JP2007315537A - 軸受複合歯車 - Google Patents

Abstract

【課題】歯車部材と軸受部材とからなる遊星歯車等の軸受複合歯車を製造するにあたり、歯車部材と軸受部材との固着力が従来よりも大幅に高いものを簡便かつ低コストで得る。
【解決手段】軸受部材が嵌合される嵌合孔３１の内周面３２の面粗さが最大高さで３．２〜１００μｍの歯車部材１０と、気孔率が５〜３０％であって、外径が歯車部材１０の嵌合孔３１に隙間嵌めの状態で嵌合させられる焼結材料からなる円筒状の軸受部材５０とを用意し、歯車部材１０の嵌合孔３１に軸受部材５０を嵌合させ、該軸受部材５０を軸方向に圧縮して、外周面５２を歯車部材１０の内周面３２に強く圧着させるとともに、内周面５３をコアロッド１３０に圧接させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、遊星歯車等の、歯車部材の中心の孔に円筒状の軸受部材が組み込まれてなる軸受複合歯車の製造方法に係り、特に両部材の固着力の向上を図る技術に関する。

太陽歯車に噛み合って自転しながらその太陽歯車の周囲を公転する遊星歯車には、太陽歯車に噛み合って動力を伝達することから相応の強度を有する一方、自転軸との摩擦が低く良好な摺動特性を有するといった特性が求められる。このため、自転軸との摺動性の向上を目的として、歯が形成された外周部分である歯車部材の内側に、含油合金材からなる軸受部材を嵌合させたものが知られている（例えば特許文献１）。含油合金材としては、焼結含油合金が挙げられる。

粉末冶金法によって成形される焼結合金は、ニアネットシェイプに造形することが比較的安価かつ簡便であることから、遊星歯車の材料とされる。上記のように歯車部材と軸受部材との組み合わせのものでは、歯車部材に強度特性に優れた鉄系焼結合金を用い、軸受部材には焼結含油軸受を用いるといったように、それぞれの部材に求められる特性に応じた原料や、密度比、焼結条件等で形成された焼結合金を用いて、遊星歯車が製造されている。歯車部材と軸受部材と強固に一体化していることが求められるが、接着剤による固着は、各部材の気孔中に接着剤が吸収されてしまい強固な固着状態は得られない。そこで、歯車部材の中心の孔に軸受部材を圧入する方法が有効とされている（特許文献２）。

図５は、歯車部材に軸受部材を圧入して遊星歯車を得る方法の一例を示している。この方法は、まず、図５（ａ）に示すように、円柱状のコアロッド２０１が摺動自在に挿入されるダイ２０２の上に歯車部材３０１を載せるとともに、歯車部材３０１の中心の断面円形の嵌合孔３０１ａにコアロッド２０１の上端部を貫通させ、さらに、コアロッド２０１の歯車部材３０１からの突出端部に、外径が嵌合孔３０１ａの内径よりも僅かに大きく締まり嵌めとなる寸法を有する円筒状の軸受部材３０２を、コアロッド２０１の上端部に嵌め込む。次いで、図５（ｂ）に示すように、円筒状のパンチ２０３によって軸受部材３０２を歯車部材３０１の嵌合孔３０１ａに押し込む。軸受部材３０２はコアロッド２０１にガイドされながら歯車部材３０１の嵌合孔３０１ａに圧入されることにより、外周面が嵌合孔３０１ａの内周面に圧着状態となって両者が一体化し、また、軸受部材３０２の内周面はコアロッド２０１に圧接して内径寸法が矯正される。

実開昭６１−１３９３４９号公報 特開平７−２３８８８０号公報

図５に示した圧入による組み付け方法では、図６（ｂ）に示すように、歯車部材３０１に圧入される軸受部材３０２の外周面が、歯車部材３０１の嵌合孔の上端縁に削られてバリ３０２ａが生じる場合が多く、このバリを除去する工程が後に必要となる。また、このように軸受部材３０２の外周面が削られることにより、歯車部材３０１の嵌合孔の内周面に対する軸受部材３０２の外周面の接触面積が減少して密着度が低くなり、期待するほどの固着力が得られないという問題がある。歯車部材３０１に対する軸受部材３０２の固着力の不足は、歯車として使用時において両部材３０１，３０２間に滑りが発生し、動力の伝達に支障を来すことになる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、歯車部材と軸受部材とからなる遊星歯車等の軸受複合歯車を製造するにあたり、歯車部材と軸受部材との固着力が従来よりも大幅に高いものを簡便かつ低コストで得ることができる製造方法を提供することを目的としている。

