(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイと、該ダイのダイ孔内の中心部に挿入したコアロッドと、上パンチと、下パンチとからなる成形用金型を用い、少なくとも一次圧縮成形と二次圧縮成形とを含む工程からなる内孔付き焼結部材の製造方法において、前記成形用金型を、上パンチおよび／または下パンチが、内周部側および／または外周部側に面取り突起を有し、かつ前記二次圧縮成形に用いる上または下パンチの面取り突起が前記一次圧縮成形に用いる上または下パンチの面取り突起と同一または大きい金型とすることを特徴とする内外周の同軸度精度に優れた内孔付き焼結部材の製造方法。
【請求項２】
ダイと、該ダイのダイ孔内の中心部に挿入したコアロッドと、上パンチと、下パンチとからなる一次成形用金型を用い、該一次成形用金型の前記ダイと前記コアロッドとの間のダイ孔内に原料粉末を充填し、前記上パンチと前記下パンチとにより前記原料粉末を一次圧縮成形したのち、仮焼結を施して内孔を有する仮焼結体とする一次成形工程と、該仮焼結体を、ダイと、該ダイのダイ孔内の中心部に挿入したコアロッドと、上パンチと、下パンチとからなる二次成形用金型のダイ孔内に装入し、 前記上パンチと前記下パンチとにより前記仮焼結体を二次圧縮成形したのち本焼結を施して、中央部に内孔を有する焼結体とする二次成形工程とからなる内孔付き焼結部材の製造方法において、前記一次成形用金型の上パンチおよび／または前記一次成形用金型の下パンチ、前記二次成形用金型の上パンチおよび／または前記二次成形用金型の下パンチが、内周部側および／または外周部側に面取り突起を有し、かつ前記二次圧縮成形に用いる上または下パンチの面取り突起が前記一次圧縮成形に用いる上または下パンチの面取り突起と同一または大きいことを特徴とする同軸度精度に優れた内孔付き焼結部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数回の圧縮成形を含む、内孔を有する焼結部材の製造方法に係り、とくに内外周の同軸度精度の向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】
粉末冶金製品は部品形状に近い形状に加工でき、切削加工費の削減が可能であることから、 近年、内燃機関の製造コスト低減という観点から、内燃機関用部品として、数多く使用されている。内燃機関用部品には、かなりの負荷がかかるため、高強度でかつ摺動性に優れた材料が要求されている。
【０００３】
高強度、すなわち高密度な材料を得る方法として、温間成形、２回圧縮２回焼結法（２Ｐ２Ｓ法）、あるいは焼結鍛造法等が一般的に知られている。しかし、例えば、２Ｐ２Ｓ法を用いて製造された粉末冶金製品では、切削加工を完全に省略するには寸法精度が不十分であり、このためサイジング処理等を付加して寸法精度を向上させている。しかし、サイジング処理による変形量には自ずと限界があり、サイジング処理前の寸法精度によっては製品の寸法精度が不十分となる場合があった。
【０００４】
例えば、内孔を有する焼結体は、成形型の型孔（ダイ孔）にコアロッドを挿入した型を用い、コアロッドの周囲のダイ孔に原料粉末を充填し、この原料粉末をパンチを用いてコアロッドの長さ方向に圧縮して、仮内孔を有する成形体としたのち、さらにサイジング処理を施して形を矯正し、焼結して製造されてきた。しかし、このような技術で製造された焼結体で、内孔径にくらべ高さが大きい場合には、開口部近傍の内孔径が中央部の内孔径よりも小さくなるという問題があった。
【０００５】
このような問題に対し、例えば、特開昭61-210102 号公報には、外周壁に中空孔（内孔）の開口部側に向かって広がるテーパを付けたコアロッドを使用する内孔（中空孔）を有する焼結体の高精度製造方法が提案が提案されている。特開昭61-210102 号公報に記載された技術で製造された焼結体は、真円度の高い内孔（中空孔）を有するとされている。
【０００６】
