(57)【要約】      （修正有）【課題】特殊な装置を用いることなく、圧粉体の密度を向上することができる粉体金属成形用組成物、金属焼結体、動力伝達部品を提供する。【解決手段】粉体金属成形用組成物１は、鉄元素を含む材料からなる粉体２と、粉体の少なくとも一部を覆う有機物３と、粉体２と有機物３との間に形成された錯体４とを備えている。有機物３は、たとえば複数のＯＨ基を有するフラボノイド類である。フラボノイド類は、たとえばカテキン類である。【選択図】図１
2013170297.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄元素を含む材料からなる粉体と、
前記粉体の少なくとも一部を覆う有機物と、
前記粉体と前記有機物との間に形成された錯体とを備えた、粉体金属成形用組成物。
【請求項２】
前記有機物がフラボノイド類である、請求項１に記載の粉体金属成形用組成物。
【請求項３】
前記フラボノイド類がカテキン類である、請求項２に記載の粉体金属成形用組成物。
【請求項４】
前記粉体の一次粒子径が１０μｍ以下の微粉末である、請求項１〜３のいずれかに記載の粉体金属成形用組成物。
【請求項５】
前記粉体の一次粒子径が６μｍ以下の微粉末である、請求項１〜４のいずれかに記載の粉体金属成形用組成物。
【請求項６】
前記有機物を溶媒に溶かした溶液が前記粉体の表面に塗布された後、前記溶液を乾燥させることで前記有機物に前記粉体が覆われている、請求項１〜５のいずれかに記載の粉体金属成形用組成物。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の粉体金属成形用組成物が焼結された金属焼結体。
【請求項８】
前記粉体金属成形用組成物が造粒されて焼結された、請求項７に記載の金属焼結体。
【請求項９】
真密度比が９５％以上である、請求項７または８に記載の金属焼結体。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれかに記載の金属焼結体によって形成された、動力伝達部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉体金属成形用組成物、金属焼結体および動力伝達部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に鉄粉や鋼粉などの金属粉体を主原料として用いる粉末冶金においては、主原料粉末に焼結体の物性(強度特性および加工特性)を改善するための成分として、合金成分、黒鉛などの粉末が添加混合される。これに潤滑剤が加えられた後、圧縮成形されて圧粉体が形成される。引き続いて圧粉体が焼結されて焼結体が形成される。
【０００３】
通常、金属粉体の成形用滑剤として、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸リチウムなどの有機金属塩が用いられている。また、エチレンビスステアロアミド、ステアリン酸モノアミドなどのアミドワックス、パラフィンワックス、カルナバワックスなどのワックス類が用いられている。また、自己潤滑性を有するポリエチレンおよびポリスチレン、フッ素樹脂などのポリマー、黒鉛などの固体潤滑剤が用いられている。
【０００４】
たとえば、特開２００５−１０５３２３号公報（特許文献１）には、芯材にエチレンビスステアロアミドが用いられる粉末冶金用潤滑剤が開示されている。
【０００５】
また、粉末冶金技術として、金型温間成形技術および金型潤滑温間成形技術が提案されている。たとえば、特開平５−２７１７０９号公報（特許文献２）には、金型温間成形技術が開示されている。また、たとえば、特開平２００１−２９４９０２号公報（特許文献３）には、金型潤滑温間成形技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１０５３２３号公報
【特許文献２】特開平５−２７１７０９号公報
