JP2003027106A - 焼結体の製造方法および焼結体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 寸法精度の高い焼結体を提供することにあ
る。 【解決手段】本発明の焼結体の製造方法は、金属粉末
と、有機バインダーとを含む組成物を用いて、目的の焼
結体となるべき部分を複数個有する一体成形体を成形す
る工程と、前記有機バインダーを除去し、一体脱脂体を
得る脱脂工程と、前記一体脱脂体を分離して、目的とす
る焼結体に対応する形状を有する複数個の個別脱脂体を
得る工程と、前記個別脱脂体を焼結して、目的とする複
数個の焼結体を得る工程とを有する。前記一体成形体
は、複数の前記焼結体となるべき部分を略円周上に有す
るものである。前記個別脱脂体を焼結する際の焼結温度
は、１３００〜１５００℃であるのが好ましい。また、
前記焼結体は、その投影形状が略扇形であるのが好まし
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、焼結体の製造方法
および焼結体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】金属粉末を含む成形体を焼結して金属製
品を製造するに際し、成形体の製造方法として、金属粉
末と有機バインダーとを混合、混練し、この混練物を用
いて射出成形する金属粉末射出成形（ＭＩＭ：Metal In
jection Molding）法が知られている。

【０００３】このＭＩＭ法により製造された成形体は、
脱脂処理（脱バインダー処理）が施されて有機バインダ
ーが除去された後、焼結に供され、その結果、目的とす
る金属製品が得られる。

【０００４】このような方法では、構成材料として、高
融点の金属材料、後処理の困難な硬質材料、合金化の難
しい材料等を用いた場合であっても、前記金属製品を比
較的容易に製造することが可能であるという点で、従来
の鋳造法等に比べて優れている。

【０００５】ところで、このような方法を用いた場合、
成形体は、脱脂、焼結の工程で収縮する。このため、成
形体の寸法は、脱脂、焼結の工程における収縮分を見込
んで決定されるが、製造する金属製品が微小なものであ
ったり、微細な構造（形状）を有するものである場合、
各個体間での収縮のバラツキや、同一個体内の各部位で
の収縮のバラツキが大きくなり易く、得られる金属製品
は、寸法精度の低いものとなり易かった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、寸法
精度の高い焼結体を得ることができる焼結体の製造方法
および焼結体を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）〜（２４）の本発明により達成される。

【０００８】（１） 金属粉末と、有機バインダーとを
含む組成物を用いて、目的の焼結体となるべき部分を複
数個有する一体成形体を成形する工程と、前記有機バイ
ンダーを除去し、一体脱脂体を得る脱脂工程と、前記一
体脱脂体を分離して、目的とする焼結体に対応する形状
を有する複数個の個別脱脂体を得る工程と、前記個別脱
脂体を焼結して、目的とする複数個の焼結体を得る工程
とを有することを特徴とする焼結体の製造方法。

【０００９】（２） 前記一体脱脂体の分離は、前記一
体脱脂体の不要部を除去することにより行うものである
上記（１）に記載の焼結体の製造方法。

【００１０】（３） 前記不要部は、前記個別脱脂体同
士の連結部である上記（２）に記載の焼結体の製造方
法。

【００１１】（４） 前記一体脱脂体は、厚肉部と、該
厚肉部より厚さの薄い薄肉部とを有し、前記連結部が前
記薄肉部に位置するものである上記（３）に記載の焼結
体の製造方法。

【００１２】（５） 前記一体脱脂体の分離は、機械加
工、放電加工、レーザー加工、エッチングのうち少なく
とも一つの方法により行うものである上記（１）ないし
（４）のいずれかに記載の焼結体の製造方法。

【００１３】（６） 前記個別脱脂体を焼結する際の焼
結温度は、１３００〜１５００℃である上記（１）ない
し（５）のいずれかに記載の焼結体の製造方法。

【００１４】（７） 金属粉末と、有機バインダーとを
含む組成物を用いて、目的の焼結体となるべき部分を複
数個有する一体成形体を成形する工程と、前記有機バイ
ンダーを除去し、一体脱脂体を得る脱脂工程と、前記一
体脱脂体を仮焼結して、一体仮焼結体を得る工程と、前
記一体仮焼結体を分離して、目的とする焼結体に対応す
る形状を有する複数個の個別仮焼結体を得る工程と、前
記個別仮焼結体を本焼結して、目的とする複数個の焼結
体を得る工程とを有することを特徴とする焼結体の製造
方法。

【００１５】（８） 前記一体仮焼結体の分離は、前記
一体仮焼結体の不要部を除去することにより行うもので
ある上記（７）に記載の焼結体の製造方法。

【００１６】（９） 前記不要部は、前記個別仮焼結体
同士の連結部である上記（８）に記載の焼結体の製造方
法。

【００１７】（１０） 前記一体仮焼結体は、厚肉部
と、該厚肉部より厚さの薄い薄肉部とを有し、前記連結
部が前記薄肉部に位置するものである上記（９）に記載
の焼結体の製造方法。

【００１８】（１１） 前記一体仮焼結体の分離は、機
械加工、放電加工、レーザー加工、エッチングのうち少
なくとも一つの方法により行うものである上記（７）な
いし（１０）のいずれかに記載の焼結体の製造方法。

【００１９】（１２） 前記一体脱脂体を仮焼結する際
の仮焼結温度は、６５０〜１１５０℃である上記（７）
ないし（１１）のいずれかに記載の焼結体の製造方法。

【００２０】（１３） 前記個別仮焼結体を本焼結する
際の本焼結温度は、１３２０〜１５２０℃である上記
（７）ないし（１２）のいずれかに記載の焼結体の製造
方法。

【００２１】（１４） 前記一体成形体は、複数の前記
焼結体となるべき部分が略円周上に配列されたものであ
る上記（１）ないし（１３）のいずれかに記載の焼結体
の製造方法。

