JPH06323399A - 自動車用ギヤおよびその製造方法 - Google Patents

自動車用ギヤおよびその製造方法

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JPH06323399A
JPH06323399A JP4171408A JP17140892A JPH06323399A JP H06323399 A JPH06323399 A JP H06323399A JP 4171408 A JP4171408 A JP 4171408A JP 17140892 A JP17140892 A JP 17140892A JP H06323399 A JPH06323399 A JP H06323399A
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gear
steel
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swaging
cementite
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Kiyoshi Fukui
清 福井
Nariaki Yamanaka
成昭 山中
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Kubota Iron and Machinery Works Ltd
Nippon Steel Corp
Kubota Tekkosho KK
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Kubota Iron and Machinery Works Ltd
Sumitomo Metal Industries Ltd
Kubota Tekkosho KK
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】一体成形により軽量化され、しかもギヤ部の硬
度が高い、自動車用自動変速機、クラッチ部、スタータ
ーのドライブプレートなどに用いるのに好適なギヤおよ
びその製造方法を提供する。 【構成】(1) C:0.20〜0.70%、Si:0.05〜1.00%、M
n:0.05〜0.50%、sol.Al:0.01〜1.00%、N: 0.002
〜0.010 %およびB:0.0003〜0.0050%、さらに必要に
応じて、特定のCa、CuおよびNiのうちの1種以上を含有
し、フェライト−セメンタイト−黒鉛の複合組織を有す
る鋼板で製造された外周部に厚肉部を有する皿状成形体
であって、その厚肉部の外周側および/または内周側に
形成されたギヤ部の少なくとも表層にはマルテンサイト
組織を有することを特徴とする自動車用ギヤ。 (2) 上記 (1)に記載の複合組織とした鋼板を円板に打抜
き、円板素材の外周部をスエジングおよびダイ加工して
ギヤ部を成形し、さらにこのギヤ部を高周波加熱により
焼入れすることを特徴とする自動車用ギヤの製造方法。
上記 (2)のギヤ部を成形する際に、転造加工または歯切
り加工を用いることもできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車用自動変速機や
クラッチなどの部品用のギヤ、自動車用スターターのド
ライブプレート用ギヤおよびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、直径が 200mm以上の大径のドライ
ブプレート用ギヤは、環状の素材の外周に歯車を成形し
た歯車部材と、プレス成形された薄板部材からなる皿状
の部材の2つの部材を圧入嵌合し、かつこの両者を溶接
にて固着して製造されている。
【0003】また、回転体ボスを有するものはボス部を
溶接にて固定している。
【0004】このような製造方法以外の例としては、特
公昭54− 44259号、同54− 20190号の各公報に示され
る、薄板材で外周部の肉厚部を得るようにするものがあ
る。さらに西ドイツ特許 3819957号公報に示されるよう
に、外周部を折りたたみ、あるいはスピニングにより肉
厚にし、この部分の外周に歯車を成形するようにしたも
のがある。実開平1−161252号公報には、成形後に熱処
理を施すための治具も示されている。
【0005】上記の従来の製造方法において、前者の2
部材からなるものでは、歯車部材の歯はホブ盤による機
械加工であるため、製造コストが高くなり、また溶接加
工により変形するため全面歪修正を行う必要があった。
【0006】また後者の薄板材の一体成形によるもので
