WO2020145221A1 - 焼結ギアの製造方法および焼結ギア - Google Patents

焼結ギアの製造方法および焼結ギア Download PDF

Info

Publication number
WO2020145221A1
WO2020145221A1 PCT/JP2020/000015 JP2020000015W WO2020145221A1 WO 2020145221 A1 WO2020145221 A1 WO 2020145221A1 JP 2020000015 W JP2020000015 W JP 2020000015W WO 2020145221 A1 WO2020145221 A1 WO 2020145221A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sintered
gear
sintered gear
raw material
material particles
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/000015
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
小川　隆雄
水野　淳
明明 李
クリストファー ハビヤー キャニラン
Original Assignee
日本電産株式会社
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 日本電産株式会社 filed Critical 日本電産株式会社
Publication of WO2020145221A1 publication Critical patent/WO2020145221A1/ja

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F5/08—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of toothed articles, e.g. gear wheels; of cam discs

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a sintered gear and a sintered gear.
  • a sintered gear is manufactured by compression molding (compacting powder) a raw material powder to obtain a molded body, sizing the molded body, and then firing the molded body.
  • the sinter gear manufactured by this method has a dimensional error of about 0.03 mm from the sinter gear to be manufactured.
  • a dimensional error about 0.01 mm
  • An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a sintered gear and a sintered gear that can manufacture a sintered gear with high sintering density and dimensional accuracy without using dedicated equipment and performing secondary processing (post-processing). To provide.
  • An exemplary invention of the present application is a method for manufacturing a sintered gear having a module of 0.2 mm or less, and a step of preparing raw material particles having an average particle diameter of 3 to 10 ⁇ m, a binder resin, and a lubricant.
  • a method of manufacturing a sintered gear comprising: a step of obtaining a molded body; and a step of firing the molded body to obtain a sintered body. ..
  • Another exemplary invention of the present application is a method for producing a sintered gear having a module of 0.2 mm or less, comprising raw material particles having an average particle diameter of 3 to 10 ⁇ m, a binder resin, and a lubricant.
  • a method of manufacturing a sintered gear comprising: a step of obtaining a molded body having a corresponding shape; and a step of firing the molded body to obtain a sintered body. ..
  • a module constituted by a sintered body of raw material particles having an average particle diameter of 3 to 10 ⁇ m is a sintered gear having a diameter of 0.2 mm or less, and has a plurality of holes.
  • the sintered gear is characterized in that the surface of the sintered gear has an arithmetic average roughness (Ra) specified by JIS B 0601 (2001) of 0.5 to 2.5 ⁇ m.
  • top view (a) and sectional view (b) show typically the composition of the sintered gear concerning one embodiment of the present invention. It is a figure which shows schematic structure of the shaping
  • FIG. 1 is a plan view (a) and a sectional view (b) schematically showing the structure of a sintered gear according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows a molding apparatus used for manufacturing a sintered gear. It is a figure which shows schematic structure. ..
  • the sintered gear 1 shown in FIG. 1 has a disc-shaped gear body 2 and a plurality of teeth 3 that are arranged along the circumferential direction of the gear body 2 and project outward in the radial direction.
  • the plurality of teeth 3 are provided at substantially equal intervals. ..
  • the sintered gear 1 is composed of a sintered body of raw material particles having an average particle diameter of 3 to 10 ⁇ m, and has a module of 0.2 mm or less.
  • the size of the sintered gear 1 is designed according to the intended use and is not particularly limited. However, when the sintered gear 1 is a robot hand gear (high precision gear), for example, Designed to be.
  • the diameter of the tip circle of the sintered gear 1 (indicated by “D” in FIG. 1) is preferably about 3 to 15 mm, more preferably about 5 to 10 mm. Further, the number of teeth of the sintered gear 1 is preferably about 15 to 40, and more preferably about 20 to 35. ..
  • the module indicating the size (tooth thickness) of the tooth 3 is 0.2 mm or less, but it is preferably about 0.15 to 0.2 mm. Even such a small (high-precision) sintered gear 1 can be manufactured with high dimensional accuracy by using the raw material particles (particularly, granulated particles) of the present invention.
  • the tooth width of the tooth 3 (indicated by “W” in FIG. 1) is preferably about 1 to 10 mm, more preferably about 2 to 5 mm. ..
  • the sintered gear 1 shown in FIG. 1 is a so-called spur gear, but the present invention is not limited to this and may be, for example, a screw gear, a bevel gear, a worm gear, a hypoid gear, or the like.
  • the sintered gear 1 as described above is manufactured as follows. Hereinafter, a method for manufacturing the sintered gear 1 (sintered gear manufacturing method) will be described. ..
  • the method of manufacturing a sintered gear according to the present embodiment includes [1] a preparation step of preparing a molding apparatus and raw materials, [2] a granulation step of granulating raw materials to obtain granulated particles, and [3] granulation.
  • the method includes a molding step of compression-molding the granular particles to obtain a molded body having a shape corresponding to the sintered gear 1, and [4] a firing step of firing the molded body to obtain a sintered body.
  • each step will be sequentially described. ..
  • the molding apparatus 10 shown in FIG. 2 includes a molding die 20 and a feeder 30 that contains granulated particles described later. Further, the molding die 20 has a die 21 having a through hole 211 penetrating in the thickness direction, and an upper punch 22 and a lower punch 23 inserted into the through hole 211 of the die 21.
