JPH0691440A - 高接触疲労強度歯車の製造方法 - Google Patents
高接触疲労強度歯車の製造方法Info
- Publication number
- JPH0691440A JPH0691440A JP24819292A JP24819292A JPH0691440A JP H0691440 A JPH0691440 A JP H0691440A JP 24819292 A JP24819292 A JP 24819292A JP 24819292 A JP24819292 A JP 24819292A JP H0691440 A JPH0691440 A JP H0691440A
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- Japan
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- fatigue strength
- contact fatigue
- treatment
- gear
- lapping
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- Pending
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- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、自動車のトランスミッション等の
駆動伝達系に使用される表面硬化処理した接触疲労強度
に優れる鋼製歯車の製造方法を提供する。 【構成】 機械構造用鋼を歯切りまたは歯切り＋シェー
ビング加工後に、歯面を粗さ（Ｒmax)０．３μｍ以上１
μｍ以下にラッピング加工し、次いで浸炭処理（または
窒化処理あるいは浸炭窒化処理）と焼入・焼戻処理によ
り表面硬化するという従来の加工方法とは異なる新しい
加工順序により歯面の表層に軟化層を形成させこれを界
面潤滑材として利用するとともに真の接触面積を増大さ
せ接触疲労強度の著しい向上を得る。
駆動伝達系に使用される表面硬化処理した接触疲労強度
に優れる鋼製歯車の製造方法を提供する。 【構成】 機械構造用鋼を歯切りまたは歯切り＋シェー
ビング加工後に、歯面を粗さ（Ｒmax)０．３μｍ以上１
μｍ以下にラッピング加工し、次いで浸炭処理（または
窒化処理あるいは浸炭窒化処理）と焼入・焼戻処理によ
り表面硬化するという従来の加工方法とは異なる新しい
加工順序により歯面の表層に軟化層を形成させこれを界
面潤滑材として利用するとともに真の接触面積を増大さ
せ接触疲労強度の著しい向上を得る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は接触疲労強度の高い歯車
の製造方法に係わり、特に自動車のトランスミッション
等の駆動伝達系に使用される表面硬化処理した鋼製歯車
の製造方法に関するものである。
の製造方法に係わり、特に自動車のトランスミッション
等の駆動伝達系に使用される表面硬化処理した鋼製歯車
の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】自動車の駆動系に使用される歯車の一般
的な製造工程は鍛造、焼きならし、歯切り加工後に浸炭
及び／または窒化処理＋焼入・焼戻処理（以後表面硬化
処理とする。）である。しかし、最近、車両重量の軽量
化のために歯車寸法の小型化及びエンジンの高出力化に
伴って歯車に負荷する応力が大きくなり、とりわけ歯面
の接触疲労強度の一層の向上が要求されるようになって
きた。
的な製造工程は鍛造、焼きならし、歯切り加工後に浸炭
及び／または窒化処理＋焼入・焼戻処理（以後表面硬化
処理とする。）である。しかし、最近、車両重量の軽量
化のために歯車寸法の小型化及びエンジンの高出力化に
伴って歯車に負荷する応力が大きくなり、とりわけ歯面
の接触疲労強度の一層の向上が要求されるようになって
きた。
【０００３】これまでの歯面の接触疲労強度に関する知
見を整理すると次の通りである。接触疲労の原因は歯面
に発生するピッチングであることが知られている。ピッ
チングが発生する原因に関しては、歯車内部のせん断応
力説と歯面の引張応力説が提示されているが定説にはな
