JPH05331501A

JPH05331501A - 焼結部品の製造方法

Info

Publication number: JPH05331501A
Application number: JP4138891A
Authority: JP
Inventors: Tamio Takada; 民夫高田
Original assignee: Hitachi Powdered Metals Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1992-05-29
Filing date: 1992-05-29
Publication date: 1993-12-14

Abstract

(57)【要約】【目的】高密度かつ高寸法精度に、しかも手間なく低
コストに複雑形状の焼結部品を製造することができる製
造方法を提供する。【構成】最終製品形状と約相似形のキャビティ２１を
有する型２０を用い、この型２０はキャビティ２１内に
Ｆｅ−５０％Ｃｏ合金粉末Ｂをタップ充填したままの状
態で加熱する。この加熱ではキャビティ２１内のＦｅ−
５０％Ｃｏ合金粉末を予備焼結させて予備焼結体Ｃとす
る。予備焼結体Ｃは金型にセットして圧縮する。その圧
縮済みの予備焼結体Ｃは加熱により焼結させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は複雑形状の焼結部品を
製造する方法に関し、特に、その焼結部品を高密度かつ
高寸法精度に、しかも手間なく低コストに製造できるよ
うにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、複雑形状でしかも高い密度を
有することが要求される焼結部品としては、例えば情報
処理装置に関連の周辺機器であるドットプリンタヘッド
の磁気回路部品、即ちコアやヨーク等が知られている。

【０００３】図１は上記コアの斜視図を示すもので、こ
のコア１は複数の平板１ａ，１ａ…が円周上に一列に並
んで配設された部分、即ち櫛歯形状の部分を有する複雑
な形状に形成されている。

【０００４】図２は図１に示すコア１を用いて製造した
電磁石２を利用する電磁キャンセル方式のドットプリン
タヘッドを示すもので、このドットプリンタヘッドは、
電磁石２の電磁コイル３にパルス電流を印加すると、ア
ーマチュア４をコア１側に付勢する永久磁石５の磁気的
吸引力が上記電磁石２の磁力で打ち消され、そのアーマ
チュア４が板バネ６の復元力でコア１から離脱すると共
に、このような離脱が生じた時点で、アーマチュア４に
レバー７を介し固定されたワイヤ８がその先端でプラテ
ン９上のリボン１０及び記録紙１１を叩いて印字するよ
うに構成されている。

【０００５】ところで、上記のようなドットプリンタヘ
ッドのコア１やヨーク１２の材料としては、従来より組
成がＦｅ−３％Ｓｉの鋳造品を使用しているが、印字速
度の高速化や機器の小型化等に伴いドットプリンタヘッ
ドの小型化が要求されている近年では、その要求を満足
するのに好適なＦｅ−Ｃｏ合金、即ち、各種金属材料の
中でも最大の飽和磁束密度を示すと共に最大透磁率も大
きいパーメンダー（Ｆｅ−５０％Ｃｏ）を採用する傾向
にある。

【０００６】ところが、このようなパーメンダーについ
ては、脆くて機械加工性が悪いのみならず熱間及び冷間
加工性が悪いという欠点があるのに対し、そのパーメン
ダーにバナジウムを２％添加した合金、即ちバナジウム
・パーメンダについては、熱間及び冷間加工性は改善さ
れているものの、パーメンダーと同じく機械加工性が悪
いという欠点が残るので、バナジウム・パーメンダを用
いて部品を製造するには精密鋳造法を適用している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ように、バナジウム・パーメンダを用い精密鋳造法で図
２に示すようなドットプリンタヘッドのコア１等を製造
する場合には、鋳造性が悪く、成分元素の偏析やコア１
の脚部である平板１ａに巣が生じたり、また、鋳造後の
後工程で機械研磨を行う際、平板１ａの折損が生じるの
で、材料の歩留まりが悪く、製造コストが高くなる。

【０００８】なお、従来より実施されている粉末冶金法
にあっては、精密鍛造や鋳造あるいは切削加工等の製法
に比し量産性、材料の歩留まり、製造コスト等の点では
優れているものの、金属粉末を金型で圧縮成形してから
焼結させるため、多数の脚部やスリットを有するような
複雑形状の部品、即ち、図２に示すようなコア１等を製
造する際は、圧縮成形時に金属粉末と金型との摩擦面が
大きくなり過ぎ、圧縮成形後の成形体に割れが生じた
り、その成形体の密度が不均一になり易く、コア１等の
ような複雑形状の部品を高密度に製造することができな
い。

