(57)【要約】  金属粉末射出成型体の接合方法では、［１］金属粉末とバインダとを混練してそれぞれ射出成型された少なくとも二つの金属粉末射出成型体が互いに当接され、［２］前記少なくとも二つの金属粉末射出成型体が当接されている接合部に、窒素又は塩素を含む塗布剤が塗布され、［３］脱脂又は焼結によって、前記少なくとも二つの金属粉末射出成型体が前記接合部で接合されて金属製品が製作される。上記接合方法によれば、前記接合部の接合強度を向上させることができる。
2015056513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粉末射出成型体の接合方法であって、
それぞれ金属粉末とバインダとを混練して射出成型された少なくとも二つの金属粉末射出成型体を互いに当接させ、
前記少なくとも二つの金属粉末射出成型体が当接されている接合部に、窒素又は塩素を含む塗布剤を塗布し、
前記接合部に前記塗布剤が塗布された前記少なくとも二つの金属粉末射出成型体を脱脂又は焼結することで、前記少なくとも二つの金属粉末射出成型体を前記接合部で接合させて金属製品を製作する、金属粉末射出成型体の接合方法。
【請求項２】
請求項１に記載の金属粉末射出成型体の接合方法であって、
前記バインダが、所定温度域で揮発するワックスと、前記所定温度域よりも高い温度域で飛散する樹脂と、を含み、
前記塗布剤の少なくとも一部が、前記少なくとも二つの金属粉末射出成型体の脱脂時又は焼結時に、前記ワックスよりも遅く揮発し、前記樹脂よりも早く飛散する、金属粉末射出成型体の接合方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の金属粉末射出成型体の接合方法であって、
前記塗布剤が、前記接合部の接触面又は周側面に塗布される、金属粉末射出成型体の接合方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の金属粉末射出成型体の接合方法であって、
前記接合部における隙間が０．１ｍｍ以下に保持された状態で、前記少なくとも二つの金属粉末射出成型体を脱脂又は焼結する、金属粉末射出成型体の接合方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載の金属粉末射出成型体の接合方法であって、
前記金属製品が、複数の翼と、前記複数の翼を支持するバンド部とを備えた翼セクタであり、
前記少なくとも二つの金属粉末射出成型体のそれぞれが、単一の翼を有する前記翼セクタの分割体である、金属粉末射出成型体の接合方法。
【請求項６】
請求項５に記載の金属粉末射出成型体の接合方法であって、
前記バンド部の前記翼が立設された面の裏面上に、前記翼の翼弦線と交差する方向に延在するリブが形成されている、金属粉末射出成型体の接合方法。
【請求項７】
請求項６に記載の金属粉末射出成型体の接合方法であって、
前記分割体における前記バンド部の延在方向と前記リブの延在方向との角度をθとすると、角度θは、０°より大きく、かつ、前記翼のスタガー角以下である、金属粉末射出成型体の接合方法。
【請求項８】
請求項６に記載の金属粉末射出成型体の接合方法であって、
前記分割体における前記バンド部の延在方向と前記リブの延在方向との間の角度をθとすると、０°＜θ≦１２°である、金属粉末射出成型体の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属粉末射出成型体の接合方法[method for jointing metal injection molded parts]に関し、特に、複数の金属粉末射出成型体を接合して金属製品を製作するための金属粉末射出成型体の接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属粉末射出成型法（ＭＩＭ:Metal Injection Molding）は、金属粉末とバインダを混練して所定形状を持つように射出成型された成型体（グリーン体[green part]）を、真空中又はガス雰囲気中で脱脂及び焼結することにより、密度９５％を超える金属製品を製作する方法である。バインダとしては複数の樹脂やワックスを混合したものが使用される。複数のバインダ成分を順番に飛散させることで成形体の形状が維持される。【０００３】
