JP2015536381A - Porous component manufacturing method and component - Google Patents

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ミュラー シュレーダー レナン
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ワールプール,ソシエダッド アノニマ
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Abstract

本発明は、均等に分布した開放気孔率を有する構成要素を得るように増強された金属射出成形プロセスがその基本的根幹に含まれる、流れ制限部材として使用すべき多孔質構成要素(1)を製造するための方法に関する。このような流れ制限部材は、例えばシリンダと相対的な運動を行うピストンにより構成される密閉型圧縮機などの、機械的システムの静圧気体軸受まで流れる気体の流量を調節するように寸法決定された一定の気孔率を伴う少なくとも1つの絞り部分を有する少なくとも1つの多孔質構成要素(1)を含む。本発明は同様に、粉末射出成形または多材料部品の粉末射出成形により得られる多孔質構成要素(1)の使用および生産において、多孔質構成要素(1)が高密度材料層を伴う流れ制限部材、すなわち、多孔質構成要素(1)を通る流れが発生するはずの流れ方向に対し平行な外側表面上に全く開放気孔を伴わず、コアの多孔質構造と干渉することなく軸受システム内に挿入できるようになっている(二重気孔率)流れ制限部材である、多孔質構成要素の使用および生産にも関する。本発明は同様に、多孔質構成要素(1)とそのハウジングの間に存在する封止にも関する。The present invention provides a porous component (1) to be used as a flow restricting member, whose basic foundation includes a metal injection molding process enhanced to obtain a component having an evenly distributed open porosity. It relates to a method for manufacturing. Such a flow restricting member is dimensioned to regulate the flow rate of the gas flowing to the static pressure gas bearing of the mechanical system, such as a hermetic compressor composed of a piston that moves relative to the cylinder. At least one porous component (1) having at least one constricted portion with a constant porosity. The invention likewise relates to a flow restricting member in which the porous component (1) is accompanied by a dense material layer in the use and production of the porous component (1) obtained by powder injection molding or powder injection molding of multi-material parts. I.e. without any open pores on the outer surface parallel to the flow direction in which the flow through the porous component (1) should occur and inserted into the bearing system without interfering with the porous structure of the core It also relates to the use and production of porous components, which are flow limiting members that are made possible (dual porosity). The invention also relates to a seal that exists between the porous component (1) and its housing.

Description

本発明は、密閉型圧縮機などの機械的システムの静圧気体軸受内における気体流体流の分布を制限し制御することを目的とする多孔質構成要素を得るための増強された粉末射出成形プロセスMIMに関する。   The present invention relates to an enhanced powder injection molding process for obtaining a porous component intended to limit and control the distribution of gaseous fluid flow within a hydrostatic gas bearing of a mechanical system such as a hermetic compressor Concerning MIM.

現在、住宅用、商業用および産業用冷蔵庫、冷凍庫およびエアコンなどの冷凍設備の気体圧縮機における用途のために、電気モータによって駆動されるピストンおよびシリンダセットを使用することが極めて一般的である。
このタイプの気体圧縮機において見られる技術的な難題は、ピストンとシリンダ間に直接的接触が全く起こらないようにすることにある。
したがって、ピストンとシリンダの間の相対的運動に起因して、ピストン−シリンダセットの可動表面間に設置された流体を用いてピストンを担持し、可動部品同士の接触およびその早期摩耗を回避することが必要になった。
Currently, it is very common to use piston and cylinder sets driven by electric motors for applications in gas compressors of refrigeration equipment such as residential, commercial and industrial refrigerators, freezers and air conditioners.
A technical challenge found in this type of gas compressor is to avoid any direct contact between the piston and the cylinder.
Therefore, due to the relative movement between the piston and the cylinder, the piston is carried by using the fluid installed between the movable surfaces of the piston-cylinder set to avoid contact between moving parts and premature wear thereof. Needed.

概して、静圧気体軸受が効率的に機能するためには、圧縮機内の高圧領域に由来する圧縮流体の流量を絞ることのできる流れ制限部材 (flow restrictor)を使用し、ピストンとシリンダ間の間隙内の気体圧が比較的低く特定の利用分野に適切なものとなる必要がある。
換言すると、このような絞りは、文書により開示されている通り、圧縮機内の高圧領域に由来する圧縮気体の流量の制御および負荷損失を通して軸受領域内の圧力を削減または制御できるようにすることを目的としている。
軸受領域内の減圧を提供するためのリストリクターの実現を可能にするために、すでに複数の実施形態が開発されてきた。
例えば、特許文献1は、多孔質媒体を含むリストリクターにおいて、圧縮リングと共に多孔質ストリップが使用されるリストリクターについて記載している。
このタイプの構成の欠点は、圧縮リングの生産において寸法上の高い精度が必要とされ、こうして、寸法上の精度が高くなればなるほど機械的構成要素を製造するためのコストが高くなることを理由として、生産プロセスがさらに高価なものになる、という点にある。
別の米国特許の特許文献2は、シリンダが内部に挿入されるスリーブと共に複数のリストリクターに由来する隔離され閉鎖されたチャンネルを形成する、シリンダの外側壁の上に配置されたマイクロチャネルによって形成されるリストリクターについて記載している。
前述の特許の場合と同様、このタイプの構成の欠点は、生産コストをさらに高くするスリーブ生産時の精度要件にある。
この技術のもう1つの欠点は、マイクロチャネルで形成されたこのタイプの構成が圧縮機内に見られる粒子または汚れによる目詰まりを起こしやすいという事実に起因する。
したがって、汚れは機器の適正な機能を妨げると考えられることから、流体がいかなる種類の汚れも無い状態でリストリクターに到達することを保証するために、フィルタが必要とされる。
特許文献3は、レーザーを利用して生成されるシリンダ壁上に配置された微小な孔で構成されるリストリクターについて記載している。
ここでもまた、微小孔の生成には高い精度が求められ、このため、市場競争力のある価格での圧縮機の生産が妨げられる可能性がある。
さらに、微小孔は、圧縮機内に見られる粒子または汚れにより目詰まりを起こす可能性もある。
したがって、今までのところ、優れた信頼性、性能、利用可能性を有すると同時にコストも低い、気体圧縮機のピストンとシリンダ間の軸受の中で使用される気体流の絞りを提供するための効率の良い満足のいく解決法は、未知である。
したがって、本発明は、部品の粉末射出成形および焼結の技術から適応された処理経路を通して生産可能である精製多孔質材料を、流体流を制御するために使用することによって技術的に可能になる、このギャップを埋めるための解決法について記述するものである。
In general, in order for hydrostatic gas bearings to function efficiently, a flow restrictor that can throttle the flow of compressed fluid originating from the high pressure region in the compressor is used, and the gap between the piston and cylinder is The gas pressure inside is relatively low and needs to be appropriate for a particular field of use.
In other words, such a restriction would allow the pressure in the bearing area to be reduced or controlled through control of the flow rate of compressed gas originating from the high pressure area in the compressor and load loss, as disclosed by the document. It is aimed.
Several embodiments have already been developed to enable the implementation of a restrictor for providing a reduced pressure in the bearing area.
For example, Patent Document 1 describes a restrictor that uses a porous strip with a compression ring in a restrictor that includes a porous medium.
The disadvantage of this type of construction is that high dimensional accuracy is required in the production of the compression ring, and thus the higher the dimensional accuracy, the higher the cost for manufacturing the mechanical component. As a result, the production process becomes more expensive.
Another U.S. Pat. No. 5,637,028 is formed by a microchannel disposed on the outer wall of the cylinder, forming an isolated closed channel derived from a plurality of restrictors with a sleeve into which the cylinder is inserted. It describes the restrictor to be used.
As in the case of the aforementioned patent, the disadvantage of this type of configuration is the accuracy requirements during sleeve production which further increases production costs.
Another disadvantage of this technique is due to the fact that this type of configuration formed with microchannels is prone to clogging due to particles or dirt found in the compressor.
Therefore, a filter is needed to ensure that the fluid reaches the restrictor without any type of dirt, as dirt is believed to interfere with the proper functioning of the device.
Patent Document 3 describes a restrictor composed of minute holes arranged on a cylinder wall generated using a laser.
Again, the generation of micropores requires high accuracy, which may hinder the production of compressors at market competitive prices.
In addition, the micropores can be clogged by particles or dirt found in the compressor.
Thus, to date, to provide a gas flow restriction used in a bearing between a piston and a cylinder of a gas compressor that has excellent reliability, performance and availability and at the same time is low in cost. An efficient and satisfactory solution is unknown.
Thus, the present invention is technically enabled by using purified porous material to control fluid flow, which can be produced through a processing path adapted from powder injection molding and sintering techniques for parts. Describes a solution to fill this gap.

技術的には、工学系において、「多孔質材料」という表現は、具体的利用分野に応じて異なる体積百分率、サイズ、分布を有する気孔が体積内に存在することによって材料の工学的機能が可能になっている場合に、使用される。
一部の材料が、生産プロセスの帰結として残留気孔を有するものの気孔がその工学的機能を果たすのに必要でない場合、これらの気孔は、利用分野に悪影響を与えないのであれば許容可能とみられ、それらが意図された用途または利用分野において材料の性能にマイナスの影響を及ぼすのであれば望ましくないものとみなされる。
気孔のタイプに関して、材料は、構造的支持体として使用可能な閉鎖気孔を有する材料、あるいは例えば中でも流入制御、濾過、触媒支持体、断熱および防音、潤滑油被着など、主として流体の輸送が必要である場合に使用可能な開放気孔を有する材料に分類することができる。
多孔質材料を生産するために使用されるプロセスは、材料の特性、例えば(閉鎖または開放)気孔率、体積内の気孔の体積百分率、サイズおよび形状、気孔の分布均一性および相互連結性を画定する。
Technically, in the engineering system, the expression “porous material” allows the engineering function of the material by the presence of pores in the volume that have different volume percentages, sizes and distributions depending on the specific field of application. Used when
If some materials have residual pores as a result of the production process, but the pores are not necessary to perform their engineering function, these pores are considered acceptable if they do not adversely affect the field of application, If they have a negative impact on the performance of the material in the intended application or field of use, it is considered undesirable.
With regard to the type of pores, the material must be a material with closed pores that can be used as a structural support, or primarily fluid transport, for example, inflow control, filtration, catalyst support, thermal insulation and sound insulation, lubricating oil deposition, etc. Can be classified into materials having open pores that can be used.
The process used to produce the porous material defines the properties of the material such as (closed or open) porosity, volume percentage of pores within the volume, size and shape, pore distribution uniformity and interconnectivity To do.

開放気孔を有する構造は、複製、制御された材料堆積(INCOFOAM)、ラピッドプロトタイピング技術、粉末冶金技術、例えば焼結ステップ中に除去される(金属またはセラミック)マトリクス粉末と組合わされた犠牲相(スペースホルダー)を含む粉末混合物の焼結などの加工経路によって形成可能である。
閉鎖気孔を伴う材料は、金属マトリクスと中空要素(「シンタクチックフォーム」)の組合せ、発泡剤と合金粉末の混合物の圧密、容器内に単に注ぎ込んだ粉末の焼結、鋳造金属内への直接的な気体注入または鋳造金属内への気孔形成剤の添加などによって生産可能である。
Structures with open pores can be replicated, controlled material deposition (INCOFOAM), rapid prototyping techniques, powder metallurgy techniques, eg sacrificial phases combined with (metal or ceramic) matrix powders that are removed during the sintering step ( It can be formed by a processing path such as sintering of a powder mixture including a space holder.
Materials with closed pores are a combination of a metal matrix and a hollow element (“syntactic foam”), consolidation of a mixture of blowing agent and alloy powder, sintering of the powder simply poured into the container, direct into the cast metal Can be produced by simple gas injection or addition of a pore-forming agent into the cast metal.

