(57)【要約】  傾斜機能特性を持たせた金属焼結体を適切に製造する。金属粉末射出成形方法は、第１金属粉末を射出成形機によって型に射出して成形する第１射出成形ステップと、第１金属粉末と同成分であり平均粒子径が異なる第２金属粉末を、射出成形機によって型に射出して成形する第２射出成形ステップと、第１射出成形ステップ及び第２射出成形ステップで成形した成形体を焼結して、第１射出成形ステップで成形した成形体の焼結体と、第２射出成形ステップで成形した成形体の焼結体とが一体となっている混合焼結体を生成する焼結ステップと、を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１金属粉末を射出成形機によって型に射出して成形する第１射出成形ステップと、
前記第１金属粉末と同成分であり平均粒子径が異なる第２金属粉末を、射出成形機によって型に射出して成形する第２射出成形ステップと、
前記第１射出成形ステップ及び前記第２射出成形ステップで成形した成形体を焼結して、前記第１射出成形ステップで成形した成形体の焼結体と前記第２射出成形ステップで成形した成形体の焼結体とが一体となっている混合焼結体を生成する焼結ステップと、
を有する、金属粉末射出成形方法。
【請求項２】
前記第２射出成形ステップは、前記第１射出成形ステップよりも後に行う、請求項１に記載の金属粉末射出成形方法。
【請求項３】
前記第１射出成形ステップは、成形した成形体を型から取り出し、
前記第２射出成形ステップは、前記第１射出成形ステップで成形した成形体を前記第１射出成形ステップの型とは異なる型に収納し、前記異なる型内の成形体の表面に前記第２金属粉末を射出する、請求項２に記載の金属粉末射出成形方法。
【請求項４】
前記第２射出成形ステップは、前記第１射出成形ステップと同時に行う、請求項１に記載の金属粉末射出成形方法。
【請求項５】
前記第２金属粉末の平均粒子径は、前記第１金属粉末の平均粒子径よりも小さく、
第２射出成形ステップは、前記第１射出成形ステップで成形した成形体の周囲に、前記第２金属粉末を射出する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の金属粉末射出成形方法。
【請求項６】
前記第２射出成形ステップは、前記第１射出成形ステップよりも先に行う、請求項１に記載の金属粉末射出成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属粉末射出成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属粉末射出成形法（Metal  Injection  Molding;  MIM）は、金属粉末をバインダと混合して型に射出して成形体を成形し、成形体を脱脂及び焼結して、金属焼結体を製造する製法である。金属粉末射出成形法は、様々な形状の製造物を、切削処理などの機械加工なしで製造することができるため、近年広く用いられている。【０００３】
また、例えば特許文献１に示すように、粉末冶金法において、異なる金属組成を有する金属粉末体同士を焼結して、傾斜機能特性を持った金属焼結体を製造する技術も用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−３４１５０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、異なる金属組成を有する金属粉末体同士を焼結した場合、その界面の接合状態が不安定となるなど、目的の傾斜機能特性を十分に持たせた焼結体を製造することが困難となるおそれがある。また、ＴｉＡｌ等の金属間化合物は、焼結温度範囲が狭く、大きな粒子のみでは、焼結の昇温時に形が崩れやすく、剛性が低い焼結体を製造することが困難となるおそれがある。【０００６】
従って、本発明は、傾斜機能特性を持たせた金属焼結体を適切に製造することが可能な金属粉末射出成形方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る金属粉末射出成形方法は、第１金属粉末を射出成形機によって型に射出して成形する第１射出成形ステップと、前記第１金属粉末と同成分であり平均粒子径が異なる第２金属粉末を、射出成形機によって型に射出して成形する第２射出成形ステップと、前記第１射出成形ステップ及び前記第２射出成形ステップで成形した成形体を焼結して、前記第１射出成形ステップで成形した成形体の焼結体と前記第２射出成形ステップで成形した成形体の焼結体とが一体となっている混合焼結体を生成する焼結ステップと、を有する。【０００８】
