JP4781858B2 - 焼結品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、焼結品の製造方法に係り、詳しくは、原料粉を圧縮成形して圧粉体を製作する成形工程と、該成形工程の実行後に圧粉体を加熱して最終製造物となるべき本焼結品を製作する焼結工程とを有する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に亘って使用されるに至っている。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、然る後、その圧粉体を焼結炉内で所定の温度に加熱することにより最終的に焼結品を得ることが公知となっている（例えば、下記の特許文献１〜３参照）。

この場合、圧縮成形後の圧粉体を焼結炉内に投入するに際しては、その圧粉体をメッシュベルト上に直接載置する手法、または金網に入れる手法、もしくはセラミック等の板やトレイ上に載置する手法などが採用される（例えば、下記の特許文献１参照）。したがって、圧縮成形後の圧粉体は、メッシュベルト、金網、またはセラミック板等からなる耐熱性敷部材上に移載された後、焼結炉内で加熱処理を受けることになる。

以上のように、従来における焼結品の製造方法は、図５及び図６に示すように、原料粉１３を圧縮成形して圧粉体１４を製作する成形工程Ｐを実行した後、その複数の圧粉体１４を耐熱性敷部材１５上（金網バスケットやベルト等でもよい）に移載して仮配列処理を行い且つそれに対して焼結炉内で加熱処理（焼結処理）を施す焼結工程Ｓを、一回に限り実行するのが通例とされていた。そして、この一回の焼結工程Ｓの実行によって、最終製造物である本焼結品１９を得ているのが実情であった。

特開平１１−８０８０７号公報 特開平２−２５４１０３号公報 特許第３３２０４９６号公報

しかしながら、従来における焼結品の製造方法のように、原料粉を圧縮成形して圧粉体を製作する成形工程を実行した後、その圧粉体を焼結炉内で加熱する焼結工程を一回に限り実行していたのでは、複数の圧粉体を耐熱性敷部材上に移載させるに際して、極めて重大な問題が生じる。

すなわち、圧粉体を焼結炉で焼結処理する際には、炉内温度が高温であることに起因して、圧粉体が変形を来たし易くなり、したがって複数の圧粉体は、変形が生じ難い一定の向き及び一定の姿勢で耐熱性敷部材上に配列されねばならない。しかも、圧粉体は、原料粉を押し固めたに過ぎないものであるため、強度（特に形崩れに対する強度）が不十分であって、そのハンドリング時等に破損や欠損を起こしやすい。

したがって、このように強度が不十分な圧粉体を、耐熱性敷部材上に規則正しく整列させようとすれば、作業の複雑化や困難化を余儀なくされ、その整列作業をロボット等の機械制御装置を用いて自動化することは、圧粉体の形崩れに伴う破損等を勘案すれば、極めて困難な事となる。

本発明は、上記事情に鑑み、成形工程実行後の圧粉体が破損や欠損を生じ易い状態にあっても、焼結工程に最終的に移行する際には、耐熱性敷部材上に複数の圧粉体を形崩れが生じ難い状態で迅速且つ容易に規則正しく整列させることを可能とし、もって作業性或いは作業能率の改善を図ることを技術的課題とする。

上記技術的課題を解決するためになされた本発明は、原料粉を圧縮成形して圧粉体を製作する成形工程と、該成形工程の実行後に上記圧粉体を加熱して最終的に本焼結品を製作する焼結工程とを有する焼結品の製造方法であって、上記焼結工程が、相対的に低温で上記圧粉体を加熱することにより該圧粉体よりも強度が高く且つ上記本焼結体よりも強度が低い仮焼結品を製作する仮焼結工程と、該仮焼結工程の実行後に相対的に高温で上記仮焼結品を加熱することにより本焼結品を製作する本焼結工程とに区分され、上記仮焼結工程の実行時には、複数の上記圧粉体が、向きや姿勢が統一されておらず、上記本焼結工程の初期段階では、複数の上記仮焼結品が、自動配列手段により焼結治具の並列に配設された複数本の丸棒体の上に載置されて一定の向き及び姿勢に整列されると共に、上記各仮焼結品の丸棒体配列方向に延びる四角柱状部の両端部を除く部位の下面が上記丸棒体の上端に接触し且つその両端部が上記丸棒体の上端よりも下方に突出した状態で、上記各焼結品が上記複数本の丸棒体の上に載置されていることに特徴づけられる。

