(57)【要約】【課題】耐腐食性を有するナックルの製造方法を提供する。【解決手段】溶融加熱および凝固により柱状晶を生成することが可能なＡｌ合金粉末を含む原料粉末層を形成する工程（Ａ）と、原料粉末層の特定領域に対してレーザ光を走査しながら照射し、原料粉末層の特定領域を溶融および凝固してパターン層とする工程（Ｂ）とを複数サイクル繰り返すことにより、複数のパターン層を積層して、ナックル（１００）を製造する。ナックルの中空部の周囲にある側部において、積層方向に対して横方向に存在する腐食しやすい面（Ｓ２）およびその近傍部分については、側部の外周面に熱伝導部材（１１０）を当接させ、レーザ光照射時に原料粉末の溶融に使用されなかった熱の少なくとも一部を熱伝導部材（１１０）に流すことで、積層方向に対して横方向に配向した柱状晶（Ｃ２）を生成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融加熱および凝固により柱状晶を生成することが可能なＡｌ合金粉末を含む原料粉末層を形成する工程（Ａ）と、前記原料粉末層の特定領域に対してレーザ光を走査しながら照射し、前記原料粉末層の前記特定領域を溶融および凝固してパターン層とする工程（Ｂ）とを複数サイクル繰り返すことにより、複数の前記パターン層を積層して、積層方向に配向した柱状晶を含むナックルを製造するナックルの製造方法であって、
前記ナックルの中空部の周囲にある側部において、積層方向に対して横方向に存在する腐食しやすい面およびその近傍部分については、前記側部の外周面に熱伝導部材を当接させ、レーザ光照射時に原料粉末の溶融に使用されなかった熱の少なくとも一部を前記熱伝導部材に流すことで、積層方向に対して横方向に配向した柱状晶を生成する、ナックルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナックルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属粉末等の原料粉末層を形成する工程と、原料粉末層に対してレーザ光を走査しながら照射して、原料粉末層の特定領域を溶融および凝固により焼結させてパターン層とする工程とを複数サイクル繰り返すことにより、複数のパターン層を積層して、三次元形状造形物を製造するレーザ焼結型アディティブマニュファクチャリング（以下、「レーザ焼結型ＡＭ」と略記する場合がある。）が知られている（例えば、特許文献１等）。
【０００３】
例えば、自動車等の部品の一つであるナックルは、ＡｌＳｉ１０Ｍｇ金属粉末を用いたレーザ焼結型ＡＭにより、製造することができる。この方法では、レーザ光照射により溶融した材料が凝固する過程で生じる熱勾配により、積層方向に柱状晶が成長することが知られている。例えば、Journal of Japan Institute of Light Metals 67(11) 582-588.には、＜１００＞方向に沿って結晶成長が進み、積層方向に柱状晶が成長することが報告されている（Fig.4(d)、Fig.9等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２１１１６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に、ナックルには構造上、応力が集中する部分（応力集中部）と他の部分より腐食しやすい部分（腐食懸念部）がある。腐食懸念部の耐腐食性を向上できることが好ましい。特に、応力集中部と腐食懸念部とが重なる部分は、劣化が起こりやすく、この部分の耐腐食性を向上できることが好ましい。
【０００６】
上記したように、ＡｌＳｉ１０Ｍｇ金属粉末のレーザ焼結型ＡＭ技術においては、積層方向に柱状晶が成長することが知られているが、従来、耐腐食性向上を目的とする結晶成長制御については、報告されていない。
部分的に結晶成長方向を変える方法としては、部分的にレーザ光のエネルギー量および走査速度等の走査条件を変えて溶融領域の温度勾配および凝固速度を制御する方法が考えられる。しかしながら、この方法では、レーザ光のエネルギー量および走査速度等の走査条件の制御が難しい。そのため、部分的に過加熱または加熱不良による溶融不足が生じて部分的に構造欠陥が生じる恐れがある。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、レーザ光走査条件を変えることなく、簡易な操作で、腐食しやすい部分の結晶配向方向を変えることができ、耐腐食性を有するナックルを製造することが可能なナックルの製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のナックルの製造方法は、
