KR100394156B1

KR100394156B1 - 나사 제조방법

Info

Publication number: KR100394156B1
Application number: KR10-2000-0046538A
Authority: KR
Inventors: 사카타마사아키; 하야시주니치
Original assignee: 세이코 엡슨 가부시키가이샤
Priority date: 1999-08-12
Filing date: 2000-08-11
Publication date: 2003-08-09
Also published as: TW537940B; US6413472B1; DE60007039T2; EP1075885A2; EP1075885A3; JP2001049307A; KR20010050050A; JP3702719B2; DE60007039D1; CN1126623C; EP1075885B1; CN1288794A

Abstract

원하는 중공 구멍을 용이하게 형성할 수 있으며, 가공성이 뛰어난 나사를 얻을 수 있는 나사 제조 방법을 제공한다. 이 나사 제조 방법은 예를 들면, 압출 성형으로부터 금속 분말을 포함하는 성형체를 제조하는 공정(A)(1A)과, 성형체에 대해 탈지하는 공정(B)(3A)과, 탈지체를 소결하여 소결체를 얻는 공정(C)(4A)을 가지며, 공정(A)의 종료 후의 어느 하나에 나사 가공을 포함하는 기계 가공을 수행한다. 또, 본 발명의 나사 제조 방법은 공정 (C)를 가소결(1차 소결)과 본소결(2차 소결)로 나누어 행하며, 가소결 후의 1차 소결체에 대해 나사 가공을 포함하는 기계 가공을 수행함으로써 나사를 제조해도 된다.

Description

나사 제조방법{Method for manufacturing the screw}

본 발명은 소결체에 의한 나사 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 제조 장치 내부에서 사용되는 나사는 고진공 환경에 노출되지만, 상기 나사의 선단부와 상기 장치 측 암나사 부분 사이에 나사 고정 시 공기가 잔류하고 있으면, 이 공기가 소정의 진공도로 보존된 장치 내로 누설되어(리크하여), 진공도를 저하시키는 문제가 있었다.

그 문제의 해결 방법으로서는, 나사 전체 길이에 걸쳐 관통하는 중공 구멍을 갖는 나사를 사용함으로써, 나사 선단부의 잔류 공기를 중공 구멍을 통해 배기하는 방법을 들 수 있다.

그러한 나사에 있어서, 중공 구멍은 드릴 가공이나 방전 가공에 의해 형성된다.

드릴 가공의 경우, 가는 구멍을 형성하는 데에는, 구멍 직경에 따른 가는 드릴이 필요하지만, 큰 힘을 필요로 하는 드릴 가공에서는, 가는 드릴의 강도나 내구성에 문제를 초래하기 쉽다. 특히, 긴 구멍을 형성하는 데에는, 드릴이 길어지기 때문에 더욱 꺾이기 쉽고, 또, 드릴 진동이 커지게 되어도 드릴을 파손하기 쉽다.

또, 방전 가공의 경우, 가는 구멍을 형성하는 데에는, 다른 가공 방법에 비해 비교적 용이하게 형성할 수 있지만, 가공 비용이 상승하여 나사가 고가가 된다. 또, 긴 구멍을 형성하는 것은 방전 가공 장치의 제약 상 곤란하다.

더욱이, 나사의 원재료가 난가공성 재료일 경우, 상기 양가공 방법에서는, 불가능하든지 또는 통상 이상의 시간이나 노력을 필요로 한다.

이상 설명한 바와 같이, 종래의 나사 제조 방법에서는, 중공 구멍의 직경이나 길이에 제약이 있고, 더구나 적합한 재료가 한정되어 있다는 결점을 갖는다.

본 발명의 목적은 원하는 중공 구멍을 용이하게 형성할 수 있으며, 가공성이 뛰어난 나사를 얻을 수 있는 나사 제조 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은

원료 분말을 포함하는 혼합물을 사용하여 압출 성형에 의해 중공 구멍을 갖는 막대 형상의 성형체를 성형하는 공정(A)과,

상기 성형체에 대해 탈지하는 공정(B)과,

상기 탈지체를 소결하여 소결체를 얻는 공정(C)을 가지며,

상기 공정(A)의 종료 후에, 나사 가공을 포함하는 1회 이상의 기계 가공을 수행하는 것을 특징으로 하는 나사 제조 방법에 관한 것이다.

이로써, 중공 구멍을 갖는 나사를 가공성 및 생산성이 양호한 상태에서 높은 치수 정밀도로 제조할 수 있다. 또, 종래, 가공이 곤란했던 복잡한 형상, 미세한 형상이나 경질 재료인 것이라도 제조할 수 있다.

바람직하게는, 상기 나사 가공을 포함하는 기계 가공은 상기 공정(A)과 상기 공정(B) 사이에, 상기 공정(A)에서 얻어진 성형체에 대해 수행된다.

이로써, 최종 소결체에 비해 경도가 낮은 소결 전의 성형체에 대해 기계 가공을 행하기 때문에, 원료 분말 조성이나 종류에 관계 없이, 기계 가공을 용이하게, 즉, 양호한 가공성으로 행할 수 있다. 그 때문에, 형상이나 치수를 제어하기 쉽고, 가공 부위 등의 치수 정밀도가 향상되어, 복잡하고 미세한 형상의 가공도 가능해진다.

또, 바람직하게는, 상기 나사 가공을 포함하는 기계 가공은 상기 공정(B)과 상기 공정(C) 사이에, 상기 공정(B)에서 얻어진 탈지체에 대해 수행된다.

이로써, 최종 소결체에 비해 경도가 낮은 소결 전의 탈지체에 대해 기계 가공을 행하기 때문에, 원료 분말의 조성이나 종류에 관계 없이, 기계 가공을 용이하게, 즉, 양호한 가공성으로 행할 수 있다. 그 때문에, 형상이나 치수를 제어하기 쉽고, 가공 부위 등의 치수 정밀도가 향상되어, 복잡하고 미세한 형상의 가공도 가능해진다.

또, 바람직하게는, 상기 나사 가공을 포함하는 기계 가공은 상기 공정(C) 이후, 상기 공정(C)에서 얻어진 소결체에 대해 수행된다.

이렇게, 소결체에 대해 기계 가공을 수행할 경우, 탈지 전의 성형체나 탈지체에 대해 기계 가공을 수행할 경우에 비해, 가공 시에 있어서의 나사 형상, 치수 변동이 적고, 특히 나사부에 관한 치수 오차가 작아져, 더욱 뛰어난 치수 정밀도가 얻어진다.

바람직하게는, 상기 공정(C)은 복수의 소결 공정을 포함한다.

이로써, 소결 효율이 향상되어, 보다 짧은 소결 시간으로 소결을 행할 수 있어, 생산성이 향상한다.