長年にわたり、多孔質材料の生産のための複数の代替的加工方法が、提案されてきた。
しかしながら、特定の意図をもつ利用分野、すなわち密閉型圧縮機内の静圧気体軸受用の流体流制御については、多孔質構成要素のコストは低いものでなければならない。
したがって、高い自動化レベルと容易な制御を伴う高生産性プロセスを通して、大量の同等の部品としてこれらの構成要素を生産することが可能であると考えらえる。
この目的で、粉末冶金技術は、高い潜在性のある加工技術である。
提案されている多孔質構成要素において同時に求められる高い開放気孔率と高い負荷損失に起因して、精製多孔質構造を生成することが必要であり、こうして、粉末射出成形と呼ばれる代替的な粉末冶金技術において使用されるものなどの気孔サイズの狭い分布を可能にするために狭い結晶粒径分布を有する細かい粉末を使用する必要性がもたらされる。
この技術は、非常に細かい粉末および狭いサイズ分布の使用に起因して、焼結が不完全である場合すなわち未焼部分の焼結による著しい高密度化を回避するために充分な低い温度で行なわれた場合の気孔の構造を含めた、全ての微細構造要素を含む一般的な精製微細構造の獲得を可能にする。
したがって、多孔質構成要素の体積内に均一に分布しそれを通した負荷損失および流れの精密な制御を可能にする細かい(数マイクロメートル)開放気孔を高い百分率で伴う多孔質構成要素を得ることが可能であり、ここでこの多孔質構成要素は流れ制限部材である。
本明細書中に記載の利用分野すなわち多孔質本体の生産とは異なり、粉末射出成形技術は、工学部門において、使用される非常に細かい粉末(典型的には、粉末生産プロセスに応じて約1〜40マイクロメートルの平均サイズを有する粉末)が示す高い焼結能力のために高密度の構成要素(低い残留気孔率)を得ることを可能にする技術として公知であるということを強調しておくことが重要である。
典型的には、正規の条件で実施された粉末射出成形は、5%の未満の体積百分率の残留閉鎖気孔(互いに連通していない)を伴う構成要素を導く。
しかしながら、本発明において示されている通り、正しく選択された粉末原料および適切な加工パラメータの使用を通して、本発明において意図されている工学的機能、すなわち密閉型圧縮機内のシリンダ−ピストンセットの静圧気体軸受のための気体流体流の精密な制御を可能にする多孔質リストリクターとしての用途を有する多孔質構成要素の生産に好適な気孔率および気孔サイズを有する焼結された多孔質材料を得ることが可能である。
Over the years, several alternative processing methods for the production of porous materials have been proposed.
However, for specific intended applications, ie fluid flow control for hydrostatic gas bearings in hermetic compressors, the cost of the porous component must be low.
Thus, it may be possible to produce these components as a large number of equivalent parts through a high productivity process with a high level of automation and easy control.
For this purpose, powder metallurgy technology is a processing technology with high potential.
Due to the high open porosity and high load loss simultaneously required in the proposed porous components, it is necessary to produce a refined porous structure, thus an alternative powder metallurgy called powder injection molding There is a need to use fine powders with a narrow grain size distribution to allow a narrow distribution of pore sizes such as those used in the art.
This technique is performed at a temperature low enough to avoid significant densification due to incomplete sintering, i.e., sintering of the unfired parts, due to the use of very fine powders and a narrow size distribution. It enables the acquisition of a general refined microstructure that includes all the microstructure elements, including the pore structure in the case of
Thus, to obtain a porous component with a high percentage of fine (several micrometers) open pores that are distributed uniformly within the volume of the porous component and allow precise control of load loss and flow therethrough Where the porous component is a flow restricting member.
Unlike the field of application described herein, i.e. the production of porous bodies, powder injection molding techniques are used in the engineering sector for the very fine powders used (typically about 1 depending on the powder production process). It is emphasized that it is known as a technology that makes it possible to obtain high density components (low residual porosity) due to the high sintering capacity exhibited by powders having an average size of ˜40 micrometers) This is very important.
Typically, powder injection molding performed at normal conditions leads to components with volume percent residual closed pores (not in communication with each other) of less than 5%.
However, as shown in the present invention, through the use of correctly selected powder raw materials and appropriate processing parameters, the engineering function intended in the present invention, i.e., the static pressure of the cylinder-piston set in a hermetic compressor. Obtaining a sintered porous material having a porosity and pore size suitable for the production of porous components having application as a porous restrictor allowing precise control of gas fluid flow for gas bearings It is possible.

金属射出成形(MIM)は、プラスチック射出成形の多用途性および生産性と金属材料に固有の特性とを組合わせたものであることから、極めて魅力的なプロセスとなっている。
粉末射出成形プロセス(以下PIMと呼ぶ)は、セラミック粉末、複合材そしてさらに近年では金属粉末などの粉末状の原料から材料を生産するための技術の中でも傑出したものである。
より具体的には、(マトリクス1軸加圧成形、押出加工および糊着などの、従来利用されている技術を考慮した上での)粉末射出成形がもつ利点の1つは、その形状において高い幾何容量を伴う部品を生産する能力にある。
これらの部品は、他のプロセスによって生産された場合、その形状にこのような複雑性を与えるために多くの追加の作業を必要とする。
Metal injection molding (MIM) has become a very attractive process because it combines the versatility and productivity of plastic injection molding with the unique properties of metal materials.
The powder injection molding process (hereinafter referred to as PIM) is a prominent technology for producing materials from powdered raw materials such as ceramic powders, composites and more recently metal powders.
More specifically, one of the advantages of powder injection molding (in view of conventional techniques such as matrix uniaxial pressing, extrusion and gluing) is high in its shape The ability to produce parts with geometric capacity.
These parts, when produced by other processes, require a lot of additional work to add such complexity to their shape.

現在、この成形プロセスに基づいて製造された製品を取入れる潜在的市場としては、本質的に、質量および寸法が小さく高密度化率が高い、大規模な生産を必要とする部品が含まれる。
換言すると、粉末射出成形プロセスによって得られる材料および部品が供給される主要な市場は、主として、自動車、歯列矯正、防衛および兵器、電気−電子機器市場と同様、医療業界でもある。
Currently, potential markets incorporating products manufactured based on this molding process inherently include parts that require large-scale production with low mass and dimensions and high densification rates.
In other words, the main market supplied with materials and parts obtained by the powder injection molding process is mainly the medical industry as well as the automotive, orthodontic, defense and weapons, electro-electronic equipment market.

プロセスの観点から見ると、PIMは基本的に、金属射出成形(MIM)プロセスおよびセラミック射出成形(CIM)技術に分割される。
手短かに言うと、粉末射出成形プロセスの基本原理は、2つの工業的に確立した技術、すなわちポリマー射出および従来の粉末冶金にある。
要約すると、(セラミックおよび/または金属)粉末を、他の有機物質(例えばパラフィンおよびポリプロピレン)と共にポリマーで形成された有機系と混合する。
こうして、これらの有機製品は、得るべき部品(構成要素)の形状を有する何らかの金型のキャビティを充填するために、金属、セラミック粒子(粉末)またはその両方の混合物の負荷を輸送するためのビヒクルとして使用される。
From a process point of view, PIM is basically divided into metal injection molding (MIM) process and ceramic injection molding (CIM) technology.
In short, the basic principles of the powder injection molding process lie in two industrially established technologies: polymer injection and conventional powder metallurgy.
In summary, the (ceramic and / or metal) powder is mixed with an organic system formed of a polymer with other organic materials (eg paraffin and polypropylene).
Thus, these organic products are vehicles for transporting loads of metals, ceramic particles (powder) or a mixture of both to fill any mold cavity with the shape of the part (component) to be obtained. Used as.

現在、工学的実践においては、金属射出成形プロセス(MIM)が使用される場合に得ることが意図される材料は、従来の粉末冶金、すなわち10倍大きい平均粒子サイズ(およそ100μm)を有する粉末のマトリクス1軸加工圧成形を通して生産された焼結材料に比べた場合、硬度、強度および延性などの構成要素の機械的特性における有意な改善を(使用される細かい粉末の高い易焼結性に起因する残留気孔率の減少を通して)可能にする、高密度の(すなわち低い残留気孔含有量を有する)金属材料である。   Currently, in engineering practice, the material that is intended to be obtained when a metal injection molding process (MIM) is used is that of conventional powder metallurgy, that is, a powder having an average particle size 10 times larger (approximately 100 μm). Significant improvements in mechanical properties of components such as hardness, strength and ductility (due to the high sinterability of the fine powder used) when compared to sintered materials produced through matrix uniaxial machining High density (i.e. having a low residual porosity content) that allows (through a reduction in residual porosity).

より具体的には、現在利用されているPIMプロセスは、粉末粒子間の接点の形成および高温での焼結中のこれらの接点の増大を通して材料の気孔を完全に除去しようとするものである。
その一方で、射出成形後の構成要素の高温での焼結は、得られた最終部品内の寸法的変動と歪みを導き得る強い体積収縮を結果としてもたらす。
高い易焼結性を有する粉末の使用に加えて、高い高密度化(低い残留気孔百分率)を有する構成要素を得るためには、概して、射出される元素の「未焼」密度は高いものでなければならない。
すなわち、射出用供給原料内に存在する固体粒子の負荷は、可能なかぎり高いものであるべきである。
こうして、粉末射出成形においては、粉末射出成形下で生産される構成要素の利用分野がこれらの特性を求めることから、高い幾何学的精度で、最終的高密度材料の品質に到達するために気孔の存在は最小限に抑えるよう試みられている。
現在の主要な利用分野としては、なかでも骨移植、歯列矯正器、手術道具の構成要素、銃器、自動車部品がある。
More specifically, currently utilized PIM processes attempt to completely remove material pores through the formation of contacts between powder particles and the increase of these contacts during sintering at high temperatures.
On the other hand, sintering of the components after injection molding at high temperatures results in strong volume shrinkage that can lead to dimensional variations and distortions in the resulting final part.
In order to obtain components with high densification (low residual porosity percentage) in addition to the use of powders with high sinterability, generally the “green” density of the injected elements is high. There must be.
That is, the load of solid particles present in the injection feedstock should be as high as possible.
Thus, in powder injection molding, the field of application of components produced under powder injection molding requires these properties, so that pores can be reached to achieve the final high density material quality with high geometric accuracy. Attempts have been made to minimize the presence of.
Current major applications include bone grafts, orthodontic appliances, surgical tool components, firearms, and automotive parts.

現在粉末射出成形において実践されていることとは異なり、本発明が網羅する方法は、例えば原料の損失を可能なかぎり削減すること、所望される化学組成の精確な制御を容易にすること、機械加工作業を除去すること、優れた表面仕上げ、容易に自動化される生産プロセス、高純度で得られる製品などの利点を提供することによって、PIM技術に基づく気孔形成の特性を有用かつ増強された形で利用しようとするものである。   Unlike what is currently practiced in powder injection molding, the method encompassed by the present invention is, for example, reducing raw material losses as much as possible, facilitating precise control of the desired chemical composition, A useful and enhanced form of pore-forming properties based on PIM technology by providing advantages such as eliminating processing operations, superior surface finish, easily automated production processes, products obtained in high purity, etc. It is intended to be used in.

