JP3205987B2

JP3205987B2 - タングステン基焼結合金部品

Info

Publication number: JP3205987B2
Application number: JP02581599A
Authority: JP
Inventors: 崇中井
Original assignee: 三菱マテリアルシ−エムアイ株式会社
Priority date: 1999-02-03
Filing date: 1999-02-03
Publication date: 2001-09-04
Anticipated expiration: 2019-02-03
Also published as: JP2000226632A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、携帯電話
等に使用される小型振動発生装置の振動子等に好適なＷ
基焼結合金部品に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】Ｗ基焼結合金は、ＷをＮｉやＦｅ等の結
合相中に分散させて得られる焼結合金であり、高比重、
耐熱性、優れた延性等から自動車のホイルバランサやダ
イキャスト用金型材等として広く利用される他、その高
比重を生かし重錘等の慣性体としても利用されている。

【０００３】特に、上記慣性体としての用途の一例とし
て、前記携帯電話の小型振動発生装置に使用される振動
子への適用が有る。図１に示すように、この振動子１は
正面視扇形を成す半円柱状とされ、その中心部分（偏心
位置）に設けた取付孔２（或いは溝）にモータの回転シ
ャフト３が挿入され、この孔部（或いは溝部）の加締め
作業により、振動子１が回転シャフト３に結合される構
造である。この振動子は小型で、且つ高い慣性モーメン
トを要求されることから、このような高比重の重合金と
してＷ基焼結合金の使用が極めて好適であるとされてい
る。

【０００４】ところが、このＷ基焼結合金は、そのまま
部品として使用すると、特に高温高湿環境下では腐食さ
れ易く、腐食により生成された水酸化タングステンや酸
化鉄等の粉末が、例えば小型振動発生装置においては、
振動子を取り付けたモータの内部、強いては携帯電話本
体内に浸入し、接触不良や動作不良等のトラブルを引き
起こす原因となった。

【０００５】そこで、従来より、Ｗ−Ｎｉ−Ｃｕ系のＷ
基焼結合金の表面にＮｉメッキを施したり、あるいは、
結合相形成成分としてＮｉ粉末、Ｆｅ粉末、Ｃｏ粉末、
Ｍｏ粉末等を組み合わせてＷ−Ｎｉ−Ｆｅ系、Ｗ−Ｎ
ｉ−Ｃｏ−Ｆｅ系、あるいはＷ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｆｅ系の
Ｗ基焼結合金とすることで耐食性や強度を向上し、高温
高湿下（例えば、温度８５℃、相対湿度９０％、放置時
間４８Ｈ）での使用を可能としていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、Ｗ−Ｎｉ−
Ｆｅ系、あるいはＷ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ系、あるいは
Ｗ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｆｅ系等の組成では、Ｎｉメッキは不
要であるが、焼結温度が高すぎると、前記結合相成分が
合金の表面に吹き出し、例えば、前記した振動子の場合
では、回転シャフトの取付用孔（或いは溝）が吹き出し
成分により埋められて取り付け時に回転シャフトが挿入
できなくなったり、また、逆に焼結温度が低く過ぎると
十分な強度や比重、耐食性が得られず、加締め作業の際
に振動子に割れが発生するといったトラブルが発生し
た。このように、上記組成では、焼結温度範囲が狭く、
焼結炉の温度分布が悪かったり、焼結時間が短かった
り、焼結処理量が多かったりすると安定した部品の生産
が困難になるという問題があった。換言すれば、安定し
た生産を実現するには焼結炉や焼結処理量が大幅に制約
されることになる。

【０００７】また、Ｗ−Ｎｉ−Ｃｕ系の組成では、含有
するＣｕ成分が上記吹き出し現象をある程度抑制するた
め、問題となる焼結温度範囲をより広く、且つ、低めに
設定でき、焼結工程でのコストダウンが図れるという利
点があるが、ＣｕはＷよりも貴なる電位を持つことか
ら、高温高湿下で局部電池が発生し、Ｗに錆が生じて耐
食性を低下させるため、表面に上記たようにＮｉメッキ
を施す必要があった。このＮｉメッキによる防錆処理は
耐食性向上に極めて効果的であるが、メッキ処理という
高コストな工程を要するため総合的にコスト高となり、
且つ、メッキの未着や密着不良によるメッキ剥離が発生
し易すいことから、製品としての信頼性に欠けるという
欠点があった。

【０００８】本発明は、上記従来の問題に鑑みて成され
たものであって、安価な処理工程にて、高温多湿下おい
ても優れた耐食性が得られるＷ基焼結合金部品を提供す
ることを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、焼結温度範囲
を広くするのに好適なＣｕを使用しつつ、且つ、Ｃｕを
使用するが故問題となる局部電池の発生を防止すること
により、上記課題を解決するものである。すなわち、本
発明では、結合相形成成分として、Ｎｉ：１．６〜５．０重量％、Ｃｕ：１．２〜４．２重量％、Ｃｏ：０．６〜２．１重量％、を含有し、残部が基地相形成成分としてのＷおよび不可
避不純物から成る組成を有する焼結合金部品であって、
且つ焼結後、表面に偏析するＣｕを除去することを特徴
とするものである。

