(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄を主成分とする原料粉末を造粒した造粒粉を、プレス成形し、かつ焼成することにより、焼結材からなる動力伝達部品を製造する方法であって、
前記原料粉末の粉末粒度（Ｄ５０）が６μｍ以上２０μｍ以下であり、
前記造粒粉の粉末粒度（Ｄ５０）が１２０μｍ以上１５０μｍ以下であり、
前記造粒粉がプレス成形される圧力は、６００ＭＰａ以上８００ＭＰａ以下であり、
極値統計法による前記焼結材に含まれる最大空孔の相当円直径が４０μｍ以上６７μｍ以下であり、前記焼結材の相対密度が８５％以上であり、前記焼結材の破壊強度が１５００Ｎ／ｍｍ2以上である、動力伝達部品の製造方法。
【請求項２】
前記焼結材は、さらに焼入れ処理が施され、ロックウェルＣスケール硬さがＨＲＣ５０以上である、請求項１に記載の動力伝達部品の製造方法。
【請求項３】
前記焼結材は、さらに焼戻し処理が施され、ロックウェルＣスケール硬さがＨＲＣ５０以上である、請求項２に記載の動力伝達部品の製造方法。
【請求項４】
前記動力伝達部品は、ギヤおよびカムの少なくともいずれかである、請求項１〜３のいずれかに記載の動力伝達部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力伝達部品に関し、特に焼結材からなる動力伝達部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属原料粉末を金型を用いてプレス成形し、焼成により焼結することで焼結材が得られる。この方法は、焼結材を得るのに簡易な方法として広く採用されている。以下、この方法は粉末プレス焼結法と称される。通常、粉末プレス焼結法で焼結材を製造すると、溶製材の真密度に対する焼結材の密度の割合である相対密度が低くなり、焼結材内部に多くの空孔が残ってしまう。空孔は応力負荷時に応力集中源となるため、焼結材は低強度、低疲労強度の脆い素材となりやすい。また焼結材は、その多くの空孔を含有するため、剛性も溶製材と比べると低くなりやすい。
【０００３】
そこで、焼結材の高強度化および高剛性化を目的とし、焼結材の高密度化を図るためにＣＩＰ（Ｃｏｌｄ  Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）法やＨＩＰ（Ｈｏｔ  Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）法を始め、様々な方法が提案されている。
【０００４】
金属原料粉末を工夫する方法として、金属原料粉末を微粒子化する方法がある。金属原料粉末の微粒子化によって金属原料粉末の表面積は増加する。この表面積の増加に伴い、隣接粉との焼結性が向上する。具体的には、熱などのエネルギーにより金属原料粉末同士の原子的な結合が起こりやすくなる。また金属原料粉末を構成する元素の内部拡散が促進されることで空孔が収縮することから、高密度の焼結材が得られる。
【０００５】
しかしながら、微粒子化された金属原料粉末を用いる場合、圧粉体成形時に、微粒子化に伴う金属原料粉末間、金属原料粉末および金型間で摩擦損失の著しい増加が起こる。これにより、金型内での粉末の流動性が悪化し、成形性が悪化してしまう。その結果、成形欠陥による大きな空孔が生じたり、焼結材の高密度化が困難という問題、精密成形が困難という問題がある。そのため、金属原料粉末を微粒子化する方法の適用は限定されている。
【０００６】
成形方法を工夫するものとして、温間成形法が挙げられる。たとえば、特開２００４−１９７１５７号公報（特許文献１）には、金型内面と原料粉末とが接触する部分の温度が１００℃〜２２５℃で金型へ充填された原料粉末を加圧成形することが記載されている。温間成形法は、高温下で塑性変形しやすくなった原料粉末を成形することで、圧粉体の密度を向上し得る。その一方で、専用の潤滑剤が必要になるという問題、エッジ部にバリが存在し除去工程が必要になるという問題がある。
【０００７】
焼結温度および焼結時間を工夫する方法として、高温長時間焼成法が挙げられる。高温長時間焼成法は、焼結時における温度を通常より高温にし、また焼結時間も長くすることで焼結性を向上させ、焼結密度を向上させることで空孔を減らし、高密度化を図る方法である。しかしながら高温長時間焼成法では、焼結材中の結晶粒が粗大化してしまい、強度低下を招いてしまうおそれがある。また、製造に長時間が必要となるという問題がある。
【０００８】
