JP2020117776A - 焼結製品の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大型の焼結製品であっても、迅速かつ均等な加熱による焼結を可能として、これにより均質な焼結製品を得る。【解決手段】本発明に係る焼結製品の製造方法は、金属粉末を主成分とする原料粉末を圧縮成形して、円盤状の圧粉成形体Ｗを取得する圧粉成形工程Ｓ１と、圧粉成形体Ｗを高周波加熱により所定の温度に加熱して、焼結処理を施す焼結工程Ｓ２とを備える。焼結工程Ｓ２では、圧粉成形体Ｗとその厚み方向で対向する位置に高周波加熱用コイル１１を配置した状態で、高周波用加熱コイル１１に通電して圧粉成形体Ｗを加熱する。【選択図】図５

Description

本発明は、焼結製品の製造方法及び製造装置に関し、特に均等な加熱により焼結処理を施すための技術に関する。

近年、金属製品の製造方法として、ニアネットシェイプの観点から焼結を利用した製法（粉末冶金法）が注目されている。この製法は、金属粉末を所定の形状に圧縮成形した後、金属の種類に応じた温度（すなわち焼結温度）に加熱することで焼結製品を形成するものである。例えば、強度や耐摩耗性などが必要とされる機械部品については、鉄を主成分とする金属粉末を圧縮成形して圧粉成形体を成形し、成形した圧粉成形体を焼結温度（鉄を主成分とする金属粉末であれば、通常、１１００度以上）に加熱して、当該加熱状態を一定時間保持することにより所定の強度等を有する焼結製の機械部品が製造されている。

ところで、焼結のための加熱処理には様々な種類があり、一般的には炉などを用いた雰囲気加熱が採用される（例えば、特許文献１を参照）。その他にも、光やマイクロ波などを加熱のためのエネルギー源として利用する加熱処理がある（例えば、特許文献２や特許文献３を参照）。

また、最近では、金属の加熱効率に優れた誘導加熱（特に高周波加熱）を利用して金属粉末の圧粉成形体を焼結温度にまで加熱することで、焼結処理を施す方法が提案されている（例えば、特許文献４を参照）。上述した誘導加熱は、螺旋状をなすコイル内に焼結対象品（圧粉成形体）を配置した状態で、上記コイルに通電することにより行われるのが一般的である（例えば、特許文献５を参照）。

特開２００２−３５００６３号公報 特開２０１５−２１８３５８号公報 特開平８−５０３２６３号公報 特開２０１５−１１７３９１号公報 特開２０１７−２００５５号公報

このように、誘導加熱を利用した焼結処理は、焼結対象品を短時間で焼結温度まで昇温することができるので、製造しようとする焼結製品が大型の部品である場合に好適である。その一方で、誘導加熱は、焼結対象品のうちコイルに近い部分ほど渦電流の発生量が多く、コイルから遠い部分ほど渦電流の発生量が小さいという特徴を有する。そのため、焼結対象品の形状や大きさによっては、焼結対象品を均等に加熱することが難しい。具体例を挙げると、焼結対象品が円盤状をなす場合に、特許文献５に記載のように、螺旋状をなす誘導加熱コイル内に焼結対象品（円盤状の圧粉成形体）を配置し、当該コイルに通電することで焼結対象品を加熱する従来の手法を採用したのでは、コイルに近い焼結対象品の外径側で優先的に誘導加熱が生じる一方、コイルから遠い中心側に対して十分な誘導加熱が生じない（外径側との間で加熱速度の差が生じる）おそれが生じる。特に、この傾向は、焼結対象品が大型である場合に顕著となる。

以上の実情に鑑み、本明細書では、大型の焼結製品であっても、迅速かつ均等な加熱による焼結を可能とすることを、解決すべき技術課題とする。

前記課題の解決は、本発明に係る焼結製品の製造方法によって達成される。すなわち、この製造方法は、金属粉末を主成分とする原料粉末を圧縮成形して、円盤状の圧粉成形体を取得する圧粉成形工程と、圧粉成形体を高周波加熱により所定の温度に加熱して、焼結処理を施す焼結工程とを備えた焼結製品の製造方法であって、焼結工程で、圧粉成形体とその厚み方向で対向する位置に高周波加熱用コイルを配置した状態で、高周波用加熱コイルに通電して圧粉成形体を加熱する点をもって特徴付けられる。なお、ここでいう「圧粉成形体」には、圧粉成形工程を経て得た直後の圧粉成形体だけでなく、例えば成形直後の圧粉成形体に仮焼結処理（焼結温度よりも低い温度で施される熱処理）を施したものも含まれる。また、ここでいう「主成分」は、原料粉末に含まれる粉末の中で最も含有比が高い粉末を指す。この場合、金属粉末を主成分とする原料粉末には、当該金属粉末のみからなる原料粉末が含まれる。もちろん、金属粉末以外の粉末、例えば潤滑剤などの添加剤が原料粉末に含まれてもよい。

