(57)【要約】      （修正有）【課題】歯車の疲労寿命を向上させる。【解決手段】歯車の処理方法は、熱処理により硬化されており互いに噛み合わせて回転させられた後の第１歯車と第２歯車との少なくとも一方の歯面に対してショットピーニング処理を施す。この歯車の処理方法では、互いに噛み合わせて回転させられることにより、歯面が馴染んだ状態の第１歯車と第２歯車に対して、ショットピーニング処理が施される。このため、第１歯車と第２歯車との歯面の馴染みを維持したまま、歯車の強度を向上させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱処理により硬化されており互いに噛み合わせて回転させられた後の第１歯車と第２歯車との少なくとも一方の歯面に対してショットピーニング処理を施すことを特徴とする歯車の処理方法。
【請求項２】
前記第１歯車の歯面と前記第２歯車の歯面とに対して、さらに共ずりラッピングが施される、
請求項１に記載の歯車の処理方法。
【請求項３】
前記共ずりラッピングは、前記ショットピーニング処理の実施後に行われる、
請求項２に記載の歯車の処理方法。
【請求項４】
前記ショットピーニング処理の実施時点は、前記ショットピーニング処理を受ける歯車の歯面の最大面粗さRmaxの値によって判断される、
請求項１から３のいずれかに記載の歯車の処理方法。
【請求項５】
前記ショットピーニング処理の実施時点は、前記ショットピーニング処理を受ける歯車の歯面の圧縮残留応力の値によって判断される、
請求項１から３のいずれかに記載の歯車の処理方法。
【請求項６】
前記ショットピーニング処理の実施時点は、前記ショットピーニング処理を受ける歯車の歯面のＸ線半価幅の値によって判断される、
請求項１から３のいずれかに記載の歯車の処理方法。
【請求項７】
前記第１歯車および前記第２歯車は、建設機械に備えられる歯車である、
請求項１から６のいずれかに記載の歯車の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
歯車を高強度化するための方策として、材料や熱処理による改善に加えてショットピーニング処理を施すことが特許文献１に開示されている。ここでは所定の成分を有する鋼材製の歯車に浸炭焼入れおよび焼き戻しが行われる。その後、ショットピーニングによって表面硬化処理が行われることにより、歯車の表面が脆化され、歯車使用時に不完全焼入れ層が磨耗するようにされている。
【特許文献１】特開２００１−１１５７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、互いに噛み合わされて使用される一対の歯車では、各歯車の強度だけではなく、歯車の噛み合わせも疲労寿命に影響を与える。しかし、上記の特許文献１に開示された歯車では、歯車の噛み合わせを考慮した疲労寿命の改善については考慮されていない。
【０００４】
本発明の課題は、歯車の疲労寿命を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１発明に係る歯車の処理方法は、熱処理により硬化されており互いに噛み合わせて回転させられた後の第１歯車と第２歯車との少なくとも一方の歯面に対してショットピーニング処理を施すことを特徴とする。
【０００６】
この歯車の処理方法では、互いに噛み合わせて回転させられることにより、歯面が馴染んだ状態の第１歯車と第２歯車に対して、ショットピーニング処理が施される。このため、第１歯車と第２歯車との歯面の馴染みを維持したまま、歯車の強度を向上させることができる。これにより、歯車の疲労寿命を向上させることができる。
【０００７】
第２発明に係る歯車の処理方法は、第１発明の歯車の処理方法であって、第１歯車の歯面と第２歯車の歯面とに対して、さらに共ずりラッピングが施される。
【０００８】
この歯車の処理方法では、共ずりラッピングにより第１歯車と第２歯車との歯面の微小なピットが除去される。これにより、第１歯車と第２歯車との疲労寿命を向上させることができる。
【０００９】
第３発明に係る歯車の処理方法は、第２発明の歯車の処理方法であって、共ずりラッピングは、ショットピーニング処理の実施後に行われる。
