(57)【要約】【課題】凹溝部を有する粉末成形体を焼結するときの寸法精度の低下を抑制することで、高い寸法精度を持つ焼結品を得ることができる粉末成形体の焼結方法を提供する。【解決手段】一側に面内を連通する凹溝部２を有する、と共に前記凹溝部の密度が他の部分より高い粉末成形体を、前記凹溝部を有する面を下に載置して焼結する粉末成形体の焼結方法。凹溝部の両側にある凹溝側平面３ａと３ｂと、凹溝側と反対側の平面４と、を有する粉末成形体１を耐火金網５の上に載置した状態で焼結する粉末成形体１の焼結方法であって、凹溝部２がある側を下向きにして、耐火金網と接触させ、凹溝部を有する側と反対側の平面４が上向きとなる向きに粉末成形体１を耐火金網の上に載置した状態で粉末成形体１を焼結する粉末成形体の焼結方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一側に面内を連通する凹溝部を有する、と共に前記凹溝部の密度が他の部分より高い粉末成形体を、前記凹溝部を有する面を下に載置して焼結する粉末成形体の焼結方法。
【請求項２】
前記凹溝部の断面が、曲線形状、円弧形状又は楕円形状である請求項１に記載の粉末成形体の焼結方法。
【請求項３】
前記粉末成形体の凹溝部を有する側の反対側の面が、平面である請求項１又は請求項２に記載の粉末成形体の焼結方法。
【請求項４】
前記粉末成形体の凹溝部を有する面がある側が下側、前記凹溝がある側の反対面側が上向きとなる向きにして耐火金網の上に載置した状態で焼結する請求項１〜３のいずれか一項に記載の粉末成形体の焼結方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凹溝付き粉末成形体の焼結方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
粉末冶金製品は、自動車等部品として広く使われている。合金粉末を圧縮して得られる粉末成形体を焼結した焼結部品が一般に使用されている。粉末成形体の焼結は、鉄鋼で製作した耐火金網やセラミックス製の耐火板等の上に粉末成形体を載せたものを焼結炉に入れ、その粉末成形体を焼結温度に加熱することで行われる（例えば、特許文献１〜３等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５３１５５６３号公報
【特許文献２】特開２０１２−２４６５０８号公報
【特許文献３】特開２０１５−２０３１３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発明者等は、図２に示すような粉末成形体の焼結を行った。この粉末成形体は、凹溝部が上向き、溝がある側と反対側の平面側を下向きにしてセットする。そして、図２に示すように粉末成形体を耐火金網の上に載置し、それを焼結炉に入れて焼結品を得た。
【０００５】
しかし、このようにして得られる焼結品は、そのままでは凹溝部の形状寸法のバラツキが大きいので、工程能力の確保が困難になる。凹溝部がある側は、軸あるいはシャフトと組み付けて、軸あるいはシャフトを固定する機能を有するため、耐久性と静音性の観点から高い寸法精度が要求される。一方、高い寸法精度を持って粉末成形体を製造したとしても、その後の焼結工程で粉末成形体が収縮するので、その収縮率の不均一により寸法精度が低下するという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記の事情を考慮し、凹溝部を有する粉末成形体を焼結するときの寸法精度の低下を抑制することで、高い寸法精度を持つ焼結体を得ることができる粉末成形体の焼結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】
上記の課題を解決するために、本発明では、以下の構成を採用した粉末成形体の焼結方法を提案する。
【０００８】
［１］  一側に面内を連通する凹溝部を有する、と共に前記凹溝部の密度が他の部分より高い粉末成形体を、前記凹溝部を有する面を下に載置して焼結する粉末成形体の焼結方法。
［２］  前記凹溝部の断面が、曲線形状、円弧形状又は楕円弧形状である上記［１］に記載の粉末成形体の焼結方法。
［３］  前記粉末成形体の凹溝部を有する側の反対側の面が、平面である上記［１］又は［２］に記載の粉末成形体の焼結方法。
