(57)【要約】【課題】短時間で焼結処理を施し、かつ焼結後の工程数を極力減らしつつも、寸法精度並びに機械的特性に優れた焼結製品を低コストに量産可能とする。【解決手段】焼結製品の製造方法は、金属粉末を主に含む原料粉末を圧縮成形して圧粉成形体Ｗを得る圧粉成形工程Ｓ１と、圧粉成形体Ｗに焼結処理を施して焼結体を得る焼結工程Ｓ２とを備える。焼結工程Ｓ２は、圧粉成形体Ｗを所定の温度履歴で加熱する加熱工程Ｓ３と、加熱後の圧粉成形体Ｗを冷却する冷却工程Ｓ４とを有する。加熱工程Ｓ３で、圧粉成形体Ｗを誘導加熱により焼結温度Ｔ１にまで加熱し、冷却工程Ｓ４で、加熱後の圧粉成形体Ｗを金型２４で拘束した状態で冷却する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粉末を主に含む原料粉末を圧縮成形して圧粉成形体を得る圧粉成形工程と、
前記圧粉成形体に焼結処理を施して焼結体を得る焼結工程とを備え、
前記焼結工程は、前記圧粉成形体を加熱する加熱工程と、前記加熱後の圧粉成形体を冷却する冷却工程とを有する焼結製品の製造方法であって、
前記加熱工程で、前記圧粉成形体を誘導加熱により焼結温度にまで加熱し、
前記冷却工程で、前記加熱後の圧粉成形体を金型で拘束した状態で冷却することを特徴とする焼結製品の製造方法。
【請求項２】
前記加熱工程は、前記圧粉成形体を前記焼結温度にまで加熱する昇温工程と、前記焼結温度に加熱した圧粉成形体の温度を保つ保温工程とを有する請求項１に記載の焼結製品の製造方法。
【請求項３】
前記昇温工程で、高周波加熱用コイルを用いて前記圧粉成形体を加熱する請求項１又は２に記載の焼結製品の製造方法。
【請求項４】
前記冷却工程で、前記金型に設けられた拘束面で前記圧粉成形体の表面の一部を拘束した状態で、前記圧粉成形体を冷却する請求項１〜３の何れか一項に記載の焼結製品の製造方法。
【請求項５】
前記冷却工程で、前記金型で前記圧粉成形体を加圧しながら冷却する請求項１〜４の何れか一項に記載の焼結製品の製造方法。
【請求項６】
前記冷却工程で、前記圧粉成形体に冷却剤を噴き付けて、前記圧粉成形体を冷却する請求項１〜５の何れか一項に記載の焼結製品の製造方法。
【請求項７】
金属粉末を主に含む原料粉末を圧縮成形してなる圧粉成形体を焼結温度にまで加熱可能な誘導加熱装置と、
前記加熱後の圧粉成形体を冷却可能な冷却装置とを備え、
前記冷却装置は、前記加熱後の圧粉成形体を拘束可能な金型を有する、焼結製品の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結製品の製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、金属製品の製造方法として、ニアネットシェイプの観点から焼結を利用した製法（粉末冶金法）が注目されている。この製法は、金属粉末を所定の形状に圧縮成形した後、金属の種類に応じた所定の温度（すなわち焼結温度）に加熱することで焼結製品を形成するものである。例えば、強度や耐摩耗性などが必要とされる機械部品については、鉄を主成分とする金属粉末を圧縮成形して圧粉成形体を成形し、成形した圧粉成形体を焼結温度（鉄を主成分とする金属粉末であれば、通常、１１００度以上）にまで加熱して、当該加熱状態を一定時間保持することにより所定の強度等を有する焼結製の機械部品が製造されている。
【０００３】
ところで、焼結のための加熱処理には様々な種類があり、一般的には炉などを用いた雰囲気加熱が採用される（例えば、特許文献１を参照）。その他にも、光やマイクロ波などを加熱のためのエネルギー源として利用する加熱処理がある（例えば、特許文献２や特許文献３を参照）。
【０００４】
また、最近では、金属の加熱効率に優れた誘導加熱（特に高周波加熱）を利用して金属粉末の圧粉成形体を焼結温度にまで加熱することで、焼結処理を施す方法が提案されている（例えば、特許文献４を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３５００６３号公報
【特許文献２】特開２０１５−２１８３５８号公報
【特許文献３】特開平８−５０３２６３号公報
【特許文献４】特開２０１５−１１７３９１号公報
【特許文献５】特開２００９−１４９９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、誘導加熱を利用した焼結処理は、焼結対象品となる圧粉成形体を短時間で焼結温度にまで昇温することができるので、製造しようとする焼結製品が量産品の場合に好適である。その一方で、上述のように焼結処理を施した場合、焼結対象品を高温で保持するために、熱応力等に起因して焼結対象品にひずみが発生し、寸法精度の低下を招くおそれがある。そこで、例えば、特許文献５に示すように、焼結後にワーク（焼結対象品）を再加熱した状態でサイジングを行うことによって、寸法精度を満足させる方法が採られている。しかしながら、この方法だと、再加熱時に焼結対象品の硬度が低下し、また強度が低下する。そのため、さらに後工程で焼入れ等の熱処理を追加で実施なければならず、工程数及びコストが嵩むといった問題が生じる。
