JP2007247832A - Gear, gearing assembly, and tooth face strength improving method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、歯面の強度を向上する歯車、噛合アッセンブリ、歯面強度向上方法に関するものである。 The present invention relates to a gear, a meshing assembly, and a tooth surface strength improving method for improving tooth surface strength.
一般に、歯車は、歯面の強度を向上させるために、歯面に、銅、二硫化モリブデン、PTFEのテフロン(登録商標)等の種々の材質をコーティングして歯面の性状を改質する場合がある。 In general, gears are coated with various materials such as copper, molybdenum disulfide, PTFE Teflon (registered trademark), etc., to improve the tooth surface properties in order to improve the tooth surface strength. There is.
又、歯面の強度を向上させる他の手段としては、対象物に高硬度な粒子を高速度で衝突させるショットピーニング処理により、歯面にマイクロディンプルを作成して歯面の強度を向上するものがある(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、歯面にコーティング処理をする場合には、製造コストが上昇すると共に、歯面とコーティング材の密着性が悪い状態では歯面の強度を向上することができないという問題があった。又、歯面にマイクロディンプルを作成する場合には、マイクロディンプルの突起付け根部分に微小な亀裂が生じる虞があり、微小な亀裂を生じた際には、歯面の噛合運転に伴って大きなピットに成長し、ピッチングやスポーリングと呼ばれる歯面の剥離損傷を生じるという問題があった。 However, when the tooth surface is coated, there are problems that the manufacturing cost increases and the strength of the tooth surface cannot be improved in a state where the adhesion between the tooth surface and the coating material is poor. In addition, when creating micro dimples on the tooth surface, there is a risk that micro cracks will form at the roots of the micro dimples, and when micro cracks occur, large pits will occur as the tooth surface engages. There is a problem that the tooth surface peeling damage called pitching or spalling occurs.
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、剥離損傷を抑制するように歯面の強度を向上する歯車、噛合アッセンブリ、歯面強度向上方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a gear, a meshing assembly, and a tooth surface strength improving method for improving tooth surface strength so as to suppress peeling damage.
本発明は、歯面に対して微小な鱗片状のささくれをランダムな方向で備えたことを特徴とする歯車に係るものである。 The present invention relates to a gear having a minute scaly ridge on the tooth surface in a random direction.
本発明において、前記鱗片状のささくれは、約数μm〜約100μmピッチのうねりがランダムに重層したテクスチャにより形成したものであることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the scaly whip is formed by a texture in which undulations having a pitch of about several μm to about 100 μm are randomly layered.
本発明において、前記鱗片状のささくれは、数μmのうねりと40〜100μmのうねりが重層したテクスチャにより形成したものであることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the scaly crust is formed by a texture in which several undulations and 40 to 100 μm undulations are layered.
本発明は、前記歯面の少なくとも噛み合い面において、前記テクスチャにより前記歯車の加工目を消失させたものであることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that at least the meshing surface of the tooth surface is formed by eliminating the processing eye of the gear by the texture.
本発明は、一対の歯車の歯面が噛み合うように構成した噛合アッセンブリであって、噛み合う歯面の少なくとも一方に上記発明の歯車を備えてなることを特徴とする噛合アッセンブリに係るものである。 The present invention relates to a meshing assembly configured so that the tooth surfaces of a pair of gears mesh with each other, wherein the gear assembly of the present invention is provided on at least one of the meshing tooth surfaces.
本発明は、歯車の歯面に微細で高硬度な粒子を高速度で衝突させて、前記歯面に対して微小な鱗片状のささくれをランダムな方向に形成することを特徴とする歯面強度向上方法に係るものである。 The present invention provides a tooth surface strength characterized in that fine and hard particles collide with a tooth surface of a gear at a high speed to form minute scaly ridges on the tooth surface in a random direction. It relates to the improvement method.
本発明の歯車及び噛合アッセンブリによれば、歯面に対して微小な鱗片状のささくれをランダムな方向で備えるので、ささくれで他方の歯面の突起を削ぐことにより、歯面を平滑にして歯面のなじみ性を向上させ、結果的に、剥離損傷を抑制するように歯面の強度を向上することができる。 According to the gear and the meshing assembly of the present invention, since the fine scaly ridges are provided in a random direction with respect to the tooth surface, the tooth surface is made smooth by scraping the protrusion on the other tooth surface with the blade. The conformability of the surface can be improved, and as a result, the strength of the tooth surface can be improved so as to suppress peeling damage.
