JPS63176867A

JPS63176867A - 歯車嵌合部材の製造法

Info

Publication number: JPS63176867A
Application number: JP61253292A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Miwa; 能久三輪
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1986-10-24
Filing date: 1986-10-24
Publication date: 1988-07-21
Anticipated expiration: 2010-04-26
Also published as: JPH0737820B2; US4856166A

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、歯車部材を支持部材に嵌合してなる歯車嵌合
部材の製造法に関するものである。

（従来の技術）従来より、例えば、ロータリピストンエンジンのロータ
は、ロータ基体（支持部材）にインターナルギＡ７（歯
車部材）を嵌合固定して絹付け、両者を一体として（＃
中嵌合部材としてのロータを製造するものであるが、そ
の”ｆＡ　；’ｊｉ　Ｉ　Ｆｉ！は、インターナルギ（
７の鋼素材を熱間鍛造によって成形した後、焼入れ、焼
戻しの熱処理を施して表面硬度を高め、この素材に仕上
げ機械加工および歯切り加工を施し、ロータとの固定ビ
ン穴の共加工を行い、このインターナルギＡ１をロータ
に圧入嵌合し固定ビンを挿入して組付Ｃプるようにして
いる。

そして、上記インターナルギヤ等の歯車部材においては
、■疲労強度が高いこと、■ロータ等の支持部材に嵌合
固定する際の相対位置精度が高いこと、■嵌合後の両イ
１の密着摩擦力が高いこと、■生産性が高いことなどが
要求される。

１１）記製造工程においては、上記０点に関し固定ピン
の位置精度を高めるために、ビン穴の機械加工を歯車部
材と支持部材とで共加工を行うようにしている。しかし
て、上記のような工程では、■のｍ中部材の疲労強度が
不足しているものである。

この疲労強度を高めるためには、歯面の表面硬さが前記
熱処理ではＨｖ２５０〜３００程度であるのを、その表
面硬さを１ｌＶ３００以上に高くする必要がある。

また、鋼素材の表面硬度を高くする技術としては窒化処
理が知られているが、この窒化処理によって表面硬度を
高くして疲労強度を確保すると、以降の歯切り加工、ビ
ン穴加工等の機械加工が内勤となるものである。一方、
機械加工後に窒化処理を施すようにした場合には、前記
０点に関し加工したピン穴が窒化加工における熱処理に
よって変形し、ピン穴の位置精度および穴径精度が低下
することになる。

上記点に対し、窒化処理において、ビン穴を後加工する
部分に対しては窒化が行われないように、この部分に窒
化を阻害するシリカ化合物等を塗布することが考えられ
るが、部分的に窒化防止剤を塗布することおよびそれを
除去することは製造工程が煩雑となって■の生産性の低
下を１ｔ１りことになる。Ｊ：だ、上記窒化防止剤に代
えて窒化を阻害する金属メッキをＩＭ′１Ｊことも考え
られるが、窒化を必要とする歯面部を除いて部分的にメ
ッキを施すことは煩雑で、生産性の面で問題がある。

さらに、前記ロータにおいては、歯車部材と支持部材と
を結合する締結部材に衝撃的に変化する大ぎな回転荷重
が作用するものであり、この衝撃を緩和するために例え
ば前記のようにスプリングビンによって締結するように
しているが、このスプリングビンには両省の圧入接触面
で大ぎな剪断力が作用して強度が厳しいものとなってい
る。この点に対し、前記０点のように歯車部材と支持部
材との嵌合後の密着Ｉｇ、擦力を高めることは、この摩
擦力によって回転荷重の一部を分担し、スプリングビン
等の締結部材に作用する荷重の緩和を図ることができる
ものであるが、機械加工では表面の平滑性が不足して両
者の密着性が不十分であり、期待するほどの摩擦力を得
ることができない。

そこで、本発明は上記事情に鑑み、歯車部材の歯面の表
面硬度を高めて疲労強度を向上する一方、後加工を可能
とするとともに歯車部材と支持部材との密’ａ　ＦＪ　
Ｍ力の増大を図るようにした歯車嵌合部材の製造法を提
供することを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段）本発明の製造法は、鋼素材の表面に、銅、ニッケル等の
窒化を阻害する金属によるメッキを施してメッキ層を形
成し、このメッキ層上から歯切り加工を行って鋼素材が
露出した歯面を有する歯車部材を形成し、次に、上記歯
車部材を所定温度に加熱して窒化処理を施し歯面の表面
硬度を高めるとともにメッキ層の軟化を行い、その後、
上記歯車部材を支持基材に嵌合することを特徴とするも
のである。

