(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体状物質（２０）を焼結させることによって機械的部品を製造する方法であって、
粒子を含み所定の溶融温度を有する粉体状金属性物質（２０）を配置するステップと、
所定量の前記粉体状金属性物質を第１の空欠部（１６）の内部で圧力下にて塊状化するステップと、
前記所定量の粉体状金属性物質（２０）に対して、前記溶融温度よりも低い所定の温度にするように、熱エネルギーを与えるステップと、
前記所定の温度にされた塊状化された前記所定量の粉体状金属性物質に衝撃を与えて、前記粉体状金属性物質の粒子どうしを結合ないし溶接し、これによって、単一の固体材体（２３）を得るステップと、
前記第１の空欠部（１６）に連結する第２の空欠部（４０）を取り巻くように配置され、それぞれ熱交換流体の流路となる枝部（４２、４４）とこれに連結する冷却用スクリーンを形成するパイプ網（４６）とを有した複数の熱交換器（２４）によって、前記単一の固体材料体（２３）が圧力下に維持された状態で、前記固体材料体（２３）に蓄積された熱エネルギーが散逸されるステップと
を有して、前記機械的部品が得られることを特徴とする製造方法。
【請求項２】
融点が低い粉体状金属性物質が配置されることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記所定量の粉体状金属性物質は、円筒対称性の前記第１の空欠部（１６）の内部で圧力下にて塊状化されることを特徴とする請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記単一の固体材料体（２３）は、蓄積された前記熱エネルギーを散逸させるように、前記第２の空欠部（４０）内に移動されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
【請求項５】
前記単一の固体材料体（２３）は、円筒対称性の前記第１の空欠部（１６）から同じ円筒対称性の前記第２の空欠部（４０）へと並進運動で動かされることを特徴とする請求項４に記載の製造方法。
【請求項６】
前記所定量の粉体状金属性物質は、対向壁の間の前記第１の空欠部（１６）の内部で圧力下にて塊状化されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法。
【請求項７】
粒子を含み所定の溶融温度を有する粉体状金属性物質を焼結させることによって製造される機械的部品の製造用アセンブリーであって、
所定量の粉体状金属性物質（２０）を受けるように構成する空欠部（１６）が設けられたダイ（１０）と、及び
前記所定量の粉体状金属性物質を圧力下にて塊状化するパンチ（１９）とを有し、
前記ダイ（１０）は、前記所定量の粉体状金属性物質（２０）に熱エネルギーを供給し前記溶融温度よりも低い所定の温度にする加熱デバイスを有し、
当該アセンブリーは、さらに、前記パンチに衝撃を与えるデバイスを有し、これによって、前記所定の温度にされた塊状化された前記所定量の粉体状金属性物質に衝撃を与え、前記粉体状金属性物質の粒子どうしを結合させて、単一の固体材料体（２３）を得、
当該アセンブリーは、さらに、前記パンチ（１９）が前記固体材料体（２３）を圧力下に維持している時に前記固体材料体（２３）に蓄積された熱エネルギーを散逸させるため、前記第１の空欠部（１６）に連結する第２の空欠部（４０）を取り巻くように配置され、それぞれ熱交換流体の流路となる枝部（４２、４４）とこれに連結する冷却用スクリーンを形成するパイプ網（４６）とを有した複数の熱交換器（２４）を有し、これによって、前記機械的部品が得られることを特徴とする製造用アセンブリー。
【請求項８】
当該アセンブリーは、さらに、前記パンチ（１９）に対向して前記パンチ（１９）と同軸に動くように構成する対向パンチ（１４）を有することを特徴とする請求項７に記載の製造用アセンブリー。
【請求項９】
前記第１の空欠部（１６）は、円筒対称性を有することを特徴とする請求項７又は８に記載の製造用アセンブリー。
【請求項１０】
前記熱交換器（２４）には、熱交換流体用の流路（２６）が設けられていることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の製造用アセンブリー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉体状金属性物質を焼結させることによって機械的部品を製造する方法及び当該方法を実行するための製造用アセンブリーに関する。
