JP3308377B2 - 歯面強度の優れた歯車およびその製造方法 - Google Patents
歯面強度の優れた歯車およびその製造方法Info
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C8/00—Solid 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
- C23C8/06—Solid 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 using gases
- C23C8/28—Solid 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 using gases more than one element being applied in one step
- C23C8/30—Carbo-nitriding
- C23C8/32—Carbo-nitriding of ferrous surfaces
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23C8/20—Carburising
- C23C8/22—Carburising of ferrous surfaces
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、産業機械や自動車の変
速機用歯車等のごとく高面圧下の過酷な条件で使用され
るのに好適な歯面強度の優れた歯車に関し、さらにま
た、このような歯面強度の優れた歯車を製造するのに好
適な歯面強度の優れた歯車の製造方法に関するものであ
る。
速機用歯車等のごとく高面圧下の過酷な条件で使用され
るのに好適な歯面強度の優れた歯車に関し、さらにま
た、このような歯面強度の優れた歯車を製造するのに好
適な歯面強度の優れた歯車の製造方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】自動車用変速機に使用される歯車を例に
とると、従来は、ＪＩＳ ＳＣｒ ４２０Ｈ，ＳＣＭ
４２０Ｈ等のはだ焼用クロム鋼またはクロムモリブデン
鋼を用いて歯車形状に成形した後、浸炭焼入れ焼戻しを
行って使用に供する場合が多かった。
とると、従来は、ＪＩＳ ＳＣｒ ４２０Ｈ，ＳＣＭ
４２０Ｈ等のはだ焼用クロム鋼またはクロムモリブデン
鋼を用いて歯車形状に成形した後、浸炭焼入れ焼戻しを
行って使用に供する場合が多かった。
【０００３】しかし、これら従来の材料および熱処理に
よって製造された歯車では、ヘルツ面圧で２０００ＭＰ
ａを超えるような高面圧を受ける過酷な環境下では、噛
み合い中に繰り返し加わる面圧およびすべりによって、
歯面の表面または表面近傍より疲労亀裂が発生し、ピッ
ト状の剥離が生じるピッティングや、歯面の金属接触に
よる摩耗（スコーリング）や、転動疲労による硬化層内
部からの剥離であるスポーリング、等の歯面損傷が発生
することにより、十分な歯車寿命が得られない場合が多
く見られた。
よって製造された歯車では、ヘルツ面圧で２０００ＭＰ
ａを超えるような高面圧を受ける過酷な環境下では、噛
み合い中に繰り返し加わる面圧およびすべりによって、
歯面の表面または表面近傍より疲労亀裂が発生し、ピッ
ト状の剥離が生じるピッティングや、歯面の金属接触に
よる摩耗（スコーリング）や、転動疲労による硬化層内
部からの剥離であるスポーリング、等の歯面損傷が発生
することにより、十分な歯車寿命が得られない場合が多
く見られた。
【０００４】また、これら歯面損傷への対応策として、
浸炭処理時のカーボンポテンシャルを高めに設定するこ
とにより、表面に微細な炭化物を析出分散させる高濃度
浸炭法や、素材の合金成分の調整、あるいは浸炭窒化に
よるＮの浸入等によりＭｓ点を低下させ、表面層に残留
オーステナイトを多量に形成し、噛み合い接触時の面圧
による残留オーステナイトのマルテンサイト変態に伴う
硬化を利用した方法や、二硫化モリブデン等の固体潤滑
被膜の形成により、噛み合いによる接触応力，摩擦力を
緩和する方法、などがある。
浸炭処理時のカーボンポテンシャルを高めに設定するこ
とにより、表面に微細な炭化物を析出分散させる高濃度
浸炭法や、素材の合金成分の調整、あるいは浸炭窒化に
よるＮの浸入等によりＭｓ点を低下させ、表面層に残留
オーステナイトを多量に形成し、噛み合い接触時の面圧
による残留オーステナイトのマルテンサイト変態に伴う
硬化を利用した方法や、二硫化モリブデン等の固体潤滑
被膜の形成により、噛み合いによる接触応力，摩擦力を
緩和する方法、などがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来の方法では、浸炭処理に長時間を要したり、熱処理
歪が増大したり、表面への炭化物分散による靭性の低下
や研削加工性の悪化を来したり、安定した残留オーステ
ナイト量を確保するための品質管理が難しかったり、処
理コストが増大したりするなどといった問題点があっ
た。
従来の方法では、浸炭処理に長時間を要したり、熱処理
歪が増大したり、表面への炭化物分散による靭性の低下
や研削加工性の悪化を来したり、安定した残留オーステ
ナイト量を確保するための品質管理が難しかったり、処
理コストが増大したりするなどといった問題点があっ
た。
【０００６】また、素材自体の耐ピッティング性や耐摩
耗性を向上させるために、合金成分を多量に含有させる
試みもなされているが、素材の硬さが増加することか
ら、鍛造性が悪化したり、旋削，ドリル，歯切り等に使
用する切削工具の寿命が低下したりすることがあるとい
う問題点もあった。
耗性を向上させるために、合金成分を多量に含有させる
試みもなされているが、素材の硬さが増加することか
ら、鍛造性が悪化したり、旋削，ドリル，歯切り等に使
用する切削工具の寿命が低下したりすることがあるとい
う問題点もあった。
【０００７】したがって、これらの問題点を解決するこ
とが課題であった。
とが課題であった。
【０００８】
【発明の目的】本発明は、このような従来の問題点に鑑
みてなされたものであって、本発明者らは、ピッティン
グ，スコーリングなどといった歯面損傷が歯車素材の表
層部における焼戻し軟化抵抗に関係が深いことに着目
し、特に、ヘルツ面圧で２０００ＭＰａを超えるような
高面圧下では、噛み合いにより歯面の表層部で３００℃
以上もの準高温下となる場合もあることを踏まえて、鋭
意、調査を行った結果、適量のＳｉ，Ｃｒを添加するこ
とで、素材の鍛造性，被削性の極端な悪化を抑えなが
ら、通常の浸炭または浸炭窒化処理によっても、そのよ
うな温度での素材の焼戻し軟化を低く抑えることがで
き、ピッティング寿命および耐摩耗性を高めることが可
能であることを見いだした。
みてなされたものであって、本発明者らは、ピッティン
グ，スコーリングなどといった歯面損傷が歯車素材の表
層部における焼戻し軟化抵抗に関係が深いことに着目
し、特に、ヘルツ面圧で２０００ＭＰａを超えるような
高面圧下では、噛み合いにより歯面の表層部で３００℃
以上もの準高温下となる場合もあることを踏まえて、鋭
意、調査を行った結果、適量のＳｉ，Ｃｒを添加するこ
とで、素材の鍛造性，被削性の極端な悪化を抑えなが
ら、通常の浸炭または浸炭窒化処理によっても、そのよ
うな温度での素材の焼戻し軟化を低く抑えることがで
き、ピッティング寿命および耐摩耗性を高めることが可
