【事件の表示】
　特許第３１８４４１１号「低歪み型浸炭焼入れ歯車用鋼」の請求項１、２に係る特許に対する特許異議の申立てについて、次のとおり決定する。
【結　論】
　訂正を認める。
　特許第３１８４４１１号の請求項１ないし２に係る特許を維持する。
【理　由】
１．手続の経緯
　本件特許第３１８４４１１号の発明は、平成６年１０月１１日に特許出願され、平成１３年４月２７日にその発明について特許権の設定登録がなされ、その後、その特許について、株式会社住友金属小倉より特許異議の申立てがなされ、特許請求の範囲の請求項１及び２に係る特許に対して取消理由通知がなされ、その指定期間内である平成１４年５月２４日に訂正請求がなされたものである。
２．訂正の適否についての判断
（１）訂正の内容
訂正事項ａ
　特許請求の範囲の請求項１の「炭素（Ｃ）：０．１０〜０．３５ｗｔ．％」を「炭素（Ｃ）：０．１０〜０．３３ｗｔ．％」と訂正する。
訂正事項ｂ
　特許明細書の段落【００１３】の「炭素（Ｃ）：０．１０〜０．３５ｗｔ．％」を「炭素（Ｃ）：０．１０〜０．３３ｗｔ．％」と訂正する。
訂正事項ｃ
　特許明細書の段落【００１６】の「炭素含有量が０．３５ｗｔ．％を超えると靱性の劣化および被削性の低下を招く。従って、炭素含有量は０．１０〜０．３５ｗｔ．％の範囲内に限定すべきである。」を「炭素含有量が０．３３ｗｔ．％を超えると靱性の劣化および被削性の低下を招く。従って、炭素含有量は０．１０〜０．３３ｗｔ．％の範囲内に限定すべきである。」と訂正する。
訂正事項ｄ　
　特許明細書の段落【００２６】の「下記（１）式によって算出されるＡｃ３点パラメーターが８５０℃未満では、浸炭温度に保持しても、オーステナイト中にフェライトを確保することができない。」を「下記（１）式によって算出されるＡｃ３点パラメーターが８５０℃未満では、浸炭焼入れ温度に保持しても、オーステナイト中にフェライトを確保することができない。」と訂正する。
（２）訂正の目的の適否、新規事項の有無及び特許請求の範囲の拡張・変更の存否
　訂正事項ａは、特許明細書の段落【００３０】、表１、本発明鋼３に記載の鋼のＣ含有量に基づいて、特許請求の範囲の請求項１に記載の低歪み型浸炭焼入れ歯車用鋼の炭素（Ｃ）量の上限を０．３３ｗｔ．％に限定するものであるから、訂正事項ａは特許請求の範囲の減縮に該当する。訂正事項ｂ及びｃは、訂正後の請求項１の記載と発明の詳細な説明の記載との整合を図るものであるから、訂正事項ｂ及びｃは、明りょうでない記載の釈明に該当する。訂正事項ｄは、特許明細書の段落【００２６】の記載を特許明細書の段落【００１１】の「焼入れ前の加熱時に、オーステナイト組織中にフェライトを１０〜７０％混在させ」の記載に整合させるものであるから、訂正事項ｄは明りょうでない記載の釈明に該当する。更に、訂正事項ａないしｄは、特許明細書に記載された事項の範囲内において訂正するものであるから、新規事項の追加に該当せず、また、実質上特許請求の範囲を拡張し、又は変更するものでない。
（３）むすび
　以上のとおりであるから、上記訂正は、特許法第１２０条の４第２項及び同条第３項で準用する第１２６条第２項及び第３項の規定に適合するので、当該訂正を認める。
３．特許異議の申立てについて
（１）申立て理由の概要
　特許異議申立人株式会社住友金属小倉は、証拠として甲第１〜５号証を提出し、本件特許の請求項１及び２に係る発明は甲第１〜５号証に記載された発明に基づいて当業者が容易に発明をすることができたものであり、同請求項１及び２に記載の発明は特許法第２９条第２項の規定により、特許を受けることができないものであるから、同請求項１及び２に記載の発明に係る特許は取り消すべきである旨主張している。
（２）本件発明
　前記２．の項で示したように上記訂正が認められるから、本件特許の請求項１及び２に係る発明（以下、請求項１及び２に係る発明を、それぞれ、「本件発明１」、「本件発明２」という。）は、訂正明細書の特許請求の範囲の請求項１及び２に記載された事項により特定される次のとおりのものである。
「【請求項１】　炭素（Ｃ）：０．１０〜０．３３ｗｔ．％、シリコン（Ｓｉ）：１．０〜２．５０ｗｔ．％、マンガン（Ｍｎ）：０．２０〜１．５０ｗｔ．％、クロム（Ｃｒ）：０．１０〜１．５０ｗｔ．％、ニッケル（Ｎｉ）：０．０１〜０．５０ｗｔ．％、モリブデン（Ｍｏ）：０．０１〜１．５０ｗｔ．％、アルミニウム（Ａｌ）：０．０１〜０．１０ｗｔ．％、および、残り：鉄（Ｆｅ）および不可避不純物からなっており、
　下記（１）式によって算出されるＡｃ３点パラメーターが、８５０〜９４０℃の範囲内であり、
　Ａｃ３＝９２０−２０３√Ｃ＋４４．７Ｓｉ＋３１．５Ｍｏ−３０Ｍｎ−１５．２Ｎｉ−１１Ｃｒ＋４００Ａｌ 　−−−（１）　
　下記（２）式によって算出される理想臨界直径（Ｄ１）が、６０〜４００ｍｍの範囲内であり、
　Ｄ１＝７．９５√Ｃ（１＋０．７０Ｓｉ）（１＋３．３Ｍｎ）（１＋２．１６Ｃｒ）（１＋０．３６Ｎｉ）（１＋３．００Ｍｏ）　　−−−（２）　
　そして、浸炭焼入れ後における非浸炭部の内部組織が、フェライトを１０〜７０％含むマルテンサイトよりなる２相組織であることを特徴とする、低歪み型浸炭焼入れ歯車用鋼。
