JP2019073759A - 焼結体の製造方法、及び焼結体 - Google Patents

Abstract

【課題】圧粉体を焼結する際に圧粉体の積み重ねた状態を安定して維持することができる焼結体の製造方法を提供する。【解決手段】金属粉末を含む原料粉末を金型で圧縮成形して圧粉体を作製し、前記圧粉体の上面及び下面のいずれか一方の端面の少なくとも一部に表面粗さが最大高さＲｚで５μｍ以上の粗面領域を形成する成形工程と、複数の前記圧粉体を前記端面同士が接触するように積み重ねる段積み工程と、複数の前記圧粉体を積み重ねた状態で焼結する焼結工程と、を備える焼結体の製造方法。【選択図】図４

Description

本発明は、焼結体の製造方法、及び焼結体に関する。

鉄粉などの金属粉末を成形して焼結した焼結体が、自動車や産業機械などの各種機械部品に利用されている。一般に、焼結体は、金属粉末を含有する原料粉末を圧縮成形して圧粉体を作製し、これを焼結することで製造されている。通常、圧粉成形は、型孔が形成されたダイと、ダイの上下に対向配置される上パンチ及び下パンチとを備える金型を用いて、ダイの型孔に原料粉末を充填し、上下からパンチで原料粉末を圧縮して圧粉体を成形する。

従来、圧粉体を焼結する場合、圧粉体を上下方向（厚さ方向）に複数積み重ね、その状態を維持したまま、一括して焼結することが知られている（例えば、特許文献１、２を参照）。特許文献１には、成形体の表面（端面）に接着剤を塗布して複数の成形体を積み重ねて成形体同士を接着させた状態で、焼結炉に搬送して焼結することが開示されている。特許文献２には、成形体の端面に微小な突起を配列して設け、成形体を積み重ねたときに下段及び上段の成形体の突起が互いに噛み合うように積み重ねて焼結することが開示されている。

特開２０１６−８９２５４号公報 特開２０１１−２４１４２２号公報

圧粉体の表面は、圧粉体を成形する金型面（ダイの型孔の内周面や上パンチ及び下パンチのパンチ面など）により形成される。従来、金型面は、放電加工や切削加工などの機械加工した後、面粗度を小さくして平滑化するためにラッピング加工やショット加工などの仕上げ加工を行っている。そのため、成形した圧粉体の表面は、面粗度の小さい平滑な面になっており、例えば表面粗さが最大高さＲｚで３μｍ以下、更に２μｍ以下である。

特許文献１、２に開示されているように、複数の圧粉体を積み重ねた状態で焼結する方法を採用した場合、生産効率の点で有利である。しかしながら、この場合、複数の圧粉体を積み重ねる段積み時や圧粉体を積み重ねた状態で搬送する搬送中に、振動などにより、積み重ねた圧粉体の姿勢が変わったり、積み重ねた状態が崩れたりすることがある。このような圧粉体の姿勢ずれや荷崩れが起きると、焼結時に変形したり、欠けや割れなどの損傷が生じることがある。

特許文献１では、接着剤により成形体同士を接着して、荷崩れなどが起きないようにすることを提案しているが、接着剤を使用する場合、接着剤を塗布する量や位置を適切に管理する必要がある。例えば、積み重ねた成形体同士の接触面が小さい場合は、接着剤を塗布できる量が少なく、接着剤の塗布位置もずれ易い。そのため、接着剤で成形体同士を十分に接着させることが難しく、段積み時や搬送中に積み重ねた状態を維持することが困難になる。

一方、特許文献２では、成形体の端面に微小な突起を配列して設けることを提案しているが、この突起を形成するためにパンチ面に突起に対応する凹部を加工しておく必要がある。また、この場合、成形体を積み重ねる際、上下の成形体の突起が互いに噛み合うように周方向に位置（位相）をずらして積み重ねる必要がある。成形体の突起同士が突き合わされるように積み重ねた場合、逆に不安定になる。

