(57)【要約】  本願発明は、粉末冶金において金型又はテーブル上での充填率の向上を図ることができる冶金用粉末を得ることを目的とする。  本願発明の冶金用粉末は、複数の一次粒子（２）をバインダ（３）で結合させた複数の二次粒子（１）を備える冶金用粉末であって、複数の一次粒子（２）は、互いに形状が異なる第１の一次粒子（２ａ）と第２の一次粒子（２ｂ）とを含み、第１の一次粒子（２ａ）同士の間隙に第２の一次粒子（２ｂ）が入り込んでいること、複数の一次粒子（２）は、粒度分布において粒径のピークが互いに異なる第１の一次粉末（２ｃ）と第２の一次粉末（２ｄ）を含むこと、又は複数の二次粒子（１）は、粒度分布において粒径のピークが互いに異なる第１の二次粒子（１ａ）と第２の二次粒子（１ｂ）を含むことのいずれかを有することを特徴とする。
2018123052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の一次粒子をバインダで結合させた複数の二次粒子を備える冶金用粉末であって、  前記複数の一次粒子は、互いに形状の異なる第１の一次粒子と第２の一次粒子とを含み、  複数の前記第１の一次粒子同士の間隙に前記第２の一次粒子が入り込んでいることを特徴とする冶金用粉末。
【請求項２】
複数の一次粒子をバインダで結合させた複数の二次粒子を備える冶金用粉末であって、  前記複数の一次粒子は、粒度分布において粒径のピークが互いに異なる第１の一次粒子と第２の一次粒子とを含むことを特徴とする冶金用粉末。
【請求項３】
前記第１の一次粒子と前記第２の一次粒子とが異なる材質であることを特徴とする請求項１または２に記載の冶金用粉末。
【請求項４】
複数の一次粒子をバインダで結合させた複数の二次粒子を備える冶金用粉末であって、  前記複数の二次粒子は、粒度分布において粒径のピークが互いに異なる第１の二次粒子と第２の二次粒子とを含むことを特徴とする冶金用粉末。
【請求項５】
前記第１の二次粒子に含まれる前記複数の一次粒子と、前記第２の二次粒子に含まれる前記複数の一次粒子とが異なる材質であることを特徴とする請求項４に記載の冶金用粉末。
【請求項６】
前記複数の一次粒子は、金属、セラミックおよびサーメットの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の冶金用粉末。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の冶金用粉末を用いた成形品の製造方法であって、  前記冶金用粉末を金型に充填するステップと、  前記金型に充填された前記冶金用粉末を圧縮するステップと、  前記金型に充填された前記冶金用粉末を焼結させて成形品とするステップと、  前記成形品を金型から取り出すステップと、を備えることを特徴とする成形品の製造方法。
【請求項８】
請求項１から６のいずれか１項に記載の冶金用粉末を用いた成形品の製造方法であって、  テーブル上に前記冶金用粉末を敷き詰めるステップと、  前記テーブル上の冶金用粉末の一部にレーザ光を照射または結合剤を噴射するステップと、  前記レーザ光が照射または前記結合剤が噴射された前記冶金用粉末上にさらに冶金用粉末を敷き詰める工程と、  さらに敷き詰められた前記冶金用粉末の一部にレーザ光を照射または結合剤を噴射するステップと、を備えることを特徴とする成形品の製造方法。
【請求項９】
請求項１から６のいずれか１項に記載の冶金用粉末を用いた成形品の製造方法であって、  テーブル上にレーザ光を照射するステップと、  前記レーザ光が照射されている箇所に向けて前記冶金用粉末を噴射するステップと、  前記レーザ光が照射される位置および前記冶金用粉末が噴射される位置を連動して移動させるステップと、を備えることを特徴とする成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、複数の一次粒子を結合剤であるバインダで結合させた複数の二次粒子を備える冶金用粉末およびその冶金用粉末を用いた成形品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  成形品を製造する方法には、粉末を固めて成形品を製造する粉末冶金法がある。粉末冶金法には、粉末を金型に充填し、成形機で圧縮成形した後、焼結を行うことで成形品を製造する金型プレス成形法がある。【０００３】  また、粉末冶金法には、粉末積層造形法がある。粉末積層造形法の方式には、粉末床溶融方式および結合剤噴射方式が例示される。粉末床溶融方式は、テーブル上に敷き詰められた粉末に向けて、レーザまたは電子ビームの照射を繰り返して粉末を焼結または溶融させて成形品を製造する方式である。結合剤噴射方式は、テーブル上に敷き詰められた粉末に向けて結合剤の噴射を繰り返して粉末を結合させて成形品を製造する方式である。