JPH02224919A - リングギヤとその製作方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は一般的にはリングギヤを製作するための改良さ
れた方法に関し、特に、リングギヤが作られる金属の焼
ならし、あるいは微構造の調整を、好都合にも不必要と
するやり方で回転工具により切削される鍛造および／ま
たは荒削りの歯を有するリングギヤ牽製作するための改
良された方法に関する。

［従来の技術］ 以前から、車軸に回転駆動軸からトルクを伝達するため
の車輌用差動装置にリングギヤが用いられており、重量
トラックの差動装置では１８ｉｎ［４５，７ｃｍ）以上
にも及ぶピッチ径を有するものが普通である。

特徴的に大きなサイズとそのような用途の重大性の故に
、リングギヤに強度と耐久性を与えるために、鋳物でな
く鍛造鋼からリングギヤを作るのが普通である。

例えは、本発明の譲受人に譲渡され、その開示内容が引
用によって本明細書に取り込まれている米国特許筒４．
７６１．８６７号に開示されているように、機能表面に
対して望まれる仕上げ寸法から約０．０７０　ｉｎ　（
１，７８ｍｍ１未満の値にまで歯を形成し得るという意
味の「ニヤネット」鍛造が可能な所まで、リングギヤを
含む歯車の鍛造技術がここ数年の間に進歩した。

本発明が関係するリングギヤは、歯車の中心回転軸線の
回りに円周方向に等間隔に配置されて軸線と鋭角をなす
方向に向く、当業者にとって公知のマガリバカサ歯車型
式かハイポイド型式かどちらかの複数の歯を有する。各
歯は歯の底面の対向する縁から延び、かつ、それを追従
する１対の間隔を置いて配置された側壁を有し、歯の底
面はその間に延びており、側壁は歯の底面にほぼ平行で
リングギヤの回転軸をほぼ横断する平面内で、メジアン
曲率半径（Ｒ）を有する工具径路を形成していることが
特徴である。

リングギヤの歯は特徴的にグリーソンフォーメイト（Ｇ
ｌｅａｓｏｎ　Ｆｏｒｍａｔｅｌ幾何学形状として当業
者に公知の形式を有する。つまり、歯の底面にほぼ平行
でリングギヤの回転軸線をほぼ横断する平面内でメジア
ン曲率半径ｒＲＪを有する工具径路に沿って、間に延び
る底面の対向縁から相互に角度的に遠ざかるように延び
る、真直ぐな側壁を有する歯である。

［発明が解決しようとする課題］ 今日まで、そのようなリングギヤは、直径「２Ｒ」を有
する回転板の周囲をめぐって配置され横方向に延在する
総形加工刃（歯）を特徴とする切削工具を有する特殊グ
リーソン機械を用いて、切削されてきた。最近、改良さ
れたとはいえ、そのような工具は一般に高価で、とぎ難
く、操作が遅く、特徴的に長い段取り時間を必要とする
。

リングギヤは普通、約、０５ないし、５重量％の炭素含
有量を有するＡｌ５Ｔ　８６２０Ａ、８６２２Ａ、８６
２５Ａ、８８２２Ａ、４８１７Ｈｊ；よび９３１０Ａの
ような低ないし中炭素鋼および合金鋼から鍛造される。

粒度の均一性を高め、切削すべき表面に隣接するベイナ
イト系フェライト（Ｂａｉｎｉｔｉｃ　Ｆｅｒｒｉｔｅ
ｊまたは°″ウイドマンスタツテン°°粒子構造を必ず
除去することにより切削性を高めるために、鍛造の後、
切削の前に、鍛造リングギヤを焼ならし熱処理その他の
微構造調整工程にかけることも、これまでの標準的なや
り方であった。

以上にかんがみ、従来の機械を用い、より速く、より安
価で、切削前に焼ならしその他のリングギヤ微構造調整
という従来のやり方を無くする、鍛造および／または荒
削りのリングギヤ歯を切削する方法を提供する必要性の
存在がかなり長い間、認められてきた。