  • the shape of the inner peripheral surface of the die 21 that defines the through hole 211 corresponds to the shape (concave shape) of the outer peripheral surface of the sintered gear 1 to be manufactured.
  • the granulated particles are supplied (filled) into the cavity (space) 212 formed by inserting the tip portion of the lower punch 23 into the lower portion of the through hole 211 of the die 21. ..
  • the raw material particles used for producing the sintered gear 1 have an average particle size of about 3 to 10 ⁇ m, preferably about 4 to 9 ⁇ m, and more preferably about 5 to 8 ⁇ m. With the raw material particles having such an average particle size, it is possible to fill not only the root portion of the cavity 212 but also the tip portion of the cavity 212 as necessary and sufficient. On the other hand, when the average particle size of the raw material particles is less than the lower limit value, it becomes difficult to handle the raw material particles. On the other hand, when the average particle diameter of the raw material particles exceeds the upper limit value, it becomes difficult to fill the tooth tips of the cavities 212 with the high density of the raw material particles.
  • the particle size of particles can be measured, for example, from a projected image by a laser. ..
  • the raw material particles can be produced by, for example, a pulverizing method, an atomizing method such as a water atomizing method, a gas atomizing method, a reducing method, a carbonyl method, or the like.
  • an atomizing method such as a water atomizing method, a gas atomizing method, a reducing method, a carbonyl method, or the like.
  • Fe (iron) simple substance, Cu (copper) simple substance various metallic materials such as Fe or Cu as a main component and an alloy containing any element, and various kinds such as apatite-based ceramics. Examples include ceramic materials.
  • the elements added to the alloy are, for example, Cr (chromium), Mo (molybdenum), Mn (manganese), Ni (nickel), Cu (copper), W (tungsten), V (vanadium), Co( At least one of cobalt), Si (silicon), C (carbon) and the like can be used.
  • Cr chromium
  • Mo mobdenum
  • Mn manganese
  • Ni nickel
  • Cu copper
  • W tungsten
  • V vanadium
  • Si silicon
  • C carbon
  • binder resin examples include olefin resins, acrylic resins, styrene resins, ester resins, cellulose resins, epoxy resins and the like. These resins may be used alone or in combination of two or more.
  • lubricants include fatty acids such as stearic acid, metal salts thereof, derivatives thereof (eg, amides, esters, etc.), fluororesins and the like. These compounds can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
  • the volume ratio of the binder resin to the lubricant is preferably about 1:1 to 10:1, more preferably about 2:1 to 7:1.
  • the raw material particles can be sufficiently filled up to the tip of the cavity 212, and voids are generated in the firing step [4] described later. It is hard to generate, and it is possible to preferably prevent the sintered gear 1 from being chipped or the like.
  • the total amount of the binder resin and the lubricant used is preferably 5 parts by mass or less, and more preferably about 0.1 to 3 parts by mass, relative to 100 parts by mass of the raw material particles. ..
  • the raw material particles, the binder resin, and the lubricant are granulated to obtain granulated particles.
  • a mixing stirrer for example, a mixing stirrer, a kneader type kneader, a roll type kneader, a Banbury type kneader, a single-screw or twin-screw extruder, etc. can be used.
  • the kneading conditions are appropriately set depending on the average particle size of the raw material particles, the ratio of the raw material particles to the binder resin and the lubricant, and the like.
  • the kneading temperature can be set to 50 to 200° C. and the kneading time can be set to 15 to 210 minutes. ..
  • the obtained granulated particles preferably satisfy one of the following average particle diameter and fluidity, and more preferably satisfy both conditions.
  • the granulated particles satisfying such conditions are easy to handle and can be supplied to the cavity 212 with high stability.
  • the average particle size of the granulated particles may be about 100 to 500 ⁇ m, but is preferably about 150 to 450 ⁇ m.
  • the fluidity of the granulated particles may be about 25 to 50 sec/50 g, but is preferably about 30 to 40 sec/50 g. Note that the fluidity can be measured according to the metal powder-fluidity measurement method defined in JIS Z 2502 (2012). ..
  • the obtained granulated particles are housed in the feeder 30.
  • the tip of the lower punch 23 is inserted into the lower part of the through hole 211 of the die 21 to form a cavity (space) 212 with the die 21 and the lower punch 23 (see FIG. 2A).
  • slide the feeder 30 on the die 21 to cover the cavity 212 with the feeder 30, and fill the cavity 212 with the granulated particles from the feeder 30 (see FIG. 2B).
  • the granulated particles satisfy at least one of the average particle diameter and the fluidity, the granulated particles are supplied to the cavity 212 with high stability. ..
  • the pressure (compacting pressure) for compressing the granulated powder is not particularly limited, but is preferably about 0.5 to 3 ton, more preferably about 1 to 2 ton.
  • the average particle size of the raw material particles is sufficiently small (3 to 10 ⁇ m)
  • not only the root portion of the cavity 212 but also the top portion of the tooth is filled with the raw material particles in a necessary and sufficient manner.
  • the molded body 11 having a shape corresponding to the sintered gear is obtained in the cavity 212. Then, the die 21 and the lower punch 23 are relatively brought close to each other, and the compact 11 is discharged from the cavity 212.
