JPH07112231A

JPH07112231A - 焼結歯車の製造方法

Info

Publication number: JPH07112231A
Application number: JP25874593A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Fujiwara; 康之藤原; Noritaka Miyamoto; 典孝宮本; Masazumi Onishi; 昌澄大西; Toshiaki Tanaka; 利秋田中; Atsushi Danno; 敦団野; Mikio Kondo; 幹夫近藤
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1993-10-15
Filing date: 1993-10-15
Publication date: 1995-05-02
Anticipated expiration: 2017-04-30
Also published as: JP3278262B2

Abstract

(57)【要約】【目的】焼結の際におけるオーステナイト結晶粒の粗大
化の影響を引き継ぐため歯部の強度増加には限界がある
焼結歯車において、歯部の強度特に歯元の疲労強度を向
上させるのに有利な焼結歯車の製造方法を提供する。【構成】焼結体からなるＦｅ−Ｎｉ系の素材を用い、素
材の外周部である歯形成部の表面緻密化加工を施した
後、約１０ｍｍの深さで約１１５０°Ｃ程度に高周波誘
導加熱し、歯形成部がオーステナイト化領域となる加熱
工程と、歯形成部に転造型を強圧して転造により欠陥の
少ない歯部を創成し、転造に伴う加工熱処理により歯部
付近の結晶粒の微細化を図り、更に歯形成部の温度をＡ
_r1変態点以下とする熱間転造工程と、歯部付近を高周波
誘導加熱した後に急冷し、焼入硬化層を形成する高周波
焼入工程を順に実施する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、焼結体または焼結鍛造
体で構成された焼結歯車の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、溶製品に切削加工を施して歯
部を創成する切削歯車が提供されている。更に近年、切
削歯車に代わり、粉末冶金で形成する焼結歯車の開発が
盛んに行われている。焼結歯車は、切削加工で歯部を創
成しないので、高コスト化しがちの歯部切削加工費を省
略でき、難削材からなる歯車に適する。

【０００３】この焼結歯車を製造する方法として、従来
より、金属粉末の圧縮成形時に歯部を同時に形成した圧
粉体を用い、その圧粉体を焼結して焼結体とし、その
後、焼結体に浸炭焼入焼き戻し処理、水蒸気処理を適宜
行なうことが行われている。しかしこの方法では歯部を
切削加工で創成する工程を省略できるものの、焼結温度
は一般的に１０５０〜１１５０°Ｃと極めて高温であ
り、特に高温焼結の場合には１２５０°Ｃ付近の高温領
域に加熱され、しかも焼結時間は長時間であるため、焼
結の際にオーステナイト結晶粒の粗大化を招き、これが
常温の焼結体にも引き継がれる。そのため焼結歯車では
歯部の強度の向上には限界がある。圧粉体を形成する際
に微細な金属粉末を用いることも、結晶粒の粗大化防止
には有効であるが、焼結の際に粉末粒子同士が接合する
ので、これにも限界がある。更にこの焼結歯車では、歯
部に空孔が残留し空孔の切欠作用をも受けるため、歯部
の強度の向上には限界がある。

【０００４】更に特開昭６０−４０６３８号公報には、
焼結体からなる素材に冷間転造を施して最終歯形を形成
する歯車の製造方法が開示されている。この方法では転
造により空孔が潰れて歯部の表面の緻密化が期待でき、
更に冷間転造に伴う加工硬化により歯部の強化も期待で
きる。しかし、焼結の際にオーステナイト結晶粒が粗大
化し、これが常温の焼結体にも引き継がれるため、前述
同様に歯部の強度の向上には限界がある。更に冷間転造
のため、歯車の材質も塑性加工し易いものに制約され
る。

【０００５】更に特開昭４９−６３６４６号公報には、
転造代の大きさと強度との間に相関性があることに着目
し、最終製品と類似した形状をなし且つ所定の転造代を
備えた焼結体を用い、その焼結体に冷間仕上転造を施し
た後に熱処理する焼結機械部品の製造方法が開示されて
いる。しかしこの方法においても、焼結の際におけるオ
ーステナイト結晶粒の粗大化の影響を受けるので、歯部
の強度の向上には限界がある。