【請求項２】　下記からなる群から選んだ少なくとも１つの元素を、更に付加的に含有している、請求項１記載の低歪み型浸炭焼入れ歯車用鋼。
　バナジウム（Ｖ）：０．０１〜０．５０ｗｔ．％、ニオブ（Ｎｂ）：０．０１〜０．１０ｗｔ．％、および、ジルコニウム（Ｚｒ）：０．０１〜０．１０ｗｔ．％。」
（３）引用刊行物記載の発明
　当審が通知した取消理由で引用した刊行物１（特公昭６２−６６１４号公報、甲１号証と同じ）には、
「Ｃ：０．３５〜０．５％、Ｓｉ：０．２５％以下、Ｍｎ：０．３〜１．３％、Ｃｒ：０．６〜１．５％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０２〜０．０６％、Ｎ：０．００６〜０．０１５％、を含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる組成（以上重量％）を有する鋼を、前記鋼のオーステナイト領域で浸炭処理した後、鋼浸炭表面部組織をオーステナイト相に、かつ鋼芯部組織をオーステナイト＋フェライト相に組織調整し、この状態から焼入れすることを特徴とする熱処理ひずみの少ない肌焼鋼の製造法。」（特許請求の範囲第１項）、
「この発明は、変態ひずみや熱ひずみ、すなわち熱処理ひずみのきわめて少ない肌焼鋼の製造法に関するものである。」（第１頁第２欄第３行〜第５行）、
「鋼芯部がオーステナイト＋フェライト相で構成され、かつ鋼浸炭表面部がオーステナイト相で構成された組織に調整し、この状態から焼入れすると、鋼の主要部分を占める芯部のオーステナイト＋フェライト組織のうちの一部であるオーステナイトがマルテンサイトまたはベーナイトに変態するだけですむので、変態ひずみの発生が、従来のオーステナイト相全体がマルテンサイトに変態する場合に比して著しく小さくなり、かつ前記組織状態からの焼入れは、比較的低温焼入れとなるため熱ひずみの発生も相対的に小さく、さらに前記芯部における低温焼入れに伴う硬さ低下は、Ｃ含有量を高めることによって、これを阻止することができる」（第２頁第３欄第８行〜第２１行）、
「鋼芯部がオーステナイト＋フェライト相からなり、一方鋼浸炭表面部がオーステナイト相からなる組織は、浸炭表面部の平衡変態温度であるＡｅ３点またはＡｃｍ点（浸炭表面部が亜共析または共析の場合にはＡｅ３点、過共析の場合にはＡｃｍ点）以上にして、芯部の平衡変態温度であるＡｅ３点以下の温度範囲内の所定温度に２０分以上保持することによって形成することができる。」（第２頁第３欄第３８行〜第４欄第２行）と記載され、
　同刊行物２（日本鉄鋼協会編「第３版　鉄鋼便覧　第ＩＶ巻　鉄鋼材料、試験・分析」（昭和５９年１月２０日）丸善　ｐ．２１、甲第２号証と同じ）には、
「変態温度は鋼に添加される合金元素によって影響を受ける。加熱の際の変態温度について、Ａｃ１およびＡｃ３点に及ぼす化学成分の影響を計算する実験式として・・・Ａｃ３〔℃〕＝９１０−２０３√Ｃ＋４４．７Ｓｉ−１５．２Ｎｉ＋３１．５Ｍｏ＋１０４Ｖ＋１３．１Ｗ−（３０Ｍｎ＋１１Ｃｒ＋２０Ｃｕ−７００Ｐ−４００Ａｌ−１２０Ａｓ−４００Ｔｉ）・・・がある。」（第２１頁左欄第１４行〜右欄第３行）と記載され、
　同刊行物３（日本規格協会編「ＪＩＳハンドブック　鉄鋼」（１９８７年４月１２日）日本規格協会　ｐ．１１２２、１１２６、甲第３号証と同じ）には、
ニッケルクロムモリブデン鋼鋼材の化学成分（％）として、
ＳＮＣＭ２２０／ＳＮＣＭ２１／Ｃ０．１７〜０．２３，Ｓｉ０．１５〜０．３５，Ｍｎ０．６０〜０．９０，Ｐ０．０３０以下，Ｓ０．０３０以下，Ｎｉ０．４０〜０．７０，Ｃｒ０．４０〜０．６５，Ｍｏ０．１５〜０．３０と記載され（第１１２２頁表２）、
「ＳＮＣＭ２２０・・・は，主としてはだ焼用に使用する。」（第１１２２頁表１）と記載され、
また、クロムモリブデン鋼鋼材の化学成分（％）として、
ＳＣＭ４２０／ＳＣＭ２２／Ｃ０．１８〜０．２３，Ｓｉ０．１５〜０．３５，Ｍｎ０．６０〜０．８５，Ｐ０．０３０以下，Ｓ０．０３０以下，Ｃｒ０．９０〜１．２０，Ｍｏ０．１５〜０．３０と記載され（第１１２６頁表２）、
「各種とも不純物としてＮｉ０．２５％・・・を超えてはならない。」（第１１２６頁表２備考１）と記載され、
「ＳＣＭ４２０・・・は，主としてはだ焼用に使用する。」（第１１２６頁表１）と記載され、
　同刊行物４（特開昭６３−６０２５７号公報、甲４号証と同じ）には、
「（１）Ｃ　０．１５〜０．５０ｗｔ％、Ｓｉ　０．５０〜１．５ｗｔ％、Ｍｎ　０．４０〜１．５ｗｔ％、Ｃｒ　１．０〜２．０ｗｔ％を含有し、かつ、Ｓ　０．００５ｗｔ％以下、Ｏ　０．００１ｗｔ％以下に規制し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする耐ピッチング性に優れた浸炭用鋼。
（２）Ｃ　０．１５〜０．５０ｗｔ％、Ｓｉ　０．５０〜１．５ｗｔ％、Ｍｎ　０．４０〜１．５ｗｔ％、Ｃｒ　１．０〜２．０ｗｔ％を含有し、さらに、Ｎｉ　２．０〜４．０ｗｔ％、Ｍｏ　０．４０〜０．７５ｗｔ％、Ｃｕ　０．０５〜０．２ｗｔ％の中から選んだ１種または２種以上を含有し、かつ、Ｓ　０．００５ｗｔ％以下、Ｏ　０．００１ｗｔ％以下に規制し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする耐ピッチング性に優れた浸炭用鋼。
