JPS63251128A - リングギヤを製造するための方法 - 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、リングギヤ、特に重荷重トラック駆動、車軸
のだめのハイポイド歯車、正かさ歯車、またはスパイラ
ルかさ歯車を製造するための方法に関する。特に、本発
明は浸炭熱処理後に歯外形を研摩仕上げしてリングギヤ
／ピニオンギヤのギヤセットをラッピングする必要を取
り除いたリングギヤ準鍛造品を精密に鍛造することを含
むリングギヤ全製造する方法に関する。

（従来の技術） 従来、ピニオンギヤおよびリングギヤのギヤセットを用
いる重荷重駆動車軸のための直角駆動装置は、例えば米
国特許第３２６５１７３号、第４０１８０９７号、第４
０４６２１０号、第４０５０５５４号および第４２６３
８３４号ならびに本出願人へ出願権を請渡され、そして
１９８５年８月１日に出願された米国特許願第７６１２
６２号、およびＳＡＥベーパー４８４１０８５に記載さ
れているように公知である。このようなギヤセットは普
通既知のスパイラルかさ歯車またはハイポイドギヤ型あ
るいはその変形または派生物よシなる。

少なくとも部分的に形成された歯を有するギヤ鍛造品お
よびギヤ素材を製造する鍛造方法は従来技術として良く
仰られており、特に、例えば、米国特許第５８５２７６
５号、第４０５０２８３号および第４５９０７８２号に
記載されているように差動ピニオンおよびサイドギヤの
ような相対的に小寸法のかさ歯車が知れている。

はぼ環状のリングをりングロール予備成形体からリング
ロール成形する方法も、従来技術において、例えば、米
国特許第１９７１０２７号、第１９９１４８６号、第５
２５０５７０号、第３５８２６９３号および第４０８４
４１９号および米ｌ金属協会発行の金属ハンドブック、
第８版、第５巻、第１０６〜１０７頁の「リングローリ
ング」に記載されているように既知である。

従来、相対的に大きな寸法のため、重荷重トランク用リ
ングギヤは、外径ばシおよび中心スラグを有するギヤ素
材を鍛造し、この鍛造後のギヤ素材をトリミングし、ト
リミング後のギヤ素材を焼準し熱処理し、このギヤ素材
を粗歯切りおよび仕上歯切りし、表面および取付孔を切
削加工し、浸炭熱処理し、す／グギャおよびピニオンギ
ヤをラッピングコンパウンド中で噛合せて回転してラッ
ピング作業し、次に、互ｈＩ／ｃ述結関係でのみ使用す
るようにリングギヤおよびピニオンギヤを噛合せセット
として維持する各工程からなる方法によって製造されて
いる。

（発明が解決しようとする課題） 重荷重トラック用りングギャを製造するための従来技術
の方法は長い量刑用され七おシ、リングギヤ、およびリ
ングギヤとピニオンギヤのセットがこの方法によシ製造
されてきた。

しかし、この従来方法は全く満足すべきものではなく、
使用されるビレットが仕上リングギヤに比べて相当大き
い体積を有し、これがため、望ましくないほど高い材料
費と加熱費を要し、ギヤ素材からギヤｍｆ！：切削する
作業に高す費用と時間が消費され、切削し゛て形成され
る歯は材料を変形する方法によって形成されたギヤ歯に
固有の所望の鍛流線特性を有しておらず、これがため、
材料変形によシ形成されたギヤ歯の特性を有しない。ま
た、ラッピングによシ仕上げたリングギヤ／ピニオンギ
ヤのギヤセットは噛合せ対として使用し得るだけであシ
、多数のギヤセットを噛合せ対の状態で維持するために
注意を払う必要があり、噛合せ対のリングギヤまたはピ
ニオンギヤのいずれか一方が損傷するとそのギヤセット
全体が使用できなくなるという問題があった。

材料を節約するために中空部材をロール成形したリング
から鍛造することは従来技術において既知である。しか
し、この方法は、通常、リングロール成形するための環
状予備成形体を製造するための成形作業（鍛造プレスま
たは）・ンマーによる）を素材のリングロール成形に必
要とするために、大量生産に対してのみ経済的に行なう
ことができる。材料の節約およびこれに伴なう他の節約
はこのような方法を経済的に望ましいものにするには十
分なものでなく、特に、重荷重駆動車４１１（すなわち
、重荷重トラック、荒地用建設車両等に用いられる駆動
車軸）に関連する寸法および比率の多様性および量にお
いて相対的により大きく、よシ高価なリングギヤの場合
に問題となっている。これは、従来技術による予備成形
体の製造が、大多数の他の鍛造作業と同様に、予備成形
用金型に理論的容量の１００％近くにまで光槙する必要
があるとの従来の考えがあったからであり、これがため
、異なる寸法の予備成形体のそれぞれに対して別個の金
型を必要とし、相対的に小ロットでは、材料の節約分よ
り余分の予備成形用工具およびプレスの準備が通常必要
とされていた。

（発明の概要） このようなことから本発明は、相対的に太きな寸法で小
量および重荷重！ｉＸ動車軸に関連した寸法および比率
の相対的に大きな多様性の見地において経済的に実行し
得る重荷重車両用駆動車軸のリングギヤの製造方法を提
供することによって上述した従来技術の欠点を除去まだ
は最小にするものである。本発明の方法は従来技術の方
法に比べて相当の材料およびエネルギの節減を可能にす
るものであシ、噛合せたリングギヤとピニオンギヤとの
ギヤセットを得るために噛合せるピニオンギヤと共にリ
ングギヤをラッピングし、リングギヤをラッピングした
ピニオンギヤに噛合った部品として用いるという必要性
をなくすことができる。さらに、リングロール成形した
鍛造用素材を得るためにリングロール成形すべき鍛造予
備成形体の製造に関して、異なる予備成形体のそれぞれ
に対して別個の予備成形体鍛造用金型を用いる必要をな
くすことができる。

