(57)【要約】【課題】使用できる粉末の自由度が高く、かつ高い接合強度を有する焼結拡散接合部品を提供する。【解決手段】先ず、外側圧粉体２および内側圧粉体３を圧縮成形し、それぞれの接合予定面のうち、少なくとも一方をしごいて目潰しを行う。次いで、内側圧粉体３の外径面を外側圧粉体２の内径面に圧入し、その後、全体を焼結することで外側圧粉体２と内側圧粉体３を拡散接合させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
締め代の介在下で焼結拡散接合された外側部材と内側部材とを有する焼結拡散接合部品であって、
外側部材および内側部材の相手側との接合面のうち、少なくとも一方が目潰されていることを特徴とする焼結拡散接合部品。
【請求項２】
接合部空孔率を１６％以下にした請求項１に記載の焼結拡散接合部品。
【請求項３】
外側圧粉体および内側圧粉体を圧縮成形して、それぞれの接合予定面のうち、少なくとも一方に目潰しを行い、
次いで、内側圧粉体の接合予定面を外側圧粉体の接合予定面に圧入し、
その後、全体を焼結することで外側圧粉体と内側圧粉体を拡散接合させることを特徴とする焼結拡散接合部品の製造方法。
【請求項４】
目潰しをしごき加工により行う請求項３に記載の焼結拡散接合部品の製造方法。
【請求項５】
前記しごき加工のしごき代を１０μｍ以上とした請求項４に記載の焼結拡散接合部品の製造方法。
【請求項６】
しごき加工により表面空孔率を１０％以上小さくする請求項４または５に記載の焼結拡散接合部品の製造方法。
【請求項７】
外側圧粉体および内側圧粉体の各接合予定面のうち、目潰しされた面の表面空孔率を４０％以下にする請求項３〜６何れか１項に記載の焼結拡散接合部品の製造方法。
【請求項８】
一対の第一パンチのうちの一方、第一コア、および第一ダイで画成される粉末充填部に充填した原料粉末を、一対の第一パンチで圧縮することにより、外側圧粉体を成形し、
前記一対の第一パンチによる圧縮力を解放した除荷状態で、前記第一コアで前記外側圧粉体の接合予定面をしごくことにより当該接合予定面の目潰しを行い、
その後、外側圧粉体を離型する請求項３〜７何れか１項に記載の焼結拡散接合部品の製造方法。
【請求項９】
前記外側圧粉体からの前記第一コアの抜き取りに伴い、前記第一コアの外周に設けたしごき部と外側圧粉体とを軸方向に相対移動させて外側圧粉体の接合予定面をしごく請求項８に記載の焼結拡散接合部品の製造方法。
【請求項１０】
一対の第二パンチのうちの一方、第二コア、および第二ダイで画成される粉末充填部に充填した原料粉末を、一対の第二パンチで圧縮することにより、内側圧粉体を成形し、
前記一対の第二パンチによる圧縮力を解放した除荷状態で、前記第二ダイで前記内側圧粉体の接合予定面をしごくことにより当該接合予定面の目潰しを行い、
その後、内側圧粉体を離型する請求項３〜９何れか１項に記載の焼結拡散接合部品の製造方法。
【請求項１１】
前記第二ダイからの内側圧粉体の抜き取りに伴い、前記第二ダイの内周に設けたしごき部と内側圧粉体とを軸方向に相対移動させて内側圧粉体の接合予定面をしごく請求項１０に記載の焼結拡散接合部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結拡散接合部材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
粉末冶金法によって製造される焼結体は、金属粉末や固体潤滑剤を含む原料粉末を圧縮成形して圧粉体を形成する圧縮成形工程と、圧粉体を所定の温度で焼結する焼結工程とを経て製造される。圧縮成形工程では、一軸プレス機を用いる場合が多いため、圧粉体がアンダーカット形状を有する場合は圧粉体を金型から取り出すことができない。そのため、粉末冶金法で焼結体を製造する場合、製品の形状が限定されることになる。
【０００３】
アンダーカット形状を有する機械部品を粉末冶金で製作する方法の一例として、焼結拡散接合法が知られている。これは、図１に示すように、孔２ａを有する外側圧粉体２と、軸部３ａを有する内側圧粉体３とを個別に成形し、内側圧粉体３の軸部３ａを外側圧粉体２の孔２ａに圧入した状態で全体を焼結し、圧入部の界面を拡散接合させることにより外側圧粉体２と内側圧粉体３を一体化する手法である。
【０００４】