能であることを見いだした。
【０００９】図１は、本発明による成分範囲の鋼、およ
びＳｉ，Ｃｒ量の低い鋼を歯車形状に成形し、浸炭焼入
れ焼戻しを行った後にショットピーニングを行った歯車
について、３００℃×１０Ｈ焼戻し後の表面から深さ５
０μｍでのビッカース硬さ（Ｈｖ）と、ピッティング寿
命および歯面の摩耗量との関係を調べた結果を示してい
る。
びＳｉ，Ｃｒ量の低い鋼を歯車形状に成形し、浸炭焼入
れ焼戻しを行った後にショットピーニングを行った歯車
について、３００℃×１０Ｈ焼戻し後の表面から深さ５
０μｍでのビッカース硬さ（Ｈｖ）と、ピッティング寿
命および歯面の摩耗量との関係を調べた結果を示してい
る。
【００１０】図１に示した関係より明らかなように、３
００℃での焼戻し軟化を抑えることによって、良好なピ
ッティング寿命および耐摩耗性を得られることが認めら
れた。
００℃での焼戻し軟化を抑えることによって、良好なピ
ッティング寿命および耐摩耗性を得られることが認めら
れた。
【００１１】一方、一般的な歯車の製造方法では、所望
の歯車形状の概略形状に鍛造加工した後、焼ならしや焼
なまし等の軟化および組織調整処理を行い、旋削，歯切
り等の切削加工を行うが、図２に示すように、切削加工
前の素材硬さが増加すると、工具摩耗量は大きく悪化す
ることがわかる。そこで、本発明では、特殊な熱処理を
用いずに、従来の軟化処理によっても、素材硬さを低く
抑えることのできる鋼組成を有する歯車用鋼を提供する
ことも目的の一つとしている。
の歯車形状の概略形状に鍛造加工した後、焼ならしや焼
なまし等の軟化および組織調整処理を行い、旋削，歯切
り等の切削加工を行うが、図２に示すように、切削加工
前の素材硬さが増加すると、工具摩耗量は大きく悪化す
ることがわかる。そこで、本発明では、特殊な熱処理を
用いずに、従来の軟化処理によっても、素材硬さを低く
抑えることのできる鋼組成を有する歯車用鋼を提供する
ことも目的の一つとしている。
【００１２】そして、以上のことから、本発明では、特
殊な熱処理を必要とせず、かつまた、被削性等の生産性
の低下を抑えながら、高い焼戻し軟化抵抗を得ることの
できる歯車用鋼を素材とし、さらには、ショットピーニ
ング，歯面研削との適宜な組合せにより、生産性の大き
な悪化を招かずに、優れた歯面強度の歯車を得ることを
目的としている。
殊な熱処理を必要とせず、かつまた、被削性等の生産性
の低下を抑えながら、高い焼戻し軟化抵抗を得ることの
できる歯車用鋼を素材とし、さらには、ショットピーニ
ング，歯面研削との適宜な組合せにより、生産性の大き
な悪化を招かずに、優れた歯面強度の歯車を得ることを
目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる歯面強度
の優れた歯車は、重量％で、Ｃ：０．１０〜０．３０
％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：
１．５０〜５．０％を含み、残部Ｆｅおよび不純物から
なる鋼を素材とし、浸炭焼入れ焼戻しまたは浸炭窒化焼
入れ焼戻しによる表面硬化層を有し、表面から深さ０．
１ｍｍまでのＣ量が０．７〜１．３％であると共に、表
面から深さ０．１ｍｍまでのＣ，Ｓｉ，Ｃｒ量が５．５
％＜３×Ｃ（％）＋５．２×Ｓｉ（％）＋Ｃｒ（％）で
あることを特徴としている。
の優れた歯車は、重量％で、Ｃ：０．１０〜０．３０
％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：
１．５０〜５．０％を含み、残部Ｆｅおよび不純物から
なる鋼を素材とし、浸炭焼入れ焼戻しまたは浸炭窒化焼
入れ焼戻しによる表面硬化層を有し、表面から深さ０．
１ｍｍまでのＣ量が０．７〜１．３％であると共に、表
面から深さ０．１ｍｍまでのＣ，Ｓｉ，Ｃｒ量が５．５
％＜３×Ｃ（％）＋５．２×Ｓｉ（％）＋Ｃｒ（％）で
あることを特徴としている。
【００１４】また、同じく、本発明に係わる歯面強度の
優れた歯車は、重量％で、Ｃ：０．１０〜０．３０％、
Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１．
５０〜５．０％、Ｍｏ：１．０％以下を含み、かつＳ
ｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏ量が７．５％＞２．２×Ｓｉ
（％）＋２．５×Ｍｎ（％）＋Ｃｒ（％）＋５．７×Ｍ
ｏ（％）であり、残部Ｆｅおよび不純物からなる鋼を素
材とし、浸炭焼入れ焼戻しまたは浸炭窒化焼入れ焼戻し
による表面硬化層を有し、表面から深さ０．１ｍｍまで
のＣ量が０．７〜１．３％であると共に、表面から深さ
０．１ｍｍまでのＣ，Ｓｉ，Ｃｒ量が５．５％＜３×Ｃ
（％）＋５．２×Ｓｉ（％）＋Ｃｒ（％）であることを
特徴としている。
優れた歯車は、重量％で、Ｃ：０．１０〜０．３０％、
Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１．
５０〜５．０％、Ｍｏ：１．０％以下を含み、かつＳ
ｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏ量が７．５％＞２．２×Ｓｉ
（％）＋２．５×Ｍｎ（％）＋Ｃｒ（％）＋５．７×Ｍ
ｏ（％）であり、残部Ｆｅおよび不純物からなる鋼を素
材とし、浸炭焼入れ焼戻しまたは浸炭窒化焼入れ焼戻し
による表面硬化層を有し、表面から深さ０．１ｍｍまで
のＣ量が０．７〜１．３％であると共に、表面から深さ
０．１ｍｍまでのＣ，Ｓｉ，Ｃｒ量が５．５％＜３×Ｃ
（％）＋５．２×Ｓｉ（％）＋Ｃｒ（％）であることを
特徴としている。
【００１５】そして、本発明に係わる歯面強度の優れた
歯車の実施態様においては、表面硬化処理後にショット
ピーニングが施された表面肌を有し、表面から深さ５０
μｍでのビッカース硬さが７００〜９００であるものと
することができ、あるいは、表面硬化処理後やショット
ピーニング後に研削加工された表面肌を有し、表面から
深さ５０μｍでのビッカース硬さが７００〜９００であ
ると共に、表面粗さが最大粗さＲｍａｘで５μｍ以下、
平均粗さＲａで１μｍ以下であるものとすることができ
る。
歯車の実施態様においては、表面硬化処理後にショット
ピーニングが施された表面肌を有し、表面から深さ５０
μｍでのビッカース硬さが７００〜９００であるものと
することができ、あるいは、表面硬化処理後やショット
ピーニング後に研削加工された表面肌を有し、表面から
深さ５０μｍでのビッカース硬さが７００〜９００であ
ると共に、表面粗さが最大粗さＲｍａｘで５μｍ以下、
平均粗さＲａで１μｍ以下であるものとすることができ
る。
【００１６】さらに、本発明に係わる歯車強度の優れた
歯車の製造方法は、重量％で、Ｃ：０．１０〜０．３０
％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：
１．５０〜５．０％を含み、残部Ｆｅおよび不純物から
なる鋼を用いて、鍛造または機械加工等の成形加工によ
り歯車形状に成形を行った後、表面から深さ０．１ｍｍ
までのＣ量が０．７〜１．３％となるように浸炭焼入れ
焼戻しまたは浸炭窒化焼入れ焼戻しの表面硬化処理を行
うことにより、表面から深さ０．１ｍｍまでのＣ，Ｓ
ｉ，Ｃｒ量が５．５％＜３×Ｃ（％）＋５．２×Ｓｉ
（％）＋Ｃｒ（％）とすることを特徴としている。
歯車の製造方法は、重量％で、Ｃ：０．１０〜０．３０
