JP2001026802A

JP2001026802A - 焼結部品の生産方法

Info

Publication number: JP2001026802A
Application number: JP11233056A
Authority: JP
Inventors: Masato Sagawa; 眞人佐川; Hiroshi Nagata; 浩永田; Toshihiro Watanabe; 俊宏渡辺; Osamu Itaya; 修板谷
Original assignee: Intermetallics Co Ltd
Current assignee: Intermetallics Co Ltd
Priority date: 1999-07-15
Filing date: 1999-07-15
Publication date: 2001-01-30

Abstract

(57)【要約】【解決手段】圧粉体製造装置１として連続ＲＩＰ装置を
使用し、焼結装置２として連続焼結装置を使用し、圧粉
体製造装置により連続的に製造される圧粉体Ｃが、連続
焼結装置により連続的に焼結されるとともに、圧粉体
が、連続焼結装置中を移動する間に、連続焼結装置に固
有の不均一収縮が起こり、この連続焼結装置に固有の不
均一収縮によってもたらされる焼結部品の形状と寸法の
所望の形状と寸法からのずれを、圧粉体製造装置に使用
されるゴムモールドＭ’のキャビティーＭの形状と寸法
に反映させることにより、所望の形状と寸法の焼結部品
を製造するようにした焼結部品の生産方法に関するもの
である。【効果】焼結部品をネットシェイプで生産できるように
なったため、焼結後、人手と時間がかかる機械加工をし
なくてよく、従って、大きいコストダウンが可能とな
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、粉末冶金製品のネ
ットシェイプ（ＮｅｔＳｈａｐｅ）生産に関するもの
で、ＮｄＦｅＢ焼結磁石、フェライト焼結磁石、Ｔｉや
超硬などの粉末冶金製品、更に、ＦｅやＡｌなど、ま
た、アルミナ、窒化珪素などの一般的な金属や、セラミ
ックスの粉末冶金製品の製造法に関するものである。

【０００２】これらの製品は、粉末を圧縮成形して製造
された圧粉体を焼結して製造される。粉末冶金法の利点
は、この方法によって、機械部品などのニアネットシェ
イプ（ＮｅａｒＮｅｔＳｈａｐｅ）生産ができる点
である。ニアネットシェイプ生産より更に進んだネット
シェイプ生産を実現するために、機械部品などに大量に
生産されるＦｅ系焼結部品では、金型プレスによって圧
縮成形された圧粉体が、焼結によって収縮が起こらない
ように、粉末粒径や粉末成分が調整されている。こうす
ることによって、このような製品では金型の精度に近い
精度を持つ粉末冶金製品が製造できる。

【０００３】本発明は、このような焼結時に収縮が起こ
らないか、収縮が小さい製品を対象としない。本発明は
上述した製品例の中で、各種焼結磁石などの、焼結中に
収縮が起こり、それがネットシェイプ生産の妨げの一つ
になっている粉末冶金製品を対象とする。

【０００４】本発明は、このような焼結中に収縮が起こ
る粉末冶金製品のネットシェイプ化を実現し、これによ
り、これらの製品の大幅なコストダウンを可能にし、且
つ、資源の節約及びこれらの製品の生産のために消費さ
れるエネルギーの節約を達成する。

【０００５】本発明は、粉末冶金法によって生産される
製品の中でも、特に、生産される品物の数がきわめて大
きい製品を対象とする。例えば、本発明の対象となる典
型的な製品としてのＮｄＦｅＢ焼結磁石の場合、１つの
製品が１ヵ月に数１０万個生産されることは珍しくな
い。本発明は、このような、生産される製品の数がきわ
めて大きい製品のネットシェイプ生産に関するものであ
る。従って、本発明では１つの圧粉体を１つの炉に入れ
て加熱し、焼結が完了するまで静置して製造する製品を
対象としない。

【０００６】

【従来の技術】焼結中に大きい収縮が起こる粉末冶金製
品の代表として、ＮｄＦｅＢ焼結磁石（以下，Ｎｄ磁石
という。）がある。Ｎｄ磁石では、粉末は磁界配向して
圧縮成形される。圧粉体は真空中で焼結され、焼結中の
寸法収縮は、磁界配向方法に約２２％、磁界配向方向と
直角方向に約１５％である。他の粉末冶金製品について
も、粒径が小さい粉末を使用する製品では、焼結中の寸
法収縮は大きい。

