(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱状の素材を熱間据込鍛造することにより、リングギヤの荒地としての円盤状部分と、当該円盤状部分の中心部から軸線方向片側方向に延びたピニオンギヤの荒地としての軸状部分とを有する中間材を成形する第１工程と、
前記円盤状部分と前記軸状部分の周方向境界断面を上下型でプレスして薄肉化する第２工程と、
前記軸状部分を軸線方向片側方向に押圧することにより、当該軸状部分を前記円盤状部分から薄肉化した前記周方向境界断面で切り離す第３工程と、
前記第３工程で前記円盤状部分から前記軸状部分を切り離して得られたリング状部材を、ローリングによって径寸法を拡大すると共に、当該リング状部材の外周面に後工程でギヤを加工するための第１のギヤ加工部を形成する第４工程と、
前記第３工程で切り離した前記軸状部分の外周面に、後工程でギヤを加工するための第２のギヤ加工部を形成する第５工程と、
を有し、
前記第１工程と前記第２工程において、前記円盤状部分と前記軸状部分が連続する連続位置を、前記第２のギヤ加工部の形成予定位置であって、前記第３工程で前記軸状部分を押圧する方向と反対側の軸方向端部に設けることを特徴とするリングギヤとピニオンギヤの製造方法。
【請求項２】
前記第１工程において、前記素材を軸線方向片側方向に前方押出しすることにより前記軸状部分を成形した後、前記円盤状部分を成形することを特徴とする請求項１の製造方法。
【請求項３】
前記第１工程において、前記円柱状の素材を第１の上下型でプレスすることにより軸長と外径の比が８５％〜９５％の鍛造品を成形し、当該鍛造品を第２の上下型でプレスして当該鍛造品を軸線方向片側方向に前方押出しすることにより前記軸状部分を成形した後、前記軸状部分の基端側を第３の上下型でプレスして拡径することにより前記円盤状部分を成形することを特徴とする請求項１の製造方法。
【請求項４】
前記第２工程において、前記薄肉化による径方向外側への材料流れにより前記円盤状部分の周縁部を肥厚化することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鍛造により１つの素材からリングギヤとピニオンギヤを同時に製造する製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車のデファレンシャルなどに使用されるリングギヤは、鍛造により製造されている。図４は従来の鍛造による製造方法の概略を示したもので、（ａ）は鍛造により成形したリングギヤの第１中間材（荒地）２４０である。この第１中間材２４０は、外周部のリング状部分２４０ａと中心部の円盤状部分２４０ｂとを有する。
【０００３】
円盤状部分２４０ｂは周方向に延びる破線部２４０ｃで切り離して図４（ｄ）のようにスクラップ２４６として廃棄していた。円盤状部分２４０ｂを切り離したリング状部分２４０ａを第２中間材２４１として、図４（ｃ）のようにローリング（圧延）により仕上加工してギヤ粗材２４２にしていた。
【０００４】
ギヤ粗材２４２の外周面は、ホブ切りによりはすば歯車が切削加工された後、表面硬化処理工程で浸炭焼入れを施される。これで目的とするディファレンシャル用リングギヤが製造される。なお、以下の特許文献１〜３には１つの素材から２部品（軸受内外輪）を同時に製造する製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５９−１８３９４８号公報
【特許文献２】特開平１１−２４４９８５号公報
【特許文献３】特開２０１３−２４０８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のリングギヤの製造方法は、中央の円盤状部分２４０ｂをスクラップ２４６として廃棄するので材料が無駄になる。そこで本発明の目的は、従来のリングギヤの製造方法でスクラップとして廃棄していた中央部分を活用して別部品を製造することで、廃材を出さないようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明のリングギヤとピニオンギヤの製造方法は、円柱状の素材を熱間据込鍛造することにより、リングギヤの荒地としての円盤状部分と、当該円盤状部分の中心部から軸線方向片側方向に延びたピニオンギヤの荒地としての軸状部分とを有する中間材を成形する第１工程と、前記円盤状部分と前記軸状部分の周方向境界断面を上下型でプレスして薄肉化する第２工程と、前記軸状部分を軸線方向片側方向に押圧することにより、当該軸状部分を前記円盤状部分から切り離す第３工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、従来のリングギヤの製造方法でスクラップとして廃棄していた中央部分を活用してピニオンギヤを製造することで、廃材を出さないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】リングギヤとピニオンギヤの製造方法の概略を示すもので、（ａ）リングギヤとピニオンギヤの中間材の断面図、（ｂ）リングギヤ荒地の断面図、（ｃ）リングギヤの製品断面図、（ｄ）ピニオンギヤ荒地の断面図、（ｅ）ピニオンギヤの製品断面図である。
