【手続補正書】
【提出日】平成17年8月9日(2005.8.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】  焼結製品の微細孔形成方法および焼結製品
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料粉体を金型で成形処理したのち焼結処理して得る焼結製品に対して、後処理では形成不可能な大きさの微細孔を形成する焼結製品の微細孔形成方法であって、
上記金型の孔形成位置に、超硬合金を加工してなる微細孔形成用のピンを保持して上記成形処理を行う
焼結製品の微細孔形成方法。
【請求項２】
前記成形処理の後段に、成形処理後の成形体の厚みを薄くして微細孔を露出させる切削処理、および／または成形体を所望の形に整える整形処理を行う
請求項１に記載の焼結製品の微細孔形成方法。
【請求項３】
前記成形体の焼結処理を、前記ピンごと行い、
焼結処理の後段でピンを除去するピン除去処理を行う
請求項１または請求項２に記載の焼結製品の微細孔形成方法。
【請求項４】
前記ピンに、表面に鍍金層を有したピンを使用する
請求項３に記載の焼結製品の微細孔形成方法。
【請求項５】
前記請求項１から請求項４のうちのいずれか一項に記載の焼結製品の微細孔形成方法を用いて形成した
焼結製品。
【請求項６】
前記微細孔が、開口面積０．０２３mm2以下、または直径０．１７mm以下である
請求項５に記載の焼結製品。
【請求項７】
前記焼結製品が、流体または波動を規制しながら通す規制部材である
請求項５または請求項６に記載の焼結製品。
【請求項８】
前記規制部材が、ディーゼルエンジン用燃料噴射ノズルの噴射口部材である
請求項７に記載の焼結製品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、焼結製品に関し、より詳しくは、焼結製品に対してドリルでも放電でもレーザでも穿孔不可能な微細な孔を形成するための技術と、これを用いて製造した焼結製品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
焼結製品は、車両や家電製品、電子機器、通信電力インフラ関係、生活・医療用品関係等に幅広く使用されており、高い寸法精度や高い生産性など、焼結製品独自の特性から、これからも広く利用が期待されている。
【０００３】
焼結製品は原料粉体をプレスで圧縮成形して得た成形体（圧粉体）を焼結炉で加熱・焼結（焼結処理）して製品（焼結体）とするもので、焼結体は必要に応じて再圧縮や後処理などの付加的処理を施され、また成形が困難な部位については機械加工が施されて、所望の硬さや形状に仕上げられる。
【０００４】
孔を開ける穿孔も焼結体に施す一つの重要な加工であり、それはドリルや放電、レーザにより行われている。
【０００５】
しかし、上記いずれかの方法でも０．２mmより小さい寸法の孔を開けることはむつかしい。ドリルを用いた場合、直径０．１７mmが限度とされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこでこの発明は、ドリル等で加工が不可能なほどの微細な孔を有した様々な焼結製品を得ることができるようにすることを主たる課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そのための手段は、原料粉体を金型で成形処理したのち焼結処理して得る焼結製品に対して、後処理では形成不可能な大きさの微細孔を形成する焼結製品の微細孔形成方法であって、上記金型の孔形成位置に、超硬合金を加工してなる微細孔形成用のピンを保持して上記成形処理を行う焼結製品の微細孔形成方法であることを特徴とする。
【０００８】
上記ピンは、突き抜けた状態で保持するも、めくら状態で保持するもよい。いずれの場合でも、成形時に圧力がかかる方向に向かってピンが延びるように位置させるとピンが損傷しないのでよい。成形処理した後は、上記ピンを抜いてから、あるいはピンを埋めたまま焼結処理する。後者の場合には焼結処理後にピンを除去する。
【０００９】
前記成形処理の後段に、成形処理後の成形体の厚みを薄くして微細孔を露出させる切削処理、および／または成形体を所望の形に整える整形処理を行うとよい。すなわち、上述のようにピンをめくら状態で保持した場合には、切削処理することにより貫通した状態の微細孔が得られる。また、所望の形状になるようにプレス成形等によって整形処理することで、目的の製品形状が得られる。