っていない。
見を整理すると次の通りである。接触疲労の原因は歯面
に発生するピッチングであることが知られている。ピッ
チングが発生する原因に関しては、歯車内部のせん断応
力説と歯面の引張応力説が提示されているが定説にはな
っていない。
【０００４】これらの説にもとづいて、歯車の圧力角を
大きくすること、片当りを緩和するためのクラウニング
法、歯面カタサ及び高さ深さを大きくすること、界面潤
滑法等が提案されている（内藤武志著：浸炭焼入れの実
際，Ｐ２２９〜２３３，日刊工業新聞社）。
大きくすること、片当りを緩和するためのクラウニング
法、歯面カタサ及び高さ深さを大きくすること、界面潤
滑法等が提案されている（内藤武志著：浸炭焼入れの実
際，Ｐ２２９〜２３３，日刊工業新聞社）。
【０００５】一方、接触疲労強度を向上させるための工
業的な技術に関する情報を整理する。歯面の接触疲労強
度に関しては特開昭６２−８８８６９号公報にみられる
ように歯切り加工→表面硬化処理→ラッピング加工→浸
硫処理して歯面に潤滑層を形成させる方法、特開平１−
２６４７２７号公報に見られるように歯切り加工→表面
硬化処理→ショットピーニング後さらに立方晶窒化ホウ
素ホイールで研削することにより歯車の最表面に圧縮残
留応力の最大値をもたらす方法、等が提案されている。
業的な技術に関する情報を整理する。歯面の接触疲労強
度に関しては特開昭６２−８８８６９号公報にみられる
ように歯切り加工→表面硬化処理→ラッピング加工→浸
硫処理して歯面に潤滑層を形成させる方法、特開平１−
２６４７２７号公報に見られるように歯切り加工→表面
硬化処理→ショットピーニング後さらに立方晶窒化ホウ
素ホイールで研削することにより歯車の最表面に圧縮残
留応力の最大値をもたらす方法、等が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】これらの方法は現行の
製作工程よりも煩雑でコストが嵩むにもかかわらず大き
な効果が得られない。例えば特開昭６２−８８８６９号
公報のような浸硫処理により形成された潤滑層は摩耗し
易く潤滑効果は接触の初期しか期待できない。特開平１
−２６４７２７号公報のように表面硬化処理またはショ
ットピーニング後に歯面を研削するとその研削痕からク
ラックが生じ易くかえって接触疲労強度を劣化させる。
すなわち歯面の接触疲労強度に関して高強度化のための
有効な知見及び工業的に有益な技術ともに未だ見出され
ていない。
製作工程よりも煩雑でコストが嵩むにもかかわらず大き
な効果が得られない。例えば特開昭６２−８８８６９号
公報のような浸硫処理により形成された潤滑層は摩耗し
易く潤滑効果は接触の初期しか期待できない。特開平１
−２６４７２７号公報のように表面硬化処理またはショ
ットピーニング後に歯面を研削するとその研削痕からク
ラックが生じ易くかえって接触疲労強度を劣化させる。
すなわち歯面の接触疲労強度に関して高強度化のための
有効な知見及び工業的に有益な技術ともに未だ見出され
ていない。
【０００７】本発明はかかる実状に鑑み、自動車のトラ
ンスミッション等の駆動伝達系に使用される表面硬化処
理した接触疲労強度に優れる鋼製歯車の製造方法を提供
せんとするものである。
ンスミッション等の駆動伝達系に使用される表面硬化処
理した接触疲労強度に優れる鋼製歯車の製造方法を提供
せんとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者等は種々検討を
重ねた結果、従来の加工法と異なり、歯切りまたは歯切
り＋シェービング加工された機械構造用鋼歯車の歯面を
ラッピング加工してその歯面粗さ（Ｒmax)を０．３μｍ
以上１μｍ以下にした後、表面硬化処理する新しい製造
方法を採用すれば、歯面の接触疲労強度が著しく向上す
ることを見出すことにより本発明をなしたものである。
重ねた結果、従来の加工法と異なり、歯切りまたは歯切
り＋シェービング加工された機械構造用鋼歯車の歯面を
ラッピング加工してその歯面粗さ（Ｒmax)を０．３μｍ
以上１μｍ以下にした後、表面硬化処理する新しい製造
方法を採用すれば、歯面の接触疲労強度が著しく向上す
ることを見出すことにより本発明をなしたものである。
【０００９】即ち、本発明の要旨とするところは、機械
構造用鋼を歯切りまたは歯切り＋シェービング加工後
