The hollow ring gear and a method of manufacturing the same |
|||||||
| 申请号 | JP2013518317 | 申请日 | 2011-05-27 | 公开(公告)号 | JP2013536378A | 公开(公告)日 | 2013-09-19 |
| 申请人 | アクティエボラゲット・エスコーエッフ; | 发明人 | パトリク・ダールマン; バオチュ・リアン; | ||||
| 摘要 | A welded hollow gear ring (160, 260, 360, 460, 560) with an outer (140, 240, 340) and an inner (155, 255, 355) periphery, which exhibits a gear structure (131-138, 231-238, 331-338, 331'-338') on at least one periphery, as well as exhibiting at least one welding joint (151, 251, 351, 451, 551) which has been formed by flash butt welding. The gear structure is formed by rolling, machining, or by a combination of machining and rolling. The gear structure can comprise cogs or helical gears. | ||||||
| 权利要求 | 外周（１４０，２４０，３４０）と内周（１５５，２５５，３５５）とを備えた中空溶接ギアリング（１６０，２６０，３６０，４６０，５６０）であって、該ギアリングは、少なくとも一方の前記周にギア構造（１３１〜１３８，２３１〜２３８，３３１〜３３８，３３１´〜３３８´）を備え、さらに少なくとも１つの溶接接合部（１５１，２５１，３５１，４５１，５５１）を備え、 前記ギアリングは、前記少なくとも１つの溶接接合部においてフラッシュ溶接によって形成されていることを特徴とする中空溶接ギアリング。 前記ギア構造は転造によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の中空溶接ギアリング。 前記ギア構造は機械加工によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の中空溶接ギアリング。 前記ギア構造は機械加工と転造との組み合わせによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の中空溶接ギアリング。 両方の周（３４０，３５５）にギア構造を備えた、すなわち１方のギア構造（３３１´〜３３８´）が外周（３４０）から外側に面し、且つ他方のギア構造（３３１〜３３８）が内周（３５５）から内側に面していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の中空溶接ギアリング（３６０）。 前記ギア構造は歯（１３１〜１３８，２３１〜２３８，３３１〜３３８，３３１´〜３３８´）を具備していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の中空溶接ギアリング（１６０，２６０，３６０，４６０）。 前記ギア構造はヘリカルギアを具備していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の中空溶接ギアリング（５６０）。 少なくとも１つの溶接接合部（１５１，２５１，３５１，４５１，５５１）が２つの前記歯の間、または２つの前記ヘリカルギアの間に配置されていることを特徴とする請求項６または７に記載の中空溶接ギアリング（１６０，２６０，３６０，４６０，５６０）。 中空溶接ギアリング（１６０，２６０，３６０，４６０，５６０）を製造する方法において、該方法は、 ・ 細長い鋼のバー（１００，２００，３００）の第１主面（１１０，２１０，３１０）上に第１ギア構造（１３１〜１３８，２３１〜２３８，３３１´〜３３８´）を形成するステップと、 ・ 前記鋼のバーの反対側にある２つの末端（１１５，１２５；２１５，２２５；３１５，３２５）が互いに突き当たるように、前記鋼のバーを曲げてリングを形成するステップと、 ・ 前記鋼のバーの互いに反対側の２つの末端を、フラッシュ溶接を利用して互いに接合するステップと、 を含んでいることを特徴とする中空溶接ギアリングを製造する方法。 