本发明涉及包括相互啮合而成对的第1齿轮和第2齿轮的齿轮副。
背景技术：
作为以往的齿轮副，有例如专利文献1所述的齿轮副。专利文献1所述的齿轮副包括相互啮合而成对的第1齿轮及第2齿轮，规定了各齿轮的齿面的算术平均粗糙度Ra、最大高度Ry、偏斜度Rsk以及算术平均粗糙度和最大高度之比Ry/Ra。由此，增加了齿面间的油积存量，减小了齿面相互间的摩擦系数，提高了齿面的防烧接性和耐磨损性，并且提高了齿轮的动力传递效率。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-308817号公报
技术实现要素：
发明要解决的问题
但是，所述那样的以往的齿轮副的情况下，通过规定齿轮的齿面的表面粗糙度，实现了提高齿轮的传递性能，然而，另一方面，在两齿轮的齿面的表面粗糙度不同的情况下，不可避免地产生的齿顶·齿根间的接触时的局部接触(日文：片当たり)对点蚀疲劳寿命影响很大，提高齿轮的传递性能和提高齿面的点蚀疲劳寿命是此消彼长的关系，因此难以同时实现。
本发明正是鉴于所述以往的状况而做成的，其目的在于提供一种实现了通过提高一对齿轮的合成粗糙度来提高传递效率、并能够低成本地同时实现齿轮的传递效率的提高和齿面的点蚀疲劳寿命的提高的齿轮副。
用于解决问题的方案
本发明的齿轮副的特征在于，包括相互啮合而成对的第1齿轮和第2齿轮，第1齿轮的齿面的算术平均粗糙度Ra小于0.10，第2齿轮的齿面的算术平均粗糙度Ra为0.15以上。
发明的效果
本发明的齿轮副通过采用所述构成，实现了通过改进一对齿轮的合成粗糙度来提高传递效率，并能够低成本地同时实现齿轮的传递效率的提高和齿面的点蚀疲劳寿命的提高。
具体实施方式
本发明的齿轮副包括相互啮合而成对的第1齿轮和第2齿轮。第1齿轮能够使用螺旋齿轮、正齿轮以及斜齿轮中的任一种齿轮。另一方面，第2齿轮同样地能够使用螺旋齿轮、正齿轮以及斜齿轮中的任一种齿轮。
并且，齿轮副的第1齿轮的齿面的算术平均粗糙度Ra小于0.10，第2齿轮的齿面的算术平均粗糙度Ra为0.15以上。另外，作为更优选的实施方式，齿轮副的第1齿轮的齿面的算术平均粗糙度Ra为0.05以下，并且，第2齿轮的齿面的算术平均粗糙度Ra为0.30以上。
像这样，使齿轮副的第1齿轮的齿面的算术平均粗糙度Ra较小，相对于此，使第2齿轮的齿面稍微粗糙。对于这种齿轮副，人们意识到：齿面的算术平均粗糙度小则力的传递效率好，但是若两齿轮的齿面的算术平均粗糙度都小则点蚀特性会降低。因此，使齿轮副的第2齿轮的齿面相对于第1齿轮而言粗糙，从而施予所谓的初期磨合(日文：初期馴染み)。并且，使第1齿轮的齿面的算术平均粗糙度Ra小于0.10，使第2齿轮的齿面的算术平均粗糙度Ra为0.15以上，从而即使没有涂层，也能够改善耐点蚀性。由此，齿轮副能够低成本地同时实现齿轮的传递效率的提高和齿面的点蚀疲劳寿命的提高。
另外，齿轮副的第1齿轮的齿数少于第2齿轮的齿数。即，齿轮副利用第1齿轮和第2齿轮进行旋转传递时，齿数较少的第1齿轮的齿面的滑动次数较多。由此，使齿轮副的齿数较少的第1齿轮的齿面的算术平均粗糙度Ra较小，相对于此，第2齿轮的齿面较粗糙，使由齿顶·齿根的局部接触导致的磨损产生于应力负荷次数多的第1齿轮，结果，使点蚀疲劳寿命改善。
此外，齿轮副构成为：对于第1齿轮和第2齿轮的齿面的表面粗糙度，在将算术平均粗糙度记作Ra、最大高度记作Ry、偏斜度记作Rsk时，第1齿轮和第2齿轮的Rsk都是负的，且Ra与Ry之比Ra/Ry均为6以上。如此，使齿面的Rsk为负的，从而回避了在旋转传递时局部的接触，并且降低了表面压力，不容易发生点蚀。