【０００６】更に特開昭５２−５６４６号公報には、２
個の回転軸の軸端面で熱間状態の円板素材を挟持し、回
転軸の回転により円板素材を回転させつつ、円盤素材の
外周部に転造工具を押し付けて転造する方法が開示され
ている。この円板素材は溶製品と推定される。また、例
え焼結体を用いたとしても、そのまま加熱して熱間転造
すると、表面下に空隙が多いため内部まで酸化され易
く、さらに成形時に割れが発生しやすいため、健全な成
形品が得られないという問題がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した焼
結の際におけるオーステナイト結晶粒の粗大化の影響を
引き継ぐため歯部の強度増加には限界があるという従来
法の焼結歯車の実情に鑑みなされたものであり、歯部付
近の結晶粒の微細化、緻密化を図ることにより、歯部の
強度、特に歯元の疲労強度を向上させるのに有利な焼結
歯車の製造方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は上記した目的
のもとに開発を進め、焼結歯車において焼結に伴い発生
する粗大化オーステナイト結晶粒に起因する不具合を回
避すべく、熱間転造に伴う加工により結晶粒微細化を図
り、結晶粒微細化による歯部の強度の向上をねらったも
のである。勿論、転造に伴う緻密化による残留空孔の除
去による歯部の強度増加をも期待できる。

【０００９】即ち、本発明の焼結歯車の製造方法は、焼
結処理が施された焼結体または焼結鍛造体からなり歯部
となる歯形成部を備えた鉄系の素材と、突歯型部を備え
た転造型とを用い、少なくとも素材の歯形成部がオース
テナイト化領域となる様に素材を加熱する加熱工程と、
加熱された熱間状態の素材に転造型の突歯型部を強圧し
て素材に歯部を転造し、素材の歯形成部に歯部を創成す
る熱間転造工程とを順に実施することを特徴とするもの
である。

【００１０】本発明方法に係る熱間転造工程は、歯形成
部がオーステナイト・フェライト相の領域である時に転
造する形態、歯形成部が安定オーステナイトの領域であ
る時に転造する形態、歯形成部が過冷または準安定オー
ステナイトの領域である時に転造する形態、歯形成部が
パーライト変態中において転造する形態のいずれでも良
く、要するに加工による結晶粒微細化効果を期待できれ
ば良い。

【００１１】熱間転造工程の前に、素材の歯形成部に表
面緻密化工程を実施することが好ましい。表面緻密化工
程は、歯形成部に回転ロールのロール面を強圧する予備
転造であることが好ましい。とくに、焼結体の密度が低
い場合には、表面緻密化工程を施すことにより、加熱時
の表面酸化の抑制と歯転造時に生じ易い割れ欠陥の抑制
を有効に図ることができ、健全な歯車を成形することが
できるので好ましい。

【００１２】熱間転造工程の後に、歯部の表層及び歯底
面の表層を高周波誘導加熱した後に急冷し、焼入硬化層
を形成する高周波焼入工程を実施することが好ましい。
また熱間転造工程の後に、オーステナイト生成温度以下
で行われる窒化処理、軟窒化処理、水蒸気処理、ショッ
トピーニング処理のうち少なくとも１つの処理を実施
し、少なくとも歯部及び歯底面に表面硬化層を形成する
ことも好ましい。

【００１３】また本発明の方法の加熱工程では、素材を
高周波誘導加熱して素材の歯形成部をオーステナイト化
領域に加熱すると共に、素材の歯形成部の内側領域を歯
形成部よりも低い温度に維持し、内側領域の剛性を歯形
成部よりも高めることが好ましい。熱間転造の際におけ
る素材の内側領域の変形阻止に有利だからである。

