WO2019087397A1 - 歯車 - Google Patents

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WO2019087397A1
WO2019087397A1 PCT/JP2017/039964 JP2017039964W WO2019087397A1 WO 2019087397 A1 WO2019087397 A1 WO 2019087397A1 JP 2017039964 W JP2017039964 W JP 2017039964W WO 2019087397 A1 WO2019087397 A1 WO 2019087397A1
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WO
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boss
tooth
gear
iron
metal
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/039964
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English (en)
French (fr)
Inventor
木村 亮介
雄太 長南
洋 大守
Original Assignee
日立化成株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日立化成株式会社 filed Critical 日立化成株式会社
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Priority to PCT/JP2017/039964 priority patent/WO2019087397A1/ja
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H55/00Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02Toothed members; Worms
    • F16H55/14Construction providing resilience or vibration-damping
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H55/00Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02Toothed members; Worms
    • F16H55/17Toothed wheels

Definitions

  • One embodiment of the invention relates to a gear.
  • a high strength, high damping metal gear is capable of reducing noise due to vibration as well as providing high output.
  • Such a gear can be preferably used for a motor vehicle gear.
  • the cast iron gear can provide a complicated shape with high strength, but since it is a compact body, it has a problem that vibration is easily transmitted and its damping ability is inferior.
  • Patent Document 1 provides a composite gear having high strength and high damping ability by a composite gear obtained by using a tooth as a steel member, a boss as a high damping material, and friction welding of the tooth and the boss. It has been proposed to do.
  • the compound gear of Patent Document 1 is a compact body and can increase strength, but can not obtain sufficient damping ability.
  • the so-called powder metallurgical method which sinters a green compact obtained by compression molding of the raw material powder in a mold, can be shaped into a near net shape, so there is little scraping due to subsequent machining and a small material loss Also, once it is possible to produce a large amount of products of the same shape once a mold is produced, and because it is possible to produce a special alloy which can not be obtained with a normal melt produced alloy, it is said that it is excellent in economics. There is a feature. For this reason, it is widely applied to machine parts including automobile parts.
  • Patent Document 2 and Patent Document 3 an iron-based material is applied to a machine component that requires high mechanical strength, and heat treatment such as quenching is applied, and the metal structure has high mechanical strength. It has been proposed that a quenched structure, that is, one having a martensitic single phase or a metal structure which is a mixed phase of martensite and bainite, is applied.
  • Patent Document 4 shows a composite material in which a cured resin is filled in pores of an iron-based alloy sintered body having a porosity of 20 to 50%, and the cured resin has a porosity of 20% or more. Damping materials have been proposed to obtain damping performance by increasing the amount of.
  • the damping material of Patent Document 4 is used as a gasket of an ink ejector mounting portion of an automobile engine cylinder head.
  • the sintered body can be heat-treated to form a high-strength metal structure to increase the overall strength.
  • Patent Document 2 and Patent Document 3 although an iron-based sintered body having sufficient strength can be obtained, the vibration should be sufficiently absorbed only by the inclusion of hollow pores in the single-phase iron-based sintered body. There is a problem that the damping ability is inferior.
  • Patent document 4 since it is an iron-based alloy sintered compact for gaskets, intensity
  • An object of the present invention is to provide a gear which has metal bosses and teeth and is excellent in damping performance.
  • the gear according to [1] wherein at least one of the boss portion and the tooth portion has a logarithmic attenuation factor of 0.01 or more.
  • the gear according to [1] or 2 wherein the absolute value of the difference between the logarithmic attenuation factor of the boss portion and the logarithmic attenuation factor of the tooth portion is 0.009 or more.
  • a protrusion protruding in the radial direction is formed on one of the outer periphery of the boss and the inner periphery of the tooth, and the protrusion is formed on the other of the outer periphery of the boss and the inner periphery of the tooth
  • the gear in any one of [1] to [3] in which the recessed part which accommodates a part is formed. [5] From [1] to [1], wherein the boss portion has an outer peripheral portion in which a projection portion protruding in the radial direction is not formed, and the tooth portion has an inner peripheral portion in which a projection portion protruding in the radial direction is not formed.
  • the gear according to any one of 3).
  • 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 [6], wherein the boss portion is formed of a metal sintered material.
  • FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of a gear.
  • FIG. 2 is a front view of a gear having a projection according to one form.
  • FIG. 3 is a front view of a gear without projections according to one aspect.
  • FIG. 4 is an axial partial cross-sectional view of a boundary between a boss and a tooth of a gear according to one embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic view of a damping capacity measuring device.
  • FIG. 6 is a side view of a test piece for tensile strength measurement.
  • 7 (a) is a plan view of the drive gear
  • FIG. 7 (b) is a plan view of the driven gear
  • FIG. 7 (c) is a cross-sectional view of the drive gear.
  • FIG. 8 (a) is a plan view of the drive gear
  • FIG. 8 (b) is a plan view of the driven gear
  • FIG. 8 (c) is a cross-sectional view of the drive gear.
  • FIG. 9 is a schematic view of an apparatus for measuring the sound pressure level of the drive gear.
