部を高精
度に形成することができ、この鍛造型により製造される
傘歯車のさらなる高精度化にも貢献することができる。
【００１２】本発明の請求項５に係わる傘歯車の製造方
法によれば、請求項４と同様の効果を得ることができる
うえに、放電加工用電極が大径端部と略同一半径で同軸
状に連続する円柱部を有することから、放電加工により
電極が消耗して歯形精度が劣化した場合であっても、そ
の表面を切削等により再加工して元の歯形に修正するこ
とができ、この種の電極は銅タングステン等の高価な材
料を用いるので、繰り返し使用可能とすることでコスト
の低減を実現することができる。
【００１３】
【実施例】以下、図面に基づいて、本発明に係わる傘歯
車の一実施例および傘歯車の製造方法を説明する。
【００１４】図１（ａ）に示す傘歯車１は、自動車のデ
ィファレンシャルギアとして用いられるものであって、
各歯２の形状が小径端部Ｄ１から大径端部Ｄ２に向けて
漸次増大したものとなっており、とくに図１（ｂ）に小
径端部Ｄ１の断面を示し且つ図１（ｃ）に大径端部Ｄ２
の断面を示すように、歯面Ａと歯底面Ｂの間の隅肉曲線
の曲率半径Ｒが小径端部Ｄ１から大径端部Ｄ２に向けて
漸次増大したものとなっている。つまり、小径端部Ｄ１
の隅肉曲線の曲率半径Ｒ１よりも大径端部Ｄ２の隅肉曲
線の曲率半径Ｒ２が大きくなっている。
【００１５】隅肉曲線の曲率半径は、先ず相手歯車との
干渉を考慮して検討する。図２に示す相手歯車１１との
関係から、最大曲率半径Ｒｍａｘの値は相手歯車１１と
の最小噛合い円半径ｒｆと歯底円半径ｒｓの差の値と同
等（Ｒｍａｘ＝ｒｆ−ｒｓ）である。なお、小径端部Ｄ
１から大径端部Ｄ２に至る間では、最小噛合い円半径ｒ
ｆや歯底円半径ｒｓも増大するので、最大曲率半径Ｒｍ
ａｘも同様に増大することとなり、結果として小径端部
Ｄ１から大径端部Ｄ２に向けて隅肉曲線の曲率半径Ｒは
漸次増大したものとすることができる。ただし、相手歯
車１１との干渉のみを考慮して隅肉曲線の曲率半径Ｒを
設定した場合には、特に大径端部Ｄ２においては曲率半
径Ｒが歯底の幅Ｃの１／２より大きくなる場合があり、
図１（ｃ）中に二点鎖線で示すＲ３のように歯底面が上
がり傘歯車としての形状が壊れ、且つ必要な頂げきＴす
なわち図２（ｂ）の噛合い部を拡大した図２（ｃ）に示
す歯底面Ｂと相手歯車１１の歯先Ｓとの隙間が確保でき
ず、滑らかな動きが損なわれる場合がある。そのような
場合は、先の最大曲率半径Ｒｍａｘより小さく且つ傘歯
車としての形状を壊さない歯底としての歯底面Ｂと歯面
Ａとを連続させる最大単一曲率半径として、図１（ｃ）
中に示すように隅肉曲線の曲率半径Ｒ２を設定する。
【００１６】また、より具体的には、自動車のディファ
レンシャルギアにおいて、ピニオンメイトギアの場合、
小径端部Ｄ１の隅肉曲線の曲率半径Ｒ１に対して大径端
部Ｄ２の隅肉曲線の曲率半径Ｒ２を５２％増大させたも
のとし、サイドギアの場合、小径端部Ｄ１の隅肉曲線の
曲率半径Ｒ１に対して大径端部Ｄ２の隅肉曲線の曲率半
径Ｒ２を９４％増大させたものとした。
【００１７】このように、この実施例の傘歯車１では、
隅肉曲線の曲率半径（Ｒ１，Ｒ２）を小径端部Ｄ１から
大径端部Ｄ２へ向けて漸次増大させると共に、これらの
曲率半径Ｒ１，Ｒ２の最大曲率半径Ｒｍａｘの値を最小
噛合い円半径ｒｆと歯底円半径ｒｓの差の値と同等にし
たことにより、歯車形状を損なうことなく破損しやすい
部分であった大径端部の強度が高められ、小径端部Ｄ１
から大径端部Ｄ２にかけて充分な強度を備えたものとな
る。なお、小径端部Ｄ１から大径端部Ｄ２にかけて隅肉
曲線の曲率半径を段階的に増大させることも可能である
が、上記実施例の如く漸次増大させれば応力集中が発生
することも無く、小径端部Ｄ１から大径端部Ｄ２にかけ
て安定した強度が得られる。
【００１８】上記の傘歯車１を製造するには、図３に示
すように、傘歯車１と相似形状の放電加工用電極２１を
製作する。放電加工用電極２１は、まず隅肉曲線を所定
の曲率Ｒ１，Ｒ２とした傘歯車１を三次元ＣＡＤで設計
し、その三次元モデルからＣＡＭにより電極加工用プロ
グラムを作成し、このプログラムに基づいて、銅、銅タ
ングステンあるいは黒鉛等の材料から成る電極素材をＣ
ＮＣマシニングセンタで製作する。このとき、曲率半径
が変化する隅肉曲線はボールエンドミルを用いて形成す
ることができる。また、放電加工用電極２１は、大径端
部Ｄ２と略同一半径で同軸状に連続する円柱部２２を有
するものとなっている。
【００１９】次に、放電加工用電極２１を用いて型素材
に放電加工（型彫り）を施し、図３に示すように、傘歯
車１の反転形状の歯車成形部３２を有する鍛造型３１を
製作する。なお、図３に示す鍛造型３１は下型であり、
これに対して、図４に示す如く背球面成形部３４を有し
て上型となる鍛造型３３を製作する。そして、上下の鍛
造型３１，３３を用いて歯車素材１００を鍛造成形し、
図１に示す如き傘歯車１を製造する。このとき、鍛造成
形としては、温間鍛造または冷間鍛造を行われる。ま
た、鍛造成形後には、必要に応じて、冷間サイジング、
仕上げ加工および磨き加工を施してもよい。なお、サイ
ジング用の型も放電加工により同様に製作することが可