本発明の軸受複合歯車の製造方法は、外形が歯車形状であって、その中心に、軸受部材が嵌合される断面略円形の嵌合孔が形成されており、その嵌合孔の内周面の面粗さが最大高さで３．２〜１００μｍとされた歯車部材と、軸受部材として、気孔率が５〜３０％であって、外径が歯車部材の嵌合孔に隙間嵌めの状態で嵌合させられる円筒状の軸受部材とを用意し、はじめに、歯車部材の嵌合孔に、軸受部材を概ね同心状に嵌合させるとともに、該軸受部材に円柱状のコアロッドを挿入し、次いで、軸受部材を軸方向に圧縮し、これによって、該軸受部材の膨出する外周面を歯車部材における嵌合孔の内周面に押し付けて歯車部材と軸受部材とを一体化させるとともに、軸受部材の内周面をコアロッドに押し付けて該軸受部材の孔寸法を矯正することを特徴としている。

本発明は、歯車部材の嵌合孔に軸受部材を圧入するのではなく、嵌合孔の内径よりも外径が若干小さく隙間嵌めの状態となる軸受部材を嵌合孔に嵌合し、その軸受部材を軸方向に加圧して圧縮するといった方法である。圧縮により、軸受部材には外周側に肉が流動する塑性変形が起こり、その外周面が歯車部材の嵌合孔の内周面に押し付けられて圧着することにより、両部材が一体化する。

本発明によると、軸受部材を圧入しないので、図６（ｂ）に示したように軸受部材の外周面が削れるおそれがなく、したがってバリ除去工程は不要である。また、歯車部材の嵌合孔の内周面が、最大高さで３．２〜１００μｍと比較的粗い面粗さであるため、その粗い内周面の凹凸に対して、軸受部材の外周面を塑性変形させて食い込んだ状態とすることができる。これにより軸受部材の外周面は歯車部材の嵌合孔の内周面に隙間なく凹凸嵌合するとともに接触面積が増大し、高い固着力を得ることができる。その結果、歯車として使用時において歯車部材と軸受部材との間に滑りが生じることがなく、安定した動力の伝達が長期にわたって保証される。また、圧入に比べると加圧の際の抵抗が少ないので、加圧に要する荷重を低減させることができ加圧装置への負担を軽減させることができるという利点もある。

上記のように歯車部材の嵌合孔の粗い内周面に軸受部材の外周面が十分に食い込んだ高い固着状態を得るためには、歯車部材の嵌合孔の内周面の面粗さが最大高さで３．２〜１００μｍであることが必要とされる。ここでの最大高さとは、粗さ曲線の山頂部と谷底部との間隔の最大値のことを言い、傷とみなされるような並外れて高い山や低い谷を除いた値である。したがって後述するように歯車部材を焼結材料で成形した場合の粗さは、気孔部分を除いたものとなる。本発明では、歯車部材の嵌合孔の内周面の粗さにおいて最大高さが３．２μｍよりも小さくて凹凸が浅すぎると、圧着する軸受部材の外周面の塑性変形後の固着力が不足する。一方、最大高さが１００μｍより大きく凹凸が深すぎると、軸受部材が塑性変形しても凹凸に十分に食い込んで凹部に充填しきれなくなり、接触面積はそれほど増大せずかえって固着力が低減してしまう。したがって、歯車部材における嵌合孔の内周面の面粗さは、最大高さで３．２〜１００μｍとされる。

本発明の焼結材料からなる軸受部材は、歯車部材に固着された後には摺動性の確保のために潤滑油を保持した焼結含油軸受として機能させるとともに、適度な柔らかさによる変形能を付与するために、気孔率が５〜３０％のものが用いられる。気孔率が３０％を超えると成形体（焼結体）のハンドリングが難しくなったり破損が生じたりするため、好ましくない。一方、気孔率が５％に満たないものは、歯車部材への固着後に残留する気孔量が乏しくなり、良好な摺動特性を発揮することができなくなる。したがって、軸受部材は気孔率が５〜３０％のものが用いられる。