本発明の歯面強度向上方法によれば、歯車の歯面に微細で高硬度な粒子を高速で衝突させることにより、歯車の歯面に対し、ランダムな方向に向かう微小な鱗片状のささくれを容易に形成することができる。 According to the tooth surface strength improving method of the present invention, fine and hard particles collide with the tooth surface of the gear at high speed, so that a minute scaly ridge facing the tooth surface of the gear in a random direction. It can be formed easily.
以上、述べたように、本発明によれば、歯面に対して微小な鱗片状のささくれをランダムな方向で備えるので、歯面のなじみ性を向上させ、剥離損傷を抑制するように歯面の強度を向上することができるという優れた効果を奏し得る。 As described above, according to the present invention, since the minute scaly ridges are provided in a random direction with respect to the tooth surface, the tooth surface is improved so as to improve the conformability of the tooth surface and suppress peeling damage. It is possible to achieve an excellent effect that the strength of the can be improved.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1〜図6は本発明を実施する形態の歯車、噛合アッセンブリ、歯面強度向上方法を示すものである。 1 to 6 show a gear, meshing assembly, and tooth surface strength improving method according to an embodiment of the present invention.
歯車は、歯面1に対して微小な鱗片状のささくれ2をランダムな方向で備えており、鱗片状のささくれ2は、表面方向において約数μm〜約100μmピッチのうねりが重層したテクスチャ(肌理や表面模様)、詳しくは数μmの細かなうねりと40〜100μmの大きなうねりとが重層したテクスチャにより形成されている。ここで、歯車の構成は、歯面1を介して他方の部材へ動力を伝達するものならば特に限定されるものでなく、はすば歯車、平歯車、内歯車、ラック、すぐばかさ歯車、曲がり歯かさ歯車、ねじ歯車、ウォームギヤ、ハイポイドギヤ等のどのようなものでも良い。
The gear is provided with
噛合アッセンブリ(噛合集合体)は、種々の歯車を適宜組み合わせて少なくとも一対の歯車を構成すると共に、噛み合う歯面1の少なくとも一方に、上記の微小な鱗片状のささくれ2を備えた歯車を備えるものである。ここで、噛合アッセンブリの構成は、一方の歯車から歯面1を介して他方の歯車へ動力を伝達するならば特に限定されるものでなく、どのような構成でも良い。
The meshing assembly (meshing assembly) includes at least a pair of gears by appropriately combining various gears, and includes a gear having the above-described
歯車の一例を具体的に示すと、歯車は、モジュール3.5、ねじれ角23°のはすば歯車であり、鋼材(SCM420H)を歯切り後、ガス浸炭焼入れを施し、歯面1を研削して歯車を準備し、歯面強度向上方法で処理したものである。
Specifically, an example of a gear is a helical gear with a module 3.5 and a helix angle of 23 °. After gear cutting a steel material (SCM420H), gas carburizing and quenching is performed, and the
歯面強度向上方法は、歯車の歯面1に微細で高硬度な粒子を高速度で衝突させる微粒子ピーニング処理を、異なる二条件で連続して行う2段ピーニングで行ったものであり、1段目のピーニング処理は、歯車に対し、直圧エア式により、投射圧力0.4〜0.69MPa好ましくは0.4〜0.6MPa、アークハイト0.2〜0.5mm(Nスケール)好ましくは0.24〜0.41mm(Nスケール)、カバレージ200%の条件下で、材質SKH、中心粒径70〜150μm好ましくは80〜130μm、硬度700〜1000Hv好ましくは750〜800Hvのショット粒を投射して処理し、2段目のピーニング処理は、歯車に対し、直圧エア式により、投射圧力0.3〜0.69MPa好ましくは0.4MPa、アークハイト0.07〜0.2mm(Nスケール)好ましくは0.07mm(Nスケール)、カバレージ200%の条件下で、材質SKH、中心粒径20〜70μm好ましくは50μm、硬度700〜1000Hv好ましくは750〜800Hvのショット粒を投射して処理し、最終的に、歯車の歯面1に対して微小な鱗片状のささくれ(先端部が細かく裂けた平面状の開裂部)2をランダムな方向に形成する。ここで微粒子ピーニング処理は1段ピーニングで行っても良い。
