(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料粉末を成形して粉末成形体を形成する成形工程と、
該粉末成形体を溶融点以下の温度で焼結させて焼結体とする焼結工程と、
サイジング型により該焼結体の表面部を圧縮してサイジングを行うサイジング工程と、
を有する焼結部品の製造方法において、
該成形工程は、該表面部となる部分と、該表面部以外の部分である本体部となる部分とを別体として形成し、両部分を接合させて該粉末成形体を形成する工程であり、
該粉末成形体は、焼結されたときに、該表面部となる部分が低密度でありかつ該本体部となる部分が該表面部となる部分の密度より高密度に形成されるとともに、該焼結部品となったときに同一の密度となるように形成されたことを特徴とする焼結部品の製造方法。
【請求項２】
前記焼結部品は、前記サイジング工程で前記焼結体が前記サイジング型に対して変移する方向に進むにつれて徐々に縮径しかつサイジングが施された傾斜面を少なくとも有する請求項１記載の焼結部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は焼結部品の製造方法に関し、詳しくは、粉末成形体を焼結した焼結体にサイジングを施して高い寸法精度を有する焼結部品を製造する製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
焼結部品は、原料粉末を成形して粉末成形体を形成し、この粉末成形体を溶融点以下の温度で焼結させることで焼結体とし、この焼結体にサイジングを施すことで製造されている。粉末成形体が焼結した焼結体は焼結時に生じた収縮により寸法精度が低下しているため、焼結体にサイジングを施すことで高い寸法精度を有する焼結部品としていた。
【０００３】
サイジングは、焼結部品の形状に成形できる成形型面を有するサイジング型を用いて焼結体の表面部を圧縮することで行われている。このサイジングを行うことで、焼結体の寸法精度が向上するだけでなく、表面部に加工効果が生じることで表面部の強度が上昇する。この結果、サイジングが施された焼結部品は、高い寸法精度と強度を有するようになる。また、サイジングが施される焼結体には、あらかじめサイジングしろが設けられている。
【０００４】
一般に、焼結部品の強度は、その密度と密接な関係を有することが知られている。すなわち、高密度となると焼結部品の強度が向上し、低密度となると焼結部品の強度も低下する。
【０００５】
一方、焼結部品の寸法精度は、サイジングにおけるサイジング量と関係することが知られている。すなわち、サイジング量が大きくなるほど均質な加工ができるので高精度となるためである。
【０００６】
寸法精度を高めるためにサイジング量を大きくとるためには、焼結体を低密度とすることが求められる。すなわち、高密度の焼結体は強度が高く、多量の加工量の加工が困難であるためである。そして、焼結体を低密度とすると、サイジングされない部分の強度が低くなるため、焼結部品全体の強度が低くなる。
【０００７】
逆に、高い強度を有する焼結部品を製造するためには、焼結体を高密度に形成することが求められる。焼結体を高密度に形成すると、焼結体自身の強度が上昇するため多量のサイジングが困難となっていた。
【０００８】
すなわち、従来の製造方法では、強度と寸法精度とを両立させた焼結部品を製造することが困難となっていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、寸法精度および強度に優れた焼結部品を製造することができる焼結部品の製造方法を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明者は、サイジング時に圧縮される表面部となる部分を低密度にそれ以外の部分を高密度となるように粉末成形体を形成し、粉末成形体を焼結し、得られた焼結体の表面部をサイジングにより圧縮する製造方法とすることで上記課題を解決できることを見出した。
【００１１】
