JP2016172931A - 機械部品およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】機械的強度等に優れた機械部品を低コストに量産可能とする。
【解決手段】モリブデンを含む鉄系合金粉末を主原料とし、これに０．１〜０．８質量％の炭素粉末を配合した原料粉末１０の圧粉体を焼結した焼結体からなるギヤ１（機械部品）である。このギヤ１は、焼結後の熱処理により形成された硬化層を有しており、真密度比が９７％以上１００％未満とされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、機械部品およびその製造方法に関し、特に、焼結金属製の機械部品およびその製造方法に関する。

例えば、動力伝達用途に用いられる機械部品（動力伝達部品）や、ポンプ等において圧力を受ける部位に用いられる機械部品（受圧部品）には、特に高い機械的強度、耐摩耗性、耐疲労強度等が必要とされる。そのため、この種の機械部品は溶製材で形成されるのが一般的である。しかし、溶製材から、高精度でかつ上記の各種要求特性を満足する機械部品を得るには多くの加工工程が必要で、しかも多くの材料ロスが発生する。従って、溶製材を加工して得られる機械部品は総じてコスト高となり易い。そこで、近時においては、上記のような機械部品を焼結金属（焼結材）で作製する試みが種々なされている。

例えば、本出願人は、下記の特許文献１において、鉄を主成分とする微粉末の造粒粉を圧粉・焼結した焼結材からなり、さらにこの焼結材に熱処理（焼入れ焼戻し処理）を施してなる機械部品（動力伝達部品）を提案している。特許文献１の機械部品の基材として用いられる焼結材は、（１）微粉末を適度な粒径に造粒した造粒粉を主原料として作製されるため、微粉末を用いているにもかかわらず成形金型内での流動性、ひいては成形性が向上すること、および（２）微粉末を造粒してなる造粒粉はその表面積が大きくなるため、隣接する造粒粉との焼結性が向上すること、などの理由から、一般的な焼結材に比して高密度（真密度比が８５％以上）となる。そのため、この焼結材からなる機械部品は、一般的な焼結材からなる機械部品に比べ、機械的強度や耐摩耗性等が高められる。また、特許文献１の焼結材は、造粒粉を主原料とした原料粉末を用いる以外は、一般的な焼結材と同様の工程を経ることによって製造可能である。以上から、特許文献１の構成を採用すれば、高精度で、機械的強度や摩耗性等の各種要求特性が高められた機械部品を、比較的低コストに得ることが可能になるものと考えられる。

特開２０１１−９４７８９号公報

しかしながら、特許文献１の焼結材からなる機械部品は、その真密度比が８５％以上とされるため、溶製材からなる機械部品と比べると機械的強度や耐摩耗性等の点では依然として大きく劣っている。そのため、用途が限定的にならざるを得ない。また、特許文献１の構成上、所望の機械部品を安定的に製造（量産）可能とするには高品質の造粒粉を作製（準備）することが必要不可欠となるが、高品質の造粒粉を安定的に得るには多大な手間とコストを要する。そのため、特許文献１の構成では、期待されるほどのコスト低減効果を得ることができず、むしろ機械部品の高コスト化を招来する場合がある。

このような実情に鑑み、本発明の課題は、低コストに量産可能でありながら、機械的強度や耐摩耗性等に優れた焼結金属製の機械部品を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明では、モリブデンを含む鉄系合金粉末を主原料とし、これに０．１〜０．８質量％の炭素粉末を混合した原料粉末の圧粉体を焼結した焼結体からなり、少なくとも熱処理により形成された硬化層を有し、真密度比が９７％以上１００％未満であることを特徴とする機械部品を提供する。
ここでいう真密度比は、以下に示す計算式で示される。
真密度比＝（焼結体からなる機械部品全体の密度／真密度）×１００[％]
なお、上式における“真密度”とは、溶製材のように素材内部に空孔が存在しない材料の理論密度を意味する。また、上式における“焼結体からなる機械部品全体の密度”は、例えばＪＩＳ Ｚ２５０１に規定された方法により測定される。

