JPS58189368A - 高強度ステアリング用ピニオンギヤおよびその製造法 - Google Patents

高強度ステアリング用ピニオンギヤおよびその製造法

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JPS58189368A
JPS58189368A JP7176082A JP7176082A JPS58189368A JP S58189368 A JPS58189368 A JP S58189368A JP 7176082 A JP7176082 A JP 7176082A JP 7176082 A JP7176082 A JP 7176082A JP S58189368 A JPS58189368 A JP S58189368A
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JP
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pinion gear
steering
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carburizing
tempering
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JP7176082A
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Nobuo Shimazaki
島崎 信夫
Kenji Kawamura
川村 憲司
Hideo Nishi
西 英雄
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/80After-treatment

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  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Gears, Cams (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、強度を向上せしめたステアリング用ピニオン
ギヤおよびその製造法に関する。
従来、ステアリング用ピニオンギヤの殆んどは、素材と
して80M15−25の肌焼鋼を使用し、これを浸炭焼
入処理して表面かたさHv700〜850.有効浸炭焼
入深さくHV51t)0.5〜α8Hの品質を付与した
ものである。
しかしながら、新たな車種を考瀘した場合、従来のステ
アリング用ピニオンギヤでは正入力強度が目標基準値よ
り約10−強不足して使用に耐えないという拳態に直面
した。従って1強度がより向上されたステアリング用ピ
ニオンギヤの製造が要求されていた。
本発明の目的1ま、従来のものよりもより強度が向上さ
れた高強度ステアリング用ピニオンギヤを提供すること
にある。
本発明の別の目的は、ステアリング用ピニオンギヤの強
度を向上せしめる熱処理法を提供することKある。
本発明者等は、ステアリング用ピニオンギヤの素材とし
て特定範囲の焼入性を有する80M鋼材を採択し、かか
る素材からなるピニオンギヤを特定条件下の熱処理に付
して特定範囲の表面かたさおよび有効浸炭焼入深さを付
与した場合、芯部かたさと焼入深さとが調和して1強度
が著しく向上されることを見出し、本発明を完成するに
至った。
本発明のステアリング用ピニオンギヤは、J3/2(H
RC)=27〜30のジョミニー値を廟するクロムモリ
ブデン(Or Mo)肌焼鋼を素材とし、これを熱処理
に付して表面かたさHv:650ないし720.好まし
くは650ないし69o、ピッチサークル部の有効浸炭
焼入深さくHv 513 ):07ないしt2iu、好
ましくFit oないしt2關、の品質を付与したこと
を特徴とする。
焼戻し後の内部かたさij Hv 390〜420であ
るのがより好ましい。
J)6()−〇)=27〜30のジョミニー値を有する
Or−Mo肌焼鋼素材としては50M20鋼材、および
一部の80M15鋼材が使用し得るが、特KSCIM2
0がそのジョミニー値から好ましい。
本発明の高強度ステアリング用ピニオンギヤは、J3A
(I(RC) = 27〜30のOr→Io肌焼鋼から
なるピニオンギヤ素材を、930°ないし970℃、好
ましくは960°ないし950℃、の温度で2.5ない
し5時間、好ましくは4ないし5時間浸炭処理し、次い
で850°ないし880℃、好ましくは約870°Cの
