JP7131566B2 - Gear and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明の一実施形態は、歯車に関する。 One embodiment of the present invention relates to gears.
高強度で、高減衰能の金属製歯車は、高出力であるとともに、振動による騒音を低減することができる。このような歯車は、自動車用歯車に好ましく用いることができる。
鋳造品の鉄製歯車は、複雑な形状を高強度で提供することができるが、緻密体であるため、振動が伝達しやすく、減衰能が劣る問題がある。A high-strength, high-damping metal gear can provide high output and reduce noise due to vibration. Such gears can be preferably used for automotive gears.
A cast iron gear can provide a complex shape with high strength, but since it is a dense body, it easily transmits vibrations and has a problem of poor damping capacity.
特許文献１には、歯部を鋼材とし、ボス部を高減衰能材とし、歯部とボス部とを摩擦圧接して得られる複合歯車によって、高強度かつ高減衰能である複合歯車を提供することが提案されている。特許文献１の複合歯車は、緻密体であり、強度を高めることができる一方で、減衰能を十分に得ることができない。 In Patent Document 1, a composite gear with high strength and high damping capacity is provided by using a composite gear obtained by friction-welding the teeth and the boss by using a steel material for the teeth and a high-damping-capacity material for the bosses. It is proposed to The composite gear of Patent Document 1 is a dense body, and although it can increase strength, it cannot obtain sufficient damping capacity.
原料粉末を金型内で圧縮成形して得られた圧粉体を焼結する、いわゆる粉末冶金法は、ニアネットシェイプに造形できるので、後の機械加工による削り代が少なく材料損失が小さいこと、また一度金型を作製すれば同じ形状の製品が多量に生産できること、通常の溶解して製造される合金で得ることができない特殊な合金を製造できること等の理由から経済性に優れているという特徴がある。このため自動車部品を始めとする機械部品に広く適用されている。 The so-called powder metallurgy method, which involves sintering the green compact obtained by compressing the raw material powder in a mold, can form a near-net shape, so there is little material loss due to the subsequent machining. In addition, once a mold is made, it is possible to mass-produce products of the same shape, and it is possible to manufacture special alloys that cannot be obtained with ordinary melted alloys. Characteristic. Therefore, it is widely applied to machine parts including automobile parts.
特許文献２及び特許文献３には、高い機械的強さが要求される機械部品に、鉄基材料が適用されるとともに、焼入れ処理等の熱処理が施され、金属組織を機械的強さの高い焼入れ組織、すなわちマルテンサイト単相もしくはマルテンサイトとベイナイトの混合相となる金属組織としたものが適用されることが提案されている。
In
特許文献４には、気孔率が２０～５０％の鉄基合金焼結体の気孔内に樹脂硬化物が充填されている複合材料であり、気孔率が２０％以上であることで樹脂硬化物の量を多くして制振性能を得る制振材料が提案されている。特許文献４の制振材料は、自動車エンジンシリンダヘッドのインクジェクタ取付部のガスケットとして用いられる。 Patent Document 4 describes a composite material in which the pores of an iron-based alloy sintered body with a porosity of 20 to 50% are filled with a cured resin. A vibration damping material has been proposed in which the amount of is increased to obtain vibration damping performance. The damping material of Patent Document 4 is used as a gasket for an injector mounting portion of an automobile engine cylinder head.
鉄基焼結体の歯車を製造する場合では、焼結体を熱処理して高強度の金属組織を生成させて、全体の強度を高めることができる。特許文献２及び特許文献３では、十分な強度の鉄基焼結体を得ることができるが、単相の鉄基焼結体に空洞の気孔が含まれるだけでは、振動を十分に吸収することができずに、減衰能が劣る問題がある。
特許文献４では、ガスケット用の鉄基合金焼結体であるため、歯車用に適用するには、強度が十分ではない。また、特許文献４の鉄基合金焼結体は、樹脂硬化物を充填させるために高気孔率であり、強度が低下する問題がある。
本発明の一目的としては、金属製のボス部及び歯部を備え、制振性能が優れる歯車を提供することである。In the case of manufacturing a gear of an iron-based sintered body, the sintered body is heat-treated to generate a high-strength metal structure, thereby increasing the overall strength. In Patent Document 2 and
In Patent Document 4, since it is an iron-based alloy sintered body for gaskets, the strength is not sufficient for application to gears. In addition, the iron-based alloy sintered body of Patent Document 4 has a high porosity due to the filling of the resin cured product, and there is a problem that the strength is lowered.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a gear having metal bosses and teeth and excellent vibration damping performance.
上記課題を達成するための具体的手段は以下の通りである。
［１］金属材料で形成されるボス部と、前記ボス部の外周に配置され金属材料で形成される歯部とを有し、前記ボス部及び前記歯部のうち少なくとも一方は金属焼結材料で形成される、歯車。
［２］前記ボス部及び前記歯部のうち少なくとも一方は対数減衰率が０．０１以上である、［１］に記載の歯車。
［３］前記ボス部の対数減衰率と前記歯部の対数減衰率の差の絶対値は０．００９以上である、［１］又は２に記載の歯車。Concrete means for achieving the above object are as follows.
[1] A boss portion made of a metal material and a tooth portion formed of a metal material and arranged around the boss portion, and at least one of the boss portion and the tooth portion is made of a sintered metal material. Gears formed by
[2] The gear according to [1], wherein at least one of the boss portion and the tooth portion has a logarithmic decrement of 0.01 or more.
[3] The gear according to [1] or 2, wherein the absolute value of the difference between the logarithmic decrement rate of the boss portion and the logarithmic decrement rate of the tooth portion is 0.009 or more.
［４］前記ボス部の外周部及び前記歯部の内周部の一方に径方向に突出する突起部が形成され、前記ボス部の外周部及び前記歯部の内周部の他方に前記突起部を収容する凹部が形成される、［１］から［３］のいずれかに記載の歯車。
［５］前記ボス部は、径方向に突出する突起部が形成されない外周部を有し、前記歯部は、径方向に突出する突起部が形成されない内周部を有する、［１］から［３］のいずれかに記載の歯車。
［６］前記ボス部の外周面及び前記歯部の内周面の一方が径方向に突出する凸面であり、前記ボス部の外周面及び前記歯部の内周面の他方が前記凸面に対応する凹面である、［１］から［５］のいずれかに記載の歯車。
［７］前記ボス部が金属焼結材料で形成される、［１］から［６］のいずれかに記載の歯車。
［８］前記ボス部及び前記歯部が金属焼結材料で形成される、［１］から［７］のいずれかに記載の歯車。
［９］前記ボス部と前記歯部とは接合されている、［１］から［８］のいずれかに記載の歯車。[4] A protrusion projecting radially is formed on one of the outer peripheral portion of the boss portion and the inner peripheral portion of the tooth portion, and the protrusion is formed on the other of the outer peripheral portion of the boss portion and the inner peripheral portion of the tooth portion. A gear according to any one of [1] to [3], wherein a recess for accommodating a portion is formed.
[5] From [1] to [ 3], the gear according to any one of the above.
[6] One of the outer peripheral surface of the boss portion and the inner peripheral surface of the tooth portion is a convex surface protruding in the radial direction, and the other of the outer peripheral surface of the boss portion and the inner peripheral surface of the tooth portion corresponds to the convex surface. The gear according to any one of [1] to [5], which is a concave surface that
[7] The gear according to any one of [1] to [6], wherein the boss portion is made of sintered metal material.
[8] The gear according to any one of [1] to [7], wherein the boss portion and the tooth portion are made of sintered metal material.
[9] The gear according to any one of [1] to [8], wherein the boss portion and the tooth portion are joined.
本発明の一実施形態によれば、金属製のボス部及び歯部を備え、制振性能が優れる歯車を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to one embodiment of the present invention, it is possible to provide a gear having a metal boss portion and tooth portions and excellent vibration damping performance.
以下、本発明の一実施形態について説明するが、以下の例示によって本発明は限定されない。 An embodiment of the present invention will be described below, but the present invention is not limited by the following examples.
一実施形態の歯車は、金属材料で形成されるボス部と、ボス部の外周に配置され金属材料で形成される歯部とを有し、ボス部及び歯部のうち少なくとも一方は金属焼結材料で形成される、ことを特徴とする。 In one embodiment, a gear has a boss formed of a metallic material and teeth formed of a metallic material and arranged on the outer circumference of the boss, and at least one of the boss and the teeth is made of sintered metal. It is characterized by being made of material.
歯車１０の一形態は、図１に示す通り、ボス部１０ｂと、ボス部の外周に配置される歯部１０ａとを有する。図１に示す歯車１０は、模式図であり、歯車の軸方向厚さ、歯車の直径、ボス部及び歯部の径方向幅、歯部のピッチ等の寸法は、これに限定されない。
歯車は、歯部とボス部の両方が金属焼結材料によって形成されていてもよく、または、歯部及びボス部のいずれか一方が金属焼結材料によって形成されていてもよい。好ましくは、ボス部が金属焼結材料によって形成されている歯車である。歯部は、ボス部よりも高強度である高強度材料であることが好ましい。
他の形態として、歯部及びボス部とともに、歯部とボス部との間に中間層を備える歯車であってもよい。中間層は、１層又は２層以上であってもよく、金属焼結材料、その他の金属材料、樹脂やゴム等の弾性材料、又はその他の材料であってもよい。One form of the
The gear may have both teeth and bosses made of a sintered metal material, or one of the teeth and bosses may be made of a sintered metal material. Preferably, the gear is a gear whose boss is made of a sintered metal material. The teeth are preferably of a high strength material that is stronger than the boss.
Alternatively, the gear may include teeth and bosses with an intermediate layer between the teeth and bosses. The intermediate layer may be one layer or two or more layers, and may be a sintered metal material, other metal material, elastic material such as resin or rubber, or other material.
ボス部及び歯部のうち少なくとも一方は対数減衰率が０．０１以上であることが好ましい。これによって、歯車のボス部及び／又は歯部が振動を吸収して、制振性能をより改善することができる。
ボス部及び歯部の対数減衰率は、それぞれ独立的に、０．０１以上が好ましく、０．０５以上がより好ましく、０．１以上がさらに好ましい。
ボス部及び歯部の対数減衰率は、それぞれ独立的に、５以下が好ましい。
より好ましくは、ボス部の対数減衰率が０．０１以上であることが好ましい。
ボス部の対数減衰率が０．０１以上である場合、歯部の対数減衰率は、０．０１未満であってよい。これによって、歯部を高強度としながら、歯部からの振動をボス部でより吸収することができる。At least one of the boss portion and the tooth portion preferably has a logarithmic decrement of 0.01 or more. As a result, the boss portion and/or the tooth portion of the gear can absorb the vibration, and the damping performance can be further improved.
The logarithmic attenuation factors of the boss portion and the tooth portion are each independently preferably 0.01 or more, more preferably 0.05 or more, and still more preferably 0.1 or more.
The logarithmic decrements of the boss portion and the tooth portion are each independently preferably 5 or less.