よって、鍛造リングギヤの鍛造および／または荒削りさ
れた歯を切削するための改良された方法を提供すること
が本発明の一目的である。

従来の機械を用い、切削前にリングギヤを焼ならし熱処
理その他の微構造調整工程にかけるという従来のやり方
を無くする、鍛造および／または荒削りされたリングギ
ヤの歯を切削する、改良された方法を与えることが、本
発明のいま一つの目的である。

鍛造および／または荒削りされたリングギヤの歯を切削
する改良された方法によって製作されたリングギヤを提
供することが、本発明のさらにつの目的である。

［実施例］ 以下に添付図面を参叩しつつ、本発明を説明する。

第１図は本発明によって作られたリングギヤ４０を用い
る車輌用差動装置の断面図、第２Ａ図は第１図の２−２
線に沿って見たマガリハカサリングギャの図、第２Ｂ図
は第１図の２−２線に沿って見たハイポイドリングギヤ
４０の図、第３図は第１図のリングギヤ４０の１個の歯
８の斜視図、第４図は第３図の４−４線に沿って見たリ
ングギヤ歯８の断面図、第５図は従来の方法で切削中の
鍛造リングギヤ４０の概略側面図、第６図は本発明の方
法で切削中の鍛造および／または荒削りされたリングギ
ヤ４０の概略側面図、第７図は最終製品のリングギヤを
提供するための本発明の方法の一実施例の流れ図である
。

第１図において、リングギヤ４０が車輛差動装置ハウジ
ング２の中に回転自在に支承され、駆動自在に回転車軸
１０に連結され、車軸１０は当業者にとって公知の差動
歯車により他方の車軸１７に駆動自在に連結される。リ
ングギヤ４０はその周囲をめぐって円周方向に等間隔に
配置された複数の曲り歯８を有し、この歯は第２八図な
いし第４図について、より詳細に説明される。

歯８は、車輌の動力源によって回転される駆動軸４によ
り回転される小歯車７の歯６に噛み合う。このように、
リングギヤ４０のようなリングギヤは、軸４のような回
転駆動軸から車軸１０．１７のような回転車軸にトルク
を伝達する上で、重要な機能を提供する。

第２Ａ図および第２Ｂ図に示すように、高い効率で滑ら
かに、静かにトルクを伝達するために、リングギヤ４０
の歯８は小歯車７の歯６と同様に曲っていることが望ま
しい。

第２Ａ区において、リングギヤ４０は小歯車７のマガリ
バカサ歯に噛み合うマガリバカサ歯を有し、第２Ｂ図に
おいて、リングギヤ４０は小歯車７のハイポイド歯に噛
み合うハイポイド歯を有する。

リンクギヤ４０は、第２Ａ図および第２Ｂ図に示すリン
グギヤ４０の開口部２１を通して挿入される、第１図に
示す複数のポルト９によって、ハウジング２に内蔵され
る差動歯車の回転部材に取付けられる。

マガリバカサ歯車とハイポイドギヤの違いは、ギヤ４０
の回転軸線２０が第２Ａ図に示すように同一平面内で小
歯車７の回転軸線２２と横向きに交差するのに反し、ハ
イポイドギヤでは、小歯車７の回転軸線２２が、普通的
１．００−約２．０Ｏｉｎ　（約２．５４〜約５．０８
ｃｍ）の距離ｄだけ、軸線２０を含む平面から外れてい
ることである。

マガリバカサ歯車はピッチ線で、より著しい転勤係合を
相互間に生ずる傾向があり、他方、ハイポイドギヤはピ
ッチ線で、より大きな度合の滑動を相互に対して生ずる
傾向がある。近年歯車設計と潤滑の向上により、滑動接
触は、かつて程には大きな問題でなく、重量単駆動車軸
のためのハイポイドギヤが、より受は入れられ易（なっ
た。

第３区および第４図の歯８は、底面１２にほぼ平行でリ
ングギヤ４０の回転軸線をほぼ横断する平面内でメジア
ンＭの曲率半径Ｒを有する工具径路を定める底面１２の
対向する縁から、相互に角度的に離れるように延在する
１対の隔置された歯車１４゜Ｉ４°を有している。