このように、本発明では、焼結工程において、圧粉成形体を高周波加熱で加熱し、焼結処理を施すに際し、圧粉成形体とその厚み方向で対向する位置に高周波加熱用コイルを配置したので、円盤状をなす圧粉成形体の外径側と中心側とで同レベルの誘導加熱が生じる。これにより時間差なく圧粉成形体の全域を均等に加熱することができるので、均質な焼結体を得ることが可能となる。また、焼結製品がある程度大型であっても、円盤状をなす圧粉成形体であれば、その厚み方向への加熱速度の差はそれほど問題とならないため、圧粉成形体をその厚み方向に均等に加熱することができる。もちろん、高周波加熱により圧粉成形体を加熱して焼結処理を施すことにより、焼結処理のための加熱（昇温）を短時間で終了させることができる。以上より、本発明によれば、迅速かつ均等な加熱による焼結処理を施して、均質な焼結製品を得ることが可能となる。

また、本発明に係る焼結製品の製造方法において、高周波加熱用コイルは、複数の環状コイル部材を同心円状に配置して成るものであってもよい。

このように、高周波加熱用コイルを構成することによって、円盤状をなす圧粉成形体の全域にわたって可及的に偏りなく誘導加熱を生じさせることができる。これにより、圧粉成形体への均等な加熱を安定的に実施することができる。また、上記構成のコイルであれば、比較的容易に製作可能であるから、設備コストの面でも好ましい。

また、本発明に係る焼結製品の製造方法において、圧粉成形体の外周縁と高周波加熱用コイルとの対向隙間を全周にわたって均一にした状態で、高周波加熱用コイルに通電して圧粉成形体を加熱してもよい。

このように、圧粉成形体の外周縁を基準として、高周波加熱用コイルとの対向姿勢並びに対向位置を設定することによって、圧粉成形体への均等な加熱を精度よく実施することができる。なお、複数の環状コイルが同心円状にかつ圧粉成形体との対向隙間がそれぞれ異なるように配置される場合（例えば内側の環状コイルほど圧粉成形体との対向隙間が小さく、外側の環状コイルほど圧粉成形体との対向隙間が大きい場合）、各環状コイルと圧粉成形体との対向隙間を全周にわたって均一にした状態で、通電加熱してもよい。

また、本発明に係る焼結製品の製造方法において、圧粉成形体を支持する支持部を回転させて圧粉成形体を軸回転させながら、高周波加熱用コイルに通電して圧粉成形体を加熱してもよい。なお、ここでいう「軸回転」とは、円盤状をなす圧粉成形体の厚み方向に沿った仮想軸線まわりの回転をいう。

このように、高周波加熱用コイルと厚み方向で対向配置した圧粉成形体を軸回転させながら、高周波加熱処理を施すことによって、コイルによる円周方向での誘導加熱のばらつきを抑制することができる。そのため、上記構成によっても、圧粉成形体への均等な加熱を精度よく実施することが可能となる。

また、本発明に係る焼結製品の製造方法において、圧粉成形体とその径方向外側又は内側で接するように位置決め治具を配置した状態で、高周波加熱用コイルに通電して圧粉成形体を加熱してもよい。

上記構成によれば、圧粉成形体を径方向に位置決めした状態で高周波加熱を実施できるので、これによっても、圧粉成形体への均等な加熱を精度よく実施することが可能となる。

また、本発明に係る焼結製品の製造方法において、圧粉成形体と高周波加熱用コイルとの間にセラミックス製の拘束用治具を配置し、拘束用治具で圧粉成形体を厚み方向に拘束した状態で、高周波加熱用コイルに通電して圧粉成形体を加熱してもよい。

このように、拘束用治具で圧粉成形体を厚み方向に拘束した状態で、高周波加熱を実施することにより、ローレンツ力に起因する圧粉成形体のコイル側への移動を防止することができる。また、拘束用治具をセラミックス製とすることで、拘束用治具を高周波加熱用コイルと圧粉成形体との間に配置したことによる誘導加熱への影響を排除することができるので、加熱効率の観点からも問題はない。

