(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬度がＨｖ６００以上の炭素鋼からなり、所望形状とされた耐摩耗性材料と、Ｆｅを主成分とするＦｅ系金属からなり、所望形状とされた圧粉体とを焼結拡散接合により接合した焼結拡散接合部品の製造方法において、
前記耐摩耗性材料（１）の接合面（１ａ）に隣接する位置に、前記耐摩耗性材料の表面（１ｂ）から突出した突起部（３０）が設けられた前記耐摩耗性材料と、フェライト化元素を含む前記圧粉体（２０）とを一体化させる一体化工程（１０１）と、
前記一体化工程後に、前記耐摩耗性材料と前記圧粉体とを加熱することにより、前記圧粉体を焼結させ、前記耐摩耗性材料の接合面に前記圧粉体中の前記フェライト化元素が拡散してなる拡散層（４２）を形成させるとともに前記圧粉体の接合面（２０ａ）に前記耐摩耗性材料中の元素が拡散してなる拡散層（４１）を形成させて前記耐摩耗性材料と前記圧粉体とを焼結拡散接合し、さらに、前記耐摩耗性材料の接合面に形成される拡散層を前記突起部内に誘導して留まらせる焼結工程（１０３）と、
前記焼結工程後に、前記突起部を除去する除去工程（１０４）とを有することを特徴とする焼結拡散接合部品の製造方法。
【請求項２】
前記圧粉体（２０）は成形潤滑剤（２１）を含んでおり、
前記一体化工程と前記焼結工程との間に、前記成形潤滑剤の分解温度にて加熱することにより、前記圧粉体中の前記成形潤滑剤を分解させる脱脂工程（１０２）を有することを特徴とする請求項１に記載の焼結拡散接合部品の製造方法。
【請求項３】
前記焼結拡散接合部品は、軸部材と、前記軸部材の一端側に位置する外周部材（２）とを有するインジェクタのアーマチャ（３）であり、
前記軸部材の形状とされた前記耐摩耗性材料（１）と、前記外周部材の形状とされた前記圧粉体とを一体化させることを特徴とする請求項１または２に記載の拡散接合部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる材料を焼結拡散接合により接合した焼結拡散接合部品の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このような焼結拡散接合部品である可動鉄心が特許文献１〜３等に開示されている。この可動鉄心は、炭素鋼からなる耐摩耗性材料で構成された軸部材と、この軸部材の一端側に設けられ、内孔を有する形状であって、Ｆｅ系金属からなる外周部材とを備えるものである。この可動鉄心は、外周部材の形状とされた圧粉体と軸部材とを一体化させる一体化工程を行った後、圧粉体と軸部材とを加熱する焼結工程を行うことにより、圧粉体を焼結させて外周部材を形成するとともに、圧粉体と軸部材とを焼結拡散接合により接合することで製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許４７０２９４５号公報
【特許文献２】特許４７２１４５７号公報
【特許文献３】特開２００９−１０２７１１号公報
【特許文献４】特開２０１０−１７４３５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述のように、炭素鋼からなる耐摩耗性材料とＦｅ系金属からなる圧粉体を焼結拡散接合により接合した焼結拡散接合部品を製造する際では、圧粉体がＳｉ等のフェライト化元素を含有する場合、接合後の耐摩耗性材料の表層に軟化部位が存在することがわかった。なお、フェライト化元素とは耐摩耗性材料に拡散した場合に拡散した領域の組織をフェライト相（α相）化する元素である。また、ここでいう耐摩耗性材料の表層とは、耐摩耗性材料の接合面以外の表面の層を意味する。
【０００５】
この軟化部位が存在する理由は次のように考えられる。
【０００６】
図８に示すように、圧粉体２０がＦｅ−Ｐ−Ｓｉ系の組成を有し、耐摩耗性材料１がＭｏ、Ｃｒ等の元素を含有する場合を例として説明する。上述の焼結工程では、耐摩耗性材料１中のＭｏ元素、Ｃｒ元素が圧粉体２０の接合面２０ａ付近に拡散するとともに、圧粉体２０中のＰ元素、Ｓｉ元素が耐摩耗性材料１の接合面１ａ付近に拡散する。
【０００７】
