JP6819948B2

JP6819948B2 - 冷間サイジング方法

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Publication number: JP6819948B2
Application number: JP2017046612A
Authority: JP
Inventors: 守今村
Original assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Priority date: 2017-03-10
Filing date: 2017-03-10
Publication date: 2021-01-27
Anticipated expiration: 2037-03-10
Also published as: JP2018150578A

Description

本発明は、冷間サイジング装置、及び冷間サイジング方法に関する。

焼結体の寸法精度の向上や表面の緻密化などを目的として、焼結体を金型で圧縮してサイジングを行うことが知られている（特許文献１〜４を参照）。例えば特許文献３、４には、焼結体に冷間でサイジングを施す冷間サイジングを行うことが記載されている。

特開２０１０−２２９４３３号公報特開２０１１−８９１７８号公報特開２０１０−７７４７５号公報特開２０１５−６８１８５号公報

焼結体を冷間サイジングした場合、焼結体を金型で圧縮した際や焼結体を金型から抜き出す際に、焼結体と金型のダイとが摺接してその摩擦によりダイが発熱することがある。複数の焼結体を金型のダイに配置して連続的に冷間サイジングを行うと、徐々にダイの温度が上昇して高温になり、焼結体の焼付きが発生し易くなり、互いに接触する焼結体の外周面やダイの内周面にムシレが発生する場合がある。焼結体やダイにムシレなどの欠陥や損傷が発生すると、製品品質の低下や生産性の低下を招くため、好ましくない。

したがって、連続的に冷間サイジングを行った場合であっても、焼結体とダイとの焼付きを抑制して、焼結体及びダイにムシレなどの欠陥や損傷が発生することを抑制できる冷間サイジング装置及び冷間サイジング方法の開発が望まれている。

そこで、本開示は、焼結体及びダイに欠陥や損傷が発生することを抑制でき、製品品質の向上並びに生産性の向上を図ることが可能な冷間サイジング装置及び冷間サイジング方法を提供することを目的の１つとする。

本開示に係る冷間サイジング装置は、
焼結体を圧縮する金型を備える冷間サイジング装置であって、
前記金型は、前記焼結体が配置されるダイを有し、
前記ダイを冷却する冷却機構を備える。

本開示に係る冷間サイジング方法は、
焼結体を金型で圧縮して冷間でサイジングを行う冷間サイジング方法であって、
前記焼結体に潤滑油剤を含浸させる含浸工程と、
前記潤滑油剤を含浸させた前記焼結体を前記金型に備えるダイに配置し、前記ダイを冷却しながら前記焼結体を冷間サイジングするサイジング工程と、を備える。

上記冷間サイジング装置及び冷間サイジング方法は、焼結体及びダイに欠陥や損傷が発生することを抑制でき、製品品質の向上並びに生産性の向上を図ることが可能である。

実施形態１に係る冷間サイジング装置に備える金型の構成を示す概略縦断面図である。ダイの概略平面図である。図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断したダイの概略縦断面図である。焼結体の一例を示す概略斜視図である。コアロッドの変形例を示す概略縦断面図である。

［本発明の実施形態の説明］
一般に、金型を用いて焼結体を冷間サイジングする際には、焼結体とダイとの焼付きを回避するため、潤滑性を向上する目的でサイジング前に焼結体に潤滑油剤を含浸させることが行われている。これにより、ダイとの摩擦抵抗を軽減して摩擦によるダイの発熱を抑制し、焼結体とダイとの焼付きを抑制している。通常、この潤滑油剤には、焼結体が有する気孔に含浸させ易いように、低粘度の潤滑油剤（例えば４０℃での動粘度が７．５ｍｍ^２／ｓ程度以下）が使用されている。

しかしながら、焼結体に潤滑油剤を含浸させたとしても、複数の焼結体を金型のダイに配置して連続的に冷間サイジングを行った場合はダイの温度上昇が避けられず、冷間サイジングする焼結体の数量が多くなると（例えば数百個以上）、ダイが過熱して高温になる。ダイの温度が高温になると、ダイに配置された焼結体も高温状態になり、焼結体に含浸させた潤滑油剤の温度が上昇して粘度が低下する。潤滑油剤の粘度が下がり過ぎると、潤滑油剤が焼結体の気孔から流出して油剤切れ（潤滑不良）を起こし、サイジングの際に潤滑機能が十分に得られない。特に、冷間サイジングによる焼結体のサイジング代（圧縮による塑性変形量）が大きい場合や、焼結体の高さ寸法が長くてダイとの接触長さ（ストローク量）が大きい場合は、サイジングする際の摩擦抵抗が大きくなり、発生する摩擦熱が増大することから、ダイの温度上昇が激しい。そのため、この場合は特に、潤滑油剤の温度上昇に伴う粘度低下が起こり易く、油剤切れが発生し易いため、焼結体とダイとの焼付きを抑制できずに焼結体及びダイにムシレなどの欠陥や損傷が発生する場合がある。