バインダには、金属中に残留しないような成分が使用されることが好ましい。例えば、２５０℃以下の比較的低温で揮発しやすい、ステアリン酸、パラフィンワックス、カルナバワックス等のワックスと、５００℃以下の温度で分解飛散しやすい、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル）、ＥＥＡ（エチレン−エチルアクリレート共重合樹脂）等の樹脂とを混合して使用することが一般的である。【０００４】
ところで、タービン圧縮機の静翼は、下記特許文献１に開示されているように、環状のインナーシュラウドと環状のアウターシュラウドとの間に配置される。また、静翼は、Ｔｉ又はＮｉを主成分とする合金で形成され、周方向に分割された複数の静翼セクタ[stator blade sectors]が組み合わされて構成されている。一般に、静翼セクタは、アウターシュラウドの一部を構成するアウターバンド、インナーシュラウドの一部を構成するインナーバンド、及び、翼をそれぞれ別に製作し、翼にアウターバンド及びインナーバンドをロウ付けすることで形成される。【０００５】
近年、機能向上の観点から、翼はさらに薄くされ、かつ、翼面は複雑な三次元曲面としてされる傾向にあるが、鋳造や塑性加工では翼の形状精度を保つことが難しい。このため、翼の製造方法に上述した金属粉末射出成型法を用いることが提案されている。【０００６】
アウターバンドとインナーバンドとの間に複数の翼を有する上述した静翼セクタは、射出成型（金属粉末射出成型法の一工程）により形成することが困難な場合がある。このため、アウターバンドとインナーバンドとの間に一つの翼を有する静翼セクタの分割体を形成し、複数の分割体を接合して静翼セクタを形成することが提案されている。【０００７】
下記特許文献２は、金属粉末射出成型体の接合方法を開示しており、その目的は、接合強度の低下抑止である。この接合方法では、成型体を構成する金属粉末と同種の金属粉末と水溶性糊状物質[gelatinized soluble material]とを水で希釈したペースト用いられる。まず、上述したペーストが焼結前の成型体の接合面に塗布され、成型体同士がペーストによって仮接合される。その後、仮接合された成型体が焼結され、成型体同士がペーストに含まれる金属粉末により接合される。なお、下記特許文献２には、脱脂後にペーストを接合面に塗布し、その後、焼結する場合と、ペーストを接合面に塗布した後に脱脂及び焼結する場合とが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】日本国特開２００４−１９７６２２号公報
【特許文献２】日本国特開２０１０−２３６０４２号公報
【発明の概要】
【０００９】
上記特許文献２に記載されたペーストには、澱粉質を原料とする水溶性糊状物質が用いられている。澱粉は、炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）及び酸素（０）からなる高分子であり、熱により分解されやすい。また、金属粉末射出成型法では、金属粉末とバインダとで構成されるグリーン体からバインダを飛散させて成型体を製作するので、成型体の大きさはグリーン体の大きさから収縮する。ここで、収縮による接合面の変形を制御するのは困難である。従って、熱分解しやすいペースト（接着剤）を使用すると、脱脂工程又は焼結工程でペーストが早期に分解・飛散してしまうので収縮した接合面同士の密着状態を維持することが困難である。従って、接合強度の低下抑止効果は不十分であった。
【００１０】
本発明の目的は、接合強度を向上させることのできる金属粉末射出成型体の接合方法を提供することにある。
【００１１】
本発明の特徴は、金属粉末射出成型体の接合方法であって、それぞれ金属粉末とバインダとを混練して射出成型された少なくとも二つの金属粉末射出成型体を互いに当接させ、前記少なくとも二つの金属粉末射出成型体が当接されている接合部に、窒素又は塩素を含む塗布剤を塗布し、前記接合部に前記塗布剤が塗布された前記少なくとも二つの金属粉末射出成型体を脱脂又は焼結することで、前記少なくとも二つの金属粉末射出成型体を前記接合部で接合させて金属製品を製作する、金属粉末射出成型体の接合方法を提供する。
【００１２】
上記特徴によれば、窒素又は塩素を含む塗布剤を用いることで塗布剤の分解速度を遅くでき、金属粉末射出成型体の脱脂又は焼成時に、接合部において金属粉末射出成型体の密着状態をより長く維持することができ、接合部の接合強度を向上することができる。