この第１金属粉末と第２金属粉末とは、互いに成分が同じであるため、金属粉末同士の界面における接合状態が不安定になることを抑制することが可能となる。また、第１金属粉末と第２金属粉末とは、平均粒子径が互いに異なるため、傾斜機能特性を有する。従って、この金属粉末射出成形方法は、傾斜機能特性を持たせた金属焼結体を適切に製造することが可能となる。【０００９】
前記金属粉末射出成形方法において、前記第２射出成形ステップは、前記第１射出成形ステップよりも後に行うことが好ましい。この金属粉末射出成形方法は、異なる平均粒子径の金属粉末の射出成形を別のステップで行うため、傾斜機能特性を持たせた金属焼結体を容易に製造することが可能となる。【００１０】
前記金属粉末射出成形方法において、前記第１射出成形ステップは、成形した成形体を型から取り出し、前記第２射出成形ステップは、前記第１射出成形ステップで成形した成形体を前記第１射出成形ステップの型とは異なる型に収納し、前記異なる型内の成形体の表面に前記第２金属粉末を射出して、前記混合成形体を成形することが好ましい。この金属粉末射出成形方法は、第１金属粉末の成形体の表面に第２金属粉末の成形体を成形するため、傾斜機能特性を持たせた金属焼結体を容易に製造することが可能となる。【００１１】
前記金属粉末射出成形方法において、前記第２射出成形ステップは、前記第１射出成形ステップと同時に行うことが好ましい。この金属粉末射出成形方法は、異なる平均粒子径の金属粉末の射出成形を同時に行うため、製造工程を簡潔にすることができる。【００１２】
前記金属粉末射出成形方法において、前記第２金属粉末の平均粒子径は、前記第１金属粉末の平均粒子径よりも小さく、第２射出成形ステップは、前記第１射出成形ステップで成形した成形体の周囲に、前記第２金属粉末を射出することが好ましい。この焼結体は、平均粒子径の大きい第１金属粉末が焼結された内部の領域と、平均粒子径の小さい第２金属粉末が焼結された外表面部の領域とを有する。又は、この焼結体は、平均粒子径の大きい第１金属粉末が焼結された内部の領域と、平均粒子径の小さい第２金属粉末が焼結された外部の領域とを有する。従って、この金属粉末射出成形方法は、クリープ強度及び疲労強度の双方の低下を抑制する焼結体を製造することが可能となる。また、それによって、焼結の昇温時には平均粒子径の小さい第２金属粉末の焼結が先行して進むことで、内部の焼結時には外表面部（外部）で形状を保持することができ形状崩れを防止することが可能となる。【００１３】
前記金属粉末射出成形方法において、前記第２射出成形ステップは、前記第１射出成形ステップよりも先に行うことが好ましい。この金属粉末射出成形方法は、異なる平均粒子径の金属粉末の射出成形を別のステップで行うため、傾斜機能特性を持たせた金属焼結体を容易に製造することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、傾斜機能特性を持たせた金属焼結体を適切に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、第１実施形態に係る金属粉末射出成形システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、第１金属粉末と第２金属粉末との説明図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る射出成形機による第１金属粉末の射出成形を説明するための説明図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係る射出成形機による第２金属粉末の射出成形を説明するための説明図である。
【図５】図５は、混合焼結体を説明する説明図である。
【図６Ａ】図６Ａは、混合焼結体を説明する説明図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、外側領域と内側領域との他の例を示す模式図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、外側領域と内側領域との他の例を示す模式図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、外側領域と内側領域との他の例を示す模式図である。
【図６Ｅ】図６Ｅは、外側領域と内側領域との他の例を示す模式図である。
【図７】図７は、第１実施形態に係る金属粉末射出成形システムによる金属粉末射出成形方法を説明するフローチャートである。
【図８】図８は、混合成形体の他の例を示す図である。
【図９】図９は、第２実施形態に係る射出成形機による第１金属粉末及び第２金属粉末の射出成形を説明するための説明図である。