第４図に示すように歯面１４、Ｉ４“は底面１２をほぼ
横断する平面内ては直線であるが、底面１２にほぼ平行
な平面内では曲っていることが望ましい。

このような曲りは当業者にグリーソンフォーメイト形状
として公知であり、リングギヤの設計に通例使用される
。

リングギヤを切削する従来の方法が第５図に示され、そ
こではグリーソンフォーメイト式リングギヤ切削装置の
切削工具３０が歯８を切削するのに使用されている。切
削工具本体３０は、歯の曲率半径の２倍を幾分か超える
外径を有する円板部材１６を有する。複数の円周方向に
間隔をおいて配置された総形切削バイト、つまり刃部１
８が、第５図に示すように直径２Ｒの部材１６の円周を
めぐって部材１６から横方向に延びている。

第５図のリングギヤは、荒削りまたは鍛造、望ましくは
ニヤネット鍛造された歯８を有する歯車である。総形の
バイトつまり切削刃部］８が歯に沿って進行して歯面と
底面を切削するように、切削工具３０がその回転軸線「
Ｃ」の回りに回転する。

さらに、切削している特定の歯８のみにバイト１８が係
合することを確実にするために、工具３０とリンクギヤ
４０それぞれの回転軸線が相互に対して所定の角度「α
」だけ傾斜するように、工具３０またはリングギヤ４０
のいずれかを相手に対して傾けなければならない。前の
歯の切削が完了した後、リングギヤ４０は次の歯に対し
て回転方向に割出しされる。

そこで、上述したように、従来技術のグリーソンフォー
メイト式リングギヤ切削機は、今日まで高価であって、
長い段取り時間を必要とし、刃とぎと修理が困難で高価
につく大形の円形切削工具を用いる。そのうえ、グリー
ソン機は切削用総形バイトつまり刃部な、回転軸線から
特徴的に長い距離「Ｒ」に旋回させる必要があり、切削
前に鍛造リングギヤを焼ならし熱処理その他の微構造調
整工程にかけることを実質的に強制する切削上の問題を
、今日までひき起こしている。

過去および現在の実際と異なり、歯８を定める工具径路
（上述したように、メジアン曲率半径ｒＪを有する曲っ
た進路であることができる）に沿って回転工具２４が移
動するにつれて、底面１２に投影的に交差する回転軸線
ｒ　ｒ　Ｊの回りに回転工具２４を回転させることによ
り、第６図に示す態様で鍛造および／または荒削りされ
たリングギヤを切削するために、回転工具を用いること
ができることが判った。工具２４は任意の型式の回転工
具でよいが、工具２４の運動を制御するためにテープ等
に所定のデジタル化情報を記憶させることのてきるコン
ピュータ数値制御フライス盤（ｃＮＣ）のような、当業
者に公知の自動フライス盤によって制御される回転フラ
イス削り工具であることが望ましく、また回転カーバイ
ドフライス削り工具であることがより望ましい。

工具２４は、前記のようなグリーソンフォーメイト型リ
ングギヤ歯形を与えるために、横断面内で見て直線の歯
８の歯面な切削するのに、第６図に示すような円柱形で
あることもできるが、包施形歯面のような、他の歯面形
状を与えるように、工具２４を成形することもできるこ
とは当然である。

さらに、工具２４が追跡する工具径路はハイポイド歯ま
たはマガリバカサ歯の形の何れかを与えるように曲って
いることが望ましいけれども、工具径路はリングギヤと
小歯車の間の上述した滑らかな歯の噛み合わせを与える
ために、所定の任意の工具径路であることもてきること
、さらに工具２４は回転式フライス削り工具のような加
工工具に限らず、上述したように中心回転軸線が投影的
にリングギヤの工具径路と交差する研削工具でもよいこ
とは当然である。

今日まで、グリーソン式機械に専ら限られていると考え
られた、鍛造および／または荒削りされたリングギヤを
フライス削りするために、回転式カーバイドフライス削
り工具のような回転工具を使用することができる。回転
工具が各リングギヤ歯の歯面から除去する必要のある量
が約０．０７０ｉｎ（１，７８ｍｍ１未満であるように
、歯はニヤネット鍛造されることが望ましい。

