JP5066803B2 - アクチュエータ - Google Patents

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Description

本発明は強度に優れた鉄系焼結部品を具備するアクチュエータ関する。
従来、特許文献１には、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏ等を含む複合合金鋼ベース粉に０．６〜０．９重量％のカーボンを添加し、更に成形潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を配合した粉末を成形型内に入れて、密度７．０〜７．２グラム／ｃｍ3の成形体とし、この成形体を１２５０〜１３００℃で焼結した後、連続冷却してマルテンサイトとベイナイトとの混合組織を生成させる焼結部品の製造方法が開示されている。また、特許文献２には、５〜２０％の空孔率を有する炭化物析出型Ｆｅ基焼結合金に、ＰｂまたはＰｂ合金を含浸してなる耐摩耗性に優れたＦｅ基合金が開示されている。
特開平５−７８７１２号公報 特開平７−９０５１３号公報
上記した特許文献１に係る合金は、連続冷却してマルテンサイトとベイナイトとの混合組織を生成させる方式であり、浸炭後に急冷させる浸炭焼き入れする方式ではない。更に、密度は７．０〜７．２グラム／ｃｍ3であり、焼結金属として高いものの、必ずしも高い密度というものではない。これは、特許文献１に係る技術では、金属粉末を常温の成形型のキャビティに装填する方法、更には、成形潤滑剤としてステアリン酸亜鉛が使用されているためであると推察される。しかも、マルテンサイトとベイナイトとの混合組織を生成させるものであるものの、靱性の確保に有効な残留オーステナイトが生成しているものではない。特許文献１の段落番号００１７にも、残留オーステナイトが生成していない旨が記載されている。また特許文献２に係る合金は、浸炭焼き入れするものではない。
ところでアクチュエータでは、近年、高性能化がますます要請されている。アクチュエータの代表例であるオイルポンプにおいても、近年、高圧化がますます要請されている。オイルポンプに使用されるロータやカムリングは鉄系焼結部品で形成されており、強度、靱性、耐摩耗性を確保しているが、近年、これらの鉄系焼結部品もますます高性能化、長寿命化が要請されている。
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、密度が高く、強度、靱性、耐摩耗性を総合的に高めることができ、高性能化、長寿命化に有利な鉄系焼結部品を具備するアクチュエータを提供することを課題とする。
本発明に係るアクチュエータの鉄系焼結部品は、鉄−ニッケル−モリブデン−炭素系の焼結合金で形成され、密度が７．２５グラム／ｃｍ3以上とされ、浸炭焼き入れされた焼き入れ組織を有することを特徴とする。この場合、７．２５グラム／ｃｍ3以上と密度が高いため、鉄系焼結部品の強度、靱性、耐摩耗性を総合的に高めることができる。
本発明に係るアクチュエータの鉄系焼結部品の製造方法は、鉄−ニッケル−モリブデン系の金属粉末と炭素系粉末とを混合した原料粉末を成形型のキャビティに装填し、キャビティ内の原料粉末を加圧して圧密体を形成する成形工程と、圧密体を焼結温度で焼結して焼結合金を形成する焼結工程と、焼結合金を浸炭雰囲気で加熱した後に焼き入れする浸炭焼き入れ工程とを順に実施し、上記した様相に係る鉄系焼結部品を形成することを特徴とする。高密度の鉄系焼結部品を得ることができる。
本発明に係るアクチュエータは、作動室をもつハウジングと、作動室に設けられ固定部品と、固定部品の少なくとも一部に接触しつつ作動する可動部品とを具備するアクチュエータにおいて、可動部品または固定部品は、上記した様相に係る鉄系焼結部品で形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、鉄系焼結部品でありながらも、７．２５グラム／ｃｍ3以上と密度が高く緻密化されているため、強度、靱性、耐摩耗性を総合的に高めることができる。
