(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部と、該軸部の外周から径方向へ突出し、部材との接触により力が作用する大径部とを有し、上記軸部と上記大径部との間にコーナー部が設けられた鋼部品の表面処理方法であって、
上記コーナー部を有した鋼部品の表面全体を炉内で浸炭処理する工程と、
上記鋼部品を液体に浸漬し、上記コーナー部を上記液体内で加熱して脱炭する工程と、
を含む、鋼部品の表面処理方法。
【請求項２】
上記脱炭工程後に、１０℃／秒の速度で、上記コーナー部を冷却する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の鋼部品の表面処理方法。
【請求項３】
上記脱炭工程は、上記液体と上記鋼部品との間の１秒あたりの熱伝達率が２ｋＷ／ｍ2Ｋ以上となる条件で行われることを特徴とする請求項１に記載の鋼部品の表面処理方法。
【請求項４】
上記浸炭処理工程では、複数の鋼部品を浸炭処理し、上記脱炭工程では、個別の鋼部品を脱炭することを特徴とする請求項１に記載の鋼部品の表面処理方法。
【請求項５】
上記液体は、炭素ポテンシャルが０．２〜０．３％の液体であることを特徴とする請求項１に記載の鋼部品の表面処理方法。
【請求項６】
上記コーナー部に向けられたプラス電極およびマイナス電極を上記液体に浸漬し、上記プラス電極および上記マイナス電極により、上記コーナー部を上記液体内で加熱して脱炭することを特徴とする請求項１に記載の鋼部品の表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼部品の表面処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ベルト式無段変速機用の鋼製の固定プーリーが開示されている。この固定プーリーは、円柱状の軸部と、この軸部と一体に形成された円錐状の固定シーブ部と、を備えている。上記固定プーリーは、軸部の先端から軸付け根までは、径の大きさが一定となっており、この軸付け根から、傾斜した固定シーブ部に沿って径が徐々に増加している。従って、軸付け根の周囲には、断面概ねＬ字状のコーナー部が全周に亘って形成されている。
【０００３】
固定プーリーの軸部には、固定プーリーに対し軸部上を摺動移動して離接可能となるように円錐状の可動プーリーが嵌め込まれる。組立状態では、固定プーリーおよび可動プーリーによって囲まれた概ねＶ字形断面の周溝が形成されており、この周溝には、金属製ベルトが巻き掛けられている。金属製ベルトの摺動時には、上記コーナー部に繰り返し曲げが作用し、応力集中が生じる。
【０００４】
金属製ベルトとの接触により固定シーブ部の傾斜した接触部分が摩耗し易いため、特許文献１では、固定プーリーの表面全体を浸炭焼き入れ焼き戻し処理することにより、表面全体の炭素濃度を高めつつ、表面全体の硬さを高くしている。
【０００５】
また、特許文献２には、焼結冷間鍛造部品として平歯車が開示されている。この平歯車は、切り欠きとして作用する残留気孔を平歯車の表面に有しており、この残留気孔は、応力集中が生じる要因となる。特許文献２では、残留気孔による応力集中の影響を低減するために、冷間鍛造された焼結平歯車を所定の炭素濃度の浸炭性ガス雰囲気中で浸炭処理した後で、上記所定の炭素濃度よりも低い炭素濃度のガス雰囲気中で脱炭処理している。これにより、平歯車の表面全体の靱性が高くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１３０５２７号公報
【特許文献２】特開２０１３−２０４０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の固定プーリーでは、金属製ベルトと接触する固定シーブ部の傾斜した接触部分のように、比較的高い耐摩耗性が要求される箇所と、繰り返し作用する曲げに伴う応力集中が生じるコーナー部のように、比較的高い靱性が要求される箇所と、が存在する。
【０００８】
