JP3495590B2 - 軟窒化処理を施した歯車並びにその製造方法 - Google Patents
軟窒化処理を施した歯車並びにその製造方法Info
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- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
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- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
- C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
- C23C8/24—Nitriding
- C23C8/26—Nitriding of ferrous surfaces
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、軟窒化処理を施し
た歯車、並びにその製造方法に係り、詳しくは比較的薄
い化合物層と比較的厚い拡散層を有する窒化歯車並びに
その製造方法に関する。
た歯車、並びにその製造方法に係り、詳しくは比較的薄
い化合物層と比較的厚い拡散層を有する窒化歯車並びに
その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、高強度歯車、特に自動変速機に
用いられる歯車は、高い耐摩耗性及び強度が要求されて
おり、その中でも、プラネタリギヤの入力軸又は出力軸
に連結されるリングギヤは、噛み合い次数（アウトプッ
ト回転１に対するギヤの噛み合う歯数）が大きいため、
ギヤノイズに対する影響が大きい。
用いられる歯車は、高い耐摩耗性及び強度が要求されて
おり、その中でも、プラネタリギヤの入力軸又は出力軸
に連結されるリングギヤは、噛み合い次数（アウトプッ
ト回転１に対するギヤの噛み合う歯数）が大きいため、
ギヤノイズに対する影響が大きい。
【０００３】従来、軟窒化処理を施して、表面の耐摩耗
性、耐折損性、耐疲労姓を高め、更に熱歪みの低減によ
る寸法精度の向上をも図った歯車が知られている。その
一例として、特開平８−１６５５５６号に示されるもの
があり、このものは、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ａ
ｌ，Ｎ，Ｖを含む鋼からなる歯車にＲＸ／ＮＨ3 ＝０．
５〜１．５のガス容積組成比かつ５５０〜６５０℃の処
理温度でガス軟窒化処理を施し、その後ポーラス層厚さ
を１０μｍ以下にしている。
性、耐折損性、耐疲労姓を高め、更に熱歪みの低減によ
る寸法精度の向上をも図った歯車が知られている。その
一例として、特開平８−１６５５５６号に示されるもの
があり、このものは、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ａ
ｌ，Ｎ，Ｖを含む鋼からなる歯車にＲＸ／ＮＨ3 ＝０．
５〜１．５のガス容積組成比かつ５５０〜６５０℃の処
理温度でガス軟窒化処理を施し、その後ポーラス層厚さ
を１０μｍ以下にしている。
【０００４】これにより、十分な表面硬さと硬化深さを
得ると同時に、ポーラス層の厚さを制限する等により、
最表面の化合物層が剥離する問題（耐ピッチング性の低
下）の解決を図っている。
得ると同時に、ポーラス層の厚さを制限する等により、
最表面の化合物層が剥離する問題（耐ピッチング性の低
下）の解決を図っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のもので
も、ポーラス層は１０［μｍ］近くあるため、該ポーラ
ス層が剥離すると、ギヤ表面（噛合面）に比較的大きな
うねり（凹凸）が発生し、ギヤノイズが悪化してしま
う。
も、ポーラス層は１０［μｍ］近くあるため、該ポーラ
ス層が剥離すると、ギヤ表面（噛合面）に比較的大きな
うねり（凹凸）が発生し、ギヤノイズが悪化してしま
う。
【０００６】そこで、本発明は、特定の軟窒化処理条件
を選定することにより、拡散層を維持したまま、ポーラ
ス層をできる限り抑制し、耐ピッチング性の確保と十分
な表面硬度及び硬化深さを得て、耐摩耗性、耐折損性及
び耐疲労性を得ると共にギヤノイズの悪化を抑制した歯
車及びその製造方法を提供することを目的とするもので
ある。
を選定することにより、拡散層を維持したまま、ポーラ
ス層をできる限り抑制し、耐ピッチング性の確保と十分
な表面硬度及び硬化深さを得て、耐摩耗性、耐折損性及
び耐疲労性を得ると共にギヤノイズの悪化を抑制した歯
車及びその製造方法を提供することを目的とするもので
ある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る本発明
は、重量％でＣ；０．１８〜０．２３、Ｓｉ；０．１５
〜０．３５、Ｍｎ；０．６０〜０．８５、Ｐ；０．０３
以下、Ｓ；０．０３以下、Ｃｒ；０．９０〜１．２０、
Ｍｏ；０．１５〜０．３０を含み、残余はＦｅ及び不純
物からなる鋼に、ガス軟窒化処理を施すことにより、歯
面に、厚さ２〜１２［μｍ］のＮとＦｅの化合物を有す
る化合物層と、その下層に隣接して、前記鋼自体の硬度
よりＨｖ５０以上の硬さを有する厚さ２００［μｍ］以
