(57)【要約】【課題】製造過程において浸炭処理後に急冷される時の熱処理変形を抑制することが可能なリングギヤ及びその製造方法を提供する。【解決手段】リングギヤ１の取付面２と外周面８との角部に環状の段差９を形成したので、環状の段差９と取付面２との間に取付面側稜部１０が形成されると共に、環状の段差９と外周面８との間に外周面側稜部１１が形成される。これにより、浸炭処理後の急冷時における冷却速度の差が緩和され、取付面２の収縮及び膨張のタイミングを、外端部側稜部５及び内端部側稜部７のタイミングに合せることができ、急冷時における熱処理変形を防止することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
製造過程において浸炭処理後に急冷されるリングギヤであって、取付面と外周面との角部に環状の段差が形成されることを特徴とするリングギヤ。
【請求項２】
製造過程において浸炭処理後に急冷されるリングギヤであって、取付面と軸孔内周面との角部に環状の段差が設けられることを特徴とするリングギヤ。
【請求項３】
前記環状の段差は、半径方向の寸法Lr及び高さ方向の寸法Lhが、外端歯先円直径Dの２〜４％であることを特徴とする請求項１又は２に記載のリングギヤ。
【請求項４】
リングギヤの取付面と外周面との角部に、外端歯先円直径Dに基き半径方向の寸法Lr及び高さ方向の寸法Lhが決まる環状の段差を加工して、この環状の段差が加工されたリングギヤを浸炭処理後に急冷することを特徴とするリングギヤの製造方法。
【請求項５】
リングギヤの取付面と軸孔内周面との角部に、外端歯先円直径Dに基き半径方向の寸法Lr及び高さ方向の寸法Lhが決まる環状の段差を加工して、この環状の段差が加工されたリングギヤを浸炭処理後に急冷することを特徴とするリングギヤの製造方法。
【請求項６】
前記リングギヤに、半径方向の寸法Lr及び高さ方向の寸法Lhが外端歯先円直径Dの２〜４％である前記環状の段差を加工して、このリングギヤを浸炭処理後に急冷することを特徴とする請求項４又は５に記載のリングギヤの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リングギヤ及びリングギヤの製造方法に関するもので、特に、製造過程において浸炭処理後に急冷されるリングギヤ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ハイポイド歯車対を構成するリングギヤは、機械加工（ハイポイド歯切り加工）された後、浸炭される。そして、リングギヤは、浸炭直後の高温度（例えば、950℃）のオーステナイト状態から急冷されることで、炭素濃度が高められた表面部はマルテンサイト化されて硬化され、炭素濃度が低い状態の内部は硬化しないでねばり強さが確保される。しかしながら、リングギヤは、浸炭処理後に急冷されると、取付面の内側部分が浮き上がる形態の熱処理変形を生じる。この熱処理変形を生じたリングギヤをディファレンシャルに組付けた場合、リングギヤとピニオンとの歯当たりが移動して、ディファレンシャルから振動や騒音が発生する原因になる。そこで、本出願人は、リングギヤの取付面を防炭処理することで取付面をマルテンサイト化させて硬化させた後、このリングギヤの取付面以外の部分をマルテンサイト化させて体積を膨張させるリングギヤの熱処理方法を開発した（特許文献１参照）。このようにリングギヤを熱処理することで、取付面への体積膨張の影響を低減させて取付面の熱処理変形を抑制することができる。
【０００３】
しかしながら、上記熱処理方法においては、取付面に防炭剤の塗布ムラがあると、浸炭の度合いにばらつきが生じて熱処理変形抑制効果を十分に発揮することができない。また、上記熱処理方法では、防炭剤塗布工程と防炭剤洗浄工程とを新規に設ける必要があることから生産性が低下する。さらに、取付面のボルト穴に防炭剤が残留してボルトの締付け不良を生じる虞がある。ところで、本出願人は、リングギヤにおける熱処理変形発生のメカニズムを追究した結果、リングギヤの熱処理変形の主原因は、リングギヤが浸炭（浸炭焼入れ）時に高温度に加熱された状態から急冷された時の当該リングギヤ全体における冷却速度の差であることを究明した。以下、図２に示されるように、鍛造、及び機械加工（ハイポイド歯切り加工）によって得られたリングギヤを950℃に加熱して浸炭（浸炭焼入れ）した後、当該リングギヤを急冷（油冷）した場合の熱処理変形発生のメカニズムを図９を用いて説明する。
【０００４】
