(57)【要約】  【課題】  プレス成形体を焼成した焼結体において、焼成による変形が小さい焼結体の製造方法を提供する。  【解決手段】  原料粉末と第１のバインダと溶媒とを混合し造粒して第１の顆粒８を作製する工程と、前記原料粉末と第２のバインダと溶媒とを混合し造粒して第１の顆粒８とは焼成時の収縮率が異なる第２の顆粒１０を作製する工程と、成形金型１の粉末充填部５（５ａ、５ｂ、５ｃ）内において、第１の顆粒８と第２の顆粒１０との比率が位置によって部分的に異なるように第１の顆粒８および第２の顆粒１０を充填し加圧して成形体６を作製する工程と、成形体６を焼成する工程とを具備する焼結体の製造方法である。【選択図】図１
2011153348.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料粉末と第１のバインダと溶媒とを混合し造粒して第１の顆粒を作製する工程と、前記原料粉末と第２のバインダと溶媒とを混合し造粒して前記第１の顆粒とは焼成時の収縮率が異なる第２の顆粒を作製する工程と、成形金型の粉末充填部内において、前記第１の顆粒と前記第２の顆粒との比率が位置によって部分的に異なるように前記第１の顆粒および前記第２の顆粒を充填し加圧して成形体を作製する工程と、該成形体を焼成する工程とを具備する焼結体の製造方法。
【請求項２】
前記成形金型の粉末充填部を複数回に分けて段階的に深くしながら、前記第１の顆粒と前記第２の顆粒との使用比率が異なる顆粒をすりきりながら充填することにより、位置によって前記第１の顆粒と前記第２の顆粒との使用比率を部分的に変えた成形体を作製する請求項１記載の焼結体の製造方法。
【請求項３】
前記第１のバインダがアクリル系共重合体を主体とするものであり、前記第２のバインダがパラフィンを主体とするものである請求項１または２記載の焼結体の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか記載の焼結体の製造方法によって得られる焼結体。
【請求項５】
請求項４記載の焼結体からなる切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
焼結体を製造する際の成形方法として金型を用いたプレス成形が多用されている。プレス成形においては、成形体の充填密度の違いや焼成雰囲気の局所的な違いによって、焼成後の焼結体に変形が見られることがあった。
【０００３】
そこで、特許文献１では、歯車成形体の成形において部分的に充填量を変えた成形体とすることにより、従来は密度差が生じていた焼結体の密度ムラを抑制したことが開示されている。また、特許文献２、３では、部分的に異種材料を配置して焼成することにより部分的に異種材料からなる複合焼結体が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０８−６７９０５号公報
【特許文献２】特表２００１−５００８０２号公報
【特許文献３】特開２００８−５６９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の方法のように部分的に充填密度を変えた成形体を作製する方法は、局所的に充填密度を変えることが難しくかつ充填密度を一定に制御することが難しいという問題があった。
【０００６】
また、特許文献２、３のように異種材料の複合焼結体を作製する方法では、焼成収縮を制御することができなかった。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、焼成によって変形しやすい焼結体に対して、変形を抑制できる焼結体の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の焼結体の製造方法は、原料粉末と第１のバインダと溶媒とを混合し造粒して第１の顆粒を作製する工程と、前記原料粉末と第２のバインダと溶媒とを混合し造粒して前記第１の顆粒とは焼成時の収縮率が異なる第２の顆粒を作製する工程と、成形金型の粉末充填部内に、前記第１の顆粒と前記第２の顆粒との比率が部分的に異なるように前記第１の顆粒および前記第２の顆粒を充填して加圧することにより成形体を作製する工程と、該成形体を焼成する工程とを具備する。
【０００９】
ここで、前記成形金型の粉末充填部を複数回に分けて段階的に深くするとともに、前記第１の顆粒と前記第２の顆粒との比率が異なる顆粒を各段階毎に前記粉末充填部の上面にてすりきりながら充填すれば、前記第１の顆粒と前記第２の顆粒との比率を厚み方向で変えた成形体を作製できる。
【００１０】
また、前記第１のバインダがアクリル系共重合体を主体とするものであり、前記第２のバインダがパラフィンを主体とするものであることが望ましい。
【００１１】
