JP2015025183A - 焼結部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微小部品や複雑形状部品あるいは薄板状部品等でも、目的形状の焼結部品を確実に製造することができ、歩留まりの低下を抑えることのできる焼結方法の提供。
【解決手段】少なくとも一部が消失可能な材料で構成された押し型５の型内に可塑性原料Ｐを充填し、原料Ｐをパンチ６で押圧して加圧成形し、成形した成形体１Ａを押し型５から抜き出す際に、成形体１Ａとともに消失可能な材料で構成された押し型（底部ダイス５３）を抜き出す。成形体１Ａを消失可能な底部ダイス５３とともに脱バインダ工程、焼結工程に供給して成形体１Ａを焼結部品に製造し、脱バインダ工程、焼結工程のいずれかの工程で消失可能な底部ダイス５３を消失させる。抜き出し工程で損傷しやすい形状やサイズの部分を消失可能な押し型５３で成形保護し、該押し型５３を抜き出し後に消失させることで、損傷や変形のない焼結部品を得る。
【選択図】図３

Description

本発明は、焼結部品の製造方法に係り、特に形状が複雑でサイズがきわめて小さい微小な焼結部品、または板状であり、かつ薄肉の焼結部品に採用して好適な焼結部品の製造方法に関する。

近年、デジタル家電製品や先端医療機器、あるいはＩＴ機器等の生産分野においては、デバイスの小型化・高機能化に伴い、構成部品に対する小型化・薄肉化の要求が益々高まってきており、元来が小型・薄肉のいわゆる微小部品にあっても、さらなる小型化・薄肉化が要求されてきている。このような微小部品を製造する方法として、粉末にバインダを混入した可塑性を有する原料を金型等の押し型内に充填してパンチで加圧することにより目的形状に近似した成形体を成形し、得られた成形体を焼結するといった方法が提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１２−０９６２３８号公報

上記特許文献１に記載される成形体の成形方法によれば、薄肉の部分にも原料が十分に充填され、形状および寸法精度を高いレベルで得られるといった利点がある。ところが、部品自体が微小であるため、歯数が多い場合等においてはモジュール幅が極めて微小となり、加圧成形後、成形体に変形や損傷を生じさせることなく押し型から抜き出すことが難しく、特に歯部（歯と溝の部分）はきわめて薄く小さいため、歯が欠けて押し型内に残るなどの不具合が発生しやすかった。変形や損傷した成形体は不良であり焼結しないため、結果として歩留まりの低下を招くことになる。

また、斜歯歯車を有する部品においては、大きな部品の場合、斜歯の角度に金型を同期させて回転することで成形体を取り出すことが可能であるが、微小部品の場合、微小部品自体が微小であるため、金型の制御が困難であり、製造することが極めて困難であった。
さらに、部品形状が板状で、かつ薄肉の場合のように、成形を行ったパンチに成形体が貼り付いた場合に、成形体自体の強度が低いため形状を損なわずに離型することが困難であった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、微小部品であったり複雑な形状を有したりするもの、あるいは板状であり、かつ薄肉の形状を有したりするものでも、目的形状の焼結部品を確実に製造することができ、歩留まりの低下を抑えることのできる焼結部品の製造方法を提供することにある。

本発明の焼結部品の製造方法は、金属粉末に、熱可塑性樹脂とワックスからなるバインダを４０〜６０体積％添加し、加熱混練して原料を調整する原料調整工程と、所定量の前記原料を押し型の型孔内に充填する充填工程と、前記押し型内の原料をパンチで加圧して成形体に成形する加圧成形工程と、前記加圧成形工程の後に前記成形体を抜き出す抜き出し工程と、前記抜き出し工程で抜き出された前記成形体から前記バインダを除去する脱バインダ工程と、前記脱バインダ工程で脱バインダされた前記成形体を加熱して前記金属粉末どうしを拡散結合させる焼結工程と、を備える焼結部品の製造方法において、前記押し型の少なくとも一部を消失可能な材料で構成し、前記抜き出し工程においては、前記成形体とともに前記消失可能な材料で構成された押し型を抜き出し、該抜き出し工程の後に、前記消失可能な材料で構成された押し型を、前記脱バインダ工程において消失させるか、または前記焼結工程において消失させることを特徴とする。

本発明では、例えば、加圧成形して得る成形体において通常の金属製の押し型から抜き出す際に損傷しやすい形状あるいはサイズの部分がある場合、加圧成形工程では、その損傷しやすい部分を消失可能な材料で構成された押し型（以下、消失可能な押し型と言う場合あり）で成形し、他の部分は通常の押し型で成形する。次に、抜き出し工程においては、成形体とともに消失可能な押し型を抜き出す。すなわち抜き出された成形体の損傷しやすい部分は消失可能な押し型で成形され、消失可能な押し型が成形体の損傷しやすい部分を覆って密着している。そしてこの後、消失可能な押し型を脱バインダ工程または焼結工程において消失させることにより、目的形状の成形体が得られる。消失可能な押し型を脱バインダ工程で消失させた場合には、成形体はその後の焼結工程で焼結されて焼結部品となる。脱バインダ工程は、例えば所定温度に加熱してバインダ成分を分解除去したり、溶媒に浸漬してバインダ成分を溶解・脱脂したりするなどの方法で行われる。消失可能な押し型を焼結工程で消失させる場合には、焼結温度に加熱されることで消失可能な押し型は溶融・揮発して消失させられ、成形体は金属粉末どうしの拡散結合が生じて焼結部品となる。

本発明によれば、損傷しやすい部分を消失可能な押し型で成形し、その損傷しやすい部分は抜き出し工程では消失可能な押し型から抜き出さず、消失可能な押し型と一体の状態で抜き出し、後の脱バインダ工程あるいは焼結工程で消失可能な押し型を消失させることにより、はじめて損傷しやすい部分が露出した状態となる。このため、押し型から成形体を抜き出す際に損傷しやすい部分が損傷することを回避することができ、目的形状の焼結部品を確実に製造することができる。

