JP2005264211A

JP2005264211A - 焼結部品の焼結方法及びその方法に用いる焼結用敷板

Info

Publication number: JP2005264211A
Application number: JP2004076818A
Authority: JP
Inventors: Hachiro Kamigaki; 八郎上垣
Original assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Priority date: 2004-03-17
Filing date: 2004-03-17
Publication date: 2005-09-29

Abstract

【課題】中央ボス部の周りに支柱設置部と外端側が自由状態にある突片が周方向に位置を変えて設けられている焼結部品を不良率を低下させて歩留り良く生産するために、粉末成形体の被支持面側にある突片の焼結による反りを小さく抑えることができる焼結方法とその方法に利用する焼結用敷板を提供する。
【解決手段】中央ボス部１１ａの外周に複数本の支柱１１ｂが周方向に間隔をあけて設置され、さらに、支柱設置部間に中央ボス部１１ａの外周に張り出す突片１１ｄが設けられている粉末成形体の中央ボス部の面Ａを支える第１支持部２と、面Ｂの支柱設置部の下部領域を支える第２支持部２とを有し、突片１１ｄを宙に浮かせて第１成形体１１を支持するように構成された焼結用敷板を提供する。
【選択図】図３

Description

この発明は、焼結部品の焼結方法、詳しくは、焼結時に部品の歪みが小さく抑えられる焼結方法とその方法に用いる焼結用敷板に関する。

粉末成形体（以下では単に成形体とも言う）を加熱炉に導入して焼結する際に、成形体を耐火材で形成された敷板に載せて焼結する方法が、下記特許文献１、２などに開示されている。

また、一体成形が困難な焼結部品を製造するときには、複数に分割した成形体を互いに位置決めして重ね、上になる部材に設けた孔に鑞材を入れ、これを敷板に載せて加熱炉に導入することにより、焼結と同時に重ね合わせ面を鑞付けして単一の部品に仕上げることがある。

そのような焼結部品の一例として、自動変速機に用いられるプラネタリギヤ用のプラネタリキャリアを簡略化して図５に示す。このプラネタリキャリア１０は、第１成形体１１と第２成形体１２とで構成される。第１成形体１１は、中央ボス部１１ａの外周にブリッジとなる支柱１１ｂを有する。その支柱１１ｂは、中央ボス部１１ａからの張出部（中央ボス部と一体の端板）１１ｃの上面に一体成形して設けられる。また、支柱１１ｂは、周方向に定ピッチで複数本設けられる。

この第１成形体１１を下にし、上に向けた支柱１１ｂの先端に第２成形体１２を位置決めして重ねる。そして、これを図６に示すように、敷板１３に載せ、ネットコンベヤなどで加熱炉に導入して加熱する。この加熱により第１成形体１１と第２成形体１２が焼結され、同時に成形体の重ね合わせ面に溶けた鑞材が流れて支柱１１ｂと第２成形体１２が接合一体化され、プラネタリキャリア１０が完成する。

このときに使用される敷板１３は、第１成形体１１の下面即ち下向きになった端面の全域（中央ボス部１１ａの面Ａとその外側にある面Ｂの双方）を支持するものや、図６のように面Ｂの全域を支持して中央ボス部１１ａを宙に浮かすものが用いられていた。

特許文献１、２に開示された敷板も成形体の下面の全域を受け支えるものになっている。

ところが、例示のプラネタリキャリア１０などは、支柱設置部間に端板の一部となる突片１１ｄを備えている。その突片１１ｄは、第２成形体１２との間に配置されるピニオンギヤの支軸を支えるためのものであって、内端側は中央ボス部に連なり、外端側は自由状態になっている。

その突片１１ｄを有する成形体を従来の敷板１３で支えて加熱すると、突片１１ｄの敷板１３との接触面が他部よりも高温になり、温度差により突片１１ｄが図６に鎖線で示すように反り上がってＣ寸法（第２成形体１２との間の窓幅）の精度の低下、Ｄ面のＥ面に対する平行度の低下が起こり、製品の不良率が高まる。
特開平１１−８０８０７号公報特開平９−７８１０５号公報

この発明は、プラネタリキャリアなどを不良率を低下させて歩留り良く生産するために、成形体の被支持面側にある突片の焼結による反り（歪み）が小さく抑えられる焼結方法とその方法に利用する焼結用敷板を提供することを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、中央ボス部の外周に複数本の支柱が周方向に間隔をあけて設置され、各支柱は中央ボス部からの径方向張出部の上面に設けられ、さらに、支柱設置部間に中央ボス部の外周に張り出す突片が設けられている粉末成形体を耐火材で形成された焼結用敷板に載せ、この焼結用敷板で前記突片を宙に浮かせて粉末成形体の中央ボス部の下面と各支柱設置部の下面を支え、この状態で前記粉末成形体を焼結用敷板と共に加熱炉に導入して焼結を行う焼結部品の焼結方法と、その方法に利用する焼結用敷板を提供する。

