(57)【要約】      （修正有）【課題】粉末成形体を焼結するときの寸法精度の低下を防止することで、高い寸法精度をもつ焼結品を提供する。【解決手段】中空の円筒部２と、円筒部２の一端から半径方向内方に延び出す内向きフランジ部３と、円筒部２の内向きフランジ部３のある側とは反対側の端部に周方向に等間隔に設けられた複数の歯部４と、を有する粉末成形体１を耐火板６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、円筒部２の内向きフランジ部３のある側が上側、内向きフランジ部３のある側とは反対側が下側となる向きに粉末成形体１を耐火板６の上に載置した状態で粉末成形体１を焼結する焼結品。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空の円筒部と、前記円筒部の一端から半径方向内方に延び出す内向きフランジ部と、前記円筒部の前記内向きフランジ部のある側とは反対側の端部に周方向に等間隔に設けられた複数の歯部とを有する粉末成形体を耐火板の上に載置した状態で焼結する粉末成形体の焼結方法であって、
前記円筒部の前記内向きフランジ部のある側が上側、前記内向きフランジ部のある側とは反対側が下側となる向きに前記粉末成形体を前記耐火板の上に載置した状態で前記粉末成形体を焼結する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、粉末成形体の焼結方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等の部品として、合金粉末を圧縮成形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。ここで、粉末成形体の焼結は、セラミックスやカーボン等の耐熱性材料で形成された耐火板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なわれる（例えば特許文献１，２参照）。
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、本願の発明者は、図５に示すような粉末成形体の焼結を社内で行なった。この粉末成形体は、中空の円筒部と、円筒部の一端に設けられた内向きフランジ部と、円筒部の他端に周方向に等間隔に設けられた歯部とを有する。そして、図５に示すように粉末成形体を耐火板の上に載置し、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、そのままでは必要な寸法精度を満たしておらず、焼結後にサイジング加工あるいは機械加工を行ない、寸法精度を向上させる必要があった。すなわち、焼結品の円筒部に設けられた歯部は、高速で回転するスプロケットあるいは歯車の噛み合い部として機能するため、静音性や耐久性の観点から高い寸法精度が要求される。一方、高い寸法精度をも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、粉末成形体を焼結するときの寸法精度の低下を防止することで、高い寸法精度をもつ焼結品を得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。
中空の円筒部と、前記円筒部の一端から半径方向内方に延び出す内向きフランジ部と、前記円筒部の前記内向きフランジ部のある側とは反対側の端部に周方向に等間隔に設けられた複数の歯部とを有する粉末成形体を耐火板の上に載置した状態で焼結する粉末成形体の焼結方法であって、
前記円筒部の前記内向きフランジ部のある側が上側、前記内向きフランジ部のある側とは反対側が下側となる向きに前記粉末成形体を前記耐火板の上に載置した状態で前記粉末成形体を焼結する粉末成形体の焼結方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、粉末成形体を焼結するときの寸法精度の低下を防止することで、高い寸法精度をもつ焼結品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【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断面図である。
【図２】図１のII−II線に沿った断面図である。