中空溶接ギアリング（１６０，２６０，３６０，４６０，５６０）を製造する方法において、該方法は、 ・ ２つ以上の細長い鋼のバーの各々の第１主面上に第１ギア構造を形成するステップと、 ・ 前記２つ以上の鋼のバーを曲げて、それらの各々が第１半径を有するリングセグメントを形成するステップと、 ・ 前記第１半径を有する中空溶接ギアリングを形成するために、前記２つ以上のスチールバーの末端を、フラッシュ溶接を利用して互いに接合するステップと、 を含んでいることを特徴とする中空溶接ギアリングを製造する方法。 前記ギア構造が前記リングまたは複数のリングセグメントの外周（１４０，２４０，３４０）から外側に面するように、前記１つまたは複数の鋼のバーは曲げられることを特徴とする請求項９または１０に記載の中空溶接ギアリングを製造する方法。 前記ギア構造が前記リングまたは複数のリングセグメントの内周（１５５，２５５，３５５）から内側に面するように、前記１つまたは複数の鋼のバーは曲げられることを特徴とする請求項９または１０に記載の中空溶接ギアリングを製造する方法。 前記１つまたは複数の鋼のバーの第２面（３２０）上に第２ギア構造を形成するステップを追加的に含み、 前記第２主面は前記１つまたは複数の鋼のバーの第１主面の反対側にあり、中空溶接ギアリングまたはリングセグメントが一方のギア構造（３３１〜３３８）を伴って得られ、該ギア構造は前記リングの内周（３５５）から内側に面しており、他方のギア構造（３３１´〜３３８´）は前記リングの外周（３４０）から外側に面していることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか一項に記載の中空溶接ギアリングを製造する方法。 前記１つまたは複数のギア構造は転造によって形成されることを特徴とする請求項９〜１３のいずれか一項に記載の中空溶接ギアリングを製造する方法。 前記１つまたは複数のギア構造は機械加工によって形成されることを特徴とする請求項９〜１３のいずれか一項に記載の中空溶接ギアリングを製造する方法。 前記１つまたは複数のギア構造は機械加工と転造との組み合わせによって形成されることを特徴とする請求項９〜１３のいずれか一項に記載の中空溶接ギアリングを製造する方法。 前記ギア構造は歯を具備していることを特徴とする請求項９〜１６のいずれか一項に記載の中空溶接ギアリングを製造する方法。 前記１つまたは複数のギア構造はヘリカルギアを具備していることを特徴とする請求項９〜１７のいずれか一項に記載の中空溶接ギアリングを製造する方法。 前記１つまたは複数のギア構造は、前記１つまたは複数の鋼のバーの各末端に隣接した歯全体またはヘリカルギア全体を具備し、これによって２つの歯またはヘリカルギアの間においてフラッシュ溶接を実施することが可能であるように形成されていることを特徴とする請求項１７または１８に記載の中空溶接ギアリングを製造する方法。 |
||||||
| 说明书全文 | 本発明は改良された中空溶接ギアリング、およびそのような改良された中空溶接ギアリングの製造方法を開示している。 中空ギアリングは機械技術の多くの領域において共通の部品である。 名称が暗示しているように、中空ギアリングは内周および該周を備えたリング形状の本体を具備し、その一方または両方の周にギア構造を備えている。 ギア構造は例えば「歯」の形状をした歯車の歯のような突出部、または例えばヘリカルギアのような構造を具備している。 中空ギアリングを形成する従来の方法の一例は、ギア構造を平滑な中空ギアリングの外周もしくは内周に取り付けるか、またはギア構造を中空リングの周、外周もしくは内周に機械加工を利用して形成することを含んでいる。 第１の方法、すなわちギア構造を中空リングに取り付ける方法の欠点は、ギア構造とギア構造が取り付けられる中空リングとの間の接合が、長時間の応力、摩耗、クリープおよびフレッティング腐食のような要因によって脆弱化され、それは最終的に接合部が分離する原因となり得ることである。 