また、上記課題を解決するため、本発明では、真密度比が９７％以上１００％未満の焼結体からなる機械部品を製造するための方法であって、モリブデンを含む鉄系合金粉末を主原料とし、これに０．１〜０．８質量％の炭素粉末を配合した原料粉末を成形金型で圧縮成形することにより、圧粉体を得る圧縮成形工程と、圧粉体を鉄系合金粉末の焼結温度以上で加熱して焼結体を得る焼結工程と、焼結体に熱処理を施して硬化層を形成する熱処理工程と、を備える機械部品の製造方法を提供する。

上記のように、本発明に係る焼結金属製の機械部品は、その真密度比が９７％以上１００％未満（密度に換算すると、概ね７．６ｇ／ｃｍ³以上７．８ｇ／ｃｍ³未満）と溶製材に近似する程度にまで高密度化されている。そのため、機械的強度、耐摩耗性および疲労強度等に優れた特性を示すものとなる。

このような高密度・高強度の焼結金属製の機械部品は、本願発明者らが鋭意検討を重ね、焼結後の熱処理により形成された硬化層を有する焼結体（焼結材）を用いることに加え、材料面において、（１）原料粉末を構成する主粉末として、モリブデンを含む鉄系合金粉末を選択使用したこと、および（２）原料粉末に占める炭素粉末の配合割合を０．１〜０．８質量％と一般的な焼結金属よりも少なくしたことによって得られることを見出した。すなわち、上記（１）を採用すれば、圧縮成形性と焼結性の向上が図られ、また上記（２）を採用すれば、粉末間における潤滑性、および熱処理性（焼結後の熱処理性）を確保しつつも、低比重の炭素配合量が減る分、圧縮成形性が一層向上し、高密度化が達成される。

その一方、本発明に係る焼結金属製の機械部品を得るための原料粉末として、上記の鉄系合金粉末を主原料とし、これに炭素粉末を適量配合したものを使用したので、原料粉末を準備・生成する過程で特許文献１のような造粒処理という煩雑な処理を実行する必要がなくなる。そのため、特許文献１の構成に比べ、製造コストを大幅に低減することができる。以上のことから、本発明によれば、低コストに量産可能でありながら、機械的強度や耐摩耗性等に優れた焼結金属製の機械部品を得ることが可能となる。

なお、上述した熱処理の手法に特段の制約はなく、浸炭焼入れ、ずぶ焼入れ、高周波焼入れ等、公知の焼入れ法を適宜選択し得る。但し、当該機械部品に高い靭性を併せて付与するため、焼入れ後の焼戻しを併せて実行するのが好ましい。

上述した本発明の製造方法において、圧縮成形工程では、成形金型の成形面に固体潤滑剤を付着させた状態で原料粉末を圧縮成形しても良く、またこれに加え、もしくはこれに替えて、原料粉末として固体潤滑剤が添加されたものを使用しても良い。このようにすれば、原料粉末と成形金型間の潤滑性や、粉末間の潤滑性が向上するので、高密度の圧粉体、ひいては高強度の焼結金属製の機械部品を得る上で有利となる。なお、原料粉末として、固体潤滑剤を添加したものを使用する場合、圧粉体の高密度化を図る観点から言えば、固体潤滑剤の添加量はできるだけ少なくするのが好ましい。具体的には、原料粉末の質量を１００％としたとき、外付けで０．１質量％以下とするのが好ましく、０．０５質量％以下とするのが一層好ましい。

成形金型の成形面に固体潤滑剤を付着させた状態で原料粉末を圧縮成形する場合、および／又は、原料粉末として固体潤滑剤を配合したものを使用する場合、成形金型を加熱（好ましくは固体潤滑剤の融点以上に加熱）した状態で、原料粉末を圧縮成形するのが好ましい。潤滑成分を効率良く拡散・浸透させることが可能となるので固体潤滑剤の使用量（配合量）を減じることができ、高密度の圧粉体、ひいては高強度の機械部品を低コストに得易くなる。

