(57)【要約】第１のレーザー光により、鉄系焼結体表面の識別マーク用のエリアに、所定深さのドット状の凹部を複数個形成する第１工程と、第２のレーザー光により、ドット状の凹部以外の前記識別マーク用のエリア内表面を平坦化する第２工程とを含み、第１のレーザー光の単位面積あたりの照射エネルギーが、第２のレーザー光の単位面積あたりの照射エネルギーよりも大きい鉄系焼結体のレーザーマーキング方法。
2019093194.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のレーザー光により、鉄系焼結体表面の識別マーク用のエリアに、所定深さのドット状の凹部を複数個形成する第１工程と、
第２のレーザー光により、前記ドット状の凹部以外の前記識別マーク用のエリアの表面を平坦化する第２工程と、を含み、
前記第１のレーザー光の単位面積あたりの照射エネルギーが、前記第２のレーザー光の単位面積あたりの照射エネルギーよりも大きい鉄系焼結体のレーザーマーキング方法。
【請求項２】
前記第１工程は、前記識別マーク用のエリア内の一部領域であるセルの内部を、前記第１のレーザー光を外側から内側へ向かって、円形状または多角形状の渦巻き状に回転させて、複数回照射する工程を含む請求項１の鉄系焼結体のレーザーマーキング方法。
【請求項３】
前記第１のレーザー光は、単位面積あたりの照射エネルギーが１．０ Ｊ／ｍｍ２以上でかつ７．０ Ｊ／ｍｍ２以下であり、
前記第２のレーザー光は、単位面積あたりの照射エネルギーが０．０５ Ｊ／ｍｍ２以上でかつ０．５０ Ｊ／ｍｍ２以下である、
請求項１または請求項２に記載の鉄系焼結体のレーザーマーキング方法。
【請求項４】
前記第１のレーザー光は、単位スポットあたりの平均出力が２０Ｗ以上でかつ５０Ｗ以下、スポット径が０．０１０ｍｍ以上でかつ０．０６０ｍｍ以下、走査速度が２５０ｍｍ／ｓ以上でかつ３２０ｍｍ／ｓ以下であり、
前記第２のレーザー光は、単位スポットあたりの平均出力が１０Ｗ以上でかつ２５Ｗ以下、スポット径が０．０１０ｍｍ以上でかつ０．０６０ｍｍ以下、走査速度が１７００ｍｍ／ｓ以上でかつ３０００ｍｍ／ｓ以下である、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の鉄系焼結体のレーザーマーキング方法。
【請求項５】
圧粉成形体の表面の第１のエリアに、第１の識別マークを形成する工程と、
前記圧粉成形体を焼結してなる焼結体の表面の第２のエリアに、第２の識別マークを形成する工程と、を含み、
前記第２の識別マークは、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のレーザーマーキング方法によって形成される鉄系焼結体の製造方法。
【請求項６】
前記第１の識別マークの形成方法が、レーザーマーキング方法である請求項５に記載の鉄系焼結体の製造方法。
【請求項７】
前記第１の識別マークの形成方法が、第３のレーザー光により、前記圧粉成形体の表面の前記第１のエリアに所定深さのドット状の第１の凹部を複数個形成する１−１工程と、
第４のレーザー光により、前記ドット状の第１の凹部以外の前記第１のエリアの表面を平坦化する１−２工程と、を含み、
前記第３のレーザー光の単位面積あたりの照射エネルギーが、前記第４のレーザー光の単位面積あたりの照射エネルギーよりも大きい請求項５または請求項６に記載の鉄系焼結体の製造方法。
【請求項８】
表面の一部に識別マーク用のエリアを備え、
前記識別マーク用のエリア内に識別マークを構成するドット状の凹部を有し、
前記識別マーク用のエリア外の表面であって、前記識別マーク用のエリアの外周をなす前記表面を基準高さとした場合に、
前記凹部の深さが７０μｍ以上で２００μｍ以下であり、
前記凹部の外周縁部には、高さが０μｍ以上で３００μｍ以下である凸部を有する鉄系焼結体。
【請求項９】
前記凹部の形状は、開口端部の平面視が円形であり、
かつ側壁部は底部に向かって開口径が単調減少する曲線形状である、
請求項８に記載の鉄系焼結体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、鉄系焼結体とそのレーザーマーキング方法並びに製造方法に関する。
本出願は、２０１７年１１月７日出願の日本出願第２０１７−２１４２６３号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、シリコン基板の表面にレーザービームを照射して、半円球状の凹部であって平面円形のドットを形成し、明暗模様のマトリックスによる二次元コードを形成する方法が記載されている。特許文献２には、アルミナチタンカーバイドから成る焼結体にレーザー光を照射することによって、焼結体に凹部を形成し、それによって識別情報を書き込む焼結体へのマーキング方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２３８６５６号公報
【特許文献２】特開２００１−３３４７５３号公報
【発明の概要】
【０００４】
本開示の一態様に係る方法は、第１のレーザー光により、鉄系焼結体表面の識別マーク用のエリアに、所定深さのドット状の凹部を複数個形成する第１工程と、第２のレーザー光により、前記ドット状の凹部以外の前記エリア内表面を平坦化する第２工程とを含み、第１のレーザー光の単位面積あたりの照射エネルギーが、第２のレーザー光の単位面積あたりの照射エネルギーよりも大きい鉄系焼結体のレーザーマーキング方法である。
【０００５】
本開示の一態様に係る鉄系焼結体は、表面の一部に識別マーク用のエリアを備え、前記エリア内に識別マークを構成するドット状の凹部を有し、前記識別マーク用のエリア外の表面であって前記識別マーク用のエリアの外周をなす表面を基準高さとした場合に、凹部の深さが７０μｍ以上で２００μｍ以下であり、凹部の外周縁部には、高さが０μｍ以上で３００μｍ以下である凸部を有する鉄系焼結体である。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、本開示の実施形態に係る鉄系焼結体の製造工程を説明するフロー図である。
【図２Ａ】図２Ａは、識別マーク形成前の鉄系焼結体を説明する斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、識別マークが形成された鉄系焼結体の斜視図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る識別マークの一態様を説明する図である。
【図４】図４は、第１および第２のレーザー光の走査軌跡の一例を説明する模式図である。
【図５Ａ】図５Ａは、第１工程前の識別マーク用のエリアの鉄系焼結体表面を表す平面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５ＡにおけるＳ１−Ｓ２断面を表す断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、図５Ａの表面に対して第１工程を施した後の鉄系焼結体の表面を表す平面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６ＡにおけるＳ３−Ｓ４断面を表す断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、図６Ａの表面に対して第２工程を施した後の鉄系焼結体の表面を表す平面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７ＡにおけるＳ５−Ｓ６断面を表す断面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、識別マーク用のエリア、その外周部分、およびドット状の凹部を含む鉄系焼結体の表面を表す平面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８Ａ中の直線Ｌ上に沿ったドット状の凹部とその周辺の表面凹凸プロファイルを表す図である。
