JP2012246508A - 焼結部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】焼結時に発生する板状の焼結体の反りを簡単に且つ効果的に矯正することができる焼結部品の製造方法を提供する。
【解決手段】下部耐火板の上に、金属粉末を加圧成形して得られる板状の成形体を載置した状態で焼結処理を行う焼結部品の製造方法。前記下部耐火板は、開口部又は凹所を有しており、前記成形体は、前記下部耐火板の開口部又は凹所を覆うように当該下部耐火板上に載置される。焼結処理により下部耐火板側が凸になる反りが付与された焼結体を、凸面を有する第１パンチと、前記凸面に対応する凹面を有する第２パンチとでサイジング処理する工程を含んでいる。前記反りが付与された焼結体は、当該反りの凸の指す方向が、前記第１パンチの凸面の凸の指す方向と反対になるように、前記第１パンチと第２パンチとの間に配設されてサイジング処理される。
【選択図】図１

Description

本発明は焼結部品の製造方法に関する。さらに詳しくは、金属粉末を加圧成形して得られる板状の薄肉成形体を焼結処理する工程を含む焼結部品の製造方法に関する。

近年、自動車の部品などにおいて、純鉄粉又は鉄を主成分とする合金粉末の加圧成形体を焼結処理した焼結部品が用いられている。かかる焼結部品のうち、板状で薄肉の部品は、成形密度の差などに起因して、焼結処理を施すことによって部品に反りが生じることがある。

許容値を超える反りが生じた部品は、そのままでは出荷することができないので、かかる反りの発生を抑制するために、一対の耐火板の間に複数枚の成形体を挟んだ状態で焼結処理を行うことが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１記載の焼結体の製造方法では、重石板としての上側の耐火板の自重により成形体を押さえ付けることで焼結処理時に発生する反りを矯正するようにしている。

特開２０１０−２０９４００号公報

しかしながら、特許文献１記載の製造方法によっても、成形体の反りを完全に矯正することはできず、ある程度の割合で不良品（反りが、製品に規定されている許容値を超える製品）が発生する。

かかる不良品は、例えば図７に示されるようなサイジングパンチを用いたサイジング処理を行うことで、反りの矯正を行っている。図７に示されるサイジングパンチ１０は、上パンチ１１と、この上パンチ１１と対向して配設される下パンチ１２とからなっており、上パンチ１１の加圧面１１ａ及び下パンチ１２の加圧面１２ａは、いずれも平坦な面とされている。

サイジング処理を施すことで一定割合の不良品の反りを許容値以下にすることができるが、その割合は低く、多くの不良品が矯正しきれずに廃棄処分となっていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、焼結時に発生する板状の焼結体の反りを簡単に且つ効果的に矯正することができる焼結部品の製造方法を提供することを目的としている。

（１）本発明の焼結部品の製造方法（以下、単に「製造方法」ともいう）は、下部耐火板の上に、金属粉末を加圧成形して得られる板状の成形体を載置した状態で焼結処理を行う焼結部品の製造方法であって、
前記下部耐火板は、開口部又は凹所を有しており、
前記成形体は、前記下部耐火板の開口部又は凹所を覆うように当該下部耐火板上に載置され、
焼結処理により下部耐火板側が凸になる反りが付与された焼結体を、凸面を有する第１パンチと、前記凸面に対応する凹面を有する第２パンチとでサイジング処理する工程を含んでおり、且つ
前記反りが付与された焼結体は、当該反りの凸の指す方向が、前記第１パンチの凸面の凸の指す方向と反対になるように、前記第１パンチと第２パンチとの間に配設されてサイジング処理されることを特徴としている。

本発明の製造方法では、下部耐火板の開口部又は凹所を覆うように成形体を当該下部耐火板の上に載置した状態で焼結処理を行うことで、成形体の自重を利用して当該成形体に対して強制的に一方向の反り（下部耐火板側が凸になる反り）を与えている。かかる反りが付与された焼結体を、この反り方向と反対形状の凹凸が付与されたサイジングパンチを用いて、サイジング処理を行ない、反り方向と反対方向に圧力を加えて塑性変形させることで、焼結体の反りを小さくすることができる。

（２）前記（１）の製造方法において、複数枚の成形体を下部耐火板の上に載置してもよい。この場合、複数枚の成形体を同時に焼結処理することで量産性を向上させることができる。

（３）前記（１）又は（２）の製造方法において、成形体の上に上部耐火板を載置した状態で焼結処理を行ってもよい。この場合、上部耐火板の重さによって、上側が凸になる反りが焼結体に発生するのを防止することができ、前記下部耐火板側が凸になる反りを確実に焼結体に付与することができる。

（４）前記（１）〜（３）の製造方法において、第１パンチの凸面の頂部の突出高さが、前記焼結体の許容反り量以下であってもよい。

（５）前記（１）〜（４）の製造方法において、成形体が、厚さ８ｍｍ以下の薄板からなっていてもよい。厚さ８ｍｍ以下の薄板の場合、焼結処理に起因する反りの発生が顕著になってくるが、本発明の製造方法によれば、かかる反りを矯正することができる。

