JPH08243841A

JPH08243841A - 高周波焼入れ用歯車粗形材及びその転造ダイス

Info

Publication number: JPH08243841A
Application number: JP5105895A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Tsunoda; 佳介角田; Noritaka Miyamoto; 典孝宮本; Masazumi Onishi; 昌澄大西
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1995-03-10
Filing date: 1995-03-10
Publication date: 1996-09-24

Abstract

(57)【要約】【目的】歯底円から突出し、ねじれ角を有する歯部が形
成された歯車であっても、輪郭焼入れ硬化層を形成した
場合に、高精度であり、かつ優れた耐久性を発揮可能な
歯車が得られるようにする。【構成・作用】高周波焼き入れ前の歯車粗形材Ｗ₁は、
歯底円Ｒから突出し、ねじれ角θを有する歯部Ｔが形成
され、歯部Ｔは歯直角歯厚が歯幅方向の両端部まで略等
しく形成されている。この歯車粗形材Ｗ₁に高周波焼入
れ処理を施した場合、歯部Ｔが従来のような鋭角部Ｓを
一部欠いているため、エッジ効果が抑制されて輪郭焼入
れ硬化層がほぼ均一に形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、はす歯歯車、ねじ歯
車、まがり歯かさ歯車、ハイポイドギア、ウォームギア
等のように、歯底円から突出し、ねじれ角を有する歯部
が形成された歯車に関する。より詳細には、輪郭焼入れ
硬化層を形成するためのその高周波焼入れ用歯車粗形材
と、その高周波焼入れ用歯車粗形材の転造ダイスとに関
する。

【０００２】

【従来の技術】歯車を製造する場合、機械加工による方
法では、まずこの加工により歯車素材に歯部を賦形し、
歯車粗形材を成形する。また、熱間転造加工により歯車
素材に歯部を賦形し、歯車粗形材を成形することもなさ
れる。次いで、これらの歯車粗形材に浸炭焼入れ処理や
高周波焼入れ処理を施し、歯部に焼入れ硬化層を形成す
る。特にインラインでの製造工程では、工程の簡易性の
観点から、熱間転造加工により歯車粗形材を成形し、歯
車粗形材に高周波焼入れ処理をすることがなされてい
る。こうして得られた製品としての歯車は、焼入れ硬化
層により、優れた耐摩耗性及び強度を発揮する。

【０００３】また、近年、歯車粗形材の歯部に対し、適
正な高周波を高出力で短時間だけ付与する高周波焼入れ
処理が開発されている（特開昭６１−５６２４３号公
報）。この高周波焼入れ処理により得られた歯車では、
歯部の歯形に沿った輪郭焼入れ硬化層が形成され、歯車
としての疲労強度が高められている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、歯車として、
図１５に示すはす歯歯車のように、歯底円Ｒから突出
し、ねじれ角（軸Ｘと平行な線Ｘ’を歯底円Ｒ上に仮定
した場合、歯底ツルマキ線Ｈが線Ｘ’となす角度）θを
有する歯部Ｔが形成されたものを製造する場合、上記浸
炭焼入れ処理又は歯部全体の高周波焼入れ処理では不都
合はないものの、上記輪郭焼入れ硬化層を形成する高周
波焼入れ処理を施すと、歯車に大きな歪や焼き割れが発
生しやすいことが明らかとなった。

【０００５】すなわち、この種の歯車を製造するための
従来の歯車粗形材Ｗでは、歯部Ｔの両端部Ｔ₁、Ｔ₂が
歯車粗形材Ｗの両端面Ｗ₁、Ｗ₂と面一に形成されてい
たため、図１６に示すように、その歯部Ｔが鋭角部Ｓと
鈍角部Ｄとを有することとなる。かかる歯車粗形材Ｗの
歯部Ｔに高周波焼入れ処理を施し、少なくとも歯部Ｔに
輪郭焼入れ硬化層を形成する。こうして得られるはす歯
歯車は、図１７に示すように、歯部Ｔの表面の輪郭焼入
れ硬化層Ｆ₁が鋭角部Ｓ側で厚く、鈍角部Ｄ側で薄くな
ってしまう。これは、高周波コイルによって加熱される
質量が鈍角部Ｄ側よりも鋭角部Ｓ側の方が少なく、鋭角
部Ｓ側が鈍角部Ｄ側よりも加熱されやすい現象（エッジ
効果）が原因である。