【図９】図９は、鉄系焼結体の製造工程における識別マーク形成方法の別の態様を説明するフロー図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、第１の識別マークが形成された圧粉成形体を説明する斜視図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、第１の識別マークが消失または劣化した鉄系焼結体を説明する斜視図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、第２の識別マークが形成された鉄系焼結体を説明する斜視図である。
【図１１】図１１は、鉄系焼結体表面に形成された識別マークの一例の拡大写真である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
［本開示が解決しようとする課題］
金属粉末を原料に用いた焼結体については、発明者らの焼結製品工場において、市販のレーザーマーカー装置等を用いて、焼結製品の表面に直接レーザー光を照射し、二次元コードを有する識別マークを形成する方法が、製品の出荷情報管理用に検討されている。
【０００８】
レーザー光を製品等に照射して識別マークを形成する方法（以下、「レーザーマーキング方法」という。）は、レーザーエネルギーによって所定の表面にドット状の凹部を複数形成させることにより構成される。これらのドット状の凹部を暗部、それ以外の部分を明部として、明瞭なコントラストを形成できれば、例えば二次元コードのような識別情報として使用することができる。
【０００９】
識別マークに求められる最も重要な品質のひとつは、形成したドットがコードリーダー等によって確実に読み取られることである（以下、「可読性」という）。ドットの位置を正確に認識するための暗部と明部のコントラストが不明瞭、すなわち暗部であるべきドット部分が明るくなったり、逆に明部であるべき部分が暗くなったりすると、コードリーダーはそのドットを認識することができない。
識別マークの読み取り不能または不調が起こると、収集データや情報の欠落が発生する。すると、出荷品管理、生産管理、トレーサビリティや品質・工程管理において、管理システムの信頼性や健全性が損なわれ、製造現場において本来の目的や機能を十分に発揮することができない。
したがって、その可読性は１００％であること、あるいは１００％に限りなく近いという高く安定した品質が求められる。
【００１０】
鉄系材料を含む金属粉末を原料に用いた焼結体（以下、単に「鉄系焼結体」という。）の従来のレーザーマーキング方法は、例えば市販のレーザーマーカー装置等を用い、ドットを形成する位置に所定のエネルギーを有するレーザー光を照射して、所定の深さと外径を有する凹部を形成させる方法である。
しかしながら、従来の方法によって形成された識別マークの可読性には、改善の余地がある。
【００１１】
鉄系焼結体は、鉄系材料の粒子同士が焼結によって強固に結合しているため、表面に凹部を形成するために必要なレーザー光のエネルギーは、樹脂やシリコンなどの他の材料に比べて大きい。その結果、加工時の揮発物または飛散物の発生も顕著に多くなり、加工部周辺にそれらの再析出または再付着が起こる。
【００１２】
発明者らは、鉄系焼結体の従来のレーザーマーキング方法によって得られた識別マークの可読性が低下する要因を調査した。その結果、ドット以外の部分、特にドットの外周縁部が暗くなる傾向があり、それによりドットとそれ以外とのコントラストが不明瞭になること、そしてその原因が、外周縁部に堆積した再析出物・再付着物にあることを明らかにした。
【００１３】
本開示は、かかる従来の問題点に鑑み、コードリーダー等による可読性の良い識別マークを形成するための鉄系焼結体のレーザーマーキング方法、製造方法及び鉄系焼結体を提供することを目的とする。
【００１４】
［本開示の効果］
本開示によれば、コードリーダー等による可読性の良い識別マークを形成するための鉄系焼結体のレーザーマーキング方法、製造方法及び鉄系焼結体を提供することができる。
【００１５】
［本開示の実施形態の概要］
以下、本開示の実施形態の概要を列記して説明する。
【００１６】
（１）本開示の実施形態に係る方法は、鉄系焼結体のレーザーマーキング方法であって、第１のレーザー光により、鉄系焼結体表面の識別マーク用のエリアに、所定深さのドット状の凹部を複数個形成する第１工程と、第２のレーザー光により、前記ドット状の凹部以外の前記識別マーク用のエリア内表面を平坦化する第２工程とを含み、第１のレーザー光の単位面積あたりの照射エネルギーが、第２のレーザー光の単位面積あたりの照射エネルギーよりも大きい。
【００１７】
本開示の実施形態に係るレーザーマーキング方法によれば、第１工程にて前記識別マーク用のエリアに上記ドット状の凹部を形成する際に、第１のレーザー光により加工時に発生する揮発物または飛散物が、前記凹部以外の表面部分、特に前記凹部の外周縁部に再析出または再付着し堆積する。これらを第２のレーザー光により除去して、前記凹部以外の表面部分をより平坦にする。この際、第２のレーザー光の単位面積あたりの照射エネルギーを第１のレーザー光の単位面積あたりの照射エネルギーよりも小さくすることにより、前記凹部と前記凹部以外の表面部分のコントラストがより明瞭になる。その結果、コードリーダーによる可読性の良い識別マークを形成することができる。
【００１８】
（２）本開示の実施形態に係るレーザーマーキング方法において、前記第１工程は、前記識別マーク用のエリア内の一部領域であるセルの内部を、前記第１のレーザー光を外側から内側へ向かって、円形状または多角形状の渦巻き状に回転させて、複数回照射する工程を含むことが好ましい。
【００１９】
上記の回転照射を複数回実行すれば、ほぼ円形のドット状の凹みが得られ、光の反射率の差で前記凹部を暗部として、明確に識別できるようになり、コードリーダーで読み取ることが容易になるからである。
【００２０】
（３）本開示の実施形態に係るレーザーマーキング方法において、前記第１のレーザー光は、単位面積あたりの照射エネルギーが１．０ Ｊ／ｍｍ２以上でかつ７．０ Ｊ／ｍｍ２以下であることが好ましい。さらに、前記第２のレーザー光は、単位面積あたりの照射エネルギーが０．０５ Ｊ／ｍｍ２以上でかつ０．５０ Ｊ／ｍｍ２以下であることが好ましい。
【００２１】
レーザー光の単位面積あたりの照射エネルギー（単位：Ｊ／ｍｍ２、以下、「単位：」は省略）とは、レーザー光の単位スポットあたりの平均出力（Ｗ）に単位面積あたりを走査するのにかかる照射時間（ｓ／ｍｍ２、以下、「単位面積あたりの照射時間）という）を乗じたものとして定義される。単位スポットあたりの平均出力は、ＣＷレーザーの場合は単位時間当たりのエネルギー、パルスレーザーの場合はパルスエネルギー（Ｊ）に繰返し周波数（１／ｓ）を乗じたものとして定義される。
【００２２】
第１のレーザー光の単位面積あたりの照射エネルギーが１．０ Ｊ／ｍｍ２未満の場合には、所望深さの前記凹部を形成できない可能性がある。より好ましくは２．０Ｊ／ｍｍ２以上である。７．０ Ｊ／ｍｍ２を超える場合には、揮発物または飛散物が多くなりすぎて再析出物または再付着物が顕著に増加し、後の第２のレーザー光で十分除去できない可能性があるので、好ましくない。より好ましくは５．０Ｊ／ｍｍ２以下である。
第２のレーザー光の単位面積あたりの照射エネルギーが０．０５ Ｊ／ｍｍ２未満の場合には、前記凹部の外周縁部に堆積した再析出物または再付着物を十分除去できない、あるいは表面の平坦化が十分になされない可能性がある。より好ましくは０．１０Ｊ／ｍｍ２以上である。０．５０ Ｊ／ｍｍ２を超える場合には、前記凹部以外の表面部分が黒色化する可能性があり、明部となるべき部分が暗くなるため、第１のレーザー光で形成した前記凹部との区別が付き難くなるから、好ましくない。より好ましくは０．３０Ｊ／ｍｍ２以下である。
【００２３】