【００１０】
この歯車の処理方法では、歯車の噛み合いによって生じた微小なピットを共ずりラッピングによって除去することができる。
【００１１】
第４発明に係る歯車の処理方法は、第１発明から第３発明のいずれかの歯車の処理方法であって、ショットピーニング処理の実施時点は、ショットピーニング処理を受ける歯車の歯面の最大面粗さRmaxの値によって判断される。
【００１２】
この歯車の処理方法では、歯面の最大面粗さRmaxの値によって、ショットピーニング処理の実施時点を適切に判断することができる。
【００１３】
第５発明に係る歯車の処理方法は、第１発明から第３発明のいずれかの歯車の処理方法であって、ショットピーニング処理の実施時点は、ショットピーニング処理を受ける歯車の歯面の圧縮残留応力の値によって判断される。
【００１４】
この歯車の処理方法では、歯面の圧縮残留応力の値によって、ショットピーニング処理の実施時点を適切に判断することができる。
【００１５】
第６発明に係る歯車の処理方法は、第１発明から第３発明のいずれかの歯車の処理方法であって、ショットピーニング処理の実施時点は、ショットピーニング処理を受ける歯車の歯面のＸ線半価幅の値によって判断される。
【００１６】
この歯車の処理方法では、歯面のＸ線半価幅の値によって、ショットピーニング処理の実施時点を適切に判断することができる。
【００１７】
第７発明に係る歯車の処理方法は、第１発明から第６発明のいずれかの歯車の処理方法であって、第１歯車および第２歯車は、建設機械に備えられる歯車である。
【００１８】
この歯車の処理方法では、建設機械に備えられる歯車の疲労寿命を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る歯車の処理方法では、互いに噛み合わせて回転させられることにより、歯面が馴染んだ状態の第１歯車と第２歯車に対して、ショットピーニング処理が施される。このため、第１歯車と第２歯車との歯面の馴染みを維持したまま、歯車の強度を向上させることができる。これにより、歯車の疲労寿命を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態に係る歯車の処理方法について説明する。
【００２１】
まず第１歯車および第２歯車に対して熱処理が施され、第１歯車および第２歯車の表面を硬化させる。
【００２２】
次に、第１歯車および第２歯車が噛み合わされて回転した後、第１歯車および第２歯車が分解される。そして、第１歯車および第２歯車にショットピーニング処理が施される。
【００２３】
このように、第１歯車および第２歯車にショットピーニング処理を施すことにより、第１歯車および第２歯車の歯面に圧縮残量応力を付与する。また、加工誘起マルテンサイトにより、表面硬度が上昇する。圧縮残量応力は、亀裂の発生を防止し、また、微小亀裂が発生しても、その進展を抑制することができる。また、熱処理後に硬化させることにより、ピッチング強度を向上させることができる。さらに、高負荷を受けて接触回転する第１歯車および第２歯車においては、その接触面の温度は高温（例えば２５０〜３５０℃）になる。しかし、この高温によって第１歯車および第２歯車の表面が焼き戻し軟化されたとしても、ショットピーニング処理により、硬度を上昇させることができる。
【００２４】
また、ショットピーニング処理の実施時点は、第１歯車および第２歯車のいずれか一方の歯面の最大面粗さRmaxによって判断され、最大面粗さRmaxが、例えば、３μｍ以下になった時点で実行されることが望ましい。この場合、ショットピーニング後の歯面の最大面粗さRmaxは約１０μｍとなる。しかし、第１歯車と第２歯車との回転により互いの歯面が馴染んだ状態となる前にショットピーニング処理が行われると、逆に歯面が劣化する場合がある。この場合、歯面に局部的に大きな面圧が発生して、第１歯車および第２歯車の寿命の低下を引き起こす恐れがある。そこで、歯面の最大面粗さRmaxが、歯面が十分に馴染んだだと見なすことができる３μｍ以下になった時点で、ショットピーニング処理が行われることが望ましい。なお、最大面粗さRmaxの測定方法は、JIS B0651による。