More preferably, the logarithmic decrement of the boss is 0.01 or more.
If the logarithmic decrement of the boss is 0.01 or more, the logarithmic decrement of the tooth may be less than 0.01. As a result, vibrations from the teeth can be absorbed more by the boss while the teeth have high strength.
ボス部の対数減衰率と歯部の対数減衰率の差の絶対値は０．００９以上であることが好ましい。ボス部と歯部の対数減衰率を異ならせることで、対数減衰率の低い部材から、対数減衰率の高い部材へと振動が吸収されて、制振性能をより改善することができる。
この差の絶対値は、０．００９以上が好ましく、０．０５以上がより好ましく、０．５以上がさらに好ましい。この差の絶対値が大きくなると、振動吸収の効果が損なわれることがあるため、この差の絶対値は、５以下が好ましい。
また、ボス部の対数減衰率が歯部の対数減衰率よりも高いことが好ましい。これによって、歯部を高強度材料としても、歯部からの振動をボス部で吸収することができる。
ここで、対数減衰率は、試料を板状の試験片に成形し、片端固定打撃加振法にしたがって、試験片の一方面に打撃を加え、反対側の面からの振動をレーザ変位計で読み取り、読み取った振動波から対数減衰率を計算して求めることができる。The absolute value of the difference between the logarithmic attenuation factor of the boss and the logarithmic attenuation factor of the teeth is preferably 0.009 or more. By making the logarithmic damping ratios of the boss portion and the tooth portion different, the vibration is absorbed from the member with the low logarithmic damping ratio to the member with the high logarithmic damping ratio, and the damping performance can be further improved.
The absolute value of this difference is preferably 0.009 or more, more preferably 0.05 or more, and even more preferably 0.5 or more. If the absolute value of this difference becomes large, the effect of vibration absorption may be impaired, so the absolute value of this difference is preferably 5 or less.
Moreover, it is preferable that the logarithmic attenuation factor of the boss portion is higher than the logarithmic attenuation factor of the tooth portion. As a result, even if the teeth are made of a high-strength material, vibrations from the teeth can be absorbed by the boss.
Here, the logarithmic decrement is measured by shaping the sample into a plate-shaped test piece, applying a blow to one side of the test piece according to the one-end fixed impact vibration method, and measuring the vibration from the opposite side with a laser displacement meter. It can be obtained by reading and calculating the logarithmic decrement from the read vibration wave.
ボス部の引張強さは、１５０ＭＰａ以上であってよく、好ましくは２００ＭＰａ以上であり、より好ましくは２５０ＭＰａ以上である。
ボス部の引張強さは、１０００ＭＰａ未満が好ましく、９００ＭＰａ未満がより好ましく、８００ＭＰａ以下がさらに好ましく、７００ＭＰａ以下が一層好ましい。
この範囲で、ボス部の減衰能の低下を防止しながら、十分な材料強度を得ることができる。
ここで、引張強さは、試料を引張試験片の形状に成形し、ＪＩＳＺ２２４１「金属材料引張試験方法」に従って測定することができる。詳細については、後述する実施例の通りである。The boss portion may have a tensile strength of 150 MPa or more, preferably 200 MPa or more, and more preferably 250 MPa or more.
The tensile strength of the boss portion is preferably less than 1000 MPa, more preferably less than 900 MPa, even more preferably 800 MPa or less, and even more preferably 700 MPa or less.
Within this range, it is possible to obtain sufficient material strength while preventing the damping capacity of the boss portion from decreasing.
Here, the tensile strength can be measured according to JISZ2241 "Methods for tensile testing of metallic materials" by molding a sample into a tensile test piece. The details are as described in the examples described later.
ボス部の減衰能は、１．０以上であってよく、２．５以上が好ましく、４．０以上がより好ましく、６．０以上がさらに好ましい。
金属焼結材料の材料強度の観点から、ボス部の減衰能は、２０以下が好ましく、１５以下がより好ましい。
ここで、減衰能は、試料を板状の試験片に成形し、片端固定打撃加振法にしたがって、試験片の一方面に打撃を加え、反対側の面からの振動をレーザ変位計で読み取り、ＪＩＳＧ０６０２「制振鋼板の振動減衰特性試験方法」に準拠し、ヒルベルト法を用いて、読み取った振動波から減衰能を計算して求めることができる。The damping capacity of the boss portion may be 1.0 or more, preferably 2.5 or more, more preferably 4.0 or more, and even more preferably 6.0 or more.
From the viewpoint of material strength of the sintered metal material, the damping capacity of the boss portion is preferably 20 or less, more preferably 15 or less.
Here, the damping capacity is obtained by molding the sample into a plate-shaped test piece, applying a blow to one side of the test piece according to the one-end fixed impact vibration method, and reading the vibration from the opposite side with a laser displacement meter. , JIS G0602 "Test method for vibration damping characteristics of damping steel sheet", using the Hilbert method, the damping capacity can be calculated and obtained from the read vibration wave.
歯部は、高強度材料であることが好ましく、引張強さが９００ＭＰａ以上であることが好ましく、より好ましくは１０００ＭＰａ以上である。歯部の引張強さは、これに限定されないが、２０００ＭＰａ以下であってよい。 The teeth are preferably made of a high-strength material and preferably have a tensile strength of 900 MPa or more, more preferably 1000 MPa or more. Although the tensile strength of the tooth portion is not limited to this, it may be 2000 MPa or less.
歯部は、高強度材料であることが好ましいため、その減衰能は特に制限されない。好ましくは、歯部の減衰能はボス部の減衰能よりも低く、ボス部の減衰能が歯部の減衰能の２．０倍以上である。これによって、歯車全体の制振性能をより高めることができる。 Since the teeth are preferably made of a high-strength material, their damping capacity is not particularly limited. Preferably, the damping capacity of the tooth is lower than that of the boss, and the damping capacity of the boss is at least 2.0 times the damping capacity of the tooth. As a result, the damping performance of the entire gear can be further enhanced.
以下、金属焼結材料について説明する。
金属焼結材料は、粉末冶金法によって製造することができ、原料粉末に由来して気孔部が含まれていてもよい。金属焼結体は多孔質であるため、溶融工程を経て形成される金属材料と比べて、ある程度の剛性を有する。
金属焼結材料は、ボス部及び歯部のいずれか一方に用いてもよく、ボス部及び歯部の両方に用いてもよい。好ましくはボス部を金属焼結材料で形成することで、上記したボス部の物性をより好ましい範囲にすることができる。ボス部に金属焼結材料を用いる場合では、歯部は、ボス部と同じ金属焼結材料であってよく、異なる引張強さ、対数減衰率、減衰能、気孔率等の物性を有する金属焼結材料であってもよく、その他の金属材料であってもよい。The metal sintered material will be described below.
The sintered metal material can be produced by a powder metallurgy method, and may contain pores derived from the raw material powder. Since the metal sintered body is porous, it has a certain degree of rigidity compared to metal materials formed through a melting process.
The sintered metal material may be used for either the boss portion or the tooth portion, or may be used for both the boss portion and the tooth portion. Preferably, by forming the boss from a sintered metal material, the physical properties of the boss can be set within a more preferable range. When a sintered metal material is used for the boss portion, the tooth portion may be made of the same sintered metal material as the boss portion, and may be made of sintered metal material having different physical properties such as tensile strength, logarithmic damping rate, damping capacity, and porosity. It may be a binder material or other metal material.
金属焼結材料としては、鉄基、チタン基、ニッケル基、アルミニウム基、銅基、マグネシウム基、アルミナ基等の焼結材料、又はこれらの混合材料を用いることができるが、鉄基焼結材料を好ましく用いることができる。 As the metal sintered material, iron-based, titanium-based, nickel-based, aluminum-based, copper-based, magnesium-based, alumina-based sintered materials, or mixed materials thereof can be used. can be preferably used.
鉄基焼結材料は、気孔率が２０ｖｏｌ％以下が好ましく、１８ｖｏｌ％以下がより好ましく、１５ｖｏｌ％以下がさらに好ましい。これによって、鉄基焼結材料の強度を全体的に高めることができる。
鉄基焼結材料は、気孔率が７ｖｏｌ％以上が好ましく、１０ｖｏｌ％以上がより好ましい。これによって、鉄基焼結材料の対数減衰率を高め、制振性能をより改善することができる。The porosity of the iron-based sintered material is preferably 20 vol% or less, more preferably 18 vol% or less, even more preferably 15 vol% or less. This can increase the strength of the iron-based sintered material as a whole.
The iron-based sintered material preferably has a porosity of 7 vol % or more, more preferably 10 vol % or more. As a result, the logarithmic decrement of the iron-based sintered material can be increased, and the damping performance can be further improved.
ここで、鉄基焼結材料の気孔率は、鉄基焼結材料の密度から、鉄の真密度を７．８７ｇ／ｃｍ３として計算して求めることができる。鉄基焼結材料の密度は、鉄基焼結材料の乾燥重量、油浸重量、水中重量を測定し、アルキメデス法に従って求めることができる。
鉄基焼結材料の密度の詳しい測定条件は、以下の通りである。
試験機：電子天秤（株式会社エーアンドデイ製「ＧＲ－２０２」）
温度：室温（２５℃）
油浸重量の測定条件は、以下の通りである。
油：キレスピンドル油（比重：０．８５６）
圧力：６０ｋＰａ（真空度）
減圧時間：３０ｍｉｎ（気泡が出なくなるまで）
減圧解放後：油中で５ｍｉｎ保持
表面の油を拭き取り、電子天秤を用いて、小数点４桁まで重量を測定する。Here, the porosity of the iron-based sintered material can be obtained by calculating from the density of the iron-based sintered material assuming that the true density of iron is 7.87 g/cm 3 . The density of the iron-based sintered material can be obtained by measuring the dry weight, the oil-immersed weight, and the underwater weight of the iron-based sintered material according to the Archimedes method.
Detailed measurement conditions for the density of the iron-based sintered material are as follows.
Tester: Electronic balance (“GR-202” manufactured by A&D Co., Ltd.)
Temperature: Room temperature (25°C)
The measurement conditions for the oil immersion weight are as follows.
Oil: sharp spindle oil (specific gravity: 0.856)
Pressure: 60 kPa (degree of vacuum)
Depressurization time: 30 min (until bubbles stop coming out)
After releasing the reduced pressure: Hold in oil for 5 minutes Wipe off the oil on the surface, and measure the weight to four decimal places using an electronic balance.
鉄基焼結材料の一例には、基地硬さＨＶが２５０以上である第１の金属組織と、基地硬さＨＶが２５０未満である第２の金属組織とを有する材料がある。この材料は、低減衰能であるとともに、高強度の部材を形成することができ、歯車のボス部及び歯部、特にボス部に適する。
第１の金属組織は、基地硬さＨＶが２５０以上が好ましく、３００以上がより好ましく、６００以上がさらに好ましい。
第１の金属組織は、これに制限されないが、基地硬さＨＶが８５０以下が好ましい。
このような第１の金属組織としては、マルテンサイト、ベイナイト、パーライト、又はこれらの組み合わせが挙げられる。An example of an iron-based sintered material is a material having a first metallographic structure with a matrix hardness HV of 250 or more and a second metallographic structure with a matrix hardness HV of less than 250. This material has a low damping capacity and can form a high strength member, making it suitable for gear hubs and teeth, especially bosses.
