(57)【要約】【課題】焼結合金を均一に加圧して全体の高密度化が可能な焼結合金の製造方法を提供する。【解決手段】原料粉末を成形すると共に焼結して焼結合金を形成し、この焼結合金に鍍金層を設けた後、この鍍金層の外面からサイジングにより加圧して焼結合金を高密度化する。鍍金層がラバープレス成形型に相当する作用をなし、焼結合金を直接加圧する場合に比べて、焼結合金１を均一に圧縮して高密度化することができる。これにより、焼結合金１全体の高密度化が可能な焼結合金の製造方法を提供する。【選択図】        図１
2004285377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料粉末を成形すると共に焼結して焼結合金を形成し、この焼結合金に表面処理層を設けた後、この表面処理層の外面から加圧して前記焼結合金を高密度化することを特徴とする焼結合金の製造方法。
【請求項２】
前記加圧前の焼結合金の気孔率が６％以上であることを特徴とする請求項１記載の焼結合金の製造方法。
【請求項３】
前記表面処理層は前記加圧前の焼結合金よりヤング率が小さいことを特徴する請求項１又は２記載の焼結合金の製造方法。
【請求項４】
前記表面処理層のヤング率が５×１０１０Ｎ／ｍ２以下であることを特徴する請求項１〜３のいずれか１項に記載の焼結合金の製造方法。
【請求項５】
前記表面処理層が鍍金層であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の焼結合金の製造方法。
【請求項６】
前記鍍金層の厚さが１〜４０μｍであることを特徴とする請求項５記載の焼結合金の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼結合金の製造方法に係わり、特に焼結合金を高密度化する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の焼結合金は、金属を主成分とする原料粉末を粉末成形装置により圧縮成形して圧粉体を形成し、この圧粉体を焼結炉で焼結して焼結合金を形成し、この焼結合金をサイジングして所定寸法に仕上げる。
【０００３】
そして、このような焼結合金は、安定した品質かつ大量生産により製造できるだけでなく、溶製材では困難な組成の材料を用いることが可能であり、各種の部材の製造に用いられている。また、多孔質体を製造することができので、気孔内に潤滑油を吸収させて含油軸受を製造できる。
【０００４】
ところで、このような焼結合金において、製品が表面強度を必要とする場合、焼結合金を熱間鍛造した後に、機械的表面硬化処理であるショットピーニング処理を施して表層部の気孔を潰し、表層部を高密度化して、高強度の部品を得るようにした製造方法（例えば特許文献１）や、ロール圧延手段を用いて焼結体に対して表面圧延を行い、前記焼結合金の表層部の密度を高める表面高密度化工程と、表層部が密度化された焼結合金に対して熱間鍛造を行う鍛造工程とを有する焼結鍛造品の製造方法（例えば特許文献２）などの高密度化を行う方法が知られている。
【０００５】
一方、この種の焼結合金において、粉体を加圧して圧粉体を成形する方法として、冷間静水圧加圧（Ｃｏｌｄ  Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓ：ＣＩＰ）が知られており、この方法ではゴム製のラバープレス成形型（例えば特許公報３）が用いられる。
【０００６】
【特許文献１】
特公平６−２３４０３号公報
【特許文献２】
特開平８−１４３９１０号公報
【特許文献３】
特開平９−２４４９７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１及び特許文献２の方法では、焼結合金の高密度化が可能であるが、これらの方法では表層部以外の内部を十分に緻密化することができない。一方、粉体の成形に用いられる冷間静水圧加圧は、全体を均一に加圧することができるが、ゴム製の成形型やその加圧機構などの比較的複雑な装置を必要とすると共に、焼結後の焼結合金の加圧には不向きである。