焼結後に後加工を施して高密度化を図る方法として、焼結鍛造法が挙げられる。焼結鍛造法は、焼結後の焼結材に冷間鍛造を施すことで空孔を潰す方法である。焼結鍛造法では、真密度に近い値を出すことが可能であるが、製造のリードタイムが長くなるという問題、鍛造装置が必要であるという問題および鍛造のために従来の粉末プレス焼結法による焼結材並みの高精度を得難いという問題などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１９７１５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
多くの空孔を有する鉄系焼結材を高強度、高剛性が要求される用途に適用することは、その空孔に起因する強度面の脆弱性の問題から限定されている。このような厳しい強度、剛性が求められる鉄合金からなる金属部品には、溶製材を切削加工した切削加工品および溶製材を鍛造した鍛造品が用いられる場合が多い。したがって、一般的な粉末プレス法で製造された鉄合金からなる金属焼結材をギヤおよびカムなどの動力伝達部品に適用する場合、特に高強度、高剛性が要求される用途には適用することが困難であったり、前述の溶製材からなる部品に比べ、大きな寸法が必要になるという課題がある。
【００１１】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、粉末プレス焼結法で焼結材の高密度化を達成することにより、高強度、高剛性の動力伝達部品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の動力伝達部品は、鉄を主成分とする原料粉末を造粒した造粒粉がプレス成形され、焼成された焼結材からなる。
【００１３】
本発明者は、鋭意検討した結果、金属微粉末を造粒した造粒粉をプレス成形し、焼成した焼結材からなる動力伝達部品では、成形性および焼結性が向上し、圧環強度が向上することを見出した。成形性および焼結性が向上し、圧環強度が向上する理由は、以下のように考えられる。
【００１４】
本発明の動力伝達部品によれば、微粉末原料粉を適度な粒径に造粒した造粒粉を用いているため、微粉末を用いているにも拘わらず金型内での原料粉の流動性を向上することができるので成形性を向上することができる。一方、微細な原料粉末を用いることで、原料粉末の表面積の増加に伴って隣接粉との焼結性を向上することができる。これらにより、特にＣＩＰやＨＩＰ、焼結鍛造等の特殊な方法を用いなくても高密度の焼結材を得ることができる。
【００１５】
また、原料粉末を造粒する際に用いられる造粒剤やプレス成形時に必要な潤滑剤の量は、造粒粉全体の数％の比率で含有されていればよいため、潤滑剤および造粒剤は、一般的な脱脂条件にて消失するので、ＭＩＭ（金属射出成形）法のように長時間の脱脂時間を要しない。そのため、高密度の焼結材からなる動力伝達部品を短いサイクルタイムで得ることができる。
【００１６】
また、動力伝達部品では、動力を伝達するため、過大荷重および繰り返し荷重が加わることが多い。そのため、動力伝達部品には欠けが発生する場合がある。この欠けによる破片を噛み込むことにより駆動部全体が停止するおそれもある。本発明の動力伝達部品は高密度の焼結材からなっているため、高い圧環強度を有することができる。これにより、動力伝達部品に欠けが発生することを抑制することができる。よって、駆動部全体が停止するリスクを低減することができる。
【００１７】
上記より焼結材の高密度化を達成することができるので、高強度、高剛性の動力伝達部品を提供することができる。
【００１８】
上記の動力伝達部品においては、焼結材の相対密度が８５％以上であり、好ましくは９２％以上である。これにより、信頼性の高い高密度、高強度の焼結材からなる動力伝達部品を提供することができる。
【００１９】
上記の動力伝達部品において鉄系合金の場合、好ましくは、焼結材の破壊強度（圧環強度）が１５００Ｎ／ｍｍ２以上である。これにより、高い破壊強度を有する焼結材からなる動力伝達部品を提供することができる。
【００２０】
上記の動力伝達部品において、原料粉末の粉末粒度（Ｄ５０）が２０μｍ以下、好ましくは１０μm以下である。これにより、焼結時に短時間で空孔が十分に埋まるので焼結材の高密度化を達成することができる。
【００２１】
上記の動力伝達部品において、造粒粉の粉末粒度（Ｄ５０）が５００μｍ以下、好ましくは４０μｍ以上でかつ２００μｍ以下である。これにより、金型へ造粒粉を十分に充填することができるので焼結材の高密度化を達成することができる。
【００２２】