本発明の製造方法によれば、焼結時に発生する板状の焼結体の反りを簡単に且つ効果的に矯正することができる。

本発明の一実施の形態に係る製造方法における焼結時の成形体の説明図である。 焼結体の反りを説明する側面説明図である。 サイジングに用いるサイジングパンチの説明図である。 実施例に係る焼結体の測定点を示す図である。 成形体の右側のＡ点の反り量を示す図である。 成形体の左側のＢ点の反り量を示す図である。 従来のサイジングパンチの説明図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の製造方法の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る製造方法における焼結時の成形体１の説明図である。本実施の形態では、焼成炉内に配設されたメッシュベルトコンベヤ（図示せず）の金網２の上に進行方向に沿って並んで配置された下部耐火板３の上に３枚の成形体１が積層され、その上に更に上部耐火板４が配設されている。３枚の成形体１は、下部耐火板２と上部耐火板４とで挟持された状態で焼結処理される。

成形体１は、純鉄粉又は鉄を主成分とする合金粉末を金型を用いて加圧成形されたものであり、板形状を呈している。成形体１の表面及び裏面には、当該成形体１の用途に応じて浅い凹所が形成されることがあり、また、成形体１に孔部ないし開口部が形成されることもあるが、成形体１の表面及び裏面は全体として実質的に平坦な面となっている。

成形体１の外形は、円形、長円形、矩形、多角形など用途に応じて適宜選定することができ、本発明において特に限定されるものではない。また、成形体１の厚さも本発明において特に限定されるものではなく、例えば２〜１０ｍｍとすることができるが、焼結処理時に反りが発生し易い、例えば８ｍｍ以下の薄肉の場合に、本発明における反り矯正効果が顕著である。

下部耐火板３及び上部耐火板４は、いずれもセラミックなどの耐熱性材料で作製されており、その表面は研磨加工によって平坦にされている。下部耐火板３の略中央には、開口部５が形成されており、成形体１は、この開口部５を覆うように当該下部耐火板３の上に載置されている。なお、本明細書において「覆う」とは、成形体１によって下部耐火板３の開口部５が完全に覆われる場合だけでなく、開口部５が部分的に覆われる場合も含まれる。

図１に示される状態で成形体１の焼結処理を行うと、当該成形体１の下面側に開口部５、すなわち空間が存在しているので、成形体１の自重により当該成形体１に対して強制的に一方向の反り（下部耐火板３側が凸になる反り）が付与される。その際、本実施の形態では、成形体１の上に「重し」として機能する上部耐火板４が載置されているので、上側が凸になる反りが焼結体に発生するのを防止することができ、前記下部耐火板側が凸になる反りを確実に焼結体に付与することができる。図２は、反りが付与された焼結体１´を示している。実際の反り量は、焼結体１´の最大寸法（例えば、後出する図４に示される焼結体における左右方向の寸法）に比べると非常に小さい量であり、通常、０．２〜０．７ｍｍ程度であるが、図２においては、分かり易くするために焼結体１´の反りを誇張して描いている。

本発明では、かかる反りが付与された焼結体１´を、この反り方向と反対形状の凹凸が付与されたサイジングパンチ６を用いてサイジング処理を行っている。

サイジングパンチ６は、図３に示されるように、第１パンチである上パンチ７と、第２パンチである下パンチ８とで構成されており、図示しない油圧機構により駆動される。上パンチ７の先端面７ａは凸面とされており、一方、当該上パンチ７と対向する下パンチ８の先端面８ａは凹面とされている。上パンチ７の凸面と下パンチ８の凹面は、互いに対応する形状及び寸法であり、両面を実質的に隙間なく当接させることが可能である。

上パンチ７の凸面の頂部の突出高さｈは、本発明において特に限定されるものではないが、通常、０．１〜０．６ｍｍ程度であり、焼結体１´の反り量を当該焼結体１´に対する許容値以下にする確率を高めるという点からは、前記許容値以下とすることが好ましい。

焼結体１´の反り方向と反対形状の凹凸が付与されたサイジングパンチ６を用い、当該焼結体１´の反りの凸の指す方向が、前記上パンチ７の凸面の凸の指す方向と反対になるように（図３参照）、前記上パンチ７と下パンチ８との間に焼結体１´を配設してサイジング処理を行うことにより、当該焼結体１´に反り方向と反対方向に圧力を加えることができる。これにより、焼結体１´を塑性変形させて当該焼結体１´の反りを小さくすることができる。ただし、サイジング処理された焼結体１´が完全に塑性変形するのではなく、成形体１の材質や焼結条件などにより、弾性的に変形する場合もあるため、サイジング処理後の焼結体１´の形状が上パンチ７の凸面形状と完全に一致するものではない。