特許文献１のように、固定シーブ部の接触部分の耐摩耗性を比較的高くするために、固定プーリーの表面全体を浸炭焼き入れ焼き戻し処理し、表面全体の硬さを高くすると、コーナー部の表面における靱性が比較的低くなり、応力集中に対する亀裂の発生が生じる虞がある。
【０００９】
一方、特許文献１の固定プーリーに特許文献２の脱炭処理を適用して、浸炭焼き入れ焼き戻し処理後の固定プーリーの表面全体をガス雰囲気中で脱炭処理すると、応力集中が生じるコーナー部の表面の炭素濃度を比較的低くできるものの、固定シーブ部の接触部分の表面の炭素濃度も比較的低くなり、上記浸炭焼き入れ焼き戻し処理により高めた接触部分の表面の耐摩耗性が低下してしまう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、軸部と、該軸部の外周から径方向へ突出し、部材との接触により力が作用する大径部とを有し、上記軸部と上記大径部との間にコーナー部が設けられた鋼部品の表面処理方法であって、コーナー部を有した鋼部品の表面全体を炉内で浸炭処理する工程と、上記鋼部品を液体に浸漬し、上記コーナー部を上記液体内で加熱して脱炭する工程と、を含む、鋼部品の表面処理方法である。
【００１１】
従って、鋼部品の表面全体におけるコーナー部のみを液体内で局部的に脱炭する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、コーナー部の炭素濃度が他の部位に比較して低くなり、このコーナー部の靱性が部分的に高くなるので、応力集中に対する亀裂の発生が低減される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明が適用される固定プーリーの断面図である。
【図２】固定プーリーの表面全体の浸炭工程の説明図である。
【図３】固定プーリーの表面の局部的な脱炭工程の説明図である。
【図４】従来の表面処理方法および一実施例の表面処理方法の曲げ疲労強度の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本発明の一実施例について説明する。
【００１５】
図１は、本発明が適用される鋼部品として、例えば車両で用いられるベルト式無段変速機の固定プーリー１を示している。この固定プーリー１は、肌焼鋼、例えばＳＣｒ４２０Ｈで構成されており、円柱状の軸部２と、この軸部２と一体に形成された円錐状の固定シーブ部３と、を備えている。固定プーリー１は、図示したように、軸部２の先端４から軸付け根５までは、径の大きさが一定となっており、軸付け根５から固定シーブ部３の外周６までは、固定シーブ部３の円錐面に沿って径が徐々に増加している。従って、軸付け根５の周囲には、断面概ねＬ字状のコーナー部７が全周に亘って形成されている。また、固定プーリー１は、固定シーブ部３の外周６で、径の大きさが最大となる。
【００１６】
上記固定プーリー１の軸部２には、円錐状の図示せぬ可動プーリーが、上記固定プーリー１に対し軸部２上を摺動移動して離接可能となるように嵌め込まれる。可動プーリーが軸部２に嵌め込まれた状態では、固定シーブ部３および可動プーリーの間に概ねＶ字形断面の図示せぬ周溝が形成される。この周溝の幅は、油圧等により可動シーブ部を軸部２に沿って摺動させることで変更可能となっている。組立状態では、上記固定プーリー１および上記可動プーリーからなる２つのプーリー対を２つの軸部２，２が互いに平行になるように配置してあり、図示せぬ金属製ベルトが、各プーリー対の固定シーブ部３および可動プーリーの双方に接触するように各周溝内に巻き掛けられている。そして、図示せぬエンジンからの入力を受けて上記周溝の幅寸法が連続的に変化することによって、金属製ベルトの掛かり径が変化する。
【００１７】
金属製ベルトの摺動時には固定シーブ部３の傾斜した接触部分８の表面８ａが金属製ベルトとの接触により摩耗し易いので、表面８ａの硬さを比較的高くすることにより、表面８ａの耐摩耗性を高くすることが要求される。従って、本実施例では、接触部分８の表面８ａの炭素濃度を高くすることにより、表面８ａの耐摩耗性を高くしている。