【特許文献３】特開平２００１−２９４９０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
滑剤には、粉体の型への充填の際の流れ性、成形時の型と粉との間および粉と粉との間の潤滑性の付与、型からの取り出し時の離型性の付与が求められる。
【０００８】
ステアリン酸亜鉛などの有機金属塩は、型温を特定の温度範囲に制御することで、上記潤滑性と離型性とを付与できる特徴があるため、広く使われてきた。しかしながら、近年、有機金属由来の金属による焼結炉の汚染が問題となっている。そのため、ワックス系の滑剤が使用され始めている。
【０００９】
しかしながら、ワックス系の滑剤では、通常、上記潤滑性と離型性とを共に付与することが困難なため、複数種類のワックスが混合されて使用されている。このことから滑剤の配合量が有機金属塩を用いる場合と比べて多く必要になる場合が多いため、圧粉体密度を向上し難くなる。このため、ワックス系の滑剤を高密度焼結金属体の製造に適用するのは困難である。
【００１０】
またこれらの課題を改善するために提案されている金型温間成形および金型潤滑温間成形では、特殊な設備が必要になるという問題がある。
【００１１】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、特殊な装置を用いることなく、圧粉体の密度を向上することができる粉体金属成形用組成物、金属焼結体、動力伝達部品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の粉体金属成形用組成物は、鉄元素を含む材料からなる粉体と、粉体の少なくとも一部を覆う有機物と、粉体と有機物との間に形成された錯体とを備えている。鉄元素を含む材料からなる粉体と有機物との間に形成された錯体によって潤滑性と離型性とを向上させることができる。有機物を鉄元素を含む材料からなる粉体の表面に塗布することで錯体を形成することができるため、有機物の添加量を少量にすることができる。そのため、有機物からなる滑剤の配合量を少量にすることができる。このため、圧粉体の密度を向上することができる。また、有機物を鉄元素を含む材料からなる粉体の表面に塗布することで錯体を形成することができるため、特殊な装置を用いずに圧粉体の密度を向上することができる。また、粉体が鉄元素を含む材料からなるため、粉体をフラボノイド類により錯体化しやすくすることができる。
【００１３】
上記の粉体金属成形用組成物において好ましくは、有機物がフラボノイド類である。このため、鉄元素を含む材料からなる粉体に対し錯体を形成することができる。
【００１４】
上記の粉体金属成形用組成物において好ましくは、フラボノイド類がカテキン類である。
【００１５】
上記の粉体金属成形用組成物において好ましくは、粉体の一次粒子径が１０μｍ以下の微粉末である。粉体の一次粒径が１０μｍ以下の微粉末では、そのままでは流動性が悪いため金型への粉体投入、均一充填が困難である。そして、従来の滑剤では粒径の問題から均一混合が難しいため成形時の潤滑性および離型性が悪くなり易い。本発明の粉体金属成形用組成物は、主成分金属粉体の一次粒径が１０μｍ以下の微粉末でも潤滑性および離型性を確保することができる。つまり、本発明の粉体金属成形用組成物は、粉体の一次粒径が１０μｍ以下の微粉末に有効に利用できる。
【００１６】
上記の粉体金属成形用組成物において好ましくは、粉体の一次粒子径が６μｍ以下の微粉末である。本発明の粉体金属成形用組成物は、粉体の一次粒径が６μｍ以下の微粉末に有効に利用できる。これにより、さらに高密度化を達成することができる。
【００１７】
上記の粉体金属成形用組成物において好ましくは、有機物を溶媒に溶かした溶液が粉体の表面に塗布された後、溶液を乾燥させることで有機物に粉体が覆われている。
【００１８】
本発明の金属焼結体は、上記の粉体金属成形用組成物が焼結されている。このため、特殊な装置を用いずに金属焼結体の密度を向上することができる。
【００１９】
