JP2024024207A - 機械部品、機械アセンブリ、および機械部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】穴の開口縁部が損傷し難い機械部品を提供する。【解決手段】金属粉末の焼結体によって構成された機械部品であって、第一面と、前記第一面に形成される第一穴と、前記第一穴の内周面と前記第一面とをつなぐ環状の開口縁部とを備え、前記開口縁部は、前記開口縁部の周方向の少なくとも一部を構成する第一縁部を含み、前記第一縁部は、前記内周面に滑らかにつながる曲面を含み、前記曲面から深さ０．６ｍｍ以下の領域における所定範囲の第一密度が、前記曲面から深さ１ｍｍ超の領域における所定範囲の第二密度よりも高い、機械部品。【選択図】図３

Description

本開示は、機械部品、機械アセンブリ、および機械部品の製造方法に関する。

金属粉末の焼結体によって構成される機械部品が知られている。焼結体は、圧粉成形体を焼結することで作製される。圧粉成形体は、金属粉末を加圧成形することで得られる。例えば特許文献１は、金属粉末の焼結体によって構成された機械部品として歯車を開示する。

機械部品には、他の機械部品と組み合わされて機械アセンブリを構成するものがある。そのような機械アセンブリは例えば、穴を有する機械部品と、その穴に出入りする可動部品と、を備える機械アセンブリである。このような機械アセンブリでは、穴の開口縁部に可動部品が接触し、開口縁部が損傷するおそれがある。

特開２０２０－８２２０３号公報

圧粉成形体の密度が高くなれば、圧粉成形体を焼結することで得られる機械部品の疲労強度が向上し、穴の開口縁部が損傷し難くなる。しかし、圧粉成形体の密度が高すぎると、圧粉成形体の作製時および焼結時に割れなどの不具合が生じ易い。

本開示の目的の一つは、穴の開口縁部が損傷し難い機械部品、および機械部品の製造方法を提供することにある。本開示の別の目的は、本開示の機械部品を備える機械アセンブリを提供することにある。

本開示の機械部品は、
金属粉末の焼結体によって構成された機械部品であって、
第一面と、
前記第一面に形成される第一穴と、
前記第一穴の内周面と前記第一面とをつなぐ環状の開口縁部とを備え、
前記開口縁部は、前記開口縁部の周方向の少なくとも一部を構成する第一縁部を含み、
前記第一縁部は、前記内周面に滑らかにつながる曲面を含み、
前記曲面から深さ０．６ｍｍ以下の領域における所定範囲の第一密度が、前記曲面から深さ１ｍｍ超の領域における所定範囲の第二密度よりも高い。

本開示の機械アセンブリは、
本開示の機械部品と、
前記機械部品の前記第一穴の内部に配置された状態と、前記第一穴の外部に配置された状態との間で移動可能に構成されている可動部品と、を備える。

本開示の機械部品の製造方法は、
金属粉末を加圧成形することで、第一面と前記第一面に形成される第一穴とを備える圧粉成形体を作製する工程Ａと、
前記圧粉成形体を焼結することで、焼結体を作製する工程Ｂと、
前記工程Ｂの後に、前記第一穴の開口を取り囲む環状の縁部領域の少なくとも一部を治具によって加圧することで、前記第一面と前記第一穴の内周面とをつなぐ第一縁部を形成する工程Ｃと、を備え、
前記第一縁部は、前記内周面に滑らかにつながる曲面を備える。

本開示の機械部品および機械アセンブリは、損傷し難い開口縁部を備える。

本開示の機械部品の製造方法は、損傷し難い開口縁部を備える機械部品を製造できる。

図１は、実施形態１に記載される機械アセンブリの概略構成図である。 図２は、図１に示される機械アセンブリの部分断面図である。 図３は、図１に示される機械部品のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。 図４は、図１に示される機械部品のＩＶ－ＩＶ断面図である。 図５は、図３に対応する箇所の断面写真である。 図６は、実施形態１に記載される機械部品を作製するための圧粉成形体の概略構成図である。 図７は、図６に示される圧粉成形体のＶＩＩ－ＶＩＩ断面図である。 図８は、図６に示される圧粉成形体のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ断面図である。 図９は、実施形態１に記載される機械部品の製造に用いられる治具の概略説明図である。

［本開示の実施形態の説明］
以下、本開示の実施態様を列記して説明する。

＜１＞実施形態に係る機械部品は、
金属粉末の焼結体によって構成された機械部品であって、
第一面と、
前記第一面に形成される第一穴と、
前記第一穴の内周面と前記第一面とをつなぐ環状の開口縁部とを備え、
前記開口縁部は、前記開口縁部の周方向の少なくとも一部を構成する第一縁部を含み、
前記第一縁部は、前記内周面に滑らかにつながる曲面を含み、
前記曲面から深さ０．６ｍｍ以下の領域における所定範囲の第一密度が、前記曲面から深さ１ｍｍ超の領域における所定範囲の第二密度よりも高い。

