(57)【要約】【課題】コスト面で有利な方法で歯部の疲労強度や耐摩耗性を高めることができる焼結歯車と、その歯車の製造方法を提供する。【解決手段】焼結歯車１を、浸炭焼き入れされた歯面２にショットピーニング加工された地肌を持ち、歯面の表面から深さ０．０６ｍｍ以下の部分の組織が空孔率３％以下に緻密化されているものにする。また、この焼結歯車１は、歯面のピーニング加工を、粒径がφ０．３ｍｍ以下のショットを用いて行う方法で製造する。【選択図】図１
2005271102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浸炭焼き入れされた歯面にショットピーニング加工された地肌を持ち、歯面の表面から深さ０．０６ｍｍ以下の部分の組織が空孔率３％以下に緻密化されている焼結歯車。
【請求項２】
微小Ｘ線応力測定装置による歯底部の残留圧縮応力の測定値が−５００ＭＰａ以上ある請求項１に記載の焼結歯車。
【請求項３】
浸炭焼き入れ後に粒径がφ０．３ｍｍ以下のショットを用いて歯面をピーニング加工し、歯の表面から深さ０．０６ｍｍ以下の部分の組織を空孔率３％以下に緻密化する請求項１に記載の焼結歯車の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、歯部の疲労強度や耐摩耗性を高めた焼結歯車とその歯車の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
焼結歯車の歯部、特に歯元の疲労強度を高めるために、下記特許文献１は、歯部となる歯形形成部を備えた鉄系焼結体の素材を加熱し、この素材に転造型を強圧して歯形形成部に組織の緻密化された歯部を創成する焼結歯車の製造方法を提案している。
【０００３】
さらに、この特許文献１は、熱間転造工程を経る前にサイジングや回転ロールの強圧などによって素材の歯形形成部の表面の緻密化を行うことや、熱間転造、焼き入れ、焼き戻しの各工程を経た後に、必要に応じてショットピーニング加工を行うことも述べている。
【０００４】
しかしながら、この特許文献１の製造方法は、熱間転造工程を必要とし、コスト面で不利になる。
【０００５】
また、特許文献１が述べているように熱処理後にショットピーニング加工を行うと、歯部の疲労強度を更に高めることができるが、この特許文献１が述べている粒径が０．３〜０．８ｍｍのショットを使用すると、歯面の面粗度の低下や歯車の精度低下が大きくなる。
【０００６】
ここで、下記特許文献２は、熱処理後に機械加工した鉄系焼結合金製部材の表面粗さピッチよりも粒径の小さなショットを使用して表面の荒れや傷つきを防止することを述べている。しかし、この特許文献２が実施例に示しているショットは、粒径０．０４４ｍｍと極めて小さく、コストアップが懸念される。
【特許文献１】特開平７−１１２２３１号公報
【特許文献２】特開平６−４９５０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は、コスト面で有利な方法で歯部の疲労強度や耐摩耗性を高めることができる焼結歯車と、その歯車の製造方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、この発明においては、浸炭焼き入れされた歯面にショットピーニング加工された地肌を持ち、歯面の表面から深さ０．０６ｍｍ以下の部分の組織が空孔率３％以下に緻密化された焼結歯車を提供する。
【０００９】
また、微小Ｘ線応力測定装置による歯底部の残留圧縮応力の測定値が−５００ＭＰａ以上ある焼結歯車を提供する。
【００１０】
これらの焼結歯車は、浸炭焼き入れ後に粒径がφ０．３ｍｍ以下のショットを用いて歯面をピーニング加工し、歯の表面から深さ０．０６ｍｍ以下の部分の組織を空孔率３％以下に緻密化する方法で製造することができる。この発明においては、かかる焼結歯車の製造方法も併せて提供する。この方法で使用するショットは、加工コストを考慮すると粒径の下限をφ０．１ｍｍ程度に止めるのがよい。
【００１１】
