JPH0737820B2

JPH0737820B2 - 歯車嵌合部材の製造法

Info

Publication number: JPH0737820B2
Application number: JP61253292A
Authority: JP
Inventors: 能久三輪
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1986-10-24
Filing date: 1986-10-24
Publication date: 1995-04-26
Anticipated expiration: 2010-04-26
Also published as: JPS63176867A; US4856166A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、歯車部材を支持部材に嵌合してなる歯車嵌合
部材の製造法に関するのである。

（従来の技術）従来より、例えば、ロータリピストンエンジンのロータ
は、ロータ基体（支持部材）にインターナルギヤ（歯車
部材）を嵌合固定して組付け、両者を一体として歯車嵌
合部材としてのロータを製造するものであるが、その製
造工程は、インターナルギヤの鋼素材を熱間鍛造によっ
て成形した後、焼入れ、焼戻しの熱処理を施して表面硬
度を高め、この素材に仕上げ機械加工および歯切り加工
を施し、ロータとの固定ピン穴の共加工を行い、このイ
ンターナルギヤをロータに圧入嵌合し固定ピンを挿入し
て組付けるようにしている。

そして、上記インターナルギヤ等の歯車部材において
は、疲労強度が高いこと、ロータ等の支持部材に嵌
合固定する際の相対位置精度が高いこと、嵌合後の両
者の密着摩擦力が高いこと、生産性が高いことなどが
要求される。

前記製造工程においては、上記点に関し固定ピンの位
置精度を高めるために、ピン穴の機械加工を歯車部材と
支持部材とで共加工を行うようにしている。しかして、
上記のような工程では、の歯車部材の疲労強度が不足
しいるものである。この疲労強度を高めるためには、歯
車の表面硬さが前記熱処理ではHv2500〜300程度である
のを、その表面硬さをHv300以上に高くする必要があ
る。

また、鋼素材の表面硬度を高くする技術としては窒化処
理が知られているが、この窒化処理によって表面硬度を
高くして疲労強度を確保すると、以降の歯切り加工、ピ
ン穴加工等の機械加工が困難となるものである。一方、
機械加工後に窒化処理を施すようにした場合には、前記
点に関し加工したピン穴が窒化加工における熱処理に
よって変形し、ピン穴の位置精度および穴径精度が低下
することになる。

上記点に対し、窒化処理において、ピン穴を後加工する
部分に対しては窒化が行われないように、この部分に窒
化を阻害するシリカ化合物等を塗布することが考えられ
るが、部分的に窒化防止剤を塗布することおよびそれを
除去することは製造工程が煩雑となっての生産性の低
下を招くことになる。また、上記窒化防止剤に代えて窒
化を阻害する金属メッキを施すことも考えられるが、窒
化を必要とする歯面部を除いて部分的にメッキを施すこ
とは煩雑で、生産性の面で問題がある。

さらに、前記ロータにおいては、歯車部材と支持部材と
を結合する締結部材に衝撃的に変化する大きな回転荷重
が作用するものであり、この衝撃を緩和するために例え
ば前記のようにスプリングピンによって締結するように
しているが、このスプリングピンには両者の圧入接触面
で大きな剪断力が作用して強度が厳しいものとなってい
る。この点に対し、前記点のように歯車部材と支持部
材との嵌合後の密着摩擦力を高めることは、この摩擦力
によって回転荷重の一部を分担し、スプリングピン等の
締結部材に作用する荷重の緩和を図ることができるもの
であるが、機械加工では表面の平滑性が不足して両者の
密着性が不十分であり、期待するほどの摩擦力を得るこ
とができない。

そこで、本発明は上記事情に鑑み、歯車部材の歯面の表
面硬度を高めて疲労強度を向上する一方、後加工を可能
とするとともに歯車部材と支持部材との密着摩擦力の増
大を図るようにした歯車嵌合部材の製造法を提供するこ
とを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段）本発明の製造法は、鋼素材の表面に、銅、ニッケル等の
窒化を阻害する金属によるメッキを施してメッキ層を形
成し、このメッキ層上から歯切り加工を行って鋼素材が
露出した歯面を有する歯車部材を形成し、次に、上記歯
車部材を所定温度に加熱して窒化処理を施し歯面の表面
硬度を高めるとともにメッキ層の軟化を行い、その後、
上記歯車部材を支持基材に嵌合することを特徴とするも
のである。