【００２２】（１５） 前記焼結体は、その投影形状が
略扇形である上記（１）ないし（１４）のいずれかに記
載の焼結体の製造方法。

【００２３】（１６） 前記焼結体は、板状のものであ
る上記（１）ないし（１５）のいずれかに記載の焼結体
の製造方法。

【００２４】（１７） 前記一体成形体は、金属粉末射
出成形法により成形されたものである上記（１）ないし
（１６）のいずれかに記載の焼結体の製造方法。

【００２５】（１８） 前記組成物中における前記金属
粉末の含有量は、８５〜９８wt％である上記（１）ない
し（１７）のいずれかに記載の焼結体の製造方法。

【００２６】（１９） 前記組成物中における前記金属
粉末の平均粒径は、１〜１００μｍである上記（１）な
いし（１８）のいずれかに記載の焼結体の製造方法。

【００２７】（２０） 前記焼結体の密度は、７．５ｇ
／ｃｍ^３以上である上記（１）ないし（１９）のいずれ
かに記載の焼結体の製造方法。

【００２８】（２１） 前記焼結体は、ＷまたはＷを主
とするものである上記（１）ないし（２０）のいずれか
に記載の焼結体の製造方法。

【００２９】（２２） 前記焼結体は、錘または分銅で
ある上記（１）ないし（２１）のいずれかに記載の焼結
体の製造方法。

【００３０】（２３） 上記（１）ないし（２２）のい
ずれかに記載の焼結体の製造方法により製造されたこと
を特徴とする焼結体。

【００３１】（２４） 前記焼結体の空孔率は、７vol
％以下である上記（２３）に記載の焼結体。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の焼結体の製造方法
および焼結体について、詳細に説明する。

【００３３】図１は、本発明の焼結体の製造方法の第１
実施形態を示す工程図、図２は、本発明の焼結体の製造
方法の第１実施形態で作製される一体成形体の形状を示
す図、図３は、図２に示す一体成形体を用いて製造され
る焼結体の形状を示す図である。

【００３４】なお、図２中の（ａ）は、一体成形体を上
面側から見た正面図、（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ線断面
図、（ｃ）は、一体成形体を下面側から見た正面図であ
る。また、図３中の（ａ）は、焼結体を上面側から見た
正面図、（ｂ）は、（ａ）のＹ−Ｙ線断面図、（ｃ）
は、焼結体を下面側から見た正面図である。

【００３５】以下、焼結体の製造方法および焼結体の好
適な実施形態について、各図を参照しつつ説明する。

【００３６】本実施形態の焼結体の製造方法は、図１に
示すように、一体成形体の製造の工程と、脱脂処理の工
程と、一体脱脂体の分離の工程と、焼結の工程とを有す
る。以下、これらの工程の順にしたがって説明する。

【００３７】［１Ａ］一体成形体の製造 目的の焼結体となるべき部分１１を複数個有する一体成
形体１を製造する。

【００３８】一体成形体の製造方法は、特に限定され
ず、例えば、圧縮成形（圧粉成形）等であってもよい
が、金属射出成形（ＭＩＭ：Metal Injection Moldin
g）法が好ましい。

【００３９】このＭＩＭ法は、比較的小型のものや、複
雑で微細な形状の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。

【００４０】以下、ＭＩＭ法による組成物の調製および
一体成形体１の製造について説明する。

【００４１】まず、金属粉末と、有機バインダーとを用
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。

【００４２】この組成物中では、金属粉末が均一に分散
している。金属粉末と有機バインダーとは、互いに化学
反応しないものであるのが好ましい。

【００４３】金属粉末を構成する金属材料（以下単に
「金属材料」と言う）としては、特に限定されず、例え
ば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａ
ｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｗ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎ
ｂ、Ｚｒ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ等のうちの少なくとも１
種、あるいはこれらのうちの少なくとも１種を含む（主
とする）合金が挙げられる。

【００４４】特に、本発明では、加工性の向上が図れる
ことから、最終的に得られる焼結体２の金属材料が比較
的高硬度あるいは難加工性のものとなるようなものが好
ましい。その具体例としては、ステンレス鋼（例えば、
ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１７、ＳＵＳ３
２９Ｊ１、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４４
０、ＳＵＳ６３０）、ダイス鋼、高速度工具鋼等に代表
されるＦｅ系合金、ＴｉまたはＴｉ系合金、ＷまたはＷ
系合金、Ｃｏ系超硬合金、Ｎｉ系サーメット等が挙げら
れる。

【００４５】また、最終的に得られる焼結体２を、後述
するような錘または分銅として用いる場合、金属材料
は、高比重のものであるのが好ましい。その具体例とし
ては、例えば、ＷまたはＷを主とするもの（例えば、Ｗ
−Ｎｉ−Ｃｕ合金、Ｗ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｗ−Ｎｉ−Ｆ
ｅ合金等のＷ系合金）等が挙げられる。

【００４６】また、組成の異なる２種類以上の金属粉末
を混合して用いてもよい。これにより、従来、鋳造で
は、製造できなかった合金組成のものも得ることが可能
となる。また、新規的な機能や多機能を有する焼結体２
が容易に製造でき、焼結体２の機能・用途の拡大を図る
ことができる。