上述のことはロールされたリング鍛造用素材からリング
ロール成形および非常に注意深く制御されたリングギヤ
準鍛造品の鍛造によってなしとげられる。

リングギヤ準鍛造品はいくつかのｔＩｉを有しない外形
表面上に機械加工がなされ、そして浸炭処理される。

浸炭熱処理後、好ましくはＣＢＮ　（立方晶形窒化朋素
）研摩材を用いて慮外形表面が研摩される。

そして、ラッピング、噛合せ対としてのラップされたギ
ヤセットのメンテナンスおよびンヨットビー二ングの各
工程が省略される。

したがって、本発明の目的は重荷重駆動車軸のリングギ
ヤを製造するための新規で改良された方法を提供するこ
とにある。

本発明の上記目的および利点は以下に示す図面に基づい
て詳細に記載された好適な実施例により明らかにされる
。

（実施例） 本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

以下の本発明の記載において、用語は参考として用いら
れており、限定することを意図するものではな−。「上
方」　「下方」、「右方」および「左方」は参照図面に
おける方向に関するものである。「内方」および「外方
」は記載される装置の幾何学的中心に向かう方向および
幾何学的中心から遠去かる方向のそれぞれに関するもの
である。上述の用語は上述の特に言及した言語およびそ
の派生語ならびに同義の外来語を含むものである。

本発明の方法およびこの方法を用いる鍛造用金型は重荷
重車両駆動車軸用リングギヤを製造するための工程の一
部を含むものである。各リングギヤ５ｃ製造するだめの
工程の主要な特徴はＡｌ５Ｉ　８６２０Ａ、８６２２Ａ
、８６２５Ａ、８８２２Ａ、４８１７Ｈおよび９５１０
Ａのような低ないし中炭素鋼および合金鋼（通常、炭素
を重量でＣＬＯ５％〜０．５％含む）からり／グギャ準
鍛造品をｒＩ督鍛造する工程を含む。ｒＡＩｓＩ」　と
は（米国鉄鋼協会）およびこれによって規定された鋼種
規格を示している。しかし、本発明の方法は特定の形式
の低ないし中炭素鋼ならびに合金鋼に限られるものでは
ない。

本明ｍ書に用いられるように、「精密鍛造」およびその
派生語は「正味部品」すなわち、鍛造したままで（熱処
理その他の非切削加工工程を受けて）使用し得る部品ま
たは「＃１ぼ正味部品」すなわち、機能表面から０．０
５Ｑインチ以下の材料除去を通常必要とする鍛造品′ｆ
：、製造し得る（即ち圧力下で加工品を塊状で変形させ
る）鍛造法を意味する。

重荷重、駆動車軸の駆動装置にリングギヤ／ピニオンギ
ヤの直角ギヤセットを用いることは従来技術において既
知である。第１図には、りングギャ１４と噛合するピニ
オンギヤ１２を備えるギヤセット１１を利用する単−減
速駆動車軸１０が示されている。差動アッセンブリ１６
は２個の継軸１８，２０を、駆動するためボルト１７に
よってリングギヤに取付けられる。ピニオンギヤ１２の
回転軸線２２はりングギャ１４（および差動アッセンブ
リ１６および駆動車軸１８゜２０）の軸線に対して実質
的に直交する。この重荷重、駆動車軸で、２速かつプラ
ネタリ−ダブル減速型の重荷重駆動車軸は従来技術にお
いて既知であり、上述した米国特許第４０１８０９７号
および第４２６５８２４号ならびに本出願人へ出願権を
譲渡され、そして１９８５年８月１日に出願された米国
特許願第７６１２６２号を参照してその詳細を知ること
ができる。

殆んどの重荷重駆動車軸は第２Ａ図および第２Ｂ図にそ
れぞれ示すようなスパイラルかさ歯車またはハイポイド
歯車型の直角リングギヤ／ピニオンギヤ駆動セットを利
用している。本発明の方法およびこれに用いる鍛造用金
型はスパイラルかさ歯車およびハイポイド歯車および／
また−はその派生物あるいは変形歯車を製造するために
用いることができる。スパイラルかさ歯車型ギヤセット
は、第２Ａ図に示すように、回転軸線２２および２４が
互に直交し、他方、第２Ｂ図に示すハイポイド歯車型ギ
ヤセントでは、軸線２２および２４が距離２６でずれて
いる。

ハイポイド歯車のずれの距離は１２〜１８インチのピン
直径のリングギヤを有するギヤセットにおいて通常的１
．００〜２．００インチである。　リングギヤ１４には
差動アッセンブリ１６および駆動ＱＪＪＪ１Ｂ、２Ｏｆ
受ける取付ボア２８とりングギャを差動アッセンブリ１
６に取付けるためのボルトおよびナツトアッセンブリ１
７を受けるための複数のボルト用円形孔３０が設けられ
ている。

既知のように、理論的ては、スパイラルかさ歯車はピッ
チラインにおいて、摺動することがなく、完全なころが
りギヤ接融を行ない、これに反し、ハイポイドギヤセッ
トはより小さくすることができるが、ピッチラインにお
ける摺動ギヤ接触の度合がより大きくなる。近年におい
ては、ギヤ設計および潤滑の改善によって、摺動接触が
過去においてほど大きな問題ではなく、重荷重、・駆動
車軸用ハイポイドギヤセットがより多く用いられるよう
になってきている。本発明は、説明を容易にするだけの
ために、スパイラルかさ歯車セットについて図示されて
おシ、理解されるように、本発明はスパイラルかぎ歯車
およびハイポイドギヤセットの両方ばかシでなくその変
形に対しても等しく゛適合される。スパイラルおよびハ
イポイドリンクギヤ／ピニオンギヤセットの特徴および
利点は上述したＳＡＥム８４１０８５を参照して知るこ
とができるように従来技術において既知である。

