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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023127183
(43)【公開日】2023-09-13
(54)【発明の名称】歯車
(51)【国際特許分類】
C21D 9/32 20060101AFI20230906BHJP
F16H 55/06 20060101ALI20230906BHJP
F16H 55/17 20060101ALI20230906BHJP
C21D 1/06 20060101ALN20230906BHJP
C22C 38/00 20060101ALN20230906BHJP
C22C 38/54 20060101ALN20230906BHJP
【ＦＩ】
C21D9/32 A
F16H55/06
F16H55/17
C21D1/06 A
C22C38/00 301N
C22C38/54
【審査請求】未請求
【請求項の数】1
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022030808
(22)【出願日】2022-03-01
(71)【出願人】
【識別番号】000180070
【氏名又は名称】山陽特殊製鋼株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000556
【氏名又は名称】弁理士法人有古特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】松尾 健太
(72)【発明者】
【氏名】常陰 典正
【テーマコード（参考）】
3J030
4K042
【Ｆターム（参考）】
3J030AC10
3J030BC02
3J030BC03
4K042AA18
4K042BA02
4K042BA03
4K042BA04
4K042BA06
4K042CA02
4K042CA06
4K042CA08
4K042CA09
4K042CA10
4K042CA12
4K042CA13
4K042DA01
4K042DA02
4K042DA04
4K042DA06
4K042DC02
4K042DC03
4K042DC04
4K042DD02
4K042DE02
4K042DE03
(57)【要約】
【課題】耐久性に優れた歯車の提供。
【解決手段】歯車は、その表面を形成する浸炭層１０と、この浸炭層の内側に位置する芯部とを有する。この浸炭層１０は、粒界酸化１４、不完全焼き入れ組織１６及び粒状酸化物１８を有している。粒界酸化１４の深さＤｐは、１５μｍ以下である。粒界酸化１４の平均ピッチＡＰは、２０μｍ以下である。不完全焼入れ組織１６の平均幅ＡＷは、４．０μｍ以下である。表面１２における不完全焼入れ組織１６の被覆率ＰＣは、８０％以上である。この歯車の、３００℃の温度でなされた焼戻し軟化試験における軟化量ＳＴは、１１５ＨＶ以下である。サイクル数が１．０×１０７であるローラーピッチング試験によって形成されるトライボフィルムの、面積率ＰＳは１２％以上であり、厚さＴＴは５０ｎｍ以上である。
【選択図】図２
【解決手段】歯車は、その表面を形成する浸炭層１０と、この浸炭層の内側に位置する芯部とを有する。この浸炭層１０は、粒界酸化１４、不完全焼き入れ組織１６及び粒状酸化物１８を有している。粒界酸化１４の深さＤｐは、１５μｍ以下である。粒界酸化１４の平均ピッチＡＰは、２０μｍ以下である。不完全焼入れ組織１６の平均幅ＡＷは、４．０μｍ以下である。表面１２における不完全焼入れ組織１６の被覆率ＰＣは、８０％以上である。この歯車の、３００℃の温度でなされた焼戻し軟化試験における軟化量ＳＴは、１１５ＨＶ以下である。サイクル数が１．０×１０７であるローラーピッチング試験によって形成されるトライボフィルムの、面積率ＰＳは１２％以上であり、厚さＴＴは５０ｎｍ以上である。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
その表面から内側に向かう複数の粒界酸化と、上記表面の近傍に位置する不完全焼入れ組織とを含んでおり、
上記粒界酸化の深さＤｐが１５μｍ以下であり、
上記粒界酸化の平均ピッチＡＰが２０μｍ以下であり、
上記不完全焼入れ組織の平均幅ＡＷが４．０μｍ以下であり、
上記表面における上記不完全焼入れ組織の被覆率ＰＣが８０％以上であり、
３００℃の温度でなされた焼戻し軟化試験における軟化量ＳＴが１１５ＨＶ以下であり、
サイクル数が１．０×１０７であるローラーピッチング試験によって形成されるトライボフィルムの面積率ＰＳが１２％以上であり、
上記トライボフィルムの厚さＴＴが５０ｎｍ以上である、歯車。
上記粒界酸化の深さＤｐが１５μｍ以下であり、
上記粒界酸化の平均ピッチＡＰが２０μｍ以下であり、
上記不完全焼入れ組織の平均幅ＡＷが４．０μｍ以下であり、
上記表面における上記不完全焼入れ組織の被覆率ＰＣが８０％以上であり、
３００℃の温度でなされた焼戻し軟化試験における軟化量ＳＴが１１５ＨＶ以下であり、
サイクル数が１．０×１０７であるローラーピッチング試験によって形成されるトライボフィルムの面積率ＰＳが１２％以上であり、
上記トライボフィルムの厚さＴＴが５０ｎｍ以上である、歯車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書は、歯車を開示する。詳細には、本明細書は、その表面に浸炭層を有する歯車を開示する。
【背景技術】
【0002】
車両のトランスミッションは、複数の歯車を有している。トラック（貨物自動車）のトランスミッションには、潤滑剤として、高粘度油が使用されている。この高粘度油は、歯車と他の歯車との間に、油膜を形成する。この高粘度油により、トランスミッションにおいて流体潤滑が達成されうる。高粘度油は、歯車の表面への負荷を抑制する。高粘度油は、歯車におけるピッチング剥離を抑制しうる。
【0003】
ピッチング剥離の抑制を目的とした、歯車の材質の改良が、提案されている。特開２０１６－２２２９８２公報には、浸炭処理が施された歯車が開示されている。この歯車では、粒界酸化の深さ及び不完全焼入れ層の深さが所定範囲に設定されている。
【0004】
特開２０２１－０５５１２１公報にも、ピッチング剥離の抑制を目的とした歯車の材質の改良が、提案されている。この歯車には、浸炭処理が施されている。この歯車では、表面近傍の硬度、炭素濃度及び残留オーステナイト量が所定範囲に設定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１６－２２２９８２公報
