CN114269495B - 烧结齿轮以及烧结齿轮的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种烧结齿轮，其是环状的烧结齿轮，具备由金属构成的组成，表面上具有多个气孔，相对密度为93％以上99.5％以下。

Description

烧结齿轮以及烧结齿轮的制造方法

技术领域

本发明涉及烧结齿轮。

背景技术

专利文献1公开了相对密度为93％以上的铁系烧结体。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017-186625号公报

发明内容

本发明的烧结齿轮是环状的烧结齿轮，

具备由金属构成的组成，

表面上具有多个气孔，

相对密度为93％以上99.5％以下。

附图说明

[图1A]图1A是表示实施方式的烧结齿轮的一个例子的透视图。

[图1B]图1B是放大示出图1A所示的烧结齿轮中的虚线圆B内的部分放大图。

[图2]图2是放大示出图1A所示的烧结齿轮中的虚线圆(II)内的部分透视图。

[图3]图3是放大示出实施方式的烧结齿轮中的一个齿的平面图。

[图4]图4是放大示出图2所示的烧结齿轮中的虚线圆(IV)内的部分平面图。

[图5]图5是放大示出图2所示的烧结齿轮中的虚线圆(V)内的部分平面图。

具体实施方式

[本发明所要解决的课题]

期望提高由烧结体构成的齿轮的生产性。

因此，本发明的目的之一在于提供生产性优异的烧结齿轮。

[本发明的效果]

本发明的烧结齿轮的生产性优异。

[本发明的实施方式的说明]

首先列举本发明的实施方式并进行说明。

(1)本发明的一个方式涉及的烧结齿轮是环状的烧结齿轮，

具备由金属构成的组成，

表面上具有多个气孔，

相对密度为93％以上99.5％以下。

根据以下理由(A)～(D)，本发明的烧结齿轮的生产性优异。

(A)在制造过程中，容易缩短切齿加工等切削加工的加工时间。

在本发明的烧结齿轮中，不是对烧结后的烧结材料，而是对烧结前的压粉成形体进行上述切削加工。压粉成形体比熔制材料等的切削加工性优异，因此容易缩短切削的加工时间。特别是，不利用加工中心，而利用滚刀的切齿加工容易进一步缩短加工时间。

(B)压粉成形体在上述切削加工时难以产生缺损，从而容易提高成品率。

如果被切削材料是压粉成形体，则压粉成形体的形状可以设为简单形状。因此，容易得到(例如)相对密度为93％以上的致密的压粉成形体。如果压粉成形体是致密的，则在切削时难以产生缺损。

(C)由于可以降低烧结温度，因此可以减少热能。

如果压粉成形体是致密的，则即使烧结温度较低，也能够得到相对密度为93％以上的致密的烧结齿轮。

(D)如果烧结温度低，则容易得到形状精度和尺寸精度优异的烧结齿轮。在这一点上，容易提高成品率。

进一步，存在于本发明的烧结齿轮的表面上的气孔可以保持润滑剂。通过保持在上述气孔中的润滑剂，能够减少本发明的烧结齿轮与对方齿轮的烧接。本发明这样的烧结齿轮的耐久性优异。另外，本发明的烧结齿轮是致密的，因此强度也优异。从这些方面来看，本发明的烧结齿轮能够长期良好地利用。

(2)作为本发明的烧结齿轮的一个例子，可以列举出以下方式：

所述金属为铁基合金。

铁基合金通常具有高强度。因此，上述方式的强度优异。

(3)作为本发明的烧结齿轮的一个例子，可以列举出以下方式：

齿底上具有周期性的凹凸形状。

上述方式中的齿底的凹部可以保持润滑剂。因此，在上述方式中，通过保持在上述凹部中的润滑剂，也能够减少与对方齿轮的烧接。代表性地，上述周期性的凹凸形状可以通过利用了滚刀的切齿加工来形成。与利用加工中心的情况相比，利用滚刀容易缩短加工时间。

(4)作为上述(3)的烧结齿轮的一个例子，可以列举出以下方式：

所述凹凸形状的周期的长度为1mm以上。

代表性地，上述方式中的凹凸形状的周期具有对应于滚刀的进给量的大小。如果上述周期的长度为1mm以上，则可以认为滚刀的进给量大。如果上述进给量大，则容易缩短切齿加工的加工时间。另外，如果上述周期的长度长至1mm以上，则齿底容易避免因凹凸引起的局部的应力集中。在这一点上，上述方式的强度优异。

(5)作为本发明的烧结齿轮的一个例子，可以列举出以下方式：

齿根处具有台阶，该台阶包含齿厚方向上的厚度局部缩小的区域。

上述方式中的齿根的台阶的低段部可以保持润滑剂。因此，在上述方式中，通过保持在上述台阶中的润滑剂，也能够减少与对方齿轮的烧接。代表性地，上述台阶可以通过使用了带有突起(プロチュバランス)的切削工具的齿面的精加工来形成。对齿面实施了精加工的方式可以与对方齿轮良好地咬合。

(6)作为本发明的烧结齿轮的一个例子，可以列举出以下方式：

在齿尖的外周面上具有车床痕迹。

上述方式在齿尖的外周面上具有基于车床痕迹的微小的凹凸。上述微小的凹凸的凹部可以保持润滑剂。因此，在上述方式中，通过保持在上述凹部中的润滑剂，也能够减少与对方齿轮的烧接。代表性地，上述车床痕迹可以通过在进行切齿加工之前对压粉成形体的外周面实施车床加工来形成。在这种情况下，可以高精度地进行切齿加工，从而容易提高成品率。