The first metallographic structure preferably has a matrix hardness HV of 250 or higher, more preferably 300 or higher, even more preferably 600 or higher.
The first metal structure preferably has a base hardness HV of 850 or less, although not limited thereto.
Such first metallographic structures include martensite, bainite, pearlite, or combinations thereof.
第２の金属組織は、基地硬さＨＶが２５０未満が好ましく、２００以下がより好ましく、１８０以下がさらに好ましい。
第２の金属組織は、これに制限されないが、基地硬さＨＶが１００以上が好ましい。
このような第２の金属組織としては、フェライト、オーステナイト、又はこれらの組み合わせが挙げられる。The second metal structure preferably has a matrix hardness HV of less than 250, more preferably 200 or less, even more preferably 180 or less.
The second metallographic structure preferably has a base hardness HV of 100 or more, although not limited thereto.
Such second metal structures include ferrite, austenite, or combinations thereof.
ここで、基地硬さＨＶは、鉄基焼結材料の気孔部を除く基地表面のビッカース硬さＨＶであり、詳しくは、高硬度の場合には１００ｇの荷重を、低硬度の場合には１０ｇの荷重を基地表面に負荷する場合のビッカース硬さである。
金属組織のビッカース硬さは、光学顕微鏡による目視判断によって同じ金属組織である領域を確認し、同じ金属組織である領域内の５箇所でビッカース硬さを測定し、その平均値とする。
金属組織の判定をするために、基地表面を５％ナイタール腐食液で腐食してから、基地硬さを測定することが好ましい。Here, the matrix hardness HV is the Vickers hardness HV of the matrix surface excluding the pores of the iron-based sintered material. is the Vickers hardness when a load of 1 is applied to the base surface.
The Vickers hardness of the metallographic structure is obtained by visually confirming the region with the same metallographic structure by visual judgment with an optical microscope, measuring the Vickers hardness at five points in the region with the same metallographic structure, and taking the average value.
In order to determine the metallographic structure, it is preferable to measure the hardness of the matrix after corroding the surface of the matrix with a 5% nital etchant.
第１の金属組織は、気孔部を除く基地面積に対して５０～９０％が好ましい。例えば、マルテンサイト、ベイナイト、及びパーライトが占める領域は、気孔部を除く基地面積に対して５０～９０％が好ましい。
第２の金属組織は、気孔部を除く基地面積に対して１０～５０％が好ましい。例えば、フェライト、及びオーステナイトが占める領域は、気孔部を除く基地面積に対して１０～５０％が好ましい。The first metallographic structure is preferably 50 to 90% of the base area excluding pores. For example, the area occupied by martensite, bainite, and pearlite is preferably 50 to 90% of the matrix area excluding pores.
The second metallographic structure is preferably 10 to 50% of the base area excluding pores. For example, the area occupied by ferrite and austenite is preferably 10 to 50% of the matrix area excluding pores.
鉄基焼結材料は、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、及びＣからなる群から選択される１種以上を含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる組成を有することが好ましい。
例えば、鉄基焼結材料は、質量％で、Ｎｉ：０．１～２０％、Ｍｏ：０．１～５％、Ｃｕ：０．１～３％、Ｍｎ：０．１～５％、及びＣｒ：０．１～２５％からなる群から選択される１種以上、及びＣ：０．１～４．０％を含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる組成を有することが好ましい。The iron-based sintered material preferably has a composition containing one or more selected from the group consisting of Ni, Mo, Cu, Mn, Cr, and C, with the balance being Fe and unavoidable impurities.
For example, the iron-based sintered material is, in mass %, Ni: 0.1 to 20%, Mo: 0.1 to 5%, Cu: 0.1 to 3%, Mn: 0.1 to 5%, and It is preferable to have a composition containing one or more selected from the group consisting of Cr: 0.1 to 25%, C: 0.1 to 4.0%, and the balance being Fe and unavoidable impurities.
以下、鉄基焼結材料の組成について説明する。
Ｎｉ：０．１～２０％
Ｎｉは、鉄基焼結材料の焼き入れ性を向上し、焼結及び冷却を経て、鉄基焼結材料に焼入れ組織を含ませる作用とオーステナイトとして残留する作用を有する。Ｎｉは０．１％以上、好ましくは０．５％以上、より好ましくは１．０％以上であることで、材料強度を高め、減衰能を改善することができる。Ｎｉは２０％以下が好ましく、１０％以下がより好ましい。Ｎｉは３０．０％以下まで配合してよい。The composition of the iron-based sintered material will be described below.
Ni: 0.1-20%
Ni improves the hardenability of the iron-based sintered material, and has the effect of making the iron-based sintered material contain a hardened structure and the effect of remaining as austenite after sintering and cooling. When Ni is 0.1% or more, preferably 0.5% or more, and more preferably 1.0% or more, the material strength can be increased and the damping capacity can be improved. Ni is preferably 20% or less, more preferably 10% or less. Ni may be blended up to 30.0% or less.
Ｍｏ：０．１～５％
Ｍｏは、鉄基焼結材料の焼き入れ性を向上し、焼結及び冷却を経て、鉄基焼結材料に焼入れ組織を含ませる作用を有する。Ｍｏは０．１％以上、好ましくは０．５％以上、より好ましくは１．０％以上であることで、材料強度を高め、減衰能を改善することができる。Ｍｏは５％以下が好ましいが、７％以下まで配合してもよい。Mo: 0.1-5%
Mo has the effect of improving the hardenability of the iron-based sintered material and making the iron-based sintered material include a hardened structure through sintering and cooling. When Mo is 0.1% or more, preferably 0.5% or more, and more preferably 1.0% or more, the material strength can be increased and the damping capacity can be improved. Mo is preferably 5% or less, but may be blended up to 7% or less.
Ｃｕ：０．１～３％
Ｃｕは、Ｆｅに拡散して材料強度を高める作用を有する。Ｃｕが０．１％以上、好ましくは０．５％以上、より好ましくは１％以上であることで、Ｆｅへの拡散を促進することができる。Ｃｕは３％以下が好ましく、これによって、軟質なＣｕ相の発生を抑制して、材料強度の低下を防止することができ、また、焼結時にＣｕ液相の発生を抑制して、製品全体の寸法精度を高めることができる。Ｃｕは３％以下が好ましいが、４．５％以下まで配合してもよい。Cu: 0.1-3%
Cu has the effect of diffusing into Fe to increase the strength of the material. When Cu is 0.1% or more, preferably 0.5% or more, and more preferably 1% or more, diffusion into Fe can be promoted. Cu is preferably 3% or less, which suppresses the generation of a soft Cu phase, prevents a decrease in material strength, and suppresses the generation of a Cu liquid phase during sintering, thereby improving the overall product dimensional accuracy can be improved. Cu is preferably 3% or less, but may be blended up to 4.5% or less.
Ｍｎ：０．１～５％
Ｍｎは、鉄基焼結材料の焼き入れ性を向上し、焼結及び冷却を経て、鉄基焼結材料に焼入れ組織を含ませる作用を有する。Ｍｎは０．１％以上、好ましくは０．５％以上、より好ましくは１．０％以上であることで、材料強度を高め、減衰能を改善することができる。Ｍｎは５％以下が好ましいが、７％以下まで配合してもよい。Mn: 0.1-5%
Mn has the effect of improving the hardenability of the iron-based sintered material and making the iron-based sintered material include a hardened structure through sintering and cooling. When Mn is 0.1% or more, preferably 0.5% or more, and more preferably 1.0% or more, the material strength can be increased and the damping capacity can be improved. Mn is preferably 5% or less, but may be blended up to 7% or less.
Ｃｒ：０．１～２５％
Ｃｒは、鉄基焼結材料の焼き入れ性を向上し、焼結及び冷却を経て、鉄基焼結材料に焼入れ組織を含ませる作用を有する。Ｃｒは０．１％以上、好ましくは０．５％以上、より好ましくは１．０％以上であることで、材料強度を高め、減衰能を改善することができる。Ｃｒは２５％以下が好ましく、２０％以下がより好ましく、１０％以下がさらに好ましい。Ｃｒは２５％以下が好ましいが、３０．０％以下まで配合してよい。Cr: 0.1-25%
Cr has the effect of improving the hardenability of the iron-based sintered material and causing the iron-based sintered material to include a hardened structure through sintering and cooling. When Cr is 0.1% or more, preferably 0.5% or more, and more preferably 1.0% or more, the material strength can be increased and the damping capacity can be improved. Cr is preferably 25% or less, more preferably 20% or less, and even more preferably 10% or less. Although Cr is preferably 25% or less, it may be blended up to 30.0% or less.
Ｃ：０．１～４．０％
Ｃは、その一部がＦｅに固溶して強度を向上し、他の一部が鉄基焼結材料の気孔部内に残留し、高減衰能に寄与する。Ｃは０．１％以上、好ましくは０．５％以上、より好ましくは１．０％以上であることで、基地硬さの高い金属組織を生成して、材料強度を高めることができ、また、気孔部内に遊離グラファイトを生成して、高減衰能に寄与することができる。Ｃは、４．０％以下であることで、基地硬さの高い金属組織が過剰に生成することを抑制して、減衰能の低下を防止することができる。
Ｃは、成形体の圧縮性を高めるために、黒鉛粉末の形態で付与することができる。C: 0.1-4.0%
A part of C dissolves in Fe to improve strength, and the other part remains in the pores of the iron-based sintered material, contributing to high damping capacity. When C is 0.1% or more, preferably 0.5% or more, and more preferably 1.0% or more, a metal structure with a high base hardness can be generated and the material strength can be increased. , can generate free graphite in the pores to contribute to high damping capacity. When C is 4.0% or less, it is possible to suppress excessive formation of a metal structure with high matrix hardness and prevent a decrease in damping capacity.
C can be applied in the form of graphite powder in order to increase the compressibility of the compact.
鉄基焼結材料は、Ｂ及びＡｌの一方又は両方をさらに含むことができ、質量％でＢ：０．０１～１．０％、Ａｌ：０．００１～１．０％で含むことが好ましい。 The iron-based sintered material can further contain one or both of B and Al, and preferably contains B: 0.01 to 1.0% and Al: 0.001 to 1.0% by mass. .