【００１８】
一方、軸部２の軸付け根５の周囲にあるコーナー部７には、金属製ベルトの摺動により曲げが繰り返し作用して応力集中が生じ、図１に破線の矢印で示したような亀裂９が発生し易くなる。従って、コーナー部７については、コーナー部７の表面７ａの靱性を比較的高くすることにより、応力集中に対する亀裂９の発生を低減することが要求される。よって、本実施例では、コーナー部７の表面７ａの炭素濃度を比較的低くすることにより、表面７ａの靱性を高くしている。
【００１９】
以下、図２および図３を参照して、本実施例における固定プーリー１の表面処理方法について説明する。
【００２０】
まず、肌焼鋼を鍛造または鋳造した後に機械加工することにより、軸部２および固定シーブ部３を有した固定プーリー１を形成する。
【００２１】
次に、図２に示すように固定シーブ部３が下側となる姿勢で複数の固定プーリー１を浸炭処理炉１０内に集団の荷姿で配置した上で、所定の浸炭温度、例えば８００〜１０００℃のもと、上記複数の固定プーリー１を浸炭する。この浸炭は、例えばアセチレン等の炭化水素によるガス浸炭雰囲気１１中で行われる。浸炭の際は、例えば固定プーリー１の表面１ａからの浸炭深さ（ＥＣＤ）が０．９ｍｍとなり、固定プーリー１の表面１ａの炭素濃度が０．８５重量％となるようにする。これにより、炭素が表面１ａに浸透し、表面１ａにおける炭素濃度が比較的高くなる。従って、表面１ａの硬さが比較的高くなり、固定プーリーの全体に亘って表面１ａの耐摩耗性が比較的高くなる。一方、固定プーリー１の内部１ｂには、炭素がほとんど浸透しておらず、内部１ｂの硬さは、表面１ａ全体の硬さよりも低い。
【００２２】
また、浸炭後の固定プーリー１の金属組織は、オーステナイトとなっている。
【００２３】
次に、図３を参照して、図２の浸炭工程で浸炭された固定プーリー１の局部的な脱炭工程について説明する。
【００２４】
まず、図３に示したように、炭素ポテンシャルが比較的低い液体１２で液槽１３を満たしておく。この液体１２は、例えば水とアルコールとの混合液である。例えば、水の炭素ポテンシャルは、０％であり、アルコールの炭素ポテンシャルは、０．９％である。本実施例では、水とアルコールとの比率は、炭素ポテンシャルが例えば０．２〜０．３％となるように調整される。液体１２の炭素ポテンシャルは、浸炭処理後の表面１ａの炭素濃度（０．８５重量％）よりも低いことが必要である。平衡後の表面１ａの炭素濃度は、目標となる炭素濃度に設定されている。
【００２５】
次に、図２の浸炭工程で浸炭された固定プーリー１を、１個ずつ図３に示すように固定シーブ部３が下側となる姿勢で液槽１３に浸漬する。固定プーリー１は、液槽１３内で上記液体１２により急冷される。これにより、固定プーリー１について焼き入れ処理を行ったのと同様の効果が得られる。浸漬時には、固定プーリー１の金属組織は、オーステナイトからマルテンサイトへと変化する。従って、固定プーリー１の表面１ａ全体の硬さが比較的高くなり、表面１ａ全体の耐摩耗性が比較的高くなる。
【００２６】
なお、固定プーリー１の浸漬後に、固定プーリー１を焼き入れ処理するようにしても良い。
【００２７】
そして、図３に示すようにコーナー部７付近に設けたプラス電極１４およびマイナス電極１５を用いて、脱炭可能となる温度まで、コーナー部７の表面７ａを通電により液体１２内で局部的に加熱する。ここで、この脱炭可能となる温度は、例えばコーナー部７の表面７ａの温度が９３０〜１０５０℃の範囲となる温度である。なお、ヒータまたは高周波加熱によってコーナー部７の表面７ａを液体１２内で局部的に加熱するようにしても良い。また、この加熱は、上記液体１２と上記固定プーリー１との間の１秒あたりの熱伝達率が２ｋＷ／ｍ2Ｋ以上となる熱伝達率の条件のもとに行われる。コーナー部７の表面７ａは、この表面７ａの温度が９３０〜１０５０℃の範囲にあるように局部的に加熱されているが、コーナー部７の表面７ａ以外の固定プーリー１の表面１ａおよび内部１ｂは、上記液体１２との熱伝達により冷却されており、脱炭は進行しない。上記の局部的な加熱により、コーナー部７の表面７ａが部分的に脱炭され、表面７ａの炭素濃度が、コーナー部７以外の固定プーリー１の表面１ａの炭素濃度よりも低くなる。望ましくは、脱炭後のコーナー部７の表面７ａの浸炭深さ（ＥＣＤ）は０ｍｍとなり、表面７ａの炭素濃度は、液体１２の炭素ポテンシャルに応じた０．２重量％となる。従って、コーナー部７の表面７ａの靱性が、コーナー部７以外の固定プーリー１の表面１ａの靱性よりも高くなる。