【０００４】  ここで、金型プレス成形法では、金型に充填された粉末の充填率が高いことが求められる。また、粉末床溶融方式および結合剤噴射方式に例示される粉末積層造形法でも、テーブル上に敷き詰められた粉末の充填率が高いことが求められる。粉末の充填率を向上するためには、粉末の流動性を高めることが重要となる。【０００５】  また、粉末積層造形法の方式には、指向性エネルギー方式も例示される。指向性エネルギー方式は、熱源であるレーザまたはアークを照射した箇所に粉末を噴射して、照射箇所で粉末を溶融凝固させて成形品を製造する方式である。指向性エネルギー方式に例示される粉末積層造形法でも、噴射される粉末が通過する流路での目詰まりを防ぐために、粉末の流動性が高いことが重要となる。【０００６】  特許文献１では、間隙を設けて一次粒子を三次元的に結合した二次粒子が、粉末冶金法に用いられる粉末に用いられている。特許文献１では、一次粒子を結合した二次粒子を用いることで、一次粒子よりも粒径を大きくして、粉末の流動性の向上が図られている。なお、粉末冶金法で用いられる粉末には、金属の粉末に加えて、非金属の粉末も挙げられる。粉末冶金法で用いられる非金属の粉末には、セラミックの粉末が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２０１５／１９４６７８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  しかしながら、特許文献１に開示された粉末では、流動性の向上によって二次粒子間の間隙が縮小されて二次粒子の充填率は向上されるものの、一次粒子の間に設けられた間隙によって金型に充填された粉末全体における一次粒子の充填率またはテーブル上に敷き詰められた粉末全体における一次粒子の充填率が低下してしまう場合がある。【０００９】  本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、粉末冶金において金型またはテーブル上での充填率の向上を図ることのできる冶金用粉末を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数の一次粒子をバインダで結合させた複数の二次粒子を備える冶金用粉末であって、複数の一次粒子は、互いに形状の異なる第１の一次粒子と第２の一次粒子とを含み、第１の一次粒子同士の間隙に第２の一次粒子が入り込んでいることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】  本発明にかかる冶金用粉末は、粉末冶金において金型またはテーブル上での冶金用粉末の充填率の向上を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる冶金用粉末に用いられる二次粒子と、その二次粒子に含まれる一次粒子の形状と流動性の関係を示す図
【図２】実施の形態１にかかる冶金用粉末に用いられる二次粒子を示す図
【図３】比較例にかかる二次粒子を示す図
【図４】実施の形態１の変形例１にかかる冶金用粉末に用いられる二次粒子と、その二次粒子に含まれる一次粒子の形状と流動性の関係を示す図
【図５】実施の形態１の変形例１にかかる冶金用粉末に用いられる二次粒子を示す図
【図６】実施の形態１の変形例２にかかる冶金用粉末に用いられる二次粒子を示す図
【図７】実施の形態１の変形例２における第１の一次粒子と第２の一次粒子の粒度分布を示す図
【図８】実施の形態１の変形例３にかかる冶金用粉末に用いられる二次粒子を充填した状態を示す図
【図９】実施の形態１の変形例３における第１の二次粒子と第２の二次粒子の粒度分布を示す図
【図１０】実施の形態１にかかる冶金用粉末を用いて金型プレス成形法によって成形品を製造する手順を説明するフローチャート
【図１１】実施の形態１にかかる冶金用粉末を用いて成形品を製造する粉末床溶融方式の粉末積層造形装置の概略構成を示す図
【図１２】実施の形態１にかかる冶金用粉末および粉末床溶融方式の粉末積層造形装置を用いて粉末積層造形法によって成形品を製造する手順を説明するフローチャート
【図１３】実施の形態１にかかる冶金用粉末を用いて成形品を製造する指向性エネルギー方式の粉末積層造形装置の概略構成を示す図
【図１４】実施の形態１にかかる冶金用粉末および指向性エネルギー方式の粉末積層造形装置を用いて粉末積層造形法によって成形品を製造する手順を説明するフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１３】  以下に、本発明の実施の形態にかかる冶金用粉末およびその冶金用粉末を用いた成形品の製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】実施の形態１．  本実施の形態１では、複数の一次粒子をバインダで結合させた複数の二次粒子が、粉末冶金に用いられる冶金用粉末となる。まず、冶金用粉末に用いられる一次粒子について説明する。