は、歯形成形が困難であり、かつ均一な肉厚を得ること
が難しく、特にスピニングによるものは歯形成形に必要
な十分な肉厚を得ることが困難であった。
【0007】本発明者らの一人による特願平2−415666
号の明細書には、自動車の変速機やクラッチ部のギヤお
よびスターターなどに用いるドライププレート用ギヤの
製造方法を合理化することを目的として、この課題の解
決策が示されている。この発明は、円板素材の外周部を
スエジングダイにて軸心方向にスエジング加工してこの
円板素材の外周部を肉厚にし、次いでこのスエジング加
工部の内側部を軸方向に押圧して、皿状のブランクを成
形し、さらにこのブランクの外周側と内周側の一方に支
持ダイを圧入し、他方に歯形ダイを圧入して上記ブラン
クの外周側または内周側にギヤ部を成形するものであ
る。
【0008】しかし、上記の特願平2−415666号の場合
を含め、一般にギヤ材に多く用いられる高炭素鋼板で
は、セメンタイトを球状化処理した組織の状態であって
も、その硬さは軟鋼板(HRB=30程度) に比べ相当に硬く
(HRB=75〜85) 、その切削性あるいは冷間鍛造性も到底
軟鋼板並みとはならないため、切削には多大の時間と工
具等のコストを要し、また冷間鍛造では割れが発生する
といった不都合があった。そこで、この割れ防止を考慮
した冷間成形に対応するためには、炭素含有量を0.15%
以下に抑制しなければならず、これを超えると加工中に
割れ等の問題が生じた。
【0009】一方、このような炭素含有量の低い鋼板か
ら成形されたギヤを組み込んだ自動変速機の実車走行試
験の結果では、ギヤ部表面が摩耗により短時間で減肉
し、振動等の弊害が生じる。この摩耗による減肉を抑制
するには、浸炭、軟窒化等の表面処理の実施が必要であ
るが、この処理には高温で、かつ長時間の均熱が必要と
なり、多大なエネルギーコストと設備費用が不可避とな
る。
【0010】そこで、炭素含有量が高く、焼入れにより
ギヤ部の硬度上昇(Hv300以上) が可能で、しかも上記の
特願平2−415666号に示される成形方法に対応できる鋼
材を用いたギヤが要求されている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、一体
成形により軽量化され、しかもギヤ部の硬度が高い、自
動車用自動変速機、クラッチ部、スターターのドライブ
プレートなどに用いるのに好適なギヤおよびその製造方
法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、鋼中のセメンタイトの50%以上を黒鉛
としたフェライト−セメンタイト−黒鉛の複合組織とし
て、高炭素組成でありながら延性を向上させた鋼板と
し、これを円板に打抜き、円板素材の外周部をスエジン
グダイにて軸心方向にスエジング加工してこの円板素材
の外周部を肉厚にし、次いでこのスエジング加工部の内
側部を軸方向に押圧して、皿状のブランクとする。この
ブランクの、外周と内周の一方に支持ダイを圧入し、
他方に歯型ダイを圧入して上記ブランクの外周側および
/または内周側にギヤ部を成形するか、または転造加
工、ホブ盤等による歯切り加工するかによりギヤ部を成
形し、最後に高周波加熱等による焼入れ処理された高硬
度のギヤ部を有するギヤとする。
【0013】本発明の要旨は、次の (1)のギヤおよび
(2)、(3) のその製造方法にある。
【0014】(1) 重量%にて、C:0.20〜0.70%、Si:
0.05〜1.00%、Mn:0.05〜0.50%、sol.Al:0.01〜1.00
%、N: 0.002〜0.010 %およびB:0.0003〜0.0050
%、さらに必要に応じて、Ca: 0.001〜0.01%、Cu:0.
05〜1.00%およびNi:0.05〜2.00%のうちの1種以上を
含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、不純
物としてのPは 0.020%以下、Sは 0.010%以下である
化学組成の鋼中のセメンタイトの50%以上を黒鉛とした
フェライト−セメンタイト−黒鉛の複合組織を有する鋼
で製造された外周部に厚肉部を有する皿状成形体であっ
て、その厚肉部の外周側および/または内周側にギヤ部
を成形し、そのギヤ部の少なくとも表層にはマルテンサ
イト組織を有することを特徴とする自動車用ギヤ。
【0015】(2) 重量%にて、C:0.20〜0.70%、Si:
0.05〜1.00%、Mn:0.05〜0.50%、sol.Al:0.01〜1.00
%、N: 0.002〜0.010 %およびB:0.0003〜0.0050
%、さらに必要に応じて、Ca: 0.001〜0.01%、Cu:0.