本発明に係るアクチュエータの鉄系焼結部品は、鉄−ニッケル−モリブデン−炭素系の焼結合金で形成され、密度が７．２５グラム／ｃｍ3以上とされ、浸炭焼き入れされた焼き入れ組織を有する。この場合、密度は７．２５グラム／ｃｍ3以上、７．３グラム／ｃｍ3以上、７．３５グラム／ｃｍ3以上、７．４グラム／ｃｍ3以上とされている形態を採用することができる。鉄系焼結部品の空孔率は、体積％で、鉄系焼結部品を１００％とするとき、例えば１〜８％とすることができる。殊に２〜７％となる。なお、通常の鉄系焼結部品では空孔率は１０％程度である。
このように鉄系焼結部品が高密度化されていると、緻密であり、強度、靱性、耐摩耗性が総合的に向上する。その反面、高密度化が過剰となれば、焼結部品のオープンポアが減少するため、浸炭時に浸炭剤が焼結部品の表面から内部に浸透しにくくなり、浸炭焼き入れ組織が得られにくくなるおそれがある。このため、上記した下限と組み合わせ得る焼結部品の密度の上限としては７．６グラム／ｃｍ3以下、あるいは、７．５グラム／ｃｍ3以下、あるいは、７．４グラム／ｃｍ3以下とすることができるが、これに限定されるものではない。従って７．２５〜７．４グラム／ｃｍ3、７．２５〜７．３５グラム／ｃｍ3が例示される。
鉄系焼結部品は浸炭焼き入れされているため、焼き入れ組織を有する。浸炭焼き入れは、浸炭した後に焼き入れされたという意味である。焼き入れ組織は、マルテンサイトおよび残留オーステナイトを主体とすることができる。例えば面積比としては、１視野を１００％とするとき、マルテンサイトは２０〜８０％、３０〜７０％、４０〜６０％とすることができ、残留オーステナイトは８０〜２０％、７０〜３０％、６０〜４０％とすることができる。耐摩耗性が要請されるときには、残留オーステナイトを相対的に減少させ、マルテンサイトを相対的に増加することができる。耐疲労性または靱性が要請されるときには、残留オーステナイトを相対的に増加させ、マルテンサイトを相対的に減少することができる。
鉄系焼結部品は、質量％で、鉄系焼結部品を１００％とするとき、ニッケルが０．５〜５．５％（例えば２．０〜５．０％）、モリブデンが０．１〜１．０％（例えば０．３〜０．８％）、銅が０．５〜２．０％（例えば０．１〜１．８％、１．５％）、炭素が０．１〜０．８％（例えば０．１〜０．５％または０．１〜０．４５％）、残部が実質的に鉄および不可避の不純物を含む組成を有することができる。この場合、ニッケルにより靱性が確保され易いため、鉄系焼結部品はアクチュエータの耐疲労性要請部品（例えばロータ材）とすることができる。
また、鉄系焼結部品は、質量％で、鉄系焼結部品を１００％とするとき、ニッケルが０．５〜５．０％（例えば２．０〜５．０％）、モリブデンが０．５〜１．５％（例えば０．５〜０．８％）、銅が０〜２．０％（例えば、０．１〜２．０％、０．５〜２．０％、、１．３〜１．８％、１．５％）、炭素が０．１〜０．８％（例えば、０．１〜０．５％または０．１〜０．４５％）、残部が実質的に鉄および不可避の不純物を含む組成を有することができる。
ここで、ロータ等の可動部品およびカムリング等の固定部品に適用されるＦｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−炭素系の焼結部品において、（ロータ等の可動部品のＮｉ含有量／カムリング等の固定部品のＮｉ含有量）＝０．８〜３、あるいは、１．０〜２．５、あるいは、０．８〜１．３、あるいは、１．０〜１．３、殊に１とすることができる。この場合、ロータ等の可動部品の靱性、耐疲労性が確保され、カムリング等の固定部品の耐摩耗性が確保される。モリブデンにより、耐摩耗性が確保されるため、アクチュエータの耐摩耗性要請部品（例えばカム材）とすることができる。上記した組成において、ニッケルは靱性の向上に有効である。