作为本发明的烧结齿轮的一个例子，可以列举出以下方式：

在位于所述烧结齿轮的轴方向的端部的两个端面当中的至少一个所述端面上具有车床痕迹。

代表性地，上述方式可以通过在进行切齿加工之前对压粉成形体的端面实施车床加工来形成。在这种情况下，可以高精度地进行切齿加工，从而容易提高成品率。

作为上述(2)的烧结齿轮的一个例子，可以列举出以下方式：

所述铁基合金含有选自由C、Ni、Mo以及B构成的组中的1种以上的元素。

含有上述所列举的元素的铁基合金(例如，作为含C的铁基合金的钢等)的强度优异。因此，上述方式的强度优异。

[本发明的实施方式的详细说明]

以下，适当地参照附图，对本发明的实施方式涉及的烧结齿轮进行具体地说明。附图中，相同符号表示相同名称物。

[烧结齿轮]

适当地参照图1A、图1B以及图2～图5，对实施方式的烧结齿轮1进行说明。

(概要)

实施方式的烧结齿轮1是由以金属为主体的烧结材料构成的齿轮。烧结齿轮1是具有通孔2h的环状体，在其外周侧具备多个齿2。各个齿2具备齿面21、齿尖22。在相邻的齿2之间设有齿底20。齿底20构成相邻的齿2所形成的齿槽的底。齿尖22构成齿2的前端侧的区域。齿面21是连接齿底20与齿尖22之间的面。代表性地，齿底20和齿尖22与烧结齿轮1的轴同轴地旋转。代表性地，烧结齿轮1的轴为通孔2h的轴。烧结齿轮1的基本形状可以使用公知的齿轮形状。

代表性地，构成通孔2h的内周面28设为圆筒状。另外，代表性地，位于烧结齿轮1的轴方向的端部的两个端面29的至少一部分设为平面状。图1A示出了端面29的整体由均匀的平面构成的情况，但是端面29侧的形状可以适当地改变。例如可以列举出：烧结齿轮1的厚度部分地不同，端面29的内周侧的区域的厚度小于外周侧的区域的厚度。在这种情况下，端面29侧的形状是在上述轴方向上具有高低的台阶形状。通孔2h贯穿两端面29。

图1A示出了外齿的平齿轮，但是齿轮形状可以适当地改变。作为齿轮形状的一个例子，可以列举出斜齿齿轮、伞齿轮、螺丝齿轮等。另外，烧结齿轮1可以为外齿，也可以为内齿。图1A示出了齿面21为平面的情况，但是也可以为内旋(involute)曲面。

实施方式的烧结齿轮1具备由金属构成的组成。烧结齿轮1的相对密度为93％以上99.5％以下。并且，实施方式的烧结齿轮1在烧结齿轮1的表面上具有多个气孔11(图1B)。代表性地，在烧结齿轮1的表面上，多个气孔11分散存在于由金属构成的母相10中。

以下，进行更详细地说明。

(组成)

构成实施方式的烧结齿轮1的金属可以列举出各种纯金属或者合金。纯金属例如可以列举出铁、镍、钛、铜、铝、镁等。合金例如可以列举出铁基合金、钛基合金、铜基合金、铝基合金、镁基合金等。合金通常比纯金属的强度高。因此，具备由合金构成的组成的烧结齿轮1的强度优异。特别是铁基合金通常具有高强度。因此，具备由铁基合金构成的母相10的烧结齿轮1的强度更优异。

铁基合金是含有添加元素、余量由Fe(铁)和杂质构成、含有Fe最多的合金。添加元素例如可以列举出选自由C(碳)、Ni(镍)、Mo(钼)、以及B(硼)构成的组中的1种以上的元素。除了Fe以外还含有上述列举的元素的铁基合金(例如钢等)具有高的拉伸强度等，强度优异。因此，具备由含有上述添加元素的铁基合金构成的母相10的烧结齿轮1的强度优异。各元素的含量越多，强度越容易提高。如果各元素的含量没有过多，则能够抑制韧性的降低和脆化，从而韧性也容易提高。

含C的铁基合金，代表性的为碳钢，其强度优异。C的含量例如可以列举为0.1质量％以上2.0质量％以下。C的含量可以为0.1质量％以上1.5质量％以下、进一步可以为0.1质量％以上1.0质量％以下、也可以为0.1质量％以上0.8质量％以下。需要说明的是，各元素的含量是将铁基合金设为100质量％时的质量比例。

Ni除了提高强度以外，还有助于提高韧性。Ni的含量例如可以列举为0质量％以上5.0质量％以下。Ni的含量可以为0.1质量％以上5.0质量％以下、进一步可以为0.5质量％以上5.0质量％以下、更进一步可以为4.0质量％以下、也可以为3.0质量％以下。

Mo、B有助于提高强度。特别是Mo容易提高强度。

Mo的含量例如可以列举为0质量％以上2.0质量％以下、进一步可以列举为0.1质量％以上2.0质量％以下、更进一步可以列举为1.5质量％以下。

B的含量例如可以列举为0质量％以上0.1质量％以下、进一步可以列举为0.001质量％以上0.003质量％以下。

作为其他添加元素，可以列举出Mn(锰)、Cr(铬)、Si(硅)等。这些各元素的含量例如可以列举为0.1质量％以上5.0质量％以下。

烧结齿轮1的整体组成例如可以通过能量色散X射线分析法(EDX或EDS)、电感耦合等离子体发射光谱分析法(ICP-OES)等进行分析。

(组织)

<表面组织>

实施方式的烧结齿轮1的表面上存在多个气孔11(图1B)。这里，由于烧结齿轮1的相对密度为93％以上99.5％以下，因此气孔11的含量为0.5％以上7％以下。如果在该含有范围内，则烧结齿轮1虽然包含气孔11，但是可以认为气孔11较少。另外，气孔11的一部分存在于烧结齿轮1的表面上，气孔11的其余部分存在于烧结齿轮1的内部。因此，存在于烧结齿轮1的表面上的气孔11的总面积在一定程度上可以认为是少的。此外，如后所述，实施方式的烧结齿轮1中各气孔11较小。气孔11较少且各气孔11较小，因此气孔11难以成为裂纹的起点。这样的烧结齿轮1的强度优异。特别是，存在于表面上的气孔11可以保持润滑剂。通过该润滑剂，实施方式的烧结齿轮1能够减少与对方齿轮的烧接，从而耐久性优异。另外，通过上述润滑剂，可以提高齿面21的滑动性。在这一点上，提高了耐久性和传动效率。