このように焼結拡散接合法で製作した部品（焼結拡散接合部品）では、組み合わせる二つの圧粉体間の嵌め合い応力が大きくなるほど、焼結時の金属粒子同士のネッキングが促進されて高強度化に有利となる。従って、圧粉体同士の接合力を高めるためには、圧粉体間に大きな締め代を与えて嵌め合い応力を大きくするのが好ましい。この考え方に立脚するものとして、外側部材と内側部材を嵌め合わせて焼結する際に、外側部材の７５０℃以上における熱膨張量が内側部材の熱膨張量よりも小さくなるように外側部材と内側部材の原料粉末を個々に調製する方法が公知である（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３９５４２３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、嵌め合い応力を高めるために内側部材と外側部材の熱膨張量の差を大きくしようとすると、内側部材および外側部材の粉末組成が制約を受けるため、使用できる粉末の自由度に欠けるという問題がある。加えて、内側部材と外側部材の組成が異なるため、焼結後に適切な熱処理を行うことが難しくなる、という問題もある。
【０００７】
また、本発明者の検証により、焼結拡散接合では、図１２に示すように、二部材の接合界面に、接合界面方向に延びる筋状の空孔Ｐが生じ、この筋状の空孔が接合強度の低下を招く要因となることが明らかになった。特許文献１に記載のように、熱膨張量の差を設けるだけでは、この課題を解決することは困難である。
【０００８】
そこで、本発明は、使用できる粉末の自由度が高く、かつ高い接合強度を有する焼結拡散接合部品および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】
【０００９】
外側圧粉体と内側圧粉体の接合界面では、（ｉ）金属粒子同士、（ｉｉ）金属粒子と空孔、（ｉｉｉ）空孔同士、の何れかが対向した状態にある。接合界面の筋状の空孔は、主にｉｉｉの理由（ｉｉの理由で生じる場合もある）で生じる。接合界面に筋状の空孔が存在する場合は、広範囲にわたる当該空孔領域で金属粒子間のネッキングが生じないため、接合強さが低下することになる。また、一般に粉末から圧粉体を成形する際には、粉末の塑性流動性、粉末間の摩擦力、および粉末と金型間の摩擦力等により、必ず空孔が生じる。特に粉末と金型間の摩擦力は、粉末間の摩擦力よりも大きいと考えられ、そのために圧粉体の表面空孔は内部空孔よりも多くなる傾向にある。そのため、接合界面の筋状の空孔も相当の頻度で出現することになる。
【００１０】
以上の検証に基づき、本発明者らは、焼結拡散接合部品の強度向上のため、接合界面に存在する筋状の空孔を極力少なくすべきである、との新たな着想に至った。そして、この着想を具現化するため、圧粉体の段階で二部材の接合予定面の表面空孔率を極力小さくすべきである、との解決手段を見出した。
【００１１】
本発明は、以上の検証を通じて創案されたもので、締め代の介在下で焼結拡散接合された外側部材と内側部材とを有する焼結拡散接合部品であって、外側部材および内側部材の相手側との接合面のうち、少なくとも一方が目潰されていることを特徴とするものである。
【００１２】
このように外側部材および内側部材の接合面（焼結拡散接合後の接合面）のうち、何れか一方または双方が目潰されたものであれば、目潰された面が緻密化して表面空孔が少なくなる。従って、焼結拡散接合部品の接合界面に存在する筋状の空孔を少なくすることができ、外側部材と内側部材の接合強さを高めることが可能となる。また、外側部材と内側部材を製作する際の粉末組成は特に制限されない。さらに両者を共通の原料粉末で形成することができるため、焼結拡散接合後の熱処理工程において熱処理手法が制限されることもない。
【００１３】
以上の作用効果を得るため、接合部空孔率は１６％以下にするのが好ましい。
【００１４】
以上に述べた焼結拡散接合部品は、外側圧粉体および内側圧粉体を圧縮成形して、それぞれの接合予定面のうち、少なくとも一方に目潰しを行い、次いで、内側圧粉体の接合予定面を外側圧粉体の接合予定面に圧入し、その後、全体を焼結して外側圧粉体と内側圧粉体を拡散接合させることにより製造することができる。
【００１５】