上の拡散層とを備えることを特徴とする、歯車にある。
は、重量％でＣ；０．１８〜０．２３、Ｓｉ；０．１５
〜０．３５、Ｍｎ；０．６０〜０．８５、Ｐ；０．０３
以下、Ｓ；０．０３以下、Ｃｒ；０．９０〜１．２０、
Ｍｏ；０．１５〜０．３０を含み、残余はＦｅ及び不純
物からなる鋼に、ガス軟窒化処理を施すことにより、歯
面に、厚さ２〜１２［μｍ］のＮとＦｅの化合物を有す
る化合物層と、その下層に隣接して、前記鋼自体の硬度
よりＨｖ５０以上の硬さを有する厚さ２００［μｍ］以
上の拡散層とを備えることを特徴とする、歯車にある。
【０００８】請求項２に係る本発明は、重量％でＣ；
０．１６〜０．２１、Ｓｉ；０．１５〜０．３５、Ｍ
ｎ；０．５５〜０．９０、Ｐ；０．０３以下、Ｓ；０．
０３以下、Ｃｕ；０．３以下、Ｎｉ；０．２５以下、Ｃ
ｒ；０．９０〜１．１０、Ａｌ；０．０７〜０．１３、
Ｖ；０．１０〜０．１５を含み、残余はＦｅ及び不純物
からなる鋼に、ガス軟窒化処理を施すことにより、歯面
に、厚さ２〜１２［μｍ］のＮとＦｅの化合物を有する
化合物層と、その下層に隣接して、前記鋼目体の硬度よ
りＨｖ５０以上の硬さを有する厚さ２００［μｍ］以上
の拡散層とを備えることを特徴とする歯車にある。
０．１６〜０．２１、Ｓｉ；０．１５〜０．３５、Ｍ
ｎ；０．５５〜０．９０、Ｐ；０．０３以下、Ｓ；０．
０３以下、Ｃｕ；０．３以下、Ｎｉ；０．２５以下、Ｃ
ｒ；０．９０〜１．１０、Ａｌ；０．０７〜０．１３、
Ｖ；０．１０〜０．１５を含み、残余はＦｅ及び不純物
からなる鋼に、ガス軟窒化処理を施すことにより、歯面
に、厚さ２〜１２［μｍ］のＮとＦｅの化合物を有する
化合物層と、その下層に隣接して、前記鋼目体の硬度よ
りＨｖ５０以上の硬さを有する厚さ２００［μｍ］以上
の拡散層とを備えることを特徴とする歯車にある。
【０００９】請求項３に係る本発明は、前記歯車が、自
動変速機に用いられる歯車である、請求項１又は２記載
の歯車にある。
動変速機に用いられる歯車である、請求項１又は２記載
の歯車にある。
【００１０】請求項４に係る本発明は、前記歯車は、自
動変速機におけるプラネタリギヤの入力軸又は出力軸に
連結されるリングギヤである、請求項２記載の歯車にあ
る。
動変速機におけるプラネタリギヤの入力軸又は出力軸に
連結されるリングギヤである、請求項２記載の歯車にあ
る。
【００１１】請求項５に係る本発明は、重量％でＣ；
０．１８〜０．２３、Ｓｉ；０．１５〜０．３５、Ｍ
ｎ；０．６０〜０．８５、Ｐ；０．０３以下、Ｓ；０．
０３以下、Ｃｒ；０．９０〜１．２０、Ｍｏ；０．１５
〜０．３０を含み、残余はＦｅ及び不純物からなる鋼に
より歯車素材を形成し、該歯車素材に、ＮＨ3 の残留濃
度が４５〜６５容積％含む混合ガスの雰囲気中で、ガス
温度を５３０〜５６５［℃］にて所定時間軟窒化処理を
施す、ことを特徴とする歯車の製造方法にある。
０．１８〜０．２３、Ｓｉ；０．１５〜０．３５、Ｍ
ｎ；０．６０〜０．８５、Ｐ；０．０３以下、Ｓ；０．
０３以下、Ｃｒ；０．９０〜１．２０、Ｍｏ；０．１５
〜０．３０を含み、残余はＦｅ及び不純物からなる鋼に
より歯車素材を形成し、該歯車素材に、ＮＨ3 の残留濃
度が４５〜６５容積％含む混合ガスの雰囲気中で、ガス
温度を５３０〜５６５［℃］にて所定時間軟窒化処理を
施す、ことを特徴とする歯車の製造方法にある。
【００１２】請求項６に係る本発明は、前記混合ガスに
おけるＮＨ3 の残留濃度が、４５〜６０容積％であり、
かつガス温度が、５５５〜５６５［℃］である、請求項
５記載の歯車の製造方法にある。
おけるＮＨ3 の残留濃度が、４５〜６０容積％であり、
かつガス温度が、５５５〜５６５［℃］である、請求項
５記載の歯車の製造方法にある。
【００１３】請求項７に係る本発明は、前記混合ガスに
おけるＮＨ3 の残留濃度が、５５〜６５容積％で、かつ
ガス温度が、５４５〜５５５［℃］による第１段の軟窒
化処理を施した後、更に混合ガスにおけるＮＨ3 の残留
濃度が、１５〜２５容積％で、かつガス温度が、５８５
〜５９５［℃］による第２段の軟窒化処理を施す、請求
項５記載の歯車の製造方法にある。
おけるＮＨ3 の残留濃度が、５５〜６５容積％で、かつ
ガス温度が、５４５〜５５５［℃］による第１段の軟窒
化処理を施した後、更に混合ガスにおけるＮＨ3 の残留
濃度が、１５〜２５容積％で、かつガス温度が、５８５
〜５９５［℃］による第２段の軟窒化処理を施す、請求
項５記載の歯車の製造方法にある。
【００１４】請求項８に係る本発明は、重量％でＣ；
０．１６〜０．２１、Ｓｉ；０．１５〜０．３５、Ｍ
ｎ；０．５５〜０．９０、Ｐ；０．０３以下、Ｓ；０．
０３以下、Ｃｕ；０．３以下、Ｎｉ；０．２５以下、Ｃ
ｒ；０．９０〜１．１０、Ａｌ；０．０７〜０．１３、
Ｖ；０．１０〜０．１５を含み、残余はＦｅ及び不純物
からなる鋼により歯車素材を形成し、該歯車素材に、Ｎ
Ｈ3 の残留濃度が４５〜６５容積％含む混合ガスの雰囲
気中で、ガス温度を５４０〜５８０［℃］にて所定時間
軟窒化処理を施す、ことを特徴とする歯車の製造方法に
ある。
０．１６〜０．２１、Ｓｉ；０．１５〜０．３５、Ｍ
ｎ；０．５５〜０．９０、Ｐ；０．０３以下、Ｓ；０．
０３以下、Ｃｕ；０．３以下、Ｎｉ；０．２５以下、Ｃ
ｒ；０．９０〜１．１０、Ａｌ；０．０７〜０．１３、
Ｖ；０．１０〜０．１５を含み、残余はＦｅ及び不純物
