JPH06246548A - 高接触疲労強度歯車の製造方法 - Google Patents

高接触疲労強度歯車の製造方法

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JPH06246548A
JPH06246548A JP3582793A JP3582793A JPH06246548A JP H06246548 A JPH06246548 A JP H06246548A JP 3582793 A JP3582793 A JP 3582793A JP 3582793 A JP3582793 A JP 3582793A JP H06246548 A JPH06246548 A JP H06246548A
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JP
Japan
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fatigue strength
gear
cutting
tooth surface
contact fatigue
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JP3582793A
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English (en)
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Hidehiko Fusada
秀彦 房田
Michiaki Tateyama
道昭 館山
Akira Katayama
昌 片山
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動車のトランスミッション等の駆動伝達系
に使用される歯車の接触疲労強度の向上を目的とする。 【構成】 機械構造用鋼を歯切り加工し、浸炭及び/ま
たは窒化処理と焼入・焼戻処理により表面硬化した後
に、歯面を粗さ(Rmax )0.3μm以上、2μm以下
にバレル研磨加工することを特徴とする高接触疲労強度
歯車の製造方法。 【効果】 接触疲労強度が数100%向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は接触疲労強度の高い歯車
の製造方法に係わり、特に自動車のトランスミッション
等の駆動伝達系に使用される表面硬化処理した鋼製歯車
の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】自動車の駆動系に使用される歯車の一般
的な製造工程は、鍛造、焼きならし、歯切り加工後に浸
炭及び/または窒化処理+焼入焼戻処理(以後表面硬化
処理とする。)である。しかし、最近、車両重量の軽量
化のために歯車寸法の小型化及びエンジンの高出力化に
伴って歯車に負荷される応力が大きくなり、歯元の曲げ
疲労強度、及び歯面のピッチング疲労強度、とりわけ歯
面の接触疲労強度の一層の向上が要求されるようになっ
てきた。
【0003】歯元の曲げ疲労強度については、圧縮残留
応力の最大値、または残留応力の深さ方向積分値が疲労
強度と強い相関関係にあることが報告されており(例え
ば、自動車技術会、学術講演会前刷集891,1989-5,p163
、同902,1990-10,p1301 )、特開昭62−20007
1及び特開平3−2319号公報に見られるように、工
業的に有効な新しい製造工程、即ち、歯切り加工→浸炭
及び/または窒化処理→焼入焼戻処理→ショットピーニ
ング加工が提案され既に実績をあげている。また、鋼材
の側からの対策として、例えば特開平3−10050号
公報に見られるように粒界酸化を抑制して歯元の曲げ疲
労強度を向上させた新しい鋼が提案されている。
【0004】また、歯面の接触疲労強度に関しては、接
触疲労の原因は歯面に発生するピッチングであることが
知られている。ピッチングが発生する原因に関しては、
歯車内部のせん断応力説と歯面の引張応力説が提示され
ているが定説にはなっていない。これらの説にもとづい
て、歯車の圧力角を大きくすること、片当りを緩和する
ためのクラウニング法、歯面カタサ及び硬化深さを大き
くすること、界面潤滑法などが提案(内藤武志著:浸炭
焼入れの実際、P229−233、日刊工業新聞社)さ
