(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
結合相形成成分として、Ｎｉが０．１重量％以上、Ｃｕが０．１重量％以上の範囲であって、且つこれらの全量が３重量％以下であるとともに、ＮｉとＣｕとの比率が（２：１）〜（６：１）となるように含有し、残部が分散相形成成分としてのＷ及び不可避不純物からなる組成を有し、比重が１８．５〜１９．２となるように調整されたＷ基焼結合金によって形成されていることを特徴とする高比重高強度タングステン基焼結合金製ウェート。
【請求項２】
結合相形成成分として、Ｎｉが０．１重量％以上、Ｃｕが０．１重量％以上、Ｆｅが０．１〜１重量％の範囲であって、且つこれらの全量が３重量％以下であるとともに、（Ｎｉ＋Ｆｅ）とＣｕとの比率が（２：１）〜（６：１）となるように含有し、残部が分散相形成成分としてのＷ及び不可避不純物からなる組成を有し、比重が１８．５〜１９．２となるように調整されたＷ基焼結合金によって形成されていることを特徴とする高比重高強度タングステン基焼結合金製ウェート。
【請求項３】
結合相形成成分として、Ｎｉが０．１重量％以上、Ｃｕが０．１重量％以上、Ｆｅが０．１〜１重量％、Ｃｏが０．１〜１重量％の範囲であって、且つこれらの全量が３重量％以下であるとともに、（Ｎｉ＋Ｆｅ＋Ｃｏ）とＣｕとの比率が（２：１）〜（６：１）となるように含有し、残部が分散相形成成分としてのＷ及び不可避不純物からなる組成を有し、比重が１８．５〜１９．２となるように調整されたＷ基焼結合金によって形成されていることを特徴とする高比重高強度タングステン基焼結合金製ウェート。
【請求項４】
モータの回転軸に、加締めによって一体的に結合されるようになっていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の高比重高強度タングステン基焼結合金製ウェート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば携帯通信機器等における呼び出しのための振動発生用の偏心ウェートや、防振のためのバランスウェートや、その他の重りとしてのウェートなどに用いた場合に好適な高比重高強度タングステン基焼結合金製ウェートに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の偏心ウェートを構成するタングステン基焼結合金としては、Ｗ（タングステン）−Ｎｉ（ニッケル）−Ｃｕ（銅）、Ｗ−Ｎｉ−Ｆｅ（鉄）、Ｗ−Ｎｉ−Ｍｏ（モリブデン）−Ｆｅ、Ｗ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｃｏ（コバルト）合金等のものが知られている。このタングステン基焼結合金で所定の形状のものを製造するには、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｕ等の粉末を押型で圧縮成形し、これによって得られた圧粉体を加熱焼結することによって行うことになる。このため、ウェートとしての所望の形状を容易に得ることができるという利点がある。しかし、焼結性を確保するために、Ｗ成分以外のＮｉ、Ｃｕ等の低融点結合相形成成分を５重量％以上にする必要があることから、１８．５以上の比重のウェートを製造することができなかった。
【０００３】
一方、タングステン基焼結合金としては、例えば電球のフィラメントのように、Ｗをほぼ１００重量％含むものも知られている。従って、このようなタングステン基焼結合金であれば、比重を１８．５以上にすることが可能である。しかし、このタングステン基焼結合金で所定の形状のものを製造するには、Ｗの粉末を押型で圧縮成形して、細長い角棒状の圧粉体を成形し、その両端に大電流を通じて、融点（３３７０℃）の少し下の温度（２８００℃）の高温で焼結して棒状の焼結体を形成してから、１７００〜１８００℃の高温で鍛造しなければならない。従って、線状のものを製造するにはよいが、ウェートとして要求される複雑形状のものや、精度の高いもの等を量産規模的に製造することは事実上不可能であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このため、タングステン基焼結合金製のウェートとしては、Ｗ−Ｎｉ−Ｃｕ系の焼結合金製のものが使用されてきたが、上述のようにＷ成分以外のＮｉ、Ｃｕ等の結合相形成成分が５重量％以上であるため、１８．５以上の比重のものが得られず、よって今まで以上に小型化するのが難しいという問題があった。