本発明は、前記消失可能材料で構成された押し型により、前記成形体に幅５〜５００μｍ、深さまたは長さが１〜１０００μｍの凸部および／または凹部を形成することを特徴とする。

また、本発明は、前記焼結部品が歯車形状であり、前記凸部および／または凹部が歯車の歯部であることを特徴とする。

また、本発明は、前記焼結部品が直径０．１〜５０ｍｍの傘歯車であり、該傘歯車の少なくとも歯部を前記消失可能な材料で構成された押し型により形成することを特徴とする。

また、本発明は、前記焼結部品が直径０．１〜５０ｍｍの平歯車であり、該歯車の少なくとも歯部を前記消失可能な材料で構成された押し型により形成することを特徴とする。

また、本発明は、前記焼結部品が直径０．１〜５０ｍｍの多段歯車であり、該多段歯車の少なくとも一つの段の歯部を前記消失可能な材料で構成された押し型により形成することを特徴とする。

また、本発明は、前記多段歯車の複数の段の歯部を一段ずつ前記消失可能な材料で構成された複数の押し型により形成するとともに、これら複数の押し型に位相調整手段を形成して位相ずれを防止することを特徴とする。

また、本発明は、前記消失可能な材料で構成された押し型が、機械加工により作製したマスタパンチを消失可能な材料に押圧してマスタパンチの形状を転写することにより作製されたものであることを特徴とする。

また、本発明は、前記焼結部品が厚さ２０〜８００μｍの薄板形状であり、前記薄板形状の少なくとも一方の面を前記消失可能な材料で構成された押し型により形成することを特徴とする。

本発明によれば、微小部品であったり複雑な形状を有したりするもの、あるいは板状であり、かつ薄肉の形状を有したりするものでも、目的形状の焼結部品を確実に製造することができ、歩留まりの低下を抑えることのできる焼結部品の製造方法が提供されるといった効果を奏する。

本発明の実施形態で製造される焼結部品の傘歯車の例を示す斜視図であり、（ａ）すぐば傘歯車、（ｂ）曲がり傘歯車である。 本発明の実施形態で製造される焼結部品の平歯車の例を示す斜視図であり、（ａ）平歯車、（ｂ）はすば平歯車、（ｃ）多段平歯車である。 図１に示す傘歯車の成形体を実施形態の押し型で成形する工程（充填〜加圧成形〜抜き出し）を示す断面図である。 図３の押し型の一部を構成する消失可能な押し型を示す斜視図である。 図４に示す消失可能な押し型の作製方法を示す断面図である。 図３と同じ押し型で傘歯車の成形体を成形する工程の他の形態を示す断面図である。 図３と同じ消失可能な押し型を用いた押し型の他の実施形態で傘歯車の成形体を成形する工程を示す断面図である。 図４に示す消失可能な押し型と異なる形状の消失可能な押し型を用いた押し型で傘歯車の成形体を成形する工程を示す断面図である。 図８と同じ押し型で傘歯車の成形体を成形する工程の他の形態を示す断面図である。 図４、図８に示す消失可能な押し型と異なる形状の消失可能な押し型を用いた押し型で傘歯車の成形体を成形する工程を示す断面図である。 図１０に示す消失可能な押し型の作製方法を示す断面図である。 図２（ａ）、（ｂ）に示す平歯車の成形体を成形する押し型の各実施形態を示す断面図である。 図１２に示す押し型の一部を構成する消失可能な押し型を示す斜視図である。 図２（ｃ）に示す多段平歯車の成形体を成形する押し型の各実施形態を示す断面図である。 図２（ｃ）に示す多段平歯車の成形体を成形する押し型の他の実施形態を示す断面図である。 （ａ）：図１４に示す押し型の一部を構成する消失可能な押し型（大径側と小径側が一体の形態）の斜視図、（ｂ）：図１５に示す押し型の一部を構成する消失可能な押し型（大径側と小径側が別体の形態）の斜視図である。 図２（ｃ）に示す多段平歯車の成形体を成形する押し型のさらに別の実施形態を示す断面図である。 薄板形状の焼結部品の成形体を成形する実施形態を示す断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１および図２は、本発明の製造方法によって製造される焼結部品の例を示しており、いずれも直径Ｄが数百μｍ〜数ｍｍ程度の歯車である。

図１（ａ）、（ｂ）は軸部１１の一端の傘部１２に歯部１３が形成された傘歯車１を示しており、（ａ）はすぐば傘歯車、（ｂ）は曲がり傘歯車である。これら傘歯車１の傘部１２は、上面中心に平坦面１２５が形成され、平坦面１２１の周囲の円錐面に歯部１３が形成されている。歯部１３は、幅５〜５００μｍ、長さが１〜１０００μｍの複数の歯（凸部）１３１と、歯１３１間に形成された幅５〜５００μｍ、長さが１〜１０００μｍの歯溝１３２（凹部）とから構成される。

また、図２（ａ）、（ｂ）は軸部２１の途中に円板状の平歯車部２２を有し、平歯車部２２の外周面に歯部２３が形成された平歯車２であり、（ａ）は単純形状の平歯車、（ｂ）ははすば平歯車である。また、図２（ｃ）は軸部２１の途中に二段の多段平歯車部２５を有し、多段平歯車部２５の外周面に歯部２３が形成された多段歯車３である。多段平歯車部２５は、径の異なる２つの平歯車部（大径平歯車部２５１、小径平歯車部２５２）が同心状、かつ一体に重なった形態である。これら平歯車２、多段平歯車３の歯部２３は、幅５〜５００μｍ、長さが１〜１０００μｍの複数の歯（凸部）２３１と、歯２３１間に形成された幅５〜５００μｍ、長さが１〜１０００μｍの歯溝２３２（凹部）とから構成される。

本発明の焼結部品の製造方法は、鉄粉等の金属粉末に、熱可塑性樹脂とワックスからなるバインダを４０〜６０体積％添加し、加熱混練して原料を調整する原料調整工程と、所定量の原料を押し型の型孔内に充填する充填工程と、押し型内の原料をパンチで加圧して成形体に成形する加圧成形工程と、加圧成形工程の後に成形体を抜き出す抜き出し工程と、抜き出し工程で抜き出された成形体からバインダを除去する脱バインダ工程と、脱バインダ工程で脱バインダされた成形体を加熱して金属粉末どうしを拡散結合させる焼結工程とを備える。
以下、図１、図２で示した歯車を成形する製造方法の実施形態を説明する。