【０００７】
以上の実情に鑑み、本明細書では、短時間で焼結処理を施し、かつ焼結後の工程数を極力減らしつつも、寸法精度並びに機械的特性に優れた焼結製品を低コストに量産可能とすることを、解決すべき技術課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題の解決は、本発明に係る焼結製品の製造方法によって達成される。すなわち、この製造方法は、金属粉末を主に含む原料粉末を圧縮成形して圧粉成形体を得る圧粉成形工程と、圧粉成形体に焼結処理を施して焼結体を得る焼結工程とを備え、焼結工程は、圧粉成形体を加熱する加熱工程と、加熱後の圧粉成形体を冷却する冷却工程とを有する焼結製品の製造方法であって、加熱工程で、圧粉成形体を誘導加熱により焼結温度にまで加熱し、冷却工程で、加熱後の圧粉成形体を金型で拘束した状態で冷却する点をもって特徴付けられる。なお、ここでいう「金属粉末を主に含む原料粉末」は、金属粉末が重量比で原料粉末に最も多く含まれる原料粉末を意味し、当該金属粉末の含有比が１００ｗｔ％である原料粉末も含まれる。もちろん、金属粉末以外の粉末、例えば固体潤滑剤などの添加剤が原料粉末に含まれてもよい。
【０００９】
このように、本発明に係る製造方法では、焼結工程中の加熱工程において、誘導加熱により圧粉成形体を焼結温度にまで加熱するようにしたので、加熱処理を短時間で終了させることができる。また、この方法によれば、焼結対象品となる圧粉成形体のみを加熱すればよいため、従来のように、多数の焼結対象品を同時に加熱するための大掛かりな設備（長大なベルトコンベア式の加熱炉など）は必要なく、設備の設置面積ひいては設備コストを低く抑えることができる。また、本発明に係る製造方法では、加熱後の圧粉成形体を金型で拘束した状態で冷却するようにしたので、焼結工程中の冷却工程を利用して圧粉成形体を矯正することができる。これにより、矯正のための工程を焼結工程と別に設ける場合と比べて、工程数を減らすことができる。また、この方法によれば、焼結後に再加熱する必要がないので、再加熱による強度低下や硬度低下を避けつつ、高い寸法精度を得ることができる。さらには、焼結工程中の冷却用の設備を矯正用の設備として利用できるので、別工程で矯正工程を設ける場合と比べて設備コストの低減化を図ることができる。以上より、本発明によれば、短時間で焼結処理を施しつつ工程数を減らしつつも、寸法精度並びに機械的特性に優れた焼結製品を低コストに量産することが可能となる。
【００１０】
また、本発明に係る焼結製品の製造方法において、加熱工程は、圧粉成形体を焼結温度にまで加熱する昇温工程と、焼結温度に加熱した圧粉成形体の温度を保つ保温工程とを有してもよい。
【００１１】
このように、加熱工程を昇温工程と保温工程とで構成した場合、少なくとも昇温工程に誘導加熱を利用することにより、効率よく圧粉成形体を焼結温度にまで加熱することができる。また、昇温工程と保温工程とで異なる加熱手段を採用することで、加熱工程のとり得る自由度が高まる。例えば昇温工程では誘導加熱を利用して圧粉成形体を一個ずつ加熱し、保温工程では雰囲気加熱により多数の圧粉成形体を保温することにより、一連の加熱工程をより効率よく実施することが可能となる。もちろん、一個の圧粉成形体に対し誘導加熱で昇温工程と保温工程を続けて実施してもかまわない。
【００１２】
また、本発明に係る焼結製品の製造方法において、昇温工程で、高周波加熱用コイルを用いて圧粉成形体を加熱してもよい。
【００１３】
このように、高周波加熱用コイルを用いることで、焼結対象品に対して非常に高いエネルギーを瞬間的に付与することができる。そのため、圧粉成形体の昇温処理をより短時間で完了させることができる。
【００１４】
また、本発明に係る焼結製品の製造方法において、冷却工程で、金型に設けられた拘束面で圧粉成形体の表面の一部を拘束した状態で、圧粉成形体を冷却してもよい。
【００１５】
このように、圧粉成形体の表面の一部を拘束した状態で圧粉成形体を冷却することで、焼結製品として特に形状精度、寸法精度が必要な部分のみを矯正することができる。また、圧粉成形体の表面の一部を拘束するだけなので、個々の圧粉成形体間の寸法のばらつきを許容して、圧粉成形体全体を拘束することに起因した割れ等の不具合を回避することができる。
【００１６】
また、本発明に係る焼結製品の製造方法において、冷却工程で、金型で圧粉成形体を加圧しながら冷却してもよい。
【００１７】
このように拘束用の金型で圧粉成形体を加圧しながら冷却することで、より効果的に圧粉成形体を拘束して、高い矯正効果を得ることが可能となる。
【００１８】
また、本発明に係る焼結製品の製造方法において、冷却工程で、圧粉成形体に冷却剤を噴き付けて、圧粉成形体を冷却してもよい。
【００１９】
