JP3462100B2 - 軸孔を有する焼結品およびその焼結品と軸部材との結合方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、粉末冶金法によっ
て製造される焼結品に係り、特に、軸孔を有し、その軸
孔に挿入される軸部材に結合されて用いられる板カムや
歯車等の回転部材を主とするもので、その焼結品および
その焼結品を軸部材に結合する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記板カムや歯車等の回転部材は、通
常、その回転中心の軸孔に挿入された回転軸に一体的に
結合されて、すなわち回り止めされて用いられる。回転
部材を回転軸に結合するには、軸孔の内周面に形成した
キー溝にキーを圧入したり、外周面から軸孔にわたって
形成したネジ孔にネジを締め込んだりする手段があり、
この場合、回転部材には、回転軸に対する結合用のキー
溝やネジ孔といった空所が予め形成される。ところで、
高い耐摩耗性や摺動潤滑性等が要求される回転部材の場
合、粉末冶金法による焼結品が多く用いられている。そ
の焼結品は、軸孔を形成するコアロッドが挿入された成
形型内のキャビティに原料粉末を充填し、原料粉末を成
形型およびコアロッドで拘束しながら押し型で圧縮して
圧粉体を成形し、次いで、成形型から取り出した圧粉体
を焼結し、必要に応じて熱処理するといった工程で製造
される。そして、前記キー溝やネジ孔を設ける手段とし
ては、製造後の焼結品に切削加工を施すことにより形成
する場合があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、高い耐摩耗
性や摺動潤滑性等が要求される回転部材の材質は、一般
に、高炭素鋼、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ等の炭化物生成元素
を含む合金鋼等の硬質合金であり、このような材質はき
わめて切削性が悪い。したがって、キー溝やネジ孔を焼
結後の後加工により形成するには、多大な手間がかかっ
たり工具が早期に摩耗したりして加工能率に劣り、結果
的に焼結品を軸部材に結合するには相当の困難が伴って
いた。よって本発明は、軸孔に挿入された軸部材に回転
部材である焼結品を容易に結合することができる軸孔を
有する焼結品およびその焼結品と軸部材との結合方法を
提供することを目的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の軸孔を有する焼
結品は、軸孔に軸部材が挿入され、かつ結合されるもの
であって、軸部材に結合するために利用される埋込部材
が、外面から軸孔に通じる部位に予め埋め込まれ、かつ
当該焼結品に焼結接合されていることを特徴としてい
る。また、本発明の軸孔を有する焼結品と軸部材との結
合方法は、上記焼結品の製造方法ならびに使用方法に係
り、軸孔を有する焼結品を、その外面から軸孔に通じる
部位に埋め込んだ埋込部材を利用して、軸孔に挿入した
軸部材に結合する方法であって、粉末を圧縮して焼結品
の素材となる圧粉体を成形する際に、前記部位に埋込部
材を予め埋め込んでおき、得られた圧粉体を焼結するこ
とにより埋込部材が焼結接合された焼結品を得、次い
で、この焼結品の軸孔に軸部材を挿入して所定位置に保
持し、次いで、埋込部材を、焼結品が軸部材に結合され
るよう作用させることを特徴としている。さらに、埋込
部材を焼結品が軸部材に結合されるよう作用させる代わ
りに、埋込部材をネジに加工し、このネジ孔にねじ込ん
だネジを軸部材に締め込むことを特徴としている。

【０００５】本発明の焼結品の具体例としては、前述し
た板カムや歯車等の回転部材が挙げられ、軸孔はその回
転中心に形成され、そこに回転軸等の軸部材が挿入され
て結合される。ここで、埋込部材は、前述したキーのよ
うにそのまま結合用部材として流用することができるも
のとされるか、あるいは、切削されてキー溝やネジ孔に
加工されるものとされる。埋込部材をそのまま結合用部
材として流用する場合には、埋込部材を外部から押圧あ
るいは打撃することにより、軸部材に対する接触面を圧
着させるか、さらにその接触面を軸部材に倣って変形さ
せて、両者を相対回転不能とする形態が挙げられる。埋
込部材を変形させるには、埋込部材を焼結品よりも硬度
が低い材料からなるものとすれば、変形させやすくなる
ので好ましい。

【０００６】本発明によれば、特に、埋込部材をキーの
ような結合用部材にそのまま流用することにより、従来
のようにキー溝を後加工で形成する工程が不要となる。
このため、焼結品を軸部材に結合させるために要する労
力や時間が大幅に削減され、結合作業の容易化が図られ
る。

