JPH06297143A - 浸炭鋼を用いた部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】各部位毎に、要求される硬化層深さが異なる部
材を製造する場合に、軸受鋼からなる部材の一部と、浸
炭鋼からなる部材の一部とをそれぞれ別々に成型し、次
いでこれらの部材を溶接して一体とし、その後、一体と
なった部材に浸炭処理及び焼入れを施す。 【効果】要求される硬化層深さが部材の各部位毎に異な
る場合に、従来の方法に比べ製造工程を少なくすること
ができ、その部材の製造に要する労力、時間、費用を短
縮することができる。また軸受鋼を用いた部分の強度を
従来のものより高めることができる

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は浸炭鋼（機械構造用合金
鋼のうち炭素０．２５％以下の鋼種で表面を浸炭硬化し
て使用するもの：はだ焼鋼ともいう）を使用した部材の
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】構造用部材のうち、表面を硬くし、内部
はじん性をもたせる必要がある部材には浸炭鋼が使用さ
れている。ここに浸炭とは合金鋼の表面層に炭素を侵入
固溶させる表面硬化法の一種であり、浸炭後に焼入れを
施すことにより表面を硬くし、内部にじん性をもたせる
ことができる。以下浸炭処理及び焼入れによって硬化す
る表面層の深さを硬化層深さという。

【０００３】要求される硬化層深さが部材のすべての部
位につき一様であれば、一体として部材を成型した後
に、浸炭処理及び焼入れを行えばよい。しかし部材の中
にはその用途から一つの部材の一部に要求される強度が
他の部位と異なるものがあり、このような部材では、各
部位毎に硬化層深さを変える必要がある。そして従来こ
のような部材は次のように製造されていた。

【０００４】すなわち、要求される硬化層深さが同じ部
分毎に分けた部材の一部を、別個独立に成型し、（１）
要求される硬化層深さが得られるように、それぞれに浸
炭処理及び焼入れを施した後、溶接して一体の部材とす
る、あるいは（２）要求される硬化層が深い部分に浸炭
処理及び焼入れを施し、その部材の一部を、要求される
硬化層が浅い他の部材（浸炭処理及び焼入れを施してい
ないもの）の一部と溶接して一体の部材とし、その後に
一体となった部材に、浅い硬化層を得るのに必要な浸炭
処理及び焼入れを施す（この浸炭処理及び、焼入れによ
り、既に浸炭・焼き入れが施されている部分は、それ以
上深く硬化層が成長せず、浸炭・焼入れが初めて施され
る部分に浅い硬化層が形成される）、という方法であっ
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしこのような従来
の製造方法では部材の各部分をそれぞれ別に成型し、そ
れぞれについて別個に浸炭処理及び焼入れを施すので、
加工工程が多く部材が完成するまでに多くの労力、時
間、費用を要していた。

【０００６】そこで本発明の目的は、要求される硬化層
深さが部材の各部位毎に異なる場合に、少ない労力、時
間、費用で確実に要求される品質の部材の製造が可能
な、浸炭鋼を用いた部材の製造方法を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため本発明は次に示す手段を採用した。すなわちこの
手段は、深い硬化層を要求される部分の部材として軸受
鋼（表面の硬さ、耐摩耗性の他、とくに転動疲れ強さが
要求される、ベアリングなどに用いられる鋼で、浸炭処
理を施さなくとも焼入れによって内部まで硬化するも
の。）を用い、浅い硬化層を要求される部分の部材とし
て浸炭鋼を用いて、これらの部材をそれぞれ別々に成型
し、次いでこれらの部材を溶接して一体とし、その後一
体となった部材に、浅い硬化層を得るのに必要な浸炭処
理及び焼入れを施すことを特徴とする部材の製造方法で
ある。 要求される硬化層深さ毎に部材を分割して成型
し、後に分割された部材同士を溶接して一体化する点は
従来の方法と同じであるが、要求される硬化層深さが深
い部分に軸受鋼を用いている点に特徴がある。

【０００８】

【作 用】本発明は、要求される硬化層深さが他より深
い部分に軸受鋼を使用している。軸受鋼は浸炭処理を施
さなくとも焼入れによって内部まで硬化するため、従来
実施していた深い硬化層を得るための浸炭処理及び焼入
れ処理が不要となり、製造に要する労力、時間、費用が
少なくてすむ。

【０００９】

【実施例】本発明の一実施例につき以下図面を基に説明
する。

【００１０】この実施例は、バイクのセルモータのトル
クをエンジンに伝達する、ドリブンギヤに関するもので
ある。このドリブンギヤがどのように使用されているか
を図１に示す。