作为制造表面上具有气孔11、且相对密度为93％以上的致密的烧结齿轮1的方法，例如可以列举出以下的制造方法。该制造方法中，对相对密度为93％以上这样的致密的压粉成形体实施切齿加工等切削加工后进行烧结。以下，将该制造方法称为高密度成形法。高密度成形法的详细内容将后述。如后所述，高密度成形法可以生产性更好地制造实施方式的烧结齿轮1。

<内部组织>

作为实施方式的烧结齿轮1的一个例子，可以列举出以下方式：在任意的剖面中包含多个气孔11，各气孔11较小。

(截面积)

例如，在烧结齿轮1的任意剖面中，气孔11的平均截面积可以列举为500μm²以下。这里，气孔11的平均截面积是通过从烧结齿轮1获取任意剖面，在该剖面中对于多个气孔11求出各气孔11的截面积，并对所求出的多个截面积进行平均而得的值。需要说明的是，气孔11的截面积、后述的气孔11的周长、最大直径、相对密度等的测定方法的详细内容将后述。

如果上述平均截面积为500μm²以下，则烧结齿轮1中的大多数气孔11可以认为是截面积小的气孔11。上述平均截面积越小，可以认为各气孔11的截面积越小。如果各气孔11较小，则难以成为裂纹的起点。在这一点上，烧结齿轮1的强度优异。从减少因气孔11而产生裂纹的观点来看，上述平均截面积优选为480μm²以下、更优选为450μm²以下、特别优选为430μm²以下。

另一方面，当上述平均截面积(例如)为20μm²以上、进一步为30μm²以上时，即使不使成形压力过大，也能够得到致密的压粉成形体。在这一点上，可以提高生产性。

《周长》

例如，在烧结齿轮1的任意剖面中，气孔11的平均周长可以列举为100μm以下。这里，气孔11的平均周长是通过从烧结齿轮1获取任意剖面，在该剖面中对于多个气孔11求出各气孔11的轮廓的长度，并对所求出的多个轮廓的长度进行平均而得的值。

如果上述平均周长为100μm以下，则烧结齿轮1中的大多数气孔11可以认为是周长短的气孔11。在周长短的气孔11中，截面积也小。上述平均周长越短，可以认为各气孔11的截面积越小。如果各气孔11较小，则难以成为裂纹的起点。从减少因气孔11而产生裂纹的观点来看，上述平均周长优选为90μm以下、更优选为80μm以下、特别优选为70μm以下。

如上所述，从防止成形压力过大、提高生产性的观点来看，上述平均周长例如可以为10μm以上、进一步可以为15μm以上。

如果气孔11的平均截面积为500μm²以下、且气孔11的平均周长为100μm以下，则各气孔11难以成为裂纹的起点，因此更优选。

《最大直径》

进一步优选的是，在烧结齿轮1的任意剖面中，气孔11的最大直径的平均值也小。这里，气孔11的最大直径的平均值是通过从烧结齿轮1获取任意剖面，在该剖面中对于多个气孔11求出各气孔11的最大直径，并对所求出的多个最大直径进行平均而得的值。

例如，气孔11的最大直径的平均值可以列举为5μm以上30μm以下。如果上述平均值满足上述范围，则除了各气孔11难以成为裂纹的起点以外，还能够防止成形压力过大。从减少因气孔11而产生裂纹的观点来看，上述平均值优选为28μm以下、更优选为25μm以下、特别优选为20μm以下。从防止成形压力过大、提高生产性的观点来看，上述平均值可以为8μm以上、进一步可以为10μm以上。从高强度与良好的生产性之间的平衡性的观点来看，上述平均值例如可以列举为10μm以上25μm以下。

此外，当气孔11的最大直径的最大值也小时，各气孔11难以成为裂纹的起点，因此优选。上述最大值例如优选为30μm以下、更优选为28μm以下、特别优选为25μm以下。

当气孔11的最大直径的最小值(例如)为3μm以上20μm以下、进一步为5μm以上18μm以下时，如上所述，在提高生产性的方面是优选的。

《形状》

在烧结齿轮1的剖面中，气孔11的形状不是圆形或椭圆形等简单的曲线形状，而是代表性地为异形。

(相对密度)

实施方式的烧结齿轮1的相对密度为93％以上99.5％以下。上述相对密度越高，气孔11越少。因此，气孔11难以成为裂纹的起点，从而烧结齿轮1的强度优异。例如，烧结齿轮1充分地具备用于变速器的齿轮所要求的强度。从减少因气孔11而产生裂纹的观点来看，上述相对密度优选为94％以上、更优选为95％以上、进一步优选为96％以上、特别优选为96.5％以上。上述相对密度也可以为97％以上、98％以上、99％以上。

如果烧结齿轮1的相对密度为99.5％以下，则可以防止成形压力过大，从而提高生产性。从提高生产性的观点来看，上述相对密度可以为99％以下。

从高强度与良好的生产性之间的平衡性的观点来看，烧结齿轮1的相对密度例如可以列举为94％以上99％以下。

(形状)

作为实施方式的烧结齿轮1的一个例子，如图2所示，齿底20具有周期性的凹凸形状。这里，周期性的凹凸形状是指实质上相同形状和相同大小的多个弯曲面连接的形状。弯曲面彼此的连接处构成最高处，即凸部201。在相邻的凸部201之间存在凹部200。齿底20的各凸部201从烧结齿轮1的一个端面29侧向另一个端面29侧以预定的间隔排列。如果齿底20不是平面，而是上述周期性的凹凸形状，则齿底20的凹部200可以保持润滑剂。通过除了保持在表面的气孔11中以外还保持在凹部200中的润滑剂，能够减少烧结齿轮1与对方齿轮的烧接，特别是与齿尖的烧接。