上記の動力伝達部品において、造粒粉がプレス成形される圧力には、特に制限はない。ただし、プレス成形の圧力を高くすればするほど、成形体の密度が向上し空孔を小さくできるため、焼結により高密度かし易くなるが、過大なプレス圧力は、金型寿命を短くし、また金型からの取り出し時の割れや内部クラック等の成形不具合を起こす恐れがあることから、好ましくは４００ＭＰａ以上８００ＭＰａ以下である。これにより、金型の寿命を延ばすことによる生産効率を向上することができる。また、プレス成形での空孔を減少することにより焼結材の高密度化を達成することができる。
【００２３】
上記の動力伝達部品において好ましくは、焼結材は、さらに焼入れ処理が施され、ロックウェルＣスケール硬さがＨＲＣ５０以上である。これにより、焼結材に高表面硬度を付与することができる。よって耐摩耗性を向上することができる。
【００２４】
上記の動力伝達部品において好ましくは、焼結材は、さらに焼戻し処理が施され、ロックウェルＣスケール硬さがＨＲＣ５０以上である。これにより、焼結材に高靭性を付与することができる。よって耐変形性を向上することができる。
【００２５】
上記の動力伝達部品において好ましくは、動力伝達部品は、ギヤおよびカムの少なくともいずれかである。ギヤおよびカムなどには歯折れなどの欠けが発生することが多い。本発明の動力伝達部品であるギヤおよびカムの少なくともいずれかは、高密度の焼結材からなっているため、高い圧環強度を有することができる。これにより、ギヤおよびカムに歯折れなどの欠けが発生することを抑制することができる。よって、駆動部全体が停止するリスクを低減することができる。
【００２６】
上記の動力伝達部品において好ましくは、極値統計法による焼結材に含まれる最大空孔の相当円直径が８０μｍ以下である。これにより、応力印加時に素材に含まれる大きな空孔に起因して発生する亀裂の進展を抑制することができる。したがって、高強度化を達成することができ、鉄系焼結製動力伝達部品の信頼性を向上できる。
【００２７】
上記の動力伝達部品において好ましくは、極値統計法による焼結材に含まれる最大空孔の相当円直径が４０μｍ以下である。これにより、応力印加時に素材に含まれる大きな空孔に起因して発生する亀裂の進展をさらに抑制することができる。したがって、さらに高強度化を達成することができる。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明したように、本発明の動力伝達部品によれば、粉末プレス焼結法で焼結材を高密度化することにより、高強度、高剛性の信頼性の高い動力伝達部品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施の形態におけるギヤの概略斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態におけるカムの概略斜視図である。
【図３】本発明の一実施の形態における動力伝達部材の製造方法の概略を示す図である。
【図４】本発明の実施例１の造粒粉の試料表面を倍率５００倍で示す顕微鏡写真である。
【図５】本発明の実施例２の造粒粉の試料表面を倍率５００倍で示す顕微鏡写真である。
【図６】比較例１の原料粉末の試料表面を倍率５００倍で示す顕微鏡写真である。
【図７】本発明の実施例１の造粒粉の試料表面を倍率１０００倍で示す顕微鏡写真である。
【図８】本発明の実施例２の造粒粉の試料表面を倍率１０００倍で示す顕微鏡写真である。
【図９】比較例１の原料粉末の試料表面を倍率１０００倍で示す顕微鏡写真である。
【図１０】本発明の実施例１のグリーン体の試料表面を倍率１０００倍で示す顕微鏡写真である。
【図１１】本発明の実施例２のグリーン体の試料表面を倍率１０００倍で示す顕微鏡写真である。
【図１２】比較例１のグリーン体の試料表面を倍率１０００倍で示す顕微鏡写真である。
【図１３】本発明の実施例１の焼結材の試料表面を倍率１０００倍で示す顕微鏡写真である。
【図１４】本発明の実施例２の焼結材の試料表面を倍率１０００倍で示す顕微鏡写真である。
【図１５】比較例１の焼結材の試料表面を倍率１０００倍で示す顕微鏡写真である。
【図１６】本発明の実施例１の焼結材の試料の圧環試験後の形状を示す写真である。
【図１７】本発明の実施例２の焼結材の試料の圧環試験後の形状を示す写真である。
【図１８】比較例１の焼結材の試料の圧環試験後の形状を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の一実施の形態について図に基づいて説明する。
最初に本発明の一実施の形態の動力伝達部品の構成について説明する。本発明の一実施の形態の動力伝達部品として、ギヤおよびカムが挙げられる。
【００３１】
図１を参照して、本発明の一実施の形態における動力伝達部品の一例としてのギヤ１０は平歯車である。ギヤ１０は平面視における中央部に軸と嵌合するための孔を有している。図２を参照して、本発明の一実施の形態における動力伝達部品の他の一例としてのカム２０は、板カムである。カム２０は、平面視における中央部に軸と嵌合するための孔を有している。
【００３２】
次に、本発明の一実施の形態の動力伝達部品の製造方法について説明する。
図３を参照して、本発明の一実施の形態の動力伝達部品の製造方法においては、まず原料粉末準備工程（Ｓ１０）が実施される。この工程（Ｓ１０）では、動力伝達部品の材料として、鉄を主成分とする原料粉末が準備され、混合される。鉄を主成分とする原料粉末は、たとえばＳＵＳ３１６Ｌ（ＪＩＳ規格）および２％Ｎｉ（ニッケル）含有鉄合金である。その他、必要に応じて銅や二硫化モリブデン、黒鉛などの粒子を配合することもできる。
【００３３】
原料粉末の粉末粒度（Ｄ５０）は、２０μｍ以下が好ましい。粗い粉末粒度の原料粉末では、後工程において成形体（グリーン体）を構成する原料粉末間に大きな空孔ができてしまい、焼結時に十分に空孔が埋まらず、高密度化が達成できない。そのため、微細な原料粉末が好ましい。粉末粒度（Ｄ５０）２０μｍ以下の原料粉末であれば、焼結時に空孔が十分に埋まるので高密度化を達成することができる。
【００３４】
次に、造粒工程（Ｓ２０）が実施される。この工程（Ｓ２０）では、上記の原料粉末が造粒される。これにより造粒粉が形成される。上記の原料粉末を造粒することにより、金型内での原料粉末の流動性を向上することで、成形性を確保することができる。造粒粉は、たとえば、上記の原料粉末に、成形時の摩擦損失を低減させるための金属系潤滑剤であるステアリン酸亜鉛や非金属系潤滑剤であるエチレンビスステアルアミドなどの潤滑剤や離型剤などの添加剤と、造粒粉に適度な強度を付与するための糊の作用をする有機物などからなる造粒剤とを加えて、上記原料粉末を凝集した集合体である。
【００３５】
造粒粉の粉末粒度（Ｄ５０）は５００μｍ以下が好ましい。５００μｍを超えると、たとえば微小なギヤ（歯車）の場合には金型への造粒粉の充填時に、歯先まで造粒粉が充填できなかったり、十分な量の造粒粉を投入できなくなる場合もある。造粒粉の形状は、特に球状が流動性に優れているため好ましい。
【００３６】
次に、プレス成形工程（Ｓ３０）が実施される。この工程（Ｓ３０）では、上記の造粒粉がプレス成形される。これによりグリーン体（圧粉体）が形成される。グリーン体作製時のプレス成形圧力は、特に制限はないが、金型の摩耗などによる金型寿命や金型取り出しの割れ、内部クラック発生の抑制の点から、８００ＭＰａ以下が好ましい。また、プレス成形圧力が小さすぎると、造粒粉がプレス成形圧力で破壊および変形し難いため、グリーン体内に数十μｍ以上の大きな空孔が残ってしまい、焼結しても高密度化が図られない場合があることから、グリーン体作製時のプレス成形圧力は４００ＭＰａ以上で成形することが好ましい。
【００３７】
次に、脱脂工程（Ｓ４０）が実施される。この工程（Ｓ４０）では、上記のグリーン体に含まれる潤滑剤や造粒剤などが除去される。脱脂条件は、通常の粉末プレス焼結法と同様に行うことができるので、特に長時間、高温化する必要はない。脱脂条件として、たとえば、上記のグリーン体が窒素雰囲気などの不活性雰囲ガス気下で、７５０℃の温度で３０分間加熱される。
【００３８】
次に、焼結工程（Ｓ５０）が実施される。この焼結工程（Ｓ５０）では、上記の脱脂されたグリーン体が焼成される。これにより焼結材が形成される。焼結条件は、通常の粉末プレス焼結法と同様に行うことができるので、特に長時間、高温化する必要はない。焼結条件として、たとえば、上記の脱脂されたグリーン体が１２５０℃に昇温後、その温度で６０分間加熱される。
【００３９】
次に、焼入れ工程（Ｓ６０）が実施される。この工程（Ｓ６０）では、必要に応じて上記の焼結材に焼入れ処理が施される。これにより焼結材に高い表面硬度を付与することができる。よって耐摩耗性を向上することができる。焼入れ処理はオーステナイト化温度（Ａ3変態点）以上に加熱した状態から急冷する処理であり、その条件として、たとえば、８５０℃程度の温度から急冷する。
【００４０】
次に、焼戻し工程（Ｓ７０）が実施される。この工程（Ｓ６０）では、上記の焼入れされた焼結材に焼戻し処理が施される。これにより、焼結材に高い靭性を付与することができる。よって変形性を向上することができる。焼戻し処理の条件として、Ａ1変態点以下であるたとえば、４００〜６５０℃の温度に加熱したのち急冷する。
【００４１】