【００１１】セルモーター１０が作動すると、ギヤ１
１、１２、１３を介して回転トルクがドリブンギヤ１４
に伝達される。ドリブンギヤ１４が回転すると、ボスの
外面とワンウエイベアリング１８を介して接するアウタ
ー１５がドリブンギヤと一体となって回転する。ここに
ワンウエイベアリングとは、一方向にのみすべりその方
向の動きのときは通常のベアリングと同様の作用をする
が、反対方向にはすべることなく一体となって回転を伝
達するベアリングである。アウター１５はキーによって
クランク軸１６（クランク軸１６とドリブンギヤ１４の
ボス内面との間にはラジアルベアリング１９が設けられ
ている）に固定されており、アウター１５がドリブンギ
ヤ１４と同じ回転をすると、クランク軸１６が回転し、
ピストン１７が駆動され、エンジンが起動する。

【００１２】エンジンが起動すると、クランク軸１６は
ピストン１７の作動により回転することになるが、その
回転は、セルモーター１０によるドリブンギヤ１４の回
転より速くなる。このようにクランク軸１６の回転の方
がドリブンギヤ１４の回転よりも速くなると、ワンウエ
イベアリング１８は相対的に当初と反対方向の動きとな
ってすべり、アウター１５の回転は、ドリブンギヤ１４
に伝達されない。

【００１３】このようにボス転動部（ボス内面及び外面
の、他の部材と軸受を介して接触して回転する部分、以
下同じ）は硬いベアリング１８、１９と接触するので摩
耗しやすい。そこでできるだけボス転動部の摩耗を防止
するために、ボス転動部は深い硬化層を要求され、その
硬化層深さはギヤの歯の部分に要求される硬化層深さよ
り相当深い。逆に、ギヤの歯の部分の硬化層深さをあま
り深くすると歯が欠けたりひびが入りやすくなるので、
硬化層深さをボス転動部ほど深くできない。そのため従
来は、ギヤ部とボス部を別個独立に成型し、ボス部に浸
炭処理及び焼入れを行った後、溶接して一体の部材とし
て再度浸炭処理及び焼入れを行い製造していた。ここに
ギヤ部とはドリブンギヤからボスを取り除いた部分、ボ
ス部とはボスのみの部分である。以下同じ。

【００１４】（１）形状及び材質 図２に本実施例で用いるドリブンギヤ１４の斜視図を示
す。図３にギヤ部の平面図及び断面図、図４にボス部の
平面図及び断面図を示す。本実施例で用いるドリブンギ
ヤのギヤ部及びボス部の形状は従来型のものと同じであ
り、材質はボス部のみ軸受鋼を用いることにより従来の
ものと異なる。

【００１５】（２）製造工程 図５に従来例の製造工程、図６に本実施例の製造工程を
模式的に示す。図５、図６中にはドリブンギヤのボス
部、ギヤ部及び一体のドリブンギヤを断面図で表示して
いる。製造工程は大きく分けると鍛造、切削、浸炭（焼
入れを含む）、歯切り（切削により歯の部分を成型する
こと、以下同じ）、溶接の五つの工程からなる。

【００１６】（２ー１）従来例の製造工程 ギヤ部を鍛造により成型する（図５の＜ａ＞上図）。 ボス部も同様に鍛造により成型する（図５の＜ａ＞下
図）。 次にギヤ部の表面を切削して荒仕上げをする（図５の
＜ｂ＞上図）。 ボス部も同様に表面を切削して荒仕上げをする（図５
の＜ｂ＞下図）。 次に深い硬化層が要求されるボス部に浸炭処理及び焼
入れを施す（図５の＜ｃ＞）。 次にギヤ部の歯切りをして歯の部分を成型する（図５
の＜ｅ＞）。 次にギヤ部とボス部を溶接する（図５の＜ｆ＞）。 その後ギヤ部に要求される薄い硬化層を得るための浸
炭処理及び焼入れを、溶接されて一体化したドリブンギ
ヤ全体に施す（図５の＜ｇ＞）。 そして最後に仕上げ用の切削を行う（図５の＜ｈ
＞）。 このように従来例ではドリブンギヤの完成までに９工程
が必要であった。なお本実施例でギヤの浸炭処理を溶
接の後に行っているのは、溶接する際に溶接ビード
（溶接による変形部で溶接金属を使用する場合はそれを
も含めたもの）中に融け出す炭素を少なくし、良好な溶
接を行えるようにするためである。

