JP5539539B2 - 高強度焼結成形体の製造方法およびその製造装置 - Google Patents

Description

混合粉末を２回加圧により密度の高い圧粉成形体を成形し、この圧粉成形体に焼結処理を施して機械的強度を一段と高めた焼結成形体を製造する高強度焼結成形体の製造方法とその製造装置に関する。

一般的に、粉末冶金技術は、金属粉末を加圧（圧縮）して所定形状の圧粉成形体に成形処理し、次いで圧粉成形体を当該金属粉末の融点近傍温度に加熱して粒子間結合（固化）を促す焼結処理を行う一連の技術である。これにより、形状複雑で寸法高精度の焼結成形体（機械部品等）を低コストで製造することができる。

また、機械部品の一段の小型軽量化要請に伴い、圧粉成形体の機械的強度の向上が求められる。機械的強度は、圧粉成形体の密度を高めるにしたがって大幅（双曲線的）に高まるとされている。代表的な高強度化方法としては、金属粉末に潤滑剤を混合させることで摩擦抵抗力の低減を図りつつ加圧成形する方法が提案（例えば、特許文献１：特開平１−２１９１０１号公報）されている。さらなる高密度化を目指した幾多の提案もされている。これら提案は、潤滑剤自体の改善と、加圧成形・焼結処理に係るプロセスの改善に大別される。

前者に属するものとしては、潤滑剤をボール状炭素分子と板状炭素分子を組み合わせた炭素分子複合体とする提案（特許文献２：特開２００９−２８０９０８号公報）、２５℃における針入度が０．３〜１０ｍｍである潤滑剤とする提案（特許文献３：特開２０１０−３７６３２号公報）を挙げることができる。いずれも金属粉末と金型との摩擦抵抗力を低減する考え方である。

後者に属するものとしては、温間成形・焼結粉末冶金方法（特許文献４：特開平２−１５６００２号公報）、２回プレス−２回焼結粉末冶金方法（特許文献５：特開平４−２３１４０４号公報）および１回成形−焼結粉末冶金方法（特許文献６：特開２００１−１８１７０１号公報）が知られている。

最初の温間成形・焼結粉末冶金方法は、固体潤滑剤および液体潤滑剤を混合した金属粉末を予熱することで潤滑剤の一部（または、全部）を溶融させかつ粒子間に潤滑剤を分散させる。これにより、粒子間および粒子・金型間の摩擦抵抗力を下げることで、成形性を向上しようとするものである。２回プレス−２回焼結粉末冶金方法は、合金化成分を含む鉄粉末混合物をダイ（金型）内で加圧しつつ生の圧粉成形体を生成し、この圧粉成形体を８７０℃で５分間だけ予備焼結して予備焼結体を生成し、この予備焼結体を加圧することで２回プレス済の予備焼結体を生成し、しかる後に２回プレス済の予備焼結体を１０００℃で５分間焼結することにより焼結部品を生成する方法である。最後の１回成形−焼結粉末冶金方法は、金型を予め予熱しかつ内面に潤滑剤を帯電付着しておく、次いでこの金型内に加熱された鉄基粉末混合物（鉄基粉末＋潤滑剤粉末）を充填し、所定温度で加圧成形して鉄基粉末成形体となし、次いで鉄基粉末成形体に焼結処理を施し、さらに光輝焼入れを行い、その後に焼き戻し処理を施して鉄基焼結体を製造する方法である。

このように、潤滑剤や加圧成形・焼結処理プロセスに関するいずれの従来改善策も、複雑でコスト高となる虞が強い。取扱いも面倒である。しかも、かかる多大な不利不都合を忍受したとしても、圧粉成形体の密度は最高でも７．４ｇ／ｃｍ^３（真密度の９４％）程度である。しかも、潤滑剤燃焼に起因する残渣発生があると、加圧成形した圧粉成形体の品質の劣化を招く。したがって、実際製造上の密度は７．３ｇ／ｃｍ^３以下である。つまり、機械的強度が不十分である。

特に、電磁機器（モータやトランス等）用の磁心（磁芯）を圧粉成形体から作製することを考えると、この程度の密度（７．３ｇ／ｃｍ^３以下）では、極めて不満足との指摘が強い。損失（鉄損、ヒステリス損）量を減少し、磁束密度を高くするには圧粉成形体の一層の高密度化が必要であること、例えば平成２１年度粉体粉末冶金協会秋季大会での発表資料（株式会社豊田中央研究所殿提供）からしても、明白である。

なお、磁心用圧粉成形体の製造に関しては、２回成形−１回焼結（１回焼鈍）粉末冶金方法（特許文献７：特開２００２−３４３６５７号公報）が提案されている。この提案粉末冶金方法は、表面がシリコーン樹脂と顔料とを含む被膜で被覆された磁性粉末を予備成形して予備成形体を成形し、この予備成形体に５００℃以上の温度で熱処理を施して熱処理体とし、次いでこの熱処理体に圧縮成形を施すことを特徴とする。熱処理用の温度は、５００℃以下ではその後の圧縮成形時に破断が生じやすく、１０００℃以上では絶縁被膜が分解して絶縁性が焼失するので、５００〜１０００℃の範囲内とする。この高温処理は、予備成形体の酸化を防止する観点から、真空中、不活性ガス雰囲気または還元性ガス雰囲気中で行われる。したがって、他の提案方法に比較して、ますます複雑化、個別化されるとともに、具現化と実施化が難しく、製造コストの大幅高を招く。大量生産には不向きである。

ところで、上記したいずれの提案方法・装置（特許文献１〜７）においても、機械的強度の高い焼結成形体を低コストで確実に製造したいという産業界の要請に応えられない。しかも、機械的強度は、最終の焼結処理に依存するが如き考え方が多い。このことは、高温雰囲気内での焼鈍処理や焼結処理についての実施可能な記述はあるが加圧成形工程に関する詳細は定かでなく、加圧成形機の仕様・機能、加圧力と密度の関係やその限界に関する分析も新たな改善についての記載がないことからも、明らかである。

ここに、小型軽量化に伴う一段の機械的強度が求められる点からも、高強度焼結成形体を確実・安定かつ低コストで製造できる方法・装置の開発が急務とされている。

本発明の目的は、機械的強度の高い焼結成形体を低コストでかつ確実・安定して製造することができる高強度焼結成形体の製造方法およびその製造装置を提供することにある。

従来、加圧成形処理は混合粉末を具体的形態として確立するものであり、高温焼結処理の前段階（予備）的な機械的処理として考えられ、そのように取り扱われてきた。つまり、高強度化は最終工程である焼結処理に委ねられていたと考えられる。

しかし、前段階（予備）的な機械的処理とされていた加圧成形処理の工夫により圧粉成形体の密度を大幅に高めることができるならば、その後の焼結処理を従前のままとしておいても、結果として焼結成形体の機械的強度を大幅に高めることができる筈である。

本発明は、加圧時の潤滑剤の有効性、潤滑剤粉末を含む圧縮限界性、潤滑剤粉末の混合粉末内での空間的占有性、基金属粉末と潤滑剤粉末の空間的配置状態やそれらの挙動性、残渣（潤滑剤の凝固粒）の残留状態、潤滑剤の気化に伴う金属粒同士の部分的拡散および潤滑剤の最終処分態様についての研究、並びに一般的な加圧成形機の特性、圧縮限界性および圧粉成形体の密度（強度）に及ぼす影響度についての分析に基づき、創出したものである。

具体的には、従来方法によると、図８Ａ及び図８Ｂに示すように圧粉成形体１１５内に大量の不要物（残渣等）１０８あるいは大きな空孔１０９が残っている。この状態では、加圧力を著しくあるいは限りなく大きくしても、圧粉成形体の密度（強度）を一定以上に高めることができないことを突き止めた。本発明は、この原因を解消しつつ圧粉成形体の密度を高めかつこれを土台として焼結による高強度化を積み重ね、結果として最終的な焼結成形体の強度を大幅に高めるものである。