  • the obtained molded body 11 is fired to obtain a sintered body. Due to this sintering, in the molded body 11, diffusion occurs at the interface between the raw material particles, leading to sintering. At this time, the molded body 11 shrinks as a whole to obtain a high-density sintered body.
  • the firing temperature is set according to the composition, particle size, etc. of the raw material powder used to manufacture the molded body 11, and is not particularly limited, but is preferably about 950 to 1300° C., and is about 1000 to 1200° C. Is more preferable. ..
  • the firing time is preferably about 0.2 to 3 hours, more preferably about 0.5 to 2 hours.
  • the atmosphere for firing is not particularly limited, and examples thereof include an air atmosphere, an oxidizing atmosphere, a reducing atmosphere, an inert atmosphere, or a decompressed atmosphere obtained by decompressing these atmospheres. Since the sinter thus obtained has extremely high dimensional accuracy, the sintered gear 1 can be obtained without performing secondary processing such as forging and cutting.
  • the secondary processing is processing that mechanically changes the shape of the sintered body, and the secondary processing does not include surface treatment (heat treatment) that is performed as necessary, which will be described later. ..
  • the difference between the radial dimension of the sintered gear 1 to be manufactured and the radial dimension of the obtained sintered body is 6 ⁇ , which is preferably 0.02 mm or less, and more preferably 0.005 to 0. It is about 0.15 mm.
  • the sintered gear 1 having high dimensional accuracy can be obtained.
  • the obtained sintered gear 1 has a plurality of fine holes. As a result, minute irregularities are formed on the surface of the sintered gear 1 due to the existence of the holes. The degree of this unevenness can be expressed by the surface roughness specified in JIS B 0601 (2001). ..
  • the maximum height (Rz) is preferably about 1 to 10 ⁇ m, more preferably about 3 to 7 ⁇ m.
  • the arithmetic mean roughness (Ra) is preferably about 0.5 to 2.5 ⁇ m, more preferably about 0.75 to 2.25 ⁇ m. It can be said that the surface of the sintered gear 1 having such a rough surface has sufficiently high smoothness.
  • the sintered density of the sintered gear 1 is preferably about 85 to 95%, more preferably about 93 to 95%, further preferably about 93.5 to 95%. Such a numerical value corresponds to the sintered density of the sintered body manufactured using the metal powder injection molding method (hereinafter, also referred to as “MIM: Metal Injection Molding”).
  • the present invention it is possible to manufacture the sintered gear 1 having a high sintered density comparable to the case of using MIM by a simple method.
  • the sintered gear 1 having high dimensional accuracy can be obtained. ..
  • the sintered body can be subjected to a surface treatment for forming an oxide film on its surface, if necessary.
  • This surface treatment further enhances the smoothness of the surface of the sintered gear 1. Further, since the oxide film is formed on the surface of the sintered gear 1 with an oxide film, the dimensional error with the sintered gear 1 to be manufactured can be further reduced.
  • the temperature of the surface treatment is not particularly limited, but is preferably about 500 to 1000°C, more preferably about 700 to 950°C. ..
  • the surface treatment time is preferably about 0.5 minutes to 1 hour, more preferably about 1 to 45 minutes.
  • the atmosphere for the surface treatment is not particularly limited, and examples thereof include a steam atmosphere, an oxidizing atmosphere, an inert atmosphere, or a decompressed atmosphere obtained by decompressing these atmospheres. ..
  • the sintered gear of the present invention includes, for example, parts for industrial machines such as robot hands, parts for automobiles, parts for bicycles, parts for railway vehicles, parts for ships, parts for aircraft, parts for space transportation machines. It is used for parts such as transportation equipment parts, personal computer parts, electronic equipment parts such as mobile terminal parts, electric equipment parts such as refrigerators, washing machines, air conditioners, plant parts, clock parts, etc. ..
  • the granulated particles were compression molded using the molding apparatus shown in FIG. 2 to obtain a molded body.
  • the pressure during compression molding was 1.1 ton and the temperature was room temperature.
  • the obtained molded body was fired at 1200° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere to obtain a sintered gear (sintered body).
  • the target sintered gear had a tip circle diameter of 6 mm, a module of 0.2 mm, and 28 teeth. ..
  • Example 1 A sintered gear was obtained in the same manner as in Example 1 except that the average particle size of the granulated particles was changed to 75 ⁇ m. ..
  • Example 2 (Comparative Example 2) [A'] First, the same raw material particles as in Example 1 were prepared. [B′] Next, raw material particles, an acrylic resin as a binder resin, and N,N′-ethylenebisstearamide as a lubricant were mixed for 30 minutes using a V-type mixer to obtain a mixture. .. The volume ratio of the binder resin to the lubricant was 3:1 and the total amount of the binder resin and the lubricant was 7.5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the raw material particles. ..
  • Measurement 2-1 Measurement of average particle size The average particle size of the granulated particles was calculated by measuring the particle size of the granulated particles from a projected image with a laser and calculating the average value.
  • the sintered density is high while being comparable to MIM. It was possible to manufacture a sintered gear with dimensional accuracy.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

