JPS6119698B2

JPS6119698B2 -

Info

Publication number: JPS6119698B2
Application number: JP15564882A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Sato
Original assignee: Matsuda KK
Current assignee: Matsuda KK
Priority date: 1982-09-06
Filing date: 1982-09-06
Publication date: 1986-05-19
Also published as: JPS5943844A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、エンジンの回転駆動力を車軸の回転
動力に変換して伝達する車両用デイフアレンシヤ
ルギヤ装置、とくにギヤケースの構造に関するも
のである。従来の車両用デイフアレンシヤルギヤ装置で
は、形状の複雑なギヤケースは、球状黒鉛鋳鉄等
を用いた鋳造品とし、高負荷が作用するリングギ
ヤは、疲労強度、耐面圧強度、耐摩耗性に優れた
浸炭鋼等の鋼製加工品としてギヤケースとは別個
に製造し、締付ボルトやリベツトを用いてリング
ギヤをギヤケースの取付フランジ部に固定する構
造が一般に採用されている。リングギヤのギヤケ
ースへの固定構造としては、電子ビーム等を用い
て溶接する構造も知られているが、いずれにしろ
リングギヤをギヤケースと一体化した鋳造品とす
ることは、リングギヤに要求される疲労強度、耐
面圧強度、耐摩耗性の面から困難であるとされて
いた。一方、本願出願人と同一の出願人にかかる特開
昭56−116853号公報には、Mo0.03〜0.09、Cu0.3
〜1.5％を含有した球状黒鉛鋳鉄をオーステンパ
ー処理することによつてギヤ類等を使用すること
ができる球状黒鉛鋳鉄の製法が提案されている。本発明は、球状黒鉛鋳鉄の化学組成を種々改良
するとともに、製法にも改良を加えることによつ
て、優れた疲労強度、耐面圧強度、耐摩耗性を有
するリングギヤをギヤケースと一体に形成した車
両用デイフアレンシヤル部材を提供するものであ
る。このため、本発明においては、化学組成とし
て、C2.6〜4.0重量％、Si1.5〜3.5重量％、Mn0.1
〜1.0重量％、P0.15重量％以下、S0.03重量％以
下およびCu0.3〜1.5重量％、Sn0.03〜0.16重量％
のうち少なくとも一種、Mo0.03〜0.1重量％、
Mg0.025〜0.1重量％、残部Feなる球状黒鉛鋳鉄
を用いる。この球状黒鉛鋳鉄材を用い、組織調質後リング
ギヤを形成すべき部分には歯切り加工を行なつた
後、リングギヤ部分には局部焼入れによるオース
テンパー処理を施し、次いでギヤ部の仕上げ加工
を行なう。このリングギヤ部の焼入性および加工性を良好
なものとするためには、粒状パーライト化処理を
施すことが好ましい。この組織調質は以下の理由
による。即ち、従来のオーステナイト化処理として知ら
れているフエライト化処理は、基地中のカーボン
濃度が飽和するまでの時間即ちオーステナイト化
時間に長時間を要し、焼入性が悪い。一方、パー
ライト化処理は、オーステナイト化時間が短かく
焼入性が良好で、高周波等による迅速加熱でも十
分なカーボン濃度が得られるが、その反面、加工
性が悪い難点がある。粒状パーライト化処理は、上記２つの熱処理の
各々の利点のみを併せ持つ、即ち、パーライト地
に近い焼入性を有するとともに、フエライト地に
近い良好な加工性を有する。上記本発明に用いる球状黒鉛鋳鉄の化学組成の
限定理由は以下の通りである。Ｃ；2.6％以下ではSiとの飽和度の関係で鋳造欠
陥特に引け巣、チルを発生する。4.0％以上で
はSiとの飽和度の関係でざく巣、フローテイシ
ヨン等の欠陥を招く。 Si；1.5％以下ではＣとの飽和度の関係で鋳造性
（流動性）を阻害する。 3.5％以上ではＣとの飽和度の関係で流動性
は向上するかざく巣、フローテイシヨン等を招
く。 Mn；Mnは必然的に溶解材料より入る量として
0.1％以上に、又、Mnはパーライト化の強い元
素と同時に1.0％以上では靭性を阻害する。Ｐ；0.15％以上では多量のステダイトを形成し、
靭性を阻害する。Ｓ；0.03％以上では多量のMgを要し、結果的に
酸化物等の介在物を多く発生する。 Cu；0.3％以下では焼鈍時、パーライトが分解
し、基地中に均一に分布した粒状パーライトが
得られない。又、Moとの併用効果である疲労
強度、耐面圧強度特性が得られない。 1.5％以上ではCu元素による前述の効果は飽
和し、コストupとなる。 Sn；SnはCuの代替え元素として使用するもので
強力なパーライト化元素である。 0.03以下では基地中に均一に分布した粒状パ
ーライトが得られない。 0.16％以上では粒界に析出し、結果、強度特
性を低下する。又、効果も飽和しコストupに
なる。 Mo；0.03％以下ではCu併用による効果（疲労強
度特性、面圧強度、耐摩耗性）を得られず又、
焼入れ性も低下し、均一な組織が得られない。 0.1％以上では複炭化物を形成し、耐摩耗性
は向上する反面、ギヤー等に最も必要な疲労強
度特性を大巾に低下する。 Mg；Mgは溶湯の脱硫、脱酸を行ない黒鉛を球状
化させるための重要な元素である。 0.025％以下ではこの効果は不十分となり球