また、必要に応じてＣｒＮ（窒化クロム）、ＴｉＮ（窒化チタン）、ＷＣ／Ｃ（炭化タングステン／炭素）やＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）などの硬質皮膜処理を施し得る。さらに、本発明の一実施の形態の動力伝達部品のうち、９５％以上の相対密度を有するものは湿式のめっき処理を施し得る。
【００４２】
上記では脱脂工程（Ｓ４０）と焼結工程（Ｓ５０）とを分けて説明したが、一体の工程で、脱脂および焼結が行われてもよい。また、上記ではプレス成型（Ｓ３０）と、脱脂工程（Ｓ４０）と、焼結工程（Ｓ５０）と、焼入れ工程（Ｓ６０）を分けて説明したが、一体の工程で、プレス成型、脱脂／焼結／焼入れが行われてもよい。
【００４３】
なお、潤滑剤および造粒剤は、脱脂および焼結時に消失するが、一部が消失せずに残っていてもよい。
【００４４】
次に、本発明の一実施の形態の動力伝達部品の作用効果について説明する。
粉末プレス焼結法で微細な原料粉末をそのままプレス成形すると、摩擦損失により成形性が悪化する。本発明の一実施の形態の動力伝達部品によれば、鉄を主成分とする原料微粉末を造粒した造粒粉がプレス成形され、かつ焼成された焼結材からなっている。粉末プレス焼結法で造粒粉をプレス成形することにより、金型内での原料粉末の流動性を向上することができるので成形性を向上することができる。よって、微細な原料粉末を用いることができるので、原料粉末の表面積の増加に伴って隣接粉との焼結性を向上することができる。これにより、高密度の焼結材を得ることができる。
【００４５】
また、原料粉末を造粒する際に用いられる潤滑剤および造粒剤の量は、造粒粉をたとえば球状に形成するだけなので、造粒粉全体の数％の比率で含有されていればよい。造粒粉全体の数％の低い比率のため、潤滑剤および造粒剤は、脱脂および焼結時に消失する。そのため、高密度の焼結材を得ることができる。
【００４６】
また、動力伝達部品では、動力を伝達するため、過大荷重および繰り返し荷重が加わることが多い。そのため、動力伝達部品には欠けが発生することが多い。この欠けによる破片を噛み込むことにより駆動部全体が停止するおそれが高い。本発明の一実施の形態の動力伝達部品は高密度の焼結材からなっているため、高い圧環強度を有することができる。これにより、動力伝達部品に欠けが発生することを抑制することができる。よって、駆動部全体が停止するリスクを低減することができる。
【００４７】
上記より焼結材の高密度化を達成することができるので、高強度、高剛性の動力伝達部品を提供することができる。
【００４８】
本発明の一実施の形態の動力伝達部品によれば、焼結材の相対密度が８５％以上であるため、高密度の焼結材からなる動力伝達部品を提供することができる。
【００４９】
本発明の一実施の形態の動力伝達部品によれば、焼結材の破壊強度（圧環強度）が１５００Ｎ／ｍｍ２以上であるため、高い破壊強度を有する焼結材からなる動力伝達部品を提供することができる。
【００５０】
粗い粉末粒度の原料粉末では、後工程において成形体（グリーン体）を構成する原料粉末間に大きな空孔ができてしまい、焼結時に十分に空孔が埋まらず、高密度化が達成できない。そのため、微細な原料粉末が好ましい。本発明の一実施の形態の動力伝達部品によれば、原料粉末の粉末粒度（Ｄ５０）が２０μｍ以下であるため、焼結時に空孔が十分に埋まるので焼結材の高密度化を達成することができる。
【００５１】
造粒粉末の粉末粒度（Ｄ５０）が５００μｍを超えると、たとえば微小なギヤ（歯車）の場合には金型への造粒粉の充填時に、歯先まで造粒粉が充填できなかったり、十分な量の造粒粉を投入できなくなる場合もある。本発明の一実施の形態の動力伝達部品によれば、造粒粉の粉末粒度（Ｄ５０）が５００μｍ以下であるため、金型へ造粒粉を十分に充填することができるので焼結材の高密度化を達成することができる。
【００５２】
造粒粉がプレス成形される圧力は、金型の摩耗などによる金型寿命や、金型取り出し時の割れや内部クラック発生抑制の点から、８００ＭＰａ以下が好ましい。また、プレス成形圧力が小さすぎると、造粒粉がプレス成形圧力で破壊および変形し難いため、グリーン体内に数十μｍ以上の大きな空孔が残ってしまい、焼結しても高密度化が図られない場合があることから、グリーン体作製時のプレス成形圧力は４００ＭＰａ以上で成形することが好ましい。本発明の一実施の形態の動力伝達部品によれば、造粒粉がプレス成形される圧力は、４００ＭＰａ以上８００ＭＰａ以下であるため、金型の寿命を延ばすことによる生産効率を向上することができる。また、プレス成形での空孔を減少することにより焼結材の高密度化を達成することができる。
