(57)【要約】【課題】高圧時の流体の漏洩の可能性を低下することができ、かつ流体を保持することのできる焼結構造体を提供する。【解決手段】焼結構造体１は、流体を通すための中空部分２を中心軸Ａの部分に有する円筒形状の焼結構造体であって、円筒形状の径方向の法線を有する面において、中空部分２に面する内周面３に存在する気孔の密度よりも気孔の密度が高い高密度面（範囲Ｈに存在する面）を備えている。高密度面は外周面４であってもよいし、内周面３および外周面４に挟まれた面であってもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を通すための中空部分を中心軸部分に有する円筒形状の焼結構造体であって、
前記円筒形状の径方向の法線を有する面において、前記中空部分に面する内周面に存在する気孔の密度よりも気孔の密度が高い高密度面を備えることを特徴とする、焼結構造体。
【請求項２】
前記高密度面は外周面であることを特徴とする、請求項１に記載の焼結構造体。
【請求項３】
前記高密度面は前記内周面および前記外周面に挟まれた面であることを特徴とする、請求項１に記載の焼結構造体。
【請求項４】
滑り軸受を構成する軸受部材として使用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焼結構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結構造体に関し、より特定的には、流体を通すための中空部分を中心軸部分に有する円筒形状の焼結構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
焼結とは、金属粉末などにおいて融点以下の温度で粉末同士がネックの成長により結合する現象である。しかし、Ａｌ系粉末の固相焼結においては、Ａｌ粒子の表面が硬い酸化被膜によって覆われているためにＡｌ粒子同士のネックの成長が思うように進まず、得られる焼結構造体には多量の気孔が発生する。このため、内部に流体を流すパイプなどの用途にＡｌ系金属の焼結構造体が用いられると、パイプ内部の圧力が非常に高い場合に流体の漏洩を起こす可能性も考えられる。すなわち、焼結構造体が多量の気孔を含んでいると、連通した気孔によりパイプ内部から外部へ連通し、高圧時にこの連通した気孔を通じてパイプ内部の流体が外部へ漏洩する可能性も考えられる。
【０００３】
Ａｌ系合金の焼結性を向上し得る技術として、たとえば特公昭６０−３８４４２号公報（特許文献１）には、Ａｌ系粉末としてＣｕ：１．０〜６．０重量％、Ｍｇ：０．２〜２．０重量％、Ｓｉ：２．０重量％以下、残部Ａｌという成分組成を有する混合粉末が開示されている。この混合粉末のようなＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金粉末やＡｌ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金粉末を焼結すると、異成分粒子同士の接触部近辺で共晶溶解による液相が発生し、Ｍｇが蒸発する際にＡｌの酸化被膜を破壊する。その結果、Ａｌ系金属の焼結構造体に発生する気孔の量を少なくすることができる。
【特許文献１】特公昭６０−３８４４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の技術においては、焼結構造体に含まれる気孔の量が少なすぎるため、焼結構造体内部を流れる流体を気孔によって保持することができないという問題があった。すなわち、焼結構造体にある程度の気孔が存在すれば、これらの気孔によって流体（たとえば油や水）が保持される。その結果、流体の気化熱によって温度上昇を抑止することができ、外部に滲み出る流体によって摩擦を低減することができる。このような焼結構造体は摺動部分などに用いることができる。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、高圧時の流体の漏洩の可能性を低下することができ、かつ流体を保持することのできる焼結構造体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の焼結構造体は、流体を通すための中空部分を中心軸部分に有する円筒形状の焼結構造体であって、円筒形状の径方向の法線を有する面において、中空部分に面する内周面に存在する気孔の密度よりも気孔の密度が高い高密度面を備えている。
【０００７】
本発明の焼結構造体によれば、中空部分に面する内周面に存在する気孔の密度が低いので、気孔同士が連通しにくく、パイプ材の内部から外部へ貫通しにくい。このため、高圧力となっても中空部分を流れる流体の漏洩の可能性を低下することができる。また、高密度面には多くの気孔が存在しているので、これらの気孔によって中空部分を流れる流体を保持することができる。
【０００８】
