JP4722742B2

JP4722742B2 - 焼結品の製造方法

Info

Publication number: JP4722742B2
Application number: JP2006086059A
Authority: JP
Inventors: 敏彦毛利
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2026-03-27
Also published as: JP2007262451A

Description

本発明は、焼結品の製造方法に関する。

周知のように、鉄系または非鉄系等の焼結品は、回転体の軸受或いは各種装置の部品として広範な分野に亘って使用されるに至っており、要求される寸法精度もより一層高いものとなっているのが実情である。この種の焼結品の製造方法としては、鉄系金属粉末や非鉄系金属粉末等を主原料とする原料粉を、成形型を用いて圧縮成形することにより圧粉体を製作し、その後、その圧粉体を耐火性の敷板上に載置した状態で、焼結炉内で加熱（焼結）することにより焼結品を得るのが通例である。また、必要に応じて、焼結品にサイジング（プレス）加工が施され、焼結品に所定の形状及び寸法が付与される。

しかしながら、焼結時に圧粉体に大きな形状変化が生じると、完成品である焼結品にもその形状変化の影響が残存し、仮に加熱処理後に焼結品にサイジング加工を施したとしても、その形状変化を完全に矯正することはできない。したがって、要求寸法を満足する焼結品を製造する上では、焼結時の圧粉体の形状変化を抑制することが要求される。

そこで、例えば下記の特許文献１には、支持すべき圧粉体と同種の原料粉を圧粉・焼結して得られる敷板上に圧粉体を載置し、敷板で圧粉体を面接触支持した状態で焼結する手法が開示されており、焼結時における圧粉体と敷板との寸法変化量の差を低減することで、圧粉体と敷板との接触部の摩擦によって圧粉体に作用する摩擦力（摩擦抵抗）を緩和し、圧粉体の形状変化の低減を図っている。
特開平１１‐８０８０７号公報

しかしながら、仮に圧粉体と敷板を同種の材料で作製したとしても、圧粉体と敷板の接触部での摩擦抵抗は零には成り得ない。したがって、圧粉体と敷板の接触部では、圧粉体の収縮又は膨張が依然として規制され、圧粉体と敷板の非接触部との間に寸法変化の差が生じ、焼結品の寸法変化に偏りが生じてしまう。

本発明の課題は、圧粉体の焼結時において、圧粉体と、圧粉体を支持する支持体との間に作用する摩擦抵抗を低減し、高い寸法精度を有する焼結品を得ることにある。

上記課題を解決するために創案された本発明は、原料粉を圧縮成形した圧粉体を焼結する焼結工程を含む焼結品の製造方法において、前記焼結工程で、並列に配設された複数の丸棒状の支持体のそれぞれの両端を、その長手方向と直交する方向に延びる基体で固定してなる焼結治具を用い、前記焼結治具の複数の前記支持体により前記圧粉体の複数個所を線接触支持した状態で焼結することに特徴づけられる。なお、ここでいう原料粉には、鉄系金属粉末又は銅系金属粉末を主原料とするもの、或いはこれら以外の金属粉末を主原料とするものも含まれる。

上記の方法によれば、圧粉体は、支持体により線接触支持されるため、従来のように圧粉体を面接触で支持した場合に比べて、圧粉体と支持体との接触面積を大幅に低減することができる。そのため、圧粉体に作用する摩擦力の総和が低減し、焼結時の圧粉体の膨張または収縮が支持体によって阻害される割合が極めて小さくなり、圧粉体の寸法変化の偏りを抑制することができる。したがって、このようにして得られる焼結品は、形状変化（圧粉成形された圧粉体との外観形状の差）が小さくなり、高い寸法精度を有することとなる。もちろん、圧粉体の複数箇所が支持体により線接触支持された状態で焼結されるため、圧粉体の姿勢も安定した状態で保持される。

上記の方法において、前記圧粉体が、長手方向両端部に厚肉部を有すると共に、これら厚肉部の間の中間部に厚肉部に対して相対的に薄肉となる薄肉部を有するものである場合には、前記複数の支持体により前記圧粉体の薄肉部のみを線接触支持するようにすることが好ましい。

このようにすれば、凹凸を有する圧粉体であっても、焼結時における圧粉体の寸法変化のばらつきを極力抑え、寸法精度の高い焼結品を得ることができる。

以上のように、本発明によれば、圧粉成形された圧粉体の焼結工程において、圧粉体を支持体で線接触支持することで、圧粉体と支持体との接触面積が低減され、結果として焼結工程における圧粉体の寸法変化のばらつきが抑制される。したがって、形状変化が小さく、高い寸法精度を有する焼結品を得ることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

