(57)【要約】【課題】  比較的安価にして、機械強度と面圧強度に優れた焼結部品を提供する。【解決手段】  鉄系の原料粉末を成形すると共に焼結してなり受圧面部３を有する焼結部品において、前記受圧面部３は、原料粉末が還元鉄粉を１５〜５０重量％含む。還元鉄粉を１５〜５０重量％含むことにより、面圧強度を向上することができると共に、引張強度などの機械的強度を備えた焼結部品１となる。また、好ましくは、受圧面部３は、全気孔に対する径が５０μｍ以上の気孔の面積比率が３０％以下とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄系の原料粉末を成形すると共に焼結してなり面圧を受ける部分を有する焼結部品において、前記面圧を受ける部分は、前記原料粉末が還元鉄粉を１５〜５０重量％含むことを特徴とする焼結部品。
【請求項２】
前記面圧を受ける部分は、全気孔に対する径が５０μｍ以上の気孔の面積比率が３０％以下であることを特徴とする請求項１記載の焼結部品。
【請求項３】
鉄系の原料粉末を加圧して圧粉体を形成した後、この圧粉体を雰囲気ガス中で焼結する焼結部品の製造方法において、面圧を受ける部分は、前記原料粉末が還元鉄粉を１５〜５０重量％含むことを特徴とする焼結部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、限界面圧に優れた焼結部品とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
粉末冶金では、金属を主原料とする原料粉末を圧縮して圧粉体を形成した後、この圧粉体を加熱して焼結し、これにより所定形状の焼結体を成形することが知られている。このように原料粉末を圧縮成形した後、焼結する焼結体は製品形状の自由度が大で、比較的複雑な形状の製品を安価に製造することができる。
【０００３】
ところで、例えば、焼結体に取付孔を形成し、この取付孔にボルトを挿通して他の部材に取り付けて使用すると、ボルトの頭部により取付孔の周囲が面圧を受ける。そして、焼結体は多数の気孔を有するから、面圧を受けた箇所が僅かではあるが経時的に陥没する虞がある。
【０００４】
そこで、面圧強度を改善する方法として、焼き入れ焼き戻しなどの熱処理やスチーム処理（例えば特許文献１）などが知られている。
【０００５】
また、還元鉄粉と、リン量が0.5〜2.0質量％になるようリン化鉄粉を配合し、この粉末を圧縮成形した後に焼結してなる気密性を有する焼結部材も提案されている（例えば特許文献２）。
【特許文献１】特開２００２−１９５２０３号公報
【特許文献２】特開昭５５−１２２８０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のように焼き入れ焼き戻しなどの熱処理やスチーム処理などを行うと、処理工程が増加するため、コスト面で不利となる。一方、還元鉄粉とリン化鉄粉とを用いるものでは、気密性を高めることができるものの、引張強度などの機械的強度が低下する問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題点を解決するものであり、比較的安価にして、面圧強度に優れた焼結部品とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、鉄系の原料粉末を成形すると共に焼結してなり面圧を受ける部分を有する焼結部品において、前記面圧を受ける部分は、前記原料粉末が還元鉄粉を１５〜５０重量％含むものである。
【０００９】
請求項２の発明は、前記面圧を受ける部分は、全気孔に対する径が５０μｍ以上の気孔の面積比率が３０％以下である。
【００１０】
また、請求項３の発明は、鉄系の原料粉末を加圧して圧粉体を形成した後、この圧粉体を雰囲気ガス中で焼結する焼結部品の製造方法において、面圧を受ける部分は、前記原料粉末が還元鉄粉を１５〜５０重量％含む製造方法である。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の構成によれば、還元鉄粉を１５〜５０重量％含むことにより、面圧強度を向上することができると共に、引張強度などの機械的強度を備えた焼結部品となる。
【００１２】
また、請求項２の構成によれば、全気孔に対する径が５０μｍ以上の気孔の面積比率を３０％以下とすることにより、面圧強度に優れたものとなる。
【００１３】
請求項３の構成によれば、還元鉄粉を１５〜５０重量％含むことにより、面圧強度を向上することができると共に、引張強度などの機械的強度を備えた焼結部品を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。各実施例では、従来とは異なる新規な焼結部品とその製造方法を採用することにより、従来にない焼結部品とその製造方法が得られ、その焼結部品とその製造方法について記述する。
【実施例１】
【００１５】
