JP2020175496A - ハイポイドギヤの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性と動力伝達効率を両立できるハイポイドギヤの製造方法を提供すること。【解決手段】円錐台状のピニオンギヤとリングギヤを有するハイポイドギヤの製造方法は、歯切り工程で円錐台側面の円錐面部に捩じれた複数の歯を形成し、表面処理工程で歯の表面に硬化層を形成し、ラッピング工程で歯の表面を研磨し、ショットピーニング工程において、側面視にて円錐台軸心を含む平面が円錐面部に交差する母線に直交又は略直交する角度の投射軸であって、リングギヤに対してはその軸心方向視にて、該母線側で該平面に平行且つ該平面から歯の捩じれ方向側に円錐台の大径側半径の半分だけ離れた円錐面部の母線方向幅の中央を通る投射軸、ピニオンギヤに対してはその軸心方向視にて、該母線側で該平面に平行且つ該平面から歯の捩じれ方向と反対側に円錐台の大径側半径の半分だけ離れた円錐面部の母線方向幅の中央を通る前記投射軸、に沿って投射材を投射する。【選択図】図４

Description

本発明は、ハイポイドギヤの製造方法に関し、特にラッピング工程とショットピーニング工程とを有するハイポイドギヤの製造方法に関する。

従来より、ハイポイドギヤは、耐久性が高く、歯当り音が小さいという優位性を有するため、動力伝達を行う車両用差動装置の主要構成部品として広く実用に供されている。このハイポイドギヤは、回転駆動時、複数の歯が同時に噛み合うため、各々の歯に入力される負荷を複数の歯に分散することが可能である。その反面、ピニオンギヤとリングギヤとの接触部分（歯当り位置）が相対的に滑ることから、摺動抵抗の増加に伴ってエネルギー損失が増大し、動力伝達機構としての機械効率が低下するという特性を有している。それ故、ハイポイドギヤには、ギヤ表面に潤滑用被膜が形成されている。

例えば図１６に示すように、ハイポイドギヤは、捩じれを有する歯形状を加工する歯切り工程Ｓ１１と、歯の表面に硬化層を形成するための熱処理工程Ｓ１２及びショットピーニング工程Ｓ１３と、＃３２０（粒径４０μｍ）の砥粒を用いて加工するラッピング工程Ｓ１４と、歯の表面に潤滑用被膜を形成するリューブライト処理工程Ｓ１５によって製造されている。リューブライト処理工程Ｓ１５では、対象ワークをリン酸塩液に浸漬して表面にリン酸塩皮膜を形成し、このリン酸塩皮膜とリューベ（脂肪酸ソーダ石鹸）を反応させて潤滑性を備えた金属石鹸を生成している。

また、歯の疲労強度の向上を図る技術も提案されている。例えば特許文献１の歯車の製造法は、真空浸炭焼入れ処理の後、ショットピーニング加工を行っている。このショットピーニング加工では、炭素濃度が高い歯幅方向外側端部の歯面及び歯底に対して投射材を投射するようにショットピーニングを行って疲労強度を向上させている。

特開２００７−５１３５４号公報

一般に、研磨加工法の一種であるラッピング加工は、粗研磨に区分され、粗面仕上げが要求されている場合や仕上げ研磨の前工程として実施される。このようなラッピング加工は、一定の圧力下において砥粒と加工液から構成されたラップ剤（混合スラリー）を間に介在させて硬質工具とワークとを相対移動させることにより、ワークの表面を砥粒で微小切削して工具形状をワーク表面に転写する遊離砥粒方式の砥粒加工法である。

ワークがハイポイドギヤの場合、ピニオンギヤとリングギヤを噛合させた状態でピニオンギヤをその軸心周りに回転させてラッピング加工を行う。それ故、ラッピング加工後、ハイポイドギヤの歯筋方向に砥粒の圧着に伴う筋目状の加工痕が形成され、ハイポイドギヤの歯面粗さの悪化を招く。また、筋目状の加工痕が歯筋方向に連続的に形成されているため、ハイポイドギヤの回転駆動時、潤滑油が加工痕を伝って外部に排出され、結果的に歯面に油膜破断が生じ、十分な動力伝達効率を発揮できない虞がある。

ラッピング加工による加工痕を除去するために、ラッピング加工の後、粒径を段階的に小さくした多段階のショットピーニング工程を複数工程設定することも考えられる。しかし、粒径が異なるショットピーニング工程を複数工程設定した場合、工程数が増加して製造設備が大掛かりになると共に、生産に係るサイクルタイムの長期化を招くことから、量産設備としては現実的ではない。即ち、生産性と動力伝達効率とを両立させるハイポイドギヤの製造方法は未だ確立されていない。

