JPH07290363A - 高性能歯車の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、ショットピーニング処理歯車の歯
面疲労強度低下を防ぎ、高次元で歯元歯面疲労強度がバ
ランスした高性能歯車の製造方法を提供する。 【構成】 歯切り加工された被処理歯車に、第１段目に
被処理歯車の表面硬度の１／２以上の硬さの硬質なショ
ット球を用いて、アークハイトが０．２mmＡ以上となる
ショットピーニング処理を施した後、第２段目に被処理
歯車の表面硬度の１／２未満の硬さの軟質なショット球
を投射することにより、硬質なショット球で形成された
表面粗さ突起を滑らかな形状にすることで歯面疲労強度
と歯元疲労強度をバランスよく向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車や産業機械に使
用される歯車の、歯面歯元疲労強度が要求される歯車の
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】塑性変形可能な金属材料の表面に硬球を
高速度で衝突させ、衝突部の塑性変形および残留オース
テナイトの変態によって導入される圧縮残留応力によ
り、金属の疲労強度を向上し得ることが知られている
（ショットピーニング）。

【０００３】ところで、歯車にショットピーニング処理
を行うと、歯車の歯面および歯底全体にショットピーニ
ング処理され、硬球が衝突した部分には圧縮残留応力場
が形成されると共に、微小な凹凸が形成される。歯元部
では引張の応力が働くので、圧縮残留応力の付与は歯元
の疲労強度向上には著しい効果が認められる（日本機械
学会論文集Ｃ編，５５−５２０（１９８９），ｐ３０３
４．）。

【０００４】その一方で、歯面では、対になる歯車との
接触があるため、せん断応力を含む複雑な応力状態にな
ると共に、ショットピーニング処理による表面粗さの劣
化によって歯面の疲労強度は必ずしも向上しない（日本
機械学会論文集Ｃ編，４６−４０６（１９８０），ｐ６
６０．）。

【０００５】そのため、ショットピーニング処理で歯元
疲労強度を確保した後に、歯面の表面をさらに研削して
歯面疲労強度の回復を図っている。しかし、この歯面研
削工程は歯車製造工程の中では前後の工程との類似性が
ないため工程のつながりが悪く、さらに一括して大量の
処理が不可能なためコストの上昇を招いてしまう欠点が
ある。

【０００６】従って、歯車製造工程の中につながりよく
導入することが可能で、かつ一括して大量に処理でき、
さらには歯面歯元に疲労強度を向上させ得るショットピ
ーニング処理を行うのが望ましい。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであ
り、その主な目的は、応力集中源となる粗さ突起の形状
を制御し、ショットピーニング処理歯車の歯面疲労強度
低下を防ぎ、高次元で歯元歯面疲労強度がバランスした
高性能歯車の製造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の高性能歯車の製
造方法は、その目的を達成するために、歯切り加工され
た被処理歯車に、第１段目に被処理歯車の表面硬度の１
／２以上の硬さの硬質なショット球を用いて、アークハ
イトが０．２mmＡ以上となるショットピーニング処理を
施した後、第２段目に被処理歯車の表面硬度の１／２未
満の硬さの軟質なショット球を投射することにより、硬
質なショット球で形成された表面粗さ突起形状を滑らか
な形状にすることを特徴とする。

【０００９】なお、ここでいうアークハイトとは、アル
メンストリップと呼ばれるチューインガム形状の鋼片を
治具で固定した状態でショットピーニング処理を施した
時の反り量のことをいう。この数値が大きいほどショッ
トピーニング強度が大きい。大文字のアルファベット
は、鋼片の種類を表す（Gear Technology, 1991-Nov/De
c, p15.)。

【００１０】

【作用】このような本発明の主要な構成は、ショットピ
ーニング処理を２段にわけて実施することにある。第１
段目のショットピーニング処理は、ショット球を被処理
歯車の表面硬度の１／２以上の硬さの硬質なショット球
とし、アークハイト０．２mmＡ以上が得られるショット
強度で処理する。

【００１１】次いで、第２段目にショット球を被処理歯
車の表面硬度の１／２未満の硬さの軟質なショット球で
ショットピーニング処理する。この処理で第１段目のシ
ョットピーニング処理で形成された粗さ突起の形状が滑
らかになり、同時に表面粗さの向上が図れるため、表面
粗さ突起部の応力集中が緩和され、歯面の疲労強度を向
上させることができる。

