JPH1180805A - 焼結部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 破断分離の容易な焼結部材を製造する際の圧
縮成形工程を制御の容易なものにする。 【解決手段】 粉末材料を加圧して成形体を形成し、そ
の成形体を焼結した後に予め定めた分離面で破断分離し
て複数の焼結部材を製造する焼結部材の製造方法であっ
て、前記成形体のうち分離されるいずれかの部分を加圧
成形するとともに、その加圧方向での表裏両面の少なく
ともいずれか一方の面側での圧縮密度を加圧方向での中
央部での圧縮密度より高密度に設定し、ついで該いずれ
かの部分とこれに隣接する他の部分とを一体に最終密度
まで加圧して成形し、かつ成形後に焼結し、さらに前記
いずれかの部分と他の部分とをこれらの部分同士の境界
位置で破断分離する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、粉末材料を加圧
成形して成形体（圧粉体）を形成し、その成形体を焼結
する焼結部材の製造方法に関し、特に焼結後に分離予定
面で焼結部材を破断分離することにより、複数の部材を
同時に得る方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の方法の一例が特開平６−２１８
７１８号公報に記載されている。この公報に記載された
方法では、一例として、互いに密着して摺動する二対パ
ンチおよびダイによって形成されるキャビティ内に粉末
材料を充填し、一方の一対のパンチによる加圧成形位置
と他方の一対のパンチによる加圧成形位置との高さを異
ならせ、これにより、破断分離が予定されている部分同
士の間に段差を設ける。ついで加圧形成の進行に伴って
各対のパンチの高さを揃えることにより、前記の段差の
表面を粉末中に埋め込み、相互に分離される予定の部分
同士の間に亀裂を形成する。

【０００３】したがってこの方法では、破断を進行させ
るための亀裂を、成形体の製造工程で同時に生じさせて
おくことができ、また単一の焼結部材から複数部品を得
るための破断分離をその亀裂に沿って生じさせることが
できるので、工程の簡素化を図ることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の方法で
は、加圧成形の当初、二対のパンチによる成形位置を上
下にずらし、それぞれのパンチによって同時に成形を進
行させ、その後に、各対のパンチによる成形位置を上下
方向で揃えるように移動させるから、複数対のパンチを
個別にかつ同時に制御しなければならず、制御が複雑に
なる可能性が高い。また成形体の密度は、上下のパンチ
による加圧の仕方やダイとの相対移動の状態などによっ
て影響を受けるが、上記従来の方法では、一方の一対の
パンチによる加圧の方向と他の一対のパンチによる加圧
の方向とが相互に反対となっているので、成形体の密度
が部分的に相違し、これが品質に影響する可能性があっ
た。

【０００５】この発明は上記の事情を背景としてなされ
たものであり、破断分離させて複数の製品とするための
焼結部材を容易に製造することのできる方法を提供する
ことを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段およびその作用】上記の目
的を達成するために、請求項１の発明は、粉末材料を加
圧して成形体を形成し、その成形体を焼結した後に予め
定めた分離面で破断分離して複数の焼結部材を製造する
焼結部材の製造方法において、前記成形体のうち分離さ
れるいずれかの部分を加圧成形するとともに、その加圧
方向での表裏両面の少なくともいずれか一方の面側での
圧縮密度を加圧方向での中央部での圧縮密度より高密度
に設定し、ついで該いずれかの部分とこれに隣接する他
の部分とを一体に最終密度まで加圧して成形し、かつ成
形後に焼結し、さらに前記いずれかの部分と他の部分と
をこれらの部分同士の境界位置で破断分離することを特
徴とする方法である。

【０００７】したがってこの発明の方法では、先に予備
圧縮された部分における一方の面側の密度が中央部での
密度より高くなっているから、前記他の部分と共に最終
密度まで加圧した場合、これらの部分の境界位置におい
ては、予備圧縮で密度の低かった中央部分で材料粉末の
密着の度合いが高く、これに対して加圧方向での少なく
とも一方の面側の部分の密度が高かった部分では、材料
粉末の密着の度合いが低くなる。すなわちこの密着度合
いの低い部分がいわゆる破断誘起部となり、ここから亀
裂が発生かつ進行し、焼結部材を複数部分に容易に破断
分離させることができる。そしてこの発明の方法では、
複数対のパンチを異なる方向に同時に制御する必要がな
いので、加圧成形を容易におこなうことができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】つぎにこの発明を図面に基づいて
より具体的に説明する。図１はこの発明の方法における
圧縮成形工程を説明するための図であって、先ず成形型
について説明すると、この成形型は、得るべき成形体の
輪郭形状のキャビティを有するダイ１と、二対のパンチ
２，３，４，５とを備えている。これらの各下パンチ
２，３同士および上パンチ４，５同士は、互いに密着し
て摺動し、かつダイ１におけるキャビティに密着嵌合す
る形状に構成されている。また各対のパンチ２，３，
４，５は、ダイ１に対して相対的に上下動可能に構成さ
れている。さらに図に示す例では、二つに破断分離でき
る成形体を得るように構成されており、したがって各対
のパンチ２，３，４，５はそれぞれ破断分離される部分
の形状に対応した形状に構成されている。