【０００７】一方、埋込部材を切削してキー溝やネジ孔
等に加工し、別に用意したキーやネジにより焼結品を軸
部材に結合する場合には、埋込部材を、当該焼結品より
も硬度が低いか、または好切削性を有する材料からなる
ものとすればよい。これにより、従来のように焼結品自
体を切削するよりも切削しやすくなり、加工能率が高ま
り、結果的に結合作業の容易化が図られる。焼結品より
も好切削性を有する材料としては、例えば、焼結品が高
炭素鋼材料やＣｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ等の炭化物生成元素を
含む合金鋼等の硬質合金の場合には、これよりも軟らか
い純鉄や低炭素鋼材料等が好適である。

【０００８】さて、上記埋込部材は、本発明の焼結品の
素材となる圧粉体を成形する際に原料粉末中に予め埋め
込まれ、焼結工程において焼結品に焼結接合される。埋
込部材を切削してネジ孔に加工する場合には、焼結品を
得た後にその作業を行えばよい。埋込部材の焼結品に対
する接合力は、埋込部材が軸部材との結合用部材として
利用された後でも焼結品から抜けるおそれがないように
確保されていることが望ましい。そのためには、埋込部
材が焼結品と同様に焼結体であること、あるいは、焼結
品と埋込部材との接合面が互いに噛み合う凹凸面に形成
されていることが好ましい態様である。この場合、圧粉
体を成形する際の埋込部材は、圧粉体または焼結体が好
ましい。圧粉体の場合には、密度が低いと焼結品の素材
となる圧粉体を成形する際に大きく変形しやすく、焼結
した後の埋込部材の焼結品に対する接合力が高くなるの
で、特に好ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について説明する。（１）第１の実施形態 図１（ａ）、（ｂ）は、第１の実施形態に係る焼結品で
ある板カム１を示している。この板カム１は、回転中心
に軸孔２を有し、軸孔２に挿入される回転軸（軸部材）
９に、焼結品である埋込部材３によって結合される。埋
込部材３は、ピン状の円柱体であり、カムボトム１ａ面
から軸孔２にわたる肉部の厚さ方向中央部分に、径方向
に貫通して埋め込まれている。板カム１は硬質合金とさ
れ、その表面硬さは、例えば高炭素鋼やＣｒ、Ｍｏ、
Ｖ、Ｗ等の炭化物生成元素を含む低合金鋼等の硬質合金
の場合では、ＨＲＢ４０〜９５程度である。

【００１０】図２（ａ）〜（ｃ）は、板カム１の素材と
なる圧粉体１Ａを、成形装置により成形する工程を示し
ている。成形装置は、ダイ１０、上下のパンチ１１，１
２およびコアロッド１３を備えた単軸型である。ダイ１
０の内部には、軸孔２を形成するための丸棒状のコアロ
ッド１３が縦方向に移動可能に挿入され、さらに、上下
のパンチ１１，１２がダイ１０とコアロッド１３に対し
摺動しながら縦方向に移動可能に挿入されるようになっ
ている。ダイ１０、上下のパンチ１１，１２およびコア
ロッド１３により、板カム１の形状に応じたキャビティ
１４がダイ１０の内部に形成されるようになっている。

【００１１】次に、上記成形装置により、圧粉体１Ａを
成形する工程を説明する。まず、図２（ａ）に示すよう
に、キャビティ１４内に、埋込部材３を所定部位に埋め
込んだ状態で原料粉末Ｐを充填する。埋込部材３は、圧
粉体１Ａが焼結された板カム１よりも硬度が低く、かつ
好切削性を有する材料が用いられことが好ましい。この
ようなものとしては、低炭素量の引き抜き鉄線を切断し
たもの、純鉄粉または純鉄粉に切削性を向上させるエン
スタイト粉末を０．５重量％程度混合したものの圧縮成
形体等が好適である。後者の圧縮成形体の場合、その表
面硬さは、ＨＲＦ３０〜４０程度である。

【００１２】次いで、図２（ｂ）に示すように、上パン
チ１１を下降させ、かつ下パンチ１２を上昇させること
により、原料粉末Ｐをダイ１０およびコアロッド１３で
拘束しながら縦方向に所定圧力で圧縮し、圧粉体１Ａを
成形する。この後、上パンチ１１を上昇させてダイ１０
から抜き出してから、図２（ｃ）に示すように、下パン
チ１２をダイ１０に対し相対的に上昇させ、埋込部材３
が埋め込まれた圧粉体１Ａをダイ１０から押し出して得
る。

【００１３】以上が圧粉体１Ａの成形工程であり、次に
この圧粉体１Ａを、所定の焼結温度で焼結して焼結品と
する。埋込部材３は、焼結工程を経ることにより焼結品
に焼結接合される。この後、必要に応じ熱処理を施し、
さらにサイジングや機械加工等の仕上げ加工を施して製
品寸法を出し、図１（ａ）、（ｂ）に示す板カム１を得
る。