上記の金属焼結体において好ましくは、粉体金属成形用組成物が造粒されて焼結されている。有機物をバインダとして利用し、粉体金属成形用組成物を造粒することで、粉体の流動性を確保することができる。
【００２０】
上記の金属焼結体において好ましくは、真密度比が９５％以上である。上記の粉体金属成形用組成物を用いることで高密度焼結体を簡易に得ることができる。
【００２１】
本発明の動力伝達部品は、上記の金属焼結体よりなる。上記の金属焼結体では、破壊の起点となる孔量が少ないだけではなく、孔径も小さくなることから、高強度、高弾性率、高疲労特性が求められる動力伝達部品に上記の金属焼結体を好適に利用することができる。特に、粉体金属成形用組成物の流動性も良好なことから、歯車などの複雑形状の動力伝達部品に特に好適に上記の金属焼結体を利用可能である。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように、本発明によれば、特殊な装置を用いることなく、圧粉体の密度を向上することができる粉体金属成形用組成物、金属焼結体、動力伝達部品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施の形態における粉体金属成形用組成物の概略断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態におけるギアの概略斜視図である。
【図３】本発明の一実施の形態におけるカムの概略斜視図である。
【図４】本発明の一実施の形態の動力伝達部品の製造方法を示す概略図である。
【図５】本発明の一実施の形態における粉体金属成形用組成物の粉体が浸漬処理された後に乾燥されて有機物が粉体に配合された状態を示す概略断面図である。
【図６】本発明の一実施の形態の圧粉体の概略断面図である。
【図７】本発明の一実施の形態の焼結体の概略平面図である。
【図８】本発明の一実施の形態の動力伝達部品の製造方法の他の例を示す概略図である。
【図９】実施例１、５、６および比較例１の焼結体密度を比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施の形態について説明する。
最初に本発明の一実施の形態の粉体金属成形用組成物について説明する。
【００２５】
図１を参照して、本発明の一実施の形態の粉体金属成形用組成物１は、鉄元素を含む材料からなる粉体２と、粉体の少なくとも一部を覆う有機物３と、粉体２と有機物３との間に形成された錯体４とを有している。粉体金属成形用組成物１は、鉄元素を含む材料からなる粉体（主成分金属粉体）２に対し錯体４を形成し得る有機物３が配合されたものである。
【００２６】
鉄元素を含む材料からなる粉体（主成分金属粉体）２は、たとえば鉄または鋼である。主成分金属粉体２の一次粒子径は、１０μｍ以下の微粉末であることが好ましい。主成分金属粉体２の一次粒子径が６μｍ以下の微粉末であることがさらに好ましい。
【００２７】
有機物３は、粉体金属成形用滑剤であり、主成分金属粉体２に対し錯体４を形成し得る有機物からなっている。有機物３は、たとえば複数のＯＨ基を有するフラボノイド類である。フラボノイド類は、たとえばカテキン類である。カテキン類として、エピカテキン、エピガロカテキン、これらの没食子酸エステルであるエピカテキンガラート、エピガロカテキンガラートなどが適用され得る。また、フラボノイド類として、その誘導体であるポリフェノールが適用され得る。
【００２８】
錯体４は、鉄元素を含む材料からなる粉体２および有機物３の原子が結合した構造を有している。錯体４は、たとえば鉄とエピカテキンや、鉄とエピカテキンガラートの錯体が適用され得る。
【００２９】
本発明の一実施の形態の粉体金属成形用組成物１は、有機物３を溶媒に溶かした溶液が鉄元素を含む材料からなる粉体２の表面に塗布された後、溶液を乾燥させることで有機物３に鉄元素を含む材料からなる粉体２が覆われていてもよい。有機物３に粉体２の表面のすべてが覆われていてもよい。溶媒としては水が環境上好ましい。
【００３０】