【００１５】  図１は、本発明の実施の形態１にかかる冶金用粉末に用いられる二次粒子と、その二次粒子に含まれる一次粒子の形状と流動性との関係を示す図である。一次粒子の材質には、金属、セラミックまたはサーメットが用いられる。
【００１６】  一次粒子には、図１に示すように、球形、楕円形、角形、フレーク形状といった様々な形状のものがある。なお、ここでいう楕円形、角形は、一次粒子の断面形状を示したものであり、一次粒子自体は立体形状である。
【００１７】  形状が球形である一次粒子は、その大きさに関わらず高い流動性を発揮する。したがって、一次粒子のまま冶金用粉末に用いても、金型への充填率の向上を図ることができる。ここで、球形の一次粒子は、プラズマアトマイズ法およびガスアトマイズ法によって製造することができる。しかしながら、プラズマアトマイズ法およびガスアトマイズ法による一次粒子の製造は、製造コストが高くなってしまう。
【００１８】  一方、楕円形、角形およびフレーク形状の一次粒子、すなわち非球形の一次粒子は、プラズマアトマイズ法およびガスアトマイズ法に比べて製造コストを低く抑えることができる水アトマイズ法または粉砕によって製造することができる。しかしながら、非球形の一次粒子は、球形の一次粒子に比べて流動性が低くなる。そのため、一次粒子のまま冶金用粉末として用いた場合、金型への充填率が低くなり、成形品の品質の低下を招くおそれがある。
【００１９】  なお、粉末の流動性の評価方法には安息角の大小が挙げられる。安息角は、粉体を落下させて積み上げた際に、崩れずに安定が保たれた状態で粉体の山の斜面と水平面とがなす角度のことである。安息角が小さいほど、流動性が高くなる。
【００２０】  次に、一次粒子を結合させて得られる二次粒子について説明する。本実施の形態１では、非球形の一次粒子を結合させて二次粒子を得て、この二次粒子を冶金用粉末とする。図２は、実施の形態１にかかる冶金用粉末に用いられる二次粒子を示す図である。図２に示すように、本実施の形態１にかかる冶金用粉末は、複数の一次粒子２をバインダ３で結合させて、球形または球形に近い形状に成形した二次粒子１である。なお、１個の二次粒子１には、３個以上の一次粒子２が含まれるものとする。バインダ３には、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドンが挙げられる。また、図２では、非球形の一次粒子２に角形の一次粒子２を用いた例を示したが、これに限られず、楕円形またはフレーク形状の一次粒子２を用いてもよいし、他の形状の一次粒子２を用いてもよい。
【００２１】  二次粒子１では、一次粒子２同士の間隙が最小となるように、複数の一次粒子２同士が結合されている。以下の説明において、間隙が最小となるように複数の一次粒子２同士が結合された状態を、最密充填状態ともいう。また、最密充填状態とは、二次粒子１の単位体積当たりに占める一次粒子２の割合が最も大きい状態とも換言できる。一次粒子２同士が最密充填状態で結合されることで、二次粒子１が球形になりやすくなる。一次粒子２同士を結合させる方法には、回転する容器の内部で造粒する転動造粒法、気流中に材料を噴霧して造粒する噴霧造粒法が挙げられる。
【００２２】  図３は、比較例にかかる二次粒子を示す図である。比較例にかかる二次粒子５１では、非球形の複数の一次粒子５２がバインダ３で結合されているが、一次粒子５２間の間隙は最密充填状態よりも大きくなっている。比較例にかかる二次粒子５１では、二次粒子５１自体の充填率を高めても、一次粒子５２間の間隙によって、一次粒子５２の充填率が低下してしまう場合がある。また、間隙が大きいため、一次粒子５２の配列がばらついた状態となり、二次粒子５１が球形になりにくい。
【００２３】  一方、本実施の形態１にかかる冶金用粉末である二次粒子１では、最密充填状態で一次粒子２同士が結合されているため、粉末冶金において一次粒子２の充填率の向上を図ることができる。これにより、粉末冶金によって製造される成形品の品質の向上を図ることができる。
【００２４】  また、二次粒子１が球形または球形に近い形状に成形されているので、図１にも示すように、二次粒子１の流動性の向上を図ることができる。したがって、粉末冶金において二次粒子１の充填率の向上を図ることができる。
【００２５】  また、二次粒子１に含まれる一次粒子２に非球形のものを用いても、二次粒子１が球形または球形に近い形状に成形されるので、冶金用粉末である二次粒子１の流動性の向上が図られる。したがって、球形の一次粒子２を用いるよりも、製造コストが抑えられる非球形の一次粒子２を用いて冶金用粉末を製造することができ、冶金用粉末の製造コストを抑えることができる。また、一次粒子２の形状および大きさに関わらず、二次粒子１を球形または球形に近い形状として流動性の向上を図ることができるので、一次粒子２に用いられる粉末の選択の自由度が高まる。これにより、形状および大きさの面から、よりコストの低い一次粒子２を採用することが可能となり、冶金用粉末の製造コストをより一層抑えることができる。
