JP3178682B2 - 複合焼結部品の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、軸方向に形成された
複数のつば部外周がスプロケットやギャあるいはカム等
とされる複合焼結部品の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば図１に示すように、軸方向
に形成された複数のつば部５ａ，５ｂ外周がスプロケッ
トやギャあるいはカム等とされるような形状の焼結部品
は、一体形状に圧粉成形することが困難なため、筒状部
４を同心円で内外に２分割して圧粉体を金型から抜き出
せる形状としてそれぞれを成形し、それら各部分を焼結
に先立って嵌合し、これを焼結により生じる膨脹，収縮
の差あるいは部材２，３間の拡散などを利用して一体化
して作製する方法などが採用されている。

【０００３】そして、このような焼結複合部品の接合強
度を向上する手段としては、例えば鉄系焼結合金を例に
すると、次のような手段が提案されている。

【０００４】すなわち、特公昭６２−５７６８２号公報
などに開示されているように、圧粉体の軸部材と外部材
との嵌め合い寸法差を特定量の締まり嵌め状態にするも
のや、特公昭６２−３５４４２号公報に開示されている
ように、膨脹および収縮を利用するものとして軸部材に
炭素を添加するとともに炭素量を外部材より０．２％以
上多くするものや、特公昭６３−１５９６１号公報に開
示されているように、嵌合面の粗さによるものとして圧
粉体である両部材を形成する鉄粉の重量比５０％以上を
還元鉄粉とするものなどが提案されている。

【０００５】また、特開昭６４−１１９１３号公報に開
示されているように、拡散促進を利用するものとして銅
粉や黒鉛粉などからなる拡散促進元素を両部材に添加す
るもの等があり、さらに嵌合接触面積を増加させて結合
力を増大させるものとしては、特公昭６１−２７４４１
号公報や特開平１−１５６４０６号公報に開示されてい
るように、分割面の一方に凹部をまた他方に上記の凹部
と嵌合する凸部を形成しておき焼結時の膨脹または収縮
の差により結合力を得るもの等がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したよ
うに筒状部４の軸方向につば状のスプロケットやギャア
等を備える複合焼結部品は、使用中に回転方向へ力が掛
かり分割面に剪断応力が掛かるので、これに耐え得る接
合強度が必要である。

【０００７】この場合、圧入代や膨脹あるいは収縮の差
および元素の拡散促進などを組み合わせることが有効で
あるが、信頼性をより高めるためには、さらに凹部と凸
部を設けて互いに嵌合させ接合面積を増加するという上
述した手段が有効な手段であると考えられる。

【０００８】しかしながら、この種の形状の複合焼結部
品は、焼結素材を同心円で内外に分割しその分割面に凹
部と凸部を設けて嵌合する方法を適用すると、焼結過程
の膨脹および収縮の不均質によると考えられる真円度の
悪化が認められる。

【０００９】この場合でも、単なる焼結体の場合はサイ
ジング等により矯正可能ではあるが、スプロケットやギ
ヤ等を有するような場合には歯部に高周波焼き入れなど
の熱処理を施すことが多く、熱処理歪みによる真円度の
悪化は手直しを必要とし製品歩留まり低下などの事態を
招くことになる。

【００１０】また、熱処理により外部材の凹凸嵌合部付
近の歯底に割れを生じ易いという問題がある。

【００１１】この発明は、このような事情に鑑みて成さ
れたものであり、その目的とするところは、つば部間の
回転トルクに耐えるとともに熱処理等の歪みの影響を受
けにくい複合焼結部品の製造方法を提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記のよう
な目的を達成するために、つば部を有する圧粉体製の軸
部材と、つば部を有する圧粉体製の外部材とを、互いの
つば部が対向するように嵌合するとともに両部材を嵌合
状態で焼結して一体化する複合焼結体の製造方法におい
て、上記軸部材または外部材のいずれか一方部材の嵌合
面の軸方向に沿って１本以上の凸条を形成し、かつ他方
部材の嵌合面には上記凸条と対応する位置に上記凸条と
幅方向において嵌合するとともにその高さ方向は凸条と
離隔するように形成された凹条および追加の凹条とを円
周上に等間隔となるように形成し、これら両部材を嵌合
した状態で焼結して互いの嵌合面を接合するとともに、
追加の凹条部は隙間となすことを特徴とする。