Ｂ：０．０１～１．０％
Ｂは、焼結中に黒鉛粉末を多い、黒鉛が基地中に拡散することを抑制して、焼結後の鉄基焼結材料の気孔部内に遊離グラファイトを生成させる作用を有する。Ｂが０．０１％以上、好ましくは０．０５％以上、より好ましくは０．１％以上であることで、鉄基焼結材料の内部に遊離グラファイトを生成させ、減衰能改善に寄与することができる。また、Ｂが１．０％以下、好ましくは０．５％以下であることで、Ｆｅに固溶するＢ量を制限して、強度の低下を防止することができる。
Ｂは、酸化ホウ素、窒化ホウ素等の形態で混合粉末に添加することができる。B: 0.01-1.0%
B has the effect of increasing the amount of graphite powder during sintering, suppressing the diffusion of graphite into the matrix, and generating free graphite in the pores of the iron-based sintered material after sintering. When B is 0.01% or more, preferably 0.05% or more, more preferably 0.1% or more, free graphite is generated inside the iron-based sintered material and contributes to the improvement of the damping capacity. can be done. In addition, when the B content is 1.0% or less, preferably 0.5% or less, the amount of B dissolved in Fe can be limited, and a decrease in strength can be prevented.
B can be added to the mixed powder in the form of boron oxide, boron nitride, or the like.
Ａｌ：０．００１～１．０％
Ａｌは、焼結中に黒鉛が基地中に拡散することを抑制して、焼結後の鉄基焼結材料の気孔部内に遊離グラファイトを生成させる作用を有する。Ａｌが０．００１％以上、好ましくは０．０１％以上、より好ましくは０．０２％以上であることで、鉄基焼結材料の内部に遊離グラファイトを生成させ、減衰能改善に寄与することができる。また、Ａｌが１．０％以下、好ましくは０．５％以下、より好ましくは０．１％以下であることで、余剰のＡｌがＦｅに固溶することを制限して、強度の低下を防止することができる。
Ａｌは、ステアリン酸、１２－ヒドロキシステアリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、リシノール酸、ベヘン酸等の高級脂肪酸のアルミニウム塩の形態で混合粉末に添加することができる。Al: 0.001-1.0%
Al has the effect of suppressing the diffusion of graphite into the matrix during sintering and generating free graphite in the pores of the iron-based sintered material after sintering. When Al is 0.001% or more, preferably 0.01% or more, more preferably 0.02% or more, free graphite is generated inside the iron-based sintered material and contributes to the improvement of the damping capacity. can be done. In addition, Al is 1.0% or less, preferably 0.5% or less, more preferably 0.1% or less, so that excess Al is restricted from solid solution in Fe, and strength is prevented from decreasing. can be prevented.
Al can be added to the mixed powder in the form of aluminum salts of higher fatty acids such as stearic acid, 12-hydroxystearic acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, ricinoleic acid and behenic acid.
鉄基焼結材料は、残部Ｆｅであり、不可避不純物が含まれることがある。 An iron-based sintered material has a balance of Fe and may contain unavoidable impurities.
鉄基焼結材料は、基地に拡散しない鉱物、酸化物、窒化物、及びホウ化物からなる群から選択される１種以上をさらに含んでもよい。これらの添加剤としては、例えば、ＭｇＯ、ＳｉＯ２、ＴｉＮ、ＣａＡｌＳｉＯ３、ＣｒＢ２等、又はこれらの組み合わせが挙げられる。The iron-based sintered material may further contain one or more selected from the group consisting of minerals, oxides, nitrides, and borides that do not diffuse into the matrix. These additives include, for example, MgO, SiO2 , TiN, CaAlSiO3 , CrB2 , etc., or combinations thereof.
以下、鉄基焼結材料の製造方法について説明する。
鉄基焼結材料は、目的とする組成となるように原料粉末を混合し、加圧して圧粉体を作製し、圧粉体を焼結することで得ることができる。
圧粉体は、非酸化性雰囲気中で、最高保持温度が９００℃～１２５０℃となるように焼結することが好ましい。
この最高保持温度は９００℃以上が好ましく、１０００℃以上がより好ましい。これによって、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｍｎ、ＣｒのＦｅ中への拡散を促進して、基地硬さが高い金属組織を生成させ、鉄基焼結材料の引張強さをより高めることができる。
また、この最高保持温度は、１２５０℃以下が好ましく、１２００℃以下がより好ましい。これによって、その他の元素がＦｅに過剰に拡散することを抑制し、材料強度の低下を防止することができる。
圧粉体は、最高保持温度で、１０～９０分間、保持されることが好ましい。A method for producing an iron-based sintered material will be described below.
The iron-based sintered material can be obtained by mixing raw material powders so as to have a desired composition, pressing the mixture to produce a compact, and sintering the compact.
The powder compact is preferably sintered in a non-oxidizing atmosphere at a maximum holding temperature of 900°C to 1250°C.
The maximum holding temperature is preferably 900° C. or higher, more preferably 1000° C. or higher. This promotes the diffusion of Ni, Mo, Cu, Mn, and Cr into Fe, generates a metal structure with high matrix hardness, and increases the tensile strength of the iron-based sintered material.
Also, the maximum holding temperature is preferably 1250° C. or lower, more preferably 1200° C. or lower. As a result, it is possible to suppress the excessive diffusion of other elements into Fe and prevent the material strength from being lowered.
The green compact is preferably held at the maximum holding temperature for 10 to 90 minutes.
焼結後、焼結体は、２℃／分～４００℃／分の冷却速度で冷却されることが好ましい。この冷却速度によって、最高保持温度から９００～２００℃までの温度範囲を冷却することが好ましい。 After sintering, the sintered body is preferably cooled at a cooling rate of 2° C./min to 400° C./min. This cooling rate preferably cools the temperature range from the highest holding temperature to 900-200°C.
この冷却速度は１℃／分以上であってよく、２℃／分以上がより好ましく、１０℃／分以上がさらに好ましい。これによって、パーライト相、ベイナイト相、マルテンサイト相、又はこれらの組み合わせを基地組織に適量で含ませることができ、材料強度を高めることができる。
この冷却速度は５００℃／分以下であってよく、４００℃／分以下が好ましく、２００℃／分以下がより好ましい。これによって、マルテンサイト相が過剰に基地組織に含まれることを抑制し、材料の減衰能を改善し、また、材料強度を高めることができる。This cooling rate may be 1° C./min or more, more preferably 2° C./min or more, and even more preferably 10° C./min or more. As a result, an appropriate amount of pearlite phase, bainite phase, martensite phase, or a combination thereof can be included in the matrix structure, and the strength of the material can be increased.
The cooling rate may be 500° C./min or less, preferably 400° C./min or less, more preferably 200° C./min or less. As a result, the martensite phase can be suppressed from being excessively included in the matrix structure, the damping capacity of the material can be improved, and the strength of the material can be increased.
上記の製造方法により得られる鉄基焼結材料は、上記の金属組織となり、そのまま使用可能であるが、マルテンサイト相が焼入れ直後のものと同様の硬い敏感なものであるため、１５０～３００℃の温度に再加熱して炉冷する焼き戻し工程を追加することが好ましい。なお、焼き戻し工程は焼結後の冷却過程において、１００℃以下まで冷却した後、１５０～３００℃の温度に加熱し保持する工程としてもよく、また、焼結炉内で冷却中に１５０℃以上３００℃以下の温度で保持する工程としてもよい。なお、保持時間は、例えば１０～１８０分とすることができる。 The iron-based sintered material obtained by the above production method has the above metal structure and can be used as it is. It is preferable to add a tempering step of reheating to a temperature of . In the cooling process after sintering, the tempering step may be a step of cooling to 100 ° C. or less and then heating to a temperature of 150 to 300 ° C. and holding it. A step of holding at a temperature of 300° C. or higher may be employed. Note that the holding time can be, for example, 10 to 180 minutes.
鉄基焼結材料の気孔部内には、遊離グラファイト及び樹脂からなる群から選択される１種以上が含まれてもよい。鉄基焼結材料は、気孔部内に遊離グラファイト及び樹脂の一方又は両方を含んでもよく、樹脂を含む場合は複数種の樹脂を組み合わせて含んでいてもよい。 One or more selected from the group consisting of free graphite and resin may be contained in the pores of the iron-based sintered material. The iron-based sintered material may contain one or both of free graphite and resin in the pores, and when resin is contained, it may contain a combination of a plurality of types of resin.
遊離グラファイトは、例えば、鉄基焼結材料の気孔部内に存在する黒鉛である。この気孔部内の黒鉛は、原料のＣに由来して、Ｆｅに拡散しないで気孔部内に残留したものを含む。この遊離グラファイトは、原料のＣ量によって、その量を調整することができる。また、原料のＣがＦｅに拡散することを抑制するＢ、Ａｌ等の成分を原料に添加しておくことで、遊離グラファイトの量を調整することができる。 Free graphite is, for example, graphite present in the pores of the iron-based sintered material. The graphite in the pores contains C of the raw material that is not diffused into Fe and remains in the pores. The amount of this free graphite can be adjusted by the amount of C in the raw material. Moreover, the amount of free graphite can be adjusted by adding components such as B and Al to the raw material to suppress the diffusion of C in the raw material into Fe.
樹脂は、特に限定されないが、硬化性樹脂を好ましく用いることができる。樹脂としては、例えば、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂等、又はこれらの組み合わせを挙げることができる。
硬化性樹脂の硬化前の粘度は、２５℃で、１１０００ｍＰａ／ｓ以下が好ましく、６０００ｍＰａ／ｓ以下がより好ましく、２０００ｍＰａ／ｓ以下がさらに好ましい。
また、硬化性樹脂の硬化前の粘度は、２５℃で、４ｍＰａ／ｓ以上が好ましく、２０ｍＰａ／ｓ以上がより好ましい。
硬化性樹脂の硬化後の硬さは、２５℃で、ショアＤ硬度で９０以下が好ましく、７０以下がより好ましく、５０以下がさらに好ましい。
また、硬化性樹脂の硬化後の硬さは、２５℃で、ショアＤ硬度で、３以上が好ましく、１５以上がより好ましい。The resin is not particularly limited, but a curable resin can be preferably used. Examples of resins include urethane-based resins, epoxy-based resins, silicone-based resins, acrylic-based resins, and combinations thereof.
The viscosity of the curable resin before curing is preferably 11000 mPa/s or less, more preferably 6000 mPa/s or less, and even more preferably 2000 mPa/s or less at 25°C.
Further, the viscosity of the curable resin before curing is preferably 4 mPa/s or more, more preferably 20 mPa/s or more at 25°C.
The hardness of the curable resin after curing is preferably 90 or less, more preferably 70 or less, and even more preferably 50 or less in Shore D hardness at 25°C.
The hardness of the curable resin after curing is preferably 3 or more, more preferably 15 or more in terms of Shore D hardness at 25°C.
ここで、樹脂の粘度は、低粘度樹脂は東機産業(株)製のＴＶ－２２形粘度計、高粘度樹脂は東機産業(株)製のＴＶ－３３形粘度計を用い、コーンロータのサイズＲ１４、角度３°、温度２５℃、回転数５ｒｐｍの条件で測定することができる。
樹脂の硬化後のショアＤ硬度は、(有)今井精機製ショア式硬さ試験機Ｄ型を用い、ＪＩＳＺ２２４６に準じて試験を行った。Here, the viscosity of the resin was measured using a TV-22 viscometer manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd. for low-viscosity resins, and a TV-33 viscometer manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd. for high-viscosity resins. size R14, an angle of 3°, a temperature of 25° C., and a rotation speed of 5 rpm.
