(57)【要約】金属粉末を含む原料粉末を金型で圧縮成形して、相対密度が８８％以上の圧粉成形体を作製する工程と、前記圧粉成形体に切削工具で溝加工することにより、前記圧粉成形体に溝幅が１．０ｍｍ以下の溝部を形成する工程と、前記溝部を形成する工程の後、前記溝部が形成された前記圧粉成形体を焼結する焼結工程と、を備える焼結部品の製造方法。
2019026783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粉末を含む原料粉末を金型で圧縮成形して、相対密度が８８％以上の圧粉成形体を作製する工程と、
前記圧粉成形体に切削工具で溝加工することにより、前記圧粉成形体に溝幅が１．０ｍｍ以下の溝部を形成する工程と、
前記溝部を形成する工程の後、前記溝部が形成された前記圧粉成形体を焼結する焼結工程と、を備える焼結部品の製造方法。
【請求項２】
前記切削工具は、外周に切れ刃を有するフライスであり、前記切れ刃の側面に逃げ面が実質的にない請求項１に記載の焼結部品の製造方法。
【請求項３】
前記溝部を形成する工程において、前記溝加工は、前記圧粉成形体を治具に保持して行い、
前記治具は、前記圧粉成形体の前記切削工具が抜ける側の端面に押し当てられる拘束面を有する請求項１又は請求項２に記載の焼結部品の製造方法。
【請求項４】
前記治具が、前記圧粉成形体の軸心を位置決めする位置決め機構を有する請求項３に記載の焼結部品の製造方法。
【請求項５】
前記切削工具は、外周に切れ刃と側面を有するフライスであり、前記切れ刃の外周縁を通り径方向に平行な直線に対する前記側面の角度が０．１５°以下であり、
前記溝部を形成する工程において、前記溝加工は、前記圧粉成形体を治具に保持して行い、
前記治具は、前記圧粉成形体の前記切削工具が抜ける側の端面に押し当てられる拘束面を有し、
前記治具が、前記圧粉成形体の軸心を位置決めする位置決め機構を有する請求項１に記載の焼結部品の製造方法。
【請求項６】
相対密度が８８％以上であり、
溝幅が１．０ｍｍ以下である溝部を有する焼結部品。
【請求項７】
前記溝部の内側面の表面粗さが算術平均粗さＲａで５μｍ以下である請求項６に記載の焼結部品。
【請求項８】
前記焼結部品の軸方向の長さが６ｍｍ以上である請求項６又は請求項７に記載の焼結部品。
【請求項９】
前記焼結部品がベーンポンプ用ロータである請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の焼結部品。
【請求項１０】
前記溝部が形成された円筒状の第１面と前記第１面に連なる第２面と第２面に対向する第３面とを有し、
前記溝部は前記第２面から前記第３面まで連通しており
前記溝部は底面と２つの内側面を有し、
前記底面と前記内側面との交線を通り前記底面に垂直な平面に対する前記内側面の角度が０．１５°以下であり、
前記溝部の溝幅が０．３ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下であり、
前記内側面の表面粗さが算術平均粗さＲａで５μｍ以下であり、
前記焼結部品の軸方向の長さが６ｍｍ以上であり、
前記溝部の深さが２ｍｍ以上であり、
請求項６に記載の焼結部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結部品の製造方法、及び焼結部品に関する。
本出願は、２０１７年８月４日出願の日本出願第２０１７−１５２０４９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は、ベーンポンプ用ロータの焼結用成形品（圧粉成形体）の外周に凹部（溝部）を成形するプレス成形用金型に関する発明を開示している。特許文献１には、ダイの孔の内側に複数の平板状のコアを突出するように設け、各コアにより凹部を成形することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２７９７０９号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示の焼結部品の製造方法は、
金属粉末を含む原料粉末を金型で圧縮成形して、相対密度が８８％以上の圧粉成形体を作製する工程と、
前記圧粉成形体に切削工具で溝加工することにより、前記圧粉成形体に溝幅が１．０ｍｍ以下の溝部を形成する工程と、
前記溝部を形成する工程の後、前記溝部が形成された圧粉成形体を焼結する焼結工程と、を備える。【０００５】
本開示の焼結部品は、
相対密度が８８％以上であり、
溝幅が１．０ｍｍ以下である溝部を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、実施形態に係る焼結部品の一例を示す概略斜視図である。
【図２】図２は、実施形態に係る焼結部品の製造方法における加工工程を説明する概略図である。
【図３】図３は、実施形態に係る焼結部品の製造方法における加工工程で溝加工に使用する切削工具の一例を示す概略図である。
