(57)【要約】【課題】複合焼結部材を高い寸法精度で製造できる製造方法を提供する。【解決手段】焼結体と、該焼結体に接合した金属部材とを備えた複合焼結部材の製造方法であり、（ａ）及び（ｂ）のいずれかの方法を含み、金属粒子が、１〜１５μｍの平均粒径を有し、かつ、平均粒径＋１０μｍ以下の粒径を有する粒子を５０質量％以上含有する、複合焼結部材の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結体と、該焼結体に接合した金属部材とを備えた複合焼結部材の製造方法であり、
下記（ａ）及び（ｂ）のいずれかを含み、
下記金属粒子が、１〜１５μｍの平均粒径を有し、かつ、平均粒径＋１０μｍ以下の粒径を有する粒子を５０質量％以上含有する、複合焼結部材の製造方法。
（ａ）前記金属部材を、該金属部材の一部が金型内に位置するように、配置すること、
前記金型内に、金属粒子を含有する原料粉末を充填すること、
前記原料粉末を圧縮成形し、圧粉体と、該圧粉体に嵌合した前記金属部材とを備えた複合体を得ること、及び
前記複合体を加熱し、前記焼結体と、該焼結体に拡散接合した前記金属部材とを備えた複合焼結部材を得ること。
（ｂ）金型内に、金属粒子を含有する原料粉末を充填すること、
前記原料粉末を圧縮成形し、圧粉体を得ること、
前記圧粉体に前記金属部材を嵌合し、前記圧粉体と、該圧粉体に嵌合した前記金属部材とを備えた複合体を得ること、及び
前記複合体を加熱し、前記焼結体と、該焼結体に拡散接合した前記金属部材とを備えた複合焼結部材を得ること。
【請求項２】
前記金属粒子の最大粒径が、５０μｍ以下である、請求項１に記載の複合焼結部材の製造方法。
【請求項３】
前記金属粒子が、（平均粒径−５）〜（平均粒径＋２５）μｍの粒径を有する粒子を７０質量％以上含有する、請求項１又は２に記載の複合焼結部材の製造方法。
【請求項４】
前記複合焼結部材が、焼結可動鉄心である、請求項１〜３のいずれかに記載の複合焼結部材の製造方法。
【請求項５】
焼結体と、該焼結体に接合した金属部材とを備え、
前記焼結体が、１０〜３５μｍの平均粒径を有し、かつ、平均粒径＋１５μｍ以下の粒径を有する結晶粒を５０％以上含有する金属の結晶粒を含む、複合焼結部材。
【請求項６】
前記金属の結晶粒の最大粒径が、１２０μｍ以下である、請求項５に記載の複合焼結部材。
【請求項７】
前記金属の結晶粒が、（平均粒径−１０）〜（平均粒径＋３５）μｍの粒径を有する結晶粒を７０％以上含有する、請求項５又は６に記載の複合焼結部材。
【請求項８】
焼結可動鉄心である、請求項５〜７のいずれかに記載の複合焼結部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、複合焼結部材の製造方法及び複合焼結部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等の分野においては、電子制御部品の比率が格段に増えている。そのため電子制御に用いられる軟磁性部品の点数も増えている。軟磁性部品において、焼結軟磁性体を用いたものは、ニアネットシェイプに造形できるため、その適用が広がっている。
【０００３】
焼結軟磁性体を用いた電子制御部品の一つに電磁アクチュエータ等の電磁弁に用いられる焼結可動鉄心がある。可動鉄心は、ソレノイドコイルが巻回された固定鉄心に対向して配置され、弁座と隣接する弁体を備え、固定鉄心とともに電磁弁を構成する部品である。このような構造の電磁弁においては、ソレノイドコイルに電流を供給することにより、固定鉄心と可動鉄心との間に発生する磁力によって可動鉄心がその長手方向に進退し、弁の開閉が行われる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−８７１１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、自動車等の分野では、焼結可動鉄心に高い寸法精度が求められる。従来、要求される寸法精度を実現するために、焼結後に得られた焼結可動鉄心に、切削、研削等の機械加工が施されている。