【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Ｎｏ．１からＮｏ．４までの各焼結品について、そのフランジ側と反フランジ側のオーバーボール径をグラフにしたものである。
【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Ｎｏ．１からＮｏ．４までの各焼結品について、フランジ側のオーバーボール径の４倍標準偏差と、反フランジ側のオーバーボール径の４倍標準偏差とをグラフにしたものである。
【図５】本発明の比較例に相当する焼結方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［本発明の実施形態の説明］
（１）本発明の実施形態である粉末成形体の焼結方法は、
中空の円筒部と、前記円筒部の一端から半径方向内方に延び出す内向きフランジ部と、前記円筒部の前記内向きフランジ部のある側とは反対側の端部に周方向に等間隔に設けられた複数の歯部とを有する粉末成形体を耐火板の上に載置した状態で焼結する粉末成形体の焼結方法であって、
前記円筒部の前記内向きフランジ部のある側が上側、前記内向きフランジ部のある側とは反対側が下側となる向きに前記粉末成形体を前記耐火板の上に載置した状態で前記粉末成形体を焼結する粉末成形体の焼結方法である。
この構成を採用すると、粉末成形体を焼結するときに、円筒部の内向きフランジ部のある側とは反対側の端部が耐火板に接触しているので、その接触部分に作用する摩擦抵抗により、円筒部の内向きフランジ部のある側とは反対側の端部の半径方向内方への収縮が抑制される。また、粉末成形体を焼結するときに、円筒部の内向きフランジ部のある側の端部は、その内向きフランジ部が存在することにより、半径方向内方への収縮が抑制される。この結果、円筒部の内向きフランジ部のある側を下側にする従来の焼結方法で焼結した場合よりも、円筒部の一端と他端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防止することができる。
【００１１】
［本発明の実施形態の詳細］
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および図２を参照しつつ説明する。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のすべての変更が含まれることが意図される。
【００１２】
図１、図２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を用いて圧縮成形したものであり、６．８〜７．４（ｇ／ｃｍ３）程度の密度を有する。この粉末成形体１を焼結するとスプロケットあるいは歯車として使用される焼結品が得られる。
【００１３】
図１に示すように、粉末成形体１は、中空の円筒部２と、円筒部２の一端から半径方向内方に延び出す内向きフランジ部３と、円筒部２の内向きフランジ部３のある側とは反対側の端部に設けられた複数の歯部４とを有する。
【００１４】
円筒部２は、歯部４のある部分の内径が５０〜９０ｍｍ程度となるように形成されている。また、円筒部２の厚さは、歯部４の歯底（すなわち図２に示す周方向に隣り合う歯部４同士の中間部分）で２〜１０ｍｍ程度とされている。円筒部２の厚さを１０ｍｍ以下とすることで、後述するように、焼結時に耐火板６との摩擦抵抗により収縮を抑制する効果を効果的に発揮することができる。円筒部２の厚さを２ｍｍ以上とすることで、粉末成形体１の円筒部２の強度を確保することができる。図では、円筒部２の外周の軸方向の一端部には歯部４を形成せずに、円筒部２の外周の軸方向の他端部のみに歯部４を形成しているが、円筒部２の外周の一端から他端まで全長にわたって歯部４を形成するようにしてもよい。
【００１５】
内向きフランジ部３は、円筒部２の一端部（図では上端部）の内周に一体に形成されている。内向きフランジ部３の中央には、上下に貫通する貫通孔５が形成されている。貫通孔５の直径は、内向きフランジ部３の直径（すなわち円筒部２の内周の内向きフランジ部３が接続する部分の内径）の半分以下の大きさである。貫通孔５の直径を内向きフランジ部３の直径の半分以下の大きさとすることで、内向きフランジ部３が存在することによる焼結時の収縮抑制作用を効果的に生じさせることができる。また、内向きフランジ部３の厚さは、最も薄い部分で２〜１０ｍｍとされている。
【００１６】