上記構成の機械部品は、他領域よりも多孔質組織が緻密化された緻密層が、硬化層の少なくとも一部に設けられたものとすることができる。このようにすれば、機械部品の更なる高密度化・高強度化を実現することができる。

なお、このような機械部品は、焼結工程と熱処理工程との間に、焼結体に塑性加工を施す塑性加工工程を設けることによって得ることができる。塑性加工工程で実行する塑性加工としては、例えば転造を採用することができるが、どのような加工法を採用するかは、機械部品の形状等に応じて適宜選択される。どのような加工法を採用するにしても、塑性加工を冷間で実行するようにすれば、塑性加工を温間あるいは熱間で実行する場合に比べ、被加工部の精度および密度（強度）を効率良く高めることができる。

上記構成の機械部品は、表面から芯部（厚さ方向の中央部）に向けて硬度が徐々に低下したものとすることができる。このようにすれば、機械部品に靭性をもたせることができるので、機械部品の耐久寿命を向上することができる。

上記構成の機械部品において、原料粉末を構成する鉄系合金粉末としては、原料粉末の質量を１００としたとき、０．２〜０．８質量％のモリブデンを含むものを使用することができる。また、鉄系合金粉末としては、原料粉末の質量を１００としたとき、さらに、０．２〜０．８質量％のニッケル（Ｎｉ）を含むものを使用することもできる。また、原料粉末には、さらに、クロム（Ｃｒ）粉末、硫化マンガン（ＭｎＳ）粉末等を配合することもできる。

以上で示した本発明は、例えば、ギヤやカム等の機械部品を焼結金属で形成する際に好ましく適用することができる。もちろん、本発明は、ギヤやカム等に限らず、その他の機械部品（例えば軸受）を焼結金属で形成する際にも好ましく適用することができる。

以上に示すように、本発明によれば、機械的強度や耐摩耗性等に優れた特性を示す焼結金属製の機械部品を低コストに量産することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る機械部品としてのギヤの斜視図である。 図１中に示すＸ部の拡大断面図である。 図１に示すギヤの製造手順を示すブロック図である。 圧縮成形工程の初期段階を示す概略断面図である。 圧縮成形工程の途中段階を示す概略断面図である。 塑性加工工程の一実施形態を示す要部拡大図である。 塑性加工に伴って焼結体の形状が変化する様子を模式的に示す図である。 塑性加工の実行前における焼結体の硬度の実測結果、および塑性加工の実行後における焼結体の硬度の実測結果を示した図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１に、本発明の一実施形態に係る機械部品の斜視図を示し、図２に、図１中のＸ部拡大断面図（軸直交平面における拡大断面図）を示す。図１に示す機械部品は、例えば自動車のトランスミッションに組み込んで使用されるギヤ（トランスミッション用ギヤ）１であり、外周部に沿って歯面２が設けられた大径環状部３と、当該ギヤ１を図示しない回転軸に取り付けるための取り付け孔を有する小径環状部４と、大径環状部３および小径環状部４を連結する複数の連結部５とを一体に備えている。

このギヤ１は焼結金属で形成され、真密度比は９７％以上１００％未満とされる。ギヤ１の全域には、焼結後の熱処理により（焼結体に熱処理を施すことにより）形成された硬化層（表面硬化層）８が設けられている。また、ギヤ１のうち、歯面２の形成領域（大径環状部３の外周部）には、図２に示すように、他領域よりも多孔質組織が緻密化された緻密層７が設けられている。緻密層７および硬化層８の形成方法については後段で詳述するが、緻密層７は焼結体の外周部に塑性加工を施すことにより形成され、硬化層８は、塑性加工後（緻密層７の形成後）に焼結体に熱処理を施すことで形成される。すなわち、硬化層８は緻密層７を含んで形成されている。かかる構成から、緻密層７は、硬化層８よりも高硬度とされる。また、ギヤ１の各部３〜５の硬度は、表面が最も高く、芯部（厚さ方向の中央部）に向けて徐々に低下している。従って、歯面２の機械的強度や耐摩耗性等は、ギヤ１を構成する各部のうちで最も高められている。

