JPH06104891B2 - 表面硬化熱処理部材の転動疲労強度向上方法 - Google Patents

表面硬化熱処理部材の転動疲労強度向上方法

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JPH06104891B2
JPH06104891B2 JP14824084A JP14824084A JPH06104891B2 JP H06104891 B2 JPH06104891 B2 JP H06104891B2 JP 14824084 A JP14824084 A JP 14824084A JP 14824084 A JP14824084 A JP 14824084A JP H06104891 B2 JPH06104891 B2 JP H06104891B2
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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

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
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  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、表面硬化熱処理部材の転動疲労強度向上方法
に関し、詳しくは、自動車用等に用いられ、浸炭焼入も
しくは浸炭浸窒焼入等の表面硬化熱処理の施された転動
面を有する構造部材における転動面の疲労強度を改善す
る方法に関するものである。
〔従来技術〕 従来、円筒ローラ,ニードルローラ等を介して荷重を受
ける浸炭焼入部材等の軸受部の仕上加工は、浸炭焼入後
研削仕上もしくは必要に応じて更に超仕上加工を実施し
表面面粗度を改善させることによって、軸受部の転動疲
労強度を向上するのが通例であった。
しかし、最近におけるエンジンの高出力化(例えば、タ
ーボ付きエンジン,4バルブエンジンの採用等)に伴い、
負荷応力が増大する通常の浸炭焼入後の研削仕上品や超
仕上加工品では転動疲労強度が必ずしも充分でなく、ピ
ッチング等の表面損傷を発生するという問題点があっ
た。
そこで、従来においてはそのための対策として、材質も
しくは熱処理を変更したり、設計諸元を変更して軸受部
受圧面積を大きくとって面圧を低下させる等の手段が主
として採用されていた。
そのため、自動車においては、同一車種であっても高出
力エンジンを搭載するものには、それに見合った容量の
大きい部品を新しく設計しなければならないという問題
点があった。
第5図は、一般的な2つの円筒1,2の接触モデルを示す
図で、(a)は2つの円筒1,2の接触モデルを示す概略
図,(b)はその円筒接触部の拡大図である。
また、第6図は、第5図に示す円筒1及び2の接触モデ
ルにおける、各方向に対する円筒の深さ方向における応
力分布を示している。
この図から明らかなように、2つの円筒1,2が接触する
と、X軸方向の応力;σx,Y軸方向の応力;σy,Z軸方向
の応力;σzは、いずれも円筒の最終面において最大と
なり、円筒の内部となるに従って応力が漸次低下してい
るのに対して、45°方向の剪断応力、いわゆる、τ45°
は円筒の最表面よりやや内部において最大となっている
ことが理解される。
ところで、第7図は、円筒ローラ11を直接受ける軸受部
aを有するキー同期装置の1例を示している。
なお、このキー同期装置において、3はアウトプットシ
ャフト,4はクラッチハブ,5はスリーブ,6はキースプリン
グ、7はキー,8はインプットシャフト,9はドリブンギ
ヤ,10はシンクロナイザリング,aは円筒ローラ11を直接
受ける軸受部である。
この第7図に示す軸受部aのように、自動車用構造部材
等の通常の動力伝達系においては、歯車類における内径
転動面やシャフト類等、ニードルローラや円筒ローラを
介して、半径方向の荷重を直接的に受けて、トルクを伝
達するものが少なくない。
そして、この軸受部においては、作動中に図示されない
他部位における歯車箱の支持部材の剛性不足,歯車の歯
の精度,圧入アウタレース部のクリープ等に伴う経時変