【００２８】
また、脱炭後の表面７ａの金属組織は、フェライトとなる。なお、脱炭後の表面７ａの金属組織は、マルテンサイトおよびベイナイトとなることもある。
【００２９】
そして、上記のように局部的に加熱されたコーナー部７の表面７ａを、約１０℃／秒の冷却速度で冷却する。ここで、冷却後のコーナー部７の表面７ａの金属組織は、フェライトおよびパーライトとなる。
【００３０】
図４に、従来の表面処理方法および本実施例の表面処理方法により固定プーリー１を表面処理したときの曲げ疲労強度についての試験結果を示す。図示したように、脱炭を行わない従来の表面処理方法により表面処理した固定プーリー１のコーナー部７の曲げ疲労強度が約０．７ＧＰａであるのに対し、本実施例の表面処理方法により表面処理したコーナー部７の曲げ疲労強度は１．２ＧＰａを超えている。従って、本実施例の表面処理方法により固定プーリー１のコーナー部７の曲げ疲労強度を増加させることができる。
【００３１】
上記のように、本実施例では、固定プーリー１の表面１ａの浸炭後に、応力集中が生じるコーナー部７の表面７ａを液体１２内で局部的に脱炭するようにしたことから、表面７ａの炭素濃度が比較的低くなって、この表面７ａの靱性が高くなる。これにより、応力集中に対する表面７ａの亀裂の発生が低減される。
【００３２】
また、本実施例では、加熱後に、約１０℃／秒の冷却速度でコーナー部７の表面７ａを冷却するようにしたことから、金属組織がフェライトおよびパーライトとなり、表面７ａのヤング率が低下する。これにより、同じ曲げ量がコーナー部７に作用した場合でも、コーナー部７に生じる応力を減少させることができる。
【００３３】
さらに、本実施例では、コーナー部７の表面７ａの局部的な加熱を、上記液体１２と上記固定プーリー１との間の１秒あたりの熱伝達率が２ｋＷ／ｍ2Ｋ以上となる熱伝達率の条件のもとで行うようにしたことから、コーナー部７の表面７ａ以外の部分を冷却したまま、コーナー部７の表面７ａのみが加熱される。これにより、浸炭工程で適切な硬さ、靱性およびヤング率が得られた固定プーリー１の部分（例えば固定シーブ部３の表面など）を維持したまま、固定プーリー１において部分的に異なる特性が要求される箇所（コーナー部７）のみの硬さ、靱性およびヤング率を変えることができる。
【００３４】
また、上記実施例では、処理時間が比較的長い浸炭処理を、複数の固定プーリー１が集団の荷姿となるようにまとめて行い、処理時間が比較的短い局部的な脱炭処理を、個々の固定プーリー１について個別に行うようにしてある。従って、浸炭処理における固定プーリー１の１個当たりのリードタイムと、脱炭処理における１つの固定プーリー１のリードタイムと、を互いに近いものとし、複数の固定プーリー１全体における生産性を向上させることができる。
【００３５】
なお、上記実施例では、鋼部品の一例としてベルト式無段変速機の固定プーリー１を開示したが、鋼部品として他の種々の部品に本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１・・・固定プーリー
１ａ・・・表面
２・・・軸部
３・・・固定シーブ部
７・・・コーナー部
７ａ・・・表面
８・・・接触部分
８ａ・・・表面
９・・・亀裂
１０・・・浸炭処理炉
１２・・・液体
１３・・・液槽
１４・・・プラス電極
１５・・・マイナス電極
【図１】
0006720501.tif 000002
【図２】
0006720501.tif 000003
【図３】
0006720501.tif 000004
【図４】
0006720501.tif 000005