(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材から得られた歯車成形体に対して浸炭浸窒処理を施した後に焼入れ処理を施してなり、表面から深さ５０μｍまでの炭素濃度が０．５〜１．０重量％、表面から深さ５０μｍまでの窒素濃度が０．１〜０．３重量％で、かつ、表面から深さ５０μｍまでの残留オーステナイト量が４０体積％以下であり、
前記鋼材は、重量％で、Ｃ：０．１０〜０．３０％、Ｓｉ：０．０１〜０．１０％、Ｍｎ：０．６０超過〜１．５０％、Ｃｒ：０．３０〜１．５０％、Ｍｏ：０．３０〜１．００％を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、回転曲げ疲労強度に優れたことを特徴とする高強度歯車。
【請求項２】
表面から深さ５０μｍまでの残留オーステナイト量が１５体積％を超えていることを特徴とする請求項１記載の高強度歯車。
【請求項３】
ショットピーニングによる圧縮残留応力分布が存在しないことを特徴とする請求項１又は２記載の高強度歯車。
【請求項４】
前記鋼材は、重量％で、Ｖ：０．０５〜０．４０％、Ｎｂ：０．０１〜０．１０％のうちの１種以上をさらに含有することを特徴とする請求項１、２又は３記載の高強度歯車。
【請求項５】
前記鋼材は、重量％で、Ｃａ：０．００１０〜０．０１００％、Ｔｅ：０．００１０〜０．０１００％のうちの１種以上をさらに含有することを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の高強度歯車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両や産業機械等の各種機械構造物の機械要素のうち歯車として利用される、歯面及び歯元の疲労強度に優れた高強度歯車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のトランスミッション用歯車の寿命が尽きる原因は、大別して、歯元の曲げ疲労破壊と歯面の損傷破壊（ピッチング）とに分けられる。そして、歯元の曲げ疲労破壊は、歯元に高荷重がかかる傾向にある低速回転歯車に発生し易く、一方、歯面の損傷破壊は、歯面にすべりを伴う高面圧がかかる傾向にある高速回転歯車に発生し易い。このため、低速回転歯車の寿命を延ばすためには、歯元の耐曲げ疲労性を高めることが重要であり、一方、高速回転歯車の寿命を延ばすためには、歯面の耐ピッチング性を高めることが重要である。
【０００３】
ここに、歯元の耐曲げ疲労性を高めるためには、歯元の表面硬度を高めることが有効であることが知られている。一方、歯面の損傷破壊は、すべり摩擦や高面圧により発生する熱により歯面の表面が軟化して強度が低下することに主に起因しており、したがって歯面の耐ピッチング性を高めるためには、歯面の表面硬度を高めるとともに歯面表面の軟化抵抗を高めることが有効であることが知られている。
【０００４】
そこで、従来より、低速回転用の歯車に対しては、高強度浸炭用鋼を素材として用いたり、あるいは歯車の表面にショットピーニング処理を施したりすること等により、歯元の表面硬度を高めて歯元の耐曲げ疲労性を向上させることが行われている。一方、高速回転用の歯車に対しては、浸炭浸窒処理や高炭素浸炭処理を施すこと等により、歯面の表面硬度や歯面表面の軟化抵抗を高めて歯面の耐ピッチング性を向上させることが行われている。
【０００５】
ところで、近年、トランスミッションの小型軽量化や部品一体化による低コスト化等のニーズに伴い、歯車は、そのいくつかがシャフト部品と一体化した形状として供されるようになってきている。例えば、低速回転歯車及び高速回転歯車の双方を含むシャフト部品が一体品として形成されるようになってきている。この場合、かかる一体シャフト部品には、歯元の耐曲げ疲労性及び歯面の耐ピッチング性の双方の性能を兼ね備えることが求められる。
【０００６】
ところが、歯元の耐曲げ疲労性及び歯面の耐ピッチング性をともに大幅に向上させることは、困難であることが明らかとなった。
【０００７】
すなわち、歯面の耐ピッチング性を向上させるべく、浸炭浸窒処理を施す場合、表面への浸炭量や浸窒量を増加させれば、その分表面硬度や表面の軟化抵抗を高めて耐ピッチング性を向上させることができる。しかしながら、浸炭量を過度に増加させると、基地のマルテンサイトよりも硬度の低い残留オーステナイトが多量に発生し、また浸窒量を過度に増加させると、材質によっては粒界に粗大な窒化物が優先析出する。そして、上記残留オーステナイトの多量な発生や粗大な窒化物の析出は、特に歯元の耐曲げ疲労性を大幅に低下させる原因となることが明らかとなった。
【０００８】
なお、浸炭浸窒処理を施して耐ピッチング性を向上させた表面に、圧縮残留応力により表面硬度を高めて耐曲げ疲労性を高めるべくショットピーニング処理をすることは、多量な残留オーステナイトや粗大な窒化物が存在する内部に亀裂が発生し易くなり、歯車自体の強度低下に繋がることから、好ましい対策とは言えない。
【０００９】
また、高強度浸炭用鋼の採用により耐曲げ疲労性の向上を狙うことは、高価な合金元素の多量添加によってコスト高になるという問題がある。
【００１０】
さらに、歯面の耐ピッチング性を向上させるべく、高炭素浸炭処理を施す場合は特殊な設備が必要となり、また炉内雰囲気を高炭素濃度に安定的に管理する上での技術的課題も多いといった問題がある。
【００１１】
一方、特開平７−５４０５０号公報には、歯車の歯元の耐曲げ疲労性と歯面の耐ピッチング性の両特性を改善する技術が開示されている。この技術では、浸炭浸窒処理で炭素、窒素原子を歯車の表面に侵入させて、表面炭素濃度及び表面窒素濃度を所定の範囲（表面炭素濃度：０．７重量％以上、表面窒素濃度：０．２重量％以上、（表面炭素濃度＋表面窒素濃度）：１．３重量以下）とし、その後、炭素、窒素原子の内部への拡散処理により、内部の残留オーステナイト量を増大させる一方、最表面の炭素及び窒素濃度を比較的低く調整して最表面付近（表面から４０μｍ深さまで）の残留オーステナイト量を４０体積％以下とする。そして、所定のショットピーニング処理を施して、加工誘起変態により最表面付近の残留オーステナイト量を１５体積％以下に減少させるとともに、１００〜４００μｍ深さにおいては２０〜４０体積％の残留オーステナイトが残った状態とする。その後、さらに相手歯車と接触する部分に相当する歯面だけを表面から４０〜３００μｍ深さまでの範囲で研削等で除去して、その歯面の表面から１００μｍ深さまでの残留オーステナイト量を１５〜４０体積％に調整する。こうして、歯元の表面から４０μｍ深さまでの残留オーステナイト量を１５体積％以下とする一方、歯面の表面から１００μｍ深さまでの残留オーステナイト量を１５〜４０体積％として、歯元部と歯面部とで異なる残留オーステナイト分布としている。