【００１０】上記組成では、結合相組成にＣｏを添加す
ることでＣｕの貴な電位を打ち消して局部電池の発生を
抑えることが可能となる。また、Ｗ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｃｏ
系の組成で焼結を行うと、Ｃｕの偏析相が表面の極薄い
部分に形成される。焼結後、表面処理を行い、この偏析
相を除去することにより、部品の耐食性は確実に向上す
ることが判明した。Ｃｕの偏析相を除去するには酸化性
酸を使用すると良いが、酸化性酸としては、特に、Ｃｕ
を優先して溶解させ、激しく反応しない３０〜７０重量
％程度の硝酸による表面処理が好適である。

【００１１】図２（ａ）は、表面処理前の焼結体（焼結
合金）の断面組織図で、表面付近の状態を示している。
図中、符号１０はＷ相、符号１１はＣｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、
（Ｆｅ）の合金相、符号１２は焼結体の表面部分に偏析
したＣｕ相である。また、図２（ｂ）は表面処理後の状
態を示しており、図示するように表面のＣｕ偏析相はき
れいに除去されている。

【００１２】さらに、必要に応じて上記結合相形成分に
Ｆｅを０．１〜０．５重量％含有させることにより、さ
らに強度を向上させることができる。

【００１３】また、Ｗ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｃｏ系の組成で
は、Ｗ−Ｎｉ−Ｃｕ系の組成に比べ、さらに焼結温度範
囲が広くなる効果があることが判明した。これは、Ｗと
Ｃｕ、ＣｕとＣｏが互いに溶解し難い性質にあることが
原因しているものと推定される。

【００１４】つぎに、Ｗ基焼結合金の成分組成を上記の
ように限定した理由を説明する。（１）ＮｉＮｉ成分は耐食性を向上させる効果が有るが、その含有
量が１．６重量％未満では所望の強度や耐食性が得られ
ず、一方、含有量が５．０重量％を超えると焼結温度範
囲が狭くなるため、本発明ではその含有量を１．６〜
５．０重量％に設定した。

【００１５】（２）Ｃｕ上記のように、Ｃｕ成分により焼結温度範囲を広くする
ことができるが、その含有量が１．２％重量未満では焼
結温度範囲が狭くなり、一方、含有量が４．２重量％を
超えると所望の強度が得られなくなるため、本発明では
その含有量を１．２〜４．２重量％に設定した。

【００１６】（３）ＣｏＣｏ成分には、上記したように錆を防止し耐食性を向上
させる効果の他、強度を向上させる効果もあるが、その
含有量が０．６重量％未満では焼結温度範囲が狭くな
り、満足する耐食性が得られず、一方、含有量が２．１
重量％を超えると所望の強度が得られなくなるため、本
発明ではその含有量を０．６〜２．１重量％に設定し
た。

【００１７】（４）ＦｅＦｅ成分には、強度を向上させる効果があるので、必要
に応じて含有されるが、その含有量が０．１％未満で
は、所望の強度上昇が得られず、一方、０．５％を超え
ると耐食性が低下するため、本発明ではその含有量を
０．１〜０．５重量％に設定した。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明のＷ基焼結合金部品
として小型振動発生装置用振動子を実施例により説明す
る。

【００１９】

【実施例】原料粉末として、何れも１〜５μｍの範囲内
の所定の平均粒径を有するＷ粉末、Ｎｉ粉末、Ｃｕ粉
末、Ｃｏ粉末、Ｆｅ粉末を用意し、これらをボールミル
で２４時間混合して造粒した後、１〜５ｔｏｎ／ｃｍ²
の圧力でプレス成形し、その成形体を水素雰囲気中で１
３００〜１５００℃の雰囲気内の所定の温度で焼結し、
その後、硝酸で表面処理を行い、表１に示す成分組成を
有し、且つ、図１に示す形状の小型振動発生装置用振動
子１（試料１〜１１）を作製した。尚、これらの振動子
１の寸法は、扇面の半径３ｍｍ、長さ４．６ｍｍ、取付
孔２の径０．８１ｍｍ、外周底面４の幅５．５ｍｍであ
る。

【００２０】次に、各振動子について、耐食試験および
強度試験を行い、その結果を各々振動子の比重と併せて
表１に示した。

【００２１】耐食試験については、各種振動子を温度８
５℃、相対湿度９０％の環境下に４８時間放置した後、
その重量変化の有無を測定した。

【００２２】また、強度試験については、図１に示すよ
うに、振動子１の取付孔２に外径０．８ｍｍ、長さ１２
ｍｍのステンレス鋼（ＳＵ３０４）製の回転シャフト３
を挿入し、加締め冶具５を用いて振動子１の外周底面４
側から回転シャフト側に向け回転シャフト３の抜き荷重
が１０Ｋｇｆ以上になるように外周底面４部分を変形さ
せた時の振動子１の割れの有無を測定した。尚、符号６
は加締め跡である。

