(57)【要約】【課題】潤滑剤の保持性とともに耐ピッチング性を向上させる。【解決手段】所定の部材が潤滑剤を介して摺接する摺接面１２を有する有摺接面部材１１は、摺接面１２の表面荒さにおけるＲｔ値が１０〜４０μｍであって、Ｒｋ値が３５％以下である。有摺接面部材１１が歯車であれば、摺接面１２は他の歯車と歯合する歯面である。有摺接面部材の製造方法は、浸炭焼き入れ処理又は高周波焼き入れ処理された鋼からなる有摺接面部材１１を化成処理し、摺接面１２に形成された化成皮膜１３を除去することにより、摺接面１２を粗面加工する。化成処理がリン酸塩皮膜処理であり、化成処理と化成皮膜１３の除去を繰り返すことにより、摺接面１２の表面荒さにおけるＲｔ値を１０〜４０μｍの範囲とし、Ｒｋ値を３５％以下とすることが好ましい。【選択図】  図１
2017082977.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の部材が潤滑剤を介して摺接する摺接面(12)を有する有摺接面部材(11)であって、
前記摺接面(12)の表面荒さにおけるＲｔ値が１０〜４０μｍであって、Ｒｋ値が３５％以下である
ことを特徴とする有摺接面部材。
【請求項２】
有摺接面部材(11)が歯車であって、摺接面(12)が他の歯車と歯合する歯面である請求項１記載の有摺接面部材。
【請求項３】
所定の部材が潤滑剤を介して摺接する摺接面(12)が粗面加工された有摺接面部材(11)の製造方法において、
浸炭焼き入れ処理又は高周波焼き入れ処理された鋼からなる前記有摺接面部材(11)を化成処理し、前記摺接面(12)に形成された化成皮膜(13)を除去することにより、前記摺接面(12)を粗面加工する
ことを特徴とする有摺接面部材の製造方法。
【請求項４】
化成処理がリン酸塩皮膜処理である請求項３記載の有摺接面部材の製造方法。
【請求項５】
化成処理と化成皮膜(13)の除去を繰り返すことにより、摺接面(12)の表面荒さにおけるＲｔ値を１０〜４０μｍの範囲とし、Ｒｋ値を３５％以下とする
請求項３又は４記載の有摺接面部材の製造方法。
【請求項６】
有摺接面部材(11)が歯車であって、摺接面(12)が他の歯車と歯合する歯面である請求項３ないし５いずれか１項に記載の有摺接面部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車やベアリングのように、所定の部材が潤滑剤を介して摺接する摺接面を有する有摺接面部材及び有摺接面部材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、自動車の内燃機関では、その内部に潤滑剤としてのオイルが注入され、そのオイルは、その内燃機関における歯車やベアリングが摺接することに伴って発生した摩擦熱を除去するという役割を果たす。すなわち、摺接面に発生した摩擦熱が熱伝導によってオイルへと伝達されることにより、その摺接面の温度が下降する。その結果、摺接面に焼き付きや損傷（ピッチング）が生じることが回避されるとしている。
【０００３】
従って、摺接面を有する部材（以下、有摺接面部材という）においては、その摺接面に潤滑剤を保持させることによりピッチングが回避される。そこで、潤滑剤が良好に保持されるように、摺接面を特定の形状に加工することが種々提案されている。
【０００４】
このような摺接面の加工にあって、対象物が自動車用の動力伝達用歯車であれば、その動力伝達用歯車には歯元に高い曲げ応力と接触応力とが作用し、歯面には相対すべりが発生する。このため従来は、歯車素材を肌焼鋼とし、歯車加工後に、浸炭処理、ショットピーニング処理を施して歯車の歯元強度及び耐摩耗性を改善するとともに、潤滑剤が良好に保持されるように、摺接面である歯面を粗面加工している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