本発明の目的は、生産性と動力伝達効率を両立できるハイポイドギヤの製造方法を提供することである。

請求項１の発明のハイポイドギヤの製造方法は、円錐台状のピニオンギヤとリングギヤを有するハイポイドギヤの製造方法において、前記円錐台の側面部である円錐面部に捩じれ形状の複数の歯を形成する歯切り工程と、前記歯の表面に硬化層を形成する表面処理工程と、前記歯の表面を研磨するラッピング工程と、ショットピーニング工程を有し、前記ショットピーニング工程において、前記円錐台の側面視にて前記円錐台の軸心を含む平面が前記円錐面部に交差する母線に直交又は略直交する角度に設定された投射材の投射軸であって、前記リングギヤに対しては、その軸心方向視にて、前記母線側で前記平面に平行且つ前記平面から前記リングギヤの歯の捩じれ方向側に前記円錐台の大径側半径の半分だけ離れた前記円錐面部の母線方向幅の中央を通る前記投射軸に沿って投射材を投射し、 前記ピニオンギヤに対しては、その軸心方向視にて、前記母線側で前記平面に平行且つ前記平面から前記ピニオンギヤの歯の捩じれ方向と反対側に前記円錐台の大径側半径の半分だけ離れた前記円錐面部の母線方向幅の中央を通る前記投射軸に沿って投射材を投射することを特徴としている。

上記構成によれば、ハイポイドギヤの円錐台状のピニオンギヤとリングギヤについて、歯切り工程で捩じれ形状の複数の歯を円錐面部に夫々形成し、表面処理工程とラッピング工程とショットピーニング工程で歯面に強度と平滑性を付与する。ショットピーニング工程では、投射材を衝突させることにより歯の表面の加工痕を除去して平滑化すると共に、圧縮残留応力による歯面強度の向上を図りながら潤滑油を歯面上に保持可能なディンプルを歯面上に形成する。このショットピーニングのとき、円錐台の側面視にて円錐台の母線に直交又は略直交するように投射材の投射軸の角度を設定する。これと同時に円錐台の軸心方向視にて、投射軸が直交するように設定した母線側で、その母線と円錐台の軸心を含む平面に平行であって、リングギヤに対してはその平面から歯の捩じれ方向側にその円錐台の大径側半径の半分だけ離れた円錐面部の母線方向幅の中央を通るように、ピニオンギヤに対してはその平面から歯の捩じれ方向と反対側にその円錐台の大径側半径の半分だけ離れた円錐面部の母線方向幅の中央を通るように、投射材の投射軸を設定する。捩じれ方向は、歯筋に沿って小径側から大径側に向かうときに円錐面部の母線から離れていく方向であり、歯筋が母線から時計回り方向に離れる場合を右捩じれ、反時計回り方向に離れる場合を左捩じれと言う。このように設定された投射軸に沿って投射材を投射する。これにより、捩じれ形状の複数の歯を有するピニオンギヤとリングギヤの噛合う歯面、即ちピニオンギヤの凹歯面及びリングギヤの凸歯面に効率的に投射材を衝突させてその表面平滑性の向上と歯面強度の向上を図り、ディンプルを形成することができる。従って、効率的に表面平滑性を向上させてハイポイドギヤにおける機械抵抗を低減し、駆動力の伝達ロスが低減されるので、生産性と動力伝達効率を両立することができる。

請求項２の発明のハイポイドギヤの製造方法は、請求項１の発明において、前記ショットピーニング工程において、前記ピニオンギヤ及び前記リングギヤをそれらの軸心周りに回転させながら投射材を夫々投射し、投射材の投射範囲に前記ピニオンギヤ又は前記リングギヤの前記円錐面部の母線方向幅が収まるように投射距離が夫々設定されたことを特徴としている。
上記構成によれば、ピニオンギヤ及びリングギヤを夫々軸心周りに回転させた状態で投射材を夫々投射することにより、全ての歯の噛合う歯面に対して一様に投射材を投射することができ、効率的に表面平滑性の向上を図ることができる。

請求項３の発明のハイポイドギヤの製造方法は、請求項１又は２の発明において、前記ラッピング工程において、粒径が１４μｍの砥粒を用いて前記ピニオンギヤと前記リングギヤを噛合させた状態で前記ピニオンギヤをその軸心周りに回転させて互いの歯の表面を研磨し、前記ショットピーニング工程において、直径が１６０μｍの投射材を投射することを特徴としている。
上記構成によれば、ラッピング工程で粒径が１４μｍの砥粒でピニオンギヤとリングギヤの噛合する歯面を研磨して、表面処理工程で生じた歯の形状歪を除去すると共に噛合する歯面における歯面粗さを改善することができる。またラッピング工程で生じた筋目状の加工痕を直径が１６０μｍの投射材のショットピーニングによって除去して歯面粗さを改善することができると共に、歯面上に潤滑油を保持可能なディンプルを形成し且つその圧縮残留応力による歯面強度の向上を図ることができる。

請求項４の発明のハイポイドギヤの製造方法は、請求項３の発明において、前記ラッピング工程における前記ピニオンギヤの回転速度を２４００ｒｐｍとしたことを特徴としている。
上記構成によれば、粒径が１４μｍの細かい砥粒であっても十分に研磨できる加工性と生産性を両立できる処理時間で、表面処理工程により生じた歯の形状歪を除去すると共に噛合する歯面における歯面粗さを改善することができる。