【００４７】また、金属粉末の平均粒径は、特に限定さ
れないが、１〜１００μｍであるのが好ましく、３〜７
５μｍであるのがより好ましく、３〜５０μｍであるの
がさらに好ましい。平均粒径が上限値を超えると、混練
時、射出成形時における混練物の流動性が低くなり、操
作性が低下する場合がある。一方、平均粒径が下限値未
満であると、混練物の流動性を確保するのに必要な有機
バインダーの量が増え、脱脂、焼結時に変形し易く寸法
安定性が低下する可能性がある。また、粉末の活性が高
くなるため、発火等の危険性が高くなる場合もある。

【００４８】また、金属粉末の含有量は、混練物全体の
８５〜９８wt％であるのが好ましく、８８〜９７wt％で
あるのがより好ましい。含有量が上限値を超えると、有
機バインダーの種類等によっては、混練物の流動性が低
下し、一体成形体１の成形性が低下する場合がある。一
方、含有量が下限値未満であると、得られる焼結体２の
空孔率が大きくなり、機械的強度、寸法安定性が低下す
る可能性がある。

【００４９】なお、金属粉末の製造方法は、特に限定さ
れず、例えば、水またはガスアトマイズ法、還元法、カ
ルボニル法、粉砕法により製造されたものを用いること
ができる。

【００５０】有機バインダーとしては、例えば、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
体等のポリオレフィン、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、ポリエチレンテレフタレート、
ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、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１種または２種以上を混合して用いることができ
る。

【００５１】また、有機バインダーの含有量は、混練物
全体の２〜１５wt％であるのが好ましく、３〜１２wt％
であるのがより好ましい。含有量が下限値未満である
と、混練時、射出成形時における混練物の流動性が低く
なり、操作性が低下する場合がある。一方、含有量が上
限値を超えると、得られる焼結体２の機械的強度、寸法
安定性が低下する可能性がある。

【００５２】また、さらに可塑剤が添加されていてもよ
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。

【００５３】また、混練物中には、前記金属粉末、有機
バインダー、可塑剤の他に、例えば、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。

【００５４】混練条件は、用いる金属粉末の金属組成や
粒径、有機バインダーの組成、およびこれらの配合量等
の諸条件により異なるが、その一例を挙げれば、混練温
度：５０〜２００℃程度、混練時間：１５〜２１０分程
度とすることができる。混練物は、必要に応じ、ペレッ
ト（小塊）化される。ペレットの粒径は、例えば、１〜
１５ｍｍ程度とされる。

【００５５】次に、前記で得られた混練物または該混練
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、寸法の一体成形体１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
状の一体成形体１をも容易に製造することができる。

【００５６】なお、製造される一体成形体１の形状寸法
は、以後の脱脂および焼結による一体成形体１の収縮分
を見込んで決定される。

【００５７】射出成形の成形条件としては、用いる金属
粉末の金属組成や粒径、有機バインダーの組成およびこ
れら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、材料温度は、好ましくは８０〜２００℃程度、
射出圧力は、好ましくは２０〜１５０ｋｇｆ／ｃｍ^２程
度とされる。

【００５８】このようにして得られる一体成形体１は、
前述したように、目的の焼結体となるべき部分１１を複
数個有するものである。

【００５９】このように、本発明は、後述する脱脂工程
に供する成形体として、目的とする焼結体となるべき部
分１１を複数個有する一体成形体１を製造する点に特徴
を有する。後に詳述するように、脱脂の工程等におい
て、成形体は収縮するが、成形体として一体成形体１を
用いることにより、得られる脱脂体（個別脱脂体）は、
各個体間での収縮のバラツキ、同一個体内の各部位での
収縮のバラツキが小さいものとなる。その結果、前記脱
脂体を用いて製造される焼結体２は、優れた寸法精度を
有するものとなる。

【００６０】図２に示すように、本実施形態では、複数
個の焼結体となるべき部分１１が略円周上に配列されて
いる。

【００６１】このように、複数の焼結体となるべき部分
１１が略円周上に配列されたものであると、脱脂の工程
等における各個体間での収縮のバラツキ、同一個体内の
各部位での収縮のバラツキが、さらに小さくなる。その
結果、最終的に得られる焼結体２は、より優れた寸法精
度を有するものとなる。また、一体成形体１がこのよう
な形状であると、例えば、後述する脱脂の工程におい
て、一体成形体１を脱脂装置内に効率良く配置すること
ができ、脱脂装置内のデッドスペースを小さくすること
ができる。このため、焼結体２の生産性も向上する。

【００６２】また、本実施形態では、焼結体となるべき
部分１１は、いずれも、その投影形状が略扇形である。
このように、焼結体となるべき部分１１の投影形状が略
扇形であると、脱脂の工程等における各個体間での収縮
のバラツキ、同一個体内の各部位での収縮のバラツキ
が、さらに小さくなる。その結果、最終的に得られる焼
結体２は、より優れた寸法精度を有するものとなる。

【００６３】また、これらの焼結体となるべき部分１１
は、互いに、連結部１２で連結されている。この連結部
１２は、後述する一体脱脂体の分離の工程において、不
要部として除去される。

【００６４】図示の構成では、連結部１２は、円の中心
部に位置している。これにより、後述する一体脱脂体の
分離の工程において、この連結部１２を、容易に除去す
ることができ、結果として、目的とする焼結体２を容易
に得ることができる。また、図示の構成では、一体成形
体１は、焼結体となるべき部分１１を２個有するもので
あるが、焼結体となるべき部分を３個以上有するもので
あっても、１個の連結部で、これらの焼結体となるべき
部分を連結することができ、一体脱脂体の分離作業を容
易に行うことができる。また、不要部として除去される
連結部１２の面積を小さくすることができる。