ここで、ショットピーニング処理とは、歯車の表面に一定粒度のスチールショット（スチールボール等）を衝突させる処理で有り、この処理により、歯車の表層にショットの衝突による硬化層を作るとともに、その表面に微細な凹凸を形成し、これにより潤滑剤が良好に保持されるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１４４８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、ショットピーニングによる粗面加工にあっては、一定粒度のスチールショットを歯車等の摺接面に衝突させる必要があり、そのような衝突に使用されたスチールショットはその衝突により破壊され、スチールショットを繰り返して使用できない不具合がある。また、破壊はスチールショットのみならず粗面加工を行う有摺接面部材を設置する装置の内面にも発生し、そのスチールショットや装置の管理が必要となり、得られた有摺接面部材の単価を押し上げる不具合があった。
【０００８】
また、摺接面における潤滑剤の保持性の観点からショットピーニングにより得られる凹凸を観察すると、ショットピーニングにより形成される摺接面の突出山部や突出谷部は均等に形成され、潤滑剤の保持性を向上させるために突出谷部を増加させると同時に突出山部も増加する。すると、この増加した突出山部が所定の部材と主に摺接するので、その突出山部が損傷する、いわゆる摺接面におけるピッチング性が低下する不具合を生じさせる。このため、潤滑剤の保持性を向上しつつ耐ピッチング性も向上させるには限界があった。
【０００９】
本発明の目的は、潤滑剤の保持性とともに耐ピッチング性を向上させた摺接面を有する有摺接面部材及びそのような有摺接面部材を比較的安価に得る有摺接面部材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、所定の部材が潤滑剤を介して摺接する摺接面を有する有摺接面部材の改良である。
【００１１】
その特徴ある構成は、摺接面の表面荒さにおけるＲｔ値が１０〜４０μｍであって、Ｒｋ値が３５％以下であるところにある。
【００１２】
別の本発明は、所定の部材が潤滑剤を介して摺接する摺接面が粗面加工された有摺接面部材の製造方法である。
【００１３】
その特徴ある点は、浸炭焼き入れ処理又は高周波焼き入れ処理された鋼からなる有摺接面部材を化成処理し、摺接面に形成された化成皮膜を除去することにより、摺接面を粗面加工するところにある。
【００１４】
この場合の化成処理はリン酸塩皮膜処理であることが好ましく、化成処理と化成皮膜の除去を繰り返すことにより、摺接面の表面荒さにおけるＲｔ値を１０〜４０μｍの範囲とし、Ｒｋ値を３５％以下とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の有摺接面部材は、摺接面の表面荒さにおけるＲｔ値が１０〜４０μｍであって、Ｒｋ値が３５％以下であるので、潤滑剤の保持性に優れ、耐ピッチング性及び耐摩耗性に優れた摺接面を有する部材となる。
【００１６】
そして、このような摺接面を化成処理と、その皮膜の除去により形成することにより、比較的容易に摺接面を粗面加工でき、所望の粗さの摺接面を有する有摺接面部材を比較的容易かつ安価に得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明実施形態の有摺接面部材の摺接面の粗面加工の手順を示す図である。
【図２】その実施例１におけるＲｋ値を示す図である。
【図３】その実施例における摺接面の耐ピッチング性の試験を示す図である。
【図４】そのピッチング強度を測定した結果を示す図である。
【図５】その比較例１におけるＲｋ値を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
本発明の有摺接面部材は、例えば、歯車のように、所定の部材が潤滑剤を介して摺接する摺接面を有するものである。この有摺接面部材が歯車である場合の摺接面は、他の歯車と歯合する歯の歯面となる。
【００２０】
この有摺接面部材の摺接面は粗面加工され、その摺接面の表面荒さにおけるＲｔ値が１０〜４０μｍであって、Ｒｋ値が３５％以下であることを特徴とする。