焼入温度に30分ないシフ60分間保持した彼、通常9
0℃ないし130℃、好まし、くは約160℃、に保持
されたホットオイル中に焼入れし、次いで200°ない
し250℃の温度に1ないし2時間保持して焼戻すこと
を特徴とする。
浸炭並びに焼戻し温度およびそtlらの時間が上記範囲
内にないと、Hv 650ないし720の表面かたさの
製品が得られない。特に焼戻し温度を上記範囲より高く
すると、表面かたさの低下、内部−一ださの漸減および
有効浸炭焼入深さが激減し、ピニオンギヤに菌内の変形
が起きやすくなる。一方焼戻し温度が低すぎると、製品
に十分カ靭性が得られない。また、上記の焼戻し温度お
よび時間範囲内で、焼戻し温度が高いほど焼戻し時間を
短く、そして焼戻し温度が低いはとその時間を長くする
のが好ましい。
次に本発明を、添付図・面および例をもって更に詳しく
説明する。
第1図は1種々の焼入性(即ち、ジョミニー値)を有す
る0r−Jo肌焼鋼の燐入深さと最高荷重点に至る壕で
の線図力積上の関係を示すグラフである。この試験にお
いては、テストピースとして5Rノツチシヤルピ一衝撃
試験片(JI83号)を用い、曲げ型ロードセルに牛導
体歪ゲージ(シリコン)を使用し、そして線図力積をオ
シロスコープに写し出された波形を写真撮影し解析して
得た。
本発明は第1図に示された試験結果を利Wしたものであ
る。即ち、線図力積を単純に仕事量に置き換えてみ−た
場合%最高荷重が高く且つこの点に至るまでの線図力積
が大きいはと、靭性の優れた材料であると云い得る。
第1図から、最高荷重点および線図力積を最大にさせる
には、J3Aが29前後の材質のものを使用するとよい
ことがわかる。なお、最高荷重点は初期クラック発注点
とt’tは一致することが実験で既に見出されている。
例1:ビニオンギャ試作品の創造 マツフル式のジュニアオールケース浸炭実験炉と焼戻し
用の電気炉とを使用し、S(’3M15゜S(”!M2
0,50M25および5CR3o鋼材がら、乗用車に使
用さtする実際のピニオンギヤ(第2a図′)に似せた
ピニオンギヤ(歯数5.圧力角20°、モジユール2.
18)(第2b図)を試作し、これらを下記表に示す熱
処理に付して、下記表に示す品質のピニオンギヤ試作品
A−8゜A1−1.A2−1および2.B1−1および
2、B2−1〜3. B3. OおよびDを得た:第2
a図は、乗用車系に一般に用いられるラック&ピニオン
ステアリングのアセンブリー状態の概略図、そして第2
b図は上記ピニオンギヤ試作品の概略断面図(×身2)
である。第2aおよび第2b図において、1はラック、
2はピニオン、3はラックハウジング、4はラックガイ
ド、5tiラツクエンド、そして6はギヤ部を示す。
第3asM5b、および第3c図に、本発明F<mよる
ピニオンギヤ試作品B1−1のヒートパターン、該試作
品の歯直角断面図、kよび第3byに示されたピニオン
ギヤの部位P、(、!(ピッチサークル部)およびRに
直角方向のかたさ勾配をそわぞれ示す。m3b図中、斜
線部分はHv(04)513のマイクロビッカースかた
さを有する部分を示す。
例2 台上アセンブリー強度試験 ハンドルに見立てた円板にワイヤロープを巻き、こJl
をチェインブロックで徐々に引張って、例1で製造した
ピニオンギヤ試作品に次詑にトルクを負荷し、該試作品
の歯面、歯底の微小亀裂発生時のトルク(正入力静的強
度ストッパー当り)を敏感に検出した。微小亀裂の発生
は、実験後肢部品を分解し、カラーチェックによりクラ
ックの有無を観察して再確認した。
得られた結果を第4図に示す。
第4図は、各ピニオンギヤ試作品の表面かたさと亀裂発
生トルクとの関係を示すグラフである。縦軸の亀裂発生
トルク値は、従来の代表的品質を有する試作品A−8を
基準品とし、この基準品の亀裂発生トルク値を100と
した相対値で表わされている。点!1YVi、亀裂発生
トルク目標値を表わし、この値は実車手離しによる縁石
衝突時の発生トルクに相当し、オた基準品の強度の約I
Q%強の上昇に相当する、 第4図のグラフから、本発明に従うピニオンギヤ試作品
Al−1,A2−2.B1−1およびB 1 2 Fi
、基準品A−8よりも強度が上昇していることがわかる
。4IK本発明の好ましい範囲にある試作品Al−1,
A2−2およびB1−111目標値を大きく上回る強度
を有する。
また第4図のグラフから、亀裂発生トルクは焼入深さを
増大させ1表面かたさを下げるt1!ど顕著に増大する
ことがわがる。%に試作品B1−1Fi亀裂発生トルク
が、基準品と比べて約18慢以上、また目標値と比べて
一7%以上も上昇している。