【００２５】
また、ショットピーニング処理の実施時点は、歯面の圧縮残留応力によって判断されてもよく、例えば、圧縮残留応力が２００ＭＰａ以下になる前に、ショットピーニング処理が行われることが望ましい。圧縮残留応力が２００ＭＰａ以下になると、面疲労が進行して、ピッチングが生じる可能性が高くなるからである。なお、圧縮残留応力の測定方法は、JIS K0131による。
【００２６】
さらに、同様の理由により、ショットピーニング処理の実施時点は、Ｘ線半価幅によって判断されてもよく、Ｘ線半価幅が、例えば、４．３°以下に達する前にショットピーニング処理が施されることが望ましい。
【００２７】
ショットピーニング処理が第１歯車および第２歯車に施された後、さらに共ずりラッピングが施される。共ずりラッピングは、第１歯車と第２歯車との歯面を砥粒を介して摺り合わせる処理であり、第１歯車と第２歯車との歯面が砥粒によって研磨され、微小なピットが歯面から除去される。
【００２８】
そして、第１歯車および第２歯車が再び組み立てられ、利用に供される。
【００２９】
なお、第１歯車および第２歯車は、例えば、建設機械のアクスルに用いられるベベルギアである。また、第１歯車および第２歯車は、トランスミッションに備えられる歯車や、ファイナルドライブに備えられる歯車であってもよい。さらに、油圧ショベルなどの旋回機構に備えられる歯車であってもよい。
【００３０】
第１歯車と第２歯車の一方にのみショットピーニング処理が行われてもよい。この場合、噛み合い回数の多い方の歯車や、硬度の高い方の歯車に対してショットピーニング処理が行われることが望ましい。これにより、一方の歯車の破損が他方よりも先に進行してしまうことを防止することができる。なお、互いに噛み合わされて使用される一対の歯車のうちの一方に破損が発生すると、通常は、両方の歯車を交換する必要がある。一方の歯車のみを交換した場合、他方の歯車の歯形は磨耗により変形しているため、交換された新しい歯車との接触部における局部面圧が大きくなってしまうからである。例えば、一方の歯車の噛み合い回数が他方の歯車の噛み合い回数よりも多い場合には、噛み合い回数の少ない方の歯車は寿命を十分に残した状態で交換されてしまう。しかし、上記のようにショットピーニング処理が行われることにより、両方の歯車の使用可能期間を延ばすことができる。
【００３１】
共ずりラッピングは、ショットピーニング処理の実施前に行われてもよい。
【００３２】
第１歯車および第２歯車を噛み合わせて回転させる処理は、建設機械が使用されることによって行われてもよい。すなわち、建設機械が所定期間、使用された後のメンテナンスにおいてショットピーニング処理が行われてもよい。また、建設機械の製造工程において、第１歯車と第２歯車とを噛み合わせて回転させる処理を行った後に、ショットピーニング処理が施されてもよい。
【実施例】
【００３３】
本願の実施形態に係る歯車の処理方法により処理された歯車の歯面におけるピッチング強度を調べるために試験を行った。ここでは、図１に示される鋼材製の小ローラ試験片１と大ローラ２とを組み合わせて回転させることにより、ローラピッチング試験を行い、小ローラ試験片１のピッチング寿命を評価した。
【００３４】
小ローラ試験片１と大ローラ２に用いた試験片の鋼材成分を表１に示す。
【００３５】
【表１】
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小ローラ、大ローラとも残部は、Fe及び不可避的不純物である。
【００３６】
小ローラ試験片は、クロムモリブデン鋼SCM420H製であり、接触部の直径は２６ｍｍである。小ローラ試験片には、９５０℃×３時間の浸炭処理、および、９５０℃×２．５時間の拡散処理を行った。次に、８５０℃で焼き入れを行い、１６０℃×４．５時間の焼き戻しを行った。
【００３７】
また。大ローラは、高炭素クロム軸受鋼SUJ2製であり、接触部の直径は１３０ｍｍである。大ローラには、８３０℃で焼き入れを行い、その後、１５０℃×２時間の焼き戻しを行った。
【００３８】
