WO2019026783A1 - 焼結部品の製造方法、及び焼結部品 - Google Patents

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WO2019026783A1
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sintered
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green compact
powder
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吉田　健太郎
翔一 高田
博文 木口
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住友電工焼結合金株式会社
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    • F04C18/02—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • F04C18/04—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents of internal-axis type
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    • F04C2240/00—Components
    • F04C2240/20—Rotors

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a sintered part, and a sintered part.
  • Patent Document 1 discloses an invention relating to a press-forming mold for forming a recess (groove portion) on the outer periphery of a sintered molded product (compacted powder molded product) of a rotor for a vane pump. Patent Document 1 describes that a plurality of flat cores are provided so as to protrude inside a hole of a die, and a recess is formed by each core.
  • the method of manufacturing a sintered part of the present disclosure is Compacting the raw material powder containing the metal powder with a mold to produce a green compact having a relative density of 88% or more; Forming a groove having a groove width of 1.0 mm or less in the powder compact by grooving the powder compact with a cutting tool; After the step of forming the groove portion, a sintering step of sintering the green compact having the groove portion formed thereon.
  • the sintered component of the present disclosure is Relative density is 88% or more,
  • the groove has a groove width of 1.0 mm or less.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of a sintered component according to the embodiment.
  • FIG. 2 is the schematic explaining the processing process in the manufacturing method of the sintered components which concern on embodiment.
  • FIG. 3 is schematic which shows an example of the cutting tool used for groove processing at the process process in the manufacturing method of the sintered components which concern on embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view showing another example of the sintered component according to the embodiment.
  • Sintered parts obtained by molding and sintering metal powder such as iron powder are used for various parts such as automobiles and industrial machines.
  • sintered parts are manufactured by compressing and molding a raw material powder containing a metal powder with a die to prepare a green compact and sintering it.
  • Some sintered parts are shaped with grooves, one of which is, for example, the rotor used for vane pumps.
  • the vane pump rotor has a plurality of grooves formed radially on the outer peripheral surface of the rotor, and the vanes are slidably inserted into the grooves.
  • Each vane radially protrudes from each groove as the rotor rotates, and the tip of the vane is in sliding contact with the inner peripheral surface of the cam ring, or the side face of the vane is in sliding contact with a plate material, a pump case or the like.
  • Patent Document 1 discloses an invention relating to a press-forming mold for forming a recess (groove portion) on the outer periphery of a sintered molded product (compacted powder molded product) of a rotor for a vane pump.
  • Patent Document 1 describes that a plurality of flat cores are provided so as to protrude inside a mold hole of a die provided in a mold, and a recess is formed by each core.
  • a sintered part having a groove it is required to densify the sintered part and to narrow the groove.
  • the rigidity is improved, and chipping and breakage of the sintered parts can be suppressed to improve the durability.
  • the contact area at the time of sliding contact between the tip of the vane and the inner circumferential surface of the cam ring and the side surface of the vane and the plate member and the pump case becomes smaller, and sliding resistance can be reduced to reduce pump loss.
  • the machining allowance at the time of processing can be reduced.
  • both the densification of the sintered part and the narrowing of the groove are simultaneously achieved. Was difficult.
  • the thickness of the core for forming the groove.
  • the rigidity of the core is reduced, and when the surface pressure is increased, excessive bending stress acts on the core, and there is a problem that the core is deformed or broken during compression molding. Therefore, in the conventional manufacturing method, it is necessary to set the thickness of the core to such an extent that the core is not deformed so as to increase the surface pressure to densify the green compact, and the core is restricted. There is a limit to narrowing the groove width of the groove. In the case of a sintered part having a groove obtained by conventional mold forming, generally, the relative density of the sintered part is about 85 to 86%, and the groove width of the groove is about 2.0 mm.
  • an object of the present disclosure is to provide a method of manufacturing a sintered part capable of forming a groove having a narrow groove width while densifying the sintered part.
  • Another object of the present invention is to provide a sintered part having a groove with a narrow groove width while having a high density.
  • the method of manufacturing a sintered part according to the present disclosure can form a groove with a narrow groove width while being able to densify the sintered part.
  • the sintered component of the present disclosure has a groove with a narrow groove width while having a high density.
  • a method of manufacturing a sintered part according to an embodiment of the present invention Compacting the raw material powder containing the metal powder with a mold to produce a green compact having a relative density of 88% or more; Forming a groove having a groove width of 1.0 mm or less in the powder compact by grooving the powder compact with a cutting tool; After the step of forming the groove portion, a sintering step of sintering the green compact having the groove portion formed thereon.
  • the green compact before sintering in the processing step of the subsequent step A groove is formed to form a groove. Therefore, in the forming step, there is no restriction of the core for forming the groove, and the contact pressure can be increased to densify the green compact, and a high density green compact having a relative density of 88% or more can be easily produced. it can.
  • the relative density of the green compact before sintering is 88% or more
  • the relative density of a sintered part obtained by sintering this is 88% or more.
  • the "relative density” as used herein means the actual density (percentage of [measured density / true density]) to the true density.
  • the true density is the density of the metal powder constituting the green compact (sintered part). In the case of iron powder, the true density is 7.874 g / cm 3 and the relative density of 88% or more is 6.93 g / cm 3 or more.
  • the grooved body is subjected to groove processing before sintering, so that a narrow groove portion having a groove width of 1.0 mm or less can be easily formed.
  • the powder compact is only a compact of the raw material powder by compacting, and the particles of the metal powder are in a state in which the particles of the metal powder are in close mechanical contact, so they are not firmly bonded as after sintering. Therefore, when the green compact before sintering is grooved with a cutting tool such as a milling cutter, the bonding between the metal powder particles is weak and cutting is easier as compared to the case where the groove processing is performed after sintering. Excellent in productivity.
  • the groove width of the groove to be formed can be set by the cutting tool used.
  • the manufacturing method of the said sintered component can form a groove part with narrow groove width, being able to densify a sintered component.
  • the above-mentioned cutting tool is a milling cutter which has a cutting edge in the perimeter, and it is mentioned that there is no flank on the side of the above-mentioned cutting edge.
  • an appropriate groove processing tool can be used, and for example, a milling cutter having a cutting edge on the outer periphery can be suitably used.
  • a milling cutter having a cutting edge on the outer periphery can be suitably used.
  • the surface roughness of the inner surface of the groove can be reduced.
  • “having substantially no flank on the side surface of the cutting edge” means that the flank relief slope is 0 ° or more and 0.15 ° or less. The reason why the surface roughness of the inner surface of the groove decreases is considered as follows.
  • the metal powder particles are cut off with a cutting edge and cut to form groove portions.
  • the groove portion is formed by the advance of the cutting edge, particles may sometimes drop off from the inner side surface of the groove portion facing the side surface of the cutting edge to form unevenness due to the particle on the inner side surface.
  • there is no flank on the side of the cutting edge as in the above embodiment no clearance is formed between the side of the cutting edge and the inner side of the groove, and the clearance for particles falling off the inner side of the groove Because there is no, the particles of the inner surface will be pushed by the side of the cutting edge.
  • grains is formed in the inner surface of a groove part, an inner surface becomes smooth, and surface roughness becomes small.
  • the surface roughness Ra (arithmetic mean roughness) of the inner side surface of the groove can be 5 ⁇ m or less.
  • grains is formed in the inner surface of a groove part, the surface roughness of an inner surface becomes large, for example, surface roughness Ra becomes 8 micrometers or more.
  • the above-mentioned slot processing is performed by holding the above-mentioned compacting object on a jig, and the above-mentioned jig It is possible to include a restraining surface that is pressed against the end face on the side from which the cutting tool of the molded body comes out.
  • the processing operation is easy to perform and the processing accuracy is stabilized.