この発明の焼結用敷板は、前記粉末成形体の中央ボス部の下面を支える第１支持部と、各支柱設置部の下面を支える第２支持部とを有し、前記突片を宙に浮かせて前記粉末成形体を支持するように構成されている。

この焼結用敷板は、前記突片の下側に配置される第２支持部相互のつなぎ部を有していてもよく、この場合には、粉末成形体を敷板に載置した状態でつなぎ部と前記突片との間に０．５ｍｍ以上、より好ましくは２ｍｍ以上の隙間が形成されるようにしておく。

また、この焼結用敷板は、載置した粉末成形体に係合して粉末成形体の移動と回転を止める位置決め部を２ヵ所以上備える構造にしてもよく、この位置決め部を有する焼結用敷板は、成形体の接合面のずれを無くすのに有効である。

位置決め部は、載置した粉末成形体に係合させる任意の位置の上面に突出したピンでよく、そのピンを２個以上設けて粉末成形体の移動と回転を止める構造が、簡単で好ましい。

この発明の焼結方法及び焼結用敷板は、中央ボス部の外周に張り出した突片を宙に浮かせて成形体を支えるので、突片の下面側が他部に比べて高温になることがない。従って、上下面の温度差が従来に比べて小さくなり、温度差による突片の反り上がりが抑制されて図６のＣ寸法の精度、Ｄ面のＥ面に対する平行度が向上する。

以下、この発明の実施の形態を添付図面の図１乃至図４に基づいて説明する。なお、ここでの説明は、焼結対象が図５のプラネタリキャリア１０である場合を例に挙げて行う。

図１の焼結用敷板１は、リング形状をなす第１支持部２の外周に、複数の第２支持部３を連設してなる。第２支持部３は、放射状配置にして設けられている。この第２支持部３は、プラネタリキャリア１０の支柱１１ｂ（図５参照）に対応させて支柱数と同数設けられる。

第１支持部２は、その上面で第１成形体１１の中央ボス部１１ａの面Ａを支える。また、第２支持部３は、その上面で支柱設置部（図５の面Ｂの支柱１１ｂの下部にある領域）のみを支える。従って、突片１１ｄは宙に浮いた状態になり、Ｂ面とＤ面が平均的に加熱される。突片１１ｄに反りが生じる原因は、Ｂ面とＤ面の温度差が大きくなることにあるので、この焼結用敷板１を使用すれば突片１１ｄの反りを小さく抑えることができる。

この焼結用敷板１は、隣り合う第２支持部３、３間に、図２に示すような第２支持部相互のつなぎ部４を設けると、強度やネットコンベヤなどによる搬送時の安定性が高まる。この場合、つなぎ部４が突片１１ｄの下部に配置されるので、そのつなぎ部４の上面の位置を第２支持部３の上面の位置よりも低くして成形体を敷板上に載置した状態でつなぎ部４と突片１１ｄとの間に図３に示す隙間ｇができるようにしておく。

隙間ｇは、０．５ｍｍ以上、より好ましくは、２ｍｍ以上確保されるようにしておく。また、複数の成形体を組み合わせて焼結と同時に鑞付けを行う場合には、重ね合わせた成形体の位置決め状態と組み合わせ状態を維持するための位置決め部を２ヵ所以上設けるのがよい。図２の焼結用敷板１には、その位置決め部として、つなぎ部４に、上面に突出するピン５を２本設けている。第１成形体１１に設けた突片１１ｄの内端側コーナには、応力集中を回避するためのぬすみ部１１ｅ（図４参照）を設けており、そのぬすみ部１１ｅにピン５を係合させて第１、第２成形体１１、１２の位置決めと回り止めを行うようにしている。ピン５とぬすみ部１１ｅとの間には、位置決めを容易化するために適度の遊び（隙間）を設けており、ピン５による成形体の位置決めはラフに行われる。

なお、ピン５は、敷板と一体に成形してもよいが、別成形したものを敷板に設けた孔に嵌める構造の方が敷板の製作がし易い。その際、ピン径と孔径の関係は、ピンの出し入れが容易にできる隙間を設けてもよい。このピン５は、成形体の端面に凹部や溝がある場合、或いは、その凹部や溝を付すことが許容される場合には、その凹部や溝に係合させるようにしてもよい。

焼結用敷板１の形状は、図示の形に限定されない。載置する成形体の形状に合わせて最適な形状に設計すればよい。また、この焼結用敷板１は、焼結時の温度に耐える耐火材で形成する。材料の耐火材は、黒鉛も考えられるが、鉄系焼結合金の焼結において浸炭の問題が起こらないセラミックスが好ましい。中でも、Ｓｉ₃Ｎ₄を主成分とするセラミックスは、Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ、ＳｉＣなどを主成分とするセラミックスに比べて熱膨張率が小さくて特に好ましい。