【００２６】  また、複数の一次粒子２を結合して二次粒子１とすることで、冶金用粉末である二次粒子１の粒径を大きくすることができる。これにより、粒径の小さな一次粒子２をそのまま冶金用粉末に用いる場合よりも、粉末冶金を行う際の安全性の向上を図ることができる。なお、一次粒子２に帯電防止剤を付与しておくことで、二次粒子１を形成する際の安全性の向上も図ることができる。
【００２７】  また、二次粒子１に含まれる一次粒子２の数を異ならせることで、二次粒子１の大きさが変更可能となる。したがって、様々な粒径の二次粒子１を容易に製造することが可能となる。
【００２８】  次に、実施の形態１の変形例１にかかる冶金用粉末に用いられる二次粒子について説明する。図４は、実施の形態１の変形例１にかかる冶金用粉末に用いられる二次粒子と、その二次粒子に含まれる一次粒子の形状と流動性の関係を示す図である。図５は、実施の形態１の変形例１にかかる冶金用粉末に用いられる二次粒子１を示す図である。本変形例１にかかる冶金用粉末に用いられる二次粒子１は、非球形であって異なる形状の一次粒子２同士をバインダ３で結合させて形成される。
【００２９】  図５では、二次粒子１が、角形の第１の一次粒子２ａと、フレーク形状の第２の一次粒子２ｂと含む例を示している。図５に示すように、最密状態で結合された第１の一次粒子２ａ同士の間隙に、フレーク形状の第２の一次粒子２ｂが入り込むことで、二次粒子１全体に占める一次粒子２の割合を向上させることができる。これにより、粉末冶金において一次粒子２の充填率のより一層の向上を図ることができる。
【００３０】  また、二次粒子１の表面で第１の一次粒子２ａによって形成された凹凸に第２の一次粒子２ｂが入り込み、単一の形状の一次粒子２で形成された二次粒子１よりも表面が滑らかになる。これにより、粉末冶金において冶金用粉末が充填される金型および冶金用粉末を敷き詰めるための部材が、二次粒子１によって削られにくくなる。すなわち、冶金用粉末が充填される金型および冶金用粉末を敷き詰めるための部材の長寿命化を図ることができる。
【００３１】  また、第１の一次粒子２ａの形状と、第２の一次粒子２ｂの形状の組み合わせは、図４に示すように、楕円形と角形であってもよいし、楕円形とフレーク形状であってもよいし、他の形状同士の組み合わせであってもよい。なお、二次粒子１に含まれる一次粒子２の形状は２種類に限られず、３種類以上の形状の一次粒子２が含まれていてもよい。
【００３２】  また、第１の一次粒子２ａの材質と第２の一次粒子２ｂの材質とを異ならせてもよい。第１の一次粒子２ａの材質と第２の一次粒子２ｂの材質とを異ならせ、成形の過程で第１の一次粒子２ａと第２の一次粒子２ｂを溶融させれば、合金で形成された成形品を得ることができる。すなわち、予め合金とされた一次粒子２を用いずに、容易に合金で形成された成形品を得ることができる。例えば、第１の一次粒子２ａに鉄を用い、第２の一次粒子２ｂにクロムを用いれば、鉄−クロム合金の成形品を得ることができる。なお、第１の一次粒子２ａと第２の一次粒子２ｂとを焼結させた焼結体を成形品としてもよい。
【００３３】  また、材質の異なる第１の一次粒子２ａと第２の一次粒子２ｂとの混合比を変えることで、合金比率も容易に調整することができる。成形品が焼結体であれば、焼結体に含まれる複数の材質の比率を容易に調整することができる。
【００３４】  次に、実施の形態１の変形例２にかかる冶金用粉末に用いられる二次粒子について説明する。図６は、実施の形態１の変形例２にかかる冶金用粉末に用いられる二次粒子１を示す図である。本変形例２にかかる冶金用粉末に用いられる二次粒子１は、第１の一次粒子２ｃと第２の一次粒子２ｄとをバインダ３で結合させて形成される。
【００３５】  図７は、実施の形態１の変形例２における第１の一次粒子２ｃと第２の一次粒子２ｄの粒度分布を示す図である。図７に示すように、第１の一次粒子２ｃの粒度分布における粒径のピークと第２の一次粒子２ｄの粒径のピークとが異なっている。粒度分布は、粒径（μｍ）を横軸にし、粉末全体に対する存在比率（パーセント）を縦軸にしたものである。粒度分布の測定方法には、レーザ回折法、画像イメージング法、重力沈降法が例示される。粒径のピークは、粒度分布において最も出現率の大きい粒子径であり、粒度分布が測定された粉末のモード径とも呼ばれる。また、粒度分布から求められる粒径には、Ｄ５０と呼ばれる値がある。具体的には、粉体をある粒径より大きい粒子とある粒径より小さい粒子との２つに分けて、ある粒径より大きい粒子とある粒径より小さい粒子とが等量となるときのある粒径がＤ５０の値として示される。図７に示す例では、第１の一次粒子２ｃの粒径のピークとＤ５０が１０μｍで一致し、第２の一次粒子２ｄの粒径のピークとＤ５０とが２μｍで一致している例を示しているが、これらは必ず一致するとは限らない。
