(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯面と歯底面の間の隅肉曲線の曲率半径を小径端部から大径端部へ向けて漸次増大させると共に、各部位の隅肉曲線の最大曲率半径の値が、相手歯車との最小噛合い円半径と歯底円半径の差の値と同等であることを特徴とする傘歯車。
【請求項２】
請求項１に記載の傘歯車を製造するに際し、傘歯車の反転形状の歯車成形部を有する鍛造型を製作し、この鍛造型により傘歯車を鍛造成形することを特徴とする傘歯車の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の傘歯車と相似形状の放電加工用電極を製作し、この放電加工用電極を用いて傘歯車の反転形状の歯車成形部を有する鍛造型を製作することを特徴とする請求項２に記載の傘歯車の製造方法。
【請求項４】
放電加工用電極が、大径端部と略同一半径で同軸状に連続する円柱部を有することを特徴とする請求項３に記載の傘歯車の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種機械の動力伝達機構に用いられる傘歯車およびその製造方法に関し、例えば、自動車のディファレンシャルギアなどに用いるのに好適な傘歯車およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、すぐ歯傘歯車や曲がり歯傘歯車といった傘歯車は、図５（ａ）に示す歯車素材１００を鍛造や機械加工により形成し、図５（ｂ）に示すように歯車素材１００に歯１０１を切削加工を施すことにより、図５（ｃ）に示すように傘歯車１０２として形成される。この傘歯車１０２は、小径端部から大径端部に向けて歯形状が漸次増大したものとなっているが、図５（ｄ）に小径端部の断面を示し且つ図５（ｅ）に大径端部の断面を示すように、歯１０１の歯面Ａと歯底面Ｂの間の隅肉曲線の曲率半径Ｒは小径端部から大径端部まで同一となっている。このとき、隅肉曲線の曲率半径Ｒは、相手歯車との干渉を考慮して小径端部の曲率半径Ｒを基準としている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したような従来の傘歯車にあっては、例えば自動車のディファレンシャルギアに用いる場合、次のような問題点があった。つまり、自動車のディファレンシャルギアに用いる傘歯車では、動力伝達時の負荷に対応するため、歯幅が大きい大径端部に近い位置で相手歯車と歯当りするようにチューニングされるが、隅肉曲線の曲率半径が小径端部の曲率半径を基準としているので、大径端部の歯元部分で破損しやすくなる恐れがあり、この破損を防止するために要求強度を確保し得る大型の傘歯車を使用せざるを得ないという問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。
【０００４】
【発明の目的】
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、小径端部から大径端部にかけて充分な強度を確保することができる傘歯車およびその製造方法を提供することを特徴としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる傘歯車は、請求項１として、歯面と歯底面の間の隅肉曲線の曲率半径を小径端部から大径端部へ向けて漸次増大させると共に、各部位の隅肉曲線の最大曲率半径の値が、相手歯車との最小噛合い円半径と歯底円半径の差の値と同等である構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。
【０００６】
また、本発明に係わる傘歯車の製造方法は、請求項２として、請求項１に記載の傘歯車を製造するに際し、傘歯車の反転形状の歯車成形部を有する鍛造型を製作し、この鍛造型により傘歯車を鍛造成形する構成とし、請求項３として、請求項１に記載の傘歯車と相似形状の放電加工用電極を製作し、この放電加工用電極を用いて傘歯車の反転形状の歯車成形部を有する鍛造型を製作する構成とし、請求項４として、放電加工用電極が、大径端部と略同一半径で同軸状に連続する円柱部を有する構成としている。
【０００７】
なお、上記構成において、鍛造型の歯車成形部や放電加工用電極は、例えば、三次元ＣＡＤを用いて設計し、ＣＡＭを用いて機械加工プログラムを作成したのち、ＣＮＣマシニングセンタを用いて製作することができ、とくに、曲率半径が変化する隅肉曲線はボールエンドミルにより加工することができる。また、鍛造型による鍛造成形としては、温間鍛造または冷間鍛造で歯形を形成することができ、必要精度に応じて冷間サイジングを行って精度を確保することができる。なお、鍛造成形後には、必要に応じて仕上げ加工や磨き加工を施してもよい。