そこで、潤滑油剤の温度上昇に伴う粘度低下を補うため、低粘度の潤滑油剤に高粘度の潤滑油剤を混合して、潤滑油剤の粘度を調整することが考えられる。これにより、高温状態でも潤滑油剤が焼結体の気孔に保持され易くなるため、油剤切れによる焼結体とダイとの焼付きを抑制でき、焼結体やダイにムシレなどの欠陥や損傷が発生することを抑制できる。通常、高粘度の潤滑油剤には、極圧添加剤（摩耗防止剤も含む）を含有しており、リン酸成分などを含んでいる。このような極圧添加剤を含有する潤滑油剤を使用した場合、これに含まれるリン酸成分などが温度上昇により焼結体の鉄と反応して、焼結体の表面に化合物皮膜（例えばリン酸鉄皮膜）を形成することがあり、その厚さによって焼結体表面の色合いが変わる。焼結体表面の変色は、外観上好ましくない場合がある。また、場合によっては（必要に応じて）、サイジング後に焼結体を水蒸気処理（ＳＴ処理）することがある。極圧添加剤を含有する潤滑油剤を使用した場合は、水蒸気処理時に油剤が浮き上がり焼結体表面が変色するため、水蒸気処理前に脱油処理する必要がある。また、極圧添加剤を含有する高粘度の潤滑油剤は、極圧添加剤を含有しない低粘度の潤滑油剤に比較して一般的に高価であるため、使用した場合は製造コストが高くなる。よって、高粘度の潤滑油剤を使用したくない事情もある。

本発明者は上記知見に基づいて、本発明を完成するに至った。最初に、本発明の実施態様を列記して説明する。

（１）本発明の実施形態に係る冷間サイジング装置は、
焼結体を圧縮する金型を備える冷間サイジング装置であって、
前記金型は、前記焼結体が配置されるダイを有し、
前記ダイを冷却する冷却機構を備える。

上記冷間サイジング装置は、焼結体を金型で再圧縮して冷間でサイジング（コイニングを含む）を行うものであり、圧縮により焼結体の表面部の気孔をつぶして塑性変形させ、焼結体を寸法矯正したり、焼結体の表面を緻密化したりする（後述する冷間サイジング方法も同じ）。ここでいう「冷間サイジング」とは、焼結体及び金型を加熱せずに、常温状態の焼結体をサイジングすることをいう。

上記冷間サイジング装置では、金型のダイを冷却する冷却機構を備えることで、冷却機構によりダイを冷却してダイの温度上昇を抑制でき、ダイに配置された焼結体を常温（周囲環境温度）に近い温度に維持できる。よって、ダイを温度制御することが可能であるため、複数の焼結体に対して連続的に冷間サイジングを行う場合であっても、ダイが高温になることを回避できる。また、ダイに配置された焼結体が高温状態になり難く、焼結体に含浸させた潤滑油剤の粘度低下を抑制できるため、サイジングの際に油剤切れが発生し難くなる。したがって、上記冷間サイジング装置によれば、焼結体とダイとの焼付きを抑制できるので、焼結体及びダイにムシレなどの欠陥や損傷が発生することを抑制でき、製品品質の向上並びに生産性の向上を図ることが可能である。特に、冷間サイジングによる焼結体のサイジング代が大きい場合や、焼結体の高さ寸法が大きい場合であっても、焼結体とダイとの焼付きを抑制して、焼結体及びダイにムシレなどの欠陥や損傷が発生することを十分に抑制できる。

上記冷間サイジング装置によれば、ダイの温度上昇を抑制できるため、潤滑油剤の温度上昇に伴う粘度低下が起こり難く、潤滑油剤が焼結体に保持され易い。そのため、サイジング前に焼結体に含浸させる潤滑油剤に低粘度の潤滑油剤のみを使用しても、サイジングの際に潤滑機能を発揮することが可能である。安価な低粘度の潤滑油剤のみを使用することが可能であり、比較的高価な高粘度の潤滑油剤を使用しなくてもよいため、製造コストを低減できる。また、極圧添加剤を含有しない低粘度の潤滑油剤を使用することで、極圧添加剤に含まれるリン酸成分などによって焼結体の表面に化合物皮膜（例えばリン酸鉄皮膜）が形成されることがないため、焼結体表面の変色を防止できる。よって、サイジング後に焼結体を水蒸気処理する場合は、水蒸気処理前に脱油処理を省略することが可能であり、生産性の向上や製造コストの低減を図ることが可能である。

（２）上記冷間サイジング装置の一態様として、前記焼結体の高さが２０ｍｍ以上であることが挙げられる。

焼結体の高さ寸法が大きい場合、サイジングする際の摩擦抵抗が大きくなるため、焼結体とダイとの焼付きが発生し易く、焼結体及びダイにムシレなどの欠陥や損傷が生じ易い。上記冷間サイジング装置によれば、ダイを冷却してダイの温度上昇を抑制することで、焼結体の高さが２０ｍｍ以上であっても、焼結体とダイとの焼付きを抑制して、焼結体及びダイにムシレなどの欠陥や損傷が発生することを抑制できる。更に、焼結体の外径（最大外径）Ｄｏに対する高さＨの比（Ｈ／Ｄｏ）が１／２以上である場合でも、焼付きによるムシレの発生を抑制できる。焼結体の外径Ｄｏは、焼結体を高さ方向に平面視したときの外周輪郭に最小で外接する円の直径である。焼結体の高さは更に２５ｍｍ以上であってもよく、上限については特に限定されないが、例えば製造上の観点から４０ｍｍ以下である。