［１］傘歯車の製造方法
図３に示す成形装置は、押し型５と、パンチ６とを備えている。押し型５は、上下方向に貫通する円筒状のダイス孔５１１を有する外側ダイス５１と、ダイス孔５１１内に上方からに摺動自在に挿入される円筒ダイス５２と、ダイス孔５１１内の下部に抜き出し可能に嵌合される底部ダイス５３とから構成される。パンチ６は、円筒ダイス５２の中心に貫通形成されたパンチ孔５２１に上方から摺動可能に挿入される。ダイス孔５１１の内径は傘歯車１の傘部１２の外径に相当し、円筒ダイス５２のパンチ孔５２１の内径は傘歯車１の軸部１１の外径に相当している。図４に示すように、底部ダイス５３は、傘部１２の外径に相当する外径の円筒外周面５３１を有し、上面に、傘部１２の上面が転写された形状の雌型５４が形成されている。すなわち雌型５４には、中心に平坦面１２５を形成する底面５４５と、底面５４５の周囲の逆円錐面に雌型歯部５５が形成されている。雌型歯部５５は、傘歯車１の歯部１３が転写された形状であって、歯１３１を成形する歯溝５５１と、歯溝１３２を成形する歯５５２とを有している。

押し型５の外側ダイス５１と円筒ダイス５２は金属製であり、底部ダイス５３は脱バインダ工程あるいは焼結工程で消失可能な樹脂により適度な硬さに形成されている。底部ダイス５３を構成する消失可能な樹脂としては、例えばポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等の熱可塑性樹脂が用いられる。またこの他には、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂等が適宜に選択して用いられる。

底部ダイス５３は、図５に示すように、円筒状のダイス孔７１１を有するダイス７１とマスタパンチ７５を用い、消失可能な樹脂素材５３Ａを成形することで得られる。マスタパンチ７５は傘歯車１の上面と同形状、すなわち平坦面１２５と歯部１３が形成されたパンチ面７５１を有している。底部ダイス５３を作製するには、まず、図５（ａ）に示すようにダイス７１のダイス孔７１１の下部に円板状の樹脂素材５３Ａを嵌合させる。次いで図５（ｂ）に示すように、マスタパンチ７５をパンチ面７５１側からダイス孔７１１内に挿入し、樹脂素材５３Ａをパンチ面７５１で押圧する。すると樹脂素材５３Ａが塑性変形し、パンチ面７５１が樹脂素材５３Ａに転写されて雌型５４が形成される。この後、図５（ｃ）に示すようにダイス７１を上方に移動させてマスタパンチ７５と底部ダイス５３を抜き出し、図５（ｄ）に示すようにマスタパンチ７５を上方に移動させて底部ダイス５３から離間させることで、底部ダイス５３を得る。マスタパンチ７５のパンチ面７５１を樹脂素材５３Ａに押圧して転写する際、パンチ面７５１を適度な温度に加熱するか、あるいは樹脂素材５３Ａを適度な温度に加熱して軟化させておくと、転写をより容易に行うことができるため好ましい。

図３の成形装置では、次のようにして傘歯車１の成形体を成形する。
図３（ａ）に示すように、ダイス孔５１１内の下部に、雌型歯部５５を上に向けて底部ダイス５３を嵌合するとともに、外側ダイス５１のダイス孔５１１内に上方から円筒ダイス５２を挿入して、内部に傘歯車１の形状に近似する型孔５６を形成する。一方、上記のようにして原料調整工程で加熱混練して調整した原料Ｐをプランジャ４に充填し、図３（ｂ）に示すようにプランジャ４から円筒ダイス５２のパンチ孔５２１を介して型孔５６に所定量の原料Ｐを充填する（充填工程）。

次に、図３（ｃ）に示すように、円筒ダイス５２のパンチ孔５２１に挿入したパンチ６で型孔５６内の原料Ｐを加圧し、原料Ｐを傘歯車１の成形体１Ａに成形する（加圧成形工程）。次いで図３（ｄ）に示すように、パンチ６の位置を保持して外側ダイス５１と円筒ダイス５２を上方に移動させ、底部ダイス５３とともに成形体１Ａを下側に抜き出す（抜き出し工程）。成形体１Ａは傘歯車１に近似する形状であり、軸部１１Ａの下端に、平坦面１２５Ａおよび歯部１３Ａを有する傘部１２Ａが形成されている。平坦面１２５Ａおよび歯部１３Ａは、それぞれ底部ダイス５３の雌型５４の底面５４５および雌型歯部５５によって形成される。底部ダイス５３は、成形体１Ａの傘部１２Ａの平坦面１２５Ａおよび歯部１３Ａに密着してこれら平坦面１２５Ａおよび歯部１３Ａを覆っている。

次に、加圧成形された成形体１Ａ中のバインダを除去する（脱バインダ工程）。脱バインダは、底部ダイス５３が密着したままの状態で成形体１Ａに対し行われる。脱バインダはバインダ成分に応じた方法が選択され、例えば所定温度に加熱してバインダ成分を分解除去したり、溶媒に浸漬してバインダ成分を溶解・脱脂するなどの方法で行われる。ここで、底部ダイス５３の材料である樹脂が脱バインダ工程で消失する種類のものである場合には、脱バインダ工程で底部ダイス５３は消失し、成形体１Ａのみが残る。また、脱バインダ工程を経ても底部ダイス５３が残る場合もある。

次に、成形体１Ａを焼結炉に供給して所定の焼結温度・焼結時間で加熱し、原料の金属粉末どうしを拡散結合させて成形体１Ａを焼結する（焼結工程）。ここで、脱バインダ工程で底部ダイス５３を消失させた場合には、成形体１Ａのみを焼結炉に供給することになる。また、脱バインダ工程で底部ダイス５３を消失させなかった場合には、底部ダイス５３が密着したままの成形体１Ａを焼結炉に供給し、焼結工程において底部ダイス５３を消失させる。

