(57)【要約】【課題】軸受部における潤滑流体の不足を解消して、軸受面への潤滑流体の供給を滞りなく行うと共に、歯部における耐摩耗性を向上させた焼結金属製の歯車を提供する。【解決手段】焼結金属製歯車１は、共に焼結金属製で筒状をなす軸受部２と歯部３とからなり、歯部３の内周に軸受部２を例えば圧入固定することにより形成される。これにより、固定面近傍における軸受部２の内部空孔と歯部３の内部空孔とが連通した状態で軸受部２と歯部３とが一体化されている。軸受部２には潤滑油が含浸されていると共に、歯部３にはグリースが含浸されている。【選択図】図１
2009103180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結金属製の軸受部と、該軸受部とは別体に形成された焼結金属製の歯部とで構成される焼結金属製歯車であって、
前記軸受部および前記歯部に潤滑流体が含浸されており、かつ、前記軸受部の内部空孔と前記歯部の内部空孔とが連通した状態で前記歯部の内周に前記軸受部が固定されている焼結金属製歯車。
【請求項２】
前記軸受部に含浸されている前記潤滑流体と、前記歯部に含浸されている前記潤滑流体とは共にグリースである請求項１に記載の焼結金属製歯車。
【請求項３】
前記軸受部に含浸されている前記潤滑流体は潤滑油であり、前記歯部に含浸されている前記潤滑流体はグリースである請求項１に記載の焼結金属製歯車。
【請求項４】
前記歯部に含浸されている前記グリースの基油は、前記軸受部に含浸されている前記潤滑油と同種である請求項３に記載の焼結金属製歯車。
【請求項５】
前記軸受部と前記歯部とは互いに異なる金属組織を有する請求項１に記載の焼結金属製歯車。
【請求項６】
前記軸受部と前記歯部とは互いに異なる気孔率を有する請求項１に記載の焼結金属製歯車。
【請求項７】
焼結金属製の軸受部と、該軸受部とは別体に形成された焼結金属製の歯部とで構成される焼結金属製歯車の製造方法であって、
前記軸受部および前記歯部に潤滑流体を含浸させる工程と、該潤滑流体を含浸させた前記軸受部を、前記軸受部の内部空孔と前記歯部の内部空孔とが連通した状態となるよう前記歯部の内周に固定する工程とを有する焼結金属製歯車の製造方法。
【請求項８】
圧入により前記軸受部を前記歯部の内周に固定する請求項７に記載の焼結金属製歯車の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結金属製の歯車およびその製造方法に関し、特に軸受部を有する歯車およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、切削加工が不要で低コストに製造可能であり、また成形性に優れるとの理由から、種々の動力伝達機構に用いられる歯車を焼結金属製としたものが知られている。
【０００３】
焼結金属で歯車を製造する場合、相互に噛合う他の歯車からの負荷を考えると歯部の高強度化は不可欠であり、歯部の高強度化を達成するための手段として、例えば歯部を高密度化する方法が知られている。
【０００４】
また、この種の歯車においては、その形状や用途によって、歯車を、異材質もしくは異構造からなる複数の構成部品で構成したものが提案されている。
【０００５】
例えば、ギアやスプロケットなど複雑な形状の機械要素を焼結体により製造する方法として、特開平７−２８６２０２号公報（特許文献１）には、内側管材を構成する鉄粉系圧粉成形体の外側に、外側管材を構成する鉄粉系圧粉成形体を嵌合し、焼結結合することによって、両者を強固に一体化する方法が提案されている。
【０００６】
あるいは、特開２００３−２９５５５２号公報（特許文献２）には、レーザプリンタなどの画像形成装置の定着ローラ駆動機構を構成するアイドルギア（遊び歯車）のうち、定着ローラの端部に設けられた加熱ローラギアと噛合い駆動させるギアを、内側の軸受部と、この軸受部の外周に設けられる歯部とで構成すると共に、軸受部をＰＰＳなどの耐熱性樹脂で、歯部を鉄粉末又は銅粉末を原料とする焼結金属でそれぞれ形成したものが提案されている。
【特許文献１】特開平７−２８６２０２号公報
【特許文献２】特開２００３−２９５５５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、軸受部を備えた歯車を製造する場合には、歯部に要求される機械的特性だけでなく軸受部の要求特性にも対応することのできる構成が要求される。ここで、軸受部に関しては摺動特性や耐摩耗性が要求されるため、歯部と同様に高密度化された軸受部では十分な摺動特性を得ることが難しい。特許文献２に開示の如く、軸受部を樹脂製とすれば摺動特性は改善されるものの、金属製に比べて耐久性の面で劣る点は否めない。