本発明の焼結構造体において好ましくは、高密度面は外周面である。これにより、外周面が摺動面となる用途で焼結構造体が使用される場合に、外周面に流体が滲み出やすくなり、外周面の摩擦を一層低減することができる。また、高密度面を内周面から離すことができるので、高圧時の流体の漏洩を一層抑止することができる。
【０００９】
本発明の焼結構造体において好ましくは、高密度面は内周面および外周面に挟まれた面である。これにより、高密度面から外周面までの距離を調整することによって、高圧時において外周面に流体が滲み出る量を調節することができる。
【００１０】
本発明の焼結構造体において好ましくは、滑り軸受を構成する軸受部材として使用される。滑り軸受を構成する軸受部材には摩擦熱による温度上昇を抑止する性能や高潤滑性が要求されるので、本発明の焼結構造体によれば流体を保持することによってこれらの要求に応えることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の焼結構造体によれば、流体の漏洩の可能性を低下することができ、かつ流体を保持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における焼結構造体の構造を模式的に示す断面図である。図１を参照して、本実施の形態における焼結構造体１は円筒形状であり、流体を通すための中空部分２を中心軸Ａの部分に有している。また、焼結構造体１は中空部分２に面する内周面３と、外周面４とを有している。焼結構造体１の内部には複数の気孔５が存在している。
【００１３】
なお、焼結構造体１はたとえばＡｌと、Ａｌに液晶を生じさせるような金属とを含む合金よりなっている。具体的には、たとえばＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金、またはＡｌ−Ｍｇ系合金などよりなっている。焼結構造体１を構成する材料は、内周面３側と外周面４側とで互いに異なっていてもよい。
【００１４】
焼結構造体１においては、径方向の法線を有する面（断面）に存在する気孔の密度が径方向において変化している。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った径方向の法線を有する面における、気孔の密度分布を示す図である。図２を参照して、気孔の密度は、内周面３において最も低くなっており、内周面３から径方向のほぼ中間の位置まで、最低値のままで一定になっている。そして径方向のほぼ中間の位置において急激に増加して最高値に到達しており、径方向のほぼ中間の位置から外周面４までは、最高値のままで一定となっている。すなわち、気孔の密度は、径方向のほぼ中間の位置から外周面４までの範囲Ｈにおいて、内周面３に存在する気孔の密度よりも高くなっている。範囲Ｈは径方向の法線を有する面の集合である。
【００１５】
ここで、面（断面）に存在する気孔の密度は以下のように算出される。図３は、焼結構造体における径方向の法線を有する面に存在する気孔を模式的に示す断面図である。図３を参照して、径方向の法線を有する面（断面）６の表面粗さは、断面を得るために使用された切断工具の精度や、焼結構造体の成形時に使用される金型の表面粗さなどによって規定される。そして、面６の表面粗さを越えるような凹部５ａ〜５ｃが面６に存在する気孔と規定される。面６の気孔の密度は、顕微鏡観察によって面６における一定面積内に存在する気孔の数を数え、この気孔の数を面積の値で割ることによって算出される。
【００１６】
次に、本実施の形態における焼結構造体の製造方法について、図４〜図８を用いて説明する。
【００１７】
始めに図４および図５を参照して、たとえば２種類の金属粉末３１および３２を準備し、金型に配置する。金属粉末３１としては、焼結体を作製した場合に気孔の発生の少ないものが使用される。具体的には、６０〜９５質量％のＡｌ粉末と、１質量％以上のＡｌ−２８〜４０質量％Ｃｕ合金粉末と、１質量％以上のＡｌ−６〜２０質量％Ｍｇ合金粉末とを含む混合粉末が使用される。また、これ以外のＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金粉末を用いてもよい。さらに、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金粉末や、Ａｌ−Ｍｇ系合金粉末や、Ｆｅ系粉末などを使用してもよい。金属粉末３２としては、焼結体を作製した場合に金属粉末３１の焼結体よりも多量に気孔を発生させるものが使用される。たとえば金属粉末３１としてＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金やＡｌ−Ｍｇ系合金やＡｌ−Ｃｕ系合金などが使用される場合には、Ａｌに液相を生じさせる金属（たとえばＭｇやＣｕ）の添加量が金属粉末３２よりも少ないＡｌ系合金を使用することができる。また、金属粉末３２としては上記Ａｌ系合金の他、Ｆｅ系合金も使用することもできる。なお、金属粉末３１および３２に潤滑材を添加してもよい。
