(57)【要約】【課題】  安価に製作可能で且つ耐摩耗性に優れたスプロケットの製造方法及びスプロケットを提供する。【解決手段】  炭素含有率が０．２５ｗｔ％以下の低炭素鋼板をスプロケット１の形状にプレス加工する加工工程と、加工された１部材からなるスプロケット１における歯部４を高周波加熱装置によりＡ3変態点温度以上に加熱した後、０．５秒以内に５００℃以下に急冷して、歯部４の硬さがロックウェルＣ硬さにおいて３５〜５５になるように、理論最高焼入れ硬さ付近まで焼入れする焼入れ工程とを備えた。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素含有率が０．２５ｗｔ％以下の低炭素鋼板をスプロケットの形状にプレス加工する加工工程と、加工された１部材からなるスプロケットにおける歯部を高周波加熱装置によりＡ3変態点温度以上に加熱した後、０．５秒以内に５００℃以下に急冷して、歯部の硬さがロックウェルＣ硬さにおいて３５〜５５になるように、理論最高焼入れ硬さ付近まで焼入れする焼入れ工程とを備えたスプロケットの製造方法。
【請求項２】
前記低炭素鋼板の炭素含有率を０．１０〜０．２０ｗｔ％に設定した請求項１記載のスプロケットの製造方法。
【請求項３】
前記加工工程において、パンチ金型とダイ金型間のクリアランスを５％以下に設定して、内径取付孔の内周面における剪断面の比率を５０％以上に設定した請求項１又は２記載のスプロケットの製造方法。
【請求項４】
加工工程において、低炭素鋼板をプレス成形のみよりスプロケットの形状に加工する請求項１〜３のいずれか１項記載のスプロケットの製造方法。
【請求項５】
前記加工工程において、スプロケットの少なくとも歯部を機械加工で歯切りした請求項１〜３のいずれか１項記載のスプロケットの製造方法。
【請求項６】
前記焼入れ工程において、高周波加熱装置の環状の誘導コイルを、スプロケットを取り囲むように配置させて、スプロケットの歯部を加熱する請求項１〜５のいずれか１項記載のスプロケットの製造方法。
【請求項７】
前記誘導コイルの内周面に中心側へ向けて複数の噴孔を形成し、焼入れ工程において、これら複数の噴孔から歯部へ向けて水を吹掛けて、スプロケットの歯部を急冷する請求項６記載のスプロケットの製造方法。
【請求項８】
前記焼入れ工程において、加工されたスプロケットの歯部をＡ3変態点温度以上に加熱し、加熱を中断すると同時乃至直後に水を吹掛けて歯部を焼入れした請求項１〜７のいずれか１項記載ののスプロケットの製造方法。
【請求項９】
前記焼入れ工程において、加工されたスプロケットの歯部をＡ3変態点温度以上に加熱し、加熱を中断する直前から水を吹掛けて歯部を焼入れした請求項１〜７のいずれか１項記載のスプロケットの製造方法。
【請求項１０】
前記焼入れ工程後に焼戻し処理を施していない請求項１〜９のいずれか１項記載のスプロケットの製造方法。
【請求項１１】
炭素含有率が０．２５ｗｔ％以下の低炭素鋼をプレス成形してなり、歯部をＡ3変態点温度以上に加熱した後、０．５秒以内に５００℃以下に急冷することで、歯部の硬さがロックウェルＣ硬さにおいて３５〜５５になるように、理論最高焼入れ硬さ付近まで焼入れした１部材からなるスプロケット。
【請求項１２】
中央部に形成される内径取付孔の内周面における剪断面の比率を５０％以上に設定した請求項１１記載のスプロケット。
【請求項１３】
焼入れ後、焼戻し処理を施していない請求項１１又は１２記載のスプロケット。
【請求項１４】
炭素含有率を０．１０〜０．２０ｗｔ％に設定した請求項１１〜１３のいずれか１項記載のスプロケット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素含有率が０．２５ｗｔ％以下の低炭素鋼からなるスプロケットの製造方法及びスプロケットに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、自動二輪車の動力伝達用のスプロケットの素材としては、炭素含有率が０．４０〜０．５０ｗｔ％の炭素鋼（以下、中炭素鋼という）、例えばＪＩＳ規格におけるＳ４５Ｃなどが用いられている。