【特許文献2】特開２０２１－０５５１２１公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
従来の歯車の耐久性は、十分ではない。特に、車両の燃費向上が目的とされて潤滑剤として低粘度油が採用されたトランスミッション等では、歯車の耐久性の向上が急務である。なぜならば、低粘度油の採用によって生じる境界潤滑及び混合潤滑により、ピッチング剥離が誘発されるからである。境界潤滑では、金属同士が直接接触する。混合潤滑では、流体潤滑と境界潤滑とが混在する。
【0007】
本出願人の意図するところは、耐久性に優れた歯車の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本実施形態に係る歯車は、この歯車の表面から内側に向かう複数の粒界酸化と、この表面の近傍に位置する不完全焼入れ組織とを含む。この粒界酸化の深さＤｐは、１５μｍ以下である。この粒界酸化の平均ピッチＡＰは、２０μｍ以下である。この不完全焼入れ組織の平均幅ＡＷは、４．０μｍ以下である。表面における不完全焼入れ組織の被覆率ＰＣは、８０％以上である。この歯車の、３００℃の温度でなされた焼戻し軟化試験における軟化量は、１１５ＨＶ以下である。サイクル数が１．０×１０７であるローラーピッチング試験によって形成されるトライボフィルムの面積率ＰＳは、１２％以上である。このトライボフィルムの厚さＴＴは、５０ｎｍ以上である。
【発明の効果】
【0009】
この歯車は、耐久性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態が説明される。
【0012】
図１に示された歯車２は、ベース４と多数の歯６とを有している。ベース４は、円盤形状を有している。それぞれの歯６は、ベース４の外周面から突出している。この歯６は、ベース４と一体である。歯６と、これに隣接する他の歯６との間は、谷８である。
【0013】
この歯車２の材質は、後に詳説されるはだ焼き鋼である。この歯車２は、塑性加工で得られた歯車中間体に浸炭処理が施されることで、得られる。浸炭処理では、この中間体に、後に詳説される浸炭、焼入れ及び焼戻しが施される。
【0014】
浸炭では、歯車中間体が、高温かつ炭素リッチな雰囲気に保持される。雰囲気中の炭素原子がこの中間体に侵入し、内部に向けて徐々に拡散する。この侵入及び拡散により、中間体の表面に炭素の含有率が大きい層が形成される。この中間体が、焼入れに供される。焼入れでは、中間体が急冷される。急冷により、中間体の表面でマルテンサイト変態が生じる。この中間体に焼戻しが施される。
【0015】
これらの処理により、浸炭層が形成される。この浸炭層は、歯車２の表面を形成する。歯車２は、この浸炭層の内側に位置する芯部も有する。この芯部の組成は、中間体の組成と実質的に同じである。浸炭層の炭素含有率は、芯部の炭素含有率よりも大きい。浸炭層は高硬度であり、芯部は低硬度である。この歯車２では、浸炭層が耐摩耗性に寄与し、芯部が靱性に寄与しうる。
【0016】
潤滑剤として低粘度油が採用された環境でこの歯車２が使用されると、この歯車２の表面が摩滅して新生面が露出する。低粘度油に含まれている極圧添加剤がこの新生面と反応することで、歯車２の表面にトライボフィルムが形成される。このトライボフィルムは、歯車２と他の金属部品（例えば他の歯車）との間に介在しうる。換言すれば、金属同士がトライボフィルムを介して接触する。トライボフィルムは、金属同士の直接の接触を抑制する。このトライボフィルムは、歯車２のピッチング剥離を抑制しうる。
【0017】
図２は、図１の歯車２の一部が示された拡大断面図である。図２には、浸炭層１０が模式的に示されている。図２において符号１２は、歯車２の表面を表す。浸炭層１０は、粒界酸化１４、不完全焼き入れ組織１６及び粒状酸化物１８を有している。
【0018】
図３には、図２の歯車２の浸炭層１０一部が、さらに拡大されて示されている。図３には、１つの粒界酸化１４が示されている。粒界酸化１４は、結晶粒界のうち酸化された箇所である。粒界酸化１４には、金属酸化物が析出している。粒界酸化１４は、結晶粒界に沿って存在している。粒界酸化１４は、表面１２から概ね内側（図３における下側）に向かって延在している。
【0019】
図３において矢印Ｌは、粒界酸化１４の下端２０までの、表面１２からの距離である。距離Ｌは、表面１２に垂直な方向に沿って測定される。距離Ｌの測定では、後述される小ローラー試験片が準備される。この試験片が切断されて得られる断面に、研磨及びナイタル腐食が施される。この断面が光学顕微鏡で撮影されて、倍率が４００倍である画像が得られる。この画像において、距離Ｌが測定される。
【0020】
本明細書では、下記の数式に従って粒界酸化１４の深さＤｐが算出される。
Ｄｐ ＝ （Ｌ１ ＋ Ｌ２ ＋ Ｌ３） ／ ３
この数式において、Ｌ１は第一粒界酸化１４の距離Ｌを表し、Ｌ２は第二粒界酸化１４の距離Ｌを表し、Ｌ３は第三粒界酸化１４の距離Ｌを表す。第一粒界酸化１４は、前述の画像の中でその距離Ｌが１番目に大きい粒界酸化１４である。第二粒界酸化１４は、この画像の中でその距離Ｌが２番目に大きい粒界酸化１４である。第三粒界酸化１４は、この画像の中でその距離Ｌが３番目に大きい粒界酸化１４である。算出された深さＤｐが、図２及び３に示されている。図３に示された粒界酸化１４の距離Ｌは、深さＤｐよりも小さい。
Ｄｐ ＝ （Ｌ１ ＋ Ｌ２ ＋ Ｌ３） ／ ３
この数式において、Ｌ１は第一粒界酸化１４の距離Ｌを表し、Ｌ２は第二粒界酸化１４の距離Ｌを表し、Ｌ３は第三粒界酸化１４の距離Ｌを表す。第一粒界酸化１４は、前述の画像の中でその距離Ｌが１番目に大きい粒界酸化１４である。第二粒界酸化１４は、この画像の中でその距離Ｌが２番目に大きい粒界酸化１４である。第三粒界酸化１４は、この画像の中でその距離Ｌが３番目に大きい粒界酸化１４である。算出された深さＤｐが、図２及び３に示されている。図３に示された粒界酸化１４の距離Ｌは、深さＤｐよりも小さい。
【0021】
粒界酸化１４の深さＤｐは、１５μｍ以下が好ましい。深さＤｐが１５μｍ以下である歯車２では、摩耗の初期段階において多くの粒界酸化１４が消滅しうる。従って、粒界酸化１４が起点であるピッチングが抑制され、初期亀裂が抑制されうる。さらにこの歯車２では、均一なトライボフィルムが生成する。このトライボフィルムは、ピッチング剥離を抑制する。これらの観点から、粒界酸化１４の深さＤｐは１４μｍ以下がより好ましく、１３μｍ以下が特に好ましい。理想的な深さＤｐはゼロであるが、現実の歯車２には１μｍ以上の距離Ｌを有する粒界酸化１４が存在する。はだ焼き鋼の組成と、浸炭条件とが調整されることにより、粒界酸化１４の深さＤｐが前述の範囲内である歯車２が得られうる。
