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JP2026011298A - Sintered Gears - Google Patents

Sintered Gears

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Publication number
JP2026011298A
JP2026011298A JP2024111786A JP2024111786A JP2026011298A JP 2026011298 A JP2026011298 A JP 2026011298A JP 2024111786 A JP2024111786 A JP 2024111786A JP 2024111786 A JP2024111786 A JP 2024111786A JP 2026011298 A JP2026011298 A JP 2026011298A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tooth
porosity
sintered
density
sintered gear
Prior art date
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Pending
Application number
JP2024111786A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
大輔 深江
祐司 山西
浩一朗 横山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Resonac Corp
Original Assignee
Hitachi Chemical Co Ltd
Showa Denko Materials Co Ltd
Resonac Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Chemical Co Ltd, Showa Denko Materials Co Ltd, Resonac Corp filed Critical Hitachi Chemical Co Ltd
Priority to JP2024111786A priority Critical patent/JP2026011298A/en
Publication of JP2026011298A publication Critical patent/JP2026011298A/en
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Abstract

【課題】高い静音性を有する焼結歯車を提供することを目的とする。【解決手段】本体部と、本体部の外周面に形成され、軸方向に対し歯幅方向が傾斜する歯部とを備え、歯先円直径が30~200mmであり、歯部の歯面の少なくとも一部に緻密化層が形成され、緻密化層の厚さが10~1000μmであり、アルキメデス法に従う全体密度が6.4~7.4g/cm3である、焼結歯車である。【選択図】図1The objective of the present invention is to provide a sintered gear with high quietness. [Solution] The sintered gear comprises a main body and teeth formed on the outer peripheral surface of the main body, with the tooth width direction inclined relative to the axial direction, the diameter of the tooth tip circle being 30 to 200 mm, a densified layer being formed on at least a portion of the tooth flank of the teeth, the thickness of the densified layer being 10 to 1000 μm, and the overall density according to Archimedes' method being 6.4 to 7.4 g/cm3. [Selected Figure] Figure 1

Description

本開示は、焼結歯車に関する。 This disclosure relates to sintered gears.

焼結歯車は、一般に金属粉末を充填した金型をパンチで上下方向から加圧成形することによって得られる歯車形状の圧粉成形体を焼結した焼結体である。このような焼結歯車は、安価に大量生産が可能なことから、各種用途に向けて多様な製品として提供されている。焼結歯車は、その製造方法に由来して金属マトリクス中に気孔が残留する。気孔が振動を吸収するため、溶製鋼の歯車と比較して焼結歯車は制振性に優れる特徴がある。特許文献1には、静音性の高い焼結歯車として、歯部の歯面の緻密化層の気孔率を制御した焼結歯車が開示される。 Sintered gears are generally sintered bodies made by sintering a gear-shaped green compact obtained by pressing a metal powder-filled mold from above and below with a punch. Such sintered gears can be mass-produced inexpensively, and are therefore offered as a wide variety of products for a variety of applications. Sintered gears have pores remaining in the metal matrix due to their manufacturing method. Because the pores absorb vibrations, sintered gears are characterized by superior vibration-damping properties compared to gears made from melt-cast steel. Patent Document 1 discloses a sintered gear with controlled porosity in the densified layer of the tooth surface of the tooth portion, as a highly quiet sintered gear.

国際公開第2004/030852号WO 2004/030852

従来の平歯の歯車と比較して、駆動力及び静音性に優れるヘリカルギヤがある。電気自動車(EV)等に用いられる駆動用モーター等では、歯車同士の噛み合い率を上げて駆動力を向上させることを目指し、また、滑らかな噛み合いにより静音性の向上を図るために、ヘリカルギヤが応用されている。これまでに、サイズの大きな焼結ヘリカルギヤは実用化に至っていない。焼結体のサイズが大きいと焼結歯車の駆動時に振動が大きくなり駆動音が引き起こされやすいと考えられてきた。 Helical gears offer superior driving force and quietness compared to conventional spur gears. Helical gears are used in drive motors for electric vehicles (EVs) and other vehicles to increase the meshing ratio between the gears and improve driving force, and also to improve quietness through smooth meshing. To date, large-sized sintered helical gears have not yet been put to practical use. It has been thought that large sintered bodies tend to vibrate more when driven, resulting in driving noise.

本開示は、高い静音性を有する焼結歯車を提供することを目的の一つとする。 One of the objectives of this disclosure is to provide a sintered gear that is highly quiet.

本開示は以下の実施形態を含む。 The present disclosure includes the following embodiments:

[1]本体部と、本体部の外周面に形成され、軸方向に対し歯幅方向が傾斜する歯部とを備え、歯先円直径が30~200mmであり、歯部の歯面の少なくとも一部に緻密化層が形成され、緻密化層の厚さが10~1000μmであり、アルキメデス法に従う全体密度が6.4~7.4g/cmである、焼結歯車。 [1] A sintered gear comprising: a main body; and teeth formed on the outer peripheral surface of the main body, the teeth being inclined in the tooth width direction relative to the axial direction; the diameter of the tooth tip circle being 30 to 200 mm; a densified layer being formed on at least a portion of the tooth flanks of the teeth; the thickness of the densified layer being 10 to 1000 μm; and the overall density according to Archimedes' method being 6.4 to 7.4 g/cm 3 .

[2]歯部において歯幅方向の中央部80%の部分の密度Dcと、歯部において歯幅方向の少なくとも一方の端部から10%までの部分の密度Deとが、De-Dc>0.1g/cmを満たし、密度Dc及び密度Deはアルキメデス法に従う、[1]に記載の焼結歯車。 [2] The sintered gear according to [1], wherein the density Dc of the tooth portion in the central 80% portion in the tooth width direction and the density De of the tooth portion in the tooth width direction from at least one end to 10% satisfy the relation De - Dc > 0.1 g/ cm3 , and the densities Dc and De are determined according to Archimedes' law.

[3]歯部において歯幅方向の中央部80%の部分の密度Dcと、歯部において歯幅方向の少なくとも一方の端部から10%までの部分の密度Deとが、De/Dc>1を満たし、密度Dc及び密度Deはアルキメデス法に従う、[1]又は[2]に記載の焼結歯車。 [3] A sintered gear according to [1] or [2], wherein the density Dc of the central 80% of the tooth portion in the tooth width direction and the density De of the tooth portion extending from at least one end to 10% in the tooth width direction satisfy De/Dc > 1, and the densities Dc and De are determined according to Archimedes' law.

[4]歯部において歯幅方向の中央部80%の部分の気孔率Pcと、歯部において歯幅方向の少なくとも一方の端部から10%までの部分の気孔率Peとが、Pe-Pc<-1%を満たし、気孔率Pc及び気孔率Peはアルキメデス法に従う、[1]~[3]のいずれか1つに記載の焼結歯車。 [4] A sintered gear according to any one of [1] to [3], wherein the porosity Pc of the central 80% of the tooth portion in the tooth width direction and the porosity Pe of the tooth portion extending from at least one end to 10% in the tooth width direction satisfy Pe-Pc<-1%, and the porosity Pc and porosity Pe are calculated according to Archimedes' law.

[5]歯部において歯幅方向の中央部80%の部分の気孔率Pcと、歯部において歯幅方向の少なくとも一方の端部から10%までの部分の気孔率Peとが、Pe/Pc<1を満たし、気孔率Pc及び気孔率Peはアルキメデス法に従う、[1]~[4]のいずれか1つに記載の焼結歯車。 [5] A sintered gear according to any one of [1] to [4], wherein the porosity Pc of the central 80% of the tooth portion in the tooth width direction and the porosity Pe of the tooth portion extending from at least one end to 10% in the tooth width direction satisfy Pe/Pc<1, and the porosity Pc and porosity Pe are calculated according to Archimedes' law.

[6]歯部の外周方向一方側の歯面の密度Daと、歯部の外周方向他方側の歯面の密度Dbとが互いに異なり、密度Da及び密度Dbは画像解析法に従う、[1]~[5]のいずれか1つに記載の焼結歯車。 [6] A sintered gear according to any one of [1] to [5], wherein the density Da of the tooth surface on one side of the outer periphery of the tooth portion is different from the density Db of the tooth surface on the other side of the outer periphery of the tooth portion, and the densities Da and Db are determined according to an image analysis method.

[7]密度Daと密度Dbとが、Da-Db>0.1g/cmを満たす、[6]に記載の焼結歯車。 [7] The sintered gear according to [6], wherein the density Da and the density Db satisfy Da - Db > 0.1 g/cm 3 .

[8]密度Daと密度Dbとが、Da/Db>1を満たす、[6]又は[7]に記載の焼結歯車。 [8] A sintered gear according to [6] or [7], wherein the density Da and the density Db satisfy Da/Db > 1.

[9]歯部の外周方向一方の歯面の気孔率Paと、歯部の外周方向他方の歯面の気孔率Pbとが互いに異なり、気孔率Pa及び気孔率Pbは画像解析法に従う、[1]~[8]のいずれか1つに記載の焼結歯車。 [9] A sintered gear according to any one of [1] to [8], wherein the porosity Pa of one tooth surface in the circumferential direction of the tooth portion is different from the porosity Pb of the other tooth surface in the circumferential direction of the tooth portion, and the porosity Pa and the porosity Pb are determined according to an image analysis method.

[10]気孔率Paと気孔率Pbとが、Pa-Pb<-1%を満たす、[9]に記載の焼結歯車。 [10] A sintered gear according to [9], in which the porosity Pa and the porosity Pb satisfy Pa - Pb < -1%.

[11]気孔率Paと気孔率Pbとが、Pa/Pb<1を満たす、[9]又は[10]に記載の焼結歯車。 [11] A sintered gear according to [9] or [10], wherein the porosity Pa and the porosity Pb satisfy Pa/Pb<1.

[12]本体部は軸孔部を備え、本体部の軸方向の中央部における直径方向の断面において、軸孔部の内周端部から直径方向外周側に5mmの部分の基地硬さHiと、歯部の歯底から直径方向内周側に0.5mmの部分の基地硬さHoとが、Ho-Hi>Hv50を満たす、[1]~[11]のいずれか1つに記載の焼結歯車。 [12] A sintered gear according to any one of [1] to [11], wherein the main body has a shaft hole, and in a diametric cross section at the axial center of the main body, the matrix hardness Hi of a portion 5 mm diametrically outward from the inner circumferential end of the shaft hole and the matrix hardness Ho of a portion 0.5 mm diametrically inward from the tooth bottom satisfy the relationship Ho - Hi > Hv50.

[13]本体部は軸孔部を備え、本体部の軸方向の中央部における直径方向の断面において、軸孔部の内周端部から直径方向外周側に5mmの部分の基地硬さHiと、歯部の歯底から直径方向内周側に0.5mmの部分の基地硬さHoとが、Ho/Hi>1を満たす、[1]~[11]のいずれか1つに記載の焼結歯車。 [13] A sintered gear according to any one of [1] to [11], wherein the main body has a shaft hole, and in a diametric cross section at the axial center of the main body, the matrix hardness Hi of a portion 5 mm diametrically outward from the inner circumferential end of the shaft hole and the matrix hardness Ho of a portion 0.5 mm diametrically inward from the tooth bottom satisfy Ho/Hi > 1.

[14]全体組成が、C:0.1~1.4質量%を含み、残部はFe及び不可避不純物である、[1]~[13]のいずれか1つに記載の焼結歯車。 [14] A sintered gear according to any one of [1] to [13], wherein the overall composition contains 0.1 to 1.4 mass% C, with the remainder being Fe and unavoidable impurities.

[15]Fe-Ni-Mo-C合金、又はFe-Cu-C合金である、[1]~[13]のいずれか1つに記載の焼結歯車。 [15] A sintered gear according to any one of [1] to [13], which is an Fe-Ni-Mo-C alloy or an Fe-Cu-C alloy.

本開示の実施形態によれば、高い静音性を有する焼結歯車を提供することができる。 Embodiments of the present disclosure can provide sintered gears that are highly quiet.

図1は、焼結歯車の一例を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an example of a sintered gear. 図2は、図1に示す焼結歯車の側面図である。FIG. 2 is a side view of the sintered gear shown in FIG. 図3は、図1に示す焼結歯車の軸方向からの正面図である。FIG. 3 is a front view of the sintered gear shown in FIG. 1 as viewed from the axial direction. 図4は、図1に示す焼結歯車の軸方向中央部における直径方向の端面図である。FIG. 4 is a diametric end view of the sintered gear shown in FIG. 1 at the axial center thereof. 図5は、図1に示す焼結歯車の歯部の、直径方向における端面図である。FIG. 5 is a diametric end view of the teeth of the sintered gear shown in FIG. 図6は、図1における焼結歯車の歯幅の指定された範囲を示している。FIG. 6 shows the designated range of face widths for the sintered gears in FIG. 図7は、図4における焼結歯車の拡大図中の指定された長さを示している。FIG. 7 shows the designated lengths in an enlarged view of the sintered gear in FIG. 図8は、実施例で測定した焼結歯車の基地硬さを示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing the matrix hardness of the sintered gears measured in the examples.

以下、本開示のいくつかの実施形態を詳細に説明するが、これらは例示に過ぎず、本発明はこれらの例に限定されるものではない。 Several embodiments of the present disclosure are described in detail below, but these are merely examples and the present invention is not limited to these examples.

本開示において、「~」を用いて示された数値範囲は、「~」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。本開示に段階的に記載されている数値範囲において、ある段階の数値範囲の上限値又は下限値は、他の段階の数値範囲の上限値又は下限値と任意に組み合わせることができる。本開示に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。本開示において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の作用が達成されれば、本用語に含まれる。要素は、断りがない限り、単数又は複数の要素を示す。 In this disclosure, numerical ranges indicated using "to" indicate ranges that include the numerical values before and after "to" as the minimum and maximum values, respectively. In numerical ranges described in stages in this disclosure, the upper or lower limit of a numerical range in a certain stage can be arbitrarily combined with the upper or lower limit of a numerical range in another stage. In numerical ranges described in this disclosure, the upper or lower limit of that numerical range may be replaced with a value shown in the examples. In this disclosure, the term "step" includes not only an independent step, but also a step that cannot be clearly distinguished from other steps, as long as the intended effect of that step is achieved. Unless otherwise specified, the term "element" refers to either a single element or multiple elements.