【００３６】  なお、以下の説明において、粒度分布における粒径のピークを、単に粒径とも表現する。
【００３７】  図７に示すように、第１の一次粒子２ｃの粒径よりも第２の一次粒子２ｄの粒径のほうが小さくなっている。図６に示すように、最密状態で結合された第１の一次粒子２ｃ同士の間隙に、粒径の小さな第２の一次粒子２ｄが入り込むことで、二次粒子１にしめる一次粒子２の割合を向上させることができる。これにより、粉末冶金において一次粒子２の充填率のより一層の向上を図ることができる。
【００３８】  また、二次粒子１の表面で第１の一次粒子２ｃによって形成された凹凸に第２の一次粒子２ｄが入り込み、第１の一次粒子２ｃのみで形成された二次粒子１よりも表面が滑らかになる。これにより、粉末冶金において冶金用粉末が充填される金型および冶金用粉末を敷き詰めるための部材が、二次粒子１によって削られにくくなる。すなわち、冶金用粉末が充填される金型および冶金用粉末を敷き詰めるための部材の長寿命化を図ることができる。
【００３９】  また、第１の一次粒子２ｃの材質と第２の一次粒子２ｄの材質とを異ならせてもよい。第１の一次粒子２ｃの材質と第２の一次粒子２ｄの材質とを異ならせ、成形の過程で第１の一次粒子２ｃと第２の一次粒子２ｄを溶融させれば、合金で形成された成形品を得ることができる。すなわち、予め合金とされた一次粒子２を用いずに、容易に合金で形成された成形品を得ることができる。例えば、第１の一次粒子２ｃに鉄を用い、第２の一次粒子２ｄにクロムを用いれば、鉄−クロム合金の成形品を得ることができる。なお、第１の一次粒子２ｃと第２の一次粒子２ｄとを焼結させた焼結体を成形品としてもよい。
【００４０】  また、材質の異なる第１の一次粒子２ｃと第２の一次粒子２ｄとの混合比を変えることで、合金比率も容易に調整することができる。成形品が焼結体であれば、焼結体に含まれる複数の材質の比率を容易に調整することができる。
【００４１】  また、本変形例２では、二次粒子１に含まれる一次粒子２の粒径が２種類である例を示したが、二次粒子１に含まれる一次粒子２の粒径が３種類以上であってもよい。
【００４２】  次に、実施の形態１の変形例３にかかる冶金用粉末に用いられる二次粒子について説明する。図８は、実施の形態１の変形例３にかかる冶金用粉末に用いられる二次粒子１を充填した状態を示す図である。本変形例３にかかる冶金用粉末に用いられる二次粒子１は、互いに粒径の異なる第１の二次粒子１ａと第２の二次粒子１ｂとを含んでいる。
【００４３】  図９は、実施の形態１の変形例３における第１の二次粒子１ａと第２の二次粒子１ｂの粒度分布を示す図である。図９に示すように、第１の二次粒子１ａの粒度分布における粒径のピークと第２の二次粒子１ｂの粒径のピークとが異なっている。図９に示す例では、第１の二次粒子１ａの粒径のピークとＤ５０が１００μｍで一致し、第２の二次粒子１ｂの粒径のピークとＤ５０とが２０μｍで一致している例を示している。第１の二次粒子１ａと第２の二次粒子１ｂとでは、含まれる一次粒子２の個数を異ならせることで、互いの粒径を異ならせている。
【００４４】  図９に示すように、第１の二次粒子１ａの粒径よりも第２の二次粒子１ｂの粒径のほうが小さくなっている。図９に示すように、第１の二次粒子１ａ同士の間隙に、粒径の小さな第２の二次粒子１ｂが入り込むことで、粉末冶金において二次粒子１の充填率の向上を図ることができる。これにより、粉末冶金において一次粒子２の充填率が向上し、成形品の品質向上を図ることができる。
【００４５】  また、第１の二次粒子１ａに含まれる一次粒子２の材質と第２の二次粒子１ｂに含まれる一次粒子２の材質とを異ならせてもよい。材質を異ならせた一次粒子２を成形の過程で溶融させれば、合金で形成された成形品を得ることができる。すなわち、予め合金とされた一次粒子２を用いずに、容易に合金で形成された成形品を得ることができる。例えば、鉄の一次粒子２とクロムの一次粒子２とを用いれば、鉄−クロム合金の成形品を得ることができる。なお、一次粒子２同士を焼結させた焼結体を成形品としてもよい。
【００４６】  また、材質の異なる一次粒子２同士の混合比を変えることで、合金比率も容易に調整することができる。成形品が焼結体であれば、焼結体に含まれる複数の材質の比率を容易に調整することができる。
【００４７】  また、本変形例３では、二次粒子１の粒径が２種類である例を示したが、二次粒子１の粒径が３種類以上であってもよい。また、図８では、図面の簡単化のために、一次粒子２を円形形状で示しているが、上述した二次粒子１に用いられる一次粒子２と同様に、本変形例３でも非球形の一次粒子２を用いる。また、二次粒子１において、一次粒子２は最密充填状態で結合されていることが望ましい。