【図１０】図１０は、第２実施形態に係る金属粉末射出成形システムによる金属粉末射出成形方法を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【００１７】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る金属粉末射出成形システムの構成を示すブロック図である。第１実施形態に係る金属粉末射出成形システム１は、金属粉末射出成形方法を実行するためのシステムである。図１に示すように、金属粉末射出成形システム１は、粉末製造装置１０と、射出成形機１２と、脱脂装置１４と、焼結装置１６とを有する。金属粉末射出成形システム１は、粉末製造装置１０によって所定の平均粒子径を有する金属粉末を製造し、射出成形機１２によってその金属粉末をバインダと共に金属粉末射出成形し、脱脂装置１４によってバインダを脱脂し、焼結装置１６によって脱脂された成形体を焼結して焼結体を製造する。
【００１８】
粉末製造装置１０は、第１金属粉末２０と第２金属粉末３０とを製造する。図２は、第１金属粉末と第２金属粉末との説明図である。図２に示すように、第１金属粉末２０は、金属製の粒（粉）である第１金属粒２１が複数集合した第１金属粒２１の集合体である。第１金属粒２１は、ＴｉＡｌ系金属間化合物の粉であるが、金属であればこれに限られず、任意の金属組成の粉であればよい。粉末製造装置１０は、例えば分級により、粒子径の近い第１金属粒２１同士を集めて第１金属粉末２０を生成する。第１金属粉末２０に含まれる第１金属粒２１の粒子径は、例えば、３０μｍ以上１５０μｍ以下である。また、第１金属粉末２０に含まれる全ての第１金属粒２１の粒子径の平均値である平均粒子径Ｄ１は、例えば、４５μｍ以上１２５μｍ以下とすることが好ましい。
【００１９】
第２金属粉末３０は、金属製の粒（粉）である第２金属粒３１が複数集合した第２金属粒３１の集合体である。第２金属粒３１は、第１金属粒２１と同じ成分の金属である。同じ成分の金属とは、不純物などの微量の含有物を除いた場合に金属組成が同じ金属である。粉末製造装置１０は、例えば分級により、粒子径の近い第２金属粒３１同士を集めて、平均粒子径が第１金属粉末２０より小さい第２金属粉末３０を生成する。第２金属粉末３０に含まれる第２金属粒３１の粒子径は、例えば、１μｍ以上４５μｍ以下である。また、第２金属粉末３０に含まれる全ての第２金属粒３１の粒子径の平均値である平均粒子径Ｄ２は、例えば、５μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。すなわち、例えば、第２金属粉末３０の平均粒子径Ｄ２は、第１金属粉末２０の平均粒子径Ｄ１の、１．５倍以上２５倍以下である。ただし、第２金属粉末３０は、平均粒子径Ｄ２が、第１金属粉末２０の平均粒子径Ｄ１と異なるものであれば、互いの粒子径及び比率はこれに限られない。なお、平均粒子径の測定方法には各種の方法があるが、本実施形態における平均粒子径とは、レーザ回折・散乱法によって求められた粒度分布に基づき求められた粒子径である。この場合、原理上、体積分布を用いて測定している。そして、平均粒子径は、レーザ回折・散乱法によって求められた粒度分布の平均値をいう。また、平均粒子径Ｄ１、Ｄ２の測定機器は、同一である必要がないが、測定原理及び測定方法は、同一であることが好ましい。
【００２０】
本実施形態では、株式会社島津製作所製のレーザ回折式粒度分布測定装置であるＳＡＬＤ−２３００を用いて平均粒子径の測定を行うが、他社の異なる方式の測定装置を用いて測定を行ってよいことはもちろんである。なお、このＳＡＬＤ−２３００では、以下のように平均粒子径ｄの測定を行う。まず、測定対象となる粒子の粒子径範囲をｎ個の粒子径区間に分割して、最大粒子径を、ｄ１とし、最小粒子径をｄｎ＋１とする。そして、分割したそれぞれの粒子径区間を、[ｄｊ、ｄｊ＋１]（ｊ＝１、２、・・・、ｎ）とする。この場合の分割は、対数スケール上での等分割となり、言い換えれば、分割した粒子径区間のそれぞれの数値幅（ｄｊとｄｊ＋１との差）が、対数スケール上で共通する。そして、対数スケールに基づきそれぞれの粒子径区間における代表粒子径は、次の式（１）のようになる。
【００２１】
（ｌｏｇ１０ｄｊ＋ｌｏｇ１０ｄｊ＋１）／２  ・・・（１）
【００２２】
また、ここで、粒子径区間[ｄｊ、ｄｊ＋１]に対応する相対粒子量（差分％）を、ｑｊ（（ｊ＝１、２、・・・、ｎ）とし、全区間の合計粒子量を１００％とする。この場合、対数スケール上での粒子径の平均値μは、次の式（２）のように算出される。
【００２３】
【数１】
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【００２４】