（３）Ｃ　０．１５〜０．５０ｗｔ％、Ｓｉ　０．５０〜１．５ｗｔ％、Ｍｎ　０．４０〜１．５ｗｔ％、Ｃｒ　１．０〜２．０ｗｔ％を含有し、さらに、Ｎｂ　０．１０〜０．４０ｗｔ％を含有し、かつ、Ｓ　０．００５ｗｔ％以下、Ｏ　０．００１ｗｔ％以下に規制し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする耐ピッチング性に優れた浸炭用鋼。
（４）Ｃ　０．１５〜０．５０ｗｔ％、Ｓｉ　０．５０〜１．５ｗｔ％、Ｍｎ　０．４０〜１．５ｗｔ％、Ｃｒ　１．０〜２．０ｗｔ％を含有し、さらに、Ｎｉ　２．０〜４．０ｗｔ％、Ｍｏ　０．４０〜０．７５ｗｔ％、Ｃｕ　０．０５〜０．２ｗｔ％、Ｎｂ　０．１０〜０．４０ｗｔ％の中から選んだ１種または２種以上を含有し、かつ、Ｓ　０．００５ｗｔ％以下、Ｏ　０．００１ｗｔ％以下に規制し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする耐ピッチング性に優れた浸炭用鋼。」（特許請求の範囲）、
「本発明は耐ピッチング性に優れた浸炭用鋼に関し、さらに詳しくは、耐ピッチング性、耐久性が要求されるベアリング、歯車等に用いられる浸炭用鋼に関する。」（第２頁左上欄第５行〜第８行）と記載され、
　同刊行物５（「材料とプロセス」Ｖｏｌ．７（１９９４）Ｎｏ．３、（平成６年３月２日）日本鉄鋼協会、ｐ．７６８、甲第５号証と同じ）には、
「動力伝達部品である歯車の高強度化を目的として、浸炭鋼の強度特性におよぼす合金元素の影響やショットピーニングの効果が検討されている。その結果、曲げ疲れ強さの大幅向上に伴う新たな課題として、面疲れ強さの向上も併せて求められるようになった。」（第７６８頁第３行〜第５行）と記載され、
供試材の化学成分（ｍａｓｓ％）として、
ＳＣｒ４２０／Ｃ０．２０，Ｓｉ０．２５，Ｍｎ０．８０，Ｃｒ１．００、
０．５Ｓｉ−０．１Ｖ／Ｃ０．２１，Ｓｉ０．４８，Ｍｎ０．７９，Ｃｒ０．６８，Ｖ０．１０、
０．５Ｓｉ−０．３Ｖ／Ｃ０．２０，Ｓｉ０．４９，Ｍｎ０．８０，Ｃｒ０．６６，Ｖ０．２９、
１．０Ｓｉ−０．２Ｖ／Ｃ０．２１，Ｓｉ０．９９，Ｍｎ０．７９，Ｃｒ０．６６，Ｖ０．２０、
１．５Ｓｉ−０．１Ｖ／Ｃ０．２０，Ｓｉ１．４６，Ｍｎ０．７９，Ｃｒ０．６６，Ｖ０．１０、
１．５Ｓｉ−０．３Ｖ／Ｃ０．２１，Ｓｉ１．５２，Ｍｎ０．８１，Ｃｒ０．６５，Ｖ０．３１と記載され（第７６８頁Ｔａｂｌｅ１）、
「Ｓｉ量の増加は疲れ限度を低下させず、ほぼ同等の値が得られている。」（第７６８頁第２４行〜２５行）、
「高Ｓｉ鋼の転動疲労におけるＶの寿命延長効果は、粒界のＳｉ偏析部分の不完全焼入による強度低下をＶが補完し、き裂発生を抑制するためと考えられる。」（第７６８頁第３３行〜３５行）と記載されている。
（４）対比・判断
ア．本件発明１について
　本件発明１は、「歯車用鋼材の焼入れ歪み量に影響を及ぼす主原因は、オーステナイト組織がマルテンサイト組織に変態するときに生ずる体積膨張に起因する歪み量にあることから、本発明者等は、焼入れ前の加熱時に、オーステナイト組織中にフェライトを１０〜７０％混在させ、浸炭焼入れ後の組織をフェライト・マルテンサイト二相組織とすることにより、焼入れ歪み量が大幅に低減する」（特許明細書段落【００１１】）、
「通常の浸炭条件によって、オーステナイト組織中にフェライトを混在させるためには、Ａｃ３変態温度を高める必要がある。そこで、鋼中のＳｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，ＭｏおよびＶの、Ａｃ３変態温度に及ぼす影響について詳細に検討した結果、これらの元素の含有量を調整することにより、通常の浸炭条件で容易にフェライト・マルテンサイト二相組織が得られ、且つ、フェライト強化元素によって歯内部（非浸炭部）が強化され、疲労強度を低下させることなく、焼入れ歪み量を大幅に低減し得る」（特許明細書段落【００１２】）との知見に基づくものである。
　本件発明１と刊行物１〜５に記載のものを対比する。
　刊行物１には、鋼芯部組織をオーステナイト＋フェライト相に組織調整し、この状態から焼入れすることで、変態ひずみの発生を従来のオーステナイト相全体がマルテンサイトに変態する場合に比して著しく小さくした、浸炭焼入れ後における非浸炭部の内部組織がフェライトとマルテンサイトよりなる２相組織である鋼は記載されているが、刊行物１記載の鋼は、本件発明１と鋼の組成が異なり、また、刊行物１には、Ａｃ３点パラメーターが８５０〜９４０℃の範囲内かつ理想臨界直径（Ｄ１）が６０〜４００ｍｍの範囲内である点及び非浸炭部の内部組織の２相組織のフェライト量を１０〜７０％とする点が記載も示唆もされていない。
