JPH04250927A

JPH04250927A - 歯車の製造方法

Info

Publication number: JPH04250927A
Application number: JP70091A
Authority: JP
Inventors: Toshimitsu Kimura; 利光木村; Kunio Namiki; 並木　邦夫; Shinji Fushimi; 伏見　慎二; Noriko Uchiyama; 典子内山; Masayoshi Ogura; 小倉　真義
Original assignee: Daido Steel Co Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1991-01-08
Filing date: 1991-01-08
Publication date: 1992-09-07
Anticipated expiration: 2016-02-19
Also published as: JP3137345B2

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、歯車の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来は、歯車を製造するに当たって、鋼
材を歯車形状に加工した後に、表面炭素濃度０．７〜０
．８％を目標にガス浸炭し、焼き入れ、焼き戻しした後
に、ショットピーニング処理するという方法が採用され
ていた。このショットピーニング処理まで採用して製造
した歯車は、単にガス浸炭しただけの物に比べると、歯
元の曲げ疲れ強さが向上し、その点では優れたものであ
った。ところが、この歯元の曲げ疲れ強さの向上に対し
て歯面の疲れ強さは相対的に劣化した形となり、歯面に
おけるピッチング破壊が歯車の寿命を決定する要因とな
っていた。

【０００３】そこで、浸炭に当たって、表面炭素濃度で
１％以上の、いわゆる高濃度浸炭を施してからショット
ピーニング処理を施すという方法が注目され、歯元の曲
げ疲れ強さも歯面の耐ピッチング性も向上することが分
かった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、こうした浸
炭後にショットピーニングを施す方法においては、歯元
の曲げ疲れ強さや歯面の耐ピッチング性が向上する反面
、歯底や歯元部の靱性が著しく劣化してしまうという問
題があった。特に高濃度浸炭では、ガス浸炭のみの場合
に比較すると、衝撃値が約１／３程度になってしまうこ
とがあった。

【０００５】本発明は、かかる問題点を解決して、歯元
の疲れ強さも、歯面の耐ピッチング性も、歯底および歯
元部の耐衝撃性もいずれも良好な歯車を製造するための
歯車の製造方法を提供することを目的としてなされた。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】この目的を達成
するためになされた本発明の歯車の製造方法は、機械構
造用鋼を素材とした歯車に、表面から５０μｍの深さに
おいて面積率で５％以上の炭化物を析出させる高濃度浸
炭処理を施した後に、歯底および歯元部を切削または研
削することを特徴とする。

【０００７】後述する様に、この構成で、目的とする作
用・効果を十分に奏することができるが、この歯車の製
造方法において、前記歯底および歯元部の切削または研
削の量を１００μｍ以上とすることで、さらに良好な作
用・効果を奏することができる。

【０００８】また、切削または研削の量を１００μｍで
歯底および歯元部に切削または研削加工を施した後に、
アークハイトで０．５ｍｍ以上のショットピーニングを
施すと、歯元部の疲労限度がさらに上昇する。

【０００９】加えて、この切削または研削加工後にショ
ットピーニングを施した後に、さらに歯底および歯元部
を切削または研削するとなお優れた作用・効果を奏する
。一方、機械構造用鋼を素材とした歯車に、表面から５
０μｍの深さにおいて面積率で５％以上の炭化物を析出
させる高濃度浸炭処理を施した後に、アークハイトで０
．５ｍｍ以上のショットピーニングを施し、その後さら
に歯底および歯元部を切削または研削することを特徴と
する構成によっても、顕著な作用・効果を奏することが
できる。

【００１０】このショットピーニング後に切削または研
削をする方法においては、前述の様に浸炭後に歯底およ
び歯元部の切削または研削をし、ショットピーニングを
した後にさらに切削または研削する場合を含み、この場
合も含めて、該切削または研削の量を総量で１００μｍ
以上とすることもできる。

【００１１】上記構成からなる本発明の各方法によれば
、高濃度浸炭を実施することで、炭化物を析出させて歯
面の耐ピッチング性を向上させる。ショットピーニング
を施すものでは、その処理によって圧縮残留応力を付与
してさらに歯面の耐ピッチング性を向上させる。そして
、歯底および歯元部を切削または研削することによって
、歯底および歯元部の硬化層を浅くすると共に、切削加
工または研削加工によって付与される圧縮残留応力の作
用も加わって、歯底および歯元部の疲れ強さと衝撃強さ
とを向上させる。