専用設備を用いず、かつ二次加工（後加工）を施すことなく、焼結密度および寸法精度の高い焼結ギアを製造し得る焼結ギアの製造方法および焼結ギアを提供する。本発明の焼結ギアの製造方法は、モジュールが０．２ｍｍ以下の焼結ギア１を製造する方法であって、平均粒径が３～１０μｍの原料粒子と、結着樹脂と、滑剤とを用意する工程と、原料粒子と結着樹脂と滑剤とを造粒して、平均粒径が１００～５００μｍの造粒粒子を得る工程と、造粒粒子を圧縮成形して、焼結ギアに対応する形状を有する成形体を得る工程と、成形体を焼成して、焼結体を得る工程とを有する。

Description

焼結ギアの製造方法および焼結ギア
本発明は、焼結ギアの製造方法および焼結ギアに関する。
従来、焼結ギアは、原料粉末を圧縮成形（圧粉成形）して成形体を得、この成形体をサイジング加工した後、焼成することにより製造される。この方法で製造される焼結ギアは、製造予定の焼結ギアとの寸法誤差が０．０３ｍｍ程度となる。　しかしながら、ロボットハンド等に用いられる高精度の焼結ギアでは、切削加工に匹敵する程度の寸法誤差（０．０１ｍｍ程度）に仕上げる必要がある。　
かかる要求を満たすために、成形体を成形する際に、熱間成形、熱間等方圧成形（ＨＩＰ）、冷間等方圧成形（ＣＩＰ）等の特殊成形を行うこと、あるいは焼結体に対して鍛造（例えば、特許文献１参照）、切削等の二次加工を施すことが検討されている。　ところが、これらの方法では、特殊設備、付帯設備等の専用設備が必要となったり、二次加工のための後工程を追加せざるを得ず、焼結ギアの大量生産には不向きである。また、焼結体には、多数の巣が存在するため、二次加工（特に切削）を行うと、表面に巣が表れ、焼結ギアの機械的強度が低下するおそれもある。
日本国公開公報特開２００２－１３７０３９号公報
本発明の目的は、専用設備を用いず、かつ二次加工（後加工）を施すことなく、焼結密度および寸法精度の高い焼結ギアを製造し得る焼結ギアの製造方法および焼結ギアを提供することにある。
本願の例示的な発明は、モジュールが０．２ｍｍ以下の焼結ギアを製造する方法であって、平均粒径が３～１０μｍの原料粒子と、結着樹脂と、滑剤とを用意する工程と、原料粒子と結着樹脂と滑剤とを造粒して、平均粒径が１００～５００μｍの造粒粒子を得る工程と、造粒粒子を圧縮成形して、焼結ギアに対応する形状を有する成形体を得る工程と、成形体を焼成して、焼結体を得る工程とを有することを特徴とする焼結ギアの製造方法である。　
また、本願の他の例示的な発明は、モジュールが０．２ｍｍ以下の焼結ギアを製造する方法であって、平均粒径が３～１０μｍの原料粒子と、結着樹脂と、滑剤とを用意する工程と、原料粒子と結着樹脂と滑剤とを造粒して、流動度が２５～５０ｓｅｃ／５０ｇの造粒粒子を得る工程と、造粒粒子を圧縮成形して、焼結ギアに対応する形状を有する成形体を得る工程と、成形体を焼成して、焼結体を得る工程とを有することを特徴とする焼結ギアの製造方法である。　
さらに、本願の他の例示的な発明は、平均粒径が３～１０μｍの原料粒子の焼結体で構成されたモジュールが０．２ｍｍ以下の焼結ギアであって、複数の空孔を有し、当該焼結ギアの表面のＪＩＳ　Ｂ　０６０１（２００１年）に規定される算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５～２．５μｍであることを特徴とする焼結ギアである。
本願の例示的な発明によれば、焼結密度および寸法精度の高い焼結ギアを製造することができる。
本発明の一実施形態に係る焼結ギアの構成を模式的に示す平面図（ａ）および断面図（ｂ）である。 焼結ギアを製造するのに用いる成形装置の概略構成を示す図である。
以下、本発明の焼結ギアの製造方法および焼結ギアを添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。　図１は、本発明の一実施形態に係る焼結ギアの構成を模式的に示す平面図（ａ）および断面図（ｂ）、図２は、焼結ギアを製造するのに用いる成形装置の概略構成を示す図である。　
以下では、焼結ギアの中心軸に平行な方向（図１（ａ）の紙面に垂直な方向）を「軸方向」、中心軸に直交する方向を「径方向」、中心軸を中心とする軸周りの方向を「周方向」と言う。　図１に示す焼結ギア１は、円盤状のギア本体２と、ギア本体２の周方向に沿って配置され、径方向外側に突出する複数の歯３とを有している。複数の歯３は、ほぼ等間隔で設けられている。　
この焼結ギア１は、平均粒径が３～１０μｍの原料粒子の焼結体で構成され、モジュールが０．２ｍｍ以下である。　焼結ギア１のサイズは、使用する用途に応じて設計されるため、特に限定されないが、焼結ギア１を、例えばロボットハンド用のギア（高精度のギア）とする場合には、次のように設計される。　焼結ギア１の歯先円直径（図１中「Ｄ」で示す。）は、３～１５ｍｍ程度であることが好ましく、５～１０ｍｍ程度であることがより好ましい。また、焼結ギア１の歯数は、１５～４０枚程度であることが好ましく、２０～３５枚程度であることがより好ましい。　