前記歯車部材の鋼素材としては、窒化処理による強度向
上効果はどの鋼種でも有して折り、例えば通常の炭素鋼
等を使用するものであるが、炭素鋼に比べ、クロム、バ
ナジウム、アルミニウム等の窒化合金元素を含む合金鋼
を用いると特に効果が大きいものである。

また、上記鋼素材に施す金属メッキとしては、窒化を阻
害する窒化防止効果がある銅メッキ、ニッケルメッキ等
が好適である。金属メッキ層として必要な特性は、窒化
処理温度で溶融せず、メッキ層の硬さが歯切り加工に支
承のない程度のものであることである。このメッキ層の
厚さは、窒化防止効果の点から５μｍ以上で、経済性の
点から20μｍ以下が望ましい。

次に、窒化処理としては、ガス軟窒化等による通常の窒
化処理で行えるものであり、一般的な処理条件として
は、処理温度が550〜580℃程度、処理時間が１〜６時間
程度、雰囲気ガス流量比がNH₃/RX＝0.8〜1.2である。

（作用）上記のような歯車部材の製造法では、歯車部材は、その
鋼素材の表面に、銅、ニッケル等の窒化を阻害する金属
によるメッキを施してメッキ層を形成するとともに、こ
のメッキ層上から歯切り加工を行って、歯面のメッキ層
を除去して鋼素材を露出させの部分の表面硬度を窒化処
理によって高め、疲労強度を向上するものである。

また、メッキ層を施した部分は窒化処理によっても表面
硬度は機械加工が良好に行える状態であり、窒化処理後
の支持部材との共加工等の後加工が行え、熱変形による
加工精度の低下がなく、高い位置精度、寸法精度が得ら
れる。

さらに、前記メッキ層は窒化処理時の加熱で軟化し、支
持部材との嵌合によって両者間の微小隙間にこの軟質メ
ッキ層が充填され、密着摩擦力が増大し回転荷重を分担
し締結部材の強度を軽減している。

（実施例）以下、図面に沿って本発明の実施例を説明する。第１図
はロータリピストンエンジンのロータの例における歯車
嵌合部材の要部正面図、第２図はその要部断面図であ
る。

歯車嵌合部材１（ロータ）は、歯車部材２（インターナ
ルギヤ）を支持部材３（ロータ基体）に嵌合固定してな
る。上記歯車部材２は、リング状の鋼素材５の表面に銅
またはニッケルによるメッキを施してメッキ層６を形成
し（第３図Ａ参照）、歯切り加工によつて内周部分に内
歯状の歯部2aを形成し（第３図Ｂ参照）、その切削歯面
はメッキ層６を除去して鋼素材５が露出し、この状態で
所定の処理条件で軟窒化処理を施す。この後、この歯車
部材２の外周部および一側面を、支持部材３の側面内周
側の嵌合凹部3aに圧入嵌合し、両部材2,3は歯車部材２
から支持部材３に対して等間隔に共加工形成したピン穴
2bにスプリングピン４を挿入することによって締結して
いる。

次に、本発明の実施例によって形成した歯車嵌合部材１
（ロータ）の歯部強度の試験についてのテストデータを
示す。

試料１（インターナルギヤ） a.材料 S43C （炭素鋼） b.工程素材熱間鍛造→焼入れ焼戻し（Hv260）→機械加工→銅
メッキ→歯切り加工→軟窒化→ピン穴あけロータと共加
工→圧入嵌合組付け（スプリングピン挿入） c.処理条件 I.銅メッキメッキ浴：青化銅浴 CuCN 70g/l, NaCN 80g/l, KOH 15g/l 処理温度:60℃ 電流密度:2A/dm² 処理時間:20分メッキ厚さ:10μｍ II.軟窒化雰囲気： NH₃:RX＝1:1 温度： 570℃ 時間： 3Hr d.メッキ層硬さ軟窒化前： Hv90 軟窒化後： Hv84 試料２（インターナルギヤ） a.材料 SCr430V バナジウムを添加したクロム合金鋼（SCr430
＋0.1％Ｖ） b.工程素材熱間鍛造→焼準（Hv240）→機械加工→銅メッキ→
歯切り加工→軟窒化→ピン穴あけロータと共加工→圧入
嵌合組付け（スプリングピン挿入） c.処理条件 I.銅メッキ（試料１と同様） II.軟窒化（試料１と同様） d.メッキ層硬さ（試料１と同様）上記のようにして製作した試料１および試料２の歯車嵌
合部材（ロータ）における歯車部材の歯面の表面からの
深さに対する硬さの変化を測定した結果を第４図に示
す。また、この歯車の疲労強度をテストした結果を第５
図に示す。なお、第４図および第５図には比較例とし
て、軟窒化処理を施していないS43Cの炭素鋼の硬さを併
記している。