【００２１】
ここで、Ｒｔ値とは、粗面加工された摺接面における粗さ曲線の最大断面高さＲｔであって、評価長さにおける輪郭曲線の山高さの最大値と谷深さの最大値との和をいう。このＲｔ値が１０〜４０μｍである摺接面は、谷部が深くなって、その谷部における保油性を向上させることができる。
【００２２】
Ｒｔ値が１０μｍ未満である摺接面では、谷部が浅くなって、その谷部における保油性が低下し、対ピッチング性を向上させることが困難となる。また、Ｒｔ値が４０μｍを超える粗面加工は困難で、加工工数の増加から得られた有摺接面部材の単価を押し上げる不具合がある。
【００２３】
また、Ｒｋ値とは、プラトー構造表面の潤滑性評価パラメータのうちの線形負荷曲線による高さ特性の一種である。具体的に、Ｒｋ値とは、図２及び図５に示すように、粗面加工された摺接面における突出山部が占める上側レベル（Ｒｐｋ）と、その粗面加工された摺接面における突出谷部が占める下側レベル（Ｒｖｋ）との間のコア部の差をいう。
【００２４】
ここで、上側レベル（Ｒｐｋ）とは、コア部の上にある突出山部の平均高さをいい、下側レベル（Ｒｖｋ）とは、コア部の下にある突出谷部の平均深さをいう。
【００２５】
また、図２は、後述する実施例の粗面加工において、その摺接面を化成処理し、摺接面に形成された化成皮膜を除去することにより粗面加工された摺接面のものを示し、図５は、後述する実施例の粗面加工において、従来から行われているショットピーニングにより粗面加工された摺接面のものを示す。
【００２６】
そして、図２に示すように、Ｒｋ値が３５％以下となるように摺接面を粗面加工すると、コア部に比較して突出山部と突出谷部が少なく、主に所定の部材と摺接することになるコア部が占める部分を大きくすることができる。このため、このようにＲｋ値を３５％以下として、コア部が占める部分が大きくすることにより、安定して所定の部材から受ける荷重を負荷することが可能になり、これにより、耐ピッチング性を向上させることができることとなる。
【００２７】
ここで、Ｒｋ値が３５％を超えると、コア部に比較して突出山部や突出谷部が多くなり、突出谷部の増加によりその保油性は向上するけれども、突出山部の増加により、この増加した突出山部が所定の部材と主に摺接することになり、所定の部材から受ける荷重によりその突出山部が損傷する、いわゆる摺接面におけるピッチング性が低下する不具合を生じさせる。
【００２８】
次に、本発明における有摺接面部材の製造方法について説明する。
【００２９】
本発明における有摺接面部材の製造方法は、浸炭焼き入れ処理又は高周波焼き入れ処理された鋼からなる有摺接面部材を化成処理し、摺接面に形成された化成皮膜を除去することにより、摺接面を粗面加工することを特徴とする。
【００３０】
具体的に、有摺接面部材が歯車である場合を説明すると、その摺接面は他の歯車と歯合する歯の歯面となる。このような歯車は、鋼材を鍛造により歯車の形状にし、その後に歯切りを行って、それらの歯車に歯を形成する。この歯車の歯は、他の歯車と歯合する部位であって、他の歯車が摺接する歯の表面が摺接面となるのである。
【００３１】
このような歯車は、動力を伝達するものであるので、その機械的強度を向上させるために、その後浸炭焼き入れ処理又は高周波焼き入れ処理が行われる。このように焼き入れ処理された鋼材から成る有摺接面部材は、その後に、その摺接面における耐ピッチング性を向上させるために、その摺接面を粗面加工する。
【００３２】
そして、本発明の特徴ある点は、この粗面加工を化成処理により行う点にある。即ち、本発明の有摺接面部材の製造方法は、図１に示す様に、浸炭焼き入れ処理又は高周波焼き入れ処理された鋼からなる有摺接面部材１１を準備し（図１（ａ））、その有摺接面部材１１を化成処理し（図１（ｂ））、摺接面１２に形成された化成皮膜１３を除去することにより（図１（ｃ））、摺接面１２を粗面加工することを特徴とする。
【００３３】