【０００８】
特許文献１に開示の構成を適用して、軸受部を焼結金属で歯部とは別体に形成すれば、歯部とは独立してその機械的特性を設定することができるので、軸受部の強度向上が可能となる。また、軸受部の内部に潤滑油等を含浸させることで、摺動性向上や摩耗軽減を図ることも可能となる。しかし、一般的に歯車の大きさはその用途に応じて予め定まっているため、歯車の内側を構成する軸受部の大きさにも制約がある。そのため、軸受部に保持できる油量が不十分となり摩耗の増加を招くおそれがある。また、歯部に関しても強度のみならず十分な耐摩耗性が求められるところ、歯面にグリースを塗布する等の対策に留まっており、十分な耐摩耗性改善のための対策がなされていないのが現状である。
【０００９】
以上の事情に鑑み、本発明では、軸受部における潤滑流体の不足を解消して、軸受面への潤滑流体の供給を滞りなく行うと共に、歯部における耐摩耗性を向上させた焼結金属製の歯車を提供することを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するため、本発明は、焼結金属製の軸受部と、軸受部とは別体に形成された焼結金属製の歯部とで構成される焼結金属製歯車であって、軸受部および歯部に潤滑流体が含浸されており、かつ、軸受部の内部空孔と歯部の内部空孔とが連通した状態で歯部の内周に軸受部が固定されている焼結金属製歯車を提供する。
【００１１】
このように、軸受部と歯部とに潤滑流体を含浸することで、軸受面だけでなく歯面にも潤滑流体が供給される。そのため、軸受面において良好な摺動特性を得ることができると共に、歯面の耐摩耗性を向上させて歯車の長寿命化を図ることができる。予め完成品の歯面にグリースを塗布する手間も省ける。また、軸受部の内部空孔と歯部の内部空孔とが連通した状態で歯部に軸受部が固定されるようにしたので、歯部に含浸された潤滑流体が連通する内部空孔を介して軸受部へ流入可能となる。そのため、軸受部に含浸した潤滑流体が軸受面を介して外部へ流出する場合には、内部空孔を介して歯部から軸受部へ潤滑流体が補給される。これにより、軸受部が潤滑流体不足となる事態を可及的に回避して、良好な摺動特性を長期にわたって発揮することが可能となる。
【００１２】
ここで、軸受部あるいは歯部に含浸させる潤滑流体に関し、潤滑流体の保持性および摺動潤滑特性の観点から好適な種類を選定するのがよい。すなわち、軸受部や歯部における潤滑流体の保持性を高める観点からは、比較的粘度の高いグリースなどが好適である。また、軸受面において優れた摺動潤滑特性を発揮する観点からは、潤滑特性に優れた潤滑油などが好適である。
【００１３】
特に、外部への油漏れ等を避けるべき用途、例えば複写機などの電子機器用駆動機構に本発明に係る歯車を適用する場合、歯部にグリースを含浸させた構成が好適である。この構成により、外部への潤滑流体の漏れ出しを防ぎつつも、歯の噛合い面に潤滑流体（グリース）を適当に供給して、良好な噛合い潤滑、ひいては優れた耐摩耗性を歯車に付与することが可能となる。
【００１４】
この場合、軸受部に含浸されている潤滑流体と、歯部に含浸されている潤滑流体とが共にグリースであってもよいが、軸受面上へ潤滑流体を迅速に供給する点を重視すると、軸受部に含浸される潤滑流体は潤滑油であり、歯部に含浸される潤滑流体はグリースであるのが好ましい。また、歯部から軸受部へと補給された潤滑流体が軸受面で十分な摺動潤滑特性を発揮する点を重視すると、歯部に含浸されるグリースの基油は、軸受部に含浸される潤滑油と同種であることが好ましく、同一であればより好ましい。
【００１５】
また、軸受部と歯部とで要求される特性が異なる点に鑑み、軸受部と歯部とが互いに異なる金属組織を有するものであってもよい。あるいは、軸受部と歯部とが互いに異なる気孔率を有するものであってもよい。例えば軸受部を摺動性の良好な金属（Ｃｕなど）で形成すると共に、歯部を硬度や剛性に優れた金属（Ｆｅなど）で形成することにより、軸受部と歯部それぞれに適した機械的特性を付与することができる。また、軸受部の気孔率を歯部の気孔率より大きくする等して、含油率の調整を図ることもできる。
【００１６】
また、前記課題を解決するため、本発明は、焼結金属製の軸受部と、軸受部とは別体に形成された焼結金属製の歯部とで構成される焼結金属製歯車の製造方法であって、軸受部および歯部に潤滑流体を含浸させる工程と、潤滑流体を含浸させた軸受部を、軸受部の内部空孔と歯部の内部空孔とが連通した状態となるよう歯部の内周に固定する工程とを有する焼結金属製歯車の製造方法を提供する。