第２の方法、すなわち中空リングの内周または外周にギア構造を機械加工する方法の欠点は、ギア構造の機械加工が本質的に構造を脆弱化する原因となることである。 中空ギアリングの従来の製造方法の一般的な欠点は、例えば太陽歯車と遊星歯車とのデザインのギアと比較すると、極めて高い度合いの精密さおよび品質を備えた中空ギアリングの製造および全体構造における困難性を含んでいることである。 本発明の目的は、前述の既知の中空ギアリングの欠点を備えていない中空ギアリングを提供することであり、そのような中空ギアリングのための少なくとも１つの製造方法を提供することでもある。 この目的は本発明によって達成され、本発明は外周と内周とを備えた中空溶接ギアリングを開示している。 中空溶接ギアリングは少なくとも一方の周にギア構造を備えており、少なくとも１つの溶接接合部を備えている。 本発明によれば、溶接接合部はフラッシュ溶接によって形成されたものである。 これは、フラッシュ溶接が格別に強固な溶接接合部を提供するということによる利点である。 さらに、本発明の中空ギアリングはフラッシュ溶接によって形成された少なくとも１つの溶接部を備えているために、ギア構造は直線状の鋼のバー上に形成されることが可能であり、次いで、鋼のバーはリング状に曲げられ、一体にフラッシュ溶接される。 このことは、ギア構造が鋼のバー上または内部に形成され、標準的なギア製造技術が使用することが可能であり、例えば中空ギアリングの従来の製造方法と比較して低コスト且つ高品質となり得るリニアトランスミッションの製造において使用される技術を、使用することが可能であることを意味している。 さらに、フラッシュ溶接の使用は、ギア構造を備えたギアリングの従来の製造方法において使用する鋼よりも高い炭素成分を含んだ鋼の仕様を可能にしている。 フラッシュ溶接が使用されるために、例えば０．６７％を超える高い炭素成分を含んだ鋼が本発明のギアリングの製造に使用されることが可能であり、そのことは、本発明のギアリングが従来のそのようなギアリングよりも強固となるか、または比較的高品質且つ高性能であるが、低コストとなり得る。 一実施形態において、ギア構造は転造によって形成され、その一方で、別の実施形態においては、機械加工によって形成される。 さらなる実施形態においては、ギア構造は機械加工と転造との組み合わせによって形成される。 本発明の一実施形態において、中空溶接ギアリングは両方の周上にギア構造を備え、すなわち、リングの外周から外側に面した１つのギア構造と、リングの内周から内側に面した１つのギア構造と、を備えている。 本発明の一実施形態において、中空溶接ギアリングのギア構造は歯を具備しており、別の実施形態においては、ヘリカルギアを具備している。 中空溶接ギアリングのそのような一実施形態において、少なくとも１つの溶接接合部が歯の間、またはヘリカルギアの間に配置されている。 本発明は中空溶接ギアリングの製造方法も開示しており、その方法は、 本発明は中空溶接ギアリングの製造方法も開示しており、その方法は、 方法の一実施形態において、鋼のバーは曲げられてリングを形成し、ギア構造はリングまたはリングセグメントの内周から内側に面した形式となっている。 方法の一実施形態において、鋼のバーは曲げられてリングを形成し、ギア構造はリングまたはリングセグメントの外周から外側に面した形式となっている。 一実施形態において、方法は１つまたは複数の鋼のバーの第２面上に第２ギア構造を形成するステップを追加的に含み、第２主面は１つまたは複数の鋼のバーの第１主面の反対側にある。 一実施形態において、１つまたは複数のギア構造は転造によって形成される。 一実施形態において、１つまたは複数のギア構造は機械加工によって形成される。 一実施形態において、１つまたは複数のギア構造は機械加工と転造との組み合わせによって形成される。 一実施形態において、ギア構造は歯を具備しており、一方で、一実施形態において、ギア構造はヘリカルギアを具備するように形成されている。 本方法のそのような一実施形態において、ギア構造は、１つまたは複数の鋼のバーの各末端に隣接した歯全体またはヘリカルギア全体を具備し、これによって２つの歯またはヘリカルギアの間において溶接を実施することが可能であるように形成されている。 本発明のこれらのおよび他の実施形態は、本発明を利用して得られた利点とともに以下の文章に記載される。 本発明は、添付図を参照するとともに、以下により詳細に記載される。 