【００１２】
したがって、上記公報に開示された技術によれば、歯元の最表面付近における残留オーステナイト量を１５体積％以下とすることで、基地組織よりも軟質な残留オーステナイトに歪みが集中して亀裂の発生が促進されることを抑えて、歯元の耐曲げ疲労性を向上させることができ、一方相手歯車と接触する歯面の表面から１００μｍ深さまでの残留オーステナイト量を１５〜４０体積％に調整することで、十分な残留オーステナイト量を確保して耐ピッチング性を向上させることができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報の技術では、歯元の耐曲げ疲労性を向上させるべく、浸炭浸窒処理及び拡散処理を順次施した後にショットピーニング処理を施すことから、上述したように基地のマルテンサイトに比べて硬度の低い残留オーステナイトから微小な亀裂を発生させることとなり、かえって耐ピッチング性を低下させてしまう結果となる。
【００１４】
また、上記公報の技術は、残留オーステナイト分布を歯元と歯面とで異ならせることにより、歯元の耐曲げ疲労性及び歯面の耐ピッチング性の両特性を両立させようとするものであるため、歯面研削により歯面における残留オーステナイト分布を調整するという工程を必要とし、製造工程の複雑化を招来する。
【００１５】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、ショットピーニングを施したり、あるいは歯面を研削したりすることなく、歯面の耐ピッチング性及び歯元の耐曲げ疲労性を共に向上せしめた高強度歯車を提供することを解決すべき技術課題とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
（１）請求項１記載の高強度歯車は、鋼材から得られた歯車成形体に対して浸炭浸窒処理を施した後に焼入れ処理を施してなり、表面から深さ５０μｍまでの炭素濃度が０．５〜１．０重量％、表面から深さ５０μｍまでの窒素濃度が０．１〜０．３重量％で、かつ、表面から深さ５０μｍまでの残留オーステナイト量が４０体積％以下であり、前記鋼材は、重量％で、Ｃ：０．１０〜０．３０％、Ｓｉ：０．０１〜０．１０％、Ｍｎ：０．６０超過〜１．５０％、Ｃｒ：０．３０〜１．５０％、Ｍｏ：０．３０〜１．００％を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、回転曲げ疲労強度に優れたことを特徴とするものである。
【００１７】
（２）請求項２記載の高強度歯車は、請求項１記載の高強度歯車において、表面から深さ５０μｍまでの残留オーステナイト量が１５体積％を超えていることを特徴とするものである。
【００１８】
（３）請求項３記載の高強度歯車は、請求項１又は２記載の高強度歯車において、ショットピーニングによる圧縮残留応力分布が存在しないことを特徴とするものである。
【００１９】
（４）請求項４記載の高強度歯車は、請求項１乃至３記載の高強度歯車において、前記鋼材は、重量％で、Ｖ：０．０５〜０．４０％、Ｎｂ：０．０１〜０．１０％のうちの１種以上をさらに含有することを特徴とするものである。
【００２０】
（５）請求項５記載の高強度歯車は、請求項１乃至４記載の高強度歯車において、前記鋼材は、重量％で、Ｃａ：０．００１０〜０．０１００％、Ｔｅ：０．００１０〜０．０１００％のうちの１種以上をさらに含有することを特徴とするものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の高強度歯車は、鋼材を素材として、塑性加工や切削加工等を行うことにより歯車成形体とし、この歯車成形体に対して浸炭浸窒処理を施した後に焼入れ処理を施し、必要に応じて焼き戻し処理を施すことにより、製造することができる。すなわち、本発明の高強度歯車は、浸炭浸窒処理を施した後に、ショットピーニングを施したり、あるいは歯面を研削したりすることがない。
【００２３】
上記鋼材としては、後述するように、歯元の耐曲げ疲労性及び歯面の耐ピッチング性の両特性の両立や、素材の加工性（被削性等）の向上等を効果的に図る観点より、特定の成分組成を有する鋼材を用いる。
【００２４】
上記浸炭浸窒処理及び焼入れ処理に際しては、特に格別な手法を採用せねばならないことはなく、このような熱処理を施すことによって、表面から深さ５０μｍまでの炭素濃度が０．５〜１．０重量％、表面から深さ５０μｍまでの窒素濃度が０．１〜０．３重量％で、かつ、表面から深さ５０μｍまでの残留オーステナイト量が４０体積％以下となるようにすればよい。
【００２５】
ここに、表面から深さ５０μｍまでにおける炭素濃度、窒素濃度及び残留オーステナイト量の限定理由を以下に示す。
【００２６】
炭素は、焼入れ後の硬さを決定する重要な元素である。表面硬化層における炭素の含有量が過少であると、十分な表面硬さが得られないために、歯面の耐ピッチング性及び歯元の耐曲げ疲労性を共に低下させてしまう。よって、表面から深さ５０μｍまでの炭素濃度の下限を０．５重量％とした。しかし、表面付近における炭素の含有量が過多になると、歯元の耐曲げ疲労性に悪影響を及ぼす残留オーステナイトが多量に生成されるため、表面から深さ５０μｍまでの炭素濃度の上限を１．０重量％とした。
【００２７】
窒素は、ピッチング発生の原因となる歯面のすべり摩擦による軟化を抑制する効果と、歯元の曲げ疲労亀裂の原因となる不完全焼入れ組織を低減する効果とを兼ね備えた元素である。表面付近における窒素の含有量が過少であると、上記効果が十分に得られないために、歯面の耐ピッチング性及び歯元の耐曲げ疲労性が共に十分に向上しない。よって、表面から深さ５０μｍまでの窒素濃度の下限を０．１重量％とした。しかし、表面付近における窒素の含有量が過多になると、粒界に粗大な窒化物（クロム窒化物等）が析出してしまい、特に、歯元の耐曲げ疲労性を低下させるため、表面から深さ５０μｍまでの窒素濃度の上限を０．３重量％とした。
【００２８】
残留オーステナイトは、基地のマルテンサイトに比べて硬度が低いため、歯元の曲げ疲労亀裂の発生起点になりやすい。しかし、その量が４０体積％以下であれば悪影響を及ぼさないことを見出したため、表面から深さ５０μｍまでの残留オーステナイト量の上限を４０体積％とした。一方、表面付近における残留オーステナイト量が過少であると、転動中に生じる残留オーステナイトの加工誘起マルテンサイト量が少なくなり、表面硬さの向上効果が小さくなるため、表面から深さ５０μｍまでの残留オーステナイト量は１５体積％超過とすることが好ましい。
【００２９】
また、本発明の高強度歯車では、上述したように、歯元の耐曲げ疲労性及び歯面の耐ピッチング性の両特性の両立等をより効果的に図る観点より、特定の成分組成を有する鋼材を用いる。
【００３０】