【００１８】
金型装置は、金属粉末３１および３２が投入される加圧空間２１ａを規定するダイ２１および下パンチ２２と、ダイ２１の上方に配置された上パンチ２３と、仕切り板２４とを備えている。加圧空間２１ａは焼結構造体１の概略形状で形成されており、加圧空間２１ａの径方向の中間部分における下パンチ２２上に仕切り板２４が配置されている。仕切り板２４は円筒形状を有しており、非常に薄いことが好ましい。
【００１９】
この金型装置において、加圧空間２１ａの上部より投入することによって金属粉末３１および３２を加圧空間２１ａ内に配置する。この際、金属粉末３１を加圧空間２１ａにおける仕切り板２４よりも内径側の空間へ配置し、金属粉末３２を加圧空間２１ａにおける仕切り板２４よりも外径側の空間へ配置する。その後、仕切り板２４を垂直上方に引き上げて取り出し、図６に示すように加圧空間２１ａ内に金属粉末３１および３２のみを配置する。
【００２０】
続いて図７を参照して、上パンチ２３を下方へ移動させ、下パンチ２２を上方に移動させ、加圧空間２１ａに配置された金属粉末３１および３２を圧縮成形する。圧縮成形はたとえば４〜６ｔ／ｃｍ2の圧力で行なわれる。
【００２１】
続いて、図８を参照して、上パンチ２３を最初の位置まで引き上げ、下パンチ２２の上面をダイ２１の上面の高さまで移動させ、圧縮成形によって得られた成形体３３を取り出す。成形体３３は焼結構造体１の概略形状を有しており、径方向の中間の位置よりも内径側が金属粉末３１によって構成されており、径方向の中間の位置よりも外径側が金属粉末３２によって構成されている。
【００２２】
続いて、成形体３３を焼結して焼結構造体１を得る。たとえばＡｌ系合金粉末を使用した場合には、５７０〜５８０℃の温度の窒素雰囲気で焼結が行なわれる。以上の工程により、焼結構造体１が完成する。
【００２３】
本実施の形態における焼結構造体１は、流体を通すための中空部分２を中心軸Ａの部分に有する円筒形状の焼結構造体であって、円筒形状の径方向の法線を有する面において、中空部分２に面する内周面３に存在する気孔の密度よりも気孔の密度が高い高密度面（範囲Ｈに存在する面）を備えている。
【００２４】
本実施の形態における焼結構造体１によれば、中空部分２に面する内周面３に存在する気孔の密度が低いので、気孔５同士が連通しにくく、内部から外部へ貫通しにくい。このため、高圧力となっても中空部分２を流れる流体の漏洩の可能性を低下することができる。
【００２５】
また、図９を参照して、高密度面には多くの気孔５が存在しているので、中空部分２を流れる流体９のうち少量の流体９が気孔５を通じて焼結構造体１内に浸入し、高密度面に存在する気孔５に保持される。この流体９の流れを矢印Ｃで示す。このように、流体９が気孔５に保持されることによって、焼結構造体１がたとえば摺動部分などに使用される場合に、摩擦熱による焼結構造体１の温度上昇を流体９の気化熱によって抑止することができる。また、気孔５に保持された流体９は、経時により外周面４に滲み出る。この流体９の流れを矢印Ｄで示す。このように、流体９が外周面４に滲み出ることによって、焼結構造体１がたとえば摺動部分などに使用される場合に、外周面の摩擦を低減することができる。
【００２６】
本実施の形態における焼結構造体１において、高密度面は外周面４である。これにより、外周面４が摺動面となる用途で焼結構造体１が使用される場合に、外周面４に流体が滲み出やすくなり、外周面４の摩擦を一層低減することができる。また、高密度面を内周面３から離すことができるので、高圧時に懸念される流体の漏洩を一層抑止することができる。
【００２７】
（実施の形態２）
図１０は、本発明の実施の形態２における焼結構造体の構造を模式的に示す断面図である。図１１は、図１０のＸＩ−ＸＩ線に沿った気孔の密度分布を示す図である。図１０および図１１を参照して、本実施の形態の焼結構造体１０は、気孔の密度の分布が実施の形態１の場合と異なっている。焼結構造体１０における気孔の密度は、内周面３において最も低くなっており、内周面３から焼結構造体１０の厚みのほぼ４分の１の位置Ｅまで、最低値のままで一定になっている。そして位置Ｅにおいて急激に増加して最高値に到達しており、内周面３から内周面３からほぼ４分の３の位置Ｆまでは、最高値のままで一定となっている。その後位置Ｆにおいて急激に減少して最低値に到達し、位置Ｆから外周面４までは最低値のままで一定となっている。すなわち、気孔の密度は、径方向における位置Ｅから位置Ｆまでの範囲Ｈにおいて、内周面３に存在する気孔の密度よりも高くなっている。範囲Ｈは内周面３および外周面４に挟まれた面の集合であり、内周面３および外周面４を含んでいない。
【００２８】
次に、本実施の形態における焼結構造体の製造方法について説明する。
