【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
〔産業上の利用分野〕
この発明は、すぐれた耐摩耗性を有し、特に高
速高面圧条件下で使用される歯車の製造に用いる
のに適したCu合金に関するものである。
〔従来の技術〕
一般に、自動車やロボツトなどの各種の駆動装
置には多数の歯車が使用され、この歯車の製造に
はアルミニウム青銅や高力黄銅などが多用されて
いることはよく知られるところである。
一方、近年、これらの駆動装置の高性能化に伴
い、これに用いられている歯車の使用条件も一段
と厳しさを増す傾向にあり、特に高速高面圧条件
下での使用を予儀なくされつつあるのが現状であ
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、上記のアルミニウム青銅や高力黄銅な
どで製造された歯車を高速高面圧の条件下で使用
すると、摩耗が著しく、比較的短時間で使用寿命
に到るものであつた。
〔問題点を解決するための手段〕
そこで、本発明者等は、上述のような観点か
ら、高速高面圧条件下での使用に際して、すぐれ
た耐摩耗性を示す歯車を開発すべく、特にCu合
金に着目し研究を行なつた結果、重量％で（以下
％は重量％を示す）、
Zn：５〜15％，
Al：８〜11％，
Ni：0.2〜５％，
Ti：0.1〜３％，
を含有し、さらに必要に応じて、
FeおよびCoのうちの１種または２種：0.1〜4.8
％，
を含有し、残りがCuと不可避不純物からなる組
成を有するCu合金は、これを各種の歯車として
用いた場合、特に高速高面圧条件での使用に際し
て、すぐれた耐摩耗性（特に耐ころがり摩耗性）
を示すという知見を得たのである。
この発明は、上記知見にもとづいてなされたも
のであつて、以下に成分組成を上記の通りに限定
した理由を説明する。
(a) ZnおよびAl
これらの成分には、共存した状態で、合金の強
度および靭性を向上させる作用があるが、その含
有量が、それぞれZn：５％未満およびAl：８％
未満では前記作用に所望の効果が得られず、一
方、その含有量が、Znについては15％を越えて
も、またAlについては11％を越えても前記作用
により一層の向上効果が現われず、経済性を考慮
して、その含有量を、Zn：５〜15％、Al：８〜
11％と定めた。
(b) NiおよびTi
これらの成分は、CuおよびAlと結合して、素
地中に均一に分散する球状（粒状）の金属間化合
物を形成し、もつて高速高面圧条件下での実用に
際して、すぐれた耐摩耗性を発輝せしめる作用を
もつが、その含有量が、それぞれNi：0.2％未満、
およびTi：0.1％未満では前記球状金属間化合物
の形成が少なすぎて所望のすぐれた耐摩耗性を確
保することができず、一方、その含有量が、それ
ぞれNi：５％，Ti：３％を越えても耐摩耗性に
さらに一段の向上効果が現われないばかりでりな
く、合金の靭性が低下するようになることから、
その含有量を、それぞれNi：0.2〜５％および
Ti：0.1〜３％と定めた。
(c) FeおよびCo
これらの成分は、上記の金属間化合物形成成分
と結合して、素地中に均一に分散する球状（粒
状）の複化合物を形成し、合金の耐摩耗性を一段
と向上させる作用をもつので、特に高い耐摩耗性
が要求される場合に必要に応じて含有されるが、
その含有量が0.1％未満では耐摩耗性に所望の向
上効果が得られず、一方4.8％を越えて含有させ
てもより一層の向上効果が現われないばかりでな
く、合金の靭性に劣化が見られるようになること
から、その含有量を0.1〜4.8％と定めた。
〔実施例〕
つぎに、この発明の歯車用Cu合金を実施例に
より具体的に説明する。
通常の高周波炉を用い、黒鉛るつぼ中にて、そ
れぞれ第１表に示される成分組成をもつた本発明
Cu合金１〜９および比較Cu合金１〜４の溶湯を
調製し、金型に鋳造して肩部直径：70mmφ×底部
直径：60mmφ×高さ：200mmφの寸法をもつたイ
ンゴツトとした後、表面を厚さ：0.5mmに亘つて
面削し、ついでこのインゴツトに温度：750℃に
加熱した状態で熱間鍛造を施して直径：40mmφの
丸棒とし、引続いて、この丸棒の一部より外径：
30mmφ×内径：16mmφ×厚さ：８mmの寸法をもつ
た、ころがり摩耗試験片を機械加工により切出
し、また前記丸棒の残りには温度：780℃に加熱
した状態で熱間圧延を施して板厚：10mmの熱延板
とし、これに温度600℃に１時間保持の焼鈍を施
した状態で、引張試験片（平行部直径：６mmφ）
と衝撃試験片（JIS4号）を切出した。
ついで、これらの試験片を用いて、摩耗試験、
[Industrial Application Field] The present invention relates to a Cu alloy that has excellent wear resistance and is particularly suitable for use in manufacturing gears used under high speed and high surface pressure conditions. [Prior Art] Generally, many gears are used in various drive devices such as automobiles and robots, and it is well known that materials such as aluminum bronze and high-strength brass are often used in the manufacture of these gears. . On the other hand, in recent years, as the performance of these drive devices has improved, the operating conditions for the gears used in these devices have also become more severe, making it especially difficult to use them under conditions of high speed and high surface pressure. The current situation is that [Problems to be solved by the invention] However, when gears made of the above-mentioned aluminum bronze or high-strength brass are used under conditions of high speed and high surface pressure, they wear out significantly and their service life ends in a relatively short period of time. It was perfect. [Means for Solving the Problems] Therefore, from the above-mentioned viewpoint, the present inventors have developed a gear that exhibits excellent wear resistance when used under high speed and high surface pressure conditions. As a result of research focusing on Cu alloys, in weight% (hereinafter % indicates weight%), Zn: 5-15%, Al: 8-11%, Ni: 0.2-5%, Ti: 0.1- 3%, and if necessary, one or two of Fe and Co: 0.1 to 4.8
%, with the remainder consisting of Cu and unavoidable impurities. When used as various gears, Cu alloys exhibit excellent wear resistance (especially when used under high speed and high contact pressure conditions). rolling abrasion)
We obtained the knowledge that this shows that This invention was made based on the above knowledge, and the reason why the component composition was limited as described above will be explained below. (a) Zn and Al These components have the effect of improving the strength and toughness of the alloy when coexisting, but their contents are less than 5% for Zn and 8% for Al, respectively.