また、本発明に係る焼結製品の製造方法において、高周波加熱用コイルの通電を制御することにより、圧粉成形体を焼結温度まで加熱した後、焼結温度を所定時間の間維持してもよい。

このように、高周波加熱用コイルの通電を制御することにより、高周波加熱のための設備のみで、圧粉成形体に対する一連の加熱処理（昇温処理並びに保温処理）を実施することができる。よって、設備をコンパクト化できると共に、設備コストの抑制にも寄与し得る。

また、本発明に係る焼結製品の製造方法において、焼結製品は、ギヤ、スプロケット、クラッチ、カムからなる群から選択される一の部品であってもよい。

本発明は、特に円盤状をなす焼結製品の焼結処理に有効であるから、上述の如き種類の焼結製品の焼結処理に本発明を適用することにより、均質な機械部品を得ることが可能となる。

また、前記課題の解決は、本発明に係る焼結製品の製造装置によっても達成される。すなわち、この製造装置は、金属粉末を主成分とする原料粉末を圧縮成形してなる圧粉成形体を焼結温度に加熱可能な高周波加熱装置を備えた焼結製品の製造装置であって、高周波加熱装置は、誘導加熱により圧粉成形体を加熱する高周波加熱用コイルを有し、高周波加熱用コイルは、圧粉成形体とその厚み方向で対向する位置に配置可能とされる点をもって特徴付けられる。

本発明に係る製造装置によれば、本発明に係る製造方法と同様に、円盤状をなす圧粉成形体の外径側と中心側とで同レベルの誘導加熱が生じさせることができる。これにより時間差なく圧粉成形体の全域を均等に加熱することができるので、均質な焼結体を得ることが可能となる。また、焼結製品がある程度大型であっても、円盤状をなす圧粉成形体であれば、その厚み方向への加熱速度の差はそれほど問題とならないため、圧粉成形体をその厚み方向に均等に加熱することができる。もちろん、高周波加熱により圧粉成形体を加熱して焼結処理を施すことにより、焼結処理のための加熱（昇温）を短時間で終了させることができる。以上より、本発明によれば、迅速かつ均等な加熱による焼結処理を施して、均質な焼結製品を得ることが可能となる。

以上述べたように、本発明によれば、大型の焼結製品であっても、迅速かつ均等な加熱による焼結を可能として、これにより均質な焼結製品を得ることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る焼結製品の製造方法の全体の流れを示すフローチャートである。 図１に示す焼結工程の詳細な手順を示すフローチャートである。 焼結工程に使用する高周波加熱装置の全体構成を示す図である。 図３に示す高周波加熱用コイルの（ａ）平面図、（ｂ）側面図、及び（ｃ）Ａ矢視図である。 図３に示す支持装置の要部断面図である。 図２に示す焼結工程における（ａ）圧粉成形体の温度履歴、及び（ｂ）高周波加熱用コイルの通電履歴をそれぞれ概念的に示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る焼結製品の製造方法の全体の流れを示すフローチャートである。図１に示すように、本発明に係る製造方法は、金属粉末を主成分とする原料粉末を圧縮成形する圧粉成形工程Ｓ１と、圧縮成形により得られた圧粉成形体に焼結処理を施す焼結工程Ｓ２とを備える。もちろん、焼結工程Ｓ２の後に他の工程を設けてもよく、例えば必要に応じて、焼入れ工程や焼き戻し工程、型矯正工程、研磨工程など任意の熱処理工程や後加工（機械加工）を設けてもよい。また、各熱処理工程や後加工工程の後に、洗浄工程や検査工程を設けてもよい。あるいは、圧粉成形工程Ｓ１と焼結工程Ｓ２との間に、圧粉成形体の取り扱い性向上を目的として、焼結温度よりも低い温度で圧粉成形体に加熱処理を施す仮焼結工程を設けてもよい。

ここで、焼結工程Ｓ２は、図２に示すように、圧粉成形により得た圧粉成形体Ｗを誘導加熱により焼結温度にまで加熱する昇温工程Ｓ２１と、焼結温度にまで加熱した圧粉成形体Ｗを保温する保温工程Ｓ２２とを有する。本実施形態では、昇温工程Ｓ２１における圧粉成形体Ｗの加熱が誘導加熱としての高周波加熱で行われる。また、保温工程Ｓ２２における圧粉成形体Ｗの加熱も高周波加熱で行われる。