【０００６】こうして、輪郭焼入れ硬化層Ｆ₁が鋭角部
Ｓ側で厚く、鈍角部Ｄ側で薄くなれば、鋭角部Ｓ側でマ
ルテンサイト変態の膨脹が大きくなり、その影響が近傍
に及んでしまう。このため、歯車に大きな歪や焼き割れ
を生じる場合があり、歯車の歪が大きければ、他の部品
とともに組付けられた場合に片当たりを生じてしまう。
なお、高周波焼入れを上記公報と同様に行えば、歯部Ｔ
全体にも焼入れ硬化層Ｆ₀が形成され、歯部Ｔ全体もマ
ルテンサイト変態で膨脹するが、輪郭焼入れ硬化層Ｆ₁
はマルテンサイト組織がより多く含有されるため、やは
りこの傾向が生じてしまう。

【０００７】本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされ
たものであって、歯底円から突出し、ねじれ角を有する
歯部が形成された歯車であっても、輪郭焼入れ硬化層を
形成した場合に、高精度であり、かつ優れた耐久性を発
揮可能な歯車が得られるようにすることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

（１）請求項１の高周波焼入れ用歯車粗形材は、歯底円
から突出し、ねじれ角を有する歯部が形成された高周波
焼入れ用歯車粗形材において、前記歯部は、歯直角歯厚
が歯幅方向の両端部まで略等しく形成されていることを
特徴とする。

【０００９】（２）請求項２の高周波焼入れ用歯車粗形
材の転造ダイスは、歯車素材に歯底円から突出してねじ
れ角を有する歯部を賦形する歯部賦形面が形成され、高
周波焼入れ用歯車粗形材を成形する一対の転造ダイスに
おいて、少なくとも一方の前記転造ダイスは、前記歯部
の歯直角歯厚を該歯部の歯幅方向の両端部まで略等しく
形成する凸部が両側部に突設されていることを特徴とす
る。

【００１０】

【作用】歯車を製造する場合、まず歯車素材から高周波
焼入れ用歯車粗形材を成形する。この歯車粗形材は、請
求項１に係るものであり、歯底円から突出してねじれ角
を有する歯部が形成され、この歯部は歯直角歯厚が歯幅
方向の両端部まで略等しくなるように形成されている。
このため、この歯車粗形材では、その歯部が従来のよう
な鋭角部を一部欠くものとなっている。

【００１１】この請求項１の歯車粗形材を機械加工によ
り得ようとすれば、歯部の賦形とともに、歯部における
鋭角部の除去をも行わなければならず、工程の追加によ
り加工時間の延長及び製造コストの高騰を生じてしま
う。この点、請求項２に係る転造ダイスを用いれば、歯
部賦形面が歯車素材に歯部を賦形するとともに、少なく
とも一方の転造ダイスの両側部に突設された凸部がこの
歯部の歯直角歯厚を歯部の歯幅方向の両端部まで略等し
く形成する。このため、追加工程を要することなく、通
常の転造と同様の工程により請求項１に係る歯車粗形材
が得られる。

【００１２】次いで、歯車粗形材の歯部に高周波焼入れ
処理を施すことにより、少なくとも歯部の歯形に沿った
輪郭焼入れ硬化層を歯部に形成する。こうして得られる
歯車は、歯部が従来のような鋭角部を一部欠いているた
め、エッジ効果が抑制されて歯部の表面の輪郭焼入れ硬
化層がほぼ均一に形成される。こうして、マルテンサイ
ト変態の膨脹が歯部表面のどの箇所でもほぼ均一とな
り、その影響も近傍に及びにくい。

【００１３】

【実施例】以下、請求項１〜３の発明を具体化した実施
例を比較例とともに図面を参照しつつ説明する。（実施例）「成形工程」まず、図１（ａ）に示すように、一対の丸
型熱間転造ダイス１、２により、歯車素材Ｗ₀から高周
波焼入れ用はす歯歯車粗形材Ｗ₁を成形する。