また、特開昭61-210106 号公報には、原料粉末を圧粉して得られた成形体に、高周波焼入れ処理を施して成形体の表層部に焼入れ層を形成したのち、サイジング処理を施す、高精度の焼結体を得る方法が提案されている。特開昭61-210106 号公報に記載された技術では、サイジング処理により生じる変形を焼入れ層の内側の多孔質部分で吸収でき、寸法精度が向上するとしている。しかしながら、多孔質部分の気孔率の増加には限界があり、特開昭61-210106 号公報に記載された技術による中空孔 (内孔）の高精度化には自ずから限界があった。
【０００７】
上記したような技術により、内孔を有する焼結体の内径、外径の寸法精度はかなり向上するが、内径基準の軸心と外径基準の軸心との差（内外周の同軸度精度）は、通常、成形時の精度で決定されている。
複数の内孔付き焼結体 (カム）を軸に組み付けるカムシャフトの製造においては、焼結体 (カム）の内径の寸法精度に加えてさらに、焼結体 (カム）の外周部の外径を基準とした軸心と、焼結体 (カム）の内周部の内径を基準とした軸心との同軸度精度を向上させることが要求されている。とくに、最近では同一軸に異種材料の焼結体 (カム）を組み付ける場合があり、同軸度精度の更なる向上が要望されている。
【０００８】
このような要望に対し、例えば、特開2001-293531 号公報には、孔を区画する内周部と外周部とを備えるワーク (焼結体）について、ダイス孔およびダイス孔内に配置されたコアロッドをもつダイスを用い、ダイス孔内にワークを装入し、、ワークの外周部をダイス孔の内周部で拘束するとともに、ワークの内周部をコアロッドの外周部でしごく、ワーク内周部の内径を基準とした軸心と外周部の外径を基準とした軸心との同軸性を高めるためのしごき工程を含むワークの内径精度向上方法が提案されている。
【０００９】
また、特開2001-198645 号公報には、製造されるべきカムロブの厚さより大きい厚さと、小さい外形と、軸方向孔の形状よりわずかに大きい軸方向孔を有する素材を、製造されるべきカムロブの輪郭形状と相補形状の壁面を有する外型と、カムロブの軸方向孔の形状と相補形状の壁面を有する中型と、底面と中型が係合する受け孔を有する下型とからなる金型内に置き、カムロブと同じ断面形状を有する押型にて、厚さ方向に冷間で押圧する組立て式カムシャフト用カムロブの製造方法が提案されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開2001-198645 号公報に記載された技術では、製造されたカムロブ（焼結体）の同軸度精度が不足して、仕上げ加工を必要とする場合が多くあり、工程が複雑化し製造コストの高騰を招くという問題があった。また、特開2001-293531 号公報に記載された技術では、焼結体の内周面しごき加工を必要とするうえ、必ずしも所望の同軸度精度が得られない場合があり、仕上げ加工を必要とする場合が多く、製造工程が複雑化し製造コストの高騰を招くという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記した従来技術の問題を有利に解決し、内外周の同軸度精度に優れた内孔付き焼結部材の製造方法を提案することを目的とする。なお、本発明でいう「同軸度精度に優れた」とは、外周部の外径を基準とした軸心と、焼結体 (カム）の内周部の内径を基準とした軸心とのずれ（差）が、平均で0.04mm以内である状態をいうものとする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記した課題を達成するために、同軸度精度に影響する要因についてさらに鋭意研究した。その結果、再圧縮工程を含む焼結体の製造方法では、再圧縮時に金型と仮焼結体（ワーク）との間にクリアランスを必要とするため、そのクリアランスの範囲内で、仮焼結体（ワーク）の装入位置に自由度があり、外径を基準とした軸心と内径を基準とした軸心とにずれ（差）が生じる原因となり、同軸度精度が低下することを見出した。本発明者は、再圧縮時に仮焼結体（ワーク）が一定位置に装入されるように金型形状を調整することにより、同軸度精度が顕著に向上することに想到し、本発明を完成した。
【００１３】