本開示は、圧粉体を焼結する際に圧粉体の積み重ねた状態を安定して維持することができる焼結体の製造方法を提供することを目的の一つとする。また、積み重ねた状態で安定して焼結を行うことができる焼結体を提供することを別の目的の一つとする。

本開示の焼結体の製造方法は、
金属粉末を含む原料粉末を金型で圧縮成形して圧粉体を作製し、前記圧粉体の上面及び下面のいずれか一方の端面の少なくとも一部に表面粗さが最大高さＲｚで５μｍ以上の粗面領域を形成する成形工程と、
複数の前記圧粉体を前記端面同士が接触するように積み重ねる段積み工程と、
複数の前記圧粉体を積み重ねた状態で焼結する焼結工程と、を備える。

本開示の焼結体は、
焼結体の上面及び下面のいずれか一方の端面の少なくとも一部に表面粗さが最大高さＲｚで５μｍ以上の粗面領域を有する。

上記焼結体の製造方法は、圧粉体を焼結する際に圧粉体の積み重ねた状態を安定して維持することができる。上記焼結体は、積み重ねた状態で安定して焼結を行うことができる。

実施形態に係る焼結体の一例を示す概略斜視図である。 図１に示す焼結体の概略側面図である。 実施形態に係る焼結体の製造方法における成形工程の一例を説明する概略断面図である。 実施形態に係る焼結体の製造方法における段積み工程において、複数の圧粉体を積み重ねた状態の一例を示す概略側面図である。

［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。

（１）本発明の実施形態に係る焼結体の製造方法は、
金属粉末を含む原料粉末を金型で圧縮成形して圧粉体を作製し、前記圧粉体の上面及び下面のいずれか一方の端面の少なくとも一部に表面粗さが最大高さＲｚで５μｍ以上の粗面領域を形成する成形工程と、
複数の前記圧粉体を前記端面同士が接触するように積み重ねる段積み工程と、
複数の前記圧粉体を積み重ねた状態で焼結する焼結工程と、を備える。

上記焼結体の製造方法によれば、圧粉体のいずれか一方の端面に表面粗さが最大高さＲｚで５μｍ以上の粗面領域を成形時に形成しておき、複数の圧粉体を端面同士が接触するように積み重ねて焼結する。圧粉体のいずれか一方の端面に粗面領域が形成されていることで、圧粉体を積み重ねたときに、粗面領域を有する一方の圧粉体の端面と他方の圧粉体の端面との間の摩擦係数（摩擦抵抗）が高くなる。そのため、積み重ねた圧粉体が摩擦力によって滑り難くなり、圧粉体の相対移動（位置ずれ）が抑制され、圧粉体の積み重ねた状態を安定して維持することができる。そして、複数の圧粉体を積み重ねた状態で焼結する際、その状態を維持したまま焼結することが可能である。したがって、上記焼結体の製造方法は、圧粉体を焼結する際に圧粉体の積み重ねた状態を安定して維持することができる。特に、圧粉体の両方の端面（上面及び下面）に粗面領域を形成した場合、圧粉体を積み重ねたときに粗面領域同士を接触させることができるため、圧粉体の一方の端面（上面又は下面）にのみ粗面領域を形成した場合に比べて、積み重ねた圧粉体の端面間の摩擦係数が高くなり、摩擦力が増加する。よって、圧粉体の積み重ねた状態をより安定して維持することができる。ここでいう「最大高さＲｚ」は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１に準拠して測定した値である。

圧粉体の端面の粗面領域は、圧粉体の端面を形成する金型面が転写されることによって形成される。つまり、圧粉体の粗面領域の表面粗さは、金型面における粗面領域を形成する部分の表面粗さによって決まる。そのため、金型面のうち、圧粉体の粗面領域を形成する部分は、面粗度が比較的大きい粗面化された状態になっていてもよく、ラッピング加工やショット加工などの仕上げ加工を省略できる。よって、金型の製作コストを低減できる。例えば、型孔が形成されたダイと、ダイの上下に対向配置される上パンチ及び下パンチとを備える金型を用いて圧粉体を成形する場合、上パンチ及び下パンチのパンチ面が圧粉体の上面及び下面の端面を形成する。この場合、パンチ面における粗面領域を形成する部分を、仕上げ加工せずに機械加工により形成された機械加工面のままとし、粗面に形成することが挙げられる。