米国特許第6,901,845号US Pat. No. 6,901,845 米国特許第6,293,184号US Pat. No. 6,293,184 国際公開第2008/055809号International Publication No. 2008/055809

本発明は、例えば気体圧縮機のピストンとシリンダの間で静圧気体軸受に応用される、低レベルの流量においてさえ精確かつ再現性ある形で気体流の絞りを可能にすることのできる、粉末射出成形により生産される流れ制限部材として使用すべき多孔質構成要素を供給することを目的とする。   The present invention is applied to static pressure gas bearings, for example, between pistons and cylinders of gas compressors, which allows for the throttling of gas flow in an accurate and reproducible manner even at low levels of flow. The object is to supply a porous component to be used as a flow restricting member produced by injection molding.

本発明は同様に、粉末射出成形プロセスを通して、5〜50cm3/分などの低レベルの流量においてさえ精確かつ再現性ある形での気体流の絞りを可能にする、静圧気体軸受において利用するための多孔質構成要素の低コスト生産を通して達成される。 The present invention is also utilized in hydrostatic gas bearings that allow accurate and reproducible gas flow throttling through powder injection molding processes, even at low level flow rates such as 5-50 cm 3 / min. To achieve through low cost production of porous components.

本発明の目的は同様に、温度および粉末材料の組合せを介した一次気孔率の詳細な制御を含む、粉末射出成形を通して多孔質構成要素を製造する方法によっても達成される。   The objectives of the present invention are also achieved by a method of manufacturing a porous component through powder injection molding that includes detailed control of primary porosity via a combination of temperature and powder material.

本発明の目的は、さらに、気体流の制御を担う多孔質構成要素内部の多孔質構造を変更することなく、例えば干渉を介して軸受上に構成要素を固定できるようにする全く開放気孔を伴わない高密度の外側層を有する多孔質構成要素を粉末射出成形を通して生産するための方法によって達成される。   The object of the present invention is further accompanied by totally open pores that allow the component to be fixed on the bearing, for example via interference, without changing the porous structure inside the porous component responsible for gas flow control. This is achieved by a method for producing a porous component with no dense outer layer through powder injection molding.

本発明は同様に、異なる利用分野で使用されるべき内部に多孔質構成要素が挿入されている機械的システムとこの多孔質構成要素との界面上で封止の不具合無く固定できる多孔質構成要素の製造方法を提供することにもある。   The present invention also relates to a porous component that can be fixed on the interface between the porous component and the mechanical system in which the porous component is inserted inside to be used in different fields of application without sealing defects. There is also a provision of a manufacturing method.

本発明の目的は、密閉型圧縮機に応用される静圧気体軸受内の流れ制限部材として使用すべき多孔質構成要素を製造するための方法において、
構成要素が、
ステップi):a)金属粉末の一部分およびb)熱可塑性ポリマーと蝋の混合物で構成された有機結合剤を含む少なくとも1つの調製物を均質化するステップと;
ステップii):ステップi)で得た少なくとも1つの調製物を顆粒化するステップと;
ステップiii):ステップii)で得た少なくとも1つの顆粒化された調製物を、少なくとも結合剤の初期溶融温度まで加熱するステップと;
ステップiv):ステップiii)で得た少なくとも1つの混合物を金型のキャビティに充填するステップと;
ステップv):ステップiii)で得た少なくとも1つの混合物を、金型のキャビティ内に完全に充填されるまで一定の速度および圧力で圧縮するステップと;
ステップvi):熱プロセスおよび化学プロセスのうちの少なくとも1つを用いて、少なくとも一回のステップで有機結合剤を除去するステップと;
ステップvii):ステップvi)内で得た材料を、少なくとも材料を取扱うのに充分な機械的強度を促進する温度まで予備焼結するステップと;
ステップviii):ステップvii)で得た成形済み材料を、多孔質構成要素(1)の少なくとも1つの中央部分において実質的に5%より大きい開放気孔の相互連結されたマトリクスを促進する温度で制御された形で焼結するステップであって、先行するステップと同時に行なうことのできるステップと;
を含む粉末射出成形技術を通して得られる方法を提供することによって達成される。
The object of the present invention is to provide a method for producing a porous component to be used as a flow restricting member in a hydrostatic gas bearing applied to a hermetic compressor,
The component is
Step i): homogenizing at least one preparation comprising an organic binder composed of a) a part of a metal powder and b) a mixture of thermoplastic polymer and wax;
Step ii): granulating at least one preparation obtained in step i);
Step iii): heating at least one granulated preparation obtained in step ii) to at least the initial melting temperature of the binder;
Step iv): filling the mold cavity with at least one mixture obtained in step iii);
Step v): compressing at least one mixture obtained in step iii) at a constant speed and pressure until it is completely filled in the mold cavity;
Step vi): removing the organic binder in at least one step using at least one of a thermal process and a chemical process;
Step vii): pre-sintering the material obtained in step vi) to a temperature that promotes at least mechanical strength sufficient to handle the material;
Step viii): Control the shaped material obtained in step vii) at a temperature that promotes an interconnected matrix of substantially greater than 5% open pores in at least one central portion of the porous component (1). Sintering in a shaped form, which can be performed simultaneously with the preceding steps;
Is achieved by providing a method obtainable through powder injection molding techniques.

本発明の目的はさらに、密閉型圧縮機に応用される静圧気体軸受内の流れ制限部材として使用すべき多孔質構成要素を製造するための方法において、
二重気孔率の多孔質構成要素が、
ステップi):a)金属粉末の第1の部分およびb)熱可塑性ポリマーと蝋の混合物を含む有機結合剤を含む2つの異なる調製物を均質化するステップと;
ステップii):ステップi)で得た少なくとも2つの異なる調製物を別個の段階で顆粒化するステップと;
ステップiii):ステップii)で得た調製物を結合剤の初期溶融温度まで加熱するステップと;
ステップiv):ステップiii)で得た少なくとも1つの混合物を金型キャビティに充填するステップと;
ステップv):ステップiii)で得た少なくとも1つの混合物を、完全に充填されるまで金型のキャビティ内に一定の速度および圧力で射出するステップと;
ステップvi):ステップiii)で得た第2の材料を、射出下にありインサートを伴う金型を使用することによってか、または2つのスプールを伴う射出機およびステップiii)で得た両方の材料の同時射出を使用することによって射出するステップと;
ステップvii):熱プロセスおよび化学プロセスのうちの少なくとも1つを使用することによって、少なくとも一回のステップで有機結合剤を除去するステップと;
ステップviii):ステップvii)内で得た材料を、後続するステップのために、材料を取扱うのに充分な機械的強度を促進する温度で予備焼結するステップと;
ステップix):ステップviii)で得た成形済み材料を、多孔質構成要素の外側部分上で5%未満の残留気孔率までの焼結を通した高密度化を促進しかつ同時に多孔質構成要素の内側部分で5%よりも実質的に高い開放気孔の体積百分率を保つ温度で、制御された形で焼結するステップであって、先行するステップと同時に行なってよいステップと、 を含む、
多材料部品の粉末射出成形技術を通して得られる方法を提供することを通して達成される。
The object of the present invention is further a method for producing a porous component to be used as a flow restricting member in a hydrostatic gas bearing applied to a hermetic compressor,
A porous component with a double porosity,
Step i): homogenizing two different preparations comprising an organic binder comprising a) a first part of a metal powder and b) a mixture of thermoplastic polymer and wax;
Step ii): granulating at least two different preparations obtained in step i) in separate stages;
Step iii): heating the preparation obtained in step ii) to the initial melting temperature of the binder;
Step iv): filling the mold cavity with at least one mixture obtained in step iii);
Step v): injecting at least one mixture obtained in step iii) at a constant speed and pressure into the cavity of the mold until completely filled;
Step vi): The second material obtained in step iii) is either used by using a mold under injection and with an insert, or both materials obtained with an injection machine with two spools and step iii) Injecting by using simultaneous injection of
Step vii): removing the organic binder in at least one step by using at least one of a thermal process and a chemical process;
Step viii): pre-sintering the material obtained in step vii) at a temperature that promotes sufficient mechanical strength to handle the material for subsequent steps;
Step ix): Promotes densification of the shaped material obtained in step viii) through sintering to a residual porosity of less than 5% on the outer part of the porous component and at the same time the porous component Sintering in a controlled manner at a temperature that maintains a volume percentage of open pores substantially higher than 5% in the inner portion of the substrate, which may be performed simultaneously with the preceding steps;
This is accomplished by providing a method obtainable through powder injection molding techniques for multi-material parts.

本発明は、次に、添付図の図面に表わされている一実施例に基づいて、より詳細に説明される。   The invention will now be described in more detail on the basis of an embodiment represented in the drawings of the accompanying drawings.

粉末射出成形を通して得た多孔質構成要素の実施例を示す。2 shows an example of a porous component obtained through powder injection molding. 本発明の第1の好ましい実施形態の斜視図である。1 is a perspective view of a first preferred embodiment of the present invention. 本発明の第2の好ましい実施形態の斜視図である。FIG. 6 is a perspective view of a second preferred embodiment of the present invention.

本発明において多孔質材料を製造するための方法は、特定の所望の利用分野に必要な特徴を有する多孔質構造、すなわち換言すると、静圧気体軸受が求める気体流体の均一分布のための多孔質構成要素(流れ制限部材)を得ることを可能にするように本明細書中の本発明において改良された粉末冶金技術の一変形形態である粉末射出成形(PIM)である。   The method for producing a porous material in the present invention is a porous structure having the characteristics required for a particular desired field of application, i.e., porous for the uniform distribution of the gas fluid required by the hydrostatic gas bearing. It is a powder injection molding (PIM), which is a variant of the powder metallurgy technology improved in the present invention to make it possible to obtain components (flow restricting members).

これらの利用分野の1つは、圧縮機の静圧気体軸受に見い出され、その軸受は、シリンダの内部でピストンの線形運動をバランスのとれた状態に保つことのできる気体層を介して達成される。
このため、ピストンの担持に関与する気体の量は恒常であることが求められており、流体流量を制御するためには、流量を調節できるようにするだけでなく担持されるべきシステム内での流れの均一分布も可能にする均質な多孔質構造を伴う多孔質構成要素1を使用することが必要である。
多孔質リストリクターと呼ばれる多孔質構成要素1の開発および使用すべき粒状材料の対も同様に、本発明の方法によって網羅される。
One of these applications is found in compressor hydrostatic gas bearings, which are achieved through a gas layer that can keep the linear motion of the piston balanced within the cylinder. The
For this reason, the amount of gas involved in the loading of the piston is required to be constant, and in order to control the fluid flow rate, not only the flow rate can be adjusted but also in the system to be loaded. It is necessary to use a porous component 1 with a homogeneous porous structure that also allows a uniform distribution of the flow.
The development of a porous component 1 called a porous restrictor and the pair of particulate materials to be used are likewise covered by the method of the invention.