重荷重車両駆動車軸のりングギャ１４を製造するための
従来技術の方法の最も重要な工程を第３および３Ａ図に
ブロック線図で示す。要約すると、第３図に示す従来技
術の方法の部分は最初の加熱したビレットに予め形成さ
れた部分であシ、これは最初の変形およびトリミング作
業を備え、第３Ａ図に略図的に示す部分はトリミングし
たギヤ素材３４に後加工において金属変形を生ぜしめる
作業を示す。注目すべきことは、第３および３Ａ図に示
す従来技術の方法および第４および４Ａ図に示す本発明
の方法の両方に対し、製造される最終リングギヤ１４が
比較できうるものであシ、約４９．７５　ボンドの重量
を有することである。

従来技術の方法の金属変形部分は、ビレット準備および
加熱工程５６と、すえ込みまたはパスティング（ｂｕｓ
ｔｉｎｇ　）工程３８と、荒打ち４０と、ギヤ素材鍛造
工程２２とギヤ素材４４のトリミング工程との順次工程
を含み、これらの工程につき以下に詳細に説明する。

記述および比較の目的のため、従来技術の方法と本発明
の方法との両方によって製造すべきリングギヤ１４は約
１６−！−インチの外径で、約４９．７５ボンドの正味
重量を有する実質的に同じ仕様の単一速度リングギヤで
ある。ビレットまたはスラグ３２は適当なギヤ材料、例
えば、低炭素鋼、中炭素鋼または合金鋼の棒材から予定
寸法および形状に切り出される。次に、ビレｙ）３２は
予定の適当な鍛造温度（通常的２２５０〜２３５０″Ｆ
）に加熱される。　加熱したビレットから発生するスケ
ール（酸化）およびスケールの深さを最小にするため、
ビレットはできるだけ急速に加熱するのが好ましい。

すえ込み工程３８および荒打ち工程４０において、加熱
しｆｃ１クークビースはすえ込みされて全体としてパン
ケーキ形状のビレット４６Ｖｃされ、スケールを除去し
た後、鍛造用予備成形体４８を形成するよう荒打ち加工
される。すえ込み工程３８および荒打ち工程４０は別個
のプレスを必要とし、加工片が相対的に大きな寸法を有
するため、同時には行なわれない。ギヤ素材鍛造工程４
２では、鍛造用予備成形体４８が鍛造されてギヤ素材５
０が得られる。留意されるように、このトリミングされ
ていないギヤ素材５０は相対的に大きい中心スラグ部分
５２と相対的に大きい外側の鍛造ばり部分５４と′に有
し、この外１ｌＩｌｌ鍛造はシ部分５４は当業者におい
て既知のように鍛造金型のパーティングラインに形成さ
れる。トリミング工程４４において中心スラグ部分５２
および外側ばシ部分５４がギヤ素材から除去され、トリ
ミングしたギヤ素材５６が得られる。このギヤ素材５６
には歯が部分的にも形成されていない。

ギヤ歯が少なくとも部分的に形成されたギヤ素材５６と
同様の鍛造ギヤ素材を形成することが望ましいことは従
来技術において知られているが、重荷重駆動車軸リング
ギヤが相対的に大きな寸法を有するために、第３図に示
す従来既知の便宜的鍛造方法によって経済的に鍛造する
ことが困難であった。この理由は、例えば、すえ込みま
たはパスティング工程、予備成形体を形成する荒打ち工
程、仕上鍛造工程、トリミング工程およびギヤ歯の鍛造
工程等の含まれる工程の数が多くて加工片が熱を失なわ
れ過ぎ（すなわち、冷却され過ぎ）でギヤ歯を適正に鍛
造することができないからである。これは、従来技術に
おいて知られているように工具と接触する加工片の表面
積が相対的によシ大きいだめに特に真実である。さらに
、パスティングおよび荒打ち工程後に歯が形成される場
合には、これらの工程において発生されるスケールのた
めに表面品質が不良になる。また、相対的に低温の状態
下で加工片５６にｍｔ鍛造しようとする場合には、相対
的に大きなプレスを必要とするとともに、加工片の相対
的に低い温度で歯を鍛造するために要求される相対的に
大きい圧力によって工具が急速に損傷され、不経済とな
る。

従来技術の方法の残りまた後に金属を変形させる方式を
第５Ａ図に概略図示しており、以下により詳細に記載さ
れる以下の順次工程、すなわち、焼準し熱処理工程５８
、表面旋盤加工６０、ボルト用円形孔の穿孔工程６２、
ギヤ歯の粗切り工程６４、ギヤ歯の仕上歯切り工程６６
、加工片の浸炭熱処理工程６８、仕上機械加エフ０、ピ
ニオンギヤを噛合させることによるラッピング作業７２
および噛合せるリングギヤ／ピニオンギヤのギヤセット
ｔ−マーキングしてこのギヤセットを維持する工程７４
とを含む。