そこで、今までの既成概念にとらわれることなく、Ｗ成分以外のＮｉ、Ｃｕ等の結合相形成成分を５重量％以下にすべく、鋭意研究を重ねた結果、結合相形成成分を３重量％以下にした場合でも、ＮｉとＣｕとの相対的比率を適正に設定することによって緻密化と焼結性を確保して、高強度のものを得ることができるという知見を得た。
【０００５】
この発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、残留空孔の低減とＷ成分の含有量を向上させることに伴う高比重化によりさらなる小型化を図ることができる高比重高強度タングステン基焼結合金製ウェートを提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、結合相形成成分として、Ｎｉが０．１重量％以上、Ｃｕが０．１重量％以上の範囲であって、且つこれらの全量が３重量％以下であるとともに、ＮｉとＣｕとの比率が（２：１）〜（６：１）となるように含有し、残部が分散相形成成分としてのＷ及び不可避不純物からなる組成を有し、比重が１８．５〜１９．２となるように調整されたＷ基焼結合金によって形成されていることを特徴としている。
【０００７】
請求項２記載の発明は、結合相形成成分として、Ｎｉが０．１重量％以上、Ｃｕが０．１重量％以上、Ｆｅが０．１〜１重量％の範囲であって、且つこれらの全量が３重量％以下であるとともに、（Ｎｉ＋Ｆｅ）とＣｕとの比率が（２：１）〜（６：１）となるように含有し、残部が分散相形成成分としてのＷ及び不可避不純物からなる組成を有し、比重が１８．５〜１９．２となるように調整されたＷ基焼結合金によって形成されていることを特徴としている。
【０００８】
請求項３記載の発明は、結合相形成成分として、Ｎｉが０．１重量％以上、Ｃｕが０．１重量％以上、Ｆｅが０．１〜１重量％、Ｃｏが０．１〜１重量％の範囲であって、且つこれらの全量が３重量％以下であるとともに、（Ｎｉ＋Ｆｅ＋Ｃｏ）とＣｕとの比率が（２：１）〜（６：１）となるように含有し、残部が分散相形成成分としてのＷ及び不可避不純物からなる組成を有し、比重が１８．５〜１９．２となるように調整されたＷ基焼結合金によって形成されていることを特徴としている。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の発明において、モータの回転軸に、加締めによって一体的に結合されるようになっていることを特徴としている。
【００１０】
上記のように構成された請求項１ないし４に記載の発明においては、結合相形成成分としてのＮｉを０．１重量％以上、Ｃｕを０．１重量％以上の範囲で含有させ、また他の結合相形成成分を含めた結合相形成成分の全量を３重量％以下となるようにしているので、結局、Ｗの含有量を９７重量％超にすることができる。従って、比重を１８．５〜１９．２にすることができる。
【００１１】
上記Ｎｉ成分は、Ｗ粉末の焼結に必要な液相を提供し、且つＷの粒界拡散係数を向上させるための必要不可欠な結合相形成成分である。そして、このＮｉ成分を０．１重量％以上の範囲に限定しているのは、０．１重量％未満ではＷ焼結合金の緻密化が起きず、所定の高比重が得られないばかりでなく、残留空孔の存在によって強度が極端に低下してしまうことになるためである。
【００１２】