【００１４】次に、この板カム１を軸孔２に挿入した回
転軸９に結合する方法を説明する。まず、軸孔２に回転
軸９を挿入し、適当な手段で板カム１を所定の結合個所
に保持する。次いで、埋込部材３を回転軸９方向（図１
（ｂ）の矢印Ｆ方向）に押圧あるいは打撃し、回転軸９
に対する接触面を圧着させるか、さらにその接触面を回
転軸９に倣って変形させる。これにより、埋込部材３は
キーの役割を果たし、板カム１は回転軸９に一体的に結
合される。

【００１５】本実施形態では、板カム１に埋め込んだ埋
込部材３を、板カム１と回転軸９との結合用部材にその
まま流用するので、従来のようにキー溝やネジ孔を後加
工で形成する工程が不要となる。また、埋込部材３によ
る結合方法も、単に埋込部材３を押圧あるいは打撃する
といった簡単な方法である。したがって、板カム１を回
転軸９に結合させるために要する労力や時間が大幅に削
減され、結合作業の容易化が図られる。また、埋込部材
３は板カム１よりも硬度が低いので変形させやすく、結
合が確実になされる。

【００１６】図３は、本実施形態の変形例を示してお
り、この場合、板カム１と埋込部材３との接合面が互い
に噛み合う凹凸面に形成されている。この態様によれ
ば、接合面の増大および機械的な拘束力が生じることに
より板カム１に対する埋込部材３の接合力が強固とな
り、埋込部材３の抜けが確実に防止される。なお、埋込
部材３を板カム１と同様に焼結体とし、焼結時における
焼結接合力を増大させて埋込部材３の接合力を高めるこ
ともできる。

【００１７】埋込部材３を焼結体とした場合には、次の
ような結合方法を採ることもできる。すなわち、図４に
示すように、埋込部材３の露出面に図示せぬ雄型を矢印
Ｆ方向に押し込んでコイニングを施し、これによって形
成された穴３ａに見合った分の肉を塑性流動により回転
軸９に圧入させる。この場合、埋込部材３の先端が回転
軸９に食い込むので、結合強度がより向上する。

【００１８】（２）第２の実施形態 次に、本発明の第２の実施形態を説明する。第２の実施
形態は、上記埋込部材３を結合用部材として流用しない
形態である。すなわち、上記第１の実施形態と同様にし
て埋込部材３が埋め込まれた板カム１を得た後に、図５
に示すように、埋込部材３を切削してネジ孔６に加工す
る。そして、そのネジ孔６に、別に用意した六角穴付き
ネジ７をねじ込み、その先端が回転軸９に圧入される状
態まで締め込む。埋込部材３は、前述したように好切削
性を有する材料でできていることにより、従来のように
板カム１自体を切削するよりも切削しやすく加工能率が
高まり、結果的に結合作業の容易化が図られる。なお、
ネジ孔６は、埋込部材３に形成することが望ましいが、
板カム１の材料の一部も切削加工するようにしてもよ
い。その場合、板カム１の切削量は僅かで済むので、加
工能率を悪化させる影響はほとんどない。

【００１９】（３）第３の実施形態 次に、本発明の第３の実施形態を説明する。第３の実施
形態は、上記板カム１への埋込部材の配置ならびに形態
が異なるもので、図６に示すように、その埋込部材８は
キー状のものであって、軸孔２の内周面のカムトップ１
ｂ側に、一方の端面（図６（ｂ）で上面）に露出する状
態で埋め込まれている。埋込部材８は、第１の実施形態
と同様に、板カム１よりも硬度の低い材料でできてい
る。

【００２０】本実施形態の板カム１の素材となる圧粉体
は、図２に示した成形装置により同様の工程で成形する
ことができる。図７（ａ）は、図２（ａ）の工程に対応
する工程であり、このように埋込部材８を所定部位に配
置して原料粉末Ｐ中に埋め込んだ状態から、図７（ｂ）
に示すように、上下のパンチ１１，１２で原料粉末Ｐを
圧縮し、圧粉体１Ｂを成形する。この後、図７（ｃ）に
示すように、下パンチ１２をダイ１０に対し相対的に上
昇させ、埋込部材８が埋め込まれた圧粉体１Ｂをダイ１
０から押し出して得る。次にこの圧粉体１Ｂを、所定の
焼結温度で焼結して焼結品とする。埋込部材８は、焼結
工程を経ることにより焼結品に焼結接合される。この
後、必要に応じ熱処理を施し、さらにサイジングや機械
加工等の仕上げ加工を施して製品寸法を出し、図６
（ａ）、（ｂ）に示す板カム１を得る。