（４）本開示の実施形態に係るレーザーマーキング方法において、前記第１のレーザー光は、単位スポットあたりの平均出力が２０Ｗ以上でかつ５０Ｗ以下、スポット径が０．０１０ｍｍ以上でかつ０．０６０ｍｍ以下、走査速度が２５０ｍｍ／ｓ以上でかつ３２０ｍｍ／ｓ以下であり、前記第２のレーザー光は、単位スポットあたりの平均出力が１０Ｗ以上でかつ２５Ｗ以下、スポット径が０．０１０ｍｍ以上でかつ０．０６０ｍｍ以下、走査速度が１７００ｍｍ／ｓ以上でかつ３０００ｍｍ／ｓ以下であることが好ましい。
【００２４】
レーザー光の単位スポットあたりの平均出力をｐ、スポット径をｒ、走査速度をｖ、単位面積あたりの照射時間をｔ、そして単位面積あたりの照射エネルギーをｅとすると、これらの関係は、次式であらわされる。
ｅ＝ｐ×ｔ      ・・・（式１）    
ここで、ｔ＝１／（ｒ×ｖ）より、
ｅ＝ｐ／（ｒ×ｖ）・・・（式２）
式２より、ｅの値の範囲は、ｐ、ｒ、およびｖの値によって決まることから、ｅについて好適な範囲を実現するために必要なｐ、ｒ、およびｖの好適な範囲を規定する。
【００２５】
第１のレーザー光の単位スポットあたりの平均出力ｐが２０Ｗ未満の場合には、パワーが弱いために所望深さの前記凹部を形成できない可能性があり、好ましくない。より好ましくは３０Ｗ以上である。５０Ｗを超える場合には、パワーが強いために揮発物または飛散物が多くなりすぎて再析出物または再付着物が顕著に増加し、後の第２のレーザー光で十分除去できない可能性があるので、好ましくない。より好ましくは４０Ｗ以下である。
また、第２のレーザー光の平均出力ｐが１０Ｗ未満の場合には、パワーが弱いために前記凹部の外周縁部に堆積した再析出物または再付着物を除去できない可能性があるため、表面の平坦化に不適であり、好ましくない。より好ましくは１３Ｗ以上である。２５Ｗを超える場合には、パワーが強いために前記凹部以外の部分が黒色化する可能性があり、第１のレーザー光で形成するドットとの区別が付き難くなるので好ましくない。より好ましくは２０Ｗ以下である。
【００２６】
第１のレーザー光の走査速度ｖが２５０ｍｍ／ｓ未満の場合には、速度が遅いために揮発物または飛散物が顕著に増加する可能性があり好ましくない。より好ましくは、２７０ｍｍ／ｓ以上である。走査速度ｖが３２０ｍｍ／ｓを超える場合には、速度が速いために所望深さの前記凹部を形成できない可能性があり好ましくない。より好ましくは、３００ｍｍ／ｓ以下である。
第２のレーザー光の走査速度ｖが１７００ｍｍ／ｓ未満の場合には、速度が遅いために前記凹部以外の部分が黒色化する可能性があり、第１のレーザー光で形成した前記凹部との区別が付き難くなり好ましくない。より好ましくは２０００ｍｍ／ｓ以上である。走査速度が３０００ｍｍ／ｓを超える場合には、速度が速いために前記凹部の外周縁部に堆積した再析出物または再付着物を、十分に除去できない可能性があるので好ましくない。より好ましくは、２７００ｍｍ／ｓ以下である。
【００２７】
第１のレーザー光のスポット径ｒが０．０１０ｍｍ未満の場合には、スポット径ｒが小さいため、式２に示すように単位面積あたりの照射エネルギーｅが大きくなり、揮発物または飛散物が顕著に増加する可能性があり、スポット径ｒが０．０６０ｍｍを超える場合には、単位面積あたりの照射エネルギーｅが小さくなり、所望深さの前記凹部を形成できない可能性があるため、好ましくない。
第２のレーザー光のスポット径ｒが０．０１０ｍｍ未満の場合には、単位面積あたりの照射エネルギーｅが大きくなり、前記凹部以外の表面部分が黒色化する可能性があり、第１のレーザー光で形成した前記凹部との区別が付き難くなり、スポット径ｒが０．０６０ｍｍを超える場合には、単位面積あたりの照射エネルギーｅが小さくなるため、前記凹部の外周縁部に堆積した再析出物または再付着物を、十分に除去できない可能性があるので、好ましくない。
【００２８】
（５）本開示の一形態に係る鉄系焼結体の製造方法は、圧粉成形体の表面の第１のエリアに、第１の識別マークを形成する工程と、前記圧粉成形体を焼結してなる焼結体の表面の第２のエリアに、第２の識別マークを形成する工程とを含み、前記第２の識別マークは、本開示の形態に係るレーザーマーキング方法によって形成される。
【００２９】
すなわち、圧粉成形体および焼結体のいずれにも識別マークを付与することにより、中間製品から完成品までの工程ごと、および個々の製品ごとの品質管理や工程管理等が可能になる。圧粉成形体の表面に形成された第１の識別マークが完成品まで消滅せずに鮮明に残っていれば、第２の識別マークをあえて形成する必要はない。しかしながら１０００℃以上の焼結工程を経ると、第１の識別マークが消失したり見えにくくなったりする場合がある。そういった場合には、焼結後に第２の識別マークを新たに形成する必要がある。その際の第２の識別マークを、本発明の形態に係るレーザーマーキング法によって形成することにより、焼結工程後にコードリーダー等による可読性の良い識別マークを確保することができる。
【００３０】
（６）前記第１の識別マークの形成方法は、レーザーマーキング方法であることが好ましい。圧粉成形体において、識別マークをコードリーダー等による可読性の良いものにすることができ、また焼結工程を経ても消失しにくいものにすることができるからである。焼結後に第１の識別マークが完全に消失しない場合でも、それが見えにくくなったり、別の目的で新たな識別情報の表示が必要になったりした場合には、第２の識別マークを形成することができる。
【００３１】
（７）前記第１の識別マークの形成方法は、前記第１の識別マークの形成方法が、第３のレーザー光により、前記圧粉成形体の表面の前記第１のエリアに所定深さのドット状の第１の凹部を複数個形成する１−１工程と、第４のレーザー光により、前記ドット状の第１の凹部以外の前記第１のエリアの表面を平坦化する１−２工程と、を含み、前記第３のレーザー光の単位面積あたりの照射エネルギーが、前記第４のレーザー光の単位面積あたりの照射エネルギーよりも大きいことがより好ましい。
すなわち、圧粉成形体に前記第１の識別マークを形成するレーザーマーキング方法は、本発明の形態に係る鉄系焼結体へのレーザーマーキング方法と同一の方法とすることがより好ましい。それによって圧粉成形体の段階でのコードリーダーの可読性が良く、焼結後も消失や劣化しにくい識別マークとすることができる。
【００３２】
（８）本開示の実施形態に係る鉄系焼結体は、表面の一部に識別マーク用のエリアを備え、前記識別マーク用のエリア内に識別マークを構成するドット状の凹部を有し、前記識別マーク用のエリア外の表面であって、前記識別マーク用のエリアの外周をなす前記表面を基準高さとした場合に、前記凹部の深さが７０μｍ以上で２００μｍ以下であり、前記凹部の外周縁部には、高さが０μｍ以上で３００μｍ以下である凸部を有する鉄系焼結体である。０μｍ以上としたのは、０μｍすなわち凸部を有しない場合をも含む意味である。
【００３３】
前記識別マークは、前記凹部を暗部、前記凹部以外の表面部分を明部として構成される。凹部の深さ、凹部の外周縁部の凸部の高さを所定の大きさに調節することにより、明暗のコントラストを高め、コードリーダーの可読性を良くすることができる。
前記凹部の深さが７０μｍ未満だとその暗さが目立たず、深さが２００μｍを超えると析出物又は付着物により、前記凹部の外周縁部も暗くなるため好ましくない。また、前記凹部の外周縁部の凸部の高さが３００μｍを超えると、前記凹部の周辺部分も暗くなり、ドットが暗部としてクリアに認識できなくなるため好ましくない。
【００３４】
（９）前記凹部の形状は、開口端部の平面視が円形であり、かつ側壁部は底部に向かって開口径が単調減少する曲線形状であることが好ましい。ここで円形とは、厳密な意味での完全な円では無く、概ね角が明瞭では無い多角形状や不定形状をも含む広い概念としての略円形を意味する。
これによって前記凹部が暗部として安定し、その結果コードリーダーの可読性が安定する。
【００３５】
［本開示の実施形態の詳細］
