(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が浸炭された歯車に残留応力を付与することにより強化された歯車において、
表面からの深さが、５０μｍ以上１５０μｍ以下のｂ領域に対して第１ショット粒によりショットピーニングＢ処理がされること、
表面からの深さが、５μｍ以上２０μｍ以下のｃ領域に対して前記第１ショット粒よりも粒径が小さく、さらに硬さが硬い第２ショット粒によりショットピーニングＣ処理がされること、
表面からの深さが、１５０μｍ超え２３０μｍ以下のａ領域に対して前記第１ショット粒よりも粒径が大きい第３ショット粒によりショットピーニングＡ処理がされること、
前記ｃ領域における残留応力が、−１４００ＭＰａ以下であることにより、前記歯車の歯に繰り返し応力がかかった時に、前記繰り返し応力を圧縮応力が相殺し、歯元の表面において表面クラックを防止し、前記歯車の強化率を向上させることができること、
前記ｂ領域における残留応力が、−１０００ＭＰａ以上であることにより、内部クラックを防止し、歯先欠けを抑制できること、
前記ａ領域における残留応力が、−５００ＭＰａ以下であることにより、前記歯車の歯同士の接触によるヘルツ応力を相殺することができること、
を特徴とする歯車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面が浸炭された歯車に残留応力を付与することにより強化された歯車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、機械部品の疲労強度を簡便に向上させる目的で、歯車に浸炭処理を行う工程と、窒化処理を行う工程と、０．８ｍｍのショット粒径でショットピーニングする第１ショットピーニング工程と、０．１ｍｍのショット粒径でショットピーニングする第２ショットピーニング工程とが記載されている。【０００３】
また、特許文献２には、機械構造用合金鋼の表面改質する目的で、真空浸炭処理の後、超急速・短時間の加熱急冷処理を行い、０．６ｍｍのショット粒径でショットピーニングする第１ショットピーニング工程と、０．０８ｍｍのショット粒径でショットピーニングする第２ショットピーニング工程とが記載されている。【０００４】
特許文献１，２の技術では、表面からの深さが２０μｍ以下の領域における残留応力を−１４００ＭＰａ以下とすることにより、歯元曲げ疲労強度を強くすることはできる。すなわち、表面からの深さ２０μｍ以下の領域に−１４００ＭＰａ以下の応力（圧縮応力）を残留させる。歯にかかる繰り返し応力が歯元表面に対して大きな繰返し応力としてかかるが、その繰り返し応力が残留する応力により相殺されるため、疲労強度が増すのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２６２５０６号公報
【特許文献２】特開２００２−０３０３４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の歯車には、次のような問題があった。
第１に、歯車の強度としては、歯元曲げ疲労強度の他に、接触面圧による歯面の疲労破壊が問題となるが、特許文献１、２においては、面圧疲労強度について、考慮されていないため問題となる。【０００７】
第２に、歯元曲げ疲労強度を強くしようとして、表面からの深さが、２０μｍ以下の領域により多くの残留応力を付与すると、歯車の歯先欠けの発生につながるため問題となる。【０００８】
具体的には、従来行われてきた、歯元曲げ疲労強度を強くするためのショットピーニング処理の試験(１)を行った場合の歯車のＣＡＥ解析の結果を図８に示す。図８における解析は、歯車をＨＶ７５０に浸炭処理した後、粒径が０．８ｍｍで、硬さがＨＶ８００であるショット粒をショット痕が４分の３ずつ重なるように歯車に打ちつけることにより模擬解析を行う。図１２に、ショットピーニング処理の試験(１)における歯車の残留応力の分布図を示す。【０００９】
図８に示すように、表面Ｐからの深さが１００μｍの深さＴにあたる領域である領域Ｐ１は、ひずみがＳ１で最大となっていることが判明した。ひずみはＳ１に近いほど大きく、Ｓ６に近いほど小さい。表面Ｐからの深さが約５０μｍにあたる領域である領域Ｐ２、表面Ｐ(図中上方向)からの深さが約１５０μｍにあたる領域である領域Ｐ３においてひずみがＳ３以上となっていることが判明した。【００１０】