溶融加熱および凝固により柱状晶を生成することが可能なＡｌ合金粉末を含む原料粉末層を形成する工程（Ａ）と、前記原料粉末層の特定領域に対してレーザ光を走査しながら照射し、前記原料粉末層の前記特定領域を溶融および凝固してパターン層とする工程（Ｂ）とを複数サイクル繰り返すことにより、複数の前記パターン層を積層して、積層方向に配向した柱状晶を含むナックルを製造するナックルの製造方法であって、
前記ナックルの中空部の周囲にある側部において、積層方向に対して横方向に存在する腐食しやすい面およびその近傍部分については、前記側部の外周面に熱伝導部材を当接させ、レーザ光照射時に原料粉末の溶融に使用されなかった熱の少なくとも一部を前記熱伝導部材に流すことで、積層方向に対して横方向に配向した柱状晶を生成するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、レーザ光走査条件を変えることなく、簡易な操作で、腐食しやすい部分の結晶配向方向を変えることができ、耐腐食性を有するナックルを製造することが可能なナックルの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】粉末焼結積層造形装置の構成例を示す模式斜視図である。
【図２】ナックルの模式上面図の一例である。
【図３】ナックルの模式側面図と部分拡大断面図の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、レーザ焼結型アディティブマニュファクチャリング（レーザ焼結型ＡＭ）を用いたナックルの製造方法に関する。
はじめに図面を参照して、レーザ焼結型ＡＭ技術について、説明する。図１は、粉末焼結積層造形装置（以下、単に造形装置と略記する場合がある。）の構成例を示す模式斜視図である。この図では、内部を視認しやすくするため、前方部分を取り除いて図示してある。また、造形室内は透視図にしてある。この図は、粉末焼結積層造形装置を用いて造形を行っている様子を示している。
【００１２】
図１に示す粉末焼結積層造形装置（造形装置）１は、内部に原料粉末５１が装填され、粉末焼結積層造形が行われる造形室１１を有する金属製等の造形コンテナ１０と、造形室１１内に原料粉末５１を装填するリコータ２０と、造形コンテナ１０内の原料粉末５１に対して、レーザ光Ｌを走査しながら照射するレーザ光照射装置３０とを備えている。
本実施形態において、レーザ光照射装置３０は、レーザ光Ｌとしてレーザビームをスポット照射する。
【００１３】
造形コンテナ１０内には、造形室１１の底面を形成するステージ１２とこれを上下移動するピストン１３とが備えられている。ピストン１３を上下移動する機構は公知のものと同様であり、図示および説明を省略する。
造形室１１において、ステージ１２に対向する上面側は開口部１４となっている。
ステージ１２から開口部１４までの高さによって、造形室１１の高さが規定される。
【００１４】
造形コンテナ１０には、造形室１１の開口部１４の周りにリコータ２０が摺動する摺動面を有するテーブル１５が設けられている。
リコータ２０は長手方向である図示奥行き方向の幅が開口部１４の図示奥行き方向の幅よりも大きく設計されており、テーブル１５上を摺動して、造形室１１の開口部１４を含む平面上を図示左右方向に移動可能とされている。
リコータ２０は造形室１１内に原料粉末５１を供給しつつ、造形室１１内に供給された原料粉末５１の表面をならして、原料粉末層５２を形成する。
リコータ２０に原料粉末５１を供給する機構およびリコータ２０を図示左右方向に移動する機構は公知のものと同様であり、図示および説明を省略する。
【００１５】
