(57)【要約】【課題】薄肉部とこれより厚い部分とで異なる性状を有する焼結品を提供する。【解決手段】原料粉末２０の圧粉体１１１を焼結した焼結品１０１を得る。焼結品１０１は、厚さ０．６ｍｍ未満の薄肉部１０３とこの薄肉部１０３より厚い部分とを有する。原料粉末２０は直径が径大な粗粉２１と直径が径小な微粉２２を備え、粗粉２１をＦｅ粉、微粉２２をＦｅ３Ｐ粉とする。薄肉部１０３における微粉２２の割合を少なくする。薄肉部１０３はリンが少ないため、じん性が得られ、割れ等が発生し難く、残りのリンの多い部分は緻密化により所望の硬度が得られる。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料粉末の成形体を焼結した焼結品において、前記焼結品が厚さ０．６ｍｍ未満の薄肉部とこの薄肉部より厚い部分とを有し、焼結される前記原料粉末は直径が径大な粗粉と直径が径小な微粉を備え、前記薄肉部と前記厚い部分とで前記粗粉と微粉の割合が異なることを特徴とする焼結品。
【請求項２】
前記薄肉部が厚い部分より微粉の割合が少ないことを特徴とする請求項１記載の焼結品。
【請求項３】
前記原料粉末が鉄系の原料粉末であり、薄肉部のリンの割合が前記厚い部分のリンの割合より少ないことを特徴とする請求項１記載の焼結品。
【請求項４】
厚さ０．６ｍｍ未満の薄肉対応部とこの薄肉部より厚い部分の対応部を有するキャビティを形成する粉末成形金型に、原料粉末を供給する粉末供給工程と、前記キャビティに供給された原料粉末を前記粉末成形金型で圧縮して圧粉体を成形する粉末成形工程と、前記圧粉体を加熱して焼結する焼結工程とを備え、前記粉末供給工程で、下面が開口したフィーダー本体に原料粉末を供給し、このフィーダー本体が前記粉末成形金型上を移動して前記キャビティに原料粉末を供給する焼結品の製造方法において、前記原料粉末は直径が径大な粗粉と直径が径小な微粉を備え、前記フィーダー本体の移動速度を調整して前記薄肉対応部に前記厚い部分の対応部より粗粉の割合を多く供給することを特徴とする焼結品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼結品とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
粉末冶金においては、例えば、金属を主成分とする原料粉末を粉末成形プレスのキャビティに供給し（粉末供給工程）、キャビティに供給された原料粉末を圧縮して圧粉体である成形体を成形し（粉末成形工程）た後、この成形体を焼結炉で加熱して焼結する（焼結工程）ことが行われる。
【０００３】
このような工程で、薄肉部を有する圧粉体は、その薄肉部が他の部分に比べて損傷し易くなる。図４はそのような焼結品の一例を示し、焼結品１０１は、略直方体形状をなし、中央部に孔１０２を形成するとともに、この孔１０２を挟む薄肉部１０３，１０３が形成され、薄肉部１０３の両側は厚肉部１０４，１０４になっている。上記のような焼結品１０１では、鉄粉にリンを混合することにより組織が緻密となり所定の硬度を得られる（例えば特許文献１）ため、例えば、Ｆｅ粉に添加粉としてＦｅ３Ｐ粉を混合した原料粉末が用いられている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−１７９３０５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような原料粉末では、Ｆｅ粉はＦｅ３Ｐ粉に比べて柔らかく、圧粉体の成形においてＦｅ粉を圧縮すると塑性変形によりじん性を備えたものが得られる。一方、Ｆｅ３Ｐ粉は硬いため、圧縮してもじん性が得られず、Ｆｅ粉に添加するＦｅ３Ｐ粉の割合が大きくなると、じん性が低下する。このため、圧粉体の薄肉部が例えば０．６ｍｍより薄くなると、Ｆｅ３Ｐ粉を添加することによりじん性が低下し、脆くなり、圧縮後にキャビティから圧粉体を排出する際や、その後の焼結までの移送時などにおいて、圧粉体の薄肉部に割れが発生する問題があった。このため従来では、圧粉体において薄肉部を仕上げ寸法よりも大きく設定し、焼結後に切削して所定寸法に仕上げるようにしていた。
【０００６】
本発明は、このような問題点を解決しようとするもので、薄肉部とこれより厚い部分とで異なる性状を有する焼結品とその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の焼結品は、前記目的を達成するために、原料粉末の成形体を焼結した焼結品において、前記焼結品が厚さ０．６ｍｍ未満の薄肉部とこの薄肉部より厚い部分とを有し、焼結される前記原料粉末は直径が径大な粗粉と直径が径小な微粉を備え、前記薄肉部と前記厚い部分とで前記粗粉と微粉の割合が異なるものである。