上記機械部品は、後述するように、第一穴に出入りするピンなどの可動部品と組み合わされる。上記機械部品では、第一穴の開口を取り囲む開口縁部が第一縁部を備え、その第一縁部が第一穴の内周面に滑らかにつながる曲面を有する。滑らかにつながる曲面と内周面との間には明確な稜線がないため、可動部品が第一穴に入り込む際、可動部品がスムーズに第一穴に案内される。しかも上記機械部品では、曲面の近傍の密度がその他の箇所の密度よりも高い。従って、第一穴に配置される可動部品が開口縁部の曲面に接触しても、曲面を含む開口縁部が損傷し難い。

上記機械部品において第二密度を測定する位置は、曲面から深さ１ｍｍ超の領域内であればどの位置でも良い。即ち、第二密度は、機械部品における曲面の近傍を除く大部分の密度と考えて良い。従って、上記機械部品では、曲面の近傍が他の部分に比べて局所的に高密度になっている。このような構成を備える機械部品では、全体の密度が第一密度と同等である機械部品に比べて、製造時に割れなどの不具合が生じ難い。

＜２＞上記＜１＞に記載される機械部品において、
前記焼結体の真密度に対する前記第一密度の割合が９４％以上であっても良い。

焼結体の真密度に対する第一密度の割合は、曲面から深さ０．６ｍｍ以下の局所領域の相対密度である。９４％以上の相対密度を有する局所領域は、面圧に対する疲労強度に優れる。従って、第一穴に可動部品が出入りしても、開口縁部が損傷し難い。

＜３＞上記＜１＞または＜２＞に記載される機械部品において、
前記焼結体の真密度に対する前記第二密度の割合が８６％以上９２％以下であっても良い。

上述したように、第二密度は、機械部品における曲面の近傍を除く大部分の密度と考えて良い。大部分が８６％以上の相対密度を有する機械部品は機械的強度に優れる。このような機械部品は、装置に組み込まれた際、損傷し難い。また、９２％以下の相対密度を有する機械部品には、機械部品の密度が高すぎることに起因する割れなどの不具合が生じ難い。

＜４＞上記＜１＞から＜３＞のいずれに記載される機械部品において、
前記焼結体の材質は鉄基合金であっても良い。

鉄基合金は強度と靭性に優れる。鉄基合金は安価であるという利点もある。

＜５＞上記＜４＞に記載される機械部品において、
前記鉄基合金は、ニッケル、モリブデン、クロム、銅、および炭素からなる群から選択される少なくとも１種の元素を含んでいても良い。

上記元素を含有する鉄基合金は優れた機械的特性を備える。従って、上記＜５＞に記載される機械部品は、様々な用途に好適に利用できる。

＜６＞上記＜１＞から＜５＞のいずれに記載される機械部品において、
前記開口縁部は更に、前記開口縁部の周方向の一部を構成する第二縁部を備え、
前記第二縁部は、前記内周面につながる平坦なランド面と、前記ランド面と前記第一面とをつなぐ傾斜面と、を備えていても良い。

第二縁部は、可動部品が接触し難い箇所に配置される。機械部品の第一面は通常、研磨によって滑らかに仕上げられる。その研磨時に、第一面と第一穴の内周面とが直角につながっていると、第一面と内周面とのつなぎ目にバリが生じ易い。一方、上記＜６＞の構成では、焼結体は金属粉末の成形を経て製造される関係上、通常は第一面と傾斜面とのなす角が鈍角であり、第一面と傾斜面とのつなぎ目にバリが生じ難い。そのため、機械部品から脱落したバリが、機械部品を有する装置の隙間などに入り込むことが抑制される。脱落したバリは、装置の故障の原因となる恐れがある。

＜７＞実施形態に係る機械アセンブリは、
上記＜１＞から＜６＞のいずれに記載される機械部品と、
前記機械部品の前記第一穴の内部に配置された状態と、前記第一穴の外部に配置された状態との間で移動可能に構成されている可動部品と、を備える。

上記機械アセンブリでは、機械部品の第一穴に可動部品が出入りする。機械部品の第一穴の開口縁部は、局所的に強化された第一縁部を備える。従って、可動部品の出入りによって開口縁部が損傷し難い。そのため、上記機械アセンブリは長期にわたって安定して動作する。

＜８＞上記＜７＞に記載される機械アセンブリにおいて、
前記可動部品は、特定軌道上を移動可能に構成されており、
前記特定軌道は、前記第一面に沿った方向に延び、かつ前記第一穴に交差しており、
前記第一縁部は、前記特定軌道に重複する位置に設けられていても良い。

上記＜８＞の構成では、特定軌道に沿って移動する可動部品が第一穴に対応する位置に配置されたときに、可動部品は第一穴に入り込む。その際、可動部品は開口縁部に接触しながら第一穴に入り込む。従って、可動部品が接触する箇所、即ち可動部品の特定軌道に重複する箇所が、局所的に強化された第一縁部であれば、機械部品が損傷し難い。

