(57)【要約】      （修正有）【課題】内部に複雑な形態の冷媒通路を有するタングステン系又はこれに類する焼結品の製造方法を提供する。【解決手段】複雑な形態の第１冷媒通路６８を有する第１圧粉成形体６７と、第２冷媒通路７５を有する第２圧粉成形体７４を準備する。第１圧粉成形体６７及び第２圧粉成形体７４はタングステン粉末を主材料とする。第２圧粉成形体７４に第１圧粉成形体６７を重ねてなる重畳体７８を、焼結炉８０に入れて液相焼結する。焼結前に存在する境界７７が、焼結後は消失する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タングステン、モリブデン、タングステンカーバイドの少なくとも１種を主材料とする粉末と、第１成形型と、第２成形型と、焼結炉とを準備する準備工程と、
前記第１成形型に、前記粉末を投入し、加圧して、第１圧粉成形体を得る第１成形工程と、
得られた第１圧粉成形体に冷媒を流すための第１冷媒通路を形成する工程と、
前記第２成形型に、前記粉末を投入し、加圧して、第２圧粉成形体を得る第２成形工程と、
得られた第２圧粉成形体に冷媒を流すための第２冷媒通路を形成する工程と、
前記第２冷媒通路に前記第１冷媒通路が繋がるようにして、前記第２圧粉成形体に前記第１圧粉成形体を合わせることで重畳体を得る工程と、
得られた重畳体を前記焼結炉で液相焼結することでタングステン系又はこれに類する焼結品を得る工程と、からなるタングステン系又はこれに類する焼結品の製造方法。
【請求項２】
タングステン、モリブデン、タングステンカーバイドの少なくとも１種を主成分とするタングステン又はこれに類する焼結品であって、
内部に冷媒通路を有しており、内部に境界層を有していないことを特徴とするタングステン系又はこれに類する焼結品。
【請求項３】
請求項２記載のタングステン系又はこれに類する焼結品であって、
前記冷媒通路のうち、一部の冷却通路は、前記タングステン系焼結品の中心軸に直交する直交線に沿って延びる直線底を有していることを特徴とするタングステン系又はこれに類する焼結品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部に冷媒通路を有するタングステン系又はこれに類する焼結品に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、内燃機関の構成要素の一つであるシリンダヘッドは、鋳造法で製造される。鋳造法では、金型のキャビティにアルミニウム合金などの溶湯を注入し、溶湯が固まったら金型から取り出す。取り出されたものが、シリンダヘッドとなる。
【０００３】
内燃機関における燃焼室の形状は、出力に大きく影響する。そのため、燃焼室の精度が要求される。
シリンダヘッドで燃焼室の一部が形成されるため、シリンダヘッドの燃焼室は、精度と共に強度がシリンダヘッドの他の部位よりも要求される。
【０００４】
シリンダヘッド用金型において、燃焼室形成部を冷却することが提案されている（例えば、特許文献１（図５）参照）。
冷却することで、燃焼室形成部の熱変形及び凝固組織の粗大化を抑制することができる。熱変形がなければ、燃焼室の精度を高めることができる。また、冷却することで、鋳物の組織を緻密にすることができる。
【０００５】
特許文献１の図５に、シリンダヘッドの鋳造に供する下型（３）（括弧付き数字は、特許文献１に記載された符号を示す。以下同様）が示されている。
この下型（３）には、燃焼室中子（９ｃ）が取り付けられる。この燃焼室中子（９ｃ）には、冷却通路（１２）が設けられている。この冷却通路（１２）に冷媒（水や空気）を流すことで、燃焼室中子（９ｃ）の温度上昇を防止する。
【０００６】
特許文献１の技術には、次に述べる問題点が存在する。
先ず、冷却通路（１２）の形状に関して、次に述べる問題点がある。
特許文献１には、材質の開示がないが、燃焼室中子（９ｃ）の材質は、金型用鋼又は同等の鋼と推定される。鋼製ブロックに機械加工を施すことで、燃焼室中子（９ｃ）を得ることができる。このときに、冷却通路（１２）はドリルで機械加工される。ドリルは直線穴を加工する切削具である。
結果、特許文献１の図５に示される冷却通路（１２）は直線的になり、単純な形態になる。
【０００７】
単純な形態の冷却通路（１２）では、燃焼室中子（９ｃ）の隅まで冷却することが難しい。結果、燃焼室の強度が低下する。
しかし、燃焼室は機能上重要な部分であるため、強度の向上が望まれる。
【０００８】
次に、燃焼室中子（９ｃ）の材質が鋼である場合、アルミニウム溶湯で溶損される。
燃焼室中子（９ｃ）が長寿であることが求められる中、溶損に強い材質とすることが望まれる。
【０００９】
また、燃焼室中子（９ｃ）が鋼である場合、アルミニウムと比較して鋼の熱伝導率は低い。熱伝導率が低いと、熱が籠もりやすくなる。
対策として、冷却通路（１２）に供給する冷媒の量を増やす必要がある。冷却通路（１２）の断面積も大きくする必要があり、型の設計に影響が出る。
そこで、燃焼室中子（９ｃ）は、鋼よりも熱伝導率の高い材質とすることが望まれる。
【００１０】
シリンダヘッド等の鋳造品の品質向上が求められる中、鋼より熱伝導率が高く、溶損に強く且つ内部に複雑な形態の冷媒通路を有する燃焼室中子等の金属部品が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第３６３６１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、鋼より熱伝導率が高く、溶損に強く且つ内部に複雑な形態の冷媒通路を有し、燃焼室中子（以下、入れ子と記載する。）等に供することができる金属部品を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に係る発明は、タングステン、モリブデン、タングステンカーバイドの少なくとも１種を主材料とする粉末と、第１成形型と、第２成形型と、焼結炉とを準備する準備工程と、