なお、ここで言う空孔率とは、表面と平行位置の断面の面積に占める空孔の割合であり、以下では、その空孔率が３％以下の部分を緻密化層と言う。この緻密化層の厚みは、歯部の断面を研磨仕上げし、光学顕微鏡にて観察される研磨仕上げした断面の歯表面層より空孔率が３％以下となったところまでの深さを調べることによって測定することができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の焼結歯車は、粉末冶金の一般的な方法、すなわち、粉末を最終製品に近い形状に成形して成形体を焼結する方法で製造する。この方法によれば、熱間転造工程がなく、工程増によるコストアップが起こらない。しかし、その一方で、特許文献１が述べている熱間転造による歯部の組織の緻密化がなされない。
【００１３】
そこで、浸炭焼き入れ後にショットピーニング加工を施して歯面の表層部に空孔の少ない緻密化層を生じさせる。歯面の表層部の緻密化は、焼結後に行うサイジングによってもなされるが、それだけでは不十分であるので、浸炭焼き入れ後にショットピーニング加工を施す。
【００１４】
発明者の実施した試験から、その緻密化層の厚み（表面からの深さ）が大きくなるほど歯面に付与される圧縮残留応力が低くなることがわかった。緻密化層の厚み（歯面の表面からの深さ）が０．０６ｍｍ以下で−６００ＭＰａ弱の圧縮残留応力が得られ、歯部の疲労強度が十分に満足できるものになる。
【００１５】
また、ピーニング加工の条件にもよるが、ショットの硬度、噴射圧、噴射時間などの条件が同一である場合には、使用するショットの粒径が大きくなるほど歯面の寸法精度や面粗度が低下すること、および、粒径の大きなショットを使用すると緻密化層の厚みが厚くなる傾向にあることもわかった。粒径がφ０．１ｍｍ以上のショットを用いることでショットピーニングによるコストアップを小さく抑えることができ、また、０．３ｍｍ以下のショットを使用することで歯面の寸法精度と面粗度を許容限界内に納め、かつ、緻密化層の厚みも０．０６ｍｍ以下に制御することが容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は、この発明の焼結歯車の一例を示している。例示の焼結歯車１は、平歯車であるが、歯車の種類は特に限定されない。粉末成形によって歯部を創成し、その後に焼結して製造される歯車の全てにこの発明を適用できる。
【００１７】
この発明の焼結歯車１は、鉄系焼結合金を構成する粉末を、金型で圧縮成形して最終製品に近い形状の成形体を作り、その成形体をプッシャ−炉などの焼結炉に導入し、必要な温度、例えば１３００℃で焼結する。その後、浸炭焼き入れを実施し、さらに、歯面２にショットピーニング加工を行って製造する。
【００１８】
粉末の成形は、高圧、例えば、６００ＭＰａ以上の圧力で行って成形体の理論密度を８８％以上にするのがよい。
【００１９】
また、寸法精度を高めるために、浸炭焼き入れを行う前にサイジングを行うのが望ましい。
【００２０】
サイジング後に行う浸炭焼き入れや、焼き戻しの方法は、一般的に行われている方法でよい。
【００２１】
さらに、歯部を強化するためのショットピーニング加工は、浸炭焼き入れされた歯車の歯面の硬度よりも高硬度のショットを用いて行うと加工効率の低下が起こらない。また、粒径がφ０．１ｍｍ以上のショットを用いることでショットピーニングによるコストアップを抑えることができ、さらに、０．３ｍｍ以下のショットを用いることで歯面の精度低下、面粗度低下を小さく抑えることができる。
【００２２】
図２に、ショットピーニング加工の一例の概要を示す。加工機の処理室３内には、モータ４で回転させるワークテーブル５を設けてある。このワークテーブル５は、上面中心に起立した支持軸６を有する。その支持軸６をワーク中心の軸穴に通してワーク（焼結歯車１）を動かないように保持し、この状態でワークテーブル５上にワーク（焼結歯車１）を複数個積み重ねる。そして、ワークのセッティング終了後にワークテーブル５を回転させ、さらに、処理室３内のノズル７を支持軸６に沿って往復運動させ、このノズル７からショット８をワーク、即ち、焼結歯車１の外周の歯面２に高速度で吹きつけて歯面２に微小な窪みを生成する。
【００２３】
以下により詳細な実施例を挙げる。