【００１３】

【００１４】この場合、隙間は追加の凹条部分だけとす
ることができる。また、軸部材および外部材の膨脹また
は収縮を利用するとか、拡散促進およびろう付けを付加
する等の手段は従来通り用いられる。

【００１５】一方部材に形成される凸条は１カ所でもよ
いが円周に均等間隔で２〜４本設けるのが好ましく、ま
た凸条と凹条は接合面として形成してもよいが凸条の高
さと凹条の深さの差（隙間）を設ける場合は、焼結によ
り凸条の頂が凹条の底に圧接されないように設定される
ことが好ましく、両者の差は数μｍ〜５００μｍ程度で
あればよい。

【００１６】また、凸条の高さは約１ｍｍ程度あれば十
分であり、これは嵌合する筒状部はさほど厚くないの
で、凸条の高さを余り高くすることは凹条の筒状部肉厚
を薄くすることになるためである。

【００１７】複数の凸条の幅は均等に形成してもよい
が、２つのつば部の歯数が奇数と偶数であるとか決めら
れた位相があるような場合には、１つの幅を広く形成し
ておくと組付け時の位相合わせに便利である。

【００１８】凸条と噛合わない他方部材の凹条は、一方
部材の円筒面と離隔するだけの深さ（隙間）を備えてい
ればよく、他方部材が軸側の場合は平面に形成すること
ができる。

【００１９】また、それぞれつば部を有する筒状の軸部
材と外部材を嵌合したときに対向する軸部材のつば部と
外部材の端面との少なくともいずれか一方に、一定間隔
毎で環状にもしくは環状に連らなる突起部を設けておく
と圧入嵌合するときに突起部が弱い圧力で変形または崩
壊するので、組立寸法が確保されるまで押圧すれば長さ
方向の目的寸法を精度よく確保することができる。

【００２０】つば部を有する軸部材とつば部だけの外部
材を組み合わせる場合は、外部材に凸条を設け、それと
係合する軸部材の凹条は外部材の軸方向固定位置に足り
るだけの長さに設定することにより、外部材の凸条端面
を軸部材の凹条端面に当接させてつば部間寸法を決定す
ることができる。

【００２１】これらは、軸部材が１個で外部材が２個以
上ある場合、また軸部材を両端に形成して外部材でこれ
らを連結する場合も同様である。

【００２２】

【作用】この発明によれば、軸部材または外部材のいず
れか一方部材の嵌合面の軸方向に沿って１本以上の凸条
を形成し、かつ他方部材の嵌合面には凸条と対応する位
置に凸条と幅方向において嵌合するとともにその高さ方
向は凸条と離隔するように形成された凹条および追加の
凹条とを円周上に等間隔となるように形成し、これら両
部材を嵌合した状態で焼結して互いの嵌合面を接合する
とともに、追加の凹条部は隙間となすものであるから、
量産性よく複合焼結部品を作製することができる。

【００２３】また、作製された複合焼結部品における一
方部材の凸条が他方部材の凹条と全面接合され、または
凸条および凹条の側壁が係合されてキーの役割りを果た
し、回転方向の応力の一部を受けるので、円筒状接合面
の結合力が不十分でも使用中に高い回転トルクを与えら
れ、しかも両部材の組合わせ位相を容易に決定させられ
る。

