(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の予圧粉体を密度比：６０〜７５％に成形し、次いで、これら予圧粉体を、圧粉体を成形し得る成形型のキャビティ内にセットし、この後、前記複数の予圧粉体を押し型で圧縮して相互に接合させることを特徴とする焼結品の素材とされる圧粉体の成形方法。
【請求項２】
複数の予圧粉体を密度比：６０〜７５％に成形し、次いで、焼結する温度の３０〜６５％に相当する温度で脱ろうおよび仮焼結したこれら予圧粉体を、圧粉体を成形し得る成形型のキャビティ内にセットし、この後、前記複数の予圧粉体を押し型で圧縮して相互に接合させることを特徴とする焼結品の素材とされる圧粉体の成形方法。
【請求項３】
前記予圧粉体は鉄粉の含有割合が最も多く、前記脱ろうおよび仮焼結の最高温度が７５０℃以下であることを特徴とする請求項２に記載の焼結品の素材とされる圧粉体の成形方法。
【請求項４】
前記複数の予圧粉体は、互いに組み合わせることにより前記圧粉体の形状に相似するよう成形され、その組み合わせ状態で、前記キャビティ内にセットされることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の焼結品の素材とされる圧粉体の成形方法。
【請求項５】
前記圧粉体は、求められる特性が異なる複数の部位を有し、これら部位別に、かつ部位に応じた粉末材料、形状または密度をもって前記予圧粉体が成形されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の焼結品の素材とされる圧粉体の成形方法。
【請求項６】
前記予圧粉体の互いの接合面が、互いに噛み合う凹凸面に形成されているか、もしくは少なくとも一方の接合面が凹凸面に形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の焼結品の素材とされる圧粉体の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼結品の素材とされる圧粉体の成形方法に係り、特に異種粉末材料を複合させた圧粉体を成形する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、楕円状の板カム等の摺動部材は、その摺動面を形成する外周部（特に強い圧力を受けるカムトップ部）に高い耐摩耗性が要求される一方、内側の肉部の耐摩耗性はそれほど高くなくてもよく、よって、外周部と内側の肉部の材料を異ならせた複合構造としてコストダウンを図ることが行われている。複合構造の部材を製造するには粉末冶金法が製法上有利である。例えば、特開昭５５−１００９０３号、特開昭５７−１６９００３号および特開昭５７−２００５０３号には、金型のキャビティを仕切板等で分割し、各分割キャビティ内に異種粉末をそれぞれ充填し、次いで仕切板を除外して各粉末を接触させた後に圧縮して圧粉体を得る方法が開示されている。ところが、このような方法では、仕切板を要するとともに仕切板のセットや除外といった操作に手間がかかる不利な面があった。
【０００３】
そこで、仕切板を用いない方法として、特開昭５８−１４１８９５号には、互いに摺動する２つの金型のキャビティ内に異種粉末をそれぞれ充填し、一方の金型を動かして双方のキャビティを合わせることにより各粉末を接触させた後に圧縮する方法が開示されている。また、特開昭５７−１２０６０１号には、複数種の粉末のうちの一部を予成形してその予成形体を金型のキャビティ内に挿入し、このキャビティ内に他の粉末を充填してから、予成形体と粉末とを圧縮する方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の仕切板を用いない方法のうちの前者の方法にあっては、金型の構造が複雑化してコストがかかるとともに、２つの金型のキャビティどうしを合わせて最終的に形成するキャビティの精度が不安定になりやすく、その制御が難しいことが想定される。また、後者の方法では、２層構造の部材は形成することができるものの、３層以上の複雑な部材には適用しにくいといった欠点がある。