能である。
【００２０】このように、傘歯車１と相似形状の放電加
工用電極２１を製作し、この電極２１を用いた放電加工
により歯車成形部３２を有する鍛造型３１を製作し、こ
の鍛造型３１を用いて傘歯車１を鍛造成形することによ
り、傘歯車１を生産性良く且つ高精度に製造し得ること
となる
【００２１】また、放電加工用電極２１は、大径端部Ｄ
２と略同一半径で同軸状に連続する円柱部２２を有して
いることから、放電加工により消耗して歯形精度が劣化
した場合であっても、その表面をわずかに（０．５から
１ｍｍ程度）切削して元の歯形に修正すれば継続して使
用することができ、この種の電極には高価な材料を用い
るので、コストが低減されることとなる。
【００２２】さらに、上記の製造方法では、まず放電加
工用電極２１を製作するものとしたが、次の製造方法も
ある。すなわち、隅肉曲線を所定の曲率Ｒ１，Ｒ２とし
た傘歯車１を三次元ＣＡＤで設計し、その三次元モデル
からＣＡＭにより型加工用プログラムを作成し、このプ
ログラムに基づいて、傘歯車１の反転形状の歯車成形部
３２を有する鍛造型３１をＣＮＣマシニングセンタで製
作する。そして、鍛造型３１を用いて傘歯車１を鍛造成
形する。このようにしても、傘歯車１を生産性良く且つ
高精度に製造し得ることとなる。
【００２３】なお、傘歯車１における隅肉曲線は、例え
ばボールエンドミルやハンドグラインダを用いて所定の
曲率半径（Ｒ１，Ｒ２）に形成することも可能である
が、個々の傘歯車の隅肉曲線をボールエンドミルで形成
するには、加工時間が非常に長くなって生産性が低下す
ることが明らかであり、また、個々の傘歯車の隅肉曲線
をハンドクラインダで形成するには、加工に手間がかか
るとともに精度にばらつきが発生しやすくなる。したが
って、本発明のように、鍛造型３１で傘歯車１を鍛造成
形する方法、または放電加工用電極で製作した鍛造型で
傘歯車１を鍛造成形する方法とすれば、生産性や精度が
著しく高められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる傘歯車を説明する斜視図
（ａ）、小径端部の部分的な断面図（ｂ）、および大径
端部の部分的な断面図（ｃ）である。
【図２】傘歯車と相手歯車との噛合い部分を示す断面図
（ａ）、噛合い部分の説明図（ｂ）、および噛合い部分
の拡大図（ｃ）である。
【図３】本発明に係わる傘歯車の製造方法で用いる放電
加工用電極および鍛造型を説明する斜視図である。
【図４】鍛造型により歯車素材を鍛造成形する状態を示
す断面図である。
【図５】従来における傘歯車の製造過程において、歯車
素材を示す斜視図（ａ）、歯車素材に歯切り切削加工を
行う状態を示す斜視図（ｂ）、製造した傘歯車を示す斜
視図（ｃ）、図ｃに示す傘歯車の小径端部の部分的な断
面図（ｄ）、および大径端部の部分的な断面図（ｅ）で
ある。
【符号の説明】
１ 傘歯車。 １１ 相手歯車 ２１ 放電加工用電極 ２２ 円柱部 ３１ 鍛造型 ３２ 歯車成形部 Ａ 歯面 Ｂ 歯底面 Ｄ１ 小径端部 Ｄ２ 大径端部 Ｒ Ｒ１ Ｒ２ 曲率半径 ｒｆ 最小噛合い円半径 ｒｓ 歯底円半径
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２３Ｐ 15/14 Ｂ２３Ｐ 15/14 (72)発明者 山下 寛 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 隼田 敦之 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3C059 AA01 AB01 DA01 HA09 3J030 BA02 BB08 BB11 BC02 BC06 CA10 4E087 CA11 HA03

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 歯面と歯底面の間の隅肉曲線の曲率半径
    を小径端部から大径端部へ向けて漸次増大させたことを
    特徴とする傘歯車。
  2. 【請求項２】 隅肉曲線の最大曲率半径の値が、相手歯
    車との最小噛合い円半径と歯底円半径の差の値と同等で
    あることを特徴とする請求項１に記載の傘歯車。
  3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の傘歯車を製造
    するに際し、傘歯車の反転形状の歯車成形部を有する鍛
    造型を製作し、この鍛造型により傘歯車を鍛造成形する
    ことを特徴とする傘歯車の製造方法。
  4. 【請求項４】 請求項１または２に記載の傘歯車と相似
    形状の放電加工用電極を製作し、この放電加工用電極を
    用いて傘歯車の反転形状の歯車成形部を有する鍛造型を
    製作することを特徴とする請求項３に記載の傘歯車の製
    造方法。
  5. 【請求項５】 放電加工用電極が、大径端部と略同一半
    径で同軸状に連続する円柱部を有することを特徴とする
    請求項４に記載の傘歯車の製造方法。
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