【０００９】この発明の方法では、破断分離される部分
のいずれかを先ず予備圧縮成形し、ついで全体を圧縮成
形する。したがって先ず、図１の（Ａ）に示すように、
一方の下パンチ２をダイ１に対して下降させ、かつ他方
の下パンチ３の上面をダイ１の上面に一致する位置まで
上昇させておく。このようにしてダイ１と一方の下パン
チ２とによって形成される第１キャビティ６の内部に予
め決めた量の材料粉末７を充填する。これは、通常おこ
なわれているように、ダイ１の上面に図示しないシュー
を移動させ、さらにそのシューをキャビティの上方から
退避させて材料粉末を摺り切ることによりおこなえばよ
い。

【００１０】ついで図１の（Ｂ）に示すように、上パン
チ４を下降させて予備圧縮成形をおこなう。その場合、
上パンチ４の下降に併せて下パンチ２を上昇させて上下
両方向から加圧する。そのように材料粉末７を加圧する
ことによって、圧縮密度が厚さ方向の中央部では低く、
図１の上下両面側では高い予備圧縮体８を得ることがで
きる。その場合、図１での上下両面側を限界予備圧縮密
度以上に圧縮し、これに対して厚さ方向での中央部分
は、限界予備圧縮密度未満に圧縮する。ここで限界予備
圧縮密度とは、破断予定面での破断あるいは亀裂の発生
し易さに基づいて決められる密度であり、詳細は後述す
る。また、この工程は予備圧縮工程であり、予備成形体
８の圧縮密度は最終的に得る密度より低密度とする。

【００１１】つぎに図１の（Ｃ）に示すように、上パン
チ４，５を上昇させてキャビティを開くとともに、他方
の下パンチ３を下降させてダイ１および各下パンチ２，
３によってキャビティを形成する。このキャビティの一
部には、既に予備圧縮された予備成形体８が配置されて
おり、したがって実質的には、ダイ１および各下パンチ
２，３ならびに予備成形体８によって第２キャビティ９
が形成される。この第２キャビティ９に従前と同様にし
て材料粉末７を充填する。

【００１２】この状態から図１の（Ｄ）に示すように、
各上パンチ４，５を下降させ、かつ各下パンチ２，３を
上昇させて予備成形体８および充填された材料粉末７を
同時に同圧で加圧圧縮する。そして図１の（Ｅ）に示す
ように、最終密度まで加圧圧縮する。

【００１３】このようにして圧縮成形をおこなった場
合、予備成形体８における加圧方向での中央部では予備
圧縮密度が低くなっており、これがいわゆる本圧縮成形
の際に後続の材料粉末７と共に最終密度まで加圧圧縮さ
れるから、この部分での材料粉末同士の密着度合いが高
くなる。これに対して予備圧縮工程で限界予備圧縮密度
以上に加圧圧縮されている上下両面側の部分では、予備
成形体８と後続の材料粉末７との密着度合いが相対的に
低くなる。したがって図１に破線で示すように、下パン
チ２，３同士の摺動面および上パンチ４，５同士の摺動
面の延長位置、すなわち予備成形体８と後続の材料粉末
７による圧縮成形部分との境界面が破断予定面１０とな
り、最終的に得られた成形体１１における破断予定面１
０の加圧方向での上下両端部（図１の（Ｅ）に実線で示
す位置）に破断誘起部（易破断部）が形成される。