ここで、化成処理は、金属の表面に処理剤を作用させて化学反応を起こさせ、その表面に処理膜を形成する処理である。この処理膜の形成にあたり、摺接面１２が腐食又は浸食により窪んでプラトー構造表面の潤滑性評価パラメータにおける突出谷部が形成される限り、いずれの化成処理であっても良い。
【００３４】
但し、その処理の容易性からすると、その化成処理はリン酸塩皮膜処理であることが好ましい。このリン酸塩皮膜処理とは、リン酸鉄、リン酸亜鉛、リン酸マンガンなどのリン酸塩の溶液を用いて金属の表面に化学的にリン酸塩皮膜を生成させる化成処理のことであり、一般的に「パーカライジング」や「パーカー処理」とも呼ばれる処理である。
【００３５】
このリン酸塩皮膜処理の標準的な工程は、金属表面の洗浄(アルカリ脱脂剤を使用)を行った後にすすぎ(水洗)を行い、その後にリン酸塩の溶液に浸漬する処理を行う。この浸漬により皮膜が金属の表面に形成されるけれども、通常、その処理効果促進のため加温される。
【００３６】
例えば、リン酸マンガン皮膜処理を施す例を挙げると、このリン酸マンガン皮膜処理では、リン酸マンガン皮膜処理液（リン酸マンガン化合物の水溶液）を用いる。このリン酸マンガン皮膜処理を施すと、歯切りされて焼き入れ処理された歯車の表面には、例えば図１（ｂ）に誇張して示すように、互いに独立したくぼみ１２ａが腐食により形成され、それとともに、この表面全体にリン酸マンガンからなる皮膜１３が被覆形成される。
【００３７】
そして、本発明では、少なくとも有摺接面部材１１である歯車の摺接面１２に形成された化成皮膜１３を除去し、くぼみ１２ａが腐食により形成された摺接面１２を表出させることにより、その摺接面１２を粗面加工する。この化成皮膜１３の除去は、化成皮膜１３が形成された有摺接面部材１１を、例えば塩酸（ＨＣｌ）のような皮膜除去剤に浸漬することにより行われ、皮膜が除去された有摺接面部材１１は、その後に皮膜除去剤から引き上げられて、すすぎ(水洗)が行われ、その後乾燥(熱温風)させることにより、粗面加工された摺接面１２を表出させる。
【００３８】
ここで、所定の値の表面荒さを得るために、リン酸塩皮膜処理であっても、比較的形成される皮膜１３が厚い、リン酸マンガン皮膜処理が好ましい。また、化成処理及び化成皮膜１３の除去を一回行っただけの粗面加工では、所望の粗さの摺接面１２を得ることができない場合、その化成処理と化成皮膜１３の除去を繰り返すことにより、摺接面１２の表面荒さにおけるＲｔ値を１０〜４０μｍの範囲とし、Ｒｋ値を３５％以下とすることができる。
【００３９】
このように、化成処理と化成皮膜１３の除去により摺接面１２を粗面加工することにより、比較的容易に摺接面１２を粗面加工でき、Ｒｋ値が３５％以下の粗さの摺接面１２を有する有摺接面部材１１を比較的安価に得ることが可能になるのである。
【００４０】
そして、有摺接面部材１１における摺接面１２の表面荒さにおけるＲｔ値を１０〜４０μｍとし、Ｒｋ値を３５％以下とすることにより、潤滑剤の保持性に優れ、耐ピッチング性及び耐摩耗性に優れた摺接面１２を有する部材とすることができる。
【実施例】
【００４１】
次に、本発明の実施例を比較例と共に説明する。
【００４２】
＜実施例１＞
鋼材を冷間鍛造、浸炭焼入、研磨加工等の工程を経て、円柱状供試体を得た。実施例１は、このようにして得られた円柱状供試体を、リン酸マンガン皮膜処理液（リン酸マンガン化合物の水溶液）に浸漬し、その表面にリン酸マンガンからなる皮膜を形成した。その後、表面に皮膜が形成された円柱状供試体を液体から成る皮膜除去剤に浸漬し、表面に形成された皮膜を除去した。このように化成処理と化成皮膜の除去を行って、その表面が粗面加工された円柱状供試体を３個得た。この３個の円柱状供試体を実施例１とした。
【００４３】
＜比較例１＞
実施例１と同一の材料及び手順、即ち、鋼材を冷間鍛造、浸炭焼入、研磨加工等の工程を経て、実施例１と同形同大の円柱状供試体を３個得た。比較例１は、このようにして得られた３個の円柱状供試体に、平均粒径１００μｍの微小ショットを０．６ＭＰａの噴射圧力で約４０秒照射するショットピーニング処理をそれぞれ行った。このように、ショットピーニングによる表面の粗面加工を施した３個の円柱状供試体を比較例１とした。