以上で成形体１Ａは焼結され、焼結体からなる傘歯車１が製造される。さて、傘歯車１の歯部１３は、通常の金属製の押し型を転写して成形した場合において成形体を押し型から抜き出す際に、その成形体の歯部が欠けたりひびが入ったりして損傷しやすい部分である。そこで上記実施形態では、加圧成形工程で損傷しやすい歯部１３Ａを消失可能な材料で構成された底部ダイス５３で成形し、次の抜き出し工程においては、成形体１Ａとともに底部ダイス５３を抜き出している。そして、底部ダイス５３を、脱バインダ工程または焼結工程において消失させることにより歯部１３Ａが露出した成形体１Ａが得られ、引き続き焼結することで、成形体１Ａを焼結部品である傘歯車１に製造することができる。

上記実施形態によれば、損傷しやすい成形体１Ａの歯部１３Ａを消失可能な底部ダイス５３の雌型歯部５で成形し、その損傷しやすい歯部１３Ａは抜き出し工程では底部ダイス５３から抜き出さず底部ダイス５３と一体に抜き出し、この後の脱バインダ工程あるいは焼結工程で底部ダイス５３を消失させることで、はじめて歯部１３Ａが露出した成形体１Ａを得る。したがって押し型５から成形体１Ａを抜き出す際に歯部１３Ａが損傷することが回避され、このため、目的形状の焼結部品である傘歯車１を目的形状に確実に製造することができる。その結果、歩留まりの低下を抑えることができる。

図６は、図３と同一構成の押し型５およびパンチ６で傘歯車１の成形体１Ａを成形する場合の、別の形態を示している。この場合、図６（ａ）〜（ｂ）に示すように、外側ダイス５１内に底部ダイス５３を嵌合させ、プランジャ４からダイス孔５１１（型孔）に所定量の原料Ｐを充填し（充填工程）、次いで図６（ｃ）に示すように円筒ダイス５２とともにパンチ６をダイス孔５１１に挿入して、これら円筒ダイス５２とパンチ６で原料Ｐを加圧成形して原料Ｐを傘歯車１の成形体１Ａに成形する（加圧成形工程）。この場合には、円筒ダイス５２も原料Ｐを加圧するパンチを兼ねている。次いで図６（ｄ）に示すように、パンチ６の位置を保持して外側ダイス５１と円筒ダイス５２を上方に移動させ、成形体１Ａとともに底部ダイス５３を下側に抜き出す（抜き出し工程）。

図７は、消失可能な上記底部ダイス５３と、他の実施形態の外側ダイス５１とからなる押し型５で成形体１Ａを成形する例を示している。この場合の外側ダイス５１は、下面側に底部ダイス５３が抜き出し可能に嵌合されるダイス孔５１１を有し、上面側にダイス孔５１１に通じ、パンチ６が摺動可能に挿入されるパンチ孔５１２が形成されている。

この押し型５を用いて傘歯車１の成形体１Ａを製造するには、図７（ａ）〜（ｂ）に示すように外側ダイス５１のダイス孔５１１の下部に底部ダイス５３を嵌合し、パンチ孔５１２を通じてプランジャ４から所定量の原料Ｐをダイス孔５１１からパンチ孔５１２にわたる型孔に充填する（充填工程）。次いで、図７（ｃ）に示すようにパンチ孔５１２に挿入したパンチ６で原料Ｐを加圧して傘歯車１の成形体１Ａに成形する（加圧成形工程）。この後は、図７（ｄ）に示すように外側ダイス５１を上方に移動させて成形体１Ａとともに底部ダイス５３を下側に抜き出す（抜き出し工程）。

図６および図７で示した押し型５で成形された成形体１Ａは、底部ダイス５３とともに脱バインダ工程、焼結工程に供給され、底部ダイス５３は脱バインダ工程あるいは焼結工程のいずれかの工程で消失させられる。そして成形体１Ａは焼結工程を経ることで焼結部品である傘歯車１に製造される。

次に、消失可能な材料で構成された押し型の他の形態を示す。
図８で示す押し型５は、外側ダイス５７と、パンチ６が挿入されるパンチ孔５２１が形成された円筒ダイス５２とを備えている。外側ダイス５７は、有底円筒状で、上面側には上方に開口するダイス孔５７１が形成されている。ダイス孔５７１の内径は傘歯車１の傘部１２の外径に相当し、ダイス孔５７１の底面には、上記底部ダイス５３と同様の雌型５４が形成されている。すなわちこの雌型５４は、中心の底面５４５および底面５４５の周囲の雌型歯部５５とからなる。

外側ダイス５７は、この実施形態での消失可能な材料で構成された押し型の一部であり、上記実施形態の底部ダイス５３と同様に、脱バインダ工程あるいは焼結工程で消失可能な樹脂で形成されている。円筒ダイス５２は、ダイス孔５７１内に上方からが摺動可能に挿入され、円筒ダイス５２のパンチ孔５２１にパンチ６が摺動可能に挿入される。

この押し型５を用いて傘歯車１の成形体１Ａを製造するには、図８（ａ）〜（ｂ）に示すように、外側ダイス５７のダイス孔５７１内に上方から円筒ダイス５２を挿入して、押し型５内に傘歯車１の形状に近似する型孔５６を形成し、次いでプランジャ４で円筒ダイス５２のパンチ孔５２１から型孔５６に所定量の原料Ｐを充填する（充填工程）。次いで図８（ｃ）に示すように円筒ダイス５２のパンチ孔５２１に挿入したパンチ６で型孔５６内の原料Ｐを加圧し、傘歯車１の成形体１Ａに成形する（加圧成形工程）。次いで図８（ｄ）に示すように円筒ダイス５２とパンチ６を上方に移動させて、成形体１Ａとともに外側ダイス５７を下側に抜き出す（抜き出し工程）。

