JP2000096101A - 金属焼結体およびその製造方法 - Google Patents
金属焼結体およびその製造方法Info
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Abstract
結体およびその製造方法を提供すること。 【解決手段】本発明の金属焼結体は、例えば金属粉末射
出成形(MIM)法により金属粉末と結合材とを含む成
形体を製造する工程1Aと、この成形体に脱脂処理を施
す工程2Aと、得られた脱脂体を焼結して金属焼結体を
得る工程3Aと経て製造される。用いる金属粉末は、例
えばニッケル基自溶合金のような自溶合金で構成されて
いる。このようにして製造された金属焼結体の表面のビ
ッカース硬度Hvは、500以上となる。
Description
てなる金属焼結体およびその製造方法に関する。
テープ(長尺フィルム)上にその長手方向に沿って半導
体チップを等間隔で固定し、該テープを走行させて半導
体チップを搬送し、各半導体チップに対し順次ワイヤボ
ンディング等を行う、いわゆるテープオートマチックボ
ンディング(TAB)が行われている。
形成された孔にスプロケットホイールの歯を噛み込ま
せ、該スプロケットホイールを回転させることにより走
行する。また、このスプロケットホイールは、それを1
方向に回転させ、かつその回転量(送り量)を制御する
ために、複数のラチェット歯が形成されたラチェットホ
イールを備えている。
イールは、それぞれをプレス加工により別部材として製
造し、両部材を位置決めしてカシメにより結合してい
た。しかし、そのために次のような種々の欠点があっ
た。
るとともに、組立て工程を要する。
ールとラチェットホイールに、互いに嵌合する凹部と凸
部を形成する必要があり、部品の形状が複雑となる。
ら、部品の信頼性を長期維持することができない。
が摩耗し易いために、その材質には高硬度(耐摩耗性)
が要求される。そのため、一旦製造されたラチェットホ
イールに対し焼入れ(SK−4材)を行うが、これによ
り歪みが生じ、得られたラチェットホイールに寸法誤差
が生じる。設計通りの寸法とするためには、焼入れ後に
研削加工等の後加工を行う必要があるが、工程数の増大
を招き、製造コストが高くなる。
度で耐摩耗性に優れ、製造が容易な金属焼結体およびそ
の製造方法を提供することにある。
(1)〜(13)の本発明により達成される。
を脱脂、焼結してなる金属焼結体であって、前記金属粉
末が自溶合金で構成されていることを特徴とする金属焼
結体。
合金である上記(1)に記載の金属焼結体。
法により製造されたものである上記(1)または(2)
に記載の金属焼結体。
有量が80〜98wt%である上記(1)ないし(3)の
いずれかに記載の金属焼結体。
0以上である上記(1)ないし(4)のいずれかに記載
の金属焼結体。
る上記(1)ないし(5)のいずれかに記載の金属焼結
体。
し(6)のいずれかに記載の金属焼結体。
(1)ないし(7)のいずれかに記載の金属焼結体。
伝達部とを有し、これらが一体化されている上記(1)
ないし(8)のいずれかに記載の金属焼結体。
結合材とを含む成形体を製造する工程と、得られた成形
体に脱脂処理を施す工程と、得られた脱脂体を焼結して
金属焼結体を製造する工程とを有することを特徴とする
金属焼結体の製造方法。
合金である上記(10)に記載の金属焼結体の製造方法。
出成形法により行われる上記(10)または(11)に記載
の金属焼結体の製造方法。
有量が80〜98wt%である上記(10)ないし(12)の
いずれかに記載の金属焼結体の製造方法。
その製造方法について詳細に説明する。
示す平面図、図2は、図1中のII−II線断面図、図3
は、本発明の焼結体の製造方法の実施形態を示す工程図
である。
造について説明する。同図に示す金属焼結体1は、前述
したTABにおいて、半導体チップの搬送用テープを走
行させるための部品である。この金属焼結体1は、スプ
ロケットホイール(第1の動力伝達部)2と、ラチェッ
トホイール(第2の動力伝達部)3とを一体化してなる
動力伝達部品である。
ール3とは、同心的に設置され、それらの中心部には、
回転軸を挿入するための円形の開口4が形成されてい
る。
ル2は、その直径がラチェットホイール3の直径より大
きい。
の突起21が等間隔で形成されている。各突起21は、
スプロケットホイール2に一体的に形成されている。こ
れらの突起21は、前記搬送用テープ(図示せず)の両