本発明において、歯３の大きさ（歯厚）の程度を示すモジュールは、０．２ｍｍ以下であるが、０．１５～０．２ｍｍ程度であることが好ましい。このような小型（高精度）の焼結ギア１であっても、本発明における原料粒子（特に、造粒粒子）を用いれば、高い寸法精度で製造することができる。　なお、歯３の歯幅（図１中「Ｗ」で示す。）は、１～１０ｍｍ程度であることが好ましく、２～５ｍｍ程度であることがより好ましい。　
なお、図１に示す焼結ギア１は、いわゆる平歯車であるが、本発明はこれに限定されず、例えば、ねじ歯車、かさ歯車、ウォームギア、ハイポイドギア等であってもよい。　このような焼結ギア１は、次のようにして製造される。　以下、焼結ギア１を製造する方法（焼結ギアの製造方法）について説明する。　
本実施形態の焼結ギアの製造方法は、［１］成形装置と原材料とを用意する準備工程と、［２］原材料を造粒して造粒粒子を得る造粒工程と、［３］造粒粒子を圧縮成形して、焼結ギア１に対応する形状を有する成形体を得る成形工程と、［４］成形体を焼成して、焼結体を得る焼成工程とを有する。以下、各工程について順次説明する。　
［１］準備工程　まず、成形装置と、原材料として原料粒子、結着樹脂および滑剤とを用意する。　図２に示す成形装置１０は、成形型２０と、後述する造粒粒子を収容するフィーダー３０とを備えている。　また、成形型２０は、厚さ方向に貫通する貫通孔２１１を備えるダイ２１と、このダイ２１の貫通孔２１１内に挿入される上パンチ２２および下パンチ２３とを有している。そして、貫通孔２１１を規定するダイ２１の内周面の形状が、製造すべき焼結ギア１の外周面の形状（凹凸形状）に対応している。かかる成形型２０では、ダイ２１の貫通孔２１１の下部に下パンチ２３の先端部を挿入することで形成されるキャビティー（空間）２１２に造粒粒子が供給（充填）される。　
焼結ギア１を製造するのに用いられる原料粒子は、その平均粒径が３～１０μｍ程度であり、４～９μｍ程度であることが好ましく、５～８μｍ程度であることがより好ましい。かかる平均粒径の原料粒子であれば、キャビティー２１２の歯元部のみならず歯先部にまで必要かつ十分に充填することができる。これに対して、原料粒子の平均粒径が上記下限値未満であると、原料粒子の取り扱いが困難になる。一方、原料粒子の平均粒径が上記上限値を上回ると、原料粒子をキャビティー２１２の歯先部に高密度で充填し難くなる。　ここで、粒子（原料粒子および造粒粒子）の粒径は、例えば、レーザーによる投影像から測定することができる。　
原料粒子は、例えば、粉砕法、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法のようなアトマイズ法、還元法、カルボニル法等を用いて製造することができる。　また、原料粒子の構成材料としては、Ｆｅ（鉄）単体、Ｃｕ（銅）単体、主成分のＦｅまたはＣｕと任意の元素とを含む合金のような各種金属材料、アパタイト系セラミックスのような各種セラミックス材料等が挙げられる。なお、合金に添加される元素としては、例えば、Ｃｒ（クロム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｍｎ（マンガン）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ｗ（タングステン）、Ｖ（バナジウム）、Ｃｏ（コバルト）、Ｓｉ（珪素）、Ｃ（炭素）等のうちの少なくとも１種が挙げられる。　中でも、ＦｅまたはＣｕを主成分とし、ＮｉおよびＣｒのうちの少なくとも１種を含む原料粒子を用いることが好ましい。かかる原料粒子を用いることにより、焼結密度および寸法精度のより高い焼結ギア１を得易い。　
結着樹脂としては、例えば、オレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、エステル系樹脂、セルロース系樹脂、エポキシ系樹脂等が挙げられる。これらの樹脂は、１種を単独で、または２種以上を組み合わせて用いることができる。　滑剤としては、例えば、ステアリン酸のような脂肪酸、その金属塩、その誘導体（例えば、アミド、エステル等）、フッ素系樹脂等が挙げられる。これらの化合物は、１種を単独で、または２種以上を組み合わせて用いることができる。　結着樹脂と滑剤との比率は、体積比で１：１～１０：１程度であることが好ましく、２：１～７：１程度であることがより好ましい。かかる比率で結着樹脂と前記滑剤とを含む造粒粒子を用いれば、原料粒子をキャビティー２１２の歯先部にまで十分に充填することができるとともに、後述する焼成工程［４］においてボイドが発生し難く、焼結ギア１に欠け等が生じるのを好適に阻止することができる。　使用する結着樹脂と滑剤との合計量は、原料粒子１００質量部に対して５質量部以下であることが好ましく、０．１～３質量部程度であることがより好ましい。　