本発明は、潤滑剤の粉末状態を維持しつつ第１の加圧により１次圧粉成形体を成形し、次いで潤滑剤を加熱して液化させることにより１次圧粉成形体内の潤滑様相の改変をなし、この１次圧粉成形体に第２の加圧を施して密度を高めた２次圧粉成形体を成形し、しかる後に２次圧粉成形体に焼結を施して高強度の焼結成形体を成形するものである。すなわち、前段階（予備）的な機械的処理とされていた加圧成形において、焼結処理による高密度化のベースとなる圧粉成形体の密度を積極的かつ限界的に高めておくことにより、結果として高強度焼結成形体を確実に安定してかつ低コストで製造することのできる画期的な方法と装置を提供するものである。

（１）本発明の一実施形態に係る高強度焼結成形体の製造方法は、基金属粉末である鉄粉末と潤滑剤粉末との混合物である混合粉末であって、該混合粉末全量の０．０２〜０．１２重量％が潤滑剤粉末である混合粉末を加圧して圧粉成形体を成形する加圧成形工程と、圧粉成形体を焼結して機械的強度の高い焼結成形体を成形する焼結成形工程と、を含み、加圧成形工程が加熱昇温工程を挟む第１の加圧成形工程と第２の加圧成形工程とから形成され、第１の加圧成形工程が第１の金型内で潤滑剤粉末の融点未満の常温において混合粉末に第１の加圧力を加えて密度が７．０〜７．５ｇ／ｃｍ ^３ の１次圧粉成形体を成形するものとされ、加熱昇温工程が１次圧粉成形体を加熱して当該１次圧粉成形体に含まれる潤滑剤粉末を液化するものとされ、第２の加圧成形工程が昇温された１次圧粉成形体を暖機された第２の金型にセットして液化した潤滑剤の再固形化を防止しつつ、前記第２の金
型内で１次圧粉成形体に第２の加圧力を加えて密度を高めた２次圧粉成形体を成形するものとされている、ことを特徴とする。

（２）上記高強度焼結成形体の製造方法において、潤滑剤粉末の融点が９０〜１９０℃の温度範囲内に属する低融点とすることができる。

（３）上記高強度焼結成形体の製造方法において、前記鉄粉末が純鉄粉末であり、前記潤滑剤粉末が０．０３〜０．１０重量％のステアリン酸亜鉛粉末であり、前記第２の加圧力が前記２次圧粉成形体の密度を７．７５ｇ／ｃｍ^３に圧縮できるものと選択されている。

（４）上記高強度焼結成形体の製造方法において、第２の加圧力が第１の加圧力と等しくすることができる。

（５）上記高強度焼結成形体の製造方法において、Ｆｅ−Ｓｉ合金粉末と潤滑剤粉末との混合物である混合粉末であって、該混合粉末全量の０．０２〜０．１２重量％が潤滑剤粉末である混合粉末を加圧して圧粉成形体を成形する加圧成形工程と、圧粉成形体を焼結して機械的強度の高い焼結成形体を成形する焼結成形工程と、を含み、
前記加圧成形工程が加熱昇温工程を挟む第１の加圧成形工程と第２の加圧成形工程とから形成され、
前記第１の加圧成形工程が第１の金型内で前記潤滑剤粉末の融点未満の常温において前記混合粉末に第１の加圧力を加えて密度が真密度比７０〜８５％の１次圧粉成形体を成形するものとされ、
前記加熱昇温工程が１次圧粉成形体を加熱して当該１次圧粉成形体に含まれる潤滑剤粉末を液化するものとされ、
前記第２の加圧成形工程が昇温された１次圧粉成形体を暖機された第２の金型にセットして液化した潤滑剤の再固形化を防止しつつ、前記第２の金型内で１次圧粉成形体に第２の加圧力を加えて密度を高めた２次圧粉成形体を成形するものとされている、ことを特徴とする。

（６）本発明の一実施形態に係る高強度焼結成形体の製造装置は、鉄粉末と低融点の潤滑剤粉末との混合物である混合粉末であって、該混合粉末全量の０．０２〜０．１２重量％が潤滑剤粉末である混合粉末を外部に供給充填可能な混合粉末供給機と、この混合粉末
供給機を用いて第１の金型に充填された混合粉末に第１の加圧力を加えて密度が７．０〜７．５ｇ／ｃｍ ^３ の１次圧粉成形体を成形する第１の加圧成形機と、第１の金型から取出された１次圧粉成形体の温度を昇温して１次圧粉成形体に含まれる潤滑剤粉末を液化させるための加熱昇温機と、昇温された１次圧粉成形体を暖機済の第２の金型にセットして液化した潤滑剤の再固形化を防止しつつ、該１次圧粉成形体に第２の加圧力を加えて密度を高めた２次圧粉成形体を成形する第２の加圧成形機と、２次圧粉成形体に焼結処理を施して機械的強度を高めた焼結成形体を製造する焼結処理機と、を具備する。

（７）上記高強度焼結成形体の製造装置において、前記加熱昇温機と前記第２の加圧成形機とをこれら機能を一体的に組み込んだ加熱加圧成形機から形成するとともに、加熱加圧成形機を複数台の加熱加圧成形子機から形成し、前記第１の加圧成形機で成形された１次圧粉成形体を該１次圧粉成形体の成形サイクル毎に前記複数台の加熱加圧成形子機の中から選択した１台に導入し、前記複数台の加熱加圧成形子機が順次密度を高めた２次圧粉成形体を成形するように形成することができる。

上記（１）の実施形態によれば、高強度焼結成形体を確実・安定して製造できかつ製造コストを大幅に低減することができる。

上記（２）の実施形態によれば、第１の加圧工程中における潤滑剤の十分な潤滑作用を担保できる。しかも、潤滑剤の種類に関する選択性が広い。

上記（３）の実施形態によれば、従来成形方法による焼結成形体と比較して機械的強度の高い焼結成形体を能率よく製造できる。上記（４）の実施形態によれば、加圧成形機の設備経済を低減でき、加圧成形工程の実施およびその取扱いが容易である。間接的に圧粉成形体の製造コストを一段と低減できる。

