JPH04259395A - 歯車 - Google Patents

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、歯車に関し、詳細には
、表面を電気Ｎｉ−Ｐめっき層で被覆したチタン合金材
よりなる歯車に関する。

【０００２】

【従来の技術】歯車は動力を伝達する機械部品であり、
自転車、自動車及び航空機等に広く用いられている。歯
車は伝達能力が高く、耐摩耗性に優れると共に、ピッチ
ング、剥離、疲労亀裂等の生じないことが重要である。

【０００３】従来、かかる歯車としては、各種炭素鋼を
高周波焼入や火焔焼入等により表面硬度を高めたものが
使用されている。又、軽量化のためＡｌ合金よりなる歯
車が使用されているが、該歯車は強度が低く、耐摩耗性
が悪い。そこで、近年、軽量化の要請に応えるため、Ａ
ｌ合金より強度が高く、炭素鋼に較べて低比重のチタン
合金よりなる歯車（チタン合金歯車）の採用が検討され
始めている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来のチタン合金
歯車は、チタン合金よりなるので軽量であるが、その反
面チタン合金特有の欠点である耐摩耗性及び耐焼付性が
悪いという問題点があり、実用するにはその改善が必要
である。

【０００５】そこで、上記チタン合金の耐摩耗性及び耐
焼付性を改善すべく、チタン合金の表面をＰ含有量：１
０ｗｔ％　の無電解Ｎｉ−Ｐめっき層で被覆して硬度を
高める試みが成されている。又、該めっき層のめっき応
力の解消法として、ショットピーニング或いはホーニン
グ加工を施して残留応力を付与する方法等が提案されて
いる。かかる方法によれば耐焼付性は改善されるが、こ
れらはいづれもチタン合金の耐摩耗性を改善し得ないこ
と、及び、耐表面疲労性が充分でないことが実験により
判明した。更に、Ｎｉ−Ｐめっき後、３００〜４００　
℃で１時間程度加熱してめっき層の硬度をＨｖ：９００
程度に高めた場合、却って耐摩耗性が劣化することも判
った。

【０００６】本発明は、このような事情に着目してなさ
れたものであって、その目的は前記従来のチタン合金歯
車の有する耐摩耗性の問題点を解消し、低比重であり且
つ耐焼付性に優れると共に、耐摩耗性及び耐表面疲労性
に優れた歯車を提供しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は次のような構成の歯車としている。即ち、本
発明に係る歯車は、表面を電気Ｎｉ−Ｐめっき層で被覆
したチタン合金材よりなる歯車であって、前記チタン合
金材の表面をＲａ：０．５　μｍ　以上且つ　ＰＰＩ５
０：１３０　以上にすると共に、前記Ｎｉ−Ｐめっき層
をビッカース硬度Ｈｖ：４００　以上、厚み：１０〜　
５００μｍ　、Ｐ含有量：０．５　〜７．０ｗｔ％にし
たことを特徴とする歯車である。

【０００８】

【作用】本発明に係る歯車は、前記の如く、表面を電気
Ｎｉ−Ｐめっき層で被覆したチタン合金材よりなるので
、当然に前記従来のチタン合金歯車と同様に軽量である
と共に焼付性に優れている。

【０００９】しかも、前記チタン合金材の表面をＲａ：
０．５　μｍ以上且つ　ＰＰＩ５０：１３０　以上にす
るようにしているので、そのアンカー効果によりチタン
合金材と電気Ｎｉ−Ｐめっき層とを強固に密着し得て該
めっき層の剥離が生じ難いものである。ここで、Ｒａ及
び　ＰＰＩ５０は周知の如く表面粗さ測定の結果得られ
る表面粗さ等の表面状態を示す数値であって、Ｒａは中
心線平均粗さであり、　ＰＰＩ５０は基準レベル：５０
μｉｎｃｈとしたときの１ｉｎｃｈ当りのピーク数（即
ち、ｐｅａｋ　ｐｅｒ　ｉｎｃｈ　）である。かかるＲ
ａ及び　ＰＰＩ５０について上記の如く数値限定してい
るのは、Ｒａ：０．５　μｍ　未満又は／及び　ＰＰＩ
５０：１３０　未満ではチタン合金材とめっき層との密
着性が不充分となってめっき層剥離の可能性が生じるか
らである。