接合予定面の目潰しはしごき加工により行うことができる。しごき加工のしごき代は、１０μｍ以上とするのが好ましい。また、このしごき加工により表面空孔率をしごき加工前よりも１０％以上小さくするのが好ましい。また、外側圧粉体および内側圧粉体の各接合予定面のうち、目潰しされた面の表面開孔率（拡散接合前の表面開孔率）は４０％以下にするのが好ましい。
【００１６】
上記の製造方法を実施する際には、一対の第一パンチのうちの一方、第一コア、および第一ダイで画成される粉末充填部に充填した原料粉末を、一対の第一パンチで圧縮することにより、外側圧粉体を成形し、前記一対の第一パンチによる圧縮力を解放した除荷状態で、前記第一コアで前記外側圧粉体の接合予定面をしごくことにより当該接合予定面の目潰しを行い、その後、外側圧粉体を離型する、という手順を採用することができる。
【００１７】
また、一対の第二パンチのうちの一方、第二コア、および第二ダイで画成される粉末充填部に充填した原料粉末を、一対の第二パンチで圧縮することにより、内側圧粉体を成形し、前記一対の第二パンチによる圧縮力を解放した除荷状態で、前記第二ダイで前記内側圧粉体の接合予定面をしごくことにより当該接合予定面の目潰しを行い、その後、内側圧粉体を離型する、という手順も採用することができる。
【００１８】
このような手順を採用することで、外側圧粉体や内側圧粉体の目潰しを成形金型装置内で行うことが可能となる。従って、成形金型装置から外側圧粉体や内側圧粉体を離型した状態で接合予定面の目潰しを行う場合に比べ、製造工程を簡略化して低コスト化を図ることができる。
【００１９】
外側圧粉体からの第一コアの抜き取りに伴い、第一コアの外周に設けたしごき部と外側圧粉体とを軸方向に相対移動させて外側圧粉体の接合予定面をしごくようにするのが好ましい。同様に、第二ダイからの内側圧粉体の抜き取りに伴い、前記第二ダイの内周に設けたしごき部と内側圧粉体とを軸方向に相対移動させて内側圧粉体の接合予定面をしごくようにするのが好ましい。これにより、外側圧粉体や内側圧粉体を離型する際の一連の離型動作の実施途中にそれぞれの接合予定面全域にしごき加工を施すことが可能となり、生産効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、使用できる粉末の自由度が高く、かつ高い接合強度を有する焼結拡散接合部品を提供することができる。従って、焼結拡散接合部品の低コスト化、さらには高強度化を達成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】焼結拡散接合部品の製造工程を示す断面図である。
【図２】圧粉体を成形するための成形金型装置を模式的に示す断面図であって、粉末充填部に原料粉末を充填した状態を示す図である。
【図３】図２に示す成形金型装置において、原料粉末が圧縮されている状態を示す断面図である。
【図４】図２に示す成形金型装置において、圧縮力が解放された除荷状態を示す断面図である。
【図５】図２に示す成形金型装置において、圧粉体にしごき加工を施している状態を示す断面図である。
【図６】内側圧粉体を成形する成形金型装置を示す断面図である。
【図７】図６に示す成形金型装置において、圧粉体にしごき加工を施している状態を示す拡大断面図である。
【図８】（ａ）図はスプラングバックによる外側圧粉体の変形態様を示す断面図であり、（ｂ）図はスプリングバックによる内側圧粉体の変形態様を示す断面図である。
【図９】比較例と実施例の比較試験結果を示す図である。
【図１０】比較例と実施例の比較試験結果を示す図である。
【図１１】焼結拡散接合部品の接合界面近傍を示す顕微鏡写真である。
【図１２】焼結拡散接合部品の接合界面近傍を示す顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、焼結拡散接合部品１は、外側圧粉体２と内側圧粉体３とを焼結拡散接合により接合して一体化したものである。図示例の外側圧粉体２は円筒状をなし、内側圧粉体３は軸部３ａおよびフランジ部３ｂを備えた中空の段付き円筒状をなす。内側圧粉体３の軸部３ａを外側圧粉体２の孔２ａに圧入し、その状態で全体を焼結して両者を拡散接合することにより、外側圧粉体２に相当する形状を有する外側部材２’と、内側圧粉体３に相当する形状を有する内側部材３’とを一体化させた焼結拡散接合部品１が得られる。この焼結拡散接合部品１は、軸部３ａが内側部材３’のフランジ部３ｂおよび外側部材２’よりも小径となったアンダーカット形状を有する。焼結拡散接合部品１は、例えばギヤ等の機械部品やすべり軸受等として使用可能であるが、図１は、その一例として、外側部材２の外周に歯面２ｂを有するギヤとして用いる場合を例示している。