【００５３】
本発明の一実施の形態の動力伝達部品によれば、焼結材は、さらに焼入れ処理が施され、ロックウェルＣスケール硬さがＨＲＣ５０以上であるため、焼結材に高表面硬度を付与することができる。よって耐摩耗性を向上することができる。
【００５４】
本発明の一実施の形態の動力伝達部品によれば、焼結材は、さらに焼戻し処理が施され、ロックウェルＣスケール硬さがＨＲＣ５０以上であるため、焼結材に高表面硬度と高靭性を付与することができる。よって変形性を向上することができる。
【００５５】
ギヤおよびカムなどには歯折れなどの欠けが発生することが多い。本発明の一実施の形態の動力伝達部品であるギヤおよびカムの少なくともいずれかは、高密度の焼結材からなっているため、高い破壊強度を有することができる。これにより、ギヤおよびカムに歯折れなどの欠けが発生することを抑制することができる。よって、駆動部全体が停止するリスクを低減することができる。
【００５６】
また、動力伝達部品を成形する他の方法として、ＭＩＭ（金属射出成形）および押出成形が挙げられる。ＭＩＭは潤滑剤および造粒剤の量が一般に４０容積％程度以上と非常に多いため、これらを除去するための脱脂時間が長くなるという問題がある。また、収縮率が高くなるという問題がある。また、押出成形では、歩留まりが悪いという問題がある。したがって、本発明の一実施の形態の動力伝達部品によれば、ＭＩＭおよび押出成形で成形された動力伝達部品に比べて、効率よく高密度の動力伝達部品を得ることができる。
【００５７】
微細な原料粉末を用いることで成形体（グリーン体）を製作した際の原料粉末間の空隙が小さくなり、ひいては焼結材内部の空孔も小さくなる。空孔が小さくなることで、応力印加時に空孔周辺にかかる応力も小さくなる。そのため、破壊の原因になる亀裂の進展が抑制されるので高強度化が達成される。つまり、空孔径が大きいほど亀裂が進展しやすいので脆弱な焼結材となりやすい。
【００５８】
極値統計法による焼結材に含まれる最大空孔の相当円直径が８０μｍよりも大きい場合、応力印加時に大きな空孔に起因して発生した亀裂が進展しやすいため焼結材が破壊される恐れがある。
【００５９】
極値統計法とは、試料の検査の基準となる面積（検査基準面積）内の介在物の中から最大の介在物の大きさを測定し、統計処理により、予測を行う面積（予測面積）内での最大の介在物の大きさを推定可能な手法である。鉄系焼結材では大きな空孔が存在すると著しく低強度となる場合があったが、本法によれば焼結材中に含まれる最大空孔径を制御可能となり、高密度焼結体の機械的信頼性を向上できる。
【００６０】
本発明の一実施の形態の動力伝達部品によれば、極値統計法による焼結材に含まれる最大空孔の相当円直径が８０μｍ以下である。素形材中に含まれる最大空孔径を適切な大きさに制御できるようになったことにより、応力印加時に大きな空孔に起因して発生する亀裂の進展を抑制することができる。したがって、高強度化、高信頼性化を達成することができる。
【００６１】
本発明の一実施の形態の動力伝達部品によれば、極値統計法による焼結材に含まれる最大空孔の相当円直径が４０μｍ以下であるため、さらに素材中に含まれる最大空孔径を小さくすることができる。したがって、さらに高強度化、高信頼性化を達成することができる。
【実施例】
【００６２】
以下、実施例について説明する。
表１に示す材料および試料作製条件において、本発明の実施例として実施例１の試料および実施例２の試料、従来例として従来例１の試料をそれぞれ複数作製した。
【００６３】
【表１】
0005955498.tif 000002
【００６４】
実施例１および実施例２では造粒粉を用い、比較例１では粉末プレス成形用粉末を用いた。各試料は、外径１２ｍｍ、内径６ｍｍ、高さ８ｍｍの円筒型焼結材とした。
【００６５】
実施例１、実施例２および比較例１の相対密度、破壊強度として圧環強度を測定した。相対密度は、試料の密度を測定し、試料の材料であるＳＵＳ３１６Ｌの真密度と比較して算出した。ＳＵＳ３１６Ｌの真密度は、７．９８ｇ／ｃｍ3とした。
【００６６】
圧環強度は、試料を円周方向から圧縮する圧環試験を行い、円筒状の試料が破壊する時の強度を測定した。圧環速度は、１ｍｍ／ｍｉｎとした。
【００６７】
実施例１、実施例２および比較例１の相対密度、圧環強度の測定結果を表２に示す。
【００６８】
【表２】
0005955498.tif 000003
【００６９】
相対密度について、表２に示すように、実施例１の相対密度は９２％以上となった。実施例２の相対密度は８５％以上９２％未満となった。比較例１の相対密度は８５％未満となった。
