(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯面に中心粒径７０〜１５０μｍで硬度７００〜１０００Ｈｖの粒子を投射圧力０．４〜０．６９ＭＰａで衝突させて１段目のピーニング処理を行い、次に歯面に中心粒径２０〜７０μｍで硬度７００〜１０００Ｈｖの粒子を投射圧力０．３〜０．６９ＭＰａで衝突させて２段目のピーニング処理を行い、前記歯面に対して鱗片状のささくれをランダムな方向で備えたことを特徴とする歯車。
【請求項２】
前記歯面の少なくとも噛み合い面において、１段目のピーニング処理及び２段目のピーニング処理により前記歯車の加工目を消失させたものである請求項１に記載の歯車。
【請求項３】
一対の歯車の歯面が噛み合うように構成した噛合アッセンブリであって、噛み合う歯面の少なくとも一方に請求項１又は２記載の歯車を備えてなることを特徴とする噛合アッセンブリ。
【請求項４】
歯車の歯面に中心粒径７０〜１５０μｍで硬度７００〜１０００Ｈｖの粒子を投射圧力０．４〜０．６９ＭＰａで衝突させて１段目のピーニング処理を行い、次に歯車の歯面に中心粒径２０〜７０μｍで硬度７００〜１０００Ｈｖの粒子を投射圧力０．３〜０．６９ＭＰａで衝突させて２段目のピーニング処理を行い、前記歯面に対して鱗片状のささくれをランダムな方向に形成することを特徴とする歯面強度向上方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯面の強度を向上する歯車、噛合アッセンブリ、歯面強度向上方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、歯車は、歯面の強度を向上させるために、歯面に、銅、二硫化モリブデン、ＰＴＦＥのテフロン（登録商標）等の種々の材質をコーティングして歯面の性状を改質する場合がある。
【０００３】
又、歯面の強度を向上させる他の手段としては、対象物に高硬度な粒子を高速度で衝突させるショットピーニング処理により、歯面にマイクロディンプルを作成して歯面の強度を向上するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−２０１２９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、歯面にコーティング処理をする場合には、製造コストが上昇すると共に、歯面とコーティング材の密着性が悪い状態では歯面の強度を向上することができないという問題があった。又、歯面にマイクロディンプルを作成する場合には、マイクロディンプルの突起付け根部分に微小な亀裂が生じる虞があり、微小な亀裂を生じた際には、歯面の噛合運転に伴って大きなピットに成長し、ピッチングやスポーリングと呼ばれる歯面の剥離損傷を生じるという問題があった。
【０００５】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、剥離損傷を抑制するように歯面の強度を向上する歯車、噛合アッセンブリ、歯面強度向上方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の歯車は、歯面に中心粒径７０〜１５０μｍで硬度７００〜１０００Ｈｖの粒子を投射圧力０．４〜０．６９ＭＰａで衝突させて１段目のピーニング処理を行い、次に歯面に中心粒径２０〜７０μｍで硬度７００〜１０００Ｈｖの粒子を投射圧力０．３〜０．６９ＭＰａで衝突させて２段目のピーニング処理を行い、前記歯面に対して鱗片状のささくれをランダムな方向で備えたものである。
【０００９】
本発明の歯車は、前記歯面の少なくとも噛み合い面において、１段目のピーニング処理及び２段目のピーニング処理により前記歯車の加工目を消失させたものであることが好ましい。
【００１０】
本発明の噛合アッセンブリは、一対の歯車の歯面が噛み合うように構成した噛合アッセンブリであって、噛み合う歯面の少なくとも一方に上記発明の歯車を備えてなるものである。