【0022】
図２及び３において符号Ｓ１は、表面１２からの距離が深さＤｐの半分である位置を表す線分である。この線分Ｓ１は、表面１２と実質的に平行である。図３において符号２２は、この線分Ｓ１と粒界酸化１４との交点である。この交点２２において、粒界酸化１４は、線分Ｓ１と交差する。前述の画像において、長さが１００μｍである線分Ｓ１が、無作為に想定される。この線分Ｓ１と交差する粒界酸化１４の数Ｎが、カウントされる。その下端２０までの距離Ｌが（Ｄｐ／２）に満たない粒界酸化１４は、数Ｎにカウントされない。本明細書では、下記数式によって粒界酸化１４の平均ピッチＡＰ（μｍ）が算出される。
ＡＰ ＝ １００ ／ Ｎ
ＡＰ ＝ １００ ／ Ｎ
【0023】
平均ピッチＡＰは、２０μｍ以下が好ましい。平均ピッチＡＰが２０μｍ以下である歯車２の摩耗は均一である。この歯車２では、均一なトライボフィルムが生成する。このトライボフィルムは、ピッチング剥離を抑制する。この観点から、平均ピッチＡＰは１８μｍ以下がより好ましく、１７μｍ以下が特に好ましい。平均ピッチＡＰは、５μｍ以上が好ましい。はだ焼き鋼の組成と、浸炭条件とが調整されることにより、平均ピッチＡＰが前述の範囲内である歯車２が得られうる。
【0024】
図３には、１つの不完全焼き入れ組織１６が示されている。不完全焼き入れ組織１６は、焼入れによってもマルテンサイト変態を起こしていない組織である。具体的には、不完全焼き入れ組織１６は、ベイナイト若しくはパーライト又はこれらの混合組織である。不完全焼き入れ組織１６は、歯車２の表面１２の近傍に存在している。図３では、不完全焼き入れ組織１６は、粒界酸化１４に沿っており、表面１２から概ね内側に向かって延在している。
【0025】
図４には、歯車２の浸炭層１０の、他の断面が示されている。図４には、１つの粒状酸化物１８が示されている。粒状酸化物１８には、金属酸化物が析出している。粒状酸化物１８は、析出欠陥である。粒状酸化物１８は、表面１２の近傍に位置している。図４には、不完全焼き入れ組織１６も示されている。不完全焼き入れ組織１６は、歯車２の表面１２近傍に存在している。図４では、不完全焼き入れ組織１６は、粒状酸化物１８を囲んでいる。
【0026】
図３において矢印Ｗ１は、不完全焼き入れ組織１６の幅である。幅Ｗ１は、線分Ｓ１に沿って測定される。前述の画像において測定されうる全ての幅Ｗ１が平均されて、不完全焼き入れ組織１６の平均幅ＡＷが算出される。表面１２からの深さが（Ｄｐ／２）に満たず、従って線分Ｓ１と交差しない不完全焼き入れ組織１６のサイズは、平均幅ＡＷに反映されない。例えば、図４に示された不完全焼き入れ組織１６のサイズは、平均幅ＡＷに反映されない。
【0027】
平均幅ＡＷは、４．０μｍ以下が好ましい。平均幅ＡＷが４．０μｍ以下である歯車２の摩耗は均一である。この歯車２では、均一なトライボフィルムが生成する。このトライボフィルムは、ピッチング剥離を抑制する。この観点から、平均幅ＡＷは３．７μｍ以下がより好ましく、３．５μｍ以下が特に好ましい。平均幅ＡＷは、１．０μｍ以上が好ましい。はだ焼き鋼の組成と、浸炭条件とが調整されることにより、平均幅ＡＷが前述の範囲内である歯車２が得られうる。
【0028】
図３及び４において矢印Ｗ２は、不完全焼き入れ組織１６の表面幅である。表面幅Ｗ２は、歯車２の表面１２に沿って測定される。前述の画像において、長さが１００μｍである表面１２のゾーンが、無作為に選択される。このゾーンにて測定されうる全ての表面幅Ｗ２の、合計ＴＷが算出される。下記数式により、被覆率ＰＣが算出される。
ＰＣ（％） ＝ ＴＷ（μｍ） ／ １００（μｍ） ＊ １００
ＰＣ（％） ＝ ＴＷ（μｍ） ／ １００（μｍ） ＊ １００
【0029】
被覆率ＰＣは、８０％以上が好ましい。被覆率ＰＣが８０％以上である歯車２の摩耗は均一である。この歯車２では、均一なトライボフィルムが生成する。このトライボフィルムは、ピッチング剥離を抑制する。この観点から、被覆率ＰＣは８３％以上がより好ましく、８５％以上が特に好ましい。理想的な被覆率ＰＣは、１００％である。はだ焼き鋼の組成と、浸炭条件とが調整されることにより、被覆率ＰＣが前述の範囲内である歯車２が得られうる。
【0030】
本明細書では、試験片に焼戻し軟化試験が施されて、軟化量ＳＴが測定される。前述の通り、歯車２は熱処理（焼入れ及び焼戻し）を経て得られている。この熱処理としての焼戻し温度よりも高い温度にて、焼戻し軟化試験がなされる。本明細書における焼戻し軟化試験では、３００℃の温度下に歯車２が９０分間保持される。その後に歯車２は、空冷される。軟化量ＳＴは、下記の数式によって算出される。
ＳＴ ＝ Ｈ１ － Ｈ２
この数式において、Ｈ１は焼戻し軟化試験前の歯車２のビッカース硬さを表し、Ｈ２は焼戻し軟化試験後の歯車２のビッカース硬さを表す。軟化量ＳＴは、便宜的に、歯車２ではなく、後述される試験片で、測定されうる。硬さＨ１及びＨ２のそれぞれは、試験片の第一点から第六点までの硬さの平均値である。各点の、表面１２からの距離は、下記の通りである。
第一点：０．０５ｍｍ
第二点：０．１０ｍｍ
第三点：０．１５ｍｍ
第四点：０．２０ｍｍ
第五点：０．２５ｍｍ
第六点：０．３０ｍｍ
ＳＴ ＝ Ｈ１ － Ｈ２
この数式において、Ｈ１は焼戻し軟化試験前の歯車２のビッカース硬さを表し、Ｈ２は焼戻し軟化試験後の歯車２のビッカース硬さを表す。軟化量ＳＴは、便宜的に、歯車２ではなく、後述される試験片で、測定されうる。硬さＨ１及びＨ２のそれぞれは、試験片の第一点から第六点までの硬さの平均値である。各点の、表面１２からの距離は、下記の通りである。
第一点：０．０５ｍｍ
第二点：０．１０ｍｍ
第三点：０．１５ｍｍ
第四点：０．２０ｍｍ
第五点：０．２５ｍｍ
第六点：０．３０ｍｍ
【0031】
軟化量ＳＴは、１１５ＨＶ以下が好ましい。軟化量ＳＴが１１５ＨＶ以下である歯車２は、擦動によって昇温しても、クラックが生じにくい。この歯車２では、トライボフィルムを介して他の金属と接触する状態に達した後のピッチングが、抑制される。この歯車２は、耐久性に優れる。この観点から、軟化量ＳＴは１０５ＨＶ以下がより好ましく、１００ＨＶ以下が特に好ましい。軟化量ＳＴは、ゼロに近いほど好ましい。はだ焼き鋼の組成と、浸炭条件とが調整されることにより、軟化量ＳＴが前述の範囲内である歯車２が得られうる。
【0032】