If the content is less than 15% for Zn or 11% for Al, the desired effect will not be obtained in the above action. , considering economic efficiency, the content was set to Zn: 5~15%, Al: 8~
It was set at 11%. (b) Ni and Ti These components combine with Cu and Al to form spherical (granular) intermetallic compounds that are uniformly dispersed in the substrate, making them difficult to use in practical applications under high speed and high surface pressure conditions. , has the effect of exhibiting excellent wear resistance, but its content is less than 0.2% Ni, respectively.
and Ti: less than 0.1%, the formation of the spherical intermetallic compound is too small to ensure the desired excellent wear resistance; Exceeding this value will not only result in no further improvement in wear resistance, but will also result in a decrease in the toughness of the alloy.
The content is Ni: 0.2-5% and
Ti: determined to be 0.1 to 3%. (c) Fe and Co These components combine with the above-mentioned intermetallic compound-forming components to form spherical (granular) composite compounds that are uniformly dispersed in the matrix, further improving the wear resistance of the alloy. It is included as necessary when particularly high wear resistance is required.
If the content is less than 0.1%, the desired effect of improving wear resistance cannot be obtained, while if the content exceeds 4.8%, not only will further improvement not be achieved, but the toughness of the alloy will deteriorate. Therefore, the content was set at 0.1% to 4.8%. [Example] Next, the Cu alloy for gears of the present invention will be specifically explained using Examples. The present invention was prepared using a normal high frequency furnace and in a graphite crucible, each having the component composition shown in Table 1.
Molten metals of Cu alloys 1 to 9 and comparative Cu alloys 1 to 4 were prepared and cast into a mold to form an ingot with dimensions of shoulder diameter: 70 mmφ x bottom diameter: 60 mmφ x height: 200 mmφ. This ingot is then face-milled to a thickness of 0.5mm, and then hot forged at a temperature of 750°C to form a round bar with a diameter of 40mmφ.Subsequently, a part of this round bar is More outer diameter:
A rolling wear test piece with dimensions of 30 mmφ x inner diameter: 16 mmφ x thickness: 8 mm was cut out by machining, and the rest of the round bar was hot rolled at a temperature of 780°C to form a plate. A hot-rolled plate with a thickness of 10 mm was annealed at a temperature of 600°C for 1 hour, and a tensile test piece (parallel part diameter: 6 mmφ) was prepared.
An impact test piece (JIS No. 4) was cut out. Next, using these test pieces, abrasion tests were carried out.
【表】【table】
【表】
引張試験、およびシヤルピー衝撃試験を行なつ
た。なお、摩耗試験としては、歯車の耐摩耗性を
評価するのに用いられている、ころがり摩耗試験
を、西原式摩耗試験機を用い、
相手材：JIS・SCM21の浸炭焼入材（硬さ：
HRC64），
接触圧力：80Kg／mm2，
回転数：800rpm，
相対すべり度：30％，
試験時間：107回転，
潤滑剤：SAE＃90ギヤオイル，
の条件で行ない、試験後の重量減を測定した。こ
れらの結果を第１表に合せて示した。
〔発明の効果〕
第１表に示される結果から、本発明Cu合金１
〜９は、いずれも上記のような高速高面圧の条件
下で、従来アルミニウム青銅として知られている
比較Cu合金１，２および同じく高力黄銅として
知られている比較Cu合金３，４に比してすぐれ
た耐摩耗性を示し、かつ高強度および高靭性を具
備することが明らかである。
上記のように本発明Cu合金は、高強度および
高靭性を有し、かつすぐれた耐摩耗性を有し、特
に高速高面圧条件下での耐摩耗性にすぐれている
ので、これらの特性が要求される各種の高性能駆
動装置の歯車として用いた場合に、すぐれた性能
を発輝し、使用寿命の著しい延命化を可能とする
などの工業上有用な特性を有するのである。[Table] A tensile test and a Charpy impact test were conducted. The wear test was performed using a rolling wear test, which is used to evaluate the wear resistance of gears, using a Nishihara type wear tester.Mating material: JIS/SCM21 carburized and quenched material (hardness:
H R C64), contact pressure: 80Kg/ mm2 , rotation speed: 800rpm, relative slippage: 30%, test time: 107 rotations, lubricant: SAE #90 gear oil, weight loss after the test. was measured. These results are also shown in Table 1. [Effect of the invention] From the results shown in Table 1, it can be seen that Cu alloy 1 of the present invention
- 9, under the conditions of high speed and high surface pressure as described above, Comparative Cu alloys 1 and 2, conventionally known as aluminum bronze, and Comparative Cu alloys 3 and 4, also known as high strength brass. It is clear that it exhibits excellent wear resistance, and has high strength and toughness. As mentioned above, the Cu alloy of the present invention has high strength, high toughness, and excellent wear resistance, especially under high speed and high surface pressure conditions. When used as gears in various high-performance drive devices that require high performance, it exhibits excellent performance and has industrially useful properties, such as being able to significantly extend its service life.