［４］  前記粉末成形体の凹溝部を有する面がある側が下側、前記凹溝がある側の反対面側が上向きとなる向きにして耐火金網の上に載置した状態で焼結する上記［１］〜［３］のいずれか一項に記載の粉末成形体の焼結方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、粉末成形体を焼結するときの寸法精度と、その寸法精度の低下を抑制することで、高い寸法精度を持つ焼結品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態にかかる焼結方法で焼結する粉末成形体を示す側面図（上）と上面図（下）である。
【図２】凹溝部を有する粉末成形体の従来の焼結方法を示す側面図（上）と上面図（下）である。
【図３】本発明の実施形態の焼結方法の効果を確認する試験で得た各サンプルの焼結前後の凹溝形状寸法を示すグラフである。
【図４】本発明の実施形態の焼結方法の効果を確認する試験で得た各サンプルと比較例としての各サンプルの焼結後、凹溝形状寸法の３倍標準偏差（３σ）を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態である粉末成形体の焼結方法は、一側に面内を連通する凹溝部を有する、と共に前記凹溝部の密度が他の部分より高い粉末成形体を、前記凹溝部を有する面を下に載置して焼結するものである。前記凹溝部の断面は、Ｒ半径形状（半円形状）円弧形状又は楕円弧形状であると好ましい。また、前記粉末成形体の凹溝部を有する側の反対側の面が、平面であると好ましい。更に、前記粉末成形体の凹溝部を有する面がある側が下側、前記凹溝がある側の反対面側が上向きとなる向きにして耐火金網の上に載置した状態で焼結すると好ましい粉末成形体の焼結方法である。
【００１２】
この構成を採用すると、粉末成形体を焼結するときに、凹溝部がある側は金網と接触しているので、その接触部分に作用する摩擦抵抗により、凹溝部がある側の収縮が、抑制される。また、凹溝部がある側と反対の側の平面は、凹溝部の裏側で密度も高いので、収縮を抑制される。この結果、凹溝部がある側を上向き、凹溝部がある側と反対側の平面側を下向きにする従来の焼結方法で焼結した場合よりも、凹溝部がある側と反対側の平面の間での焼結時の収縮差が縮小し、粉末成形体を焼結するときの寸法精度の低下を抑制することができる。
【００１３】
本発明の実施形態にかかる粉末成形体の焼結方法の具体例を、図１を参考しつつ説明する。なお、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すべての変更が含まれることが意図される。
【００１４】
図１に、本発明の実施形態にかかる焼結方法で焼結する粉末成形体１を示す。粉末成形体１は、鉄を主成分とする合金粉末を金型で圧縮成形したものであり、６．６〜７．０（ｇ／ｃｍ３）程度の密度を有する。この粉末成形体１を焼結すると、軸あるいはシャフトを固定する部品として使用される焼結品が得られる。
【００１５】
図１に示すように、粉末成形体１は、一側に面内を連通する凹溝部２があって、凹溝部２がある側と反対側の平面４を有する。また、粉末成形体１は、凹溝部２の両側にある凹溝側平面３ａと３ｂと、凹溝部２と反対する側の平面４と、を有する。
凹溝部２がある側は、凹溝部２が中心に位置しており、凹溝部２の面積は全体面積の４０％〜７０％を占める。凹溝部２の深さは、厚さのの約３０％〜６０％になる。
【００１６】
前記の凹溝部２が、軸あるいはシャフトに組み付け、ボルト等を使用してあるいはシャフトを固定する機能を果たす。
【００１７】
次に、上記の粉末成形体１を焼結する方法を説明する。まず、図１に示すように、粉末成形体１を耐火金網５に載置する。粉末成形体１を耐火金網５に載置するとき、粉末成形体の安定性を考慮すると、凹溝部２がある側と反対する平面４を下向きにして金網と接触して載置するのが通常であるが、本実施形態では、図１に示すように凹溝部２がある側を下向きにして耐火金網５と面する方法で載置する。
【００１８】
そして、耐火金網５に載せた状態の粉末成形体１を、図示しない連続焼結炉に入れる。連続焼結炉は、耐火金網５に載せた状態の粉末成形体１を金属網ベルトまたはローラコンベヤ６で搬送し、その粉末成形体１を１１００℃〜１２００℃程度の雰囲気で満たされた焼結室を通過させ、その焼結室の室内雰囲気で粉末成形体１を焼結温度に加熱して焼結し、焼結品を得る。
【００１９】