図１２に示すように、実線Ｅにおいても、表面Ｐからの深さが５０μｍ以上１５０μｍ以下にあたる領域Ｅ２〜Ｅ３までの残留応力が他の領域と比較しても大きいことが分かる。また、ピーク位置Ｅ１も表面Ｐからの深さが５０μｍ以上１５０μｍ以下にあたる領域に存在する。【００１１】
また、図９に示す歯車の歯先欠け直前の歯先断面を顕微鏡写真で確認したところ、図１０に示すように、ひずみがＳ１であった領域Ｐ１にあたる表面Ｕからの深さが１００μｍの領域には内部クラックＱが生じることが分かった。また、表面Ｕからの深さが１００μｍあたりの内部クラックＱ１の内部クラックの幅が広いことも分かる。表面Ｕからの深さが１００μｍあたりの内部クラックＱ１の幅が広くなるのは、図８に示すそのまわりＰ２及びＰ３といった領域のひずみがＳ３以上となっており、内部クラックの幅が広くなると考えられるためである。
【００１２】
図１３に示すように、ショットピーニング処理の試験(１)においては、８個の歯車のうち５個に内部クラックが生じていた。【００１３】
すなわち、従来のショットピーニング処理の試験(１)においては、歯元曲げの疲労強度を向上させるために、残留応力を大きくするあまり、表面からの深さが５０μｍ以上１５０μｍ以下の領域においてひずみが生じ内部クラックが発生していたことが分かった。【００１４】
他方、本発明者は、表面からの深さが５０μｍ以上１５０μｍ以下の領域において、図１１に示す実線Ｄのように残留応力を小さくすることで内部クラックを防止するためのショットピーニング処理の試験(２)を試みた。図１１に示す、ショットピーニング処理の試験(２)では、粒径が０．８ｍｍで、硬さがＨＶ５８０であるショット粒により行う。ショットピーニング処理の試験(２)においては、表面からの深さが５０μｍ以上１５０μｍ以下の領域Ｄ２〜Ｄ３までの残留応力を、図１２に示すショットピーニング処理の試験(１)の場合と比較して小さくすることができた。また、ピーク位置Ｄ１に関してもＥ１よりも低くできた。【００１５】
そのため、図１３に示すように、ショットピーニング処理の試験(２)においては、内部クラックが８個の歯車のうち１個も生じなかった。【００１６】
しかし、ショットピーニング処理の試験(２)においては、表面からの深さが５０μｍ以上１５０μｍ以下の領域の残留応力を小さくできた反面、歯元曲げ強度が必要な表面からの深さが２０μｍ以下の領域、及び接触面圧による歯面の疲労破壊の強度が必要な表面からの深さが１６０μｍ超え２３０μｍ以下の領域において、残留応力が小さくなるため強度不足となるため問題となる。【００１７】
したがって、歯元曲げの疲労強度、及び接触面圧による歯面の疲労強度の全ての強度を大きくすることができない問題があった。【００１８】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、歯元曲げ強度が強いと共に、歯先の欠けが発生することがない歯車を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するために、本発明の歯車の一態様は、次のような構成を有している。【００２０】
（１）表面が浸炭された歯車に残留応力を付与することにより強化された歯車において、表面からの深さが、５０μｍ以上１５０μｍ以下のｂ領域に対して第１ショット粒によりショットピーニングＢ処理がされること、表面からの深さが、５μｍ以上２０μｍ以下のｃ領域に対して前記第１ショット粒よりも粒径が小さく、さらに硬さが硬い第２ショット粒によりショットピーニングＣ処理がされること、表面からの深さが、１５０μｍ超え２３０μｍ以下のａ領域に対して前記第１ショット粒よりも粒径が大きい第３ショット粒によりショットピーニングＡ処理がされること、前記ｃ領域における残留応力が、−１４００ＭＰａ以下であることにより、前記歯車の歯に繰り返し応力がかかった時に、前記繰り返し応力を圧縮応力が相殺し、歯元の表面において表面クラックを防止し、前記歯車の強化率を向上させることができること、前記ｂ領域における残留応力が、−１０００ＭＰａ以上であることにより、内部クラックを防止し、歯先欠けを抑制できること、前記ａ領域における残留応力が、−５００ＭＰａ以下であることにより、前記歯車の歯同士の接触によるヘルツ応力を相殺することができること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
