(57)【要約】鍛造ギヤおよびこの鍛造ギヤを製造する方法。鍛造ギヤは複数個の歯を有するべベルギヤを有し、各歯は２個の側面と２個の端面との間に位置する歯先面を有し、２個の側面は歯のほぼ長手方向に延在し、各歯の歯先面は長手方向に沿う２個の端部間で少なくとも１個のほぼ湾曲した頂部を有する。製造方法は、鍛造加工中に各鍛造歯先面の長さの大部分が型キャビティに接触しないようブランクからギヤを鍛造する。
2007509761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の歯を有し、各歯は２個の歯側面と２個の端部との間に位置する歯先面を有し、前記２個の歯側面は歯のほぼ長手方向に延在するものとした鍛造ベベルギヤにおいて、前記歯先面は、前記長手方向に沿って前記２個の端部間で少なくとも１個のほぼ凸状に湾曲する部分を有する形状にしたことを特徴とする鍛造ギヤ。
【請求項２】
前記凸状湾曲部分を、滑らかに連続する表面として鍛造した請求項１記載の鍛造ギヤ。
【請求項３】
前記歯の前記長手方向を、ほぼ半径方向に沿うものとした請求項１記載の鍛造ギヤ。
【請求項４】
前記半径方向を曲線方向とした請求項３記載の鍛造ギヤ。
【請求項５】
前記半径方向を真っ直ぐな方向とした請求項３記載の鍛造ギヤ。
【請求項６】
前記少なくとも１個の凸状湾曲部分を２個の凸状湾曲部分とした請求項２記載の鍛造ギヤ。
【請求項７】
前記２個の凸状湾曲部分間に中心部分が存在し、前記中心部分を、フラット部分、僅かな丸みがついた部分、または丸み付き部分のいずれかとした請求項６記載の鍛造ギヤ。
【請求項８】
前記２個の凸状湾曲部分間の中心にほぼ凹状の部分を設けた請求項６記載の鍛造ギヤ。
【請求項９】
少なくとも１個のフラット部分を、前記少なくとも１個の凸状湾曲部分と前記端部のうちの一方との間で前記ギヤに機械加工した請求項１記載の鍛造ギヤ。
【請求項１０】
前記歯先面の長さの少なくとも２５％を凸状湾曲形状にした請求項１記載の鍛造ギヤ。
【請求項１１】
前記歯先面の長さの少なくとも５０％を凸状湾曲形状にした請求項１記載の鍛造ギヤ。
【請求項１２】
ブランクから、複数個の歯を有し、各歯は２個の歯側面と２個の端部との間に位置する歯先面を有し、前記２個の歯側面は歯のほぼ長手方向に延在するものとしたギヤを鍛造する方法であって、
i)  前記歯の反転形状に近似する形状を有するキャビティを備えた型手段内に前記ブランクを配置するステップと、
ii)   前記ブランクを前記キャビティ内で鍛造して前記歯を形成するステップと
よりなるギヤ鍛造方法において、
前記鍛造中、前記歯先面の長さの大部分を前記キャビティ底面に接触させないようにしたことを特徴とするギヤ鍛造方法。
【請求項１３】
前記歯先面の長さの大部分を、前記歯先面の長さの少なくとも５０％とした請求項１２記載のギヤ鍛造方法。
【請求項１４】
前記歯先面の長さの大部分を、前記歯先面の長さの少なくとも６０％とした請求項１２記載のギヤ鍛造方法。
【請求項１５】
前記歯先面の長さの大部分を、前記歯先面の長さの少なくとも６５％とした請求項１２記載のギヤ鍛造方法。
【請求項１６】
前記歯先面は、前記長手方向に沿って前記２個の端部間に少なくとも１個のほぼ凸状に湾曲した凸状湾曲部分を有する形状とした請求項１２記載のギヤ鍛造方法。
【請求項１７】
前記ギヤをベベルギヤとした請求項１２記載のギヤ鍛造方法。
【請求項１８】
請求項１２〜１７のうちいずれか一項に記載の方法により製造した鍛造ギヤ。
【請求項１９】
自動車のパワートランスミッションに使用するハイポイド形状の鍛造ベベルギヤであって、複数個の歯を有し、各歯は２個の歯側面と２個の端部との間に位置する歯先面を有し、前記２個の歯側面は歯のほぼ長手方向に延在するものとした該鍛造ベベルギヤにおいて、前記歯先面は、前記長手方向に沿って前記２個の端部間で少なくとも１個のほぼ凸状に湾曲する部分を有する形状にしたことを特徴とする鍛造ベベルギヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鍛造するギヤ歯形状、および歯付きギヤ、とくに、べベルリングギヤ（かさ歯環状ギヤ）を鍛造するための方法および装置に関する。本発明の実施例は、自動車の車軸のためのべベルリングギヤにつき説明するが、本発明は、他のタイプのギヤにも適用できる。
【背景技術】
【０００２】
べベルリングギヤおよびピニオンギヤは、よく知られており、一般的には、伝動装置（パワートランスミッション）の用途に使用される。べベルリングギヤおよびピニオンギヤは、ストレート形、スパイラル形、およびハイポイド形のタイプを含む種々の既知の歯形状がある。
【０００３】
べベルリングギヤの多くは、ギヤ切削加工によって製造される。このようなギヤは、ギヤ切削する前に鍛造およびリング転造の少なくとも一方で加工したブランク（半製品）から機械加工する。ブランクは、完成ギヤの手前で一方の側に歯間ギャップのない形状を有し、反対側すなわち、ギヤの取付面側に設ける多数のねじ穴を有している。
【０００４】
普通の機械加工べベルギヤの歯先面は、円錐形（コーン）形状の表面上に存在する。歯の内側端面および外側端面も、同様に、円錐形表面上に存在する。歯先面コーン、ならびに内側および外側の歯端面コーンの軸線は、同軸状である。
【０００５】
ギヤ切削加工は、シュティッペルマン(Shtipelman)氏著、「ハイポイドギヤの設計および製造(Design and Manufacture of Hypoid Gear)」ISBN0-471-03648-Xに記載された、造形プロセスもしくはホビングプロセスとするのが一般的であり、バリ取りを必要とする鋭利端縁歯形状を製作する。
【０００６】
ギヤ歯のフランク（もしくは加工面）は、歯先面コーン、ならびに内側および外側の歯端面コーンで画定されている。フランクの形状は、例えば、ストレートカット、スパイラルもしくはハイポイドカットのギヤ切削加工によって決定され、噛合するピニオンとの共役作用に必要とされる形状とする。
【０００７】
共役歯形状は、歯ブランクの表面全体に及ぶものである。しかし、当業界では、互いに噛合する歯間の接触は、シュティッペルマン(Shtipelman)氏著、「ハイポイドギヤの設計および製造(Design and Manufacture of Hypoid Gear)」ISBN0-471-03648-Xに記載されたように、２個の歯ブランクの各々における限定領域でのみ生ずるようにするのが好ましいことが知られている。この接触領域を、以下「接触ゾーン」と称する。
【０００８】
自動車のリヤアクスル（車軸）差動装置におけるサイドギヤとして使用されるべベルギヤのような負荷が軽いギヤにおいては、「プレツィジオンズゲシュミーデーテ  ゲトリーベタイレ  ウムフォルムテヒニク(Praezisionsgeschmiedete Getriebeteile Umformtechnik)」第３３巻（１９９９年）第４号、第１６〜１８頁に記載されているように、鍛造、もしくは鍛造冷間コイニングによって正味の形状に仕上げることがよくある。接触ゾーンの位置および範囲は、この場合、鍛造型（ダイ）の設計、鍛造中にさらされる圧力による鍛造型の弾性歪みによって決定される。