上記（５）の実施形態によれば、従来成形方法による焼結成形体と比較して機械的強度の高い焼結成形体を能率よく成形できる。

上記（６）の実施形態によれば、上記（１）〜（５）に係る高強度焼結成形体の製造方法を確実に実施することができるとともに具現化が容易で、取扱いが簡単である。

上記（７）の実施形態によれば、上記（６）の実施形態の場合に比較して装置簡素化を図れる。製造ラインの単純化も促進でき、取扱いも一段と容易になる。また、第１の加工成形工程、加熱昇温工程、及び第２の加圧成形工程のタクトタイムを合わせることが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態に係る高強度焼結成形体の製造方法を説明するための図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係る高密度焼結成形体の製造装置およびその動作を説明するための正面図である。 図３Ａは、本発明の第１の実施形態に係る高密度焼結成形体の製造装置における混合粉末の成形動作を説明するための図であって、第１の金型で１次圧粉成形体を成形している状態を示す。 図３Ｂは、本発明の第１の実施形態に係る高密度焼結成形体の製造装置における混合粉末の成形動作を説明するための図であって、第１の金型内に次の混合粉末を充填している状態を示す。 図４は、本発明の第１の実施形態に係る高密度焼結成形体の製造装置における加圧力と当該加圧力で得られる密度との関係を説明するためのグラフであり、破線Ａは第１の金型での成形状態を、実線Ｂは第２の金型での成形状態を示す。 図５は、本発明の第１の実施形態に係る高密度焼結成形体の製造装置における２次圧粉成形体の断面内部状態を説明するための部分断面拡大図である。 図６Ａは、本発明の第１の実施形態に係る高密度焼結成形体の製造装置におけるリング形状の焼結成形体（および２次圧粉成形体、１次圧粉成形体）を説明するための外観斜視図である。 図６Ｂは、本発明の第１の実施形態に係る高密度焼結成形体の製造装置における細長丸軸形状の焼結成形体（および２次圧粉成形体、１次圧粉成形体）を説明するための外観斜視図である。 図７は、本発明の第２の実施形態に係る高強度焼結成形体の製造装置およびその動作を説明するための正面図である。 図８Ａは、従来方法による熱処理後の予備圧粉成形体の断面内部状態とその問題点を説明するための部分断面拡大図であって、５００〜７００℃で熱処理した場合を示す。 図８Ｂは、従来方法による熱処理後の予備圧粉成形体の断面内部状態とその問題点を説明するための部分断面拡大図であって、７００〜１０００℃で熱処理した場合を示す。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
本高強度焼結成形体の製造装置１は、図１〜図６Ｂに示す如く、混合粉末供給機１０と第１の加圧成形機２０と加熱昇温機３０と第２の加圧成形機４０と焼結処理機８０とを具備し、基金属粉末と潤滑剤粉末との混合物である混合粉末１００であって、該混合粉末全量の０．０２〜０．１２重量％が潤滑剤粉末である混合粉末１００を加圧して圧粉成形体１１０、１１５を成形する加圧成形工程と圧粉成形体１１５を焼結処理して機械的強度の高い焼結成形体１２０を成形する焼結成形工程とを含む高強度焼結成形体の製造方法を安
定・確実に実施することができる。

本高強度焼結成形体の製造方法の技術的特徴は、加圧成形工程が加熱昇温工程（図１のＰＲ３）を挟む第１の加圧成形工程（ＰＲ２）と第２の加圧成形工程（ＰＲ５）との２工程から形成され、第１の加圧成形工程（ＰＲ２）が第１の金型（下型２１）内で潤滑剤粉末の融点未満の常温において混合粉末１００に第１の加圧力Ｐ１を加えて１次圧粉成形体１１０を成形可能とされ、加熱昇温工程（ＰＲ３）が１次圧粉成形体１１０に含まれる潤滑剤粉末を液化するものとされ、第２の加圧成形工程（ＰＲ５）が昇温された１次圧粉成形体を暖機された第２の金型（下型４１）にセットして液化した潤滑剤の再固形化を防止しつつ、前記第２の金型（下型４１）内で１次圧粉成形体１１０に第２の加圧力Ｐ２を加えて密度を高めた２次圧粉成形体１１５を成形可能とされている、ことである。

この実施形態における全体的流れとしては、図１に示す如く、調製工程（ＰＲ０）で調製された混合粉末１００を第１の金型に充填する混合粉末充填工程（ＰＲ１）、１次圧粉成形工程（ＰＲ２）、１次圧粉成形体１１０の温度を当該潤滑剤粉末の融点相当温度に積極的に昇温する加熱昇温工程（ＰＲ３）、加熱された１次圧粉成形体１１０を第２の金型内にセットする工程（ＰＲ４）、２次圧粉成形工程（ＰＲ５）および２次圧粉成形体１１５に焼結処理を施して高強度の焼結成形体１２０を成形する焼結処理工程（ＰＲ６）がこの順で実行される。

本願明細書中でいう混合粉末１００とは、基金属粉末と低融点の潤滑剤粉末との混合物を意味する。基金属粉末が鉄粉末の場合には１次圧粉成形体の密度は７．０〜７．５ｇ／ｃｍ ^３ であり、基金属粉末が磁心用Ｆｅ−Ｓｉ合金粉末の場合には１次圧粉成形体の密度は真密度比７０〜８５％である。なお、特に断らない限り、以下の説明において１次圧粉成形体の具体的な密度は鉄粉末について説明する。また、基金属粉末としては、１種の主金属粉末だけからなる場合と、１種の主金属粉末およびこれに１または複数の合金化成分粉末を混合してなる場合とがあるが、いずれの場合も適応できる。低融点とは、基金属粉末の融点（温度）に比較して温度（融点）が著しく低い温度（融点）でかつ基金属粉末の酸化を大幅に抑制できる温度（温度）であることを意味する。具体的詳細は後記する。

高強度焼結成形体の製造装置１を示す図２において、高強度成形ラインの一番左側（上流側）に配置された混合粉末供給機１０は、混合粉末１００を第１の加圧成形機２０の一部を構成する第１の金型（下型２１）に充填する手段である。一定量の混合粉末１００を保留する機能および定量供給機能を有し、全体として初期位置（図２、図３Ａ、図３Ｂに実線で示した位置）と第１の金型（下型２１）の上方位置（図３Ａ、図３Ｂに破線で示した位置）との間を選択的に往復移動可能である。

第１の金型（下型２１）内の何処にも混合粉末１００を均一かつ十分に充填させることが重要であるから、混合粉末１００はサラサラ状態でなければならない。つまり、第１の金型（下型２１）の内部空間（キャビティ）の形態は製品形態に応じた形態であるから、製品形態が複雑であるいは狭小部分を有する形態であっても、１次圧粉成形体１１０の寸法精度保証上、不均一充填や不十分充填は許されない。

この実施の形態における１次圧粉成形体１１０（２次圧粉成形体１１５）は、図６Ａに示すリング形状であり、第１の金型の内部空間（キャビティ）２２の形態はこれに対応する形態に仕上げられている。

ここに、基金属粉末の粒子間の摩擦抵抗力および基金属粉末と金型内面との摩擦抵抗力を軽減するための潤滑剤は、常温においてサラサラ状態の固形状（非常に小さな粒状）であるものを選択する。例えば液状の潤滑剤を採用すると、混合粉末１００の粘度が高くかつ流動性が低くなるので、均一充填や十分充填ができない。

次いで、常温下の第１の金型（２１）内でかつ第１の加圧力Ｐ１を加えつつ実行される１次圧粉成形体１１０の成形中、潤滑剤は固形状で所定の潤滑作用を安定維持できなければならない。第１の加圧力Ｐ１の加圧により多少の温度上昇が生じる場合があったとしても、同様に安定維持されるべきである。

一方において、１次圧粉成形体１１０の成形後に実行される加熱昇温工程（ＰＲ３）との関係および基金属粉末の酸化抑制の観点から、潤滑剤粉末の融点は当該基金属粉末の融点に比較して非常に低い融点（低融点）とする必要がある。

この実施の形態では、潤滑剤粉末の融点は、９０〜１９０℃の温度範囲内に属する低融点として選択されている。下側温度（９０℃）は、１次圧粉成形体成形中にある程度の温度上昇が発生したとしても、この温度には到達しないであろう値（７０〜８０℃）の上限温度（８０℃）に対して余裕をもたせた値（９０℃）とし、さらに他の金属石鹸の融点（例えば、１１０℃）に着目して選択してある。つまり、１次圧粉成形体の加圧成形中に潤滑油粉末が溶解（液化）して流れ出てしまう心配を一掃する。

上側温度（１９０℃）は、潤滑剤粉末の種類に関する選択性の拡大の観点からは最小値で、特に加熱昇温工程（ＰＲ３）に際する基金属粉末の酸化抑制の観点からは最大値として選択してある。つまり、この温度範囲（９０〜１９０℃）の下側温度と上側温度は、限界値ではなく境界値として理解されたい。

かくして、金属石鹸に属する多くの物質（ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウム等）を潤滑剤粉末として選択的に採用することができる。なお、潤滑剤は粉末状態でなければならないので、粘性のある液体のオクチル酸亜鉛等は採用できない。