本明細書では、ローラーピッチング試験を経て、トライボフィルムの面積率ＰＳ及び厚さＴＴが測定される。面積率ＰＳ及び厚さＴＴは、便宜的に、歯車２ではなく、ローラーピッチング試験の小ローラー試験片において測定される。この小ローラー試験片２４が、図５に示されている。この試験片２４は、主部２６と一対のグリップ２８とを有している。主部２６は、円柱形状を有している。この主部２６の、直径は２６ｍｍであり、長さは２８ｍｍである。それぞれのグリップ２８は、円柱形状を有している。このグリップ２８の、直径は２４ｍｍであり、長さは５１ｍｍである。試験片２４の材質は、歯車２と同じである。この試験片２４は、歯車２と同様の条件での焼ならし、浸炭、焼入れ及び焼戻しを経て得られる。
【0033】
図６に、ローラーピッチング試験の様子が示されている。図６には、小ローラー試験片２４及び大ローラー３０が示されている。図６において、矢印Ｒ１は小ローラー試験片２４の回転方向を表し、矢印Ｒ２は大ローラー３０の回転方向を表す。試験条件は、以下の通りである。
すべり率：－４０％
面圧：２．０から４．０ＧＰａ
小ローラー回転速度：２０００ｒｐｍ
大ローラー３０の材質：ＳＵＪ２
大ローラー３０の処理：ズブ焼入れ後に研磨
大ローラー３０のクラウニング量：Ｒ１５０ｍｍ
潤滑剤の材質：５Ｗ３０
潤滑剤の温度：９０℃
このローラーピッチング試験により、主部２６の表面の一部が、トライボフィルムによって覆われる。サイクル数が１．０×１０７である時点の主部２６の表面の、ＳＥＭ反射電子像が、撮影される。この反射電子像が画像解析に供されて、トライボフィルムの面積率ＰＳが測定される。トライボフィルムは、潤滑剤に由来する成分（Ｏ、Ｐ、Ｓ、Ｃａ、Ｚｎ等）を多く含むので、画像解析において、下地と区別されうる。さらに、サイクル数が１．０×１０７である時点の主部２６の表面が、トライボフィルムの厚さＴＴが判定できる方向からＳＥＭで観察され、この厚さＴＴが測定される。トライボフィルムが形成されていない箇所では、その厚さは存在しない。トライボフィルムが形成されている箇所のみにおいて、厚さＴＴが測定される。
すべり率：－４０％
面圧：２．０から４．０ＧＰａ
小ローラー回転速度：２０００ｒｐｍ
大ローラー３０の材質：ＳＵＪ２
大ローラー３０の処理：ズブ焼入れ後に研磨
大ローラー３０のクラウニング量：Ｒ１５０ｍｍ
潤滑剤の材質：５Ｗ３０
潤滑剤の温度：９０℃
このローラーピッチング試験により、主部２６の表面の一部が、トライボフィルムによって覆われる。サイクル数が１．０×１０７である時点の主部２６の表面の、ＳＥＭ反射電子像が、撮影される。この反射電子像が画像解析に供されて、トライボフィルムの面積率ＰＳが測定される。トライボフィルムは、潤滑剤に由来する成分（Ｏ、Ｐ、Ｓ、Ｃａ、Ｚｎ等）を多く含むので、画像解析において、下地と区別されうる。さらに、サイクル数が１．０×１０７である時点の主部２６の表面が、トライボフィルムの厚さＴＴが判定できる方向からＳＥＭで観察され、この厚さＴＴが測定される。トライボフィルムが形成されていない箇所では、その厚さは存在しない。トライボフィルムが形成されている箇所のみにおいて、厚さＴＴが測定される。
【0034】
トライボフィルムの面積率ＰＳは、１２％以上が好ましい。この面積率ＰＳが１２％以上である歯車２では、ピッチング剥離が抑制されうる。この観点から、面積率ＰＳは１５％以上がより好ましく、１７％以上が特に好ましい。面積率ＰＳは、大きいほど好ましい。はだ焼き鋼の組成と、浸炭条件とが調整されることにより、所定条件で擦動されたときの面積率ＰＳが前述の範囲内となる歯車２が、得られうる。
【0035】
トライボフィルムの厚さＴＴは、５０ｎｍ以上が好ましい。この厚さＴＴが５０ｎｍ以上である歯車２では、ピッチング剥離が抑制されうる。この観点から、厚さＴＴは７０ｎｍ以上がより好ましく、８０ｎｍ以上が特に好ましい。厚さＴＴは、２００ｎｍ以下が好ましい。はだ焼き鋼の組成と、浸炭条件とが調整されることにより、所定条件で擦動されたときの厚さＴＴが前述の範囲内である歯車２が、得られうる。
【0036】
前述の通り、歯車２の材質は、はだ焼き鋼（合金鋼）である。この歯車２の芯部の、好ましい組成は、以下の通りである。
Ｃ：０．１４質量％以上０．４５質量％以下
Ｓｉ：０．０５質量％以上１．００質量％以下
Ｍｎ：０．１０質量％以上０．９０質量％以下
Ｃｒ：１．３０質量％以上３．５０質量％以下
Ａｌ：０．０２０質量％以上０．２００質量％以下
Ｎ：０．００４０質量％以上０．０３００質量％以下
Ｍｏ：２．００質量％以下
Ｎｉ：２．００質量％以下
Ｎｂ：０．１０質量％以下
Ｔｉ：０．２０質量％以下
Ｂ：０．００５０質量％以下
Ｖ：０．５００質量％以下
残部：Ｆｅ及び不純物
好ましくは、残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。以下、それぞれの元素に関し、詳説される。
Ｃ：０．１４質量％以上０．４５質量％以下
Ｓｉ：０．０５質量％以上１．００質量％以下
Ｍｎ：０．１０質量％以上０．９０質量％以下
Ｃｒ：１．３０質量％以上３．５０質量％以下
Ａｌ：０．０２０質量％以上０．２００質量％以下
Ｎ：０．００４０質量％以上０．０３００質量％以下
Ｍｏ：２．００質量％以下
Ｎｉ：２．００質量％以下
Ｎｂ：０．１０質量％以下
Ｔｉ：０．２０質量％以下
Ｂ：０．００５０質量％以下
Ｖ：０．５００質量％以下
残部：Ｆｅ及び不純物
好ましくは、残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。以下、それぞれの元素に関し、詳説される。
【0037】
［炭素（Ｃ）］
Ｃは、芯部の硬度及び強度に寄与する。この観点から、Ｃの含有率は０．１４質量％以上が好ましく、０．１７質量％以上がより好ましく、０．２０質量％以上が特に好ましい。過剰のＣは、中間体の加工性（被削性及び冷間塑性加工性）を阻害する。加工性の観点から、Ｃの含有率は０．４５質量％以下が好ましく、０．３５質量％以下がより好ましく、０．２６質量％以下が特に好ましい。
Ｃは、芯部の硬度及び強度に寄与する。この観点から、Ｃの含有率は０．１４質量％以上が好ましく、０．１７質量％以上がより好ましく、０．２０質量％以上が特に好ましい。過剰のＣは、中間体の加工性（被削性及び冷間塑性加工性）を阻害する。加工性の観点から、Ｃの含有率は０．４５質量％以下が好ましく、０．３５質量％以下がより好ましく、０．２６質量％以下が特に好ましい。
【0038】
［ケイ素（Ｓｉ）］
Ｓｉは、歯車２の使用時の軟化を抑制する。Ｓｉはさらに、合金の溶製時の脱酸に寄与しうる。これらの観点から、Ｓｉの含有率は０．０５質量％以上が好ましく、０．１０質量％以上がより好ましく、０．１３質量％以上が特に好ましい。過剰のＳｉは、中間体の加工性（被削性及び冷間塑性加工性）を阻害する。過剰のＳｉはさらに、浸炭時のＣの拡散を阻害する。加工性の観点及び浸炭の容易性の観点から、Ｓｉの含有率は１．００質量％以下が好ましく、０．８０質量％以下がより好ましく、０．７４質量％以下が特に好ましい。