【００１３】
ここで、前記バインダが、所定温度域で揮発するワックスと、前記所定温度域よりも高い温度域で飛散する樹脂と、を含み、前記塗布剤の少なくとも一部が、前記少なくとも二つの金属粉末射出成型体の脱脂時又は焼結時に、前記ワックスよりも遅く揮発し、前記樹脂よりも早く飛散する、ことが好ましい。
【００１４】
また、前記塗布剤が、前記接合部の接触面又は周側面に塗布される、ことが好ましい。
【００１５】
また、前記接合部における隙間が０．１ｍｍ以下に保持された状態で、前記少なくとも二つの金属粉末射出成型体を脱脂又は焼結する、ことが好ましい。
【００１６】
また、前記金属製品が、複数の翼と、前記複数の翼を支持するバンド部とを備えた翼セクタであり、前記少なくとも二つの金属粉末射出成型体のそれぞれが、単一の翼を有する前記翼セクタの分割体である、ことが好ましい。
【００１７】
さらに、前記バンド部の前記翼が立設された面の裏面上に、前記翼の翼弦線と交差する方向に延在するリブが形成されている、ことが好ましい。
【００１８】
ここで、前記分割体における前記バンド部の延在方向と前記リブの延在方向との角度をθとすると、角度θは、０°より大きく、かつ、前記翼のスタガー角以下である、ことが好ましい。
【００１９】
あるいは、前記分割体における前記バンド部の延在方向と前記リブの延在方向との間の角度をθとすると、０°＜θ≦１２°である、ことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態に係る金属粉末射出成型体の接合方法のフローチャートである。
【図２】上記金属粉末射出成型体の接合方法により製作される金属製品の斜視図であり、（ａ）は第一例、（ｂ）は第二例、（ｃ）は第三例、を示している。
【図３】（ａ）は射出成型後の金属粉末射出成型体を示す斜視図であり、（ｂ）は塗布剤が塗布された金属粉末射出成型体を示す斜視図である。
【図４】塗布剤の塗布方法を示す説明断面図であり、（ａ）は第一例、（ｂ）は第二例、（ｃ）は第三例、（ｄ）は第四例、を示している。
【図５】（ａ）はアウターバンドの正面図であり、（ｂ）はリブの延設角度θと安定度Ｓとの関係を示すグラフである。
【図６】アウターバンドの変形例の正面図である。
【図７】接合部の隙間試験方法の説明図であり、（ａ）は隙間調整状態を示す側面図であり、（ｂ）は接合完了状態を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、金属粉末射出成型体の接合方法の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２２】
本実施形態の金属粉末射出成型体の接合方法では、金属粉末とバインダを混練して射出成型した金属粉末射出成型体２同士を接合して脱脂[degreasing]（脱バインダ[debinding]）又は焼結[sintering]（焼成[calcining]）することで、金属製品１が製作される。ここで、金属粉末射出成型体２の接合部３に窒素（Ｎ）又は塩素（Ｃｌ）を含む塗布剤４が塗布されてから、金属粉末射出成型体２同士が接合されて脱脂又は焼結される。
【００２３】
具体的には、図１に示されるように、金属粉末とバインダとを混練する混練工程Ｓ１と、混練した原料を加熱溶融して金型内に射出する射出成型工程Ｓ２と、金型から取り出した金属粉末射出成型体２同士を組み合わせて接合部３に塗布剤４を半田ごて等で塗布する塗布工程Ｓ３と、塗布剤４が塗布された金属粉末射出成型体２を加熱炉で脱脂する脱脂工程Ｓ４と、脱脂された金属粉末射出成型体２を加熱炉で焼結する焼結工程Ｓ５と、を経て金属製品１が製作される。
【００２４】
金属製品１は、例えば、タービン圧縮機の静翼ユニットの一部である。静翼ユニットは、環状のインナーシュラウドと、環状のアウターシュラウドと、これらの間に配された複数の静翼とで構成される。静翼ユニットは、周方向に複数に分割された静翼セクタを組み合わせることで製作される。上記金属製品１は、静翼セクタである。
【００２５】
図２（ａ）に示される金属製品１（静翼セクタ）は、アウターシュラウドの一部であるアウターバンド１１、インナーシュラウドの一部であるインナーバンド１２、及び、アウターバンド１１とインナーバンド１２との間に配置された複数の静翼１３によって構成されている。なお、図２（ａ）中の一点鎖線は、接合部３を示している。