需要说明的是，图2放大示出了烧结齿轮1所具备的多个齿2当中的两个齿2。另外，图2示出了一个齿底20的部分剖面。该剖面示出了以与通孔2h的轴方向平行的平面切断齿底20后的状态。为了容易理解，图2夸大地示出了凹凸。另外，图2中的凸部201和凹部200的个数是示例性的。

代表性地，上述周期性的凹凸形状可以通过利用滚刀的切齿加工来形成。在这种情况下，由滚刀产生的切削痕迹相当于上述周期性的凹凸形状。如后所述，与利用加工中心的情况相比，利用滚刀的切齿加工更容易缩短加工时间。在这一点上，烧结齿轮1的生产性优异。

上述凹凸形状的周期的长度例如可以列举为1mm以上。上述周期的长度是沿着烧结齿轮1的轴方向的距离，即相邻的凸部201之间的距离。在上述周期性的凹凸形状是基于上述利用滚刀的切齿加工的情况下，上述凹凸形状的周期具有对应于滚刀的进给量的大小。如果上述周期的长度为1mm以上，则可以认为滚刀的进给量(mm/转)例如比利用滚刀对熔制材料实施切齿加工时的进给量大。如果滚刀的进给量较大，则容易缩短切齿加工的加工时间。另外，如果上述周期的长度为1mm以上，则与上述周期的长度小于1mm的情况相比，齿底20更容易避免因凹凸引起的局部的应力集中。因此，齿底20难以产生裂纹。在这一点上，烧结齿轮1的强度优异。

上述周期的长度越大，可以认为滚刀的进给量越大。另外，如果被切削材料为烧结前的压粉成形体，则更容易确保滚刀的进给量。这是因为压粉成形体比熔制材料或烧结材料具有更优异的切削加工性。特别是，如果压粉成形体如上述那样是致密的，则在切削时难以产生缺口。因此，对致密的压粉成形体实施利用滚刀的切齿加工有助于提高生产性。另外，如果上述周期的长度较大，则齿底20能够减少局部应力集中的区域。在这一点上，容易提高烧结齿轮1的强度。从提高生产性、提高强度的观点来看，上述周期的长度可以为1.5mm以上、进一步可以为2.0mm以上、2.5mm以上、3.0mm以上。

作为实施方式的烧结齿轮1的一个例子，如图3所示，可以列举出在齿根处具有台阶23，该台阶23包含齿厚方向的厚度局部缩小的区域。齿厚方向在图3中是纸面左右方向。齿根是齿底20与将齿面21朝向该齿底20一侧延长的虚拟面之间的角部。在齿根处，从齿面21向齿厚方向的内侧凹陷的区域为台阶23的低段部。齿面21为台阶23的高段部。台阶23的低段部可以保持润滑剂。通过除了在表面的气孔11中以外还在台阶23中所保持的润滑剂，能够减少烧结齿轮1与对方齿轮的烧接。

台阶23的深度d例如可以列举为0.1μm以上500μm以下。如果上述深度d在上述范围内，则台阶23能够在保持润滑剂的同时容易减少因台阶23所引起的齿2的强度降低。台阶23的深度d以及后述的台阶23的长度h的测定方法将后述。

台阶23的长度h例如可以列举为10μm以上100μm以下。如果上述长度h在上述范围内，则台阶23能够保持润滑剂同时齿面21能够适当地存在。

代表性地，上述台阶23可以通过使用带有突起的切削工具在齿面21上进行精加工而形成。在齿面21上实施了精加工后的烧结齿轮1可以与对方齿轮良好地咬合，从而稳定地旋转。上述台阶23的深度d和长度h可以根据突起的大小和切削条件等来进行调整。

作为实施方式的烧结齿轮1的一个例子，可以列举出在齿尖22的外周面具有车床痕迹。这里，车床痕迹是指满足算术平均粗糙度Ra为0.1μm以上500μm以下的凹凸，其具有周期性的凹凸形状。凹凸形状的详细内容如上所述。换言之，车床痕迹是以500μm以下的间隔排列多个凸部的微小凹凸。

如果从与烧结齿轮1的轴方向垂直的方向平面观察具有车床痕迹的齿尖22的外周面，则如图4所示，多条直线状的线道以预定的间隔排列。代表性地，各线道在与烧结齿轮1的轴方向垂直的方向上平行。另外，这些直线状的线道在烧结齿轮1的轴方向上相邻排列。需要说明的是，图4的纸面左右方向相当于烧结齿轮的1的周方向。另外，图4的纸面上下方向相当于烧结齿轮1的轴方向。各线道构成凹凸当中的凸部。在相邻的凸部之间存在凹部。

如果在齿尖22的外周面具有基于车床痕迹的微小的凹凸，则该凹凸的凹部可以保持润滑剂。即，在与对方齿轮咬合的区域即齿尖22处，除了表面的气孔11以外，上述微小的凹凸的凹部也保持润滑剂。这里，对通过加压压缩而成形为齿轮形状的压粉成形体进行烧结，在不进行切齿加工的情况下，也不进行车床加工。因此，可以得到齿尖没有车床痕迹的齿轮。与该齿尖没有车床痕迹的齿轮相比，在齿尖22具有车床痕迹的烧结齿轮1中，通过在上述齿尖22中所保持的润滑剂，可以有效地降低与对方齿轮的烧接，特别是与齿底20的烧接。

代表性地，上述车床痕迹可以通过对进行齿尖加工之前的压粉成形体的外周面实施车床加工而形成。即，齿尖加工在上述车床加工之后进行。在这种情况下，实施了车床加工后的加工面的一部分在切齿加工后残留，从而构成齿尖22的外周面。在切齿加工之前对压粉成形体的外周面进行车床加工的情况下，如后所述由于能够高精度地进行切齿加工，因此烧结齿轮1的生产性优异。