以下、本発明の実施例１を図１〜図５を参照して説明する。まず、本発明の製造方法においては、図１のフローチャートに示すように、少なくとも、金属である鉄系粉末を主とした原料粉末を混合（Ｓ１）し、この原料粉末を圧縮して圧粉体を成形（Ｓ２）し、この圧粉体を焼結炉により焼結（Ｓ３）して前記焼結合金からなる焼結部品１が得られる。本発明では、原料粉末に１５〜５０重量％以上の還元鉄粉を使用する。また、その還元鉄粉は各種方法により還元されたものを用いることができる。図１及び図２に示すように、この例の前記焼結部品１は、中央に貫通孔２を有する略リング形状をなし、一方に面圧を受ける受圧面部３を有する。
【００１６】
前記原料粉末としては、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃが例示され、その割合は、０．３〜８重量％の銅粉末，好ましくは１〜５重量％の銅粉末と、０．１〜１．２重量％の炭素（グラファイト）、好ましくは０．３〜１．０重量％の炭素（グラファイト）と、１５〜５０重量％の還元鉄粉とを含み、残りをアトマイズ鉄粉とする。また、粒径に係り、前記アトマイズ鉄粉は100メッシュアンダー、前記還元鉄粉は８０メッシュアンダー、前記銅粉末は１５０メッシュアンダー、前記炭素（グラファイト）の平均粒径は２１〜２８μｍである。
【００１７】
発明者は、面圧強度と機械強度とを備えた焼結部品とその製造方法を得るため、各種の実験を行った結果、原料鉄粉末における還元鉄粉の割合を高めると、引張強度などの機械的強度が低下するものの、熱処理やスチーム処理を施さなくても、面圧強度が向上する点を見出し、さらに、面圧強度を確保するには、面圧を受ける部分の気孔の割合などが一定の条件を満たすことを見出し、本発明に至ったものである。
【００１８】
以下に、それを証明する実験例の一例を説明する。
【００１９】
実験例
上記の原料粉末（Ｆｅ−3％Ｃｕ−0.8％Ｃ）における還元鉄粉とアトマイズ鉄粉の割合が割合が異なる以外は同一条件で鉄系焼結合金からなる試験片101を製造し、その鉄系焼結合金の試験片101の引張強度と限界面圧と気孔率を測定した。尚、図３に示すように、前記試験片101は、中央に貫通孔102を有する略リング形状をなし、面圧を受ける受圧面部103を有する。
【００２０】
原料粉末として、実験例１では、３重量％の銅粉末と、０．８重量％の炭素（グラファイト）とを含み、残りをアトマイズ鉄粉とし、実験例２では、３重量％の銅粉末と、０．８重量％の炭素（グラファイト）と、全鉄粉中で２０重量％の還元鉄粉とを含み、残りをアトマイズ鉄粉とし、実験例３では、３重量％の銅粉末と、０．８重量％の炭素（グラファイト）と、全鉄粉中で５０重量％の還元鉄粉とを含み、残りをアトマイズ鉄粉とし、実験例４では、３重量％の銅粉末と、０．８重量％の炭素（グラファイト）とを含み、残りを還元鉄粉とした。尚、実験例１〜４の原料粉末を成形（Ｓ２）して圧粉体を形成し、この圧粉体をエンドサーミックガス雰囲気中で焼結（Ｓ３）して各試験片101を製造した。
【００２１】
限界面圧は、Ｊｕｎｋｅｒ試験により測定した。図３は測定装置の概要を示し、試験台111には、貫通孔112が設けられ、この貫通孔112位置で試験台111上に、受圧面部103を上にして試験片101を載置する。測定装置は、前記試験片101に荷重を加えるスタンプ113を備え、このスタンプ113は、前記貫通孔102，112に挿通する本体114と、前記受圧面部103を加圧する頭部115とを備える。そして、貫通孔102，112に本体114を挿通し、受圧面部103に頭部115を当て、この頭部115に変位測定手段であるダイヤルゲージ116をセットし、スタンプ113を下方に引張って試験片101に荷重を加える。所定荷重に達するまでの荷重の増加率を150kg/秒とし、前記所定荷重に達したら、荷重の増加を止め、ダイヤルゲージ116をゼロに定位し、10秒毎に受圧面部103の陥没進行量を測定する。測定を開始してから、数十秒で陥没の進行は停止するので、そのときの陥没進行量が２μｍ以下となる面圧の値を求め、この値を限界面圧とした。
【００２２】
上記実験例１〜４の各試験片101により得られた物性を下記の表１に示す。また、表１のデータの一部を図５のグラフ図に示し、この図５は、還元鉄粉の割合に対する引張強度と限界面圧との値を示す。
【００２３】
【表１】
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上記の表１に示すように、還元鉄粉を加えることにより、限界面圧が向上することが分かり、また、還元鉄粉の量が多くなる程、引張強度が低下することが分かる。したがって、単に還元鉄粉の割合を増やしても引張強度が低下することから、引張強度を確保し且つ限界面圧の高い焼結部品を得るため、還元鉄粉の割合を、１５〜５０重量％，好ましくは
２０〜４５重量％とした。
【００２４】
【表２】
