(57)【要約】【課題】疲労限度比が高くてしかも安定しているトルクリミッタ用などとしての適正を高めた焼結材料を提供することを課題としている。【解決手段】ハブ２、リム３、過負荷発生時に破断するリミッタ部４を一体成形して構成されるプーリ１を、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｍｎの中から選ばれた元素の少なくとも１種を０．５〜５ｗｔ％含有する、Ｃの含有量が０．１ｗｔ％未満のＦｅベースの合金粉末で形成された圧粉体を高温焼結して得られる焼結材料で形成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｍｎの中から選ばれた金属元素の少なくとも１種を０．５〜５ｗｔ％含有する、Ｃ含有量が０．１ｗｔ％未満のＦｅベースの合金粉末で形成された圧粉体を高温焼結して作られた焼結材料。
【請求項２】
焼結後にスチーム処理による封孔処理が施された請求項１に記載の焼結材料。
【請求項３】
スチーム処理後に軟窒化処理を施した請求項２に記載の焼結材料。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の焼結材料で形成されたトルクリミッタ。
【請求項５】
回転軸に固定するハブと、ベルトをかけるリムと、そのハブとリムの間を連結するリミッタ部を有し、このハブ、リム、リミッタ部が請求項１乃至３のいずれかに記載の焼結材料で一体に形成されたプーリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、疲労限度比が高くてしかも安定している焼結材料と、それを用いて形成される品質の安定したトルクリミッタ（メカニカルヒューズとも称される）に関する。
【背景技術】
【０００２】
トルクリミッタは、動力伝達装置に組み込まれ、装置の動力伝達要素に過負荷が加わったときにこのリミッタが破断して装置を保護する。このトルクリミッタは、一般のシャーピンやシャープレートなどと同様の用いられ方をし、例えば、ハブとリムとの間のブリッジ部をリミッタ部として構成するプーリとも同じ特性を満足している。
【０００３】
このトルクリミッタは、繰り返し荷重を受けるので、疲労限度比の高い材料で形成することが要求される。疲労限度比は、疲労限度σＷの引張強さσＢに対する比（σＷ／σＢ）
を言う。この疲労限度比の高い材料としては、セラミックスが知られているがこれは高価である。そこで、安価で造形性に優れ、しかも高い疲労限度比を有する材料として鉄系焼結合金を用いることが下記特許文献１、２に開示されている。
【０００４】
特許文献１は、ＦｅをベースにしてＣを０．１〜０．７質量％添加し、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎのうち少なくとも１種を有する金属粉を含んだ混合粉で形成される焼結合金でメカニカルヒューズを形成するとしており、これに、さらに合金の切欠き感受性を鈍化させるためのスチーム処理や、ショットピーニング、軟窒化処理による残留圧縮応力の付与を行うことを述べている。ところが、基地を強化するためのＣを添加すると、焼結雰囲気の影響で結合炭素量が変動し、これが疲労限度比のばらつきの原因となる。
【０００５】
一方、特許文献２は、上記の不具合を見出し、Ｃに代えて、Ｐ、Ｓｉ、Ｍｎの少なくとも１種を添加合金元素として使用することで、焼結雰囲気の管理を厳しくせずに疲労限度比を安定させるようにしている。
【０００６】
しかしながら、特許文献２が開示している材料は、特許文献１が開示している材料と同様に、数種類の金属元素と成形潤滑剤を混合した混合粉を圧縮成形後、得られた圧粉体を焼結して製造するので疲労限度比にばらつきが生じる。また、製品によっては、０．６５以上の疲労限度比が求められることがあるが、特許文献２が開示している材料は、実施例で見ると疲労限度比の最も大きいもので、０．６３になっており、上記の要求に応えるのが難しい。
【特許文献１】特開２００２−１６８２６７号公報
【特許文献２】特開２００５−２４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は、疲労限度比が高くてしかも安定している焼結材料と、それを用いて形成される品質の安定したトルクリミッタを実現して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】
【０００８】
上記の課題を解決するため、この発明においては、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｍｎの中から選ばれた金属元素の少なくとも１種を０．５〜５ｗｔ％含有する、Ｃ含有量が０．１ｗｔ％未満のＦｅベースの合金粉末で形成された圧粉体を高温焼結して作られた焼結材料を提供する。
【０００９】
原料の合金粉末は、アトマイズ法で製造されたものを好適に使用できる。アトマイズ法で製造された合金粉末は、純度が高く、また、成形時の圧縮性や流れ性などもよい。
【００１０】
Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｍｎの中から選ばれた元素の添加量は、添加量の合計が０．５ｗｔ％以上で基地の強化の効果が発揮され、また、その添加量の合計が５ｗｔ％以下で満足できる疲労限度比が得られる。
【００１１】
なお、この発明では、１１５０℃よりも高い温度で行う焼結を高温焼結という。通常の焼結温度、即ち、ベルト式焼結炉を使用する場合の加熱温度は１１００〜１１５０℃程度である。これよりも高い温度で焼結するので、現状技術では、炉内雰囲気を真空状態にして焼結を行う真空炉や雰囲気ガスとしてＮ２／Ｈ２ガスを使用するプッシャー炉などを用いて焼結することになるが、使用する焼結炉は特に限定されない。
【００１２】
