JP2008303432A - 焼結機械部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】温間成形を行い焼結機械部品を製造する方法において、温間成形時に生じたバリを容易かつ確実に除去する。
【解決手段】成形潤滑剤を含む原料粉末２を、粉末プレス機によって温間成形して、圧粉体であるギヤ１を得る。次いで、焼結する前の圧粉体の段階で、ギヤ１のエッジ部１ｃに発生しているバリを、バリ取り装置３のワイヤーブラシ６で除去する。
【選択図】図３

Description

本発明は、粉末冶金法によって焼結機械部品を製造する方法に係り、特に、成形工程に温間成形法を用いて焼結機械部品を製造する技術に関する。

焼結機械部品は、金属粉末等の原料粉末を金型に充填して圧縮成形し、得られた圧粉体を焼結して、原料粉末どうしを元素の拡散により結合させたものである。このような焼結機械部品は、ニアネットシェイプに造形できること、大量生産に向くことなどの理由により各種機械部品等に広く適用されている。

原料粉末を圧縮成形する成形工程は、通常、常温で行われるが、温間成形装置を用いて原料粉末および金型を１００〜４００℃程度に加熱して圧縮成形する温間成形が行われる場合もある。この温間成形の場合は、原料となる金属粉末の降伏応力が低下するので、低い成形圧力でも通常の常温における成形の場合よりも密度や強度を向上させることができることから、適用範囲が拡大している。

しかしながら、温間成形を行うにあたり、原料粉末は加熱されることから、通常の常温での成形で用いる原料粉末を用いると、原料粉末中に添加されたステアリン酸亜鉛等の成形潤滑剤が溶融してしまい、原料粉末の流動性が低下することとなる。このため、温間成形に適した成形潤滑剤が種々提供されており、特許文献１の樹脂成分を用いたものもそのような成形潤滑剤の一例である（特許文献１参照）。

特開平１０−２１９３０２号公報

ところで、上記の成形工程に用いる金型の型孔と上下パンチとは摺動自在に嵌合されており、型孔と上下パンチとの間に微少な隙間が不可避的に存在する。このため、原料粉末の成形工程では、この金型の型孔と上下パンチとの隙間に原料の一部が塑性変形して押し出され、圧粉体のエッジ部にバリが形成される場合がある。

また、圧粉体は、原料粉末の粉末粒子が互いに絡み合うだけで形状が保持されており、極めて脆いものである。そのため、上記のように圧粉体に形成されたバリは、焼結を行って原料粉末どうしを互いに拡散接合させて強固な焼結体とした後、バレル研磨などにより除去される。

しかしながら、成形工程において上記文献記載の成形潤滑剤を添加した原料粉末を用いて温間成形を行った場合、原料粉末が軟化して塑性変形しやすくなる結果、圧粉体のエッジ部に生じるバリが増加するとともに、原料粉末内の成形潤滑剤である樹脂成分が軟化して原料粉末とともに金型の型孔と上下パンチとの隙間に押し出される。その結果、圧粉体のエッジ部に生じるバリが樹脂により固着され、常温での成形の場合に比べて、強固なバリが形成される。このような圧粉体を焼結すると、樹脂成分は焼結時に消失するものの、温間成形により密度や強度が高くなっているため、常温での成形を行った圧粉体よりバリが強固になってしまう。このため、焼結後にバレル研磨などを行っても、圧粉体のバリはへたるだけで完全に除去することが難しい。また、バリの除去が不完全な焼結機械部品を各種機器に組み込んで使用すると、各種機器の運転時に他部品との接触などによりバリが脱落し、脱落したバリが各部品の摩耗を促進させるなどの不具合の原因となる可能性がある。

よって本発明は、温間成形を行い焼結機械部品を製造する方法において、圧粉体に形成されるエッジ部のバリを容易かつ確実に除去することのできる焼結機械部品の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の焼結機械部品の製造方法は、樹脂成分を含有する原料粉末を温間成形して圧粉体を得、次いで圧粉体を焼結する焼結機械部品の製造方法において、温間成形時において圧粉体のエッジ部に発生したバリを、ワイヤーブラシを用いて除去した後、圧粉体を焼結することを特徴としている。