【００１１】
本発明の歯面強度向上方法は、歯車の歯面に中心粒径７０〜１５０μｍで硬度７００〜１０００Ｈｖの粒子を投射圧力０．４〜０．６９ＭＰａで衝突させて１段目のピーニング処理を行い、次に歯車の歯面に中心粒径２０〜７０μｍで硬度７００〜１０００Ｈｖの粒子を投射圧力０．３〜０．６９ＭＰａで衝突させて２段目のピーニング処理を行い、前記歯面に対して鱗片状のささくれをランダムな方向に形成するものである。
【００１２】
本発明の歯車及び噛合アッセンブリによれば、歯面に対して微小な鱗片状のささくれをランダムな方向で備えるので、ささくれで他方の歯面の突起を削ぐことにより、歯面を平滑にして歯面のなじみ性を向上させ、結果的に、剥離損傷を抑制するように歯面の強度を向上することができる。
【００１３】
本発明の歯面強度向上方法によれば、歯車の歯面に微細で高硬度な粒子を高速で衝突させることにより、歯車の歯面に対し、ランダムな方向に向かう微小な鱗片状のささくれを容易に形成することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上、述べたように、本発明によれば、歯面に対して微小な鱗片状のささくれをランダムな方向で備えるので、歯面のなじみ性を向上させ、剥離損傷を抑制するように歯面の強度を向上することができるという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
図１〜図６は本発明を実施する形態の歯車、噛合アッセンブリ、歯面強度向上方法を示すものである。
【００１７】
歯車は、歯面１に対して微小な鱗片状のささくれ２をランダムな方向で備えており、鱗片状のささくれ２は、表面方向において約数μｍ〜約１００μｍピッチのうねりが重層したテクスチャ（肌理や表面模様）、詳しくは数μｍの細かなうねりと４０〜１００μｍの大きなうねりとが重層したテクスチャにより形成されている。ここで、歯車の構成は、歯面１を介して他方の部材へ動力を伝達するものならば特に限定されるものでなく、はすば歯車、平歯車、内歯車、ラック、すぐばかさ歯車、曲がり歯かさ歯車、ねじ歯車、ウォームギヤ、ハイポイドギヤ等のどのようなものでも良い。
【００１８】
噛合アッセンブリ（噛合集合体）は、種々の歯車を適宜組み合わせて少なくとも一対の歯車を構成すると共に、噛み合う歯面１の少なくとも一方に、上記の微小な鱗片状のささくれ２を備えた歯車を備えるものである。ここで、噛合アッセンブリの構成は、一方の歯車から歯面１を介して他方の歯車へ動力を伝達するならば特に限定されるものでなく、どのような構成でも良い。
【００１９】
歯車の一例を具体的に示すと、歯車は、モジュール３．５、ねじれ角２３°のはすば歯車であり、鋼材（ＳＣＭ４２０Ｈ）を歯切り後、ガス浸炭焼入れを施し、歯面１を研削して歯車を準備し、歯面強度向上方法で処理したものである。
【００２０】
歯面強度向上方法は、歯車の歯面１に微細で高硬度な粒子を高速度で衝突させる微粒子ピーニング処理を、異なる二条件で連続して行う２段ピーニングで行ったものであり、１段目のピーニング処理は、歯車に対し、直圧エア式により、投射圧力０．４〜０．６９ＭＰａ好ましくは０．４〜０．６ＭＰａ、アークハイト０．２〜０．５ｍｍ（Ｎスケール）好ましくは０．２４〜０．４１ｍｍ（Ｎスケール）、カバレージ２００％の条件下で、材質ＳＫＨ、中心粒径７０〜１５０μｍ好ましくは８０〜１３０μｍ、硬度７００〜１０００Ｈｖ好ましくは７５０〜８００Ｈｖのショット粒を投射して処理し、２段目のピーニング処理は、歯車に対し、直圧エア式により、投射圧力０．３〜０．６９ＭＰａ好ましくは０．４ＭＰａ、アークハイト０．０７〜０．２ｍｍ（Ｎスケール）好ましくは０．０７ｍｍ（Ｎスケール）、カバレージ２００％の条件下で、材質ＳＫＨ、中心粒径２０〜７０μｍ好ましくは５０μｍ、硬度７００〜１０００Ｈｖ好ましくは７５０〜８００Ｈｖのショット粒を投射して処理し、最終的に、歯車の歯面１に対して微小な鱗片状のささくれ（先端部が細かく裂けた平面状の開裂部）２をランダムな方向に形成する。