<アルキメデス法による密度及び気孔率>
焼結体の密度及び気孔率は、焼結体の乾燥重量、油浸重量、水中重量を測定し、JIS Z2501に規定されるアルキメデス法に従って求めることができる。
密度の詳しい測定条件は、以下の通りである。
試験機:電子天秤(株式会社エーアンドデイ製「GR-202」)
温度:室温(25℃)
油浸質量の測定条件は、以下の通りである。
油:キレスピンドル油(比重:0.856)
圧力:60kPa(真空度)
減圧時間:30min(気泡が出なくなるまで)
減圧解放後:油中で5min保持
表面の油を拭き取り、電子天秤を用いて、小数点4桁まで質量を測定する。
焼結体が鉄基焼結体である場合、気孔率は、焼結体の密度から、鉄の真密度を7.87g/cmとして計算して求めることができる。焼結体が他の金属焼結体である場合は、適宜バルク金属の真密度を用いて気孔率を計算して求めることができる。
<Density and porosity by Archimedes method>
The density and porosity of the sintered body can be determined by measuring the dry weight, oil-soaked weight, and water weight of the sintered body according to the Archimedes method specified in JIS Z2501.
The detailed conditions for measuring the density are as follows:
Testing machine: Electronic balance (A&D Co., Ltd. "GR-202")
Temperature: Room temperature (25℃)
The conditions for measuring the oil-immersed mass are as follows.
Oil: Killer spindle oil (specific gravity: 0.856)
Pressure: 60 kPa (vacuum degree)
Decompression time: 30 min (until no more bubbles appear)
After releasing the vacuum: Keep in oil for 5 minutes. Wipe off the oil on the surface and measure the mass to four decimal places using an electronic balance.
When the sintered body is an iron-based sintered body, the porosity can be calculated from the density of the sintered body, assuming that the true density of iron is 7.87 g/cm 3. When the sintered body is a sintered body of another metal, the porosity can be calculated using the true density of the appropriate bulk metal.

<画像解析法による密度及び気孔率>
焼結体の密度及び気孔率は、顕微鏡画像の画像解析によっても求めることができる。より具体的には、焼結体の表面や断面などの面において、倍率200倍で撮影した複数の観察視野の画像をランダムに5個以上取得する。各観察視野の画像は、面における極力均等に分散した位置から取得することが好ましい。次いで、画像解析ソフトを用いて解析することにより、気孔率を決定し密度を算出することができる。
<Density and porosity by image analysis>
The density and porosity of the sintered body can also be determined by image analysis of a microscope image. More specifically, five or more images of multiple observation fields are randomly taken at 200x magnification on the surface or cross section of the sintered body. It is preferable that the images of each observation field are taken from positions as evenly distributed as possible on the surface. Next, the porosity can be determined and the density can be calculated by analyzing the images using image analysis software.

<基地硬さ>
焼結体の基地硬さは、焼結体の気孔部を除く基地表面のビッカース硬さ(Hv)であり、詳しくは、高硬度の場合には100gの荷重を、低硬度の場合には10gの荷重を基地表面に負荷する場合のHvである。HvはJIS Z 2244に規定される方法によって測定される。
<Base hardness>
The matrix hardness of a sintered body is the Vickers hardness (Hv) of the surface of the matrix excluding the pores of the sintered body, and more specifically, the Hv when a load of 100 g is applied to the surface of the matrix in the case of a high hardness, and a load of 10 g is applied to the surface of the matrix in the case of a low hardness. Hv is measured by the method specified in JIS Z 2244.

本開示は、本体部と、本体部の外周面に形成され、軸方向に対し歯幅方向が傾斜する歯部とを備える焼結歯車に関する。以下、図面を用いて本開示の焼結歯車を説明する。以下の説明で用いる図面はいずれも模式的に焼結歯車を示すものであり、図面に示す具体例によって本発明は限定されない。 This disclosure relates to a sintered gear comprising a main body and teeth formed on the outer peripheral surface of the main body, the teeth being inclined in the tooth width direction relative to the axial direction. The sintered gear of this disclosure will be described below using the drawings. All drawings used in the following description are schematic representations of sintered gears, and the present invention is not limited to the specific examples shown in the drawings.

図1は、焼結歯車の一例の斜視図である。図2は、図1に示す焼結歯車の側面図である。図3は、図1に示す焼結歯車の軸方向からの正面図である。図4は、図1に示す焼結歯車の軸方向中央部における直径方向の端面図である。図5は、焼結歯車の一例の歯部の断面図である。 Figure 1 is a perspective view of an example of a sintered gear. Figure 2 is a side view of the sintered gear shown in Figure 1. Figure 3 is a front view of the sintered gear shown in Figure 1 from the axial direction. Figure 4 is a diametric end view of the axial center of the sintered gear shown in Figure 1. Figure 5 is a cross-sectional view of the teeth of an example of a sintered gear.

本開示において、図5を用いて説明すると、歯部20は、歯部の先端面である歯先21と、歯部の根本である歯元22と、隣り合う歯元の間の歯底24と、歯の噛み合い面である歯面23a及び23bとを備える。歯の根元を結んだ円を歯底円、歯底円上に位置する歯の底面部を歯底と呼ぶ。また、歯部20の歯たけは、歯底から歯先の距離であり、歯元のたけと歯末のたけの合計である。歯元のたけ部分の歯部の外周方向の厚さが歯厚である。歯先円直径は、歯部の先端を結んだ円の直径を意味する。 In this disclosure, referring to Figure 5, the tooth portion 20 comprises a tooth tip 21, which is the tip surface of the tooth portion, a tooth base 22, which is the root of the tooth portion, a tooth bottom 24 between adjacent tooth bases, and tooth surfaces 23a and 23b, which are the meshing surfaces of the teeth. The circle connecting the tooth bases is called the tooth root circle, and the bottom surface of the tooth located on the tooth root circle is called the tooth bottom. The tooth depth of the tooth portion 20 is the distance from the tooth bottom to the tooth tip, and is the sum of the tooth base and tooth addendum. The thickness of the tooth portion at the tooth base in the outer circumferential direction is the tooth thickness. The tooth tip circle diameter is the diameter of the circle connecting the tips of the tooth portions.

図1において、焼結歯車100は、本体部10と、歯部20とを有する。本体部10は、円筒形状であり、外周面に歯部20が形成される。本体部10は、中央部に軸孔部30を有してもよい。軸孔部30には、焼結歯車100を支持するシャフトが挿入可能である。歯部20は、本体部10の軸方向に対し歯幅方向が傾斜する。本体部10の外周面に形成される歯部20の個数及びピッチは制限なく、所望の焼結歯車に応じて適宜設定可能である。歯部20において、歯たけ及び歯厚もまた、所望の焼結歯車に応じて適宜設定可能である。このような焼結歯車100はヘリカルギヤとして提供され得る。別の例示では、本体部10は円柱形状であってもよく、本体部10はシャフトと一体成形されたものであってもよい。 In FIG. 1, the sintered gear 100 has a main body 10 and a toothed portion 20. The main body 10 is cylindrical, with the toothed portion 20 formed on its outer circumferential surface. The main body 10 may have an axial hole 30 in its center. A shaft supporting the sintered gear 100 can be inserted into the axial hole 30. The toothed portion 20 has a tooth width direction that is inclined with respect to the axial direction of the main body 10. The number and pitch of the toothed portions 20 formed on the outer circumferential surface of the main body 10 are not limited and can be set appropriately depending on the desired sintered gear. The toothed portion 20 also has a tooth depth and tooth thickness that can be set appropriately depending on the desired sintered gear. Such a sintered gear 100 can be provided as a helical gear. In another example, the main body 10 may be cylindrical, and the main body 10 may be integrally molded with the shaft.

焼結歯車100は、金属焼結体であることが好ましく、鉄基焼結体であることがより好ましい。金属焼結体は、金属粉末の圧粉成形体を焼成して得られる焼結体である。本体部10と歯部20とは一体成形体であることが好ましいが、別部材で構成され接合されたものであってもよい。別部材である場合、少なくとも歯部20は金属焼結体であることが好ましい。 The sintered gear 100 is preferably a metal sintered body, and more preferably an iron-based sintered body. A metal sintered body is a sintered body obtained by sintering a compact of metal powder. The main body 10 and the teeth 20 are preferably an integrally molded body, but they may also be made of separate members and joined together. If they are separate members, it is preferable that at least the teeth 20 is a metal sintered body.

いくつかの実施形態によれば、本体部と、本体部の外周面に形成され、軸方向に対し歯幅方向が傾斜する歯部とを備え、歯先円直径が30~200mmであり、歯部の歯面の少なくとも一部に緻密化層が形成され、緻密化層の厚さが10~1000μmであり、アルキメデス法に従う全体密度が6.4~7.4g/cmである焼結歯車が提供される。このような焼結歯車は、一般的な平歯車と比較した場合、歯車同士の噛み合い率が高くなるため、歯が傷みにくく、相対的な強度が上昇する。また、連続的に歯が噛み合うことによって、回転が滑らかになり静音性が向上する。また、焼結歯車は、歯先円直径が30mmを超えるとその成形加工が難しくなるため、制振性に問題が生じやすくなることから、大サイズの焼結歯車は実現されにくく、静音性にも問題があるとされていた。しかし、焼結歯車はその製造工程から気孔を備えるものであるが、全体密度が6.4~7.4g/cmの範囲で制御されることにより、強度を備えつつ、気孔によって振動を吸収可能であるため、大サイズの焼結歯車であっても静音性を備えることができる。この際に、歯部の歯面の少なくとも一部の緻密化層の厚さが10~1000μmであることで、歯面から伝達する振動が吸収されやすくなり、歯面の強度を備えながら、静音性を備えることができる。 According to some embodiments, a sintered gear is provided, comprising a main body and teeth formed on the outer peripheral surface of the main body, the teeth being inclined in the tooth width direction relative to the axial direction, the tooth tip diameter being 30 to 200 mm, a densified layer formed on at least a portion of the tooth flanks of the teeth, the densified layer having a thickness of 10 to 1000 μm, and an overall density according to Archimedes' law of 6.4 to 7.4 g/ cm3 . Compared to typical spur gears, such sintered gears have a higher meshing ratio between the gears, which makes the teeth less susceptible to wear and increases their relative strength. Furthermore, the continuous meshing of the teeth results in smoother rotation and improved quietness. Furthermore, sintered gears with a tooth tip diameter exceeding 30 mm are difficult to mold, which can lead to problems with vibration damping. Therefore, large-sized sintered gears have been difficult to produce, and quietness has also been considered problematic. However, although sintered gears have pores due to the manufacturing process, by controlling the overall density within the range of 6.4 to 7.4 g/ cm3 , the pores can absorb vibrations while providing strength, making even large-sized sintered gears quiet. In this case, by making the thickness of the densified layer on at least a portion of the tooth flank of the tooth portion 10 to 1000 μm, vibrations transmitted from the tooth flank can be easily absorbed, making it possible to provide quietness while maintaining the strength of the tooth flank.

このような観点から、焼結歯車の歯先円直径は、30~200mm、32~150mm、又は34~120mmであってよい。30mm以上では、より駆動力の大きい焼結歯車を提供することができる。200mm以下の範囲であれば、減速率を高くするための歯数を多くした歯車を提供できる。 From this perspective, the tip diameter of the sintered gear may be 30 to 200 mm, 32 to 150 mm, or 34 to 120 mm. A diameter of 30 mm or more can provide a sintered gear with greater driving force. A diameter of 200 mm or less can provide a gear with a greater number of teeth to increase the reduction ratio.

焼結歯車は、全体密度が6.4~7.4g/cmであってよい。この程度の全体密度であると強度を備えるとともに振動の吸収性に優れることから静音性を改善することができる。この観点から、焼結歯車の全体密度は6.7~7.3g/cm、6.5~7.3g/cm、又は6.6~7.2g/cmであるとより好ましい。焼結歯車が鉄基焼結体である場合に、これらの全体密度の範囲を満たすとなおよい。本開示において、焼結歯車の全体密度は、焼結歯車自体を測定用試料として用い、上記した通りアルキメデス法により測定することができる。 The sintered gear may have an overall density of 6.4 to 7.4 g/cm 3. This level of overall density provides strength and excellent vibration absorption, thereby improving quietness. From this perspective, the overall density of the sintered gear is more preferably 6.7 to 7.3 g/cm 3 , 6.5 to 7.3 g/cm 3 , or 6.6 to 7.2 g/cm 3. When the sintered gear is an iron-based sintered body, it is even better if the overall density falls within these ranges. In the present disclosure, the overall density of the sintered gear can be measured by the Archimedes method as described above, using the sintered gear itself as a measurement sample.

焼結歯車は、全体気孔率が6.0~18.7%であることが好ましい。この程度の全体気孔率であると強度を備えるとともに振動の吸収性に優れることから静音性をより改善することができる。この観点から、焼結歯車の全体気孔率は7.2~17.4%、又は8.5~16.1%であることがより好ましい。本開示において、全体気孔率は、焼結歯車自体を測定用試料として用い、上記した通りアルキメデス法により密度から気孔率を測定することができる。 The sintered gear preferably has an overall porosity of 6.0 to 18.7%. This level of overall porosity provides strength and excellent vibration absorption, further improving quietness. From this perspective, the overall porosity of the sintered gear is more preferably 7.2 to 17.4%, or 8.5 to 16.1%. In this disclosure, the overall porosity can be measured from the density using the Archimedes method, as described above, using the sintered gear itself as a measurement sample.