すなわち、本発明の焼結部品の製造方法は、原料粉末を成形して粉末成形体を形成する成形工程と、粉末成形体を溶融点以下の温度で焼結させて焼結体とする焼結工程と、サイジング型により焼結体の表面部を圧縮してサイジングを行うサイジング工程と、を有する焼結部品の製造方法において、成形工程は、表面部となる部分と、表面部以外の部分である本体部となる部分とを別体として形成し、両部分を接合させて粉末成形体を形成する工程であり、粉末成形体は、焼結されたときに、表面部となる部分が低密度でありかつ本体部となる部分が表面部となる部分の密度より高密度に形成されるとともに、焼結部品となったときに同一の密度となるように形成されたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の焼結部品の製造方法は、寸法精度および強度に優れた焼結部品を製造することができる。すなわち、本発明の焼結方法は、粉末成形体の密度を調節することで、サイジングが施されて圧縮される焼結体の表面部の密度が調節され、十分な加工量でのサイジングを可能としているためである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の焼結部品の製造方法は、成形工程と、焼結工程と、サイジング工程と、を有する。
【００１４】
成形工程は、原料粉末を成形して粉末成形体を形成する工程である。すなわち、成形工程は、その後の焼結工程において焼結されて焼結体となる粉末成形体を形成する工程である。
【００１５】
焼結工程は、粉末成形体を溶融点以下の温度で焼結させて焼結体とする工程である。すなわち、焼結工程は、粉末成形体を溶融点以下の温度で焼結させることで、粉末成形体を構成する原料粉末同士が凝着、凝集を生じ、高密度の焼結体とする工程である。
【００１６】
サイジング工程は、サイジング型により焼結体の表面部を圧縮してサイジングを行う工程である。すなわち、サイジング工程において焼結体にサイジングを行うことで、寸法精度および強度が向上した焼結部品とする工程である。
【００１７】
本発明の焼結部品の製造方法は、成形工程において形成される粉末成形体が、焼結されたときに、表面部となる部分が低密度でありかつ表面部以外の部分である本体部となる部分が表面部となる部分の密度より高密度に形成される。すなわち、本発明の製造方法は、粉末成形体に低密度な部分と高密度な部分とを形成しておき、焼結工程およびサイジング工程を施すことで、寸法精度および強度に優れた焼結部品を製造することができる。
【００１８】
詳しくは、成形工程において形成される粉末成形体が低密度な部分と高密度な部分とを有するように形成することで、この粉末成形体を焼結させた焼結体は、表面部が低密度になりかつ本体部が高密度となる。すなわち、粉末成形体を焼結させた焼結体は、高密度な本体部が強度を確保し、低密度な表面部がサイジング工程におけるサイジング加工が施されるサイジングしろとなる。
【００１９】
表面部が低密度で本体部が高密度な焼結体の表面部にサイジングが施されると、高密度な本体部はそのままに低密度な表面部が圧縮されて、寸法精度および強度に優れた焼結部品となる。すなわち、焼結体の高密度な本体部はその強度により圧縮されず、サイジングが施された表面部が焼結部品の寸法精度を向上させる。この結果、本体部が強度を、表面部が寸法精度を確保した焼結部品を製造することができる。
【００２０】
さらに、本発明の製造方法は、サイジング工程においてサイジングが施されることで、サイジングされた表面の硬度が向上する。これは、表面部にサイジング加工が施されたことによる加工硬化に起因する。
【００２１】
成形工程において、粉末成形体の焼結後に表面部となる部分は、焼結後にサイジングをできるだけの厚さを有するように形成される。すなわち、焼結体の表面部はサイジングにより圧縮されるサイジングしろとなるためである。
【００２２】
粉末成形体の本体部となる部分は、焼結部品としての強度が確保できるように高密度で形成される。すなわち、本体部となる部分は、サイジング工程において圧縮されないため、サイジングによる加工硬化が生じない。このため、焼結部品の強度は焼結体の強度と同じとなり、焼結体の強度は焼結体の密度により決定される。また、焼結体の密度は、粉末成形体の密度を調節することで調節されるためである。
【００２３】
粉末成形体における表面部となる部分と本体部となる部分の密度の差は、焼結部品に求められる特性により変化するため、特に限定されるものではない。すなわち、密度差が大きくなればサイジングが容易となり焼結部品の寸法精度が向上し、密度の差が小さくなれば焼結部品の強度が向上する。
【００２４】
粉末成形体における表面部となる部分と本体部となる部分は、焼結部品となったときに同一の密度となるように形成されることが好ましい。すなわち、焼結部品の密度が均一となることで、焼結部品を実際に使用したときに応力が加えられても、密度の急激な変化がないことで、応力の部分的な集中による破損が抑えられるためである。