多孔質構成要素1は、例えば圧縮機のピストンおよびシリンダ対の間の静圧気体軸受の中への気体流量を精確に制御するため、例えばセラミック、金属または他の任意の多孔質材料で構成されてよい。
材料は、優れた耐薬品性、特に耐食性を示し、腐食ひいては気孔の形態の変化の結果としての、多孔質構成要素の特性の変化を導く劣化を回避しなければならない。
The porous component 1 is composed, for example, of ceramic, metal or any other porous material in order to precisely control the gas flow rate into the hydrostatic gas bearing between the piston and cylinder pair of the compressor. It's okay.
The material must exhibit excellent chemical resistance, in particular corrosion resistance, and avoid degradation that leads to changes in the properties of the porous components as a result of corrosion and thus changes in pore morphology.

使用可能な複数の材料としては、ステンレス鋼が含まれる。
多孔質構成要素1は、粉末射出成形を用いて製造可能であるが、これは、このプロセスが、より良い気孔率制御、比較的低い流量での気体流の再現性および低い生産コストを提供するからである。
したがって、流量は、好ましくは(ただし必ずしもそうでなくてもよいが)、5〜50cm3/分の範囲内であってよい。
Several materials that can be used include stainless steel.
The porous component 1 can be manufactured using powder injection molding, which provides better porosity control, reproducibility of gas flow at relatively low flow rates and low production costs. Because.
Accordingly, the flow rate is preferably (but not necessarily) within the range of 5-50 cm < 3 > / min.

したがって、本発明の利点は、粉末冶金技術を通した加工に典型的な利点、例えば原料の損失の可能なかぎりの削減;材料の化学的組成の容易かつ精確な制御;優れた表面仕上げ、容易に自動化される生産プロセス;高純度で得られる製品;制御された均質な気孔率の達成、などである。   Thus, the advantages of the present invention are the typical advantages of processing through powder metallurgy techniques, such as reducing raw material losses as much as possible; easy and precise control of the chemical composition of materials; excellent surface finish, easy Production processes automated; products obtained in high purity; achieving controlled homogeneous porosity;

これらの特性は、現在市場に存在する他の加工技術に比較した場合の本発明の方法のいくつかの特徴に起因して、粉末射出により成形された焼結構成要素の中で得ることができる。
このような方法(PIM)は、高い生産コストを追加することなく、気孔率レベル、気孔サイズおよび構成要素の体積全体を通した気孔の均質な分布を均質に制御することを可能にする。
これらの特性の1つは、1〜40マイクロメートルの範囲内の粒度を有する細かい粉末の使用にあり、粒度の分散は好ましくはかなり狭く、こうして、得られた多孔質溝の直径は小さく多孔質構成要素1の断面全体にわたり充分に分布することになる。
These properties can be obtained in sintered components formed by powder injection due to several features of the method of the present invention when compared to other processing technologies currently on the market. .
Such a method (PIM) makes it possible to uniformly control the porosity level, the pore size and the homogeneous distribution of the pores throughout the volume of the component without adding high production costs.
One of these properties lies in the use of fine powders having a particle size in the range of 1 to 40 micrometers, the particle size dispersion is preferably rather narrow, and thus the resulting porous groove diameter is small and porous It will be well distributed over the entire cross section of the component 1.

この粉末射出成形プロセスのもう1つの特性は、射出質量(鋳造有機物質と粉末の混合物)の低い粘度に起因して、このような質量が流体の挙動に類似した挙動を有し、適用された応力を完全に全ての方向および全ての側に搬送するという点にある。
こうして、射出中の構成要素の体積全体にわたり確実に応力が均一に分布され、このような体積上での密度勾配の形成が回避され、焼結段階の間の等方性収縮が保証されることになる。
Another property of this powder injection molding process was applied, because of the low viscosity of the injection mass (cast organic material and powder mixture), such mass has a behavior similar to that of fluid The point is to carry the stress completely in all directions and on all sides.
This ensures that the stress is evenly distributed throughout the volume of the component being injected, avoids the formation of density gradients on such a volume, and ensures isotropic shrinkage during the sintering stage. become.

この粉末射出成形プロセスの第3の特性は、原料としての使用されるこれらの粉末のサイズおよび粒度分布の詳細な制御によって、ならびに焼結プロセスにおけるパラメータの調整を通して、気孔のサイズおよび幾何形状を制御する可能性にある。   The third characteristic of this powder injection molding process is the control of pore size and geometry through detailed control of the size and size distribution of these powders used as raw materials and through adjustment of parameters in the sintering process. There is a possibility to do.

高い開放気孔百分率を有する多孔質構造の維持を保証するため、本発明は、高密度の機械的構成要素の焼結において一般的に使用される濃度(1200〜1400℃)よりも低い、850℃〜1200℃の範囲内の低焼結温度を使用する。   In order to ensure the maintenance of a porous structure with a high percentage of open pores, the present invention is 850 ° C., which is lower than the concentration commonly used in sintering high density mechanical components (1200-1400 ° C.). Use low sintering temperatures in the range of ~ 1200 ° C.

明確さを期して、高密度の機械的構成要素というのは、一定の百分率の残留閉鎖気孔を有する(5体積%未満)にもかかわらず開放気孔を有さず、したがって流体の浸透を受けることのできない機械的構成要素のことである。   For the sake of clarity, a high-density mechanical component has a certain percentage of residual closed pores (less than 5% by volume) but does not have open pores and is therefore subject to fluid penetration. It is a mechanical component that cannot be used.

静圧気体軸受の長さ全体にわたり流量が可変的である状態で幾分かの制御が求められる場合には、所望の流量でこのような変動を得ることのきる軸受の長さ全体にわたって挿入される異なる流量を有するリストリクターを製造し適用することが可能である。
異なる流量特性を有するこれらの多孔質要素は、それらの生産において使用される金属粉末の特性を変動させることによってか、または射出された構成要素が焼結される焼結温度を変動させることによって、得ることができる。
ここで、各多孔質構成要素1上に明確に異なる気孔率レベルを生成するためには、構成要素がわずかだけ異なっているだけでよいという点に留意されたい。
If some control is required with the flow rate variable over the entire length of the hydrostatic gas bearing, it is inserted over the entire length of the bearing where such variation can be obtained at the desired flow rate. It is possible to manufacture and apply restrictors with different flow rates.
These porous elements with different flow characteristics can be obtained by varying the properties of the metal powder used in their production or by varying the sintering temperature at which the injected components are sintered. Can be obtained.
It should be noted here that the components need only be slightly different in order to produce distinctly different porosity levels on each porous component 1.

静圧気体軸受により求められる多孔質構造を設計する上でのこの融通性を考慮すると、粉末射出成形によって製造される多孔質要素1の提供は、経済性において非常に魅力的な技術である。   In view of this flexibility in designing the porous structure required by hydrostatic gas bearings, the provision of a porous element 1 produced by powder injection molding is a very attractive technology in terms of economy.

この点において、本発明の方法は、以下で詳述する次のようなステップを含む:
ステップi):a)金属粉末の第1の部分およびb)熱可塑性ポリマーと蝋の混合物を含む結合剤を含む少なくとも1つの調製物を少なくとも1つの均質化点まで均質化するステップ;
ステップii):ステップi)で得た調製物を顆粒化するステップ;
ステップiii):ステップii)で得た顆粒化された調製物を少なくとも結合剤の初期溶融温度まで加熱するステップ;
ステップiv):ステップiii)で得た少なくとも1つの混合物を金型のキャビティに充填するステップ;
ステップv):ステップiii)で得た少なくとも1つの混合物を、金型のキャビティ内に完全に充填されるまで一定の速度および圧力で圧縮するステップ;
ステップvi):化学的抽出を用いて、ステップv)で得た材料から蝋を除去するステップ;
ステップvii):化学的抽出を用いて、ステップvi)で得た材料から熱可塑性ポリマーを除去するステップ;
ステップviii):ステップvii)内で得た材料を、少なくとも材料を取扱うのに充分な機械的強度を促進する温度まで予備焼結するステップ;
ステップix):ステップviii)で得た成形済み材料を、(6%〜50%の範囲内の)有意な開放気孔百分率を有する焼結体を結果としてもたらす温度で制御された形で焼結するステップ。
In this regard, the method of the present invention includes the following steps detailed below:
Step i): homogenizing at least one preparation comprising a) a first part of a metal powder and b) a binder comprising a mixture of thermoplastic polymer and wax to at least one homogenization point;
Step ii): granulating the preparation obtained in step i);
Step iii): heating the granulated preparation obtained in step ii) to at least the initial melting temperature of the binder;
Step iv): filling the mold cavity with at least one mixture obtained in step iii);
Step v): compressing at least one mixture obtained in step iii) at a constant speed and pressure until it is completely filled in the cavity of the mold;
Step vi): removing wax from the material obtained in step v) using chemical extraction;
Step vii): removing the thermoplastic polymer from the material obtained in step vi) using chemical extraction;
Step viii): pre-sintering the material obtained in step vii) to a temperature that promotes at least mechanical strength sufficient to handle the material;
Step ix): Sinter the shaped material obtained in step viii) in a controlled manner at a temperature that results in a sintered body with a significant percentage of open pores (in the range of 6% to 50%) Step.

本発明における製造方法は、金属粉末の第1の部分と、射出中の粒子を輸送するためのビヒクルとして機能する熱可塑性ポリマーと蝋の混合物とを含む調製物(供給原料)の組成を選択することから始まる。   The manufacturing method in the present invention selects the composition of a preparation (feedstock) that includes a first portion of metal powder and a mixture of a thermoplastic polymer and a wax that functions as a vehicle for transporting the particles during injection. It starts with that.

好ましくは、本明細書中の製造方法は、金属粉末、例えば鉄粉末、ニッケル粉末、銅粉末またはステンレス鋼粉末316Lおよび17−4PHを使用する。   Preferably, the production methods herein use metal powders such as iron powder, nickel powder, copper powder or stainless steel powder 316L and 17-4PH.

金属射出成形プロセスにおいて優れた結果を得るためには、選択された粉末は、特定の特性、例えば高い粒子充填、優れた射出能力および成形される予定の構成要素の形状の保持を補助する能力などを有する必要があるという点に留意されたい。
好ましくは(ただし必ずそうであるわけではないが)、このプロセス中で使用される金属粉末は、事実上全ての粒子が類似の直径を有する狭い結晶粒径分布を有する。
こうして、プロセスの終りまでに得られた多孔質材料の体積内の開放気孔の相互連結されたマトリクスが、非常に小さい直径変動を示すようにすることもできる。
In order to obtain excellent results in the metal injection molding process, the selected powder has certain properties such as high particle loading, excellent injection ability and the ability to help retain the shape of the component to be molded, etc. Note that it is necessary to have
Preferably (but not necessarily), the metal powder used in this process has a narrow crystal size distribution in which virtually all particles have similar diameters.
Thus, an interconnected matrix of open pores in the volume of porous material obtained by the end of the process can also exhibit very small diameter variations.

調製物を含み結合剤として機能する熱可塑性ポリマーと蝋の混合物は、成形すべき調製物に対し流動性を保証し、この第1の混合物の均質性を得るのを助けることに関与している。   The mixture of thermoplastic polymer and wax that contains the preparation and functions as a binder is responsible for ensuring flowability to the preparation to be molded and helping to obtain the homogeneity of this first mixture. .

