JPH11300528A - 歯車の高強度化方法並びに高強度化歯車 - Google Patents

歯車の高強度化方法並びに高強度化歯車

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JPH11300528A
JPH11300528A JP10775998A JP10775998A JPH11300528A JP H11300528 A JPH11300528 A JP H11300528A JP 10775998 A JP10775998 A JP 10775998A JP 10775998 A JP10775998 A JP 10775998A JP H11300528 A JPH11300528 A JP H11300528A
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JP
Japan
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gear
shot peening
tooth
tooth surface
hard shot
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JP10775998A
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Inventor
Katsuto Endo
克仁 遠藤
Sadaji Hayama
定治 羽山
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Shibaura Machine Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Machine Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 歯車材質の変更や歯車形状の設計変更を行う
ことなく工作機械の主軸駆動系歯車への適用を可能とす
る歯車の高強度化方法並びに該方法により製造した高強
度化歯車を提供する。 【解決手段】 歯車1に浸炭焼入れをして表面硬化処理
層2を施こし、さらに、この歯車1の少なくとも歯面1
aおよび歯元1b部分に、ハードショットピーニングを
施して歯面1aおよび歯元1b部分に圧縮残留応力を与
えるハードショットピ−ニングの効果層3を形成し、さ
らに、この後、ハードショットピーニング処理により歯
元1b部分を除く歯面1aのみに対して前記ハードショ
ットピーニングによる凹凸を除去すべく研削仕上げを施
こすようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、歯車の高強化方法
に係わり、特に工作機械の主軸駆動系などに用いられる
高精度歯車の高強度化方法並びに該方法により製造した
高強度化歯車に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、歯車の高強度化方法は、浸炭焼き
入れによる表面硬化処理のみであり、設計では、材質を
通常の歯車材料である[JIS−SCM材]より高強度
である[JIS−SNCM材]を使用し、さらに、高強
度を必要とする場合には、モジュールを従来よりも大き
くして対応している。
【0003】また、自動車業界では、歯車の更なる高強
度化に、ハードショットピ−ニング処理が実用化されて
いる。このハードショットピ−ニング処理とは、0.3
〜1mm程度の小径で高硬度の鋼球を、数10m/s以
上の高速で歯車の表面に打ちつけることで、歯車の表層
に内部圧縮残留応力を発生させるとともに加工硬化を起
こさせ、疲れ強さを増大させる加工方法である。
【0004】一方、工作機械の主軸駆動系歯車には、高
強度は勿論のこと、振動、騒音の問題からJIS:0級
の精度が必要とされる。しかしながら、上述の従来方式
の高強度方法では、歯車材質の変更および歯車のモジュ
ールを大きくすることにより歯車は強くなるが、それに
伴い、材料自体のコストが高くなったり、また、製造技
術が困難となるばかりでなく歯車の寸法が大きくなるた
め限界があり、歯車のより一層の高強度化には根本的な
解決策になっていない。
【0005】また、自動車業界で用いられているハード
ショットピ−ニング処理も、工作機械の主軸駆動系の歯
車の高強度化の有効な手段の一つとして検討されている
ものの、ハードショットピ−ニングを施すと、確かに歯
車の曲げ疲労強度は増すが、歯面が粗くなって歯面精度
が悪くなり、振動、騒音の問題からJIS:0級が必要
とされる工作機械の主軸駆動系歯車には使用できないと
いった問題がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の歯車材質の変更や歯車形状の設計変更による高強度化
方法は、製造技術の困難化、コスト高、および大型重量
化を招き、歯車のより一層の高強度化には根本的な解決
策になっていない。また、単なるハードショットピ−ニ
ングによる高強度化方法は、歯面が粗くなって、振動、
騒音の問題からJISO級が必要とされる工作機械の主
軸駆動系歯車には使用できないといった問題がある。
【0007】本発明は、上記事情に基づきなされたもの
で、その第1の目的とするところは、歯車材質の変更や
歯車形状の設計変更を行うことなく工作機械の主軸駆動
系歯車への適用を可能とする歯車の高強度化方法を提供
することにある。