このように、冷却剤を噴き付けて圧粉成形体を冷却することで、例えば雰囲気冷却に比べて、圧粉成形体の冷却速度を高めることができる。これにより冷却後の圧粉成形体の硬度ないし強度を相対的に高く維持することが可能となる。
【００２０】
また、前記課題の解決は、本発明に係る焼結製品の製造装置によっても達成される。すなわち、この製造装置は、金属粉末を主に含む原料粉末を圧縮成形してなる圧粉成形体を焼結温度にまで加熱可能な誘導加熱装置と、加熱後の圧粉成形体を冷却可能な冷却装置とを備え、冷却装置は、加熱後の圧粉成形体を拘束可能な金型を有する点をもって特徴付けられる。
【００２１】
本発明に係る製造装置によれば、本発明に係る製造方法と同様に、誘導加熱により圧粉成形体を焼結温度にまで加熱することができるので、加熱処理を短時間で終了させることができる。また、誘導加熱装置であれば、従来のごとき加熱設備に比べて設備の設置面積を小さくでき、ひいては設備コストを低く抑えることができる。また、本発明に係る製造装置では、加熱後の圧粉成形体を金型で拘束した状態で冷却できるので、この冷却装置を利用して圧粉成形体を矯正することができる。これにより、矯正のための専用の装置が不要となるので、設備の数を減らすことができ、ひいては設備コストの低減化が可能となる。また、この装置によれば、焼結後に再加熱する必要がないので、再加熱による強度低下や硬度低下を避けつつ、高い寸法精度を得ることができる。以上より、本発明によれば、短時間で焼結処理を施し、かつ工程数を減らしつつも、寸法精度並びに機械的特性に優れた焼結製品を低コストに量産することが可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
以上述べたように、本発明によれば、短時間で焼結処理を施し、かつ焼結後の工程数を極力減らしつつも、寸法精度並びに機械的特性に優れた焼結製品を低コストに量産することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第一実施形態に係る焼結製品の製造方法の全体の流れを示すフローチャートである。
【図２】（ａ）図１に示す焼結工程の詳細な手順、（ｂ）図２に示す加熱工程の詳細な手順をそれぞれ示すフローチャートである。
【図３】加熱工程で使用する加熱装置の構成を模式的に示す図である。
【図４】冷却工程で使用する冷却装置の構成を模式的に示す図である。
【図５】図１に示す焼結工程における圧粉成形体の温度履歴を概念的に示すグラフである。
【図６】本発明の第二実施形態に係る冷却装置の構成を模式的に示す図である。
【図７】本発明の第三実施形態に係る冷却装置の構成を模式的に示す図である。
【図８】本発明の第四実施形態に係る冷却装置の構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の第一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１は、本発明の第一実施形態に係る焼結製品の製造方法の全体の流れを示すフローチャートである。図１に示すように、本実施形態に係る焼結製品の製造方法は、金属粉末を主に含む原料粉末を圧縮成形して圧粉成形体を得る圧粉成形工程Ｓ１と、圧縮成形により得られた圧粉成形体に焼結処理を施す焼結工程Ｓ２とを備える。もちろん、焼結工程Ｓ２の後に他の工程を設けてもよく、例えば必要に応じて、焼入れ工程や焼き戻し工程、研磨工程など任意の熱処理工程や機械加工工程（仕上げ加工工程）を設けてもよい。また、各熱処理工程や仕上げ加工工程の後に、洗浄工程や検査工程を設けてもよい。
【００２６】
ここで、焼結工程Ｓ２は、図２（ａ）に示すように、圧粉成形体を加熱する加熱工程Ｓ３と、加熱後の圧粉成形体を金型で拘束しながら冷却する冷却工程Ｓ４とを有する。また、加熱工程Ｓ３は、圧粉成形体を誘導加熱により焼結温度にまで加熱する昇温工程Ｓ５と、加熱状態の圧粉成形体を保温する保温工程Ｓ６とを有する。本実施形態では、昇温工程Ｓ５における圧粉成形体の加熱が誘導加熱としての高周波加熱で行われる。また、保温工程Ｓ６における圧粉成形体の加熱も高周波加熱で行われる。
【００２７】
ここで、対象となる圧粉成形体の形状（通常、この形状が最終製品としての焼結製品の形状となる）は任意であり、例えば円盤状、筒状、柱状などが挙げられる。この場合、中央に穴部があってもよく、また外周面に凸部や凹部があってもよい。その例として、ギヤが挙げられる。
【００２８】
また、圧粉成形体を構成する原料粉末の組成（通常、この組成が最終製品としての焼結製品の組成になる）についても原則任意であり、例えば炭素を所定の割合含む鉄系粉末（鉄を主成分とする金属粉末）を主に含む粉末組成を挙げることができる。もちろん、鉄系粉末のみで原料粉末を構成してもよい。あるいは、鉄系以外の金属粉末を主に含む粉末組成を採用してもよい。また、用途の面から見た圧粉成形体（焼結製品）の種類についても任意であり、例えば上述したギヤ以外に、スプロケット、クラッチ、カムなど、相対的に優れた機械的特性が求められる用途に用いられる機械部品が好適な対象となり得る。