れている。
【0005】一方、接触疲労強度を向上させるための工
業的な技術としては、歯面の接触疲労強度に関しては特
開昭62−88869号公報にみられるように、歯切り
加工→表面硬化処理→ラッピング加工→浸硫処理して歯
面に潤滑層を形成させる方法、また特開平1−2647
27号公報に見られるように歯切り加工→表面硬化処理
→ショットピーニング後さらに立方晶窒化ホウ素ホイー
ルで研削することにより歯車の最表面に圧縮残留応力の
最大値をもたらす方法、等が提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの方法
は現行の製作工程よりも煩雑でコストが嵩むにもかかわ
らず大きな効果が得られない。例えば特開昭62−88
869号公報のような浸硫処理により形成された潤滑層
は、摩耗し易く潤滑効果は接触の初期しか期待できな
い。また、特開平1−264727号公報のように表面
硬化処理またはショットピーニング後に歯面を研削する
と、その研削痕からクラックが生じ易くかえって接触疲
労強度を劣化させるとされている。すなわち歯面の接触
疲労強度に関して高強度化のための有効な知見及び工業
的に有益な技術ともに未だ見いだされていないのが現状
である。
【0007】本発明はかかる実状に鑑み、自動車のトラ
ンスミッション等の駆動伝達系に使用される表面硬化処
理した接触疲労強度に優れる良好な鋼製歯車の製造方法
を提供せんとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者等は種々検討を
重ねた結果、従来の加工法と異なり、歯切りまたは歯切
り+シェービング加工された機械構造用鋼歯車の歯面を
バレル研磨加工してその歯面粗さ(Rmax )を0.3μ
m以上2μm以下にする新しい製造方法を採用すれば、
歯面の接触疲労強度が著しく向上することを見出すこと
により本発明を完成したものである。
【0009】即ち、本発明の要旨とするところは、機械
構造用鋼を歯切りまたは歯切り+シェービング加工し、
浸炭処理および/または窒化処理と焼入・焼戻処理によ
り表面硬化した後、歯面を粗さ(Rmax )0.3μm以
上2μm以下にバレル研磨加工するか、もしくは、歯切
りまたは歯切り+シェービング加工後に、歯面を粗さ
(Rmax )0.3μm以上2μm以下にバレル研磨加工
し、次いで浸炭処理あるいは窒化処理もしくは浸炭窒化
処理のいずれかの方法と焼入・焼戻処理により表面硬化
することを特徴とする高接触疲労強度歯車の製造方法に
ある。
【0010】
【作用】まず、本発明による高接触疲労強度歯車の製造
方法は、切削加工+表面硬化処理後に、または切削加工
+表面硬化処理+ショットピーニング処理後に、バレル
研磨加工することが必要である。それは切削加工時の表
面欠陥、即ち送りマーク、構成刃先の脱落物、介在物の
抜け落ち跡などを極力除去するためである。歯面の粗さ
max を2μm以下に限定したのは、切削加工時の表面
欠陥がピッチングの原因とならないだけ十分小さくする
ためである。また、歯面の粗さRmax を0.3μm以上
と限定したのは、これ以下にするためには加工コストが
著しく大きくなる割に疲労寿命の向上が期待できないか
らである。費用対効果の点から0.3μm以上と限定し
た。
【0011】また、本発明による高接触疲労強度歯車の
製造方法においては、加工の順序としてバレル研磨加工
後に表面硬化処理することも含むものである。それは表
面硬化処理時に発生する、歯面からほぼ15μm程度の
厚みを持つ粒界酸化層及び軟化層の生成を極力抑制する
ためである。この粒界酸化層は、例えば昭和54年8月
30日日刊工業新聞社発行「浸炭焼入の実際」180〜
188頁に見られるように、浸炭ガス中の微量のH2
やCO2 が粒界のCrやMn等の合金元素と反応して酸
化物を形成するために生成し、軟化層は粒内のCr、M
nが粒界に拡散するために焼入性が低下するために生じ
る。この場合、バレル研磨加工後の歯面の粗さRmax
2μm以下に限定したのは、この値を超えると歯面への
酸素の吸着が著しくなり粒界酸化の程度が大きくなり、
その結果、これを起点に疲労クラックが発生してピッチ
ングに成長し接触疲労強度が低下するためである。歯面
の粗さが2μm以下であれば疲労クラックは全く発生し
ない。またバレル研磨加工後の歯面の粗さRmax を0.