【００１４】

【作用】熱間転造工程において、加工による結晶粒微細
化が生じるので、歯部の強度は向上する。また熱間転造
に伴う、緻密化による残留空孔の除去効果による強化も
期待できる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明方法の実施例を説明する。この
例は『円筒はすば歯車』を製造する例である。（圧粉工程、焼結工程）本方法では、原料粉末として、
アトマイズ処理した鋼系の合金鋼粉末（平均粒径２０μ
ｍ程度）を用いる。合金鋼粉末の基本組成は合金鋼粉末
を１００％としたとき重量％でＦｅ−２％Ｎｉ−０．５
％Ｍｏである。この合金粉末は鉄粉末粒子の表面にＮｉ
の微粉末粒子とＭｏの微粉末粒子をワックスで付着して
被覆したものである。この様にＮｉを２％含む鋼系組成
の溶製品では切削加工は容易ではない。

【００１６】そして、この合金粉末と黒鉛粉末とステア
リン酸亜鉛とを混合した混合粉末を用いる。混合粉末で
は、混合粉末全体を１００％としたとき、重量％で黒鉛
粉末が０．５５％、ステアリン酸亜鉛が０．８％と混合
されている。この混合粉末を粉末冶金成形型により成形
圧力８ｔ／ｃｍ²にて圧縮して圧粉体を得る。圧粉体
は、中央孔を有する円盤状をなしている。

【００１７】この圧粉体を窒素−水素雰囲気にて通常１
１３０°Ｃで４０分間加熱して焼結し、その後常温域に
冷却して焼結体を得る。この焼結体では、鉄粉末粒子に
被覆されていたＮｉは拡散され、基本的にはパーライト
の組織であり、これにＮｉリッチのマルテンサイト、ベ
イナイト、フェライトが混合した組織となる。ところ
で、焼結の際には高温で長い時間加熱されるので、前述
した従来の焼結歯車と同様にオーステナイト結晶粒の粗
大化が生じ、これが常温域まで引き継がれているため、
常温域でも焼結体の組織の結晶粒は粗大化しており、こ
のままでは歯元強度の高い良好な歯車を得るのに不利で
ある。

【００１８】上記の様に焼結体を形成したら、次に常温
域にて焼結体をサイジングして寸法矯正する。これによ
り、図１に示す断面形状を備えると共に小孔１ｂ及び中
央孔１ｃを有する円盤状の素材１を得る。素材１の密度
７．１ｇ／ｃｍ²である。サイジング処理では、素材１
の外周部である歯形成部１０のしごき代は０．１〜２ｍ
ｍとされ、これにより歯形成部１０は緻密化され、歯形
成部１０における残留空孔が軽減または解消される。こ
の様にすれば残留空孔による欠陥を解消するのに有利で
ある。

【００１９】本方法では必要に応じて表面緻密化もかね
て予備転造する。予備転造の場合には、図２に示す様に
外周部にリング状にのびる突部２０を同軸的にロール面
２１ｃに備えた回転ロール２１と、回転ロール２１に装
備された拘束盤２２とを用い、回転ロール２１の突部２
０をそれの径方向に相対移動させて素材１の歯形成部１
０に押し込む。この際には拘束盤２２を素材１の端面１
ｄに宛てがい、素材１の肉が側方にはみ出さぬ様にす
る。上記した予備転造により、歯形成部１０の表層では
残留空孔が解消または軽減され、緻密化される。なお予
備転造代は素材１の半径方向において１〜２ｍｍ程度に
できるが、これに限定されるものではない。

【００２０】（加熱工程）次に、図３に示す誘導コイル
加熱装置４を用い、常温域に冷却した素材１を誘導コイ
ル加熱装置４にセットする。即ち、図３に示す様に素材
１の中央孔１ｃに回転支持治具４１を配置すると共に、
誘導コイル４０と素材１とを同軸的に配置して誘導コイ
ル４０の内周部と素材１の外周部とを同軸的に対面させ
る。そして。回転支持治具４１により素材１を矢印Ａ１
方向に回転させつつ、誘導コイル４０に高周波電流を通
電して、素材１の外周部である歯形成部１０を高周波誘
導加熱する。これにより素材１の歯形成部１０（図３に
おいて斜線で示される領域）は、約１０ｍｍの深さで約
１１５０°Ｃ程度に加熱され、オーステナイト化され
る。なお誘導加熱条件は適宜選択できるが、電力が１０
０ｋＷ、周波数が１０ｋＨｚ、加熱時間が２０秒とす
る。