また、軸受部材が圧縮されて塑性変形することにより歯車部材の嵌合孔の内周面に固着されるためは、隙間嵌めとは言え、嵌合孔の内周面と軸受部材の外周面との間の隙間が開きすぎていると、軸受部材の塑性変形量が多くなりすぎて変形後の寸法精度を維持することが難しくなり、また、十分に塑性変形しなかった場合には嵌合孔の内周面への圧着の度合いが比較的弱くなって固着力が不足する。このため、歯車部材の嵌合孔の内径と軸受部材の外径との嵌合い寸法差すなわち隙間は、３００μｍ以下に止めるべきである。なお、歯車部材に対して軸受部材が隙間嵌めとなればよいことから、両者の隙間の下限値は０を超えていればよい。

本発明では、軸受部材を焼結材料からなるものとして含油させることにより、軸受面すなわち軸受部材の内周面の摺動性を確保可能としているが、焼結体であって歯車部材よりも強度が低いことにより、上記のように歯車部材の嵌合孔の粗い内周面に軸受部材の外周面が食い込む状態を得ることができるものである。したがって歯車部材は軸受部材よりも硬く強度が高い溶製材等が選択されるが、焼結材料からなるものでもよい。

溶性材で歯車部材を製造する場合には、鋳造、鍛造、打ち抜き成形等によって歯車部材が成形されるが、嵌合孔の内周面を粗く処理する手段としては、あえて切削条痕を残すようにして切削加工するなどの方法が挙げられる。具体的には、切削刃の切り込み深さと送り速度とを調整して螺旋状の切削条痕を残留させるようにすればよい。

焼結材料からなる歯車部材は、高い寸法精度とともに安価に製造できるといった利点があり、強度確保の観点から、鉄系の焼結材料からなるものが好適とされる。焼結体は金属粉末を原料とする製法に起因して表面に凹凸を有するため、これを利用して嵌合孔の内周面を凹凸面とすることができ、特殊な加工を別途行う必要がないという利点がある。焼結材料からなる歯車部材において、嵌合孔の内周面を凹凸面とするには、その内周面をサイジング等の塑性変形を伴う処理を施さずに、焼結されたままの状態のものを用いるとよい。また、歯車部材の嵌合孔の円形度が低かったり偏心したりしていても、軸受部材がそれに倣って変形し、その軸受部材の孔寸法や同心度はコアロッドによって圧縮と同時に矯正される。したがって、歯車部材や軸受部材の孔寸法や同心度を矯正する加工は不要であり、工程数が増加することがない。なお、歯車部材の歯部等については、寸法矯正が必要な場合にはサイジング等の加工処理を施すことになる。

歯車部材を鉄系焼結材料によって成形する場合には、嵌合孔の内周面の表面および表面からある程度の深さの領域における気孔の大きさを他の部分よりも大きくし、一方、軸受部材の気孔の大きさを歯車部材の内周面の気孔の大きさよりも小さく構成すると、歯車部材の大きい気孔の部分が、潤滑油を保持するとともに軸受部材に潤滑油を供給する作用を効果的に得ることができる。これは、当該軸受複合歯車が、軸受部材にシャフトが相対的に摺動回転自在に挿入された状態で運転すなわち回転させられた場合、シャフトとの摺動面である軸受部材の内周面が昇温することに伴って軸受部材中の潤滑油が熱膨張した際に、歯車部材の内周面側の大きな気孔に、軸受部材側の潤滑油が流入して貯油槽として機能する。また、運転停止時には、貯油した潤滑油が毛細管力によって軸受部材に戻るという現象を得ることができる。

このような潤滑油保持機能を発揮させるためには、歯車部材における嵌合孔の内周面の表面から少なくとも２ｍｍの深さ領域において最大気孔径が５０〜２００μｍである気孔が気孔全体量の５〜３０％を占めており、一方、軸受部材の気孔については、最大気孔径が５〜１００μｍである気孔が気孔全体量の５〜５０％を占めていることが、上記のような良好な潤滑油の吸収／供給作用を得ることができる。

鉄系焼結材料からなる歯車部材の気孔径を制御するには、例えば、原料の鉄粉末に粒径が１００〜３００μｍ程度と比較的粗大な銅粉末を添加したり、微粉が少なく粗粉が多い粒度構成の鉄粉末を用いるなどの方法が考えられる。前者の場合は、銅粉末は焼結により鉄基地に吸収されて粗大なカーケンダルボイドとして残留するので、これを利用して歯車部材側の粗大な気孔を形成することができる。また、後者の場合は、鉄粉末のブリッジングが発生しやすく、ブリッジングにより形成される粗大な隙間が焼結後に粗大な気孔として残留させることができる。