【００２６】
アウターバンド１１は、静翼１３の外周側流路面を形成するシュラウド部１１ａと、シュラウド部１１ａの両端縁にそれぞれ形成されたフック部１１ｂと、を有している。フック部１１ｂとシュラウド部１１ａとの間には段差１１ｄが形成されており、段差１１ｄはタービンハウジングに形成されたレールに係止される。アウターバンド１１の静翼１３が立設されている面の裏面（流路面に対して反対側の面）には、シュラウド部１１ａ及びフック部１１ｂにより凹部が形成されている。凹部内には、一対のフック部１１ｂを連結するリブ１１ｃがシュラウド部１１ａ上に形成されている。
【００２７】
インナーバンド１２は、静翼１３の内周側流路面を形成するシュラウド部１２ａと、シュラウド部１２ａの軸方向の両端縁にそれぞれ形成されたスロット部１２ｂと、を有している。スロット部１２ｂは、シュラウド部１２ａの側縁が折り返されて形成されている。一対のスロット部１２ｂの間に板部品を挿通することで複数の静翼セクタの内周端が連結され、複数のシュラウド部１２ａで形成されたインナーバンド１２が環状に保持される。上述したリブ１１ｃは、アウターバンド１１を補強して脱脂工程Ｓ４や焼結工程Ｓ５におけるアウターバンド１１の変形を抑制する。リブ１１ｃに関する効果については、後述する。
【００２８】
金属製品１は、上述した構成に限定されない。図２（ｂ）に示されるように、金属製品１はリブ１１ｃを有しない静翼セクタであってもよい。また、図２（ｃ）に示されるように、金属製品１は、タービン圧縮機の動翼ユニットの一部である動翼セクタであってもよい。動翼セクタとしての金属製品１は、アウターシュラウドの一部を構成するアウターバンド１１、アウターバンド１１に結合された複数の動翼１４によって構成されている。なお、図２（ｂ）及び図２（ｃ）中の一点鎖線は、接合部３を示している。
【００２９】
また、金属製品１は、静翼セクタや動翼セクタに限定されず、複数の金属粉末射出成型体２を接合して製作される全ての部品を含む。また、上述したアウターバンド１１やインナーバンド１２の構成は一例であり、上述した形状に限定されるものではない。
【００３０】
上述した金属製品１は、複雑な形状を有しており、形状精度を維持しつつ、一回の射出成型で製作することが困難な場合がある。また、金属製品１が大型化された場合、重量が増加して脱脂又は焼結中に変形を生じる場合がある。そこで、本実施形態では、図３（ａ）に示されるように、複数の金属粉末射出成型体２（翼セクタの分割体）を接合することで、図２（ａ）に示されるような金属製品１が製作される。各金属粉末射出成型体２は、
アウターバンド１１とインナーバンド１２との間に単一の静翼１３を有している比較的簡素な形状を有しているので、形状精度を維持しつつ、一回の射出成型で製作することができる。
【００３１】
複数の金属粉末射出成型体２を接合して製作された金属製品１は、複数の翼（静翼１３）と、翼を支持するバンド部（アウターバンド１１及びインナーバンド１２）とを備えた翼セクタ（例えば、静翼セクタ）である。金属粉末射出成型体２は、翼セクタを翼毎に分割した部品である。従って、金属製品１が複雑な形状を有していても、金属粉末射出成型体２は射出成型しやすい形状となり、形状精度を維持することができる。なお、以下の説明では、金属粉末射出成型体２についても、金属製品１の各部と同一の符号を用いる（アウターバンド１１、インナーバンド１２、静翼１３等）。
【００３２】
図１のフローチャートの各工程について説明する。混練工程Ｓ１では、金属粉末射出成型体２の原料となる金属粉末とバインダとが混練されてペレット化される。金属粉末としては、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、チタン、各種合金、各種セラミックス等を粒径１０〜２０μｍ程度の粉末にしたものであるが使用される。
【００３３】
また、バインダは、所定温度域で揮発するワックスと、ワックスよりも高い温度域で飛散する樹脂と、を含んでいる。ワックスは、例えば、２５０℃以下の比較的低温で揮発しやすい、ステアリン酸、パラフィンワックス、カルナバワックス等である。また、樹脂は、例えば、５００℃以下の温度で分解飛散しやすい、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル）、ＥＥＡ（エチレン−エチルアクリレート共重合樹脂）等である（これらは混合使用され得る）。なお、バインダには、ワックス及び樹脂に加えて、必要に応じて滑剤や界面活性剤等が添加される。