トリミングしたギヤ加工素材または加工片５６は、次に
、滉準し熱処理を受けて旋削に最適の金属組織にされる
。ギヤ材料として使用される鋼種の鍛造ギヤ鋼の焼準し
熱処理は、典型的に、加熱、均熱および／または制御冷
却作業を備える。焼準し熱処理後、焼準じギヤ加工素材
の全ての表面は旋削されて後の位置決めおよび旋削加工
のための適正表面を設ける。穿孔工程６２において、取
付用７ランジ７６に円周のボルト孔３０が穿孔される。

留意されるように、従来技術の方法についての記述およ
び本発明の方法についての記述の全体を通じて、記述を
容易にするため、未仕上加工片の部分を仕上リングギヤ
１４の部分と同じ名称および参照番号で示している。例
えば、トリミングしたギ゛ヤ素材５６の中心孔は取付ボ
ア２８と名付けているが、この中心孔を仕上りングギャ
１４の正確な寸法の取付孔とするまでにはざらに旋削加
工することが必要である。

作業６４．６６のそれぞれにおいて、加工片にギヤ歯が
粗切シおよび次の仕上歯切シ作業によって歯切シされる
。スパイラルかさ歯車、ハイポイドおよび／またはその
変形ギヤ歯の歯切り方法は従来既知であシ、グリーンン
ワークス社によって「グリーンン・ジェネレータ」の商
標名で市販の歯切り機械または、ザ・エリコム・行なう
ことができる。歯切り作業後、加工片は浸炭熱処理を工
程６８で受ける。既知のように、浸炭熱処理は加工片を
高炭素雰囲気中で加熱され（通常１６００〜１７００？
）、加工片の表面に浸炭させて表面を硬化させて仕上製
品の耐摩耗性を向上させるだめの硬い高炭素含有表面を
設ける。炭化熱処理後、硬化した加工片のボルト孔およ
び取付ボア２８．３０’ｌＨ仕上加工する。

歯切りしたギヤ歯表面は歯表面の歯切り後に熱処理を受
けるから、注意深く制御して熱処理しても、いくらかの
歪みが生じる。したがって、リングギヤ／ピニオンギヤ
のギヤセットの性能を許容し得るものとするために、す
なわち、所要の表面品質とするために、受炭したりング
ギャおよびピニオンギヤにラッピング作業工程７２を加
えることが必要である。このラッピング方法として、噛
合されるリングギヤとピニオンギヤのセットを噛合させ
、クエミレートした荷重下で回転させ、この際、噛合う
ギヤ歯にラッピング用コ／バウンドヲ噴霧する。典型的
には、ピニオンギヤの回転軸線２２をりングギャの回転
軸線２４に対して相対的に回動させてリングギヤとピニ
オンギヤの両方のギヤ歯表面の全体疋対して適当な表面
処理を行なう。ラッピング用コンパウンドとしては相対
的に微細な研摩材を潤滑剤に懸濁させたものを用いる。

一度一緒にラッピング処理した後、ラッピング処理した
リングギヤとピニオンギヤとは噛合するセットとなり、
セットとして満足すべき状態で使用可能となるだけであ
り、また、対として適正に使用または交換されるだけで
ある。したがって、噛合ったギヤセットは噛合せセット
としてマークされ、その噛合せセットの状態に維持する
よう注意することが必要である。これがため、通常には
、ギヤ製造者、車軸組立者のために使用する場所に特別
なパレットおよび容器を設けておくことが必要である。

リングギヤ／ピニオンギヤのギヤセットを噛合せ対の状
態のままでのみ維持し、利用することを必要とするため
に、当然のこととして、余分な費用がかかる。これは、
本出願人へ出願権を譲渡され１９８５年８月１日に出願
された米国特許出願第７６１２６２号に開示されている
ように共通のりングギヤ金異なる歯数のピニオンギヤと
、用い得るようなギヤセットデザインのものにおいて実
際に生じる問題である。

第４および４Ａ図は、それぞれ、重荷重車両用駆動車軸
のリングギヤを製造するだめの本発明による金属変形お
よび後金属変形部分の最も重要な工程を示す。この図示
の工程は、それぞれ後に詳細に説明する順次工程、すな
わち、ビレットの準備および加熱工程８０、リングロー
リング用予備成形体の鍛造工程８２、鍛造したリングロ
ーりング用ブランクをりングローリングする工程８４、
ギヤ準鍛造品を精密鍛造する工程８６、本発明に関連し
て用いられると予測される多くの合金には必要でないと
考えられる涜準し熱処理工程８８、半仕上機械加工作業
工程９０、浸炭熱処理９２、中心および取付孔の仕上加
工工程９４および最終ギヤ歯形の研摩工程９６を含む。

以下にさらに詳細に述べるように、重要な特徴として、
仕上ギヤ歯形の仕上研摩工程９６がリングギヤ（および
ピニオンギヤ）の最終熱処理工程９２の後に行なわれ、
これがため、歯形状が後の熱処理において変形されない
。ピニオンギヤ１２が同様の方法で製造される場合には
、後のラッピング作業工程および噛合ったピニオンギヤ
との関係でのみリングギヤを利用することが必要でなく
なる。