なお、気孔径の大小は直接気孔率には影響しないものであり、歯車部材の気孔率としては所望の強度特性により決定すればよく、５〜２５％程度が適当である。上記の潤滑油の吸収／供給作用は毛細管力によるものであるから、気孔の量よりも気孔の大きさにより左右される。よって５〜２５％程度の気孔率であっても、気孔径の分布を上記のように形成すれば良好な潤滑油の吸収／供給作用は得られる。一方、潤滑油の吸収／供給量は気孔の量により決定されるため、より多くの潤滑油を歯車部材に保持させる場合には、大きな気孔の分散する範囲を拡大することにより達成できる。

また、この観点より、歯車部材においては、一体ではあるものの、特に強度の必要な歯部と、これ以外の部分の胴部とに分けて構成し、歯部については密度比を８０％以上とし、胴部の密度比は７５〜９５％（気孔率５〜２５％）とすると効果的である。このような一部品の内部で密度比を異ならせて構成することは、焼結前の圧粉体の成形時において複数のパンチを用いることにより圧縮比を部位に応じて異ならせるといった手法で容易に達成することができる。

本発明によれば、歯車部材の嵌合孔に隙間嵌めの状態で嵌合させた軸受部材を圧縮して両部材を一体に固着させるものであり、嵌合孔の内周面を適度に粗くし、一方、軸受部材を焼結材料からなるものとすることにより、簡便かつ低コストで両部材の固着力を大幅に向上させることができ、もって、両部材間に滑りが生じることがなく、安定した動力伝達作用を長期にわたって得ることができるといった効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
図１は、一実施形態の製造方法で製造された遊星歯車等に用いられる軸受複合歯車を示している。この歯車１は、歯車部材１０の内側に軸受部材５０が一体に固着されてなるものである。この場合、各部材１０，５０とも焼結材料からなるものであるが、歯車部材１０は高い強度特性を有する鉄系焼結材料の成形体であり、一方、軸受部材５０は摺動特性や変形能を有する銅系焼結材料の成形体である。

歯車部材１０は、外周部に多数の歯２１が周方向に等ピッチで形成され、中心に軸受部材５０が嵌合している嵌合孔３１が形成された環状の平歯車部材である。この歯車部材１０は、多数の歯２１が外周部に形成された歯部２０と、この歯部２０の内周側に歯部２０よりもやや厚く形成された円筒状の胴部３０とが一体に形成されて構成されている。歯部２０から胴部３０に移行する段部１１の高さは、上下面（両面）とも同一であり、すなわち歯車部材１０の断面は上下対称である。

軸受部材５０は、歯車部材１０の胴部３０よりも軸方向長さがやや長い円筒状の部材であり、歯車部材１０の嵌合孔３１に同軸的に嵌合されている。軸受部材５０は、その外周面が嵌合孔３１の内周面３２に強く密着しており、両部材１０，５０は一体的に固着され、これによって歯車１が構成されている。軸受部材５０は、その軸方向の長さの中央が歯車部材１０の軸方向（厚さ）の中央に一致させて歯車部材１０に固着されており、したがって歯車１の断面も上下対称となっている。この歯車１は、例えば遊星歯車として用いられ、その場合には、太陽歯車の周囲に配されたシャフトが、軸受部材５０の孔すなわち当該歯車１の軸孔５１に摺動回転自在に挿入されるとともに、歯部２０の歯２１を太陽歯車の歯に噛み合わせて用いられる。

次に、本発明に係る上記歯車１の製造方法を説明する。
まず、歯車部材１０と、歯車部材１０に嵌合する軸受部材５０を用意する。
歯車部材１０は鉄系焼結材料の原料粉末を、また、軸受部材５０は銅系焼結材料の原料粉末を、それぞれ圧縮して圧粉体を成形し、それら圧粉体を焼結して、歯車１の状態での形状に近似したニアネットシェイプの歯車部材１０と軸受部材５０を得る。本実施形態の製造方法は、軸受部材５０を、歯車部材１０の嵌合孔３１に隙間嵌めの状態で嵌合して軸方向に圧縮するといった方法である。

歯車部材１０においては、少なくとも嵌合孔３１の内周面３２は、焼結されたままの状態で、面粗さが最大高さで３．２〜１００μｍに設定される。また、歯車部材１０の密度比は７５〜９５％であり、さらに、その密度比は、歯部２０と胴部３０とで異なり、歯部２０の密度比が８０％以上、胴部３０の密度比が７５〜９５％に調整される。