図９は、図８と同一構成の押し型５で傘歯車１の成形体１Ａを成形する場合の、別の形態を示している。この場合、図９（ａ）〜（ｂ）に示すように円筒ダイス５２を挿入していない外側ダイス５７のダイス孔５７１内にプランジャ４から所定量の原料Ｐを充填し（充填工程）、次いで図９（ｃ）に示すように円筒ダイス５２とともにパンチ６をダイス孔５７１に挿入して、これら円筒ダイス５２とパンチ６で原料Ｐを加圧成形して成形体１Ａを成形する（加圧成形工程）。この場合には、円筒ダイス５２も原料Ｐを加圧するパンチを兼ねている。次いで図９（ｄ）に示すように、円筒ダイス５２とパンチ６を上方に移動させて、成形体１Ａとともに外側ダイス５７を下側に抜き出す（抜き出し工程）。

図１０に示す成形装置の押し型５は、図３で示したものと同様の外側ダイス５１、パンチ６が挿入される円筒ダイス５２を備えているが、消失可能な樹脂で構成された底部ダイス５３の形態が異なっている。この場合の底部ダイス５３は外側ダイス５１よりも大きな板状の樹脂素材５３Ｂの上面に、底面５４５と雌型歯部５５を有する雌型５４が形成されている。

この底部ダイス５３は、図１１（ａ）〜（ｂ）に示すように、板状の樹脂素材５３Ｂの上面にセットした円筒状のダイス７１のダイス孔７１１に、図５で示したマスタパンチ７５をパンチ面７５１側から挿入し、樹脂素材５３Ｂの上面をパンチ面７５１で押圧することで、上面に雌型５４が成形された底部ダイス５３が作製される。マスタパンチ７５の押圧後は、図１１（ｃ）〜（ｄ）に示すようにマスタパンチ７５を上昇させて底部ダイス５３から離間させ、ダイス７１を上方に移動させて底部ダイス５３を得る。

図１０の押し型５で傘歯車１の成形体１Ａを成形するには、まず、図１０（ａ）に示すように、雌型５４を上側に配した底部ダイス５３上に、雌型５４にダイス孔５１１を対応させて外側ダイス５１をセットするとともに、ダイス孔５１１内に円筒ダイス５２を挿入して、押し型５内に傘歯車１の形状に近似する型孔５６を形成する。そしてプランジャ４で円筒ダイス５２のパンチ孔５２１から所定量の原料Ｐを供給し、図１０（ｂ）に示すように型孔５６に原料Ｐを充填する（充填工程）。次いで、図１０（ｃ）に示すように円筒ダイス５２のパンチ孔５２１に挿入したパンチ６で型孔５６内の原料Ｐを加圧して傘歯車１の成形体１Ａに成形する（加圧成形工程）。この後は、図１０（ｄ）に示すように外側ダイス５１と円筒ダイス５２を上方に移動させ、成形体１Ａとともに底部ダイス５３を下側に抜き出す（抜き出し工程）。

図８〜図１０で示した押し型５から抜き出された成形体１Ａは傘歯車１に近似する形状であり、いずれも軸部１１Ａの下端に、平坦面１２５Ａおよび歯部１３Ａを有する傘部１２Ａが形成されている。そしてこれら成形体１Ａは、外側ダイス５７または底部ダイス５３とともに脱バインダ工程、焼結工程に供給され、外側ダイス５７または底部ダイス５３は脱バインダ工程あるいは焼結工程のいずれかの工程で消失させられる。そして成形体１Ａは焼結工程を経ることで焼結部品である傘歯車１に製造される。

［２］平歯車の製造方法
次に、図２（ａ）、（ｂ）に示した多段ではない平歯車（平歯車、はすば歯車）２の成形方法を説明する。ここでは、原料を加圧成形して平歯車に近似した形状の成形体を得る加圧成形工程を行う成形装置の例を示す。これら実施形態でも、上記と同様の効果を得ることができる。

図１２（ａ）に示す成形装置の押し型８は、平歯車２の外径よりも大きい内径の円筒状のダイス孔８１１を有する外側ダイス８１と、ダイス孔８１１内に上下から摺動可能に挿入される上ダイス８２および下ダイス８３と、ダイス孔８１１内に上下のダイス８２、８３に挟まれて嵌合される内側ダイス８４とを備えている。上下のダイス８２、８３の中心には、平歯車２の軸部２１の外径に相当する内径を有するパンチ孔８２１、８３１がそれぞれ同心状に形成され、上下のパンチ孔パンチ孔８２１、８３１には、それぞれ上下のパンチ６２、６３が摺動可能に挿入される。

内側ダイス８４は、この実施形態での消失可能な材料で構成された押し型の一部であり、後の脱バインダ工程あるいは焼結工程で消失可能な樹脂によって形成されている。内側ダイス８４は、図１３に示すように環状に形成されており、その厚さは平歯車２の平歯車部２２の厚さと同等で、内周面に、平歯車２の歯部２３が転写された形状の雌型歯部８５が形成されている。すなわち雌型歯部８５には、歯部２３の歯２３１を形成する歯溝８５１と、歯溝２３２を形成する歯８５２とが周方向に交互に形成されている。

図１２（ａ）に示す押し型８では、外側ダイス８１のダイス孔８１１内の中間部に嵌合させた内側ダイス８４を上下のダイス８２、８３で挟み込み、下パンチ６３をパンチ孔８３１に挿入して平歯車２の形状に対応した型孔８６を形成する。そして、上ダイス８２のパンチ孔８２１から所定量の原料Ｐを型孔８６に充填し（充填工程）、次いで上パンチ６２を挿入して上下のパンチ６２、６３で原料Ｐを加圧する。これにより押し型８内には平歯車２の形状に近似する成形体２Ａが成形される。すなわち成形体２Ａは軸部２１Ａの途中に平歯車部２２Ａが形成され、平歯車部２２Ａの外周面には、内側ダイス８４の雌型歯部８５が転写して歯部２３Ａが形成される。内側ダイス８４は、成形体２Ａの歯部２３Ａに密着して歯部２３Ａを覆っている。