ビレットまたはスラグ１００は清浄にされた低炭素鋼、
中炭素鋼および合金鋼の浸炭した品質の棒加工材から予
定の寸法および形状に注意深く制御して切削される。準
備造品に対して用いるべきビレットの通常センターレス
研！Ｉまたは同様の手段での研摩によって清浄にするこ
とを必要とする従来技術の方法とは異なり、本発明によ
る方法は、リングｏ　　＋７ングエ程８４が後述するよ
うに充分なスケール除去作用を有するので、清浄にする
作業を必要としなＡ０次ンこ、ビレットまたはスラグ１
００は、第４図に示す変形作業のため、適当な温度に加
熱される。第３図に示す従来方法とは異なり、本発明方
法においては、加工片の熱損失が著しく小さくなること
が確められ、したがって、ビレットを２０００’Ｆ〜２
３００７の範囲の適当な温度にカロ熱すれば十分である
ことが見出された。また、例えば、Ａｌ５Ａ８６２０Ａ
および９３１０Ａのような上述した合金の多くの準備造
品には、＃、準し熱処理工程８８が必要でないことをイ
１■めた。経ｊ訣により明らかにされたように、上述し
たような合金のあるものでは、第４図に示す方法によっ
てほぼ正味の精密鍛造の良好な機械加工性が得られ、こ
の理由は、顕微鏡組織がポリゴナルフェライトおよびパ
ーライト等軸粒子で、望ましくないウイドマンステンテ
ン組ｆａを有しないか、あるいは極〈少量しかないから
である。粒子の太きさは全般的に微細（すなわち、ＡＳ
ＴＭスケールでｇ、ｓ、ナンバー７〜８より小）である
。さらに、リングローリング方法の固有のスケール除去
特徴の点から、準備造品の精密鍛造のためのビレットの
加熱は制御雰囲気中で行なう必要がない。

次いで、加熱したビレット１００は、工程８２において
、はぼ円環形状のトリミングしたリングローリング予備
成形体１０２に鍛造される。

工程８２によって象徴的に示されるリングローリング用
予備成形体を鍛造する状態を第５．６゜７および８図に
よりさらに詳ｈ；出に示し、以下に詳副に説明する。

工程８４において、リングローリング用予備成形体１０
２はリングローリングされてほぼ矩形断面壁の鍛造用素
材リング１０４に形成される。

このリングローりングされた鍛造用素材りング１０４は
、次に、工程８６において鍛造されてリングギヤ準鍛造
品１０６にされる。

リングギヤ準鍛造品＋０６の詳訓溝造を第１０図に拡大
して示す。以下に述べるように、ロール成形された鍛造
用素材リング１０４の高さ１０８、壁厚１１０、内径１
１２および外径１１４はリングギヤ準鍛造品１０６に対
して相対的に所定の関係にあるように要求される。ロー
ル成形した鍛造用素材１０４の寸法はまたリングロール
成形用予備成形体１０２の寸法２少なくとも部分的に決
定する。

工程８４において線図的に示されるリングロール成形方
法は従来技術において既知であり、第９図を参照して知
ることができる。而単に説明すると、リングロール予備
成形体１０２はこの内径１１８よシ僅かに小さい外径を
有する回転可能のマンドレル１１６上に置かれる。相対
的により大径のキングロール１１８が加工片の外径表酊
に接触され、回転駆動され、これにより刀ロエ片をマン
ドレルとキングロールとの間に摩擦作用により回転する
。次いで、キングロールまたはマンドレルのいずれか一
方を他方に向は押しつけて半径方向に移動して力ａ上片
にロールとマンドレルとの間で押しつぶす。リングロ−
ル成形法は従来技術において相対的例よく知られており
、例えば、上述した米国特許第４０８４４１９号、第３
３８２６９３号、第３２３０３７０号、第１９９１４８
６号および１９７１０２７号を参照して知ることができ
、また、米国金属協会発行の金属ハンドブック、第８版
、第５巻、第１０６および１０７頁の「リングローりン
グ」を参照して知ることができる。

リングロール成形法の２個の固有の特徴は考５ニジする
に１直する重要なものである。υノブロール成形中、予
備成形体の高さ１２０は実質的に増加せず、これ゛がた
め、予備成形体の高さ１２０はロール成形後の鍛造用素
材リング１０４の高さ１０８に等しい。リングロール成
形法は、固有の作用として、加工片のスケールを除去し
、これがため別個のスケール除去のためのバスティング
作業を行なう必要がなく、また、予備成形体１０２およ
びロール成形したりング１０４と工具との接触表面積が
相対的に小さく、これがため、リングロール成形法によ
れば熱損失が相対的に最小である。発生した変形熱が加
工片の温度を実際に上昇させ、これによυ次のリングギ
ヤ準鍛造を所望の鍛造温度で行なうことができる。

第４Ａ図は本発明の後加工金属変形作業の一部を示す。

上述したように、ある徳の合金は従来技術の方法の工程
５８につき説明したと同様の焼準し熱処理を必要とする
こともある。本発明で利用される合金鋼の多くはりング
ギャ準鍛造品１０６の焼準し熱処理を必要としない。

第１０図に、本発明による精密鍛造工程８６によって製
造されるリンゲギャ準鍛造品１０６を示している。第１
０図において、破線の外側に位置する準備造品の部分は
最終リングギヤ１４を製造するために除去する必要があ
る。

準備造品１０６は堆付フランジ７６にボルト用円形孔２
８が穿孔され、さらにこの取付孔２８および背面１２２
が半仕上げ加工される。ボルト用円形孔２８の穿孔工程
は従来技術の方法の工程６２と同じであるが、この取付
孔２８および背面１２２の半仕上加工はさらに機械加工
するための位置決め表面を設けるために要求される加工
である。この半仕上加工作業９０中に、準備造品１０６
の品質に依ってはすくい角および／または内端ボアにお
いていくらかの加工が要求されることもある。次に、半
仕上加工した加工片は従来技術の方法に関して記述した
工程６８と実質的に同じ浸炭熱処理９２を受ける。