焼結歯車は、歯部の歯面の少なくとも一部に緻密化層が形成され、緻密化層の厚さが10~1000μmであってよい。緻密化層は、焼結歯車の製造工程において、歯部の表面に加圧加工が行われることで形成され得るものである。緻密化層の一つの形態は、焼結歯車の表面において表面が平滑化され、気孔が減少して観察される。緻密化層は、焼結歯車を直径方向の切断面において、焼結歯車の表面から深さ方向において、表層部と中心部との密度差から観察することができる。表層部に観察される緻密化層は、中心部と対比して、気孔が減少して、結晶粒子が緻密に充填されている層として観察される。緻密化層の厚さは、焼結歯車を直径方向の切断面において、焼結歯車の表面から深さ方向の距離である。緻密化層の厚さは、歯部の歯面をランダムに3箇所以上測定し、その算術平均から求める。 A sintered gear has a densified layer formed on at least a portion of the tooth surface, and the thickness of the densified layer may be 10 to 1000 μm. The densified layer can be formed by applying pressure to the surface of the tooth during the manufacturing process of the sintered gear. One form of the densified layer is observed on the surface of the sintered gear, where the surface is smoothed and porosity is reduced. The densified layer can be observed by observing the density difference between the surface layer and the center in the depth direction from the surface of the sintered gear on a cross section of the sintered gear in the diameter direction. The densified layer observed in the surface layer is observed as a layer in which porosity is reduced compared to the center and where crystal particles are densely packed. The thickness of the densified layer is the distance from the surface of the sintered gear in the depth direction when the sintered gear is cut in the diameter direction. The thickness of the densified layer is determined by measuring the tooth surface at three or more random locations and taking the arithmetic average.

焼結歯車は、緻密化層の厚さが10μm以上、50μm以上、又は100μm以上であってよい。焼結歯車は、緻密化層の厚さが1000μm以下、900μm以下、又は800μm以下であってよい。例えば、10~1000μm、50~900μm、又は100~800μmであるとなおよい。これらの範囲であると、歯面から伝達する振動が吸収されやすくなり、歯面の強度を備えながら、静音性を備えることができる。より好ましくは10μm以上500μm以下であり、さらに好ましくは10μm以上300μm以下である。 The thickness of the densified layer of a sintered gear may be 10 μm or more, 50 μm or more, or 100 μm or more. The thickness of the densified layer of a sintered gear may be 1000 μm or less, 900 μm or less, or 800 μm or less. For example, a thickness of 10 to 1000 μm, 50 to 900 μm, or 100 to 800 μm is even better. Within these ranges, vibrations transmitted from the tooth surface are more easily absorbed, allowing the tooth surface to maintain strength while also being quiet. A thickness of 10 μm to 500 μm is more preferable, and a thickness of 10 μm to 300 μm is even more preferable.

<第1の実施形態>
以下、第1の実施形態を説明する。
本実施形態の一形態は、歯部において歯幅方向の中央部80%の部分の密度Dcと、歯部において歯幅方向のいずれか一方の少なくとも一方の端部から10%までの部分の密度Deとが焼結歯車の静音性に関係することに基づく。本実施形態の他の形態は、歯部において歯幅方向の中央部80%の部分の気孔率Pcと、歯部において歯幅方向のいずれか一方の少なくとも一方の端部から10%までの部分の気孔率Peとが焼結歯車の静音性に関係することに基づく。
First Embodiment
The first embodiment will be described below.
One aspect of this embodiment is based on the fact that the density Dc of the tooth in the central 80% of the tooth in the tooth width direction and the density De of the tooth in the tooth from at least one end to 10% of the tooth width direction relate to the quietness of a sintered gear. Another aspect of this embodiment is based on the fact that the porosity Pc of the tooth in the central 80% of the tooth in the tooth width direction and the porosity Pe of the tooth in the tooth from at least one end to 10% of the tooth width direction relate to the quietness of a sintered gear.

焼結歯車は、以下の条件を満たすことが好ましい。
(1a)密度Dcと密度DeとがDe-Dc>0.1g/cmを満たす。
(1b)密度Dcと密度DeとがDe/Dc>1を満たす。
(1c)気孔率Pcと気孔率PeとがPe-Pc<-1%を満たす。
(1d)気孔率Pcと気孔率PeとがPe/Pc<1を満たす。
(1e)(1a)から(1d)のうち少なくとも2つの組み合わせを満たす。
The sintered gear preferably satisfies the following conditions:
(1a) The density Dc and the density De satisfy the relationship De-Dc>0.1 g/ cm3 .
(1b) The density Dc and the density De satisfy De/Dc>1.
(1c) The porosity Pc and the porosity Pe satisfy Pe-Pc<-1%.
(1d) The porosity Pc and the porosity Pe satisfy Pe/Pc<1.
(1e) At least two combinations of (1a) to (1d) are satisfied.

歯部において歯幅方向の中央部80%の部分は、図6においてcで示される部分である。また、歯部において歯幅方向のいずれか一方の少なくとも一方の端部から10%までの部分は、図6においてe1又はe2で示される部分である。端部から10%までの部分e1及びe2は少なくとも一方が上記条件を満たせばよいが、両方が上記条件を満たすことがより好ましい。焼結歯車において、複数の歯部のうち少なくとも1個の歯部が上記条件を満たすことが好ましいが、複数の歯部のうち個数比で半分以上、80%以上、又は90%以上の歯部が上記条件を満たすことがより好ましく、複数の歯部の全ての歯部が上記条件を満たすとさらに好ましい。 The central 80% portion of the tooth portion in the tooth width direction is the portion indicated by c in Figure 6. Furthermore, the portion of the tooth portion extending from at least one end in the tooth width direction to 10% is the portion indicated by e1 or e2 in Figure 6. It is sufficient for at least one of the portions e1 and e2 extending from the end to 10% to satisfy the above condition, but it is more preferable for both to satisfy the above condition. In a sintered gear, it is preferable for at least one tooth portion of the multiple tooth portions to satisfy the above condition, but it is more preferable for more than half, 80% or more, or 90% or more of the multiple tooth portions to satisfy the above condition, and it is even more preferable for all of the multiple tooth portions to satisfy the above condition.

中央部80%の部分cの物性値測定用試料は、焼結歯車から歯部を歯底面から切り出し、歯幅方向の中央部80%の部分を切り出したものとする。同様に、端部から10%までの部分e1及びe2の物性値測定用試料は、焼結歯車から歯部を歯底面から切り出し、歯幅方向の端部から10%までの部分を切り出したものとする。得られた試料を用いて、上記した通りアルキメデス法により密度及び気孔率を測定することができる。 The sample for measuring physical properties of the central 80% portion c is obtained by cutting the tooth portion from the tooth root surface of the sintered gear and cutting out the central 80% portion in the tooth width direction. Similarly, the samples for measuring physical properties of the portions e1 and e2 extending from the end 10% are obtained by cutting the tooth portion from the tooth root surface of the sintered gear and cutting out the portion extending from the end 10% in the tooth width direction. Using the obtained sample, the density and porosity can be measured using the Archimedes method as described above.

本実施形態の焼結歯車では、歯部中央部で密度が低く、端部で密度が高い。これにより、端部の高密度化による高強度が確保されつつ、中央部の低密度化により密度に差が生み出される。歯車の密度が全体的に均一である場合、歯車の噛み合いにより歯面で発生する振動は、焼結体のマトリクスを通じて、歯車が挿入されるシャフトに伝達される。これに比べ、前述のように歯部中央部と端部で密度に差が生じると、振動は密度の高い部分を選択的に伝達しやすくなるため、振動発生位置から伝搬する振動は歯車表面に沿って拡散し、伝搬と共に徐々に減衰する。このように、歯部中央部と端部で密度に差をつけることにより、制振性が向上するため、静音性の向上につながる。 In the sintered gear of this embodiment, the density is low in the center of the tooth and high at the ends. This ensures high strength due to the high density at the ends, while the low density at the center creates a difference in density. If the density of the gear were uniform overall, vibrations generated on the tooth surfaces as the gears mesh would be transmitted through the sintered matrix to the shaft onto which the gear is inserted. In contrast, as mentioned above, when there is a difference in density between the center and ends of the tooth, vibrations tend to be selectively transmitted to the high-density areas, so vibrations propagate from the vibration-generating position diffuse along the gear surface and gradually attenuate as they propagate. In this way, creating a difference in density between the center and ends of the tooth improves vibration damping, leading to improved quietness.

このような観点から、下記の通りであることがより好ましい。
上記(1a)において、De-Dc>0.1、De-Dc>0.2、又はDe-Dc>0.3であってよい。例えば、0.1<De-Dc<0.8であってよい。
上記(1b)において、De/Dc>1であってよい。例えば、1.0<De/Dc<1.2であってよい。
上記(1c)において、Pe-Pc<-1.0、Pe-Pc<-2.5、又はPe-Pc<-3.8であってよい。例えば、-10<Pe-Pc<-1.0であってよい。
上記(1d)において、Pe/Pc<1、Pe/Pc<0.8、又はPe/Pc<0.6であってよい。例えば、0.05<Pe/Pc<1.0であってよい。
From this perspective, it is more preferable that:
In the above (1a), De-Dc may be greater than 0.1, greater than 0.2, or greater than 0.3. For example, 0.1<De-Dc<0.8.
In the above (1b), De/Dc may be greater than 1. For example, 1.0<De/Dc<1.2 may be satisfied.
In the above (1c), Pe-Pc may be less than -1.0, less than -2.5, or less than -3.8. For example, Pe-Pc may be less than -10 and less than -1.0.
In the above (1d), Pe/Pc may be less than 1, less than 0.8, or less than 0.6. For example, Pe/Pc may be less than 0.05 and less than 1.0.

(1a)から(1d)は、それぞれ単独で満たされればよいが、2個、3個、又は4個全てを満たしてもよい。 Each of (1a) to (1d) may be satisfied individually, but two, three, or all four may also be satisfied.

焼結歯車の中央部80%の部分cの密度Dcは、特に限定されず、6.7~6.9g/mmであってよい。焼結歯車の端部から10%までの部分e1及びe2の密度Deは、特に限定されず、7.1~7.3g/mmであってよい。焼結歯車の端部は、一方の部分e1及び他方の部分e2の少なくとも一方がこの範囲であればよく、両方がこの範囲であるとなおよい。 The density Dc of the central 80% portion c of the sintered gear is not particularly limited and may be 6.7 to 6.9 g/ mm³ . The density De of the end 10% portions e1 and e2 of the sintered gear is not particularly limited and may be 7.1 to 7.3 g/ mm³ . At least one of the end portions e1 and e2 of the sintered gear should be in this range, and it is even better if both are in this range.

本実施形態に係る焼結歯車は、特に限定されず、金属粉末を用意し、金属粉末を加圧成形し圧粉成形体とし、圧粉成形体を焼成し焼結体を得る方法において、それぞれの工程を適宜制御して得ることができる。 The sintered gear according to this embodiment is not particularly limited and can be obtained by appropriately controlling each step in a method that involves preparing metal powder, press-molding the metal powder to form a green compact, and then sintering the green compact to obtain a sintered body.

例えば、金属粉末の加圧成形工程において、金属粉末をダイに充填し、ダイに対し上下パンチを用いて軸方向両方向から荷重をかける方法、金属粉末の加圧速度を速くする方法、金属粉末をダイに充填し、ダイの中央部が端部よりも温度が相対的に低くなるように温間成形又は冷間成形する方法、金属粉末の計算値から想定される成形体密度よりも低くなるように加圧成形する方法、成形体密度を予め低くするように設定し加圧成形する方法等が挙げられる。 For example, in the metal powder compression molding process, methods include filling the metal powder into a die and applying a load to the die in both axial directions using upper and lower punches, increasing the speed at which the metal powder is compressed, filling the metal powder into a die and warm- or cold-forming it so that the temperature at the center of the die is relatively lower than at the edges, compressing it so that the density of the compact is lower than that expected from the calculated value of the metal powder, and compressing it by setting the density of the compact to a low value in advance.

また、金属粉末を用意する工程において、成形潤滑剤の含有量を低減し圧縮率を上げる方法、金属粉末の加圧成形工程において、ダイ及びパンチへの成形潤滑剤の使用量を低減する方法、金属粉末の加圧成形工程において、ダイに充填される金属粉末を、軸方向に段階的に異ならせ、ダイの中央部に端部よりも相対的に圧縮性の高い金属粉末を充填する方法等が挙げられる。また、金属粉末の加圧成形工程において、圧粉成形体の歯部の転造代を中央部において端部よりも相対的に薄くする方法等が挙げられる。 Other methods include reducing the amount of molding lubricant used in the metal powder preparation process to increase the compression ratio, reducing the amount of molding lubricant used in the die and punch in the metal powder compression molding process, and filling the die with metal powder that is more compressible in the center of the die than at the ends in the metal powder compression molding process, in which the metal powder filling stepwise varies in the axial direction. Other methods include making the rolling allowance of the teeth of the green compact thinner in the center than at the ends in the metal powder compression molding process.

<第2の実施形態>
以下、第2の実施形態を説明する。本実施形態の一形態は、歯部の外周方向一方側の歯面の密度Daと、歯部の外周方向他方側の歯面の密度Dbとが互いに異なることが、焼結歯車の静音性に関係することに基づく。本実施形態の他の形態は、歯部の外周方向一方の歯面の気孔率Paと、前記歯部の外周方向他方の歯面の気孔率Pbとが互いに異なることが、焼結歯車の静音性に関係することに基づく。
Second Embodiment
A second embodiment will now be described. One aspect of this embodiment is based on the fact that the difference between the density Da of the tooth flank on one side of the outer periphery of the tooth portion and the density Db of the tooth flank on the other side of the outer periphery of the tooth portion relates to the quietness of a sintered gear. Another aspect of this embodiment is based on the fact that the difference between the porosity Pa of the tooth flank on one side of the outer periphery of the tooth portion and the porosity Pb of the tooth flank on the other side of the outer periphery of the tooth portion relates to the quietness of a sintered gear.