上記焼結体の製造方法では、特許文献１のように接着剤により圧粉体同士を接着する必要がないため、接着剤の塗布作業を省略できる。或いは、特許文献２のように圧粉体を積み重ねたときに互いに噛み合う突起を圧粉体の端面に設ける必要がないため、この突起を形成するための凹部をパンチ面に加工しなくてもよい。また、圧粉体を積み重ねる際に周方向に位置（位相）をずらして積み重ねる必要もないので、段積み作業が容易になる。

（２）上記焼結体の製造方法の一態様として、前記金型は、前記原料粉末が充填される型孔が形成されたダイと、前記ダイの上下に対向配置され、前記型孔に充填された前記原料粉末を上下から圧縮する上パンチ及び下パンチとを備え、前記圧粉体の上面及び下面を形成する前記上パンチ及び下パンチのパンチ面のうち、前記粗面領域を形成する部分の表面粗さが最大高さＲｚで５μｍ以上になるように粗面化されていることが挙げられる。

上パンチ及び下パンチのパンチ面のうち、圧粉体端面の粗面領域を形成する部分の表面粗さＲｚ（最大高さ）が５μｍ以上になるように粗面化されていることで、圧粉体端面に表面粗さＲｚ（最大高さ）が５μｍ以上の粗面領域を成形時に形成できる。

（３）上記焼結体の製造方法の一態様として、前記上パンチ及び下パンチのパンチ面の粗面化された部分が放電加工又は切削加工により形成されていることが挙げられる。

パンチ面の粗面化された部分（圧粉体端面の粗面領域を形成する部分）が放電加工又は切削加工により形成された加工面とすることで、その部分を粗面に形成でき、表面粗さＲｚが５μｍ以上になるように粗面化することができる。ここで、放電加工により形成された場合は加工面が放電肌になり、切削加工により形成された場合は加工面に切削工具の軌跡によって切削痕が残ることにより、粗面が形成され、表面粗さＲｚを５μｍ以上とすることができる。

（４）本発明の実施形態に係る焼結体は、
焼結体の上面及び下面のいずれか一方の端面の少なくとも一部に表面粗さが最大高さＲｚで５μｍ以上の粗面領域を有する。

焼結体のいずれか一方の端面に表面粗さが最大高さＲｚで５μｍ以上の粗面領域を有する場合、焼結前の圧粉体において、その端面にも同じように粗面領域が形成されているといえる。そして、圧粉体のいずれか一方の端面に粗面領域が形成されていることで、圧粉体を積み重ねたときに圧粉体の端面間の摩擦係数が高く、摩擦力により圧粉体の積み重ねた状態を安定して維持することができる。そのため、複数の圧粉体を積み重ねた状態で焼結する際、その状態を維持したまま焼結することが可能である。したがって、上記焼結体は、積み重ねた状態で安定して焼結を行うことができる。ここでいう「焼結体の端面」とは、複数の焼結体を上下方向に同じ向きで積み重ねたときに、上下の焼結体の互いに接触する端面のことをいう。例えば、焼結体の形状が環状や筒状の場合、軸方向の端面である。

［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る焼結体の製造方法、及び焼結体の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

＜焼結体の製造方法＞
実施形態に係る焼結体の製造方法は、下記の工程を備える。
１．成形工程：原料粉末を金型で圧縮成形して圧粉体を作製する。
２．段積み工程：複数の圧粉体を端面同士が接触するように積み重ねる。
３．焼結工程：複数の圧粉体を積み重ねた状態で焼結する。
実施形態に係る焼結体の製造方法の特徴の１つは、成形工程において、圧粉体の上面及び下面のいずれか一方の端面に表面粗さが最大高さＲｚで５μｍ以上の粗面領域を形成する点にある。以下、実施形態の焼結体の製造方法について詳しく説明する。