状化が行なわれなく靭性のある球状黒鉛鋳鉄と
し難い。 0.1％以上では球状化は十分行なわれる。し
かし脱硫、脱酸時に生成した硫化物、酸化物
（Mg系）が溶湯中に残留し、靭性低下を起す。上記の化学組成を有する球状黒鉛鋳鉄素材は、
粒状パーライト化率35〜65％で、かつ基地炭素量
が0.3〜0.65％となるように粒状パーライト化を
図ることが好ましい。具体的には、850〜1000℃の温度下で0.5時間以
上加熱した後空冷し、次いで670〜760℃の温度下
で0.5〜8.0時間加熱した後、空冷又は水冷（徐冷
可能）する２段階の熱処理によつて行なうことが
できる。上記第１段の熱処理は、チルの分解と同時に粒
状パーライト化するためであり、粒状パーライト
を均一に分布させるためには、空冷が必要で、徐
冷（炉冷）では均一分布は得られない。また、
850℃以下では、チルの分解が行なえず、1000℃
以上では結晶粒の粗大化を招くので好ましくな
い。そして、有効なチルの分解を行なうため、
0.5時間以上は加熱を続ける必要がある。加熱後
の冷却を徐冷で行なうとすると、オーステナイト
化処理において粒界に不純物を晶出し、脆化の原
因となる。第２段の熱処理は、粒状パーライト化率を35〜
65％にコントロールするために行なう。粒状パー
ライト35％以下では加工性は良好であるが、十分
な焼入性を得るにたる炭素濃度とするに長時間を
要することとなつて好ましくない。一方、65％以
上とすると、逆の傾向、即ち焼入性は向上するが
加工性が悪化する傾向を示す。温度条件として、670℃以下では粒状パーライ
ト化が困難となり、必要な粒状化を得るためには
長時間を要することとなつて好ましくない。ま
た、760℃以上では、急速に黒鉛化が進行し、35
％以上の粒状パーライトが得られない。処理時間
は、少なくとも0.5時間必要で、８時間以上とす
ることは、生産性が悪化してコストアツプを招来
する。冷却方法は、操業時間の短縮と基地中の粒
状パーライトの均一分布の目的で空冷又は水冷と
することが好ましい。上記の粒状パーライト化処理の後は、この処理
を施したリングギヤ部をギヤケースに一体に鋳造
した車両用デイフアレンシヤル部材に対し、必要
な形状加工を行なう。即ち、リングギヤ部に対
し、歯切り加工（シエービング）を行なう。この
シエービングは、リングギヤ部が粒状パーライト
化してあるため、良好な加工性のもとに行なうこ
とができる。上記のシエービング加工後には、リングギヤ部
の表面硬化焼入れ（局部焼入れ）を行なつて、リ
ングギヤ部をベーナイト化する。表面硬化焼入れ
は、高周波等により850〜1000℃の温度で３秒以
上局部加熱を行ない、しかる後、オイル、ソルト
等で焼入れし、所定温度まで冷却した後、電気炉
に移動し、電気炉内で60秒かそれ以上の時間の間
220〜390℃の温度に維持し、その後空冷又は水冷
により冷却することにより行なうことが好まし
い。この局部焼入れは、高負荷が作用するリングギ
ヤ部の表面下内部に圧縮残留応力を発生させ、疲
労強度等を向上させるためのもので、リングギヤ
部をベーナイト地とし、ギヤケース部分は、１次
熱処理（粒状パーライト化処理）による粒状パー
ライト地とすることができる。この場合、ギヤケ
ース部分は形状が複雑であり、この部分までもベ
ーナイト化すると、熱処理変形が発生し、好まし
くない。上記の局部焼入れによつて、リングギヤ部の熱
処理を行なつた後は、ラツプ、研削を行なつてリ
ングギヤを最終的に形成する。このリングギヤに対しては、必要に応じてシヨ
ツトピーニングを施し、強度をより一層向上させ
ることが好ましい。以下、より具体的に本発明の実施例につい説明
する。第１図および第２図には、リングギヤ１，２を
ギヤケース３，４と夫々一体に形成したFF用、
FR用デイフアレンシヤル部材５，６の好ましい
断面形状を夫々示す。第１図に示すように、FF用デイフアレンシヤ
ル部材５の場合には、ギヤケース３と一体に形成
したフランジ部７の外周面にリングギヤ１を形成
することができ、歯形形状を強度的に有利な形状
とすることができ、場合によつてはシヨツトピー
ニングを省略することができる。なお、歯部が外
方に向いているのでオーステンパー熱処理後でも
歯部の加工ができる。また、第２図に示すように、FR用デイフアレ
ンシヤル部材６の場合には、フランジ部８の外周
部に偏心させて肉厚部９を形成し、この肉厚部９
の斜め下方に傾斜した上面にリングギヤ２を形成
するようにすればオーステンバー熱処理後でも歯
部の加工が可能であり、一体化してもよい。より具体的に、第１図に示すFF用デイフアレ
ンシヤル部材５を以下の要領で製作した。実施例１ FF用デイフアレンシヤル部材の鋳型をCO₂砂
型で造形し、高周波大気溶解炉にて下記組成の球
状黒鉛鋳鉄を鋳造した。Ｃ Si Mn ＰＳ 3.56 2.50 0.31 0.019 0.010 Cu Mo Mg 0.83 0.079 0.041 この素材を砂落し後、無酸化電気炉にて920℃
×3.0^Hr処理し500℃まで空冷後、750℃×５^Hrの処
理後、空冷し、基地組織を約50％の粒状パーライ
ト地とした。この素材をシヨツトプラストした
後、研摩代を残し、全面加工を行なつた。このデ
イフアレンシヤル部材を高周波焼入れ装置にて
895℃で約30秒間加熱し、265±５℃にコントロー
ルされたソルト炉へ浸漬し約120分恒温保持後引
上げ80℃の温水にてワークを洗浄し、シヨツトピ
ーニングを歯面、歯底へ下記条件で行なつた。