【０００８】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係わる傘歯車によれば、歯面と歯底面の間の隅肉曲線の曲率半径を小径端部から大径端部へ向けて漸次増大させると共に、各部位の隅肉曲線の最大曲率半径の値を相手歯車との最小噛合い円半径と歯底円半径の差の値と同等にしたことにより、とくに従来において破損しやすい部分であった大径端部に充分な強度を確保し得る隅肉曲線を得て、大径端部の強度を高めることができ、小径端部から大径端部にかけて均一に充分な強度を得ることができると共に、良好な歯車形状を保つことができる。これにより、傘歯車の小型化、ならびに当該傘歯車を用いる伝達機構の小型化を実現することができ、傘歯車や伝達機構の低コスト化にも貢献することができる。
【００１０】
本発明の請求項２に係わる傘歯車の製造方法によれば、請求項１に記載の傘歯車を製造するに際し、鍛造型による鍛造成形を採用したことにより、歯車素材に歯切り切削加工を行っていた従来に比べて生産性を大幅に向上させることができると同時に、隅肉曲線の曲率半径が小径端部から大径端部に向けて漸次増大する傘歯車を高精度に製造することができ、傘歯車のさらなる低コスト化などにも貢献することができる。
【００１１】
本発明の請求項３に係わる傘歯車の製造方法によれば、請求項２と同様の効果を得ることができるうえに、傘歯車と相似形状の放電加工用電極を製作し、この放電加工用電極を用いて鍛造型の歯車成形部を形成することから、隅肉曲線の曲率半径が小径端部から大径端部に向けて漸次増大する反転形状の歯車成形部を高精度に形成することができ、この鍛造型により製造される傘歯車のさらなる高精度化にも貢献することができる。
【００１２】
本発明の請求項４に係わる傘歯車の製造方法によれば、請求項３と同様の効果を得ることができるうえに、放電加工用電極が大径端部と略同一半径で同軸状に連続する円柱部を有することから、放電加工により電極が消耗して歯形精度が劣化した場合であっても、その表面を切削等により再加工して元の歯形に修正することができ、この種の電極は銅タングステン等の高価な材料を用いるので、繰り返し使用可能とすることでコストの低減を実現することができる。
【００１３】
【実施例】
以下、図面に基づいて、本発明に係わる傘歯車の一実施例および傘歯車の製造方法を説明する。
【００１４】
図１（ａ）に示す傘歯車１は、自動車のディファレンシャルギアとして用いられるものであって、各歯２の形状が小径端部Ｄ１から大径端部Ｄ２に向けて漸次増大したものとなっており、とくに図１（ｂ）に小径端部Ｄ１の断面を示し且つ図１（ｃ）に大径端部Ｄ２の断面を示すように、歯面Ａと歯底面Ｂの間の隅肉曲線の曲率半径Ｒが小径端部Ｄ１から大径端部Ｄ２に向けて漸次増大したものとなっている。つまり、小径端部Ｄ１の隅肉曲線の曲率半径Ｒ１よりも大径端部Ｄ２の隅肉曲線の曲率半径Ｒ２が大きくなっている。
【００１５】
隅肉曲線の曲率半径は、先ず相手歯車との干渉を考慮して検討する。図２に示す相手歯車１１との関係から、最大曲率半径Ｒｍａｘの値は相手歯車１１との最小噛合い円半径ｒｆと歯底円半径ｒｓの差の値と同等（Ｒｍａｘ＝ｒｆ−ｒｓ）である。なお、小径端部Ｄ１から大径端部Ｄ２に至る間では、最小噛合い円半径ｒｆや歯底円半径ｒｓも増大するので、最大曲率半径Ｒｍａｘも同様に増大することとなり、結果として小径端部Ｄ１から大径端部Ｄ２に向けて隅肉曲線の曲率半径Ｒは漸次増大したものとすることができる。ただし、相手歯車１１との干渉のみを考慮して隅肉曲線の曲率半径Ｒを設定した場合には、特に大径端部Ｄ２においては曲率半径Ｒが歯底の幅Ｃの１／２より大きくなる場合があり、図１（ｃ）中に二点鎖線で示すＲ３のように歯底面が上がり傘歯車としての形状が壊れ、且つ必要な頂げきＴすなわち図２（ｂ）の噛合い部を拡大した図２（ｃ）に示す歯底面Ｂと相手歯車１１の歯先Ｓとの隙間が確保できず、滑らかな動きが損なわれる場合がある。そのような場合は、先の最大曲率半径Ｒｍａｘより小さく且つ傘歯車としての形状を壊さない歯底としての歯底面Ｂと歯面Ａとを連続させる最大単一曲率半径として、図１（ｃ）中に示すように隅肉曲線の曲率半径Ｒ２を設定する。
【００１６】
また、より具体的には、自動車のディファレンシャルギアにおいて、ピニオンメイトギアの場合、小径端部Ｄ１の隅肉曲線の曲率半径Ｒ１に対して大径端部Ｄ２の隅肉曲線の曲率半径Ｒ２を５２％増大させたものとし、サイドギアの場合、小径端部Ｄ１の隅肉曲線の曲率半径Ｒ１に対して大径端部Ｄ２の隅肉曲線の曲率半径Ｒ２を９４％増大させたものとした。
【００１７】
このように、この実施例の傘歯車１では、隅肉曲線の曲率半径（Ｒ１，Ｒ２）を小径端部Ｄ１から大径端部Ｄ２へ向けて漸次増大させると共に、これらの曲率半径Ｒ１，Ｒ２の最大曲率半径Ｒｍａｘの値を最小噛合い円半径ｒｆと歯底円半径ｒｓの差の値と同等にしたことにより、歯車形状を損なうことなく破損しやすい部分であった大径端部の強度が高められ、小径端部Ｄ１から大径端部Ｄ２にかけて充分な強度を備えたものとなる。なお、小径端部Ｄ１から大径端部Ｄ２にかけて隅肉曲線の曲率半径を段階的に増大させることも可能であるが、上記実施例の如く漸次増大させれば応力集中が発生することも無く、小径端部Ｄ１から大径端部Ｄ２にかけて安定した強度が得られる。