【図４】図４は、実施形態に係る焼結部品の別の一例を示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
鉄粉などの金属粉末を成形して焼結した焼結部品が、自動車や産業機械などの各種部品に利用されている。一般に、焼結部品は、金属粉末を含有する原料粉末を金型で圧縮成形して圧粉成形体を作製し、これを焼結することで製造されている。焼結部品の中には、溝部を有する形状のものがあり、その１つに、例えばベーンポンプに用いられるロータがある。ベーンポンプ用ロータは、ロータの外周面に放射状に形成された複数の溝部を有し、各溝部内に摺動自在にベーンが挿入される。各ベーンは、ロータの回転に伴い各溝部から径方向に突出して、ベーンの先端部がカムリングの内周面に摺接したり、ベーンの側面部がプレート材やポンプケースなどに摺接する。
【０００８】
従来、ベーンポンプ用ロータなどの溝部を有する焼結部品を製造する場合は、金型成形によって圧粉成形体に溝部を成形している。特許文献１は、ベーンポンプ用ロータの焼結用成形品（圧粉成形体）の外周に凹部（溝部）を成形するプレス成形用金型に関する発明を開示している。特許文献１には、金型に備えるダイの型孔の内側に平板状のコアを突出するように複数設け、各コアにより凹部を成形することが記載されている。
【０００９】
［本開示が解決しようとする課題］
溝部を有する焼結部品において、焼結部品を高密度化すると共に、溝部を狭小化することが求められている。焼結部品を高密度化することで、剛性が向上し、焼結部品の欠けや破損を抑制して耐久性を向上させることができる。また、例えばベーンポンプ用ロータの場合、ベーンが挿入される溝部の溝幅を狭くすることで、使用するベーンの厚さを薄くすることが可能である。ベーンの薄型化により、ベーンの先端部とカムリングの内周面並びにベーンの側面部とプレート材やポンプケースとの摺接時の接触面積が小さくなり、摺接抵抗を低減してポンプロスを低減できる。また、溝部を研磨加工するものについては、加工時の取代を低減できる。しかしながら、ダイにコアを設けた金型を用いて、金型成形によって圧粉成形体に溝部を成形する従来の製造方法では、焼結部品の高密度化と溝部の狭小化とを両立することが困難であった。
【００１０】
焼結部品を高密度化するには、焼結前の圧粉成形体を高密度化する必要があり、その場合、原料粉末を圧縮成形する際の面圧を高くすることが挙げられる。面圧を高くすると、原料粉末に作用する圧力が高くなると共に、溝部を成形するコアの両側で原料粉末の圧力分布の差が大きくなる傾向がある。この圧力分布の差によってコアの両側面における圧力バランスが崩れ、コアに作用する曲げ応力が大きくなる。成形する圧粉成形体の高さ（軸方向の長さ）が大きいほど、圧力分布の差が生じ易く、コアに作用する曲げ応力がより大きくなる傾向がある。
【００１１】
一方、溝部を狭小化するには、溝部を成形するコアの厚さを薄くすることが求められる。しかし、コアを薄くすると、コアの剛性が低下して、面圧を高くした場合にコアに過大な曲げ応力が作用して、圧縮成形時にコアが変形したり折損したりする問題がある。そのため、従来の製造方法では、面圧を高くして圧粉成形体を高密度化しようにも、コアが変形したりしない程度にコアの厚さを設定しなければならず、コアの制約で、溝部の溝幅を狭くすることに限界があった。従来の金型成形によって得られる溝部を有する焼結部品の場合、一般的に、焼結部品の相対密度が８５〜８６％程度で、溝部の溝幅が２．０ｍｍ程度であった。
【００１２】
そこで、本開示は、焼結部品を高密度化しながら、溝幅が狭い溝部を形成することができる焼結部品の製造方法を提供することを目的の一つとする。また、高密度でありながら、溝幅が狭い溝部を有する焼結部品を提供することを別の目的の一つとする。
【００１３】
［本開示の効果］
本開示の焼結部品の製造方法は、焼結部品を高密度化できながら、溝幅が狭い溝部を形成することができる。本開示の焼結部品は、高密度でありながら、溝幅が狭い溝部を有する。
【００１４】
［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
【００１５】
（１）本発明の実施形態に係る焼結部品の製造方法は、
金属粉末を含む原料粉末を金型で圧縮成形して、相対密度が８８％以上の圧粉成形体を作製する工程と、
前記圧粉成形体に切削工具で溝加工することにより、前記圧粉成形体に溝幅が１．０ｍｍ以下の溝部を形成する工程と、
前記溝部を形成する工程の後、前記溝部が形成された圧粉成形体を焼結する焼結工程と、を備える。
【００１６】
上記焼結部品の製造方法によれば、従来のように成形工程で金型成形によって圧粉成形体に溝部を成形するのではなく、後工程の加工工程で焼結前の圧粉成形体に溝加工して溝部を形成する。そのため、成形工程において、溝部を成形するコアの制約がなく、面圧を高くして圧粉成形体を高密度化でき、相対密度が８８％以上の高密度の圧粉成形体を容易に作製できる。焼結前の圧粉成形体の相対密度が８８％以上である場合、これを焼結した焼結部品の相対密度は８８％以上となる。ここでいう「相対密度」は、真密度に対する実際の密度（［実測密度／真密度］の百分率）のことを意味する。真密度は、圧粉成形体（焼結部品）を構成する金属粉末の密度とする。鉄粉の場合、真密度は７．８７４ｇ／ｃｍ３であり、相対密度が８８％以上とは６．９３ｇ／ｃｍ３以上である。