したがって本発明は、特殊な金型を要することなく、かつ複雑な層構造の部材であっても容易に圧粉体を得ることのできる圧粉体の成形方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、複数の予圧粉体をハンドリングが可能な密度に成形し、次いで、これら予圧粉体を、前記圧粉体を成形し得る成形型のキャビティ内にセットし、この後、前記複数の予圧粉体を押し型で圧縮して相互に接合させることを特徴としている。
【０００６】
この方法によれば、はじめから圧粉体を成形する成形型のキャビティ内に粉末を充填せず、まず、成形すべき圧粉体を適宜に分割した形状の予圧粉体を、ハンドリングが可能な密度に成形する。ここで言うハンドリングが可能な密度とは、手に持って取り扱うことができ、その際に損壊しない状態を可能とする密度を指す。そして、これら予圧粉体を、圧粉体を成形し得る成形型のキャビティ内に組み合わせてセットする。この後、予圧粉体を本圧縮して隣接する予圧粉体どうしの接合を行わしめるとともに成形し、成形型から抜き出して圧粉体を得る。
【０００７】
ここで、予め成形しておく予圧粉体の密度は、上記のようにハンドリングが可能であることが前提であるが、これに加えて、圧縮時に、隣接する予圧粉体どうしが接合され得るような密度が求められる。予圧粉体どうしの接合は、密度が低ければ低いほど十分になされるものであるが、密度が低すぎると、今度はハンドリングが不可能となってしまう。接合が可能な条件としては、密度比（同一組成の金属の真密度に対する成形体で得られた密度の比）が７６％未満の場合と知られており、７６％超の場合には、接合界面にクラックが生じる確率が高くなり好ましくない。したがって、予圧粉体の密度としては、密度比が７６％未満で、なおかつハンドリングが可能な範囲内で選択され、その範囲としては、６０〜７５％の密度比が実現される密度が好適である。例えば、粉末がＦｅ系の場合は４．７〜５．９ｇ／ｃｍ３、Ａｌの場合は１．６〜２ｇ／ｃｍ３、Ｃｕ系の場合は５．３〜６．６ｇ／ｃｍ３  が好適とされる。
【０００８】
また、予圧粉体の密度を上記の値より低く設定しておき、その予圧粉体を圧縮成形した最終的な圧粉体を焼結する温度の約３０〜６５％程度の温度で脱ろうおよび仮焼結すると、予圧粉体の強度が高くなり、例えば予圧粉体を移送機械を用いて成形型に供給する際に好都合となる。仮焼結の温度が高い場合には強度が高まる反面、成形型で圧縮したときの接合が不十分となりやすい。例えば、鉄粉を主とする予圧粉体では、７５０℃程度を仮焼結の最高温度とするのが好ましい。
【０００９】
本発明によれば、粉末を充填して圧縮する通常の成形型をそのまま流用することができるので特殊な成形型を必要とせず、しかも層を隔てるための仕切板をキャビティにセットする必要もない。また、層の数が多くて複雑な構造の圧粉体であっても、それに応じた形状の予圧粉体を組み合わせて圧縮することにより、目的とする圧粉体の成形が容易化する。さらに、予め予圧粉体を多量に作ってストックしておき、必要に応じて本圧縮して圧粉体を得るようにすれば、圧粉体を成形するたびに粉末の調整や充填を行う手間が省け、生産性の向上が図られる。
【００１０】
さて、本発明における複数の予圧粉体は、本圧縮の際に変形し、かつ相互に接合されて所望の圧粉体形状に成形される。ここでその形状（特に圧縮方向からみた場合の平面形状）は、キャビティ内にセット可能であれば圧縮後の最終形状に近いものでなくともよく、ある程度ラフな形状であってかまわない。その場合、圧縮時には予圧粉体に大きな崩壊が伴うことがあるが、崩壊の過程を経て最終的に圧縮・成形される。しかしながら、勿論最終形状に近いものであれば有利であり、したがって、予圧粉体は、互いに組み合わせることにより本圧縮後の圧粉体の形状に相似するよう成形され、その組み合わせ状態で、キャビティ内にセットされることが好ましい。
【００１１】
