(57)【要約】【課題】低炭素鋼からなる素材の非鍛造品でありながらオーステナイト結晶粒度が＃１０以上の炭素鋼を得ることができる浸炭焼入れ方法を提供する。【解決手段】浸炭焼入れ方法は、低炭素鋼からなり歯部が等間隔に形成された動力伝達部材の素材をオーステナイト化温度以上に加熱して表面炭素濃度を０．６〜０．９％となる浸炭処理を施す第一工程と、上記第一工程の後、オーステナイト化温度未満に冷却する第二工程と、上記第二工程で冷却された素材の表面浸炭部および素材内部をオーステナイト化温度の直上に急速加熱する第三工程と、上記第三工程に続いて焼入れ処理を施す第四工程と、を含む。【選択図】図５
2005048292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低炭素鋼からなり歯部が等間隔に形成された動力伝達部材の素材をオーステナイト化温度以上に加熱して表面炭素濃度を０．６〜０．９％となる浸炭処理を施す第一工程と、
上記第一工程の後、オーステナイト化温度未満に冷却する第二工程と、
上記第二工程で冷却された素材の表面浸炭部および素材内部をオーステナイト化温度の直上に急速加熱する第三工程と、
上記第三工程に続いて焼入れ処理を施す第四工程と、を含むことを特徴とする浸炭焼入れ方法。
【請求項２】
上記急速加熱の途中で、上記素材の表面に冷媒を供給することを特徴とする請求項１に記載の浸炭焼入れ方法。
【請求項３】
上記浸炭処理をプラズマ浸炭処理により行うと共に、上記焼入れ時に、歯底部の加熱温度が歯当り面の加熱温度より高くなるように上記素材を加熱することを特徴とする請求項１に記載の浸炭焼入れ方法。
【請求項４】
上記焼入れ時の加熱は、昇温から均熱、本加熱に亘って歯底部の加熱温度が歯当り面の加熱温度よりも高くなるように設定することを特徴とする請求項３に記載の浸炭焼入れ方法。
【請求項５】
上記焼入れ時の加熱により浸炭層の最表面部を脱炭し、該最表面部の炭素濃度をその下の炭素濃度より低下させることを特徴とする請求項３または４に記載の浸炭焼入れ方法。
【請求項６】
上記焼入れ時の加熱により歯底部における浸炭層の最表面部を脱炭し、該最表面部の炭素濃度をその下の炭素濃度より低下させることを特徴とする請求項５に記載の浸炭焼入れ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば歯車のような動力伝達部材に適用するのに好適な浸炭焼入れ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のディファレンシャルギヤのピニオン等の歯車としては一般に肌焼き鋼（低炭素鋼）を用い、その表面にガス浸炭焼入れあるいはプラズマ浸炭焼入れ等を施した後、耐疲労強度と耐磨耗性を向上させたうえで使用している。
【０００３】
また、浸炭焼入れ処理・焼戻し処理に替わる歯車等の表面効果処理法として、例えばに特許文献１に開示されているような中・高炭素鋼の高周波輪郭焼入れ方法が提案されている。この方法は、中・高炭素鋼からなる素材を加熱してオーステナイト化し、少なくとも温間域において塑性加工を行なって冷却し、次に、該素材にオーステナイト化温度以下で予加熱処理を行ない、その後、オーステナイト化温度の直上まで急速に再加熱し、該組織をオーステナイト化した後、焼入れ・焼戻し処理を施すものである。
【特許文献１】特開平６−１１６６２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、通常行われているガス浸炭焼入れあるいはプラズマ浸炭焼入れでは、浸炭時にワークが長時間高温に加熱されるため、結晶粒界にリンや硫黄等の不純物が偏析し、また炭化物が析出して粒界の強度を低下させている。
【０００５】
そのため、高い曲げ応力が掛かる歯底（図１にＡで示す）のエッジ部分に結晶粒界を起点として亀裂が発生しやすく、かつ亀裂の伝播も速くなり、静破壊強度および耐衝撃強度が不足するという問題があった。この問題を軽減するには、浸炭深さを浅くする方法があるが、浸炭深さを浅くすると、高い面圧が掛かる歯当たり面（図１にＢで示す）においてもスポーリング強度が低下するという問題がある。