このタイプのプロセスにおいて使用される結合剤は、概して、低い分子量およびより大きい鎖を伴うポリマーの混合物により構成される。
パラフィン、蜜蝋およびカルナウバ蝋などの低分子量ポリマーは、金属粉末調製物および結合剤の、その成形中の流出を容易にする。
同様に、より大きい鎖のポリマーは、特にプロセスの初期ステップにおいて成形された材料を適切に支持する目的を有する。
これらのポリマーの例は、ポリプロピレン、ポリスチレンおよびエチルビニルアセテートである。
The binder used in this type of process is generally composed of a mixture of polymers with low molecular weight and larger chains.
Low molecular weight polymers such as paraffin, beeswax and carnauba wax facilitate the spillage of metal powder preparations and binders during their molding.
Similarly, larger chain polymers have the purpose of adequately supporting the shaped material, especially in the early stages of the process.
Examples of these polymers are polypropylene, polystyrene and ethyl vinyl acetate.

こうして、好ましくは(但し必ずというわけではない)、このプロセスで使用される結合剤は、熱可塑性ポリマーと蝋の混合物である。   Thus, preferably (but not necessarily), the binder used in this process is a mixture of thermoplastic polymer and wax.

さらに具体的には、本方法中で有機結合剤と粉末の混合物の調製において使用される熱可塑性ポリマーは、射出によって成形される調製物(供給原料)に対して機械的強度を付与することができる(ステップv)。
この目的で、調製物の熱可塑性ポリマーは、蝋を除去する第1のステップ中(化学的抽出、ステップvi)にその構造に影響をこうむることがない。
More specifically, the thermoplastic polymer used in the preparation of the organic binder and powder mixture in the present process can impart mechanical strength to the preparation (feedstock) molded by injection. Yes (step v).
For this purpose, the thermoplastic polymer of the preparation does not affect its structure during the first step of removing the wax (chemical extraction, step vi).

好ましくは、調製物の金属粉末および熱可塑性ポリマーと蝋の混合物の関係が、20%〜80%、好ましくは40%〜60%の範囲内の比率にあるという点に留意されたい。   It should be noted that preferably the relationship between the metal powder of the preparation and the mixture of thermoplastic polymer and wax is in a ratio in the range of 20% to 80%, preferably 40% to 60%.

調製物(供給原料)用の構成要素がひとたび規定されたならば、これらの調製物は、少なくとも1つの均質化点まで調製物を均質化しようとする本方法のステップi)にひき続き入る。
このような均質化点は、空隙の無い充分に均質な調製物を達成しなければならない。
結局のところ、調製物の構成要素内部の均質性は、熱可塑性ポリマーと蝋との混合物と金属粉末の相互作用を増大させる。
Once the components for the preparation (feedstock) have been defined, these preparations continue into step i) of the method in which the preparation is to be homogenized to at least one homogenization point.
Such a homogenization point must achieve a sufficiently homogeneous preparation without voids.
Ultimately, the homogeneity within the components of the preparation increases the interaction of the metal powder with the mixture of thermoplastic polymer and wax.

この第1のステップi)は、Zまたはカムタイプの遊星型ミキサーなど、チャンバ全体に等分布した高いせん断速度を可能にするミキサーを使用して実施される。   This first step i) is performed using a mixer that allows a high shear rate evenly distributed throughout the chamber, such as a Z or cam type planetary mixer.

ステップi)内で得た均質に混合された調製物は、ひき続きステップii)へと入り、ここでこの調製物の顆粒化(またはペレット化)が行なわれ、インジェクターの補給が改善される。
このステップは、ペレタイザーによって実施される。
The homogeneously mixed preparation obtained in step i) continues into step ii), where the preparation is granulated (or pelletized) and the replenishment of the injector is improved.
This step is performed by a pelletizer.

ひとたび顆粒化されると、ステップii)で作られた調製物は、ひき続きステップiii)へと入り、ここで調製物は少なくとも熱可塑性ポリマーと蝋の混合物の初期溶融温度に至るまで加熱される。
このステップは、後で(ステップivおよびv)金型内に挿入されることになる調製物のレオロジーおよび流出特性に有利に作用するために行なわれる。
Once granulated, the preparation made in step ii) continues into step iii) where the preparation is heated to at least the initial melting temperature of the thermoplastic polymer and wax mixture. .
This step is performed to favor the rheology and spill properties of the preparation that will be inserted into the mold later (steps iv and v).

次に、適正に加熱された調製物はひき続きステップiv)内に入り、ここで金型キャビティに前記加熱された調製物が充填される。
ここで本方法のために選択される金型が、ポリマー射出成形で一般に使用されている金型に比べてより高い圧力そしてより長い冷却時間に耐えることができなければならないという点に留意されたい。
The properly heated preparation then goes into step iv) where the mold cavity is filled with the heated preparation.
It should be noted here that the mold chosen for the process must be able to withstand higher pressures and longer cooling times than the molds commonly used in polymer injection molding. .

調製物が充填されたステップiv)の金型キャビティは次に、ひき続きステップv)に入り、ここでステップiii)で得た少なくとも1つの混合物は、金型のキャビティ内に完全に充填されるまで、一定の速度および圧力で圧縮される。   The mold cavity of step iv) filled with the preparation then goes into step v), where at least one mixture obtained in step iii) is completely filled into the mold cavity. Until compressed at a constant speed and pressure.

このステップv)のためには、成形は、いわゆるインジェクタである従来のポリマー射出成形用に使用されるものに類似した機器ユニットを使用して実施される。
この点において、成形ステップ中、スプールは、材料負荷を圧縮し、こうしてこの材料は圧密され、金型キャビティ全体を充填するようになっている。
このステップv)の終りまでに、調製物は、それが射出された金型の形状を有する多孔質構成要素1として圧密され、ここでその形態は、熱可塑性ポリマーと蝋の混合物によって保存されている。
For this step v), the molding is carried out using equipment units similar to those used for conventional polymer injection molding which are so-called injectors.
In this regard, during the molding step, the spool compresses the material load so that the material is consolidated and fills the entire mold cavity.
By the end of this step v) the preparation has been consolidated as a porous component 1 having the shape of the mold from which it was injected, where the form is preserved by a mixture of thermoplastic polymer and wax. Yes.

後続するステップvi)は、化学的抽出を用いた、ステップv)で得た成形済み調製材料からの蝋の除去を含む。
化学的抽出は、ステップv)で成形した材料を一部の流体内に浸漬することであり、その最終目的は、調製物の蝋を溶解させることにある。
この段階の終りまでに、開放気孔構造を有する成形済み材料(その組成内に熱可塑性ポリマーによって凝集させられた金属粉末をなおも含んでいる)が得られる。
この最終的構造は、熱抽出ステップvii)を助ける。
好ましくは(但し必ずというわけではない)、ステップvi)の有機結合剤の除去は、一部の液体中で、少なくとも1時間、20℃〜60℃の範囲内の温度で行なわれ、このステップには、選択された液体および温度に応じてより長いまたは短かい時間がかかる可能性がある。
Subsequent step vi) involves removal of the wax from the shaped prepared material obtained in step v) using chemical extraction.
The chemical extraction is to immerse the material formed in step v) in a part of the fluid, the ultimate purpose of which is to dissolve the wax of the preparation.
By the end of this stage, a shaped material with an open pore structure is obtained, which still contains metal powder agglomerated by the thermoplastic polymer in its composition.
This final structure helps the heat extraction step vii).
Preferably, but not necessarily, the removal of the organic binder in step vi) is carried out in a portion of the liquid for at least 1 hour at a temperature in the range of 20 ° C to 60 ° C. Can take longer or shorter depending on the liquid and temperature selected.

その後、ステップvi)で得られた成形済み材料は、ひき続きステップvii)に入り、ここで、熱抽出を用いて、材料中に残留する恒温ポリマーが除去される。
この手順は、好適な条件での成形済み材料の加熱とそれに伴う熱可塑性ポリマーの熱分解からなる。
換言すると、成形済み材料は加熱されて活性化をひき起こし、この活性化が熱可塑性ポリマーの重合鎖の漸進的破断を導き、かつ漸進的に抽出されているポリマーの代わりに多孔質構成要素1の形状の保存を保証することのできる初期焼結接点の形成を可能にする。
Thereafter, the shaped material obtained in step vi) continues into step vii), where thermal extraction is used to remove the isothermal polymer remaining in the material.
This procedure consists of heating the shaped material at suitable conditions and the accompanying pyrolysis of the thermoplastic polymer.
In other words, the shaped material is heated to cause activation, which leads to a gradual breakage of the polymer chain of the thermoplastic polymer, and the porous component 1 instead of the gradually extracted polymer. It is possible to form an initial sintered contact that can guarantee the preservation of the shape of the material.

好ましくは(但し必ずというわけではない)、熱可塑性ポリマーの熱抽出は、プラズマ支援炉または従来の抵抗炉内で成形済み材料を加熱することによって行なわれる。   Preferably, but not necessarily, the thermal extraction of the thermoplastic polymer is performed by heating the shaped material in a plasma assisted furnace or a conventional resistance furnace.

ステップvii)の終りまでに、成形された構成要素の幾何形状中に、まだ初期段階である焼結接点によって弱く結合されている一定量の初期調製物由来の金属粉末粒子を得ることができる。   By the end of step vii), it is possible to obtain a certain amount of metal powder particles from the initial preparation that are weakly bonded in the shaped component geometry by the sintered contacts that are still in the initial stage.

次に、ステップvii)で得られたこの積層状態の金属粉末はひき続き、ステップvii)で得られた材料の予備焼結からなるステップviii)に入る。
本質的に、このステップは、多くの金属粉末粒子間に含まれる中空の空間を除去するためのプロセスの開始を促す。
Next, this laminated metal powder obtained in step vii) continues and enters step viii) consisting of pre-sintering of the material obtained in step vii).
In essence, this step prompts the start of a process to remove the hollow spaces contained between many metal powder particles.

好ましくは、ステップviii)は、少なくとも材料を取扱うのに充分な機械的強度を促進する温度までステップvii)内で得た成形済み材料を加熱することによって実施される。   Preferably, step viii) is performed by heating the shaped material obtained in step vii) to a temperature that promotes at least mechanical strength sufficient to handle the material.

こうして、ステップviii)は例えば、提案されている工学利用分野のために所望される多孔質構造、すなわち流れ制限部材を提供するかまたは取扱いのための機械的強度を可能にするのに少なくとも充分な時間、400℃〜1200℃の範囲内の温度で、プラズマ支援炉内または従来の抵抗炉内で実施される。
最終的に所望される特性を得るのに必要な時間は、例えば、予備焼結が行なわれるか否か、さらにはステップviiiとixの組合せに応じて、数分乃至数時間の範囲内であってよい。
Thus, step viii) is at least sufficient to provide, for example, the desired porous structure for the proposed engineering field, i.e. a flow restricting member or to allow mechanical strength for handling. It is carried out in a plasma assisted furnace or in a conventional resistance furnace at a temperature in the range of 400 ° C. to 1200 ° C. for hours.
The time required to finally obtain the desired properties is in the range of minutes to hours depending on, for example, whether presintering is to be performed and also the combination of steps viii and ix. It's okay.

最後に、ステップviii)の終了時点で、成形済み材料は、本発明により網羅される方法によって得られる対象である制御された均質な気孔率の材料を提供する目的で、ステップviii)で得た成形済み材料を制御された形で焼結することを含むステップix)へと入る。   Finally, at the end of step viii), the shaped material was obtained in step viii) in order to provide a controlled homogeneous porosity material that is the object obtained by the method covered by the present invention. Enter step ix) which involves sintering the shaped material in a controlled manner.

