(57)【要約】【課題】  真空浸炭での歯面エッジ部付近における強度低下を補うようにショットピーニング加工を行う。【解決手段】  ハイポイドギヤ１を真空浸炭焼入れ処理した後、ショットピーニング加工を行う際に、ショット投射ノズル５のショット投射方向を、ハイポイドギヤ１の中心軸線７を含む平面に対し半径方向外側にずれた方向とする。これにより、ハイポイドギヤ１に対するショットピーニングを、歯底１ａとともに歯面エッジ部１ｃ付近に対して行い、歯面エッジ部１ｃ付近の残留圧縮応力を高めて強度低下を補う。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に歯部を備えた円形の歯車に対し、真空浸炭焼入れ処理した後、ショットピーニング加工を行う歯車の製造方法において、前記ショットピーニング加工を前記歯車の歯底とともに歯面における歯幅方向外側の端部に対して行うように、ショット投射ノズルのショット投射方向を、前記歯車の中心軸線を含む平面に対し、前記歯車の半径方向外側にずれた方向とすることを特徴とする歯車の製造方法。
【請求項２】
外周面に歯部を備えた円形の歯車に対し、真空浸炭焼入れ処理した後、ショットピーニング加工を行う歯車の製造装置において、前記ショットピーニング加工を前記歯車の歯底とともに歯面における歯幅方向外側の端部に対して行うように、ショット投射方向が前記歯車の中心軸線を含む平面に対して前記歯車の半径方向外側にずれた方向となるショット投射ノズルを備えていることを特徴とする歯車の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車を真空浸炭焼入れ処理した後、ショットピーニング加工を行う歯車の製造方法および製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の変速機などに使用するハイポイドギヤのガス浸炭焼入れ工程は、歯数の違いなど各種仕様の歯車部品を、自動車などの組立手順に合わせて生産を行えるように、処理時間の大幅な短縮が求められている。ところが、一般的に行われているガス浸炭工法は、処理時間短縮に関わる技術開発が既に限界にきており、大幅な時間短縮は困難である。
【０００３】
また、近年導入されてきた真空浸炭工法は、常にある一定濃度のガス雰囲気中での平衡反応であるガス浸炭工法に対し、真空中で少量のガスを吹き付けて行う直接・非平衡反応であるが故に、大幅な処理時間短縮が可能となるが、その反面処理部品の炭素濃度分布が不均一になることが分かっており、ガス浸炭と同等の強度を確保することが困難である。
【０００４】
この際、上記した迅速浸炭に対応する真空浸炭工法の特徴である炭素濃度の不均一性により、歯底と比較して、歯面の特に歯幅方向外側の端部付近は炭素濃度が高まり、この炭素濃度が高まった部位付近については、残留オーステナイトが増加し、機械的特性が悪化して疲労強度の低下を招く。
【０００５】
これに対し、例えば下記特許文献１には、真空浸炭焼き入れ処理した後に、ショットピーニング加工を施すことで、疲労強度を高めることが記載されている。
【特許文献１】特公平６−７２２５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した特許文献１に記載されているように、真空浸炭焼入れ処理の後、疲労強度を高めるためにショットピーニング加工を施すことは有効であるが、通常適用しているショットピーニングの手法は、ハイポイドギヤの強度ネックである歯底にショット投射ノズルの中心を合わせているため、真空浸炭での歯面の歯幅方向外側の端部付近における強度低下を補うことはできないものとなっている。
【０００７】
そこで、本発明は、真空浸炭での歯面の歯幅方向外側の端部付近における強度低下を補うようにショットピーニング加工を行うことを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、外周面に歯部を備えた円形の歯車に対し、真空浸炭焼入れ処理した後、ショットピーニング加工を行う歯車の製造方法において、前記ショットピーニング加工を前記歯車の歯底とともに歯面における歯幅方向外側の端部に対して行うように、ショット投射ノズルのショット投射方向を、前記歯車の中心軸線を含む平面に対し、前記歯車の半径方向外側にずれた方向とすることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、通常のガス浸炭焼入れ処理に比較して大幅な処理時間短縮が可能な真空浸炭焼入れ処理後に、歯底と比較して歯面における歯幅方向外側の端部の炭素濃度が高まって残留オーステナイトの増加により疲労強度が低下しても、真空浸炭焼入れ処理後のショットピーニング加工を、ショット投射ノズルのショット投射方向を歯車の中心軸線を含む平面に対し、歯車の半径方向外側にずれた方向として、歯車の歯底とともに歯面における歯幅方向外側の端部に対して行うようにしたので、歯面における歯幅方向外側の端部の疲労強度低下を補うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１１】
図１は、真空浸炭焼入れ処理（以下、単に真空浸炭と呼ぶ）と通常のガス浸炭焼入れ処理（同ガス浸炭と呼ぶ）を行った場合の、図３に示す外周面に歯部を備えた円形の歯車であるハイポイドギヤ１の歯底１ａおよび、歯面１ｂの特に歯幅方向外側の端部に相当する歯面エッジ部（歯面稜線部）１ｃ付近の表面炭素濃度を示している。上記図１では、実線がガス浸炭に対応し、破線が真空浸炭に対応している。
【００１２】
図１では、ハイポイドギヤ１に真空浸炭を適用した場合、歯底１ａの疲労強度をガス浸炭と同等に確保するために、炭素濃度をガス浸炭と同等の炭素濃度（０．７５〜０．８５％）に設定している。このとき、歯面エッジ部１ｃ付近の炭素濃度に関しては、真空浸炭がガス浸炭に対し、前述した炭素濃度の不均一性により、０．２〜０．２５％高くなっている。
【００１３】
歯面エッジ部１ｃ付近の炭素濃度が高くなると、Ｍs（Martensite Start）点が７０〜８８℃下がることによって歯面エッジ部１ｃ付近の残留オーステナイト（γ）量が増加し、機械的特性が悪化して疲労強度の低下を招く。
【００１４】
図２は、上記したガス浸炭および真空浸炭後のそれぞれのハイポイドギヤに、現状のショットピーニング加工を行った場合の、ハイポイドギヤの噛み合い疲労強度を比較している。
【００１５】
現状のショットピーニング加工は、図３に示すように、ハイポイドギヤ１を回転駆動軸３に水平に設置して回転させた状態で、ショット投射ノズル５を、ハイポイドギヤ１の外方から水平面に対して４５度傾け、かつハイポイドギヤ１の中心軸線７を含む平面Ｐ（図５参照）上で、歯部に向けて投射している。これにより、ハイポイドギヤ１の強度ネックである歯底１ａにショットが確実に投射される。
【００１６】
前記した図２においては、横軸を破損回数、縦軸を入力軸トルクとしており、実線が「ガス浸炭＋現状（通常）のショット」で、破線が「真空浸炭＋現状（通常）のショット」に対応している。
【００１７】
これによれば、「真空浸炭＋現状（通常）のショット」の方が、「ガス浸炭＋現状（通常）のショット」よりも、噛み合い疲労強度が低下していることがわかる。ここで、破損回数Ｔは１０万回強度に対応し、このとき前者が後者に対し約１０％低い疲労強度となっている。
【００１８】
このように、迅速浸炭に対応する真空浸炭を実施した後、前記図３に示す現状（通常）のショットピーニング加工を行った場合には、ショットを強度ネックである歯底１ａに向けて投射しているので、歯面エッジ部１ｃ付近の疲労強度が低下したものとなる。この歯面エッジ部１ｃ付近は、他の歯車との噛み合い時に、応力を特に受ける部位であり、高い疲労強度が要求されている。
【００１９】
そこで、本実施形態では、上記した歯面エッジ部１ｃ付近の疲労強度低下を補うために、図４に示すようなショットピーニング加工を行う。
【００２０】
図４（ａ）は、本発明の一実施形態に係わるショットピーニング加工を行っている状態を示す、前記図３に相当する斜視図、図４（ｂ）は同正面図である。なお、ここでは、前記図３と同一部分に同一符号を付している。
【００２１】
この実施形態は、図３に示した現状のショット方法に対し、ショット投射ノズル５のショット投射方向を、ハイポイドギヤ１の中心軸線７を含む平面Ｐ（図５参照）に対し、ハイポイドギヤ１の半径方向外側（図５中で下部側）にずれた方向としている。この際、ショット投射ノズル５の先端を上記ずれた方向に向け、また歯幅Ｈの全域にショットを投射するために、ショット投射ノズル５を円周方向に沿って複数設置してもよい。
【００２２】