　刊行物３には、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｎｉ及びＭｏを含有し、Ｃ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｎｉ及びＭｏ含有量が本件発明１と重複するはだ焼用鋼が記載されているが、刊行物３記載の鋼は、Ｓｉの含有量が本件発明１と異なるとともに、本件発明１のＡｃ３点パラメーター及び理想界直径（Ｄ１）を満たすものは記載されておらず、また、刊行物３には、Ａｃ３点パラメーターが８５０〜９４０℃の範囲内かつ理想臨界直径（Ｄ１）が６０〜４００ｍｍの範囲内となるように鋼の組成を調整することが記載も示唆もされていない。
　刊行物２には、本件発明１のＡｃ３点パラメーターに類似する実験式が記載され、また、刊行物４、５には、Ｓｉ量を本件発明１と同程度まで高めた浸炭用鋼及び浸炭用鋼が歯車等に用いられることが記載されているが、刊行物２、４及び５のいずれにも、Ａｃ３点パラメーターが８５０〜９４０℃の範囲内かつ理想臨界直径（Ｄ１）が６０〜４００ｍｍの範囲内となるように鋼の組成を調整することが記載も示唆もされていない。
　以上のとおり、刊行物１に記載のものは、本件発明１と鋼の組成が相違し、更に、刊行物１〜５のいずれにも、Ａｃ３点パラメーターが８５０〜９４０℃の範囲内かつ理想臨界直径（Ｄ１）が６０〜４００ｍｍの範囲内となるように鋼の組成を調整することが記載も示唆もされていないから、刊行物１〜５に記載のものを寄せ集めることにより本件発明１を構築できたものとすることができない。
　そして、本件発明１は、請求項１に記載の事項により、「この発明によれば、従来鋼に比べて浸炭焼入れ処理による歪み量が約５０％少ない、歯車の歯元強度に優れた歯車用鋼を、通常の浸炭焼入れ処理によって得ることができ、歯形修正を施さない自動車用歯車として好適である上、建設機械、産業機械等の浸炭焼入れ後に歯形修正を必要とする歯車においても、浸炭焼入れ歪み量を減少し得るので、歯形修正量が少なくて済み、従って、加工コストの低減および生産性の向上を図ることができる等、多くの工業上優れた効果がもたらされる。」（特許明細書段落【００４２】）という特許明細書に記載のとおりの顕著な作用効果を奏するものと認められる。
　以上のことから、本件発明１は、刊行物１〜５に記載された発明に基づいて当業者が容易に発明をすることができたものであるとすることができない。
イ．本件発明２について
　本件発明２は、本件発明１を引用し、さらに他の構成要件を付加したものであるから、本件発明１と同様の理由により、刊行物１〜５に記載された発明に基づいて当業者が容易に発明をすることができたものであるとすることができない。
４．むすび
　以上のとおりであるから、特許異議申立ての理由及び証拠によっては、本件発明１、２に係る特許を取り消すことはできない。
　また、他に本件発明１、２に係る特許を取り消すべき理由を発見しない。
　よって、結論のとおり決定する。
【異議決定日】
平成１４年１１月１１日（２００２．１１．１１）
【訂正の要旨】
訂正の要旨
訂正事項ａ
　特許請求の範囲の減縮を目的として、特許請求の範囲の請求項１の「炭素（Ｃ）：０．１０〜０．３５ｗｔ．％」を「炭素（Ｃ）：０．１０〜０．３３ｗｔ．％」と訂正する。
訂正事項ｂ
　明りょうでない記載の釈明を目的として、特許明細書の段落【００１３】の「炭素（Ｃ）：０．１０〜０．３５ｗｔ．％」を「炭素（Ｃ）：０．１０〜０．３３ｗｔ．％」と訂正する。
訂正事項ｃ
　明りょうでない記載の釈明を目的として、特許明細書の段落【００１６】の「炭素含有量が０．３５ｗｔ．％を超えると靭性の劣化および被削性の低下を招く。従って、炭素含有量は０．１０〜０．３５ｗｔ．％の範囲内に限定すべきである。」を「炭素含有量が０．３３ｗｔ．％を超えると靱性の劣化および被削性の低下を招く。従って、炭素含有量は０．１０〜０．３３ｗｔ．％の範囲内に限定すべきである。」と訂正する。
訂正事項ｄ
　明りょうでない記載の釈明を目的として、特許明細書の段落【００２６】の「下記（１）式によって算出されるＡｃ３点パラメーターが８５０℃未満では、浸炭温度に保持しても、オーステナイト中にフェライトを確保することができない。」を「下記（１）式によって算出されるＡｃ３点パラメーターが８５０℃未満では、浸炭焼入れ温度に保持しても、オーステナイト中にフェライトを確保することができない。」と訂正する。
（５４）【発明の名称】
低歪み型浸炭焼入れ歯車用鋼
（５７）【特許請求の範囲】
　【請求項１】
　　炭素（Ｃ）　　　　　：　０．１０　〜０．３
３
　　シリコン（Ｓｉ）　　：　１．０　〜２．５０ｗｔ．％、
　　マンガン（Ｍｎ）　　：　０．２０　〜１．５０ｗｔ．％、
　　クロム（Ｃｒ）　　　：　０．１０　〜１．５０ｗｔ．％、
　　ニッケル（Ｎｉ）　　：　０．０１　〜０．５０ｗｔ．％、
　　モリブデン（Ｍｏ）　：　０．０１　〜１．５０ｗｔ．％、
　　アルミニウム（Ａｌ）：　０．０１　〜０．１０ｗｔ．％、および、
　　残り　　　　　　　　：　鉄（Ｆｅ）および不可避不純物
　からなっており、
　下記（１）式によって算出されるＡｃ３点パラメーターが、８５０〜９４０℃の範囲内であり、
　下記（２）式によって算出される理想臨界直径（Ｄ１）が、６０〜４００ｍｍの範囲内であり、