本発明の一実施形態に係る焼結品の製造方法は、原料粉を成形型を用いて圧縮成形処理して圧粉体を製作する成形工程と、この成形工程で得られた圧粉体を焼結炉内で焼結処理して焼結品を製作する焼結工程とに大別される。

詳述すると、図１に示すように、先ず成形工程で、成形型をなす下パンチ１と上パンチ２とにより、鉄系金属粉末を主原料とする原料粉３を圧縮成形処理して、圧粉体４を製作する。この圧粉体４は、本実施形態では、図２に示すように、細板形状をなすもので、上下方向に相対的に肉厚の異なる薄肉部５および厚肉部６を一体に備え、薄肉部５の長手方向両端に厚肉部６、６が設けられている。そして、圧粉体４の下面７はその長手方向全域に亘って略平面をなすと共に、その上面８は薄肉部５の上端面５ａおよび厚肉部６の上端面６ａにより凹凸面をなし、厚肉部６、６間に凹部９を形成している。

上記の成形工程により得られた複数の圧粉体４は、図１に示すように、焼結工程において、金網バスケット１０内に収納された焼結治具１１上に移載される。この焼結治具１１は、本実施形態では、等間隔で並列に配設された複数の丸棒状の支持体１１ａをその両端で支持体１１ａの長手方向と直交する方向に延びる基体１１ｂに固定して構成されている。そして、図３に示すように、各圧粉体４は、凹凸面（上面８）を下に向けた状態で、隣り合う２つ以上（図示例では２つ）の支持体１１ａ上に跨るように載置され、薄肉部５の端面５ａが支持体１１ａにより支持される。この際、支持体１１ａが丸棒状体であるため、圧粉体４の薄肉部５の端面５ａは、支持体１１ａによって線接触支持される。

そして、複数の圧粉体４は、向きや姿勢を全て統一された状態で焼結治具１１上に整列され、この状態で焼結炉内で所定温度（例えば１１００〜１３００℃）で加熱されることにより焼結処理を受け、図２に示す圧粉体４と略同一形状の焼結品１２が得られる（図１参照）。この焼結処理において、圧粉体４は、支持体１１ａによって線接触支持されているので、面接触支持した場合に比べて、圧粉体４と支持体１１ａの接触面積が大幅に減少する。そのため、圧粉体４に作用する摩擦力の総和が低減し、圧粉体４の変形が支持体１１ａによって阻害される割合が極めて小さくなる。したがって、圧粉体４と支持体１１ａとの接触部と、圧粉体４と支持体１１ａとの非接触部との間で、圧粉体４の寸法変化（寸法変化率）に偏りが生じ難くなり、結果としてかかる焼結工程により得られる焼結品１２は、高い寸法精度を有することとなる。

このようにして製造された焼結品１２は、高い寸法精度を有することから、例えば、図４に示すように、オイルシール機構に組み込まれて使用される。同図において、２１は第１の回転体を、２２は第１の回転体２１と同期して回転可能でかつ相対回転可能な第２の回転体を示している。第１の回転体２１の外周には、外径側に突出した複数の凸部２３が設けられ、第２の回転体２２の内周に設けられた複数の凹部２４に収容されている。第１の回転体２１外周と第２の回転体２２内周との間には例えば潤滑油等のオイルが充満しており、凸部２３によって二つに区画された凹部２４は、それぞれ第１の油室２５、第２の油室２６を形成している。各々の凸部２３の先端部には溝部２７が形成され、この溝部２７内にオイルシールとして上記の焼結品１２が配設されている。

焼結品１２は、図４および図５に示すように、厚肉部１４、１４間に形成された凹部１５に、附勢手段としての板バネ２８を収容した状態で、溝部２７内に配設される。この状態において、板バネ２８は、図５に示すように、頂部２８ａを第１の回転体２１の側に、基端部２８ｂを焼結品１２の側にそれぞれ向けた状態で配設されており、常時、焼結品１２を外方側（第２の回転体２２の側）に向けて附勢している。

板バネ２８の附勢力によりオイルシールとしての焼結品１２の下面１６は、対向する凹部２４の内周面２４ａに当接附勢され、両面１６、２４ａ間がシールされる。また、焼結品１２の幅寸法は、これが収容される溝部２７の幅寸法に略等しく、溝部２７の内側面とこれらに対向する薄肉部１３の側面および厚肉部１４の側面との間がシールされる。これにより、焼結品１２（凸部２３）を介して円周方向で隣り合う油室２５、２６間がシールされる。従って、第１の油室２５と第２の油室２６との間で油圧バランスが保たれ、例えば第１の回転体２１に対する第２の回転体２２の円周方向相対位置が維持される。