【０００６】
そこで、本発明の一実施形態は、複合焼結部材を高い寸法精度で製造できる製造方法を提供することを目的とする。また、本発明の他の一実施形態は、高い寸法精度を有する複合焼結部材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】
本発明には様々な実施形態が含まれる。実施形態の例を以下に列挙する。本発明は以下の実施形態に限定されない。
【０００８】
一実施形態は、焼結体と、該焼結体に接合した金属部材とを備えた複合焼結部材の製造方法であり、下記（ａ）及び（ｂ）のいずれかを含み、下記金属粒子が、１〜１５μｍの平均粒径を有し、かつ、平均粒径＋１０μｍ以下の粒径を有する粒子を５０質量％以上含有する、複合焼結部材の製造方法に関する。
【０００９】
（ａ）前記金属部材を、該金属部材の一部が金型内に位置するように、配置すること、
前記金型内に、金属粒子を含有する原料粉末を充填すること、
前記原料粉末を圧縮成形し、圧粉体と、該圧粉体に嵌合した前記金属部材とを備えた複合体を得ること、及び
前記複合体を加熱し、前記焼結体と、該焼結体に拡散接合した前記金属部材とを備えた複合焼結部材を得ること。
【００１０】
（ｂ）金型内に、金属粒子を含有する原料粉末を充填すること、
前記原料粉末を圧縮成形し、圧粉体を得ること、
前記圧粉体に前記金属部材を嵌合し、前記圧粉体と、該圧粉体に嵌合した前記金属部材とを備えた複合体を得ること、及び
前記複合体を加熱し、前記焼結体と、該焼結体に拡散接合した前記金属部材とを備えた複合焼結部材を得ること。
【００１１】
好ましい一実施形態によれば、前記金属粒子の最大粒径は、５０μｍ以下である。
【００１２】
好ましい一実施形態によれば、前記金属粒子は、（平均粒径−５）〜（平均粒径＋２５）μｍの粒径を有する粒子を７０質量％以上含有する。
【００１３】
好ましい一実施形態によれば、前記複合焼結部材は、焼結可動鉄心である。
【００１４】
他の実施形態は、焼結体と、該焼結体に接合した金属部材とを備え、前記焼結体が、１０〜３５μｍの平均粒径を有し、かつ、平均粒径＋１５μｍ以下の粒径を有する結晶粒を５０％以上含有する金属の結晶粒を含む、複合焼結部材に関する。
【００１５】
好ましい一実施形態によれば、前記金属の結晶粒の最大粒径は、１２０μｍ以下である。
【００１６】
好ましい一実施形態によれば、前記金属の結晶粒は、（平均粒径−１０）〜（平均粒径＋３５）μｍの粒径を有する結晶粒を７０％以上含有する。
【００１７】
好ましい一実施形態によれば、前記複合焼結部材は、焼結可動鉄心である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の一実施形態によれば、複合焼結部材を高い寸法精度で製造できる複合焼結部材の製造方法を提供することができる。また、本発明の他の一実施形態によれば、高い寸法精度を有する複合焼結部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、一実施形態である複合焼結部材の一例を示す断面模式図である。
【図２】図２は、従来の複合焼結部材の一例を示す断面模式図である。
【図３】図３は、実施例１で得た複合焼結部材の焼結体の断面写真（光学顕微鏡２００倍）である。
【図４】図４は、比較例１で得た複合焼結部材の焼結体の断面写真（光学顕微鏡２００倍）である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施形態について説明する。本発明は以下の実施形態に限定されない。
＜複合焼結部材の製造方法＞
一実施形態によれば、複合焼結部材の製造方法は、焼結体と、該焼結体に接合した金属部材とを備えた複合焼結部材の製造方法であり、後述する（ａ）及び（ｂ）のいずれかの工程を含む。（ａ）及び（ｂ）の工程で使用される金属粒子は、１〜１５μｍの平均粒径を有し、かつ、（平均粒径＋１０）μｍ以下の粒径を有する粒子を５０質量％以上含有する。