このような構成によれば、成形工程で圧縮成形された圧粉体に対して、一回に限り焼結工程が実行されるのではなく、仮焼結工程と本焼結工程との少なくとも二回にわたる焼結工程が実行される。すなわち、仮焼結工程では、成形工程で圧縮成形された圧粉体を、相対的に低温つまり本焼結工程での加熱温度よりも低温で加熱するため、その加熱時における圧粉体の熱の影響による変形（曲げや反り等）が生じ難くなる。したがって、仮焼結工程の実行時に、複数の圧粉体を最も変形が生じ難い一定の向き及び一定の姿勢に整列させる必要がなくなり、その仮配列作業を大きな力を加えることなく容易且つ簡単に行えることから、仮配列作業時における圧粉体の形崩れによる破損や欠損が生じ難くなる。換言すれば、複雑且つ確実な圧粉体の本配列作業を行わなくとも仮焼結工程を実行できることから、この仮配列作業時に圧粉体に大きな力を加える必要がなくなり、圧粉体の形崩れが生じ難くなると共に、仮焼結工程での加熱によって圧粉体が不当に変形することもなくなる。このようして仮焼結工程の実行により得られる仮焼結品は、本焼結品よりも強度（形崩れに対する強度）が低いものの、圧粉体よりも強度が高いことから、複数の仮焼結品を一定の向き及び姿勢に整列させるための作業を行うべく、仮焼結品に比較的大きな力を加えても、仮焼結品が形崩れをおこして破損或いは欠損することがなくなり、複雑な本配列作業を迅速に行う上で極めて有利となる。この場合、仮焼結品の強度は、仮配列作業を行う際のそのハンドリング時に形崩れが生じない程度の強度であることが好ましい。このようにして、本焼結工程の初期段階で複数の仮焼結品が規則正しく整列した後は、仮焼結品を相対的に高い温度で加熱して本焼結処理を行うことにより、相対的に強度の高い最終製造物としての本焼結品が得られる。

この場合、上記本焼結工程の初期段階では、自動配列手段を用いて複数の仮焼結品を配列させることが行われる。すなわち、上記の仮焼結品は、圧粉体よりも強度が高いことから、自動配列手段から比較的大きな力（吸着力や振動による力等）が作用した場合でも、仮焼結品が形崩れをおこす確率は極めて低くなる。換言すれば、圧粉体であれば自動配列手段の使用が不可能な場合であっても、仮焼結体であれば自動配列手段の使用が可能になるのである。更に、複数の仮焼結品は、焼結治具の並列に配設された複数本の丸棒体の上に載置されて一定の向き及び姿勢に整列されると共に、上記各仮焼結品の丸棒体配列方向に延びる四角柱状部の両端部を除く部位の下面が上記丸棒体の上端に接触し且つその両端部が上記丸棒体の上端よりも下方に突出した状態で、上記各焼結品が上記複数本の丸棒体の上に載置されている。その結果、各仮焼結品がこのような向き及び姿勢とは異なる状態で載置された場合と比較して、各仮焼結品の重心が低くなるため、安定して丸棒体上に載置された状態となる。

そして、自動配列手段としては、複数の仮焼結品を一定の向き及び姿勢に配列させるものであることが好ましい。このようにすれば、複数の仮焼結品を、最も変形が生じ難い向き及び姿勢とした上で、その後の本焼結処理を行うことが可能となり、最終的に得られる本焼結品の形状や寸法精度が極めて良好なものとなる。

以上の方法において、仮焼結工程の実行時における仮焼結温度を、原料粉の中に混入されている鉄系金属粉末よりも融点の低いバインダーが溶融する温度とすることができる。また、原料粉としては、鉄系金属粉末を主原料とするものを用いることができる。このようにすれば、仮焼結工程では、圧粉体を、好ましくは７５０〜９００℃（より好ましくは下限が８００℃、上限が８５０℃）に加熱し、本焼結工程では、仮焼結品を、好ましくは１０５０〜１３００℃（より好ましくは下限が１１００℃、上限が１１５０℃）に加熱して行うことができる。