【００２９】
図３は、焼結工程Ｓ２の加熱工程Ｓ３に使用する加熱装置１０を模式的に示す図である。この加熱装置１０は、焼結処理の対象となる圧粉成形体Ｗに対して所定の温度履歴で加熱処理を施すように構成されたもので、加熱室１１と、加熱室１１内に配設された誘導加熱装置としての高周波加熱装置１２とを備える。高周波加熱装置１２は、高周波加熱用コイル１３と、高周波加熱用コイル１３に電力を供給する電源１４と、高周波加熱用コイル１３で加熱可能な位置で圧粉成形体Ｗを支持する支持装置１５とを備える。
【００３０】
ここで、高周波加熱用コイル１３は、例えば銅管等の導電性金属で形成される。本実施形態では、高周波加熱用コイル１３は、略環状を成す複数の環状コイル部材１３ａ〜１３ｃで構成されており、これら複数の環状コイル部材１３ａ〜１３ｃが同心円状に配設されている。
【００３１】
支持装置１５は、昇降可能な昇降部１６と、昇降部１６に取付けられ、加熱対象となる圧粉成形体Ｗを支持する支持部１７とを有する。この場合、昇降部１６は、搬送路１８上の圧粉成形体Ｗを支持部１７で支持した状態で上昇させ、かつ高周波加熱用コイル１３の各環状コイル部材１３ａ〜１３ｃと、所定の距離を介して対向する位置に保持可能としている。また、昇降部１６は、支持部１７を下降させることで、加熱後の圧粉成形体Ｗを上述した加熱位置から搬送路１８上に復帰可能としている。
【００３２】
また、本実施形態では、加熱装置１０は、高周波加熱装置１２を収容する加熱室１１を有しており、加熱室１１内は所定の温度に管理されている。ここでは、加熱室１１の内部空間は窒素ガスで満たされており、当該窒素ガスの温度を制御することにより、加熱室１１内の雰囲気温度を所定の範囲に管理可能としている。また、上記構成に応じて、加熱室１１は、圧粉成形体Ｗを搬入する側の第一開閉扉１９と、搬出する側の第二開閉扉２０とを有し、温度管理がなされた状態の加熱室１１への圧粉成形体Ｗの搬入及び搬出を可能としている。
【００３３】
図４は、焼結工程Ｓ２のうちの冷却工程Ｓ４で使用される冷却装置２１の構成を模式的に示す図である。この冷却装置２１は、加熱装置１０で所定の加熱処理がなされた圧粉成形体Ｗに対して所定の態様で冷却処理を施すように構成されたもので、本実施形態では、加熱装置１０に隣接して配設されている。ここで、冷却装置２１は、冷却室２２と、冷却室２２内に配設された金型拘束装置２３とを備える。
【００３４】
金型拘束装置２３は、冷却室２２内に搬入された圧粉成形体Ｗを拘束可能とするもので、圧粉成形体Ｗを拘束する一対の金型２４，２５と、一対の金型２４，２５の少なくとも一方を駆動（ここでは昇降）する駆動装置２６とを有する。本実施形態では、上側の金型２４（以降、単に上型２４と称する。）に、圧粉成形体Ｗの表面の一部を拘束する拘束面２７が設けられており、一対の金型２４，２５の型締め時、一対の金型２４，２５間に収容された圧粉成形体Ｗの表面の一部、図４でいえば外周面Ｗａが、上型２４の拘束面２７で拘束される（図４の二点鎖線で示す状態）。よって、冷却室２２内を搬入時の圧粉成形体Ｗよりも冷却室２２内を低温に管理することで、圧粉成形体Ｗを拘束面２７で拘束しながら冷却することができる。ここで、拘束面２７は、焼結製品の最終形状（例えば焼結製品がギヤである場合、その外周面としての歯面形状）に即した形状及び精度に形成されている。また、下側の金型２５（以降、単に下型２５と称する。）の上端面は、圧粉成形体Ｗの搬送路１８と同一平面上に位置している。そのため、搬送路１８上を搬送されて冷却室２２内に搬入された圧粉成形体Ｗを下型２５上で停止させ、上型２４を下型２５に向けて下降させるだけで、圧粉成形体Ｗを拘束することが可能となる。
【００３５】
冷却室２２は、その内部に搬入された圧粉成形体Ｗを冷却可能とする。この冷却室２２は、加熱装置１０との間で第二開閉扉２０を共有し、かつ圧粉成形体Ｗを冷却室２２から搬出する側の第三開閉扉２８を有する。本実施形態では、冷却室２２の内部空間が窒素ガスで満たされており、当該窒素ガスの温度を制御することにより、冷却室２２内の雰囲気温度を所定の範囲に管理可能としている。
【００３６】
なお、何れも図示は省略するが、圧粉成形体Ｗの搬送路１８に沿った向きの搬送を行うための装置（加熱装置１０、冷却装置２１への搬入及び搬出を行うための装置）は任意であり、ベルトコンベア、ローラコンベアなど公知の搬送機構を採用することが可能である。
【００３７】
また、上記構成の高周波加熱装置１２は、高周波加熱用コイル１３への通電を制御可能な制御装置２９をさらに有するものであってもよい（図３を参照）。この場合、制御装置２９は、例えば図５に示すように、圧粉成形体Ｗを焼結温度Ｔ１まで加熱した後、焼結温度Ｔ１を所定時間ｔ２−ｔ１の間維持する温度履歴となるよう、高周波加熱用コイル１３の通電量を制御する。
【００３８】
次に、本実施形態に係る焼結製品の製造方法の一例を、上記構成の加熱装置１０及び冷却装置２１を用いた焼結工程Ｓ２を中心に説明する。
【００３９】
（Ｓ１）圧粉成形工程