次に、本発明に係る歯車の作用及び効果について説明する。【００２３】
（１）表面が浸炭された歯車に残留応力を付与することにより強化された歯車において、表面からの深さが、５μｍ以上２０μｍ以下の領域における残留応力が、−１４００ＭＰａ以下であることにより、前記歯車の歯に繰り返し応力がかかった時に、前記繰り返し応力を圧縮応力が相殺し、歯元の表面において表面クラックを防止し、前記歯車の強化率を向上させることができる。また、表面からの深さが、５０μｍ以上１５０μｍ以下の領域における残留応力が、−１０００ＭＰａ以上であることにより、内部クラックを防止し、歯先欠けを抑制できる。また、表面からの深さが、１５０μｍ超え２３０μｍ以下の領域における残留応力が、−５００ＭＰａ以下であることにより、前記歯車の歯同士の接触によるヘルツ応力を相殺することができる。具体的には、歯元の疲労破壊に対して、表面からの深さが、５μｍ以上２０μｍ以下の領域における残留応力が−１４００ＭＰａ以下ある（圧縮応力としては、１４００ＭＰａ以上ある）ため、歯に繰り返し荷重（応力）がかかった時に、その応力を圧縮応力が相殺し、歯元の表面においてクラックが発生することがなく、歯元の疲労破壊を防止できる。【００２４】
同時に、表面からの深さが、５０μｍ以上１５０μｍ以下の領域における残留応力を、−１０００ＭＰａ以上としているので、内部クラックが発生せず、歯先の欠けの発生を防止することができる。【００２５】
（２）表面からの深さが、５０μｍ以上１５０μｍ以下の領域に対してショット粒によりショットピーニング処理がされること、表面からの深さが、５μｍ以上２０μｍ以下の領域に対して前記ショット粒よりも粒径が小さく、さらに硬さが硬いショット粒によりショットピーニング処理がされることにより、表面からの深さが、５０μｍ以上１５０μｍ以下の領域における残留応力を−１０００ＭＰａ以上としているので、内部クラックが発生せず、歯先の欠けの発生を防止することができる。具体的には、表面からの深さが、５０μｍ以上１５０μｍ以下の領域における残留応力を−１０００ＭＰａ以上としているので、内部クラックが発生せず、歯先の欠けの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ショットピーニングＢ処理及びショットピーニングＣ処理を行った後の残留応力の分布図を表す。
【図２】ショットピーニングＢ処理における歯車の残留応力の分布図を表す。
【図３】ショットピーニングＣ処理における歯車の残留応力の分布図を表す。
【図４】ショットピーニングＢ処理及びショットピーニングＣ処理を行った後の歯車の歯先断面を撮影した顕微鏡写真及びスケールを表す。
【図５】図４に示す顕微鏡写真に相当する図を表す。
【図６】ショットピーニングＡ処理乃至ショットピーニングＣ処理を行った後の歯車の残留応力の分布図を表す。
【図７】ショットピーニングＡ処理における歯車の残留応力の分布図を表す。
【図８】従来のショットピーニングを行った歯車の歯先断面のＣＡＥ解析による歪の分布図を表す。
【図９】図８の歯車の歯先断面を撮影した顕微鏡写真及びスケールを表す。
【図１０】図９に示す顕微鏡写真に相当する図を表す。
【図１１】ショットピーニング処理の試験(１)における歯車の残留応力の分布図を表す。
【図１２】ショットピーニング処理の試験(２)における歯車の残留応力の分布図を表す。
【図１３】歯欠けの実験結果の表を表す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
次に、本発明の一実施形態の歯車、及び歯車の製造方法について図面を参照して説明する。
【００２８】
＜第１実施形態＞
第１実施形態に関わる歯車にショットピーニングを施す製造工程について説明する。
【００２９】
ショットピーニング処理を行う前に、機械部品である歯車に対して浸炭処理を行う。浸炭処理は、浸炭材の中で変態点以上の温度を保持すると、表面から炭素が侵入する。これを焼き入れすることにより浸炭した部分だけが硬くなる。浸炭処理については、従来技術と異なるところがないため、説明を割愛する。浸炭処理のほか、場合によっては窒化処理を行う場合もある。