化によって、“片当り”(エッジ当り)を生じ、転動時
に滑りを発生するとともに、局部的な面圧上昇を引き起
こしてピッチングを発生したり、顕著な段付き摩耗とな
って、軸受機能に重大な支障をきたすことが有るという
問題点があった。
また、“片当り”の発生によって転動時における滑りを
発生するとともに、局部的な面圧上昇を引き起こすと、
最大剪断応力を発生する深さ、即ち、τ45°maxの発生
部位が接触する軸受部の内部から表面側に移行し、ピッ
チングによる初期亀裂を軸受部の表面に発生しやすくな
るという問題点があった。
〔発明の目的〕
本発明は、上述のような従来技術の問題点を解決するた
めになされたもので、転動面を有する浸炭焼入もしくは
浸炭浸窒焼入等の表面硬化熱処理の施された構造部材の
疲労強度、特にその転動面の疲労強度を改善できる表面
硬化熱処理部材の転動疲労強度向上方法を提供すること
を目的としている。
〔発明の構成〕
このような目的は、本発明によれば、転動面に表面硬化
熱処理を施した鋼製の表面硬化熱処理部材の転動疲労強
度向上方法であって、表面硬化熱処理の施された前記転
動面に、高硬度材料切削工具を用いて、0.15〜0.30mmの
取代にて切削加工を実施した後、超仕上加工することを
特徴とする表面硬化熱処理部材の転動疲労強度向上方法
によって達成される。
〔実施例〕
以下、添付図面に基づいて、本発明の1実施例を説明す
る。
第9図は、第8図(a)もしくは第8図(b)に示すよ
うな円筒ローラ11と直接的に接触する軸受部aを有する
FFトランスミッション用のシャフトの耐久試験後におけ
る軸受部表面の表面硬さ分布の測定結果を示している。
なお、この表面硬さ分布において14は第8図(a)に示
すインプットシャフト8における→への表面硬さ分
布,13は第8図(b)に示すアウトプットシャフト3に
おける→への表面硬さ分布の測定結果を示してい
る。
ここに示すインプットシャフト8及びアウトプットシャ
フト3は、いずれも、耐久試験において短時間でピッチ
ングを発生したものである。
このように、耐久試験において短時間でピッチングを発
生したのは、インプットシャフト8の→,アウトプ
ットシャフト3の→への表面硬さ分布において、い
ずれも著しいバラツキが認められ、しかも、硬さがHv90
0以下と低いことに基づいているものと考えられる。
なお、この図において、b1はインプットシャフト8の転
動面,c1はインプットシャフト8の研削初期面であり、
b2はアウトプットシャフト3の転動面,c2はアウトプッ
トシャフト3の研削初期面である。
ところで、第1図は、本発明法にかかる浸炭焼入したシ
ャフトの「CNB(立方晶型窒化硼素)切削加工+超仕上
加工品」における残留オーステナイト組織量分布d及び
浸炭焼入したシャフトの軸部の「研削仕上品」e、並び
に、「CBN切削加工+超仕上加工品」fの残留応力の測
定結果を示している。
この図から明らかなように、本発明法による「CBN切削
加工+超仕上加工品」の表面においては、切削による取
代を0.15〜0.30mmとしたことにより、残留オーステナイ
ト組織量が著しく減少しているばかりでなく、疲労強度
改善に有効な圧縮残留応力も「研削仕上品」とは比較に
ならない程の優れた圧縮残留応力状態となっていること
が理解される。
次に、第3図は、第2図に示す試験片を用いて浸炭焼入
した後における、図のA→Bへの過程における「浸炭焼
入状態品」h、及び、「浸炭焼入後CBN切削加工+超仕
上加工品」gの表面硬さ分布を示している。
この図から明らかなように、「浸炭焼入状態品」hに比
較して、「浸炭焼入後CBN切削加工+超仕上加工品」g
は表面硬さが著しく上昇していることが理解される。
また、第4図は、円筒ローラと直接的に接触する浸炭焼
入されたシャフトの軸受部を従来の「研削仕上品+超仕
上加工」と本発明の「CBN切削加工+超仕上加工品」と
の転動疲労耐久寿命を比較したものである。
この図から明らかなように、「CBN切削加工+超仕上加
工品」は、従来の「研削仕上品+超仕上加工」に比較し
て転動疲労強度が2倍以上に向上しているばかりでな
く、従来の「研削仕上品+超仕上加工品」にはピッチン
グに伴う表面剥離、いわゆる、「フレーキング」の発生
が認められたのに対し、本発明法による「CBN切削加工