【００１０】
なお、上述のようにピンを抜いてから焼結処理する場合には、焼結により成形体が収縮するので、その収縮を有効に利用するのがよく、収縮率に応じて、形成する微細孔の大きさよりも若干太めにピンを形成しておくとよい。つまり、ピンの太さを、成形体からピンを抜いて焼結処理したときの収縮率を考慮した太さに設定するとよい。
【００１１】
また前記成形体の焼結処理を、ピンごと行うもよい。この場合には、成形焼結（ホットプレス）を行うのが好ましい。このように焼結処理をピンごと行い、焼結処理の後段でピンを除去するピン除去処理を行う方法を採用すると、上述のように整形処理しても、微細孔の大きさや形状、微細孔間のピッチの精度を出すことができる。ピン除去処理は、ピンを酸化させたり薬品処理したりして行うとよい。
【００１２】
なお、前記ピンに、表面に鍍金層を有したピンを使用すると、微細孔に所望の性能を付与できる。すなわち、表面に鍍金層を有したピンを中子にして成形を行うと、鍍金層は原料粉体と一体化する。この状態で焼結処理を行うと、微細孔の内側面に鍍金層が形成されることになる。鍍金層は例えば、金、白金等、必要な性状に応じて適宜設定すればよく、耐油性、耐薬品性等様々な性能を得ることができる。形成された微細孔が、例えば合成繊維を作るときの紡糸ノズルの孔であれば、耐酸性の鍍金層を得ることで、大幅に耐久性を向上できる。
【００１３】
別の手段は、前記焼結製品の微細孔形成方法を用いて形成した焼結製品であることを特徴とする。
【００１４】
前記微細孔は、開口面積０．０２３mm2以下、または直径０．１７mm以下であると、ドリルでは形成できない微細孔を有した焼結製品を得られる。
【００１５】
前記焼結製品は、液体や気体などの流体、または光線などの波動を規制しながら通す規制部材であるとよく、より好ましくは、ディーゼルエンジン用燃料噴射ノズルの噴射口部材であると、ＮＯｘの低減等に多大な効果をもたらすことができる。また、合成繊維を作るときの紡糸ノズルであると、より細い合成繊維の製造が可能になる。
【００１６】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、微細孔は焼結処理後に開けるのではなく、成形段階で予め開けておくので、小径の微細孔でも形成できる。しかもその成形時に微細孔を形成するピンは、超硬合金からなるので、高い強度を得られ、圧縮成形してもピンが折れたりすることはなく、微細孔を確実に形成することができる。
【００１７】
また切削処理や整形処理、またはこれら両方を行うと、成形体の形を適宜変更することができ、必要によっては、微細孔の向きを変更することもできる。このため、例えば垂直な微細孔を有した平板状の焼結製品のみではなく、様々な形態の製品を得ることができる。
【００１８】
焼結処理を成形処理に使用したピンごと行えば、微細孔の径や形、微細孔間のピッチを一定に保つことができ、高い寸法精度を得られる。
【００１９】
さらに、表面に鍍金層を有したピンを使用して、形成する微細孔の内表面に鍍金層を被覆すると、鍍金層の性質に応じた特性を、微細孔に自動的に付与することができる。このため、別途に鍍金処理をする場合に比して、工程を少なくすることができるなどの効果を達成できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施の形態を、以下図面を用いて説明する。  
図１は焼結製品１の要部の断面図であり、この焼結製品１は、その厚み方向に貫通する微細孔２を必要か所に有している。微細孔２は、ドリル、放電、レーザ、いずれの方法でも穿孔不可能、または難しい小さな孔で、例えば開口面積が０．０３２mm2以下、特に０．０２３mm2以下、または直径が０．２mm以下、特に０．１７mm以下というような小さな孔である。焼結製品１がディーゼルエンジン用燃料噴射ノズルＡの噴射口部材Ｂである場合（図７参照）、微細孔２の直径ｗ1は、０．１mmほどに設定すればよい。
【００２１】
この一実施の形態では図示の如く、円形断面の微細孔２を示したが、異形、例えば三角形、方形、その他の多角形、楕円形、雲形など、様々な断面形状を採用できる。
【００２２】
このような微細孔２を有した焼結製品１の製造は、図２のフローチャートに示したように行う。  