【００３４】
射出成型工程Ｓ２では、図３（ａ）に示される金属粉末射出成型体２が形成される。金属粉末射出成型体２は、グリーン体とも呼ばれる。金属粉末射出成型体２には、金属製品１を構成する金属粉末の他にバインダが含まれているので、金属粉末射出成型体２の大きさは金属製品１よりも大きい。
【００３５】
塗布工程Ｓ３では、図３（ｂ）に示されるように、複数の金属粉末射出成型体２が金属製品１の形状となるように組み立てられ、接合部３に塗布剤４が塗布される。塗布剤４は、例えば、窒素（Ｎ）や塩素（Ｃｌ）を含むワックス又は樹脂である。また、塗布剤４の少なくとも一部は、脱脂又は焼結時にバインダに含まれるワックスよりも遅く飛散する材料や、脱脂又は焼結時にバインダに含まれる樹脂よりも早く飛散する材料を含んでいる。ここで、「塗布剤４の少なくとも一部」とは、塗布剤４に含まれる成分の一部が、バインダに含まれるワックスよりも早く飛散したり、バインダに含まれる樹脂よりも遅く飛散したりすることを意味する。
【００３６】
具体的には、塗布剤４としては、ウレタン基（−ＮＨＣＯＯ−）、アミド基（−ＣＯＮＨ２）を有するワックスや塩素化ワックス等や、ウレタン基を持つホットメルト接着剤が使用可能である。商品としては、ハイボン[Hi-Bon]（登録商標：日立化成ポリマー社[Hitachi Kasei Polymer Co., Ltd.]）、マクロメルト[Macromelt]（登録商標：ヘンケル社[Henkel AG & Co. KGaA]）、エンパラ[EMPARA]（登録商標：味の素ファインテクノ社[Ajinomoto Fine-Techno Co., Inc.]）等である。
【００３７】
仮に、後述する脱脂工程Ｓ４や焼結工程Ｓ５の早い段階で塗布剤４が飛散してしまうと、金属粉末射出成型体２の接合部３に隙間が生じ、焼結後の金属製品１の強度が低下してしまう。しかし、本実施形態の塗布剤４は、熱により分解し難い材料、即ち、窒素（Ｎ）及び／又は塩素（Ｃｌ）を含むワックス又は樹脂であるので、脱脂工程Ｓ４や焼結工程Ｓ５の早い段階で飛散することはない。なお、塗布剤４は、窒素（Ｎ）及び／又は塩素（Ｃｌ）を含むワックスと、窒素（Ｎ）及び／又は塩素（Ｃｌ）を含む樹脂とが混合されたものでもよい。
【００３８】
上述した塗布剤４を使用することで、塗布剤４の少なくとも一部を、脱脂又は焼結時にバインダに含まれるワックスよりも遅く飛散させたり、脱脂又は焼結時にバインダに含まれる樹脂よりも早く飛散させることができる。塗布剤４が、脱脂されるバインダのワックスよりも遅く飛散する材料を含むので、脱脂工程Ｓ４における塗布剤４の飛散を抑制でき、塗布剤４の接着（仮接合）機能を長時間維持できる。
【００３９】
また、塗布剤４が、脱脂又は焼結時にバインダに含まれる樹脂よりも早く飛散する材料を含む（即ち、塗布剤４の少なくとも一部がバインダの樹脂の飛散前後まで残留する）ので、焼結工程Ｓ５において、バインダの樹脂が飛散経路を閉塞することなく、全体的にバランスよく金属粉末を焼結することがでる。この結果、金属製品１の変形を抑制できる。（なお、ここにいう「変形」とは、焼結による、金属粉末射出成型体２から金属製品１への収縮は含まない。）また、脱脂工程Ｓ４後の金属粉末射出成型体２（ブラウン体とも呼ばれる）における接合部３が密着状態に保持されるので、焼結後の金属製品１の強度を向上させることができる。
【００４０】
上述した塗布剤４は、加熱溶融された状態で、半田ごて[soldering iron]、刷毛[brush]、ローラ[roller]、吹き付け[spraying]、浸漬[immersion coating]等によって接合部３に塗布される。例えば、半田ごてを使用する場合、半田ごての使用温度３３０℃以下の軟化点を有する塗布剤４が用いられる。塗布剤４は、接合部３の接触面[contact surfaces]３ａ又は周側面[circumferential side surface]３ｂに塗布される。
【００４１】
図４（ａ）に示される第一例では、接触面３ａに塗布剤４が塗布される。接触面３ａに塗布剤４を塗布した場合には、接合部３の接着力（接合力）を向上させることができる。ただし、接合部３の隙間ｇは、０．１ｍｍ以下に保持されることが好ましい。隙間ｇが広くなると、金属製品１の接合部３の強度低下や、金属製品１の変形の要因となる。
