JP5638473B2

JP5638473B2 - 焼結機械部品およびその製造方法

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Publication number: JP5638473B2
Application number: JP2011145387A
Authority: JP
Inventors: 利行水野
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2026-03-28
Also published as: JP2011231407A

Description

本発明は焼結機械部品およびその製造方法に関し、特に液状のグリースを含浸した焼結機械部品およびその製造方法に関する。

焼結機械部品は、各種の金属粉末を圧粉・焼結して焼結体を形成し、該焼結体に機械油などを含浸処理することによって潤滑機能を持たせた各種の機械構造部品として利用されている。焼結機械部品は、速い生産速度で連続的に大量生産可能であり、高度な寸法精度が得られること、および、完成品に近い形状が得られるため大幅に機械加工が省略でき、材料歩留まりが良好であることから、例えば、各種歯車やシール部品、バルブ、プーリ、カム等様々な機械部品に多用されている。
焼結機械部品は軸受の機能を必要としない場合は潤滑油を用いる必要がなく、使用条件に合わせて樹脂材料を選択することができる。また表面処理を施したり防錆油を用いることで鉄系材料を選択することができる。
また、機械部品の機能に加えて軸受としての機能も必要とする場合には潤滑性を付与するために以下に示す４つの方法がある。（１）樹脂材料を選択して使用する。（２）焼結金属に潤滑油を含浸させた軸受と樹脂材料とを組み合わせて使用する。（３）銅系または鉄銅系焼結金属に潤滑油を含浸させた焼結機械部品（特許文献１参照）を使用する。（４）焼結金属に潤滑油を含浸させた軸受と焼結機械部品とを組み合わせて使用する。

しかしながら、（１）の樹脂材料を選択して使用する場合、樹脂材料は静粛性には優れるものの強度面で必ずしも十分ではない。（２）の焼結金属は強度や耐久性には優れるが、静粛性に劣る。（３）の焼結機械部品に潤滑油を含浸させ、静粛性を狙った製品もあるが、高温・低温・高荷重等の使用条件が厳しい環境下では、静粛性、耐摩耗性に問題が出るため性能を十分に発揮できない。機械部品の内径摺動性をカバーするため、（４）の焼結含油軸受をアッセンブリするタイプもあるが工程追加により高価になる。また厳しい使用条件下では、上述同様に性能を十分に発揮できない等の問題がある。

特開２００４−３６７４５号公報

本発明はこのような問題に対処するためになされたもので、静粛性、低トルク、高耐久性を兼ね備え、容易かつ安価に製造することができる焼結機械部品およびその製造方法の提供を目的とする。

本発明の焼結機械部品は、表面に開孔部分を有し、その表面開孔率が 20％〜35％であり、金属粉末とグラファイトとを混合した焼結金属からなる焼結機械部品であって、上記焼結機械部品が歯車であり、上記焼結金属に、ＪＩＳＫ２２２０で規定される方法により測定した 25℃における 60 回混和ちょう度 400 以上である液状のグリースを含浸させ、上記液状のグリースは、基油に金属石けんまたはウレア化合物である増ちょう剤をグリース全体に対して 0.5 重量％〜5 重量％配合してなることを特徴とする。
ここで焼結機械部品とは、ＪＩＳＺ２５００に記載される、機械の構成部品として用いる粉末冶金製品をいう。また、混和ちょう度は、ＪＩＳＫ２２２０で規定される方法により測定した 25℃における 60 回混和ちょう度である。

上記焼結金属は銅系焼結金属、鉄系焼結金属および鉄銅合金系焼結金属から選ばれた少なくとも一つの焼結金属であることを特徴とする。

本発明の焼結機械部品の製造方法は、表面に開孔部分を有する焼結金属に混和ちょう度 400 以上である液状のグリースを含浸してなる焼結機械部品の製造方法であって、上記焼結機械部品が歯車であり、上記焼結金属の原料となる金属粉末とグラファイトとを含む混合物を金型に充填して部品形状に圧縮成形し、この成形物を焼結し、焼結後に、サイジング、コイニング、またはバレル処理を施して、該焼結金属の表面開孔率を20％〜35％に調整する工程と、得られた焼結金属に、基油に金属石けんまたはウレア化合物である増ちょう剤をグリース全体に対して 0.5 重量％〜5 重量％配合してＪＩＳＫ２２２０で規定される方法により測定した 25℃における 60 回混和ちょう度 400 以上である液状のグリースを真空含浸により含浸する工程と、含浸後、油切りを行ない、部品表面に上記液状のグリースが付着した状態とする工程とを備えてなることを特徴とする。
また、上記金属粉末として粒子径 100 メッシュ以下の金属粉末を使用し、圧粉密度は 6.4〜7.2g/cm³の範囲で圧縮成形することを特徴とする。