図１ａ〜１ｄは、本発明の一実施形態による中空溶接ギアリングを得るための方法を示している。 図１ａは鋼のバー１００を示しており、互いに反対を向いた第１主面１１０および第２主面１２０が示され、また、互いに反対側となった２つの末端１１５，１２５も示されている。 図１ａの一点鎖線は第１ギア構造の外形であり、鋼のバー１００の第１主面１１０に形成される。 一実施形態において、第1ギア構造は鋼のバー１００の第１主面１１０上に転造を利用して形成されている。 別の実施形態において、第１ギア構造は鋼のバー１００の第１主面１１０上に機械加工を利用して形成されている。 別の実施形態において、第１ギア構造は鋼のバー１００の第１主面１１０上に転造と機械加工との組み合わせによって形成されている。 これらのギア構造形成の異なった方法は、異なった利点を提供する。 転造を利用して形成されたギア構造は、これ以降に詳述されているように、異なった形式および形状を示し得るが、図１ａ〜１ｃに示された実施形態においては、ギア構造は「歯」の形状、すなわちとがった三角形構造を備えた突起の形状の歯１３１〜１３８を具備しており、頂点はギア構造が形成された鋼のバーの第１主面１１０から離れるように向いている。 適切に、歯は鋼のバーの主面上において均等に離間されており、中間領域によって分離されている。 本発明によるさらに別の利点は、図１ａおよび１ｂに示されたように、ギア構造が直線的な鋼のバーの平坦な面上に形成されることであり、それはリング形状の面上にギア構造を形成するよりも容易である。 図１ｂは完成したギア構造、すなわち相互に間隔をあけて鋼のバー１００の第１主面上に形成された歯１３１〜１３８を示している。 図１ｂの２つの矢印により示されたように、鋼のバー１００はここでは曲げられてリングを形成し、鋼のバー１００の２つの反対側の末端１１５，１２５が接触する。 図１ｂの矢印は、ギア構造が、形成されたリングの外周から外側に面する方向に鋼のバーが曲げられることを示している。 本発明の別の実施形態において、鋼のバーは別の方向に曲げられ、ギア構造が、形成されたリングの内周から内側に面している。 鋼のバーがリング形状に曲げられた場合、鋼のバー１００の２つの反対側の末端１１５，１２５はフラッシュ溶接を利用して互いに接合され、溶接はリングを形成する。 （完全性の目的のため、フラッシュ溶接の実施の例示はこの文章の最後に示される。）適切に、ギア構造が歯を具備している場合、溶接は２つの歯の間で行われ、以下のような規則において達成される。 ギア構造は鋼のバーの隣接した末端１１５，１２５の歯１３１，１３８の全体を具備するように形成されており、したがって、フラッシュ溶接を２つの歯の間において実施することが可能である。 当然に、本発明は、フラッシュ溶接が歯またはヘリカルギア内において実施される実施形態も含んでおり、その場合、歯またはヘリカルギアの一部はそれらの各々の末端に形成されており、それらはフラッシュ溶接を利用して接合され、完全な歯またはヘリカルギアが、２つの末端がフラッシュ溶接によって互いに接合された後に形成される。 図１ｃは本発明のこの実施形態によって得られた中空溶接ギアリング１６０を示している。 図１ｃから見られるように、中空溶接ギアリング１６０は外周１４０と内周１４０とを備え、少なくとも１つのそれらの周上にギア構造も備え、図１ｃに示された実施例においては外周１４０上にある。 この実施例におけるギア構造は、相互に間隔をあけられた歯形状の歯１３１〜１３８を具備している。 図１ｃに見られるように、フラッシュ溶接を利用して、溶接接合部１５１が完成した中空ギアリング１６０に形成され、溶接接合部１５１は適切に２つの歯１３１と１３８との間に位置している。 図１ｄは図１ｃの中空溶接ギアリング１６０を示しているが、ここではフラッシュ溶接の接合部が平滑化されており、それは例えば機械加工を利用して実施される。 図２ａ〜２ｄは本発明の方法および中空溶接ギアリング（参照符号２６０を付して図２ｃに示されている。）の両方の別の実施形態を示しており、ギアリングはこの実施形態によって得られたものである。 図２ａおよび２ｂに示された方法、ならびに図２ｃに示された完成品２６０は、図１ａ〜１ｃに示されたものとほぼ類似しているので、ここでは詳細に記載されていないが、図に見られているように、（図２ａの一点鎖線によって外形を示された）ギア構造は、転造、機械加工、またはそれらの組み合わせを利用して鋼のバー２００の第２主面２２０上に形成されている。 