［２］造粒工程　次に、原料粒子と結着樹脂と滑剤とを造粒して造粒粒子を得る。　この造粒には、例えば、混合攪拌機、ニーダー式混練機、ロール式混練機、バンバリー式混練機、１軸または２軸押出機等を使用することができる。　混練条件は、原料粒子の平均粒径、原料粒子と結着樹脂および滑剤との比率等によって適宜設定される。一例として、混練温度を５０～２００℃、混練時間を１５～２１０分に設定することができる。　
得られた造粒粒子は、下記の平均粒径および流動度のいずれか一方の条件を満たすことが好ましく、双方の条件を満すことがより好ましい。かかる条件を満たす造粒粒子は、取り扱いが容易であり、また高い安定性でキャビティー２１２へ供給することができる。　具体的には、造粒粒子の平均粒径は、１００～５００μｍ程度であればよいが、１５０～４５０μｍ程度であることが好ましい。一方、造粒粒子の流動度は、２５～５０ｓｅｃ／５０ｇ程度であればよいが、３０～４０ｓｅｃ／５０ｇ程度であることが好ましい。　なお、流動度は、ＪＩＳ　Ｚ　２５０２（２０１２年）に規定された金属粉－流動度測定法に準拠して測定することができる。　
［３］成形工程　まず、得られた造粒粒子をフィーダー３０に収容する。　次に、ダイ２１の貫通孔２１１の下部に下パンチ２３の先端部を挿入して、ダイ２１と下パンチ２３とでキャビティー（空間）２１２を形成する（図２（ａ）参照）。　次に、ダイ２１上でフィーダー３０をスライドさせ、フィーダー３０でキャビティー２１２を覆った状態とし、フィーダー３０から造粒粒子をキャビティー２１２に充填する（図２（ｂ）参照）。このとき、造粒粒子は、上記平均粒径および流動度のうちの少なくとも一方の条件を満足するため、高い安定性でキャビティー２１２へ供給される。　
その後、ダイ２１上でフィーダー３０をスライドさせ、キャビティー２１２から後退させた状態とし、キャビティー２１２に上パンチ２２の先端部を挿入して、下パンチ２３と上パンチ２２とで造粒粒子を圧縮する（図２（ｃ）参照）。　造粒粉末を圧縮する際の圧力（成形圧力）は、特に限定されないが、０．５～３ｔｏｎ程度であることが好ましく、１～２ｔｏｎ程度であることがより好ましい。このとき、原料粒子の平均粒径が十分に小さい（３～１０μｍ）ため、キャビティー２１２の歯元部のみならず歯先部にまで原料粒子が必要かつ十分に充填される。　以上のようにして、キャビティー
２１２内に、焼結ギアに対応する形状を有する成形体１１が得られる。　その後、ダイ２１と下パンチ２３とを相対的に接近させ、キャビティー２１２から成形体１１を排出する。　
［４］焼成工程　次に、得られた成形体１１を、焼成して焼結体を得る。　この焼結により、成形体１１では、原料粒子同士の界面で拡散が生じて焼結に至る。この際、成形体１１は、全体的に収縮して高密度の焼結体が得られる。本発明では、前述したような原料粉末を用いるため、その効果が特に高い。　焼成温度は、成形体１１の製造に用いた原料粉末の組成や粒径等によって設定されるため、特に限定されないが、９５０～１３００℃程度であることが好ましく、１０００～１２００℃程度であることがより好ましい。　
焼成時間は、０．２～３時間程度であることが好ましく、０．５～２時間程度であることがより好ましい。　また、焼成の際の雰囲気は、特に限定されないが、大気雰囲気、酸化性雰囲気、還元性雰囲気、不活性雰囲気またはこれらの雰囲気を減圧した減圧雰囲気等が挙げられる。　このようにして得られた焼結体は、寸法精度が極めて高いため、鍛造、切削のような二次加工を施すことなく、焼結ギア１とすることができる。なお、二次加工とは、機械的に焼結体の形状を変化させる加工を言い、二次加工には、後述する必要に応じて行われる表面処理（加熱処理）は含まれない。　
なお、製造予定の焼結ギア１の径方向における寸法と得られた焼結体の径方向における寸法との誤差は、６σで好ましくは０．０２ｍｍ以下であり、より好ましくは０．００５～０．０１５ｍｍ程度である。前述したような平均粒径の原料粒子を用いることにより、かかる寸法精度の高い焼結ギア１を得ることができる。　また、得られた焼結ギア１は、複数の微細な空孔を有している。その結果、焼結ギア１の表面には、空孔の存在により微小な凹凸が形成されている。この凹凸の程度は、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１（２００１年）に規定される表面粗さで表すことができる。　
具体的には、最大高さ（Ｒｚ）が１～１０μｍ程度であることが好ましく、３～７μｍ程度であることがより好ましい。また、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５～２．５μｍ程度であることが好ましく、０．７５～２．２５μｍ程度であることがより好ましい。かかる表面粗の焼結ギア１の表面は、十分に平滑性が高いと言える。　さらに、焼結ギア１の焼結密度は、８５～９５％程度であることが好ましく、９３～９５％程度であることがより好ましく、９３．５～９５％程度であることがさらに好ましい。かかる数値は、金属粉末射出成形法（以下、「ＭＩＭ：Metal Injection Molding」とも記載する。）を用いて製造した焼結体の焼結密度に相当する。本発明によれば、ＭＩＭを用いる場合に匹敵する高い焼結密度を有する焼結ギア１を簡便な方法で製造することができる。一方で、本発明によれば、ＭＩＭを用いる場合と比較して、高い寸法精度を有する焼結ギア１が得られるという利点がある。　