【０００９】
ハイポイドべベルギヤのような負荷が軽いギヤでは、ギヤ歯は、主にギヤ切削加工によって製造され、したがって、接触ゾーンの位置および範囲は、ギヤの機械切削加工、および、米国特許第５，０８８，２４３号（クレンツァー氏）、同第５，２５５，４７５号（コットハウス氏）および同第４，７８８，４７６号（ギニヤ氏）に記載されたようなグラインディングもしくはラッピングのようなギヤ歯仕上げ処理によって決定される。仕上げ処理は、焼き入れ硬化処理した後に行う。仕上げ加工は、噛合するギヤとの接触が、過剰材料除去のために望ましくない歯側面にリレーフを形成するのにも適用される。
【００１０】
負荷が加わる接触ゾーンの物理的範囲は、歯の負荷（歯荷重）、ギヤ歯およびこの歯が位置するギヤ本体の機械的剛性、噛合するピニオンのギヤ歯およびこの歯が位置するギヤ本体の機械的剛性、リングギヤおよびピニオンを取り付ける組立体の剛性の関数でもある。ギヤ設計技師は、適正な噛合、ならびに歯の曲げ応力および接触応力のための容認できる値を得るために接触ゾーンの位置および範囲を決定する。
【００１１】
ストレート、スパイラルまたはハイポイドの歯を有するリングギヤの正味形状に近似する形状もしくは正味形状に鍛造するための種々の試みがなされてきた。（例えば、特許文献１、特許文献２および特許文献３参照。）しかし、大量生産における正味形状もしくは正味形状に近似する形状に鍛造したリングギヤの事例は知られていない。すべての既知の事例では、歯端部および歯先面が歯側面に合流する位置での小さい角丸め部を有する機械切削加工した歯に似せて形成するものであった。
【特許文献１】米国特許第４，８５６，１６７号（サブロフ氏ら）明細書
【特許文献２】米国特許第４，８５６，１６７号（ショーバー氏）明細書
【特許文献３】欧州特許第１，０６８，９１２号（小谷株式会社）明細書
【００１２】
このような正味形状もしくは正味形状に近似する形状に鍛造したリングギヤが大量生産で成功しないことの理由の一つとしては、商業的に容認される型寿命を得るのに安定性が欠けていることが挙げられる。鍛造する歯型キャビティに過剰圧力を生じないよう鍛造プロセスを制御するのに臨界的精度が要求される閉鎖式型鍛造では、とくにそうである。外周移動（オービタル）もしくは開放式の型鍛造では問題が少ないが、このような形式の型鍛造加工は、高精密な正味形状鍛造には不向きであり、鍛造後に機械加工処理すべき多量の型もれを生ずる。
【００１３】
鍛造型における欠陥発生メカニズムは、ギヤを鍛造するのに冷間、温間、熱間のいずれで行うかによって変化する。冷間および温間鍛造では、欠陥発生メカニズムは、Ｊ．グローエンベーク(Groenbaek)氏ら発表の「マイクロ可塑現象による冷間鍛造ツールの寿命および正味形状作成能力の最適化(Optimisation of Life Performance and Net-Shape Capability of Cold-Forging Tools through Minimisation of Micro-Plastic Phenomena)」（アドバンスド・テクノロジー・オブ・プラスティシティ[Advanced Technology of Plasticity]、１９９９年９月１９〜２４日開催第６回ＩＣＴＰ議事録、第１巻、第２４３〜２５２頁）に記載されているような摩擦的磨耗および低サイクル疲労である。熱間鍛造での欠陥発生メカニズムは、「ライブング・ウント・フェアシュライス・バイム・シュミーデン(Reibung und Verschleiss beim Schmieden)」（ISBN 3-8265-4373-4、第６９〜９４頁）に記載されているように、摩擦磨耗および熱疲労である。
【００１４】
冷間、温間または熱間鍛造においては、機械的応力は、とくに、歯型キャビティのコーナー、および歯型キャビティが型の頂面に合流する底面丸め部の設計に特別な注意を払って歯型キャビティを適正に設計することにより、減少することができる。歯型の底面丸め部は、鍛造歯の歯先面端縁丸め部に対応する。歯先面端縁丸め部が小さすぎる場合、またこの小さすぎる丸め部を歯型底面コーナー丸め部として使用する場合、応力集中は極めて高くなり、歯型の低サイクル疲労による欠陥が予想される。これと同じことは、歯端部コーナー丸め部に対応する歯型キャビティの端部コーナーについても言える。
【００１５】
金属の鍛造歯型キャビティ内への流れ込みを容易にするため、また歯型の磨耗および破損を制限するため、歯キャビティの頂端縁に十分な丸め付けを適用することが必要である。このことは、ギヤのリング形状に歯形状を合流させる各鍛造歯の基部における適合半径となる。これらコーナー丸め部は、荷重が加わるギヤ歯根部への応力集中を減少するよう作用する。このようなコーナー丸め部は、したがって、ギヤ設計技師および鍛造型設計技師の双方の観点から極めて望ましいものであり、噛合するギヤ歯間の干渉を引き起こさない範囲でできるだけ大きいものにすべきである。
【００１６】
しかし、鍛造歯が歯型キャビティの端部および底面におけるコーナー丸め部が小さい機械切削加工したギヤの形状に基本的に同一である場合、歯型寿命における大幅な改良が得られる能力である歯型での応力減少の度合いは極めて制限される。
【００１７】
軸線方向に対称的な型では、ピーク応力の有利な減少は、収縮リングまたは予応力容器（Ｊ．グローエンベーク(Groenbaek)氏ら発表の「マイクロ可塑現象による冷間鍛造ツールの寿命および正味形状作成能力の最適化(Optimisation of Life Performance and Net-Shape Capability of Cold-Forging Tools through Minimisation of Micro-Plastic Phenomena)」（アドバンスド・テクノロジー・オブ・プラスティシティ[Advanced Technology of Plasticity]、１９９９年９月１９〜２４日開催第６回ＩＣＴＰ議事録、第１巻、第２４３〜２５２頁）を使用することによって得られる。しかし、ハイポイドもしくはスパイラル形のべベルギヤにおけるような複雑な歯型キャビティジオメトリを有する歯型では、これらの手段によって得られるピーク応力レベルの減少は、鍛造歯形状が、小さい歯端部コーナー丸め部および小さい歯先端縁丸め部を有する機械切削加工ギヤと基本的に同一である場合には、容認できる歯型寿命を確実に得るには不十分である。
【００１８】
閉鎖式型を使用するときに、正味形状もしくは正味形状に近似する型キャビティ内に材料を充満させて鍛造しようとすることによってこの問題はさらに悪化する。当業界では、閉鎖式型に材料を充満させると、その後の鍛造荷重のいかなる増大も、単なる鍛造している材料における流動体静力学的圧力の増大となり、閉鎖式鍛造型における機械的応力を一層増大させることになることが知られている。