The Shore D hardness after curing of the resin was tested according to JISZ2246 using a Shore type hardness tester D type manufactured by Imai Seiki Co., Ltd.
硬化性樹脂が、上記した硬化前の粘度範囲であることで、鉄基焼結材料の気孔部内への樹脂の含浸を促進させることができ、また、硬化後の減衰能を高めることができる。
硬化性樹脂が、上記した硬化後のショアＤ硬度範囲であることで、気孔部内に樹脂を含む鉄基焼結材料の減衰能を高めることができる。By setting the viscosity of the curable resin within the above range before curing, impregnation of the resin into the pores of the iron-based sintered material can be promoted, and the damping capacity after curing can be enhanced.
When the curable resin has a Shore D hardness range after curing, the damping capacity of the iron-based sintered material containing the resin in the pores can be enhanced.
鉄基焼結材料への樹脂の含浸は、未硬化状態の樹脂液に、好ましくは脱気及び減圧した状態で、鉄基焼結材料を浸漬させることで行うことができる。樹脂液の流動性を高めるために、有機溶剤をさらに添加してもよい。また、硬化を促進させるために、硬化剤、硬化促進剤等をさらに添加してもよい。
樹脂を含浸する工程は、真空度１０－３ＭＰａ～１００ＭＰａで、１分～１２０分で行うことが好ましい。
樹脂液を含浸させた鉄基焼結材料は、さらに６０～１２０℃で加熱して、硬化を促進させることが好ましい。Impregnation of the resin into the iron-based sintered material can be performed by immersing the iron-based sintered material in an uncured resin liquid, preferably in a degassed and decompressed state. An organic solvent may be further added in order to increase the fluidity of the resin liquid. In addition, a curing agent, a curing accelerator, or the like may be further added in order to accelerate curing.
The step of impregnating the resin is preferably performed at a degree of vacuum of 10 −3 MPa to 100 MPa for 1 minute to 120 minutes.
The iron-based sintered material impregnated with the resin liquid is preferably further heated at 60 to 120° C. to promote curing.
鉄基焼結材料は、気孔部内に遊離グラファイト及び樹脂からなる群から選択される１種以上を含む状態で、開放気孔率が５．０ｖｏｌ％以下であることが好ましく、３ｖｏｌ％以下がより好ましく、１ｖｏｌ％以下がさらに好ましい。
また、この開放気孔率は、これに制限されないが、０ｖｏｌ％であってもよく、０．１ｖｏｌ％以上であってもよい。The iron-based sintered material preferably has an open porosity of 5.0 vol% or less, more preferably 3 vol% or less, in a state in which pores contain at least one selected from the group consisting of free graphite and resin. , 1 vol % or less is more preferable.
Moreover, the open porosity is not limited to this, but may be 0 vol % or 0.1 vol % or more.
ここで、鉄基焼結材料の開放気孔率は、ＪＩＳＺ２５０１に準じ測定でき、試料の乾燥重量、油浸重量、水中重量を測定し、計算式にしたがって求めることができる。詳しい測定条件は、上記密度と共通する。開放気孔率の計算式は以下の通りである。
開放気孔率＝（完全含浸後の試験片質量－脱脂、乾燥後の試験片質量）/（含油に使った油の密度×試験片の体積）×１００Here, the open porosity of the iron-based sintered material can be measured in accordance with JISZ2501, and can be obtained by measuring the dry weight, oil-immersed weight, and underwater weight of the sample and using a calculation formula. Detailed measurement conditions are the same as those for the above density. The formula for calculating the open porosity is as follows.
Open porosity = (test piece mass after complete impregnation - test piece mass after degreasing and drying) / (density of oil used for impregnating oil x volume of test piece) x 100
気孔部全体の体積に対して、遊離グラファイト及び樹脂の合計が占める体積は、１ｖｏｌ％以上が好ましく、５ｖｏｌ％以上がより好ましい。
気孔部全体の体積に対して、遊離グラファイト及び樹脂の合計が占める体積は、１００ｖｏｌ％であってよく、９０ｖｏｌ％以下であってもよい。The total volume of free graphite and resin is preferably 1 vol % or more, more preferably 5 vol % or more, relative to the volume of the entire pores.
The total volume of free graphite and resin may be 100 vol % or 90 vol % or less with respect to the volume of the entire pores.
以下、金属焼結材料以外のその他の金属材料について説明する。ボス部及び歯部の一方のみが金属焼結材料で形成される場合に、他方がその他の金属材料で形成される。 Metal materials other than sintered metal materials will be described below. When only one of the boss portion and tooth portion is made of sintered metal material, the other is made of another metal material.
その他の金属材料は、例えば、金属焼結材料以外の炭素鋼、合金鋼、特殊鋼、ステンレス鋼等の鋼材；金属焼結材料以外のチタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）等の金属材又はこれらの金属の１種又は２種以上を含む合金材；金属焼結材料以外のＡｌ－Ｚｎ系合金、Ｍｇ－Ｚｒ系合金、ＮｉＴｉ系合金、Ｃｕ－Ａｌ－Ｎｉ系合金、Ｍｎ－Ｃｕ系合金等が挙げられる。
金属焼結材料以外のその他の金属材料としては、鋳造品、鍛造品、板材成形品等が挙げられる。Other metal materials include, for example, steel materials such as carbon steel, alloy steel, special steel, and stainless steel other than metal sintering materials; titanium (Ti), nickel (Ni), aluminum (Al) other than metal sintering materials, Metal materials such as copper (Cu), magnesium (Mg), zinc (Zn) or alloy materials containing one or more of these metals; Al-Zn alloys other than metal sintered materials, Mg-Zr systems alloys, NiTi-based alloys, Cu--Al--Ni-based alloys, Mn--Cu-based alloys, and the like.
Metal materials other than sintered metal materials include cast products, forged products, plate material molded products, and the like.
その他の金属材料としての鋼材は、マルテンサイト相、ベイナイト相、パーライト相、又はこれらの組み合わせを含む組成であることが好ましい。この鋼材は、マルテンサイト相、ベイナイト相、及びパーライト相が占める領域が、全体の面積に対して９０～１００％であることが好ましい。 A steel material as another metal material preferably has a composition containing a martensite phase, a bainite phase, a pearlite phase, or a combination thereof. It is preferable that the martensite phase, the bainite phase, and the pearlite phase occupy 90 to 100% of the total area of the steel material.
その他の金属としての鋼材は、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｍｎ、及びＣｒからなる群から選択される１種以上を含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる組成を有することが好ましい。この鋼材は、さらにＣを含んでもよいが、Ｃ量を制限して、Ｆｅに拡散しないＣが遊離グラファイトとして析出しないように制御することが好ましい。
例えば、この鋼材は、Ｎｉ：０．１～８％、Ｍｏ：０．１～５％、Ｃｕ：０．１～３％、Ｍｎ：０．１～５％、及びＣｒ：０．１～６％からなる群から選択される１種以上、及びＣ：０．１～１．０％を含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる組成を有することが好ましい。なかでも、Ｃｒ及びＭｏを含む組成がより好ましい。Steel materials as other metals preferably contain one or more selected from the group consisting of Ni, Mo, Cu, Mn, and Cr, and have a composition of the remainder consisting of Fe and unavoidable impurities. This steel material may further contain C, but it is preferable to limit the amount of C so that C that does not diffuse into Fe does not precipitate as free graphite.
For example, this steel material has Ni: 0.1 to 8%, Mo: 0.1 to 5%, Cu: 0.1 to 3%, Mn: 0.1 to 5%, and Cr: 0.1 to 6 % and C: 0.1 to 1.0%, with the balance being Fe and inevitable impurities. Among them, a composition containing Cr and Mo is more preferable.
ボス部が金属焼結材料で形成される場合は、歯部をその他の金属材料で形成することができる。歯部用のその他の金属には、材料強度を高める観点から、鋼材を用いることが好ましい。
歯部に用いるその他の金属は、材料強度の観点から緻密体であることが好ましく、気孔率は１０ｖｏｌ％以下が好ましく、５ｖｏｌ％以下がより好ましく、気孔率が０ｖｏｌ％であってもよい。
歯部が金属焼結材料で形成される場合は、ボス部をその他の金属材料で形成することができる。ボス部用のその他の金属には、材料強度から鋼材を用いてもよく、または、歯部よりも減衰能が高い材料として、Ｍｇ－Ｚｒ系合金、Ｍｇ材、Ｍｎ－Ｃｕ系合金、Ｃｕ－Ｚｎ－Ｎｉ系合金、Ａｌ－Ｚｎ系合金、ＮｉＴｉ系合金等を用いてもよい。If the boss is made of sintered metal material, the teeth can be made of other metal materials. Steel is preferably used as the other metal for the teeth from the viewpoint of increasing material strength.
Other metals used for the teeth are preferably dense from the viewpoint of material strength, and preferably have a porosity of 10 vol % or less, more preferably 5 vol % or less, and may have a porosity of 0 vol %.
If the teeth are made of sintered metal material, the bosses can be made of other metal materials. As other metals for the boss portion, steel may be used from the viewpoint of material strength. Alternatively, Mg—Zr alloys, Mg materials, Mn—Cu alloys, Cu— A Zn--Ni system alloy, an Al--Zn system alloy, a NiTi system alloy, or the like may be used.
以下、歯車について説明する。
一例として、ボス部及び歯部の両方が金属焼結材料で形成される歯車について説明する。この例では、ボス部は、粉末冶金法によってボス部形状に成形され、その後に焼成されて用意される。歯部も同様に、粉末冶金法によって歯部形状に成形され、その後に焼成されて用意される。次に、歯部の内周部にボス部を嵌め込み、歯部とボス部とを接合することができる。接合を強化するために、接合面にろう付又は溶接を行ってもよい。
また、ボス部と歯部との成形品を作製し、焼成前の状態で歯部の内周部にボス部を嵌め込み、ボス部と歯部とが接した状態で焼成することで、ボス部と歯部とを拡散接合してもよい。The gears will be described below.
As an example, a gear in which both the boss and teeth are made of sintered metal material will be described. In this example, the boss is prepared by forming the shape of the boss by powder metallurgy and then firing. The teeth are similarly prepared by powder metallurgical molding into tooth shapes and subsequent sintering. Next, the boss can be fitted into the inner periphery of the tooth to join the tooth and the boss. Brazing or welding may be applied to the joint surfaces to strengthen the joint.
In addition, a molded article of the boss and the teeth is produced, the boss is fitted to the inner periphery of the teeth before firing, and the boss and the teeth are in contact with each other before firing. and the teeth may be diffusion-bonded.
