JP2000290702A - 焼結部品およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 全体の密度が比較的均一で、破損を生じにく
い長尺の焼結部品およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 粉末成形に際してダイ11およびコアロッ
ド12間で下パンチ13および上パンチ14により原料粉末Ｐ
を圧縮するとき、下パンチ13およびコアロッド12を固定
しておく。そして、上パンチ14を下降させ、ダイ11を上
パンチ14より遅い速度で下降させる。したがって、圧粉
体1Aの外周側では上パンチ14および下パンチ13の両方か
ら加圧力が作用するが、内周側では上パンチ14のみから
加圧力が作用する。これにより、上下からの加圧力が打
ち消し合うニュートラルゾーンが圧粉体1Aの軸方向に対
して斜めになり、粗密度部も斜めになる。その結果、全
体の密度が比較的均一になるとともに、粗密度部が軸方
向中央部から片側にずれて分布する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、粉末冶金法による
焼結部品およびその製造方法に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】粉末冶金では、金属を
主成分とする原料粉末を粉末成形用金型により圧縮して
圧粉体を成形し（粉末成形工程）、その後、この圧粉体
を加熱して焼結する（焼結工程）ことが行われる。例え
ば内燃機関のバルブガイドのような筒状の部品となる圧
粉体を成形する場合、前記粉末成形用金型には、圧粉体
の外周面を形成するダイと、圧粉体の内周面を形成する
コアロッドと、圧粉体の下端面を形成する下パンチと、
圧粉体の上端面を形成する上パンチとを備えたものが用
いられる。

【０００３】そして、原料粉末がダイとコアロッドとの
間で下パンチおよび上パンチにより圧縮されて成形され
るが、成形方法には片押成形法やウィズドロアル法な
ど、いくつかのものがある。片押成形法は、加圧を一方
向から行うもので、加圧中はダイと下パンチを固定し、
上パンチで加圧する。圧粉体の抜き出しは、下パンチの
上昇により行う。また、ウィズドロアル法は、加圧を向
かい合う二方向から行うもので、下パンチは固定してお
り、まず上パンチが加圧を行い、つぎにダイおよびコア
ロッドが下降することにより、下パンチが加圧を行うも
のである。圧粉体の抜き出しは、上パンチを上昇させる
とともに、ダイおよびコアロッドをさらに下降させるこ
とにより行う。そして、従来のウィズドロアル法用の粉
末成形用金型では、一般的にダイとコアロッドとは一体
に移動するようになっている。

【０００４】前記片押成形法では、成形された圧粉体の
密度は、上パンチ側である軸方向一端側から他端側に向
けて単調に減少するものとなり、軸方向両端側での密度
差は大きなものとなる。これに対してウィズドロアル法
では、成形された圧粉体の密度は、軸方向両端から中央
部に向けて次第に低下するものとなる。すなわち、圧粉
体の粗密度部は、下パンチの加圧力と上パンチの加圧力
とが打ち消し合うニュートラルゾーンである軸方向中央
部に分布する。

【０００５】このような圧粉体における密度の相違は、
特に前記内燃機関のバルブガイドのような細長い長尺の
部品において顕著なものとなる。そして、粗密度部の強
度は弱いため、例えば圧粉体がダイから抜き出された後
に倒れたりすると、粗密度部つまり圧粉体の軸方向中央
部に亀裂などの破損が生じやすい。そこで、従来は、圧
粉体が倒れないように、抜き出された圧粉体を保持具に
より一つずつ保持するようにしていたが、このような保
持具を設けるのでは、設備費の増大を招く。

【０００６】本発明は、このような問題点を解決しよう
とするもので、破損を生じにくい焼結部品およびその製
造方法を提供することを目的とする。さらに、焼結部品
全体で密度をより均一にできる焼結部品の製造方法を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の焼結部
品は、前記目的を達成するために、粗密度部が軸方向で
中央部から片側にずれて分布しているものである。これ
により、焼結部品が破損しにくくなる。

【０００８】請求項２の発明は、請求項１の発明の焼結
部品において、粗密度部が軸方向一端から軸方向全長の
約30〜45％の位置に分布しているものである。

【０００９】請求項３の発明は、請求項１または２記載
の焼結部品の製造方法であって、原料粉末を粉末成形用
金型で圧縮して圧粉体を成形する粉末成形工程と、前記
圧粉体を加熱して焼結する焼結工程とを備え、前記粉末
成形工程において、圧粉体の外周面を形成するダイと、
圧粉体の内周面を形成するコアロッドと、圧粉体の下端
面を形成する下パンチと、圧粉体の上端面を形成する上
パンチとを備えた粉末成形用金型を用い、ダイとコアロ
ッドとの間で下パンチおよび上パンチにより原料粉末を
圧縮するとき、前記ダイとコアロッドとを上下方向で互
いに相対的に移動させるものである。