典型的には、粉末射出成形を通して得られた構成要素の最終気孔率は、熱により活性化される質量輸送を考慮したこの最後の焼結ステップix)の結果としてもたらされ、粒子内の接点の増大、それらの合体、体積減少および気孔の幾何形状の変化に起因する自由比表面積の減少を、その完全な高密度化に至るまでもたらす結果となる。   Typically, the final porosity of the component obtained through powder injection molding is brought about as a result of this last sintering step ix) taking into account heat-activated mass transport, and the contacts within the particles Resulting in a reduction in free specific surface area due to an increase in the volume, their coalescence, volume reduction, and changes in pore geometry, to its full densification.

この方法において、ステップix)は次の3つの段階に分割可能である:
段階1:焼結接点の形成。粒子間の接点は「ブリッジ」を形成する。すなわち、物質は接点の領域内で連続した状態になる。この段階では、粒子の大規模な運動(または収縮)は全く存在しない;
段階2:「頸部半径/粒子半径」比の増大につれて、粒子は漸進的にその強度を失なう。この段階で、焼結材料は「連続する」2つの相を有する。すなわち、材料の相(固相)と「中空」相(開放気孔の相互連結されたマトリクス)である。結晶粒径は増大し、新しい微細構造を結果としてもたらす。収縮の大部分はこの段階において発生する。
段階3:気孔の隔離、丸味づけおよび合体が発生する(90%超の理論的密度)。気孔が主要成分金属中に不溶性の気体を含む場合、完全な高密度化は不可能である。気孔が中空であるかまたはマトリクス中に可溶な気体を含む場合、完全な高密度化が発生し得る。
In this method, step ix) can be divided into three stages:
Step 1: Sintered contact formation. The contacts between the particles form a “bridge”. That is, the substance is in a continuous state within the contact area. At this stage there is no massive movement (or contraction) of the particles;
Stage 2: As the “cervical radius / particle radius” ratio increases, the particles progressively lose their strength. At this stage, the sintered material has two “continuous” phases. That is, the phase of the material (solid phase) and the “hollow” phase (an interconnected matrix of open pores). The crystal grain size increases and results in a new microstructure. Most of the contraction occurs at this stage.
Stage 3: Pore sequestration, rounding and coalescence occur (greater than 90% theoretical density). If the pores contain insoluble gases in the main component metal, complete densification is not possible. Complete densification can occur if the pores are hollow or contain a soluble gas in the matrix.

この方法では、ステップviii)に由来する成形済み材料は、充分に低い焼結温度を受け、そのため、段階2において焼結はさほど進捗せず段階3に到達せず、最終材料中に開放気孔の相互連結マトリクスを保つ。
すなわち、本発明の方法における焼結は、粉末成形についての技術的現状の焼結プロセスとは異なり、気孔の相互連結性の削減、合体および喪失が発生すると考えられる従来の第3の段階に至らない。
In this way, the shaped material from step viii) is subjected to a sufficiently low sintering temperature, so that in step 2 the sintering does not progress so much and does not reach step 3 and there are open pores in the final material. Keep the interconnect matrix.
That is, the sintering in the method of the present invention, unlike the current state of the sintering process for powder molding, has led to a conventional third stage where pore interconnectivity is reduced, coalesced and lost. Absent.

好ましい実施形態において、本発明の方法の終りは、例えば構成要素の多孔質構造および所望の特性が得られる真空炉またはプラズマ支援型真空炉内で実施される焼結プロセスを意味する。   In a preferred embodiment, the end of the method of the invention means a sintering process carried out in a vacuum furnace or plasma assisted vacuum furnace, for example, where the porous structure of the component and the desired properties are obtained.

一例として、技術的現状において、粒子空隙の完全な除去、すなわち従来の焼結プロセスを通過した後の最終的材料に固有の1つの特徴である事実上ゼロの空隙気孔率を求めて、ステンレス鋼粉末316Lまたは17−4PHの焼結ステップは、通常は1250℃〜1380℃の範囲内の温度で実施され、鉄粉末およびニッケル粉末については1200℃〜1300℃の範囲の温度で実施される。   As an example, in the state of the art, stainless steel has been sought for the complete removal of particle voids, i.e., virtually zero void porosity, which is one characteristic inherent in the final material after passing through a conventional sintering process. The sintering step of powder 316L or 17-4PH is usually performed at a temperature in the range of 1250 ° C to 1380 ° C, and for iron and nickel powders, it is performed at a temperature in the range of 1200 ° C to 1300 ° C.

本発明の多孔質構成要素1を製造するための方法については、ステンレス鋼粉末が使用される場合、焼結は900℃〜1200℃の範囲内のより低い温度で実施される。
同様に鉄またはニッケル粉末については、焼結プロセスは、700℃〜1100℃の範囲内の温度で行なわれる。
したがって、空隙の除去は最小限に抑えられ、制御された空隙気孔率(6%〜50%の均一分布した隙間)が残される。
For the method for producing the porous component 1 of the present invention, when stainless steel powder is used, sintering is performed at a lower temperature in the range of 900 ° C to 1200 ° C.
Similarly, for iron or nickel powders, the sintering process is performed at a temperature in the range of 700 ° C to 1100 ° C.
Therefore, void removal is minimized and a controlled void porosity (6% to 50% uniformly distributed gaps) remains.

同様に、結合相の量が大きくなればなるほど体積収縮が大きくなるという点にも留意されたい。
したがって、この方法の最大の寸法的変動は、統計的に射出ステップ(ステップiv)にある。
射出ステップ(ステップiv)が、射出された要素中に未焼密度勾配を含む場合には、目的とする気孔率を考慮して意図的または非意図的であり得る変形が焼結中に発生する。
Similarly, it should be noted that the volume shrinkage increases as the amount of binder phase increases.
Therefore, the largest dimensional variation of this method is statistically in the injection step (step iv).
If the injection step (step iv) includes an unfired density gradient in the injected element, deformation occurs during sintering that may be intentional or unintentional in view of the desired porosity. .

好ましい実施形態において、ステップix)は、多孔質構成要素の生産のために選択された材料に応じて700℃〜1200℃の範囲内の温度で炉内で実施される。   In a preferred embodiment, step ix) is performed in a furnace at a temperature in the range of 700 ° C. to 1200 ° C., depending on the material selected for the production of the porous component.

このような理由から、本発明の方法は、技術的現状において公知の焼結プロセスの結果とは異なる結果を得ることを可能にし、得られた構成要素に対し、これまで予期された利点(たとえば幾何学的複雑性の達成および射出された材料の完全な使用)だけでなく、この分野の業界において実施が容易でかつ市場において容易に使用可能である、エネルギー効率の良い均質でかつ制御された気孔率を有する材料を生産するためのプロセスをも追加するものである。   For this reason, the method according to the invention makes it possible to obtain results that differ from the results of the sintering processes known in the state of the art, and for the components obtained, the advantages previously anticipated (for example, Energy efficient, homogeneous and controlled that is easy to implement in the industry in this field and easily usable in the market as well as achieving geometric complexity and full use of the injected material) It also adds a process for producing a material with porosity.

さらに、図2を見ればわかるように、多孔質構成要素1を製造するこの方法は、そのレオロジー特性に起因して、すでに仕上った状態で複雑な幾何学的形状を得る上で多目的なものとなっている。
したがって、最終的多孔質構成要素1の一部の特定の部分中にネジ山などの顕著な幾何形状を得ることが可能である。
幾分かの突出した突起を得ることも同様に可能である。
Furthermore, as can be seen in FIG. 2, this method of manufacturing the porous component 1 is versatile in obtaining complex geometries in the finished state due to its rheological properties. It has become.
It is therefore possible to obtain a prominent geometric shape such as a thread in a certain part of the part of the final porous component 1.
It is equally possible to obtain some protruding protrusions.

この方法の1つの極めて有意な利点は、図2により例示されている通り追加の機械加工ステップを必要とせずに幾何形状の変動が達成されるという点にある。   One very significant advantage of this method is that geometric variations are achieved without the need for additional machining steps as illustrated by FIG.

以上のことを考慮すると、本発明に基づく多孔質構成要素1の製造方法は同様に、非常に異なる気孔率を有する領域または層を有する構成要素を含んでいてよい。
すなわち、多孔質構成要素は、内側領域内には比較的大きな気孔率を有し、外側領域内には比較的小さい気孔率さらにはほぼゼロの気孔率を有するように構成されてよい(図3を確認されたい)。
In view of the above, the method for manufacturing a porous component 1 according to the present invention may also include components having regions or layers with very different porosity.
That is, the porous component may be configured to have a relatively high porosity in the inner region and a relatively small porosity or even a zero porosity in the outer region (FIG. 3). Want to be confirmed).

このような構成は、以下の通りに達成され得る:
すなわち、ステップi)は2つ以上の調製物の独立した均質化を含んでいてよく、これらの調製物は、別個に顆粒化された(ステップii)後、予測される最終材料に応じて金型のキャビティに充填するのに使用される(ステップiii)。
こうして、選択された構成要素に応じて、例えば2種の調製材料、すなわち金型の外側には焼結温度で高密度になる調製物を、そしてこのような焼結温度で多孔質を維持する別の調製物を金型の内側に射出することが可能である。
この方法によると、ステップix)の終了時に、縁部に気孔を含まずコア内が多孔質である最終材料を得ることが可能である。
Such a configuration can be achieved as follows:
That is, step i) may involve independent homogenization of two or more preparations, which are granulated separately (step ii) and then gold depending on the expected final material. Used to fill the mold cavity (step iii).
Thus, depending on the selected component, for example, two preparation materials, ie a preparation that becomes dense at the sintering temperature on the outside of the mold, and remains porous at such a sintering temperature. It is possible to inject another preparation inside the mold.
According to this method, at the end of step ix), it is possible to obtain a final material that does not contain pores at the edges and is porous in the core.

代替的には、異なる結晶粒径を有する粉末状の同じ材料を調製のために使用することも可能である。
したがって、例えば易焼結性がより高い一部のより細かい結晶粒径の粉末が金型の外側に使用され、一部のより大きい結晶粒径の粉末が金型の内側に使用される。
より細かい粉末、すなわちより結晶粒径の小さい粉末は、同じ焼結温度でより高い密度を達成し、一方より結晶粒径の大きい粉末はより低い高密度化、ひいてはより高い気孔率を達成する。
Alternatively, the same material in powder form with different crystal grain sizes can be used for the preparation.
Thus, for example, some finer grain size powders with higher sinterability are used on the outside of the mold, and some larger grain size powders are used on the inside of the mold.
Finer powders, i.e., powders with smaller crystal grain sizes, achieve higher density at the same sintering temperature, while powders with larger crystal grain sizes achieve lower densification and thus higher porosity.

表面層上の気孔率が異なるこれらの構成要素の生産も同様に、粉末射出成形、特に多材料部品の粉末射出成形と呼ばれるタイプ、または同様に2構成要素の粉末射出成形とも呼ばれるタイプ、または最終的に共射出としてのみ公知であるタイプの粉末射出成形を通して可能である。
このプロセスでは、最も多孔質の内側を構成する第1の材料そして、その後高密度の外側被覆を構成する第2の材料が射出される。
The production of these components with different porosities on the surface layer is likewise a type called powder injection molding, in particular a multi-material part powder injection molding, or a type also called two-component powder injection molding, or final. This is possible through powder injection molding of the type known only as co-injection.
In this process, a first material constituting the most porous inner side and then a second material constituting a dense outer coating are injected.