[実施例]
次に本発明の製造方法の実施例を説明するが、本発明はもとよりかかる実施例にのみ限定されるものではない。

鉄を主成分とする合金粉末を金型を用いて加圧成形して、図４に示されるような板状の成形体を得た。成形体の厚さは５．７ｍｍであった。ついで、この成形体をセラミック製の下部耐火板の上に３枚積み重ねた状態のものを複数用意し、それらを焼成炉にて焼結処理を行った。下部耐火板の中央には開口部が形成されており、成形体は、この開口部を覆うように当該下部耐火板の上に載置された。

得られた複数の焼結体について、図４でａ、ｂ、ｃで示される点を基準点として平坦なマスターに対する右側測定点Ａ及び左側測定点Ｂにおける反り量（ｍｍ）をダイアルゲージを用いて測定した。より詳細には、ベース板の縁からＡ点及びＢ点が突出するように前記焼結体の基準点ａ、ｂ、ｃを当該ベース板に固定し、この状態においてＡ点及びＢ点の下方に配設されているダイアルゲージを用いてＡ点及びＢ点の反り量を測定した。

反り量の許容値を０．２ｍｍとし、右側測定点Ａにおける反り量が０．２ｍｍを超える１０個のサンプル（焼結体）、及び左側測定点Ｂにおける反り量が０．２ｍｍを超える１０個のサンプル（焼結体）に対し、図３に示されるサイジングパンチを用いてサイジング処理を行った。上パンチの凸面の頂部の突出高さは、０．１５ｍｍであった。サイジングに際しては、焼結体の反りの指す方向が、上パンチの凸面の凸の指す方向と反対になるように、当該焼結体を上パンチと下パンチの間に配設してサイジング処理を行った。

右側測定点Ａにおけるサイジング処置前の反り量とサイジング処理後の反り量を図５に示す。また、左側測定点Ｂにおけるサイジング処置前の反り量とサイジング処理後の反り量を図６に示す。図５及び図６より、反り方向と反対形状の凹凸が付与されたサイジングパンチを用いてサイジング処理を施すことで、反り量が許容値を超えていた焼結体のうち７０〜８０％の焼結体の反り量を許容値以下に矯正できることが分かる。平坦な加圧面を有する従来のサイジングパンチを用いたサイジング処理では、不良品（反り量が許容値を超える製品）の２０〜３０％程度しか矯正することができなかったが、本発明によれば、矯正率を大幅に向上できることが分かる。

〔その他の変形例〕
なお、今回開示された実施の形態はすべての点において単なる例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、前記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。

例えば、前述した実施の形態では、下部耐火板の上に載置する成形体の数を３としているが、その数は１であってもよいし、３以外の複数であってもよい。

また、前述した実施の形態では、成形体の上に上部耐火板を載せているが、成形体の自重によって下向きの反りを当該成形体に付与することができるので、上部耐火板の使用は省略することも可能である。

また、前述した実施の形態では、焼結体の反りを許容するスペースを与えるために成形体が載置される下部耐火板に開口部を形成しているが、下部耐火板の成形体載置面に形成した凹所により前記反りを許容するスペースを与えることもできる。

１ 成形体
１´ 焼結体
３ 下部耐火板
４ 上部耐火板
５ 開口部
６ サイジングパンチ
７ 上パンチ
７ａ 先端面
８ 下パンチ
８ａ 先端面
１０ サイジングパンチ
１１ 上パンチ
１１ａ 加圧面
１２ 下パンチ
１２ａ 加圧面

Claims (5)

1. 下部耐火板の上に、金属粉末を加圧成形して得られる板状の成形体を載置した状態で焼結処理を行う焼結部品の製造方法であって、
   前記下部耐火板は、開口部又は凹所を有しており、
   前記成形体は、前記下部耐火板の開口部又は凹所を覆うように当該下部耐火板上に載置され、
   焼結処理により下部耐火板側が凸になる反りが付与された焼結体を、凸面を有する第１パンチと、前記凸面に対応する凹面を有する第２パンチとでサイジング処理する工程を含んでおり、且つ
   前記反りが付与された焼結体は、当該反りの凸の指す方向が、前記第１パンチの凸面の凸の指す方向と反対になるように、前記第１パンチと第２パンチとの間に配設されてサイジング処理されることを特徴とする、焼結部品の製造方法。
2. 複数枚の成形体を下部耐火板の上に載置する、請求項１に記載の焼結部品の製造方法。
3. 前記成形体の上に上部耐火板を載置した状態で焼結処理を行う、請求項１又は２に記載の焼結部品の製造方法。
4. 前記第１パンチの凸面の頂部の突出高さが、前記焼結体の許容反り量以下である、請求項１〜３のいずれかに記載の焼結部品の製造方法。
5. 前記成形体が、厚さ８ｍｍ以下の薄板からなる、請求項１〜４のいずれかに記載の焼結部品の製造方法。

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