【００１７】ボス転動部は硬いベアリングと接触するの
で深い硬化層が必要である。本実施例では図５＜ｃ＞に
示すようにボス部に要求される有効硬化層深さは１．０
〜１．４ｍｍ程度である（ここに有効硬化層深さとは、
硬化層の表面から内部に向かってビッカース硬さ（Ｈ
ｖ）を測定してゆき、ビッカース硬さ（Ｈｖ）が５１３
となる点までの表面からの深さをいう）。これに対して
ギヤ部の歯は他のギヤとかみ合うだけなのでそれほど深
い硬化層は必要でなく、逆に硬化層が深すぎると歯が欠
けたりひびが入る原因となる。本実施例ではギヤ部に要
求される有効硬化層深さは０．３〜０．５ｍｍである
（図５＜ｇ＞参照）。このように硬化層深さが異なるた
め、従来はボス部とギヤ部を一体にして成型した後浸炭
処理を施すことができなかったのである。

【００１８】（２−２）本実施例の製造工程 本実施例の特徴はボス部に軸受鋼を用いる点にある。軸
受鋼は浸炭処理を施さなくても焼入れを施すだけでベア
リングと同じ硬さをもつため、ボス部の浸炭処理が不要
となり、従来例の９工程が８工程で済む。図６に示す本
実施例の製造工程は、図５に示す従来例の製造工程から
ボス部だけの浸炭処理及び焼入れ（図５の＜ｃ＞）をな
くしたものである。

【００１９】（２−３）品質 以上述べた本実施例の方法により実際にドリブンギヤを
製造した。材質はボス部がＳＵＪ（軸受鋼）、ギヤ部が
ＳＣＭ４１５である。製造されたドリブンギヤの品質を
調べるために、ロックウェル硬さ試験とビッカース硬さ
試験を行った。

【００２０】ロックウェル硬さ試験とは、鋼球またはダ
イヤモンドの円錐を圧子とし、一定の荷重で押し込んだ
ときのくぼみの深さから、硬さを求める試験法である。
ロックウェル硬さは専用試験機の目盛り上に直接指示さ
れるので測定がきわめて容易であるが、試験荷重が大き
いのでこれに耐える厚さや硬化層が必要であり、また微
小部分の計測には適していない。

【００２１】これに対してビッカース硬さ試験は対面角
１３６度の正四角錐のダイヤモンドを圧子としてくぼみ
を作り、圧子を取り去った後に残る圧痕の表面積で荷重
を割った値をビッカース硬さとする試験法である。ビッ
カース硬さ試験の特徴は荷重の大きさを変えても硬さ値
が変化しないことで、広範囲の荷重を使用でき、荷重１
ｋｇ以下の荷重を用いると、微小間隔で計測することが
可能であり、浸炭による硬化層の硬さの分布を求めるの
に適している。

【００２２】そこで以下では、ドリブンギヤについて、
ロックウェル硬さ試験により、硬化層の表面及び内部の
代表的な点の硬さを求め、またビッカース硬さ試験によ
り、硬化層内部や溶接ビード内部の微小部分の硬さの分
布を求めた結果を示す。なお、ロックウェル硬さ試験は
ドリブンギヤの表面および切断したドリブンギヤの内部
の代表的な点で行い、ビッカース硬さ試験は切断したド
リブンギヤの表面から内部に向かってミリメートル単位
の間隔で数点とり、それらの点で行った。

【００２３】（２−３−１）ロックウェル硬さ試験 ロックウェル硬さ試験には、試験荷重や圧子の形状によ
り種々の試験条件（スケール）がある。本実施例の方法
により製造されたドリブンギヤのギヤの有効硬化層は
０．３〜０．５ｍｍであり、硬化層が薄いため表面の硬
さを計測するには計測荷重の小さいＡスケール（試験荷
重６０ｋｇ、ダイヤモンド円錐の圧子）とし、その他の
部分はＣスケール（試験荷重１５０ｋｇ、ダイヤモンド
円錐の圧子）とした。表面硬度は表面の計測点に垂直に
試験荷重をかけて計測し、内部硬度は半径方向に切断し
たドリブンギヤの内部の点に直角方向から試験荷重をか
けて計測した。計測結果を以下の表１に示す。表１中Ｈ
_RＡはＡスケール硬さ、Ｈ_RＣはＣスケール硬さである。
Ｈ_RＡとＨ_RＣの関係は８２．６Ｈ_RＡ＝６２．５Ｈ_RＣ、
８１．８Ｈ_RＡ＝６１．０Ｈ_RＣである。