この工程では、まず上述した組成の金属粉末を主に含む原料粉末を調製した後、当該原料粉末を図示しない成形装置に供給し、加圧する。これにより所定形状の圧粉成形体Ｗを得る。ここでは、例えば円盤状の圧粉成形体Ｗを成形する。
【００４０】
（Ｓ２）焼結工程
（Ｓ３）加熱工程
続いて、圧粉成形工程Ｓ１で得られた圧粉成形体Ｗを図３に示す加熱装置１０に供給し、所定の加熱処理を施す。ここでは、まず第一開閉扉１９を開いて搬送路１８上の圧粉成形体Ｗを加熱室１１内に搬入し、当該圧粉成形体Ｗを支持部１７上に配置する。然る後、第一開閉扉１９を閉じると共に、昇降部１６により支持部１７を上昇させて、支持部１７上の圧粉成形体Ｗを高周波加熱用コイル１３と所定の間隔を介して対向する位置に保持する。
【００４１】
（Ｓ５）昇温工程
このようにして圧粉成形体Ｗを所定の位置に保持した状態から、制御装置２９が電源１４に指令を送り、高周波加熱用コイル１３（ここでは三つの環状コイル部材１３ａ〜１３ｃ）への所定パターンの通電を開始することにより、鉛直方向で対向する圧粉成形体Ｗに誘導加熱を生じさせる。この通電は、圧粉成形体Ｗの温度が焼結温度Ｔ１に達するまで継続する。これにより、通電開始から所定時間（ｔ１−ｔ０）の後、圧粉成形体Ｗが焼結温度Ｔ１にまで加熱された状態となる（図５を参照）。この際、圧粉成形体Ｗの昇温時間（昇温開始時ｔ０から昇温終了時ｔ１までの間）は、例えば圧粉成形体Ｗが鉄系粉末を主に含む原料粉末で形成される場合、３０秒以上でかつ２００秒以下の範囲内で設定され、好ましくは６０秒以上でかつ１００秒以下の範囲内で設定される。なお、圧粉成形体Ｗが環状（軸対称な形状）を成す場合、図示は省略するが、支持部１７を軸回転させながら通電による誘導加熱を継続実施してもよい。これにより、支持部１７上の圧粉成形体Ｗ全体を均等に加熱し得る。
【００４２】
（Ｓ６）保温工程
このようにして圧粉成形体Ｗを焼結温度Ｔ１にまで加熱した後、圧粉成形体Ｗの温度を昇温終了時の温度（焼結温度Ｔ１）で一定時間保持する。本実施形態では、昇温工程Ｓ５で使用した高周波加熱装置１２で引き続き圧粉成形体Ｗを加熱し、圧粉成形体Ｗの保温を行う。具体的には、制御装置２９が電源１４に指令を送り、高周波加熱装置１２（高周波加熱用コイル１３）による圧粉成形体Ｗの加熱を制御する。一例を挙げると、所定時間の間、高周波加熱用コイル１３への通電量を昇温時の通電量よりも小さくした状態で維持することにより、圧粉成形体Ｗが焼結温度Ｔ１で所定時間の間維持される（図５を参照）。この際、圧粉成形体Ｗの保温時間（保温開始時ｔ１から保温終了時ｔ２までの間）は例えば２分以上でかつ８分以下の範囲内で設定され、好ましくは３分以上でかつ７分以下の範囲内で設定される。以上の温度履歴を経て、圧粉成形体Ｗに所定の加熱処理が施される。
【００４３】
（Ｓ４）冷却工程
この工程では、上述のようにして加熱された圧粉成形体Ｗを図４に示す冷却装置２１に供給し、圧粉成形体Ｗに対して所定の冷却処理を施す。ここでは、第二開閉扉２０を開いて圧粉成形体Ｗを加熱室１１内から冷却室２２内に搬入し、金型拘束装置２３の下型２５上に圧粉成形体Ｗを配置する。然る後、駆動装置２６により上型２４を下降させて、上型２４に設けた拘束面２７で圧粉成形体Ｗの表面の一部（ここでは外周面Ｗａ）を拘束する。そして、この拘束状態を維持することで、冷却室２２内に満たされた所定温度のガス（例えば窒素ガス）により、圧粉成形体Ｗを冷却する。この際、圧粉成形体Ｗの冷却時間（冷却開始時ｔ２から冷却終了時ｔ３までの間）は例えば１０秒以上でかつ３００秒以下の範囲内に設定される。これにより、圧粉成形体Ｗが例えば常温付近にまで冷却される。
【００４４】
また、冷却に伴って、圧粉成形体Ｗは収縮などの変形を生じるが、上述のように上型２４の拘束面２７で表面の一部（ここでは外周面Ｗａ）を拘束されていることで、被拘束面（ここでは圧粉成形体Ｗの外周面Ｗａ）は変形を規制され、結果的に拘束面２７に倣った形状並びに寸法に矯正される。上述した冷却処理を終えた後、第三開閉扉２８を開いて圧粉成形体Ｗを冷却室２２から搬出する。以上の工程を経ることにより、焼結工程Ｓ２が完了する。
【００４５】
この後、必要に応じて一又は複数の熱処理、機械加工（仕上げ加工）、洗浄、検査の各工程を経ることにより、焼結製品が完成する。
【００４６】
以上述べたように、本発明に係る焼結製品の製造方法によれば、焼結工程Ｓ２中の加熱工程Ｓ３において、誘導加熱により圧粉成形体Ｗを焼結温度Ｔ１にまで加熱するようにしたので、加熱処理を短時間で終了させることができる。また、この方法によれば、焼結対象品である圧粉成形体Ｗのみを加熱すればよいため、従来のように、多数の焼結対象品を同時に加熱するための大掛かりな設備は必要なく、設備の設置面積ひいては設備コストを低く抑えることができる。また、本発明に係る製造方法では、加熱後の圧粉成形体Ｗを金型（上型２４）で拘束した状態で冷却するようにしたので、焼結工程Ｓ２中の冷却工程Ｓ４を利用して圧粉成形体Ｗを矯正することができる。これにより、矯正のための工程を焼結工程Ｓ２と別に設ける場合と比べて、工程数を減らすことができる。また、この方法によれば、焼結後に再加熱する必要がないので、再加熱による強度低下や硬度低下を避けつつ、高い寸法精度を得ることができる。さらには、焼結工程Ｓ２中の冷却用の設備を矯正用の設備として利用できるので、別工程で矯正工程を設ける場合と比べて設備コストの低減化を図ることができる。以上より、本発明によれば、短時間で焼結処理を施しつつ工程数を減らしつつも、寸法精度並びに機械的特性に優れた焼結製品を低コストに量産することが可能となる。
