JPH08311636A - 歯車及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 窒化処理時の寸法精度の狂いや表面粗さの悪
化を最小限にすることができ、また、騒音の小さい、耐
摩耗性に優れた歯車を提供することである。 【構成】 上軸ベベルギヤ３等の金属製の歯車を、予め
高温とされたフッ素系ガス雰囲気中に所定時間保持し、
その各歯表面や側面等にフッ化膜を形成する。その後、
その歯車を窒化ガス雰囲気中で所定時間加熱し、前記フ
ッ化膜を反応媒体として窒化硬質層を形成する。このよ
うにして、歯車の表面に窒化膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種機械類に使用され
る金属製の歯車及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、各種機械類に使用される金属製の
歯車においては、歯車の摩耗の内、ピッチングやスポー
リングと呼ばれる繰り返し荷重による表面の疲労摩耗を
防止するために、各種の表面硬化法がとられてきた。一
般に材料は硬い方のものが耐ピッチング性、即ち、耐摩
耗性が向上する。歯車の歯面の表面硬化方法には、固体
浸炭方法、ガス浸炭方法、液体浸炭方法、高周波焼入方
法、火炎焼入方法、そして、窒化方法等がある。

【０００３】これらの表面硬化方法の内、窒化処理方法
は、浸炭処理等の硬化方法に比べて耐摩耗性や耐疲れ性
に優れ、さらに、スコーリングと呼ばれる焼き付きに起
因するかじりにも有効とされ、幅広く用いられている。
窒化処理によって形成される窒素化合物層は、厚さ１０
μｍ以下と薄く、従って、処理後に寸法や面粗さを補正
するための加工ができず、処理面をそのまま使用するこ
とが通常である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
歯車の窒化処理によれば、表面を活性化し、窒素の拡散
及び反応を促進する目的で５００〜６００℃の高温中に
置かれるため、歯切り加工等の際に表層に残存していた
加工歪が解放され、所謂熱変形が生じていた。また、窒
化処理によって５〜１０μｍ程度の不均一な窒素化合物
層が前記歯車の表面に形成されるために、寸法の膨れが
生じたり、歯面の面粗さが処理前に比べて粗くなること
があった。従って、歯車の噛み合い精度が狂うために、
例えば、工業用ミシンのように、５０００〜１００００
ｒｐｍといった高速運転をする際に騒音が大きくなった
り、また、時には局所荷重によって、かえって摩耗が増
大するという問題があった。

【０００５】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、窒化処理時の寸法精度の狂いや
表面粗さの悪化を最小限にすることができ、しかも、騒
音の小さい、耐摩耗性に優れた歯車を提供することを目
的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の請求項１の歯車は、金属製の歯車の、少な
くとも他の歯車と噛み合う歯の接触面にフッ化処理を施
し、さらに、その箇所に窒化処理を施して窒化膜を形成
している。

【０００７】また、請求項２の歯車の製造方法は、金属
製の歯車の、少なくとも他の歯車と噛み合う歯の接触部
分を、フッ素系ガス雰囲気中で所定時間加熱して、その
部分の表面にフッ化膜を形成し、その後に、その部分を
窒化ガス雰囲気中で所定時間加熱して、前記フッ化膜を
分離除去すると同時に、その除去部分に窒化膜を置換形
成するようにしている。

【０００８】さらに、請求項３の歯車の製造方法は、前
記フッ化膜を形成する前に、そのフッ化膜を形成する部
分に対して、浸炭焼き入れ、高周波焼き入れ、火炎焼き
入れ等の焼入れ処理及び焼き戻し処理を施すようにして
いる。

【０００９】

【作用】前記の構成を有する本発明の請求項１の歯車よ
れば、金属製の歯車の、少なくとも他の歯車と噛み合う
歯の接触面にフッ化処理を施し、さらに、その箇所に窒
化処理を施して窒化膜を形成する。

【００１０】また、請求項２の歯車の製造方法によれ
ば、金属製の歯車の、少なくとも他の歯車と噛み合う歯
の接触部分を、フッ素系ガス雰囲気中で所定時間加熱し
て、その部分の表面にフッ化膜を形成し、その後に、そ
の部分を窒化ガス雰囲気中で所定時間加熱して、前記フ
ッ化膜を分離除去すると同時に、その除去部分に窒化膜
を置換形成する。この場合、前記フッ化膜は、前記フッ
化処理温度以上に加熱されると非常に活性な膜として作
用するため、この箇所に窒化処理を施す際、従来よりも
はるかに低い温度で窒素を吸着し、表層に窒素を拡散す
る。この際、フッ化膜は、窒素と置換する形で表面より
取り除かれる。

【００１１】さらに、請求項３の歯車の製造方法によれ
ば、前記フッ化膜を形成する前に、そのフッ化膜を形成
する部分に対して、浸炭焼き入れ、高周波焼き入れ、火
炎焼き入れ等の焼入れ処理及び焼き戻し処理を施す。こ
の場合、最終的に窒化膜を形成した部分をその深層域ま
でより高硬度にすることができる。

【００１２】

【実施例】以下に、本発明をミシンに使用されている歯
車に具体化した実施例を図面を参照して説明する。

【００１３】図１は、本実施例の工業用本縫いミシンの
上軸と下軸の間の動力伝達機構の構成を示している。モ
ーター等の駆動源（図示せず）によって、ベルトを介し
て駆動されるプーリー１が図中矢印方向に回ると、前記
プーリー１と連結した上軸２に取り付けられた上軸ベベ
ルギヤ３により、縦軸４上端に取り付けられた縦軸ベベ
ルギヤ５に回転を伝える。この回転運動は、前記縦軸４
下端に取り付けられた縦軸ベベルギヤ６より、下軸ベベ
ルギヤ７を介して下軸８に伝達される。これ等２箇所で
組み合わされる歯車のギヤ比は、合計して１：２となる
よう設定されており、従って、前記下軸８の末端に固定
されたミシン釜９は、前記上軸２の２倍の回転数で回転
することになる。ここで、前記上軸ベベルギヤ３、縦軸
ベベルギヤ５、縦軸ベベルギヤ６、及び下軸ベベルギヤ
７の各歯車は、本発明の方法による下記窒化処理を施す
ことにより、耐摩耗性に優れた表面硬化層を有する金属
材料によって形成されている。

【００１４】図２は、前記ミシンとは別の構造の２本針
型の工業用本縫いミシンの下軸とミシン釜間の動力伝達
機構の構成を示している。この型のミシンでは、上軸と
下軸との間の動力伝達はタイミングベルト１０及び上軸
１１に取り付けられたタイミングプーリー１２、下軸１
３に取り付けられたタイミングプーリー１４によって行
われる。下軸１３が回転すると、その回転運動は、前記
下軸１３に取り付けられた２つのスパイラルギヤ１５に
伝わる。前記スパイラルギヤ１５の鉛直方向の回転運動
は、それぞれのスパイラルギヤ１５と対になったピニオ
ンギヤ１６を介して２つのミシン釜１７を水平方向に回
転させる。前記スパイラルギヤ１５及びピニオンギヤ１
６は１：２のギヤ比に設定されており、従って、前記ミ
シン釜１７は、前記下軸１３の２倍の回転数で回転する
ことになる。ここで、前記２つのスパイラルギヤ１５及
びピニオンギヤ１６の各歯車は、やはり、本発明の方法
による下記窒化処理を施すことにより、耐摩耗性に優れ
た表面硬化層を有する金属材料によって形成されてい
る。

【００１５】次に、本発明の各歯車の製造方法について
説明する。歯車は、炭素鋼や合金鋼を材料として選定
し、主に切削加工、及び歯面の研磨によって形成され
る。これ等加工した歯車は、その全体が予め高温とされ
たフッ素系ガス雰囲気中に所定時間保持され、その歯表
面や側面にフッ化膜を形成した後、窒化ガス雰囲気中で
所定時間加熱され、前記フッ化膜を反応媒体として窒化
硬質層が形成される。この際、前記フッ化膜は分離除去
されると同時に、その除去部分に窒化硬質層が置換形成
されることになる。

【００１６】前記フッ素ガスに用いられるものとして
は、ＮＦ₃、ＢＦ₃、ＣＦ₄、ＨＦ、ＳＦ₆、Ｆ₂、ＣＨ₂Ｆ
₂、ＣＨ₃Ｆ、Ｃ₂Ｆ₆、ＷＦ₆、ＣＨＦ₃、ＳｉＦ₄等から
選ばれた少なくとも一つのフッ素源成分をＮ₂等の不活
性ガス中に含有させたものであり、これらの中でも、反
応性、取扱い性等の面でＮＦ₃が最も優れている。雰囲
気ガスとして、このＮＦ₃を使用した場合、前記各歯車
が収納された炉の温度を３００℃前後に加熱する。する
と、ＮＦ₃は活性基のフッ素を発生し、このフッ素が前
記各歯車表面の金属と反応して、表面に極薄いフッ化膜
が形成されるのである。このフッ化膜は、フッ化処理温
度以下では保護膜として作用するが、フッ化処理温度以
上の高温で加熱されると、活性膜として作用する性質を
有する。

【００１７】このフッ化膜が形成された前記各歯車を、
窒化用ガス、例えばアンモニアを用いて、従来の窒化処
理温度である約５５０〜６００℃より約１５０〜２００
℃も低い４００℃程度の温度で加熱すると、活性なフッ
化膜の作用でＮ原子が歯車表面に吸着され、その金属内
部に侵入、拡散し、その結果、前記各歯車の表層に窒化
物を含有する窒化硬質層が形成されるのである。

【００１８】このようにして形成された窒化硬質層は、
従来と変わりない優れた耐焼付き性、耐摩耗性、そし
て、耐衝撃性を有する。そして、従来よりもはるかに低
温で窒化処理を行うため、熱変形による寸法精度の狂い
や窒化物層による過大な寸法の膨れ、また、表面粗さの
悪化を極力抑えることが可能となる。従って、組み合わ
される歯車の歯面同士の噛み合い精度は、窒化処理前と
同様、良好に保たれ、高速運転時の騒音や異常摩耗が発
生することはない。

【００１９】処で、前記各歯車にフッ化膜を形成する前
に、これ等の部品に予め浸炭焼き入れ、高周波焼き入
れ、火炎焼き入れ等の焼き入れ処理、及び焼き戻し処理
を施してもよい。この焼入れ処理によって、各歯車の深
層部に亙って高硬度な表層を得ることができる。また、
基材となる焼入れ鋼の種類によっては、窒化処理温度で
ある４００℃近辺は、基材の焼き戻し脆性を引き起こす
危険性があるが、焼入れ後の焼き戻し温度を窒化処理温
度以上の適当な値に設定することにより脆化を防止する
ことができる。

【００２０】なお、本実施例では、窒化膜を歯車の表面
全体に形成するようにしたが、最低限、その歯車の歯の
噛み合い接触面にのみ前記窒化膜を形成するようにして
もよい。この場合、その接触面以外の部分はマスキング
する必要がある。

【００２１】以上はミシンに使用されている歯車に本発
明を適用した実施例を説明したが、その外、あらゆる機
械類に使用されている金属製の歯車であれば、そのいず
れの歯車にも本発明を適用することができることは言う
までもない。

【００２２】

【発明の効果】以上詳述したことから明かなように、本
発明の歯車及びその製造方法によれば、金属製の歯車
の、少なくとも他の歯車と噛み合う歯の接触面にフッ化
処理を施し、さらに、その箇所に窒化処理を施して窒化
膜を形成したので、歯車の熱変形や寸法膨れを最小限に
することができ、また、処理前と変わらない面粗さを維
持することが可能となり、噛み合い精度の悪化による騒
音を防止し、局所荷重による摩耗を抑えることができ
る。

【００２３】また前記フッ化処理に先だって、前記歯車
に焼き入れ、焼き戻し処理を施すことによって、歯面の
表面及び表層深部まで更に硬化させ、耐摩耗性を向上さ
せる等の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の工業用本縫いミシンの上軸と下軸の
間の動力伝達機構の構成図である。

【図２】本実施例の２本針型の工業用本縫いミシンの下
軸とミシン釜間の動力伝達機構の構成図である。

【符号の説明】

３ 上軸ベベルギヤ ５ 縦軸ベベルギヤ ６ 縦軸ベベルギヤ ７ 下軸ベベルギヤ １５ スパイラルギヤ １６ ピニオンギヤ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属製の歯車の、少なくとも他の歯車と
   噛み合う歯の接触面にフッ化処理を施し、さらに、その
   箇所に窒化処理を施して窒化膜を形成したことを特徴と
   する歯車。
2. 【請求項２】 金属製の歯車の、少なくとも他の歯車と
   噛み合う歯の接触部分を、フッ素系ガス雰囲気中で所定
   時間加熱して、その部分の表面にフッ化膜を形成し、そ
   の後に、その部分を窒化ガス雰囲気中で所定時間加熱し
   て、前記フッ化膜を分離除去すると同時に、その除去部
   分に窒化膜を置換形成したことを特徴とする歯車の製造
   方法。
3. 【請求項３】 前記フッ化膜を形成する前に、そのフッ
   化膜を形成する部分に対して、浸炭焼き入れ、高周波焼
   き入れ、火炎焼き入れ等の焼入れ処理及び焼き戻し処理
   を施したことを特徴とする請求項２に記載の歯車の製造
   方法。