すなわち、本発明の高強度歯車で用いる鋼材は、重量％で、Ｃ：０．１０〜０．３０％、Ｓｉ：０．０１〜０．１０％、Ｍｎ：０．６０超過〜１．５０％、Ｃｒ：０．３０〜１．５０％、Ｍｏ：０．３０〜１．００％を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなるものである。
【００３１】
各成分の限定理由は以下のとおりである。
【００３２】
Ｃ：０．１０〜０．３０％
Ｃは歯車の芯部硬さを確保するのに有効な元素であり、かかる効果を得るためにＣの含有量の下限を０．１０％とすることが好ましい。一方、Ｃの含有量が多ければそれだけ芯部硬さを向上させることができるが、多すぎると素材の硬さが高くなって加工性を低下させるため、Ｃの含有量の上限を０．３０％とすることが好ましい。
【００３３】
Ｓｉ：０．０１〜０．１０％
Ｓｉは溶製時に脱酸剤及び脱硫剤として作用する。しかし、Ｓｉの含有量が過多になると、浸炭時のオーステナイト粒界に多くの粒界酸化が生成するようになる。この粒界酸化の生成は、それが切り欠き効果となって表面硬度を低下させるため、歯元の耐曲げ疲労性及び歯面の耐ピッチング性の両特性の低下要因となる。このため、Ｓｉの含有量の上限は０．１０％とすることが好ましい。Ｓｉ量は少ないほど好ましいが、０．０１％未満まで低減させようとすると逆にコスト高となるため、Ｓｉの含有量の下限は０．０１％とすることが好ましい。
【００３４】
Ｍｎ：０．６０超過〜１．５０％
Ｍｎは、Ｓｉと同様、溶製時に脱酸剤及び脱硫剤として作用するとともに、安価に鋼の焼入れ性を確保できる元素である。かかる効果を得るためにＭｎの含有量は０．６０％超過とすることが好ましい。一方、Ｍｎの含有量が過多になると、Ｓｉと同様、粒界酸化の生成により歯元の耐曲げ疲労性及び歯面の耐ピッチング性の両特性を低下させるとともに、素材の加工性を低下させるため、Ｍｎの含有量の上限は１．５０％とすることが好ましい。
【００３５】
Ｃｒ：０．３０〜１．５０％、
Ｃｒは鋼の焼入れ性の向上に寄与するとともに、ピッチングのようなすべりを伴う接触での発熱に対する軟化抵抗を向上させる元素である。かかる効果を得るためにＣｒの含有量の下限は０．３０％とすることが好ましい。一方、Ｃｒの含有量が過多になると、素材の加工性を低下させるため、Ｃｒの含有量の上限は１．５０％とすることが好ましい。
【００３６】
Ｍｏ：０．３０〜１．００％
Ｍｏは耐ピッチング性を向上させる元素であり、かかる効果を得るためにＭｏの含有量の下限は０．３０％とすることが好ましい。一方、Ｍｏの含有量が過多になると、素材の加工性を低下させるため、Ｍｏの含有量の上限は１．００％とすることが好ましい。
【００３７】
また、本発明の高強度歯車で用いる鋼材は、重量％で、Ｖ：０．０５〜０．４０％、Ｎｂ：０．０１〜０．１０％のうちの１種以上をさらに含有することが好ましい。
【００３８】
Ｖ、Ｎｂはいずれも微細な炭窒化物を形成し、浸炭浸窒処理時の結晶粒微細化に寄与する。したがって、必要に応じてこれらの１種以上を添加することによって結晶粒を微細化することも望ましい。かかる効果を得るためには、Ｖの含有量の下限は０．０５％とし、Ｎｂの含有量の下限は０．０１％とすることが好ましい。一方、多すぎるとその効果が飽和するとともに、素材の加工性を低下させるため、Ｖの含有量の上限は０．４０％と、Ｎｂの含有量の上限は０．１０％とすることが好ましい。
【００３９】
さらに、本発明の高強度歯車で用いる鋼材は、重量％で、Ｃａ：０．００１０〜０．０１００％、Ｔｅ：０．００１０〜０．０１００％のうちの１種以上をさらに含有することが好ましい。
【００４０】
前述の通り、Ｓｉ量の低減により粒界酸化を低減させることや、浸炭浸窒処理による窒素の侵入により表面の焼入れ性を向上させて表面の不完全焼入れ組織を低減させることによって、耐ピッチング性を向上させることができる。ところが、耐ピッチング特性に対しては、鋼中に存在する介在物もピッチング発生の起点となっており、特に歯車の製品に至るまでの加工で延伸されたＭｎＳがピッチング発生の起点となっていることが本発明者等により明らかとなった。すなわち、ＭｎＳの延伸を抑制すれば、耐ピッチング性を効果的に向上させうることが明らかとなった。
【００４１】
Ｃａ、ＴｅはＭｎＳを（Ｍｎ、Ｃａ）Ｓ又は（Ｍｎ、Ｔｅ）Ｓ、（Ｍｎ、Ｃａ、Ｔｅ）Ｓ等に制御し、鋼の熱間圧延や歯車製造での熱間鍛造工程での硫化物（ＭｎＳ）の延伸を抑制する。かかる効果を得るためにＣａ、Ｔｅのうちの１種以上を０．００１００％以上添加することが好ましい。一方、Ｃａ、Ｔｅの含有量が過多になると、その効果が飽和するとともに、素材の加工性を低下させるため、Ｃａ、Ｔｅの含有量の上限は０．０１００％とすることが好ましい。
【００４２】
なお、本発明の高強度歯車は、製造上、快削性が要求される場合は、Ｓを０．０３％以下含有させることができる。
【００４３】
したがって、本発明の高強度歯車では、表面から深さ５０μｍまでの範囲に適正量の炭素及び窒素を含むので、表面硬度及び表面の軟化抵抗が高いものとなる。よって、歯面の耐ピッチング性の向上を効果的に図ることができる。また、表面から深さ５０μｍまでの残留オーステナイト量が所定値以下に抑えられ、かつ、表面における粗大な窒化物の析出も抑えられるため、歯元の耐曲げ疲労性の向上も効果的に図ることができる。
【００４４】
また、前述の通り、浸炭浸窒処理を施した表面にショットピーニング処理を施すと、硬度の低い残留オーステナイトから亀裂が発生して耐ピッチング性の低下に繋がるが、ショットピーニング処理を施すことなく製造される本発明の高強度歯車は、ショットピーニングによる圧縮残留応力分布が存在しないものとなり、ショットピーニング処理による耐ピッチング性の低下のおそれもない。また、本発明の高強度歯車は、歯面研削等により歯面における残留オーステナイト分布を調整するという工程を必要としないので、その分製造工程も簡略化させることができる。
【００４５】
よって、本発明の高強度歯車によれば、高強度浸炭用鋼を採用したり、あるいはショットピーニングを施したりすることなく、歯面の耐ピッチング性及び歯元の耐曲げ疲労性を共に効果的に向上させることが可能となる。
【００４６】
また、本発明の高強度歯車において、上記したような特定の組成成分の鋼材を用いているので、歯元の耐曲げ疲労性及び歯面の耐ピッチング性の両特性の両立等をより効果的に図ることができる。
【００４７】
【実施例】
［第１参考例］
（参考例１）
