JP2007092100A - 焼結金属部材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高い寸法精度を有し、かつ欠陥の少ない焼結金属部材およびその製造方法を低コストに提供する。
【解決手段】 ダイ１１の内周面１１ｂと、下パンチ１３の上端面１３ａとで区画形成される粉末充填部１４上に、原料粉となる金属粉末１０を内部に充満したフィーダボックス６を配置し、粉末充填部１４に金属粉末１０を充填する。フィーダボックス６の一側部６ａに、２箇所の切り込み７が設けられている。このフィーダボックス６を、ダイ１１の上端面１１ａ上でスライドさせることにより、切り込み７から漏出した金属粉末１６がダイ１１の上端面１１ａ上および粉末充填部１４に充填された金属粉末１０の露出面（上端面）１０ａ上に供給される。フィーダボックス６の切り込み７形成位置は、焼結金属部材１の厚肉部３に対応する領域に一致している。そのため、露出面１０ａの、厚肉部３に対応する箇所にさらに金属粉末１６が盛られた状態となる。
【選択図】図５

Description

本発明は、焼結金属部材およびその製造方法に関する。

この種の焼結金属部材は、高い成形自由度を有し、かつ安価に製造可能であることから、例えば、エンジンの可変バルブ機構用のオイルシール部材として実用化されている（例えば、特許文献１を参照）。

この場合、オイルシール部材として使用される焼結金属部材は、例えば特開平０９‐３２９００５号公報（特許文献２）に開示されている様に、中央部に比べて両端が厚肉の細長い板状部材であって、両端の厚肉部間に形成される凹部に板ばね等の附勢手段を配設している。そして、この板ばねの附勢力によりオイルシール部材としての焼結金属部材を対向する面に当接附勢することで、焼結金属部材と円周方向で隣り合う油室間をシールする。
特許第３２８４９３９号公報 特開平０９‐３２９００５号公報

このように、焼結金属部材は、その使用形態により、相対的に厚みの異なる薄肉部と厚肉部を有する形状に成形される。図８および図９は、かかる焼結金属部材の圧粉成形工程の一例を示すもので、ダイ１１および上下パンチ１２、１３とからなる成形金型内に画成された粉末充填部１４に原料粉となる金属粉末１０を充填した後、成形すべき部材の一端面に対応した形状の下端面（成形面）１２ａを有する上パンチ１２を下方に相対移動させることで、金属粉末１０を圧縮し、所定形状の圧粉成形体１５を成形するものである。

この際、金属粉末１０は、図８に示すように、粉末充填部１４の、ダイ１１の上端面１１ａとほぼ同一の高さまで充填され、圧縮される。そのため、図８および図９に示すように充填、圧縮を行うと、どうしても圧粉成形体１５の厚肉部１５ａに比べて、薄肉部１５ｂの方が高圧縮される。これでは、厚肉部１５ａの密度が薄肉部１５ｂの密度よりも小さくなるため、圧縮成形後に行う焼結時の寸法変化量（寸法変化率）が厚肉部１５ａと薄肉部１５ｂとで異なり、所要の寸法精度を得ることが難しい。また、薄肉部に比べて相対的に密度の小さい厚肉部では、どうしても強度の低下が否めず、圧粉成形時に欠損を生じ、あるいは焼結体の欠陥部となる可能性がある。

本発明の課題は、高い寸法精度を有し、かつ欠陥の少ない焼結金属部材およびその製造方法を低コストに提供することである。

前記課題を解決するため、本発明は、相対的に肉厚の異なる薄肉部および厚肉部を有する焼結金属部材であって、薄肉部の密度と厚肉部の密度とが等しいことを特徴とする焼結金属部材を提供する。

焼結金属部材は、金属粉末等の原料粉を圧縮成形した後、焼結することで得られるものであるから、完成品の厚肉部における密度が薄肉部の密度に等しいことは、圧粉成形体の厚肉部密度が薄肉部密度に等しいことを意味する。従って、圧粉成形後に行う焼結時の寸法変化量（寸法変化率）が厚肉部と薄肉部とで異なる事態を極力避けて、高い寸法精度を有する完成品（焼結金属部材）を得ることができる。また、圧粉成形時における厚肉部の欠損を抑えて、薄肉部と同等の高い成形体強度あるいは焼結体強度を得ることができる。

上記構成の焼結金属部材は、例えば細板状をなし、かつ薄肉部の両端に厚肉部を有するもので、隣接する油室間をシールするオイルシールとして好適に提供することができる。

また、前記課題を解決するため、本発明は、相対的に肉厚の異なる薄肉部および厚肉部を有する焼結金属部材の製造方法において、金属粉末を圧縮成形するに際し、成形金型内に金属粉末を充填し、充填された金属粉末の露出面のうち、厚肉部に対応する領域に金属粉末をさらに盛った状態でプレスすることを特徴とする焼結金属部材の製造方法を提供する。

