JP2662729B2 - リングギヤを製造するための方法 - Google Patents

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
軸のた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
含むリングギヤを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4046210号、第4
050534号および第4263834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、およびSAEペーパーNo.841085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りなる。

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
く知られており、特に、例えば、米国特許第3832763
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。

ほぼ環状のリングをリ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3230370号、第3
382693号および第4084419号および米国金属協会発行の
金属ハンドブック、第８版、第５巻、第106〜107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、重荷重トラック用
リングギヤは、外径ばり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、リングギヤおよびピニオン
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、互いに連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） 重荷重トラック用リングギヤを製造するための従来技
術の方法は長い間利用されており、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り製
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、ギヤ素材からギヤ歯を切削する
作業に高い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
料変形により形成されたギヤ歯の特性を有しない。ま
た、ラッピングにより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
り、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
またはハンマーによる）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、重荷重駆動車軸（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、より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％近くにまで充填する必要があ
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、相対的に大きな寸法で
小量および重荷重駆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たは
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
ものであり、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、歯が形成された部分以外の外
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（立方晶形窒化硼素）
研摩材を用いて歯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ショットピーニングの
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い。
「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。各リングギヤを製造するための
工程の主要な特徴はAISI8620A、8622A、8625A、8822A、
4817Hおよび9310A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0.05％〜0.5％含む）からリン
グギヤ準鍛造品を精密鍛造する工程を含む。「AISI」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。

本明細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「ほぼ正味部品」すなわち、機能表面から0.030
インチ以下の材料除去を通常必要とする鍛造品を製造し
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、リングギヤ14と噛合するピニオ
ンギヤ12を備えるギヤセット11を利用する単一減速駆動
車軸10が示されている。差動アッセンブリ16は２個の車
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はリングギ
ヤ14（および差動アッセンブリ16および駆動車軸18,2
0）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速かつプラネタリー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4263824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インチのピッチ円直径のリン
グギヤを有するギヤセットにおいて通常約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
び駆動軸18,20を受ける取付ボア28とリングギヤを差動
アッセンブリ16に取付けるためのボルトおよびナットア
ッセンブリ17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、理論的には、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
がりギヤ接触を行ない、これに反し、ハイポイドギヤモ
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
り、理解されるように、本発明はスパイラルかさ歯車お
よびハイポイドギヤセットの両方ばかりでなくその変形
に対しても等しく適合される。スパイラルおよびハイポ
イドリングギヤ／ピニオンギヤセットの特徴および利点
は上述したSAE No.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リングギヤ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
た部分であり、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
ものであり、約49.75ポ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36と、すえ込みまたはバスティング（bustin
g）工程38と、荒打ち40と、ギヤ素材鍛造工程42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 1/2インチの外径で、約49.75ポ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、ビレット32は予定の適当な
鍛造温度（通常約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
たワークピ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46にされ、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30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42では、鍛造用予備
成形体48が鍛造されてギヤ素材50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とを有し、この外側鍛造ばり部分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および外側ばり部分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
積が相対的により大きいた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に歯を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3A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、ギア歯
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、仕上機械加工70、ピニオンギヤを噛
合させることによりラッピング作業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をマーキングして
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、焼準し熱処理を受けて施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、焼準しギヤ加工素
材の全ての表面は施削されて後の位置決めおよび施削加
工のための適正表面を設ける。穿孔工程62において、取
付用フランジ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、この中心孔を仕上リングギヤ14の正
確な寸法の取付孔とするまでにはさらに施削加工するこ
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
切りおよび次の仕上歯切り作業によって歯切りされる。
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り、グリーソンワ
ークス社によって「クリーソン・ジエネレータ」の商標
名で市販の歯切り機械または、ザ・エリコム・カンパニ
ーにより「スピロマティック」の商標名で販売されてい
る歯切り機械によって歯切りを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゜F）、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
た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を仕上加
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、浸炭したリン
グギヤ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、シュ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ンパウンドを噴霧する。典型
的には、ピニオンギヤの回転軸線22をリングギヤの回転
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に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
共通のリングギヤを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た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リ
ング用ブランクをリ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
る焼準し熱処理工程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。