以下では、図１、図２に示すような実施形態１に係る焼結体１を製造する場合を例に挙げて説明する。図１、図２に示す焼結体１は、スプロケットに用いられ、中心に貫通孔１０が形成された円環状で、外周面にギア歯が形成された形状である。焼結体１の上面２２及び下面２３（軸方向の一方及び他方の端面２１）には、貫通孔１０の周囲に沿って環状の凸部が形成されている（図２参照）。焼結体１の形状は、これに限定されるものではなく、例えば、板状、環状、柱状、筒状など、その用途に応じて適宜変更可能である。実施形態の焼結体の詳細については後述する。

（成形工程）
成形工程は、金属粉末を含む原料粉末を金型で圧縮成形して圧粉体を作製し、圧粉体の上面及び下面のいずれか一方の端面の少なくとも一部に表面粗さが最大高さＲｚで５μｍ以上の粗面領域を形成する工程である。

〈金属粉末〉
原料粉末に用いる金属粉末は、焼結体１を構成する主たる材料であり、金属粉末としては、例えば、鉄又は鉄を主成分とする鉄合金（鉄系材料）、アルミニウム又はアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金（アルミニウム系材料）、銅又は銅を主成分とする銅合金（銅系材料）などの各種金属の粉末が挙げられる。スプロケットなどの焼結機械部品の場合、代表的には、純鉄粉や鉄合金粉などの鉄系粉末が用いられる。ここで、「主成分とする」とは、構成成分として、当該元素を５０質量％超、好ましくは８０質量％以上、更に９０質量％以上含有することを意味する。鉄合金としては、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｓｎ，Ｃｒ，Ｍｏ及びＣから選択される少なくとも１種の合金化元素を含有することが挙げられる。上記合金化元素は、鉄系焼結体の機械的特性の向上に寄与する。上記合金化元素のうち、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｓｎ，Ｃｒ及びＭｏの含有量は、合計で０．５質量％以上６．０質量％以下、更に１．０質量％以上３．０質量％以下とすることが挙げられる。Ｃの含有量は、０．２質量％以上２．０質量％以下、更に０．４質量％以上１．０質量％以下とすることが挙げられる。鉄系焼結体の場合、金属粉末として鉄粉を用い、上記合金化元素の粉末（合金化粉末）を添加してもよい。この場合、後工程の焼結工程で圧粉体を焼結することによって、鉄が合金化元素と反応して合金化される。合金化元素の含有量は、製品となる焼結体の用途や仕様に応じて所定の組成になるように適宜設定される。

金属粉末の平均粒子径は、例えば２０μｍ以上、更に５０μｍ以上１５０μｍ以下とすることが挙げられる。金属粉末の平均粒子径を上記範囲内とすることで、取り扱い易く、圧縮成形し易い。金属粉末の平均粒子径は、金属粉末を構成する粒子の平均粒径のことであり、レーザ回折式粒度分布測定装置により測定した体積粒度分布における累積体積が５０％となる粒径（Ｄ５０）とする。

〈金型〉
成形工程で成形する圧粉体は、焼結体１（図１、図２参照）に対応した形状であり、図３に示すような金型５０で成形することが挙げられる。図３示す金型５０は、原料粉末が充填される型孔５１０が形成されたダイ５１と、ダイ５１の上下に対向配置され、型孔５１０に充填された原料粉末を上下から圧縮する上パンチ５２及び下パンチ５３とを備える。図３に示す例では、金型５０は、ダイ５１の型孔５１０内に配置され、圧粉体２の貫通孔１０を形成するコアロッド５５を備えている。金型５０を用いて圧粉体２を成形するときは、ダイ５１の型孔５１０に下パンチ５３を配置して原料粉末を充填した後、上パンチ５２を下降させ、上下からパンチ５２、５３で原料粉末を圧縮して成形する。上パンチ５２及び下パンチ５３の各パンチ面５２１、５３１が圧粉体２の上面２２及び下面２３の各端面２１を形成することになる。つまり、圧粉体２の圧縮方向（軸方向）の一方の面が上面２２、他方の面が下面２３となる。