また、スプロケットの製造工程としては、例えば、図７、図８に示すように、（ａ）〜（ｊ）の１５の工程で構成されている。そして、図８（ｇ）の歯部焼入れ工程において、スプロケットの歯部に対して熱処理を施すことで、歯部のロックウェルＣ硬さを３５〜５０に設定し、その耐摩耗性を向上してある。
【０００３】
一方、炭素含有率が０．２５ｗｔ％以下の炭素鋼（以下、低炭素鋼という）、例えばＪＩＳ規格におけるＳＰＨ〜Ｓ２０Ｃ相当の低炭素鋼を用いたスプロケットにおいても、素材鋼板を安価に入手出来ることから、一部の地域では使用されている。
また、低炭素鋼においても、Ａ3変態点温度以上に加熱した後、水に浸漬して焼入れすることで、その硬度が多少高くなることが知られており（例えば、非特許文献１参照）、低炭素鋼を用いたスプロケットの歯部に対して焼入れ処理を施してその硬度を高めたものもあるが、基本的には、これら低炭素鋼には焼きが入らず、その硬度を十分に高めることが困難であった。
【０００４】
【非特許文献１】大和久  重雄，熱処理技術マニュアル，日本，財団法人日本規格協会，１９８８年  ２月１５日，ｐ．１１９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
中炭素鋼からなるスプロケットでは、歯部における十分な硬度が得られるので、耐摩耗性に優れている。しかし、材料コストが高く、しかも、硬いがゆえプレス加工時に歪みや割れが発生し易くなるという素材の特性上、プレス加工を主体とした加工が困難で、外径切削工程、内径切削工程、歯切り工程、取付孔明け工程、取付孔面取り工程、などの５つの基本工程において機械加工が必要となり、工程数が増えて製作コストが高くなるという問題がある。また、機械加工を施す場合には、切削時に多量の切粉が発生し、その処理が煩雑になるし、チップの摩耗等により製作誤差が発生し易く、加工精度を安定させるために細心の注意を払う必要がある。
【０００６】
一方、低炭素鋼からなるスプロケットでは、材料コストを低減出来るとともに、素材の特性上プレス加工しても歪み等が発生しにくいので、仕上げ等の後加工を必要とせず、プレス加工を主体とした加工が可能となり、しかも中炭素鋼を用いた製造工程よりも簡単にスプロケットを製作出来るので、製作コストを大幅に低減出来るが、十分な硬度が得られず、耐摩耗性が大幅に低下するという問題がある。
【０００７】
本発明は、低炭素鋼であっても、水に浸漬する場合よりも急速冷却することで、理論最高焼入れ硬さ付近まで焼きが入ることを、見出してなされたものであり、その目的とするところは、安価に製作可能で且つ耐摩耗性に優れたスプロケットの製造方法及びスプロケットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るスプロケットの製造方法は、炭素含有率が０．２５ｗｔ％以下の低炭素鋼板をスプロケットの形状にプレス加工する加工工程と、加工された１部材からなるスプロケットにおける歯部を高周波加熱装置によりＡ3変態点温度以上に加熱した後、０．５秒以内に５００℃以下に急冷して、歯部の硬さがロックウェルＣ硬さにおいて３５〜５５になるように、理論最高焼入れ硬さ付近まで焼入れする焼入れ工程とを備えたものである。
【０００９】
ここで、前記スプロケットの製造方法において、前記低炭素鋼板の炭素含有率を０．１０〜０．２０ｗｔ％に設定すること、前記加工工程において、パンチ金型とダイ金型間のクリアランスを５％以下に設定して、内径取付孔の内周面における剪断面の比率を５０％以上に設定すること、加工工程において、低炭素鋼板をプレス成形のみよりスプロケットの形状に加工すること、前記加工工程において、スプロケットの少なくとも歯部を機械加工で歯切りすること、などが好ましい実施例である。