【００１７】
また、加工工程において、焼結前の圧粉成形体に溝加工を行うため、溝幅が１．０ｍｍ以下の狭い溝部を容易に形成できる。圧粉成形体は、成形により原料粉末を固めただけであり、金属粉末の粒子同士が機械的に密着している状態であるので、焼結後のように強固に結合していない。そのため、焼結前の圧粉成形体にフライスなどの切削工具で溝加工した場合、焼結後に溝加工する場合に比較して、金属粉末の粒子同士の結合が弱く、切削が容易であり、生産性に優れる。これに対し、焼結後に溝加工を行った場合は、焼結によって金属粉末の粒子同士が強固に結合しているため、切削し難く、生産性の低下を招く。形成する溝部の溝幅は、使用する切削工具によって設定できる。
【００１８】
したがって、上記焼結部品の製造方法は、焼結部品を高密度化できながら、溝幅が狭い溝部を形成することができる。
【００１９】
（２）上記焼結部品の製造方法の一態様として、前記切削工具は、外周に切れ刃を有するフライスであり、前記切れ刃の側面に逃げ面が実質的にないことが挙げられる。
【００２０】
溝部を形成する切削工具としては、適宜な溝加工用工具を用いることができ、例えば、外周に切れ刃を有するフライスが好適に利用できる。特に、切れ刃の側面に逃げ面が実質的にないフライスで圧粉成形体に溝加工した場合、溝部の内側面の表面粗さを小さくすることができる。ここで、「切れ刃の側面に逃げ面が実質的にない」とは、側面の逃げ勾配が０°以上０．１５°以下であることを意味する。溝部の内側面の表面粗さが小さくなる理由は次のように考えられる。
【００２１】
圧粉成形体に切削工具で溝加工した場合、金属粉末の粒子同士の結合が弱いため、金属粉末の粒子を切れ刃で削り落としながら切削して、溝部を形成していく。切れ刃の進行によって溝部を形成したとき、切れ刃の側面に対向する溝部の内側面から粒子が所々脱落して、内側面に粒子による凹凸が形成される場合がある。上記態様のように切れ刃の側面に逃げ面が実質的にない場合は、切れ刃の側面と溝部の内側面との間に隙間が形成されず、溝部の内側面から脱落する粒子の逃げ代がないため、切れ刃の側面によって内側面の粒子が押し込まれることになる。そのため、溝部の内側面に粒子による凹凸が形成されることを抑制でき、内側面が平滑になり、表面粗さが小さくなる。具体的には、切れ刃の側面に逃げ面がない場合、溝部の内側面の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）を５μｍ以下とすることができる。これに対し、切れ刃の側面に逃げ面がある場合は、逃げ面の箇所で切れ刃の側面と溝部の内側面との間に隙間が形成されることから、溝部の内側面から脱落する粒子の逃げ代ができ、内側面から粒子の脱落が起こり得る。よって、溝部の内側面に粒子による凹凸が形成され、内側面の表面粗さが大きくなり、例えば表面粗さＲａが８μｍ以上となる。
【００２２】
（３）上記焼結部品の製造方法の一態様として、前記溝部を形成する工程において、前記溝加工は、前記圧粉成形体を治具に保持して行い、前記治具は、前記圧粉成形体の前記切削工具が抜ける側の端面に押し当てられる拘束面を有することが挙げられる。
【００２３】
圧粉成形体を治具に保持して溝加工を行うことで、加工作業を行い易く、加工精度が安定する。また、例えば、圧粉成形体の軸方向の一端面から他端面に連通する溝部を形成した場合、上述したように、圧粉成形体では金属粉末の粒子同士の結合が弱いため、切削工具が抜ける側の端面において溝部の開口縁に欠けが発生し易い。上記態様のように治具が拘束面を有することで、切削工具が抜ける側の端面に治具の拘束面を押し当てながら溝加工を行うことにより、切削工具が抜ける側の端面に欠けが発生することを効果的に抑制できる。
【００２４】
（４）上記焼結部品の製造方法の一態様として、前記治具が、前記圧粉成形体の軸心を位置決めする位置決め機構を有することが挙げられる。
【００２５】
上記態様のように位置決め機構を有することで、圧粉成形体の軸心を治具に対して位置決めすることにより、切削工具による溝部の加工精度が向上する。
【００２６】
（５）上記焼結部品の製造方法の一態様として、前記切削工具は、外周に切れ刃と側面を有するフライスであり、前記切れ刃に対する前記側面の角度が０．１５°以下であり、
前記加工工程において、前記溝加工は、前記圧粉成形体を治具に保持して行い、
前記治具は、前記圧粉成形体の前記切削工具が抜ける側の端面に押し当てられる拘束面を有し、
前記治具が、前記圧粉成形体の軸心を位置決めする位置決め機構を有することが挙げられる。
【００２７】
上記態様の焼結部品の製造方法は、焼結部品を高密度化できながら、溝幅が狭い溝部を形成することができる。
【００２８】
（６）本発明の実施形態に係る焼結部品は、