ここで、対象となる圧粉成形体Ｗの形状（通常、この形状が最終製品としての焼結製品の形状となる）は円盤状であり、例えば本実施形態では、中央に孔部Ｗａを有する環状をなす。もちろん、孔部Ｗａはなくてもよい。また、本実施形態では、厚み方向（図３でいえば上下方向）を指向する第一及び第二の主表面Ｗｂ１，Ｗｂ２が共に平坦状をなす場合を例示しているが、各主表面Ｗｂ１，Ｗｂ２は多少の凹凸を有してもよい。同様に、本実施形態では、外周面Ｗｃと内周面（孔部Ｗａの表面）は共に円筒状をなす場合を例示しているが、主表面Ｗｂ１，Ｗｂ２と同様、多少の凹凸（例えば歯車の山部と谷部など）を有してもよい。

また、上記形状をなす圧粉成形体Ｗの外径寸法（外周面Ｗｃに凹凸がある場合、凸部と接する仮想外接円の直径）は、例えば２０ｍｍ以上でかつ２００ｍｍ以下であり、厚み寸法（主表面Ｗｂ１，Ｗｂ２に凹凸がある場合、各凸部の先端と接する二つの仮想平面間の距離）は、例えば２ｍｍ以上でかつ２０ｍｍ以下である。

また、圧粉成形体Ｗを構成する原料粉末の組成（通常、この組成が最終製品としての焼結製品の組成になる）については原則任意であり、例えば炭素を所定の割合含む鉄系粉末（鉄合金粉末）を主成分として含む粉末組成を挙げることができる。もちろん、鉄系粉末のみで原料粉末を構成してもよい。あるいは、鉄系以外の金属粉末を主成分とする粉末組成を採用してもよい。また、用途の面から見た圧粉成形体Ｗ（焼結製品）の種類についても任意であり、例えばギヤやスプロケット、クラッチ、カムなど、相対的に優れた機械的特性が求められる用途に用いられる機械部品が好適な対象となり得る。

図３は、焼結工程Ｓ２に使用する誘導加熱装置としての高周波加熱装置１０の要部断面正面図である。この加熱装置１０は、焼結処理の対象となる圧粉成形体Ｗに対して所定の温度履歴で加熱処理を施すように構成されたもので、高周波加熱用コイル１１と、高周波加熱用コイル１１に電力を供給する電源１２と、高周波加熱用コイル１１で加熱可能な位置で圧粉成形体Ｗを支持する支持装置１３とを備える。

ここで、高周波加熱用コイル１１は、例えば銅管等の導電性金属で形成される。本実施形態では、この高周波加熱用コイル１１は、図４（ａ）に示すように、環状をなすように延在する複数の環状コイル部材１４〜１６を有している。これら複数の環状コイル部材１４〜１６は、同心円状に配設されており、各々の下端面１４ａ〜１６ａは同一平面上にある（図４（ｂ）を参照）。各環状コイル部材１４〜１６の両端には、環状コイル部材１４〜１６同士を接続し、又は特定の環状コイル部材１４，１６と電源１２と接続する接続部１７ａ〜１７ｄが接続されている。図示例でいえば、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、最も内側に位置する第一環状コイル部材１４の一端部１４ｂが、第一接続部１７ａを介して、電源１２に接続されると共に、第一環状コイル部材１４の他端部１４ｃが、第二接続部１７ｂを介して、第一環状コイル部材１４の外側に位置する第二環状コイル部材１５の一端部１５ｂに接続される。また、第二環状コイル部材１５の他端部１５ｃが、第三接続部１７ｃを介して、第二環状コイル部材１５の外側に位置する第三環状コイル部材１６の一端部１６ｂに接続されると共に、第三環状コイル部材１６の他端部１６ｃが、第四接続部１７ｄを介して、電源１２に接続されている。これにより、一つの通電系で、三つの環状コイル部材１４〜１６への通電を可能としている。