成形体２Ａが成形されたら、例えば上ダイス８２、上パンチ６２および外側ダイス８１を上昇させて成形体２Ａから離間させ、さらに下パンチ６３を上昇させることで、成形体２Ａとともに内側ダイス８４を抜き出す（抜き出し工程）。この後、成形体２Ａと内側ダイス８４は、脱バインダ工程および焼結工程に供給される。樹脂製の内側ダイス８４は、これら脱バインダ工程あるいは焼結工程のいずれかで消失させられ、成形体２Ａは焼結工程を経ることで焼結部品である平歯車２に製造される。

図１２（ｂ）、（ｃ）は、図１２（ａ）の内側ダイス８４を変形させた例を示しており、いずれも平歯車２の成形体２Ａを同様に成形している。図１２（ｂ）の内側ダイス８４は、平歯車部２２よりも厚く、下側に一方の軸部２１を成形する軸部成形孔８４１が形成されている。また、図１２（ｃ）では内側ダイス８４がさらに厚く形成され、軸部成形孔８４１が閉塞されて上方のみに開口した形態となっている。この場合、下ダイス８３が内側ダイス８４に結合した形態となっており、下ダイス８３は省略される。

図１２（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）に示す押し型８は、それぞれ図中左側の図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において外側ダイス８１を必要としない変形例を示しており、図示の通り内側ダイス８４の形状は左側のものと概ね同様であり、内側ダイス８４の外周面を外側ダイス８１で拘束しない形態となっている。

［３］多段平歯車の製造方法
次に、図１４（ａ）〜（ｆ）により、図２（ｃ）に示した多段平歯車３の製造方法において、原料を加圧成形して多段平歯車３に近似した形状の成形体を得る工程について説明する。図１４は、図１２で示した平歯車の成形装置において、消失可能な内側ダイスの形態を多段平歯車用に変更させた例であり、内側ダイスが多段平歯車用である以外は、図１４（ａ）〜（ｆ）は図１２（ａ）〜（ｆ）と対応する構成となっている。

図１４（ａ）に示す押し型８は、図１２に示したものと同様の外側ダイス８１、上ダイス８２および下ダイス８３とを備え、これらダイス８１〜８３内に多段平歯車用の内側ダイス８７がセットされる。

内側ダイス８７は、後の脱バインダ工程あるいは焼結工程で消失可能な樹脂によって形成されている。内側ダイス８７は、図１６（ａ）に示すように環状に形成されており、その厚さは、大径平歯車部２５１と小径平歯車部２５２とを合わせた厚さと同等で、内周面に、大径平歯車部２５１の歯部２３が転写された形状の大径雌型歯部８７３と、小径平歯車部２５２の歯部２３が転写された形状の小径雌型歯部８７４が、同心状、かつ二段の状態に形成されている。すなわちこれら雌型歯部８７３、８７４には、多段平歯車３の歯２３１を形成する歯溝８７１と、多段平歯車３の歯溝２３２を形成する歯８７２とが周方向に交互に形成されている。

図１４（ａ）に示す押し型８では、内部に大径雌型歯部８７３を上側に配して内側ダイス８７をセットし、上ダイス８２のパンチ孔８２１から所定量の原料Ｐを型孔５６に充填し（充填工程）、次いで上パンチ６２を挿入して上下のパンチ６２、６３で原料Ｐを加圧することで、多段平歯車３の形状に近似する成形体３Ａが成形される。すなわち成形体３Ａは軸部２１Ａの途中に多段平歯車部２５Ａが形成され、多段平歯車部２５Ａの外周面には、内側ダイス８７の雌型歯部８７３、８７４が転写して歯部２３Ａが形成される。内側ダイス８７は、成形体３Ａの歯部２３Ａに密着して歯部２３Ａを覆っている。

成形体１Ａが成形されたら、適宜に成形体３Ａとともに内側ダイス８７を押し型８から抜き出し（抜き出し工程）、脱バインダ工程および焼結工程に供給する。樹脂製の内側ダイス８７は、これら脱バインダ工程あるいは焼結工程のいずれかで消失させられ、成形体３Ａは焼結工程を経ることで焼結部品である多段平歯車３に製造される。

図１４（ｂ）、（ｃ）は、図１４（ａ）の内側ダイス８７を変形させた例を示しており、いずれも多段平歯車３の成形体３Ａを同様に成形している。図１４（ｂ）の内側ダイス８７は、多段平歯車部２５よりも厚く、下側に一方の軸部２１を成形する軸部成形孔８７５が形成されている。また、図１４（ｃ）では内側ダイス８７がさらに厚く形成され、軸部成形孔８７５が閉塞されて上方のみに開口した形態となっている。この場合、下ダイス８３が内側ダイス８７に結合した形態となっており、下ダイス８３は省略される。

図１４（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）に示す押し型８は、それぞれ図中左側の図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において外側ダイス８１を必要としない変形例を示しており、図示の通り内側ダイス８７の形状は左側のものと概ね同様であり、内側ダイス８７の外周面を外側ダイス８１で拘束しない形態となっている。

図１４で示した押し型８の内側ダイス８７は多段平歯車部２５の大径平歯車部２５１と小径平歯車部２５２を一括して成形する形態であったが、図１５（ａ）に示すように、大径側と小径側に分割して一段ずつ樹脂で構成する形態の内側ダイスを用いてもよい。この場合の内側ダイスは、大径内側ダイス８８と小径内側ダイス８９を同心状に重ね合わせて押し型８内にセットされる。図１６（ｂ）に示すように、大径内側ダイス８８と小径内側ダイス８９の内周面には、大径平歯車部２５１側と小径平歯車部２５２側の歯部２３にそれぞれ対応し、歯溝８７１および歯８７２で構成される大径雌型歯部８７３および小径雌型歯部８７４が形成されている。また、図１５（ｂ）の押し型８は、下側の軸部２１を形成するための底部内側ダイス８９５が消失可能な樹脂により単独で形成され、多段平歯車部２５の歯部２３を成形する大径内側ダイス８８および小径内側ダイス８９と合わせて消失可能なダイスが三段の状態でセットされる。この場合、下ダイス８３は必要なく、軸部形成用の底部内側ダイス８９５および外側ダイス８１はダイスプレート８９９上に設置される。