【００２３】
外側圧粉体２および内側圧粉体３は、それぞれ別の成形金型装置１０（図２参照），３０（図６参照）を使用して原料粉末から圧縮成形される。以下、外側圧粉体２の圧縮成形工程を図２〜図５に基づいて説明し、内側圧粉体３の圧縮成形工程を図６および図７に基づいて説明する。
【００２４】
外側圧粉体２の圧縮成形工程では、図２に示す成形金型装置１０を用いて金属粉末を主原料とした原料粉末を圧縮成形する。成形金型装置１０は、段付き軸状のコア１１（第一コア）と、その外径側に配置された円筒状のダイ１２（第一ダイ）と、下パンチ１３および上パンチ１４（一対の第一パンチ）とを備える。下パンチ１３および上パンチ１４は、上下に相対移動可能に同軸配置されている。
【００２５】
コア１１は、外側圧粉体２の内径面を成形する円筒面状の成形部１１ａと、成形部１１ａの下方に設けられ、当該コア１１を外側圧粉体２から抜き取る際に外側圧粉体２の内径面と摺動するしごき部１１ｂとを有する。しごき部１１ｂの最大外径寸法ｄ２は、成形部１１ａの外径寸法ｄ１よりも大きい。本実施形態のしごき部１１ｂは、下側に向けて徐々に拡径したテーパ面状の上しごき部１１ｂ１と、上端が上しごき部１１ｂ１の下端に繋がり、径一定で軸方向に延びた円筒面状の下しごき部１１ｂ２とを有する。
【００２６】
この成形金型装置１０を用いて外側圧粉体２を成形する際には、まず、図２に示すように、コア１１の成形部１１ａ、ダイ１２の内径面１２ａ、および下パンチ１３の上端面１３ａ、で円筒状の粉末充填部１５を画成する。このとき、コア１１に設けたしごき部１１ｂは、その全体が下パンチ１３の内周に配置されている。従って、粉末充填部１５を画成した状態で、下パンチ１３の内径面の上側領域とこれに対向するコア１１の外径面との間には、コア１１を下パンチ１３に対して相対移動可能とするために通常設けられる径方向隙間よりも、隙間幅が大きい径方向隙間が存在する。
【００２７】
次に、粉末充填部１５に原料粉末Ｍを充填する。原料粉末Ｍとしては、金属粉末を主原料としたものを使用する。原料粉末Ｍには必要に応じて黒鉛粉末を添加することもできる。また、原料粉末には、成形助剤、固体潤滑剤等の各種充填剤が添加される。
【００２８】
粉末充填部１５に原料粉末Ｍを充填した後、図３に示すように、上パンチ１４を下パンチ１３に対して相対的に接近移動させ、原料粉末Ｍを両パンチ１３，１４で圧縮する。これにより、原料粉末Ｍが、コア１１の外周に設けた円筒面状の成形部１１ａ、ダイ１２の円筒面状の内径面１２ａ、下パンチ１３の上端面１３ａ、および上パンチ１４の下端面１４ａに押し付けられ、円筒状の外側圧粉体２が成形される。
【００２９】
原料粉末Ｍを圧縮して外側圧粉体２を成形した後、上パンチ１４を下パンチ１３に対して相対的に離反移動させる（例えば上パンチ１４を上昇させる）。上パンチ１４と下パンチ１３の相対的な離反移動が僅かに進展し、外側圧粉体２に対する上下のパンチ１３，１４による圧縮力が解放された除荷状態になったところで、上パンチ１４と下パンチ１３の相対的な離反移動を停止する。
【００３０】
上記の除荷状態になると、外側圧粉体２の内径面がスプリングバックによって拡径し、外側圧粉体２の内径面とコア１１の成形部１１ａとの接触状態が解かれる。これにより、図４に示すように、互いに対向する外側圧粉体２の内径面とコア１１の成形部１１ａとの間に径方向隙間ｘが形成される。この時、外側圧粉体２の内径面は、下パンチ１３および上パンチ１４の各内径面よりも小径となる。この状態で、図５に示すように、上パンチ１４と下パンチ１３を静止させたままでコア１１を上昇移動させ、コア１１を外側圧粉体２から抜き取る。しごき部１１ｂの外径寸法ｄ２は、外側圧粉体２に生じるスプリングバックの量を見越して、スプリングバック後の外側圧粉体２の内径寸法よりも大きく設定されている。従って、コア１１の上昇移動により、コア１１のしごき部１１ｂが外側圧粉体２の内径面と軸方向に摺動する。コア１１を外側圧粉体２から離脱するまで上昇移動させることで、外側圧粉体２の内径面全域がしごかれて当該内径面（接合予定面）の目潰しが行われる。
【００３１】
