JP6536492B2 - ディファレンシャル用リングギヤ - Google Patents

Description

本発明はディファレンシャル用リングギヤに係り、特に、軸方向へ突き出すボス部を介してディファレンシャルケースに取り付けられて使用されるディファレンシャル用リングギヤに関するものである。

特許文献１には、スプロケットホイールを回転軸等に取り付けるための円筒形状のボス部を絞り加工乃至は熱間鍛造加工によって成形する技術が記載されている。

特開昭６２−１４４８４２号公報

同様の技術を用いてディファレンシャル用リングギヤにボス部を加工することが考えられる。その場合に、未だ公知ではないが、ボス部によってピニオンシャフトを支持するために、ボス部の高さ寸法（軸方向長さ）を大きくすると、素材中央部分のボリューム不足で肉厚が薄くなり、必要強度を確保することが難しい。肉厚の減少を考慮して素材の板厚を厚くすることが考えられるが、全体の重量が大きくなるだけでなく、大きな成形荷重が必要で加工設備が大掛かりになる。

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、ピニオンシャフトを支持できる高さ寸法で且つ所定の肉厚を有するボス部を比較的小さな成形荷重で加工できるようにすることにある。

本発明は、中央穴を有する円環状板部と、その円環状板部の外周部分に設けられたギヤ部とを有し、ディファレンシャルケースに一体的に取り付けられて使用されるディファレンシャル用リングギヤにおいて、(a) 前記円環状板部の内周縁には、軸心に対して対称位置の２箇所に軸方向へ突き出すように曲げられた一対のボス部が設けられており、その一対のボス部を介して前記ディファレンシャルケースの外周側に一体的に取り付けられるとともに、(b) 前記一対のボス部はピニオンシャフトを支持できる高さ寸法を有し、そのピニオンシャフトの両端部を支持する支持部を備えていることを特徴とする。

このようなディファレンシャル用リングギヤにおいては、軸心に対して対称位置の２箇所に一対のボス部が分離して設けられているため、曲げ加工を主体として比較的小さな成形荷重でそのボス部を設けることができる。また、一対のボス部に素材中央部分のボリュームを分配できることから、ピニオンシャフトを支持できる高さ寸法を有するボス部を十分な肉厚で成形することが可能で、必要強度を適切に確保できる。更に、ディファレンシャル用リングギヤのボス部にピニオンシャフトを直接固定できるため、ディファレンシャルケースの必要強度が低減され、そのディファレンシャルケースの肉厚を薄くすることにより、ディファレンシャル装置全体の軽量化やコストダウンを図ることができる。

本発明の一実施例であるディファレンシャル用リングギヤを有する車両用のディファレンシャル装置の要部を説明する断面図である。 図１のディファレンシャル用リングギヤを単独で示した斜視図である。 図２のディファレンシャル用リングギヤの製造方法を説明する工程図である。 従来技術を用いてボス部を成形する場合のボス高さの限界とボス厚み比との関係を示したグラフである。 従来技術を用いてボス部を成形する場合と本実施例との材料歩留りの違いを比較して示した図である。 従来技術を用いてボス部を成形する場合と本実施例との成形荷重の違いを比較して示した図である。

本発明は車両用のディファレンシャル装置のリングギヤに好適に適用されるが、車両用以外のディファレンシャル装置のリングギヤにも適用され得る。外周部分に設けられるギヤ部は、はすば歯車や平歯車等の円筒歯車でも良いし、ハイポイドギヤや傘歯車などでも良い。このギヤ部は、転造加工や歯切り加工などで円環状板部の外周部分に一体に設けることが望ましいが、別体に構成された歯車部品を一体的に固設しても良い。

一対のボス部は、例えばディファレンシャルケースの外周面に対応して湾曲させられ、該ディファレンシャルケースの外周側に嵌合されて溶接等により一体的に固設されるが、互いに平行な平板状のボス部を採用することもできる。必要に応じてディファレンシャルケースの外周面に、ボス部取付用の平坦面を設けるようにしても良い。また、これ等のボス部は、プレスによる曲げ加工を主体として成形されるが、必要に応じて鍛造加工を併用することにより、その肉厚を適当に調整することができる。すなわち、円筒状ボス部の従来技術では、ピニオンシャフトを支持できる高さ寸法を確保しつつ、ボス部の肉厚ｔを円環状板部の板厚Ｔに対して０．４５Ｔ以上にすることは困難であったが、本発明では０．４５Ｔ以上にすることも容易に可能で、円環状板部と略同じ肉厚ｔ＝Ｔでボス部を成形することもできるし、肉厚ｔを板厚Ｔよりも大きくすることも可能である。但し、本発明の実施に際しては、０．４５Ｔよりも薄い肉厚ｔのボス部を設けることもできる。

