齿轮
技术领域
本发明涉及齿轮，特别涉及齿面的耐磨损性、耐胶合性，以及对齿面的腐蚀(pitting)和缺齿的疲劳强度优异的齿轮。
背景技术
如汽车的变速箱所使用的齿轮那样以飞溅式供给润滑油的齿轮存在不能向啮合部供给充分的润滑油，在齿面上容易产生磨损及胶合的问题，针对这种问题，本申请人曾提案过在齿面上随机地设置无数个微小的凹坑，将这些微小的凹坑作为存油部从而容易在齿面上形成油膜，使耐磨损性、耐胶合性提高(例如参照专利文献1)。
作为在齿面等部件表面上随机地设置无数上述微小的凹坑的机构，例如采用通过离心流动滚磨法那样的特殊的研磨法在表面上形成了随机的凹凸之后，进一步利用滚磨法将凹凸的凸部变得平滑，由此随机地形成微小的凹坑的机构。
另一方面，随着变速箱的多级化和发动机的高输出化，存在作用于变速箱所使用的齿轮的负荷和转速增加的倾向。此外，由于汽车的燃料费用提高，变速箱也有被紧凑化的倾向，要求所使用的齿轮也小型并且小模块化。根据这样的动向，在变速箱用的齿轮中，容易发生腐蚀和缺齿等疲劳损伤。
另外，作为提高齿轮等机械部件的疲劳强度的机构，采用在通过研磨加工等对表面精加工之前，用喷丸加工进行前处理，在表面上形成大压缩残留应力的机构。
专利文献1：日本实用新型注册第2591616号公报
专利文献1中记载的齿轮具有耐磨损性、耐胶合性，但是在齿根和齿面上不形成大的压缩残留应力，因此存在无法充分确保对腐蚀和缺齿的疲劳强度的问题。为了确保这种疲劳强度，考虑现有的机械部件所采用的方式，作为前处理实施喷丸加工，但是存在增加加工工序而使制造工序变得复杂的问题。
发明内容
因此，本发明的课题在于不增加加工工序，除了耐磨损性、耐胶合性之外，还提高对腐蚀和缺齿的疲劳强度。
为了解决上述的课题，本发明采用在齿面上随机地设置有无数微小凹状凹坑的齿轮中，设置有上述凹坑的面的面粗糙度参数的范围是Ryni：2.0～5.5μm、Rymax：2.5～7.0μm、Rqni：0.3～1.1μm。
上述参数Ryni是每基准长度的最大高度的平均值、即从粗糙度曲线在其平均线的方向上提取基准长度，并在粗糙度曲线的纵倍率方向上测定该提取部分的峰顶线和谷底线的间隔的值，参数Rymax是每基准长度的最大高度的最大值(ISO 4287：1997)。此外，参数Rqni是在测定长度的区间对从粗糙度平均线到粗糙度曲线的高度的偏差的平方进行积分且在该区间上平均的值的平方根，也称为平方平均平方根粗糙度。
通过利用研磨加工将上述齿面平滑化，在该平滑化的齿面上用使微小的硬质粒子冲撞的凹坑形成机构随机地形成上述无数的凹坑，从而利用使微小的硬质粒子冲撞的凹坑形成机构在齿面上形成大的压缩残留应力，可以不增加加工工序，并且除了耐磨损性和耐胶合性之外，还能够提高对腐蚀和缺齿的疲劳强度。
利用上述研磨加工进行平滑化之后的齿面的表面粗糙度优选Ryni：0.7～1.5μm、Rymax：0.9～2.5μm、Rqni：0.1～0.3μm。
上述研磨加工可以采用陀螺研磨加工。
上述凹坑形成机构使用的硬质粒子可以以氧化铝为主要成分，外径尺寸为0.1～1mm。
上述凹坑形成机构可以采用液体珩磨加工。
上述的各齿轮适于在汽车的变速箱中使用。
本发明的齿轮通过研磨加工将齿面平滑化，并在该平滑化的齿面上用使微小的硬质粒子冲撞的凹坑形成机构随机地形成上述无数的凹坑，形成有凹坑的面的面粗糙度参数的范围是Ryni：2.0～5.5μm、Rymax：2.5～7.0μm、Rqni：0.3～1.1μm，因此利用使微小的硬质粒子冲撞的凹坑形成机构在齿面上形成大的压缩残留应力，可以不增加加工工序，并且除了耐磨损性和耐胶合性之外，还能够提高对腐蚀和缺齿的疲劳强度。
附图说明
图1是表示使用了本发明的齿轮的变速箱的纵截面图。
图2是表示图1的齿轮的主要部分的立体图。
图3是示意地表示陀螺研磨加工装置的纵截面图。
图4是示意地表示液体珩磨加工装置的主视图。
图5是表示在耐腐蚀试验中使用的正齿轮疲劳试验机的立体图。
图6是示意地表示缺齿强度试验的主视图。
图7是表示缺齿强度试验的结果的曲线图。
图8是表示齿面的表面附近的压缩残留应力的测定结果的曲线图。
符号说明
1...齿轮；1a、1b、1c...试验齿轮；2...齿面；2a...齿顶部；2b...齿高部；2c...齿根部；3...凹坑；11...外壳；12...输入轴；13...输出轴；14...导轴；15...副轴；16...反转轴；17...离合器从动盘毂；21...研磨槽；22...支承部件；2324...旋转轴；25...喷嘴；31...驱动轴；32...传动齿轮；33...从动轴；34...负荷杆；35...锤；36...转矩计；37...旋转轴；38...固定轴；39...固定齿轮；40...臂。