上記構成を具備する機械部品としてのギヤ１は、図３に示すように、原料粉末準備工程Ｓ１、圧縮成形工程Ｓ２、焼結工程Ｓ３、塑性加工工程Ｓ４、および熱処理工程Ｓ５を順に経て製造される。以下、各工程について順に説明する。

原料粉末準備工程Ｓ１では、ギヤ１の成形用材料としての原料粉末１０（図５参照）が準備・生成される。原料粉末１０として、ここでは、モリブデン（Ｍｏ）およびニッケル（Ｎｉ）を含む鉄系合金粉末を主原料（主粉末）とし、これに炭素（Ｃ）粉末を適量配合したものが使用される。上記の鉄系合金粉末としては、モリブデン、ニッケルおよび鉄（Ｆｅ）の部分化合金粉又は完全合金粉を使用する。原料粉末１０に占める各元素の割合は、原料粉末１０の質量を１００としたとき、モリブデン：０．２〜０．８質量％、ニッケル：０．２〜０．８質量％、炭素：０．１〜０．８質量％とし、残部を鉄（および不可避的不純物）とする。ここでは、モリブデン、ニッケルおよび炭素の配合割合をそれぞれ０．５質量％とし、残部を鉄（および不可避的不純物）としたものが使用される。

鉄系合金粉末としては、コスト面や圧縮成形性を考慮し、平均粒径が４０〜１５０μｍのものを使用する。すなわち、平均粒径が４０μｍを下回るような小粒径の鉄系合金粉末は、高価であることに加え、流動性が悪く圧縮成形性が低下する。一方、平均粒径が１５０μｍを上回るような大粒径の鉄系合金粉末を使用すると、粉末間に大きな空孔が形成され易く、高密度の圧粉体を得ることが難しくなる。

原料粉末１０には、ステアリン酸亜鉛や二硫化モリブデン等の固体潤滑剤を一種又は二種以上添加（外付けで配合）しても良い。本実施形態では、原料粉末１０の質量を１００としたとき、０．０５質量％未満のステアリン酸亜鉛を原料粉末１０に添加している。

次に、圧粉成形工程Ｓ２では、図４および図５に示すような成形装置１１を使用して上記の原料粉末１０を圧縮成形することにより、図１に示すギヤ１に近似した形状（略完成品形状）の圧粉体を得る。成形装置１１は、主要な構成として、同軸配置されたコア１３、上下パンチ１４，１５およびダイ１６を有する成形金型１２と、ダイ１５（成形金型１２）を加熱するヒータ１７と、成形金型１２のキャビティ１２ａに固体潤滑剤１９を噴射するための潤滑剤噴射ノズル１８とを備え、成形金型１２は、例えばサーボモータを駆動源としたＣＮＣプレス機（図示せず）にセットされている。また、図示は省略するが、原料粉末１０の充填性を高めるために、成形金型１２に振動を付与する振動付与装置を設けても良い。

上記構成の成形装置１１において、まず図４に示すように、コア１３と上パンチ１４の間に配置した潤滑剤噴射ノズル１８から、キャビティ１２ａに向けて固体潤滑剤１９を噴射し、固体潤滑剤１９をキャビティ１２ａの画成面（コア１３の外径面１３ａ、下パンチ１５の上端面１５ａおよびダイ１６の内径面１６ａ）に付着させる（図５中の拡大図を参照）。固体潤滑剤１９としては、原料粉末１０に添加した固体潤滑剤と同種の潤滑剤、もしくは異種の潤滑剤の何れを使用しても良く、また、一種のみならず、二種以上を混合して使用しても良い。ここでは、原料粉末１０に添加した固体潤滑剤と同種の固体潤滑剤１９、すなわちステアリン酸亜鉛を使用する。