【００１７】
このように、予め軸受部と歯部とに潤滑流体を含浸させてから、これら軸受部と歯部とを、内部空孔同士が連通するように一体化することで、軸受部と歯部とに異なる潤滑流体を含浸させた焼結金属製の歯車を得ることができる。
【００１８】
ここで、具体的には、圧入により軸受部を歯部に固定する手段を挙げることができる。固定手段に圧入を用いるようにすれば、加熱を伴わないため予め含浸されている潤滑流体の粘度低下や劣化が生じることなく一体化を図ることができる。また、接着剤などの結合剤を軸受部と歯部との間に介在させて両者を固定せずに済むので、軸受部の内部空孔と歯部の内部空孔とを連通させた状態の完成品を確実に得ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上より、本発明によれば、軸受部における潤滑流体の不足を解消して、軸受面への潤滑流体の供給を滞りなく行うと共に、歯部における耐摩耗性を向上させた焼結金属製の歯車を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態を図１に基づいて説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係る焼結金属製歯車１の断面図である。この歯車１は、図１に示すように、共に焼結金属製で筒状をなす軸受部２と歯部３とからなり、歯部３の内周に軸受部２を圧入固定することにより形成される。軸受部２の内周には、図示は省略するが、軸が挿通され、この軸を軸受部２の内周に設けた軸受面４で相対回転支持するようになっている。また、歯部３の外周には、複数の歯５，５…が設けられており、同じく図示は省略するが、隣接する１又は複数の歯車の歯と歯５，５…とが相互に噛合う位置にこの歯車１を配設することで、当該他の歯車と同期して歯車１が回転すると共に、その動力が伝達される。
【００２２】
また、軸受部２には潤滑油が含浸されていると共に、歯部３にはグリースが含浸されている。そのため、焼結金属製歯車１の回転時、内周に挿通した軸に対して摺動する軸受面４上に軸受部２の内部に含浸された潤滑油が滲み出て油膜を形成する。これにより、軸との間で良好な摺動潤滑状態を得ることができる。また、歯部３の内部に含浸されたグリースが歯５の噛合い面に滲み出て油膜を形成することで、良好な噛合い潤滑状態を得ることができる。また、潤滑油に比べて保持性に優れたグリースを焼結金属製歯車１の外周に位置する歯部３に含浸させることで、噛合い摺動時、外部への潤滑流体（グリース）の漏れ出しが可及的に防止できる。そのため、かかる構成の歯車であれば、外部への油漏れ等を避けるべき用途、例えば複写機などの電子機器の駆動機構に好適に使用できる。
【００２３】
ここで、軸受部２は歯部３の内周に圧入で固定されているため、固定面近傍における軸受部２の内部空孔と歯部３の内部空孔とが連通した状態で軸受部２と歯部３とが一体化されている。そのため、軸受部２に含浸させた潤滑油が外部に流出した場合であっても、内部空孔を介して歯部３に含浸させたグリース（の基油）が軸受部２へと補給される。よって、油切れを起こすことなく軸支持を継続することができる。
【００２４】
また、特に、グリースの基油に、軸受部２に含浸させた潤滑油と同種（もしくは同一）の潤滑油を使用することで、元々軸受面４上に供給していた潤滑油と同種の潤滑油が、内部空孔を介して歯部３から軸受部２へと供給されることになる。そのため、摺動潤滑特性に優れた潤滑油を常に軸受面４上に供給することができ、良好な摺動潤滑状態を安定して得ることができる。
【００２５】
上記構成の歯車１は、例えば、焼結金属製の軸受部２および歯部３を製作する工程（ａ）と、工程（ａ）で製作した軸受部２および歯部３に潤滑流体を含浸させる工程（ｂ）と、共に潤滑流体を含浸させた軸受部２を歯部３に固定する工程（ｃ）とを含む。以下、各工程の詳細を説明する。
【００２６】
（ａ）歯車部品製作工程
まず、軸受部２に関し、原料となる金属粉末を成形金型内部に充填し、これを圧縮成形することで完成品（ここでは円筒状）に近い形状の圧縮成形体を得る。そして、この圧縮成形体を所定の温度まで加熱することで、相互に密着する金属粉末間に焼結結合が生じ、これにより焼結金属製の軸受部２が得られる。歯部３についても同様に、原料となる金属粉末を、外周に複数の歯５を有する形状に圧縮成形し、この成形体を所定の温度で焼結することにより、焼結金属製の歯部３が得られる。ここで、軸受部２の原料には、軸との摺動性を重視して、例えばＣｕあるいはＣｕ系合金の金属粉末を主成分とするものが用いられる。また、歯部３の原料には、噛合い時の負荷に対する耐久性（硬度や焼結強度）を重視して、例えばＦｅあるいはＦｅ系合金の金属粉末を主成分とするものが用いられる。