からなる鋼により歯車素材を形成し、該歯車素材に、Ｎ
Ｈ3 の残留濃度が４５〜６５容積％含む混合ガスの雰囲
気中で、ガス温度を５４０〜５８０［℃］にて所定時間
軟窒化処理を施す、ことを特徴とする歯車の製造方法に
ある。
【００１５】請求項９に係る本発明は、前記混合ガスに
おけるＮＨ3 の残留濃度が、５０〜６５容積％で、かつ
ガス温度が、５４０〜５６０［℃］による第１段の軟窒
化処理を施した後、更に混合ガスにおけるＮＨ3 の残留
濃度が、１５〜２５容積％で、かつガス温度が、５８５
〜５９５［℃］による第２段の軟窒化処理を施す、請求
項８記載の歯車の製造方法にある。
おけるＮＨ3 の残留濃度が、５０〜６５容積％で、かつ
ガス温度が、５４０〜５６０［℃］による第１段の軟窒
化処理を施した後、更に混合ガスにおけるＮＨ3 の残留
濃度が、１５〜２５容積％で、かつガス温度が、５８５
〜５９５［℃］による第２段の軟窒化処理を施す、請求
項８記載の歯車の製造方法にある。
【００１６】［作用］上記歯車は、歯表面にＮ及びＦｅ
の化合物層が形成されており、該化合物層は極めて硬い
ので、耐摩耗性が向上する。該化合物層は、２〜１２
［μｍ］と薄く、その表面のポーラス層は極めて薄くな
るように抑制されるため、例えポーラス層が剥離して
も、それによる歯車噛合面でのうねり（凹凸）は極めて
僅かであり、ギヤノイズに大きな影響を与えることはな
い。なお、化合物層は、２［μｍ］以下であると、耐摩
耗性としての性能が充分に発揮できなく、また１２［μ
ｍ］以上であると、ポーラス層が剥離した場合の歯車表
面の凹凸が大きくなり、ギヤノイズに悪影響を与える。
の化合物層が形成されており、該化合物層は極めて硬い
ので、耐摩耗性が向上する。該化合物層は、２〜１２
［μｍ］と薄く、その表面のポーラス層は極めて薄くな
るように抑制されるため、例えポーラス層が剥離して
も、それによる歯車噛合面でのうねり（凹凸）は極めて
僅かであり、ギヤノイズに大きな影響を与えることはな
い。なお、化合物層は、２［μｍ］以下であると、耐摩
耗性としての性能が充分に発揮できなく、また１２［μ
ｍ］以上であると、ポーラス層が剥離した場合の歯車表
面の凹凸が大きくなり、ギヤノイズに悪影響を与える。
【００１７】また、上記歯車は、上記化合物層の下に窒
素の拡散層が形成されている。該拡散層は、硬度が比較
的硬くかつじん性も備えているので、耐折損性及び強度
に対して優れており、かつ該拡散層には体積膨張による
圧縮応力が残留されて、耐疲労性を向上する。なお、該
拡散層は、硬度が鋼自体の硬度（調質後）＋Ｈｖ５０以
下及び厚さ２０［μｍ］以下では、歯車、特に自動変速
機に用いられる歯車としては、上述した耐折損性、強度
及び耐疲労性に対して充分な効果を発揮し得ない。
素の拡散層が形成されている。該拡散層は、硬度が比較
的硬くかつじん性も備えているので、耐折損性及び強度
に対して優れており、かつ該拡散層には体積膨張による
圧縮応力が残留されて、耐疲労性を向上する。なお、該
拡散層は、硬度が鋼自体の硬度（調質後）＋Ｈｖ５０以
下及び厚さ２０［μｍ］以下では、歯車、特に自動変速
機に用いられる歯車としては、上述した耐折損性、強度
及び耐疲労性に対して充分な効果を発揮し得ない。
【００１８】そして、所定の材料を調質処理後、切削加
工により歯車を形成して素材とし、該歯車素材を、ガス
軟窒化法にて窒化処理を施す。その際、混合ガスのＮＨ
3 残留濃度、ガス温度及び処理時間を適正に選定するこ
とにより、表面に比較的薄い化合物層が形成され、かつ
拡散層の厚みが比較的厚く形成される。
工により歯車を形成して素材とし、該歯車素材を、ガス
軟窒化法にて窒化処理を施す。その際、混合ガスのＮＨ
3 残留濃度、ガス温度及び処理時間を適正に選定するこ
とにより、表面に比較的薄い化合物層が形成され、かつ
拡散層の厚みが比較的厚く形成される。
【００１９】
【発明の効果】請求項１又は２に係る本発明によると、
化合物層の厚さを薄くしても、充分な耐摩耗性を維持で
きるものでありながら、ポーラス層の剥離があっても、
ギヤノイズに大きな影響を与えることはなく、また所定
硬度以上の拡散層を比較的深い位置まで得られるので、
耐折損性及び耐疲労性をも確保でき、自動変速機等に用
いられる歯車として高い性能を得ることができる。
化合物層の厚さを薄くしても、充分な耐摩耗性を維持で
きるものでありながら、ポーラス層の剥離があっても、
ギヤノイズに大きな影響を与えることはなく、また所定
硬度以上の拡散層を比較的深い位置まで得られるので、
耐折損性及び耐疲労性をも確保でき、自動変速機等に用
いられる歯車として高い性能を得ることができる。
【００２０】請求項３に係る本発明によると、静粛性、
コンパクト性及び耐久性が要求される自動変速機に対し
て、耐摩耗性、耐折損性に優れ、かつ熱歪みが少く及び
耐ピッチング性に優れてギヤノイズも減少し得る上記歯
車は、良好にマッチングして上記自動変速機の要求を達
成することができる。
コンパクト性及び耐久性が要求される自動変速機に対し
て、耐摩耗性、耐折損性に優れ、かつ熱歪みが少く及び
耐ピッチング性に優れてギヤノイズも減少し得る上記歯
車は、良好にマッチングして上記自動変速機の要求を達
成することができる。
【００２１】請求項４に係る本発明によると、例えばシ
ンプソンタイプのプラネタリギヤユニットにおいて、噛