  • the gear according to one embodiment includes a boss formed of a metal material and a tooth disposed on the outer periphery of the boss and formed of a metal material, and at least one of the boss and the tooth is sintered with metal. It is characterized in that it is formed of a material.
  • the gear 10 has, as shown in FIG. 1, a boss portion 10b and a tooth portion 10a disposed on the outer periphery of the boss portion.
  • the gear 10 shown in FIG. 1 is a schematic view, and the dimensions of the axial thickness of the gear, the diameter of the gear, the radial width of the boss and the teeth, the pitch of the teeth, etc. are not limited thereto.
  • both the tooth portion and the boss portion may be formed of a metal sintered material, or any one of the tooth portion and the boss portion may be formed of a metal sintered material.
  • the boss portion is a gear formed of a metal sintered material.
  • the teeth are preferably a high strength material that is stronger than the bosses.
  • the intermediate layer may be one layer or two or more layers, and may be a metal sintered material, another metal material, an elastic material such as resin or rubber, or another material.
  • At least one of the boss portion and the tooth portion has a logarithmic attenuation factor of 0.01 or more.
  • the logarithmic attenuation factor of the boss portion and the tooth portion is preferably independently 0.01 or more, more preferably 0.05 or more, and still more preferably 0.1 or more.
  • the logarithmic attenuation factor of the boss portion and the tooth portion is preferably independently 5 or less. More preferably, the logarithmic attenuation rate of the boss portion is preferably 0.01 or more.
  • the logarithmic attenuation rate of the boss portion When the logarithmic attenuation rate of the boss portion is 0.01 or more, the logarithmic attenuation rate of the tooth portion may be less than 0.01. By this, it is possible to further absorb the vibration from the tooth portion by the boss portion while making the tooth portion high in strength.
  • the absolute value of the difference between the logarithmic attenuation factor of the boss portion and the logarithmic attenuation factor of the tooth portion is preferably 0.009 or more.
  • the absolute value of this difference is preferably 0.009 or more, more preferably 0.05 or more, and still more preferably 0.5 or more. If the absolute value of this difference is large, the effect of vibration absorption may be impaired, so the absolute value of this difference is preferably 5 or less.
  • the logarithmic attenuation rate of the boss portion is higher than the logarithmic attenuation rate of the tooth portion.
  • the logarithmic attenuation factor is used to form the sample into a plate-like test piece, and one end of the test piece is hit according to the fixed-end impact test method, and the vibration from the opposite side is measured with a laser displacement meter.
  • the logarithmic attenuation factor can be calculated and determined from the read and read vibrational waves.
  • the tensile strength of the boss portion may be 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, still more preferably 800 MPa or less, and still more preferably 700 MPa or less. In this range, sufficient material strength can be obtained while preventing a decrease in damping ability of the boss portion.
  • the tensile strength can be measured according to JIS Z 2241 “Metal material tensile test method” by molding the sample into the shape of a tensile test piece. Details are as described in the examples below.
  • the damping ability of the boss portion may be 1.0 or more, preferably 2.5 or more, more preferably 4.0 or more, and still more preferably 6.0 or more. From the viewpoint of the material strength of the metal sintered material, the damping ability of the boss portion is preferably 20 or less, and more preferably 15 or less.
  • the damping ability is such that the sample is formed into a plate-like test piece, one end of the test piece is hit according to the one-end fixed impact vibration method, and the vibration from the opposite side is read by the laser displacement meter According to JIS G 0602 "Test method of vibration damping characteristics of damping steel plate", damping capacity can be calculated from the read vibration wave using Hilbert method.
  • the tooth portion is preferably a high strength material, and the tensile strength is preferably 900 MPa or more, more preferably 1000 MPa or more.
  • the tensile strength of the teeth may be, but not limited to, 2000 MPa or less.
  • the tooth portion is a high strength material, its damping ability is not particularly limited.
  • the damping ability of the tooth portion is lower than that of the boss portion, and the damping ability of the boss portion is 2.0 times or more than that of the tooth portion. By this, the damping performance of the entire gear can be further enhanced.
  • the metal sintered material can be manufactured by a powder metallurgy method, and pores may be included from the raw material powder. Since the metal sintered body is porous, it has a certain degree of rigidity as compared with the metal material formed through the melting process.
  • the metal sintered 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.
  • the physical properties of the boss portion described above can be made in a more preferable range by forming the boss portion with a metal sintered material.
  • the tooth may be the same metal sintered material as the boss, and it is a metal-sintered material having physical properties such as different tensile strength, logarithmic damping ratio, damping capacity, porosity and the like. It may be a binder material or other metal material.
  • Sintered materials such as iron-based, titanium-based, nickel-based, aluminum-based, copper-based, magnesium-based and alumina-based, or mixed materials thereof can be used as the metal-sintered material, but iron-based sintered materials Can be preferably used.
  • the porosity of the iron-based sintered material is preferably 20 vol% or less, more preferably 18 vol% or less, and still more preferably 15 vol% or less. This can enhance the strength of the iron-based sintered material as a whole.