  • the bonding of metal powder particles is weak, so the cutting tool Chipping is apt to occur at the opening edge of the groove at the end face on the side of coming out.
  • the jig has a constraining surface as in the above embodiment, the groove processing is performed while pressing the constraining surface of the jig against the end face on the side where the cutting tool comes off, so that a chipping occurs on the end face on the side where the cutting tool comes off Can be effectively suppressed.
  • the above-mentioned jig has a positioning mechanism which positions the axial center of the above-mentioned compacting object.
  • the processing accuracy of the groove portion by the cutting tool is improved by positioning the axial center of the powder compact with respect to the jig.
  • the above-mentioned cutting tool is a milling cutter which has a cutting edge and a side in the perimeter, and the angle of the above-mentioned side to the cutting edge is 0.15 ° or less
  • the groove processing is performed by holding the powder compact on a jig,
  • the jig has a restraining surface pressed against an end face of the powder compact from which the cutting tool is removed, It is mentioned that the jig has a positioning mechanism which positions the axial center of the green compact.
  • the sintered component according to the embodiment of the present invention is Relative density is 88% or more,
  • the groove has a groove width of 1.0 mm or less.
  • the sintered component has a groove portion with a narrow groove width while having high density. Since the relative density of the sintered part is 88% or more and high density, the rigidity is high and the durability is excellent. Further, the groove width of the groove portion is 1.0 mm or less, and the groove width of the groove portion is narrow.
  • the rotor for vane pumps, a heat sink, etc. are mentioned, for example.
  • the thickness of the vane used can be reduced by narrowing the groove width of the groove portion into which the vane is inserted.
  • the number of grooves per unit area can be increased by narrowing the groove width of the grooves.
  • the surface area of the heat sink and increasing the heat dissipation area it is possible to improve the heat dissipation performance of the heat sink.
  • the surface coarseness of the inner surface of the above-mentioned slot is 5 micrometers or less by arithmetic mean coarseness Ra.
  • the surface roughness Ra (arithmetic mean roughness) of the inner surface of the groove is 5 ⁇ m or less, the inner surface is smooth. Since the surface roughness of the inner side surface of the groove is small, for example, in the case of a vane pump rotor, the sliding resistance with the vane inserted in the groove is reduced, and the vane slides easily.
  • the “arithmetic mean roughness Ra” mentioned here is a value measured in accordance with JIS B 0601-2001.
  • the length of the direction of an axis of the above-mentioned sintered part is 6 mm or more.
  • the application range of the sintered component can be expanded.
  • the pump can be miniaturized by increasing the pump displacement or reducing the rotor diameter.
  • the above-mentioned sintered part is a rotor for vane pumps.
  • the sintered component according to the above-described embodiment can be suitably used, for example, as a rotor for a vane pump because it has a groove portion having a narrow groove width while having high density.
  • the rotor for a vane pump made of the sintered component of the above aspect is high in rigidity and excellent in durability, and the groove width of the groove is narrow, so that the vane inserted in the groove is thinned and the space between the vane and the cam ring, Furthermore, it is possible to reduce the pump loss caused by the sliding contact resistance between the vane and the plate member or the pump case.
  • the machining allowance at the time of processing can be reduced.
  • the above-mentioned sintered part has the 1st cylindrical surface where the above-mentioned slot was formed, the 2nd surface connected with the 1st surface, and the 3rd surface opposite to the 2nd surface,
  • the groove portion communicates with the second surface to the third surface, and the groove portion has a bottom surface and two inner side surfaces, An angle of the inner side with respect to a plane perpendicular to the bottom passing through a line of intersection between the bottom and the inner side is 0.15 ° or less;
  • the groove width of the groove portion is 0.3 mm or more and 1.0 mm or less,
  • the surface roughness of the inner side is 5 ⁇ m or less in arithmetic average roughness Ra,
  • the axial length of the sintered part is 6 mm or more,
  • the depth of the groove may be 2 mm or more.
  • the sintered component according to the above-described embodiment has a groove portion with a narrow groove width while having high density.
  • the method of manufacturing a sintered part according to the embodiment is a method of manufacturing a sintered part having a groove, and includes the following steps. 1. Forming step: The raw material powder containing the metal powder is compression molded with a mold to produce a green compact having a relative density of 88% or more. 2. Machining step: The green compact is grooved with a cutting tool to form a groove having a groove width of 1.0 mm or less. 3. Sintering step: After the processing step, the green compact is sintered. Each step will be described in detail below.
  • the sintered component 1 as shown in FIG. 1 is a rotor for a vane pump, is cylindrical with an axial hole 2 formed in the axial center, and has a groove 3 communicating from one end surface to the other end surface along the axial direction on the outer peripheral surface.
  • a plurality of grooves 3 are provided radially on the outer peripheral surface, and plate-like vanes (not shown) are slidably inserted in the grooves 3.
  • the metal powder used for the raw material powder is a main material constituting the sintered part, and as the metal powder, for example, iron or iron alloy (iron-based material) containing iron as a main component, aluminum or aluminum as a main component
  • the metal powder for example, iron or iron alloy (iron-based material) containing iron as a main component, aluminum or aluminum as a main component
  • the metal powder for example, iron or iron alloy (iron-based material) containing iron as a main component, aluminum or aluminum as a main component
  • various metals such as aluminum alloys (aluminum-based materials), copper or copper alloys (copper-based materials) containing copper as a main component.
  • aluminum alloys aluminum alloys
  • copper or copper alloys copper-based materials
  • pure iron powder or iron alloy powder is used.
  • “having as a main component” means containing, as a constituent component, 50% by mass, preferably 80% by mass or more, further 88% by mass or more of the element.
  • the iron alloy examples include those containing at least one alloying element selected from Cu, Ni, Sn, Cr, Mo and C.
  • the above-mentioned alloying element contributes to the improvement of the mechanical characteristics of the sintered part of the iron-based material.
  • the total content of Cu, Ni, Sn, Cr and Mo is 0.5% by mass or more and 6.0% by mass or less, and further 1.0% by mass or more and 3.0% by mass or less To be mentioned.
  • the content of C is, for example, 0.2% by mass or more and 2.0% by mass or less, and further 0.4% by mass or more and 1.0% by mass or less.
  • iron powder may be used as the metal powder, and a powder of the above-mentioned alloying element (alloyed powder) may be added thereto.
  • the constituent component of the metal powder is iron at the stage of the raw material powder, the iron reacts with the alloying element by being sintered in the sintering step in the subsequent step to be alloyed.
  • the content of the metal powder (including the alloying powder) in the raw material powder is, for example, 90% by mass or more, and further 95% by mass or more.
  • the metal powder for example, one prepared by a water atomizing method, a gas atomizing method, a carbonyl method, a reduction method or the like can be used.
  • the average particle size of the metal powder may be, for example, 20 ⁇ m or more, and 50 ⁇ m or more and 150 ⁇ m or less.
  • the average particle size of the metal powder is in the above range, handling is easy and compression molding is easy.
  • the average particle size of the metal powder is set to 20 ⁇ m or more, the flowability of the raw material powder can be easily secured.
  • the average particle size of the metal powder is the average particle size of the particles constituting the metal powder, and the particle size (D50) at which the cumulative volume in the volume particle size distribution measured by the laser diffraction type particle size distribution measuring device is 50% Do.
  • iron powder is used as the metal powder, and its average particle size is 100 ⁇ m.
  • An internal lubricant may be added to the raw material powder for the purpose of suppressing the burn-in of the metal powder to the mold or improving the formability of the green compact.
  • the internal lubricant include fatty acid metal salts such as zinc stearate and lithium stearate, and fatty acid amides such as stearic acid amide and ethylenebisstearic acid amide.