み合い次数の大きな入力軸又は出力軸に連結されるリン
グギヤに本歯車を用いることにより、特に低速段でのギ
ヤノイズを大幅に低減することができる。
ンプソンタイプのプラネタリギヤユニットにおいて、噛
み合い次数の大きな入力軸又は出力軸に連結されるリン
グギヤに本歯車を用いることにより、特に低速段でのギ
ヤノイズを大幅に低減することができる。
【００２２】請求項５又は８に係る本発明によると、適
正な条件でガス軟窒化処理を施すことにより、比較的薄
い化合物層と比較的厚い拡散層を得ることができ、かつ
素材となる材料は切削性もよく、連続処理可能なガス軟
窒化法と相俟って、生産性も向上し、上述した高い性能
の歯車を比較的安価にかつ容易に大量生産することがで
きる。
正な条件でガス軟窒化処理を施すことにより、比較的薄
い化合物層と比較的厚い拡散層を得ることができ、かつ
素材となる材料は切削性もよく、連続処理可能なガス軟
窒化法と相俟って、生産性も向上し、上述した高い性能
の歯車を比較的安価にかつ容易に大量生産することがで
きる。
【００２３】請求項６に係る本発明によると、化合物層
を薄く維持したままで、より深い拡散層を得ることがで
き、歯車の耐折損性及び耐疲労強度を向上し得る。
を薄く維持したままで、より深い拡散層を得ることがで
き、歯車の耐折損性及び耐疲労強度を向上し得る。
【００２４】請求項７又は９に係る本発明によると、２
段階の窒化処理を行うことにより、化合物層を薄く維持
したままで、更に深い拡散層を確実に得ることができ
る。
段階の窒化処理を行うことにより、化合物層を薄く維持
したままで、更に深い拡散層を確実に得ることができ
る。
【００２５】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態に係
る歯車の表面（歯面）を拡大した顕微鏡写真を写した模
式図である。該歯車の表面は、ＮとＦｅとの化合物、即
ちＦｅ3 Ｎ（ε），Ｆｅ４Ｎ（γ′）等からなる化合物
層からなり、その最表面には、酸化物を含有しているポ
ーラス層が僅かに形成されており、該ポーラス層を含ん
だ化合物層の厚さは、２〜１２［μｍ］である。
る歯車の表面（歯面）を拡大した顕微鏡写真を写した模
式図である。該歯車の表面は、ＮとＦｅとの化合物、即
ちＦｅ3 Ｎ（ε），Ｆｅ４Ｎ（γ′）等からなる化合物
層からなり、その最表面には、酸化物を含有しているポ
ーラス層が僅かに形成されており、該ポーラス層を含ん
だ化合物層の厚さは、２〜１２［μｍ］である。
【００２６】該化合物層の下には、窒素化合物がＦｅＣ
の固容体の中に拡散している拡散層となっており、該拡
散層は、素材（鋼）自体の調質後の硬度よりＨｖ５０以
上の硬さを有し、かつ２００［μｍ］以上の深さがあ
る。そして、該拡散層の下は、素材からなる調質された
生地からなる。
の固容体の中に拡散している拡散層となっており、該拡
散層は、素材（鋼）自体の調質後の硬度よりＨｖ５０以
上の硬さを有し、かつ２００［μｍ］以上の深さがあ
る。そして、該拡散層の下は、素材からなる調質された
生地からなる。
【００２７】ついで、本歯車の製造方法について説明す
る。材料１は、合金鋼材、具体的にはＪＩＳ−ＳＣＭ４
２０からなる。該材料１の成分は、表１に示す通りであ
る。
る。材料１は、合金鋼材、具体的にはＪＩＳ−ＳＣＭ４
２０からなる。該材料１の成分は、表１に示す通りであ
る。
【００２８】
【表１】
また、材料２は、本発明に係る歯車用として開発した材
料であり、該材料２の成分は、表２に示す通りである。
料であり、該材料２の成分は、表２に示す通りである。
【００２９】
【表２】
そして、上記材料１又は２を調質処理した後、歯切り加
工により歯車形状に形成する。該歯車形状からなる歯車
素材を、ガス軟窒化法により軟窒化処理する。
工により歯車形状に形成する。該歯車形状からなる歯車
素材を、ガス軟窒化法により軟窒化処理する。
【００３０】ガスは、ＣＯ2 と、浸窒素ガスとしてのＮ
Ｈ3 との混合ガス（ＣＯ2 ＋ＮＨ3）を用い、該混合ガ
スの内のＮＨ3 残留濃度は、４５〜６５容積％であり、
好ましくは４５〜６０容積％であり、かつガス温度は、
前記材料１に対しては５３０〜５６５［℃］であり、前
記材料２に対しては５４０〜５８０［℃］であり、好ま
しくは５５５〜５６６［℃］である。処理時間は、通常
２時間の１段処理である。また、該１段処理に２段処理
を加えてもよく、この場合、前記材料１に対しては、１
段目は、ＮＨ3 の残留濃度が、５５〜６５容積％で、か
つガス温度が５４５〜５５５［℃］で処理時間が２時間
であり、２段目は、ＮＨ3 の残留濃度が、１５〜２５容
積％で、かつガス温度が、５８５〜５９５［℃］で、処
理時間が１時間である。また、前記材料２に対しては、
１段目は、ＮＨ3 の残留濃度が、５０〜６５容積％で、
かつガス温度が５４０〜５６０［℃］で処理時間が２時
間であり、２段目は、ＮＨ3 の残留濃度が、１５〜２５
容積％で、かつガス温度が、５８５〜５９５［℃］で、
処理時間が１時間である。
Ｈ3 との混合ガス（ＣＯ2 ＋ＮＨ3）を用い、該混合ガ
スの内のＮＨ3 残留濃度は、４５〜６５容積％であり、
好ましくは４５〜６０容積％であり、かつガス温度は、
前記材料１に対しては５３０〜５６５［℃］であり、前
記材料２に対しては５４０〜５８０［℃］であり、好ま
