(57)【要約】【課題】焼結部品の外周に設けられる歯部などを、内周側の非焼き入れ部の薄肉部に割れを発生させずに高周波焼き入れすることを可能にして部品製造の歩留まりを向上させ、併せて焼き入れ後の部品の全品検査を不要となす方法を提供する。【解決手段】外周に歯部２などの焼き入れ必要部を有し、さらに、その焼き入れ必要部よりも内径側にボス部３などの非焼き入れ部を有し、この非焼き入れ部に径方向厚み寸法の小さい薄肉部６が含まれている焼結スプロケットなどの焼結部品を高周波誘導加熱コイルの内側に配置し、この部品の焼き入れ必要部の高周波焼き入れを、加熱時間：２．５秒以下、焼き入れ必要部の最高到達温度：８５０℃〜９５０℃、高周波加熱時間をｔ（秒）、加熱中の焼結部品の回転数をｒ（ｒｐｍ）とし、Ａ＝ｔ×ｒ／６０とした場合、２≦Ａ≦６、周波数：１６０ＫＨｚ以上の条件下で行うようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄系粉末を主原料とする粉末を圧粉成形後に焼結して作られる部品であって、外周に焼き入れ必要部を有するとともに、その焼き入れ必要部よりも内径側に非焼き入れ部を有し、この非焼き入れ部に軸孔内径よりも径の小さい小孔を有し、さらに、軸孔内径面と小孔内径面との最短距離が３ｍｍ以下である焼結部品を高周波誘導加熱コイルの内側に配置し、
この部品の前記焼き入れ必要部を、
加熱時間：２．５秒以下
焼き入れ必要部の最高到達温度：８５０℃〜９５０℃
の条件下で高周波加熱して焼き入れを行う焼結部品の高周波焼き入れ方法。
【請求項２】
前記高周波加熱時間をｔ（秒）、加熱中の焼結部品の回転数をr（ｒｐｍ）とし、
Ａ＝ｔ×ｒ／６０  とした場合、
２≦Ａであることを特徴とする請求項1に記載の焼結部品の高周波焼き入れ方法。
【請求項３】
高周波加熱時の周波数が１６０ｋＨｚ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の焼結部品の高周波焼き入れ方法。
【請求項４】
密度が６．６ｇ／ｃｍ３以上、組成については金属元素がＮｉ、Ｃｕ、Ｍｏのうち少なくとも１種が０．５〜５ｍａｓｓ％、Ｃ量が０．５〜１ｍａｓｓ％、残部がＦｅおよび不可避不純物である鉄系焼結合金製スプロケットの歯部に高周波焼き入れを行う請求項１〜３のいずれかに記載の焼結部品の高周波焼き入れ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、鉄系粉末を主原料とする粉末を圧粉成形して焼結し、その後、外周に設けた歯部などを高周波焼き入れして硬化させる焼結部品、例えば、焼結スプロケットや焼結歯車などを、いわゆる加熱割れを防止して歩留まり良く製造し、かつ、製造後の全品検査を不要となすための高周波焼入れ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
既知の焼結スプロケットの中に、図１に示すようなものがある。この焼結スプロケット１は、ボス部３の部分に貫通孔４を有している。その貫通孔４は、ボルトを係止させるためのボルト孔などとして設けられる。ボルト孔は機能上要求される孔であるが、スプロケットの軽量化や材料削減などを目的とした孔を設けることもある。その貫通孔４を設けた焼結スプロケットには、中心の軸孔５と貫通孔４との間に、径方向厚み寸法ｗが小さくて強度的に弱い薄肉部６が生じる。
【０００３】
かかる焼結スプロケットは、鉄系の原料粉末を圧粉成形して焼結した後、必要に応じてサイジングや機械加工を施し、その後、歯部を強化するために焼き入れと焼き戻しを行って製造される。
【０００４】
焼き入れと焼き戻しは、歯部の高周波焼き入れ（高周波誘導加熱による焼き入れ）を行い、その後、誘導焼き戻し（低周波誘導加熱による焼き戻し）を行う方法が、炉中焼き入れを行う方法に比べて設備のライン化が図れて生産性やコスト面で有利である。
【０００５】
ところが、前述の薄肉部６を有する焼結スプロケット１は、外周の歯部２を高周波焼入れすると、加熱中に薄肉部６の部分に高い確率で加熱割れ（亀裂）Ｃが発生する。スプロケットの外径側は歯部２が加熱されて熱膨張しようとするが、焼き入れされない内径側、即ち、ボス部３の部分は加熱されず、そのために、外径側と内径側との間に熱膨張差が発生して薄肉部６に引張応力が加わり、その引張応力が材料強度を超えたときに割れが発生する。
【０００６】