その後、焼結体には、必要に応じて、その表面に酸化膜を形成するための表面処理を行うことができる。　この表面処理により、焼結ギア１の表面の平滑性がより高まる。また、表面に酸化膜が形成されることにより、酸化膜付き焼結ギア１は、製造予定の焼結ギア１との寸法誤差をより小さくすることができる。　表面処理の温度は、特に限定されないが、５００～１０００℃程度であることが好ましく、７００～９５０℃程度であることがより好ましい。　
また、表面処理の時間は、０．５分間～１時間程度であることが好ましく、１～４５分間程度であることがより好ましい。　表面処理の雰囲気は、特に限定されないが、水蒸気雰囲気、酸化性雰囲気、不活性雰囲気、またはこれらの雰囲気を減圧した減圧雰囲気等が挙げられる。　
以上、本発明の焼結ギアの製造方法および焼結ギアについて、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。　また、本発明の焼結ギアは、ロボットハンドのような産業機械用部品の他、例えば、自動車用部品、自転車用部品、鉄道車両用部品、船舶用部品、航空機用部品、宇宙輸送機用部品のような輸送機器用部品、パソコン用部品、携帯端末用部品のような電子機器用部品、冷蔵庫、洗濯機、冷暖房機のような電気機器用部品、プラント用部品、時計用部品等に用いられる。
次に、本発明の実施例について説明する。　１．焼結ギアの製造　（実施例１）　［Ａ］まず、Ｆｅを主成分とし、Ｎｉを含有する原料粒子（平均粒径：５μｍ）を用意した。　［Ｂ］次に、原料粒子と、結着樹脂としてアクリル系樹脂と、滑剤としてＮ，Ｎ’－エチレンビスステアラミドとを混合攪拌機を用いて１００℃×１時間の条件で混練して、平均粒径１５０μｍの造粒粒子を得た。なお、結着樹脂と滑剤との比率を体積比で３：１とし、結着樹脂と滑剤との合計量を原料粒子１００質量部に対して０．５質量部とした。　
［Ｃ］次に、この造粒粒子を、図２に示す成形装置を用いて圧縮成形し、成形体を得た。なお、圧縮成形の際の圧力を１．１ｔｏｎとし、温度を室温とした。　［Ｄ］次に、得られた成形体を、窒素雰囲気中、１２００℃で１時間焼成して、焼結ギア（焼結体）を得た。なお、目的とする焼結ギアの形状は、歯先円直径６ｍｍ、モジュール０．２ｍｍ、歯数２８枚とした。　
（比較例１）　造粒粒子の平均粒径を７５μｍとした以外は、実施例１と同様にして、焼結ギアを得た。　
（比較例２）　［Ａ’］まず、実施例１と同様の原料粒子を用意した。　［Ｂ’］次に、原料粒子と、結着樹脂としてアクリル系樹脂と、滑剤としてＮ，Ｎ’－エチレンビスステアラミドとをＶ型混合機を用いて３０分間混合して、混合物を得た。なお、結着樹脂と滑剤との比率を体積比で３：１とし、結着樹脂と滑剤との合計量を原料粒子１００質量部に対して７．５質量部とした。　
［Ｃ’］次に、この混合物を金属粉末射出成形（ＭＩＭ）し、成形体を得た。その後、この成形体を、窒素雰囲気中、４５０℃で１時間加熱することにより脱脂し、脱脂体を得た。　［Ｄ’］次に、得られた脱脂体を、実施例１と同様に焼成して、焼結ギア（焼結体）を得た。なお、目的とする焼結ギアの形状は、実施例１と同様である。　
２．測定　２－１．平均粒径の測定　造粒粒子の平均粒径は、造粒粒子の粒径をレーザーによる投影像から測定し、平均値を求めることにより算出した。　２－２．流動度の測定　造粒粒子の流動度は、流動度測定装置（自社製、ＪＩＳ　Ｚ　２５０２（２０１２年）に準拠）を用いて測定した。　
２－３．寸法誤差の測定　焼結ギアの径方向の寸法誤差は、工場顕微鏡（測定顕微鏡）を用いて測定した。　２－４．焼結密度の測定　焼結ギアの焼結密度は、アルキメデス法（ＪＩＳ　Ｚ　２５０１（２０００年）に規定）に準拠した方法により測定した。　２－５．表面粗さの測定　焼結ギアの表面粗さは、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１（２００１年）に準拠して、表面粗さ測定機（東京精密製、「サーフコム５７０Ａ」）を用いて測定した。　これらの測定結果を、以下の表１に示す。　
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
以上のように、同じ平均粒径の原料粒子を用いても、造粒粒子の平均粒径および流動度を所定の値に設定することにより、ＭＩＭに匹敵する高い焼結密度でありながら、高い寸法精度を有する焼結ギアを製造することができた。
１…焼結ギア　１１…成形体　２…ギア本体　３…歯　１０…成形装置　２０…成形型　２１…ダイ　２１１…貫通孔　２１２…キャビティー　２２…上パンチ　２３…下パンチ　３０…フィーダー  

