JPH0248619B2 - - Google Patents

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JPH0248619B2
JPH0248619B2 JP57071760A JP7176082A JPH0248619B2 JP H0248619 B2 JPH0248619 B2 JP H0248619B2 JP 57071760 A JP57071760 A JP 57071760A JP 7176082 A JP7176082 A JP 7176082A JP H0248619 B2 JPH0248619 B2 JP H0248619B2
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JP
Japan
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pinion gear
prototype
value
temperature
hardness
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP57071760A
Other languages
English (en)
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JPS58189368A (ja
Inventor
Nobuo Shimazaki
Kenji Kawamura
Hideo Nishi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Publication of JPH0248619B2 publication Critical patent/JPH0248619B2/ja
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING 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
    • C23C8/00Solid 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
    • C23C8/80After-treatment

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Gears, Cams (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、強度を向上せしめた自動車ステアリ
ング用ピニオンギヤおよびその製造法に関する。 従来、自動車ステアリング用ピニオンギヤの殆
んどは、素材としてSCM15〜25の肌焼鋼を使用
し、これを浸炭焼入処理して表面かたさHv700〜
850、有効浸炭焼入深さ(Hv513)0.5〜0.8mmの品
質を付与したものである。 しかしながら、新たな車種を考慮した場合、従
来の自動車ステアリング用ピニオンギヤでは正入
力強度が目標基準値より約10%強不足して使用に
耐えないという事態に直面した。従つて、強度が
より向上された自動車ステアリング用ピニオンギ
ヤの製造が要求されていた。 本発明の目的は、従来のものよりもより強度が
向上された自動車ステアリング用ピニオンギヤを
提供することにある。 本発明の別の目的は、自動車ステアリング用ピ
ニオンギヤの強度を向上せしめる熱処理法を提供
することにある。 本発明者等は、自動車ステアリング用ピニオン
ギヤの素材として特定範囲の焼入性を有する
SCM鋼材を採択し、かかる素材からなるピニオ
ンギヤを特定条件下の熱処理に付して特定範囲の
表面かたさおよび有効浸炭焼入深さを付与した場
合、芯部かたさと焼入深さとが調和して、強度が
著しく向上されることを見出し、本発明を完成す
るに至つた。 本発明の自動車ステアリング用ピニオンギヤ
は、J1/2″(HR C)=27〜30のジヨミニー値を
有するクロムモリブデン肌焼鋼から成り、表面か
たさがHv650ないし690、ピツチサークル部にお
ける有効浸炭焼入深さ(Hv513)が0.7ないし1.20
mm、内部かたさがHv390〜420、そして正入力亀
裂発生トルクが26.5Kgf.m以上であることを特徴
とする。ピツチサークル部における有効浸炭焼入
深さ(Hv513)は1.0ないし1.2mmであるのがより
好ましい。 J1/2″(HR C)=27〜30のジヨミニー値を有
するCr−Mo肌焼鋼素材としてはSCM20鋼材、お
よび一部のSCM15鋼材が使用し得るが、特に
SCM20がそのジヨミニー値から好ましい。 本発明の自動車ステアリング用ピニオンギヤ
は、J1/2″(HR C)=27〜30のCr−Mo肌焼鋼
からなるピニオンギヤ素材を、930゜ないし970℃、
好ましくは930゜ないし950℃、の温度で2.5ないし
5時間、好ましくは4ないし5時間浸炭処理し、
次いで850゜ないし880℃、好ましくは約870℃の焼
入温度に30分ないし60分間保持した後、通常90゜
ないし130℃、好ましくは約130℃、に保持された
ホツトオイル中に焼入れし、次いで200゜ないし
250℃の温度に1ないし2時間保持して焼戻すこ
とを特徴とする。 浸炭並びに焼戻し温度およびそれらの時間が上