表１に示す化学成分を有する鋼（ＳＣｒ４２０Ｈ）を溶製した後、造塊し、熱間圧延加工により、素材を作成した。そして、焼きならし処理を施した後に、図１に示すローラピッチング試験片１及び図２に示す小野式回転曲げ疲労試験片２をそれぞれ作製した。なお、ローラピッチング試験片１は、全長：Ｌ1 ＝１３０ｍｍ、中央部の大径部１ａの直径：Ｄ1 ＝２６ｍｍ、大径部１ａの長さ：Ｌ2 ＝２８ｍｍ、両端部の小径部１ｂ、１ｂの直径：Ｄ2 ＝２４ｍｍの断面円形の棒状部材である。また、回転曲げ疲労試験片２は、全長：Ｌ3 ＝１１０ｍｍ、中央部の小径部２ａの直径：Ｄ3 ＝１０ｍｍ、小径部２ａの長さ：Ｌ4 ＝４０ｍｍ、両端部の大径部２ｂ、２ｂの直径：Ｄ4 ＝１２ｍｍの断面円形の棒状部材で、小径部２ａの中心部にＲ１ｍｍのノッチ２ｃを有するものである。
【００４８】
【表１】
0003967503.tif 000002
【００４９】
次に、上記ローラピッチング試験片１及び回転曲げ疲労試験片２に、図３に示すような条件の浸炭浸窒処理及び焼入れ処理を施した。
【００５０】
すなわち、まず処理材を９５０℃に加熱して浸炭及び拡散処理した。このとき、浸炭時の炭素ポテンシャル（Ｃ．Ｐ．）値は０．８％、処理時間は４０分であり、拡散時のＣ．Ｐ．値は０．７％、処理時間は４０分である。
【００５１】
浸炭処理を終えた処理材を、８５０℃の下で浸窒処理した。浸窒処理時間は４５分であり、浸窒時のＣ．Ｐ．値は０．６０％、アンモニア濃度は１．０体積％である。
【００５２】
こうして浸炭浸窒処理を終えた処理材を１３０℃の油中で冷却することにより焼入れ処理を施した。
【００５３】
最後に、処理材を１６０℃に加熱し、この温度で６０分間保持して焼戻し処理を施した。
【００５４】
こうして得られたローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２は、表２に示すように、表面から深さ５０μｍまでの範囲で、炭素濃度が０．６３重量％、窒素濃度が０．２３重量％で、かつ、残留オーステナイト（γ）量が２５体積％である表面硬化層となっていた。
【００５５】
なお、炭素濃度及び窒素濃度は、表面から５０μｍ深さまでの切粉を採取し、化学分析によって求めたものである。
【００５６】
また、残留オーステナイト量は、微小部Ｘ線応力測定装置を用いたＸ線回折法により求めたものである。測定条件は、Ｃｒ管球を用いて４０ｋＶ、３０ｍｍＡ、コリメーターを２ｍｍ角とした。なお、表面から深さ方向の測定は２ｍｍ角の面積を電解研磨により研磨し、それ以外の部分を被覆して測定領域以外の回折波の遮断処理を施した。また、残留オーステナイトの定量測定は、フェライトの（２１１）面とオーステナイトの（２２０）面のピークを測定し、それぞれのピークの面積比から残留オーステナイト量を測定することにより行った。
【００５７】
（参考例２）
浸炭浸窒処理において、浸炭時のＣ．Ｐ．値を１．０％、拡散時のＣ．Ｐ．値を０．９％、浸窒時のＣ．Ｐ．値を０．８％、アンモニア濃度を０．５体積％とすること以外は上記参考例１と同様に、ローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２を得た。
【００５８】
こうして得られたローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２は、表２に示すように、表面から深さ５０μｍまでの範囲で、炭素濃度が０．７５重量％、窒素濃度が０．１２重量％で、かつ、残留オーステナイト量が１９体積％である表面硬化層となっていた。
【００５９】
（参考例３）
浸炭浸窒処理において、浸炭時のＣ．Ｐ．値を１．０％、拡散時のＣ．Ｐ．値を０．９％、浸窒時のＣ．Ｐ．値を０．８％、アンモニア濃度を１．０体積％とすること以外は上記参考例１と同様に、ローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２を得た。
【００６０】
こうして得られたローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２は、表２に示すように、表面から深さ５０μｍまでの範囲で、炭素濃度が０．７８重量％、窒素濃度が０．２１重量％で、かつ、残留オーステナイト量が２７体積％である表面硬化層となっていた。
【００６１】
（参考例４）
浸炭浸窒処理において、浸炭時のＣ．Ｐ．値を１．０％、拡散時のＣ．Ｐ．値を０．９％、浸窒時のＣ．Ｐ．値を０．８％、アンモニア濃度を２．０体積％とすること以外は上記参考例１と同様に、ローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２を得た。
【００６２】
こうして得られたローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２は、表２に示すように、表面から深さ５０μｍまでの範囲で、炭素濃度が０．７６重量％、窒素濃度が０．３０重量％で、かつ、残留オーステナイト量が３５体積％である表面硬化層となっていた。
【００６３】
（参考例５）
浸炭浸窒処理において、浸炭時のＣ．Ｐ．値を１．１％、拡散時のＣ．Ｐ．値を１．０％、浸窒時のＣ．Ｐ．値を０．９％、アンモニア濃度を１．０体積％とすること以外は上記参考例１と同様に、ローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２を得た。
【００６４】
こうして得られたローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２は、表２に示すように、表面から深さ５０μｍまでの範囲で、炭素濃度が０．９２重量％、窒素濃度が０．１９重量％で、かつ、残留オーステナイト量が３２体積％である表面硬化層となっていた。
【００６５】
（比較例１）
浸炭浸窒処理において、浸炭時のＣ．Ｐ．値を０．６％、拡散時のＣ．Ｐ．値を０．５％、浸窒時のＣ．Ｐ．値を０．４％、アンモニア濃度を０．５体積％とすること以外は上記参考例１と同様に、ローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２を得た。
【００６６】
こうして得られたローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２は、表２に示すように、表面から深さ５０μｍまでの範囲で、炭素濃度が０．４５重量％、窒素濃度が０．１２重量％で、かつ、残留オーステナイト量が１２体積％である表面硬化層となっていた。
【００６７】
（比較例２）
浸炭浸窒処理において、浸炭時のＣ．Ｐ．値を１．０％、拡散時のＣ．Ｐ．値を０．９％、浸窒時のＣ．Ｐ．値を０．８％、アンモニア濃度を０体積％とすること以外は上記参考例１と同様に、ローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２を得た。
【００６８】
こうして得られたローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２は、表２に示すように、表面から深さ５０μｍまでの範囲で、炭素濃度が０．７４重量％、窒素濃度が０重量％で、かつ、残留オーステナイト量が１２体積％である表面硬化層となっていた。