これにより、図９に示すように、圧粉体２０と耐摩耗性材料１との間に拡散層４０が形成され、圧粉体２０と耐摩耗性材料１とが接合される。この拡散層４０は、圧粉体２０の接合面２０ａに形成された拡散層４１と、耐摩耗性材料１の接合面１ａに形成された拡散層４２とからなる。耐摩耗性材料１の接合面１ａに形成された拡散層４２は、フェライト化元素であるＳｉが拡散したことによってフェライト相からなり、耐摩耗性材料１の他の領域よりも硬度が低い領域となる。
【０００８】
ここで、圧粉体２０には成形潤滑剤が含まれている。このため、一体化工程と焼結工程との間で、耐摩耗性材料１と圧粉体２０とを加熱して、圧粉体２０中の成形潤滑剤を分解除去する脱脂工程が行われる。成形潤滑剤の分解によって脱炭性ガスであるＣＯ２およびＨ２Ｏが生成するので、この脱脂工程では、ＣＯ２およびＨ２Ｏを加熱雰囲気から排除している。しかし、ＣＯ２およびＨ２Ｏを加熱雰囲気から排除するようにしても、ＣＯ２およびＨ２Ｏが加熱雰囲気中に残り、耐摩耗性材料１の表面１ｂ、１ｃがＣＯ２およびＨ２Ｏに触れてしまう。このため、耐摩耗性材料１の表面１ｂ、１ｃが脱炭し、耐摩耗性材料１の表面１ｂ、１ｃにフェライト相からなる図示しない薄い層が形成される。この薄い層は元素の拡散係数が高く、この薄い層では元素の拡散が促進される。なお、脱脂工程での加熱雰囲気に脱炭性ガスであるＨ２やＯ２が導入される場合も、耐摩耗性材料１の表面１ｂ、１ｃが脱炭し、上記した薄い層が形成される。
【０００９】
したがって、焼結工程のときでは、図８に示すように、耐摩耗性材料１の表層をフェライト化元素であるＳｉが拡散するため、図９に示すように、耐摩耗性材料１の接合面１ａに形成された拡散層４２が耐摩耗性材料１の表層に伸展する。これが、耐摩耗性材料１の表層に軟化部位が存在する理由である。
【００１０】
このため、耐摩耗性材料１の表面のうち図９中の上側に位置する一方の表面１ｂに高硬度が要求される場合では、後工程で表層に存在する軟化部位を切削等により除去する除去工程を行う必要がある。この除去工程では、広範囲にわたって焼結拡散接合部品の表層を除去しなければならないので、除去工程の所要時間が長くなってしまう。
【００１１】
例えば、耐摩耗性材料の表面１ｂと圧粉体２０の表面２０ｂを面一に仕上げる必要がある場合、図９中の一点鎖線で囲まれた最終形状Ａ２となるように、軟化部位だけでなく結拡散接合部品の表面１ｂ、２０ｂの全域にわたって表層を除去しなければならない。このとき除去する表層の厚さは均一であって、軟化部位の耐摩耗性材料１の表面１ｂからの深さに応じた厚さである。なお、結拡散接合部品の一方の表面１ｂ、２０ｂだけでなく、反対側の他方の表面１ｃ、２０ｃにも高硬度が要求される場合は、結拡散接合部品の両面１ｂ、１ｃ、２０ｂ、２０ｃに対して表層の除去を行わなければならない。
【００１２】
また、軟化部位が存在する部分のみを除去する場合でも、軟化部位が広範囲に存在していれば、広範囲にわたって表層を除去しなければならず、除去工程の所要時間が長くなってしまう。
【００１３】
本発明は上記点に鑑みて、焼結拡散接合部品の製造の際に、除去工程の所要時間を短縮することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
耐摩耗性材料（１）の接合面（１ａ）に隣接する位置に、耐摩耗性材料の表面（１ｂ）から突出した突起部（３０）が設けられた耐摩耗性材料と、フェライト化元素を含む圧粉体（２０）とを一体化させる一体化工程（１０１）と、
一体化工程後に、耐摩耗性材料と圧粉体とを加熱することにより、圧粉体を焼結させ、耐摩耗性材料の接合面に圧粉体中のフェライト化元素が拡散してなる拡散層（４２）を形成させるとともに圧粉体の接合面（２０ａ）に耐摩耗性材料中の元素が拡散してなる拡散層（４１）を形成させて耐摩耗性材料と圧粉体とを焼結拡散接合し、さらに、耐摩耗性材料の接合面に形成される拡散層を突起部内に誘導して留まらせる焼結工程（１０３）と、
焼結工程後に、突起部を除去する除去工程（１０４）とを有することを特徴としている。
【００１５】
本発明のように、耐摩耗性材料の接合面に隣接する位置に突起部を設けることで、耐摩耗性材料の接合面に形成される拡散層を突起部の表層に誘導することができる。そこで、拡散層が突起部のみに存在し、耐摩耗性材料の表層に存在しないように、突起部の高さや幅等を設定することにより、耐摩耗性材料の接合面に形成される拡散層を突起部内に誘導して留まらせれば、突起部を除去するだけで、耐摩耗性材料の表層に拡散層が存在しないようにできる。