上記Ｃｕ成分は、Ｗ粉末の焼結に必要な比較的融点の低い液相を提供し、且つＮｉ−Ｃｕ合金の固溶体を形成することによって焼結性の促進と強度の向上に寄与する結合相形成成分である。そして、このＣｕ成分を０．１重量％以上の範囲に限定したのは、０．１重量％未満では低温における焼結性の向上の効果が全く見られないためである。
また、ＮｉとＣｕの合計が３重量％超では比重の低下を招くことになるためである。
【００１３】
また、ＮｉとＣｕとの相対的比率は、焼結過程におけるＮｉ−Ｃｕの結合相中へのＷの固溶限及び液相の発生速度に影響することになる。すなわち、ＮｉとＣｕとの比率を（２：１）〜（６：１）にすることによって、各Ｗ粒子間にＮｉ−Ｃｕ液相が適正な速度で流入して空孔が無くなるとともに、各Ｗ粒子が溶解−再析出過程において成長して再配列することにより、緻密化が急激に進むことになる。つまり、ＮｉとＣｕと比率は、残留空孔の量に影響し、比重や強度に影響を及ぼすことになる。また、換言すれば、合金の緻密化過程がＮｉとＣｕとの比率に依存することになる。したがって、ＮｉとＣｕとの比率を上記のような適正な比率に設定することにより、緻密化が促進し、この緻密化に伴って強度が増加するとともに、靱性も向上することになる。ただし、ＮｉとＣｕとの比率（２：１）において、Ｎｉの比率を２未満にすると、焼結の際の緻密化が進まず、高比重化が得られなくなる。一方、ＮｉとＣｕとの比率（６：１）おいて、Ｎｉの比率を６超にすると、強度の低下を招くことになる。
【００１４】
以上の結果、１８．５〜１９．２の高比重と、高強度とを得ることができるので、さらなる小型化を図ることができる。そして、このように構成された高比重高強度タングステン基焼結合金製ウェートは、例えば携帯電話の振動モータに偏心ウェートとして取り付けることにより、当該携帯電話の軽薄短小化を図ることができるとともに、より強力な振動量によって着信があったことを知らせることができる。
【００１５】
なお、上記ＮｉとＣｕとの比率については、焼結の際の緻密化を促進させ、かつ強度の低下を防止する上で、（２．５：１）〜（５：１）の範囲に設定することがより望ましい。
【００１６】
請求項２に記載の発明においては、請求項１に記載の発明に対して更にＦｅを０．１〜１重量％の範囲で含有しているので、強度の向上を図ることができる。即ち、Ｆｅ成分は、Ｎｉ成分に固溶することによってその結合相の強度の向上を図ることができる。Ｆｅ成分を０．１〜１重量％の範囲に限定したのは、０．１重量％未満では強度向上の効果が全く見られず、一方、１重量％を超えると、延性の低下を招くことになるからである。
【００１７】
請求項３に記載の発明においては、請求項１または２に記載の発明に対して更にＣｏを０．１〜１重量％の範囲で含有しているので、強度の向上を図ることができる。即ち、Ｃｏ成分は、液相状態でＷ粒子との濡れ性が良いため、Ｎｉ結合相形成成分の補助成分として添加することにより、焼結促進と強度の向上を図ることができる。そして、このＣｏ成分をＣｏ：０．１〜１重量％の範囲に限定したのは、０．１重量％未満では、強度を向上させる効果が見られず、一方、１重量％超になると、延性の著しい低下を招くためである。
【００１８】
請求項４に記載の発明においては、モータの回転軸に、加締めによって一体的に結合されるようになっているので、当該回転軸に、結合のための種々の手段を設けることなく簡単に固定することができる。即ち、高比重、高強度に加えて十分な延性を有することから、加締めによるだけで回転軸に強固に固定することができる。従って、加締め後に、回転軸に対して回転方向にずれたり、軸方向にずれたりするのを防止することができる。そして、高比重化の達成によって、極めて小さな偏心ウェートとして利用することができるので、例えば携帯通信機器に使用することによって、この携帯通信機器の軽薄短小化を促進することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、高比重高強度タングステン基焼結合金製ウェート（以下、「ウェート」という）の製造プロセスを示すフロー図であり、図２は振動モータ（以下、「モータ」という）の回転軸にウェートを加締めにより結合した状態を示す図である。