相対密度が８８％以上であり、
溝幅が１．０ｍｍ以下である溝部を有する。
【００２９】
上記焼結部品は、高密度でありながら、溝幅が狭い溝部を有する。焼結部品の相対密度が８８％以上であり、高密度であるため、剛性が高く耐久性に優れる。また、溝部の溝幅が１．０ｍｍ以下であり、溝部の溝幅が狭い。溝部を有する焼結部品としては、例えば、ベーンポンプ用ロータやヒートシンクなどが挙げられる。例えばベーンポンプ用ロータの場合、ベーンが挿入される溝部の溝幅が狭いことで、使用するベーンの厚さを薄くすることができる。これにより、ベーンの先端部とカムリングの内周面並びにベーンの側面部とプレート材やポンプケースなどとの摺接抵抗を低減してポンプロスを低減できる。また、例えばヒートシンクの場合、溝部の溝幅が狭いことで、単位面積あたりにおける溝部の本数を増やすことができる。これにより、ヒートシンクの表面積を大きくして、放熱面積を増加させることで、ヒートシンクの放熱性能を向上させることができる。
【００３０】
（７）上記焼結部品の一態様として、前記溝部の内側面の表面粗さが算術平均粗さＲａで５μｍ以下であることが挙げられる。
【００３１】
溝部の内側面の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）が５μｍ以下であることで、内側面が平滑である。溝部の内側面の表面粗さが小さいことで、例えばベーンポンプ用ロータの場合、溝部に挿入されるベーンとの摺動抵抗を低減して、ベーンが摺動し易い。ここでいう「算術平均粗さＲａ」は、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１−２００１に準拠して測定した値である。
【００３２】
（８）上記焼結部品の一態様として、前記焼結部品の軸方向の長さが６ｍｍ以上であることが挙げられる。
【００３３】
焼結部品の軸方向の長さ（高さ）が６ｍｍ以上であることで、焼結部品の利用範囲を拡大できる。ベーンポンプ用ロータの場合、軸方向の長さが６ｍｍ以上であることで、ポンプ容量を増やしたり、ロータ径を小さくしてポンプの小型化を図ることができる。
【００３４】
（９）上記焼結部品の一態様として、前記焼結部品がベーンポンプ用ロータであることが挙げられる。
【００３５】
上記した実施形態に係る焼結部品は、高密度でありながら、溝幅が狭い溝部を有することから、例えば、ベーンポンプ用ロータに好適に利用できる。上記態様の焼結部品からなるベーンポンプ用ロータは、剛性が高く耐久性に優れており、また、溝部の溝幅が狭いことで、溝部に挿入されるベーンを薄型化して、ベーンとカムリング間、更にはベーンとプレート材やポンプケース間の摺接抵抗に起因するポンプロスを低減できる。また、溝部を研磨加工するものについては、加工時の取代を低減できる。
【００３６】
（１０）上記焼結部品の一態様として、前記溝部が形成された円筒状の第１面と前記第１面に連なる第２面と第２面に対向する第３面とを有し、
前記溝部は前記第２面から前記第３面まで連通しており
前記溝部は底面と２つの内側面を有し、
前記底面と前記内側面との交線を通り前記底面に垂直な平面に対する前記内側面の角度が０．１５°以下であり、
前記溝部の溝幅が０．３ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下であり、
前記内側面の表面粗さが算術平均粗さＲａで５μｍ以下であり、
前記焼結部品の軸方向の長さが６ｍｍ以上であり、
前記溝部の深さが２ｍｍ以上であることが挙げられる。
【００３７】
上記した実施形態に係る焼結部品は、高密度でありながら、溝幅が狭い溝部を有する。
【００３８】
［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る焼結部品の製造方法、及び焼結部品の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、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およ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。
【００３９】
＜焼結部品の製造方法＞
実施形態に係る焼結部品の製造方法は、溝部を有する焼結部品を製造する方法であり、下記の工程を備える。
１．成形工程：金属粉末を含む原料粉末を金型で圧縮成形して、相対密度が８８％以上の圧粉成形体を作製する。
２．加工工程：圧粉成形体に切削工具で溝加工して、溝幅が１．０ｍｍ以下の溝部を形成する。
３．焼結工程：加工工程の後、前記圧粉成形体を焼結する。
以下、各工程を詳細に説明する。
【００４０】
以下では、図１に示すような焼結部品１を製造する場合を例に挙げて説明する。図１に示す焼結部品１は、ベーンポンプ用ロータであり、軸心に軸孔２が形成された円筒状であり、外周面に軸方向に沿って一端面から他端面に連通する溝部３を有する。この例では、外周面に放射状に複数の溝部３が設けられており、各溝部３内には、板状のベーン（図示せず）が摺動自在に挿入される。