以上のように本発明によれば、成形工程で圧縮成形された圧粉体に対して、仮焼結工程と本焼結工程とに区分された焼結工程が実行され、仮焼結工程では、圧粉体を相対的に低温で加熱するため、その加熱時における圧粉体の熱の影響による変形が生じ難くなる。したがって、仮焼結工程の実行時に、複数の圧粉体を一定の向き及び姿勢に整列させる必要がなくなり、その仮配列作業を大きな力を加えることなく容易且つ簡単に行えるため、圧粉体の形崩れによる破損や欠損が生じ難くなる。更に、仮焼結工程の実行により得られる仮焼結品は、本焼結品よりも強度が低いものの、圧粉体よりも強度が高いことから、複数の仮焼結品を一定の向き及び姿勢に整列させるための作業を行うべく、仮焼結品に比較的大きな力を加えても、仮焼結品が形崩れをおこして破損或いは欠損することがなくなり、複雑な本配列作業を迅速に行う上で極めて有利となる。しかも、本焼結工程の初期段階では、複数の仮焼結品は、焼結治具の並列に配設された複数本の丸棒体の上に載置されて一定の向き及び姿勢に整列されると共に、上記各仮焼結品の丸棒体配列方向に延びる四角柱状部の両端部を除く部位の下面が上記丸棒体の上端に接触し且つその両端部が上記丸棒体の上端よりも下方に突出しているため、各仮焼結品がこのような向き及び姿勢とは異なる状態で載置された場合と比較して、各仮焼結品の重心が低くなり、安定して丸棒体上に載置された状態となる。

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。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る焼結品の製造方法は、鉄系金属粉末を主原料とする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Ｐと、この成形工程Ｐで得られた圧粉体を焼結炉内で焼結処理して最終的に本焼結品を製作する焼結工程Ｓ０とに大別される。このうち、焼結工程Ｓ０は、成形工程Ｐで得られた複数の圧粉体をトレー等の耐熱性敷部材上（金網バスケットやベルト等でもよい）に移載して仮配列処理を行った後に焼結炉内で相対的に低温で仮焼結処理して仮焼結品を製作する仮焼結工程Ｓ１と、この仮焼結工程Ｓ１で得られた複数の仮焼結品を金網バスケット内に収納された焼結治具に移載して本配列処理を行った後に焼結炉内で相対的に高温で本焼結処理して本焼結品を製作する本焼結工程Ｓ２とに区分される。

詳述すると、図２に示すように、先ず成形工程Ｐで、成形型をなす下パンチ１と上パンチ２とにより原料粉３を圧縮成形処理して、例えば室温程度の圧粉体４を製作する。この処理により得られた複数の圧粉体４は、耐熱性敷部材５上に移載されるが、同図にも示すように、複数の圧粉体４は、向きや姿勢を統一されることなく耐熱性敷部材５上に移載される。このように耐熱性敷部材５上に配列された複数の圧粉体４は、先ず焼結工程Ｓ０における仮焼結工程Ｓ１にて、焼結炉内で８００〜８５０℃に加熱されることにより仮焼結処理を受け、これにより仮焼結品６が製作される。この処理により得られた複数の仮焼結品６は、金網バスケット７内に収納された焼結治具８上に移載されるが、この複数の仮焼結品６は、向きや姿勢を全て統一された状態で焼結治具８上に整列される。尚、焼結治具８は、等間隔で並列に配設された縦方向に延びる複数本の丸棒体８ａをその両端でそれぞれ横方向に延びる支持体８ｂに固定して構成されている。そして、このように焼結治具８上に規則正しく整列された複数の仮焼結品６は、焼結炉（上記の仮焼結処理が行われた焼結炉と同一のもであってもよく、また異なるものであってもよい）内で１１００〜１１５０℃に加熱されることにより本焼結処理を受け、これにより最終製造物である本焼結品９が得られる。

この場合、上記の成形工程Ｐで得られた圧粉体４は、形崩れに対する強度が低いものの、この圧粉体４は、仮焼結工程Ｓ１では加熱温度が低いことから熱による曲げや反り等の変形が生じ難く、しかも全ての圧粉体４を厳格に均一に加熱する必要性に乏しい。したがって、複数の圧粉体４を耐熱性敷部材５上に移載する際には、大きな力を加えて向きや姿勢を統一させる必要がなくなり、これにより圧粉体４の仮配列作業を容易かつ簡素に行えることになる。これに対して、仮焼結品６は、本焼結工程Ｓ２での加熱温度が高いことから、熱による曲げや反り等の変形が生じ易く、このため、そのような変形が最も生じ難い向きや姿勢に統一する必要がある。