常温で成形された圧粉体は極めて脆いため、圧粉体に発生するバリは焼結されるまで除去できない。しかしながら、樹脂粉末を含有した原料粉末を温間成形して得られる圧粉体は、比較的強度が高くなるため、焼結する前にバリの除去が可能になる。これに基づき本発明では、温間成形で得られる圧粉体に発生するバリを、焼結する前の圧粉体の段階で除去する。すなわち、焼結によってバリが強固になる前に、バリを圧粉体から除去する。この結果、焼結後に強固になったバリを除去するといった手間が省かれ、バリの無い焼結機械部品を容易に得ることができる。

本発明の具体例としては、ワイヤーブラシの先端が圧粉体の前記エッジ部に接触するようにワイヤーブラシを配置し、少なくとも圧粉体とワイヤーブラシのいずれか一方を、圧粉体のエッジ部に沿ってワイヤーブラシの先端が接触するように回転させ、圧粉体のエッジ部に発生したバリの除去を行う形態が挙げられる。

この形態では、圧粉体のエッジ部にワイヤーブラシの先端を接触させて、圧粉体のエッジ部に発生したバリを除去する。エッジ部のみに対してワイヤーブラシの先端を接触させており、圧粉体のバリが発生していない部分へのワイヤーブラシの接触を抑えられる。そのため、ワイヤーブラシによる圧粉体への打撃を必要最低限に抑えることができる。また、圧粉体のエッジ部にワイヤーブラシの先端を確実に接触させることができるため、エッジ部に発生したバリを確実に除去することができる。

本発明の焼結機械部品の製造方法によれば、温間成形時に発生したバリを、焼結する前の圧粉体の段階で除去するので、焼結後に強固になったバリを除去するといった手間が省かれ、バリの無い焼結機械部品を容易に得ることができる。その結果、焼結機械部品を各種機器に組み込んで使用する際にバリが脱落するおそれがなく、摩耗などの不具合の原因を排除することができるという効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明における焼結機械部品の製造方法を工程順に示すフロー図である。
［１］焼結機械部品の製造工程
（Ｉ）原料粉末の作製
まず最初に、所定の組成に配合された金属粉末と成形潤滑剤とを、混合機に混入し、金属粉末と成形潤滑剤とが均一に分散するように混合して原料粉末を得る。本実施形態では金型や原料粉末を加熱して成形する温間成形を行うため、温間成形に適した樹脂成分を有する成形潤滑剤を使用する。

（II）温間成形・バリ取り
原料粉末が作製されたら、ダイと上下パンチの組み合わせからなる粉末プレス機を用いて圧粉体に成形する。原料粉末を、粉末プレス機にセットされる金型に入れ、この原料粉末に高圧をかけて押し固めた後、金型から抜き出すことで、圧粉体が得られる。一般的には、原料粉末や金型を常温の状態で成形を行うが、本実施形態では、原料粉末や金型を所定温度（例えば１００〜４００℃）に加熱して成形する温間成形を行う。この温間成形では、原料粉末や金型などを加熱するヒータを具備した温間成形用の粉末プレス機を用いる。原料粉末や金型を加熱することにより、原料粉末中の金属粉末の降伏応力が低下するので、低い成形圧力でも常温成形の場合よりも圧粉体の密度や強度を向上させることができる。

ところで、成形に用いる金型の型孔と上下パンチとは摺動自在に嵌合されており、型孔と上下パンチとの間に微少な隙間が存在する。このため、原料粉末を圧縮成形すると、金型の型孔と上下パンチとの隙間に原料の一部が塑性変形して押し出され、圧粉体のエッジ部にバリが形成されることが多い。従来では、後に行う焼結工程後にバリの除去を行っていたが、本実施形態では、圧粉体を成形した後にバリ取りを行う。このバリ取りは本発明に係るものであり、後に詳述する。また、温間成形による圧粉体の製造方法の一具体例についても、後に詳述する。