次に、多材料構成要素は、多孔質構成要素1のために必要である前述の特定の特性を有することができるように多孔質を維持すべきコア材料の焼成のために予期された温度で焼結される。
この温度において、外側カバーの材料または粉末の易焼結性が大きいことから、このようなカバーは、開放気孔無くより高密度になる、すなわち気孔含有率が実質的に10%未満となる傾向にある。
The multi-material component is then at the temperature expected for the firing of the core material to remain porous so that it can have the specific properties described above that are necessary for the porous component 1. Sintered.
At this temperature, the sinterability of the material or powder of the outer cover is great, so such a cover tends to be denser with no open pores, ie, the pore content is substantially less than 10%. is there.

言及した2つの領域内で異なる気孔率レベルを有するためには、多孔質構成要素1の各領域内で異なる材料および/または粉末を使用することが必要である(図3を確認されたい)。
したがって、このためには、接合界面上に割れ目を発生させないように、選択された材料の対が焼結適合性を有することが求められる。
同様に、同じ焼結温度について、(図3の多孔質構成要素の内部に置かれた)材料が、外側カバー上に置かれた材料よりも焼結レベルが低いこと、換言すると、内側材料の気孔率が6%〜50%の範囲内にあり、一方外側材料がそれを超える開放気孔を有していない(6%未満)ことも仮定すべきである。
In order to have different porosity levels within the two regions mentioned, it is necessary to use different materials and / or powders within each region of the porous component 1 (see FIG. 3).
Therefore, this requires that the selected material pairs have sintering compatibility so as not to cause cracks on the joint interface.
Similarly, for the same sintering temperature, the material (placed inside the porous component of FIG. 3) has a lower sintering level than the material placed on the outer cover, in other words, the inner material's It should also be assumed that the porosity is in the range of 6% to 50%, while the outer material has no more open porosity (less than 6%).

したがって、多孔質構成要素1が最適な形で機能するのに必要な特性を焼結プロセスの後に有する、あらゆる粉末および/または材料を適用することが可能である。   It is therefore possible to apply any powder and / or material that has the properties necessary for the porous component 1 to function optimally after the sintering process.

多数の可能性の中には、使用される粉末がかなり異なる平均粒度を有するのであれば、同じ材料、例えばステンレス鋼を組合わせることも含まれる。
多孔質構成要素1の内部に置かれる粒度のより大きい粉末は、粒子間に存在する単位体積あたりの金属接点の量が少ないため、多孔質構成要素1の外側カバーを射出するのに使用される細かい粉末に比べて易焼結性が低く、したがって、先に言及したとおり、好ましくは6%〜50%のより高い気孔率レベルをもたらす結果となる。
Many possibilities include combining the same materials, such as stainless steel, if the powders used have significantly different average particle sizes.
The larger particle size powder placed inside the porous component 1 is used to inject the outer cover of the porous component 1 because the amount of metal contacts per unit volume present between the particles is small. It is less sinterable compared to fine powders, thus resulting in higher porosity levels of preferably 6% to 50%, as mentioned above.

図3に表わされている多孔質構成要素1の材料の選択のための別の解決法は、構成要素の内側に所望の気孔率レベルを可能にする任意の材料と、選択された理想的な焼結温度で液相を形成しかつ液相を通した焼結を促し、外側に高レベルの高密度化を生成する別の材料の使用によって達成される。   Another solution for the selection of the material of the porous component 1 represented in FIG. 3 is that any material that allows the desired porosity level inside the component and the selected ideal This is achieved by the use of another material that forms a liquid phase at a suitable sintering temperature and promotes sintering through the liquid phase, producing a high level of densification on the outside.

利用可能な多くのもののうちの一例としては、組合せの機能的部分を表わす、多孔質構成要素1の内部のステンレス鋼と、例えばホウ素、リンまたは銅などの液相形成元素を伴う別の鋼の使用がある。
この外側部分はより高い密度とより小さい気孔を有するため、これらはより高い毛管力を有し、こうして液体を保持し、結果としてより低い毛管力を有するより高い気孔率および気孔サイズの内側に向かって液体が移動するのを妨げる。
こうして、微細構造および精確な流量制御という特性を保つことが可能である。
An example of many of the available ones is the stainless steel inside the porous component 1 representing the functional part of the combination and another steel with a liquid phase forming element such as boron, phosphorus or copper, for example. There is use.
Because this outer part has higher density and smaller pores, they have higher capillary forces, thus holding the liquid and consequently towards the inside of higher porosity and pore size with lower capillary forces. Prevent the liquid from moving.
In this way, it is possible to maintain the characteristics of fine structure and precise flow control.

さらに、焼結中に液相を形成し凝固後に(可塑変形する)軟質材料を形成する元素、例えば銅などを使用することによって、干渉による固定という解決法も容易になるが、それは、軟質材料が容易に変形し多孔質リストリクターを封止し、気体流量の制御に関与する多孔質構成要素1の内側部分の多孔質構造を変えることなく、漏出および効率損失が回避されるからである。   In addition, the use of elements that form a liquid phase during sintering and form a soft material (that is plastically deformed) after solidification, such as copper, also facilitates the solution of interference fixation, which is a soft material. This is because leakage and efficiency loss are avoided without easily deforming and sealing the porous restrictor without changing the porous structure of the inner part of the porous component 1 involved in the control of the gas flow rate.

多孔質リストリクターとこれが固定されている静圧気体軸受との界面上に脱出経路が存在する場合、漏出が発生するかもしれず、流量制御が困難になり静圧気体軸受の適正な機能を妨害する場合がある。   If there is an escape path on the interface between the porous restrictor and the hydrostatic gas bearing to which it is fixed, leakage may occur, making flow control difficult and impeding the proper functioning of the hydrostatic gas bearing. There is a case.

多孔質構成要素1を静圧気体軸受と結びつける別の方法は糊着である。
ただし、糊着剤(液体接着剤)の使用は、それが毛管力を介して開放気孔の相互連結されたマトリクス内に浸透し気孔を部分的に詰まらせることから、開放気孔の存在下では適切でない。
多孔質構成要素1の多孔質構造内のこの変化は、意図された利用分野におけるその性能を妨害する可能性がある。
本発明において提案され開発された解決法は、多孔質コアとは異なる粒状材料、すなわち射出される構成要素の多孔質コアを構成する粒状材料よりも大きい易焼結性を有しかつ典型的により低い焼結温度を有する粒状材料によって構成された射出供給原料を用いた層の共射出または二重射出/封入を通して多孔質構成要素1の側面上に高密度層を得ることからなる。
こうして、焼結中に、多孔質構成要素の側面上により大きな高密度化が発生する。
このとき、高密度部分は流量制御に参与しておらずその多孔質構造に干渉することなく機械的システム上へのリストリクターの固定を保証するという役割を専ら果たすことから、複数の固定方法(干渉、糊着、タッピングなど)により、多孔質構成要素1を効率良く固定することができる。
Another method of associating the porous component 1 with a hydrostatic gas bearing is gluing.
However, the use of glue (liquid adhesive) is appropriate in the presence of open pores because it penetrates into the interconnected matrix of open pores via capillary forces and partially clogs the pores. Not.
This change in the porous structure of the porous component 1 can interfere with its performance in the intended field of use.
The solution proposed and developed in the present invention has a greater sinterability and typically more than the granular material different from the porous core, i.e. the granular material constituting the porous core of the injected component. It consists of obtaining a dense layer on the side of the porous component 1 through co-injection or double injection / encapsulation of the layer with an injection feedstock constituted by a particulate material having a low sintering temperature.
Thus, a greater densification occurs on the sides of the porous component during sintering.
At this time, since the high density portion does not participate in the flow rate control and plays a role of ensuring the fixing of the restrictor on the mechanical system without interfering with the porous structure, a plurality of fixing methods ( The porous component 1 can be efficiently fixed by interference, gluing, tapping and the like.

最後に、図3の多孔質構成要素の材料を選択するための別の解決法は、内側領域内の例えばステンレス鋼などの異なる易焼結性を有する材料と外側領域内のニッケル粉末とを単に組合わせることである。   Finally, another solution for selecting the material of the porous component of FIG. 3 is simply to combine a different sinterable material such as stainless steel in the inner region and a nickel powder in the outer region. It is to combine.

以上で説明した多孔質材料の生産方法は、異なる利用分野における用途のための複数のタイプの多孔質構成要素1の生産において使用されてよい。
これに関連して好ましくは、本発明は、静圧気体軸受用の多孔質流れ制限部材の生産において使用される。
The porous material production method described above may be used in the production of multiple types of porous components 1 for applications in different applications.
In this connection, the present invention is preferably used in the production of a porous flow restricting member for a hydrostatic gas bearing.

通常、静圧気体軸受が有効に機能するためには、圧縮機内の高圧領域に由来する圧縮気体の流量を制限することのできる流れ制限部材を使用して、ピストンとシリンダの間の空隙内に存在する気体圧力がより低く、利用分野にとって適切なものとなるようにすることが必要である。
換言すると、このような絞りは、圧縮機の高圧領域に由来する圧縮気体の流量を絞ることによって、軸受領域上の圧力の削減または制御を可能にしようとするものである。
Normally, in order for a hydrostatic gas bearing to function effectively, a flow restricting member capable of restricting the flow rate of compressed gas derived from a high pressure region in the compressor is used, and the gap between the piston and the cylinder is set. It is necessary to ensure that the gas pressure present is lower and appropriate for the field of application.
In other words, such a restriction seeks to reduce or control the pressure on the bearing area by restricting the flow of compressed gas originating from the high pressure area of the compressor.

流れ制限部材は、圧縮機内を内側キャビティから軸受間隙まで流動する気体の流量を絞るように寸法決定された幾分かの気孔率を有する少なくとも1つのリストリクター部分を有する、軸受内のハウジングにリンクされた多孔質構成要素1によって構成される。
したがって、気体は多孔質構成要素1を通って軸受間隙に向かって進み、気体マットレスを形成する。
The flow restricting member is linked to a housing in the bearing having at least one restrictor portion sized to throttle the flow of gas flowing through the compressor from the inner cavity to the bearing gap. It is comprised by the porous component 1 made.
Thus, the gas travels through the porous component 1 towards the bearing gap and forms a gas mattress.

本明細書中の方法を通して静圧気体軸受用の多孔質流れ制限部材を生産することの主要な利点は、材料の体積上に均質に分布している制御された気孔率を有する流れ制限部材が得られるという点にある。   The main advantage of producing a porous flow restricting member for hydrostatic gas bearings through the method herein is that a flow restricting member having a controlled porosity that is homogeneously distributed over the volume of the material is obtained. It is in that it is.

好ましい実施形態の例について説明した上で、本発明の範囲が、考えられる他の変形形態および利用分野を包含するものであり、添付のクレームの内容によってのみ限定され、この内容には考えられる等価物も含まれることが理解される。   Having described examples of preferred embodiments, the scope of the present invention encompasses other possible variations and fields of use, and is limited only by the content of the appended claims, the content of which is considered equivalent It is understood that objects are also included.