（３）上記冷間サイジング装置の一態様として、前記ダイの内部に冷媒が流通する冷媒流路が設けられており、前記冷却機構は、前記ダイの前記冷媒流路に前記冷媒を流通させることが挙げられる。

ダイの内部に冷媒が流通する冷媒流路が設けられ、冷却機構によりダイの冷媒流路に冷媒を流通させる構成とすることで、簡易な構成でダイを冷却することができる。この場合、ダイの冷媒流路に冷媒を流通させることでダイを冷却し、冷媒流路に供給する冷媒の温度によってダイの温度を制御する。冷媒流路に供給される冷媒の温度は例えば１０℃以上２０℃以下であり、サイジングする際のダイの温度を冷媒温度に近い温度範囲（例えば１０℃以上３０℃以下）に制御することが挙げられる。

（４）本発明の実施形態に係る冷間サイジング方法は、
焼結体を金型で圧縮して冷間でサイジングを行う冷間サイジング方法であって、
前記焼結体に潤滑油剤を含浸させる含浸工程と、
前記潤滑油剤を含浸させた前記焼結体を前記金型に備えるダイに配置し、前記ダイを冷却しながら前記焼結体を冷間サイジングするサイジング工程と、を備える。

上記冷間サイジング方法では、金型のダイを冷却しながら焼結体を冷間サイジングすることで、ダイの温度上昇を抑制できるため、ダイに配置された焼結体を常温（周囲環境温度）に近い温度に維持できる。よって、ダイを温度制御することが可能であり、複数の焼結体に対して連続的に冷間サイジングを行う場合であっても、ダイが高温になることを回避でき、焼結体に含浸させた潤滑油剤の粘度低下による油剤切れが発生し難くなるため、焼結体とダイとの焼付きを抑制できる。したがって、上記冷間サイジング方法によれば、焼結体及びダイにムシレなどの欠陥や損傷が発生することを抑制でき、製品品質の向上並びに生産性の向上を図ることが可能である。特に、冷間サイジングによる焼結体のサイジング代が大きい場合や、焼結体の高さ寸法が大きい場合であっても、焼結体とダイとの焼付きを抑制して、焼結体及びダイにムシレなどの欠陥や損傷が発生することを十分に抑制できる。

上記冷間サイジング方法によれば、ダイの温度上昇を抑制できるため、潤滑油剤の温度上昇に伴う粘度低下が起こり難く、潤滑油剤が焼結体に保持され易い。そのため、潤滑油剤として、安価な低粘度の潤滑油剤のみを使用することが可能であり、比較的高価な高粘度の潤滑油剤を使用しなくて済み、製造コストを低減できる。

（５）上記冷間サイジング方法の一態様として、前記ダイを１０℃以上３０℃以下の温度範囲に冷却することが挙げられる。

ダイを１０℃以上３０℃以下の温度範囲に冷却することで、ダイの温度を周囲環境温度に近い温度範囲に制御して、焼結体とダイとの焼付きを効果的に抑制できる。したがって、焼結体及びダイの欠陥や損傷の発生をより抑制できる。

（６）上記冷間サイジング方法の一態様として、前記潤滑油剤は極圧添加剤を含有しないものであることが挙げられる。

極圧添加剤を含有しない潤滑油剤を使用することで、極圧添加剤に含まれるリン酸成分などによって焼結体の表面に化合物皮膜（例えばリン酸鉄皮膜）が形成されることがないため、焼結体表面の変色を防止できる。よって、サイジング後に焼結体を水蒸気処理する場合は、水蒸気処理前に脱油処理を省略することが可能であり、生産性の向上や製造コストの低減を図ることが可能である。また、極圧添加剤を含有しない低粘度の潤滑油剤は、極圧添加剤を含有する高粘度の潤滑油剤に比較して安価であるため、製造コストを低減できる。

（７）上記冷間サイジング方法の一態様として、前記潤滑油剤の４０℃での動粘度が７．５ｍｍ^２／ｓ以下であることが挙げられる。

４０℃での動粘度が７．５ｍｍ^２／ｓ以下である低粘度の潤滑油剤を使用することで、サイジングの際に潤滑機能を十分に発揮できる。動粘度（４０℃）が７．５ｍｍ^２／ｓ以下であることで、焼結体の気孔に含浸させ易く、また、サイジングする際に焼結体とダイとの摺接面に入り込んで油膜を作り、焼結体とダイとの摩擦抵抗を十分に軽減できる。動粘度（４０℃）の下限は例えば３ｍｍ^２／ｓ以上であることが好ましく、動粘度（４０℃）が３ｍｍ^２／ｓ以上であることで、焼結体の気孔に保持され易い。

［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る冷間サイジング装置及び冷間サイジング方法の具体例を、図面を参照しつつ以下に説明する。図中の同一符号は同一又は相当部分を示す。本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、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でのすべての変更が含まれることが意図される。

［実施形態１］
＜冷間サイジング装置＞
図１〜図４を参照して、実施形態１に係る冷間サイジング装置Ａについて説明する。図１に示す冷間サイジング装置Ａは、常温状態の焼結体Ｓを金型１で圧縮して冷間サイジングを行うものである。実施形態１の冷間サイジング装置Ａの特徴の１つは、図１に示すように、ダイ１０を有する金型１と、ダイ１０を冷却する冷却機構４とを備える点にある。以下の説明では、便宜上、図面における紙面の上側を「上」とし、紙面の下側を「下」として説明し、「縦断面」とは、上下方向（縦方向）に切断した断面のことである。