このように、高い寸法精度を有する焼結品１２をオイルシールとして使用することにより、油室２５、２６間のシール性能を高めて、確実にシールすることが可能となる。

以上のように、本実施形態の焼結品の製造方法によれば、圧粉体４の焼結時に、圧粉体４を支持体１１ａで線接触支持することで、圧粉体４と支持体１１ａとの接触面積が小さくなるため、圧粉体４に作用する摩擦力の総和が低減され、圧粉体の寸法変化のばらつきが抑制される。したがって、高い寸法精度を有する焼結品１２を製造することができる。また、この製造方法により得られる焼結品１２をオイルシール用の焼結品として使用した場合には、高いシール性能を得ることができる。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。

上記実施形態では、支持体１１ａとして丸棒状体を採用したもの説明したが、圧粉体４を線接触支持できるものであれば、例えば断面多角形状をなす棒状体であってもよい。また、支持体１１ａとして、圧粉体４を線接触支持しつつ、下面が平面となる形状（例えば断面が三角形等の奇数角形の棒状体）を採用すれば、焼結治具１１の基体１１ｂを省略し、支持体１１ａを金網バスケット１０上に直接載置してもよい。さらに、複数の支持体１１ａによって、圧粉体４を断続的に線接触支持するものであってもよい。

また、上記実施形態では、圧粉工程と焼結工程の２つの工程を経て焼結品１２を製作する方法を説明したが、圧粉工程から焼結工程に至るまでの間に、焼結工程における加熱温度よりも低温（例えば８００〜８５０℃）で圧粉体４を加熱することにより圧粉体４よりも強度が高く且つ焼結品１２よりも強度が低い仮焼結品を製作する仮焼結工程を行うようにしてもよい。そして、例えば、図６に示すように、パーツフィーダ３１により全ての仮焼結品４’の向きや姿勢を統一した上で、ロボット３２のハンド３２ａにより仮焼結品４’を負圧により吸着保持して、図３に示す圧粉体４と同様に焼結治具１１上に仮焼結品４’を整列させた後、上記の焼結工程を行ってよい。この場合、仮焼結品４’には、パーツフィーダ３１により向きや姿勢が統一される際、及びロボット３２により吸着保持されて焼結治具１１上に移載される際に、比較的大きな力が作用する。しかし、仮焼結品４’は、圧粉体４よりも形崩れが生じ難く、したがって上記のように動作時に比較的大きな力が仮焼結品４’に作用するパーツフィーダ３１やロボット３２の使用が可能となり、仮焼結品４’を焼結治具１１上に自動整列することができる。

さらに、上記実施形態では、鉄系金属粉末を主原料とする原料粉３を用いて焼結品１２を製作したものを説明したが、銅系金属粉末を主原料とする原料粉、またはこれら以外の金属粉末を主原料とする原料粉を用いて焼結品を製作するものであってもよい。また、必要に応じてこれらの原料粉にバインダーとして機能する粉末を混入してもよい。

本発明の一実施形態に係る焼結品の製造方法の実施状況を示す概略斜視図である。上記製造方法の中の一工程により製作される圧粉体を示す概略斜視図である。上記製造方法の中の一工程の実施状況を示す概略斜視図である。上記製造方法により製作された焼結品を備えたオイルシール機構の一例を示す断面図である。上記製造方法により製作された焼結品を備えたオイルシール機構の一例を示す断面図である。上記製造方法の中の一工程の別の実施状況を示す概略斜視図である。

符号の説明

１下パンチ
２上パンチ
３原料粉
４圧粉体
５薄肉部
６厚肉部
１０金網バスケット
１１焼結治具
１１ａ支持体
１１ｂ基体
１２焼結品
１３薄肉部
１４厚肉部
２１第１の回転体
２２第２の回転体
２５第１の油室
２６第２の油室
２８板バネ
３１パーツフィーダ
３２ロボット

Claims

原料粉を圧縮成形した圧粉体を焼結する焼結工程を含む焼結品の製造方法において、
前記焼結工程で、並列に配設された複数の丸棒状の支持体のそれぞれの両端を、その長手方向と直交する方向に延びる基体で固定してなる焼結治具を用い、前記焼結治具の複数の前記支持体により前記圧粉体の複数個所を線接触支持した状態で焼結することを特徴とする焼結品の製造方法。
前記圧粉体は、長手方向両端部に厚肉部を有すると共に、これら厚肉部の間の中間部に厚肉部に対して相対的に薄肉となる薄肉部を有するものであって、
前記複数の支持体により前記圧粉体の薄肉部のみを線接触支持したことを特徴とする請求項１に記載の焼結品の製造方法。