具体实施方式
以下，基于附图说明本发明的实施方式。图1表示使用了本发明的齿轮1的汽车的变速箱。该变速箱是手动式的，在外壳11内串联配置有输入轴12、输出轴13以及作为中间轴的导轴14，此外作为中间轴的副轴15和反转轴16与输出轴13平行地配置。另外，图1为了易于观看而进行展开表示，反转轴16也与输出轴13卡合。
上述齿轮1被安装到各轴12、13、14、15、16上，通过用来自外部的操作被移动的离合器从动盘毂17来改变这些齿轮1的相互啮合，由此适当地选择从输入轴12向输出轴13的转矩传递路径。各齿轮1通过存留在油罐(省略图示)中的油的飞溅而被润滑。
如图2所示，在上述齿轮1的齿面2上，在齿顶部2a、齿高部2b以及齿根部2c上随机地设有无数微小的凹坑3。这些凹坑3，是通过陀螺研磨加工将齿面2的表面粗糙度平滑化为Ryni：0.7～1.5μm、Rymax：0.9～2.5μm、Rqni：0.1～0.3μm之后通过液体珩磨加工而形成的，形成有凹坑3的齿轮1的表面粗糙度做成Ryni：2.0～5.5μm、Rymax：2.5～7.0μm、Rqni：0.3～1.1μm。
上述陀螺研磨加工，如图3示意地所示，在填充了研磨介质的研磨槽21中插入在设置于支承部件22的多个旋转轴23上安装的作为工件的齿轮1，通过旋转轴23使齿轮1自转，使研磨槽21或者支承部件22旋转，使齿轮1相对研磨槽21相对地公转，使研磨介质没有遗漏地接触齿面2，从而能够使复杂形状的齿面2平滑化。
上述液体珩磨加工，如图4示意地所示，一边使安装在旋转轴24上的齿轮1旋转，一边从与旋转轴24正交的方向利用喷嘴25向齿面2喷射混入了硬质粒子的液体，利用硬质粒子冲撞齿面2而在齿面2上随机地形成微小的凹坑3，并且在齿面2上形成大的压缩残留应力。在该实施方式中，硬质粒子以氧化铝为主要成分，外径尺寸为0.1～1mm。
实施例
作为实施例，如上所述，准备好了通过陀螺研磨加工将齿面平滑化之后，通过液体珩磨加工在齿面上随机地形成了无数微小的凹坑的齿轮。作为比较例，如上所述，准备好了通过离心流动滚磨和滚磨法在齿面上随机地形成了无数微小的凹坑的齿轮。实施例和比较例的齿轮的材质都是将中碳铬合金钢SCr420进行了加碳处理的材料。对于上述实施例与比较例的齿轮进行耐腐蚀试验和耐缺齿强度试验。此外，针对实施例与比较例的齿轮也分别测定了齿面的表面附近的压缩残留应力。
上述耐腐蚀试验使用图5所示的正齿轮疲劳试验机来进行。该正齿轮疲劳试验机，在用马达(图示省略)驱动的驱动轴31、和通过传动齿轮32的啮合而从动旋转的从动轴33上分别安装驱动侧试验齿轮1a和被驱动侧试验齿轮1b并使它们啮合，在安装了驱动侧试验齿轮1a的驱动轴31的前端侧用负荷杆34和锤35加载了扭矩之后，在驱动轴31和从动轴33之间使动力循环，负荷转矩通过在从动轴33上安装的转矩计36来监视。试验条件如下。
驱动侧试验齿轮：外径79mm、内径35mm、齿宽8.2mm、齿数29个
被驱动侧试验齿轮：外径79mm、内径35mm、齿宽15mm、齿数30个
转速：3500rpm负荷转矩19kgf·m
润滑油：ATF油(油温80℃)
上述耐腐蚀试验的结果是在实施例的试验齿轮上产生腐蚀为止的时间大约是比较例的试验齿轮的9倍，可以确认耐腐蚀性显著提高。
上述缺齿强度试验，如图6所示，使用使安装在自由旋转的旋转轴37上的试验齿轮1c与在固定轴38上安装的固定齿轮39啮合，并利用被设置在旋转轴37上的臂40所承受的反复载荷P，在试验齿轮1c的齿根上产生反复的弯曲应力的机构来进行，使反复载荷P的级别变化，求得相对于各级别的齿根弯曲应力产生缺齿的疲劳极限。
图7表示上述缺齿强度试验的结果。根据该试验结果，实施例的试验齿轮，与比较例的齿轮相比，相对于缺齿的疲劳极限大幅度提高，在实用低的齿根弯曲应力的级别下，疲劳极限提高50％程度左右。
图8表示针对上述实施例与比较例的齿轮测定了齿面的表面附近的压缩残留应力的结果。实施例与比较例的任一个齿轮都在齿面的表面附近形成了认为起因于热处理的小的压缩残留应力，实施例的齿轮除此之外在从表面起0.2mm深度为止的表面层还形成了认为起因于液体珩磨加工的大的压缩残留应力。认为上述的耐腐蚀试验和缺齿强度试验中的实施例的试验齿轮的耐腐蚀性和缺齿强度的提高量取决于在该表面层上形成的大的压缩残留应力。
在上述的实施方式中，形成凹坑前的齿面的研磨加工是通过陀螺研磨加工进行的，但是该研磨加工也可以通过其他的滚磨加工等来进行。此外，凹坑形成机构采用液体珩磨加工，但只要是使微小的硬质粒子冲撞齿面的机构即可，凹坑形成机构也可以采用喷丸加工等。