더욱 바람직하게는, 상기 공정(C)은 탈지체를 가소결하여 1차 소결체를 얻는 공정과, 1차 소결체에 대해 본소결하여 2차 소결체를 얻는 공정을 가지며,

상기 나사 가공을 포함하는 기계 가공은 상기 1차 소결체에 대해 수행된다.

이로써, 최종 소결체에 비해 경도가 낮은 1차 소결체에 대해 기계 가공을 행하기 때문에, 원료 분말의 조성이나 종류에 관계 없이, 기계 가공을 용이하게, 즉, 양호한 가공성으로 행할 수 있다. 그 때문에, 형상이나 치수를 제어하기 쉽고, 가공 부위 등의 치수 정밀도가 향상되어, 복잡하고 미세한 형상의 가공도 가능해진다. 게다가, 탈지 전의 성형체나 탈지체에 대해 기계 가공을 수행할 경우에 비해, 가소결이 이루어져 있기 때문에, 가공 시에 있어서의 나사 형상, 치수 변동이 적으며, 특히 나사부에 관한 치수 오차가 작아져, 치수 정밀도가 향상된다.

또, 상기 중공 구멍의 소결 완료 후의 직경이 1.5mm 이하인 것이 바람직하다.

이로써, 비교적 작은 직경의 나사라도 두께가 얇아지는 것을 방지하여, 충분한 강도를 확보할 수 있다.

또, 상기 압출 성형의 압출 압력은 1000kgf/cm²이하인 것이 바람직하다.

이로써, 고온이나 고압에 의한 압출 성형 장치로의 큰 부하를 걸지 않고, 양호한 성형을 행할 수 있다.

바람직하게는, 상기 원료 분말은 금속 분말 또는 세라믹스 분말이다.

이로써, 비교적 경질의 나사, 내열성, 내식성을 갖는 나사를 얻을 수 있다.

또, 상기 최종적으로 얻어지는 소결체의 기공율이 7% 미만인 것이 바람직하다.

이로써, 소결체의 고밀도화에 기여함과 동시에, 고강도, 높은 치수 정밀도, 소결 결함 방지, 보다 양호한 외관이 얻어지고, 또, 소결 효율이 좋으며, 보다 짧은 소결 시간으로 소결을 행할 수 있어, 생산성이 향상한다.

바람직하게는, 상기 나사는 감압 하 또는 진공 하에서 사용되는 것이다.

이로써, 중공 구멍을 통해서 통풍이 가능해지며, 나사 사용 환경의 진공도 보존에 기여한다. 그 때문에, 예를 들면, 진공 증착 장치, 스퍼터 장치, 반도체제조 장치의 챔버 내 등에서 사용되는 나사로서 사용하는 데 적합하다.

상술한 또는 그 이외의 본 발명의 목적, 구성 및 효과는 도면을 참조하여 행하는 이하 실시예의 설명으로부터 보다 분명해질 것이다.

도 1은 본 발명의 나사 제조 방법에 의한 제 1 실시예를 도시하는 공정도.

도 2는 본 발명의 나사 제조 방법에 의한 제 2 실시예를 도시하는 공정도.

도 3은 본 발명의 나사 제조 방법에 의한 제 3 실시예를 도시하는 공정도.

도 4는 본 발명의 나사 제조 방법에 의한 제 4 실시예를 도시하는 공정도.

도 5는 본 발명의 나사 제조 방법으로 제조된 나사의 일례를 도시하는 평면도.

이하, 본 발명의 나사 제조 방법에 대해서 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 나사 제조 방법의 제 1 실시예를 도시하는 공정도, 도 5는 본 발명의 나사 제조 방법으로 제조된 나사의 일례를 도시하는 평면도이다.

도 5에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에서 제조되는 나사(1)는 머리부(2)과, 몸통부(3)와, 선단부(4)로 구성되어 있으며, 머리부(2)와 선단부(4) 사이에 몸통부(3)가 배치되어 있다. 머리부(2)의 중심부에는 육각 구멍(7)이 형성되며, 선단부의 외주에는 나사부(수나사)(6)가 형성되어 있다. 그리고, 나사(1)의 중심부에는 나사 전체 길이에 걸쳐 관통하는 중공 구멍(5)이 형성되어 있다. 중공 구멍(5)의 기단은 나사 구멍(7)에 관통하며, 중공 구멍(5)의 선단은 나사(1) 선단면(8) 중심에 개방되어 있다. 이러한 나사는 감압 또는 진공 하에서 사용되는 것(예를 들면, 진공 증착 장치, 스퍼터 장치, 반도체 제조 장치의 챔버 내 등에서 사용되는 것)으로서 적합하다.

이하, 나사 제조 방법의 제 1 실시예에 대해서 설명한다.

[1A] 성형체 제조

본 발명에서는, 원료 분말을 포함하는 혼합물(컴파운드)을 사용하여 압출 성형법에 의해 성형체를 제조한다.

이 압출 성형법은 혼합물을 실린더 속에 공급하고, 가압하여 다이(성형 금형)의 입구 부분으로부터 압출하여, 횡단면 형상을 규제하면서 연속적으로 압출하는 가공 방법이다. 이 가공 방법은 긴 성형체를 연속적으로 제조할 수 있다는 이점이 있다.

특히, 실린더 및 성형 금형을 가열하는 압출 성형인 경우, 혼합물의 압출 저항을 감소할 수 있어, 성형성이 우수하므로 더욱 바람직하다.

이하, 압출 성형법에 의한 성형체 제조에 대해서 설명한다.

우선, 원료 분말과 결합재(유기 바인더)를 준비하여, 이들을 혼연기에 의해 혼연하여, 혼연물을 얻는다.

이 원료 분말에는 금속 분말이나 세라믹스 분말 등을 들 수 있다.

금속 분말을 구성하는 금속 재료(이하 간단히 「금속 재료」라 한다)로서는, 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, Fe, Ni, Co, Cr, Mn, Zn, Pt, Au, Ag, Cu, Pd, Al, W, Ti, V, Mo, Nb, Zr 등 중 적어도 1종 혹은 이들 중 적어도 1종을 포함하는(주로 하는) 합금을 들 수 있다.

특히, 본 발명에서는, 가공성의 향상을 도모할 수 있기 때문에, 최종적으로 얻어지는 소결체의 금속 재료가 비교적 고경도 혹은 난가공성인 것이 되는 것이 바람직하다. 더욱이, 반도체 제조 장치 등에 사용되는 반응성 가스에도 견딜 수 있는 내식성이나 고온에서도 견딜 수 있는 내열성을 갖는 것이 바람직하다. 그 구체예로서는, Ni계 합금(예를 들면, NCF600, NCF690 등), Fe계 합금(예를 들면, 스테인리스강: SUS304, SUS310S, SUS316, SUS317, SUS329J1, SUS410, SUS430, SUS440, SUS630), Ti 또는 Ti계 합금, W 또는 W계 합금, Co계 초경 합금, Ni계 서멧 등을 들 수 있다.

