JPS6156242A - 高強度歯車の製造方法 - Google Patents

高強度歯車の製造方法

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JPS6156242A
JPS6156242A JP17723584A JP17723584A JPS6156242A JP S6156242 A JPS6156242 A JP S6156242A JP 17723584 A JP17723584 A JP 17723584A JP 17723584 A JP17723584 A JP 17723584A JP S6156242 A JPS6156242 A JP S6156242A
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JP
Japan
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gear
tooth
strength
hardened layer
high frequency
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JP17723584A
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English (en)
Inventor
Masazumi Onishi
昌澄 大西
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/32Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for gear wheels, worm wheels, or the like

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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高強度歯車の製造方法に関し、詳しくは、高
周波焼入歯車の製造において、歯切加工性に優れた材質
・熱処理状態の歯車粗形材を用いて歯車の歯形形状を歯
切加工した後、山元部及び歯形形状表面における硬さを
同時に上昇させる高周波焼入を実施することによって、
歯車の静的強度及び疲労強度を向にすることのできる高
強度歯11iの製造方法にかかる。
〔従来の技術〕
従来、歯li &;l、歯車の歯形形状表面における耐
摩耗性及び歯車としての優れた強度(歯元部曲げ強度)
を確保するために、通常、浸炭焼入もしくは高周波焼入
等の表面硬化熱処理を実施して使用されている。
そして、高周波焼入歯車においては、対象とされる歯車
の要求強度に応じて、種々の材質もしくは焼入硬化形態
のものが採用されている。
例えば、歯車の歯形形状表面の耐摩耗性を重視し、歯車
の疲労強度は非熱処理歯車より若干向上させればよいよ
うな歯車においては、第5図に示すように、歯部全体焼
入硬化NDを形成する高周波焼入が採用されている。
一方、従来において歯車としての耐久限疲労強度を重視
する歯車においては、第6図に示すような、歯車の歯形
形状に沿った輪郭焼入硬化層Aを形成させる高周波焼入
が採用されている。
なお、このような歯形形状に沿った輪郭焼入硬化層Aを
形成させた歯車の歯元部断面においては、第7図に示す
ような硬さ分布となっている。
そして、第6図及び第7図に示すように、歯形形状に沿
った輪郭焼入硬化層Aを形成させる高周波焼入において
は、材料はJIS規格558Cの材質により製造されて
いるが、歯切加工性と高周波焼入性を考慮して、歯切加
工前に歯車粗形材に焼ならし処理を実施するのが通常で
ある。
このため、このような従来法の高周波焼入により、歯形
形状に沿った輪郭焼入硬化層Aを形成させた歯車におい
ては、山元部硬さがHv190〜230という低い硬さ
となっているのが通常である。
このような硬さの低い歯車粗形材を用いて歯車の歯形形
状を歯切加工した後、歯車の歯部を高周波焼入により歯
形形状に沿った輪郭焼入硬化層Aを形成させたもの(従
来品)は歯元部硬さが低くなることから、第4図のS−
N曲線に示すように、耐久限疲労強度は優れているもの
の、1×105回以下の低サイクル側での時間強度が低
くなる傾向にある。
さて、この歯車の歯形形状に沿った輪郭焼入硬化層Aを
形成させるには、適正な周波数のもとで高電力による短
時間での高周波焼入を実施する必要がある。
しかし、大容量の高周波電流発生装置がない場合には、
予め、所定の温度まで予熱した後に、高電力にて短時間
の再高周波加熱焼入することによって、歯形形状に沿っ
た輪郭焼入硬化層Aを形成させる方法が採られることも
ある。
ところで、発明者が種々試験研究した結果によれば、高
周波焼入歯車において優れた静的強度。
低サイクル時間強度、耐久限疲労強度をともに確保する
ためには、歯元部硬さをHv350〜550とし、歯車
の歯形形状に沿った輪郭焼入硬化層Aを形成させること
が必須条件であることが明らかとなっている。
そして、この歯形形状に沿った輪郭焼入硬化層Aを形成
させるためには、大容量の高周波電流発生装置を使用し
、材質的にはA、変態点を低下させて少しでも高周波焼
入温度を低下させるために、中高炭素量の材質を使用す
る必要がある。
しかし、高周波焼入歯車の製造における高周波焼入工程