【００１０】
また、前記焼入れ工程において、高周波加熱装置の環状の誘導コイルを、スプロケットを取り囲むように配置させて、スプロケットの歯部を加熱すること、前記誘導コイルの内周面に中心側へ向けて複数の噴孔を形成し、焼入れ工程において、これら複数の噴孔から歯部へ向けて水を吹掛けて、スプロケットの歯部を急冷すること、前記焼入れ工程において、加工されたスプロケットの歯部をＡ3変態点温度以上に加熱し、加熱を中断すると同時乃至直後に水を吹掛けて歯部を焼入れしたり、前記焼入れ工程において、加工されたスプロケットの歯部をＡ3変態点温度以上に加熱し、加熱を中断する直前から水を吹掛けて歯部を焼入れすること、前記焼入れ工程後に焼戻し処理を施さないこと、などが好ましい実施例である。
【００１１】
本発明に係るスプロケットは、炭素含有率が０．２５ｗｔ％以下の低炭素鋼をプレス成形してなり、歯部をＡ3変態点温度以上に加熱した後、０．５秒以内に５００℃以下に急冷することで、歯部の硬さがロックウェルＣ硬さにおいて３５〜５５になるように、理論最高焼入れ硬さ付近まで焼入れした１部材からなるものである。
【００１２】
ここで、中央部に形成される内径取付孔の内周面における剪断面の比率を５０％以上に設定すること、焼入れ後、焼戻し処理を施さないこと、炭素含有率を０．１０〜０．２０ｗｔ％に設定すること、などが好ましい実施例である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るスプロケットの製造方法によれば、スプロケットの素材として、炭素含有率が０．２５ｗｔ％以下の安価な低炭素鋼板を用いているので、スプロケットの製作コストを大幅に低減出来る。また、素材の炭素含有率が低いことから、プレス加工を主体にして、或いはプレス加工のみで、低炭素鋼板をスプロケットの形状に加工することが可能で、スプロケットの製造工程数を少なく出来る。しかも、機械加工のようにチップの摩耗等による製作誤差が少なくなり、精度の良い一様な品質のスプロケットを製作出来るし、切粉等が殆ど発生しないので、その処理も容易になる。更に、Ａ3変態点温度以上の温度から０．５秒以内に５００℃以下に急冷焼入れすることで、歯部の硬さがロックウェルＣ硬さにおいて３５〜５５になるように、素材の理論最高焼入れ硬さ付近まで焼入れできるので、耐摩耗性に優れたスプロケットを得ることが可能となる。更に、高周波加熱装置によりスプロケットの歯部を加熱するので、歯部のみを所望の温度に急速加熱することが可能となる。
【００１４】
ここで、低炭素鋼板の炭素含有率を０．１０〜０．２０ｗｔ％に設定すると、歯部の耐摩耗性を十分に確保しつつ、汎用の安価な材料を用いてスプロケットを製作出来る。また、歯部をロックウェルＣ硬さにおいて３５〜５５に焼入れすると、歯部の耐摩耗性を十分に確保することが可能となる。
【００１５】
加工工程において、パンチ金型とダイ金型間のクリアランスを５％以下に設定して、中央部に形成される内径取付孔の内周面における剪断面の比率を５０％以上に設定すると、内径取付孔に装着される回転軸等に対するスプロケットの組付精度を向上出来る。
【００１６】
加工工程において、低炭素鋼板をプレス成形のみによりスプロケットの形状に加工すると、スプロケットの製造工程数を少なく出来る。しかも、機械加工のようにチップの摩耗等による製作誤差が少なくなり、精度の良い一様な品質のスプロケットを製作出来るし、切粉等が殆ど発生しないので、その処理も容易になる。
【００１７】
加工工程において、スプロケットの少なくとも歯部を機械加工で歯切りすると、焼入れ時における歯部の割れ等を確実に防止して、不良品の発生率を低減出来る。