【０００７】このような焼結中の寸法収縮が起こる粉末
冶金製品の生産において、焼結後の加工、即ち、サイジ
ングやコイニング、また、機械加工を少しでも少なくす
るため次のような様々な工夫がなされている。製品の所望の形状と寸法及び焼結中の寸法収縮の値か
ら圧粉体の所望の形状と寸法を算出し、更に、圧縮成形
時の寸法収縮の値から粉末成形のための金型（金型プレ
スの場合）や、ゴムモールド（ＲｕｂｂｅｒＩｓｏｓ
ｔａｔｉｃＰｒｅｓｓｉｎｇ（ＲＩＰ）やＣｏｌｄ
ＩｓｏｓｔａｔｉｃＰｒｅｓｓｉｎｇ（ＣＩＰ）など
の場合）のキャビティーの形状寸法を算出する。上記のキャビティーに充填される粉末の量が、できる
限り，所望の量からばらつかないように、粉末フィーダ
ーの改良や粉末の流れ性の改良がなされる。キャビティー中の粉末の充填密度をできるだけ均一に
する。圧縮成形時の粉末の圧粉密度をできるだけ均一にす
る。焼結炉の温度分布をできるだけ均一にする。所望の形状、寸法の製品を得るために、上記によっ
て金型やゴムモールドのキャビティーの形状、寸法が算
出され、これらの金型やゴムモールドを使用して、金型
プレスやＲＩＰやＣＩＰにより圧粉体が作られる。圧粉
後、焼結された品物が、圧粉体に原因がある理由によっ
て、ネットシェイプからずれる場合がよくある。粉末充
填の不均一や圧粉時の圧力伝達の不均一により、圧粉体
中に形成される形状のゆがみや圧粉密度の不均一、圧粉
体中の残留応力の不均一などがその原因である。これら
により発生する焼結体のゆがみは、しばしば全ての焼結
体について同一であることがある。このような焼結体の
同じ傾向のゆがみは、圧粉体中に含まれる種々の不均一
が全ての圧粉体について同じ傾向にあるために起こる。
このような圧粉体中に存在する、同じ傾向にある不均一
のために起こる焼結体のゆがみは、金型やゴムモールド
のキャビティーの形状、寸法を補正することにより取り
除く手段がとられている。

【０００８】上述したようなネットシェイプ化のための
様々な工夫がなされても、実際の粉末冶金製品の生産に
おいては、焼結後のサイジングや機械加工は不可欠であ
った。Ｎｄ磁石の例では、焼結体は、ほぼ１００％、研
削加工により形と寸法が整えられて出荷されている。研
削加工時に発生する多量の研削粉や切れっぱし（固形ス
クラップと呼ばれている。）は、やっかいな副産物とし
て良い処理方法がないままＮｄ磁石の工場に放置されて
いる。また、研削加工には人手がかかり、研削による歩
留りの低下とあいまってＮｄ磁石の高価格の原因になっ
ている。Ｎｄ磁石は電気自動車のモータや工場のモータ
などに大量に需要が期待され、これらへのＮｄ磁石の応
用により、エネルギーの節約、二酸化炭素排出量低減が
期待されるが、Ｎｄ磁石の高価格のために発展が阻害さ
れている。

【０００９】本発明者は、焼結時に寸法収縮が大きい圧
粉体を焼結することによって製造される粉末冶金製品の
生産において、これまで、ネットシェイプ化ができなか
った第一の理由は、焼結炉の中の温度が場所によって一
定ではなく、真空炉では真空度、ガス流気炉ではガスの
流量が場所によって変化しており、また、圧粉体を載せ
ている焼結台板と圧粉体との収縮時の摩擦や焼き付きの
場所による差（薄い品物の場合、何枚もの圧粉体を重ね
て焼結台板上に載せている場合がある。）、また、Ｎｄ
磁石の場合、いくつかの圧粉体を金属製の箱に入れて焼
結することがよくあるが、このようなとき、圧粉体中に
含まれる潤滑剤やバインダーなどの有機成分の放出され
やすさが、箱の中央におかれた圧粉体と箱の隅におかれ
た圧粉体で異なり、これら全ての圧粉体の焼結性に及ぼ
す重要な因子が、炉の中のどこに圧粉体が置かれるかに
よって異なり、そのため、どんなに圧粉体の形状や寸法
のばらつきを抑え、圧粉体中における圧力分布を均一に
しても、焼結体の形状と寸法のばらつきはほとんどの応
用製品に対して許容限度を超えてしまい、焼結後の加工
を不可欠のものとする結果に終わっている。

【００１０】粉末充填の不均一や圧粉体中の圧粉密度の
不均一などによる焼結体のゆがみは、金型やゴムモール
ドのキャビティーの形状と寸法を補正することにより解
消することは可能であり、多くの粉末冶金製品の工場で
このようなキャビティー形状と寸法をあらかじめ補正す
ることにより、ネットシェイプ化する手段がとられて功
を奏している。しかし、上述したように、焼結炉の焼結
性に影響する諸因子が、一つの焼結炉の中で大きくばら
ついているため、焼結中に大きい寸法収縮が起こる圧粉
体を焼結して製造される製品では、ネットシェイプ化は
不可能であった。

【００１１】本発明の目的は、上述した従来の焼結部品
の生産方法が有する課題を解決することにある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した目
的を達成するために、第１には、焼結中に寸法収縮が起
こる圧粉体を焼結して製造する焼結部品の生産におい
て、圧粉体製造装置として連続ＲＩＰ装置を使用し、焼
結装置として連続焼結装置を使用し、圧粉体製造装置に
より連続的に製造される圧粉体が、連続焼結装置により
連続的に焼結されるとともに、圧粉体が、連続焼結装置
中を移動する間に、連続焼結装置に固有の不均一収縮が
起こり、この連続焼結装置に固有の不均一収縮によって
もたらされる焼結部品の形状と寸法の所望の形状と寸法
からのずれを、圧粉体製造装置に使用されるゴムモール
ドのキャビティーの形状と寸法に反映させることによ
り、所望の形状と寸法の焼結部品を製造するものであ
り、第２には、連続焼結装置中を、圧粉体が一列に並ん
で運ばれるようにしたものである。