【００３０】
(ショットピーニング処理)
浸炭処理後の歯車に対して、ショットピーニング処理を行う。ショットピーニング処理について本発明の本質部分となるため、詳細に説明する。
【００３１】
ショットピーニング処理は、顕著な疲労強度向上効果が確認され広く用いられているものである。例えば、高圧エアや高圧のウォータジェットを利用してショット粒のショットを加速させノズルからショット粒を噴射させて部品に衝突させることにより圧縮残留応力を付与する。
【００３２】
ショットピーニング処理は、ショット粒の粒径と硬さによって、残留応力の深さとピーク値をコントロールでき、そのコントロール範囲も非常に広いため有効な処理である。ショットピーニング処理によれば、深さは、最表面〜４００μｍまで残留応力をコントロールでき、ピーク値は、−８００ＭＰａ〜−１６００ＭＰａまで残留応力をコントロールできる。
【００３３】
具体的には、ショット粒子の硬さを増加させることにより、生成される残留応力の値を高めることができる。また、ショット粒子の粒径を大きくすることにより、部材の表面から深い位置に残留応力のピーク位置を持ってくることができる。他方、ショット粒子の粒径を小さくすることにより、部材の表面から浅い位置に残留応力のピーク位置を持ってくることができる。
【００３４】
第１実施形態においては、ショットピーニングＢ処理工程、ショットピーニングＣ処理工程の順番でショットピーニング工程を行う。ショットピーニング処理は、表面から深い範囲を先に実施する。
【００３５】
(ショットピーニングＢ処理工程)
ショットピーニングＢ処理において、表面からの深さが５０μｍ以上１５０μｍ以下にあたる領域の残留応力を付与する。
【００３６】
図２に、ショットピーニングＢ処理における残留応力の分布図を示す。残留応力は、Ｘ線応力測定装置（リガク製）により測定した(その他の分布図の残留応力測定も同様である)。本実施例においては、ショットピーニングＢ処理において、歯先欠けを防止するため表面からの深さが５０μｍ以上１５０μｍ以下にあたる領域の残留応力を−１０００ＭＰａ以上とする。表面からの深さが５０μｍ以上１５０μｍ以下にあたる領域の残留応力を−１０００ＭＰａ以上とすることができれば、内部クラックの原因となる−１０００ＭＰａ以下となる残留応力が存在しない。そのため、内部クラックが生じず歯先の欠けを防止することができる。
【００３７】
ショットピーニングＢ処理においては、ショット粒の粒径を１ｍｍとする。図２に示すように、ショット粒の粒径を１ｍｍとすることにより、残留応力のピーク位置が５０μｍ以上１５０μｍ以下の位置とすることができる。
【００３８】
また、ショット粒の硬さをＨＶ４５０とする。ショット粒の硬さをＨＶ４５０とすることにより、図２に示すように、残留応力の値を−１０００ＭＰａ以上にすることができる。具体的には、図２に示すように、残留応力を実線Ｂに示す。実線Ｂは、表面からの深さが８０μｍの残留応力が−１０００ＭＰａとなりピーク位置である位置Ｂ１となる。また、表面からの深さが５０μｍの位置Ｂ２の残留応力は、−９００ＭＰａとなり、表面からの深さが１５０μｍの位置Ｂ３の残留応力は、−８５０ＭＰａとなる。そのため、表面からの深さが５０μｍ以上１５０μｍ以下の領域において、残留応力は−８５０ＭＰａ〜−１０００ＭＰａの幅がある。
【００３９】
したがって、ショット粒の粒径を１ｍｍとし、かつ硬さをＨＶ４５０とすることで、表面からの深さが５０μｍ以上１５０μｍ以下にあたる領域において、残留応力を−１０００ＭＰａ以上とすることができる。
【００４０】
本実施形態においては、ショット粒径を１ｍｍとしたが、実験により０．８ｍｍ以上１．２ｍｍ以下のショット粒径であれば、硬さをＨＶ４５０とすることで、表面からの深さが５０μｍ以上１５０μｍ以下にあたる領域において、残留応力を−１０００ＭＰａ以上とすることができることを確認した。
【００４１】
(ショットピーニングＣ処理工程)
ショットピーニングＣ処理において、表面からの深さが５μｍ以上２０μｍ以下にあたる領域に残留応力を付与する。表面からの深さが５μｍ以上２０μｍ以下にあたる領域は、歯元曲げ疲労が掛かるため強度向上が求められるためである。図３に、ショットピーニングＣ処理における残留応力の分布図を示す。
【００４２】