Claims (8)

  1. モジュールが０．２ｍｍ以下の焼結ギアを製造する方法であって、　平均粒径が３～１０μｍの原料粒子と、結着樹脂と、滑剤とを用意する工程と、　前記原料粒子と前記結着樹脂と前記滑剤とを造粒して、平均粒径が１００～５００μｍの造粒粒子を得る工程と、　前記造粒粒子を圧縮成形して、前記焼結ギアに対応する形状を有する成形体を得る工程と、　前記成形体を焼成して、焼結体を得る工程とを有することを特徴とする焼結ギアの製造方法。
  2. モジュールが０．２ｍｍ以下の焼結ギアを製造する方法であって、　平均粒径が３～１０μｍの原料粒子と、結着樹脂と、滑剤とを用意する工程と、　前記原料粒子と前記結着樹脂と前記滑剤とを造粒して、流動度が２５～５０ｓｅｃ／５０ｇの造粒粒子を得る工程と、　前記造粒粒子を圧縮成形して、前記焼結ギアに対応する形状を有する成形体を得る工程と、　前記成形体を焼成して、焼結体を得る工程とを有することを特徴とする焼結ギアの製造方法。
  3. 前記結着樹脂と前記滑剤との比率が、体積比で１：１～１０：１である請求項１または２に記載の焼結ギアの製造方法。
  4. 前記焼結体を得た後、前記焼結体に対して二次加工を施すことなく、前記焼結体を前記焼結ギアとする請求項１～３のいずれか１項に記載の焼結ギアの製造方法。
  5. 製造予定の前記焼結ギアの径方向における寸法と得られた前記焼結体の径方向における寸法との誤差が、６σで０．０２ｍｍ以下である請求項１～４のいずれか１項に記載の焼結ギアの製造方法。
  6. 前記原料粒子は、鉄または銅を主成分とし、ニッケルおよびクロムのうちの少なくとも１種を含む請求項１～５のいずれか１項に記載の焼結ギアの製造方法。
  7. 平均粒径が３～１０μｍの原料粒子の焼結体で構成されたモジュールが０．２ｍｍ以下の焼結ギアであって、　複数の空孔を有し、当該焼結ギアの表面のＪＩＳ　Ｂ　０６０１（２００１年）に規定される算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５～２．５μｍであることを特徴とする焼結ギア。
  8. 当該焼結ギアの焼結密度は、８５～９５％である請求項７に記載の焼結ギア。  
PCT/JP2020/000015 2019-01-08 2020-01-06 焼結ギアの製造方法および焼結ギア WO2020145221A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019000957 2019-01-08
JP2019-000957 2019-01-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020145221A1 true WO2020145221A1 (ja) 2020-07-16

Family

ID=71521488

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/000015 WO2020145221A1 (ja) 2019-01-08 2020-01-06 焼結ギアの製造方法および焼結ギア

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2020145221A1 (ja)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009168247A (ja) * 2008-01-16 2009-07-30 Miba Sinter Austria Gmbh 焼結歯車
JP2011094789A (ja) * 2009-09-29 2011-05-12 Ntn Corp 動力伝達部品

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009168247A (ja) * 2008-01-16 2009-07-30 Miba Sinter Austria Gmbh 焼結歯車
JP2011094789A (ja) * 2009-09-29 2011-05-12 Ntn Corp 動力伝達部品

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017175772A1 (ja) 焼結体の製造方法、および焼結体
JP4119750B2 (ja) 高密度の成形部品を製造するための粉末冶金法
US5403373A (en) Hard sintered component and method of manufacturing such a component
WO2020145221A1 (ja) 焼結ギアの製造方法および焼結ギア
WO2019181451A1 (ja) 原料粉末、焼結ギアの製造方法および焼結ギア
CN113272088A (zh) 烧结体的制造方法
JP2005089777A (ja) 複合焼結部材の製造方法
WO2019181453A1 (ja) 原料粉末、焼結ギアの製造方法および焼結ギア
WO2019181452A1 (ja) 原料粉末、焼結ギアの製造方法および焼結ギア
JP7193677B2 (ja) 焼結歯車の製造方法
WO2019181454A1 (ja) 焼結体の製造方法
US20220390000A1 (en) Method for producing a sintered component with a toothing
WO2019181449A1 (ja) 表面処理方法、酸化膜付き焼結体の製造方法および酸化膜付き焼結体
JP4337753B2 (ja) 脱脂体の製造方法および焼結体の製造方法
WO2019026783A1 (ja) 焼結部品の製造方法、及び焼結部品
CN113677461B (zh) 烧结齿轮的制造方法
JP4337754B2 (ja) 脱脂体の製造方法および焼結体の製造方法
JP4206476B2 (ja) アルミニウム焼結材の製造方法
WO2019181417A1 (ja) 焼結機械部品、焼結歯車、ブーリー、カップリング、焼結機械部品の製造方法、及び粉末成形用金型
JP2017106085A (ja) 焼結体の製造方法
JP2020139203A (ja) 粉末冶金用析出硬化系ステンレス鋼粉末、コンパウンド、造粒粉末および析出硬化系ステンレス鋼焼結体
CN114269495B (zh) 烧结齿轮以及烧结齿轮的制造方法
JP2023043803A (ja) 焼結体
KR102356988B1 (ko) 전자부품 측정 소자용 분산 경화형 은계 복합재료 및 분말야금법에 의한 그의 제조방법
JPS63237402A (ja) 希土類焼結磁石の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20738123

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20738123

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP