(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ粉末とＦｅ−Ｐ合金粉末との混合粉末を、圧縮成形して圧粉体を形成し、
該圧粉体を、Ｆｅ−Ｐ合金の溶融点を超えＦｅの溶融点より低い焼結温度で、Ｆｅ粉末部分を溶融させずに、Ｆｅ−Ｐ合金粉末部分を溶融させて前記Ｆｅ粉末部分の空隙部に浸透させて焼結し、
密度７．２〜７．５ｇ／ｃｍ３、有効多孔率２％以下のろう付け用の焼結品を得ることを特徴とする焼結品の製造方法。
【請求項２】
前記Ｆｅ−Ｐ合金粉末が、５〜１５重量％のＰを含有することを特徴とする請求項１に記載の焼結品の製造方法。
【請求項３】
前記混合粉末が、０．２〜０．８重量％のＰを含有することを特徴とする請求項１または２に記載の焼結品の製造方法。
【請求項４】
前記焼結において、前記焼結品が、焼結温度が１１００〜１１５０℃の状態で１０分間以上保持されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の焼結品の製造方法。
【請求項５】
Ｆｅ粉末とＦｅ−Ｐ合金粉末との混合粉末から形成された密度７．２〜７．５ｇ／ｃｍ３、有効多孔率２％以下の焼結品であって、
前記Ｆｅ粉末の粒子が互いに結合して形成されたＦｅ部と、溶融して前記Ｆｅ粉末の粒子間の空隙部に浸透した後冷却されて前記空隙部において固化したＦｅ−Ｐ合金部とを有し、ろう付けに用いられることを特徴とする焼結品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ろう付けに適した焼結品の製造方法および焼結品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
粉末を圧縮成形した圧粉体の焼結により製造される焼結品は、複数の粉末成形品同士あるいは溶製材を組み合わせて接合することにより、複雑な形状の部品や、部分的に異なる材料により形成された部品、複数の機能（歯車、カム、レバー等）を一体に備えた部品などの製造が可能である。このような焼結品を形成する接合技術のひとつとして、ろう付けが採用されている。
【０００３】
ろう付け時に部材同士を接合させるろう材としては、ニッケルろう等が多く用いられているが、より安価である銅をろう材として用いてコストダウンを図ることが求められている。ところが、銅はニッケルに比べて表面張力が小さくぬれ性に優れ、接合部のオープンポア（表面に通じている気孔）から粉末成形品内部にしみ込みやすい。ろう材が接合部に浸透することは接合強度の上昇につながるが、図７に示すように、ろう材１００が銅の場合はその多くが粉末成形品１０１内部に吸収されてしまい、接合部に残留しないため、部材同士を接合することが難しい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
銅ろう材を用いてのろう付けを可能にするために、粉末成形品の封孔処理、高密度化等の技術により、溶融された銅ろう材を接合部に残留させることが検討されている。しかしながら銅溶浸による封孔処理は、粉末成形品全体のオープンポアを埋めなければ銅ろう材の吸収を防ぐことが困難であるため、原料費が増大するという問題がある。また、水蒸気処理や樹脂含浸のような封孔処理は、工程の増加により生産コストが増大するという問題がある。
【０００５】
一方、気孔が少ない高密度の圧粉体を製造する高加圧成形は、加圧能力が大きな成形プレスが必要であり、また金型破損のおそれも大きく、製造コストが高くなるという問題がある。また、焼結温度を高くして液相焼結による気孔のクローズドポア（表面に通じていない気孔）化も可能ではあるが、処理量が少なく設備費がかかるためコストが増大するだけでなく、高温で焼結し、冷却時間が長くなると結晶粒が大きくなり、焼結品の強度が低下するという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、銅をろう材として確実なろう付けが可能な焼結品を、高加圧成形や高温での焼結によらず、低コストで得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
