(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期律表の４Ａ、５Ａおよび６Ａ族に含まれる金属の、炭化物、窒化物、炭窒化物、炭窒酸化物、硼化物、珪化物、及びＣ、Ｎ、Ｏ、Ｂ、Ｓｉの１種以上との化合物からなる硬質相構成粒子と、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅの１種以上からなる結合相構成粒子を粉末冶金法にて製造するサーメットであって、
合金組織中に粒径２０〜３００μｍの粗粒硬質相を含み、平均径で０．１〜２００μｍの貫通ポアを５〜５０％有することを特徴とするサーメット。
【請求項２】
硬質相構成粒子は、ＴｉＣ、ＴｉＮ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）、ＷＣ、Ｃｒ3 Ｃ2 、Ｍｏ2 Ｃの１種以上で構成されることを特徴とする請求項１記載のサーメット。
【請求項３】
周期律表の４Ａ、５Ａおよび６Ａ族に属する金属の、炭化物、窒化物、炭窒化物、炭窒酸化物、硼化物、珪化物、及びＣ、Ｎ、Ｏ、Ｂ、Ｓｉの１種以上との化合物からなる硬質相構成粒子で構成する組成の粒径１０μｍ以下の第一の粉粒体を、下記第二の粉粒体及び第三の粉粒体以外の残部として含み、
第一の粉粒体と同様の組成で、粒径が２０μｍ以上３００μｍ以下の第二の粉粒体を２０〜８０ｍａｓｓ％含み、
Ｎｉ、Ｃｏ、およびＦｅの１種以上で構成する第三の粉粒体を３〜３０ｍａｓｓ％含む混合粉体を圧縮成型してなる圧粉体を、真空または非酸化性ガス雰囲気中で焼結することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のサーメットの製造方法。
【請求項４】
第一の粉粒体及び第二の粉粒体は、ＴｉＣ、ＴｉＮ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）、ＷＣ、Ｃｒ3 Ｃ2 、Ｍｏ2 Ｃの１種以上で構成されることを特徴とする請求項３記載のサーメットの製造方法。
【請求項５】
紙容器のプレス成形に用いる金型であって、
少なくとも紙に接する部分が請求項１又は請求項２記載のサーメットで形成されていることを特徴とする紙容器成形金型。
【請求項６】
請求項１又は請求項２記載のサーメットを用いてエアブローフロア部を構成したことを特徴とするエアスライダー。
【請求項７】
請求項１又は請求項２記載のサーメットで構成したことを特徴とする真空チャック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉末冶金法により作製されるサーメット、そのサーメットの製造方法及び使用方法に関するものである。本発明に係るサーメットは、特に気体及び液体が透過可能な性質を有するため、紙容器成形用工具、エアスライダー、真空チャック等に応用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりサーメットは、その優れた強度、切削性能等より、工具用硬質材料として幅広く使用されてきた。例えば、紙コップの成形工程においても、サーメットは一般に広く用いられてきた。紙コップの底部及び上部は、紙コップを構成する側壁部を一方向に折り込み加工し、リム部を形成することで、それぞれの端部の強度を確保すると共に、コップとしての美観を向上させ、使用者の使い心地を良いものとしている。
【０００３】
この折り込み加工では、折り込み加工するコップの端部を、サーメット工具の表面に押しつけて行う。従って、仕上がりが綺麗で、迅速な加工を行おうとすると、工具と紙との摩擦を減少させる必要がある。更に、加工時の加熱により、紙コップのコーティングに用いたビニールが、工具の表面に溶融して付着してしまうことも防止しなければならない。このため、食用油などを潤滑剤として工具の加工面にスプレー塗布していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の技術にあっては、食用油をスプレー塗布するため、目に見えなくとも、潤滑剤である食用油が工具の加工面以外にも飛散し、装置や床などを汚染するとともに、潤滑剤の使用効率も低下する。
【０００５】