【０００９】しかも、このような従来の粉末冶金法にお
いては、パーメンダーのように硬い合金の粉末を圧縮成
形することが難しいので、Ｆｅ粉とＣｏ粉との混合粉末
を圧縮成形する手法や、そのＦｅ粉とＣｏ粉との混合粉
末を圧縮成形してから焼結する手法しか採用することが
できず、しかも、その混合粉末を圧縮成形しても、圧縮
成形後の成形体は密度比が目標の９５％に到達せず、そ
れ以上の高密度化を図ることが困難であるため、所望の
磁気特性が得られない。また、混合粉末に添加される成
形潤滑剤が焼結後に残留すると、特に最大透磁率や保磁
力の磁気特性が低下する等の問題点がある。

【００１０】一方、上記のような複雑形状の部品の製造
には射出成形法を適用することもできるが、このような
射出成形法では、金属粉末に流動性を持たせるために多
量のバインダーを加えるため、そのバインダーを除去す
る脱ワックス工程に長時間を要するので、手間がかか
り、製造コストが高くなるのみならず、焼結後の収縮が
大きく、製品の寸法にバラツキが生じる等の問題点あ
る。

【００１１】この発明は上述の事情に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、高密度かつ高寸法精度
に、しかも手間なく低コストに複雑形状の焼結部品を製
造することができる製造方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、最終製品形状と約相似形
のキャビティを有する型を用いると共に、この型のキャ
ビティ内に金属粉末をタップ充填したままの状態でその
型を加熱することにより、上記キャビティ内の金属粉末
を予備焼結させて予備焼結体とした後、この予備焼結体
を金型で圧縮してから焼結することを特徴とする。

【００１３】請求項２に記載の発明は、上記キャビティ
内にタップ充填する金属粉末が、Ｆｅ−Ｃｏ合金粉末、
又はＦｅ粉末とＣｏ粉末との混合粉末のうちいずれか一
方であることを特徴とする。

【００１４】なお、金属粉末としては、鉄や銅等とその
合金、非晶質合金のように比較的圧縮成形性が悪い硬質
の粉末、若しくは微粉末等を用いることができる。

【００１５】また、ドットプリンターヘッドのコアやヨ
ーク等の焼結部品を製造する場合には、金属粉末として
はＦｅ−Ｓｉ合金粉末，Ｆｅ−Ｃｏ合金粉末，Ｆｅ−Ｃ
ｏ−Ｖ合金粉末、又はこれらの合金成分であるＦｅ，Ｓ
ｉ，Ｃｏ，Ｖの純金属粉末を組み合わせて用いることが
できる。

【００１６】さらに、キャビティ内に金属粉末が充填さ
れる型は、予備焼結中に金属粉末と反応しない材質で、
かつ耐熱性又は潤滑性を有することが要求されるが、こ
れらの要求を満足する型の材質としては、ハイス、超硬
等の金属材料、アルミナ、マグネシア等のセラミック材
料、又は黒鉛等がある。

【００１７】また、上記のような型については、予備焼
結後の予備焼結体を離型し易いように、分割可能な構造
に形成したり、あるいは予備焼結体の抜き出し方向に若
干のテーパーを設けることが望ましい。この際、その型
の表面には、予備焼結体の離型若しくは抜き出しを補助
する目的で、製品の機械的又は磁気特性を劣化させない
程度の固体潤滑剤又は離型剤を塗布してもよい。

【００１８】ところで、型のキャビティ内に充填される
金属粉末は、金属粉末間で可能な限り多くの接触点をも
ち、予備焼結中に接触点での固相焼結若しくは液相焼結
によりネック形成し易い状態となることが必要である。
このため、金属粉末は、最密充填になり易いように粒子
が単純形状で粗粒の空隙を微粒が埋めるような適当な粒
度分布に調整されているのが好ましい。また、型のキャ
ビティに金属粉末を充填する最中又は充填した後には、
型に振動あるいは振とうを与え、金属粉末を密に充填す
ることが好ましい。

【００１９】また、上記の如き予備焼結は、型のキャビ
ティ内に金属粉末をタップ充填した状態で、その型を加
熱炉に入れて加熱する。この際、加熱炉の雰囲気はＡ
ｒ，Ｎ₂等の不活性ガスの雰囲気、真空等のような非酸
化性の雰囲気、若しくはＨ₂のような還元性の雰囲気が
好ましい。

【００２０】さらに、型を加熱する手段としては、上記
加熱炉に限定されることはなく、型にヒータを内蔵させ
ると共に、その型を上記のような雰囲気の容器内に挿入
してヒータで加熱する手法、あるいは誘導加熱や放電焼
結等の手法を適宜選択して適用することができる。

【００２１】一方、上記の如き予備焼結の条件について
は、予備焼結体を型から抜き出し易く、かつ離型のハン
ドリングに耐え得る機械的強度を有するように設定する
のが好ましい。

