(57)【要約】【課題】安価なスチーム処理を工夫して鉄系焼結部品の気密性を安定した液封性能が得られるところまで高められるようにすることを課題としている。【解決手段】焼結部品を５００℃〜５５０℃の温度下で蒸気雰囲気中に保持して当該部品の表面と組織の内部に存在する空孔の孔面に厚みの薄い鉄の酸化被膜を形成し、その後、前記焼結部品を５９０℃以上、好ましくは６４０℃以下の温度下で蒸気雰囲気中に保持して当該部品の表面と組織内空孔の孔面に形成されている鉄の酸化被膜を成長させて空孔を塞ぐようにした。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結部品を５００℃〜５５０℃の温度下で蒸気雰囲気中に保持して当該部品の表面と組織の内部に存在する空孔の孔面に厚みの薄い鉄の酸化被膜を形成し、その後、前記焼結部品を５９０℃以上の温度下で蒸気雰囲気中に保持して当該部品の表面と組織内空孔の孔面に形成されている鉄の酸化被膜を成長させて空孔を塞ぐ焼結部品の封孔処理方法。
【請求項２】
５００℃〜５５０℃の温度下で蒸気雰囲気中に保持する初回処理の処理時間を３時間以上、５９０℃以上の温度下で蒸気雰囲気中に保持する２回目処理の処理時間を１時間以上
とする請求項１に記載の焼結部品の封孔処理方法。
【請求項３】
２回目処理の温度の上限を６４０℃とする請求項１又は請求項２に記載の焼結部品の封孔処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スチーム処理によって焼結部品の気密性を安定した液封性能が得られるところまで高めることを可能にした焼結部品の封孔処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
気密性が要求される用途の焼結部品は、組織中に存在する微細空孔の封孔処理を行って出荷される。
【０００３】
その封孔処理は、鉄系焼結部品については、簡単な封孔処理として、焼結部品を蒸気雰囲気中に保持して表面と組織中の存在する空孔の孔面に鉄の酸化被膜を生じさせるスチーム処理での封孔も実施されているが、単純なスチーム処理による封孔では高い気密性が得られない。
【０００４】
そこで、高気密性が要求される場合には、焼結部品を真空引きし、この状態で、その焼結部品を加熱、溶融した樹脂に浸すことで空孔の内部まで樹脂を浸透させて孔を塞ぐ樹脂含浸処理法が一般的に用いられている。
【０００５】
なお、下記特許文献１は、スチーム処理による封孔を行った後に、酸化被膜が形成された表面に電着塗装被膜を設けることを提案しており、この方法でも気密性は高まると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２１８０１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
例えば、自動車エンジンの可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）に用いられる焼結カムプーリは、ＶＶＴ駆動用の油を内部に封入しており、その油が外部に浸み出すと、プーリに掛けたタイミングベルトが油を吸って膨潤する。
【０００８】
その不具合を防止するために樹脂含浸処理による封孔を行っているが、この方法では、含浸後の後処理として製品の表面の樹脂をショットピーニング処理などで剥がす必要があり、生産性の低下とコストアップが避けられない。
【０００９】
また、前記特許文献１に開示された方法での封孔は、表面に塗装被膜ができるため、表面が摺動面となるような部品には適さない。
【００１０】
この発明は、安価なスチーム処理を工夫して鉄系焼結部品の気密性を安定した液封性能が得られるところまで高められるようにすることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するため、この発明においては、スチーム処理による鉄系焼結部品封孔を２回に分けて温度を変えて行う。
具体的には、焼結部品を５００℃〜５５０℃の温度下で蒸気雰囲気中に保持して当該部品の表面と組織の内部に存在する空孔の孔面に、５μｍ以下（一般的には１〜３μｍ程度）の厚みの薄い鉄の酸化被膜を形成し、その後、前記焼結部品を５９０℃以上、好ましくは６４０℃以下の温度下で蒸気雰囲気中に保持して当該部品の表面と組織内空孔の孔面に形成されている鉄の酸化被膜を成長させて空孔を塞ぐ方法を採用する。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の封孔処理方法によれば、温度を異ならせた２回のスチーム処理によって焼結部品の表面だけでなく内部の奥深くまでＦｅ３Ｏ４膜が生成され、そのＦｅ３Ｏ４膜による空孔の閉塞が進行して鉄系焼結部品の気密性が高まる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の方法を適用する焼結部品の一例を示す端面図である。