【０００８】
前記薄肉部と前記厚い部分とで前記粗粉と微粉の割合が異なることにより、薄肉部と前記厚い部分とで異なる性状を有する焼結品が得られる。
【０００９】
また、請求項２の発明は、請求項１の焼結合金において、前記薄肉部が厚い部分より微粉の割合が少ないものである。
【００１０】
これにより薄肉部が微粉添加による影響の少なく、他の部分と性状の異なる圧粉体及び焼結品が得られる。
【００１１】
また、請求項３の発明は、請求項１の焼結合金において、前記原料粉末が鉄系の原料粉末であり、薄肉部のリンの割合が前記厚い部分のリンの割合より少ないものである。
【００１２】
圧粉体において、薄肉対応部には微粉が少なく粗粉である鉄粉（Ｆｅ粉）の割合が多いから、圧縮により薄肉対応部はじん性を備えたものとなり、粉末成形金型からの排出の際や焼結までの移送の際に薄肉対応部が割れることを防止できる。
【００１３】
また、焼結品において、薄肉部はリン（Ｐ）の割合が少ないから、硬度は低いがじん性に優れ、割れなどが発生し難く、他の部分はリンが多く、必要な硬度が得られる。
【００１４】
また、請求項４の製造方法は、厚さ０．６ｍｍ未満の薄肉対応部とこの薄肉部より厚い部分の対応部を有するキャビティを形成する粉末成形金型に、原料粉末を供給する粉末供給工程と、前記キャビティに供給された原料粉末を前記粉末成形金型で圧縮して圧粉体を成形する粉末成形工程と、前記圧粉体を加熱して焼結する焼結工程とを備え、前記粉末供給工程で、下面が開口したフィーダー本体に原料粉末を供給し、このフィーダー本体が前記粉末成形金型上を移動して前記キャビティに原料粉末を供給する焼結品の製造方法において、前記原料粉末は直径が径大な粗粉と直径が径小な微粉を備え、前記フィーダー本体の移動速度を調整して前記薄肉対応部に前記厚い部分の対応部より粗粉の割合を多く供給する製造方法である。
【００１５】
フィーダー本体から原料粉末を落下供給する場合、微粉は流動性が低く、微粉には粗粉より空気抵抗が大きく働くため、フィーダー本体の移動速度を速めることにより、原料粉末が入り難い薄肉対応部に供給される微粉の割合を他の部分より少なくするようにコントロールすることができる。
【００１６】
【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３は本発明の一実施形態を示し、焼結品の原料には、金属を主原料とした鉄系の原料粉末を用いることができる。尚、以下、図４に示した焼結品１０１を例に説明する。原料粉末には、例えば、Ｆｅ粉に添加粉としてＦｅ３Ｐ粉を混合した原料粉末２０が用いられ、Ｆｅ粉は直径が１００μｍ程度の粗粉であり、Ｆｅ３Ｐ粉は直径が１０μｍ程度の微粉である。
【００１７】
次に、図１〜図３に基いて前記焼結品１０１となる圧粉体１１１を成形するための粉末成形用金型１の構成を説明する。粉末成形用金型１は、上下方向を軸方向（プレス上下軸方向）としており、ダイ２、コアロッド３、下パンチ４および上パンチ５を備えている。ダイ２は前記圧粉体１１１の外周面を形成し、前記ダイ２内には前記孔１０２を形成するコアロッド３が位置している。下パンチ４は、ダイ２の内周とコアロッド３の外周に対応したほぼ筒状をなし、ダイ２およびコアロッド３間に下方から上下動自在に嵌合しており、該下パンチ４の上端面により圧粉体１１１の下端面を形成するものである。上パンチ５は、前記ダイ２の内周と前記コアロッド３の外周に対応したほぼ筒状をなし、ダイ２およびコアロッド３間に上方から上下動自在にかつ挿脱自在に嵌合しており、該上パンチ５の下端面により圧粉体１１１の上端面を形成するものである。
【００１８】
そして、図１に示すように、上パンチ５が上昇した状態で、前記ダイ２とコアロッド３と下パンチ４との間にキャビティ６が形成され、このキャビティ６の上部開口６Ａから原料粉末２０が供給される。前記キャビティ６には、前記薄肉部１０４を形成する薄肉対応部１１２と、薄肉部１０３より厚い部分である残りの部分を形成する厚い部分の対応部１１３とを有する。そして、前記焼結品１０１の薄肉部１０３は、該薄肉部１０３より厚い部分である厚肉部１０４，１０４の間にある。
【００１９】