또, 금속 분말의 평균 입자 직경은 특별히 한정되지 않지만, 통상, 150μm 이하가 바람직하고, 0.1 내지 60μm 정도가 보다 바람직하다. 평균 입자 직경이 지나치게 크면, 다른 조건에 따라서는, 소결 밀도 향상이 불충분해지는 경우가 있다.

또한, 금속 분말의 제조 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 물 또는 가스 애터마이즈법, 환원법, 카르보닐법, 분쇄법에 의해 제조된 것을 사용할 수 있지만, 애터마이즈법이 바람직하다. 본 실시예에서는, 특히 가스 애터마이즈법에 의해 제조된 금속 분말에 적합하다. 가스 애터마이즈법에 의해 제조된 금속 분말은 그 입자 형상이 구형에 가까우며, 비교적 적은 결합재의 량이라도 높은 혼합물의 유동성이 얻어지며, 후술하는 압출 성형에 있어서의 압출 조건을 폭 넓은 것으로 하여, 성형체의 결함 발생을 억제할 수 있다. 이로써, 소결체(나사)의 기계적 특성을 향상시킬 수 있다.

다음으로, 세라믹스 분말을 구성하는 세라믹스 재료(이하 간단히 「세라믹스 재료」라 한다)로서는, 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, ZrO₂(부분 안정화 지르코니아 포함한다), Y₂O₃, Al₂O₃, TiO₂와 같은 산화물계 세라믹스나 WC, TiC, ZrC, SiC, B₄C와 같은 탄화물계 세라믹스, TiN, AlN, Si₃N₄, ZrN, BN과 같은 질화물계 세라믹스 등의 비산화물계 세라믹스를 들 수 있다. 이들 중 2종 이상을 혼합한 혼합 분말을 사용할 수도 있다.

또, 세라믹스 분말의 평균 입자 직경은 특별히 한정되지 않지만, 통상, 50μm 이하가 바람직하고, 0.05 내지 40μm 정도가 보다 바람직하다. 평균 입자 직경이 지나치게 크면, 다른 조건에 따라서는, 소결 밀도 향상이 불충분해지는 경우가 있다.

또한, 세라믹스 분말의 제조 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 분쇄, 분무 열 분해법, 공침법, 유리 결정화법, 졸-겔법에 의해 제조된 것을 사용할 수 있다.

결합재로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체 등의 폴리올레핀, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리부틸 메타크릴레이트 등의 아크릴계 수지, 폴리스티렌 등의 스티렌계 수지, 폴리 염화 비닐, 폴리 염화 비닐리덴, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리 비닐 알코올 또는 이들 공중합체 등의 각종 수지나 각종 왁스, 파라핀, 고급 지방산(예: 스테아르 산), 고급 알코올, 고급 지방산 에스테르, 고급 지방산 아미드 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

또, 더욱이 가소제가 첨가되어 있어도 된다. 이 가소제로서는, 예를 들면, 푸탈산 에스테르(예: DOP, DEP, DBP), 아지프산 에스테르, 트리멜리트산 에스테르, 세바신산 에스테르 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

또, 상기 혼연에 있어서는, 상기 금속 분말, 결합재, 가소제 외에 예를 들면, 윤활제, 산화 방지제, 탈지 촉진제, 계면 활성제 등의 각종 첨가물을 필요에 따라 첨가할 수 있다.

혼연 조건은 사용하는 금속 분말 혹은 세라믹스 분말의 조성이나 입자 직경, 결합재, 첨가제 조성 및 그 배합량 등의 모든 조건에 따라 다르지만, 그 일례를 들면, 혼연 온도: 50 내지 250℃ 정도, 혼연 시간: 20 내지 210분 정도로 할 수 있다.

다음으로, 상기 얻어진 혼연물을 사용하여, 압출 성형기에 의해 압출하여, 원하는 형상, 치수의 성형체를 제조한다.

이 경우, 압출 성형기에 설치되는 압출 다이(성형 금형)를 선택함으로써, 성형체의 전체 길이에 걸쳐 관통하는 중공 구멍을 형성하는 성형체를 용이하게 제조할 수 있다. 또, 실린더에서 가열된 혼연물은 적절한 실린더 온도, 압출 다이 온도(성형 금형 온도), 압출 속도, 압출 압력 등을 설정함으로써, 상기 다이를 통과하는 동안 냉각되어 고화한다. 이로써, 긴 성형체를 연속적으로 제조할 수 있다. 이 성형체를 원하는 길이로 절단하여, 막대 형상의 성형체를 얻는다.

또한, 제조되는 성형체의 형상, 치수는 이후의 탈지 및 소결에 의한 성형체의 수축분을 고려하여 결정된다.

압출 성형 조건으로서는, 사용하는 원료 분말의 조성이나 입자 직경, 결합재의 조성 및 그 배합량 등의 모든 조건에 따라 다르지만, 그 일례를 들면, 실린더 온도가 바람직하게는 100 내지 350℃ 정도, 성형 금형 온도가 바람직하게는 30 내지 150℃ 정도, 압출 속도가 바람직하게는 0.1 내지 50mm/sec 정도, 압출 압력이 바람직하게는 1000kgf/cm²이하가 된다.

이러한 범위로 함으로써, 고온이나 고압에 의한 압출 성형 장치로의 큰 부하를 걸지 않고, 양호한 성형을 행할 수 있다.

성형체 중의 원료 분말의 함유량은 80 내지 98wt% 정도인 것이 바람직하고, 85 내지 98wt% 정도인 것이 보다 바람직하다. 80wt% 미만에서는, 성형체를 소결했을 때의 수축률이 증대하여, 치수 정밀도가 저하한다. 또, 98wt%를 넘으면, 상대적으로 결합재의 함유량이 줄기 때문에, 성형 시에 있어서의 유동성이 떨어지게 되어, 압출 성형이 불능 또는 곤란해지든지 혹은 성형체의 조성이 불균일해진다.

[2A] 성형체의 나사 가공을 포함하는 기계 가공

상기 공정 [1A]에서 얻어진 막대 형상의 성형체에 대해 나사 가공을 포함한 기계 가공을 수행한다. 도 5에 도시하는 바와 같은 나사(1)를 이하와 같은 기계 가공에 의해 형성한다.

이 기계 가공의 종류로서는, 예를 들면, 나사 가공, 천공 가공[나사 구멍(7) 형성], 연삭 가공, 연마 가공 등을 들 수 있으며, 이들 중 나사 가공을 포함한 1종 또는 2종 이상을 조합시켜 행할 수 있다.

도 5에 도시하는 바와 같은 나사를 형성할 경우, 그 가공되는 형상·치수는 이후의 탈지 및 소결에 의한 성형체의 수축분을 고려하여 결정된다.