請求項５の発明のハイポイドギヤの製造方法は、請求項１〜４の何れか１項の発明において、前記ハイポイドギヤは、車両の差動装置に組み込まれることを特徴としている。
上記構成によれば、車両の動力伝達損失を低減することができ、燃費改善を図ることができる。

本発明のハイポイドギヤの製造方法によれば、効率的に表面平滑性を向上させてハイポイドギヤにおける機械抵抗を低減し、駆動力の伝達ロスを低減できるので、生産性と動力伝達効率を両立することができる。

実施例に係るハイポイドギヤが組み込まれたＲＤＵを搭載したパワープラントユニットの斜視図である。 ＲＤＵの要部破断説明図である。 ハイポイドギヤの製造方法に係る工程ステップチャートである。 （ａ）は実施例に係る第２ショットピーニング工程におけるピニオンギヤを側面から見た図であり、（ｂ）は実施例に係る第２ショットピーニング工程におけるピニオンギヤを軸心方向から見た図である。 （ａ）は実施例に係る第２ショットピーニング工程におけるリングギヤを側面から見た図であり、（ｂ）は実施例に係る第２ショットピーニング工程におけるリングギヤを軸心方向から見た図である。 （ａ）は第１，第２の検証及び第３の検証の条件１に係る第２ショットピーニング工程におけるピニオンギヤを側面から見た図であり、（ｂ）は第１，第２の検証及び第３の検証の条件１に係る第２ショットピーニング工程におけるピニオンギヤを軸心方向から見た図である。 （ａ）は第１，第２の検証及び第３の検証の条件１に係る第２ショットピーニング工程におけるリングギヤを側面から見た図であり、（ｂ）は第１，第２の検証及び第３の検証の条件１に係る第２ショットピーニング工程におけるリングギヤを軸心方向から見た図である。 第１の検証結果の表である。 第２の検証結果のグラフである。 （ａ）は第３の検証の条件２に係る第２ショットピーニング工程におけるピニオンギヤを側面から見た図であり、（ｂ）は第３の検証の条件２に係る第２ショットピーニング工程におけるピニオンギヤを軸心方向から見た図である。 （ａ）は第３の検証の条件２に係る第２ショットピーニング工程におけるリングギヤを側面から見た図であり、（ｂ）は第３の検証の条件２に係る第２ショットピーニング工程におけるリングギヤを軸心方向から見た図である。 第３の検証結果の表である。 （ａ）は第３の検証の条件１に係る投射軸上からピニオンギヤを見た図であり、（ｂ）は第３の検証の条件１に係る投射軸上からリングギヤを見た図である。 （ａ）は第３の検証の条件２に係る投射軸上からピニオンギヤを見た図であり、（ｂ）は第３の検証の条件２に係る投射軸上からリングギヤを見た図である。 （ａ）は実施例に係る投射軸上からピニオンギヤを見た図であり、（ｂ）は実施例に係る投射軸上からリングギヤを見た図である。 従来のハイポイドギヤの製造方法に係る工程ステップチャートである。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

以下、本発明の実施例について図１〜図５に基づいて説明する。
図１に示すように、ハイポイドギヤ１０は、例えば４輪駆動車両のパワープラントユニット１に装備される差動装置、具体的にはＦＤＵ（Front Differential Unite）２とＲＤＵ（Rear Differential Unite）３に組み込まれる主要な構成部品である。パワープラントユニット１は、エンジン４から出力された駆動力を変速機５によって変速し、変速された駆動力をＦＤＵ２及びＲＤＵ３を介して前後ドライブシャフト６，７に伝達している。

図２に示すように、ハイポイドギヤ１０は夫々円錐台状のピニオンギヤ１１とリングギヤ１２を有し、ＲＤＵ３には、ピニオンギヤ１１とリングギヤ１２が噛合した状態で組み込まれている。ピニオンギヤ１１は、変速機５から出力された駆動力を下流側に伝達するリヤ側駆動軸８の先端（後端）に取り付けられている。リングギヤ１２は、ＲＤＵ３のケース３ａの内側に取り付けられている。ピニオンギヤ１１とリングギヤ１２は、各々の回転の軸心が捩れ位置関係、つまり、相互に交差せず且つ非平行状態で噛合している。即ち、ハイポイドギヤ１０は、ピニオンギヤ１１とリングギヤ１２が噛合された歯車対によって構成されている。ＦＤＵ２は、ＲＤＵ３と同様に、ハイポイドギヤを構成するピニオンギヤとリングギヤとを備えている（何れも図示略）。

次に、図３に基づき、ハイポイドギヤ１０の製造工程について説明する。図中のＳｉ（ｉ＝１，２，・・・）は工程ステップを表す。また、工程Ｓ１〜Ｓ４で夫々形成された第１〜第４中間ギヤは、ピニオンギヤ１１とリングギヤ１２の歯車対の製造途中の中間体を表す。