側端部に形成された孔に挿入される。
複数のラチェット歯(摩耗部分)31が等間隔で形成さ
れている。各ラチェット歯31は、ラチェットホイール
3に一体的に形成されている。これらのラチェット歯3
1は、ラチェット爪(図示せず)と係合し、ラチェット
ホイール3を所定方向に、かつ所定の回転量(送り量)
で回転駆動させる。ラチェットホイール3の回転力は、
これと一体化されたスプロケットホイール2に伝達さ
れ、その突起21に係合している前記搬送用テープを送
ることができる。
形成数と同数である。また、ラチェット歯31は、スプ
ロケットホイール2の外周より内側であって、突起21
と半ピッチずれた位置に形成されている。
件を満足する特性を持つものである。
起21は、可撓性を有する搬送用テープに係合し、また
搬送用テープを送るために必要なスプロケットホイール
2のトルクも比較的小さくてよいため、突起21を含む
スプロケットホイール2の機械的強度は、比較的低いも
のでよい。
スプロケットホイール2と同様に、大きなトルクが作用
しないので、ラチェットホイール3の機械的強度も比較
的低いものでよい。ただし、ラチェットホイール3のラ
チェット歯31は、ラチェット爪と頻回の摺動がなされ
るため、耐摩耗性が要求され、そのため、ある程度の高
い硬度が必要となる。
属焼結体1は、自溶合金で構成される金属粉末と結合材
とを含む成形体を脱脂、焼結してなるものである。これ
らの組成の詳細については、後述する金属焼結体1の製
造方法で述べる。
いて、図3を参照しつつ説明する。金属焼結体1は、下
記工程[1A]〜[3A]を経て製造される。
る。成形体の製造方法は、特に限定されず、通常の圧粉
成形等によるものでもよいが、本発明では、金属粉末射
出成形(MIM:Metal Injection Molding )法により
製造されたものが好ましい。
ものや、複雑で微細な形状の金属焼結体を製造すること
ができ、用いる金属粉末の特性を十分に生かすことがで
きるという利点を有するので、本発明を適用する上でそ
の効果が有効に発揮され、好ましい。
び成形体の製造について説明する。
ー)とを用意し、これらを混練機により混練し、混練物
(コンパウンド)を得る。
である。自溶合金は、工業的には主に溶射材料として用
いられているもので、ニッケル基自溶合金、コバルト基
自溶合金、タングステン・カーバイド基自溶合金等の種
類がある。その組成の一例を下記表1に示す。
十分な硬度(耐摩耗性)が得られ、焼結性が高く、比較
的安価という理由から、特にニッケル基自溶合金が好ま
しい。
の元素として、例えばMn、Zn、Sn、Pb、Pt、
Au、Ag、Pd、Al、Ti、V、Nb、Ga、T
a、Zr、Pr、Nd、Sm、Y、P、S、O等のうち
の少なくとも1種が含まれていてもよい。
が、150μm 以下が好ましく、通常、0.1〜60μ
m 程度がより好ましい。平均粒径が大き過ぎると、他の
条件によっては、焼結性が低下することがある。
れず、例えば水またはガスアトマイズ法、粉砕法により
製造されたものを用いることができる。
ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル
共重合体などのポリオレフィン、ポリメチルメタクリレ
ート、ポリブチルメタクリレート等のアクリル系樹脂、
ポリスチレン等のスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポ
リ塩化ビニリデン、ポリアミド、ポリエステル、ポリエ
ーテル、ポリビニルアルコール、またはこれらの共重合
体等の各種樹脂や、各種ワックス、パラフィン、高級脂
肪酸(例:ステアリン酸)、高級アルコール、高級脂肪
酸エステル、高級脂肪酸アミド等が挙げられ、これらの
うちの1種または2種以上を混合して用いることができ
る。
いてもよい。この可塑剤としては、例えば、フタル酸エ
ステル(例:DOP、DEP、DBP)、アジピン酸エ
ステル、トリメリット酸エステル、セバシン酸エステル
等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を混
合して用いることができる。
末、結合材、可塑剤の他に、例えば、潤滑剤、酸化防止
剤、脱脂促進剤、界面活性剤等の各種添加物を必要に応
じ添加することができる。
粒径、結合材、添加剤の組成およびその配合量等の諸条
件により異なるが、その一例を挙げれば、混練温度:2