ところで、上記の粉末成形体１を焼結するときに、粉末成形体の安定性を考慮すると、図２に示すように、凹溝部２がある側は上向きにし、凹溝部２がある側と反対側の平面４が下向きになるようにして耐火金網５と接触させることで、載置するのが通常であるが、このようにして得られる焼結品はそのままでは凹溝部２の形状寸法の変化量が大きく、その上、個々の焼結品の溝形状寸法のバラツキが大きいので、工程能力が低くなる問題がある。すなわち、十分に高い寸法精度を持って粉末成形体１を圧粉成形したとしても、その後の焼結工程で寸法変化が発生するので、寸法精度が低下するという問題がある。
【００２０】
この原因は、おそらく次のように考えられる。図２に示したように、凹溝部２がある側が上向き、凹溝部２がある側と反対側の平面４が耐火金網５に接触することで耐火金網５に載置した時、熱が上から伝わるので、凹溝部２がある側と反対側の平面４とを比較すると、平面４部分が収縮しにくい。その上、平面４の凹溝部２の反対側の部分は凹溝部２の密度が高いので、寸法収縮が抑制される。また、凹溝部２がある側と反対側の平面４側が耐火金網５との間の摩擦抵抗によって、寸法の収縮が抑制される。凹溝部２は、上向きにしたので、熱が伝わりやすく、金網との摩擦力が存在しないので、寸法収縮が大きくなる。そのため、図２に示すような粉末成形体１の焼結方法は、凹溝部２がある側と反対側の平面４側の間で大きい収縮差が発生してしまい、この収縮率の不均等により凹溝部２の形状寸法の変化量と、バラツキ量が大きくなる問題を生じる原因と考えられる。
【００２１】
これに対し、図１に示すように、凹溝部２がある側を下向きにして、耐火金網５に面して載置すると、凹溝部２に熱が伝わりにくくなって、かつ、耐火金網５との接触で摩擦抵抗があるので、寸法変化が抑制される。また、凹溝部２と反対側の平面４側は、熱が伝わりやすいが、凹溝部２があって、かつ密度が高いので寸法収縮しにくい。この結果、凹溝部２を上向きにセットする従来の焼結方法よりも、凹溝部２と反対側の平面４の間での焼結時の収縮量差を縮小し、粉末成形体１の凹溝部２の形状寸法の変化量が小さく、かつ安定で、バラツキ量を小さくできるので、より高い寸法精度を持つ焼結体を得ることが可能となる。
【実施例】
【００２２】
本発明の実施形態の焼結方法の効果を確認するため、表１に示すＮｏ．１（実施例）とＮｏ．２（比較例）の２種類の条件で粉末成形体の焼結実験をおこなった。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
この試験で使用した粉末成形体は、図１に示す、粉末成形体１の形状を有する、密度約６．８８ｇ／ｃｍ３、質量８．５ｇのものである。耐火金網５は耐熱の鉄鋼で製作されているものを用いた。そして、Ｎｏ．１とＮｏ．２の焼結方法で得られた２種類のサンプルの焼結品について、形状測定器で凹溝部２のＲ寸法（曲率半径）を測定することにより焼結前後の溝寸法を評価した。凹溝部２のＲ寸法（曲率半径）の測定場所は、各サンプルで同じ場所とした。Ｎｏ．１とＮｏ．２のサンプルは、各２０個を使用して実験を実施した。
【００２５】
上記試験の結果を、図３、図４に示した。図３は、Ｎｏ．１とＮｏ．２の各２０個のサンプルの焼結前後の凹溝部２のＲ形状（断面が曲線形状であることをいう。）寸法（曲率半径）の平均値を示している。図４は、Ｎｏ．１とＮｏ．２のサンプルの焼結体の凹溝部２のＲ形状寸法の３倍標準偏差（３σ）をグラフにしたものである。
【００２６】
図３の焼結前と焼結後のＮｏ．１とＮｏ．２サンプルを比較すると、焼結前後の凹溝部２のＲ形状寸法変化がＮｏ．１のサンプルの寸法変化量が小さい。図４の焼結後のＮｏ．１とＮｏ．２のサンプルの３倍標準偏差が、Ｎｏ．１の方がＮｏ．２より約半分低くなった。
【００２７】
上記のことから、凹溝部の密度を他の部分より高くし、Ｎｏ．１のように凹溝部２がある側を下向きにしてセットして焼結すると、Ｎｏ．２の凹溝部２がある側を上向きにセットして焼結するより、凹溝部２の形状寸法が焼結前後で変化が少なく、３倍標準偏差も低いので、寸法精度をより高くできることが確認された。
【符号の説明】
【００２８】
１  粉末成形体
２  凹溝部
３ａ、３ｂ  凹溝側平面
４  凹溝部と反対側の平面
５  耐火金網
６  金属網ベルトまたはローラコンベヤ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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