【０００２】
利用可能な分野としては、大まかに、ギヤ、パッド又はリングなどを作るための機構の分野が考えられる。別の利用可能な分野として、例えば、補綴用の要素を作るための生物医学的な用途がある。
【０００３】
ここで、「焼結」とは、金属型内の締め固めされた粉末粒子をこれらの融点よりも低い温度まで加熱し、型から与えられる形を維持しつつ結合させて、単一の固体の塊を形成するような処理を意味する。
【背景技術】
【０００４】
既知の粉末冶金法を使用して金属性粉体又はセラミックス粉体を塊状化して焼結することによって、機械的部品を作ることができる。これを達成するために、第１の締め固めステップにおいて、長手方向に貫通している開口であってその一方の側に下側パンチが入って係合しているような開口を有するダイが用いられている。このように、この下側パンチは、開いた空欠部の形を有し、この開口の他方の側に、空欠部を閉じるように構成する上側パンチが係合する。ダイは、長手方向の開口が鉛直方向に延びるような向きを有する。このようにして、下側パンチによって保持されている粉末で空欠部を充填することができる。そして、上側パンチは、長手方向の開口内を通るように位置して、空欠部を閉じ、力を与える。そして、粉末が２つのパンチの間で塊状化し、締め固めさせられる。特定の締め固め法として、上側パンチが所与のエネルギーで衝撃を与え、圧粉体を形成するのに必要な力を発生させることを伴うものがある。別個の第２の焼結ステップでは、部品を温度処理して機械的性質を与えることを伴う。
【０００５】
しかし、このようにして形成された部品はしばしば、ダイから排出した後に相当に変形して収縮による欠陥が発生して、その部品を使用できなくなることがある。さらに、上記のようにして得られた部品を精密機械的部品として使用するためには、必要な寸法を達成するために機械加工しなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、現在発生しており本発明が解決しようとする課題は、粉体状物質を焼結させることによって得られる機械的部品がダイから排出された後にその寸法を維持することができるような方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このために、また、第１の目的を達成するために、本発明は、粉体状物質を焼結させることによって機械的部品を作る方法に関し、粒子を含み所定の溶融温度を有する粉体状金属性物質を配置するステップと、所定量の前記粉体状金属性物質を第１の空欠部の内部で圧力下にて塊状化するステップと、前記所定量の粉体状金属性物質に対して、前記溶融温度よりも低い所定の温度にするように、熱エネルギーを与えるステップと、及び塊状化された前記所定量の粉体状金属性物質に衝撃を与えて前記所定の温度にされ、前記粉体状金属性物質の粒子どうしを結合ないし溶接し、これによって、単一の固体材料体を得るステップとを有する。本発明によると、前記単一の固体材料体が圧力下に維持され、前記固体材料体に蓄積された熱エネルギーが散逸されて、前記機械的部品が得られる。
【０００８】
このように、本発明の特徴の１つは、固体材料体を圧力下に維持しつつ固体材料体を冷却させることにある。結果的に、固体材料体の幾何学的構成及び寸法は、冷却ステップの全体にわたって固体材料体に与えられる圧力に起因して維持される。また、本発明に係る方法は、冷却に関連する欠陥の発生を防ぐ。これによって、固体材料体の部品を製造することを思い描くことが可能になる。
【０００９】
好ましくは、配置される粉体状金属性物質は、例えば、８００℃未満の温度の融点が低い粉体状金属性物質の粒子で作られる。したがって、銅ベースの合金を本発明に係る方法によって実現することができる。
【００１０】
本発明の特に好ましい実装において、前記所定量の粉体状金属性物質は、円筒対称性の第１の空欠部の内部にて圧力下にて塊状化される。円筒状の第１の空欠部によって、その中をパンチが並進運動にて動いて、粉体状金属性物質を締め固め塊状化することを容易にすることができる。
【００１１】