前記第１成形型に、前記粉末を投入し、加圧して、第１圧粉成形体を得る第１成形工程と、
得られた第１圧粉成形体に冷媒を流すための第１冷媒通路を形成する工程と、
前記第２成形型に、前記粉末を投入し、加圧して、第２圧粉成形体を得る第２成形工程と、
得られた第２圧粉成形体に冷媒を流すための第２冷媒通路を形成する工程と、
前記第２冷媒通路に前記第１冷媒通路が繋がるようにして、前記第２圧粉成形体に前記第１圧粉成形体を合わせることで重畳体を得る工程と、
得られた重畳体を前記焼結炉で液相焼結することでタングステン系又はこれに類する焼結品を得る工程と、からなるタングステン系又はこれに類する焼結品の製造方法を提供する。
【００１４】
請求項２に係る発明は、タングステン、モリブデン、タングステンカーバイドの少なくとも１種を主成分とするタングステン又はこれに類する焼結品であって、
内部に冷媒通路を有しており、内部に境界層を有していないことを特徴とする。
【００１５】
請求項３に係る発明は、請求項２記載のタングステン系又はこれに類する焼結品であって、
前記冷媒通路のうち、一部の冷却通路は、前記タングステン系又はこれに類する焼結品の中心軸に直交する直交線に沿って延びる直線底を有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に係る発明では、タングステン、モリブデン、タングステンカーバイドの少なくとも１種を主材料とする粉末を主材料とする第１圧粉成形体を作成し、この第１圧粉成形体に第１冷媒通路を設け、
タングステン、モリブデン、タングステンカーバイドの少なくとも１種を主材料とする第２圧粉成形体とを作成し、この第２圧粉成形体に第２冷媒通路を設け、
第２冷媒通路に第１冷媒通路が繋がるようにして第２圧粉成形体に第１圧粉成形体を合わせ、液相焼結処理を施すことで、タングステン系又はこれに類する焼結品を得る。
【００１７】
タングステン、モリブデン、タングステンカーバイド粉末は鋼より熱伝導率が高いと共に溶損に強い。
第２圧粉成形体に第１圧粉成形体を合わせる前であれば、第１圧粉成形体に複雑な形態の第１冷媒通路を設けることができる。第２圧粉成形体においても同様である。
本発明によれば、鋼より熱伝導率が高く、溶損に強く且つ内部に複雑な形態の冷媒通路を有するタングステン系又はこれに類する焼結品が提供される。
【００１８】
請求項２に係る発明では、タングステン系又はこれに類する焼結品は、内部に冷媒通路を有しており、内部に境界層を有していない。
境界層が存在しないため、タングステン系又はこれに類する焼結品は機械的強度が高くなるとともに、加熱冷却を繰り返す鋳造サイクルで熱疲労に対する割れの発生が抑制される。
【００１９】
加えて、請求項２に係る発明では、請求項１と同様に、タングステン、モリブデン、タングステンカーバイドは鋼より熱伝導率が高いと共に溶損に強い。
第２圧粉成形体に第１圧粉成形体を合わせる前であれば、第１圧粉成形体に複雑な形態の第１冷媒通路を設けることができる。第２圧粉成形体においても同様である。
本発明によれば、鋼より熱伝導率が高く、溶損に強く且つ内部に複雑な形態の冷媒通路を有するタングステン系又はこれに類する焼結品が提供される。
【００２０】
請求項３に係る発明では、一部の冷却通路は、タングステン系又はこれに類する焼結品の中心軸に直交する直交線に沿って延びる直線底を有している。
冷媒に異物が混入している場合であっても、直線底であれば異物が滞留しにくくなる。
【００２１】
また、２つの圧粉成形体を合わせ、焼結してタングステン系又はこれに類する焼結品を製造する場合、一方の圧粉成形体に溝を形成し、この溝の開口を他方の圧粉成形体で塞ぐことにより、冷媒通路を形成することができる。溝は、重畳前には開放されているため、一方の圧粉成形体に容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】内燃機関の要部断面図である。
【図２】シリンダヘッドの断面図である。
【図３】金型の断面図である。
【図４】第１圧粉成形体の製造工程を説明する図である。
【図５】第１圧粉成形体の断面図及び底面図である。
【図６】第２圧粉成形体の製造工程を説明する図である。
【図７】焼結工程を説明する図である。
【図８】入れ子の断面図である。
【図９】正面フライスの側面図である。
【図１０】正面フライスの断面図である。
【図１１】ボディの製造工程を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、以下の説明では、鋳造品の具体例をシリンダヘッドとし、タングステン系又はこれに類する焼結品の具体例を入れ子とした。
【実施例】
【００２４】
図１に示すように、内燃機関１０は、シリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１に載っているシリンダヘッド１２と、このシリンダヘッド１２の上面を覆うヘッドカバー１３とを有する。
シリンダヘッド１２は、吸気通路１４及び排気通路１５を有する。吸気通路１４及び排気通路１５は、動弁機構２０により開閉される。
【００２５】