鉄基焼結合金ＨＭＣ−９０（Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃ）を材料にして焼結歯車を製造した。この焼結歯車は、８００ＭＰａの圧力で成形した粉末成形体をプッシャー炉に入れて１３００℃で焼結し、次いで、しごき代０．０２％でのサイジングを行い、その後に浸炭焼き入れと焼き戻しを行っている。
【００２４】
次に、この浸炭焼き入れした焼結歯車の歯面に、粒径φ０．１０ｍｍ、φ０．１７ｍｍ、φ０．３ｍｍ、φ０．６ｍｍの４種類のショットを用いて図２の方法でピーニング加工を施した。ピーニング加工の条件は、ショットの粒径とは無関係に、噴射圧０．５ＭＰａ、噴射時間６０秒で統一した。また、ショットの硬度も全てＨRＣ５３±２とした。
【００２５】
図３に、ショットピーニング後の歯車の歯先の断面空孔写真を示す。図３（ａ）は、粒径φ０．１７ｍｍのショットを使用したもの（以下試料Ｂと言う）、図３（ｂ）は、粒径φ０．３ｍｍのショットを使用したもの（以下試料Ｃと言う）、図３（ｃ）は、粒径φ０．６ｍｍのショットを使用したもの（以下試料Ｄと言う）である。
【００２６】
各試料の歯面に生成された空孔率３％以下の緻密化層９の厚み（表面からの深さ）は、試料Ｂは０．０４ｍｍ、試料Ｃは０．０６ｍｍ、試料Ｄは０．１ｍｍであった。なお、粒径φ０．１ｍｍのショットを使用したもの（試料Ａ）は、断面の空孔写真を省いたが、緻密化層厚みは０．０２ｍｍであった。
【００２７】
また、歯車の歯面の歯元における残留圧縮応力は、ショットピーニング加工を施す前は−５５ＭＰａであったものが、試料Ａは−１０２４ＭＰａ、試料Ｂは−８９６ＭＰａ、試料Ｃは−５９４ＭＰａ、試料Ｄは−４８５ＭＰａに増加していた。これにより、ショットピーニング加工を施した歯車は、歯部の過負荷曲げ疲労試験においてショットピーニング加工を施す前の歯車に比べて約３０％の疲労強度向上が認められた。
【００２８】
なお、過負荷曲げ疲労試験は、図４に示すサーボパルサー１０を用い、固定した焼結歯車１の歯に係止させた部材を上下に往復移動させ、その往復移動を１サイクルとして歯部が疲労破壊するまでのサイクル数の差で評価した。
【００２９】
次に、各試料の精度を調べた。歯車精度として歯型誤差と歯筋誤差を調べた結果、試料Ａ、Ｂ、Ｃは、歯型誤差の規格０．０２ｍｍ、歯筋誤差の規格０．０３ｍｍの双方を共に満たしていたが、試料Ｄは歯型誤差と歯筋誤差とも規格値をオーバしていた。
【００３０】
また、歯面の面粗度は、試料Ａ、Ｂは良好で、試料Ｃは許容範囲内にあったが、試料Ｄは、許容範囲を逸脱していた。
【００３１】
一方、ショットピーニングによる処理コストは、試料Ｃ、Ｄには差がなかったが、試料Ａ、Ｂは、試料Ｃ、Ｄに比べて、コストが高くついた。
【００３２】
以上の試験結果を、表１に簡単にまとめる。この表１の◎は満足、○はほぼ満足、△は普通、×は不満足を表す。
【００３３】
【表１】
2005271102.tif 000003
【００３４】
この試験結果から、歯の疲労強度向上の面では表層部の緻密化層の厚みを０．０６ｍｍ以下にするのがよいこと、歯面の精度面ではショットの粒径の上限をφ０．３ｍｍにするのがよいこと、また、加工コスト面からは、ショットの粒径の下限をφ０．１ｍｍ程度に止めるのがよいことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明の焼結歯車の一例を示す斜視図
【図２】ショットピーニング加工の一例の概要を示す図
【図３】ショットピーニング後の歯車の歯先の断面空孔写真
【図４】過負荷曲げ疲労試験に使用した試験機を示す図
【符号の説明】
【００３６】
１      焼結歯車
２      歯面
３      処理室
４      モータ
５      ワークテーブル
６      支持軸
７      ノズル
８      ショット
９      緻密化層
１０    サーボパルサー
【図１】
2005271102.tif 000004
【図２】
2005271102.tif 000005
【図４】
2005271102.tif 000006
【図３】
2005271102.tif 000007