  • the porosity of the iron-based sintered material is preferably 7 vol% or more, and more preferably 10 vol% or more. Thereby, the logarithmic attenuation factor of the iron-based sintered material can be increased, and the damping performance can be further improved.
  • the porosity of the iron-based sintered material can be determined by calculating the true density of iron as 7.87 g / cm 3 from the density of the iron-based sintered material.
  • the density of the iron-based sintered material can be determined according to the Archimedes method by measuring the dry weight, the oil immersion weight, and the water weight of the iron-based sintered material.
  • Detailed measurement conditions of the density of the iron-based sintered material are as follows. Testing machine: Electronic balance (manufactured by A & D Co., Ltd. "GR-202") Temperature: room temperature (25 ° C)
  • the measurement conditions of the oil immersion weight are as follows.
  • Oil clean spindle oil (specific gravity: 0.856) Pressure: 60kPa (vacuum degree) Decompression time: 30 min (until bubbles do not come out) After release of vacuum: Hold for 5 minutes in oil Wipe off the oil on the surface and measure the weight to 4 decimal places using an electronic balance.
  • the iron-based sintered material is a material having a first metal structure having a base hardness HV of 250 or more and a second metal structure having a base hardness HV of less than 250.
  • This material is capable of forming low strength and high strength members and is suitable for gear bosses and teeth, in particular bosses.
  • the base hardness HV of the first metal structure is preferably 250 or more, more preferably 300 or more, and even more preferably 600 or more.
  • the first metal structure is not limited to this, but the base hardness HV is preferably 850 or less.
  • Such first metal structure includes martensite, bainite, perlite, or a combination thereof.
  • the base hardness HV of the second metal structure is preferably less than 250, more preferably 200 or less, and still more preferably 180 or less.
  • the second metal structure is not limited to this, but the base hardness HV is preferably 100 or more.
  • Such second metal structure includes ferrite, austenite, or a combination thereof.
  • the base hardness HV is the Vickers hardness HV of the base surface excluding the pores of the iron-based sintered material, and specifically, a load of 100 g in the case of high hardness and 10 g in the case of low hardness Vickers hardness when the base surface load is applied to the base surface.
  • the Vickers hardness of metal structure confirms the area
  • the first metal structure is preferably 50 to 90% with respect to the base area excluding the pores.
  • the area occupied by martensite, bainite and pearlite is preferably 50 to 90% based on the area of the base excluding the pores.
  • the second metal structure is preferably 10 to 50% based on the area of the base excluding the pores.
  • the area occupied by ferrite and austenite is preferably 10 to 50% of the base area excluding the pores.
  • the iron-based sintered material preferably contains one or more selected from the group consisting of Ni, Mo, Cu, Mn, Cr, and C, and has a composition composed of the balance Fe and unavoidable impurities.
  • the iron-based sintered material contains, by 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 including one or more selected from the group consisting of Cr: 0.1 to 25%, and C: 0.1 to 4.0%, with the balance being Fe and unavoidable impurities.
  • Ni 0.1 to 20%
  • Ni improves the hardenability of the iron-based sintered material, and after sintering and cooling, has the action of including a quenched structure in the iron-based sintered material and the action of remaining as austenite.
  • the material strength can be increased and the damping ability can be improved by Ni being 0.1% or more, preferably 0.5% or more, more preferably 1.0% or more. 20% or less is preferable and 10% or less of Ni is more preferable.
  • Ni may be blended up to 30.0% or less.
  • Mo 0.1 to 5% Mo improves the hardenability of the iron-based sintered material, and has the function of causing the iron-based sintered material to contain a hardened structure through sintering and cooling.
  • Mo 0.1% or more, preferably 0.5% or more, more preferably 1.0% or more, the material strength can be increased and the damping ability can be improved.
  • 5% or less of Mo is preferable, you may mix
  • Cu 0.1 to 3% Cu has the effect of diffusing into Fe to increase the strength of the material.
  • Cu is 0.1% or more, preferably 0.5% or more, more preferably 1% or more, diffusion to Fe can be promoted.
  • 3% or less of Cu is preferable, thereby suppressing the generation of a soft Cu phase and preventing a decrease in material strength, and also suppressing the generation of a Cu liquid phase at the time of sintering to thereby suppress the entire product.
  • the dimensional accuracy of the Cu is preferably 3% or less, but may be blended to 4.5% or less.
  • Mn 0.1 to 5% Mn improves the hardenability of the iron-based sintered material, and has the function of including a hardened structure in the iron-based sintered material through sintering and cooling.
  • Mn 0.1% or more, preferably 0.5% or more, more preferably 1.0% or more, the material strength can be increased and the damping ability can be improved.
  • Mn is preferably 5% or less, but may be blended to 7% or less.
  • Cr 0.1 to 25% Cr improves the hardenability of the iron-based sintered material, and after sintering and cooling, has the effect of causing the iron-based sintered material to contain a hardened structure.
  • Cr 0.1% or more, preferably 0.5% or more, more preferably 1.0% or more, the material strength can be increased and the damping ability can be improved.