図３に示すように、ハイポイドギヤ１０は、歯切り工程Ｓ１、熱処理工程Ｓ２、第１ショットピーニング工程Ｓ３、ラッピング工程Ｓ４、第２ショットピーニング工程Ｓ５を経て完成される。ここで、熱処理工程Ｓ２と第１ショットピーニング工程Ｓ３は、ハイポイドギヤ１０の歯の表面に硬化層を形成する表面処理工程に相当し、第２ショットピーニング工程Ｓ５がショットピーニング工程に相当する。

歯切り工程Ｓ１は、ギヤ素材の円錐面部に捩じれ形状の複数の歯を形成している。ギヤ素材は、焼入用合金鋼（機械構造用炭素鋼）であり、例えば、球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ４５）である。歯は、ホブ盤によるホブ切り、或いはピニオンカッタ等を用いた歯切りによって切削加工され、ギヤ素材から第１中間ギヤを形成している。

ホブの回転と共に一定比率でギヤ素材を回転し、同時にホブをギヤ軸方向に送り出すことで創成歯切りが行われる。歯筋が捩れた曲線の捩じれ形状の複数の歯を有するハイポイドギヤ１０では、環状カッタを用いた創成歯切り、又は円錐ホブを用いた創成歯切りにより歯切り加工されている。

熱処理工程Ｓ２は、浸炭焼入れを行う。第１中間ギヤを、例えば９００〜９５０℃の温度範囲に加熱し、１．５〜４時間保持して浸炭及び拡散処理を行う。その後、８５０℃まで温度を下げて所定時間温度を保持した後、２００〜２５０℃のソルトバスに所定時間浸漬させて焼入れを行って第２中間ギヤを形成する。尚、この焼入れ後、１３０〜１７０℃の温度範囲で１〜２時間保持した後、空冷する焼き戻しを行うことで、第２中間ギヤの圧縮残留応力を更に高めることも可能である。

第１ショットピーニング工程Ｓ３は、歯面に対する圧縮残留応力の付与によって表面に硬化層形成することを主目的としたショットピーニングを行う。第２中間ギヤの外周位置に、ショットピーニング装置（図示略）を配置している。第２中間ギヤを軸心回りに回転させながら投射材として鋼球粒子を歯及び歯底に向かって投射し、第３中間ギヤを形成する。

投射条件は、例えば、粒径が略同じに揃った鋼球粒子の平均直径が０．１〜１．０ｍｍ、鋼球粒子の硬度が６００〜８００ＨＶ、投射速度が５０〜１００ｍ／ｓｅｃに設定されている。鋼球粒子の平均直径が０．１ｍｍ未満では圧縮残留応力の付与は僅かであり、１．０ｍｍ超では、歯面粗さが大きくなるためである。尚、投射速度を５０〜６０ｍ／ｓｅｃのコンベンショナルショットと、５０〜１００ｍ／ｓｅｃのハードショットの２段ショットピーニングにしても良い。

ラッピング工程Ｓ４は、ラップ盤（図示略）を用いてラッピング加工を行う。このラッピング工程Ｓ４では、粒径が略揃った平均直径が１４μｍ以下の微細砥粒を用いて、浸炭焼入れ後の第３中間ギヤの焼入れ歪を除去すると共に、第３中間ギヤのピニオンギヤ１１とリングギヤ１２との噛合わせを滑らかにするための精研磨加工を実行し、第４中間ギヤを形成する。平均直径が１４μｍを超える砥粒を用いる場合、この後の第２ショットピーニング工程Ｓ５にて筋目状の加工痕を除去することが難しく、それ故、別途、後工程で精研磨加工が必要になるためである。

ラップ盤は、例えば、第３中間ギヤのピニオンギヤ１１（ドライブピニオン）を回転自在に保持するピニオンギヤ保持手段と、回転軸が第３中間ギヤのピニオンギヤ１１の回転軸に交差するように配置され且つリングギヤを回転自在に保持するリングギヤ保持手段と、基台上においてリングギヤ保持手段を前後上下左右方向に移動可能なリングギヤ移動手段と、基台上において揺動中心回りにピニオンギヤ保持手段を水平方向に揺動可能なピニオンギヤ移動手段と、砥粒と加工液から構成されたラップ剤を第３中間ギヤの噛合い歯面に供給する供給手段と、制御手段等を備えている（何れも図示略）。ラップ盤の構成は公知であるため、詳細な説明を省略する。

制御手段は、ピニオンギヤの回転速度（ｒｐｍ）、伝達トルク、揺動幅、サイクル数、サイクル時間等の加工条件に基づきラッピング加工を実行する。１サイクルは、ラップ盤の動作により第３中間ギヤの歯当りが歯幅全体を歯筋方向に往復移動（オシレーション）して元の位置に戻るまでの移動行程であり、サイクル時間は、設定されたサイクル数を実行するために要する時間である。