そして、平均粒子径ｄは、次の式（３）のように、１０のμ乗として算出される。
【００２５】
ｄ＝１０μ  ・・・（３）
【００２６】
図１に示す射出成形機１２は、金属粉末射出成形（ＭＩＭ：Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）を行う装置である。射出成形機１２は、バインダに混合された第１金属粉末２０と、バインダに混合された第２金属粉末３０とを、型に射出して成形体を形成する。バインダは、金属粒同士をつなぎ合わせるものであり、流動性を有する樹脂である。
【００２７】
第１実施形態に係る射出成形機１２は、互いに平均粒子径が異なる第１金属粉末２０と第２金属粉末３０とを、互いに別のタイミングで射出する。図３は、第１実施形態に係る射出成形機による第１金属粉末の射出成形を説明するための説明図である。図４は、第１実施形態に係る射出成形機による第２金属粉末の射出成形を説明するための説明図である。
【００２８】
図３に示すように、射出成形機１２は、最初に、成形用の型である第１型２２に、バインダと混合した第１金属粉末２０を射出して、第１成形体２４を成形する。第１成形体２４は、第１金属粉末２０から形成される成形体である。第１成形体２４は、第１型２２から取り出される。第１成形体２４は、バインダが添加されているため、第１型２２から取り出されても、第１型２２によって規定される形状に維持される。
【００２９】
図４に示すように、第１型２２から取り出された第１成形体２４は、第２型３２内に収納される。第２型３２は、第１型２２とは別の形状の型であり、本実施形態では、第１型２２よりも大きい。射出成形機１２は、第２型３２内の第１成形体２４の表面に、バインダと混合した第２金属粉末３０を射出して、第１成形体２４の表面に第２成形体３４を成形する。第２成形体３４は、第２金属粉末３０から形成される成形体である。具体的には、射出成形機１２は、第２型３２内の第１成形体２４の周囲に第２金属粉末３０を射出して、第１成形体２４の周囲を覆う第２成形体３４を成形する。第１成形体２４と第２成形体３４とは、一体の成形体である混合成形体４０を形成する。言い換えれば、混合成形体４０は、一部が第１成形体２４であり、他の一部が第２成形体３４である。混合成形体４０に含まれる金属粉末は、第１金属粉末２０と同じ成分の金属粉末のみであり、第１金属粉末２０以外の成分の金属粉末を含まない。なお、混合成形体４０は、図４では中央がくびれた形状であるが、その形状は、型の形状などにより任意に設定可能である。また、上記説明では、第２金属粉末３０を射出する際に、第１成形体２４を、第１型２２とは別の第２型３２に収納したが、射出成形機１２は、第１金属粉末２０の射出の際と同じ型、すなわちここでは第１型２２に収納したまま、第２金属粉末３０を射出して混合成形体４０を成形してもよい。
【００３０】
その後、混合成形体４０は第２型３２から取り出され、図１に示す脱脂装置１４により脱脂される。脱脂装置１４は、第２型３２から取り出された混合成形体４０を内部に収納し、混合成形体４０から内部のバインダを除去（脱脂）し、金属粉末の集合体とする。脱脂方法は加熱脱脂が主であり、脱脂温度は、バインダが蒸発あるいは熱分解する温度以上の温度である。しかし、加熱脱脂以外の脱脂方法も可能であり、この場合は、上記説明した限りではない。
【００３１】
図１に示す焼結装置１６は、脱脂された混合成形体４０を内部に収納し、内部を焼結温度に加温することにより、混合成形体４０を焼結して、焼結体である混合焼結体５０を生成する。ここでの焼結温度は、第１金属粉末２０及び第２金属粉末３０が焼結可能な温度であり、例えば１１００℃から１６００℃の間である。焼結装置１６は、内部を焼結温度に所定時間（例えば１時間）保持することで、焼結を促進させる。なお、焼結装置１６は、脱脂装置１４と別の装置であってもよいし、脱脂装置１４と同じ装置であってもよい。焼結装置１６は、脱脂装置１４と同じ装置である場合は、脱脂温度から温度を下げずに、連続的に焼結温度まで温度を上昇させる。
【００３２】
図５及び図６Ａは、混合焼結体を説明する説明図である。図５に示すように、混合焼結体５０は、第１焼結部５２と第２焼結部５４とを有する。第１焼結部５２は、混合成形体４０のうちの第１成形体２４が焼結された領域である。第２焼結部５４は、混合成形体４０のうちの第２成形体３４が焼結された領域である。言い換えれば、混合焼結体５０は、第１金属粉末２０によって成形された第１成形体２４の焼結体（第１焼結部５２）と、第２金属粉末３０によって成形された第２成形体３４の焼結体（第２焼結部５４）とが一体となっている焼結体である。本実施形態では、第２焼結部５４は、第１焼結部５２の周囲を覆うように形成されているが、第１焼結部５２及び第２焼結部５４の形状は、第１成形体２４及び第２成形体３４との形状によって決まるものである。