焼結歯車は、以下の条件を満たすことが好ましい。
(2a)密度Daと密度DbとがDa-Db>0.1g/cmを満たす。
(2b)密度Daと密度DbとがDa/Db>1を満たす。
(2c)気孔率Paと気孔率PbとがPa-Pb<-1%を満たす。
(2d)気孔率Paと気孔率PbとがPa/Pb<1を満たす。
(2e)(2a)から(2d)のうち少なくとも2つの組み合わせを満たす。
The sintered gear preferably satisfies the following conditions:
(2a) The density Da and the density Db satisfy Da-Db>0.1 g/ cm3 .
(2b) The density Da and the density Db satisfy Da/Db>1.
(2c) The porosity Pa and the porosity Pb satisfy Pa-Pb<-1%.
(2d) The porosity Pa and the porosity Pb satisfy Pa/Pb<1.
(2e) At least two combinations of (2a) to (2d) are satisfied.

歯部において歯部の外周方向一方側の歯面は、図5において、23aで示される面である。また、歯部において歯部の外周方向他方側の歯面は、図5において、23bで示される面である。焼結歯車において、複数の歯部のうち少なくとも1個の歯部が上記条件を満たすことが好ましいが、複数の歯部のうち個数比で半分以上、80%以上、又は90%以上の歯部が上記条件を満たすことがより好ましく、複数の歯部の全ての歯部が上記条件を満たすとさらに好ましい。 The tooth flank on one side of the tooth portion in the circumferential direction is the surface indicated by 23a in Figure 5. The tooth flank on the other side of the tooth portion in the circumferential direction is the surface indicated by 23b in Figure 5. In a sintered gear, it is preferable that at least one tooth portion of the multiple tooth portions meets the above condition, but it is more preferable that more than half, 80% or more, or 90% or more of the multiple tooth portions meet the above condition, and it is even more preferable that all of the multiple tooth portions meet the above condition.

焼結歯車の歯面の密度及び気孔率は、歯面の表面の金属組織を倍率200倍で撮像した画像を画像解析ソフトを用いて解析して気孔率を求め、密度を算出したものである。歯面23a及び歯面23bのそれぞれについて、ランダムに3箇所以上測定し、これらの測定値の平均値を歯面の密度及び気孔率として用いる。 The density and porosity of the tooth surfaces of sintered gears were calculated by analyzing images of the metal structure of the tooth surface taken at 200x magnification using image analysis software to determine the porosity and density. Measurements were taken at three or more random locations on each of tooth surfaces 23a and 23b, and the average values of these measurements were used as the density and porosity of the tooth surfaces.

本実施形態の焼結歯車では、一方の歯面で密度が高く、他方の歯面で密度が低い。ギヤは一方向性であるから、ギヤと噛み合う一方面の密度が高いことで強度をより確保することができる。また、他方は密度が低いため、振動を吸収することができ、制振性をより高めることができる。 In the sintered gear of this embodiment, one tooth flank has a high density and the other tooth flank has a low density. Because the gear is unidirectional, the high density on one side that meshes with the gear ensures greater strength. In addition, the low density on the other side allows vibrations to be absorbed, further improving vibration damping.

焼結歯車を対向歯車に噛み合わせる際には、焼結歯車の歯部の歯面23aが噛み合い面になるとよい。歯部の歯面23aの表面強度が高いとともに、歯部の反対側の歯面23bの密度又は気孔率が低いことで、歯面23aで発生した振動を歯面23b側に伝搬し、焼結歯車全体で振動が吸収され、静音性をより改善することができる。 When meshing a sintered gear with an opposing gear, it is preferable for the tooth surface 23a of the toothed portion of the sintered gear to serve as the meshing surface. The high surface strength of the tooth surface 23a of the toothed portion, along with the low density or porosity of the tooth surface 23b on the opposite side of the toothed portion, allows vibrations generated on the tooth surface 23a to propagate to the tooth surface 23b side, absorbing the vibrations throughout the sintered gear and further improving quietness.

このような観点から、下記の通りであることがより好ましい。
上記(2a)において、Da-Db>0.1、Da-Db>0.13、又はDa-Db>0.16であってよい。例えば、0.1<Da-Db<0.5であってよい。
上記(2b)において、Da/Db>1であってよい。例えば、1.0<Da/Db<1.2であってよい。
上記(2c)において、Pa-Pb<-1.0、Pa-Pb<-1.5、又はPa-Pb<-2.0であってよい。例えば、-10<Pa-Pb<-1.0であってよい。
上記(2d)において、Pa/Pb<1、Pa/Pb<0.95、又はPa/Pb<0.9であってよい。例えば、0.5<Pa/Pb<0.9であってよい。
From this perspective, it is more preferable that:
In the above (2a), Da - Db may be greater than 0.1, greater than 0.13, or greater than 0.16. For example, 0.1 < Da - Db < 0.5.
In the above (2b), Da/Db may be greater than 1. For example, 1.0<Da/Db<1.2.
In the above (2c), Pa−Pb may be less than −1.0, less than −1.5, or less than −2.0. For example, −10<Pa−Pb<−1.0.
In the above (2d), Pa/Pb may be less than 1, less than 0.95, or less than 0.9. For example, 0.5<Pa/Pb<0.9.

(2a)から(2d)は、それぞれ単独で満たされればよいが、2個、3個、又は4個全てを満たしてもよい。 Each of (2a) to (2d) may be satisfied individually, but two, three, or all four may also be satisfied.

焼結歯車の歯面23aの密度Daは、特に限定されず、6.7~7.3g/mmであってよい。
焼結歯車の歯面23bの密度Dbは、特に限定されず、6.7~7.3g/mmであってよい。
The density Da of the tooth surface 23a of the sintered gear is not particularly limited, and may be 6.7 to 7.3 g/ mm3 .
The density Db of the tooth surface 23b of the sintered gear is not particularly limited and may be 6.7 to 7.3 g/ mm3 .

本実施形態に係る焼結歯車は、特に限定されず、金属粉末を用意し、金属粉末を加圧成形し圧粉成形体とし、圧粉成形体を焼成し焼結体を得る方法において、それぞれの工程を適宜制御して得ることができる。 The sintered gear according to this embodiment is not particularly limited and can be obtained by appropriately controlling each step in a method that involves preparing metal powder, press-molding the metal powder to form a green compact, and then sintering the green compact to obtain a sintered body.

例えば、金属粉末の加圧成形工程において、金属粉末をダイに充填し、ダイに対しパンチを用いて軸方向から荷重をかける際にダイ及びパンチの両部材を互いに逆方向に回転させながら両部材が近接する方向に荷重をかける方法、金属粉末をダイに充填し、ダイに対しパンチを用いて軸方向から荷重をかける際にパンチを回転させながら荷重をかけ、ダイはパンチの荷重方向に移動させ、両部材が互いに相反する方向に荷重をかける方法、金属粉末の加圧速度を速くする方法、金属粉末の加圧を2段階以上で行う方法、金属粉末の計算値から想定される成形体密度よりも低くなるように加圧成形する方法、成形体密度を予め低くするように設定し加圧成形する方法等が挙げられる。 For example, in the metal powder compression molding process, examples include a method in which metal powder is filled into a die and a punch is used to apply an axial load to the die while both the die and punch are rotated in opposite directions to apply the load in a direction that brings the two components closer together; a method in which metal powder is filled into a die and a punch is used to apply an axial load to the die while rotating the punch and moving the die in the direction of the punch load so that both components apply loads in opposite directions; a method in which the metal powder is compressed at an increased speed; a method in which metal powder is compressed in two or more stages; a method in which the metal powder is compressed so that the green density is lower than that expected from the calculated value; and a method in which the green density is set low in advance and then compressed.

また、金属粉末を用意する工程において、固体潤滑剤の含有量を低減し圧縮率を挙げる方法、金属粉末の加圧成形工程において、ダイ及びパンチへの成形潤滑剤の使用量を低減する方法等が挙げられる。また、金属粉末の加圧成形工程において、圧粉成形体の歯部の転造代を歯面23aにおいて歯面23bよりも相対的に薄くする方法等が挙げられる。 Other methods include reducing the solid lubricant content to increase the compression ratio in the metal powder preparation process, and reducing the amount of molding lubricant used in the die and punch in the metal powder compression molding process. Other methods include making the rolling allowance of the tooth portion of the green compact relatively thinner on tooth surface 23a than on tooth surface 23b in the metal powder compression molding process.

<第3の実施形態>
以下、第3の実施形態を説明する。本実施形態の一形態は、本体部は軸孔部を備え、本体部の軸方向の中央部における直径方向の断面において、軸孔部の内周端部から直径方向外周側に5mmの部分の基地硬さHiと、歯部の歯底から直径方向内周側に0.5mmの部分の基地硬さHoとが、焼結歯車の静音性に関係することに基づく。
Third Embodiment
A third embodiment will be described below. One aspect of this embodiment is based on the fact that the main body has a shaft hole, and in a diametric cross section at the axial center of the main body, the matrix hardness Hi of a portion extending 5 mm diametrically outward from the inner peripheral end of the shaft hole and the matrix hardness Ho of a portion extending 0.5 mm diametrically inward from the tooth bottom of the tooth portion relate to the quietness of the sintered gear.

焼結歯車は、以下の条件を満たすことが好ましい。
(3a)基地硬さHiと基地硬さHoとがHo-Hi>Hv50を満たす。
(3b)基地硬さHiと基地硬さHoとがHo/Hi>1を満たす。
(3c)(3a)および(3b)の組み合わせを満たす。
The sintered gear preferably satisfies the following conditions:
(3a) The matrix hardness Hi and the matrix hardness Ho satisfy Ho-Hi>Hv50.
(3b) The matrix hardness Hi and the matrix hardness Ho satisfy Ho/Hi>1.
(3c) Satisfy the combination of (3a) and (3b).

本体部の軸方向の中央部における直径方向の断面において、軸孔部の内周端部から直径方向外周側に5mmの部分は、図7においてiで示される部分である。また、本体部の軸方向の中央部における直径方向の断面において、歯部の歯底から直径方向内周側に0.5mmの部分は、図7においてoで示される部分である。この部分iと部分oの基地硬さは、同一の直径線上にある部分で対比されるものである。 In a diametric cross section at the axial center of the main body, the portion 5 mm diametrically outward from the inner circumferential end of the axial hole is the portion indicated by i in Figure 7. Furthermore, in a diametric cross section at the axial center of the main body, the portion 0.5 mm diametrically inward from the tooth bottom is the portion indicated by o in Figure 7. The matrix hardness of portions i and o are compared between portions on the same diametric line.

本実施形態の焼結歯車では、本体部における軸中心から表面にむけて基地硬さが硬くなっている。振動は密度の高い部分を選択的に伝達しやすくなるため、振動は表面上に選択的に伝達され、減衰する。つまり、制振性が向上するため、静音性が向上する。 In the sintered gear of this embodiment, the matrix hardness increases from the axial center of the main body toward the surface. Vibrations are more likely to be selectively transmitted to high-density areas, and are therefore selectively transmitted to the surface and attenuated. In other words, vibration damping is improved, resulting in improved quietness.

このような観点から、下記の通りであることがより好ましい。
上記(3a)において、Ho-Hi>150、Ho-Hi>160、又はHo-Hi>170、であってよい。例えば、100<Ho-Hi<200であってよい。
上記(3b)において、Ho/Hi>1であってよい。例えば、1.0<Ho/Hi<1.5であってよい。
From this perspective, it is more preferable that:
In the above (3a), Ho-Hi may be greater than 150, greater than 160, or greater than 170. For example, 100<Ho-Hi<200 may be satisfied.
In the above (3b), Ho/Hi may be greater than 1. For example, 1.0<Ho/Hi<1.5.

本実施形態の焼結歯車は、特に限定されず、金属粉末を用意し、金属粉末を加圧成形し圧粉成形体とし、圧粉成形体を焼成し焼結体を得る方法において、それぞれの工程を適宜制御して得ることができる。 The sintered gear of this embodiment is not particularly limited and can be obtained by appropriately controlling each step in a method that involves preparing metal powder, pressurizing the metal powder to form a green compact, and sintering the green compact to obtain a sintered body.

基地硬さHiと基地硬さHoを精密に制御するために、金属粉末の組成、及び焼成工程の条件が特に重要になる。例えば、金属粉末に焼入れ性の高い合金元素を添加し、焼入れによって表層に硬質組織が生成されやすくする方法等が挙げられる。また、焼成後に浸炭焼入れをすることで、表層に硬質組織が生成されやすくする方法、浸炭焼入れで表層内部まで炭素を侵入させるために、圧粉成形体の密度を低減しておく方法等が挙げられる。また、焼結歯車のバルク組織を軟質組織として制振性を高め、焼結歯車の表層に硬質組織が生成されやすくするため、金属粉末を低炭素の組成とし、焼成後に浸炭焼入れを行う方法等が挙げられる。 In order to precisely control the matrix hardness Hi and base hardness Ho, the composition of the metal powder and the conditions of the sintering process are particularly important. For example, one method is to add alloy elements with high hardenability to the metal powder, which makes it easier to form a hard structure in the surface layer by quenching. Other methods include carburizing and quenching after sintering, which makes it easier to form a hard structure in the surface layer, and reducing the density of the powder compact so that carbon penetrates deep into the surface layer by carburizing and quenching. Still other methods include using a low-carbon metal powder and carburizing and quenching after sintering, which makes it easier to form a hard structure in the surface layer by making the bulk structure of the sintered gear a soft structure, thereby improving vibration damping.