ところで、多段平歯車部２５を、分割した大径内側ダイス８８と小径内側ダイス８９とで成形する場合、それら内側ダイス８８、８９の周方向の位相ずれが発生しないようにする必要がある。そこで位相ずれ防止のための位相調整手段として、図１６（ｂ）に示すように大径内側ダイス８８と小径内側ダイス８９の双方に厚さ方向に延びる同じ幅の溝８８１、８９１を形成し、これら溝８８１、８９１を一致させると位相が合うように構成する。そして、外側ダイス８１のダイス孔８１１の内周面に、一致した溝８８１、８９１が嵌合する凸条（図示略）を形成しておき、この凸条に溝８８１、８９１を嵌合させることで、大径内側ダイス８８と小径内側ダイス８９の位相ずれを防止することができる。

図１４および図１５に示した実施形態では、成形体３Ａにおける多段平歯車部２５の大径平歯車部２５１と小径平歯車部２５２の双方の歯部２３Ａを消失可能な樹脂で構成された内側ダイスで成形しているが、いずれか一方の歯部を消失可能な樹脂からなる内側ダイスで成形し、他方の歯部は通常の金型で成形するようにしてもよい。図１７（ａ）〜（ｆ）はその例を示しており、いずれも成形体３Ａの小径平歯車部２５２の歯部２３Ａを消失可能な樹脂からなる小径内側ダイス８９３で成形している。

図１７（ａ）の押し型８は、上ダイス８２および下ダイス８３と、これら上下のダイス８２、８３間に挟まれる外側ダイス８１と、外側ダイス８１のダイス孔８１１の下部にセットされる小径内側ダイス８９３とにより構成される。この場合、外側ダイス８１の厚さは多段平歯車部２５の厚さと同等で、円筒状に形成された内周面には、大径平歯車部２５１の歯部２３を成形する雌型歯部８１５が形成されている。また、小径内側ダイス８９３の内周面には、小径平歯車部２５２の歯部２３を成形する雌型歯部８９３ａが形成されており、外周面には外側ダイス８１の雌型歯部８１５に嵌合する外周側歯部８９３ｂが形成されている。

図１７（ａ）の押し型８では、内部に小径内側ダイス８９３をセットし、上ダイス８２のパンチ孔８２１から所定量の原料Ｐを型孔８７に充填し（充填工程）、次いで上パンチ６２を挿入して上下のパンチ６２、６３で原料Ｐを加圧することで、多段平歯車３の形状に近似する成形体３Ａが成形される。成形体３Ａの大径平歯車部２５１の歯部２３Ａは外側ダイス８１の雌型歯部８１５で成形され、小径平歯車部２５２の歯部２３Ａは小径内側ダイス８９３の雌型歯部８９３ａで成形される。

図１７（ｂ）、（ｃ）は、図１７（ａ）の押し型８の外側ダイス８１と小径内側ダイス８９３を変形させた例を示している。図１７（ｂ）の小径内側ダイス８９３は、小径平歯車部２５２と、小径平歯車部２５２側の軸部２１を成形する軸部成形孔８９３ｃが形成されており、小径内側ダイス８９３はそれに応じて厚く形成されている。また、下パンチ６３を用いず、円柱状の下ダイス６５で軸部成形孔８９３ｃの下側開口を塞ぐとともに小径内側ダイス８９３を支持している。また、図１７（ｃ）では小径内側ダイス８９３がさらに厚く形成され、軸部成形孔８９３ｃが閉塞されて上方のみに開口した形態となっており、円柱状の下ダイス６５で小径内側ダイス８９３を支持している。

図１７（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は、多段平歯車３の大径平歯車部２５１を金属製の中間ダイス８０１で成形し、小径平歯車部２５２を消失可能な樹脂からなる上記小径内側ダイス８９で形成する例である。

図１７（ｄ）の押し型８は、外側ダイス８１と、外側ダイス８１のダイス孔８１１内に下側から摺動可能に挿入される下ダイス８３と、外側ダイス８１上にセットされる中間ダイス８０１と、下ダイス８３と中間ダイス８０１の間に挟み込まれ、ダイス孔８１１内に嵌合してセットされる小径内側ダイス８９と、中間ダイス８０１上に当接される上ダイス８２とにより構成される。中間ダイス８０１の厚さは大径平歯車部２５１の厚さと同等で、中心のダイス孔８０２の内周面には、大径平歯車部２５１の歯部２３を成形する雌型歯部８０３が形成されている。

図１７（ｄ）の押し型８では、下ダイス８３の上面に小径内側ダイス８９をセットし、小径内側ダイス８９と外側ダイス８１の上面を揃え、これら８９、８１の上に中間ダイス８０１をセットするとともに中間ダイス８０１の上に上ダイス８２をセットし、押し型８内に、多段平歯車３の形状に対応した型孔８７を形成する。そして、上ダイス８２のパンチ孔８２１から所定量の原料Ｐを型孔８７に充填し（充填工程）、次いで上パンチ６２を挿入して上下のパンチ６２、６３で原料Ｐを加圧する。これにより押し型８内には多段平歯車３の形状に近似する成形体３Ａが成形される。成形体３Ａの大径平歯車部２５１の歯部２３Ａは中間ダイス８０１の雌型歯部８０３で成形され、小径平歯車部２５２の歯部２３Ａは小径内側ダイス８９の雌型歯部８７４で成形される。

図１７（ｅ）、（ｆ）は、図１７（ｄ）の小径内側ダイス８９を変形させた例を示している。図１７（ｅ）の小径内側ダイス８９は、多段平歯車部２５よりも厚く、下側に一方の軸部２１を成形する軸部成形孔８９２が貫通形成されている。また、図１７（ｆ）では小径内側ダイス８９がさらに厚く形成され、軸部成形孔８９２が閉塞されている。図１７（ｅ）、（ｆ）の下ダイス８３には下パンチ６３は挿入されず、パンチ孔８３１は形成されていない。