【００１２】浸炭による炭化物の析出状況は深さ方向に
変化していることから、請求項２記載の本発明方法の様
に、切削または研削の量が１００μｍ以上とすると、歯
底および歯元部については、硬化層による悪影響を除去
する作用が顕著に現れ、疲れ強さも衝撃強さも大幅に向
上する。

【００１３】また、ショットピーニングを実施する場合
は、これにより歯車に圧縮残留応力が付与されるわけで
あるが、この圧縮残留応力の最大値は、表面よりも若干
内部に形成される。従って、請求項５記載の本発明方法
の様に、ショットピーニングの後に切削または研削をす
る場合には、浸炭による硬化層の除去に加えてこの圧縮
残留応力の作用を大きく引き出すことになる。

【００１４】こうした作用が相乗的に作用して、請求項
４記載の本発明方法によれば、切削または研削加工の量
を１００μｍ以上とすることにより、硬化層を十分に除
去し、しかもショットピーニングによる残留圧縮応力の
作用を最大限に引き出すことができるから、疲れ強さ、
耐ピッチング性、衝撃強さともに最大に引き出すことが
できる。

【００１５】この様に、本発明の方法は、いずれも切削
または研削で浸炭による硬化層を歯底および歯元部につ
いては除去することをねらったものである。さらに、こ
の切削または研削がショットピーニングの後に行われる
のは、ショットピーニングによる圧縮残留応力の作用を
大きく引き出すためである。そして、硬化層の除去の観
点からは、切削または研削の量を１００μｍ以上とする
のがよいのである。従って、ショットピーニング後にも
切削または研削を行なう方法では、ショットピーニング
前にも切削または研削を行なう方法をも含めて、切削ま
たは研削の総量を１００μｍ以上とすれば、請求項４記
載の本発明方法と同様の作用を奏することが明らかであ
る。そして、このことは、請求項６記載の本発明方法の
様に、ショットピーニング後に切削または研削をする場
合には、その量を１００μｍ以上とすればよいことを意
味する。

【００１６】

【実施例】次に、本発明を一層明らかにするために、本
発明を適用した好適な実施例について説明する。

【００１７】まず、表１に示す様な成分組成の鋼材Ａ〜
Ｇを用いて、モジュール２．５でピッチ円の直径が７０
ｍｍ、厚さ８ｍｍ、歯数２８の歯車を製造した。

【００１８】

【表１】

【００１９】この歯車に対して、図１および図２に示す
様な各種パターンによる浸炭を実施した。どの鋼材にど
のパターンの浸炭処理を実施したかを表２に示す。なお
、記号Ｐ−１〜Ｐ−５が付されているのはプラズマ浸炭
による処理を、記号Ｇ−１，Ｇ−２が付されているのは
ガス浸炭による処理を表している。

【００２０】記号Ｇ−１のガス浸炭は浸炭時のカーボン
ポテンシャルを０．７〜０．８％として実施した。また
、記号Ｇ−２のガス浸炭は浸炭時のカーボンポテンシャ
ルを１．４〜１．６％として実施した。

【００２１】さらに、こうして各種浸炭処理を実施した
歯車の表面から深さ５０μｍの位置での炭化物の面積率
を計測した。表２にはその結果も示している。実施例に
相当する試験Ｎｏ．１〜１５のものは、すべて表面炭化
物面積率が５％以上（本発明の高濃度浸炭条件）となっ
ている。一方、比較例の中には、表面炭素濃度がこれよ
りも小さいもの（試験Ｎｏ．１６，１７，２０）と、本
発明にいう高濃度浸炭の条件を満足するもの（試験Ｎｏ
．１８，１９）とがある。なお、試験Ｎｏ．２０は共析
浸炭である。

【００２２】

【表２】

【００２３】こうして浸炭処理を実施した後、実施例に
おいては、歯底および歯元部を切削加工または研削加工
により所定量除去した。この切削加工は、ノーズＲが０
．８〜１．０ｍｍのＣＢＮ工具（セラミクス工具でもよ
い）を用いて、送り条件０．０５ｍｍ／ｒｅｖ．で実施
した。また、研削加工は、砥粒径１０μｍの研削工具を用いて
送り条件５０ｍｍ／ｍｉｎ．で実施した。

【００２４】また、試験Ｎｏ．１〜６については、歯底
および歯元部の除去厚さを５０μｍとし、試験Ｎｏ．４
〜６については、この切削加工の前にアークハイト０．
５ｍｍ以上でショットピーニングを実施した。