【００１０】ダイとコアロッド間で上パンチおよび下パ
ンチにより原料粉末が圧縮されるとき、ダイまたはコア
ロッドに沿っている原料粉末は、ダイまたはコアロッド
との間の抵抗によりこれらダイまたはコアロッドに対し
て相対的に留まる傾向を示す。したがって、ダイとコア
ロッドとが上下方向で互いに相対的に移動することによ
り、内周側の原料粉末と外周側の原料粉末とでは上下方
向の移動量が異なるものになる。その結果、ニュートラ
ルゾーンが圧粉体の外周側と内周側とで異なる高さに位
置する。したがって、圧粉体において、ニュートラルゾ
ーンによる粗密度部は軸方向に対し傾斜して分布するこ
とになり、その結果、焼結部品の軸方向の各部における
密度がより均一になる。また、粗密度部が軸方向に対し
傾斜して分布することにより、この粗密度部を軸方向で
中央部からずらして分布させることが可能になる。

【００１１】請求項４は、請求項３の発明の焼結部品の
製造方法において、ダイとコアロッドとの間で下パンチ
および上パンチにより原料粉末を圧縮するとき、下パン
チおよびコアロッドを固定してダイおよび上パンチを下
降させるものである。

【００１２】これにより、ダイとコアロッド間で上パン
チおよび下パンチにより原料粉末が圧縮されるとき、内
周側の原料粉末よりも外周側の原料粉末の方がより大き
く下降する。その結果、ニュートラルゾーンは圧粉体の
外周側では軸方向中間部になるのに対して、内周側では
より上側に位置する。したがって、圧粉体において、ニ
ュートラルゾーンによる粗密度部は軸方向に対し傾斜し
て分布し、かつ全体として軸方向で中央部から上側にず
れて分布することになる。これとともに、焼結部品の軸
方向の各部における密度がより均一になる。

【００１３】

【発明の実施形態】以下、本発明の焼結部品およびその
製造方法の実施形態について、図面を参照しながら説明
する。焼結部品である焼結体１は図２に示すように細長
い長尺のもので、円筒状になっていて通孔２を有してい
る。例えば、内燃機関のバルブガイドなどとして利用さ
れるものである。また、焼結体１の材料は鉄系である。

【００１４】つぎに、前記焼結体１となる圧粉体1Aを成
形するための粉末成形用金型の構成を図３に基づいて説
明する。11はダイ、12はコアロッド、13は下パンチ、14
は上パンチである。前記ダイ11は上下に貫通する通孔15
を有しており、この通孔15の周面により圧粉体1Aの外周
面を形成するものである。また、前記コアロッド12は円
柱状になっていて前記ダイ11の通孔15内に同軸的に位置
しており、圧粉体1Aの内周面を形成するものである。ま
た、前記下パンチ13は円筒状になっていて前記ダイ11と
コアロッド12との間に下側から上下摺動自在に嵌合され
ている。そして、下パンチ13はその上端面により圧粉体
1Aの下端面を形成するものである。さらに、前記上パン
チ14は円筒状になっていて前記ダイ11とコアロッド12と
の間に上側から上下摺動自在かつ挿脱自在に嵌合され
る。そして、上パンチ14はその下端面により圧粉体1Aの
上端面を形成するものである。以上の説明から明らかな
ように、成形に際して圧粉体1Aの軸方向は上下方向にな
る。

【００１５】つぎに、前記金型を用いた粉末成形につい
て説明する。この成形は基本的にウィズドロアル法であ
り、下パンチ13が固定でダイ11が上下動する。また、上
パンチ14およびコアロッド12も上下動するが、このコア
ロッド12はダイ11とは独立に上下動する。図４には１サ
イクルでのダイ11、コアロッド12、上パンチ14およびフ
ィーダ16の移動を示してある。同図において横軸は時間
（駆動用のカムやクランクの角度）、縦軸は移動量であ
る。そして、実線のグラフがダイ11、破線のグラフがコ
アロッド12、点線のグラフが上パンチ14、一点鎖線のグ
ラフがフィーダ16の移動を示している。