【００４４】
＜比較試験１＞
実施例１及び比較例１のそれぞれの円柱状供試体における表面性状をレーザー顕微鏡により測定した。その結果、実施例１における表面性状を図２に示し、比較例１における表面性状を図５に示す。
【００４５】
＜評価１＞
図５に示すように、従来から行われているショットピーニングにより粗面加工された摺接面は、プラトー構造表面の潤滑性評価パラメータにおけるＲｋ値が３５％を超える事が判る。
【００４６】
その一方、摺接面を化成処理し、摺接面に形成された化成皮膜を除去することにより粗面加工された摺接面は、プラトー構造表面の潤滑性評価パラメータにおけるＲｋ値が３５％以下となる事が判る。
【００４７】
よって、摺接面を化成処理とその化成皮膜の除去により粗面加工する実施例１では、比較的容易に摺接面を粗面加工でき、Ｒｋ値が３５％以下となる摺接面を有する有摺接面部材を得ることが可能になることが判る。
【００４８】
＜比較試験２＞
図３に示すローラピッチング試験により、円柱状供試体２１の表面にピッチングが生じるまでの回数を調べた。図３に示すローラピッチング試験は、円柱状供試体２１の外周にそれよりも大径の試験ローラ２２の外周を所定の加重Ｐで押しつけ、間に潤滑剤を供給しつつ両者を回転させて、円柱状供試体２１が１回転する毎に、その外周に試験ローラ２２の外周を所定の長さ滑らせる試験である。
【００４９】
実施例１における３個の円柱状供試体２１には、荷重Ｐが３３００ＭＰａ，３５００ＭＰａ及び３８００ＭＰａとなるようにそれぞれ試験ローラ２２を押しつけ、その状態でそれらの円柱状供試体２１を回転させて、表面にピッチングが生じるまでの回転回数を調べた。
【００５０】
その結果、荷重Ｐが３３００ＭＰａである実施例１の円柱状供試体２１は約１×１０7回転、面厚が３５００ＭＰａである実施例１の円柱状供試体２１は約３×１０7回転、及び面厚が３８００ＭＰａである実施例１の円柱状供試体２１は約３００００回転で、それらの表面にそれぞれピッチングが生じた。
【００５１】
比較例１における３個の円柱状供試体２１には、荷重Ｐが３３００ＭＰａ，３２００ＭＰａ及び３１００ＭＰａとなるようにそれぞれ試験ローラ２２を押しつけ、その状態でそれらの円柱状供試体２１を回転させて、表面にピッチングが生じるまでの回転回数を調べた。
【００５２】
その結果、荷重Ｐが３３００ＭＰａである比較例１の円柱状供試体２１は約７００００回転、面厚が３２００ＭＰａである比較例１の円柱状供試体２１は約４×１０5回転、及び面厚が３１００ＭＰａである比較例１の円柱状供試体２１は約１×１０7回転で、それらの表面にそれぞれピッチングが生じた。
【００５３】
これらの結果を図４に示す。
【００５４】
＜評価２＞
図４から明らかなように、荷重Ｐが高いと表面にピッチングが生じて破損するまでの回転回数は少なくなることが判る。
【００５５】
けれども、表面を化成処理と化成皮膜の除去を行って粗面加工した実施例では、表面をショットピーニングによる粗面加工を行った比較例に比較して、その荷重Ｐが高くとも、比較的破損までの回転数が多くなることが判る。
【００５６】
即ち、表面を化成処理と化成皮膜の除去を行って粗面加工する本発明では、表面をショットピーニングによる粗面加工を行う従来のものに比較して耐ピッチング性が向上することが判る。これは、粗面加工された表面のコア部が占める部分が大きくなり、試験ローラ２３から受ける荷重を安定して負荷したことに依るものと考えられる。
【符号の説明】
【００５７】
１１  有摺接面部材
１２  摺接面
１３  化成皮膜
【図１】
2017082977.tif 000003
【図２】
2017082977.tif 000004
【図３】
2017082977.tif 000005
【図４】
2017082977.tif 000006
【図５】
2017082977.tif 000007