【００２５】さらに、試験Ｎｏ．７〜１５は、歯底およ
び歯元部の除去厚さを１００μｍとしており、試験Ｎｏ
．１０〜１５では切削加工または研削加工の前にアーク
ハイト０．５ｍｍ以上でショットピーニングを実施した
。加えて、試験Ｎｏ．１３〜１５では、このショットピ
ーニングの後に、さらに歯底および歯元部の切削加工ま
たは研削加工を実施した。

【００２６】なお、試験Ｎｏ．１１，１５では、浸炭→
拡散→徐冷の後に切削加工または研削加工を実施してか
ら再度加熱して焼き入れを実施している。それ以外のも
のは、焼き入れ後に切削加工または研削加工を実施して
いる。

【００２７】また、ショットピーニングには、φ０．８
ｍｍで硬さがＨＲＣ５０のショット球を用いた。これら
実施例に対し、比較例は試験Ｎｏ．１６〜１９において
ショットピーニングを実施しただけで、切削または研削
加工は行っていない。

【００２８】こうして、製造した実施例および比較例の
歯車を、歯数２８×３２の組合せで動力循環式疲労試験
機を用いて歯車疲れ試験を行い、１０７回疲れ限度を求
めた。また、振動計が非定常な振動（ピッチングが生じ
たとき、かみ合いが悪くなり生ずる）を生じたとき試験
を中断し、歯面を目視にて観察し、ピッチングの有無を
評価した。

【００２９】さらに、図３に示す様に、２枚一組の歯車
１，２を衝撃試験機３にセットして衝撃試験を行った。衝撃試験機３について簡単に説明する。

【００３０】この衝撃試験機３は、歯車用に作製したも
のであって、本体４側に一方の歯車（固定歯車）１を取
り付け、モーメントアーム５側にこの固定歯車１と噛み
合わせて他方の歯車（回転歯車）２を取り付け、計装化
ハンマー６を振り下ろしてモーメントアーム５を打撃し
、回転歯車２が破壊したときの荷重を、歪計による計測
値から求めるといったものである。このときの計装化ハ
ンマー６の振り上げ角度は６０゜とした。

【００３１】これら１０７　回疲労限度、ピッチング発
生の有無、衝撃値を表３に示す。また、表３には、前述
の切削加工または研削加工の条件、ショットピーニング
（ＳＰ）の条件も示した。

【００３２】

【表３】

【００３３】この表３について説明する。まず、比較例
について説明する。従来品に相当する試験Ｎｏ．２０を
見ると分かる様に、耐ピッチング性と耐衝撃性は問題が
ないが、耐疲労性が劣ることが分かる。そこで、いわれ
ているのが、ショットピーニングによる耐疲労性の向上
であるが、試験Ｎｏ．１６，１７からわかる様に、耐疲
労性の向上に伴い、かえって耐ピッチング性が悪化する
ことが分かる。試験Ｎｏ．１６では、耐衝撃性も大幅に
悪化してしまった。そこで、さらに高濃度浸炭の有効性
がいわれているが、これについても、試験Ｎｏ．１８，
１９から明らかな様に、耐衝撃性の大幅な悪化が見られ
る。

【００３４】この様に、従来方法および従来方法の改良
方法としていわれていたものでは、耐疲労性、耐ピッチ
ング性、耐衝撃性の三者が共に十分なものは得られなか
った。

【００３５】これに対し、実施例のもの（試験Ｎｏ．１
〜１５）は、いずれも耐疲労性、耐ピッチング性、耐衝
撃性ともに十分であった。また、実施例同士を比較した
場合には、試験Ｎｏ．１３〜１５が、各性質ともに最も
良かった。これは、ショットピーニングによって歯車に
形成される圧縮残留応力は、表面から所定量内部におい
て最大となることが知られており、最後にもう一度切削
加工または研削加工を行うことで、このショットピーニ
ングによる圧縮残留応力のピーク近傍を表面にもって来
ることができ、その効果を最大に引き出すことができる
ためと考える。

【００３６】さらに、試験Ｎｏ．１〜３と試験Ｎｏ．７
〜９とを比較すると分かる様に、歯底および歯元部の除
去厚さを１００μｍ以上とすると、耐衝撃性がさらに向
上する。

【００３７】また、試験Ｎｏ．４〜６および試験Ｎｏ．
１０〜１２から、ショットピーニングを切削加工または
研削加工の前に実施するか後に実施するかはどちらでも
構わないことが分かる。