（金型）
金型１は、焼結体Ｓを圧縮するものであり、図１に示すように、焼結体Ｓが配置されるダイ１０を有する。この例では、焼結体Ｓの形状が環状（筒状）であり、図１に例示する金型１は、ダイ１０と、ダイ１０内に配置されるコアロッド２０と、ダイ１０とコアロッド２０との間に挿通される上下一対の上パンチ３０及び下パンチ３１とを有する。ダイ１０及びコアロッド２０の形状は、焼結体Ｓに対応した形状であり、焼結体Ｓの外側にダイ１０が配置され、焼結体Ｓの内側にコアロッド２０が挿入された状態で配置される。焼結体Ｓを金型１で圧縮するときは、上パンチ３０で焼結体Ｓの上面を押圧して、上方向から圧縮する。このとき、焼結体Ｓの外周面がダイ１０の内周面に接し、焼結体Ｓの内周面がコアロッド２０の外周面に接して、焼結体Ｓの外周面がダイ１０に押し当てられると共に、焼結体Ｓの内周面がコアロッド２０に押し当てられることで、金型１によって焼結体Ｓをサイジングする。焼結体Ｓのサイジング代は、外側及び内側の寸法・形状に応じて適宜設定され、例えば０．０１ｍｍ以上０．１０ｍｍ以下である。

（焼結体）
焼結体Ｓは、金属粉を所定形状に成形して焼結したものである。この例では、鉄系粉末（鉄粉、鉄基合金を含む）を主成分とする鉄系焼結体であり、鉄粉に銅粉、黒鉛粉などを混合した鉄系原料粉を金型で所定形状に加圧成形した後、その圧粉体を焼結して得られたものである。焼結体Ｓは、例えば、自動車用オイルポンプのアウターロータやインナーロータなどの部品である。この例では、焼結体Ｓがインナーロータ（図４を参照）であり、図１〜図３では、インナーロータ用の金型１（ダイ１０）を例示している。

焼結体Ｓは、図４に示すようなインナーロータであり、高さＨが例えば２０ｍｍ以上、更に２５ｍｍ以上である。図４に例示する焼結体Ｓは、従来の一般的なインナーロータに比較して高さ寸法が大きく、外径が小さくなっており、外径Ｄｏに対する高さＨの比（Ｈ／Ｄｏ）が１／２以上である形状を有する。

（潤滑油剤）
焼結体Ｓは、多数の気孔を有し、気孔に潤滑油剤を含浸されている。潤滑油剤は、サイジングの際に潤滑機能を発揮できるものであれば特に限定されないが、例えば４０℃での動粘度が７．５ｍｍ^２／ｓ以下の低粘度の潤滑油剤であることが好ましい。４０℃での動粘度の下限は、例えば３ｍｍ^２／ｓ以上が挙げられる。また、潤滑油剤は、極圧添加剤（リン酸成分など）を含有しないものであることが好ましい。潤滑油剤の４０℃での動粘度は、好ましくは５ｍｍ^２／ｓ以上である。

（ダイ）
図１に例示するダイ１０は、その内部に冷媒が流通する冷媒流路１５が設けられている。ダイ１０は、図２、図３に示すように、外環部１１と、この外環部１１に嵌め込まれる内環部１２とを有し、外環部１１と内環部１２との間に冷媒流路１５が形成されている。冷媒流路１５には、冷媒が供給される供給口１５ｉ及び冷媒が排出される排出口１５ｏが設けられる。この例では、図３に示すように、外環部１１の内周面に螺旋状に溝１４が形成されている。外環部１１に内環部１２が嵌め込まれることで、外環部１１の内周面と内環部１２の外周面とが密着して、溝１４により外環部１１と内環部１２との間に螺旋状の冷媒流路１５が形成されている。また、外環部１１には、冷媒流路１５の一端側に連通する供給口１５ｉと、冷媒流路１５の他端側に連通する排出口１５ｏとが設けられている。図１に示すように、供給口１５ｉには後述する冷却機構４の供給ホース４１ａが接続され、排出口１５ｏには排出ホース４１ｂが接続される。この場合、供給口１５ｉから供給された低温の冷媒が冷媒流路１５を通って排出口１５ｏから排出される。外環部１１と内環部１２とは、例えば焼嵌めなどにより接合することが挙げられる。

図３に示す例では、外環部１１の内周面に形成された溝１４（冷媒流路１５）と下面に設けられた供給口１５ｉ及び排出口１５ｏとをそれぞれ連通するため、外環部１１の外周面から径方向に連通孔１６ｉ、１６ｏがそれぞれ形成されている。連通孔１６ｉ、１６ｏの外周面側の開口はそれぞれ、止めねじ１７で密封され、冷媒漏れを防止している。また、この例では、外環部１１の内周面に螺旋状の溝１４を形成して冷媒流路１５を構成しているが、内環部１２の外周面に螺旋状の溝１４を形成することによって、外環部１１と内環部１２との間に螺旋状の冷媒流路１５を形成することも可能である。