【０００８】
本発明は、このような問題点を解決しようとするもので、焼結合金を均一に加圧して全体の高密度化が可能な焼結合金の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の焼結合金の製造方法は、前記目的を達成するために、原料粉末を成形すると共に焼結して焼結合金を形成し、この焼結合金に表面処理層を設けた後、この表面処理層の外面から加圧して前記焼結合金を高密度化する製造方法である。
【００１０】
表面処理層を設けた後、加圧を行うことにより、焼結合金を直接加圧する場合に比べて、焼結合金を均一に圧縮して内部まで高密度化することができる。
【００１１】
また、請求項２の発明は、請求項１の製造方法において、前記加圧前の焼結合金の気孔率が６％以上である製造方法である。
【００１２】
高密度化効果に優れた製品が得られる。すなわち、気孔率が６％未満であると、加圧による高密度化効果が乏しく、気孔率が６％以上であると、表面処理層を設けることによる高密度化が大となる。尚、この場合の気孔率は、焼結合金の総体積に対するすべての気孔の体積割合である。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１又は２の製造方法において、前記表面処理層は前記加圧前の焼結合金よりヤング率が小さい製造方法である。
【００１４】
表面処理層がラバープレス成形型に相当する作用をなし、焼結合金を均一に加圧することができる。
【００１５】
また、請求項４の発明は、請求項１〜３の製造方法において、前記表面処理層のヤング率が５×１０１０Ｎ／ｍ２以下である製造方法である。
【００１６】
ヤング率が５×１０１０Ｎ／ｍ２を超えると、表面処理層による均一な加圧効果が低下するが、５×１０１０Ｎ／ｍ２以下であるから、ラバープレスと同様に均一な加圧効果が得られる。
【００１７】
また、請求項５の発明は、請求項１〜４の製造方法において、前記表面処理層が鍍金層である製造方法である。
【００１８】
焼結合金全体が均一に高密度化されると共に、加圧後の鍍金層の厚さも確保できる。
【００１９】
また、請求項６の発明は、請求項５の製造方法において、前記鍍金層の厚さが１〜４０μｍである製造方法である。
【００２０】
鍍金層によるラバープレス効果が良好に得られ、均等加圧が可能となる。
【００２１】
【発明の実施形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。図１〜図４は本発明の第１実施形態を示し、同図に示すように、金属を主体とする原料粉末を所定の配合組成に配合し、その原料粉末を混合する混合（Ｓｌ：ステップ１）処理を行った後、所定の圧力でプレスにより所定形状の圧粉体に成形（Ｓ２）し、この圧粉体を焼結（Ｓ３）することにより、焼結合金１を形成し、この焼結合金１に鍍金（Ｓ４）処理を施して表面処理層たる鍍金層２を形成し、この鍍金層２を設けた焼結合金１を、加圧であるサイジング（Ｓ５）して所定寸法に仕上げると共に高密度化する。尚、この場合、焼結合金１の全表面に被膜である鍍金層２を設けている。また、鍍金層２は電解鍍金法などを用いて形成される。
【００２２】
加圧前の焼結合金１は、好ましくは気孔率が３０％以上であり、３０％以上とすることにより、気孔が外部とつながっている連結孔となり、表面処理層たる鍍金層２を形成する際に、気孔を埋めてアンカー効果を発揮する。
【００２３】
また、鍍金層２のヤング率は５×１０１０Ｎ／ｍ２以下で、これより焼結合金１のヤング率は大きく、焼結合金１のヤング率は６〜２１×１０１０Ｎ／ｍ２程度である。尚、この場合のヤング率は、加圧による圧縮力により断面に働く応力と、これに対する縮みとの比である。
【００２４】
前記鍍金層２の加圧前の厚さＴは、１〜４０μｍとし、好ましくは１０〜３０μｍであり、表面処理層が加圧の際に破れずに、かつ塑性変形することで、均一な加圧効果が得られる。
【００２５】
尚、鍍金層２としては、錫系，亜鉛系や錫と亜鉛系の鍍金層を設けることができる。