ニッケル含有量と疲労強度との関係について、後述する図７に係る試験形態で試験した結果、図９の特性線に示すように、ニッケル含有量が多いほど、疲労強度（任意の大きさの応力を繰り返し負荷した場合に破断が発生する回数）が向上する。後述するベーン式オイルポンプのカムリングに本発明を適用した場合、同オイルポンプの作動耐久性試験にて、ニッケル含有量が２％付近の試料でカム面にチッピング（疲労摩耗）が発生するおそれがあるため、チッピングが発生しないことが確認されたニッケル含有量が３％以上とすることが望ましい。但し、ニッケル含有量が多いほど、硬度は低下するため、過剰なニッケルの添加は好ましくない。
図１０は、ニッケル含有量とカムリングの内部硬度（表面から深さ１ミリメートル、荷重２Ｎでの硬度）との関係を示す。図１０の特性線を参照すれば、靱性を発揮しつつ適度な表面硬度が得られる内部硬度Ｈｖ４５０〜５００程度（後述の実施例３および図８参照）を確保できるニッケル含有量４％以下にすることが望ましい。炭素は焼き入れ組織を得るのに有効である。
本発明に係るアクチュエータの鉄系焼結部品の製造方法は、鉄−ニッケル−モリブデン系の金属粉末と炭素系粉末とを混合した原料粉末を成形型のキャビティに装填し、キャビティ内の原料粉末を加圧して圧密体を形成する成形工程と、圧密体を焼結温度で焼結して焼結合金を形成する焼結工程と、焼結合金を浸炭雰囲気で加熱して浸炭させた後に焼き入れする浸炭焼き入れ工程とを順に実施し、上記した焼結部品を形成する。浸炭雰囲気はガス浸炭雰囲気を例示できる。
上記したように鉄系焼結部品が高密度化されていると、浸炭剤が焼結合金の表面から内部に進入しにくい。そこで炭素系粉末（例えば黒鉛粉末）を金属粉末に予め配合することが好ましい。質量％で、金属粉末を１００％としたとき、炭素系粉末を０．１〜０．５％外付けで配合することができる。ここで炭素系粉末の配合は０．１〜０．４％、０．１〜０．３％とすることができる。金属粉末を１００％としたとき、炭素系粉末を０．３％外付けで配合するとは、合計で１００．３％になることをいう。
成形工程の前に、高級脂肪酸系潤滑剤を成形型のキャビティ型面に塗布する操作、および／または、高級脂肪酸系潤滑剤を原料粉末に添加する操作が実行されている形態を例示することができる。この場合、金属粉末の充填密度が高められる。高級脂肪酸系潤滑剤は高級脂肪酸の金属塩を採用できる。この場合、リチウム塩、カルシウム塩、亜鉛塩等が例示される。殊に、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸カルシウムのうちのいずれか少なくとも１種を基材とすることが好ましい。高級脂肪酸系潤滑剤が水等の液体に分散または溶解されている離形剤液を用いると、噴霧等により均一に付着させることができる。離形剤液の全体を１００％とするとき、質量％で高級脂肪酸系潤滑剤は０．１〜１０％、０．２〜５％とすることができる。この場合、加熱された成形型のキャビティ型面に噴霧すると、液体が素早く蒸発するため、高級脂肪酸系潤滑剤をキャビティ型面に均一に塗布することができる。従って塗布前に成形型を例えば１００℃以上に加熱しておくことが好ましい。成形工程では、成形型および／または原料粉末が１００〜２５０℃、または、１００〜２２０℃に加熱されていることが好ましい。この場合、成形型のキャビティに対する原料粉末の充填密度を高めることができる。
本発明に係るアクチュエータは、作動室をもつハウジングと、作動室に設けられ固定部品と、固定部品の少なくとも一部に接触しつつ作動する可動部品とを具備するアクチュエータにおいて、可動部品または固定部品は、上記した鉄系焼結部品で形成されている。この場合、固定部品は、ハウジングの作動室に固定されるものであり、例えば、リング状のカム面をもつカムとすることができる。可動部品は、ハウジングの作動室において可動するものであり、例えば、カム面に間隔を隔てて包囲され溝を外周部にもつロータと、ロータの溝に進退可能に嵌合され先端部がカムのカム面に摺動するベーンとで構成されている形態を採用することができる。この場合、ポンプ、ギヤ機構に適用できる。ポンプとしてはベーン式ポンプ、ギヤポンプが例示される。