第う図から分るように、歯面の窒化部は表面部分の硬度
が非常に高く、特にSCr430Vの硬度が高く、これに対し
メッキ部は殆ど硬度変化がなく、窒化処理が有効に行わ
れたことを示している。この硬度上昇に伴って、第５図
の疲労強度も高くなっていることが分る。

第６図は前記試料１の歯車部材を支持部材に圧入嵌合す
る際の圧入荷重と、圧入後の回転トルク（摩擦力）との
関係を測定した結果を示すものであり、Ａの10μｍの銅
メッキ層を形成しこれを軟窒化処理したものに対して、
Ｂの10μｍの銅メッキ層を形成したままのもの、および
びＣのメッキ層を形成していないものを比較表示してい
る。なお、圧入荷重は嵌合部の径差による圧入代（10〜
30μｍ）によって変わり、圧入代が大きい程大きな値と
なる。

この第６図から分るように、Ａの本発明によるもので
は、小さい圧入荷重で大きな回転トルクが安定して得ら
れるものである。これは前記したように銅メッキ層が軟
窒化時の熱によって軟化し、嵌合面の密着性が向上する
ことによるものである。なお、好ましい回転トルク（摩
擦力）の範囲は、40〜50kgf−ｍ程度であり、この値を
得るためには軟窒化を施していない硬いメッキ層では大
きな圧入荷重（圧入代）が必要となるものである。

（発明の効果）上記のような本発明によれば、歯車部材の鋼素材の表面
に、銅、ニッケル等の窒化を阻害する金属によるメッキ
層を形成してから歯切り加工を行い、断面の鋼素材を露
出させてから窒化処理を行うことにより、部分的な窒化
処理を簡易に行うことができ、歯面の表面硬度を高めて
疲労強度が向上できるものである。

また、後加工が必要な部分はメッキ層を施していること
によって窒化処理後においても機械加工が良好に行え、
窒化処理後の支持部材との共加工等の後加工を可能とし
て、熱変形による加工精度の低下がなく、高い位置精
度、寸法精度が得られる。

さらに、前記メッキ層は窒化処理時の加熱で軟化し、嵌
合面が軟質のメッキ層で覆われていることにより、支持
部材との嵌合によって両者間の微小隙間にこの軟質メッ
キ層が充填され、密着力が増大するのに伴って、摩擦力
が増大し回転荷重を分担し締結部材に作用する剪断力を
軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるロータによる歯車嵌
合部材の要部正面図、第２図はその要部断面図、第３図A,Bは製造行程における歯車部材の部分斜視図、第４図は歯車部材の窒化処理による歯部とメッキ部との
表面硬さを測定した結果を示すグラフ、第５図は歯車部材の疲労強度を測定した結果を示すグラ
フ、第６図は圧入荷重と摩擦力との関係を求めたグラフであ
る。１……歯車嵌合部材、２……歯車部材３……支持部材、５……鋼素材６……メッキ層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼素材の表面に、銅、ニッケル等の窒化を
阻害する金属によるメッキを施してメッキ層を形成し、
このメッキ層上から歯切り加工を行って鋼素材が露出し
た歯面を有する歯車部材を形成し、次に、上記歯車部材
を所定温度に加熱して窒化処理を施し歯面の表面硬度を
高めるとともにメッキ層の軟化を行い、その後、上記歯
車部材を支持基材に嵌合することを特徴とする歯車嵌合
部材の製造法。