【００２４】

【表１】

【００２５】計測点はギヤの表面硬度２点、内部硬度１
点、ボスの表面硬度２点、内部硬度２点である。内部硬
度の計測点は図７の＋印の点である。計測された表面硬
度は、いずれも要求値（Ｈ_RＡ７８〜８３、Ｈ_RＣ６０〜
６４）を満たしている。それに加え、ボス部には軸受鋼
を用いているので、ボス部の硬度は表面も内部も一様で
あり、かつ硬度が高い。そのためベアリングと接触する
ボス転動部の摩耗損傷が少なく従来より高品質なものが
得られている。

【００２６】（２−３−２）ビッカース硬さ試験（ギ
ヤ） 本実施例では製造されたドリブンギヤを半径方向に切断
し、そのギヤの断面を図８右図に示す座標軸ｔに沿って
表面から０．１ｍｍ間隔で深さを変えてビッカース硬さ
試験を行った。試験結果を図８に示す。図８によると、
ビッカース硬さ（Ｈｖ）は表面から内部に向かって減少
しており、表面から深さ０．４４ｍｍの点でＨｖ＝５１
３となる。すなわち有効硬化層深さは０．４４ｍｍであ
る。この値は要求値（有効硬化層深さ０．３〜０．５ｍ
ｍ）を、満足している。

【００２７】（２−３−３）ビッカース硬さ試験（溶接
ビード） ただ本実施例では従来あまり行われていない軸受鋼と合
金鋼の溶接を行っているため、溶接が充分な強度で行わ
れているかが問題となる。そこで溶接ビードのビッカー
ス硬さも計測し、溶接が良好に行われているかどうかを
検討した。

【００２８】製造されたドリブンギヤを図９に示すよう
に半径方向に３カ所（図９の、、）で分割し、そ
の３断面の溶接ビード部とその付近につきビッカース硬
さ試験を行った。なお計測点は図９の下図で示す溶接ビ
ードの端部（最も外側でギヤ部と接している点）を基準
として図面のｕ方向に数点とり、それらの点でビッカー
ス硬さを測定した。その試験結果を図１０に示す。図１
０には３断面（図９の、、）それぞれにつき、ギ
ヤの部分、溶接ビード部、ボスの部分と計測位置が変化
した場合のビッカース硬さ（Ｈｖ）の変化の様子を示し
ている。図１０の実線、一点鎖線、破線はそれぞ
れ図９の断面、、についての計測結果である。図
１０によると、断面、については溶接ビード内部の
ほとんどの点でＨｖ２５０以下であり、断面について
はＨｖ３４０以下である。溶接ビードのＨｖが３５０〜
４００以下であれば良好な溶接であると一般に言われて
おり、軸受鋼と合金鋼（浸炭鋼）の溶接でも、充分強度
が得られることがわかった。

【００２９】（２−３−４）まとめ 以上説明したように本実施例による方法により製造され
たドリブンギヤは従来要求されている以上のボス転動部
強度を有し、かつ良好な溶接が行われていることが明ら
かになった。

【００３０】

【発明の効果】以上述べたように本発明に係る方法を用
いれば、要求される硬化層深さが部材の各部位毎に異な
る場合に従来の方法に比べ製造工程を少なくすることが
でき、その部材の製造に要する労力、時間、費用を短縮
することができる。また軸受鋼を用いた部分の強度を従
来のものより高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ドリブンギヤの使用状況を示す図である。

【図２】ドリブンギヤの斜視図である。

【図３】ドリブンギヤのギヤ部の平面図及び断面図であ
る。

【図４】ドリブンギヤのボス部の平面図及び断面図であ
る。

【図５】従来例の製造工程を示す模式図である。

【図６】本実施例の製造工程を示す模式図である。

【図７】本実施例による方法により製造されたドリブン
ギヤのロックウェル硬さ試験の計測位置を示す図であ
る。

【図８】本実施例による方法により製造されたドリブン
ギヤのギヤ部の硬さ試験結果を示す図である。

【図９】本実施例による方法により製造されたドリブン
ギヤの溶接ビード部硬さ試験の計測位置を示す図であ
る。

【図１０】本実施例による方法により製造されたドリブ
ンギヤの溶接ビード部硬さ試験結果を示す図である。

【符号の説明】

１０ セルモーター １１〜１３ ギヤ １４ ドリブンギヤ １５ アウター １６ クランク軸 １７ ピストン １８ ワンウエイベアリング １９ ラジアルベアリング

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 軸受鋼からなる部材の一部と、浸炭鋼からなる部材の一
   部とをそれぞれ別々に成型し、次いでこれらの部材を溶
   接して一体とし、その後、一体となった部材に浸炭処理
   及び焼入れを施すことを特徴とする部材の製造方法。