に、歯面を粗さ（Ｒmax)０．３μｍ以上１μｍ以下にラ
ッピング加工し、次いで浸炭処理あるいは窒化処理ある
いは浸炭窒化処理のいずれかの方法と焼入・焼戻処理に
より表面硬化することを特徴とする高接触疲労強度歯車
の製造方法にある。
構造用鋼を歯切りまたは歯切り＋シェービング加工後
に、歯面を粗さ（Ｒmax)０．３μｍ以上１μｍ以下にラ
ッピング加工し、次いで浸炭処理あるいは窒化処理ある
いは浸炭窒化処理のいずれかの方法と焼入・焼戻処理に
より表面硬化することを特徴とする高接触疲労強度歯車
の製造方法にある。
【００１０】
【作用】本発明による高接触疲労強度歯車の製造方法に
おいて、加工の順序としてはラッピング加工後に表面硬
化処理することが必要である。それは表面硬化処理時に
発生する、歯面からほぼ１０μｍの範囲までの軟化層を
界面潤滑材として利用するためである。
おいて、加工の順序としてはラッピング加工後に表面硬
化処理することが必要である。それは表面硬化処理時に
発生する、歯面からほぼ１０μｍの範囲までの軟化層を
界面潤滑材として利用するためである。
【００１１】この軟化層は、例えば昭和５４年８月３０
日日刊工業新聞社発行「浸炭焼入の実際」１８０〜１８
８頁に見られるように、浸炭ガス中の微量のＨ2 ＯやＣ
Ｏ2が鋼材表層中のＣｒやＭｎ等の合金元素と反応して
酸化物を形成しその結果、鋼材表層の焼入性が低下する
ために生じる。ラッピング加工後の歯面の粗さＲmaxを
１μｍ以下に限定したのは、この値を超えると歯面欠陥
が大きくなり、これを起点に疲労クラックが発生してピ
ッチングに成長し接触疲労強度が低下するためである。
日日刊工業新聞社発行「浸炭焼入の実際」１８０〜１８
８頁に見られるように、浸炭ガス中の微量のＨ2 ＯやＣ
Ｏ2が鋼材表層中のＣｒやＭｎ等の合金元素と反応して
酸化物を形成しその結果、鋼材表層の焼入性が低下する
ために生じる。ラッピング加工後の歯面の粗さＲmaxを
１μｍ以下に限定したのは、この値を超えると歯面欠陥
が大きくなり、これを起点に疲労クラックが発生してピ
ッチングに成長し接触疲労強度が低下するためである。
【００１２】歯面の粗さが１μｍ以下であれば応力集中
は殆ど起こらずこの加工痕跡から疲労クラックは全く発
生しない。さらにこのようにして製造した歯面では、接
触の初期において凸部が変形することにより真の接触面
が急激に増大し面圧の実質的な低減に寄与する。この界
面潤滑効果と真の接触面の増加により、接触疲労強度は
顕著に向上する。
は殆ど起こらずこの加工痕跡から疲労クラックは全く発
生しない。さらにこのようにして製造した歯面では、接
触の初期において凸部が変形することにより真の接触面
が急激に増大し面圧の実質的な低減に寄与する。この界
面潤滑効果と真の接触面の増加により、接触疲労強度は
顕著に向上する。
【００１３】またラッピング加工後の歯面の粗さＲmax
を０．３μｍ以上と限定したのは、この値よりも小さい
と浸炭処理時に発生する粒界酸化物の切り欠きとしての
作用が強くなり、亀裂発生を促してかえって接触疲労強
度を劣化させるためである。一方、現在利用されている
加工順序は表面硬化処理後に研削またはラッピング加工
をするために潤滑剤となる軟化層がなくなり接触疲労強
度が大幅に低下する。なお本発明においてラッピング加
工方法自体は特に限定するものではないが、ホワイトア
ランダム（ＷＡ）またはダイヤモンドの２４０番から６
００番の微粉を研磨材として用い、鋳鉄ラップ盤で１〜
５kg／cm2 の圧力をかけて行うことが望まれる。
を０．３μｍ以上と限定したのは、この値よりも小さい
と浸炭処理時に発生する粒界酸化物の切り欠きとしての
作用が強くなり、亀裂発生を促してかえって接触疲労強
度を劣化させるためである。一方、現在利用されている
加工順序は表面硬化処理後に研削またはラッピング加工
をするために潤滑剤となる軟化層がなくなり接触疲労強
度が大幅に低下する。なお本発明においてラッピング加
工方法自体は特に限定するものではないが、ホワイトア
ランダム（ＷＡ）またはダイヤモンドの２４０番から６
００番の微粉を研磨材として用い、鋳鉄ラップ盤で１〜
５kg／cm2 の圧力をかけて行うことが望まれる。
【００１４】また本発明による高接触疲労強度歯車の製