Ｓｉは、歯車２の使用時の軟化を抑制する。Ｓｉはさらに、合金の溶製時の脱酸に寄与しうる。これらの観点から、Ｓｉの含有率は０．０５質量％以上が好ましく、０．１０質量％以上がより好ましく、０．１３質量％以上が特に好ましい。過剰のＳｉは、中間体の加工性（被削性及び冷間塑性加工性）を阻害する。過剰のＳｉはさらに、浸炭時のＣの拡散を阻害する。加工性の観点及び浸炭の容易性の観点から、Ｓｉの含有率は１．００質量％以下が好ましく、０．８０質量％以下がより好ましく、０．７４質量％以下が特に好ましい。
【0039】
［マンガン（Ｍｎ）］
Ｍｎは、歯車２の焼き入れ性に寄与する。この観点から、Ｍｎの含有率は０．１０質量％以上が好ましく、０．１５質量％以上がより好ましく、０．２０質量％以上が特に好ましい。過剰のＭｎは、中間体の加工性（被削性及び冷間塑性加工性）を阻害する。加工性の観点から、Ｍｎの含有率は０．９０質量％以下が好ましく、０．８０質量％以下がより好ましく、０．７５質量％以下が特に好ましい。
Ｍｎは、歯車２の焼き入れ性に寄与する。この観点から、Ｍｎの含有率は０．１０質量％以上が好ましく、０．１５質量％以上がより好ましく、０．２０質量％以上が特に好ましい。過剰のＭｎは、中間体の加工性（被削性及び冷間塑性加工性）を阻害する。加工性の観点から、Ｍｎの含有率は０．９０質量％以下が好ましく、０．８０質量％以下がより好ましく、０．７５質量％以下が特に好ましい。
【0040】
［クロム（Ｃｒ）］
Ｃｒは、歯車２の使用時の軟化を抑制する。Ｃｒはさらに、歯車２の焼き入れ性に寄与する。これらの観点から、Ｃｒの含有率は１．３０質量％以上が好ましく、１．４０質量％以上がより好ましく、１．４８質量％以上が特に好ましい。過剰のＣｒは、中間体の加工性（被削性及び冷間塑性加工性）を阻害する。過剰のＣｒはさらに、浸炭時のＣの拡散を阻害する。加工性の観点及び浸炭の容易性の観点から、Ｃｒの含有率は３．５０質量％以下が好ましく、３．２０質量％以下がより好ましく、２．８０質量％以下が特に好ましい。
Ｃｒは、歯車２の使用時の軟化を抑制する。Ｃｒはさらに、歯車２の焼き入れ性に寄与する。これらの観点から、Ｃｒの含有率は１．３０質量％以上が好ましく、１．４０質量％以上がより好ましく、１．４８質量％以上が特に好ましい。過剰のＣｒは、中間体の加工性（被削性及び冷間塑性加工性）を阻害する。過剰のＣｒはさらに、浸炭時のＣの拡散を阻害する。加工性の観点及び浸炭の容易性の観点から、Ｃｒの含有率は３．５０質量％以下が好ましく、３．２０質量％以下がより好ましく、２．８０質量％以下が特に好ましい。
【0041】
［アルミニウム（Ａｌ）］
Ａｌは、微細な窒化物及び微細な炭化物を析出させうる。この窒化物及び炭化物は、歯車２の靱性及び疲労特性に寄与しうる。これらの観点から、Ａｌの含有率は０．０２０質量％以上が好ましく、０．０２５質量％以上がより好ましく、０．０３０質量％以上が特に好ましい。過剰のＡｌは、粗大な窒化物の析出を招来する。この窒化物は、中間体の加工性及び歯車２の疲労特性を阻害する。加工性及び疲労特性の観点から、Ａｌの含有率は０．２００質量％以下が好ましく、０．１００質量％以下がより好ましく、０．０４０質量％以下が特に好ましい。
Ａｌは、微細な窒化物及び微細な炭化物を析出させうる。この窒化物及び炭化物は、歯車２の靱性及び疲労特性に寄与しうる。これらの観点から、Ａｌの含有率は０．０２０質量％以上が好ましく、０．０２５質量％以上がより好ましく、０．０３０質量％以上が特に好ましい。過剰のＡｌは、粗大な窒化物の析出を招来する。この窒化物は、中間体の加工性及び歯車２の疲労特性を阻害する。加工性及び疲労特性の観点から、Ａｌの含有率は０．２００質量％以下が好ましく、０．１００質量％以下がより好ましく、０．０４０質量％以下が特に好ましい。
【0042】
［窒素（Ｎ）］
Ｎは、微細な窒化物及び微細な炭化物を析出させうる。この窒化物及び炭化物は、歯車２の靱性及び疲労特性に寄与しうる。これらの観点から、Ｎの含有率は０．００４０質量％以上が好ましく、０．００６０質量％以上がより好ましく、０．００７５質量％以上が特に好ましい。過剰のＮは、粗大な窒化物の析出を招来する。この窒化物は、中間体の加工性及び歯車２の疲労特性を阻害する。加工性及び疲労特性の観点から、Ｎの含有率は０．０３００質量％以下が好ましく、０．０２８０質量％以下がより好ましく、０．０２６０質量％以下が特に好ましい。
Ｎは、微細な窒化物及び微細な炭化物を析出させうる。この窒化物及び炭化物は、歯車２の靱性及び疲労特性に寄与しうる。これらの観点から、Ｎの含有率は０．００４０質量％以上が好ましく、０．００６０質量％以上がより好ましく、０．００７５質量％以上が特に好ましい。過剰のＮは、粗大な窒化物の析出を招来する。この窒化物は、中間体の加工性及び歯車２の疲労特性を阻害する。加工性及び疲労特性の観点から、Ｎの含有率は０．０３００質量％以下が好ましく、０．０２８０質量％以下がより好ましく、０．０２６０質量％以下が特に好ましい。
【0043】
［モリブデン（Ｍｏ）］
Ｍｏは、歯車２の使用時の軟化を抑制する。Ｍｏはさらに、歯車２の焼き入れ性に寄与する。これらの観点から、Ｍｏの含有率は０．０２質量％以上が好ましく、０．２０質量％以上がより好ましく、０．３０質量％以上が特に好ましい。過剰のＭｏは、中間体の加工性（被削性及び冷間塑性加工性）を阻害する。加工性の観点から、Ｍｏの含有率は２．００質量％以下が好ましく、１．００質量％以下がより好ましく、０．４０質量％以下が特に好ましい。本実施形態のはだ焼き鋼においてＭｏは、必須の元素ではない。従って、Ｍｏの含有率が実質的にゼロであってもよい。換言すれば、Ｍｏの含有率が、検出限界値未満であってもよい。
Ｍｏは、歯車２の使用時の軟化を抑制する。Ｍｏはさらに、歯車２の焼き入れ性に寄与する。これらの観点から、Ｍｏの含有率は０．０２質量％以上が好ましく、０．２０質量％以上がより好ましく、０．３０質量％以上が特に好ましい。過剰のＭｏは、中間体の加工性（被削性及び冷間塑性加工性）を阻害する。加工性の観点から、Ｍｏの含有率は２．００質量％以下が好ましく、１．００質量％以下がより好ましく、０．４０質量％以下が特に好ましい。本実施形態のはだ焼き鋼においてＭｏは、必須の元素ではない。従って、Ｍｏの含有率が実質的にゼロであってもよい。換言すれば、Ｍｏの含有率が、検出限界値未満であってもよい。
【0044】
［ニッケル（Ｎｉ）］
