(57)【要約】【課題】過酷な使用条件下でも耐久性に優れた鋼製歯車を提供する。【解決手段】鋼製歯車１は、重量％で０．２５％以上０．５５％以下の炭素と、７％以上１６％以下のクロムと、０．２％以下の窒素とを含み、かつ炭素含有量と窒素含有量の合計が０．４５〜０．７５重量％の歯車素材に焼入焼戻し処理を施した後、４００〜４７０℃の温度で窒化処理を施して形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で０．２５％以上０．５５％以下の炭素と、７％以上１６％以下のクロムと、０．２％以下の窒素とを含み、かつ炭素含有量と窒素含有量の合計が０．４５〜０．７５重量％の歯車素材に焼入焼戻し処理を施した後、４００〜４７０℃の温度で窒化処理を施して形成されることを特徴とする鋼製歯車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力を伝達する機械部品として例えば動力伝達装置や減速機等で用いられる鋼製歯車に関する。
【背景技術】
【０００２】
動力を伝達する機械部品として動力伝達装置や減速機等で鋼製歯車を使用する場合には、歯面の摩耗を防ぐために、歯車の表面を硬化させる必要があり、その表面硬化方法としては、例えば固体浸炭、ガス浸炭、液体浸炭、高周波焼入、火炎焼入、窒化処理などが知られている。これらの表面硬化方法の中で窒化処理は、浸炭処理等に比べて耐摩耗性に優れているばかりでなく、耐焼付性の点でも優れているため、鋼製機械部品の表面硬化法として幅広く利用されている。しかし、鋼製歯車の窒化処理は、通常、５００〜６００℃の高温で行なわれるため、歯車に熱変形が生じる可能性がある。そこで、金属組織を安定化させて加熱による歯車の変形を抑制するために、フッ化処理された歯車を４００℃程度の非常に低い温度で窒化処理を行って変形を抑制する方法（特許文献１参照）や、窒化処理の前にベイナイト化処理を行って鋼製歯車を製造する方法（特許文献２参照）などが提案されている。
【特許文献１】特開平８−３１１６３６号公報
【特許文献２】特開２００１−１６５２７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記文献１に記載された技術では歯車素材に対する考慮が全くなされておらず、また上記文献２に記載された技術では歯車の芯部硬さが４００Ｈｖ以下となってしまい、今後、益々小型軽量化が求められる歯車にとっては芯部硬さの不足が懸念されるという問題がある。
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、過酷な使用条件下でも耐久性に優れた鋼製歯車を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の目的を達成するために、本発明に係る鋼製歯車は、重量％で０．２５％以上０．５５％以下の炭素と、７％以上１６％以下のクロムと、０．２％以下の窒素とを含み、かつ炭素含有量と窒素含有量の合計が０．４５〜０．７５重量％の歯車素材に焼入焼戻し処理を施した後、４００〜４７０℃の温度で窒化処理を施して形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、表面硬さが１０００Ｈｖ以上になると共に芯部硬さが５００〜７００Ｈｖ程度となり、歯車素材に窒化処理を施した際に熱変形が生じたり、芯部硬さが４００Ｈｖ以下となったりすることを抑制できるので、過酷な使用条件下でも耐久性に優れた鋼製歯車を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に、本発明に係る鋼製歯車の一実施形態を示す。同図に示される鋼製歯車１は、重量％で０．２％以下の窒素（Ｎ）と、０．２５％以上０．５５％以下の炭素（Ｃ）と、７％以上１６％以下のクロム（Ｃｒ）とを含む歯車素材に焼入焼戻しを施した後、４００〜４７０℃の温度で窒化処理を施し、かつ窒化処理の前に２００〜３５０℃の温度でフッ化処理を施して形成されている。
【０００７】
ここで、歯車素材が０．２重量％以下のＮを含有する理由は、次のような理由からである。すなわち、ＮはＣと同様に焼入によって歯車素材の芯部強度を向上させることのできる元素であり、歯車素材にＮを含有させることによって歯車素材の炭素含有量を少なくすることが可能となる。さらに、Ｎは製鋼時に析出する炭化物を微細化する効果があるため、Ｎの含有量を多くすることが好ましいが、多量のＮを含有させるためには製鋼時に加圧溶解装置などの特殊な設備が必要となり、一般的な大気圧溶解装置を用いて製鋼することが困難となるため、本実施例では、Ｎの含有量を０．２重量％以下とした。
【０００８】