造方法において前記で限定した加工順序及びラッピング
による面の仕上げ状態以外の、浸炭や窒化といった表面
硬化方法等は特に限定するものではなく、現状の歯車製
作における方法をそのまま利用することができる。
造方法において前記で限定した加工順序及びラッピング
による面の仕上げ状態以外の、浸炭や窒化といった表面
硬化方法等は特に限定するものではなく、現状の歯車製
作における方法をそのまま利用することができる。
【００１５】ただし表面硬化処理自体は歯面部の耐接触
疲労特性を向上させるために必須であり、経済的な観点
から考えれば、浸炭：９３０℃×８時間（カーボンポテ
ンシャルＣ．Ｐ．＝０．８５）→油焼入（１２０℃）及
び焼戻：１８０℃×１時間→空冷の条件等が適当であ
る。
疲労特性を向上させるために必須であり、経済的な観点
から考えれば、浸炭：９３０℃×８時間（カーボンポテ
ンシャルＣ．Ｐ．＝０．８５）→油焼入（１２０℃）及
び焼戻：１８０℃×１時間→空冷の条件等が適当であ
る。
【００１６】
【実施例】ＪＩＳ ＳＣＭ４１５Ｈ肌焼鋼を切削加工し
た後、ラッピング加工により基礎円上から刃先円上まで
の表面粗さをＲmax ×０．２−０．８μｍとした。次い
で、浸炭：９３０℃×８hr（Ｃ．Ｐ．＝０．８５）油焼
入（１２０℃）、焼戻：１８０℃×１hr空冷の条件で表
面硬化処理した。
た後、ラッピング加工により基礎円上から刃先円上まで
の表面粗さをＲmax ×０．２−０．８μｍとした。次い
で、浸炭：９３０℃×８hr（Ｃ．Ｐ．＝０．８５）油焼
入（１２０℃）、焼戻：１８０℃×１hr空冷の条件で表
面硬化処理した。
【００１７】比較のための加工方法は現在の歯車の加工
方法に準拠して以下の通りとした。 （その１）切削加工−表面硬化処理、（その２）切削加
工−表面処理−ラッピング加工、（その３）切削加工−
表面処理−研削加工、（その４）切削加工−表面処理−
ショットピーニング、（その５）切削加工−表面処理−
ショットピーニング−ラッピング加工。
方法に準拠して以下の通りとした。 （その１）切削加工−表面硬化処理、（その２）切削加
工−表面処理−ラッピング加工、（その３）切削加工−
表面処理−研削加工、（その４）切削加工−表面処理−
ショットピーニング、（その５）切削加工−表面処理−
ショットピーニング−ラッピング加工。
【００１８】切削は超硬工具で旋削した。切削仕上げ面
粗さはＲmax ：７〜１１μｍである。表面硬化処理条件
は浸炭：９３０℃×８hr（Ｃ．Ｐ．＝０．８５）油焼入
（１２０℃）、焼戻：１８０℃×１hr空冷、である。研
削加工はＷＡの８０番の砥石を用い、粗さＲmax は２．
０μｍである。ラッピング加工はＷＡの４００番から１
０００番の粒度のものを研磨材として用い鋳鉄ラップで
１kg／cm2 の圧力で行い粗さはＲmax ０．２μｍから
０．８μｍである。ショットピーニング条件は、ショッ
ト球：０．６〜１．２mmφでＨｖ６００の鋳鉄球、ショ
ット速度：６０m/s 、ショット時間：５min である。
粗さはＲmax ：７〜１１μｍである。表面硬化処理条件
は浸炭：９３０℃×８hr（Ｃ．Ｐ．＝０．８５）油焼入
（１２０℃）、焼戻：１８０℃×１hr空冷、である。研
削加工はＷＡの８０番の砥石を用い、粗さＲmax は２．
０μｍである。ラッピング加工はＷＡの４００番から１
０００番の粒度のものを研磨材として用い鋳鉄ラップで
１kg／cm2 の圧力で行い粗さはＲmax ０．２μｍから
０．８μｍである。ショットピーニング条件は、ショッ
ト球：０．６〜１．２mmφでＨｖ６００の鋳鉄球、ショ
ット速度：６０m/s 、ショット時間：５min である。
【００１９】また、ローラピッチング試験条件は次の通
りである。 ヘルツ応力Ｐmax ：３００kgf/mm2 及び３３０kgf/mm2 周速度 ：８２m/min(小歯車−試験片）１１４
m/min(大歯車） 滑り率 ：４０％ 寿命判定基準 ：ピッチング損傷の寸法が０．５φmm
に到達するまでの回転数。回転数が１０7 に到達した場
合は試験を中止し、寿命は１０7 以上とした。
りである。 ヘルツ応力Ｐmax ：３００kgf/mm2 及び３３０kgf/mm2 周速度 ：８２m/min(小歯車−試験片）１１４
m/min(大歯車） 滑り率 ：４０％ 寿命判定基準 ：ピッチング損傷の寸法が０．５φmm