【００１３】

【実施例】本発明者は、きわめて大きい数の製品が製造
される粉末冶金製品の生産において、真のネットシェイ
プ化が、生産性を犠牲にしないで次のとを組み合わ
せることにより実現できることを発見した。

【００１４】大量生産のための大型焼結炉において、
焼結性に影響する諸因子を炉全体に渡って完全に均一に
することは不可能である。本発明者は、このような量産
用大型焼結炉では、焼結性に影響する諸因子を炉全体に
渡って均一にすることは不可能であるとの認識に立つ。
そして、本発明者は、圧粉体が連続的に炉内を通過し、
その間に圧粉体が焼結されるようにした。先ず第一に連
続焼結炉の使用を提案する。ここでいう連続焼結炉と
は、圧粉体の焼結が進行する焼結ゾーンにおいて、圧粉
体が、少数の列をなして、連続的に、又は、ほぼ連続的
にコンベアによって運ばれる構造を有する焼結炉で、１
つのバッチの圧粉体全部が全焼結工程にわたって１つの
炉内に静置されるバッチ炉及び一定数量の圧粉体が、温
度や圧力が異なるチャンバーに順次運ばれ、一定時間静
置されるマルチチャンバー炉（これを連続炉と呼ぶこと
もあるが、本発明の趣旨の連続炉とは異なる。）と区別
する。本発明の連続焼結炉では、圧粉体がその中を通過
して焼結される過程において、炉の中の焼結ゾーン（連
続焼結炉中において、寸法収縮が起こる温度帯にあるゾ
ーン）の温度分布や圧力分布、流気ガス流量分布、雰囲
気中に含まれる不純物ガスの量と流れ、圧粉体と焼結台
板（圧粉体と接触している板）との摩擦と溶着の程度な
ど、寸法収縮と焼結性に影響する諸因子の全てに関し
て、その連続焼結炉に固有の不均一性を、そのゾーンを
通過する全ての圧粉体が同じように経験するように構成
される。このような情況を実現するために、連続焼結炉
は、圧粉体を搬送するコンベアの進行方向と平行な方向
に関してだけでなく、これに垂直な方向についても寸法
収縮と焼結性に影響する諸因子に関して不均一性があっ
てもよいが、この連続焼結炉を通過する全ての圧粉体
は、それらが焼結ゾーンを通過する間に、その不均一性
を同じように経験するように構成されなくてはならな
い。そのために最適の構成は、全ての圧粉体が焼結ゾー
ンを一列に並んで通過するようにした構成である。生産
性を向上するために、複数の列を作って焼結ゾーンを通
過するようにするときは、各列間の収縮と焼結性に影響
する諸因子の差を最小限に抑える必要がある。この場合
でも、コンベアの進行方向におけるこれら諸因子の変動
や不均一性は許容される。このような連続焼結炉を使用
することにより、全ての圧粉体は、焼結性に関して、そ
の連続炉に固有の不均一性を経験することになり、全て
の圧粉体は焼結時に、焼結条件についてのこの固有の不
均一性の影響を受けて同じようにゆがむことになる。な
お、ここでいう圧粉体のゆがみには、圧粉体自体の形状
のゆがみや、圧粉密度の不均一性に基づく焼結時の収縮
の不均一により発生する形状のゆがみや、Ｎｄ磁石の場
合のように、粉末の配向方向とそれに直角の方向におけ
る異方的収縮による変形（相似形からのずれ）は含まな
い。

【００１５】本発明の他の形態として、連続焼結装置中
を、複数列の列をなして圧粉体が移動し、この圧粉体の
列毎に異なった固有の不均一収縮が起こる場合がある。
この場合、その各列に、連続ＩＲＲ装置の特定のゴムモ
ールドが対応して、この対応するゴムモールドにより作
製された圧粉体が、連続焼結装置の対応する圧粉体の列
を移動するように自動操縦される。

【００１６】圧粉体製造装置としては、ゴムモールド
のキャビティーへの粉末の充填から、圧縮成形された圧
粉体のキャビティーからの取り出しまでを、連続的に行
う連続ＲＩＰ装置を使用する。ＲＩＰ法は、本発明者等
が開発した新しい粉末成形法であり、特開平８−１３２
２９８号公報などの多くの特許公報において公開されて
いる。また、連続ＲＩＰ装置に関しては、上記の特開平
８−１３２２９８号公報の他に、特公平７−４４１２１
号公報や特開平７−１３２２９９号等において公開され
ており、更に、連続ＲＩＰ装置の中でも最重要技術であ
る粉末充填法については、特開平９−７８１０３号公
報、特開平９−１６９３０１号公報、特開平１１−４９
１０１号公報等において、空気タッピング法或いはエア
ータッピング法という名前で知られる新しい粉末充填技
術の内容が公開されている。