【００２１】
［原料粉末］
（ａ）及び（ｂ）のいずれの工程においても、圧粉体の成形に使用する原料粉末は、金属粒子を含有する。金属粒子の平均粒径は１〜１５μｍであり、金属粒子は、（平均粒径＋１０）μｍ以下の粒径を有する粒子を５０質量％以上の比率で含有する。原料粉末は、金属粒子を、金属粉末として含有してもよいし、又は、造粒粉末の形態で含有してもよい。すなわち、原料粉末は、金属粒子からなる金属粉末、及び、金属粒子と結合剤とを少なくとも含有する造粒粉末のいずれか少なくとも一方を含有する。好ましい実施形態において、原料粉末は、造粒粉末を含有する。
【００２２】
（金属粒子）
金属粒子は、焼結体の主原料であり、複合焼結部材の用途に応じ適宜選択して用いることができる。金属粒子の例には、純金属粒子、合金粒子、及びこれらの混合粒子が含まれる。金属粒子は、１種を単独で、又は、２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００２３】
金属粒子として、例えば、磁性粒子が挙げられる。磁性粒子の材料としては、鉄及び鉄合金が挙げられ、具体例として、純鉄、Ｆｅ−Ｃｏ系合金（例えば、パーメンジュール、Ｆｅ−４９Ｃｏ等）、Ｆｅ−Ｎｉ系合金（例えば、パーマロイ、Ｆｅ−４９Ｎｉ等）、Ｆｅ−Ｐ系合金、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｐ系合金、電磁ステンレス材料等がある。磁性粒子以外の金属粒子を用いることも可能であり、銅粒子、銅合金粒子、アルミニウム粒子、アルミニウム合金粒子等が挙げられる。
【００２４】
金属粒子の平均粒径は、複合焼結部材の寸法精度を向上させる観点から、１５μｍ以下が好ましく、１２μｍ以下がより好ましく、９μｍ以下が更に好ましく、８μｍ以下が特に好ましい。また、金属粒子の平均粒径は、金属粒子の取扱い性を考慮すると、１μｍ以上が好ましく、３μｍ以上がより好ましく、５μｍ以上が更に好ましく、７μｍ以上が特に好ましい。
【００２５】
金属粒子の最大粒径は、複合焼結部材の寸法精度を向上させる観点から、５０μｍ以下が好ましく、４０μｍ以下がより好ましく、３０μｍ以下が更に好ましい。下限は特に限定されず、平均粒径を超える粒径であり、例えば２０μｍ以上である。
【００２６】
金属粒子は、複合焼結部材の寸法精度を向上させる観点から、（平均粒径＋１０）μｍ以下の粒径を有する粒子を、５０質量％以上含有することが好ましく、７０質量％以上含有することがより好ましく、８０質量％以上含有することが更に好ましい。上限は特に限定されず、１００質量％であってもよい。
【００２７】
一実施形態において、金属粒子は、複合焼結部材の寸法精度を向上させる観点から、２０μｍ以下の粒径を有する粒子を、８５質量％以上含有することが好ましく、８７．５質量％以上含有することがより好ましく、９０質量％以上含有することが更に好ましい。上限は特に限定されず、１００質量％であってもよい。
【００２８】
金属粒子は、複合焼結部材の寸法精度を向上させる観点から、（平均粒径−５）〜（平均粒径＋２５）μｍの粒径を有する粒子を７０質量％以上含有することが好ましく、７５質量％以上含有することがより好ましく、８０質量％以上含有することが更に好ましい。上限は特に限定されず、１００質量％であってもよい。
【００２９】
一実施形態において、金属粒子は、複合焼結部材の寸法精度を向上させる観点から、１〜３０μｍの粒径を有する粒子を９０質量％以上含有することが好ましい。上限は特に限定されず、１００質量％であってもよい。
【００３０】
本明細書において、金属粒子の平均粒径及び最大粒径は、レーザー回折散乱式の粒子径分布測定装置を用いて測定した値である。平均粒径は、質量基準のメジアン径（ｄ５０）である。また、特定の粒径を有する金属粒子の含有量は、レーザー回折散乱式の粒子径分布測定装置を用いて測定した、質量基準の粒子径分布により求められる含有量である。レーザー回折散乱式の粒子径分布測定装置として、例えば、マイクロトラック・ベル株式会社製「マイクロトラックＨＲＡ９３２０−Ｘ１００」を使用できる。