以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において、図は説明のために適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。

図１は、車両用のディファレンシャル装置１０の要部を説明する断面図で、サイドギヤおよびピニオンギヤを省略した図である。このディファレンシャル装置１０は、本発明の一実施例であるディファレンシャル用リングギヤ１２（以下、単にリングギヤ１２という）およびディファレンシャルケース１４を備えて構成されており、ディファレンシャルケース１４の外周側にリングギヤ１２が略同心に組み付けられて一体的に固設されている。ディファレンシャルケース１４は、軸心Ｓと同心に円筒形状のギヤ収容部１５を備えており、そのギヤ収容部１５の内部に図示しないサイドギヤおよびピニオンギヤが収容されるようになっている。また、一対のピニオンギヤを回転可能に支持するピニオンシャフト１６が、軸心Ｓに対して直交する姿勢で配設されているとともに、そのピニオンシャフト１６の両端部は一対の挿通孔１８内を通ってそれぞれギヤ収容部１５の外部に突き出している。このディファレンシャルケース１４は、必要に応じて２以上に分割した複数の部材にて構成される。軸心Ｓは、互いに略同心に組み付けられるリングギヤ１２およびディファレンシャルケース１４の共通の軸心である。

図２は、リングギヤ１２を単独で示す斜視図で、中央穴２４を有する円環形状の平坦な円環状板部２０と、その円環状板部２０の外周側に一体に設けられたギヤ部２２とを有する。ギヤ部２２には、本実施例でははすば歯車が設けられている。円環状板部２０の中央穴２４の周縁部であって、軸心Ｓに対して対称位置の２箇所には、軸心Ｓと平行に軸方向へ突き出すように曲げられた一対のボス部２６が軸心Ｓに対して対称的に設けられている。ボス部２６は、ディファレンシャルケース１４のギヤ収容部１５の外周面に対応して湾曲させられた円弧形状を成しており、そのギヤ収容部１５の外周側に嵌合されて溶接等により一体的に固設される。一対のボス部２６は、ピニオンシャフト１６を支持できる高さ寸法（ボス高さ）Ｌを有するとともに、そのピニオンシャフト１６の両端部を支持する支持部として、ピニオンシャフト１６の端部が嵌合される取付穴２８が設けられており、ピニオンシャフト１６はその取付穴２８に圧入或いは溶接等により一体的に固設される。この取付穴２８を設けるために、ボス高さＬは例えば５０ｍｍ以上に定められ、本実施例では約５０ｍｍである。前記挿通穴１８は、ピニオンシャフト１６よりも大径で、ピニオンシャフト１６はその挿通穴１８内を遊びを持って挿通させられるようになっている。

ここで、上記ボス部２６は、曲げ加工を主体として、本実施例では鍛造成形を併用して成形される。車両用のディファレンシャル装置１０の場合、一対のボス部２６を介して比較的大きなトルクが伝達されることから、そのボス部２６の肉厚ｔは、円環状板部２０の板厚Ｔに対して０．４５Ｔ以上に設定され、本実施例では約０．６Ｔとされている。すなわち、本実施例のリングギヤ１２は、例えば図３に示されるように、(a) に示す所定の板厚の円板状素材３０を用いて、(b) の穴明け工程や、(c) の切り曲げ鍛造工程、(d) の縮径増肉鍛造工程等を経て製造され、(c) の切り曲げ鍛造工程でボス部２６が成形される。図３の(a) 〜(d) の各図は、ボス部１６の成形部分で破断した半割体の斜視図で、図示しない反対側（手前側）も対称形状を成している。なお、この図３に示す製造方法はあくまでも一例であり、少なくともボス部２６を曲げ加工を主体として成形する他の種々の製造方法を採用できる。

図３の(a) の円板状素材３０は、例えば丸棒鋼を切断するなどして製作することができる。この円板状素材３０の板厚は、最終製品であるリングギヤ１２の円環状板部２０の板厚Ｔと略同じ寸法で、必要強度に応じて適宜定められる。円板状素材３０の径寸法は、(d) の縮径増肉鍛造を考慮して、最終製品であるリングギヤ１２のギヤ部２２の外径よりも大きい寸法に設定される。(b) の穴明け工程では、ボス高さＬや肉厚ｔを確保できるボリュームを残すように、中央部分に抜き穴３２が設けられる。この抜き穴３２は、切削加工やレーザー加工等によって設けられる。

