JP2000109906A - 局所樹脂含浸処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、焼結金属の素材の加工部分のみを局
所的に樹脂含浸させる方法を提供するものである。 【解決手段】液状の熱硬化性樹脂が浸透保持された部材
を、含浸深さに応じた時間だけ焼結金属材料の所望箇所
に当接し、しかる後加熱して硬化させることにより局所
樹脂含浸処理方法を実現するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、焼結金属の所望部
分のみを樹脂含浸させる方法に関し、特に焼結金属に切
削加工を施す際に加工部分のみを含浸処理する方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】焼結金属素材について、最近はより複雑
な形状要求や寸法精度の要求が高まり、仕上げ加工とし
て切削加工が求められるようになってきた。ところが、
焼結金属は粉末金属を圧粉して成形したものを溶融温度
以下で焼結したものであるため、気孔率は高く表面材質
は不均一である上に、硬度は高いものである。従って、
その素材に切削加工を施そうとすると切削工具の刃は焼
結金属との接触によってガリガリと振動し、きれいに切
削できないばかりか工具の刃を摩耗させてしまうという
問題を抱えていた。この問題を解決する技術手段とし
て、焼結金属の内部空孔に樹脂を含浸させて切削加工を
行うことが知られている。この方法によると、加工は軟
質材料を扱うようにスムーズに実施できる。この切削加
工性向上の解明は十分ではないが、内部空孔は樹脂によ
り充填され、固体材質としては均質に近くなって切削工
具の振動が押さえられると共に、樹脂が一種の潤滑作用
をし、切削加工性が向上するためと解される。

【０００３】樹脂含浸させた金属焼結体が切削加工性に
優れていることを、本出願人と日本ロックタイト株式会
社の共同実験結果を例にして紹介する。含浸しないステ
ンレス系のＳＵＳ３０４粉末焼結体と同材質の溶製材そ
して樹脂含浸したＳＵＳ３０４粉末焼結体を試料とし
て、ドリル穴空け加工の比較試験を実施した。結果は図
４のグラフから明らかなように、グラフＡ：切削速度８
ｍ／ｍｉｎの低速加工ではドリルのトルクは樹脂含浸し
ていない焼結体は溶製材の約１割り増しの値で、両者は
加工穴が増えるに従って増大傾向を示すのに対し、樹脂
含浸した焼結体は半分以下の値で加工穴が増えてもほぼ
一定の値を示している。スラスト力は樹脂含浸していな
い焼結体は溶製材の約１．４割り増しの値で、両者は加
工穴が増えるに従って顕著な増大傾向を示すのに対し、
樹脂含浸した焼結体は１／３程度の値で加工穴が増えて
もほぼ一定の値をしめしている。 グラフＢ：１４．４ｍ／ｍｉｎの加工速度においては、
トルクにおいて含浸していない焼結金属は当初は溶製材
の約９割程度であったが加工穴数が多くなるにつれて急
増傾向を示し、１０個を越えたところで破損してしまっ
た。溶製材は加工穴数が増えるに従い増加するが、１０
を越えると一定となる傾向を示した。樹脂含浸した焼結
体は当初の溶製材の約１／３程度で加工数が増えても一
定である。スラスト力においては含浸していない焼結金
属は当初溶製材とほぼ同一であるが、加工穴が増えるに
従い急激に増加し１０を越えたところで破損するが、そ
の前の切削抵抗は前駆症状として急激に増加する。樹脂
含浸した焼結体は当初の溶製材の１／３以下で加工数が
増えても一定である。 グラフＣ：２６．２ｍ／ｍｉｎの高速加工でのトルク
は、含浸していない焼結金属は１つ目の加工途中で破
損、溶製材は２つ目の加工途中で破損してしまったが、
樹脂含浸した焼結体はトルクも、スラスト力も加工速度
に関係なくほぼ一定の値を示している。なお、この試験
では含浸剤はロックタイト社のレジノール９０Ｃ（商品
名）、工具としてφ５ｍｍＨＳＳのドリルを用い、切削
条件として送り量０．１ｍｍ／ｒｅｖ．で実施したもの
である。以上のように樹脂含浸した焼結体は、トルクに
おいてもスラスト力においても格段に低い値を示し、加
工穴数が増えても加工速度が速くなっても格別の変化は
みられない。切削加工に適さないとされていた金属焼結
体が樹脂含浸を施すことによって溶製材にも増して加工
性に富んだ素材となることが確認できた。