まず、全体が均一に加熱された高温度状態（950℃）のリングギヤ２１が急冷されると、歯先面３と外端部端面４との稜部５（以下、外端部側稜部５という）及び歯先面３と内端部端面６との稜部７（以下、内端部側稜部７という）の冷却速度が他の部分の冷却速度と比較して速いことに起因して、図９（Ａ）に示されるように、外端部側稜部５及び内端部側稜部７は他の部分よりも先に収縮を開始する。これにより、リングギヤ２１は、取付面２の外側部分（図９（Ａ）における右側部分）が浮き上がるように変形する。そして、冷却開始から所定時間が経過すると、図９（Ｂ）に示されるように、外端部側稜部５及び内端部側稜部７がオーステナイト状態からマルテンサイト化（以下、組織変態という）して膨張すると共に、他の部分が収縮する。これににより、リングギヤ２１は、取付面２の内側部分（図９（Ｂ）における左側部分）が浮き上がるように変形する。次に、図９（Ｃ）に示されるように、リングギヤ２１は、外端部側稜部５と内端部側稜部７とを除く他の部分が組織変態して膨張し、最終的に、取付面２の内側部分が浮き上がることになる。
【特許文献１】特開昭６３−１６３０６９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、製造過程において浸炭処理後に急冷される時の熱処理変形を抑制することが可能なリングギヤ及びその製造方法を提供することを課題としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のリングギヤは、製造過程において浸炭処理後に急冷されるリングギヤであって、取付面と外周面との角部に環状の段差が形成されることを特徴とする。
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のリングギヤの製造方法は、リングギヤの取付面と外周面との角部に、外端歯先円直径Dに基き半径方向の寸法Lr及び高さ方向の寸法Lhが設定される環状の段差を加工して、この環状の段差が加工されたリングギヤを浸炭処理後に急冷することを特徴とする。
【０００８】
（発明の態様）
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、請求可能発明と称する）の態様を例示し、例示された各態様について説明する。ここでは、各態様を、特許請求の範囲と同様に、項に区分すると共に各項に番号を付し、必要に応じて他の項の記載を引用する形式で記載する。これは、請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載、実施形態の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得る。
なお、以下の各項において、（１）〜（６）項の各々が、請求項１〜６の各々に相当する。
【０００９】
（１）製造過程において浸炭処理後に急冷されるリングギヤであって、取付面と外周面との角部に環状の段差が形成されることを特徴とするリングギヤ。
本項に記載のリングギヤによれば、取付面と外周面との角部に環状の段差を形成して、環状の段差と取付面との間、及び環状の段差と外周面との間に、急冷時における冷却速度が速い稜部（エッジ）をそれぞれ形成したので、リングギヤの急冷時における冷却速度の差が緩和されて、急冷時におけるリングギヤの熱処理変形を防ぐことができる。
本項の態様において、段差壁面と取付面との稜部の角度、及び段差壁面と外周面との稜部の角度、すなわち、段差壁面と取付面とがなす角度、及び段差壁面と外周面とがなす角度は、稜部の冷却速度を高めるために直角、より好ましくは、鋭角であることが望ましい。
本項の態様において、段差壁面は平面で構成されていても曲面で構成されていてもよい。本項の態様における必要条件は、段差壁面と取付面との稜部の角度、及び段差壁面と外周面との稜部の角度、すなわち、段差壁面と取付面とがなす角度、及び段差壁面と外周面とがなす角度が、直角、あるいは鋭角であることである。
【００１０】
（２）製造過程において浸炭処理後に急冷されるリングギヤであって、取付面と軸孔内周面との角部に環状の段差が設けられることを特徴とするリングギヤ。
本項に記載のリングギヤによれば、取付面と軸孔内周面との角部に環状の段差を形成して、環状の段差と取付面との間、及び環状の段差と軸孔内周面との間に、急冷時における冷却速度が速い稜部（エッジ）をそれぞれ形成したので、リングギヤの急冷時における冷却速度の差が緩和されて、急冷時におけるリングギヤの熱処理変形を防ぐことができる。
本項の態様において、段差壁面と取付面との稜部の角度、及び段差壁面と軸孔内周面との稜部の角度、すなわち、段差壁面と取付面とがなす角度、及び段差壁面と軸孔内周面とがなす角度は、稜部の冷却速度を高めるために直角、より好ましくは、鋭角であることが望ましい。