【００１４】上記のいわゆる本圧縮成形をおこなって得
られた成形体１１に焼結処理を施す。焼結処理すること
により得られた焼結部材には、上記の破断誘起部がほぼ
そのまま維持される。したがってその破断予定面１０に
沿って剪断荷重を加え、あるいは楔などによって破断力
を与えると、破断予定面１０の上端部（成形体１１の表
面側）から亀裂が進行し、破断予定面１０で二部材に破
断分離される。特にこの発明に係る上記の方法で圧縮成
形した場合、破断を生じさせる亀裂を成形体に設けてお
くのではなく、破断予定面１０に沿って粉末同士の密着
度合いの低い部分を形成しておくので、成形体１１を複
数に分離させるための破断を従来に比べて容易におこな
うことができる。

【００１５】なお、焼結後でかつ破断分離前に、もしく
は破断分離の後に、焼結部材に強度向上のための鍛造処
理あるいは熱処理を施してもよい。さらにこれらの強度
向上のための処理に加えて、疲労強度の向上のために焼
結部材にショットピーニング処理を施してもよい。

【００１６】ここでこの発明の方法をエンジン用コネク
ティングロッドの製造に適用した例を説明する。図２は
コネクティングロッド２０の平面図であり、図３はその
III−III 線に沿う断面図である。コネクティングロッ
ド２０の一方の端部には、クランクシャフト（図示せ
ず）に連結するための大端部２１が形成されている。こ
の大端部２１は、組付けのために分割構造とされてお
り、大端部２１のうちコネクティングロッド２０の長手
方向での半分の部分が、キャップ部２２とされて本体部
２３から分離され、図示しないボルトで本体部２３に締
結されるようになっている。

【００１７】このコネクティングロッド２０をこの発明
の方法で製造する場合、上記のキャップ部２２を前述し
た予備成形体８として先ず圧縮成形し、ついでそのキャ
ップ部２２のための予備成形体と合わせて全体を圧縮成
形する。そして得られた成形体に焼結処理を施す。その
結果、図３に示すように、キャップ部２２に相当する部
分と本体部２３に相当する部分との間に破断予定面１０
が形成され、その破断予定面１０の上下両面側、すなわ
ち境界上端部１０ａと境界下端部１０ｂとに境界線が生
じる。これは、キャップ部２２に相当する部分の予備圧
縮成形の際に、上下両面側の圧縮密度を限界予備圧縮密
度以上としたことにより、本体部２３に相当する部分と
合わせて本圧縮成形した際に材料粉末の密着度合いが低
くなることにより生じたものである。なお、この境界線
ははっきりとは目視できない場合もあり、要は、材料粉
末の圧着の生じていない箇所もしくは圧着の程度が低い
箇所として生じている。

【００１８】これに対して破断予定面１０の厚さ方向で
の中央部、すなわち境界中央部１０ｃでは予備成形体８
と後続の材料粉末とが圧着していることにより、上記の
ような境界線は生じていない。したがってキャップ部２
２に相当する部分と本体部２３に相当する部分とは一体
化している。しかしながら、焼結処理の後に、両者の部
分を分離するように破断荷重を掛ければ、上述した境界
線あるいは破断予定面１０に沿って亀裂が発生かつ伝播
し、キャップ部２２に相当する部分と本体部２３に相当
する部分とを破断分離させることができる。なお、この
場合においても、前述した強度向上のための熱処理や鍛
造処理あるいは疲労強度向上のためのショットピーニン
グ処理などを適宜におこなうことは任意である。

【００１９】ここで限界予備圧縮密度について説明す
る。限界予備圧縮密度は、要は、上述した破断予定面１
０に沿う破断が発生するに充分な材料粉末同士の密着度
合いを生じさせる予備圧縮密度であり、一例として実験
的に求められる。図４はそのための試験片３０を示して
おり、これは、図５に示すようにして製造する。先ず、
矩形平板状の試験片３０の約半分に相当する部分３１
を、製品製造のために使用される材料粉末と同一の材料
粉末を使用して予備成形する。この工程を図５の（Ａ）
および（Ｂ）に示してあり、これは、ダイ３２と二対の
上下パンチ３３，３４，３５，３６のうち一方の一対の
パンチ３３，３５とによって前述した例と同様にしてお
こなうことができる。

【００２０】つぎに他方の下パンチ３４を引き下げ、そ
の上側のキャビティに材料粉末３７を所定量充填し（図
５の（Ｃ））、さらに予備成形体３８をダイ３２の中央
部にまで引き下げるとともに、これら予備成形体３８お
よび充填した材料粉末３７を上下のパンチ３２，３３，
３４，３５によって加圧圧縮する（図５の（Ｄ））。そ
して最終的には、全体が一枚の平板状となるように最終
密度まで加圧圧縮する（図５の（Ｅ））。