【０００６】
一方、中・高炭素鋼の高周波輪郭焼入れ方法では、ワークの加熱時間が極めて短時間であるから、上記浸炭処理におけるような問題は解決されるが、中・高炭素鋼は肌焼き鋼等の低炭素鋼よりも被削性が劣るため刃具費が高価でとなり、しかも歯車の芯部が中・高炭素鋼からなるため、芯部の靭性が低いという問題がある。
【０００７】
さらに、歯車においては、歯底部および歯当たり面の双方において、オーステナイト結晶粒度が微細であることが強度上望ましいが、従来の方法では、鍛造品を除いて、オーステナイト結晶粒度が＃１０以上の微細な結晶粒からなる炭素鋼は得られなかった。
【０００８】
上述の問題に鑑み、本発明は、低炭素鋼からなる素材の非鍛造品でありながら、粒界粒度を低下させるＰＳまたは炭化物等の偏析を防止するとともに、オーステナイト結晶粒度が＃１０以上の炭素鋼を得ることができる浸炭焼入れ方法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】
本発明に係わる浸炭焼入れ方法は、低炭素鋼からなり歯部が等間隔に形成された動力伝達部材の素材をオーステナイト化温度以上（亜共析浸炭ではＡｃ3点以上、過共析浸炭ではＡｃcm点以上、図２参照）に加熱して表面炭素濃度を０．６〜０．９％となる浸炭処理を施す第一工程と、上記第一工程の後、オーステナイト化温度未満に冷却する（焼入れあるいは焼戻し処理を施しても良い。）第二工程と、上記第二工程で冷却された素材の表面浸炭部および素材内部をオーステナイト化温度の直上に急速加熱する第三工程と、上記第三工程に続いて焼入れ処理を施す第四工程と、を含むものである。
【００１０】
上記浸炭処理時の表面炭素濃度は、０．６％未満では表面硬さを確保できず、１．２％を超えると粒界にネット状の炭化物が析出するから０．６〜１．２％の範囲に設定するが、特に表面炭素濃度を共析点Ｓ付近（０．６〜０．９％）に設定することが望ましい。
【００１１】
さらに、上記急速加熱の途中で、上記素材の表面に冷媒を供給して、素材の表面を例えば共析点温度（７２３℃）よりも低い温度に冷却することが望ましい。
【００１２】
具体的には、上記動力伝達部材としては、例えば、歯車、スプロケット、スプライン等が挙げられ、素材としては肌焼き鋼が使用される。浸炭処理手段としては、ガス浸炭あるいはプラズマ浸炭等が適宜利用され、浸炭処理能率および浸炭の均一性の観点からはプラズマ浸炭が望ましいが、プラズマ浸炭は真空中で行われるためコストと量産性の点から言えばガス浸炭が望ましい。
【００１３】
上記焼入れ処理時の加熱は、高周波焼入れであることが望ましい。
【００１４】
また、上記浸炭処理をプラズマ浸炭処理により行うと共に、上記焼入れ時に、歯底部の加熱温度が歯当り面の加熱温度より高くなるように上記動力伝達部材の素材を加熱してもよい。上記焼入れ時の加熱は、昇温から均熱、本加熱に亘って歯底部の加熱温度が歯当り面の加熱温度よりも高くなるように設定することが望ましく、また、上記焼入れ時の加熱により浸炭層の最表面部を脱炭し、該最表面部の炭素濃度をその下の炭素濃度より低下させることが望ましい。特に、歯底部における浸炭層の最表面部の炭素濃度がその下の炭素濃度よりも低下せしめられていることが好ましい。そして、上記焼入れの加熱も、高周波焼入れであることが望ましい。
【００１５】
浸炭処理を施した素材では、浸炭時には炭素の粒界偏析が生じフィルム状のセメンタイトが存在して粒界強度を低下させると考えられるが、本発明に係わる浸炭焼入れ方法におけるように、浸炭処理後例えば高周波加熱によりオーステナイト化温度以上に急速加熱しているため、再結晶により新しい粒界が形成されて粒界強度が向上し、かつオーステナイト結晶粒の微粒化（オーステナイト結晶粒度が＃１０以上）が実現できるから、スポーリング強度を低下させることなく静破壊強度および耐衝撃強度を向上させることができる。