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上記の表２は、実験例１〜４の各試験片101の還元鉄粉使用割合と、全気孔に対する径が50μｍ以上の気孔の面積比率Ｋを示し、前記気孔の面積比率Ｋが小さいほど限界面圧が高いことがわかる。しかし、表１の引張強度を考慮して、前記気孔の面積比率Ｋを３０％以下、好ましくは２５％以下とした。すなわち、限界面圧は大きな径の気孔の割合が大きな程、荷重を受けたときに、陥没し易いことが分かった。
【００２５】
尚、前記気孔の径および面積比率Ｋは、結合合金の断面組織写真から画像解析により測定した。画像解析範囲は、試験片断面の0.95ｍｍ×0.52ｍｍ（面積0.493ｍｍ2）に相当する。
【００２６】
このように本実施例では、請求項１に対応して、鉄系の原料粉末を成形すると共に焼結してなり面圧を受ける部分を有する焼結部品において、前記面圧を受ける部分たる受圧面部３は、原料粉末が還元鉄粉を１５〜５０重量％含むから、面圧強度を向上することができると共に、引張強度などの機械的強度を備えた焼結部品１となる。
【００２７】
前記実験例１〜４の顕微鏡写真を図４に示す。
【００２８】
また、このように本実施例では、請求項２に対応して、前記面圧を受ける部分たる受圧面部３は、全気孔に対する径が５０μｍ以上の気孔の面積比率Ｋが３０％以下であるから、気孔部分が潰れ難くなり、面圧強度に優れたものとなる。
【００２９】
また、このように本実施例では、請求項３に対応して、鉄系の原料粉末を加圧して圧粉体を形成した後、この圧粉体を雰囲気ガス中で焼結する焼結部品１の製造方法において、面圧を受ける部分たる受圧面部３は、原料粉末が還元鉄粉を１５〜５０重量％含むから、面圧強度を向上することができると共に、引張強度などの機械的強度を備えた焼結部品を製造することができる。
【実施例２】
【００３０】
図６及び図７は、本発明の実施例２を示し、上記実施例１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、製造方法の一例を示し、同図に示すように、焼結部品１の本体１Ａと、受圧面部３とを異なる原料粉末から形成し、受圧面部３を含む部分は、実施例１で示した原料粉末から成形し、一方、本体１Ａは、所定の性能を付与する原料粉末の割合とし、例えば、本体１Ａの原料粉末は、還元鉄粉を含まないか、前記受圧面部３より還元鉄粉を少なく含むものであり、したがって、アトマイズ鉄粉を受圧面部３より多く含む原料粉末から形成した本体１Ａは、引張強度が前記受圧面部３より高くなる。
【００３１】
そして、１つの成形方法としては、本体１Ａと受圧面部３の焼結合金をそれぞれ別々に成形し、図６に示すようにそれら焼結合金を一体化して前記焼結部品１を製造し、前記一体化にはロウ付けなどを用いることができる。尚、この場合、図６（Ａ）に示したように、本体１Ａには、受圧面部３が嵌入する凹部４を形成しておくことが好ましく、また、図６（Ｂ）に示したように、本体１Ａには凸部５を形成し、この凸部５が嵌入する凹部６を受圧面部３に形成しておいてもよい。あるいは、本体１Ａと受圧面部３の圧粉体をそれぞれ別々に成形し、それら圧粉体を図６に示したように組み立てた後、焼結して両圧粉体を一体化した焼結部品１を形成してもよい。
【００３２】
また、他の方法としては、図７に示すように、二層粉末成形方法が例示され、圧粉体成形装置の受圧面部３の原料粉末を充填した後、前記本体１Ａの原料粉末を充填し、この後、それら原料粉末を圧縮して圧粉体を成形し、この圧粉体を焼結して前記焼結部品１を形成する。
【００３３】
このように本実施例では、受圧面部３と本体１Ａとを異なる原料粉末を用いて成形することにより、受圧面部３と本体１Ａとにそれぞれ必要な性能を付与することができる。また、図６（Ａ）に示したように、本体１Ａの凹部４に受圧面部３が係入したり、受圧面部３の凹部６に、本体１Ａの凸部５が係入したりするから、製造が容易で、受圧面部３と本体１Ａとの一体化が図られる。
【００３４】
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において、種々の変形実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施例１を製造方法を説明する説明図である。
【図２】同上、焼結部品の平面図である。
【図３】同上、限界面圧を測定する測定装置の断面図である。
【図４】同上、焼結部品の顕微鏡写真図である。
【図５】同上、還元鉄粉の量に対する引張強度と限界面圧の関係を示すグラフ図である。
【図６】本発明の実施例２を示す焼結部品の要部の断面図である。
【図７】同上、二層粉末成形方法の場合の焼結部品の要部の断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  焼結部品
２  貫通孔
３  受圧面部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図４】
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