この実施の形態では、融点１２０℃のステアリン酸亜鉛粉末を潤滑剤粉末として実施した。なお、本発明においては、特許文献６の発明のように加圧成形時の金型温度よりも低い温度（融点）の潤滑剤を用いかつ最初から潤滑剤を溶解（液化）させつつ加圧成形を実行する考え方は否定する。１次圧粉成形体１１０の成形終了以前に溶解した潤滑剤が流出してしまったのでは、途中で潤滑不足の部位が発生し易いので十分な加圧成形を確実かつ安定して行えないからである。

また、潤滑剤粉末の量は、試験研究を通じた経験則から選択した値（混合粉末全量の０．０２〜０．１２重量％）とする。好ましくは、０．０３〜０．１０重量％である。０．０３重量％は１次圧粉成形体１１０の成形終了まで最良の潤滑作用を担保できる値であり、０．１０重量％は混合粉末１００から１次圧粉成形体１１０とする際に期待する圧縮比を得るための最良の値である。下記する各実施例はこれら値を採用して実施した。

第１の加圧成形機２０は、混合粉末供給機１０を用いて第１の金型２１に充填された混合粉末１００に第１の加圧力Ｐ１を加えて１次圧粉成形体１１０を成形する手段であり、この実施の形態ではプレス機械構造である。

図２において、金型はボルスタ側の下型２１とスライド５側の上型２５とからなる。下型２１のキャビティ２２は、１次圧粉成形体１１０の形態（リング形状）に対応する形状（円環筒形状）とされている。上型２５は下型２１（２２）内に押込み可能な形態とされ、スライド５により昇降運動される。キャビティ２２の下方には、可動部材２３が上下方向に変位可能に嵌装されている。

可動部材２３は、グランドレベルＧＬ以下に設けられた貫通穴２４を通して突き上がるノックアウトピン（図示省略）によって上方に変位される。つまり、金型［２１（２２）］内の１次圧粉成形体１１０を、移送レベルＨＬまで押し上げることができる。外部からみれば、金型［２１（２２）］内の１次圧粉成形体１１０を外部（ＨＬ）に取出すための第１の取出手段として働く。１次圧粉成形体１１０が加熱昇温機３０側に移送された後に、可動部材２３はノックアウトピンとともに初期位置に戻る。もっとも、他の格別の手段から第１の取出手段を形成してもよい。

第１の加圧成形機２０における加圧力Ｐ（第１の加圧力Ｐ１）とこれに対応して得られる１次圧粉成形体１１０の密度ρとの関係を、図４を参照して説明する。横軸は加圧力Ｐを指数で示してある。この実施形態における最大能力（加圧力Ｐ）は１０Ｔｏｎ／ｃｍ^２あり、これを横軸指数１００とする。Ｐｂは金型破損圧力で、横軸指数１４０（１４Ｔｏｎ／ｃｍ^２）である。縦軸は密度ρを指数で示している。縦軸指数（１００）は密度ρ（７．６ｇ／ｃｍ^３）である。

因みに、縦軸指数１０２は密度ρ（７．７５ｇ／ｃｍ^３）に当たる。密度ρ（７．０ｇ／ｃｍ^３、７．５ｇ／ｃｍ^３）は縦軸指数（９２、９８）に相当する。

第１の加圧力Ｐ１を上げて行くと、第１の加圧成形機２０で得られる密度ρは、破線Ａで示す曲線に従って高くなる。第１の加圧力Ｐ１（横軸指数１００）で、密度ρが７．６ｇ／ｃｍ^３となる。第１の加圧力Ｐ１をこれ以上の値に上昇させても、密度ρの向上は極微である。金型破損の虞が強い。

従来方法では、加圧成形機（プレス機械）の最大能力で加圧して得られた密度ρに満足できない場合には、一段と大型のプレス機械を装備しなければならなかった。しかし、最大能力を例えば１．５倍に大型化しても、密度ρの向上は軽微である。かくして、現在プレス機械で得られるが低い密度ρ（例えば、７．５ｇ／ｃｍ^３）で妥協していたのが実状であった。

ここに、現在プレス機械をそのまま利用して、縦軸指数１００（７．６ｇ／ｃｍ^３）から１０２（７．７５ｇ／ｃｍ^３）まで向上できることになれば、画期的であると理解できる。つまり、密度ρを２％向上できるなら、機械的強度を大幅に向上できる。

以上を実現化するために、第１の加圧成形機２０で成形した１次圧粉成形体１１０を加熱することで潤滑剤の溶解（液化）を促し、しかる後に第２の加圧成形機４０で２回目の加圧成形処理を施すように形成されている。第２の加圧成形機４０おいて１次圧粉成形体１１０を加圧すると、図４に実線Ｂで示すように縦軸指数１０２に相当する高密度（７．７５ｇ／ｃｍ^３）を達成できる。詳細は、第２の加圧成形機４０の説明において、追記する。

加熱昇温機３０は、第１の金型２１から取出された１次圧粉成形体１１０を加熱して当該１次圧粉成形体１１０の温度を当該潤滑剤粉末の融点相当温度に積極的に昇温する手段である。図２において、加熱昇温機３０は、図示しない温風発生源と、吹付けフード３１、排気循環フード３３等を含み、金網状保持部材３２に位置づけされた１次圧粉成形体１１０に温風を吹付けて加熱し、その温度を潤滑剤粉末の融点相当温度（１２０℃）に昇温する。下記する各実施例の場合も、ステアリン酸亜鉛融点１２０℃である。

この低温加熱処理の技術的意義を第１の加圧成形処理との関係において説明する。下型２１（２２）内に充填された混合粉体１００を観察してみると、基金属粉末との関係において潤滑剤粉末の存在が比較的に疎である部分（疎部分）と密である部分（密部分）とが認められる。密部分は、基金属粉末の粒子間の摩擦抵抗力および基金属粉末と金型内面との摩擦抵抗力が小さい。疎部分は、これら摩擦抵抗力が大きくなる筈である。

第１の加圧成形機２０での加圧中において、密部分は低摩擦なので圧縮性が勝り、圧縮化進行し易い。疎部分は高摩擦なので圧縮性が劣り、圧縮化が遅れる。いずれにしても、予め設定された第１の加圧力Ｐ１の値に応じた圧縮進行困難化現象が発生する。つまり、圧縮限界が生じる。この状態下で金型２１から取出した１次圧粉成形体１１０の破断面を拡大観察すると、上記密部分であった部分は基金属粉末が一体的様相で圧接されている。しかし、潤滑剤粉末も紛れ込んでいる。疎部分であった部分は、圧接された基金属粉末間に僅かな隙間（空孔）が残っている。潤滑剤粉末は殆ど見当たらない。

かくして、密部分であった部分から潤滑剤粉末を除去すれば、圧縮可能な隙間が生まれる。疎部分であった部分の隙間に潤滑剤を補給することができれば、その部分の圧縮性を高められる筈である。

すなわち、第１の加圧成形終了後の１次圧粉成形体１１０を加熱して潤滑剤粉末の融点相当温度（１２０℃）に昇温することで、潤滑剤粉末を溶解（液化）させその流動性を高める。密部分であった部分から溶け出した潤滑剤はその周辺に浸み込みかつ疎部分であった部分に補給される。したがって、基金属粉末の粒子間の摩擦抵抗力を小さくでき、潤滑剤粉末が占めていた空孔も圧縮できることになるわけである。基金属粉末の粒子と金型内面との摩擦抵抗力も小さくできる。

特筆すべきは、従来方法（例えば、上記特許文献５、上記特許文献７）と本発明の技術的思想が全く異なる点にある。

圧粉成形を焼結成形の単なる予備（前段階）的な処理と考える従来方法においては、予備成形体（１次圧粉成形体１１０相当）を高温雰囲気（５００〜１０００℃）で熱処理（歪除去）するものとされている。実に、この従来熱処理が圧粉成形体の品質劣悪化および強度向上阻止化の根源と推察される。