【００１６】
また、従来のガス浸炭では、表面炭素濃度０．９〜１．０％を目標にしていたが、共析点付近に目標を設定すると、浸炭焼入れ品で比較して約１９％の強度向上が図られており、同じ高周波焼入れ条件で比較しても５〜１９％の強度向上が確認された。
【００１７】
また、亜共析浸炭の場合、急速加熱温度がＡｃ3点未満では素材内部にフェライトが析出して強度が低下し、過共析浸炭の場合、急速加熱温度がＡｃcm点未満では表面浸炭層にセメンタイトが析出して強度が低下し、急速加熱温度が１１００℃を超えるとオーステナイト結晶粒が成長して強度が低下するが、本発明の方法では、急速加熱温度をオーステナイト化温度の直上に設定することにより、さらに該急速加熱により、上記素材の表面浸炭部および素材内部がともにオーステナイト化温度以上に加熱されるようにしているので、オーステナイト結晶粒の微細化が図られるとともに、素材内部まで焼入れがなされ、素材内部の硬度も高くなる効果がある。
【００１８】
さらに、上記急速加熱に際して、素材内部まで焼入れして硬度を高めようとすると、全体加熱を行なうため、素材の表面が比較的長時間高温となり、オーステナイト結晶粒の成長が進み過ぎ、靭性が低下するが、本発明の方法では、上記急速加熱の途中で、上記素材の表面に冷媒を供給して、素材の表面を例えば共析点温度（７２３℃）よりも低い温度に冷却することにより、素材内部の温度をオーステナイト化温度以上に保ちながら、表面が長時間高温になるのを防止することができ、これにより、素材表面のオーステナイト結晶粒が微細化して（非鍛造品であってもオーステナイト結晶粒度が＃１０以上）、かつ素材内部まで焼入れがなされ、強靭性が向上する効果がある。
【００１９】
また、本発明の方法を歯車のような動力伝達部材に適用するに際し、プラズマ浸炭後の焼入れ時に、歯底部の加熱温度が歯当り面の加熱温度よりも高くなるように設定されているので、歯底部の浸炭層において粒界に沿って析出していた炭化物がより多く母相に固溶し、その部分の炭素濃度が高くなることから、焼入れ後の残留オーステナイト量が歯底部で相対的に多くなる。また、歯底部の加熱温度が歯当り面より高く設定されているため、歯底部において該加熱温度からマルテンサイト変態温度にまで冷却される間の時間が長くなり、これも残留オーステナイト量が多くなる原因となる。
【００２０】
歯底部の浸炭層における適量の残留オーステナイト量は、エッジ部分の耐曲げ破壊強度を向上させる効果を有し、目安として面積率で２５〜３５％程度残留するのが好ましい。残留オーステナイト量がこれより少ない場合、組織自体の靭性が不足するほか、母相に固溶しきれない炭化物が破壊の起点として多く存在することにもなり、逆にこれより多い場合、組織自体の強度が下がりエッジ部分が変形しやすくなるという問題が生じる。なお、残留オーステナイト量は焼入れ時の加熱温度および高温域での保持時間により適宜調整することができる（高温域での保持時間が長くなるほど炭化物の固溶が進み、残留オーステナイト量が多くなる）。
【００２１】
一方、歯当り面における加熱温度は歯底部より低く設定されているので、炭化物の母相への固溶量が少なく、その部分の炭素濃度が歯底部ほど高くならないことから、焼入れ後の残留オーステナイト量が相対的に少ない。また、同じく歯当り面の加熱温度は歯底部より低く設定されているため、歯当り面において該加熱温度からマルテンサイト変態温度にまで冷却される間の時間が短くなり、これも残留オーステナイト量が少なくなる原因となる。
【００２２】
歯当り面の浸炭層においては、スポーリング強度を確保するため、残留オーステナイト量が少なく所定量の炭化物が粒状に分散した組織であることが好ましく、目安として面積率で５〜１５％の残留オーステナイト量となるようにするとよい。残留オーステナイト量がこれより少ないということは、浸炭時に析出した炭化物がほとんど固溶せず網状のまま存在するという可能性が大きいということであり、逆にこれより多いということは、炭化物の固溶が多く析出炭化物量が減るということであり、いずれもスポーリング強度の低下の原因となる。