本実施例においては、ショットピーニングＣ処理において、歯元曲げ疲労応力が掛かる部分の強度を向上させるため表面からの深さが５μｍ以上２０μｍ以下にあたる領域の残留応力を−１５００ＭＰａ以下とする。表面からの深さが５μｍ以上２０μｍ以下にあたる領域の残留応力を−１５００ＭＰａ以下とすることができれば、歯に繰り返し荷重（応力）がかかった時に、その応力を圧縮応力が相殺し、歯元の表面においてクラックが発生することがなく、歯元の疲労破壊を防止できる。本実施形態においては、−１５００ＭＰａ以下であるため、当然−１０００ＭＰａ以下も包含する。
【００４３】
ショットピーニングＣ処理においては、ショット粒の粒径を０．２ｍｍとする。図４に示すように、ショット粒の粒径を０．２ｍｍとすることにより、残留応力のピーク位置が５μｍ以上２０μｍ以下の位置とすることができる。
【００４４】
また、ショット粒の硬さをＨＶ８００とする。ショット粒の硬さをＨＶ８００とすることにより、図３に示すように、残留応力の値を−１４００ＭＰａ以下に高めることができる。
【００４５】
具体的には、図３に示すように、残留応力を実線Ｃに示す。実線Ｃは、表面からの深さが１５μｍの残留応力が−１６００ＭＰａとなりピーク位置である位置Ｃ１となる。また、表面からの深さが５μｍの位置Ｃ２の残留応力は、−１５００ＭＰａとなり、表面からの深さが２０μｍの位置Ｃ３の残留応力は、−１４００ＭＰａとなる。そのため、歯元曲げ疲労防止のために残留応力が必要とされる表面からの深さが５μｍ以上２０μｍ以下の領域において、残留応力は−１４００ＭＰａ〜−１６００ＭＰａと高い残留応力を保持することができる。
【００４６】
したがって、ショット粒の粒径を０．２ｍｍとし、かつ硬さをＨＶ８００とすることで、表面からの深さが５μｍ以上２０μｍ以下にあたる領域において、−１４００ＭＰａ以下とすることができる。
【００４７】
本実施形態においては、ショット粒径を０．２ｍｍとしたが、実験により０．２ｍｍ以上０．３ｍｍ以下のショット粒径であれば、硬さをＨＶ８００とすることで、表面からの深さが５μｍ以上２０μｍ以下にあたる領域において、−１４００ＭＰａ以下とすることができることを確認した。
【００４８】
（ショットピーニングＢ処理及びショットピーニングＣ処理を行った歯車の効果）
図１に、本実施形態における、ショットピーニングＢ処理及びショットピーニングＣ処理を行った後の残留応力の分布図を示す。図１のうち、本実施形態おける歯車の残留応力を実線の実線Ａで示し、上記図１２に示した従来における歯車の歯元曲げの疲労強度を増すためのショットピーニング処理の試験(１)を行った歯車の残留応力を破線Ｅとして示す。実線Ａは、ショットピーニングＢ処理及びショットピーニングＣ処理を行うことにより、それぞれの分布図が集合した形の線として表れる。
【００４９】
図１に示すように、実線Ａにおいては、歯元曲げ疲労が掛かる表面からの深さが５μｍ以上２０μｍ以下にあたるＡ１の残留応力は−１６００ＭＰａ以下である。そのため、破線Ｅの表面からの深さが５μｍ以上２０μｍ以下にあたるＥ１の残留応力−９５０ＭＰａと比較して、−６５０ＭＰａ以上大きい。
【００５０】
そのため、歯元の疲労応力に対して、表面からの深さが５μｍ以上２０μｍ以下の領域における残留応力が−１４００ＭＰａ以下ある（圧縮応力としては、１４００ＭＰａ以上ある）ため、歯に繰り返し荷重（応力）がかかった時に、その応力を圧縮応力が相殺し、歯元の表面において内部クラックが発生することがなく、歯元の疲労破壊を防止できる。
【００５１】
また、図１に示すように、実線Ａにおいては、内部クラックの原因となる表面からの深さが５０μｍ以上１５０μｍ以下にあたる領域Ａ２〜Ａ３の残留応力について、−１０００ＭＰａ以上である。そのため、破線Ｅの表面からの深さが５０μｍ以上１５０μｍ以下にあたる領域の残留応力のように、残留応力が大きくないため、破線Ｅと比較して強度は低くなる。しかし、残留応力が大きくないが、歯車の強度を保つためには、−１０００ＭＰａ以上であれば必要十分な残留応力である。そのため、歯車の強度を十分に保つこともできる。
【００５２】
また、破線ＥにおけるＥ２〜Ｅ３のように残留応力が−１５００ＭＰａ以下となる部分がある場合には、内部クラックが発生し、歯先欠けの原因となるが、−１０００ＭＰａ以上であることにより内部クラックが発生しないため、歯先欠けも生じない。
