(57)【要約】【課題】  真空浸炭を行なっても、歯元が高強度・高硬度になっている歯車を提供する。【解決手段】  平滑な面部における表面炭素濃度が０．６質量％以上となるように真空浸炭されている歯車であって、  その面部における有効硬化層深さをＤ（ｍｍ）としたとき、真空浸炭に先立ち、歯元近傍に位置する応力集中点Ｐを含む応力集中部の表面に、Ｄ±０．２５（ｍｍ）の面取り加工が施されている歯車。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平滑な面部における表面炭素濃度が０．６質量％以上となるように真空浸炭されている歯車であって、
前記面部の有効硬化層深さをＤ（ｍｍ）としたとき、前記真空浸炭に先立ち、歯元近傍に位置する応力集中部を含む表面に、Ｄ±０．２５（ｍｍ）の面取り加工が施されていることを特徴とする歯車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は歯車に関し、更に詳しくは、真空浸炭時の過剰浸炭が抑制されるように表面加工が施されている歯車に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼製の歯車は、通常、所定の寸法形状に仕上げ加工したのちに浸炭処理を行なって、表面を高強度、高硬度にしている。
そして、上記した浸炭処理としては、従来からガス浸炭法が実施されてきたが、最近では真空浸炭法が普及しはじめている。
この真空浸炭法は、浸炭炉内を真空状態にしてここにアセチレンなどの炭化水素ガスを導入して、当該炭化水素ガスが直接熱分解して生成した炭素を鋼内部に浸透・拡散させる方法である。真空浸炭法では、予め、目標とする浸炭深さを決め、その浸炭深さとの関係で、炉内温度、導入する炭化水素ガスの濃度と供給量、処理時間などが適宜に選択される。
【０００３】
この真空浸炭法は、従来から実施されているガス浸炭法に比べると、材料の酸化は起こらず、したがって、粒界酸化も起こらないので、浸炭箇所の高強度化・高硬度化が可能であり、また、高温での浸炭処理が行いやすく、そのため迅速浸炭が可能で生産性が高いという利点を備えている。
真空浸炭法は、ガス浸炭法に比べて前記したような利点を備えているが、他方では、被処理材の表面状態によって浸炭量が変化して表面炭素濃度が一様でなくなるという問題をかかえている。
【０００４】
例えばガス浸炭法の場合、被処理材の面部と角部のいずれの箇所においても、浸炭量は同じで、表面炭素濃度は同じになる。
しかしながら、真空浸炭法の場合、角部では過剰浸炭が進み、角部の方が平坦な面部よりも浸炭量は多くなる。その結果、角部の強度が低下し、浸炭部品全体の品質低下を引き起こす。
【０００５】
この問題は、歯車に真空浸炭を実施したときに重大な問題となる。歯車は、通常、その仕上げ加工において、互いに噛み合う歯の部分には精密加工を行なってその噛み合う部分（面部）を凸凹がなく平滑な表面にしている。しかしながら、歯のピッチ点から歯底にかけての歯元部分に対しては、噛み合う面部に比べれば平滑表面にする加工は行なわれていない。
【０００６】
そのため、各歯の両端側部にそれぞれ２箇所存在する角部は鋭角のまま未加工状態で残ることになる。
したがって、このような歯車に真空浸炭を行うと、歯の噛み合う面部では目標とする浸炭深さが実現されていても、前記した鋭角の角部では過剰浸炭が起こって、その部分の強度低下が引き起こされることになる。
【０００７】
しかしながら、過剰浸炭を起こしている箇所のうち、歯元の部分は、歯車の実動時における応力が集中する箇所を含んでいるので、その箇所での強度低下は、歯車の破損を引き起こす要因となり得る。
真空浸炭法における上記した問題、すなわち角部で過剰浸炭が起こってその部位の強度低下を引き起こすという問題に対しては、次のような解決方法が提案されている（特許文献１を参照）。
【０００８】
この方法では、浸炭処理から拡散処理に移行する初期段階で、炉内に例えば酸素、空気、水蒸気、ＣＯ２などの酸化性ガスを導入することにより、表面層に脱炭処理を施す。