の前工程である歯切加工等は、歯車粗形材の硬さをHV
250以下としないと、歯切加工時において優れた刃具
寿命を確保することが出来ないことから、歯車の歯切加
工前の熱処理としては、焼ならし処理もしくは焼なまし
処理が実施されるのが通常であった。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述のような従来の技術の現状に鑑み、本発明が解決し
ようとする問題点は、上述の歯切加工性の優れた硬さの
低い材質・熱処理状態の歯車粗形材を用いて、−上述の
「予熱焼入+輪郭焼入硬化層形成」、例えば、所定の予
熱温度350〜500℃まで低電力で昇温した後、高電
力のもとで短時間の高周波焼入により歯車の歯形形状に
沿った輪郭焼入硬化層Aを形成させたり、高周波焼入性
を改善するため、予め、低電力で一度オーステナイト化
温度まで昇温後、所定の温度(350〜5゜0℃)まで
除冷し、その温度に到達した後、直に、高電力のもとて
短時間の高周波焼入を実施することにより製造する従来
法による歯車の製造方法においては、歯車の静的強度及
び低サイクル時間強度に必要な歯元硬さを確保すること
ができず、このため、耐久限疲労強度は優れているもの
の、静的強度、並びに1、低サイクル時間強度を優れた
ものとすることができないという問題点があった。
従って、本発明の技術的課題とするところは、高周波焼
入による高強度歯車の製造において、歯切加工性に優れ
た硬さの低い材質・熱処理状態の歯車粗形材を用いて歯
車の歯形形状を歯切加工し、次に、低電力により歯車の
歯部全体をオーステナイト化温度まで高周波加熱した後
、水冷等の急冷手段によって短時間の急冷を実施し、つ
いで、急冷された歯車における残熱を有する時期に、再
度、高電力により歯車の歯形形状に沿った輪郭焼入硬化
層を形成させる高周波焼入を実施することによって、歯
車の歯部における歯元部及び歯形形状表面の硬さを同時
に上昇させることができるばかりでなく、静的強度、低
サイクル時間強度、耐久限疲労強度のいずれにおいても
優れたものととすることにある。
〔問題点を解決するための手段〕
このような従来の技術における問題点に鑑み、本発明に
おける、従来の技術の問題点を解決するための手段は、
歯車粗形材を歯切加工した後、歯車の歯部を高周波焼入
することにより、歯元部及び歯形形状表面を高硬度とす
ることによって、歯車の静的強度及び疲労強度を向上す
る高強度歯車の製造方法であって、 まず、歯り1加工性に優れた材質・熱処理状態の歯車粗
形材を用いて、歯車の歯形形状を歯切加工し、 次に、歯車の歯部全体をオーステナイト化温度まで低電
力により高周波加熱した後、水冷等の急冷手段によって
短時間の急冷を実施し、ついで、−上述により急冷され
た歯車において残熱を有する時期に、再度、高電力によ
り歯車の歯形形状に沿った輪郭焼入硬化層を形成させる
高周波焼入を実施することを特徴とする高強度歯車の製
造方法からなっている。
〔作用〕
以下、本発明の作用について説明する。
歯車を製造する歯車粗形材を歯切加工性に優れた硬さの
低い材質・熱処理状態とするのは、歯切加工における優
れた刃具寿命を確保するためである。
ついで、低電力により歯車の歯部全体をオーステナイト
化温度まで高周波加熱した後、水冷等の急冷手段によっ
て短時間の急冷を実施するのは、歯車の歯部全体を高周
波焼入硬化することによって、歯元部を高硬度として歯
車の静的強度、低サイクル時間強度を確保するためであ
る。
次に、急冷された歯車における残熱を有する時期に、再
度、高電力により歯車の歯部を高周波焼入することとし
ているのは、高電力の高周波焼入により歯形形状に沿っ
た輪郭焼入硬化JfiAを形成させて、歯車の優れた耐
久限疲労強度を確保するためである。
〔実施例〕
以下、添付図面に基づいて、本発明の1実施例を説明す
る。
第1図は、本発明法により製造した歯車の歯部断面にお
ける焼入硬化層を示している。
また、第2図は、本発明法により製造した歯車の歯元部
における断面硬さ分布を示している。
上述の第1図及び第2図に示す本発明法により製造した
供試歯車においては、材質を従来法と同じJIS規格5
58Cとし、歯車粗形材に焼なら。
し処理を実施して、硬さの低い歯切加工し易すい材質・
熱処理状態として歯切加工を実施した。
なお、この実施例において使用した供試歯車の諸元は下
表に示すとうりである。
表 供試歯車の諸元 その後、歯切加工された歯車の歯部に対して、第3図に
示すような熱処理サイクルによる高周波焼入を実施した
なお、第3図において、実線1は歯車の歯形形状表面の
温度、破線2は山元部における温度を示している。
以下、第3図に基づいて、本発明における歯車の熱処理
方法について詳しく説明する。
即ち、周波数;40KI(zの高周波発振機を用いて、
歯車の歯部を90KVAの低電力で、プレート電圧(E
p);6.5KV、プレート電流(lp);14Aで加
熱時間(t + )  ; 3.5sec 、イ」(試
歯車の回転数; ] 00 rpmにて高周波加熱し、
歯車の歯部が所定のオーステナイト化温度(950℃)
に到達後、直に、冷却時間(t2);]SeCの間、水
溶性冷却剤を噴射して冷却し、その1(、所定時間(t
 ]) 2〜5secF+&冷した。
ついで、歯車の歯部全体が第1図の南部全体焼入硬化層
Bの部位においてHv 350以上を6fli保し得る
温度、即ち、350℃±50℃まで冷却された時点で、