図１２は、本発明の実施の形態２における焼結構造体の製造方法を説明するための断面図である。図１２を参照して、始めに、円筒形状を有する成形体３３ａおよび成形体３３ｂを作製する。成形体３３ａの外径は、成形体３３ｂの内径とほぼ同じ寸法とされている。ここで、成形体３３ａは実施の形態１の成形体３３と同様の構造を有しており、成形体３３ｂは実施の形態１の成形体３３とは金属粉末の配置が真逆である構造を有している。すなわち、成形体３３ａは、内周面３ａ側が金属粉末３１により構成されており、外周面４ａ側が金属粉末３２により構成されている。一方成形体３３ｂは、内周面３ｂ側が金属粉末３２により構成されており、外周面４ｂ側は金属粉末３１により構成されている。
【００２９】
続いて、成形体３３ａと成形体３３ｂとを組み合わせる。すなわち、成形体３３ａを成形体３３ｂの中空部分に配置し、成形体３３ａの外周面４ａと成形体３３ｂの内周面３ｂとを接触させる。その後、組み合わせた成形体３３ａおよび３３ｂを焼結する。以上の工程により、焼結構造体１０が完成する。
【００３０】
本実施の形態における焼結構造体１０によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
加えて、高密度面は径方向において内周面３および外周面４に挟まれた面であるので、高密度面から外周面４までの距離を調整することによって外周面４に流体が滲み出る量を調節することができる。
【００３２】
実施の形態１および２の焼結構造体は、たとえば滑り軸受を構成する軸受部材として使用することができる。図１３は、本発明の焼結構造体を滑り軸受を構成する軸受部材に適用した場合を示す断面図である。図１３を参照して、焼結構造体１（または焼結構造体１０）の中空部分２には、液体４２が通されている。焼結構造体１の外周には円筒形状の外輪４１が配置されており、焼結構造体１の外周面４と外輪４１の内周面４１ａとによってラジアル滑り軸受面が構成されている。この滑り軸受においては、中空部分２を流れる流体４２が焼結構造体１の気孔に保持され、気孔から外周面４に滲み出る。その結果、焼結構造体１の外周面４と外輪４１の内周面４１ａとの間の摩擦を流体４２によって低減することができる。また、焼結構造体１の外周面４と外輪４１の内周面４１ａとの間に発生する摩擦熱による滑り軸受の温度上昇を流体４２の気化熱によって低減することができる。
【００３３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の焼結構造体は、摺動部分の摩擦および温度上昇の抑制に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態１における焼結構造体の構造を模式的に示す断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った径方向の法線を有する面における、気孔の密度分布を示す図である。
【図３】焼結構造体における径方向の法線を有する面に存在する気孔を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１において使用される金型装置に金属粉末を配置した様子を示す平面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１において仕切り板を取り外した後の様子を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１において金属粉末を圧縮成形する様子を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１において成形体を取り出す様子を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態１における流体の移動を説明するための断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態２における焼結構造体の構造を模式的に示す断面図である。
【図１１】図１０のＸＩ−ＸＩ線に沿った気孔の密度分布を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態２における焼結構造体の製造方法を説明するための断面図である。
【図１３】本発明の焼結構造体を滑り軸受を構成する軸受部材に適用した場合を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１，１０  焼結構造体、２  中空部分、３，３ａ，３ｂ，４１ａ  内周面、４，４ａ，４ｂ  外周面、５  気孔、５ａ〜５ｃ  凹部、６  面（断面）、９，４２  流体、２１  ダイ、２１ａ  加圧空間、２２  下パンチ、２３  上パンチ、２４  仕切り板、３１，３２  金属粉末、３３，３３ａ，３３ｂ  成形体、４１  外輪。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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