【００２１】更にまた図４に示す様なチャック装置５を
用いて素材１を転造盤６に移す。このチャック装置５
は、図４に示す様に、円錐面５０を備えた金属製のコレ
ット５１と、周方向に複数個に分割された金属製の分割
リング５４と、リング状をなす金属製の拘束パンチ５５
〜５７とを備えている。そして、コレット５１を軸方向
つまり矢印Ｂ１方向に移動させることにより分割リング
５４を半径方向外方向つまり矢印Ｃ１方向に拡径させて
分割リング５４の外周面を素材１の中央孔１ｃの内周面
を密接させて保持すると共に、拘束パンチ５５〜５７を
矢印Ｄ１方向に移動させて拘束パンチ５５〜５７の端面
５５ａ〜５７ａで素材１の端面１ｄを挟持する。このと
き図４から理解できる様に、歯形成部１の軸面１０ｃは
拘束パンチ５５〜５７に接触しない様にする。歯形成部
１をできるだけ高温に維持するためである。

【００２２】この状態で図５に示す様に、転造盤６に装
備されている扇型の補助誘導コイル６０と素材１の歯形
成部１０とを対面させ、転造盤６において転造直前に高
周波誘導加熱により盤内加熱する。この盤内加熱は、主
として、素材１の着脱移動時の温度低下を補充するもの
である。盤内加熱の条件は適宜選択できるが、電力が１
００ｋＷ、周波数が１０ｋＨｚ、加熱時間が１５秒であ
る。盤内加熱により、素材１の外周部である歯形成部１
０（図５において塗り潰されている領域）は、約１０ｍ
ｍの深さで約１１５０°Ｃ程度となる。この際、素材１
の中心域即ち中央孔１ｃ付近温度は３５〜１００°Ｃ、
特に４０〜８０°Ｃであり、歯形成部１０の温度と比較
して甚だ低いものである。

【００２３】この様に歯形成部１０のみ集中的に高温と
なるのは、第１に、焼結した直後で全体が高温状態の素
材を用いるのではなく、一旦全体を常温域に冷やした素
材１を用いていること、第２に、高周波誘導電流に起因
する表皮効果により素材１の歯形成部１０の表層部が集
中して昇熱する高周波誘導加熱であること、第３に、歯
形成部１の軸面１０ｃは拘束パンチ５５〜５７に接触し
ない様にされていること、第４に、拘束パンチ５５〜５
７、分割リング５４及びコレット５１が素材１の中心域
の端面１ｄに接触しているため、端面１ｄから拘束パン
チ５５〜５７、分割リング５４及びコレット５１への伝
熱が大きいこと等に起因していると考えられている。こ
の意味で拘束パンチ５４〜５７、分割リング５４及びコ
レット５１に冷却ジャケットや冷却通路を装備する等し
て、これらを強制冷却構造にすることが好ましい。

【００２４】（熱間転造工程）この工程では図５に示す
油圧押込式の転造盤６を用いている。転造盤６は、はす
ば状をなす多数個の突歯型部６４ａ、６５ａを外周部に
そって備えた構造のピニオン型の鋼製の一対のダイス６
４、６５を有する。ダイス６４、６５は駆動機構により
回転駆動される様になっている。なおダイス６４、６５
は水冷構造にできる。

【００２５】そして、一対のダイス６４、６５を矢印Ｅ
１方向に駆動回転させつつ、そのダイス６４、６５をそ
れぞれの油圧シリンダにより矢印Ｆ１方向に移動させて
互いに接近させる。これによりダイス６４、６５の突歯
型部６４ａ、６５ａを素材１の歯形成部１０に押し込
み、熱間転造加工する。この際、素材１は従動して回
り、同様にコレット５１、分割リング５４、拘束パンチ
５５〜５７も従動して回る。