ショット投射ノズル５のショット投射方向を上記のように設定することで、ハイポイドギヤ１の強度ネックである歯底１ａとともに、真空浸炭によって強度低下している歯面エッジ部１ｃ付近に対しても、ショットを充分照射して疲労強度を高めることができる。
【００２３】
ここで、ショット投射ノズル５の、ショット投射方向の中心軸線７を含む平面Ｐに対するずれ量は、ハイポイドギヤ１の外径の１５〜２５％が好ましい。なお、ここでのずれ量は、上記した平面Ｐからショット投射ノズル５の投射口中心の延長線が歯部に交差する点までの、図５中で上下方向長さに相当するものとする。
【００２４】
図５は、ハイポイドギヤ１に対しショット投射ノズル５のショット方向を変化させた場合の平面図で、水準１は、前記図３に示した現状のショット方法に対応し、中心軸線７を含む平面Ｐに沿ってショットを投射する状態に相当し、水準２は、上記したずれ量をハイポイドギヤ１の外径の５％とした状態に相当する。以後、水準３〜５は、水準２に対してずれ量を順次５％ずつ増加させている。
【００２５】
図６は、ショットピーニング後の歯部表面からの距離に応じた残留圧縮応力値を、上記した水準１における歯底１ａと歯面エッジ部１ｃ付近および、水準５における歯底１ａと歯面エッジ部１ｃ付近について示している。これによれば、歯底１ａについては、水準１と水準５でほぼ同等の残留圧縮応力値であるが、歯面エッジ部１ｃ付近については、ショット投射ノズル５のずれ量を２０％とした水準５が、水準１に対して残留圧縮応力値が２５〜３０％程度向上している。これは、ガス浸炭に水準１のショット手法を適用した場合と同等のレベルである。
【００２６】
なお、ショット投射ノズル５のショット投射方向の中心軸線７を含む平面Ｐに対するずれ量を、上記の２０％からさらに２５％と増やすことで、歯面エッジ部１ｃ付近の残留圧縮応力は増加していくが、歯底１ａへのショット投射量が減少するため、歯底１ａの残留圧縮応力が低下して強度低下が予想されるので、ずれ量を２０％とすることで、歯底１ａおよび歯面エッジ部１ｃ付近の双方の疲労強度を所望に確保することができる。
【００２７】
このように、本実施形態では、通常の浸炭焼入れ処理に比較して大幅な処理時間短縮が可能な真空浸炭焼入れ処理後に、歯底１ａと比較して歯面エッジ部１ｃ付近の炭素濃度が高まって残留オーステナイトの増加により疲労強度が低下しても、真空浸炭焼入れ処理後のショットピーニング加工を、ショット投射ノズル５のショット投射方向をハイポイドギヤ１の中心軸線７を含む平面Ｐから半径方向外側にずれた方向として、ハイポイドギヤ１の歯底１ａとともに歯面エッジ部１ｃ付近に対して行うようにしたので、歯面エッジ部１ｃ付近の疲労強度低下を補うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】ガス浸炭および真空浸炭を行った場合のハイポイドギヤの歯底および歯面エッジ部付近の表面炭素濃度を示す説明図である。
【図２】ガス浸炭および真空浸炭後のハイポイドギヤに、現状のショットピーニング加工を行った場合の、ハイポイドギヤの噛み合い疲労強度を示す説明図である。
【図３】現状のショットピーニング加工を示す斜視図である。
【図４】（ａ）は、本発明の一実施形態に係わるショットピーニング加工を行っている状態を示す、図３に相当する斜視図、（ｂ）は同正面図である。
【図５】ハイポイドギヤに対しショット投射ノズルのショット方向を変化させた場合の平面図である。
【図６】ショットピーニング後の表面からの距離に応じた残留圧縮応力値を、水準１における歯底と歯面エッジ部付近および、水準５における歯底と歯面エッジ部付近についてそれぞれ示した説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  ハイポイドギヤ（円形の歯車）
１ａ  歯底
１ｂ  歯面
１ｃ  歯面エッジ部（歯面における歯幅方向外側の端部）
５  ショット投射ノズル
７  ハイポイドギヤの中心軸線
Ｐ  ハイポイドギヤの中心軸線を含む平面
【図１】
2007051354.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007051354.tif 000007
【図６】
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