浸炭熱処理工程９２の後、ボルト用円形孔３０および取
付孔２８は工程９４において仕上加工される。

次いで、工程９６において、ギヤ歯の外形の歯元および
歯・開面（１ｒｌａｎｋ　）を仕上研摩することによっ
て製造全完了する。最終歯外形の研摩は浸炭熱処理後に
行なわれるから、立方晶形窒化肋木（ＣＢＮ　）研ｊ情
材を用いて研摩するのが好ましく、これにより適切で経
済的な方法で浸炭金属表面を研摩することができる。本
発明の極めて望ましい特徴として、最終ギヤ歯形状が最
終熱処理作業後に得られ、これがため、研摩した面外形
の表面は熱処理による変形を受けることがな”ａしたが
って、同様の方法でピニオンギヤが製造される場合には
、リングギヤとピニオンギヤのラッピング作業および噛
合せギヤセットとしてラッピング後のリングギヤとピニ
オンギヤのメインテナンスが必要でなくなる。

上述したように、第４および４Ａ図に象徴的に図示した
本発明の方法は、第５および５Ａ図に示す従来技術の方
法に比較して材料、エネルギーおよび手間を相当節約す
ることができる。

例えば、実質的に同じ部品（イートン・コーポレ−７＝
１７、アクセル・アンド・）゛レーキ部門、部品番号８
６５７４　）を得るため２つの方法を比較すると、最終
製品であるリングギヤ１４はほぼ４９．７５ボンドの重
−ａｔ有する。従来技術の方法で用いたビレット６２は
約１０３ボンドの重量を有し、これに比較して、本発明
の方法で用いたビレット１００の重量は約７０ボンドで
ある。これは３０％の材料の節約を表わしていることに
なる。また、トリミングしないギヤ素材５２は約１００
〜１０２ボンド　（すなわち、ビレットの重量に比べて
除去されたスケールの重量だけ少ない）であるのに比較
して、リングギヤ準鍛造品１０６の重重は約６４ボンド
である。

したがって、明らかなように、本発明によれば、相尚低
い能力のプレスを用いることができ、これにより鍛造用
工具の使用可能の寿命を相当に増大する。さらに、リン
グ形状の鍛造用素材１０４を用Ａることにより、ばりの
ない、または、ぼり全はとんどなくした準鍛造用金′！
ｉを用いることができる。さらに、従来技術によって製
造されるトリミング後のギヤ素材５６が約７＆５ボンド
の重墓ヲ有するのに比較して本発明による準備造品１０
６の重量は約６４ボンドであり、これは従来技術の方法
の粗歯切シおよび仕上歯切り工程において除去される金
属のｉを示すものである。同様に材料の節約、百分率に
基づく節約が本発明の方法によって製造される大型およ
び小型の重荷重車両用駆動車軸のリングギヤに表われて
いる。

材料の節約に加えて、ビレットを準”、＋ｍするだめに
要するエネルギー、ビレット’ｌ加熱するだめに要する
エネルギー、鍛造エネルギー、適当るエネルギーおよび
切削ヵロエＫＪするエネルギーの合計による全エネルギ
ーの必要量は最少またはほぼ最小量となる。

また、留意されるように、従来技術の方法によって製造
されるギヤセットの多くは、浸炭した加工片における望
１しくない引張応力を除去するために浸炭熱処理後にシ
ョットピーニングその他の応力除去処理を必要とする。

本発明においては、研摩、特に、ＣＢＮ研摩により引張
応力が除去され、望ましい圧縮応力が加工片の表面に誘
起されるから、ショットピーニングその他の応力除去処
理は必要でない。

第４および１０□□□に示すように、精密鍛造したリン
グギヤの準備造品１０６の寸法に対して相対的なロール
成形後の鍛造用素材リング１０４の寸法関係は本発明方
法の理想的実施のために維持されなければならない。精
密鍛造用金型を満足すべき状態で満たし、かつ満足すべ
きリングギヤの卒鍛造品１０６　’ｌ！造するために、
ロール成形後の鍛造用素材リング１０４の高さ１０８は
鍛造用素材リング１０４の肉厚１１０の１〜４倍、好ま
しくは、１１／２〜２１／２倍の範囲とする必要がある
ことを見出した。さらに、梢＠鍛造用金型内に正しく位
置させるためには鍛造用素材１０４の内径１１２は内端
ボア１２４（また、金型のポット直径とも称される）に
実質的に等しいことが必要であシ、また、ロール成形後
の鍛造用素材リング１０４の外径１１４はリングギヤの
準備造品１０６の外径より小さくなくてはならないこと
を見出した。

従来技術において既知のように、鍛造のように金属を変
形させることによって形成されたギヤ歯の鍛ミ辷稼特性
は金属の切削作業によって形成された歯のそのｔ＋！ｆ
性に比べて遥かに望ましいものであり、これによシ曲げ
疲労その、他同様の性質に関して浸れた特性が得られる
。本発明の方法によって製造されるギヤの望着しい鍛ユ
た課は大部分が金属を変形させて歯を形成することによ
るものであると考えられる。しかし、この傾向はリング
ロール成形したギヤ鍛造用素材を用いることによって高
められるとも考えられる。

所望の形状に鍛造することによってギヤ歯に生じた鍛撓
縁はブランク５６のような無垢のフ゛ランクからｖｉミ
ラ削して製造されるギヤに比べて衝堪および疲労特性の
両方が向上される。

リングギヤの準備造品１０６を製造する精密鍛造方法は
、ばりの無いまたはぼりをほとんどなくした準鍛造用金
型を用い、これがため、リングロール成形した鍛造用素
材１０４の体積を注意采〈制御する必要がある。リング
ロール成形した鍛造用素材１０４の高さ１０８を予備成
形体の高さ１２０が決定するから、鍛造用素材にロール
成形される予備成形体の広範囲にわたりリングロール成
形装置を用いることができ、これがため、マンドレル１
１６とキングロール１１８との間の距離を制御して壁厚
１１０および直径１１４を所要に応じて変えることがで
きもしかしながら、極めて望ましいことは、各リングギ
ヤ準鍛造品１０６に対して要求される予備成形体が完全
に独特な形状でなく、また、その鍛造のため独自の金型
を必要としないことである。