しくは５５５〜５６６［℃］である。処理時間は、通常
２時間の１段処理である。また、該１段処理に２段処理
を加えてもよく、この場合、前記材料１に対しては、１
段目は、ＮＨ3 の残留濃度が、５５〜６５容積％で、か
つガス温度が５４５〜５５５［℃］で処理時間が２時間
であり、２段目は、ＮＨ3 の残留濃度が、１５〜２５容
積％で、かつガス温度が、５８５〜５９５［℃］で、処
理時間が１時間である。また、前記材料２に対しては、
１段目は、ＮＨ3 の残留濃度が、５０〜６５容積％で、
かつガス温度が５４０〜５６０［℃］で処理時間が２時
間であり、２段目は、ＮＨ3 の残留濃度が、１５〜２５
容積％で、かつガス温度が、５８５〜５９５［℃］で、
処理時間が１時間である。
【００３１】以上により、上述した歯面に、２〜１２
［μｍ］の化合物層と、鋼自体の硬度よりＨｖ５０以上
硬い拡散層が２００［μｍ］以上形成された歯車が形成
される。該歯車は、硬度の極めて高い化合物層がその表
面にあって、耐摩耗性が高く、かつ該化合物層は、比較
的薄いため、ポーラス層の剥離が抑制でき、かつ例えポ
ーラス層が剥離しても、それによる歯面の凹凸が極めて
僅かであり、比較的低温の軟窒化処理に起因する熱歪が
少ないことと相俟って、ギヤノイズの発生を低減でき
る。
［μｍ］の化合物層と、鋼自体の硬度よりＨｖ５０以上
硬い拡散層が２００［μｍ］以上形成された歯車が形成
される。該歯車は、硬度の極めて高い化合物層がその表
面にあって、耐摩耗性が高く、かつ該化合物層は、比較
的薄いため、ポーラス層の剥離が抑制でき、かつ例えポ
ーラス層が剥離しても、それによる歯面の凹凸が極めて
僅かであり、比較的低温の軟窒化処理に起因する熱歪が
少ないことと相俟って、ギヤノイズの発生を低減でき
る。
【００３２】そして、該歯車は、自動変速機、特にシン
プソンタイプのプラネタリギヤにおける入力軸又は出力
軸に連結されるリングギヤに用いられ、該リングギヤ
は、低速段において噛み合い次数が多いため、ギヤノイ
ズ、摩耗、疲労等への影響が大きいが、上述した優れた
本歯車の特性により解決し得る。
プソンタイプのプラネタリギヤにおける入力軸又は出力
軸に連結されるリングギヤに用いられ、該リングギヤ
は、低速段において噛み合い次数が多いため、ギヤノイ
ズ、摩耗、疲労等への影響が大きいが、上述した優れた
本歯車の特性により解決し得る。
【００３３】上記材料１，２の軟窒化処理にあって、各
元素は以下のように機能する。
元素は以下のように機能する。
【００３４】Ｃは焼入性を確保して所定の芯部硬さを確
保するために必要な元素であり、このためには０．１５
％以上含有する必要が有るが、０．５０％を超える場合
には、焼入性増大により靭性が低下するとともに切削性
が大幅に低下する。そこで、他の成分との関係から、材
料１においては０．１８−０．２３％、材料２において
は０．１６〜０．２１％とした。
保するために必要な元素であり、このためには０．１５
％以上含有する必要が有るが、０．５０％を超える場合
には、焼入性増大により靭性が低下するとともに切削性
が大幅に低下する。そこで、他の成分との関係から、材
料１においては０．１８−０．２３％、材料２において
は０．１６〜０．２１％とした。
【００３５】Ｓｉは脱酸剤として添加されるが、固溶強
化を示し、１．２０％を超えると靭性および切削性を悪
化させるので、１．２０％以下とするのが好ましく、他
の成分との関係から、材料１，２では０．１５〜０．３
５％とした。
化を示し、１．２０％を超えると靭性および切削性を悪
化させるので、１．２０％以下とするのが好ましく、他
の成分との関係から、材料１，２では０．１５〜０．３
５％とした。
【００３６】Ｍｎは脱酸剤として不可欠であり、また芯
部強度を確保する上で有効な元素であり、芯部硬さ確保
のためには他元素の関連において０．５５％以上必要で
ある。また、１．３０％を超えると加工性および切削性
を害するので、他の成分との関係から、材料１では０．
６０−０．８５％、材料２では０．５５〜０．９０％と
した。
部強度を確保する上で有効な元素であり、芯部硬さ確保
のためには他元素の関連において０．５５％以上必要で
ある。また、１．３０％を超えると加工性および切削性
を害するので、他の成分との関係から、材料１では０．
６０−０．８５％、材料２では０．５５〜０．９０％と
した。
【００３７】Ｃｒは芯部強度を向上させる他、軟窒化性
に関しては、多く添加すればするほど表面硬さ・硬化深
さを上昇させる元素であるが、０．７０％未満では軟窒
化性と芯部強度の向上効果を得ることができず、また
１．５０％を超えると、表面に強固な軟窒化層を形成す
るため、逆に硬化深さは減少する。そこで、他の成分と
の関係から、材料１では、０．９０〜１．２０％、材料
２では０．９０〜１．１０％とした。
に関しては、多く添加すればするほど表面硬さ・硬化深
さを上昇させる元素であるが、０．７０％未満では軟窒
化性と芯部強度の向上効果を得ることができず、また
１．５０％を超えると、表面に強固な軟窒化層を形成す
るため、逆に硬化深さは減少する。そこで、他の成分と
の関係から、材料１では、０．９０〜１．２０％、材料
２では０．９０〜１．１０％とした。
【００３８】Ｍｏは良好な焼入性を確保すると同時に靭
性を向上させるのに有効な添加元素であるが、０．５０
％を超えると効果が飽和するため、他の成分との関係か