【００１６】
このように、本発明によれば、耐摩耗性材料に突起部を形成しない場合と比較して、除去工程での除去範囲を狭くでき、除去工程の所要時間を短縮できる。
【００１７】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態におけるアーマチャを備える電磁弁の断面構成を示す図である。
【図２】図１中のアーマチャの斜視図である。
【図３】図１中のアーマチャの製造工程を示す図である。
【図４】第１実施形態におけるアーマチャの製造途中での軸部材と圧粉体の断面図である。
【図５】第１実施形態におけるアーマチャの製造において、焼結工程後の軸部材に形成される拡散層の範囲を説明するための断面図である。
【図６】第１実施形態におけるアーマチャの製造において、除去工程後の軸部材に形成される拡散層の範囲を説明するための断面図である。
【図７】実施例１における焼結拡散接合部品の断面を示す金属顕微鏡写真である。
【図８】圧粉体と耐摩耗性材料の焼結拡散接合を説明するための断面図である。
【図９】本発明が解決しようとする課題を説明するための図であって、圧粉体と耐摩耗性材料とを焼結拡散接合したときに形成される拡散層の範囲を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について説明する。
（第１実施形態）
第１実施形態では、車両用燃料噴射装置のソレノイド式インジェクタのアーマチャ（可動鉄心）の製造方法について説明する。
【００２０】
まず、アーマチャを備える電磁弁の構造について説明する。図１、２に示すように、アーマチャ３は、軸部材１とこの軸部材１の一端側に設けられた外周部材２とを有している。この軸部材１の他端側には図示しない弁座と離接する図示しない弁体が設けられている。外周部材２は軸部材１の長手方向に対して垂直な方向に延びた扁平形状である。
【００２１】
そして、図１に示す電磁弁１０は、軸部材１の長手方向においてアーマチャ３と対向する位置に固定鉄心４が配置されており、この固定鉄心４にはソレノイドコイル５が巻回されている。この電磁弁１０においては、固定鉄心４に巻回されたソレノイドコイル５に電流を供給することによって、アーマチャ３が固定鉄心４側に磁力吸引されて弁が開くとともに、固定鉄心４に巻回されたソレノイドコイル５に流れる電流を遮断することによって、図示しないばねの復帰力によりアーマチャ３が元の位置に復帰し、弁が閉じられる。
【００２２】
ここで、アーマチャ３は、異なる材料からなる軸部材１と外周部材２とが焼結拡散接合してなる拡散接合部品である。
【００２３】
軸部材１は、硬度がＨｖ６００以上の炭素鋼からなる耐摩耗性材料で構成されている。この耐摩耗性材料としては、例えばＪＩＳ規格のＳＫＨ５１材、ＳＫＨ２材等の高速度工具鋼や、例えばＪＩＳ規格のＳＵＪ２材等の軸受鋼や、例えばＪＩＳ規格のＳＫＤ１１材等の合金工具鋼が挙げられる。
【００２４】
外周部材２は、Ｆｅを主成分とするＦｅ系金属からなる圧粉体を焼結させたものである。圧粉体は、原料粉末を圧粉成形したものである。この原料粉末としては、例えば、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｐ系や、Ｆｅ−Ｓｉ系の組成を有する軟磁性粉末が挙げられる。ＳｉおよびＰは焼結拡散接合を形成するための元素であるが、これらの元素のうちＳｉは、耐摩耗性材料に拡散した場合に拡散した領域の組織をフェライト相化するフェライト化元素でもある。
【００２５】
次に、アーマチャ３の製造方法について説明する。
【００２６】
図３に示すように、所望形状とされた軸部材１と外周部材２の形状とされた圧粉体とを組み付ける組み付け工程１０１を行う。この組み付け工程１０１が特許請求の範囲に記載の一体化工程に相当する。
【００２７】
具体的には、図４に示す形状の耐摩耗性材料からなる軸部材１を用意する。なお、図４は、図１中の破線で囲まれた領域Ａ１に相当する。この軸部材１は、軸部材１の表面１ｂのうち軸部材１の接合面１ａに隣接する位置に、軸部材１の表面１ｂから突出した形状の突起部３０が設けられている。この突起部３０は、後述する除去工程１０４で除去されるものである。この突起部３０は、接合面１ａと連続する表面３０ａを有している。この突起部３０は、図４の上方から軸部材１の表面１ｂを見たとき、軸部材１の表面１ｂにて線状に位置する接合面１ａの全範囲に沿って配置されている。