【００３１】
金属粒子は、そのまま金属粉末として、又は、結合剤とともに造粒粉末として、使用される。金属粒子を金型に投入する際の流動性を考慮すると、金属粒子は、造粒後に造粒粉末として用いることが好ましい。造粒に使用する結合剤は特に限定されず、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、メチルセルロース（ＭＣ）、ポリアクリルアミド（ＰＡ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）等が挙げられる。結合剤は１種を単独で、又は、２種以上を混合して使用することができる。
【００３２】
造粒粉末中の結合剤の含有量は、造粒粉末の十分な強度が得られ、成形前の給粉過程での破壊を防止するという観点から、金属粒子を基準として、０．０１質量％以上であることが好ましく、０．１質量％以上であることがより好ましく、０．３質量％以上であることが更に好ましい。造粒粉末中の結合剤の含有量は、高い寸法精度を得る観点から、金属粒子を基準として、３質量％以下であることが好ましく、２質量％以下であることがより好ましく、１．５質量％以下であることが更に好ましく、１質量％以下であることが特に好ましい。
【００３３】
造粒粉末は、金属粒子及び結合剤のほかに、任意の成分を含有してもよい。例えば、粉末潤滑剤、炭素粉末、金属酸化物粉末等が挙げられる。
【００３４】
造粒粉末の平均粒径は、十分な流動性を得るという観点から３０μｍ以上であることが好ましく、４０μｍ以上であることがより好ましく、４５μｍ以上であることが更に好ましい。また、造粒処理が長時間になることによる処理コストの上昇を防止するという観点から、造粒粉末の平均粒径は、１５０μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以下であることがより好ましく、７５μｍ以下であることが更に好ましい。本明細書において、造粒粉末の平均粒径は、振動式篩分け方式の測定方法に従い測定した値である。
【００３５】
造粒は、撹拌式流動層造粒装置、スプレードライヤー（噴霧乾燥造粒装置）等の造粒装置を用い、公知の方法により行えばよい。
【００３６】
原料粉末は、金属粉末及び／又は造粒粉末のほかに、任意の成分を含有してもよい。例えば、炭素粉末、粉末潤滑剤、金属酸化物粉末等が挙げられる。
【００３７】
炭素粉末は、炭素を含有する粉末であり、例えば、グラファイト、カーボンブラック、天然黒鉛、石炭、活性炭、コークス、脂肪酸、ポリビニルアルコール等が挙げられる。粉末潤滑剤は、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の金属石鹸；ステアリン酸アミド、ステアリン酸ビスアミド、エチレンビスステアリン酸アミド等のアミド系潤滑剤などが挙げられる。圧粉体と金型表面との摩擦を抑えるという観点から、アミド系潤滑剤が好ましい。
【００３８】
原料粉末中、金属粒子の含有量は、複合焼結部材を高い精度で得るという観点から、９７質量％以上が好ましく、９８質量％以上がより好ましく、９９質量％以上が更に好ましい。また、原料粉末中、金属粒子の含有量は、結合剤、粉末潤滑剤等の任意の成分を含有する場合、９９．９９質量％以下が好ましく、９９．９質量％以下がより好ましく、９０．７質量％以下が更に好ましい。ここでいう金属粒子の含有量は、原料粉末の全質量に対する、金属粉末、造粒粉末、又はこれらの両方として含まれる金属粒子の全質量の比率である。
【００３９】