【００１０】更に、前記Ｎｉ−Ｐめっき層をＨｖ（ビッ
カース硬度）：４００以上、厚み：１０〜５００　μｍ
　、Ｐ含有量：０．５　〜７．０ｗｔ％にしているので
、その耐摩耗性は極めて優れている。これは種々実験し
た結果得られた下記知見に基づくものである。

【００１１】即ち、歯車は使用時に歯車同士が、或いは
、歯車と駆動用チェーン等とが、接触面圧：数１０〜数
１００ｋｇｆ／ｍｍ２で接触し、離れることを繰り返す
ので、歯車の表面はかかる面圧の変化による一種の疲労
（表面疲労）を受ける。従って、歯車の摩耗はかかる疲
労が関与した摩耗であって、摩耗と疲労との相乗効果に
より剥離を伴いながら材料表面が減少する結果生じるも
のであるという知見が得られた。

【００１２】一般に材料の疲労特性と靱性とは密接な関
係があり、靱性を向上すると疲労強度が高まって耐疲労
性が向上するが、硬度を高め過ぎるとその反面靱性が低
下して耐疲労性が劣化する。又、通常の摩耗は材料の硬
度を高めると向上する。故に、歯車の耐摩耗性を向上す
るには、チタン合金材表面のＮｉ−Ｐめっき層の硬度を
高めるだけでは良くなく、硬度及び靱性をバランス良く
向上させることが必要であって、チタン合金材表面のＮ
ｉ−Ｐめっき層を、Ｈｖ：４００　以上、厚み：１０〜
　５００μｍ　、Ｐ含有量：０．５　〜７．０ｗｔ％に
すると耐摩耗性を大幅に向上し得ることが判った。又、
耐表面疲労性も大幅に向上し得ることが判った。

【００１３】そこで、前記の如くＮｉ−Ｐめっき層をＨ
ｖ：４００　以上、厚み：１０〜　５００μｍ　、Ｐ含
有量：０．５　〜７．０ｗｔ％にするようにした。故に
、該Ｎｉ−Ｐめっき層により歯車の耐摩耗性及び耐表面
疲労性を極めて優れたものにし得る。尚、上記の如く数
値限定している理由は次の通りである。Ｈｖ：４００　
未満では硬度が低過ぎて耐摩耗性が低下し、耐摩耗性が
不充分となる。厚みが１０μｍ　未満ではめっき層自体
の強度が弱くて歯車同士、或いは、歯車と駆動用チェー
ン等の高接触面圧下での接触による疲労に耐えることが
難しくなり、　２００μｍ　超では高価なＮｉの増大に
よる経済性の低下を招く他、めっき層の重量が増大して
歯車の軽量化を果し難くなる。Ｐ含有量が０．５　ｗｔ
％　未満ではめっき層の硬度が不充分となって耐摩耗性
が低下し、耐摩耗性が不充分となり、７．０ｗｔ％超で
はめっき層の靱性が不充分となって耐疲労性が劣化し、
その結果耐摩耗性が不充分となるからである。

【００１４】以上の説明から明らかな如く、本発明に係
るコイルバネは、低比重であり且つ耐焼付性に優れると
共に、耐摩耗性及び耐表面疲労性に優れたものであって
、優れた耐久性の確保及び軽量化の要請に充分に応え得
るようになる。

【００１５】尚、前記チタン合金材の表面をＲａ：０．
５　μｍ　以上且つ　ＰＰＩ５０：１３０　以上にする
には、ＮＨ４Ｆ・ＨＦや　ＮａＦ・ＨＦ等の弗酸塩によ
り化学エッチングすればよい。かかるエッチング後は表
面スマット除去のための燐酸、硫酸溶液中での電解処理
や、弗酸等による活性化処理をすることが望ましい。

【００１６】前記電気Ｎｉ−Ｐめっき層は、歯車のチタ
ン合金材の全表面に被覆して設けてもよいし、歯車同士
が接触する部分、或いは歯車と駆動用チェーン等とが接
触する部分だけに設けてもよい。但し、より軽量化を図
るには、耐摩耗性が問題となる必要最小限の部分だけに
被覆する方が有効であって望ましい。