【００２８】
また、内孔を有する外側部材２の形状となるように、原料粉末を圧粉成形して得られた圧粉体２０を用意する。このとき、圧粉体２０には成形潤滑剤が含まれている。この成形潤滑剤は、熱処理によってＣＯ２とＨ２Ｏに分解される有機化合物からなるものである。この成形潤滑剤としては、ワックス系、ステアリン酸系等の一般的な金属粉末の圧粉成形用の潤滑剤を用いることができる。
【００２９】
そして、得られた圧粉体２０の内孔に軸部材１を嵌合して一体化する。これにより、図４に示すように、圧粉体２０の接合面２０ａと軸部材１の接合面１ａとが接触した状態となる。
【００３０】
その後、組み付け後の軸部材１と圧粉体２０とを加熱することにより、圧粉体中の成形潤滑剤を分解させる脱脂工程１０２を行う。加熱温度は、成形潤滑剤の分解温度、例えば、６００℃である。このとき、軸部材１の表面での脱炭を抑制するために、成形潤滑剤の分解によって生成するＣＯ２とＨ２Ｏとを加熱雰囲気からできるだけ排除することが好ましい。また、加熱雰囲気に脱炭性ガスであるＨ２やＯ２を導入しないことが好ましい。
【００３１】
その後、組み付け後の軸部材１と圧粉体２０とを加熱することにより、圧粉体２０を焼結させて外周部材２を形成するとともに軸部材１と外周部材２とを拡散接合する焼結工程１０３を行う。このときの加熱温度は１１００℃〜１３００℃である。
【００３２】
その後、軸部材１の突起部３０を研削等により除去する除去工程１０４を行う。本実施形態では、突起部３０を除去したものがアーマチャ３の最終形状である。このようにしてアーマチャ３が製造される。
【００３３】
次に、本実施形態の特徴について説明する。
【００３４】
上述の焼結工程１０３では、「発明が解決しようとする課題」の欄で説明した通り、図８に示すように、軸部材１に含まれるＣｒ元素やＭｏ元素等が圧粉体２０の接合面２０ａ付近に拡散し、圧粉体２０に添加されているＳｉ元素やＰ元素が軸部材１の接合面１ａ付近に拡散する。これにより、本実施形態においても、図９に示すように、軸部材１と外周部材２との間に、両者を拡散接合する拡散層４０が形成される。この拡散層４０は、圧粉体２０の接合面２０ａに形成された拡散層４１と、軸部材１の接合面１ａに形成された拡散層４２とからなる。
【００３５】
ここで、脱脂工程でＣＯ２およびＨ２Ｏを加熱雰囲気から排除するようにしても、ＣＯ２およびＨ２Ｏが加熱雰囲気中に残り、耐摩耗性材料１の表面がＣＯ２およびＨ２Ｏに触れてしまう。このため耐摩耗性材料１の表面が脱炭し、耐摩耗性材料１の表面に元素の拡散係数が高いフェライト相からなる薄い層が形成される。
【００３６】
このため、本実施形態とは異なり、軸部材１に突起部を設けていない場合では、図９に示すように、Ｓｉ元素が軸部材１の表層に拡散することで、軸部材１の接合面１ａに形成された拡散層４２が軸部材１の表層に伸展する。
【００３７】
これに対して、本実施形態では、軸部材１に突起部３０を設けている。この突起部３０の表面３０ａにも、脱脂工程で残ったＣＯ２およびＨ２Ｏによって、元素の拡散係数が高いフェライト相からなる薄い層が形成される。このため、本実施形態では、図５に示すように、Ｓｉ元素が突起部３０の表面３０ａに沿って拡散することで、軸部材１の接合面１ａに形成された拡散層４２が突起部３０の表層に伸展する。
【００３８】
さらに、本実施形態では、この拡散層４２が突起部３０のみに存在し、軸部材１の表層に存在しないように、予め実験等によって拡散層４２の伸展距離を求めておき、この伸展距離に基づいて、突起部３０の高さや幅等を設定する。これにより、軸部材１の接合面１ａに形成される拡散層４２を突起部３０に誘導して留まらせることができる。このため、除去工程では、図６に示すように、突起部３０を除去するだけで、軟化部位となる拡散層４２を除去することができる。
【００３９】
このように、本実施形態によれば、除去工程で突起部３０のみを除去することで、軸部材１の表層に拡散層が存在しないようにできるので、軸部材１に突起部３０を形成しない場合と比較して、除去範囲を狭くでき、除去工程の所要時間を短縮できる。