再度、歯車の歯部を286KVAの高電力で、プレート
電圧(Ep); 11 Kv、プレート電流(rp);
26A、加熱時間(t4)0、35 sec 、供試歯
車の回転数10 Orpmで再高周波加熱した後、水溶
性冷却剤流量60β/minの噴射量にて20 sec
の間噴射して冷却して高周波焼入を実施した。
」二連のような条件により高周波焼入を実施することに
より、第1図に示すような焼入硬化層を形成することが
できた。
一上述のように、歯車の歯部に対して2段高周波焼入を
実施することにより、歯車の歯部においては、第2図に
示すような焼入硬化層と、第3図に示すような山元部の
断面硬ざ分布とすることができた。
第1図の歯部全体焼入硬化層りの硬さ; Hv 350
〜550 t、;t、第3図における11時間の加熱i
&12時間の水溶性冷却剤を噴射して歯部全体を冷却す
ることにより形成されるもので、歯形形状に沿った輪郭
焼入硬化層Aは、14時間加熱した直後に水溶性冷却剤
を噴射して歯形形状表面を冷却することにより形成され
たものである。
−上述の本発明法により製造された歯車(本発明品)を
、従来法の歯形形状に沿った輪郭焼入硬化層厚を形成さ
せた従来品と比較して、疲労強度の評価を実施した。
その疲労強度評価結果を第4図に示す。
第4図から明らかなように、上述の本発明法により製造
した高周波焼入歯車(本発明品)は、従来法の高周波焼
入により南部形状に沿った輪郭焼入硬化層Aを形成させ
た歯車(従来品)に比較して、低サイクル(1x10s
回以下)時間強度及び耐久限疲労強度が、ともに著しく
向上していることが理解される。
なお、第4図において、本発明品及び従来品における歯
車の歯部における硬化比は、45%のもので比較評価し
た。
ここで、歯車の硬化比とは、第6図に示ず歯丈Hに対す
る、歯形形状に沿った輪郭焼入硬化層厚さTの比、即ち
、 硬化比−(T/H)X100  (%)により示される
値である。
また、評価した供試歯車における歯元部硬さは、本発明
品においてHV 380.従来品かにおいてHv2..
20であった。
〔発明の効果〕
以」二により明らかなように、本発明にかかる高強度歯
車の製造方法によれば、高周波焼入による高強度歯車の
製造において、歯切加工性に優れた硬さの低い材質・熱
処理状態の歯車粗形材を用いて歯車の歯形形状を歯切加
工し、次に、低電力により歯車の歯部全体をオーステナ
イト化温度まで高周波加熱した後、水冷等の急冷手段に
よって短時間の急冷を実施し、ついで、急冷された歯車
における残熱を有する時期に、再度、高電力により歯車
の歯形形状に沿った輪郭焼入硬化層を形成させる高周波
焼入を実施することによって、歯車の歯形における歯元
部及び歯形形状表面の硬さを同時に上昇させることがで
きるばかりでなく、静的強度、低サイクル時間強度、耐
久限疲労強度のいずれにおいても優れたものととするご
吉ができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明法により製造した111i強度山中に
おける、歯部断面の焼入硬化I8を示−J−図。 第2図は、第1図に示す高強度歯車の歯ノ1−8部断面
硬さ分布を示す図。 第3図は、本発明法により高強度歯車を′M造するため
の熱処理サイクルを示す図。 第4図は、本発明法により製造した高強度歯車の疲労強
度を従来法により製造した歯車と比較した図。 第5図は、従来法の高周波焼入により歯部全体を高周波
焼入硬化した歯部断面の焼入硬化層を示す図。 第6図は、従来法の高周波焼入により歯形形状に沿った
輪郭焼入硬化層を形成させた歯車の歯部断面の焼入硬化
層を示す図。 第7図は、従来法の高周波焼入により歯形形状に沿った
輪郭焼入硬化層を形成させた、歯車の歯元部断面硬さ分
布を示す図である。 1−−−−歯形形状表面温度。 2−−−−一山元部温度。 A−−−−輪郭焼入硬化層。 13−歯部全体焼入硬化層。 C−−−非焼入部。 1)−−歯部冷体焼入硬化層。 t 、、  1. l+  1. 、、  t 4−−
−−一時間。 H−−−−−歯丈。 ゛[゛−−−−−輪g1包焼入硬化Tfi Hさ。 出願人  I・ヨタ自動車株式会社 負〆 V) (子) @側 (、■) [ 春 1v  都  (,2’)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、歯車粗形材を歯切加工した後、歯車の歯部を高周波
    焼入することにより、歯元部及び歯形形状表面を高硬度
    とすることによって、歯車の静的強度及び疲労強度を向
    上する高強度歯車の製造方法であって、 まず、歯切加工性に優れた材質・熱処理状態の歯車粗形
    材を用いて、歯車の歯形形状を歯切加工し、 次に、歯車の歯部全体をオーステナイト化温度まで低電
    力により高周波加熱した後、水冷等の急冷手段によって
    短時間の急冷を実施し、 ついで、上述により急冷された歯車において残熱を有す
    る時期に、再度、高電力により歯車の歯形形状に沿った
    輪郭焼入硬化層を形成させる高周波焼入を実施すること
    を特徴とする高強度歯車の製造方法。
JP17723584A 1984-08-24 1984-08-24 高強度歯車の製造方法 Pending JPS6156242A (ja)

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