【００３３】
図６Ａは、図５の線Ａから見た混合焼結体５０の拡大断面図である。図６Ａに示すように、第１焼結部５２は、第１成形体２４、すなわち第１金属粒２１同士が焼結して複数の結晶粒の結合体を構成する領域である。第２焼結部５４は、第２成形体３４、すなわち第２金属粒３１同士が焼結して複数の結晶粒の結合体を構成するである。第１焼結部５２内の第１金属粒２１は、第１焼結部５２の周囲の境界５５を介して、第２焼結部５４内の第２金属粒３１と焼結されている。すなわち、この混合焼結体５０は、境界５５の内部に、平均粒子径の大きい第１金属粒２１同士が焼結された領域（第１焼結部５２）を有し、境界５５の外部に、平均粒子径の小さい第２金属粒３１同士が焼結された領域（第２焼結部５４）を有する。
【００３４】
さらに言えば、混合焼結体５０は、中心側の領域である第１焼結部５２において焼結している結晶粒の径Ｄ４（ここでは焼結後の第２金属粒３１の粒子径に依存）が、それよりも外側の領域である第２焼結部５４において焼結している結晶粒の径Ｄ３（ここでは焼結後の第１金属粒２１の粒子径に依存）よりも大きくなっている。また、混合焼結体５０の中心から第２焼結部５４の外周（境界５５）までの間の距離Ｄ５は、第２焼結部５４の外周（境界５５）から第１焼結部５２の外周（混合焼結体５０の外周）までの距離Ｄ６に対し、０．５倍以上６０倍以下となっている。
【００３５】
ここで、混合焼結体５０の外周から混合焼結体５０の中心までの長さを、断面長さＬとする。そして、混合焼結体５０の外周から、所定距離だけ中心に向かうまでの領域を、外側領域ＯＵとする。また、外側領域より内側(中心側)の領域を、内側領域ＩＮとする。この外側領域ＯＵにおける焼結した結晶粒の径は、内側領域ＩＮにおける焼結した結晶粒の径よりも小さい。この場合、外側領域ＯＵは、混合焼結体５０の外周から、断面長さＬの１．６％以上６７％以下だけ中心に向かうまでの領域であることが好ましい。また、内側領域ＩＮは、混合焼結体５０の中心から、断面長さＬの３３％以上９８．４％以下だけ外周に向かうまでの領域であることが好ましい。
【００３６】
ここで、混合焼結体５０の外周の任意の位置を、外周位置ＯＵ１とする。また、混合焼結体５０の中心位置を中心位置ＣＥとする。また、外側領域ＯＵと内側領域との境界の任意の位置を、境界位置ＩＮ１とする。図５に示すように、混合焼結体５０は、外周位置ＯＵ１から境界位置ＩＮ１を経て中心位置ＣＥ１まで結ぶ線分（断面長さＬ）において、外周位置ＯＵ１から境界位置ＩＮ１までの線分を含む領域が、外側領域ＯＵとなり、境界位置ＩＮ１から中心位置ＣＥ１までの線分を含む領域が、内側領域ＩＮとなる。
【００３７】
図６Ｂから図６Ｅは、外側領域と内側領域との他の例を示す模式図である。図６Ｂは、混合焼結体５０の形状の一例を示す図である。図６Ｃは、図６ＢをＢＢ断面視したものである。図６Ｄは、図６ＢをＣＣ断面視したものである。図６Ｅは、図６ＢをＤＤ断面視したものである。図６Ｃから図６Ｅが示すように、このような形状の混合焼結体５であっても、外周位置ＯＵ１から境界位置ＩＮ１を経て中心位置ＣＥ１まで結ぶ線分（断面長さＬ）において、外周位置ＯＵ１から境界位置ＩＮ１までの線分を含む領域が、外側領域ＯＵとなり、境界位置ＩＮ１から中心位置ＣＥ１までの線分を含む領域が、内側領域ＩＮとなる。この場合における外側領域ＯＵ（第２焼結部５４）における焼結した結晶粒の径も、内側領域ＩＮ（第１焼結部５２）における焼結した結晶粒の径よりも小さい。
【００３８】
混合焼結体５０は、第１金属粉末２０と同じ成分の金属粉末のみを焼結したものであるため、内部の金属組成が均一となる。すなわち、混合焼結体５０は、第１焼結部５２の金属組成と、第２焼結部５４の金属組成とが、均一となっている。なお、金属組成とは、金属成分の量（例えば金属成分同士の重量％の比率）である。
【００３９】
次に、金属粉末射出成形システム１による金属粉末射出成形方法、すなわち混合焼結体５０の製造フローについて説明する。図７は、第１実施形態に係る金属粉末射出成形システムによる金属粉末射出成形方法を説明するフローチャートである。
【００４０】
図７に示すように、金属粉末射出成形システム１は、射出成形機１２により、バインダが添加された第１金属粉末２０を第１型２２に射出して、第１成形体２４を成形する（ステップＳ１０；第１射出成形ステップ）。その後、第１成形体２４は、作業者又は金属粉末射出成形システム１に設けられた装置により、第１型２２から取り出される。第１型２２から取りだされた第１成形体２４は、第２型３２内に収納される。金属粉末射出成形システム１は、射出成形機１２により、バインダが添加された第２金属粉末３０を、第２型３２内の第１成形体２４に対して射出して、混合成形体４０を成形する（ステップＳ１２；第２射出成形ステップ）。具体的には、射出成形機１２は、第１成形体２４の表面に第２成形体３４を成形して、混合成形体４０を生成する。