【００２３】
なお、歯当り面と歯底部を均一に加熱する通常の焼入れ方法を適用した場合、本発明とは逆に、歯底部における残留オーステナイト量が歯当り面におけるよりも一般的に低くなる。つまり、歯車のような部材に浸炭処理を施す場合、単純な平面形状に近い歯当り面では浸炭層の炭素濃度が相対的に高く、歯底部のように内に入ったような形状の部位では炭素濃度が相対的に低くなり勝ちなためである。
【００２４】
焼入れ時の加熱を、昇温から、均熱、本加熱に亘って歯底部の加熱温度が歯当り面の加熱温度よりも高くなるように設定するのは、歯底部の温度を相対的に長い時間高い温度に保つことになり、歯底部の浸炭層における炭化物の固溶を促進する作用を有する。
【００２５】
また、通常、浸炭層の最表面部は過剰浸炭される傾向にあり、浸炭後の最表面部の炭素濃度はその下の炭素濃度より高くなっているが、焼入れ時の高温域での保持がある程度長い時間継続して行われると浸炭層の最表面部が脱炭され、その部分では炭素濃度の低下に伴い粒界脆化が起きにくくなる。したがって、最表面部の脱炭を進める場合は、高温域での保持時間が長くなるように加熱条件を設定する。
【００２６】
そして、焼入れ時の加熱を、昇温から、均熱、本加熱に亘って歯底部の加熱温度が歯当り面の加熱温度よりも高くなるように設定する場合、歯底部の方が高い温度に長時間保持されることになり、特に歯底部浸炭層の最表面部において炭素濃度の低下が大きく、歯底部のエッジ部分の破壊強度が向上する。脱炭は例えば表面から２０μｍまでの最表面部の炭素濃度が共析点未満、特に０．６〜０．７５％程度になるようにするとよい。
【００２７】
歯底部の加熱温度が歯当り面の加熱温度よりも高くなるようにするための具体的加熱手段としては、焼入れの分やで周知の高周波誘導加熱が好ましく、その周波数および出力等を調整することにより、１本のコイルで上記部位別の加熱温度設定を容易に実現することができる。なお、高周波誘導加熱においては、部材表面は比較的短時間で所定の温度に上昇して再結晶を起こし、これに伴い結晶粒が微細化されるとともに、加熱前に結晶粒界に偏析していた不純物が粒内に固溶し、炭化物も粒内に固溶するが固溶しない分は分断され粒状になる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、浸炭処理後オーステナイト化温度の直上に急速加熱しているため、再結晶により新しい粒界が形成されて粒界強度が向上し、かつオーステナイト結晶粒の微粒化（オーステナイト結晶粒度が＃１０以上）が実現できる。その結果、スポーリング強度を低下させることなく静破壊強度および耐衝撃強度を向上させることができる。
【００２９】
また、上記素材の表面浸炭部および素材内部がともにオーステナイト化温度以上に加熱されるようにしているので、素材内部まで焼入れがなされ、素材内部の硬度も高くなる効果がある。
【００３０】
さらに、浸炭処理における表面炭素濃度を共析点付近（０．６〜０．９％）に設定しているので、浸炭焼入れ品で比較して強度向上を図ることができる。
【実施例１】
【００３１】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００３２】
使用した素材は、Ｃ：０．２０％，Ｓｉ：０．０８％，Ｍｎ：０．７５％，Ｐ：０．０１６％，Ｓ：０．０２６％，Ｃｒ：１．０２％，Ｍｏ：０．４２％，Ａｌ：０．０２４％，残部Ｆｅの肌焼き鋼素材からなる非鍛造品であるが、結晶粒微細化元素としてＮｂを添加した方が良い。そして、実機でのバラツキ要因（歯当り状態、他部品の破損）の影響を回避するために、図３に示すような寸法を有する試験片について基礎的試験（三点曲げ試験）により評価を行なった。
【００３３】