　そして、浸炭焼入れ後における非浸炭部の内部組織が、フェライトを１０〜７０％含むマルテンサイトよりなる２相組織であることを特徴とする、低歪み型浸炭焼入れ歯車用鋼。
　【請求項２】
　下記からなる群から選んだ少なくとも１つの元素を、更に付加的に含有している、請求項１記載の低歪み型浸炭焼入れ歯車用鋼。
　　バナジウム（Ｖ）　　：　０．０１〜０．５０ｗｔ．％、
　　ニオブ（Ｎｂ）　　　：　０．０１〜０．１０ｗｔ．％、および、
　　ジルコニウム（Ｚｒ）：　０．０１〜０．１０ｗｔ．％。
【発明の詳細な説明】
　【０００１】
　【産業上の利用分野】
　この発明は、例えば、自動車、建設機械、産業機械等の歯車用鋼材として好適な、浸炭焼入れ時の歪み量が極めて少ない、低歪み型浸炭焼入れ歯車用鋼に関するものである。
　【０００２】
　【従来の技術】
　例えば、最近の自動車においては、運転時における静粛性が頗る向上しており、運転時に生ずる騒音は、主として歯車から発生するギヤノイズによるものである。ギヤノイズは、歯車の噛み合いの不具合によって発生するものであり、このような歯車の噛み合いの不具合は、所定形状に成形された歯車用鋼材に対し、その表面を硬化するために浸炭焼入れまたは浸炭窒化焼入れ（以下、浸炭焼入れと総称する）処理を施したときに生ずる歪みのためである。
　【０００３】
　即ち、歯車用鋼材に対する浸炭焼入れ時に、マルテンサイトの生成による変態応力（オーステナイト組織からマルテンサイト組織に変態するときに生ずる体積膨張に起因する応力）が発生するため、鋼材に歪みの生ずることが避けられず、その結果、歯車の寸法精度を高く維持することができない。特に、自動車のトランスミッション用ギヤにおいては、騒音に対して極めて厳しい制限があるにもかかわらず、小さく且つ肉厚が薄く、そして、内部の組織が、一部ベイナイトを含むマルテンサイト主体の組織になっているために、浸炭焼入れ時に歪みが生じやすく、これが歯車騒音の最大の発生原因になっている。
　【０００４】
　歯車の寸法精度を向上させるためには、浸炭焼入れされた歯車用鋼材に対し、機械研削により浸炭層を部分的に削り取る歯形修正処理を施して焼入れ歪み量を低減させればよいが、このような機械研削による歯形修正は、製造工程が増えることにより生産性が大幅に低下し、且つ、製造コストが高騰する上、表面硬さや残留応力にむらが生ずるので、品質上からも問題がある。
　【０００５】
　上述した点から、歯車用鋼材は、浸炭焼入れ後、歯形修正処理を施さずに使用することが多く、従って、浸炭焼入れされた歯車の精度向上のために、焼入れ歪み量を低減することが必要とされている。このような、浸炭焼入れ歪み量は、素材の焼入れ性によって大きく影響される。更に、浸炭焼入れは、通常約９２０℃の高温で行われるので、浸炭中にオーステナイト結晶粒が粗大化することも、歪み発生原因の一つとされている。
　【０００６】
　歯車用鋼材の焼入れ歪み量を低減する手段については、従来から種々の研究がなされており、例えば、焼入れ性がジョミニーバンドの下限になるように、鋼の化学成分組成を特定の狭い範囲内にコントロールして、焼入れ性を低く抑える方法や、また、特開平４−２４７８４８号公報、特開昭５９−１２３７４３号公報等に開示されているように、鋼中に、Ａｌ，Ｔｉ，Ｎｂ等の結晶粒微細化元素を含有させて、結晶粒を微細に調整する方法（以下、先行技術１という）が知られている。
　【０００７】
　また、特開平５−７０９２５号公報には、特定範囲のＳｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，ＭｏおよびＶ等を含有する鋼からなる歯車に対し、浸炭窒化処理を施した後、歯表面部即ち浸炭窒化部のＡｒ１変態点以下の温度域まで冷却し、次いで、再度歯表面部即ち浸炭窒化部のＡｒ３変態点以上で歯内部（非浸炭部）のＡｒ１変態点以下の温度域に保持した後、焼入れ焼戻しを行うことにより、歯表面部をマルテンサイト組織に保ちつつ、歯内部を微細なフェライト・パーライト組織にする方法（以下、先行技術２という）が開示されている。
　【０００８】
　【発明が解決しようとする課題】
　先行技術１には、マルテンサイト変態に伴う歪みの発生を抑制するのに限界があり、歪みを十分に小さくすることができない問題がある。また、先行技術２には、歯内部（非浸炭部）がフェライト・パーライト組織であるために、十分な靭性を確保することが困難であり、且つ、熱処理操作が複雑で、生産性を阻害するのみならず、コスト高になる問題がある。
　【０００９】
　従って、この発明の目的は、上述した問題を解決し、浸炭焼入れ処理による歪みの発生が極めて少なく、寸法精度の高い歯車が得られ、その使用時にギヤノイズが生ぜず、しかも熱処理が容易で経済的に製造し得る、例えば、自動車、建設機械、産業機械等の歯車用材料として好適な低歪み型浸炭焼入れ歯車用鋼を提供することにある。
　【００１０】
　【課題を解決するための手段】
　本発明者等は、上述した観点から、浸炭焼入れ処理による歪みの発生が極めて少なく、寸法精度の高い歯車が得られる低歪み型浸炭焼入れ歯車用鋼を開発すべく鋭意研究を重ねた。
