JPH0483809A - 複合歯車及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は複合歯車及びその製造方法に関し、特に非磁性
の複合歯車及びその製造方法に関する。

〔従来技術〕

従来、磁性により誤作動をしたりする可能性のある機械
装置に用いられる非磁性の歯車は、オーステナイト系ス
テンレス鋼、ニッケル合金又はチタン合金などの非磁性
の単一材料を用いて製造されていた。

ところで、近年焼結部品の製造方法が幅広く開発される
とともに種々の焼結部品が実用化され、歯車においても
、例えば特開昭５５−１３４１０８号公報に記載されて
いるように、焼結鍛造法で製造した歯車も実用化されて
いる。

また、最近では、静水圧加圧法（ＨＩＰ）による焼結部
品の製造方法の開発も進められ、例えば特開昭５５−２
８３７８号公報には静水圧加圧法による複合耐熱合金部
材が、特開昭５６−８７６０８号公報、特開昭５６−８
７６０９号公報、及び特開昭５６−１５２９０８号公報
には、静水圧加圧法による圧延ロールの製造方法が記載
されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の単一の非磁性材料で製造した歯車においては
、歯元強度、歯表面の耐摩耗性又は靭性などの機械的特
性において全ての要求特性を充たすことが困難であり、
磁性材料からなる歯車に比べて大型・大重量化するとい
う問題がある。また、従来高強度の歯車の製造に用いら
れているニッケル・クロム・モリブデン綱では、非磁性
の歯車を製造することが出来ない。

一方、歯表面の硬度を高め耐摩耗性を得るには、溶接肉
盛法や溶射法を用いて硬質被膜層を形成することも考え
られるが、いずれも形状が複雑な歯車には通用すること
が困難であり、被膜層の剥離などの問題がある。

また、上記公報に記載の焼結鍛造法では、焼結鍛造の際
プレスからの衝撃荷重で歯車に亀裂が生じやすいという
問題がある。

本発明の目的は、強度及び耐摩耗性に優れ且つ小型・軽
量の非磁性の複合歯車及びその製造方法を提供すること
である。

［課題を解決するための手段］ 第１請求項に係る複合歯車の製造方法は、複合歯車の製
造方法において、非磁性且つ高強度の合金を用いて歯車
母材を製作し、次に上記歯車母材を所定のカプセル内に
収容してこのカプセルと歯車母材の歯表面との間に金属
粉末充填空間を形成し、次に上記金属粉末充填空間に非
磁性且つ耐摩耗性の合金粉末を充填し、次にカプセル内
から脱気して密封した状態でカプセルを所定条件でＨＩ
Ｐ処理することにより、合金粉末を歯車母材に一体的に
焼結させるものである。

第２請求項に係る複合歯車は、歯表面のうち少なくとも
外部の歯車と摺接する歯面は、非磁性且つ耐摩耗性の合
金粉末を焼結してなる焼結合金層で構成され、上記焼結
合金層以外の部分であって歯元部を含む部分は、非磁性
且つ高強度の合金で構成されたものである。

〔作用］ 第１請求項に係る複合歯車の製造方法においては、非磁
性且つ高強度の合金を用いて歯車母材を製作し、次にＨ
ＩＰ処理により歯車母材の歯表面に非磁性且つ耐摩耗性
に優れた合金粉末を一体的に焼結させて複合歯車を製造
する。

このようにＨＩＰ処理を施すことにより、均−且つ高密
度であって亀裂や空孔などの欠陥がない焼結合金層を歯
表面に一体的に形成することが出来、高強度且つ耐摩耗
性に優れた非磁性の複合歯車を得ることが出来る。

第２請求項の複合歯車においては、歯表面のうち少なく
とも外部の歯車と摺接する歯面は、非磁性且つ耐摩耗性
の合金粉末を焼結してなる焼結合金層で構成され、焼結
合金層以外の部分であって歯元部を含む部分は、非磁性
且つ高強度の合金で構成されているので、複合歯車は小
型・軽量であって高強度且つ耐摩耗性に優れた非磁性の
複合歯車となる。