【００１７】本発明者が、上述ので述べた特徴を持つ
連続焼結炉と組み合わせて、上述の連続ＲＩＰ装置の使
用を提案するのは次の理由による。

【００１８】図１に、ＲＩＰ法で圧粉体を製造した後
に、焼結して筒状の製品を製造するときの例を模式的に
示す。

【００１９】先ず、実験的に得られる圧粉体の焼結時の
寸法収縮の平均値から、所望の寸法の焼結体を得るため
の圧粉体の寸法を逆算し、更に、ＲＩＰ法において、ゴ
ムモールドのキャビティー中の粉末の充填密度と圧粉密
度（これは圧粉後、圧粉体をＲＩＰ装置から取り出して
焼結炉に運ぶときに、圧粉体がこわれないために必要な
圧粉体強度などから決められる。）から、粉末が充填さ
れる空間、即ち、ゴムモールドのキャビティーが設計さ
れ、それに基づいてゴムモールドが作製される。

【００２０】図１（ａ）には、このようにして設計さ
れ、作製されたゴムモールドにより作製された圧粉体Ｃ
１が示されている。図１（ｂ）はこの図１（ａ）の圧粉
体を焼結したときの焼結体Ｓ１を示す（破線は、上記の
圧粉体Ｃ１を示す。）。焼結時の平均の寸法収縮は、Ｎ
ｄＦｅＢ焼結磁石の場合、磁界配向方向について、約２
２％、それと直角な方向に、約１５％程度である。不均
一性や焼結台板との摩擦がない理想的な焼結炉を使用す
れば（例えば宇宙空間で焼結したとき）、寸法収縮は、
方向性はあるが、再現性があり、また、予測不可能な圧
粉体のゆがみや圧粉体密度の不均一性は、粉末充填条件
や圧粉条件を一定にすることにより、いつも同じように
繰り返されるので、全て予測可能である。このような再
現性があり、且つ、予測可能な原因に基づく焼結体の、
ネットシェイプからのずれは、ゴムモールドのキャビテ
ィーの設計に取り入れて修正し、修正されたゴムモール
ドを使用して、ネットシェイプ化が容易に達成できる。

【００２１】ところが、で述べたように実際の焼結炉
では、温度や圧力や不純物ガス等の不均一や、焼結台板
との溶着や摩擦がある。図１（ｂ）のように焼結台板と
の摩擦のために、焼結体Ｓ１は、下方の直径が大きく、
上方が小さい形にゆがむことがしばしば起こる。本発明
では、このようなゆがみが、連続的に生産される全ての
焼結体について同じように起こるようにすることを提案
する。そうすると、この焼結体に起こる圧粉体のゆがみ
も、以下に示すように、ゴムモールドのキャビティーの
形状、寸法の補正により、ネットシェイプ生産が可能に
なる。即ち、焼結体Ｓ１のゆがみを補正するために、先
ず、この焼結体Ｓ１の形状と寸法を３次元形状寸法計測
器で測定する。この計測データをコンピュータに入れ、
これと製品の所望の形状、寸法のデータを比較して、圧
粉体をで述べた実際の連続焼結炉で焼結したとき、焼
結時の実際に起こる圧粉体の部位と方位による収縮率を
算出する。この連続焼結装置により焼結したとき、実際
に起こる焼結収縮のデータ（圧粉体の部位と方位により
異なる。）をもとに所望形状、寸法の焼結体を得るため
の圧粉体の形状、寸法を算出し、圧粉時の収縮データか
ら、この修正された形状、寸法の圧粉体を得るためのゴ
ムモールドのキャビティーの形状、寸法を求める。この
ようにして補正設計されたゴムモールドにより、圧粉体
を作製して図２（ａ）に示す修正されたゴムモールドに
よる圧粉体Ｃ２を得る。これを焼結することにより、所
望の形状、寸法の焼結体Ｓ２を得ることができる（破線
は、上記の圧粉体Ｃ２を示す。）。こうして、連続的に
生産される全ての焼結体は、所望の形状、寸法を持つこ
とになり、ネットシェイプ生産が可能となる。

【００２２】次に所望の焼結体形状の外周面を、多くの
メッシュに分割して、実際に製造された焼結体の形状の
所望の焼結体形状からのずれを、これらメッシュの結節
点ごとに計測し、最初に作られたゴムモールドのキャビ
ティーの形状を、対応するメッシュの結節点ごとに補正
して、所望の焼結体を得るためのゴムモールドを設計す
る方法について説明する。この方法は広範囲の形状の焼
結体の製造に適用できる一般的な方法である。ここで
は、一例として図３に示されているような直方体形状の
焼結体Ｓを得る方法について説明する。以下、得ようと
する所望の焼結体Ｓを単に所望焼結体Ｓと称する。

【００２３】先ず、使用する粉末の組成、粉末粒径、圧
粉時の収縮率、焼結時の収縮率等の実験データから、所
望の焼結体Ｓを得るためのキャビティーＭ０を有するゴ
ムモールドＭ０’（図４）を設計し作製する。