3μm以上と限定したのは、この値よりも小さいと接触
面への潤滑油の浸入が困難となるために、亀裂発生を促
してかえって接触疲労強度を劣化させるためである。
【0012】なお、本発明に於いてバレル研磨加工方法
自体は特に限定するものではないが、アルミナ質焼結体
の微粉、界面活性材及び水の混合物を研磨材として2〜
8時間加工することが望まれる。また本発明による高接
触疲労強度歯車の製造方法において、前記で限定した加
工順序およびバレル研磨加工による面の仕上げ状態以外
の、浸炭や窒化といった表面硬化方法等は特に限定する
ものではなく、現状の歯車製作における方法をそのまま
利用することができる。ただし、表面硬化処理自体は歯
面部の耐接触疲労特性を向上させるために必須であり、
経済的な観点から考えれば、浸炭:930℃×8時間
(カーボンポテンシャルC.P.=0.85)→油焼入
(120℃)および焼戻し:180℃×1時間→空冷の
条件等が適当である。
【0013】
【実施例】次に実施例により本発明の効果をさらに具体
的に示す。 (実施例1)本発明の加工方法は以下の通りである。J
IS SCM415H肌焼鋼を切削加工し、浸炭:93
0℃×8hr(C.P.=0.85)油焼入(120
℃)、焼戻:180℃×1hr空冷の条件で表面硬化処理
した後、バレル研磨加工により歯面の表面粗さをRmax
0.3〜2.0μmとした。
【0014】比較のための加工方法は現在の歯車の加工
方法に準拠して以下の通りとした。(その1)切削加工
−表面硬化処理、(その2)切削加工−表面硬化処理−
研削加工、(その3)切削加工−表面硬化処理−ショッ
トピーニング、(その4)切削加工−表面硬化処理−シ
ョットピーニング−研削。
【0015】切削は超硬工具で旋削した。切削仕上げ面
粗さはRmax :5〜8μmである。表面硬化処理条件は
浸炭:930℃×8hr(C.P.=0.85)油焼入
(120℃)、焼戻:180℃×1hr空冷、である。研
削加工はWAの80番の砥石を用い、粗さRmax は1〜
2.0μmである。ショットピーニング条件は、ショッ
ト球:0.6〜1.2mmφでHV600の鋳鉄球、ショ
ット速度:60m/s 、ショット時間:5min である。バ
レル研磨加工条件は次の通りである。まず、直径5〜1
2mmのアルミナ質焼結体、界面活性材及び水の混合物を
研磨材として2〜4時間、粗加工し、次いで直径1〜3
mmのアルミナ質焼結体、界面活性材及び水の混合物を研
磨材として2〜4時間仕上げ加工した。
【0016】また、ローラピッチング試験条件は次のと
おりである。 ヘルツ応力 Pmax :280kgf/mm2 及び310kgf/mm
2 周速度 :82m/min(小歯車−試験片) 1
14m/min(大歯車) 滑り率 :40% 寿命判定基準 :ピッチング損傷の寸法が0.5φ
mmに到達するまでの回転数。回転数が107 に到達した
場合は試験を中止し、寿命は107 以上とした。 表1から明らかなように本発明例の接触疲労寿命はいず
れのヘルツ応力の場合にも比較例の疲労寿命と比較して
著しく高い。
【0017】
【表1】
【0018】(実施例2)本発明の加工方法は以下の通
りである。JIS SCM415H肌焼鋼を切削加工し
た後、バレル研磨加工により歯面の表面粗さをR
max 0.3〜3.0μmとした。次いで、浸炭:930
℃×8hr(C.P.=0.85)油焼入(120℃)、
焼戻:180℃×1hr空冷の条件で表面硬化処理した。
なお、比較例の加工方法は実施例1と同一である。
【0019】切削仕上げ面粗さをRmax :7〜11μm
とした以外の表面硬化処理条件、切削条件、ショットピ
ーニング条件は、実施例1と全て同一である。また、ロ
ーラピッチング試験条件も、ヘルツ応力 Pmax :30
0kgf/mm2 及び330kgf/mm2 とした以外は実施例1と
同じである。表2から明らかなように本発明例の接触疲
労寿命はいずれのヘルツ応力の場合にも比較例の疲労寿
命と比較して著しく高い。
【0020】
【表2】
【0021】
【発明の効果】以上の実施例からも明らかなごとく本発
明の製造法によれば、歯面の接触疲労強度を向上させる
ことができ、車両等のトランスミッション等の駆動伝達
系に用いるに最適なものである。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 機械構造用鋼を歯切り加工、次いで浸炭
    処理および/または窒化処理と焼入・焼戻処理により表
    面硬化した後、歯面を粗さ(Rmax )0.3μm以上、
    2μm以下にバレル研磨加工することを特徴とする高接
    触疲労強度歯車の製造方法。
  2. 【請求項2】 機械構造用鋼を歯切り加工、次いで浸炭
    処理および/または窒化処理と焼入・焼戻処理により表
    面硬化して、ショットピーニング処理した後、歯面を粗
    さ(Rmax )0.3μm以上、2μm以下にバレル研磨
    加工することを特徴とする高接触疲労強度歯車の製造方
    法。
  3. 【請求項3】 機械構造用鋼を歯切り加工後に、歯面を
    粗さ(Rmax )0.3μm以上2μm以下にバレル研磨
    加工し、次いで浸炭処理および/または窒化処理と焼入
    ・焼戻処理により表面硬化することを特徴とする高接触
    疲労強度歯車の製造方法。
  4. 【請求項4】 機械構造用鋼を歯切り加工後、シェービ
    ング加工を施すことを特徴とする請求項1〜3のいずれ
    か1記載の高接触疲労強度歯車の製造方法。
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