【００６９】
（比較例３）
浸炭浸窒処理において、浸炭時のＣ．Ｐ．値を１．０％、拡散時のＣ．Ｐ．値を０．９％、浸窒時のＣ．Ｐ．値を０．８％、アンモニア濃度を１．０体積％、焼入れ時の油温を１８０℃とすること以外は上記参考例１と同様に、ローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２を得た。
【００７０】
こうして得られたローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２は、表２に示すように、表面から深さ５０μｍまでの範囲で、炭素濃度が０．７５重量％、窒素濃度が０．１５重量％で、かつ、残留オーステナイト量が４８体積％である表面硬化層となっていた。
【００７１】
（比較例４）
浸炭浸窒処理において、浸炭時のＣ．Ｐ．値を１．０％、拡散時のＣ．Ｐ．値を０．９％、浸窒時のＣ．Ｐ．値を０．８％、アンモニア濃度を３．０体積％とすること以外は上記参考例１と同様に、ローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２を得た。
【００７２】
こうして得られたローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２は、表２に示すように、表面から深さ５０μｍまでの範囲で、炭素濃度が０．７６重量％、窒素濃度が０．４０重量％で、かつ、残留オーステナイト量が３６体積％である表面硬化層となっていた。
【００７３】
（比較例５）
浸炭浸窒処理において、浸炭時のＣ．Ｐ．値を１．８％、拡散時のＣ．Ｐ．値を１．６％、浸窒時のＣ．Ｐ．値を１．５％、アンモニア濃度を１．０体積％とすること以外は上記参考例１と同様に、ローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２を得た。
【００７４】
こうして得られたローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２は、表２に示すように、表面から深さ５０μｍまでの範囲で、炭素濃度が１．５３重量％、窒素濃度が０．２３重量％で、かつ、残留オーステナイト量が５９体積％である表面硬化層となっていた。
【００７５】
（比較例６）
上記参考例４で得られたローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２に、アークハイト０．８ｍｍＡのショットピーニング処理を施した。
【００７６】
こうして得られたローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２は、表２に示すように、表面から深さ５０μｍまでの範囲で、炭素濃度が０．７６重量％、窒素濃度が０．３０重量％で、かつ、残留オーステナイト量が１２体積％である表面硬化層となっていた。
【００７７】
（評価試験）
上記参考例１〜５及び比較例１〜５で得られたローラピッチング試験片１及び回転曲げ疲労試験片２を用いて、耐ピッチング性及び耐曲げ疲労性を評価した。
【００７８】
耐ピッチング性は、ローラピッチング試験により評価した。これは、図４に示すように、径１３０ｍｍ、厚さ１８ｍｍの相手材ローラ３をローラピッチング試験片１の大径部１ａに押し付けて回転させ、大径部１ａの表面にピッチングが発生するまでの回転数を調べることにより行った。なお、相手材ローラ３の材質、浸炭浸窒処理等は、ローラピッチング試験片１と同じとした。また、ローラピッチング試験条件は、以下のとおりである。
【００７９】
接触面圧：３５００ＭＰａ
回転数  ：１０００ｒｐｍ
すべり率：−４０％
潤滑油  ：オートマチックトランスミッション用オイル（８０℃）
また、耐曲げ疲労性は、小野式回転曲げ疲労試験により評価した。これは、ＪＩＳ  Ｚ２２７４に準じた方法でＳ−Ｎ線図を作成し、そのＳ−Ｎ線図の振幅応力５００ＭＰａにおける破断寿命で耐疲労性を評価した。
【００８０】
ローラピッチング試験及び小野式回転曲げ疲労試験の結果を図５及び図６、並びに表２に示す。
【００８１】
【表２】
0003967503.tif 000003
【００８２】
これらの結果から明らかなように、表面から深さ５０μｍまでの範囲で、炭素濃度が０．５〜１．０重量％、窒素濃度が０．１〜０．３重量％で、かつ、残留オーステナイト量が４０体積％以下である本参考例１〜５については、いずれもローラピッチング発生寿命が１．８×１０6 回以上、回転曲げ疲れ寿命が３．５×１０6 回以上であり、耐ピッチング性及び耐曲げ疲労性が共に大幅に向上していることが認められた。
【００８３】
一方、表面から深さ５０μｍまでの範囲で、炭素濃度、窒素濃度及び残留オーステナイト量のうちのいずれか一つ以上が本発明の範囲から外れている比較例１〜５については、いずれも回転曲げ疲れ寿命が１．０×１０5 回以下であり、耐曲げ疲労性が本参考例のものと比べて極端に劣っていた。
【００８４】
また、表面から深さ５０μｍまでの範囲で、炭素濃度が過少である比較例１及び窒素濃度が０重量％である比較例２については、いずれもローラピッチング発生寿命が５．０×１０4 以下であり、耐ピッチング性が本参考例のものと比べて極端に劣っていた。
【００８５】
さらに、図５及び図６から明らかなように、表面から深さ５０μｍまでの範囲で、窒素濃度が高くなればそれに応じて耐ピッチング性及び耐曲げ疲労性は向上する傾向にあるが、窒素濃度が０．３重量％を超えると耐曲げ疲労性が極端に低下することがわかる。
【００８６】
また、ショットピーニング処理を施した比較例６については、ショットピーニング処理の追加により、残留オーステナイトが加工誘起変態によりマルテンサイト化することで残留オーステナイト量が減少し、回転曲げ疲れ寿命（耐曲げ疲労性）は向上する反面、ピッチング発生寿命（耐ピッチング性）は大幅に低下した。この原因を調査した結果、ショットピーニング処理を追加した疲労試験前の試験片には、内部に微小亀裂が発生していることがわかった。この亀裂はショットピーニング処理前には認められず、基地組織のマルテンサイトに比べて硬度の低い残留オーステナイトから発生していることがわかった。この微小亀裂がピッチングの発生起点となり、ピッチング発生寿命を低下させたものと考えられる。よって、歯面の耐ピッチング性を低下させないためにも、浸炭浸窒処理後は、ショットピーニング処理を実施しないことが望ましい。
【００８７】
［第２参考例］
前記表１に示す化学成分の鋼材（ＳＣｒ４２０Ｈ）を素材として、低速回転用歯車と高速回転用歯車とが一体に設けられたマニュアルトランスミッション用の歯車成形体を成形した。そして、前記参考例３と同様の条件で、浸炭浸窒処理、焼入れ処理及び焼戻し処理を施して、マニュアルトランスミッション用歯車を製造した。