すなわち、本発明は、ダイと、該ダイのダイ孔内の中心部に挿入したコアロッドと、上パンチと、下パンチとからなる成形用金型を用い、少なくとも一次圧縮成形と二次圧縮成形とを含む工程からなる内孔付き焼結部材の製造方法において、前記成形用金型を、上パンチおよび／または下パンチが、内周部側および／または外周部側に面取り突起を有し、かつ前記二次圧縮成形に用いる上または下パンチの面取り突起が前記一次圧縮成形に用いる上または下パンチの面取り突起と同一または大きい金型とすることを特徴とする内外周の同軸度精度に優れた内孔付き焼結部材の製造方法である。
【００１４】
また、本発明は、ダイと、該ダイのダイ孔内の中心部に挿入したコアロッドと、上パンチと、下パンチとからなる一次成形用金型を用い、該一次成形用金型の前記ダイと前記コアロッドとの間のダイ孔内に原料粉末を充填し、前記上パンチと前記下パンチとにより前記原料粉末を一次圧縮成形したのち、仮焼結を施して内孔を有する仮焼結体とする一次成形工程と、該仮焼結体を、ダイと、該ダイのダイ孔内の中心部に挿入したコアロッドと、上パンチと、下パンチとからなる二次成形用金型のダイ孔内に装入し、 前記上パンチと前記下パンチとにより前記仮焼結体を二次圧縮成形したのち本焼結を施して、内孔を有する焼結体とする二次成形工程とからなる内孔付き焼結部材の製造方法において、前記一次成形用金型の上パンチおよび／または前記一次成形用金型の下パンチ、および、前記二次成形用金型の上パンチおよび／または前記二次成形用金型の下パンチが、内周部側および／または外周部側に面取り突起を有し、かつ前記二次圧縮成形に用いる上または下パンチの面取り突起が前記一次圧縮成形に用いる上または下パンチの面取り突起と同一または大きいことを特徴とする内外周の同軸度精度に優れた内孔付き焼結部材の製造方法である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明は、ダイと、該ダイのダイ孔内の中心部に挿入したコアロッドと、上パンチと、下パンチとからなる成形用金型を用い、原料粉末に、少なくとも一次圧縮成形を施す一次成形工程と該一次成形工程を経た一次成形体に二次圧縮成形（再圧縮成形）を施す二次成形工程と、を含む工程からなる内孔付き焼結部材の製造方法である。なお、本発明では、一次成形工程において、一次圧縮成形を施し一次成形体とした後に仮焼結を施し仮焼結体とする工程を含み、さらに二次成形工程においては、一次成形工程で得られた仮焼結体に再圧縮成形（二次圧縮成形）を施し、さらに本焼結を施し焼結体とする工程からなる、いわゆる２Ｐ２Ｓ法とすることが好ましい。以下、２Ｐ２Ｓ法を用いた場合をもとに説明するが、本発明はこれに限定されるものではないことは言うまでもない。
【００１６】
まず、本発明では、内孔付き焼結部材を製造するために、ダイ11と、該ダイ11のダイ孔内の中心部に挿入したコアロッド14と、上パンチ12と、下パンチ13とからなる成形用金型を用いる。原料粉末１を、コアロッド14の周囲のダイ孔内に充填し、上パンチ12と下パンチ13とにより圧縮成形し、一次成形体とする。なお、上パンチ12あるいは下パンチ13には、コアロッド14が摺動可能なように中央部に孔122,132 を有する。上パンチ12および下パンチ13は、孔を区画する内周部と、ダイの内周面と摺動する外周面を区画する外周部とを有する。また、使用する原料粉末は、とくに限定する必要はなく、製品である焼結部材の用途に応じ適宜選定することが好ましい。例えば、鉄基焼結部材であれば、鉄粉等の鉄基粉末に、黒鉛粉末、合金粉末、潤滑剤等を混合した混合粉を原料粉末とすることが好ましい。
【００１７】
そして、本発明の一次圧縮成形に用いる一次成形用金型には、上パンチ11と下パンチ12のいずれか一方または両方に、内周部側および／または外周部側に面取り突起121,131 を設ける。面取り突起121,131 は、内周部または外周部の全周に亘って付設することが好ましい。
下パンチ13の内周部側に面取り突起131 を付与した場合の一次成形用金型の一例を図１に示す。図１に示すような一次成形用金型を使用して、原料粉末１を圧縮成形し一次成形体としたのち仮焼結を施すと、仮焼結体の内孔下側の内周部に面取りが施された形となる。なお、本発明では仮焼結条件は特に限定されない。使用する原料粉末に応じて決まる条件で行うことが好ましい。