本出願人の発見によれば、ロール成形したリング１０４
の高さ１０８、および鍛造した予備成形体１０２の高さ
１２０がロール成形したリングの肉＃　１１０の１〜４
培、好ましくは１１／２〜２１／２倍の範囲内による限
シ、極めて満足すべき４青密鍛造作業を行なうことがで
きる。この許容誤差および得られる実質的に円環形状の
許容し潜る予備成形体を得る独自の予備成形体鍛造用金
型キャビティの出願人の発見に基づき、予備成形体の体
積が金型の理論的最大円環形状体積の１００％〜８０％
の範囲内にある場合には、同じ金型を用いて同種の異な
る重量の予備成形体を出願人は鍛造することができた。

本発明の方法は第５図にさらに詳細に示されており、第
５図は本発明の方法の工程８０および８２をさらに詳細
に示しておシ、また、第３因は本発明の方法に用いられ
る独自の金型を示し、第７および８図は金型の理論的体
積の１００係および８０％に筐で充填された金型を示し
ている。

トリミングしたりングロール予備成形体１０２の形状は
任意の半径に沿って実質的に円形の断面を限定する実質
的に円環形状であることが好ましい。実質的に円形の断
面形状とすることは重要かつ極めて望ましいことであっ
て、この理由は、リングロール成形法が略矩形の断面形
状の壁を有するリングを形成する傾向があシ、このリン
グロール成形中に、加工材の略円形の表面は準備造品に
おいて欠陥として従来知られているフィッシュテイル（
ｆｉｓｈ−ｔａｉｌ　）　　の形成および材料が折り重
々るのを防止する傾向がある。

繰り返して記述すると、はぼ円環形状の予備成形体のほ
ぼ環状の断面はりングロール成形に際して表面を角形に
する傾向や丸味付表面が少なくて欠陥または折り重な多
部分を生じる間漬を最少にする。

第５図に示すように、本発明方法の工程８０においては
、上述したように丸い形状または角の丸い４角形のビレ
ット　１００を加熱してすえ込み加工し、工程８２ＡＫ
示すように、パンケーキ形状のビレット　１３０を形成
する。工程８２Ｂにおいて、パンケーキ形状のビレ９ト
１３０は鍛造され、得られたトリミングされていない予
備成形体１５２はほぼ円環形状またはリング形状の部分
１３４と中心またはスラグ部分１３６とを有し、この鍛
造ＴｉＣ際して用いる独自の予備成形体鍛造用金型１５
８を第３ないし８図に示す。工程８２０において、未ト
リミング予備成形体から中心スラグが除去され、りフグ
ロール成形用鍛造予備成形体１０２を得る。

予備成形体鍛造用金型１３８は鳳キャビティ１４６を形
成するよう分、Ｉｉｉ；＄４１４４で互に一緒になる上
下部分１４０および１４２を含む。型キャビティ１４６
は半径方向内方にほぼ円板形状部分１４８と、この円板
形状部分１４８から半径方向外方に延在するほぼ円環形
状部分１５０と、この円環形状部分１５０から半径方向
外方に延在する環状のほぼ三角形状のオーバーフロ一部
分１５２とを有し、このオーバーフロ一部分りほぼ円環
状部分１５０に対して正接する点から分離線に向けて半
径方向外方に延在するほぼ平坦な表面１５４によって定
められ、部分１５０と角度１５６をなしている。この角
度１５６は７５＠〜１０５＠の範囲内にある。はぼ円環
形状部分１５０の半径方向外方の境界は第３〜８図に破
線１５８で示されている。

予備成形体鍛造用金型１３８のキャビティ１４６の理論
的体積は部分１５０および１４８の体積である。キャビ
テイ１４６０円環形状部分１５０の理論的体積は部分１
５０および１４８の体積から実質的に一定の部分１４８
の体積を差引いた体積によって限定される。本発明者の
発見によれば、キャビティ　１５０の理論的体積の８０
優（第８図参照）〜１００優（第７図参照）の範囲内で
金型１３８の円環形状キャビティ１５０全充填する材料
の体漬全有する円環形状予備成形体は矩形壁リング形状
鍛造用素材を欠陥なしにリングロール成形し得る十分に
円形の断面形状の予備成形体を提供する。これは金型キ
ャビティ　１５０および１５２の形状によるもので、ビ
レット材料を押しつけて相対的になめらかな円形表面と
キャビティ　１５０の高さに等しｂ高さ１２０を有する
ほぼ環状の断面のリングを形成する傾向がある。もちろ
ん、キャビティ　１４６の円板形状部分はリングロール
成形用マンドレル１１６の外径よシ僅かに大きいリング
ロール成形用予備成形体の内径１１２に等しい直径１１
２に有する。また、留意されるように、適正な材料フロ
ーを生ぜしめるために、円板形状部分１４８の高さ１６
２はその直径１１２の約１０％とするべきである。本発
明の方法によって製造される種々のリングギヤ予備成形
体１０６のために、１個以上の予備成形金型１５８を必
要とする場合には、円板形状部分１４８の直径１１２と
厚み１６２は要求される全ての金型に対して実質的に一
定となる。