【００４０】
なお、本実施形態では、接合面１ａに形成された拡散層４２は、接合面１ａに存在したままである。また、軸部材１の表面１ｂに形成されたフェライト相からなる薄い層を残している。これは、この薄い層による軸部材１の表面１ｂの硬度への影響が小さいためである。
【００４１】
また、本実施形態では、軸部材１の表面１ｂに形成されたフェライト相からなる薄い層を残しているが、この薄い層を除去しても良い。この場合、上述の除去工程での突起部３０の除去に加えて、軸部材１の表面１ｂの薄い層を研削等により除去する。この薄い層の除去を行っても、突起部を形成しない場合と比較して、除去する層が薄いので、除去工程の所要時間を短縮できる。
【００４２】
（他の実施形態）
第１実施形態の組み付け工程１０１では、軸部材１と、外周部材２の形状に成形された圧粉体２０とを用意して、圧粉体２０の内孔に軸部材１を嵌合して一体化したが、この組み付け工程１０１の代わりに、特許文献４に記載のように、圧粉体２０の成形と同時に、軸部材１と圧粉体２０とを一体化させる一体化工程を行っても良い。すなわち、金型内で軸部材１を保持した状態で、金型内の原料粉末を加圧することにより、軸部材１と圧粉体２０の一体化部品をインサート成形しても良い。
【００４３】
また、第１実施形態では、本発明の焼結拡散接合部品の製造方法を、インジェクタのアーマチャの製造方法に適用した例を説明したが、複雑形状の焼結ギヤ部品等の他の焼結拡散接合部品の製造方法に適用することも可能である。この焼結ギヤ部品は、軸部とこの軸部の一端側に設けられたギヤ部とから構成され、軸部の形状とされた耐摩耗性材料とギヤ部の形状とされた圧粉体とを焼結拡散接合することにより得られるものである。
【実施例】
【００４４】
以下、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
耐摩耗性材料からなる所望形状の試験片と、圧粉体を所望形状とした試験片とを焼結拡散接合により接合して焼結拡散接合部品を作製した。
【００４５】
具体的には、ＳＫＨ５１材からなる円柱状であって、上述の突起部を有する耐摩耗性材料を用意した。耐摩耗性材料の表面からの突起部の高さを０．５ｍｍとした。また、組成がＳｉ：２．０ｗｔ％、Ｐ：０．３５ｗｔ％、Ｍｎ：０．２ｗｔ％、Ｓ：０．０８ｗｔ％、残部がＦｅおよび不可避不純物の金属粉末を円柱状に加圧成形した圧粉体を用意した。この圧粉体は、ワックス系の潤滑剤が圧粉体全体に対して０．５ｗｔ％添加されたものである。
【００４６】
そして、耐摩耗性材料の一面と圧粉体の一面とを接触させて組み付けた後、脱脂工程と焼結工程とを順に行った。脱脂工程では０．５Ｔｏｒｒの真空炉中で６３５℃にて１時間加熱した。焼結工程では０．５Ｔｏｒｒの真空炉中で１２１５℃にて１時間加熱した。
【００４７】
その後、突起部を残した状態の焼結拡散接合部品の断面を金属顕微鏡で観察するとともに、耐摩耗性材料の表層の硬度をマイクロビッカース測定法により測定した。
【００４８】
その結果、図７に示すように、耐摩耗性材料１の突起部３０の表層の組織が他の領域と異なっていることが確認され、耐摩耗性材料１の接合面１ａに形成された拡散層４２が突起部３０の表層に伸展したものと推測される。また、用意した耐摩耗性材料１は、硬度がＨｖ６００であったが、接合後の突起部３０の表層の硬度はＨｖ２００であり、突起部３０の表層に軟化部位が形成されたことが確認された。
【符号の説明】
【００４９】
１      軸部材（耐摩耗性材料）
２      外周部材
３      アーマチャ
１０    電磁弁
２０    圧粉体
３０    突起部
４２    軸部材（耐摩耗性材料）の接合面に形成された拡散層
【図１】
0005849863.tif 000002
【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８】
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【図９】
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【図７】
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