ら、材料１では０．１５〜０．３０％とした。
性を向上させるのに有効な添加元素であるが、０．５０
％を超えると効果が飽和するため、他の成分との関係か
ら、材料１では０．１５〜０．３０％とした。
【００３９】Ａｌは溶製時に脱酸剤として用いられ、軟
窒化に際して侵入してきたＮと結合して表面硬さを高
め、かつ硬化深さを深めるのに有効な元素である。その
ような効果を発揮するには０．０２％以上め含有が必要
で、また０．３０％を超えると表面に強固な軟窒化層を
形成するため、逆に硬化深さは減少する。そこで、他の
成分との関係から、材料２では０．０７−０．１３％と
した。
窒化に際して侵入してきたＮと結合して表面硬さを高
め、かつ硬化深さを深めるのに有効な元素である。その
ような効果を発揮するには０．０２％以上め含有が必要
で、また０．３０％を超えると表面に強固な軟窒化層を
形成するため、逆に硬化深さは減少する。そこで、他の
成分との関係から、材料２では０．０７−０．１３％と
した。
【００４０】Ｖは焼入れ性を向上させると共に、軟窒化
時にＮとＣと結合し微細なＶ炭窒化物を析出することに
より、表面硬さおよび硬化深さを向上させる。特に硬化
深さ増加に対する寄与が大きいことから、耐疲労性等に
きわめて効果が大きい。そのような効果を発揮させるに
は、０．０５％以上必要となるが、０．２０％超になる
と含有Ｎと結合して粗大なＶ窒化物が析出し芯部靭性悪
化となる。そこで、他の成分との関係から、材料２で
は、０．１０〜０．１５％とした。
時にＮとＣと結合し微細なＶ炭窒化物を析出することに
より、表面硬さおよび硬化深さを向上させる。特に硬化
深さ増加に対する寄与が大きいことから、耐疲労性等に
きわめて効果が大きい。そのような効果を発揮させるに
は、０．０５％以上必要となるが、０．２０％超になる
と含有Ｎと結合して粗大なＶ窒化物が析出し芯部靭性悪
化となる。そこで、他の成分との関係から、材料２で
は、０．１０〜０．１５％とした。
【００４１】Ｎｉは靭性を向上させるのに有効な元素で
あるが、０．２５％を超えると切削性が低下するので、
他の成分との関係から、材料２では、０．２５％以下と
した。
あるが、０．２５％を超えると切削性が低下するので、
他の成分との関係から、材料２では、０．２５％以下と
した。
【００４２】Ｃｕは材料強度への影響は少ないが、０．
３％を超えると窒化性を害するので、他の成分との関係
から、材料２では、０．３以下とした。
３％を超えると窒化性を害するので、他の成分との関係
から、材料２では、０．３以下とした。
【００４３】Ｐ、Ｓはいずれも被削性を向上させるため
の元素であり、快削成分として、Ｐ、Ｓを１種以上含有
してもよい。但し、各上限を超えて添加しても被削性の
顕著な向上は望めず、かえって靭性を低下させることに
なる。そこで、Ｐ；０．０３％以下、Ｓ；０．０３％以
下とした。
の元素であり、快削成分として、Ｐ、Ｓを１種以上含有
してもよい。但し、各上限を超えて添加しても被削性の
顕著な向上は望めず、かえって靭性を低下させることに
なる。そこで、Ｐ；０．０３％以下、Ｓ；０．０３％以
下とした。
【００４４】なお、材料１にあっては、Ａｌ，Ｖ，Ｎｉ
を含んでいない。該材料１にあっては、Ｎｉを含んでい
ないため、材料２に比して靭性において僅かに劣るが、
切削性で優れており、かつ窒化促進成分であるＡｌ，Ｖ
を含んでいないので、材料２に比して表面硬さは若干劣
るが、窒化処理が比較的低温かつ短時間で行われること
及び低炭素鋼からなることが相俟って、化合物層を薄く
しかつ拡散層を比較的深くまで浸透する。
を含んでいない。該材料１にあっては、Ｎｉを含んでい
ないため、材料２に比して靭性において僅かに劣るが、
切削性で優れており、かつ窒化促進成分であるＡｌ，Ｖ
を含んでいないので、材料２に比して表面硬さは若干劣
るが、窒化処理が比較的低温かつ短時間で行われること
及び低炭素鋼からなることが相俟って、化合物層を薄く
しかつ拡散層を比較的深くまで浸透する。
【００４５】［実施例］図２は、処理時間２時間（一部
１．５時間）の１段窒化と、処理時間２時間の１段目
に、ＮＨ3 残留濃度２０容積％、１時間の２段目を加え
た２段窒化とによる、ガス温度及びＮＨ3 残留濃度を変
えた場合の実験方法を示す図である。
１．５時間）の１段窒化と、処理時間２時間の１段目
に、ＮＨ3 残留濃度２０容積％、１時間の２段目を加え
た２段窒化とによる、ガス温度及びＮＨ3 残留濃度を変
えた場合の実験方法を示す図である。
【００４６】図３は、前記表１の成分からなる材料１を
各条件にてガス軟窒化処理した実験結果を示す図であ
る。自動変速機の歯車としての要求から、化合物層厚さ
を１２［μｍ］以下、硬度を内硬（調質後の素材自体の
硬度）＋Ｈｖ５０以上の拡散層厚さを２００［μｍ］以
上に設定した。
各条件にてガス軟窒化処理した実験結果を示す図であ
る。自動変速機の歯車としての要求から、化合物層厚さ
を１２［μｍ］以下、硬度を内硬（調質後の素材自体の
硬度）＋Ｈｖ５０以上の拡散層厚さを２００［μｍ］以
上に設定した。
【００４７】その結果、ＮＨ3 残留濃度５２〜６０容積
％で、ガス温度５５０〜５６０［℃］で良品が得られ、
特にＮＨ3 残留濃度５０〜５５［％］でガス温度５６０
［℃］で最良品が得られた。
％で、ガス温度５５０〜５６０［℃］で良品が得られ、