＜９＞実施形態に係る機械部品の製造方法は、
金属粉末を加圧成形することで、第一面と前記第一面に形成される第一穴とを備える圧粉成形体を作製する工程Ａと、
前記圧粉成形体を焼結することで、焼結体を作製する工程Ｂと、
前記工程Ｂの後に、前記第一穴の開口を取り囲む環状の縁部領域の少なくとも一部を治具によって加圧することで、前記第一面と前記第一穴の内周面とをつなぐ第一縁部を形成する工程Ｃと、を備え、
前記第一縁部は、前記内周面に滑らかにつながる曲面を備える。

本明細書における第一穴の開口は、第一面における第一穴の入口であり、実体がない部分である。本明細書における縁部領域は、上記開口の輪郭を形成する実体部分である。上記機械部品の製造方法によれば、縁部領域の少なくとも一部が局所的に高密度化された機械部品が作製される。従って、圧粉成形体を作製する際に、圧粉成形体全体の密度を必要以上に高くする必要がない。密度が高すぎない圧粉成形体は、成形時および成形後の焼結時に割れ難い。

＜１０＞上記＜９＞に記載される機械部品の製造方法において、
前記工程Ａでは、前記縁部領域に第一面取り部と第二面取り部とを形成し、
前記工程Ｃでは、前記治具によって前記第一面取り部を加圧し、
前記第一面取り部は、前記第一穴の内周面につながる第一ランド面と、前記第一ランド面と前記第一面とをつなぐ第一傾斜面と、を備え、
前記第二面取り部は、前記内周面につながる第二ランド面と、前記第二ランド面と前記第一面とをつなぐ第二傾斜面と、を備え、
前記第一穴の軸方向に沿った前記第一ランド面の深さは、前記第二ランド面の深さよりも小さくても良い。

第一面取り部は、治具を用いた加圧によって第一縁部となる。第一面取り部の第一ランド面の深さは、第二面取り部の第二ランド面の深さよりも小さい。従って、加圧に伴う第一面取り部の変形量が大きく、第一縁部が高密度化し易い。

第二面取り部は、第一面の研磨後に第二縁部となる。第二面取り部の第二ランド面の深さは、第一面取り部の第一ランド面の深さよりも大きい。従って、第一面の研磨後に、第二傾斜面の一部、および第二ランド面が残存する。第二傾斜面は、第二縁部における傾斜面となり、第二ランド面は、第二縁部における平坦なランド面となる。

［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示の焼結部品、焼結部品の製造方法、および機械アセンブリの実施形態を図面に基づいて説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。なお、本発明は実施形態に示される構成に限定されるわけではなく、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の全ての変更が含まれることを意図する。

＜実施形態１＞
≪機械アセンブリ≫
図１，２に示される本例の機械アセンブリ１は、機械部品２と可動部品３とを備える。機械アセンブリ１は例えば、自動車の構成部品である。機械アセンブリ１に備わる機械部品２は、金属粉末の焼結体２０によって構成されている。機械部品２は第一穴４を備える。可動部品３は、第一穴４の内部に配置された状態と、第一穴４の外部に配置された状態と、の間で移動可能に構成されている。この機械アセンブリ１の特徴の一つは、第一穴４の開口縁部５の少なくとも一部の密度が、他の部分の密度よりも高いことである。以下、機械アセンブリ１の各構成を詳細に説明する。

≪機械部品≫
本例の機械部品２は、金属粉末の焼結体２０によって構成されたブロック状部材である。機械部品２の形状は特に限定されない。例えば機械部品２は板状部材でも良し、円盤状でも良い。

焼結体２０の材質、即ち金属粉末の材質は例えば、鉄（Ｆｅ）を主成分とする鉄基合金である。鉄基合金は例えば、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）および炭素（Ｃ）からなる群から選択される少なくとも１種の元素を含む。例えばＩＳＯ５７５５：２０１２に記載されるＣｕとＣを含む鉄基合金は、Ｆ－０８Ｃ２である。Ｍｏ、Ｃｕ、およびＣを含む鉄基合金は例えば、ＦＬＡ－０７Ｃ２Ｍである。Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、およびＣを含む鉄基合金は例えば、ＦＤ－０５Ｎ４Ｃである。ＭｏとＣｒを含む鉄基合金は例えば、ＦＬ－０５Ｃｒ３Ｍである。これらのＮｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、およびＣの少なくとも１種の元素を含む鉄基合金は機械的強度に優れる。

機械部品２は第一面２１を備える。本例の第一面２１は、機械部品２に備わる平面である。本例の第一面２１は、後述するように研磨されている。第一面２１の算術平均粗さＲａは例えば１．０μｍ以下である。算術平均粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１に準拠する方法によって求められる。第一面２１の算術平均粗さＲａは例えば、０．５μｍ以下でも良い。本例の機械部品２は、第一面２１の反対側の第二面２２を備える。

機械部品２は、第一面２１に設けられる第一穴４を備える。本例の第一穴４は、底部を有する止まり穴である。本例とは異なり、第一穴４は、第一面２１と第二面２２とに開口する貫通孔でも良い。