その加熱割れが高い確率で発生することから、製造の歩留まりが悪化し、製品コストが高くなっている。また、従来は、加熱割れが発生した製品（不良品）を取り除くために完成したスプロケットの全品について磁気探傷検査や渦流探傷検査を行っており、これも製品コストを高める原因になっている。
【０００７】
なお、下記特許文献１は、鋳鋼カムシャフトの熱処理時の焼き割れや冷却割れを防止するために、ワーク（カムシャフト）を２０ｋＨｚの高周波で二段階に加熱し、さらに、その後の冷却も、空冷と水冷の二段階で行うことを開示しているが、この方法では、加熱部と非加熱部の熱膨張差に起因した前述の薄肉部の加熱割れを防止することはできない。
【特許文献１】特開平５−２２２４５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明は、部品製造の歩留まりを向上させ、かつ、製造後の全品検査を不要となすために、焼結部品の外周に設けられる歯部などを、内周側の非焼き入れ部の薄肉部に割れを発生させずに高周波焼き入れすることを可能にした方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、この発明においては、鉄系粉末を主原料とする粉末を圧粉成形後に焼結して作られる部品であって、外周に焼き入れ必要部を有するとともに、その焼き入れ必要部よりも内径側に非焼き入れ部を有し、この非焼き入れ部に軸孔内径よりも径の小さい小孔を有し、さらに、軸孔内径面と小孔内径面との最短距離が３ｍｍ以下である焼結部品を高周波誘導加熱コイルの内側に配置し、
この部品の前記焼き入れ必要部を、
加熱時間：２．５秒以下
焼き入れ必要部の最高到達温度：８５０℃〜９５０℃
の条件下で高周波加熱して焼き入れを行う。
【００１０】
この焼結部品の高周波焼き入れ方法は、前記高周波加熱時間をｔ（秒）、加熱中の焼結部品の回転数をr（ｒｐｍ）とし、
Ａ＝ｔ×ｒ／６０  とした場合、
２≦Ａの条件を満すようにして行うと好ましい。また、高周波加熱時の周波数は１６０ｋＨｚ以上にするのがよい。
【００１１】
この方法の具体的な応用例として、この発明においては、密度が６．６ｇ／ｃｍ３以上、組成については金属元素がＮｉ、Ｃｕ、Ｍｏのうち少なくとも１種が０．５〜５ｍａｓｓ％、Ｃ量が０．５〜１ｍａｓｓ％、残部がＦｅおよび不可避不純物である鉄系焼結合金製スプロケットの歯部に高周波焼き入れを行う方法も併せて提供する。
【００１２】
この方法は、外径がφ４０ｍｍ以上、φ１３０ｍｍ以下、前記薄肉部の径方向厚み寸法が３ｍｍ以下の鉄系焼結合金製焼結スプロケットを対象にしてその焼結スプロケットの歯部に高周波焼き入れを行うのに特に適するが、スプロケット以外の焼結部品、たとえば、焼結歯車の外周の歯などを高周波焼き入れするときにも利用できる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明においては、焼結部品の外周に設けられた歯部などの焼き入れ必要部を、できるだけ短時間で所定の温度まで昇温させる。加熱後は従来と同様の冷却を行うので、加熱時間を短くすれば部品に熱膨張差が発生する時間が短縮され、熱膨張差によって薄肉部に加わる引張応力も小さくなる。
【００１４】
たとえば、図１の焼結スプロッケットは、以下のメカニズムによって薄肉部６に加熱割れが発生する。歯部２を高周波加熱→歯部２の熱膨張→加熱されないボス部３と歯部２との間に熱膨張差が発生→その熱膨張差で薄肉部６に引張応力が発生→引張応力が材料強度を超えたときに亀裂発生。
【００１５】
従って、熱膨張差が発生する時間を短縮し、さらに、熱膨張差で薄肉部に加わる引張応力を低下させることによって薄肉部の加熱割れを防止することができる。
【００１６】
なお、薄肉部の加熱割れを確実に防止するためには、高周波加熱時間を２．５秒以下とする。さらに、焼き入れ必要部の最高到達温度については、９５０℃を超えると薄肉部に発生する引張応力が高くなり割れを発生させてしまい、一方、８５０℃未満では焼き入れ部に必要な強度や硬度を得られないため、８５０℃〜９５０℃とする必要がある。
【００１７】
また、高周波加熱時間をｔ（秒）、加熱中の焼結部品の回転数をｒ（ｒｐｍ）、Ａ＝ｔ×ｒ／６０としたときに、Ａ＜２では加熱中に焼結部品が回転できる回数が少なくなって加熱むらを生じ、加熱部の不均一な熱膨張により薄肉部に発生する引張応力が高くなって割れを発生させる虞れがある。なお、６＜Ａでは回転数ｒを大きくしても加熱むらをなくす効果が飽和してしまうため、２≦Ａ≦６で十分に本発明の効果が得られる。