本実施形態の焼結歯車は、表層からの基地硬さの傾きが溶製材料と比較してなだらかな傾斜を有することが好ましい。これは、焼結歯車の全体気孔率がある程度低いことで、浸炭焼入れが表層内部まで進行し、特に歯部の歯底の表層内部まで進行していることを表す。これによって、歯部全体の強度を高めることができる。一方で、焼結歯車の全体気孔率が高くなると浸炭焼入れで生成される硬質組織の膨張が過剰になり寸法誤差が発生する可能性があるため、焼結歯車の全体密度及び全体気孔率はそれぞれ上記通り制御されることが好ましい。また、焼結歯車の全体密度及び全体気孔率はそれぞれ上記通り制御されることで、焼結歯車全体の振動の吸収性が十分に確保され、静音性をより改善することができる。 The sintered gear of this embodiment preferably has a gentler gradient in matrix hardness from the surface layer compared to that of ingot-cast material. This indicates that the relatively low overall porosity of the sintered gear allows carburizing and quenching to progress deep into the surface layer, particularly to the surface layer at the bottom of the teeth. This increases the strength of the entire tooth. On the other hand, if the overall porosity of the sintered gear is too high, the hard tissue generated by carburizing and quenching may expand excessively, resulting in dimensional errors. Therefore, it is preferable to control the overall density and overall porosity of the sintered gear as described above. Furthermore, controlling the overall density and overall porosity of the sintered gear as described above ensures sufficient vibration absorption throughout the sintered gear, further improving quietness.

このような表層からの基地硬さの傾きがなだらかな傾斜を有する焼結歯車について、歯部の歯底から直径方向内周側への深さ方向の基地硬さ(HV(0.1))のプロットを図8に示す。本実施形態の焼結歯車は、溶製材及び従来の焼結材に比べて、なだらかな傾斜を有することがわかる。本実施形態の焼結歯車は、表層から0.1mm~2mmの基地硬さの傾斜が-180Hv/mm以下であることが好ましく、-160Hv/mm以下であることがより好ましく、-140Hv/mm以下であることがさらに好ましい。 Figure 8 shows a plot of the matrix hardness (HV(0.1)) in the depth direction from the tooth bottom to the inner circumferential direction in the diametric direction for a sintered gear with a gentle gradient in matrix hardness from the surface layer. It can be seen that the sintered gear of this embodiment has a gentler gradient than both ingot-cast material and conventional sintered material. For the sintered gear of this embodiment, the gradient in matrix hardness from 0.1 mm to 2 mm from the surface layer is preferably -180 Hv/mm or less, more preferably -160 Hv/mm or less, and even more preferably -140 Hv/mm or less.

焼結歯車の内部の振動の吸収性を得るために、焼結歯車の内部は軟質組織を十分に有することが好ましいことから、焼結歯車の全体組成においてCは0.1~1.4質量%、0.1~1質量%、又は0.1~0.4質量%であるとよい。また、焼入れにおいて焼入れ性を十分に得るために、焼結歯車の全体組成においてSi、Mn、Cr、Ni、Mo、及びCuからなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。例えば、焼結歯車は、Fe-Ni-Mo-C合金、又はFe-Cu-C合金であるとよい。 In order to obtain sufficient vibration absorption within the sintered gear, it is preferable for the interior of the sintered gear to have a sufficient soft structure. Therefore, the C content of the overall composition of the sintered gear should be 0.1 to 1.4 mass%, 0.1 to 1 mass%, or 0.1 to 0.4 mass%. Furthermore, in order to obtain sufficient hardenability during hardening, it is preferable for the overall composition of the sintered gear to contain at least one element selected from the group consisting of Si, Mn, Cr, Ni, Mo, and Cu. For example, the sintered gear may be an Fe-Ni-Mo-C alloy or an Fe-Cu-C alloy.

<金属焼結体>
以下、金属焼結体について説明する。金属焼結体は、粉末冶金法によって製造することができ、原料粉末に由来して気孔部が含まれ得る。金属焼結体は多孔質であるため、溶融工程を経て形成される金属材料と比べて、振動を吸収し静音性に優れるという利点を有する。
<Metal sintered body>
The metal sintered body will be described below. Metal sintered bodies can be produced by powder metallurgy and may contain porosity due to the raw material powder. Because metal sintered bodies are porous, they have the advantage of absorbing vibrations and being quieter than metal materials formed through a melting process.

金属焼結体としては、鉄基、チタン基、ニッケル基、アルミニウム基、銅基、マグネシウム基、アルミナ基等の焼結体、又はこれらの混合材料を用いることができるが、鉄基焼結体を好ましく用いることができる。 As the metal sintered body, iron-based, titanium-based, nickel-based, aluminum-based, copper-based, magnesium-based, alumina-based, or a mixture of these materials can be used, but iron-based sintered bodies are preferred.

鉄基焼結体は、構成元素のうち鉄を最大量で含む組成であることが好ましく、例えば、Ni、Mo、Cu、Mn、Cr、及びCからなる群から選択される1種以上を含み、残部はFe及び不可避不純物からなる組成であってよい。 The iron-based sintered body preferably has a composition in which the largest amount of iron is contained among the constituent elements, and may, for example, contain one or more elements selected from the group consisting of Ni, Mo, Cu, Mn, Cr, and C, with the remainder consisting of Fe and unavoidable impurities.

鉄基焼結体は、一例として、C:0.1~1.4質量%を含み、残部はFe及び不可避不純物であることがより好ましい。低炭素の鉄基焼結体は全体の組織が軟質相を多く含むようになり、振動の吸収性により優れる。この鉄基焼結体を浸炭焼入れ等によって表層に硬質相を形成することで、焼結歯車全体として振動を吸収し静音性が改善されながら、焼結歯車の歯部において噛み合いによる耐摩耗性をより確保することができる。この例において、C:0.1~1質量%であることがより好ましい。 As an example, the iron-based sintered body preferably contains 0.1 to 1.4 mass% C, with the remainder being Fe and unavoidable impurities. A low-carbon iron-based sintered body has a structure that contains a large amount of soft phase, making it superior in vibration absorption. By forming a hard phase in the surface layer of this iron-based sintered body through carburizing and quenching, the sintered gear as a whole can absorb vibrations and become quieter, while also ensuring better wear resistance due to meshing in the teeth of the sintered gear. In this example, C: 0.1 to 1 mass% is more preferable.

鉄基焼結体は、他の例として、質量%で、Ni:0.1~5%、Mo:0.1~5%、Cu:0.1~3%、Mn:0.1~1%、及びCr:0.1~5%からなる群から選択される1種以上、及びC:0.1~1.4%を含み、残部はFe及び不可避不純物からなる組成を有することが好ましい。この組成では、焼入れ性が改善されるため、焼結歯車全体に適当量の硬質相が含まれるようになり焼結歯車全体の材料強度を高めることができる。また、浸炭焼入れ等によって表層に硬質相を形成しやすくなり、歯部の耐摩耗性をより十分に得ることができる。この例において、C:0.1~1質量%であることがより好ましい。 In another example, the iron-based sintered body preferably has a composition containing, by mass, one or more elements selected from the group consisting of Ni: 0.1-5%, Mo: 0.1-5%, Cu: 0.1-3%, Mn: 0.1-1%, and Cr: 0.1-5%, C: 0.1-1.4%, with the remainder consisting of Fe and unavoidable impurities. This composition improves hardenability, resulting in an appropriate amount of hard phase being contained throughout the sintered gear, thereby increasing the material strength of the entire sintered gear. Furthermore, carburizing and quenching make it easier to form hard phase in the surface layer, thereby achieving more sufficient wear resistance in the teeth. In this example, C: 0.1-1 mass% is more preferable.

原料粉末としては、純鉄粉に各合金元素粉末を配合した混合粉、完全に各元素を合金化した予合金鋼粉、及び純鉄粉や予合金鋼粉の表面に各合金元素粉末を部分的に付着拡散させた部分拡散合金鋼粉(複合合金鋼粉ともいう)等を用いることができる。 As raw material powders, various types of powders can be used: mixed powders in which pure iron powder is blended with powders of each alloying element; pre-alloyed steel powders in which each element is fully alloyed; and partially diffused alloyed steel powders (also called composite alloyed steel powders) in which powders of each alloying element are partially attached and diffused onto the surface of pure iron powder or pre-alloyed steel powder.

原料粉末の粒度は、好ましくは、体積基準の粒度分布において積算値が50%になる粒子径(D50)において5μm以上200μm以下である。より好ましくは、金属からなる原料粉末の粒度は、D50において、5μm以上100μm以下、又は10μm以上50μm以下である。ここで、D50はレーザ回折式粒度分布測定装置等を用いることで測定することができる。 The particle size of the raw material powder is preferably 5 μm or more and 200 μm or less in terms of the particle diameter (D50) at which the cumulative value reaches 50% in the volume-based particle size distribution. More preferably, the particle size of the raw material powder made of metal is 5 μm or more and 100 μm or less, or 10 μm or more and 50 μm or less in terms of D50. Here, D50 can be measured using a laser diffraction particle size distribution analyzer or the like.

以下、鉄基焼結体の組成の一例について説明する。以下の説明において含有割合の%は質量%を示す。
Ni:0.1~5%
Niは、鉄基焼結体の焼入れ性を向上し、焼結及び冷却を経て、鉄基焼結体に焼入れ組織を含ませる作用とオーステナイトとして残留する作用を有する。Niは0.1%以上、好ましくは0.3%以上、より好ましくは0.5%以上であることで、材料強度を高めることができる。Niは5%以下が好ましく、4%以下がより好ましく、3%以下、2%以下、又は1%以下であってもよい。
An example of the composition of an iron-based sintered body will be described below. In the following description, % of the content ratio indicates % by mass.
Ni: 0.1 to 5%
Ni improves the hardenability of the iron-based sintered body, and after sintering and cooling, has the effect of including a hardened structure in the iron-based sintered body and the effect of remaining as austenite. Ni is 0.1% or more, preferably 0.3% or more, and more preferably 0.5% or more, so that the material strength can be increased. Ni is preferably 5% or less, more preferably 4% or less, and may be 3% or less, 2% or less, or 1% or less.

Mo:0.1~5%
Moは、鉄基焼結体の焼入れ性を向上し、焼結及び冷却を経て、鉄基焼結体に焼入れ組織を含ませる作用を有する。Moは0.1%以上、好ましくは0.3%以上、より好ましくは0.5%以上であることで、材料強度を高めることができる。Moは5%以下が好ましく、3%以下、2%以下、又は1%以下であってもよい。
Mo: 0.1 to 5%
Mo improves the hardenability of the iron-based sintered body and has the effect of making the iron-based sintered body contain a hardened structure after sintering and cooling. Mo is 0.1% or more, preferably 0.3% or more, and more preferably 0.5% or more, so that the strength of the material can be increased. Mo is preferably 5% or less, and may be 3% or less, 2% or less, or 1% or less.

Cu:0.1~3%
Cuは、Feに拡散して材料強度を高める作用を有する。Cuが0.1%以上、好ましくは0.5%以上、より好ましくは1%以上であることで、Feへの拡散を促進することができる。Cuは3%以下が好ましく、これによって、軟質なCu相の発生を抑制して、材料強度の低下を防止することができ、また、焼結時にCu液相の発生を抑制して、製品全体の寸法精度を高めることができる。Cuは3%以下が好ましく、2%以下、1%以下、又は0.5%以下であってもよい。
Cu: 0.1 to 3%
Cu has the effect of diffusing into Fe to increase the strength of the material. By making Cu 0.1% or more, preferably 0.5% or more, and more preferably 1% or more, diffusion into Fe can be promoted. Cu is preferably 3% or less, which can suppress the generation of a soft Cu phase and prevent a decrease in material strength, and also suppress the generation of a Cu liquid phase during sintering, thereby improving the dimensional accuracy of the entire product. Cu is preferably 3% or less, and may be 2% or less, 1% or less, or 0.5% or less.

Mn:0.1~1%
Mnは、鉄基焼結体の焼入れ性を向上し、焼結及び冷却を経て、鉄基焼結体に焼入れ組織を含ませる作用を有する。Mnは0.1%以上、好ましくは0.2%以上、より好ましくは0.3%以上であることで、材料強度を高めることができる。Mnは1%以下が好ましく、0.9%以下、0.8%以下、又は0.7%以下であってもよい。
Mn: 0.1 to 1%
Mn improves the hardenability of the iron-based sintered body and has the effect of making the iron-based sintered body contain a hardened structure after sintering and cooling. Mn content of 0.1% or more, preferably 0.2% or more, more preferably 0.3% or more can increase the strength of the material. Mn content is preferably 1% or less, and may be 0.9% or less, 0.8% or less, or 0.7% or less.

Cr:0.1~5%
Crは、鉄基焼結体の焼入れ性を向上し、焼結及び冷却を経て、鉄基焼結体に焼入れ組織を含ませる作用を有する。Crは0.1%以上、好ましくは0.5%以上、より好ましくは1.0%以上であることで、材料強度を高めることができる。Crは5%以下が好ましく、4.5%以下がより好ましく、4%以下がさらに好ましく、3.5%以下、3%以下、2.5%以下、又は2%以下であってもよい。
Cr: 0.1 to 5%
Cr improves the hardenability of the iron-based sintered body and has the effect of making the iron-based sintered body contain a hardened structure after sintering and cooling. Cr is 0.1% or more, preferably 0.5% or more, and more preferably 1.0% or more, so that the material strength can be increased. Cr is preferably 5% or less, more preferably 4.5% or less, and even more preferably 4% or less, and may be 3.5% or less, 3% or less, 2.5% or less, or 2% or less.

