JPH04337008A - 鉄系粉末複合焼結部材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラスチック射出成形
用などの大型で複雑な形状の焼結部材（または金型）の
使用材料、焼結部材およびその製造方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】プラスチック射出成形用などの大型で複
雑な形状の金型が粉末冶金法により製造されるようにな
っている。例えば特開平１−１６５７０６号公報および
特開平１−１６５７０４号公報に開示されている例が挙
げられる。これらは図６に示すように、鉄系粉末を十分
な高温強度を有する、例えばセラミックスの成形型に充
填し、加振して密度を高め、成形型とともに焼結して金
型部材を得る方法である。この焼結の際に粉末充填層の
上部に銅系溶浸剤を並べておき、加熱処理によって、溶
浸剤の溶融物が粉末充填層の空隙部を埋めるようにする
のが一般的である。このような金型の製造方法において
は、金型が大型になるにつれて■成形型内部に充填され
る鉄系粉末の量が非常に多くなり、特殊な鉄粉の価格が
高いため，製造コストの上昇の原因になる。また、■こ
のような場合は一般的には加振エネルギーを印加しにく
い箇所が生じ易く、加振後に充填密度の不均一箇所が生
じることがある。さらに、■このように多量の鉄系粉末
を使用するので、当然多量の銅系溶浸剤が必要になり、
製造コストアップにつながる。また、■銅系溶浸剤の浸
透の均一性については、上記のように鉄系粉末の充填密
度の不均一が生じるので、銅の溶浸性にも不均一が生じ
易く、製品としての金型の品質上の不均一の一因となる
。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来、セラミックスな
どの成形型内部に鉄系粉末を振動充填し、銅系溶浸剤を
その上に並べて加熱焼結と溶浸を行っており、得られた
焼結部材は同一組成からなる均質な構造物であった。し
かしながら、この方法では適当な粒径分布に調整した高
価な、鉄系粉末と銅系溶浸剤が多量に必要となり製造コ
ストが上昇するという問題があった。また鉄系粉末の使
用量が多くなると、加振時に振動エネルギーの不均一箇
所が発生し易く、結果として充填密度が不均一になる。 そのため、後の熱処理における銅系溶浸剤の侵入むら、
焼結部材密度のばらつき、局部的な熱歪による金型割れ
などを起こしやすいという問題があった。本発明は、上
記問題を解決する層状に材質が異なる複合焼結部材の技
術を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、■成形型によ
って転写される金型を構成する材料において、転写面部
が鉄系粉末材料であり、非転写面部が該鉄系粉末材料と
性質の異なる粉末材料または非粉末材料からなることを
特徴とする鉄系粉末複合焼結部材用複合材料。■成形型
により転写される金型の製造において、鉄系粉末材料か
らなる転写面部と、該鉄系粉末材料と性質の異なる粉末
材料または非粉末材料からなる非転写面部とを一体化す
ることを特徴とする複合焼結部材の製造方法。■前項■
において、非転写面部が該鉄系粉末材料の粒度または／
および組成と異なる鉄系粉末材料であることを特徴とす
る鉄系粉末複合焼結部材用複合材料。■鉄系粉末材料か
らなる転写面部と、該鉄系粉末材料の粒度または／およ
び組成と異なる鉄系粉末材料とからなる非転写面部とを
一体化することを特徴とする前項■記載の製造方法。■
前項■において、非転写面部が溶製材であることを特徴
とする鉄系粉末複合焼結部材用複合材料である。

【０００６】本発明において、転写面部に使用する材料
はすべて鉄系粉末である。材料としての鉄系粉末は、特
性上の制約を受けるものではないが、加熱時の膨張や焼
結後の冷却時の収縮率をできるだけ小さくするために、
後述するように振動充填時の充填密度が大きくなるよう
な粒径分布を持たせるのが望ましい。また、必要に応じ
て粉状潤滑剤や黒鉛粉の添加・混合も可能である。