動弁機構２０は、吸気通路１４を開閉する吸気バルブ２１と、この吸気バルブ２１を閉じ側へ付勢する吸気側ばね２２と、吸気バルブ２１を開側へ押す吸気側ロッカアーム２３と、この吸気側ロッカアーム２３を支える吸気側ロッカ軸２４と、この吸気側ロッカ軸２４を揺動するカム軸２５と、排気通路１５を開閉する排気バルブ２６と、この排気バルブ２６を閉じ側へ付勢する排気側ばね２７と、排気バルブ２６を開側へ押す排気側ロッカアーム２８と、排気側ロッカアーム２８を支える排気側ロッカ軸２９とからなる。排気側ロッカアーム２８もカム軸２５で揺動される。
【００２６】
吸気バルブ２１と排気バルブ２６の下方が燃焼室頂部（以下、単に燃焼室３１と記す。）となる。
吸気側ばね座３２や排気側ばね座３３は、鋳造品（図２、符号４０）に機械加工を施すことで形成される。
吸気側バルブシート３４や、その上方に配置される吸気側バルブガイド３５や、排気側バルブシート３６や、その上方に配置される排気側バルブガイド３７は、鋳造品に機械加工を施した後に、鋳造品に嵌められる。
【００２７】
機械加工を施す前の鋳造品４０を、図２に基づいて説明する。
図２に示すように、シリンダヘッド用の鋳造品４０は、燃焼室３１と、この燃焼室３１まで延びる吸気通路１４と、燃焼室３１から延びる排気通路１５と、カム軸（図１、符号２５）等を収納する上部凹部４１を有している。
【００２８】
このような構造の鋳造品４０を鋳造する金型５０の一例を、図３に基づいて説明する。
図３に示すように、金型５０は、下型５１と、左サイド型５２と、右サイド型５３と、上型５４とを有する。下型５１の上面中央に、燃焼室（図２、符号３１）を形成する入れ子９０が、取り付けられている。また、この入れ子９０と左サイド型５２とに、吸気通路（図２、符号１４）を形成する崩壊性中子５５が渡され、入れ子９０と右サイド型５３とに、排気通路（図２、符号１５）を形成する崩壊性中子５６が渡される。
【００２９】
金型５０内のキャビティ５７へ、アルミニウム合金の溶湯を注入する。溶湯が凝固したら、型を開く。崩壊性中子５５、５６は、壊して掻き出す。以上により、図２に示す鋳造品４０が得られる。鋳造法は、低圧鋳造法が好適である。
【００３０】
低圧鋳造法は、低圧金型鋳造法とも呼ばれ、金型の下方に炉を配置し、この炉に溶湯を満たし、この溶湯に金型から延ばした導管を挿入する。そして、溶湯の上面に、（大気圧＋５０ｋＰａ）程度の圧力を加える。この加圧で溶湯が導管を介して金型へ給湯される。
加圧の程度が、ダイカスト法より格段に低圧であるため、低圧鋳造法と呼ばれる。
【００３１】
金型５０を構成する要素中、入れ子９０が重要部品である。高い精度が要求される燃焼室３１の形状形成に関わる部品だからである。
このような入れ子９０の製造方法を、次に説明する。
【００３２】
図４（ａ）に示すように、第１ダイ６１と、この第１ダイ６１に下から嵌める第１下パンチ６２と、この第１下パンチ６２の上方に配置する第１上パンチ６３とからなる第１成形型６０を準備する。そして、第１ダイ６１に、タングステンを主材料とする粉末としての金属混合粉６４を投入する。
【００３３】
金属混合粉６４は、主材料としてのタングステン粉末６５と、補助材料としてのニッケル粉末６６との混合物が好適である。なお、主材料はタングステン粉末の他、モリブデン粉末やタングステンカーバイド粉末であってもよいし、これらの混合物であってもよい。
混合割合としては、主材料が８０〜９９質量％、残部が補助材料であればよい。
【００３４】
図４（ｂ）にて、第１ダイ６１内の金属混合粉６４を、第１下パンチ６２と第１上パンチ６３で圧縮する。
以上により、図４（ｃ）に示す第１圧粉成形体６７が得られる。
なお、詳しくは後述するが、第１圧粉成形工程で、図４（c）に想像線で示す第１冷却通路６８を、圧粉成形と同時に形成してもよい。
【００３５】
次に、図５（ａ）に示すように、第１圧粉成形体６７に、下へ開放されている溝状の第１冷媒通路６８を機械加工により形成する。
第１圧粉成形体６７と第２圧粉成形体（図６、符号７４）を合わせて焼結してタングステン系焼結品を製造する場合、第１圧粉成形体６７に溝（溝状の第１冷媒通路６８）を形成し、この溝の開口を第２圧粉成形体で塞ぐことにより、第１冷媒通路６８を形成することができる。第１圧粉成形体６７の溝は、開放されているため、第１圧粉成形体６７に容易に形成することができる。
【００３６】
第１冷媒通路６８は、同形の固体ワックスを、第１圧粉成形体６７に埋設し、圧粉成形工程の後で溶融排出するようにしてもよい。
図５（ａ）のｂ矢視図である図５（ｂ）に示すように、第１冷媒通路６８は渦巻き通路である。便宜上、渦の中心を入口６８ａ、中心から最も離れた部位を出口６８ｂとする。
【００３７】
このような第１冷媒通路６８は、切削工具による機械加工法の他、図４（ａ）に示す第１下パンチ６２の上面に、渦巻き状突起を設けておき、第１圧粉成形体６７を得る工程で、第１冷媒通路６８をも形成するようにしてもよい。この場合は、第１圧粉成形体６７を得る第１成形工程と、第１冷媒通路を形成する工程とが、同時並行して実施される。
【００３８】
また、図６（ａ）に示すように、第２ダイ７１と、この第２ダイ７１に下から嵌める第２下パンチ７２と、この第２下パンチ７２の上方に配置する第２上パンチ７３とからなる第２成形型７０を準備する。そして、第２ダイ７１に、金属混合粉６４を投入する。
金属混合粉６４は、第１圧粉成形体（図４、符号６４）の構成要素と同材とする。
【００３９】
図６（ｂ）にて、第２ダイ７１内の金属混合粉６４を、第２下パンチ７２と第２上パンチ７３で圧縮する。