支持装置１３は、ベース部１８と、ベース部１８に取付けられ、加熱対象となる圧粉成形体Ｗを支持する支持部１９とを有する。この場合、高周波加熱用コイル１１の各環状コイル部材１４〜１６が、圧粉成形体Ｗとその厚み方向で対向するように、ベース部１８及び支持部１９の位置が設定される。ここで、高周波加熱用コイル１１が図４に示すように、複数の環状コイル部材１４〜１６を同心円状に配置してなる場合、各環状コイル部材１４〜１６の中心軸Ｘ１が、圧粉成形体Ｗの中心軸Ｘ２と一致するように配置するのがよい。また、少なくとも各環状コイル部材１４〜１６と対向する圧粉成形体Ｗの第一主表面Ｗｂ１がその全域にわたって平坦状をなす場合、第一主表面Ｗｂ１と下端面１４ａ〜１６ａとの対向隙間Ｇが均一かつ所定の大きさになるよう、圧粉成形体Ｗの位置及び姿勢、ひいては支持部１９の位置及び姿勢が所定の態様に設定される。

また、本実施形態では、支持装置１３は、圧粉成形体Ｗを厚み方向に拘束する拘束用治具としての押さえ板２０をさらに有する。この押さえ板２０は絶縁体、例えばセラミックス製であり、圧粉成形体Ｗと各環状コイル部材１４〜１６との間に配設された状態で、支持部１９に固定される。これにより、圧粉成形体Ｗを厚み方向に挟持して、各環状コイル部材１４〜１６側への移動を完全に規制可能としている。また、支持部１９は、本実施形態では、圧粉成形体Ｗの下方及び外側を覆った状態で圧粉成形体Ｗを保持する保持部材２１と、保持部材２１の下側（圧粉成形体Ｗから遠い側）に位置する断熱部材２２とで構成されており、保持部材２１はセラミックスなどの絶縁性材料で形成される。これにより、圧粉成形体Ｗは周囲を絶縁体（押さえ板２０、保持部材２１）で覆われた状態となるため、誘導加熱の効率低下が防止され得る。また、支持部１９の一部（下部）を断熱部材２２で構成したことにより、圧粉成形体Ｗでの発熱が支持部１９側に逃げる事態を可及的に防止し得る。もちろん、押さえ板２０と保持部材２１をともにセラミックス製とすることで、絶縁性だけでなく断熱性も付与できるので、圧粉成形体Ｗの発熱効率の低下防止にも寄与し得る。

また、本実施形態では、支持装置１３は、圧粉成形体Ｗとその径方向内側で接する位置決め治具２３をさらに有する。この位置決め治具２３は、圧粉成形体Ｗの孔部Ｗａを挿通可能な形状をなし、挿通した状態で孔部Ｗａの内面と接するよう、その大きさが設定されている。これにより、圧粉成形体Ｗは半径方向に位置決めされた状態で支持部１９により支持され得る。なお、位置決め治具２３の材質は原則として任意であるが、誘導加熱の効率が低下する事態を防止する観点からセラミックス製などの絶縁性材料で形成するのが好ましい。

また、本実施形態では、支持装置１３は、圧粉成形体Ｗを軸回転させる軸回転装置２４をさらに備える。この軸回転装置２４は、例えば図３に示すように、ベース部１８から下方に延びるシャフト部２５と、シャフト部２５に回転駆動力を付与する回転駆動部２６とを有する。上記構成により、シャフト部２５がその中心軸Ｘ３まわりに回転し、支持部１９を介してベース部１８に取付けられた圧粉成形体Ｗが、シャフト部２５の中心軸Ｘ３まわりに回転可能となる。よって、この際、上述した位置決め治具２３により圧粉成形体Ｗの中心軸Ｘ２をシャフト部２５の中心軸Ｘ３と一致させておくことで、圧粉成形体Ｗはその中心軸Ｘ２まわりに回転可能となる。

なお、何れも図示は省略するが、圧粉成形体Ｗの支持装置１３上への搬入及び搬出態様は任意であり、公知の搬送手段を採用することが可能である。また、圧粉成形体Ｗを単独で支持部１９上に搬入及び搬出してもよいことはもちろんだが、搬入及び搬出時の取り扱い性を高める目的で、圧粉成形体Ｗと接する他の部材（支持部１９、押さえ板２０など）と圧粉成形体Ｗを一体的に支持装置１３上に搬入及び搬出してもかまわない。もちろん、支持装置１３が圧粉成形体Ｗの搬送機構を兼ねていてもよい。

上記構成の高周波加熱装置１０は、例えば図示を省略するが、少なくとも高周波加熱用コイル１１と支持装置１３の周囲を囲む壁部をさらに有するものであってもよい。この場合、壁部で囲まれた高周波加熱装置１０の内部空間の雰囲気温度を、高周波加熱装置１０とは別の装置である温度調整装置により調整することも可能である。あるいは、高周波加熱装置１０に隣接して雰囲気温度を調整可能な温度調整室を設けてもよい。