【００２５】
また、粉末成形体の低密度な表面部となる部分は、均一な密度であっても、傾斜して変化する密度であっても、いずれでもよい。ここで、傾斜した密度とは、焼結後にサイジング型と当接する表面から本体部にかけて厚さ方向に内部にかけて上昇する密度を示す。なお、この傾斜した密度は、なめらかな密度変化であることが好ましいが、段階的な密度変化であっても何ら問題はない。
【００２６】
本発明の製造方法において、成形工程は、所望の粉末成形体を形成できる工程であればよい。すなわち、成形工程での粉末成形体の成形方法は限定されるものではない。この粉末成形体の形成方法としては、たとえば、低密度な表面部となる部分と高密度な本体部となる部分とを別体として形成し両者を接合させて形成する方法をあげることができる。
【００２７】
粉末成形体を形成する原料粉末は、特に限定されるものではない。たとえば、原料粉末の材質や粒径が製造される焼結部品に要求される特性により適宜選択できるためである。なお、原料粉末の材質においては、溶融点以下の焼結により凝着を生じる材質が用いられ、このような材質としては、たとえば、金属材料をあげることができる。
【００２８】
また、焼結工程は、粉末成形体を溶融点以下の温度で焼結させる工程であればよい。すなわち、成形工程での焼結方法は、特に限定されるものではない。焼結工程は粉末成形体を形成する材質粉末および求められる焼結体の特性により焼結条件が異なるため、一概に決定できるものではないが、従来の焼結体の焼結方法と同様に焼結させることができる。
【００２９】
サイジング工程は、焼結体の表面部を圧縮してサイジングを行う工程であれば、特に限定されるものではない。すなわち、焼結部品の形状に成形できる成形型面を有するサイジング型を用いて焼結体の表面部を圧縮する方法をあげることができる。
【００３０】
本発明の製造方法は、成形工程、焼結工程およびサイジング工程を有する製造方法であり、これらの工程を満たすことができれば、製造される焼結部品の形状は特に限定されるものではない。
【００３１】
焼結部品は、サイジング型表面と摺接してサイジングが施された表面を少なくとも有することが好ましい。すなわち、表面部がサイジング型に摺接して圧縮されるサイジングが行われた焼結部品は、焼結体の表面部に十分なサイジング量を確保できるため、サイジングを行うことで寸法精度および強度に優れた焼結部品となる。
【００３２】
詳しくは、サイジング型表面と摺接したサイジングを施すには、図１に示されたように、焼結体のサイジングされる表面とサイジング型表面とを摺接させて圧縮していた。このようなサイジングは、摺接による加工硬化による強度の向上が見られるが、焼結体が均一な密度で形成されていると十分なサイジング量が確保できないため、寸法精度が十分とならなかった。なお、図１に示されたサイジングは、焼結体１をアッパーパンチ３１とロアーパンチ３２とで挟持した状態で、アッパーパンチ３１とロアーパンチ３２とを上下方向に稼働させることで焼結体１の表面をサイジング型２１表面に摺接させるサイジング方法である。
【００３３】
これに対して、本発明の製造方法により製造された焼結部品は、焼結体が十分なサイジング量を確保できるため、寸法精度および強度に優れた焼結部品となっている。
【００３４】
焼結部品は、サイジング工程で焼結体がサイジング型に対して変移する方向に進むにつれて徐々に縮径しかつサイジングが施された傾斜面を少なくとも有することが好ましい。すなわち、本発明の製造方法は傾斜面においても十分なサイジング量を確保できるため、寸法精度および強度に優れた焼結部品となる。
【００３５】
詳しくは、傾斜面のサイジングは、図２に示したように、サイジング加工の一番最後にサイジング型の傾斜面に圧縮されることでなされていた。このため、サイジング量を大きくしないと高精度化が不可能であるが、本発明の製造方法によるとサイジング量を大きくすることができるため、寸法精度および強度に優れた焼結部品となる。なお、図２に示されたサイジングは、焼結体１をアッパーパンチ３１とロアーパンチ３２とで挟持した状態で、アッパーパンチ３１とロアーパンチ３２とを稼働させることで焼結体１の周方向の表面をサイジング型２２表面に摺接させ、さらに焼結体１を移動させて傾斜面を圧縮させるサイジング方法である。
【００３６】