【００１８】
このように、仮焼結体の内周部または外周部に面取りを施すことと、後述する二次成形用金型に付設する面取り突起とを合わせ用いることにより、その後の二次成形において二次成形用金型内におけるワーク (仮焼結体）の装入位置を一定位置とすることができる。
このように、一次成形工程で、内孔に沿った内周部側または外周部側の一方または両方に面取りを施された仮焼結体２は、ついで、二次成形金型内に装入され、二次圧縮成形を施され、ついで本焼結を施されて焼結体とされる二次成形工程を施される。
【００１９】
二次圧縮成形においては、図２に示すように一次圧縮成形と同様に、ダイ21のダイ孔に下パンチ23が挿入され、ダイ孔中央部にはコアロッド24が挿入され、さらにコアロッド24が下パンチ23の内孔232 に挿入される。ダイ21が固定された状態で下パンチ23が下降して、ダイ21の内周面とコアロッド24の外周面と下パンチ23で囲まれた部分（ダイ孔）に仮焼結体（ワーク）２を装入する。
【００２０】
二次圧縮成形において使用する二次成形用金型としては、一次成形用金型におけると同様に上パンチ22と下パンチ23のいずれか一方または両方に、内周部側および／または外周部側に面取り突起221,231 を設けた金型を使用する。なお、面取り突起221,231 は、内周部または外周部の全周に亘って付設することが好ましい。
【００２１】
また、二次圧縮成形に用いる上または下パンチの面取り突起221,231 は一次圧縮成形に用いる上または下パンチの面取り突起121,131 の寸法と同一かそれ以上の大きさの面取り突起とする。この面取り突起と、一次圧縮成形により形成された仮焼結体の面取りとにより、二次圧縮成形時のワーク（仮焼結体）２の装入位置をばらつきなく一定位置とすることができる。
【００２２】
ダイ21の内周面とコアロッド24の外周面と下パンチ23で囲まれた部分（ダイ孔）に装入された仮焼結体（ワーク）２は、仮焼結体の下側内周部の面取りと下パンチの内周部側に付設された面取り突起231 とにより、コアロッド21とワーク２とのクリアランスが全周で均一となるように固定される。これにより、再圧縮成形−本焼結後に、同軸度精度を顕著に向上させることができる。
【００２３】
下パンチの内周部側に面取り突起を付与した場合の二次成形用金型の一例を、二次圧縮成形（再圧縮成形）直前の状態で図２に示す。また、下パンチおよび上パンチの内周部側および外周部側に面取り突起を付与した場合の二次成形用金型の一例を同様に図３に示す。
ダイ孔内の一定位置に固定された仮焼結体（ワーク）２は、下降した上パンチ22により圧縮され、二次成形体（再圧縮成形体）とされる。その後、上パンチ22および下パンチ23が上昇して、二次成形体をダイ21から取り出す。
【００２４】
ダイから取り出された二次成形体は、さらに本焼結を施されて内孔付き焼結部材 (焼結体）とされる。なお、本発明では本焼結条件は特に限定されない。使用する原料粉末に応じて決まる条件で行うことが好ましい。
【００２５】
【実施例】
鉄粉に、黒鉛粉、銅粉を焼結後にＣ：0.8 質量％、Cu：1.5 質量％となるように配合し、さらに潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を鉄粉と黒鉛粉と銅粉の合計量100 重量部に対し１重量部配合し、混合して混合粉とした。この混合粉を原料粉末として、図１に示す一次成形用金型のダイ孔に充填して、面圧：6 〜7ton／cm2 で一次圧縮成形し、一次成形体とした。なお、一次成形用金型は、下プレスの内周部に面取り突起（Ｃ：0.5mm ）を有し、仮焼結後に外径40mm×内径30mm×厚さ15mmとなるように設計された金型とした。
【００２６】