以下、本発明の実施例を具体的に図面を参照しつつ説明する。まず、ロータの製造方法について説明する。ロータを形成する金属粉末として、質量％で、ニッケルが４％、モリブデンが０．５０％、銅が１．５０％含有されている鉄系の金属粉末を用意した。この金属粉末では、炭素が実質的に含まれておらず、更に、焼結部品の耐疲労性を向上させるため、モリブデンを減少させつつニッケルを増加させている。このように耐疲労性要請部品としてのロータを形成する金属粉末では、（ニッケル量／モリブデン量）＝４．０％／０．５０％＝８とされている。これによりマルテンサイトを生成させつつも、耐摩耗要請部品であるロータとして適する残留オーステナイトの量を確保できる。上記した金属粉末と黒鉛粉末（炭素系粉末）とを混合した原料粉末を形成した。この場合、質量％で、金属粉末を１００％としたとき、黒鉛粉末を０．３％外付けで配合した。
図１はロータを成形するための第１成形型１Ａを示す。第１成形型１Ａは、キャビティ１０Ａを形成するキャビティ型面１１Ａを有する第１成形型本体１２Ａと、キャビティ１０Ａの中心に向けて突出すると共に周方向に沿って間隔を隔てて設けられ溝を形成するための複数の突起部１３Ａと、中央型部１４Ａとをもつ。複数の突起部１３Ａが放射状に設けられているため、第１成形型１Ａのキャビティ１０Ａは非真円形状、異形状とされている。
本実施例によれば、成形工程の前に、ステアリン酸リチウム（高級脂肪酸系潤滑剤）を水に溶かした離形剤を第１成形型１Ａのキャビティ型面１１Ａにスプレーにより均一に塗布する塗布操作を行った。ステアリン酸リチウムは、融点が約２２５℃で、平均粒径が１８〜２２マイクロメートルである。離形剤では、質量％で、ステアリン酸リチウムが０．１〜５％、殊に４％とし、残部を水とした。ステアリン酸リチウムは、温間領域で高圧が負荷されると、潤滑性が高い膜を形成する。これにより充填密度を高くしても、あるいは、第１成形型１Ａのキャビティ１０Ａを非真円形状、異形状としても、キャビティ型面１１Ａからの圧密体の離形性を高めることができる。また、ステアリン酸リチウムを用いれば、温間領域において潤滑性が良好であるため、キャビティ１０Ａ、キャビティ１０Ｂのように、異形状または非真円形状であっても、原料粉末の充填密度を高めることができ、高密度化に有利である。充填密度を高くすべく、原料粉末にもステアリン酸リチウムは添加されている（添加量：原料粉末を１００％とするとき、外付けで０．２質量％）。ステアリン酸リチウムは高温高圧下においてメカノケミカル反応によりステアアリン酸鉄を形成し、潤滑性を高め、キャビティ型面１１Ａからの圧密体の離形性を高めると推察される。
離形剤を塗布した後に、第１成形型１Ａのキャビティ１０Ａに原料粉末を装填した。この場合、第１成形型１Ａが１５０〜２００℃に加熱されていると共に、原料粉末が１５０〜２００℃に加熱されており、原料粉末はキャビティ１０Ａに温間装填される。このように原料粉末を温間装填すれば、原料粉末の充填密度を高めることができる。そして、第１成形型１Ａのキャビティ１０Ａ内の原料粉末を加圧体により所定の加圧力（７ｔｏｎｆ／ｃｍ2）で加圧し、圧密体を形成した（成形工程）。次に、第１成形型１Ａのキャビティ１０Ａから圧密体を取り出し、焼結温度（１２４０℃）で６０分間程度加熱することにより焼結し、焼結合金を形成した（焼結工程）。その後、焼結合金を常温に維持した。
次に、焼結合金をガス浸炭雰囲気（カーボンポテンシャルＣ．Ｐ：１．１％）で９２０℃で２６０分加熱してガス浸炭した。その後、その温度から焼結合金をオイル（６０℃）に投入して焼き入れし、焼結合金を形成した（浸炭焼き入れ工程）。その後、焼き戻し温度（１８０℃）に所定時間（７０分間）加熱保持して焼き戻しを行った。焼き戻し後の焼結合金の密度は７．４グラム／ｃｍ3であった。密度は、ＪＩＳ Ｚ２５０５（金属焼結材料の焼結密度試験方法）に基づいて測定した。焼き入れ組織は、マルテンサイトおよび残留オーステナイトを主体としていた。
ガス浸炭のための加熱時間と疲労強度（相対値）との関係について、後述する図７に係る試験形態にて試験した結果、図１１の特性線に示すように、加熱時間が２６０分付近において疲労強度（任意回数の繰り返し応力を負荷した場合に破断が発生する応力値）は最高値を示す。
