プラズマ窒化歯車の負荷能力向上に関する研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10650154
• 研究機関: 熊本工業大学
• 研究代表者: 石橋 彰 熊本工業大学, 工学部, 教授 (80037720)
• 研究分担者: 江副 覚 水産大学校, 助教授 (30039292) ; 園田 計二 熊本工業大学, 工学部, 助教授 (50163142)
• キーワード: 歯車 / 負荷能力 / 窒化鋼 / 浸炭 / 衝撃強度 / 高張力鋼 / 表面硬化 / ダクタイル鋳鉄

研究概要

自動車の変速機の歯車のように、小さな容積で大きな動力を高速で安全に伝達することが要求される歯車には、浸炭表面硬化鋼が使用されている。しかし、焼入れ硬化後の歪みのため、運転中の騒音や振動が問題になってきている。これに対して、プラズマ窒化で表面硬化を行えば、鋼の変態点以下の温度(約550℃)までの加熱でよいので、熱処理ひずみが著しく小さくなる。また、浸炭に比べて熱処理にともなう公害の発生の可能性が非常に小さい。最大の欠点は、衝撃曲げ疲労強度の低いことである。しかし、適当な材料を使用すれば、この強度の低下は問題にならないようになる。本年度は各種の合金鋼のダクタイル鋳鉄で製作した歯車を浸炭およびプラズマ窒化で硬化して、異種材料間の衝撃曲げ疲労強度を比較して、プラズマ窒化歯車の実用化のための指針を明らかした。たとえば、ダクタイル鋳鉄の場合では、衝撃曲げ強度が低下するが、窒化した歯車のほうが低下の程度が小さい。また、ある種の高張力鋼で歯車を作れば、プラズマ窒化による衝撃曲げ疲労強度の低下が少なく、従来の浸炭鋼で作った浸炭硬化歯車よりも、衝撃曲げ疲労強度は高くなる。更に高張力鋼の中でも、モリブデンとバナジュウムが添加されていないものは、プラズマ窒化すれば、従来の浸炭鋼で作った浸炭硬化歯車よりも、衝撃曲げ疲労強度が低くなることを明らかにした。高張力鋼は工夫された複雑な圧延法と適当な添加元素の種類と量になって、大形の溶接構造物の強度を確保するものであるが、歯車に高張力鋼を利用して衝撃曲げ疲労強度の低下防止するには、合金元素の種類と量に注目する必要あることを明らかにした。これらの結果は本年9月にアメリカで開催されるASMEの国際会議で発表予定である。

研究成果

• [文献書誌] 石橋彰: "Effects of Type of Lubricant and Shape of Tooth Profile upon Efficiency of Gear Drives"Journal of Lubrication Science. Vol,11,No.2. 135-136 (1999)
• [文献書誌] 江副覚: "ウォータージェットによる研削砥石の目づまり除去と研削性能の向上に関する研究"噴流工学. Vol,16,No.1. 31-39 (1999)
• [文献書誌] 石橋彰: "Effects of Kinds of Bearings and Lubricants upon Power Transmission Efficiency of Planetary Gear Drives"Proceedings of the 4th Wolrd Congress on Gearing and Power Transmission. Vol.2. 973-984 (1999)
• [文献書誌] 園田計二: "A New Planetary Gear Drivde with Three Carnk Shafts for Eliminating Pin-Hole Coupling"Proceedings of the 4th Wolrd Congress on Gearing and Power Transmission. Vol.2. 1135-1140 (1999)
• [文献書誌] 前之園好爾: "Effect of Plasma Nitriding upon Impact Fatigue Strength of Gears Made of Ductile Iron"Proceedings of the 4th Wolrd Congress on Gearing and Power Transmission. Vol.2. 1525-1536 (1999)
• [文献書誌] M.A.Haidar: "Minimization of Effect of CBN Wheel Wear on Ground Gear Errors"International Journal of Machine Tools & Manufacture. Vol.39,No.4. 607-626 (1999)
• [文献書誌] 陳勇: "乗用車の自動変速機用遊星歯車変速機の騒音・振動に関する研究"日本機械学会論文集(C偏). 66巻,642号. 280-285 (2000)
• [文献書誌] 前之園好爾: "Impact Bending Fatifgue Strength of Gear Tooth Case-Hardened by Nitriding and Carburizing"Proceedings of the ASME 8th International Power Transmission and Gearing Conference. (印刷中). (2000)