本項の態様において、段差壁面は平面で構成されていても曲面で構成されていてもよい。本項の態様における必要条件は、段差壁面と取付面との稜部の角度、及び段差壁面と軸孔内周面との稜部の角度、すなわち、段差壁面と取付面とがなす角度、及び段差壁面と軸孔内周面とがなす角度が、直角、あるいは鋭角であることである。
【００１１】
（３）環状の段差は、半径方向の寸法Lr及び高さ方向の寸法Lhが、外端歯先円直径Dの２〜４％である（１）又は（２）に記載のリングギヤ。
本項に記載のリングギヤによれば、リングギヤの強度を確保しつつ、急冷時におけるリングギヤの熱処理変形を防ぐことができる。
本項の態様において、半径方向の寸法Lrと高さ方向の寸法Lhとは、外端歯先円直径Dの２〜４％であれば必ずしも同一寸法（Lr＝Lh）でなくてもよい。
【００１２】
（４）リングギヤの取付面と外周面との角部に、外端歯先円直径Dに基き半径方向の寸法Lr及び高さ方向の寸法Lhが決まる環状の段差を加工して、この環状の段差が加工されたリングギヤを浸炭処理後に急冷することを特徴とするリングギヤの製造方法。
本項に記載のリングギヤの製造方法によれば、取付面と外周面との角部に、外端歯先円直径Dに基き半径方向の寸法Lr及び高さ方向の寸法Lhが決まる環状の段差を加工して、環状の段差と取付面との間、及び環状の段差と外周面との間に、急冷時における冷却速度が速い稜部（エッジ）をそれぞれ形成したので、リングギヤの急冷時における冷却速度の差が緩和されて、急冷時におけるリングギヤの熱処理変形を防ぐことができる。
本項の態様において、段差壁面と取付面との稜部の角度、及び段差壁面と外周面との稜部の角度、すなわち、段差壁面と取付面とがなす角度、及び段差壁面と外周面とがなす角度は、稜部の冷却速度を高めるために直角、より好ましくは、鋭角であることが望ましい。
本項の態様において、段差壁面は平面で構成されていても曲面で構成されていてもよい。本項の態様における必要条件は、段差壁面と取付面との稜部の角度、及び段差壁面と外周面との稜部の角度、すなわち、段差壁面と取付面とがなす角度、及び段差壁面と外周面とがなす角度が、直角、あるいは鋭角であることである。
【００１３】
（５）リングギヤの取付面と軸孔内周面との角部に、外端歯先円直径Dに基き半径方向の寸法Lr及び高さ方向の寸法Lhが決まる環状の段差を加工して、この環状の段差が加工されたリングギヤを浸炭処理後に急冷することを特徴とするリングギヤの製造方法。
本項に記載のリングギヤの製造方法によれば、取付面と軸孔内周面との角部に、外端歯先円直径Dに基き半径方向の寸法Lr及び高さ方向の寸法Lhが決まる環状の段差を加工して、環状の段差と取付面との間、及び環状の段差と軸孔内周面との間に、急冷時における冷却速度が速い稜部（エッジ）をそれぞれ形成したので、リングギヤの急冷時における冷却速度の差が緩和されて、急冷時におけるリングギヤの熱処理変形を防ぐことができる。
本項の態様において、段差壁面と取付面との稜部の角度、及び段差壁面と軸孔内周面との稜部の角度、すなわち、段差壁面と取付面とがなす角度、及び段差壁面と軸孔内周面とがなす角度は、稜部の冷却速度を高めるために直角、より好ましくは、鋭角であることが望ましい。
本項の態様において、段差壁面は平面で構成されていても曲面で構成されていてもよい。本項の態様における必要条件は、段差壁面と取付面との稜部の角度、及び段差壁面と軸孔内周面との稜部の角度、すなわち、段差壁面と取付面とがなす角度、及び段差壁面と軸孔内周面とがなす角度が、直角、あるいは鋭角であることである。
【００１４】
（６）リングギヤに、半径方向の寸法Lr及び高さ方向の寸法Lhが外端歯先円直径Dの２〜４％である環状の段差を加工して、このリングギヤを浸炭処理後に急冷する（４）又は（５）のリングギヤの製造方法。
本項に記載のリングギヤの製造方法によれば、リングギヤの強度を確保しつつ、急冷時におけるリングギヤの熱処理変形を防ぐことができる。
本項の態様において、半径方向の寸法Lrと高さ方向の寸法Lhとは、外端歯先円直径Dの２〜４％であれば必ずしも同一寸法（Lr＝Lh）でなくてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
製造過程において浸炭処理後に急冷される時の熱処理変形を抑制することが可能なリングギヤ及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の一実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。なお、上述した従来のリングギヤ２１と同一あるいは相当の構成要素には同一の名称及び符号を付与する。