また、飛散した潤滑剤は、製品となった紙容器にも付着することもある。この場合、紙容器は食器として使用するには衛生上相応しくないものとなり、製品不良が発生することになる。従って、このような不良発生を回避することのできる技術の確立が望まれてきた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、発明者らは、このような問題を解決すべく研究を重ねた結果、本発明を知見するに至ったものである。本発明を行うに当たり、発明者らは、潤滑剤を工具の表面に塗布するのではなく、工具内部から染み出させることができないかと考えた。そして、サーメットの合金内部に連続したポアを作ることで、気体及び液体の透過性を備えたサーメットを開発することとしたのである。
【０００７】
研究の結果、合金の硬質相を粗細混粒とし、それに対する結合相を適量とすることにより、連続したポアを有するサーメットを得ることができることが分かった。請求項１には、周期律表の４Ａ、５Ａおよび６Ａ族に含まれる金属の、炭化物、窒化物、炭窒化物、炭窒酸化物、硼化物、珪化物、及びＣ、Ｎ、Ｏ、Ｂ、Ｓｉの１種以上との化合物からなる硬質相構成粒子と、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅの１種以上からなる結合相構成粒子を粉末冶金法にて製造するサーメットであって、合金組織中に粒径２０〜３００μｍの粗粒硬質相を含み、平均径で０．１〜２００μｍの貫通ポアを５〜５０％有することを特徴とするサーメットとして、本発明に係る製品を記載した。
【０００８】
通常の工具用硬質材料として使用する場合のサーメットは、むしろその要求特性である靱性、切削のチッピング特性等を考慮して、組織内に含まれるポアを無くすよう、その製造工程で種々の工夫がなされる。これに対し、本発明に係るサーメットの特徴は、その合金組織中に粒径２０〜３００μｍの粗粒硬質相を有するものとし、この粗粒硬質相を形成することで、組織内に液体や気体の透過性を維持することのできる平均径０．１〜２００μｍの貫通ポアを形成したものである。以上及び以下において、これを貫通ポアと称するのは、液体や気体の透過性を維持することのできるポアとの意味で使用している。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明に係るサーメットは、周期律表の４Ａ、５Ａおよび６Ａ族に含まれる金属の、炭化物、窒化物、炭窒化物、炭窒酸化物、硼化物、珪化物、及びＣ、Ｎ、Ｏ、Ｂ、Ｓｉの１種以上で構成する組成を有するものである。その中でも、硬質相構成粒子をＴｉＣ、ＴｉＮ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）、ＷＣ、Ｃｒ3 Ｃ2 、Ｍｏ2 Ｃの１種以上で構成した本発明に係るサーメットは、特に安定した貫通ポアの形成が可能であり、製品品質の高いものとなる。
【００１０】
そして、貫通ポアを５〜５０％有するとしたのは、５％より小さくなると、溶液や気体の透過性が急激に劣るようになるためである。そして、５０％を超えると、本発明に係るサーメットの工具材料、部品材料として機械的強度が必要強度を満たさなくなるためである。ここでいう貫通ポアの、パーセンテージは本発明に係るサーメットの断面組織観察を行い、光学顕微鏡若しくは走査型電子顕微鏡により撮影した写真中の、ポア部の占める面積の割合として得られたものである。前述の貫通ポアの平均径も、これらの写真を用いて測定した値である。
【００１１】
以下、上述の本発明に係るサーメットの製造方法としては、周期律表の４Ａ、５Ａおよび６Ａ族に属する金属の、炭化物、窒化物、炭窒化物、炭窒酸化物、硼化物、珪化物、及びＣ、Ｎ、Ｏ、Ｂ、Ｓｉの１種以上との化合物からなる硬質相構成粒子で構成する組成の粒径１０μｍ以下の第一の粉粒体を、下記第二の粉粒体及び第三の粉粒体以外の残部として含み、第一の粉粒体と同様の組成で、粒径が２０μｍ以上３００μｍ以下の第二の粉粒体を２０〜８０ｍａｓｓ％含み、Ｎｉ、Ｃｏ、およびＦｅの１種以上で構成する第三の粉粒体を３〜３０ｍａｓｓ％含む混合粉体を圧縮成型してなる圧粉体を、真空または非酸化性ガス雰囲気中で焼結することを特徴としている。
【００１２】
この製造方法は、硬質相を形成することとなる成分として、周期律表の４Ａ、５Ａおよび６Ａ族に属する金属の、炭化物、窒化物、炭窒化物、炭窒酸化物、硼化物、珪化物、及びＣ、Ｎ、Ｏ、Ｂ、Ｓｉの１種以上との化合物を用いている。そして、第一の粉粒体と第二の粉粒体と２種類の粒径分布を持つ粉粒体を同時に使用する点に特徴を有するものである。この第一の粉粒体は、粒径１０μｍ以下の微粒であり、１０μｍ以下の粒子を分別することのできるメッシュを用いて分離採取したものである。第二の粉粒体は、２０μｍ以上３００μｍ以下の粗粒を有するものであり、やはりメッシュを用いて分別採取したものである。この２種類の粒径分布を持つ粉粒体を同時に使用することで、組織中に粒径２０〜３００μｍの粗粒硬質相を形成することが可能となるのである。