ロータの場合、面積比としては、１視野を１００％とするとき、マルテンサイトは７０〜６０％であり、残留オーステナイトは３０〜４０％であり、靱性、耐疲労性を高めるべく、残留オーステナイト量が比較的確保されている。カムリングの場合、面積比としては、１視野を１００％とするとき、マルテンサイトは７５〜６５％であり、残留オーステナイトは２５〜３５％であるようにすれば、マルテンサイトが比較的確保される。このように残留オーステナイトの面積比としては、表面における耐摩耗性が要請されるカムリングよりも、耐疲労性及び靱性が要請されるロータの方が多く設定されるようにすることができる。
次に、カムリングの製造方法について説明する。カムリングの製造方法はロータの製造方法と基本的に同じであるので、異なる部分を中心として説明する。図２は、カムリングを成形するための第２成形型１Ｂを示す。第２成形型１Ｂは、キャビティ１０Ｂを形成するキャビティ型面１１Ｂを有する第２成形型本体１２Ｂと、突起部１３Ｂと、中央型部１４Ｂとをもつ。キャビティ１０Ｂはこれの中心に対して非真円形状、異形状とされている。
先ず、カムリングを成形するための金属粉末として、質量％で、ロータと同様に、ニッケルが約４％、モリブデンが０．５０％の鉄系の金属粉末を用意した。この金属粉末では、炭素は実質的に含有されておらず、また、焼結部品の耐摩耗性を更に向上させる要請があれば、モリブデンを増加させつつニッケルを減少させることができる。このように耐摩耗性要請部品としてのカムリングを成形するための金属粉末の場合、耐摩耗性を確保するため、ロータと同様に、（ニッケル量／モリブデン量）＝４％／０．５０％＝８とすることにより、耐疲労性、耐摩耗性が総合的に良好に確保されるようにした。
そしてカムリング用の金属粉末と黒鉛粉末（炭素系粉末）とを均一に混合した原料粉末を形成した。この場合、質量％で、金属粉末を１００％としたとき、黒鉛粉末を０．３％外付けで配合した。そして、ロータの場合と同様に、圧密体の形成→焼結→浸炭焼き入れ→焼き戻しを行った。カムリングの焼き入れ組織は、基本的にはロータと同様であり、マルテンサイトおよび残留オーステナイトを主体とする。面積比としては、１視野を１００％とするとき、耐摩耗性を高めるべく、マルテンサイトはロータの場合よりもやや多めで、７５〜６５％であり、残留オーステナイトは２５〜３５％である。なお、ベイナイトは実質的に生成していない。
黒鉛粉末の配合量（質量％）と疲労強度との関係について、後述する図７に係る試験形態にて試験した結果、図１２の特性線に示すように、疲労強度（任意回数の繰り返し応力を負荷した場合に破断が発生する応力値）は、黒鉛が０．３％付近のとき最高値を示す。
本実施例によれば、ロータを構成する鉄系焼結部品を質量％で１００％とするとき、ニッケルが約４％、モリブデンが約０．５０％、銅が約１．５０％、炭素が約０．２〜１．０％（内部〜表面濃度）、残部実質的に鉄および不可避の不純物の組成となる。
カムリングを構成する鉄系焼結部品を質量％で１００％とするとき、ニッケルが約４％、モリブデンが約０．５０％、炭素が約０．２〜１．０％（内部〜表面濃度）、残部実質的に鉄および不可避の不純物の組成となる。本実施例によれば、（ロータのＮｉ含有量／カムリングのＮｉ含有量）＝４％／４％＝１とされている。（カムリングのＭｏ含有量／ロータのＭｏ含有量）＝０．５％／０．５％＝１とされている。
さて本実施例によれば、成形型１Ａ，１Ｂのキャビティ１０Ａ，１０Ｂに原料粉末を装填するにあたり、成形型１Ａ，１Ｂ及び原料粉末を温間状態に加熱しているため、原料粉末の充填密度を高くすることができ、圧密体の密度を高くすることができる。このように成形型１Ａ，１Ｂ及び原料粉末を温間状態に加熱すると、潤滑剤の過剰分解を抑えることが好ましい。この点本実施例によれば、温間装填を行うと共に、温間領域において潤滑剤として働き易いステアリン酸リチウムを用いるため、原料粉末を成形型１Ａ，１Ｂのキャビティ１０Ａ，１０Ｂに温間装填しつつも、キャビティ型面１１Ａ，１１Ｂおよび原料粉末における高潤滑性が得られる。従ってロータおよびカムリングとなる焼結部品は高密度化され、緻密化される。