レーザ光照射装置３０は、レーザ光Ｌを発振するレーザ発振器３１と、レーザ発振器３１から発振されたレーザ光Ｌを走査するガルバノミラー等のスキャナミラー３２とを備えている。レーザ発振器３１としては特に制限なく、Ｙｂレーザ、半導体レーザ、およびＣＯ２レーザ等の公知のレーザを使用できる。レーザ発振器３１の出力は特に制限なく、４００〜８０００Ｗ程度が好ましい。スキャナミラー３２によって、造形室１１内の最表層の原料粉末層５２に対して、レーザ光Ｌは２次元走査される。
レーザ発振器３１とスキャナミラー３２との間の光路には、必要に応じて、コリメートレンズ、反射ミラー、および集光レンズ等の１種または２種以上の光学部材が設けられる。
スキャナミラー３２と造形室１１との間の光路には、必要に応じて、集光レンズおよび保護ガラス等の１種または２種以上の光学部材が設けられる。
図中、符号３３は必要に応じて設けられる保護ガラスである。
【００１６】
粉末焼結積層造形装置１では、造形室１１内に原料粉末５１を供給して原料粉末層５２を形成する工程（Ａ）と、原料粉末層５２の特定領域Ｘに対してレーザ光Ｌを走査しながら照射して、原料粉末層５２の特定領域Ｘをパターン層５３とする工程（Ｂ）とを複数サイクル繰り返すことにより、複数のパターン層５３を積層して、任意の形状の三次元形状造形物２を製造することができる。図面１では、平面視Ｕ字状の三次元形状造形物２が製造されているが、その形状は任意に設計可能である。
工程（Ｂ）においては、原料粉末５１が溶融および凝固により焼結して、パターン層５３が形成される。原料粉末層５２において、特定領域Ｘ以外の領域の原料粉末５１は未焼結のまま残る。
工程（Ａ）と工程（Ｂ）とを１サイクル実施するごとに、ステージ１２を下げて新たな原料粉末層５２を形成し、その特定領域Ｘにレーザ光Ｌを照射する。
図１では、工程（Ａ）と工程（Ｂ）とを複数サイクル繰り返した後の工程（Ｂ）の様子を示してある。
【００１７】
本発明のナックルの製造方法では、原料粉末５１として、溶融加熱および凝固により柱状晶を生成することが可能なＡｌ合金粉末を含む金属粉末、好ましくはＡｌＳｉ１０Ｍｇ金属粉末を用いる。
本発明のナックルの製造方法では、上記したような造形装置を用い、溶融加熱および凝固により柱状晶を生成することが可能なＡｌ合金粉末を含む原料粉末層を形成する工程（Ａ）と、原料粉末層の特定領域に対してレーザ光を走査しながら照射し、原料粉末層の特定領域を溶融および凝固してパターン層とする工程（Ｂ）とを複数サイクル繰り返すことにより、複数のパターン層を積層して、積層方向に配向した柱状晶を含むナックルを製造する。
【００１８】
［背景技術］の項で説明したように、従来のレーザ焼結型ＡＭ技術では、特段の工夫をしない場合、レーザ光照射によりＡｌＳｉ１０Ｍｇ金属粉末を溶融させた後、凝固する過程で生じる熱勾配により、積層方向に柱状晶が成長することが知られている（Journal of Japan Institute of Light Metals 67(11) 582-588.のFig.4(d)、Fig.9等）。
【００１９】
また、［発明が解決しようとする課題］の項で述べたように、一般的に、ナックルには、構造上、応力が集中する部分（応力集中部）と腐食しやすい部分（腐食懸念部）がある。具体的には、応力集中部は締結部周辺およびベアリングはめこみ部等であり、腐食懸念部は軽量化のために形成され、腐食液が溜まりやすい凹部等である。
図２に、ナックルの模式上面図の一例を示し、応力集中部と腐食懸念部の分布の例を模式的に示す。図中、符号１００はナックル、符号１００Ｈは中空部、符号１００Ｓは側部、符号１００Ｘは応力集中部、符号１００Ｙは腐食懸念部を示す。特に、応力集中部１００Ｘと腐食懸念部１００Ｙとが重なる部分は、部品の劣化が起こりやすい。図中、応力集中部１００Ｘと腐食懸念部１００Ｙとが重なっている部分については、符号１００Ｚを付してある。
【００２０】
図３は、ナックルの模式側面図と部分拡大断面図の一例である。部分拡大断面図は、模式側面図において一点鎖線円で囲まれた領域に対応し、図２において、応力集中部１００Ｘと腐食懸念部１００Ｙとが重なっている部分１００Ｚに対応している。図３では、図示下方から上方に向かう方向（方向Ｄ）が積層方向である。
従来のレーザ焼結型ＡＭ技術では、図３の拡大断面図に示すように、レーザ光照射時に原料粉末の溶融に使用されなかった熱は、溶融部分の周囲の未溶融部分にはほとんど伝わらず、造形装置内の下部金属部材（具体的にはステージ１２等）に向かって、下方（符号Ｆ１で示す方向）に流れる。この熱の流れによる熱勾配によって、積層方向（縦方向）に配向した柱状晶Ｃ１が生成される。