【００８８】
なお、このマニュアルトランスミッション用歯車の形状及び仕様は、以下のとおりである。
【００８９】
種類      ：はすば歯車
歯数      ：２９
モジュール：２．０３
圧力角    ：１８°
ねじれ角  ：２７°
得られた歯車は、表面から深さ５０μｍまでの表面硬化層における炭素濃度、窒素濃度及び残留オーステナイト量が前記表２に示す参考例３の表面硬化層特性と同等の値を示した。したがって、この歯車は、前記参考例３と同様、耐ピッチング性及び耐曲げ疲労性が共に大幅に向上するものと考えられる。
【００９０】
［第１実施例］
表３に示す化学成分を有する鋼Ａ〜Ｍ（ＭはＪＩＳ  ＳＣＭ４２０相当の鋼）を準備し、前記第１参考例と同様に、ローラピッチング試験片１及び小野式回転曲げ疲労試験片２をそれぞれ作製した。
【００９１】
【表３】
0003967503.tif 000004
【００９２】
（実施例６）
表３の鋼Ａを用いた上記ローラピッチング試験片１及び回転曲げ疲労試験片２に、前記第１参考例と同様に、浸炭浸窒処理、焼入れ処理及び焼戻し処理を施した。
【００９３】
この際、浸炭浸窒処理において、浸炭時のＣ．Ｐ．値を１．０％、拡散時のＣ．Ｐ．値を０．９％、浸窒時のＣ．Ｐ．値を０．８％、アンモニア濃度を１．０体積％とした。
【００９４】
こうして得られたローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２は、表４に示すように、表面から深さ５０μｍまでの範囲で、炭素濃度が０．８１重量％、窒素濃度が０．２２重量％で、かつ、残留オーステナイト量が２５体積％である表面硬化層となっていた。
【００９５】
（実施例７）
表３の鋼Ｂを用いること、及び浸炭浸窒処理において、浸炭時のＣ．Ｐ．値を０．９％、拡散時のＣ．Ｐ．値を０．８％、浸窒時のＣ．Ｐ．値を０．７％、アンモニア濃度を２．０体積％とすること以外は上記実施例６と同様に、ローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２を得た。
【００９６】
こうして得られたローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２は、表４に示すように、表面から深さ５０μｍまでの範囲で、炭素濃度が０．６５重量％、窒素濃度が０．２８重量％で、かつ、残留オーステナイト量が１８体積％である表面硬化層となっていた。
【００９７】
（実施例８）
表３の鋼Ｃを用いること、及び浸炭浸窒処理において、浸炭時のＣ．Ｐ．値を１．１％、拡散時のＣ．Ｐ．値を１．０％、浸窒時のＣ．Ｐ．値を０．９％、アンモニア濃度を０．５体積％とすること以外は上記実施例６と同様に、ローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２を得た。
【００９８】
こうして得られたローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２は、表４に示すように、表面から深さ５０μｍまでの範囲で、炭素濃度が０．９５重量％、窒素濃度が０．１１重量％で、かつ、残留オーステナイト量が２６体積％である表面硬化層となっていた。
【００９９】
（実施例９）
表３の鋼Ｄを用いること、及び浸炭浸窒処理において、浸炭時のＣ．Ｐ．値を１．０％、拡散時のＣ．Ｐ．値を０．９％、浸窒時のＣ．Ｐ．値を０．８％、アンモニア濃度を１．０体積％とすること以外は上記実施例６と同様に、ローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２を得た。
【０１００】
こうして得られたローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２は、表４に示すように、表面から深さ５０μｍまでの範囲で、炭素濃度が０．８２重量％、窒素濃度が０．２１重量％で、かつ、残留オーステナイト量が２６体積％である表面硬化層となっていた。
【０１０１】
（実施例１０）
表３の鋼Ｅを用いること、及び浸炭浸窒処理において、浸炭時のＣ．Ｐ．値を０．９％、拡散時のＣ．Ｐ．値を０．８％、浸窒時のＣ．Ｐ．値を０．７％、アンモニア濃度を２．０体積％とすること以外は上記実施例６と同様に、ローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２を得た。
【０１０２】
こうして得られたローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２は、表４に示すように、表面から深さ５０μｍまでの範囲で、炭素濃度が０．６６重量％、窒素濃度が０．２７重量％で、かつ、残留オーステナイト量が１９体積％である表面硬化層となっていた。
【０１０３】
（実施例１１）
表３の鋼Ｆを用いること、及び浸炭浸窒処理において、浸炭時のＣ．Ｐ．値を１．１％、拡散時のＣ．Ｐ．値を１．０％、浸窒時のＣ．Ｐ．値を０．９％、アンモニア濃度を０．５体積％とすること以外は上記実施例６と同様に、ローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２を得た。
【０１０４】
こうして得られたローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２は、表４に示すように、表面から深さ５０μｍまでの範囲で、炭素濃度が０．９４重量％、窒素濃度が０．１２重量％で、かつ、残留オーステナイト量が２５体積％である表面硬化層となっていた。
【０１０５】
（実施例１２）
表３の鋼Ｇを用いること、及び浸炭浸窒処理において、浸炭時のＣ．Ｐ．値を１．０％、拡散時のＣ．Ｐ．値を０．９％、浸窒時のＣ．Ｐ．値を０．８％、アンモニア濃度を１．０体積％とすること以外は上記実施例６と同様に、ローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２を得た。
【０１０６】
こうして得られたローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２は、表４に示すように、表面から深さ５０μｍまでの範囲で、炭素濃度が０．８２重量％、窒素濃度が０．２２重量％で、かつ、残留オーステナイト量が２６体積％である表面硬化層となっていた。
【０１０７】
（実施例１３）
表３の鋼Ｈを用いること、及び浸炭浸窒処理において、浸炭時のＣ．Ｐ．値を０．９％、拡散時のＣ．Ｐ．値を０．８％、浸窒時のＣ．Ｐ．値を０．７％、アンモニア濃度を１．０体積％とすること以外は上記実施例６と同様に、ローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２を得た。