【００７０】
圧環強度について、表２に示すように、実施例１は、２５００Ｎ／ｍｍ2で円周方向から圧縮して圧環試験を行った。実施例１は、亀裂の発生も認められず、破壊しなかった。実施例２は、１５００Ｎ／ｍｍ2以上２５００Ｎ／ｍｍ2未満で圧環試験を行った。実施例２は、微小な亀裂が発生する場合も見られたが、破壊には至らなかった。比較例１は、１５００Ｎ／ｍｍ2未満で圧環試験を行った。比較例１では、亀裂が発生し、破壊した。
【００７１】
続いて、実施例１、実施例２および比較例１の造粒粉、グリーン体および焼結材における試料表面の状態を説明する。
【００７２】
図４および図７を参照して、実施例１の造粒粉の試料表面を示す。図５および図８を参照して、実施例２の造粒粉の試料表面を示す。図６および図９を参照して、比較例１の造粒粉の試料表面を示す。図４〜図９を参照して、実施例１および実施例２の原料粉末が比較例１の粉末プレス成形用粉末より小さいことがわかった。
【００７３】
図１０を参照して、実施例１のグリーン体の試料表面を示す。図１１を参照して、実施例２のグリーン体の試料表面を示す。図１２を参照して、実施例３のグリーン体の試料表面を示す。図１０〜図１２を参照して、実施例１および実施例２のグリーン体では原料粉末が比較例１より密に凝集しており、空孔が少ないことがわかった。
【００７４】
図１３を参照して、実施例１の焼結材の試料表面を示す。図１４を参照して、実施例２の焼結材の試料表面を示す。図１５を参照して比較例１の焼結材の試料表面を示す。図１３〜図１５を参照して、実施例１および実施例２の焼結材では、比較例１より空孔が少ないことがわかった。
【００７５】
上記より、実施例１および実施例２は、比較例１より高密度化が達成されていることがわかった。
【００７６】
また、表３に示す材料および試料作製条件において、本発明の実施例として実施例３および実施例４の試料をそれぞれ１０個作製した。
【００７７】
【表３】
0005955498.tif 000004
【００７８】
実施例３および実施例４ではＮｉ粒子を２％含有した鉄合金造粒粉を用いた。実施例３では焼入れ処理を施した。実施例４では焼入れ処理および焼戻し処理を施した。焼入れ処理は、焼結処理後の降温時、８５０℃の温度から急冷した。焼戻し処理は、５００℃の温度に加熱保持したのち、急冷した。各試料は、外径１２ｍｍ、内径６ｍｍ、高さ８ｍｍの円筒型焼結材とした。
【００７９】
実施例３および実施例４の相対密度、圧環強度、ロックウェル硬さを測定した。相対密度は、試料の密度を測定し、試料の材料である２％Ｎｉ含有鉄合金の真密度と比較して算出した。２％Ｎｉ含有鉄合金の真密度は、７．８９ｇ／ｃｍ3とした。
【００８０】
圧環強度は、試料を円周方向から圧縮する圧環試験を行い、圧環強度を測定した。圧環速度は、１ｍｍ／ｍｉｎとした。
【００８１】
実施例３および実施例４の相対密度、圧環強度、ロックウェル硬さの測定結果を表４に示す。
【００８２】
【表４】
0005955498.tif 000005
【００８３】
相対密度について、表４に示すように、実施例３および実施例４の相対密度はそれぞれ９２％以上となった。
【００８４】
圧環強度について、表４に示すように、実施例３および実施例４は、２５００Ｎ／ｍｍ2で円周方向から圧縮して圧環試験を行った。実施例３および実施例４は、それぞれ亀裂の発生も認められず、破壊しなかった。
【００８５】
ロックウェルＣスケール硬さについて、表４に示すように、実施例３はＨＲＣ６４となった。なお、実施例３においては、ＨＲＣ５０以上であればよい。実施例４はＨＲＣ５０となった。
【００８６】
また、実施例１、実施例２および比較例１について、いわゆる極値統計を用いて焼結材の内部に含まれる空孔径の最大値を推定した。なお、焼結材の内部の空孔径の極値分布は二重指数分布とした。推定方法は以下に示すとおりである。
【００８７】
試料の検査の基準と成る面積を検査基準面積Ｓ0（ｍｍ2）とし、検査の回数を検査回数ｎとして、検査基準面積Ｓ0中の最大空孔面積の平方根ＳＲ（μｍ）を測定した。平方根ＳＲは式（１）で示される。
【００８８】
【数１】
0005955498.tif 000006
【００８９】
測定した平方根ＳＲを小さい順に並べなおし、それぞれに番号ｊ（ｊ＝１〜ｎ）を付けた。それぞれの平方根ＳＲjは式（２）で示される。
【００９０】
【数２】
0005955498.tif 000007
【００９１】
それぞれの番号ｊ（ｊ＝１〜ｎ）について、式（３）から基準化変数ｙｊを求めた。
【００９２】
【数３】
0005955498.tif 000008
【００９３】