また、本発明における予圧粉体は、求められる特性が異なる部位別に、密度や形状を異ならせて成形される形態を特徴している。すなわち、例えば圧粉体が前述したような楕円状の板カムの素材である場合、予圧粉体を、高い耐摩耗性が要求される外周部と、それほど耐摩耗性を要求されない内側の肉部の２つとする。そして、外周部の予圧粉体を密度を高いものとし、かつ加工度が高まるように余肉部が大きい形状とし、一方、内側の肉部の予圧粉体の密度を低くする。このように複数の予圧粉体を部位に応じて成形し、組み合わせて本圧縮すれば、自動的に各部位の特性が求められるものとなり得る。
【００１２】
さらに、本発明では、隣接する予圧粉体どうしの接合強度を高めるために、予圧粉体の互いの接合面が、互いに噛み合う凹凸面に形成されているか、もしくは少なくとも一方の接合面が凹凸面に形成されていることを好ましい形態としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
（１）第１の実施形態
図１は、第１の実施形態に係る圧粉体１を示している。この圧粉体１は、自動車のエンジンに組み込まれる円筒状のバルブガイドの素材であり、焼結工程を経て製品とされる。製品であるバルブガイドとしては、端部２，２に高い耐久性が要求され、一方、中央部３は端部２，２よりも耐久性に劣っていてもよいとされている。以下に、この圧粉体１を成形する工程を説明する。
【００１４】
「工程１−予圧粉体の成形」
図示せぬ所定の成形型により、図２に示す３つ１組の予圧粉体２ａ，３ａ，２ａを成形する。これら予圧粉体２ａ，３ａ，２ａは、圧粉体１の端部２，２に対応する円筒状の２つの端部２ａ，２ａおよび中央部３に対応する円筒状の中央部３ａであり、中央部３ａの両端に端部２ａ，２ａをそれぞれ同軸的に組み合わせることにより、圧粉体１に相似する形状となる。端部２ａ，２ａおよび中央部３ａは、圧縮後の圧粉体１における端部２，２および中央部３よりも軸方向長さがそれぞれ長く、かつ直径は僅かに小さく設定される。いずれの予圧粉体２ａ，３ａ，２ａも、その密度比が６０〜７５％の範囲内になるように粉末が圧縮されて成形されてなり、ハンドリングが可能で、かつ後の本圧縮で互いに接合され得る密度を有している。しかしながらこの範囲内で、高い耐久性が要求される端部２ａ，２ａの密度は高く、中央部３ａの密度は端部２ａ，２ａよりも低く設定される。また、このような密度の設定に加えて、粉末は端部２，２および中央部３に応じたものが選択される。なお、予圧粉体２ａ，３ａ，２ａは本圧縮よりも圧力が低いので、粉末中への潤滑剤の添加を省略することができる。なお、圧粉体１は、後に焼結されるので、予圧粉体２ａ，３ａ，２ａの粉末材料は同じものか、あるいは液相が生じる異種元素もしくは固相拡散する異種元素が望ましい。
【００１５】
「工程２−成形装置への予圧粉体のセット」
工程１で得た３つの予圧粉体２ａ，３ａ，２ａを、図３（ａ）に示すようにして成形装置にセットする。成形装置は、金型（成形型）４、上下のパンチ（押し型）５，６およびコアロッド７を備えており、まず、金型４、下パンチ６およびコアロッド７によって形成されるキャビティ８内に、端部２ａ、中央部３ａ、端部２ａの順に、内部の空洞部をコアロッド７に通して挿入する。
【００１６】
「工程３−本圧縮」
図３（ｂ）に示すように、上パンチ５をキャビティ８内に下降させ、次いで、上下のパンチ５，６により予圧粉体２ａ，３ａ，２ａを縦方向に圧縮する。予圧粉体２ａ，３ａ，２ａはキャビティ８の形状にならって変形するとともに、互いに接合して圧粉体１とされる。なお、圧縮による接合強度を高めるために、予圧粉体２ａ，３ａ，２ａの互いの接合面に、互いに噛み合う凹凸面を形成しておくか、もしくは少なくとも一方の接合面に凹凸面を形成しておくと好ましい。
この後、上パンチ５を上昇させ、さらに下パンチ６を上昇させて圧縮・成形された圧粉体１を金型４内から取り出す。このようにして得られた圧粉体１は、予圧粉体２ａ，３ａ，２ａの粉末材料、密度または形状が反映されて中央部３よりも端部２，２の方が高い耐久性を有するものとなる。
【００１７】
（２）第２の実施形態