Ｎｉは、歯車２の靱性及び焼き入れ性に寄与する。これらの観点から、Ｎｉの含有率は０．０２質量％以上が好ましく、０．１０質量％以上がより好ましく、０．３０質量％以上が特に好ましい。過剰のＮｉは、中間体の加工性（被削性及び冷間塑性加工性）を阻害する。加工性の観点から、Ｎｉの含有率は２．００質量％以下が好ましく、１．８０質量％以下がより好ましく、１．６０質量％以下が特に好ましい。本実施形態のはだ焼き鋼においてＮｉは、必須の元素ではない。従って、Ｎｉの含有率が実質的にゼロであってもよい。換言すれば、Ｎｉの含有率が、検出限界値未満であってもよい。
Ｎｉは、歯車２の靱性及び焼き入れ性に寄与する。これらの観点から、Ｎｉの含有率は０．０２質量％以上が好ましく、０．１０質量％以上がより好ましく、０．３０質量％以上が特に好ましい。過剰のＮｉは、中間体の加工性（被削性及び冷間塑性加工性）を阻害する。加工性の観点から、Ｎｉの含有率は２．００質量％以下が好ましく、１．８０質量％以下がより好ましく、１．６０質量％以下が特に好ましい。本実施形態のはだ焼き鋼においてＮｉは、必須の元素ではない。従って、Ｎｉの含有率が実質的にゼロであってもよい。換言すれば、Ｎｉの含有率が、検出限界値未満であってもよい。
【0045】
［Ｍｏ及びＮｉ］
はだ焼き鋼が、Ｍｏ及びＮｉのうちの少なくとも１つを含むことが好ましい。Ｍｏ及びＮｉの合計含有率は、０．０２質量％以上４．００質量％以下が好ましい。
はだ焼き鋼が、Ｍｏ及びＮｉのうちの少なくとも１つを含むことが好ましい。Ｍｏ及びＮｉの合計含有率は、０．０２質量％以上４．００質量％以下が好ましい。
【0046】
［ニオブ（Ｎｂ）］
Ｎｂは、微細な窒化物及び微細な炭化物を析出させうる。この窒化物及び炭化物は、歯車２の靱性及び疲労特性に寄与しうる。これらの観点から、Ｎｂの含有率は０．０２質量％以上が好ましく、０．０３質量％以上がより好ましく、０．０４質量％以上が特に好ましい。過剰のＮｂは、中間体の加工性（被削性及び冷間塑性加工性）を阻害する。加工性の観点から、Ｎｂの含有率は０．１０質量％以下が好ましく、０．０９質量％以下がより好ましく、０．０８質量％以下が特に好ましい。本実施形態のはだ焼き鋼においてＮｂは、必須の元素ではない。従って、Ｎｂの含有率が実質的にゼロであってもよい。換言すれば、Ｎｂの含有率が、検出限界値未満であってもよい。
Ｎｂは、微細な窒化物及び微細な炭化物を析出させうる。この窒化物及び炭化物は、歯車２の靱性及び疲労特性に寄与しうる。これらの観点から、Ｎｂの含有率は０．０２質量％以上が好ましく、０．０３質量％以上がより好ましく、０．０４質量％以上が特に好ましい。過剰のＮｂは、中間体の加工性（被削性及び冷間塑性加工性）を阻害する。加工性の観点から、Ｎｂの含有率は０．１０質量％以下が好ましく、０．０９質量％以下がより好ましく、０．０８質量％以下が特に好ましい。本実施形態のはだ焼き鋼においてＮｂは、必須の元素ではない。従って、Ｎｂの含有率が実質的にゼロであってもよい。換言すれば、Ｎｂの含有率が、検出限界値未満であってもよい。
【0047】
［チタン（Ｔｉ）］
Ｔｉは、微細な窒化物及び微細な炭化物を析出させうる。この窒化物及び炭化物は、歯車２の靱性及び疲労特性に寄与しうる。Ｔｉは、ＢＮの形成を抑制し、歯車２の焼入れ性に寄与する。Ｔｉはさらに、結晶粒の粗大化を抑制しうる。これらの観点から、Ｔｉの含有率は０．０２０質量％以上が好ましく、０．０３０質量％以上がより好ましく、０．０４０質量％以上が特に好ましい。過剰のＴｉは、中間体の加工性（被削性及び冷間塑性加工性）を阻害する。加工性の観点から、Ｔｉの含有率は０．２００質量％以下が好ましく、０．１８質量％以下がより好ましく、０．１６質量％以下が特に好ましい。本実施形態のはだ焼き鋼においてＴｉは、必須の元素ではない。従って、Ｔｉの含有率が実質的にゼロであってもよい。換言すれば、Ｔｉの含有率が、検出限界値未満であってもよい。
Ｔｉは、微細な窒化物及び微細な炭化物を析出させうる。この窒化物及び炭化物は、歯車２の靱性及び疲労特性に寄与しうる。Ｔｉは、ＢＮの形成を抑制し、歯車２の焼入れ性に寄与する。Ｔｉはさらに、結晶粒の粗大化を抑制しうる。これらの観点から、Ｔｉの含有率は０．０２０質量％以上が好ましく、０．０３０質量％以上がより好ましく、０．０４０質量％以上が特に好ましい。過剰のＴｉは、中間体の加工性（被削性及び冷間塑性加工性）を阻害する。加工性の観点から、Ｔｉの含有率は０．２００質量％以下が好ましく、０．１８質量％以下がより好ましく、０．１６質量％以下が特に好ましい。本実施形態のはだ焼き鋼においてＴｉは、必須の元素ではない。従って、Ｔｉの含有率が実質的にゼロであってもよい。換言すれば、Ｔｉの含有率が、検出限界値未満であってもよい。
【0048】
［ホウ素（Ｂ）］
Ｂは、歯車２の焼入れ性に寄与する。この観点から、Ｂの含有率は０．００１０質量％以上が好ましく、０．００１３質量％以上がより好ましく、０．００１５質量％以上が特に好ましい。過剰のＢは、中間体の加工性（被削性及び冷間塑性加工性）を阻害する。加工性の観点から、Ｂの含有率は０．００５０質量％以下が好ましく、０．００３０質量％以下がより好ましく、０．００２０質量％以下が特に好ましい。本実施形態のはだ焼き鋼においてＢは、必須の元素ではない。従って、Ｂの含有率が実質的にゼロであってもよい。換言すれば、Ｂの含有率が、検出限界値未満であってもよい。
Ｂは、歯車２の焼入れ性に寄与する。この観点から、Ｂの含有率は０．００１０質量％以上が好ましく、０．００１３質量％以上がより好ましく、０．００１５質量％以上が特に好ましい。過剰のＢは、中間体の加工性（被削性及び冷間塑性加工性）を阻害する。加工性の観点から、Ｂの含有率は０．００５０質量％以下が好ましく、０．００３０質量％以下がより好ましく、０．００２０質量％以下が特に好ましい。本実施形態のはだ焼き鋼においてＢは、必須の元素ではない。従って、Ｂの含有率が実質的にゼロであってもよい。換言すれば、Ｂの含有率が、検出限界値未満であってもよい。
【0049】
［バナジウム（Ｖ）］
Ｖは、微細な窒化物及び微細な炭化物を析出させうる。この窒化物及び炭化物は、歯車２の靱性及び疲労特性に寄与しうる。これらの観点から、Ｖの含有率は０．０１０質量％以上が好ましく、０．０５０質量％以上がより好ましく、０．１００質量％以上が特に好ましい。過剰のＶは、中間体の加工性（被削性及び冷間塑性加工性）を阻害する。加工性の観点から、Ｖの含有率は０．５００質量％以下が好ましく、０．４４０質量％以下がより好ましく、０．３８０質量％以下が特に好ましい。本実施形態のはだ焼き鋼においてＶは、必須の元素ではない。従って、Ｖの含有率が実質的にゼロであってもよい。換言すれば、Ｖの含有率が、検出限界値未満であってもよい。