以下、図面を参照しつつ、本実施形態に係る鉄系焼結体および圧粉成形体のレーザーマーキング方法、前記凹部および凸部の測定方法、コードリーダーによる可読性の評価方法、並びに鉄系焼結体の製造工程の詳細について具体例を説明する。
図面は特に記載がない限り、説明を明確にするための概略図である。よって、部材の大きさや位置関係等は、誇張したり見やすい比率で記載されたりしている。複数の図面に表れる同一符号の部分は同一の部分又は部材を示す。なお、図面の参照や説明の都合において必要に応じて上下左右の方向や位置関係を示す用語を用いるが、それらの用語の使用は発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本開示の技術的範囲が制限されるものではない。
【００３６】
［鉄系焼結体の識別マークとそのレーザーマーキング方法］
図１は、本発明の実施形態に係る鉄系焼結体の製造工程を説明するフロー図である。
鉄系焼結体の原料から完成品までの製造工程は、主として金属粉末１０ａに潤滑剤１０ｂを添加する混合工程２０、圧粉成形体を作製するプレス成形工程３０、圧粉成形体を焼結する焼結工程４０、得られた焼結体に識別マークを形成する識別マーク形成工程４１、その後焼結体を再度圧縮することにより寸法精度を高めるサイジング工程５０及び熱処理工程６０などから成る。
【００３７】
ここで、識別マーク形成工程４１は、具体的にはレーザーマーキング工程４１ａによって行われ、第１のレーザー光を用いる第１工程４１ｂと第２のレーザー光を用いる第２工程４１ｃを含む。識別マーク形成工程４１は、焼結工程４０の直後に行うことが最も好ましいが、これに限定されず、目的、用途によっては、サイジング工程５０または熱処理工程６０の後に行うこともできる。
【００３８】
図２Ａは、識別マーク形成前の鉄系焼結体Ｇ１０を説明する斜視図であり、図２Ｂは識別マークＣ１が形成された鉄系焼結体Ｇ１１の斜視図である。鉄系焼結体Ｇ１０、Ｇ１１は、識別マークが形成可能な表面部分を有する。ここでは焼結製品の一例として、スプロケットが例示されているが、スプロケット以外の製品であってもよい。
【００３９】
本実施形態に係るレーザーマーキング方法は、焼結工程後の鉄系燒結体Ｇ１１の表面に識別マークＣ１が形成されることを特徴の一つとする。識別マークとしては、単純な番号や記号の他、バーコードのような一次元コード、データマトリックス型の二次元コード又はＱＲコード（「ＱＲ コード」は登録商標である。） などが挙げられる。本実施形態の識別マークＣ１では、１つの製品に対する識別マークの大きさ、範囲をなるべく小さくする観点から、二次元コードよりなる識別マークを採用している。
【００４０】
図３は、本実施形態に係る識別マークＣ１の一態様を説明する図である。鉄系焼結体表面上の前記識別マーク用のエリア１の領域内に、二次元コード２が存在する。すなわち、前記識別マーク用のエリア１のサイズは、二次元コード２と同等サイズ、あるいは二次元コード２より大きい。二次元コード２は、所定サイズに仕切られた升目状の区画を一単位とした複数のセル３の集合体として構成されており、そのうちの所定位置のセル３の内側に、前記凹部４が形成されている。図３において二点鎖線と矢印によって示されるのは、複数のセル３の内の１つを拡大したものである。
【００４１】
二次元コード２には、１つの鉄系焼結体Ｇ１１をユニークに特定可能であり、焼結工程の前後に定義可能な種々の履歴情報が記録される。例えば、製品シリアル番号、ロット番号、焼結工程における焼結時間や温度、時刻、焼結炉のコード番号、図面のコード番号、または工場のコード番号などを含むことができる。これらの情報は、前工程の成形工程における成形時間、成形時刻（年月日とその日の時分秒）、プレス成形機のコード番号などの情報と、蓄積されたデータベース上でネットワークを通じてリンクさせることができる。
【００４２】
レーザーマーキングの装置としては、例えば市販のレーザーマーカーやその他のレーザー加工装置が用いられる。
【００４３】
図２Ｂを参照し、鉄系焼結体Ｇ１１（外径約１００ｍｍ）の表面部分に形成される識別マークＣ１の形状は特に限定されないが、四角形状が通常用いられる。図３を参照し、識別マークＣ１用のエリア１の大きさは、コードに含ませるセル数によって異なるが、縦の長さをＨ、横の長さをＷとすると、それらの数値範囲は、例えば、２．５ｍｍ≦Ｈ≦３．５ｍｍ、８ｍｍ≦Ｗ≦１１ｍｍとすることが好ましい。
【００４４】
図４は、第１および第２のレーザー光の走査軌跡の一例を説明する模式図である。図４は図３に対応しており、下段部分に前記識別マーク用のエリア１を、上段部分に二点鎖線と矢印によって示されたその１つのセルを示している。図４上段の図は、セル３の内部での第１のレーザー光の走査軌跡５を示しており、図４下段の図は、前記識別マーク用のエリア１内での第２のレーザー光の走査軌跡６を示している。
【００４５】
図４上段を参照し、第１工程では、セル３に第１のレーザー光を照射する際に、走査軌跡５のように、セル３の内部を外側から内側へ向かって渦巻き状に回転するように照射する。その結果、セル３の内部に前記凹部４が形成される。前記凹部４のより好ましい形状は、開口端部の平面視がほぼ円形であり、かつ側壁部は底部に向かって開口径が単調減少する曲線形状である。ここで円形とは、既述の通り厳密な意味での完全な円では無く、概ね角が明瞭では無い多角形状や不定形状をも含む広い概念としての略円形を意味する。
【００４６】
ここで、セル３のサイズは、例えば１辺が１５０〜２７０μｍの正方形である。第１のレーザー光の回転照射の走査軌跡５は、四角形の渦巻き状が望ましいが、多角形の渦巻き状であってもよいし、円形の渦巻き状であってもよい。セル内に描かれる渦巻き状の軌跡が１個できるレーザー光の走査を、１回の回転照射とした場合、その回転照射は一つのセルに複数回、重ねて行うのが好ましい。より好ましくは、２〜３回である。
【００４７】
前記凹部４の直径は、コードリーダーによる読み取りが容易で、かつセル３からはみ出さず、かつ隣接する凹部に悪影響を及ぼさなければ、特に限定されない。具体的には、その直径は、５０μｍ以上でかつ１４０μｍ 以下であることが好ましい。５０μｍ未満だとサイズが小さく、通常のコードリーダーで暗部として認識しにくくなるため、好ましくない。１４０μｍより大きいと、第１工程で前記凹部４の外周縁部に生じる再析出物または再付着物が、隣接する凹部の内部にも析出又は付着し、その形成に悪影響を及ぼすおそれが高くなるため、好ましくない。より好ましくは、下限は７０μｍ以上、上限は１２０μｍ以下である。
【００４８】
図４下段を参照し、第２工程では、前記凹部４形成後の前記識別マーク用のエリア１全体にわたって、第２のレーザー光を走査軌跡６のように直線状に往復させて走査する。
これにより、第１工程で生じる前記凹部４の外周縁部の再析出物または再付着物を除去し、前記凹部４以外の表面部分を平坦化することができる。
本実施形態では第２のレーザー光の走査軌跡６として、前記識別マーク用のエリア１の長辺方向に往復する形態としたが、前記識別マーク用のエリア１全体を走査できる方法であれば特に限定されない。短辺方向での往復でも良いし、往復走査とせずに同方向に繰り返す操作であっても良い。
【００４９】
第２のレーザー光は、第１のレーザー光に比べて高い走査スピードで、縞模様を描くように行う。レーザー光のスポット径を小さくして、きめ細かく塗りつぶすことにより、前記凹部以外の部分がよりきれいに滑らかに仕上がる。もっとも、スポット径の小径化には限界があり、細か過ぎると走査時間も長くなるため、用途に応じてレーザー光のスポット径を調整し、加工線幅や、本数を設定すればよい。
【００５０】
なお、走査軌跡６に示すような線状（縞模様状）走査による処理は、第１工程の前に、前記識別マーク用のエリア１の下地処理に用いることもできる。このような下地処理をすると、前記識別マーク用のエリア１全体の表面がより平坦になり明るく見えるので、前記凹部形成後の明部としてコントラストがより明瞭になるため、より好ましい。