【００４２】
図４（ｂ）に示される第二例では、接触面３ａ及び周側面３ｂに塗布剤４が塗布される。接触面３ａは、金属粉末射出成型体２の接合部３における対向面であるが、周側面３ｂは、金属粉末射出成型体２の接合部３における側面である。接触面３ａに加えて周側面３ｂにも塗布剤４を塗布することで、接触面３ａへの塗布量を低減でき、隙間ｇを０．１ｍｍ以下に調整しやすくできる。また、接着（接合）面積を増大させることができるので、接合部３の接着力（接合）を向上させることができる。
【００４３】
図４（ｃ）に示される第三例では、周側面３ｂに塗布剤４が塗布される。ここでは、塗布剤４は、接合部３における周側面３ｂの全周に塗布されている。周側面３ｂのみに塗布剤４を塗布することで、隙間ｇを０．１ｍｍ以下に容易に調整できる。また、周側面３ｂに塗布された塗布剤４は、脱脂工程Ｓ４又は焼結工程Ｓ５において加熱溶融され、自然に接触面３ａに浸透する。従って、隙間ｇを所望値以下に維持しつつ、接触面３ａによっても接合部３の接着力（接合力）を向上させることができる。
【００４４】
図４（ｄ）に示される第四例では、周側面３ｂの一部に塗布剤４が塗布される。接合部３が複雑な形状を有している場合には、塗布しやすい場所にのみ塗布剤４が塗布されてもよい。また、図４（ｄ）に示されるように接触面３ａが鉛直方向に延在される場合には、上方の周側面３ｂに塗布された塗布剤４は、重力によって接触面３ａに浸透する。
【００４５】
図３（ｂ）に示されるように、塗布剤４が塗布された金属粉末射出成型体２は、支持ブロック５上に載置されて脱脂工程Ｓ４に送られる。ここで、アウターバンド１１の段差１１ｄの高さｈとインナーバンド１２の端縁の高さｈとを一致させることで、段差１１ｄを支持ブロック５の角部に当てた状態で静翼１３を水平に載置させることができる。
【００４６】
また、上述した高さｈが一致しない場合、アウターバンド１１の段差１１ｄを支持ブロック５の角部に当てた状態で静翼１３を水平にすると、インナーバンド１２の端縁と支持ブロック５との間には隙間が生じる場合がある。このような場合、インナーバンド１２の端縁と支持ブロック５との間に隙間を埋める補助支持ブロック（図示せず）を挿入してもよい。あるいは、インナーバンド１２の端縁を支持ブロック５に接触させた状態で静翼１３を水平にすると、アウターバンド１１の段差１１ｄと支持ブロック５の角部との間に隙間が生じる場合がある。このような場合、段差１１ｄと支持ブロック５（の角部）との間に隙間を埋める補助支持ブロック（図示せず）を挿入してもよい。
【００４７】
脱脂工程Ｓ４及び焼結工程Ｓ５において、バインダが除去されるので、焼結後の金属製品１の大きさは、金属粉末射出成型体２の大きさよりも全体的に収縮する。このため、静翼１３を水平に載置しておくことで静翼１３をほぼ水平に収縮させることができる。この結果、接着された金属粉末射出成型体２を全体的にバランスよく収縮させることができ、収縮時の歪みによる変形を抑制できる。
【００４８】
脱脂工程Ｓ４では、バインダに含まれるワックスが除去される。脱脂工程Ｓ４での加熱温度は、一般に、焼結工程Ｓ５の加熱温度よりも低い。このため、焼結工程Ｓ５で使用される焼結炉とは別の脱脂装置で金属粉末射出成型体２を加熱してもよい。もちろん、焼結工程Ｓ５でも使用される焼結炉の温度を制御することで、金属粉末射出成型体２を脱脂してもよい。
【００４９】
焼結工程Ｓ５では、バインダに含まれる樹脂が除去され、金属粉末が焼結される。例えば、Ｎｉ基合金であるＩＮ７１８［ＩＮ：インコネル[Inconel]（登録商標：スペシャルメタルズ社[Special Metals Corporation]）］を金属粉末として用いた場合には、１２００℃を越える非酸化雰気で焼結することが好ましい。焼結後の金属製品１については、後処理として、焼結の進行具合の確認のために密度を測定してもよいし、寸法の微調整のためにプレス加工してもよいし、端面処理のために放電加工してもよいし、表面組さを整えるために研削又は研磨処理が施されてもよい。
【００５０】