【図２Ａ】素材の変形を工程順に示す断面図である。
【図２Ｂ】リングギヤとピニオンギヤの製造に使用する上型と下型を工程順に示す断面図である。
【図３】円盤状部分と軸状部分の軸方向連続位置の違いによる切り離し性への影響を示す図である。
【図４】従来のリングギヤの製造方法の概略を示すもので、（ａ）リングギヤの第１中間材の断面図、（ｂ）リングギヤの第２中間材の断面図、（ｃ）リングギヤの製品断面図、（ｄ）スクラップの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係るリングギヤとピニオンギヤの製造方法の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る製造方法の概略を示すもので、（ａ）はリングギヤの荒地としての円盤状部分１４０ｂと、ピニオンギヤの荒地としての軸状部分１４０ａを含む第１中間材１４０の断面図である。この第１中間材１４０から、図１（ｃ）のリングギヤ１４２と（ｅ）のピニオンギヤ１４７をそれぞれ製作することができる。
【００１１】
すなわち、第１中間材１４０を図１（ｂ）と（ｄ）のように切り離して、第２中間材１４１、１４６を得る。これら第２中間材１４１、１４６をローリング（圧延）やホブ切りなどの機械加工をすることにより、リングギヤ１４２とピニオンギヤ１４７を製作することができる。
【００１２】
（工程の流れ）
図２Ａは製造方法の工程の流れに沿って素材の変形を工程順に示す断面図である。０工程は加工前の円柱状の素材１００である。ここでは外径が８０ｍｍ、軸長が１６０ｍｍの素材１００を使用する。なお、本願発明の説明上使用する寸法（ｍｍ）や比率（％）等はすべて例示であって、それらの寸法や比率等に限定する趣旨ではないことをここで明確にしておく。
【００１３】
この素材１００を最初の１工程の熱間据込み鍛造で上下方向に圧縮し、外径１１５ｍｍ、軸長１０５ｍｍの鍛造品１１０を成形する。この場合、軸長と外径の比（軸長／外径）は９１％である。この比率は、鍛造品１１０の大きさによって例えば８０〜１２０％の範囲内で変更することができる。
【００１４】
次に、この鍛造品１１０を（ｃ）の２工程で下向きに押出し成形して軸状部分１２０ａを有する第１荒地１２０を成形する。続いて、（ｄ）の３工程で軸状部分１３０ａの基端側を上下方向にプレスして拡径することにより、円盤状部分１３０ｂを有する第２荒地１３０を成形する。この３工程において、（ｃ）の軸状部分１２０ａを（ｄ）の軸状部分１３０ａのように製品形状に近付ける。
【００１５】
ここで、軸状部分１２０ａを成形した後に円盤状部分１３０ｂを成形する理由は、逆に成形すると軸心部分の材料ボリュームが不足するためである。軸心部分の材料ボリュームが不足すると、軸状部分１２０ａの先端部まで材料が充足されない可能性がある。
【００１６】
但し、第２荒地１３０の円盤状部分１３０ｂの外径が比較的小さく、これに対して軸状部分１２０ａの軸長が比較的短い場合は、円盤状部分１３０ｂを成形した後に軸状部分１２０ａ、１３０ａを成形することも可能である。このように成形順を逆にしても、軸心部分の材料ボリュームが不足せず、したがって軸状部分１２０ａの先端部まで材料を充足することができるからである。
【００１７】
（ｅ）の４工程は、（ｄ）の第２荒地１３０の軸状部分１３０ａと円盤状部分１３０ｂをさらに製品形状に近付けると共に、軸状部分１３０ａと円盤状部分１３０ｂの周方向境界断面を薄肉化するものである。すなわち、（ｄ）の第２荒地１３０の形状では、軸状部分１３０ａと円盤状部分１３０ｂの周方向境界断面が厚すぎるため、１つの切り離し工程で両者を分離するのが困難である。
【００１８】
そこで本発明の製造方法では、（ｄ）の第２荒地１３０の軸状部分１３０ａと円盤状部分１３０ｂの周方向境界断面を（ｅ）の４工程で薄肉化してから両者を切り離すことにした。詳しくは、（ｄ）の円盤状部分１３０ｂの上面に高さが異なる同心状の環状段差面１４０ｄ、１４０ｅを形成する。
【００１９】
高い方の段差面１４０ｄから低い方の段差面１４０ｅにかけて下り傾斜となる。一方、円盤状部分１４０ｂのほぼ水平な下面１４０ｆは軸状部分１４０ａの外径面に対してほぼ直角で接続している。
【００２０】