【００２４】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。

【００２５】図１に示すような両端につば部５ａ，５ｂ
を有する焼結部品が試料である。

【００２６】主な寸法は、筒状部４の内径が３２ｍｍ、
外径が４４ｍｍ、肉厚は夫々６ｍｍ、全長は２４ｍｍで
ある。

【００２７】つば部５ａ，５ｂはスプロケットとして形
成され、軸部材２側は歯先円径１１２ｍｍで歯数３６
個、外部材３側は歯先円径７９ｍｍで歯数２５個であ
る。

【００２８】図１のＡ−Ａ線断面を示す図２のように、
軸部材２に凹条７ａ，７ｂを、また外部材３には凸条６
を形成する。凹条７ａと凸条６との組み付けの詳細は図
３に示すように行われ、凸条６の高さは１．５ｍｍで凹
条７ａの底面との隙間８ａは０．３ｍｍである。

【００２９】また、凸条６は２つのうち一方（図中の上
側）の幅を広くしてあり、両部材２，３の位相を容易に
決定できるようにしてある。

【００３０】なお、凹条７ａと凸条６の係合部９（図３
参照）の隙間は５μｍとした。凸条６と噛合わない２つ
の凹条７ｂの隙間も０．３ｍｍである。軸部材２の外径
寸法と外部材３の内径寸法は同一で、接合面１０を形成
するようにしてある。

【００３１】軸部材２と外部材３とは、その材料を鉄粉
に銅粉と黒鉛粉を添加した混合粉とする成形体で、軸部
材２の方が外部材３よりも黒鉛量を０．３％および銅量
を２％多くしてあるが、両部材２，３とも密度は６．７
ｇ／ｃｍ³である。

【００３２】また、軸部材２と外部材３を嵌合した際に
対向する軸部材２のつば部５ｂと外部材３の端面とに
は、図５のように環状に連なった突起部２０，２１を設
けてあり、軸方向に押圧したときに僅かの圧力で変形し
て組み付け全長寸法が調整できるようになっている。

【００３３】比較試料は上記の試料（図４（ａ）参照）
と概略同じであるが、異なる点は、２つの凸条６の高さ
を高く形成して隙間８ａが無くまた凸条６と噛み合わな
い２つの凹条７ｂが無い比較試料１（図４（ｂ）参照）
と、凹条７ａ，７ｂも凸条６も無い比較試料２（図４
（ｃ）参照）とである。

【００３４】各試料は軸部材２と外部材３を圧入して一
体とし、温度１１３０℃，還元性ガス雰囲気中で焼結さ
れる。

【００３５】また、内径にマンドレルを圧入して寸法矯
正した後、スプロケットを有するつば部５ａ，５ｂは高
周波加熱して焼き入れられる。

【００３６】表１は焼結体および熱処理品の内径真円
度、焼き割れの有無、および熱処理品の破壊荷重を測定
した結果を示したものである。

【００３７】この場合、真円度は５０個ずつ測定した最
大値および最少値で示してある。また、焼き割れの有無
は各１００個を観察して割れを認めた個数を示してい
る。

【００３８】さらに、破壊荷重は熱処理品の内径に軸棒
を挿入するとともに軸部材２のつば部５ｂを固定し、外
部材３のつば部５ａに回転トルクを加えたときの破壊荷
重を３０個ずつ測定した最大値と最少値で示している。

【００３９】

【表１】

【００４０】同表からも明らかなように、凹条７ａ，７
ｂも凸条６も無い比較試料２は、真円度は良い結果を示
しているが、破壊荷重の低いものが発生している。

【００４１】比較試料１は、凹条７ａと凸条６の嵌合に
よる接触面積増加と凸条６の係合により破壊荷重は高い
水準にあるが真円度が悪く、また焼き割れが認められ
る。

【００４２】一方、この発明に係る方法で作製された試
料は、真円度は比較試料２に及ばないが破壊荷重が高く
複合焼結部品として良好であることが判る。

【００４３】次に、図６に示すものは、つば部が５ａ，
５ｂ，５ｃとして３個ある歯車の場合の断面図である。
このような形状のものに、この発明を適用した場合の実
施例を図７〜８に示す。