圧縮成形する際の面圧は、例えば５００ＭＰａ以上、更に１０００ＭＰａ以上とすることが挙げられる。面圧を高くすることで、圧粉体２を高密度化して相対密度を高くすることができる。これにより、焼結して得られる焼結体１の相対密度を高くでき、強度が向上する。面圧の上限は、特に限定されないが、例えば１２００ＭＰａ以下とすることが挙げられる。圧粉体２の相対密度は、例えば８０％以上、更に９０％以上とすることが挙げられる。ここでいう「相対密度」は、真密度に対する実際の密度（［実測密度／真密度］の百分率）のことを意味する。真密度は、原料粉末に用いる金属粉末の密度とする。

〈粗面領域〉
成形工程では、圧粉体２の上面２２及び下面２３のいずれか一方の端面２１に表面粗さＲｚ（最大高さ）が５μｍ以上の粗面領域を形成する。粗面領域は、圧粉体２のいずれか一方の端面２１に形成されていればよく、上面２２又は下面２３の一方の端面２１にのみ形成してもよいし、上面２２及び下面２３の両方の端面２１に形成してもよい。圧粉体２のいずれか一方の端面２１に粗面領域を形成することにより、後述する次工程の段積み工程（図４参照）において、圧粉体２を積み重ねたときに互いに接触する端面２１間（下段の圧粉体２の上面２２と上段の圧粉体２の下面２３との間）の摩擦係数（摩擦抵抗）を高くできる。そのため、積み重ねた圧粉体２が摩擦力によって滑り難くなり、圧粉体２の相対移動（位置ずれ）が抑制され、圧粉体２の積み重ねた状態を安定して維持することができる。この例では、圧粉体２の両方の端面２１（上面２２及び下面２３）に粗面領域を形成している。

粗面領域の表面粗さＲｚが大きいほど、積み重ねた圧粉体２の端面２１間の摩擦係数が高くなり、摩擦力が増加する。よって、粗面領域の表面粗さＲｚは、例えば６μｍ以上とすることが好ましい。粗面領域の表面粗さＲｚの上限は、製品となる焼結体１の用途や仕様に応じて適宜決めればよく、特に限定されないが、表面粗さが大き過ぎると、焼結体１を機械部品として使用したときの性能に影響を及ぼすため、例えばＲｚ２０μｍ以下、更に１５μｍ以下とすることが挙げられる。

また、粗面領域は、圧粉体２の端面２１の少なくとも一部に形成されていればよく、粗面領域の面積が大きいほど、積み重ねた圧粉体２の端面２１間の摩擦抵抗が大きくなる。端面２１に占める粗面領域の面積割合は、例えば４０％以上、更に６０％以上、より更には８０％以上とすることが挙げられる。特に、端面２１の全面に粗面領域を形成した（即ち、端面２１に占める粗面領域の面積割合が１００％である）場合、摩擦抵抗が最も大きくなる。粗面領域の面積割合や形成箇所は、製品となる焼結体１の用途や仕様に応じて適宜決めればよい。この例では、端面２１の全面に粗面領域を形成している。

本実施形態では、圧粉体２の端面２１に粗面領域を形成するため、圧粉体２の上面２２及び下面２３を形成する上パンチ５２及び下パンチ５３のパンチ面５２１、５３１のうち、粗面領域を形成する部分の表面粗さが最大高さＲｚで５μｍ以上になるように粗面化されている（図３参照）。圧粉体２の端面２１（上面２２及び下面２３）は、パンチ面５２１、５３１が転写されることによって形成されるため、粗面領域の表面粗さは、パンチ面５２１、５３１における粗面領域を形成する部分の表面粗さによって決まる。よって、パンチ面５２１、５３１のうち、粗面領域を形成する部分の表面粗さＲｚが５μｍ以上になるように粗面化されていることで、圧粉体２の端面２１に表面粗さＲｚが５μｍ以上の粗面領域を成形時に形成できる。パンチ面５２１、５３１の粗面化された部分の表面粗さＲｚは、圧粉体２の端面２１に形成する粗面領域の表面粗さＲｚに応じて適宜決めればよく、例えば６μｍ以上であることが好ましく、その上限は特に限定されないが、例えば２０μｍ以下、更に１５μｍ以下である。