（III）焼結
原料粉末を圧縮成形して得られた圧粉体は、原料粉末の粉末粒子が互いに絡み合うだけで、機械部品としての強度はほとんど無い。そのため、圧粉体を融点以下の温度で加熱する焼結を行うことによって焼結体とし、焼結機械部品としての強度を与える。焼結体を得た後、高い精度の寸法および形状の焼結機械部品を得るためのサイジングを必要に応じて行う。このようにして、所望の強度を備えた焼結機械部品を得る。

［２］温間成形による圧粉体の製造方法の具体例
次に、温間成形による圧粉体の製造方法の一具体例を説明する。なお、本実施形態での圧粉体は、図３に示すギヤ１である。図２に示すようにギヤ１は、金型に原料粉末２を充填し、その原料粉末２を軸方向に圧縮して製造される。金型は、原料粉末２を径方向に膨出不能に収納するダイ孔２０ａが形成されたダイ２０と、ダイ孔２０ａの中心に配置されるコアロッド２１と、ギヤ１の本体部分１ａを圧縮する上下一対の円筒状の本体用圧縮パンチ２２、２３と、ギヤ１の歯部１ｂを圧縮する上下一対の円筒状の歯部用圧縮パンチ２４、２５とを具備する。この金型は、ダイ孔２０ａと各パンチが摺動自在に嵌合されており、ダイ孔２０ａと各パンチとの間に微少な隙間が存在する。

ギヤ１を製造するには、まず、図２（ａ）に示すように、ダイ孔２０ａ内に、原料粉末２をダイ孔２０ａの上面からはみ出さないように充填する。このとき、ダイ２０は、１００〜４００℃程度に加熱されている。

次に、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、上側の各パンチ２２、２４を下降させて、それぞれを原料粉末２に当接させ、さらに上側の各パンチ２２、２４を下降させるとともに下側の各パンチ２３、２５の位置を保持して、原料粉末２を軸方向に加圧する。このとき、原料粉末２が圧縮され、原料粉末２の粉末粒子が互いに絡み合い、圧粉体であるギヤ１が成形される。ギヤ１の内周面はコアロッド２１に強く圧接させられ、その内径寸法はコアロッド２１の外径に倣って矯正される。また、原料粉末２を圧縮したときに原料粉末２の一部は、各パンチ２２、２４とダイ２０の隙間に押し出され、ギヤ１のエッジ部１ｃに図示せぬバリが形成される。

圧縮が終了したら、図２（ｄ）に示すように、上側の各パンチ２２、２４を上方に退避させるとともに下側の各パンチ２３、２５を上昇させて、ギヤ１をダイ孔２０ａから抜き出し、圧粉体であるギヤ１を得る。

この温間成形で得られた圧粉体であるギヤ１は、上記のように常温成形による圧粉体に比べ、密度や強度が高くなっている。そのため、このギヤ１を焼結すると、さらに強度が増し、このためギヤ１のエッジ部１ｃに発生したバリを除去することが難しくなる。

［３］バリ取り装置の構成および動作説明
次に、図３を参照して、本実施形態で用いるバリ取り装置とその装置を用いたバリの除去方法を説明する。
図３に示すバリ取り装置３は、モータによって回転する主軸４の下端から二つに分岐し、分岐した各先端が下方に向いているアーム５と、このアーム５の各先端に備わり、ギヤ１のエッジ部１ｃに接触させられるワイヤーブラシ６と、ギヤ１のバリ取り時にギヤ１を径方向から支える圧粉体押さえ（図示省略）とを具備する。ワイヤーブラシ６の材質としては、ステンレス鋼が好適に用いられる。また、本実施形態のワイヤーブラシ６は、先端に向かうにしたがって広がる円錐状を呈している。粉末プレス機と焼結工程との間には、ギヤ１を移送するベルトコンベヤ７が配設されている。アーム５は、このベルトコンベヤ７の直上に配設される。