上記のようにしてキャビティ１２ａの画成面に固体潤滑剤１９を付着させた後、潤滑剤噴射ノズル１８を後退移動させると共に、キャビティ１２ａ内に原料粉末１０を投入・充填する。次いで、上パンチ１４を下パンチ１５に対して相対的に接近移動させ、キャビティ１２内に充填された原料粉末１０を例えば８００〜１１００ＭＰａの加圧力で加圧し、圧粉体を成形する。そして、上パンチ１４を上昇移動させると共に、下パンチ１５を上昇移動させ、圧粉体をキャビティ１２ａ外に排出する（圧粉体を離型する）。

ここで、上述した圧粉体の成形プロセスのうち、少なくとも、キャビティ１２ａへの原料粉末１０の充填〜圧粉体の成形完了までの間、ヒータ１７を作動させてダイ１６（成形金型１２）を加熱する。すなわち、成形金型１２を加熱した状態でキャビティ１２ａに充填された原料粉末１０を圧縮成形することにより、圧粉体を得る。ヒータ１７によるダイ１６の加熱は、ダイ１６の温度が７０℃以上、より好ましくは固体潤滑剤１９の融点以上で、かつ１２０℃以下となるように行う。このようにすることにより、キャビティ１２ａの画成面に付着させた固体潤滑剤１９の潤滑成分を、原料粉末１０（圧粉体）とキャビティ１２ａの間、さらには原料粉末１０を構成する個々の粉末間に効率良く拡散・浸透させることが可能となる。そのため、ダイ１２ａの画成面に付着させる固体潤滑剤１９の量や、原料粉末１０への固体潤滑剤の添加量を減じても圧粉体の成形性や離型性が向上する。従って、高密度かつ高精度の圧粉体を成形する上で、ひいては高強度のギヤ１を得る上で有利となる。

なお、ヒータ１７によるダイ１６の加熱は、ダイ１６が常時上記温度範囲内に維持されるように行っても良い。また、本実施形態では、ダイ１６の内部に配置したヒータ１７によりダイ１６（成形金型１２）を加熱する、いわゆる内部加熱方式を採用したが、成形金型１２の外側に配置したヒータ等により成形金型１２を加熱する外部加熱方式を採用しても構わない。また、成形金型１２のキャビティ１２ａには、予め加温された原料粉末１０を充填するようにしても構わない。

以上のようにして得られた圧粉体は焼結工程Ｓ３に移送される。この焼結工程Ｓ３では、圧粉体を構成する鉄系合金粉末の焼結温度以上で圧粉体を加熱することにより、隣接する粉末同士を焼結結合させ、焼結体１’（図６参照）を得る。圧粉体が鉄系合金粉末を主原料とした原料粉末１０を圧縮成形したものであることから、酸素等の活性ガスが存在する雰囲気下で焼結を実行すると、圧粉体を構成する粉末が酸化し、焼結体１’、ひいてはギヤ１の機械的強度等に悪影響が及ぶおそれがある。そのため、この焼結工程Ｓ３では、不活性ガス雰囲気（例えば窒素ガス雰囲気）下に配置した圧粉体を１２００℃以上１３００℃以下（例えば１２５０℃）で所定時間加熱することにより焼結体１’を得る。加熱温度の下限値を１２００℃に設定したのは、これよりも低い温度（例えば、一般的な鉄系金属の焼結体を形成するための温度である１１２０℃）で圧粉体を加熱した場合、粉末同士を十分な結合強度でもって結合させることができないからである。また、加熱温度の上限値を１３００℃に設定したのは、強度向上効果が飽和するためである。なお、圧粉体の焼結は、上記のような不活性ガス雰囲気下ではなく、真空下で行うようにしても構わない。