歯部２０と胴部３０の密度比を異ならせるには、圧粉体を成形する段階で密度比を異ならせることが有効であり、図２はその方法の一例を示している。圧粉体成形の金型装置は、円筒状のダイ孔６１を有するダイ６０と、ダイ孔６１内に挿入される円筒状の上下のパンチ７０，８０と、上下のパンチ７０，８０内に摺動自在に挿入されるコアロッド９０とから構成される。上下のパンチ７０，８０は、同一の形状および寸法を有する円筒状の外側パンチ７１，８１と内側パンチ７２，８２とから構成される。すなわち上パンチ７０は上外側パンチ７１と上内側パンチ７２とからなり、下パンチ８０は下外側パンチ８１と下内側パンチ８２とからなるもので、各外側パンチ７１，８１もダイ６０のダイ孔６１に摺動自在に挿入され、また、各内側パンチ７２，８２は各外側パンチ７１，８１に摺動自在に挿入される。コアロッド９０は、上下の内側パンチ７２，８２内に摺動自在に挿入される。各外側パンチ７１，８１は歯部２０を形成するパンチであり、各内側パンチ７２，８２は胴部３０を形成するパンチである。

歯部２０と胴部３０の密度比が異なる圧粉体を成形するには、まず、図２（ａ）に示すように、ダイ孔６１に下から挿入した下パンチ８０を、内外のパンチ８１，８２の上端を揃えて所定深さにセットするとともに、下内側パンチ８２に挿入したコアロッド９０の上端を、ダイ６０の水平な上面に揃える。ダイ孔６１内には、ダイ孔６１の内周面、下パンチ８０の上端面およびコアロッド９０によって円筒状に区画されたキャビティが形成され、次いでこのキャビティに、鉄系焼結合金の原料粉末Ｐをすり切り状態で充填する。

次に、図２（ｂ）に示すように、下外側パンチ８１を上方にずらすとともに、そのずらし量と同じ量で上外側パンチ８１を下方にずらした上パンチ８０をダイ孔６１に挿入し、上下のパンチ７０，８０でキャビティ内の原料粉末Ｐを軸方向に加圧して圧縮する。圧縮された圧粉体１０Ｐは、上下のパンチ７０，８０の外側パンチ７１，８１間に圧縮比が高い歯部が成形され、内側パンチ７２，８２間に圧縮比が低い胴部が成形される。圧縮して圧粉体１０Ｐが成形されたら、図２（ｃ）に示すように、上パンチ７０を上昇させてダイ６０から引き抜き、下パンチ８０をダイ６０の上面まで上昇させることにより、圧粉体１０Ｐをダイ６０から抜き出す。製造された圧粉体１０Ｐは、圧縮比が高い歯部２０Ｐが高密度に成形され、圧縮比が低い胴部３０Ｐが低密度に成形される。この圧粉体１０Ｐを焼結すると、これら密度比が保たれたままの焼結体からなる歯車部材１０の焼結素材が得られる。

一方、軸受部材５０は、圧縮後の気孔率が５〜３０％になる気孔率を有するとともに、最大気孔径が５〜１００μｍである気孔が気孔全体量の５〜５０％を占めるような気孔を有するものが用いられる。また、圧縮前の軸受部材５０はニアネットシェイプではあるものの、外径は、歯車部材１０の嵌合孔３１に隙間嵌めの状態で嵌合される寸法に設定される。すなわち軸受部材５０の外径は嵌合孔３１の内径よりも僅かに大きく、具体的には、嵌合い寸法差が、０を超え、かつ３００μｍ以下に設定される。

上記歯車部材１０および軸受部材５０を用いて歯車１を製造するには、例えば図３に示す金型装置を用いる。金型装置は、円筒状のダイ孔１０１を有するダイ１００と、ダイ孔１０１内に下から摺動自在に挿入される円筒状の下パンチ１１０と、下パンチ１１０の上方に同軸的に配されて下パンチ１１０と同一の形状および寸法を有する上パンチ１２０と、上下のパンチ１２０，１１０内に摺動自在に挿入されるコアロッド１３０とから構成される。ダイ１００の水平な上面のダイ孔１０１の周囲には、歯車部材１０の歯部２０から胴部３０にわたる段部１１が嵌り込む環状の凹所１０２が形成されている。上下のパンチ１２０，１１０の外径および内径は、軸受部材５０のそれらと概ね同じ寸法を有している。