前記金属粒子を含有する原料粉末を使用することによって、焼結複合部材を高い精度で製造することができる。一般に、金属粒子の焼結過程においては、加熱に伴い、金属粒子間で結合が進み、金属の結晶粒が成長し、結晶粒組織が形成される。この過程で、気孔はその体積が減少し、得られる焼結体は、圧粉体に比べて寸法が収縮したものとなる。このとき、金属粒子の粒径のバラツキが大きいと、結晶粒の成長、気孔体積の減少等が不均一に進み、焼結体の収縮も不均一となる。その結果、焼結体と金属部材との接合に歪みが生じ、精度の低い複合焼結部材が得られることになる。一方、前記金属粒子を使用すると、焼結が均一に進行し、焼結体と金属部材との接合の歪みを抑えることができるために、焼結複合部材を精度よく得ることができると考えられる。
【００４０】
［金属部材］
金属部材は、複合焼結部材の用途に応じ、適宜選択して用いることができる。金属部材として、溶製材及び焼結体が挙げられる。溶製材として、例えば、溶製鋼材が挙げられ、具体的には、高速度工具鋼（例えばＪＩＳ規格のＳＫＨ５１材）、軸受鋼（例えばＪＩＳ規格のＳＵＪ２材）、ステンレス鋼（例えばＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４材又はＳＵＳ４４０Ｃ材）等が挙げられる。焼結体として、具体的には、粉末ハイス材が挙げられる。
【００４１】
例えば、複合焼結部材が焼結可動鉄心であり、金属部材が軸部材である場合、軸部材の端部には弁座と繰り返し衝突する弁体（羽根部材）が形成される。用途にもよるが、金属部材には、高い硬度が求められる場合がある。このような場合、金属部材として、硬さがＨＶ６００以上である溶製材を用いることが好ましい。硬さの上限は、例えば、ＨＶ１，０００以下である。
【００４２】
［工程］
焼結複合部材の製造方法は、下記（ａ）又は（ｂ）の工程を少なくとも含み、更に任意の工程を含んでもよい。下記（ａ）及び（ｂ）の工程では、いずれも、圧粉体と、圧粉体に嵌合した金属部材とを有する複合体を加熱して、圧粉体の焼結と同時に金属部材と焼結体とを拡散接合する。
【００４３】
（ａ）金属部材を、該金属部材の一部が金型内に位置するように、配置すること（配置工程）、
前記金型内に、金属粒子を含有する原料粉末を充填すること（充填工程）、
前記原料粉末を圧縮成形し、圧粉体と、該圧粉体に嵌合した前記金属部材とを備えた複合体を得ること（成形工程）、及び
前記複合体を加熱し、焼結体と、該焼結体に拡散接合した前記金属部材とを備えた複合焼結部材を得ること（焼結工程）。
【００４４】
（ｂ）金型内に、金属粒子を含有する原料粉末を充填すること（充填工程）、
前記原料粉末を圧縮成形し、圧粉体を得ること（成形工程）、
前記圧粉体に金属部材を嵌合し、前記圧粉体と、該圧粉体に嵌合した前記金属部材とを備えた複合体を得ること（嵌合工程）、及び
前記複合体を加熱し、焼結体と、該焼結体に拡散接合した前記金属部材とを備えた複合焼結部材を得ること（焼結工程）。
【００４５】
いずれの工程にも特に限定はなく、目的とする複合焼結部材に応じ、適切な金属部材、原料粉末、金型等を使用すればよい。また、金型への金属部材の配置、金型への原料粉末の充填、圧縮成形、圧粉体と金属部材の嵌合、焼結等は、公知の方法に従い実施すればよい。例えば、充填工程、成形工程、焼結工程、及び嵌合工程は、次のように実施できる。
【００４６】
（充填工程）
所望の形状の成形体を得るため、原料粉末を、所望の形状の金型に充填する。金型は、例えば、ダイ（外型）、上パンチ、下パンチ、及び必要に応じてコアロッド等により構成されている。
【００４７】
（成形工程）
圧縮成形により、原料粉末を成形し、圧粉体を得る。例えば、原料粉末は、上下パンチにより圧縮される。成形時には、金型に金型潤滑剤を塗布し、金型潤滑成形を行ってもよい。
【００４８】
成形圧力は、複合焼結部材を高い精度で得る、高い磁束密度を得る等の観点から、４００ＭＰａ以上であることが好ましく、５００ＭＰａ以上であることがより好ましく、６００ＭＰａ以上であることが更に好ましい。また、成形圧力は、金型の耐久性等の観点から、１，０００ＭＰａ以下であることが好ましく、９００ＭＰａ以下であることがより好ましく、８００ＭＰａ以下であることが更に好ましい。
【００４９】