【００４７】
また、本実施形態では、昇温工程Ｓ５で、高周波加熱用コイル１３を用いて圧粉成形体Ｗを加熱するようにしたので、圧粉成形体Ｗに対して非常に高いエネルギーを瞬間的に付与することができる。よって、圧粉成形体Ｗの昇温処理（昇温工程Ｓ５）をより短時間で完了させることができる。
【００４８】
また、本実施形態では、冷却工程Ｓ４で、上型２４に設けられた拘束面２７で圧粉成形体Ｗの表面の一部（ここでは外周面Ｗａ）を拘束した状態で、圧粉成形体Ｗを冷却した。これにより、焼結製品として特に形状精度、寸法精度が必要な部分、本実施形態でいえば外周面Ｗａを矯正することができる。また、圧粉成形体Ｗの表面の一部を拘束するだけなので、個々の圧粉成形体Ｗ間の寸法のばらつきを許容して、圧粉成形体Ｗ全体を拘束することに起因した割れ等の不具合を回避することができる。
【００４９】
以上、本発明の第一実施形態について説明したが、本発明に係る焼結製品の製造方法及び製造装置は、その趣旨を逸脱しない範囲において、上記以外の構成を採ることも可能である。
【００５０】
例えば上記実施形態では、圧粉成形体Ｗの外周面Ｗａを拘束する上型２４を用いて、圧粉成形体Ｗの冷却を行った場合を例示したが、本発明は、もちろんこれ以外の形態をとることも可能である。図６は、その一例（本発明の第二実施形態）に係る冷却装置３１の構成を模式的に示した図である。図６に示すように、本実施形態に係る冷却装置３１は、金型拘束装置３２の構成において第一実施形態に係る冷却装置２１と相違する。具体的に、この金型拘束装置３２は、一対の金型３３，２５を有し、このうち上型３３は、第一実施形態と異なる部位で圧粉成形体Ｗを拘束する拘束面３４を有する。すなわちこの拘束面３４は、上型３３の下端に設けられており、下型２５上に位置する圧粉成形体Ｗの上端面Ｗｂをその全域にわたって拘束可能としている。圧粉成形体Ｗの外周面Ｗａは型締め時において露出した状態にある。これにより、一対の型締め時、圧粉成形体Ｗが一対の金型３３，２５で挟持されると共に、圧粉成形体Ｗの上端面Ｗｂが拘束面３４によって拘束された状態となる。
【００５１】
また、本実施形態では、圧粉成形体Ｗを一対の金型３３，２５で挟持することにより、圧粉成形体Ｗを加圧しながら冷却可能としている。この場合、圧粉成形体Ｗに対する加圧力は、例えば０．１ＭＰａ以上でかつ２．０ＭＰａ以下の範囲内で設定される。なお、第一実施形態と同じ構成要素については、第一実施形態の場合と同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５２】
次に、本実施形態に係る焼結製品の製造方法の一例を、上記構成の冷却装置３１を用いた冷却工程Ｓ４を中心に説明する。
【００５３】
（Ｓ１）圧粉成形工程
（Ｓ２）焼結工程
（Ｓ３）加熱工程
上記一連の工程では、第一実施形態と同様に、所定組成の原料粉末を圧粉成形して円盤状の圧粉成形体Ｗを成形する。そして、この圧粉成形体Ｗを図３に示す加熱装置１０に供給して、所定の加熱処理を施す。
【００５４】
（Ｓ４）冷却工程
この工程では、上述のようにして加熱処理が施された圧粉成形体Ｗを図６に示す冷却装置３１に供給し、圧粉成形体Ｗに対して所定の冷却処理を施す。ここでは、第二開閉扉２０を開いて圧粉成形体Ｗを加熱室１１内から冷却室２２内に搬入し、金型拘束装置３２の下型２５上に圧粉成形体Ｗを配置する。然る後、駆動装置２６により上型３３を下降させて、上型３３に設けた拘束面３４で圧粉成形体Ｗの表面の一部、ここでは上端面Ｗｂの全域を拘束する。また、型締めにより一対の金型３３，２５で圧粉成形体Ｗを挟持して加圧する。そして、この拘束及び加圧状態を維持することで、冷却室２２内に満たされた所定温度のガス（例えば窒素ガス）により、圧粉成形体Ｗを冷却する。これにより、圧粉成形体Ｗが例えば常温付近にまで冷却される。
【００５５】
また、冷却時、上述のように上型３３の拘束面３４で表面の一部、ここでは上端面Ｗｂを拘束していることで、上端面Ｗｂは変形を規制され、結果的に拘束面３４に倣った形状並びに寸法に矯正される。例えば、圧粉成形体Ｗが板状体を成す場合、上端面Ｗｂをその全域にわたって拘束しながら冷却することで、圧粉成形体Ｗの焼結工程Ｓ２後の反りが低減され、又は解消され得る。上述した冷却処理を終えた後、第三開閉扉２８を開いて圧粉成形体Ｗを冷却室２２から搬出する。以上の工程を経ることにより、焼結工程Ｓ２が完了する。