【０１０８】
こうして得られたローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２は、表４に示すように、表面から深さ５０μｍまでの範囲で、炭素濃度が０．６５重量％、窒素濃度が０．２９重量％で、かつ、残留オーステナイト量が２０体積％である表面硬化層となっていた。
【０１０９】
（実施例１４）
表３の鋼Ｉを用いること、及び浸炭浸窒処理において、浸炭時のＣ．Ｐ．値を１．１％、拡散時のＣ．Ｐ．値を１．０％、浸窒時のＣ．Ｐ．値を０．９％、アンモニア濃度を０．５体積％とすること以外は上記実施例６と同様に、ローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２を得た。
【０１１０】
こうして得られたローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２は、表４に示すように、表面から深さ５０μｍまでの範囲で、炭素濃度が０．９６重量％、窒素濃度が０．１２重量％で、かつ、残留オーステナイト量が２７体積％である表面硬化層となっていた。
【０１１１】
（実施例１５）
表３の鋼Ｊを用いること、及び浸炭浸窒処理において、浸炭時のＣ．Ｐ．値を１．０％、拡散時のＣ．Ｐ．値を０．９％、浸窒時のＣ．Ｐ．値を０．８％、アンモニア濃度を１．０体積％とすること以外は上記実施例６と同様に、ローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２を得た。
【０１１２】
こうして得られたローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２は、表４に示すように、表面から深さ５０μｍまでの範囲で、炭素濃度が０．８１重量％、窒素濃度が０．２３重量％で、かつ、残留オーステナイト量が２６体積％である表面硬化層となっていた。
【０１１３】
（実施例１６）
表３の鋼Ｋを用いること、及び浸炭浸窒処理において、浸炭時のＣ．Ｐ．値を０．９％、拡散時のＣ．Ｐ．値を０．８％、浸窒時のＣ．Ｐ．値を０．７％、アンモニア濃度を２．０体積％とすること以外は上記実施例６と同様に、ローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２を得た。
【０１１４】
こうして得られたローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２は、表４に示すように、表面から深さ５０μｍまでの範囲で、炭素濃度が０．６５重量％、窒素濃度が０．２７重量％で、かつ、残留オーステナイト量が２０体積％である表面硬化層となっていた。
【０１１５】
（実施例１７）
表３の鋼Ｌを用いること、及び浸炭浸窒処理において、浸炭時のＣ．Ｐ．値を１．１％、拡散時のＣ．Ｐ．値を１．０％、浸窒時のＣ．Ｐ．値を０．９％、アンモニア濃度を０．５体積％とすること以外は上記実施例６と同様に、ローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２を得た。
【０１１６】
こうして得られたローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２は、表４に示すように、表面から深さ５０μｍまでの範囲で、炭素濃度が０．９４重量％、窒素濃度が０．１２重量％で、かつ、残留オーステナイト量が１９体積％である表面硬化層となっていた。
【０１１７】
（実施例１８）
浸炭浸窒処理において、浸炭時のＣ．Ｐ．値を０．８％、拡散時のＣ．Ｐ．値を０．７％、浸窒時のＣ．Ｐ．値を０．６％、アンモニア濃度を１．０体積％とすること以外は上記実施例６と同様に、ローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２を得た。
【０１１８】
こうして得られたローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２は、表４に示すように、表面から深さ５０μｍまでの範囲で、炭素濃度が０．５５重量％、窒素濃度が０．２２重量％で、かつ、残留オーステナイト量が１９体積％である表面硬化層となっていた。
【０１１９】
（参考例１９）
表３の鋼Ｍを用いること、及び浸炭浸窒処理において、浸炭時のＣ．Ｐ．値を１．０％、拡散時のＣ．Ｐ．値を０．９％、浸窒時のＣ．Ｐ．値を０．８％、アンモニア濃度を１．０体積％とすること以外は上記実施例６と同様に、ローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２を得た。
【０１２０】
こうして得られたローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２は、表４に示すように、表面から深さ５０μｍまでの範囲で、炭素濃度が０．８２重量％、窒素濃度が０．２３重量％で、かつ、残留オーステナイト量が３３体積％である表面硬化層となっていた。
【０１２１】
（比較例７）
表３の鋼Ｄを用いること、及び浸炭浸窒処理において、浸炭時のＣ．Ｐ．値を１．１％、拡散時のＣ．Ｐ．値を１．１％、浸窒時のＣ．Ｐ．値を１．０％、アンモニア濃度を２．０体積％とすること以外は上記実施例６と同様に、ローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２を得た。
【０１２２】
こうして得られたローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２は、表４に示すように、表面から深さ５０μｍまでの範囲で、炭素濃度が１．０５重量％、窒素濃度が０．２６重量％で、かつ、残留オーステナイト量が４６体積％である表面硬化層となっていた。
【０１２３】
（比較例８）
表３の鋼Ｇを用いること、及び浸炭浸窒処理において、浸炭時のＣ．Ｐ．値を１．０％、拡散時のＣ．Ｐ．値を０．９％、浸窒時のＣ．Ｐ．値を０．８％、アンモニア濃度を３．０体積％とすること以外は上記実施例６と同様に、ローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２を得た。
【０１２４】
こうして得られたローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２は、表４に示すように、表面から深さ５０μｍまでの範囲で、炭素濃度が０．８０重量％、窒素濃度が０．４０重量％で、かつ、残留オーステナイト量が５２体積％である表面硬化層となっていた。
【０１２５】
（比較例９）