外環部１１及び内環部１２は、例えば、炭素鋼、工具鋼、ニッケルクロムモリブデン鋼などの鋼材や超硬合金で形成されている。外環部１１と内環部１２とは、同じ材質であってもよいし、異なる材質であってもよい。この例では、外環部１１がニッケルクロムモリブデン鋼で形成され、内環部１２が超硬合金で形成されている。

コアロッド２０、並びに上パンチ３０及び下パンチ３１は、ダイ１０と同様に、例えば、炭素鋼、工具鋼、ニッケルクロムモリブデン鋼などの鋼材や超硬合金で形成されている。この例では、コアロッド２０が超硬合金で形成され、上パンチ３０及び下パンチ３１が高速度鋼（溶製ハイス鋼）で形成されている。

（冷却機構）
冷却機構４は、ダイ１０を冷却するものであり、この例では、ダイ１０の冷媒流路１５に冷媒を流通させる。冷却機構４は、図１に示すように、供給ホース４１ａと、排出ホース４１ｂと、冷媒を貯留する冷媒タンク４３とを備える。供給ホース４１ａは、ダイ１０の冷媒流路１５の供給口１５ｉに接続され、冷媒タンク４３から冷媒流路１５に冷媒を供給する。排出ホース４１ｂは、ダイ１０の冷媒流路１５の排出口１５ｏに接続され、冷媒流路１５から排出された冷媒を冷媒タンク４３に戻す。この冷媒循環路の途中には、冷媒タンク４３から冷媒を供給ホース４１ａに圧送するポンプ（図示せず）が設けられており、これにより、ダイ１０の冷媒流路１５に冷媒を循環させることができる。冷媒タンク４３には、冷却器（図示せず）が設けられており、冷媒を所定の温度に冷却する。冷媒流路１５に供給される冷媒の温度は、例えば１０℃以上２０℃以下とすることが挙げられる。冷媒の温度を１０℃以上とすることで、冷却に要するコストを低減できる。冷媒の温度を２０℃以下とすることで、ダイ１０の温度上昇を十分に抑制して、ダイ１０に配置された焼結体Ｓを常温（周囲環境温度）に近い温度に維持し易い。冷媒には、適宜なものを採用すればよく、例えば水が利用できる。

（冷間サイジング装置の動作）
以下、主に図１を参照して、上述した冷間サイジング装置Ａの動作について説明する。冷間サイジング装置Ａは、焼結体Ｓを冷間サイジングする際に冷却機構４によりダイ１０を冷却して温度制御する。具体的には、冷却機構４によりダイ１０の冷媒流路１５に冷媒を流通させることでダイ１０を冷却し、冷媒流路１５に供給する冷媒の温度によってダイ１０の温度を制御する。冷間サイジング装置Ａでは、ダイ１０の温度を冷媒温度に近い温度範囲、例えば１０℃以上３０℃以下に制御する。ダイ１０の温度を上記温度範囲に制御することにより、ダイ１０に配置された焼結体Ｓが高温状態（例えば６０℃以上）になることを回避でき、焼結体Ｓに含浸させた潤滑油剤の粘度低下による油剤切れを効果的に抑制できる。そのため、焼結体Ｓとダイ１０との焼付きを効果的に抑制できる。好ましくは、ダイ１０の温度を２０℃以下に制御する。

冷間サイジング装置Ａの動作中、常に冷却機構４が作動して、冷却機構４によりダイ１０を冷却してもよい。或いは、ダイ１０の温度が所定温度未満の場合は、冷却機構４が停止し、ダイ１０の温度が所定温度を超えた場合に、冷却機構４が作動してダイ１０を冷却するようにしてもよい。

ダイ１０の温度は、例えば、ダイ１０（内環部１２）に温度センサ（図示せず）を取り付けて測定した温度とすることが挙げられる。具体的には、ダイ１０の内環部１２の上面に温度センサを取り付けて、ダイ１０の表面温度を測定することが挙げられる。その他、冷媒流路１５から排出された冷媒の温度をダイ１０の温度として間接的に測定してもよい。この場合、冷媒流路１５の排出口１５ｏ付近に温度センサ（図示せず）を設けることが挙げられる。

＜冷間サイジング方法＞
実施形態１に係る冷間サイジング方法について説明する。ここでは、実施形態１の冷間サイジング装置Ａ（図１を参照）を用いて冷間サイジングを行う場合を例に挙げて説明する。

実施形態１の冷間サイジング方法は、含浸工程とサイジング工程とを備え、その特徴の１つは、金型１のダイ１０を冷却しながら焼結体Ｓを冷間サイジングする点にある。以下、主に図１を参照しつつ、各工程について詳しく説明する。

（含浸工程）
含浸工程は、焼結体Ｓに潤滑油剤を含浸させる工程である。焼結体Ｓに潤滑油剤を含浸させることで、焼結体Ｓの気孔から潤滑油剤が浸透して焼結体Ｓ内に含浸する。潤滑油剤の含浸方法としては、例えば、焼結体Ｓを潤滑油剤に浸漬する浸漬法、焼結体Ｓに潤滑油剤を塗布する塗布法などが挙げられる。