そこで、軸状部分１４０ａを軸線方向下方にプレスすることで、前記下り傾斜の下端部を起点とし、軸状部分１４０ａの外径面に延びる切り離し線１４０ｃに沿って、軸状部分１４０ａを円盤状部分１４０ｂから切り離すことにした。なお、高い方の段差面１４０ｄと反対側の下面１４０ｆは後工程の熱間ローリングで必要となる段差でもある。
【００２１】
切り離した後の軸状部分１４０ａと円盤状部分１４０ｂが図２Ａ（ｆ）に示される。円盤状部分１４０ｂはリングギヤの最終の荒地（第２中間材１４１）である。この荒地１４１の外径は１５８ｍｍ、軸長（高さＨ）は４４ｍｍである。
【００２２】
また軸状部分１４０ａはピニオンギヤの最終の荒地（第２中間材１４６）である。この荒地１４６の外径は６７ｍｍ、軸長（高さＨ）は１２１ｍｍである。
【００２３】
最後に、荒地１４１と１４６をそれぞれ別工程で機械加工することで（ｇ）と（ｈ）の製品を得る。すなわち、荒地１４１をローリング（圧延）して外周面１４２ａとフランジ１４２ｂを有する形状にした後、第１のギヤ加工部としての外周面１４２ａをホブ切りすることで（ｇ）のリングギヤ１４２を得る。
【００２４】
また、荒地１４６の第２のギヤ加工部としての外周面をホブ切りすることで（ｈ）のピニオンギヤ１４７を得る。リングギヤ１４２の外径は、ローリング（圧延）の程度によりある程度増減可能なので、所要の外径を有するピニオンギヤ１４７を第２荒地１３０から無駄なく成形することができる。
【００２５】
このように、本発明の製造方法によれば、従来の製造方法のように廃材（スクラップ２４６）を出さないで済むので、リングギヤ１４２やピニオンギヤ１４７の原価低減に有効である。また、リングギヤ１４２やピニオンギヤ１４７をセット鍛造することにより、材料費だけでなく製造コストも抑えることができる。
【００２６】
（金型設備）
図２Ｂの（ａ）〜（ｆ）は、前述した熱間鍛造成形に使用する金型設備の概略を示している。この金型設備は、基本的に上型と下型で構成される（金型総数は２５種類）。上型と下型は、それぞれ１又は複数の型で構成される。複数の上型と複数の下型は、それぞれ同心状に配設される。
【００２７】
上型を可動型、下型を固定型とした場合、上型を例えば２５００〜３５００ｔプレスで駆動する。また熱間の加熱温度は例えば９００〜１２６０℃である。
【００２８】
図２Ｂの（ａ）は、素材１００を上下方向で圧縮する上型Ａ１と下型Ａ’２を示している。（ｂ）の横型Ａ’１は下型Ａ’２と一体であって、据込み鍛造時に鍛造品１１０の外径を規制するものである。（ｃ）は軸状部分１２０ａの押出し成形に使用する上型Ｂ１、下型Ｂ’２、横型Ｂ’１（下型Ｂ’２と一体）を示している。
【００２９】
（ｄ）は円盤状部分１３０ｂを成形するための上型Ｃ１、Ｃ２、下型Ｃ’２、Ｃ’３、横型Ｃ’１（下型Ｃ’２と一体）を示すものである。横型Ｃ’１によって円盤状部分１３０ｂの外径が規制される。
【００３０】
（ｅ）は、前工程（ｄ）の軸状部分１３０ａと円盤状部分１３０ｂの周方向境界断面を薄肉化するための、上型Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、下型Ｄ’２、Ｄ’３、Ｄ’４、Ｄ’５、横型Ｄ’１（下型Ｄ’２と一体）を示すものである。横型Ｄ’１によって円盤状部分１４０ｂの外径が規制される。
【００３１】
上型Ｄ２と下型Ｄ’３の間において、軸状部分１４０ａと円盤状部分１４０ｂの周方向境界断面が圧縮されて薄肉化される。このように周方向境界断面が薄肉化されることで、（ｆ）の５工程において軸状部分１４０ａ（第２中間材１４６）を容易に切り離すことができる。また、この薄肉化により径方向外側への材料流れが生じ、円盤状部分１４０ｂの周縁部が軸線方向（上下方向）に肥厚化する作用が得られる。
【００３２】
（ｆ）の５工程では、上型Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、下型Ｅ’１，Ｅ’２が使用される。上型Ｅ１と下型Ｅ’１，Ｅ’２によって円盤状部分１４０ｂの外周部が上下方向から挟まれて固定される。
【００３３】
この状態で、上型Ｅ２、Ｅ３によって軸状部分１４６を下方にプレスして円盤状部分１４０ｂから切り離す。切り離し線１４０ｃが薄肉化されているので、切り離し時のプレス圧低減、打ち抜きパンチへの負荷軽減とパンチ寿命の延長を図ることができる。
【００３４】
（円盤状部分と軸状部分の軸方向連続位置）
図３は、円盤状部分１４０ｂ（リングギヤ荒地）と軸状部分１４０ａ（ピニオンギヤ荒地）の軸方向連続位置の違いによる、両者の切り離し性への影響を示す図である。なお、図３の金型形状は図２Ｂを単純化して示している。
【００３５】