また、特に好ましい変種によると、前記単一の固体材料体が、別の第２の空欠部内に運ばれ、蓄積された熱エネルギーが散逸する。比較的高温の空欠部から比較的低温の空欠部へと固体材料体を移すことによって、固体材料体の温度をより急激に下げて、固体材料体の寸法を固めることが可能になる。別の変種実施形態によると、固体材料体に蓄積された熱エネルギーが前記第１の空欠部内で散逸する。
【００１２】
固体材料体の伝達を単純化するために、固体材料体が、円筒対称性の第１の空欠部から同じ円筒対称性を有する前記第２の空欠部へと並進運動にて動かされる。下で説明するように、円筒対称性の２つの空欠部を、一方が他方の延長空間にあるように設けることによって、伝達がさらに単純化する。
【００１３】
さらに、好ましくは、前記所定量の粉体状金属性物質が、前記第１の空欠部内の２つの対向壁の間で圧力下にて塊状化される。結果的に、塊状化された金属性物質粉末に対してより大きな量の運動エネルギーを、初期熱エネルギーとともに与えることが容易になり、これによって、金属性物質の粒子どうしが結合する。
【００１４】
別の目的を達成するために、本発明は、粒子を含み所定の溶融温度を有する粉体状金属性物質を焼結させることによって機械的部品の製造用アセンブリーであって、所定量の粉体状金属性物質を受けるように構成する空欠部が設けられたダイと、及び前記所定量の粉体状金属性物質を圧力下にて塊状化するパンチとを有し、前記ダイは、前記所定量の粉体状金属性物質に熱エネルギーを供給し前記溶融温度よりも低い所定の温度にする加熱デバイスを有し、当該アセンブリーは、さらに、前記パンチに衝撃を与えるデバイスを有し、これによって、前記所定の温度にされた塊状化された前記所定量の粉体状金属性物質に衝撃を与えないしこれを締め固め、前記粉体状金属性物質の粒子どうしを結合させて、単一の固体材料体を得るものを提案するものである。本発明によると、当該アセンブリーは、さらに、前記パンチが前記固体材料体を圧力下に維持している時に前記固体材料体に蓄積された熱エネルギーを散逸させる熱交換器を有し、これによって、前記機械的部品が得られる。
【００１５】
したがって、固体材料体のまわりに位置する熱交換器によって、加熱段階及び衝撃時の両方に、固体材料体に蓄積した熱エネルギーが散逸することになる。
【００１６】
また、本発明に係る製造用アセンブリーは、さらに、前記パンチに対向するように前記パンチと同軸に動くように構成する対向パンチを有する。結果的に、改善された機械効率で粉体状金属性物質を塊状化し圧縮するように構成する２つの対向壁が形成される。
【００１７】
好ましくは、前記第１の空欠部は、円筒対称性を有する。結果的に、パンチと対向パンチを、互いが対向し同軸となるように、前記第１の空欠部内で動かすことができる。その結果、固体材料体は、圧力の影響によってダイ空欠部の壁に対して放射状に当接しつつ、パンチと対向パンチの間で圧力下に維持される。したがって、空欠部内を並進運動するように固体材料体を軸方向に動かすことができる。
【００１８】
本発明の特に好ましい特徴によると、熱交換器は、同じ円筒対称性を有する別の第２の空欠部の形を定め、この交換器は、前記第２の空欠部が前記第１の空欠部の拡張空間と同一空間を占めるように、ダイに接続されるように構成する。また、パンチと対向パンチは、前記第２の空欠部を通り抜けるように構成している。結果的に、間で固体材料体が保持されるパンチと対向パンチの同軸の並進運動によって、前記第２の空欠部内で固体材料体を動かすことが可能になる。このようにして、固体材料体が、高温のダイ空欠部から低温の熱交換器空欠部へと動かされる。したがって、前記第２の空欠部内のパンチと対向パンチの間で固体材料体が圧力下に維持されている時に、固体材料体の温度を急激に下げることができる。
【００１９】
好ましいことに、熱交換器は、前記第２の空欠部を形成するように構成する２つの半殻を有する。これらの２つの半殻は、互いに対向して位置し、互いに離れた位置と、互いに近い位置との間を横方向に運動可能である。この互いに近い位置では、ダイの前記第１の空欠部の拡張空間にて、前記第２の空欠部を形成する。
【００２０】
また、熱交換器は、好ましくは、熱交換流体のための流路を有する。これらは、２つの半殻内に設けられ、特に前記第２の空欠部を形成する壁の近くに設けられる。熱交換器を通る流路の構成は、下の説明においてより詳細に説明する。
【００２１】