【００２６】
上述したように鍍金（Ｓ４）処理後、焼結合金１を再圧縮であるサイジング（Ｓ５）して所定寸法に仕上げると共に、高密度化する。一例として、図４はサイジングに用いる圧縮装置たる矯正用金型装置１１を示し、この矯正用金型装置１１は、上下方向を軸方向（プレス上下軸方向）としており、ダイ１２、コアロッド１３、下パンチ１４および上パンチ１５を備えている。ダイ１２はほぼ円筒形状で、このダイ１２内にほぼ円柱形状のコアロッド１３が同軸的に位置している。下パンチ１４は、ほぼ円筒形状で、ダイ１２およびコアロッド１３間に下方から上下動自在に嵌合している。上パンチ１５は、ほぼ円筒形状で、ダイ１２およびコアロッド１３間に上方から上下動自在にかつ挿脱自在に嵌合するものである。そして、図４に示すように、ダイ１２内に前記焼結合金１を充填し、この焼結合金１の貫通孔である摺動面２１にコアロッド１３を挿入配置した状態で、上下方向から上，下パンチ１５，１４により軸受５を加圧して所定の寸法に矯正すると共に、高密度化する。そして、加圧時に前記ダイ１２，コアロッド１３および上，下パンチ１５，１４の間に形成される加圧空間はほぼ密閉状をなす。尚、前記焼結合金１は、略円筒形で、前記摺動面２１を有する軸受である。
【００２７】
焼結合金１には、好ましくは銅系の原料粉末を用い、例えばＣｕ−Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃ系やＣｕ−Ｓｎ−Ｃ系等のものを用い、加圧前の気孔率３０％で、鍍金層２として、全周に２０μｍの錫系鍍金層を設けた試験品を形成し、また、鍍金層を設けない以外同一構成の比較品をそれぞれ複数形成して試験を行った。これら試験品及び比較品は、いずれも外径が９ｍｍ、内径が５ｍｍ，高さ６ｍｍの円筒形の焼結合金１である。
【００２８】
これら試験品及び比較品に、前記矯正用金型装置１１により、同一圧力（２０００ｋｇ／ｃｍ２）で同一時間（３０秒）だけ加圧を行ったところ、加圧後の試験品の気孔率は１５％となり、一方、加圧後の比較品の気孔率は２５％となった。また、加圧後の鍍金層２の厚さは、１８μｍとほとんど変わらなかった。
【００２９】
上記の結果は、鍍金層２がラバープレス成形型に相当する作用をなし、焼結合金１が均等加圧されて塑性変形するため、同一条件であっても鍍金層２を設けたものの方が高密度化効果に優れることを示している。そして、加圧後の試験品と比較品を切断し、内部を確認すると、比較品では表面側が主に高密度化されているのに対して、試験品では内部まで高密度化されていた。尚、加圧時において、焼結合金１内の気孔が圧縮され、押し潰された気孔内の空気は、分子レベルで鍍金層２を通過して外部に逃げる。
【００３０】
このように本実施形態では、請求項１に対応して、原料粉末を成形すると共に焼結して焼結合金１を形成し、この焼結合金１に表面処理層たる鍍金層２を設けた後、この鍍金層２の外面から加圧して焼結合金１を高密度化するから、焼結合金１を直接加圧する場合に比べて、焼結合金１を均一に圧縮して内部も均一に高密度化することができる。
【００３１】
また、請求項２の前記加圧前の焼結合金の気孔率が６％以上であるから、高密度化効果に優れた製品が得られる。すなわち、気孔率が６％未満であると、加圧による高密度化効果が乏しく、気孔率が６％以上であると、表面処理層の有無による高密度化の違いが大となり、高密度化加工が可能となる。
【００３２】
このように本実施形態では、請求項３に対応して、表面処理層たる鍍金層２は前記加圧前の焼結合金１よりヤング率が小さいから、鍍金層２がラバープレス成形型に相当する作用をなし、焼結合金１を均一に加圧することができる。
【００３３】
また、このように本実施形態では、請求項４に対応して、表面処理層たる鍍金層２のヤング率が５×１０１０Ｎ／ｍ２以下であるから、ヤング率が５×１０１０Ｎ／ｍ２を超えると、鍍金層２の弾性が低いため、鍍金層２による均一な加圧効果が低下するが、５×１０１０Ｎ／ｍ２以下であるから、ラバープレスと同様に均一な加圧効果が得られる。
【００３４】