【００２４】次に、所望焼結体Ｓの外周面をメッシュに
分割し、結節点を決める。これらの結節点は、焼結体の
形状を計測したり、補正したりするための管理点にな
る。図３の例では、所望焼結体Ｓの１２本の稜線をＡ，
Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌとして、
これらの稜線を５等分して管理結節点を決める方法が示
されている。これら管理結節点の名前を各稜線ごとにＡ
_０，Ａ_１，Ａ_２，Ａ_３，Ａ_４，Ａ_５，Ｂ_０，Ｂ_１，
Ｂ_２，Ｂ_３，Ｂ_４，Ｂ_５等とする。管理結節点は、これ
ら稜線上に形成される５６個以外に、Ａ，Ｂ，Ｄ、Ｅの
各稜線で囲まれた長方形やＩ，Ｊ，Ｋ，Ｌの各稜線で囲
まれた長方形など直方体を形成する６個の長方形の面内
に、各１６個づつ合計９６個形成され、稜線上と面内両
方で１５２個の管理結節点が形成される。多くの目的に
は、このようなメッシュ分割によって形成される全ての
結節点を、管理結節点として使う必要はなく、一部、重
要な点のみを選択して、これらの選ばれた点だけの管理
により、目的に適合した焼結部品を生産できる。本実施
例では、以下に、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，
Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌの１２本の稜線上の５６個の点を管理結
節点として、所望形状の焼結体を得る場合について説明
する。先ず、Ａ_０点（Ｂ_０，Ｃ_０点も同じ位置）を座標
の基準点（０，０，０）として、所望焼結体Ｓについ
て、上述した稜線上の管理結節点の座標（Ｘ^Ｓ _Ａ０，Ｙ
^Ｓ _Ａ０，Ｚ^Ｓ _Ａ０），（Ｘ^Ｓ _Ａ１，Ｙ^Ｓ _Ａ１，
Ｚ^Ｓ _Ａ１），（Ｘ^Ｓ _Ａ２，Ｙ^Ｓ _Ａ２，Ｚ^Ｓ _Ａ２），……
…（Ｘ^Ｓ _Ｂ５，Ｙ^Ｓ _Ｂ５，Ｚ^Ｓ _Ｂ５），………（Ｘ^Ｓ
_Ｌ６，Ｙ^Ｓ _Ｌ６，Ｚ^Ｓ _Ｌ６）が決められる。この管理結
節点の座標データをコンピュータに入力することによ
り、所望焼結体Ｓの形状がコンピュータに記憶される。

【００２５】同様にして、図４に示すように、最初に設
計されたゴムモールドＭ０’の直方体形状のキャビティ
ーＭ０の各稜線を、やはり、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，
Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌとして、各稜線を５等分してメ
ッシュを作り、Ａ_０点（Ｂ_０，Ｃ_０点も同じ位置）を座
標の基準点（０，０，０）として、各管理結節点の座標
（Ｘ^Ｍ０ _Ａ０，Ｙ^Ｍ０ _Ａ０，Ｚ^Ｍ０ _Ａ０），（Ｘ^Ｍ０
_Ａ１，Ｙ^Ｍ０ _Ａ１，Ｚ^Ｍ０ _Ａ１），（Ｘ^Ｍ０ _Ａ２，Ｙ
^Ｍ０ _Ａ２，Ｚ^Ｍ０ _Ａ２），………（Ｘ^Ｍ０ _Ｂ５，Ｙ^Ｍ０
_Ｂ５，Ｚ^Ｍ０ _Ｂ５），………（Ｘ^Ｍ０ _Ｌ６，
Ｙ^Ｍ０ _Ｌ６，Ｚ^Ｍ０ _Ｌ６）が決められる。このゴムモー
ルドの管理結節点のデータもコンピュータに入力され
る。

【００２６】同様にして、上述したゴムモールドを用い
て圧粉体を作製し、連続炉により焼結して得られた焼結
体Ｒ（以下、連続炉により焼結して得られた焼結体を、
単に、実焼結体と称する。）について、図５に示すよう
に管理結節点が上述の所望焼結体Ｓ及び最初のゴムモー
ルドＭ０’のキャビティーＭ０の場合と同様に、Ａ_０，
Ａ_１，Ａ_２，Ａ_３，Ａ_４，Ａ_５，Ｂ_０，Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ
_３，Ｂ_４，Ｂ_５等と名付けられる。これら管理結節点の
座標データは実焼結体Ｒの３次元形状計測器による形状
計測により得られる。３次元形状計測器としては、ＣＮ
Ｃ接触型３次元座標計測器、手動接触型３次元座標計測
器、レーザースキャン型非接触３次元形状計測器、３次
元カメラ面単位３次元座標計測器、３次元デジダイジン
グシステム等が知られており、本発明の目的にはＣＮＣ
接触型３次元座標計測器やレーザースキャン型非接触３
次元形状計測器の方法が優れている。これらの３次元形
状計測器により実焼結体Ｒの管理結節点のＡ_０点
（Ｂ_０，Ｃ_０点も同じ位置）を座標の基準点（０，０，
０）とする座標（Ｘ^Ｒ _Ａ０，Ｙ^Ｒ _Ａ０，Ｚ^Ｒ _Ａ０），
（Ｘ^Ｒ _Ａ１，Ｙ^Ｒ _Ａ１，Ｚ^Ｒ _Ａ１），（Ｘ^Ｒ _Ａ２，Ｙ^Ｒ
_Ａ２，Ｚ^Ｒ _Ａ２），………（Ｘ^Ｒ _Ｂ５，Ｙ^Ｒ _Ｂ５，Ｚ^Ｒ
_Ｂ５），………（Ｘ^Ｒ _Ｌ６，Ｙ^Ｒ _Ｌ６，Ｚ^Ｒ _Ｌ６）が決
められる。なお、実焼結体Ｒの形状のゆがみが大きく
て、実焼結体Ｒの基準点Ａ_０を通る稜線Ａ，Ｂ，Ｃが直
交していないときは、基準点を通り、各Ａ，Ｂ，Ｃの稜
線に近い方向の直交する３つの直線を別に決め、この３
つの直線を直交座標の座標軸として、上述した実焼結体
Ｒの管理結節点の座標を表す。このようにして定義さ
れ、３次元形状計測器により計測された実焼結体Ｒの管
理結節点のデータも全てコンピュータに入力される。