まず、焼結製品１が所望の性状を示すようにすべく、各種の金属粉体等を所定の割合で混合する（混合処理、ステップｎ１）。続いてその原料粉体を圧縮成形して成形体を得る（成形工程、ステップｎ２）。この成形処理は、図３に示したような金型３とピン４を用いて行う。図中３ａが外型、３ｂが下型、３ｃが上型で、３ｄがピン保持部である。成形処理は下型３ｂと上型３ｃの間に、原料粉体５を投入して上型３ｃから原料粉体５に圧力を掛けて圧縮成形する。
【００２３】
ピン４は図４に示したように、下型３ｂから上へ向けて突出しており、成形時に圧力がかかる方向に向かって延びている。このため、ピン４が折れる方向の力は受けにくく、強く圧縮してしっかりとした成形体を得ることができる。
【００２４】
ピン４は図４に示したように、ピン保持部３ｄ内に位置する部分４ａと、下型３ｂ内に位置する部分４ｂとを大径に形成しているが、それより上の部分を、形成する微細孔２に対応する細い形状の微細孔形成部４ｃに設定している。
【００２５】
微細孔形成部４ｃは、先端側に形成する微細孔２の径ｗ1に対応する径ｗ2の主要部４ｄを形成し、その先端４ｅは、余分な荷重が掛らないように尖らせている。主要部４ｄの径ｗ2は、焼結による収縮を利用すべく、その収縮率を考慮して設定する。上記主要部４ｄよりも基端側には、基端側ほど大径となる円すい状の支持部４ｆを形成している。
【００２６】
このような形状のピン４は、超硬合金で形成する。つまりピン４は、成形し焼結させて得た焼結体を、研磨して上述例のような所定の形に加工する。
【００２７】
このようなピン４と金型３を用いて成形処理すると、図５（ａ）に示したような成形体６が得られる。なお、この例では、ピン４が原料粉体５部分を突き抜かないメクラ状に成形した例を示したが、図６に示したように上型３ｃの下面に貫通孔３ｅを形成してピン４が原料粉体５部分を突き抜くようにして成形するもよい。
【００２８】
この成形体６を金型３から外すとともに、ピン４を抜くと、図５（ｂ）に示したようにメクラ状の微細孔２が形成された状態となる。
【００２９】
この状態の成形体６を、原料粉体５に混合したパラフィン等が溶ける中温で加熱処理する中焼結処理（ステップｎ３）を行い、パラフィン等を取り除くとともに、次の切削処理（ステップｎ４）を行いやすくする。
【００３０】
続いて、図５（ｂ）に仮想線で示したような厚みに成形体６を薄くして微細孔２を露出させる切削処理（ステップｎ４）を行い、貫通状態の微細孔２を有した状態の成形体６を得る［図５（Ｃ）参照］。上記切削処理は、適宜の機械加工で行えばよい。図６に示したようにピンが原料粉体５部分を突き抜くようにして成形処理を行い、貫通状態の微細孔２を有する成形体を得た場合には、切削処理（ステップｎ４）を省略することもできる。
【００３１】
次に、本来の焼結温度で加熱する本焼結処理（ステップｎ５）を行い、焼結体７を得る。上記切削処理（ステップｎ４）は、この本焼結処理後に行うもよい。
【００３２】
この後は、適宜の後処理を行う。その一つが、所望の形状になるように形を整える整形処理で、鍛造により行う（鍛造処理、ステップｎ６）。
【００３３】
この鍛造処理を、図７に例示したディーゼルエンジン用燃料噴射ノズルＡの噴射口部材Ｂを例に示すと、円板状に形成し、必要箇所に上記微細孔２を形成した焼結体７を、冷間鍛造によって、図８に示したように中心部が凹む皿状にプレス成形する。上記鍛造により、微細孔２、すなわち燃料噴射口が外側に傾くことになり、噴射口部材Ｂとして必要な機能を持たせることができる。
【００３４】
鍛造（整形処理）までした噴射口部材Ｂ（焼結製品１）は、図７に示したような筒状のノズル本体部材Ｃの先端部に、ろう付けなどの適宜手段で固着して、燃料噴射ノズルＡを完成する。
【００３５】
なお、成形処理に当たってピン４は、成形体６の鉛直方向に延びるのがよいので、鍛造による整形で微細孔２をもっと外側に傾けたい場合には、図９に示したように、傘形の成形体６や焼結体７を得て、これを上述のような皿状、または平板状に成形するとよい。
【００３６】
このようにして製造した焼結製品１では、ドリルや放電、レーザで穿孔できなかったような小さな微細孔２を形成することかできる。このため、微細孔２が要求されている様々な分野に大きく貢献できる。
【００３７】
その一例として、上述のディーゼルエンジン用燃料噴射ノズルＡを挙げられる。すなわち、ディーゼルエンジンから排出されるNOｘやパーティキュレートを低減することが急務とされているが、そのためには噴口の小径化が有効である。しかし、これまでは例えば直径０．１mmなどという微細孔２を開けることはできなかった。これが本発明によって可能になる。