이하, 성형체에 수행하는 기계 가공을 설명한다.

우선, 성형체의 외경과 머리부(2)의 직경이 같을 경우, 머리부(2)보다 선단 측의 외주면에 대해 연삭 가공을 행하여, 세경화한다. 이로써, 몸통부(3)와 나사산 미형성 선단부(4)가 형성된다. 다음으로, 선단부(4)에 대해 선반 등을 사용하여 나사 가공을 수행하여, 나사부(6)를 형성한다. 또, 머리부(2)에 육각 구멍(7)을 천공 가공으로 형성한다. 필요에 따라서, 머리부(2)의 외주에는 로렛(홈) 가공을 수행해도 된다. 또, 버르 등을 제거하는 연마 가공을 수행해도 된다.

이상으로, 중공 구멍을 갖는 나사 성형체를 얻는다.

또, 이 나사의 피치는 0.5mm 이상으로 설치되어 있는 것이 바람직하고, 1.0mm 이상으로 설치되어 있는 것이 보다 바람직하다. 피치 값이 너무 작을 경우, 나사 성형체는 이후의 소결 시, 나사부(6)의 치수 정밀도를 유지하는 것이 어려워, 안정성이 떨어진다.

이렇게 소결 전의 성형체는 소결체에 비해 경도가 낮기 때문에, 원료 분말 조성에 관계 없이, 이러한 기계 가공을 용이하게 행할 수 있다. 즉, 가공성에 뛰어나다. 그 때문에, 형상이나 치수를 제어하기 쉬워, 치수 정밀도가 향상된다. 또, 소결체에 대해 가공을 행할 경우에 비해, 나사 가공을 포함하는 복잡하고 미세한 형상의 가공에도 유리하다.

이렇게 기계 가공된 나사의 종류는 미터 나사, 인치 나사, 위트 나사, 유니파이 나사와 같은 삼각 나사, 테이퍼 나사, 사다리꼴 나사 등의 나사를 들 수 있다.

[3A] 성형체의 탈지 처리

상기 공정 [2A]에서 기계 가공된 성형체에 대해 탈지 처리(탈 바인더 처리)를 수행한다.

이 탈지 처리로서는, 특별히 한정되지 않지만, 비산화성 분위기, 예를 들면 감압(진공) 상태 하(예를 들면 1×10²내지 1×10^-6Torr) 혹은 질소 가스, 아르곤 가스 등의 불활성 가스 속에서 열 처리를 행함으로써 이루어진다.

이 경우, 탈지 처리 조건으로서는, 바람직하게는 온도 150 내지 750℃ 정도로 0.5 내지 40시간 정도, 보다 바람직하게는 온도 250 내지 650℃ 정도로 1 내지 24시간 정도가 된다.

또, 이러한 열 처리에 의한 탈지는 각종 목적(예를 들면 탈지 시간의 단축 목적)으로, 다수의 공정(단계)으로 나누어 행해져도 된다. 이 경우, 예를 들면, 전반을 저온으로, 후반을 고온으로 탈지 처리하는 방법이나 저온과 고온을 반복하여 행하는 방법을 들 수 있다.

또, 상술한 열 처리와 조합 탈지에 있어서의 분위기의 압력을 다수 공정(단계)으로 나누어 행해져도 된다. 이 경우, 예를 들면, 전반을 감압(예를 들면, 1×10^-3Torr) 상태 하에서, 후반을 상압에서 탈지 처리하는 방법이나 감압과 상압을 반복하여 행하는 방법을 들 수 있다.

열 처리와 분위기의 압력을 조합시킴으로써, 성형체에 대해 보다 효율적으로 탈지 처리를 행할 수 있다.

또한, 이 탈지 처리는 다른 방법, 예를 들면, 결합재나 첨가제 중의 특정 성분을 소정의 용매(액체, 기체)를 사용하여 용출시킴으로써 행해도 된다.

[4A] 성형체의 소결

이상과 같이 하여 얻어진 탈지체를 소결로에서 소성 소결하여, 금속 소결체 및 세라믹스 소결체를 제조한다.

소결에 의해 원료 분말이 확산, 입성장하여, 결정립이 된다. 이 경우, 틈은 소멸하여, 전체적으로 치밀한, 즉 고밀도, 저 기공율의 소결체가 얻어진다.

소결에 있어서의 소결 온도는 예를 들면, 금속 조성이 Ni 또는 Ni계 합금인 경우, 바람직하게는 950 내지 1500℃ 정도, 보다 바람직하게는 1000 내지 1450℃ 정도가 되며, Fe 또는 Fe계 합금인 경우, 바람직하게는 1000 내지 1500℃ 정도, 보다 바람직하게는 1050 내지 1450℃ 정도가 되며, Ti 또는 Ti계 합금인 경우, 바람직하게는 950 내지 1500℃ 정도, 보다 바람직하게는 1000 내지 1450℃ 정도가 된다.

또, 세라믹스 조성이 산화물계 세라믹인 경우, 바람직하게는 1300 내지 2000℃ 정도, 보다 바람직하게는 1400 내지 1850℃ 정도가 되며, 탄화물계 세라믹스인 경우, 바람직하게는 1400 내지 2150℃ 정도, 보다 바람직하게는 1500 내지 2150℃ 정도가 되며, 질화물계 세라믹스인 경우, 바람직하게는 1300 내지 1900℃ 정도, 보다 바람직하게는 1400 내지 1850℃ 정도가 된다.

또한, 소결 온도는 상술한 범위 내 또는 범위 외에서, 경시적으로 변동(상승 또는 하강)해도 된다.

소결 시간은 상술한 바와 같은 소결 온도의 경우, 바람직하게는 0.5 내지 8시간 정도, 보다 바람직하게는 1 내지 5시간 정도가 된다.

또, 소결 분위기는 원료 분말이 금속 분말인 경우, 특별히 한정되지 않지만 감압(진공) 하 또는 비산화성 분위기가 되는 것이 바람직하다. 이로써, 금속 산화에 의한 특성 열화를 막음과 동시에, 소결체의 기공율 저감에 기여한다. 원료 분말이 산화물계 세라믹스인 경우, 대기 하 또는 불활성 가스 분위기가 되는 것이 바람직하다. 원료 분말이 탄화물계 세라믹스 또는 질화물계 세라믹스인 경우, 불활성 가스 분위기가 되는 것이 바람직하다. 이로써, 소결체의 기공율 저감에 기여한다.