また、このように本実施形態では、請求項５に対応して、表面処理層が鍍金層２であるから、焼結合金１全体が均一に高密度化されると共に、加圧後の鍍金層２の厚さも確保できる。また、鍍金層２を通して焼結合金１の気孔内の空気を外部に逃すことができるため、鍍金層２を焼結合金１の全表面に設けることができる。
【００３５】
また、このように本実施形態では、請求項６に対応して、鍍金層２の厚さが１〜４０μｍであるから、鍍金層２によるラバープレス効果を効率よく得ることができる。そして、鍍金層２が１μｍ未満と薄すぎると、鍍金層２による十分なラバープレス効果が得られず、一方、鍍金層が４０μｍを超えると厚くなりすぎ、ラバープレス効果は得られるものの、鍍金処理が煩雑となるため４０μｍ以下が適している。
【００３６】
また、実施形態上の効果として、銅を含有する原料粉末を成形すると共に焼結してなる焼結合金１に、錫系の鍍金層２を設け、このように銅系の焼結合金１と錫鍍金とを組み合わせることにより、硫黄やその化合物に対する耐食性と蟻酸や酢酸等の有機酸に対する耐食性の両者を備えた焼結合金が得られ、軸受などとして高い耐久性を備えたものが得られる。
【００３７】
図５及び図６は本発明の第２実施形態を示し、上記第１実施形態と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述すると、この例では、表面処理層として、焼結合金１の全表面に表面処理層である樹脂コーティング層２Ａを設け、図５に示すように、前記鍍金（Ｓ４）処理に代えて樹脂コーティング（Ｓ４′）処理を行っている。前記樹脂コーティング層２Ａのヤング率は０．５×１０１０Ｎ／ｍ２以下で、これより焼結合金１のヤング率は大きく、焼結合金１のヤング率は６〜２１×１０１０Ｎ／ｍ２程度であり、前記鍍金層２の厚さＴは、１〜４０μｍとし、好ましくは１０〜３０μｍである。
【００３８】
そして、その被膜である樹脂コーティング層２Ａを形成する樹脂コーティングには、固体潤滑剤塗料の塗装を用いることができ、その塗装方法として、タンブラー内に対象物を投入し、タンブラーを円軌道運動或いは振動させて対象物を攪拌しつつ、固体潤滑剤塗料を吹き付けるタンブラー法、スプレーガンから対象物へ固体潤滑剤塗料を吹き付けるスプレー法、固体潤滑剤塗料中に対象物を浸漬するディップ法等がある。また、対象物表面中の所定箇所のみに固体潤滑剤塗料を塗装する場合には、マスキングテープ等を塗装しない部位に貼付し、対象物表面の全体をスプレー塗装した後、マスキング材を取り除く等の方法などを用いることができる。
【００３９】
好ましくは樹脂皮膜層４には、固体潤滑剤塗料の印刷が用いられる。その固体潤滑剤塗料１１０は、バインダー樹脂を溶剤に溶かしたバインダー溶液中に固体潤滑剤微粒子を多量に分散させたものである。バインダー樹脂として、ポリアミドイミド、エポキシ、フラン、メラミン、アクリル、ウレタン等が挙げられる。溶剤として、キシレン、トルエン、ブタノール、イソブチルアルコール、イソプロピルアルコール、ジオキサン、メチルエチルケトン、ｎ−メチル−２−ピロリドン等が挙げられる。固体潤滑剤として、ＰＴＦＥ（テフロン（登録商標））、ＰＦＡ（テフロン（登録商標））、Ｃ（グラファイト）、ＭｏＳ２（二硫化モリブテン）、ＢＮ（窒化ホウ素）、ＷＦ（フッ化タングステン）、ＴｉＮ（窒化チタン）等が例示され、これらを単体或いは混合して用いることにより、所望のヤング率を備えた樹脂コーティング層２Ａを形成することができる。固体潤滑塗料中には、上記成分に加えて、分散剤、消泡剤、安定剤、難燃剤、硬化促進剤、顔料等が適宜添加される。尚、樹脂コーティング層２Ａの気密性が高い場合は、加圧時に空気を逃すために、焼結合金１の表面の一部に樹脂コーティング層２Ａのない部分を設けることができる。
【００４０】
このように本実施形態において、表面処理層たる樹脂コーティング層２Ａによりラバープレスと同様に焼結合金１を均等に加圧して高密度化することができる。
【００４１】