C:0.1~1.4%
Cは、その一部がFeに固溶して強度を向上する作用を有する。Cは0.1%以上、好ましくは0.2%以上、より好ましくは0.3%以上であることで、基地硬さの高い金属組織を生成して、材料強度を高めることができる。Cは、1.4%以下であることで、浸炭焼入れの際の浸炭量を増やすことができ、表層の硬質組織が生成されやすくなる。Cは、1.3%以下、1.2%以下、1.1%以下、又は0.5%以下であるとなおよい。低炭素の焼結歯車は全体の組織が軟質相になり振動の吸収性を得ることができる。歯部の強度は、焼結歯車に浸炭焼入れ等を施すことで得ることができる。この観点から、Cは、1%以下、0.5%以下、又は0.4%以下であってよい。Cは、成形体の圧縮性を高めるために、黒鉛粉末の形態で付与することができる。
C: 0.1-1.4%
C has the effect of improving strength by partially dissolving in Fe. By setting the C content to 0.1% or more, preferably 0.2% or more, and more preferably 0.3% or more, a metal structure with high matrix hardness is generated, thereby increasing material strength. By setting the C content to 1.4% or less, the amount of carburization during carburizing and quenching can be increased, making it easier to generate a hard structure in the surface layer. It is even better if the C content is 1.3% or less, 1.2% or less, 1.1% or less, or 0.5% or less. A low-carbon sintered gear has a soft phase throughout its structure, which allows it to absorb vibrations. The strength of the teeth can be improved by subjecting the sintered gear to carburizing and quenching. From this perspective, the C content may be 1% or less, 0.5% or less, or 0.4% or less. C can be added in the form of graphite powder to increase the compressibility of the compact.

焼結歯車は、Fe-Ni-Mo-C合金、又はFe-Cu-C合金であることが好ましい。これらの組成において各元素の割合は上記した範囲であるとなおよい。 The sintered gear is preferably an Fe-Ni-Mo-C alloy or an Fe-Cu-C alloy. It is even better if the proportions of each element in these compositions are within the ranges mentioned above.

鉄基焼結体の原料粉末は成形潤滑剤を含んでいてもよい。成形潤滑剤を含むことによって、金型から圧粉成形体を取り出す際の焼き付きが防止される。その一方で、成形潤滑剤を含むことによって、高密度化が妨げられてしまう。成形潤滑剤の量を減らすことによって、高密度の粉末成形体を得ることができる。成形潤滑剤としては、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸カルシウム、及びステアリン酸マグネシウムなどの金属石鹸を利用することができる。その他、ラウリン酸アミド、ステアリン酸アミド、パルミチン酸アミドなどの脂肪酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミドなどの高級脂肪酸アミドを利用することができる。 The raw powder of the iron-based sintered body may contain a molding lubricant. The inclusion of a molding lubricant prevents seizure when the powder compact is removed from the die. On the other hand, the inclusion of a molding lubricant hinders high density. Reducing the amount of molding lubricant makes it possible to obtain a high-density powder compact. Metal soaps such as lithium stearate, zinc stearate, barium stearate, calcium stearate, and magnesium stearate can be used as molding lubricants. Other examples that can be used include fatty acid amides such as lauric acid amide, stearic acid amide, and palmitic acid amide, and higher fatty acid amides such as ethylene bisstearic acid amide.

<金属焼結体の製造方法>
以下、金属焼結体の一形態として鉄基焼結体の製造方法について説明する。鉄基焼結体は、目的とする組成となるように原料粉末を混合し、加圧して圧粉成形体を作製し、圧粉成形体を焼成することで得ることができる。他の金属焼結体も同様に製造することができる。
<Method of manufacturing a metal sintered body>
Hereinafter, a method for manufacturing an iron-based sintered body will be described as one embodiment of a metal sintered body. An iron-based sintered body can be obtained by mixing raw material powders to obtain a target composition, pressurizing the mixture to produce a powder compact, and then firing the powder compact. Other metal sintered bodies can also be manufactured in the same way.

圧粉成形には上記した組成を有する原料粉末を用いることができる。圧粉成形体は、代表的には一軸加圧が可能な金型を有するプレス装置を利用することで製造できる。金型は、代表的には、貫通孔を有するダイと、貫通孔の上下の開口部にそれぞれ嵌め込まれる上パンチ及び下パンチとを備えるものが挙げられる。ダイの内周面と下パンチの端面とはキャビティを形成する。原料粉末はキャビティ内に充填される。圧粉成形体は、キャビティ内の原料粉末を所定の成形圧力で上パンチ及び下パンチによって圧縮することで製造できる。圧粉成形体は、二軸加圧が可能な金型を有するプレス装置を利用して成形してもよい。 A raw material powder having the above-mentioned composition can be used for powder compaction. A powder compact can be produced using a press machine equipped with a mold capable of uniaxial pressure. A typical mold includes a die with a through hole, and an upper punch and a lower punch fitted into the upper and lower openings of the through hole, respectively. The inner peripheral surface of the die and the end face of the lower punch form a cavity. The raw material powder is filled into the cavity. A powder compact can be produced by compressing the raw material powder in the cavity with the upper and lower punches at a predetermined compacting pressure. A powder compact may also be produced using a press machine equipped with a mold capable of biaxial pressure.

本実施形態の焼結歯車の圧粉成形体の製造方法の一つの例を説明する。焼結歯車の形状のキャビティが形成されるダイと、ダイの内周面に嵌り合うパンチとを用意する。ダイの内周面には、焼結歯車の歯部の形状に沿う歯部及び歯溝の形状が形成される。すなわち、ダイの内周面は歯部及び歯溝の長手方向が軸方向に対し傾斜して形成される。パンチの外周面には、ダイの内周面と嵌り合う形状が形成される。ダイとパンチとは、軸方向に押圧するとともに歯部の形状に沿って外周方向に沿って回転させることで、ダイにパンチが嵌り合って挿入される。 An example of a method for manufacturing a powder compact of a sintered gear according to this embodiment is described below. A die is prepared that forms a cavity in the shape of the sintered gear, and a punch that fits into the inner peripheral surface of the die. The inner peripheral surface of the die is formed with teeth and tooth grooves that match the shape of the teeth of the sintered gear. In other words, the inner peripheral surface of the die is formed with the longitudinal direction of the teeth and tooth grooves inclined relative to the axial direction. The outer peripheral surface of the punch is formed with a shape that fits into the inner peripheral surface of the die. The die and punch are pressed together in the axial direction and rotated in the outer peripheral direction along the shape of the teeth, causing the punch to fit into and be inserted into the die.

この例において、ダイの軸方向一方端のパンチがダイの底面に固定され、他方端のパンチがダイに押圧及び回転されて挿入される構成でもよい。別の構成では、ダイの軸方向両端のパンチがそれぞれダイに押圧及び回転されて挿入される構成でもよい。この構成では、ダイに充填された金属粉末を軸方向両端から圧縮するため、圧粉成形体の中央部から軸方向両端に向けて圧縮率の傾斜をより精密に制御し、圧粉成形体を提供することができる。また、圧粉成形体の密度分布の制御は、ダイ及びパンチの相対的な移動量にも起因することから、ダイに対して軸方向両端からパンチを挿入可能であることで、より精密に圧粉成形体の圧縮率を制御することができる。また、この構成では、歯部において軸方向から直線的な荷重がかかるのではなく、歯部において回転方向の荷重もかかることから、歯部における密度及び気孔率を歯部の歯幅方向、歯部の歯面、これらの組み合わせにおいて適切に変化させることが可能である。 In this example, the punch at one axial end of the die may be fixed to the bottom surface of the die, and the punch at the other end may be inserted by being pressed and rotated against the die. In another configuration, punches at both axial ends of the die may be inserted by being pressed and rotated against the die. In this configuration, the metal powder filled in the die is compressed from both axial ends, allowing for more precise control of the gradient of the compression ratio from the center of the green compact to both axial ends, resulting in a green compact. Furthermore, since control of the density distribution of the green compact is also dependent on the relative movement of the die and punch, being able to insert punches from both axial ends into the die allows for more precise control of the compression ratio of the green compact. Furthermore, in this configuration, a load is applied to the tooth portion not only linearly from the axial direction but also in the rotational direction, making it possible to appropriately change the density and porosity of the tooth portion in the tooth width direction, the tooth surface of the tooth portion, or a combination of these.

なお、圧粉成形体は、加工代を考慮して最終製品よりも大きい形状であってもよい。また、圧粉成形体の歯部は、転造代を考慮して最終製品の歯部よりも大きい形状であってもよい。 The powder compact may be larger than the final product, taking into account processing allowances. Also, the teeth of the powder compact may be larger than the teeth of the final product, taking into account rolling allowances.

一軸加圧の圧力(面圧)は、600MPa以上とすることができる。面圧を大きくすることで、圧粉成形体の相対密度を高くすることができる。好ましい面圧は、700MPa以上、より好ましい面圧は800MPa以上である。また、面圧は1000MPa以下であることが好ましい。これにより、圧粉成形体内に非緻密化層が形成され、振動の吸収性が高まり、静音性の向上につながる。 The pressure (surface pressure) for uniaxial pressing can be 600 MPa or more. Increasing the surface pressure can increase the relative density of the powder compact. A preferred surface pressure is 700 MPa or more, and a more preferred surface pressure is 800 MPa or more. It is also preferable that the surface pressure be 1000 MPa or less. This forms a non-densified layer within the powder compact, improving vibration absorption and noise reduction.

金型への金属粉末の焼き付きを防止するために、金型の内周面(ダイの内周面やパンチの押圧面)に外部潤滑剤を塗布してもよい。外部潤滑剤としては、例えば、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸亜鉛などの金属石鹸などを利用することができる。その他、ラウリン酸アミド、ステアリン酸アミド、パルミチン酸アミドなどの脂肪酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミドなどの高級脂肪酸アミドを利用することができる。 To prevent the metal powder from sticking to the mold, an external lubricant may be applied to the inner surface of the mold (the inner surface of the die or the pressing surface of the punch). Examples of external lubricants that can be used include metal soaps such as lithium stearate and zinc stearate. Other examples include fatty acid amides such as lauric acid amide, stearic acid amide, and palmitic acid amide, and higher fatty acid amides such as ethylene bisstearic acid amide.

圧粉成形体は、非酸化性雰囲気中で、最高保持温度が900℃~1250℃となるように焼成することが好ましい。この最高保持温度は900℃以上が好ましく、1000℃以上がより好ましい。これによってNi、Mo、Cu、Mn、Cr等のFe中への拡散を促進して、基地硬さが高い金属組織を生成させ、引張強さをより高めることができる。また、この最高保持温度は、1250℃以下が好ましく、1200℃以下がより好ましい。これによって、その他の元素がFeに過剰に拡散することを抑制し、材料強度の低下を防止することができる。圧粉成形体は、最高保持温度で、10~90分間、保持されることが好ましい。 The powder compact is preferably fired in a non-oxidizing atmosphere at a maximum holding temperature of 900°C to 1250°C. This maximum holding temperature is preferably 900°C or higher, and more preferably 1000°C or higher. This promotes the diffusion of Ni, Mo, Cu, Mn, Cr, etc. into the Fe, producing a metal structure with high matrix hardness and further increasing tensile strength. Furthermore, this maximum holding temperature is preferably 1250°C or lower, and more preferably 1200°C or lower. This prevents excessive diffusion of other elements into the Fe and prevents a decrease in material strength. The powder compact is preferably held at the maximum holding temperature for 10 to 90 minutes.

焼成後、焼結体は、2℃/分~150℃/分の冷却速度で冷却されることが好ましい。この冷却速度によって、最高保持温度から900~200℃の温度範囲内までを冷却することが好ましい。 After firing, the sintered body is preferably cooled at a cooling rate of 2°C/min to 150°C/min. It is preferable to cool the body from the maximum holding temperature to a temperature range of 900 to 200°C at this cooling rate.

この冷却速度は2℃/分以上であってよく、5℃/分以上がより好ましく、10℃/分以上がさらに好ましい。これによって、フェライト相、パーライト相、ベイナイト相、マルテンサイト相、又はこれらの組み合わせを基地組織に適量で含ませることができ、材料強度を高めることができる。この冷却速度は400℃/分以下であってよく、300℃/分以下が好ましく、200℃/分以下がより好ましい。これによって、マルテンサイト相が過剰に基地組織に含まれることを抑制し、軟質組織による振動の吸収性を高め静音性をより改善することができる。 This cooling rate may be 2°C/min or more, more preferably 5°C/min or more, and even more preferably 10°C/min or more. This allows the base structure to contain an appropriate amount of ferrite phase, pearlite phase, bainite phase, martensite phase, or a combination thereof, thereby increasing the strength of the material. This cooling rate may be 400°C/min or less, preferably 300°C/min or less, and more preferably 200°C/min or less. This prevents the base structure from containing an excessive amount of martensite phase, increasing the vibration absorption ability of the soft structure and further improving quietness.

焼結体は、金属材料が完全には溶融しないため、粒子間に隙間を生じ、それが気孔となる。気孔は焼結歯車の振動を吸収するので静音性の改善に寄与し得る。 In sintered bodies, the metal material does not completely melt, creating gaps between the particles, which become pores. These pores absorb vibrations in sintered gears, which can contribute to improved quietness.

上記して得られた焼結体は、最終製品に近い形状に任意的に後加工されてもよい。この任意的な後加工では、寸法誤差、熱膨張、バリ等の影響を取り除くことができる。また、段差、溝形状、ねじ穴等、追加的な構造を加工することができる。この後加工は、焼結歯車が低炭素材であるとより簡便に行うことができる。 The sintered body obtained as described above may be optionally post-processed to a shape similar to that of the final product. This optional post-processing can eliminate the effects of dimensional errors, thermal expansion, burrs, etc. Additionally, additional structures such as steps, grooves, and screw holes can be machined. This post-processing can be performed more easily if the sintered gear is made of a low-carbon material.