図３で軸状部分１４０ａの外径が少し大きくなっている部分が、ピニオンギヤの第２のギヤ加工部の形成予定位置である。この形成予定位置に円盤状部分１４０ｂの内径側が連続している。図３左端列が軸方向連続位置が上側、中央列が軸方向連続位置が中央、右端列が軸方向連続位置が下側の場合である。なお、連続部分の軸方向長さは、図３左端列では薄肉化した寸法Ａであるが、他の寸法Ｂ、Ｃは薄肉化を省略している（Ａ＜Ｂ＝Ｃ）。
【００３６】
本願実施形態では、図３左端列のように、円盤状部分１４０ｂ（リングギヤ荒地）と軸状部分１４０ａ（ピニオンギヤ荒地）の軸方向連続位置を上側にしている。この上側位置は、切り離し工程で軸状部分１４０ａを押圧する方向とは反対側の軸方向端部である。
【００３７】
この位置で両者を連続させることで、切り離し初期から切り離し中期にかけて、軸状部分１４０ａの外周面（第２のギヤ加工部の形成予定位置）に発生する歪が少なく、切り離し後の機械加工工程数を低減することができる。歪が少ないのは、前述した薄肉化による寸法Ａも有利に作用すると推測される。
【００３８】
これとは反対に、図３右端列のように軸方向連続位置を下側にした場合、切り離し初期で軸状部分１４０ａの外周面の下側段差部で切り離し抵抗により大きな傾斜ＮＧ１が発生する。また、切り離し中期では軸状部分１４０ａの外周面の上側段差部で切り離し抵抗により大きな膨らみＮＧ２が発生する。下側の傾斜ＮＧ１は、寸法Ｃを薄肉化（寸法Ａ）することである程度は低減するが、上側の膨らみＮＧ２は却って大きくなる。切り離し前の連続位置から切り離し完了までの距離が長いことにより、肉移動量が大きくなるからである。
【００３９】
また図３中央列のように軸方向連続位置を中央にした場合、切り離し初期では特に問題は見られない。しかし、切り離し中期で軸状部分１４０ａの外周面の上側段差部で切り離し抵抗により僅かな膨らみＮＧ３が発生する。切り離し前の連続位置から切り離し完了までの距離が本実施形態（左端列）より長くなるので、その分だけ肉移動量が大きくなるからである。
【００４０】
このように、円盤状部分１４０ｂ（リングギヤ荒地）と軸状部分１４０ａ（ピニオンギヤ荒地）の軸方向連続位置を上側にしない場合、傾斜や膨らみの変形部分（ＮＧ１〜３）を切り離し後の機械加工で修正する必要があり、その分だけ工程数が増加してコストアップになってしまう。
【００４１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば前記実施形態では０工程（材料）から１〜３工程を経て第２荒地１３０を成形したが、素材の種類や第２荒地１３０の形状によっては、０工程（材料）から第２荒地１３０を直接成形することも可能である。その場合は図２Ｂの（ｂ）と（ｃ）の工程を省略することができる。
可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１００：素材                          １１０：鍛造品
１２０：第１荒地                      １３０：第２荒地
120a、130a、140a：軸状部分              １３０ｂ、１４０ｂ：円盤状部分
１４０：第１中間材                    １４０ｃ：切り離し線
１４０ｄ、１４０ｅ：段差面            １４０ｆ：下面
１４１、１４６：第２中間材（荒地）    １４２：リングギヤ
１４２ａ：外周面                      １４２ｂ：フランジ
１４７：ピニオンギヤ                  ２４０：第１中間材
２４０ａ：リング状部分                ２４０ｂ：円盤状部分
２４０ｃ：破線部                      ２４１：第２中間材
２４２：ギヤ粗材                      ２４６：スクラップ
【要約】
【課題】従来のリングギヤの製造方法でスクラップとして廃棄していた中央部分を活用して別部品を製造することで廃材を出さないようにする。
【解決手段】本発明に係るリングギヤとピニオンギヤの製造方法は、円柱状の素材１００を熱間据込鍛造することにより、リングギヤ１４２の荒地としての円盤状部分１３０ｂと、当該円盤状部分の中心部から軸線方向片側方向に延びたピニオンギヤ１４７の荒地としての軸状部分１３０ａとを有する中間材１３０を成形する第１工程と、円盤状部分と軸状部分の周方向境界断面（切り離し線１４０ｃ）を上下型でプレスして薄肉化する第２工程と、軸状部分を軸線方向片側方向に押圧することにより、当該軸状部分を円盤状部分から切り離す第３工程と、を有することを特徴とする。
【選択図】図１【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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