〔発明の効果］ 第１請求項に係る複合歯車の製造方法によれは、非磁性
且つ高強度の合金を用いて歯車母材を製作し、ＨＩＰ処
理により歯車母材の歯表面に非磁性且つ耐摩耗性に優れ
た合金粉末を一体的に焼結させて複合歯車を製造するの
で、高強度且つ耐摩耗性に優れた非磁性の複合歯車を得
ることが出来る。

第２請求項の複合歯車によれは、歯表面のうち少なくと
も外部の歯車と摺接する歯面は、非磁性且つ耐摩耗性の
合金粉末を焼結してなる焼結合金層で構成され、焼結合
金層以外の部分であって歯元部を含む部分は、非磁性且
つ高強度の合金で構成されているので、複合歯車は小型
・軽量であって高強度且つ耐摩耗性に優れた非磁性の複
合歯車となる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面に基いて説明する。

本実施例は、複合平歯車とその製造法に本発明を適用し
たものである。

先ず、第１図に示すように、非磁性且つ高強度のニッケ
ル基超合金（インコネル　７１８相当品）を用いて歯１
及びシャフト挿通孔２を有する歯車母材３を製作した。

但し、歯車母材３の歯１の周方向の寸法は最終仕上り形
状よりも小さく形成した。

一方、歯車母材３の製作と平行して第２図（ａ）・第２
図（ｂ）に示すように、比較的薄手の軟調材を用いて歯
車母材３を収容するためのカプセル４を製作した。

上記カプセル４は、歯車母材３より大径の皿状のカプセ
ル本体５と４つの金属粉末充填口部６を有する蓋体７か
らなり、金属粉末充填口部６には充填孔６ａが形成され
、カプセル本体５と蓋体７には夫々歯車母材３のシャフ
ト挿通孔２に対応する開口５ａ・７ａを形成した。

上記ニッケル基超合金の組成は第１表の通りである。

（本頁以下余白） 第１表 ［単位：重量％］ 次に、第３図（ａ）　・第３図（ｂ）に示すように、歯
車母材３をカプセル本体５に収容して蓋体７を装着した
。この状態において、歯車母材３の歯表面Ｓ及び端面と
カプセル４の間には金属粉末充填空間８が形成されてい
る。次に、カプセル本体５と蓋体７とを電子ビーム溶接
によりシール溶接するとともに歯車母材３とカプセル４
とをシール溶接し、その後カプセル４及び歯車母材３を
アセトンで洗浄した。

次に、第４図に示すように、カプセル４に振動を付加し
ながら、非磁性且つ耐摩耗性のコバルト基合金粉末９（
ステライトガ１２相当品）を充填孔６ａから金属粉末充
填空間８に充填した。その後、カプセル４内を真空ポン
プで吸引することにより脱気し、各充填孔６ａを栓材で
閉塞してシール溶接した。

上記コバルト基合金粉末９の組成は第２表の通りである
。

〔単位二重量％〕

次に、第５図に示すように、カプセル４を熱間静水圧加
圧装置の圧力容器１０内に収容し、その後圧力容器１０
内を１１００°Ｃに加熱するとともに圧力１０００ｋｇ
／Ｃｌ１ｌの不活性ガスを導入して約２時間ＨＩＰ処理
を施した。このようにＨＩＰ処理を施すことにより、金
属粉末充填空間８に充填された合金粉末９は、均−且つ
高密度に圧縮され、歯車母材３に一体的に焼結した焼結
合金層１１が形成された。

その後、前記ＨＩＰ処理品を真空中で９５４°Ｃ１１時
間保持後油冷し、更に大気中にて７１８°Ｃ１８時間保
持後４８．５°Ｃ／　Ｈｒの冷却速度で６２１°Ｃ迄鋒
温し、８時間保持後空冷した。