図２および図３を参照して、本発明の一実施の形態の粉体金属成形用組成物１が焼結されて金属焼結体１０が構成されている。金属焼結体１０は、粉体金属成形用組成物１が造粒されて焼結されていてもよい。金属焼結体１０の真密度比が９５％以上であることが好ましい。
【００３１】
本発明の一実施の形態の動力伝達部品１１は金属焼結体１０よりなっている。動力伝達部品１１としては、たとえば図２に示す歯車（ギア）１１ａまたは図３に示すカム１１ｂが適用され得る。
【００３２】
次に本発明の一実施の形態の動力伝達部品の製造方法について説明する。
図４を参照して、まず主成分金属粉体準備工程（Ｓ１０）が実施される。この工程（Ｓ１０）では、動力伝達部品１１の材料として、鉄を主成分とする主成分金属粉体２が準備され、混合される。鉄を主成分とする主成分金属粉体２は、２％Ｎｉ（ニッケル）含有鉄合金、還元鉄粉（純鉄）および還元鉄粉（炭素鋼）が適用され得る。
【００３３】
主成分金属粉体２の一次粒子径の平均粒径（Ｄ５０）は、１０μｍ以下が好ましい。粗い粉末粒度の主成分金属粉体２では、後工程において圧粉体を構成する主成分金属粉体間に大きな空孔ができてしまい、焼結時に十分に空孔が埋まらず、高密度化が達成できない。そのため、微細な主成分金属粉体２が好ましい。平均粒径（Ｄ５０）１０μｍ以下の主成分金属粉体２であれば、焼結時に空孔が十分に埋まるので高密度化を達成することができる。主成分金属粉体２の一次粒子径の平均粒径（Ｄ５０）は、６μｍ以下がさらに好ましい。
【００３４】
続いて、粉体金属成形用組成物形成工程（Ｓ２０）が実施される。この工程（Ｓ２０）では、粉体金属成形用滑剤として主成分金属粉体２に対し錯体４を形成し得る有機物３が配合される。これにより粉体金属成形用組成物１が形成される。たとえば、図５を参照して、有機物３を溶媒に溶かした溶液２０に主成分金属粉体２が浸漬処理されることで溶液２０が主成分金属粉体２の表面に塗布された後、溶液２０を乾燥させることで有機物３が主成分金属粉体２に配合される。有機物３は、たとえばフラボノイド類が適用され得る。フラボノイド類は、たとえばカテキン類が適用され得る。カテキン類の添加量は、たとえば０．５質量％以上４質量％以下であってもよい。
【００３５】
続いて、図４および図６を参照して、プレス成形工程（Ｓ３０）が実施される。この工程（Ｓ３０）では、上記の粉体金属成形用組成物１がプレス成形される。これにより圧粉体３０が形成される。圧粉体作製時のプレス成形圧力は、特に制限はないが、金型の摩耗などによる金型寿命や圧粉体の金型からの抜き出し時の割れ、圧粉体の内部クラック発生の抑制の点から、１０００ＭＰａ以下が好ましい。また、プレス成形圧力が小さすぎると、粉体金属成形用組成物１が変形し難いため、焼結しても高密度化が図られない場合があることから、圧粉体作製時のプレス成形圧力は１００ＭＰａ以上で成形することが好ましい。
【００３６】
次に、図４および図７を参照して、焼結工程（Ｓ４０）が実施される。この焼結工程（Ｓ４０）では、上記の圧粉体が焼成される。これにより金属焼結体１０が形成される。焼結条件として、たとえば、上記の圧粉体が１２５０℃に昇温された後、その温度で１５０分間保持される。
【００３７】
図８を参照して、上記では、粉体金属成形用組成物形成工程（Ｓ２０）に続いてプレス成形工程（Ｓ３０）が実施される場合について説明したが、粉体金属成形用組成物形成工程（Ｓ２０）に続いて造粒工程（Ｓ５０）が実施された後、プレス成形工程（Ｓ３０）、焼結工程（Ｓ４０）が実施されてもよい。この場合、造粒工程（Ｓ５０）では、上記の主成分金属粉体２が造粒される。これにより造粒粉が形成される。そして、プレス成形工程（Ｓ３０）で、この造粒粉がプレス成形される。これにより圧粉体（圧粉体）が形成される。この場合には、上記の主成分金属粉体２を造粒することにより、金型内での原料粉末の流動性を向上することで、成形性を確保することができる。
【００３８】