(c) の切り曲げ鍛造工程では、ボス部２６の外周面形状に対応する成形穴が設けられたダイス、およびボス部２６の内周面形状に対応する外周面形状のパンチを用いて、プレスにより一対のボス部２６を同時に切り曲げ加工する。本実施例では、ボス部２６の両側部をせん断しつつ曲げ加工を行なうが、例えば(b) の穴明け工程などで両側部に切り込みやスリットなどを入れておいても良い。また、ダイスとパンチとの間の成形寸法は肉厚ｔと同じで、曲げ加工と同時に板厚Ｔから肉厚ｔ（＝０．６Ｔ）になるように鍛造成形され、ボス高さＬを有する肉厚ｔのボス部２６が成形される。(d) の縮径増肉鍛造工程では、円板状素材３０の外周面に成形ローラ等を押圧して塑性変形させることにより、板厚Ｔよりも厚肉のギヤ加工部３６を鍛造成形する。この厚肉のギヤ加工部３６を成形する際に、成形ローラなどで円環状板部２０側からも余肉を外周側へ押し出すことが可能で、その場合には円環状板部２０の板厚Ｔよりも厚い板厚の円板状素材３０を用意すれば良い。そして、上記ギヤ加工部３６に、転造加工や歯切り加工などではすば歯車を加工するとともに、切削加工やプレスによる打抜き加工等によって一対のボス部２６に取付穴２８を設けることにより、目的とするリングギヤ１２が得られる。

このような本実施例のリングギヤ１２においては、軸心Ｓに対して対称位置の２箇所に一対のボス部２６が分離して設けられているため、曲げ加工を主体として比較的小さな成形荷重でそのボス部２６を設けることができる。また、一対のボス部２６に素材中央部分のボリュームを分配できることから、ピニオンシャフト１６を支持できるボス高さＬを有するボス部２６を十分な肉厚ｔで成形することが可能で、必要強度を適切に確保できる。

また、リングギヤ１２のボス部２６にピニオンシャフト１６を直接固定できることから、ディファレンシャルケース１４の必要強度が低減され、ギヤ収容部１５等の肉厚を薄くすることにより、ディファレンシャル装置１０全体の軽量化やコストダウンを図ることができる。

因みに、絞り加工を主体として円筒形状のボス部を成形する従来技術の場合、ボス部の内径寸法を１００ｍｍとして、素材のボリューム（体積）に基づいてボス高さＬの限界値とボス厚み比（ｔ／Ｔ）との関係を計算すると、図４に示す結果が得られた。この図４から、ボス厚み比（ｔ／Ｔ）が０．４５以上になるとボス高さ限界値が５０ｍｍを下回るようになる。言い換えれば、ピニオンシャフト１６を支持するために必要なボス高さＬ＝５０ｍｍを確保しようとすると、ボス厚み比（ｔ／Ｔ）が０．４５よりも小さくなり、ボス部の肉厚ｔが薄くなって必要強度が得られなくなる。これに対し、本実施例ではボス高さＬが５０ｍｍの場合でもボス厚み比（ｔ／Ｔ）を０．６程度とすることが可能で、必要強度に十分な肉厚ｔを確保することができる。

また、熱間鍛造加工によってボス高さＬが約５０ｍｍで、ボス厚み比（ｔ／Ｔ）が０．６程度の円筒形状のボス部を成形する場合と比較すると、材料歩留りについては、図５に示すように約１４％向上した。成形荷重については、図６に示すように約８０％低減され、製造設備を大幅に簡略化してコストダウンを図ることができる。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

１２：ディファレンシャル用リングギヤ １４：ディファレンシャルケース １６：ピニオンシャフト ２０：円環状板部 ２２：ギヤ部 ２４：中央穴 ２６：ボス部 ２８：取付穴（支持部） Ｓ：軸心 Ｌ：ボス高さ（高さ寸法）

Claims (1)

1. 中央穴を有する円環状板部と、該円環状板部の外周部分に設けられたギヤ部とを有し、ディファレンシャルケースに一体的に取り付けられて使用されるディファレンシャル用リングギヤにおいて、
   前記円環状板部の内周縁には、軸心に対して対称位置の２箇所に軸方向へ突き出すように曲げられた一対のボス部が設けられており、該一対のボス部を介して前記ディファレンシャルケースの外周側に一体的に取り付けられるとともに、
   前記一対のボス部はピニオンシャフトを支持できる高さ寸法を有し、該ピニオンシャフトの両端部を支持する支持部を備えている
   ことを特徴とするディファレンシャル用リングギヤ。

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