図７は本発明の第３実施形態を示し、上記第１実施形態と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述する。同図に示すように、この例の焼結合金１Ａは対をなす平面部２２，２２を有する平板状をなし、その全表面に表面処理層である前記鍍金層２を設けている。また、この例の圧縮装置３１は一対の加圧ローラ３２，３２を有し、少なくとも一方の加圧ローラ３２，３２を回転駆動し、これら加圧ローラ３２，３２により前記平面部２２，２２を近づける方向に加圧して焼結合金１Ａを密度化する。この例では、加圧ローラ３２，３２に対して焼結合金１Ａが移動するが、焼結合金１Ａを固定して加圧ローラ３２，３２を移動するようにしてもよく、すなわち両者を相対的に移動すればよい。
【００４２】
この例においても、平面部２２，２２を加圧ローラ３２，３２により直接加圧する場合に比べて、表面処理層たる鍍金層２又は樹脂コーティング層２Ａを設けた後、加圧を行うことにより、焼結合金１Ａの高密度化を図ることができる。
【００４３】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、実施形態では、銅系で円筒形や平板状の焼結合金を示したが、焼結合金は、それら実施形態のものに限らず種々の原料を用い、種々の形状のものに適用可能である。また、表面処理層である鍍金層も実施形態で示した錫系に限らず、亜鉛系や錫と亜鉛系のものなど各種の鍍金層を用いることができる。
【００４４】
【発明の効果】
請求項１の焼結合金の製造方法は、原料粉末を成形すると共に焼結して焼結合金を形成し、この焼結合金に表面処理層を設けた後、この表面処理層の外面から加圧して前記焼結合金を高密度化する製造方法であり、焼結合金を直接加圧する場合に比べて、焼結合金を均一に圧縮して高密度化することができる。
【００４５】
また、請求項２の発明は、請求項１の効果に加えて、前記加圧前の焼結合金の気孔率が６％以上である製造方法であり、高密度化効果に優れた製品が得られる。
【００４６】
請求項３の発明は、請求項１又は２の効果に加えて、前記表面処理層は前記加圧前の焼結合金よりヤング率が小さい製造方法であり、表面処理層がラバープレス成形型に相当する作用をなし、焼結合金を均一に加圧することができる。
【００４７】
また、請求項４の発明は、請求項１〜３の効果に加えて、前記表面処理層のヤング率が５×１０１０Ｎ／ｍ２以下である製造方法であり、ラバープレスと同様に均一な加圧効果が得られる。
【００４８】
また、請求項５の発明は、請求項１〜４の効果に加えて、前記表面処理層が鍍金層である製造方法であり、焼結合金全体が均一に高密度化されると共に、加圧後の鍍金層の厚さも確保できる。
【００４９】
また、請求項６の発明は、請求項５の製造方法において、前記鍍金層の厚さが１〜４０μｍである製造方法であり、鍍金層によるラバープレス効果が良好に得られ、均等加圧が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す製造方法を説明するフローチャート図である。
【図２】同上、焼結合金の斜視図である。
【図３】同上、一部を拡大した焼結合金の断面図である。
【図４】同上、加圧を説明する断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態を示す製造方法を説明するフローチャート図である。
【図６】同上、一部を拡大した焼結合金の断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態を示す加圧を説明する断面説明図である。
【符号の説明】
１，１Ａ  焼結合金
２  鍍金層（表面処理層）
２Ａ  樹脂コーティング層
【図１】
2004285377.tif 000003
【図２】
2004285377.tif 000004
【図３】
2004285377.tif 000005
【図４】
2004285377.tif 000006
【図５】
2004285377.tif 000007
【図６】
2004285377.tif 000008
【図７】
2004285377.tif 000009