【００４１】
（成形工程）
〈金属粉末〉
原料粉末に用いる金属粉末は、焼結部品を構成する主たる材料であり、金属粉末としては、例えば、鉄又は鉄を主成分とする鉄合金（鉄系材料）、アルミニウム又はアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金（アルミニウム系材料）、銅又は銅を主成分とする銅合金（銅系材料）などの各種金属の粉末が挙げられる。ベーンポンプ用ロータの場合、代表的には、純鉄粉や鉄合金粉が用いられる。ここで、「主成分とする」とは、構成成分として、当該元素を５０質量％超、好ましくは８０質量％以上、更に８８質量％以上含有することを意味する。鉄合金としては、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｓｎ，Ｃｒ，Ｍｏ及びＣから選択される少なくとも１種の合金化元素を含有するものが挙げられる。上記合金化元素は、鉄系材料の焼結部品の機械的特性の向上に寄与する。上記合金化元素のうち、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｓｎ，Ｃｒ及びＭｏの含有量は、合計で０．５質量％以上６．０質量％以下、更に１．０質量％以上３．０質量％以下とすることが挙げられる。Ｃの含有量は、０．２質量％以上２．０質量％以下、更に０．４質量％以上１．０質量以下とすることが挙げられる。また、金属粉末に鉄粉を用い、これに上記合金化元素の粉末（合金化粉末）を添加してもよい。この場合、原料粉末の段階では金属粉末の構成成分が鉄であるが、後工程の焼結工程で焼結することによって鉄が合金化元素と反応して合金化される。原料粉末における金属粉末（合金化粉末を含む）の含有量は、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。金属粉末には、例えば水アトマイズ法、ガスアトマイズ法、カルボニル法、還元法などにより作製したものを用いることができる。
【００４２】
金属粉末の平均粒子径は、例えば２０μｍ以上、更に５０μｍ以上１５０μｍ以下とすることが挙げられる。金属粉末の平均粒子径を上記範囲内とすることで、取り扱い易く、圧縮成形し易い。更に、金属粉末の平均粒子径を２０μｍ以上とすることで、原料粉末の流動性を確保し易い。金属粉末の平均粒子径を１５０μｍ以下とすることで、緻密な組織の焼結部品を得易い。金属粉末の平均粒子径は、金属粉末を構成する粒子の平均粒径のことであり、レーザ回折式粒度分布測定装置により測定した体積粒度分布における累積体積が５０％となる粒径（Ｄ５０）とする。この例では、金属粉末に鉄粉を使用しており、その平均粒子径が１００μｍである。
【００４３】
原料粉末には、金型への金属粉末の焼き付きを抑制したり、圧粉成形体の成形性を向上する目的で内部潤滑剤を添加してもよい。内部潤滑剤としては、例えば、ステアリン酸亜鉛やステアリン酸リチウムなどの脂肪酸金属塩、ステアリン酸アミドやエチレンビスステアリン酸アミドなどの脂肪酸アミドなどが挙げられる。内部潤滑剤の添加量は、例えば０．１質量％以上１．０質量％以下、更に０．５質量％以下とすることが挙げられる。内部潤滑剤の添加量を少なくすることで、原料粉末に含まれる金属粉末の割合を多くでき、相対密度が８８％以上の圧粉成形体を作製し易い。内部潤滑剤の添加量は、内部潤滑剤を含まない原料粉末全体を１００質量％としたときの原料粉末に対する潤滑剤の割合である。
【００４４】
更に、原料粉末には、成形助剤として有機バインダーを添加してもよい。有機バインダーとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオレフィン、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアミド、ポリエステル、ポリエーテル、ポリビニルアルコール、酢酸ビニル、パラフィン、各種ワックスなどが挙げられる。有機バインダーは、必要に応じて添加すればよく、添加しなくてもよい。
【００４５】
〈圧縮成形〉
圧縮成形は、例えば、型孔が形成されたダイと、ダイの上下に対向配置されて型孔に挿入される上下のパンチとを備える金型を用いて、ダイの型孔に充填した原料粉をプレス機により上下からパンチで圧縮成形して圧粉成形体１０（図２の上図参照）を作製する。本実施形態では、図２に示すように、後工程の加工工程で圧粉成形体１０に溝部３を形成するため、成形工程では圧粉成形体１０に溝部３を成形しない。そのため、圧粉成形体１０の形状は、溝部を有しない形状である。
【００４６】
成形工程で作製する圧粉成形体１０の形状は、軸心に軸孔２が形成された円筒状であり、溝部３を除いて焼結部品１（図１参照）に対応した形状である。金型を用いて圧粉成形体１０に軸孔２を成形する場合は、ダイの型孔内に軸孔２を成形するコアロッドを配置することが挙げられる。成形する圧粉成形体１０の高さ（軸方向の長さ）は、焼結部品１の用途などにもよるが、ベーンポンプ用ロータの場合、例えば６ｍｍ以上４０ｍｍ以下とすることが挙げられる。