他の例として、ボス部を金属焼結材料で形成する場合では、歯部を予め加工して作製しておき、歯部の内周部に金属焼結材料の原料である鉄粉末を充填し、ボス部形状に成形し、その後、歯部とともに焼成することで、ボス部と歯部を一体化することができる。この場合、歯部には、その他の金属材料を用いて鋳造、鍛造、プレス加工等によって加工される金属部材、または、金属焼結材料を用いて成形、焼結、加工される金属部材等を用いることができる。 As another example, when the boss portion is formed of a sintered metal material, the tooth portion is prefabricated, and the inner peripheral portion of the tooth portion is filled with iron powder, which is the raw material of the sintered metal material. , the boss portion and the tooth portion can be integrated by molding into the shape of the boss portion and then firing together with the tooth portion. In this case, the teeth may be metal members that are processed by casting, forging, press working, etc. using other metal materials, or metal members that are molded, sintered, or processed using metal sintering materials. can be used.
他の例として、歯部を金属焼結材料で形成する場合では、ボス部を予め加工して作製しておき、金属焼結材料の原料である鉄粉末によって歯部の成形品を作製し、歯部の成形品の内周部にボス部の外周部が接触するようにして配置し、その後、ボス部とともに歯部を焼成することで、ボス部と歯部を一体化することができる。歯部を焼成する際に、焼き締め効果によって、歯部とボス部との接合強度をより高めることができる。この場合、ボス部には、上記と同様に、その他の金属部材、金属焼結材料等を用いることができる。 As another example, in the case where the teeth are made of a sintered metal material, the bosses are processed and manufactured in advance, and the molded product of the teeth is made of iron powder, which is the raw material of the sintered metal material. By arranging the outer periphery of the boss in contact with the inner periphery of the molded product of the tooth and then firing the tooth together with the boss, the boss and the tooth can be integrated. When the teeth are fired, the bonding strength between the teeth and the boss can be further increased due to the quench tightening effect. In this case, other metal members, sintered metal materials, or the like can be used for the boss portions, as in the case described above.
また、ボス部と歯部との境界部の一部又は全部に径方向に５０μｍ以上の隙間を設け、この隙間に樹脂、ゴム等の弾性材料を配置してもよい。これによって、ボス部と歯部との間の振幅を抑えて、より制振性能を高めることができる。 Alternatively, a gap of 50 μm or more may be provided in the radial direction at part or all of the boundary between the boss and the tooth, and an elastic material such as resin or rubber may be placed in this gap. As a result, the amplitude between the boss portion and the tooth portion can be suppressed, and the damping performance can be further enhanced.
ボス部と歯部とは、別々の状態で、又は接合後に、焼き入れ及び焼き戻しを行ってもよい。これによって、基地硬さの高い金属組織をさらに生成させて、歯車の強度をより高めることができる。 The boss and teeth may be quenched and tempered separately or after joining. As a result, a metal structure having a high base hardness can be generated to further increase the strength of the gear.
歯車は、ボス部の外周形状と、歯部の内周形状がほぼ一致して、歯部の内周部にボス部が嵌め込まれて構成されることが好ましい。ボス部の外周形状は、真円、楕円形を含む円形が好ましいが、三角形、四角形、五角形等の多角形であってもよい。 In the gear, it is preferable that the outer peripheral shape of the boss portion and the inner peripheral shape of the tooth portion substantially match, and the boss portion is fitted into the inner peripheral portion of the tooth portion. The outer peripheral shape of the boss portion is preferably circular, including perfect circles and ellipses, but may be polygonal such as triangular, quadrangular, and pentagonal.
また、歯車は、ボス部の軸方向厚さに対して、歯車の軸方向厚さが８０～１２０％であることが好ましく、９０～１１０％がより好ましく、１００％±１％であってもよい。歯車において、径方向と平行な平面において、ボス部と歯車部との軸方向の段差が１ｃｍ以内が好ましく、５ｍｍ以内がより好ましく、１ｍｍ以内がより好ましく、０．５ｍｍ以内がさらに好ましい。 In addition, the axial thickness of the gear is preferably 80 to 120%, more preferably 90 to 110%, and even 100% ± 1% of the axial thickness of the boss portion. good. In the gear, on a plane parallel to the radial direction, the axial step between the boss portion and the gear portion is preferably 1 cm or less, more preferably 5 mm or less, more preferably 1 mm or less, and even more preferably 0.5 mm or less.
歯車の一例としては、ボス部の外周部及び歯部の内周部の一方に径方向に突出する突起部が形成され、ボス部の外周部及び歯部の内周部の他方に前記突起部を収容する凹部が形成される。この突起部は、周方向に間隔を開けて複数個形成されてもよい。この場合、複数個の突起部を収容する複数個の凹部が形成される。
この形状は、歯車の回り止めとして作用し、歯車が回転するときに、ボス部と歯部との回転方向のずれを抑制することができる。さらに、この形状を設けることで、制振性能をより改善することができる。これは、ボス部と歯部との界面の接触面積を大きくすることで、低減衰能の材料から高減衰能の材料へと振動をより吸収するためと考えられる。As an example of a gear, a projection projecting in the radial direction is formed on one of the outer circumference of the boss and the inner circumference of the tooth, and the projection is formed on the other of the outer circumference of the boss and the inner circumference of the tooth. A recess is formed to accommodate the . A plurality of projections may be formed at intervals in the circumferential direction. In this case, a plurality of recesses are formed to accommodate the plurality of protrusions.
This shape acts as a detent for the gear, and can suppress rotational misalignment between the boss portion and the tooth portion when the gear rotates. Furthermore, by providing this shape, it is possible to further improve the damping performance. This is thought to be due to the fact that by increasing the contact area of the interface between the boss portion and the tooth portion, the vibration is absorbed more from the low damping capacity material to the high damping capacity material.
図２に突起部を有する歯車の一例を示す。
この図に示す歯車は、歯部の内周部から径方向内側に突出する突起部を４個有し、ボス部の外周部に、歯部の４個の突起部を収容する４個の凹部を有する。４個の突起部は、周方向に等間隔で配置される。
歯車は、ボス部の内周部から径方向外側に突出する突起部を有していてもよく、突起部の数や、突起部の周方向の配置間隔にも限定されない。突起部の周方向の最大幅は、歯車の回転軸を中心として１～９０度が好ましく、１～４５度が好ましく、１～１０度がより好ましい。突起部の形状は、径方向断面形状で、半円形、Ｖ字状、四角形等の多角形のいずれであってもよいが、半円形が好ましい。FIG. 2 shows an example of a gear having protrusions.
The gear shown in this figure has four protrusions that protrude radially inward from the inner periphery of the tooth, and four recesses that accommodate the four protrusions of the tooth on the outer periphery of the boss. have The four protrusions are arranged at regular intervals in the circumferential direction.
The gear may have protrusions that protrude radially outward from the inner periphery of the boss, and the number of protrusions and the spacing between protrusions in the circumferential direction are not limited. The maximum width of the protrusion in the circumferential direction is preferably 1 to 90 degrees, preferably 1 to 45 degrees, more preferably 1 to 10 degrees around the rotation axis of the gear. The shape of the protrusion may be a radial cross-sectional shape, and may be a semicircle, a V shape, or a polygon such as a quadrangle, but a semicircle is preferable.
歯車の他の例としては、ボス部は、径方向に突出する突起部が形成されない外周部を有し、歯部は、径方向に突出する突起部が形成されない内周部を有し、歯部の内周部にボス部が嵌め込まれる。この例では、ボス部の外周部は、真円及び楕円形を含む円形であることが好ましく、歯部の内周部は、ボス部の外周部とほぼ同じ円形であることが好ましい。ボス部の外周部及び歯部の内周部が全体的に多角形である場合は、多角形の一辺の線上に、径方向に突出する突起部が形成されていないことが好ましい。
この形状は、ボス部と歯部との間に回り止めがない構造であるが、ボス部及び歯部の少なくとも一方が金属焼結材料によってより精密な寸法で作製されることで、ボス部と歯部との接合強度をより高めることができ、回転時にボス部と歯部とのずれを防止することができる。As another example of the gear, the boss portion has an outer peripheral portion not formed with radially protruding protrusions, the tooth portion has an inner peripheral portion not formed with radially protruding protrusions, and the teeth A boss portion is fitted in the inner peripheral portion of the portion. In this example, the outer periphery of the boss preferably has a circular shape including perfect circles and ellipses, and the inner periphery of the tooth preferably has substantially the same circular shape as the outer periphery of the boss. When the outer peripheral portion of the boss portion and the inner peripheral portion of the tooth portion are generally polygonal, it is preferable that no radially protruding projection be formed on one side of the polygon.
This shape has a structure in which there is no detent between the boss portion and the tooth portion. It is possible to further increase the bonding strength with the tooth portion, and prevent the boss portion and the tooth portion from being displaced during rotation.
突起部を備えない歯車では、ボス部の外周部及び歯部の内周部には、径方向に窪む凹部が形成されないことが好ましい。これによって、ボス部と歯部との接触面積を大きくして、回転方向のずれをより防止することができる。ボス部の外周部及び歯部の内周部に、径方向に窪む凹部を形成してもよく、これによって歯車の軽量化ができる。また、凹部に弾性部材等の他の材料を充填してもよい。 In a gear without protrusions, it is preferable that radially recessed recesses are not formed in the outer peripheral portion of the boss portion and the inner peripheral portion of the tooth portion. As a result, the contact area between the boss portion and the tooth portion can be increased to further prevent displacement in the rotational direction. A radially recessed portion may be formed on the outer peripheral portion of the boss portion and the inner peripheral portion of the tooth portion, thereby making it possible to reduce the weight of the gear. Alternatively, the concave portion may be filled with another material such as an elastic member.
図３に突起部を備えない歯車を示す。この図に示す歯車は、ボス部の外周部がほぼ真円の円形であり、歯部の内周部がボス部の外周部と嵌まり合う円形であり、突起部を備えていない。 FIG. 3 shows a gear without projections. In the gear shown in this figure, the outer peripheral portion of the boss portion has a substantially perfect circular shape, the inner peripheral portion of the tooth portion has a circular shape that fits into the outer peripheral portion of the boss portion, and no protrusion is provided.
歯車の他の例としては、ボス部の外周面及び歯部の内周面の一方が径方向に突出する凸面であり、ボス部の外周面及び歯部の内周面の他方が凸面に対応する凹面である。
これによって、ボス部と歯部との軸方向のズレを防止することができる。ボス部及び歯部の少なくとも一方が金属焼結材料で形成されるため、他方の部材の凸面又は凹面に合わせて、一方の部材を粉末冶金法によって一体的に成形することができる。
ボス部と歯部とを接合してもよい。これによって、ズレをより防止することができる。ボス部と歯部とは、境界部の全周にわたり接合してもよいし、部分的に接合してもよい。接合方法としては、摩擦圧接、溶接、ろう付け、拡散接合等を用いることができる。As another example of the gear, one of the outer peripheral surface of the boss portion and the inner peripheral surface of the tooth portion is a convex surface projecting in the radial direction, and the other of the outer peripheral surface of the boss portion and the inner peripheral surface of the tooth portion corresponds to the convex surface. It is a concave surface that
As a result, axial misalignment between the boss portion and the tooth portion can be prevented. Since at least one of the boss portion and the tooth portion is made of a sintered metal material, one member can be integrally molded by powder metallurgy to match the convex or concave surface of the other member.