【００３８】
そのほか、小型化や精密化、省エネ化など様々な要求が高い電子機器や通信機械機器などを始めとする広い分野でも、その需要に応えることができる。
【００３９】
また、成形処理で使用するピン４には、超硬合金からなるものを使用しているので、高い強度を得られ、圧縮成形してもピン４が折れたりすることはなく、微細孔を確実に形成することができる。
【００４０】
なお、上記中焼結処理ｎ３や本焼結処理ｎ５を、成形処理ｎ２に使用したピン４ごと行えば、微細孔２の径や形、微細孔２間のピッチを所望通り一定に形成することが確実にでき、高い寸法精度を得られる。この場合には、図２のフローチャートに仮想線で示したように、後処理の段階で、埋め込まれた状態のままのピン４を除去するピン除去処理（ステップｎ７）を行う。
【００４１】
また、図１０のフローチャートに示したように、成形焼結（ホットプレス）により行うもよい。すなわち、金型３全体をカーボン等で形成し、混合処理（ステップｎ１１）した原料粉体を、圧縮して成形しながら、通電、マイクロウェーブ加熱、高周波加熱等で所定の温度まで加熱して焼結する（成形焼結処理、ステップｎ１２）もよい。この後は、上述のように、ピン除去処理（ステップｎ１３）、切削処理（ステップｎ１４）、さらに鍛造処理（ステップｎ１５）、研磨処理などの後処理を行う。上記切削処理（ステップｎ１４）や鍛造処理（ステップｎ１５）は、ピン除去処理（ステップｎ１３）前に行うもよい。
【００４２】
ピン除去処理ｎ７は、焼結体７の材料とピン４の材料を考慮して適宜行う。その方法には、例えば酸化や溶解が挙げられる。酸化処理は加熱すればよく、溶解処理は薬品を利用すればよい。例えばピン４がタングステン系の材料からなる超硬合金である場合であって、焼結体７がステンレス鋼からなるときには、焼結体を６００〜７００℃くらいに加熱すれば、ピン４のみが過度に酸化して微細孔２を開けることができる。またピン４がモリブデンからなる場合には、例えばアンモニアで溶解できる。
【００４３】
またピン４として、表面に鍍金層８を有したピン４を使用し、上述のように中焼結処理ｎ３や本焼結処理ｎ５をそのピン４ごと行えば、形成する微細孔２に付加価値を付与することができる。
【００４４】
すなわち、形成する微細孔２に対応する径に形成したピン４の表面に、図１１に示したように、例えば金や白金等、必要な付加価値に応じた適宜の鍍金層８を形成する。鍍金層８の厚みは、およそ１〜５ミクロン程度である。このピン４を用いて、前述のように混合処理ｎ１、成形処理ｎ２、中焼結処理ｎ３、切削処理ｎ４、本焼結処理ｎ５を行う。すなわち、図１２（ａ）に示したように成形処理ｎ２を行い、金型３から外してもピン４はそのまま埋め殺し状態にして中焼結処理、切削処理、そして本焼結処理を行う［図１２（ｂ）］。このような処理を施すことによって、分子が付着したことによって形成された状態の鍍金層８は、細かな粉体からなる原料粉体と一体化する。この後、前述のようにして、ピン４の鍍金層８より下の部分、ピン本体部分を取り除く（ピン除去処理）と、［図１２（ｃ）］に示したように、所望形状、所望大の微細孔２を形成することができるとともに、微細孔２の内周面には鍍金層８が形成できる。上述例のように金や白金の鍍金層を微細孔２の内周面に形成すれば、耐食性や耐酸性の特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  焼結製品の要部の断面図。
【図２】  製造工程を示すフローチャート。
【図３】  整形処理に使用する金型の断面図。
【図４】  図３の要部の断面図。
【図５】  製造工程を示す説明図。
【図６】  他の例に係る整形処理に使用する金型の断面図。
【図７】  焼結製品の使用例を示す断面図。
【図８】  整形工程の説明図。
【図９】  焼結体および整形工程の他の例に係る説明図。
【図１０】  他の例に係る製造工程のフローチャート。
【図１１】  他の例に係るピンの要部の側面図。
【図１２】  図１１のピンを用いた製造工程の説明図。
【符号の説明】
１…焼結製品
２…微細孔
３…金型
４…ピン
５…原料粉体
６…成形体
７…焼結体
８…鍍金層
Ａ…ディーゼルエンジン用燃料噴射ノズル
Ｂ…噴射口部材
ｎ２…成形処理
ｎ３…中焼結処理
ｎ４，ｎ１４…切削処理
ｎ５…本焼結処理
ｎ６，ｎ１５…鍛造処理（整形処理）
ｎ７，ｎ１３…ピン除去処理
ｎ１２…成形焼結