以上により、図６（ｃ）に示す第２圧粉成形体７４が得られる。
【００４０】
図６（ｄ）に示すように、第２圧粉成形体７４に、機械加工により第２冷媒通路７５を設ける。
第２冷媒通路７５は、例えば、長い第１横穴７５ａと、この第１横穴７５ａの先端から斜めに立ち上がる第１縦穴７５ｂと、第１横穴７５ａの反対側に設けられる短い第２横穴７５ｃと、この第２横穴７５ｃの先端から立ち上がる第２縦穴７５ｄとからなる。
第２冷媒通路７５は、同形の固体ワックスを、第２圧粉成形体７４に埋設し、圧粉成形工程の後で溶融排出するようにして形成してもよい。
【００４１】
次に、図７（ａ）に示すように、第２圧粉成形体７４に第１圧粉成形体６７を重ねる。第１圧粉成形体６７と第２圧粉成形体７４の境目が境界７７となる。
得られた重畳体７８は、第１縦穴７５ｂが第１冷媒通路６８の入口６８ａに繋がり、第２縦穴７５ｄが第１冷媒通路６８の出口６８ｂに繋がっている。
【００４２】
次に、図７（ｂ）に示すように、重畳体７８を焼結炉８０に入れ、液相焼結処理を施す。
焼結炉８０は、例えば、円筒の容器８１と、この容器８１に内張りされた断熱材８２と、容器８１内に配置されるヒータ８３と、容器８１内を真空排気する真空ポンプ８４とからなる。
【００４３】
真空ポンプ８４で真空引きされると、大気圧が容器８１の外周面に掛かる。容器８１が円筒であるため、潰れる心配はない。炭素（カーボン）は大気中では燃えるが、真空中では燃えない。よって、断熱材８２にカーボンファイバーを使用し、ヒータ８３に炭素棒を使用することができる。炭素棒は通電するだけで赤熱しヒータの役割を果たす。
【００４４】
なお、液相焼結処理は、真空中の他、不活性ガス（アルゴンガス、窒素ガス）雰囲気で実施してもよい。よって、焼結炉８０は、真空式焼結設備に限定されない。
【００４５】
液相焼結法とは、焼結中に一部の成分が溶解し、液相混在の状態で進行する処理法である。実施例に基づいて再度説明を試みる。
タングステンの融点は３３８０℃であり、ニッケルの融点は１４５３℃である。容器８１内を真空状態にした上で、ヒータ８３により１５００℃程度に保つ。
すると、低融点側のニッケル粉末が液相化し、高融点側のタングステン粉末は固相のままで、液相混在の状態による液相焼結が進行する。
【００４６】
以上により、図８（ａ）に示すタングステン系又はこれに類する焼結品としての入れ子９０が得られる。
この入れ子９０では、水などの冷媒を、第１横穴７５ａに供給すると、この冷媒は第１縦穴７５ｂを介して第１冷媒通路６８に進入し、第１冷媒通路６８を通る間に入れ子９０を隅々まで冷却する。温まった冷媒は、出口６８ｂ、第２縦穴７５ｄ、第２横穴７５ｃを介して排出される。
【００４７】
図８（ｂ）は、図８（ａ）のｂ部拡大図であり、入れ子９０の一般部の断面を示す。タングステン粒子９１は、ニッケル溶融物９２で隙間が埋められるようにして、焼結される。
図８（ｃ）は、図８（ａ）のｃ部拡大図であり、出口６８ｂと第２縦穴７５ｄとの境界付近を示す。図８（ｂ）と同一であって、タングステン粒子９１は、ニッケル溶融物９２で隙間が埋められるようにして、焼結される。
【００４８】
仮に、図示せぬＡ焼結品とＢ焼結品とを重ね、再度焼結接合すると、Ａ焼結品とＢ焼結品との境界に不可避的に境界層ができる。２回実施した焼結で発生した境界層は、強度低下の要因となり好ましくない。
対して、本発明では、焼結は１回のみ実施するため、境界層はできない。すなわち、図７（ａ）に示す第１圧粉成形体６７と第２圧粉成形体７４の境界７７が消失した上に、この接合部位が一般部と同じ形態で液相焼結され、有害な境界層ができない。
【００４９】
図８（ｄ）に示すように、タングステン系焼結品としての入れ子９０は、中心軸９３に沿って延びている。この中心軸９３は、第１上パンチ（図４、符号６３）及び第２上パンチ（図６、符号７３）の移動軸に合致している。
第１冷媒通路６８は、直線底６８ｃと、逆Ｕ字壁６８ｄとを組み合わせた断面形状を呈している。
すなわち、第１冷媒通路６８と第２冷媒通路７５とからなる冷媒通路のうち、一部の冷却通路（第１冷媒通路６８）は、中心軸９３に直交する直交線９４に沿って延びる直線底６８ｃを有している。
【００５０】
例えば、底がＶ字やＵ字である場合、冷媒に含まれる僅かな異物が、Ｖ字（又はＵ字）の谷底に滞留しやすくなる。すなわち、Ｖ字（又はＵ字）の谷底は狭いため、滞留した異物が簡単には排出されない。滞留する異物が流路の断面積を減少させ、冷却に影響を及ぼす。
この点、直線底６８ｃであれば、異物が溜まる心配がなく、冷却性能が維持される。
なお、逆Ｕ字壁６８ｄは、逆Ｖ字壁やコ字壁であってもよく、形状は任意である。
【００５１】
本発明と比較するために、図８（ｅ）〜（ｆ）にて、従来実施されている接合法を説明する。
図８（ｅ）に示すように、溝２０１を有する下半体２０２と、溝２０３を有する上半体２０４とを準備する。下半体２０２と上半体２０４は、鋳鋼品又は機械加工された金型用鋼からなる。
【００５２】
図８（ｆ）に示すように、下半体２０２に上半体２０４を重ね、放電プラズマ・パルス通電法を実施する。すなわち、下パンチ２０５と上パンチ２０６とに高電圧を印加すると、下半体２０２と上半体２０４との境界２０７に電流が集中し、抵抗発熱により境界２０７が溶融する。この溶融により下半体２０２に上半体２０４が融接される。
【００５３】
しかし、電流は流れやすい所に集中する。そのため、溶融が良好である部位と溶融が不十分である部位が、境界２０７に混在する。
境界２０７に良溶融部と不完全溶融部とが混在する境界層２０８が形成される。