そこで、この実施形態では、図３に示すように、パーツフィーダ１０により全ての仮焼結品６の向きや姿勢を統一した上で、ロボット１１のハンド１１ａにより仮焼結品６を負圧により吸着保持して、図４に示すように、焼結治具８上に規則正しく、つまり全ての仮焼結品６が同一の温度条件で加熱を受け得る状態とすることが行われる。しかも、図４に示すように、焼結治具８の複数本の丸棒体８ａの上に載置されている仮焼結品６は、その丸棒体配列方向（同図左右方向）に延びる四角柱状部の両端部を除く部位の下面が丸棒体８ａの上端に接触し且つその両端部が丸棒体８ａの上端よりも下方に突出した状態とされている。そのため、各仮焼結品６は、このような向き及び姿勢とは異なる状態で丸棒体８ａの上に載置された場合と比較して、重心が低くなり、安定して丸棒体８ａの上に載置された状態となっている。この場合、仮焼結品６には、パーツフィーダ１０により向きや姿勢が統一される際、及びロボット１１により吸着保持されて焼結治具８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６は、原料粉３の中に混入されている鉄系金属粉末よりも融点の低いバインダーが溶融して固化していることから、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（振動や衝撃による力を含む）が仮焼結品６に作用するパーツフィーダ１０やロボット１１の使用が可能となる。そして、このように焼結治具８上に規則正しく整列された複数の仮焼結品６は、高温で本焼結処理を受けることにより、曲げや反り等の変形が可及的に低減された本焼結品９を得ることができる。

尚、上記実施形態は、鉄系金属粉末を主原料とする原料粉３を用いて仮焼結品６及び本焼結品９を製作するようにしたが、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仮焼結品６及び本焼結品９を製作するようにしてもよい。

本発明の実施形態に係る焼結品の製造方法の作業手順を示す概略流れ工程図である。 上記作業手順に沿う実施状況を示す概略斜視図である。 上記作業手順の中の一工程の実施状況を示す概略斜視図である。 上記作業手順の中の一工程の実施状況を示す概略斜視図である。 従来における焼結品の製造方法の作業手順を示す概略流れ工程図である。 従来における上記作業手順に沿う実施状況を示す概略斜視図である。

符号の説明

３ 原料粉
４ 圧粉体
６ 仮焼結品
９ 本焼結品
Ｓ０ 焼結工程
Ｓ１ 仮焼結工程
Ｓ２ 本焼結工程
Ｐ 成形工程

Claims (3)

1. 原料粉を圧縮成形して圧粉体を製作する成形工程と、該成形工程の実行後に上記圧粉体を加熱して最終的に本焼結品を製作する焼結工程とを有する焼結品の製造方法であって、
   上記焼結工程が、相対的に低温で上記圧粉体を加熱することにより該圧粉体よりも強度が高く且つ上記本焼結体よりも強度が低い仮焼結品を製作する仮焼結工程と、該仮焼結工程の実行後に相対的に高温で上記仮焼結品を加熱することにより本焼結品を製作する本焼結工程とに区分され、上記仮焼結工程の実行時には、複数の上記圧粉体が、向きや姿勢が統一されておらず、上記本焼結工程の初期段階では、複数の上記仮焼結品が、自動配列手段により焼結治具の並列に配設された複数本の丸棒体の上に載置されて一定の向き及び姿勢に整列されると共に、上記各仮焼結品の丸棒体配列方向に延びる四角柱状部の両端部を除く部位の下面が上記丸棒体の上端に接触し且つその両端部が上記丸棒体の上端よりも下方に突出した状態で、上記各焼結品が上記複数本の丸棒体の上に載置されていることを特徴とする焼結品の製造方法。
2. 上記仮焼結工程の実行時における仮焼結温度が、原料粉の中に混入されている鉄系金属粉末よりも融点の低いバインダーが溶融する温度であることを特徴とする請求項１に記載の焼結品の製造方法。
3. 上記原料粉が、鉄系金属粉末を主原料とすることを特徴とする請求項１または２に記載の焼結品の製造方法。

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