［４］薄板形状の焼結部品の製造方法
本発明は、上記歯車等の複雑形状の焼結部品の他に、きわめて薄い薄板形状の焼結部品を製造するにも好適である。

図１８はそのような焼結部品の成形体を成形する成形装置の例を示しており、この成形装置は、ダイス孔９１１を有するダイス９１と、ダイス孔９１１に嵌合される薄板状ダイス９２とからなる押し型９と、ダイス孔９１１に摺動可能に挿入される上下のパンチ９３、９４とを備えている。薄板状ダイス９２は、この実施形態での消失可能な押し型の一部を構成し、上記底部ダイス５３と同様に樹脂で形成されている。

この成形装置では、ダイス孔９１１内に挿入した下パンチ９４上に薄板状ダイス９２をセットして型孔９６を形成し、この型孔９６内に所定量の原料Ｐを充填し（充填工程）、この後、上パンチ９３をダイス孔９１１内に挿入して、上下のパンチ９３、９４で薄板状ダイス９２とともに原料Ｐを加圧する。これにより薄板状ダイス９２と上パンチ９３との間に、例えば厚さｔが２０〜８００μｍ程度の薄板形状の成形体４Ａを得る。

次いで、成形体４Ａおよび成形体１Ａの片面に密着した薄板状ダイス９２を押し型９から抜き出す（抜き出し工程）。この後、成形体４Ａと薄板状ダイス９２を脱バインダ工程および焼結工程に供給する。樹脂製の薄板状ダイス９２は、脱バインダ工程あるいは焼結工程のいずれかで消失させられ、成形体４Ａは焼結工程を経ることで薄板形状の焼結部品に製造される。

このようにして薄板形状の焼結部品を製造する方法によれば、きわめて薄い成形体４Ａを押し型９から抜き出す際に、片面側に密着する薄板状ダイス９２ごと抜き出すため、成形体４Ａが上パンチ９３に貼り付いても剥がしやすく、また、成形体４Ａが変形したり折れたりして損傷することが抑えられる。そして薄板状ダイス９２で支持されることで成形体４Ａを平坦な状態を保持してハンドリングできるため、焼結後も変形のない目的形状に維持することができる。なお、図１８の実施形態では下パンチ９４側に薄板状ダイス９２を配しているが、原料Ｐを下パンチ９４上に供給し、その原料Ｐの上面に薄板状ダイス９２を配してもよく、また、原料Ｐの上下両面に薄板状ダイス９２を配して加圧成形してもよい。

１…傘歯車
２…平歯車
３…多段平歯車
１Ａ、２Ａ、３Ａ、４Ａ…成形体
１３、２３…歯部
１３１、２３１…歯（凸部）
１３２、２３２…歯溝（凹部）
５、８、９…押し型
５３…底部ダイス（消失可能な押し型）
５６、８６、９６…型孔
５７…外側ダイス（消失可能な押し型）
６…パンチ
６２、９３…上パンチ
７５…マスタパンチ
８４、８７…内側ダイス（消失可能な押し型）
８８…大径内側ダイス（消失可能な押し型）
８８１、８９１…溝（位相調整手段）
８９…小径内側ダイス（消失可能な押し型）
８９３…小径内側ダイス（消失可能な押し型）
９２…薄板状ダイス（消失可能な押し型）
Ｐ…原料

Claims (9)

1. 金属粉末に、熱可塑性樹脂とワックスからなるバインダを４０〜６０体積％添加し、加熱混練して原料を調整する原料調整工程と、
   所定量の前記原料を押し型の型孔内に充填する充填工程と、
   前記押し型内の原料をパンチで加圧して成形体に成形する加圧成形工程と、
   前記加圧成形工程の後に前記成形体を抜き出す抜き出し工程と、
   前記抜き出し工程で抜き出された前記成形体から前記バインダを除去する脱バインダ工程と、
   前記脱バインダ工程で脱バインダされた前記成形体を加熱して前記金属粉末どうしを拡散結合させる焼結工程と、
   を備える焼結部品の製造方法において、
   前記押し型の少なくとも一部を消失可能な材料で構成し、
   前記抜き出し工程においては、前記成形体とともに前記消失可能な材料で構成された押し型を抜き出し、該抜き出し工程の後に、
   前記消失可能な材料で構成された押し型を、前記脱バインダ工程において消失させるか、または前記焼結工程において消失させること
   を特徴とする焼結部品の製造方法。
2. 前記消失可能材料で構成された押し型により、前記成形体に幅５〜５００μｍ、深さまたは長さが１〜１０００μｍの凸部および／または凹部を形成することを特徴とする請求項１に記載の焼結部品の製造方法。
3. 前記焼結部品が歯車形状であり、前記凸部および／または凹部が歯車の歯部であることを特徴とする請求項２に記載の焼結部品の製造方法。
4. 前記焼結部品が直径０．１〜５０ｍｍの傘歯車であり、該傘歯車の少なくとも歯部を前記消失可能な材料で構成された押し型により形成することを特徴とする請求項３に記載の焼結部品の製造方法。
5. 前記焼結部品が直径０．１〜５０ｍｍの平歯車であり、該歯車の少なくとも歯部を前記消失可能な材料で構成された押し型により形成することを特徴とする請求項３に記載の焼結部品の製造方法。
6. 前記焼結部品が直径０．１〜５０ｍｍの多段歯車であり、該多段歯車の少なくとも一つの段の歯部を前記消失可能な材料で構成された押し型により形成することを特徴とする請求項３に記載の焼結部品の製造方法。
7. 前記多段歯車の複数の段の歯部を一段ずつ前記消失可能な材料で構成された複数の押し型により形成するとともに、これら複数の押し型に位相調整手段を形成して位相ずれを防止することを特徴とする請求項６に記載の焼結部品の製造方法。
8. 前記消失可能な材料で構成された押し型が、機械加工により作製したマスタパンチを消失可能な材料に押圧してマスタパンチの形状を転写することにより作製されたものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の焼結部品の製造方法。
9. 前記焼結部品が厚さ２０〜８００μｍの薄板形状であり、前記薄板形状の少なくとも一方の面を前記消失可能な材料で構成された押し型により形成することを特徴とする請求項１に記載の焼結部品の製造方法。

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