図２に示すように、歯部４は、円筒部２の外周に周方向に等間隔に設けられている。粉末成形体１を焼結して得られる焼結品がスプロケットである場合、歯部４は図示しないチェーン（例えば、歯部４と噛み合う形状の爪をもつリンクを連結したサイレントチェーン）に対する噛み合い部として機能し、粉末成形体１を焼結して得られる焼結品が歯車である場合、歯部４は図示しない他の歯車に対する噛み合い部として機能する。
【００１７】
次に、上記の粉末成形体１の焼結方法を説明する。まず、図１に示すように、粉末成形体１を耐火板６の上に載置する。耐火板６は、耐熱性材料（例えば、セラミックス、カーボン等）で形成された板である。また、耐火板６は、粉末成形体１と接触する部分が水平な平坦面６ａとなるように形成されている。
【００１８】
ここで、粉末成形体１を耐火板６の上に載置するとき、粉末成形体１の安定性を考慮すると、内向きフランジ部３が下側となる向きに粉末成形体１を載置するのが通常であるが、この実施形態では、図１に示すように、円筒部２の内向きフランジ部３のある側が上側、内向きフランジ部３のある側とは反対側が下側となる向きに粉末成形体１を載置する。
【００１９】
そして、耐火板６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、耐火板６に載せた状態の粉末成形体１を金属網ベルトコンベヤ７（またはローラコンベヤ）で搬送し、その粉末成形体１を１１００〜１３００℃程度の雰囲気で満たされた焼結室に通過させ、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。
【００２０】
ところで、粉末成形体１を焼結するときに、粉末成形体１の安定性を考慮すると、図５に示すように、内向きフランジ部３のある側が下側となる向きに粉末成形体１を耐火板６に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、そのままでは必要な寸法精度を満たしておらず、焼結後にサイジング加工あるいは機械加工を行ない、寸法精度を向上させる必要がある。すなわち、十分に高い寸法精度をもって粉末成形体１を圧粉成形したとしても、その後の焼結工程で粉末成形体１が収縮するので、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る。
【００２１】
この原因はおそらく次のように考えられる。図５に示すように、内向きフランジ部３のある側が下側となる向きに粉末成形体１を耐火板６に載置したとき、円筒部２の内向きフランジ部３のある側の端部（図５に示す円筒部２の下側の端部）は、内向きフランジ部３が内側に存在することにより半径方向内方への収縮が抑制され、耐火板６との間の摩擦抵抗によっても、半径方向内方への収縮が抑制される。一方、円筒部２の内向きフランジ部３のある側とは反対側の端部（図５の円筒部２の上側の端部）は、内向きフランジ部３が内側に存在せず、耐火板６との間の摩擦抵抗も存在しないので、半径方向内方に収縮しやすい。そのため、粉末成形体１を焼結したときに、円筒部２の一端と他端の間で大きい収縮差が発生してしまい、この収縮率の不均一により寸法精度が低下するものと考えられる。
【００２２】
これに対し、上記実施形態の焼結方法で粉末成形体１を焼結すると、図１に示すように、円筒部２の内向きフランジ部３のある側とは反対側の端部が耐火板６に接触しているので、その接触部分に作用する摩擦抵抗により、円筒部２の内向きフランジ部３のある側とは反対側の端部の半径方向内方への収縮が抑制される。また、粉末成形体１を焼結するときに、円筒部２の内向きフランジ部３のある側の端部は、その内向きフランジ部３が存在することにより、半径方向内方への収縮が抑制される。この結果、円筒部２の内向きフランジ部３のある側を下側にする従来の焼結方法で焼結した場合よりも、円筒部２の一端と他端の間での焼結時の収縮差が縮小し、粉末成形体１を焼結したときの寸法精度の低下が防止される。これにより、高い寸法精度をもつ焼結品を得ることが可能となり、焼結後のサイジング加工あるいは機械加工を省略することも可能となる。
【００２３】
本発明の実施形態の焼結方法の効果を確認するため、Ｎｏ．１からＮｏ．４までの４種類の条件で粉末成形体を焼結する試験を行なった。その試験条件を表１に示す。
【表１】
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【００２４】