【００６５】また、本実施形態では、一体成形体１は、
板状である。これにより、後述する一体脱脂体の分離の
工程において、連結部１２を、容易に除去することがで
き、結果として、目的とする焼結体２を容易に得ること
ができる。

【００６６】また、図２に示すように、一体成形体１
は、その外周側に厚さの大きい厚肉部１３を有し、その
内周側に厚さの小さい薄肉部１４を有している。これに
より、後述する一体脱脂体の分離の工程において、連結
部１２を、さらに容易に除去することができ、結果とし
て、目的とする焼結体２を容易に得ることができる。

【００６７】なお、図示の構成では、焼結体となるべき
部分１１の形状、寸法は、互いに、ほぼ同一であるが、
異なるものであってもよい。

【００６８】このようにして得られた一体成形体１は、
有機バインダー中に、金属粉末がほぼ均一に分散した状
態となっている。

【００６９】［２Ａ］脱脂処理 前記工程［１Ａ］で得られた一体成形体１に対し、脱脂
処理（脱バインダー処理）を施し、一体脱脂体を得る。

【００７０】この脱脂処理としては、特に限定されない
が、非酸化性雰囲気、例えば真空または減圧状態下（例
えば１×１０^−１〜１×１０^−６Torr ）、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。

【００７１】この場合、熱処理の条件は、有機バインダ
ーの分解開始温度等によって若干異なるが、好ましくは
温度１００〜７５０℃程度で０．５〜４０時間程度、よ
り好ましくは温度１５０〜６００℃程度で１〜２４時間
程度とされる。

【００７２】また、このような熱処理による脱脂は、種
々の目的（例えば、脱脂時間の短縮等の目的）で、複数
の工程（段階）に分けて行ってもよい。この場合、例え
ば、前半を低温で、後半を高温で脱脂するような方法
や、低温と高温を繰り返し行う方法等が挙げられる。

【００７３】また、脱脂処理は、有機バインダーや添加
剤中の特定成分を所定の溶媒（液体、気体等の流体）を
用いて溶出させることにより行ってもよい。

【００７４】なお、有機バインダーは、脱脂処理によっ
て完全に除去されなくてもよく、例えば、脱脂処理の完
了時点で、その一部が残存していてもよい。

【００７５】［３Ａ］一体脱脂体の分離（個別脱脂体の
製造） 以上のようにして得られた一体脱脂体を分離することに
より、目的とする焼結体２に対応する形状を有する、複
数個の個別脱脂体が得られる。

【００７６】このように、本実施形態では、脱脂処理の
後に、一体成形体（一体脱脂体）を分離する。

【００７７】一体脱脂体では、構成成分である金属粉末
の拡散、粒成長がほとんど進行していないため、その硬
度が比較的低く、加工性に優れる。したがって、比較的
容易に、目的とする焼結体２に対応する形状を有する、
個別脱脂体を得ることができる。

【００７８】一体脱脂体の分離は、いかなる方法で行っ
てもよいが、一体脱脂体の不要部を除去することにより
行うものであるのが好ましい。

【００７９】本実施形態では、不要部は、目的とする焼
結体となるべき部分を連結する連結部であり、該連結部
は、円の中心部に位置している。

【００８０】一体脱脂体の分離は、各種簡便な方法によ
り、精度良く行うことが可能であるが、特に、打ち抜き
加工（プレス加工）、切断加工、切削加工、研削加工等
の機械加工、放電加工、レーザー加工、エッチングのう
ち少なくとも一つの方法を用いて行われるのが好まし
い。これにより、目的の形状を有する個別脱脂体を容易
に得ることができるとともに、最終的に得られる焼結体
２を、特に寸法精度に優れたものとすることができる。

【００８１】［４Ａ］焼結（焼結体の製造） 前記工程［３Ａ］で得られた個別脱脂体を焼結炉で焼成
して焼結し、目的とする焼結体２を得る。

【００８２】この焼結により、金属粉末は、拡散、粒成
長し、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２が得られる。

【００８３】焼結時における焼結温度は、金属粉末の組
成等により若干異なるが、例えば、１３００〜１５００
℃であるのが好ましく、１３３０〜１４５０℃であるの
がより好ましい。焼結温度が前記下限値未満であると、
金属粉末の拡散、粒成長が十分に進行せず、最終的に得
られる焼結体２の空孔率が大きくなり、十分な機械的強
度が得られない可能性がある。一方、焼結温度が前記上
限値を超えると、熱変形を生じ易くなり、最終的に得ら
れる焼結体２の寸法精度が低下する傾向を示す。

【００８４】焼結時間は、０．５〜８時間程度であるの
が好ましく、１〜５時間程度であるのがより好ましい。

【００８５】また、焼結雰囲気は、特に限定されないが
減圧（真空）下または非酸化性雰囲気とされるのが好ま
しい。これにより、金属の酸化による特性劣化を防ぐこ
とができる。

【００８６】好ましい焼結雰囲気としては、１Torr以下
（より好ましくは１×１０^−２〜１×１０^−６Torr）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１〜７６０To
rrの水素ガス雰囲気であるのが好ましい。

【００８７】なお、焼結雰囲気は、焼結の途中で変化し
てもよい。例えば、最初に１×１０ ^−２〜１×１０^−６
Torr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。

【００８８】また、焼結は、２段階またはそれ以上で行
ってもよい。例えば、焼結条件の異なる１次焼結と２次
焼結を行うことができる。この場合、２次焼結の焼結温
度を、１次焼結の焼結温度より高い温度とすることがで
きる。

