JPS6257682B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、複数個の圧粉体を接合して一箇の
焼結部品を作るいわゆる圧粉体接合法（Green
Assembly）の改良に関するものである。

金属粉末で軸部を有する圧粉体（インナー）と
孔部を有する圧粉体（アウター）をそれぞれ成形
し、軸部と孔部を嵌め合わせた状態で焼結するこ
とにより複雑な形状の焼結機械部品を作る方法に
おいて、インナーとアウターを嵌め合わせる手段
として、従来は両者の嵌め合い寸法差をマイナス
に即ち締まり嵌めに設定し、アウターを加熱して
その孔の内径を膨張させた状態でインナーと嵌合
させる、いわゆる焼き嵌めによつて嵌め合わせて
いた。

しかし、締め代が小さすぎる場合は勿論である
が、大きすぎる場合も却つてインナーとアウター
の焼結後の接合強度が弱くなるため、両者の嵌め
合い寸法差の適切な設定は極めて困難で、しかも
狭い範囲に設定し加工しなければならなかつた。

而して、本発明は斯かる従来の問題点に鑑み案
出されたもので、インナーとアウターとの嵌め合
い寸法差を締まり嵌めに、且つその締め代を孔の
内径寸法に対する割合（％）で次の式から求めら
れる値以下に設定すると共に、両者の嵌め合いを
圧入により行なうことを特徴とするものである。

〔（0.23T＋１）Ｄ＋13.8〕／300 但し、Ｄ：孔の内径mm，Ｔ：孔の外側の肉厚mm
である。

ところで、本発明においては一般常識に反して
未だ焼結していない、従つて強度の低いアウター
圧粉体の孔部に軸を圧入する訳であるから、圧入
によるアウターの破壊に十分な注意を払う必要が
ある。

そこで本発明の実験に先立ち、圧入とアウター
の破壊との関係につき次の予備実験を行なつた。

実験 １ 先ず、アトマイズ鉄粉に1.5％の銅粉と0.7％の
黒鉛粉を添加した混合粉を用いて、下記寸法の中
空円筒形の圧粉体それぞれを成形した。なお、各
圧粉体の圧粉密度は6.7ｇ／cm³である。

・ 内径：20mm……肉厚：３，５，10mm ・ 内径：30mm……肉厚：２，３，５，10mm軸方
向の長さ：５mm（各圧粉体共通） 次に、これらの圧粉体を材料試験機にかけ、そ
の内径の孔に挿入したテーパー角５゜のテーパー
ピンに荷重を加えて圧入してゆき、圧粉体が破壊
する瞬間のテーパーピンの圧入荷重を読み取り、
これをその圧粉体の圧入による破壊荷重とした。

第１図はこの実験で得られたデータをグラフ化
して示したもので、孔の直径が一定の場合は圧
粉体の肉厚と破壊荷重が近似的には一次の関係に
あること；圧粉体の肉厚が一定の場合は孔の直
径と破壊荷重がほぼ比例する。即ち、原料および
圧粉密度を等しくする中空円筒形の圧粉体では、
その破壊荷重を孔の円周で除した値（円周の単位
長さ当たりの強度）はほぼ一様の値を示すことを
表わしている。

なお、の近似式を得られたデータから求める
と、肉厚Ｔmm，内径Ｄmmにおける破壊荷重ＰKgは Ｐ＝0.23D・Ｔ＋Ｄ＋13.8 で表わされる。

実験 ２ 次に、前記各圧粉体の代表として内径30mm，肉
厚５mmの圧粉体を選び、その孔に実験１で使用し
たテーパーピンを圧入して内径を拡張する実験を
行ない、テーパーピンに負荷した荷重とその時の
内径拡張量との関係を求めた。

この内径拡張量は、インナーの軸部を圧入する
際に必然的に拡張されるべき量であるから、その
意味で「圧入代」と呼ぶこともできる。また、軸
と孔との嵌め合いという観点からは、締まり嵌め
の場合における用語「締め代」に相当する。

第２図はこの実験の結果を示したもので、その
横軸は内径拡張量（％）であるが、便宜上圧入代
と表示してある。そしてこのグラフは、テーパー
ピンに負荷した圧入荷重とそれによる内径拡張量
（即ち圧入代）とは勾配300の比例関係にあること
を、従つて両軸の一方の値から他の一方の値を推
定できることを示している。

以上の予備実験の結果は、アウター圧粉体の孔
部にインナーを圧入する場合、内径拡張量（即ち
圧入代または締め代）をある限界内に設定すれば
圧入荷重が破壊荷重を越えず、従つてアウターの
破壊やクラツクは生じないことを意味している。

そして圧入荷重が破壊荷重を越えない前提で両
実験のデータから計算すると、この限界は内径Ｄ
に対する割合（％）で、 〔（0.23T＋１）Ｄ＋13.8〕／300 となる。なお、この値にＤ／100を乗じれば、締
め代の絶対値が得られる。締め代がこの値以下で
あれば、インナーを圧入してもアウターの破壊や
クラツクは起こらず、安全に嵌合できることが実
験で確認された。