【００１６】成形時には、まず上パンチ14がダイ11およ
びコアロッド12間から上方へ抜けた状態で、ダイ11上に
フィーダ16が前進し、このフィーダ16からダイ11内に鉄
を主成分とする原料粉末Ｐが充填される。つぎに、フィ
ーダ16が後退した後、図３（ａ）に示すように下降する
上パンチ14がダイ11およびコアロッド12間に嵌合し、上
パンチ14がダイ11内の原料粉末Ｐを加圧し始める。つぎ
に、ダイ11が下降し始め、これにより下パンチ13がダイ
11内の原料粉末Ｐを加圧し始める。ダイ11の下降速度は
上パンチ14の下降速度の約１／２である。図３（ｂ）に
示すように上パンチ14が停止した時点で加圧が完了する
が、この加圧により原料粉末Ｐが圧縮されて圧粉体1Aが
成形される。この原料粉末Ｐの加圧中、コアロッド12は
停止したままである。加圧完了後もダイ11は下降を続
け、これにより圧粉体1Aがダイ11から抜き出される。ダ
イ11が下限位置まで下降した後、それまで停止していた
コアロッド12が下降し、圧粉体1Aから抜ける。その後、
上パンチ14が上昇してダイ11から抜けるとともに、ダイ
11およびコアロッド12が上昇する。また、原料粉末Ｐの
供給のためにフィーダ16が再びダイ11上に前進してくる
が、このフィーダ16により圧粉体1Aがダイ11上から払い
出される。その後、以上の工程が繰り返される。

【００１７】成形された圧粉体1Aは、その後焼結炉で加
熱されて焼結され、焼結体１となる。

【００１８】前記原料粉末Ｐの加圧に際して、ダイ11が
下降することにより圧粉体1Aの外周側では上パンチ14お
よび下パンチ13の両方から加圧力が作用する。一方、コ
アロッド12は固定であるため、圧粉体1Aの内周側では上
パンチ14のみから加圧力が作用する。両パンチ13,14の
加圧力が打ち消し合う部分（ニュートラルゾーン）では
圧粉体1Aの密度が低くなるが、前述のように圧粉体1Aの
外周部では両パンチ13,14の加圧力が作用するため、ニ
ュートラルゾーンつまり粗密度部は圧粉体1Aの上下方向
中央部に位置する。一方、圧粉体1Aの内周部では上パン
チ14のみから加圧力が作用するため、ニュートラルゾー
ンは圧粉体の下部に位置する。そのため、成形された圧
粉体1Aにおいて、粗密度部は軸方向に対し傾斜して分布
する。

【００１９】図１には圧粉体の密度の測定結果を示して
ある。この測定に用いた圧粉体は、内径５mm、外径11m
m、長さ50mmのものである。また、粉末成形にはカム式
成形プレスを用い、下加圧量を約15mmに設定し、成形密
度を6.7g/cm³および6.8g/cm³に設定した。また、原料粉
末は一定量を手で充填した。成形後、さらに圧粉体を70
0℃で仮焼結した後に測定を行った。また、図１（ａ）
に示すように細長い圧粉体1Aをその軸方向においてＡ，
Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇの領域部分に分割し、各部分に
ついて密度を測定した。Ａが成形時における上パンチ側
である。図１（ｂ）において、実線のグラフ（イ）は本
実施例で成形密度を6.8g/cm³とした圧粉体の密度を示し
ており、一点鎖線のグラフ（ロ）は本実施例で成形密度
を6.7g/cm³とした圧粉体の密度を示している。一方、二
点鎖線のグラフ（ハ）は通常のウィズドロアル法つまり
ダイとコアロッドとが一体に上下動する方法（以下、従
来ウィズドロアル法という）により成形密度を6.8g/cm³
として成形された圧粉体の密度を示しており、破線
（ニ）のグラフは従来ウィズドロアル法により成形密度
を6.7g/cm³として成形された圧粉体の密度を示してい
る。

【００２０】これらのグラフから明らかなように、従来
ウィズドロアル法では、粗密度部は圧粉体1Aの軸方向中
央部にあり、かつこの中央部と端部とでの密度差は大き
くなっている。一方、本実施例の圧粉体1Aでは、粗密度
部は圧粉体1Aの軸方向中央部から片側にずれて位置して
いる。粗密度部は軸方向一端から軸方向全長の約３分の
１の位置に分布している。また、粗密度部と端部の高密
度部とでの密度差は、従来ウィズドロアル法によるもの
に比べ約33％ないし74％小さくなっている。