特にＮＨ3 残留濃度５０〜５５［％］でガス温度５６０
［℃］で最良品が得られた。
【００４８】図４は、前記表２の成分からなる材料２を
各条件にてガス軟窒化処理した実験結果を示す図であ
る。同様に、化合物層厚さを１２［μｍ］以下、硬度を
内硬（調質後の素材自体の硬度）＋Ｈｖ５以上の拡散層
厚さを２００［μｍ］以上に設定した。
各条件にてガス軟窒化処理した実験結果を示す図であ
る。同様に、化合物層厚さを１２［μｍ］以下、硬度を
内硬（調質後の素材自体の硬度）＋Ｈｖ５以上の拡散層
厚さを２００［μｍ］以上に設定した。
【００４９】その結果、ＮＨ3 残留濃度５２〜６０容積
％で、ガス温度５５０〜５７０［℃］で良品が得られ、
特にＮＨ3 残留濃度５５〜６０容積％、ガス温度５５０
［℃］で最良品が得られた。
％で、ガス温度５５０〜５７０［℃］で良品が得られ、
特にＮＨ3 残留濃度５５〜６０容積％、ガス温度５５０
［℃］で最良品が得られた。
【図１】本発明による歯車表面の金属組織を示す模式
図。
図。
【図２】ガス軟窒化法による実験方法を示す図。
【図３】表１に示す材料１を各条件にてガス軟窒化処理
を行った実験結果を示す図。
を行った実験結果を示す図。
【図４】表２に示す材料２を各条件にてガス軟窒化処理
を行った実験結果を示す図。
を行った実験結果を示す図。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 尾崎 和久
愛知県安城市藤井町高根10番地 アイシ
ン・エィ・ダブリュ株式会社内
(72)発明者 富野 智博
愛知県安城市藤井町高根10番地 アイシ
ン・エィ・ダブリュ株式会社内
(72)発明者 岩瀬 幹雄
愛知県安城市藤井町高根10番地 アイシ
ン・エィ・ダブリュ株式会社内
(72)発明者 加藤 博
愛知県安城市藤井町高根10番地 アイシ
ン・エィ・ダブリュ株式会社内
(72)発明者 戸塚 龍雄
愛知県安城市藤井町高根10番地 アイシ
ン・エィ・ダブリュ株式会社内
(72)発明者 田端 淳
愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自
動車株式会社内
(72)発明者 福村 景範
愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自
動車株式会社内
(72)発明者 北條 康夫
愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自
動車株式会社内
(72)発明者 佐用 正一
愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自
動車株式会社内
(72)発明者 宮田 英樹
愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自
動車株式会社内
(56)参考文献 特開 平３−61348（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−62492（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−253346（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−107437（ＪＰ，Ａ)
特開 昭54−101728（ＪＰ，Ａ)
特開 昭48−25634（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F16H 55/00 - 55/30
Claims (9)
- 【請求項１】 重量％でＣ；０．１８〜０．２３、Ｓ
ｉ；０．１５〜０．３５、Ｍｎ；０．６０〜０．８５、
Ｐ；０．０３以下、Ｓ；０．０３以下、Ｃｒ；０．９０
〜１．２０、Ｍｏ；０．１５〜０．３０を含み、残余は
Ｆｅ及び不純物からなる鋼に、ガス軟窒化処理を施すこ
とにより、歯面に、厚さ２〜１２［μｍ］のＮとＦｅの
化合物を有する化合物層と、その下層に隣接して、前記
鋼自体の硬度よりＨｖ５０以上の硬さを有する厚さ２０
０［μｍ］以上の拡散層とを備えることを特徴とする歯
車。 - 【請求項２】 重量％でＣ；０．１６〜０．２１、Ｓ
ｉ；０．１５〜０．３５、Ｍｎ；０．５５〜０．９０、
Ｐ；０．０３以下、Ｓ；０．０３以下、Ｃｕ；０．３以
下、Ｎｉ；０．２５以下、Ｃｒ；０．９０〜１．１０、
Ａｌ；０．０７〜０．１３、Ｖ；０．１０〜０．１５を
含み、残余はＦｅ及び不純物からなる鋼に、ガス軟窒化
処理を施すことにより、歯面に、厚さ２〜１２［μｍ］
のＮとＦｅの化合物を有する化合物層と、その下層に隣
接して、前記鋼目体の硬度よりＨｖ５０以上の硬さを有
する厚さ２００［μｍ］以上の拡散層とを備えることを
特徴とする歯車。 - 【請求項３】 前記歯車は、自動変速機に用いられる歯
車である、 請求項１又は２記載の歯車。 - 【請求項４】 前記歯車は、自動変速機におけるプラネ
タリギヤの入力軸又は出力軸に連結されるリングギヤで
ある、請求項３記載の歯車。 - 【請求項５】 重量％でＣ；０．１８〜０．２３、Ｓ
ｉ；０．１５〜０．３５、Ｍｎ；０．６０〜０．８５、
Ｐ；０．０３以下、Ｓ；０．０３以下、Ｃｒ；０．９０
〜１．２０、Ｍｏ；０．１５〜０．３０を含み、残余は
Ｆｅ及び不純物からなる鋼により歯車素材を形成し、 該歯車素材に、ＮＨ3 の残留濃度が４５〜６５容積％含