上述したリブ１１ｃ（図２（ａ）、図３（ａ）及び図３（ｂ）参照）について説明する。図５（ａ）に示されるように、アウターバンド１１（バンド部）の裏面にはリブ１１ｃが延設されている。リブ１１ｃの延在方向Ｌｒは、静翼１３の翼弦線[chord line]Ｌｃと交差する。アウターバンド１１の延在方向Ｌｅ（図５(ａ)の場合は鉛直方向）に対するリブ１１ｃの角度をθ（＞０：角度の大きさ）、金属粉末射出成型体２のアウターバンド１１の横幅をＡ、その高さをＢとすると、金属粉末射出成型体２（金属製品１）の寸法の安定度Ｓ（ｄＢ：デシベル）は、Ｓ＝１０・ｌｏｇ１０（Ｂ／Ａ）により求めることができる。
【００５１】
リブ１１ｃの上記角度θが、０°，６°及び１２°である金属粉末射出成型体２をそれぞれ成型し、焼結後のアウターバンド１１の形状を三次元計測し、均一収縮した理想的な金属粉末射出成型体２（金属製品１）の形状と比較した。比較結果を図５（ｂ）に示す。安定度Ｓが高いと、均一収縮した金属粉末射出成型体２との寸法差が小さい。逆に、安定度Ｓが低いと、均一収縮した金属粉末射出成型体２との寸法差が大きい。
【００５２】
図５（ｂ）に示されるように、θ＝０°よりもθ＝６°又は１２°の方が安定度Ｓが高い。従って、リブ１１ｃは、上記角度θを大きくする（即ち、翼弦線Ｌｃに対する交差角を大きくする）ことが好ましい。ただし、θ＝０°の場合であっても、金属粉末射出成型体２の大きさ、形状、重量等の条件によって、金属製品１の形状精度を維持することができる程度に安定度Ｓが高い場合もあり得る。従って、上記角度θ＝０°の場合が除外されるわけではない。
【００５３】
また、リブ１１ｃの角度θが大き過ぎると、リブ１１ｃの自重による焼結時の変形が促進されるおそれがある。従って、上記角度θには上限が設定されることが好ましい。上述したことを考慮すると、上記角度θの上限は、静翼１３のスタガー角[stagger angle]λ（＞０：角度の大きさ）とされるのが好ましい。「スタガー角λ」とは、図５（ａ）に示されるように、タービン軸方向Ｌａ（図５(ａ)の場合は上記延在方向Ｌｅと平行）に対する翼弦線Ｌｃの角度である。具体的には、上記角度θの上限は、上述した試験結果に基づいて、６°〜１２°の範囲内の値とされることが好ましい。ただし、上記角度θの上限は、この値（範囲）に限定されるものではなく、リブ１１ｃの自重に応じて、金属粉末射出成型体２ごとに設定され得る。
【００５４】
即ち、アウターバンド１１の延在方向Ｌｅとリブ１１ｃの延在方向Ｌｒとの間の角度θは、０°より大きく、かつ、スタガー角λ以下とされることが好ましい。特に、収縮による変形のみを考慮すると、上記角度θは、スタガー角λと同じ大きさとされるのが特に好ましい。ここで、静翼１３のスタガー角λはある程度決まっているため、具体的には、０°＜θ≦１２°とされることが好ましい。なお、アウターバンド１１の延在方向Ｌｅからリブ１１ｃの延在方向Ｌｒへの上記角度θの向きは、タービン軸方向Ｌａから翼弦線Ｌｃへのスタガー角λの向きとは逆になる。
【００５５】
図６に、金属粉末射出成型体２の端面がタービン軸方向Ｌａに対して傾斜されている変形例を示す。図６に示されるように、静翼１３のスタガー角λとの関係によっては、リブ１１ｃがこのように傾斜される場合もある。本変形例では、アウターバンド１１の延在方向Ｌｅとタービン軸方向Ｌａとは平行とはならない。図６に示されるような場合は、リブ１１ｃに対するアウターバンド１１のオーバーハングＯＨ１及びＯＨ２の差を小さくでき、金属粉末射出成型体２（金属製品１）収縮時の歪みによる変形を効果的に抑制することもできる。
【００５６】
次に、上述した接合部３の隙間ｇ（図４（ａ）参照）について説明する。図７（ａ）に示されるように、二枚の金属粉末射出成型板６を用意し、一方の金属粉末射出成型板６上で、スペーサ７を用いて、他方の金属粉末射出成型板６を傾斜させて、二枚の金属粉末射出成型板６の間に隙間を形成した。スペーサ７の水平位置を変化させることで、隙間の大きさを調整できる。この隙間に塗布剤４を塗布して金属粉末射出成型板６を脱脂及び焼結させて、二枚の金属粉末射出成型板６を十分な強度で接合可能な隙間Ｃを測定した。十分な接合強度を実現し得る隙間Ｃは０．１ｍｍであった。従って、接合部３の隙間ｇを０．１ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００５７】