図１に示されるように、本実施形態のリングギヤ１は、取付面２と外周面８との角部に環状の段差９を形成して、段差９と取付面２との間に稜部１０（以下、取付面側稜部１０という）を形成すると共に、段差９と外周面８との間に稜部１１（以下、外周面側稜部１１という）を形成する。これにより、製造工程においてリングギヤ１の急冷時における冷却速度の差を緩和させて、急冷時における熱処理変形を防止するものである。また、本実施形態のリングギヤ１は、段差９の半径方向（図１における左右方向）の寸法Lr及び高さ方向の寸法Lhを、外端歯先円直径Dの２〜４％に設定することにより、当該リングギヤ１の強度を確保しつつ、急冷時における熱処理変形を防止するものである。
【００１７】
次に、本実施形態のリングギヤ１の製造方法を説明する。まず、素材を鍛造してリングギヤ１を成形する（成形工程）。この成形工程において、成形品（リングギヤ１）の取付面２と外周面８との角部に環状の段差９が成形される。この環状の段差９によって、成形品（リングギヤ１）に、取付面側稜部１０及び外周面側稜部１１が形成される。なお、本実施形態では、成形品（リングギヤ１）の取付面側稜部１０の角度、すなわち、段差９の取付面側壁面９ａと取付面２とがなす角度が90°（直角）に設定されると共に、段差９の取付面側壁面９ａと外周面側壁面９ｂとなす角度が90°（直角）に設定される。そして、成形工程により得られた成形品（リングギヤ１）をハイポイド歯切り加工する（機械加工工程）。なお、本実施形態では、機械加工工程により得られるリングギヤ１の外端歯先円直径Dを200mmとする。また、リングギヤ１の段差９の半径方向の寸法Lrを4mm（外端歯先円直径Dの20％）、当該段差９の高さ方向の寸法Lhを4mm（外端歯先円直径Dの20％）とする。
【００１８】
次に、図２に示されるように、機械加工後のリングギヤ１を950℃に加熱して浸炭処理後、油冷によって130℃の温度まで急冷する。そして、所定時間の経過後、当該リングギヤ１を150℃の温度で所定時間焼き戻す（熱処理工程）。
【００１９】
次に、本実施形態の作用を説明する。図３は、リングギヤ１の取付面２の振れ（熱処理変形）を、段差９の半径方向の寸法Lr及び高さ方向の寸法Lhを変えて相対的に示したものである。なお、ここでは、段差９の半径方向の寸法Lrと高さ方向の寸法Lhとを同一として（Lr＝Lh）、以降、段差寸法Lという。
この図に示されるように、段差寸法Lが外端歯先円直径Dの20％（L＝0.02D）であるリングギヤ１の場合、取付面２の振れは最大で0.05mmである。また、段差寸法Lが外端歯先円直径Dの40％（L＝0.04D）であるリングギヤ１の場合、取付面２の振れは最大で0.05mm以下である。これに対して、取付面２と外周面８との角部が45°でＣ面取りされている従来のリングギヤ２１の場合、取付面２の振れは最大で0.12mmあり、このようなリングギヤ２１をディファレンシャルに用いた場合、振動や騒音が発生する虞がある。
【００２０】
一方、段差寸法Lが外端歯先円直径Dの60％（L＝0.06D）であるリングギヤ１の場合、図３に示されるように、取付面２の振れは最大で0.05mm以下であるが、外端部側肉厚が薄くなることから、図４に示されるように、ピッチ誤差が最大で0.04mmあり、ギヤ精度が著しく低下する結果となり、このリングギヤ１をディファレンシャルに用いた場合、振動や騒音が発生する虞がある。
【００２１】
ここで、従来のリングギヤ２１（図９参照）では、外端部側稜部５及び内端部側稜部７の急冷時における冷却速度が、他の部分、特に、取付面２に対して高かったため、浸炭処理後の急冷時における冷却速度がばらついてしまい熱処理変形を生じていた。本実施形態のリングギヤ１では、取付面２と外周面８との角部に環状の段差９を形成することで、段差９と取付面２との間に取付面側稜部１０を形成すると共に、段差９と外周面８との間に外周面側稜部１１を形成して、急冷時における冷却速度の差を緩和、特に、取付面２と急冷時における冷却速度が他の部分に対して高い外端部側稜部５及び内端部側稜部７との冷却速度の差を緩和させたので、取付面２の収縮及び膨張のタイミングを、外端部側稜部５及び内端部側稜部７のタイミングに合せることができ、急冷時における熱処理変形を防止することができる。
【００２２】