また、上記の焼結工程（Ｓ４０）に続いて、焼入れ工程（Ｓ６０）が実施されてもよい。この工程（Ｓ６０）では、上記の金属焼結体１０に焼入れ処理が施される。これにより金属焼結体１０に高い表面硬度を付与することができる。よって耐摩耗性を向上することができる。さらに焼入れ工程に続いて焼戻し工程（Ｓ７０）が実施されてもよい。この工程では、上記の焼入れされた金属焼結体１０に焼戻し処理が施される。これにより、金属焼結体１０に高い靭性を付与することができる。よって変形性を向上することができる。
【００３９】
次に、本発明の一実施の形態の作用効果について説明する。
本発明の一実施の形態の粉体金属成形用組成物１は、鉄元素を含む材料からなる粉体２と粉体の少なくとも一部を覆う有機物３との間に形成された錯体４とを備えている。鉄元素を含む材料からなる粉体２と有機物３との間に形成された錯体４によって潤滑性と離型性とを向上させることができる。有機物３を鉄元素を含む材料からなる粉体２の表面に塗布することで錯体４を形成することができるため、有機物３の添加量を少量にすることができる。そのため、有機物３からなる滑剤の配合量を少量にすることができる。このため、圧粉体３０の密度を向上することができる。また、有機物３を鉄元素を含む材料からなる粉体２の表面に塗布することで錯体４を形成することができるため、特殊な装置を用いずに圧粉体３０の密度を向上することができる。また、粉体２が鉄元素を含む材料からなるため、粉体２をフラボノイド類により錯体化しやすくすることができる。
【００４０】
また、粉体金属成形用組成物１によれば、有機物３がフラボノイド類であるため、鉄元素を含む材料からなる粉体２に対し錯体４を形成することができる。鉄元素を含む材料からなる粉体２が鉄または鋼である場合、粉体２を錯体化しやすくすることができる。
【００４１】
また、粉体金属成形用組成物１によれば、フラボノイド類がカテキン類であることが好ましい。
【００４２】
また、粉体金属成形用組成物１によれば、鉄元素を含む材料からなる粉体２の一次粒子径が１０μｍ以下の微粉末であることが好ましい。粉体２の一次粒径が１０μｍ以下の微粉末では、そのままでは流動性が悪いため金型への粉体投入、均一充填が困難である。そして、従来の滑剤では粒径の問題から均一混合が難しいため成形時の潤滑性および離型性が悪くなり易い。本発明の粉体金属成形用組成物１は、粉体２の一次粒径が１０μｍ以下の微粉末でも潤滑性および離型性を確保することができる。つまり、本発明の粉体金属成形用組成物１は、粉体２の一次粒径が１０μｍ以下の微粉末に有効に利用できる。
【００４３】
また、粉体金属成形用組成物１によれば、鉄元素を含む材料からなる粉体２の一次粒子径が６μｍ以下の微粉末であることが好ましい。本発明の一実施の形態の粉体金属成形用組成物１は、粉体２の一次粒径が６μｍ以下の微粉末に有効に利用できる。これにより、さらに高密度化を達成することができる。
【００４４】
また、粉体金属成形用組成物１によれば、有機物３を溶媒に溶かした溶液２０が鉄元素を含む材料からなる粉体２の表面に塗布された後、溶液２０を乾燥させることで有機物３が配合されている。有機物３を溶媒に溶かした溶液２０を鉄元素を含む材料からなる粉体２の表面に塗布することで錯体４を形成することができるため、有機物３の添加量を少量にすることができる。
【００４５】
本発明の一実施の形態の金属焼結体１０は、上記の粉体金属成形用組成物１が焼結されているため、特殊な装置を用いずに金属焼結体１０の密度を向上することができる。
【００４６】
また、金属焼結体１０によれば、粉体金属成形用組成物１が造粒されて焼結されているため、有機物３をバインダとして利用し、粉体金属成形用組成物１を造粒することで、鉄元素を含む材料からなる粉体２の流動性を確保することができる。
【００４７】
また、金属焼結体１０によれば、真密度比が９５％以上である。上記の粉体金属成形用組成物１を用いることで高密度焼結体を簡易に得ることができる。
【００４８】