【００４４】この実施例によれば、軸部材２に凹条７を
４個形成してあり、また、つば部５ａ，５ｃを有する円
筒状の外部材は３ｂ，３ｂの２個として形成されてお
り、それぞれ内径部に凸条６が２個ずつ形成されてい
る。

【００４５】また、軸部材２のつば部５ｂの面および外
部材３ｂのつば部５ｃの面には環状の突起部２０が設け
られている。

【００４６】このような各部材２，３ｂ，３ｂを、図７
に示すように両外部材３ｂ，３ｂの凸条６を直交して軸
部材２に嵌合すると、図８に示すように軸部材２と両外
部材３ｂ，３ｂは２個の凸条６が隙間８ａを形成して凹
条７と係合し、残り２個の凹条７は隙間８ｂを形成す
る。

【００４７】次に、図９および図１０はさらに他の実施
例を示している。

【００４８】すなわち、図９は外部材３ｂ，３ｃはつば
部だけの形状とした場合で、この外部材３ｂ，３ｃの内
径部に凸条６がそれぞれ２個ずつ形成されている。

【００４９】一方、軸部材２は外部材３ｂの凸条６に対
応する凹条７が軸方向の途中まで形成されているととも
に、この凹条７と直交して外部材３ｃの凸条６に対応す
る凹条７ａ´が外部材３ｃの厚みを収納するのに必要な
軸方向距離だけ形成され、かつ凹条７ａ´より幅が狭い
凹条７ｂ´を上記凹条７と同じ長さまで延長してある。

【００５０】なお、それぞれの凸条６と凹条７，７ａ´
とは接合面になるように寸法を調整してある。

【００５１】したがって、軸部材２に外部材３ｂおよび
３ｃを順に接着すると、外部材３ｂの凸条６の端面は軸
部材２の凹条７の端面に当接し軸方向の位置が決定され
る。

【００５２】外部材３ｃも同様に凸条６の端面が凹条７
ａ´と７ｂ´との段部端面に当接し、軸方向の位置が決
定される。

【００５３】その他の構成は上記した実施例と同様であ
り、隙間８ａは外部材３ｂでは凹条７により、また外部
材３ｃでは凹条７ａ´により形成される。

【００５４】一方、図１０は筒状部の一端にそれぞれつ
ば部５ａ，５ｂを有する２個の軸部材２ａ，２ｂと、こ
れらを連結するための筒状部の中間につば部５ｃを有す
る外部材３から構成される実施例を示している。

【００５５】各軸部材２ａ，２ｂの嵌合面には凸条６が
２個形成されており、外部材３の内径部には上記凸条６
と係合し隙間８ａを形成する凹条７ａ、および直交して
隙間８ｂを形成する凹条７ｂを設けてある。

【００５６】また、外部材３の筒状部における端面外周
には軸方向の位置調整が容易にできるように突起部２１
を設けてあり、その他の構成および手順は上記した実施
例と同様である。

【００５７】このように、この発明による複合焼結部品
は、一方部材の凸条６は他方部材の凹条７，７ａ等と全
面接合または凸条６と凹条７，７ａ等の側壁が係合し
て、キーの役割を果して回転方向の応力の一部を受ける
から、円筒接合面の結合力が不十分でも使用中に高い回
転トルクを与えることができる。また、両部材の組合わ
せ位相を容易に決定することができる。

【００５８】その他の凹条７ｂと一方部材の円筒面間に
形成される隙間８ｂ、および一方部材の凸条６の頂部と
凸条６と噛み合う凹条７，７ａの底面間の隙間８ａは、
嵌合面の円周にほぼ均等距離に形成され、近傍の両部材
の歪み変形を吸収し、部品の真円度を良好にするととも
に焼き入れ応力の集中を緩和して部材に焼き割れを生じ
難くする。