【００３８】以上説明した様に、本実施例によれば、耐
疲労性、耐ピッチング性、耐衝撃性ともに良好な歯車を
製造することができる。なお、実施例と比較例との対比
検討の結果、（１）「高濃度浸炭とすること」と、（２
）「浸炭後に歯底および歯元部を切削加工または研削加
工によって所定量除去すること」が相乗的に作用する結
果、かかる顕著な効果を奏するものと考える。また、そ
のときの「除去量が１００μｍ以上」であるとさらに優
れたものとすることができ、「ショットピーニングをも
実施する」ことで特に耐疲労特性の向上に効果があり、
「ショットピーニング後に再度切削加工または研削加工
を実施する」ことによって耐疲労性、耐衝撃性の著しい
向上を実現することができる。

【００３９】ここで、試験Ｎｏ．４〜６および試験Ｎｏ
．１３〜１５から、ショットピーニング後の切削または
研削が有効であることが分かった。また、試験Ｎｏ．７
〜１５から、浸炭により歯底および歯元部に形成される
硬化層を除去するのには、切削または研削の量を１００
μｍ以上とすることがよいことも分かった。従って、シ
ョットピーニングをした後で１００μｍ以上切削または
研削をするという方法をとってもよく、この様な方法に
よっても、試験Ｎｏ．１３〜１５と同等の結果が得られ
るものと考えられる。

【００４０】以上本発明の実施例を説明したが、本発明
はこれらに限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲の種々なる態様で実施することができることは
いうまでもない。

【００４１】例えば、鋼材としては、マンガン鋼やマン
ガンクロム鋼、クロム鋼、クロムモリブデン鋼、さらに
はニッケルクロム鋼やニッケルクロムモリブデン鋼など
種々の機械構造用鋼について適用することができる。

【００４２】また、浸炭方法についても限定するもので
はなく、表面からの深さが５０μｍの位置で５％以上の
面積率となる様に炭化物を析出させることができる様な
、本発明の条件を満足する高濃度浸炭が実施できれば構
わない。なお、Ｃｒ，Ｓｉ，Ｍｎの含有量の多い鋼材で
は、プラズマ浸炭が望ましい。

【００４３】さらに、真空浸炭については、高温処理に
よる結晶粒粗大化が懸念されるが、再焼き入れによる微
細化処理を行えば問題はない。加えて、歯底および歯元
部だけでなく、歯面についても研磨等を施して、振動、
騒音防止を図っても構わない。ただし、この様な場合に
は、研磨後の歯面の表面炭化物の面積率が５％以上とな
る様に留意することが必要となる。

【００４４】

【発明の効果】本発明の歯車の製造方法によれば、歯車
の耐疲労性、耐ピッチング性、耐衝撃性のいずれをも向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　実施例および比較例におけるプラズマ浸炭
処理の手順を示す説明図である。

【図２】　　実施例および比較例におけるガス浸炭処理
の手順を示す説明図である。

【図３】　　衝撃試験機の構成及び使用方法を示す説明
図である。

【符号の説明】

１…固定歯車、２…回転歯車、３…衝撃試験機、４…本
体、５…モーメントアーム、６…計装化ハンマー。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　機械構造用鋼を素材とした歯車に、表
面から５０μｍの深さにおいて面積率で５％以上の炭化
物を析出させる高濃度浸炭処理を施した後に、歯底およ
び歯元部を切削または研削することを特徴とする歯車の
製造方法。
【請求項２】　　請求項１記載の歯車の製造方法におい
て、前記歯底および歯元部の切削または研削の量を１０
０μｍ以上としたことを特徴とする歯車の製造方法。
【請求項３】　　請求項２記載の歯車の製造方法におい
て、前記切削または研削加工を施した後に、アークハイ
トで０．５ｍｍ以上のショットピーニングを施すことを
特徴とする歯車の製造方法。
【請求項４】　　請求項３記載の歯車の製造方法におい
て、前記ショットピーニングの後に、さらに歯底および
歯元部を切削または研削することを特徴とする歯車の製
造方法。
【請求項５】　　機械構造用鋼を素材とした歯車に、表
面から５０μｍの深さにおいて面積率で５％以上の炭化
物を析出させる高濃度浸炭処理を施した後に、アークハ
イトで０．５ｍｍ以上のショットピーニングを施し、そ
の後さらに歯底および歯元部を切削または研削すること
を特徴とする歯車の製造方法。
【請求項６】　　請求項５記載の歯車の製造方法におい
て、前記歯底および歯元部の切削または研削の量が、シ
ョットピーニング前にも切削または研削する場合には該
切削または研削の量も含めて、総量で１００μｍ以上と
したことを特徴とする歯車の製造方法。