JPS63214564A - リングギヤ準鍛造品を製造する方法 - 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、リングギヤ準鍛造品を製造するための方法に
関し、特に、ロールされたリング形状素材から鍛造予備
成形のリングロール成形によって生産された重荷重トラ
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等のリングギヤ金製造するため
の方法に関する。

（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
いる重荷重態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４０５０５３４号および第４２６
５８５４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７６１
２６２号、およびＭＥペーパーＡ３４１０８５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３８３２７６
３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３
２３０５７０号、第３３８２６９３号および第４０８４
４１９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「υノブローリ
ング」に記載されているように既知でおる。

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９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１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） 重荷重トラック用り／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
されてき九。

しかし、この従来方法は全く満足すべきものではなく、
使用されるビレツ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、望ましくないは、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、
多数のギヤセラ）Ｔｈ噛合せ対の状態で維持するために
注意全仏う必要があり、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つ九。

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
状柔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Ｋ。

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）Ｋ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１ａＯ
Ｓ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Ｋよって上述し九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製を用いる必要をなくす
ことができる。

特に、従来技術の方法の欠点は（ＡＩＳＩ８６２０Ａ、
８６２２ＡＱ　　８６２５＆、８８２２人または９５１
０Ａのような）浸炭可能なギヤ鋼のような炭素鋼または
合金鋼から相対的に質量の大きな重荷重駆動車軸のリン
グギヤの準鍛造品を精密鍛造するための精密鍛造法を提
供することくよって最小圧している。本発明の方法は、
顕微鏡組織、切削性、工具寿命、作業労力、所要の鍛造
圧力等のような鍛造パラメータの−より望ましい組合せ
により準鍛造品を製造することを可能としている。

本発明による重荷重駆動車軸のリングギヤ準鍛造品を製
造する方法は、適正寸法および形状のビレツトを準備す
る工程と、ビレツトを、好ましくは大気中で、予定の温
度に加熱する工程。

と、加熱したビレツトをほぼ円環形状のリングロール成
形用予備成形体に鍛造する工程と、この予備成形体ヲト
リミングする工程と、予備成形体をリングロール成形し
て矩形壁を有する鍛造用リングブランクとする工程と、
この素材を、好ましくは１７５０７〜１９５０？の範囲
内の温度で、鍛造して重荷重駆動車軸のリングギヤ準鍛
造品を得る工程とを備える。好ましくは、鍛造品が以後
の焼準し、作業を省略し得る顕微鏡組織を有する。

したがって、本発明の目的は、低ないし中炭素レベルの
炭素鋼または合金鋼から重荷重車軸駆動のギヤ準鍛造品
を鍛造するための新規かつ改良した精密鍛造方法を提供
しようとするものである。

本発明の上述した目的および他の目的ならびに利点を図
面に示す好適実施例につき以下に詳細に説明する。

（実施例） 本発明の実施例を図ＷＫ基づいて説明する。

以°Ｆ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」は記載されゐ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ざ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
程の主要な特徴は入ｌ８Ｉ８６２０Ａ、８６２２Ａ、８
６２５Ａ、８８２２Ａ。

４８１７）１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α０５９６〜α５
−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。「Ａｌ５ＩＪとは（米国鉄鋼協会）およびこれＫ
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、鍛造し九ままで（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（１０３
０インチ以°Ｆ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Ｋ　ＩＪングギャ／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１２ｔ−備えるギヤセット１１ｔ−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１８．２０ｔｌｌ動するためボルト
１７によってりングギャに取付けられる。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゜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４，０１８，０
９７号および第４，２６３，８２４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＠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ラ）？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全製造するために用
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
セットでは、軸線２２および２４が距離２，６でずれて
いる。