次に、本発明を板カムの成形に適用した第２の実施形態を説明する。
図４は、板カムの素材となる圧粉体１０を示している。板カムとしては、外周部１１に高い耐摩耗性が要求され、一方、内側の内周部１２は適度な強度が要求される。内周部１２の中央には、カムシャフトが嵌合される円形の嵌合孔１３が形成される。この嵌合孔１３は、カムシャフトの回り止めとなるキー溝１３ａを有している。以下に、この圧粉体１０を成形する工程を説明する。
【００１８】
「工程１−予圧粉体の成形」
図示せぬ所定の成形型により、図５に示す２つ１組の予圧粉体１１ａ，１２ａを成形する。これら予圧粉体１１ａ，１２ａは、圧粉体１０の外周部１１に対応するリング状の外周部１１ａおよび内周部１２に対応する内周部１２ａであり、外周部１１ａの中に内周部１２ａを入れた組み合わせ状態で、圧粉体１０に相似する形状となる。内周部１２ａには嵌合孔１３に対応する孔１３ｂが形成されている。これら外周部１１ａおよび内周部１２ａの厚さは圧粉体１０よりも厚く、かつ径方向の大きさは僅かに小さく設定される。いずれの予圧粉体１１ａ，１２ａも、その密度比が６０〜７５％の範囲内になるように粉末が圧縮されて成形されてなり、ハンドリングが可能で、かつ後の本圧縮で互いに接合され得る密度を有している。しかしながらこの範囲内で、高い耐摩耗性が要求される外周部１１ａの密度は高く、内周部１２ａの密度は外周部１１ａよりも低く設定される。また、このような密度の設定に加えて、粉末は外周部１１および内周部に１２に応じたものが選択される。
【００１９】
「工程２−成形装置への予圧粉体のセット」
工程１で得た２つの予圧粉体１１ａ，１２ａを、図６（ａ）に示すように、金型（成形型）１４、上下のパンチ（押し型）１５，１６およびコアロッド１７を備えた成形装置にセットする。コアロッド１７の外周面には、前記キー溝１３ａを形成するための凸条（図示略）が形成されている。セットの仕方は、まず、金型１４、下パンチ１６およびコアロッド１７によって形成されるキャビティ１８内に、内周部１２ａの空洞部をコアロッド１７に通して挿入し、次いで外周部１１ａを内周部の周囲に置く。
【００２０】
「工程３−本圧縮」
図６（ｂ）に示すように、上パンチ１５をキャビティ１８内に下降させ、次いで、上下のパンチ１５，１６により予圧粉体１１ａ，１２ａを圧縮する。予圧粉体１１ａ，１２ａはキャビティ１８の形状にならって変形するとともに、互いに接合して圧粉体１０とされる。この後、上パンチ１５を上昇させ、さらに下パンチ１６を上昇させて圧縮・成形された圧粉体１０を金型１４内から取り出す。このようにして得られた圧粉体１０は、予圧粉体１１ａ，１２ａの粉末材料、密度または形状が反映されて内周部１２よりも外周部１１の方が高い耐摩耗性を有するものとなる。
【００２１】
（３）第３の実施形態
次に、本発明をギヤの成形に適用した第２の実施形態を説明する。
図７は、ギヤの素材となる圧粉体２０を示している。ギヤとしては、多数の歯２１ｘを有する外周部２１に高い耐摩耗性が要求され、一方、内側の内周部２２には適度な耐震性が要求される。内周部２２の中央には軸孔２３が形成され、さらにこの軸孔２３の周囲にはボス２３ｘが形成される。以下に、この圧粉体２０を成形する工程を説明する。
【００２２】
「工程１−予圧粉体の成形」
図示せぬ所定の成形型により、図８に示す２つ１組の予圧粉体２１ａ，２２ａを成形する。これら予圧粉体２１ａ，２２ａは、圧粉体２０の外周部２１に対応するリング状の外周部２１ａおよび内周部２２に対応する内周部２２ａであり、外周部２１ａの中に内周部２２ａを入れて組み合わせられる。外周部２１ａは単なるリング状で、歯２１ｘに対応する部分は形成されていない。また、内周部２２ａには軸孔２３に対応する孔２３ａが形成されているが、ボス２３ｘに対応する部分は形成されていない。これら外周部２１ａおよび内周部２２ａの厚さは圧粉体２０よりも厚く、かつ径方向の大きさは僅かに小さく設定される。いずれの予圧粉体２１ａ，２２ａも、その密度比が６０〜７５％の範囲内になるように粉末が圧縮されて成形されてなり、ハンドリングが可能で、かつ後の本圧縮で互いに接合され得る密度を有している。しかしながらこの範囲内で、高い耐摩耗性が要求される外周部２１ａの密度は高く、内周部２２ａの密度は外周部２１ａよりも低く設定される。また、このような密度の設定に加えて、粉末は外周部２１および内周部２２に応じたものが選択される。