具体的には、図５に示されるように、本実施形態のリングギヤ１は、急冷時の初期段階（図５（Ａ）参照）では、取付面２側に配置される取付面側稜部１０及び外周面側稜部１１と、歯先側に配置される外端部側稜部５及び内端部側稜部７とが同一の冷却速度で冷却されて同一のタイミングで収縮する。次の段階（図５（Ｂ）参照）では、取付面側稜部１０及び外周面側稜部１１と、外端部側稜部５及び内端部側稜部７とが同一のタイミングで膨張（組織変態）すると共に、これら稜部５，７，１０，１１によって囲まれるリングギヤ１の内側の部分が収縮を開始する。さらに、最終段階（図５（Ｃ）参照）では、稜部５，７，１０，１１によって囲まれるリングギヤ１の内側の部分のみが膨張（組織変態）する。このように、急冷時における冷却速度の差を緩和させて、取付面側稜部１０及び外周面側稜部１１と、外端部側稜部５及び内端部側稜部７との収縮及び膨張のタイミングを合せることで、リングギヤ１の熱処理変形を防止することができる。
【００２３】
この実施形態では以下の効果を奏する。
本実施形態によれば、リングギヤ１の取付面２と外周面８との角部に環状の段差９を形成したので、段差９と取付面２との間に取付面側稜部１０が形成されると共に、段差９と外周面８との間に外周面側稜部１１が形成される。これにより、浸炭処理後の急冷時における冷却速度の差が緩和、特に、取付面２と急冷時における冷却速度が他の部分に対して高い外端部側稜部５及び内端部側稜部７との冷却速度の差が緩和され、取付面２の収縮及び膨張のタイミングを、外端部側稜部５及び内端部側稜部７のタイミングに合せることができ、急冷時における熱処理変形を防止することができる。
また、本実施形態によれば、リングギヤ１の段差９は、半径方向の寸法Lr及び高さ方向の寸法Lhが、外端歯先円直径Dの２〜４％に設定されるので、リングギヤ１の強度を確保しつつ、急冷時におけるリングギヤ１の熱処理変形を防ぐことができる。
【００２４】
なお、実施形態は上記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。
図６に示されるように、取付面２と軸孔内周面１２との角部に環状の段差９を形成することにより、段差９と取付面２との間に稜部１３を形成すると共に、段差９と軸孔内周面１２との間に稜部１４を形成してリングギヤ１を構成してもよい。この場合、取付面２と外周面８との角部に段差９を形成した本実施形態のリングギヤ１同様、急冷時における冷却速度の差が緩和されて、急冷時における熱処理変形を防止することができる。この場合も、本実施形態のリングギヤ１同様、段差９の半径方向（図６における左右方向）の寸法Lr及び高さ方向の寸法Lhを、外端歯先円直径Dの２〜４％に設定することにより、当該リングギヤ１の強度を確保しつつ、急冷時における熱処理変形を防止することができる。
本実施形態では、リングギヤ１の取付面側稜部１０の角度、すなわち、段差９の取付面側壁面９ａと取付面２とがなす角度が90°（直角）に設定されると共に、段差９の取付面側壁面９ａと外周面側壁面９ｂとなす角度が90°（直角）に設定されたが、図７に示されるように、これらの角度を90°以上、例えば、110°に設定して、急冷時における冷却速度を調節してもよい。
本実施形態では、段差９の壁面９ａ，９ｂが平面によって構成されるが、図８に示されるように、段差壁面９ｃを曲面によって構成してもよい。この場合、段差壁面９ｃと取付面２との角部、及び段差壁面９ｃと外周面８との角部の角度は、鋭角であることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施形態のリングギヤの軸断面の一部を示す図である。
【図２】熱処理工程の説明図である。
【図３】リングギヤの取付面の振れ（熱処理変形）を、段差寸法Lを変えて相対的に示した図である。
【図４】リングギヤのピッチ誤差を、段差寸法Lを変えて相対的に示した図である。
【図５】本実施形態のリングギヤの浸炭処理後の急冷時における内部の様子を段階的に示した図である。
【図６】段差が取付面と軸孔内周面との角部に形成される他の実施形態のリングギヤの軸断面の一部を示す図である。
【図７】他の実施形態のリングギヤの軸断面の一部を示す図で、特に、取付面側稜部の角度が鈍角（110°）であるリングギヤの軸断面を示す図である。
【図８】他の実施形態のリングギヤの軸断面の一部を示す図で、特に、段差壁面が曲面によって構成される段部を有するリングギヤの軸断面を示す図である。
【図９】従来のリングギヤの浸炭処理後の急冷時における内部の様子を段階的に示した図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  リングギヤ、２  取付面、８  外周面、９  段差、１０  取付面側稜部、１１  外周面側稜部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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