ハイポイド歯車のずれの距離は１２〜１８イン％のピッ
チ直径のリングギヤ含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１８，２０ｉ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ツトアッセンブリ１７を受
けるための複数のポル・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ＩＥＡ８４１０８５Ｑ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５図に示す従来技
術の方法の部分は最初の加熱したビレツ）Ｋ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３４４Ｃ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、ビレツト準備および
加熱工程３６と、すえ込みまたはパスティング（ｂｕｓ
ｔｉｎｇ　）工程３Ｂ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１１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。ビレツトまたはスラグ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１ビレツト
３２は予定の適当な鍛造温度（通常約２２５０〜２３５
Ｇ’Ｆ）Ｋ加熱される。加熱したビレツトから発生する
スケール（酸化）およびスケールの深さを最小にするた
め、ビレツ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
キ形状のビレツト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８３８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念
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ぼり部分５４とを有し、この
外側鍛造はり部分５４は当業者において既知のように鍛
造金型の分割線く形成される。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１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
ことが困難であつ九。この理由は、例えば、すえ込みま
たはバスティング工程、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）てギヤ歯を適正に鍛
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
１バステイ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５６４Ｃ＊？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九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シ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°Ｆの順次工程、すなわち、焼準し熱処理工程５
８、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６
６、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ととＫよるラッピング作業７
２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１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１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りングギャ
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と名付けてい名が、この中心孔を仕上りングギャ１
４の正確な寸法の取付孔とするまでにはさらに旋削加工
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、グリーノン
ワークス社によって「グリーソン・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・カンパ
ニーにより「スピロマチイック」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？）、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、硬化し念加工片のボルト孔および取付ボア２８
．３０′！！ｉ−仕上加工する。

歯切りしたギヤ歯表面は歯表面の歯切りｖｋＩｃ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
１すなわち、所要の表面品質とする丸めに、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ラ）？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
社、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筒７６１．２６２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４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、ビレツ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、
リング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
仕上節エエ１！９４および最終ギヤ歯形の研摩工程９６
′ｔ−含む。以下にさらに詳細に述べるように１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。

ビレツトまたはスラグ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
鍛造品に対して用いるべきビレツ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、ビレツトまたはスラグ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、ビレツ）ｉ２０００７〜２５００１’
の範囲の適当な温度に加熱すれば十分であることが見出
された。また、例えば、Ａｌ５Ａ　８６２０Ａおよび９
３１０Ａのような上述した合金の多くの準鍛造には、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Ｋされたように１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
織がボリゴナルフエライトおよびパーライト等軸粒子で
、望ましくないウィドマンステッテン組織を有しないか
、あるいは極〈少量しかないからである。粒子の大きさ
は全般的に微細（すなわち、ＡＳＴＭ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、準鍛造
の精密鍛造のためのビレツトの加熱は制御雰囲気中で行
なう必要がない。

次いで、加熱したビレツト１００は、工程８２において
、ほぼ円瑠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８４ｉＣおいて、リングローリング用予備成形体１
０２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１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ｌＩｃ１ｌ求される
。ロール成形した鍛造用素材１０４０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Ｏ 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１１Ｂより僅かく小さい外径
を有する回転可能のマンドレル１１６上Ｋｍ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Ｋ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
方を他方に向は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４，０８４，４１９号、第
４３８２．６９５号、第４２３ｒＪ、３７０号、第１，
９９１，４８６号および１，９７１，０２７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。りフグロール成形法は、
固有の作用として、加工片のスケールを除去し、これが
九め別個のスケール除去のためのパ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。発生し九変形熱が加工片の温
度を実際に上昇させ、これＫＪ：、？次のリングギヤの
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−部を示す。

上述したよ゛うに１ある種の合金は従来技術の方法の工
程５８に、つき説明し九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の焼準し熱処理を必要としない
。

第１０図に１本発明による精密鍛造工程８−６によって
製造されるリングギヤ準鍛造品１０６ヲ示している。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は半仕上加工されて取付７ランジ７６に
ボルト用円形孔２８、取付孔２８および背面１２２が穿
孔および切削される。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／ｌ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
上加工し次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９２ｔ−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、ギヤ歯の外形の歯底および
歯側面（ｆｌａｎｋ　）　を仕上研摩するととくよって
製造を完了する。最終構外形の研摩は浸炭熱処理後に行
なわれるから、立方晶形窒化朋素（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。