【００２３】
「工程２−成形装置への予圧粉体のセット」
工程１で得た２つの予圧粉体２１ａ，２２ａを、図９（ａ）に示すように、金型（成形型）２４、上下のパンチ（押し型）２５，２６およびコアロッド２７を備えた成形装置にセットする。金型２４の内周面には、前記歯２１ｘを形成するための内歯（図示略）が形成されている。また、上パンチ２５には、前記ボス２３ｘを形成するための凹所２５ａが形成されている。セットの仕方は、まず、金型２４、下パンチ２６およびコアロッド２７によって形成されるキャビティ２８内に、内周部２２ａの空洞部をコアロッド２７に通して挿入し、次いで外周部２１ａを内周部２２ａの周囲に配する。
【００２４】
「工程３−本圧縮」
図９（ｂ）に示すように、上パンチ２５をキャビティ２８内に下降させ、次いで、上下のパンチ２５，２６により予圧粉体２１ａ，２２ａを圧縮する。予圧粉体２１ａ，２２ａはキャビティ２８の形状にならって変形するとともに、互いに接合して圧粉体２０とされる。この後、上パンチ２５を上昇させ、さらに下パンチ２６を上昇させて圧縮・成形された圧粉体２０を金型２４内から取り出す。このようにして得られた圧粉体２０は、予圧粉体２１ａ，２２ａの粉末材料、密度または形状が反映されて内周部２２よりも外周部２１の方が高い耐摩耗性を有し、かつ内周部２２は適度な耐震性を有するものとなる。
【００２５】
上記第１〜第３の実施形態によれば、粉末を充填して圧縮する通常の成形装置をそのまま流用することができ、しかも層を隔てるための仕切板をキャビティ内にセットすることなく複合構造の圧粉体（１，１０，２０）を成形することができる。また、予め予圧粉体を多量に作ってストックしておき、必要に応じて本圧縮して圧粉体を得るようにすれば、圧粉体を成形するたびに粉末の調整や充填を行う手間が省け、生産性の向上が図られる。さらに、予圧粉体の形状（圧縮方向からみた場合の平面形状）を、組み合わせ状態で圧粉体の最終形状に相似したものとしているので、本圧縮時の圧力を大幅に高くする必要がなく成形が容易となる。しかしながら、予圧粉体の形状はキャビティ内にセット可能であって、本圧縮により圧粉体の最終形状に成形される範囲であれば、ある程度ラフな形状であってかまわない。また、複数の予圧粉体を部位に応じて成形し、組み合わせて本圧縮するので、自動的に各部位の特性が求められるものとなる。
【００２６】
なお、上記第１〜第３の実施形態では、いずれも横断面が円形で、中心に孔を有する圧粉体を成形するものであり、その孔を形成するためのコアロッド（７，１７，２７）を圧縮方向に沿って立てているが、コアロッドを圧縮方向に対して直交してセットする形式の成形装置にも適用できる。また、圧縮する際には、通常、被圧縮体（この場合予圧粉体）が圧縮により摺動する金型（４，１４，２４）の内面に潤滑剤を塗布するが、本発明の場合は、予圧粉体をハンドリングできることにより、その予圧粉体の表面にに潤滑剤を塗布することができる。これは、金型によっては、その内面に潤滑剤を塗布する作業が困難な場合もあるので、作業上有利となる。さらに、第２および第３の実施形態では、圧粉体を焼結したときに、内周部と外周部とが互いに締まり合う寸法変化が生じる粉末材料を選択すると、接合強度が増大して好ましい。
【００２７】
なお、本発明は、複数の予圧粉体を組み合わせ、これを圧縮・成形して圧粉体を得る方法であり、上記第１〜第３の実施形態は、その方法および部材を具体化した例である。本発明により成形される部材は上記各実施形態に限定されるものでは勿論なく、いかなる圧粉体にも適用は可能である。そのような部材の例を、以下に説明する。
【００２８】