【００４８】  次に、上述した冶金用粉末を用いた粉末冶金によって成形品を製造する工程について説明する。図１０は、実施の形態１にかかる冶金用粉末を用いて金型プレス成形法によって成形品を製造する手順を説明するフローチャートである。
【００４９】  金型プレス成形法では、まず、金型に冶金用粉末を充填させる（ステップＳ１）。次に、金型に充填された冶金用粉末を圧縮して成形する（ステップＳ２）。次に、金型に充填された冶金用粉末を、焼結炉にて焼結させて焼結体である成形品とする（ステップＳ３）。金型から成形品を取り出して、必要に応じて後加工を加えることで、成形品が製造される（ステップＳ４）。
【００５０】  次に、冶金用粉末を用いて粉末床溶融方式の粉末積層造形法で成形品を製造する手順を説明する。図１１は、実施の形態１にかかる冶金用粉末を用いて成形品を製造する粉末床溶融方式の粉末積層造形装置の概略構成を示す図である。
【００５１】  粉末積層造形装置２１は、ステージ２２、テーブル２３、タンク２４、スキージ２５、およびレーザ照射部２６を備える。ステージ２２には、水平に形成された冶金用粉末である二次粒子１が載置される載置面２２ａを有する。ステージ２２の載置面２２ａには、テーブル２３が上下移動可能に収容される凹部２２ｂが形成されている。
【００５２】  テーブル２３が凹部２２ｂ内を上下に移動することで、テーブル２３の天面２３ａとステージ２２の載置面２２ａとの段差の高さが変更される。タンク２４には、内部に冶金用粉末である二次粒子１が収容されている。タンク２４に形成された供給口２４ａから載置面２２ａ上に冶金用粉末が供給される。
【００５３】  スキージ２５は、載置面２２ａに沿って移動可能な板状または棒状の部材である。載置面２２ａに沿ってスキージ２５が移動することで、載置面２２ａ上に載置された冶金用粉末がスキージ２５に押されて移動する。スキージ２５が凹部２２ｂ上を移動することで、載置面２２ａと天面２３ａとの段差部、すなわち凹部２２ｂと天面２３ａとに囲まれた空間の内部に冶金用粉末が敷き詰められる。
【００５４】  レーザ照射部２６は、段差部に敷き詰められた冶金用粉末に向けてレーザ光２８を照射する。レーザ光２８が照射された部分では、冶金用粉末が焼結または溶融されて固化する。すなわち、段差部に充填された冶金用粉末の一部をレーザ光２８によって選択的に固化させることができる。
【００５５】  図１２は、実施の形態１にかかる冶金用粉末および粉末床溶融方式の粉末積層造形装置２１を用いて粉末積層造形法によって成形品を製造する手順を説明するフローチャートである。まず、テーブル２３を下げて、載置面２２ａと天面２３ａとの間に段差を形成する（ステップＳ１１）。次に、冶金用粉末を載置面２２ａに供給する（ステップＳ１２）。次に、スキージ２５を移動させて、段差部に冶金用粉末を敷き詰める（ステップＳ１３）。次に、敷き詰められた冶金用粉末の一部にレーザ光２８を照射し、照射位置を移動させることで所望の箇所で冶金用粉末を固化させる（ステップＳ１４）。
【００５６】  ここで、天面２３ａ上に目的の形状の成形品を形成するために必要な層数で冶金用粉末が積層されていない場合には（ステップＳ１５，Ｎｏ）、テーブル２３を一段下げて（ステップＳ１６）、先に段差に充填された冶金用粉末の天面２３ａと載置面２２ａとの間に段差を形成させてから、ステップＳ１２に戻り、冶金用粉末の供給と固化を繰り返す。
【００５７】  ステップＳ１５において必要な層数で冶金用粉末が積層されている場合には（ステップＳ１５，Ｙｅｓ）、テーブル２３上から冶金用粉末の固化部分を取り出す（ステップＳ１７）ことで、成形品が製造される。なお、レーザ光２８が照射される位置の移動は、図示しないミラーでレーザ光２８を走査して実現してもよいし、レーザ照射部２６を移動させる移動機構を設けて実現してもよい。
【００５８】  なお、図１１に示す粉末積層造形装置２１において、レーザ照射部２６に代えて結合剤であるバインダを噴射する結合剤噴射部を設けて、結合剤噴射方式の粉末積層造形装置２１としてもよい。この場合、ステップＳ１４において冶金用粉末の一部に結合剤を噴射して、結合剤が噴射された部分の冶金用粉末を固化させることで、成形品が製造される。
【００５９】  次に、冶金用粉末を用いて粉末積層造形法によって成形品を製造する他の手順を説明する。図１３は、実施の形態１にかかる冶金用粉末を用いて成形品を製造する指向性エネルギー方式の粉末積層造形装置の概略構成を示す図である。
【００６０】  粉末積層造形装置３１は、テーブル３３、レーザ照射部３６、およびノズル３７を備える。テーブル３３上には、レーザ照射部３６からレーザ光３８が照射される。ノズル３７は、レーザ光３８が照射されている箇所に向けて、冶金用粉末を噴射する。