Ｖは、微細な窒化物及び微細な炭化物を析出させうる。この窒化物及び炭化物は、歯車２の靱性及び疲労特性に寄与しうる。これらの観点から、Ｖの含有率は０．０１０質量％以上が好ましく、０．０５０質量％以上がより好ましく、０．１００質量％以上が特に好ましい。過剰のＶは、中間体の加工性（被削性及び冷間塑性加工性）を阻害する。加工性の観点から、Ｖの含有率は０．５００質量％以下が好ましく、０．４４０質量％以下がより好ましく、０．３８０質量％以下が特に好ましい。本実施形態のはだ焼き鋼においてＶは、必須の元素ではない。従って、Ｖの含有率が実質的にゼロであってもよい。換言すれば、Ｖの含有率が、検出限界値未満であってもよい。
【0050】
［Ｎｂ、Ｔｉ、Ｂ、Ｖ］
はだ焼き鋼が、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｂ及びＶからなる群から選択された１又は２以上を含むことが好ましい。Ｎｂ、Ｔｉ、Ｂ及びＶの合計含有率は、０．００１０質量％以上０．８０質量％以下が好ましい。
はだ焼き鋼が、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｂ及びＶからなる群から選択された１又は２以上を含むことが好ましい。Ｎｂ、Ｔｉ、Ｂ及びＶの合計含有率は、０．００１０質量％以上０．８０質量％以下が好ましい。
【0051】
［鉄（Ｆｅ）］
このはだ焼き鋼の基材は、Ｆｅである。Ｆｅは、歯車２の強度及び靱性に寄与しうる。これらの観点から、Ｆｅの含有率は８５．０質量％以上が好ましく、９０．０質量％以上がより好ましく、９２．０質量％以上が特に好ましい。
このはだ焼き鋼の基材は、Ｆｅである。Ｆｅは、歯車２の強度及び靱性に寄与しうる。これらの観点から、Ｆｅの含有率は８５．０質量％以上が好ましく、９０．０質量％以上がより好ましく、９２．０質量％以上が特に好ましい。
【0052】
［不純物］
このはだ焼き鋼は、不純物（又は不可避的不純物）を含みうる。不純物として、リン（Ｐ）及び硫黄（Ｓ）が例示される。Ｐは粒界に偏析し、歯車２の靱性を阻害する。靱性の観点から、Ｐの含有率は０．０３０質量％以下が好ましく、０．０２５質量％以下がより好ましく、０．０２０質量％以下が特に好ましい。Ｓは、ＭｎＳの析出を招来する。ＭｎＳは、歯車２の靱性及び疲労特性を阻害する。靱性及び疲労特性の観点から、Ｓの含有率は０．０３０質量％以下が好ましく、０．０２５質量％以下がより好ましく、０．０２０質量％以下が特に好ましい。
このはだ焼き鋼は、不純物（又は不可避的不純物）を含みうる。不純物として、リン（Ｐ）及び硫黄（Ｓ）が例示される。Ｐは粒界に偏析し、歯車２の靱性を阻害する。靱性の観点から、Ｐの含有率は０．０３０質量％以下が好ましく、０．０２５質量％以下がより好ましく、０．０２０質量％以下が特に好ましい。Ｓは、ＭｎＳの析出を招来する。ＭｎＳは、歯車２の靱性及び疲労特性を阻害する。靱性及び疲労特性の観点から、Ｓの含有率は０．０３０質量％以下が好ましく、０．０２５質量％以下がより好ましく、０．０２０質量％以下が特に好ましい。
【0053】
［製造方法］
以下、この歯車２の製造方法の一例が説明される。この製造方法では、まず、前述の組成を有する母材が溶製によって得られる。この母材に鍛伸が施され、棒材が得られる。この棒材に熱間鍛造が施され、歯車中間体が形成される。この歯車中間体に、熱処理が施される。典型的な熱処理は、焼ならしである。この中間体の表面に切削が施され、寸法及び表面状態が整えられる。この中間体に、浸炭が施される。浸炭では、中間体が、高温かつ炭素リッチな雰囲気に保持される。雰囲気の温度は、Ａ３変態点より高い。この浸炭により、雰囲気中の炭素原子がこの中間体に侵入し、内部に向けて徐々に拡散する。この侵入及び拡散により、中間体の表面に炭素の含有率が大きい層が形成される。浸炭には、固体浸炭法、液体浸炭法及びガス浸炭法が、採用されうる。この中間体が、焼入れに供される。焼入れでは、中間体が急冷される。急冷により、中間体の表面でマルテンサイト変態が生じる。この中間体に焼戻しが施され、歯車２が完成する。焼戻しの温度は、１５０℃以上２５０℃以下である。
以下、この歯車２の製造方法の一例が説明される。この製造方法では、まず、前述の組成を有する母材が溶製によって得られる。この母材に鍛伸が施され、棒材が得られる。この棒材に熱間鍛造が施され、歯車中間体が形成される。この歯車中間体に、熱処理が施される。典型的な熱処理は、焼ならしである。この中間体の表面に切削が施され、寸法及び表面状態が整えられる。この中間体に、浸炭が施される。浸炭では、中間体が、高温かつ炭素リッチな雰囲気に保持される。雰囲気の温度は、Ａ３変態点より高い。この浸炭により、雰囲気中の炭素原子がこの中間体に侵入し、内部に向けて徐々に拡散する。この侵入及び拡散により、中間体の表面に炭素の含有率が大きい層が形成される。浸炭には、固体浸炭法、液体浸炭法及びガス浸炭法が、採用されうる。この中間体が、焼入れに供される。焼入れでは、中間体が急冷される。急冷により、中間体の表面でマルテンサイト変態が生じる。この中間体に焼戻しが施され、歯車２が完成する。焼戻しの温度は、１５０℃以上２５０℃以下である。
【0054】
［歯車の用途］
この歯車２は、高負荷環境下で使用されるトランスミッション（トラック等のトランスミッション）に適している。特に、潤滑剤として低粘度油が採用されるトランスミッションに、この歯車２は適している。例えば、３００℃における動粘度が１．５０ｍｍ２／Ｓ以下である潤滑剤が使用されるトランスミッションに、この歯車２は適している。
この歯車２は、高負荷環境下で使用されるトランスミッション（トラック等のトランスミッション）に適している。特に、潤滑剤として低粘度油が採用されるトランスミッションに、この歯車２は適している。例えば、３００℃における動粘度が１．５０ｍｍ２／Ｓ以下である潤滑剤が使用されるトランスミッションに、この歯車２は適している。
【0055】
［歯車の態様］
図１には、いわゆる平歯車が示されている。本発明に係る歯車２には、この平歯車以外に、内歯歯車、はすば歯車、ねじ歯車、山歯歯車、傘歯車、クラウン歯車、ウォームギア、ラックギア、スプロケット等が含まれる。
図１には、いわゆる平歯車が示されている。本発明に係る歯車２には、この平歯車以外に、内歯歯車、はすば歯車、ねじ歯車、山歯歯車、傘歯車、クラウン歯車、ウォームギア、ラックギア、スプロケット等が含まれる。
【実施例0056】
以下、実施例に係る歯車の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本明細書で開示された範囲が限定的に解釈されるべきではない。