【００４７】
金型の内面（ダイの型孔の内周面など）には、金型への金属粉末の焼き付きを抑制する目的で外部潤滑剤を塗布してもよい。外部潤滑剤としては、例えば、ステアリン酸亜鉛やステアリン酸リチウムなどの脂肪酸金属塩、ステアリン酸アミドやエチレンビスステアリン酸アミドなどの脂肪酸アミドなどが挙げられる。
【００４８】
〈成形条件〉
圧縮成形する際の面圧は、相対密度が８８％以上の圧粉成形体１０が得られるように設定し、例えば６００ＭＰａ以上、好ましくは１０００ＭＰａ以上、更に１５００ＭＰａ以上とすることが挙げられる。面圧を高くすることで、圧粉成形体１０を高密度化でき、圧粉成形体１０の相対密度を高くできる。面圧の上限は、特に限定されないが、製造上の観点から、例えば１２００ＭＰａ以下とすることが挙げられる。圧粉成形体１０の相対密度は、例えば９２％以上、更に９３％以上が好ましい。
【００４９】
（加工工程）
加工工程では、焼結前の圧粉成形体１０に溝加工を行う（図２の下図参照）。溝加工は、図２に示すように、切削工具４０を用いて、圧粉成形体１０の外周面に溝部３を形成する。本実施形態では、図２の下図に示すように、回転する切削工具４０を圧粉成形体１０の軸方向に沿って移動させることによって切れ刃４１で圧粉成形体１０を切削して、圧粉成形体１０の第２面１２から第３面１３（図２における上端面から下端面）に連通する溝部３を形成する。形成する溝部３の溝幅は１．０ｍｍ以下とし、好ましくは０．７ｍｍ以下とすることが挙げられる。溝幅の下限は、特に問わないが、例えば０．３ｍｍ以上とする。形成する溝部３の深さは２ｍｍ以上とし、好ましくは３ｍｍ以上とすることが挙げられる。ここにおいて溝部３の深さは、第１面１１から底面３２までの距離である。
【００５０】
溝部３の溝幅に対する深さの比（深さ／溝幅）が８以上とすることが好ましい。更に好ましくは９以上とすることが好ましい。溝部３の溝幅に対する深さの比が大きくなると、金型での溝部3の成形が困難となるが、本開示の溝加工では溝部３を形成することができる。
【００５１】
溝幅：０．５ｍｍ、深さ：５．０ｍｍの溝部３を金型で圧縮成形する場合、成形品を2万個作った時に溝部３を成形する金型が変形した。溝幅：０．９４ｍｍ、深さ：７．５ｍｍの溝部３を金型で圧縮成形する場合、成形品を１０万個作った時に溝部３を成形する金型が変形した。本開示の成形工程では成形品を３０万個作っても金型の変形は起こらず、その後の加工工程では問題なく溝部３を加工することができた。
【００５２】
〈切削工具〉
溝部３を形成する切削工具４０は、適宜な溝加工用工具を用いることができ、例えば、外周に切れ刃を有するフライス（図３参照）であることが挙げられる。切削工具４０の材料には、例えば、超硬合金、高速度工具鋼、サーメットなどが使用される。
【００５３】
図３を参照して、切削工具４０について説明する。図３に示す切削工具４０は、円盤形状であり、外周に切れ刃４１を有するフライス（所謂メタルソー）である。切削工具４０の外径寸法Ｄは、例えば２０〜３００ｍｍである。切削工具４０の中心にはボス孔４２が設けられており、ボス孔４２に加工機の主軸（図示せず）が挿入され、主軸の回転に伴い切削工具４０が回転する。このような切削工具４０で溝加工した場合、形成される溝部の溝幅は切削工具４０の厚さｔによって決まり、厚さｔは１．０ｍｍ以下であり、好ましくは０．７ｍｍ以下である。また、図３に示す切削工具４０では、厚さｔが切れ刃４１の先端から中心に向かって略一定であり、両側面が平らな形状になっている。具体的には、切れ刃４１の側面の逃げ勾配（切れ刃４１の外周縁を通り径方向に平行な直線に対する側面の角度）が０．１５°以下、更に０．１２°以下である。図３に示す切削工具４０の場合、外径寸法Ｄが５０ｍｍ、切れ刃４１の先端部における厚さが０．４９８ｍｍ、切れ刃４１の先端から中心に９ｍｍ内側に位置する部分の厚さが０．４６７ｍｍであり、切れ刃４１の各側面の逃げ勾配が０．０９８７°である。つまり、切削工具４０は、切れ刃４１の側面に逃げ面が実質的にないフライスである。
【００５４】
圧粉成形体に切削工具で溝加工した場合、圧粉成形体を構成する金属粉末の粒子を切れ刃によって削り落とすように切削して、溝部を形成していく。図３に示すような切れ刃の側面に逃げ面が実質的にないフライスで圧粉成形体に溝加工した場合、切れ刃の側面と溝部の内側面との間に隙間が形成されず、溝部の内側面から脱落する粒子の逃げ代がないため、切れ刃の側面によって内側面の粒子が押し込まれることになる。そのため、溝部の内側面に粒子による凹凸が形成されることを抑制でき、内側面が平滑になり、内側面の表面粗さを小さくすることができる。本例では、切れ刃の側面に逃げ面が実質的になく、切削工具の厚さの中心線に対して、切れ刃の先端部と、切れ刃の先端から溝部の深さ分だけ内側に位置する部分における片側での厚さの差が金属粉末の粒子径より小さく、例えば金属粉末の平均粒子径の１／２以下、更に１／３以下、より更には１／５以下である。これに対し、切れ刃の側面に逃げ面がある場合は、逃げ面の箇所で切れ刃の側面と溝部の内側面との間に隙間が形成されることから、溝部の内側面から脱落する粒子の逃げ代ができ、内側面から粒子の脱落が起こり得る。よって、溝部の内側面に粒子による凹凸が形成され、内側面の表面粗さが大きくなる。