ローラピッチング試験では、大ローラの回転数を５５６ｒｐｍとし、小ローラ試験片の回転数を２０００ｒｐｍとして、４０％のすべり率を与えた。また、以下の表２に示す試料No.1〜5の全ての小ローラ試験片について、設定面圧にて大ローラとの接触回転を所定回数行った後に、ショットピーニング処理を施した。ショットピーニング処理は、投射粒として直径０．８ｍｍの鋼球を用い、カバレージ４００％、投射距離１５０ｍｍ、投射圧０．３５ＭＰａの条件の元で行った。
【００３９】
また、ショットピーニング処理を施した後、ローラピッチング試験を再開して小ローラ試験片のピッチング寿命を評価した。表２に示すように、試料No.1〜3では、大ローラと小ローラ試験片との面圧は異なる値とした。また、試料No.3〜5では、面圧は同じとし、ショットピーニング処理を実行した時の接触回転数は異なる値とした。なお、本実施例において、ピッチング寿命とは、接触面におけるピットが目視で確認できる所定の大きさになったときの接触回転数とした。
【００４０】
【表２】
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試料No.1の試験結果を図２に示す。図２（ａ）において縦軸は、小ローラ試験片の接触面のＸ線半価幅を示しており、横軸は、小ローラ試験片の接触回転数を示している。図２（ｂ）において縦軸は、小ローラ試験片の接触面の残留応力を示しており、横軸は、小ローラ試験片の接触回転数を示している。グラフ中の数字は、試料No.に対応している。また、図２〜図４および表２において、残留応力の値に付したマイナスの符号は、圧縮の残量応力であることを示している。なお、図３および図４についても上記と同様である。ここでは、ショットピーニング処理を施したことにより、Ｘ線半価幅および圧縮残留応力が増大している。
【００４１】
試料No.2の試験結果を図３に示す。ここでも試料No.1と同様に、ショットピーニング処理を施したことにより、Ｘ線半価幅および圧縮残留応力が増大している。
【００４２】
試料No.3〜No.5の試験結果を図４に示す。ここでも試料No.1と同様に、ショットピーニング処理を施したことにより、Ｘ線半価幅および圧縮残留応力が増大している。  次に、これらの実施例に係る試料No.1〜No.5と、比較例に係る複数の試料とについて、ピッチング寿命を比較した結果を図５に示す。
比較例に係る試料は、ショットピーニング処理を施さなかった試料と、大ローラと小ローラ試験片との接触回転を行う前にショットピーニング処理を施した試料である。比較例に係る複数の試料の作成方法は、上述した試料No.3〜No.5の作成方法と同様である。図５において、縦軸は大ローラと小ローラ試験片との面圧であり、横軸はピッチング寿命を示している。図５において、三角のマークは、本発明の実施例に係る試料No.1〜No.5を示しており、各マークに付された数字が試料Noに対応している。円形のマークは、ショットピーニング処理を施さなかった試料を示している。四角のマークは、大ローラと小ローラ試験片との接触回転を行う前にショットピーニング処理を施した試料を示している。
【００４３】
ここでは、上記のいずれの面圧においても、本発明の実施例に係る試料No.1〜No.5のピッチング寿命が比較例に係る試料よりも向上しており、接触回転後のショットピーニングがピッチング寿命に寄与する効果が確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、歯車の疲労強度を向上させることができ、歯車の処理方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】ローラピッチング試験における小ローラ試験片と大ローラとを示す図。
【図２】本発明の実施例に係る試料No.1の試験結果を示すグラフ。
【図３】本発明の実施例に係る試料No.2の試験結果を示すグラフ。
【図４】本発明の実施例に係る試料No.3〜5の試験結果を示すグラフ。
【図５】本発明の実施例に係る試料と比較例に係る試料とのピッチング寿命を比較したグラフ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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