【００５３】
図４に、ショットピーニングＢ処理及びショットピーニングＣ処理を行った後の歯車１の歯先断面を撮影した顕微鏡写真及びスケールを示す。図５に、図４に示す顕微鏡写真に相当する図を示す。
【００５４】
図５に示すように、ショットピーニングＢ処理及びショットピーニングＣ処理を行った後の歯車１の表面Ｒからの深さが１００μｍの領域であるＲ１において、図１０に示すような内部クラックＱが発生していない。
【００５５】
さらに、図１３に示すように、ショットピーニングＢ処理及びショットピーニングＣ処理を行った本実施形態によれば、８個の歯車のうち内部クラックが生じた歯車は一つもなかった。したがって、内部クラックを防止することができるため歯先欠けを防止することができた。
【００５６】
＜第２実施形態＞
第２実施形態に係る歯車、歯車の製造方法は、第１実施形態に係る歯車、歯車の製造方法と比較して、ショットピーニングＢ処理及びショットピーニングＣ処理に加えてショットピーニングＡ処理を追加する点以外異なるところがない。そのため、第２実施形態においては、ショットピーニングＢ処理及びショットピーニングＣ処理を行った場合の最終の歯車の残留応力について説明することにより、その他の説明を割愛する。ショットピーングＡ処理は、ショットピーニングＢ処理及びショットピーニングＣ処理の前に行う。すなわち、第２実施形態においては、ショットピーニングＡ処理、ショットピーニングＢ処理、ショットピーニングＣ処理の順番でショットピーニング工程を行う。
【００５７】
なお、第２実施形態ではその他の説明を割愛するが、第１実施形態と同様の作用、及び効果を有する。
【００５８】
（ショットピーニングＡ処理）
ショットピーニングＡ処理において、表面からの深さが１６０μｍ超え２３０μｍ以下にあたる領域の残留応力を付与する。表面からの深さが１６０μｍ超え２３０μｍ以下にあたる領域は、歯車動作時に面圧疲労が掛かるため強度向上が求められるためである。図７に、ショットピーニングＡ処理における残留応力の分布図を示す。
【００５９】
ショットピーニングＡ処理においては、ショット粒の粒径を２ｍｍとする。図７に示すように、ショット粒の粒径を２ｍｍとすることにより、残留応力のピーク位置が１６０μｍ超え２３０μｍ以下の位置とすることができる。
【００６０】
また、ショット粒の硬さをＨＶ７００とする。ショット粒の硬さをＨＶ７００とすることにより、図７に示すように、表面からの深さが１６０μｍ超え２３０μｍ以下にあたる領域の残留応力の値を−１２００ＭＰａ以下に高めることができる。
【００６１】
したがって、ショット粒の粒径を２ｍｍとし、かつ硬さをＨＶ７００とすることで、表面からの深さが１６０μｍ超え２３０μｍ以下にあたる領域において、−１０００ＭＰａ以下とすることができる。
【００６２】
具体的には、図７に示すように、残留応力を実線Ｆに示す。実線Ｆは、表面からの深さが１６０μｍ超え２３０μｍ以下の残留応力が−１３００ＭＰａとなりピーク位置である位置Ｆ１となる。
【００６３】
また、表面からの深さが１６０μｍの位置Ｆ２の残留応力は、−１０００ＭＰａとなり、表面からの深さが２３０μｍの位置Ｆ３の残留応力は、−１０５０ＭＰａとなる。そのため、歯元曲げ疲労防止のために残留応力が必要とされる表面からの深さが１６０μｍ超え２３０μｍ以下の領域において、残留応力は−１０００ＭＰａ〜−１３００ＭＰａと高い残留応力を保持することができる。
【００６４】
したがって、ショット粒の粒径を２ｍｍとし、かつ硬さをＨＶ７００とすることで、表面からの深さが１６０μｍ超え２３０μｍ以下にあたる領域において、−１２００ＭＰａ以下とすることができる。
【００６５】
さらに、表面からの深さが１５０μｍの位置の残留応力は、−９００ＭＰａとなり、表面からの深さが２３０μｍの位置Ｆ３の残留応力は、−１０５０ＭＰａとなる。そのため、歯元曲げ疲労防止のために残留応力が必要とされる表面からの深さが１５０μｍ超え２３０μｍ以下の領域において、残留応力は−９００ＭＰａ〜−１３００ＭＰａと高い残留応力を保持することができる。
【００６６】
本実施形態においては、表面からの深さが１５０μｍ超え２３０μｍ以下の領域を−９００ＭＰａ以下としているが、本出願人は、表面からの深さが１５０μｍ超え２３０μｍ以下の領域について−５００ＭＰａ以下とすることによっても、面圧疲労強度を十分に保つことができることを実験により確認した。