【００５１】
図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａ、および図７Ｂは、本発明の実施形態に係るレーザーマーキング法の一態様を説明する一連の模式図である。図５Ａは第１工程前の前記識別マーク用のエリア１の鉄系焼結体表面を表す平面図、図５Ｂは図５ＡにおけるＳ１−Ｓ２断面を表す断面図である。図６Ａは図５Ａの表面に対して第１工程を施した後の鉄系焼結体の表面を表す平面図、図６Ｂは図６ＡにおけるＳ３−Ｓ４断面を表す断面図である。
図７Ａは図６Ａの表面に対して第２工程を施した後の鉄系焼結体の表面を表す平面図、図７Ｂは図７ＡにおけるＳ５−Ｓ６断面を表す断面図である。
【００５２】
図５Ａおよび図５Ｂを参照し、前記識別マーク用のエリア１は、鉄系焼結体の表面の一部である。表面の凹凸状態に応じて、あらかじめレーザー光による下地処理を行ってもよい。その際のレーザー加工条件は特に限定されないが、好ましくは、図４で説明したような第２のレーザー光と同様の条件が採用される。その場合は、前記識別マーク用のエリア１の全体にわたって、レーザー光を直線状（縞模様状）に往復させて走査することができる。
【００５３】
図６Ａおよび図６Ｂを参照し、第１工程において、第１のレーザー光により、鉄系焼結体表面の前記識別マーク用のエリア１に、前記凹部４を形成する。その際、前記凹部４の外周縁部には、レーザー加工時に生成する鉄系焼結体特有の揮発物または飛散物が、再析出または再付着により堆積し、凸部７が形成される。
【００５４】
図７Ａおよび図７Ｂを参照し、第２の工程において、第２のレーザー光を前記識別マーク用のエリア１内の全体にわたって走査することにより、前記凹部４以外の表面を平坦化する。その際、第１工程で生成した再析出物または再付着物が除去され、凸部７の高さが減少する。
その際に、第２のレーザー光の単位面積あたりの照射エネルギーを、第１のレーザー光の単位面積あたりの照射エネルギーよりも小さくなるように設定する。その結果、凸部７の高さが減少すると同時に、前記凹部の暗部とそれ以外の部分の明部とのコントラストが明瞭になり、コードリーダーの可読性が良くなる。
【００５５】
第１工程および第２工程において、第１のレーザー光および第２のレーザー光の単位面積あたりの照射エネルギーの好ましい数値範囲は、次の通りである。例えば、第１のレーザー光は、単位面積あたりの照射エネルギーが１．０Ｊ／ｍｍ２以上でかつ７．０Ｊ／ｍｍ２以下であり、前記第２のレーザー光は、単位面積あたりの照射エネルギーが０．０５ Ｊ／ｍｍ２以上でかつ０．５０ Ｊ／ｍｍ２以下であることが好ましい。
【００５６】
単位面積あたりの照射エネルギーは、単位スポットあたりの平均出力、スポット径、走査速度により定義される（既述、式２）。
第１および第２のレーザー光の単位面積あたりの照射エネルギーを好適な範囲とするために、好ましい数値範囲は以下の通りである。
第１のレーザー光は、単位スポットあたりの平均出力が２０Ｗ以上でかつ５０Ｗ以下、スポット径が０．０１０ｍｍ以上でかつ０．０６０ｍｍ以下、走査速度が２５０ｍｍ／ｓ以上でかつ３２０ｍｍ／ｓ以下である。
第２のレーザー光は、単位スポットあたりの平均出力が１０Ｗ以上でかつ２５Ｗ以下、スポット径が０．０１０ｍｍ以上でかつ０．０６０ｍｍ以下、走査速度が１７００ｍｍ／ｓ以上でかつ３０００ｍｍ／ｓ以下である。
【００５７】
［ドット状の凹部の深さおよび外周縁部の凸部の高さの定義］
図８Ａおよび図８Ｂは、前記凹部４の深さおよびその外周縁部の凸部７の高さの定義を説明する模式図である。このうち、図８Ａは、前記識別マーク用のエリア１、その外周部分８、および前記凹部４を含む鉄系焼結体の表面を表す平面図であり、図８Ｂは、図８Ａ中の直線Ｌ上に沿った前記凹部４とその周辺の表面凹凸プロファイルを表す図である。
【００５８】
図８Ａおよび図８Ｂを参照し、前記凹部４の深さおよび凸部７の高さの測定方法を説明する。前記識別マーク用のエリア１内の前記凹部４の深さおよび凸部７の高さを測定するための基準面は、前記識別マーク用のエリア１の外周をなす外周部分８の表面とする
【００５９】
前記識別マーク用のエリア１内の前記凹部４の表面の内接円の中心を通り、境界ｃおよび外周部分８を横切る直線Ｌに沿って、表面の凹凸プロファイルを測定する。表面の凹凸プロファイルの測定には、市販のマイクロスコープ装置、３次元形状測定機、レーザー変位計または非接触式表面粗さ計等、測定対象サンプルの表面凹凸状態に応じて測定可能な３次元形状測定装置が適宜選択され、用いられる。
【００６０】
図８Ｂを参照し、外周部分８の凹凸プロファイルを最小二乗法によって近似した直線Ｌ１を基準高さとする。直線Ｌ１の長さは、境界ｃに最も近い測定対象となる前記凹部４を選定し、境界ｃから測定対象の前記凹部４までの距離と同等以上２倍以下程度とすればよい。凹部４の深さｄは、凹部の最底部ａと接しかつＬ１と平行な直線Ｌ２とＬ１との距離とし、凸部７の高さｈは、凸部の最頂部ｂと接しかつＬ１と平行な直線Ｌ３とＬ１との距離とする。
【００６１】
第１工程および第２工程において、第１のレーザー光で形成される前記凹部４の深さは、その暗さが暗部としてより目立つためには、できるだけ深いことが好ましい。一方、第２のレーザー光で平坦化される凸部７の高さは、明部としてより目立つためには、できるだけ低く平坦な方が好ましい。
【００６２】
このようにして測定した本実施形態に係る鉄系焼結体の前記凹部４の深さは、７０μｍ以上で２００μｍ以下であることが好ましく、凸部７の高さは０μｍ以上で３００μｍ以下であることが好ましい。
【００６３】
図６Ａ、図７Ａおよび図８Ａの平面図に模式的に示したように、前記凹部４は開口端部の平面視がほぼ円形であることが好ましいが、例えば四角形状のような多角形であってもよい。また、図６Ｂ、図７Ｂの断面図および図８Ｂの表面凹凸プロファイルに模式的に示したように、前記凹部４の側壁部は底部に向かって開口径が単調減少する形状であることが好ましい。これによって、前記凹部４の暗部としての状態が安定する。
【００６４】
［鉄系焼結体の製造工程における識別マーク形成方法の別の態様］
図９は、鉄系焼結体の製造工程における識別マーク形成方法の別の態様を説明する  フロー図である。
図１のフロー図との違いは、識別マークの形成を焼結工程４０の後だけでなく、プレス成形工程３０の後にも行うことであり、第１の識別マーク形成工程３１と第２の識別マーク形成工程４２以外の製造工程は図１と同じである。第１の識別マーク形成工程３１は、プレス成形工程３０後の圧粉成形体表面の第１のエリア９に、第１の識別マークを形成する工程である。その後、焼結工程４０後の焼結体表面の第２のエリア１０に、第２の識別マークを形成する。第２の識別マーク形成工程４２は、本発明の実施形態に係るレーザーマーキング工程４２ａを含み、さらに第１工程４２ｂおよび第２工程４２ｃを含む。
これらは、図１のレーザーマーキング工程４１ａ、第１工程４１ｂ、第２工程４１ｃと実質同一の工程である。なお、前記第１のエリア９と前記第２のエリア１０は同じ場所であってもよいし異なる場所であってもよい。
【００６５】
第１の識別マーク形成工程３１について、第１の識別マークが焼結後に消失してもよい場合は、例えば二次元コードに紙製の粘着シールを使用するなど、その形成方法は特に限定されないが、第１の識別マークを焼結後も使用する場合は、焼結後も形成したマークの劣化や変質の起こりにくいレーザーマーキング法を用いることが好ましい。より好ましくは、本発明の実施形態に係る鉄系焼結体のレーザーマーキング法を、圧粉成形体にも適用するのがよい。
【００６６】
第１の識別マーク形成工程３１におけるレーザーマーキング工程３１ａのより好ましい実施形態を以下に説明する。
第３のレーザー光により、圧粉成形体表面の前記第１のエリア９に、所定深さのドット状の第１の凹部を複数個形成する１−１工程３１ｂと、第４のレーザー光により、前記第１の凹部以外の前記第１のエリア９内表面を平坦化する１−２工程３１ｃとを含み、第３のレーザー光の単位面積あたりの照射エネルギーが、第４のレーザー光の単位面積あたりの照射エネルギーよりも大きいことがより好ましい。