  • Cr is preferably 25% or less, more preferably 20% or less, and still more preferably 10% or less. Although 25% or less of Cr is preferable, you may mix
  • C 0.1 to 4.0% A part of C dissolves in Fe to improve the strength, and the other part remains in the pores of the iron-based sintered material and contributes to the high damping ability.
  • C 0.1% or more, preferably 0.5% or more, more preferably 1.0% or more, a metallographic structure with high base hardness can be generated to increase the material strength, and The free graphite can be generated in the pores to contribute to high damping ability.
  • C 4.0% or less, excessive generation of a metal structure with high base hardness can be suppressed, and a decrease in damping ability can be prevented.
  • C can be added in the form of a graphite powder to enhance the compressibility of the shaped body.
  • the iron-based sintered material may further contain one or both of B and Al, and preferably contains B: 0.01 to 1.0%, Al: 0.001 to 1.0% by mass%. .
  • B 0.01 to 1.0%
  • B has a function to form free graphite in the pores of the iron-based sintered material after sintering by suppressing the diffusion of graphite into the matrix, which is rich in graphite powder during sintering.
  • 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 to contribute to the improvement of damping ability Can.
  • B is 1.0% or less, preferably 0.5% or less
  • the amount of B dissolved in Fe can be limited to prevent the reduction in strength.
  • B can be added to the mixed powder in the form of boron oxide, boron nitride or the like.
  • Al 0.001 to 1.0%
  • Al has the function of suppressing the diffusion of graphite into the matrix during sintering to form free graphite in the pores of the iron-based sintered material after sintering.
  • free graphite By forming free graphite inside the iron-based sintered material and contributing to the improvement of the damping ability, when Al is 0.001% or more, preferably 0.01% or more, more preferably 0.02% or more.
  • the fact that Al is 1.0% or less, preferably 0.5% or less, more preferably 0.1% or less limits the formation of a solid solution of Fe in Fe, thereby reducing the strength. It can be prevented.
  • Al can be added to the mixed powder in the form of an aluminum salt of a higher fatty acid such as stearic acid, 12-hydroxystearic acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, ricinoleic acid and behenic acid.
  • a higher fatty acid such as stearic acid, 12-hydroxystearic acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, ricinoleic acid and behenic acid.
  • the iron-based sintered material is the balance Fe and may contain unavoidable impurities.
  • the iron-based sintered material may further include one or more selected from the group consisting of minerals, oxides, nitrides, and borides that do not diffuse to the matrix.
  • these additives include MgO, SiO 2 , TiN, CaAlSiO 3 , CrB 2 and the like, or a combination thereof.
  • the iron-based sintered material can be obtained by mixing the raw material powders so as to obtain a target composition, pressing the mixture to produce a green compact, and sintering the green compact.
  • the green compact is preferably sintered in a non-oxidizing atmosphere so that the maximum holding temperature is 900 ° C to 1250 ° C. 900 degreeC or more is preferable and, as for this maximum holding temperature, 1000 degreeC or more is more preferable.
  • the diffusion of Ni, Mo, Cu, Mn, and Cr into Fe can be promoted to form a metallographic structure having a high matrix hardness, and the tensile strength of the iron-based sintered material can be further enhanced.
  • the green compact is preferably held at the highest holding temperature for 10 to 90 minutes.
  • the sintered body is preferably cooled at a cooling rate of 2 ° C./min to 400 ° C./min. It is preferable to cool the temperature range from the maximum holding temperature to 900 to 200 ° C. by this cooling rate.
  • the cooling rate may be 1 ° C./min or more, more preferably 2 ° C./min or more, and still more preferably 10 ° C./min or more.
  • the cooling rate may be 500 ° C./min or less, preferably 400 ° C./min or less, and more preferably 200 ° C./min or less.
  • the iron-based sintered material obtained by the above-described manufacturing method has the above-described metal structure and can be used as it is, but since the martensitic phase is as hard and sensitive as the one immediately after quenching, 150 to 300 ° C. It is preferable to add a tempering step of reheating to furnace temperature and reheating to a temperature of.
  • the tempering step may be a step of heating to a temperature of 150 to 300 ° C. and cooling after cooling to 100 ° C. or less in the cooling step after sintering, or 150 ° C. while cooling in a sintering furnace. Alternatively, the temperature may be maintained at 300 ° C. or less.
  • the holding time can be, for example, 10 to 180 minutes.
  • the pores of the iron-based sintered material may contain one or more selected from the group consisting of free graphite and resin.
  • the iron-based sintered material may contain one or both of free graphite and a resin in the pores, and in the case of containing a resin, a plurality of resins may be contained in combination.
  • Free graphite is, for example, graphite present in pores of an iron-based sintered material. Graphite in this pore part originates in C of a raw material, and contains what remained in the pore part without spreading
  • the amount of free graphite can be adjusted by the amount of C of the raw material. Moreover, the amount of free graphite can be adjusted by adding components, such as B and Al, which suppress C of the material to diffuse into Fe to the material.
  • the resin is not particularly limited, but a curable resin can be preferably used.
  • the resin include urethane resins, epoxy resins, silicone resins, acrylic resins, and the like, or combinations thereof.
