(57)【要約】【課題】  耐ピッチング性能を向上させることができる歯車を提供する。【解決手段】  シャフトに嵌合される側面部を備えたリムと、リムの外周に所定の間隔を存して配置され、側面部に交差して連なる歯面部(16)を備え、噛合に伴う繰り返し荷重に対応させるべく歯面部にマイクロディンプル形状(24,25,26,27,28)を形成させた歯(4)とを含むよう構成する。【選択図】      図３
2005201295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトに嵌合される側面部を備えたリムと、
該リムの外周に所定の間隔を存して配置され、前記側面部に交差して連なる歯面部を備え、噛合に伴う繰り返し荷重に対応させるべく該歯面部にマイクロディンプル形状を形成させた歯と
を含むことを特徴とする歯車。
【請求項２】
前記歯車は、Ｓｉを添加せず、浸炭処理を施した肌焼き鋼で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の歯車。
【請求項３】
前記歯車は、Ｓｉを添加し、且つ、浸炭処理を施した肌焼き鋼で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の歯車。
【請求項４】
前記歯車は、前記歯に高周波焼き入れ処理を施したＳＣ鋼で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の歯車。
【請求項５】
前記歯車は、エンジン用ギヤ若しくは駆動系ギヤに用いられることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の歯車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車に係り、詳しくは、歯の噛み合いによる摺動部分に用いられて好適な歯車に関する。
【背景技術】
【０００２】
歯車は駆動部から受けるエネルギを被動部に伝達する機構であり、このエネルギは駆動部側の歯と被動部側の歯との噛み合いによって伝達される。
これら歯の噛み合いでは滑りを伴う転がり接触が行われる。具体的には、歯が噛み合って回るときには、ピッチ点を除く他の歯面部分では滑り接触が行われるのに対し、ピッチ点では転がり接触が行われる。また、このピッチ点では、歯の噛み合い時にのみ荷重が作用し、歯の噛み合い時以外の時には荷重が作用しない。このように、歯車の歯と歯とは複雑なメカニズムで噛み合っており、それら歯の当接部分に生ずる衝撃に伴って、折損、摩耗、歯面疲労や熱的損傷など、各種の歯車の不具合が生じる。
【０００３】
ここで、上記衝撃に伴う歯車の振動を低減すべく、リムの側面部にディンプルを形成させた歯車が提案されている（例えば、特許文献１参照）。なお、摩耗や熱的損傷による不具合の防止に関しては、摺動面にマイクロディンプルを形成させたシフトフォークが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平９−２６０１５号公報（段落番号００１３〜００１７、図１等）
【特許文献２】特開２００１−２８０４９４号公報（段落番号０００５、図１及び図２等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、歯車の歯面では断続的な噛み合いが繰り返されている。つまり、歯面には繰り返し荷重が作用しており、この繰り返し荷重は歯面疲労による不具合（ピッチング）を生じさせる。このピッチングは、一般に、歯の噛み合い部分に作用する圧力によって加工硬化が生じ、その硬化した表面部分が剥がれてしまう現象である。また、ピッチングは繰り返し荷重が作用するピッチ点近傍の歯面部分に特に発生するのである。
【０００５】
ここで、前記特許文献１の如くリムの側面部にディンプルを形成しても、振動の抑制は可能であっても、歯面に作用する繰り返し荷重への対応は困難である。また、当該技術に示された大きさのディンプルを歯面に形成すれば、歯面の粗さが大きくなって相手側の歯面を極度に摩耗させ得るとの問題が生ずる。
一方、前記特許文献２の如く摺動面にマイクロディンプルを形成すれば摩耗や熱的損傷による不具合は解消できる。摺動面の保油性が良くなるからである。よって、当該技術を歯車に適用させることも考えられる。
【０００６】
しかし、歯車は、歯の噛み合いが滑りを伴う転がり接触で行われるものであって、且つ、ピッチ点近傍には繰り返し荷重が特に作用していることに留意しなければならない。
すなわち、シフトフォークなどのエンジン摺動部品では滑り接触が行われるものであり、滑りを伴う転がり接触が行われる歯車とは要求される強度が明らかに異なるのである。また、上記エンジン摺動部品では、歯面のピッチ点部分の如くの局所に断続的な力が生じないのである。更に、当該技術では摺動面にＣｒＮ、ＴｉＮ、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等の硬質被膜を形成させることを前提としている。この硬質薄膜は滑り接触には良好に作用するのに対し、転がり接触には逆効果を招くものである。
【０００７】
従って、滑り接触に関する当該技術を、滑りを伴う転がり接触が行われる歯車に適用させることは困難であり、仮に適用させても繰り返し荷重に対応できず、ピッチングを防止できないという問題がある。なお、当該技術の如く硬質薄膜を形成させると、コストの低廉化が図れないとの問題もある。