以下に、この発明の効果の確認試験について記す。

中央ボス部の外周の突片を宙に浮かせて成形体を支える図２の焼結用敷板（発明品）と、成形体の下面の全体を支持する従来の焼結用敷板（比較品）を準備した。

比較に用いた焼結用敷板は、どちらもＳｉ₃Ｎ₄を主成分とするセラミックスで形成した。

焼結対象は図５のプラネタリキャリア１０であり、その寸法等の諸元は、中央ボス部径：φ４５ｍｍ、外径：φ１００ｍｍ、総重量：５６０ｇ、端板の板厚（＝突片１１ｄの板厚）：３．５ｍｍである。

第１成形体１１と第２成形体１２は、０．８ｗｔ％Ｃ−２ｗｔ％Ｃｕ−残Ｆｅの組成の（鉄系焼結合金）であり、第１成形体１１の成形密度は７．５ｇ／cm³、第２成形体１２の成形密度は７．０ｇ／cm³である。突片１１ｄの径方向突出量は、５５ｍｍである。

焼結用敷板上にセットした第１成形体１１に第２成形体１２を位置決めして重ね、さらに、第２成形体１２の支柱１１ｂとの突き合わせ部に設けた貫通孔にＦｅ−Ｍｎ−Ｎｉ−Ｃｕ系の鑞材チップを挿入し、その後、これを敷板とともに加熱炉に導入し、１１３０℃前後に加熱して焼結と同時に鑞付けを行った。また、第１成形体１１については、強度向上のための銅溶浸も同時に実施した。

こうして得られた焼結プラネタリキャリアの図５におけるＣ寸法の精度とＥ面に対するＤ面の平行度を測定した。測定数ｎ：３０個での測定結果を表１にまとめる。

Ｃ寸法精度とＤ面のＥ面に対する平行度は、試料３０個の測定結果より標準偏差を求めた。

この発明の焼結方法及び焼結用敷板の有効性が、上記の試験結果によく現れている。

なお、この発明の焼結方法と焼結用敷板は、鑞付けが不要な突片付きの成形体や鑞付けを別工程で行う突片付きの成形体を支持して焼結のみを行う場合にも有効性を発揮する。

この発明の焼結用敷板の実施形態を示す斜視図焼結用敷板の他の実施形態の斜視図成形体を支えた状態の断面図成形体と位置決め用ピンの係合状態の一例を示す平面図成形体の一例のプラネタリキャリアを簡略化して示す断面図図５のプラネタリキャリアを従来の敷板で支持した図

符号の説明

１焼結用敷板
２第１支持部
３第２支持部
４つなぎ部
５ピン
１０プラネタリキャリア
１１第１成形体
１１ａ中央ボス部
１１ｂ支柱
１１ｃ張出部
１１ｄ突片
１１ｅぬすみ部
１２第２成形体
ｇ隙間

Claims

中央ボス部の外周に複数本の支柱が周方向に間隔をあけて設置され、各支柱は中央ボス部からの径方向張出部の上面に設けられ、さらに、支柱設置部間に中央ボス部の外周に張り出す突片が設けられている粉末成形体を耐火材で形成された焼結用敷板に載せ、この焼結用敷板で前記突片を宙に浮かせて粉末成形体の中央ボス部の下面と各支柱設置部の下面を支え、この状態で前記粉末成形体を焼結用敷板と共に加熱炉に導入して焼結を行う焼結部品の焼結方法。
中央ボス部の外周に複数本の支柱が周方向に間隔をあけて設置され、各支柱は中央ボス部からの径方向張出部の上面に設けられ、さらに、支柱設置部間に中央ボス部の外周に張り出す突片が設けられている粉末成形体を焼結するときに使用する耐火材で形成された焼結用敷板であり、
前記粉末成形体の中央ボス部の下面を支える第１支持部と、各支柱設置部の下面を支える第２支持部とを有し、前記突片を宙に浮かせて前記粉末成形体を支持するように構成された焼結用敷板。
前記突片の下側に配置される第２支持部相互のつなぎ部を有し、そのつなぎ部の上面と前記突片との間に粉末成形体を敷板に載置した状態で０．５ｍｍ以上の隙間が形成されるようにした請求項２に記載の焼結用敷板。
載置した粉末成形体に係合して粉末成形体の移動と回転を止める位置決め部を２ヵ所以上備える請求項２または３に記載の焼結用敷板。
前記位置決め部が任意の位置の上面に突出したピンで構成されている請求項４に記載の焼結用敷板。