【０００７】この材料を、焼結温度域において充分高い
機械強度を有する、例えばセラミックスなどの成形型に
充填する。乾式状態で充填し、加振方法は機械的振動、
電磁振動等種々の方法によっても良い。一方、非転写面
部には、鉄系粉末に比べて安価な材料例えば鉄系粉末材
料とは性質の異なる粉末材料や非粉末材料、さらに溶製
剤などを使用するので、本発明に係る複合焼結部材は従
来の焼結部材に比べて製造コストが低減する。また、振
動充填される鉄系粉末の使用量を少くするほど、加振時
の振動エネルギーが全体に平均的にかかるために、各部
分の充填密度が均一になりやすい。したがって、本発明
に係る複合材料や製造方法では、従来の技術に比べて鉄
系粉末の使用量が少いので加振時の振動エネルギーが全
体に平均的にかかり、充填密度が均一になり銅系溶浸剤
の侵入むら、焼結部材密度のばらつき、局部的な熱歪に
よる金型割れが減少する。しかし鉄系粉末材料の使用量
が少くなると成形型内の下部の転写すべき面が露出して
しまうので、最適使用量は振動充填後、転写すべき面の
中でもっとも上に突き出した所が十分に隠れる程度が良
い。この充填の程度は転写すべき面の形状や焼結部材の
機械的強度を目安に決められるものである。この部分以
下を転写面部と称する。そして、その上部の構造部分を
非転写面部と称する。

【０００８】銅系溶浸剤は振動充填層の上に並べても良
いが、微粉末状にして鉄系粉末と混合して振動充填して
も良い。粉末充填後に加熱処理により鉄系粉末の焼結と
銅系溶浸剤の溶浸を行う。これら二つの工程は各々切離
して行ってもよいし、同一工程の中で行っても良いが、
同一工程にすることにより製造工程を短縮できる利点が
ある。これらの焼結、溶浸時の炉内温度は１１０００Ｃ
から１３５００Ｃが良く、望ましくは１１５０〜１２５
００Ｃである。炉内雰囲気は還元性雰囲気、不活性雰囲
気または真空下等の条件で行うことができる。

【０００９】本発明による焼結部材の転写面部に鉄系粉
末を充填した後、振動印加前または後において非転写面
部と転写面部とを一体化することができる。また焼結後
、および焼結と溶浸終了後において一体化することもで
きる。振動印加前に一体化するには、非転写面部には主
として粉末を用いる。この粉末は例えばセラミック成形
型の転写面部に先に入れた鉄系粉末とは粒度および／ま
たは組成が異なる粉末で、焼結溶浸時の熱歪による応力
吸収に効果があり、加熱冷却時の熱伝達率の大きい材料
で、かつ安価なものが望ましい。転写面部の鉄系粉末に
対して、非転写面部粉末は安価なものを用い、Ｎｉ，Ｃ
ｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ｃ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｉ，Ｎ
ｂ，Ｐ，Ｓなどの元素からなる金属材料粉末やこれにセ
ラミックス粉末、ウィスカ、などを混入した材料などを
用いる。したがって本発明によると、従来の焼結部材に
比べて安価で、かつ容易に焼結部材を製造することがで
きる。

【００１０】一方、通常の焼結と溶浸を行った後に上部
の非転写面部の転写面部を上部の非転写面部と接合する
ためには、鉄合金系およびＡｌやＺｎなどの軽量合金溶
製材ブロックを主として用いる。この場合すでに加熱工
程が終了しているので、材料としては熱的特性よりも、
むしろ次工程の射出成形において必要な機械的強度、硬
さ、孔ぐりなどの加工性等を損なわない範囲で安価で軽
量なものが良い。その材料としては鉄鋼、Ａｌ合金、Ｚ
ｎ合金、Ｔｉ合金、樹脂、黒鉛、セラミックスなどを挙
げることができ、これらは各々単独に使用しても良く、
組み合わせて使用しても良い。これらの材料と先に焼結
，溶浸を終了した材料との接合には通常の電気溶接を用
いてもよく、必要に応じてボルトナット締めや締めつけ
治具を用いてもよい。

【００１１】

【実施例】本発明の実施例を図１〜図５にしたがって説
明する。 （実施例１）図１は鉄系粉末と銅溶浸剤の混合物６をセ
ラミックス成形型２に充填した後、振動印加前に安価な
鉄系粉末８を充填しておく方法の説明図である。ステン
レス鋼製の金枠１に転写形状面を有するセラミック成形
型２を入れ、その内部に平均粒径５０μｍ　の銅系溶浸
粉末と平均粒径７０μｍ　の鉄系粉末とを均一に混合し
た混合物６とを入れ、少し振動を加えて表面を平らにし
た。その上部に粒径制御していない平均粒径８０μｍ　
の安価な鉄系粉末を入れ、次に振動数６０Ｈｚ、振幅０
．５ｍｍ　の振動を印加して充填密度を高め、雰囲気炉
内で１２０００Ｃ、５ｈｒ　の熱処理をした。この方法
によって得られた金型の転写面部の品質は密度や気孔率
が一定して均質であり、また熱処理が一回で済むので製
造時間が短く、安価に製造できるようになった。