0〜200℃程度、混練時間:20〜210分程度とす
ることができる。このように、混練を十分に行うことに
より、得られた成形体中の金属粉末がより均一に分散さ
れ、すなわち、成形体の密度がより均一となり、その結
果、成形欠陥、焼結欠陥のない高品質の金属焼結体が得
られる。
(小塊)化される。ペレットの粒径は、例えば、1〜1
0mm程度とされる。
物より造粒されたペレットを用いて、射出成形機により
射出成形し、所望の形状、寸法の成形体を製造する。こ
の場合、成形金型の選択により、複雑で微細な形状の成
形体をも容易に製造することができる。
いる金属粉末の金属組成や粒径、結合材の組成およびそ
の配合量等の諸条件により異なるが、その一例を挙げれ
ば、材料温度が好ましくは20〜230℃程度、射出圧
力が好ましくは30〜170kgf/cm2 程度とされる。
末の含有量は、特に限定されないが、80〜98wt%程
度が好ましく、85〜96wt%程度がより好ましい。金
属粉末の含有量が少な過ぎると、成形体に脱脂、焼結を
施した際の収縮率が大きくなり、得られる金属焼結体1
の寸法精度が低下し、また、金属粉末の含有量が多過ぎ
ると、金属粉末射出成形の際の成形材料の流動性が低く
なり、成形性が低下する。
以後の脱脂および焼結による成形体の収縮分を見込んで
決定される。
(脱バインダー処理)を施す。
例えば真空または減圧状態下(例えば1×10-1〜1×
10-6 Torr )、あるいは窒素ガス、アルゴンガス等の
不活性ガス中で、熱処理を行うことによりなされる。
は温度150〜750℃程度で0.2〜40時間程度、
より好ましくは温度250〜650℃程度で0.5〜1
8時間程度とされる。
々の目的(例えば脱脂時間の短縮の目的)で、複数の工
程(段階)に分けて行われてもよい。この場合、例え
ば、前半を低温で、後半を高温で脱脂処理するような方
法や、低温と高温を繰り返し行う方法が挙げられる。
の特定成分を所定の溶媒(液体、気体)を用いて溶出さ
せることにより行ってもよい。
っているため、このような脱脂処理を行った際に、成形
体中からの脱脂も均一になされる。よって、成形体の変
形等が防止され、高い寸法精度が得られる。
結し、金属焼結体1を製造する。
て結晶粒となり、全体として緻密な、すなわち高密度、
低空孔率の焼結体が得られる。
いが、例えば、金属粉末の金属組成がニッケル基自溶合
金の場合、好ましくは850〜1350℃程度、より好
ましくは900〜1250℃程度とされ、金属粉末の金
属組成がコバルト基自溶合金の場合、好ましくは850
〜1400℃程度、より好ましくは900〜1300℃
程度とされ、金属粉末の金属組成がタングステン・カー
バイド基自溶合金の場合、好ましくは850〜1450
℃程度、より好ましくは900〜1400℃程度とされ
る。
合、好ましくは0.5〜8時間程度、より好ましくは1
〜5時間程度とされる。
れるのが好ましい。これにより、金属焼結体の空孔率の
低減、耐摩耗性の向上に寄与する。
Torr 以下(より好ましくは1×10-2〜1×10-6 T
orr )の減圧(真空)下、または1〜760Torrの窒素
ガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気、または1〜
760Torrの水素ガス雰囲気であるのが好ましい。
てもよい。例えば、最初に1×10 -2〜1×10-6 Tor
r の減圧(真空)下とし、途中で前記のような不活性ガ
スに切り替えることができる。
り、さらなる空孔率の低減、すなわち金属焼結体の高密
度化、高硬度化に寄与するとともに、高い寸法精度が得
られ、また、焼結の効率が良く、より短い焼結時間で焼
結を行うことができ、焼結作業の安全性も高く、生産性
も向上する。
ってもよい。例えば、焼結条件の異なる第1の焼結と第
2の焼結とを行うことができる。この場合、第2の焼結
の焼結温度を、第1の焼結の焼結温度より高い温度とす
ることができる。これにより、焼結の効率がさらに向上
し、更なる高密度化、高硬度化を図ることができる。
が均一となっているため、このような焼結を行った際
に、焼結(粒成長)が均一に進行する。よって、成形体
(脱脂体)は均一に収縮し、変形、ワレ、ヒケ等の焼結
欠陥が防止されるとともに、高い寸法精度が得られる。
および図2に示すような動力伝達部品に限らず、あらゆ
る分野の金属製品、金属部品に適用することができる。
工程[1A]の前工程、工程[1A]〜[3A]の間に
