(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅被覆鉄粉を主材とする原料粉末を焼結してなり、潤滑油が含浸されず、Ｃｕの含有量が５（重量）％以上、かつ、密度が４．５〜６．１g/cm^3の範囲内に形成された鉄銅系焼結材であり、
前記銅被覆鉄粉におけるＣｕの被覆量が５〜６５（重量）％の範囲内であることを特徴とした非含油性焼結歯車体。
【請求項２】
前記原料粉末に青銅粉を含めることによって、前記Ｃｕの含有量に対して５〜１２（重量）％の範囲内の錫を含有するところの請求項１に記載の非含油性焼結歯車体。
【請求項３】
前記原料粉末に黄銅粉を含めることによって、前記Ｃｕの含有量に対して１０〜４０（重量）％の範囲内の亜鉛を含有するところの請求項１又は２に記載の非含油性焼結歯車体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高強度で摺動特性に優れるばかりでなく、特に静音特性に優れ、しかも含油の必要がない焼結歯車体に関し、低コストでとくに家電製品や車載電装機器あるいは事務機器用歯車体として耳障りな駆動音の発生を低下させて著しい静音化をはかることを目的とする。
【背景技術】
【０００２】
従来車載部品や電動工具類などに汎用される一般的な歯車は、焼結強度や硬度が重視され、歯体の十分な強度を保持するためにＣｕ含有量が５（重量）％以下の鉄系材料を用い、しかも密度を極力高めたものが殆どである。
【０００３】
また鉄系特有の耳障りな駆動音を軽減する目的のもとに、５（重量）％以上のＣｕ成分を銅被覆鉄粉の形で含有させた鉄銅系の焼結材を用いて含油率１８〜２５vol％とした焼結含油歯車が知られている（特許第４２６４７９９号公報参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４２６４７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、既述したＣｕ含有量が５（重量）％以下の鉄系材料を用いた、焼結強度や硬度重視の一般的な歯車では、鉄系特有の耳障りな駆動音を発生するため、家電製品あるいは事務機器用の歯車など、静音化重視の用途において不向きであった。
【０００６】
また特許文献１のものは、基本成分である鉄銅系成分に対し、５（重量）％を超えるＣｕ被覆鉄粉の形で含有させるとともに、焼結体内に潤滑油を含油させることによって潤滑性を高めることにより静音化をはかるものであるために、潤滑油使用のコスト上昇のみならず、焼結体内への潤滑油の含浸工程を必要とし、また特に長時間駆動による潤滑油の飛散によって、周辺や機器類の汚損被害が大きいこと等の課題が多く、必ずしも十分ではない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで本発明にあっては、とくにプリンター等の事務機器や精密機器類などに用いられる歯車体として、より低コストでありながら、潤滑油を含浸させずとも駆動時の発生音圧レベルを低下させて駆動音そのものを著しく低減するとともに、特に油の飛散による周辺機器類等の汚染の危険がなく、しかも耐久性に優れた焼結歯車体を開発したものであって、具体的には銅被覆鉄粉を主材とする原料粉末を焼結してなり、潤滑油が含浸されず、Ｃｕの含有量が５（重量）％以上、かつ、密度が４．５〜６．１g/cm^3の範囲内に形成された鉄銅系焼結材であり、前記銅被覆鉄粉におけるＣｕの被覆量が５〜６５（重量）％の範囲内であることを特徴とした非含油性焼結歯車体に関する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は上記した通り、銅被覆鉄粉を主材としたために、Ｃｕ５（重量）％以下の一般的な鉄系の焼結歯車体に比して、歯先における鉄の露出を抑えて耳障りな駆動音の音質を変えることができることに加え、焼結体密度を４．５〜６．１g/cm^3とした結果、焼結体内に含油せずとも低密度による歯車体の駆動音を著しく減衰させることができ、これによって加工数の減少と潤滑油不要による製造コストの低減と静音化が格段に向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】歯車体の材料組成の種類（表ー１）と、各組成の材料をプリンターに装着して試験した結果（表ー２）をあらわした説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下において本発明の具体的な内容を説明する。本発明の歯車体は銅被覆鉄粉を主材とした、Ｃｕ：５（重量）％以上の鉄銅系焼結材が用いられる。この場合に主材である銅被覆鉄粉の被覆Ｃｕ量については、５（重量）％を下回るとＣｕの被覆量が不十分となり、鉄が露出してしまうために静音効果が全く得られなくなる。また反対に６５（重量）％を超えると寸法精度が悪化するばかりでなく原料コストが嵩み、現実的ではなくなるので、Ｃｕの被覆量については５〜６５（重量）％の範囲内であるのが好ましい。