【００１２】（実施例２）図２は鉄系粉末の振動充填後
に複合体となる材料を一体化する方法の説明図である。 まず、Ｃ＝０．５０％　を含有する炭素鋼の厚板５を所
要の大きさに切断し、炭素鋼の厚板５にもうけた開孔部
に塊状の銅系溶浸剤４を入れる。鉄系粉末の振動充填後
に鉄系粉末充填層の上部にこれらを装着し、実施例１と
同じ熱処理条件で焼結し、焼結部材と炭素鋼の厚板とを
一体化した。 （実施例３）図３は鉄系粉末の振動充填後にアンカーボ
ルト付材料を一体化する方法の説明図である。まず実施
例１と同様の銅系溶浸剤と鉄系粉末とを均一に混合した
混合物６を振動充填しておき、その上部に所定の寸法に
サイジングしたアンカーボルト９付きのステンレス鋼材
（ＳＵＳ　３０４）１２を装着し、実施例１と同じ条件
で熱処理し、一体化した。得られた焼結部材は従来の焼
結部材と比較して銅溶浸剤の浸透が均一であり、各部の
焼結密度のばらつきは０．２％以内に安定していた。焼
結溶浸に要する時間も従来の約１／３　に短縮できた。

【００１３】（実施例４）図４、図５にしたがって実施
例４を説明する。図４は図６の従来法と同じように鉄系
粉末３の上部に銅溶浸剤４を並べるのであるが、鉄系粉
末の量を少くし、銅溶浸材の量も従来の７０％　に少く
なっている。アンカーボルト９は振動充填前にセットし
ておいた。この状態で実施例１と同じ条件で熱処理を施
してから、図５に示すように亜鉛合金１１（Ａｌ４％、
Ｃｕ３％）をナット１０で締めつけて固定して一体化し
た。得られた焼結部材は従来品より軽量で、かつ均質で
あった。ここには例示しないが、鉄系粉末を用いた下部
層と、その鉄系粉末とは異なる粉末材料または／および
非粉末材料を用いた中間層、上部層からなる三層からな
る焼結部材の複合材料、焼結部の製造方法も本発明の技
術的範囲に含まれるものである。

【００１４】

【発明の効果】本発明に係る複合焼結部材とその製造方
法によると、大型の焼結部材または金型の製造コストを
低減することができ、また密度などが一定し割れなどの
問題も解消する。一方焼結部材の軽量化も可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の説明図であり、成形型に鉄系
粉末などを振動充填したときの正断面図である。

【図２】本発明の実施例の説明図である。

【図３】本発明の実施例の説明図である。

【図４】本発明の実施例の説明図である。

【図５】本発明の実施例の説明図である。

【図６】従来法の成形型に鉄系粉末などを振動充填した
ときの正断面図である。

【符号の説明】

１　　金枠 ２　　セラミック成形型 ３　　鉄系粉末 ４　　銅溶浸剤 ５　　炭素鋼の厚板 ６（鉄系粉末と銅溶浸剤の）混合物 ８　　安価な鉄系粉末 ９　　アンカーボルト １０　　アンカーボルト用ナット １１　　亜鉛合金 １２　　ステンレス鋼材

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　成形型によって転写される金型を構成
   する材料において、転写面部が鉄系粉末材料であり，非
   転写面部が該鉄系粉末材料と性質の異なる粉末材料また
   は非粉末材料からなることを特徴とする鉄系粉末複合焼
   結部材用複合材料。
2. 【請求項２】　　成形型により転写される金型の製造に
   おいて、鉄系粉末材料からなる転写面部と、該鉄系粉末
   材料と性質の異なる粉末材料または非粉末材料からなる
   非転写面部とを一体化することを特徴とする複合焼結部
   材の製造方法。
3. 【請求項３】　　請求項１において、非転写面部が該鉄
   系粉末材料の粒度または／および組成と異なる鉄系粉末
   材料であることを特徴とする鉄系粉末複合焼結部材用複
   合材料。
4. 【請求項４】　　鉄系粉末材料からなる転写面部と、該
   鉄系粉末材料の粒度または／および組成と異なる鉄系粉
   末材料とからなる非転写面部とを一体化することを特徴
   とする請求項２記載の製造方法。
5. 【請求項５】　　請求項１において、非転写面部が溶製
   材であることを特徴とする鉄系粉末複合焼結部材用複合
   材料。