添付図面を参照しながら、単に例示的な例（これに制限されない）として提供する本発明の特定の実施形態についての以下の説明を読むことで、本発明の他の特性及び利点を理解することができるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１Ａ〜１Ｄは、焼結機械的部品のアセンブリー製造の実装方法の様々な段階における部分的な概略図である。
【図２】図２Ａは、図１Ｄに示す製造用アセンブリーの要素の１つの概略平面図であり、図２Ｂは、図２Ａに示す要素の概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明に係る製造方法及びその実装のための製造用アセンブリーは、粉体状金属性物質に適している。好ましいことに、これらは、実質的に８００℃よりも低い溶融温度を有する粉体状金属性物質に適している。したがって、当該方法によって融点が低い金属性合金を実現することができる。
【００２４】
図１Ａ〜１Ｄを参照して、本発明に係る締め固め法の必須ツール要素及び様々なステップを概略的、そして詳細に説明する。
【００２５】
図１Ａは、円対称の円筒状の貫通開口１２が設けられたダイ１０の概略図である。ダイ１０は、加熱デバイス（図示せず）を備える。第１の変種によれば、ダイ１０内にジュール効果によって作動するカートリッジヒーターが挿入される。別の変種によれば、高温の熱交換流体用の流路がダイ１０を通るようにして設けられ、ダイ１０を加熱する。さらなる別の変種によると、誘導加熱手段が実装される。ダイ１０は、対向パンチ１４を備えており、これは、開いた空欠部１６をダイ１０の内部にて定める円筒状開口１２を通るようにダイ１０の下側部分と部分的に係合している。対向パンチ１４の上端は、下側密封ディスク１８を備えており、これは、空欠部１６の平坦な下側壁を形成している。下側密封ディスク１８によって、密封された形態で、円筒状開口１２の下端、そして、空欠部１６を閉じることが可能になる。
【００２６】
また、図１Ａは、パンチ１９を示しており、これは、空欠部１６に対向するようにしてダイ１０から離れて位置している。パンチ１９は、対向パンチ１４と同じ断面を有し、対向パンチ１４と同軸に位置している。また、対向パンチ１４及びパンチ１９は、加熱手段（図示せず）によって温度調整される。これらは、加熱バンドによって、及び／又はカートリッジヒーターを有し両パンチのアクティブな端を包囲している可動殻のシステムによって、加熱することができる。
【００２７】
当該方法の第１の段階において、空欠部１６の内部の密封ディスク１８上に銅合金のような粉体状金属性物質２０が挿入される。例えば、空欠部１６内に６０ｇの合金の粉末が入れられる。事前にオーブン内などにおいて、金属粉末を７００℃に近い温度にする。また、ダイ１０と、パンチ１９と対向パンチ１４の金属性物質に接する部分とが温度調整される。これらの加熱及び熱レギュレーションデバイスによってである。
【００２８】
図１Ｂに示す当該方法の第２段階では、空欠部１６内にパンチ１９Ａが挿入され、第１のシーケンスにおいて、気体を排出させるために、粉体状金属性物質２０が前置締め固めされる。ここで、パンチ１９には、密封ディスクがなく、したがって、空欠部１６の壁とパンチ１９の間に気体が逃げる。パンチ１９が粉体状金属性物質２０に及ぼす力は、ここでは、例えば、１〜５秒の持続時間にわたって５トンである。
【００２９】
第２のシーケンスにおいて、粉体状物質２０を再び前置締め固めするために、パンチ１９が空欠部１６から外され、パンチ１９に上側密封ディスク２２が装備される。このようにして、粉体状金属性物質２０を収容する空欠部１６が密封される。例えば、この第２のシーケンスの持続時間は３０秒であり、パンチ１９が及ぼす力は約１０トンである。この第２のシーケンス時に、粉体状金属性物質２０の温度が均等化し、１１８℃にセットされた稼動温度にされる。
【００３０】
図１Ｃに示す第３の段階において、金属粉末２０が焼結する。このとき、パンチ１９に衝撃が与えられる。
【００３１】
ここで示す例においては、衝撃エネルギーは１６８０Ｊのオーダーであり、４０回の衝撃が与えられる。結果的に、金属粉末２０の粒子は、材料の融点に局所的に達し、このことは、粒子の間で１つの共通の相を形成させることができるという効果を有する。この溶融相は、好ましくは、第１の衝撃時に粒界で発生し、この段階の割合は、衝撃を受けるにしたがって徐々に増える。このようにして、このアセンブリーは、図１Ｄに示す冷却の段階時に固まらせる。これによって、一体化された固体の材料体２３が得られる。