此外，齿轮副构成为：对于第1齿轮及第2齿轮的齿面的均方根高度Rq1及Rq2，在双方组合的均方根粗糙度(合成粗糙度)Rrms为Rrms＝√(Rq12+Rq22)的情况下，Rrms＜0.4。
作为更优选的实施方式，使齿轮副的第1齿轮的齿面的表面硬度比第2齿轮的齿面的表面硬度小，对第1齿轮及第2齿轮中的至少第2齿轮的表面实施硬质的表面处理，从而形成表面硬度的差异。
另外，齿轮副的所述硬质的表面处理可以是类金刚石碳膜(以下，记作“DLC膜”)的成膜处理，更优选的是DLC膜的氢含量为1at％以下。并且，使齿轮副的第1齿轮及第2齿轮中至少一个齿轮的齿面的表面平滑化的研磨方法是滚筒式研磨方法。
在此，对齿轮副以粗糙度不同的多个组合进行了试验，对损伤了的齿轮的齿面详细进行观察和分析，结果明确不可避免地产生的齿顶·齿根间的接触时的局部接触对点蚀疲劳寿命影响很大。
具体而言，明确在如所述第1齿轮那样齿数少且滑动次数多的齿轮的齿面局部接触时产生的磨损量和点蚀疲劳寿命之间呈正比关系，发现磨损越多则越能减轻局部接触时的应力集中，结果减缓了与点蚀相关的龟裂的进展。
因此，齿轮副中，对于通过降低齿面的粗糙度来减少金属接触(日文：メタルコンタクト)，降低齿轮双方的齿面的表面粗糙度是有效的，但是，为了缓和齿顶·齿根的局部接触，考虑到因局部接触而产生的磨损，齿轮的齿面的表面粗糙度和容易产生磨损的组合是重要的。
对于齿轮副，基于所述想法，与由齿顶·齿根的局部接触而产生磨损的一侧相反的一侧的齿轮的表面粗糙度大或者表面硬度大成为必要条件。另外，对于齿轮副，不仅是基材的硬度，通过对齿面实施的热处理、涂敷来促进由齿顶·齿根的局部接触导致的磨损的方法也是有效的。
另外，在齿轮副的第1齿轮和第2齿轮这两者的齿面的硬度大致相等的情况下，因齿顶·齿根的局部接触而被加速的齿面的点蚀疲劳寿命较大程度取决于应力负荷次数，因此由齿数的多少大体决定了产生疲劳的一侧。应力负荷次数多的一侧是齿数相对较少的齿轮(主要是第1齿轮)，在齿数较少的齿轮侧产生齿顶·齿根的局部接触导致的磨损，结果有助于点蚀疲劳寿命的改善。
另外，对于使齿轮副提高力的传递效率，不仅是改进齿面的表面粗糙度，在进行平滑加工时附带着对齿形的端部的角部进行研磨、优先研磨边缘部而产生圆角(日文：ダレ)这样的加工、例如滚筒研磨这样的加工法能够减轻齿顶·齿根的局部接触，因此对于使齿轮副提高力的传递效率也是有效。
另外，对于齿轮副，向各齿轮的齿面的涂敷中的DLC膜的成膜能有效减少产生金属接触时的接点的摩擦。尤其是，不含氢的DLC膜优先地将润滑油中的油性剂物理吸附于表面，阻碍两面间的金属接触，能有效减少摩擦。另外，通常不含氢的DLC膜的硬度较高，对促进因齿顶·齿根的局部接触而产生的磨损也是有效的。
对齿轮副以齿面的表面粗糙度不同的多个组合进行了试验，对损伤了的齿轮的齿面详细进行了观察和分析。表1及表2中示出了其结果。另外，实施例(表1)及比较例(表2)的齿轮都是螺旋齿。
[表1]
[表2]
都是螺旋齿轮
表1、2中的左下的数字1～12与以下的构成(1)～(12)相当。
(1)第1齿轮的齿面的算术平均粗糙度Ra小于0.10，第2齿轮的齿面的算术平均粗糙度Ra为0.15以上。
(2)第1齿轮的齿数比第2齿轮的齿数少。
(3)第1齿轮的齿面的算术平均粗糙度Ra为0.05以下。
(4)第2齿轮的齿面的算术平均粗糙度Ra为0.30以上。
(5)第1齿轮和第2齿轮的Rsk均为负的，且Ra与Ry之比Ra/Ry均为6以上。
(6)齿轮的种类
(7)第1齿轮和第2齿轮组合的均方根粗糙度(合成粗糙度)Rrms为Rrms＜0.4。
(8)第1齿轮的齿面的表面硬度小于第2齿轮的齿面的表面硬度。
(9)至少对第2齿轮的表面实施了硬质的表面处理。
(10)硬质的表面处理是DLC膜。
(11)DLC膜的氢含量为1at％以下。