【００２１】次に、この板カム１を軸孔２に挿入した回
転軸９に結合する方法を説明する。まず、軸孔２に回転
軸９を挿入し、適当な手段で板カム１を所定の結合個所
に保持する。次いで、埋込部材８を図６（ｂ）の矢印Ｆ
方向に押圧あるいは打撃し、回転軸９に対する接触面を
圧着させるか、さらにその接触面を回転軸９に倣って変
形させる。これにより、埋込部材８はキーの役割を果た
し、板カム１は回転軸９に一体的に結合される。埋込部
材８が焼結体である場合には、図８に示すように、埋込
部材８の露出面に対して矢印Ｆ方向にコイニングを施
し、その穴８ａに見合った分の肉の膨出により、回転軸
９への圧着の度合いを高めることができる。本実施形態
によれば、上記第１の実施形態と同様に、板カム１に埋
め込んだ埋込部材８を、板カム１と回転軸９との結合用
部材にそのまま流用するので、第１の実施形態と同様の
効果を得ることができる。

【００２２】上記第３の実施形態では、埋込部材８を板
カム１の一方の端面に露出する状態で設けているが、両
側の端面に露出するよう軸方向に貫通させ、その埋込部
材８の露出する両端面に押圧、打撃あるいはコイニング
を施して回転軸９と結合させることもできる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
予め焼結品に焼結接合された状態で埋め込まれた埋込部
材を焼結品と軸部材との結合に利用するので、結合用部
材を装填するための切削加工等を焼結品自体に施す必要
がなくなり、よって、結合作業に要する労力ならびに時
間が削減され、焼結品を軸部材に容易に結合することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態に係る焼結品の、
（ａ）斜視図、（ｂ）縦断面図である。

【図２】 本発明の第１の実施形態に係る焼結品の素材
である圧粉体の成形工程を（ａ）〜（ｃ）の順に示す縦
断面図である。

【図３】 本発明の第１の実施形態の変形例を示す縦断
面図である。

【図４】 本発明の第１の実施形態の別の変形例を示す
縦断面図である。

【図５】 本発明の第２の実施形態に係る焼結品と回転
軸との結合状態を示す縦断面図である。

【図６】 本発明の第３の実施形態に係る焼結品の、
（ａ）斜視図、（ｂ）縦断面図である。

【図７】 本発明の第３の実施形態に係る焼結品の素材
である圧粉体の成形工程を（ａ）〜（ｃ）の順に示す縦
断面図である。

【図８】 本発明の第３の実施形態の変形例を示す縦断
面図である。

【符号の説明】

１…板カム（焼結品）、１Ａ，１Ｂ…圧粉体、２…軸
孔、３，８…埋込部材、９…回転軸（軸部材）。

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸孔を有し、その軸孔に挿入される軸部
   材に結合される焼結品であって、前記軸部材に結合する
   ために利用される埋込部材が、外面から前記軸孔に通じ
   る部位に予め埋め込まれ、かつ当該焼結品に焼結接合さ
   れていることを特徴とする軸孔を有する焼結品。
2. 【請求項２】 前記埋込部材は、当該焼結品よりも硬度
   が低いか、または好切削性を有する材料からなることを
   特徴とする請求項１に記載の軸孔を有する焼結品。
3. 【請求項３】 前記埋込部材が焼結体であることを特徴
   とする請求項１または２に記載の軸孔を有する焼結品。
4. 【請求項４】 当該焼結品と前記埋込部材との接合面が
   互いに噛み合う凹凸面に形成されていることを特徴とす
   る請求項１〜３のいずれかに記載の軸孔を有する焼結
   品。
5. 【請求項５】 軸孔を有する焼結品を、その外面から軸
   孔に通じる部位に埋め込んだ埋込部材を利用して、軸孔
   に挿入した軸部材に結合する方法であって、 粉末を圧縮して前記焼結品の素材となる圧粉体を成形す
   る際に、前記部位に前記埋込部材を予め埋め込んでお
   き、得られた圧粉体を焼結することにより埋込部材が焼
   結接合された焼結品を得、 次いで、この焼結品の前記軸孔に前記軸部材を挿入して
   所定位置に保持し、 次いで、前記埋込部材を、焼結品が軸部材に結合される
   よう作用させることを特徴とする焼結品と軸部材との結
   合方法。
6. 【請求項６】 軸孔を有する焼結品を、その外面から軸
   孔に通じる部位に埋め込んだ埋込部材を利用して、軸孔
   に挿入した軸部材に結合する方法であって、 前記埋込部材は、前記焼結品よりも硬度が低いか、また
   は好切削性を有する材料からなり、この埋込部材を、粉
   末を圧縮して前記焼結品の素材となる圧粉体を成形する
   際に、前記部位に予め埋め込んでおき、得られた圧粉体
   を焼結することにより埋込部材が焼結接合された焼結品
   を得、 次いで、前記埋込部材をネジ孔に加工し、 次いで、前記焼結品の前記軸孔に前記軸部材を挿入して
   所定位置に保持し、 次いで、前記ネジ孔にねじ込んだネジを軸部材に締め込
   むことを特徴とする焼結品と軸部材との結合方法。