05〜1.00%およびNi:0.05〜2.00%のうちの1種以上を
含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、不純
物としてのPは 0.020%以下、Sは 0.010%以下である
化学組成の鋼中のセメンタイトの50%以上を黒鉛化して
フェライト−セメンタイト−黒鉛の複合組織とした鋼板
を、円板に打抜き、円板素材の外周部をスエジングダイ
にて軸心方向にスエジング加工してこの円板素材の外周
部を肉厚にし、次いでこのスエジング加工部の内側部を
軸方向に押圧して、皿状のブランクを成形し、さらにこ
のブランクの外周または内周の一方に支持ダイを圧入
し、他方に歯形ダイを圧入して上記ブランクの外周側お
よび/または内周側にギヤ部を成形し、さらにこのギヤ
部を高周波加熱により焼入れすることを特徴とする自動
車用ギヤの製造方法。
【0016】(3) 重量%にて、C:0.20〜0.70%、Si:
0.05〜1.00%、Mn:0.05〜0.50%、sol.Al:0.01〜1.00
%、N: 0.002〜0.010 %およびB:0.0003〜0.0050
%、さらに必要に応じて、Ca: 0.001〜0.01%、Cu:0.
05〜1.00%およびNi:0.05〜2.00%のうちの1種以上を
含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、不純
物としてのPは 0.020%以下、Sは 0.010%以下である
化学組成の鋼中のセメンタイトの50%以上を黒鉛化して
フェライト−セメンタイト−黒鉛の複合組織とした鋼板
を、円板に打抜き、円板素材の外周部をスエジングダイ
にて軸心方向にスエジング加工してこの円板素材の外周
部を肉厚にし、次いでこのスエジング加工部の内側部を
軸方向に押圧して、皿状のブランクを成形し、さらにこ
のブランクの外周側および/または内周側に転造加工ま
たは歯切り加工機でギヤ部を成形し、さらにこのギヤ部
を高周波加熱により焼入れすることを特徴とする自動車
用ギヤの製造方法。
【0017】次に、本発明のギヤの素材となる鋼板の製
造方法について説明する。前記の化学組成を有する鋼
を、下記のからの工程で処理するとフェライトと黒
鉛およびセメンタイトからなる望ましい金属組織を有す
る成形性の良好な高炭素薄鋼板を製造することができ
る。
【0018】熱間圧延前の均熱条件は特に定める必要は
ないが、1100℃以上で1時間以上均熱するのが望まし
く、通常約1250℃で2時間程度でよい。
【0019】熱間圧延の仕上温度が 600〜900 ℃の範
囲になるように圧延を行い、適切なパーライトが析出し
た組織とする。
【0020】熱間圧延終了後、パーライト組織を微細
化するために、下記の巻取り温度まで5〜40℃/secの冷
却速度で冷却して巻取る。
【0021】 400〜650 ℃の温度域で巻き取り、析出
した微細化パーライト組織の安定性を維持する。
【0022】巻取り後 600℃〜Ac1 変態点の温度域で
均熱する焼鈍を行い、鋼中のセメンタイトの所定量を黒
鉛として析出させる。
【0023】黒鉛化率は均熱する温度と時間により変え
ることができる。素材鋼板に所定の軟質性を付与するに
は黒鉛化率を50%以上とするのが好ましい。50%以上と
するには、均熱温度 (℃) ×均熱時間 (h) = 10000〜
30000 を満足するように温度と時間を決めるとよい。本
発明において素材となる鋼板は比較的薄いので、 60
0℃〜Ac 変態点の温度域であれば、焼鈍の均熱時
間としては、通常、24時間程度で十分である。
【0024】ここで黒鉛化率 (%)とは、焼鈍前後の鋼
板をナイタールで腐食し 500倍の光学顕微鏡で観察した
ミクロ組織から、下記の式により求めた値である。
【0025】黒鉛化率= 1− (焼鈍後のセメンタイト析出面積
/焼鈍前のセメンタイト析出面積) ×100
【0026】
【作用】本発明における素材鋼の化学組成、素材鋼板の
組織、ギヤの成形および加工方法ならびに熱処理方法を
定めた理由を説明する。
【0027】I 素材鋼の成分含有割合 C:Cは一般に低いほど伸び、加工性は向上する。しか
し、鋼に対する耐摩耗性、硬度さらには疲労強度を向上
させるには、ある程度のC含有量が必要となる。本発明
においては焼入れ、焼戻しあるいはオーステンパー等の
熱処理の後のTS(引張強度)が100kgf/mm2以上(Hvスケ
ール硬度で 300以上)を確保するには、0.20%以上のC
含有量が必要となる。一方、C含有量が過度に増大する
と靱性、特に溶接部の耐衝撃性と溶接、熱処理による割
れが問題となるほか、成形時の割れも顕著化する。これ
を防止するにはその上限を0.70%とする必要がある。こ
のような割れ防止の観点からは、上限を0.40%とするこ
とが望ましい。
【0028】Si:セメンタイトの黒鉛化には必要な成分
であるが、本発明では成形時のTS(引張強度)を350N/m
m2に抑制する必要があるため、固溶硬化能の高いSiは極
力その添加を避けることとする。このためその上限値は
1.00%とした。一方、黒鉛化を促進するため、また脱酸
剤として一定量以上添加する必要があるため、その下限
値を0.05%とした。
【0029】Mn:Mnの添加はセメンタイトを安定化し、
焼鈍均熱中のセメンタイトの分解を抑制するので黒鉛の
析出に対して著しい阻害要因となる。このため、Mn含有
量の上限を0.50%とした。しかし、Mnは材料の焼入れ
性、あるいは鋼中のSに対しMnS を形成することによる
靱性等の向上効果があることから、一定量以上の含有量
が必要であることからその下限を0.05%とした。
【0030】sol.Al:sol.Alはその含有量の多い方が黒
鉛の析出が容易になる。この理由から鋼中の含有量は0.