記課題を解決するために、請求項１の発明に係る焼結品の製造方法は、Ｆｅ粉末とＦｅ−Ｐ合金粉末との混合粉末を、圧縮成形して圧粉体を形成し、該圧粉体を、Ｆｅ−Ｐ合金の溶融点を超えＦｅの溶融点より低い焼結温度で、Ｆｅ粉末部分を溶融させずに、Ｆｅ−Ｐ合金粉末部分を溶融させて前記Ｆｅ粉末部分の空隙部に浸透させて焼結し、密度７．２〜７．５ｇ／ｃｍ３、有効多孔率２％以下のろう付け用の焼結品を得ることを特徴としている。
この発明の製造方法によれば、焼結温度よりも溶融点が低い（１０５０℃）Ｆｅ−Ｐ合金粉末部分は溶融し、焼結温度よりも溶融点が高い（１５３９．６℃）Ｆｅ粉末部分は溶融しないので、液相が部分的に生じ、強度を保持しつつ、有効多孔率の低い焼結品を、高加圧成形や高温焼結によらず、低コストで製造することができる。このようにして得られた焼結品は、オープンポアが少ないため、ろう材として用いたＣｕを過剰に吸収することなく、Ｃｕのろう付けによる接合が可能となる。
【０００８】
請求項２の発明に係る焼結品の製造方法は、請求項１の焼結品の製造方法において、Ｆｅ−Ｐ合金粉末が、５〜１５重量％のＰを含有することを特徴としている。
この発明によれば、Ｆｅ−Ｐ合金が、Ｆｅの溶融点を下げるのにもっとも効果的な比率でＰを含有することにより、低い溶融点温度（１０５０℃）となるので、Ｆｅ粉末部分とＦｅ−Ｐ合金粉末部分の溶融点の差が大きく、確実に液相焼結を行うことができ、オープンポアが少なくろう付けに適した焼結品を製造することが可能となる。
【０００９】
請求項３の発明に係る焼結品の製造方法は、請求項１または２の焼結品の製造方法において、混合粉末が、０．２〜０．８重量％のＰを含有することを特徴としている。
この発明によれば、焼結品全体に対するＰの重量％を低く抑えているので、焼結品の形状を保って焼結処理を行うことができ、形状精度の優れた焼結品を製造することが可能となる。
【００１０】
請求項４の発明に係る焼結品の製造方法は、請求項１から３の焼結品の製造方法において、焼結品が、焼結温度が１１００〜１１５０℃の状態で１０分間以上保持されることを特徴としている。
この発明によれば、圧粉体全体を所定温度で一定時間保持することにより、オープンポアが少なくＣｕろう付けに適した焼結品を、確実に製造することができる。
【００１１】
請求項５の発明に係る焼結品は、Ｆｅ粉末とＦｅ−Ｐ合金粉末との混合粉末から形成された密度７．２〜７．５ｇ／ｃｍ３、有効多孔率２％以下の焼結品であって、前記Ｆｅ粉末の粒子が互いに結合して形成されたＦｅ部と、溶融して前記Ｆｅ粉末の粒子間の空隙部に浸透した後冷却されて前記空隙部において固化したＦｅ−Ｐ合金部とを有し、ろう付けに用いられることを特徴としている。
この発明によれば、通常の密度の焼結品でありながら、オープンポアが少なくて有効多孔率が低いので、ろう付けにおいてＣｕをろう材として用いてもＣｕが過剰に吸収されない、Ｃｕろう材によるろう付けが可能な焼結品が実現される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
図１は、本発明による焼結品１０と、溶製材からなるパイプ２０とを、ろう付けにより接合してなる機械部品３０を示す断面図である。焼結品１０はＦｅ−Ｐ合金からなる密度約７．３ｇ／ｃｍ３、有効多孔率約１．０％のリング状部材であり、この焼結品１０と、純Ｃｕ粉末の圧粉体からなるリング状のろう材Ｗとがパイプ２０に嵌められた状態で加熱されることにより、パイプ２０と焼結品１０とが接合されている。
【００１３】