【特許文献１】特開２００４−１１５８９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記した先行技術の場合、確かに過剰浸炭している角部での脱炭は進むと同時に酸化が起こるため、強度が低下する。しかも同時に、目標浸炭深さになっている面部でも酸化が進んでその強度は低下する。そのため、今度は、面部での強度低下が引き起こされることになるため、この先行技術を歯車に適用することはできない。
本発明は、真空浸炭することを前提にした歯車であって、真空浸炭しても、面部と角部における表面炭素濃度の差異が小さくなるように真空浸炭処理が施されている歯車の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した目的を達成するために、本発明においては、平滑な面部における表面炭素濃度が０．６質量％以上となるように真空浸炭されている歯車であって、前記面部における有効硬化層深さをＤ（ｍｍ）としたとき、前記真空浸炭に先立ち、歯元近傍に位置する応力集中部を含む表面に、Ｄ±０．２５（ｍｍ）の面取り加工が施されていることを特徴とする歯車が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
この歯車は、真空浸炭に先立って、歯車の実動時にあっては歯のピッチ点と歯底の間に存在する応力集中部を含む表面に面取り加工を行なうことにより、その過程で、歯の側部両端にそれぞれ位置する角部も加工されて鈍角になるので、真空浸炭時に、その箇所における過剰浸炭が抑制される。その結果、応力集中部の強度低下も起こらなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の歯車は、面部における表面炭素濃度が０．６質量％以上となるように真空浸炭が施されている歯車である。
これは、歯車が例えば鋼種ＳＣｒ４２０で製造されているとすると、それと同一素材の試験片に対して小野式回転曲げ試験を行なった場合、応力振幅の繰返し数を１０７回加えたときの当該試験片の曲げ強度として９５０〜１１５０ＭＰａ程度の高強度を保障できるからである。
【００１３】
本発明の歯車は、上記した表面炭素濃度の真空浸炭が施されることを前提にして、真空浸炭に先立ち次のような表面加工が施される。
すなわち、面部における有効硬化層深さＤ（ｍｍ）と設定したときに、歯元近傍の応力集中部に対して、Ｄ±０．２５（ｍｍ）の面取り加工が施される。
なお、ここで有効硬化層深さとは、硬さが５５０Ｈｖになる深さのことをいう。
【００１４】
この面取り加工量がＤ−０．２５（ｍｍ）より少ない場合は、真空浸炭時に歯元近傍に位置する前記した角部の炭素濃度は高くなって強度低下を解消できない。また面取り加工量をＤ＋０．２５（ｍｍ）よりも多くすると、歯車の寸法形状が設計規定値の許容量から外れるようになりはじめるので不都合である。
なお、ここでいう歯元とは、歯の根元部分のことであり、具体的には、歯のピッチ点と歯底の間に位置する表面部分のことである。
【００１５】
また、応力集中部とは、歯元に存在する応力集中点を含む部分のことをいい、具体的には応力集中点を中心とした幅１〜２ｍｍ程度の表面部分のことをいう。
なお、本発明において、応力集中点とは、図１で示したように、歯底から法線（１）をたて、ピッチ点と歯底との間の部分で次々と法線を立てたときに、法線（１）と４５°の角度をなして交差する法線が立つ点Ｐのことをいう。
ここで、上記した面取り加工量は次の実験に基づいて決定されている。
【００１６】
（実験）
鋼種ＳＣｒ４２０から成り、断面が長方形である直方体試料を用意した。そして、四隅の角部を面取り加工した。そのときの面取り加工量をｄ（ｍｍ）とする。
面部における有効硬化層深さＤ（ｍｍ）を０．５ｍｍ、０．７５ｍｍ、１．１ｍｍの３水準に設定し、いずれの場合も面部における表面炭素濃度が０．８質量％となる条件で真空浸炭を行った。図２で示したように、表面から深さＤの部分が浸炭されている浸炭試料が得られた。
【００１７】
この浸炭試料において、面取り加工部と面部の境界は、鈍角な角部ｑになっている。したがって、この浸炭試料の場合、角部ｑにおける表面炭素濃度は他の箇所に比べると最も高い値になっている。
この角部ｑにおける表面炭素濃度を測定し、その結果をｄ値、Ｄ値との関係として表１に示す。なお、この浸炭試料の面部では、その表面炭素濃度は０．８〜０．８１質量％の範囲にあった。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