本発明の焼結部品の製造方法は、寸法精度および強度に優れた焼結部品を製造することができる。すなわち、本発明の焼結方法は、粉末成形体の密度を調節することで、サイジングが施されて圧縮される焼結体の表面部の密度が調節され、十分な加工量でのサイジングを可能としているためである。
【００３７】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明を説明する。
【００３８】
本発明の製造方法の実施例として、円形状の断面を有する円柱状焼結試料を製造した。
【００３９】
（実施例）
まず、所定量の原料粉末を秤量し、圧縮成形により直径４４ｍｍ、軸方向の長さ１５ｍｍの円柱状の円柱状成形体を形成した。ここで、圧縮成形の加圧力は１．９６ＭＰａ（２００ｔｏｎ）であった。この円柱状成形体は、部分密度が６．９〜７．１ｇ／ｃｍ3であった。この円柱状成形体の軸方向の断面図を図３に示した。
【００４０】
なお、原料粉末には、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｏ系合金であるＳＭＦ−４０５０よりなり粒径が６０〜１００μｍの粉末が用いられた。
【００４１】
つづいて、原料粉末を圧縮成形により内径４４ｍｍ、外径５０ｍｍ、軸方向の長さ１５ｍｍの筒状に成形し、筒状成形体を形成した。圧縮成形の加圧力は円柱状成形体の形成と同様に、１．９６ＭＰａ（２００ｔｏｎ）であった。この筒状成形体は、部分密度が５．０〜５．５ｇ／ｃｍ3であった。この筒状成形体の軸方向の断面図を図４に示した。
【００４２】
形成された円柱状成形体を筒状成形体の軸心の中空部に嵌着し、粉末成形体を形成した。この粉末成形体は、円柱状成形体の外周面と筒状成形体の内周面とが密着している。すなわち、粉末成形体は、軸心部が高密度に外周部が低密度に形成されている。この粉末成形体の構造がわかるように、図５に軸方向の断面図を示した。
【００４３】
つづいて、真空炉の炉内に粉末成形体を投入し、真空雰囲気下で、１２５０℃で、３０分の加熱を行い、粉末成形体を焼結させた。
【００４４】
得られた焼結体は、軸心部の本体部が高密度に、周方向の外周面の表面部が低密度であった。このとき、本体部の密度は、７．０〜７．１ｇ／ｃｍ3であり、表面部の密度は５．３〜５．７ｇ／ｃｍ3であった。
【００４５】
その後、得られた焼結体の表面部を圧縮するサイジングを行って、円柱状の外周面の真円度を向上させた。このサイジングは、図６に示したプレス装置を用いて行われた。
【００４６】
図６に示されたプレス装置は、ダイ２３と、アッパーパンチ３１と、ロアーパンチ３２と、ノックアウトピン３５と、駆動手段（図示せず）と、を有する装置である。
【００４７】
ダイ２３は、鉛直方向に貫通した貫通孔を有しこの貫通孔を区画した壁面がサイジング面となる部材である。
【００４８】
アッパーパンチ３１は、焼結体１の上端面と当接することで焼結体１を鉛直方向に押圧する。さらに、アッパーパンチ３１は、ダイ２３の貫通孔の内周形状と一致する外周形状を有する円柱状を有し、貫通孔と同軸的に配され、貫通孔に挿入される部材である。
【００４９】
ロアーパンチ３２は、焼結体１の下端面を支持し、アッパーパンチ３１とともに焼結体１を軸方向に圧縮する部材である。ロアーパンチ３２は、ダイ２３の貫通孔の内周形状と一致する外周形状を有する円柱状を有し、貫通孔と同軸的に配され、貫通孔に挿入される部材である。
【００５０】
ノックアウトピン３５は、ロアーパンチ３２を支持する部材である。
【００５１】
駆動手段は、アッパーパンチ３１およびロアーパンチ３２の位相を変化させる手段であり、アッパーパンチ３１とロアーパンチ３２に挟持された焼結体１を軸方向に圧縮するとともに、焼結体１をダイ２３の貫通孔に通過させてサイジングを行う装置である。
【００５２】
サイジングは、具体的には、アッパーパンチ３１とロアーパンチ３２とで焼結体１を挟持し、この状態で、焼結体１の周方向の外周面の表面部をダイ２３の表面に摺接させることで行われた。このとき、焼結体１は、６．１８ＭＰａ（６５０ｔｏｎ）の加圧力で軸方向の下方に押圧されてなされた。
【００５３】
以上の手段により、円柱状焼結試料が製造された。
【００５４】
製造された円柱状焼結試料は、本体部の密度が７．０〜７．１ｇ／ｃｍ3であり、表面部の密度は６．８〜７．３ｇ／ｃｍ3であった。すなわち、表面部が本体部と同等の密度となっている。このため、表面部が十分な強度を有していることがわかる。
【００５５】
（比較例）