ここで焼結品１０の製造方法について説明する。
まず、図２に示すように、Ｆｅ粉末、Ｆｅ−５〜１５％Ｐ合金粉末および潤滑剤を混合機Ｍにより混合し、Ｐを０．６質量％含む鉄系の混合粉末ｍを製造する。Ｐは、Ｆｅの溶融点を低下させるための成分である。つぎに、図３に示すように、この混合粉末ｍを成形プレスＦにより所定形状に圧縮成形し、圧粉体１１を形成する。この圧粉体１１は、図５（ａ）に示すように、溶融点が１５３９．６℃であるＦｅ粉末中に、Ｐにより溶融点が下げられたＦｅ−Ｐ合金粉末が点在した状態となっている。
【００１４】
さらに、この圧粉体１１を、図４に示すように、焼結炉ＳによりＦｅ−５〜１５Ｐ合金の溶融点１０５０℃を超えＦｅの溶融点１５３９．６℃より低い焼結温度１１００〜１１５０℃で加熱し、Ｆｅ−５〜１５％Ｐ合金粉末部分を溶融させる液相焼結を行う。このような温度で処理することにより、圧粉体１１においては、図５（ｂ）に示すように、Ｆｅ−５〜１５％Ｐ合金粉末が溶融してＦｅ粉末の粒子間の空隙部１０ｂに浸透し、連結孔やオープンポア等の気孔を埋めて固化してＦｅ−Ｐ合金部１０ｃが形成される一方で、Ｆｅ粉末部分が拡散接合により形状を保ったまま焼結されてＦｅ部１０ａが形成される（図５（ｃ））。
【００１５】
このようにして得られた焼結品１０は、密度は焼結前後で大きく変わることはなく約７．３ｇ／ｃｍ３であって、有効多孔率約１．０％となる。なお、この焼結品１０は液相焼結により寸法精度が低下するため、焼結後にさらにサイジング等の再圧縮を行うことが好ましい。
【００１６】
なお、焼結時間は、圧粉体１１（焼結品１０）の焼結温度が１１００〜１１５０℃の状態で１０分間以上保持すると、全体を均一に焼結させることができる。たとえば圧粉体１１の大きさがφ２０である場合、２０〜３０分程度となる。焼結炉Ｓは、図では汎用性の高い連続式の焼結炉を用いているが、密閉炉を用いれば、処理量は少なくなるが焼結温度、焼結時間の設定を容易に変更することができる。
【００１７】
以上のように形成された本実施形態の焼結品１０と、従来の焼結品との比較を、有効多孔率と密度の関係を表す図６に示す。
図中、●で示す点Ａ〜点Ｆは、Ｆｅ粉末の加圧成形における圧力を異ならせることにより、密度を異ならせて成形したものであり、ぬれ性の悪いＮｉをろう材としたろう付けは可能である。この図からわかるように、成形時の圧力を大きくするほど、焼結品の密度を高めることができる。しかし、これらの焼結品に対してろう材にＣｕを用いたろう付けを行ったところ、ろう材が焼結品のオープンポアに吸収されて図７に示すような状態となり、接合させることはできなかった。なお、これ以上の高密度品を製造する圧力を与えるのは、通常の成形プレスの場合、現実的ではない。
【００１８】
点Ｇは、通常の成形プレスで加圧成形した点Ｆの焼結品に対し、焼結後に銅溶浸を行った焼結品の密度を示している。銅溶浸によって密度を高めることはできたものの、有効多孔率に大きな変化はなく、気孔（オープンポア）を完全に埋めることは難しい。さらに気孔を埋めているのがろう材と同じＣｕであるため、ろう材にＣｕを用いたろう付けを行うと、銅溶浸のＣｕが溶融することによりオープンポアが再度生じて、ろう材が焼結品に吸収されてしまい、図７に示すような状態となって接合させることはできなかった。
【００１９】
一方、点Ｈ（○）で示す本実施形態の焼結品１０は、密度は格別高くはないが、有効多孔率が低い。この焼結品１０は、銅溶浸とは異なり、Ｆｅ−Ｐ合金部１０ｃが気孔を塞いでいるため、ろう材にＣｕを用いたろう付けを行っても、ろう材が焼結品１０に吸収されず、図１に示すような状態となり確実な接合を行うことができた。さらに、この焼結品１０は、機械加工のように表面の目つぶしにより封孔するものとは異なりオープンポアが残っているため、このオープンポアに適量のろう材が吸収され、接合が強固なものとなっている。