図２ｂによれば、鋼のバー２００はリング形状に曲げられ、鋼のバー２００の互いに反対側にある２つの末端２１５，２２５はフラッシュ溶接を利用して互いに接合され、これは図１ａ〜１ｃに関連した記載と同じ様式である。 中空溶接ギアリング２６０はこの方式によって得られ、したがって、図１ｃのものと類似しているが、ギア構造がリング２６０の内周２５５から内側に面している点において異なっている。 図２ｄは図２ｃの中空溶接ギアリング２６０を示しているが、ここではフラッシュ溶接の接合部が平滑化されており、それは例えば機械加工を利用して実施される。 当然に、図２ｃおよび２ｄの実施形態２６０は、図１ａに示したように、鋼のバー１００の第１主面１１０上にギア構造を形成し、次いで図２ｂの矢印を利用して示されたように反対方向に鋼のバーを曲げることによっても得ることが可能である。 図３ａ〜３ｄは、本発明の方法のさらに別の実施形態、およびどのようにして別の実施形態である中空溶接ギアリング３６０が得られるか、を示している。 図３ａおよび３ｂに示されたように、この実施形態においては、第１ギア構造が鋼のバー３００の第１主面３１０上に適切に転造、機械加工またはそれらの組み合わせを利用して形成され、それに加えて第２ギア構造が転造を利用して鋼のバー３００の第２主面３２０上に形成されている。 第１主面３１０および第２主面３２０は鋼のバー３００の反対向きの主面である。 したがって、両方のギア構造は転造を利用して形成されている。 第１および第２ギア構造は、「歯」形状の歯を具備し、第１ギア構造の歯は３３１´〜３３８´として図示され、第２ギア構造の歯は３３１〜３３８として図示されている。 なお、この実施形態においては、鋼のバー３００は曲げられてリング形状とされ、鋼のバー３００の互いに反対側にある２つの末端３１５，３２５はフラッシュ溶接を利用して互いに接合され、これは図１ａ〜１ｃおよび図２ａ〜２ｃに関連した記載と同じ形式である。 中空溶接ギアリング３６０はこの方式によって得られ、したがって、図１ｃおよび２ｃのものと類似しているが、２つのギア構造を備え、１つがリング３６０の内周３５５から内側に面し、もう１つがリング３４０の外周３４０から外側に面している点において異なっている。 図３ｄは図３ｃの中空溶接ギアリング３６０を示しているが、ここではフラッシュ溶接の接合部が平滑化されており、それは例えば機械加工を利用して実施される。 今までのところ、本実施形態においては、ギア構造は「歯」の形状の歯として記載されおよび示されており、外側および／または内側に面している。 図４に示された別の実施形態４６０において、ギア構造は歯を具備しており、この歯はギア構造が配置された溶接リングの外周から外側に面した突起を備えた滑らかな構造を備えている。 当然に、そのような歯は中空溶接ギアリングのいずれかの周上に、またはリングの両方の周上に形成され得る。 フラッシュ溶接による溶接接合部４５１は図４に示されている。 図５に示されたさらに別の実施形態においては、ギア構造はヘリカルギアを具備している。 そのような実施形態においては、少なくとも１つの溶接接合部が２つのヘリカルギアの間に配置され、適切に「歯の実施形態」と同様の様式において実行されている。 １つまたは複数のギア構造は適切に形成されて、１つまたは複数の鋼のバーの各末端に隣接したヘリカルギアを具備しており、したがって、２つのヘリカルギアの間においてフラッシュ溶接を実行することが可能である。 図４に示された「滑らかな歯の実施形態」においても同様であり、図３ａ〜３ｄに示された「両歯の実施形態」に関しても同様である。 フラッシュ溶接による溶接接合部５５１は図５に示されている。 図６は本発明の中空ギアリングのさらなる実施形態６００を示しており、図１〜５の実施形態と同様の方式において得られるが、この実施形態においては、ギア構造は互いに直近に隣接して配置された歯６３０〜６５０を具備している。 フラッシュ溶接による溶接接合部６５１は図６に示されている。 図７は本発明の中空ギアリングのさらなる実施形態７００を示しており、図１〜６の実施形態と同様の方式において得られるが、この実施形態においては、歯７３１〜７３８が外周１４０から９０°の角度を指したギア構造を具備してギア構造が形成されている。 