【００１９】
閉鎖式型鍛造の精度は、鍛造荷重（したがって、型圧力）を減少するときに増大することが当業界で知られている。（２００３年６月３〜４日開催ドイツ、フェルバッハにおけるニュー・ディベロップメント・イン・フォージング・テクノロジー(New Development in Forging Technology)学会の国際会議におけるＥ.コーナー氏らによる発表の「コンピュータ支援精密形成部品の開発(Computer-Aided Development of Precision Formed Parts)」第２７７頁、Ｋ.シーゲート氏編集。）良好な型寿命と同時に、閉鎖式型鍛造における精度を向上させるためには、鍛造圧力および型応力集中の双方を減少するのが望ましい。
【００２０】
鍛造荷重、ならびにこれに対応する型圧力および応力は、型キャビティの周りを意図的に低圧ゾーンにすることにより減少できる。このことは、開放式型鍛造ではよく行われており、この場合、鍛造型の分離ラインに沿って１個またはそれ以上のフラッシュガターを設ける。しかし、この方法は、その後の機械加工で除去すべき多量のフラッシュ（はみ出しバリ）を発生する。このことは材料のムダとなり、余分な製造作業を必要とし、望ましくない。
【００２１】
フラッシュガターを設けることは、閉鎖式型鍛造では、とくに、精密ギヤ歯の正味形状もしくは正味形状に近似する形状の鍛造では、選択肢とはならない。したがって、ギヤ歯の正味形状もしくは正味形状に近似する形状に鍛造するには、鍛造圧力を制限する他の手段が必要とされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
ギヤ歯を鍛造する従来の試みにおいては、ギヤ設計技師および鍛造設計技師は、小さいコーナー丸め部および小さい歯先面丸め部を有する機械切削加工ギヤ歯に類似するギヤ歯を設計しようとしてきた。このことは、上述したように、従来技術に関連して、応力集中、歯型疲労等の欠点となっていた。
【００２３】
本発明の目的は、とくに、閉鎖式型において正味形状もしくは正味形状に近似する形状にギヤ歯を鍛造することに関して型寿命を大幅に向上させるという観点で従来技術の欠点の少なくともいくつかを改善するにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
第１の発明として、本発明は、複数個の歯を有し、各歯は２個の歯側面と２個の端部との間に位置する歯先面を有し、前記２個の歯側面は歯のほぼ長手方向に延在するものとした鍛造ベベルギヤにおいて、前記歯先面は、前記長手方向に沿って前記２個の端部間で少なくとも１個のほぼ凸状に湾曲する部分を有する形状にしたことを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
好適には、前記凸状湾曲部分を、滑らかに連続する表面として鍛造する。好適には、歯の前記長手方向を、ほぼ半径方向に沿うものとする。また、好適には、前記半径方向を曲線方向とする。代案として、前記半径方向を真っ直ぐな方向とする。
【００２６】
好適には、前記歯先面の長さの少なくとも２５％を凸状湾曲形状にする。より好適には、前記歯先面の長さの少なくとも５０％を凸状湾曲形状にする。
【００２７】
好適な一つの実施の形態においては、前記少なくとも１個の凸状湾曲部分を２個の凸状湾曲部分とする。好適には、前記２個の凸状湾曲部分間に中心部分が存在し、前記中心部分を、フラット部分、僅かな丸みがついた部分、または丸み付き部分のいずれかとする。代案として、前記２個の凸状湾曲部分間の中心にほぼ凹状の部分を設ける。
【００２８】
他の好適な実施の形態においては、少なくとも１個のフラット部分を、前記少なくとも１個の凸状湾曲部分と前記端部のうちの一方との間で前記ギヤに機械加工する。
【００２９】
第２の発明として、本発明は、ブランクから、複数個の歯を有し、各歯は２個の歯側面と２個の端部との間に位置する歯先面を有し、前記２個の歯側面は歯のほぼ長手方向に延在するものとしたギヤを鍛造する方法であって、
i)  前記歯の反転形状に近似する形状を有するキャビティを備えた型手段内に前記ブランクを配置するステップと、
ii)   前記ブランクを前記キャビティ内で鍛造して前記歯を形成するステップと
よりなるギヤ鍛造方法において、
前記鍛造中、前記歯先面の長さの大部分を前記キャビティ底面に接触させないようにしたことを特徴とする。
【００３０】
好適には、前記歯先面の長さの大部分を、前記歯先面の長さの少なくとも５０％とする。より好適には、前記歯先面の長さの大部分を、前記歯先面の長さの少なくとも６０％とする。さらに一層好適には、前記歯先面の長さの大部分を、前記歯先面の長さの少なくとも６５％とする。
【００３１】
好適には、前記歯先面は、前記長手方向に沿って前記２個の端部間に少なくとも１個のほぼ凸状に湾曲した凸状湾曲部分を有する形状とする。
【００３２】
好適には、ギヤをベベルギヤとする。
【００３３】
第３の発明として、本発明は、本発明の第２発明である方法によって製造した鍛造ギヤを特徴とする。
【００３４】
第４の発明として、本発明は、自動車のパワートランスミッションに使用するハイポイド形状の鍛造ベベルギヤであって、複数個の歯を有し、各歯は２個の歯側面と２個の端部との間に位置する歯先面を有し、前記２個の歯側面は歯のほぼ長手方向に延在するものとした該鍛造ベベルギヤにおいて、前記歯先面は、前記長手方向に沿って前記２個の端部間で少なくとも１個のほぼ凸状に湾曲する部分を有する形状にしたことを特徴とする。
【００３５】
発明の好適な実施例
本発明を、主に、自動車における互いに直交する駆動軸のためのハイポイド形ベベルリングギヤ（かさ歯環状歯車）に関連して説明するが、本発明は、例えば、ストレートもしくはスパイラル歯のような他の歯形状を有するかさ歯車にも同様に適用することができ、また他の用途におけるべベルギヤ（かさ歯車）にも適用できるものと理解されたい。本発明方法は、他のタイプのべベルギヤ、例えば、ピニオンを製造するのにも適用できる。べベルギヤの歯につき説明する歯形状の変更例は、ストレート平歯車およびヘリカル平歯車のような他のタイプの歯にも適用できる。
【００３６】
図１，図２および図３は、自動車の互いに直交する駆動軸に使用する従来の機械切削加工加工によるハイポイド形リングギヤ（環状歯車）１を示す。ギヤ１は、取付孔２と、ギヤ１の背面における取付面３と、ねじ穴４と、ギヤの歯５と、円錐状外面６と、内側段部７と、円錐状内面８とを有する。ギヤの歯５は、歯側面９，１０と、歯先面１１と、内側端部１２と、外側端部１３と、歯根部１４とを有する。本発明による方法および装置は、図１，図２および図３に示す形状を変更したかさ歯環状歯車、例えば、円錐状外面６の代わりに円筒形外面を有するギヤ、もしくは内側段部７を有していないギヤにも適用できる。歯５の内側端部に面取り５０を示したが、このような面取りを有していないギヤ、および歯の双方の端部に面取りを設けたギヤにも適用できるものと理解されたい。図１，図２および図３に示すタイプに類似するかさ歯環状歯車は、「鍛造方法および装置」という発明の名称における国際特許公開第０２／０７８８７６号の図２３に示すタイプの従来技術の鍛造型で使用することができる。