砥粒の大きさに関わらずラッピング工程Ｓ４の要する処理時間を略同等にするため、砥粒の直径をＲ（μｍ）、ピニオンギヤの回転速度Ｎ（ｒｐｍ）としたとき、次の（１）式の関係が成立している。
３３０００≦Ｒ×Ｎ≦５００００ …（１）
３３０００未満の場合、量産性を確保することができず、５００００を超える場合、加工精度を確保することができないためである。本実施例では砥粒の平均直径が１４μｍ、回転速度２４００ｒｐｍ、伝達トルクが１．０ｋｇｍに設定され、砥粒の平均直径が４０μｍ、回転速度１２００ｒｐｍ、伝達トルクが１．０ｋｇｍを条件としたラッピング加工と略同等の加工量を確保している。

第２ショットピーニング工程Ｓ５は、投射材として粒径が略揃った平均直径が１６０μｍ以下の鋼球粒子を用いて第４中間ギヤにショットピーニングを行い、ハイポイドギヤ１０の完成品を得る。第４中間ギヤには、ラッピング工程Ｓ４の砥粒の圧着による歯筋方向に延びる筋目状の加工痕が形成されている。そこで、第２ショットピーニング工程Ｓ５では、ラッピング工程Ｓ４で生じた加工痕を除去して歯面粗さを改善すると共に、歯面上に潤滑油を保持可能なディンプルを形成し、且つその圧縮残留応力による歯面強度の向上を図ることを目的としている。

平均直径が１６０μｍを超える鋼球粒子を用いた場合、歯面粗さを０．８μｍに抑えることが難しく、しかも、ショットピーニングにより形成されたディンプル内に潤滑油を保持する潤滑油保持機能を十分に発揮することができない。本実施例では、鋼球粒子の平均直径を１６０μｍに設定し、第１ショットピーニング工程Ｓ３と同様に鋼球粒子の硬度は６００〜８００ＨＶ、投射速度は５０〜１００ｍ／ｓｅｃであって好ましくは５０〜６０ｍ／ｓｅｃに設定している。

第２ショットピーニング工程Ｓ５における投射装置による投射材の投射軸は、ハイポイドギヤ１０の正転時に噛合う歯面、即ちピニオンギヤ１１の凹歯面及びリングギヤ１２の凸歯面に対して効率的に投射できるように設定している。例えば図４（ａ），（ｂ）に示すように、ピニオンギヤ１１には、その円錐台形状の側面部である円錐面部１１ａに左捩じれ形状の複数の歯が形成されている。ここで、捩じれ方向は、歯筋に沿って小径側から大径側に向かうときに円錐面部の母線から離れる方向であり、歯筋が母線から時計回り（右回り）方向に離れる場合を右捩じれ、反時計回り（左回り方向）に離れる場合を左捩じれと言う。尚、ピニオンギヤが右捩じれ、リングギヤが左捩じれのハイポイドギヤであってもよい。

ピニオンギヤ１１に対しては、ピニオンギヤ１１の側面視（円錐台の側面視）にて円錐台の母線ＧＬｐ（側面視にて投影される円錐面部１１ａの輪郭線）に直交又は略直交するように投射装置２０の投射軸Ｐｐの角度を設定する。これと同時に、ピニオンギヤ１１の軸心Ａｐの方向から見て（円錐台の軸心方向視において）、投射軸Ｐｐが直交するように設定した母線ＧＬｐ側で、その母線ＧＬｐとピニオンギヤ１１の軸心Ａｐ（円錐台の軸心）を含む平面に平行に、且つその平面から、ピニオンギヤ１１の歯の捩じれ方向と反対側にそのピニオンギヤ１１の大径側半径Ｒｐ（円錐台の大径側半径）の半分（Ｒｐ／２）だけ離れた円錐面部１１ａの母線方向幅（円錐面部１１ａの幅）の中央ＣＷｐを通るように、投射軸Ｐｐを設定する。この設定された投射軸Ｐｐの延長線は、ピニオンギヤ１１の軸心方向視にて、母線ＧＬｐとピニオンギヤ１１の軸心Ａｐを含む平面に直交する方向のピニオンギヤ１１の大径側半径Ｒｐの中央を通る。

一方、図５（ａ），（ｂ）に示すように、リングギヤ１２には、その円錐台形状の側面部である円錐面部１２ａに右捩じれ形状の複数の歯が形成されている。このリングギヤ１２に対しては、リングギヤ１２の側面視（円錐台の側面視）にて円錐台の母線ＧＬｒ（側面視にて投影された円錐面部１２ａの輪郭線）に直交又は略直交するように投射材の投射軸Ｐｒの角度を設定する。これと同時に、リングギヤ１２の軸心Ａｒから見て（円錐台の軸心方向視において）、投射軸Ｐｒが直交するように設定した母線ＧＬｒ側で、その母線ＧＬｒとリングギヤ１２の軸心Ａｒ（円錐台の軸心）を含む平面に平行に、且つその平面から、リングギヤ１２の歯の捩じれ方向にそのリングギヤ１２の大径側半径Ｒｒ（円錐台の大径側半径）の半分（Ｒｒ／２）だけ離れた円錐面部１２ａの母線方向幅（円錐面部１２ａの幅）の中央ＣＷｒを通るように、投射軸Ｐｒを設定する。この設定された投射軸Ｐｒの延長線は、リングギヤ１２の軸心方向視にて、母線ＧＬｒとリングギヤ１２の軸心Ａｒを含む平面に直交する方向のリングギヤ１２の大径側半径Ｒｒの中央を通る。