바람직한 소결 분위기로서는, 원료 분말이 금속 분말인 경우, 1 Torr 이하(보다 바람직하게는 1×10^-2내지 1×10^-6Torr)의 감압(진공) 조건 또는 1 내지 760 Torr의 질소 가스, 아르곤 가스 등의 불활성 가스 분위기 또는 1 내지 760 Torr의 수소 가스 분위기인 것이 바람직하다. 원료 분말이 산화물계 세라믹스인 경우, 1 내지 760 Torr의 질소 가스, 아르곤 가스 등의 불활성 가스 분위기 또는 1 내지 760 Torr의 대기 분위기인 것이 바람직하다. 원료 분말이 탄화물계 세라믹스 또는 질화물계 세라믹스인 경우, 1 내지 760 Torr의 질소 가스, 아르곤 가스 등의 불활성 가스 분위기인 것이 바람직하다.

또한, 소결 분위기는 소결 도중에서 변화해도 된다. 예를 들면, 처음에 1×10^-2내지 1×10^-6Torr의 감압(진공) 상태로 하여, 도중에서 상기와 같은 불활성 가스로 전환할 수 있다.

이상과 같은 조건으로 소결을 행함으로써, 소결체의 기공율을 저감할 수 있다. 이 소결체의 기공율은 7% 미만이 바람직하고, 5% 미만이 보다 바람직하다. 기공율의 저감은 즉 소결체의 고밀도화에 기여함과 동시에, 고강도, 높은 치수 정밀도, 소결 결함 방지, 보다 양호한 외관 품질이 얻어지고, 또, 소결 효율이 좋으며, 보다 짧은 소결 시간으로 소결을 행할 수 있어, 생산성이 향상된다.

또, 소결은 2단계 또는 그 이상에서 행해도 된다. 예를 들면, 소결 조건이 다른 1차 소결과 2차 소결을 행할 수 있다. 이 경우, 2차 소결의 소결 온도를 1차 소결의 소결 온도보다 높은 온도로 할 수 있다. 이로써, 소결 효율이 더욱 향상되어, 기공율의 저감을 더욱 도모할 수 있다.

이러한 소결체(나사)의 형상, 치수는 이후의 탈지 및 소결에 의한 성형체의 수축분을 고려하여 결정 가공되지만, 그 일례를 들면, 소결 후의 나사부(6)의 외경은 3mm 이상이 바람직하고, 5 내지 20mm 정도가 보다 바람직하다. 나사부(6)의 외경이 너무 작을 경우, 나사 강도가 저하하여, 비교적 긴 경우에 부러지기 쉽다.

나사에 형성하는 중공 구멍의 치수는 소결에 의한 성형체의 수축분을 고려하여 결정된다. 소결 후의 중공 구멍의 직경은 특별히 한정되지 않지만, 1.5mm 이하가 바람직하고, 0.3 내지 1.3mm 정도가 보다 바람직하다. 중공 구멍의 직경이 너무 크면, 비교적 작은 직경의 나사의 경우, 소결체(나사)의 두께가 상대적으로 얇아져, 강도가 부족한 경우가 있다.

또한, 본 발명에 있어서는, 임의의 목적으로, 공정[1A]의 이전 공정, 공정 [1A] 내지 [4A] 사이에 행해지는 중간 공정 또는 공정[4A]의 이후 공정이 존재하고 있어도 된다.

물론, 공정[2A] 후에, 예를 들면 디버링(deburring)이나 형상을 정리하거나 하기 위한 기계 가공(2차 기계 가공), 화학 처리 등을 행해도 된다.

다음으로, 본 발명의 소결체 제조 방법의 제 2 실시예에 대해서 설명한다.

도 2는 본 발명의 소결체 제조 방법의 제 2 실시예를 도시하는 공정도이다. 이 제 2 실시예는 성형체의 탈지 후, 기계 가공을 수행하는 것으로, 그 밖에는 상기 제 1 실시예와 동일하다.

[1B] 성형체 제조

상기 공정[1A]과 동일．

[2B] 성형체의 탈지 처리

상기 공정[3A]과 동일．

[3B] 탈지체의 나사 가공을 포함하는 기계 가공

상기 공정[2B]에서 얻어진 탈지체에 대해 나사 가공을 포함한 기계 가공을 수행한다.

기계 가공은 상기 공정[2A]에서 서술한 것과 동일한 것을 들 수 있다.

탈지체는 소결체에 비해 경도가 낮기 때문에, 원료 분말의 조성에 관계 없이, 이러한 기계 가공을 용이하게 행할 수 있다. 즉, 가공성이 뛰어나다. 따라서, 나사 가공을 할때에도, 그 형상이나 치수를 제어하기 쉬워, 치수 정밀도가 향상한다. 또, 소결체에 대해 가공을 행할 경우에 비해, 복잡하고 미세한 형상의 가공에도 유리하다.

이렇게 얻어진 나사의 종류는 상기 공정[2A]에서 서술한 것과 동일하다.

[4B] 성형체의 소결

상기 공정[4A]과 동일.

또한, 본 발명에 있어서는, 임의의 목적으로, 공정 [1B]의 이전 공정, 공정 [1B] 내지 [4B] 사이에 존재하는 중간 공정 또는 공정 [4B]의 이후 공정이 존재하고 있어도 된다.

물론, 공정[3B] 후에, 예를 들면 디버링이나 형상을 정리하거나 하기 위한 기계 가공(2차 기계 가공), 화학 처리 등을 행해도 된다.

다음으로, 본 발명의 소결체 제조 방법의 제 3 실시예에 대해서 설명한다.

도 3은 본 발명의 소결체 제조 방법의 제 3 실시예를 도시하는 공정도이다. 이 제 3 실시예는 소결 처리 후에 성형체에 기계 가공을 행하는 것으로, 그 밖에는 상기 제 1 실시예와 동일하다. 이하, 각 도면을 참조하면서 설명한다.

[1C] 성형체 제조

상기 공정[1A]과 동일.

[2C] 성형체의 탈지 처리

상기 공정[3A]과 동일.

[3C] 성형체의 소결

상기 공정[4A]과 동일．

[4C] 소결체의 나사 가공을 포함하는 기계 가공

상기 공정 [3C]에서 얻어진 소결체에 대해 나사 가공을 포함한 기계 가공을 수행한다.

기계 가공은 상기 공정 [2A]에서 서술한 것과 동일한 것을 들 수 있다.

소성 후의 소결체는 압축화되며, 원료 분말의 분산성이 향상하고 있기 때문에, 이러한 소결체에 대해 기계 가공을 수행할 경우, 탈지 전의 성형체나 탈지체에 대해 기계 가공할 경우에 비해, 가공 시에 있어서의 나사 형상, 치수 변동이 적으며, 특히 나사부(6)에 관한 치수 오차가 작아져, 치수 정밀도가 향상된다.

또한, 본 발명에 있어서는, 임의의 목적으로, 공정[1C]의 이전 공정, 공정 [1C] 내지 [4C] 사이에 존재하는 중간 공정 또는 공정[4C]의 이후 공정이 존재하고 있어도 된다.