したがって、リングロール予備成形体１０２を最初リン
グ成形してリングを形成した後に精密鍛造して予定の外
径１２６、内端ボア１２４および体積ヲ有するリングギ
ヤの準備造品１０６を得るかどつかを決定するために、
既知の理論的体積および既知の高さ１２０（または、円
形断面の直径）の円環形状キャビティ部分１５０を有す
る予定の予備成形金型１５８内で鍛造する場合には、以
下の条件が満足されなければならない。すなわち、リン
グギヤの準備造品１０６の体積が円環形状のキャビティ
部分１５０の理論的体積の１００　％以下で、８０％よ
り犬で、好ましくは、８５％よυ犬であることが必要で
あり、準備造品１０６の体積に等しい体積と一キャビテ
ィ部分１５０の高さ１２０に等しい高さ１０８と、鍛造
品の内肩タア１２４にほぼ等しい内径１１２とを有する
ほぼ矩形の鍛造用ブランク１０４の外径を鍛造品の外径
１２６より小さくし、肉厚１１０と高さ１０８との関係
を適切に選定して高さが肉厚の１倍よシ小でなく、リン
グ壁の肉厚の４倍より大きくない（好ましくは、その比
が１．５〜２．５の範囲内にある）ことが必要である。

上述した条件が合う場合には、予備成形体を予定の金型
１３８内で鍛造してリングロール成形によシ満足すべき
リング形状の鍛造用素材を提供することができる。上述
の条件および範囲内で行なうことによって、複数の予備
成形体鍛造用金型を設ける必要を実質的に低減し、しか
も、梢＠鍛造によシ得られる準ギヤ鍛造品の品質を低下
させることがない。材料を半径方向内方に移動させる傾
向のあるほぼ平らな側壁を有するオーバーフロ一部分お
よび円環形状部分を特に有する金型キャビティ　１４６
の形状は本発明にとって重要である。上述したところか
ら明らかなように、本発明の方法は、重荷重駆動車軸の
リングギヤ金製造するだめの、特に、予定の寸法を有す
るリングギヤの準備造品に精密鍛造するためのリング形
状鍛造用ブランクにリングロール成形すべきリングロー
ル予備成形体？鍛造するための新規かつ極めて望ましい
方法を提供するものである。

上述したところは、本発明の好適実施例重水したに過ぎ
ず、本発明は特許請求の範囲に記載の発明の範囲内で種
々に変更を加えて実施することができることは勿論であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はりャギャ／ピニオンギヤ駆動歯車装置を利用す
る形式の典型的従来技術による重荷重駆動車軸の部分断
面図、 第２人および２Ｂ図はそれぞれ従来技術による斜面かさ
歯およびハイポイドリンクギヤ／ピニオンギヤ駆動歯車
装置の正面図、 第３および３Ａ図は重荷重車両の駆動車軸のリングギヤ
を製造するための従来技術の方法による金属の変形状７
彌および金属変形加工後の順次工程をそれぞれ示すブロ
ック線図、 第４および４Ａ図は重荷重車両１駆動車軸のリングギヤ
金製造するための本発明方法による金属の変形状態およ
び金属変形加工後の順次工糧をそれぞれ示すブロック線
図、 第５図は第４および４八図に示す方法のりングロール予
備成形工程を図示するブロック線図、第３（２）は鍛造
したリングロール成形用予備成形品を製造するために本
発明方法で用いる鍛造用金型の線図的断面図、 第７および８図は予備成形鍛造用金型キャビティの理論
的′＃積の約１００％および８５％の体積をそれぞれ有
する予備成形品の鍛造状態を示す第３図示の鍛造用金型
の拡大断面図、第９図は第４および４八図に示す方法の
リングロール成形工程を示す概略線図、 第１０図は第４図に示す方法によって製造されたほぼ最
終りングギャ鍛造品の断面図である。 １００・・・ビレット １０２・・・りフグロール成形用予備成形体１０４・・
・リング １６０・・・ビレット １３８・・・予備成形用金型 １５０・・・キャビティ ４？ｎ　出ｍ　人　　イートンコーポレーション（ほか
２名） ＦＩＧ−ｌ ′−ＦＩＧ、　９

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）重荷重駆動車軸におけるリングギヤ／ピニオンギ
   ヤのギヤセット用のリングギヤを製造する方法であって
   、 該方法が、 リングギヤ準鍛造品（１０６）を準備し、該リングギヤ
   準鍛造品の歯側面および歯元面がその後研摩によって取
   り除かれる十分な削りしろ部分を有しており、 前記歯元面および歯側面以外の前記リング ギヤ準鍛造品の表面を仕上げ機械加工（９０）し、前記
   機械加工されたワークピースを浸炭熱 処理（９２）するようにし、 前記ギヤの歯元面と歯側面を最終の仕上げ 形状に研摩（９４）する、各工程を含むリングギヤを製
   造するための方法。
2. （２）前記リングギヤ準鍛造品が低ないし中炭素鋼およ
   び合金鋼であり、研摩工具が立方晶形窒化朋素（ＣＢＮ
   ）を含む研摩材を利用することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の方法。
3. （３）前記リングギヤ準鍛造品の機械加工がその加工以
   前にいかなる熱処理も施されていない状態で行なうこと
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の方法。
4. （４）前記リングギヤがピニオンギヤとかみ合うセット
   以外に利用しうることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の方法。
5. （５）研摩作業において、０．０３０インチよりも少な
   い分だけ材料が削り取られることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項又は第２項記載の方法
6. （６）前記リングギヤの取付孔を浸炭熱処理後に機械仕
   上げ加工を行なう工程をさらに含んでなる特許請求の範
   囲第１項記載の方法。
7. （７）前記リングギヤは、その歯外形の研摩後、引張応
   力を除去するいかなる作業も行なわれないことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項、第２項、第３項および第５
   項のいずれかに記載の方法。