試験研究によると、圧粉成形体を上記した５００〜１０００℃に関する低温側範囲（５００〜７００℃）で熱処理すると潤滑剤が溶融する。その後常温に戻すと潤滑剤が凝固して金属粒子同士を結合する。すると、圧粉成形体には、図８Ａに示すように、空孔内や金属粒子（１０１）間の空隙部に潤滑剤の凝固粒が残渣（不要物１０８）が多く残る。

一方の高温側範囲（７００〜１０００℃）の熱処理では、温度が高くなるにつれて、潤滑剤が溶融・気化する過程を経る。このため、分解凝固分（１０８）が少なくなる傾向となるが、今度は金属粒（１０１）同士の接触面で拡散が始まり、一部粒界で部分的に焼結が進む。例えば、鉄粉の場合は、７５０〜７６０℃で金属粒同士の接触面での部分拡散が始まる。つまり、このような高温で熱処理を行うと、図８Ｂに示すように、潤滑剤が気化した部分が空孔１０９として残り、また金属粉同士の一部に部分拡散接合部（部分焼結）１２８が存在した状態となる。

かくして、熱処理後の圧粉成形体を再び圧縮処理（常温加圧処理）すると、低温側範囲の場合は、内部の残留物をその成形体の外部に排出することはできず、不要物（残渣等）１０８がそのまま圧粉成形体内に残る（図８Ａ）。高温側範囲の場合は、低温側範囲の場合に較べ不要物（残渣等）１０８は少ないものの、金属粒界の部分焼結箇所１２８が発生している（図８Ｂ）ので、その焼結箇所を破壊して空孔１０９を減少させ、密度を上げる加工になる。部分焼結（１２８）が生じている場合は、２回目の加圧成形圧力が非常に高くなり、金型の強度上の限界から、圧粉成形体の密度向上には限界がある。この結果、高温雰囲気（５００〜１０００℃）で熱処理した場合は、２回目加圧成形後の成形体は、非常にもろく機械的強度は低い。しかも、２回目の加圧成形圧力を高くしなければならないことは、加圧能力の高いプレス機および耐高圧金型が必要になるので、設備経済上、非常に不利である。

しかるに、本発明の場合は、圧粉成形体を潤滑剤融点相当に昇温しかつ当該温度が維持された状態の圧粉成形体１１０に対して、２回目の圧粉成形加工が行なわれる。この温度に保たれた圧粉成形体１１０の内部において、炭化は発生ぜず、潤滑剤が溶融して流動可能な状態になっている。その状態で、プレス機械等の加圧成形加工を施すと、内部に存在している溶融状態の潤滑剤が搾り出されて圧粉成形体１１０から外部に流出する。その結果、当該加圧成形加工終了後の圧粉成形体（２次圧粉成形体１１５）の内部には、図５に示すように、不要物（残渣等）１０８が殆んど残らない。つまり、極めて密度が高く、機械的強度が高い圧粉成形体１１５を成形できる。

この２回目の圧粉成形加工を実行するための第２の加圧成形機４０は、予め融点相当温度に暖機可能な第２の金型４１を有し、暖機済の第２の金型４１にセットされた昇温済の１次圧粉成形体１１０に、第２の加圧力Ｐ２を加えて密度の高い２次圧粉成形体１１５を成形するための手段である。

なお、この実施形態における第２の加圧成形機４０の最大能力（加圧力Ｐ）は、第１の加圧成形機２０の場合と同じ１０Ｔｏｎ／ｃｍ^２である。かくして、第１の加圧成形機２０と第２の加圧成形機４０とは１台のプレス機械として構成され、図２に示す共通のスライド５により各上型２５、４５を同期昇降できる。この点からも、装置経済が有利で、２次圧粉成形体１１５の成形コストを低減できる。

なお、第２の加圧力Ｐ２の値は第１の加圧力の値以上であればよい。例えば、第１の加圧成形機２０と第２の加圧成形機４０とを２台のプレス機械から構成し、第２の加圧成形機４０の最大能力（加圧力Ｐ）と第１の加圧成形機２０の最大能力（加圧力Ｐ）とを異なるものとしてもよい。

図２において、金型はボルスタ側の下型４１とスライド５側の上型４５とからなる。下型４１のキャビティ４２は、下部は加圧成形体１１５の形態（リング状形態）に対応する形状（円環筒形状）とされ、上部が１次圧粉成形体１１０を受入れ可能に僅かに大きい形態とされている。上型４５は下型４１（４２）内に押込み可能な形態とされ、スライド５により昇降運動される。キャビティ４２の下方には、可動部材４３が上下方向に変位可能に嵌装されている。なお、金型（４１）と上記金型（２１）とは、圧縮対象（１１０と１１５）との上下方向寸法差に相当する高さ（位置）調整がされている。

可動部材４３は、グランドレベルＧＬ以下に設けられた貫通穴４４を通して突き上がるノックアウトピン（図示省略）によって上方に変位される。つまり、第２の金型［４１（４２）］内の２次圧粉成形体１１５を、移送レベルＨＬまで押し上げることができる。外部からみれば、金型［４１（４２）］内の２次圧粉成形体１１５を外部（ＨＬ）に取出すための第２の取出手段として働く。なお、他の格別の手段から第２の取出手段を形成してもよい。２次圧粉成形体１１５が排出シュータ５９に排出され、加熱昇温機３０から新たな１次圧粉成形体１１０を受けた後に、可動部材４３はノックアウトピンとともに初期位置に戻る。

第２の金型［４１（４２）］には、設定温度変更可能な暖機手段４７が設けられている。この暖機手段４７は、１次圧粉成形体１１０を受入れる（セットされる）までに、潤滑剤粉末（ステアリン酸亜鉛）の融点相当温度（１２０℃）に第２の金型［４１（４２）］を暖める（暖機する）。昇温済の１次圧粉成形体１１０を冷やすこと無く受入れることができる。これにより、先に溶解（液化）した潤滑剤の再固形化を防止しつつ潤滑作用を担保することができる。

この意味において、暖機手段４７は、２次圧粉成形体１１５が加圧成形完了となるまで、加熱可能とされている。かくすれば、加圧成形中における溶解させた潤滑剤の全方向への流動性を一段と高められるから、粒子間のみならず粒子と金型４１（４２）との間の摩擦抵抗力を大幅に軽減維持できる。

なお、暖機手段４７は、電熱加熱方式とされているが、温油や温水の循環方式などでも実施することができる。

第２の加圧成形機４０における加圧力（第２の加圧力Ｐ２）とこれに対応して得られる２次圧粉成形体１１５の密度ρとの関係を、図４を用いて説明する。

第２の加圧成形機４０で得られる密度ρは、実線Ｂで示す直線に従う。すなわち、第１の加圧成形機２０の場合（破線Ａ）とは異なり、第２の加圧力Ｐ２を上げて行くに従って次第に密度ρが高まるわけでない。つまり、第１の加圧成形工程における最終の第１の加圧力Ｐ１（例えば、横軸指数５０、７５あるいは８５）を越えるまでは密度ρは高くならない。第２の加圧力Ｐ２が最終の第１の加圧力Ｐ１を超えると、一気に密度ρが高まる。第２の加圧成形は、あたかも第１の加圧成形を連続的に引き継いで行われるものと理解される。

かくして、第１の加圧成形工程において、第１の加圧力Ｐ１を何時でも最大能力に対応する値（横軸指数１００）まで上昇させた運転をしなくてもよいことになる。つまり、圧縮限界以降に第１の加圧成形を続行した場合の無駄な時間、消費エネルギーを排斥できる。製造コスト低減に繋がる。また、横軸指数１００を越える過負荷運転を回避し易くなるので、金型破損の心配がない。全体として、運転取扱いが容易で安全かつ安定運用ができる。