このように夫々設定された投射軸Ｐｐ，Ｐｒに沿って投射材を夫々投射するときには、ピニオンギヤ１１及びリングギヤ１２をそれらの軸心Ａｐ，Ａｒ周りに夫々回転させながら投射する。このとき、投射距離が長くなるほど円錐状に広がる投射材の投射範囲に、ピニオンギヤ１１の円錐面部１１ａの母線方向幅が収まるように投射距離Ｌｐを設定し、リングギヤ１２の円錐面部１２ａの母線方向幅が収まるように投射距離Ｌｒを設定する。

次に、上記ハイポイドギヤの製造方法の作用、効果について説明する。作用、効果の説明に当り、第１〜第３の検証を行った。

第１の検証は、ラッピング工程Ｓ４で生じた筋目状の加工痕のショットピーニングによる除去について確認した。検証手順は、第３中間ギヤに＃３２０、＃５００、及び＃８００の砥粒を用いて夫々ラッピング加工を行った３種類の第４中間ギヤに対して、粒径が異なる４種類（５０μｍ，９０μｍ，１６０μｍ，１９０μｍ）の鋼球粒子を用いて第２ショットピーニング工程Ｓ５を行い、筋目状の加工痕の除去確認を行った。第２ショットピーニング工程Ｓ５において、図６（ａ），（ｂ）、図７（ａ），（ｂ）のように、第４中間ギヤのピニオンギヤ１１、リングギヤ１２に対して、軸心Ａｐ，Ａｒに交差し且つ円錐台面の母線に直交する投射軸Ｐｐ１、Ｐｒ１に沿って、投射範囲内に円錐面部の幅が収まる投射距離且つ上記投射速度で鋼球粒子を夫々投射した。尚、＃３２０は平均直径４０μｍ、＃５００は平均直径２５μｍ、及び＃８００は平均直径１４μｍの砥粒であり、砥粒径以外の処理条件は同じである。

図８の検証結果に示すように、＃３２０及び＃５００の砥粒を用いたラッピング加工を行った場合、第４中間ギヤに形成された加工痕が大きいため、何れの粒径の鋼球粒子であっても、加工痕を除去することは困難であった。一方、＃８００の砥粒を用いたラッピング加工を行った場合、平均直径５０μｍ及び１６０μｍの鋼球粒子を用いた第２ショットピーニング工程により＃３２０及び＃５００の砥粒による加工痕よりも除去が容易であった。

以上により、少なくとも、＃８００の平均直径１４μｍの砥粒を用いたラッピング加工を行った場合、平均直径が１６０μｍ以下の鋼球粒子を用いたショットピーニングによって筋目状の加工痕を除去可能であることが確認された。尚、製造公差等の生産性の観点から、平均直径１６０μｍの鋼球粒子は、平均直径５０μｍの鋼球粒子よりも供給安定性が高い。

第２の検証は、製造方法及び製造工程が異なる３種類のハイポイドギヤＡ〜Ｃを製造し、各々の噛合摩擦損失（％）を比較した。ハイポイドギヤＡは、歯切り工程Ｓ１〜第１ショットピーニング工程Ｓ３まで本実施例と同じ加工がなされ、ラッピング工程Ｓ４で＃３２０の砥粒（平均直径４０μｍ）を使用し、第２ショットピーニング工程Ｓ５を省略してリューブライト処理工程を行った。ハイポイドギヤＢは、歯切り工程Ｓ１〜ラッピング工程Ｓ４まで本実施例と同じ加工がなされ、第２ショットピーニング工程Ｓ５で平均直径が５０μｍの鋼球粒子を使用し、第４中間ギヤに対して図６（ａ），（ｂ）、図７（ａ），（ｂ）のように軸心Ａｐ，Ａｒに交差し且つ円錐台面の母線に直交する投射軸Ｐｐ１、Ｐｒ１に沿って、投射範囲内に円錐面部の幅が収まる投射距離且つ上記投射速度で鋼球粒子を夫々投射した。ハイポイドギヤＣは、歯切り工程Ｓ１〜ラッピング工程Ｓ４まで本実施例と同じ加工がなされ、第２ショットピーニング工程Ｓ５で平均直径が１６０μｍの鋼球粒子を使用し、第４中間ギヤに対して図６（ａ），（ｂ）、図７（ａ），（ｂ）のように軸心Ａｐ，Ａｒに交差し且つ円錐台面の母線に直交する投射軸Ｐｐ１、Ｐｒ１に沿って、投射範囲内に円錐面部の幅が収まる投射距離且つ上記投射速度で鋼球粒子を夫々投射した。この第２ショットピーニング工程Ｓ５では、第１の検証の結果から加工痕除去可能と見積もられた投射時間で鋼球粒子を投射した。