【００１２】第１段目にショット球硬さを被処理歯車の
表面硬度の１／２以上の硬さとしたのは、処理時間の短
縮と適切な深さ方向の残留応力分布を得るためで、アー
クハイトを０．２mmＡ以上としたのは、０．２mmＡ未満
のショット強度では、ショットピーニング処理コストに
見合った強度向上が図れないからである。

【００１３】第２段目にショット球硬さを被処理歯車の
表面硬度の１／２未満の硬さとしたのは、これを超える
硬さでは、第１段目のショットピーニング処理で形成さ
れた表面粗さ突起形状の改善効果が得られないからであ
る。

【００１４】

【実施例】以下に本発明について添付の図面に示された
好適実施例を参照して詳細に説明する。

【００１５】本発明にかかる高性能歯車の製造方法は、
図１の製造工程でなされる。すなわち、先ずショットピ
ーニング処理をしないままでも、使用可能な機能を有す
る歯車に加工する。その後必要に応じて表面硬化処理等
を含む熱処理を施す。これまでのプロセスは一般的に用
いられる製造手段によるため、その詳細は省略する。次
いで、第１段目のショットピーニング処理と第２段目の
ショットピーニング処理を行う。

【００１６】上述の製造方法に基づく効果を裏付けるた
めに、いくつかの試験を行った。歯元疲労強度の評価に
は小野式回転曲げ疲労試験機を用い、歯面疲労強度の評
価には２円筒を転がり滑り接触させるローラーピッチン
グ疲労試験機を用いた。これら試験機を用いて、試験片
に損傷が生じる限界応力を測定し良否を判定した。試験
条件の詳細は、具体的には下記のようになっている。

【００１７】（試験条件） 試験片素材：ＪＩＳ ＳＣＭ４２０Ｈ 加工工程 ：切削加工後浸炭さらにショットピーニン
グ１，２ 熱処理 ：浸炭熱処理 ９３０℃×２４０分保持→
８５０℃×３０分保持→油冷→１８０℃×９０分保持 試験片表面硬さ ：Ｈｖ７００ 試験片形状 ：小野式回転曲げ疲労試験片（図
２） ローラーピッチング疲労試験片（図３） ショットピーニング処理条件： ショット球硬度：Ｈｖ３００，５００ ショット球径 ：０．８mm 投射速度 ：５０ｍ/sec 投射時間 ：３００sec 各試験例の条件は表１に示す組み合わせとする。

【００１８】

【表１】

【００１９】このような試験の結果、表２に示すような
試験結果を得た。

【表２】

【００２０】表２に示す比較例４を従来技術として各条
件を評価した結果によると、本発明例１，２，３では歯
元・歯面強度が共にバランスよく向上していることが分
かる。

【００２１】比較例５は２段目のショット球硬度が等し
く表面粗さ突起形状が改善されなく、歯面歯元強度が向
上しない。

【００２２】比較例６は第１段目のショット球硬度が従
来法に比べ高硬度のために、歯元の疲労強度が向上して
いるが、第２段目のショット球硬度が従来法と同じため
表面粗さ突起形状が改善されておらず、歯面疲労強度が
向上していない。

【００２３】比較例７，８は第１，第２段目のショット
球硬度が従来法に比べ低硬度のために、表面粗さが従来
より小さく突起形状も滑らかであるため歯面疲労強度は
向上しているが、従来法に比べてショット強度が不足し
ているために歯元の疲労強度が向上していない。

【００２４】比較例９は第１段目のショット球硬度が従
来法に比べ低硬度で第２段目が従来法と等しいために、
もっぱら第２段目のショットに影響され残留応力、表面
粗さは従来法とほぼ同じになり、従来法に比べメリット
が生じない。

【００２５】

【発明の効果】本発明は以上に述べたように、ショット
ピーニング処理によって歯元強度が向上した歯車におい
て問題となる歯面強度を、簡便に向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造プロセスを示す図である。

【図２】歯元疲労強度評価用小野式回転曲げ疲労試験片
の図である。

【図３】歯面疲労強度評価用ローラーピッチング疲労試
験片の図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 歯切り加工された被処理歯車に、第１段
   目に被処理歯車の表面硬度の１／２以上の硬さの硬質な
   ショット球を用いて、アークハイトが０．２mmＡ以上と
   なるショットピーニング処理を施した後、第２段目に被
   処理歯車の表面硬度の１／２未満の硬さの軟質なショッ
   ト球を投射することにより、硬質なショット球で形成さ
   れた表面粗さ突起を滑らかな形状にすることを特徴とす
   る高性能歯車の製造方法。