【0057】
［実施例１］
真空溶解炉にて、表１に示された組成を有する母材を得た。この母材に鍛伸を施して、直径が３２ｍｍである棒材を得た。この棒材に熱間鍛造を施して、歯車中間体を得た。この中間体を９２５℃まで加熱して、焼ならし処理を施した。この中間体を、温度が９３０℃である浸炭ガス雰囲気に３６０分間保持し、炭素原子を中間体に進入させ、拡散させた。この中間体に、水冷による焼入れを施した。この中間体を１８０℃まで加熱し、空冷による焼戻しを施して、実施例１の歯車を得た。
真空溶解炉にて、表１に示された組成を有する母材を得た。この母材に鍛伸を施して、直径が３２ｍｍである棒材を得た。この棒材に熱間鍛造を施して、歯車中間体を得た。この中間体を９２５℃まで加熱して、焼ならし処理を施した。この中間体を、温度が９３０℃である浸炭ガス雰囲気に３６０分間保持し、炭素原子を中間体に進入させ、拡散させた。この中間体に、水冷による焼入れを施した。この中間体を１８０℃まで加熱し、空冷による焼戻しを施して、実施例１の歯車を得た。
【0058】
［実施例２－１３及び比較例１－６］
組成を表１に示される通りとした他は実施例１と同様にして、実施例２－１３及び比較例１－６の歯車を得た。
組成を表１に示される通りとした他は実施例１と同様にして、実施例２－１３及び比較例１－６の歯車を得た。
【0059】
［断面観察］
歯車と同じ材質から、ローラーピッチング試験用の小ローラー試験片を得た。この試験片は、この歯車と同様の条件での焼ならし、浸炭、焼入れ及び焼戻しを経て得られた。この小ローラー試験片の主部を切断し、断面を得た。この断面に、研磨及びナイタル腐食を施した。この断面を光学顕微鏡で撮影し、倍率が４００倍である画像を得た。この画像にて、前述の方法により、粒界酸化の深さＤｐ、粒界酸化の平均ピッチＡＰ、不完全焼入れ組織の平均幅ＡＷ、及び不完全焼入れ組織の被覆率ＰＣを測定した。この結果が、下記の表２に示されている。
歯車と同じ材質から、ローラーピッチング試験用の小ローラー試験片を得た。この試験片は、この歯車と同様の条件での焼ならし、浸炭、焼入れ及び焼戻しを経て得られた。この小ローラー試験片の主部を切断し、断面を得た。この断面に、研磨及びナイタル腐食を施した。この断面を光学顕微鏡で撮影し、倍率が４００倍である画像を得た。この画像にて、前述の方法により、粒界酸化の深さＤｐ、粒界酸化の平均ピッチＡＰ、不完全焼入れ組織の平均幅ＡＷ、及び不完全焼入れ組織の被覆率ＰＣを測定した。この結果が、下記の表２に示されている。
【0060】
［軟化量ＳＴ］
歯車と同じ材質の母材を準備した。この母材に鍛伸を施して、直径が３２ｍｍである棒材を得た。この棒材に、歯車と同様の条件での焼ならし、浸炭及び焼入れを施した。この棒材を１８０℃まで加熱し、空冷による焼戻しを施して、試験片を得た。この試験片の軟化量ＳＴを、前述の焼戻し軟化試験によって測定した。この結果が、下記の表２に示されている。
歯車と同じ材質の母材を準備した。この母材に鍛伸を施して、直径が３２ｍｍである棒材を得た。この棒材に、歯車と同様の条件での焼ならし、浸炭及び焼入れを施した。この棒材を１８０℃まで加熱し、空冷による焼戻しを施して、試験片を得た。この試験片の軟化量ＳＴを、前述の焼戻し軟化試験によって測定した。この結果が、下記の表２に示されている。
【0061】
［ローラーピッチング試験］
断面観察に用いた試験片と同じ仕様の、小ローラー試験片を準備した。この試験片を用いて、ローラーピッチング試験を行った。試験の条件は、前述の通りである。この試験の後のトライボフィルムの面積率ＰＳ及び厚さＴＴを、測定した。この結果が、下記の表２に示されている。
断面観察に用いた試験片と同じ仕様の、小ローラー試験片を準備した。この試験片を用いて、ローラーピッチング試験を行った。試験の条件は、前述の通りである。この試験の後のトライボフィルムの面積率ＰＳ及び厚さＴＴを、測定した。この結果が、下記の表２に示されている。
【0062】
［疲労限度］
前述のローラーピッチング試験において、サイクル数が１．０×１０７である時点の疲労限度を、「ＪＩＳ Ｚ２２７３ １９７８」の規定に準拠して測定した。この結果が、下記の表２に示されている。
前述のローラーピッチング試験において、サイクル数が１．０×１０７である時点の疲労限度を、「ＪＩＳ Ｚ２２７３ １９７８」の規定に準拠して測定した。この結果が、下記の表２に示されている。
【0063】
［表面軟化量］
前述の疲労限度の試験の後の小ローラー試験片を、準備した。この試験片の主部２６の、大ローラー３０との擦動部において、表面からの深さが０．０５ｍｍである地点のビッカース硬さＨｍを測定した。さらに、この試験片の主部２６の、大ローラー３０とは非接触な箇所において、表面からの深さが０．０５ｍｍである地点のビッカース硬さＨｇを測定した。下記の数式により、表面軟化量ＳＳ（ＨＶ）を算出した。
ＳＳ ＝ Ｈｇ － Ｈｍ
この結果が、下記の表２に示されている。
前述の疲労限度の試験の後の小ローラー試験片を、準備した。この試験片の主部２６の、大ローラー３０との擦動部において、表面からの深さが０．０５ｍｍである地点のビッカース硬さＨｍを測定した。さらに、この試験片の主部２６の、大ローラー３０とは非接触な箇所において、表面からの深さが０．０５ｍｍである地点のビッカース硬さＨｇを測定した。下記の数式により、表面軟化量ＳＳ（ＨＶ）を算出した。
ＳＳ ＝ Ｈｇ － Ｈｍ
この結果が、下記の表２に示されている。
【0064】
【表1】
【0065】
表１に示されたそれぞれの合金の残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。
【0066】
【表2】
【0067】
表２に示される通り、各実施例に係る歯車は、諸性能に優れている。これらの評価結果から、この歯車の優位性は明らかである。
【産業上の利用可能性】
【0068】
以上説明された歯車は、種々の機械の要素として使用されうる。
【符号の説明】
【0069】
２・・・歯車
４・・・ベース
６・・・歯
８・・・谷
１０・・・浸炭層
１２・・・表面
１４・・・粒界酸化
１６・・・不完全焼き入れ組織
１８・・・粒状酸化物
２４・・・小ローラー試験片
２６・・・主部
２８・・・グリップ
３０・・・大ローラー
４・・・ベース
６・・・歯
８・・・谷
１０・・・浸炭層
１２・・・表面
１４・・・粒界酸化
１６・・・不完全焼き入れ組織
１８・・・粒状酸化物
２４・・・小ローラー試験片
２６・・・主部
２８・・・グリップ
３０・・・大ローラー
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】