【００８９】このようにして得られた焼結体２は、いか
なる目的で用いられるものであってもよいが、本発明で
は、高密度の焼結体２を得ることができるので、錘また
は分銅として用いた場合、その有用性がより顕著に発揮
される。

【００９０】また、本発明によれば、高密度で寸法性に
優れた焼結体２を得ることができるので、例えば、振動
モータの分銅として用いた場合、振動モータの小型化、
高性能化を図ることができる。

【００９１】以上のようにして得られる焼結体２の密度
は、その用途等により異なるが、例えば、７．５ｇ／ｃ
ｍ^３以上であるのが好ましく、１０ｇ／ｃｍ^３以上であ
るのがより好ましい。

【００９２】焼結体２の密度が７．５ｇ／ｃｍ^３以上で
あると、例えば、焼結体２を振動モータの分銅として用
いた場合、振動モータのさらなる小型化を図ることがで
きる。

【００９３】また、焼結体２の空孔率は、特に限定され
ないが、７vol％以下であるのが好ましく、５vol％以下
であるのがより好ましい。空孔率が７vol％を超える
と、機械的強度が低下する場合がある。

【００９４】なお、本発明においては、任意の目的で、
工程［１Ａ］の前工程、工程［１Ａ］〜［４Ａ］の間に
存在する中間工程、または工程［４Ａ］の後工程が存在
していてもよい。

【００９５】例えば、工程［３Ａ］と工程［４Ａ］との
間に、脱脂工程が存在してもよい。すなわち、工程［２
Ａ］で脱脂処理（第１の脱脂処理）を施し、工程［３
Ａ］で一体脱脂体の分離を行った後、さらに、脱脂処理
（第２の脱脂処理）を施してもよい。これにより、得ら
れる焼結体２の寸法精度を保持しつつ、一体脱脂体の加
工性をより優れたものとすることができ、工程［３Ａ］
において、個別脱脂体をさらに容易に得ることができ
る。

【００９６】なお、後工程として、例えば、バリ取り、
洗浄等を行ってもよい。また、得られた焼結体２の表面
全体に金メッキ、クロムメッキ、パラジウムメッキのよ
うな金属メッキ等の湿式メッキや、イオンプレーティン
グ、スパッタリング、真空蒸着等の乾式メッキや、窒化
処理のような表面硬化処理等の表面処理を加えてもよ
い。これにより、耐食性の向上等を図ることができる。

【００９７】図４は、本発明の焼結体の製造方法の第２
実施形態を示す工程図である。以下、第２実施形態の焼
結体の製造方法および焼結体について、前記第１実施形
態との相違点を中心に説明し、同様の事項の説明は省略
する。

【００９８】本実施形態の焼結体の製造方法は、図４に
示すように、一体成形体の製造の工程と、脱脂処理の工
程と、仮焼結の工程と、一体仮焼結体の分離の工程と、
本焼結の工程とを有する。このように、本実施形態は、
焼結の工程として、仮焼結の工程と本焼結の工程とを有
している。以下、これらの工程の順にしたがって説明す
る。

【００９９】［１Ｂ］一体成形体の製造 前記工程［１Ａ］と同様。

【０１００】［２Ｂ］脱脂処理 前記工程［２Ａ］と同様。

【０１０１】［３Ｂ］仮焼結（一体仮焼結体の製造） 前記工程［２Ｂ］で得られた一体脱脂体を、焼結炉で焼
成して仮焼結する。

【０１０２】このように、本実施形態では、一体成形体
（一体仮焼結体）を分離する工程の前に、仮焼結の工程
を有する。これにより、焼結（仮焼結）による成形体の
収縮は、一体成形体の状態で起こることとなり、各個体
間での収縮のバラツキ、同一個体内の各部位での収縮の
バラツキは、さらに小さいものとなる。したがって、最
終的に得られる焼結体２は、特に優れた寸法精度を有す
るものとなる。

【０１０３】仮焼結は、少なくとも金属粉末同士の接点
が拡散結合した状態となるまで行われるのが好ましい。
このような仮焼結を行うことにより、形状安定性が増
し、以後の工程、特に一体仮焼結体の分離の工程におい
て、ひび割れ等の欠陥の発生をより確実に防止すること
ができ、ハンドリング性が向上する。

【０１０４】仮焼結時における焼結温度（仮焼結温度）
は、金属粉末の組成等により若干異なるが、例えば、６
５０〜１１５０℃であるのが好ましく、７００〜１１０
０℃であるのがより好ましい。

【０１０５】なお、焼結温度は、前述した範囲内または
範囲外で、経時的に変動（上昇または下降）してもよ
い。

【０１０６】焼結時間（仮焼結時間）は、０．５〜７時
間程度であるのが好ましく、１〜４時間程度であるのが
より好ましい。

【０１０７】また、焼結雰囲気（仮焼結雰囲気）は、特
に限定されないが減圧（真空）下または非酸化性雰囲気
とされるのが好ましい。これにより、金属の酸化による
特性劣化を防ぐことができる。

【０１０８】好ましい焼結雰囲気としては、１Torr以下
（より好ましくは１×１０^−２〜１×１０^−６Torr）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１〜７６０To
rrの水素ガス雰囲気であるのが好ましい。

【０１０９】なお、焼結雰囲気は、焼結の途中で変化し
てもよい。例えば、最初に１×１０ ^−２〜１×１０^−６
Torr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。

【０１１０】［４Ｂ］一体仮焼結体の分離（個別仮焼結
体の製造） 以上のようにして得られた一体仮焼結体を分離すること
により、目的とする焼結体２に対応する形状を有する、
複数個の個別仮焼結体が得られる。