金型装置を用いて歯車１を製造するには、まず、図３（ａ）に示すように、下パンチ１１０の上端を凹所１０２よりもやや下方に位置させるとともに、コアロッド１３０をダイ１００の上面に突出させる。コアロッド１３０の突出量は、歯車１の軸受部材５０の軸方向長さよりも十分に長い量とする。次に、歯車部材１０の嵌合孔３１をコアロッド１３０に通し、段部１１を凹所１０２に嵌め込んで歯車部材１０をダイ６０の上に載せる。胴部３０が凹所１０２に嵌まることにより、歯車部材１０はダイ孔１０１と概ね同軸にセットされる。

次に、軸受部材５０の軸孔５１にコアロッド１３０を通し、軸受部材５０を下端が下パンチ１１０に当接するまで下降させる。軸受部材５０は、外径が嵌合孔３１の内径よりも僅かに小さいため嵌合孔３１に対し隙間嵌めの状態で嵌合される。すなわち、コアロッド１３０にガイドされながら嵌合孔３１に嵌合される軸受部材５０は、図４（ａ）に示すように、外周面５２が嵌合孔３１の内周面３２に接触することなく嵌合孔３１に嵌合させられる。

次に、図３（ｂ）に示すように、下パンチ１１０を支持しながら上パンチ１２０を下降させて軸受部材５０に当接させ、さらに下降させることにより上下のパンチ１２０，１１０で軸受部材５０を軸方向に加圧して圧縮する。図４（ｂ）は軸受部材５０を圧縮した状態を示しており、圧縮された軸受部材５０には、外周側に肉が流動する塑性変形が起こり、その外周面５２が歯車部材１０の嵌合孔３１の内周面３２に押し付けられ、その内周面３２の凹凸に対して軸受部材５０の外周面５２が食い込んで凹凸嵌合する。これにより軸受部材５０の外周面５２は歯車部材１０の嵌合孔３１の内周面３２に隙間なく密着して接触面積が増大し、軸受部材０５は歯車部材１０に高い固着力で一体化させられる。また、軸受部材５０の軸孔５１の内周面５３はコアロッド１３０に強く圧接し、軸孔５１の寸法がコアロッド１３０の外径に倣って矯正される。軸受部材５０を圧縮して歯車部材１０への固着が終わったら、上パンチ１２０を上方に退避させ、歯車部材１０に軸受部材５０が固着された歯車１を得る。

この歯車１によれば、歯車部材１０の嵌合孔３１の内周面３２に、歯車部材１０よりも比較的柔らかい軸受部材５０の外周面５２が凹凸嵌合して高い固着力が発揮されるので、例えば遊星歯車として使用時において歯車部材１０と軸受部材５０との間に滑りが生じることがなく、安定した動力の伝達が長期にわたって保証される。歯車部材１０に軸受部材５０を圧入するのではなく、隙間嵌めした軸受部材５０を圧縮して外周側に塑性変形させるので、凹凸嵌合が確実になされる。また、圧入による固着ではないため、図６（ｂ）に示したように軸受部材５０の外周面５２が削れるおそれがなく、したがってバリ除去工程は不要であり、その上、圧入に比べると加圧の際の抵抗が少ないので、加圧に要する荷重を低減させることができ加圧装置への負担を軽減させることができることから、生産性の向上が図られる。

続いて実施例を説明して本発明の効果を実証する。
［実施例１］
・歯車部材
粒度構成の異なるアトマイズ鉄粉末に、粒度構成の異なる電解銅粉末：１．５質量％および黒鉛粉末：１．０質量％を添加し、この混合粉末１００質量部に対して、０．８重量部のステアリン酸亜鉛を成形潤滑剤として添加して混合し、原料粉末を得た。そしてこの原料粉末を歯車部材に圧縮成形して焼結し、表１に示すように、嵌合孔の内周面の凹凸の程度すなわち最大高さ（μｍ）が異なる９種類の歯車部材（試料番号０１〜０９）を各１０個ずつ作製した。なお、嵌合孔の内径は全て５ｍｍとし、また、各歯車部材のうち、一部の歯車部材については嵌合孔の内周面に機械加工を施すことにより凹凸の程度を大きくしたり小さくしたりし、その他のものは焼結したままの状態とした。