このように、前記従来技術では、噛合に伴う繰り返し荷重についてはいずれも格別な配慮がなされておらず、ピッチングを抑制させる点については依然として課題が残されている。
【０００８】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、耐ピッチング性能を向上させることができる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】
【０００９】
上記の目的を達成するべく、請求項１記載の歯車は、シャフトに嵌合される側面部を備えたリムと、リムの外周に所定の間隔を存して配置され、側面部に交差して連なる歯面部を備え、噛合に伴う繰り返し荷重に対応させるべく歯面部にマイクロディンプル形状を形成させた歯とを含むことを特徴としている。
また、請求項２記載の発明では、歯車は、Ｓｉを添加せず、浸炭処理を施した肌焼き鋼で形成されていることを特徴としている。
【００１０】
更に、請求項３記載の発明では、歯車は、Ｓｉを添加し、且つ、浸炭処理を施した肌焼き鋼で形成されていることを特徴としている。
更にまた、請求項４記載の発明では、歯車は、歯に高周波焼き入れ処理を施したＳＣ鋼で形成されていることを特徴としている。
また、請求項５記載の発明では、歯車は、エンジン用ギヤ若しくは駆動系ギヤに用いられることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
したがって、請求項１記載の本発明の歯車によれば、マイクロディンプル形状を歯車の側面部ではなく摺動面である歯面部に設け、噛合による繰り返し荷重に対応させることから、滑りを伴う転がり接触による荷重が断続的に作用しても歯面部表面の軟化を防止でき、耐ピッチング性能を向上させることができる。
また、マイクロディンプル形状の部分には潤滑油を保持することができる。よって、潤滑状況が厳しい環境においても歯車同士の摺動を良好に継続することが可能となる。
【００１２】
また、請求項２記載の発明によれば、浸炭処理が施されているので、面圧が高く摺動条件の過酷な歯車にも適用可能であるし、また、歯面部表面の硬度はマイクロディンプル形状で高められるので、耐ピッチング性能を備えた歯車を安価に製造することができる。
更に、請求項３記載の発明によれば、Ｓｉは焼き戻し抵抗度の高い性質を有していることに鑑み、このＳｉを添加することにより、マイクロディンプル形状と相俟って耐ピッチング性能をより一層向上させることができる。
【００１３】
更にまた、請求項４記載の発明によれば、歯の表面層を硬化させた高周波焼き入れ処理とマイクロディンプル形状との相乗効果によって、耐ピッチング性能をより一層向上させることができる。
また、請求項５記載の発明によれば、例えば、ギヤトレーンなどのエンジン用ギヤに適用すれば、潤滑困難な箇所でも保油性の良好な歯車を構成させることができる。一方、ミッション用ギヤやファイナル用ギヤなどの駆動系ギヤに適用すれば、エンジン用ギヤに比して高い面圧が生じても、ピッチングを防止することができる。
【００１４】
なお、ミッション用ギヤに対するマイクロディンプルは、エンジン用ギヤのマイクロディンプルよりも小さい凹凸を有するように形成され、いずれもその凹凸の大きさが数十μｍ以下に形成されることが望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面により本発明の実施形態について説明する。
図１は本実施形態に係る歯車を示す。この歯車１はギヤトレーン（調時歯車列）に用いられるエンジン用ギヤである。
このギヤトレーンは、車両のクランク軸と数個のアイドル歯車を介して各種の補機類を駆動させている。例えば、４サイクルエンジンでは、クランク軸によるエンジン回転速度をその半分の速度でカム軸や噴射ポンプ軸に伝達すべく、カム軸歯車や噴射ポンプ駆動歯車の歯数がクランク軸歯車の２倍の歯数に設定される。
【００１６】
このクランク軸の回転はクランク軸歯車に噛み合うアイドル歯車に伝達され、次いで、カム軸歯車や噴射ポンプ駆動歯車に伝達される。そして、カム軸歯車や噴射ポンプ駆動歯車に連動する弁腕を動かし、吸排気弁や燃料噴射弁を所望の時期に開閉させる。本実施形態の歯車１は、滑りを伴う転がり接触によって荷重が断続的に作用する上記各歯車に適用可能なものである。
【００１７】
当該歯車１は、固体浸炭による浸炭焼き入れ処理が施された一般的な肌焼き鋼で形成されている。一方、当該歯車１にはＳｉ（シリコン）は添加されていない。なお、この浸炭焼き入れ処理としては、固体浸炭の他、液体浸炭、ガス浸炭や真空浸炭などの各種の表面熱処理も適用可能である。
また、この歯車１は円形のリム２を有し、このリム２は内周部６及び側面部８を備えている。この内周部６にはシャフト（図示しない）が嵌合されており、歯車１はこのシャフトとともに回転する。側面部８は内周部６に連なり、この側面部８の外周が歯底円１０の位置に相当する。
【００１８】
側面部８の外周には、その周方向に所定の間隔を存して複数枚の歯４が配置されている。当該各歯４は歯底円１０から歯先円１２に亘って形成されている。歯底円１０と歯先円１２との略中間位置にはピッチ円１４が配置されている。