下記する各実施例の場合、第１の加圧力Ｐ１を、密度ρを７．０〜７．５ｇ／ｃｍ^３まで高めることができる相当圧力（縦軸指数９２〜９８のいずれかの値）に選択設定して、成形処理されている。７．５ｇ／ｃｍ^３（縦軸指数９８）は縦軸指数１００を超えた危険領域に突入させない上側値とし、７．０ｇ／ｃｍ^３（縦軸指数９２）は上側値に対して幅をもたせた下側値として選択してある。取扱い（加圧設定等）および運転容易化のためである。第２の加圧力Ｐ２は、縦軸指数９２（〜９８）〜１００に相当するものとされ、縦軸指数１０２に対応する密度ρ（７．７５ｇ／ｃｍ^３）の２次圧粉成形体１１５を成形することができる。なお、実施例２の場合は、混合比の問題から真密度比で表した。

図２において、焼結処理機８０は、この実施の形態では、連続式焼結炉から形成され、シュータ５９を介して導入された２次圧粉成形体１１５をコンベヤ（図示省略）で低速連続移動させつつ、所定の温度で所定時間だけ焼結処理を行える。複数の２次圧粉成形体１１５を能率よくかつ均一に焼結処理できる。つまり、一段と高強度化した焼結成形体１２０を製造することができる。図３では、焼結処理機８０は図示省略されている。なお、焼結処理機８０は、バッチ式焼結炉から形成してもよい。

焼結温度は、通常、鉄系では１１２０℃位で、高温焼結で１２５０℃程度である。温度の上昇過程でも焼結が進行するので、最高温度の保持時間は３０分程度で十分である。この実施の形態では、焼結温度および焼結時間（コンベヤ速度）の値は設定変更可能に形成してある。

第２圧粉成形体１１５は、図５に示すように不要物（残渣等）１０８が殆ど無い状態（高密度）であるから、金属粒（１０１）と金属粒（１０１）の接触面積が大きい。これは、従来方法の場合と比較して短い焼結時間で、従来方法と同じ面積の拡散結合を期待できることを意味する。換言すれば、接触面積が大きいが故により広い面積で拡散結合を促進できるので、機械的性質（強度）の大幅な向上が期待できるわけである。

さらに、最終工程の焼結処理により内部（歪）応力を除去できるので、焼鈍処理は不要である。

図３Ｂにおいて、ワーク移送手段５０は、図３Ａにおける第１の取出手段（２３、２４）によって第１の金型２１から取出された１次圧粉成形体１１０を加熱昇温機３０内の所定位置に移送可能で、昇温後の１次圧粉成形体１１０を加熱昇温機３０内の所定位置から第２の金型４１まで移送可能で、第２の取出手段（４３、４４）によって第２の金型４１から取出された２次圧粉成形体１１５を排出シュータ５９に移送可能に形成されている。

この実施の形態のワーク移送手段５０は、図３Ｂに示す同期運転される３つの送りバー５１、５２、５３から構成されている。送りバー５１、５２、５３は、移送要求時に図３Ａの紙面奥行き側から手前（図３Ｂ）の移送ラインに進行され、左から右へ移動させた後に元の位置に退行する。セット手段（５２、４３、４４）は、昇温された１次圧粉成形体１１０を該融点相当温度に暖機された第２の金型４２にセットする。

なお、ワーク移送手段は、２次元あるいは３次元方向に駆動されるフィンガー等を含み、各金型等にワークを順次移送するトランスファー装置などから形成してもよい。また、２次圧粉成形体１１５を焼結処理機８０まで移送可能に形成することもできる。

かかる実施の形態に高強度焼結成形体１２０の製造装置１では、次のようにして高強度焼結成形方法が実施される。

（混合粉末の調達）
基金属粉末と０．０３（〜０．１０）重量％の潤滑剤粉末（ステアリン酸亜鉛粉末）を混合してサラサラ状態の混合粉末１００を調達する。所定量だけ混合粉末供給機１０に補給する（図１の工程ＰＲ０）。

（混合粉末の充填）
所定タイミングにおいて、混合粉末供給機１０が図３Ｂに示すように所定位置（実線）から補給位置（破線）に移動される。次いで、混合粉末供給機１０の供給口が開放され、第１の加圧成形機２０の空の下型２１（２２）内に定量の混合粉末１００が充填される（図１の工程ＰＲ１）。例えば２秒間で充填できる。充填後に供給口が閉鎖され、混合粉末供給機１０は所定位置（実線）に戻る。

（１次圧粉成形体の成形）
図２のスライド５とともに第１の加圧成形機２０の上型２５が下降して下型２１（２２）内の混合粉末１００を第１の加圧力Ｐ１で加圧する第１の加圧成形処理がはじまる。固形状の潤滑剤は十分な潤滑作用を営む。圧縮された１次圧粉成形体１１０の密度ρは、図４の破線Ａにしたがって高くなる。第１の加圧力Ｐ１が横軸指数（例えば、９５）相当の圧力（９．５Ｔｏｎ／ｃｍ^２）になると、密度ρが７．２５ｇ／ｃｍ^３（縦軸指数９５相当）に高まる。例えば８秒間の加圧成形が終了すると、図３Ａに示すように金型（２１）内に１次圧粉成形体１１０が成形されている（図１の工程ＰＲ２）。その後、スライド５により上型２５が上昇する。なお、第２の加圧成形機４０では、先の１次圧粉成形体１１０に関する第２の加圧成形処理が同期して行われている。

（１次圧粉成形体の取出し）
第１の取出手段（２３）が働き、１次圧粉成形体１１０が移送レベルＨＬに突き上げられる。つまり、下型２１から取出される。すると、図３Ｂに示すように、ワーク移送手段５０が働き、その移送バー５１により１次圧粉成形体１１０は加熱昇温機３０へ向けて移送される。この段階で、可動部材２３が下方の初期位置に戻される。移送後の１次圧粉成形体１１０は、図３Ａに示す如く金網状保持部材（３２）上に位置決めされている。

（加熱昇温）
図３Ａにおいて、加熱昇温機３０が起動する。吹付けフード３１から温風が吹付けられ１次圧粉成形体１１０は、潤滑剤粉末の融点相当温度（１２０℃）に昇温される（図１の工程ＰＲ３）。つまり、潤滑剤が溶解され、その流動により１次圧粉成形体１１０内の潤滑剤分布を均一的に改変する。加熱昇温時間は例えば８〜１０秒である。なお、温風は金網状保持部材３２、排気循環フード３３を通して再循環利用される。

（昇温済の１次圧粉成形体のセット）
昇温された１次圧粉成形体１１０は、図３Ｂに示すように、ワーク移送手段５０（移送バー５２）により第２の加圧成形機４０へ移送され、下型４１の上方に位置決めさられ、下型４１（４２）内の可動部材４３上にセットされる（図１の工程ＰＲ４）。

（金型の暖機）
第２の加圧成形機４０において、暖機手段４７が働き、１次圧粉成形体１１０を受入れる（セットされる）以前に、金型［４１（４２）］を潤滑剤粉末の融点相当温度（１２０℃）に暖める。その後に受入れた昇温済み１次圧粉成形体１１０内の潤滑剤の再固形化を防止することができる。

（２次圧粉成形体の成形）
図２のスライド５とともに上型４５が、図３Ａに示すように下降して下型４１（４２）内の１次圧粉成形体１１０を第２の加圧力Ｐ２で加圧し始める。液状の潤滑剤が十分な潤滑作用を営む。特に、加圧成形の進行に伴い潤滑剤が全方向に流出するので、粒子間のみならず粒子と金型との摩擦抵抗力を効率よく軽減できる。圧縮された１次圧粉成形体１１０の密度ρは、図４の実線Ｂにしたがって高くなる。つまり、第２の加圧力Ｐ２が横軸指数（例えば、９５…加圧力９．５Ｔｏｎ／ｃｍ^２）を超えると、密度ρが７．２５ｇ／ｃｍ^３から急激に縦軸指数１０２相当の密度ρ（７．７５ｇ／ｃｍ^３）に高まる。第２の加圧力Ｐ２を横軸指数１００（１０Ｔｏｎ／ｃｍ^２）まで上げると、密度ρ（７．７５ｇ／ｃｍ^３）は全体的に均一となる。ここで、例えば８秒間の第２の加圧成形処理が終了すると、金型（４１）内に２次圧粉成形体１１５が成形されている（図１の工程ＰＲ５）。その後、スライド５により上型４５が上昇する。なお、第１の加圧成形機２０では、後の１次圧粉成形体１１０に関する第１の加圧成形処理が同期して行われている。