また、上記構成の高周波加熱装置１０は、高周波加熱用コイル１１への通電を制御可能な制御装置２７をさらに有するものであってもよい（図３を参照）。この場合、制御装置２７は、例えば図６（ａ）に示すように、圧粉成形体Ｗを焼結温度Ｔ１まで加熱した後、焼結温度Ｔ１を所定時間ｔ２−ｔ１の間維持する温度履歴となるよう、高周波加熱用コイル１１の通電量を制御可能とされる。図６（ｂ）はその一例であって、昇温工程Ｓ２１で通電量を第一の電流値Ｉ１とし、保温工程Ｓ２２で通電量を第一の電流値Ｉ１よりも小さい第二の電流値Ｉ２とする通電履歴を挙げることができる。

次に、本発明に係る焼結製品の製造方法の一例を、上記構成の高周波加熱装置１０を用いた焼結工程Ｓ２を中心に説明する。

（Ｓ１）圧粉成形工程
この工程では、まず上述した組成の金属粉末を主成分とする原料粉末を図示しない成形装置に供給し、加圧する。これにより上記原料粉末を圧縮成形し、円盤状の圧粉成形体Ｗを得る。

（Ｓ２）焼結工程
続いて、圧粉成形工程Ｓ１で得られた圧粉成形体Ｗを図３に示す高周波加熱装置１０に供給し、所定の加熱処理を施すことで、圧粉成形体Ｗに焼結処理を施す。ここでは、まず圧粉成形体Ｗを支持装置１３上に配置する。この際、押さえ板２０は外した状態とし、位置決め治具２３を孔部Ｗａに挿通した状態で支持部１９の保持部材２１上に圧粉成形体Ｗを載置する。これにより、圧粉成形体Ｗの径方向の位置決めがなされた状態となる。具体的には、圧粉成形体Ｗの中心軸Ｘ２が、高周波加熱用コイル１１の中心軸Ｘ１及び軸回転装置２４の中心軸Ｘ３と一致した状態で支持部１９に支持された状態となる。然る後、押さえ板２０を支持部１９に固定することにより、圧粉成形体Ｗの高周波加熱用コイル１１側への移動が規制された状態で、圧粉成形体Ｗが所定位置に保持される。

（Ｓ２１）昇温工程
このようにして圧粉成形体Ｗを支持した状態から、制御装置２７が電源１２に指令を送り、高周波加熱用コイル１１（ここでは三つの環状コイル部材１４〜１６）への所定パターンの通電を開始することにより、厚み方向で対向する圧粉成形体Ｗに誘導加熱を生じさせる。この通電は、圧粉成形体Ｗの温度が焼結温度Ｔ１に達するまで継続する。また、この際の通電量を所定の大きさ（第一電流値Ｉ１）に維持する。これにより、通電開始から所定時間（ｔ１−ｔ０）の後、圧粉成形体Ｗが焼結温度Ｔ１にまで加熱された状態となる（図６（ａ）を参照）。なお、上述の期間（昇温開始時ｔ０から昇温終了時ｔ１までの間）中、圧粉成形体Ｗを中心軸Ｘ２まわりに軸回転させながら通電による誘導加熱を継続実施するのがよい。これにより、支持部１９上の圧粉成形体Ｗ全体が均等にかつ急速に加熱される。

（Ｓ２２）保温工程
このようにして圧粉成形体Ｗを焼結温度Ｔ１にまで加熱した後、圧粉成形体Ｗを引き続き高周波加熱装置１０で加熱し、圧粉成形体Ｗの保温を行う。具体的には、図６（ｂ）等に示す出力パターンに基づいて制御装置２７が電源１２に指令を送り、高周波加熱装置１０（高周波加熱用コイル１１）による圧粉成形体Ｗの加熱を制御する。具体的には、所定時間の間、通電量（第二の電流値Ｉ２）を昇温時の通電量（第一の電流値Ｉ１）よりも小さくした状態で維持する。これにより、圧粉成形体Ｗが焼結温度Ｔ１に維持された状態で、所定時間の間保温される（図６（ａ）を参照）。以上の通電履歴及び温度履歴を経て、圧粉成形体Ｗに所定の焼結処理が施され、焼結体が得られる。

この後、必要に応じて一又は複数の熱処理、後加工（仕上げ加工）、洗浄、検査の各工程を経ることにより、焼結製品が完成する。

以上述べたように、本発明に係る焼結製品の製造方法によれば、焼結工程Ｓ２において、圧粉成形体Ｗを高周波加熱で加熱するに際し、圧粉成形体Ｗとその厚み方向で対向する位置に高周波加熱用コイル１１を配置したので（図５を参照）、円盤状をなす圧粉成形体Ｗの外径側と中心側とで同レベルの誘導加熱が生じる。これにより時間差なく圧粉成形体Ｗの全域を均等に加熱することができるので、均質な焼結体を得ることが可能となる。また、焼結製品がある程度大型であっても、円盤状をなす圧粉成形体Ｗであれば、その厚み方向への加熱速度の差はそれほど問題とならないため、圧粉成形体Ｗをその厚み方向に均等に加熱することができる。もちろん、高周波加熱により圧粉成形体Ｗを加熱して焼結処理を施すことにより、焼結処理のための加熱（昇温）を短時間で終了させることができる。以上より、本発明によれば、迅速かつ均等な加熱による焼結処理を施して、均質な焼結製品を得ることが可能となる。

また、本実施形態では、高周波加熱用コイル１１を構成する複数の環状コイル部材１４〜１６を同心円状に配置したので（図４（ａ）を参照）、円盤状をなす圧粉成形体Ｗの全域にわたって可及的に偏りなく誘導加熱を生じさせることができる。これにより、圧粉成形体Ｗへの均等な加熱を安定的に実施することができる。また、上記構成の高周波加熱用コイル１１であれば、比較的容易に製作可能であるから、設備コストの面でも好ましい。

また、本実施形態では、圧粉成形体Ｗと高周波加熱用コイル１１との間に拘束用治具としての押さえ板２０を配置し、押さえ板２０で圧粉成形体Ｗを厚み方向に拘束した状態で、高周波加熱用コイル１１に通電して圧粉成形体Ｗを加熱するようにした（図５を参照）。このように圧粉成形体Ｗを厚み方向に拘束した状態で、高周波加熱を実施することにより、ローレンツ力に起因する圧粉成形体Ｗの高周波加熱用コイル１１側への移動を防止することができる。また、押さえ板２０をセラミックス製とすることで、押さえ板２０を高周波加熱用コイル１１と圧粉成形体Ｗとの間に配置したことによる誘導加熱への影響を排除することができるので、加熱効率の観点からも問題はない。また、この際、支持部１９を保持部材２１と断熱部材２２とで構成し、保持部材２１をセラミックス製とすることで、圧粉成形体Ｗの周囲を絶縁環境としつつ圧粉成形体Ｗで発生した熱が逃げる事態を防止することができる。よって、誘導加熱効率並びに発熱効率をともに向上させることが可能となる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明に係る焼結製品の製造方法及び製造装置は、その趣旨を逸脱しない範囲において、上記以外の構成を採ることも可能である。

例えば上記実施形態では、三個の環状コイル部材１４〜１６を同心円状に配置してなる高周波加熱用コイル１１を例示したが、もちろん、高周波加熱用コイル１１はこれ以外の形態を採ることも可能である。例えば何れも図示は省略するが、図４に示す如き環状コイル部材を同心円状に二個又は四個以上配置した形態を採ることも可能である。あるいは、中心軸Ｘ１方向に二個以上の環状コイル部材を重ねて配置した形態を採ることも可能である。また、高周波加熱用コイル１１を構成するコイル部材の形状は円環状以外の環状をなすものであってもよく、環状以外の形状をなすものであってもよい。

また、支持装置１３に関し、上記実施形態では、圧粉成形体Ｗとその内径側で接する位置決め治具２３を採用した場合を例示したが（図５を参照）、もちろんこれ以外の位置決め手段を採用することも可能である。例えば図示は省略するが、位置決め治具２３を省略する代わりに、保持部材２１の内周面が圧粉成形体Ｗの外周面Ｗｃと接するようにして、圧粉成形体Ｗの径方向の位置決めを行ってもよい。この場合、保持部材２１は支持機能と位置決め機能を兼ねる。

また、上記実施形態では、支持部１９を保持部材２１と断熱部材２２とで構成した場合を例示したが（図５を参照）、例えば保持部材２１をセラミックス製とすることにより十分な断熱効果が見込まれるのであれば、支持部１９を保持部材２１のみで構成し、断熱部材２２を省略してもよい。

また、上記実施形態では、一個の圧粉成形体Ｗを一台の高周波加熱装置１０で加熱して焼結処理を施す場合を例示したが（図３等を参照）、これ以外の加熱態様をとることも可能である。例えば図示は省略するが、一台の高周波加熱装置１０に、複数の高周波加熱用コイル１１と支持装置１３を設けて、高周波加熱用コイル１１と同数の圧粉成形体Ｗに焼結処理を施してもよい。あるいは、上述した高周波加熱装置１０を複数台用意し、これら複数台の高周波加熱装置１０で高周波加熱装置１０と同数の圧粉成形体Ｗに焼結処理を施してもよい。

また、上記実施形態では、焼結工程Ｓ２中の昇温工程Ｓ２１と保温工程Ｓ２２をともに高周波加熱装置１０を用いて実施した場合を例示したが、もちろん全加熱期間を高周波加熱で実施する必要はない。例えば急速な加熱が好ましい昇温工程Ｓ２１を高周波加熱で実施し、保温工程Ｓ２２を炉加熱等の雰囲気加熱で分けて実施してもよい。

１０ 高周波加熱装置
１１ 高周波加熱用コイル
１２ 電源
１３ 支持装置
１４，１５，１６ 環状コイル部材
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ 接続部
１８ ベース部
１９ 支持部
２０ 押さえ板
２１ 保持部材
２２ 断熱部材
２３ 位置決め治具
２４ 軸回転装置
２５ シャフト部
２６ 回転駆動部
２７ 制御装置
Ｇ 対向隙間
Ｓ１ 圧粉成形工程
Ｓ２ 焼結工程
Ｓ２１ 昇温工程
Ｓ２２ 保温工程
Ｗ 圧粉成形体
Ｗａ 孔部
Ｗｂ１，Ｗｂ２ 主表面
Ｗｃ 外周面
Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３ 中心軸

Claims (9)

1. 金属粉末を主成分とする原料粉末を圧縮成形して、円盤状の圧粉成形体を取得する圧粉成形工程と、
   前記圧粉成形体を高周波加熱により所定の温度に加熱して、焼結処理を施す焼結工程とを備えた焼結製品の製造方法であって、
   前記焼結工程で、前記圧粉成形体とその厚み方向で対向する位置に高周波加熱用コイルを配置した状態で、前記高周波用加熱コイルに通電して前記圧粉成形体を加熱することを特徴とする焼結製品の製造方法。
2. 前記高周波加熱用コイルは、複数の環状コイル部材を同心円状に配置して成る請求項１に記載の焼結製品の製造方法。
3. 前記圧粉成形体の外周縁と前記高周波加熱用コイルとの対向隙間を全周にわたって均一にした状態で、前記高周波加熱用コイルに通電して前記圧粉成形体を加熱する請求項１又は２に記載の焼結製品の製造方法。
4. 前記圧粉成形体を支持する支持部を回転させて前記圧粉成形体を軸回転させながら、前記高周波加熱用コイルに通電して前記圧粉成形体を加熱する請求項１〜３の何れか一項に記載の焼結製品の製造方法。
5. 前記圧粉成形体とその径方向外側又は内側で接するように位置決め治具を配置した状態で、前記高周波加熱用コイルに通電して前記圧粉成形体を加熱する請求項１〜４の何れか一項に記載の焼結製品の製造方法。
6. 前記圧粉成形体と前記高周波加熱用コイルとの間にセラミックス製の拘束用治具を配置し、前記拘束用治具で前記圧粉成形体を厚み方向に拘束した状態で、前記高周波加熱用コイルに通電して前記圧粉成形体を加熱する請求項１〜５の何れか一項に記載の焼結製品の製造方法。
7. 前記高周波加熱用コイルの通電を制御することにより、前記圧粉成形体を焼結温度まで加熱した後、前記焼結温度を所定時間の間維持する請求項１〜６の何れか一項に記載の焼結製品の製造方法。
8. 前記焼結製品は、ギヤ、スプロケット、クラッチ、カムからなる群から選択される一の部品である請求項１〜７の何れか一項に記載の焼結製品の製造方法。
9. 金属粉末を主成分とする原料粉末を圧縮成形してなる圧粉成形体を焼結温度に加熱可能な高周波加熱装置を備えた焼結製品の製造装置であって、
   前記高周波加熱装置は、誘導加熱により前記圧粉成形体を加熱する高周波加熱用コイルを有し、
   前記高周波加熱用コイルは、前記圧粉成形体とその厚み方向で対向する位置に配置可能とされることを特徴とする焼結製品の製造装置。

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