外力や繰り返しの熱変化による熱ひずみでクラックが生じ、境界層２０８の不完全溶融部が破壊の基点になるとともに冷却水の漏れの原因となる。そのため、所定値未満の力で下半体２０２から上半体２０４が破断する恐れがある。すなわち、比較例では所望の接合強度が得られないことがある。
【００５４】
この点、本発明に係る入れ子９０には、図８（ａ）〜図８（ｃ）で説明したように、境界層そのものが存在しない。結果、機械的強度は十分に高くなる。境界層は熱伝導を妨げるが、本発明に係る入れ子９０は、境界層そのものが存在しないため、高い熱伝導性が維持される。
【００５５】
また、図８（ｅ）で例示した鋳鋼又は金型用鋼の熱伝導率は、約５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。一方、本発明で採用したタングステンの熱伝導率は、１７７Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。タングステンの方が、熱伝導率が３倍程度大きいため、冷却効率が良くなり、少量の冷媒で入れ子９０を十分に且つ隅々まで冷やすことができる。
【００５６】
以上に述べた入れ子９０の製造方法は、次に述べるような製造方法として纏めることができる。なお、入れ子９０は、タングステン系焼結品と読み替えて一般化する。
【００５７】
すなわち、タングステン系又はこれに類する焼結品の製造方法は、タングステン、モリブデン、タングステンカーバイドの少なくとも１種を主材料とする粉末（図４、金属混合粉末６４）と、第１成形型（図４、符号６０）と、第２成形型（図６、符号７０）と、焼結炉（図７、符号８０）とを準備する準備工程と、
前記第１成形型に、前記粉末を投入し、加圧して、第１圧粉成形体（図４、符号６７）を得る第１成形工程と、
得られた第１圧粉成形体に冷媒を流すための第１冷媒通路（図５、符号６８）を形成する工程と、
前記第２成形型に、前記粉末を投入し、加圧して、第２圧粉成形体（図６、符号７４）を得る第２成形工程と、
得られた第２圧粉成形体に冷媒を流すための第２冷媒通路（図６、符号７５）を形成する工程と、
前記第２冷媒通路に前記第１冷媒通路が繋がるようにして、前記第２圧粉成形体に前記第１圧粉成形体を合わせることで重畳体（図７、符号７８）を得る工程と、
得られた重畳体を前記焼結炉で液相焼結することで焼結品（図８、入れ子９０）を得る工程と、からなる。
【００５８】
次に、変更例を説明する。
図９に示すように、正面フライス１００は、シャンク１０１と、このシャンク１０１の先端に固定されたボディ１１０と、このボディ１１０の正面（図では下面）に取付けられるブレード１０３とからなる。ブレード１０３に刃が付いており、この刃でワーク１０４を切削する。
【００５９】
一般に、ワーク１０４とブレード１０３との間に、クーラント供給管１０５からクーラント１０６が噴射される。このクーラント１０６でブレード１０３が冷却される。ボディ１１０はクーラント１０６で間接的に冷やされる。クーラント１０６は冷却液を兼ねた切削液である。
近年の高速回転による高負荷切削の条件下では、ボディ１１０の温度上昇が懸念される。クーラント１０６による冷却では冷却が不十分である。
【００６０】
ボディ１１０が温度上昇すると、熱変形が顕著となり、ブレード１０３が所定位置からずれ、加工精度が低下する。
対策として、ボディ１１０の強力な冷却が望まれる。この要望に対応可能な構造を、図１０に基づいて説明する。
【００６１】
図１０（ａ）に示すように、正面フライス１００では、シャンク１０１に冷媒供給路１１１及び冷媒排出路１１２が設けられ、ボディ１１０に第１冷媒通路１１３ａ、１１３ｂ及び第２冷媒通路１１４が設けられている。
このようなボディ１１０は、シャンク１０１に、例えば、ろう付け法によるろう材１０７で接合される。
【００６２】
図１０（ａ）のｂ−ｂ線断面図である図１０（ｂ）に示すように、ボディ１１０に設けられる第２冷媒通路１１４は、入口部１１４ａと、環状部１１４ｂと、出口部１１４ｃとからなり、十分に複雑な形状を呈している。入口部１１４ａは第１冷媒通路１１３ａを介して冷媒供給路１１１に繋がり、出口部１１４ｃは第１冷媒通路１１３ｂを介して冷媒排出路１１２に繋がる。
このような構造のボディ１１０の製造手順を図１１に基づいて説明する。
【００６３】
図１１（ａ）に示す第１圧粉成形体６７を成形する。この第１圧粉成形体６７は、タングステン、モリブデン、タングステンカーバイドの少なくとも１種の粉末を主材料として圧粉成形されたものである。第１圧粉成形体６７には縦に貫通する第１冷媒通路１１３ａ、１１３ｂが設けられている。
並行して、図１１（ｂ）に示す第２圧粉成形体７４を成形する。この第２圧粉成形体７４は第１圧粉成形体６７と同材である。第２圧粉成形体７４には上面が開放された第２冷媒通路１１４が設けられている。
【００６４】
図１１（ｃ）に示すように、第２圧粉成形体７４に第１圧粉成形体６７を重ね、得られた重畳体７８を液相焼結処理する。
得られたボディ１１０を図１１（ｄ）に示す。このボディ１１０は内部に第１冷媒通路１１３ａ、１１３ｂ及び第２冷媒通路１１４を有しており、内部に境界層を有していない。
【００６５】
そして、タングステン系焼結品としてのボディ１１０は、中心軸９３に沿って延びている。第２冷媒通路１１４は、直線底６８ｃと、逆Ｕ字壁６８ｄとを組み合わせた断面形状を呈している。
すなわち、第１冷媒通路１１３ａ、１１３ｂ及び第２冷媒通路１１４からなる冷媒通路のうち、一部の冷却通路（第２冷媒通路１１４）は、中心軸９３に直交する直交線９４に沿って延びる直線底６８ｃを有している。
