JPH03295851A - セラミックス製歯車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、あらゆる産業で動力の伝達用として利用され
ている変速機、減速機に組み込まれている歯車あるいは
単独で使用されている歯車群等に関する。

［従来の技術］ 現在、歯車の素材としてはクロムモリブデン鋼、鋳鉄、
ステンレス鋼等の金属及びプラスチックが各々の特性を
生かして使用されている。

一般に、高負荷、衝撃荷重が加わる所には金属製の歯車
が、低負荷で低騒音を要求される所番こζまプラスチッ
ク製の歯車が用いられている。

その他に、焼結金属を素材として含油させ、自己潤滑性
を生かした歯車も一部使用されて〜）る。

［発明が解決しようとする課題］ 金属製歯車は強度が大きく、衝撃荷重に対しても信頼性
がある反面、比重が大きくて慣性力を増大させている。

また、耐食性の面でも充分とは言えない。

プラスチック製歯車は軽量（鋼の約１／７）で低騒音が
期待できるが、強度が小さくく鋼の約１７７）、また、
熱膨張率が大きいので使用環境の制約が大きい。

中荷重、低荷重で耐食性があり、熱膨張率の小さい歯車
用の素材が求められていた。一部でＺ　ｒ　Ｏ２，５ｉ
ｓＮ＜等の歯車が検討されている６（、実用化には至っ
ていない。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らはＡｌ２Ｏ２Ｓ　ｉｏ　２系のセラミ・ンク
スを歯車の有力な素材とすべく鋭意検討の結果、Ａｌｚ
ｏｓ、ＳｉＯ２の化学組成、原料粒径、焼成効果を考慮
し、経済性においても金属、プラスチックに対して優位
なセラミックスを見出した。

即ち、本発明はＡ　ｂ　Ｏｘを３０〜９９重量％、Ｓｉ
Ｏ□を０．３〜７０重量％含む化学組成で構成され、且
つ８０重量％≦Ａｌ２Ｏ！＋　Ｓ　ｉｏ　２≦９９．５
重量％である材質よりなるセラミックス製歯車に係る。

なお、本発明に係るセラミックス製歯車は気孔率を０．
０１〜２５％の範囲内に調整することができる。

［作　　用］ Ａｌ２０３Ｓｉ０２系のセラミックスは従来から耐火れ
んがとして一般に良く知られている。れんかに使われる
素材は耐熱的スポーリングを考慮して粗い粒（１００μ
蒙〜３ＩＩＩ１１）が大半を占めるように配合される。

歯車の素材としては超微粒子（１μｍμｍ下）で構成さ
れるのが望ましい、粗粒は歯車として使用されている間
に歯面圧によってピッチング（点食）を起こし、粗粒が
はぎとられ、大きな損傷を受ける。

Ａ　ｌ　２０　ｓ　　Ｓ　ｉ　Ｏ２系において、微粉の
みを構成要素とする焼結体は非常に均質な素材となって
いる。この系においで、Ａｌｚｏｓの含有量と素材の硬
度、曲げ強度は第１図に示す如くである。また、素材の
価格はＡｆ２０．含有量が大きい程高くなり、１００％
に近付く領域では急激に高価となる。

以上の観点から、Ａ　１２０３の成分量は３０〜９９重
量％の範囲内が好適である。

次に、ＡＩｈＯ＊８０重量％、Ｓ　ｉｏ　ｘ　１５重量
％での焼成温度に対する気孔率、曲げ強さの関係を第２
図に示す、第２図から明らかなように、同一組成のセラ
ミックスであっても、焼成温度によって気孔率、曲げ強
度は大きく異なる。焼結体（セラミックス）に開放気孔
を設け、含油させ、自己潤滑性を要求される用途には、
曲げ強度を犠牲にして気孔率の高い条件を選択すること
ができる。

本発明の実施例ではＡ　１２０ｓｓｉｏ□系の素地を１
０００〜１２００℃で仮焼し、円盤を作製した後、ホブ
盤切りし、本焼成した。また、精度の高いもの（ＪＩＳ
Ｊ級以上）については、歯研機で研磨し、最終仕上げを
施した。

また、以上のような歯切りの工程を経ずに射出成形、−
軸成形、鋳込み成形によって歯形を作製することも可能
である。

本発明のセラミックス製歯車の原料としては多くのもの
が利用可能であり、耐火粘土、カオリン、陶石、ロウ石
、ベントナイト、酸性白土のような粘土質原料、ボーキ
サイト、パン土頁岩、シリマナイト、カイヤナイト、ア
ングル−サイト等が高アルミナ質天然原料として挙げら
れる。また、人工原料としては仮焼アルミナ、焼結アル
ミナ、電融アルミナ、合成ムライトが用いられる。

これらの原料は単独に、あるいは複数種類組み合わせて
使用することができ、他の焼結助剤及び有機バインダー
、無機バインダーと共に混合され、成形される。

焼結助剤としては例えば各種粘土、ケイ酸ソーダ、リン
酸アルミニウム等を使用することができ、また、有機バ
インダーとしては例えばリグニンス。

ルフオン酸ソーダ、デキストリン、メチｌレセルロース
等を、無機バインダーとしては例えば炭酸リチウム、リ
ン酸ソーダ、シリカフラワー等を使用することができる
。

これらの原料から作製されるセラミックス製歯車は平歯
車を初めとして、はすば歯車、がさ歯車等の金属製の歯
車が使用されている種類の歯車に対応可能である６ ［実　施　例コ 以下に実施例を挙げて本発明のセラミックス製歯車を更
に説明する。