・軸受部材
電解銅粉末に錫粉末：５質量％を添加し、この混合粉末１００質量部に対して、０．８重量部のステアリン酸亜鉛を成形潤滑剤として添加して混合し、原料粉末を得た。そしてこの原料粉末を軸受部材に圧縮成形して焼結し、外径：４．９６ｍｍ、内径：３ｍｍ、気孔率：２５％の軸受部材を必要数作製した。

・軸受複合歯車の作製
作製した歯車部材と軸受部材を、図３（ａ）に示すように金型装置にセットした。この場合、歯車部材と軸受部材の嵌合い隙間は、上記寸法から明らかなように２０μｍである。次いで、上下のパンチによって軸受部材を４０ＭＰａの圧力で軸方向に加圧して圧縮し、軸受部材を歯車部材に固着させて図１に示したような軸受複合歯車を作製した（試料番号０１〜０９）。
・固着度試験
歯車部材に対する軸受部材の固着度の強さを、次のようにして調べた。
作製した軸受複合歯車の歯車部材の部分を固定し、軸受部材を歯車部材から抜ける軸方向の一方側に押圧し、歯車部材から軸受部材が抜けた時の抜き出し荷重を測定した。各試料について、抜き出し荷重（Ｎ）の最小値と最大値ならびにばらつき（最大値−最小値）を表１に併せて示す。

表１によると、歯車部材の内周面の面粗さの最大高さが３．２μｍに満たない試料番号０１の試料は、抜き出し荷重が低く、かつばらつきも大きい。一方、最大高さが３．２μｍの試料番号０２の試料は抜き出し荷重が大きくなっており、かつばらつきも半分程度に抑えられ、固着性が向上している。そして、最大高さが大きくなるにしたがって抜き出し荷重は増加するとともにばらつきも小さくなっている。しかしながら、最大高さが１００μｍを超える試料番号０９の試料では、抜き出し荷重の低下が顕著であり、かつばらつきも大きくなっている。これらのことから、歯車部材の面粗さは最大高さで３．２〜１００μｍの範囲とする必要があることが判った。

［実施例２］
・歯車部材
内周面の面粗さの最大高さを５０μｍとした以外は、実施例１と同様にして歯車部材を必要数作製した。
・軸受部材
外径寸法を４．２〜５．０４ｍｍの範囲内で適宜に変化させた以外は、実施例１と同様にして軸受部材を必要数作製した。内径：３ｍｍ、気孔率：２５％は一定である。

・軸受複合歯車の作製
実施例１と同様に、歯車部材に軸受部材を嵌合して、表２に示すように嵌合いが異なる軸受複合歯車を作製した（試料番号０６，１０〜１６）。なお、試料番号１０の試料は、外径：５．０４ｍｍの軸受部材を用いたため締まり嵌めとなることから、図５で示したように歯車部材の嵌合孔に軸受部材を圧入して固着した。
・固着度試験
実施例１と同様にして固着度試験を行い、最小値、最大値と、ばらつきを求めた。その結果を表２に併記する。

表２によると、歯車部材に対し軸受部材が締まり嵌めで圧入した試料番号１０の試料は、抜き出し荷重が低く、かつばらつきが大きいが、隙間嵌めの場合は抜き出し荷重が大きくなっている。また、隙間嵌めの場合でも、嵌合い隙間が３００μｍ以下の試料では抜き出し荷重が大きく、かつばらつきが小さいが、嵌合い隙間が３００μｍを超える試料番号１６の試料では、抜き出し荷重が低下するとともにばらつきも大きくなっている。これらのことから、歯車部材に対して軸受部材は隙間嵌めとして固着させる本発明が有効であることが確かめられ、さらに隙間嵌めとする場合でも、嵌合い隙間は３００μｍ以下であることが好ましいことが判った。

［実施例３］
・歯車部材
実施例２と同様の歯車部材、すなわち嵌合孔の内周面の面粗さが最大高さ：５０μｍの歯車部材を必要数作製した。
・軸受部材
原料粉末を圧縮成形して圧粉体を得る段階において成形圧力を変え、これによって焼結体の軸受複合歯車の気孔率を変化させた以外は、実施例１と同様にして軸受部材を必要数作製した（試料番号１７〜２３）。表３に、各軸受部材の気孔率を示す。

