(57)【要約】【課題】ＣＶＴ用などとして厳しい環境下で使用しても摩耗が抑制されて実用面で問題のない耐久性を示す焼結スプロケットを提供することを課題としている。【解決手段】鉄系合金で形成されて焼結後に全体焼入れを行った焼結スプロケット１であり、歯部２の表面から少なくとも深さ１．５ｍｍまでの表層部を、Ｎｉを含まない組織にし、その歯部の表層部の全域にビッカース硬さ５００Ｈｖ０．１以上の硬度を付与した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄系合金で形成されて焼結後に全体焼入れを行った焼結スプロケットであって、歯部の表面から少なくとも深さ１．５ｍｍまでの表層部がＮｉを含まない組織であり、その歯部の表層部の全域がビッカース硬さ５００Ｈｖ０．１以上の硬度を有していることを特徴とする焼結スプロケット。
【請求項２】
歯部の表層部も含めて全体をＦｅ−１．０〜３．０質量％Ｃｕ−０．６〜１．０質量％Ｃの組成の合金で形成したことを特徴とする請求項１に記載の焼結スプロケット。
【請求項３】
歯部の表面から少なくとも深さ１．５ｍｍまでの表層部はＮｉを含まない組成の合金
で形成し、それ以外の部分はＮｉを含む組成の合金で形成したことを特徴とする請求項１に記載の焼結スプロケット。
【請求項４】
歯部の表面から少なくとも深さ１．５ｍｍまでの表層部はＮｉを含まない組成の合金
で形成し、それ以外の部分はＮｉとＭｏを含む組成の合金で形成したことを特徴とする請求項１に記載の焼結スプロケット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、厳しい使用条件に耐える耐摩耗性に優れた焼結スプロケットに関する。
【背景技術】
【０００２】
焼結合金によって形成される焼結スプロケットのひとつに、例えば、下記特許文献１，２などに開示されたものがある。特許文献１に開示された焼結スプロケットは、サイレントチェーン用であって、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕを含み、そのＮｉ、Ｍｏ、Ｃｕの金属粒子が鉄粒子の周りに拡散接合されたものになっている。また、特許文献２に開示された焼結スプロケットは、Ｃ、Ｍｏ、Ｎｉを含有する鉄基焼結合金からなり、内部の母層にベイナイトを含ませて基地の強度及び硬さを増加させている。なお、ＮｉとＭｏは、母層の基地を強化するため、および、焼入れ性を向上させてベイナイトを生成しやすくするために添加している。
【０００３】
ＮｉとＭｏを添加した焼結合金には、例えば、Ｆｅ−１．５質量％Ｃｕ−４．０質量％Ｎｉ−０．５質量％Ｍｏ−０．５質量％Ｃの組成の高密度合金（住友電工製  品種記号Ｄ−６０）もあり、この焼結合金（以下はＤ−６０材と言う）は、硬度や引張強度の高い材料として知られている。
【特許文献１】特開２００１−２９５９１５号公報
【特許文献２】特開２００２−１２９２９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、厳しい条件下で使用されるＣＶＴ（無段変速機）用スプロケットなどにも焼結スプロケットを適用することが検討されるようになってきた。鋼材製のＣＶＴ用スプロケットを焼結スプロケットに置き換えることができれば機械加工を行っている内スプラインの型成形などが可能になり、粉末冶金法の特徴が生かされて量産品は特に、コスト面で有利になる。
【０００５】
ところが、ＣＶＴではポンプ圧力が高くてチェーンの張力が上昇し、そのためにチェーンとの接触部の面圧が上昇して摩耗が進行し易くなることからより優れた耐摩耗性を持つことが要求され、その要求に応えられるものでなければ置き換えは叶わない。そこで、他の高密度焼結合金よりも硬度や引張強度の高い材料として知られている前掲のＤ−６０を材料として使用することを検討した。
【０００６】