【００３７】
図４ａは、図１に示す環状歯車（リングギヤ）１における単独の機械切削加工によるハイポイドギヤの単独の歯を示す。歯の端縁は、内側端縁１５，２８（図１参照）と、外側端縁１６，１７と、頂端縁１８，１９および２３，３０と、面取り端縁２３，２４，２７（図１参照），２９（図１参照）と、端部コーナー丸め部２０，２１，２２，３１（図１参照）と、歯根部１４の底部を示すライン２６とによって規定される。場合によっては、端縁２３，２４，２７，２９によって画定される面取り歯コーナーを必要としないギヤもあることに注意されたい。
【００３８】
図４ａ、図４ｂおよび図４ｃは、鋭利なコーナーを有する機械切削加工のギヤ歯であり、この特別なギヤにおける最大体積部分における歯形状を示す。このギヤ歯を鍛造で製造するとしたら、型の機械加工を実用的にし、また歯型キャビティの各コーナーにおける応力集中作用を減少するため、すべての鋭利端縁に丸みを付ける必要がある。上述した鋭利端縁の従来例とは別に、図示しない歯型キャビティを、機械切削加工ギヤの歯５に対して正確に反転した形状にしなければならない。
【実施例】
【００３９】
図５ａは、鍛造ギヤの歯２０５の第１実施例を示し、図４ａに示す機械切削加工ギヤの歯５に基づく。「基本」となる機械切削加工によるギヤの歯５のアウトラインを、２点鎖線２１５，２１６，２１７，２１８，２１９，２２０，２２１，２２２，２２３，２２４，２２５，２３０，２３２、および実線２２６で表し、この実線２２６は、歯根コーナー丸め部２１４における最低レベルポイントの軌跡を表す。
【００４０】
説明上の目的のため、ギヤの歯２０５の長さ２７０を、歯根コーナー丸め部２１４の底部（ライン２２６）に沿う曲線方向に測定する（図５ｃ参照）。
【００４１】
曲線方向ｔは、図１の基準平面Ｓ上に存在する。平面Ｓは湾曲した平面であり、ラインＰ‐Ｐでギヤ１に交差し、このラインＰ‐Ｐはギヤの歯５の歯根部におけるライン２６に一致する（図２参照）。方向ｚは、曲線方向ｔに直交し、ギヤの歯５の歯根部１４に平行である（図１参照）。図３に示すように、方向ｚは、一般的に、ギヤ１の軸線Ｚに平行ではない。
【００４２】
対応の歯型（ダイス）キャビティ２３７を、やはり、２点鎖線２１５，２１６，２１７，２１８，２１９，２２０，２２１，２２２，２２３，２２４，２２５，２３０，２３２、および実線２２６で表し、ただし、機械切削加工によるギヤ５の歯における鋭利端縁を表すこれらラインの代わりに、歯型キャビティの他の表面および頂面に滑らかに合流する１ｍｍ以下の小さい丸め付きコーナーとする。
【００４３】
機械切削加工ギヤの歯５の側面９に対応する鍛造ギヤの歯２０５の範囲を、ライン２３３，２２６で区切る。機械切削加工ギヤの歯５の外側端部１３に対応する鍛造ギヤの歯における外側端部２１３の範囲を、ライン２３５，２３６で区切る。歯側面２０９は、鍛造ギヤ２０５が図示しないピニオンギヤに噛合するときには、確実に共役作用を行う形状とする。
【００４４】
歯先面２３４は、滑らかな非平面形状であり、ライン２３３で歯側面２０９に交差する。歯先面２３４は、また、歯の外側端部２１３に対してライン２３５で交差する。さらに、歯先面２３４は、図示しない内側端部２１２（図１の内側端部に対応する）に対して、図示しないライン２３６で交差し、このライン２３６は図５ａの矢印Ｂの方向から見てライン２３５に類似する形状である。
【００４５】
鍛造ギヤの歯２０５は、図示しない鍛造ブランク（予成形体もしくはプレフォーム）を歯型キャビティ２３７ないに押し込むことにより形成し、したがって、鍛造プロセスの終了時にはギヤの歯先面２３４と鍛造型キャビティ２３７との間には金属間接触は存在しない。このことは、図示しない鍛造ギヤブランクの予備成形形状、鍛造プロセスの潤滑条件、および鍛造型装置を予め設計することによって得ることができ、これにより歯型キャビティ２３７を均一に充填し、鍛造ストロークの終了時に歯先面２３４の湾曲面２３８が、歯型キャビティの長さ全体にわたりキャビティ底面２４２にほぼ平行になり、このキャビティ底面２４２に接触しないようにすることができる。
【００４６】
鍛造ストローク全体にわたりギヤの歯先面２３４の面に作用する垂直圧力は、歯型キャビティにおける空気圧力に等しく、実用的な目的のためには、鍛造している材料に接触する型表面に作用する垂直圧力に比べるとゼロとみなすことができる。鍛造中に、上ギヤの歯先面２３４と型キャビティ底面２４２との間に金属間接触がないことを確実にするため、鍛造圧力を少なくし、したがって、これに対応して型圧力および応力を所定の型ジオメトリ（幾何学的形状）に関して減少させる。型キャビティの底部における圧力を、材料の内部圧力に比較して無視できるようにするため、鍛造中には型キャビティ内に型潤滑流体が溜まらないようにすることが必要である。
【００４７】
型キャビティ内におけるギヤの歯先面２３４の全範囲に沿って低圧ゾーンを設けることは、開放型鍛造におけるフラッシュガターと同様に作用する。この低圧ゾーンは、型キャビティのいたるところで金属間接触を生ずるように型キャビティを充満させる場合に生ずる値よりも大幅に低い値に、型キャビティ内の鍛造圧力を制限する。このようにして、所定の型デザインに対してできるだけ少ない型鍛造応力を実現できる。
【００４８】
このような低圧ゾーンは、歯型キャビティの充填を制限することによって得ることができ、この場合、完成鍛造ギヤの歯高よりも深い深さに機械加工する必要がある底部領域を除いて、必要とされるギヤ歯の反転形状にキャビティを形成し、型を完全に閉じたときギヤの歯の上方に必要なクリアランス空間を生ずるようにする。代案として、歯型キャビティの底部全体を切除し、各ギヤの歯先面の上方で開放型キャビティを生ずるようにすることもできる。
【００４９】
図５ｂおよび図５ｃは、鍛造プロセスの終了時において、歯先面２３４と型キャビティ２３７との間に存在するクリアランス２３９を示す。
【００５０】
図５ｄは、歯先面２３４の湾曲面２３８を示し、この湾曲面２３８は、歯先面２３４が型キャビティ２３７のキャビティ底面２４３に接触しないようギヤ歯２０５を鍛造するときに生ずる。湾曲面２３８は曲線方向ｔに沿って歯先面２３４の長さ全体にわたり延在する。
【００５１】
型キャビティ底面２４３の断面形状は、図５ｄに示すように、キャビティコーナー丸め部２４０，２４１と、キャビティ底面２４３とによって画定される。型の応力集中を減少するため、コーナー丸め部２４０，２４１はできるだけ大きくし、キャビティ底面２４３の面積はゼロに近づくように減少させ、コーナー丸め部２４０，２４１の曲率を連続的に変化させ、必ずしも一定の半径にする必要はない。コーナー丸め部２４０，２４１の許容最大寸法は、歯２０５の歯側面２０９における図示しない接触ゾーンの垂直方向寸法に依存する。