【００２７】コンピュータに入力された上述の所望焼結
体Ｓ、実焼結体Ｒ及び最初のゴムモールドＭ０’のキャ
ビティーＭ０に関する管理結節点の座標のデータから修
正されたゴムモールドＭ１’のキャビティーＭ１の管理
結節点を次のようにして求める。例えば、管理結節点Ｆ
_１について、修正されたゴムモールドＭ１’のキャビテ
ィーＭ１の対応する管理結節点Ｆ_１の座標
（Ｘ^Ｍ１ _Ｆ１，Ｙ^Ｍ１ _Ｆ１，Ｚ^Ｍ１ _Ｆ１）は次の式から
求められる。

【００２８】

【数１】

【００２９】この式で、ｓは最初のゴムモールドＭ０’
のキャビティーＭ０の設計に際して用いられた収縮率
で、圧粉時の収縮と焼結時の収縮の両方を加えたもので
ある。本実施例では簡単のために収縮は圧粉時も焼結時
も、等方的に起こると仮定した。これはＲＩＰ成形が静
水圧的に行われる条件のもとでは、多くの物質の粉末に
ついて成立する。ＲＩＰ成形が静水圧圧縮の条件からず
れたり、ＮｄＦｅＢ磁石粉末の成形の場合のように圧縮
前に粉末を磁界配向するときには、上述の収縮率ｓは等
方的ではなくなり、ｓは座標軸ごとに異なった値にな
り、修正されたゴムモールドＭ１’の設計に際しては、
座標軸ごとに異なった値を用いて、最初に設計されたゴ
ムモールドＭ０’のキャビティーＭ０の修正を行わなく
てはならない。

【００３０】上述した方法により修正されたゴムモール
ドＭ１’のキャビティーＭ１の全管理結節点Ａ_０ ^Ｍ１，
Ａ_１ ^Ｍ１，Ａ_２ ^Ｍ１，Ａ_３ ^Ｍ１，Ａ_４ ^Ｍ１，Ａ_５ ^Ｍ１，
Ｂ_０ ^Ｍ１，Ｂ_１ ^Ｍ１，Ｂ_２ ^Ｍ１，Ｂ_３ ^Ｍ１，Ｂ_４ ^Ｍ１，
Ｂ_５ ^Ｍ１，………Ｌ_０ ^Ｍ１，Ｌ_１ ^Ｍ１，Ｌ_２ ^Ｍ１，Ｌ_３
^Ｍ１，Ｌ_４ ^Ｍ１，Ｌ_５ ^Ｍ１の座標を求めることにより、
修正されたゴムモールドＭ１’を設計する。この修正さ
れたゴムモールドＭ１’により同じＲＩＰ装置で圧粉体
が作られ、同じ連続焼結炉を用いて焼結体が作られる。
この焼結体の形状を３次元形状計測器で再測定し、管理
結節点の全てのデータをコンピュータに入力する。先に
コンピュータに入力された所望焼結体Ｓの管理結節点と
比較して、両者のずれが許容差以内なら、修正されたゴ
ムモールドＭ１’を用いて本格的な生産が行われる。も
し両者のずれがまだ許容差を超えていれば、修正された
ゴムモールドＭ１’を基準としてさらに修正されたゴム
モールドＭ２’を算出し作製する。そしてこの２度修正
されたゴムモールドＭ２’により粉末をＲＩＰ成形し、
連続焼結炉により同様に焼結体を試作して、所望焼結体
Ｓとの形状のずれを３次元計測器により求める。こうし
て、所望形状の焼結体Ｓの製造が可能になる。