第一穴４は開口４ｈを有する。開口４ｈは、第一穴４の内周面４１によって囲まれる空間のうち、第一面２１に開放する部分である。第一面２１側から見た第一穴４の開口４ｈの輪郭寸法は、可動部品３の輪郭寸法よりも大きければ特に限定されない。本例の開口４ｈの輪郭形状は、紙面上下方向に長い矩形状の長穴である。

機械部品２は、第一面２１と第一穴４の内周面４１とをつなぐ環状の開口縁部５を備える。開口縁部５は、第一穴４の開口４ｈを取り囲む部分であって、第一面２１よりも凹んだ部分である。

本例の開口縁部５は、二つの第一縁部５１と二つの第二縁部５２とを含む。本例の第一縁部５１は、可動部品３の特定軌道３０に交差する位置に設けられている。特定軌道３０は図１に二点鎖線で示すように、第一面２１に沿った方向に延びており、可動部品３は特定軌道３０に沿って移動する。特定軌道３０に沿って移動した可動部品３が第一穴４に対応する位置に配置されたとき、可動部品３は第一穴４にはまり込む。従って、第一縁部５１には可動部品３が接触する可能性がある。一方、第二縁部５２には、可動部品３が接触しない。本例とは異なり、第一穴４の開口４ｈの形状が可動部品３の外形にほぼ一致する場合、開口縁部５の全周が第一縁部５１によって構成されていても良い。

［第一縁部］
図３は、第一穴４の軸方向に沿った第一縁部５１の断面を示す図である。本例の第一縁部５１は、曲面５１ｃと傾斜面５１ｓとで構成されている。曲面５１ｃは、第一穴４の内周面４１に滑らかにつながっている。従って、曲面５１ｃと内周面４１との間には明確な稜線が存在しない。曲面５１ｃは、第一面２１を第一穴４に向かって延長した仮想平面と、内周面４１を上方に向かって延長した仮想曲面と、をつなぐ角部に向かって凸となるように突出している。図３に示される断面において、曲面５１ｃは所定の曲率半径を有する円弧を形成する。円弧の曲率半径は例えば０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である。上記曲率半径は１．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下でも良い。

図３に示される断面において傾斜面５１ｓは直線を形成する。傾斜面５１ｓは必須ではない。即ち、第一縁部５１は曲面５１ｃのみで構成されていても良い。その場合、曲面５１ｃは、第一面２１に滑らかにつながっていても良い。第一面２１に滑らかにつながる曲面５１ｃと第一面２１との間には明確な稜線が存在しない。一方、傾斜面５１ｓと第一面２１との間には明確な稜線が存在する。

本例の機械部品２では、曲面５１ｃから深さ０．６ｍｍ以下の局所領域５１０の第一密度が、曲面５１ｃから深さ１ｍｍ超の領域の第二密度よりも高い。第二密度を測定する位置は、曲面５１ｃから深さ１ｍｍ超の領域内であればどの位置でも良い。第二密度の測定位置によらず第二密度の数値がほぼ同じであれば、第二密度は、ほぼ機械部品２の全体の密度と考えてよい。

第一密度と第二密度は、機械部品２の断面写真から求められる。図５は、機械部品２における図３に示される部分に対応する部分をＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によって撮影した断面写真である。図５の白色の部分は機械部品２の実体部分、灰色の部分は機械部品２の内部に形成される空隙である。黒色の部分は機械部品２の外側の領域である。曲面５１ｃから近い位置にある二点鎖線の円弧は、曲面５１ｃから０．６ｍｍのラインである。曲面５１ｃから遠い位置にある二点鎖線の円弧は、曲面５１ｃから１ｍｍのラインである。

第一密度は次のようにして求められる。まず、図５に示される断面において、曲面５１ｃから深さ０．６ｍｍ以下の領域における第一所定範囲の第一空隙率を測定する。本例の第一所定範囲は、二点鎖線で示される円の内側の範囲である。この円は、曲面と０．６ｍｍのラインとの間に収まっている。円は、第一穴４の内周面４１に近い位置で選択される。例えば、円の位置は、曲面５１ｃと内周面４１との境界を通る第一面２１に平行な線に接する位置である。円内の実体部分と空隙部分とを画像処理によって分け、円の面積と空隙部分の面積とを求める。本例では、円の面積に占める空隙部分の面積の割合を、第一所定範囲の第一空隙率とみなす。第一空隙率の単位はパーセントである。第一空隙率が大きいほど第一密度が低い。即ち、第一空隙率が小さいほど第一密度が高い。円の面積に占める実体部分の面積の割合を、第一密度の指標としても良い。