【００３２】
図１Ｄは、図１Ａ〜１Ｃに示したすべての要素を示しており、さらに、ダイ１０上にマウントされた熱交換器２４を示している。
【００３３】
図１Ｄをより詳細に説明する前に、まず、図２Ａ及び２Ｂを参照する。これらは、熱交換器２４を詳細に示している。
【００３４】
図２Ａは、熱交換流体２６（透明で示している）用の流路が設けられた熱交換器２の平面図を示している。熱交換器２４は、軸平面Ｐに対して互いに対称な２つの半分部分２８、３０を有する。これらの半分部分２８、３０にはそれぞれ、前面３２、３４があり、これらには、円筒対称性の２つの窪み３６、３８が設けられている。これらは、２つの半殻を形成する。このようにして、２つの半殻３６、３８は、円筒状の回転対称性の冷却用空欠部４０の形を定めている。
【００３５】
図２Ｂは、熱交換器２４の２つの半分部分のうちの一方の半分部分３０を後ろ側からの斜視図で示している。また、この図は、後ろ側部分４３とは反対側の前側部分４１に位置している前面３４と、及び前面３４に設けられた窪み３８によって形成された半殻とを示している。
【００３６】
また、熱交換流体用の流路２６を、熱交換器２４の半分部分３０の材料体を通るように、明瞭に示している。熱交換流体は、例えば、冷水である。このようにして、流路は２つの対向する枝部４２、４４に分かれる。これらの枝部４２、４４どうしは、前側部分４１の内部であって窪み３８周辺に冷却用スクリーンを形成するパイプ網４６によって、前側部分４１で連結している。他方の半分部分２８は、対称的な形態であり、同様な特徴を有する。
【００３７】
このように、低温の流体が枝部４２に注入され、窪み３８周辺に冷却用スクリーンを形成するパイプ網４６を通って前側部分４１内を流れる。この窪み３８が、冷却される部品と直接接触することになる。この網は、当該部品に最も近い熱交換面を最大にし、その結果、最大の熱量を逃がすように形が定められる。そして、この流体は、枝部４２とは反対側の枝部４４を通って出る。そして、好ましいことに、この流体を冷却した後に流路の入口に再導入して枝部４２を通らせ、回路を形成することができる。
【００３８】
このように、２つの半分部分２８、３０が、前面３２が前面３４に対向するようにして圧入されると、これらは両方で、図２Ａに示す冷却用空欠部４０の形を定める。これは、図１Ａ〜１Ｄに示したダイ１０の空欠部１６と同じ断面を有する。
【００３９】
図１Ｄは、ダイ１０だけでなく、熱交換器２４も示している。これは、２つの半分部分２８、３０で形成されている。ここでは、前面３６が前面３８に対向するようにされた前側部分４１のみを示している。このように、前側部分４１は、前側部分４１どうしが水平方向に当接するだけでなく、軸方向にもダイ１０の上側縁に当接している。これによって、冷却用空欠部４０が、ダイ１０の空欠部１６の延長空間にて、円筒状開口４２に対向するように延びる。
【００４０】
結果的に、固体材料体２３は、図１Ｃに示す空欠部１６のダイ１０の内部の位置から開始して、２つのパンチ１４、１９の間で圧搾される。そして、固体材料体２３は、２つのパンチ１４、１９をともに並進運動させて動かすことによって、熱交換器２４の冷却用空欠部４０内へと進む。
【００４１】
このように、２つのパンチ１４、１９によって固体材料体２３にかけられた圧力が維持されつつ、固体材料体２３がダイ１０の空欠部１６から熱交換器２４の冷却用空欠部４０に動かされる。圧力は、例えば、１２０秒間にわたって１５トンにされる。
【００４２】
本発明に係る方法を示す製造用アセンブリーを、その図面を参照してここで説明したが、これは別の態様で実施することができる。例えば、複数のパンチと対向パンチにそれぞれ関連づけられた複数のパターンないし空欠部を備えたダイを有することができる。
【００４３】
冷却時に固体材料体２３に対して維持される圧力及びその圧力が維持される時間のような他のパラメーターによっても、最終材料の機械的な特徴を変えることができる。
【図１Ａ】
0006293878.tif 000002
【図１Ｂ】
0006293878.tif 000003
【図１Ｃ】
0006293878.tif 000004
【図１Ｄ】
0006293878.tif 000005
【図２Ａ】
0006293878.tif 000006
【図２Ｂ】
0006293878.tif 000007