【００２１】
本発明のナックルの製造方法では、ナックル１００の中空部１００Ｈの周囲にある側部１００Ｓにおいて、積層方向に対して横方向（図示左右方向）に存在する腐食しやすい面Ｓ２およびその近傍部分については、図３に示すように、側部１００Ｓの外周面に熱伝導部材１１０を当接させて、レーザ光照射を行う。この場合、レーザ光照射時に原料粉末の溶融に使用されなかった熱の少なくとも一部は熱伝導部材１１０に流れる。このときの熱の流れは、符号Ｆ２で示してある。この熱の流れによる熱勾配によって、積層方向に対して横方向に配向した柱状晶Ｃ２を生成することができる。
熱伝導部材１１０としては特に制限されず、金属部材等が挙げられ、熱を横方向に流す部分を含む形状を有するものであればよい。図示例では、熱伝導部材１１０はアルミ金属からなり、ナックルの外周面から横方向に延びた後、下方に延びた形状を有している。熱伝導部材１１０の材質および形状は、適宜設計することができる。
【００２２】
図３の拡大断面図において、積層方向に対して横方向に配向した柱状晶Ｃ２が生成されている部分が、ナックル１００の中空部１００Ｈの周囲にある側部１００Ｓにおいて、側部１００Ｓの外周面に熱伝導部材１１０を当接させて、レーザ光照射を行った部分である。
【００２３】
図３の拡大断面図において、符号Ｓ１、Ｓ２で示す太線は、応力集中部１００Ｘと腐食懸念部１００Ｙとが重なっている部分１００Ｚにおける腐食しやすい面を誇張して示したものである。腐食しやすい面Ｓ１は、ナックル１００の外周面にあり、外部に露出した面である。腐食しやすい面Ｓ２は、中空部１００Ｈ内の露出面である。
積層方向に沿って縦方向に存在する腐食しやすい面Ｓ１およびその近傍部分には、従来の方法により積層方向に配向した柱状晶Ｃ１が生成されている。一方、積層方向に対して横方向に存在する腐食しやすい面Ｓ２およびその近傍部分には、本発明の方法により積層方向に対して横方向に配向した柱状晶Ｃ２が生成されている。いずれの腐食しやすい面Ｓ１、Ｓ２においても、腐食面に沿って柱状晶が配向している。この場合、いずれの腐食しやすい面Ｓ１、Ｓ２においても、塩水等の腐食液が進入可能な結晶間隙の数が少なく、腐食液が進入可能な結晶間隙の深さが浅くなるため、ナックル１００の耐腐食性が向上する。
【００２４】
本発明の方法を適用しない場合には、ナックル１００の全体が積層方向に配向した柱状晶Ｃ１のみからなるため、腐食しやすい面Ｓ２から腐食液が進入すれば、そのまま縦方向に配向した柱状晶の結晶間隙内に深く進入し、深くまで腐食が進んでしまう。
本発明の方法を適用することにより、積層方向に対して横方向に存在する腐食面Ｓ２およびその近傍部分の柱状晶を腐食面Ｓ２に沿った方向に配向させることができるため、腐食液の深さ方向の進入を抑制し、ナックル１００の耐腐食性を向上することができる。
【００２５】
以上説明したように、本発明のナックルの製造方法によれば、レーザ光走査条件を変えることなく、簡易な操作で、腐食しやすい部分の結晶配向方向を変えることができ、耐腐食性を有するナックルを製造することができる。
本発明のナックルの製造方法によれば、腐食液の浸入深さを浅くすることができるため、腐食に備えてナックルの厚みを厚くする必要がない。そのため、ナックルの厚みを低減し、軽量化することができる。
本発明のナックルの製造方法によれば、レーザ光走査条件を変えることなく、簡易な操作で、部分的に結晶配向方向を変えることができるので、過加熱または加熱不良による溶融不足が生じる恐れがなく、所望の構造を安定的に得ることができる。
【符号の説明】
【００２６】
１  粉末焼結積層造形装置（造形装置）
２  三次元形状造形物
５１  原料粉末
５２  原料粉末層
５３  パターン層
１００  ナックル
１００Ｈ  中空部
１００Ｓ  側部
１１０  熱伝導部材
Ｓ１、Ｓ２  腐食しやすい面
Ｃ１、Ｃ２  柱状晶
Ｌ  レーザ光
Ｘ  特定領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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