  • the viscosity of the curable resin before curing is preferably 11,000 mPa / s or less at 25 ° C., more preferably 6000 mPa / s or less, and still more preferably 2000 mPa / s or less.
  • 4 mPa / s or more is preferable at 25 degreeC, and, as for the viscosity before hardening of curable resin, 20 mPa / s or more is more preferable.
  • the hardness after curing of the curable resin is preferably 90 or less at Shore D hardness at 25 ° C., more preferably 70 or less, and still more preferably 50 or less.
  • the hardness of the curable resin after curing is preferably 3 or more, and more preferably 15 or more at Shore D hardness at 25 ° C.
  • the viscosity of the resin is a low viscosity resin using a TV-22 viscometer manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd., and a high viscosity resin using a TV-33 viscometer manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd. It can be measured under the conditions of size R14, angle 3 °, temperature 25 ° C., and rotation speed 5 rpm.
  • the Shore D hardness after curing of the resin was tested according to JIS Z 2246 using a Shore type hardness tester D made by Imai Seiki.
  • the curable resin When the curable resin is in the above-described viscosity range before curing, the impregnation of the resin into the pores of the iron-based sintered material can be promoted, and the damping ability after curing can be enhanced.
  • the curable resin is in the above-described Shore D hardness range after curing, the damping ability of the iron-based sintered material containing the resin in the pore portion can be enhanced.
  • the impregnation of the resin into the iron-based sintered material can be carried out by immersing the iron-based sintered material in an uncured resin solution, preferably in a deaerated and depressurized state.
  • An organic solvent may be further added to improve the fluidity of the resin liquid.
  • a curing agent, a curing accelerator and the like may be further added.
  • 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 solution is preferably further heated at 60 to 120 ° C. to accelerate the curing.
  • 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 at least one selected from the group consisting of free graphite and resin is contained in the pores. , 1 vol% or less is more preferable. Further, the open porosity is not limited to this, but may be 0 vol% or 0.1 vol% or more.
  • the open porosity of the iron-based sintered material can be measured according to JIS Z 2501, and the dry weight, the oil immersion weight, and the weight in water of the sample can be measured to obtain it according to a calculation formula. Detailed measurement conditions are the same as the above density.
  • volume occupied by the total of the free graphite and the resin may be 100 vol% or may be 90 vol% or less based on the volume of the entire pore portion.
  • metal materials are, for example, steels such as carbon steels other than sintered metals, alloy steels, special steels, stainless steels, etc .; titanium (Ti), nickel (Ni), aluminum (Al) other than sintered metals; 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 sintered metals, Mg-Zr alloys Alloys, NiTi alloys, Cu-Al-Ni alloys, Mn-Cu alloys, etc. may be mentioned. Examples of other metal materials other than the metal sintered material include cast products, forged products, and sheet material molded products.
  • the steel material as another metal material preferably has a composition including a martensite phase, a bainite phase, a pearlite phase, or a combination thereof.
  • the area occupied by the martensite phase, the bainite phase, and the pearlite phase is preferably 90 to 100% with respect to the entire area.
  • Steel materials as other metals preferably include one or more selected from the group consisting of Ni, Mo, Cu, Mn, and Cr, and have a composition composed of the balance Fe and unavoidable impurities.
  • This steel material may further contain C, but it is preferable to control the amount of C so that C which does not diffuse to Fe does not precipitate as free graphite.
  • this steel material is 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
  • a composition containing Cr and Mo is more preferable.
  • the teeth can be formed of other metal materials. From the viewpoint of enhancing the strength of the material, steel is preferably used as the other metal for the tooth portion.
  • the other metal used for the tooth portion is preferably a dense body from the viewpoint of material strength, and the porosity is preferably 10 vol% or less, more preferably 5 vol% or less, and the porosity may be 0 vol%.
  • the bosses can be made of other metal materials.
  • Other metals for the boss may use steels because of material strength, or Mg-Zr alloy, Mg material, Mn-Cu alloy, Cu-- as a material having higher damping ability than the teeth.
  • a Zn-Ni-based alloy, an Al-Zn-based alloy, a NiTi-based alloy, or the like may be used.
  • the bosses are formed into a boss shape by powder metallurgy and then fired and prepared.
  • the tooth portion is formed into a tooth shape by powder metallurgy, and is then fired and prepared.
  • the boss can be fitted into the inner periphery of the tooth to join the tooth and the boss.
  • the joint surfaces may be brazed or welded to strengthen the joint.
  • a molded product of a boss and a tooth is manufactured, and the boss is inserted into the inner periphery of the tooth in a state before firing, and firing is performed with the boss and the tooth in contact with each other.
  • the teeth may be diffusion bonded.
  • the tooth portion is processed in advance and manufactured, and the inner peripheral portion of the tooth portion is filled with iron powder which is a raw material of the metal sintered material
  • the boss portion and the tooth portion can be integrated by forming into a boss shape and then firing with the tooth portion.
  • the tooth portion may be a metal member processed by casting, forging, pressing, etc. using other metal materials, or a metal member formed, sintered, processed using a metal sintering material, etc. It can be used.