【００２６】この様な熱間転造により素材１の歯形成部
１０の組織の結晶粒は微細化される。上記した様に誘導
加熱温度は１１５０°Ｃのため、熱間転造開始温度は１
０５０°Ｃ、熱間転造終了温度はＡ_r1変態点以下つまり
５６０〜６３０°程度である。さて図６はダイス６４の
要部を示す。図６に示す様に、ダイス６４は、回転可能
な作動軸６４ｂと、作動軸６４ｂに装備され突歯型部６
４ａを有するダイス本体６４ｃと、素材１の端面を拘束
する拘束盤６４ｄと、拘束盤６４ｄを押さえる押え板６
４ｅと、カラー６４ｆとを備えている。なおダイス６５
もダイス６４と基本的には同じ構成である。

【００２７】熱間転造工程における押込荷重、転造時間
等の諸条件は、素材１の材質等に応じて適宜選択できる
が、一般的には押込荷重は４〜６トン、転造時間は４〜
１３秒例えば７秒にできる。この様な熱間転造工程によ
り、図７〜図９に示す様な『はすば歯車』である歯部７
０を備えた焼結歯車７が製造される。歯部７０の断面は
図９に示されている。図９に示す様に、歯部７０は歯面
７１、歯先面７２、歯底面７３で区画されている。

【００２８】上記加熱工程において素材１の歯形成部１
０の表層を高温域にできるにもかかわらず、素材１の中
心域つまり中央孔１ｃ付近の温度を低温に維持できるの
で、素材１の中心域は剛性が確保され、従って加熱工程
後の熱間転造工程において素材１の中心域はあたかも芯
体あるいは剛体のごとく機能する。従って、本方法の熱
間転造工程では転造による加工力は素材１の中心域まで
分散されることなく、素材１の歯形成部１０に集中させ
ることができる。従って歯部７０の創成が短時間のうち
に良好に確保される。更に加工力が素材１の中心域まで
分散されることなく、表層側である歯形成部１０に集中
するので、歯形成部１０における単位体積あたりの加工
力が高くなり、歯形成部１０付近における結晶粒微細化
効果、緻密化効果も大きくなる。

【００２９】しかも熱間転造工程において素材１の中心
域は剛性が高く維持されるので、転造加工時における中
心域の変形防止に有利であり、寸法精度が確保される。
更に転造加工の際には、前述した様に拘束パンチ５５〜
５７の端面５５ａ〜５７ａで素材１の端面１ｄを拘束挟
持しているので、素材１の中央域の変形は一層確実に防
止され、歯車の寸法精度を一層向上させるのに有利であ
る。

【００３０】ところで、歯車では最も強度が要請される
のは一般的には歯部７０の歯元７０ｃである。この点本
方法では、歯車の半径方向における中心域の組織におい
ては熱間鍛造の際の加工力があまり作用しないので、歯
車の中心域の組織においては結晶粒の微細化効果は基本
的には得られないが、前述した様に歯形成部１０では上
記した熱間転造加工に伴う加工熱処理により結晶粒は微
細化されるので、歯部７０の歯面７１、歯先面７２、歯
底面７３の組織の結晶粒は微細化され、歯部７０の強度
向上に有利であり、歯元の疲労強度の増加に貢献でき
る。

【００３１】上記の様にして製造した歯車７は、モジユ
ール２．６、ねじれ角２０°右、歯先円直径８５．８ｍ
ｍ、密度７．２〜７．６ｇ／ｃｍ²で、とくに歯元にお
いて密度が高い。なお熱間転造工程が完了した後におけ
る歯部７０付近の組織の粒径は約３〜８μｍ、例えば５
μｍ程度と考えられ、試験で確認されている。

