JPH0347915A

JPH0347915A - 浸炭した歯車の性能向上方法

Info

Publication number: JPH0347915A
Application number: JP18146289A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Suzuki; 信一鈴木; Isao Soya; 征矢　勇夫
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-07-13
Filing date: 1989-07-13
Publication date: 1991-02-28

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、浸炭した歯車の性能向上方法にかかわり、さ
らに詳しくは、自動車、建設機械の駆動系部品等として
使用される浸炭歯車の製造に際し、使用性能、特に疲労
強度の向上を可能とした歯車の製造方法に関するもので
ある。

（従来技術）自動車、建設機械の歯車類の機械部品のなかで、特に高
疲労強度を必要とするものは、通常、所要の形状に加工
した鋼製部品を浸炭処理する工程を経て、製造されてい
る。

浸炭処理とは、例えば、昭和４４年ＩＯ月１日丸善株式
会社発行「鋼の熱処理　改訂５版」８５〜９７頁に見ら
れるように、９００℃程度の温度で浸炭を行なった後、
焼入れおよび必要に応じて焼戻しを行なうことであり、
表層のみを高炭素マルテンサイトとし、疲労強度の向上
をはかる処理である。

こうした浸炭処理では、例えば昭和５９年６月日本熱処
理技術協会発行「熱処理第２４巻第３号」１２８〜１３
６頁に見られるように、浸炭表層部のオーステナイト粒
界に沿った粒界酸化層および不完全焼入れ層（以下、こ
れらを表面異常層と呼ぶ）が生成するために、最表層の
硬さ、圧縮残留応力が低下する。そのために浸炭歯車に
必ずしも充分な疲労強度が付与できないことが従来から
問題となっていた。

これに対して、特開昭８１−２５３３４８号公報には、
Ｓ　ｉ：０．１０％以下、Ｍｎ：０．０５％以下に低減
して表面異常層の生成を抑制し、さらにＰ　：０．０１
０％以下に抑制して、粒界強度の向上をはかった浸炭処
理用鋼材が示されている。しかしながら、このような材
料を用いてもなおかつ現行の浸炭処理技術では表面異常
層を皆無にすることは不可能であり、特に高疲労強度を
必要とする浸炭歯車の疲労強度の保証には、未だ充分で
あるとは言えない。

（発明が解決しようとする課題）本発明の目的は、浸炭歯車の疲労折損に対して、その要
求特性を保証することができる浸炭歯車の性能向上方法
を提供しようとするものである。

（課題を解決するための手段）本発明者らは浸炭歯車の高疲労強度化を実現するために
、浸炭時に生成する表面異常層を除去するのではなく、
逆にこれを利用することに着目して、種々検討を行った
。

その結果、浸炭処理を行った部品の、疲労破壊の起点と
なる応力集中部に過大な曲げ予荷重を付与し、最表層の
軟化層のみ降伏させれば、この応力集中部の表層に大き
な圧縮残留応力が導入できるという見知を得た。これを
具現化すれば、現用浸炭歯車の疲労折損にたいして、そ
の要求特性を充分満足できる優れた疲労強度が実現する
との考えの基に、本発明をなしたものである。

すなわち、本発明は上記の知見に基ずいてなされたもの
であって、その要旨とするところは、浸炭した歯車に、
この歯車より高強度のマスターギアを噛み合わせ、前記
歯車の歯底部で最大曲げ応力の発生する部分が降伏し始
める荷重の１．１５〜１．３５倍の負荷をかけて、１〜
ＩＯ回転させることを特徴とする浸炭した歯車の性能向
上方法にある。

（作　　用）以下に本発明の詳細な説明する。

浸炭歯車の疲労強度は、応力集中部の圧縮残留応力の影
響が大きく、その圧縮残留応力が大きい程疲労強度は向
上する。従来法である浸炭処理のみでは、十分な圧縮残
留応力を得ることはできないが、本発明法では、大きな
圧縮残留応力を得ることができる。すなわち、浸炭時に
生成する表面異常層は、最表層が軟化しているために、
この表層部の降伏応力以上の特定範囲の曲げ応力を表層
に付与すれば、表層のみが塑性変形し、除荷後、表層に
大きな圧縮残留応力が生じる。