実施例１ 配合Ｍ和名 仮焼アルミナ　　　　　　　　　　９８重量％バインダ
ー（アクリル系共重合体）　　２重量％仮焼アルミナと
バインダーを混練し、次に、１１３１φ×３５１（小歯
車）、１８３１φ×３５＋ｎｍ（大歯車）の寸法の円盤
状に成形し、１０００〜１２００℃で仮焼して歯車作製
用の素材を得た。得られた素材の品質を下記に記載する
。

見掛気孔率　　　　　　　　　　０．５％嵩比重　　　
　　　　　　　　　３．７５曲げ強さ　　　　　　　　
　　４５ＯＮ／ｓｗ”硬度（ビッカース）　　　　　１
４５０化学組成 Ａｌ２Ｏ３９８重量％ Ｓ　ｉ　Ｏ２０、９重量％ 次に、得られた円盤状素材を所定の寸法に加工後、ホブ
盤で歯切りし、次に、１５００〜１６００℃の温度で本
焼成することにより標準平歯車（歯車精度ＪＩＳ２級）
を得た。得られた標準平歯車は以下の通りである。

モジュール 圧力角（゛） 歯数 歯幅（ａｍ） ピッチ円直径（Ｉ） 使用結果 本青連　　　　　六ＪＬ車 ５ ２０　　　　　　　　２０ １８　　　　　　　　３１ ３０．０　　　　　　３０．０ ９０．００　　　　　　　１５５．００得られた標準平
歯車を食品機械の高温部（雰囲気１３０℃）にて使用し
たが、何ら問題は生じなかった。

実施例２ 配合原料名 ムライト　　　　　　　　　　６０重量％アングルサイ
ト　　　　　　　２０重量％パン土頁岩　　　　　　　
　　１０重量％粘土　　　　　　　　　　　　　９重量
％バインダー（糖蜜）　　　　　　　１重量％ムライト
等とバインダーを混練し、次に、７３１１ＩｌφＸ１８
ｍｍ（小歯車）、９６−簡φＸ１８＋＊ｍ（大歯車）の
寸法の円盤状に成形し、１０００〜１２００℃で焼成し
て歯車作製用の素材を得た。得られた素材の品質を下記
に記載する。

見掛気孔率　　　　　　　　　　８％ 嵩比重　　　　　　　　　　　　２．４３曲げ強さ　　
　　　　　　　　１５ＯＮ／Ｉ２硬度（ビッカース）　
　　　　６１０ 化学組成 Ａｌ２Ｏ，５５重量％ Ｓｉｎ、　　　　　　　　　　　４０重量％次に、得ら
れた円盤状素材を所定の寸法に加工後、ホブ盤で歯切り
し、１３００〜１４００”Ｃで本焼成し、次に、歯研機
で研磨することにより標準平歯車（歯車精度ＪＩＳ６級
）を得た。得られた標準平歯車は以下の通りである。

Ｌ歳１　　　　　人ｉ浬 モジュール　　　　　　３３ 圧力角（’）　　　　　　　２０　　　　　２０歯数　
　　　　　　　　２０　　　　２７歯幅（−閣）　　　
　　　　　１５．０　　　　１５．０ピッチ円直径（ａ
ｍ）　　　６０．００　　　　８１．００上記のように
して得られた標準平歯車を下記の条件にて疲労試験した
。

疲労試験結果 試験機：平行軸動力循環式 ％式％ 結果　：２．５Ｘ１０’回転で歯面ビットの発生［発明
の効果コ 本発明のセラミックス製歯車には下記のような効果があ
る： ■現状の金属、プラスチック製歯車では使用不可能な１
００℃以上の雰囲気でも使用可能である；■熱膨張係数
が金属の１／２、プラスチックの１／１０と小さく、温
度上昇によるかみ合い不均一騒音発生が少ない； ■使用条件に合わせて広い組成範囲から素材を選択でき
る； ■非磁性体であるので、金属で使用不可能な磁場内でも
使用可能である； ■含油、自己潤滑を行う場合の気孔率のコントロールが
容易である； ■金属と同等以上の硬度を有するため、使用時の歯面ピ
ッチングが生じ難い。

【図面の簡単な説明】

第１図（、ｔ　Ａ　１２０２　　Ｓ　ｉｏ　２系素材に
おけるＡ　１２０３の含有量と素材の硬度及び曲げ強度
の関係を表すグラフであり、第２図はＡ　Ｉ２０３８０
重量％及びＳｉＯ２１ ５重量％の化学組成をもつ素材 の焼成温度に対する気孔率及び曲げ強度の関係を表すグ
ラフである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．Ａｌ＿２Ｏ＿３を３０〜９９重量％、ＳｉＯ＿２を
   ０．３〜７０重量％含む化学組成で構成され、且つ８０
   重量％≦Ａｌ＿２Ｏ＿３＋ＳｉＯ＿２≦９９．５重量％
   である材質よりなるセラミックス製歯車。
2. ２．気孔率が０．０１〜２５％の範囲内に調整されてい
   る請求項１記載のセラミックス製歯車。