なお、表面かたさを下げる場合、耐摩耗性も考慮しなけ
ればならないが%Hv 6501!度であれば問題がな
いことが、耐久疲労試験で確認されている。しかし、8
0M15材からなる試作品で表面かたさが600以下の
もの(A2−1)は、歯面の変形陥没が大きく、実際の
使用に適さない。これは、表面かたさを低減すべく焼戻
し温度を例えば300℃以上に上げると、内部かたさも
同時に漸減し、従って有効浸炭焼入深さが激減するため
に、歯面の変形が起るものと考λられる。
80M25材(J54=56)からなる試作品りについ
ては、軸部の研磨仕上前の歪NRシ工程において試作品
の大半が折損した。従って、し材料からなるピニオンギ
ヤは、あまシ内部かたさく焼入性)を増大させると工程
上危険であることが判明した。
以上の通シ1本発明に従って所定のジ■ミニー値を有す
るクロムモリブデン鋼材を材質とし、表面かたさおよび
有効浸炭焼入深さを所定の範囲にしたピニオンギヤは、
強度が従来品と比べて大きく向上していることがわかる
本発明の方法は、耐摩耗性と靭性強度とが要求されるバ
ルブローチーター構成部品への応用も可能である。Cv
J関係部品、例えばインナーレースのように内@にドラ
イブシャフトが嵌合するスプラインと、外@に軸受鋼ボ
ールによる高面圧を受けるレース面とを有する部品は、
高い内部かたさと深目の焼入深さが要求されるが、スプ
ライン両端部のボール溝部の肉厚は非常に薄く応力的に
も厳しいので、この部分から割損する場合もある。この
ような部品に対しても、本発明に従った材料および浸炭
処理条件を用いれば、スプライン部の靭性はかなり向上
する。しかし、浸炭焼入後の焼戻しは、高周波その他に
よる局部焼戻しKより、レース面の表面かたさを低下さ
せないような手段を講じる必要がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、クロムモリブデン鋼の焼入深さと線図力積と
の関係を表わすグラフであり、第2af5!Jは、ラッ
ク&ピニオンステアリングのアセンブリー状態の概略図
であり、 第2b図は、ピニオンギヤ試作品の%倍概略正面図であ
シ、 第5a図は、本発明の一例を示すヒートパターン図であ
り、 第3b図は、本発明によるピニオンギヤ試作品のギヤ歯
直角断面図であり、 第3C図は、本発明によるピニオンギヤ試作品のかたさ
勾配を示すグラフであり、 第4図は、ピニオンギヤ試作品の表面かたさと亀裂発生
トルク相対値との関係を示すグラフである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (sl  J54(H,O) = 2 y〜30のジ■
    ミニー値を有するクロムモリブデン肌焼鋼から成り、表
    面かたさがHv 650ないし750、そしてピッチサ
    ークル部における有効浸炭焼入深さくHv513)がα
    7ないしt2QIL1であることを特徴とする高強度ス
    テアリング用ピニオンギヤ。 (2+  J34 (HRO) = 2 y〜30のジ
    冒ミニー値を有するクロムモリブデン肌焼鋼からなるス
    テアリング用ピニオンギヤ素材を930°ないし970
    ℃の温度で25ないし5時間浸炭処理し、次いで850
    ℃ないし880℃の焼入れ温度に30分ないし60分間
    保持した後、ホットオイル中に焼入れし、その後200
    °ないし250℃のia*で1ないし2時間焼戻し処理
    することを特徴とする高強腋ステアリング用ピニオンギ
    ヤの製造法。
JP7176082A 1982-04-28 1982-04-28 高強度ステアリング用ピニオンギヤおよびその製造法 Granted JPS58189368A (ja)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55125227A (en) * 1979-03-20 1980-09-26 Fujitsu Ltd Toughening method of small steel member for case hardening

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55125227A (en) * 1979-03-20 1980-09-26 Fujitsu Ltd Toughening method of small steel member for case hardening

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