  • the boss portion is previously processed and manufactured, and a molded article of the tooth portion is manufactured using iron powder which is a raw material of the metal sintered material
  • the boss portion and the tooth portion can be integrated by arranging the outer peripheral portion of the boss portion in contact with the inner peripheral portion of the molded product of the tooth portion and thereafter firing the tooth portion together with the boss portion.
  • the bonding strength between the tooth portion and the boss portion can be further enhanced by the baking effect.
  • other metal members, metal sintered materials and the like can be used for the bosses as described above.
  • a gap of 50 ⁇ m or more may be provided in a radial direction in a part or all of the boundary between the boss and the tooth, and an elastic material such as resin or rubber may be disposed in the gap.
  • the boss and the tooth may be subjected to hardening and tempering separately or after bonding. As a result, a metal structure with high base hardness can be further generated to further enhance the strength of the gear.
  • the gear is preferably configured such 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 to the inner peripheral portion of the tooth portion.
  • the outer peripheral shape of the boss portion is preferably a circle including a true circle and an ellipse, but may be a polygon such as a triangle, a square, or a pentagon.
  • the axial thickness of the gear is preferably 80 to 120%, more preferably 90 to 110%, and even 100% ⁇ 1% with respect to the axial thickness of the boss portion. Good.
  • an axial step between the boss and the gear is preferably within 1 cm, more preferably within 5 mm, still more preferably within 1 mm, and still more preferably within 0.5 mm.
  • a projection projecting radially is formed on one of the outer peripheral part of the boss and the inner peripheral part of the tooth, and the projection is formed on the other of the outer peripheral part of the boss and the inner peripheral of the tooth.
  • a recess is formed to accommodate the
  • the protrusions may be formed in plural 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 the shift in the rotational direction between the boss and the tooth when the gear is rotated. Furthermore, the vibration damping performance can be further improved by providing this shape. It is considered that this is because vibration is absorbed more from the low damping material to the high damping material by increasing the contact area of the interface between the boss and the tooth.
  • the gear shown in this figure has four projections projecting radially inward from the inner periphery of the teeth, and four recesses for receiving the four projections of the teeth on the outer periphery of the boss.
  • the four protrusions are arranged at equal intervals in the circumferential direction.
  • the gear may have protrusions projecting radially outward from the inner peripheral portion of the boss, and the number of protrusions and the arrangement interval of the 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, and more preferably 1 to 10 degrees around the rotation axis of the gear.
  • the shape of the protrusion may be any of a radial cross-sectional shape and a polygonal shape such as a semicircular shape, a V shape, or a square, but a semicircular shape is preferable.
  • the boss portion has an outer peripheral portion on which a radially protruding protrusion is not formed
  • the tooth portion has an inner peripheral portion on which a radially protruding protrusion is not formed
  • the teeth The boss is fitted on the inner circumference of the part.
  • the outer periphery of the boss is preferably a circle including a perfect circle and an oval
  • the inner periphery of the tooth is preferably substantially the same circle as the outer periphery of the boss.
  • This shape is a structure without detent between the boss and the tooth, but at least one of the boss and the tooth is made of a sintered metal material with a more precise dimension, so The bonding strength with the tooth portion can be further enhanced, and the shift between the boss portion and the tooth portion can be prevented at the time of rotation.
  • a recess recessed in the radial direction is not formed in the outer peripheral portion of the boss portion and the inner peripheral portion of the tooth portion.
  • the contact area of a boss part and a tooth part can be enlarged, and a gap of a rotation direction can be prevented more.
  • 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, whereby the weight of the gear can be reduced.
  • the recess may be filled with another material such as an elastic member.
  • FIG. 3 shows a gear having no protrusion.
  • the gear shown in this figure has a substantially circular outer periphery of the boss, a circular shape in which the inner periphery of the tooth fits with the outer periphery of the boss, and does not have a protrusion.
  • one of the outer peripheral surface of the boss portion and the inner peripheral surface of the tooth portion is a convex surface that protrudes 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 a convex surface It is concave to do.
  • This can prevent axial displacement between the boss and the tooth.
  • the boss portion and the tooth portion is formed of a metal sintered material, one member can be integrally formed by powder metallurgy according to the convex or concave surface of the other member.
  • the boss and the tooth may be joined. Deviation can be further prevented by this.
  • the boss and the tooth may be joined along the entire circumference of the boundary or may be partially joined. As a bonding method, friction welding, welding, brazing, diffusion bonding, etc. can be used.
  • FIG. 4 shows an axial sectional view of the boundary between the boss and the tooth.
  • the outer peripheral surface of the boss portion protrudes radially outward to form a convex surface
  • 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.
  • the evaluation method used in the examples is as follows. "Density, porosity” The density of the iron-based sintered material after sintering was determined according to the Archimedes method by measuring the dry weight, oil immersion weight and water weight of the sample. The measurement conditions are as follows. Testing machine: Electronic balance (manufactured by A & D Co., Ltd. "GR-202") Temperature: room temperature (25 ° C) The measurement conditions of the oil immersion weight are as follows.