以上のようにして得られた焼結体１’は塑性加工工程Ｓ４に移送される。この塑性加工工程Ｓ４では、焼結体１’に塑性加工を施すことにより、焼結体１’の外周部に仕上がり形状の歯面２を成形する。歯面２の成形は、例えば図６に模式的に示すような転造機２０を用いて行われる。転造機２０は、焼結体１’を回転可能に支持する支持軸２３と、支持軸２３の外径側に配置され、外周に歯面２成形用の型部を有する２つのローラダイス２１，２２とを備える。２つのローラダイス２１，２２は、支持軸２３（焼結体１’）を挟んで互いに対向する位置に配置されている。このような転造機２０において、ローラダイス２１，２２を、支持軸２３で回転可能に支持された焼結体１’の外周部に押し付けつつ回転（図示例では反時計回りに回転）させる。これにより、焼結体１’の外周部全周に亘って仕上がり形状の歯面２が成形される。なお、以上で述べた転造加工は、例えば、外周部に、インボリュート形状の歯部を連設して構成された歯面２’を有する焼結体１’（図７中の二点鎖線を参照）に対して施される。この場合、転造加工に伴って、歯面２’を構成する各歯部は、周方向に圧縮変形すると共に径方向に伸長変形し、図７中に実線で示す仕上がり形状の歯部に成形される。

また、これと同時に、焼結体１’外周部の多孔質組織が緻密化され、緻密層７（図２参照）が形成される。このように、多孔質組織が緻密化されて緻密層７が形成されることにより、応力集中源となる空孔が少なくなり、機械的強度、特に疲労強度に優れた歯面２が得られる。

以上で述べた転造加工（塑性加工工程Ｓ４）は、冷間、温間又は熱間の何れの温度領域で実行しても構わない。但し、歯面２の成形精度やローラダイス２１，２２の耐久寿命を高める観点から言えば、冷間で転造加工を実行するのが好ましい。

ここで、転造加工前後における焼結体１’外周部の硬度測定結果を図８に示す。図８からも明らかなように、転造加工後には、焼結体１’外周部の硬度が転造加工前に比べて大幅に高められる。特に、焼結体１’の表面付近の硬度が大幅に高められ、以降、焼結体１’の芯部（内部）に向かうにつれて硬度は徐々に低下し、所定の深さを超えると硬度はほぼ一定となる。

以上の各工程を経ることにより、真密度比が９７％以上１００％未満の焼結体１’、ここでは真密度比が９７％（密度換算すると、概ね７．６ｇ／ｃｍ³）の焼結体１’が形成される。

最後に、仕上がり形状の歯面２が成形された焼結体１’は熱処理工程Ｓ５に移送される。この熱処理工程Ｓ５では、上記の焼結体１’に熱処理が施され、焼結体１’の表層部全域に焼入れに伴う硬化層８（図２参照）が形成される。これにより、焼結体１’の機械的強度や耐摩耗性が全体的に高められ、特に焼結体１’のうち、緻密層７の形成領域の機械的強度や耐摩耗性は一層高められる。熱処理の手法に特段の制約はなく、浸炭焼入れ、ずぶ焼入れ、高周波焼入れ等、公知の手法を適宜採用し得るが、ここでは浸炭焼入れを採用する。なお、焼結体１’（ギヤ１）に、高い機械的強度等のみならず高い靭性を付与するため、焼入れ後には焼戻しを実行する。

以上で説明した各工程を経て、図１および図２に示す機械部品としてのギヤ１が完成する。なお、熱処理工程Ｓ５後には、焼結体１’（ギヤ１）の各部を一層高精度化するため、研削加工、研磨加工、ラップ加工、超仕上げ加工等の仕上げ加工を必要に応じて実行することも可能である。

以上で説明したように、本発明に係る焼結金属製のギヤ１は、その真密度比が９７％以上１００％未満（密度に換算すると、概ね７．６ｇ／ｃｍ³以上７．８ｇ／ｃｍ³未満）と溶製材に近似する程度にまで高密度化されている。そのため、ギヤ１は、機械的強度、耐摩耗性および疲労強度等に優れた特性を示すものとなる。