む混合ガスの雰囲気中で、ガス温度を５３０〜５６５
［℃］にて所定時間軟窒化処理を施す、 ことを特徴とする歯車の製造方法。 - 【請求項６】 前記混合ガスにおけるＮＨ3 の残留濃度
が、４５〜６０容積％であり、かつガス温度が、５５５
〜５６５［℃］である、 請求項５記載の歯車の製造方法。 - 【請求項７】 前記混合ガスにおけるＮＨ3 の残留濃度
が、５５〜６５容積％で、かつガス温度が、５４５〜５
５５［℃］による第１段の軟窒化処理を施した後、 更に混合ガスにおけるＮＨ3 の残留濃度が、１５〜２５
容積％で、かつガス温度が、５８５〜５９５［℃］によ
る第２段の軟窒化処理を施す、 請求項５記載の歯車の製造方法。 - 【請求項８】 重量％でＣ；０．１６〜０．２１、Ｓ
ｉ；０．１５〜０．３５、Ｍｎ；０．５５〜０．９０、
Ｐ；０．０３以下、Ｓ；０．０３以下、Ｃｕ；０．３以
下、Ｎｉ；０．２５以下、Ｃｒ；０．９０〜１．１０、
Ａｌ；０．０７〜０．１３、Ｖ；０．１０〜０．１５を
含み、残余はＦｅ及び不純物からなる鋼により歯車素材
を形成し、 該歯車素材に、ＮＨ3 の残留濃度が４５〜６５容積％含
む混合ガスの雰囲気中で、ガス温度を５４０〜５８０
［℃］にて所定時間軟窒化処理を施す、 ことを特徴とする歯車の製造方法。 - 【請求項９】 前記混合ガスにおけるＮＨ3 の残留濃度
が、５０〜６５容積％で、かつガス温度が、５４０〜５
６０［℃］による第１段の軟窒化処理を施した後、 更に混合ガスにおけるＮＨ3 の残留濃度が、１５〜２５
容積％で、かつガス温度が、５８５〜５９５［℃］によ
る第２段の軟窒化処理を施す、 請求項８記載の歯車の製造方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07083098A JP3495590B2 (ja) | 1997-06-30 | 1998-03-19 | 軟窒化処理を施した歯車並びにその製造方法 |
| US09/104,224 US6093263A (en) | 1997-06-30 | 1998-06-25 | Soft nitrided gear and method of fabricating the same |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17502597 | 1997-06-30 | ||
| JP9-175025 | 1997-06-30 | ||
| JP07083098A JP3495590B2 (ja) | 1997-06-30 | 1998-03-19 | 軟窒化処理を施した歯車並びにその製造方法 |
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|---|---|
| JPH1172159A JPH1172159A (ja) | 1999-03-16 |
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Family
ID=26411960
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|---|---|---|---|
| JP07083098A Expired - Fee Related JP3495590B2 (ja) | 1997-06-30 | 1998-03-19 | 軟窒化処理を施した歯車並びにその製造方法 |
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| JPWO2012115135A1 (ja) | 2011-02-23 | 2014-07-07 | Ｄｏｗａサーモテック株式会社 | 窒化鋼部材およびその製造方法 |
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| JP5656908B2 (ja) | 2012-04-18 | 2015-01-21 | Ｄｏｗａサーモテック株式会社 | 窒化鋼部材およびその製造方法 |
| CN105593394B (zh) * | 2013-09-30 | 2018-03-30 | 同和热处理技术株式会社 | 钢构件的氮化处理方法 |
| JP6217840B2 (ja) * | 2014-03-13 | 2017-10-25 | 新日鐵住金株式会社 | 窒化処理方法、及び、窒化部品の製造方法 |
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1998
- 1998-03-19 JP JP07083098A patent/JP3495590B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1998-06-25 US US09/104,224 patent/US6093263A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6093263A (en) | 2000-07-25 |
| JPH1172159A (ja) | 1999-03-16 |
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