【００５２】
図５ｅは、歯型キャビティの外側端部コーナー丸め部２４４および歯型キャビティの外側端部底面キャビティ２４７を示す。型応力集中を減少するため、歯型キャビティの外側端部コーナー丸め部２４４は、ギヤ設計の制約内で、できるだけ大きくし、歯型キャビティのコーナー丸め部２４０，２４１に滑らかに合流させるべきである。
【００５３】
図５ｆは、歯型キャビティの内側端部コーナー丸め部２４５，２４６および歯型キャビティの内側底面キャビティ２４８を示す。型応力集中を減少するため、歯型キャビティの内側端部コーナー丸め部２４５，２４６は、ギヤ設計の制約内で、できるだけ大きくし、歯型キャビティのコーナー丸め部２４０，２４１に滑らかに合流させるべきである。
【００５４】
図５ｃの実施例は、歯先面２３４の輪郭は、歯先面２３４が合流する歯の端部を除いて平坦である。しかし、鍛造ギヤの歯ではこのようにしないのが一般的である。図示しないプレフォームおよび潤滑条件の設計に基づいて、歯先面２３４の輪郭を湾曲させる。
【００５５】
図５ｇは、歯先面２３４が、曲線方向ｔに沿って歯先面２３４の長さ全体にわたって凸状湾曲部分２６０を有する第２実施例を示す。
【００５６】
この明細書の文脈において、「凸状湾曲（クラウニング）」とは、図５ａの方向Ｃに見るとき歯先面２３４の上向き凸状輪郭として定義する。図５ｇとの比較を分かり易くするため、まだ説明していない図６ｋ，図７ｄおよび図７ｅを同一紙面に示す。
【００５７】
図６ａは、第１実施例の鍛造ギヤ２０５の変更例である鍛造ギヤ３０５の第３実施例を示す。この第３実施例においては、歯先面３３４は、歯型キャビティ３３７の底面に対して先端接触領域３７０にわたり接触できるようにしておく。この場合、鍛造プロセスの終了時に先端接触領域３７０に作用する圧力はゼロにはならず、鍛造の歯３０５を形成する際に生ずる型圧力および型応力は、鍛造の歯２０５を形成する際に生ずるよりも大きいものとなる。歯型キャビティの底面に接触することなくキャビティを均一に充填するか否かは、図示しない鍛造歯のプレフォーム、型潤滑条件、および鍛造中に型キャビティを充填させる範囲に依存する。鍛造中に歯型における機械的応力を容認できるレベルに維持するためには、先端接触領域３７０の長さ３５０は、歯先面３３４の長さの５０％を越えないものとする。
【００５８】
先端接触領域３７０の位置は、歯先面３３４の中央とするのが好適であるが、先端接触領域３７０が歯型キャビティのコーナーまで達することがないとして、どちらか一方の端部寄りに配置することもできる。先端接触領域３７０がコーナーまで達する場合、歯の材料は型キャビティのこのコーナーを充填し、このことは、型キャビティ内に容認できないほどの高い流動体静力学的圧力をもたらし、これに伴って高い型応力を発生する。先端接触領域３７０の位置は、歯型キャビティの設計、鍛造ギヤのプレフォームおよび型潤滑条件によって左右される。
【００５９】
図６ｂおよび図６ｃは、鍛造プロセスの終了時に、歯先面３３４と型キャビティ３３７の底部との間に存在する部分的クリアランス３３９を示す。図６ｄは、歯先面３３４が型キャビティ３３７の歯型キャビティ底面３４２に部分的に接触するようギヤの歯３０５を鍛造するときに生ずる歯先面３３４の湾曲面３３８を示す。湾曲面３３８は、図１に示す曲線方向ｔに見て、歯先面３３４の長さの大部分にわたり延在する。
【００６０】
歯型キャビティの底面３４２の断面形状は、図６ｄで見て、歯型キャビティの底部コーナー丸め部３４０，３４１および歯型底面３４３によって規定される。型の応力集中を少なくするため、キャビティコーナー丸め部３４０，３４１はできるだけ大きくし、歯型キャビティ底面３４３の面積をゼロに減少させ、歯型コーナー丸め部３４０，３４１は、連続的に変化する半径にし、必ずしも一定半径にする必要はない。コーナー丸め部３４０，３４１の最大許容寸法は、歯３０５の歯側面３０９における図示しない接触ゾーンの垂直範囲に依存する。
【００６１】
図６ｅは、歯型キャビティの外側端部のコーナー丸め部３４４および歯型外側端部底部キャビティ３４７を示す。やはり、型の応力集中を減少するため、歯型キャビティの外側端部のコーナー丸め部３４４は、ギヤ設計の制約内で、できるだけ大きくし、歯型キャビティのコーナー丸め部３４０，３４１に滑らかに合流させるべきである。
【００６２】
図６ｆは、歯型キャビティの内側端部におけるコーナー丸め部３４５，３４６、および歯型の外側端部キャビティ底部３４８を示す。やはり、型の応力集中を減少するため、歯型キャビティの内側端部におけるコーナー丸め部３４５，３４６は、ギヤ設計の制約内でできるだけ大きくし、歯型キャビティのコーナー丸め部３４０，３４１に滑らかに合流させるべきである。
【００６３】
図６ｋは、ほぼ中心に位置する部分３６２に対して凸状湾曲部３６０，３６１を並置させた歯先面３３４を示し、この歯先面は、鍛造中に図示しない歯型に接触させるか、または事後の機械加工操作によって形成する。部分３６２は、歯型キャビティの設計に基づいて、ほぼフラットにするか、僅かに丸みをつけるもしくは丸くするか、または鍛造後に歯先面を機械加工する。
【００６４】
図６ｇは、鍛造した歯７０５の第４実施例を示し、この実施例においては、歯先面７３４は、基本機械切削加工ギヤ歯先面１１（図面では歯先面７１１で示す）のエンベロープの外側に突出する。このことは、基本機械切削加工歯５の截頭円錐形（ほぼ平坦な）の歯先面１１に代えて、歯型キャビティを設計することにより基本機械切削加工歯５のエンベロープの外側に突出する湾曲面７３８を採用し、この湾曲面７３８は図示しない共役噛合ギヤに干渉しないようにする。湾曲面７３８が干渉を生ずる場合、鍛造後に、歯先面７３４の部分７４９を機械加工によって除去する。このことは、余分な作業を招き、また材料をムダにするが、鍛造した歯の形状を基本機械切削加工歯５のエンベロープ内に納めようとする努力において小さいコーナー丸め部７４０，７４１を使用した容認できる型寿命を得ることができない場合には好ましいことである。
【００６５】
湾曲面７３８の形状は、歯先面７３４が型キャビティ７３７の底面に接触しないよう形成し、したがって、鍛造ストロークの終了時にクリアランス７３９を生ずる点で、湾曲面２３８に類似している。このことは、型キャビティ７３７をキャビティ２３７よりも深く切削し、また、歯型キャビティ７３７を均一に充填し、鍛造ストロークの終了時に歯先面７３４の湾曲面７３８が、曲線方向ｔに計って、歯型キャビティの長さにわたりキャビティ底面７４２に対してほぼ平行かつ接触しないように、図示しない鍛造ギヤのプレフォーム、鍛造プロセス潤滑条件および鍛造装置を設計することにより達成することができる。
【００６６】
歯型キャビティの底面７４２の断面形状は、図６ｇの端面図で見て、歯型キャビティコーナー丸め部７４０，７４１および歯型キャビティ底面７４３によって規定される。型の応力集中を減少するため、キャビティコーナー丸め部７４０，７４１はできるだけ大きくし、型キャビティの底面７４３の面積をゼロに減少させ、歯型キャビティの底部コーナー丸め部７４０，７４１に連続させ、必ずしも一定半径にする必要はない。底部コーナー丸め部７４０，７４１の最大許容寸法は、歯７０５の歯側面７０９の図示しない接触ゾーンの垂直範囲に依存する。