上パンチ５２及び下パンチ５３のパンチ面５２１、５３１の粗面化された部分が放電加工又は切削加工により形成されていることが挙げられる。パンチ面５２１、５３１を放電加工や切削加工などの機械加工により形成し、パンチ面５２１、５３１における粗面領域を形成する部分を仕上げ加工せずに機械加工により形成された機械加工面のままとすることで、その部分を粗面に形成できる。この場合、パンチ面５２１、５３１の仕上げ加工を省略又は減らすことができるので、パンチ５２、５３の加工コストを低減できる。切削加工としては、例えば、切削工具にエンドミルを用いて、エンドミルの端面でパンチ面５２１、５３１を切削することが挙げられる。パンチ面５２１、５３１の粗面化された部分が放電加工又は切削加工により形成された加工面とすることで、その部分の表面粗さＲｚが５μｍ以上になるように粗面化することができる。放電加工又は切削加工による加工面の面粗度は加工条件によって変わり、表面粗さＲｚが５μｍ以上になるように加工条件を適宜設定すればよい。

放電加工により形成した場合、加工面が放電肌になり、放電肌による粗面が形成される。放電加工の場合、例えば電流値やパルス幅などの加工条件を変化させることによって、表面粗さを変えることができる。例えば、電流値を高くしたり、パルス幅を長くすることで、加工面が粗面になり、表面粗さＲｚが大きくなる。

一方、切削加工により形成した場合、加工面に切削工具の軌跡によって切削痕が残り、切削痕による粗面が形成される。切削加工の場合、例えば送り量などの加工条件を変化させることによって、表面粗さを変えることができる。例えば、エンドミルによる加工の場合、１回転あたりの送り量を大きくすることで、加工面が粗面になり、表面粗さＲｚが大きくなる。

（段積み工程）
段積み工程は、複数の圧粉体を端面同士が接触するように積み重ねる工程である。

段積み工程では、図４に示すように、圧粉体２を上下方向（厚さ方向）に同じ向き（姿勢）で積み重ねることで、圧粉体２の端面２１同士（下段の圧粉体２の上面２２と上段の圧粉体２の下面２３）を互いに接触させることが挙げられる。圧粉体２のいずれか一方の端面２１に上述した粗面領域を成形時に形成していることから、圧粉体２を積み重ねたときに、粗面領域を有する一方の圧粉体２の端面２１と他方の圧粉体２の端面２１とが接触することになる。したがって、積み重ねた圧粉体２の端面２１間の摩擦係数（摩擦抵抗）が高くなるため、積み重ねた圧粉体２が摩擦力によって滑り難く、積み重ねた状態を安定して維持できる。段積み時や後述する次工程の焼結工程への搬送中に、振動などに起因する圧粉体２の荷崩れを抑制できる。

この例では、圧粉体２の両方の端面２１（上面２２及び下面２３）に粗面領域を形成しており、圧粉体２を積み重ねたときに粗面領域同士の接触となる。そのため、圧粉体２の一方の端面２１（上面２２又は下面２３）にのみ形成した場合に比べて、積み重ねた圧粉体２の端面２１間の摩擦係数が高くなり、摩擦力が増加する。よって、積み重ねた状態をより安定して維持できる。