  • the addition amount of the internal lubricant may be, for example, 0.1% by mass or more and 1.0% by mass or less, and further 0.5% by mass or less. By reducing the amount of addition of the internal lubricant, the proportion of the metal powder contained in the raw material powder can be increased, and a green compact having a relative density of 88% or more can be easily produced.
  • the addition amount of the internal lubricant is a ratio of the lubricant to the raw material powder when the whole raw material powder not containing the internal lubricant is 100% by mass.
  • an organic binder may be added to the raw material powder as a molding aid.
  • the organic binder include polyethylene, polypropylene, polyolefin, polymethyl methacrylate, polystyrene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyamide, polyester, polyether, polyvinyl alcohol, vinyl acetate, paraffin, various waxes and the like.
  • the organic binder may be added as needed, and may not be added.
  • Compression molding is, for example, a raw material powder filled in a die hole of a die using a die including a die in which a die hole is formed and upper and lower punches disposed opposite to each other on the upper and lower sides of the die and inserted into the die hole.
  • the compact is compacted from above and below by a press using a punch to produce a powder compact 10 (see the upper view in FIG. 2).
  • the groove 3 is formed in the green compact 10 in the processing step of the post process, so the groove 3 is not formed in the green compact 10 in the molding process. Therefore, the shape of the green compact 10 is a shape having no groove.
  • the shape of the green compact 10 produced in the forming step is a cylindrical shape in which the axial hole 2 is formed in the axial center, and is a shape corresponding to the sintered component 1 (see FIG. 1) except for the groove portion 3.
  • a core rod for forming the axial hole 2 in the die hole of the die it is possible to place a core rod for forming the axial hole 2 in the die hole of the die.
  • the height (length in the axial direction) of the powder compact 10 to be formed depends on the application of the sintered component 1 and the like, but in the case of a vane pump rotor, for example, 6 mm or more and 40 mm or less.
  • An external lubricant may be applied to the inner surface of the mold (such as the inner circumferential surface of the mold cavity of the die) for the purpose of suppressing the burn-in of the metal powder to the mold.
  • the external lubricant include fatty acid metal salts such as zinc stearate and lithium stearate, and fatty acid amides such as stearic acid amide and ethylenebisstearic acid amide.
  • the surface pressure at the time of compression molding is set so that the green compact 10 having a relative density of 88% or more can be obtained, and may be, for example, 600 MPa or more, preferably 1000 MPa or more, and further 1500 MPa or more.
  • the upper limit of the surface pressure is not particularly limited, but may be, for example, 1200 MPa or less from the viewpoint of production.
  • the relative density of the green compact 10 is, for example, preferably 92% or more, and more preferably 93% or more.
  • groove processing is performed on the green compact 10 before sintering (see the lower diagram in FIG. 2).
  • the groove 3 is formed on the outer peripheral surface of the powder compact 10 using a cutting tool 40.
  • the compacting body 10 is cut with the cutting edge 41 by moving the rotating cutting tool 40 along the axial direction of the compacting body 10, and the pressure is reduced.
  • the groove portion 3 communicating with the second surface 12 to the third surface 13 (upper end surface to lower end surface in FIG. 2) of the powder molded body 10 is formed.
  • the groove width of the groove 3 to be formed is 1.0 mm or less, preferably 0.7 mm or less.
  • the lower limit of the groove width is not particularly limited, but is, for example, 0.3 mm or more.
  • the depth of the groove 3 to be formed is 2 mm or more, preferably 3 mm or more.
  • the depth of the groove 3 is the distance from the first surface 11 to the bottom surface 32.
  • the ratio of the depth to the groove width of the groove 3 is preferably 8 or more. More preferably, it is 9 or more.
  • the ratio of the depth to the groove width of the groove portion 3 is increased, it becomes difficult to form the groove portion 3 with a mold, but the groove portion 3 can be formed by the groove processing of the present disclosure.
  • the mold for forming the groove portion 3 was deformed when 20,000 pieces of molded articles were formed.
  • the mold for molding the groove portion 3 was deformed when 100,000 molded articles were formed. In the molding process of the present disclosure, deformation of the mold does not occur even if 300,000 molded articles are produced, and the groove portion 3 can be processed without problems in the subsequent processing process.
  • the cutting tool 40 which forms the groove part 3 can use the tool for groove processing appropriate
  • a material of the cutting tool 40 for example, cemented carbide, high speed tool steel, cermet or the like is used.
  • the cutting tool 40 will be described with reference to FIG. 3
  • the cutting tool 40 shown in FIG. 3 has a disk shape and is a milling cutter (so-called metal saw) having cutting edges 41 on the outer periphery.
  • the outer diameter dimension D of the cutting tool 40 is, for example, 20 to 300 mm.
  • a boss hole 42 is provided at the center of the cutting tool 40, and the spindle (not shown) of the processing machine is inserted into the boss hole 42, and the cutting tool 40 rotates with the rotation of the spindle.
  • the groove width of the formed groove is determined by the thickness t of the cutting tool 40, and the thickness t is 1.0 mm or less, preferably 0.7 mm or less.
  • the thickness t is substantially constant from the tip of the cutting edge 41 toward the center, and both side surfaces are flat.
  • the relief slope of the side surface of the cutting edge 41 (the angle of the side surface to the straight line parallel to the radial direction passing through the outer peripheral edge of the cutting edge 41) is 0.15 ° or less, and further 0.12 ° or less.
  • the outer diameter dimension D is 50 mm
  • the thickness at the tip of the cutting edge 41 is 0.498 mm
  • the thickness of the portion located 9 mm inside from the tip of the cutting edge 41 is 0
  • the relief slope of each side of the cutting edge 41 is 0.0987 °. That is, the cutting tool 40 is a cutter having substantially no flank on the side surface of the cutting edge 41.
  • the metal powder particles constituting the green compact are cut off by a cutting edge to form a groove.
  • a milling cutter having substantially no flank on the side of the cutting edge as shown in FIG. 3
  • no gap is formed between the side of the cutting edge and the inner side of the groove, and the groove is Since there is no clearance for particles falling off the inner surface of the blade, the particles of the inner surface are pushed by the side of the cutting edge. Therefore, it can suppress that the unevenness
  • the difference in thickness on one side of the portion is smaller than the particle diameter of the metal powder, for example, 1/2 or less, 1/3 or less, or 1/5 or less of the average particle diameter of the metal powder.
  • a flank on the side face of the cutting edge a particle is formed between the side face of the cutting edge and the inner side face of the groove at the flank face, so particles falling off the inner side face of the groove Clearance of particles from the inner side may occur. Therefore, the unevenness
  • the surface roughness Ra (arithmetic mean roughness) of the inner side of the groove can be 5 ⁇ m or less, and further 3 ⁇ m or less.
  • the surface roughness Rz (maximum height) of the inner surface of the groove may be smaller than the particle diameter of the metal powder constituting the green compact, for example, not more than 1/4 of the average particle diameter of the metal powder. Specifically, it can be 25 ⁇ m or less, and further 12.5 ⁇ m or less.
  • the surface roughness Ra of the inner side surface of the groove becomes 8 ⁇ m or more.
  • the surface roughness Rz is equal to the particle diameter of the metal powder, and is, for example, 50 ⁇ m or more.
  • the “arithmetic average roughness Ra” and the “maximum height Rz” are values measured in accordance with JIS B 0601-2001.
  • ⁇ jig> As shown in FIG. 2, it is preferable that groove processing be performed by holding the powder compact 10 in a jig 50 from the viewpoint of processing accuracy and processing workability.
  • the jig 50 shown in FIG. 2 has a cylindrical shape, and a constraining surface 51 pressed against the end face (lower end face) of the side of the powder compact 10 from which the cutting tool 40 comes out, and the axial center of the powder compact 10 And a positioning mechanism 52 for positioning.
  • the positioning mechanism 52 includes a shaft portion 521 which is inserted into the shaft hole 2 of the powder compact 10 and a nut 522 which fixes the powder compact 10 to the jig 50.