【００１４】歯車素材Ｗ₀は円筒状に形成されたＪＩＳ
Ｓ５８からなり、軸Ａ−Ａ周りに回転可能に設けられて
いる。また、転造ダイス１は、円筒状のダイス本体３
と、このダイス本体３の両側部に一体に固定された側板
４、５とからなり、軸Ｂ−Ｂ周りに回転可能に設けられ
ている。ダイス本体３の外周面には、図１（ｂ）に示す
ように、歯車素材Ｗ₀の歯部Ｔとそれぞれ整合し、歯底
面３ａ、傾斜面３ｂ、歯先面３ｃ及び傾斜面３ｄが順次
繰り返された歯部賦形面３ｅが形成されている。側板
４、５の外径はダイス本体３における歯部賦形面３ｅの
歯先面３ｃと面一に形成され、側板４、５には、図１
（ａ）、（ｂ）に示すように、それぞれダイス本体３側
の軸直角平面４ａ、５ａから多数の凸部４ｂ、５ｂが軸
方向内側に突設されている。各凸部４ｂは、歯部賦形面
３ｅにおける歯底面３ａの傾斜面３ｄ側端部と対向する
軸直角平面４ａの部分からねじれ角θで立ち上がり、歯
先面３ｃの傾斜面３ｄ側端部で直角に折れ、傾斜面３ｄ
の歯先面３ｃ側端部と対向する軸直角平面４ａの部分に
戻る略直角三角形状に形成されている。凸部５ｂも同様
である。

【００１５】また、転造ダイス２も、円筒状のダイス本
体６と、このダイス本体６の両側部に一体に固定された
側板７、８とからなり、軸Ｃ−Ｃ周りに回転可能に設け
られている。ダイス本体６の外周面にも同様に歯部賦形
面６ｅが形成されている。また、側板７、８も同様に外
径が歯部賦形面６ｅの歯先面と面一に形成され、多数の
凸部７ｂ、８ｂが軸方向内側に突設されている。

【００１６】そして、図２に示す条件で熱間転造加工を
行なう。このとき、図３〜５に示すように、ダイス本体
３、６の歯部賦形面３ｅ、６ｅが歯車素材Ｗ₀に歯部Ｔ
を賦形するとともに、側板４、５、７、８の凸部４ｂ、
５ｂ、７ｂ、８ｂが従来の鋭角部Ｓを除去する。実施例
では、図５に示すように、鋭角部Ｓにおける歯先円と端
面との鋭角側の境界点をＯ点、歯先円と端面との鈍角側
の境界点をＰ₂点、Ｐ ₂点から直角に伸ばした線が歯先
円の境界線と交わる点をＱ₂点とし、図４に示すよう
に、軸Ｘと平行な線Ｘ’を歯底円Ｒ上に仮定し、線Ｘ’
及び歯底ツルマキ線Ｈと直交する線Ｙと平行に線Ｐ₂−
Ｑ₂で鋭角部Ｓを除去している。ここで、ＯＰ₂＝１．
６ｍｍ、ＯＱ₂＝０．８ｍｍであった。

【００１７】こうして、追加工程を要することなく、通
常の熱間転造と同様の工程により図３に示すはす歯歯車
粗形材Ｗ₁が得られる。このため、この転造ダイス１、
２を用いれば、加工時間の延長及び製造コストの高騰を
生じるということはない。このはす歯歯車粗形材Ｗ
₁は、歯底円Ｒから突出し、ねじれ角（歯底ツルマキ線
Ｈが線Ｘ’となす角度）θを有する歯部Ｔが形成されて
いる。そして、この歯部Ｔは、従来の鋭角部Ｓの除去に
より歯直角歯厚Δが歯幅方向の両端部まで略等しくなる
ように形成されている。

【００１８】「焼入れ工程」次いで、図６に示す条件で
はす歯歯車粗形材Ｗ₁の歯部Ｔに高周波焼入れ処理を施
す。なお、図６は歯底において温度管理をしている。こ
れにより、図７に示すように、歯部Ｔ全体に焼入れ硬化
層Ｆ₀を形成するとともに、歯部Ｔの表面に歯部Ｔの歯
形に沿った輪郭焼入れ硬化層Ｆ₁を形成する。