ところが、Ｄ−６０材で形成した焼結スプロケットは、硬度が高いのに摩耗が進行し、実用面で真に満足できる耐久性を確保できないことがわかった。特許文献１，２が開示している焼結スプロケットもＮｉを含むため、Ｄ−６０材で形成した焼結スプロケットと同様の問題を有していると考えられる。
【０００７】
この発明は、Ｄ−６０材で形成した焼結スプロケットが摩耗する原因を突き止めて完成させたものであって、ＣＶＴ用などとして厳しい環境下で使用しても実用面で問題のない耐久性が得られる焼結スプロケット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】
【０００８】
上記の課題を解決するため、この発明においては、鉄系合金で形成されて焼結後に全体焼入れを行った焼結スプロケットを、歯部の表面から少なくとも深さ１．５ｍｍまでの表層部がＮｉを含まない組織になっており、その歯部の表層部の全域がビッカース硬さ５００Ｈｖ０．１以上の硬度を有しているものにした。
【０００９】
この焼結スプロケットの材料は、Ｆｅ−１．０〜３．０質量％Ｃｕ−０．６〜１．０質量％Ｃの組成の合金が好ましいがこれに限定されるものではない。歯部の表面から少なくとも深さ１．５ｍｍまでの表層部はＮｉを含まない組成の合金で形成し、それ以外の部分はＮｉを含む組成の合金やＮｉとＭｏを含む組成の合金で形成したものも考えられ、そのような構造でも発明の目的が達成される。
【発明の効果】
【００１０】
上述したＤ−６０材が高硬度であるのに厳しい条件下で使用したときに摩耗しやすいのは、スプロケットの歯部の表層部にＮｉリッチの合金層が点在しており、そのＮｉリッチの合金層が他の部分に比べて軟質であり、そこが起点になって硬い部分まで摩耗してしまうのではないかと発明者は考えた。そして、歯部の表面から少なくとも深さ１．５ｍｍまでの領域を、Ｎｉを含まない組織となすこと、及びその歯部の表層部の全域にビッカース硬さ５００Ｈｖ０．１以上の硬度を付与することを試み、そのように構成することが、厳しい条件下での耐摩耗性を高めるのに有効であることを実験によって確認した。
【００１１】
Ｎｉを含んだ合金層は他の部分に比べて軟質であり、そこが起点になって硬い部分まで摩耗するのではないかと考えた発明者の推測は正しかったのである。
【００１２】
なお、材料として好ましいと述べたＦｅ−１．０〜３．０質量％Ｃｕ−０．６〜１．０質量％Ｃの組成の合金は、Ｃがベイナイトを生じさせて歯部の強度と硬さを高め、また、液相を生じやすいＣｕが密度と焼入れ性を向上させ、それにより、歯部の表層部の全域においてビッカース硬さ５００〜６００Ｈｖ０．１レベルの硬度を確保することが可能になる。歯部の表層部以外の領域は、ＮｉやＭｏも含む合金で形成してもよく、これはＮｉやＭｏを添加することによる効果が発揮される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
添付図面の図１に、この発明の焼結スプロケットの一例を示す。この焼結スプロケット１は、サイレントチェーン用スプロケットであり、全体がＦｅ−２．０質量％Ｃｕ−０．６質量％Ｃの組成の鉄系焼結合金によって形成されている。この組成の合金は、組織の緻密化を再焼結よりも温度の低い浸炭焼入れで行えるので、コストを高める再焼結は不要であり、その再焼結は行っていない。
【００１４】
この焼結スプロケット１は、原料粉末の成形時に、歯部２、歯溝部３、内スプライン４も含めて全体を粉末成形機を用いて成形しており、成形後の圧粉体を焼結し、その後、必要に応じてサイジングを行い、その後にさらに、全体を焼入れ処理して硬度を高めている。
【００１５】
この焼結スプロケット１は、Ｎｉを含まない材料を用いているため、歯部２の全域がＮｉリッチの軟質合金層を含まない組織になっており、その歯部の表面から少なくとも深さ１．５ｍｍまでの表層部が、ビッカース硬さ５００Ｈｖ以上の硬度を有している。試作結果から歯部２の表層部のビッカース硬さは、５００〜６００Ｈｖレベルが得られることが確認された。
【００１６】
この焼結スプロケット１は、Ｄ−６０材で形成された焼結スプロケットと比較すると歯部の摩耗が極めて少なく、優れた耐久性を発揮する。