【００５９】さらに、隙間８ａ，８ｂは焼結過程で部材
中の成形潤滑剤の溶融液または気散の通路になり、脱ワ
ックスを良好にする。したがって、一層の接合強度を必
要とする場合には、ろう材９をこの隙間８ａ，８ｂに流
入させるようにすれば、軸方向を満遍なくろう付けする
ことができ、また接合部品の側端面を摺動面として用い
る場合には、上記の隙間８ａ，８ｂは潤滑油などの流路
となり、摺動面の潤滑性を向上させることとなる。な
お、この潤滑性を図１１により具体的に説明する。

【００６０】同図は、この発明により作製された複合焼
結部品であるダブル・フランジド・スプロケット３０を
自動車エンジンのカムシャフト３１に取付けた状態を示
すもので、カムシャフト３１はツインの場合で、例えば
大きいスプロケット３０ａはクランク軸スプロケットの
回転をチエンで伝達してカムシャフト３１を回転し、小
さいスプロケット３０ｂは図示しないが他方のカムシャ
フトのスプロケットを回転する。３１ａはカムであり、
３２はボルトである。

【００６１】そして、カムシャフト部分と同様にチエン
スプロケット部分にも従来から給油手段を備えてあり潤
滑しているのであるが、この発明に係るダブルフランジ
スプロケット３０の場合には、隙間８ａまたは８ｂが設
けられているので、一方のスプロケット側に給油するだ
けで他方のスプロケット側にも隙間を経由して給油する
ことができるとともに、このようにして給油系を簡略化
することができる。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る製
造方法は、複合焼結部品の作製に際し通常の焼結部品と
同様に量産性を有しており、しかも接合面の機械的強度
が高く回転トルクに対する耐久性を有するとともに、寸
法精度も良好で、熱処理するものにあっては焼き割れを
発生しにくくすることができるので、例えば自動車等に
用いられるダブル・フランジド・スプロケット等のよう
な機械要素の製造に適用すれば、潤滑性に優れ高品質な
部品を得ることができ、この種の形状の各種焼結部品に
利用を拡大することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の対象となる焼結部品の説明用断面
図。

【図２】図１中のＡ−Ａ線断面図。

【図３】図２中の凸条係合部の詳細を説明する要部拡大
断面図。

【図４】この発明に係る試料と比較試料との接合構造を
対比した断面図。

【図５】軸部材と外部材との端面係合部を示す要部拡大
断面図。

【図６】３個のつば部を有する焼結部品の説明用断面
図。

【図７】図６に示した焼結部品における各部材の分解斜
視図。

【図８】図６に示した焼結部品の接合構造を説明する断
面図。

【図９】３個のつば部を有する焼結部品の他の実施例を
示す分解斜視図。

【図１０】２個の軸部材と１個の外部材からなる焼結部
品の実施例を示す分解斜視図。

【図１１】この発明により作製された複合焼結部品であ
るダブル・フランジド・スプロケットの一例を示す説明
図。

【符号の説明】

２ 軸部材 ３ 外部材 ５ａ，５ｂ，５ｃ つば部 ６ 凸条 ７ａ，７ｂ 凹条 ８ａ，８ｂ 隙間 ２０ 突起部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上野 太郎 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日 産自動車株式会社内 (72)発明者 岸 雄治 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日 産自動車株式会社内 (72)発明者 今里 博正 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日 産自動車株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−33302（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22F 7/06

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 つば部を有する圧粉体製の軸部材と、つ
   ば部を有する圧粉体製の外部材とを、互いのつば部が対
   向するように嵌合するとともに両部材を嵌合状態で焼結
   して一体化する複合焼結体の製造方法において、 上記軸部材または外部材のいずれか一方部材の嵌合面の
   軸方向に沿って１本以上の凸条を形成し、かつ他方部材
   の嵌合面には上記凸条と対応する位置に上記凸条と幅方
   向において嵌合するとともにその高さ方向は凸条と離隔
   するように形成された凹条および追加の凹条とを円周上
   に等間隔となるように形成し、これら両部材を嵌合した
   状態で焼結して互いの嵌合面を接合するとともに、追加
   の凹条部は隙間となすことを特徴とする複合焼結部品の
   製造方法。