成形体密度は、複合焼結部材を高い精度で得る、焼結体の高い磁束密度を得る等の観点から、６．０Ｍｇ／ｍ３以上であることが好ましく、６．３Ｍｇ／ｍ３以上であることがより好ましく、６．４Ｍｇ／ｍ３以上であることが更に好ましい。また、成形体密度は、結晶粒の成長により結晶粒の粒径の分布が広くなることを防ぐ観点から、７．８Ｍｇ／ｍ３以下であることが好ましく、７．５Ｍｇ／ｍ３以下であることがより好ましく、７．０Ｍｇ／ｍ３以下であることが更に好ましい。成形体密度は、ＪＩＳ  Ｚ  ２５０１に従い測定することができる。
【００５０】
（焼結工程）
焼結により、圧粉体の粉末間を拡散接合させ、かつ、圧粉体と金属部材とを拡散接合させる。拡散接合を促進させ、十分な強度を有する複合焼結部材を得る観点から、焼結温度は、１，０００℃以上であることが好ましく、１，１００℃以上であることがより好ましく、１，１５０℃以上であることが更に好ましい。一方、焼結温度が高いほど、粉末間、及び、金属部材と金属粒子との間で拡散が進行する結果、強固な結合を得ることができるが、結晶粒の成長により結晶粒の粒径の分布が広くなることを防ぐ観点から、１，３００℃以下であることが好ましく、１，２５０℃以下であることがより好ましく、１，２００℃以下であることが更に好ましい。
【００５１】
焼結時の雰囲気ガスは、金属粒子の酸化を防止する観点から、非酸化性の雰囲気であることが好ましい。金属粒子が鉄系磁性粒子である場合、炭素の拡散を防止するという観点から、浸炭ガス雰囲気を除く非酸化性雰囲気であることが特に好ましい。
【００５２】
焼結体密度は、複合焼結部材の精度の向上、磁束密度の向上等の観点から、７．３Ｍｇ／ｍ３以上であることが好ましく、７．５Ｍｇ／ｍ３以上であることがより好ましく、７．７Ｍｇ／ｍ３以上であることが更に好ましい。上限は特に限定されない。焼結体密度は、ＪＩＳ  Ｚ  ２５０１に従い測定することができる。
【００５３】
（嵌合工程）
（ｂ）の工程では、圧粉体と金属部材とを嵌め合せ、圧粉体と金属部材とを有する複合体を得る。例えば、後述する焼結可動鉄心を得る場合、圧粉体と金属部材とを嵌め合わせる際の嵌め合い寸法差は、用途、製造工程等によって適宜設定する。
【００５４】
焼結可動鉄心を高い精度で得る観点から、嵌め合い寸法差は負であること、すなわち、軸部材の外径寸法を大きく（しまりばめ）設定することができる。嵌め合せの際には、金属部材を圧粉体の孔に圧入する。締め代は大きいほど、軸部材と圧粉体との密着度が高くなる傾向がある。ただし、圧粉体の引張り応力による破損を避ける観点から、締め代は２０μｍ以下であることが好ましく、１５μｍ以下であることがより好ましく、１０μｍ以下であることが更に好ましい。
【００５５】
嵌め合いは、すきまばめ又は中間ばめであってもよい。ただし、精度よく焼結可動鉄心を得る観点から、隙間は小さいほうが好ましく、例えば、寸法差は５０μｍ以下であることが好ましく、３０μｍ以下であることがより好ましく、１０μｍ以下であることが更に好ましい。
【００５６】
焼結複合部材の製造方法が含み得る任意の工程として、脱脂工程、熱処理工程、機械加工工程等が挙げられる。脱脂工程では、焼結前に、例えば、焼結時の加熱温度未満の雰囲気下で、結合剤等を除去する。熱処理工程では、例えば、金属部材に高い耐摩耗性、高い疲れ強さ等を付与するため、焼き入れ及び焼き戻しの熱処理を行う。機械加工工程では、例えば、複雑な形状を実現するため、又は、更なる精度向上のため、焼結体を切削する（切削工程）、焼結体を研削する（研削工程）等の処理を行う。
【００５７】
［複合焼結部材］
前記製造方法により得られる複合焼結部材の実施形態として、焼結可動鉄心、モーターローター等が挙げられる。焼結可動鉄心は、近年高い応答性が要求される油圧ポンプ、自動車エンジンの燃料噴射装置、流体の制御装置等のソレノイドにより作動するストローク制御装置などに用いることが可能である。
【００５８】
図１は、複合焼結部材の一例を示す断面模式図である。図１に示す複合焼結部材は、焼結体からなる羽根部材１と、金属部材からなる軸部材２とを有する焼結可動鉄心である。軸部材２は、羽根部材１の内孔に接合している。焼結体は、金属の結晶粒３を含む。図１に示す複合焼結部材は、粒径のバラツキが抑えられた金属粒子を使用したことによって、軸部材２のずれ、傾き等の発生が抑えられている。
