JPH11343520A - かさ歯車と複数の歯車歯を持つ歯車の製造方法 - Google Patents

かさ歯車と複数の歯車歯を持つ歯車の製造方法

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JPH11343520A
JPH11343520A JP11124144A JP12414499A JPH11343520A JP H11343520 A JPH11343520 A JP H11343520A JP 11124144 A JP11124144 A JP 11124144A JP 12414499 A JP12414499 A JP 12414499A JP H11343520 A JPH11343520 A JP H11343520A
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gear
gear teeth
carbon
teeth
steel material
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JP11124144A
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James Steven Fisher
ジェイムズ、スティーヴン、フィシァ
Roland Clark Smith
ローランド、クラーク、スミス
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Dana Inc
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Dana Inc
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    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/32—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for gear wheels, worm wheels, or the like
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S148/00—Metal treatment
    • Y10S148/902—Metal treatment having portions of differing metallurgical properties or characteristics

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 靱性がありかつ延性のあるコアと、高い残留
応力を持つ歯車歯の歯元とを持つ歯車を安価に製造する
ことにある。 【解決手段】 歯車歯をその最終形状に切削し、歯車歯
を浸炭し、この歯車を徐冷し、或は焼なまし、歯車歯の
表面だけを加熱して高周波焼入れする。この場合、残留
圧縮応力の増大によって歯車歯の強度が向上する。歯車
歯の歯元に比較的浅い硬化深度が生じ、残留圧縮応力が
増大するから、歯車の疲労寿命は、浸炭処理による公知
の従来の方法を使って得られる歯車に比べて向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に熱処理した歯車歯
の新規な高周波焼入れ（ｉｎｄｕｃｔｉｏｎｈａｒｄｅ
ｎｉｎｇ）方法に関する。ことに本発明は強靱で延性を
持つコアと共に歯車歯の歯元の高い残留圧縮応力とを持
つ最終歯車（ｆｉｎａｌ ｇｅａｒ）を提供する熱処理
した歯車歯の新規な高周波焼入れ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】歯車製作の分野では、靱性がありかつ延
性のあるコアを持ち、これと同時に歯車歯の歯元（ｒｏ
ｏｔ）に存在する高い残留圧縮応力を持つ歯車を作るこ
とが従来から望まれている。このような歯車を作るよく
知られた従来の提案の１例では、歯車歯の荒削り及び浸
炭を行い、ただし歯車歯の焼入れは行わないで歯車歯の
仕上げ削り（ｆｉｎｉｓｈ ｃｕｔｔｉｎｇ）を行い、
次いで歯車歯全体の高周波焼入れを行う。浸炭後の歯車
歯の仕上げ削りにより寸法特性の向上した歯車が得られ
るが、このような歯車の原価は著しく高くなる。