물론, 공정[4C] 후에, 예를 들면 디버링이나 형상을 정리하거나 하기 위한 기계 가공(2차 기계 가공), 화학 처리 등을 행해도 된다.

다음으로, 본 발명의 소결체 제조 방법의 제 4 실시예에 대해서 설명한다.

도 4는 본 발명의 소결체 제조 방법의 제 4 실시예를 도시하는 공정도이다. 이 제 4 실시예는 성형체의 1차 소결(소결) 후, 가소결체에 나사 가공을 포함하는 기계 가공을 수행하는 것으로, 그 밖에는 상기 제 1 실시예와 동일하다. 이하, 각 도면을 참조하면서 설명한다.

[1D] 성형체 제조

상기 공정[1A]과 동일．

[2D] 성형체의 탈지 처리

상기 공정[3A]과 동일.

[3D] 성형체의 1차 소결(가소결)

이상과 같이 하여 얻어진 탈지체를 소결로에서 소성하고 1차 소결하여, 금속 소결체 및 세라믹스 소결체를 제조한다.

1차 소결은 적어도 원료 분말끼리의 접점이 확산 결합한 상태에 있을 때까지 행해지는 것이 바람직하다. 이러한 1차 소결을 행함으로써, 형상 안정성이 늘고, 이후 공정에서, 성형체(1차 소결체)의 붕괴, 결손, 균열 등의 결함 발생을 보다 확실하게 방지할 수 있어, 취급성이 향상한다.

1차 소결에 있어서의 소결 온도는 예를 들면, 금속 조성이 Ni 또는 Ni계 합금인 경우, 바람직하게는 750 내지 1300℃ 정도, 보다 바람직하게는 850 내지 1250℃ 정도가 되며, Fe 또는 Fe계 합금인 경우, 바람직하게는 700 내지 1300℃ 정도, 보다 바람직하게는 800 내지 1250℃ 정도가 되며, Ti 또는 Ti계 합금인 경우, 바람직하게는 700 내지 1200℃ 정도, 보다 바람직하게는 800 내지 1150℃ 정도가 된다.

또, 세라믹스 조성이 산화물계 세라믹스인 경우, 바람직하게는 800 내지 1500℃ 정도, 보다 바람직하게는 950 내지 1350℃ 정도가 되며, 탄화물계 세라믹스인 경우, 바람직하게는 850 내지 1500℃ 정도, 보다 바람직하게는 950 내지 1400℃ 정도가 되며, 질화물계 세라믹스인 경우, 바람직하게는 800 내지 1500℃ 정도, 보다 바람직하게는 950 내지 1300℃ 정도가 된다.

또한, 1차 소결에 있어서의 소결 온도는 상술한 범위 내 또는 범위 외에서, 경시적으로 변동(상승 또는 하강)해도 된다.

1차 소결 시간은 상술한 바와 같은 소결 온도의 경우, 바람직하게는 0.2 내지 6시간 정도, 보다 바람직하게는 0.5 내지 4시간 정도가 된다.

또, 소결 분위기는 원료 분말이 금속 분말인 경우, 특별히 한정되지 않지만 감압(진공) 조건 또는 비산화성 분위기가 되는 것이 바람직하다. 이로써, 금속 산화에 의한 특성 열화를 막음과 동시에, 소결체의 기공율 저감에 기여한다. 원료 분말이 산화물계 세라믹스인 경우, 대기 하 또는 불활성 가스 분위기가 되는 것이 바람직하다. 원료 분말이 탄화물계 세라믹스 또는 질화물계 세라믹스인 경우, 불활성 가스 분위기가 되는 것이 바람직하다. 이로써, 소결체의 기공율 저감에 기여한다.

바람직한 소결 분위기로서는, 원료 분말이 금속 분말인 경우, 1 Torr 이하(보다 바람직하게는 1×10^-2내지 1×10^-6Torr)의 감압(진공) 하 또는 1 내지 760 Torr의 질소 가스, 아르곤 가스 등의 불활성 가스 분위기 또는 1 내지 760 Torr의 수소 가스 분위기인 것이 바람직하다. 원료 분말이 산화물계 세라믹스인 경우, 1 내지 760 Torr의 질소 가스, 아르곤 가스 등의 불활성 가스 분위기 또는 1 내지 760 Torr의 대기 분위기인 것이 바람직하다. 원료 분말이 탄화물계 세라믹스 또는 질화물계 세라믹스인 경우, 1 내지 760 Torr의 질소 가스, 아르곤 가스 등의 불활성 가스 분위기인 것이 바람직하다.

또한, 소결 분위기는 소결 도중에서 변화해도 된다. 예를 들면, 처음에 1×10^-2내지 1×10^-6Torr의 감압(진공) 조건으로 하여, 도중에서 상기와 같은 불활성 가스로 전환할 수 있다.

이상과 같은 조건에서 소결을 행함으로써, 기공율 저감 즉 소결체의 고밀도화에 기여한다.

[4D] 1차 소결체의 나사 가공을 포함하는 기계 가공

1차 소결 후의 성형체에 대해, 소정의 기계 가공을 수행한다.

1차 소결체의 성형체는 완전한 소결체에 비해 경도가 낮기 때문에, 원료 분말의 조성에 관계 없이, 이러한 기계 가공을 용이하게 행할 수 있다. 즉, 가공성이 뛰어나다. 따라서, 나사 가공할때에도, 그 형상이나 치수를 제어하기 쉬워 탈지된 성형체나 압출 가공된 성형체에 비해 치수 정밀도가 향상한다. 또, 완전한 소결체(본소결)에 대해 가공을 행할 경우에 비해, 복잡하고 미세한 형상의 가공에도 유리하다.

또한, 1차 소결체에 기계 가공할 때, 나사의 치수는 이후의 2차 소결에 의한 1차 소결체의 수축분을 고대하여 결정된다.

[5D] 성형체의 2차 소결(본소결)

2차 소결에 의해 원료 분말끼리가 확산, 입성장하여, 결정을 형성한다. 이 경우, 틈은 소멸하여, 전체적으로 치밀한 즉 고밀도, 저 기공율의 소결체가 얻어진다.

2차 소결에 있어서의 소결 온도는 예를 들면, 금속 조성이 Ni 또는 Ni계 합금인 경우, 바람직하게는 950 내지 1500℃ 정도, 보다 바람직하게는 1000 내지 1450℃ 정도가 되며, Fe 또는 Fe계 합금인 경우, 바람직하게는 1000 내지 1500℃정도, 보다 바람직하게는 1050 내지 1450℃ 정도가 되며, Ti 또는 Ti계 합금인 경우, 바람직하게는 950 내지 1500℃ 정도, 보다 바람직하게는 1000 내지 1450℃ 정도가 된다. 이 경우, 상기 1차 소결에 비해, 소결 온도가 높은 것이 바람직하다.