【００６７】
図６ｈは、歯型キャビティ外側端部の底部コーナー丸め部７４４および歯型キャビティのキャビティ底面７４７を示す。型の応力集中を減少するため、歯型キャビティ外側端部コーナー丸め部７４４は、ギヤ設計の制約内で、できるだけ大きくし、歯型キャビティの底部コーナー丸め部７４０，７４１に滑らかに合流させる。
【００６８】
図６ｊは、歯型キャビティ内側端部の底部コーナー丸め部７４５，７４６および歯型キャビティのキャビティ底面７４８を示す。型の応力集中を減少するため、歯型キャビティ内側端部コーナー丸め部７４５，７４６は、ギヤ設計の制約内で、できるだけ大きくし、歯型キャビティの底部コーナー丸め部７４０，７４１に滑らかに合流させる。
【００６９】
図７ａは、第１実施例の鍛造歯２０５に対する他の変更例である第４実施例の鍛造歯４０５を示す。この実施例において、歯先面４３４は、それぞれ長さ４４４，４４５を有する領域４４２，４４３にわたり、歯型キャビティ４３７の底面に接触するようにしてある。この場合、鍛造プロセスの終了時に領域４４２，４４３に作用する圧力はゼロではなく、鍛造歯４０５を形成するさいに生ずる型圧力および型応力は、鍛造歯２０５を形成するときよりも大きい。鍛造中の歯型における機械的応力を容認できるレベルに維持するため、領域４４２，４４３の長さ４４４，４４５を、歯先面４３４の長さの５０％を越えないようにする。
【００７０】
領域４４２，４４３の位置は、歯先面４３４の中心に対して対称的に配置するのが好適であるが、双方とも、歯型キャビティのコーナーまで達することがないようにしていずれか一方の端部寄りに配置することもできる。領域４４２，４４３のいずれかの領域がコーナー丸め部に達する場合、歯は型キャビティのコーナーを先ず充填し、このことは、型キャビティ内の流動体静力学的圧力を容認できないほどの大きさにし、したがって、型応力を増大させることになる。領域４４２，４４３の位置は、歯型キャビティの設計、鍛造ギヤのプレフォーム、および潤滑条件に依存する。
【００７１】
図７ｂおよび図７ｃは、それぞれ図７ａのＢおよびＣ方向から見た図であり、鍛造プロセスの終了時に、歯先面４３４と型キャビティ底面４３７との間に存在する部分的クリアランス４３９を示す。鍛造歯４０５の歯先面４３４は、鍛造歯３０５の形状につき上述したのと同様の理由で、歯先面４１１よりも僅かに突出させることができる。
【００７２】
図７ｂのサークルＤの詳細は、図６ｂのサークルＤの詳細と同一である。
【００７３】
図７ｃのサークルＥおよびＦの詳細は、図６ｃのサークルＥおよびＦの詳細と同一である。
【００７４】
図７ｅは、凸状湾曲部分４６０，４６１をフラットな歯先部分４４２，４４３に並置させ、この歯先部分４４２，４４３を中央の凹状歯先部分４６２に並置させた歯先面４３４を示す。図７ｅは、歯先面４３４を鍛造中に２箇所で図示しない歯型に接触させるか、または鍛造後に歯先面４３４を機械加工してほぼフラットな歯先部分４２２，４４３を形成した状況を示す。
【００７５】
図７ｄは、第４実施例としての凸状湾曲歯先部分６６０，６６１をほぼ中央に位置する凹状歯先部分６６２に並置させた歯先面６３４を示す。図７ｄは、歯先面６３４を鍛造中に２箇所で図示しない歯型に接触させるか、または鍛造後に歯先面６３４を機械加工してほぼフラットな歯先部分６６０，６６１を形成した状況を示す。
【００７６】
鍛造歯２０５，３０５，４０５，７０５は、基本機械切削加工ギヤの歯５の形状にほぼ類似するもしくは等しいとした場合、最小の型応力は、歯２０５，７０５の形状の鍛造歯で得られる。鍛造歯３０５の型応力が鍛造歯４０５の型応力よりも大きいか小さいかは、鍛造歯プレフォームの設計上の微妙な変化に基づく。
【００７７】
しかし、鍛造歯形状２０５で得られる鍛造型応力におけるさらなる大幅な減少は、鍛造歯の形状が、基本機械切削加工ギヤの歯の形状にとらわれなくなった場合に可能になる。このような歯形状を、図８ａに本発明の第８実施例として示す。
【００７８】
図８において、基本機械切削加工ギヤの歯５のアウトラインを２点鎖線ライン５１５，５１６，５１７，５１８，５１９，５２０，５２１，５２２，５２３，５２４，５２５，５２８，５２９，５３０，５３２、および歯根部コーナー丸め部５１４における最底ポイントの軌跡を表す実線５２６で示す。
【００７９】
接触ゾーン５０９の境界線は、湾曲した境界ライン５４８で示す。図８ａにおいて、歯側面（フランク）は凸状のものを示し、これは、主軸の駆動荷重を支持するため当業界では「駆動フランク」として知られている。図示しない凹状の反対側歯側面は、当業者では、「コーストフランク」として知られており、駆動フランクよりも小さい荷重を受ける。
【００８０】
ギヤの歯５０５に僅かな荷重が加わるとき、接触ゾーンは、湾曲した境界ライン５７６で区切られる範囲となる。ギヤに大きな荷重が加わると、ギヤ歯５０５の外側端部５１３に向かって移動し、境界ライン５７７で区切られる範囲となる。湾曲した境界ライン５４８は、湾曲した境界ライン５７６，５７７で区切られる接触ゾーンを包囲し、これら境界ライン５７６，５７７には交差しない。図示のギヤと図示しない噛合ピニオンとの良好な噛合接触を得るため、境界ライン５４８と境界ライン５７６，５７７との間に小さいクリアランスが存在することを必要とする。さらに、鍛造ギヤ５０５と図示しない噛合ピニオンとの間の共役作用を確実に生ずるようにするため、湾曲した境界ライン５４８によって区切られる表面を、噛合ピニオンに共役するようにしなければならない。しかし、２個の歯側面における共役接触ゾーンの外側におけるギヤの歯５０５の表面形状は、ギヤの設計技師および歯型の設計技師の双方に容認される任意の形状とすることができる。
【００８１】
図８ａは、滑らかに湾曲した鍛造５０５の形状を示し、鍛造歯２０５，３０５，４０５，７０５の形状よりも歯型設計技師によって好まれるものである。これは、図８ａに示す滑らかに湾曲したギヤの歯５０５に対応する図示しない歯型キャビティは、コーナーおよび歯型キャビティの底部領域、ならびに歯型キャビティの頂端縁周辺により精密な丸め端縁とすることができるからである。図示しない歯型キャビティの端部コーナーおよび底部丸め部は、図８ｄ、図８ｅおよび図８ｆのコーナー丸め部５４０，５４１，５４４，５４５，５４６に対応する。図示しない歯型キャビティの端縁における丸め部は、図８ｂおよび図８ｃにおけるコーナー丸め部５１４，５５０，５５１の反転形状となる。歯型キャビティ設計において、これら精密な丸め部を設けることにより、鍛造歯型キャビティにおける応力集中を減少し、型応力を直接減少するのに寄与し、また型寿命を増大させることができるようになる。
【００８２】