段積み工程において、圧粉体２を積み重ねる段数は、圧粉体２の形状やサイズにもよるが、例えば２段以上１０段以下、更に６段以下とすることが挙げられる。

（焼結工程）
焼結工程は、複数の圧粉体を積み重ねた状態で焼結する工程である。

本実施形態では、図４に示すように圧粉体２を積み重ねた状態において、圧粉体２のいずれか一方の端面２１に上述した粗面領域が形成されていることで、積み重ねた圧粉体２の端面２１間の摩擦係数が高く、摩擦力により圧粉体２の積み重ねた状態を安定して維持できる。よって、複数の圧粉体２を積み重ねた状態で焼結する際、その状態を維持したまま焼結することが可能である。

圧粉体２を焼結することによって、焼結体１（図１、図２参照）が得られる。焼結条件は、金属粉末の組成に応じて公知の条件を適用できる。例えば、金属粉末が鉄系粉末の場合、焼結温度を、例えば１１００℃以上１４００℃以下、更に１２００℃以上１３００℃以下とすることが挙げられる。

圧粉体２の端面２１の粗面領域は焼結後も維持され、圧粉体２の粗面領域が形成された端面２１に対応する焼結体１の端面２１にも粗面領域が形成された状態になる。つまり、焼結体１のいずれか一方の端面２１には、表面粗さが最大高さＲｚで５μｍ以上の粗面領域を有する。

焼結工程の後、必要に応じて、焼結体１にサイジング、仕上げ加工、熱処理などの各種後処理を行ってもよい。焼結後のサイジングや仕上げ加工により、焼結体１の端面２１の粗面領域を平滑化して、焼結体１の端面２１を面粗度の小さい平滑面に形成してもよい。

＜焼結体＞
実施形態に係る焼結体１（図１、図２参照）は、上述した焼結体の製造方法により製造することができる。実施形態の焼結体１の特徴の１つは、焼結体１の上面２２及び下面２３のいずれか一方の端面２１の少なくとも一部に表面粗さが最大高さＲｚで５μｍ以上の粗面領域を有する点にある。ここでいう「焼結体の端面」とは、複数の焼結体１を上下方向に同じ向きで積み重ねたときに、上下の焼結体１の互いに接触する端面２１のことをいう。

粗面領域の表面粗さＲｚは、例えば６μｍ以上であることが好ましい。粗面領域の表面粗さＲｚの上限は、特に限定されないが、表面粗さが大き過ぎると、焼結体１を機械部品として使用したときの性能に影響を及ぼすため、例えば２０μｍ以下、更に１５μｍ以下であることが挙げられる。

粗面領域は、焼結体１のいずれか一方の端面２１に有していればよく、上面２２又は下面２３の一方の端面２１にのみ有していてもよいし、上面２２及び下面２３の両方の端面２１に有していてもよい。また、端面２１に占める粗面領域の面積割合は、例えば４０％以上、更に６０％以上、より更には８０％以上であることが挙げられ、端面２１の全面に粗面領域が形成されていてもよい。粗面領域の面積割合や形成箇所は、焼結体１の用途や仕様に応じて適宜決めればよい。この例では、圧粉体２の両方の端面２１（上面２２及び下面２３）の全面に粗面領域を有する。

｛作用効果｝
上述した実施形態に係る焼結体の製造方法は、圧粉体２のいずれか一方の端面２１に表面粗さが最大高さＲｚで５μｍ以上の粗面領域を成形時に形成しておき、複数の圧粉体２を端面同士が接触するように積み重ねて焼結する。圧粉体２のいずれか一方の端面２１に粗面領域が形成されていることで、圧粉体２を積み重ねたときに互いに接触する端面２１間の摩擦係数が高く、摩擦力により圧粉体２の積み重ねた状態を安定して維持することができる。よって、複数の圧粉体２を積み重ねた状態で焼結する際、その状態を維持したまま焼結することが可能である。したがって、実施形態の焼結体の製造方法は、圧粉体２を焼結する際に圧粉体２の積み重ねた状態を安定して維持することができる。実施形態の焼結体の製造方法は、例えばスプロケットなどの焼結機械部品の製造に好適に利用できる。