【００１１】
また鉄銅系焼結材としての密度については６．８g/cm^3を上回ると駆動音の減衰効果が不十分となり、また反対に４．５g/cm^3を下回ると生産上において必要な圧粉体強度が得られないばかりでなく、歯車体として必要な最低限度の強度を得られなくなるために、４．５〜６．８（体積）％の範囲内である必要がある。なおこの場合に密度について４．５〜６．３g/cm^3の範囲とすると、生産性と歯車体の強度を維持しつつ、さらなる駆動音の減衰効果が得られる。さらに密度について４．５〜６．１g/cm^3とした場合にはさらに好ましい駆動音の減衰効果が得られる。
【００１２】
また鉄銅系焼結材のＣｕ量に対し、一定量の錫を添加すると、より一層好ましい。具体的にはＣｕ量に対する錫量が５（重量）％未満では、錫添加による焼結強度および硬度の向上効果が得られない。逆に１２（重量）％を超えると過度の融点降下によって過焼結となり、寸法精度が悪化するばかりでなく、過度の硬度上昇となるために、Ｃｕ量に対する錫量の好適な添加量は５〜１２（重量）％の範囲であることが望ましい。
【００１３】
なお上記した鉄銅系焼結材のＣｕ量に対する錫の添加については、錫粉として添加する方法、青銅合金粉として添加する方法などが挙げられる。錫粉として添加する場合は、比重や粒子径の差などによる原料偏析の恐れがあり、また青銅として均一な金属組織を得るには十分な焼結時間が必要となるなどの問題があり、これら生産性の観点から青銅粉の形で添加されるのが望ましい。
【００１４】
さらに上記した鉄銅系焼結材のＣｕ量に対し、一定量の亜鉛を添加すると、さらに好ましい。具体的には１０（重量）％未満では、亜鉛添加による焼結強度および硬度の向上効果が得られず、また反対に４０（重量）％を超えると過度の融点降下によって過焼結となり、寸法精度が悪くなるばかりでなく、焼結時の亜鉛の昇華が著しいことにより生産性、ならびに作業環境を損なうため、鉄銅系焼結材のＣｕ量に対する亜鉛の添加量については１０〜４０（重量）％の範囲内であるのが望ましい。
【００１５】
なお上記した鉄銅系焼結材のＣｕ量に対する亜鉛の添加については、亜鉛および亜鉛華粉末として添加する方法、黄銅合金粉末として添加する方法などが挙げられる。亜鉛および亜鉛華粉末として添加する場合は、比重や粒子径の差などによる原料偏析の恐れがあり、また焼結時の亜鉛の昇華が著しいことにより生産性ならびに作業環境を損なうといった問題があり、これら生産性の観点から黄銅粉の形で添加されるのが望ましい。
【００１６】
さらに上記した各場合における組成により生産された歯車体については、これを家電製品、車載電装機器、事務機器等の高精度でかつ高品位の駆動用歯車体として用いる際に、表面に防錆油または防錆油またはグリースを塗布して用いることもできる。
【実施例】
【００１７】
〔調合〕
原料粉末として、銅被覆鉄粉（Fe-25Cu）、アトマイズ青銅粉（Cu-10Sn）、アトマイズ黄銅粉（Cu-20Zn）、アトマイズ純鉄粉、および天然黒鉛粉を用い、図１に掲げた表ー１に示す調合とした。なお表ー１には記載していないが、材料１〜５全てに共通し、成形の金型潤滑剤として、ステアリン酸亜鉛粉末を外数で０．７（重量）％添加した。
【００１８】
すなわち、
材料１：銅被覆鉄粉（Fe-25Cu）１００（重量）％を原料粉末とし、化学成分としてＦｅ      ７５（重量）％、Ｃｕ２５（重量）％であるもの（請求項１〜４に記載の材料）、
材料２：銅被覆鉄粉（Fe-25Cu）７０（重量）％とアトマイズ青銅粉（Cu-10Sn）３０（重      量）％とを調合した原料粉末であり、化学成分としてＦｅ５３（重量）％、Ｃｕ４      ４（重量）％、さらにＳｎ３（重量）％であるもの（請求項５・６に記載の材料）      、