【０１１１】このように、本実施形態では、本焼結の前
に一体成形体（一体仮焼結体）を分離する。

【０１１２】一体仮焼結体では、構成成分である金属粉
末の拡散、粒成長が十分に進行していないため、その硬
度が比較的低く、加工性に優れる。したがって、比較的
容易に、目的とする焼結体２に対応する形状を有する、
個別仮焼結体を得ることができる。

【０１１３】一体仮焼結体の分離は、いかなる方法で行
ってもよいが、一体仮焼結体の不要部を除去することに
より行うものであるのが好ましい。

【０１１４】本実施形態では、不要部は、目的とする焼
結体となるべき部分を連結する連結部であり、該連結部
は、円の中心部に位置している。

【０１１５】一体仮焼結体を分離する方法は、特に限定
されないが、例えば、打ち抜き加工（プレス加工）、切
断加工、切削加工、研削加工等の機械加工、放電加工、
レーザー加工、エッチングのうち少なくとも一つの方法
を用いて行われるのが好ましい。これにより、目的の形
状を有する個別仮焼結体を容易に得ることができるとと
もに、最終的に得られる焼結体２を、特に寸法精度に優
れたものとすることができる。

【０１１６】［５Ｂ］本焼結（焼結体の製造） 前記工程［４Ｂ］で得られた個別仮焼結体を焼結炉で焼
成して本焼結し、焼結体２を製造する。

【０１１７】この本焼結により、金属粉末は、拡散、粒
成長し、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２が得られる。

【０１１８】本焼結時における焼結温度（本焼結温度）
は、金属粉末の組成等により若干異なるが、例えば、１
３２０〜１５２０℃であるのが好ましく、１３４０〜１
５００℃であるのがより好ましい。焼結温度が前記下限
値未満であると、金属粉末の拡散、粒成長が十分に進行
せず、最終的に得られる焼結体２の空孔率が大きくな
り、十分な機械的強度が得られない可能性がある。一
方、焼結温度が前記上限値を超えると、熱変形を生じ易
くなり、最終的に得られる焼結体２の寸法精度が低下す
る傾向を示す。この場合、前記仮焼結に比べ、焼結温度
が高いのが好ましい。

【０１１９】なお、本焼結時における焼結温度は、前述
した範囲内または範囲外で、経時的に変動（上昇または
下降）してもよい。

【０１２０】焼結時間（本焼結時間）は、０．５〜７時
間程度であるのが好ましく、１〜４時間程度であるのが
より好ましい。

【０１２１】また、焼結雰囲気（本焼結雰囲気）は、特
に限定されないが減圧（真空）下または非酸化性雰囲気
とされるのが好ましい。これにより、金属の酸化による
特性劣化を防ぐことができる。

【０１２２】好ましい焼結雰囲気としては、１Torr以下
（より好ましくは１×１０^−２〜１×１０^−６Torr）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１〜７６０To
rrの水素ガス雰囲気であるのが好ましい。

【０１２３】なお、焼結雰囲気は、焼結の途中で変化し
てもよい。例えば、最初に１×１０ ^−２〜１×１０^−６
Torr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。

【０１２４】また、本焼結における焼結雰囲気は、仮焼
結におけるそれと同一でも異なっていてもよい。

【０１２５】また、本焼結は、２段階またはそれ以上に
分けて行ってもよい。これにより、焼結の効率が向上
し、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。

【０１２６】なお、本発明においては、任意の目的で、
工程［１Ｂ］の前工程、工程［１Ｂ］〜［５Ｂ］の間に
存在する中間工程、または工程［５Ｂ］の後工程が存在
していてもよい。

【０１２７】以上、本発明の好適な実施形態について説
明したが、本発明は、これに限定されるものではない。

【０１２８】例えば、前述した実施形態では、一体成形
体１は、焼結体となるべき部分１１を２個有するもので
あったが、３個以上有するものであってもよい。

【０１２９】また、一体成形体１は、焼結体となるべき
部分１１が円周上に配列されたものに限定されず、例え
ば、直線上に配列されたものであってもよい。

【０１３０】また、一体成形体１は、例えば、図５に示
すように、連結部１２の下面側に、リブ１５を有するも
のであってもよい。これにより、脱脂工程、焼結工程等
における変形をより効果的に防止することができる。そ
の結果、得られる焼結体２の寸法精度がさらに優れたも
のとなる。なお、図５中の（ａ）は、一体成形体を上面
側から見た正面図、（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ線断面
図、（ｃ）は、一体成形体を下面側から見た正面図であ
る。

【０１３１】

【実施例】次に、本発明の焼結体の製造方法の具体的実
施例について説明する。

【０１３２】（実施例１）金属粉末として、還元法によ
り製造された平均粒径３μｍのタングステン（Ｗ）粉末
（９６wt％）と、カルボニル法により製造された平均粒
径４μｍのニッケル（Ｎｉ）粉末（２．５wt％）と、ア
トマイズ法により製造された平均粒径８μｍの銅（Ｃ
ｕ）粉末（１．５wt％）との混合粉末を用いた。

【０１３３】この金属粉末：９５．２wt％と、ポリスチ
レン（ＰＳ）：１．４５wt％、エチレン−酢酸ビニル共
重合体（ＥＶＡ）：１．４５wt％およびパラフィンワッ
クス：１．２wt％から構成される有機バインダーと、ジ
ブチルフタレート（可塑剤）：０．７wt％とを混合し、
これらを混練機にて１００℃×１時間の条件で混練し
た。

【０１３４】次に、この混練物を粉砕、分級して平均粒
径３ｍｍのペレットとし、該ペレットを用い、射出形成
機にて金属粉末射出成形（ＭＩＭ）し、図２に示すよう
な形状の一体成形体（１００個）を製造した。