この試験で使用した粉末成形体は、図１、図２に示す形状を有し、密度は７．０（ｇ／ｃｍ３）、重量は３００ｇである。耐火板はセラミックス（Ｓｉ３Ｎ４）で形成されたものを用いた。そして、Ｎｏ．１からＮｏ．４までの各条件で得られた焼結品について、オーバーボール径を測定することにより焼結後の寸法精度を評価した。オーバーボール径は、１８０度反対側に位置する２箇所の歯溝（隣り合う歯部の間の部分）にそれぞれ精密な玉を挿入し、その２個の玉をまたぐようにして２個の玉の外側の間隔を測った距離である。
【００２５】
上記試験の結果、図３、図４に示す結果を得た。図３は、Ｎｏ．１からＮｏ．４までの条件で得られた各焼結品について、各歯部の内向きフランジ部に近い側（以下「フランジ側」という）の端部のオーバーボール径と、内向きフランジ部から遠い側（以下「反フランジ側」という）の端部のオーバーボール径とを、それぞれグラフにしたものである。図３に示すオーバーボール径は、各焼結品の外周の２１箇所の歯部について測定したオーバーボール径の平均値である。
【００２６】
また、図４は、Ｎｏ．１からＮｏ．４までの条件で得られた各焼結品について、各歯部のフランジ側の端部のオーバーボール径の４倍標準偏差（いわゆる４σ）と、反フランジ側の端部のオーバーボール径の４倍標準偏差とを、それぞれグラフにしたものである。図４に示す４倍標準偏差は、各焼結品の外周の２１箇所の歯部のオーバーボール径の標準偏差を求め、その値を４倍して得られる値であり、この値がゼロに近いほど焼結品の各歯部間の寸法のばらつきが小さいことになる。
【００２７】
図３のＮｏ．１とＮｏ．２を比較すると、Ｎｏ．１の焼結品におけるフランジ側と反フランジ側のオーバーボール径の差は、Ｎｏ．２の焼結品におけるフランジ側と反フランジ側のオーバーボール径の差の半分程度となっている。すなわち、焼結を行なうときに、内向きフランジ部のある側とは反対側の端部を耐火板に接触させたＮｏ．１の方が、内向きフランジ部のある側の端部を耐火板に接触させたＮｏ．２よりも、焼結時の寸法精度の低下が小さく、高い寸法精度を有することが分かる。
【００２８】
また、図３のＮｏ．１とＮｏ．２を比較すると、フランジ側のオーバーボール径と反フランジ側のオーバーボール径との大小関係がＮｏ．１とＮｏ．２とで反対になっている。このことから、粉末成形体を焼結するときに、粉末成形体と耐火板の間の摩擦抵抗が、粉末成形体の半径方向内方への収縮を抑制していることが分かる。
【００２９】
同様に、図３のＮｏ．３とＮｏ．４を比較しても、Ｎｏ．３の焼結品におけるフランジ側と反フランジ側のオーバーボール径の差は、Ｎｏ．４の焼結品におけるフランジ側と反フランジ側のオーバーボール径の差の半分程度となっている。すなわち、焼結を行なうときに、内向きフランジ部のある側とは反対側の端部を耐火板に接触させたＮｏ．３の方が、内向きフランジ部のある側の端部を耐火板に接触させたＮｏ．４よりも、焼結時の寸法精度の低下が小さく、高い寸法精度を有することが分かる。さらに、フランジ側のオーバーボール径と反フランジ側のオーバーボール径との大小関係がＮｏ．３とＮｏ．４とで反対になっていることから、粉末成形体を焼結するときに、粉末成形体と耐火板の間の摩擦抵抗が、粉末成形体の半径方向内方への収縮を抑制していることが分かる。
【００３０】
また、図４のＮｏ．１とＮｏ．２を比較すると、Ｎｏ．１におけるオーバーボール径の４倍標準偏差は、Ｎｏ．２におけるオーバーボール径の４倍標準偏差よりも小さい。同様に、図４のＮｏ．３とＮｏ．４を比較しても、Ｎｏ．３におけるオーバーボール径の４倍標準偏差は、Ｎｏ．４におけるオーバーボール径の４倍標準偏差よりも小さい。このことから、焼結を行なうときに、内向きフランジ部のある側とは反対側の端部を耐火板に接触させたＮｏ．１およびＮｏ．３の方が、内向きフランジ部のある側の端部を耐火板に接触させたＮｏ．２およびＮｏ．４よりも、焼結時の寸法精度の低下が小さく、高い寸法精度を有することが分かる。
【符号の説明】
【００３１】
１      粉末成形体
２      円筒部
３      フランジ部
４      歯部
５      貫通孔
６      耐火板
６ａ    平坦面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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