前記歯車部材の鋼素材としては、窒化処理による強度向
上効果はどの鋼種でも右して折り、例えば通常の炭素鋼
等を使用するものであるが、炭素鋼に比べ、クロム、バ
ナジウム、アルミニウム等の窒化合金元素を含む合金鋼
を用いると特に効果が大ぎいものである。

また、上記鋼素材に施す金属メッキとしては、窒化を阻
害する窒化防止効果がある銅メッキ、ニッケルメッキ等
が好適である。金属メッキ層として必要な特性は、窒化
処理温度で溶融せず、メッキ層の硬さが歯切り加工に支
承のない程度のものであることである。このメッキ層の
厚さは、窒化防止効果の点から５μｍ以上で、経済性の
点から２０μｍ以下が望ましい。

次に、窒化処理としては、ガス軟窒化等による通常の窒
化処理で行えるものであり、一般的な処理条件としては
、処理温度が５５０〜５８０℃程度、処理時間が１〜６
時間程度、雰囲気ガス流Ｒ比がＮＨ３／ＩでＸ＝０．８
〜１．２である。

（作用）、Ｆ記のような歯車部材の製造法では、歯車部材は、そ
の鋼素材の表面に、銅、ニッケル等の窒化を阻害する金
属によるメッキを施してメッキ層を形成するとともに、
このメッキ層上から歯切り加工を行って、歯部のメッキ
層を除去して鋼素材を露出させの部分の表面硬度を窒化
処理によって高め、疲労強度を向上するものである。

また、メッキ層を施した部分は窒化処理によっても表面
硬度は機械加工が良好に行える状態であり、窒化処理後
の支持部材との共加工等の侵加工が行え、熱変形による
加工精度の低下がなく、高い位置精度、寸法精度が得ら
れる。

さらに、前記メッキ層は窒化処理時の加熱で軟化し、支
持部材との嵌合によって両者間の微小隙間にこの軟質メ
ッキ層が充填され、密着Ｗ！擦力が増大し回転荷重を分
担し締結部材の強度を軽減している。

（実施例）以下、図面に沿って本発明の詳細な説明する。

第１図はロータリピストンエンジンのロータの例におけ
る歯車嵌合部材の要部正面図、第２図はその要部断面図
である。

歯車嵌合部材１（ロータ）は、歯車部材２（インターナ
ルギｉ７＞を支持部材３（ロータ基体）に嵌合固定して
なる。上記歯車部材２は、リング状の鋼素材５の表面に
銅またはニッケルによるメッキを施してメッキ層６を形
成しく第３図８参照）、歯切り加工によって内周部分に
内歯状の歯部２ａを形成しく第３図８参照）、その切削
歯面はメッキ層６を除去して鋼素材５が露出し、この状
態で所定の処理条件で軟窒化処理を施す。この後、この
歯車部材２の外周部および一側面を、支持部材３の側面
内周側の嵌合凹部３ａに圧入嵌合し、両部材２，３は歯
車部材２から支持部材３に対して等間隔に共加工形成し
たピン穴２ｂにスプリングビン４を挿入づることによっ
て締結している。

次に、本発明の実施例によって形成した歯車嵌合部材１
（［１−タ）の歯部強度の試験についてのテストデータ
を示す。

試料１（インターナルギヤ）ａ、材料　　　　８４３Ｃ（炭素鋼）ｂ、工程素材熱間鍛造→焼入れ焼戻しくＨｖ２６０）→機械加工
→銅メッキ→歯切り加工→軟窒化→ビン穴あけロータと
共加工→圧入嵌合組付け（スプリングビン挿入）Ｃ０処理条件工、銅メツキメツキ浴：　毒化銅浴ＣｕＣＮ　　Ｔｏｑ／Ｑ、。