  • the shaft portion 521 is provided on one end side of the jig 50 so as to protrude orthogonal to the constraining surface 51, and is formed to correspond to the diameter of the shaft hole 2.
  • the central axis of the jig 50 and the central axis of the shaft portion 521 are coaxial.
  • the green compact 10 can be held by the jig 50 (shaft portion 521), and the upper end surface of the green compact 10 is pressed by the nut 522 to press the lower end surface against the restraint surface 51. Further, by inserting the shaft portion 521 of the jig 50 into the axial hole 2 of the powder compact 10, the axial center of the powder compact 10 can be centered relative to the jig 50 and positioned. .
  • the groove edge is formed on the end surface of the cutting tool 40 by cutting the groove while pressing the restraining surface 51 of the jig 50 against the end surface of the cutting tool 40 Can be effectively suppressed.
  • the processing accuracy of the groove 3 by the cutting tool 40 is improved by centering the axis of the powder compact 10 with respect to the jig 50 and positioning with the positioning mechanism 52 (shaft portion 521, nut 522).
  • the positioning mechanism 52 can also be configured, for example, by a clamp unit that grips the outer peripheral surface of the green compact 10 (except where the groove is formed), an inlay mechanism, or the like.
  • the rotating cutting tool 40 is moved along the axial direction of the powder compact 10 to form one groove 3 in the outer peripheral surface of the powder compact 10.
  • the jig 50 is rotated.
  • the direction of the green compact 10 is changed, and the grooves 3 are sequentially formed at predetermined intervals.
  • the green compact 10 is cut together with the jig 50 by the cutting tool 40.
  • it is also possible to shorten processing time by implementing groove processing with respect to a compacting body simultaneously in multiple places with a plurality of cutting tools.
  • the green compact having the groove portion formed is sintered.
  • a sintered component 1 (see FIG. 1) is obtained in which the particles of the metal powder are brought into contact with each other and bonded.
  • Sintering of the green compact can apply known conditions according to the composition of the metal powder.
  • the sintering temperature may be, for example, 1100 ° C. or more and 1400 ° C. or less, and further, 1200 ° C. or more and 1300 ° C. or less.
  • the sintering time is, for example, 15 minutes or more and 150 minutes or less, and further 20 minutes or more and 60 minutes or less.
  • the relative density of the part may be slightly higher, or the groove width of the groove may be slightly narrower, but the difference is within an error range, and the relative density and the groove width of the groove become substantially equal.
  • various post-treatments such as sizing, finishing, heat treatment, etc. may be carried out, if necessary.
  • the sintered component according to the embodiment can be manufactured by the above-described method for manufacturing a sintered component, and is a sintered component 1 (see FIG. 1) having a groove 3.
  • the sintered component 1 has a first surface 11 in which the groove 3 is formed, a second surface 12 connected to the first surface 11, and a third surface 13 opposed to the second surface 12.
  • the groove has two inner side surfaces 31 and a bottom surface 32 connected to the first surface.
  • the groove 3 is in communication with the third surface 13 from the second surface 12.
  • the relative density is 88% or more
  • the groove width of the groove portion 3 is 1.0 mm or less.
  • the relative density of the sintered component 1 is 88% or more, since the density is high, the rigidity is high and the durability is excellent.
  • the relative density is 90% or more, and further 93% or more.
  • the groove width of the groove portion 3 is 1.0 mm or less
  • the groove width of the groove portion 3 is narrow.
  • the thickness of the vane used can be reduced because the groove width of the groove 3 into which the vane is inserted is narrow.
  • the groove width of the groove 3 is 0.7 mm or less.
  • the lower limit of the groove width is not particularly limited, and is, for example, 0.3 mm or more.
  • the groove width is the distance between the two opposing inner surfaces 31 at a position intersecting the bottom surface 32.
  • the depth of the groove 3 Since the depth of the groove 3 is 2 mm or more, the depth of the groove 3 is deep.
  • the discharge amount of the pump can be increased by making the depth of the groove 3 into which the vane is inserted deep.
  • the depth of the groove 3 is 3 mm or more.
  • the depth of the groove 3 is the distance from the first surface 11 to the bottom surface 32.
  • the angle of the inner surface 31 with respect to a plane perpendicular to the bottom surface 32 through the line of intersection between the bottom surface 32 and the inner surface 31 is 0.15 ° or less, and further 0.12 ° or less.
  • the angle is in the direction in which the distance between the two inner side surfaces 31 increases from the bottom surface 32 to the first surface 11.
  • the surface roughness of the inner side surface of the groove portion 3 is 5 ⁇ m or less, and more preferably 3 ⁇ m or less in arithmetic average roughness Ra.
  • the surface roughness Ra of the inner side surface of the groove portion 3 is 5 ⁇ m or less, the inner side surface is smooth. Since the surface roughness of the inner side surface of the groove portion 3 is small, in the case of a vane pump rotor, the sliding resistance with the vane inserted in the groove portion 3 is reduced, and the vane slides easily.
  • the surface roughness of the inner side surface of the groove portion 3 is, for example, 25 ⁇ m or less, and further 12.5 ⁇ m or less at the maximum height Rz.
  • the surface roughness may be measured by cutting the sintered component 1 parallel to the groove 3 so that the inner surface of the groove 3 is exposed.
  • the axial length (height) of the sintered component 1 is, for example, 6 mm or more.
  • the pump can be miniaturized by increasing the pump displacement or reducing the rotor diameter.
  • the upper limit of the axial length is not particularly limited, and is, for example, 40 mm or less.
  • the groove portion is formed by grooving the green compact before sintering in the processing step of the subsequent step, so that the groove portion is formed as in the conventional forming step.
  • the core which makes it possible to increase the surface pressure during compression molding. Therefore, the contact pressure can be increased to densify the green compact, and a high-density green compact having a relative density of 88% or more can be easily produced.
  • the method of manufacturing a sintered part according to the embodiment can form a groove having a narrow groove width while densifying the sintered part.
  • the sintered component according to the above-described embodiment has a groove portion having a narrow groove width while having high density. Since the relative density of the sintered part is 88% or more and high density, the rigidity is high and the durability is excellent. Further, the groove width of the groove portion is 1.0 mm or less, and the groove width of the groove portion is narrow.
  • the sintered component of the embodiment can be suitably used, for example, as a vane pump rotor.
  • the present invention is not limited to this, and as a sintered component having a groove portion, various types such as automobiles and industrial machines Available for parts.
  • the heat sink may be formed of a sintered component 1 as shown in FIG.
  • the groove width of the groove 3 is narrow, it is possible to increase the number of the grooves 3 per unit area, thereby increasing the surface area and improving the heat radiation performance of the heat sink.
  • a heat sink it is possible to use an aluminum-based material or a copper-based material having high thermal conductivity as the metal powder.