【００１９】こうして得られた実施例のはす歯歯車で
は、歯部Ｔが従来のような鋭角部Ｓを欠いているため、
エッジ効果が抑制されて歯部Ｔの表面の輪郭焼入れ硬化
層Ｆ₁がほぼ均一に形成された。（比較例）従来の鋭角部Ｓを除去することなく、他の条
件を実施例１と同一として、比較例のはす歯歯車を得
た。（試験１）実施例のはす歯歯車粗形材と比較例のはす歯
歯車粗形材とについて、高周波出力（ｋｖＡ）と加熱温
度（℃）とを異ならせ、高周波焼入れ処理の際における
焼き割れの発生状況を観測した。結果を図８に示す。

【００２０】図８に示すように、比較例のはす歯歯車粗
形材ではＥ₀を超える高周波出力及び加熱温度で焼き割
れが発生したのに対し、実施例のはす歯歯車粗形材では
Ｅ₀より高い値のＥ₁を超える高周波出力及び加熱温度
で焼き割れが発生した。したがって、実施例の方法によ
れば、均一加熱と均一冷却が可能となり、輪郭焼入れ硬
化層Ｆ₁を歯部Ｔの表面にほぼ均一に形成できるため、
比較例の方法よりもより高い値の高周波出力及び加熱温
度であっても、はす歯歯車に焼き割れを生じにくいこと
がわかる。（試験２）実施例のはす歯歯車と比較例のはす歯歯車と
について、歯すじ誤差（μｍ）を測定した。結果を図９
に示す。

【００２１】また、実施例のはす歯歯車と比較例のはす
歯歯車とを相手部品とともに組付け、応力（ｋｇｆ／ｍ
ｍ²）と、破断するまでの繰返し数（回）とについて、
強度試験を行った。比較例のはす歯歯車は、相手部品に
組付けた際、歯部Ｔの一端部が相手部品に対して６０μ
ｍも浮き上がっていた。結果を図１０に示す。図９及び
図１０より、実施例のはす歯歯車は、比較例のはす歯歯
車と比較して歯すじ誤差が小さく、かつ破断までの繰返
し数が多いことがわかる。これは、実施例の方法によれ
ば、はす歯歯車に大きな歪や焼き割れを生じにくいから
である。したがって、実施例のはす歯歯車は、高精度で
あり、かつ優れた耐久性を発揮できることがわかる。（試験３）図１１〜１３に示すように、転造ダイスによ
り従来の鋭角部Ｓをどの程度除去すれば本発明の効果が
明確になるかを検討した。

【００２２】すなわち、図５に示すように、Ｐ₄点、Ｏ
点、Ｐ₂点及びＰ₃点は軸Ｘと直角方向から見れば一直
線をなし、線Ｏ−Ｐ₂上にＰ₁点をとり、Ｐ₁点から歯
幅方向に直角に伸ばした線が歯先円の境界線と交わる点
をＱ₁点、Ｐ₃点から歯幅方向に直角に伸ばした線が歯
先円の境界線と交わる点をＱ₃点、とする。また、軸Ｘ
と直角方向から見て線Ｐ₃−Ｑ₃の延長線と歯底円Ｒと
の交点をＱ₄点とする。そして、図４と同様の図１１で
は、歯底ツルマキ線Ｈと直交する線Ｙと平行に線Ｐ₁−
Ｑ₁で鋭角部Ｓを除去している。また、図４と同様の図
１２では、歯底ツルマキ線Ｈと直交する線Ｙと平行に線
Ｐ₃−Ｑ₃で鋭角部Ｓを除去している。同様に種々の体
積で鋭角部Ｓを除去する。

【００２３】そして、実施例と同一の条件で熱間転造加
工を行なう。得られたはす歯歯車を相手歯車と噛合さ
せ、はす歯歯車の表面が剥離するピッチング強度を測定
する。このようにして、鋭角部Ｓを除去した後の１歯体
積（％）と、はす歯歯車のピッチング強度との関係を図
１３に示す。図１３より、１歯体積が７８％未満では、
鋭角部Ｓを除去し過ぎているので、ピッチング強度が十
分でないことがわかる。１歯体積が７８％は、Ｐ₄Ｑ₄
＝２．９ｍｍ、Ｐ₃Ｑ₄＝５ｍｍであった。一方、１歯
体積が９７．６％を超えれば、通常の面取りと同程度で
あり、焼き割れ等が生じてしまった。したがって、１歯
体積が７８〜９７．６％の範囲となるように鋭角部Ｓを
除去することが好ましいことがわかる。