【００２１】
その結果、歯面強度向上方法による処理前と処理後の歯面１を走査型電子顕微鏡により観察して比較すると、処理前の歯面１には、図３に示す如く研削目やシェービング目等の加工目を完全に残し、処理後の歯面１には、図４に示す如く歯車の加工目を完全に消失するように、ランダムな方向に向かう微小な鱗片状（平面状）のささくれ２を形成している。ここで、鱗片状のささくれ２は、微粒子ピーニング処理において、微細なショット粒を高速で投射することにより、歯面１の表面が鋼の変態点以上の高温になって極表面層が溶け、更に急激に空冷されて得られると考えられる。又、微小な鱗片状のささくれ２のうち、数μｍの細かなうねりは、ショット粒が歯面１を擦った痕と考えられ、４０〜１００μｍの大きなうねりは、ショット粒が衝突した塑性変形痕と考えられる。
【００２２】
微小な鱗片状のささくれ２をランダム方向に備える歯車を用いて運転した際には、他方の対象物の歯車等に対して、ささくれ２の縁部３が他方の歯面１の突起を削ぐことにより、歯面１を平滑にして歯面１のなじみ性を向上させている。ここで、歯車及び噛合アッセンブリにおいて、噛み合う歯面１の一方に微小な鱗片状のささくれ２を備えた場合には他方の歯面１の突起を削ぐものとなり、噛み合う歯面１の両方に微小な鱗片状のささくれ２を備えた場合には、互いに他方の歯面１の突起等を削ぐものとなっている。
【００２３】
以下、微小な鱗片状のささくれ２をランダム方向に備える歯車と、比較例の歯車とについて歯車強度を測定すると共に歯面粗さを測定し、夫々比較したものを示す。
【００２４】
歯車強度の測定は、歯車回転数１５００ｒｐｍ、油温９０℃、油量１．２Ｌ／ｍｉｎ（潤滑油は大型自動車用トランスミッション油）の条件下で、初めになじみ運転を行い、その後一定のトルクを負荷し、歯面１の剥離損傷が生じるまでの耐久運転を行った。なお、なじみ運転は、加工目等により歯面１に生じた表面上の突起（粗さ）が運転に伴って磨耗し、滑らかになる状態をいい、突起の中には、磨耗に伴って付け根部分に微小な亀裂が生じ、本願発明の課題の如くピッチングやスポーリングと呼ばれる歯面１の剥離損傷を生じるものがある。
【００２５】
一方、比較例の歯車は、インペラ式ショットピーニング処理によるものであり、歯車に対し投射速度６２ｍ／ｓ、アークハイト０．３５（Ａスケール）、カバレージ２００％、の条件下で、材質ＳＣ、粒径８００μｍ、硬度５６０Ｈｖのショット粒を投射して処理している。なお、インペラ式ショットピーニング処理による歯面１を走査型電子顕微鏡により観察して比較すると、処理前の歯面１には、加工目の一部がショット粒で押し潰される一方で、加工目を明瞭に残すものとなっている。
【００２６】
耐久運転の結果、微小な鱗片状のささくれ２をランダム方向に備える歯車は、インペラ式ショットピーニングの比較例の歯車に比べて歯車強度が向上することが明らかであった。
【００２７】
又、歯面粗さの測定の結果では、微小な鱗片状のささくれ２をランダム方向に備える歯車は、微粒子ピーニング処理を施した場合に、歯面１が、図５に示す如く処理前のものや、インペラ式ショットピーニングの比較例に比べて粗くなり、運転開始後短時間の場合には、歯面１が、一方の歯面１のささくれ２の縁部３で他方の歯面１の突起を削ぐことにより、図６に示す如く比較例に比べて他方の歯面１が平滑になっていることが明らかであった。
【００２８】
又、微小な鱗片状のささくれ２をランダム方向に備える歯車と、インペラ式ショットピーニングの比較例の歯車とについて処理後の歯面１を走査型電子顕微鏡により観察して比較すると、目視での損傷は認められないが、比較例の歯車では、加工目に沿って多くのピットが発生し、これらのピットが繋がって大きく成長する兆候が見られた。一方、微小な鱗片状のささくれ２をランダム方向に備える歯車では、微小のピットが発生しているが、これらのピットが繋がって成長する様相は認められなかった。