前記キャビティ６にはフィーダー本体１１により原料粉末２０を供給し、このフィーダー本体１１は、下部に開口部１２を有する略箱型をなし、可撓性を有する供給管１３が接続され、この供給管１３からホッパー１４の原料粉末２０が供給される。また、前記フィーダー本体１１は、図示しない駆動装置により前記ダイ２上に沿って移動し、内部の原料粉末をキャビティ６に落下供給する。
【００２０】
次に前記粉末成形用金型１を用いた粉末成形について説明する。原料粉末２０は、粗粉２１と微粉２２とを混合したものが用いられる。この例では、粗粉２１としてＦｅ粉を用い、これより粒の小さい微粉２２としてＦｅ３Ｐ粉を用い、原料粉末全体として、Ｆｅ−０．６質量％Ｐとする。この場合、粗粉２１の平均粒径は約１００μｍ、微粉２２の粒径は約１０μｍ程度である。そして、一般に原料粉末２０の粒径が小さくなると、粒径が大きなものより流動性が低下するため、小さい粒径のものはキャビティ６に入り難くなる。
【００２１】
Ｆｅ−０．６質量％Ｐとなるように粗粉２１と微粉２２を混合した原料粉末２０をフィーダー本体１１に供給し、フィーダー本体１１をダイ２上に沿ってキャビティ６箇所を往復駆動し、該フィーダー本体１１から原料粉末２０をキャビティ６内に落下供給する。キャビティ６に粗粉２１と微粉２２をほぼ混合割合で供給できるフィーダー本体１１の移動速度が７０ｍｍ／ｓｅｃであれば、本発明では、これより早い移動速度Ｖ＝１５０ｍｍ／ｓｅｃでフィーダー本体１１を移動する。こうするとフィーダー本体１１内の原料粉末は、移動速度Ｖによる移動方向への慣性力により移動方向下方に落下し、慣性力が大きいと、粗粉２１が落下供給が円滑に行われ、一方、微粉２２は空気抵抗により落下し難くなり、特に、薄肉対応部１１２は、他の厚い部分の対応部１１３よりリンを含む微粉２２の割合が小さくなる。このようにして、強度の必要な厚肉部１０４には所定のＦｅ−０．６質量％Ｐの割合で原料粉末２０が供給され、一方、薄肉対応部１１２には微粉２２であるＦｅ３Ｐ粉の割合が少なくなり、結果、薄肉対応部１１２におけるＰの割合を少なく供給（粉末供給工程）することができ、薄肉対応部１１２では硬いＦｅ３Ｐ粉が少なく、柔らかいＦｅ粉が多くなり、薄肉対応部１１２では０．３質量％程度のＰを含む。尚、薄肉対応部１１２のリンの量を厚い部分の対応部１１３のリンの量の６０％以下とすることが好ましい。
【００２２】
このようにしてキャビティ６に原料粉末２０を供給した後、図３に示すように、上パンチ５を降下して原料粉末２０を圧縮し、圧粉体１１１を形成（粉末成形工程）し、その圧粉体１１１を加熱して焼結品１０１を焼結（焼結工程）する。前記圧粉体１１１において、薄肉対応部１１２の微粉２２の割合が少なくなり、原料粉末２０を圧縮すると、薄肉対応部１１２がじん性を備えた部位となり、圧縮後のキャビティ６からの排出の際や、焼結工程までの移送の際に薄肉対応部１１２が損傷することがない。
【００２３】
また、このようにして、焼結工程後に得られた焼結品１０１は、薄肉部１０３以外の部分では、Ｆｅに対してＰを所定の割合で多く含むため、Ｐによる緻密化により硬度に優れたものとなり、一方、薄肉部１０３においてはＦｅに対するＰの割合が少ないため、硬度は低いが、じん性に優れた部位となり、薄肉ではありながら、外力に対して所定の強度が得られ、割れ等が発生し難く、１つの焼結品１０１で厚さに対応した所望の性能を備えたものとなる。
【００２４】
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２０の成形体たる圧粉体１１１を焼結した焼結品１０１において、焼結品１０１が厚さ０．６ｍｍ未満の薄肉部１０３とこの薄肉部１０３より厚い部分と有し、その薄肉部１０３の両側に厚い部分があり、焼結される原料粉末２０は直径が径大な粗粉２１と直径が径小な微粉２２を備え、薄肉部１０３と厚い部分とで粗粉２１と微粉２２の割合が異なるから、薄肉部１０３と厚い部分とで異なる性状を有する焼結品１０１を得ることができる。
【００２５】
また、このように本実施形態では、請求項２に対応して、薄肉部１０３が厚い部分より微粉２２の割合が少ないから、薄肉部１０３が微粉２２の添加による影響の少なく、他の部分と性状の異なる焼結品を得ることができる。
【００２６】
また、このように本実施形態では、請求項３に対応して、前記原料粉末２０が鉄系の原料粉末であり、薄肉部１０３のリンの割合が厚い部分のリンの割合より少ないから、圧粉体１１１において、薄肉対応部１１２にはリンを含む微粉２２が少なく粗粉２１である鉄粉の割合が多いから、圧縮により薄肉対応部１１２はじん性を備えたものとなり、粉末成形金型からの排出の際や焼結までの移送の際に薄肉対応部が割れることを防止できる。また、焼結品において、薄肉部１０３はリンの割合が少ないから、硬度は低いがじん性に優れ、割れなどが発生し難く、他の部分はリンが多く、必要な硬度が得られる。