・軸受複合歯車の作製
実施例１と同様に、歯車部材に軸受部材を嵌合して軸受複合歯車を作製した（試料番号１７〜２３）。この場合、歯車部材と軸受部材の嵌合い隙間は、実施例１と同様に２０μｍである。
・固着度試験
各試料につき、潤滑油としてＩＳＯ ＶＧ５６相当のマシン油を含浸した。そして、ＪＩＳ Ｓ４５Ｃ相当の軸に軸受部材を嵌合させ、滑り速度：３１ｍ／ｍｉｎ、荷重：５ＭＰａの下で試料の歯車を回転させた時のトルクをトルクセンサにより測定して摩擦係数を調べた。その結果を、表３に併記する。

表３によると、軸受部材の気孔率が５％を下回る試料番号１７の試料では、気孔が乏しく十分な潤滑油が供給できないために摩擦係数が大きくなっている。一方、軸受部材の気孔率が５％以上の各試料では、潤滑油の供給が十分になされることにより摩擦係数が低くなっている。しかしながら、軸受部材の気孔率が３０％を超える試料番号２３の試料では、軸受部材の気孔量が多すぎて強度が低下したため成形体の取扱い時に破損が生じた。これらのことから、軸受部材の気孔率は５〜３０％とする必要があることが判った。

本発明で製造される軸受複合歯車は、強度が必要な歯部と摺動特性が必要な軸受部を別体（歯車部材と軸受部材）で作製し、一体化するとともに歯車部材と軸受部材が強固に固着されたもので、スタータギア等の各種遊星歯車に好適なものである。

本発明の一実施形態の製造方法で製造される軸受複合歯車の（ａ）平面図、（ｂ）断面図である。 歯車部材の圧粉体の成形方法を（ａ）〜（ｃ）の順に示す断面図である。 一実施形態の製造方法を示す断面図である。 図３（ａ）のＡ部の拡大図、図３（ｂ）のＢ部の拡大図である。 従来の製造方法を示す断面図である。 図５（ａ）のＡ部の拡大図、図５（ｂ）のＢ部の拡大図である。

符号の説明

１…軸受複合歯車
１０…歯車部材
３１…歯車部材の嵌合孔
３２…歯車部材の内周面
５０…軸受部材
５１…軸孔（軸受部材の孔）
５２…軸受部材の外周面
５３…軸受部材の内周面
１３０…コアロッド

Claims (7)

1. 外形が歯車形状であって、その中心に、軸受部材が嵌合される断面略円形の嵌合孔が形成されており、その嵌合孔の内周面の面粗さが最大高さで３．２〜１００μｍとされた歯車部材と、
   前記軸受部材として、気孔率が５〜３０％であって、外径が前記歯車部材の前記嵌合孔に隙間嵌めの状態で嵌合させられる焼結材料からなる円筒状の軸受部材とを用意し、
   はじめに、前記歯車部材の前記嵌合孔に、前記軸受部材を概ね同心状に嵌合させるとともに、該軸受部材に円柱状のコアロッドを挿入し、
   次いで、前記軸受部材を軸方向に圧縮し、これによって、該軸受部材の膨出する外周面を前記歯車部材における前記嵌合孔の前記内周面に押し付けて歯車部材と軸受部材とを一体化させるとともに、軸受部材の内周面を前記コアロッドに押し付けて該軸受部材の孔寸法を矯正することを特徴とする軸受複合歯車の製造方法。
2. 前記歯車部材が、鉄系焼結材料からなることを特徴とする請求項１に記載の軸受複合歯車の製造方法。
3. 前記歯車部材が、密度比７５〜９５％であることを特徴とする請求項２に記載の軸受複合歯車の製造方法。
4. 前記歯車部材が、密度比８０％以上の歯部と、密度比７５〜９５％の胴部とを備えていることを特徴とする請求項２に記載の軸受複合歯車の製造方法。
5. 前記歯車部材は、鉄系焼結材料からなり、前記嵌合孔の前記内周面の表面から少なくとも２ｍｍの深さ領域において最大気孔径が５０〜２００μｍである気孔が気孔全体量の５〜３０％を占めており、
   一方、前記軸受部材は、最大気孔径が５〜１００μｍである気孔が気孔全体量の５〜５０％を占めていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の軸受複合歯車の製造方法。
6. 前記歯車部材の前記嵌合孔の前記内周面が焼結されたままの状態であることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の軸受複合歯車の製造方法。
7. 前記歯車部材の前記嵌合孔の内径と前記軸受部材の外径との嵌合い寸法差が、０を超え、かつ３００μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の軸受複合歯車の製造方法。

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