또, 세라믹스 조성이 산화물계 세라믹스인 경우, 바람직하게는 1300 내지 2000℃ 정도, 보다 바람직하게는 1400 내지 1850℃ 정도가 되며, 탄화물계 세라믹스인 경우, 바람직하게는 1400 내지 2150℃ 정도, 보다 바람직하게는 1500 내지 2150℃ 정도가 되며, 질화물계 세라믹스인 경우, 바람직하게는 1300 내지 1900℃ 정도, 보다 바람직하게는 1400 내지 1850℃ 정도가 된다. 이 경우도, 상기 1차 소결에 비해, 소결 온도가 높은 것이 바람직하다.

또한, 2차 소결에 있어서의 소결 온도는 상술한 범위 내 또는 범위 외에서, 경시적으로 변동(상승 또는 하강)해도 된다.

2차 소결 시간은 상술한 바와 같은 소결 온도의 경우, 바람직하게는 0.5 내지 8시간 정도, 보다 바람직하게는 1 내지 5시간 정도가 된다.

또, 소결 분위기는 원료 분말이 금속 분말의 경우, 특별히 한정되지 않지만 감압(진공) 조건 또는 비산화성 분위기가 되는 것이 바람직하다. 이로써, 금속 산화에 의한 특성 열화를 막음과 동시에, 소결체의 기공율 저감에 기여한다. 원료 분말이 산화물계 세라믹스인 경우, 대기 하 또는 불활성 가스 분위기가 되는 것이 바람직하다. 원료 분말이 탄화물계 세라믹스 또는 질화물계 세라믹스인 경우, 불활성 가스 분위기가 되는 것이 바람직하다. 이로써, 소결체의 기공율 저감에 기여한다.

또, 2차 소결(본소결)에 있어서의 소결 분위기는 1차 소결에 있어서의 그것과 동일하거나 상이해도 된다.

이상과 같은 조건에서 소결을 행함으로써, 기공율의 저감 즉 소결체의 고밀도화에 기여함과 동시에, 높은 치수 정밀도가 얻어지고, 또, 소결을 여러번로 나누어 행함으로써, 소결 효율이 향상되어, 보다 짧은 소결 시간으로 소결을 행할 수 있어, 생산성이 향상한다.

또한, 본 발명에 있어서는, 임의의 목적으로, 공정 [1D]의 이전 공정, 공정 [1D] 내지 [5D] 사이에 존재하는 중간 공정 또는 공정 [5D]의 이후 공정이 존재하고 있어도 된다.

물론, 공정 [4D] 후에, 예를 들면 디버링이나 형상을 정리하거나 하기 위한 기계 가공(2차 기계 가공), 화학 처리 등을 행해도 된다.

(실시예)

다음으로, 본 발명의 소결체 제조 방법의 구체적 실시예에 대해서 설명한다.

(실시예 1)

금속 분말로서, 가스 애터마이즈법에 의해 제조된 평균 입자 직경 10μm의 Ni 합금(조성: Ni-5wt% Fe-16wt% Cr-16wt% Mo-4wt% W합금) 분말을 준비했다.

이 금속 분말: 91wt%로 폴리에틸렌(PS): 2.7wt%, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체(EVA): 2.7wt% 및 파라핀 왁스: 2.3wt%로 구성되는 결합재와, 부틸 푸탈레이트(가소제): 1.3wt%를 혼합하여, 이것들을 혼연기에서 100℃×1시간의 조건으로 혼연했다.

중공 구멍을 갖는 성형체를 압출 성형하여, 소정 길이로 절단하고, 외경(ψ) 7.9mm, 구멍 직경(ψ) 0.8mm, 길이 170mm[소결 후의 목표 치수: 외경(ψ) 7mm, 구멍 직경(ψ) 0.7mm, 길이 150mm]의 막대 형상의 성형체(50개)를 제조했다. 압출 성형 시에 있어서의 성형 조건은 실린더 온도 140℃, 성형 금형 온도 70℃, 압출 압력 150kgf/cm², 압출 속도 10mm/sec이었다.

다음으로, 상기 성형체에 대해, 절삭 가공, 나사 가공, 천공 가공 등의 기계 가공을 수행하여, 나사 형상 성형체로 했다.

다음으로, 이 성형체에 대해, 탈지로를 사용하여 탈지 처리를 행했다. 탈지조건은 760 Torr(상압)의 질소 분위기 하에서, 450℃×1시간 보존했다.

다음으로, 탈지 후의 성형체에 대해, 소결로를 사용하여 소결을 행하여, 소결체를 얻었다. 소결 조건은 760 Torr(상압)의 Ar 가스 분위기 속에서, 1300℃×3시간으로 했다.

(실시예 2) I

탈지체에 대해 상기와 동일한 기계 가공을 수행한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 나사를 제조했다.

(실시예 3)

소결체에 대해 상기와 동일한 기계 가공을 수행한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 나사를 제조했다.

(실시예 4)

소결 공정을 1차 소결(가소결)과 2차 소결(본소결)로 나누어, 1차 소결 조건을 1×10^-4Torr의 감압 조건에서 1100℃×3시간으로 하고, 2차 소결 조건을 760 Torr(상압)의 Ar 가스 분위기 속에서 1280℃×2시간으로 했다. 또, 1차 소결체(가소결)에 대해 상기와 동일한 기계 가공을 수행한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 나사를 제조했다.

(실시예 5)

금속 분말로서, 가스 애터마이즈법에 의해 제조된 평균 입자 직경 8μm의 스테인리스 합금(SUS310S/조성: Fe-20wt% Ni-25wt% Cr 합금) 분말을 준비했다.

이 금속 분말: 94wt%에 폴리스티렌(PS): 1.8wt%, 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체(EVA): 1.8wt% 및 파라핀 왁스: 1.6wt%로 구성되는 결합재와, 디부틸 프탈레이트(가소제: 0.8wt%를 혼합하여, 이들을 혼연기에서 90℃×1.5시간 조건에서 혼연했다.

중공 구멍을 갖는 성형체를 압출 성형하여, 소정의 길이로 절단하고, 외경(φ) 11.4mm, 구멍 직경(φ) 1.4mm, 길이 114mm[소결 후의 목표 치수: 외경(φ) 10mm, 구멍 직경 1.2mm, 길이 100mm]의 막대 형상 성형체(50개)를 제조했다. 압출 성형 시에 있어서의 성형 조건은 실린더 온도 140℃, 성형 금형 온도 70℃, 압출 압력 80kgf/cm², 압출 속도 5mm/sec이었다.

다음으로, 이 성형체에 대해, 탈지로를 사용하여 탈지 처리를 행했다. 탈지 조건은 760 Torr(상압)의 질소 분위기 하에서, 500℃×1시간 보존했다.