上記のしごき加工時には、コア１１は、外側圧粉体２に対して上昇移動するのと同時に、下パンチ１３および上パンチ１４に対しても上昇移動する。この時のコア１１の円滑な上昇移動を担保するため、しごき部１１ｂの外径寸法ｄ２は下パンチ１３および上パンチ１４の内径寸法ｄ３（図５参照）よりも小さくする。
【００３２】
コア１１のしごき部１１ｂによるしごき加工が完了し、外側圧粉体２からコア１１が完全に抜き取られた後、下パンチ１３および上パンチ１４をダイ１２に対して上昇移動させて外側圧粉体２を離型する。下パンチ１３と上パンチ１４は、一体的に上昇移動させても良いし、上パンチ１４→下パンチ１３の順で上昇移動させても良い。
【００３３】
次に、内側圧粉体３の圧縮成形工程を図６および図７に基づいて説明する。なお、説明の便宜のため、図６および図７では、内側圧粉体３の形状を、図１に示す内側圧粉体３の形状と異なる形状（軸方向で径同一の円筒形状）としている。
【００３４】
内側圧粉体３の圧縮成形工程では、図６に示す成形金型装置３０を用いて金属粉末を主原料とした原料粉末を圧縮成形する。成形金型装置３０は、軸状のコア３１（第二コア）と、その外径側に配置され、軸方向で内径寸法を異ならせた略円筒状のダイ３２（第二ダイ）と、下パンチ３３および上パンチ３４（一対の第二パンチ）とを備える。下パンチ３３および上パンチ３４は、上下に相対移動可能に同軸配置されている。
【００３５】
コア３１は、その外周に、円筒面状の成形部３１ａを有する。この成形部３１ａは、ダイ３２の内径面に設けられた円筒面状の成形部３２ａと、下パンチ３３の上端面３３ａとの協働で粉末充填部３５を画成する。ダイ３２の成形部３２ａの上方には、ダイ３２の内周から内側圧粉体３を排出する際に内側圧粉体３の外径面と摺動可能なしごき部３２ｂが形成される。しごき部３２ｂは、成形部３２ａの内径寸法よりも小径に形成されている。本実施形態のしごき部３２ｂは、上側に向けて内径寸法が徐々に縮径した下しごき部３２ｂ１と、下端が下しごき部３２ｂ１の上端に繋がり、径一定で軸方向に延びた上しごき部３２ｂ２とを有する。
【００３６】
この成形金型装置３０を用いて内側圧粉体３を成形する際には、まず、図６に示すように、コア３１の外径面（成形部３１ａ）、ダイ３２の成形部３２ａ、および下パンチ３３の上端面３３ａで粉末充填部３５を画成し、この粉末充填部３５に原料粉末Ｍを充填する。内側圧粉体３の原料粉末Ｍとしては、外側圧粉体２の原料粉末と同じ組成のものが使用されるが、外側圧粉体２の原料粉末と異なる組成の原料粉末を使用することもできる。
【００３７】
粉末充填部３５に原料粉末Ｍを充填した後、上パンチ３４を下パンチ３３に対して相対的に接近移動させて原料粉末Ｍを上下のパンチ３３，３４で圧縮する。これにより、原料粉末Ｍが、コア３１の成形部３１ａ、ダイ３２の成形部３２ａ、下パンチ３３の上端面３３ａおよび上パンチ３４の下端面３４ａに押し付けられ、円筒状の内側圧粉体３が成形される。
【００３８】
内側圧粉体３を成形した後、上パンチ３４を下パンチ３３に対して相対的に離反移動させる。上パンチ３４と下パンチ３３の相対的な離反移動が僅かに進展し、内側圧粉体３に対する圧縮力が解放されたいわゆる除荷状態になったところで、上パンチ３４と下パンチ３３の相対的な離反移動を停止する。
【００３９】
上記の除荷状態になると、内側圧粉体３の内径面がスプリングバックによって拡径する。次に、図７に示すように、ダイ３２を静止させたままで、上パンチ３４および下パンチ３３を一体的に上昇移動させ、ダイ３２の内周から内側圧粉体３を抜き取る。このとき、内側圧粉体３の外径面がダイ３２に設けられたしごき部３２ｂと軸方向に摺動する。内側圧粉体３がダイ３２から離脱するまで上パンチ３４および下パンチ３３を上昇移動させることで、内側圧粉体３の外径面全域がしごかれて当該外径面（接合予定面）の目潰しが行われる。
【００４０】
このしごき加工時には、ダイ３２のしごき部３２ｂに対して下パンチ３３および上パンチ３４が相対的に上昇移動する。この時の上下のパンチ３３，３４の円滑な上昇移動を担保するため、しごき部３２ｂの最小内径寸法は下パンチ３３および上パンチ３４の外径寸法よりも大きくする。
【００４１】
ダイ３２のしごき部３２ｂによるしごき加工が完了し、内側圧粉体３がダイ３２の外側に排出された後、上パンチ３４をさらに上昇移動させると共に、コア３１を内側圧粉体３の内周から抜き取ることにより、内側圧粉体３が離型される。