潤滑油剤には、例えば４０℃での動粘度が７．５ｍｍ^２／ｓ以下である低粘度の潤滑油剤を使用することが挙げられる、このような低粘度の潤滑油剤を使用することで、後工程のサイジング工程においてサイジングする際に潤滑機能を十分に発揮できる。動粘度（４０℃）が７．５ｍｍ^２／ｓ以下であることで、焼結体Ｓの気孔に含浸させ易い。動粘度（４０℃）が７．５ｍｍ^２／ｓ以下の場合、サイジングの際に焼結体Ｓとダイ１０との摺接面に入り込んで油膜を作り、焼結体Ｓとダイ１０との摩擦抵抗を十分に軽減できる。４０℃での動粘度の下限は、例えば３ｍｍ^２／ｓ以上が好ましく、動粘度（４０℃）が３ｍｍ^２／ｓ以上の場合、焼結体の気孔に保持され易い。好ましくは、動粘度（４０℃）が５ｍｍ^２／ｓ以上である。また、使用する潤滑油剤は、極圧添加剤（リン酸成分など）を含有しないものであることが好ましい。この場合、極圧添加剤に含まれるリン酸成分などによって焼結体Ｓの表面に化合物皮膜（例えばリン酸鉄皮膜）が形成されることがないため、焼結体表面の変色を防止できる。

（サイジング工程）
サイジング工程は、潤滑油剤を含浸させた焼結体Ｓを金型１に備えるダイ１０に配置し、ダイ１０を冷却しながら焼結体Ｓを冷間サイジングする。この例では、冷却機構４によりダイ１０の冷媒流路１５に冷媒を流通させることでダイ１０を冷却し、冷媒流路１５に供給する冷媒の温度によってダイ１０の温度を制御する。サイジング工程では、例えばダイを１０℃以上３０℃以下の温度範囲に冷却することが挙げられる。これにより、ダイ１０の温度を冷媒温度に近い温度範囲に制御して、焼結体Ｓとダイ１０との焼付きを効果的に抑制できる。ダイ１０の温度を１０℃以上とすることで、焼結体Ｓに含浸させた潤滑油剤の粘度上昇による潤滑性の低下を抑制でき、また、冷却に要するコストを低減できる。ダイ１０の温度を３０℃以下とすることで、ダイ１０の温度上昇を十分に抑制して、ダイ１０に配置した焼結体Ｓを常温（周囲環境温度）に近い温度に維持し易い。そのため、焼結体Ｓが高温状態（例えば６０℃以上）になることを回避でき、焼結体Ｓに含浸させた潤滑油剤の粘度低下による油剤切れを効果的に抑制できる。

焼結体Ｓのサイジング代は、目的に応じて適宜設定すればよく、例えば０．０１ｍｍ以上０．１０ｍｍ以下とすることが挙げられる。

更に、サイジング工程の後、必要に応じて、サイジングした焼結体Ｓを水蒸気処理する水蒸気処理工程を備えてもよい。極圧添加剤を含有しない低粘度の潤滑油剤を使用する場合は、水蒸気処理前に脱油処理を省略してもよく、サイジング後に焼結体Ｓをそのまま水蒸気処理することが可能である。

｛作用効果｝
上述した実施形態１に係る冷間サイジング装置Ａ、及び冷間サイジング方法は、次の効果を奏する。

金型１のダイ１０を冷却することで、焼結体Ｓを冷間サイジングする際にダイ１０の温度上昇を抑制でき、ダイ１０に配置された焼結体Ｓを常温に近い温度に維持できる。ダイ１０を冷却しながら冷間サイジングを行うことにより、連続的に冷間サイジングを行う場合であっても、ダイ１０が高温になることを回避できる。そのため、焼結体Ｓが高温状態になり難く、焼結体Ｓに含浸させた潤滑油剤の粘度低下による油剤切れを抑制できるので、焼結体Ｓとダイ１０との焼付きを抑制できる。したがって、焼結体Ｓ及びダイ１０にムシレなどの欠陥や損傷が発生することを抑制でき、製品品質の向上並びに生産性の向上を図ることが可能である。特に、焼結体Ｓのサイジング代が大きい（例えば、外周面のサイジング代が０．０３ｍｍ以上、更に０．０５ｍｍ以上）場合や、焼結体Ｓの高さ寸法が長い（例えば、高さが２０ｍｍ以上、更に２５ｍｍ以上）場合であっても、焼結体Ｓとダイ１０との焼付きを抑制して、焼結体Ｓ及びダイ１０にムシレなどの欠陥や損傷が発生することを十分に抑制できる。

ダイ１０の温度上昇を抑制できるため、潤滑油剤の温度上昇に伴う粘度低下が起こり難く、潤滑油剤が焼結体Ｓに保持され易い。そのため、潤滑油剤として、安価な低粘度の潤滑油剤のみを使用することが可能であり、比較的高価な高粘度の潤滑油剤を使用しなくてもよいため、製造コストを低減できる。また、極圧添加剤を含有しない低粘度の潤滑油剤を使用することで、焼結体表面の変色を防止できる。よって、サイジング後に焼結体Ｓを水蒸気処理する場合は、水蒸気処理前に脱油処理を省略することが可能であり、生産性の向上や製造コストの低減を図ることが可能である。