なお、金属粉末射出成型板６の原料となる金属粉末及びバインダ等に応じて、上記隙間Ｃは変化し得る。即ち、接合部３の隙間ｇは、必ずしも、０．１ｍｍ以下に限定されるものではなく、経験的には０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００５８】
本実施形態の接合方法によれば、塗布剤４が窒素（Ｎ）又は塩素（Ｃｌ）を含むので、塗布剤４の分解速度を遅くできる。従って、脱脂又は焼結時における金属粉末射出成型体２同士の密着状態をより長く維持することができ、接合部３の接合強度を向上することができる。
【００５９】
本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。例えば、インナーバンド１２にリブが形成されてもよい。なお、リブ１１ｃは、脱脂又は焼結時における金属製品１（金属粉末射出成型体２）の形状精度向上のために設けられるので、静翼ユニットの完成時までに切削される場合もある（リブ１１ｃが切削されても、切削跡からリブ１１ｃの角度θは判別し得る）。また、リブ１１ｃは、一つの金属粉末射出成型体２に複数設けられてもよい。
【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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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年4月19日(2016.4.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
近年、機能向上の観点から、翼はさらに薄くされ、かつ、翼面は複雑な三次元曲面とされる傾向にあるが、鋳造や塑性加工では翼の形状精度を保つことが難しい。このため、翼の製造方法に上述した金属粉末射出成型法を用いることが提案されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
下記特許文献２は、金属粉末射出成型体の接合方法を開示しており、その目的は、接合強度の低下抑止である。この接合方法では、成型体を構成する金属粉末と同種の金属粉末と水溶性糊状物質[gelatinized soluble material]とを水で希釈したペーストが用いられる。まず、上述したペーストが焼結前の成型体の接合面に塗布され、成型体同士がペーストによって仮接合される。その後、仮接合された成型体が焼結され、成型体同士がペーストに含まれる金属粉末により接合される。なお、下記特許文献２には、脱脂後にペーストを接合面に塗布し、その後、焼結する場合と、ペーストを接合面に塗布した後に脱脂及び焼結する場合とが開示されている。
【手続補正３】
【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】
塗布工程Ｓ３では、図３（ｂ）に示されるように、複数の金属粉末射出成型体２が金属製品１の形状となるように組み立てられ、接合部３に塗布剤４が塗布される。塗布剤４は、例えば、窒素（Ｎ）や塩素（Ｃｌ）を含むワックス又は樹脂である。また、塗布剤４の少なくとも一部は、脱脂又は焼結時にバインダに含まれるワックスよりも遅く飛散する材料や、脱脂又は焼結時にバインダに含まれる樹脂よりも早く飛散する材料を含んでいる。ここで、「塗布剤４の少なくとも一部」とは、塗布剤４に含まれる成分の一部が、バインダに含まれるワックスよりも遅く飛散したり、バインダに含まれる樹脂よりも早く飛散したりすることを意味する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
また、塗布剤４が、脱脂又は焼結時にバインダに含まれる樹脂よりも早く飛散する材料を含む（即ち、塗布剤４の少なくとも一部はバインダの樹脂の飛散前後まで残留しない）ので、焼結工程Ｓ５において、塗布剤４がバインダの樹脂の飛散経路を閉塞することなく、全体的にバランスよく金属粉末を焼結することができる。この結果、金属製品１の変形を抑制できる。（なお、ここにいう「変形」とは、焼結による、金属粉末射出成型体２から金属製品１への収縮は含まない。）また、脱脂工程Ｓ４後の金属粉末射出成型体２（ブラウン体とも呼ばれる）における接合部３が密着状態に保持されるので、焼結後の金属製品１の強度を向上させることができる。
【国際調査報告】
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