【００２４】なお、図１４に示すように、歯底ツルマキ
線Ｈと直交する線Ｙと平行でなく、線Ｐ₃−Ｑ₃が歯底
円Ｒまで歯先面の歯直角方向の幅と等しい幅となるよう
に鋭角部Ｓを除去しても同様であった。また、鋭角部Ｓ
の除去後の歯部Ｔの各辺を通常程度面取りすることがで
きることはいうまでもない。かかる面取りは実施例の転
造ダイス１、２により同時に行なうことができる。

【００２５】

【発明の効果】以上詳述したように、各請求項記載の発
明によれば、輪郭焼入れ硬化層を歯部の表面にほぼ均一
に形成できるため、それが歯底円から突出し、ねじれ角
を有する歯部が形成された歯車であっても、歯車に大き
な歪や焼き割れを生じにくく、他の部品とともに組付け
られた場合に片当たりを生じにくい歯車となる。したが
って、その歯車は高精度であり、かつ優れた耐久性を発
揮できる。

【００２６】また、請求項の転造ダイスを用いれば、通
常の転造と同様の工程により請求項１に係る歯車粗形材
が得られて工程の追加がないため、上記優れた効果にか
かわらず、加工時間の延長及び製造コストの高騰を生じ
るということはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の製造方法に係り、（ａ）は転造ダイス
等を示す模式側面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ矢視断面
図である。

【図２】実施例の製造方法に係り、熱間転造加工の時間
と温度との関係を示すグラフである。

【図３】実施例の製造方法に係り、熱間転造後のはす歯
歯車粗形材の模式斜視図である。

【図４】実施例の製造方法に係り、図３の要部拡大部分
斜視図である。

【図５】実施例の製造方法に係り、図４の模式側面図で
ある。

【図６】実施例の製造方法に係り、高周波焼入れ処理の
時間と温度との関係を示すグラフである。

【図７】実施例の製造方法に係り、図５のＶＩＩ−ＶＩ
Ｉ矢視断面図である。

【図８】試験１に係り、高周波出力と加熱温度との関係
を示すグラフである。

【図９】試験２に係り、実施例と比較例との歯すじ誤差
を示すグラフである。

【図１０】試験２に係り、実施例と比較例とについて、
繰返し数と応力との関係を示すグラフである。

【図１１】試験３に係り、図４と同様の要部拡大部分斜
視図である。

【図１２】試験３に係り、図４と同様の要部拡大部分斜
視図である。

【図１３】試験３に係り、１歯体積とピッチング強度と
の関係を示すグラフである。

【図１４】試験３に係り、図４と同様の要部拡大部分斜
視図である。

【図１５】従来のはす歯歯車粗形材の模式斜視図であ
る。

【図１６】従来のはす歯歯車粗形材に係り、図５と同様
の模式側面図である。

【図１７】従来のはす歯歯車粗形材に係り、図１６のＸ
ＶＩＩ−ＸＶＩＩ矢視断面図である。

【符号の説明】Ｒ…歯底円 θ…ねじれ角Ｔ…歯部Ｗ₁…高周波焼入
れ用歯車粗形材Ｗ₀…歯車素材Ｆ₁…輪郭焼入れ
硬化層３ｅ、６ｅ…歯部賦形面１、２…転造ダイ
ス４ｂ、５ｂ、７ｂ、８ｂ…凸部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】歯底円から突出し、ねじれ角を有する歯部
が形成された高周波焼入れ用歯車粗形材において、前記歯部は、歯直角歯厚が歯幅方向の両端部まで略等し
く形成されていることを特徴とする高周波焼入れ用歯車
粗形材。
【請求項２】歯車素材に歯底円から突出してねじれ角を
有する歯部を賦形する歯部賦形面が形成され、高周波焼
入れ用歯車粗形材を成形する一対の転造ダイスにおい
て、少なくとも一方の前記転造ダイスは、前記歯部の歯直角
歯厚を該歯部の歯幅方向の両端部まで略等しく形成する
凸部が両側部に突設されていることを特徴とする高周波
焼入れ用歯車粗形材の転造ダイス。