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Abstract

金属粉末を含む原料粉末を金型で圧縮成形して、相対密度が８８％以上の圧粉成形体を作製する工程と、前記圧粉成形体に切削工具で溝加工することにより、前記圧粉成形体に溝幅が１．０ｍｍ以下の溝部を形成する工程と、前記溝部を形成する工程の後、前記溝部が形成された前記圧粉成形体を焼結する焼結工程と、を備える焼結部品の製造方法。

Description

焼結部品の製造方法、及び焼結部品
　本発明は、焼結部品の製造方法、及び焼結部品に関する。
本出願は、２０１７年８月４日出願の日本出願第２０１７－１５２０４９号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
　特許文献１は、ベーンポンプ用ロータの焼結用成形品（圧粉成形体）の外周に凹部（溝部）を成形するプレス成形用金型に関する発明を開示している。特許文献１には、ダイの孔の内側に複数の平板状のコアを突出するように設け、各コアにより凹部を成形することが記載されている。
特開平５－２７９７０９号公報
　本開示の焼結部品の製造方法は、
　金属粉末を含む原料粉末を金型で圧縮成形して、相対密度が８８％以上の圧粉成形体を作製する工程と、
　前記圧粉成形体に切削工具で溝加工することにより、前記圧粉成形体に溝幅が１．０ｍｍ以下の溝部を形成する工程と、
　前記溝部を形成する工程の後、前記溝部が形成された圧粉成形体を焼結する焼結工程と、を備える。
　本開示の焼結部品は、
　相対密度が８８％以上であり、
　溝幅が１．０ｍｍ以下である溝部を有する。
図１は、実施形態に係る焼結部品の一例を示す概略斜視図である。 図２は、実施形態に係る焼結部品の製造方法における加工工程を説明する概略図である。 図３は、実施形態に係る焼結部品の製造方法における加工工程で溝加工に使用する切削工具の一例を示す概略図である。 図４は、実施形態に係る焼結部品の別の一例を示す概略斜視図である。
　鉄粉などの金属粉末を成形して焼結した焼結部品が、自動車や産業機械などの各種部品に利用されている。一般に、焼結部品は、金属粉末を含有する原料粉末を金型で圧縮成形して圧粉成形体を作製し、これを焼結することで製造されている。焼結部品の中には、溝部を有する形状のものがあり、その１つに、例えばベーンポンプに用いられるロータがある。ベーンポンプ用ロータは、ロータの外周面に放射状に形成された複数の溝部を有し、各溝部内に摺動自在にベーンが挿入される。各ベーンは、ロータの回転に伴い各溝部から径方向に突出して、ベーンの先端部がカムリングの内周面に摺接したり、ベーンの側面部がプレート材やポンプケースなどに摺接する。
　従来、ベーンポンプ用ロータなどの溝部を有する焼結部品を製造する場合は、金型成形によって圧粉成形体に溝部を成形している。特許文献１は、ベーンポンプ用ロータの焼結用成形品（圧粉成形体）の外周に凹部（溝部）を成形するプレス成形用金型に関する発明を開示している。特許文献１には、金型に備えるダイの型孔の内側に平板状のコアを突出するように複数設け、各コアにより凹部を成形することが記載されている。
［本開示が解決しようとする課題］
　溝部を有する焼結部品において、焼結部品を高密度化すると共に、溝部を狭小化することが求められている。焼結部品を高密度化することで、剛性が向上し、焼結部品の欠けや破損を抑制して耐久性を向上させることができる。また、例えばベーンポンプ用ロータの場合、ベーンが挿入される溝部の溝幅を狭くすることで、使用するベーンの厚さを薄くすることが可能である。ベーンの薄型化により、ベーンの先端部とカムリングの内周面並びにベーンの側面部とプレート材やポンプケースとの摺接時の接触面積が小さくなり、摺接抵抗を低減してポンプロスを低減できる。また、溝部を研磨加工するものについては、加工時の取代を低減できる。しかしながら、ダイにコアを設けた金型を用いて、金型成形によって圧粉成形体に溝部を成形する従来の製造方法では、焼結部品の高密度化と溝部の狭小化とを両立することが困難であった。
　焼結部品を高密度化するには、焼結前の圧粉成形体を高密度化する必要があり、その場合、原料粉末を圧縮成形する際の面圧を高くすることが挙げられる。面圧を高くすると、原料粉末に作用する圧力が高くなると共に、溝部を成形するコアの両側で原料粉末の圧力分布の差が大きくなる傾向がある。この圧力分布の差によってコアの両側面における圧力バランスが崩れ、コアに作用する曲げ応力が大きくなる。成形する圧粉成形体の高さ（軸方向の長さ）が大きいほど、圧力分布の差が生じ易く、コアに作用する曲げ応力がより大きくなる傾向がある。
　一方、溝部を狭小化するには、溝部を成形するコアの厚さを薄くすることが求められる。しかし、コアを薄くすると、コアの剛性が低下して、面圧を高くした場合にコアに過大な曲げ応力が作用して、圧縮成形時にコアが変形したり折損したりする問題がある。そのため、従来の製造方法では、面圧を高くして圧粉成形体を高密度化しようにも、コアが変形したりしない程度にコアの厚さを設定しなければならず、コアの制約で、溝部の溝幅を狭くすることに限界があった。従来の金型成形によって得られる溝部を有する焼結部品の場合、一般的に、焼結部品の相対密度が８５～８６％程度で、溝部の溝幅が２．０ｍｍ程度であった。
　そこで、本開示は、焼結部品を高密度化しながら、溝幅が狭い溝部を形成することができる焼結部品の製造方法を提供することを目的の一つとする。また、高密度でありながら、溝幅が狭い溝部を有する焼結部品を提供することを別の目的の一つとする。
［本開示の効果］
　本開示の焼結部品の製造方法は、焼結部品を高密度化できながら、溝幅が狭い溝部を形成することができる。本開示の焼結部品は、高密度でありながら、溝幅が狭い溝部を有する。
　［本発明の実施形態の説明］
　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焼結部品の製造方法は、
　金属粉末を含む原料粉末を金型で圧縮成形して、相対密度が８８％以上の圧粉成形体を作製する工程と、
　前記圧粉成形体に切削工具で溝加工することにより、前記圧粉成形体に溝幅が１．０ｍｍ以下の溝部を形成する工程と、
　前記溝部を形成する工程の後、前記溝部が形成された圧粉成形体を焼結する焼結工程と、を備える。
　上記焼結部品の製造方法によれば、従来のように成形工程で金型成形によって圧粉成形体に溝部を成形するのではなく、後工程の加工工程で焼結前の圧粉成形体に溝加工して溝部を形成する。そのため、成形工程において、溝部を成形するコアの制約がなく、面圧を高くして圧粉成形体を高密度化でき、相対密度が８８％以上の高密度の圧粉成形体を容易に作製できる。焼結前の圧粉成形体の相対密度が８８％以上である場合、これを焼結した焼結部品の相対密度は８８％以上となる。ここでいう「相対密度」は、真密度に対する実際の密度（［実測密度／真密度］の百分率）のことを意味する。真密度は、圧粉成形体（焼結部品）を構成する金属粉末の密度とする。鉄粉の場合、真密度は７．８７４ｇ／ｃｍ３であり、相対密度が８８％以上とは６．９３ｇ／ｃｍ３以上である。
　また、加工工程において、焼結前の圧粉成形体に溝加工を行うため、溝幅が１．０ｍｍ以下の狭い溝部を容易に形成できる。圧粉成形体は、成形により原料粉末を固めただけであり、金属粉末の粒子同士が機械的に密着している状態であるので、焼結後のように強固に結合していない。そのため、焼結前の圧粉成形体にフライスなどの切削工具で溝加工した場合、焼結後に溝加工する場合に比較して、金属粉末の粒子同士の結合が弱く、切削が容易であり、生産性に優れる。これに対し、焼結後に溝加工を行った場合は、焼結によって金属粉末の粒子同士が強固に結合しているため、切削し難く、生産性の低下を招く。形成する溝部の溝幅は、使用する切削工具によって設定できる。