The method of improving the tooth surface strength is a two-stage peening process in which fine particle peening treatment for causing fine and hard particles to collide with the
その結果、歯面強度向上方法による処理前と処理後の歯面1を走査型電子顕微鏡により観察して比較すると、処理前の歯面1には、図3に示す如く研削目やシェービング目等の加工目を完全に残し、処理後の歯面1には、図4に示す如く歯車の加工目を完全に消失するように、ランダムな方向に向かう微小な鱗片状(平面状)のささくれ2を形成している。ここで、鱗片状のささくれ2は、微粒子ピーニング処理において、微細なショット粒を高速で投射することにより、歯面1の表面が鋼の変態点以上の高温になって極表面層が溶け、更に急激に空冷されて得られると考えられる。又、微小な鱗片状のささくれ2のうち、数μmの細かなうねりは、ショット粒が歯面1を擦った痕と考えられ、40〜100μmの大きなうねりは、ショット粒が衝突した塑性変形痕と考えられる。
As a result, when the
微小な鱗片状のささくれ2をランダム方向に備える歯車を用いて運転した際には、他方の対象物の歯車等に対して、ささくれ2の縁部3が他方の歯面1の突起を削ぐことにより、歯面1を平滑にして歯面1のなじみ性を向上させている。ここで、歯車及び噛合アッセンブリにおいて、噛み合う歯面1の一方に微小な鱗片状のささくれ2を備えた場合には他方の歯面1の突起を削ぐものとなり、噛み合う歯面1の両方に微小な鱗片状のささくれ2を備えた場合には、互いに他方の歯面1の突起等を削ぐものとなっている。
When driving using a gear having a
以下、微小な鱗片状のささくれ2をランダム方向に備える歯車と、比較例の歯車とについて歯車強度を測定すると共に歯面粗さを測定し、夫々比較したものを示す。
In the following, the gear strength is measured and the tooth surface roughness is measured for the gear provided with the
歯車強度の測定は、歯車回転数1500rpm、油温90℃、油量1.2L/min(潤滑油は大型自動車用トランスミッション油)の条件下で、初めになじみ運転を行い、その後一定のトルクを負荷し、歯面1の剥離損傷が生じるまでの耐久運転を行った。なお、なじみ運転は、加工目等により歯面1に生じた表面上の突起(粗さ)が運転に伴って磨耗し、滑らかになる状態をいい、突起の中には、磨耗に伴って付け根部分に微小な亀裂が生じ、本願発明の課題の如くピッチングやスポーリングと呼ばれる歯面1の剥離損傷を生じるものがある。
The gear strength is measured under the conditions of a gear rotation speed of 1500 rpm, an oil temperature of 90 ° C., and an oil amount of 1.2 L / min (lubricating oil is a transmission oil for large automobiles). The durability operation was performed until the
一方、比較例の歯車は、インペラ式ショットピーニング処理によるものであり、歯車に対し投射速度62m/s、アークハイト0.35(Aスケール)、カバレージ200%、の条件下で、材質SC、粒径800μm、硬度560Hvのショット粒を投射して処理している。なお、インペラ式ショットピーニング処理による歯面1を走査型電子顕微鏡により観察して比較すると、処理前の歯面1には、加工目の一部がショット粒で押し潰される一方で、加工目を明瞭に残すものとなっている。
On the other hand, the gear of the comparative example is based on the impeller type shot peening process, and the material SC and the grain are formed under the conditions of a projection speed of 62 m / s, an arc height of 0.35 (A scale), and a coverage of 200%. Shot particles having a diameter of 800 μm and a hardness of 560 Hv are projected and processed. In addition, when the
耐久運転の結果、微小な鱗片状のささくれ2をランダム方向に備える歯車は、インペラ式ショットピーニングの比較例の歯車に比べて歯車強度が向上することが明らかであった。
As a result of the endurance operation, it was clear that the gear strength provided with the
又、歯面粗さの測定の結果では、微小な鱗片状のささくれ2をランダム方向に備える歯車は、微粒子ピーニング処理を施した場合に、歯面1が、図5に示す如く処理前のものや、インペラ式ショットピーニングの比較例に比べて粗くなり、運転開始後短時間の場合には、歯面1が、一方の歯面1のささくれ2の縁部3で他方の歯面1の突起を削ぐことにより、図6に示す如く比較例に比べて他方の歯面1が平滑になっていることが明らかであった。
As a result of the measurement of the tooth surface roughness, the gear provided with the