【表】このようにして製作したFF用デイフアレンシ
ヤル部材は、以下の条件で疲労テストを行なつ
た。疲労テスト条件負荷トルク 15.2Kg・ｍモータ回転数 1200r.p.m 油温 50〜60℃ 使用オイル 80^W−90# 上記疲労テストの結果は、疲労限界1.4×10⁶回
（入力側回転数）であり、実用上問題がない疲労
強度を有することが判明した。実施例２下記化学成分に鋳鉄溶湯を調整後、FR用デイ
フアレンシヤルデフとギヤーとの一体品から成る
車両用デイフアレンシヤル部材をCO₂鋳型にて鋳
造した。

【表】この素材をシヨツトブラストにて砂落し後、
920℃×3.0^Hr処理し、500℃まで空冷後、725℃×
５^Hrの無酸化低温焼鈍炉にて処理後空冷し、基地
組織を約45％の粒状パーライト地とした。この素
材を研磨代を残し全面機械加工を行なつた。この
デイフアレンシヤル部材のギヤー部分を高周波焼
入れ装置にて890℃で約25秒間加熱し、220、
240、270±５℃にコントロールされたソルト浴へ
それぞれ焼入れし、約180分恒温保持後、引上
げ、80〜90℃の温水中にてワークを洗浄し、歯
面、歯底へ実施例１の条件と同じ条件でシヨツト
ピーニングを行なつた後、研掃粉をエアーにて除
去し、次いでラツピングを行なつた。この様にし
て製作したFRデイフアレンシヤル部材を下記の
条件で疲労テストを行なつた。この結果を表に示
す。

【表】以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、優れた疲労強度、耐面圧強度、耐摩耗性を有
するリングギヤと、加工性に優れ、熱変形がな
く、強度のあるギヤケースとを一体に形成した車
両用デイフアレンシヤル部材を提供することがで
き、必要な強度を有するリングギヤをギヤケース
に一体に鋳造、形成することができ、製造工程を
一元化でき、製造能率の向上、製造コストの低
下、締付ボルトやリベツト等のリングギヤ取付用
部材の省略を図ることができるうえ、従来必要で
あつた締付けフランジ部を省略できるので、軽量
化を図ることができる。また、一体加工ができるので加工精度を向上す
ることができ、リングギヤ部のみを局部焼入れし
た構造あるため、熱処理変形を極小化でき、歯当
り精度を向上することができ、デイフアレンシヤ
ルギヤ装置のノイズの減少という面からも有利な
構造とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は夫々本発明にかかる夫々FF
用、FR用デイフアレンシヤル部材の垂直断面図
である。１，２……リングギヤ、３，４……ギヤケー
ス、５，６……FF用、FR用デイフアレンシヤル
部材。

Claims

【特許請求の範囲】

１ C2.6〜4.0重量％、Si1.5〜3.5重量％、Mn0.1
〜1.0重量％、P0.15重量％以下、S0.03重量％以
下およびCu0.3〜1.5重量％、Sn0.03〜0.16重量％
のうち少なくとも一種、Mo0.03〜0.1重量％、
Mg0.025〜0.1重量％、残部Feの化学組成を有す
る球状黒鉛鋳鉄材からなり、デイフアレンシヤル
ギヤケースとリングギヤとが一体に形成され、デ
イフアレンシヤルギヤケースが粒状パーライト組
織からなり、リングギヤ部がオーステンパー処理
したベーナイト組織からなることを特徴とする車
両用デイフアレンシヤル部材。