作为实施方式的烧结齿轮1的一个例子，可以列举出在两个端面29当中的至少一个端面29具有车床痕迹。如果从烧结齿轮1的轴方向平面观察具有车床痕迹的端面29，则如图5所示，以通孔2h(图1A)的中心轴为中心，多个圆状的线道呈同心圆状地以预定的间隔排列。各线道构成上述微小的凹凸当中的凸部。

代表性地，端面29的车床痕迹可以通过对进行齿尖加工之前的压粉成形体的端面实施车床加工而形成。即，齿尖加工在上述车床加工之后进行。在这种情况下，实施了车床加工后的加工面在切齿加工后残留，从而最终构成了烧结齿轮1的端面29。在切齿加工之前对压粉成形体的端面进行车床加工的情况下，如后所述由于能够高精度地进行切齿加工，因此烧结齿轮1的生产性优异。从提高切齿加工的加工精度的观点来看，优选在两端面29具有车床痕迹。

另外，烧结齿轮1也可以在内周面28的至少一部分上具有车床痕迹。代表性地，沿着内周面28的周方向延伸的多个圆状的线道在烧结齿轮1的轴方向上以预定的间隔排列。各线道构成形成车床痕迹的上述微小的凹凸当中的凸部。代表性地，内周面28的车床痕迹可以通过对进行齿尖加工之前的压粉成形体进行用于设置通孔的车床加工而形成。即，齿尖加工在上述车床加工之后进行。在这种情况下，实施了车床加工后的加工面在切齿加工后残留，从而最终构成了烧结齿轮1的内周面28。在切齿加工之前在压粉成形体中形成通孔的情况下，如后所述由于能够高精度地进行切齿加工，因此烧结齿轮1的生产性优异。

(测定方法)

烧结齿轮1中的气孔11的大小通过以下方式求出。

在烧结齿轮1中获取任意剖面。通过扫描电子显微镜(SEM)观察上述剖面，并从上述剖面中得到至少一个视野。气孔大小的测定通过提取总计50个以上的气孔来进行。

根据气孔的大小来调整倍数，以使得一个视野中存在一个以上的气孔、且能够精确地测定气孔的大小。例如，进行这样的操作：将倍数设为100倍来观察上述剖面，如果气孔的最大直径为70μm以下，则将倍数变为300倍，再次观察上述剖面。增加视野数，直到得到总计50个以上的气孔为止。

在上述视野中提取气孔。通过对SEM图像进行二值化处理等，提取出气孔。通过使用市售的图像分析系统或市售的软件等，可以容易地进行气孔的提取、气孔大小的测定、在后述的相对密度的测定中所利用的由金属构成的区域的提取、和上述区域的面积的测定等。

<截面积>

求出从上述SEM图像中提取出来的各气孔的截面积。进一步，求出气孔的截面积的平均值。上述截面积的平均值是通过对所提取出来的50个以上的气孔的截面积求取总和、并将总和除以气孔数而求出的。上述截面积的平均值为平均截面积(μm²)。

<周长>

求出从上述SEM图像中提取出来的各气孔的周长，即轮廓的长度。进一步，求出气孔的周长的平均值。上述周长的平均值是通过对所提取出来的50个以上的气孔的周长求取总和、并将总和除以气孔数而求出的。上述周长的平均值为平均周长(μm)。

<最大直径>

求出从上述SEM图像中提取出来的各气孔的最大直径。进一步，求出最大直径的平均值。上述最大直径的平均值(μm)是通过对所提取出来的50个以上的气孔的最大直径求取总和、并将总和除以气孔数而求出的。各气孔的最大直径通过以下方式求出。在上述SEM图像中，利用2条平行线夹住各气孔的外形，并测定这2条平行线的间隔。上述间隔是在与上述平行线垂直的方向上的距离。在各气孔中，选取多组任意方向的平行线，并分别测定上述间隔。在各气孔中，将所测定的多个上述间隔当中的最大值设为各气孔的最大直径。

分别将上述50个以上的气孔的最大直径当中的最大值、最小值设为上述最大直径的最大值(μm)、最小值(μm)。

<相对密度>

烧结齿轮1的相对密度(％)通过以下方式求出。

从烧结齿轮1中获取多个剖面。通过SEM或光学显微镜等显微镜观察各剖面。对该观察图像进行图像分析，将金属成分的面积比例视为相对密度。

具体而言，分别从烧结齿轮1中的各端面29侧的区域、以及烧结齿轮1中的沿着轴方向的长度的中心附近的区域获取剖面。

虽然上述端面29侧的区域取决于烧结齿轮1的上述长度，但是例如可以列举出从烧结齿轮1的表面向内侧3mm以内的区域。虽然上述中心附近的区域取决于烧结齿轮1的上述长度，但是例如可以列举出从上述长度的中心向各端面侧直到1mm的区域，即合计2mm的区域。切断面是与上述轴方向交叉的平面，代表性地可以列举出垂直的平面。

从各剖面得到多个观察视野，例如10个以上。一个观察视野的面积例如可以列举为500μm×600μm＝300,000μm²。在从一个剖面得到多个观察视野的情况下，优选的是，均等地分割该剖面，并从分割后的各区域中得到观察视野。

对各观察视野的观察图像实施二值化处理等图像处理，并从处理图像中提取由金属构成的区域。求出提取出来的由金属构成的区域的面积。进一步，求出由金属构成的区域的面积相对于观察视野的面积的比例。将该面积的比例视为各观察视野的相对密度。对所求出的多个例如总计30个以上的观察视野的相对密度进行平均。所求出的平均值为烧结齿轮1的相对密度(％)。

需要说明的是，压粉成形体的相对密度可以通过与烧结齿轮1的相对密度相同的方式求出。在通过单轴加压对压粉成形体进行成形的情况下，压粉成形体的剖面可以分别从压粉成形体中的沿着加压轴方向的长度的中心附近的区域、以及位于加压轴方向的两端部的端面侧的区域获取。切断面是与加压轴方向交叉的平面，代表性地可以列举出垂直的平面。