【００４１】
混合成形体４０を成形した後、金属粉末射出成形システム１は、脱脂装置１４により、混合成形体４０を脱脂し（ステップＳ１４）、焼結装置１６により、脱脂した混合成形体４０を焼結して混合焼結体５０を作成する（ステップＳ１６；焼結ステップ）。これにより、本フローは終了する。
【００４２】
混合焼結体５０は、同じ成分の金属粉末である第１金属粉末２０と第２金属粉末３０とを射出成形して焼結したものである。この第１金属粉末２０と第２金属粉末３０とは、互いに平均粒子径が異なるものである。従って、混合焼結体５０は、第１金属粉末２０が焼結された第１焼結部５２の領域と、第２金属粉末３０が焼結された第２焼結部５４の領域とで、異なる特性を有する。すなわち、混合焼結体５０は、傾斜機能特性を有する。具体的には、混合焼結体５０は、第１焼結部５２が、平均粒子径の大きい第１金属粉末２０を焼結して構成されている領域である。従って、混合焼結体５０は、第１焼結部５２により、クリープ強度の低下が抑制される。また、平均粒子径の大きい第１金属粉末２０を使用しているため、製造費の増加を抑制することも可能となる。また、混合焼結体５０は、第２焼結部５４が、平均粒子径の小さい第２金属粉末３０を焼結して構成されている領域である。従って、混合焼結体５０は、第２焼結部５４により、疲労強度の低下を抑制しつつ、表面粗さが粗くなることを抑制することができる。
【００４３】
さらに、第１金属粉末２０と第２金属粉末３０とは、互いに成分が同じである。混合焼結体５０は、異なる成分の金属粉末同士を焼結するものでないため、金属粉末同士の界面における接合状態が不安定になることを抑制することが可能となる。従って、この金属粉末射出成形システム１によると、傾斜機能特性を持たせた金属焼結体（混合焼結体５０）を適切に製造することが可能となる。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態に係る金属粉末射出成形方法は、第１射出成形ステップと、第２射出成形ステップと、焼結ステップとを有する。第１射出成形ステップは、第１金属粉末２０を射出成形機１２によって型に射出して成形する。第２射出成形ステップは、第２金属粉末３０を射出成形機１２によって型に射出して成形する。第２金属粉末３０は、第１金属粉末２０と同成分であり、かつ平均粒子径が異なる。焼結ステップは、第１射出成形ステップ及び第２射出成形ステップで成形した成形体（混合成形体４０）を焼結して、混合焼結体５０を生成する。混合焼結体５０は、第１射出成形ステップで成形した成形体（第１成形体２４）の焼結体（第１焼結部５２）と、第２射出成形ステップで成形した成形体（第２成形体３４）の焼結体（第２焼結部５４）とが一体となっている焼結体である。
【００４５】
この金属粉末射出成形方法は、互いに同成分であり平均粒子径が異なる第１金属粉末２０と第２金属粉末３０とで射出成形を行うため、傾斜機能特性を持たせた金属焼結体（混合焼結体５０）を適切に製造することが可能となる。
【００４６】
また、第２射出成形ステップは、第１射出成形ステップよりも後に行われる。この金属粉末射出成形方法は、異なる平均粒子径の金属粉末の射出成形を、別のステップで行うため、傾斜機能特性を持たせた金属焼結体（混合焼結体５０）を容易に製造することが可能となる。なお、第１射出成形ステップと第２射出成形ステップとの順番はこれに限られず、例えば第２射出成形ステップを、第１射出成形ステップよりも先に行ってもよい。
【００４７】
また、第１射出成形ステップは、成形した第１成形体２４を型（第１型２２）から取り出す。第２射出成形ステップは、第１成形体２４を第１射出成形ステップの型とは異なる型（第２型３２）に収納し、第２型３２内の第１成形体２４の表面に第２金属粉末３０を射出して、混合成形体４０を成形する。この金属粉末射出成形方法は、異なる平均粒子径の金属粉末の射出成形を別のステップで行い、第１成形体２４の表面に第２成形体３４を成形するため、傾斜機能特性を持たせた金属焼結体（混合焼結体５０）を容易に製造することが可能となる。
【００４８】