다음으로, 탈지 후의 성형체에 대해, 소결로를 사용하여 소결을 행하여, 소결체를 얻었다. 소결 조건은 760 Torr(상압)의 Ar 가스 분위기 속에서, 1330℃×3시간으로 했다.

(실시예 6)

탈지체에 대해 상기와 동일한 기계 가공을 수행한 것 이외는 실시예 5와 동일하게 하여 나사를 제조했다.

(실시예 7)

소결체에 대해 상기와 동일한 기계 가공을 수행한 것 이외는 실시예 5와 동일하게 하여 나사를 제조했다.

(실시예 8)

소결 공정을 1차 소결(가소결)과 2차 소결(본소결)로 나누어, 1차 소결 조건을 10 Torr의 Ar 가스 분위기 속에서 1200℃×2시간으로 하고, 2차 소결 조건을 760 Torr(상압)의 Ar 가스 분위기 속에서 1310℃×2시간으로 했다. 또, 1차 소결체(가소결체)에 대해 상기와 동일한 기계 가공을 수행한 것 이외는 실시예 5와 동일하게 하여 나사를 제조했다.

(실시예 9)

세라믹스 분말로서, 분무 열 분해법에 의해 제조된 평균 입자 직경 1μm의 이트리아 부분 안정화 지르코니아(조성: ZrO₂-5.5wt% Y₂O₃) 분말을 준비했다.

이 세라믹스 분말: 85wt%에 폴리에틸렌(PS): 4.5wt%, 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체(EVA): 4.5wt% 및 파라핀 왁스: 3.9wt%로 구성되는 결합재와, 디부틸 프탈레이트(가소제): 2.1wt%를 혼합하여, 이들을 혼연기에서 110℃×1시간의 조건으로 혼연했다.

중공 구멍을 갖는 성형체를 압출 성형하여, 소정 길이로 절단하고, 외경(φ) 9.0mm, 구멍 직경(φ) 1.5mm, 길이 128.5mm[소결 후의 목표 치수: 외경(φ) 7mm, 구멍 직경(φ) 1.2mm, 길이 100mm]의 막대 형상 성형체(50개)를 제조했다. 압출 성형 시에 있어서의 성형 조건은 실린더 온도 140℃, 성형 금형 온도 70℃, 압출 압력 100kgf/cm², 압출 속도 3mm/sec이었다.

다음으로, 이 성형체에 대해, 탈지로를 사용하여 탈지 처리를 행했다. 탈지 조건은 760 Torr(상압)의 질소 분위기 하에서, 450℃×1시간 보존했다.

다음으로, 탈지 후의 성형체에 대해, 소결로를 사용하여 소결을 행하여, 소결체를 얻었다. 소결 조건은 760 Torr(상압)의 Ar 가스 분위기 속에서, 1450℃×3시간으로 했다.

(실시예 10)

탈지체에 대해 상기와 동일한 기계 가공을 수행한 것 이외는 실시예 9와 동일하게 하여 나사를 제조했다.

(실시예 11)

소결체에 대해 상기와 동일한 기계 가공을 수행한 것 이외는 실시예 9와 동일하게 하여 나사를 제조했다.

(실시예 12)

소결 공정을 1차 소결(가소결)과 2차 소결(본소결)로 나누어, 1차 소결 조건을 760 Torr(상압)의 Ar 가스 분위기 속에서 1000℃×3시간으로 하고, 2차 소결 조건을 760 Torr(상압)의 Ar 가스 분위기 속에서 1425℃×2시간으로 했다. 또, 1차 소결체(가소결체)에 대해 상기와 동일한 기계 가공을 수행한 것 이외는 실시예 9와 동일하게 하여 나사를 제조했다.

<품질·특성 평가>

실시예 1 내지 12의 각 소결체를 다방향으로 절단하여, 그들 절단 단면을 목시 관찰하여, 소결 결함 유무의 결과를 표 1에 도시한다.

또, 실시예 1 내지 12에 의한 각 소결체(나사) 나사 부분의 직경의 치수 오차(목표 치수에 대한 오차: 각 30개의 평균치)를 측정한 결과를 표 1에 도시한다.

표 1에 도시하는 바와 같이, 실시예 1 내지 12의 각 나사는 어느 것도 소결 결함은 인정되지 않으며, 양호한 품질의 소결체(나사)인 것이 확인되었다. 또, 실시예 1 내지 12의 각 나사의 치수 오차는 어느 것도 작아, 높은 치수 정밀도를 나타내는 것이 인정되었다.

이상 서술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 원하는 중공 구멍을 용이하게 형성할 수 있어, 가공성이 뛰어나고, 높은 치수 정밀도를 갖는 고밀도 나사를 제조할 수 있다.

또, 종래 가공이 곤란했던 복잡한 형상의 가공이나 경질 재료에 대한 가공도 가능해져, 나사의 용도, 기능 확대를 도모할 수 있다.

Claims

원료 분말을 포함하는 혼합물을 사용하여 압출 성형에 의해 중공 구멍을 갖는 막대 형상의 성형체를 성형하는 공정(A)과,

상기 성형체에 대해 탈지하는 공정(B)과,

상기 탈지체를 소결하여 소결체를 얻는 공정(C)을 가지며,

상기 공정(A)의 종료 후에, 나사 가공을 포함하는 1회 이상의 기계 가공을 수행하는 것을 특징으로 하는 나사 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 나사 가공을 포함하는 기계 가공은 상기 공정(A)과 상기 공정(B) 사이에, 상기 공정(A)에서 얻어진 성형체에 대해 수행되는 나사 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 나사 가공을 포함하는 기계 가공은 상기 공정(B)과 상기 공정(C) 사이에, 상기 공정(B)에서 얻어진 탈지체에 대해 수행되는 나사 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 나사 가공을 포함하는 기계 가공은 상기 공정(C) 이후, 상기 공정(C)에서 얻어진 소결체에 대해 수행되는 나사 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 공정(C)은 복수의 소결 공정을 포함하는 나사 제조 방법.
제 5 항에 있어서,

상기 공정(C)은 탈지체를 가소결하여 1차 소결체를 얻는 공정과, 1차 소결체에 대해 본소결하여 2차 소결체를 얻는 공정을 가지며,

상기 나사 가공을 포함하는 기계 가공은 상기 1차 소결체에 대해 수행되는 나사 제조 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 중공 구멍의 소결 완료 후의 직경이 1.5mm 이하인 나사 제조 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 압출 성형의 압출 압력은 1000kgf/cm²이하인 나사 제조 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 원료 분말은 금속 분말 또는 세라믹스 분말인 나사 제조 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 최종적으로 얻어지는 소결체의 기공율이 7% 미만인 나사 제조 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 나사는 진공 증착 장치, 스퍼터 장치, 및 반도체 제조 장치 등의 챔버 내에서 사용되는 나사 제조 방법.