  • Oil clean spindle oil (specific gravity: 0.856) Pressure: 60kPa (vacuum degree) Decompression time: 30 min (until bubbles do not come out) After release of vacuum: Holding for 5 minutes in oil The oil on the surface was wiped off and the weight was measured to 4 decimal places using an electronic balance.
  • the porosity of the iron-based sintered material after sintering was determined by calculation from the density determined above.
  • the intimacy of iron was 7.87 g / cm 3 .
  • the resin-impregnated sample was subjected to density and porosity measurement for the iron-based sintered material before resin impregnation.
  • Metal structure The image which image
  • 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 metallographic structure region from the evaluation result of the metal structure, and the average value was determined 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 Specimen pretreatment: The specimens were corroded with 5% Nital caustic and then the Vickers hardness was measured. The base hardness HV of metal structures observed in the sample is shown in the table. Also, for metal structures not observed in the sample, "-" is added in the table.
  • FIG. 5 shows a schematic view of a logarithmic attenuation rate / attenuation ability measurement system.
  • 1 is a test piece
  • 2 is a high speed and high precision laser displacement meter
  • 3 is a hammer.
  • Test piece shape 10 mm x 240 mm x 2.0 mm (plate material) Temperature: room temperature (25 ° C) Impact vibration method: Hammer (Used “Teksan Industrial Co., Ltd.“ Stretchable diagnostic rod ”) Test specimen fixing method: Vice Waveform reader: Keyence Corporation High-speed, high-precision laser displacement meter (Sensor head “LK-H008W”, controller “LK-G5000V set”)
  • FIG. 6 is a side view of a tensile test piece, in which the dimensions (in mm) are shown.
  • the tensile test specimen has a total length of 60 mm, a marked point distance of 23 mm, and a diameter of the marked point distance portion of 5 mm ⁇ 0.01 mm.
  • the measurement conditions are as follows. Testing machine: Shimadzu Corporation precision universal testing machine "AG-10TB" Test temperature: room temperature (25 ° C) Test speed: 0.5 mm / min Reading: Limited to parallel part breakage (within 23 mm)
  • FIGS. 7A and 7B show schematic plan views of the drive gear 10 and the driven gear 11 having no projection.
  • FIG. 7C shows a cross-sectional view of the drive gear and its dimensions (unit: mm).
  • the driving gear and the driven gear each have a tip diameter of 80 mm ⁇ 0.06 mm, a bottom diameter of 68.75 mm, and an inner diameter of 36 mm ⁇ 0.02.
  • the maximum diameter of the boss 10b is 62.5 mm.
  • the dimensional tolerance not specifically described is ⁇ 0.1.
  • Example 1 the tooth portion 10 a of the drive gear was used as the sample 1, and the boss 10 b was used as the sample 2.
  • Example 2 both the tooth portion 10a and the boss portion 10b of the drive gear were made of the sample 3 (SCM 435 (tempered material)).
  • the driven gear 11 was made of SCM 435 (refined material). The composition and physical property values of each sample are shown in Table 1.
  • the tooth portion 10a of the drive gear 10 of Example 1 is mixed with the raw material powder so that the compounding amount of Sample 1 shown in the table is obtained, molded at 800 MPa, sintered at 1200 ° C. for 60 minutes, and sintered It processed and produced tooth part 10a of the above-mentioned size.
  • the raw material powder was mixed so as to have the amount of the sample 2 shown in the table, and the mixed powder was molded at 550 to 650 MPa.
  • the shaped bodies were sintered in 90% N 2 + 10% H 2 gas for 30 minutes at the heat treatment temperature indicated in the table and cooled at the cooling rate indicated in the table. Thereafter, it was processed to obtain a boss 10b having the dimensions shown in FIG.
  • the boss 10b was joined to the tooth 10a.
  • the joint between the tooth portion 10a and the boss portion 10b was performed by brazing using a commercially available brazing material. Thereafter, induction hardening and tempering was performed on the tooth portion 10a.
  • the tooth portion 10a was subjected to induction hardening under the condition that the hardened layer depth of 1.5 mm from the tooth base exceeds 700 HV, and the tempering treatment was performed at 180 ° C. for 60 minutes.
  • the logarithmic attenuation factor / damping ability and tensile strength were measured for sample 1 and sample 3 of the boss 10 b before bonding.
  • a sintered body was obtained in the same manner as described above except that a molded body of 15 mm ⁇ 250 mm and 4 mm in thickness was produced as a test piece for measuring logarithmic attenuation factor and damping ability.
  • a sintered body was obtained in the same manner as described above except that a 10 mm ⁇ 60 mm and 10 mm thick molded body was produced as a test piece for tensile strength measurement.
  • induction hardening was performed under the condition of completely martensifying to the central portion, and tempering treatment was performed at 180 ° C. for 60 minutes. The density and the porosity were measured for each sample before bonding after firing.
  • FIGS. 8 (a) and 8 (b) show schematic plan views of the drive gear 10 and the driven gear 11 each having a protrusion. Further, FIG. 8C shows a cross-sectional view of the drive gear and its dimensions (unit: mm).