【００２２】また、予備焼結体を圧縮する金型として
は、粉末冶金法における再圧若しくはサイジングの工程
で使用しているハイスや、超硬等の一般的な金型を用い
ることができ、その金型による圧縮方法については、機
械プレスや油圧プレス等の手法を適用すると共に、常温
のみならず、必要に応じて温間又は熱間鍛造を実行して
もよい。

【００２３】さらに、上記のような金型による圧縮後の
予備焼結体を焼結する際は上記予備焼結と同様な雰囲気
中において通常の焼結温度で加熱する。

【００２４】

【作用】この発明によれば、製品としての焼結部品の外
観形状は予備焼結前のタップ充填で略造形される。

【００２５】また、上記タップ充填の時点では金属粉末
間の接触が多くなるため、予備焼結においては、型から
の抜き出しのハンドリングにも十分耐え得る機械的強度
を備えたニアネットシェープの予備焼結体が得られる。

【００２６】さらに、予備焼結後の圧縮では予備焼結体
の密度が上昇しかつその形状も整えられる。一方、その
圧縮後の焼結では予備焼結体の金属組織、材料強度、磁
気特性を整える。

【００２７】なお、金属粉末には成形潤滑剤や結合剤を
積極的に添加しなくともよいため、製品として得られる
焼結部品中の不純物を少なくできると共に、磁性材料部
品の場合には透磁率や保磁力等の磁気特性を向上させる
ことができる。

【００２８】

【実施例】以下、この発明に係る焼結部品の製造方法を
適用してドットプリンターヘッドのコアを製造する実施
例について図１及び図３を基に説明する。なお、この製
造方法では、図１に示すコア１を製造するのに当たり、
図３に示すような分割線Ａを境に分割可能なセラミック
製の型２０、及び金属粉末として粒径が４０μｍ以下の
Ｆｅ−５０％Ｃｏ合金粉末を用意する。また、上記型２
０のキャビティ２１はコア１の最終製品形状と約相似形
に形成する。

【００２９】この製造方法によれば、上記型２０のキャ
ビティ２１内にＦｅ−５０％Ｃｏ合金粉末Ｂをタップ充
填する。その後、型２０のキャビティ２１内にＦｅ−５
０％Ｃｏ合金粉末Ｂがタップ充填されたまま状態で、そ
の型２０を水素雰囲気中に配置しかつ４００〜１０００
゜Ｃの温度範囲で３時間加熱する。このような加熱によ
り、キャビティ２１内のＦｅ−５０％Ｃｏ合金粉末を予
備焼結させて予備焼結体Ｃとする。

【００３０】次に、内面に潤滑剤を塗布した金型に上記
のような予備焼結体Ｃをセットし、圧縮して、予備焼結
体Ｃの密度を上昇させかつその形状を整えた後、この圧
縮済みの予備焼結体Ｃを水素雰囲気中に配置しかつ１３
００゜Ｃの温度で１時間加熱することにより、最終製品
形状の焼結部品、即ちコア１が得られる。

【００３１】なお、上記のような予備焼結の加熱温度が
５００゜Ｃ以下では、Ｆｅ−５０％Ｃｏ合金粉末は、焼
結が進まず粉末状態のまま残るか、あるいは型からの抜
き出し中に破損する程度の低い機械的強度しか得られな
い予備焼結体が作製されるのに対し、６００゜Ｃ以上で
は、焼結が進み、粉末状態のまま残ることはなく、型か
らの抜き出しのハンドリングにも十分耐え得る機械的強
度を備えた予備焼結体を得ることができる。ところで、
予備焼結の加熱温度を次第に高く設定していくと、その
温度上昇に従い、予備焼結体の寸法収縮率も大きくな
り、予備焼結体を型から抜き出すことが難しくなるが、
寸法収縮率が３％以下の場合には予備焼結体を型から抜
き出すことが十分可能である。一方、予備焼結の加熱温
度を９００゜Ｃ以上に設定した場合には、予備焼結体の
寸法収縮率が３％を越え、予備焼結体の抜き出しが著し
く困難になり、型や予備焼結体にクラックや欠損が生じ
ることもある。

【００３２】このため、予備焼結の加熱温度について
は、予備焼結体に十分な機械的強度が得られる温度以上
で、かつ予備焼結体の寸法収縮率を３％以下、好ましく
は１％以下に抑えることができる温度以下に設定するこ
とが望ましく、Ｆｅ−５０％Ｃｏ合金粉末を用いる場合
は６００〜７００゜Ｃの温度範囲内に設定するのが好適
である。