さらに、工具径路の底面に投影的に交差する回転軸の周
りに回転する回転工具を用いることで、切削される歯面
に直ぐ近接して工具の回転軸線を置くことになり、この
ことは前述のようにウィドマンスタッテン粒子構造およ
びベイナイト系フェライトを除去するための、切削前の
焼ならし熱処理その他の微構造調整工程の必要性を実質
的に無くすることが判った。

第７図は本発明による仕上げ削りされたソングギヤを製
作する方法の望ましい実施例を示し、その最も適切な段
階は、望ましくは歯が「ニヤネットＪ鍛造された状態に
、リングギヤが先ず鍛造され、次に、上述した態様で回
転工具を用いて切削され、硬化され、その後、歯の作用
平面が仕上げ研削またはラップ仕上げされ、つぎに研削
またはラップ仕上げのあとショットピーニングされて最
終検査にまわるか、あるいは場合によっては、例えば研
削またはラップ仕上げの前に、歯の歯元と歯面が先ずシ
ョットピーニングされ、その後で歯面のみが研削される
。

より具体的には、第７図の方法は、鍛造後の洗滌と機械
の記憶装置への歯車設計入力データの投入をさらに含み
、研削されたリングギヤの硬化後の検査で、その設計人
力データに対して修正の検査データ調整を行うことがで
き、そのあと、仕上げ研削またはラップ仕上げにまわさ
れる。

［発明の効果］ 第７図の方法は、切削の前に鍛造リングギヤを焼ならし
熱処理その他の微構造調整工程にかけるという従来技術
の実際と共に、従来のグリーソンフォーメイト式リング
ギヤ切削機の使用を完全に無くする。