【００５５】
切れ刃の側面に逃げ面が実質的にない場合、溝部の内側面の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）を５μｍ以下、更に３μｍ以下とすることができる。更には、溝部の内側面の表面粗さＲｚ（最大高さ）を、圧粉成形体を構成する金属粉末の粒子径より小さく、例えば金属粉末の平均粒子径の１／４以下とすることができ、具体的には、２５μｍ以下、更に１２．５μｍ以下とすることができる。これに対し、切れ刃の側面に逃げ面がある場合は、例えば、溝部の内側面の表面粗さＲａが８μｍ以上となる。また、この場合、表面粗さＲｚは金属粉末の粒子径と同等となり、例えば５０μｍ以上である。「算術平均粗さＲａ」及び「最大高さＲｚ」は、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１−２００１に準拠して測定した値である。
【００５６】
〈治具〉
溝加工は、図２に示すように、加工精度や加工作業性の観点から、圧粉成形体１０を治具５０に保持して行うことが好ましい。図２に示す治具５０は、円柱形状であり、圧粉成形体１０の切削工具４０が抜ける側の端面（下端面）に押し当てられる拘束面５１と、圧粉成形体１０の軸心を位置決めする位置決め機構５２とを有する。この例では、位置決め機構５２として、圧粉成形体１０の軸孔２に挿通される軸部５２１と、圧粉成形体１０を治具５０に固定するナット５２２とを有する。軸部５２１は、治具５０の一端側に拘束面５１に対して直交するように突出して設けられており、軸孔２の径に対応するように形成されている。治具５０の中心軸と軸部５２１の中心軸とは同軸である。圧粉成形体１０を治具５０に取り付けるときは、圧粉成形体１０の下端面を治具５０の拘束面５１に向けた状態で、圧粉成形体１０の軸孔２に治具５０の軸部５２１を挿通した後、軸部５２１にナット５２２を締結して圧粉成形体１０を治具５０に固定する。これにより、圧粉成形体１０を治具５０（軸部５２１）に保持することができ、圧粉成形体１０の上端面をナット５２２で押圧して下端面を拘束面５１に押し当てる。また、圧粉成形体１０の軸孔２に治具５０の軸部５２１が挿通されることで、圧粉成形体１０の軸心を治具５０に対して芯出しして位置決めすることができる。
【００５７】
図２の下図に示すように、切削工具４０が抜ける側の端面に治具５０の拘束面５１を押し当てながら溝加工を行うことで、切削工具４０が抜ける側の端面において溝部３の開口縁に欠けが発生することを効果的に抑制できる。また、位置決め機構５２（軸部５２１、ナット５２２）により圧粉成形体１０の軸心を治具５０に対して芯出しして位置決めすることで、切削工具４０による溝部３の加工精度が向上する。位置決め機構５２は、例えば、圧粉成形体１０の外周面（但し、溝部形成箇所を除く）を把持するクランプ部やインロー機構などによって構成することも可能である。
【００５８】
本実施形態では、回転する切削工具４０を圧粉成形体１０の軸方向に沿って移動させて圧粉成形体１０の外周面に１本の溝部３を形成した後、治具５０を回転させて圧粉成形体１０の向きを変え、所定の間隔をあけて溝部３を順次形成していく。この例では、最初の圧粉成形体１０に溝加工を行うとき、切削工具４０で治具５０ごと圧粉成形体１０を切削する。例えば、複数の切削工具で圧粉成形体に対して溝加工を同時に複数箇所実施することで、加工時間を短縮することも可能である。
【００５９】
（焼結工程）
焼結工程では、溝部を形成した圧粉成形体を焼結する。圧粉成形体を焼結することによって、金属粉末の粒子同士が接触して結合された焼結部品１（図１参照）が得られる。圧粉成形体の焼結は、金属粉末の組成に応じた公知の条件を適用できる。例えば、金属粉末が鉄系材料の場合、焼結温度は、例えば１１００℃以上１４００℃以下、更に１２００℃以上１３００℃以下とすることが挙げられる。焼結時間は、例えば１５分以上１５０分以下、更に２０分以上６０分以下とすることが挙げられる。
【００６０】
圧粉成形体を焼結すると、焼結によって体積が収縮したり、相変態が起きることなどから、焼結前の圧粉成形体と焼結後の焼結部品とを比較した場合、焼結部品の方が相対密度が若干高くなったり、溝部の溝幅が若干狭くなったりするが、その差は誤差範囲であり、相対密度や溝部の溝幅は実質的に等しくなる。
【００６１】
焼結工程の後、必要に応じて、サイジング、仕上げ加工、熱処理などの各種後処理を行ってもよい。
【００６２】
＜焼結部品＞
実施形態に係る焼結部品は、上述した焼結部品の製造方法により製造することができ、溝部３を有する焼結部品１（図１参照）である。焼結部品１は溝部３が形成された第１面１１と第１面１１に連なる第２面１２と第２面１２に対向する第３面１３を有する。溝部は、第１面に連なる２つの内側面３１と底面３２を有する。溝部３は第２面１２から第３面１３に連通している。実施形態の焼結部品１は、相対密度が８８％以上で、溝部３の溝幅が１．０ｍｍ以下である。