先ず上記試験片に対して、オーステナイト化温度以上の温度でのガス浸炭処理および焼入れを施す。浸炭深さはスポーリング強度を確保するため１．２mmを目標とし、表面炭素濃度は、共析点以下の０．７％（図４の条件ａ）と、従来の浸炭焼入れと同様の１．０％（図４の条件ｂ）を目標とした。
【００３４】
次に高周波焼入れを施すが、素材の表面および内部を焼入れ組織とし、かつ表面のオーステナイト結晶粒度を変化させるため、図５に示すようなヒートパターンを設定した。高周波処理設備は４００kHzマシンと１０kHzマシンとを用意し、出力と時間の調整により得られた温度測定結果を下記の表１に示す。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
このようにして浸炭処理と高周波焼入れとを施された試験片に対して、図６に示す三点曲げ試験機を用いて破断荷重を測定した。試験条件を下記の表２に示す。
【００３７】
【表２】
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【００３８】
浸炭処理と高周波焼入れの組み合わせごとの試験片の冶金学的特性の調査結果および三点曲げ試験（Ｎ＝３）における破断荷重平均値を下記の表３に示す。
【００３９】
【表３】
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【００４０】
(1)  基礎試験結果：オーステナイト結晶粒度と三点曲げ破断荷重との関係を図７示す。従来の浸炭焼入れ品に対して最大５０％の破断荷重の向上が認められた。
【００４１】
(2)  浸炭条件検討結果：表面炭素濃度を１％から、粒界脆化原因となるセメンタイトの析出しない共析点以下の０．７％とすることにより、浸炭焼入れ品の強度は約１９％向上しており、同じ高周波条件においても５〜１９％の強度向上が確認された。
【００４２】
(3)  高周波焼入れ条件検討結果：高周波加熱最高温度とオーステナイト結晶粒度との関係を図８に示す。短時間加熱においても加熱温度の上昇にしたがって結晶粒の粗大化は避けられないが、加熱温度をオーステナイト化温度直上の温度領域に設定した場合、浸炭焼入れでは困難なオーステナイト結晶粒度が＃１０以上の結晶粒の微細化が可能になった。そして、この試験片は、芯部（素材内部）が低炭素鋼からなり、表面部（表面浸炭部）が浸炭処理により中・高炭素鋼と同様の炭素濃度を有している。
【００４３】
次に、図１に示すようなワークＷ（ピニオン）に対して浸炭処理を施した後、高周波焼入れを施す場合の方法について説明する。
【００４４】
高周波焼入れは短時間急速加熱であるから、オーステナイト結晶粒が微細であるが、芯部まで硬度を必要とするものに対しては表面のみでなく全体加熱を行なうため、ワークＷの表面が比較的長時間高温となり、結晶粒の成長が進み過ぎ、靭性が低下する。そこで、本実施例では、予熱工程と本加熱工程との間に、ガス（Ａｒ，Ｎ2）による表面急冷工程を追加することにより、図９に示すように、芯部はオーステナイト化温度直上の温度を保ちつつ、表面のオーステナイト結晶粒の微細化を図っている。これによって、芯部まで焼入れされるとともに、オーステナイト結晶粒度が＃１０以上の表面結晶粒が得られる。そして、このワークＷは、芯部が低炭素鋼からなり、表面部が浸炭処理により中・高炭素鋼と同様の炭素濃度を有している。
【００４５】
図１０はその場合の高周波焼入れ装置を概略的に示す図で、加熱用高周波コイル１、２の間に、図１１に示すような多数の冷却用ガスの噴射ノズル３を取り付けたノズルホルダ４が、絶縁性セラミック材５、５を介して装着されている。そして、ワークＷをその軸線を中心に回転させながら、図９のヒートパターンに従って高周波焼入れを行なう。
【００４６】
このように、本実施例では、浸炭処理後高周波加熱によりオーステナイト化温度以上に急速加熱しているため、再結晶により新しい粒界が形成されて粒界強度が向上し、かつオーステナイト結晶粒の微粒化（オーステナイト結晶粒度が＃１０以上）が実現できるから、スポーリング強度を低下させることなく静破壊強度および耐衝撃強度を向上させることができる。