上記して得られた焼結体は、歯部の表面を緻密化するために加圧加工が施されるとよい。加圧加工としては、サイジング、転造、押し出し加工等が挙げられる。これらの加圧加工によって、表面の気孔率を低下させ、密度の高い緻密化層を形成することができる。加圧加工を複数の工程に分けて段階的に施したり複数種の加工を組み合わせて施したりしてもよい。焼結体の形状は、加圧加工によって減少する加工代を最終の歯車の形状に見込んで決定するとよい。1回の加圧加工によって圧縮可能な加工代は加工条件、つまり、加工を施す素材、加工圧や加工温度によって異なるので、例えば転造による場合、形成する緻密化層の厚さに応じて転造代、転造圧及び温度を調節することによって所望の緻密化層を1回の工程で設けることができる。加圧加工は転造であることが好ましい。 The sintered body obtained as described above may be subjected to pressure processing to densify the surface of the tooth portion. Examples of pressure processing include sizing, rolling, and extrusion. These pressure processing methods reduce the porosity of the surface and form a highly dense densified layer. Pressure processing may be performed in stages in multiple steps, or multiple types of processing may be combined. The shape of the sintered body may be determined taking into account the reduction in processing allowance due to pressure processing in the final gear shape. The reduction in processing allowance that can be achieved by a single pressure processing operation varies depending on the processing conditions, i.e., the material used, processing pressure, and processing temperature. For example, when rolling is used, the desired densified layer can be formed in a single process by adjusting the rolling allowance, rolling pressure, and temperature according to the thickness of the densified layer to be formed. Preferably, the pressure processing is rolling.

転造は、歯車状の転造ダイスを用いて行うことができる。二つの転造ダイスで転造を行う歯車を挟み、それぞれの転造ダイスを同一方向に回転させながら、中心側に押し込むことにより、緻密化層を形成することができる。転造により、歯部の形状が精密になるだけでなく、歯部の歯面の強度が向上する。 Rolling can be performed using gear-shaped rolling dies. The gear to be rolled is sandwiched between two rolling dies, and the dies are rotated in the same direction while being pressed toward the center, forming a densified layer. Rolling not only makes the shape of the teeth more precise, but also improves the strength of the tooth surfaces.

上記して得られた焼結体は、歯部に転造代を備えるものであってよい。最終製品の歯部の形状に余分に転造代が備えられることで、転造工程によって歯部の表層に緻密化層が形成され、歯部の表層の密度及び気孔率をより精密に制御することができる。 The sintered body obtained as described above may have a rolling allowance in the tooth portion. By providing an extra rolling allowance in the shape of the tooth portion of the final product, a densified layer is formed on the surface of the tooth portion during the rolling process, allowing for more precise control of the density and porosity of the surface layer of the tooth portion.

焼結歯車は、転造後に、任意的に焼入れを行ってもよい。金属組織を強化するために焼入れを行うことが好ましい。焼入れは、急冷を伴う処理を行うことが好ましい。例えば、浸炭焼入れ、光輝焼入れ、高周波焼入れ、浸炭窒化熱処理等の強化処理を施すことができるが、特に浸炭焼入れが好ましい。 Sintered gears may optionally be hardened after rolling. Hardening is preferred to strengthen the metal structure. Hardening is preferably performed by a process that involves rapid cooling. For example, strengthening processes such as carburizing and hardening, bright hardening, induction hardening, and carbonitriding heat treatment can be used, with carburizing and hardening being particularly preferred.

浸炭焼入れは、炭素雰囲気中で850~1050℃で熱処理し、その後に急冷して行うことができる。浸炭焼入れでは、歯部の表面及び本体部の内周面の気孔部から炭素が侵入し、表層に硬質組織が形成されるようになる。これにより、焼結歯車の表層の基地硬さが増し、歯車の噛み合わせよる摩耗に対して耐性を持つようになる。一方で内部は軟質組織が残るため、焼結歯車全体として制振性が維持され、静音性を改善することができる。 Carburizing and quenching can be performed by heat treating the material in a carbon atmosphere at 850-1050°C, followed by rapid cooling. During carburizing and quenching, carbon penetrates through the pores on the surface of the teeth and the inner surface of the main body, forming a hard structure on the surface. This increases the hardness of the matrix on the surface of the sintered gear, making it resistant to wear caused by gear meshing. Meanwhile, because soft structure remains inside, the vibration-damping properties of the sintered gear as a whole are maintained, improving noise reduction.

浸炭焼入れにおいて、熱処理後、30~150℃の油中で急冷されることが好ましく、50~120℃の油中で急冷されることがより好ましい。これによって、硬質相が過剰に基地組織に含まれることを抑制し、軟質組織による振動の吸収性を高め静音性をより改善することができる。油の温度が200℃より高い場合、冷却速度が不十分となり、表面の硬さは焼入れ組織とならずに、軟質な相のままとなり、内部の基地硬さも低い値となる。一方、油の温度が30℃より低い場合、冷却速度が速すぎるため、焼割れが発生し、歯車の欠損や破壊の起点となることがある。 In carburizing and quenching, after heat treatment, it is preferable to rapidly cool the gear in oil at 30 to 150°C, and even more preferable to rapidly cool it in oil at 50 to 120°C. This prevents the hard phase from being excessively incorporated into the matrix, improving the vibration absorption ability of the soft structure and further improving quietness. If the oil temperature is higher than 200°C, the cooling rate will be insufficient, and the surface will not harden into a hardened structure, remaining a soft phase, and the internal matrix hardness will also be low. On the other hand, if the oil temperature is lower than 30°C, the cooling rate will be too fast, causing quench cracks, which may become the starting point for gear chipping or destruction.

浸炭焼入れ後の焼結体には焼き戻し等といった耐衝撃性の回復処理を施してもよい。焼き戻し温度は100~300℃程度とすることが好ましい。焼き戻しの保持時間は、例えば10~180分とすることができる。 After carburizing and quenching, the sintered body may be subjected to a process to restore its impact resistance, such as tempering. The tempering temperature is preferably around 100 to 300°C. The tempering holding time can be, for example, 10 to 180 minutes.

本実施形態の焼結歯車は、電気を駆動源とする車両に用いることができる。電気を駆動源とする車両としては、例えば、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、電車、自動二輪車、電動自転車、原動機付自転車、建設車両等が挙げられる。その中でも、世界のエネルギー問題に大きな変化をもたらす可能性を持つ製品として、EVが急速に普及し始めている。EVへの注目度が増す中、重要性が増しているのが電動パワートレーンである。電動パワートレーンは、駆動源となる駆動用モーター、それを駆動するインバーター、及び減速機や差動歯車装置(デフ)といった動力伝達機構などから構成される。また、電動パワートレーンの中でも近年増えているのが、駆動用モーターと動力伝達機構、場合によってはさらにインバーターを一体化した電動アクスルである。これらの動力伝達機構に本実施形態の焼結歯車を用いることができる。 The sintered gear of this embodiment can be used in vehicles powered by electricity. Examples of vehicles powered by electricity include electric vehicles (EVs), hybrid vehicles, plug-in hybrid vehicles, trains, motorcycles, electric bicycles, mopeds, and construction vehicles. Of these, EVs are rapidly gaining popularity as a product with the potential to bring about major changes in global energy issues. As EVs gain more attention, electric powertrains are becoming increasingly important. Electric powertrains consist of a drive motor, which serves as the drive source, an inverter that drives it, and power transmission mechanisms such as a reduction gear and a differential gear unit (diff). Furthermore, electric axles, which integrate a drive motor, power transmission mechanism, and in some cases, an inverter, have become increasingly common within electric powertrains in recent years. The sintered gear of this embodiment can be used in these power transmission mechanisms.

電動アスクルは、満充電からの航続距離、動力性能などに影響を与えるため、EVの差異化の鍵を握っている。例えば、電動アスクル中の駆動用モーターの回転数を高めることで、同じ出力を確保しながらモーターを小型化することができる。一方で、エンジンを搭載しないEVでは、高速回転化によって減速機やデフのギヤノイズが目立つようになり、静音性が失われてしまう。この問題に対して、減速機に本実施形態の焼結歯車を用いることによって、歯車同士の噛み合い率の向上に伴う強度の上昇や、滑らかな噛み合いによる静音性の向上などで対応することができる。 The electric axle holds the key to differentiating EVs, as it affects the driving range from a full charge and power performance. For example, by increasing the rotation speed of the drive motor in the electric axle, it is possible to make the motor smaller while maintaining the same output. On the other hand, in EVs that do not have engines, the gear noise of the reducer and differential becomes more noticeable due to the increased rotation speed, resulting in a loss of quietness. To address this issue, using the sintered gear of this embodiment in the reducer can increase strength by improving the meshing ratio between the gears, and improve quietness through smooth meshing.

<実施例1>
組成が質量比でFe-0.5%Ni-0.5%Moの鉄合金粉末(粒度:80メッシュ)に黒鉛粉末を添加して黒鉛粉末の割合が0.3質量%の混合粉末(組成:Fe-0.5%Ni-0.5%Mo-0.3%C)を調製し、これを原料粉末として用いて以下の操作を行った。
Example 1
Graphite powder was added to iron alloy powder (particle size: 80 mesh) having a composition of Fe-0.5%Ni-0.5%Mo by mass ratio to prepare a mixed powder (composition: Fe-0.5%Ni-0.5%Mo-0.3%C) containing 0.3% by mass of graphite powder. This mixed powder was used as a raw material powder to carry out the following operations.

[試料1(焼結材1)]
ヘリカル形状の歯部及び歯溝の形状を有するダイと、このダイに嵌り合う形状の上下パンチとを用意した。ダイに原料粉末を充填し、上下パンチを上下方向から回転させながらダイに押圧し、ヘリカルギヤ形状の圧粉成形体を得た。成形圧力は700MPaとした。最終製品の焼結歯車の歯先円直径が70mmになるように圧粉成形体を用意した。また、最終製品の焼結歯車の歯幅方向は軸方向に対し25°傾斜するように圧粉成形体を用意した。また、転造加工における転造代が10μmとなるように歯部を形成した。
[Sample 1 (sintered material 1)]
A die with helical-shaped teeth and tooth spaces was prepared, along with upper and lower punches shaped to fit into the die. The die was filled with raw material powder, and the upper and lower punches were pressed against the die while rotating from above and below to obtain a helical gear-shaped green compact. The green compact was prepared at a molding pressure of 700 MPa. The green compact was prepared so that the final sintered gear would have a tooth tip circle diameter of 70 mm. The green compact was also prepared so that the tooth width direction of the final sintered gear would be inclined at 25° relative to the axial direction. The teeth were formed so that the rolling allowance during rolling was 10 μm.

得られた圧粉成形体を非酸化性雰囲気で1195℃で、30分で焼結して焼結歯車を得た。この焼結歯車に転造加工を施した。転造加工は、焼結歯車を一対の転造歯車で挟み込み加圧して行った。転造加工した焼結歯車を、浸炭ガス雰囲気で900℃で60分間維持し、その後100℃/秒で急冷して浸炭焼入れを施した。その後、大気で150℃で100分間維持し焼き戻しを行うことで試料1の焼結歯車を得た。 The resulting powder compact was sintered in a non-oxidizing atmosphere at 1195°C for 30 minutes to obtain a sintered gear. This sintered gear was then subjected to rolling. Rolling was performed by sandwiching the sintered gear between a pair of rolled gears and applying pressure. The rolled sintered gear was then maintained at 900°C for 60 minutes in a carburizing gas atmosphere, and then rapidly cooled at 100°C/second to perform carburizing and quenching. It was then maintained in air at 150°C for 100 minutes to perform tempering, yielding the sintered gear of Sample 1.

[焼結材2]
焼結材2は試料1と同じ原料粉末を用いて、円柱形状のダイと上下パンチを用意し、パンチを回転させることなく、従来の一軸の上下加圧にて、円柱体を成形した。成形圧力は700MPaとした。
[Sintered material 2]
For sintered material 2, the same raw material powder as that for sample 1 was used, and a cylindrical die and upper and lower punches were prepared. The cylindrical body was formed by conventional uniaxial upper and lower pressure without rotating the punch. The forming pressure was 700 MPa.

得られた圧粉成形体を非酸化性雰囲気で1195℃で、30分で焼結して円柱体を得たのちに、再度、ダイに充填し、上下パンチにて1500MPaにて加圧して、鍛造体を得た。その後、上記と同じ寸法の歯車を切削加工にて作製し、上記条件の浸炭焼入れおよび焼き戻しを行い、焼結材2を得た。 The resulting powder compact was sintered in a non-oxidizing atmosphere at 1195°C for 30 minutes to obtain a cylindrical body, which was then loaded into the die again and pressed at 1500 MPa with upper and lower punches to obtain a forged body. A gear of the same dimensions as above was then machined, and carburized, quenched, and tempered according to the above conditions to obtain Sintered Material 2.

[溶製材1]
溶製鋼から上記と同じ寸法の歯車を切削加工にて作製し、上記条件の浸炭焼入れ及び焼き戻しを行い、溶製材1を得た。
[Melted material 1]
Gears of the same dimensions as above were produced from the molten steel by cutting, and were subjected to carburizing, quenching, and tempering under the above conditions to obtain the ingot material 1.

[測定方法]
以下の手順で密度、気孔率、基地硬さを測定し、結果を表1に示す。
試料1の焼結歯車に対し、JIS Z2501に規定されるアルキメデス法により全体密度を測定した。また、焼結歯車の歯部を切り出し、切り出した歯部において、歯幅方向の中央部80%の部分(図6中のc)の密度Dcと、歯幅方向の両側の端部から10%までの部分(図6中のe1またはe2)のそれぞれの密度De1、De2をアルキメデス法により測定した。測定した密度から、鉄の真密度を7.87g/cmとし、気孔率Pc、Pe1、Pe2を算出した。
[Measurement method]
The density, porosity, and matrix hardness were measured according to the following procedure, and the results are shown in Table 1.
The overall density of the sintered gear of Sample 1 was measured by the Archimedes method specified in JIS Z2501. A tooth portion of the sintered gear was cut out, and the density Dc of the central 80% portion in the tooth width direction (c in FIG. 6) and the densities De1 and De2 of the portions extending from the ends to 10% in the tooth width direction (e1 or e2 in FIG. 6) were measured by the Archimedes method. The true density of iron was set to 7.87 g/cm3 from the measured densities, and the porosities Pc, Pe1, and Pe2 were calculated.