ＮａＣＮ　　８０ｇ／９Ｊ。

ＫＯ８１５ｇ／応処理温度二　６０℃ 電流密ｆｆｆ：　　２Ａ／ｄｍ２処理時間＝　２０分メッキ厚さ：　１０μｍ ■、軟窒化雰囲気：　　　ＮＨ３：ＲＸ＝１　：　１温　度：　　
５７０℃ 時　　間　：　　　　３　ト１ｒｄ、メッキ層硬さ軟窒化前：　　ｌ−１ｖ９０軟窒化後：　　Ｈｖ８４試料２（インターナルギヤ）ａ、材料　　　　３Ｃｒ４３０Ｖバナジウムを添加したクロム合金鋼（ＳＣｒ４３０＋　０．１％Ｖ）ｂ、工程素材熱間ａ造→焼準（Ｈｖ２４０）→機械加工→銅メッ
キ→歯切り加工→軟窒化→ビン穴あ（）ロータと共加工
→圧入嵌合組（＝Ｊけ（スプリングピン挿入）Ｃ０処理条件 ■、銅メツ４− （試料１と同様） ■、軟窒化（試料］と同様）ｄ、メッキ層硬さく試料１と同様）上記のようにして製作した試料１および試料２の歯車嵌
合部材（ロータ）における歯車部材の歯面の表面からの
深さに対する硬さの変化を測定した結果を第４図に示す
。また、この歯車の疲労強度をテストした結果を第５図
に示４゜なお、第４図および第５図には比較例として、
軟窒化処理を施していない８４３Ｃの炭素鋼の硬さを併
記している。

第う図から分るように、歯面の窒化部は表面部分の硬度
が非常に高く、特に５Ｃｒ４３０Ｖの硬度が高く、これ
に対しメッキ部は殆ど硬度変化がなく、窒化処理が有効
に行われたことを示している。この硬度上界に伴って、
第５図の疲労強度も高くなっていることが分る。

第６図は前記試料１の歯車部材を支持部材に圧入１■合
する際の圧入荷重と、圧入後の回転トルク（１’ｉ！　
１１２力）との関係を測定した結果を示すものであり、
への１０μｍの銅メッキ層を形成しこれを軟窒化処理し
たものに対して、Ｂの１０μｍの銅メッキ廐を形成した
ままのもの、およびＣのメッキ層を形成していないもの
を比較表示している。

なＪ３、圧入荷重は嵌合部の径差による圧入代（１０〜
３０μｍ）によって変わり、圧入代が大ぎい程大きな値
となる。

この第６図から分るように、Ａの本発明によるものでは
、小さい圧入荷車で大きな回転トルクが安定して１ｑら
れるちのである。これは前記したように銅メッキ層が軟
窒化時の熱によって軟化し、嵌合面の密着性が向上する
ことによるものである。

なｄ３、好ましい回転トルク（摩擦力）の範囲は、４０
〜５０ｆｔｏｆ−ｍ程度であり、この値を得るためには
軟窒化を施していない硬いメッキ層では大ぎな圧入荷重
（圧入代）が必要となるものである。

（発明の効果）上記のような本発明によれば、歯車部材の鋼素材の表面
に、銅、ニッケル等の窒化を阻害する金属によるメッキ
層を形成してから歯切り加工を行い、歯面の鋼素材を露
出させてから窒化処理を行うことにより、部分的な窒化
処理を簡易に行うことができ、歯部の表面硬度を高めて
疲労強度が向上できるものである。

また、後加工が必要な部分はメッキ層を施していること
によって窒化処理後においても機械加工が良好に行え、
窒化処理後の支持部材との共加工等の後加工を可能とし
て、熱変形による加工精度の低下がなく、高い位冒精度
、用法精度が得られる。

さらに、前記メッキ層は窒化処理時の加熱で軟化し、嵌
合部が軟質のメッキ層で覆われていることにより、支持
部材との嵌合によって両者間の微小隙間にこの軟質メッ
キ層が充填され、密着力が増大するのに伴って、摩擦ノ
ｊが増大し回転荷重を分担し締結部材に作用する剪断力
を軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるロータによる歯車嵌
合部材の要部正面図、第２図はその要部断面図、第３図Ａ、Ｂは製造行程に１１３ける歯車部材の部分斜
視図、第４図は歯車部材の窒化処理による歯部とメッキ部との
表面硬さを測定した結果を示すグラフ、第５図は歯ｍ部
材の疲労強度を１ｌｔｌ＋定した結果を示すグラフ、第６図は圧入荷重と摩擦力との関係を求めたグラフであ
る。１・・・・・・歯車嵌合部材　　　２・・・・・・歯車
部材３・・・・・・支持部材　　　　　５・・・・・・
鋼素材６・・・・・・メッキ層第２図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）鋼素材の表面に、銅、ニッケル等の窒化を阻害す
る金属によるメッキを施してメッキ層を形成し、このメ
ッキ層上から歯切り加工を行つて鋼素材が露出した歯面
を有する歯車部材を形成し、次に、上記歯車部材を所定
温度に加熱して窒化処理を施し歯面の表面硬度を高める
とともにメッキ層の軟化を行い、その後、上記歯車部材
を支持基材に嵌合することを特徴とする歯車嵌合部材の
製造法。