％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：
１．５０〜５．０％を含み、残部Ｆｅおよび不純物から
なる鋼を用いて、鍛造または機械加工等の成形加工によ
り歯車形状に成形を行った後、表面から深さ０．１ｍｍ
までのＣ量が０．７〜１．３％となるように浸炭焼入れ
焼戻しまたは浸炭窒化焼入れ焼戻しの表面硬化処理を行
うことにより、表面から深さ０．１ｍｍまでのＣ，Ｓ
ｉ，Ｃｒ量が５．５％＜３×Ｃ（％）＋５．２×Ｓｉ
（％）＋Ｃｒ（％）とすることを特徴としている。
【００１７】また、同じく本発明に係わる歯面強度の優
れた歯車の製造方法は、重量％で、Ｃ：０．１０〜０．
３０％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃ
ｒ：１．５０〜５．０％、Ｍｏ：１．０％以下を含み、
かつＳｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏ量が７．５％＞２．２×Ｓ
ｉ（％）＋２．５×Ｍｎ（％）＋Ｃｒ（％）＋５．７×
Ｍｏ（％）であり、残部Ｆｅおよび不純物からなる鋼を
用いて、鍛造または機械加工等の成形加工により歯車形
状に成形を行った後、表面から深さ０．１ｍｍまでのＣ
量が０．７〜１．３％となるように浸炭焼入れ焼戻しま
たは浸炭窒化焼入れ焼戻しの表面硬化処理を行うことに
より、表面から深さ０．１ｍｍまでのＣ，Ｓｉ，Ｃｒ量
が５．５％＜３×Ｃ（％）＋５．２×Ｓｉ（％）＋Ｃｒ
（％）とすることを特徴としている。
れた歯車の製造方法は、重量％で、Ｃ：０．１０〜０．
３０％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃ
ｒ：１．５０〜５．０％、Ｍｏ：１．０％以下を含み、
かつＳｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏ量が７．５％＞２．２×Ｓ
ｉ（％）＋２．５×Ｍｎ（％）＋Ｃｒ（％）＋５．７×
Ｍｏ（％）であり、残部Ｆｅおよび不純物からなる鋼を
用いて、鍛造または機械加工等の成形加工により歯車形
状に成形を行った後、表面から深さ０．１ｍｍまでのＣ
量が０．７〜１．３％となるように浸炭焼入れ焼戻しま
たは浸炭窒化焼入れ焼戻しの表面硬化処理を行うことに
より、表面から深さ０．１ｍｍまでのＣ，Ｓｉ，Ｃｒ量
が５．５％＜３×Ｃ（％）＋５．２×Ｓｉ（％）＋Ｃｒ
（％）とすることを特徴としている。
【００１８】そして、本発明に係わる歯面強度の優れた
歯車の製造方法の実施態様においては、表面硬化処理後
にショットピーニングを行い、表面から深さ５０μｍで
のビッカース硬さを７００〜９００とするようになすこ
とができ、同じく実施態様において、ショットピーニン
グは、直径０．７ｍｍ以下の小径鋼球を使用して、アー
クハイト０．４ｍｍ以上の条件で行うものとすることが
でき、同じく実施態様においては、表面硬化処理後また
はショットピーニング後に歯面を研削加工し、表面から
深さ５０μｍでのビッカース硬さを７００〜９００と
し、表面粗さを最大粗さＲｍａｘで５μｍ以下、平均粗
さＲａで１μｍ以下とするようになすことができる。
歯車の製造方法の実施態様においては、表面硬化処理後
にショットピーニングを行い、表面から深さ５０μｍで
のビッカース硬さを７００〜９００とするようになすこ
とができ、同じく実施態様において、ショットピーニン
グは、直径０．７ｍｍ以下の小径鋼球を使用して、アー
クハイト０．４ｍｍ以上の条件で行うものとすることが
でき、同じく実施態様においては、表面硬化処理後また
はショットピーニング後に歯面を研削加工し、表面から
深さ５０μｍでのビッカース硬さを７００〜９００と
し、表面粗さを最大粗さＲｍａｘで５μｍ以下、平均粗
さＲａで１μｍ以下とするようになすことができる。
【００１９】本発明に係わる歯面強度の優れた歯車用
鋼，歯車および歯車の製造方法は、上述した構成を有す
るものであり、以下にその限定理由（成分量は重量％）
を説明する。
鋼，歯車および歯車の製造方法は、上述した構成を有す
るものであり、以下にその限定理由（成分量は重量％）
を説明する。
【００２０】Ｃ：０．１０〜０．３０％ Ｃは、歯車の歯元強度を確保するために必要な元素であ
り、０．１０％以上、場合によっては０．１５％以上含
有することが必要であるが、過剰に加えると素材の被削
性や靭性を低下させるので、上限を０．３０％、場合に
よっては０．２５％とする。
り、０．１０％以上、場合によっては０．１５％以上含
有することが必要であるが、過剰に加えると素材の被削
性や靭性を低下させるので、上限を０．３０％、場合に
よっては０．２５％とする。
【００２１】Ｓｉ：１．０％以下 Ｓｉは、上記したように、素材のマトリックス中に固溶
し、パーライト変態を抑制することにより焼戻し軟化抵
抗を向上させる元素であるが、場合によっては０．４０
％以上とするのが良く、また、１．０％を超えて添加し
ても、得られる効果が飽和し、さらには冷間鍛造性や被
削性の低下およびＡｃ３変態点温度の上昇による浸炭性
の悪化を招くので、上限を１．０％、場合によっては
０．９％とする。
し、パーライト変態を抑制することにより焼戻し軟化抵
抗を向上させる元素であるが、場合によっては０．４０
％以上とするのが良く、また、１．０％を超えて添加し
ても、得られる効果が飽和し、さらには冷間鍛造性や被
削性の低下およびＡｃ３変態点温度の上昇による浸炭性
の悪化を招くので、上限を１．０％、場合によっては
０．９％とする。
【００２２】Ｍｎ：１．０％以下 Ｍｎは、溶鋼の脱酸，脱硫元素として有用であるが、
１．０％を超えて含有すると焼入れ性の増加により素材
の被削性を低下させるので、１．０％以下、場合によっ
ては０．５０％以下とする。
１．０％を超えて含有すると焼入れ性の増加により素材
の被削性を低下させるので、１．０％以下、場合によっ
ては０．５０％以下とする。
【００２３】Ｃｒ：１．５０〜５．０％ Ｃｒは、炭化物の形成により、Ｓｉと同様に焼戻し軟化
抵抗を向上させる重要な元素であるが、１．５０％未満
では十分な効果が得られないので、１．５０％以上、場
合によっては２．０％以上とするのが良いが、５．０％
を超えて含有すると被削性を低下させると共に、経済性
も損なわれるため、５．０％以下、場合によっては４．
０％以下とする。
抵抗を向上させる重要な元素であるが、１．５０％未満
では十分な効果が得られないので、１．５０％以上、場
合によっては２．０％以上とするのが良いが、５．０％
を超えて含有すると被削性を低下させると共に、経済性
も損なわれるため、５．０％以下、場合によっては４．
０％以下とする。
【００２４】表面から深さ０．１ｍｍまでのＣ量が０．
７〜１．３％ 表面のＣ量は、表面硬さおよび焼戻し軟化抵抗の確保に
対して大きな影響を及ぼし、０．７％未満では十分な表
面硬さが得られないため、ピッティング寿命，耐摩耗性
が低下する。また、１．３％を超えると表面への網状セ
メンタイトの析出が顕著となり、表層部の靭性および研
削性が低下する。そのため、Ｃ量の範囲を０．７〜１．
３％とする。さらに、浸炭処理に替えて浸炭窒化処理に
よれば、上記のＣ量の加えて０．２％以上のＮを分散さ
せることにより、焼戻し軟化抵抗を向上させ、より一層
高い歯面強度を得ることができる。
７〜１．３％ 表面のＣ量は、表面硬さおよび焼戻し軟化抵抗の確保に
対して大きな影響を及ぼし、０．７％未満では十分な表