【００２０】
このように、上述した製造方法により、部分的に生じた液相によりオープンポアが少なくなっているので、ろう材に用いたＣｕが過剰に吸収されることなく相手部材に接し、Ｃｕによるろう付けが可能な焼結品１０を得ることができる。
【００２１】
なお、前記実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明に係る焼結品の製造方法によれば、焼結温度よりも溶融点が低い（１０５０℃）Ｆｅ−Ｐ合金粉末部分は溶融し、焼結温度よりも溶融点が高い（１５３９．６℃）Ｆｅ粉末部分は溶融しないので、液相が部分的に生じ、強度を保持しつつ、有効多孔率の低い焼結品を、高加圧成形や高温焼結によらず、低コストで製造することができる。このようにして得られた焼結品は、オープンポアが少ないため、ろう材として用いたＣｕを過剰に吸収することなく、Ｃｕのろう付けによる接合が可能となる。
したがって、高加圧成形や高温焼結を行わなくても、原料費のＣｕを用いるろう付けが可能な焼結品を、低コストで製造することができるので、ろう付けの原料費が低減され、焼結品をろう付けされた部品の製造コスト低減が実現される。
【００２３】
請求項２の発明に係る焼結品の製造方法によれば、Ｆｅ−Ｐ合金がＦｅの溶融点を下げるのにもっとも効果的な比率でＰを含有し、低い溶融点温度（１０５０℃）となるので、Ｆｅ粉末部分とＦｅ−Ｐ合金粉末部分の溶融点の差が大きく、確実に液相焼結を行うことができ、オープンポアが少なくろう付けに適した焼結品を製造することが可能となる。
【００２４】
請求項３の発明に係る焼結品の製造方法によれば、焼結品全体に対するＰの重量％を低く抑えているので、焼結品の形状を保って焼結処理を行うことができ、形状精度の優れた焼結品を製造することが可能となる。
【００２５】
請求項４の発明に係る焼結品の製造方法によれば、圧粉体全体を所定温度で一定時間保持することにより、オープンポアが少なくＣｕろう付けに適した焼結品を、確実に製造することができる。
【００２６】
請求項５の発明に係る焼結品によれば、通常の密度の焼結品でありながら、オープンポアが少なくて有効多孔率が低いので、ろう付けにおいてＣｕをろう材として用いてもＣｕが過剰に吸収されない、Ｃｕろう材によるろう付けが可能な焼結品が実現される。
したがって、焼結品において原料費の安いＣｕを用いたろう付けが可能となり、焼結品をろう付けした部品の製造コスト低減が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による焼結品をろう付けして形成された部品を示す断面図である。
【図２】  本発明の焼結品を製造する際の、混合粉末の製造工程を示す概念図である。
【図３】  本発明の焼結品を製造する際の、圧粉体の製造工程を示す概念図である。
【図４】  本発明の焼結品を製造する際の、焼結工程を示す概念図である。
【図５】  本発明の焼結品の製造における混合粉末の焼結状態を示す図である。
【図６】  焼結品の有効多孔率と密度との関係を表し、本発明の焼結品と従来の焼結品とを比較する図である。
【図７】  従来の焼結品に対するＣｕをろう材としたろう付けによる各部材の状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１０  焼結品
１０ａ  Ｆｅ部
１０ｂ  空隙部
１０ｃ  Ｆｅ−Ｐ合金部
１１  圧粉体
２０  パイプ
３０  部品
ｍ  混合粉末
Ｆ  成形プレス
Ｍ  混合機
Ｓ  焼結炉
Ｗ  ろう材
【図１】
0003830802.tif 000002
【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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