【００１３】
混合比率としては、第二の粉粒体２０〜８０ｍａｓｓ％とし、第三の粉粒体を３〜３０ｍａｓｓ％とし、残部を第一の粉粒体としている。これは、形成する貫通ポアの割合を５〜５０％の範囲とすることのできる混合割合として定まるものである。第三の粉粒体であるＮｉ、Ｃｏ、およびＦｅは、結合相としての役割を果たす成分である。
【００１４】
粉末の調整法については、まず第一の粉粒体（微粒）と、第三の粉粒体（鉄族元素）を、ボールミルやアトライター等で混合粉砕してスラリーにしてから、第二の粉粒体（粗粒）を加え、混合攪拌器で加熱しながら混合乾燥する。第二の粉粒体については、粗粒でなければならないため、ボールミルやアトライター等の混合攪拌器に入れることができない。
【００１５】
以上の製造方法で、液体及び気体の透過可能な貫通ポアを有するサーメットが得られる。このサーメットの表面の一端面側から圧力を加えて、液体又は気体を流し込むと、流し込まれた液体又は気体は、貫通ポアを通って、サーメットの他端面より流出するものとなる。この特性を応用して、次に挙げる使用方法が可能となる。
【００１６】
まず、紙容器のプレス成形に用いる金型であって、少なくとも紙に接する部分を、本発明に係るサーメットで構成することができる。これによって、潤滑剤をスプレーで金型に噴射すること無く、本発明に係るサーメットで構成した部分で、金型表面に潤滑剤である油を染み出させ、紙容器を加工する部分のみに連続的に潤滑剤を供給することができるものとなる。このようにすると、製品である紙容器や装置の他の部分に潤滑剤が付着することを防止するとともに、潤滑剤の使用効率を高める効果がある。
【００１７】
また、潤滑剤をポイント的に供給したい場合は、流出させたくない部分を樹脂などで被覆することにより、必要な部分のみに潤滑剤を流出させることができ、設備の設計の自由度を大幅に向上させることが可能となる。
【００１８】
更に、本発明に係るサーメットはエアブローフロア部として使用可能である。エアスライダーとは、重量物をエアーの吹き出す力を利用して、わずかに浮遊させ極めて小さな力で、重量物の移動を可能とする装置である。
【００１９】
一般にエアスライダーは、床面であるフロア部に多数の微細なエアブロー孔を備え、フロア部に置載した重量物に底部より高圧エアーを吹き付ける構造となっている。このフロア部を、ここではエアブローフロア部と称した。このフロア部の構成材として、本発明に係るサーメットを用いるのである。本発明に係るサーメットは、気体の透過性を有するため、フロア部の床下より高圧エアーをブロアすると、微細なエアブロー孔を形成したと同様の効果を果たすことになる。
【００２０】
加えて、本発明に係るサーメットは真空チャックとして使用可能である。ここでいう真空チャックとは、グラインダ加工する被切削物を位置固定するために用いる治具であり、所定の固定面に対して行うものである。この固定面に、本発明に係るサーメットを用いるのである。
【００２１】
このような真空チャックに、類似したものとして電磁チャックといわれるものがあり、磁石の力で被切削物を固定するものがある。このタイプの欠点は、磁石を用いているため、鉄系のもの以外に使用することができない欠点がある。
【実施例】
以下、本発明に係るサーメットに関する実施例を示す。
【００２２】
実施例１
第一の粉粒体として、平均粒度１．０μｍのＴｉ（Ｃ，Ｎ）粉粒体を４０ｍａｓｓ％、平均粒度１．５μｍのＷＣ粉粒体を２０ｍａｓｓ％、平均粒度１．０μｍのＭｏ2 Ｃ粉粒体１８ｍａｓｓ％、及び平均粒度１．０μｍのＣｒ3 Ｃ2 粉粒体を２ｍａｓｓ％、を用いた。これに、上述した第三の粉粒体として、Ｎｉ粉粒体２０ｍａｓｓ％を加え、アルコール中でボールミルにより湿式混合粉砕し、スラリー状とした。
【００２３】
このスラリーに、第二の粉粒体として、平均粒度１２０μｍのＴｉＣ粉粒体を加え、及び適切な量の成形助剤を加え、混合撹拌機中で加熱しながら混合及び乾燥して焼結原料を得た。このときのＴｉＣ粉粒体の添加量は、当該スラリー中の固形成分量と同量とした。
【００２４】
そして、ここで得られた焼結原料を用いて、ＣＩＰ（冷間静水圧プレス）により１００ＭＰａの圧力で、加圧成形し、圧粉体とした。そして、この圧粉体を、真空加熱炉中で１５００℃×１時間の条件で真空焼結を行うことにより、目的とするサーメットのチップを得た。
【００２５】