【００６３】
（相対密度）
焼結部品１の相対密度が８８％以上であることで、高密度であるため、剛性が高く耐久性に優れる。好ましくは、相対密度が９０％以上、更に９３％以上である。
【００６４】
（溝部の溝幅）
溝部３の溝幅が１．０ｍｍ以下であることで、溝部３の溝幅が狭い。焼結部品１がベーンポンプ用ロータの場合、ベーンが挿入される溝部３の溝幅が狭いことで、使用するベーンの厚さを薄くすることができる。これにより、ベーンの先端部とカムリングの内周面並びにベーンの側面部とプレート材やポンプケースなどとの摺接抵抗を低減してポンプロスを低減できる。好ましくは、溝部３の溝幅が０．７ｍｍ以下である。溝幅の下限は、特に問わないが、例えば０．３ｍｍ以上である。ここにおいて溝幅は底面３２に交差する位置での対抗する２つの内側面３１の距離である。
【００６５】
（溝部の深さ）
溝部３の深さが２ｍｍ以上であることで、溝部３の深さが深い。焼結部品１がベーンポンプ用ロータの場合、ベーンが挿入される溝部３の深さが深いことで、ポンプの吐出量を増やすことができる。好ましくは、溝部３の深さが３ｍｍ以上である。ここにおいて溝部３の深さは、第１面１１から底面３２までの距離である。
【００６６】
（溝部の内側面と底面との角度）
底面３２と内側面３１との交線を通り底面３２に垂直な平面に対する内側面３１の角度は０．１５°以下、更に０．１２°以下である。ここにおいて角度は底面３２から第１面１１に向けて２つの内側面３１の距離が大きくなる方向についている。
【００６７】
（溝部の内側面の表面粗さ）
更に、溝部３の内側面の表面粗さが算術平均粗さＲａで５μｍ以下、更に３μｍ以下であることが好ましい。溝部３の内側面の表面粗さＲａが５μｍ以下であることで、内側面が平滑である。溝部３の内側面の表面粗さが小さいことで、ベーンポンプ用ロータの場合、溝部３に挿入されるベーンとの摺動抵抗を低減して、ベーンが摺動し易い。また、溝部３の内側面の表面粗さが最大高さＲｚで、例えば２５μｍ以下、更に１２．５μｍ以下であることが挙げられる。表面粗さの測定は、溝部３の内側面が露出するように焼結部品１を溝部３に平行に切断して行えばよい。
【００６８】
（軸方向の長さ）
焼結部品１の軸方向の長さ（高さ）は、例えば６ｍｍ以上であることが挙げられる。ベーンポンプ用ロータの場合、軸方向の長さが６ｍｍ以上であることで、ポンプ容量を増やしたり、ロータ径を小さくしてポンプの小型化を図ることができる。軸方向の長さの上限は、特に限定されないが、例えば４０ｍｍ以下である。
【００６９】
｛作用効果｝
上述した実施形態に係る焼結部品の製造方法は、後工程の加工工程で焼結前の圧粉成形体に溝加工して溝部を形成するため、成形工程において、従来のように溝部を成形するコアの制約がなく、圧縮成形する際の面圧を高くすることができる。よって、面圧を高くして圧粉成形体を高密度化でき、相対密度が８８％以上の高密度の圧粉成形体を容易に作製できる。また、加工工程において、焼結前の圧粉成形体に溝加工を行うため、切削が容易であり、溝幅が１．０ｍｍ以下の狭い溝部を容易に形成できる。したがって、実施形態の焼結部品の製造方法は、焼結部品を高密度化できながら、溝幅が狭い溝部を形成することができる。
【００７０】
上述した実施形態に係る焼結部品は、高密度でありながら、溝幅が狭い溝部を有する。
焼結部品の相対密度が８８％以上であり、高密度であるため、剛性が高く耐久性に優れる。また、溝部の溝幅が１．０ｍｍ以下であり、溝部の溝幅が狭い。実施形態の焼結部品は、例えば、ベーンポンプ用ロータに好適に利用できる。
【００７１】
上述した実施形態では、焼結部品がベーンポンプ用ロータである場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、溝部を有する焼結部品としては、自動車や産業機械などの各種部品に利用できる。例えば、図４に示すような焼結部品１でヒートシンクを構成することが挙げられる。ヒートシンクの場合、溝部３の溝幅が狭いことで、単位面積にあたりにおける溝部３の本数を増やすことができ、これにより、表面積を大きくして、ヒートシンクの放熱性能を向上できる。ヒートシンクの場合、金属粉末には、熱伝導性が高いアルミニウム系材料や銅系材料を使用することが挙げられる。
【符号の説明】
【００７２】
１  焼結部品
１０  圧粉成形体
１１  第１面
１２  第２面
１３  第３面
２  軸孔
３  溝部
３１  内側面
３２  底面
４０  切削工具
４１  切れ刃
４２  ボス孔
５０  治具
５１  拘束面
５２  位置決め機構
５２１  軸部
５２２  ナット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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