また、１枚の歯４は、歯底２０から歯先２２に至るまで延設されており、歯車１の径方向で遠い側に向かって細くなるように形成され、歯底２０と歯先２２との間には摺動歯面部（歯面部）１６が構成されている。つまり、摺動歯面部１６は、歯底２０や歯先２２とともに歯車１の厚み方向に存在し、側面部８とは別個に形成されている。更に、ピッチ点１８もまた、摺動歯面部１６とピッチ円１４との交点部分にて上記歯車１の厚み方向に配置されている。
【００１９】
歯４の詳細は図２及び図３に示されており、各図中の斜線部分が摺動歯面部１６に該当する。
この摺動歯面部１６、特にピッチ点１８近傍の摺動歯面部１６の部分には、マイクロディンプル形状２４，２５，２６，２７，２８が形成されている。これらマイクロディンプル形状２４，２５，２６，２７，２８は、ディンプル凹部２４，２６，２８とディンプル凸部２５，２７とから構成されている。
【００２０】
マイクロディンプル形状２４，２５，２６，２７，２８は、摺動歯面部１６に微粒子ショットピーニング処理を施すことで形成されている。なお、この摺動歯面部１６の表面粗さは数μｍ（１μｍ＝１×１０-3ｍｍ）以下に設定される。そして、本実施形態の如くのエンジン用ギヤの場合には極小径の鉄球を摺動歯面部１６に衝突させ、ディンプル凹部２４，２６，２８とディンプル凸部２５，２７とが、例えば５μｍ〜１５μｍの凹凸となるように構成される。
【００２１】
ここで、この浸炭焼き入れ処理の施された歯車では、歯車同士の断続的な摺動に伴って摺動歯面部の表面下材料が焼き戻し温度以上に上昇すると、この表面付近の硬度が軟化し、摺動歯面部の剥離（ピッチング）が生じてしまう。
しかし、本実施形態の歯車１によれば、マイクロディンプル形状２４，２５，２６，２７，２８を摺動歯面部１６に設けて表面付近の硬度を維持しているので、歯と歯との噛合に基づく繰り返し荷重による不具合が低減される。
【００２２】
つまり、本実施形態の歯車１では、滑りを伴う転がり接触によって荷重が断続的に作用しても、摺動歯面部１６の表面硬度の軟化を防止し、耐ピッチング性能が向上する。しかも、一般的な肌焼き鋼を用いて安価な歯車を構成できる。
また、潤滑油はマイクロディンプル形状２４，２５，２６，２７，２８で保持可能になる。換言すれば、本実施形態の歯車１によれば、潤滑状況が厳しく油量の稼げない環境下でも良好な摺動を継続できる。
【００２３】
なお、上述のマイクロディンプル形状は、摺動歯面部１６の他、歯先２２や歯底２０に設けられていても良いものである。
ところで、上記実施形態では、Ｓｉを添加しない一般的な肌焼き鋼が用いられているが、この例に換えて、Ｓｉを添加し、且つ、浸炭焼き入れ処理が施された肌焼き鋼を用いて歯車を構成させても良い。この場合には、微粒子ショットピーニング処理のなされたマイクロディンプル形状と相俟って耐ピッチング性能がより一層向上する。なぜならば、Ｓｉは焼き戻し抵抗度が高く、歯車同士の断続的な摺動が行われても、歯の表面下材料が焼き戻し温度以上に上昇し難くなり、Ｓｉの添加だけでも表面付近の硬度の軟化が防止可能だからである。
【００２４】
また、本発明の歯車としては、歯に高周波焼き入れ処理を施したスチール鋼（ＳＣ鋼）用いても良く、この場合にも、微粒子ショットピーニング処理がなされたマイクロディンプル形状との相乗効果によって、耐ピッチング性能がより一層向上する。なお、ＳＣ鋼の例としてはＳ４８ＣやＳ４５Ｃ等が挙げられる。
以上で本発明の実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
【００２５】
例えば、上記実施形態では、ギヤトレーンに用いられるエンジン用ギヤの例が示されているが、本発明の歯車は必ずしもこの例に限定されるものではなく、例えば、ミッション用のギヤやファイナル用のギヤなどの駆動系ギヤに適用可能である。
このミッション用ギヤやファイナル用ギヤは、歯に生ずる面圧がエンジン用ギヤに比して高く、より過酷な摺動条件の下で用いられるものである。よって、本発明の歯車の如く摺動歯面部に微粒子ショットピーニング処理がなされたマイクロディンプル形状を形成させれば、駆動系ギヤの場合にもピッチングを防止できるとの効果を奏する。
【００２６】
なお、ミッション用ギヤやファイナル用ギヤに対するマイクロディンプルは、エンジン用ギヤのマイクロディンプルよりも更に小さい凹凸を有するように形成され、例えば１μｍ〜１０μｍの凹凸となるように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係る歯車の概略構成図である。
【図２】図１の歯車における歯の拡大図である。
【図３】図２の歯の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  歯車
２  リム
４  歯
８  側面部
１６  歯面部（摺動歯面部）
１８  ピッチ点
２４  ディンプル凹部（マイクロディンプル）
２５  ディンプル凸部（マイクロディンプル）
２６  ディンプル凹部（マイクロディンプル）
２７  ディンプル凸部（マイクロディンプル）
２８  ディンプル凹部（マイクロディンプル）
【図１】
2005201295.tif 000003
【図２】
2005201295.tif 000004
【図３】
2005201295.tif 000005