【００２１】また、圧粉体1Aの抗折力試験も行った。こ
の試験では支点間距離を25mmに設定した。そして、従来
ウィズドロアル法により成形された圧粉体では抗折強度
が約5.7kgfであったのに対して、本実施例の圧粉体1Aで
は抗折強度が約8.6kgfであった。

【００２２】前述のように本実施例において圧粉体1Aの
軸方向における密度差がより小さくなるのは、ニュート
ラルゾーンが成形される圧粉体1Aの軸方向に対し傾斜し
ているため、つまりニュートラルゾーンが軸方向におい
て分散されるためである。そして、粗密度部が圧粉体1A
の軸方向に対し傾斜していることにより、つまり粗密度
部が軸方向において分散され、軸方向における密度差が
小さくなることにより、前記抗折力試験の結果からも明
らかなように圧粉体1Aひいては焼結体１の強度が向上す
る。例えば細長い圧粉体1Aの場合、成形後の圧粉体1Aが
ダイ11上からフィーダ16により払い出されるときこの圧
粉体1Aが倒れやすいが、倒れたとしても圧粉体1Aが破損
を生じにくい。したがって、圧粉体1Aの倒れ防止の保持
具も不要になる。また、焼結体１の使用時においてもそ
の破損を防止できる。

【００２３】なお、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、種々の変形実施が可能である。例えば前記
実施例では、圧粉体1Aにおいて、その軸方向に対し粗密
度部を傾斜して分布させるために、粉末成形における加
圧に際して下パンチ13およびコアロッド12を固定し、ダ
イ11および上パンチ14を異なる速度で下降させたが、下
パンチおよびダイを固定し、コアロッドおよび上パンチ
を異なる速度で下降させてもよい。また、ダイおよびコ
アロッドを異なる速度で下降させてもよい。さらに、ダ
イを固定して、コアロッドおよび下パンチを異なる速度
で上昇させるなどしてもよい。要は、原料粉末の加圧に
際してダイとコアロッドとを上下方向で互いに相対的に
移動させればよい。ただし、前記実施例のようにコアロ
ッド12を固定する構成とすれば、粉末成形金型の動作の
制御を容易にできる。

【００２４】

【発明の効果】請求項１および請求項２の発明の焼結部
品によれば、粗密度部が軸方向で中央部から片側にずれ
て分布しているので、破損を生じにくくできる。

【００２５】請求項３の発明の焼結部品の製造方法によ
れば、粉末成形に際しダイとコアロッドとの間で下パン
チおよび上パンチにより原料粉末を圧縮するとき、ダイ
とコアロッドとを上下方向で互いに相対的に移動させる
ので、粗密度部が軸方向で中央部から片側にずれて分布
した焼結部品を得ることができる。

【００２６】請求項４の発明の焼結部品の製造方法によ
れば、請求項３の発明の効果に加え、下パンチおよびコ
アロッドを固定してダイおよび上パンチを下降させるの
で、粉末成形金型の動作の制御を容易にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の焼結部品の実施例における軸方向の密
度分布を示すグラフである。

【図２】同上焼結部品の斜視図である。

【図３】本発明の焼結部品の製造方法の一実施例に用い
る粉末成形用金型の断面図である。

【図４】同上粉末成形用金型の作動を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１ 焼結体（焼結部品） 1A 圧粉体 11 ダイ 12 コアロッド 13 下パンチ 14 上パンチ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粗密度部が軸方向で中央部から片側にず
   れて分布していることを特徴とする焼結部品。
2. 【請求項２】 粗密度部が軸方向一端から軸方向全長の
   約30〜45％の位置に分布していることを特徴とする請求
   項１記載の焼結部品。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の焼結部品の製造
   方法であって、原料粉末を粉末成形用金型で圧縮して圧
   粉体を成形する粉末成形工程と、前記圧粉体を加熱して
   焼結する焼結工程とを備え、前記粉末成形工程におい
   て、圧粉体の外周面を形成するダイと、圧粉体の内周面
   を形成するコアロッドと、圧粉体の下端面を形成する下
   パンチと、圧粉体の上端面を形成する上パンチとを備え
   た粉末成形用金型を用い、ダイとコアロッドとの間で下
   パンチおよび上パンチにより原料粉末を圧縮するとき、
   前記ダイとコアロッドとを上下方向で互いに相対的に移
   動させることを特徴とする焼結部品の製造方法。
4. 【請求項４】 ダイとコアロッドとの間で下パンチおよ
   び上パンチにより原料粉末を圧縮するとき、下パンチお
   よびコアロッドを固定してダイおよび上パンチを下降さ
   せることを特徴とする請求項３記載の焼結部品の製造方
   法。