さらに、本発明の焼結体は、上記焼結体の製造方法によって得られるものであり、特に焼成後に研磨をしない切削工具や複雑な形状の切削工具として好適に使用可能である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、第１のバインダを含有する焼成による収縮率が小さい第１の顆粒と第２のバインダを含有する焼成による収縮率が大きい第２の顆粒とを部分的に使い分けることによって、焼結体の変形を小さくすることができる。
【００１３】
ここで、前記成形金型の粉末充填部を段階的に深くするとともに、複数回に分けて前記第１の顆粒と前記第２の顆粒との比率が異なる顆粒を前記粉末充填部の上面にてすり切りながら充填することにより、前記第１の顆粒と前記第２の顆粒との比率が厚み方向で異なる成形体を作製できて、作業の自動化も容易である。
【００１４】
また、前記第１のバインダがアクリル系共重合体を主体とするものであり、前記第２のバインダがパラフィンを主体とするものであることが、第１の課粒と第２の顆粒の収縮挙動を制御できる点で望ましい。
【００１５】
さらに、上記プレス成形方法によって得られた成形体を焼成して得られる焼結体は、特に焼結体の側面変形等の変形が小さいものであり、複雑な形状の焼結体を変形を小さくして作製できるものである。そのため、特に切削工具、中でも焼成後に研削加工を施さない製品や、複雑な形状の製品を作製する方法として好適に採用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の焼結体の製造方法におけるプレス成形工程について説明するための工程図である。
【図２】本発明の焼結体の製造方法によって得られる焼結体の一例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の焼結体の製造方法について、その好適例であるスローアウェイチップの製造方法における成形工程を示す図１の工程図を基に説明する。
【００１８】
まず、所定の平均粒径の原料粉末を所定の比率で調合する。そして、この混合粉末に第１のバインダと溶媒、および所望により分散剤や可塑剤を添加して、スプレードライヤーなどの方法によって平均粒径１０〜２００μｍの第１の顆粒８を作製する。同様に、前記混合粉末に第２のバインダを添加し、さらに溶媒と所望により分散剤や可塑剤を添加して、スプレードライヤーなどの方法によって平均粒径１０〜２００μｍの第２の顆粒１０を作製する。
【００１９】
次に、図１の模式図で示される成形方法にて成形体を作製する。すなわち、まず、プレス成形用金型１のダイス２内に下面から第１パンチ（下パンチ）３を嵌め込んだ状態でセットして粉末充填部５（５ａ）を設け、フィーダ７等を用いて第１の顆粒８を粉末充填部５（５ａ）の上面にてすり切って粉末充填部５（５ａ）内に充填する（図１（ａ）（ｂ）参照）。続いて、第１パンチ３を下方に移動させることによって、新たに粉末充填部５（５ｂ）を設け、フィーダ７等を用いて第２の顆粒１０を粉末充填部５（５ｂ）の上面にてすり切って粉末充填部５（５ｂ）内に充填する（図１（ｃ）（ｄ）参照）。また、第２の顆粒１０を粉末充填部５（５ｂ）に充填する前に、スローアウェイ式切削工具のピン穴（ネジ止めするための穴）１２となる貫通孔を形成するためのピンロッド１１を挿入してから第２の顆粒１０を充填する（図１（ｃ）参照）。さらに続いて、第１パンチ３を下方に移動させることによって、新たに粉末充填部５（５ｃ）を設け、フィーダ７等を用いて第
１の顆粒８を粉末充填部５（５ｃ）の上面にてすり切って粉末充填部５（５ｃ）内に充填する（図１（ｅ）（ｆ）参照）。
【００２０】
そして、粉末充填部５の上面から第２パンチ（上パンチ）４を下降させて加圧することにより、第１の顆粒８−第２の顆粒１０−第１の顆粒８の積層構造からなる成形体６を作製する。その後、第２パンチ４を成形体６から離間させる方向に後退させる。そして、成形体６がダイス２内から排出されるように第１パンチ３を押し上げて、成形体６を取り出す（図１（ｇ）（ｈ）参照）。
【００２１】
上記プレス成形方法によって得られた成形体６を焼成して得られる焼結体は、焼成によっても外辺等の形状が大きく変わることなく寸法精度が高いので、特に切削工具、中でも焼成後に研削加工をしない製品や複雑な形状の切削工具として好適に採用できる。
【００２２】
なお、第１の顆粒８および第２の顆粒１０の平均粒径が１０μｍ以上であれば、成形体６の密度ムラができにくくて焼成時の変形量を抑制できる。また、顆粒体の平均粒径が２００μｍ以下であれば、顆粒に未潰れが発生しにくく欠陥（ボイド）が発生しにくい。
【００２３】
また、成形金型１の粉末充填部５を複数回に分けて段階的に深くしていき（５ａ、５ｂ、５ｃ）、第１の顆粒８と第２の顆粒１０との使用比率が異なる顆粒をすり切りながら充填することにより、位置によって第１の顆粒８と第２の顆粒１０との使用比率を部分的に変えた成形体６を作製できて、作業の自動化も容易である。
【００２４】