The boss portion and the tooth portion may be joined together. This makes it possible to further prevent misalignment. The boss portion and the tooth portion may be joined over the entire circumference of the boundary portion, or may be joined partially. As a bonding method, friction welding, welding, brazing, diffusion bonding, or the like can be used.
図４にボス部と歯部の境界部の軸方向断面図を示す。この図では、ボス部の外周面が径方向外側に突出し凸面を形成し、歯部の内周面が凹面を形成している。ボス部の外周面が凹面で、歯部の内周面が凸面であってもよい。 FIG. 4 shows an axial sectional view of the boundary portion between the boss portion and the tooth portion. In this figure, the outer peripheral surface of the boss portion protrudes radially outward to form a convex surface, and the inner peripheral surface of the tooth portion forms a concave surface. The outer peripheral surface of the boss may be concave, and the inner peripheral surface of the tooth may be convex.
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below by way of examples, but the present invention is not limited to these examples.
（評価方法）
実施例で用いた評価方法は、以下の通りである。
「密度、気孔率」
焼結後の鉄基焼結材料の密度は、試料の乾燥重量、油浸重量、水中重量を測定し、アルキメデス法にしたがって求めた。
測定条件は、以下の通りである。
試験機：電子天秤（株式会社エーアンドデイ製「ＧＲ－２０２」）
温度：室温（２５℃）
油浸重量の測定条件は、以下の通りである。
油：キレスピンドル油（比重：０．８５６）
圧力：６０ｋＰａ（真空度）
減圧時間：３０ｍｉｎ（気泡が出なくなるまで）
減圧解放後：油中で５ｍｉｎ保持
表面の油を拭き取り、電子天秤を用いて、小数点４桁まで重量を測定した。(Evaluation method)
Evaluation methods used in Examples are as follows.
"Density, Porosity"
The density of the iron-based sintered material after sintering was obtained by measuring the dry weight, oil-immersed weight, and underwater weight of the sample, according to the Archimedes method.
The measurement conditions are as follows.
Tester: Electronic balance (“GR-202” manufactured by A&D Co., Ltd.)
Temperature: Room temperature (25°C)
The measurement conditions for the oil immersion weight are as follows.
Oil: sharp spindle oil (specific gravity: 0.856)
Pressure: 60 kPa (degree of vacuum)
Depressurization time: 30 min (until bubbles stop coming out)
After releasing the reduced pressure: Hold in oil for 5 min The oil on the surface was wiped off, and the weight was measured to four decimal places using an electronic balance.
焼結後の鉄基焼結材料の気孔率は、上記して求めた密度から計算によって求めた。鉄の親密度を７．８７ｇ／ｃｍ３とした。
樹脂を含浸した試料は、樹脂を含浸する前の鉄基焼結材料について、密度及び気孔率を測定した。The porosity of the iron-based sintered material after sintering was obtained by calculation from the density obtained above. The intimacy of iron was set at 7.87 g/cm 3 .
For the resin-impregnated sample, the density and porosity of the iron-based sintered material before resin impregnation were measured.
「金属組織」
焼結後の鉄基焼結材料を倍率５００倍で撮影した画像を、目視で観察し、気孔部を除く基地部分に観察される金属組織を特定した。"metal structure"
An image of the sintered iron-based sintered material taken at a magnification of 500 was visually observed to identify the metal structure observed in the base portion excluding the pores.
「基地硬さ」
焼結後の鉄基焼結材料について、上記金属組織の評価結果から、同じ金属組織の領域内で、金属表面のビッカース硬さＨＶを５点測定し、その平均値を基地硬さとして求めた。測定条件は、以下の通りである。
試験機：株式会社ミツトヨ製「ＨＭ－２００」
試験温度：室温（２５℃）
試験荷重：１００ｇ、１０ｇ
試験片の前処理：試験片を５％ナイタール腐食液で腐食してから、ビッカース硬さを測定した。
試料内に観察された金属組織については、その基地硬さＨＶを表中に示す。また、試料内に観察されなかった金属組織については、表中に「－」を付す。"base hardness"
For the iron-based sintered material after sintering, the Vickers hardness HV of the metal surface was measured at five points within the same metal structure region from the above evaluation results of the metal structure, and the average value was obtained as the base hardness. . The measurement conditions are as follows.
Testing machine: "HM-200" manufactured by Mitutoyo Co., Ltd.
Test temperature: room temperature (25°C)
Test load: 100g, 10g
Pretreatment of test piece: Vickers hardness was measured after corroding the test piece with a 5% nital corrosive solution.
For the metallographic structure observed in the samples, the matrix hardness HV is given in the table. In addition, "-" is added to the table for the metallographic structure that was not observed in the sample.
「焼結体の対数減衰率・減衰能」
焼結後の鉄基焼結材料の対数減衰率・減衰能は、片端固定打撃加振法によって測定した。減衰能の計算方法は、ＪＩＳＧ０６０２に準拠して、ヒルベルト変換を用いた「減衰法」を用いた。
図５に対数減衰率・減衰能の測定システムの概略図を示す。図５において、１は試験片であり、２は高速・高精度レーザ変位計であり、３はハンマーである。板状の試験片の一方面にハンマーで打撃を与え、他方面からの振幅をレーザ変位計によって読み取り、振幅から対数減衰率・減衰能を求めた。
測定条件は、以下の通りである。
試験片形状：１０ｍｍ×２４０ｍｍ×２．０ｍｍ（板材）
温度：室温（２５℃）
打撃加振方法：ハンマー（土牛産業株式会社「伸縮式打音診断棒」を使用）
試験片固定方法：バイス
波形読み取り装置：株式会社キーエンス製 高速・高精度レーザ変位計（センサヘッド「ＬＫ－Ｈ００８Ｗ」・コントローラ「ＬＫ－Ｇ５０００Ｖセット」）"Logarithmic Decay/Damping Power of Sintered Compacts"
The logarithmic decrement and damping capacity of the iron-based sintered material after sintering were measured by the one-end fixed impact vibration method. As a method for calculating the damping capacity, the "damping method" using the Hilbert transform was used in accordance with JISG0602.
FIG. 5 shows a schematic diagram of the logarithmic decrement/attenuation power measurement system. In FIG. 5, 1 is a test piece, 2 is a high-speed and high-precision laser displacement meter, and 3 is a hammer. One side of the plate-shaped test piece was hit with a hammer, the amplitude from the other side was read by a laser displacement meter, and the logarithmic decrement/damping capacity was obtained from the amplitude.
The measurement conditions are as follows.
Test piece shape: 10 mm × 240 mm × 2.0 mm (plate material)
Temperature: Room temperature (25°C)
Impact excitation method: Hammer (using Togyu Sangyo Co., Ltd. "Telescopic Hammer Diagnosis Rod")
Test piece fixing method: vise Waveform reading device: High-speed, high-precision laser displacement meter manufactured by Keyence Corporation (sensor head “LK-H008W”, controller “LK-G5000V set”)
「焼結体の引張強さ」
焼結後の鉄基焼結材料について、引張試験片形状に機械加工して引張試験を行い、引張強さを測定した。
図６に引張試験片の形状を示す。図６は、引張試験片の側面図であり、図中に寸法（単位はｍｍ）を示す。引張試験片は、全長が６０ｍｍであり、標点距離が２３ｍｍであり、標点距離部分の直径が５ｍｍ±０．０１ｍｍである。
測定条件は以下の通りである。
試験機：株式会社島津製作所製 精密万能試験機「ＡＧ－１０ＴＢ」
試験温度：室温（２５℃）
試験速度：０．５ｍｍ／分
読み取り：平行部破断（２３ｍｍの範囲内）に限る"Tensile strength of sintered bodies"
The iron-based sintered material after sintering was machined into a tensile test piece shape and subjected to a tensile test to measure the tensile strength.
FIG. 6 shows the shape of the tensile test piece. FIG. 6 is a side view of a tensile test piece, and dimensions (unit: mm) are shown in the figure. The tensile test piece has a total length of 60 mm, a gauge length of 23 mm, and a diameter of the gauge length portion of 5 mm±0.01 mm.
The measurement conditions are as follows.
Testing machine: Precision universal testing machine "AG-10TB" manufactured by Shimadzu Corporation
Test temperature: room temperature (25°C)
Test speed: 0.5 mm/min Reading: Limited to parallel part breakage (within 23 mm range)
「歯車の作製と音圧レベルの評価」
歯車を作製し、歯車の減衰能効果を評価するために、歯車を駆動する際の音圧レベルを評価した。
（例１、例２）
例１及び例２では、突起部がない駆動歯車を作製した。
図７（ａ）及び図７（ｂ）に突起部がない駆動歯車１０及び従動歯車１１の平面模式図を示す。また、図７（ｃ）に駆動歯車の断面図とその寸法（単位：ｍｍ）を示す。
駆動歯車及び従動歯車は、それぞれ歯先径が直径８０ｍｍ±０．０６ｍｍであり、歯底径が直径６８．７５ｍｍであり、内径が直径３６ｍｍ±０．０２である。ボス部１０ｂの最大直径は６２．５ｍｍである。特に説明のない寸法公差は±０．１である。"Fabrication of gears and evaluation of sound pressure level"
In order to evaluate the damping capacity effect of gears, the sound pressure level when driving the gears was evaluated.
(Example 1, Example 2)
In Examples 1 and 2, drive gears without projections were produced.
7(a) and 7(b) show schematic plan views of the
The driving gear and the driven gear each have a tip diameter of 80 mm±0.06 mm, a root diameter of 68.75 mm, and an inner diameter of 36 mm±0.02 mm. The maximum diameter of the
例１では、駆動歯車の歯部１０ａを試料１とし、ボス部１０ｂを試料２とした。
例２では、駆動歯車の歯部１０ａ及びボス部１０ｂをともに試料３（ＳＣＭ４３５（調質材）で作製した。
従動歯車１１は、ＳＣＭ４３５（調質材）で作製した。
各試料の組成及び物性値を表１に示す。In Example 1, sample 1 was used for the
In Example 2, both the
The driven
Table 1 shows the composition and physical properties of each sample.