【実施例２】
【００４７】
本実施例はプラズマ浸炭を前提とした浸炭焼入れ方法に関するものである。
【００４８】
本実施例で使用したワークは、Ｃ：０．１８％，Ｓｉ：０．０９％，Ｍｎ：０．６９％，Ｐ：０．００６％，Ｓ：０．０２１％，Ｃｒ：１．０２％，Ｍｏ：０．３９％，Ａｌ：０．３５％，Ｎｂ：０．０３５％、残部Ｆｅの肌焼き鋼素材からなる、外径４１mmφ、高さ１７．６mm、孔径１５mmのディファレンシャルギヤのピニオン（図１）であり、これをガス浸炭焼入れしたものを従来例、プラズマ浸炭後高周波焼入れしたものを実施例として、それぞれに対し静破壊試験およびスポーリング試験を行なった。
【００４９】
なお、上記従来のガス浸炭焼入れは、表面炭素濃度０．９％を目標とし、(1)９２０℃、５時間のガス浸炭処理、(2)引き続き８６０℃で１時間保持後１２０℃の油焼入れ処理、(3)１８０℃で再加熱し２時間の焼戻し処理、の各工程からなる。
【００５０】
一方、上記実施例では、プラズマ浸炭は、同じく表面炭素濃度０．９％を目標とし、(1)真空炉内へワークを収容し、真空中で１０００℃、１０分間の均熱処理、(2)真空炉内へＨ2ガスを導入して炉内圧を２Torrに調整し、４００Ｖ，１．５Ａの条件でグロー放電し、２０分間のクリーンアップ処理、(3)Ｈ2ガスを抜きＣ3Ｈ8ガスを導入して炉内圧を３Torrに調整し、３６０Ｖ，２Ａの条件でグロー放電し、５０分間の浸炭処理、(4)炉内を真空とし７２分間の拡散処理後、徐冷、という手順で行ない、冷却後高周波表面焼入れを施し、最後に１８０℃、２時間の焼戻しを施した。
【００５１】
実施例の高周波焼入れは、図１２に示すように、図示しないモータに接続されて回転自在な治具１１と従動回転する治具１２との間にワークＷを挟持し、その外周位置に高周波コイル１３を配置し、下記の表４に示す条件で計４２秒間加熱し、加熱後は８０℃のオイルを３５秒間噴射して冷却した。また、ワークＷの表面の温度を調べるため、ワークＷの表面各部位Ａ〜Ｅ（図１３参照）に熱電対１４を取り付け、その検出値をスリップリング１５および固定支持部１６を通じてペンレコーダに記録できるようにした。なお、ワークＷの表面部位Ａはピニオンギヤのヒール側歯底部（図１のＡに対応）、Ｂはピッチ面（図１のＢに対応）、Ｃは歯底部中央、Ｄはトウ側歯底部、Ｅは歯先である。
【００５２】
【表４】
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【００５３】
温度測定結果を示す図１４を見ると、歯底部の最高加熱温度が高く、特にエッジ部分に高い曲げ応力が掛かるヒール側歯底部Ａにおいては、ピッチ面Ｂに比較すると、余熱、均熱、本加熱の全体に亘り高温に加熱されている。参考までに、ヒール側歯底部Ａの温度と時間との関係およびピッチ面Ｂの温度と時間との関係を単純化して示すと、図１５のようになる。
【００５４】
静破壊試験は、ワークＷをディファレンシャルギヤのギヤユニット２１に組み込み（図１６参照）、出力軸２２、２３を固定し、ギヤケース２４を回転させて捩じり、ワークが破壊するときのトルクを測定するもので、下記の表５に示すように、実施例では従来例に比較して高い静破壊強度（いずれも３個の平均値）が得られた。これは、実施例において、歯底部、特にヒール側歯底部Ａが高温に長時間維持されることから炭化物が固溶し、その部分の残留オーステナイトの量が多く炭化物が少なくなり、エッジ部分の靭性が向上し亀裂の伝播が遅れるためと考えられ、また、後述するように最表面部の炭素濃度が低下し亀裂の起点が少なくなっていることも理由の１つと考えられる。なお、ヒール側歯底部Ａにおける残留オーステナイトの面積率は平均３０％、ピッチ面Ｂでは平均約１０％であった。
【００５５】
【表５】
2005048292.tif 000007
【００５６】
