JPH07316640A

JPH07316640A - 浸炭焼入れ方法および浸炭焼入れした動力伝達部材

Info

Publication number: JPH07316640A
Application number: JP6226603A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Oda; 和幸織田; Yukio Arimi; 幸夫有見; Akira Mutagami; 章無田上
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1994-03-29
Filing date: 1994-09-21
Publication date: 1995-12-05
Anticipated expiration: 2020-09-21
Also published as: JP3697725B2

Abstract

(57)【要約】【目的】低炭素鋼からなる素材の非鍛造品でありなが
らオーステナイト結晶粒度が＃１０以上の炭素鋼を得る
ことができる浸炭焼入れ方法を提供する。【構成】低炭素鋼からなる素材をオーステナイト化温
度以上に加熱して浸炭処理を施した後、オーステナイト
化温度未満に冷却し、該冷却された素材をオーステナイ
ト化温度以上に急速加熱し、続いて焼入れ処理を施す。
上記浸炭処理時の表面炭素濃度を共析点付近に設定す
る。また、上記急速加熱温度をオーステナイト化温度の
直上に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば歯車のような動
力動力伝達部材に適用するのに好適な浸炭焼入れ方法お
よび浸炭焼入れした動力伝達部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車のディファレンシャルギヤのピニ
オン等の歯車としては一般に肌焼き鋼（低炭素鋼）を用
い、その表面にガス浸炭焼入れあるいはプラズマ浸炭焼
入れ等を施した後、耐疲労強度と耐磨耗性を向上させた
うえで使用している。

【０００３】また、浸炭焼入れ処理・焼戻し処理に替わ
る歯車等の表面効果処理法として、例えば特開平６−１
１６６２８号公報に開示されているような中・高炭素鋼
の高周波輪郭焼入れ方法が提案されている。この方法
は、中・高炭素鋼からなる素材を加熱してオーステナイ
ト化し、少なくとも温間域において塑性加工を行なって
冷却し、次に、該素材にオーステナイト化温度以下で予
加熱処理を行ない、その後、オーステナイト化温度の直
上まで急速に再加熱し、該組織をオーステナイト化した
後、焼入れ・焼戻し処理を施すものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、通常行われ
ているガス浸炭焼入れあるいはプラズマ浸炭焼入れで
は、浸炭時にワークが長時間高温に加熱されるため、結
晶粒界にリンや硫黄等の不純物が偏析し、また炭化物が
析出して粒界の強度を低下させている。

【０００５】そのため、高い曲げ応力が掛かる歯底（図
１にＡで示す）のエッジ部分に結晶粒界を起点として亀
裂が発生しやすく、かつ亀裂の伝播も速くなり、静破壊
強度および耐衝撃強度が不足するという問題があった。
この問題を軽減するには、浸炭深さを浅くする方法があ
るが、浸炭深さを浅くすると、高い面圧が掛かる歯当た
り面（図１にＢで示す）においてもスポーリング強度が
低下するという問題がある。

【０００６】一方、中・高炭素鋼の高周波輪郭焼入れ方
法では、ワークの加熱時間が極めて短時間であるから、
上記浸炭処理におけるような問題は解決されるが、中・
高炭素鋼は肌焼き鋼等の低炭素鋼よりも被削性が劣るた
め刃具費が高価でとなり、しかも歯車の芯部が中・高炭
素鋼からなるため、芯部の靭性が低いという問題があ
る。

【０００７】さらに、歯車においては、歯底部および歯
当たり面の双方において、オーステナイト結晶粒度が微
細であることが強度上望ましいが、従来の方法では、鍛
造品を除いて、オーステナイト結晶粒度が＃１０以上の
微細な結晶粒からなる炭素鋼は得られなかった。