ここで、図４に示されるリングギヤ準鍛造品106の準
備工程についての説明を行う。ビレットまたはスラグ10
0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。準鍛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摩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、リングローリング
工程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い。次に、ビレッ
トまたはスラグ100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20
00゜F〜2300゜Fの範囲の適当な温度に加熱すれば、工程
86で歯形を鍛造するに十分であることが見出された。ま
た、例えば、AISA8620Aおよび9310Aのような上述した合
金の多くの準鍛造品には、焼準し熱処理工程88が必要で
ないことを確めた。経験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
テッテン組織を有しないか、あるいは極く少量しかない
からである。粒子の大きさは全般的に微細（すなわち、
ASTMスケールでg.z.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、準鍛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、
ほ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図によりさらに詳細に示し、以下に詳細に
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102
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。このリングローリングされた
鍛造用素材リング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106の詳細構造を第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112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
法を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。簡単に説明すると、リングロール予備
成形体102はこの内径118より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が加工片の外径表面に接触さ
れ、回転駆動され、これにより加工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
向け押しつけて半径方向に移動して加工片をロールとマ
ンドレルとの間で押しつぶす。リングロール成形法は従
来技術において相対的によく知られており、例えば、上
述した米国特許第4084419号、第3382693号、第3230370
号、第1991486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「リングローリン
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慮するに
値する重要なものである。リングロール成形中、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リ
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、これにより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、ある種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リングギ
ヤ準鍛造品106の焼準し熱処理88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
されるリングギヤ準鍛造品106を示している。第10図に
おいて、破線の外側に位置する準鍛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。

準鍛造品106は、工程90において取付フランジ76にボ
ルト用円形孔28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、準鍛造品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
歯側面（flank）を仕上研摩することによって製造を完
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、立方晶形窒化硼素（CBN）研摩材を用いて研摩す
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、研摩した歯外形の表面は熱処理に
よる変形を受けることがない。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。すなわち、以上のようにし
て製造されたリングギヤは、これと噛み合うピニオンギ
ヤとは異なるギヤセットにも利用することが可能とな
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３および3A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・
コーポレーション、アクセル・アンド・ブレーキ部門、
部品番号86374）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ポンドの重量
を有する。従来技術の方法で用いたビレット32は約103
ポンドの重量を有し、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ポンドである。これは3
0％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ポンド（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の重量は約64ポンドである。したがって、明らかな
ように、本発明によれば、相当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10
4を用いることにより、ばりのない、または、ばりをほ
とんどなくした準鍛造用金型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78.5ポンドの重量を有するのに比較して本発
明による準鍛造品106の重量は約64ポンドであり、これ
は従来技術の方法の粗歯切りおよび仕上歯切り工程にお
いて除去される金属の量を示すものである。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、ビレットを準備するために要す
るエネルギー、ビレットを加熱するために要するエネル
ギー、鍛造エネルギー、適当な切削性を得るための鍛造
後の熱処理に要するエネルギー、浸炭熱処理に要するエ
ネルギー、浸炭作業後（ラッピング）に要するエネルギ
ーおよび切削加工に要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
望ま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図に示すように、精密鍛造したリングギ
ヤの準鍛造品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
ギヤの準鍛造品106を製造するために、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、1 1/2〜2 1/2倍の
範囲とする必要があることを見出した。さらに、精密鍛
造用金型内に正しく位置させるためには、鍛造用素材10
4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り、ま
た、ロール成形後の鍛造用素材リング104の外径114はリ
ングギヤの準鍛造品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流線特性
は金属の切削作業によって形成された歯のその特性に比
べて遥かに望ましいものであり、これにより曲げ疲労そ
の他同様の性質に関して優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ましい鍛流線は大部
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
歯に生じた鍛流線はブラング56のような無垢のブランク
から歯を切削して製造されるギヤに比べて衝撃および疲
労特性の両方が向上される。

リングギヤの準鍛造品106を製造する精密鍛造方法
は、ばりの無いまたはばりをほとんどなくした準鍛用用
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の体積を注意深く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116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る。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厚110の１〜４倍、好ましく
は1 1/2〜2 1/2倍の範囲内による限り、極めて満足すべ
き精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得る予備成形体
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
示しており、また、第６図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％および80％にまで充填された金型を示してい
る。