に到達するまでの回転数。回転数が１０7 に到達した場
合は試験を中止し、寿命は１０7 以上とした。
【００２０】
【表１】
【００２１】表１から明らかなように本発明例の接触疲
労寿命はいずれのヘルツ応力の場合にも比較例の疲労寿
命と比較して著しく高い。
労寿命はいずれのヘルツ応力の場合にも比較例の疲労寿
命と比較して著しく高い。
【００２２】
【発明の効果】本発明の製造法によれば歯面の接触疲労
強度を向上させることができる。
強度を向上させることができる。
Claims (6)
- 【請求項１】 機械構造用鋼を歯切り加工後に、歯面を
粗さ（Ｒmax)０．３μｍ以上１μｍ以下にラッピング加
工し、次いで浸炭処理と焼入・焼戻処理により表面硬化
することを特徴とする高接触疲労強度歯車の製造方法。 - 【請求項２】 ラッピング加工後窒化処理と焼入・焼戻
処理により表面硬化することを特徴とする請求項１記載
の高接触疲労強度歯車の製造方法。 - 【請求項３】 ラッピング加工後浸炭窒化処理と焼入・
焼戻処理により表面硬化することを特徴とする請求項１
記載の高接触疲労強度歯車の製造方法。 - 【請求項４】 機械構造用鋼を歯切り及びシェービング
加工後に、歯面を粗さ（Ｒmax)０．３μｍ以上１μｍ以
下にラッピング加工し、次いで浸炭処理と焼入・焼戻処
理により表面硬化することを特徴とする高接触疲労強度
歯車の製造方法。 - 【請求項５】 ラッピング加工後窒化処理と焼入・焼戻
処理により表面硬化することを特徴とする請求項４記載
の高接触疲労強度歯車の製造方法。 - 【請求項６】 ラッピング加工後浸炭窒化処理と焼入・
焼戻処理により表面硬化することを特徴とする請求項４
記載の高接触疲労強度歯車の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24819292A JPH0691440A (ja) | 1992-09-17 | 1992-09-17 | 高接触疲労強度歯車の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24819292A JPH0691440A (ja) | 1992-09-17 | 1992-09-17 | 高接触疲労強度歯車の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0691440A true JPH0691440A (ja) | 1994-04-05 |
Family
ID=17174577
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24819292A Pending JPH0691440A (ja) | 1992-09-17 | 1992-09-17 | 高接触疲労強度歯車の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0691440A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999024739A1 (de) * | 1997-11-06 | 1999-05-20 | Bühler AG | Zahnrad |
| CN103071986A (zh) * | 2013-01-11 | 2013-05-01 | 安徽省临泉县智创精机有限公司 | 同步带轮支承轴的加工工艺 |
-
1992
- 1992-09-17 JP JP24819292A patent/JPH0691440A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999024739A1 (de) * | 1997-11-06 | 1999-05-20 | Bühler AG | Zahnrad |
| CN103071986A (zh) * | 2013-01-11 | 2013-05-01 | 安徽省临泉县智创精机有限公司 | 同步带轮支承轴的加工工艺 |
| CN103071986B (zh) * | 2013-01-11 | 2016-10-26 | 安徽省临泉县智创精机有限公司 | 同步带轮支承轴的加工工艺 |
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