【００６７】
前記１−１工程３１ｂは、前記第１のエリア９内にあるセルの内部を、第３のレーザー光を外側から内側へ向かって、円形状または多角形状の渦巻き状に回転させて、複数回照射する工程を含むことがより好ましい。
前記第３のレーザー光は、単位面積あたりの照射エネルギーが１．０ Ｊ／ｍｍ２以上で７．０ Ｊ／ｍｍ２以下であり、前記第４のレーザー光は、単位面積あたりの照射エネルギーが０．０５ Ｊ／ｍｍ２以上で０．５０ Ｊ／ｍｍ２以下であることがより好ましい。
【００６８】
前記第３のレーザー光は、単位スポットあたりの平均出力が２０Ｗ以上で５０Ｗ以下、スポット径が０．０１０ｍｍ以上で０．０６０ｍｍ以下、走査速度が２５０ｍｍ／ｓ以上で３２０ｍｍ／ｓ以下であり、前記第４のレーザー光は、単位スポットあたりの平均出力が１０Ｗ以上で２５Ｗ以下、スポット径が０．０１０ｍｍ以上で０．０６０ｍｍ以下、走査速度が１７００ｍｍ／ｓ以上で３０００ｍｍ／ｓ以下であることがより好ましい。
【００６９】
図１０Ａは、第１の識別マークが形成された圧粉成形体を説明する斜視図である。図１０Ｂは、第１の識別マークが消失または劣化した鉄系焼結体を説明する斜視図である。
図１０Ｃは、第２の識別マークが形成された鉄系焼結体を説明する斜視図である。
【００７０】
図１０Ａを参照し、圧粉成形体Ｇ０１は第１の識別マークＣ０が形成された圧粉成形体であり、図９に示す第１の識別マーク形成工程３１によって作製される。圧粉成形体Ｇ０１は、第１の識別マークＣ０が形成可能な表面部分を有する。
図１０Ｂを参照し、鉄系焼結体Ｇ１２は、第１の識別マークＣ０が図９に示す焼結工程４０を経ることによって消失または劣化して薄くなった鉄系焼結体である。
図１０Ｃを参照し、鉄系焼結体Ｇ１３は第２の識別マークＣ１が形成された鉄系焼結体であり、図９に示す第２の識別マーク形成工程４２によって作製される。
【００７１】
図１０Ａに示す識別マークＣ０の付与または形成方法として、粘着シールの貼り付け、スタンプによる刻印、レーザーマーキングなどが可能である。焼結後も識別マークＣ０が消失せずにその機能が有効なまま維持されれば、中間製品（圧粉成形体〜焼結体）から完成品までの一貫した生産管理、品質管理、製造履歴管理等に有効であることはいうまでもない。この場合は、識別マークＣ０が含む情報については、焼結後にあらためて識別マークを形成する必要はない。
【００７２】
しかしながら、識別マークＣ０は、たとえレーザーマーキングで形成されたものであっても、１０００℃を超える焼結条件によっては、消失したり、劣化してコントラストが不明瞭になったりして、コードリーダーで認識できなくなる場合がある（図１０Ｂ）。あるいは、識別マークＣ０に加えて、焼結後の履歴情報などを含む識別マークを新たに追加する場合も起こり得る。そういった場合には、焼結後にあらたに第２の識別マークＣ１を焼結体表面に形成する必要があり、本発明の形態に係る鉄系焼結体へのレーザーマーキング方法が有効となる。
【００７３】
消失した第１の識別マークＣ０と同じ内容または新たな情報（焼結工程など）を含んだ第２の識別マークＣ１をレーザーマーキング方法で形成する際、識別マークＣ１の形成位置は、識別マークＣ０が形成されていた箇所には特に制約を受けず、必要に応じて決められる。ただし、識別マークＣ０が完全には消失せず、薄く残存している場合、あるいは識別マークＣ０と識別マークＣ１を共存させて使用する場合は、識別マークＣ１は識別マークＣ０との混同が生じないよう、識別マークＣ０と明確に区別できるような位置に形成される。
【００７４】
［焼結製品に形成した識別マークのコードリーダーによる可読性の評価］
図１１は、鉄系焼結体表面に形成された識別マークの一例の拡大写真である。前記識別マーク用のエリア１において、黒く見える部分が暗部（セルの内側に形成されたドット状の凹部）に相当し、これらが二次元コード２を形成している。この例の場合、第１のレーザー光をセルの内部で渦巻き状ではなく、直線状に往復させて走査したため、暗部のドットは四角形状になっている。このような二次元コードは、市販のコードリーダー（バーコードリーダー、ＱＲコードリーダーなど）によって読み取ることができる。しかしながら、レーザー加工条件によっては、暗部と明部とのコントラストが明瞭でない状態が生じ得る。そうなると、コードリーダーは、二次元コードの情報を認識できずに反応しなかったり、エラー表示が出たり（いずれも認識不可）、誤った情報を認識したり（誤認識）して、読み取り不良となる。
【００７５】
形成された識別マークは、いかなる場合でもコードリーダーの可読性に不良や不具合がないことが理想であり、読み取り対象製品の数量すなわち生産量が増えても、常に安定的かつ正確に読み取れなければならない。したがって、可読性の評価は、一定の母集団について読み取りテストをした際に、読み取り不良（認識不可、誤認識）がゼロか否か、で合否が評価される。例えば、母集団のｎ数を５００個とした場合、読み取りテストで１個でも不良が出れば、その識別マークの形成方法・条件は適当とはいえず、不合格となる。評価の際の母集団の大きさ（ｎ数）は、識別マークの品質レベル、対象製品の生産数量やロットの大きさなどを考慮して決められ、通常１００個〜５０００個である。
【００７６】
［鉄系焼結体の製造工程の詳細］
図１および図９に示した鉄系焼結体の製造工程において、プレス成形工程３０、焼結工程４０、サイジング工程５０、および熱処理工程６０の各工程について以下に詳細を説明する。
【００７７】
（プレス成形）
プレス成形工程３０は、金属粉末１０ａに潤滑剤１０ｂを添加した原料粉末を、プレス成形して圧粉成形体を作製する工程である。
圧粉成形体は、焼結製品の中間製品であり、焼結製品に対応した形状に成形される。
【００７８】
原料粉末：
金属粉末１０ａの材質は、鉄系材料が挙げられる。鉄系材料とは、鉄又は鉄を主成分とする鉄合金のことである。鉄合金としては、例えば、Ｎｉ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ｃ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｐ，Ｂ，Ｎ及びＣｏ から選択される１種以上の添加元素を含有するものが挙げられる。
【００７９】
具体的な鉄合金としては、ステンレス鋼、Ｆｅ−Ｃ系合金、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｏ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｍｎ系合金、Ｆｅ−Ｐ 系合金、Ｆｅ−Ｃｕ系合金、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃ 系合金、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｍｏ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｃｕ−Ｃ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｕ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｃ 系合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｃｒ系合金、Ｆｅ−Ｃｒ系合金、Ｆｅ−Ｍｏ−Ｃｒ系合金、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃ 系合金、Ｆｅ−Ｍｏ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｃ系合金などが挙げられる。
【００８０】