ギヤ歯５０５の形状に基づく歯型キャビティの頂端縁におけるより大きいコーナー丸め部は、歯型キャビティ内での材料流動を容易にし、材料の流動体静力学的圧力を減少し、これにより、鍛造型応力をさらに減少し、型寿命をさらに増長する。
【００８３】
図８ｄは、歯先面５３４の湾曲面５３８を示し、この湾曲面は、歯先面５３４が型キャビティ５３７の歯型キャビティ底面５４２に接触しないようにギヤの歯５０５を鍛造するとき生ずる。湾曲面５３８は、図１に示す曲線方向ｔに見て歯先面５３４の長さの大部分にわたり延在する。
【００８４】
歯型キャビティの底面５４２の断面形状は、図８ｄの端面図で見て、歯型キャビティの底面コーナー丸め部５４０，５４１および歯型底面５４３によって規定される。型応力集中を減少するため、型キャビティの底面コーナー丸め部５４０，５４１をできるだけ大きくし、歯型底面５４３の面積をゼロにし、歯型キャビティの底面コーナー丸め部５４０，５４１を連続的に変化する曲率半径にし、必ずしも一定半径にする必要はない。底面コーナー丸め部５４０，５４１の最大許容寸法は、歯５０５の歯側面における図示しない接触ゾーンの垂直方向範囲に依存する。
【００８５】
図８ｅは、歯型キャビティの外側端部底面コーナー丸め部５４４および歯型外側端部底面キャビティ５４７を示す。型応力集中を減少するため、歯型キャビティの外側端部底面コーナー丸め部５４４を、ギヤ設計の規制内で、できるだけ大きくし、歯型キャビティ底面のコーナー丸め部５４０，５４１に滑らかに合流させるべきである。
【００８６】
図８ｆは、歯型キャビティの内側端部底面コーナー丸め部５４５，５４６および歯型内側端部底面キャビティ５４８を示す。型応力集中を減少するため、歯型キャビティの内側端部底面コーナー丸め部５４５，５４６を、ギヤ設計の規制内で、できるだけ大きくし、歯型キャビティ底面のコーナー丸め部５４０，５４１に滑らかに合流させるべきである。
【００８７】
図８ｇは、図８ａに示す位置（ｉ），（ii），（iii），（iv），（ｖ）におけるそれぞれの断面を示し、同一位置における基本機械切削加工ギヤの歯５の断面に比較した鍛造歯５０５の断面を示す。鍛造ギヤ歯５０５の形状によれば、機械切削加工ギヤ歯５に比べると、体積を節約し、型応力を減少する。
【００８８】
図８ｈは、図８ｇのサークルＧ，Ｈ，Ｊ，Ｋ，Ｌの部分を拡大して示す。部分Ｇ，ＨおよびＪは、歯先面５３４と、型キャビティ底面５４２との間に存在するクリアランス５３９を示す。部分ＫおよびＬは、クリアランス５３９が歯の端部に向かってゼロに減少する状況を示す。
【００８９】
図８ｄ，図８ｅ，および図８ｆに示すクリアランス５３９は、型キャビティ５３７、図示しない鍛造ギヤプレフォーム、および潤滑条件を、歯２０５，７０５の形状に関して、鋳造中に、ギヤの歯における軸線方向長さの大部分にわたり歯先面５３４と型キャビティ底面５４３との間に接触を生じないよう設計した状況を反映している。
【００９０】
鍛造型応力を大幅に減少することの他に、長手方向に歯先面をクラウニングすることは、上述したように、体積を少なくし、材料節約をもたらす。材料節約量は、歯５０５の形状となるよう鍛造するとき最大となる。平坦歯先面の代わりに歯２０５，３０５，４０５の形状に凸状湾曲歯先面を鍛造する場合、材料節約量は少なくなる。後者の場合材料節約量は少なくなるが、全世界的に自動車産業界で毎年生産される大量のギヤでは無視できないものである。
【００９１】
長手方向に湾曲した歯および滑らかなコーナー丸め部を有する歯に鍛造したギヤ歯の他の利点は、鋭利端縁を有するギヤ歯で生ずる潤滑油の泡立ちを減少する点である。精密の歯先面端縁の丸め部によれば、ギヤ歯が潤滑油プールに進入するときギヤ歯表面にわたりオイルの滑らかな流動を促進し、これとは逆に、鋭利端縁を有するギヤ歯では、キャビテーションを引き起し、高速作動の用途では空気混入を引き起こす。
【００９２】
滑らかなコーナー、端縁および歯根部丸め部を有する長手方向に凸状湾曲歯となるよう鍛造したギヤ歯の他の利点は、機械切削加工したギヤ歯では不可避である鋭利端縁を排除できる点である。
【００９３】
滑らかに合流するコーナー、端部および歯根部丸め部を有する長手方向凸状湾曲歯を有するギヤのさらに他の利点は、ギヤ設計技師および歯型設計技師の双方に融通性をもたらす点である。このような歯の形状は、鍛造により製造が容易となり、一方、機械加工による製造はコストがかかる。ギヤ切削加工による歯形状での作業の制約はもはやなくなり、予期できないほど長い型寿命とともに、コスト的に有利な鍛造プロセスで形成し、かつ望ましい強度および性能を有する新たな歯形状にすることもできるようになる。
【００９４】
図９ａは、図４ａのギヤ歯５の形状である機械切削加工した歯を有するハイポイドリングギヤ１の斜視図を示す。図９ｂは、図８ａのギヤ歯５０５とした滑らか形状の鍛造歯を有するハイポイドリングギヤ７０１の斜視図を示す。リングギヤ７０１のための基本ギヤ歯形状は、図４ａのギヤ歯５の形状であり、ギヤ１，７０１における接触ゾーンのサイズおよび位置は、ほぼ同一であり、ギヤ歯はギヤ歯５の形状によって区切られ、ただし、図示しないギヤと、軸組立体における他の構成部品との間に干渉を引き起こさないと仮定して、鍛造歯先面２３４，３３４，４３４は、図４ａにおける歯先面１１の境界を僅かに越える点で異なる。このようにして、歯形状は、ほぼ機械切削加工歯形状によって区切られ、単に歯先面および歯の端部でのみ、基本機械切削加工による歯形状の境界を僅かに逸脱するだけであると理解されたい。歯側面およびとくに接触ゾーンは、常に機械切削加工したギヤ歯形状によって区切られたままとし、噛み合う図示しないギヤとの共役作用を確実にしなければならない。
【００９５】
図８ａに示す滑らかに湾曲した歯５０５の形状に基づく鍛造ギヤ歯を有するリングギヤは、他のすべてのものが等しいとして、機械的応力ができるだけ少なく、これに付随して型の疲労寿命も向上する。
【００９６】
極めて高い荷重がかかる駆動用途では、歯の曲げ強度および剛性に関する付加的要求によって、歯形状を基本機械切削加工ギヤにより一層近似させることを余儀なくさせる。この場合、歯形状の限界形状は、歯２０５と歯５０５との中間の形状になるであろう。
【００９７】
一般的に、最少型応力は、型およびギヤプレフォームを、歯の長さに沿うあらゆる点で歯先面が歯型キャビティの底面に接触しない歯形状を製造するよう設計する場合に得られる。最小の型応力は、歯５０５の形状で得られる。
【００９８】
次に低い型応力は、歯２０５または歯２０５と歯５０５との間の形状限界間における形状を有する歯で得られ、ただし、鍛造中歯先面と歯型キャビティ底面との間に接触を生じないものとする。
【００９９】
図６ａおよび図７ａに示す歯３０５，４０５の形状に基づく鍛造ギヤ歯は、少なくとも１個の接触ゾーンがギヤ歯の歯先面に近接して延在する場合に必要となる。この場合、歯型キャビティ内における歯先面とキャビティ底面との間の接触が歯先面長さの５０％以下であるときに得ることができる。
【０１００】