  • the driving gear and the driven gear each have a tip diameter of 80 mm ⁇ 0.06 mm, a bottom diameter of 68.75 mm, and an inner diameter of 36 mm ⁇ 0.02.
  • the maximum diameter of the boss 10b is 62.5 mm.
  • the dimensional tolerance not specifically described is ⁇ 0.1.
  • On the inner peripheral portion of the tooth portion 10a four projections which project inward in the radial direction are formed at equal intervals in the circumferential direction.
  • Example 3 the tooth portion 10 a of the drive gear was used as the sample 1, and the boss portion 10 b was used as the sample 2.
  • the gear of Example 3 was produced by the same method as in Example 1 except for the shape of the protrusions.
  • both the tooth portion 10a and the boss portion 10b of the drive gear were made of the sample 3 (SCM 435 (tempered material)).
  • the driven gear 11 was made of SCM 435 (refined material).
  • FIG. 9 A schematic view of the sound pressure level measuring device is shown in FIG. 9, 20 is an analysis device, 21 is a motor controller, 22 is a sound level meter, 23 is a soundproof housing, 24 is a driven gear, 25 is a drive gear, and 26 is It is a sound collection tube, and 27 is an excitation motor.
  • an oil supply pipe for supplying oil is provided at the portion where the gears mesh.
  • the vibration motor was driven by the analyzer to control the number of rotations and the number of amplitudes of the drive gear.
  • a sound collection tube was provided above the portion where the drive gear and the driven gear meshed, and the sound pressure level was measured by a noise meter.
  • Table 2 A graph of sound pressure level against rotational speed is shown in Table 2.
  • the measurement conditions are as follows. Testing machine: UNICO JAPAN Co., Ltd. NV testing machine "special order item” Detector: Ono Sokki Co., Ltd. Remote-adaptive noise level meter "LA-4350” FFT analyzer: Ono Sokki Co., Ltd. "DS2000 Series” Temperature: room temperature (25 ° C) Lubricating oil: Idemitsu Kosan "5W-30” Number of revolutions: 500 to 6000 rpm Excitation: 2nd, amplitude: 30 rpm Counter gear: SCM 435 material (refined material) Backlash: 50 ⁇ m Detection software: Ono Sokki Co., Ltd. Throughput disk function "DS 0250” Analysis software: FFT analysis “DS0221” made by Ono Sokki Co., Ltd. Time-series data analysis tool "Oscope 2"
  • the gear made of the iron-based sintered material of Example 1 is lower than the gear made of SCM 435 of Example 2 in the sound pressure level throughout the measurement range of the rotational speed, and the vibration control performance is excellent.
  • 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 averaged over the measurement range of the rotational speed.
  • the gear made of the iron-based sintered material of Example 3 is lower in sound pressure level in the entire measurement range of the rotational speed than the gear made of SCM 435 of Example 4 and the gear with the protrusion has excellent damping performance.
  • 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 in the measurement range of the rotational speed.
  • the iron-based sintered material gear of Example 3 with a protrusion can lower the sound pressure level more than the iron-based sintered material gear of Example 1 without a protrusion, and has excellent damping performance. Recognize.

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Abstract

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。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、歯車である。

Description

歯車
 本発明の一実施形態は、歯車に関する。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
特開2001-124180号公報 特開2014-185380号公報 特開2016-145418号公報 特開2000-9178号公報
 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。
 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。
 [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。
 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。
図1は、歯車の一形態の斜視図である。 図2は、一形態による突起部を有する歯車の正面図である。 図3は、一形態による突起部を備えない歯車の正面図である。 図4は、一形態による歯車のボス部と歯部の境界部の軸方向の部分断面図である。 図5は、減衰能の測定装置の模式図である。 図6は、引張強さ測定用の試験片の側面図である。 図7(a)は、駆動歯車の平面図であり、図7(b)は、従動歯車の平面図であり、図7(c)は、駆動歯車の断面図である。 図8(a)は、駆動歯車の平面図であり、図8(b)は、従動歯車の平面図であり、図8(c)は、駆動歯車の断面図である。 図9は、駆動歯車の音圧レベルを測定する装置の模式図である。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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/cm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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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、SiO、TiN、CaAlSiO、CrB等、又はこれらの組み合わせが挙げられる。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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)×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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 (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。
 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/cm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。
 「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。
 「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。
 「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」)
 「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
 「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。
 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。
 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%N+10%H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。
 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。
 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。
 (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。
 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。
 (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。
 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」
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 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。

Claims (9)

  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、請求項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、請求項1又は2に記載の歯車。
  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、請求項1から3のいずれか1項に記載の歯車。
  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、請求項1から3のいずれか1項に記載の歯車。
  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、請求項1から5のいずれか1項に記載の歯車。
  7.  前記ボス部が金属焼結材料で形成される、請求項1から6のいずれか1項に記載の歯車。
  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、請求項1から7のいずれか1項に記載の歯車。
  9.  前記ボス部と前記歯部とは接合されている、請求項1から8のいずれか1項に記載の歯車。
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