鉄系材料の粉末を主体とすることで、鉄系焼結体が得られる。鉄系材料の粉末を主体とする場合、鉄系材料の粉末の含有量は、原料粉末を１００質量％ とするとき、例えば９０質量％以上、更に９５質量％以上とすることが挙げられる。
鉄系材料の粉末、特に鉄粉を主体とする場合は、合金成分としてＣｕ，Ｎｉ，Ｍｏなどの金属粉末を添加することが好ましい。
【００８１】
Ｃｕ，Ｎｉ，Ｍｏは、焼き入れ性を向上させる元素である。Ｃｕ，Ｎｉ，Ｍｏの含有量は、原料粉末を１００質量％ とするとき、例えば０質量％超５質量％以下、更に０． １質量％以上２質量％以下とすることが挙げられる。
なお、原料粉末は、上述の金属粉末を主体とするが、微量な不可避の不純物を含むことは許容される。
【００８２】
鉄系材料の粉末、特に鉄粉を主体とする場合は、炭素（黒鉛）粉などの非金属無機材料を添加してもよい。Ｃは、焼結体やその熱処理体の強度を向上させる元素である。
Ｃの含有量は、原料粉末を１００質量％ とするとき、例えば０質量％超２質量％以下、更に０ ．１ 質量％ 以上１質量％以下とすることが挙げられる。
【００８３】
原料粉末は、潤滑剤１０ｂを含有することが好ましい。潤滑剤を含有することで、圧粉成形体をプレス成形する際の潤滑性が高められ、成形性が向上する。この場合、プレス成形の圧力を低くしても、緻密な圧粉成形体が得られ易く、圧粉成形体の密度が高まることで、高密度の鉄系焼結体が得られ易い。
潤滑剤としては、例えば、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸リチウムなどの金属石鹸、ステアリン酸アミドなどの脂肪酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミドなどの高級脂肪酸アミドなどが挙げられる。
【００８４】
潤滑剤１０ｂは、固体状や粉末状、液体状など形態を問わない。潤滑剤の含有量は、原料粉末を１００質量％ とするとき、例えば２質量％以下、更に１質量％以下とすることが挙げられる。潤滑剤の含有量が２質量％以下であれば、圧粉成形体に含まれる金属粉末の割合を多くできる。
【００８５】
このため、プレス成形の圧力を低くしても、緻密な圧粉成形体が得られ易い。更に、プレス成形後の工程で圧粉成形体を焼結した際に、潤滑剤が消失することによる体積収縮を抑制することができ、寸法精度が高く、高密度の鉄系焼結体が得られ易い。
潤滑剤１０ｂの含有量は、潤滑性の向上効果を得る観点から、０ ．１ 質量％以上、更に０ ．５質量％ 以上が好ましい。
【００８６】
原料粉末は、有機バインダーを含有してよいが、本実施形態の圧粉成形体の原料粉末には、有機バインダーが含まれていないことが好ましい。
原料粉末に有機バインダーを含有しないことで、圧粉成形体に含まれる金属粉末の割合を多くできる。このため、プレス成形の圧力を低くしても、緻密な圧粉成形体が得られ易い。更に、圧粉成形体を後工程で脱脂する必要もない。
【００８７】
上述の金属粉末は、水アトマイズ粉、還元粉、ガスアトマイズ粉などが利用できる。この中でも、水アトマイズ粉又は還元粉が好適である。
その理由は、水アトマイズ粉や還元粉は、粒子表面に凹凸が多く形成されていることから、成形時に粒子同士の凹凸が噛み合って、圧粉成形体の保形力を高められるからで
ある。一般に、ガスアトマイズ粉では、表面に凹凸の少ない粒子が得られ易いのに対し、水アトマイズ粉又は還元粉では、表面に凹凸が多い粒子が得られ易い。
【００８８】
金属粉末の平均粒径は、例えば２０μｍ以上でかつ２００μｍ以下とすることが挙げられる。平均粒径は、５０μｍ以上１７０μｍ以下であってもよいし、８０μｍ以上１４０μｍ 以下であってもよい。
金属粉末の平均粒径とは、ふるい分け試験方法（ＪＩＳ  Ｚ８８１５）の乾式ふるい分け試験法により測定した質量粒度分布における累積質量が、５０％となる粒径（Ｄ５０）のことである。金属粉末の平均粒径が上記範囲内であれば、粉末の流動度が良いため取り扱い易くプレス成形が行い易い。
【００８９】
プレス成形：
プレス成形工程３０には、完成品である焼結製品に対応した形状に成形できる成形装置（成形用金型） が用いられる。図１０Ａに例示する圧粉成形体Ｇ０１（スプロケット）では、すべての部分を成形時に一体に形成している。
【００９０】
成形装置（図示略）は、例えば、上下のパンチと、上下パンチの内側に挿通されて、圧粉成形体Ｇ０１のボス部の内周面を形成する内側ダイと、上下パンチの外周を囲み、圧粉成形体Ｇ０１ のギア部分を形成する挿通孔が形成された外側ダイとを備える。
圧粉成形体Ｇ０１ の軸方向両端面は、上下のパンチでプレスされる面である。圧粉成形体Ｇ０１の内周面と外周面は内外のダイとの摺接面である。成形工程におけるプレス成形の加圧力は、例えば４００ ＭＰａ以上１０００ＭＰａ以下とすることが挙げられる。
【００９１】
（焼結工程）
焼結工程４０は、圧粉成形体を焼結させる工程である。焼結工程には、温度雰囲気制御が可能な焼結炉（図示略）が用いられる。焼結条件は、圧粉成形体の材質などに応じて、焼結に必要な条件を適宜設定すればよい。
焼結温度は、主たる金属粉末の融点以下（例えば１４００℃ 以下）に設定され、例えば１０００℃ 以上に設定することが好ましい。焼結温度は、１１００℃以上又は１２００℃以上であってもよい。
焼結時間は、例えば１５分以上１５０分以下、或いは２０分以上６０分以下とすることが挙げられる。
【００９２】
（サイジング）
サイジング工程５０は、圧粉成形体を焼結した後の中間素材（焼結体）を再度圧縮することにより、焼結体の寸法精度を高める工程である。
サイジングに用いるプレス成形機は、例えば、ロボットアームなどにより焼結体がセットされる下型と、セットされた焼結体を上方からプレスする上型とを有する、ターンテーブル方式のプレス成形機よりなる。
サイジングにおけるプレス成形の加圧力は、焼結製品の種類によって異なるが、例えば２５０ＭＰａ以上８００ＭＰａ以下とすることが挙げられる。
【００９３】
（熱処理）
熱処理工程６０は、サイジング後の焼結体に所定の熱処理を行うことにより、焼結体の表面を硬化させる工程である。
熱処理工程に用いる熱処理装置は、連続式及びバッチ式のいずれでもよい。バッチ式の熱処理装置は、焼結体に浸炭焼き入れを施す焼き入れ炉と、焼き入れ後の焼結体を焼き戻す焼き戻し炉などが含まれる。熱処理装置の浸炭方式は、ガス浸炭、真空浸炭、イオン浸炭のいずれであってもよい。
【００９４】
なお、図１および図９に示す鉄系焼結体の製造工程において、サイジング後でかつ熱処理前の焼結体に所定の切削処理や穿孔処理を行う工程や、熱処理後の焼結体に表面処理を施す工程など、その他の工程が含まれていてもよい。
【００９５】
［実施例］
焼結製品として、スプロケットの製造工程を例にとって実施例を示す。
（実施例Ｉ）
Ｆｅ−２質量％Ｃｕ−０．８質量％Ｃの組成の金属粉末１００質量部に対し、潤滑剤（ステアリン酸亜鉛）０．５質量部を添加した原料粉末を、成形装置を用いて加圧力５００ＭＰａで製品形状にプレス成形し、圧粉成形体を得た。さらに焼結炉で焼結温度１１００℃、焼結時間３０分で処理し、鉄系焼結体を得た。
【００９６】
得られた鉄系焼結体の表面に、レーザーマーカー装置（パナソニック社製ＦＡＹｂレーザーマーカー ＭＰ−Ｍ５００、パルスレーザー方式）を用いて、識別マーク用のエリアに複数のドット状の凹部を有する二次元コードをレーザーマーキングした。表１は、各試料Ｎｏ．について、焼結工程後のレーザーマーキング条件と識別マークの特性評価結果を示している。
【００９７】
【表１】
2019093194.tif 000003
【００９８】
レーザー光の平均出力（表１中ｐ１、ｐ２）、スポット径（表１中ｒ１、ｒ２）、および走査速度（表１中ｓ１、ｓ２）を、表１に示す試料Ｎｏ．Ｉ−１〜Ｉ−１２の“焼結工程後のレーザーマーキング条件”に記載した値に設定し、これらによって導出される第１のレーザー光および第２のレーザー光の単位面積あたりの照射エネルギー（表１中ｅ１、ｅ２）に基づいて、第１工程および第２工程を実施した。
【００９９】