このように本実施例によれば、ロータおよびカムリングは高密度化され緻密化されているため、強度、耐摩耗性、疲労強度が総合的に良好に確保される。しかし上記したように焼結部品が高密度化されて緻密化が進行し過ぎると、焼結部品のオープンポアが減少するため、浸炭時に浸炭剤が焼結部品の内部に進入しにくくなり、浸炭量が不足する傾向がある。この点本実施例では、金属粉末と所要量の黒鉛粉末とを混合した原料粉末を成形型１Ａ，１Ｂのキャビティ１０Ａ，１０Ｂに装填するため、焼結部品における焼き入れ組織の確保に必要な炭素量が確保される。ここで、黒鉛粉末を配合するのではなく、金属粉末に含有されている炭素量を予め高くする方法も考えられるが、この場合、金属粉末が硬くなり、金属粉末をキャビティ１０Ａ，１０Ｂに装填するとき、充填密度が低めとなり、強度の向上には限界がある。このため本実施例では、金属粉末の炭素含有量を実質的に０とし、金属粉末の硬度を低めとし、必要な炭素量は黒鉛粉末の添加で補い、原料粉末の装填密度を高くできるようにしている。
（アクチュエータ）
図３はアクチュエータとしてのベーン式オイルポンプ２に適用した例を示す。図３に示すように、オイルポンプ２は、作動室３０をもつハウジング３と、作動室３０に設けられ固定部品４と、固定部品４の少なくとも一部に接触しつつ作動する可動部品５とをもつ。固定部品４は、中心線Ｐの回りに巡らされたリング状のカム面４０をもつカムリング４１である。可動部品５は、カム面４０に間隔を隔てて包囲され複数の溝５０を外周部にもつロータ５１と、ロータ５１の各溝５０に進退可能に嵌合され先端部がカムリング４１のカム面４０に摺動する複数のベーン５３（材料：ＳＫＨ５１）とで構成されている。ロータ５１は駆動源に接続されている。駆動源からの動力によりロータ５１がベーン５３と共に中心線Ｐの回りで回転すると、ベーン５３の先端部はカムリング４１のカム面４０に沿って摺動する。この場合、ベーン５３は遠心力により溝５０から遠心方向（矢印Ａ１方向）に移動して突出したり、ベーン５３はカム面４０に押圧されて向心方向に移動して溝５０に進入したりする。この結果、隣接するベーン５３で区画された室の容積が変化する。このとき、低圧の流体吸込口から流体（オイル）が作動室に吸込まれる。高圧の流体吐出口から作動室３０の流体（オイル）が吐出される。カムリング４１のカム面４０にベーン５３が摺動するため、カムリング４１には一般的には強度の他に耐摩耗性が要請される。ベーン５３の動作によりロータ５１には一般的には強度の他に耐疲労性が要請される。
ロータ５１の密度は７．４グラム／ｃｍ3、カムリング４１の密度はロータ５１と同程度であり、７．４グラム／ｃｍ3とされている。このようにロータ５１およびカムリング４１は高密度化、緻密化されているため、強度、耐摩耗性、疲労強度が総合的に確保されている。なお、カムリング４１のモリブデン量をロータ５１よりも多く設定すれば、カムリング４１は、耐疲労強度及び靱性を確保しつつも、表面硬度、表面における耐摩耗性を向上させることができる。またロータ５１のニッケル量をカムリング４１よりも多く設定すれば、ロータ５１の耐疲労性、靱性を向上させることができる。
実施例２は実施例１と基本的には同一の構成、作用効果を有する。図１〜図３を準用することができる。本実施例によれば、ロータ５１及びカムリング４１は共に密度が７．２５グラム／ｃｍ3以上とされ、高密度化、緻密化されており、強度、耐摩耗性、疲労強度が総合的に確保されている。更に、ロータ５１およびカムリング４１は高密度化されつつも、ロータ５１の密度＞カムリング４１の密度の関係とされている。このため浸炭時にカムリング４１に浸炭剤が進入し易くなり、カムリング４１の強度および疲労強度を確保しつつ、カムリング４１の表面であるカム面４０近傍における浸炭量を増加させ、マルテンサイトの面積率を高くすることができる。
試験例について説明する。上記した実施例に係るロータ５１に相当する組成を有する試験片（サイズ：５５ミリメートル×１０ミリメートル×５ミリメートル，基本組成：Ｎｉ：４％、Ｃｕ：１．５０％、Ｍｏ：０．５０％、残部：Ｆｅ）を作製し、抗折強度及び疲労強度（任意の大きさの応力を１０００万回以上、繰り返し負荷しても破断が発生しないことが確認された応力値）と密度との関係について試験した。図４は密度と抗折強度（相対値）との関係を示す。図５は密度と疲労限度（相対値）との関係を示す。図４の特性線Ｗ１に示すように、抗折強度は密度が７．３付近で最高値を示す。図５の特性線Ｗ２に示すように、疲労強度は密度が７．４付近で最高値を示す。このように焼結合金の密度が増加すると、抗折強度および疲労強度が増加する。しかし密度が過剰に高すぎると、抗折強度および疲労強度が低下する傾向が認められる。これは、焼結合金の密度が過剰に高すぎると、浸炭剤が焼結合金の内部に進入しにくくなり、良好な浸炭焼き入れ組織が得られにくいためと推察される。このため抗折強度の確保を考慮すると、焼結合金の密度は、７．２５０〜７．４０グラム／ｃｍ3程度、７．２５〜７．３３５グラム／ｃｍ3、７．２５〜７．３３グラム／ｃｍ3が好ましい。また疲労強度の確保を考慮すると、焼結合金の密度は７．３０〜７．５０グラム／ｃｍ3程度、７．３５〜７．４８グラム／ｃｍ3が好ましい。
図６は抗折強度の試験形態（三点曲げ）を示す。図７は疲労強度の試験形態（四点曲げ）を示す。
また、上記した実施例に係るカムリング４１（サイズ：最大外径５２．５ミリメートル、最大内径４５．０ミリメートル，基本組成：Ｎｉ：４％、Ｍｏ：０．５０％、残部：Ｆｅ）について、表面からの深さと硬度との関係を測定した。図８は表面からの深さと硬度（荷重２Ｎ）との関係を示す。比較例のカムリング４１についても同様に測定した。比較例は、実施例と基本的には同一の条件で作製されており、実施例と同一の金属粉末で形成した圧密体を焼結した後に浸炭焼き入れ、焼き戻ししたものであり、黒鉛粉末は使用されていない。比較例のカムリングの焼結密度は７．２グラム／ｃｍ3であるのに対して、実施例のカムリングの焼結密度は７．４グラム／ｃｍ3であり、密度が高く緻密であることから、実施例は強度、靱性、耐摩耗性を総合的に高めることができる。
更に、比較例に係るカムリングの硬度については、図８に示すように、比較例では深さ０．１〜０．２ミリメートル程度ではＨｖ８００程度であり、更に深さが深くなってもＨｖ７００程度であった。これに対して実施例に係るカムリングについては、深さ０．１〜０．２ミリメートル程度では、比較例とほぼ同等の硬度（Ｈｖ７００〜８００）が得られており、表面における耐摩耗性が確保されている。更に実施例では、硬度は、深さ１ミリメートル付近では、Ｈｖ４５０〜５００程度であり比較例よりも低めであり、靱性が確保されている。このように実施例では、焼結合金の高密度化を図っているため、浸炭剤が焼結合金の内部に浸透しにくくいものの、表面硬度を高めに維持して表面における耐摩耗性を確保することができる。しかも焼結合金の内部の硬度を抑制できるため、靱性を確保し易い。
（その他）上記した実施例によれば、焼結合金をガス浸炭雰囲気で加熱した後に、オイル（６０℃）に投入して焼き入れしているが、これに限らず、水冷により焼き入れすることにしても良い。上記した記載から次の技術的思想も把握できる。
（付記項１）各請求項において、金属粉末または鉄系焼結部品が、（ニッケル量／モリブデン量）＝９〜６または８〜６に設定されていることを特徴とする鉄系焼結部品、鉄系焼結部品の製造方法、アクチュエータ。この場合、ニツケル４〜３％、モリブデン０．５％が例示される。
（付記項２）鉄−ニッケル−モリブデン系の金属粉末と炭素系粉末とを混合した原料粉末で形成した圧密体を焼結した後に浸炭焼き入れして形成され、鉄−ニッケル−モリブデン−炭素系であり、密度が７．２５グラム／ｃｍ3以上とされ、浸炭焼き入れされた焼き入れ組織を有することを特徴とする鉄系焼結部品。
本発明は鉄系の焼結部品、焼結部品で形成した可動部品（ロータ等）及び固定部品（カムリング等）に利用できる。