【００１８】
また、高周波加熱時の周波数については、１６０ｋＨｚ未満では焼き入れ必要部の加熱領域が表面から内部へ必要以上に深くなりすぎて薄肉部にかかる引張応力が高くなり割れを発生させてしまうため１６０ｋＨｚ以上が望ましい。また、本発明の方法で高周波焼き入れされる焼結部品の代表例としては、鉄系焼結合金製スプロケットが挙げられる。その密度は６．６ｇ／ｃｍ３以上、組成については金属元素がＮｉ、Ｃｕ、Ｍｏのうち少なくとも１種が０．５〜５ｍａｓｓ％、Ｃ量が０．５〜１ｍａｓｓ％、残部がＦｅおよび不可避不純物であることが望ましい。これらの密度、組成の範囲外では材料自体の強度や靭性、延性が低くなるため、本発明の高周波焼き入れ条件を適用しても薄肉部の加熱割れが発生したり、仮に薄肉部の加熱割れが発生しなくても焼き入れ冷却による歯部の焼き割れが発生する可能性も出てくる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。例示の方法は、図２に示す高周波焼き入れ装置７を使用して図１に示す焼結スプロッケット１の歯部２に焼き入れを行う。図２の高周波焼き入れ装置７は、昇降可能かつ回転可能なワークテーブル８と高周波加熱コイル９を備えている。この装置７にこの焼結スプロッケット１を載せて高周波加熱コイル９の内側に配置し、この位置でワークテーブル８を回転させながら高周波加熱コイル９に通電して歯部２を加熱し、その後、水冷或いは油冷による強制冷却を行って焼き入れを完了する。
【００２０】
歯部２の高周波焼き入れは、以下の条件を満足するように実施する。
加熱時間：２．５秒以下
歯部２の最高到達温度：８５０℃〜９５０℃
高周波加熱時間をｔ（秒）、加熱中の焼結部品の回転数をｒ（ｒｐｍ）、Ａ＝ｔ×ｒ／６０としたとき、２≦Ａ≦６
高周波加熱時の周波数：１６０ｋＨｚ以上
【００２１】
鉄系焼結合金製焼結スプロケットの歯部の高周波焼き入れについては、従来は、高周波加熱を約２．８秒の時間をかけて実施していた。この従来法との比較試験結果を以下に記す。
【００２２】
比較試験に使用した焼結スプロケットの詳細は以下の通り（図１を同時参照）。
外径Ｄｏ：８０ｍｍ、歯幅ｔ：５ｍｍ、ボス部外径Ｄｈ：６４ｍｍ、軸孔５の直径Ｄ：３８ｍｍ、ボス部長さＬ：１２ｍｍ、歯数：２６枚
・ボス部３に９０°ピッチで計４個の貫通孔４を形成、貫通孔４の直径ｄ：φ８．５ｍｍ、薄肉部６の厚みｗ：１．８ｍｍ
・スプロケットの素材：密度６．８ｇ／ｃｍ３、組成：Ｆｅ−２％Ｃｕ−０．８％Ｃ（不可避不純物を除く）
【００２３】
加熱条件、焼き入れした歯部の硬さ、薄肉部に対する亀裂発生率などをまとめて表１に示す。
【表１】
2006291232.tif 000003
【００２４】
発明法では加熱時間が従来法に比べて減少し、歯部の最高到達温度も従来法に比べると低くなっているが、焼き入れ後の歯部硬さには差が発生していない。歯部の硬化深さは従来法に比べて若干低下しているが、不足をきたすものではなく、このように、要求性能を満足させながら、従来は最大で２０％も発生していた亀裂発生を完全に無くすることができた。
【００２５】
これにより、この発明の方法で外周の焼き入れ必要部を焼き入れした焼結部品は全数検査を実施する必要がなくなり、生産性の向上、手間および人件費の削減によるコスト削減が可能になる。
【００２６】
なお、以上の説明は焼結スプロケットを例に挙げて行ったが、この発明の方法は、焼結歯車の外周の歯などを高周波焼き入れするときにも利用できる。熱で亀裂が生じやすい薄肉部がボス部に存在する焼結歯車も、この発明の方法で歯部を焼き入れすると全品検査による選別が不要になる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】（ａ）は焼き入れ対象の焼結部品の一例（焼結スプロケット）を示す斜視図、（ｂ）はその焼結スプロケットの断面図
【図２】高周波焼き入れ装置の一例の概要を示す断面図
【符号の説明】
【００２８】
１          焼結スプロケット
２          歯部
３          ボス部
４          貫通孔
５          軸孔
６          薄肉部
Ｃ          亀裂
【図１】
2006291232.tif 000004
【図２】
2006291232.tif 000005