【００３２】（高周波焼入工程）次に高周波て誘導加熱
した後焼入を行う。焼入温度はオーステナイト化温度
（Ａ_C3点）から＋１００°Ｃ程度とすることが、結晶粒
の粗大化防止の観点から好ましい。本方法では、周波数
３ｋＨｚで出力１２００ｋＷｓｅｃの高周波電力量を印
加して誘導加熱することにより、歯部７０付近がＡ_c1変
態点以下の温度領域つまり約６５０°Ｃとなる様に予熱
する。予熱により残留歪み除去効果が期待できる。また
歯車７の歯部７０付近の結晶の粗大化を抑止しつつ、歯
部７０の温度をできるだけ高温に維持できる効果も期待
できる。

【００３３】その後、歯部７０の表層がＡ_c3変態点を越
えオーステナイト化する様に本加熱する。このとき歯部
７０のうち最も強度が要請される歯元７０ｃが最も高温
度となるように誘導加熱の条件を設定する。即ち、周波
数４０ｋＨｚで６２ｋＷｓｅｃの高周波電力量とし、歯
部７０の歯元７０ｃ付近が７５０〜８５０°Ｃ、歯先付
近が７５０〜８００°Ｃとなる様に急熱する。この様な
本加熱の時間は、０．３〜１．０秒程度、例えば０．５
秒程度と極く短時間である。

【００３４】この様な本加熱後、直ちにシャワー水で急
冷することにより焼入を実施し、これにより図１０に示
す様に歯車７の歯面７１、歯先面７２及び歯底面７２の
輪郭にそった輪郭焼入層７８が得られる。この様な輪郭
焼入層７８が得られるのは、高周波誘導加熱による本加
熱時間が０．３〜１．０秒程度と極く短時間であり、
『表皮効果』で集中的に誘導加熱され、歯部７０の内部
への伝熱が制限されるためと考えられている。次に焼戻
し処理を行なう。焼戻し処理は、１６０°Ｃで１時間歯
車７を加熱して行う。

【００３５】ところで本方法では、前述した様に高周波
誘導加熱による本加熱時間が０．３〜１．０秒程度と極
く短時間であるため、結晶粒の粗大化を回避でき、加工
熱処理で微細化した結晶粒がそのままオーステナイト結
晶粒でも引き継がれ、その状態でマルテンサイト化する
ので、旧オーステナイト結晶粒の微細組織が確保され、
輪郭焼入層７８を構成するマルテンサイト組織も微細と
なる。

【００３６】更に本方法では輪郭状をなす輪郭焼入層７
８は、マルテンサイト化に伴い歯面７１、歯先面７２、
歯底面７３の輪郭にそって体積膨張している。この場合
には、歯部７０全体が焼入された場合に比較して、表面
焼入層７８には効果的に圧縮残留応力が付与され、歯元
７０ｃの強度向上に有利である。本方法で形成した輪郭
焼入層７８は、基本的には、体積％でマルテンサイトが
８０％程度であり、また硬さがＨｖ７００〜８５０、深
さが歯元７０ｃで約０．８ｍｍ、歯底近傍で約０．６５
ｍｍである。

【００３７】また歯車７の中心域の組織は基本的にはパ
ーライト組織である。既述した様に歯車の中心域には加
工熱処理に伴う微細化効果は及びにくいので、歯車７の
中心域のパーライト組織の粒径は、従来の焼結歯車と同
様に、焼結時における粗大化したオーステナイトの結晶
粒の影響を基本的には引き継いでいるが、歯車では最も
強度が要請されるのは歯元７０ｃであるため、歯元７０
ｃの強度増加が期待できる限り、実用上問題はない。ま
た、焼入後に１５０℃×９０分の焼戻し処理を行なっ
た。

【００３８】なお、一般的にはこの歯部７０は最終形状
となるものであるが、場合によっては後処理としてホー
ニング加工等の仕上加工するものでも良い。ところで、
図１１は表面緻密化工程、加熱工程、熱間転造工程、高
周波焼入工程、焼戻し工程の各工程を実施する際の熱履
歴を示すグラフである。（ショットピーニング）上記した様に高周波焼入、焼戻
し処理した歯車７を、必要に応じてショットピーニング
処理しても良い。ショットは微小鋼球の他にグリッド、
砂でも良い。ショットピーニング処理の条件は適宜選択
できるが、エアノズルタイプの場合には、ショット粒径
が直径が０．３〜０．８ｍｍ、ショット硬さがＨｖ５０
０〜７２０、エア圧２〜５ｋｇ／ｃｍ²、ショット時間
が１５〜３０秒、アークハイト０．４〜０．７ｍｍであ
り、これにより圧縮残留応力は４０〜９０ｋｇｆ／ｍｍ
²にできる。