表３の鋼Ｊを用いること、及び浸炭浸窒処理において、浸炭時のＣ．Ｐ．値を０．９％、拡散時のＣ．Ｐ．値を０．８％、浸窒時のＣ．Ｐ．値を０．８％、アンモニア濃度を０．３体積％とすること以外は上記実施例６と同様に、ローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２を得た。
【０１２６】
こうして得られたローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２は、表４に示すように、表面から深さ５０μｍまでの範囲で、炭素濃度が０．７８重量％、窒素濃度が０．０８重量％で、かつ、残留オーステナイト量が１９体積％である表面硬化層となっていた。
【０１２７】
（比較例１０）
表３の鋼Ｍを用いること、及び浸炭浸窒処理において、浸炭時のＣ．Ｐ．値を１．０％、拡散時のＣ．Ｐ．値を０．９％、浸窒時のＣ．Ｐ．値を０．８％、アンモニア濃度を０体積％とすること以外は上記実施例６と同様に、ローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２を得た。
【０１２８】
こうして得られたローラピッチング試験片１及び回転曲げ試験片２は、表４に示すように、表面から深さ５０μｍまでの範囲で、炭素濃度が０．７９重量％、窒素濃度が０．０１重量％で、かつ、残留オーステナイト量が１８体積％である表面硬化層となっていた。
【０１２９】
（評価試験）
上記実施例６〜１８及び参考例１９並びに比較例７〜１０で得られたローラピッチング試験片１及び回転曲げ疲労試験片２を用いて、耐ピッチング性及び耐曲げ疲労性を評価した。
【０１３０】
耐ピッチング性は、前記第１参考例と同様のローラピッチング試験により評価した。そして、各条件にそれぞれ５本のローラピッチング試験片１を対象として試験を行った後、ワイブルプロットを行い、５０％破損確率寿命（Ｂ50寿命）を求めて耐ピッチング性を評価した。
【０１３１】
また、耐曲げ疲労性は、小野式回転曲げ疲労試験により評価した。これは、ＪＩＳ  Ｚ２２７４に準じた方法でＳ−Ｎ線図を作成し、その疲れ強さ限度応力を測定するとともに、そのＳ−Ｎ線図の振幅応力５００ＭＰａにおける破断寿命で、耐疲労性を評価した。
【０１３２】
ローラピッチング試験及び小野式回転曲げ疲労試験の結果を表４に併せて示す。
【０１３３】
【表４】
0003967503.tif 000005
【０１３４】
これらの結果から明らかなように、表面から深さ５０μｍまでの範囲で、炭素濃度が０．５〜１．０重量％、窒素濃度が０．１〜０．３重量％で、かつ、残留オーステナイト量が４０体積％以下である本実施例６〜１８及び参考例１９については、いずれもローラピッチングＢ50寿命及び回転曲げ疲労強度が高く、耐ピッチング性及び耐曲げ疲労性が共に大幅に向上していることが認められた。
【０１３５】
一方、表面から深さ５０μｍまでの範囲で、炭素濃度、窒素濃度及び残留オーステナイト量のうちのいずれか一つ以上が本発明の範囲から外れている比較例７〜１０については、いずれも耐曲げ疲労性が本実施例のものと比べて劣っていた。
【０１３６】
また、鋼種Ａを用いた本実施例６と、鋼種Ｄを用いた本実施例９とを比較するとわかるように、Ｖを特定量含有した鋼種Ｄを用いた本実施例９は耐曲げ疲労性が向上した。
【０１３７】
また、鋼種Ｂを用いた本実施例７と、鋼種Ｅを用いた本実施例１０とを比較するとわかるように、Ｎｂを特定量含有した鋼種Ｅを用いた本実施例１０は耐曲げ疲労性が向上した。
【０１３８】
また、鋼種Ｃを用いた本実施例８と、鋼種Ｆを用いた本実施例１１とを比較するとわかるように、Ｖ及びＮｂを特定量含有した鋼種Ｆを用いた本実施例１１は耐曲げ疲労性が大幅に向上した。
【０１３９】
また、鋼種Ａを用いた本実施例６と、鋼種Ｇを用いた本実施例１２とを比較するとわかるように、Ｃａを特定量含有した鋼種Ｇを用いた本実施例１２は耐ピッチング性が向上した。
【０１４０】
また、鋼種Ｂを用いた本実施例７と、鋼種Ｈを用いた本実施例１３とを比較するとわかるように、Ｔｅを特定量含有した鋼種Ｈを用いた本実施例１３は耐ピッチング性が向上した。
【０１４１】
また、鋼種Ｃを用いた本実施例８と、鋼種Ｉを用いた本実施例１４とを比較するとわかるように、Ｃａ及びＴｅを特定量含有した鋼種Ｉを用いた本実施例１４は耐ピッチング性が大幅に向上した。
【０１４２】
また、鋼種Ａを用いた本実施例６と、鋼種Ｊを用いた本実施例１５とを比較するとわかるように、Ｖ及びＣａを特定量含有した鋼種Ｊを用いた本実施例１５は耐ピッチング性及び耐曲げ疲労性が共に大幅に向上した。
【０１４３】
また、鋼種Ｂを用いた本実施例７と、鋼種Ｋを用いた本実施例１６とを比較するとわかるように、Ｎｂ及びＣａを特定量含有した鋼種Ｋを用いた本実施例１６は耐ピッチング性及び耐曲げ疲労性が共に大幅に向上した。
【０１４４】
また、鋼種Ｃを用いた本実施例８と、鋼種Ｌを用いた本実施例１７とを比較するとわかるように、Ｎｂ及びＣａを特定量含有した鋼種Ｌを用いた本実施例１７は耐ピッチング性及び耐曲げ疲労性が共に大幅に向上した。
【０１４５】
さらに、鋼種Ｍ（ＪＩＳ  ＳＣＭ４２０相当）を用いた本参考例１９は、炭素量、窒素量及び残留オーステナイト量のいずれも本発明の範囲内にあるにもかかわらず、耐ピッチング性及び耐曲げ疲労性が他の実施例のものより若干劣るのは、鋼種ＭのＳｉ濃度が０．２５重量％と高いことから、粒界酸化が防止できなかったためと考えられる。
【０１４６】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明の高強度歯車は、表面から深さ５０μｍまでの範囲において、適正量の炭素、窒素及び残留オーステナイトを含むので、歯面の耐ピッチング性及び歯元の耐曲げ疲労性が共に大幅に向上したものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１参考例で採用したローラピッチング試験片の側面図である。
【図２】  本発明の第１参考例で採用した小野式回転曲げ疲労試験片の側面図である。
【図３】  本発明の第１参考例で採用した表面硬化熱処理（浸炭浸窒、焼入れ、焼戻し処理）のパターン例を示す説明図である。
【図４】  本発明の第１参考例で採用したローラピッチング試験方法を説明する斜視図である。
【図５】  本発明の第１参考例で採用したローラピッチング試験の結果を示す線図である。
【図６】  本発明の第１参考例で採用した小野式回転曲げ疲労試験の結果を示す線図である。
【符号の説明】
１…ローラピッチング試験片        ２…小野式回転曲げ疲労試験片
【図１】
0003967503.tif 000006
【図２】
0003967503.tif 000007
【図３】
0003967503.tif 000008
【図４】
0003967503.tif 000009
【図５】
0003967503.tif 000010
【図６】
0003967503.tif 000011