　したがって、上記焼結部品の製造方法は、焼結部品を高密度化できながら、溝幅が狭い溝部を形成することができる。
　（２）上記焼結部品の製造方法の一態様として、前記切削工具は、外周に切れ刃を有するフライスであり、前記切れ刃の側面に逃げ面が実質的にないことが挙げられる。
　溝部を形成する切削工具としては、適宜な溝加工用工具を用いることができ、例えば、外周に切れ刃を有するフライスが好適に利用できる。特に、切れ刃の側面に逃げ面が実質的にないフライスで圧粉成形体に溝加工した場合、溝部の内側面の表面粗さを小さくすることができる。ここで、「切れ刃の側面に逃げ面が実質的にない」とは、側面の逃げ勾配が０°以上０．１５°以下であることを意味する。溝部の内側面の表面粗さが小さくなる理由は次のように考えられる。
　圧粉成形体に切削工具で溝加工した場合、金属粉末の粒子同士の結合が弱いため、金属粉末の粒子を切れ刃で削り落としながら切削して、溝部を形成していく。切れ刃の進行によって溝部を形成したとき、切れ刃の側面に対向する溝部の内側面から粒子が所々脱落して、内側面に粒子による凹凸が形成される場合がある。上記態様のように切れ刃の側面に逃げ面が実質的にない場合は、切れ刃の側面と溝部の内側面との間に隙間が形成されず、溝部の内側面から脱落する粒子の逃げ代がないため、切れ刃の側面によって内側面の粒子が押し込まれることになる。そのため、溝部の内側面に粒子による凹凸が形成されることを抑制でき、内側面が平滑になり、表面粗さが小さくなる。具体的には、切れ刃の側面に逃げ面がない場合、溝部の内側面の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）を５μｍ以下とすることができる。これに対し、切れ刃の側面に逃げ面がある場合は、逃げ面の箇所で切れ刃の側面と溝部の内側面との間に隙間が形成されることから、溝部の内側面から脱落する粒子の逃げ代ができ、内側面から粒子の脱落が起こり得る。よって、溝部の内側面に粒子による凹凸が形成され、内側面の表面粗さが大きくなり、例えば表面粗さＲａが８μｍ以上となる。
　（３）上記焼結部品の製造方法の一態様として、前記溝部を形成する工程において、前記溝加工は、前記圧粉成形体を治具に保持して行い、前記治具は、前記圧粉成形体の前記切削工具が抜ける側の端面に押し当てられる拘束面を有することが挙げられる。
　圧粉成形体を治具に保持して溝加工を行うことで、加工作業を行い易く、加工精度が安定する。また、例えば、圧粉成形体の軸方向の一端面から他端面に連通する溝部を形成した場合、上述したように、圧粉成形体では金属粉末の粒子同士の結合が弱いため、切削工具が抜ける側の端面において溝部の開口縁に欠けが発生し易い。上記態様のように治具が拘束面を有することで、切削工具が抜ける側の端面に治具の拘束面を押し当てながら溝加工を行うことにより、切削工具が抜ける側の端面に欠けが発生することを効果的に抑制できる。
　（４）上記焼結部品の製造方法の一態様として、前記治具が、前記圧粉成形体の軸心を位置決めする位置決め機構を有することが挙げられる。
　上記態様のように位置決め機構を有することで、圧粉成形体の軸心を治具に対して位置決めすることにより、切削工具による溝部の加工精度が向上する。
　（５）上記焼結部品の製造方法の一態様として、前記切削工具は、外周に切れ刃と側面を有するフライスであり、前記切れ刃に対する前記側面の角度が０．１５°以下であり、
前記加工工程において、前記溝加工は、前記圧粉成形体を治具に保持して行い、
　前記治具は、前記圧粉成形体の前記切削工具が抜ける側の端面に押し当てられる拘束面を有し、
前記治具が、前記圧粉成形体の軸心を位置決めする位置決め機構を有することが挙げられる。
　上記態様の焼結部品の製造方法は、焼結部品を高密度化できながら、溝幅が狭い溝部を形成することができる。
　（６）本発明の実施形態に係る焼結部品は、
　相対密度が８８％以上であり、
　溝幅が１．０ｍｍ以下である溝部を有する。
　上記焼結部品は、高密度でありながら、溝幅が狭い溝部を有する。焼結部品の相対密度が８８％以上であり、高密度であるため、剛性が高く耐久性に優れる。また、溝部の溝幅が１．０ｍｍ以下であり、溝部の溝幅が狭い。溝部を有する焼結部品としては、例えば、ベーンポンプ用ロータやヒートシンクなどが挙げられる。例えばベーンポンプ用ロータの場合、ベーンが挿入される溝部の溝幅が狭いことで、使用するベーンの厚さを薄くすることができる。これにより、ベーンの先端部とカムリングの内周面並びにベーンの側面部とプレート材やポンプケースなどとの摺接抵抗を低減してポンプロスを低減できる。また、例えばヒートシンクの場合、溝部の溝幅が狭いことで、単位面積あたりにおける溝部の本数を増やすことができる。これにより、ヒートシンクの表面積を大きくして、放熱面積を増加させることで、ヒートシンクの放熱性能を向上させることができる。
　（７）上記焼結部品の一態様として、前記溝部の内側面の表面粗さが算術平均粗さＲａで５μｍ以下であることが挙げられる。
　溝部の内側面の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）が５μｍ以下であることで、内側面が平滑である。溝部の内側面の表面粗さが小さいことで、例えばベーンポンプ用ロータの場合、溝部に挿入されるベーンとの摺動抵抗を低減して、ベーンが摺動し易い。ここでいう「算術平均粗さＲａ」は、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１－２００１に準拠して測定した値である。
　（８）上記焼結部品の一態様として、前記焼結部品の軸方向の長さが６ｍｍ以上であることが挙げられる。
　焼結部品の軸方向の長さ（高さ）が６ｍｍ以上であることで、焼結部品の利用範囲を拡大できる。ベーンポンプ用ロータの場合、軸方向の長さが６ｍｍ以上であることで、ポンプ容量を増やしたり、ロータ径を小さくしてポンプの小型化を図ることができる。
　（９）上記焼結部品の一態様として、前記焼結部品がベーンポンプ用ロータであることが挙げられる。
　上記した実施形態に係る焼結部品は、高密度でありながら、溝幅が狭い溝部を有することから、例えば、ベーンポンプ用ロータに好適に利用できる。上記態様の焼結部品からなるベーンポンプ用ロータは、剛性が高く耐久性に優れており、また、溝部の溝幅が狭いことで、溝部に挿入されるベーンを薄型化して、ベーンとカムリング間、更にはベーンとプレート材やポンプケース間の摺接抵抗に起因するポンプロスを低減できる。また、溝部を研磨加工するものについては、加工時の取代を低減できる。
　（１０）上記焼結部品の一態様として、前記溝部が形成された円筒状の第１面と前記第１面に連なる第２面と第２面に対向する第３面とを有し、
　前記溝部は前記第２面から前記第３面まで連通しており
前記溝部は底面と２つの内側面を有し、
前記底面と前記内側面との交線を通り前記底面に垂直な平面に対する前記内側面の角度が０．１５°以下であり、
前記溝部の溝幅が０．３ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下であり、
前記内側面の表面粗さが算術平均粗さＲａで５μｍ以下であり、
　前記焼結部品の軸方向の長さが６ｍｍ以上であり、
　前記溝部の深さが２ｍｍ以上であることが挙げられる。
　上記した実施形態に係る焼結部品は、高密度でありながら、溝幅が狭い溝部を有する。
　［本発明の実施形態の詳細］
　本発明の実施形態に係る焼結部品の製造方法、及び焼結部品の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。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。