<齿根的台阶的深度、长度>

烧结齿轮1的齿根的台阶23的大小通过以下方式求出。

将与烧结齿轮1的轴方向垂直的平面即与端面29平行的平面作为切断面，获取齿2的剖面。通过SEM或光学显微镜等显微镜观察剖面。对该观察图像进行图像分析，并从观察图像中提取齿2的边缘。

在提取出来的齿2的边缘中，提取齿根当中在从齿面21向齿厚方向的内侧局部地凹陷的区域中的台阶23的下段部。从将齿面21向齿底20一侧延长的虚拟面中求出距离台阶23的低段部的最大距离。将该最大距离设为台阶23的深度d。

在提取出来的齿2的边缘中，沿着烧结齿轮1的外接圆的直径方向，求出从齿底20至齿面21的下端部为止的距离。将该距离设为台阶23的长度h。上述直径方向在图3中为纸面上下方向。

<车床痕迹>

对于车床痕迹，根据JIS B 0601(2001年)来测定算术平均粗糙度Ra。测定可以利用市售的表面粗糙度形状测定仪，例如“株式会社ミツトヨ”制造的SURFCOM 1400D-3DF。

(用途)

实施方式的烧结齿轮1可以用于进行动力传动的部件。特别是，实施方式的烧结齿轮1除了致密且强度优异以外，还是小型的。因此，实施方式的烧结齿轮1是高强度的、且有望实现小型/轻量化的齿轮，例如适用于汽车的变速器等。

(主要效果)

在实施方式的烧结齿轮1中，虽然相对密度高且致密，但是表面存在气孔11。代表性地，这样的烧结齿轮1可以通过后述的高密度成形法来制造，因此生产性优异。特别是，在实施方式的烧结齿轮1中，通过在表面的气孔11中所保持的润滑剂，可以减少与对方齿轮的烧接，从而耐久性优异。此外，烧结齿轮1致密，因此强度也优异。这样的烧结齿轮1可以长期良好地使用。

[烧结齿轮的制造方法]

实施方式的烧结齿轮1例如可以通过包括以下工序的烧结齿轮的制造方法，即高密度成形法来制造。

(第一工序)对原料粉末进行加压压缩，以制作相对密度为93％以上99.5％以下的压粉成形体。

(第二工序)对压粉成形体实施包括切齿加工的切削加工。

(第三工序)将压粉成形体烧结。将烧结温度设为低于液相温度。

通过使用相对密度为93％以上的致密的压粉成形体，即使烧结温度是低于液相温度这样的较低温度，也能够得到相对密度为93％以上99.5％以下的致密烧结材料。其理由是因为上述烧结材料可以代表性地维持压粉成形体的相对密度。另外，上述压粉成形体在0.5％以上7％以下的范围内包含气孔。但是，各气孔因加压压缩而变小。存在于表面上的各气孔也较小。当在上述较低温度下对包含小气孔的致密的压粉成形体烧结时，气泡不会排出而容易残留。但是各气孔依然保持较小。因此，得到包含小气孔的致密的烧结齿轮1。特别是，如下所述的那样，高密度成形法可以生产性良好地制造实施方式的烧结齿轮1。

(A)切齿加工等切削加工的加工时间短。

烧结前的压粉成形体比熔制材料和烧结材料的切削加工性更优异。因此，例如，与对熔制材料和烧结材料进行切齿加工的情况相比，对压粉成形体进行切齿加工等切削加工时可以增大进给量。致密的压粉成形体即使设定较大的进给量也难以产生裂纹，因此可以良好地实施切削加工。进给量越大，切齿加工的加工时间越短。特别是，与利用加工中心的情况相比，利用滚刀的切齿加工更容易增大进给量，或者更容易进行被切削材料的定位(setting)。因此，不利用加工中心，而利用滚刀的切齿加工容易进一步缩短加工时间。

(B)容易得到压粉成形体。

如果被切削材料是压粉成形体，则压粉成形体例如可以为圆筒体或圆柱体等简单形状的成形体。如果是简单形状，则容易高精度地形成致密的压粉成形体。如果压粉成形体是致密的，则在切削时难以产生缺损，从而容易提高成品率。另外，如果是简单形状，则即使不使成形压力过大也可以将压粉成形体成形，从而容易延长模具的寿命。进一步，如果是简单形状，则模具成本也会降低。

(C)由于烧结温度可以较低，因此可以减少热能。

(D)由于烧结温度可以较低，因此难以产生因热收缩引起的形状精度降低和尺寸精度降低。因此，容易得到形状精度和尺寸精度优异的烧结齿轮，从而容易提高成品率。

这里，作为由金属构成的齿轮的制造方法，可以列举出以下方法。

(1)对熔制材料实施切齿加工。

(2)对通过加压压缩而成形为齿轮形状的压粉成形体进行烧结。

(3)对压粉成形体烧结后进行锻造。

上述(2)、(3)的制造方法不进行切齿加工。

通过上述(1)的方法得到的齿轮的相对密度为100％、且表面实质上没有气孔。因此，无法期望通过上述气孔来保持润滑剂。

通过上述(2)的方法得到的齿轮的相对密度小于93％、且通常低至90％以下。因此，虽然该齿轮的表面和内部具有气孔，但气孔过多，强度变差。另外，该齿轮和通过(3)的方法得到的齿轮实质上不具有基于上述进给量的凹凸或基于车床痕迹的微小的凹凸。因此，无法期望通过上述凹部来保持润滑剂。此外，该齿轮的尺寸精度也变差。

通过上述(3)的方法得到的齿轮的相对密度为100％、且表面实质上没有气孔。因此，无法期望通过上述气孔来保持润滑剂和通过上述凹部来保持润滑剂。另外，该齿轮的尺寸精度也变差。