【０１３５】このとき、一体成形体の寸法は、脱脂処
理、焼結時での収縮を見込んで決定した。すなわち、目
的とする焼結体の寸法が、外半径５ｍｍ、内半径１．５
ｍｍ、薄肉部厚さ０．３ｍｍ、厚肉部厚さ０．９ｍｍ、
開き角度１２０°となるように、一体成形体を成形し
た。

【０１３６】射出成形時における成形条件は、金型温度
３０℃、射出圧力１１０ｋｇｆ／ｃｍ^２であった。

【０１３７】次に、この一体成形体に対し、脱脂炉を用
いて脱脂処理を行った。この脱脂処理は、一体成形体
を、７６０Torr（常圧）の窒素雰囲気下で、４５０℃×
１時間保持することにより行った。

【０１３８】次に、このような脱脂処理により得られた
一体脱脂体の中心部に位置する連結部（不要部）を打ち
抜き加工により除去し、個別脱脂体（計２００個）を得
た。このとき、一体脱脂体は、特に優れた加工性を有し
ており、打ち抜き加工を極めて容易に行うことができ
た。

【０１３９】その後、これら個別脱脂体を焼結し、図３
に示すような目的とする焼結体（計２００個）を得た。
この焼結の条件は、７６０Torr（常圧）のアルゴンガス
雰囲気中で１４００℃×３時間とした。このようにして
得られた焼結体の密度は、１８．２ｇ／ｃｍ^３であっ
た。

【０１４０】（実施例２）まず、前記実施例１と同様に
して、一体成形体を成形した。すなわち、脱脂処理、焼
結時での収縮を見込んで、目的とする焼結体の寸法が、
外半径５ｍｍ、内半径１．５ｍｍ、薄肉部厚さ０．３ｍ
ｍ、厚肉部厚さ０．９ｍｍ、開き角度１２０°となるよ
うに、一体成形体を成形した。

【０１４１】次に、この一体成形体に対し、脱脂炉を用
いて脱脂処理を行った。この脱脂処理は、一体成形体
を、７６０Torr（常圧）の窒素雰囲気下で、４５０℃×
１時間保持することにより行った。

【０１４２】次に、このような脱脂処理により得られた
一体脱脂体に対して、仮焼結の処理を施した。この仮焼
結の条件は、７６０Torr（常圧）のアルゴンガス雰囲気
中で１０００℃×２時間とした。

【０１４３】次に、仮焼結により得られた一体仮焼結体
の中心部に位置する連結部（不要部）を打ち抜き加工に
より除去し、個別仮焼結体（計２００個）を得た。この
とき、一体仮焼結体は、優れた加工性を有しており、打
ち抜き加工を容易に行うことができた。

【０１４４】その後、これら個別仮焼結体を本焼結し、
図３に示すような目的とする焼結体（計２００個）を得
た。この焼結の条件は、７６０Torr（常圧）のアルゴン
ガス雰囲気中で１４２０℃×２．５時間とした。このよ
うにして得られた焼結体の密度は、１８．２ｇ／ｃｍ^３
であった。

【０１４５】（比較例）前記実施例１で作製した平均粒
径３ｍｍのペレットを用いて、目的とする焼結体に相当
する形状の成形体を作製した。すなわち、板状で、投影
形状が略扇形の成形体（２００個）を作製した。

【０１４６】このとき、成形体の寸法は、脱脂工程、焼
結工程での収縮を考慮して決定した。すなわち、得られ
る焼結体の寸法が、外半径５ｍｍ、内半径１．５ｍｍ、
薄肉部厚さ０．３ｍｍ、厚肉部厚さ０．９ｍｍ、開き角
度１２０°となるように、成形体を成形した。

【０１４７】このようにして作製した成形体に対し、前
記実施例１と同様にして、脱脂処理、焼結処理を施し目
的とする焼結体を得た。

【０１４８】以上のようにして得られた各焼結体につい
て、空孔率、外半径の寸法精度および平面部の平坦度の
測定を行った。

【０１４９】空孔率の測定は、ＪＩＳ Ｚ ２５０５に
準じて焼結密度を測定し、理論密度との比から空孔率を
計算した。

【０１５０】外半径の寸法精度は、それぞれ２００個の
焼結体の外半径の寸法を測定し、設計値からの誤差を求
めた。

【０１５１】平面部の平坦度は、図３中、Ａで示す面に
ついて測定した。これらの結果を表１に示した。

【０１５２】

【表１】

【０１５３】表１から明らかなように、実施例１および
実施例２の焼結体の製造方法を用いて得られた焼結体
は、優れた寸法精度を有している。中でも、実施例２の
製造方法を用いて得られた焼結体は、特に優れた寸法精
度を有していた。これに対し、比較例で得られた焼結体
は、寸法精度に劣っていた。

【０１５４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、寸
法精度の高い焼結体を製造することができる。

【０１５５】また、用いる金属粉末の種類を適宜選択す
ることにより、従来加工が困難とされた硬質材料や比較
的高融点の材料に対しても、焼結体の用途、機能の拡大
が図れる。

【０１５６】また、最終焼結品を分離するのではなく、
脱脂体や仮焼結体に対して分離の処理を施すため、優れ
た加工性で、精度良く分離することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の焼結体の製造方法の第１実施形態を示
す工程図である。