【００３９】（表面硬化層）上記した高周波焼入処理に
代えて、水蒸気処理で表面に酸化鉄の被膜を表面硬化層
として形成したり、窒化処理や軟窒化処理により窒化層
を表面硬化層として形成することもできる。これらの処
理により歯部７０の表面硬さが向上し、耐摩耗性や強度
が向上する。しかもこれらの処理の温度は一般的にはＡ
₁変態点以下であるため、加工による結晶粒微細化効果
を阻害することなく、酸化鉄の被膜、窒化層等による効
果を加味でき、従って歯部７０の一層の強化を図り得
る。

【００４０】水蒸気処理の条件は適宜選択できるが、例
えば、温度が５５０〜５８０°Ｃ、時間が６０〜１２０
分、蒸気圧が１〜３ｋｇｆ／ｃｍ²、酸化鉄の被膜の厚
みが３〜７μｍ、表面硬さがＨｖ２８０〜３６０にでき
る。窒化処理の条件は適宜選択できるが、例えば、イオ
ン窒化で温度５６０〜５８０°Ｃ、時間が１８０〜２４
０分、減圧度が０．１〜１０ｔｏｒｒ、雰囲気が窒素と
アンモニアガスの混合、プラズマ電流が８Ａ、窒化層の
厚みが１０〜３５μｍ、窒化層の硬さがＨｖ４５０〜９
５０である。

【００４１】軟窒化処理の条件は適宜選択できるが、例
えば、ガス軟窒化で温度５６０〜５８０°Ｃ、時間が１
８０〜２４０分、雰囲気が窒素とアンモニアとプロパン
ガスの混合、窒化層の厚みが１５〜４０μｍ、窒化層の
硬さがＨｖ５５０〜１０００である。（他の緻密化処理）上記した例では前述した様にサイジ
ング処理により焼結体からなる素材１の歯形成部１０を
緻密化しているが、緻密化処理としてはサイジングに限
らず他の処理でも良い。例えば、ＨＩＰ処理、ＣＩＰ処
理、鍛造等の方法の他に、冷間でしごき加工したり、冷
間でラジアル鍛造したりすることもできる。しごき加工
の場合には、図１２に示す様に傾斜角θ１の円錐面状を
なすしごき加工面８０を備えたしごき型８１を用い、素
材１を矢印Ｋ１方向に強圧して行うことができる。

【００４２】またラジアル鍛造することもできる。この
場合には図１２に示す様に、中心点８４ｃ中心として放
射方向に配置された多数個の分割型８４を用い、その中
央に素材１を配置した状態で、分割型８４を放射方向の
内方に締め、これにより分割型８４の内周部で素材１の
歯形成部１０を強圧して緻密化する。また場合によって
は歯形成部１０にショットを投射するショットピーニン
グ処理により歯形成部１０の緻密化を図っても良い。

【００４３】（更なる他の例）上記した例では粉末冶金
で形成した焼結体からなる素材１を用いているが、これ
に限らず粉末冶金と鍛造とを複合化した焼結鍛造体から
なる素材を採用することもできる。また歯車を構成する
合金粉末の組成は上記したものに限定されるものではな
く、必要に応じて適宜選択できる。上記した例では円筒
はすば歯車の製造に適用しているが、これに限定される
ものではなく、円筒平歯車、或いは他の種の歯車でも良
い。また誘導加熱条件等の製造条件は上記した方法の条
件値に限定されるものではなく、本発明方法の要旨を逸
脱しない範囲で必要に応じて適宜変更できるものであ
る。