上述したように１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、８６
５７４）？得るため２つの方法を比較すると、最終製品
であるりングギャ１４はほぼ４９．７５ボンドの重量を
有する。従来技術の方法で用いたビレツト３２は約１０
３ボンドの重量を有し、これに比較して、本発明の方法
で用いたビレツ）　１０Ｇの重量は約７０ポンドである
。

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１００〜１０
２ボンド（すなわち、ビレツ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１　リ
ング形状の鍛造用素材１０４ｔ−用いることＫより、ば
りのない、または、ぼりｔはとんどなくした準鍛造用金
盤を用いることができる。さらに１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ポンド
の重量を有するのく比較して本発明による準鍛造品１０
６の重量は１ｌＪ６４ボンドであり、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
る金属の量を示す本のである。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、ビレツ）？準備するために要する
エネルギー、ビレツ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圧ネルギーの必要量
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Ｋｌ
！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、精密鍛造したりングギ
ャの準鍛造品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１０４０寸法関係は本発明方法の
理想的実施の九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１０４ｆ：製造するために、ロール
成形後の鍛造用素材り／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
、１３Ａ〜２３Ａ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１０４の内径１１２は内端ボア１２
４（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Ｋ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ととＫ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Ｋよってギヤ歯に生じた鍛流
線はブランク５６のような無垢のブランクから横管切削
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′ｆｔ製造する精密鍛造方
法は、はりの無いまたはばりを＃１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１０４０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１０８ｔ
−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ヲ所ｌ！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１３Ａ〜２！Ａ倍の範囲内にある限り、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８２ｔ−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１０〇−および８０ｍにまで充填された金部ヲ示
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
面形状とすると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ィッシュテイル（
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
ツト１００ｔｌ−加熱してすえ込み加工し、工程８２Ａ
Ｋ示すように１パンケーキ形状のビレツ）１３０？形成
する。工程８２Ｂにおいて、パンケーキ形状のビレツト
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１３８ｔ
−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１０２を得る。

予備成形体鍛造用金型１３８は型キャビティ１４６ｔ−
形成するよう分離線１４４で互に一緒になる上下部分１
４０および１４２ｔ−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１５Ｇ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７０一部分１５
２とを有し、このオーバーフロ一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１
５６は７５°〜１０５°の範囲内Ｋｉｂる。ほぼ円環形
状部分１５００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ｆｉ１５８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１４
８の体積管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
チ（第８図参照）〜１ｏｏ％（第７図参照）の範囲内で
金型１３８の円環形状キャビティ１５０ヲ充填する材料
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す／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
ツ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の高さく等しい高さ１２０ｔ−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
、キャビテイ１４６０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１適正な材料フローを
生せしめる九めに１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１
０６のためＫｓ　　１個以上の予備成形金型１５８ヲ必
要とする場合には、円板形状部分１４Ｂ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ヲ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ヲ有す
る予定の予備成形体金型１３８内で鍛造する場合には、
以°Ｆの条件が満足されなければならない。す々わち、
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チ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ｔ有す
るほぼ矩形の鍛造用ブランク１０４の外径全鍛造品の外
径１２６より小さくシ、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Ｋ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ための、％に１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
法全提供するものである。