横軸を基準化変数ｙｊ、縦軸を平方根ＳＲjとして、測定結果をプロットした。プロットより最大空孔分布近似直線を求め、最大空孔分布直線の傾きａ、切片ｂを求めた。
【００９４】
予測を行う面積を予測面積Ｓ（ｍｍ2）とした。予測面積Ｓおよび検査基準面積Ｓ0より再帰期間Ｔは式（４）で示される。
【００９５】
【数４】
0005955498.tif 000009
【００９６】
再起期間Ｔを用いて式（５）により基準化変数ｙを求めた。
【００９７】
【数５】
0005955498.tif 000010
【００９８】
基準化変数ｙ、傾きａ、切片ｂを式（６）に代入して、予測面積Ｓ中に含まれる最大空孔面積の平方根ＳＲを求めた。本実施例では予測面積Ｓが１０００ｍｍ2の場合の最大空孔面積の平方根ＳＲについて評価した。
【００９９】
【数６】
0005955498.tif 000011
【０１００】
最大空孔面積と同じ面積を有する円の直径を相当円直径とする。本実施例では相当円直径を用いて空孔径を評価した。
【０１０１】
実施例１、実施例２および比較例の最大空孔の相当円直径の評価結果を表５に示す。
【０１０２】
【表５】
0005955498.tif 000012
【０１０３】
表２および表５を参照して、比較例１では相対密度８５％未満で粗大な空孔が多く見られた。比較例１では最大空孔の相当円直径は８４μｍとなった。実施例２では相対密度８５％以上９２％未満で粗大な空孔は見られなかった。実施例２では最大空孔の相当円直径は６７μｍとなった。実施例１では相対密度９２％以上で粗大な空孔は見られなかった。また実施例１では最大空孔の相当円直径は４０μmとなった。
【０１０４】
上述のとおり、実施例１は、圧環試験において亀裂の発生も認められず破壊しなかった。実施例２は、圧環試験において微小な亀裂が発生する場合も見られたが破壊には至らなかった。一方、比較例１は、圧環試験において亀裂が発生し破壊した。
【０１０５】
上記に基づいて、発明者等は鋭意検討し、極値統計法による焼結材に含まれる最大空孔の相当円直径を８０μｍ以下に制御すれば、応力印加時に空孔に起因して発生する亀裂の進展を抑制することができることを知得した。これにより、高強度化ならびに高信頼性化を達成することができることがわかった。
【０１０６】
さらに、極値統計法による焼結材に含まれる最大空孔の相当円直径を４０μｍ以下に制御すれば、応力印加時に空孔に起因して発生する亀裂の進展をさらに抑制することができることを発明者等は知得した。これにより、さらなる高強度化、高信頼性化を達成することができることがわかった。なお、焼結材の空孔を無くすことも可能であるため、極値統計法による焼結材に含まれる最大空孔の相当円直径の下限は０μｍ以上となる。
【０１０７】
図１６〜図１８を参照して、実施例１、実施例２および比較例１の圧環試験後の試料の形状を示す。図１６〜図１８は、各試料の外径および内径が見えるように各試料高さ方向から見た図である。
【０１０８】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明は、焼結材からなる動力伝達部品に特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【０１１０】
１０  ギヤ、２０  カム。
【図１】
0005955498.tif 000013
【図２】
0005955498.tif 000014
【図３】
0005955498.tif 000015
【図４】
0005955498.tif 000016
【図５】
0005955498.tif 000017
【図６】
0005955498.tif 000018
【図７】
0005955498.tif 000019
【図８】
0005955498.tif 000020
【図９】
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【図１０】
0005955498.tif 000022
【図１１】
0005955498.tif 000023
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
0005955498.tif 000026
【図１５】
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【図１６】
0005955498.tif 000028
【図１７】
0005955498.tif 000029
【図１８】
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