【００５９】
一方、図２は、広い粒度分布を示す金属粒子を用いて得られる複合焼結部材の一例を示す断面模式図である。図２に示す複合焼結部材は、金属粒子の粒径のバラツキに起因して、軸部材２にずれ、傾き等が生じている。
【００６０】
＜複合焼結部材＞
一実施形態によれば、複合焼結部材は、焼結体と、該焼結体に接合した金属部材とを備え、焼結体は、金属の結晶粒を含む。金属の結晶粒の平均粒径は１０〜３５μｍであり、金属の結晶粒は、（平均粒径＋１５）μｍ以下の粒径を有する結晶粒を５０％以上の比率で含有する。焼結体が、粒度分布が狭い結晶粒を含むものであるため、焼結体と金属部材とが精度よく結合し、その結果、複合焼結部材は優れた寸法精度を有するものとなる。
【００６１】
金属の結晶粒の平均粒径は、複合焼結部材の寸法精度を向上させる観点から、３５μｍ以下が好ましく、３０μｍ以下がより好ましく、２５μｍ以下が更に好ましい。また、金属の結晶粒の平均粒径は、製造時の金属粒子の取扱い性を考慮すると、１０μｍ以上が好ましく、１３μｍ以上がより好ましく、１５μｍ以上が更に好ましい。
【００６２】
金属の結晶粒の最大粒径は、複合焼結部材の寸法精度を向上させる観点から、１２０μｍ以下が好ましく、１００μｍ以下がより好ましく、８０μｍ以下が更に好ましい。下限は特に限定されず、平均粒径を超える粒径であり、例えば４０μｍ以上である。
【００６３】
金属の結晶粒は、複合焼結部材の寸法精度を向上させる観点から、（平均粒径＋１５）μｍ以下の粒径を有する結晶粒を、５０％以上含有することが好ましく、５５％以上含有することがより好ましく、６０％以上含有することが更に好ましい。上限は特に限定されず、１００％であってもよい。
【００６４】
一実施形態において、金属の結晶粒は、複合焼結部材の寸法精度を向上させる観点から、３０μｍ以下の粒径を有する結晶粒を、５０％以上含有することが好ましく、５５％以上含有することがより好ましく、６０％以上含有することが更に好ましい。上限は特に限定されず、１００％であってもよい。
【００６５】
金属の結晶粒は、複合焼結部材の寸法精度を向上させる観点から、（平均粒径−１０）〜（平均粒径＋３５）μｍの粒径を有する結晶粒を７０％以上含有することが好ましく、７５％以上含有することがより好ましく、８０％以上含有することが更に好ましい。上限は特に限定されず、１００％であってもよい。
【００６６】
一実施形態において、金属の結晶粒は、複合焼結部材の寸法精度を向上させる観点から、５〜５０μｍの粒径を有する結晶粒を７０％以上含有することが好ましく、７５％以上含有することがより好ましく、８０％以上含有することが更に好ましい。上限は特に限定されず、１００％であってもよい。
【００６７】
本明細書において、金属の結晶粒の平均粒径及び最大粒径は、光学顕微鏡写真を用いて求めた値である。平均粒径は、個数基準の平均粒径である。平均粒径は、具体的には、次の方法により測定できる。（１）焼結体の任意の６０箇所を光学顕微鏡（倍率２００倍）で観察し、６０個の結晶粒の粒径を測定する。このとき、測定の対象とする結晶粒の光学顕微鏡像において、最も長い径を粒径とする。（２）６０個の結晶粒の粒径の算術平均値を求め、金属の結晶粒の平均粒径とする。光学顕微鏡として、例えば、株式会社ニコン製「ＥＣＬＩＰＳＥ  ＬＶ１５０」（「ＥＣＬＩＰＳＥ」は登録商標）を使用できる。また、特定の粒径を有する結晶粒の含有量は、面積比により求めた値である。
【００６８】
複合焼結部材は、特定の粒径を有する結晶粒を含むことによって、優れた寸法精度を示す。複合焼結部材は、上記の複合焼結部材の製造方法により製造することができる。金属の結晶粒は、焼結体の原料である金属粒子に由来し、上記の製造方法における金属粒子、金属部材、複合焼結部材等の説明は、ここでの複合焼結部材にも適用される。
【実施例】