【００６１】  レーザ光３８が照射されている箇所では、冶金用粉末が溶融または焼結されて固化される。レーザ光３８が照射される位置および冶金用粉末が噴射される位置を移動させることで、所望の箇所で冶金用粉末を固化させて、目的の形状に沿った成形品を成形することができる。
【００６２】  図１４は、実施の形態１にかかる冶金用粉末および指向性エネルギー方式の粉末積層造形装置３１を用いて粉末積層造形法によって成形品を製造する手順を説明するフローチャートである。まず、テーブル３３に向けてレーザ光３８を照射する（ステップＳ２１）。次に、レーザ光３８が照射されている箇所に向けて冶金用粉末を噴射する（ステップＳ２２）。次に、レーザ光３８が照射される位置および冶金用粉末が噴射される位置を連動して移動させることで（ステップＳ２３）、所望の位置で冶金用粉末を固化させて成形品を製造することができる。なお、レーザ光３８が照射される位置の移動は、図示しないミラーによってレーザ光３８を走査して実現してもよいし、レーザ照射部３６を移動させて実現してもよい。また、冶金用粉末が噴射される位置の移動は、ノズル３７の噴射角度を異ならせて実現してもよいし、ノズル３７を移動させる移動機構を設けて実現してもよい。また、本実施の形態１で示した冶金用粉末であれば流動性の向上が図られているので、ノズル３７内で粉末の詰まりが発生することを抑えることができる。
【００６３】  以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００６４】  １  二次粒子、１ａ  第１の二次粒子、１ｂ  第２の二次粒子、２  一次粒子、２ａ，２ｃ  第１の一次粒子、２ｂ，２ｄ  第２の一次粒子、３  バインダ、２１，３１  粉末積層造形装置、２２  ステージ、２２ａ  載置面、２２ｂ  凹部、２３，３３  テーブル、２３ａ  天面、２４  タンク、２４ａ  供給口、２５  スキージ、２６，３６  レーザ照射部、３７  ノズル、２８，３８  レーザ光、５１  二次粒子、５２  一次粒子。
【図１】
2018123052.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年11月1日(2017.11.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冶金用粉末を用いた異なる金属が溶け合った合金成形品の製造方法であって、
テーブル上に前記冶金用粉末を敷き詰めるステップと、
前記テーブル上の冶金用粉末の一部にレーザ光を照射して前記冶金用粉末を溶融させるステップと、
前記レーザ光が照射された前記冶金用粉末上にさらに冶金用粉末を敷き詰めるステップと、
さらに敷き詰められた前記冶金用粉末の一部にレーザ光を照射して前記冶金用粉末を溶融させるステップと、を備え、
前記冶金用粉末は、複数の一次粒子をバインダで結合させた複数の二次粒子を有し、
前記複数の一次粒子は、互いに形状の異なる第１の一次粒子と第２の一次粒子とを含み、
複数の前記第１の一次粒子同士の間隙に前記第２の一次粒子が入り込んでおり、
前記第１の一次粒子と前記第２の一次粒子とが異なる材質であることを特徴とする合金成形品の製造方法。
【請求項２】
冶金用粉末を用いた異なる金属が溶け合った合金成形品の製造方法であって、
テーブル上に前記冶金用粉末を敷き詰めるステップと、
前記テーブル上の冶金用粉末の一部にレーザ光を照射して前記冶金用粉末を溶融させるステップと、
前記レーザ光が照射された前記冶金用粉末上にさらに冶金用粉末を敷き詰めるステップと、
さらに敷き詰められた前記冶金用粉末の一部にレーザ光を照射して前記冶金用粉末を溶融させるステップと、を備え、
前記冶金用粉末は、複数の一次粒子をバインダで結合させた複数の二次粒子を有し、
前記複数の一次粒子は、粒度分布において粒径のピークが互いに異なる第１の一次粒子と第２の一次粒子とを含み、
前記第１の一次粒子と前記第２の一次粒子とが異なる材質であることを特徴とする合金成形品の製造方法。
【請求項３】
冶金用粉末を用いた異なる金属が溶け合った合金成形品の製造方法であって、
テーブル上に前記冶金用粉末を敷き詰めるステップと、
前記テーブル上の冶金用粉末の一部にレーザ光を照射して前記冶金用粉末を溶融させるステップと、
前記レーザ光が照射された前記冶金用粉末上にさらに冶金用粉末を敷き詰めるステップと、
さらに敷き詰められた前記冶金用粉末の一部にレーザ光を照射して前記冶金用粉末を溶融させるステップと、を備え、
前記冶金用粉末は、複数の一次粒子をバインダで結合させた複数の二次粒子を有し、
前記複数の二次粒子は、粒度分布において粒径のピークが互いに異なる第１の二次粒子と第２の二次粒子とを含み、
前記第１の二次粒子に含まれる前記複数の一次粒子と、前記第２の二次粒子に含まれる前記複数の一次粒子とが異なる材質であることを特徴とする合金成形品の製造方法。