図１０（ａ）はリング状のバルブシートであり、図示せぬバルブフェースが密着する座面部３０と、その他の部分の主部３１とに分けられて予圧粉体が成形される。この場合、座面部３０が高い耐摩耗性を有するように予圧粉体が設定される。
図１０（ｂ）は回動自在に設けられるラチェット爪であり、爪部４０と、軸受部４１と、その他の部分の主部４２とに分けられて予圧粉体が成形される。この場合、爪部４０には高い耐摩耗性が要求され、また、軸受部に４１には潤滑油の保持機能を有するように多孔質が要求され、さらに主部４２には高い強度が要求される。したがって、これら部位となる各予圧粉体は、各特性を満足し得るよう設定される。
図１０（ｃ）は軸受であり、軸が摺動する内面部５０と、その他の部分の主部５１とに分けられて予圧粉体が成形される。この場合、内面部５０が高い耐摩耗性を有するように予圧粉体が設定される。
図１０（ｄ）はボールベアリングのレースであり、多数のボールが摺動する内面部６０と、これよりも外側の外面部６１とに分けられて予圧粉体が成形される。この場合、内面部６０が高い耐摩耗性を有するように予圧粉体が設定される。
図１０（ｅ）は板カムであり、高い圧力を受けるトップ部７０と、その他の部分のボトム部７１とに分けられて予圧粉体が成形される。この場合、トップ部７０が高い耐摩耗性を有するように予圧粉体が設定される。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、複数の予圧粉体をハンドリングが可能な密度に成形し、次いで、これら予圧粉体を押し型で圧縮して相互に接合させることにより所望の圧粉体を成形することを特徴とするから、特殊な金型を要することなく、かつ複雑な層構造の部材であっても容易に圧粉体を得ることのできるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る圧粉体の斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る予圧粉体の斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る圧粉体を成形する工程を順に示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る圧粉体の斜視図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る予圧粉体の斜視図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る圧粉体を成形する工程を順に示す断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る圧粉体の斜視図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る予圧粉体の斜視図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る圧粉体を成形する工程を順に示す断面図である。
【図１０】本発明を適用して成形することのできる部材の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１，１０，２０…圧粉体、
２ａ，３ａ，１１ａ，１２ａ，２１ａ，２２ａ…予圧粉体、
４，１４，２４…金型（成形型）、
５，１５，２５…上パンチ（押し型）、
６，１６，２６…下パンチ（押し型）、
８，１８，２８…キャビティ。
【図１】
0003617763.tif 000002
【図２】
0003617763.tif 000003
【図３】
0003617763.tif 000004
【図４】
0003617763.tif 000005
【図５】
0003617763.tif 000006
【図６】
0003617763.tif 000007
【図７】
0003617763.tif 000008
【図８】
0003617763.tif 000009
【図９】
0003617763.tif 000010
【図１０】
0003617763.tif 000011