この方法によれば、予め厚肉部に対応する領域の充填高さを、薄肉部に対応する領域に比べて高くしておけるので、圧縮成形体における厚肉部と薄肉部との密度差を極力小さくあるいは零にすることができる。従って、この成形体を焼結することにより生じる寸法変化量（寸法変化率）は厚肉部と薄肉部とで等しく、結果として高い寸法精度を有する焼結体を得ることができる。また、金型内に充填した金属粉末の露出面上に金属粉末を盛るだけの簡便な方法で済むため、金型の変更等も不要であり非常に経済的である。

このように、本発明によれば、高い寸法精度を有し、かつ欠陥の少ない焼結金属部材を低コストに得ることができる。

以下、本発明の実施形態を図１〜図９に基づいて説明する。

図６は、本発明の一実施形態に係る焼結金属部材を備えたオイルシール機構の一例を示している。同図において、２１は第１の回転体を、２２は第１の回転体２１と同期して回転可能でかつ相対回転可能な第２の回転体を示している。第１の回転体２１の外周には、外径側に突出した複数の凸部２３が設けられ、第２の回転体２２の内周に設けられた複数の凹部２４に収容されている。第１の回転体２１外周と第２の回転体２２内周との間には例えば潤滑油等のオイルが充満しており、凸部２３によって二つに区画された凹部２４は、それぞれ第１の油室２５、第２の油室２６を形成している。各々の凸部２３の先端部には溝部２７が形成され、この溝部２７内にオイルシールとしての焼結金属部材１が配設されている。

焼結金属部材１は、例えば図１に示すように、細板形状をなすもので、薄肉部２と、薄肉部２の長手方向両端に設けられた厚肉部３とを一体に備えている。ここで、薄肉部２の密度と、厚肉部３の密度差は非常に小さく（例えば０．１ｇ／ｃｍ^３以下）、焼結金属部材１の例えば幅寸法Ｗは所定寸法から１０μｍの誤差範囲内に収まっている。

焼結金属部材１は、厚肉部３、３間に形成された凹部４に、附勢手段としての板ばね２８を収容した状態で、溝部２７内に配設される。この状態において、板ばね２８は、図７に示すように、頂部２８ａを第１の回転体２１の側に、基端部２８ｂを焼結金属部材１の側にそれぞれ向けた状態で配設されており、常時、焼結金属部材１を外方側（第２の回転体２２の側）に向けて附勢している。

板ばね２８の附勢力によりオイルシールとしての焼結金属部材１の下端面５は、対向する凹部２４の内周面２４ａに当接附勢され、両面５、２４ａ間がシールされる。また、焼結金属部材１の幅寸法Ｗは、これが収容される溝部２７の幅寸法に略等しく、溝部２７の内側面とこれらに対向する薄肉部２の側面２ｂおよび厚肉部３の側面３ｂとの間がシールされる。これにより、焼結金属部材１（凸部２３）を介して円周方向で隣り合う油室２５、２６間がシールされる。従って、第１の油室２５と第２の油室２６との間で油圧バランスが保たれ、例えば第１の回転体２１に対する第２の回転体２２の円周方向相対位置が維持される。

このように、厚肉部３の密度と薄肉部２の密度とがほぼ等しく、高い寸法精度を有する焼結金属部材１、特に幅寸法Ｗの寸法精度を高めた焼結金属部材１をオイルシールとして使用することにより、油室２５、２６間のシール性能を高めて、確実にシールすることが可能となる。

以下、焼結金属部材１の製造工程の一例を説明する。なお、以下の説明において、図８および図９に示す構成とその作用が同一の構成要素については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図２は、焼結金属部材１の成形工程を概念的に示したもので、ダイ１１の内周面１１ｂと、下パンチ１３の上端面１３ａとで区画形成される粉末充填部１４上に、原料粉となる金属粉末１０を内部に充満したフィーダボックス６を配置し、粉末充填部１４に金属粉末１０を充填した状態を示している。フィーダボックス６の一側部６ａには、図３に示すように、複数（この実施形態では２箇所）の切り込み７が設けられている。なお、充填される金属粉末１０は、例えば、Ｆｅ、Ｃｕ等の金属粉であり、これらを２種以上混合したもの、あるいは２種以上の合金粉末を使用することもできる。

この状態から、例えば図４に示すように、フィーダボックス６を、ダイ１１の上端面１１ａ上でスライドさせることにより、切り込み７から漏出した金属粉末１６がダイ１１の上端面１１ａ上および粉末充填部１４に充填された金属粉末１０の露出面（上端面）１０ａ上に供給される（図５を参照）。フィーダボックス６の切り込み７形成位置（図５中幅方向）は、図１に示す焼結金属部材１の厚肉部３に対応する領域に一致しているので、これにより、露出面１０ａの、厚肉部３に対応する箇所にさらに金属粉末１６が盛られた状態となる。