【００６７】
（ショットピーニングＡ処理乃至ショットピーニングＣ処理を行った歯車の効果）
図６に、ショットピーニングＡ処理乃至ショットピーニングＣ処理を行った歯車の残留応力の分布図を示す。
【００６８】
図６のうち、本実施形態における歯車の残留応力を実線の実線Ｘで示し、曲げに対する負荷応力を破線の第１破線Ｙで示し、面圧に対する負荷応力を破線の第２破線Ｚで示す。実線Ｘは、ショットピーニングＡ処理乃至ショットピーニングＣ処理を行うことにより、それぞれの分布図が集合した形の線として表れる。
【００６９】
第１破線Ｙの表面からの深さが５μｍ以上２０μｍ以下のＹ１の曲げの負荷応力の残留応力は、−１０００ＭＰａである。それに対して、Ｙ１に対応する実線Ｘの表面からの深さが５μｍ以上２０μｍ以下のＸ１の残留応力は−１５００ＭＰａである。したがって、上記ショットピーニングＡ処理を行うことにより、歯車における表面からの深さが５μｍ以上２０μｍ以下の残留応力が、曲げに対する負荷応力よりも−５００ＭＰａ大きい。
【００７０】
そのため、歯元の疲労破壊に対して、表面からの深さが５μｍ以上２０μｍ以下の領域における残留応力が−１４００ＭＰａ以下ある（圧縮応力としては、１４００ＭＰａ以上ある）ため、歯に繰り返し荷重（応力）がかかった時に、その応力を圧縮応力が相殺し、歯元の表面においてクラックが発生することがなく、歯元の疲労破壊を防止できる。
【００７１】
また、表面からの深さが５μｍ以上２０μｍ以下のＹ１の曲げの負荷応力の残留応力が−１０００ＭＰａ以下である場合にも、曲げに対する負荷応力よりも小さいことはない。そのため、歯に繰り返し荷重（応力）がかかった時に、その応力を圧縮応力が相殺し、歯元の表面においてクラックが発生することがなく、歯元の疲労破壊を防止できる。
【００７２】
図６に示すように、第２破線Ｚの表面からの深さが１６０μｍ超え２３０μｍ以下までの範囲で最大のＺ１の面圧に対する負荷応力の残留応力は、−１０００ＭＰａ以下である。それに対して、対応する実線Ｘの表面からの深さが１６０μｍ超え２３０μｍ以下までＸ４の残留応力においては、−１０００ＭＰａ以下である。したがって、上記ショットピーニングＡ処理を行うことにより、歯車における表面からの深さが１６０μｍ超え２３０μｍ以下までの残留応力が、面圧に対する負荷応力よりも小さいことはない。
【００７３】
そのため、歯面同士の接触により生じるヘルツ応力（歯車では最大値が表面からの深さが、２００μｍ付近に存在する。）を相殺することができ、面圧疲労強度を向上させることができる。
【００７４】
なお、本実施例においては、第２破線Ｚ１の残留応力が−１０００ＭＰａとしたが、面圧に対する負荷応力の大きさは歯車のサイズ等により異なる。そのため、本出願人は、様々なサイズの歯車を実験した結果、面圧に対する負荷応力の残留応力に対しては、表面からの深さが１５０μｍ超え２３０μｍ以下の場合に−５００ＭＰａ以下であれば、面圧疲労強度を保つことができることを実験により確認した。
【００７５】
図６に示すように、第１破線Ｙの表面からの深さが５０μｍ以上にあたる領域でＹ２の曲げの負荷応力の負荷応力は、−６００ＭＰａ以下である。第２破線Ｚの表面からの深さが５０μｍ以上にあたる領域でＺ２の面圧の負荷応力は、−２００ＭＰａ以下である。それに対して、実線Ｘの表面からの深さが５０μｍ以上にあたるＸ２の残留応力は、−１０００ＭＰａ以上である。
【００７６】
第１破線Ｙの表面からの深さが１５０μｍ以上にあたる領域でＹ３の曲げの負荷応力は、−４５０ＭＰａ以上である。第２破線Ｚの表面からの深さが１５０μｍ以上にあたる領域でＺ３の面圧の負荷応力は、−７００ＭＰａ以上である。それに対して、実線Ｘの表面からの深さが５０μｍ以上にあたるＸ３の残留応力は、−１０００ＭＰａ以上である。
【００７７】
したがって、表面からの深さが５０μｍ以上１５０μｍ以下にあたる領域においては、実線Ｘは、残留応力を、−１０００ＭＰａ以上とする。それにより、実線Ｘの残留応力は、第１破線Ｙの曲げの負荷応力及び第２破線Ｚの面圧の負荷応力よりも、大きくなる。
【００７８】