(12)使至少一个齿轮的齿面平滑化的研磨方法是滚筒式研磨方法。
如表1所示，实施例1及实施例2满足所述构成(1)～(3)，合成粗糙度Rrms也较小，因此表现出较高的传递效率和较长的点蚀疲劳寿命。
实施例3满足所述构成(1)～(3)及(9)～(12)，与无氢的DLC膜的效果相辅相成，成为传递效率最高的规格之一。可是，在第1齿轮的齿面形成了耐磨损性较高的DLC膜，由此，与实施例1和实施例2相比，点蚀疲劳寿命短，但与作为标准规格的比较例4相比，点蚀疲劳寿命长。
实施例4满足所述构成(1)和(2)，表现出较高的传递效率和较长的点蚀疲劳寿命。
实施例5是使齿数较多的一侧的齿轮(在实施例5中为第1齿轮)的齿面平滑化、使齿数较少的一侧的齿轮(在实施例5中为第2齿轮)的齿面仍为粗糙状态的例子，因为合成粗糙度Rrms较小而传递效率表现出较高的值，然而齿数较少的一侧的齿轮的磨合性(日文：馴染み性)较差，因此，与实施例1和实施例2相比点蚀疲劳寿命短，但是相对于比较例4而言点蚀疲劳寿命长。
实施例6满足所述构成(3)及(4)，由此磨合性得到显著提高，表现出较高的传递效率，并且表现出实施例中最长的点蚀疲劳寿命。
实施例7中，第1齿轮和第2齿轮的合成粗糙度Rrms不满足所述构成(4)的0.4以下，因此表现出实施例中最低的传递效率，但是相对于比较例4而言表现出较高的值。
实施例8的第1齿轮和第2齿轮的表面硬度之差最大，因此提高了磨合性，表现出比较长的点蚀疲劳寿命。
实施例9是如所述构成(9)所规定的那样对齿数较多的齿轮的齿面进行了硬质的表面处理的例子，具有所述构成(10)及(11)的无氢的DLC膜，表现出实施例中最高的传递效率，并且，表现出较长的点蚀疲劳寿命。
实施例10中，第2齿轮的齿面的表面处理是通过等离子体CVD方式形成的含氢DLC膜，因此不满足所述构成(10)，相对于实施例9而言传递效率不佳，但是相对于比较例4而言明显表现出较高的传递效率。
对于第1齿轮的平滑加工方法，其他实施例是滚筒研磨方法，而实施例11是由齿轮用的砂轮进行的加工。因此，与其他实施例相比，表现出较低的传递效率，但是相对于比较例4而言表现出较高的传递效率。
相对于所述实施例，表2所示的比较例1及比较例2是对第1齿轮和第2齿轮都进行了平滑加工、不满足所述构成(1)的例子。因此，合成粗糙度Rrms非常小，其结果为：传递效率表现为大约96％的较高的值，而点蚀疲劳寿命相对于比较例4而言大幅度降低。对试验后的齿轮的形状进行了确认，结果，在没有发生点蚀的齿面都只产生了轻微的磨损，可以认为第1齿轮和第2齿轮之间的磨合没有充分进展是使点蚀疲劳寿命降低的原因。
比较例3是与比较例1及比较例2同样地对第1齿轮和第2齿轮都进行了平滑加工、之后形成DLC膜的规格的组合，不满足所述构成(1)。试验的结果为：合成粗糙度Rrms最小，在第1齿轮和第2齿轮形成了无氢的DLC膜，因此传递效率表现出最高的值，但是即使相对于比较例4而言点蚀疲劳寿命也大幅度降低。
在比较例4及比较例5中，第1齿轮和第2齿轮的表面粗糙度都较为粗糙，合成粗糙度Rrms较高，因此传递效率低。比较例6中，第2齿轮的偏斜度Rsk为正的值，试验中，由于表面粗糙的突起顶端的磨损而产生大量的磨损粉末，其结果可以认为可能导致点蚀疲劳寿命降低。
如以上那样，利用实施例1～11的组合评价了齿轮副，结果都实现了通过改进一对齿轮的合成粗糙度来提高传递效率，并低成本地同时实现齿轮的传递效率的提高和齿面的点蚀疲劳寿命的提高。并且，对各实施例的齿轮副进行齿面的温度测量的结果为：表现出与传递效率大致相应的温度降低效果，间接证实在齿轮接点处的摩擦系数降低。
本发明的齿轮副并非仅限于所述实施方式，在不脱离本发明的要旨的范围内能够对构成进行适当变更、组合。