【００１８】
また、スプロケットの歯部をＡ3変態点温度以上に加熱し、加熱を中断すると同時乃至直後に水を吹掛けて歯部を焼入れするという簡単な方法で、歯部の温度をＡ3変態点温度以上から０．５秒以内に５００℃まで急冷することが可能となる。また、加熱を中断する直前から水を吹掛けて、歯部を焼入れすると、加熱を中断してから歯部に水が吹掛けられるまでの時間内における緩やかな温度低下を防止して、一層急速に歯部を冷却して焼入れすることが可能となる。
【００１９】
本発明に係るスプロケットによれば、炭素含有率が０．２５ｗｔ％以下の安価に入手可能な素材でスプロケットを構成しているので、スプロケットの製作コストを大幅に低減出来る。また、歯部をＡ3変態点温度以上の温度から０．５秒以内に５００℃以下に急冷焼入れすることで、歯部の硬さがロックウェルＣ硬さにおいて３５〜５５になるように、理論最高焼入れ硬さ付近まで焼入れしているので、歯部の耐摩耗性を大幅に向上出来る。更に、炭素含有率の低い低炭素鋼からスプロケットを構成しているので、プレス加工を主体として、或いはファインブランキングなどのプレス加工のみで、鋼板をスプロケットの形状に加工することが可能となり、スプロケットの製造工程を簡略化しつつ、製作精度の安定した品質の良いスプロケットを製造することが可能となる。
【００２０】
ここで、中央部に形成される内径取付孔の内周面における剪断面の比率を５０％以上に設定すると、回転軸等に対するスプロケットの組付精度を向上出来る。
【００２１】
低炭素鋼板の炭素含有率を０．１０〜０．２０ｗｔ％に設定すると、歯部の耐摩耗性を十分に確保しつつ、汎用の安価な材料を用いてスプロケットを製作出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００２３】
図１に示すように、スプロケット１は、中央部に形成された環状のボス部２と、外周部に形成された環状のリム部３と、リム部３の外周部に形成された複数の歯部４と、ボス部２とリム部３とを連結する４本のアーム部５と、エンジンの出力軸等が挿通する内径取付孔６と、スプロケット１を出力軸等に固定するための固定用ボルト装着用の４つの取付孔７と、重量軽減用の４つの模様孔８とを備えた一般的な構成のものである。但し、スプロケット１としては、図例以外の構成のものを用いてもよい。
【００２４】
スプロケット１の素材は、炭素含有率が０．２５ｗｔ％以下、好ましくは０．１０〜０．２ｗｔ％の低炭素鋼が用いられている。つまり、炭素含有率の上限値に関しては、０．２５ｗｔ％よりも大きく設定すると、十分な硬さは得られるものの、素材のコストが高くなるので、０．２５ｗｔ％以下に設定され、材料コストを極力低減するためには、０．２ｗｔ％以下に設定することが好ましい。また、炭素含有率の下限値に関しては、図５に示すように、炭素含有率が０．１０ｗｔ％よりも小さくなると、理論最高焼入れ硬さ付近においてもロックウェルＣ硬さが３５以下となり、十分な耐摩耗性が得られないので、０．１０ｗｔ％以上に設定されている。
【００２５】
そして、このように炭素含有率が低いことから、このスプロケット１は、後述のようにプレス加工を主体とした製造工程を経て製作することが可能となる。また、図２に示すように、内径取付孔６の内周面における剪断面の比率１００×（ｔ／Ｔ）は、５０％以上に設定され、出力軸等に対する組付精度が高められている。
【００２６】
次に、スプロケット１の製造方法について、図３に示す製造工程図を参照しながら説明する。
【００２７】
先ず、（ａ）に示す外径仕上げ抜き工程において、プレス加工により炭素含有率が０．１０〜０．２５ｗｔ％の低炭素鋼板を打ち抜いて円板状の第１加工品１１を製作する。
【００２８】