【００３１】本発明の方法では、１種類のゴムモールド
により粉末がＲＩＰ成形され、連続焼結装置により焼結
され、製造される焼結体は全て同じゆがみを持つように
構成されている。そのもっとも単純な態様は、圧粉体が
一列になってコンベアにより運ばれる方式のコンベア炉
の使用である。生産性を上げるため、次の方法により、
複数列のコンベア炉の使用が可能となる。第１の方法
は、圧粉体が運ばれる列ごとに別々にゴムモールドを設
計し、上述したネットシェイプ生産のためのゴムモール
ドの修正を別々に実施する。そして連続ＲＩＰ装置で複
数のゴムモールド・ダイセットを使用して圧粉体を作
り、１つのゴムモールド・ダイセットにより作られた圧
粉体はいつも、連続焼結炉中において、同じ特定の列に
配置されるように構成される。もう１つの方法は、焼結
装置中の列ごとの焼結条件のばらつきを最小にするよう
に工夫する。この場合、列に平行な方向に焼結温度が不
均一になっているなど、焼結条件がこの方向に不均一に
なっていてもよいが、そのような不均一はどの列につい
ても同じである必要がある。このどちらかの方法によっ
て、複数の列をなして圧粉体が運ばれる連続焼結炉の使
用が可能になる。

【００３２】ここで、本発明において、上述した一列ま
たは複数列の連続焼結炉を組み合わせる本発明の圧粉体
製造機がなぜＲＩＰでなくてはいけないかについて説明
する。

【００３３】ＲＩＰ法は、他の成形法に比べて、成形で
きる圧粉体の形状に関して、大きい自由度を持っている
からである。即ち、実際の連続焼結炉による圧粉体の焼
結では、不均一な収縮が避けられず、所望の焼結体の形
状が単純な形、例えば図１に示すように筒状でも、不均
一な収縮は、一般的には３次元的に起こり、これを補正
するために粉末を充填するキャビティーの形を修正する
とき、ＲＩＰ法では成形できる圧粉体の形状に関して大
きい自由度を持っているので、例えば、図２（ａ）に示
されているような、上方の直径が大きく、下方の直径が
小さい形の圧粉体をＲＩＰ法で作ることは容易である。
しかし、例えば、普通の金型プレス（ＤｉｅＰｒｅｓ
ｓ（ＤＰ））法では、成形できる圧粉体の形状に大きい
制限があり、例えば，図２（ａ）の形の圧粉体は成形で
きない。ＤＰ法では成形できる圧粉体の形状として、必
ず、その側面に、プレス軸方向と平行な面の存在が不可
欠であるからである。このように、３次元的な補正を必
要とするため、本発明の粉末成形法はＲＩＰ法又はＣＩ
Ｐ法である必要がある。また、本発明の粉末成形法の条
件として、第２に、大量に生産される製品を対象として
いるので、生産性が良いこと、第３に、粉末充填キャビ
ティーの補正が安価で容易であることが重要である。第
２の条件から、ＣＩＰ法はサイクルタイムが長すぎるの
で、不適切である。また、第３の条件から、金型プレス
やＭｅｔａｌＩｎｊｅｃｔｉｏｎＭｏｌｄｉｎｇ（Ｍ
ＩＭ）法は、高硬度の金属製金型のキャビティーを補正
するのに、大変、コストがかかるので，これらの方法は
不適切である。また、大量に生産される部品を対象とし
ているので、ＲＩＰ装置は連続ＲＩＰ装置である必要が
ある。

【００３４】次に、生産システムの概略を説明する。

【００３５】大量生産のための生産システムの一例が、
図６に示されている。１は、上述した本出願人の先の出
願において公開されている、ゴムモールドのキャビティ
ーへの粉末の充填から、圧縮成形された圧粉体のゴムモ
ールドのキャビティーからの取り出しまでを連続的に行
うことができる連続ＲＩＰ装置であり、２は、トンネル
状に形成された連続焼結装置であり、連続ＲＩＰ装置１
と連続焼結装置２とは、直列状に近接して配置されてお
り、連続ＲＩＰ装置１と連続焼結装置２とは、コンベア
ベルト等の搬送装置３により連結されている。そして、
連続ＲＩＰ装置１により連続的に製造される圧粉体Ｃ
は、コンベア３に載置され、連続焼結装置２内に配設さ
れている搬送装置３により、連続ＲＩＰ装置１から連続
焼結炉２中に運ばれ、連続焼結装置２の中を定速で通過
して、この間に、圧粉体Ｃは焼結される。このようにし
て焼結された焼結体Ｓは、図示されていない自動機など
により、搬送装置３から搬出される。

【００３６】ＮｄＦｅＢ焼結磁石の例では、連続ＲＩＰ
装置と連続焼結装置は直結され、全システムは、密閉シ
ステム（ｃｌｏｓｅｄｓｙｓｔｅｍ）を形成し、シス
テムの中は全てアルゴンガスで満たされている。そし
て、毎分６個の圧粉体がシステム中で作られ、その中を
１列に並んで通過して焼結される。焼結温度は、１００
０℃から１０５０℃で、１個の圧粉体が連続焼結炉を通
過して焼結されるまでに約１時間かかる。焼結雰囲気
は、アルゴンガス１気圧で、全てのＮｄ磁石メーカーで
採用されている真空炉は使用しない。これは連続ＲＩＰ
装置と連続焼結炉を直結するために、真空炉が大変使い
にくいからである。このように、焼結時間をできる限り
短くする必要性（長時間の焼結が必要ならば必要な連続
焼結炉の長さが異常に長くなり、経済的ではない。）及
びアルゴンガス１気圧の連続焼結炉を使い、真空炉を使
わないことから、原料合金を水素解砕法などで粉砕して
磁石粉末を作製するとき、微粉砕（ジェットミル）前に
は、原料合金に入っている水素を完全に近いくらい除去
しておかなくてはならない。そうでないと、焼結時、水
素を除去するため１〜２時間余分に時間がかかり、連続
焼結炉の必要な長さが長くなり過ぎることになる。