因此，烧结齿轮在表面上具有气孔、以及相对密度为93％以上99.5％以下可以认为是表示烧结齿轮是通过高密度成形法制造的指标之一。另外，烧结齿轮的任意剖面中的气孔较小可以认为是上述指标之一。

以下，按照工序进行说明。

(第一工序)

<原料粉末的准备>

原料粉末含有金属粉末。金属粉末优选由不太软且不太硬的金属构成。通过使金属粉末不太硬，容易通过加压压缩进行塑性变形。因此，容易得到相对密度为93％以上的致密的压粉成形体。通过使金属粉末不太软，容易得到相对密度为99.5％以下的压粉成形体，即包含气孔的压粉成形体。

原料粉末可以根据烧结材料的母相的组成而包含适当组成的金属粉末。另外，金属粉末的硬度可以根据金属粉末的组成来进行调整。为了调整金属粉末的硬度，可以列举出：调整上述组成、对金属粉末实施热处理、调整金属粉末的热处理条件等。金属粉末的组成可以参照上述[烧结齿轮]的(组成)一项。

例如，在制造母相由铁系材料构成的烧结齿轮的情况下，原料粉末包含铁系粉末。铁系材料为纯铁或铁基合金。特别地，如果铁系材料为铁基合金，则可以得到如上所述的高强度的烧结齿轮。铁系粉末例如可以通过水雾化法、气雾化法等来制造。

在制造母相由铁基合金构成的烧结齿轮的情况下，例如可以列举出以下原料粉末。

(1)原料粉末包含由铁基合金构成的第一合金粉末。构成第一合金粉末的铁基合金具有与构成烧结齿轮的母相的铁基合金相同的组成。

(2)原料粉末包含由铁基合金构成的第二合金粉末、和由预定元素构成的第三粉末。构成第二合金粉末的铁基合金含有构成烧结齿轮的母相的铁基合金所含有的添加元素当中的一部分添加元素。构成第三粉末的元素由上述添加元素当中的其余部分的各添加元素构成。即，第三粉末由元素单体构成。

(3)原料粉末包含纯铁粉末、上述第二合金粉末以及第三粉末。

(4)原料粉末包含纯铁粉末和第三粉末。在这种情况下，第三粉末由上述母相的铁基合金中的各添加元素构成。

例如，在烧结齿轮的母相是含有选自由Ni、Mo以及B构成的组中的1种以上的元素、和C，且余量由Fe和杂质构成的铁基合金的情况下，第二合金粉末可以列举出由以下铁基合金构成的粉末。铁基合金不含有C、含有选自上述组中的1种以上的元素、余量由Fe和杂质构成。作为该铁基合金的一个例子，可以列举出：含有0.1质量％以上2.0质量％以下的Mo和0.5质量％以上5.0质量％以下的Ni中的至少一种元素。第三粉末例如可以列举出碳粉或由选自上述组中的1种元素构成的粉末。

特别地，铁系材料的维氏硬度Hv可以列举为80以上200以下。由维氏硬度Hv为80以上的铁系材料构成的粉末不会过软。如果使用包含这样的铁系粉末的原料粉末，则可以得到如上所述的在特定范围内包含气孔的压粉成形体。由维氏硬度Hv为200以下的铁系材料构成的粉末不会过硬。如果使用包含这样的铁系粉末的原料，则可以得到如上所述的致密的压粉成形体。维氏硬度Hv可以为90以上190以下、进一步可以为100以上180以下、110以上150以下。在上述范围内含有Mo或Ni的铁基合金中，存在多种具有80以上200以下的维氏硬度Hv的组成。

原料粉末的大小可以适当地选择。上述合金粉末或纯铁粉末的平均粒径例如可以列举为20μm以上200μm以下、进一步可以列举为50μm以上150μm以下。除了碳粉末之外的第三粉末的平均粒径例如可以列举为1μm以上200μm以下左右。碳粉末的平均粒径例如可以列举为1μm以上30μm以下左右。这里粉末的平均粒径是由激光衍射粒度分布测定装置测定的体积粒度分布中的累积体积为50％的粒径(D50)。

<成形>

压粉成形体的相对密度越高，最终得到的烧结材料的相对密度越高，气孔越容易减少。另外，烧结材料中的气孔容易变小。从减少气孔的观点和减小气孔的观点来看，压粉成形体的相对密度可以为94％以上、进一步可以为95％以上、96％以上、96.5％以上、97％以上、98％以上。

另一方面，如果压粉成形体的相对密度低到一定程度，则成形压力也可以降低。因此，模具的寿命容易变长，从模具中容易取出压粉成形体，容易缩短脱模时间，从这些方面来看，量产性提高。从良好的量产性的观点来看，压粉成形体的相对密度可以为99.4％以下、进一步可以为99.2％以下。

代表性地，在压粉成形体的制造中可以利用具有能够单轴加压的模具的压制装置。模具的形状可以根据压粉成形体的形状来进行选择。与烧结材料的最终形状不同，压粉成形体的形状可以是如上所述的圆筒状或圆柱状等简单的形状。

可以在模具的内周面涂布润滑剂。通过润滑剂，容易抑制原料粉末烧接在模具上。因此，容易得到不仅形状精度和尺寸精度优异、而且致密的压粉成形体。润滑剂例如可以列举出高级脂肪酸、金属皂、脂肪酸酰胺、高级脂肪酸酰胺等。

成形压力越高，越容易得到致密的压粉成形体。成形压力例如可以列举为1560MPa以上。进一步，成形压力可以为1660MPa以上、1760MPa以上、1860MPa以上、1960MPa以上。

(第二工序：切削加工)

切削加工至少包括切齿加工。如上所述，特别是当利用滚刀进行切齿加工时，可以缩短加工时间，因此优选。切削加工可以为车削加工，也可以为铣削加工。

在进行切齿加工之前，优选对选自由压粉成形体的外周面、通孔的内周面、以及端面构成的组中的至少一处进行切削加工。实施了上述切削加工后的加工面的形状精度和尺寸精度优异。因此，能够将切削加工后的加工物高精度地定位在切齿装置上。其结果是，能够高精度地进行切齿加工，从而得到尺寸精度和形状精度优异的切齿加工品。进而，能够得到尺寸精度、形状精度优异的烧结齿轮。因此，容易提高成品率。更优选的是，对上述三处都进行切削加工。