本発明の一実施の形態の動力伝達部品１１は、上記の金属焼結体１０よりなる。上記の金属焼結体１０では、破壊の起点となる孔量が少ないだけではなく、孔径も小さくなることから、高強度、高弾性率、高疲労特性が求められる動力伝達部品１１に上記の金属焼結体１０を好適に利用することができる。特に、粉体金属成形用組成物１の流動性も良好なことから、歯車１１ａおよびカム１１ｂなどの複雑形状の動力伝達部品１１に特に好適に上記の金属焼結体１０を利用可能である。
【実施例】
【００４９】
以下、実施例について説明する。
表１に示す材料および試験片作成条件において、本発明の実施例として実施例１〜実施例６の試験片を作成し、比較例として比較例１および比較例２の試験片を作成した。
【００５０】
【表１】
2013170297.tif 000003
【００５１】
実施例１〜実施例６、比較例１および比較例２のそれぞれについて、表１に示す材質の原料粉末を、各所定量のカテキンを溶かした水溶液に浸漬処理した後、十分乾燥させてカテキン添加金属粉末を製作した。このカテキン添加金属粉末を用いて試験片を成形した。外径φ１２ｍｍ×内径φ６ｍｍの金型を用いて各所定の成形圧力にて、幅８ｍｍの円筒型試験片を成形した。成形した試験片について焼成処理を施し、焼結後の試験片の密度を測定した。なお、焼成条件はアンモニア分解ガス雰囲気で１２５０℃において１５０分加熱した。
【００５２】
これらの試験結果を表２に示す。
【００５３】
【表２】
2013170297.tif 000004
【００５４】
カテキン塗布処理を施していない比較例２は、塑性変形性の乏しい炭素鋼でかつ平均粒径４μｍの微粉末であるため、金型からの抜き出し時に応力開放等により自壊し、保形できなかった。比較例１は成形可能であったが、実施例１と同条件で焼成したにも関わらず、焼結体密度は７．０ｇ／ｃｍ3までしか到達しなかった。これに対し、実施例１は焼結体密度７．２ｇ／ｃｍ3に達した。また、実施例２〜６ではそれぞれ焼結体密度が７．６ｇ／ｃｍ3、７．５ｇ／ｃｍ3、７．５ｇ／ｃｍ3、７．４ｇ／ｃｍ3、７．６ｇ／ｃｍ3になった。実施例１、５、６および比較例１の焼結体密度を比較したグラフを図９に示す。
【００５５】
また、実施例１〜６ではそれぞれ真密度比が９２％、９７％、９５％、９５％、９５％、９７％になった。一方、比較例１の真密度比は９０％になった。
【００５６】
実施例１〜６では、カテキンを塗布することによって焼結性が向上し、高密度化を達成することができた。また、通常では成形が困難な微粉末でもカテキンを塗布することによって成形することができた。
【００５７】
また、作製した試験片のうち実施例１および比較例１について、円周方向から圧縮する圧環試験を行った。ストローク速度は１ｍｍ／ｍｉｎとした。この結果、比較例１は粗大な空孔の影響で脆性的に破壊したが、実施例１は塑性変形したものの破壊には至らなかった。
【００５８】
今回開示された実施の形態および実施例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を意図される。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、粉体金属成形用組成物、金属焼結体および動力伝達部品に特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【００６０】
１  粉体金属成形用組成物、２  粉体、３  有機物、４  錯体、１０  金属焼結体、１１  動力伝達部品、２０  溶液、３０  圧粉体。
【図１】
2013170297.tif 000005
【図２】
2013170297.tif 000006
【図３】
2013170297.tif 000007
【図４】
2013170297.tif 000008
【図５】
2013170297.tif 000009
【図６】
2013170297.tif 000010
【図７】
2013170297.tif 000011
【図８】
2013170297.tif 000012
【図９】
2013170297.tif 000013