【００２７】
また、このように本実施形態では、請求項４に対応して、厚さ０．６ｍｍ未満の薄肉対応部１１２とこの薄肉対応部１１２より厚い部分の対応部１１３を有するキャビティ６を形成する粉末成形金型１に、原料粉末２０を供給する粉末供給工程と、キャビティ６に供給された原料粉末２０を粉末成形金型１で圧縮して圧粉体１１１を成形する粉末成形工程と、圧粉体１１１を加熱して焼結する焼結工程とを備え、粉末供給工程で、下面が開口したフィーダー本体１１に原料粉末２０を供給し、このフィーダー本体１１が粉末成形金型１上を移動してキャビティ６に原料粉末２０を供給する焼結品１０１の製造方法において、原料粉末２０は直径が径大な粗粉２１と直径が径小な微粉２２を備え、フィーダー本体１１の移動速度Ｖを調整して薄肉対応部１１２に厚い部分の対応部１１３より粗粉２１の割合を多く供給する製造方法であるから、フィーダー本体１１から原料粉末２０を落下供給する場合、微粉２２は流動性が低く、微粉２２には粗粉２１より空気抵抗が大きく働くため、フィーダー本体１１の移動速度Ｖを速めることにより、原料粉末２０が入り難い薄肉対応部１１２に供給される微粉２２の割合を他の部分より少なくするようにコントロールすることができる。
【００２８】
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。原料粉末には、各種の粗粉と微粉の組み合わせを用いることができ、例えば、原料粉末２０は、直径約１００μｍのＦｅ粉からなる粗粉２１と、直径約５μｍのＣ粉からなる微粉２２とを混合したものや、直径約１００μｍのＦｅ粉からなる粗粉２１と、直径約５μｍのＮｉ粉からなる微粉２２とを混合したものや、直径約１００μｍのＦｅ粉からなる粗粉２１と、直径約１０μｍのＣｕ粉からなる微粉２２とを混合したものなどを用いても、薄肉対応部１１２及び薄肉部１０３のじん性に優れた焼結品が得られる。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１の焼結品は、前記目的を達成するために、原料粉末の成形体を焼結した焼結品において、前記焼結品が厚さ０．６ｍｍ未満の薄肉部とこの薄肉部より厚い部分とを有し、焼結される前記原料粉末は直径が径大な粗粉と直径が径小な微粉を備え、前記薄肉部と前記厚い部分とで前記粗粉と微粉の割合が異なるものであり、薄肉部とこれより厚い部分とで異なる性状を有する焼結品が得られる。
【００３０】
また、請求項２の発明は、請求項１の効果に加えて、前記薄肉部が厚い部分より微粉の割合が少ないものであり、薄肉部が微粉添加による影響の少なく、他の部分と性状の異なる焼結品が得られる。
【００３１】
また、請求項３の発明は、請求項１の効果に加えて、前記原料粉末が鉄系の原料粉末であり、薄肉部のリンの割合が前記厚い部分のリンの割合より少ないものであり、薄肉部はリンの割合が少ないから、硬度は低いがじん性に優れ、割れなどが発生し難く、他の部分はリンが多く、必要な硬度が得られる。
【００３２】
また、請求項４の製造方法は、原料粉末は直径が径大な粗粉と直径が径小な微粉を備え、前記フィーダー本体の移動速度を調整して前記薄肉対応部に前記厚い部分の対応部より粗粉の割合を多く供給する製造方法であり、フィーダー本体から原料粉末を落下供給する場合、微粉は流動性が低く、微粉には粗粉より空気抵抗が大きく働くため、フィーダー本体の移動速度を速めることにより、原料粉末が入り難い薄肉対応部に供給される微粉の割合を他の部分より少なくするようにコントロールすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す粉末成形用金型とフィーダー本体の断面図である。
【図２】同上、粉末成形用金型の平面図である。
【図３】同上、原料粉末の圧縮状態における粉末成形用金型の断面図である。
【図４】焼結品の斜視図である。
【符号の説明】
１　粉末成形用金型
６　キャビティ
１１　フィーダー本体
２０　原料粉末
２１　粗粉
２２　微粉
１０１　　焼結品
１０３　　薄肉部
１１１　　圧粉体
１１２　　薄肉対応部
１１３　　厚い部分の対応部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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