【００４２】
以上の手順で外側圧粉体２および内側圧粉体３をそれぞれ成形した後、外側圧粉体２の内径面に内側圧粉体３の外径面を所定の締め代の介在下で圧入し、この状態で全体を所定時間加熱して焼結する。これにより、外側圧粉体２と内側圧粉体３とが拡散接合され、両者を一体化させた焼結拡散接合部品１が得られる。
【００４３】
本発明では、上記のように外側圧粉体２の内径面と内側圧粉体３の外径面にしごき加工を行っているため、これらの面の粒子が圧延されて目潰しされた状態となる。これらの面は、焼結拡散接合時に相手側と接合される接合予定面を構成するが、このように接合予定面を目潰することにより、接合予定面が緻密化されて表面空孔が少なくなる。従って、焼結拡散接合後の接合界面に存在する筋状の空孔Ｐ（図１２参照）が減少し、接合界面における金属粒子間のネッキングを広範囲で生じさせて、外側部材２’の接合面と内側部材３’の接合面間の結合力（接合強さ）を高めることが可能となる。これにより、高強度の焼結拡散接合部品１を低コストに得ることが可能となる。また、外側圧粉体２と内側圧粉体３を共通の原料粉末で形成することができるため、焼結拡散接合後の熱処理に際して、粉末組成の相違から熱処理手法が制限されることもない。加えて、また原料粉末の組成が制限されることもない。
【００４４】
以上の説明では、圧粉体２，３に対する圧縮力が解放された除荷状態、すなわち圧粉体２，３にスプリングバックが生じた状態で接合予定面をしごいて目潰しを行っているため、しごき加工後に圧粉体２，３を離型した際にも、成形金型装置１０、３０内で実施されたしごき加工後の表面状態をほぼそのまま維持して、離型後の接合予定面の表面精度（真円度や円筒度等）を高めることができる。これにより、外側圧粉体２に内側圧粉体３を圧入する際の締め代が均一化されるため、接合強さを各部で安定させることができ、焼結拡散接合部品１全体の強度アップを図ることができる。
【００４５】
これに対し、しごき部１１ｂ，３２ｂによる圧粉体２，３のしごき加工を、例えば、原料粉末Ｍの圧縮中（スプリングバックの発生前）にコア１１やダイ３２を相対移動させることによって実施することも考えられる。しかしながら、一般に圧粉体に生じるスプリングバック量は、上下のパンチに近接する軸方向端部で大きくなり、上下のパンチから離れた軸方向中央部で小さくなるのが通例であるため、圧縮中の圧粉体にしごき加工を行ったのでは、離型時のスプリングバック量のばらつきにより、外側圧粉体２が内径面の軸方向中央部が凸となるように変形し（図８（ａ）参照）、内側圧粉体３が外径面の軸方向中央部が凹となるように変形する（図８（ｂ）参照）。この場合、外側圧粉体２の内径に内側圧粉体３を圧入することが困難となり、無理に圧入すれば形状崩れ等を生じて圧入締め代が不均一化し、接合強度が低下するおそれがある。
【００４６】
また、本実施形態では、外側圧粉体２からのコア１１の抜き取りに伴って、あるいはダイ３２からの内側圧粉体の抜き取りに伴って、外側圧粉体２の内径面や内側圧粉体３の外径面にしごき加工を施すようにしている。従って、圧粉体２，３を離型する際の一連の離型動作の実施途中に圧粉体２，３にしごき加工を施すことができ、圧粉体２，３を効率良く成形することが可能となる。
【００４７】
以上に説明した外側圧粉体２や内側圧粉体３の成形方法については、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【００４８】
例えば、コア１１にしごき部１１ｂを設ける場合には、成形部１１ａとしごき部１１ｂの位置関係を上下で逆にすることもできる。この場合、外側圧粉体２の圧縮成形後、除荷状態でコア１１を下側に移動させてコア１１を外側圧粉体２から抜き取り、コア１１のしごき部１１ｂで外側圧粉体２の内径面にしごき加工を施すことになる。また、ダイ３２にしごき部３２ｂを設ける場合にも、同様に成形部３２ａとしごき部３２ｂの位置関係を上下で逆にすることもできる。この場合、内側圧粉体３の圧縮成形後、除荷状態で上下のパンチ３３，３４を下側に移動させて内側圧粉体３をダイ３２から抜き取り、ダイ３２のしごき部３２ｂで内側圧粉体３の外径面にしごき加工を施すことになる。
【００４９】