また、第２金属粉末３０の平均粒子径は、第１金属粉末２０の平均粒子径よりも小さい。第２射出成形ステップは、第１成形体２４の周囲に、第２金属粉末３０を射出して混合成形体４０を成形する。この混合成形体４０を焼結した混合焼結体５０は、平均粒子径の大きい第１金属粉末２０が焼結された内部の領域（第１焼結部５２）と、平均粒子径の小さい第２金属粉末３０が焼結された外部の領域（第２焼結部５４）とを有する。従って、この金属粉末射出成形方法は、クリープ強度及び疲労強度の双方の低下を抑制する混合焼結体５０を製造することが可能となる。なお、第２焼結部５４は、第１焼結部５２を完全に覆っている必要はなく、第１焼結部５２の周囲（の少なくとも一部の箇所）に設けられていればよい。また、上述のように、第２金属粉末３０は、第１金属粉末２０と平均粒子径が違うものであれば、第１金属粉末２０よりも平均粒子径が小さくなくてもよい。例えば、第２金属粉末３０の平均粒子径を第１金属粉末２０の平均粒子径よりも大きくしてもよい。この場合、第１金属粉末２０が焼結された内部の領域の強度を高くしつつ、第２金属粉末３０が焼結された外表面の領域の表面粗さを粗くしたような焼結体を得ることが可能となる。
【００４９】
図８は、混合成形体の他の例を示す図である。以上の説明では、混合成形体４０は、第１成形体２４の周囲に第２成形体３４が成形されていたが、第１成形体２４及び第２成形体３４の形状及び位置は、これに限られず任意である。例えば、混合成形体４０は、図８に示すように、両端部が第１成形体２４であり、中央部が第２成形体３４であってもよい。この場合の混合焼結体５０は、同様に両端部が第１焼結部５２であり、中央部が第２焼結部５４となる。また、図８に示す混合焼結体５０は、軸方向の端部における外周位置ＯＵ１から、境界位置ＩＮ１を経て中心位置ＣＥ１まで結ぶ線分（断面長さＬ）において、外周位置ＯＵ１から境界位置ＩＮ１までの線分を含む領域が、外側領域ＯＵとなり、境界位置ＩＮ１から中心位置ＣＥ１までの線分を含む領域が、内側領域ＩＮとなる。図８に示すように、外側領域ＯＵは、内側領域ＩＮを完全に覆わなくてもよく、内側領域ＩＮの周囲（の少なくとも一部の箇所）に設けられていればよい。なお、図８の例では、外側領域ＯＵ（第１焼結部５２）における焼結した結晶粒の径が、内側領域ＩＮ（第２焼結部５４）における焼結した結晶粒の径よりも小さくなっている。
【００５０】
また、混合成形体４０は、第１金属粉末２０及び第２金属粉末３０を射出成形したものであったが、他の平均粒子径を有する金属粉末を含んでもよい。言い換えれば、混合焼結体５０は、他の平均粒子径を有する金属粉末を焼結した領域を含んでもよい。ただし、この金属粉末も、第１金属粉末２０と同成分である。すなわち、混合焼結体５０は、複数の領域を有し、領域毎の焼結された金属粉末が、互いに異なる平均粒子径を有し、かつ同成分であればよい。その領域の数、すなわち焼結される金属粉末の種類の数は、任意である。
【００５１】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態に係る金属粉末射出成形システム１は、第１成形体２４と第２成形体３４とを同時に成形する点で、第１実施形態とは異なる。第２実施形態において第１実施形態と構成が共通する箇所は、説明を省略する。
【００５２】
図９は、第２実施形態に係る射出成形機による第１金属粉末及び第２金属粉末の射出成形を説明するための説明図である。図９に示すように、第２実施形態に係る射出成形機１２ａは、複数のノズルを有する。射出成形機１２ａは、第２型３２ａの両端部から、第２型３２ａ内に第１金属粉末２０を射出する。また、射出成形機１２ａは、第１金属粉末２０の射出と同時に、第２型３２ａの中央部から、第２型３２ａ内に第２金属粉末３０を射出する。これにより、射出成形機１２ａは、両端部が第１成形体２４からなり、中央部が第２成形体３４からなる混合成形体４０ａを成形する。以降のプロセスは第１実施形態と同様である。なお、第２実施形態における混合成形体４０ａは、第１実施形態と同様に、第１成形体２４の周囲に第２成形体３４が覆われる形状であってもよい。
【００５３】
次に、第２実施形態の金属粉末射出成形システム１による金属粉末射出成形方法、すなわち混合焼結体５０の製造フローについて説明する。図１０は、第２実施形態に係る金属粉末射出成形システムによる金属粉末射出成形方法を説明するフローチャートである。
【００５４】
図１０に示すように、金属粉末射出成形システム１は、射出成形機１２ａにより、バインダが添加された第１金属粉末２０と、バインダが添加された第２金属粉末３０とを、型に噴射して、混合成形体４０ａを成形する（ステップＳ２０）。このステップＳ２０は、第１射出成形ステップと第２射出成形ステップとを同時に行っているということができる。射出成形機１２ａは、共通する第２型３２ａに、第１金属粉末２０と第２金属粉末３０とを、同時に射出して、混合成形体４０ａを成形する。混合成形体４０ａを成形した後、金属粉末射出成形システム１は、脱脂装置１４により、混合成形体４０ａを脱脂し（ステップＳ２２）、焼結装置１６により、脱脂した混合成形体４０ａを焼結して混合焼結体５０ａを作成する（ステップＳ２４；焼結ステップ）。これにより、本フローは終了する。