当然に、他の角度およびギア構造の他の形状もこの実施形態における本発明の範囲内に想定される。 フラッシュ溶接による溶接接合部７５１は図７に示されている。 図１〜３は、１つの連続的な鋼のバーを使用して中空ギアリングを得るための方法を示している。 しかしながら、本発明は以下に２つ以上の鋼のバーを使用して中空ギアリングを得るための方法も開示している。 したがって、本発明のこの実施形態は少なくとも２つの鋼のバーを使用することを含んでおり、それらのバーは曲げられ、次いで一体に接合されて中空ギアリングを形成し、接合はフラッシュ溶接を利用して実施される。 使用される２つ（以上）の鋼のバーは均等な長さとすることが可能であり、これは、それらのバーが中空ギアリングの均等な部品を形成することを意味しており、または、それらのバーが同一の半径に曲げられる限り、異なった長さの部品を形成することが可能であり、それらが異なった角度長さであっても、組み合わせて形成する「円形セグメント」となる。 複数の鋼のバーがこの実施形態において使用され、より多くのフラッシュ溶接接合部が形成されるという事実は別として、１つの鋼のバーが使用されて中空ギアリングを形成する実施形態に関する前述の特徴は、この実施形態にも同様に当てはまり、例えば、ギア構造の形式および形状、ならびにどのようにギア形状が形成されるかということ、ならびにギア構造が中空ギアリングのどこに配置されるかといったことである。 本発明の中空ギアリングを形成するための１つ以上の円形セグメントの使用は、以下の様式においても説明され得る。 したがって、ここで述べられた円形セグメントは完全な円（３６０°）の１つの円形セグメントであるか、またはそのような円の一部であり、溶接によって完全な円を形成するように一体に接合されるものであるか、のいずれかである。 当然に、１つ以上の円形セグメントが使用される（すなわち、各円形セグメントが３６０°よりも小さい）場合、ギア構造が形成される面は同一の方向に面して形成される。 フラッシュ溶接はこれまでの記載に述べられており、したがって、フラッシュ溶接の１つのバージョンの短い記載が以下に与えられている。 互いにつき合わされて、鋼のバーがリングを形成する鋼のバーの末端は、上側ダイと下側ダイとの２つのダイにクランプされ、上側ダイは鋼性であり、下側ダイは銅製である。 末端は一体とされ、電流が流される。 これによって、アークが２つの接合面、すなわち２つの面の末端の間に発生する。 フラッシュ溶接工程の初期段階において、アークギャップは極めて大きく、２つの面を均等にかつ清浄にする。 ギャップを減少させて接近させること、および開くことは２つの末端に熱を発生させる。 温度が「鍛造」温度に到達した場合、圧力が負荷される。 フラッシュが接合面の間に形成され、潜在的な不純物と欠陥とを溶接領域から排除する。 本発明は、これまでに記載され且つ図によって示された実施形態の例に限定されるものではないが、添付の特許請求の範囲内において自由に変化してもよい。 例えば、本発明の中空溶接ギアリングは一方の周に１つの種類のギア構造を備え、他方の周に別の種類のギア構造を備えることが可能であり、例えば、該周にヘリカルギアのギア構造を備え、内周に「歯」を備えたギア構造を備えることが可能である。 さらに、転造を利用して形成されるある種のギア構造が改善され、すなわち、機械加工を利用して「仕上げ」られることが可能である。 しかしながら、任意のそのような機械加工はその性質において軽微であり、したがって、材料に起因した任意の欠点は機械加工によって軽微にまたは無視できるものとなる。 さらに、本発明は複数の方法の実施形態を利用して記載されたが、本発明は製品、すなわち特許請求の範囲に概説されたそれらの方法によって得られる中空溶接ギアリングも含んでいる。 １００，２００，３００ ・・・鋼のバー、 １１０，３１０ ・・・第１主面、 １１５，１２５，２１５，２２５ ・・・末端、 １２０，２２０ ・・・第２主面、 １３１〜１３８，３３１〜３３８，３３１´〜３３８´，６３０〜６５０，７３１〜７３８ ・・・歯、 １４０，３４０ ・・・外周、 １５１，４５１，５５１，６５１，７５１ ・・・溶接接合部、 １５５，２５５，３５５ ・・・内周、 １６０，２６０，３６０，４６０，５６０，６００ ・・・中空溶接ギアリング、 ２２０ ・・・第２主面 |
||||||