【００６６】
第１圧粉成形体６７と第２圧粉成形体７４を合わせて焼結してタングステン系焼結品を製造する場合、第２圧粉成形体７４に溝（溝状の第２冷媒通路１１４）を形成し、この溝の開口を第１圧粉成形体６７で塞ぐことにより、第２冷媒通路１１４を形成することができる。第２圧粉成形体７４の溝は、重畳前には開放されているため、第２圧粉成形体７４に容易に形成することができる。
【００６７】
フライス加工に伴って、ボディ１１０は温度が上昇する。しかし、ボディ１１０を構成するタングステンは鋼より格段に熱伝導率が高いため、熱は速やかに第２冷媒通路１１４を流れる冷媒に吸収される。結果、ボディ１１０の温度上昇は抑制される。
【００６８】
以上に述べたように、本発明のタングステン系又はこれに類する焼結品は、シリンダヘッドの燃焼室を形成する入れ子や、正面フライスのボディに好適であるが、その他の金型の入れ子やその他の切削工具であってもよい。したがって、タングステン系又はこれに類する焼結品の用途は、任意である。
【００６９】
ただし、内燃機関の高性能化が求められる中、燃焼室の寸法精度を高めることが強く求められる。この点から、本発明のタングステン系又はこれに類する焼結品は、他の用途に比較して、シリンダヘッドを鋳造する金型に取り付ける入れ子に最適であると言える。このような入れ子に、部分型や中子を含めることは差し支えない。
【００７０】
また、切削工具は、正面フライスの他、ドリル、リーマー、エンドミルなどであってもよい。しかし、シャンクに対してボディが大径となり、ボディに設ける冷媒通路が必然的に複雑になる正面フライスに本発明は、より有効である。
【００７１】
尚、実施例では、タングステン粉末とニッケル粉末を各々準備したが、タングステンの粒にニッケルを被覆した（又は付着した）タングステン粉末であってもよい。この場合は、図４（ａ）にて、タングステン粉末（ニッケル付きタングステン粒）のみを第１成形型６０へ投入する。図６（ａ）も同様である。
【００７２】
炭素鋼（Ｆｅ）は融点が１５４０℃、熱電伝導率が約５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
対してタングステンは融点が３４００℃、熱電伝導率が１７７Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
また、モリブデンは融点が２６２０℃、熱電伝導率が１３９Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
また、タングステンカーバイドは融点が２８７０℃、熱電伝導率が８４Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
【００７３】
本発明者が、試作したところ、モリブデン系焼結品及びタングステンカーバイド焼結品も鋼より熱伝導率が高く、溶損に強いことが確認できた。
よって、タングステン粉末をモリブデン粉末に変更することでモリブデン系焼結品を得ることや、タングステン粉末をタングステンカーバイド粉末に変更することでタングステンカーバイド系焼結品を得るようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、シリンダヘッドを鋳造する金型に取り付ける入れ子に好適である。
【符号の説明】
【００７５】
１２…シリンダヘッド、３１…燃焼室、６０…第１成形型、６４…タングステンを主材料とする粉末（金属混合粉）、６５…タングステン粉末、６７…第１圧粉成形体、６８、１１３…冷媒通路（第１冷媒通路）、６８ｃ…直線底、７０…第２成形型、７４…第２圧粉成形体、７５、１１４…冷媒通路（第２冷媒通路）、７８…重畳体、８０…焼結炉、９０…タングステン系焼結品（入れ子）、９３…中心軸、９４…直交軸、１１０…タングステン系又はこれに類する焼結品（ボディ）、２０８…境界層。
【図１】
2019112667.tif 000003
【図２】
2019112667.tif 000004
【図３】
2019112667.tif 000005
【図４】
2019112667.tif 000006
【図５】
2019112667.tif 000007
【図６】
2019112667.tif 000008
【図７】
2019112667.tif 000009
【図８】
2019112667.tif 000010
【図９】
2019112667.tif 000011
【図１０】
2019112667.tif 000012
【図１１】
2019112667.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成31年1月24日(2019.1.24)
【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】
タングステン、モリブデン、タングステンカーバイドの少なくとも１種を主材料とする粉末と、第１成形型と、第２成形型と、焼結炉とを準備する準備工程と、
前記第１成形型に、前記粉末を投入し、加圧して、第１圧粉成形体を得る第１成形工程と、
得られた第１圧粉成形体に冷媒を流すための第１冷媒通路を形成する工程と、
前記第２成形型に、前記粉末を投入し、加圧して、第２圧粉成形体を得る第２成形工程と、
得られた第２圧粉成形体に冷媒を流すための第２冷媒通路を形成する工程と、
前記第２冷媒通路に前記第１冷媒通路が繋がるようにして、前記第２圧粉成形体に前記第１圧粉成形体を合わせることで重畳体を得る工程と、