焼結体２０の真密度に対する第一密度の割合、即ち局所領域５１０の第一相対密度は例えば、９４％以上である。焼結体２０の真密度は、焼結体２０を構成する金属粉末の真密度である。金属粉末の真密度は、金属粉末の組成に基づいて計算により求められる。本例では、断面写真の第一所定範囲における実体部分の面積の割合を、第一相対密度をみなす。具体的には、第一相対密度は、『（１００－第一空隙率）』である。断面写真において、第一所定範囲に占める実体部分の面積の割合を測定するのであれば、その割合を第一相対密度とみなす。９４％以上の第一相対密度を有する局所領域５１０は、可動部品３の押圧に対して高い疲労強度を発揮する。第一相対密度は９５％以上でも良い。第一相対密度の上限は例えば９６％である。第一相対密度の範囲は例えば、９４％以上９６％以下、あるいは９５％以上９６％以下である。第一密度の具体的な数値は、機械部品２を構成する金属粉末の真密度に第一相対密度をかけることで求められる。例えば、金属粉末の真密度が１０ｇ／ｃｍ^３、第一相対密度が９５％であれば、第一密度は９．５ｇ／ｃｍ^３である。

第二密度は次のようにして求められる。図５に示される断面において、曲面５１ｃから深さ１ｍｍ超の領域における第二所定範囲の第二空隙率を測定する。第二所定範囲の大きさおよび形状は、第一所定範囲と同じである。第二所定範囲の空隙率は、第一所定範囲の空隙率と同じ方法によって求められる。即ち、第二所定範囲の面積に占める空隙部分の面積の割合が、第二所定範囲の第二空隙率である。第二空隙率が大きいほど、第二密度が低い。第二空隙率よりも第一空隙率が小さければ、局所領域５１０の密度は、機械部品２全体の密度よりも高いと判断できる。

焼結体２０の真密度に対する第二密度の割合、即ち曲面５１ｃから深さ１ｍｍ以下の領域を除く部分の第二相対密度は例えば、８６％以上９２％以下である。本例では、断面写真の第二所定範囲における実体部分の面積の割合を、第二相対密度をみなす。８６％以上の第二相対密度を有する機械部品２は強度に優れる。９２％以下の第二相対密度を有する機械部品２は割れなどをほとんど有さない。第二相対密度は例えば８６％以上８８％以下でも良い。第二密度の具体的な数値は、機械部品２を構成する金属粉末の真密度に第二相対密度をかけることで求められる。

第一相対密度は例えば、第二相対密度よりも３％以上高い。第一相対密度は第二相対密度よりも５％以上高くても良い。

［第二縁部］
図４は、第一穴４の軸方向に沿った第二縁部５２の断面を示す図である。本例の第二縁部５２は、ランド面５２ｒと傾斜面５２ｓとを備える。ランド面５２ｒは、内周面４１につながる平坦な面である。本例のランド面５２ｒは第一面２１に平行である。ランド面５２ｒは、第一面２１に対して傾いていても良い。傾斜面５２ｓは、ランド面５２ｒと第一面２１とをつなぐ。傾斜面５２ｓと第一面２１とのなす角は鈍角である。鈍角でつながる傾斜面５２ｓと第一面２１との角にはバリが生じ難い。

≪可動部品≫
可動部品３は、機械部品２に対して相対的に移動可能に構成される部材である。本例の可動部品３はピン状部材である。可動部品３の構成は特に限定されない。例えば可動部品３は、ブロック状部材に設けられる突起でも良い。

本例の可動部品３は、図示しない揺動機構と直動機構とによって、機械部品２に対して移動自在に構成されている。揺動機構は、特定軌道３０に沿って白抜き矢印に示される方向に可動部品３を移動させる。本例の特定軌道３０は直線である。本例とは異なり、特定軌道３０は円弧でも良い。

直動機構は、第一穴４の軸方向に沿って可動部品３を移動させる。特定軌道３０に沿って移動した可動部品３は、第一穴４に対応する位置に配置されたときに、直動機構によって第一穴４に押し込まれる。本例とは異なり、可動部品３は手動で機械部品２の第一穴４に出し入れされても良い。

可動部品３は、金属粉末の焼結体でも良いし、鋳造材でも良いし、鋳造材を加工した加工材でも良い。可動部品３の材質は、機械部品２の材質と同じでも良いし、異なっていても良い。

特定軌道３０に沿って移動した可動部品３が第一穴４に入り込む際、可動部品３は第一縁部５１に接触する。本例の第一縁部５１は、第一穴４の内周面４１に滑らかにつながる曲面５１ｃを有している。そのため、可動部品３は第一縁部５１から第一穴４の内部に向かってスムーズに案内される。可動部品３が第一穴４に入り込む際、曲面５１ｃに強い応力が作用する。曲面５１ｃを含む局所領域５１０の密度が高いため、曲面５１ｃが損傷することはほとんどない。

≪機械部品の製造方法≫
実施形態に係る機械部品２の製造方法を主に図６から図９に基づいて説明する。本例の製造方法は以下の工程を備える。
・工程Ａ…金属粉末を加圧成形することで、第一面６ｓと第一面６ｓに形成される第一穴４とを備える圧粉成形体６を作製する工程。
・工程Ｂ…圧粉成形体６を焼結することで、焼結体７を作製する工程。
・工程Ｃ…工程Ｂの後に、第一穴４の開口４ｈを取り囲む縁部領域４ｃの少なくとも一部を治具によって加圧することで、第一縁部５１を形成する工程。
以下、各工程を詳細に説明する。