【００５５】
第２実施形態において製造された混合焼結体５０ａも、互いに成分が同じ金属粉末を射出成形したものである。従って、第１射出成形ステップと第２射出成形ステップとを同時に行った場合でも、金属粉末射出成形方法は、傾斜機能特性を持たせた金属焼結体（混合焼結体５０ａ）を適切に製造することが可能となる。さらに、第１射出成形ステップと第２射出成形ステップとを同時に行うことにより、工程を簡略化することが可能となる。
【００５６】
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態の内容により実施形態が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、前述した実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
【符号の説明】
【００５７】
１  金属粉末射出成形システム
１０  粉末製造装置
１２  射出成形機
１４  脱脂装置
１６  焼結装置
２０  第１金属粉末
２１  第１金属粒
２２  第１型
２４  第１成形体
３０  第２金属粉末
３１  第２金属粒
３２  第２型
３４  第２成形体
４０  混合成形体
５０  混合焼結体
５２  第１焼結部
５４  第２焼結部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2018097188.tif 000008
【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
2018097188.tif 000010
【図６Ｃ】
2018097188.tif 000011
【図６Ｄ】
2018097188.tif 000012
【図６Ｅ】
2018097188.tif 000013
【図７】
2018097188.tif 000014
【図８】
2018097188.tif 000015
【図９】
2018097188.tif 000016
【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年3月22日(2018.3.22)
【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】
ＴｉＡｌ系金属間化合物の第１金属粉末を射出成形機によって型に射出して成形する第１射出成形ステップと、
前記第１金属粉末と同成分であり平均粒子径が異なるＴｉＡｌ系金属間化合物の第２金属粉末を、射出成形機によって型に射出して成形する第２射出成形ステップと、
前記第１射出成形ステップ及び前記第２射出成形ステップで成形した成形体を焼結して、前記第１射出成形ステップで成形した成形体の第１焼結体と前記第２射出成形ステップで成形した成形体の第２焼結体とが一体となっている混合焼結体を生成する焼結ステップと、
を有し、
前記混合焼結体は、前記第１焼結体の周囲を前記第２焼結体が覆うように形成されており、前記混合焼結体の中心から前記第２焼結体の外周までの距離が、前記第２焼結部の外周から前記第１焼結体の外周までの距離に対し、０．５倍以上６０倍以下となっている、
金属粉末射出成形方法。
【請求項２】
前記第２射出成形ステップは、前記第１射出成形ステップよりも後に行う、請求項１に記載の金属粉末射出成形方法。
【請求項３】
前記第１射出成形ステップは、成形した成形体を型から取り出し、
前記第２射出成形ステップは、前記第１射出成形ステップで成形した成形体を前記第１射出成形ステップの型とは異なる型に収納し、前記異なる型内の成形体の表面に前記第２金属粉末を射出する、請求項２に記載の金属粉末射出成形方法。
【請求項４】
前記第２射出成形ステップは、前記第１射出成形ステップと同時に行う、請求項１に記載の金属粉末射出成形方法。
【請求項５】
前記第２金属粉末の平均粒子径は、前記第１金属粉末の平均粒子径よりも小さく、
第２射出成形ステップは、前記第１射出成形ステップで成形した成形体の周囲に、前記第２金属粉末を射出する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の金属粉末射出成形方法。
【請求項６】
前記第２射出成形ステップは、前記第１射出成形ステップよりも先に行う、請求項１に記載の金属粉末射出成形方法。
【国際調査報告】
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