【００１７】
その耐久性の評価試験結果を以下に示す。試験は、歯数：３１、ピッチ円直径：φ６１．４２ｍｍのサイレントチェーン用スプロケットを試作し、その試作品を用いて行った。試作品は、表１の発明例１〜３と比較例１〜３の６種類である。発明例１は、全体を下記の材料１で形成した。また、発明例２は、表層から深さ２ｍｍまでの領域を材料１で、表層から２ｍｍを越えた内側部分を下記の材料２で各々形成し、発明例３は、表層から深さ１．５ｍｍまでの領域を材料１で、その他の部分を材料２で各々形成した。
また、比較例１は、表層から深さ１．０ｍｍまでの領域を材料１で、その他の部分を材料２で各々形成し、比較例２は、全体を材料２で、比較例３は、全体を材料１でそれぞれ形成した。２種の材料を組合わせた試作品は、成形時に、歯面から所望の隙間が空くように作られた仕切板を金型に設置し、その状態で各粉末を給粉し、その仕切板を取り外した後に成形する方法で作成した。
材料１：Ｆｅ−２．０質量％Ｃｕ−０．６質量％Ｃの組成の焼結合金
材料２：Ｆｅ−１．５質量％Ｃｕ−４．０質量％Ｎｉ−０．５質量％Ｍｏ−０．５質量％Ｃの組成の焼結合金（Ｄ−６０材）
【００１８】
次に、各発明例と比較例の各サイレントチェーン用スプロケットの歯部表面のロックウエルＡスケール硬さ（ＨＲＡ）と、歯部表面から深さ１．５ｍｍの領域でのビッカース硬さ（測定負荷１００ｇｆ：Ｈｖ０．１）を測定した。
【００１９】
さらに、各発明例と比較例の各サイレントチェーン用スプロケットをオートマチックトランスミッションフルード（ＡＴＦ）を用いてスプロケット回転数：３０００ｒｐｍ、チェーン張力：１．８ｋＮ、油温：１２０℃の条件でサイレントチェーンを掛けて運転するチェーン／スプロケット摩耗試験機を用いて２００時間の耐久試験を行い、耐久試験前後のスプロケット歯部のオーバーピン径を測定して耐久試験における歯部の摩耗量（＝試験前オーバーピン径−試験後オーバーピン径）を求めた。   
【００２０】
表１に、その試験で得られた歯部表面のロックウエルＡスケール硬さと、歯部表面から深さ１．５ｍｍの領域でのＨｖ０．１でのビッカース硬さと歯部摩耗量を併せて示す。硬さの測定は、ビッカース硬さについてはＪＩＳＺ２２４４、ロックウエルＡスケール硬さについてはＪＩＳＺ２２４５に従って行なった。
【００２１】
【表１】
2009024820.tif 000003
【００２２】
比較例３は発明例１と同様に全体が材料１（Ｆｅ−２．０質量％Ｃｕ−０．６質量％Ｃの組成の焼結合金）から成るが、表面硬さが発明例１に比べて小さいため、摩耗が大きく進行している。また、比較例１は、歯部の表層部が発明例と同じ材料で形成され、ロックウエルＡスケールでの表面の硬さも発明例と同じになっているが歯部表面から深さ１．５ｍｍの領域でのビッカース硬さが発明例に比べて著しく小さく、そのために、摩耗量が比較例３よりも大きくなっている。比較例２は既に述べたＤ−６０材であり、これもやはり大きく摩耗している。これに対し、発明例の焼結スプロケットは、歯部の表層部分に摩耗の起点となるビッカース硬さの低い層がなく、また、歯部表面から深さ１．５ｍｍの領域での５００Ｈｖ０．１のビッカース硬さが確保されており、そのために、比較例に比べて歯部の摩耗量が極端に（この試験では１／５以下）小さく、優れた耐久性を示す。
【００２３】
このため、使用条件が厳しいために鋼材で製造していたＣＶＴ用スプロケットなどをコスト面で有利な焼結スプロケットに置換することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の焼結スプロケットの一例を示す斜視図
【符号の説明】
【００２５】
１          焼結スプロケット
２          歯部
３          歯溝部
４          内スプライン
【図１】
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