例１の駆動歯車１０の歯部１０ａは、表中に示す試料１の配合量になるように原料粉末を混合し、８００ＭＰａで成形し、１２００℃、６０分間で焼結し、焼結した後、加工して、上記した寸法の歯部１０ａを作製した。
例１の駆動歯車１０のボス部１０ｂでは、表中に示す試料２の配合量になるように原料粉末を混合し、混合粉末を５５０～６５０ＭＰａで成形した。成形体を、表中に示す熱処理温度で３０分間、９０％Ｎ２＋１０％Ｈ２ガス中で焼結し、表中に示す冷却速度で冷却した。その後、加工し、図７に示す寸法のボス部１０ｂを得た。The
In the
歯部１０ａにボス部１０ｂを接合した。歯部１０ａとボス部１０ｂとの接合は、市販のろう材を用い、ろう付接合を行った。その後、歯部１０ａに高周波焼入れ焼戻しを行った。
歯部１０ａには、歯底より１．５ｍｍ部の硬化層深さが７００ＨＶを超える条件で、高周波焼入れを行い、１８０℃６０分の焼戻し処理を施した。A
The
焼成後、接合前のボス部１０ｂの試料１及び試料３について対数減衰率・減衰能及び引張強さを測定した。
対数減衰率・減衰能測定用試験片として、１５ｍｍ×２５０ｍｍで厚さ４ｍｍの成形体を作製した以外は、上記と同様にして焼結体を得た。
引張強さ測定用試験片として、１０ｍｍ×６０ｍｍで厚さ１０ｍｍの成形体を作製した以外は、上記と同様にして焼結体を得た。
対数減衰率・減衰能及び引張強さを測定するための板材の場合には、中心部まで完全にマルテンサイト化する条件で、高周波焼入れを行い、１８０℃６０分の焼戻し処理を施した。
焼成後、接合前の各試料について、密度、気孔率を測定した。After sintering, the logarithmic attenuation rate/damping capacity and tensile strength were measured for
A sintered body was obtained in the same manner as described above, except that a compact having a size of 15 mm×250 mm and a thickness of 4 mm was produced as a test piece for logarithmic attenuation rate/attenuation capacity measurement.
A sintered body was obtained in the same manner as described above, except that a compact having a size of 10 mm×60 mm and a thickness of 10 mm was produced as a test piece for tensile strength measurement.
Plate materials for measuring logarithmic decrement, damping capacity and tensile strength were subjected to induction hardening and tempering at 180° C. for 60 minutes under conditions that completely martensite the center.
After firing, the density and porosity of each sample before bonding were measured.
（例３、例４）
例３及び例４では、突起部を有する駆動歯車を作製した。
図８（ａ）及び図８（ｂ）に突起部を有する駆動歯車１０及び従動歯車１１の平面模式図を示す。また、図８（ｃ）に駆動歯車の断面図とその寸法（単位：ｍｍ）を示す。
駆動歯車及び従動歯車は、それぞれ歯先径が直径８０ｍｍ±０．０６ｍｍであり、歯底径が直径６８．７５ｍｍであり、内径が直径３６ｍｍ±０．０２である。ボス部１０ｂの最大直径は６２．５ｍｍである。特に説明のない寸法公差は±０．１である。
歯部１０ａの内周部には、径方向内側に突起する突起部が周方向に等間隔に４個形成されている。(Example 3, Example 4)
In Examples 3 and 4, drive gears with projections were made.
8(a) and 8(b) show schematic plan views of the
The driving gear and the driven gear each have a tip diameter of 80 mm±0.06 mm, a root diameter of 68.75 mm, and an inner diameter of 36 mm±0.02 mm. The maximum diameter of the
Four protruding portions that protrude radially inward are formed at equal intervals in the circumferential direction on the inner peripheral portion of the
例３では、駆動歯車の歯部１０ａを試料１とし、ボス部１０ｂを試料２とした。
例３の歯車は、突起部の形状以外、上記例１と同様の方法によって作製した。
例４では、駆動歯車の歯部１０ａ及びボス部１０ｂをともに試料３（ＳＣＭ４３５（調質材））で作製した。
従動歯車１１は、ＳＣＭ４３５（調質材）で作製した。In Example 3, sample 1 was used for the
The gear of Example 3 was produced in the same manner as in Example 1 above, except for the shape of the protrusions.
In Example 4, both the
The driven
（音圧レベルの評価）
上記した駆動歯車を用いて、音圧レベルを測定した。
音圧レベルの測定装置の模式図を図９に示す。
図９において、２０は解析装置であり、２１はモータ制御装置であり、２２は騒音計であり、２３は防音筐体であり、２４は従動歯車であり、２５は駆動歯車であり、２６は集音管であり、２７は加振モータである。不図示であるが、歯車が噛み合う部分にオイルを供給するオイル供給管を設けている。
解析装置によって、加振モータを駆動させ、駆動歯車の回転数及び振幅数を制御した。駆動歯車と従動歯車が噛み合う部分の上方に集音管を設け、騒音計によって音圧レベルを測定した。
回転数に対する音圧レベルのグラフを表２に示す。(Sound pressure level evaluation)
Sound pressure levels were measured using the drive gear described above.
FIG. 9 shows a schematic diagram of a sound pressure level measuring device.
In FIG. 9, 20 is an analysis device, 21 is a motor control device, 22 is a sound level meter, 23 is a soundproof housing, 24 is a driven gear, 25 is a drive gear, and 26 is a drive gear. It is a sound collecting tube, and 27 is a vibrating motor. Although not shown, an oil supply pipe is provided for supplying oil to a portion where the gears mesh.
The analysis device was used to drive the excitation motor and control the rotation speed and amplitude of the driving gear. A sound collecting tube was provided above the portion where the drive gear and the driven gear meshed, and the sound pressure level was measured with a sound level meter.
Table 2 shows a graph of the sound pressure level against the number of revolutions.
測定条件は、以下の通りである。
試験機：ＵＮＩＣＯ ＪＡＰＡＮ株式会社製 ＮＶ試験機「特注品」
検出器：株式会社小野測器製 遠隔対応型騒音計「ＬＡ－４３５０」
ＦＦＴアナライザ：株式会社小野測器製 「ＤＳ２０００ Ｓｅｒｉｅｓ」
温度：室温（２５℃）
潤滑油：出光興産製「５Ｗ－３０」
回転数：５００～６０００ｒｐｍ
加振：２次、振幅：３０ｒｐｍ
相手歯車：ＳＣＭ４３５材（調質材）
バックラッシ：５０μｍ
検出ソフト：小野測器株式会社製 スループットディスク機能「ＤＳ０２５０」
解析ソフト：小野測器株式会社製 ＦＦＴ解析「ＤＳ０２２１」
時系列データ解析ツール「Ｏｓｃｏｐｅ２」The measurement conditions are as follows.
Test machine: NV test machine "special order product" manufactured by UNICO JAPAN Co., Ltd.
Detector: Remote compatible sound level meter "LA-4350" manufactured by Ono Sokki Co., Ltd.
FFT Analyzer: "DS2000 Series" manufactured by Ono Sokki Co., Ltd.
Temperature: Room temperature (25°C)
Lubricant: Idemitsu Kosan "5W-30"
Rotation speed: 500-6000rpm
Excitation: secondary, amplitude: 30 rpm
Mating gear: SCM435 material (tempered material)
Backlash: 50 μm
Detection software: Throughput disk function "DS0250" manufactured by Ono Sokki Co., Ltd.
Analysis software: FFT analysis "DS0221" manufactured by Ono Sokki Co., Ltd.
Time-series data analysis tool "Oscope2"
突起なしの歯車では、例１の鉄基焼結材料製歯車は、例２のＳＣＭ４３５製歯車に対して、回転数の測定範囲全体で音圧レベルが低く、制振性能が優れることがわかる。回転数の測定範囲で平均して、例２の歯車の音圧レベルから例１の歯車の音圧レベルは、１．９７ｄｂ低かった。
突起ありの歯車では、例３の鉄基焼結材料製歯車は、例４のＳＣＭ４３５製歯車に対して、回転数の測定範囲全体で音圧レベルが低く、制振性能が優れることがわかる。回転数の測定範囲で平均して、例４の歯車の音圧レベルから例３の歯車の音圧レベルは、３．９５ｄｂ低かった。
突起ありの例３の鉄基焼結材料製歯車は、突起なしの例１の鉄基焼結材料製歯車に対して、より音圧レベルを低くすることができ、制振性能が優れることがわかる。Among the gears without projections, the iron-based sintered material gear of Example 1 has a lower sound pressure level and superior vibration damping performance than the SCM435 gear of Example 2 over the entire rotational speed measurement range. Averaged over the range of rpm measurements, the sound pressure level of the gear of Example 1 was 1.97 db lower than the sound pressure level of the gear of Example 2.
Among the gears with projections, the iron-based sintered material gear of Example 3 has a lower sound pressure level and superior vibration damping performance than the SCM435 gear of Example 4 over the entire rotational speed measurement range. Averaged over the range of rpm measurements, the sound pressure level of the gear of Example 3 was 3.95 db lower than the sound pressure level of the gear of Example 4.
The gear made of iron-based sintered material of example 3 with protrusions can lower the sound pressure level more than the gear made of iron-based sintered material of example 1 without protrusions, and is superior in damping performance. Recognize.
Claims (23)
前記その他の金属材料は、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｍｎ、及びＣｒからなる群から選択される１種以上を含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物を有する組成を有し、引張強さが９００ＭＰａ以上である、請求項１から６のいずれか１項に記載の歯車。 One of the boss portion and the tooth portion has a metallographic structure with a base hardness HV of 250 or more and a metallographic structure with a base hardness HV of less than 250, and the pores are composed of free graphite and resin. formed of a metal sintered material containing one or more selected from the group, the other being formed of another metal material,
The other metal material contains one or more selected from the group consisting of Ni, Mo, Cu, Mn, and Cr, has a composition having the balance Fe and inevitable impurities, and has a tensile strength of 900 MPa or more. A gear according to any one of claims 1 to 6.
基地硬さＨＶが２５０未満である金属組織とを有する金属焼結材料であって、
前記金属焼結材料の気孔部内に、遊離グラファイト及び樹脂からなる群から選択される１種以上を含む金属焼結材料を備える、歯車の製造方法であって、
前記金属焼結材料は、質量％で、Ｎｉ：０．１～２０％、Ｍｏ：０．１～５％、Ｃｕ：０．１～３％、Ｍｎ：０．１～５％、及びＣｒ：０．１～２５％からなる群から選択される１種以上、及びＣ：０．１～４．０％を含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる組成を有する成形体を、
最高保持温度が９００℃～１２５０℃で焼結し、
冷却速度２℃／分～４００℃／分で冷却して製造される、歯車の製造方法。 a metal structure having a base hardness HV of 250 or higher;
A sintered metal material having a metal structure with a matrix hardness HV of less than 250,
A method for manufacturing a gear, comprising a sintered metal material containing one or more selected from the group consisting of free graphite and resin in the pores of the sintered metal material,
The metal sintered material is, in mass%, Ni: 0.1 to 20%, Mo: 0.1 to 5%, Cu: 0.1 to 3%, Mn: 0.1 to 5%, and Cr: One or more selected from the group consisting of 0.1 to 25%, and C: 0.1 to 4.0%, with the balance being Fe and inevitable impurities.
Sintered at a maximum holding temperature of 900°C to 1250°C,
A method for manufacturing a gear by cooling at a cooling rate of 2° C./min to 400° C./min.
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