【００４４】

【発明の効果】本発明の方法によれば、焼結の際におけ
るオーステナイト結晶粒の粗大化の影響を引き継ぐため
強度増加に限界がある焼結歯車であっても、熱間転造加
工により、歯部付近の結晶粒の微細化を図ることがで
き、従って焼結歯車の歯部の強度特に歯元の疲労強度を
向上させるのに有利である。

【００４５】また、表面緻密化加工後、熱間転造するこ
とにより、成形性の悪い焼結体を用いても欠陥の少ない
より健全な歯車に成形することが可能となる。本発明の
方法によれば、勿論、転造に伴う緻密化による残留空孔
の軽減効果による強度増加をも期待できるので、歯部の
強度を一層向上させるのに有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】素材の断面図である。

【図２】素材の歯形成部を予備転造している状態の断面
図である。

【図３】加熱工程において素材の歯形成部を誘導加熱し
ている状態の構成図である。

【図４】素材を保持したチャック装置の断面図である。

【図５】一対のダイスを備えた転造盤を概略して示す構
成図である。

【図６】ダイスの要部を示す断面図である。

【図７】転造された歯部を備えた歯車の断面を示し、図
８のＷ−Ｗ線断面図である。

【図８】転造された歯部を備えた歯車の半分を示す平面
図である。

【図９】転造された歯部の断面図である。

【図１０】輪郭焼入層を備えた歯部の断面図である。

【図１１】本方法の熱履歴を示すグラフである。

【図１２】緻密化工程としてのしごき加工を示す構成図
である。

【図１３】緻密化工程としてのラジアル鍛造を示す構成
図である。

【符号の説明】

図中、１は素材、１０は歯形成部、６４、６５はダイ
ス、６４ａ、６５ａは突歯型部、７は歯車、７０は歯
部、７３は歯底面、７８は輪郭焼入層（焼入硬化層）を
示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ２３Ｐ 15/14 7528−3ＣＣ２１Ｄ 1/42 Ａ 8/00 Ｚ 7217−4Ｋ 9/32 Ａ (72)発明者宮本典孝愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者大西昌澄愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者田中利秋愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者団野敦愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者近藤幹夫愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】焼結処理が施された焼結体または焼結鍛造
体からなり歯部となる歯形成部を備えた鉄系の素材と、突歯型部を備えた転造型とを用い、少なくとも該素材の該歯形成部がオーステナイト化領域
となる様に該素材を加熱する加熱工程と、加熱された熱間状態の該素材に該転造型の該突歯型部を
強圧して該歯形成部を転造することにより、該素材の該
歯形成部に歯部を創成する熱間転造工程とを順に実施す
ることを特徴とする焼結歯車の製造方法。
【請求項２】熱間転造工程の前に、該素材の該歯形成部
に表面緻密化工程を実施することを特徴とする請求項１
に記載の焼結歯車の製造方法。
【請求項３】表面緻密化工程は、該歯形成部に回転ロー
ルのロール面を強圧する予備転造であることを特徴とす
る請求項２に記載の焼結歯車の製造方法。
【請求項４】熱間転造工程の後に、該歯部の表層及び歯
底面の表層を高周波誘導加熱した後に急冷し、焼入硬化
層を形成する高周波焼入工程を実施することを特徴とす
る請求項１に記載の焼結歯車の製造方法。
【請求項５】熱間転造工程の後に、オーステナイト生成
温度以下で行われる窒化処理、軟窒化処理、水蒸気処
理、ショットピーニング処理のうち少なくとも１つの処
理を実施し、少なくとも該歯面及び該歯底面に表面硬化
層を形成することを特徴とする請求項１に記載の焼結歯
車の製造方法。
【請求項６】加熱工程では、該素材を高周波誘導加熱し
て該素材の該歯形成部をオーステナイト化領域に加熱す
ると共に、該素材の該歯形成部の内側領域を該歯形成部
よりも低い温度に維持し、該内側領域の剛性を該歯形成
部よりも高めることを特徴とする請求項１に記載の焼結
歯車の製造方法。