　＜焼結部品の製造方法＞
　実施形態に係る焼結部品の製造方法は、溝部を有する焼結部品を製造する方法であり、下記の工程を備える。
　１．成形工程：金属粉末を含む原料粉末を金型で圧縮成形して、相対密度が８８％以上の圧粉成形体を作製する。
　２．加工工程：圧粉成形体に切削工具で溝加工して、溝幅が１．０ｍｍ以下の溝部を形成する。
　３．焼結工程：加工工程の後、前記圧粉成形体を焼結する。
　以下、各工程を詳細に説明する。
　以下では、図１に示すような焼結部品１を製造する場合を例に挙げて説明する。図１に示す焼結部品１は、ベーンポンプ用ロータであり、軸心に軸孔２が形成された円筒状であり、外周面に軸方向に沿って一端面から他端面に連通する溝部３を有する。この例では、外周面に放射状に複数の溝部３が設けられており、各溝部３内には、板状のベーン（図示せず）が摺動自在に挿入される。
　（成形工程）
　〈金属粉末〉
　原料粉末に用いる金属粉末は、焼結部品を構成する主たる材料であり、金属粉末としては、例えば、鉄又は鉄を主成分とする鉄合金（鉄系材料）、アルミニウム又はアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金（アルミニウム系材料）、銅又は銅を主成分とする銅合金（銅系材料）などの各種金属の粉末が挙げられる。ベーンポンプ用ロータの場合、代表的には、純鉄粉や鉄合金粉が用いられる。ここで、「主成分とする」とは、構成成分として、当該元素を５０質量％超、好ましくは８０質量％以上、更に８８質量％以上含有することを意味する。鉄合金としては、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｓｎ，Ｃｒ，Ｍｏ及びＣから選択される少なくとも１種の合金化元素を含有するものが挙げられる。上記合金化元素は、鉄系材料の焼結部品の機械的特性の向上に寄与する。上記合金化元素のうち、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｓｎ，Ｃｒ及びＭｏの含有量は、合計で０．５質量％以上６．０質量％以下、更に１．０質量％以上３．０質量％以下とすることが挙げられる。Ｃの含有量は、０．２質量％以上２．０質量％以下、更に０．４質量％以上１．０質量以下とすることが挙げられる。また、金属粉末に鉄粉を用い、これに上記合金化元素の粉末（合金化粉末）を添加してもよい。この場合、原料粉末の段階では金属粉末の構成成分が鉄であるが、後工程の焼結工程で焼結することによって鉄が合金化元素と反応して合金化される。原料粉末における金属粉末（合金化粉末を含む）の含有量は、例えば９０質量％以上、更に９５質量％以上とすることが挙げられる。金属粉末には、例えば水アトマイズ法、ガスアトマイズ法、カルボニル法、還元法などにより作製したものを用いることができる。
　金属粉末の平均粒子径は、例えば２０μｍ以上、更に５０μｍ以上１５０μｍ以下とすることが挙げられる。金属粉末の平均粒子径を上記範囲内とすることで、取り扱い易く、圧縮成形し易い。更に、金属粉末の平均粒子径を２０μｍ以上とすることで、原料粉末の流動性を確保し易い。金属粉末の平均粒子径を１５０μｍ以下とすることで、緻密な組織の焼結部品を得易い。金属粉末の平均粒子径は、金属粉末を構成する粒子の平均粒径のことであり、レーザ回折式粒度分布測定装置により測定した体積粒度分布における累積体積が５０％となる粒径（Ｄ５０）とする。この例では、金属粉末に鉄粉を使用しており、その平均粒子径が１００μｍである。
　原料粉末には、金型への金属粉末の焼き付きを抑制したり、圧粉成形体の成形性を向上する目的で内部潤滑剤を添加してもよい。内部潤滑剤としては、例えば、ステアリン酸亜鉛やステアリン酸リチウムなどの脂肪酸金属塩、ステアリン酸アミドやエチレンビスステアリン酸アミドなどの脂肪酸アミドなどが挙げられる。内部潤滑剤の添加量は、例えば０．１質量％以上１．０質量％以下、更に０．５質量％以下とすることが挙げられる。内部潤滑剤の添加量を少なくすることで、原料粉末に含まれる金属粉末の割合を多くでき、相対密度が８８％以上の圧粉成形体を作製し易い。内部潤滑剤の添加量は、内部潤滑剤を含まない原料粉末全体を１００質量％としたときの原料粉末に対する潤滑剤の割合である。
　更に、原料粉末には、成形助剤として有機バインダーを添加してもよい。有機バインダーとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオレフィン、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアミド、ポリエステル、ポリエーテル、ポリビニルアルコール、酢酸ビニル、パラフィン、各種ワックスなどが挙げられる。有機バインダーは、必要に応じて添加すればよく、添加しなくてもよい。
　〈圧縮成形〉
　圧縮成形は、例えば、型孔が形成されたダイと、ダイの上下に対向配置されて型孔に挿入される上下のパンチとを備える金型を用いて、ダイの型孔に充填した原料粉をプレス機により上下からパンチで圧縮成形して圧粉成形体１０（図２の上図参照）を作製する。本実施形態では、図２に示すように、後工程の加工工程で圧粉成形体１０に溝部３を形成するため、成形工程では圧粉成形体１０に溝部３を成形しない。そのため、圧粉成形体１０の形状は、溝部を有しない形状である。
　成形工程で作製する圧粉成形体１０の形状は、軸心に軸孔２が形成された円筒状であり、溝部３を除いて焼結部品１（図１参照）に対応した形状である。金型を用いて圧粉成形体１０に軸孔２を成形する場合は、ダイの型孔内に軸孔２を成形するコアロッドを配置することが挙げられる。成形する圧粉成形体１０の高さ（軸方向の長さ）は、焼結部品１の用途などにもよるが、ベーンポンプ用ロータの場合、例えば６ｍｍ以上４０ｍｍ以下とすることが挙げられる。
　金型の内面（ダイの型孔の内周面など）には、金型への金属粉末の焼き付きを抑制する目的で外部潤滑剤を塗布してもよい。外部潤滑剤としては、例えば、ステアリン酸亜鉛やステアリン酸リチウムなどの脂肪酸金属塩、ステアリン酸アミドやエチレンビスステアリン酸アミドなどの脂肪酸アミドなどが挙げられる。
　〈成形条件〉
　圧縮成形する際の面圧は、相対密度が８８％以上の圧粉成形体１０が得られるように設定し、例えば６００ＭＰａ以上、好ましくは１０００ＭＰａ以上、更に１５００ＭＰａ以上とすることが挙げられる。面圧を高くすることで、圧粉成形体１０を高密度化でき、圧粉成形体１０の相対密度を高くできる。面圧の上限は、特に限定されないが、製造上の観点から、例えば１２００ＭＰａ以下とすることが挙げられる。圧粉成形体１０の相対密度は、例えば９２％以上、更に９３％以上が好ましい。
　（加工工程）
　加工工程では、焼結前の圧粉成形体１０に溝加工を行う（図２の下図参照）。溝加工は、図２に示すように、切削工具４０を用いて、圧粉成形体１０の外周面に溝部３を形成する。本実施形態では、図２の下図に示すように、回転する切削工具４０を圧粉成形体１０の軸方向に沿って移動させることによって切れ刃４１で圧粉成形体１０を切削して、圧粉成形体１０の第２面１２から第３面１３（図２における上端面から下端面）に連通する溝部３を形成する。形成する溝部３の溝幅は１．０ｍｍ以下とし、好ましくは０．７ｍｍ以下とすることが挙げられる。溝幅の下限は、特に問わないが、例えば０．３ｍｍ以上とする。形成する溝部３の深さは２ｍｍ以上とし、好ましくは３ｍｍ以上とすることが挙げられる。ここにおいて溝部３の深さは、第１面１１から底面３２までの距離である。