【図２】本発明の焼結体の製造方法の第１実施形態で作
製される一体成形体の形状を示す図である。

【図３】図２に示す一体成形体を用いて製造される焼結
体の形状を示す図である。

【図４】本発明の焼結体の製造方法の第２実施形態を示
す工程図である。

【図５】本発明の焼結体の製造方法の好適な実施形態で
作製される一体成形体の形状を示す図である。

【符号の説明】

１ 一体成形体 １１ 焼結体となるべき部分 １２ 連結部 １３ 厚肉部 １４ 薄肉部 １５ リブ ２ 焼結体 Ａ 面 １Ａ〜４Ａ 工程 １Ｂ〜５Ｂ 工程

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 下平 賢一 長野県諏訪市湖岸通り一丁目18番12号 株 式会社インジェックス内 Ｆターム(参考） 4K018 AA19 CA30 CA33 DA01 FA01 HA07 HA08 KA53 KA63

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属粉末と、有機バインダーとを含む組
   成物を用いて、目的の焼結体となるべき部分を複数個有
   する一体成形体を成形する工程と、 前記有機バインダーを除去し、一体脱脂体を得る脱脂工
   程と、 前記一体脱脂体を分離して、目的とする焼結体に対応す
   る形状を有する複数個の個別脱脂体を得る工程と、 前記個別脱脂体を焼結して、目的とする複数個の焼結体
   を得る工程とを有することを特徴とする焼結体の製造方
   法。
2. 【請求項２】 前記一体脱脂体の分離は、前記一体脱脂
   体の不要部を除去することにより行うものである請求項
   １に記載の焼結体の製造方法。
3. 【請求項３】 前記不要部は、前記個別脱脂体同士の連
   結部である請求項２に記載の焼結体の製造方法。
4. 【請求項４】 前記一体脱脂体は、厚肉部と、該厚肉部
   より厚さの薄い薄肉部とを有し、前記連結部が前記薄肉
   部に位置するものである請求項３に記載の焼結体の製造
   方法。
5. 【請求項５】 前記一体脱脂体の分離は、機械加工、放
   電加工、レーザー加工、エッチングのうち少なくとも一
   つの方法により行うものである請求項１ないし４のいず
   れかに記載の焼結体の製造方法。
6. 【請求項６】 前記個別脱脂体を焼結する際の焼結温度
   は、１３００〜１５００℃である請求項１ないし５のい
   ずれかに記載の焼結体の製造方法。
7. 【請求項７】 金属粉末と、有機バインダーとを含む組
   成物を用いて、目的の焼結体となるべき部分を複数個有
   する一体成形体を成形する工程と、 前記有機バインダーを除去し、一体脱脂体を得る脱脂工
   程と、 前記一体脱脂体を仮焼結して、一体仮焼結体を得る工程
   と、 前記一体仮焼結体を分離して、目的とする焼結体に対応
   する形状を有する複数個の個別仮焼結体を得る工程と、 前記個別仮焼結体を本焼結して、目的とする複数個の焼
   結体を得る工程とを有することを特徴とする焼結体の製
   造方法。
8. 【請求項８】 前記一体仮焼結体の分離は、前記一体仮
   焼結体の不要部を除去することにより行うものである請
   求項７に記載の焼結体の製造方法。
9. 【請求項９】 前記不要部は、前記個別仮焼結体同士の
   連結部である請求項８に記載の焼結体の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記一体仮焼結体は、厚肉部と、該厚
    肉部より厚さの薄い薄肉部とを有し、前記連結部が前記
    薄肉部に位置するものである請求項９に記載の焼結体の
    製造方法。
11. 【請求項１１】 前記一体仮焼結体の分離は、機械加
    工、放電加工、レーザー加工、エッチングのうち少なく
    とも一つの方法により行うものである請求項７ないし１
    ０のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
12. 【請求項１２】 前記一体脱脂体を仮焼結する際の仮焼
    結温度は、６５０〜１１５０℃である請求項７ないし１
    １のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
13. 【請求項１３】 前記個別仮焼結体を本焼結する際の本
    焼結温度は、１３２０〜１５２０℃である請求項７ない
    し１２のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
14. 【請求項１４】 前記一体成形体は、複数の前記焼結体
    となるべき部分が略円周上に配列されたものである請求
    項１ないし１３のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
15. 【請求項１５】 前記焼結体は、その投影形状が略扇形
    である請求項１ないし１４のいずれかに記載の焼結体の
    製造方法。
16. 【請求項１６】 前記焼結体は、板状のものである請求
    項１ないし１５のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
17. 【請求項１７】 前記一体成形体は、金属粉末射出成形
    法により成形されたものである請求項１ないし１６のい
    ずれかに記載の焼結体の製造方法。
18. 【請求項１８】 前記組成物中における前記金属粉末の
    含有量は、８５〜９８wt％である請求項１ないし１７の
    いずれかに記載の焼結体の製造方法。
19. 【請求項１９】 前記組成物中における前記金属粉末の
    平均粒径は、１〜１００μｍである請求項１ないし１８
    のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
20. 【請求項２０】 前記焼結体の密度は、７．５ｇ／ｃｍ
    ^３以上である請求項１ないし１９のいずれかに記載の焼
    結体の製造方法。
21. 【請求項２１】 前記焼結体は、ＷまたはＷを主とする
    ものである請求項１ないし２０のいずれかに記載の焼結
    体の製造方法。
22. 【請求項２２】 前記焼結体は、錘または分銅である請
    求項１ないし２１のいずれかに記載の焼結体の製造方
    法。
23. 【請求項２３】 請求項１ないし２２のいずれかに記載
    の焼結体の製造方法により製造されたことを特徴とする
    焼結体。
24. 【請求項２４】 前記焼結体の空孔率は、７vol％以下
    である請求項２３に記載の焼結体。