【０００４】次に鉄系の試料に対する旋盤加工における
切削抵抗試験の結果を図５Ａ，Ｂに例示する。切削抵抗
としては工具の受ける力、主分力（回転方向）、送り分
力（送り方向）、背分力（回転半径方向）の三種をデー
タとした。無含浸焼結体では溶製材と比較してそれぞれ
が約５０〜１００Ｎ大きい値を示し、このため従来から
焼結金属は切削加工の必要な素材としては不向きとされ
てきたところである。ところが、樹脂含浸を施した焼結
金属の場合には溶製材でさえ２５０〜３００Ｎ程度の値
をとっている主分力については９０から１００Ｎ程度、
送り分力は溶製材が１５０から２００Ｎ程度であるもの
が４０Ｎ程度、背分力では溶製材８０〜１００Ｎ程度で
あるものが２０Ｎ程度と驚異的に低い値で、しかも切削
速度に関係なくほぼ一定の値を示す。なお、この試験に
は工具として超硬Ｐ１０のチップを、ホルダとしてＷＩ
ＤＩ社製のWIDAX80HBP2020Rを、刃部形状は（0,6,11,7,
30,0,0,4)のものを用い、切削条件としては切り込み量
１．０ｍｍ、送り量０．１ｍｍ／ｒｅｖ．として実施し
た。以上の結果から明らかなように従来切削加工性に劣
るものとされてきた焼結金属体も、樹脂含浸処理を施す
ことにより、極めて切削加工性に優れた素材に変身する
ことが理解されよう。

【０００５】ところがこの樹脂含浸処理は、焼結金属の
素材を真空に引いた状態で液状の熱硬化性樹脂中にどぶ
漬けし、素材全体を樹脂含浸させるものであった。切削
加工部分は局所であっても、素材全体を樹脂含浸させね
ばならず、使用する樹脂の量も加工も大がかりとなり、
加工後は残留する樹脂を除去する必要のある場合もあっ
て、処理のコストが高くつき採算が採れないため、この
処理方法は限られた部材にしか適用できなかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、焼結金属の
素材の加工部分のみを局所的に樹脂含浸させる方法を提
供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】液状の熱硬化性樹脂が浸
透保持された部材を、含浸深さに応じた時間だけ焼結金
属材料の所望箇所に当接し、しかる後加熱して硬化させ
ることにより局所樹脂含浸処理方法を実現するものであ
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の局所樹脂含浸処理方法を
実施するためには、まず焼結金属の素材の加工部分に樹
脂を含浸させるための治具を用意する必要がある。すな
わち、液状の熱硬化性樹脂が浸透保持された部材が素材
の加工面の形状に合うように形成すると共に、その部材
が加工面と当接されるように治具を形成しなければなら
ない。治具は形状を保持する基体と、その表面に貼着さ
れるなどして配設されるシート部材とからなる。このシ
ート部材はフェルトやスポンジのような液状の熱硬化性
樹脂を滲み込ませ、浸透保持させる多孔性や繊維物質の
ようなものである。基体の材料は基本的に変形し難いも
のであればよく、プラスチック、金属、木製等であって
よいが、治具を乗せる場合には適度の液状樹脂の滲み出
しを促すためそれに応じた重さが必要である。基体は被
加工品である焼結金属体の加工部分形状と面接触できる
ように形状が作られる。