【図２】二段スチーム処理の温度と時間の変化の説明図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）：この発明の方法で封孔処理した焼結部品の外径側断面の組織写真である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）：この発明の方法で封孔処理した焼結部品の大内径側断面の組織写真である。
【図５】部品の表面と空孔内面の酸化被膜を模式化して示す図である。
【図６】気密性評価試験の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明の焼結部品の封孔処理方法の実施の形態について説明する。
【００１５】
この発明の方法は、油やエアを封入する必要上気密性が要求される鉄系焼結部品、例えば、可変バルブタイミング機構用焼結カムプーリのハウジングや端面板、コンプレッサ用
焼結部品などを対象にしたものであって、焼結工程を経た部品を５００℃〜５５０℃の温度下で蒸気雰囲気中に保持して当該部品の表面と組織の内部に存在する空孔の孔面に厚みの薄い鉄の酸化被膜を形成し、その後、前記焼結部品を５９０℃以上、好ましくは６４０℃以下の温度下で蒸気雰囲気中に保持して当該部品の表面と組織内空孔の孔面に形成されている鉄の酸化被膜を成長させて空孔を塞ぐようにした。
【００１６】
この封孔処理方法によれば、初回のスチーム処理の温度を５００℃〜５５０℃にしたことによって鉄の酸化被膜（Ｆｅ３Ｏ４）がじっくりと成長して焼結部品の内部深くまで生成される。
【００１７】
また、初回処理よりも高温で実施する２回目のスチーム処理によって初回処理で表層近くの空孔の内面に生じているＦｅ３Ｏ４が成長して空孔を塞ぎ、さらに、焼結部品の表面にもＦｅＯとＦｅ３Ｏ４がしっかりと生成される。これにより、上述した可変バルブタイミング機構用焼結カムプーリなどについては実用に耐える液封性能が得られる。
【００１８】
初回スチーム処理の温度が５６０℃以上になると、焼結部品の表面に硬くて脆いＦｅＯ（ウスタイト）が速い速度で生成され、部品の内部におけるＦｅ３Ｏ４の成長が阻害されるが、この発明の方法では初回スチーム処理の温度が５６０℃以下であるので、その不具合が生じない。
【００１９】
その５００℃〜５５０℃の温度での初回スチーム処理の時間は、３時間以上が好ましい。通常のスチーム処理は、温度５００℃〜５６０℃、時間１０分〜１時間程度の条件で実施されているが、その通常処理よりも長い時間を掛けることで部品の奥深くまで内部空孔の表面にＦｅ３Ｏ４膜を生成することができる。
【００２０】
２回目のスチーム処理の温度は、５９０℃以上、好ましくは５９０℃〜６４０℃とする。処理温度の上限を６４０℃に抑えることで、過剰加熱による焼結部品のサイズ縮小などを防止することができる。その２回目のスチーム処理の温度は、酸化被膜の生成が早い速度でなされるので、１時間もあれば十分である。
【００２１】
初回処理よりも高温で実施するこの２回目のスチーム処理によって初回処理で表層近くの空孔の内面に生じているＦｅ３Ｏ４を成長させて空孔の封孔率を高め、さらに、焼結部品の表面にＦｅＯとＦｅ３Ｏ４をしっかりと生成することができる。
【００２２】
かかる２段階のスチーム処理を行うことで、コストを極端に高めずに実用に耐える気密性を得ることが可能になった。
【実施例】
【００２３】
Ｆｅ−２．０ｗｔ％Ｃｕ−０．８ｗｔ％Ｃの組成の原料粉末を用いて密度６．８ｇ／ｃｍ３の図１に示す形状の焼結部品１を製造した。その図１の焼結部品１は、可変バルブタイミング機構用焼結カムプーリのハウジングであり、外径Ｄ＝φ８３ｍｍ、大内径部直径ｄ＝φ７７ｍｍ、薄肉部厚みＴ＝３ｍｍである。
【００２４】
この焼結部品１に、処理炉を使用して以下の条件で封孔処理を施した。その処理は、大内径面１ｂのサイジングを行なった後に実施した。
・サンプルＡ・・・初回スチーム処理温度：５００℃、処理時間：３時間＋２回目スチーム処理温度：６００℃、処理時間：１時間（処理時間合計４時間）、炉内圧力：６００ｍｍＡｑ
・サンプルＢ・・・初回スチーム処理温度：５５０℃、処理時間：３時間＋２回目スチーム処理温度：６００℃、処理時間：１時間（処理時間合計４時間）炉内圧力：６００ｍｍＡｑ