01%を下限とすることとした。しかし、過剰のsol.Alの
存在はフェライトの固溶硬化をもたらすとともに、鋼中
に析出する酸化物の増大等の弊害をもたらす。この結
果、熱処理後の成品の靱性がsol.Al含有量の増大により
著しく劣化する場合がある。このため、本発明ではその
上限を1.00%とした。
【0031】N:Nは鋼中の不可避的に含有される元素
であるが、高炭素鋼板に対する焼入れ、焼戻しあるいは
オーステンパー等の熱処理においてAl窒化物(AlN)等を
形成し、オーステナイト粒の粗大化を抑制することによ
り、熱処理前後の寸法歪や熱処理後の靱性向上をはかる
目的で一定量以上含有させることが必要である。この目
的でその下限を 0.002%とした。しかし、その含有量が
0.010%を超えると、鋼中Nの含有量が過度となり、伸
びの劣化等を招くことからその上限を0.010 %とした。
【0032】B:Bは熱処理後の靱性を改善するととも
に、焼入れ性を増大させることから一定量添加すること
とする。このとき、これら効果を得るための有効なB含
有量の最低値は0.0003%であり、一方、0.0050%を超え
ると熱延時あるいは熱処理時においてFeB を形成し、靱
性に対し悪影響を与えることから、その適正な含有量の
範囲を0.0003〜0.0050%とする。
【0033】本発明では、必要に応じて次のCa、Cuおよ
びNiのうちから1種以上を選んで含有させる。これら
は、いずれもパーライトの黒鉛化や焼入れ性に関与する
元素であり、黒鉛化の促進と高周波焼入れ性の向上を目
的として添加する。
【0034】Ca:鋼中へのCaの添加は、鋼中の固溶酸素
を低減する効果およびAl酸化物を低減する効果を有して
いる。とくに本発明の場合、黒鉛化促進のためsol.Al量
を増大する必要があり、このため鋼中のAl系酸化物増大
が懸念される。また、本発明の素材となる鋼の場合Mn添
加量を抑制する必要があることから、MnS 介在物として
析出することによる鋼中の固溶Sの低減効果は、十分期
待できない。このため、鋼の組成によって黒鉛化傾向が
小さい場合は、Ca系硫化物としてSを固定する必要があ
り、Caを添加することが望ましい。その添加効果を得る
には、最低 0.001%の含有量が必要となるが、過剰の添
加はコスト上昇を招くとともに鋼中のCa系酸化物、硫化
物が増大することから、その上限を0.01%とした。しか
し、CあるいはSi、Mn含有量が高い場合は、黒鉛化が促
進しやすいことからCaの添加は必ずしも必要ではない。
【0035】Cu:Cuは黒鉛化を阻害せずに焼入れ性を増
大させ、かつ固溶硬化の少ない数少ない元素である。焼
入れ性の向上を目的として、0.05%以上含有させること
が有効である。一方、過剰な添加は箱焼鈍での冷却中に
ε-Cu を析出し、強度の上昇と成形性の劣化を伴うこと
から、その上限を1.00%とした。
【0036】Ni:NiはSiとともに黒鉛化を促進する元素
であるが、Siほどのフェライトに対する固溶硬化はな
く、鋼の軟質化を引き出すのに有効な元素である。この
目的で0.05%以上含有させることが有効である。しか
し、過剰の添加はフェライトの固溶硬化を招くとともに
コストの上昇を招くことから、その上限を2.00%とする
こととした。
【0037】P:Pはセメンタイト−フェライトの界面
に偏析するとされており、C元素の移動を抑制して黒鉛
の析出を著しく阻害する不純物元素である。特に本発明
のように焼入れ対象の鋼板として比較的C含有量が少な
い場合は、黒鉛化に対する箱焼鈍時間短縮に対してCの
拡散を促進することが重要となる。そこで、黒鉛化に対
する箱焼鈍時間の短縮(最大均熱時間36時間以内)を図
るため、P含有量の上限値は0.020 %とする。下限の規
定はないが、製鋼段階におけるコストアップが問題とな
ることから、その下限を 0.005%とすることが望まし
い。
【0038】S:SもPと同様に黒鉛化を阻害する不純
物元素としてあげられ、その含有量が増えると黒鉛化に
要する箱焼鈍時間が増大する。さらに、固溶したSは熱
処理により高強度化した後の靱性を著しく低下させるこ