図９に示す第２の検証の結果によれば、ハイポイドギヤＡの歯面粗さが０．９８μｍであり、噛合摩擦損失が４．４％であった。このハイポイドギヤＡには、筋目状の加工痕が確認された。ハイポイドギヤＢ，Ｃは、共に歯面粗さが０．８μｍ以下であり、噛合摩擦損失が夫々２．２％，３．４％であった。また、ハイポイドギヤＢ，Ｃには、共に筋目状の加工痕が確認されなかった。これにより、第２ショットピーニング工程Ｓ５の鋼球粒子の平均直径が１６０μｍ以下の場合、噛合摩擦損失が改善されることが確認された。しかも、平均直径が小さい程、噛合摩擦損失の改善効果が高いことが判明した。

第３の検証は、歯切り工程Ｓ１〜ラッピング工程Ｓ４まで本実施例と同じ加工がなされた第４中間ギヤに対し、第２ショットピーニング工程Ｓ５の条件を変えて行った。具体的には供給安定性が高い平均直径１６０μｍの鋼球粒子を用いて、射範囲内に円錐面部の幅が収まる投射距離且つ上記投射速度で、生産性の観点から第２の検証の投射時間よりも短く設定された投射時間で、投射軸の設定を条件１〜条件３にして投射し、歯面粗さ等を比較した。

条件１は、図６（ａ），（ｂ）、図７（ａ），（ｂ）に示すように、第４中間ギヤに対して、軸心Ａｐ，Ａｒに交差し且つ円錐面部の母線に直交する投射軸Ｐｐ１，Ｐｒ１に沿って夫々投射した。条件２は、図１０（ａ），（ｂ）、図１１（ａ），（ｂ）に示すように、円錐面部の幅の中央で第４中間ギヤの正回転時に噛合う歯面、即ちピニオンギヤ１１の凹歯面１１ｂ、リングギヤ１２の凸歯面１２ｂに直交するように設定した投射軸Ｐｐ２，Ｐｒ２に沿って夫々投射した。条件３は、図４（ａ），（ｂ）、図５（ａ），（ｂ）に示す投射軸Ｐｐ，Ｐｒに沿って夫々投射した本実施例の製造方法に相当する。尚、条件３は、条件１の投射軸の投射装置２０を、姿勢を維持したまま円錐台の軸心に直交する平面に平行に平行移動させたものと言うことができる。また、条件３は、条件１の投射軸の投射装置２０を、その投射軸と円錐面部の交点を中心に円錐台の軸心に直交する平面に平行に所定角度（３０°〜４５°の範囲内の角度）回転するように移動させたものと言うこともできる。

図１２に示す第３の検証の結果によれば、条件１〜３の何れも歯面粗さが０．８μｍ以下ではあるが、条件１ではラッピング工程Ｓ４の加工痕残り（ラップ加工痕残り）が確認され、条件２では、歯形崩れ（偏摩耗）が確認された。一方、条件３では、ラップ加工痕残り及び歯形崩れは確認されなかった。

第３の検証の結果を図１３〜図１５を参照して考察する。図中の破線で示す円は投射範囲、円の中央の十字は投射軸を表している。
条件１では、図１３（ａ），（ｂ）に示すように投射軸Ｐｐ１，Ｐｒ１から見たときに、ハイポイドギヤ１０の噛合う歯面（ピニオンギヤ１１の凹歯面１１ｂ及びリングギヤ１２の凸歯面１２ｂ）に対して垂直に近い大きい角度で投射材が衝突する機会が投射範囲の左側部分に限られていることがラップ加工痕残りの原因と考えられる。

条件２では、図１４（ａ），（ｂ）に示すように投射軸Ｐｐ２，Ｐｒ２から見たときに、ハイポイドギヤ１０の噛合う歯面（ピニオンギヤ１１の凹歯面１１ｂ及びリングギヤ１２の凸歯面１２ｂ）に対して垂直に近い大きい角度で投射材が衝突する機会が多い。しかし、投射装置２０に近い手前の歯に隠されてしまい投射材が衝突し難い部分ができてしまう。それ故、投射材が衝突する部分の加工が衝突し難い部分より進んで、結果的に噛合う歯面に偏摩耗が生じ、歯形が崩れたと考えられる。

条件３では、図１５（ａ），（ｂ）のように投射軸Ｐｐ，Ｐｒから見たときに、投射範囲の大部分でハイポイドギヤ１０の噛合う歯面（ピニオンギヤ１１の凹歯面１１ｂ及びリングギヤ１２の凸歯面１２ｂ）に対して垂直に近い大きい角度で投射材が衝突可能であり、その機会が条件１よりも多い。また、手前の歯に隠されて投射材が衝突し難い部分もない。それ故、ラップ加工痕残り及び歯形崩れがなかったと考えられる。

以上のように、この製造方法によれば、第２ショットピーニング工程Ｓ５で、捩じれ形状の複数の歯を有するピニオンギヤ１１とリングギヤ１２の噛合う歯面（ピニオンギヤ１１の凹歯面１１ｂ及びリングギヤ１２の凸歯面１２ｂ）に効率的に投射材を衝突させてその表面平滑性を向上することができる。そして、表面平滑性の向上と形成されたディンプルの作用によってハイポイドギヤ１０における機械抵抗が低減され、駆動力の伝達ロスが低減される。