面硬さが得られないため、ピッティング寿命，耐摩耗性
が低下する。また、１．３％を超えると表面への網状セ
メンタイトの析出が顕著となり、表層部の靭性および研
削性が低下する。そのため、Ｃ量の範囲を０．７〜１．
３％とする。さらに、浸炭処理に替えて浸炭窒化処理に
よれば、上記のＣ量の加えて０．２％以上のＮを分散さ
せることにより、焼戻し軟化抵抗を向上させ、より一層
高い歯面強度を得ることができる。
【００２５】表面から深さ０．１ｍｍまでのＣ，Ｓｉ，
Ｃｒ量が５．５％＜３×Ｃ（％）＋５．２×Ｓｉ（％）
＋Ｃｒ（％） 本発明では、ピッティング，スコーリング等の歯面強度
が素材の焼戻し軟化抵抗に依存するという従来の研究成
果に着目して調査を行った結果、特に、ヘルツ面圧で２
０００ＭＰａ以上の高面圧下では歯面最表層の噛い合い
摩擦温度が３００℃程度となる場合もあり得ることが明
かとなった。そこで、本発明者らは、３００℃までの温
度域における素材の焼戻し軟化抵抗の向上に重点を置い
て調査した結果、上記のＣに加えて、合金元素であるＳ
ｉ，Ｃｒの各々が上記限定範囲内であり、かつ、５．５
％＜３×Ｃ（％）＋５．２×Ｓｉ（％）＋Ｃｒ（％）を
満たす場合には素材の鍛造性，被削性等の生産性を極端
に悪化させることなく焼戻し軟化抵抗を飛躍的に向上さ
せうることを見いだした。そこで、表面から深さ０．１
ｍｍまでのＣ，Ｓｉ，Ｃｒ量は５．５％＜３×Ｃ（％）
＋５．２×Ｓｉ（％）＋Ｃｒ（％）とした。
Ｃｒ量が５．５％＜３×Ｃ（％）＋５．２×Ｓｉ（％）
＋Ｃｒ（％） 本発明では、ピッティング，スコーリング等の歯面強度
が素材の焼戻し軟化抵抗に依存するという従来の研究成
果に着目して調査を行った結果、特に、ヘルツ面圧で２
０００ＭＰａ以上の高面圧下では歯面最表層の噛い合い
摩擦温度が３００℃程度となる場合もあり得ることが明
かとなった。そこで、本発明者らは、３００℃までの温
度域における素材の焼戻し軟化抵抗の向上に重点を置い
て調査した結果、上記のＣに加えて、合金元素であるＳ
ｉ，Ｃｒの各々が上記限定範囲内であり、かつ、５．５
％＜３×Ｃ（％）＋５．２×Ｓｉ（％）＋Ｃｒ（％）を
満たす場合には素材の鍛造性，被削性等の生産性を極端
に悪化させることなく焼戻し軟化抵抗を飛躍的に向上さ
せうることを見いだした。そこで、表面から深さ０．１
ｍｍまでのＣ，Ｓｉ，Ｃｒ量は５．５％＜３×Ｃ（％）
＋５．２×Ｓｉ（％）＋Ｃｒ（％）とした。
【００２６】１．０％以下のＭｏ量を含有し、７．５％
＞２．２×Ｓｉ（％）＋２．５×Ｍｎ（％）＋Ｃｒ
（％）＋５．７×Ｍｏ（％） Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒを含有する鋼素材に浸炭処理を行う場
合は、雰囲気ガスによりそれらの合金元素が酸化される
ことによって、最表層のオーステナイト粒界に不完全焼
入れ層が生成し、歯車の衝撃強度に代表される歯元曲げ
強度を低下させることがわかっている。そこで、高い歯
元曲げ強度を必要とする場合は、不完全焼入れ層の増加
を防ぐと共に、浸炭層の靭性を向上させる合金元素であ
るＭｏを添加することが望ましい。
＞２．２×Ｓｉ（％）＋２．５×Ｍｎ（％）＋Ｃｒ
（％）＋５．７×Ｍｏ（％） Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒを含有する鋼素材に浸炭処理を行う場
合は、雰囲気ガスによりそれらの合金元素が酸化される
ことによって、最表層のオーステナイト粒界に不完全焼
入れ層が生成し、歯車の衝撃強度に代表される歯元曲げ
強度を低下させることがわかっている。そこで、高い歯
元曲げ強度を必要とする場合は、不完全焼入れ層の増加
を防ぐと共に、浸炭層の靭性を向上させる合金元素であ
るＭｏを添加することが望ましい。
【００２７】しかしながら、Ｍｏは高価な元素であり、
また、多量に加えた場合は、素材の被削性を悪化させる
ので、単独での含有量は１．０％以下とする。さらに、
他の合金元素とのバランスより、７．５％＞２．２×Ｓ
ｉ（％）＋２．５×Ｍｎ（％）＋Ｃｒ（％）＋５．７×
Ｍｏ（％）を満たさない場合は、焼ならしあるいは焼な
まし後にベイナイト組織となり、被削性が大きく低下す
るため、７．５％＞２．２×Ｓｉ（％）＋２．５×Ｍｎ
（％）＋Ｃｒ（％）＋５．７×Ｍｏ（％）とする。
また、多量に加えた場合は、素材の被削性を悪化させる
ので、単独での含有量は１．０％以下とする。さらに、
他の合金元素とのバランスより、７．５％＞２．２×Ｓ
ｉ（％）＋２．５×Ｍｎ（％）＋Ｃｒ（％）＋５．７×
Ｍｏ（％）を満たさない場合は、焼ならしあるいは焼な
まし後にベイナイト組織となり、被削性が大きく低下す
るため、７．５％＞２．２×Ｓｉ（％）＋２．５×Ｍｎ
（％）＋Ｃｒ（％）＋５．７×Ｍｏ（％）とする。
【００２８】ショットピーニングにより、表面から深さ
５０μｍでの硬さがビッカース硬さで７００〜９００ ショットピーニングによる表面硬さ，圧縮残留応力の増
加は、疲労亀裂の発生・進展を抑制し、ピッティングお
よびスポーリング寿命の向上に有効であるが、表面から
深さ５０μｍでの硬さがビッカース硬さで７００未満の
ときはピッティング寿命の向上が十分でなく、９００を
超える場合は表面層の靭性が低下し、歯車使用中に歯先
や歯幅方向のエッジ部の欠損が生じ易いため、表面から
深さ５０μｍでの硬さがビッカース硬さで７００〜９０
０とすることが望ましい。そして、上記効果を得るため
には、ショットピーニングをアークハイト０．４ｍｍ以
上の条件で行うことが望ましい。
５０μｍでの硬さがビッカース硬さで７００〜９００ ショットピーニングによる表面硬さ，圧縮残留応力の増
加は、疲労亀裂の発生・進展を抑制し、ピッティングお
よびスポーリング寿命の向上に有効であるが、表面から
深さ５０μｍでの硬さがビッカース硬さで７００未満の
ときはピッティング寿命の向上が十分でなく、９００を
超える場合は表面層の靭性が低下し、歯車使用中に歯先
や歯幅方向のエッジ部の欠損が生じ易いため、表面から
深さ５０μｍでの硬さがビッカース硬さで７００〜９０
０とすることが望ましい。そして、上記効果を得るため
には、ショットピーニングをアークハイト０．４ｍｍ以
上の条件で行うことが望ましい。
【００２９】歯車の表面粗さは、噛み合いによる歯面間
の微視的な面圧分布，油膜厚さ等の潤滑条件に影響を及
ぼし、歯面強度を左右する重要な要因であるが、ショッ
トピーニングを行うと一般的に悪化する傾向にある。そ
こで、表面粗さの悪化を抑えるためには、なるべく直径
０．７ｍｍ以下の小径の鋼球を使用してショットピーニ
ングを行うことが好ましい。
の微視的な面圧分布，油膜厚さ等の潤滑条件に影響を及
ぼし、歯面強度を左右する重要な要因であるが、ショッ
トピーニングを行うと一般的に悪化する傾向にある。そ
こで、表面粗さの悪化を抑えるためには、なるべく直径
０．７ｍｍ以下の小径の鋼球を使用してショットピーニ
ングを行うことが好ましい。
【００３０】歯面を研削加工した後において、表面から
深さ５０μｍでの硬さをビッカース硬さで７００〜９０
０、表面粗さを最大粗さＲｍａｘで５μｍ以下、平均粗
さＲａで１μｍ以下 歯面強度は、歯車精度や、組付け剛性の不足に伴う歯面
の片当りによって、大きく低下することは周知の事実で
あるが、本発明のような表面硬化歯車の場合は、浸炭焼
入れまたは浸炭窒化焼入れ時の熱処理歪の発生による精
度低下は避けられない。そこで、歯面の研削加工によ
り、歯車精度および表面粗度の向上を図ることは、歯面