次に、（ｂ）に示す内径捨て芯抜き工程において、プレス加工により第１加工品１１の中央部を打ち抜いて第２加工品１２を製作する。
【００２９】
次に、（ｃ）に示す模様孔抜き工程において、プレス加工により第２加工品１２から模様孔８を打ち抜いて第３加工品１３を製作する。
【００３０】
次に、（ｄ）に示す内径・取付孔仕上げ抜き工程において、プレス加工により、中央部を抜いて内径取付孔６を形成するとともに、４つの取付孔７を打ち抜いて第４加工品１４を製作する。このとき、パンチ金型とダイ金型のクリアランスを５％以下に設定することで、内径取付孔６の内周面における剪断面の比率が５０％以上になるようにプレス加工される。
【００３１】
次に、（ｅ）に示す歯切り工程において、機械加工により第４加工品１４の外周部に複数の歯部４を形成した第５加工品１５を製作する。尚、この歯切り工程はプレス加工により行うことも可能であるが、この場合には、この工程の後に、バリ取工程を入れることが好ましい。
【００３２】
次に、（ｆ）に示す歯部焼入れ工程において、後述の高周波加熱装置２１を用いて、歯部４の温度をＡ3変態点温度以上（例えば、８７０℃以上）に加熱した後、加熱を中断すると同時に歯部４へ向けて水を吹掛けて歯部４を焼き入れし、第６加工品１６を得る。但し、加熱の中断直後に歯部４へ向けて水を吹掛けて歯部４を焼き入れしてもよい。このとき、歯部４の温度は、０．５秒以内に５００℃以下に急冷され、その硬度がロックウェルＣ硬さにおいて、素材の理論最高硬さ付近の３５〜５５の範囲内に調整される。
【００３３】
ここで、歯部４の冷却速度について、図６の連続冷却変態図を参照しながら簡単に説明すると、炭素含有率が０．１３ｗｔ％の低炭素鋼において、ビッカース硬さＨｖとして３５８（ロックウェルＣ硬さＨRC≒３７）を得ようとすると、０．５秒で約７２０℃から５００℃まで急冷する必要があり、ロックウェルＣ硬さにおいて３５〜５５を得ようとすると、０．５秒以内に５００℃以下に急冷する必要がある。
【００３４】
尚、０．５秒以内に５００℃以下に急冷する他の方法として、高周波加熱装置２１による加熱を中断する直前に歯部４に対して水を吹掛けてもよく、この場合には、加熱を中断してから歯部４に水が吹掛けられるまでの時間内における緩やかな温度低下を防止して、一層急速に歯部４を冷却して焼入れすることが可能となる。また、塩等の凝固点降下剤を添加した溶液中にスプロケット１を攪拌しつつ浸漬してもよい。
【００３５】
前記高周波加熱装置２１は、図４に示すように、スプロケット１を取り囲む略環状の中空な銅製の誘導コイル２２を備えた一般的な構成のもので、この誘導コイル２２の内周面には中心側へ向けて複数の噴孔２３が形成されている。そして、誘導コイル２１の内側にスプロケット１をセットした状態で、誘導コイル２１に対して周波数３０〜３００ＫＨｚの交流を通電することで、スプロケット１の歯部４のみが急速に誘導加熱される。また、誘導コイル２１の内部に加圧水を供給することで、複数の噴孔２３から歯部４へ向けて水を吹掛けることが可能で、これにより歯部４を急冷し得るように構成されている。尚、誘導コイルを用いた別の焼入れ方法として、誘導コイル及びスプロケット１を水に浸漬した状態で、スプロケット１の歯部４をＡ3変態点温度以上に加熱し、その後誘導コイルへの通電を遮断することで、スプロケット１を急冷してもよい。
【００３６】
次に、（ｉ）に示す表面処理工程において、焼入れした第６加工品１６に対してメッキ又は塗装を施して、スプロケット１を得る。但し、第６加工品１６に対してメッキや塗装を施さない場合には、この工程は省略することになる。
【００３７】