ここで、平均出力とは既述の通り、パルスエネルギー（Ｊ）に繰返し周波数（１／ｓ）を乗じたものである。そこで、繰り返し周波数を、第１工程は５０ｋＨｚ、第２工程は１００ｋＨｚに固定し、パルスエネルギーを、試料Ｎｏ．に応じて変えることにより、表１に示す平均出力の値を設定した。
【０１００】
各試料Ｎｏ．のｎ数は、同一のレーザーマーキング条件あたり製品５００個とし、製品１個につき１か所に所定の情報を有する識別マークを形成した。マーキング後のドット状の凹部の深さおよび凹部外周縁部の凸部高さは、三次元形状測定機（ＫＥＹＥＮＣＥ  ＶＲ−３０００）を用いて、本発明の実施形態の詳細において図８Ａ、図８Ｂを例にとって説明した方法に従って測定した。測定数については、各試料Ｎｏ．につき製品５００個の中からランダムに３個を選び、製品１個中の識別マーク内から３か所のドット状の凹部を無作為に選んで測定した。得られた合計９か所の測定値の中から、ドット状の凹部の最小値および最大値、凹部外周縁部の凸部高さの最大値をその試料Ｎｏ．の測定値として表１に記載した。
【０１０１】
コードリーダーは、ＣＯＧＮＥＸ製 Ｄａｔａｍａｎ ３６２Ｘを用い、鉄系焼結体に形成した識別マークの可読性を評価した。各試料Ｎｏ．につき製品５００個に形成した二次元コードを読み取り、読み取り不良（認識不可または誤認識）がゼロの場合はその試料Ｎｏ．は「合格」、読み取り不良が１個以上出た場合は「不合格」とした。
【０１０２】
表１を参照して、試料Ｎｏ．Ｉ−１〜Ｉ−９は実施例、試料Ｎｏ．Ｉ−１０〜Ｉ−１２は比較例である。試料Ｎｏ．Ｉ−１〜Ｉ―９はいずれも、第１のレーザー光の単位面積あたりの照射エネルギーｅ１が、第２のレーザー光の単位面積あたりの照射エネルギーｅ２よりも大きい（ｅ１＞ｅ２）。これに対し、試料Ｎｏ．Ｉ−１０〜Ｉ―１２は、その逆となっている（ｅ１＜ｅ２）。コードリ−ダーの可読性は、ｅ１＞ｅ２である試料Ｉ―１〜Ｉ−９はいずれも「合格」であったのに対し、試料Ｎｏ．Ｉ−１０〜Ｉ―１２はいずれも「不合格」であった。
【０１０３】
第１のレーザー光の平均出力が２０Ｗより小さく（１５Ｗ）、かつ第２のレーザー光の平均出力が２５Ｗよりも大きい（５０Ｗ）試料Ｎｏ．Ｉ―１０は、ドット状の凹部の深さが最大４５μｍと、７０μｍより浅く、暗部としてのコントラストが不明瞭になり、コードリーダーの読み取り不良が多発した（その結果「不合格」）。
【０１０４】
第１のレーザー光のｅ１が７．０ Ｊ／ｍｍ２より高く（１０．０Ｊ／ｍｍ２）、かつ第２のレーザー光のｅ２が０．０５Ｊ／ｍｍ２より低い（０．０３Ｊ／ｍｍ２）試料Ｉ―９は、可読性の評価結果は「合格」であり、比較例に比べて効果はあったが、他の実施例（Ｉ―１〜Ｉ―８）に比べると安定性に欠け、別の製造ロットで評価した際に読み取り不良が発生する場合も見受けられた。
【０１０５】
試料Ｎｏ．Ｉ―１１は、ドット状の凹部の深さが最大１０２μｍ、最小８７μｍ、凹部外周縁部の凸部高さが最大９５μｍと、それぞれの数値は好ましい範囲に入っているが、コードリーダーの可読性は「不合格」となった。これは、第２のレーザー光のｅ２が１．７６Ｊ／ｍｍ２と、０．５０ Ｊ／ｍｍ２に比べて大幅に高いため、ドット状凹部以外の表面部分が黒色化してしまい、コントラストが不明瞭になったためと考えられる。
【０１０６】
（実施例ＩＩ）
実施例Ｉと同様の原料粉末を、成形装置を用いて加圧力５００ＭＰａで製品形状にプレス成形した後、得られた圧粉成形体の表面に、レーザーマーカー装置（パナソニック社製ＦＡＹｂレーザーマーカー ＭＰ−Ｍ５００）を用いて、表２に示す条件にて、第１の識別マーク（複数のドット状の第１の凹部を有する二次元コードを含む）をレーザーマーキングした。成形後の圧粉成形体の第１の識別マークをコードリーダーの可読性を評価した後、焼結炉で焼結温度１１００℃、焼結時間３０分で処理し、得られた鉄系焼結体の表面に、実施例Ｉと同様に、レーザーマーカー装置を用いて、第２の識別マークを形成した。第２の識別マークのレーザーマーキング条件は、表２のすべての試料について、実施例Ｉにおける表１中の試料Ｎｏ．Ｉ―４と同じ条件とした。その後、焼結後の鉄系焼結体での第１の識別マークおよび第２の識別マークのコードリーダー可読性を、各試料について実施例Ｉと同様のｎ数、方法でそれぞれ評価した。
【０１０７】
表２は、各試料の第１の識別マークのレーザーマーキング条件、およびコードリーダーの可読性の評価結果を示している。
【０１０８】
【表２】
2019093194.tif 000004
【０１０９】
第１の識別マークについて、パルスレーザーの繰り返し周波数は、１−１工程は５０ｋＨｚ、１−２工程は１００ｋＨｚに固定し、パルスエネルギーを、試料Ｎｏ．に応じて変えることにより、表２に示す試料Ｎｏ．ＩＩ−１〜ＩＩ−６の“成形後のレーザーマーキング条件”に記載した平均出力ｐ１、ｐ２の値を設定した。レーザー光のスポット径ｒ１、ｒ２、および走査速度ｓ１、ｓ２を設定し、これらによって導出される第３のレーザー光および第４のレーザー光の単位面積あたりの照射エネルギーｅ１、ｅ２に基づいて、１−１工程および１−２工程を実施した（試料Ｎｏ．ＩＩ―５は、１−２工程は実施せず）。
【０１１０】
表２を参照して、試料Ｎｏ．ＩＩ―１〜ＩＩ―３は第１の識別マークと第２の識別マークが焼結後も共存するケースである。Ｎｏ．ＩＩ―４は、第１の識別マークが圧粉成形体では良好だったが、焼結後に消失または劣化して認識不能になり、焼結体では第２の識別マークのみが機能するケースである。Ｎｏ．ＩＩ―５、ＩＩ―６は、第１の識別マークが圧粉成形体ですでに可読性が「不合格」で機能しないケースを示している。
いずれのケースにおいても、第１の識別マーク形成の後に、第２の識別マークを形成することによって、第１の識別マークと第２の識別マークを共存させることにより、管理できる情報の選択肢を増やすことができる。また、第１の識別マークが製造工程中に不良になったり、焼結後に消失したり、劣化したりする場合でも、鉄系焼結体に必要な識別マークを第２の識別マークによって確保することができる。
【０１１１】
上述の実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１１２】
１  エリア
２  二次元コード
３  セル
４  凹部
５、６  走査軌跡
７  凸部
８  外周部分
９  第１のエリア
１０第２のエリア
ａ  凹部の最底部
ｂ  凸部の最頂部
ｃ  境界
ｄ  凹部の深さ
ｈ  凸部の高さ
Ｈ  縦の長さ
Ｗ  横の長さ
Ｌ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３  直線
Ｃ０、Ｃ１  識別マーク
Ｇ０１  圧粉成形体
Ｇ１０、Ｇ１１、Ｇ１２、Ｇ１３  鉄系焼結体
【図１】
2019093194.tif 000005
【図２Ａ】
2019093194.tif 000006
【図２Ｂ】
2019093194.tif 000007
【図３】
2019093194.tif 000008
【図４】
2019093194.tif 000009
【図５Ａ】
2019093194.tif 000010
【図５Ｂ】
2019093194.tif 000011
【図６Ａ】
2019093194.tif 000012
【図６Ｂ】
2019093194.tif 000013
【図７Ａ】
2019093194.tif 000014
【図７Ｂ】
2019093194.tif 000015
【図８Ａ】
2019093194.tif 000016
【図８Ｂ】
2019093194.tif 000017
【図９】
2019093194.tif 000018
【図１０Ａ】
2019093194.tif 000019
【図１０Ｂ】
2019093194.tif 000020
【図１０Ｃ】
2019093194.tif 000021
【図１１】
2019093194.tif 000022
【国際調査報告】
2019093194.tif 000023
2019093194.tif 000024
2019093194.tif 000025