上述したように、当業者にとって公知の適当な合金鋼か
ら、リングギヤが特徴的に作られる。鋼が高炭素鋼であ
る時は、切削作業と研削作業の間に、リングギヤ表面を
輪郭高周波焼入れすることができる。鋼が低炭素鋼であ
る時は、当業者にとって公知の標準浸炭手順によりリン
グギヤ表面を硬化させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によって作られたリングギヤ４０を用い
る車輌用差動装置の断面図、第２Ａ図は第１図の２−２
線に沿って見たマガリバカサリングギャの図、第２Ｂ図
は第１図の２−２線に沿って見たハイポイドリングギヤ
４０の図、第３図は第１図のリングギヤ４０の１個の歯
８の斜視図、第４図は第３図の４−４線に沿って見たリ
ングギヤ歯８の断面図、第５図は従来の方法で切削中の
鍛造リングギヤ４０の概略側面図、第６図は本発明の方
法で切削中の鍛造および／または荒削りされたリングギ
ヤ４０の概略側面図、第７図は最終製品のリングギヤを
提供するための本発明の方法の一実施例の流れ図である
。 ２・・・ハウジング　　　　４・・・軸６・・・歯　　
　　　　　　７・・・小歯車８・・・歯　　　　　　　
　９・・・ボルト１０・・・回転車軸　　　　　１２・
・・底面１４．１４°・・・歯面　　　　　１訃・・部
材１７・・・車軸　　　　　　　１８・・・総形切削バ
イト２０・・・回転軸線　　　　　２１・・・開口部２
２・・・回転軸線　　　　　２４・・・工具３０・・・
切削工具 ４０・・・リングギヤ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、歯の底面１２の対向する縁からそれぞれ延びる１対
   の間隔をおいて配置された歯面（１４）、（１４′）を
   有しており、前記底面は前記縁の間に延び、前記歯面は
   、歯面に沿って延びて底面にほぼ平行な平面内でメジア
   ン曲率半径（Ｒ）を有する曲った工具径路を形成してい
   る、鍛造または荒削りされたリングギヤ（４０）の歯（
   ８）を切削する方法において、工具径路を底面（１２）
   に沿って追従する間、底面に投影的に交差する中心回転
   軸線（ｒ）の回りに回転する回転工具（２４）によって
   前記歯を切削することを特徴とするリングギヤの歯を切
   削する方法。 ２、前記工具径路をほぼ横断する平面内で、前記歯面（
   １４）、（１４′）はほぼ真直ぐで、かつ前記底面１２
   から角度的に相互に離れるように延びて、前記歯８にほ
   ぼグリーソン・フォーメイト型の幾何学形状を与える請
   求項１記載の方法。 ３、少なくとも、前記回転工具（２４）による切削の前
   には焼ならしされていない金属から、前記リングギヤ（
   ４０）を作る請求項１記載の方法。 ４、前記鍛造されたリングギヤ（４０）がニヤネット鍛
   造されたリングギヤである請求項１記載の方法。 ５、複数の歯８を有し、各歯は、歯の底面１２の対向す
   る縁から延びる１対の間隔をおいて配置された歯面（１
   ４）、（１４′）を有しており、前記底面は前記縁の間
   に延び、前記歯面は、歯面に沿って延びて底面にほぼ平
   行な平面内でメジアン曲率半径（Ｒ）を有する曲った工
   具径路を形成している型式のリングギヤ（４０）を作る
   方法であって、（ａ）リングギヤの歯（８）を鍛造する
   段階（ｂ）前記曲った工具径路をそれに沿って追従しな
   がら、投影的に前記底面に交差する中心回転軸線（ｒ）
   の回りに回転する回転工具（２４）により、段階（ａ）
   の鍛造歯（８）を切削する段階 （ｃ）段階（ｂ）の歯（８）の研削またはラップ仕上げ
   の少なくとも一つを行う段階 を含むリングギヤを作る方法。 ６、段階（ｃ）の前または後に、歯（８）をショットピ
   ーニングする段階を含む請求項５記載の方法。 ７、段階（ａ）の鍛造が、ニヤネット鍛造である請求項
   ５記載の方法。 ８、段階（ａ）の鍛造と段階（ｂ）の切削の間、焼なら
   しされない金属からリングギヤ（４０）が作られる請求
   項５記載の方法。 ９、段階（ｂ）の回転工具（２４）は、各工具径路をほ
   ぼ横断する平面内で、角度的に相互に離れるように底面
   １２から延びる、ほぼ真直ぐな形態を前記歯面１４、１
   ４′に与えて、前記歯にグリーソンフォーメイト型幾何
   学形状を与えるようにされている請求項５記載の方法。 １０、前記回転工具は回転フライス削り工具である請求
   項１または５記載の方法。 １１、前記回転工具は回転研削工具である請求項１また
   は５記載の方法。 １２、前記回転工具は回転カーバイドフライス削り工具
   である請求項１０記載の方法。 １３、それぞれに、歯の底面（１２）の対向する縁から
   それぞれ延びる間隔をおいて配置された歯面（１４）、
   （１４′）を有し、前記底面は前記縁の間に延び、前記
   歯面は、歯面に沿って延びて底面（１２）にほぼ平行な
   平面内でメジアン曲率半径（Ｒ）を有する曲った工具径
   路を形成している歯（８）を有するリングギヤ（４０）
   であって、前記歯（８）は、底面（１２）に沿って曲っ
   た工具径路を追従しながら底面（１２）に投影的に交差
   する中心回転軸線（ｒ）の回りに回転する回転工具（２
   ４）により、それぞれ切削されたリングギヤ（４０）。 １４、鍛造された前記歯（８）はニヤネット鍛造歯であ
   る請求項１３記載のリングギヤ（４０）。 １５、少なくとも前記回転工具２４によって切削される
   前には焼ならしされていない金属から作られる請求項１
   ３記載のリングギヤ（４０）。 １６、前記工具径路をほぼ横断する平面内で、前記歯面
   （１４）、（１４′）がほぼ真直ぐであり、相互に角度
   的に離れるように前記底面１２から延びて、グリーソン
   フォーメイト型の幾何学形状を前記歯に与えている請求
   項１３記載のリングギヤ（４０）。 １７、前記回転工具（２４）は回転フライス削り工具で
   ある請求項１３記載のリングギヤ（４０）。 １８、前記回転工具（２４）は回転研削工具である請求
   項１３記載のリングギヤ（４０）。 １９、前記回転フライス削り工具は回転カーバイドフラ
   イス削り工具である請求項１７記載のリングギヤ（４０
   ）。