上述し九ところは、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図はりフグギヤ／ピニオンギヤ思動歯車装置を利用
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、 筒２人および２Ｂ図はそれぞれ従来技術による斜横かさ
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３λ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４ム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キャビティの理論
的容積の約１０（ｌ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・・・ビレツト １０２−・・リングロール成形用予備成形体“１０４・
・・リング １１−・・ビレツト １３８・・・予備成形用金型 １５０・・・キャビティ （ほか２名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（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ツ ト（１００）を準備し、 （ｂ）ビレツト（１３０）を適当な鍛造温度に加熱し、 （ｃ）ほぼ円環形状のキヤビテイ（１５０）を有する予
   備成形用金型（１３８）内でビレツト（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（１３２）に鍛造し、 （ｄ）トリミングしていないほぼ円環形状のリングロー
   ル予備成形体をトリミングしてほ ぼ円環形状のリングロール予備成形体（１０２）とし、 （ｅ）この予備成形体をリングロール成形して予定の高
   さ（１０８）および厚さ（１１０）の略矩形断面の壁を
   有するリング（１０４）を形成して、このリングの内径
   （１１２）が内端の直径に実質的に等しく、リング外径
   （１１４）が前記外径より小さく、前記リングの高さが
   リン グ壁厚の１〜４倍の範囲内にあるようにリ ングロール成形し、 （ｆ）前記リングを精密鍛造してリングギヤ準鍛造品と
   する、各工程を備える既知の外径 （１２６）、内端の直径（１２４）および体積を有する
   リングギヤ準鍛造品（１０６）を製造する方法。 ２、前記リングギヤ準鍛造品の少なくとも１個の表面を
   切削加工する他の工程を含み、このリングギヤ準鍛造品
   に焼準し熱処理作業を行なうことなしに前記リングギヤ
   準鍛造品の切削加工の全てを行なう特許請求の範囲第１
   項に記載の方法。 ３、前記精密鍛造が１回のブロー作業である特許請求の
   範囲第１項に記載の方法。 ４、前記精密鍛造が、回のブロー作業である特許請求の
   範囲第２項に記載の方法。 ５、リングの精密鍛造の温度が１７５０°Ｆ〜１９５０
   °Ｆの範囲内の温度である特許請求の範囲第３項に記載
   の方法。 ６、リングの精密鍛造の温度が１７５０°〜１９５０°
   Ｆの範囲内の温度である特許請求の範囲第４項に記載の
   方法。 ７、前記トリミング前の予備成形体が中心スラグ（１３
   ６）を有し、前記トリミング作業が前記中心スラグだけ
   を除去する工程を含み、前記ビレツトの体積が前記リン
   グギヤ準鍛造品の体積と前記中心スラグの体積との合計
   にほぼ等しい特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ８、前記リングギヤ準鍛造品の体積が前記金型の前記円
   環状キャビティ部分の体積の１００％〜８０％の範囲内
   にある特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ９、前記リングギヤ準鍛造品の体積が前記金型の前記円
   環状キャビティ部分の体積の１００％〜８５％の範囲内
   にある特許請求の範囲第１項に記載の方法。 １０、前記リングロール成形が予定の外径のマンドレル
   （１１６）を有するリングロール成形機で行なわれ、前
   記中心スラグ部分の外径が前記マンドレルの外径より僅
   かに大きい特許請求の範囲第７項に記載の方法。 １１、前記スラグの厚さがその外径の約１／１０である
   特許請求の範囲第１０項に記載の方法。 １２、前記リングの高さがその壁厚の１（１／２）〜２
   （１／２）倍の範囲内にある特許請求の範囲第１項、第
   ２項、第３項、および第４項のいずれかに記載の方法。 １３、（ａ）リングの内径が内端の直径に実質的に等し
   く、リングの外径が前記外径より小さく、リングの高さ
   がリング壁厚の１〜４倍の範 囲内にあるような予定の高さおよび壁厚を 有する略矩形断面の壁を備えるリングを設 け、 （ｂ）前記リングを精密鍛造してリングギヤ準鍛造品と
   する、工程を備える既知の外径、 内端の直径および体積を有するリングギヤ 準鍛造品を製造する方法。 １４、前記精密鍛造が１回のブロー作業である特許請求
   の範囲第１３項に記載の方法。 １５、前記リングの高さが壁厚の１（１／２）〜２（１
   ／２）倍の範囲内にある特許請求の範囲第１３項又は第
   １４項に記載の方法。