歯車素材に含まれるＣの最小含有量を０．２５重量％とした理由は、歯車素材に含まれるＣの含有量が０．２５重量％を下回ると、表１にＮo.７及びＮo.９で示される実験例のように、ＣとＮの合計含有量が０．４５重量％を下回ってしまい、窒化処理後に必要な強度を得られなくなるためである。また、歯車素材に含まれるＣの最大含有量を０．５５重量％とした理由は、歯車素材に含まれるＣの含有量が０．５５重量％を超えると、ＣとＮの合計含有量が０．７５重量％を上回ってしまい、歯車素材の製鋼時に粗大な炭化物が析出し、鋼製歯車の疲労強度を低下させてしまう可能性があるためである。
【０００９】
【表１】
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【００１０】
歯車素材に含まれるＣｒの最小含有量を７重量％とした理由は、歯車素材に含まれるＣｒの含有量が７重量％を下回ると、表１のＮo.８で示される実験例のように、窒化処理後の表面硬さが１０００Ｈｖ未満となってしまい、所要の表面硬さを得られなくなるためである。また、歯車素材に含まれるＣｒの最大含有量を１６重量％とした理由は、歯車素材に含まれるＣｒの含有量を必要以上に多くしても表面硬さを向上させる効果が飽和してしまうばかりでなく、素材のコストが高くなってしまう他、窒化処理に要する時間が長くなって生産性を低下させたり、コストの増大を招いたりするためである。
【００１１】
歯車素材に窒化処理を施す理由は、歯面の耐摩耗性および耐焼付き性を向上させるためである。また、窒化処理の前にフッ化処理を施す理由は、次のような理由からである。すなわち、歯面の耐摩耗性および耐焼付き性を向上させるために窒化処理を施す場合は、芯部の強度を確保するために、窒化処理の処理温度を４００℃程度とする必要があるため、本実施例では、窒化処理の前にフッ化処理を施している。
【００１２】
なお、表１にＮo.１〜Ｎo.９で示される各鋼製歯車は、酸素含有量が１０ｐｐｍ以下の歯車素材に焼入焼戻し（焼入温度：８２０〜１１００℃、焼戻し温度：１５０〜４００℃）を施した後、研磨加工によってほぼ完成品の形状寸法に仕上げ加工を行い、さらに４００〜４７０℃の温度で窒化処理を施す前に２００〜３５０℃の温度でフッ化処理を施し、窒化処理後に歯面を研磨仕上げしたものを示している。また、表１に示す曲げ疲労試験結果は、Ｎo.１〜９の各鋼製歯車のピッチ円上に７００ＭＰａの応力振幅で繰り返し荷重を加えて曲げ疲労試験を行い、Ｎo.９の鋼製歯車が破断したときの繰り返し数を１とした場合を示している。
【００１３】
上述のように、重量％で０．２％以下の窒素と、０．２５％以上０．５５％以下の炭素と、７％以上１６％以下のクロムとを含む歯車素材に焼入焼戻しを施した後、４００〜４７０℃の温度で窒化処理を施す前にフッ化処理を施したことにより、表１にＮo.１〜６で示される実験例のように、表面硬さが１０００Ｈｖ以上になると共に芯部硬さが５００〜７００Ｈｖ程度となる。したがって、歯車素材に窒化処理を施した際に熱変形が生じたり、芯部硬さが４００Ｈｖ以下となったりすることを抑制できるので、過酷な使用条件下でも耐久性に優れた鋼製歯車を得ることができる。
【００１４】
なお、窒化処理後の表面硬さは１０００Ｈｖ以上、好ましくは１１００Ｈｖ以上であることが望ましく、窒化処理後の芯部硬さは５００〜７００Ｈｖ、好ましくは５５０〜７００Ｈｖであることが望ましい。また、歯車素材を焼入焼戻し処理するときには、焼入温度を８２０〜１１００℃とし、焼戻し温度を１５０〜４００℃とすることが好ましい。また、上述したＣ、Ｃｒ、Ｎ以外に、製鋼時の脱硫や脱酸を促進させる合金元素としてＳｉやＭｎ等が歯車素材に含まれていてもよい。さらに、強度を向上させる元素としてＭｏやＶ等が歯車素材に含まれていてもよいが、含有量が２重量％を超えると歯車素材の製鋼時に粗大な炭化物が析出するため、２重量％を上限とすることが好ましい。
【００１５】
また、上述した合金元素以外に例えばＰ，Ｓ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｔｉ等が不純物として含まれていてもよい。さらに、歯車素材の酸素含有量は介在物を少なくして表面疲労を防止するために２０ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｍ以下とすることが望ましい。
また、上述した実施形態では本発明を平歯車に適用した場合を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、かさ歯車、はすば歯車、はすばかさ歯車、曲がり歯かさ歯車、ウォームギヤ、遊星歯車等についても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る鋼製歯車の一実施形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００１７】
１  鋼製歯車
【図１】
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