又、微小な鱗片状のささくれ2をランダム方向に備える歯車と、インペラ式ショットピーニングの比較例の歯車とについて処理後の歯面1を走査型電子顕微鏡により観察して比較すると、目視での損傷は認められないが、比較例の歯車では、加工目に沿って多くのピットが発生し、これらのピットが繋がって大きく成長する兆候が見られた。一方、微小な鱗片状のささくれ2をランダム方向に備える歯車では、微小のピットが発生しているが、これらのピットが繋がって成長する様相は認められなかった。
Further, when the
なお、他の比較方法において、歯面1の残留応力では、表面から比較的浅い領域の深さ約10μmで最大値を示すように、比較例に比べて表面近傍に大きな残留圧縮応力が付与されており、又、歯面1のX線半価幅では、結晶粒の大きさや微視的歪みの場所的不均一さで変化する半価幅が、歯面の深さ5〜40μmの領域で小さくなっていた。
In another comparative method, the residual stress on the
このように、本形態例の歯車及び噛合アッセンブリによれば、歯面1に対して微小な鱗片状のささくれ2をランダムな方向で備えるので、ささくれ2の縁部3で他方の歯面1の突起を削ぐことにより、歯面1を平滑にして歯面1のなじみ性を向上させ、結果的に、剥離損傷を抑制するように歯面1の強度を向上することができる。
As described above, according to the gear and the meshing assembly of the present embodiment, since the minute
鱗片状のささくれ2は、約数μm〜約100μmピッチのうねりがランダムに重層したテクスチャにより形成したものであると、ささくれ2の縁部3で他方の歯面1の突起を適切に削ぐことにより、歯面1を平滑にして歯面1のなじみ性を容易に向上させ、歯面1の強度を一層向上することができる。
When the
鱗片状のささくれ2は、数μmのうねりと40〜100μmのうねりが重層したテクスチャにより形成したものであると、ささくれ2の縁部3で他方の歯面1の突起を適切に削ぐことにより、歯面1を平滑にして歯面1のなじみ性を容易に向上させ、歯面1の強度を更に一層向上することができる。
The
歯面1の少なくとも噛み合い面において、テクスチャにより歯車の加工目を消失させたものであると、鱗片状のささくれ2を適切に配したものになるので、ささくれ2の縁部3で他方の歯面1の突起を最適に削ぐことにより、歯面1を平滑にして歯面1のなじみ性を極めて容易に向上させ、歯面1の強度を更に一層向上することができる。
If at least the meshing surface of the
本形態例の噛合アッセンブリによれば、噛み合う歯面1の少なくとも一方に、ランダムな方向に向かい且つ微小な鱗片状のささくれ2を備えた歯面1を備えるので、一方の歯面1のささくれ2の縁部3が他方の歯面1の突起等を削ぐことにより、歯面1を平滑にして歯面1のなじみ性を向上させ、結果的に、剥離損傷を抑制して歯面1の強度を向上することができる。
According to the meshing assembly of the present embodiment, the
本発明の歯面強度向上方法によれば、歯車の歯面1に微細で高硬度な粒子を高速で衝突させることにより、歯車の歯面1に対し、ランダムな方向に向かう微小な鱗片状のささくれ2を容易に形成することができる。
According to the method for improving the tooth surface strength of the present invention, fine and hard particles collide with the
なお、本発明の歯車、噛合アッセンブリ、歯面強度向上方法は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、歯車や噛合アッセンブリの歯面に、微小な鱗片状のささくれをランダム方向に備えるものならば、他の製造方法でも良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 In addition, the gear, the meshing assembly, and the tooth surface strength improving method of the present invention are not limited to the above-described illustrated examples, and the tooth surface of the gear and the meshing assembly is provided with minute scaly ridges in a random direction. Of course, other manufacturing methods may be used, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1 歯面
2 ささくれ
3 縁部
1
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JPH03111551A (en) * | 1989-09-25 | 1991-05-13 | Mazda Motor Corp | Production of gear |
JP2002309318A (en) * | 2001-04-16 | 2002-10-23 | Daido Steel Co Ltd | Production method of gear |
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