その他、ダイ１０と上下のパンチ３０、３１との材質が異なる場合、ダイ１０の温度上昇を抑制することにより、ダイ１０とパンチ３０、３１との熱膨張差に起因するカジリの発生を抑制できる。また、潤滑油剤の温度上昇を抑制できるため、潤滑油剤の劣化を抑制できる。

［試験例１］
実施形態１の冷間サイジング装置Ａ（図１を参照）を用いて焼結体に冷間サイジングを行い、得られた焼結体について評価を行った。試験例１では、１９２個の焼結体に潤滑油剤を含浸させた後、これら焼結体を常温環境（２５℃）で金型のダイに配置して連続的に冷間サイジングを行い、寸法矯正した。用意した焼結体は、インナーロータ（図４を参照）である。焼結体の寸法は、高さＨが２７ｍｍ、外径Ｄｏが５６ｍｍ、内径Ｄｉが２９ｍｍで、高さＨと外径Ｄｏとの比（Ｈ／Ｄｏ）が約１／２である。

潤滑油剤には、４０℃での動粘度が７．２ｍｍ^２／ｓであり、極圧添加剤を含有しない市販の潤滑油剤Ｘを使用した。潤滑油剤の含浸は、焼結体を油に２〜３秒間浸漬することにより行った。

冷間サイジングを行う間、ダイの冷媒流路に冷媒を流通させることにより、ダイを冷却し、ダイの温度を制御した。冷媒には、水を使用した。ダイの冷却条件は、冷媒流路に供給する水の温度を１５℃とし、ダイの最高温度が２０℃となるように設定した。ダイの温度は、ダイの内周側上面（図１に示す内環部１２の上面）に温度センサを取り付けて測定したダイの表面温度とした。

焼結体のサイジング代は、ダイによる外周面のサイジング代を０．０３ｍｍとし、コアロッドによる内周面のサイジング代を０．０３ｍｍとした。

以上の条件で冷間サイジングを行った場合を試験例１ａとする。

ダイを冷却しない以外は試験例１ａと同様にして冷間サイジングを行った。この場合を試験例１ｂとする。

上記潤滑油剤Ｘに極圧添加剤を含有する市販の潤滑油剤Ｙを混合した潤滑油剤を使用し、ダイを冷却しない以外は試験例１ａと同様にして冷間サイジングを行った。この場合を試験例１ｃとする。潤滑油剤Ｙは、リン酸系極圧添加剤を含有し、４０℃での動粘度が潤滑油剤Ｘより高い高粘度（７．５ｍｍ^２／ｓ超）の潤滑油剤であり、潤滑油剤Ｘと潤滑油剤Ｙとの混合比率（潤滑油剤Ｘ：潤滑油剤Ｙ）は、体積比で８０：２０とした。

各試験例１ａ〜１ｃで得られたサイジング済み焼結体の全数（１９２個）について、表面状態を目視で観察して、ムシレの有無、並びに、変色の有無を調べて。その結果を表１に示す。表１では、全数でムシレがなかった場合を「Ａ」、１個でもムシレがあった場合を「Ｂ」とした。また、全数で変色がなかった場合を「Ａ」、１個でも変色があった場合を「Ｂ」とした。

ダイを冷却して冷間サイジングを行った試験例１ａでは、全数でムシレ及び変色が認められず、品質、生産性共に良好であった。これに対し、ダイを冷却せず冷間サイジングを行った試験例１ｂでは、ムシレが発生し、品質、生産性の点で問題があった。極圧添加剤を含有する潤滑油剤を混合して使用した試験例１ｃでは、変色が発生したため、外観上好ましくなく、品質が低下した。

試験例１ａ、１ｂにおいて、最後にサイジングされた焼結体の表面温度を測定した。温度測定は、サイジング直後に行い、焼結体の外周面、内周面、及び上下両端面のそれぞれの温度を接触式温度計により測定した。その結果、試験例１ｂのものは表面温度が６０℃〜７０℃の範囲であったのに対し、試験例１ａのものは表面温度が４０℃〜５０℃の範囲であり、試験例１ａの場合は、試験例１ｂに比較して表面温度が２０℃程度低かった。

また、試験例１ａで得られたサイジング済み焼結体を、脱油処理を行わずに水蒸気処理したところ、問題なく処理することが可能であった。

［変形例１］
図１を参照して説明した実施形態１では、ダイ１０を冷却する構成を説明したが、ダイ１０に加えて、コアロッド２０を冷却する構成とすることも可能である。変形例１では、コアロッド２０を冷却する構成の一例として、図５を参照して、コアロッド２０の内部に冷媒が流通する冷媒流路２５が設けられている場合を説明する。

図５に例示するコアロッド２０は、外筒部２１と、この外筒部２１に嵌め込まれる内筒部２２とを有し、その内部に冷媒流路２５が設けられている。冷媒流路２５は、内筒部２２の内部に形成される第１流路２５１と、内筒部２２と外筒部２１との間に形成される第２流路２５２とを含む。第１流路２５１と第２流路２５２とは、コアロッド２０の先端側（上側）でつながっている。第１流路２５１及び第２流路２５２はそれぞれ、コアロッド２０の軸方向に冷媒が流通するように形成されている。