【０００３】従って本発明の好適な実施例は、歯車歯を
荒削り及び仕上げ削りを行い、或は１つの切削法を利用
して歯車歯をその最終形状（ｆｉａｎｌ ｃｏｎｆｉｇ
ｕｒａｔｉｏｎ）に切削し、歯車とくに歯車歯に浸炭
し、徐冷し、或はこの歯車を焼なまし（ｄｒａｗｉｎｇ
ｂａｃｋ）歯車歯が硬化しないようにし、歯車歯を高
周波焼入れして歯車歯の表面だけを加熱する段階を包含
する、熱処理した歯車歯の高周波焼入れに係わる。この
ようにして、増大した残留圧縮応力によって歯車歯の強
度が向上する。歯車歯の表面だけの誘導加熱（ｉｎｄｕ
ｃｔｉｏｎ ｈｅａｔｉｎｇ）により歯車歯の歯元の硬
化深度が比較的浅くなる。硬化深度が減るに伴い残留圧
縮応力が増すから、このような歯車の疲労寿命は、浸炭
処理による硬化深度を利用する公知の従来の方法を使っ
て得られる歯車に比べて向上する。このような浸炭処理
では、硬化深度が比較的深くなり従って歯車歯の残留圧
縮応力が低く疲労寿命が所望値より短くなる。
【０００４】本発明の他の利点及び新規な特徴は添付図
面による本発明の以下の詳細な説明から明らかである。
【０００５】
【実施例】本発明の好適な実施例についての以下の詳細
な説明では、本発明により熱処理した歯車歯の高周波焼
入れの好適な実施例を例示した添付図面を参照する。本
発明の好適な実施例による熱処理した歯車歯の高周波焼
入れの各段階を示すフローチャートを例示した添付図面
において、前記した本発明の好適な実施例による歯車
は、低炭素鋼材料、なおなるべくは，ＳＡＥ８６２０の
ように０．３５％又はそれ以下の炭素含量を持つ低炭素
鋼材料で作るのがよい（Ｓ１）。この材料は鍛造及び機
械加工が容易である。
【０００６】本発明によれば低炭素鋼棒材は、最終歯車
（ｆｉｎａｌ ｇｅａｒ）の近似形状に機械加工し、鍛
造し又はその他の処理をし（Ｓ２）、歯車歯を備え又は
備えない最終歯車の近似形状に作ることができる。必要
に応じ及び／又は所望により、歯車の応力を軽減し、こ
の歯車を一層機械加工しやすくするには、この歯車の機
械加工に先だって焼なまし（ａｎｎｅａｌｉｎｇ）又は
焼ならしのような熱処理法を利用すればよい。複数の歯
車歯を持つギヤを作る好適な方法の１例では、低炭素鋼
棒材（ｌｏｗ ｃａｒｂｏｎ ｓｔｅｅｌ ｂａｒ ｓ
ｔｏｃｋ）を最終歯車の近似形状に機械加工し、鍛造し
又はその他の処理をする工程（Ｓ２）は、歯車歯を荒削
りし、次いで歯車歯の仕上げ削りを行い次いでこの歯車
を熱処理する段階から成る。或は低炭素鋼棒材を最終歯
車の近似形状に機械加工し、鍛造し又はその他の処理を
する段階（Ｓ２）は、単一の機械加工作業で歯車歯を切
削し、次いでこの歯車を熱処理する段階としてもよい。
【０００７】歯車の表面とくに歯車歯の表面の炭素含量
を０．４５％又はそれ以上に高め、この歯車のコアを強
靱にするように浸炭法又は浸炭窒化法のような従来の熱
処理法により、次いで炭素をこの歯車の表面とくに歯車
歯の表面に導入する（Ｓ３）。次いでこのギヤは、ギヤ
歯が硬くならないように徐冷し或は焼なましする（ｄｒ
ａｗ ｂａｃｋ）ことにより歯車歯は硬化しない（Ｓ
４）。空気冷却では一般に柔らかすぎて充分な強度に欠
ける歯車が生ずるが、酸化を防ぐように不活性ふん囲気
を持つ炉内で温度を調整し徐徐に低下させることによ
り、この歯車は徐冷され或は焼なましされる。なおなる
べくはこの歯車は、所望の性質が得られるように、高温
油クエン焼入れ（ｈｏｔ ｏｉｌ ｑｕｅｎｃｈ）で冷
却できる。たとえば約１，６００゜Ｆないし１，８００
゜Ｆの炉温度から歯車を冷却するときは、２５０゜Ｆな
いし８５０゜Ｆの範囲の温度を持つ油浴により所望の性
質の得られることが分っている。高温油焼入れに対し影
響を及ぼす要因には、油の温度と選定した特定の焼入れ
油（ｑｕｅｎｃｈ ｏｉｌ）の熱的特性と油浴に加える
場合のかきまぜ作用の程度とがある。これ等の要因は、
歯車の強度及び延性のような各材料特性の所望のつりあ
いを生ずるように調整し制御することができる。一般に
一層急速な焼入れでは一層硬くて一層高い強度及び一層
低い延性を持つ歯車を形成するが、一層遅い焼入れでは
一層柔らかくて一層低い強度及び一層高い延性を持つ歯
車を形成する。
【０００８】次いで歯車歯は誘導加熱により再熱処理し
とくに各歯車歯の歯元における残留圧縮応力を増大する
ようにする（Ｓ５）。この場合、他の公知の従来の歯車
製造方法を使って作った歯車より一層強い歯車歯を持つ