（２次圧粉成形体の取り出し）
第２の取出手段（４３）が働き、２次圧粉成形体１１５が移送レベルＨＬに突き上げられる。つまり、下型４１から取出される。すると、図３Ｂ示すように、ワーク移送手段５０が働き、その移送バー５３により２次圧粉成形体１１５は排出シュート５９に向けて移送される。この段階で、可動部材４３が下方の初期位置に戻される。

（成形サイクル）
以上の２つの成形工程による圧粉成形方法によれば、順番に供給充填される金属粉末１００についての第１の加圧成形処理、加熱昇温処理および第２の加圧成形処理を同期実行できるので、最長の加熱昇温処理時間（１０秒）にワーク移送時間（例えば、２〜４秒）を加えた１２〜１４秒のサイクル時間で２次圧粉成形体１１５を成形することができる。

（焼結成形体の成形）
排出シュート５９から導入された２次圧粉成形体１１５は、焼結処理機８０において、焼結処理される。図５に示す圧粉成形体１１５は、焼結により一段と高強度化された焼結成形体１２０となる。焼結成形体１２０（例えば、小型軽量複雑形状で機械的強度の高い自動車用部品や機器用部品）の供給を安定化でき、それらの生産コストの低減にも大きく貢献できる。

（実施例１）
混合粉末１００を、基金属粉末（機械部品用の純鉄粉末）に潤滑剤粉末（ステアリン酸亜鉛粉末）を０．０３（〜０．１０）重量％だけ混合して調製した。第１の加圧力Ｐ１により加圧成形して密度７．０（〜７．５）ｇ／ｃｍ^３の１次圧粉成形体１１０を成形した。混合量が０．０３重量％とした場合に、第１の加圧成形工程を最も円滑に行うことができた。１２０℃に加熱昇温された１次圧粉成形体１１０を第２の加圧力Ｐ２により加圧成形して縦軸指数１０２に当たる密度ρ７．７５ｇ／ｃｍ^３の２次圧粉成形体１１５を成形した。しかる後に、２次圧粉成形体１１５に１１５０℃で３０分の焼結処理を施して機械的強度を高めた焼結成形体１２０を得た。機械的強度（例えば、引張力）は密度の高さに応じて増大する。すなわち、焼結処理の前段階の第２の加圧成形工程で密度を従来方法の場合に比較して高められているので、焼結により機械的強度を一段と高めた機械部品を能率よく製造することができた。なお、基金属粉末に合金形成用金属粉末を添加した場合も同様に成形できることを確認した。かくして、図６Ｂに示す細長丸軸形状でも高強度仕上げできる。

（実施例２）
混合粉末１００を、基金属粉末（Ｆｅ−Ｓｉ合金粉末）に潤滑剤粉末（ステアリン酸亜鉛粉末）を０．０３（〜０．１０）重量％だけ混合して調製した。第１の加圧力Ｐ１により加圧成形して真密度比７０〜８５％の１次圧粉成形体１１０を成形した。混合量が０．０３重量％とした場合に、第１の加圧成形工程を最も円滑に行うことができた。１２０℃に加熱昇温された１次圧粉成形体１１０を第２の加圧力Ｐ２により加圧成形して縦軸指数１０２に当たる真密度比８５〜９５％の２次圧粉成形体１１５を成形した。しかる後に、２次圧粉成形体１１５に１１５０℃で３０分の焼結処理を施して機械的強度を一段と高めた焼結成形体１２０を得た。すなわち、従来成形方法による焼結成形体と比較して機械的強度の高い焼結成形体を能率よく製造できた。

しかして、この実施の形態によれば、第１の加圧成形工程（第１の金型内）でかつ潤滑剤粉末の融点未満の常温において混合粉末１００に第１の加圧力Ｐ１を加えて１次圧粉成形体１１０を成形し、加熱昇温工程において１次圧粉成形体１１０を潤滑剤粉末の融点相当温度に昇温し、次いで第２の加圧成形工程において暖機された第２の金型内でかつ当該融点相当温度で１次圧粉成形体１１０に第２の加圧力Ｐ２を加えて密度を高めた２次圧粉成形体１１５を成形し、しかる後に２次圧粉成形体１１５に焼結処理を施して焼結成形体を形成する高強度焼結成形体の製造方法であるから、高強度焼結成形体１２０を確実・安定して製造できかつ製造コストを大幅に低減することができる。

また、潤滑剤粉末の融点が９０〜１９０℃の温度範囲内に属する低融点であるから、酸化抑制を助長しつつ潤滑剤の選択性を拡大できる。

また、基金属粉末を純鉄粉末やＦｅ−Ｓｉ合金粉末のいずれに変更しても、他の条件を同一としても、基金属粉末の種類に対応する優れた機械的強度の高い焼結成形体１２０を能率よくかつ安定して低コストで製造できる。

また、第２の加圧力Ｐ２を第１の加圧力Ｐ１と等しい値とすることができるから、加圧成形工程の実施およびその取扱いが容易で、間接的に圧粉成形体の製造コストの一層の低減にも寄与できるとともに、装置具現化に際しては例えば１台のプレス機械をベースとして簡単に構築することができる。

顧みて、従来装置（例えば、プレス機械）の能力（図４の横軸指数１００）では縦軸指数１００に相当する密度以上に高めることが不可能であったのに対して、本発明によれば同一装置で縦軸指数１０２に相当する密度まで高めることができる。この事実は、当該技術分野において画期的なことと賞賛され得る。

さらに、製造装置１が、混合粉末供給機１０と第１の加圧成形機２０と加熱昇温機３０と第２の加圧成形機４０と焼結処理機８０とから構成されているので、上記の高強度焼結成形体１２０の製造方法を確実かつ安定して実施することができる。

（第２の実施の形態）
この実施の形態は、図７に示されている。第１の実施の形態の場合に比較して、混合粉末供給機１０、第１の加圧成形機２０および焼結処理機８０はそのままとし、加熱昇温機３０と第２の加圧成形機４０とを一体的に形成したことを特徴とする。

すなわち、製造装置１は、第１の実施の形態の場合における加熱昇温機３０と第２の加圧成形機４０とを、これら機能を一体的に組み込んだ加熱加圧成形機７０から形成してある。加熱加圧成形機７０は、複数台（この実施形態では、２台）の加熱加圧成形子機７０Ａ、７０Ｂから形成され、各加熱加圧成形子機７０Ａ、７０Ｂは図示しない制御手段によって製造サイクル毎に選択順次動作可能とされている。

各加熱加圧成形子機７０Ａ（７０Ｂ）は、基本構造が第１の実施の形態における第２の加圧成形機４０に相当するものとされている。また、各加熱加圧成形子機７０Ａ（７０Ｂ）には、第１の実施形態の場合における加熱昇温機３０および暖機手段４７の各機能に対応する複合機能をもたせた複合機能型加熱手段４８を設けてある。