得られた重畳体を前記焼結炉で液相焼結することで焼結品を得る工程と、からなる焼結品の製造方法。
【請求項２】
タングステン、モリブデン、タングステンカーバイドの少なくとも１種を主成分とする焼結品であって、
内部に冷媒通路を有しており、この冷媒通路のうち、一部の冷却通路は、直線底と逆Ｕ字壁を組み合わせ断面形状を呈し、前記直線底は、前記焼結品の中心軸に直交する直交線に沿って延びていることを特徴とする焼結品。
【請求項３】
請求項２記載の焼結品であって、
前記冷媒通路は、渦巻き状の冷媒通路であることを特徴とする焼結品。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、内部に冷媒通路を有する焼結品に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
請求項１に係る発明は、タングステン、モリブデン、タングステンカーバイドの少なくとも１種を主材料とする粉末と、第１成形型と、第２成形型と、焼結炉とを準備する準備工程と、
前記第１成形型に、前記粉末を投入し、加圧して、第１圧粉成形体を得る第１成形工程と、
得られた第１圧粉成形体に冷媒を流すための第１冷媒通路を形成する工程と、
前記第２成形型に、前記粉末を投入し、加圧して、第２圧粉成形体を得る第２成形工程と、
得られた第２圧粉成形体に冷媒を流すための第２冷媒通路を形成する工程と、
前記第２冷媒通路に前記第１冷媒通路が繋がるようにして、前記第２圧粉成形体に前記第１圧粉成形体を合わせることで重畳体を得る工程と、
得られた重畳体を前記焼結炉で液相焼結することで焼結品を得る工程と、からなる焼結品の製造方法を提供する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
請求項２に係る発明は、タングステン、モリブデン、タングステンカーバイドの少なくとも１種を主成分とする焼結品であって、
内部に冷媒通路を有しており、この冷媒通路のうち、一部の冷却通路は、直線底と逆Ｕ字壁を組み合わせ断面形状を呈し、前記直線底は、前記焼結品の中心軸に直交する直交線に沿って延びていることを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
請求項３に係る発明は、請求項２記載の焼結品であって、
前記冷媒通路は、渦巻き状の冷媒通路であることを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
請求項１に係る発明では、タングステン、モリブデン、タングステンカーバイドの少なくとも１種を主材料とする粉末を主材料とする第１圧粉成形体を作成し、この第１圧粉成形体に第１冷媒通路を設け、
タングステン、モリブデン、タングステンカーバイドの少なくとも１種を主材料とする第２圧粉成形体とを作成し、この第２圧粉成形体に第２冷媒通路を設け、
第２冷媒通路に第１冷媒通路が繋がるようにして第２圧粉成形体に第１圧粉成形体を合わせ、液相焼結処理を施すことで、焼結品を得る。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
タングステン、モリブデン、タングステンカーバイド粉末は鋼より熱伝導率が高いと共に溶損に強い。
第２圧粉成形体に第１圧粉成形体を合わせる前であれば、第１圧粉成形体に複雑な形態の第１冷媒通路を設けることができる。第２圧粉成形体においても同様である。
本発明によれば、鋼より熱伝導率が高く、溶損に強く且つ内部に複雑な形態の冷媒通路を有する焼結品が提供される。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
請求項２に係る発明では、一部の冷却通路は、タングステン系又はこれに類する焼結品の中心軸に直交する直交線に沿って延びる直線底を有している。
冷媒に異物が混入している場合であっても、直線底であれば異物が滞留しにくくなる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
加えて、請求項２に係る発明では、請求項１と同様に、タングステン、モリブデン、タングステンカーバイドは鋼より熱伝導率が高いと共に溶損に強い。
また、２つの圧粉成形体を合わせ、焼結して焼結品を製造する場合、一方の圧粉成形体に溝を形成し、この溝の開口を他方の圧粉成形体で塞ぐことにより、冷媒通路を形成することができる。溝は、重畳前には開放されているため、一方の圧粉成形体に容易に形成することができる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
請求項３に係る発明では、冷媒通路は、渦巻き状の冷媒通路である。従来の冷媒通路は単純な形態の直線的な通路であったものが、本発明の冷媒通路は複雑な形態の通路となる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、以下の説明では、鋳造品の具体例をシリンダヘッドとし、焼結品の具体例を入れ子とした。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
次に、図５（ａ）に示すように、第１圧粉成形体６７に、下へ開放されている溝状の第１冷媒通路６８を機械加工により形成する。
第１圧粉成形体６７と第２圧粉成形体（図６、符号７４）を合わせて焼結して焼結品を製造する場合、第１圧粉成形体６７に溝（溝状の第１冷媒通路６８）を形成し、この溝の開口を第２圧粉成形体で塞ぐことにより、第１冷媒通路６８を形成することができる。第１圧粉成形体６７の溝は、開放されているため、第１圧粉成形体６７に容易に形成することができる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