これら一次成形体を、真空焼結炉中で、600 〜900 ℃の温度範囲で仮焼結する一次成形工程により、仮焼結体とした。ついでこれら仮焼結体に、図２に示す二次成形用金型を用いて、面圧：7 〜10 ton／cm2 で二次圧縮成形を施し、二次成形体としたのち、1100〜1200℃の温度で本焼結を施す二次成形工程により、内孔付き焼結部材とし本発明例１とした。なお、二次成形用金型は、本焼結後に外径40mm×内径30mm×厚さ15mmの部材となるように設計された金型であり、下パンチの内周部に、仮焼結体の下側内周部に付与された面取りより大きい寸法の面取り突起（Ｃ：0.5 mm）を付設された金型とした。また、二次成形用金型と仮焼結体とのクリアランスは0.1mm （片側）に設定した。
【００２７】
また、本発明例１と同じ配合の原料粉末を、一次成形用金型として、内周部側および外周部側の両側に面取り突起（Ｃ：0.5mm ）を付設した下パンチと、内周部側および外周部側の両側に面取り突起（Ｃ：0.5mm ）を付設した上パンチを使用した金型を用い、また、二次成形用金型として、 図３に示すような、内周部側および外周部側の両側に面取り突起を付設した下パンチと、内周部側および外周部側の両側に面取り突起を付設した上パンチを使用した金型を用いた以外は、本発明例１と同様な条件で一次成形工程および二次成形工程を施し、内孔付き焼結部材とし本発明例２とした。なお、二次成形用金型では、下パンチおよび上パンチに付設された面取り突起は、一次成形金型により仮焼結体に付与された面取りより大きい寸法（Ｃ：0.6 mm）とした。
【００２８】
また、比較例として、一次成形用金型、二次成形用金型として、下パンチおよび上パンチのいずれにもに面取り突起を付設しなかった金型を使用した以外は、本発明例１と同じ配合の原料粉末を、本発明例１と同様な条件の一次成形工程、二次成形工程により、内孔付き焼結部材とし、比較例とした。
これら焼結部材について、内周を基準として、外周全周のフレ量を測定し、外周の外径基準による軸心と内周の内径基準による軸心との差（mm）を求め、同軸度精度を評価した。同軸度精度は軸心の差が小さいほど向上している。
【００２９】
得られた結果を図４に示す。
図４から、本発明例１および本発明例２の同軸度はいずれも、0.04mm以下となっており、比較例の0.05mmにくらべ同軸度精度が顕著に向上していることがわかる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、内径、および外径等の寸法精度に優れ、かつ同軸度精度に顕著に優れた内孔付き焼結部材が、簡便な方法で安価にしかも安定して製造できるという産業上格段の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に好適な一次成形用金型の構成の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明に好適な二次成形用金型の構成の一例を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明に好適な二次成形用金型の構成の一例を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明における実施例の同軸度精度を示すグラフである。
【符号の説明】
１  原料粉末
11  ダイ (一次成形用）
12  上パンチ (一次成形用）
13  下パンチ (一次成形用）
14  コアロッド (一次成形用）
15  コアロッド受け治具
121   上パンチ面取り突起 (一次成形用）
122   上パンチ内孔 (一次成形用）
131   下パンチ面取り突起 (一次成形用）
132   下パンチ内孔 (一次成形用）
２  ワーク（仮焼結体）
21  ダイ (二次成形用）
22  上パンチ (二次成形用）
23  下パンチ (二次成形用）
24  コアロッド (二次成形用）
25  コアロッド受け治具
221   上パンチ面取り突起
222   上パンチ内孔
231   下パンチ面取り突起
232   下パンチ内孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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