この焼結材料は、焼結後に、スチーム処理による封孔処理を施したものや、スチーム処理後に軟窒化処理を施したものが好ましい。
スチーム処理による封孔処理を施したものは、静的強度、疲労強度がともに向上し、また、軟窒化処理の前処理としての気密性が得られる。また、スチーム処理後にさらに軟窒化処理を施したものは、製品の表面に圧縮残留応力が生じて疲労強度の向上効果が顕著になる。なお、軟窒化処理前にスチーム処理を行わなければ窒化処理が内部にまで及んで寸法の安定化が図られず、また、製品表面の圧縮残留応力も小さくなるので、軟窒化処理はスチーム処理後に施すのがよい。
【００１３】
この発明においては、上記の焼結材料で形成されたトルクリミッタや、回転軸に固定するハブと、ベルトをかけるリムと、そのハブとリムの間を連結するリミッタ部を有し、このハブ、リム、リミッタ部が上記の焼結材料で一体に形成されたプーリも併せて提供する。
【発明の効果】
【００１４】
この発明の焼結材料は、Ｃの添加量が不可避含有量の０．１ｗｔ％未満であり、基本的にはＣを含んでいない。このＣを含む焼結材料は、Ｃの含有量が焼結時に変動し、それが原因で強度にばらつきが生じて疲労限度比がばらつくが、Ｃを含んでいなければその不具合は起こらず、材料の疲労限度比が安定したものになる。
【００１５】
また、一方で、Ｃに代えてＣｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｍｎの中から選ばれた元素の少なくとも１種を添加しているので、高い疲労限度比を確保することができる。疲労限度比（σＷ／σＢ）が０．６５を超えるものも得られ、疲労限度比をより高める要求にも応えることが可能になる。
【００１６】
さらに、この発明の焼結材料は、一般に使用される各金属元素の混合粉ではなく、必要な金属元素が既に混ざり合わさっている合金粉を出発原料に用いることで、材料の各部に合金が均一に分布し、そのために、強度のばらつきがより小さく抑えられ、疲労限度比がさらに安定したものになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明の実施の形態を説明する。図１は、エアコン用コンプレッサなどに採用されるプーリを示している。このプーリ１は、回転軸に固定するハブ２とベルトを掛けるリム３との間にリミッタ部４を一体成形したものであって、このプーリ１を採用した動力伝達装置に過負荷が加わったときにリミッタ部４が破断してハブ２とリム３間でのトルク伝達を遮断するようになっている。
【００１８】
例示のプーリ１は、この発明の焼結材料、即ち、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｍｎの中から選ばれた元素の少なくとも１種を０．５〜５ｗｔ％含有する、Ｃの含有量が０．１ｗｔ％未満、Ｃｕ含有量も０．１ｗｔ％未満のＦｅベースの合金粉末を用いて作られた焼結材料で形成されている。ＣｕもＣと同様に材料の強度をばらつかせるが、この発明の焼結材料はこのＣｕも含んでいない。
【００１９】
合金粉末は、主として水または油アトマイズによって合金成分の溶湯を噴霧してつくられる完全合金粉と、純鉄粉に合金添加成分を混合し、その混合粉を熱処理によって部分的に拡散・合金化した部分拡散合金粉が存在する。この発明で使用するのはどちらの合金粉であっても構わないが、組成の均一化・特性の安定化を図るためには完全合金粉がより望ましい。
粉末成形装置を使用して所望の組成の合金粉末を圧縮成形し、得られた圧粉体を１１５０℃以上の温度で焼結して図示のプーリを得ている。
【００２０】
この発明の焼結材料は、トルクリミッタ用の材料としての適正が高く、周知のシャーピンやシャープレートなどの材料として使用することもできる。
【００２１】
以下に、より詳細な実施例を挙げる。表１に示す組成の焼結材料を製造し、それらの材料の疲労限度比を調べた。その疲労限度比は、疲労強度を疲労限度σＷ、静的強度を引張強さσＢとして（σＷ／σＢ）の式に当てはめて求め、千分の１の位の数値を四捨五入して表示した。なお、材料の静的強度と疲労強度は、ＪＰＭＡ(日本粉末冶金工業会)規格に基づく試験片を用いて引張り試験と回転曲げ疲労試験により測定した。
【００２２】
また、試料No.１〜１５の発明品は、表１に示す組成の合金の粉末を圧縮成形し、得られた成形体を、Ｎ２／Ｈ２ガス雰囲気の焼結炉を使用して表１に示す温度で焼結し、一部の試料については表１に記載の通りにさらにスチーム処理による封孔処理を実施して製造した。スチーム処理を行った試料のうち一部の試料については表１に記載の通りにさらに軟窒化処理を施した。
【００２３】
一方、比較例１、２は、前掲の特許文献１、２が示している混合粉末を使用し、比較例１はプッシャー炉を、比較例２はベルト式焼結炉をそれぞれ使用して製造した。疲労限度比の測定結果を表１に併せて示す。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
表１のデータからわかるように、この発明の焼結材料は、既知の材料に比べてより高い疲労限度比（具体的にはσＷ／σＢが０．５以上）が得られている。なお、焼結後にスチーム処理を施したものは、静的強度、疲労強度がともに向上する効果が得られる。また、スチーム処理後にさらに軟窒化処理を施したものは、特に著しく疲労強度向上の効果が得られる。軟窒化処理とそれによる効果は、熱処理技術として広く知られているので、詳しい説明は省く。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明を適用した製品の一例（プーリ）を示す正面図
【符号の説明】
【００２７】
１          プーリ
２          ハブ
３          リム
４          リミッタ部
【図１】
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