　【００１１】
　歯車用鋼材の焼入れ歪み量に影響を及ぼす主原因は、オーステナイト組織がマルテンサイト組織に変態するときに生ずる体積膨張に起因する歪み量にあることから、本発明者等は、焼入れ前の加熱時に、オーステナイト組織中にフェライトを１０〜７０％混在させ、浸炭焼入れ後の組織をフェライト・マルテンサイト二相組織とすることにより、焼入れ歪み量が大幅に低減することを見出した。
　【００１２】
　通常の浸炭条件によって、オーステナイト組織中にフェライトを混在させるためには、Ａｃ３変態温度を高める必要がある。そこで、鋼中のＳｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，ＭｏおよびＶの、Ａｃ３変態温度に及ぼす影響について詳細に検討した結果、これらの元素の含有量を調整することにより、通常の浸炭条件で容易にフェライト・マルテンサイト二相組織が得られ、且つ、フェライト強化元素によって歯内部（非浸炭部）が強化され、疲労強度を低下させることなく、焼入れ歪み量を大幅に低減し得ることを知見した。
　【００１３】
　この発明は、上記知見に基づいてなされたものであって、この発明の低歪み型浸炭焼入れ歯車用鋼は、
　　炭素（Ｃ）　　　　　：０．１０〜０．３
３
　　シリコン（Ｓｉ）　　：１．０〜２．５０ｗｔ．％、
　　マンガン（Ｍｎ）　　：０．２０〜１．５０ｗｔ．％、
　　クロム（Ｃｒ）　　　：０．１０〜１．５０ｗｔ．％、
　　ニッケル（Ｎｉ）　　：０．０１〜０．５０ｗｔ．％、
　　モリブデン（Ｍｏ）　：０．０１〜１．５０ｗｔ．％、
　　アルミニウム（Ａｌ）：０．０１〜０．１０ｗｔ．％、
　および、
　　残り　　　　　　　　：鉄（Ｆｅ）および不可避不純物
　からなっており、更に、必要に応じて、
　　バナジウム（Ｖ）　　：０．０１〜０．５０ｗｔ．％、
　　ニオブ（Ｎｂ）　　　：０．０１〜０．１０ｗｔ．％、および、
　　ジルコニウム（Ｚｒ）：０．０１〜０．１０ｗｔ．％。
からなる群から選んだ少なくとも１つの元素を、更に付加的に含有しており、下記（１）式によって算出されるＡｃ３点パラメーターが、８５０〜９４０℃の範囲内であり、
　下記（２）式によって算出される理想臨界直径（Ｄ１）が、６０〜４００ｍｍの範囲内であり、
　そして、浸炭焼入れ後における非浸炭部の内部組織が、フェライトを１０〜７０％含むマルテンサイトよりなる２相組織であることに特徴を有するものである。
　【００１４】
　【作用】
　本発明鋼によれば、Ａｃ３変態温度を高め且つ焼入れ性を向上させる元素であるＳｉおよびＭｏの含有量を増加させることによって、浸炭焼入れ処理により容易にフェライト・マルテンサイト二相組織とすることができ、フェライトがマルテンサイトの膨張歪みを吸収することによって、焼入れ歪み量が大幅に減少する上、焼入れ時の芯部硬さも十分に確保できるので、従来鋼と遜色のない疲労強度が得られる。
　【００１５】
　また、自動車の歯車においては、疲労強度の向上を目的として、ショットピーニング処理が施されることが多いが、本発明鋼によれば、粒界酸化層が低減し、焼入れ不良組織が発生しないので、ショットピーニング処理を施しても、表面粗さが劣化することはなく、従って、面疲労強度が向上する。
　【００１６】
　次に、この発明の浸炭焼入れ歯車用鋼の化学成分組成を、上述した範囲内に限定した理由について、以下に述べる。
　（１）炭素（Ｃ）：炭素は、浸炭焼入れによる芯部強度を保証する上で必要な基本的元素であり、その作用を発揮させるためには、０．１０ｗｔ．％以上含有していることが必要である。しかしながら、炭素含有量が０．３
３
３
　【００１７】
　（２）シリコン（Ｓｉ）：シリコンは、Ａｃ３変態点を高めるのに有効な比較的安価な元素である。しかしながら、シリコン含有量が１．００ｗｔ．％未満では、浸炭処理時に浸炭ガス中の微量酸素と結合する表層近傍部のシリコン濃度が低いために、上記微量酸素が鋼の深部まで侵入して、粒界酸化層が著しく深くなる結果、疲労強度の低下を招く。一方、シリコン含有量が２．５０ｗｔ．％を超えて過剰になると、ＳｉＯ２系の介在物が増加する結果、逆に疲労強度の低下を招く。従って、シリコン含有量は、１．００〜２．５０ｗｔ．％の範囲内に限定すべきである。
　【００１８】
　（３）マンガン（Ｍｎ）：マンガンは、焼入れ性を向上させそして芯部強度を確保するのに有効な元素であり、その作用を発揮させるためには、０．２０ｗｔ．％以上含有させることが必要である。しかしながら、マンガンには、Ａｃ３変態点を低下させる作用があるので、その含有量が１．５０ｗｔ．％を超えて多量になると、二相組織が得られなくなるだけでなく、硬度が高くなり過ぎ、被削性の劣化を招く。従って、マンガン含有量は、０．２０〜１．５０ｗｔ．％の範囲内に限定すべきである。
　【００１９】
　（４）クロム（Ｃｒ）：クロムは、マンガンと同様に焼入れ性を向上させるのに有効な元素であり、その作用を発揮させるためには、０．１０ｗｔ．％以上含有させることが必要である。しかしながら、クロムには、マンガンと同様に、Ａｃ３変態点を低下させる作用があるので、その含有量が１．５０ｗｔ．％を超えて多量になると、二相組織が得られなくなるだけでなく、硬度が高くなり過ぎ、被削性の劣化を招く。従って、クロム含有量は、０．１０〜１．５０ｗｔ．％の範囲内に限定すべきである。