この状態から、例えば図８に示す上パンチ１２をダイ１１及び下パンチ１３に対して相対的に下降（近接）させることで、図９に示すように、充填された金属粉末１０が上下パンチ１２、１３によって圧縮される。これにより、上下パンチ１２、１３の上下端面１２ａ、１３ａおよびダイ１１の内周面１１ｂに対応した形状の圧粉成形体１５が成形される。この実施形態でいえば、薄肉部２の上端面２ａ、および厚肉部３の上端面３ａに対応する面が、上パンチ１２の下端面１２ａ（図８および図９を参照）で、内周面２４ａと全面又は一部で当接する下端面５に対応する面が、下パンチ１３の上端面１３ａでそれぞれ形成され、図１に示す形状の圧粉成形体１５が成形される。

この場合、粉末充填部１４に充填された金属粉末１０のうち、厚肉部３に対応する領域の充填高さは、薄肉部２に対応する領域の充填高さに比して、切り込み７から供給された金属粉末１６の盛り分だけ高くなる（図５を参照）。そのため、これを図９に示す状態にまで圧縮した状態では、例えば図８に示すように一定の高さに充填した金属粉末１０を成形した場合と比べてその密度を高めることができる。従って、厚肉部３に対する薄肉部２の厚みの比だけ、切り込み７による金属粉末１６の盛り分を調整することで、言い換えると、切り込み７の高さを調整することで、厚肉部３と薄肉部２との密度差を極力小さくした圧粉成形体１５を得ることができる。よって、これを焼結して得られる焼結金属部材１の焼結時における寸法変化量（変化率）、例えば幅寸法Ｗの変化量（膨張量）も厚肉部３と薄肉部２とで等しくなり、その寸法精度を上述の如く高めることができる。

以上の実施形態では、オイルシールとしての焼結金属部材１を成形する場合を説明したが、本発明は、薄肉部２および厚肉部３とを有する焼結金属部材１である限り、他用途の焼結金属部材の成形工程に適用することも可能である。

また、以上の実施形態では、切り込み７を設けたフィーダボックス６をダイ１１の上端面１１ａ上でスライドさせることで、粉末充填部１４に充填された金属粉末１０の露出面（上端面）１０ａに金属粉末１６をさらに盛る方法を説明したが、本発明は、これに限られるものではない。フィーダボックス６に限らず、金属粉末１０の露出面１０ａの、対象となる領域（厚肉部３に対応する領域）に金属粉末１６を供給できる限り、種々の方法を採用することが可能である。

本発明の一実施形態に係る焼結金属部材の斜視図である。 焼結金属部材の圧粉成形工程の一例を概念的に示す断面図である。 フィーダボックス６を矢印Ａの方向から見た側面図である。 金属粉末の充填態様を示す断面図である。 成形金型の粉末充填部を示すＢ−Ｂ断面図である。 焼結金属部材を備えたオイルシール機構の一例を示す断面図である。 焼結金属部材を備えたオイルシール機構の一例を示す断面図である。 従来の金属粉末の充填態様を示す成形金型の断面図である。 金属粉末を圧縮成形した状態の成形金型を示す断面図である。

符号の説明

１ 焼結金属部材
２ 薄肉部
２ａ 上端面
３ 厚肉部
３ａ 上端面
４ 凹部
５ 下端面
６ フィーダボックス
６ａ 一側部
７ 切り込み
１０ 金属粉末
１０ａ 露出面
１１ ダイ
１１ａ 上端面
１２ 上パンチ
１３ 下パンチ
１４ 粉末充填部
１５ 圧粉成形体
１５ａ 厚肉部
１５ｂ 薄肉部
１６ 金属粉末
２１ 第１の回転体
２２ 第２の回転体
２３ 凸部
２４ 凹部
２４ａ 内周面
２５、２６ 油室
２７ 溝部
２８ 板ばね

Claims (3)

1. 相対的に肉厚の異なる薄肉部および厚肉部を有する焼結金属部材において、前記薄肉部の密度と前記厚肉部の密度とが等しいことを特徴とする焼結金属部材。
2. 細板状をなし、かつ前記薄肉部の両端に前記厚肉部を有するもので、隣接する油室間をシールするオイルシールとしての請求項１記載の焼結金属部材。
3. 相対的に肉厚の異なる薄肉部および厚肉部を有する焼結金属部材の製造方法において、
   金属粉末を圧縮成形するに際し、
   成形金型内に前記金属粉末を充填し、充填された前記金属粉末の露出面のうち、前記厚肉部に対応する領域に前記金属粉末をさらに盛った状態でプレスすることを特徴とする焼結金属部材の製造方法。

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