ギヤが得られる。強い旋削、研削及び研摩のような仕上
作業を含む局部加熱処理機械加工作業（ｐｏｓｔ ｈｅ
ａｔ ｔｒｅａｔ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｏｐｅｒａｔ
ｉｏｎｓ）（Ｓ６）は、誘導加熱作業に次いでこの歯車
に所望により実施することができる。このような仕上げ
作業は、前回の各作業中に生じたゆがみに適応し正確な
寸法の形状を持つ歯車を形成するのに有利である。しか
しこのような仕上げ作業は歯車歯の仕上げ削りを含まな
いのがよい。さらに所望により、たとえばかききず防止
及び／又はさび止めのコーティングを含む局部加熱処理
材料コーティング（ｐｏｓｔ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔ
ｍａｔｅｒｉａｌ ｃｏａｔｉｎｇｓ）を歯車に施すこ
とができる（Ｓ７）。
【０００９】公知の従来の歯車製造方法は典型的には、
ＳＡＥ８６２０のような低炭素鋼による浸炭のような表
面熱処理法或はＳＡＥ１０５０又は８６５０のような比
較的高い炭素鋼による誘導加熱処理法を使う。一般に従
来の製造方法を利用して得られるよりも一層強い歯車が
必要でありそして／又は望ましいときは、ＳＡＥ９３１
０のような一層高価な特殊鋼合金を利用することが多
い。これ等の種類の特殊鋼合金は機械加工が困難であ
り、熱処理による大きい予測できないほどのゆがみを生
ずることが多い。従ってこのような特殊鋼合金で作られ
る歯車の価格は一般に原材料の費用の増大と共に機械加
工サイクルが遅くなりカツタ寿命の短くなることによる
費用の増大によって望ましい値より一層高くなる。
【００１０】歯車強度を増大するのに使う他の一般的な
従来の方法では歯車歯の区域にショットピーニングを施
す。この処理では歯車歯の歯元の区域に若干の残留圧縮
応力を導入するが、この処理では本説明で述べる本発明
の好適な実施例による熱処理した歯車歯の高周波焼入れ
と同等の残留圧縮応力は導入しない。さらにショットピ
ーニングにより歯車歯にゆがみを生じ、従って最終歯車
の接触パターン（ｃｏｎｔａｃｔ ｐａｔｔｅｒｎ）は
所望通りにならない。さらに歯車歯の極めて強いショッ
トピーニングにより、強いショットピーニングの作用に
よって生ずる歯車歯の歯先からの金属流れにより歯車歯
の歯先に小さいき裂を生成する。
【００１１】すなわち本説明で述べた本発明による熱処
理した歯車歯の高周波焼入れを使って作った歯車は、各
歯車歯の歯元に存在する高い残留圧縮応力によって強度
の増大した歯車歯を持つ。たとえば従来の浸炭処理によ
る典型的な残留圧縮応力は一般に約４５，０００ポンド
／平方インチ（ｐｓｉ）である。歯車歯の従来の制御さ
れたショットピーニングでは残留圧縮応力を約６５，０
００ないし８５，０００ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）
に増大することができる。一層高い値の残留圧縮応力は
ショットピーニング作業によって得られるが、このよう
な積極的なショットピーニング作業の障害は、過度のゆ
がみ、巻上がった縁部及びひび割れを含む。この説明で
述べた好適な実施例による熱処理した歯車歯の高周波焼
入れを使って作る歯車は残留圧縮応力を１００，０００
ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）またはそれ以上に増大す
ることができる。
【００１２】歯車歯内の一層高いレベルの残留圧縮応力
は、歯車歯に荷重を加えると、歯車歯の歯元は引張荷重
のもとにおかれるから、一般に望ましいものである。こ
の引張荷重が十分に高いときは、歯車歯は恒久的に屈従
し又はひび割れを生じ始める。歯車がこのような状態で
破損しないようにするのに、従来の製造業者は、一層高
い引張荷重に耐えることのできる特殊鋼合金を使ってい
る。しかしこれ等の合金は、一般に比較的高価であり前
記したように機械加工が比較的むずかしく、又はショッ
トピーニングのように前記した欠点を伴う特殊な処理法
を使う。
【００１３】しかしなお一層高い歯車強度が望ましい場
合には特殊鋼合金及び／又はショットピーニングをこの
説明で述べた本発明の好適な実施例による熱処理ギヤ歯
の高周波焼入れと共に使い一層強い歯車も作ることがで
きる。高い荷重のもとでは比較的高い残留圧縮応力が先
ず解放されるから、特殊鋼合金が耐えることのできる比