【００１８】
上記の傘歯車１を製造するには、図３に示すように、傘歯車１と相似形状の放電加工用電極２１を製作する。放電加工用電極２１は、まず隅肉曲線を所定の曲率Ｒ１，Ｒ２とした傘歯車１を三次元ＣＡＤで設計し、その三次元モデルからＣＡＭにより電極加工用プログラムを作成し、このプログラムに基づいて、銅、銅タングステンあるいは黒鉛等の材料から成る電極素材をＣＮＣマシニングセンタで製作する。このとき、曲率半径が変化する隅肉曲線はボールエンドミルを用いて形成することができる。また、放電加工用電極２１は、大径端部Ｄ２と略同一半径で同軸状に連続する円柱部２２を有するものとなっている。
【００１９】
次に、放電加工用電極２１を用いて型素材に放電加工（型彫り）を施し、図３に示すように、傘歯車１の反転形状の歯車成形部３２を有する鍛造型３１を製作する。なお、図３に示す鍛造型３１は下型であり、これに対して、図４に示す如く背球面成形部３４を有して上型となる鍛造型３３を製作する。そして、上下の鍛造型３１，３３を用いて歯車素材１００を鍛造成形し、図１に示す如き傘歯車１を製造する。このとき、鍛造成形としては、温間鍛造または冷間鍛造を行われる。また、鍛造成形後には、必要に応じて、冷間サイジング、仕上げ加工および磨き加工を施してもよい。なお、サイジング用の型も放電加工により同様に製作することが可能である。
【００２０】
このように、傘歯車１と相似形状の放電加工用電極２１を製作し、この電極２１を用いた放電加工により歯車成形部３２を有する鍛造型３１を製作し、この鍛造型３１を用いて傘歯車１を鍛造成形することにより、傘歯車１を生産性良く且つ高精度に製造し得ることとなる
【００２１】
また、放電加工用電極２１は、大径端部Ｄ２と略同一半径で同軸状に連続する円柱部２２を有していることから、放電加工により消耗して歯形精度が劣化した場合であっても、その表面をわずかに（０．５から１ｍｍ程度）切削して元の歯形に修正すれば継続して使用することができ、この種の電極には高価な材料を用いるので、コストが低減されることとなる。
【００２２】
さらに、上記の製造方法では、まず放電加工用電極２１を製作するものとしたが、次の製造方法もある。すなわち、隅肉曲線を所定の曲率Ｒ１，Ｒ２とした傘歯車１を三次元ＣＡＤで設計し、その三次元モデルからＣＡＭにより型加工用プログラムを作成し、このプログラムに基づいて、傘歯車１の反転形状の歯車成形部３２を有する鍛造型３１をＣＮＣマシニングセンタで製作する。そして、鍛造型３１を用いて傘歯車１を鍛造成形する。このようにしても、傘歯車１を生産性良く且つ高精度に製造し得ることとなる。
【００２３】
なお、傘歯車１における隅肉曲線は、例えばボールエンドミルやハンドグラインダを用いて所定の曲率半径（Ｒ１，Ｒ２）に形成することも可能であるが、個々の傘歯車の隅肉曲線をボールエンドミルで形成するには、加工時間が非常に長くなって生産性が低下することが明らかであり、また、個々の傘歯車の隅肉曲線をハンドクラインダで形成するには、加工に手間がかかるとともに精度にばらつきが発生しやすくなる。したがって、本発明のように、鍛造型３１で傘歯車１を鍛造成形する方法、または放電加工用電極で製作した鍛造型で傘歯車１を鍛造成形する方法とすれば、生産性や精度が著しく高められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる傘歯車を説明する斜視図（ａ）、小径端部の部分的な断面図（ｂ）、および大径端部の部分的な断面図（ｃ）である。
【図２】傘歯車と相手歯車との噛合い部分を示す断面図（ａ）、噛合い部分の説明図（ｂ）、および噛合い部分の拡大図（ｃ）である。
【図３】本発明に係わる傘歯車の製造方法で用いる放電加工用電極および鍛造型を説明する斜視図である。
【図４】鍛造型により歯車素材を鍛造成形する状態を示す断面図である。
【図５】従来における傘歯車の製造過程において、歯車素材を示す斜視図（ａ）、歯車素材に歯切り切削加工を行う状態を示す斜視図（ｂ）、製造した傘歯車を示す斜視図（ｃ）、図ｃに示す傘歯車の小径端部の部分的な断面図（ｄ）、および大径端部の部分的な断面図（ｅ）である。
【符号の説明】
１              傘歯車。
１１            相手歯車
２１            放電加工用電極
２２            円柱部
３１            鍛造型
３２            歯車成形部
Ａ              歯面
Ｂ              歯底面
Ｄ１            小径端部
Ｄ２            大径端部
Ｒ  Ｒ１  Ｒ２  曲率半径
ｒｆ            最小噛合い円半径
ｒｓ            歯底円半径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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