【0008】また、第2の目的とするところは、歯車材
質の変更や歯車形状の設計変更を行うことなく工作機械
の主軸駆動系歯車への適用を可能とした高強度化歯車を
提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記第1の目
的を達成するための歯車の高強度化方法として、浸炭焼
入れによる表面硬化処理を施した歯車の少なくとも歯面
および歯元部分に、ハードショットピーニングを施して
歯面および歯元部分に圧縮残留応力を与え、その後、歯
元部分を除く歯面部分のみに対して前記ハードショット
ピーニングによる凹凸を除去すべく研削仕上げを施すよ
うにしたものである。
【0010】この本発明の高強度化方法によれば、浸炭
焼入れによる表面硬化処理を施した歯車の少なくとも歯
面および歯元部分に、ハードショットピーニングを施し
て歯面および歯元部分に圧縮残留応力を与えることで、
歯車材質の変更や歯車形状の設計変更を行うことなく歯
元隅のR部の圧縮残留応力の大きさを増大させて歯元曲
げ疲労強度を一層向上させることができる。
【0011】また、歯元曲げ疲労強度を向上させた歯元
部分を除く歯面部分のみのハードショットピーニングに
よる凹凸を除去して歯面精度をあげるようにしたから、
強度を損なうことなく振動、騒音の問題も解消でき、工
作機械の主軸駆動系歯車などに使用することが可能とな
る。
【0012】上記第2の目的を達成するための高強度化
歯車として、歯車に浸炭焼入れをして表面硬化処理を施
こす浸炭焼入れ工程と、この浸炭焼入れ工程により表面
硬化処理を施こした歯車の少なくとも歯面および歯元部
分に、ハードショットピーニングを施して歯面および歯
元部分に圧縮残留応力を与えるハードショットピーニン
グ処理工程と、このハードショットピーニング処理工程
の処理後に、歯元部分を除く歯面のみに対して前記ハー
ドショットピーニングによる凹凸を除去すべく研削仕上
げを施こす歯面仕上げ工程とを経て製造したことを特徴
とするものである。
【0013】この本発明の高強度化歯車によれば、浸炭
焼入れによる表面硬化処理を施した歯車の少なくとも歯
面および歯元部分に、ハードショットピーニングを施し
て歯面および歯元部分に圧縮残留応力を与えることで、
歯車材質の変更や歯車形状の設計変更を行うことなく歯
元隅のR部の圧縮残留応力の大きさを増大させて歯元曲
げ疲労強度を一層向上させたものとなっている。
【0014】また、歯元曲げ疲労強度を向上させた歯元
部分を除く歯面部分のみのハードショットピーニングに
よる凹凸を除去して歯面精度をあげてあるから、強度を
損なうことなく振動、騒音の問題も解消でき、工作機械
の主軸駆動系歯車などに使用することが可能となる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
について図面を参照して説明する。図1は歯車1の一部
拡大図、図2は歯車1の高強度化方法の手順を示すブロ
ック図、図3は高強度化処理に伴う歯車1の状態変化を
模式的に示す図である。
【0016】歯車1は、通常の歯車材質であるJIS−
SCM420Hを用い、図2に示すように、歯車1に浸
炭焼入れをして表面硬化処理を施こす浸炭焼入れ工程
(ST1)と、この浸炭焼入れ工程(ST1)により表
面硬化処理を施こした歯車1の少なくとも歯1Aの歯面
1aおよび歯元1b部分に、ハードショットピーニング
を施して歯面1aおよび歯元1b部分に圧縮残留応力を
与えるハードショットピーニング処理工程(ST2)
と、このハードショットピーニング処理工程(ST2)
の処理後に、歯元1b部分を除く歯面1aのみに対して
前記ハードショットピーニングによる凹凸を除去すべく
研削仕上げを施こす歯面仕上げ工程(ST3)とを経て
製造するものである。
【0017】すなわち、図3の(イ)に示すように、歯
車1にガス浸炭による表面硬化処理を行い、例えば、硬
さHRC60、深さ0.7mmの表面硬化処理層2を施
す。この浸炭処理後、図3の(ロ)に示すよう、歯車1
全体にハードショットピ−ニング加工を施して、歯車1
の表層に内部圧縮残留応力を発生させるとともに加工硬
化を起こさせ、疲れ強さを増大させる効果層3を形成す
る。
【0018】なお、このハードショットピ−ニング加工
における処理条件は、 ピ−ニング時間:6分 ロータ電流:28A アークハイト値:0.67 カバレージ:300% とし、前記効果層3の厚さは、約100μm程度であ
る。
【0019】その後、図3の(ハ)に示すよう、歯面1
aのみ(図1参照)ハードショットピーニングによる凹
凸を除去すべく研削仕上げを施す。この時の研削代4は
20〜50μmである。このようにして、歯面精度をあ
げ、歯元1bにハードショットピ−ニングの効果を残す
ことにより歯元曲げ疲労強度を向上させるものである。
【0020】なお、ハードショットピ−ニング後、例え
ばマーグ方式あるいはライスハワ方式にて研削仕上げを
行う際、十分な強度効果を損なわないためには、歯面1
aに段差が生じたり、歯元1b部分を研削したりしない
ようにすることが必要である。
【0021】以上述べたように、本発明による歯車1の
高強度化方法は、浸炭処理後、ハードショットピ−ニン
グを行い、その後、歯面1aのみ研削仕上げすることに
より、従来の浸炭処理のみに比べ疲労強度を大幅に向上
させることができる。
【0022】したがって、本発明による歯車1の高強度
化方法を用いると、歯車材質の変更および歯車1の形状