【００３３】また、予備焼結体を圧縮しないでそのまま
焼結した場合は、コアの密度比は９２％となるのに対
し、予備焼結体を５ｔ／ｃｍ²以上の圧力で圧縮してか
ら焼結した場合には、密度比が９５％以上の高密度なコ
アを得ることができる。しかしながら、上記のような圧
縮力が８ｔ／ｃｍ²未満の場合は、焼結時の寸法収縮率
が４％以上となり、コア１の脚部、即ち平板１ａが反っ
たり、平板１ａの間隔に寸法バラツキが生じることは避
けられない。

【００３４】このため、Ｆｅ−５０％Ｃｏ合金粉末を用
いる場合は、焼結時の寸法収縮率又は寸法バラツキを考
慮すると、圧縮力は８ｔ／ｃｍ²以上が必要であり、そ
の圧縮力を２０ｔ／ｃｍ²に設定したときには、密度比
が９８％で焼結時の寸法収縮率が約０．５％のコアを製
作することができ、高密度かつ高寸法精度のＦｅ−５０
％Ｃｏ製コアが得られる。なお、高い寸法精度や高密度
を必要としない製品は、寸法変化率が４％以上であって
もよい。

【００３５】したがって、上記のような実施例の製造方
法によれば、粉末成形は、高圧圧縮により造形されるも
のでなく、予備焼結前のタップ充填で略造形されるの
で、射出成形の場合と同様に複雑形状の焼結部品を製造
することができるのみならず、予備焼結後の圧縮では予
備焼結体の密度が上昇しかつその形状も整えられるの
で、高密度かつ高寸法精度の焼結部品を得ることができ
る。

【００３６】しかも、この製造方法では、金型成形法の
ように金属粉末に添加する成形潤滑剤や、射出成形法の
ように金属粉末に混入させる多量のバインダー等を一切
用いることなく省略できるので、製品として得られる焼
結部品中の不純物やコンタミを可及的に減少させること
ができると共に、長時間の脱バインダー工程等を必要と
せず、手間なく低コストに複雑形状の焼結部品を製造す
ることができる。

【００３７】なお、上記実施例では金属粉末としてＦｅ
−Ｃｏ合金粉末を用いたが、これに代えて、金属粉末と
してはＦｅ粉末とＣｏ粉末との混合粉末を用いてもよ
い。

【００３８】また、上記実施例ではドットプリンターヘ
ッドのコアを製造する例について説明したが、この発明
に係る製造方法は、上記コアのような磁気回路部品以外
にも、例えばロータリーコンプレッサ用渦巻形状部品等
の精密機械部品や、櫛歯形状のヒートシンク等の電子部
品のように、複雑形状の部品又は複雑形状で高密度が要
求される部品を製造するのに適用できる。

【００３９】

【発明の効果】この発明に係る焼結部品の製造方法にあ
っては、上記の如く型のキャビティ内に金属粉末をタッ
プ充填したままの状態でその型を加熱することにより、
上記キャビティ内の金属粉末を予備焼結させて予備焼結
体とした後、この予備焼結体を金型で圧縮してから焼結
して最終製品形状の焼結部品を得るため、複雑形状の焼
結部品を高密度かつ高寸法精度で得ることができる。

【００４０】しかも、この製造方法によれば、金型を用
いた粉末成形法の場合のように金属粉末に添加する成形
潤滑剤や、射出成形法のように金属粉末に混入させる多
量のバインダー等を一切用いることなく省略できるの
で、製品として得られる焼結部品中の不純物やコンタミ
を可及的に減少させることができると共に、長時間の脱
バインダー工程等を必要とせず、手間なく低コストに複
雑形状の焼結部品を製造することができる。

【００４１】また、請求項２に記載の発明にあっても上
記と同様な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ドットプリンターヘッドのコアの斜視図。

【図２】電磁キャンセル方式のドットプリンタヘッドの
断面図。

【図３】この発明に係る製造方法を説明する説明用断面
図。

【符号の説明】

２１キャビティ２０型Ｂ金属粉末Ｃ予備焼結体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】最終製品形状と約相似形のキャビティを
有する型を用いると共に、この型のキャビティ内に金属
粉末をタップ充填したままの状態でその型を加熱するこ
とにより、上記キャビティ内の金属粉末を予備焼結させ
て予備焼結体とした後、この予備焼結体を金型で圧縮し
てから焼結することを特徴とする焼結部品の製造方法。
【請求項２】キャビティ内にタップ充填する金属粉末
が、Ｆｅ−Ｃｏ合金粉末、又はＦｅ粉末とＣｏ粉末との
混合粉末のうちいずれか一方であることを特徴とする請
求項１に記載の焼結備品の製造方法。