とから、鋼中のSは極力低減する必要がある。これらの
目的を満足させるため、S含有量の上限値を 0.010%と
する。一方、下限は定めないが、製鋼段階におけるコス
トアップが問題となることから、その下限を 0.003%と
することが望ましい。
【0039】II 素材鋼板の黒鉛化率 高周波焼入れでの焼入れ硬度を確保するには、一定量以
上のC含有量が必要となる。しかし、前記の範囲のよう
にC含有量の下限を 0.2%とすると、セメンタイトが鋼
中に分散されその強度が上昇する。このときセメンタイ
トを黒鉛に変化させれば強度が低下し、加工性を向上さ
せることができる。本発明の素材鋼の組成の範囲では、
セメンタイト全体の50%以上を黒鉛化させないと、後述
のスエジングやダイ加工に適しない。
【0040】III 成形および加工方法 本発明における成形および加工方法を図1〜図7に基づ
いて説明する。これらの図は、ドライブプレートとして
用いられるギヤの場合を示すものである。以下の方法
は、前記の鋼組成と組織の場合に最も好適なものであ
る。
【0041】板厚が2〜3mmの板材を円板状に打抜き成
形した円板素材1を、図1に示すように、これの外周部
のスエジング加工部1aを避けた軸心側を固定台2と押
圧板3にて挾持して固定する。このとき、固定台2の軸
心に設けた位置決めピン4を円板素材1の軸心に嵌合し
て位置決めを行う。
【0042】ついで、図2に示すように、第1スエジン
グダイ5にて上記円板素材1のスエジング加工部1aを軸
心方向に第1のスエジング加工を行い、第1スエジング
ダイ加工部1bを成形する。このときの加工形状は同図
(右側端)に示すように、外周側が細くなるようにす
る。
【0043】ついで、図3に示すように、断面角形を有
する第2スエジングダイ6にて、同様に第1スエジング
ダイ加工部1bから第2スエジングダイ加工部1c(同図右
側)を成形する。このような2段階加工方法とするの
は、座屈発生の危険性を回避し、第2スエジングダイ加
工部1cの内径側への加工が充分に及び、内径側の肉厚が
充分に確保されるようにするためである。この配慮を怠
れば、次のギヤ部の冷間鍛造で均一な歯形を得ることが
困難となる。
【0044】上記のようにしてスエジング加工を施され
た被加工材を、図4に示すように下型7と上型8とで薄
板状部を皿状材に成形する。このとき、外周側の面は外
型9にて規制し、この成形によりブランク10を得る。
【0045】次にこのブランク10の外周部にギヤを冷間
鍛造成形する。このギヤ部を成形する方法の一例を図5
に示す。ブランク10を内面に歯形を設けた外歯歯型ダイ
11の一側面に軸心を一致させて対向させ、ついで、この
ブランク10の内周側に支持ダイ12を軸方向に圧入するこ
とにより成形する。このとき、支持ダイ12の外径はブラ
ンク10の内径より大きくなっていて、この支持ダイ12を
圧入することにより、ブランク10の第2スエジング加工
部1cが外側へ拡張されて、この部分に外歯歯型ダイ11の
歯形に沿う外歯歯形、すなわち外周側のギヤ部が成形さ
れる。
【0046】またこのとき、支持ダイ12の外周側の面に
図6に示すように、外歯歯型ダイ11の歯形と同ピッチの
波形13を設けておくことにより、上記外歯歯形の成形が
容易となり、従来量産化が困難であった直径 200mm以上
の大径のギヤなども量産することができる。
【0047】上記では、ブランク10の外周側に外歯歯形
を成形する方法について示したが、図5、図6に示す工
程において、ブランク10の内周側に内歯歯型ダイを、外
周側に支持ダイをそれぞれ圧入することにより、ブラン
ク10の内周側に内歯歯形を成形することができる。ま
た、同様に外周側および内周側の両方に歯形(ギヤ)部
を成形することもできる。
【0048】さらに、上記の歯型ダイと支持ダイとによ
る鍛造でギヤ部を成形する方法の他に、図7に示すよう
な歯車転造機械14で成形してもよい。この歯車転造機械
14は通常のもので、上下動するテーブル15と押圧板16と
でブランク10を挾持し、これの外側から進退可能にした