記範囲内にないと、Hv650ないし690の表面かた
さの製品が得られない。特に焼戻し温度を上記範
囲より高くすると、表面かたさの低下、内部かた
さの漸減および有効浸炭焼入深さが激減し、ピニ
オンギヤに歯面の変形が起きやすくなる。一方焼
戻し温度が低すぎると、製品に十分な靭性が得ら
れない。第5図ないし第8図に切欠テストピース
の静的抗折試験の結果を示す。第5図はテストピ
ースの正面図であり、図中矢印は荷重の掛る方向
を示し、Pは荷重を示す。第6図は第5図のテス
トピースにおけるタワミと荷重との関係を示す。
ここで、 P1:亀裂発生または変形開始荷重(Kg) P2:最高破断荷重(Kg) とすると、抗折エネルギーU1およびU2は各々次
の式で表わされる。 U1=P1×δ1×1/2(Kg・cm) U2=P2×δ2×1/2(Kg・cm) 浸炭焼入後の焼戻し条件を下記第1表のように
変えて実験を行つた。
【表】 第7図に上記表1の〜の場合におけるP1
とP2の値を、また第8図に抗折エネルギーU1
U2の値を示す。これらの結果より、従来より一
般的に行われている焼戻し条件域では、亀裂発生
荷重や抗折エネルギーには殆んど変化は認められ
ないが、本発明の方法における焼戻し条件域では
大幅に向上していることが分る。また、上記の焼
戻し温度および時間範囲内で、焼戻し温度が高い
ほど焼戻し時間を短く、そして焼戻し温度が低い
ほどその時間を長くするのが好ましい。 次に本発明を、添付図面第1図〜第4図および
例をもつて更に詳しく説明する。 第1図は、種々の焼入性(即ち、ジヨミニー
値)を有するCr−Mo肌焼鋼の焼入深さと最高荷
重点に至るまでの線図力積との関係を示すグラフ
である。この試験においては、テストピースとし
て5Rノツチシヤルピー衝撃試験片(JIS3号)を
用い、曲げ型ロードセルに半導体歪ゲージ(シリ
コン)を使用し、そして線図力積をオシロスコー
プに写し出された波形を写真撮影し解析して得
た。 本発明は第1図に示された試験結果を利用した
ものである。即ち、線図力積を単純に仕事量に置
き換えてみた場合、最高荷重が高く且つこの点に
至るまでの線図力積が大きいほど、靭性の優れた
材料であると云い得る。 第1図から、最高荷重点および線図力積を最大
にさせるには、J1/2″が29前後の材質のものを使
用するとよいことがわかる。なお、最高荷重点は
初期クラツク発生点とほぼ一致することが実験で
既に見出されている。 例 1 ピニオンギヤ試作品の製造 マツフル式のジユニアオールケース浸炭実験炉
と焼戻し用の電気炉とを使用し、SCM15、
SCM20、SCM25およびSCR30鋼材から、乗用車
に使用される実際のピニオンギヤ(第2a図)に
似せたピニオンギヤ(歯数5、圧力角20゜、モジ
ユール2.18)(第2b図)を試作し、これらを下
記第2表に示す熱処理に付して、下記第2表に示
す品質のピニオンギヤ試作品A−S、A1−1、
A2−1および2、B1−1および2、B2−1〜
3、B3、CおよびDを得た:
【表】
【表】 第2a図は、乗用車系に一般に用いられるラツ
ク&ピニオンステアリングのアセンブリー状態の
概略図、そして第2b図は上記ピニオンギヤ試作
品の概略断面図(×1/2)である。第2aおよび
第2b図において、1はラツク、2はピニオン、
3はラツクハウジング、4はラツクガイド、5は
ラツクエンド、そして6はギヤ部を示す。 第3a、第3b、および第3c図に、本発明に
よるピニオンギヤ試作品B1−1のヒートパター
ン、該試作品の歯直角断面図、および第3b図に
示されたピニオンギヤの部位P、Q(ピツチサー
クル部)およびRに直角方向のかたさ勾配をそれ
ぞれ示す。第3b図中、斜線部分はHv(0.3)513
のマイクロビツカースかたさを有する部分を示
す。 例 2 台上アセンブリー強度試験 ハンドルに見立てた円板にワイヤロープを巻
き、これをチエインブロツクで徐々に引張つて、
例1で製造したピニオンギヤ試作品に次第にトル
クを負荷し、該試作品の歯面、歯底の微小亀裂発
生時のトルク(正入力静的強度ストツパー当り)
を敏感に検出した。微小亀裂の発生は、実験後該
部品を分解し、カラーチエツクによりクラツクの
有無を観察して再確認した。 得られた結果を第4図に示す。 第4図は、各ピニオンギヤ試作品の表面かたさ
と正入力亀裂発生トルクとの関係を示すグラフで
ある。左側縦軸の正入力亀裂発生トルク値は、従
来の代表的品質を有する試作品A−Sを基準品と
し、この基準品の正入力亀裂発生トルク値を100
(24Kgf.m)とした相対値で表わされている。点
線Yは、正入力亀裂発生トルク(26.5Kgf.m)目
標値を表わし、この値は実車手離しによる縁石衝
突時の発生トルクに相当し、また基準品の強度の
約10%強(2.4Kgf.m強)の上昇に相当する。 第4図のグラフから、本発明のピニオンギヤ試
作品A1−1、A2−2およびB1−1は基準品A−
Sよりも強度が向上しており、また目標値を大き
く上回る強度を有する。 また第4図のグラフから、正入力亀裂発生トル
クは焼入深さを増大させ、表面かたさを下げるほ
ど顕著に増大することがわかる。特に試作品B1
−1は正入力亀裂発生トルクが、基準品と比べて
約18%以上、また目標値と比べて約7%以上も上
昇している。 なお、表面かたさを下げる場合、耐摩耗性も考
慮しなければならないが、Hv650程度であれば問