表１から次のことが明らかである。
（１）角部に面取り加工を施さない場合（面取り加工量が０の場合）、面部の表面炭素濃度を０．８質量％にすると角部ｑの表面炭素濃度は、いずれのＤ値においても１質量％を超えた高濃度になっている。しかし、角部に面取り加工を施すと、角部ｑの表面炭素濃度は低減している。すなわち、面取り加工により過剰浸炭は抑制されることがわかる。
（２）その場合、いずれのＤ値の場合であっても、角部の面取り加工量が増加するにつれて、角部ｑの表面炭素濃度は減少していく。すなわち、面取り加工量が増加するにつれて過剰浸炭は抑制される。
（３）そして、表１のデータは、面取り加工部において最も角ばっている角部ｑの表面炭素濃度であるため、その値は面取り加工部における面部よりも大きい。
【００２０】
したがって、面取り加工部の面部も含めてこの浸炭試料の面部における表面炭素濃度を０．８質量％程度の値にするためには、角部ｑの表面炭素濃度が０．８５〜０．８６質量％程度になるような面取り加工を施しておけばよいことになる。
（４）そして上記した（３）の問題は、表１から明らかなように、Ｄ値を０．５ｍｍに設定した場合は、ｄ値が０．２５（Ｄ−０．２５）ｍｍ以上で実現しており、Ｄ値を０．７５ｍｍに設定した場合は、ｄ値が０．５（Ｄ−０．２５）ｍｍ以上で実現しており、Ｄ値を１．１ｍｍに設定した場合は、ｄ値が１．０（Ｄ−０．１）ｍｍ以上で実現している。
【００２１】
したがって、角部ｑの表面炭素濃度を０．８５〜０．８７質量％程度にするためには、角部の面取り加工量（ｄ）は、目標とする有効硬化層深さ（Ｄ）との関係で、Ｄ−０．２５（ｍｍ）以上にすればよい。
なお、面取り加工量（ｄ）は、表面炭素濃度との関係ではＤ−０．２５（ｍｍ）以上でよいわけであるが、その加工量が多すぎると、試料の形状変化が顕著となるので、上限は適宜規制すべきであることが必要になる。
【００２２】
以上の実験に基づいて、本発明の歯車では、真空浸炭に先立ち歯元の応力集中部にＤ±０．２５（ｍｍ）の面取り加工を行なうことにより、その面取り加工部における過剰浸炭が抑制されることにより、高強度化・高硬度化の達成が可能となる。
【実施例】
【００２３】
鋼種ＳＣｒ４２０の鋼材から、モジュール２．５、歯数２６、ねじれ角２５°の歯車を加工し、その歯元部分に、面取り加工量（ｄ）が、０ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．５ｍｍ、０．７５ｍｍ、１．０ｍｍである面取り加工を施した。
この５種類の歯車につき、有効硬化層深さ（Ｄ）０．７５ｍｍで、面部の表面炭素濃度０．８質量％とする真空浸炭を行った。
【００２４】
得られた各歯車につき、１５００ｒｐｍ、９０℃で、歯車疲労試験を行ない、１０７回転強度（ＭＰａ）を測定した。
その結果を、面取り加工量との関係で図３に示した。
図３から明らかなように、面取り加工量が０．５ｍｍ以上（ｄ値がＤ＝０．２５ｍｍ以上）になると、１０７回転強度は６９０ＭＰａ以上の値になっている。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の歯車は、真空浸炭を行なっても歯車の歯元の過剰浸炭が抑制されるので、歯元の強度低下も起こらない。したがって、この歯車は、ガス浸炭法に比べて有利な真空浸炭の利点が充分に引き出されている歯車である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明でいう応力集中部の説明図である。
【図２】有効硬化層深さ（Ｄ）と面取り加工量（ｄ）を示す断面図である。
【図３】１０7回転強度と面取り加工量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２７】
ｄ      面取り加工量
Ｄ      有効硬化層深さ
ｑ      面取り加工部の角部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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