さらに、前記第１のバインダがアクリル系共重合体を主体とするものであり、前記第２のバインダがパラフィンを主体とするものであることが、第１の課粒８と第２の顆粒１０の収縮を制御できる点で望ましい。すなわち、アクリル系共重合体を主体とするバインダを用いると顆粒が柔らかくて潰れ性の良いものとなり、これを成形すると焼成による収縮率が小さいものとなる。これに対して、パラフィンを主体とするバインダを用いると顆粒が硬くて高い潰れ性の悪いものとなり、これを成形すると焼成による収縮率が大きいものとなる。したがって、全体を単一な顆粒を用いて成形体を焼成して凹みが出る形状では、焼結体の凹み部となる成形体６の中央部分を第１の顆粒で形成し、成形体６の端部を第２の顆粒で形成することによって、焼結体全体の収縮バランスを調整できて、焼結体の変形を抑制することができる。
【００２５】
そして、上記方法にてプレス成形された成形体６は、脱バインダ工程を経て、真空焼成法、加圧焼成法、ホットプレス等の公知の焼成方法にて焼成される。なお、上記プレス成形方法によって得られた成形体６を焼成して得られる焼結体は、特に焼結体の側面変形等の変形が小さいものであり、複雑な形状の焼結体を作製できる。そのため、特に切削工具、中でも複雑な形状からなる切削工具を作製する方法として好適に採用できる。
【００２６】
その後、所望により、成形体６の表面にブラシや弾性砥石等で切刃部分に微小なＲホーニング、Ｃ面加工等の微小ホーニング処理を施してもよいが、本発明によれば、切刃における変形量が小さいので、焼成後に加工しない焼き上げ品であっても寸法精度の高いものである。
【００２７】
さらに、所望により、焼結体の表面に対して、化学蒸着法、物理蒸着法等の成膜法にて、周期表第４、５、６族元素、アルミニウム（Ａｌ）およびシリコン（Ｓｉ）から選ばれる１種または２種以上の元素の窒化物、炭化物、硼化物、酸化物、またはそれらの複合化合物からなる硬質膜を単層、または、２層以上の複数層を膜厚０．１〜３０μｍにて成膜しても良い。
【００２８】
なお、上記実施態様は切削工具の一種であるスローアウェイチップの成形方法について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の精密部品等の製造におけるプレス成形についても用いることができるものである。
【実施例】
【００２９】
炭化タングステン粉末、コバルト粉末およびＴｉＣ粉末を混合し、これにバインダを添加、造粒して表１に示す平均粒径の顆粒（造粒粉末）を調整した。次に、表１および図２に示す形状でＤＮＭＧ１５０４０４ＨＱ形状の旋削用チップを成形できる形状の金型を準備し、この顆粒を用いてプレス成形しチップ形状の成形体を得た。なお、表１および図２のｔ１は第１の顆粒にて形成した部分の幅（片方が（１／２）ｔ１）、ｔ２は第２の顆粒にて形成した部分の幅を示す。また、図２はスローアウェイチップのすくい面を平面視した形状である。この成形体を脱バインダ処理して真空焼成した。
【００３０】
得られた焼結体の切刃稜線を投影機にて観察し、切刃稜線の変形量（直線からのずれ量：図２のｗ）を評価した。結果は表１に示した。
【００３１】
そして、このチップに対して、さらに化学蒸着法によりＴｉ系薄膜を成膜して上記形状の旋削用チップを作製した。得られたチップをホルダに１０回取り付けたときの切刃位置を測定し、そのバラツキを標準偏差で表した。また、このチップについて以下の切削試験を行い、切削性能を評価した。
切削条件  旋削
被削材    ＳＣＭ４３５（φ２００×４５０Ｌ）
切削速度  ３００ｍ／分
送り      ０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み  １．５ｍｍ
切削状態  湿式
切削寿命となるまでの切削時間を測定した。結果は表１に示した。
【００３２】
【表１】
2011153348.tif 000003
【００３３】
表１の結果から明らかなとおり、焼成による変形量が異なるバインダ仕様の顆粒を複数用いて成形体を作製し、焼結体を作製した試料Ｎｏ．１〜３では、焼結体の切刃稜線の変形量が小さくなり、ホルダへの拘束力も向上して切削寿命は長くなった。
【００３４】
これに対して、単一のバインダ仕様の顆粒を用いて成形体を作製し、焼結体を作製した試料Ｎｏ．４では、焼結体の切刃稜線の変形量が大きく、ホルダへの拘束力が悪くて切削寿命が短いものであった。
【符号の説明】
【００３５】
１    プレス成形用金型
２    ダイス
３    第１パンチ（下パンチ）
４    第２パンチ（上パンチ）
５（５ａ、５ｂ、５ｃ）  粉末充填部
６    成形体
７    フィーダ
８    第１の顆粒
１０  第２の顆粒
１１  ピンロッド
１２  ピン穴
【図１】
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【図２】
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