支持台17、17に支持した転造ダイ18、18を押しつけるこ
とによりギヤ部を転造成形するようになっている。
【0049】このような加工方法では、圧入や圧入溶接
接合を必要としないので、製品の歪みも発生しない。ま
た、機械加工はギヤ部の上部端面のみに留めることがで
き、切削工程の削減や歩留りの向上も可能である。
【0050】また、上記の図1〜図5に示す工程にて成
形されたブランクに、ホブ盤等による機械加工で内周側
または/および外周側のギヤ部を成形するようにしても
よいし、工具を固定したローリング加工にて歯形加工し
てもよい。
【0051】IV マルテンサイト組織の場所および焼入
れ方法 ギヤ部の少なくとも表層をマルテンサイト組織とするの
は、高硬度化して、対向する別のギヤとの噛み合わせに
よる摩耗減肉を抑制するためである。焼入れ層の深さと
しては、最低20μm 、望ましくは 100μm 以上とするの
がよい。高硬度化を計るためには、ギヤ部の全層をマル
テンサイト組織とするのがよいことはいうまでもない
が、耐衝撃性、耐疲労性をも同時に考慮しなければなら
ないので、焼入れ層の深さの上限は数 100μm 程度まで
に抑える。
【0052】図8は、高周波加熱コイルを用いる焼入れ
方法を説明する要部のみの概略斜視図である。前記の加
工が終了したドライブプレート用ギヤ20は、回転シャフ
ト21に装着され、回転状態で高周波加熱コイル19で所定
の温度に加熱される。加熱終了後、高周波加熱コイル19
をはずし、図示しない公知の水または油スプレー装置を
用いて外周側からスプレーし、ドライブプレート用ギヤ
20のギヤ部を焼入れする。
【0053】従来、黒鉛からマトリックスへの炭素の拡
散には 800℃以上で3分間以上の均熱が必要であった
が、本発明の成形方法を用いると、その塑性加工により
黒鉛が変形方向に偏平し、マトリックスとの接触界面が
増大することにより、 800℃以上の温度域であれば、10
〜30秒間の均熱時間後に急冷しても、所望のマルテンサ
イト組織が得られる。このように、本発明のような強加
工を伴う塑性変形品に対する焼入れ方法としては、高周
波焼入れ法が好適であり、均熱時間の短縮にも寄与する
方法である。
【0054】内周側のみを焼入れする方法としては、上
記コイルの先端を薄肉化し、内周側へ移動することがで
きる装置として、加熱すればよい。焼入れ部およびその
深さは、ギヤの用途に応じて調整する。ギヤのない部分
は、原則として焼入れは施さないが、回転物と接触する
ような、例えばギヤの中心孔部などには焼入れを適用し
てもよい。
【0055】
【実施例】
(試験1)表1に示す組成の鋼を前記の製造方法によ
り、表2に示す黒鉛化率を有する厚さ3mmの鋼板とし
た。得られたこれらの鋼板からJIS 5号試験片を切りだ
し、引張試験に供した。別に、径280mm のドライブプレ
ート用ギヤの円板素材を準備し、前記の図1〜図6に示
すスエジングおよびダイ加工により、ブランクと外周側
のみにギヤ部を有するドライブプレート用ギヤを作製し
た。スエジング加工およびギヤ部成形工程で加工部に割
れが発生する場合があるため、二つの加工工程で成形時
の割れ発生の有無を調査した。これらの結果を表2に併
せて示す。
【0056】機械的特性値は、セメンタイトの黒鉛化率
と固溶硬化能の大きいSi、NiおよびCu含有量によって大
きく影響され、黒鉛化率が小さい場合強度は上昇し、ま
た、固溶硬化能の大きい成分の含有量が増大すると強度
が上昇し、伸びが低下することがわかる。
【0057】割れ発生の頻度は、本発明で定める範囲の
鋼板を使用した場合、その範囲以外の鋼板の場合に比較
して小さいこと、また、加工方法については、スエジン
グ加工では割れ発生率が比較的小さく、その後のダイ加
工では割れ発生率が増加する傾向がみられる。しかし、
本発明で定める範囲の鋼板を使用した場合、ダイ加工の
際の割れ発生率が比較的小さく、その後のダイ加工では
割れ発生率が増加する傾向がみられる。しかし、本発明
で定める範囲の鋼板を使用した場合、ダイ加工の際の割
れ発生率は小さいことがわかる。
【0058】ただし、試験No.1では、Cが本発明で定め