また、第２ショットピーニング工程Ｓ５で、ピニオンギヤ１１及びリングギヤ１２を夫々軸心周りに回転させて投射材を夫々投射することにより、全ての歯の噛合う歯面（ピニオンギヤ１１の凹歯面１１ｂ及びリングギヤ１２の凸歯面１２ｂ）に対して一様に投射材を投射することができ、効率的に表面平滑性の向上を図ることができる。

ラッピング工程Ｓ４で平均の粒径が１４μｍの砥粒でピニオンギヤ１１とリングギヤ１２の噛合する歯面を研磨して、表面処理工程（熱処理工程Ｓ２と第１ショットピーニング工程Ｓ３）で生じた歯の形状歪を除去すると共に、噛合する歯面における歯面粗さを改善することができる。また、ラッピング工程Ｓ４で生じた筋目状の加工痕を直径が１６０μｍの投射材を用いた第２ショットピーニング工程Ｓ５で除去して歯面粗さをさらに改善することができると共に、歯面上に潤滑油を保持可能なディンプルを形成し且つその圧縮残留応力による歯面強度の向上を図ることができる。

ラッピング工程Ｓ４におけるピニオンギヤ１１の回転速度を２４００ｒｐｍとしたことによって、粒径が１４μｍの細かい砥粒であっても十分に研磨できる加工性と生産性を両立できる処理時間で、表面処理工程で生じた歯の形状歪を除去すると共に噛合する歯面における歯面粗さを改善することができる。

上記の製造方法により製造されたハイポイドギヤが、車両の差動装置に組み込まれた場合には、車両の動力伝達損失を低減することができ、燃費改善を図ることができる。

その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく上記実施形態に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はその種の変更形態をも包含するものである。

１０ ：ハイポイドギヤ
１１ ：ピニオンギヤ
１１ａ ：円錐面部
１１ｂ ：凹歯面
１２ ：リングギヤ
１２ａ ：円錐面部
１２ｂ ：凸歯面
２０ ：投射装置
Ｓ１ ：歯切り工程
Ｓ２ ：熱処理工程
Ｓ３ ：第１ショットピーニング工程
Ｓ４ ：ラッピング工程
Ｓ５ ：第２ショットピーニング工程（ショットピーニング工程）
Ｐｐ，Ｐｒ ：投射軸
Ｒｐ，Ｒｒ ：大径側半径
Ａｐ，Ａｒ ：軸心
ＧＬｐ，ＧＬｒ ：母線
Ｌｐ，Ｌｒ ：投射距離

Claims (5)

1. 円錐台状のピニオンギヤとリングギヤを有するハイポイドギヤの製造方法において、
   前記円錐台の側面部である円錐面部に捩じれ形状の複数の歯を形成する歯切り工程と、前記歯の表面に硬化層を形成する表面処理工程と、前記歯の表面を研磨するラッピング工程と、ショットピーニング工程を有し、
   前記ショットピーニング工程において、前記円錐台の側面視にて前記円錐台の軸心を含む平面が前記円錐面部に交差する母線に直交又は略直交する角度に設定された投射材の投射軸であって、
   前記リングギヤに対しては、その軸心方向視にて、前記母線側で前記平面に平行且つ前記平面から前記リングギヤの歯の捩じれ方向側に前記円錐台の大径側半径の半分だけ離れた前記円錐面部の母線方向幅の中央を通る前記投射軸に沿って投射材を投射し、
   前記ピニオンギヤに対しては、その軸心方向視にて、前記母線側で前記平面に平行且つ前記平面から前記ピニオンギヤの歯の捩じれ方向と反対側に前記円錐台の大径側半径の半分だけ離れた前記円錐面部の母線方向幅の中央を通る前記投射軸に沿って投射材を投射することを特徴とするハイポイドギヤの製造方法。
2. 前記ショットピーニング工程において、前記ピニオンギヤ及び前記リングギヤをそれらの軸心周りに回転させながら投射材を夫々投射し、
   投射材の投射範囲に、前記ピニオンギヤ又は前記リングギヤの前記円錐面部の母線方向幅が収まるように投射距離が設定されたことを特徴とする請求項１に記載のハイポイドギヤの製造方法。
3. 前記ラッピング工程において、粒径が１４μｍの砥粒を用いて前記ピニオンギヤと前記リングギヤを噛合させた状態で前記ピニオンギヤをその軸心周りに回転させて互いの歯の表面を研磨し、
   前記ショットピーニング工程において、直径が１６０μｍの投射材を投射することを特徴とする請求項１又は２に記載のハイポイドギヤの製造方法。
4. 前記ラッピング工程における前記ピニオンギヤの回転速度を２４００ｒｐｍとしたことを特徴とする請求項３に記載のハイポイドギヤの製造方法。
5. 前記ハイポイドギヤは、車両の差動装置に組み込まれることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のハイポイドギヤの製造方法。