【００１７】

【実施例】熱間加工、伸線加工、時効処理等を経て、チ
タン合金材よりなる円筒状試験片を製作し、これを脱脂
、水洗、弗酸塩による化学エッチング、水洗、弗酸によ
る活性化処理した後、電気Ｎｉ−Ｐめっきを施してＮｉ
−Ｐめっき層を被覆せしめた。尚、このめっきは、　Ｎ
ｉＳＯ４・６Ｈ２０：２００ｇ／　ｌ、　ＮｉＣｌ２・
６Ｈ２０：５０ｇ／ｌ、Ｈ３ＰＯ３：４〜４０ｇ／ｌ、
Ｈ３ＰＯ４：５０ｇ／ｌ、Ｈ３ＢＯ３：　０．５〜３ｇ
／ｌ、サッカリン：０．１〜１．０　ｇ／ｌの組成から
なる浴温：６０±５℃、ｐＨ：１±０．５　のめっき浴
を用い、該浴をエアー攪拌し、電流密度を５〜３０Ａ／
ｄｍ２　にして行った。上記チタン合金の組成（種類）
、Ｎｉ−Ｐめっき層のＰ含有量及び厚み、めっき後のコ
イルバネの加熱条件を表１に示す如く変化させた。

【００１８】次いで、上記Ｎｉ−Ｐめっき層被覆後のチ
タン合金材よりなる円筒状試験片について、表面層の硬
さ測定及び耐摩耗性試験を行った。尚、耐摩耗性試験は
、上記円筒状試験片同士を円筒面で接触させながら回転
し、面圧応力（ヘルツ応力）：２００ｋｇｆ／ｍｍ２、
回転速度（周速度）：６０〜１００ｍ／ｍｉｎ、すべり
率：−７０〜＋４０、潤滑油：モービル油使用の条件で
行い、５×１０７　回転後の試験片の表面状況を肉眼観
察して耐摩耗性を評価した。

【００１９】上記硬さ測定及び耐摩耗性試験結果を表１
に示す。表１において、実験　Ｎｏ．１〜１３のものは
本発明の実施例に係るものであり、一方実験Ｎｏ．１４
　〜１８のものは比較例に係るものである。いづれの場
合もＨｖ：４００　以上であるが、比較例に係る実験Ｎ
ｏ．１４　〜１５のものはＰ量：１０ｗｔ％　であって
高いため、又、Ｎｏ．１６　〜１８のものはＮｉ−Ｐめ
っき層を被覆していないため、耐摩耗性が悪くて非常に
劣っている。

【００２０】これらに対し、本発明の実施例に係る実験
　Ｎｏ．１〜１３のものは耐摩耗性に優れている。尚、
基材のチタン合金とＮｉ−Ｐめっき層との耐剥離性につ
いては、実験Ｎｏ．１〜１３のもの及び　Ｎｏ．１４〜
１５のものはいづれも優れて充分なものであった。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【発明の効果】本発明に係る歯車は前述の如き構成を有
し作用をなすものであるので、低比重であり且つ耐焼付
性に優れると共に、耐摩耗性及び耐表面疲労性に優れて
おり、そのため耐久性に優れた軽量な歯車として使用し
得る。従って、自転車、自動車及び航空機用等の歯車と
して好適に使用し得、その軽量化を果し得ると共に、耐
久性を大幅に向上し得るようになるという効果を奏する
ものである。

【００２３】本発明に係る耐摩耗性Ｎｉ−Ｐめっきは、
低荷重域において使用されているＡｌ合金製歯車等にお
いては、現行のアルマイト処理等に十分代替し得る。又
、軽量化に対する寄与は期待できないが、浸炭焼入れに
代る耐摩耗性と美観を兼備しているため、現行鋼製歯車
への耐摩耗且つ装飾めっきとして有用であることは言う
までもない。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　表面を電気Ｎｉ−Ｐめっき層で被覆し
   たチタン合金材よりなる歯車であって、前記チタン合金
   材の表面をＲａ：０．５　μｍ　以上且つ　ＰＰＩ５０
   ：１３０　以上にすると共に、前記Ｎｉ−Ｐめっき層を
   ビッカース硬度Ｈｖ：４００　以上、厚み：１０〜　５
   ００μｍ　、Ｐ含有量：０．５　〜７．０ｗｔ％にした
   ことを特徴とする歯車。