このような高密度・高強度の焼結体１’は、本願発明者らが鋭意検討を重ね、特に材料面において（１）原料粉末１０を構成する主原料として、モリブデンを含む鉄系合金粉末を選択使用したこと、および（２）原料粉末１０に占める炭素粉末の配合割合を０．１〜０．８質量％と一般的な焼結金属よりも少なくしたことにより実現される。すなわち、上記（１）を採用すれば、圧縮成形性と焼結性の向上が図られ、上記（２）を採用すれば、粉末間における潤滑性、および焼結後の焼入れ性を確保しつつも、低比重の炭素配合量が減る分、圧縮成形性が一層向上し、高密度化が達成される。

また、本発明に係るギヤ１は、焼結後の熱処理により形成された硬化層８を有することにより、高強度化が実現される。特に本実施形態では、熱処理としての浸炭焼入れ焼戻しを焼結体１’に施したので、ギヤ１の硬度は表面から芯部に向かうにつれて徐々に低くなる。従って、ギヤ１は高い靭性を併せて具備しており、耐久寿命や耐衝撃性に優れたものとなる。

その一方、ギヤ１を得るための原料粉末１０として、上記の鉄系合金粉末を主原料とし、これに炭素粉末を適量配合したものを使用したので、原料粉末１０を準備・生成する過程において特許文献１のような造粒処理という煩雑な処理を実行する必要がなくなる。そのため、特許文献１の構成に比べ、製造コストを大幅に低減することができる。以上のことから、本発明によれば、機械的強度、耐摩耗性、疲労強度等に優れると共に、高い靭性が付与された焼結金属製のギヤ１を低コストに量産することが可能となる。

以上、本発明の一実施形態に係る焼結金属製のギヤ１およびその製造方法について説明を行ったが、上記のギヤ１を製造するのに好適な原料粉末１０の組成は上述のものに限られない。

例えば、モリブデンを含む鉄系合金粉末（モリブデン−鉄の部分化合金粉末）を主原料とし、これに炭素粉末およびクロム（Ｃｒ）粉末を配合した原料粉末１０を使用することもできる。この場合、原料粉末１０の質量を１００としたとき、モリブデン、炭素およびクロムがそれぞれ０．２〜０．８質量％、０．１〜０．８質量％および０．５〜２．０質量％含まれ、残部が鉄（および不可避的不純物）となるように各粉末を配合する構成を挙げることができる。また、例えば、モリブデン及びニッケルを含む鉄系合金粉末（モリブデン−ニッケル−鉄の部分化合金粉末）を主原料とし、これに、炭素粉末および硫化マンガン（ＭｎＳ）粉末を配合した原料粉末１０を使用することもできる。この場合、原料粉末１０の質量を１００としたとき、モリブデン、ニッケル、炭素および硫化マンガンがそれぞれ０．２〜０．８質量％、０．２〜０．８質量％、０．１〜０．８質量％および０．５〜２．０質量％含まれ、残部が鉄（および不可避的不純物）となるように各粉末を配合する構成を挙げることができる。

また、以上で説明した実施形態では、焼結工程Ｓ３と熱処理工程Ｓ５との間に塑性加工工程Ｓ４を設け、この塑性加工工程Ｓ４で焼結体１’を仕上がり形状に成形すると共に、他領域よりも多孔質組織が緻密化されてなる緻密層７を形成するようにしたが、塑性加工工程Ｓ４は省略しても構わない。すなわち、圧縮成形工程Ｓ２で仕上がり形状の圧粉体を成形することができ、かつ、熱処理工程Ｓ５で硬化層８を形成するだけでも、真密度比が９７％以上１００％未満の焼結体１’を得ることができる場合には、塑性加工工程Ｓ４は省略することができる。