+超仕上加工品」においては、このような「フレーキン
グ」の発生は認められず、健全な表面状態が維持されて
いることが確認された。
〔発明の作用効果〕
以上により明らかなように、本発明にかかる表面硬化熱
処理部材の転動疲労強度向上方法によれば、転動面を有
する浸炭焼入もしくは浸炭浸窒焼入等の表面硬化熱処理
の施された構造部材に対し、その転動面をCBN工具もし
くはセラミック工具等の高硬度材料切削用工具を用いて
取代を0.15〜0.30mmとして切削加工した後超仕上加工を
実施することによって、転動疲労強度を著しく改善する
ことができる利点がある。
加えて、 、転動疲労強度が大幅に向上することから、軸受部を
コンパクトに設計することができ、構造部材の軽量化を
図ることができる。
、切削加工により仕上げることから、NC旋盤を用いて
軸部にクラウニング等を施せば、作動中に他部位におけ
る経時変化によって生じる“片当り”による局部的な面
圧上昇を軽減することができる。
、研削仕上から切削加工に工程変更することによっ
て、設備所要スペース並びに、設備投資額を1/2〜1/3と
いう大幅なコスト低減を可能とすることができる。
、軸受部の転動疲労強度の著しく向上することから、
自動車としての信頼性を格段と向上することができる。
等の利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、「浸炭焼入後研削仕上」及び「CBN切削加工
仕上」した軸受部の残留オーステナイト組織量分布、及
び、残留応力の測定結果の1例を示す図, 第2図は、浸炭焼入後CBN切削加工仕上した軸部の表面
硬さ分布測定を実施した試験片を示す平面図, 第3図は、第2図の試験片を用いて浸炭焼入後CBN切削
加工仕上した軸部の表面硬さ分布の1例を示す図, 第4図は、「CBN切削加工+超仕上加工品」と従来の
「研削加工+超仕上加工品」の耐久寿命を比較した図, 第5図は、2つの円筒の接触モデルを示す模式図, 第6図は、第1図における円筒の深さ方向の応力分布を
示す図, 第7図は、直接的な軸受部を有するキー同期装置のマニ
ュアルトランスミッションの1例, 第8図は、円筒ローラと直接的に接触するシャフト軸受
部の1例 第9図は、円筒ローラと直接的に接触するシャフト軸受
部の耐久試験後の表面硬さ分布の1例を示す図である。 1,2……円筒, 3……アウトプットシャフト, 4……クラッチハブ, 5……スリーブ, 6……キースプリング, 7……キー, 8……インプットシャフト, 9……ドリブンギャ, 10……シンクロナイザリング, 11……円筒ローラ, 12……アウタレース, 13……アウトプットシャフト3における→への表面
硬さ分布, 14……インプットシャフト3における→への表面硬
さ分布, a……軸受部, b……接触面からの距離, b1……インプットシャフトの転動面, c1……インプットシャフトの研削初期面, b2……アウトプットシャフトの転動面, c2……アウトプットシャフトの研削初期面, d……「CBN切削加工+超仕上加工品」の残留オーステ
ナイト組織量分布曲線, e……浸炭焼入後「研削仕上品」, f……浸炭焼入後「CBN切削加工+超仕上加工品」, g……浸炭焼入後「CBN切削加工+超仕上加工品」, h……浸炭焼入状態品, B……接触幅, R1……円筒ローラ1の曲率半径, R2……円筒ローラ2の曲率半径, Pmax……最大応力,

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】転動面に表面硬化熱処理を施した鋼製の表
    面硬化熱処理部材の転動疲労強度向上方法であって、表
    面硬化熱処理の施された前記転動面に、高硬度材料切削
    工具を用いて、0.15〜0.30mmの取代にて切削加工を実施
    した後、超仕上加工することを特徴とする表面硬化熱処
    理部材の転動疲労強度向上方法。
JP14824084A 1984-07-17 1984-07-17 表面硬化熱処理部材の転動疲労強度向上方法 Expired - Lifetime JPH06104891B2 (ja)

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