実施例 前述した予備実験の場合と同じく、アトマイズ
鉄粉に1.5％の銅粉と0.7％の黒鉛粉を添加した混
合粉を用いて、圧粉密度6.7ｇ／cm³，内径基準寸
法30mm，肉厚５mm，長さ５mmの中空円筒形の圧粉
体を成形してアウターとし、同じく外径基準寸法
30mm，長さ40mmの円柱形の圧粉体を成形してイン
ナーとした。

次に、両者を一つずつ、所定の嵌め合い寸法差
になるよう選択組み合わせた組を作り、嵌め合い
寸法差を（−）から（＋）まで段階的に異ならせ
た組の系列を２系列用意した。ここに、（−）は
両者の嵌め合いが締まり嵌め（インナーの軸径が
アウターの孔径より大きい嵌め合い）であること
を、また、（＋）は隙間嵌め（アウターの孔径が
インナーの軸径より大きい嵌め合い）であること
を意味している。

インナーとアウターの嵌合は、一方の系列の組
は（本発明の）圧入により嵌合させ、他の一方の
系列の組は、比較のために焼き嵌め（アウターの
圧粉体を加熱しその内径を膨張させた状態で嵌合
させる）により嵌合させた。これらの焼結は雰囲
気にブタン変成ガスを用いた焼結炉により、温度
1130℃で30分焼結してインナーとアウターを一体
に接合させた。

次に、かくして得られた複合焼結体それぞれの
の接合強度を測定するため、焼結体のアウター部
を材料試験機のベツドにスペーサーを介して固定
して、インナーに軸方向の荷重を徐々に負荷し、
インナーとアウターとの接合が破壊される瞬間の
荷重を測定し、これをその複合焼結体の接合強度
とした。

第３図はこの試験結果をグラフ化して示したも
ので、図中白丸の点線は圧入により嵌め合わせた
本発明の方式を、黒丸の実線は、焼き嵌めにより
嵌め合わせた従来の方式を示している。

図から明らかなように、嵌め合い寸法差が隙間
嵌めの30μから締まり嵌めの−60μまでは、圧入
式でも焼き嵌め式でも略等しい抜き出し荷重即ち
接合強度を示しているのに対して、嵌め合い寸法
差が−60μから−100μになると、焼き嵌め式の
場合は接合強度が急激に低下し、一方、圧入式で
は、僅かながら更に向上している。

この理由については、焼き嵌め式にあつては、
締まり嵌めにおける締め代が大きくなるほど高温
で加熱して内径をより大きく熱膨脹させなければ
ならないので、高温加熱によつて表面が酸化して
それが焼結時における金属拡散を妨げ、その結果
インナーとアウターの接合強度が弱くなるものと
考えられる。

これに対して、圧入式の場合は常温で処理する
ために上述のような不具合は起こらない。また、
締め代を従来よりも大きく取れるためにインナー
とアウターがよく密着した状態で焼結され、金属
拡散が十分に行なわれる結果接合強度が向上する
ものと考えられる。

なお、インナーをアウターの孔に圧入する場合
第４図に示す通常の型出し面取形状では圧入が困
難であるから、第５図に示す如くインナーＩの先
端部外径をアウターＯの内径よりも僅かに小さく
するとともに、先端一定域をテーパー状の段差を
もつ構成とする。

以上詳述したように、本発明によれば従来より
締め代の許容範囲が広くなるために生産性が向上
し、且つ、より強固に接合された複合焼結体を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は内径の異なる孔部を有する圧粉体にテ
ーパーピンを挿入加圧した場合における圧粉体の
肉厚と破壊荷重の関係を示すグラフ、第２図は圧
入代と圧入荷重との関係を示すグラフ、第３図は
複合圧粉体の嵌め合い寸法差と接合強度との関係
を示すグラフ、第４図は従来の複合圧粉体それぞ
れの面取形状を示す要部断面図、第５図は本発明
に供される複合圧粉体それぞれの面取形状を示す
要部断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鉄系金属粉末を圧縮して軸部を有する圧粉体
   （以下インナーと呼ぶ。）と孔部を有する圧粉体
   （以下アウターと呼ぶ。）をそれぞれ成形し、軸部
   と孔部を嵌め合わせた状態で焼結することにより
   複雑な形状の機械部品を得るにあたり、軸部と孔
   部の嵌め合い寸法差を締まり嵌めに、且つその締
   め代を、孔の内径寸法に対する割合（％）で次の
   式から得られる値以下に設定すると共に、両者の
   嵌め合いを圧入により行なうことを特徴とする複
   合焼結機械部品の製造方法。 〔（0.23T＋１）Ｄ＋13.8〕／300 但し、Ｄ：孔の内径mm，Ｔ：孔の外側の肉厚mm
   である。