存在する中間工程、または工程[3A]の後工程が存在
していてもよい。
の表面のビッカース硬度Hvは、500以上であるのが
好ましく、600〜850であるのがより好ましい。金
属焼結体1の表面の硬度が低過ぎると、耐摩耗性が不十
分となる。
は、特に限定されず、比較的低くてよい。具体的には、
引張強さ10〜60kg/mm2であればよい。
れないが、ニッケル基自溶合金の場合、7.3g/cm3 以
上であるのが好ましく、7.4〜7.7g/cm3 程度であ
るのがより好ましい。
る。
2μm のニッケル基自溶合金よりなる粉末を用意した。
その組成は、次の通りである。
5wt%、エチレン−酢酸ビニル共重合体:1.65wt%
およびパラフィン:1.4wt%から構成される結合材
と、ジブチルフタレート(可塑剤):0.8wt%とを混
合し、これらを混練機にて110℃×1時間の条件で混
練した。
い、射出成形機にて金属粉末射出成形(MIM)し、図
1および図2示す形状の成形体を得た。射出成形時にお
ける成形条件は、金型温度30℃、射出圧力110kgf/
cm2 であった。
は、約94.2wt%であった。
いて脱脂処理を行った。脱脂条件は、1×10-3 Torr
の減圧下で、450℃×1時間とした。
いて焼結を行い、金属焼結体を得た。焼結条件は、Ar
ガス雰囲気中で1000℃×3時間とした。
トホイール最大外径:45mm、ラチェットホイール最大
外径:40mm、中心開口径:8mm、厚さ:3.1mmであ
り、スプロケットホイール外周の突起数:30個(12
°間隔で形成)、ラチェットホイール外周のラチェット
歯数:30個(12°間隔でかつスプロケットホイール
の突起に対し6°ずれて形成)であった。
金属粉末(平均粒径15μm )として、次記の組成のも
のを用いた以外は、実施例1と同様にして金属焼結体を
製造した。
体(図1および図2に示す形状の動力伝達部品)の特性
を調べた。その結果を下記表2に示す。
属焼結体は、いずれも、高密度(低空孔率)であり、高
硬度で耐摩耗性に優れ、寸法精度も高いことが確認され
た。また、ワレ、変形等の焼結欠陥もなく、高品質のも
のであった。
硬度で耐摩耗性に優れた金属焼結体を提供することがで
き、その製造も容易である。
数で構成することができ、製造コストも安価である。
結欠陥もなく、高品質で信頼性の高い金属焼結体が提供
される。
は、動力伝達部品に適用すると、有用性が高く、好まし
い。
ある。
す工程図である。
Claims (13)
- 【請求項1】 金属粉末と結合材とを含む成形体を脱
脂、焼結してなる金属焼結体であって、 前記金属粉末が自溶合金で構成されていることを特徴と
する金属焼結体。 - 【請求項2】 前記自溶合金は、ニッケル基自溶合金で
ある請求項1に記載の金属焼結体。 - 【請求項3】 前記成形体は、金属粉末射出成形法によ
り製造されたものである請求項1または2に記載の金属
焼結体。 - 【請求項4】 前記成形体中の前記金属粉末の含有量が
80〜98wt%である請求項1ないし3のいずれかに記
載の金属焼結体。 - 【請求項5】 表面のビッカース硬度Hvが500以上
である請求項1ないし4のいずれかに記載の金属焼結
体。 - 【請求項6】 引張強さが10〜60kg/mm2である請求
項1ないし5のいずれかに記載の金属焼結体。 - 【請求項7】 摩耗部分を有する請求項1ないし6のい
ずれかに記載の金属焼結体。 - 【請求項8】 動力伝達部品を構成する請求項1ないし
7のいずれかに記載の金属焼結体。 - 【請求項9】 第1の動力伝達部と、第2の動力伝達部
とを有し、これらが一体化されている請求項1ないし8
のいずれかに記載の金属焼結体。 - 【請求項10】 自溶合金で構成される金属粉末と結合
材とを含む成形体を製造する工程と、 得られた成形体に脱脂処理を施す工程と、 得られた脱脂体を焼結して金属焼結体を製造する工程と
を有することを特徴とする金属焼結体の製造方法。 - 【請求項11】 前記自溶合金は、ニッケル基自溶合金
である請求項10に記載の金属焼結体の製造方法。 - 【請求項12】 前記成形体の製造は、金属粉末射出成
形法により行われる請求項10または11に記載の金属
焼結体の製造方法。 - 【請求項13】 前記成形体中の前記金属粉末の含有量
が80〜98wt%である請求項10ないし12のいずれ
かに記載の金属焼結体の製造方法。
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