この方法で得られたサーメットには、約２０％の貫通ポアがあり、紙コップ成形型に加工し、一端面側より圧力をかけて潤滑剤である食用油を流入させたところ、他端面より均一に潤滑剤が流出する事が確認でき、上述した食用油のスプレー塗布を不要とすることができた。従って、このサーメットで、紙容器のプレス成形の少なくとも紙に接する部分を形成すれば、製品である紙容器や装置の他の部分に潤滑剤が付着することを防止するとともに、潤滑剤の使用効率を高める効果がある。
【００２６】
得られたサーメットは、空気も通過可能で、得られたサーメットでエアブローフロア部を形成し、表面からエアーを吹き出せば、重量物をわずかに浮遊させることができるため、極めて小さな力で重量物の移動を可能となる。
【００２７】
また、サーメットで真空チャックを形成し、エアブローの場合とは逆に、エアーを吸引することにより、グラインダ加工の際の被切削物を表面に吸着固定することができる。
【００２８】
実施例２
実施例１における組成の（第一の粉粒体＋第三の粉粒体）と、第二の粉粒体とを、それぞれ混合比を下記の表１のように変化させてサーメットを得た。結果は、下記のように、第二の粉粒体が２０〜８０ｍａｓｓ％の範囲で良好な貫通ポアが得られた。
【００２９】
（表１）                                                
第二の粉粒体（mass%)        合金の特性      
比較例            １０                閉気孔となる    
実施例            ２０                開気孔がある    
実施例            ５０                開気孔がある    
実施例            ８０                開気孔がある    
比較例            ９０                焼結できない    
【００３０】
実施例３
実施例１における組成の（第一の粉粒体＋第三の粉粒体）と、第二の粉粒体とを５０ｍａｓｓ％づつの混合比とし、後者の粒度を表２のように変化させてサーメットを得た。結果は、下記のように、第二の粉粒体の粒度が２０〜３００μｍの範囲で良好な貫通ポアを得た。尚、粒度が４００μｍの場合は、成形加工も困難になった。
【００３１】
（表２）                                                
第二の粉粒体（μｍ）        合金の特性      
比較例            １５                閉気孔となる    
実施例            ２０                開気孔がある    
実施例          １２０                開気孔がある    
実施例          ３００                開気孔がある    
比較例          ４００                焼結できない    
【００３２】
実施例４
実施例１における組成の第一の粉粒体〔ＷＣ：Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）：Ｍｏ2 Ｃ：Ｃｒ3 Ｃ2 ＝１０：２０：９：１〕と、第三の粉粒体Ｎｉとの混合比を変化させ、合計が５０ｍａｓｓ％になるようにし、これに第二の粉粒体〔ＴｉＣ（粒度１２０μｍ）を５０ｍａｓｓ％混合して、表３のような組成のサーメットを得た。結果は、下記のように、第三の粉粒体が３〜３０ｍａｓｓ％の範囲で良好な貫通ポアが得られた。
【００３３】
（表３）                                                
第三の粉粒体（mass%)        合金の特性      
比較例              ２                焼結できない    
実施例              ３                開気孔がある    
実施例            １０                開気孔がある    
実施例            ３０                開気孔がある    
比較例            ４０                閉気孔となる    
【００３４】
【発明の効果】
以上に述べた本発明に係るサーメットを提供することにより、サーメットの新しい使用方法、利用分野を開拓することができる。本発明に係るサーメットの製造方法は、組織内部に包含するポアの比率及び平均径を一定範囲で調整可能な製造方法として、画期的なものである。