較的高い引張加重は歯車歯の歯元における増大したレベ
ルの残留圧縮応力と組合って一層高い強度も持つ歯車を
生成することができる。
【００１４】誘導処理だけを使って作る歯車は一般に、
歯車を硬化するのが歯車内の炭素であるからＳＡＥ８６
５０のように比較的高い炭素含量を持つ鋼で作る。しか
し比較的高含量の炭素鋼は一般に処理が比較的むずかし
く、この歯車を鍛造するのに一層高い温度が必要であ
る。この場合一般に型寿命が減少する。さらに高炭素鋼
は、これ等の鋼を形成する際に硬化しやすく、又各製造
工程間で歯車を軟化させる反復熱処理により処理費が増
大する。
【００１５】さらに歯車歯の複雑な幾何学的形状により
誘導加熱により均等に加熱することが困難であり、又歯
車歯の歯先が過熱状態になる。この場合歯車歯の歯先
を、所望の程度より一層深く硬化させ、歯先が破断する
ようになる。さらに歯車歯の歯元は適正な焼入れに十分
なだけ熱くはならないし、そして／又は歯車歯のコア
は、全く焼入れされない。この場合弱い歯車が生ずる。
歯車素材を焼入れ焼戻し処理（ｑｕｅｎｃｈ ａｎｄ
ｔｅｍｐｅｒ ｐｒｏｃｅｓｓ）によるように機械加工
に先だって加熱すると、硬化した歯車は機械加工が比較
的困難であり、高価になる。
【００１６】本説明で述べた本発明の好適な実施例によ
る熱処理した歯車歯の高周波焼入れを利用して作った歯
車では、浸炭のような従来の熱処理法によりコアをほぼ
ロックウエルＣ２０ないし４５に硬化し、この場合もろ
さを伴わないで十分な強靱さを持つ歯車が得られる。こ
の従来の熱処理法では又歯車歯の表面に約０．０４５イ
ンチの深さまで炭素を拡散させる。炭素付与量に従って
炭素「焼きはだ」（ｃａｒｂｏｎ ｃａｓｅ）の深さは
すなわち硬化深度は所望に応じ一層深く或は一層浅くす
ることができる。歯車歯の歯先の炭素は厚さがわずかに
約０．０４５インチであるから、歯車歯先は、一般に誘
導加熱だけを使って得られる歯車歯先の場合のように十
分には硬化されない。
【００１７】誘導加熱処理は、歯車歯の歯元を加熱し浅
い硬い（約ロックウエルＣ６０の）焼きはだを残すのに
使う。残留圧縮応力を増大させるのはこの浅い硬化深度
である。硬化深度が歯車歯の端部で一層浅くもなり場合
により歯車歯の歯元の端部に焼きはだをほとんど残さな
いときは、残留圧縮応力は一層高くもなる。この場合歯
車歯の歯元に強靱な耐久性のあるコアと高い残留圧縮応
力とを持つ歯車が得られる。本説明で述べた本発明によ
る熱処理した歯車歯の高周波焼入れを利用して作ること
のできる歯車は、直歯かさ歯車、曲がり歯かさ歯車、ハ
イポイド・ギヤ及びその他のようなかさ歯車を含む。
【００１８】以上本発明を詳細に述べたが、この説明は
例示しただけで限定するものではない。従って本発明は
その精神を逸脱しないで種種の変化変型を行うことがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例による加熱処理歯車歯の
高周波焼入れの各段階工程を示すフローチャートであ
る。
【符号の説明】
Ｓ１〜Ｓ７ 逐次の各段階
【手続補正書】
【提出日】平成１１年５月３１日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の歯車歯を持つギヤを作る製造方法
    において、（ａ）低炭素、鋼材料を用意する段階と、
    （ｂ）この低炭素鋼材料を前記歯車の近似形状に処理す
    る段階と、（ｃ）従来の熱処理法を使うことにより、前
    記歯車の表面、とくにその歯車歯の表面に炭素を導入す
    る段階と、（ｄ）前記歯車歯が焼入れされないように、
    前記歯車を徐冷し或は焼なましする段階と、（ｅ）前記
    歯車歯、とくにこれ等の歯車歯の歯元における残留圧縮
    応力を増大するように、これ等の歯車歯の表面の誘導加
    熱により、これ等の歯車歯を再熱処理する段階と、から
    成る逐次の段階を包含する複数の歯車歯を持つ歯車の製
    造方法。
  2. 【請求項２】 前記低炭素鋼材料を用意する段階が、
    ０．３５％以下の炭素含量を持つ炭素鋼材料を用意する
    段階を包含する請求項１の、複数の歯車歯を持つ歯車の
    製造方法。
  3. 【請求項３】 前記歯車歯とくにこれ等の歯車歯の歯元
    における残留圧縮応力を増大するように、これ等の歯車
    歯の表面の誘導加熱によりこれ等の歯車歯を再熱処理す
    る段階に次いで、局部加熱処理機械加工作業を行う段階