題がないことが、耐久疲労試験で確認されてい
る。しかし、SCM15材からなる試作品で表面か
たさが600以下のもの(A2−1)は、歯面の変形
陥没が大きく、実際の使用に適さない。これは、
表面かたさを低減すべく焼戻し温度を例えば300
℃以上に上げると、内部かたさも同時に漸減し、
従つて有効浸炭焼入深さが激減するために、歯面
の変形が起るものと考えられる。 SCM25材(J1/2″=36)からなる試作品Dに
ついては、軸部の研磨仕上前の歪取り工程におい
て試作品の大半が折損した。従つて、該材料から
なるピニオンギヤは、あまり内部かたさ(焼入
性)を増大させると工程上危険であることが判明
した。 以上の通り、本発明に従つて所定のジヨミニー
値を有するクロムモリブデン鋼材を材質とし、表
面かたさおよび有効浸炭焼入深さを所定の範囲に
したピニオンギヤは、強度が従来品と比べて大き
く向上していることがわかる。 本発明の方法は、耐摩耗性と靭性強度とが要求
されるバルブローテーター構成部品への応用も可
能である。CVJ関係部品、例えばインナーレース
のように内側にドライブシヤフトが嵌合するスプ
ラインと、外側に軸受鋼ボールによる高面圧を受
けるレース面とを有する部品は、高い内部かたさ
と深目の焼入深さが要求されるが、スプライン両
端部のボール溝部の肉厚は非常に薄く応力的にも
厳しいので、この部分から割損する場合もある。
このような部品に対しても、本発明に従つた材料
および浸炭処理条件を用いれば、スプライン部の
靭性はかなり向上する。しかし、浸炭焼入後の焼
戻しは、高周波その他による局部焼戻しにより、
レース面の表面かたさを低下させないような手段
を講じる必要がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、クロムモリブデン鋼の焼入深さと線
図力積との関係を表わすグラフであり、第2a図
は、ラツク&ピニオンステアリングのアセンブリ
ー状態の概略図であり、第2b図は、ピニオンギ
ヤ試作品の1/2倍概略正面図であり、第3a図は、
本発明の一例を示すヒートパターン図であり、第
3b図は、本発明によるピニオンギヤ試作品のギ
ヤ歯直角断面図であり、第3c図は、本発明によ
るピニオンギヤ試作品のかたさ勾配を示すグラフ
であり、第4図は、ピニオンギヤ試作品の表面か
たさと正入力亀裂発生トルク相対値との関係を示
すグラフ、第5図は静的抗折試験に用いる切欠テ
ストピースの正面図、第6図は第5図のテストピ
ースにおけるタワミと荷重との関係を示すグラ
フ、第7図は各焼戻し条件と曲げ荷重との関係を
示すグラフ、第8図は各焼戻し条件と抗折エネル
ギーとの関係を示すグラフである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 J1/2″(HR C)=27〜30のジヨミニー値を
    有するクロムモリブデン肌焼鋼から成り、表面か
    たさがHv650ないし690、ピツチサークル部にお
    ける有効浸炭焼入深さ(Hv513)が0.7ないし1.20
    mm、内部かたさがHv390〜420、そして正入力亀
    裂発生トルクが26.5Kgf.m以上であることを特徴
    とする自動車ステアリング用ピニオンギヤ。 2 J1/2″(HR C)=27〜30のジヨミニー値を
    有するクロムモリブデン肌焼鋼からなるステアリ
    ング用ピニオンギヤ素材を930゜ないし970℃の温
    度で2.5ないし5時間浸炭処理し、次いで850゜な
    いし880℃の焼入れ温度に30分ないし60分間保持
    した後、90゜ないし130℃のホツトオイル中に焼入
    れし、その後200゜ないし250℃の温度で1ないし
    2時間焼戻し処理することを特徴とする自動車ス
    テアリング用ピニオンギヤの製造法。
JP7176082A 1982-04-28 1982-04-28 高強度ステアリング用ピニオンギヤおよびその製造法 Granted JPS58189368A (ja)

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JPS58189368A JPS58189368A (ja) 1983-11-05
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55125227A (en) * 1979-03-20 1980-09-26 Fujitsu Ltd Toughening method of small steel member for case hardening

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55125227A (en) * 1979-03-20 1980-09-26 Fujitsu Ltd Toughening method of small steel member for case hardening

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JPS58189368A (ja) 1983-11-05

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