すなわち、複合機能型加熱手段４８は、設定温度切換機能を有する電熱方式とされている。予め（１次圧粉成形体１１０を受入れる以前に）、下型４１を潤滑剤融点相当温度（１２０℃）に暖機することができる。１次圧粉成形体１１０を受入れた後は、１次圧粉成形体１１０の全体を潤滑剤融点相当温度（１２０℃）に加熱昇温可能に発熱量を大きく切換える。加熱部位を選択切換えすることもできる。この加熱昇温終了後に第１の実施の形態における第２の加圧成形機４０の場合と同じ第２の加熱成形処理を行う。複合機能型加熱手段４８は、第２の加熱成形処理中に１次圧粉成形体１１０の温度を潤滑剤融点相当温度（１２０℃）以上に保持可能に働く。

図７に示すように、各加熱加圧成形子機２０、７０Ａ、７０Ｂは、独立プレス機械構造とされ、各スライド５、５Ａ、５Ｂは各機用モータの回転制御によりそれぞれに昇降駆動される。つまり、各加熱加圧成形子機７０Ａ、７０Ｂの一方（他方）が加圧成形動作する場合は他方（一方）は予熱であり加圧成形動作はしない。加熱加圧成形機７０を製造サイクルタイムとの関係から３台以上の加熱加圧成形子機から形成する場合も同様である。

かかる実施の形態の装置では、第１の加熱成形機２０で第３番目の１次圧粉成形体１１０を加圧成形中に、一方加熱加圧成形子機７０Ａ（または、７０Ｂ）で第２番目の１次圧粉成形体１１０を加熱昇温しかつ他方加熱加圧成形子機７０Ｂ（または、７０Ａ）で第１番目の１次圧粉成形体１１０を２次圧粉成形体１１５とすべく加圧成形している。また、この期間中に焼結処理機８０では、それ以前に導入された複数の２次圧粉成形体１１５に焼結処理を施して焼結成形体１２０とするように成形中である。

しかして、この実施の形態によれば、加熱加圧成形機７０を同一構造の複数台の加圧成形子機７０Ａ、７０Ｂから構築すればよいから、第１の実施形態の場合に比較して装置簡素化を図れる。製造ラインの単純化も促進でき、取扱いも一段と容易になる。また、この実施の形態によれば、第１の加圧工程、加熱昇温工程、及び第２の加圧工程のタクトタイムを合わせることができる。

なお、第１の加圧成形機２０と加熱加圧成形子機７０Ａ（または、７０Ｂ）あるいは第１の加圧成形機２０および各加熱加圧成形子機７０Ａ、７０Ｂを、１台のプレス機械構造として構築することも可能である。

上記のように、本発明の実施形態について説明したが、本発明の新規事項及び効果から実態的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。したがって、このような変形例はすべて、本発明の範囲に含まれるものとする。

１ 高強度焼結成形体の製造装置、１０ 混合粉末供給機、２０ 第１の加圧成形機、３０ 加熱昇温機、４０ 第２の加圧成形機、４７ 暖機手段、４８ 複合機能型加熱手段、５０ ワーク移送手段、７０ 加熱加圧成形機、７０Ａ，７０Ｂ 加熱加圧成形子機、８０ 焼結処理機、１００ 混合粉末、１０１ 鉄粉、１０８ 不要物（残渣）、１０９ 空孔、１１０ １次圧粉成形体、１１５ ２次圧粉成形体、１２０ 焼結成形体、１２８ 部分焼結

Claims (7)

1. 鉄粉末と潤滑剤粉末との混合物である混合粉末であって、該混合粉末全量の０．０２〜０．１２重量％が潤滑剤粉末である混合粉末を加圧して圧粉成形体を成形する加圧成形工程と、圧粉成形体を焼結して機械的強度の高い焼結成形体を成形する焼結成形工程と、を含み、
   前記加圧成形工程が加熱昇温工程を挟む第１の加圧成形工程と第２の加圧成形工程とから形成され、
   前記第１の加圧成形工程が第１の金型内で前記潤滑剤粉末の融点未満の常温において前記混合粉末に第１の加圧力を加えて密度が７．０〜７．５ｇ／ｃｍ ^３ の１次圧粉成形体を成形するものとされ、
   前記加熱昇温工程が１次圧粉成形体を加熱して当該１次圧粉成形体に含まれる潤滑剤粉末を液化するものとされ、
   前記第２の加圧成形工程が昇温された１次圧粉成形体を暖機された第２の金型にセットして液化した潤滑剤の再固形化を防止しつつ、前記第２の金型内で１次圧粉成形体に第２の加圧力を加えて密度を高めた２次圧粉成形体を成形するものとされている、高強度焼結成形体の製造方法。
2. 前記潤滑剤粉末の融点が９０〜１９０℃の温度範囲内に属する低融点とされている、請求項１記載の高強度焼結成形体の製造方法。
3. 前記鉄粉末が純鉄粉末であり、前記潤滑剤粉末が０．０３〜０．１０重量％のステアリン酸亜鉛粉末であり、前記第２の加圧力が前記２次圧粉成形体の密度を７．７５ｇ／ｃｍ^３に圧縮できるものと選択されている、請求項１または２記載の高強度焼結成形体の製造方法。
4. 前記第２の加圧力が前記第１の加圧力と等しい値に選択されている、請求項１、２、３のいずれか１項に記載された高強度焼結成形体の製造方法。
5. Ｆｅ−Ｓｉ合金粉末と潤滑剤粉末との混合物である混合粉末であって、該混合粉末全量
   の０．０２〜０．１２重量％が潤滑剤粉末である混合粉末を加圧して圧粉成形体を成形する加圧成形工程と、圧粉成形体を焼結して機械的強度の高い焼結成形体を成形する焼結成形工程と、を含み、
   前記加圧成形工程が加熱昇温工程を挟む第１の加圧成形工程と第２の加圧成形工程とから形成され、
   前記第１の加圧成形工程が第１の金型内で前記潤滑剤粉末の融点未満の常温において前記混合粉末に第１の加圧力を加えて密度が真密度比７０〜８５％の１次圧粉成形体を成形するものとされ、
   前記加熱昇温工程が１次圧粉成形体を加熱して当該１次圧粉成形体に含まれる潤滑剤粉末を液化するものとされ、
   前記第２の加圧成形工程が昇温された１次圧粉成形体を暖機された第２の金型にセットして液化した潤滑剤の再固形化を防止しつつ、前記第２の金型内で１次圧粉成形体に第２の加圧力を加えて密度を高めた２次圧粉成形体を成形するものとされている、高強度焼結成形体の製造方法。
6. 鉄粉末と低融点の潤滑剤粉末との混合物である混合粉末であって、該混合粉末全量の０．０２〜０．１２重量％が潤滑剤粉末である混合粉末を外部に供給充填可能な混合粉末供給機と、
   この混合粉末供給機を用いて第１の金型に充填された混合粉末に第１の加圧力を加えて密度が７．０〜７．５ｇ／ｃｍ ^３ の１次圧粉成形体を成形する第１の加圧成形機と、
   前記第１の金型から取出された１次圧粉成形体の温度を昇温して１次圧粉成形体に含まれる潤滑剤粉末を液化させるための加熱昇温機と、
   昇温された１次圧粉成形体を暖機済の第２の金型にセットして液化した潤滑剤の再固形化を防止しつつ、該１次圧粉成形体に第２の加圧力を加えて密度を高めた２次圧粉成形体を成形する第２の加圧成形機と、
   ２次圧粉成形体に焼結処理を施して機械的強度を高めた焼結成形体を製造する焼結処理機と、を具備する高強度焼結成形体の製造装置。
7. 前記加熱昇温機と前記第２の加圧成形機とをこれら機能を一体的に組み込んだ加熱加圧成形機から形成するとともに、加熱加圧成形機を複数台の加熱加圧成形子機から形成し、
   前記第１の加圧成形機で成形された１次圧粉成形体を該１次圧粉成形体の成形サイクル毎に前記複数台の加熱加圧成形子機の中から選択した１台に導入し、前記複数台の加熱加圧成形子機が順次密度を高めた２次圧粉成形体を成形するように形成されている請求項６記載の高強度焼結成形体の製造装置。

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