上述した実施形態に係る焼結体１は、いずれか一方の端面２１に表面粗さが最大高さＲｚで５μｍ以上の粗面領域を有することから、焼結前の圧粉体２において、その端面２１にも同じように粗面領域が形成されているといえる。そして、圧粉体２のいずれか一方の端面２１に粗面領域が形成されていることで、圧粉体２を積み重ねたときに互いに接触する端面２１間の摩擦係数が高く、摩擦力により圧粉体２の積み重ねた状態を安定して維持することができる。そのため、複数の圧粉体２を積み重ねた状態で焼結する際、その状態を維持したまま焼結することが可能である。したがって、実施形態の焼結体１は、積み重ねた状態で安定して焼結を行うことができる。上述した実施形態では、焼結体１がスプロケットである場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、焼結体１はポンプ用ロータなどの焼結機械部品であってもよい。

［試験例１］
パンチ面を放電加工により形成し、放電加工面（放電肌）とした上下のパンチと、パンチ面を放電加工した後、ラッピング加工して平滑面とした上下のパンチとをそれぞれ用意し、それぞれのパンチを用いて圧粉体を複数ずつ作製した。作製した圧粉体は、円環状で、内径５０ｍｍ、外径６０ｍｍ、厚さ１０ｍｍである。放電加工面としたパンチ面の表面粗さＲｚは５．０μｍとし、平滑面としたパンチ面の表面粗さＲｚは２．０μｍとした。また、それぞれのパンチを用いて作製した各圧粉体の端面（上面及び下面）の表面粗さを測定した。パンチ面を放電加工面とした圧粉体では、端面の最大高さＲｚが６．０μｍであり、端面が粗面になっていた。一方、パンチ面を平滑面とし圧粉体では、端面の最大高さＲｚが２．４μｍであり、端面が平滑面になっていた。

端面が粗面である圧粉体と端面が平滑面である圧粉体とをそれぞれ、接着剤を塗布せずに、上下方向（厚さ方向）に同じ向きで積み重ねて段積みした。そして、各圧粉体を２段積み重ねた状態で実際の製造ラインにおける搬送時の振動を与え、圧粉体のずれや荷崩れの有無を評価した。

積み重ねた各圧粉体に対し、実際の製造ラインで搬送する試験を繰り返し行って、圧粉体のずれや荷崩れの発生確率を調べた。その結果、端面が粗面である圧粉体の場合、圧粉体のずれや荷崩れが発生しなかったのに対し、端面が平滑面である圧粉体の場合、圧粉体のずれや荷崩れの発生確率が５％であった。

１ 焼結体
２ 圧粉体
１０ 貫通孔
２１ 端面
２２ 上面
２３ 下面
５０ 金型
５１ ダイ
５１０ 型孔
５２ 上パンチ
５３ 下パンチ
５２１、５３１ パンチ面
５５ コアロッド

Claims (4)

1. 金属粉末を含む原料粉末を金型で圧縮成形して圧粉体を作製し、前記圧粉体の上面及び下面のいずれか一方の端面の少なくとも一部に表面粗さが最大高さＲｚで５μｍ以上の粗面領域を形成する成形工程と、
   複数の前記圧粉体を前記端面同士が接触するように積み重ねる段積み工程と、
   複数の前記圧粉体を積み重ねた状態で焼結する焼結工程と、を備える焼結体の製造方法。
2. 前記金型は、前記原料粉末が充填される型孔が形成されたダイと、前記ダイの上下に対向配置され、前記型孔に充填された前記原料粉末を上下から圧縮する上パンチ及び下パンチとを備え、
   前記圧粉体の上面及び下面を形成する前記上パンチ及び下パンチのパンチ面のうち、前記粗面領域を形成する部分の表面粗さが最大高さＲｚで５μｍ以上になるように粗面化されている請求項１に記載の焼結体の製造方法。
3. 前記上パンチ及び下パンチのパンチ面の粗面化された部分が放電加工又は切削加工により形成されている請求項２に記載の焼結体の製造方法。
4. 焼結体の上面及び下面のいずれか一方の端面の少なくとも一部に表面粗さが最大高さＲｚで５μｍ以上の粗面領域を有する焼結体。

Images