また、以上では、自動車のトランスミッション用ギヤに本発明を適用した場合について説明を行ったが、本発明は、各種機械装置に組み込んで使用されるギヤやカム（例えば、ベーンポンプ用のカム）等、その他の機械部品に適用することも可能である。特に、本発明に係る機械部品は、溶製材に近似する程度にまで高密度化された焼結体で形成され、高い機械的強度や耐摩耗性等を具備しながらも低コストに量産可能であることから、従来では溶製材で形成された機械部品からの置き換えが難しかった用途への適用を可能とし、各種機械装置の低コスト化に寄与することができる極めて有益なものである。

１ ギヤ（機械部品）
１’ 焼結体
２ 歯面
７ 緻密層
８ 硬化層
１０ 原料粉末
１２ 成形金型
１２ａ キャビティ
１７ ヒータ
１８ 潤滑剤噴射ノズル
１９ 固体潤滑剤
２０ 転造機
Ｓ１ 原料粉末生成工程
Ｓ２ 圧縮成形工程
Ｓ３ 焼結工程
Ｓ４ 塑性加工工程
Ｓ５ 熱処理工程

上記の課題を解決するため、本発明では、モリブデンを含む鉄系の部分化合金粉末を主原料とし、これに０．１〜０．８質量％の炭素粉末を配合した原料粉末の圧粉体を焼結した焼結体からなり、表層部に焼入硬化層を有し、真密度比が９７％以上１００％未満であることを特徴とする機械部品を提供する。
ここでいう真密度比は、以下に示す計算式で示される。
真密度比＝（焼結体からなる機械部品全体の密度／真密度）×１００[％]
なお、上式における“真密度”とは、溶製材のように素材内部に空孔が存在しない材料の理論密度を意味する。また、上式における“焼結体からなる機械部品全体の密度”は、例えばＪＩＳ Ｚ２５０１に規定された方法により測定される。

Claims (11)

1. モリブデンを含む鉄系合金粉末を主原料とし、これに０．１〜０．８質量％の炭素粉末を配合した原料粉末の圧粉体を焼結した焼結体からなり、焼結後の熱処理により形成された硬化層を有し、真密度比が９７％以上１００％未満であることを特徴とする機械部品。
2. 他領域よりも多孔質組織が緻密化された緻密層が、前記硬化層の少なくとも一部に設けられた請求項１に記載の機械部品。
3. 表面から芯部に向けて硬度が徐々に低下している請求項１又は２に記載の機械部品。
4. 鉄系合金粉末は、原料粉末の質量を１００としたとき、０．２〜０．８質量％のモリブデンを含むものである請求項１〜３の何れか一項に記載の機械部品。
5. 鉄系合金粉末は、原料粉末の質量を１００としたとき、さらに、０．２〜０．８質量％のニッケルを含むものである請求項１〜４の何れか一項に記載の機械部品。
6. 真密度比が９７％以上１００％未満の焼結体からなる機械部品を製造するための方法であって、
   モリブデンを含む鉄系合金粉末を主原料とし、これに０．１〜０．８質量％の炭素粉末を配合した原料粉末を成形金型で圧縮成形することにより、圧粉体を得る圧縮成形工程と、
   圧粉体を鉄系合金粉末の焼結温度以上で加熱して焼結体を得る焼結工程と、
   焼結体に熱処理を施して硬化層を形成する熱処理工程と、を備える機械部品の製造方法。
7. 圧縮成形工程では、前記成形金型の成形面に固体潤滑剤を付着させた状態で前記原料粉末を圧縮成形する請求項６に記載の機械部品の製造方法。
8. 前記原料粉末として、固体潤滑剤が添加されたものを使用する請求項６又は７に記載の機械部品の製造方法。
9. 前記成形金型を加熱した状態で、前記原料粉末を圧縮成形する請求項７又は８に記載の機械部品の製造方法。
10. 焼結工程と熱処理工程との間に、焼結体に塑性加工を施す塑性加工工程を設けた請求項６〜９の何れか一項に記載の機械部品の製造方法。
11. 前記塑性加工が転造加工である請求項１０に記載の機械部品の製造方法。

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