また、以上の説明では、しごき加工に際してのコア１１と外側圧粉体２の相対移動方向、およびダイ３２と内側圧粉体３の相対移動方向を何れも軸方向とした場合を例示したが、これらの相対移動方向は軸方向には限定されず、接合予定面の目潰しが行われる限り任意の方向に相対移動させることができる。例えば、コア１１やダイス３２を回転させることにより、しごき部１１ｂ，３２ｂを圧粉体２，３に対して周方向に相対移動させて、周方向のしごき加工を行うこともできる。
【００５０】
また、以上の説明では、圧粉体２，３を成形金型装置１０，３０に収容した状態で圧粉体２，３をコア１１やダイ３２に対して相対移動させてしごき加工を行う場合を例示したが、圧粉体２，３の圧縮成形後、成形金型装置１０，３０から離型した外側圧粉体２や内側圧粉体３にしごき加工を行っても同様の効果を得ることができる。この場合、圧縮成形工程とは別個独立したしごき加工工程が必要となるため、製造コストが高騰する可能性がある。この点が特に問題とならない場合には、上記のように離型後の圧粉体２，３にしごき加工を行うようにしてもよい。
【００５１】
以上の説明では、外側圧粉体２および内側圧粉体３の双方の接合予定面に目潰しを行う場合を説明したが、必ずしも双方の接合予定面に目潰しする必要はなく、何れか一方の接合予定面にのみを目潰ししても構わない。
【００５２】
以上に述べた本発明の効果を確認するため、比較例および実施例１〜４のそれぞれについて接合強さの測定試験を行った。ここで比較例は、既存の手法（しごき加工無し）で円筒状の外側圧粉体と円柱状の内側圧粉体を成形し、外側圧粉体の内周に内側圧粉体を圧入した上で両者を焼結拡散接合させたものである。また、実施例１〜４は、上述の成形金型装置１０、３０を使用して円筒状の外側圧粉体と円柱状の内側圧粉体を成形し（何れもしごき加工有り）、外側圧粉体の内周に内側圧粉体を圧入した上で両者を焼結拡散接合させたものである。外側圧粉体の外径寸法は２３．２ｍｍ、軸方向長さは７ｍｍとし、内側圧粉体の軸方向長さは９ｍｍとした。外側圧粉体の内径寸法と、内側圧粉体の外径寸法は何れも１６．４ｍｍ狙いとしている。
【００５３】
実施例１〜４では、外側圧粉体および内側圧粉体のしごき代を異ならせている。
具体的には、外側圧粉体を成形する成形金型装置１０（図２参照）のコアとして、しごき部１１ｂの外径寸法が１６．３９ｍｍ（実施例１）、１６．４０ｍｍ（実施例２）、１６．４２ｍｍ（実施例３）、および１６．４４ｍｍ（実施例４）の四種類を準備した。何れのコアも成形部１１ａの外径寸法は１６．３８ｍｍである。従って、外側圧粉体のしごき代は、実施例１で１０μｍ、実施例２で２０μｍ、実施例３で４０μｍ、実施例４で６０ｍｍとなる。
【００５４】
また、内側圧粉体を成形する成形金型装置３０（図６参照）のダイとして、しごき部３２ｂの内径寸法が１６．４３ｍｍ（実施例１）、１６．４２ｍｍ（実施例２）、１６．４０ｍｍ（実施例３）、および１６．３８ｍｍ（実施例４）の四種類を準備した。何れのダイも成形部３２ａの内径寸法は１６．４４ｍｍとしている。従って、内側圧粉体のしごき代は、実施例１で１０μｍ、実施例２で２０μｍ、実施例３で４０μｍ、実施例４で６０ｍｍとなる。
【００５５】
比較例および実施例の双方とも、外側圧粉体および内側圧粉体の原料粉末としては、ＪＩＳ Ｚ ２５５０に規定のＳＭＦ４種（鉄−銅−炭素系）を用いた。この原料粉末は、銅粉３．０ｗｔ％、黒鉛粉０．９ｗｔ％、潤滑剤１．０ｗｔ％とし、残部を鉄粉としたものである。この原料粉末を筒井理化学器械株式会社のＶ型混合器で４０分間混合してから、成形金型装置に供給して外側圧粉体と内側圧粉体を圧縮成形した。圧縮成形条件は、室温での焼結密度が６．７５ｇ／ｃｍ3〜８．８５ｇ／ｃｍ3となるように制御した。
【００５６】
通常、しごき加工の有無を問わず、圧縮成形後の外側圧粉体の内径寸法と、内側圧粉体の外径寸法には、数十μｍ程度のばらつきが生じる。従って、外側圧粉体を内側圧粉体に圧入する際には、比較例同士および同じ実施例同士の中から、圧入締め代が４０μｍとなる外側圧粉体と内側圧粉体のペアを選び出した。次に、内側圧粉体を外側圧粉体に圧入し、鉄系焼結部品を焼結する際の通常の焼結温度で焼結して両者を焼結拡散接合させた。その後、各焼結拡散接合品の接合強さを測定した。接合強さは、破断に至った時の最大荷重を接合部の側面積で除した値とした。また、圧入前に、外側圧粉体および内側圧粉体の各接合予定面（外側圧粉体の内径面および内側圧粉体の外径面）の顕微鏡写真を撮影し、画像解析ソフトによりそれぞれの表面空孔率を求めた。さらに、焼結拡散接合部品の接合部空孔率も求めた。接合部空孔率は、焼結拡散接合部品の外側部材と内側部材の接合部における表面空孔率であり、図１１に示すように、接合界面に対して直交する方向に延びる任意断面における、接合界面を含む矩形領域Ｓ（短辺３ｍｍ、長辺１３０ｍｍ）での表面空孔率を画像解析により求めたものである。顕微鏡写真は×５００倍としている。外側圧粉体への内側圧粉体の圧入時には、接合予定面同士が締め代の介在下で摺動するため、接合部空孔率は、圧入前の接合予定面の表面空孔率よりも低下するのが通例である。