【００２０】
図１の製造プロセスで製造されるウェートは、結合相形成成分として、Ｎｉを０．１重量％以上、Ｃｕを０．１重量％以上、Ｆｅを０．１〜１重量％、Ｃｏを０．１〜１．０重量％の範囲であって、且つこれらの全量が３重量％以下であるとともに、（Ｎｉ＋Ｆｅ＋Ｃｏ）とＣｕとの比率が（２：１）〜（６：１）となるように含有し、残部が分散相形成成分としてのＷ及び不可避不純物からなる組成を有し、比重が１８．５〜１９．２となるように調整されたＷ基焼結合金によるものである。
【００２１】
上記Ｗは、適正な成形性及び焼結性を得るため、平均粒径が０．５〜５μｍの粉末を用いている。Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅ及びＣｏについても、Ｗと同程度の平均粒径の粉末を用いている。
【００２２】
ここで、Ｎｉ成分は、Ｗ粉末の焼結に必要な液相を提供し、且つＷの粒界拡散係数を向上させるための必要不可欠な結合相形成成分である。そして、このＮｉ成分を上記のような範囲に規定しているのは、０．１重量％未満ではＷ焼結合金の緻密化が起きず、所定の高比重が得られないばかりでなく、残留空孔の存在によって強度は極端に低下してしまうことになるためである。
【００２３】
Ｃｕ成分は、Ｗ粉末の焼結に必要な比較的融点の低い液相を提供し、且つＮｉ−Ｃｕ合金の固溶体を形成することによって焼結性の促進と強度の向上に寄与する結合相形成成分である。そして、このＣｕ成分を上記のような範囲に規定しているのは、０．１重量％未満では低温における焼結性の向上の効果が全く見られないためである。
また、ＮｉとＣｕの合計が３重量％超では比重の低下を招くことになるためである。
【００２４】
また、ＮｉとＣｕとの相対的比率は、焼結過程におけるＮｉ−Ｃｕの結合相中へのＷの固溶限及び液相の発生速度に影響することになる。すなわち、ＮｉとＣｕとの比率を（２：１）〜（６：１）にすることによって、各Ｗ粒子間にＮｉ−Ｃｕ液相が適正な速度で流入して空孔が無くなるとともに、各Ｗ粒子が溶解−再析出過程において成長して再配列することにより、緻密化が急激に進むことになる。つまり、ＮｉとＣｕと比率は、残留空孔の量に影響し、比重や強度に影響を及ぼすことになる。また、換言すれば、合金の緻密化過程がＮｉとＣｕとの比率に依存することとなる。したがって、ＮｉとＣｕとの比率を上記のような適正な比率に設定することにより、緻密化が促進し、この緻密化に伴って強度が増加するとともに、靱性も向上することになる。ただし、上記比率（２：１）において、Ｎｉの比率を２未満にすると、焼結の際の緻密化が進まず、高比重化が得られなくなる。一方、上記比率（６：１）おいて、Ｎｉの比率を６超にすると、強度の低下を招くことになる。
【００２５】
上記Ｆｅ成分は、Ｎｉ成分に固溶することによってその結合相の強度の向上を図ることができる。このＦｅ成分は、０．１重量％未満では強度向上の効果が全く見られず、１重量％を超えると、延性の低下を招くことになる。
【００２６】
上記Ｃｏ成分は、液相状態でＷ粒子との濡れ性が良いため、Ｎｉ結合相形成成分の補助成分として添加することにより、焼結促進と強度の向上を図ることができる。このＣｏ成分は、０．１重量％未満では、強度を向上させる効果が少なく、１重量％超になると、延性の著しい低下を招くことになる。
【００２７】
以上の結果、１８．５〜１９．２の高比重と、高強度とを得ることができるので、さらなる小型化を図ることができる。そして、このように構成された高比重高強度タングステン基焼結合金製ウェートは、例えば携帯電話の振動モータに偏心ウェートとして取り付けることにより、当該携帯電話の軽薄短小化を図ることができるとともに、より強力な振動量によって着信があったことを知らせることができる。
【００２８】
なお、上記ＮｉとＣｕとの比率については、焼結の際の緻密化を促進させ、かつ強度の低下を防止する上で、（２．５：１）〜（５：１）の範囲に設定することがより望ましい。