る範囲の下限を外れているため加工時に割れは発生して
いない。
【0059】
【表1】
【0060】
【表2】
【0061】(試験2)試験1に示す鋼種の内、前記図
1〜図6の方法による成形に成功したものを、図8に示
す高周波加熱装置で、50kw(8kv×6.25A)、周波数150KHz
で加熱し、 950℃×10秒に均熱後、ギヤ部をスプレー冷
却した。これらのドライブプレート用ギヤの外周側のギ
ヤ部表面の硬度をHvスケールで比較した。この結果を表
3に示す。表3から明らかなように、加工時に割れが発
生せず、しかも焼入れ後の硬度がHvスケールで 300以上
となるのは、本発明範囲の化学組成および組織を有する
場合のみである。
【0062】
【表3】
【0063】(試験3)試験No.6、15、21の鋼種を上記
試験1の条件でスエジング加工まで行った後、図7に示
す転造加工により、外周側にギヤ部を成形した。これら
を試験2の条件で高周波焼入れした。いずれも加工時の
割れ発生はなく、外周側のギヤ部表面の硬度はHvスケー
ルでそれぞれ 475、412 、408 を示し、充分な硬度であ
った。
【0064】以上のように、高炭素組成でありながら、
鋼板のセメンタイトの50%以上を黒鉛化し、低炭素組成
の軟鋼板並みの強度特性を付与することにより、スエジ
ングおよびダイ加工または転造加工を用いて、一体成形
のギヤが製造できる。さらにこのギヤは、成形後の高周
波焼入れにより、低コストで、しかも硬度が Hv300以上
で、耐摩耗性、耐疲労性に優れたものである。
【0065】
【発明の効果】本発明によれば、薄板材を用いたスエジ
ング加工での一体成形によりギヤを成形する場合、外周
部にギヤ部を成形するに十分な厚さの肉厚部を成形する
ことができるとともに、ダイ加工や転造加工でギヤ部の
後仕上機械加工を必要としないように成形することがで
きる。このギヤでは成形後ギヤ部を高周波焼入れ処理す
ることにより、Hvで 300以上の硬度が確保され、走行中
の摩耗による減肉が少ない。さらにその熱処理方法は、
高周波焼入れ法であるので、設備も簡略化でき、軟窒化
等の処理に比べて低コストでの製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】円板素材をスエジング加工状態に固定した状態
を示す概略断面図である。
【図2】第1のスエジング工程を示す概略断面図であ
る。
【図3】第2のスエジング工程を示す概略断面図であ
る。
【図4】ブランク成形工程を示す概略断面図である。
【図5】歯形成形工程を示す概略断面図である。
【図6】歯形成形用の外周歯型ダイ及び内周歯型ダイの
要部を示す平面図である。
【図7】歯車転造機械を用いて歯形成形を行う方法の例
を示す正面図である。
【図8】ドライブプレート用ギヤの高周波焼入れ方法を
説明する概略斜視図である。
【符号の説明】
1: 円盤素材、1a: スエジング加工部、1b: 第1スエジ
ングダイ加工部 1c: 第2スエジングダイ加工部、2:固定台、 3および1
6: 押圧板 4: 位置決めピン、 5: 第1スエジングダイ、 6: 第2
スエジングダイ 7: 下型、 8: 上型、 9: 外型、10: ブランク、11: 外
歯歯型ダイ 12: 支持ダイ、13: 歯形と同ピッチの波形、14: 歯車転
造機械 15: テーブル、17: 支持台、18: 転造ダイ、19: 高周波
加熱コイル 20: ドライブプレート用ギヤ、21: 回転シャフト
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C22C 38/16

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量%にて、C:0.20〜0.70%、Si:0.05
    〜1.00%、Mn:0.05〜0.50%、sol.Al:0.01〜1.00%、
    N: 0.002〜0.010 %およびB:0.0003〜0.0050%、さ
    らに必要に応じて、Ca: 0.001〜0.01%、Cu:0.05〜1.