スポーリング試験は、同じくワークＷをディファレンシャルギヤのギヤユニットに組み込み、これをトランスミッションを介してエンジンに連結し、ユニットの一方の出力軸を固定し、トランスミッションへの入力回転数が２６２rpm、入力トルクが１１７〜１２３Ｎ・ｍ、ユニットの他方の出力軸の回転数が５０rpm、その出力軸トルクが４５９〜４７１Ｎ・ｍの条件で行なった。そして、ユニットの振動を常時検出し、振動がある基準値を超えるようになるまでの時間をからそのときのサイクル数を算出し、これをスポーリング寿命とした。表５に示すように、実施例では従来例に比較し大きいスポーリング寿命（いずれも２個の平均値）が得られている。
【００５７】
また、本実施例において、歯底部Ａの表面からの深さと炭素濃度との関係を調べたところ、図１７(a)に示すように、表面から５０μｍ付近までの最表面部の炭素濃度が低下している。これは、本実施例では、歯底部において炭化物の固溶を促進するため、高周波焼入れの際の加熱としては異例なほど長時間高温度に保持したことから、表面からの脱炭が進むためである。
【００５８】
なお、比較例として、実施例の高周波加熱条件に代えて、周波数８．２ｋＨｚ、出力４０ｋＷ、加熱時間９秒の条件（この種のピニオンに通常適用されている表面焼入れ条件）で高周波加熱したものでは、高温に保持されている時間が短くなるためか、図７(b)に示すように表面からの脱炭が生じていない。
【００５９】
本実施例によれば、歯車等の動力伝達部材を表面焼入れする際、歯底部の加熱温度が歯当り面の加熱温度よりも高くなるように設定することにより、歯底部においてはその靭性を高めエッジ部分の破壊強度を向上させることができ、一方、歯当り面においてはそのスポーリング強度を向上させることができる。
【００６０】
また、表面焼入れ時の高温加熱をある程度長い時間継続して浸炭層の最表面部を脱炭する場合、特に高い温度に保持された歯底部において脱炭が進行しやすく、エッジ部分の破壊強度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】ディファレンシャルギヤのピニオンの断面図
【図２】鋼の変態図
【図３】実施例１における試験片の正面図および側面図
【図４】同浸炭焼入れのヒートパターンを示す図
【図５】同高周波焼入れのヒートパターンを示す図
【図６】同三点曲げ試験機の説明図
【図７】同オーステナイト結晶粒度と三点曲げ破断荷重との関係を示す図
【図８】同高周波加熱温度とオーステナイト結晶粒度との関係を示す図
【図９】図１０の高周波焼入れ装置を用いた高周波焼入れのヒートパターンを示す図
【図１０】実施例１で用いられる高周波焼入れ装置を概略的に示す図
【図１１】同ノズルホルダの平面図
【図１２】実施例２で用いられる高周波焼入れ試験装置を概略的に示す図
【図１３】ディファレンシャルギヤのピニオンの各測定部位の説明図
【図１４】実施例２における高周波加熱による加熱温度と時間との関係を示すグラフ
【図１５】図１４のグラフを単純化した説明図
【図１６】静破壊試験装置を概略的に示す図
【図１７】高周波焼入れ後の表面炭素濃度を表す図
【符号の説明】
【００６２】
１，２      加熱用高周波コイル
３          冷却用ガスの噴射ノズル
４          ノズルホルダ
５          絶縁性セラミック材
１１，１２  ワークを保持する治具
１３        高周波コイル
１４        熱電対
１５        スリップリング
２１        ディファレンシャルギヤのユニット
２２，２３  出力軸
２４        ディファレンシャルギヤのギヤケース
Ｗ          ワーク（ディファレンシャルギヤのピニオン）
【図１】
2005048292.tif 000008
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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