設計変更を行うことなく、疲労強度を向上することがで
き、また、良好な歯面精度が得られるため、製造技術や
コスト及び小型軽量化、振動、騒音の点で有利となる。
なお、本発明は上記実施の形態に限らず、本発明の要旨
を変えない範囲で種々変形実施可能なことは勿論であ
る。
【0023】
【発明の効果】本発明は、以上説明したようにしたか
ら、次のような効果を奏する。すなわち、請求項1に記
載の歯車の高強度化方法によれば、浸炭焼入れによる表
面硬化処理を施した歯車の少なくとも歯面および歯元部
分に、ハードショットピーニングを施して歯面および歯
元部分に圧縮残留応力を与え、その後、歯元部分を除く
歯面部分のみに対して前記ハードショットピーニングに
よる凹凸を除去すべく研削仕上げを施すようにしたか
ら、浸炭焼入れによる表面硬化処理を施した歯車の少な
くとも歯面および歯元部分に、ハードショットピーニン
グを施して歯面および歯元部分に圧縮残留応力を与える
ことで、歯車材質の変更や歯車形状の設計変更を行うこ
となく歯元隅のR部の圧縮残留応力の大きさを増大させ
て歯元曲げ疲労強度を一層向上させることができる。
【0024】また、歯元曲げ疲労強度を向上させた歯元
部分を除く歯面部分のみのハードショットピーニングに
よる凹凸を除去して歯面精度をあげるようにしたから、
強度を損なうことなく振動、騒音の問題も解消でき、工
作機械の主軸駆動系歯車などに使用することができると
いった効果を奏する。
【0025】また、請求項2に記載の高強度化歯車によ
れば、歯車に浸炭焼入れをして表面硬化処理を施こす浸
炭焼入れ工程と、この浸炭焼入れ工程により表面硬化処
理を施こした歯車の少なくとも歯面および歯元部分に、
ハードショットピーニングを施して歯面および歯元部分
に圧縮残留応力を与えるハードショットピーニング処理
工程と、このハードショットピーニング処理工程の処理
後に、歯元部分を除く歯面のみに対して前記ハードショ
ットピーニングによる凹凸を除去すべく研削仕上げを施
こす歯面仕上げ工程とを経て製造したから、浸炭焼入れ
による表面硬化処理を施した歯車の少なくとも歯面およ
び歯元部分に、ハードショットピーニングを施して歯面
および歯元部分に圧縮残留応力を与えることで、歯車材
質の変更や歯車形状の設計変更を行うことなく歯元隅の
R部の圧縮残留応力の大きさを増大させて歯元曲げ疲労
強度を一層向上させたものとなっている。
【0026】また、歯元曲げ疲労強度を向上させた歯元
部分を除く歯面部分のみのハードショットピーニングに
よる凹凸を除去して歯面精度をあげてあるから、強度を
損なうことなく振動、騒音の問題も解消でき、工作機械
の主軸駆動系歯車などに使用できるといった効果を奏す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の歯車の一部拡大図。
【図2】同じく歯車の高強度化方法の手順を示すブロッ
ク図。
【図3】同じく高強度化処理に伴う歯車の状態変化を模
式的に示す図。
【符号の説明】
1…歯車 1A…歯 1a…歯面 1b…歯元 2…表面硬化処理層 3…ハードショットピ−ニングの効果層 4…研削代

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】浸炭焼入れによる表面硬化処理を施した歯
    車の少なくとも歯面および歯元部分に、ハードショット
    ピーニングを施して歯面および歯元部分に圧縮残留応力
    を与え、その後、歯元部分を除く歯面部分のみに対して
    前記ハードショットピーニングによる凹凸を除去すべく
    研削仕上げを施すことを特徴とする歯車の高強度化方
    法。
  2. 【請求項2】歯車に浸炭焼入れをして表面硬化処理を施
    こす浸炭焼入れ工程と、 この浸炭焼入れ工程により表面硬化処理を施こした歯車
    の少なくとも歯面および歯元部分に、ハードショットピ
    ーニングを施して歯面および歯元部分に圧縮残留応力を
    与えるハードショットピーニング処理工程と、 このハードショットピーニング処理工程の処理後に、歯
    元部分を除く歯面のみに対して前記ハードショットピー
    ニングによる凹凸を除去すべく研削仕上げを施こす歯面
    仕上げ工程と、を経て製造してなることを特徴とする高
    強度化歯車。
JP10775998A 1998-04-17 1998-04-17 歯車の高強度化方法並びに高強度化歯車 Pending JPH11300528A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010100133A (ko) * 2001-10-10 2001-11-14 주식회사 삼락열처리 에널러스 기어의 제조 방법
US7169238B2 (en) * 2003-12-22 2007-01-30 Caterpillar Inc Carbide method and article for hard finishing resulting in improved wear resistance

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KR20010100133A (ko) * 2001-10-10 2001-11-14 주식회사 삼락열처리 에널러스 기어의 제조 방법
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