ロータを成形する成形型の要部の平面図である。 カムリングを成形する成形型の要部の平面図である。 ベーン式オイルポンプの構成図である。 密度と抗折強度（相対値）との関係を示すグラフである。 密度と疲労限度（相対値）との関係を示すグラフである。 抗折強度を測定する試験形態を示す構成図である。 疲労限度を測定する試験形態を示す構成図である。 深さと硬度との関係を示すグラフである。 ニッケル含有量と疲労強度との関係を示すグラフである。 ニッケル含有量と内部硬度との関係を示すグラフである。 加熱時間と疲労強度（相対値）との関係を示すグラフである。 黒鉛粉末含有量と疲労強度（相対値）との関係を示すグラフである。
符号の説明
１Ａ，１Ｂは成形型、１０Ａ，１０Ｂはキャビティ、１１Ａ，１１Ｂはキャビティ型面、２はオイルポンプ、３はハウジング、３０は作動室、４は固定部品、４０はカム面、４１はカムリング、５は可動部品、５０は溝、５１はロータを示す。

Claims (9)

  1. 作動室をもつハウジングと、前記作動室に設けられた固定部品と、前記固定部品の少なくとも一部に接触しつつ作動する可動部品とを具備するアクチュエータにおいて、
    鉄−ニッケル−モリブデン−炭素系の焼結合金で形成され、密度が７．２５グラム／ｃｍ3以上とされ、浸炭焼き入れされた焼き入れ組織を有する鉄系焼結部品であって、
    質量％で、前記鉄系焼結部品を１００％とするとき、ニッケルが０．５〜５．５％、モリブデンが０．１〜１．０％、銅が０．５〜２．０％、炭素が０．１〜０．８％、残部が鉄および不可避の不純物を含む鉄系焼結部品を前記可動部品とし、
    質量％で、前記鉄系焼結部品を１００％とするとき、ニッケルが０．５〜５．０％、モリブデンが０．５〜１．５％、銅が０％、炭素が０．１〜０．８％、残部が鉄および不可避の不純物を含む鉄系焼結部品を前記固定部品とし、
    前記可動部品と前記固定部品とのニッケル含有量の比（可動部品のＮｉ含有量／固定部品のＮｉ含有量）が、０．８〜３であることを特徴とするアクチュエータ。
  2. 請求項１において、前記鉄系焼結部品に関して、密度が７．２５グラム／ｃｍ3以上、７．５グラム／ｃｍ3以下とされていることを特徴とするアクチュエータ。
  3. 請求項１または２において、前記鉄系焼結部品の組成に関して、質量％で、ニッケルが３〜４％であることを特徴とするアクチュエータ。
  4. 鉄−ニッケル−モリブデン系の金属粉末と炭素系粉末とを混合した原料粉末を成形型のキャビティに装填し、前記キャビティ内の前記原料粉末を加圧して圧密体を形成する成形工程と、前記圧密体を焼結温度で焼結して焼結合金を形成する焼結工程と、前記焼結合金を浸炭雰囲気で加熱して浸炭させた後に焼き入れする浸炭焼き入れ工程とを順に実施し、請求項１〜３のうちのいずれかに係る前記鉄系焼結部品を形成したことを特徴とするアクチュエータ。
  5. 請求項４において、前記鉄系焼結部品に関して、原料粉末において、質量％で、前記金属粉末を１００％としたとき、炭素系粉末は０．１〜０．５％外付けで混合されていることを特徴とするアクチュエータ。
  6. 請求項４または５において、前記成形工程の前に、高級脂肪酸系潤滑剤を前記成形型のキャビティ型面に塗布する操作、および／または、高級脂肪酸系潤滑剤を前記原料粉末に添加する操作が実行されていることを特徴とするアクチュエータ。
  7. 請求項６において、前記高級脂肪酸系潤滑剤は、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸カルシウムのうちのいずれか少なくとも１種を基材とすることを特徴とするアクチュエータ。
  8. 請求項４〜７のうちのいずれか一項において、前記成形工程では、前記成形型および／または前記原料粉末が１００〜２５０℃に加熱されていることを特徴とするアクチュエータ。
  9. 請求項１〜８のうちのいずれか一項において、前記固定部品はリング状のカム面をもつカムであり、
    前記可動部品は、前記カム面に間隔を隔てて包囲され溝を外周部にもつロータと、前記ロータの前記溝に進退可能に嵌合され先端部が前記カムの前記カム面に摺動するベーンとで構成されていることを特徴とするアクチュエータ。
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