外筒部２１の内部には、図５に示すように、軸方向に沿って貫通する貫通孔が形成されており、この貫通孔に内筒部２２を嵌め込むことで、内筒部２２が収納されている。外筒部２１の先端側は、蓋２３が嵌め込まれ、密閉されている。内筒部２２の内部には、先端側が開口し、先端側から根元側（下側）に向かって軸方向に延びる第１流路２５１が形成されている。また、内筒部２２の外周面には、先端側から根元側に向かって螺旋状に溝２４が形成されている。外筒部２１に内筒部２２が嵌め込まれることで、内筒部２２の外周面と外筒部２１の内周面とが密着して、溝２４により内筒部２２と外筒部２１との間に形成された空間が第２流路２５２となる。螺旋状の溝２４を形成した場合、第２流路２５２が螺旋状に形成されることになる。外筒部２１と内筒部２２とは、例えば、外筒部２１と内筒部２２との間にクリアランスを設けて嵌め合わせ、そのクリアランスにＯリング（図示せず）を入れたり、焼嵌めなどにより接合することが挙げられる。

図５に示す例では、内筒部２２の外周面に螺旋状の溝２４を形成しているが、外筒部２１の内周面に螺旋状の溝２４を形成して、内筒部２２と外筒部２１との間に螺旋状の第２流路２５２を形成することも可能である。また、この例では、螺旋状の溝２４を形成しているが、これに限定されるものではなく、例えば、周方向に間隔をあけて軸方向に延びる複数の溝を形成してもよい。この場合、内筒部２２と外筒部２１との間に軸方向に延びる複数の第２流路２５２が形成されることになる。

冷媒流路２５において、第１流路２５１及び第２流路２５２のうち、一方の流路が往路、他方の流路が復路となり、冷媒流路２５には、冷媒が供給される供給口２５ｉ及び冷媒が排出される排出口２５ｏが設けられる。この例では、第１流路２５１を往路とし、第２流路２５２を復路としており、図５に示すように、コアロッド２０の根元側には第１流路２５１に連通する供給口２５ｉと、第２流路２５２に連通する排出口２５ｏとが設けられている。図１に示すダイ１０と同様に、上供給口２５ｉには、述した冷却機構４（図１を参照）の供給ホースが接続され、排出口２５ｏには、排出ホースが接続される。第１流路２５１を往路とし、第２流路２５２を復路とした場合、供給口２５ｉから供給された低温の冷媒が第１流路２５１を通ってコアロッド２０の先端側に送られる。そして、第１流路２５１の先端側の開口から冷媒が第２流路２５２を通って根元側に戻り、排出口２５ｏから排出される。

外筒部２１及び内筒部２２は、例えば、炭素鋼、工具鋼、ニッケルクロムモリブデン鋼などの鋼材や超硬合金で形成されている。外筒部２１と内筒部２２とは、同じ材質であってもよいし、異なる材質であってもよい。例えば、外筒部２１を工具鋼で形成し、内筒部２２をニッケルクロムモリブデン鋼で形成することが挙げられる。

図５に示すコアロッド２０を用いて、図１に示す実施形態１の冷間サイジング装置Ａの金型１を構成する場合は、冷却機構４によりダイ１０及びコアロッド２０の各々の冷媒流路１５、２５に冷媒を流通させる。これにより、ダイ１０及びコアロッド２０のそれぞれを冷却することができる。この場合、焼結体Ｓを冷間サイジングする際にダイ１０及びコアロッド２０の温度上昇を抑制でき、ダイ１０及びコアロッド２０が高温になることを回避できる。よって、焼結体Ｓが高温状態になることをより抑制することが可能であり、焼結体Ｓに含浸させた潤滑油剤の粘度低下による油剤切れをより抑制できるため、焼結体Ｓの焼付きがより発生し難くなる。

｛用途｝
本発明の実施形態に係る冷間サイジング装置及び冷間サイジング方法は、焼結体のサイジングに好適に利用できる。

Ａ冷間サイジング装置
Ｓ焼結体
１金型
１０ダイ
１１外環部
１２内環部
１４溝
１５冷媒流路
１５ｉ供給口
１５ｏ排出口
１６ｉ、１６ｏ連通孔
１７止めねじ
２０コアロッド
２１外筒部
２２内筒部
２３蓋
２４溝
２５冷媒流路
２５１第１流路
２５２第２流路
２５ｉ供給口
２５ｏ排出口
３０上パンチ
３１下パンチ
４冷却機構
４１ａ供給ホース
４１ｂ排出ホース
４３冷媒タンク

Claims

焼結体を金型で圧縮して冷間でサイジングを行う冷間サイジング方法であって、
前記焼結体に潤滑油剤を含浸させる含浸工程と、
前記潤滑油剤を含浸させた前記焼結体を前記金型に備えるダイに配置し、前記ダイを冷却しながら前記焼結体を冷間サイジングするサイジング工程と、を備え、
前記サイジング工程において、前記ダイを１０℃以上３０℃以下の温度範囲に冷却する、
冷間サイジング方法。
前記潤滑油剤は極圧添加剤を含有しないものである請求項１に記載の冷間サイジング方法。
前記潤滑油剤の４０℃での動粘度が７．５ｍｍ２／ｓ以下である請求項１又は請求項２に記載の冷間サイジング方法。