【００２９】
次に、上記成分のウェートについての製造方法について図１を参照しながら説明する。
まず、Ｗ粉末、Ｎｉ粉末、Ｃｕ粉末、Ｆｅ粉末、Ｃｏ粉末を上述した成分範囲となるように配合して原料を作る（ＳＰ１）。そして、この原料をボールミルに投入し、アセトン等の有機溶媒を用いて４８時間の湿式混合を行う（ＳＰ２）。これにより、各成分の粉砕、混合が十分に行われることになり、各粉末成分がＷ粉末に均一に分散された状態になる。
【００３０】
その後、上記原料を押型に充填して、１９６０×１０5 Ｐａ（２０００ｋｇ／ｃｍ2 ）の圧力で成形する（ＳＰ３）。これにより、図２に示すような形状（但し、加締め部１４ｃが形成されてない形状）の圧粉体が得られる。
【００３１】
次に、上記圧粉体を９００℃の温度の水素雰囲気中で３時間予備焼結を行った（ＳＰ４）後、１４００〜１５５０℃の温度の水素雰囲気中で１時間本焼結を行う（ＳＰ５）ことにより、図２に示すウェート１０（但し、加締め部１４ｃが形成されてないもの）が完成する。このウェートについては、比重、抗折強度（×１０7 Ｐａ（ｋｇｆ／ｍｍ2 ））等についての品質の評価が行われた（ＳＰ６）後に、完成品として取り扱われることになる。
【００３２】
図２に示すウェート１０は、携帯電話（携帯通信機器）に組み込まれたモータに取り付けられる振動発生用の偏心ウェートとして構成されたものであり、円弧半径が数ｍｍの横断面略扇型状に成形され、その扇状部分全体が偏心荷重部１１となっている。この偏心荷重部１１の扇状を描く外周円弧の中心部には、例えば、ＳＵＳ４２０などのステンレス製のモータの回転軸１２が嵌まり込む溝部１３が形成されている。また、この溝部１３の両側には、偏心荷重部１１から膨出して溝部１３の両側縁部を形成する側壁１４が一体に形成されている。
【００３３】
そして、上記ウェート１０は、側壁１４の先端部端面１４ａのうち、軸線方向の両端部を残した中央部分において、側壁１４の外周側部分１４ｂを残した溝部１３側の加締め部１４ｃが、直方体状の加締めパンチ（図示せず）によって溝部１３の開口１５側から底側に向けて凹状に加締め変形させられることにより、回転軸１２に一体的に結合されるようになっている。
【００３４】
上記のように構成されたウェート１０によれば、結合相形成成分としてのＮｉを０．１重量％以上及びＣｕを０．１重量％以上の範囲で含有させ、且つ他の結合相形成成分を含めた結合相形成成分の全量を３重量％以下となるようにしているので、結局、Ｗの含有量を９７重量％超にすることができる。そして、上述したＮｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｏの結合相形成成分によって、緻密化を図ることができるので、１８．５〜１９．２の高比重と、高強度とを得ることができる。したがって、従来にない小型のものを得ることができる。
【００３５】
この結果、携帯電話の更なる軽薄短小化の要求に応えることができると共に、その着信を強力な振動量によって確実に知らせることができる。
【００３６】
また、モータの回転軸１２に、加締めによって一体的に結合されるようになっているので、当該回転軸１２に対して、結合のための種々の手段を設けることなく簡単に固定することができる。即ち、高強度で、且つ十分な延性を有することから、加締めによるだけで回転軸に強固且つ確実に固定することができる。従って、回転軸１２に対して回転方向にずれたり、軸方向にずれたりするのを確実に防止することができる。
【００３７】
【実施例】
次に、この発明の実施例について、表１および表２を参照して説明する。表１および表２は、本焼結を行った後の各タングステン基焼結合金の試験結果を示したものである。この試験は、比較例１〜３、実施例１〜２９のものについて行った。
【００３８】
（成分組成について)
原料粉末として、いずれも２〜５μｍの範囲内の平均粒径を有するＷ粉末、Ｎｉ粉末、Ｃｕ粉末、Ｆｅ粉末およびＣｏ粉末を用意し、これらの原料粉末を表１に示す成分組成に配合した。