粉末プレス機で温間成形されたギヤ１は、ベルトコンベヤ７により上記バリ取り装置３の直下に移動させられ、ここで一旦停止させられる。次に、ギヤ１は圧粉体押さえによって、その停止位置に固定される。次いで、アーム５を回転させる。すると、先端に装着されている２つのワイヤーブラシ６がギヤ１のエッジ部１ｃに沿って旋回する。このとき、ワイヤーブラシ６の先端がエッジ部１ｃに発生したバリを掻くことで、ギヤ１からバリが除去される。バリが除去されたら、アーム５の回転を停止させる。次いで、圧粉体押さえをギヤ１からはずし、ベルトコンベヤ７を作動させることにより、バリを除去したギヤ１が次の焼結工程に移送される。

本実施形態では、原料粉末２を温間成形しているため、ギヤ１は常温成形に比べ適度に強度が高くなっている。そのため、ギヤ１を焼結する前の段階で、ワイヤーブラシ６でギヤ１をこすってもギヤ１は傷付いたり、崩れたりすることがなく、バリのみを除去することができる。すなわち、焼結によってバリが強固になる前に、バリを圧粉体から除去する。この結果、焼結後に強固になったバリを除去するといった手間が省かれ、バリの無いギヤ１（焼結体）を容易に得ることができる。

また、本実施形態では、主にエッジ部１ｃのみに対してワイヤーブラシ６の先端を接触させており、ギヤ１のバリが発生していない部分へのワイヤーブラシ６の接触を抑えている。そのため、ワイヤーブラシ６によるギヤ１への打撃を必要最低限に抑えることができる。

［４］他の実施形態
図４は本発明の他の実施形態を示している。
この場合のバリ取り装置１０は、モータによって回転する水平なシャフト１１と、シャフト１１の先端に装着され、シャフト１１と一体に回転する円形状のワイヤーブラシ１２と、一方向または両方向に自転し、上面にギヤ１が配置される回転テーブル（図示省略）と、回転テーブル上面に配置されたギヤ１を、その上面に固定する圧粉体押さえ（図示省略）とを具備する。このときのワイヤーブラシ１２の材質は、上記実施形態と同様である。

この実施形態では、温間成形されたギヤ１を、回転テーブルの上面に同心状に置いて、圧粉体押さえにより固定する。次いで回転テーブルを回転させて、ギヤ１を回転させる。次いで、シャフト１１を回転させて、シャフト１１の先端のワイヤーブラシ１２を回転させる。これにより、ワイヤーブラシ１２がギヤ１のエッジ部１ｃに発生したバリを掻いて除去する。バリが除去されたギヤ１は、次の焼結工程に移送される。

本発明の一実施形態に係る焼結機械部品の製造方法の工程順を示すフロー図である。 一実施形態に係る温間成形の過程を（ａ）〜（ｄ）の順に示す断面図である。 一実施形態に係るバリ取り装置の斜視図である。 他の実施形態に係るバリ取り装置の斜視図である。

符号の説明

１…ギヤ（圧粉体）
１ｃ…エッジ部
２…原料粉末
６、１２…ワイヤーブラシ

Claims (2)

1. 樹脂成分を含有する原料粉末を温間成形して圧粉体を得、次いで該圧粉体を焼結する焼結機械部品の製造方法において、
   温間成形時において前記圧粉体のエッジ部に発生したバリを、ワイヤーブラシを用いて除去した後、該圧粉体を焼結することを特徴とする焼結機械部品の製造方法。
2. 前記ワイヤーブラシの先端が前記圧粉体の前記エッジ部に接触するようにワイヤーブラシを配置し、少なくとも圧粉体とワイヤーブラシのいずれか一方を、圧粉体のエッジ部に沿ってワイヤーブラシの先端が接触するように回転させ、圧粉体のエッジ部に発生したバリの除去を行うことを特徴とする請求項１に記載の焼結機械部品の製造方法。

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