強度の向上に有効である。しかしながら、研削取り代が
過大となって表面硬さが低下すると、歯面強度の向上が
得られないため、表面から深さ５０μｍでのビッカース
硬さを７００〜９００とすることが望ましい。また、表
面粗さは、上記理由により、最大粗さＲｍａｘで５μｍ
以下、平均粗さＲａで１μｍ以下とすることが望まし
い。
深さ５０μｍでの硬さをビッカース硬さで７００〜９０
０、表面粗さを最大粗さＲｍａｘで５μｍ以下、平均粗
さＲａで１μｍ以下 歯面強度は、歯車精度や、組付け剛性の不足に伴う歯面
の片当りによって、大きく低下することは周知の事実で
あるが、本発明のような表面硬化歯車の場合は、浸炭焼
入れまたは浸炭窒化焼入れ時の熱処理歪の発生による精
度低下は避けられない。そこで、歯面の研削加工によ
り、歯車精度および表面粗度の向上を図ることは、歯面
強度の向上に有効である。しかしながら、研削取り代が
過大となって表面硬さが低下すると、歯面強度の向上が
得られないため、表面から深さ５０μｍでのビッカース
硬さを７００〜９００とすることが望ましい。また、表
面粗さは、上記理由により、最大粗さＲｍａｘで５μｍ
以下、平均粗さＲａで１μｍ以下とすることが望まし
い。
【００３１】
【発明の作用】本発明に係わる歯面強度の優れた歯車で
は、重量％で、Ｃ：０．１０〜０．３０％、Ｓｉ：１．
０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１．５０〜５．
０％を含み、残部Ｆｅおよび不純物からなる鋼を素材と
し、浸炭焼入れ焼戻しまたは浸炭窒化焼入れ焼戻しによ
る表面硬化層を有し、表面から深さ０．１ｍｍまでのＣ
量が０．７〜１．３％であると共に、表面から深さ０．
１ｍｍまでのＣ，Ｓｉ，Ｃｒ量が５．５％＜３×Ｃ
（％）＋５．２×Ｓｉ（％）＋Ｃｒ（％）であるものと
しているので、良好なピッティング寿命および耐摩耗性
を有する歯面強度の優れた歯車となる。
は、重量％で、Ｃ：０．１０〜０．３０％、Ｓｉ：１．
０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１．５０〜５．
０％を含み、残部Ｆｅおよび不純物からなる鋼を素材と
し、浸炭焼入れ焼戻しまたは浸炭窒化焼入れ焼戻しによ
る表面硬化層を有し、表面から深さ０．１ｍｍまでのＣ
量が０．７〜１．３％であると共に、表面から深さ０．
１ｍｍまでのＣ，Ｓｉ，Ｃｒ量が５．５％＜３×Ｃ
（％）＋５．２×Ｓｉ（％）＋Ｃｒ（％）であるものと
しているので、良好なピッティング寿命および耐摩耗性
を有する歯面強度の優れた歯車となる。
【００３２】また、本発明に係わる歯面強度の優れた歯
車では、重量％で、Ｃ：０．１０〜０．３０％、Ｓｉ：
１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１．５０〜
５．０％、Ｍｏ：１．０％以下を含み、かつＳｉ，Ｍ
ｎ，Ｃｒ，Ｍｏ量が７．５％＞２．２×Ｓｉ（％）＋
２．５×Ｍｎ（％）＋Ｃｒ（％）＋５．７×Ｍｏ（％）
であり、残部Ｆｅおよび不純物からなる鋼を素材とし、
浸炭焼入れ焼戻しまたは浸炭窒化焼入れ焼戻しによる表
面硬化層を有し、表面から深さ０．１ｍｍまでのＣ量が
０．７〜１．３％であると共に、表面から深さ０．１ｍ
ｍまでのＣ，Ｓｉ，Ｃｒ量が５．５％＜３×Ｃ（％）＋
５．２×Ｓｉ（％）＋Ｃｒ（％）であるものとしている
ので、前記の歯面強度の優れた歯車の作用に加え、Ｍｏ
が適量含有されているので、より高い歯元曲げ強度を有
するものとなる。
車では、重量％で、Ｃ：０．１０〜０．３０％、Ｓｉ：
１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１．５０〜
５．０％、Ｍｏ：１．０％以下を含み、かつＳｉ，Ｍ
ｎ，Ｃｒ，Ｍｏ量が７．５％＞２．２×Ｓｉ（％）＋
２．５×Ｍｎ（％）＋Ｃｒ（％）＋５．７×Ｍｏ（％）
であり、残部Ｆｅおよび不純物からなる鋼を素材とし、
浸炭焼入れ焼戻しまたは浸炭窒化焼入れ焼戻しによる表
面硬化層を有し、表面から深さ０．１ｍｍまでのＣ量が
０．７〜１．３％であると共に、表面から深さ０．１ｍ
ｍまでのＣ，Ｓｉ，Ｃｒ量が５．５％＜３×Ｃ（％）＋
５．２×Ｓｉ（％）＋Ｃｒ（％）であるものとしている
ので、前記の歯面強度の優れた歯車の作用に加え、Ｍｏ
が適量含有されているので、より高い歯元曲げ強度を有
するものとなる。
【００３３】そしてまた、ショットピーニングが施され
た表面肌を有し、表面から深さ５０μｍでのビッカース
硬さが７００〜９００であるものとすることによって、
表面硬さおよび圧縮残留応力の増加が得られ、疲労亀裂
の発生・進展が抑制されて、ピッティング寿命およびス
ポーリング寿命がより一層向上した歯車となる。
た表面肌を有し、表面から深さ５０μｍでのビッカース
硬さが７００〜９００であるものとすることによって、
表面硬さおよび圧縮残留応力の増加が得られ、疲労亀裂
の発生・進展が抑制されて、ピッティング寿命およびス
ポーリング寿命がより一層向上した歯車となる。
【００３４】さらにまた、研削加工された表面肌を有
し、表面から深さ５０μｍでのビッカース硬さが７００
〜９００であると共に、表面粗さが最大粗さＲｍａｘで
５μｍ以下、平均粗さＲａで１μｍ以下であるものとす
ることによって、歯車精度および表面粗度の向上がもた
らされることとなり、歯面強度がより一層向上した歯車
となる。
し、表面から深さ５０μｍでのビッカース硬さが７００
〜９００であると共に、表面粗さが最大粗さＲｍａｘで
５μｍ以下、平均粗さＲａで１μｍ以下であるものとす
ることによって、歯車精度および表面粗度の向上がもた
らされることとなり、歯面強度がより一層向上した歯車
となる。
【００３５】また、本発明に係わる歯面強度の優れた歯
車の製造方法では、重量％で、Ｃ：０．１０〜０．３０
％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：
１．５０〜５．０％を含み、残部Ｆｅおよび不純物から
なる鋼を用いて、鍛造または機械加工等の成形加工によ
り歯車形状に成形を行った後、表面から深さ０．１ｍｍ
までのＣ量が０．７〜１．３％となるように浸炭焼入れ
焼戻しまたは浸炭窒化焼入れ焼戻しの表面硬化処理を行
うことにより、表面から深さ０．１ｍｍまでのＣ，Ｓ
ｉ，Ｃｒ量が５．５％＜３×Ｃ（％）＋５．２×Ｓｉ
（％）＋Ｃｒ（％）とするようにしたから、良好なピッ
ティング寿命および耐摩耗性を有する歯面強度の優れた
歯車が製造されることとなる。
車の製造方法では、重量％で、Ｃ：０．１０〜０．３０
％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：
１．５０〜５．０％を含み、残部Ｆｅおよび不純物から
なる鋼を用いて、鍛造または機械加工等の成形加工によ
り歯車形状に成形を行った後、表面から深さ０．１ｍｍ
までのＣ量が０．７〜１．３％となるように浸炭焼入れ
焼戻しまたは浸炭窒化焼入れ焼戻しの表面硬化処理を行
うことにより、表面から深さ０．１ｍｍまでのＣ，Ｓ
ｉ，Ｃｒ量が５．５％＜３×Ｃ（％）＋５．２×Ｓｉ
（％）＋Ｃｒ（％）とするようにしたから、良好なピッ
ティング寿命および耐摩耗性を有する歯面強度の優れた
歯車が製造されることとなる。
【００３６】また、同じく、本発明に係わる歯面強度の
優れた歯車の製造方法では、重量％で、Ｃ：０．１０〜