材料３：銅被覆鉄粉（Fe-25Cu）７５（重量）％とアトマイズ黄銅粉（Cu-20Zn）２５（重      量）％とを調合した原料粉末であり、化学成分としてＦｅ５６（重量）％、Ｃｕ３      ９（重量）％、さらにＺｎ５（重量）％であるもの（請求項７・８に記載の材料）      、
材料４：アトマイズ純鉄粉９９（重量）％と天然黒鉛粉１（重量）％とを調合した原料粉      末であり、化学成分としてＦｅ９９（重量）％、さらにＣ１（重量）％であるもの      （一般的な鉄系材料）、
材料５：アトマイズ青銅粉（Cu-10Sn）５０（重量）％とアトマイズ純鉄粉５０（重量）      ％とを調合した原料粉末であり、化学成分としてＦｅ５０（重量）％、Ｃｕ４５（      重量）％、さらにＳｎ５（重量）％であるもの（鉄銅系単純混合材料）
【００１９】
〔成形〕
成形は、最大圧力１０ｔｏｎの粉末成形プレスを使用し、それぞれの材料が図２の表ー２にあらわした密度になるように、充填重量及びプレス加圧力を調整した。
【００２０】
〔焼結〕
焼結は、メッシュベルトタイプの焼結炉により、窒素と水素の混合ガス雰囲気中、図２の表ー１にあらわした焼結温度で行った。
【００２１】
〔評価試験〕
成形された上記の材料１〜５の歯車体をプリンター実機のモータ軸に装着したうえで、その耐久性ならびに静音性について評価した。なお静音性の評価試験は無響音室中でおこなわれ、装着された歯車体より１ｍ程度離れた場所に騒音計のマイクを設置しておこなった。
【００２２】
〔試験結果〕
評価試験の結果は、図１の表ー２に表したとおりである。各実施例において使用した材料１〜３は本願発明によるものであり、また材料４・５は従来の比較例をあらわしている。実施例１では前記した材料１を用い、密度６．１とした結果、音圧が５７．２ｄＢ、歯先の耐久性が可であった。また実施例２では前記した材料２を用い、密度４．５とした結果、音圧が５６．０ｄＢ、歯先の耐久性が可であった。さらに実施例３では前記した材料２を用い、密度６．１とした結果、音圧が５７．６ｄＢ、歯先の耐久性が優れていた。
【００２３】
さらに実施例４では、前記した材料２を用い、密度６．３とした結果、音圧が５７．９ｄＢ、歯先の耐久性が優れていた。さらに実施例５では前記した材料２を用い、密度６．８とした結果、音圧が５８．６ｄＢ、歯先の耐久性が優れていた。さらに実施例６では前記した材料３を用い、密度６．１とした結果、音圧が５７．３ｄＢ、歯先の耐久性が優れていた。
【００２４】
比較例１として、前記した材料４を用い、密度６．９とした結果、歯先の耐久性が特に優れているものの、音圧が６０．８ｄＢと最も高く、本発明の目的を達成することができない。また比較例２として、前記した材料５を用い、密度７．４とした結果、銅被覆鉄粉を使用していない鉄銅系材料であるところから歯先の耐久性が優れているものの、音圧が５９．６ｄＢと、音圧低下がみられない。
【００２５】
さらに比較例３として、前記した銅被覆鉄粉を用いない鉄銅系の材料５を用い、密度６．１とした結果、圧粉体強度が低いために低密度では成形が困難で試験不能であった。さらに比較例４として、前記した材料２を用いたものではあるが密度が４．０g/cm^3と低すぎた結果、同じく圧粉体強度が低く成形困難で試験不能であった。
【００２６】
さらに比較例５として、前記した材料２を用いたもので歯先の耐久性は優れているものの、密度が７．２g/cm^3と、逆に高すぎた結果、音圧が５９．１ｄＢと、音圧の低減効果が少なかった。さらに比較例６として、前記した材料２で密度６．１としたものに潤滑油を含油させた結果、音圧が５６．９ｄＢで、音圧の低減効果がみられ、かつ歯先の耐久性が優れているものの、潤滑油の飛散による周辺機器への汚損が甚だしく、周辺環境の維持が困難であった。
【００２７】
上記の試験結果から判断すると、材料１、材料２、材料３を用いた場合においては、歯先の耐久性において特に優れるか、少なくとも耐久性の面においては可であり、また音圧がいずれも５８．６以下（実施例５）であるため低コストでありながら、潤滑油を含浸させずとも駆動時の発生音圧レベルを低下させて駆動音そのものを著しく低減させることができる。
【００２８】
しかし材料２であっても、これに含油させると実機使用による場合、周辺機器の油による汚損が甚だしくなるため、家電製品や車載電装機器あるいは事務機器といった歯車体の用途において、周辺環境の汚損を嫌う場合への使用には不向きであることが理解できた。
【図１】
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