　【００２０】
　（５）ニッケル（Ｎｉ）：ニッケルは、焼入れ性および靭性を向上させるのに有効な元素であり、その作用を発揮させるためには、０．０１ｗｔ．％以上含有させることが必要である。しかしながら、ニッケル含有量が０．５０ｗｔ．％を超えて多量になると、硬度が高くなり過ぎ、被削性が劣化する上、ニッケルは高価なために経済的な不利を招く。従って、ニッケル含有量は、０．０１〜０．５０ｗｔ．％の範囲内に限定すべきである。
　【００２１】
　（６）モリブデン（Ｍｏ）：モリブデンは、Ａｃ３変態点を高め、更に、ニッケルと同様に、焼入れ性、靭性および疲労強度を向上させるのに有効な元素であり、その作用を発揮させるためには、０．０１ｗｔ．％以上含有させることが必要である。しかしながら、モリブデン含有量が１．５０ｗｔ．％を超えると、その効果が飽和し経済的な不利を招く。従って、モリブデン含有量は、０．０１〜１．５０ｗｔ．％の範囲内に限定すべきである。
　【００２２】
　（７）アルミニウム（Ａｌ）：アルミニウムは、窒素と結合してＡｌＮを生成し、結晶粒を微細化させて焼入れ歪みを小さくする上、靭性および疲労強度を向上させるのに有効な元素であり、その作用を発揮させるためには、０．０１ｗｔ．％以上含有させることが必要である。しかしながら、アルミニウム含有量が０．１０ｗｔ．％を超えて多量になると、アルミナ系介在物が増加する問題が生ずる。従って、アルミニウム含有量は、０．０１〜０．１０ｗｔ．％の範囲内に限定すべきである。
　【００２３】
　（８）バナジウム（Ｖ）：バナジウムは、焼入れ性を高め疲労強度を向上させるのに有効な元素であり、且つ、炭窒化物を生成し結晶粒を微細化させ、焼入れ歪みを小さく抑える作用を有しており、その作用を発揮させるためには、０．０１ｗｔ．％以上含有させることが必要である。しかしながら、バナジウム含有量が０．５０ｗｔ．％を超えると、その効果が飽和し経済的な不利を招く。従って、バナジウム含有量は、０．０１〜０．５０ｗｔ．％の範囲内に限定すべきである。
　【００２４】
　（９）ニオブ（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）：
　ニオブおよびジルコニウムは、オーステナイト結晶粒を微細化するのに有効な元素であり、且つ、浸炭部および内部の降伏強度を高めて、疲労強度の向上に寄与する作用を有している。従って、必要に応じ、上記元素の少なくとも１つを含有させる。しかしながら、ニオブおよびジルコニウムの少なくとも１つの含有量が０．０１ｗｔ．％未満では、上述した作用が得られない。一方、上記元素の少なくとも１つの含有量が０．１０ｗｔ．％を超えると、その効果が飽和し経済的な不利を招く。従って、ニオブおよびジルコニウムの少なくとも１つの含有量は、０．０１〜０．１０ｗｔ．％の範囲内に限定すべきである。
　【００２５】
　なお、本発明鋼中には、上述した元素のほかに、不純物としてＰ，Ｓ，Ｃｕ等を含有させてもよい。また、切削性を向上させるために、必要に応じて、Ｓ，Ｐｂ，Ｃａ，Ｓｅ等の快削元素を含有させてもよい。
　【００２６】
　（１０）Ａｃ３点パラメーター：下記（１）式によって算出されるＡｃ３点パラメーターが８５０℃未満では、浸炭
焼入れ
　【００２７】
　（１１）理想臨界直径（Ｄ１）：理想臨界直径（Ｄ１）は、鋼の焼入れ性を表す値であり、所望の疲労強度を確保するためには、オーステナイト粒度８番として下記（２）式により算出される理想臨界直径（Ｄ１）値が６０ｍｍ以上であることを必要とする。一方、上記（Ｄ１）値が４００ｍｍを超えると、オーステナイト組織中に混在しているフェライトの効果がなくなり、焼入れ歪み量が大になる。従って、オーステナイト粒度８番として下記（２）式により算出される理想臨界直径（Ｄ１）は、６０〜４００ｍｍの範囲内に限定すべきである。
　【００２８】
　（１２）内部組織（非浸炭部）のフェライト量：内部組織（非浸炭部）のフェライト量が１０％未満では、マルテンサイトの変態歪みを十分に吸収することができず、焼入れ歪み量を小さく抑えることができない。一方、上記フェライト量が７０％を超えると、所望の強度および靭性を保持することが困難になる。従って、内部組織（非浸炭部）のフェライト量は、１０〜７０％の範囲内に限定すべきである。
　【００２９】
　【実施例】
　次に、この発明を、実施例により比較例と対比しながら説明する。表１に示す、本発明の範囲内の化学成分組成、Ａｃ３点パラメーターおよび理想臨界直径（Ｄ１）を有する本発明鋼Ｎｏ．１〜５、および、化学成分組成、Ａｃ３点パラメーターおよび理想臨界直径（Ｄ１）のうちの少なくとも１つが本発明の範囲外である従来鋼Ｎｏ．１〜３および比較鋼Ｎｏ．４〜５のスラブを調製した。
　【００３０】
　【表１】
　【００３１】