【００５７】
以上の条件で行った比較試験結果を図９に示す。
図９の実施例１と比較例の対比から、実施例１（しごき代：１０μｍ）は、比較例に比べて接合予定面の表面空孔率が減少すると共に（５０％→２５％〜４０％）、接合部空孔率も減少し（２０％→１０％）、かつ接合強さも増大する（２４０ＭＰａ→３５０ＭＰａ）ことが判明した。また、実施例１と実施例２および３との対比から、しごき代を大きくするほど接合予定面の表面空孔率および接合部空孔率が減少し、接合強さも増大するが、しごき代が２０μｍ以上では表面空孔率、接合強さ、および接合部空孔率が何れも飽和することも確認された。従って、外側圧粉体および内側圧粉体にしごき加工を行う際のしごき代は、１０μｍ以上（好ましくは２０μｍ以上）に設定するのが好ましい。なお、しごき代が６０μｍになると、しごき加工に伴って内部クラックが生じるため（実施例４）、しごき代を過度に大きくする（６０μｍ以上にする）ことは避けるべきである。
【００５８】
また、しごき代の下限値は圧粉体の肉厚とも関係すると考えられる。実施例１の外側圧粉体の肉厚ｒ（半径方向）としごき代ｙとの比（ｙ／ｒ）は、ｙ／ｒ＝０．０１／（２３．２−１６．４）＝０．００１４であるから、接合強さの確保のため、この比（ｙ／ｒ）を０．１％以上に設定するのが好ましい。
【００５９】
次に外側圧粉体の接合予定面にのみしごき加工による目潰しを行った上で接合強さの測定試験を行った。比較例として図９の測定試験と同じ試験片を使用している。実施例５〜８は、内側圧粉体のしごき代を何れも０とする一方で、外側圧粉体のしごき代を１０μｍ、２０μｍ、４０μｍ、６０μｍとしたものである。また、比較例および実施例５〜８について、それぞれ図９の測定試験と同様の手法で接合部空孔率も求めている。試験結果を図１０に示す。
【００６０】
図１０に示すように、実施例５（外側圧粉体のしごき代：１０μｍ）は、比較例に比べて接合部空孔率が減少し（２０μｍ→１６μｍ）、その結果として接合強さが増大している（２４０ＭＰａ→２８０ＭＰａ）。また、実施例５〜実施例７の対比から、外側圧粉体のしごき代を大きくするほど接合部空孔率が減少し、接合強さも増大することが確認された。従って、接合部空孔率は１６％以下とするのが好ましい。外側圧粉体のしごき代が６０μｍになると、図９の実施例４と同様にしごき加工に伴って内部クラックが生じた。そのため、接合強さは測定できなかった。
【００６１】
図９および図１０の結果から、十分な接合強さを確保するため、しごき加工の前後で少なくも表面空孔率を１０％以上、好ましくは２０％以上、より好ましくは２５％以上低減させるべきである。また、接合予定面の表面空孔率が４０％以下、好ましくは３０％以下であれば、十分な接合強さを確保できると考えられる。
【符号の説明】
【００６２】
１        焼結拡散接合部品
２        外側圧粉体
２’      外側部材
３        内側圧粉体
３’      内側部材
１１      コア（第一コア）
１１ａ    成形部
１１ｂ    しごき部
１２      ダイ（第二ダイ）
１３      下パンチ（第一パンチ）
１４      上パンチ（第一パンチ）
１５      粉末充填部
３１      コア（第二コア）
３２      ダイ（第二ダイ）
３２ａ    成形部
３２ｂ    しごき部
３３      下パンチ（第二パンチ）
３４      上パンチ（第二パンチ）
３５      粉末充填部
【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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