・サンプルＣ・・・初回スチーム処理温度：５４０℃、処理時間：３時間＋２回目スチーム処理温度：５９０℃、処理時間：１時間（処理時間合計４時間）、炉内圧力：４００ｍｍＡｑ
・サンプルＤ・・・・初回スチーム処理温度：４９０℃、処理時間：３時間＋２回目スチーム処理温度：５９０℃、処理時間：１時間（処理時間合計４時間）、炉内圧力：４００ｍｍＡｑ
・サンプルＥ・・・・初回スチーム処理温度：６００℃、処理時間：１時間＋２回目スチーム処理温度：６００℃、処理時間：２時間（処理時間合計３時間）、炉内圧力：６００ｍｍＡｑ
・サンプルＦ・・・・初回スチーム処理温度：５００℃、処理時間：３時間＋２回目スチーム処理温度：５８０℃、処理時間：１時間（処理時間合計４時間）、炉内圧力：４００ｍｍＡｑ
・サンプルＧ・・・・スチーム処理温度：５００℃、処理時間：１時間、炉内圧力：４００ｍｍＡｑ、スチーム処理１回（通常のスチーム処理）
【００２５】
この処理での温度と時間の変化状態をイメージ化して図２に示す。この図２からわかるように、初回処理の終了後に同一処理チャンバー内で温度を上昇させて２回目のスチーム処理を実施した。
【００２６】
これらのサンプルを代表して、サンプルＢの断面の組織写真を図３、図４に示す。この組織写真は、製造した焼結部品のリング状薄肉部を図１のＸ−Ｘ線に沿った位置の断面を撮影したものである。
【００２７】
｛図３（ａ）｝は薄肉部の外径面１ａ（図１参照）部の写真、｛図３（ｂ）｝は外径面１ａから０．２ｍｍの深さ位置の写真、｛図３（ｃ）｝は外径面１ａから０．５ｍｍの深さ位置の写真、｛図３（ｄ）｝は外径面１ａから１．０ｍｍの深さ位置の写真である。
【００２８】
また、｛図４（ａ）｝は大内径面１ｂ（図１参照）から１．０ｍｍの深さ位置の写真、｛図４（ｂ）｝は大内径面１ｂから０．５ｍｍの深さ位置の写真、｛図４（ｃ）｝は大内径面１ｂから０．２ｍｍの深さ位置の写真、｛図４（ｄ）｝は大内径面１ｂの表面の写真である。
【００２９】
これらの組織写真において組織の白く見える部分は母材２、内部に黒く現われている箇所は空孔３、その空孔の周囲の灰色部分が鉄の酸化被膜４である。酸化被膜４は、外径面１ａと大内径面１ｂの表面にも形成されている。断面の組織写真が鮮明でないので、表面と空孔内面の酸化被膜を模式化して図５に示す。
【００３０】
上記サンプルＢの外径面１ａに形成された酸化被膜の厚みを測定しところ、膜厚ｔは約１０μｍであった。その膜厚は、部品のスチーム処理前後の外径を測定器で測定し、｛（処理後外径−処理前外径）÷２｝の式で求めた。
【００３１】
次に、スチームによる封孔処理を行った各サンプルＡ〜Ｇについて、気密性を評価した。その評価は、以下の方法で行った。
【００３２】
即ち、図６に示すように、プレート１０、１１とシールパッキン１２を用いて焼結部品１の両端を気密に塞ぎ、この部品を水に浸漬して部品の内部に窒素ガスを導入し、部品の外周部からのガスの漏れによる気泡の発生の有無を目視にて確認した。図６の１３はボルトナットであり、計４箇所でそのボルトナットによるプレートの締め付けを行った。
【００３３】
試験の条件は、ガス圧２ＭＰａ及び３ＭＰａ、ガス印加時間５分及び１０分とした。試験に供したサンプルＡ〜Ｆはいずれも２個とした。
この試験の結果を表１に示す。
【００３４】
【表１】
2014240518.tif 000002
【００３５】
この評価試験の結果から、この発明の方法によれば、従来、樹脂含浸に依存していた高気密性封孔を安価なスチーム処理で行うことができることがわかる。
【符号の説明】
【００３６】
１          焼結部品（可変バルブタイミング機構用焼結カムプーリのハウジング）
１ａ        外径面
１ｂ        大内径面
２          母材
３          空孔
４          酸化被膜
１０、１１  プレート
１２        シールパッキン
Ｔ          焼結部品の薄肉部の厚み
ｔ          部品表面に形成された酸化被膜の厚み
Ｄ          試作した焼結部品の外径
ｄ          試作した焼結部品の大内径部の直径
【図１】
2014240518.tif 000003
【図２】
2014240518.tif 000004
【図５】
2014240518.tif 000005
【図６】
2014240518.tif 000006
【図３】
2014240518.tif 000007
【図４】
2014240518.tif 000008