【００５６】
この後、必要に応じて一又は複数の熱処理、機械加工（仕上げ加工）、洗浄、検査の各工程を経ることにより、焼結製品が完成する。
【００５７】
以上述べたように、本実施形態に係る焼結製品の製造方法によれば、加熱工程Ｓ３において誘導加熱で圧粉成形体Ｗを昇温すると共に、冷却工程Ｓ４において一対の金型３３，２５で拘束しながら圧粉成形体Ｗを冷却したので、短時間で焼結処理を施すと共に工程数を減らしつつも、寸法精度並びに機械的特性に優れた焼結製品を低コストに量産することが可能となる。また、本実施形態に係る焼結製品の製造方法によれば、圧粉成形体Ｗの上端面Ｗｂを拘束しながら冷却するようにしたので、上端面Ｗｂに高い平面度などが要求される焼結製品に好適である。特に、本実施形態のように圧粉成形体Ｗを加圧しながら冷却する場合、加圧方向と拘束方向とを同じにすることで、より効果的に上端面Ｗｂの矯正を図ることが可能となる。
【００５８】
図７は、本発明の第三実施形態に係る冷却装置４１の構成を模式的に示した図である。この冷却装置４１は、金型拘束装置４２の上型４３の構成において上述した第一及び第二実施形態に係る冷却装置２１，３１と相違する。具体的に、この金型拘束装置４２は、一対の金型４３，２５を有し、このうち上型４３は、第一及び第二実施形態と異なる部位で圧粉成形体Ｗを拘束する第一及び第二拘束面４４ａ，４５ａを有する。すなわちこれら第一及び第二拘束面４４ａ，４５ａはそれぞれ、上型４３のベース部４４の下端と、ベース部４４から下方に突出する突出部４５の外周に設けられている。そして、一対の金型４３，２５の型締め時、第一拘束面４４ａが、下型２５上に位置する圧粉成形体Ｗの上端面Ｗｂをその全域にわたって拘束すると共に、第二拘束面４５ａが、圧粉成形体Ｗの穴部を画成する内周面Ｗｃをその全周にわたって拘束可能としている。これにより、型締め時、圧粉成形体Ｗが一対の金型４３，２５で加圧挟持されると共に、圧粉成形体Ｗの上端面Ｗｂと内周面Ｗｃとがそれぞれ第一拘束面４４ａと第二拘束面４５ａとによって拘束された状態となる。なお、第一又は第二実施形態と同じ構成要素については、第一及び第二実施形態の場合と同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５９】
次に、本実施形態に係る焼結製品の製造方法の一例を、上記構成の冷却装置４１を用いた冷却工程Ｓ４を中心に説明する。
【００６０】
（Ｓ１）圧粉成形工程
（Ｓ２）焼結工程
（Ｓ３）加熱工程
上記一連の工程では、第一及び第二実施形態と同様に、所定組成の原料粉末を圧粉成形して所定形状の圧粉成形体Ｗを成形する。本実施形態では、中央に穴部を有する圧粉成形体Ｗを成形する（図７を参照）。そして、この圧粉成形体Ｗを図３に示す加熱装置１０に供給して、所定の加熱処理を施す。
【００６１】
（Ｓ４）冷却工程
この工程では、上述のようにして加熱処理が施された圧粉成形体Ｗを図７に示す冷却装置４１に供給し、圧粉成形体Ｗに対して所定の冷却処理を施す。ここでは、第二開閉扉２０を開いて圧粉成形体Ｗを加熱室１１内から冷却室２２内に搬入し、金型拘束装置４２の下型２５上に圧粉成形体Ｗを配置する。然る後、駆動装置２６により上型４３を下降させて、上型４３に設けた各拘束面４４ａ，４５ａで圧粉成形体Ｗの表面の一部を拘束する。ここでは、上型４３のベース部４４に設けた第一拘束面４４ａで上端面Ｗｂを拘束すると共に、上型４３の突出部４５に設けた第二拘束面４５ａで内周面Ｗｃを拘束する。この場合、圧粉成形体Ｗの外周面Ｗａは露出した状態にある。また、この場合、型締めにより一対の金型４３，２５で圧粉成形体Ｗは加圧挟持された状態にある。そして、この拘束及び加圧状態を維持することで、冷却室２２内に満たされた所定温度のガス（例えば窒素ガス）により、圧粉成形体Ｗを冷却する。これにより、圧粉成形体Ｗが例えば常温付近にまで冷却される。
【００６２】
また、冷却時、上述のように上型４３の各拘束面４４ａ，４５ａで圧粉成形体Ｗの上端面Ｗｂ及び内周面Ｗｃを拘束していることで、上端面Ｗｂ及び内周面Ｗｃは変形を規制され、結果的に各拘束面４４ａ，４５ａに倣った形状並びに寸法に矯正される。上述した冷却処理を終えた後、第三開閉扉２８を開いて圧粉成形体Ｗを冷却室２２から搬出する。以上の工程を経ることにより、焼結工程Ｓ２が完了する。
【００６３】
この後、必要に応じて一又は複数の熱処理、機械加工（仕上げ加工）、洗浄、検査の各工程を経ることにより、焼結製品が完成する。
【００６４】
以上述べたように、本実施形態に係る焼結製品の製造方法によれば、加熱工程Ｓ３において誘導加熱で圧粉成形体Ｗを昇温すると共に、冷却工程Ｓ４において一対の金型４３，２５で拘束しながら圧粉成形体Ｗを冷却したので、短時間で焼結処理を施すと共に工程数を減らしつつも、寸法精度並びに機械的特性に優れた焼結製品を低コストに量産することが可能となる。また、本実施形態に係る焼結製品の製造方法によれば、圧粉成形体Ｗの上端面Ｗｂ及び内周面Ｗｃを拘束しながら冷却するようにしたので、上端面Ｗｂと内周面Ｗｃの双方に高い形状精度などが要求される焼結製品に好適である。