そのため、最もクラックが発生し易い表面からの深さが５０μｍ以上１５０μｍ以下にあたる領域において、内部クラックが発生する確率が低く、さらに、歯先の欠けの発生を防止することができる。
【００７９】
なお、本発明の歯車、歯車の製造方法は、上記実施例に限定されることなく、色々な応用が可能である。
【００８０】
例えば、本実施形態においては、ショットピーニング処理により行うが、その他ウエットブラスト、超音波ショット、強加工を用いることもできる。
【００８１】
表面からの深さが、１５０μｍ超え３００μｍ以下の領域における残留応力が、表面からの深さが１５０μｍ以下の残留応力のピークから、一様増加でないことにより、歯面同士の接触により生じるヘルツ応力（歯車では最大値が表面からの深さが、２００μｍ付近に存在する。）を相殺することができ、面圧疲労強度を向上させることができる。
【００８２】
表面が浸炭処理された歯車にショットピーニングにより残留応力を付与することにより強化される歯車の製造方法において、表面からの深さが、５μｍ以上２０μｍ以下の領域における残留応力が、−１０００ＭＰａ以下とするために、０．３ｍｍ以下のショット粒径でショットピーニングをするショットピーニングＣ処理工程と、を有することにより、歯元の疲労破壊に対して、表面からの深さが、５μｍ以上２０μｍ以下の領域における残留応力が−１０００ＭＰａ以下ある（圧縮応力としては、１０００ＭＰａ以上ある）ため、歯に繰り返し荷重（応力）がかかった時に、その応力を圧縮応力が相殺し、歯元の表面においてクラックが発生することがなく、歯元の疲労破壊を防止できる。
【００８３】
表面からの深さが、５０μｍ以上１５０μｍ以下の領域における残留応力が、−１０００ＭＰａ以上とするために、０．８ｍｍ以上１．２ｍｍ以下のショット粒径でショットピーニングをするショットピーニングＢ処理工程と、有すること、ショットピーニングＢ処理工程後に、ショットピーニングＣ処理工程を行うことにより、表面からの深さが、５０μｍ以上１５０μｍ以下の領域における残留応力を、−１０００ＭＰａ以上としているので、内部クラックが発生せず、歯先の欠けの発生を防止することができる。
【００８４】
表面からの深さが１５０μｍ超え２３０μｍ以下の領域における残留応力を、−１２００ＭＰａ以下とするために、１．５ｍｍ以上のショット粒径でショットピーニングをするショットピーニングＡ処理工程と、を有すること、ショットピーニングＡ処理工程後に、ショットピーニングＣ処理工程を行うことにより、歯面同士の接触により生じるヘルツ応力（歯車では最大値が表面からの深さが、２００μｍ付近に存在する。）を相殺することができ、面圧疲労強度を向上させることができる。
【００８５】
ショットピーニングＡ処理工程後に、ショットピーニングＢ処理工程を行うことにより、歯元の疲労破壊に対して、表面からの深さが、５μｍ以上２０μｍ以下の領域における残留応力が−１０００ＭＰａ以下ある（圧縮応力としては、１０００ＭＰａ以上ある）ため、歯に繰り返し荷重（応力）がかかった時に、その応力を圧縮応力が相殺し、歯元の表面においてクラックが発生することがなく、歯元の疲労破壊を防止できる。
【００８６】
また、表面からの深さが、５０μｍ以上１５０μｍ以下の領域における残留応力を、−１０００ＭＰａ以上としているので、内部クラックが発生せず、歯先の欠けの発生を防止することができる。
【００８７】
また、歯面同士の接触により生じるヘルツ応力（歯車では最大値が表面からの深さが、２００μｍ付近に存在する。）を相殺することができ、面圧疲労強度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００８８】
Ｒ    表面
【図１】
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【図２】
0005569588.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0005569588.tif 000007
【図７】
0005569588.tif 000008
【図８】
0005569588.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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