０．３０％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以
下、Ｃｒ：１．５０〜５．０％、Ｍｏ：１．０％以下を
含み、かつＳｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏ量が７．５％＞２．
２×Ｓｉ（％）＋２．５×Ｍｎ（％）＋Ｃｒ（％）＋
５．７×Ｍｏ（％）であり、残部Ｆｅおよび不純物から
なる鋼を用いて、鍛造または機械加工等の成形加工によ
り歯車形状に成形を行った後、表面から深さ０．１ｍｍ
までのＣ量が０．７〜１．３％となるように浸炭焼入れ
焼戻しまたは浸炭窒化焼入れ焼戻しの表面硬化処理を行
うことにより、表面から深さ０．１ｍｍまでのＣ，Ｓ
ｉ，Ｃｒ量が５．５％＜３×Ｃ（％）＋５．２×Ｓｉ
（％）＋Ｃｒ（％）とするようにしたから、上記の製造
方法に加えて素材中にＭｏが適量含有されているので、
より高い歯元曲げ強度を有する歯車が製造されることと
なる。
優れた歯車の製造方法では、重量％で、Ｃ：０．１０〜
０．３０％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以
下、Ｃｒ：１．５０〜５．０％、Ｍｏ：１．０％以下を
含み、かつＳｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏ量が７．５％＞２．
２×Ｓｉ（％）＋２．５×Ｍｎ（％）＋Ｃｒ（％）＋
５．７×Ｍｏ（％）であり、残部Ｆｅおよび不純物から
なる鋼を用いて、鍛造または機械加工等の成形加工によ
り歯車形状に成形を行った後、表面から深さ０．１ｍｍ
までのＣ量が０．７〜１．３％となるように浸炭焼入れ
焼戻しまたは浸炭窒化焼入れ焼戻しの表面硬化処理を行
うことにより、表面から深さ０．１ｍｍまでのＣ，Ｓ
ｉ，Ｃｒ量が５．５％＜３×Ｃ（％）＋５．２×Ｓｉ
（％）＋Ｃｒ（％）とするようにしたから、上記の製造
方法に加えて素材中にＭｏが適量含有されているので、
より高い歯元曲げ強度を有する歯車が製造されることと
なる。
【００３７】そしてまた、表面硬化処理後にショットピ
ーニングを行い、表面から深さ５０μｍでのビッカース
硬さを７００〜９００とすることによって、表面硬さお
よび圧縮残留応力の増加が得られ、疲労亀裂の発生・進
展が抑制されることとなり、ピッティング寿命およびス
ポーリング寿命がより一層向上した歯車が製造されるこ
ととなる。
ーニングを行い、表面から深さ５０μｍでのビッカース
硬さを７００〜９００とすることによって、表面硬さお
よび圧縮残留応力の増加が得られ、疲労亀裂の発生・進
展が抑制されることとなり、ピッティング寿命およびス
ポーリング寿命がより一層向上した歯車が製造されるこ
ととなる。
【００３８】さらにまた、ショットピーニングは、直径
０．７ｍｍ以下の小径鋼球を使用して、アークハイト
０．４ｍｍ以上の条件で行うことによって、上記ショッ
トピーニングによる効果が得られると共に、表面粗さの
悪化が防止されることとなる。
０．７ｍｍ以下の小径鋼球を使用して、アークハイト
０．４ｍｍ以上の条件で行うことによって、上記ショッ
トピーニングによる効果が得られると共に、表面粗さの
悪化が防止されることとなる。
【００３９】さらにまた、表面硬化処理後またはショッ
トピーニング後に歯面を研削加工し、表面から深さ５０
μｍでのビッカース硬さを７００〜９００とし、表面粗
さを最大粗さＲｍａｘで５μｍ以下、平均粗さＲａで１
μｍ以下とすることによって、歯車精度および表面粗度
の向上がもたらされることとなり、歯面強度がより一層
向上した歯車が製造されることとなる。
トピーニング後に歯面を研削加工し、表面から深さ５０
μｍでのビッカース硬さを７００〜９００とし、表面粗
さを最大粗さＲｍａｘで５μｍ以下、平均粗さＲａで１
μｍ以下とすることによって、歯車精度および表面粗度
の向上がもたらされることとなり、歯面強度がより一層
向上した歯車が製造されることとなる。
【００４０】
【実施例】表１に示す化学成分の各歯車用鋼を溶製した
のち造塊し、熱間圧延によって直径８０ｍｍの歯車素材
を製造した。次いで、前記各歯車素材を図３に示す工程
に従って熱間鍛造，焼ならし（９００℃×１Ｈ）、旋削
および歯切り加工、浸炭焼入れ焼戻しまたは浸炭窒化焼
入れ焼戻し、ショットピーニング，粗研削，仕上研削を
行い、表３に示すように、一部の工程を採用しないで、
表２に示す仕様の耐ピッティング試験用歯車および繰返
し衝撃試験用歯車を製造した。
のち造塊し、熱間圧延によって直径８０ｍｍの歯車素材
を製造した。次いで、前記各歯車素材を図３に示す工程
に従って熱間鍛造，焼ならし（９００℃×１Ｈ）、旋削
および歯切り加工、浸炭焼入れ焼戻しまたは浸炭窒化焼
入れ焼戻し、ショットピーニング，粗研削，仕上研削を
行い、表３に示すように、一部の工程を採用しないで、
表２に示す仕様の耐ピッティング試験用歯車および繰返
し衝撃試験用歯車を製造した。
【００４１】
【表１】
【００４２】
【表２】
【００４３】
【表３】
【００４４】図４には、浸炭焼入れ焼戻し条件を示し、
図５には、浸炭窒化焼入れ焼戻し条件を示す。また、シ
ョットピーニングは、エアーノズル式ピーニングマシン
により、硬さがＨＲＣ６０の鋼球（直径：０．７ｍｍ）
を用いてカバレージ３００％の条件で、投射速度を変更
することにより狙いの表３に示すアークハイト値を設定
して処理を行った。
図５には、浸炭窒化焼入れ焼戻し条件を示す。また、シ
ョットピーニングは、エアーノズル式ピーニングマシン
により、硬さがＨＲＣ６０の鋼球（直径：０．７ｍｍ）
を用いてカバレージ３００％の条件で、投射速度を変更
することにより狙いの表３に示すアークハイト値を設定
して処理を行った。
【００４５】さらに、歯面研削は、粗研削にライスハウ
エル式研削盤を用い、仕上げ研削にフェスラー式研削盤
を用いて、いれずれもＷＡ（溶融アルミナ系）研削砥石
により研削を行った。
エル式研削盤を用い、仕上げ研削にフェスラー式研削盤
を用いて、いれずれもＷＡ（溶融アルミナ系）研削砥石
により研削を行った。
【００４６】表１に示すように、比較鋼Ｅは、２．２×
Ｓｉ（％）＋２．５×Ｍｎ（％）＋５．７×Ｍｏ（％）
の値が大きすぎるため、本発明鋼Ａ〜Ｄに比較して、焼
ならし硬さが著しく高く、被削性が悪化することがわか
る。
Ｓｉ（％）＋２．５×Ｍｎ（％）＋５．７×Ｍｏ（％）
の値が大きすぎるため、本発明鋼Ａ〜Ｄに比較して、焼
ならし硬さが著しく高く、被削性が悪化することがわか
る。
【００４７】上記のような工程（ただし、表３に示すよ
うに一部採用せず）によって表２の諸元形状に製作した
２種類の試験用歯車対を用いて、耐ピッティング試験お
よび繰返し衝撃試験を行った。
うに一部採用せず）によって表２の諸元形状に製作した
２種類の試験用歯車対を用いて、耐ピッティング試験お
よび繰返し衝撃試験を行った。
【００４８】このうち、耐ピッティング試験は、動力循
環式歯車疲労試験機を用いて、歯車ピッチ点のヘルツ面
圧が２０１９ＭＰａ、試験歯車回転数が１０００ｒｐｍ
であるものとし、潤滑油には自動変速機用オイルを使用
して実施した。そして、ピッティング寿命は、試験歯車
歯面上のピッティングにより剥離した部分の面積が、試
験歯車全歯の噛み合い有効面積の３％に相当する累計回
転数を用いた。また、耐摩耗性評価のため、図６に示す
ような歯形形状の測定データより、上記試験条件での累
計回転数１００万回での歯面の摩耗量も測定した。
環式歯車疲労試験機を用いて、歯車ピッチ点のヘルツ面
圧が２０１９ＭＰａ、試験歯車回転数が１０００ｒｐｍ
であるものとし、潤滑油には自動変速機用オイルを使用
して実施した。そして、ピッティング寿命は、試験歯車
歯面上のピッティングにより剥離した部分の面積が、試
験歯車全歯の噛み合い有効面積の３％に相当する累計回
転数を用いた。また、耐摩耗性評価のため、図６に示す
ような歯形形状の測定データより、上記試験条件での累
計回転数１００万回での歯面の摩耗量も測定した。
【００４９】また、繰返し衝撃試験は、図７に示す落錘
形繰返し衝撃試験機に試験歯車１と相手歯車２とを噛合
わせた試験歯車対をそれぞれ入力軸３と出力軸４とに固
定し、入力軸３に固定したトルクアーム５に繰返し重錘
を落下させ、衝撃トルクを加えることにより行った。こ
こで、寿命は試験歯車１が破損するまでの落下回数と
し、衝撃トルクは相手歯車２を介した出力軸４上のねじ
りトルク測定により求めた。なお、本実施例中の衝撃強
度は、重錘落下による繰返し数が１００回に相当する衝
撃トルクを用いた。
形繰返し衝撃試験機に試験歯車１と相手歯車２とを噛合
わせた試験歯車対をそれぞれ入力軸３と出力軸４とに固
定し、入力軸３に固定したトルクアーム５に繰返し重錘
を落下させ、衝撃トルクを加えることにより行った。こ
こで、寿命は試験歯車１が破損するまでの落下回数と
し、衝撃トルクは相手歯車２を介した出力軸４上のねじ
りトルク測定により求めた。なお、本実施例中の衝撃強
度は、重錘落下による繰返し数が１００回に相当する衝
撃トルクを用いた。
【００５０】表３に示す試験結果より明らかなように、
本発明例であるＮｏ．１〜５は、Ｓｉ，Ｃｒの適量添加
による焼戻し軟化抵抗向上効果により、ピッティング寿
命，摩耗量のいずれもが良好であり、特にＮｏ．５は、
Ｍｏの適量添加により、衝撃強度も向上していることが
わかる。
本発明例であるＮｏ．１〜５は、Ｓｉ，Ｃｒの適量添加
による焼戻し軟化抵抗向上効果により、ピッティング寿
命，摩耗量のいずれもが良好であり、特にＮｏ．５は、
Ｍｏの適量添加により、衝撃強度も向上していることが
わかる。
【００５１】一方、比較例のＮｏ．６，７では、Ｓｉ，
Ｃｒの添加量が少なく、耐ピッティング性，耐摩耗性が
劣っている。また、比較例のＮｏ．８は、浸炭時のカー
ボンポテンシャルが増加していることにより表面近傍に
網状セメンタイトが析出し、ピッティング寿命は比較的
長いものの、衝撃強度が大きく低下している。
Ｃｒの添加量が少なく、耐ピッティング性，耐摩耗性が
劣っている。また、比較例のＮｏ．８は、浸炭時のカー
ボンポテンシャルが増加していることにより表面近傍に
網状セメンタイトが析出し、ピッティング寿命は比較的
長いものの、衝撃強度が大きく低下している。
【００５２】さらに、本発明例のＮｏ．９は、ショット
ピーニングによる表面硬さ向上のため良好な歯面強度が
得られているのに対し、Ｎｏ．１０はピーニング条件が
苛酷であるため、歯面の面粗度の悪化が著しく、摩耗量
が増加していることに加えて、表面硬さが過大なため、
エッヂ部の靭性低下による歯面の欠損が発生し短寿命で
あった。
ピーニングによる表面硬さ向上のため良好な歯面強度が
得られているのに対し、Ｎｏ．１０はピーニング条件が
苛酷であるため、歯面の面粗度の悪化が著しく、摩耗量
が増加していることに加えて、表面硬さが過大なため、
エッヂ部の靭性低下による歯面の欠損が発生し短寿命で
あった。
【００５３】さらにまた、本発明例のＮｏ１１〜１３
は、歯面研削による歯車精度，表面粗度の向上により、
寿命が大きく向上している。これに対して、比較例のＮ
ｏ．１４は、歯面研削によっても長寿命を得ることがで
きないことがわかる。
は、歯面研削による歯車精度，表面粗度の向上により、
寿命が大きく向上している。これに対して、比較例のＮ
ｏ．１４は、歯面研削によっても長寿命を得ることがで
きないことがわかる。
【００５４】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明による
歯車は、Ｓｉ，Ｃｒ含有量の適性添加および浸炭または
浸炭窒化処理による表面Ｃ量の適正化によって、素材の
切削性，鍛造性といった生産性の悪化を招かずに、高負
荷での噛み合いで発生する３００℃前後での発熱に際し
て軟化抵抗が高いものとなって、良好なピッティング寿
命および耐摩耗性を有する歯面強度に優れた歯車を提供
することができるという著しく優れた効果がもたらさ
れ、素材中にＭｏを添加することによってより高い歯元
曲げ強度を有する歯車を提供することが可能であるとい
う著しく優れた効果がもたらされ、さらには、ショット
ピーニング，歯面研削処理と組合わせることによって、
より一層高い歯面強度を有する歯車を提供することが可
能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
歯車は、Ｓｉ，Ｃｒ含有量の適性添加および浸炭または
浸炭窒化処理による表面Ｃ量の適正化によって、素材の
切削性，鍛造性といった生産性の悪化を招かずに、高負
荷での噛み合いで発生する３００℃前後での発熱に際し
て軟化抵抗が高いものとなって、良好なピッティング寿
命および耐摩耗性を有する歯面強度に優れた歯車を提供
することができるという著しく優れた効果がもたらさ
れ、素材中にＭｏを添加することによってより高い歯元
曲げ強度を有する歯車を提供することが可能であるとい
う著しく優れた効果がもたらされ、さらには、ショット
ピーニング，歯面研削処理と組合わせることによって、
より一層高い歯面強度を有する歯車を提供することが可
能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００５５】さらに、本発明による歯車の製造方法で
は、上述した歯面強度の優れた歯車を提供することが可
能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
は、上述した歯面強度の優れた歯車を提供することが可
能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【図１】材料の３００℃×１０Ｈの焼戻し後硬さとピッ
ティング寿命および歯面摩耗量との関係を示す説明図で
ある。
ティング寿命および歯面摩耗量との関係を示す説明図で
ある。
【図２】自動変速機用ピニオンギアにおける素材の焼な
らし後硬さと加工数量３０個当たりのホブ摩耗量との関
係を示す説明図である。
らし後硬さと加工数量３０個当たりのホブ摩耗量との関
係を示す説明図である。
【図３】試験歯車の製作工程を示すフローチャートであ
る。
る。
【図４】本発明の実施例で採用した浸炭焼入れ焼戻し条
件を示す説明図である。
件を示す説明図である。
【図５】本発明の実施例で採用した浸炭窒化焼入れ焼戻
し条件を示す説明図である。
し条件を示す説明図である。
【図６】歯面摩耗量の測定例を示す説明図である。
【図７】繰返し衝撃試験方法の説明図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ１６Ｈ 55/06 Ｆ１６Ｈ 55/06 (72)発明者 岡 田 義 夫 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日 産自動車株式会社 内 (72)発明者 松 本 隆 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日 産自動車株式会社 内 (56)参考文献 特開 昭63−60257（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−173241（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−62859（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−201128（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60
Claims (9)
- 【請求項１】 重量％で、Ｃ：０．１０〜０．３０％、
Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１．
５０〜５．０％を含み、残部Ｆｅおよび不純物からなる
鋼を素材とし、浸炭焼入れ焼戻しまたは浸炭窒化焼入れ
焼戻しによる表面硬化層を有し、表面から深さ０．１ｍ
ｍまでのＣ量が０．７〜１．３％であると共に、表面か
ら深さ０．１ｍｍまでのＣ，Ｓｉ，Ｃｒ量が５．５％＜
３×Ｃ（％）＋５．２×Ｓｉ（％）＋Ｃｒ（％）である
ことを特徴とする歯面強度の優れた歯車。 - 【請求項２】 重量％で、Ｃ：０．１０〜０．３０％、
Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１．
５０〜５．０％、Ｍｏ：１．０％以下を含み、かつＳ
ｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏ量が７．５％＞２．２×Ｓｉ
（％）＋２．５×Ｍｎ（％）＋Ｃｒ（％）＋５．７×Ｍ
ｏ（％）であり、残部Ｆｅおよび不純物からなる鋼を素
材とし、浸炭焼入れ焼戻しまたは浸炭窒化焼入れ焼戻し
による表面硬化層を有し、表面から深さ０．１ｍｍまで
のＣ量が０．７〜１．３％であると共に、表面から深さ
０．１ｍｍまでのＣ，Ｓｉ，Ｃｒ量が５．５％＜３×Ｃ
（％）＋５．２×Ｓｉ（％）＋Ｃｒ（％）であることを
特徴とする歯面強度の優れた歯車。 - 【請求項３】 ショットピーニングが施された表面肌を
有し、表面から深さ５０μｍでのビッカース硬さが７０
０〜９００である請求項１または２に記載の歯面強度の
優れた歯車。 - 【請求項４】 研削加工された表面肌を有し、表面から
深さ５０μｍでのビッカース硬さが７００〜９００であ
ると共に、表面粗さが最大粗さＲｍａｘで５μｍ以下、
平均粗さＲａで１μｍ以下である請求項１ないし３のい
ずれかに記載の歯面強度の優れた歯車。 - 【請求項５】 重量％で、Ｃ：０．１０〜０．３０％、
Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１．
５０〜５．０％を含み、残部Ｆｅおよび不純物からなる
鋼を用いて、鍛造または機械加工等の成形加工により歯
車形状に成形を行った後、表面から深さ０．１ｍｍまで
のＣ量が０．７〜１．３％となるように浸炭焼入れ焼戻
しまたは浸炭窒化焼入れ焼戻しの表面硬化処理を行うこ
とにより、表面から深さ０．１ｍｍまでのＣ，Ｓｉ，Ｃ
ｒ量が５．５％＜３×Ｃ（％）＋５．２×Ｓｉ（％）＋
Ｃｒ（％）とすることを特徴とする歯面強度の優れた歯
車の製造方法。 - 【請求項６】 重量％で、Ｃ：０．１０〜０．３０％、
Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１．
５０〜５．０％、Ｍｏ：１．０％以下を含み、かつＳ
ｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏ量が７．５％＞２．２×Ｓｉ
（％）＋２．５×Ｍｎ（％）＋Ｃｒ（％）＋５．７×Ｍ
ｏ（％）であり、残部Ｆｅおよび不純物からなる鋼を用
いて、鍛造または機械加工等の成形加工により歯車形状
に成形を行った後、表面から深さ０．１ｍｍまでのＣ量
が０．７〜１．３％となるように浸炭焼入れ焼戻しまた
は浸炭窒化焼入れ焼戻しの表面硬化処理を行うことによ
り、表面から深さ０．１ｍｍまでのＣ，Ｓｉ，Ｃｒ量が
５．５％＜３×Ｃ（％）＋５．２×Ｓｉ（％）＋Ｃｒ
（％）とすることを特徴とする歯面強度の優れた歯車の
製造方法。 - 【請求項７】 表面硬化処理後にショットピーニングを
行い、表面から深さ５０μｍでのビッカース硬さを７０
０〜９００とする請求項５または６に記載の歯面強度の
優れた歯車の製造方法。 - 【請求項８】 ショットピーニングは、直径０．７ｍｍ
以下の小径鋼球を使用して、アークハイト０．４ｍｍ以
上の条件で行う請求項７に記載の歯面強度の優れた歯車
の製造方法。 - 【請求項９】 表面硬化処理後またはショットピーニン
グ後に歯面を研削加工し、表面から深さ５０μｍでのビ
ッカース硬さを７００〜９００とし、表面粗さを最大粗
さＲｍａｘで５μｍ以下、平均粗さＲａで１μｍ以下と
する請求項５ないし８のいずれかに記載の歯面強度の優
れた歯車の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03828294A JP3308377B2 (ja) | 1994-03-09 | 1994-03-09 | 歯面強度の優れた歯車およびその製造方法 |
| US08/400,225 US5595613A (en) | 1994-03-09 | 1995-03-07 | Steel for gear, gear superior in strength of tooth surface and method for producing same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03828294A JP3308377B2 (ja) | 1994-03-09 | 1994-03-09 | 歯面強度の優れた歯車およびその製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07242994A JPH07242994A (ja) | 1995-09-19 |
| JP3308377B2 true JP3308377B2 (ja) | 2002-07-29 |
Family
ID=12520964
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03828294A Expired - Lifetime JP3308377B2 (ja) | 1994-03-09 | 1994-03-09 | 歯面強度の優れた歯車およびその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5595613A (ja) |
| JP (1) | JP3308377B2 (ja) |
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1994
- 1994-03-09 JP JP03828294A patent/JP3308377B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1995
- 1995-03-07 US US08/400,225 patent/US5595613A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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