まず、実施例の焼結試料の製造に用いた原料粉末と同じ原料粉末を、圧縮成形により外径５０ｍｍ、軸方向の長さ１５ｍｍの円柱状に成形した。ここで、圧縮成形の加圧力は１．９６ＭＰａ（２００ｔｏｎ）であった。この円柱状成形体は、部分密度が６．９〜７．１ｇ／ｃｍ3であった。この円柱状成形体を図７に示した。
【００５６】
つづいて、円柱状成形体を真空炉内に投入し、真空雰囲気下で、１２５０℃で、３０分の加熱を行い、焼結させた。焼結により得られた焼結体は、部分密度が７．０〜７．１ｇ／ｃｍ3であった。
【００５７】
その後、実施例と同様に図６に示されたプレス装置を用いて、サイジングを行って比較例の円柱状焼結試料が製造された。比較例の円柱状焼結試料は、部分密度が７．０〜７．２ｇ／ｃｍ3であった。
【００５８】
（評価）
実施例および比較例の円柱状焼結試料の製造時のサイジング工程において、サイジングしたときの表面部の圧縮量（サイジング量）とサイジング後の焼結試料の真円度（寸法精度）とを測定し、図８および図９に示した。ここで、表面部の圧縮量は、焼結体と円柱状の焼結試料との半径の差とした。
【００５９】
図８に示されたように、実施例の焼結試料においては、サイジング量が大きくなるにしたがって寸法精度が向上している。また、サイジングが施される表面部が低密度に形成されているため、０．８ｍｍと大きなサイジング量でのサイジングが可能となっている。
【００６０】
また、図９に示されたように、比較例の焼結試料においても、サイジング量が０．２ｍｍまでの領域では、サイジング量が大きくなると焼結試料の真円度が向上している。しかしながら、比較例の焼結試料は、サイジング量を０．３ｍｍとしたときにダイに破損を生じ、これ以上のサイジング量でのサイジングが不可能となった。
【００６１】
すなわち、粉末成形体が焼結体となったときにサイジングにより圧縮される部分を低密度にそれ以外の部分を高密度に形成し、この粉末成形体を焼結した後にサイジングを施した実施例の焼結試料は、高い強度と寸法精度を有していることがわかる。
【００６２】
本発明の実施例として外周面にサイジングが施された円柱状の焼結試料を製造したが、軸方向の端面にサイジングが施された円柱状の焼結試料を製造することもできる。
【００６３】
すなわち、粉末成形体の軸方向の端面を形成する表面部を外周面と同様に低密度で形成し、焼成を行い、焼結体を軸方向に圧縮することでサイジングを行うことで製造することができる。
【００６４】
この端面にサイジングが施された焼結試料においても、十分なサイジング量を確保できるため、寸法精度と強度に優れた焼結試料となっている。
【００６５】
【発明の効果】
本発明の焼結部品の製造方法は、寸法精度および強度に優れた焼結部品を製造することができる。すなわち、本発明の焼結方法は、粉末成形体の密度を調節することで、サイジングが施されて圧縮される焼結体の表面部の密度が調節され、十分な加工量でのサイジングを可能としているためである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  焼結体のサイジングされる表面とサイジング型表面とが摺動することでサイジングが行われるときの様子を示した図である。
【図２】  傾斜面にサイジングが施されるときの焼結体とサイジング型とを示した図である。
【図３】  実施例の円柱状成形体の断面を示した図である。
【図４】  実施例の筒状成形体の断面を示した図である。
【図５】  実施例の粉末成形体の断面を示した図である。
【図６】  サイジングを行うプレス装置の構成を示した図である。
【図７】  比較例の円柱状成形体の断面を示した図である。
【図８】  実施例の焼結試料の表面部の圧縮量（サイジング量）とサイジング後の焼結試料の真円度（寸法精度）との関係を示した図である。
【図９】  比較例の焼結試料の表面部の圧縮量（サイジング量）とサイジング後の焼結試料の真円度（寸法精度）との関係を示した図である。
【符号の説明】
１…焼結体            ２１、２２…サイジング型
２３…ダイ              ３１…アッパーパンチ
３２…ロアーパンチ      ３５…ノックアウトピン
【図１】
0004730576.tif 000002
【図２】
0004730576.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0004730576.tif 000007
【図７】
0004730576.tif 000008
【図８】
0004730576.tif 000009
【図９】
0004730576.tif 000010