【００２９】
なお、他の比較方法において、歯面１の残留応力では、表面から比較的浅い領域の深さ約１０μｍで最大値を示すように、比較例に比べて表面近傍に大きな残留圧縮応力が付与されており、又、歯面１のＸ線半価幅では、結晶粒の大きさや微視的歪みの場所的不均一さで変化する半価幅が、歯面の深さ５〜４０μｍの領域で小さくなっていた。
【００３０】
このように、本形態例の歯車及び噛合アッセンブリによれば、歯面１に対して微小な鱗片状のささくれ２をランダムな方向で備えるので、ささくれ２の縁部３で他方の歯面１の突起を削ぐことにより、歯面１を平滑にして歯面１のなじみ性を向上させ、結果的に、剥離損傷を抑制するように歯面１の強度を向上することができる。
【００３１】
鱗片状のささくれ２は、約数μｍ〜約１００μｍピッチのうねりがランダムに重層したテクスチャにより形成したものであると、ささくれ２の縁部３で他方の歯面１の突起を適切に削ぐことにより、歯面１を平滑にして歯面１のなじみ性を容易に向上させ、歯面１の強度を一層向上することができる。
【００３２】
鱗片状のささくれ２は、数μｍのうねりと４０〜１００μｍのうねりが重層したテクスチャにより形成したものであると、ささくれ２の縁部３で他方の歯面１の突起を適切に削ぐことにより、歯面１を平滑にして歯面１のなじみ性を容易に向上させ、歯面１の強度を更に一層向上することができる。
【００３３】
歯面１の少なくとも噛み合い面において、テクスチャにより歯車の加工目を消失させたものであると、鱗片状のささくれ２を適切に配したものになるので、ささくれ２の縁部３で他方の歯面１の突起を最適に削ぐことにより、歯面１を平滑にして歯面１のなじみ性を極めて容易に向上させ、歯面１の強度を更に一層向上することができる。
【００３４】
本形態例の噛合アッセンブリによれば、噛み合う歯面１の少なくとも一方に、ランダムな方向に向かい且つ微小な鱗片状のささくれ２を備えた歯面１を備えるので、一方の歯面１のささくれ２の縁部３が他方の歯面１の突起等を削ぐことにより、歯面１を平滑にして歯面１のなじみ性を向上させ、結果的に、剥離損傷を抑制して歯面１の強度を向上することができる。
【００３５】
本発明の歯面強度向上方法によれば、歯車の歯面１に微細で高硬度な粒子を高速で衝突させることにより、歯車の歯面１に対し、ランダムな方向に向かう微小な鱗片状のささくれ２を容易に形成することができる。
【００３６】
なお、本発明の歯車、噛合アッセンブリ、歯面強度向上方法は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明を実施する形態例の歯面に形成された微小な鱗片状のささくれを概念的に示す断面図である。
【図２】本発明を実施する形態例の歯面に形成された微小な鱗片状のささくれを概念的に示す斜視図である。
【図３】本発明を実施する形態例の歯面における歯面強度向上方法の処理を行う前の状態を示す写真である。
【図４】本発明を実施する形態例の歯面における歯面強度向上方法の処理を行った後の状態を示す写真である。
【図５】歯面強度向上方法、インペラ式ショットピーニング、未処理において運転前の歯面粗さを示すグラフである。
【図６】歯面強度向上方法の処理、インペラ式ショットピーニングにおいて運転後の歯面粗さを示すグラフである。
【符号の説明】
【００３８】
１  歯面
２  ささくれ
３  縁部
【図１】
0004781862.tif 000002
【図２】
0004781862.tif 000003
【図３】
0004781862.tif 000004
【図４】
0004781862.tif 000005
【図５】
0004781862.tif 000006
【図６】
0004781862.tif 000007