【請求項４】
冶金用粉末を用いた異なる金属が溶け合った合金成形品の製造方法であって、
テーブル上にレーザ光を照射するステップと、
前記レーザ光が照射されている箇所に向けて前記冶金用粉末を噴射して前記冶金用粉末を溶融させるステップと、
前記レーザ光が照射される位置および前記冶金用粉末が噴射される位置を連動して移動させるステップと、を備え、
前記冶金用粉末は、複数の一次粒子をバインダで結合させた複数の二次粒子を有し、
前記複数の一次粒子は、互いに形状の異なる第１の一次粒子と第２の一次粒子とを含み、
複数の前記第１の一次粒子同士の間隙に前記第２の一次粒子が入り込んでおり、
前記第１の一次粒子と前記第２の一次粒子とが異なる材質であることを特徴とする合金成形品の製造方法。
【請求項５】
冶金用粉末を用いた異なる金属が溶け合った合金成形品の製造方法であって、
テーブル上にレーザ光を照射するステップと、
前記レーザ光が照射されている箇所に向けて前記冶金用粉末を噴射して前記冶金用粉末を溶融させるステップと、
前記レーザ光が照射される位置および前記冶金用粉末が噴射される位置を連動して移動させるステップと、を備え、
前記冶金用粉末は、複数の一次粒子をバインダで結合させた複数の二次粒子を有し、
前記複数の一次粒子は、粒度分布において粒径のピークが互いに異なる第１の一次粒子と第２の一次粒子とを含み、
前記第１の一次粒子と前記第２の一次粒子とが異なる材質であることを特徴とする合金成形品の製造方法。
【請求項６】
冶金用粉末を用いた異なる金属が溶け合った合金成形品の製造方法であって、
テーブル上にレーザ光を照射するステップと、
前記レーザ光が照射されている箇所に向けて前記冶金用粉末を噴射して前記冶金用粉末を溶融させるステップと、
前記レーザ光が照射される位置および前記冶金用粉末が噴射される位置を連動して移動させるステップと、を備え、
前記冶金用粉末は、複数の一次粒子をバインダで結合させた複数の二次粒子を有し、
前記複数の二次粒子は、粒度分布において粒径のピークが互いに異なる第１の二次粒子と第２の二次粒子とを含み、
前記第１の二次粒子に含まれる前記複数の一次粒子と、前記第２の二次粒子に含まれる前記複数の一次粒子とが異なる材質であることを特徴とする合金成形品の製造方法。
【請求項７】
前記複数の一次粒子は、金属、セラミックおよびサーメットの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の合金成形品の製造方法。
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月20日(2018.3.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冶金用粉末を用いた異なる金属が溶け合った合金成形品の製造方法であって、
テーブル上に前記冶金用粉末を敷き詰めるステップと、
前記テーブル上の冶金用粉末の一部にレーザ光を照射して前記冶金用粉末を溶融させるステップと、
前記レーザ光が照射された前記冶金用粉末上にさらに冶金用粉末を敷き詰めるステップと、
さらに敷き詰められた前記冶金用粉末の一部にレーザ光を照射して前記冶金用粉末を溶融させるステップと、を備え、
前記冶金用粉末は、複数の一次粒子をバインダで結合させた複数の二次粒子を有し、
前記複数の二次粒子は、粒度分布において粒径のピークが互いに異なる第１の二次粒子と第２の二次粒子とを含み、
前記第１の二次粒子に含まれる前記複数の一次粒子と、前記第２の二次粒子に含まれる前記複数の一次粒子とが異なる材質であることを特徴とする合金成形品の製造方法。
【請求項２】
冶金用粉末を用いた異なる金属が溶け合った合金成形品の製造方法であって、
テーブル上にレーザ光を照射するステップと、
前記レーザ光が照射されている箇所に向けて前記冶金用粉末を噴射して前記冶金用粉末を溶融させるステップと、
前記レーザ光が照射される位置および前記冶金用粉末が噴射される位置を連動して移動させるステップと、を備え、
前記冶金用粉末は、複数の一次粒子をバインダで結合させた複数の二次粒子を有し、
前記複数の二次粒子は、粒度分布において粒径のピークが互いに異なる第１の二次粒子と第２の二次粒子とを含み、
前記第１の二次粒子に含まれる前記複数の一次粒子と、前記第２の二次粒子に含まれる前記複数の一次粒子とが異なる材質であることを特徴とする合金成形品の製造方法。
【請求項３】
前記複数の一次粒子は、セラミックおよびサーメットの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の合金成形品の製造方法。
【国際調査報告】
2018123052.tif 000017
2018123052.tif 000018
2018123052.tif 000019
2018123052.tif 000020