これを具現化するために、該歯車にこれよりも高強度の
マスターギアを噛み合わせ、該歯車の歯底部で最大曲げ
応力の発生する部分が降伏し始める荷重の１．１５〜１
．３５倍の負荷をかけて、１〜ＩＯ回転させる。

ここで該表層のみを塑性変形させるための荷重をその部
分が降伏し始める荷重の１．１５〜１．３５倍とした理
由は、１．１５倍以下では効果が小さく、１．３５倍超
では歯が破損する危険性がでてくる。また、荷重負荷回
数は、１以上であることはむろんであるが、処理速度を
勘案すれば、丁度１に制御することが困難であり、必ず
しも１にする必要もない。

しかし、１０超になると歯が破損する危険性がでてくる
。

なお、本発明法では、予荷重の付与方法として、高強度
かつ高精度のマスターギアを噛み合わせれば、使用時の
歯当りが改善され、歯車起因の騒音低減の利点も同時に
有することになる。

次に、本発明対象鋼としては、特に限定されるものでは
なく、浸炭して用いられる機械構造用鋼、クロム鋼、ク
ロム−モリブデン鋼、ニッケルークロム−モリブデン鋼
等、任意の鋼材を選択することができる。また、本発明
において、浸炭処理の条件は、特に限定されるものでは
なく、任意の条件で行うことができる。

以下に、本発明の効果を実施例により、さらに具体的に
示す。

（実　施　例）ＪＩＳ　ＳＣＲ４２０鋼を用いて、モジュール：２．５
、歯数＝２６、圧力角：２０度、歯幅：　２０ｍｍ、歯
元の応力集中係数：１．７の平歯車を用意し、９３０℃
の温度で２４０分間浸炭（カーボンポテンシャル＝０．
７〜０．９）し、８３０℃の温度で３０分保定後油冷（
油温：６０〜１５０℃）し、更に１８０℃の温度で６０
分間の焼戻しをする浸炭処理を行った。

一方、マスターギアとしては、ＪＩＳ　ＳＮＣＭ　４３
１鋼を用いて、同形かつほぼ同様の浸炭処理をし、精度
を高めるための歯研磨を行ったものを使用した。

上記試験歯車の歯底の最大応力発生部に塑性ひずみゲー
ジをはり、これにマスターギアを介して、徐々に回転し
つつ荷重を掛け、塑性ひずみゲージにより歯底の最大応
力発生部の降伏荷重を確認し、その何割増しかの荷重負
荷後、除荷して、切断法により、残留応力を求めた。

この予備実験の結果をもとに、上記浸炭処理を行った新
たな試験歯車について、上記マスターギアを噛み合わせ
、降伏荷重の１．２倍の負荷条件で約１．４回転した。

この試験歯車について、−歯曲げ疲労試験機により、試
験をした。その結果、浸炭処理まま歯車の疲労限は、応
力表示で約８２ｋｇ　ｆ　／−であるのに対し、本発明
法になる歯車の疲労限は約１０５ｋｇ　ｆ　／−であっ
た。

本発明法によれば、従来法の浸炭処理まま祠の疲労限に
比べて、概ねＩＪ倍以上の優れた疲労限を有する浸炭歯
車の製造が可能であることがわかる。

（発明の効果）以上述べた如く、本発明法によれば浸炭歯車の折損に対
してその要求特性を充分満足できる優れた疲労強度を付
与することが可能となり、産業上の効果は極めて顕著な
るものかある。

復代理人

Claims

【特許請求の範囲】

浸炭した歯車に、この歯車より高強度のマスターギアを
噛み合わせて、前記歯車の歯底部で最大曲げ応力の発生
する部分が降伏し始める荷重の１．１５〜１．３５倍の
負荷をかけて、１〜１０回転させることを特徴とする浸
炭した歯車の性能向上方法。