【００２７】
なお、焼結後に寸法矯正のための再整形（サイジング）を行うことも可能である。このサイジングにより軸受面４あるいは歯５の噛合い面が平滑化されると共に、その表面開孔が適当に封孔される。
【００２８】
（ｂ）潤滑流体含浸工程
上記（ａ）の工程を経て得られた軸受部２に潤滑油を含浸させると共に、同じく上記（ａ）の工程を経て得られた歯部３にグリースを含浸させる。具体的には、所定の減圧環境下で、潤滑油で満たした潤滑油浴中に軸受部２を一定時間浸漬させることで、その内部空孔に潤滑油を含浸させる。グリースの含浸態様についても同様である。
【００２９】
（ｃ）固定工程
上記（ａ）および（ｂ）の工程を経て得られた軸受部２を、同じく上記（ａ）および（ｂ）の工程を経て得られた歯部３の内周に圧入固定する。これにより、図１に示す焼結金属製歯車１が完成する。この際の締め代は、軸受部２と歯部３との間で十分な固定力が得られる程度の大きさであって、かつ、圧入時の変形により、各固定面（軸受部２の外周面あるいは歯部３の内周面）近傍の内部空孔が完全に潰れてしまわない程度の大きさに設定するのがよい。固定状態における軸受部２の内部空孔と歯部３の内部空孔との連通状態を確保するためである。
【００３０】
このように、潤滑油を含浸させた軸受部２とグリースを含浸させた歯部３とを、加熱を伴わない固定手段、ここでは圧入で固定するようにしたので、固定時に予め含浸されている潤滑油がグリースの粘度低下や劣化が生じることはない。そのため、異種の潤滑流体（ここでは潤滑油とグリース）を軸受部２と歯部３とにそれぞれ含浸させた状態の完成品を得ることができる。また、接着剤などの結合剤を軸受部２と歯部３との間に介在させて両者を固定せずに済むので、特殊な加工や形状を採ることなく、軸受部２の内部空孔と歯部３の内部空孔とを連通させた状態の完成品を得ることができる。
【００３１】
なお、上記実施形態では、軸受部２に潤滑油を含浸させると共に、歯部３にグリースを含浸させた場合を説明したが、もちろん、この組合せに限ることなく種々の組合せが可能である。例えば、軸受部２と歯部３共に潤滑油を含浸させたものであってもよいし、共にグリースを含浸させたものであってもよい。軸受部２と歯部３共に潤滑油を含浸させる場合、歯部３には軸受部２に含浸させた潤滑油に比べて粘度の高い潤滑油を使用することも可能である。また、軸受部２と歯部３共にグリースを含浸させる場合、基油は共通（同種もしくは同一）とし、増ちょう剤の種類を異ならせたグリースや、増ちょう剤の量を異ならせたグリースをそれぞれ使用することも可能である。もちろん、何れの場合においても、軸受部２での保持性に比べて歯部３での保持性が高くなるように適当なグリースを選定することが肝要である。
【００３２】
なお、保持性に優れたグリースとして、例えば半固体状（ゲル状など）のグリースを挙げることができ、この中でも特に、高い変形抵抗を示し、かつ形態保持性に優れたゼリー状の潤滑剤が好適である。このゼリー状の潤滑剤は、例えば鉱油もしくは合成油を基油とし、この基油中に粉末状態の金属石鹸（増ちょう剤）を分散攪拌した後、加熱したものを攪拌することなくそのまま冷却することにより得ることができる。この実施形態でいえば、潤滑油を基油とし、この基油中に粉末状態の増ちょう剤を分散攪拌した後、加熱したものを攪拌することなく焼結金属製の歯部３に含浸させ、そのまま冷却することによって、内部空孔にゼリー状の潤滑剤を保持した状態の歯部３を得ることができる。
【００３３】
また、上記の製造方法の流れはあくまでも一例に過ぎず、例えば同一の潤滑流体（グリースなど）を使用するのであれば、含浸工程（ｂ）の前に固定工程（ｃ）を持ってくることも可能である。すなわち、圧入固定により一体化した歯車１にグリースを含浸させることで、軸受部２および歯部３に共通のグリースを含浸させた完成品を得ることができる。
【００３４】
また、内部空孔間が相互に連通した状態で軸受部２と歯部３とを固定することができる限りにおいて、軸受部２と歯部３との固定手段は任意である。すなわち、歯部３からの潤滑流体の補給が可能である限り、圧入以外の固定手段として、軸方向端部における軸受部２と歯部３との密着部のみを溶接や溶着等で固定する手段を採ることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係る焼結金属製歯車の断面図である。
【図１】
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