上述切齿加工之前的切削加工可以利用车床加工等车削加工。在压粉成形体的外周面实施了车床加工的情况下，烧结齿轮的齿尖的外周面的至少一部分具有车床痕迹(参照图4)。在压粉成形体中设有通孔的情况下，烧结齿轮的内周面的至少一部分具有车床痕迹。在压粉成形体的端面实施了车床加工的情况下，烧结齿轮的端面的至少一部分具有车床痕迹(参照图5)。

(第三工序：烧结)

烧结温度和烧结时间可以根据原料粉末的组成等进行调整。在使用铁系粉末的情况下，烧结温度可以列举为1000℃以上且小于1300℃。烧结温度越低，热收缩量越容易减小。因此，容易得到形状精度和尺寸精度优异的烧结材料。从降低能量的观点和提高形状精度和尺寸精度的观点来看，烧结温度优选为1250℃以下、更优选小于1200℃。如果烧结温度为1050℃以上、进一步为1100℃以上，则容易缩短烧结时间。从降低能量及良好的精度与缩短烧结时间之间的平衡性的观点来看，烧结温度例如可以列举为1100℃以上且小于1200℃。烧结时间例如可以列举为10分钟以上150分钟以下。

烧结时的气氛例如可以列举出氮气气氛和真空气氛。真空气氛的压力例如可以列举为10Pa以下。如果是氮气气氛或真空气氛，则气氛中的氧浓度较低，从而压粉成形体和烧结材料难以氧化。

(其他工序)

在使用上述铁系粉末的情况下，高密度成形法也可以具备对通过第三工序所制作的烧结材料进行热处理的工序。例如，在使用上述铁系粉末的情况下，上述热处理可以列举出渗碳处理和淬火回火、渗碳淬火和回火等。上述热处理的条件可以根据烧结材料的组成进行适当地调整。上述热处理条件也可以参照公知的条件。

高密度成形法也可以具备对通过第三工序所制作的烧结材料进行精加工的工序。例如，可以列举出上述齿面的精加工。在使用带有突起的切削工具对齿面实施精加工的情况下，烧结齿轮在齿根上具有上述台阶(参照图3)。另外，精加工例如可以列举出研磨等。

本发明不限于这些示例，而是由权利要求书表示，并且意图包括与权利要求书同等的意义和范围内的所有变化。

符号的说明

1烧结齿轮、10母相、11气孔

2齿、2h通孔、20齿底、21齿面、22齿尖、23台阶

28内周面、29端面、200凹部、201凸部。

Claims (18)

1.一种烧结齿轮，其是环状的烧结齿轮，

具备由金属构成的组成，

表面上具有多个气孔，

相对密度为93％以上99.5％以下，

齿底具有周期性的凹凸形状，

所述凹凸形状的周期的长度为1mm以上。

2.根据权利要求1所述的烧结齿轮，其中，在齿根处具有从齿面向齿厚方向的内侧凹陷的区域。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的烧结齿轮，其中，在齿尖的外周面具有车床痕迹。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的烧结齿轮，其中，任意剖面中的气孔的平均截面积为500μm²以下。

5.根据权利要求3所述的烧结齿轮，其中，任意剖面中的气孔的平均截面积为500μm²以下。

6.根据权利要求1、权利要求2、权利要求5中任意1项所述的烧结齿轮，其中，任意剖面中的气孔的平均周长为100μm以下。

7.根据权利要求3所述的烧结齿轮，其中，任意剖面中的气孔的平均周长为100μm以下。

8.根据权利要求4所述的烧结齿轮，其中，任意剖面中的气孔的平均周长为100μm以下。

9.根据权利要求1、权利要求2、权利要求5、权利要求7、权利要求8中任意1项所述的烧结齿轮，其中，任意剖面中的气孔的最大直径的平均值为5μm以上30μm以下。

10.根据权利要求1、权利要求2、权利要求5、权利要求7、权利要求8中任意1项所述的烧结齿轮，其中，任意剖面中的气孔的最大直径的最大值为30μm。

11.根据权利要求9所述的烧结齿轮，其中，任意剖面中的气孔的最大直径的最大值为30μm。

12.根据权利要求1、权利要求2、权利要求5、权利要求7、权利要求8、权利要求11中任意1项所述的烧结齿轮，其中，位于所述烧结齿轮的轴方向的端部的两个端面当中的至少一个所述端面具有车床痕迹。

13.根据权利要求9所述的烧结齿轮，其中，位于所述烧结齿轮的轴方向的端部的两个端面当中的至少一个所述端面具有车床痕迹。

14.根据权利要求1、权利要求2、权利要求5、权利要求7、权利要求8、权利要求11、权利要求13中任意1项所述的烧结齿轮，其中，所述金属为铁基合金。

15.根据权利要求9所述的烧结齿轮，其中，所述金属为铁基合金。

16.根据权利要求14所述的烧结齿轮，其中，所述铁基合金含有选自由C、Ni、Mo、Mn以及B构成的组中的1种以上的元素。

17.根据权利要求15所述的烧结齿轮，其中，所述铁基合金含有选自由C、Ni、Mo、Mn以及B构成的组中的1种以上的元素。

18.权利要求1至权利要求17中任意1项所述的烧结齿轮的制造方法，包括：

第一工序，其中对原料粉末进行加压压缩，以制作相对密度为93％以上99.5％以下的压粉成形体；

第二工序，其中对所述压粉成形体实施包括切齿加工的切削加工；以及

第三工序，其中将实施了所述切削加工的所述压粉成形体烧结，

所述切齿加工利用滚刀进行，

在所述第三工序中，将烧结温度设为低于液相温度的温度。