本発明の焼結機械部品は、焼結金属に混和ちょう度 400 以上である液状のグリースを含浸してなるので、該液状のグリースは、増ちょう剤の効果により焼結金属表面に付着しやすく、液状のグリースが焼結金属表面に常に存在する状態が得られ、相手材との間で良好な摺動が得られる。加えて、混和ちょう度 400 以上の液状のグリースであるため、なじみ運転等が不要であるとともに、摺動抵抗の変動を抑制できる。また、周囲の温度変化にかかわらず、焼結金属表面に液状のグリースが常に存在するので、異音発生の防止、摩耗の抑止が期待できる。
また、焼結金属の表面開孔率が 20％〜35％であるので、焼結金属表面に保持された液状のグリースに加え、焼結金属に含浸された液状のグリースが染み出し、長時間運転した場合でも、異音発生の防止、摩耗の抑止が期待できる。

上記焼結機械部品単独で異音発生の防止、摩耗の抑止が可能となり、焼結金属に潤滑油を含浸させた軸受と焼結機械部品とを組み合わせて製作する必要がないので、製造コストを低減することができる。

複写機やレーザービームプリンターの定着部に装着される歯車を示す図である。

本発明の焼結機械部品を形成する焼結金属としては、青銅、真ちゅう、洋銀などの銅系焼結金属、Ｆｅ系、Ｆｅ−Ｃ系焼結金属などの鉄系焼結金属、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃ系、Ｆｅ−Ｃ−Ｃｕ−Ｎｉ系焼結金属などの鉄銅合金系焼結金属、Ｆｅ−Ｃｒ系焼結金属などのステンレス系焼結金属、アルミニウム系焼結金属、チタン系焼結金属、超硬合金系焼結金属などを挙げることができる。
本発明においては、これらの中で比較的安価であり、摺動性・静粛性に耐え得ることから銅系焼結金属、鉄系焼結金属、鉄銅合金系焼結金属を用いることが好ましい。これらの焼結金属は、単独でも、２種類以上組み合わせても使用できる。

本発明の焼結機械部品は、上記焼結金属に混和ちょう度 400 以上である液状のグリースを含浸してなる。焼結金属は、内部に焼結粒子間に形成される気孔を有し、この気孔内に液状のグリースが含浸される。
焼結機械部品の製造工程は、まず、原料となる金属粉末とグラファイト等の添加材とを混合し、この混合物を金型に充填して部品形状等に圧縮成形する。そして、この成形物を焼結してサイジングを行なった後、真空含浸等により液状のグリースを含浸する。含浸後、必要に応じて油切りを行ない、部品表面に液状のグリースが薄く均一に付着した状態とする。

本発明の焼結機械部品に用いられる焼結金属の表面開孔率は 20％〜35％であることが好ましい。表面開孔率が 20％より小さい場合、焼結金属内部に含浸されている液状のグリースが焼結金属表面に染み出しにくいため、表面に保持されている液状のグリースでのみ潤滑が行なわれることになる。また、表面開孔率が 35％より大きい場合、焼結金属内部に含浸されている液状のグリースの飛散や蒸発が起きやすく、長時間運転した場合など焼結金属表面の液状のグリースが不足して、異音・摩耗などの異常が発生する可能性がある。
表面開孔率は粉末の粒子径および圧粉体の密度で調整することができる。本発明においては粒子径 100 メッシュ以下の金属粉を使用し、圧粉密度は 6.4〜7.2g/cm³の範囲で成形することによって表面開孔率を上記範囲に調整することができる。また、焼結後に、サイジングやコイニング、バレル処理を施すことにより、表面開孔率を微調整することもできる。

本発明の焼結機械部品は、焼結金属に液状のグリースが含浸されているので、相手材が軟質金属または合成樹脂等の軟質材料から形成される機械部品であっても、相手材と摺動または接触する面に潤滑油が染み出し、摩耗・異音発生を防ぐことができる。
このため、本発明の焼結機械部品は、軟質材料から形成される機械部品と摺動または接触する要素を有する機械装置にも使用することができる。好適な機械装置の一例としては、焼結金属からなる駆動歯車と、合成樹脂からなる定着ローラ歯車やアイドラ歯車等が組み合わされている複写機やレーザービームプリンターの定着装置を挙げることができる。

本発明の焼結機械部品の一例として複写機やプリンターに装着される歯車を図１により説明する。
図１は複写機やレーザービームプリンター等の画像形成装置における定着部周辺部に装着される歯車を示す図である。１は焼結金属からなる駆動歯車、２は合成樹脂からなる定着ローラ歯車、３はアイドラ歯車、４は排紙ローラ歯車、５はヒーター、６は排紙ローラ、７は定着ローラをそれぞれ示す。
焼結金属からなる駆動歯車１には液状のグリースが含浸されていて、相手材である合成樹脂からなる定着ローラ歯車２との接触・噛み合いによる摩耗・異音発生を防ぐことができるとともに、低トルクとなる。

本発明において液状のグリースに用いる基油としては、一般的に使用されている基油であれば制限なく使用できる。例えば、ナフテン系、パラフィン系、流動パラフィン、水素化脱ろう油などの鉱油、ポリアルキレングリコールなどのポリグリコール油、アルキルジフェニルエーテル、ポリフェニルエーテルなどのエーテル系合成油、ジエステル油、ポリオールエステル油などのエステル系合成油、ポリジメチルシロキサン、ポリフェニルメチルシロキサンなどのシリコーン油、ＧＴＬ基油、ポリ-α-オレフィン油等の炭化水素系合成油、フッ素油等の基油が挙げられる。

本発明において液状のグリースに用いる増ちょう剤は、一般的に使用されている増ちょう剤であれば特に制限なく使用することができる。例えば、リチウム石けん、リチウムコンプレックス石けん、力ルシウム石けん、カルシウムコンプレックス石けん、アルミニウム石けん、アルミニウムコンプレックス石けん等の金属石けん類、ジウレア化合物、ポリウレア化合物等のウレア化合物が挙げられる。
これらの中で比較的安価であり、広い温度範囲で使用できることから金属石けんまたはウレア化合物を使用することが好ましい。

本発明において上記増ちょう剤の配合割合は、得られるグリースの混和ちょう度が 400 以上となる割合で配合する。具体的には、増ちょう剤をグリース全体に対して 0.5 重量％〜5 重量％配合することが好ましい。
混和ちょう度 400 以上である液状のグリースは、潤滑油の長所である流動性および潤滑性と、グリースの長所である保持性および非蒸発性とを合わせ持っている。すなわち、潤滑油が繊維である増ちょう剤に保持され、外部への流出が少なくなり、焼結機械部品としての耐久性が向上する。また流出した潤滑油も焼結部品表面に残りやすく、その結果、機械部品としての接触・噛み合いによる摩耗・異音発生を防ぐことができると共に、軸受の機能を有する場合も低トルクとなる。
これに対して、潤滑油は、良好な流動性を有し潤滑性に優れているが、遠心力による飛散および蒸発を生じやすい。一方、通常のグリース（混和ちょう度 400 未満）は、保持力があって飛散しにくいが、流動性が悪く負荷が大きくなる欠点がある。

本発明の焼結機械部品は液状のグリースが焼結機械部表面に常に存在し、相手材との間で良好な接触・噛み合い等の摺動が得られるので、事務機器用の各種歯車やシール部品、ポンプ用部品、カム、クラッチ部品、ショックアブソーバ部品、コンプレッサー部品等、各種産業機械に用いられる焼結機械部品として好適に利用できる。

１駆動歯車
２定着ローラ歯車
３アイドラ歯車
４排紙ローラ歯車
５ヒーター
６排紙ローラ
７定着ローラ

Claims

表面に開孔部分を有し、その表面開孔率が 20％〜35％であり、金属粉末とグラファイトとを混合した焼結金属からなる焼結機械部品であって、
前記焼結機械部品が、歯車であり、
前記焼結金属に、ＪＩＳＫ２２２０で規定される方法により測定した 25℃における 60 回混和ちょう度 400 以上である液状のグリースを含浸させ、
前記液状のグリースは、基油に金属石けんまたはウレア化合物である増ちょう剤をグリース全体に対して 0.5 重量％〜5 重量％配合してなることを特徴とする焼結機械部品。
前記焼結金属は、銅系焼結金属、鉄系焼結金属および鉄銅合金系焼結金属から選ばれた少なくとも一つの焼結金属であることを特徴とする請求項１記載の焼結機械部品。
前記焼結機械部品は、該部品表面に前記液状のグリースを付着させてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の焼結機械部品。
表面に開孔部分を有する焼結金属に混和ちょう度 400 以上である液状のグリースを含浸してなる焼結機械部品の製造方法であって、
前記焼結機械部品が、歯車であり、
前記焼結金属の原料となる金属粉末とグラファイトとを含む混合物を金型に充填して部品形状に圧縮成形し、この成形物を焼結し、焼結後に、サイジング、コイニング、またはバレル処理を施して、該焼結金属の表面開孔率を20％〜35％に調整する工程と、得られた焼結金属に、基油に金属石けんまたはウレア化合物である増ちょう剤をグリース全体に対して 0.5 重量％〜5 重量％配合してＪＩＳＫ２２２０で規定される方法により測定した 25℃における 60 回混和ちょう度 400 以上である液状のグリースを真空含浸により含浸する工程と、含浸後、油切りを行ない、部品表面に前記液状のグリースが付着した状態とする工程とを備えてなることを特徴とする焼結機械部品の製造方法。
前記焼結金属は、銅系焼結金属、鉄系焼結金属および鉄銅合金系焼結金属から選ばれた少なくとも一つの焼結金属であることを特徴とする請求項４記載の焼結機械部品の製造方法。
前記金属粉末として粒子径 100 メッシュ以下の金属粉末を使用し、圧粉密度は 6.4〜7.2g/cm³の範囲で圧縮成形することを特徴とする請求項４または請求項５記載の焼結機械部品の製造方法。