    00%およびNi:0.05〜2.00%のうちの1種以上を含有
    し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、不純物と
    してのPは 0.020%以下、Sは 0.010%以下である化学
    組成の鋼中のセメンタイトの50%以上を黒鉛としたフェ
    ライト−セメンタイト−黒鉛の複合組織を有する鋼で製
    造された外周部に厚肉部を有する皿状成形体であって、
    その厚肉部の外周側および/または内周側にギヤ部を成
    形し、そのギヤ部の少なくとも表層にはマルテンサイト
    組織を有することを特徴とする自動車用ギヤ。
  2. 【請求項2】重量%にて、C:0.20〜0.70%、Si:0.05
    〜1.00%、Mn:0.05〜0.50%、sol.Al:0.01〜1.00%、
    N: 0.002〜0.010 %およびB:0.0003〜0.0050%、さ
    らに必要に応じて、Ca: 0.001〜0.01%、Cu:0.05〜1.
    00%およびNi:0.05〜2.00%のうちの1種以上を含有
    し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、不純物と
    してのPは 0.020%以下、Sは 0.010%以下である化学
    組成の鋼中のセメンタイトの50%以上を黒鉛化してフェ
    ライト−セメンタイト−黒鉛の複合組織とした鋼板を、
    円板に打抜き、円板素材の外周部をスエジングダイにて
    軸心方向にスエジング加工してこの円板素材の外周部を
    肉厚にし、次いでこのスエジング加工部の内側部を軸方
    向に押圧して、皿状のブランクを成形し、さらにこのブ
    ランクの外周または内周の一方に支持ダイを圧入し、他
    方に歯形ダイを圧入して上記ブランクの外周側および/
    または内周側にギヤ部を成形し、さらにこのギヤ部を高
    周波加熱により焼入れすることを特徴とする自動車用ギ
    ヤの製造方法。
  3. 【請求項3】重量%にて、C:0.20〜0.70%、Si:0.05
    〜1.00%、Mn:0.05〜0.50%、sol.Al:0.01〜1.00%、
    N: 0.002〜0.010 %およびB:0.0003〜0.0050%、さ
    らに必要に応じて、Ca: 0.001〜0.01%、Cu:0.05〜1.
    00%およびNi:0.05〜2.00%のうちの1種以上を含有
    し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、不純物と
    してのPは 0.020%以下、Sは 0.010%以下である化学
    組成の鋼中のセメンタイトの50%以上を黒鉛化してフェ
    ライト−セメンタイト−黒鉛の複合組織とした鋼板を、
    円板に打抜き、円板素材の外周部をスエジングダイにて
    軸心方向にスエジング加工してこの円板素材の外周部を
    肉厚にし、次いでこのスエジング加工部の内側部を軸方
    向に押圧して、皿状のブランクを成形し、さらにこのブ
    ランクの外周側および/または内周側に転造加工または
    歯切り加工機でギヤ部を成形し、さらにこのギヤ部を高
    周波加熱により焼入れすることを特徴とする自動車用ギ
    ヤの製造方法。
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