【００３９】
（試験方法）
試験は、比較例１〜３、実施例１〜２９のそれぞれについて供試体を作製して行った。
粉砕、混合、成形、予備焼結、本焼結については、上述したＳＰ２〜ＳＰ５の通りである。また、本焼結（ＳＰ５）の温度は１４６０℃に設定した。
評価は、比重、抗折強度、加締めの可否によって行った。
【００４０】
（考察）
表１、２に示される結果から、本発明の高比重Ｗ基焼結合金製ウェートの実施例１〜２９は、何れも結合相の合計全量が３重量％以下であるにもかかわらず、ＮｉとＣｕとの適正な比率で組み合わされていることに起因して、１４００〜１５５０℃の焼結における焼結体の比重は、１８．５〜１９．２の範囲にある高比重の結果が得られており、且つ加締めによるシャフトへの固定に必要な充分な強度及び延性を有していることから、例えば携帯電話の軽薄短小化の要求に満足に対応できる振動モータの高比重高強度Ｗ基焼結合金製偏心ウェートを提供することができる。
【００４１】
【表１】
0003644499.tif 000002
【００４２】
【表２】
0003644499.tif 000003
【００４３】
なお、上記ウェート１０を、モータの回転軸１２に結合するように構成したが、このウェート１０は、例えば往復運動をするアクチュエータの軸や、その他の回転運動や往復運動をする軸に加締めにより結合するように構成してもよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし４記載の発明によれば、
上記のように構成された請求項１ないし４に記載の発明においては、結合相形成成分としてのＮｉを０．１重量％以上、Ｃｕを０．１重量％以上の範囲で含有させ、また他の結合相形成成分を含めた結合相形成成分の全量を３重量％以下となるようにしているので、結局、Ｗの含有量を９７重量％超にすることができる。従って、比重を１８．５〜１９．２にすることができる。
【００４５】
また、ＮｉとＣｕとの比率を（２：１）〜（６：１）にすることによって、緻密化による強度の向上と、延性の向上を図ることができる。
【００４６】
以上の結果、１８．５〜１９．２の高比重と、高強度とを得ることができるので、さらなる小型化を図ることができる。
【００４７】
請求項２に記載の発明においては、請求項１に記載の発明に対して更にＦｅを０．１〜１重量％の範囲で含有しているので、強度の向上を図ることができる。
【００４８】
請求項３に記載の発明においては、請求項１または２に記載の発明に対して更にＣｏを０．１〜１重量％の範囲で含有しているので、強度の向上を図ることができる。
【００４９】
請求項４に記載の発明においては、モータの回転軸に、加締めによって一体的に結合されるようになっているので、当該回転軸に、結合のための種々の手段を設けることなく簡単に固定することができる。即ち、高比重、高強度に加えて十分な延性を有することから、加締めによるだけで回転軸に強固に固定することができる。従って、加締め後に、回転軸に対して回転方向にずれたり、軸方向にずれたりするのを防止することができる。そして、高比重化の達成によって、極めて小さな偏心ウェートとして利用することができるので、例えば携帯通信機器に使用することによって、この携帯通信機器の軽薄短小化を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態として示した高比重高強度タングステン基焼結合金製ウェートの製造プロセスのフロー図である。
【図２】同高比重高強度タングステン基焼結合金製ウェートを電動モータの回転軸に加締めにより結合した状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０  ウェート（高比重高強度タングステン基焼結合金製ウェート）
【図１】
0003644499.tif 000004
【図２】
0003644499.tif 000005