【０００９】シート部材に十分な量の液状の熱硬化性樹
脂を滲み込ませておき、治具に被加工品である焼結金属
の素材を嵌合させたり、係合させたり、載置させたりの
形態で配置し、加工部分の面がシート部材に接触するよ
うにさせる。加工面とシート部材の接触は被加工部材で
ある焼結金属に治具が嵌合されたり、係合されたり、載
置されたりといった逆の形態であってもよい。この接触
によってシート部材に滲み込まれていた液状の熱硬化性
樹脂が加工面に滲み込んで含浸してゆく。樹脂含浸が加
工深さの層に達するまでの間この接触状態は保たれる。
所望の深さまで樹脂含浸が進んだ時点でシート部材の接
触を解き、加熱処理して樹脂を硬化させる。この状態
で、焼結金属素材は加工部分についての樹脂含浸が施さ
れた状態となっているので、これに対して切削等の加工
処理を施すことができる。加工部分は樹脂含浸が施され
ているので、加工性は前述したように抜群に優れてい
る。場合によって、加工処理後に残留樹脂を除去する処
理を要するが、そのケースにおいても局所の含浸である
ため、残留樹脂の量は極めて僅かな量であり、熱処理飛
散させても発煙量は少なくて済む。使用する樹脂量も、
熱処理による発煙も少ないということは省資源、環境に
も優しいということであり、本発明の技術的効果、経済
的効果に加え環境的効果も顕著である。

【００１０】

【実施例１】本発明を自動車の車輪の軸受けであるベア
リングキャップ１の部材に適用した例を示す。図２に示
されるように、ベアリングキャップ１はダイキャストで
作られたアルミニュウム部材３に挟まれた状態で焼結金
属の芯部材１０が配置され、形成されている。焼結金属
は仕上がり面が均質滑らかではないという欠点を有して
おり、仕上がり精度が厳しく要求されるベアリングと接
触する軸受け面は加工の必要性が生じるが、その加工は
大きな技術的課題であった。加工性を良くするために樹
脂含浸を施せばよいのであるが、部材そのものがかさの
ある物であるため、従来の技術で部材全体に樹脂含浸を
施すには大きな設備と大量の樹脂を要し、とても採算が
合わない。そこで、本発明の局所樹脂含浸処理方法によ
って、ベアリングキャップの部材に焼結金属の採用し、
その加工を可能にするものである。

【００１１】焼結金属によって形成されたベアリングキ
ャップ芯部材１０は図示していないベアリングを介して
軸を受ける半円筒状に凹部となったベアリング受け面１
１が形成されている。このベアリングキャップ芯部材１
０を図１に示されるように前記凹部１１が連続するよう
に複数個並べて配列した時、その連続する凹部にぴった
りと嵌合するような円筒状の治具２を準備する。この治
具２はプラスチック製の基体であるドラム２１と円筒軸
のような把持シャフト２２、それにフェルトで作られた
円筒面を被覆するシート部材２３とからなる。このフェ
ルト製のシート部材２３には十分な量の液状の熱硬化性
樹脂を予め含ませておく。この円筒状の治具２を破線矢
印で示したように前記ベアリングの受け面１１の凹部列
に係合載置する。場合によっては反対に治具２の上に焼
結金属素材を乗せる形態でも良い。そうすることで治具
２の円筒面に被覆されているフェルトが被加工品である
焼結金属のベアリング受け面１１と面接触されることに
なる。フェルトには液状の熱硬化性樹脂が予め含ませて
あるので、その接触によって液状の樹脂が加工面である
ベアリング受け面１１に徐々に含浸されてゆく。加工深
さを勘案し、２ｍｍの層まで含浸が進んだとき、治具を
外し、熱処理工程に廻す。この処理によって、焼結金属
の素材は加工する部分に限定された局部樹脂含浸が実現
されている。

【００１２】加工する部分に局部樹脂含浸が実現された
ベアリングキャップ芯部材１０は、図２に示されるとお
りアルミニュウム製のダイキャストの軸受け端部材３に
サンドイッチ状に挟持された状態で嵌合される。ベアリ
ング受け面はこの軸受け端部材３にも３１として形成さ
れており、図示の形態でベアリングキャップは軸受けを
構成し使用されるものである。この一体とされた形態で
ベアリング受け面１１，３１の切削加工が施される。こ
のベアリング受け面１１，３１は軸受けとしての機能か
ら、その寸法精度は厳しい要求がなされるが、ベアリン
グキャップ芯部材１０の加工面であるベアリング受け面
１１は樹脂含浸が２ｍｍの深さまで実現されているので
切削加工はスムーズである上、一体に接合されている軸
受け端部材３のベアリング受け面３１も同時に切削加工
が施されるため、連続した精度の良いベアリング受け面
が加工実現できる。なお、含浸層の厚さが薄く加工途中
で樹脂含浸されていない焼結金属層に達してしまうと急
に工具がガリガリと音を発し、加工が困難となる。