　従来鋼Ｎｏ．１〜３は従来のＪＩＳ鋼種であって、従来鋼Ｎｏ．１は、ＪＩＳ　ＳＭｎＣ４２０であり、従来鋼Ｎｏ．２は、ＪＩＳ　ＳＣｒ４２０であり、従来鋼Ｎｏ．３は、ＪＩＳ　ＳＣＭ４２０であって、何れも、Ｓｉ含有量およびＡｃ３点パラメーターが本発明の範囲を外れて少なく、更に、従来鋼Ｎｏ．１、２はＤ１値が本発明の範囲を外れて少ない。また、比較鋼Ｎｏ．４は、Ｄ１値が本発明の範囲を超えて多い鋼であり、そして、比較鋼Ｎｏ．５は、Ａｃ３点パラメーターが本発明の範囲を超えて多い鋼である。
　【００３２】
　上記本発明鋼、従来鋼および比較鋼のスラブを熱間圧延し次いで鍛造して、直径２０〜９０ｍｍの丸棒鋼を調製し、得られた丸棒鋼に対し焼準処理を施した後、焼入れ歪み試験片および疲労試験片に加工した。次いで、このようにして得られた試験片に対し浸炭焼入れ焼戻し処理を施した後、下記により、浸炭焼入れ歪み量、回転曲げ疲労特性および歯車疲労特性を調べた。
　【００３３】
　（１）浸炭焼入れ歪み量：直径６５ｍｍの丸棒鋼から、図１に正面図で図２に側面図で示す、開口部２および円形状空間３を有する円盤状のネイビーＣ試験片１を調製した。試験片１の各部の寸法は、次の通りである。
　試験片直径（ａ）：６０ｍｍ、厚さ（ｂ）：１２ｍｍ、円形状空間の直径（ｃ）：３４．８ｍｍ、開口寸法（ｄ）：６ｍｍ。
　【００３４】
　上記形状のネイビーＣ試験片１を各鋼当り１０個作成し、この試験片１に対し、９００℃×３Ｈｒの条件で浸炭処理後、８４０℃の温度から油焼入れし、次いで、６０℃×２Ｈｒの条件で焼戻したときに生じた開口部２の変化率を測定し、浸炭焼入れ歪み量とした。表２に、各鋼の粒界酸化層深さ、焼入れ不良層深さ、有効硬化層深さ、芯部硬さ、フェライト面積率および焼入れ歪み量を示す。
　【００３５】
　【表２】
　【００３６】
　（２）回転曲げ疲労特性：直径２０ｍｍの丸棒鋼から、平行部に半径１ｍｍの切欠きをつけた回転曲げ疲労試験片（応力集中係数α＝１．８）を調製し、この試験片を浸炭焼入れ処理後、ショットピーニング処理（アークハイト：０．６ｍｍＡ、カバレージ：３００％）し、このような処理の施された試験片に対し、小野式回転曲げ疲労試験機を使用して１０７回の回転曲げ疲労試験を行い、その回転曲げ疲労強度を測定した。表３に、回転曲げ疲労強度の測定結果を示す。
　【００３７】
　（３）歯車疲労特性：直径９０ｍｍの丸棒鋼から、切削加工によって外径７５ｍｍ、モジュール２．５、歯数２８枚の試験用歯車を調製し、上記回転曲げ疲労特性と同じ条件で浸炭およびショットピーニング処理を施した後、得られた試験片に対し、動力循環式歯車疲労試験機を使用し、回転数３０００ｒｐｍで疲労試験を行い、繰返し数１０７回で破損しなかったトルク値を歯車の歯元強度として求めた。表３に、歯車疲労耐久トルクおよびチッピングの有無を併せて示す。
　【００３８】
　【表３】
　【００３９】
　表１および表２から明らかなように、従来鋼Ｎｏ．１〜３は、フェライト面積率即ちフェライト量が５〜７％であって本発明の範囲を外れて少なく、粒界酸化深さおよび焼入れ不良層深さが大で且つ焼入れ歪み量が多かった。比較鋼Ｎｏ．４は理想臨界直径（Ｄ１）値が高いので、オーステナイト組織中にフェライトが混在していても、焼入れ歪み量が大であった。また、比較鋼Ｎｏ．５は、フェライト量が７６％であり本発明の範囲を超えて多いので、芯部硬さが低かった。
　【００４０】
　これに対して、本発明鋼Ｎｏ．１〜５は、従来鋼に比べ粒界酸化層が大幅に低減して焼入れ不良層が全く認められず、且つ、浸炭焼入れ特性である、浸炭の有効硬化層深さおよび芯部硬さは、従来鋼と同等または同等以上であり、更に、１６〜６７％のフェライトが存在するフェライト・マルテンサイト二相組織となっているので、焼入れ歪み量は従来鋼の約半分程度まで低下している上、ロット内のばらつきも少なかった。
　【００４１】
　表１および表３から明らかなように、従来鋼Ｎｏ．１〜３および比較鋼Ｎｏ．５は、低トルク領域で歯面にチッピングが発生し、そして、比較鋼Ｎｏ．５は、芯部硬度が低いために、回転曲げ疲労強度および歯車疲労特性が劣っていた。これに対して、本発明鋼Ｎｏ．１〜５は、従来鋼よりも優れた疲労強度および歯元強度を有しており、且つ、焼入れ不良層がなく、Ｓｉ含有量の増加によって、焼戻し軟化抵抗が高くなり、チッピングが発生せず、面圧強度も強化された。
　【００４２】
　【発明の効果】
　以上述べたように、この発明によれば、従来鋼に比べて浸炭焼入れ処理による歪み量が約５０％少ない、歯車の歯元強度に優れた歯車用鋼を、通常の浸炭焼入れ処理によって得ることができ、歯形修正を施さない自動車用歯車として好適である上、建設機械、産業機械等の浸炭焼入れ後に歯形修正を必要とする歯車においても、浸炭焼入れ歪み量を減少し得るので、歯形修正量が少なくて済み、従って、加工コストの低減および生産性の向上を図ることができる等、多くの工業上優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
　【図１】
　浸炭焼入れ歪み量を測定するための試験片の一例を示す正面図である。
　【図２】
　図１に示した試験片の側面図である。
　【符号の説明】
　１　試験片、
　２　開口部、
　３　円形状空間。