以上により、図８（ａ）に示す焼結品としての入れ子９０が得られる。
この入れ子９０では、水などの冷媒を、第１横穴７５ａに供給すると、この冷媒は第１縦穴７５ｂを介して第１冷媒通路６８に進入し、第１冷媒通路６８を通る間に入れ子９０を隅々まで冷却する。温まった冷媒は、出口６８ｂ、第２縦穴７５ｄ、第２横穴７５ｃを介して排出される。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
図８（ｄ）に示すように、焼結品としての入れ子９０は、中心軸９３に沿って延びている。この中心軸９３は、第１上パンチ（図４、符号６３）及び第２上パンチ（図６、符号７３）の移動軸に合致している。
第１冷媒通路６８は、直線底６８ｃと、逆Ｕ字壁６８ｄとを組み合わせた断面形状を呈している。
すなわち、第１冷媒通路６８と第２冷媒通路７５とからなる冷媒通路のうち、一部の冷却通路（第１冷媒通路６８）は、中心軸９３に直交する直交線９４に沿って延びる直線底６８ｃを有している。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
以上に述べた入れ子９０の製造方法は、次に述べるような製造方法として纏めることができる。なお、入れ子９０は、焼結品と読み替えて一般化する。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
すなわち、焼結品の製造方法は、タングステン、モリブデン、タングステンカーバイドの少なくとも１種を主材料とする粉末（図４、金属混合粉末６４）と、第１成形型（図４、符号６０）と、第２成形型（図６、符号７０）と、焼結炉（図７、符号８０）とを準備する準備工程と、
前記第１成形型に、前記粉末を投入し、加圧して、第１圧粉成形体（図４、符号６７）を得る第１成形工程と、
得られた第１圧粉成形体に冷媒を流すための第１冷媒通路（図５、符号６８）を形成する工程と、
前記第２成形型に、前記粉末を投入し、加圧して、第２圧粉成形体（図６、符号７４）を得る第２成形工程と、
得られた第２圧粉成形体に冷媒を流すための第２冷媒通路（図６、符号７５）を形成する工程と、
前記第２冷媒通路に前記第１冷媒通路が繋がるようにして、前記第２圧粉成形体に前記第１圧粉成形体を合わせることで重畳体（図７、符号７８）を得る工程と、
得られた重畳体を前記焼結炉で液相焼結することで焼結品（図８、入れ子９０）を得る工程と、からなる。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６５】
そして、焼結品としてのボディ１１０は、中心軸９３に沿って延びている。第２冷媒通路１１４は、直線底６８ｃと、逆Ｕ字壁６８ｄとを組み合わせた断面形状を呈している。
すなわち、第１冷媒通路１１３ａ、１１３ｂ及び第２冷媒通路１１４からなる冷媒通路のうち、一部の冷却通路（第２冷媒通路１１４）は、中心軸９３に直交する直交線９４に沿って延びる直線底６８ｃを有している。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
第１圧粉成形体６７と第２圧粉成形体７４を合わせて焼結して焼結品を製造する場合、第２圧粉成形体７４に溝（溝状の第２冷媒通路１１４）を形成し、この溝の開口を第１圧粉成形体６７で塞ぐことにより、第２冷媒通路１１４を形成することができる。第２圧粉成形体７４の溝は、重畳前には開放されているため、第２圧粉成形体７４に容易に形成することができる。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
以上に述べたように、本発明の焼結品は、シリンダヘッドの燃焼室を形成する入れ子や、正面フライスのボディに好適であるが、その他の金型の入れ子やその他の切削工具であってもよい。したがって、焼結品の用途は、任意である。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
ただし、内燃機関の高性能化が求められる中、燃焼室の寸法精度を高めることが強く求められる。この点から、本発明の焼結品は、他の用途に比較して、シリンダヘッドを鋳造する金型に取り付ける入れ子に最適であると言える。このような入れ子に、部分型や中子を含めることは差し支えない。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
本発明者が、試作したところ、モリブデン焼結品及びタングステンカーバイド焼結品も鋼より熱伝導率が高く、溶損に強いことが確認できた。
よって、タングステン粉末をモリブデン粉末に変更することでモリブデン焼結品を得ることや、タングステン粉末をタングステンカーバイド粉末に変更することでタングステンカーバイド焼結品を得るようにしてもよい。
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７５】
１２…シリンダヘッド、３１…燃焼室、６０…第１成形型、６４…タングステンを主材料とする粉末（金属混合粉）、６５…タングステン粉末、６７…第１圧粉成形体、６８、１１３…冷媒通路（第１冷媒通路）、６８ｃ…直線底、７０…第２成形型、７４…第２圧粉成形体、７５、１１４…冷媒通路（第２冷媒通路）、７８…重畳体、８０…焼結炉、９０…焼結品（入れ子）、９３…中心軸、９４…直交軸、１１０…焼結品（ボディ）、２０８…境界層。