トリミングしたリ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り、このリン
グロール成形中に、加工材の略円形の表面は準鍛造品に
おいて欠陥として従来知られているフイッシュティル
（fish−tail）の形成および材料が折り重なるのを防止
する傾向がある。繰り返して記述すると、ほぼ円環形状
の予備成形体のほぼ環状の断面はリ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
または折り重なり部分を生じる問題を最少にする。

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82Aに示すよ
うに、パンケーキ形状のビレット130を形成する。工程8
2Bにおいて、パンケーキ形状のビレット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132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、この鍛造に際して用いる独自
の予備成形体鍛造用金型138を第６ないし８図に示す。
工程82C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、リングロール成形用鍛造予備成形体10
2を得る。

予備成形体鍛造用金型138は型キャビティ146を形成す
るよう分離線144で互に一緒になる上下部分140および14
2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
バーフロー部分152とを有し、このオーバーフロー部分
はほぼ円環状部分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。ほぼ円環形状部分
150の半径方向外方の境界は第６〜８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。キャビティ146の
円環形状部分150の理論的体積は部分150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％（第８図参照）〜100％（第７
図参照）の範囲内で金型138の円環形状キャビティ150を
充填する材料の体積を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
し得る十分に円形な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の高さに等しい高さ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の外径より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112を有する。
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162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138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および体積を有するリングギヤの準
鍛造品106を得るかどう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
成形体金型138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、リングギヤの準鍛
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％より大で、好ましくは、85％
より大であることが必要であり、準鍛造品106の体積に
等しい体積と、キャビティ部分150の高さ120に等しい高
さ108と、鍛造品の内端ボア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倍より小でなく、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り満足すべき
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、精密鍛造により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
向にあるほぼ平らな側壁を有するオーバーフロー部分お
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
グギヤを製造するための、特に、予定の寸法を有するリ
ングギヤの準鍛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
備成形体を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を示したに過
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図はリヤギヤ／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2Aおよび2B図はそれぞれ従来技術による斜歯かさ歯お
よびハイポイドリングギヤ／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態お
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図は重荷重車両駆動車軸のリングギヤを製
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程をそれぞれ示すブロック線図、 第５図は第４および4A図に示す方法のリングロール予備
成形工程を図示するブロック線図、 第６図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ギヤビティの理論
的容積の約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６図示の鍛造用金型の拡大
断面図、 第９図は第４および4A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
リングギヤ鍛造品の断面図である。 100……ビレット 102……リングロール成形用予備成形体 104……リング 130……ビレット 138……予備成形用金型 150……キヤビティ

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項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、 （ａ）既知の低ないし中炭素含有量の炭素鋼または合金
   鋼の適正寸法および形状のビレット（100）を準備する
   工程（80）と、 （ｂ）該ビレット（130）を適当な鍛造温度に加熱し、 （ｃ）ほぼ円環形状のキャビティ（150）を有する予備
   成形用金型（138）内で、ビレット（130）をトリミング
   していないほぼ円環形状のリングロール予備成形体（13
   2）に鍛造し、 （ｄ）該リングロール予備成形体（132）をトリミング
   されたリングロール予備成形体（102）とする工程（8
   2）と、 （ｅ）該予備成形体（102）をリングロール成形して、
   高さがリング壁厚の１〜４倍の範囲内にあるように、所
   定の高さ（108）および厚さ（110）の略矩形断面の壁を
   有するリング（104）を成形する工程（84）と、 （ｆ）前記リングを精密鍛造して、所望の寸法精度を有
   する歯と、既知の外径（126）、内径（124）および体積
   とを有し、前記歯の歯側面および歯元面がその後研磨に
   よって取り除かれる十分な削りしろ部分を有するリング
   ギヤ準鍛造品（106）を準備する工程（86）と、 （ｇ）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する工程（90）と、 （ｈ）前記機械加工されたワークピースを浸炭熱処理す
   る工程（92）と、 （ｉ）前記ギヤの歯元面と歯側面を最終の仕上げ研磨
   （96）をする工程とを含むリングギヤを製造するための
   方法。
2. 【請求項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、研磨工具が立方晶形窒化硼素
   （CBN）を含む研磨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. 【請求項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. 【請求項４】研磨作業において、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。
5. 【請求項５】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。
6. 【請求項６】前記リングギヤは、その歯外形の研磨後、
   引張応力を除去するいかなる作業も行われないことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか
   に記載の方法。