べベルギヤとくに、ハイポイドベベルギヤを鍛造する設計および製造につき本発明を説明したが、本明細書に記載した原理は、本発明の精神を逸脱することなく、ハイポイドギヤ歯以外の歯付き部品を鍛造する設計および製造にも適用できる。例えば、ベベルギヤ歯の長手方向範囲は、本明細書では図１および図３では「半径方向」として記載した。平歯車およびヘリカルギヤに関しては、ギヤ歯の長手方向範囲とは、軸線方向、すなわち、回転軸線に平行な方向である。ラックギヤに関しては、ギヤ歯の長手方向範囲は、横方向、すなわち、ラックの並進移動軸線にほぼ直交する方向である。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】従来技術の機械的切削加工によるハイポイド形べベルギヤ（かさ歯車）を示す図である。
【図２】図１に示すべベルギヤの平面図である。
【図３】図２のIII‐III線上の断面図である。
【図４ａ】図１に示すべベルギヤの単独の歯を矢印Ａに沿って見た斜視図である。
【図４ｂ】図４ａに示す単独の歯を矢印Ｂに沿って見た端面図である。
【図４ｃ】図４ａに示す単独の歯を矢印Ｃに沿って見た側面図である。
【図５ａ】本発明による鍛造加工中に、歯の先端全体が鍛造型に接触しない単独鍛造ハイポイド歯の第１実施例の斜視図である。
【図５ｂ】図５ａに示す単独鍛造ハイポイド歯の矢印Ｂに沿って見た端面図である。
【図５ｃ】図５ａに示す単独鍛造ハイポイド歯の矢印Ｃに沿って見た側面図である。
【図５ｄ】図５ｂにおけるサークルＤに示す歯部分の拡大図である。
【図５ｅ】図５ｃにおけるサークルＥに示す歯部分の拡大図である。
【図５ｆ】図５ｃにおけるサークルＦに示す歯部分の拡大図である。
【図５ｇ】本発明による単独の鍛造加工ハイポイド歯の第２実施例における歯先面の凸状湾曲を示す歯先輪郭の線図である。
【図６ａ】本発明による鍛造加工中に歯先部の中心部分が鍛造型に接触する単独鍛造ハイポイド歯の第３実施例の斜視図である。
【図６ｂ】図６ａに示す単独鍛造ハイポイド歯の矢印Ｂに沿って見た端面図である。
【図６ｃ】図６ａに示す単独鍛造ハイポイド歯の矢印Ｃに沿って見た側面図である。
【図６ｄ】図６ｂのサークルＤに示す歯部分の拡大図である。
【図６ｅ】図６ｂのサークルＥに示す歯部分の拡大図である。
【図６ｆ】図６ｃのサークルＦに示す歯部分の拡大図である。
【図６ｇ】本発明による単独鍛造ハイポイド歯の第４実施例における歯部分を図６ｄと同様に見た拡大端面図である。
【図６ｈ】図６ｇに示す歯部分の図６ｅと同様に見た拡大側面図である。
【図６ｊ】図６ｇに示す歯部分の図６ｆと同様に見た拡大側面図である。
【図６ｋ】図６ａに示す単独鍛造ハイポイド歯の２個の凸状湾曲歯先面が平坦歯先面に並置した状態を示す歯先輪郭の線図である。
【図７ａ】本発明による単独鍛造ハイポイド歯第５の実施例における歯先面が２箇所で鍛造中の鍛造型に接触した状態を示す斜視図である。
【図７ｂ】図７ａに示す単独鍛造ハイポイド歯の矢印Ｂに沿って見た端面図である。
【図７ｃ】図７ａに示す単独鍛造ハイポイド歯の矢印Ｃに沿って見た側面図である。
【図７ｄ】本発明による単独鍛造ハイポイド歯の第６実施例における２個の凸状湾曲歯先面が凹状歯先面に並置した状態を示す歯先輪郭の線図である。
【図７ｅ】本発明による単独鍛造ハイポイド歯の第７実施例における２個の凸状湾曲歯先面が２個の平坦歯先面に並置し、これら２個の平坦歯先面が凹状歯先面に並置した状態を示す歯先輪郭の線図である。
【図８ａ】本発明による単独鍛造ハイポイド形べベルギヤの歯の鍛造中における型応力を減少するよう滑らかな湾曲形状を有する第８実施例の斜視図である。
【図８ｂ】図８ａに示すハイポイド形べベルギヤにおける単独の歯の矢印Ｂに沿って見た端面図である。
【図８ｃ】図８ａに示すハイポイド形べベルギヤにおける単独の歯の矢印Ｃに沿って見た端面図である。
【図８ｄ】図８ｂにおけるサークルＤで示す歯部分の拡大図である。
【図８ｅ】図８ｃにおけるサークルＥで示す歯部分の拡大図である。
【図８ｆ】図８ｃにおけるサークルＦで示す歯部分の拡大図である。
【図８ｇ】図８ａに示すハイポイド形べベルギヤにおける単独の歯の端部から矢印Ｂに沿って見た種々の断面（ｉ），（ii），（iii），（iv），（ｖ）におけるそれぞれの断面図である。
【図８ｈ】図８ｇにおけるサークルＧ，Ｈ，Ｊ，Ｋで示す部分の拡大図である。
【図９ａ】図１の従来技術による機械切削加工ハイポイド環状歯車の斜視図である。
【図９ｂ】本発明により鍛造中の型応力を減少するよう図８ａに示す第８実施例と同様の滑らかに湾曲した歯形状を有する鍛造ハイポイド環状歯車の斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図５ｅ】
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【図５ｆ】
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【図５ｇ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図６ｄ】
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【図６ｅ】
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【図６ｆ】
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【図６ｇ】
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【図６ｈ】
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【図６ｊ】
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【図６ｋ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図７ｄ】
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【図７ｅ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図８ｄ】
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【図８ｅ】
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【図８ｆ】
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【図８ｇ】
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【図８ｈ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【国際調査報告】
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