【００１３】

【実施例２】次に、本発明をボルトに適用した例を示
す。図３に示すように板状の治具５にボルト４を嵌合す
る穴５１をマトリックス状に配列して設けておく。この
穴の周面には２ｍｍ程度のスポンジの層５２を形成す
る。スポンジ層５２には予め液状の熱硬化性樹脂を含ま
せておき、その穴にボルト４を差し込んでゆく。穴の深
さはネジ切り加工部４１の寸法に、穴の径はボルトの径
１２ｍｍにスポンジ層の厚さ２ｍｍ＋２ｍｍを加えた寸
法よりやや小さめの１５ｍｍ程度に形成する。ボルトを
差し込み嵌合した際、ボルトを確実に保持すると共にス
ポンジに含ませた液状の樹脂を潤沢に滲み出させるため
である。ネジ加工の深さ２ｍｍ程度まで含浸が進んだと
ころでボルト４を治具５から外し、熱処理して樹脂を硬
化させる。ネジ切り加工する部分に局部樹脂含浸が実現
されたボルト４は工作機械によりネジ切り加工が行われ
る。加工性は良く残留樹脂も少ないのは実施例１と同様
である。

【００１４】上記の実施例では液状の熱硬化性樹脂が浸
透保持されるシート部材として、フェルトとスポンジを
例示したが、液体を滲み込み含有保持するとともに接触
によって滲み出させるものであれば、適宜の材料が使用
できる。治具基体を構成する材質としてはプラスチッ
ク、金属、木質に限らず、シート部材を保持し被加工面
と面接触できるものであればよく、有る程度の弾性を有
する材料でもよい。

【００１５】

【発明の効果】本発明は、液状の熱硬化性樹脂が浸透保
持された部材を、含浸深さに応じた時間だけ焼結金属材
料の所望箇所に当接し、しかる後加熱して硬化させるこ
とにより局所樹脂含浸処理方法を実現するものであるた
め、切削加工を施す部分には樹脂含浸がなされており、
その機械加工性は極めて良い上、使用する熱硬化性樹脂
の量は少なくて済み、従来のどぶ漬け処理するもののよ
うに大規模な設備を要せず、残留樹脂の量も少なくなる
ので後処理時の発煙量も少ない。すなわち、技術的効
果、経済的効果、環境上の効果と数々の効果を有するも
のである。この発明は、従来、高硬度で潤滑剤の補充の
必要がない等の利点から、素材として焼結金属を使用し
たいが機械加工性の悪さから使用できなかった部材に広
く用途の道を開くものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の１実施例における素材と治具とを示
す図。

【図２】 本発明の１実施例のベアリングキャップの斜
視図。

【図３】 本発明の他の実施例における素材と治具とを
示す図。

【図４】 ドリル加工における切削抵抗を比較したグラ
フ。

【図５】 旋盤切削加工における切削抵抗を比較したグ
ラフ。

【符号の説明】

１ ベアリングキャップ １０ ベアリング芯部材 １１ ベアリング受け面 ２ 円筒状の治具 ２１ 把持シャフト ２２ フェルト ３ 軸受け端部材 ３１ ベアリング受け面 ４ ボルト ４１ ネジ切り加工部 ５ 板状治具 ５１ 穴 ５２ スポンジ層

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液状の熱硬化性樹脂が浸透保持された部材
   を、含浸深さに応じた時間だけ焼結金属材料の所望箇所
   に当接し、しかる後加熱して硬化させることを特徴とす
   る局所樹脂含浸処理方法。
2. 【請求項２】前記焼結金属の所望箇所が切削加工部分で
   ある請求項１に記載の局所樹脂含浸処理方法。
3. 【請求項３】前記液状の熱硬化性樹脂が浸透保持された
   部材がフェルトである請求項１又は２に記載の局所樹脂
   含浸処理方法。
4. 【請求項４】前記焼結金属材料がベアリングキャップで
   ある請求項１乃至３に記載の局所樹脂含浸処理方法。