【００６５】
もちろん、圧粉成形体Ｗの拘束態様は上記例示の形態には限られない。表面の一部を拘束可能な限りにおいて、任意形状の拘束面を有する上型を使用することも可能である。また、拘束面は上型２４，３３，４３に限らず、下型２５に設けてもよく、上下分割型以外の構成を成す金型に設けてもよい。あるいは、圧粉成形体Ｗの冷却後の割れ等が問題にならないのであれば、圧粉成形体Ｗの全面を金型で拘束した状態で冷却してもかまわない。
【００６６】
図８は、本発明の第四実施形態に係る冷却装置５１の構成を模式的に示した図である。この冷却装置５１は、冷却室５２内部の冷却機構において、第一〜第三実施形態に係る冷却装置２１，３１，４１と相違する。具体的に、この冷却装置５１は、冷却室５２内に配設され、冷却剤５３を圧粉成形体Ｗに噴き付けることで供給する冷却剤供給装置５４を有する。ここで、冷却剤５３を使用した際の圧粉成形体Ｗの冷却速度は原則として任意であり、例えば冷却後（焼結工程Ｓ２）後の時点において、焼結体の強度並びに硬度を確保する観点からは、１０℃／秒以上でかつ５０℃／秒以下の範囲内で設定される。
【００６７】
なお、冷却剤５３としては特に制限なく公知の種類の冷却媒体が使用可能であり、具体例として、熱処理油又はポリマー入り水溶性冷却剤を挙げることができる。なお、本実施形態では、冷却剤５３を圧粉成形体Ｗに噴き付けることで直接的に供給する場合を例示しているが、もちろん冷却剤５３の供給態様はこれには限定されない。金型４３，２５は雰囲気ガスに比べて格段に熱伝達率に優れているため、例えば金型４３，２５に向けて冷却剤５３を供給してもよい。あるいは、金型４３，２５内を冷却剤５３が流通するようにして、金型４３，２５と接する圧粉成形体Ｗを冷却してもよい。
【００６８】
このように、本実施形態に係る焼結製品の製造方法では、冷却室２２内で冷却剤５３を噴き付けることにより圧粉成形体Ｗを冷却するようにしたので、第一〜第三実施形態の雰囲気冷却に比べて、圧粉成形体の冷却速度を高めることができる。これにより冷却後の圧粉成形体の硬度ないし強度を相対的に高く維持することが可能となる。また、冷却剤５３の種類を変えることで、容易に冷却速度を調整することもできる。
【００６９】
また、加熱装置１０における圧粉成形体Ｗの誘導加熱態様に関し、上記実施形態では、高周波加熱用コイル１３としての複数の環状コイル部材１３ａ〜１３ｃを同心円状に配置し、これら複数の環状コイル部材１３ａ〜１３ｃと所定の隙間を介して圧粉成形体Ｗを軸方向に対向させた場合を例示したが、もちろんこれ以外の構成をとることも可能である。圧粉成形体Ｗの形状、サイズに応じて、例えば圧粉成形体Ｗの外周に高周波加熱用コイル１３を配置してもよく、圧粉成形体Ｗの内周に高周波加熱用コイル１３を配置してもよい。あるいは圧粉成形体Ｗの外周と内周の双方に高周波加熱用コイル１３を配置してもよい。要は、圧粉成形体Ｗに応じた形態の高周波加熱用コイル１３を配置することで、均等な誘導加熱を実現可能な限りにおいて、高周波加熱用コイル１３の形態並びに配置態様は任意である。
【００７０】
また、上記実施形態では、加熱装置１０が、加熱室１１と、誘導加熱装置（高周波加熱装置１２）とを有する場合を例示したが、上述のように昇温工程Ｓ５と保温工程Ｓ６をともに誘導加熱装置（高周波加熱装置１２）で実施する場合には、加熱室１１を省略してもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１０    加熱装置
１１    加熱室
１２    高周波加熱装置
１３    高周波加熱用コイル
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ  環状コイル部材
１４    電源
１５    支持装置
１６    昇降部
１７    支持部
１８    搬送路
１９，２０，２８  開閉扉
２１，３１，４１，５１  冷却装置
２２，５２  冷却室
２３，３２，４２  金型拘束装置
２４，３３，４３  上型
２５    下型
２６    駆動装置
２７，３４，４４ａ，４５ａ  拘束面
２９    制御装置
４４    ベース部
４５    突出部
５３    冷却剤
５４    冷却剤供給装置
Ｓ１    圧粉成形工程
Ｓ２    焼結工程
Ｓ３    加熱工程
Ｓ４    冷却工程
Ｓ５    昇温工程
Ｓ６    保温工程
Ｗ      圧粉成形体
Ｗａ    外周面
Ｗｂ    上端面
Ｗｃ    内周面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2020158828.tif 000008
【図７】
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【図８】
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