    をさらに含む請求項１の、複数の歯車歯を持つ歯車の製
    造方法。
  4. 【請求項４】 前記歯車歯、とくにこれ等の歯車歯の歯
    元における残留圧縮応力を増大するように、これ等の歯
    車歯の表面の誘導加熱により、これ等の歯車歯を再熱処
    理する段階に次いで局部加熱処理コーティングを施す段
    階をさらに含む請求項１の、複数の歯車歯を持つギヤの
    製法。
  5. 【請求項５】 前記低炭素鋼材料を前記歯車の近似形状
    に処理する段階が、前記低炭素材料から成る歯車歯を荒
    削りし、次いで前記低炭素材料から成る歯車歯を前記歯
    車の近似形状に最終削りし、次いでこの歯車を熱処理す
    る段階を包含する請求項１の、複数の歯車歯を持つ歯車
    の製造方法。
  6. 【請求項６】 前記低炭素鋼材料を前記歯車の近似形状
    に処理する段階が、前記の低炭素鋼材料から成る歯車歯
    を単一の機械加工作業で切削し、次いでこの歯車を熱処
    理する段階を包含する請求項１の、複数の歯車歯を持つ
    歯車の製造方法。
  7. 【請求項７】 従来の熱処理法を使うことにより、前記
    歯車の表面とくに歯車歯の表面に炭素を導入する段階
    が、前記歯車の表面、とくに前記歯車歯の表面に０．４
    ５％を越える炭素含量まで炭素を導入する段階を包含す
    る請求項１の、複数の歯車歯を持つ歯車の製造方法。
  8. 【請求項８】 従来の熱処理法を使うことにより、前記
    歯車の表面、とくに前記歯車歯の表面に炭素を導入する
    段階が、前記歯車のコアをロックウエルＣ２０ないし４
    ５の硬さに焼入れし、前記歯車歯の表面に約０．０４５
    インチの深さに炭素を拡散させる段階を包含する請求項
    １の、複数の歯車歯を持つ歯車の製造方法。
  9. 【請求項９】 従来の熱処理法を使うことにより、前記
    歯車の表面、とくに前記歯車歯の表面に炭素を導入する
    段階が、浸炭処理を使うことにより、前記歯車の表面、
    とくに前記歯車歯の表面に炭素を導入する段階を包含す
    る請求項１の、複数の歯車歯を持つ歯車の製造方法。
  10. 【請求項１０】 従来の熱処理法を使うことにより、前
    記歯車の表面、とくに前記歯車歯の表面に炭素を導入す
    る段階が、浸炭窒化処理を使うことにより、前記歯車の
    表面、とくに前記歯車歯の表面に炭素を導入する段階を
    包含する複数の歯車歯を持つ歯車の製造方法。
  11. 【請求項１１】 低炭素鋼材料で作られ、複数の歯車歯
    を持つかさ歯車において、約ロックウエルＣ２０ないし
    ４５の硬さを持つコアと、約０．０４５インチの深さま
    での前記歯車歯の表面の拡散炭素とを包含するかさ歯
    車。
  12. 【請求項１２】 前記歯車歯の表面が、約ロックウエル
    Ｃ６０の硬さを持っている請求項１１のかさ歯車。
  13. 【請求項１３】 前記歯車歯が、１００，０００ポンド
    ／平方インチ（ｐｓｉ）またはそれ以上の残留圧縮応力
    を持っている請求項１２のかさ歯車。
  14. 【請求項１４】 前記低炭素鋼材料が０．３５％以下の
    炭素含量を持っている請求項１３のかさ歯車。
  15. 【請求項１５】 前記歯車歯が、１００，０００ポンド
    ／平方インチ（ｐｓｉ）またはそれ以上の残留圧縮応力
    を持っている請求項１１のかさ歯車。
  16. 【請求項１６】 前記低炭素鋼材料が０．３５％以下の
    炭素含量を持っている請求項１１のかさ歯車。
  17. 【請求項１７】 前記かさ歯車が、直歯かさ歯車である
    請求項１１のかさ歯車。
  18. 【請求項１８】 前記かさ歯車が、曲がり歯かさ歯車で
    ある請求項１１のかさ歯車。
  19. 【請求項１９】 前記かさ歯車が、ハイポイド・ギヤで
    ある請求項１１のかさ歯車。
  20. 【請求項２０】 前記歯車歯の表面が０．４５％を越え
    る炭素含量を持っている請求項１１のかさ歯車。
JP11124144A 1998-05-01 1999-04-30 かさ歯車と複数の歯車歯を持つ歯車の製造方法 Pending JPH11343520A (ja)

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