【００２１】このようにして得た成形体３９には、予備
圧縮成形した部分とそれ以外の部分との境界が存在し、
その境界上端部と境界下端部とでは、材料粉末同士の密
着度合いが弱く、あるいは圧着していないことにより、
前述した境界線が生じる。その境界線の明瞭度すなわち
材料粉末の密着の程度は、予備圧縮時の密度によって異
なる。

【００２２】このようにして得た成形体３９の抗折試験
をおこなう。図６に抗折試験の実施状況を模式的に示し
てある。成形体３９を二点支持し、その中央部に荷重を
掛けて破断を生じさせる。そしてその破断面の位置や破
断の形態などを観察あるいは計測し、前記の予備成形を
おこなった部分と他の部分との境界に沿った破断か否か
などを判定する。その破断の状態は、予備圧縮密度によ
って相違するから、その判定結果を予備圧縮密度との関
係で整理し、境界面で破断が発生し始める予備圧縮密度
を限界予備圧縮密度として定義する。したがってこの限
界予備圧縮密度は、材料粉末ごとに固有の値となり、目
的により選定された混合粉末材料ごとに試験をおこな
い、実用の際には事前に求めた限界予備圧縮密度となる
ように予備圧縮をおこなう。

【００２３】なお、この発明は上述した具体例に限定さ
れないのであり、材料粉末の圧縮は上下のパンチによっ
て上下両方から同時に加圧する以外に、上下いずれか一
方のパンチを固定した状態で他方のパンチによって加圧
した後に、前記他方のパンチを固定した状態で前記一方
のパンチによって加圧してもよい。また、限界予備圧縮
密度以上の予備圧縮は、圧縮方向での上下両側に生じさ
せる以外に、上下いずれか一方のみを限界予備圧縮密度
以上に予備圧縮し、したがって前述した境界線を上下い
ずれか一方にのみ生じさせるようにしてもよい。そし
て、この発明は、単一の成形体もしくは焼結体から二つ
の部材を得る場合に限られず、三つ以上の部材を得る場
合にも実施することができる。したがってこの発明はコ
ネクティングロッド以外の焼結部材を製造する場合に適
用することができる。さらに上記の限界予備圧縮密度を
求める方法は、一例に過ぎないのであり、この発明では
他の方法によって限界予備圧縮密度を求めてもよい。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明の方法によ
れば、製品の一部に相当する部分の予備圧縮とその予備
圧縮部分を含む全体の圧縮成形とをおこない、かつ予備
圧縮の際の圧縮密度を、加圧方向での少なくとも一方の
面側で高くしたから、最終的に得られる成形体に、破断
の生じやすい境界部分を形成することができる。したが
って成形体もしくは焼結体の破断分離を容易におこなう
ことができる。また圧縮成形は、複数対のパンチを用い
るものの、各対のパンチを通常の圧縮成形と同様に制御
すればよいので、成形工程を容易なものとすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の方法の一例を実施した場合の圧縮成
形過程を模式的に示す図である。

【図２】コネクティングロッドの平面図である。

【図３】図２の III−III 線に沿う断面図である。

【図４】限界予備圧縮密度を求めるための試験片の一例
を示す斜視図である。

【図５】その試験片とされる成形体の圧縮成形過程を模
式的に示す図である。

【図６】その試験片の抗折試験の状況を示す模式図であ
る。

【符号の説明】

１ ダイ ２，３，４，５ パンチ ７ 材料粉末 ８ 予備成形体 １０ 破断予定面 １１ 成形体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粉末材料を加圧して成形体を形成し、そ
   の成形体を焼結した後に予め定めた分離面で破断分離し
   て複数の焼結部材を製造する焼結部材の製造方法におい
   て、 前記成形体のうち分離されるいずれかの部分を加圧成形
   するとともに、その加圧方向での表裏両面の少なくとも
   いずれか一方の面側での圧縮密度を加圧方向での中央部
   での圧縮密度より高密度に設定し、ついで該いずれかの
   部分とこれに隣接する他の部分とを一体に最終密度まで
   加圧して成形し、かつ成形後に焼結し、さらに前記いず
   れかの部分と他の部分とをこれらの部分同士の境界位置
   で破断分離することを特徴とする焼結部材の製造方法。