このように、プレス加工を主体とした基本的に７つの工程からなる製造工程によりスプロケット１を製造出来るので、製造工程を大幅に簡素化してスプロケット１の製造コストを低減出来、しかも加工精度を容易に高めることが可能となる。また、歯切り工程において機械加工を採用しているので、焼入れ時における歯部４の割れ等を効果的に防止出来る。更に、焼入れにより、歯部４のロックウェルＣ硬さが３５〜５５となるので、十分な耐摩耗性を確保することが可能となる。また、硬さを下げない範囲の低温（例えば、１２０℃程度）で焼戻ししてもよい。
【００３８】
次に、最適な焼き入れ方法を見出すために行った焼入れ試験について説明する。
【００３９】
試験片として、表１のような炭素含有率の試験片Ａ〜Ｌを用いた。
【００４０】
【表１】
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【００４１】
また、焼入れ方法として次の３種類の方法を採用した。
１）試験片の歯部をＡ3変態点温度以上に加熱し、加熱を中断すると同時に水を吹掛けて歯部を焼入れする水噴射法。
２）試験片の歯部をＡ3変態点温度以上に加熱した後、水に浸漬する水浸漬法。
３）試験片の歯部をＡ3変態点温度以上に加熱した後、油に浸漬する油浸漬法。
【００４２】
そして、焼入れされた試験片のロックウェルＣ硬さを測定し、図５に示すようにな試験結果を得た。この線図から判るように、水噴射法により焼入れした場合には、理論最高焼入れ硬さ付近まで十分に焼入れされ、炭素含有率が０．１０ｗｔ％以上の低炭素鋼からなる試験片でも、ロックウェルＣ硬さが略３５以上となり、耐摩耗性が十分に確保されていることが判る。
【００４３】
一方、水浸漬法及び油浸漬法により焼入れした場合には、理論最高焼入れ硬さ付近まで十分に焼きが入らず、炭素含有率が０．２０ｗｔ％以下になると、歯部のロックウェルＣ硬さが３５以上にならなくなり、歯部の耐摩耗性が低くなっていることが判る。
【００４４】
尚、図５には示していないが、前記水噴射法以外の焼入れ方法として、試験片をＡ3変態点温度以上に加熱し、加熱を中断する直前から水を吹掛けて焼入れした場合には、水噴射法により焼入れしたときよりも多少硬くなり、水噴射法と同様に耐摩耗性が十分に確保されていることが判った。また、試験片をＡ3変態点温度以上に加熱した後、塩水中に浸漬しながら攪拌して焼入れした場合には、水噴射法により焼入れしたときよりも硬さは多少低下するものの、水噴射法と同様に耐摩耗性が十分に確保されていることが判った。但し、塩水で焼入れする場合には、スプロケットの表面が腐食するので、水により急冷することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】スプロケットの平面図
【図２】図１のII−II線断面図
【図３】スプロケットの製造工程図
【図４】高周波加熱装置の説明図
【図５】焼入れ硬さ等を示す線図
【図６】炭素含有率が０．１３ｗｔ％の低炭素鋼の連続冷却変態図
【図７】従来のスプロケットの製造工程図
【図８】従来のスプロケットの製造工程図
【符号の説明】
【００４６】
１      スプロケット        ２      ボス部
３      リム部              ４      歯部
５      アーム部            ６      内径取付孔
７      取付孔              ８      模様孔
１１    第１加工品          １２    第２加工品
１３    第３加工品          １４    第４加工品
１５    第５加工品          １６    第６加工品
２１    高周波加熱装置      ２２    誘導コイル
２３    噴孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004204353.tif 000010
【図８】
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