Claims (18)

密閉型圧縮機に応用される静圧気体軸受内の流れ制限部材として使用すべき多孔質構成要素(1)を製造するための方法において、
このような構成要素が、
ステップi):a)金属粉末の一部分およびb)熱可塑性ポリマーと蝋の混合物で構成された有機結合剤を含む少なくとも1つの調製物を均質化するステップと;
ステップii):ステップi)で得た少なくとも1つの調製物を顆粒化するステップと;
ステップiii):ステップii)で得た少なくとも1つの顆粒化された調製物を、少なくとも結合剤の初期溶融温度まで加熱するステップと;
ステップiv):ステップiii)で得た少なくとも1つの混合物を金型のキャビティに充填するステップと;
ステップv):ステップiii)で得た少なくとも1つの混合物を、金型のキャビティ内に完全に充填されるまで圧縮するステップと;
ステップvi):熱プロセスおよび化学プロセスのうちの少なくとも1つを用いて、少なくとも一回のステップで有機結合剤を除去するステップと;
ステップvii):ステップvi)内で得た材料を、少なくとも材料を取扱うのに充分な機械的強度を促進する温度まで予備焼結するステップと;
ステップviii):ステップvii)で得た成形済み材料を、多孔質構成要素(1)の少なくとも1つの中央部分において実質的に5%より大きい開放気孔の相互連結マトリクスを促進する温度で、制御された形で焼結するステップであって、先行するステップと同時に行なうことのできるステップと;
を含む、粉末射出成形技術を通して得られる、
ことを特徴とする方法。
In a method for producing a porous component (1) to be used as a flow restricting member in a hydrostatic gas bearing applied to a hermetic compressor,
Such components are
Step i): homogenizing at least one preparation comprising an organic binder composed of a) a part of a metal powder and b) a mixture of thermoplastic polymer and wax;
Step ii): granulating at least one preparation obtained in step i);
Step iii): heating at least one granulated preparation obtained in step ii) to at least the initial melting temperature of the binder;
Step iv): filling the mold cavity with at least one mixture obtained in step iii);
Step v): compressing at least one mixture obtained in step iii) until it is completely filled in the cavity of the mold;
Step vi): removing the organic binder in at least one step using at least one of a thermal process and a chemical process;
Step vii): pre-sintering the material obtained in step vi) to a temperature that promotes at least mechanical strength sufficient to handle the material;
Step viii): The shaped material obtained in step vii) is controlled at a temperature that promotes an interconnected matrix of open pores substantially greater than 5% in at least one central portion of the porous component (1). A step of sintering in a form that can be performed simultaneously with the preceding step;
Obtained through powder injection molding technology, including
A method characterized by that.
ステップi)の調製物が、鉄、ニッケル、ステンレス鋼AISI316L、304または17−4PHなどの少なくとも一部の金属粉末を含む、ことを特徴とする請求項1に記載の多孔質構成要素(1)の製造方法。   The porous component (1) according to claim 1, characterized in that the preparation of step i) comprises at least part of a metal powder such as iron, nickel, stainless steel AISI 316L, 304 or 17-4PH. Manufacturing method. ステップi)の調製物が、異なる結晶粒径を有する金属粉末を含む、ことを特徴とする請求項1に記載の多孔質構成要素(1)の製造方法。   Process for producing a porous component (1) according to claim 1, characterized in that the preparation of step i) comprises metal powders having different crystal grain sizes. ステップi)の調製物が、金属粉末および有機結合剤を20体積%〜80体積%の比率で含んでいる、ことを特徴とする請求項1に記載の多孔質構成要素(1)の製造方法。   The process for producing a porous component (1) according to claim 1, characterized in that the preparation of step i) comprises metal powder and organic binder in a proportion of 20% to 80% by volume. . ステップvi)由来の有機結合剤の除去が、一部の液体において、少なくとも1時間、20℃〜60℃の範囲内の温度で行なわれる、ことを特徴とする請求項1に記載の多孔質構成要素(1)の製造方法。   The porous construction according to claim 1, characterized in that the removal of the organic binder from step vi) is carried out in some liquids for at least 1 hour at a temperature in the range of 20 ° C to 60 ° C. Manufacturing method of element (1). ステップvi)由来の有機結合剤の除去が、プラズマ支援炉または従来の抵抗炉内で行なわれる、ことを特徴とする請求項1に記載の多孔質構成要素(1)の製造方法。   The process for producing a porous component (1) according to claim 1, characterized in that the removal of the organic binder from step vi) is carried out in a plasma assisted furnace or a conventional resistance furnace. 予備焼結のステップvii)が、400℃〜1200℃の範囲内の温度で行なわれる、ことを特徴とする請求項1に記載の多孔質構成要素(1)の製造方法。   2. The method for producing a porous component (1) according to claim 1, characterized in that the pre-sintering step vii) is carried out at a temperature in the range from 400C to 1200C. ステップvii)が、従来の炉内、真空炉内、またはプラズマ支援真空炉内で行なわれる、ことを特徴とする請求項1に記載の多孔質構成要素(1)の製造方法。   The method for producing a porous component (1) according to claim 1, characterized in that step vii) is carried out in a conventional furnace, in a vacuum furnace or in a plasma assisted vacuum furnace. ステップviii)が、炉内において、少なくとも700℃〜1300℃の範囲内の温度で実施される、ことを特徴とする請求項1に記載の多孔質構成要素(1)の製造方法。   The process for producing a porous component (1) according to claim 1, characterized in that step viii) is carried out in a furnace at a temperature in the range of at least 700 ° C to 1300 ° C. 密閉型圧縮機に応用される静圧気体軸受内の流れ制限部材として使用すべき多孔質構成要素(1)を製造するための方法において、
二重気孔率の多孔質構成要素(1)が、
ステップi):a)金属粉末の第1の部分およびb)熱可塑性ポリマーと蝋の混合物を含む有機結合剤を含む2つの異なる調製物を均質化するステップと;
ステップii):ステップi)で得た少なくとも2つの異なる調製物を別個の段階で顆粒化するステップと;
ステップiii):ステップii)で得た顆粒化された調製物を結合剤の初期溶融温度まで加熱するステップと;
ステップiv):ステップiii)で得た少なくとも1つの混合物を金型キャビティに充填するステップと;
ステップv):ステップiii)で得た少なくとも1つの混合物を、完全に充填されるまで金型のキャビティ内に射出するステップと;
ステップvi):ステップiii)で得た第2の材料を、射出下にありインサートを伴う金型を使用することによってか、または2つのスプールを伴う射出機およびステップiii)で得た両方の材料の同時射出を使用することによって射出するステップと;
ステップvii):熱プロセスおよび化学プロセスのうちの少なくとも1つを使用することによって、少なくとも一回のステップで有機結合剤を除去するステップと;
ステップviii):ステップvii)内で得た材料を、後続するステップのために、材料を取扱うのに充分な機械的強度を促進する温度で予備焼結するステップと;
ステップix):ステップviii)で得た成形済み材料を、多孔質構成要素(1)の外側部分上で5%未満の残留気孔率までの焼結を通した高密度化を促進しかつ同時に多孔質構成要素(1)の内側部分で5%よりも実質的に高い開放気孔の体積百分率を保つ温度で、制御された形で焼結するステップであって、先行するステップと同時に行なうことのできるステップと、
を含む、多材料部品の粉末射出成形を通して得られる、
ことを特徴とする方法。
In a method for producing a porous component (1) to be used as a flow restricting member in a hydrostatic gas bearing applied to a hermetic compressor,
A double porosity porous component (1)
Step i): homogenizing two different preparations comprising an organic binder comprising a) a first part of a metal powder and b) a mixture of thermoplastic polymer and wax;
Step ii): granulating at least two different preparations obtained in step i) in separate stages;
Step iii): heating the granulated preparation obtained in step ii) to the initial melting temperature of the binder;
Step iv): filling the mold cavity with at least one mixture obtained in step iii);
Step v): injecting at least one mixture obtained in step iii) into the mold cavity until completely filled;
Step vi): The second material obtained in step iii) is either used by using a mold under injection and with an insert, or both materials obtained with an injection machine with two spools and step iii) Injecting by using simultaneous injection of
Step vii): removing the organic binder in at least one step by using at least one of a thermal process and a chemical process;
Step viii): pre-sintering the material obtained in step vii) at a temperature that promotes sufficient mechanical strength to handle the material for subsequent steps;
Step ix): Promotes densification of the shaped material obtained in step viii) through sintering to a residual porosity of less than 5% on the outer part of the porous component (1) and at the same time porous Sintering in a controlled manner at a temperature that maintains a volume percentage of open pores substantially higher than 5% in the inner part of the quality component (1), which can be carried out simultaneously with the preceding steps Steps,
Obtained through powder injection molding of multi-material parts, including
A method characterized by that.
異なる結晶粒径を有する粉末が使用され、より細かい粉末が、多孔質構成要素(1)の外側のより高密度の部分内で使用され、より大きい結晶粒径を有する粉末が多孔質構成要素(1)のコア内で使用される、ことを特徴とする請求項10に記載の多孔質構成要素(1)の製造方法。   Powders with different crystal grain sizes are used, finer powders are used in the denser part outside the porous component (1), and powders with larger crystal size are used in the porous component ( The method for producing a porous component (1) according to claim 10, characterized in that it is used in the core of (1). 類似の結晶粒径の粉末が使用され、多孔質構成要素(1)の外側部分では、焼結ステップ中に液相形成元素も同様に使用される、ことを特徴とする請求項10に記載の多孔質構成要素(1)の製造方法。   11. Powder according to claim 10, characterized in that a powder with a similar grain size is used and in the outer part of the porous component (1) liquid phase forming elements are used as well during the sintering step. A method for producing a porous component (1). 液相形成元素が、ホウ素、リンおよび銅という材料のうちの少なくとも1つにより構成されている、ことを特徴とする請求項11に記載の多孔質構成要素(1)の製造方法。   The method for producing a porous component (1) according to claim 11, wherein the liquid phase forming element is composed of at least one of materials of boron, phosphorus and copper. 多孔質構成要素(1)の外側部分上では、ステップix)中に高レベルの高密度化を達成することのできる材料が使用され、
多孔質構成要素(1)の内側部分上では、ステップix)中に低レベルの高密度化を達成できる材料が使用される、
ことを特徴とする請求項10に記載の多孔質構成要素(1)の製造方法。
On the outer part of the porous component (1), a material is used that can achieve a high level of densification during step ix),
On the inner part of the porous component (1), a material is used that can achieve a low level of densification during step ix).
A method for producing a porous component (1) according to claim 10, characterized in that
使用される金属材料が、鉄およびステンレス鋼;ニッケルおよびステンレス鋼;銅およびステンレス鋼から選択される、ことを特徴とする請求項14に記載の多孔質構成要素(1)の製造方法。   The method for producing a porous component (1) according to claim 14, characterized in that the metal material used is selected from iron and stainless steel; nickel and stainless steel; copper and stainless steel. 多孔質構成要素(1)が、干渉、糊着、封止の利用、嵌合向け幾何形状を通して静圧気体軸受内に挿入され得るか、または静圧気体軸受システム内への密閉挿入のためにネジ込み可能である、ことを特徴とする請求項1および10に記載の多孔質構成要素(1)の製造方法。   The porous component (1) can be inserted into a hydrostatic gas bearing through interference, gluing, sealing utilization, mating geometry, or for hermetic insertion into a hydrostatic gas bearing system 11. A method for producing a porous component (1) according to claim 1 and 10, characterized in that it is screwable. 請求項1または10の一項に記載の方法によって得られる、ことを特徴とする多孔質構成要素(1)。   Porous component (1), characterized in that it is obtained by the method according to one of claims 1 or 10. 静圧気体軸受内で使用するための多孔質制限部材である、ことを特徴とする多孔質構成要素(1)。   A porous component (1), characterized in that it is a porous limiting member for use in a hydrostatic gas bearing.
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