【００６９】
本発明の実施形態について実施例により具体的に説明する。本発明の実施形態は以下の実施例に限定されない。
【００７０】
＜複合焼結部材の作製＞
［実施例１］
（造粒粉末の調製）
金属粒子として水アトマイズ法により作製された鉄系粉末（Ｆｅ−４９Ｃｏ粉末）２０ｋｇと、結合剤としてポリビニルアルコールを用い、造粒粉末を調製した。造粒は、スプレードライヤーを用いて実施した。鉄系粉末に対し１．２質量％のポリビニルアルコールが添加された造粒粉末を得た。
【００７１】
（複合焼結部材の作製）
複合焼結部材は、以下の方法により作製した。
（１）造粒粉末に、粉末潤滑剤として造粒粉末に対して０．５質量％の粉末ワックス（グライコ・ケミカル社製「アクラワックス」）を添加し、混合して、原料粉末とした。
（２）原料粉末を金型に投入し、機械式クランクプレス（定寸法制御）により７ｔｆ／ｃｍ２（６８６ＭＰａ）の一定圧力で成形し、外径：１０ｍｍ、内径：４ｍｍ、厚さ：２ｍｍの圧粉体（羽根部材）を得た。
（３）得られた圧粉体の中央の孔に粉末ハイス材からなる軸部材（シャフト、外径：４ｍｍ、長さ：１０ｍｍ）を嵌合し、複合体を得た。
（４）得られた複合体を、非酸化雰囲気下において６００℃、４時間３０分の加熱により脱脂処理を行ったのち、非酸化雰囲気下において１，２００℃、４時間の加熱を行い、焼結体（羽根部材）と、該焼結体に拡散接合した金属部材（シャフト）とを備えた複合焼結部材を得た。
【００７２】
［比較例１］
造粒粉末に代えて鉄系粉末（Ｆｅ−４９Ｃｏ粉末）を用いた以外は実施例１と同様にして、複合焼結部材を得た。
【００７３】
実施例１及び比較例１でそれぞれ用いた鉄系粉末の平均粒径等、造粒粉末の平均粒径、及び、成形体の密度を表１に示す。測定は上述の測定方法に従い行った。
【００７４】
【表１】
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【００７５】
得られた焼結体における結晶粒の平均粒径等及び焼結体の密度を表２に示す。測定は上述の測定方法に従い行った。また、実施例１で得た焼結体の断面の光学顕微鏡写真（倍率２００倍）を図３に、比較例１で得た焼結体の断面の光学顕微鏡写真（倍率２００倍）を図４に示す。図４に示す写真の左下の濃色部は、粗大結晶粒の一部である。粗大結晶粒の粒径は、約５００μｍであった。
【００７６】
【表２】
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【００７７】
＜複合焼結部材の評価＞
実施例１及び比較例１に従い、それぞれ３個の複合焼結部材を作製した。得られた複合焼結部材について、金属部材（シャフト）と焼結体（羽根部材）の外径との同軸度を評価した。評価には、三次元測定機（株式会社ミツトヨ製「Ｃｒｙｓｔａ−Ｐｌｕｓ  Ｍ４４３」）を使用した。評価結果を表３に示す。
【００７８】
【表３】
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【００７９】
複合焼結部材は、特定の粒径を有する金属粒子を用いて製造されたことによって、又は、特定の粒径を有する金属の結晶粒を含有することによって、優れた寸法精度を示した。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明の実施形態によれば、優れた寸法精度を示す複合焼結部材の提供が可能となる。本発明の実施形態によれば、切削工程等の機械工程を経ることなく、寸法精度の高い複合焼結部材を製造することができるために、製造コストを抑えることが可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１    羽根部材
２    軸部材
３    金属の結晶粒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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