【００３７】ＮｄＦｅＢ焼結磁石の例では、直径３ｃ
ｍ、厚さ０．５ｍｍの円板磁石の生産において、必要な
連続焼結炉の長さは約２０ｍであった。連続焼結炉は、
単純なパイプ状で、従来、磁石メーカーで使用している
マルチチャンバー炉に比べてはるかに構造が簡単で安価
である。また、本発明の連続焼結炉は構造が簡単である
ため、空気の漏れが少なく、温度や気流の不均一は、い
つも一定しているため、この連続焼結炉を通過して焼結
されて生産されるＮｄＦｅＢ焼結磁石の形状、寸法の再
現性はきわめて良い。このため焼結体の３次元形状、寸
法計測のデータから、ゴムモールドのキャビティーの形
状、寸法の修正をして、本発明の方法を実施することに
より、所望の形状、寸法の焼結体をネットシェイプで製
造できるようになった。

【００３８】このようにして、ＮｄＦｅＢ焼結磁石をネ
ットシェイプで生産できるようになったため、焼結後、
人手と時間がかかる機械加工をしなくてよくなったの
で、大きいコストダウンが可能となり、また、機械加工
により発生する研削粉や切れっぱし（固形スクラップと
呼ばれる。）など、従来、ＮｄＦｅＢ焼結磁石工場で大
量に発生していたスクラップの量が大幅に減少し、資源
の節約の面でも大変有用な技術である。

【００３９】本発明の方法は、ＮｄＦｅＢ焼結磁石以外
でも、圧粉体が焼結時に大きく寸法収縮する粉末冶金製
品の生産に大変有用である。

【００４０】

【発明の効果】本発明は、上述した構成を有するので、
以下に記載する効果を奏することができる。

【００４１】焼結部品をネットシェイプで生産できるよ
うになったため、焼結後、人手と時間がかかる機械加工
をしなくてよく、従って、大きいコストダウンが可能と
なるとともに、機械加工により発生する研削粉や切れっ
ぱし（固形スクラップと呼ばれる。）など、従来、大量
に発生していたスクラップの量が大幅に減少し、資源の
節約が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は圧粉体と該圧粉体を焼結して形成された
焼結体との形状変化を示す模式的正面図である。

【図２】図２は修正された圧粉体と該圧粉体を焼結して
形成された焼結体とを示す模式的正面図である。

【図３】図３は一例としての所望焼結体の斜視図であ
る。

【図４】図４は所望焼結体を得るために使用されるゴム
モールドの斜視図である。

【図５】図５は図４に示されているゴムモールドを使用
して得られた圧粉体を焼結して製造された焼結体の斜視
図である。

【図６】図６は本発明の焼結部品の生産方法を実施する
ための一例としての焼結部品の生産システムの概略図で
ある。

【符号の説明】

Ｃ・・・・・・・・・・・圧粉体Ｓ・・・・・・・・・・・焼結体１・・・・・・・・・・・連続ＲＩＰ装置２・・・・・・・・・・・連続焼結装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者永田浩京都府京都市西京区松室追上町22番地の１エリーパート２ 401号インターメタリックス株式会社内 (72)発明者渡辺俊宏京都府京都市西京区松室追上町22番池の１エリーパート２ 401号インターメタリックス株式会社内 (72)発明者板谷修京都府京都市西京区松室追上町22番地の１エリーパート２ 401号インターメタリックス株式会社内Ｆターム(参考） 4K018 AA27 CA02 CA27 DA37 DA42 KA45 KA53

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】焼結中に寸法収縮が起こる圧粉体を焼結し
て製造する焼結部品の生産において、圧粉体製造装置と
して連続ＲＩＰ装置を使用し、焼結装置として連続焼結
装置を使用し、圧粉体製造装置により連続的に製造され
る圧粉体が、連続焼結装置により連続的に焼結されると
ともに、圧粉体が、連続焼結装置中を移動する間に、連
続焼結装置に固有の不均一収縮が起こり、この連続焼結
装置に固有の不均一収縮によってもたらされる焼結部品
の形状と寸法の所望の形状と寸法からのずれを、圧粉体
製造装置に使用されるゴムモールドのキャビティーの形
状と寸法に反映させることにより、所望の形状と寸法の
焼結部品を製造することを特徴とする焼結部品の生産方
法。
【請求項２】連続焼結装置中を、圧粉体が一列に並んで
運ばれることを特徴とする請求項１に記載の焼結部品の
生産方法。