【００２３】

【表１】

【００２４】表１の結果から、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｃｏ結合
相、またはＮｉ−Ｃｕ−Ｃｏ−Ｆｅ結合相の組成が本発
明の範囲内にある試料１〜５（実施例）においては、耐
食試験や強度試験で変化が認められず、優れた耐食性と
強度が得られていることが分かる。また、比重に関して
も、それぞれ高比重を保持している。

【００２５】これに対し、結合相の組成を変えた試料
６、および結合相の組成が本発明の範囲内に無い試料７
〜１１（比較例）では、個々の比重に変化は殆ど無いも
のの、耐食性、強度の何れかに劣化が見られることが分
かる。特に、試料６に関してはＮｉ−Ｃｕ結合相の組成
は本発明の範囲内にあるが、組成に結合相成分としての
Ｃｏが含有されていないため、耐食性が低下したもので
ある。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
結合相形成成分として、Ｎｉ：１．６〜５．０重量％、
Ｃｕ：１．２〜４．２重量％、Ｃｏ：０．６〜２．１重
量％、を含有し（さらに、必要に応じてＦｅを０．１〜
０．５重量％含有する）、残部が基地相形成成分として
のＷおよび不可避不純物から成る組成を有する焼結合金
部品であって、且つ焼結後、表面に偏析するＣｕを酸化
性酸によって除去するようにしたので、焼結温度範囲を
広くでき、安定した焼結工程の基で処理量を増大できる
ため、生産性が向上する。また、本発明では、Ｎｉメッ
キのような高コストの工程を必要とせず安価な処理工程
で耐食性や強度に優れ、且つ高比重の部品を得ることが
できるため、大幅なコストダウンが可能となる。

【００２７】従って、本発明を小型振動発生装置用振動
子に適用することにより、加締め時の割れ等、取付時の
トラブルを無くし、高温高湿下の使用にも優れた性能を
発揮する振動子を供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】小型振動発生装置用振動子とその固定態様を示
す概略斜視図である。

【図２】焼結合金の断面組織図である。

【符号の説明】

１小型振動発生装置用振動子１２Ｃｕ偏析相

フロントページの続き (56)参考文献特開平８−53733（ＪＰ，Ａ) 特開平10−1735（ＪＰ，Ａ) 特開平11−61314（ＪＰ，Ａ) 特開平９−67636（ＪＰ，Ａ) 特開平６−279909（ＪＰ，Ａ) 特開昭48−53912（ＪＰ，Ａ) Ｃｈｕｎｇ，Ｊ．Ｇ．；Ｄｕｑｕｅｔｔｅ，Ｄ．Ｊ．”Ｓｔｒｅｓｓｃｏｒｒｏｓｉｏｎｃｒａｃｋｉｎｇｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｔｕｎｇｓｔｅｎｈｅａｖｙａｌｌｏｙｓ”ＮＴＩＳＦｒｏｍ：Ｇｏｖ．Ｒｅｐ．Ａｎｎｏｕｎｃｅ．Ｉｎｄｅｘ（Ｕ．Ｓ．) 1985，85（９），109 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 27/04 C22C 1/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】結合相形成成分として、Ｎｉ：１．６〜５．０重量％、Ｃｕ：１．２〜４．２重量％、Ｃｏ：０．６〜２．１重量％、を含有し、残部が基地相形成成分としてのＷおよび不可
避不純物から成る組成を有する焼結合金部品であって、
且つ焼結後、表面に偏析するＣｕが除去されて成ること
を特徴とする耐食性を有するタングステン基焼結合金部
品。
【請求項２】結合相形成成分として、Ｎｉ：１．６〜５．０重量％、Ｃｕ：１．２〜４．２重量％、Ｃｏ：０．６〜２．１重量％、および、Ｆｅ：０．１〜０．５重量％、を含有し、残部が基地相形成成分としてのＷおよび不可
避不純物から成る組成を有する焼結合金部品であって、
且つ焼結後、表面に偏析するＣｕが除去されて成ること
を特徴とする耐食性を有するタングステン基焼結合金部
品。
【請求項３】前記焼結合金部品の表面に偏析するＣｕ
が酸化性酸によって除去されて成ることを特徴とする請
求項１または請求項２の何れかに記載のタングステン基
焼結合金部品。
【請求項４】前記酸化性酸は硝酸であることを特徴と
する請求項３に記載のタングステン基焼結合金部品。
【請求項５】前記タングステン基焼結合金部品が小型
振動発生装置用振動子であることを特徴とする請求項１
から請求項４までの何れかに記載のタングステン基焼結
合金部品。