［工程Ａ］
工程Ａにおける金属粉末は、機械部品２の項目で述べたものである。金属粉末は金型に充填され、加圧成形される。金型内には、金属粉末に加えて潤滑剤が含まれていても良い。潤滑剤は例えば、ステアリン酸リチウムまたはステアリン酸亜鉛である。

加圧成形の圧力は、金属粉末の組成によって適宜選択される。例えば、ＣｕとＣとを含有する鉄基合金からなる金属粉末を加圧成形する圧力は５００ＭＰａ以上８００ＭＰａ以下である。上記鉄基合金が上記圧力で加圧された場合、８６％から９２％程度の密度を有する圧粉成形体が得られる。圧力が５００ＭＰａ以上であれば、十分な密度を有する圧粉成形体６が得られ易い。圧力が８００ＭＰａ以下であれば、金型に過剰な負荷がかかり難く、また圧粉成形体６の密度が高くなりすぎない。圧粉成形体６の密度が高すぎると、圧粉成形体６に割れなどの不具合が生じ易い。上記圧力は５００ＭＰａ以上６００ＭＰａ以下でも良い。この場合、圧粉成形体の密度は８６％から８８％程度である。

圧粉成形体６は、金型によって形成された第一穴４を備える。本例では、第一穴４の開口４ｈと取り囲む環状の縁部領域４ｃにおいて第一面取り部６１と第二面取り部６２とが形成されている。第一面取り部６１と第二面取り部６２とは、金型によって形成される。本例とは異なり、縁部領域４ｃは、第一面６ｓと第一穴４の内周面４１とが直角につながった角部であっても良い。その他、縁部領域４ｃは、上記直角の角部と第二面取り部６２とで構成されていても良い。

第一面取り部６１は、図７に示されるように、第一ランド面６１ｒと第一傾斜面６１ｓとを備える。第一ランド面６１ｒは内周面４１につながる。本例の第一ランド面６１ｒと内周面４１とのなす角は９０°である。第一ランド面６１ｒは、第一面６ｓに平行な平面である。第一ランド面６１ｒは、第一面６ｓに対して傾斜していても良い。

第一穴４の軸方向に沿った第一ランド面６１ｒの深さｄ１は例えば、０ｍｍ超０．１５ｍｍ以下である。深さｄ１は、第一面６ｓを第一穴４に向かって延長した仮想平面と、第一ランド面６１ｒと、の間の距離である。第一ランド面６１ｒの幅ｗ１は例えば０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である。幅ｗ１は、第一穴４の軸方向に直交する方向における第一ランド面６１ｒの長さである。

第一傾斜面６１ｓは、第一ランド面６１ｒと第一面６ｓとにつながる。図７の断面図における第一傾斜面６１ｓの輪郭線は直線であるが、右斜め上方に向かって凸となった曲線でも良い。

第一面取り部６１は、後述する工程Ｃにおける加工によって、二点鎖線で示される湾曲形状に圧縮される。圧縮された部分は、機械部品２における第一縁部５１を構成する。即ち、機械部品２において、第一面取り部６１は存在しない。上記加圧後に、第一面６ｓは二点鎖線で示される横線の位置まで研磨される。研磨によって露出した新生面が機械部品２における第一面２１を構成する。

第二面取り部６２は、図８に示されるように、第二ランド面６２ｒと第二傾斜面６２ｓとを備える。第二ランド面６２ｒは内周面４１につながる。本例の第二ランド面６２ｒと内周面４１とのなす角は９０°である。第二ランド面６２ｒは、第一面６ｓに平行な平面である。第二ランド面６２ｒは、第一面６ｓに対して傾斜していても良い。

第一穴４の軸方向に沿った第二ランド面６２ｒの深さｄ２は例えば、０．２５ｍｍ以上０．４ｍｍ以下である。深さｄ２は、第一面６ｓと第二ランド面６２ｒの延長面との間の距離である。第二ランド面６２ｒの幅ｗ２は例えば０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である。幅ｗ２は、第一穴４の軸方向に直交する方向における第二ランド面６２ｒの長さである。

第二傾斜面６２ｓは、第二ランド面６２ｒと第一面６ｓとにつながる。図８の断面図における第二傾斜面６２ｓの輪郭線は直線であるが、右斜め上方に向かって凸となった曲線でも良い。

ここで、圧粉成形体６は、後述する工程Ｂにおいて焼結され、焼結体７となる。焼結体７の第一面６ｓは、二点鎖線で示される横線の位置まで研磨される。研磨される厚さは０．２ｍｍ程度である。第二ランド面６２ｒの深さｄ２は、０．２ｍｍより大きいため、研磨後であっても第二ランド面６２ｒは残存する。第一面６ｓの研磨後に残存した第二傾斜面６２ｓと第二ランド面６２ｒとは、機械部品２における第二縁部５２（図４参照）を構成する。

［工程Ｂ］
工程Ｂでは、圧粉成形体６を焼結する。焼結によって、金属粉末に含まれる粒子同士が結合された焼結体が得られる。焼結時に圧粉成形体６は若干縮むが、焼結体の形状とサイズは、圧粉成形体６の形状とサイズとほぼ同じである。焼結は、金属粉末の材質に応じた公知の条件に基づいて実施される。例えば鉄基合金の金属粉末からなる圧粉成形体６の場合、焼結温度は例えば１０００℃以上１４００℃以下、あるいは１２００℃以上１３００℃以下である。焼結時間は例えば１５分以上１５０分以下、あるいは２０分以上６０分以下である。

［工程Ｃ］
工程Ｃでは、図６に示される縁部領域４ｃの少なくとも一部、本例では第一面取り部６１を治具によって加圧する。図９は、工程Ｃの加工の一例を示す説明図である。図９に示される例では、焼結体７の第一面６ｓに当て板９０が配置される。当て板９０は、第一穴４よりも大きな直径を有する貫通孔９０ｈを備える。貫通孔９０ｈには治具９の一部が挿入される。治具９は、柱状部９ｂと先端部９ｃとフランジ部９ｆと加工部９ｐとを備える。フランジ部９ｆは柱状部９ｂの長手方向の中間に設けられている。柱状部９ｂにおけるフランジ部９ｆよりも下側の部分は、当て板９０の貫通孔９０ｈに挿入される。フランジ部９ｆは、当て板９０の上面に接触し、治具９の移動を規制する。先端部９ｃは、柱状部９ｂよりも細い柱状体である。先端部９ｃは、第一穴４の内部に挿入される。加工部９ｐは、柱状部９ｂと先端部９ｃとをつなぐ部分である。加工部９ｐは、縁部領域４ｃに接触し、縁部領域４ｃを変形させる。フランジ部９ｆによって治具９の下方への移動が規制されているため、加工部９ｐが過剰に縁部領域４ｃを押圧することはない。

治具９による加工によって、縁部領域４ｃの第一面取り部６１が圧縮されることで、機械部品２の第一縁部５１が形成される。本例の治具９は角柱状であり、第二面取り部６２には接触しない。従って、第二面取り部６２は治具９によって加工されず、第二縁部５２となる。図７に示されるように、本例の第一面取り部６１では、第一ランド面６１ｒの深さｄ１が非常に小さい。従って、治具９よる塑性変形量が大きいため、第一縁部５１の密度が高くなり易い。本例とは異なり、縁部領域４ｃが、第一面６ｓと第一穴４の内周面４１とが直角につながった角部を有する場合、その角部が治具９によって加圧されることで第一縁部５１が形成されても良い。

［その他の工程］
焼結体７の第一面６ｓは研磨されても良い。研磨厚さは０．２ｍｍ程度である。研磨厚さは、第二ランド面６２ｒの深さｄ２よりも小さい。従って、研磨治具は、第二ランド面６２ｒに達することはない。研磨面と第二傾斜面６２ｓとのなす角は鈍角であるため、研磨面と第二傾斜面６２ｓとの角にバリができ難い。バリは、機械部品２を有する装置の隙間などに入り込んで、装置の故障の原因となる恐れがある。研磨面と第二傾斜面６２ｓとの角にバリができ難いと、バリに起因する不具合が抑制される。

＜作製例＞
作製例では、試料Ｎｏ．１および試料Ｎｏ．２の機械部品を作製した。そして、作製した各試料の機械部品における第一密度と第二密度とを測定した。

≪試料Ｎｏ．１≫
試料Ｎｏ．１の機械部品は、実施形態１に記載される機械部品の製造方法によって作製した。具体的には、Ｃｕを２．０質量％、Ｃを０．８質量％含み、残部は鉄及び不可避不純物である鉄基合金からなる金属粉末を用意し、図６に示される圧粉成形体６を作製した。金属粉末の真密度は７．８５ｇ／ｃｍ^３である。圧粉成形体６を作製する際の圧力は６００ＭＰａであった。図７に示される圧粉成形体６の第一ランド面６１ｒの深さｄ１は０．１ｍｍ、幅ｗ１は０．２ｍｍであった。図８に示される第二ランド面６２ｒの深さｄ２は０．３ｍｍ、幅ｗ２は０．２ｍｍであった。

圧粉成形体６を焼結し、焼結体７を作製した。焼結温度は１１３０℃、焼結時間は１２０分であった。その焼結体７の第一面取り部６１を図９に示される治具９によって加工し、第一縁部５１を形成した。第一縁部５１の曲面５１ｃの曲率半径は０．７ｍｍであった。

実施形態１に示される方法によって、焼結体７の第一空隙率および第二空隙率を測定した。第一空隙率は５．３％であった。第一空隙率から求めた第一相対密度は、１００－５．３＝９４．７％である。金属粉末の真密度は７．８５ｇ／ｃｍ^３であるので、第一密度は７．４３ｇ／ｃｍ^３であった。一方、焼結体７の第二空隙率は１１．１％、第二相対密度は８８．９％であった。第二相対密度から求めた第二密度は６．９８ｇ／ｃｍ^３であった。これらの結果から、第一縁部５１の密度が大幅に高くなることが分かった。

≪試料Ｎｏ．２≫
試料Ｎｏ．１と同じ手法によって焼結体７を作製した。本例では、第二面取り部６２を治具９によって加工することで第一縁部５１を形成した。この試料Ｎｏ．２における第一空隙率と第二空隙率を測定した。第一空隙率は１１．６％、第一相対密度は８８．４％であった。第一相対密度から求めた第一密度は６．９４ｇ／ｃｍ^３であった。第二空隙率は１１．５％、第二相対密度は８８．５％であった。第二相対密度から求めた第二密度は６．９０ｇ／ｃｍ^３であった。第一密度は、第二密度よりも高かったが、両者の差は小さかった。第二面取り部６２のように、面取りの深さが大きい箇所を加工しても、縁部領域４ｃの塑性変形量が小さいからであると推察される。

１ 機械アセンブリ
２ 機械部品
２０ 焼結体、２１ 第一面、２２ 第二面
３ 可動部品
３０ 特定軌道
４ 第一穴
４ｃ 縁部領域、４ｈ 開口
４１ 内周面
５ 開口縁部
５１ 第一縁部、５１ｃ 曲面、５１ｓ 傾斜面、５１０ 局所領域
５２ 第二縁部、５２ｒ ランド面、５２ｓ 傾斜面
６ 圧粉成形体
６ｓ 第一面
６１ 第一面取り部、６１ｒ 第一ランド面、６１ｓ 第一傾斜面
６２ 第二面取り部、６２ｒ 第二ランド面、６２ｓ 第二傾斜面
７ 焼結体
９ 治具
９ｂ 柱状部、９ｃ 先端部、９ｆ フランジ部、９ｐ 加工部
９０ 当て板、９０ｈ 貫通孔
ｄ１，ｄ２ 深さ
ｗ１，ｗ２ 幅

Claims (10)

1. 金属粉末の焼結体によって構成された機械部品であって、
   第一面と、
   前記第一面に形成される第一穴と、
   前記第一穴の内周面と前記第一面とをつなぐ環状の開口縁部とを備え、
   前記開口縁部は、前記開口縁部の周方向の少なくとも一部を構成する第一縁部を含み、
   前記第一縁部は、前記内周面に滑らかにつながる曲面を含み、
   前記曲面から深さ０．６ｍｍ以下の領域における所定範囲の第一密度が、前記曲面から深さ１ｍｍ超の領域における所定範囲の第二密度よりも高い、
   機械部品。
2. 前記焼結体の真密度に対する前記第一密度の割合が９４％以上である、請求項１に記載の機械部品。
3. 前記焼結体の真密度に対する前記第二密度の割合が８６％以上９２％以下である、請求項１または請求項２に記載の機械部品。
4. 前記焼結体の材質は鉄基合金である、請求項１または請求項２に記載の機械部品。
5. 前記鉄基合金は、ニッケル、モリブデン、クロム、銅、および炭素からなる群から選択される少なくとも１種の元素を含む、請求項４に記載の機械部品。
6. 前記開口縁部は更に、前記開口縁部の周方向の一部を構成する第二縁部を備え、
   前記第二縁部は、前記内周面につながる平坦なランド面と、前記ランド面と前記第一面とをつなぐ傾斜面と、を備える、請求項１または請求項２に記載の機械部品。
7. 請求項１または請求項２に記載の機械部品と、
   前記機械部品の前記第一穴の内部に配置された状態と、前記第一穴の外部に配置された状態との間で移動可能に構成されている可動部品と、を備える、
   機械アセンブリ。
8. 前記可動部品は、特定軌道上を移動可能に構成されており、
   前記特定軌道は、前記第一面に沿った方向に延び、かつ前記第一穴に交差しており、
   前記第一縁部は、前記特定軌道に重複する位置に設けられている、請求項７に記載の機械アセンブリ。
9. 金属粉末を加圧成形することで、第一面と前記第一面に形成される第一穴とを備える圧粉成形体を作製する工程Ａと、
   前記圧粉成形体を焼結することで、焼結体を作製する工程Ｂと、
   前記工程Ｂの後に、前記第一穴の開口を取り囲む環状の縁部領域の少なくとも一部を治具によって加圧することで、前記第一面と前記第一穴の内周面とをつなぐ第一縁部を形成する工程Ｃと、を備え、
   前記第一縁部は、前記内周面に滑らかにつながる曲面を備える、
   機械部品の製造方法。
10. 前記工程Ａでは、前記縁部領域に第一面取り部と第二面取り部とを形成し、
    前記工程Ｃでは、前記治具によって前記第一面取り部を加圧し、
    前記第一面取り部は、前記第一穴の内周面につながる第一ランド面と、前記第一ランド面と前記第一面とをつなぐ第一傾斜面と、を備え、
    前記第二面取り部は、前記内周面につながる第二ランド面と、前記第二ランド面と前記第一面とをつなぐ第二傾斜面と、を備え、
    前記第一穴の軸方向に沿った前記第一ランド面の深さは、前記第二ランド面の深さよりも小さい、請求項９に記載の機械部品の製造方法。

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