試料1の焼結歯車の歯部のそれぞれの歯面23a、23bを倍率200倍で撮影した画像を、画像解析ソフトを用いて解析することにより密度分布を決定し、密度Da、Dbと気孔率Pa、Pbを算出した。撮影箇所は、歯面の3箇所とし、複数の撮影箇所が歯面に均等に分布するようにした。 Images of the tooth surfaces 23a and 23b of the tooth portion of the sintered gear of sample 1 were taken at 200x magnification. The density distribution was determined by analyzing the images using image analysis software, and the densities Da and Db and porosities Pa and Pb were calculated. Photographs were taken at three locations on the tooth surface, with multiple photographic locations evenly distributed across the tooth surface.

試料1の焼結歯車を軸方向の中央部において直径方向に切断した。その断面において、軸孔部の内周端部から直径方向外周側に5mmの部分iの基地硬さHiと、歯部の歯底から直径方向内周側に0.5mmの部分oの基地硬さHoを測定した。測定箇所が回転方向に均等になるようにそれぞれ5点ずつ測定し、その平均値を基地硬さとして求めた。 The sintered gear of sample 1 was cut diametrically at the center in the axial direction. In this cross section, the matrix hardness Hi was measured at a portion i 5 mm diametrically outward from the inner peripheral end of the shaft hole, and the matrix hardness Ho was measured at a portion o 0.5 mm diametrically inward from the tooth bottom. Measurements were taken at five points each, evenly spaced in the direction of rotation, and the average value was calculated as the matrix hardness.

焼結体の基地硬さは、焼結体の気孔部を除く基地表面のビッカース硬さ(Hv)であり、詳しくは、高硬度の場合には100gの荷重を、低硬度の場合には10gの荷重を基地表面に負荷する場合のHvである。HvはJIS Z 2244に規定される方法によって測定される。測定条件は、以下の通りである。
試験機:株式会社ミツトヨ製「HM-200」
試験温度:室温(25℃)
試験荷重:100g、10g
The matrix hardness of a sintered body is the Vickers hardness (Hv) of the surface of the matrix excluding the pores of the sintered body. More specifically, it is the Hv when a load of 100 g is applied to the surface of the matrix in the case of high hardness, and a load of 10 g is applied to the surface of the matrix in the case of low hardness. Hv is measured by the method specified in JIS Z 2244. The measurement conditions are as follows:
Testing machine: Mitutoyo Corporation "HM-200"
Test temperature: room temperature (25°C)
Test load: 100g, 10g

試料1(密度7.0g/cm)の焼結歯車を軸方向の中央部において直径方向に切断した。その断面において、歯部の歯底から直径方向内周側を深さ方向とし、表面0.1mm~5mmの間で、基地硬さを測定した。測定条件は上記の通りである。溶製材1及び焼結材2(密度7.6g/cm)を用いて同様に基地硬さを測定した。結果を図8に示す。焼結材1は、溶製材1及び焼結材2に比べて、表層からの基地硬さの傾きがなだらかな傾斜を有することがわかる。 A sintered gear of sample 1 (density 7.0 g/cm 3 ) was cut in the diametric direction at the center in the axial direction. In the cross section, the matrix hardness was measured from the surface 0.1 mm to 5 mm deep, with the depth direction being from the bottom of the tooth to the inner circumferential side in the diametric direction. The measurement conditions were as described above. The matrix hardness was similarly measured using ingot material 1 and sintered material 2 (density 7.6 g/cm 3 ). The results are shown in Figure 8. It can be seen that sintered material 1 has a gentler gradient of matrix hardness from the surface compared to ingot material 1 and sintered material 2.

試料1の焼結歯車を軸方向の中央部において直径方向に切断した。切断面を観察し、焼結歯車の歯部の歯面の表面から深さ方向において、緻密化層の厚さを3箇所測定した。その算術平均値から、試料1の緻密化層は200μmであった。 The sintered gear of Sample 1 was cut diametrically at the center in the axial direction. The cut surface was observed, and the thickness of the densified layer was measured at three locations in the depth direction from the surface of the tooth flank of the sintered gear's tooth portion. The arithmetic average value determined that the densified layer of Sample 1 was 200 μm.

[評価方法]
(音圧レベル及び摩耗量の評価)
試料1を用いて、音圧レベルを測定した。また、音圧レベルを測定する前後での焼結歯車の歯面の形状を測定し、歯面の噛み合い面における摩耗量を計算した。結果を表2に示す。音圧レベルの測定条件は以下の通りである。
試験機:株式会社小野測器製「ギヤテスター」
温度:室温(25℃)
潤滑油:ATF(Automatic Transmission Fluid)滴下
トルク:15Nm
回転数:0~2,000rpmの範囲で調節
相手材:SCM420H
[Evaluation method]
(Evaluation of sound pressure level and wear amount)
The sound pressure level was measured using Sample 1. The shape of the tooth flank of the sintered gear was also measured before and after the sound pressure level measurement, and the amount of wear on the meshing surface of the tooth flank was calculated. The results are shown in Table 2. The sound pressure level measurement conditions were as follows:
Testing machine: Ono Sokki "Gear Tester"
Temperature: Room temperature (25℃)
Lubricant: ATF (Automatic Transmission Fluid) dripped Torque: 15 Nm
Rotation speed: Adjustable within the range of 0 to 2,000 rpm Mating material: SCM420H

試料1の焼結歯車は、大サイズであるが静音性に優れることがわかる。また、歯面の耐摩耗性にも優れることがわかる。この焼結歯車は、歯部の歯幅方向に密度及び気孔率の傾斜があり、歯部の一対の歯面で密度及び気孔率が異なり、焼結歯車の断面において歯底周辺の表層部が軸孔部周辺の内部よりも基地硬さが高かった。 The sintered gear of sample 1 is large in size but exhibits excellent quietness. It also exhibits excellent wear resistance on the tooth surface. This sintered gear has a gradient in density and porosity in the tooth width direction, with different densities and porosities on each tooth surface. In the cross section of the sintered gear, the surface layer around the tooth bottom has a higher matrix hardness than the interior around the shaft hole.

10 本体部
20 歯部
21 歯先
22 歯元
23a 歯面
23b 歯面
24 歯底
30 軸孔部
100 焼結歯車
10 body portion 20 tooth portion 21 tooth tip 22 tooth base 23a tooth surface 23b tooth surface 24 tooth bottom 30 shaft hole portion 100 sintered gear

Claims (15)

本体部と、前記本体部の外周面に形成され、軸方向に対し歯幅方向が傾斜する歯部とを備え、歯先円直径が30~200mmであり、前記歯部の歯面の少なくとも一部に緻密化層が形成され、前記緻密化層の厚さが10~1000μmであり、アルキメデス法に従う全体密度が6.4~7.4g/cmである、焼結歯車。 A sintered gear comprising: a main body; and teeth formed on an outer peripheral surface of the main body, the teeth having a tooth width direction inclined with respect to an axial direction, the tooth tip circle diameter being 30 to 200 mm, a densified layer being formed on at least a portion of the tooth flanks of the teeth, the densified layer having a thickness of 10 to 1000 μm, and an overall density according to Archimedes' method being 6.4 to 7.4 g/ cm3 . 前記歯部において歯幅方向の中央部80%の部分の密度Dcと、前記歯部において歯幅方向の少なくとも一方の端部から10%までの部分の密度Deとが、De-Dc>0.1g/cmを満たし、前記密度Dc及び前記密度Deはアルキメデス法に従う、請求項1に記載の焼結歯車。 2. The sintered gear according to claim 1, wherein a density Dc of a central 80% portion in the tooth width direction and a density De of a portion of the tooth portion extending from at least one end to 10% in the tooth width direction satisfy De - Dc > 0.1 g/ cm3 , and the densities Dc and De are determined according to Archimedes' law. 前記歯部において歯幅方向の中央部80%の部分の密度Dcと、前記歯部において歯幅方向の少なくとも一方の端部から10%までの部分の密度Deとが、De/Dc>1を満たし、前記密度Dc及び前記密度Deはアルキメデス法に従う、請求項1に記載の焼結歯車。 A sintered gear as described in claim 1, wherein the density Dc of the tooth portion in the central 80% of the tooth width direction and the density De of the tooth portion in the tooth width direction from at least one end up to 10% satisfy De/Dc > 1, and the densities Dc and De follow Archimedes' law. 前記歯部において歯幅方向の中央部80%の部分の気孔率Pcと、前記歯部において歯幅方向の少なくとも一方の端部から10%までの部分の気孔率Peとが、Pe-Pc<-1%を満たし、前記気孔率Pc及び前記気孔率Peはアルキメデス法に従う、請求項1に記載の焼結歯車。 A sintered gear as described in claim 1, wherein the porosity Pc of the central 80% of the tooth portion in the tooth width direction and the porosity Pe of the tooth portion extending from at least one end to 10% in the tooth width direction satisfy Pe-Pc<-1%, and the porosity Pc and the porosity Pe follow Archimedes' law. 前記歯部において歯幅方向の中央部80%の部分の気孔率Pcと、前記歯部において歯幅方向の少なくとも一方の端部から10%までの部分の気孔率Peとが、Pe/Pc<1を満たし、前記気孔率Pc及び前記気孔率Peはアルキメデス法に従う、請求項1に記載の焼結歯車。 A sintered gear as described in claim 1, wherein the porosity Pc of the central 80% of the tooth portion in the tooth width direction and the porosity Pe of the tooth portion extending from at least one end to 10% in the tooth width direction satisfy Pe/Pc<1, and the porosity Pc and the porosity Pe follow Archimedes' law. 前記歯部の外周方向一方側の歯面の密度Daと、前記歯部の外周方向他方側の歯面の密度Dbとが互いに異なり、前記密度Da及び前記密度Dbは画像解析法に従う、請求項1に記載の焼結歯車。 A sintered gear as described in claim 1, wherein the density Da of the tooth surface on one side of the tooth portion in the circumferential direction is different from the density Db of the tooth surface on the other side of the tooth portion in the circumferential direction, and the densities Da and Db are determined according to an image analysis method. 前記密度Daと前記密度Dbとが、Da-Db>0.1g/cmを満たす、請求項6に記載の焼結歯車。 7. The sintered gear according to claim 6, wherein the density Da and the density Db satisfy Da-Db>0.1 g/cm. 前記密度Daと前記密度Dbとが、Da/Db>1を満たす、請求項6に記載の焼結歯車。 A sintered gear according to claim 6, wherein the density Da and the density Db satisfy Da/Db > 1. 前記歯部の外周方向一方の歯面の気孔率Paと、前記歯部の外周方向他方の歯面の気孔率Pbとが互いに異なり、前記気孔率Pa及び前記気孔率Pbは画像解析法に従う、請求項1に記載の焼結歯車。 A sintered gear as described in claim 1, wherein the porosity Pa of one tooth surface in the circumferential direction of the tooth portion differs from the porosity Pb of the other tooth surface in the circumferential direction of the tooth portion, and the porosity Pa and the porosity Pb are determined according to an image analysis method. 前記気孔率Paと前記気孔率Pbとが、Pa-Pb<-1%を満たす、請求項9に記載の焼結歯車。 The sintered gear according to claim 9, wherein the porosity Pa and the porosity Pb satisfy Pa - Pb < -1%. 前記気孔率Paと前記気孔率Pbとが、Pa/Pb<1を満たす、請求項9に記載の焼結歯車。 A sintered gear as described in claim 9, wherein the porosity Pa and the porosity Pb satisfy Pa/Pb < 1. 前記本体部は軸孔部を備え、前記本体部の軸方向の中央部における直径方向の断面において、前記軸孔部の内周端部から直径方向外周側に5mmの部分の基地硬さHiと、前記歯部の歯底から直径方向内周側に0.5mmの部分の基地硬さHoとが、Ho-Hi>Hv50を満たす、請求項1に記載の焼結歯車。 The sintered gear according to claim 1, wherein the main body portion has a shaft hole portion, and in a diametric cross section at the axial center of the main body portion, the matrix hardness Hi of a portion 5 mm diametrically outward from the inner peripheral end of the shaft hole portion and the matrix hardness Ho of a portion 0.5 mm diametrically inward from the tooth bottom of the tooth portion satisfy the relationship Ho - Hi > Hv50. 前記本体部は軸孔部を備え、前記本体部の軸方向の中央部における直径方向の断面において、前記軸孔部の内周端部から直径方向外周側に5mmの部分の基地硬さHiと、前記歯部の歯底から直径方向内周側に0.5mmの部分の基地硬さHoとが、Ho/Hi>1を満たす、請求項1に記載の焼結歯車。 The sintered gear according to claim 1, wherein the main body portion has a shaft hole portion, and in a diametric cross section at the axial center of the main body portion, the matrix hardness Hi of a portion 5 mm diametrically outward from the inner peripheral end of the shaft hole portion and the matrix hardness Ho of a portion 0.5 mm diametrically inward from the tooth bottom of the tooth portion satisfy the relationship Ho/Hi > 1. 全体組成が、C:0.1~1.4質量%を含み、残部はFe及び不可避不純物である、請求項1から13のいずれか1項に記載の焼結歯車。 A sintered gear according to any one of claims 1 to 13, having an overall composition containing 0.1 to 1.4 mass% C, with the remainder being Fe and unavoidable impurities. Fe-Ni-Mo-C合金、又はFe-Cu-C合金である、請求項1から13のいずれか1項に記載の焼結歯車。 A sintered gear according to any one of claims 1 to 13, which is an Fe-Ni-Mo-C alloy or an Fe-Cu-C alloy.
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