その後、カプセル４を機械研削にて除去した。

尚、熱硝酸などを用いて化学的にカプセル４を除去して
もよい。

次に、第７図に示すように、歯車母材３の歯１と相似な
形状の電極１２を有する放電加工機により焼結合金層１
１を切削して歯型を粗加工した。

次に、第８図に示すように、歯表面Ｓのうち外部の歯車
と摺接する歯面Ｓａの焼結合金層１１以外の歯元部ｓｂ
と歯末部Ｓｃの焼結合金層１１を研削して除去し、その
後研磨により歯表面Ｓに仕上げ加工を施して複合平歯車
Ｇを得た。

このようにして製作された複合平歯車Ｇの歯面Ｓａを観
察すると、その焼結合金層１１は、均質且つ高密度で空
孔や亀裂などの欠陥のない微細組織を形成しており、歯
車母材３との接合面においても欠陥が認められなかった
。第３表は、複合平歯車Ｇの表面被膜の機械的特性を調
べた実験結果であり、比較として溶接肉盛法により製造
した平歯車の実験結果を示す。

第３表から、複合平歯車Ｇは溶接肉盛歯車よりも著しく
高い硬度及び強度を備えていることがわかる。

尚、上記歯車母材３をコバルト基超合金或いはチタン合
金などの合金を用いて製作してもよい。

更に、コバルト基合金粉末９の各成分の重量比率を変え
るようにしてもよい。但し、Ｃ，Ｃｒ、及びＷの重量比
率は夫々０．５．１５、及び３重量％以上であることが
望ましい。また、コバルト基合金粉末９に代えてニッケ
ル基合金粉末を用いることも可能である。加えて、ＨＩ
Ｐ処理時の圧力容器１０内の温度及びガス圧は上記設定
値に限らず、夫々７００°〜１５００°Ｃ及び５００〜
２０００ｋｇｆ　／ｃｉの範囲内で設定すれば同様な複
合平歯車を得ることが出来る。更に、カプセル４の形状
を歯車母材３に相似した形状に製作してもよい。

尚、上記製造方法は、平歯車に限らず種々の複合歯車の
製造に適用出来ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第８図は本発明の実施例を示すもので、第１図
は歯車母材の平面図、第２図（ａ）はカプセルの平面図
、第２図（ｂ）はカプセルの縦断面図、第３図（ａ）は
歯車母材を収容した状態のカプセルの一部切欠平面図、
第３図（ｂ）は同状態のカプセルと歯車母材の縦断面図
、第４図は合金粉末の充填状態を示すカプセルと歯車母
材の要部横断平面図、第５図はＨＩＰ処理中のカプセル
と歯車母材の要部横断平面図、第６図はＨＩＰ処理後の
カプセルと歯車母材の要部横断平面図、第７図は放電加
工機のヘッドと焼結合金層と歯車母材の要部横断平面図
、第８図は複合平歯車の要部横断平面図である。 Ｇ　・　・ 歯面、 ４・・ ９・・ 層。 複合平歯車、　Ｓ・・歯表面、　Ｓａ・・ｓｂ・・歯元
部、　３・・歯車母材、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）複合歯車の製造方法において、 非磁性且つ高強度の合金を用いて歯車母材を製作し、 次に上記歯車母材を所定のカプセル内に収容してこのカ
   プセルと歯車母材の歯表面との間に金属粉末充填空間を
   形成し、 次に上記金属粉末充填空間に非磁性且つ耐摩耗性に優れ
   た合金粉末を充填し、 次にカプセル内から脱気して密封した状態でカプセルを
   所定条件でＨＩＰ処理することにより、合金粉末を歯車
   母材に一体的に焼結させることを特徴とする複合歯車の
   製造方法。（２）歯表面のうち少なくとも外部の歯車と
   摺接する歯面は、非磁性且つ耐摩耗性の合金粉末を焼結
   してなる焼結合金層で構成され、 上記焼結合金層以外の部分であって歯元部を含む部分は
   、非磁性且つ高強度の合金で構成されていることを特徴
   とする複合歯車。