【０００８】上述の問題に鑑み、本発明は、低炭素鋼か
らなる素材の非鍛造品でありながら、粒界粒度を低下さ
せるＰＳまたは炭化物等の偏析を防止するとともに、オ
ーステナイト結晶粒度が＃１０以上の炭素鋼を得ること
ができる浸炭焼入れ方法および浸炭焼入れした動力伝達
部材を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる浸炭焼入
れ方法は、低炭素鋼からなる素材をオーステナイト化温
度以上（亜共析浸炭ではＡｃ₃点以上、過共析浸炭では
Ａｃ_cm点以上、図２参照）に加熱して浸炭処理を施した
後、オーステナイト化温度未満に冷却し、該冷却された
素材をオーステナイト化温度以上に急速加熱し、続いて
焼入れ処理を施すことを特徴とするものであって、上記
急速加熱温度はオーステナイト化温度の直上に設定する
ことが好ましい。

【００１０】この場合、上記急速加熱により、上記素材
の表面部および芯部がともにオーステナイト化温度以上
に加熱されることが望ましく、また、上記浸炭処理時の
表面炭素濃度は、０．６％未満では表面硬さを確保でき
ず、１．２％を超えると粒界にネット状の炭化物が析出
するから０．６〜１．２％の範囲に設定するが、特に表
面炭素濃度を共析点Ｓ付近（０．６〜０．９％）に設定
することが望ましい。さらに、上記急速加熱の途中で、
上記素材の表面に冷媒を供給して、素材の表面を例えば
共析点温度（７２３°Ｃ）よりも低い温度に冷却するこ
とが望ましい。

【００１１】具体的には、本発明に係わる浸炭焼入れ方
法は、歯部が等間隔に形成された動力伝達部材をオース
テナイト化温度以上に加熱して浸炭処理を施した後、オ
ーステナイト化温度未満に徐冷し（焼入れあるいは焼戻
し処理を施しても良い。）、該冷却された素材をオース
テナイト化温度以上に急速加熱し、続いて焼入れ処理を
施すものである。上記動力伝達部材としては、例えば、
歯車、スプロケット、スプライン等が挙げられ、素材と
しては肌焼き鋼が使用される。浸炭処理手段としては、
ガス浸炭あるいはプラズマ浸炭等が適宜利用され、浸炭
処理能率および浸炭の均一性の観点からはプラズマ浸炭
が望ましいが、プラズマ浸炭は真空中で行われるためコ
ストと量産性の点から言えばガス浸炭が望ましい。

【００１２】上記焼入れ処理時の加熱は、高周波焼入れ
であることが望ましい。

【００１３】また、本発明に係わる浸炭焼入れ方法は、
歯部が等間隔に形成された動力伝達部材にプラズマ浸炭
処理を施した後冷却し、続いて表面焼入れ処理を施すも
のであって、上記表面焼入れ時に、歯底部の加熱温度が
歯当り面の加熱温度より高くなるように上記動力伝達部
材を加熱することを特徴とする。上記表面焼入れ時の加
熱は、昇温から均熱、本加熱に亘って歯底部の温度が歯
当り面の温度よりも高くなるように設定することが望ま
しく、また、上記表面焼入れ時の加熱により浸炭層の最
表面部を脱炭し、該最表面部の炭素濃度をその下の炭素
濃度より低下させることが望ましい。そして、上記表面
焼入れの加熱も、高周波焼入れであることが望ましい。

【００１４】一方、本発明に係わる動力伝達部材は、非
鍛造品からなる素材に浸炭焼入れを施した動力伝達部材
であって、芯部が低炭素鋼からなり、表面部が浸炭処理
により中・高炭素鋼と同様の炭素濃度を有し、かつオー
ステナイト結晶粒度が＃１０以上であることを特徴とす
る。

【００１５】上記動力伝達部材の好ましい態様は、歯部
が等間隔に形成された動力伝達部材にプラズマ浸炭後表
面焼入れしたもので、歯底部における浸炭層の残留オー
ステナイト量が２５〜３５％であり、歯当り面における
浸炭層の残留オーステナイト量がそれより少ないことを
特徴とする。そして、歯当り面における浸炭層の残留オ
ーステナイト量は好ましくは５〜１５％であり、また、
浸炭層、特に、歯底部における浸炭層の最表面部の炭素
濃度がその下の炭素濃度よりも低下せしめられているこ
とが好ましい。

【００１６】

【作用および発明の効果】浸炭処理を施した素材では、
浸炭時には炭素の粒界偏析が生じフィルム状のセメンタ
イトが存在して粒界強度を低下させると考えられるが、
本発明に係わる浸炭焼入れ方法におけるように、浸炭処
理後例えば高周波加熱によりオーステナイト化温度以上
に急速加熱しているため、再結晶により新しい粒界が形
成されて粒界強度が向上し、かつオーステナイト結晶粒
の微粒化（オーステナイト結晶粒度が＃１０以上）が実
現できるから、スポーリング強度を低下させることなく
静破壊強度および耐衝撃強度を向上させることができ
る。

【００１７】また、従来のガス浸炭では、表面炭素濃度
０．９〜１．０％を目標にしていたが、本発明の方法で
は、共析点付近に設定しているので、浸炭焼入れ品で比
較して約１９％の強度向上が図られており、同じ高周波
焼入れ条件で比較しても５〜１９％の強度向上が確認さ
れた。

【００１８】また、亜共析浸炭の場合、急速加熱温度が
Ａｃ₃点未満では芯部にフェライトが析出して強度が低
下し、過共析浸炭の場合、急速加熱温度がＡｃ_cm点未満
では表面浸炭層にセメンタイトが析出して強度が低下
し、急速加熱温度が１１００°Ｃを超えるとオーステナ
イト結晶粒が成長して強度が低下するが、本発明の方法
では、急速加熱温度をオーステナイト化温度の直上に設
定することにより、さらに該急速加熱により、上記素材
の表面部および芯部がともにオーステナイト化温度以上
に加熱されるようにしているので、オーステナイト結晶
粒の微細化が図られるとともに、芯部まで焼入れがなさ
れ、芯部の硬度も高くなる効果がある。

【００１９】さらに、上記急速加熱に際して、芯部まで
焼入れして硬度を高めようとすると、全体加熱を行なう
ため、素材の表面が比較的長時間高温となり、オーステ
ナイト結晶粒の成長が進み過ぎ、靭性が低下するが、本
発明の方法では、上記急速加熱の途中で、上記素材の表
面に冷媒を供給して、素材の表面を例えば共析点温度
（７２３°Ｃ）よりも低い温度に冷却することにより、
芯部の温度をオーステナイト化温度以上に保ちながら、
表面が長時間高温になるのを防止することができ、これ
により、素材表面のオーステナイト結晶粒が微細化して
（非鍛造品であってもオーステナイト結晶粒度が＃１０
以上）、かつ芯部まで焼入れがなされ、強靭性が向上す
る効果がある。

【００２０】また、本発明の方法を歯車のような動力伝
達部材に適用するに際し、プラズマ浸炭後の表面焼入れ
時に、歯底部の加熱温度が歯当り面の加熱温度よりも高
くなるように設定されているので、歯底部の浸炭層にお
いて粒界に沿って析出していた炭化物がより多く母相に
固溶し、その部分の炭素濃度が高くなることから、表面
焼入れ後の残留オーステナイト量が歯底部で相対的に多
くなる。また、歯底部の加熱温度が歯当り面より高く設
定されているため、歯底部において該加熱温度からマル
テンサイト変態温度にまで冷却される間の時間が長くな
り、これも残留オーステナイト量が多くなる原因とな
る。

【００２１】歯底部の浸炭層における適量の残留オース
テナイト量は、エッジ部分の耐曲げ破壊強度を向上させ
る効果を有し、目安として面積率で２５〜３５％程度残
留するのが好ましい。残留オーステナイト量がこれより
少ない場合、組織自体の靭性が不足するほか、母相に固
溶しきれない炭化物が破壊の起点として多く存在するこ
とにもなり、逆にこれより多い場合、組織自体の強度が
下がりエッジ部分が変形しやすくなるという問題が生じ
る。なお、残留オーステナイト量は表面焼入れ時の加熱
温度および高温域での保持時間により適宜調整すること
ができる（高温域での保持時間が長くなるほど炭化物の
固溶が進み、残留オーステナイト量が多くなる）。

【００２２】一方、歯当り面における加熱温度は歯底部
より低く設定されているので、炭化物の母相への固溶量
が少なく、その部分の炭素濃度が歯底部ほど高くならな
いことから、表面焼入れ後の残留オーステナイト量が相
対的に少ない。また、同じく歯当り面の加熱温度は歯底
部より低く設定されているため、歯当り面において該加
熱温度からマルテンサイト変態温度にまで冷却される間
の時間が短くなり、これも残留オーステナイト量が少な
くなる原因となる。

【００２３】歯当り面の浸炭層においては、スポーリン
グ強度を確保するため、残留オーステナイト量が少なく
所定量の炭化物が粒状に分散した組織であることが好ま
しく、目安として面積率で５〜１５％の残留オーステナ
イト量となるようにするとよい。残留オーステナイト量
がこれより少ないということは、浸炭時に析出した炭化
物がほとんど固溶せず網状のまま存在するという可能性
が大きいということであり、逆にこれより多いというこ
とは、炭化物の固溶が多く析出炭化物量が減るというこ
とであり、いずれもスポーリング強度の低下の原因とな
る。

【００２４】なお、歯当り面と歯底部を均一に加熱する
通常の表面焼入れ方法を適用した場合、本発明とは逆
に、歯底部における残留オーステナイト量が歯当り面に
おけるよりも一般的に低くなる。つまり、歯車のような
部材に浸炭処理を施す場合、単純な平面形状に近い歯当
り面では浸炭層の炭素濃度が相対的に高く、歯底部のよ
うに内に入ったような形状の部位では炭素濃度が相対的
に低くなり勝ちなためである。

【００２５】表面焼入れ時の加熱を、昇温から、均熱、
本加熱に亘って歯底部の温度が歯当り面の温度よりも高
くなるように設定するのは、歯底部の温度を相対的に長
い時間高い温度に保つことになり、歯底部の浸炭層にお
ける炭化物の固溶を促進する作用を有する。

【００２６】また、通常、浸炭層の最表面部は過剰浸炭
される傾向にあり、浸炭後の最表面部の炭素濃度はその
下の炭素濃度より高くなっているが、表面焼入れ時の高
温域での保持がある程度長い時間継続して行われると浸
炭層の最表面部が脱炭され、その部分では炭素濃度の低
下に伴い粒界脆化が起きにくくなる。したがって、最表
面部の脱炭を進める場合は、高温域での保持時間が長く
なるように加熱条件を設定する。

【００２７】そして、表面焼入れ時の加熱を、昇温か
ら、均熱、本加熱に亘って歯底部の温度が歯当り面の温
度よりも高くなるように設定する場合、歯底部の方が高
い温度に長時間保持されることになり、特に歯底部浸炭
層の最表面部において炭素濃度の低下が大きく、歯底部
のエッジ部分の破壊強度が向上する。脱炭は例えば表面
から２０μｍまでの最表面部の炭素濃度が共析点未満、
特に０．６〜０．７５％程度になるようにするとよい。

【００２８】歯底部の温度が歯当り面の温度よりも高く
なるようにするための具体的加熱手段としては、表面焼
入れの分やで周知の高周波誘導加熱が好ましく、その周
波数および出力等を調整することにより、１本のコイル
で上記部位別の加熱温度設定を容易に実現することがで
きる。なお、高周波誘導加熱においては、部材表面は比
較的短時間で所定の温度に上昇して再結晶を起こし、こ
れに伴い結晶粒が微細化されるとともに、加熱前に結晶
粒界に偏析していた不純物が粒内に固溶し、炭化物も粒
内に固溶するが固溶しない分は分断され粒状になる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００３０】＜実施例１＞使用した素材は、Ｃ：０．２
０％，Ｓｉ：０．０８％，Ｍｎ：０．７５％，Ｐ：０．
０１６％，Ｓ：０．０２６％，Ｃｒ：１．０２％，Ｍ
ｏ：０．４２％，Ａｌ：０．０２４％，残部Ｆｅの肌焼
き鋼素材からなる非鍛造品であるが、結晶粒微細化元素
としてＮｂを添加した方が良い。そして、実機でのバラ
ツキ要因（歯当り状態、他部品の破損）の影響を回避す
るために、図３に示すような寸法を有する試験片につい
て基礎的試験（三点曲げ試験）により評価を行なった。

【００３１】先ず上記試験片に対して、オーステナイト
化温度以上の温度でのガス浸炭処理および焼入れを施
す。浸炭深さはスポーリング強度を確保するため１．２
mmを目標とし、表面炭素濃度は、共析点以下の０．７％
（図４の条件ａ）と、従来の浸炭焼入れと同様の１．０
％（図４の条件ｂ）を目標とした。

【００３２】次に高周波焼入れを施すが、素材の表面お
よび内部を焼入れ組織とし、かつ表面のオーステナイト
結晶粒度を変化させるため、図５に示すようなヒートパ
ターンを設定した。高周波処理設備は４００kHz マシン
と１０kHz マシンとを用意し、出力と時間の調整により
得られた温度測定結果を下記の表１に示す。

【００３３】

【表１】

【００３４】このようにして浸炭処理と高周波焼入れと
を施された試験片に対して、図６に示す三点曲げ試験機
を用いて破断荷重を測定した。試験条件を下記の表２に
示す。

【００３５】

【表２】

【００３６】浸炭処理と高周波焼入れの組み合わせごと
の試験片の冶金学的特性の調査結果および三点曲げ試験
（Ｎ＝３）における破断荷重平均値を下記の表３に示
す。

【００３７】

【表３】

【００３８】(1) 基礎試験結果：オーステナイト結晶粒
度と三点曲げ破断荷重との関係を図７示す。従来の浸炭
焼入れ品に対して最大５０％の破断荷重の向上が認めら
れた。

【００３９】(2) 浸炭条件検討結果：表面炭素濃度を１
％から、粒界脆化原因となるセメンタイトの析出しない
共析点以下の０．７％とすることにより、浸炭焼入れ品
の強度は約１９％向上しており、同じ高周波条件におい
ても５〜１９％の強度向上が確認された。

【００４０】(3) 高周波焼入れ条件検討結果：高周波加
熱最高温度とオーステナイト結晶粒度との関係を図８に
示す。短時間加熱においても加熱温度の上昇にしたがっ
て結晶粒の粗大化は避けられないが、加熱温度をオース
テナイト化温度直上の温度領域に設定した場合、浸炭焼
入れでは困難なオーステナイト結晶粒度が＃１０以上の
結晶粒の微細化が可能になった。そして、この試験片
は、芯部が低炭素鋼からなり、表面部が浸炭処理により
中・高炭素鋼と同様の炭素濃度を有している。

【００４１】次に、図１に示すようなワークＷ（ピニオ
ン）に対して浸炭処理を施した後、高周波焼入れを施す
場合の方法について説明する。

【００４２】高周波焼入れは短時間急速加熱であるか
ら、オーステナイト結晶粒が微細であるが、芯部まで硬
度を必要とするものに対しては表面のみでなく全体加熱
を行なうため、ワークＷの表面が比較的長時間高温とな
り、結晶粒の成長が進み過ぎ、靭性が低下する。そこ
で、本実施例では、予熱工程と本加熱工程との間に、ガ
ス（Ａｒ，Ｎ₂）による表面急冷工程を追加することに
より、図９に示すように、芯部はオーステナイト化温度
直上の温度を保ちつつ、表面のオーステナイト結晶粒の
微細化を図っている。これによって、芯部まで焼入れさ
れるとともに、オーステナイト結晶粒度が＃１０以上の
表面結晶粒が得られる。そして、このワークＷは、芯部
が低炭素鋼からなり、表面部が浸炭処理により中・高炭
素鋼と同様の炭素濃度を有している。

【００４３】図１０はその場合の高周波焼入れ装置を概
略的に示す図で、加熱用高周波コイル１、２の間に、図
１１に示すような多数の冷却用ガスの噴射ノズル３を取
り付けたノズルホルダ４が、絶縁性セラミック材５、５
を介して装着されている。そして、ワークＷをその軸線
を中心に回転させながら、図９のヒートパターンに従っ
て高周波焼入れを行なう。

【００４４】このように、本実施例では、浸炭処理後高
周波加熱によりオーステナイト化温度以上に急速加熱し
ているため、再結晶により新しい粒界が形成されて粒界
強度が向上し、かつオーステナイト結晶粒の微粒化（オ
ーステナイト結晶粒度が＃１０以上）が実現できるか
ら、スポーリング強度を低下させることなく静破壊強度
および耐衝撃強度を向上させることができる。

【００４５】＜実施例２＞本実施例はプラズマ浸炭を前
提とした浸炭焼入れ方法に関するものである。

【００４６】本実施例で使用したワークは、Ｃ：０．１
８％，Ｓｉ：０．０９％，Ｍｎ：０．６９％，Ｐ：０．
００６％，Ｓ：０．０２１％，Ｃｒ：１．０２％，Ｍ
ｏ：０．３９％，Ａｌ：０．３５％，Ｎｂ：０．０３５
％、残部Ｆｅの肌焼き鋼素材からなる、外径４１mmφ、
高さ１７．６mm、孔径１５mmのディファレンシャルギヤ
のピニオン（図１）であり、これをガス浸炭焼入れした
ものを従来例、プラズマ浸炭後高周波焼入れしたものを
実施例として、それぞれに対し静破壊試験およびスポー
リング試験を行なった。

【００４７】なお、上記従来のガス浸炭焼入れは、表面
炭素濃度０．９％を目標とし、(1)９２０°Ｃ、５時間
のガス浸炭処理、(2) 引き続き８６０°Ｃで１時間保持
後１２０°Ｃの油焼入れ処理、(3) １８０°Ｃで再加熱
し２時間の焼戻し処理、の各工程からなる。

【００４８】一方、上記実施例では、プラズマ浸炭は、
同じく表面炭素濃度０．９％を目標とし、(1) 真空炉内
へワークを収容し、真空中で１０００°Ｃ、１０分間の
均熱処理、(2) 真空炉内へＨ₂ガスを導入して炉内圧を
２Torrに調整し、４００Ｖ，１．５Ａの条件でグロー放
電し、２０分間のクリーンアップ処理、(3) Ｈ₂ガスを
抜きＣ₃Ｈ₈ガスを導入して炉内圧を３Torrに調整し、
３６０Ｖ，２Ａの条件でグロー放電し、５０分間の浸炭
処理、(4) 炉内を真空とし７２分間の拡散処理後、徐
冷、という手順で行ない、冷却後高周波表面焼入れを施
し、最後に１８０°Ｃ、２時間の焼戻しを施した。

【００４９】実施例の高周波焼入れは、図１２に示すよ
うに、図示しないモータに接続されて回転自在な治具１
１と従動回転する治具１２との間にワークＷを挟持し、
その外周位置に高周波コイル１３を配置し、下記の表４
に示す条件で計４２秒間加熱し、加熱後は８０°Ｃのオ
イルを３５秒間噴射して冷却した。また、ワークＷの表
面の温度を調べるため、ワークＷの表面各部位Ａ〜Ｅ
（図１３参照）に熱電対１４を取り付け、その検出値を
スリップリング１５および固定支持部１６を通じてペン
レコーダに記録できるようにした。なお、ワークＷの表
面部位Ａはピニオンギヤのヒール側歯底部（図１のＡに
対応）、Ｂはピッチ面（図１のＢに対応）、Ｃは歯底部
中央、Ｄはトウ側歯底部、Ｅは歯先である。

【００５０】

【表４】

【００５１】温度測定結果を示す図１４を見ると、歯底
部の最高加熱温度が高く、特にエッジ部分に高い曲げ応
力が掛かるヒール側歯底部Ａにおいては、ピッチ面Ｂに
比較すると、余熱、均熱、本加熱の全体に亘り高温に加
熱されている。参考までに、ヒール側歯底部Ａの温度と
時間との関係およびピッチ面Ｂの温度と時間との関係を
単純化して示すと、図１５のようになる。

【００５２】静破壊試験は、ワークＷをディファレンシ
ャルギヤのギヤユニット２１に組み込み（図１６参
照）、出力軸２２、２３を固定し、ギヤケース２４を回
転させて捩じり、ワークが破壊するときのトルクを測定
するもので、下記の表５に示すように、実施例では従来
例に比較して高い静破壊強度（いずれも３個の平均値）
が得られた。これは、実施例において、歯底部、特にヒ
ール側歯底部Ａが高温に長時間維持されることから炭化
物が固溶し、その部分の残留オーステナイトの量が多く
炭化物が少なくなり、エッジ部分の靭性が向上し亀裂の
伝播が遅れるためと考えられ、また、後述するように最
表面部の炭素濃度が低下し亀裂の起点が少なくなってい
ることも理由の１つと考えられる。なお、ヒール側歯底
部Ａにおける残留オーステナイトの面積率は平均３０
％、ピッチ面Ｂでは平均約１０％であった。

【００５３】

【表５】

【００５４】スポーリング試験は、同じくワークＷをデ
ィファレンシャルギヤのギヤユニットに組み込み、これ
をトランスミッションを介してエンジンに連結し、ユニ
ットの一方の出力軸を固定し、トランスミッションへの
入力回転数が２６２rpm 、入力トルクが１１７〜１２３
Ｎ・ｍ、ユニットの他方の出力軸の回転数が５０rpm、
その出力軸トルクが４５９〜４７１Ｎ・ｍの条件で行な
った。そして、ユニットの振動を常時検出し、振動があ
る基準値を超えるようになるまでの時間をからそのとき
のサイクル数を算出し、これをスポーリング寿命とし
た。表５に示すように、実施例では従来例に比較し大き
いスポーリング寿命（いずれも２個の平均値）が得られ
ている。

【００５５】また、本実施例において、歯底部Ａの表面
からの深さと炭素濃度との関係を調べたところ、図１７
(a) に示すように、表面から５０μｍ付近までの最表面
部の炭素濃度が低下している。これは、本実施例では、
歯底部において炭化物の固溶を促進するため、高周波焼
入れの際の加熱としては異例なほど長時間高温度に保持
したことから、表面からの脱炭が進むためである。

【００５６】なお、比較例として、実施例の高周波加熱
条件に代えて、周波数８．２ｋＨｚ、出力４０ｋＷ、加
熱時間９秒の条件（この種のピニオンに通常適用されて
いる表面焼入れ条件）で高周波加熱したものでは、高温
に保持されている時間が短くなるためか、図７(b) に示
すように表面からの脱炭が生じていない。

【００５７】本実施例によれば、歯車等の動力伝達部材
を表面焼入れする際、歯底部の加熱温度が歯当り面の加
熱温度よりも高くなるように設定することにより、歯底
部においてはその靭性を高めエッジ部分の破壊強度を向
上させることができ、一方、歯当り面においてはそのス
ポーリング強度を向上させることができる。

【００５８】また、表面焼入れ時の高温加熱をある程度
長い時間継続して浸炭層の最表面部を脱炭する場合、特
に高い温度に保持された歯底部において脱炭が進行しや
すく、エッジ部分の破壊強度を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】ディファレンシャルギヤのピニオンの断面図

【図２】鋼の変態図

【図３】実施例１における試験片の正面図および側面図

【図４】同浸炭焼入れのヒートパターンを示す図

【図５】同高周波焼入れのヒートパターンを示す図

【図６】同三点曲げ試験機の説明図

【図７】同オーステナイト結晶粒度と三点曲げ破断荷重
との関係を示す図

【図８】同高周波加熱温度とオーステナイト結晶粒度と
の関係を示す図

【図９】図１０の高周波焼入れ装置を用いた高周波焼入
れのヒートパターンを示す図

【図１０】実施例１で用いられる高周波焼入れ装置を概
略的に示す図

【図１１】同ノズルホルダの平面図

【図１２】実施例２で用いられる高周波焼入れ試験装置
を概略的に示す図

【図１３】ディファレンシャルギヤのピニオンの各測定
部位の説明図

【図１４】実施例２における高周波加熱による加熱温度
と時間との関係を示すグラフ

【図１５】図１４のグラフを単純化した説明図

【図１６】静破壊試験装置を概略的に示す図

【図１７】高周波焼入れ後の表面炭素濃度を表す図

【符号の説明】

１，２加熱用高周波コイル３冷却用ガスの噴射ノズル４ノズルホルダ５絶縁性セラミック材１１，１２ワークを保持する治具１３高周波コイル１４熱電対１５スリップリング２１ディファレンシャルギヤのユニット２２，２３出力軸２４ディファレンシャルギヤのギヤケースＷワーク（ディファレンシャルギヤのピニオン）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】低炭素鋼からなる素材をオーステナイト
化温度以上に加熱して浸炭処理を施した後、オーステナ
イト化温度未満に冷却し、該冷却された素材をオーステ
ナイト化温度以上に急速加熱し、続いて焼入れ処理を施
すことを特徴とする浸炭焼入れ方法。
【請求項２】上記浸炭処理時の表面炭素濃度を共析点
付近に設定することを特徴とする請求項１に記載の浸炭
焼入れ方法。
【請求項３】上記急速加熱により、上記素材の表面部
および芯部がともにオーステナイト化温度以上に加熱さ
れることを特徴とする請求項１または２に記載の浸炭焼
入れ方法。
【請求項４】上記急速加熱温度をオーステナイト化温
度の直上に設定することを特徴とする請求項１ないし３
の１つに記載の浸炭焼入れ方法。
【請求項５】上記急速加熱の途中で、上記素材の表面
に冷媒を供給することを特徴とする請求項１ないし４の
１つに記載の浸炭焼入れ方法。
【請求項６】上記焼入れ処理が高周波焼入れであるこ
とを特徴とする請求項１ないし５の１つに記載の浸炭焼
入れ方法。
【請求項７】歯部が等間隔に形成された動力伝達部材
にプラズマ浸炭処理を施した後冷却し、続いて表面焼入
れ処理を施すものであって、上記表面焼入れ時に、歯底
部の加熱温度が歯当り面の加熱温度より高くなるように
上記動力伝達部材を加熱することを特徴とする請求項１
に記載の浸炭焼入れ方法。
【請求項８】上記表面焼入れ時の加熱は、昇温から均
熱、本加熱に亘って歯底部の温度が歯当り面の温度より
も高くなるように設定することを特徴とする請求項７に
記載の浸炭焼入れ方法。
【請求項９】上記表面焼入れ時の加熱により浸炭層の
最表面部を脱炭し、該最表面部の炭素濃度をその下の炭
素濃度より低下させることを特徴とする請求項７または
８に記載の浸炭焼入れ方法。
【請求項１０】上記表面焼入れ時の加熱により歯底部
における浸炭層の最表面部を脱炭し、該最表面部の炭素
濃度をその下の炭素濃度より低下させることを特徴とす
る請求項９に記載の浸炭焼入れ方法。
【請求項１１】上記表面焼入れが高周波焼入れである
ことを特徴とする請求項７ないし１０に記載の浸炭焼入
れ方法。
【請求項１２】非鍛造品からなる素材に浸炭焼入れを
施した動力伝達部材であって、芯部が低炭素鋼からな
り、表面部が浸炭処理により中・高炭素鋼と同様の炭素
濃度を有し、かつオーステナイト結晶粒度が＃１０以上
であることを特徴とする浸炭焼入れした動力伝達部材。
【請求項１３】歯部が等間隔に形成された動力伝達部
材にプラズマ浸炭後表面焼入れしたもので、歯底部にお
ける浸炭層の残留オーステナイト量が２５〜３５％であ
り、歯当り面における浸炭層の残留オーステナイト量が
それより少ないことを特徴とする請求項１２に記載の浸
炭焼入れした動力伝達部材。
【請求項１４】歯当り面における浸炭層の残留オース
テナイト量が５〜１５％であることを特徴とする請求項
１３に記載の浸炭焼入れした動力伝達部材。
【請求項１５】浸炭層の最表面部の炭素濃度がその下
の炭素濃度よりも低下せしめられていることを特徴とす
る請求項１３または１４に記載の浸炭焼入れした動力伝
達部材。
【請求項１６】歯底部における浸炭層の最表面部の炭
素濃度がその下の炭素濃度よりも低下せしめられている
ことを特徴とする請求項１５に記載の浸炭焼入れした動
力伝達部材。