　溝部３の溝幅に対する深さの比（深さ／溝幅）が８以上とすることが好ましい。更に好ましくは９以上とすることが好ましい。溝部３の溝幅に対する深さの比が大きくなると、金型での溝部3の成形が困難となるが、本開示の溝加工では溝部３を形成することができる。
　溝幅：０．５ｍｍ、深さ：５．０ｍｍの溝部３を金型で圧縮成形する場合、成形品を2万個作った時に溝部３を成形する金型が変形した。溝幅：０．９４ｍｍ、深さ：７．５ｍｍの溝部３を金型で圧縮成形する場合、成形品を１０万個作った時に溝部３を成形する金型が変形した。本開示の成形工程では成形品を３０万個作っても金型の変形は起こらず、その後の加工工程では問題なく溝部３を加工することができた。
　〈切削工具〉
　溝部３を形成する切削工具４０は、適宜な溝加工用工具を用いることができ、例えば、外周に切れ刃を有するフライス（図３参照）であることが挙げられる。切削工具４０の材料には、例えば、超硬合金、高速度工具鋼、サーメットなどが使用される。
　図３を参照して、切削工具４０について説明する。図３に示す切削工具４０は、円盤形状であり、外周に切れ刃４１を有するフライス（所謂メタルソー）である。切削工具４０の外径寸法Ｄは、例えば２０～３００ｍｍである。切削工具４０の中心にはボス孔４２が設けられており、ボス孔４２に加工機の主軸（図示せず）が挿入され、主軸の回転に伴い切削工具４０が回転する。このような切削工具４０で溝加工した場合、形成される溝部の溝幅は切削工具４０の厚さｔによって決まり、厚さｔは１．０ｍｍ以下であり、好ましくは０．７ｍｍ以下である。また、図３に示す切削工具４０では、厚さｔが切れ刃４１の先端から中心に向かって略一定であり、両側面が平らな形状になっている。具体的には、切れ刃４１の側面の逃げ勾配（切れ刃４１の外周縁を通り径方向に平行な直線に対する側面の角度）が０．１５°以下、更に０．１２°以下である。図３に示す切削工具４０の場合、外径寸法Ｄが５０ｍｍ、切れ刃４１の先端部における厚さが０．４９８ｍｍ、切れ刃４１の先端から中心に９ｍｍ内側に位置する部分の厚さが０．４６７ｍｍであり、切れ刃４１の各側面の逃げ勾配が０．０９８７°である。つまり、切削工具４０は、切れ刃４１の側面に逃げ面が実質的にないフライスである。
　圧粉成形体に切削工具で溝加工した場合、圧粉成形体を構成する金属粉末の粒子を切れ刃によって削り落とすように切削して、溝部を形成していく。図３に示すような切れ刃の側面に逃げ面が実質的にないフライスで圧粉成形体に溝加工した場合、切れ刃の側面と溝部の内側面との間に隙間が形成されず、溝部の内側面から脱落する粒子の逃げ代がないため、切れ刃の側面によって内側面の粒子が押し込まれることになる。そのため、溝部の内側面に粒子による凹凸が形成されることを抑制でき、内側面が平滑になり、内側面の表面粗さを小さくすることができる。本例では、切れ刃の側面に逃げ面が実質的になく、切削工具の厚さの中心線に対して、切れ刃の先端部と、切れ刃の先端から溝部の深さ分だけ内側に位置する部分における片側での厚さの差が金属粉末の粒子径より小さく、例えば金属粉末の平均粒子径の１／２以下、更に１／３以下、より更には１／５以下である。これに対し、切れ刃の側面に逃げ面がある場合は、逃げ面の箇所で切れ刃の側面と溝部の内側面との間に隙間が形成されることから、溝部の内側面から脱落する粒子の逃げ代ができ、内側面から粒子の脱落が起こり得る。よって、溝部の内側面に粒子による凹凸が形成され、内側面の表面粗さが大きくなる。
　切れ刃の側面に逃げ面が実質的にない場合、溝部の内側面の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）を５μｍ以下、更に３μｍ以下とすることができる。更には、溝部の内側面の表面粗さＲｚ（最大高さ）を、圧粉成形体を構成する金属粉末の粒子径より小さく、例えば金属粉末の平均粒子径の１／４以下とすることができ、具体的には、２５μｍ以下、更に１２．５μｍ以下とすることができる。これに対し、切れ刃の側面に逃げ面がある場合は、例えば、溝部の内側面の表面粗さＲａが８μｍ以上となる。また、この場合、表面粗さＲｚは金属粉末の粒子径と同等となり、例えば５０μｍ以上である。「算術平均粗さＲａ」及び「最大高さＲｚ」は、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１－２００１に準拠して測定した値である。
　〈治具〉
　溝加工は、図２に示すように、加工精度や加工作業性の観点から、圧粉成形体１０を治具５０に保持して行うことが好ましい。図２に示す治具５０は、円柱形状であり、圧粉成形体１０の切削工具４０が抜ける側の端面（下端面）に押し当てられる拘束面５１と、圧粉成形体１０の軸心を位置決めする位置決め機構５２とを有する。この例では、位置決め機構５２として、圧粉成形体１０の軸孔２に挿通される軸部５２１と、圧粉成形体１０を治具５０に固定するナット５２２とを有する。軸部５２１は、治具５０の一端側に拘束面５１に対して直交するように突出して設けられており、軸孔２の径に対応するように形成されている。治具５０の中心軸と軸部５２１の中心軸とは同軸である。圧粉成形体１０を治具５０に取り付けるときは、圧粉成形体１０の下端面を治具５０の拘束面５１に向けた状態で、圧粉成形体１０の軸孔２に治具５０の軸部５２１を挿通した後、軸部５２１にナット５２２を締結して圧粉成形体１０を治具５０に固定する。これにより、圧粉成形体１０を治具５０（軸部５２１）に保持することができ、圧粉成形体１０の上端面をナット５２２で押圧して下端面を拘束面５１に押し当てる。また、圧粉成形体１０の軸孔２に治具５０の軸部５２１が挿通されることで、圧粉成形体１０の軸心を治具５０に対して芯出しして位置決めすることができる。
　図２の下図に示すように、切削工具４０が抜ける側の端面に治具５０の拘束面５１を押し当てながら溝加工を行うことで、切削工具４０が抜ける側の端面において溝部３の開口縁に欠けが発生することを効果的に抑制できる。また、位置決め機構５２（軸部５２１、ナット５２２）により圧粉成形体１０の軸心を治具５０に対して芯出しして位置決めすることで、切削工具４０による溝部３の加工精度が向上する。位置決め機構５２は、例えば、圧粉成形体１０の外周面（但し、溝部形成箇所を除く）を把持するクランプ部やインロー機構などによって構成することも可能である。
　本実施形態では、回転する切削工具４０を圧粉成形体１０の軸方向に沿って移動させて圧粉成形体１０の外周面に１本の溝部３を形成した後、治具５０を回転させて圧粉成形体１０の向きを変え、所定の間隔をあけて溝部３を順次形成していく。この例では、最初の圧粉成形体１０に溝加工を行うとき、切削工具４０で治具５０ごと圧粉成形体１０を切削する。例えば、複数の切削工具で圧粉成形体に対して溝加工を同時に複数箇所実施することで、加工時間を短縮することも可能である。
　（焼結工程）
　焼結工程では、溝部を形成した圧粉成形体を焼結する。圧粉成形体を焼結することによって、金属粉末の粒子同士が接触して結合された焼結部品１（図１参照）が得られる。圧粉成形体の焼結は、金属粉末の組成に応じた公知の条件を適用できる。例えば、金属粉末が鉄系材料の場合、焼結温度は、例えば１１００℃以上１４００℃以下、更に１２００℃以上１３００℃以下とすることが挙げられる。焼結時間は、例えば１５分以上１５０分以下、更に２０分以上６０分以下とすることが挙げられる。
　圧粉成形体を焼結すると、焼結によって体積が収縮したり、相変態が起きることなどから、焼結前の圧粉成形体と焼結後の焼結部品とを比較した場合、焼結部品の方が相対密度が若干高くなったり、溝部の溝幅が若干狭くなったりするが、その差は誤差範囲であり、相対密度や溝部の溝幅は実質的に等しくなる。
　焼結工程の後、必要に応じて、サイジング、仕上げ加工、熱処理などの各種後処理を行ってもよい。
　＜焼結部品＞
　実施形態に係る焼結部品は、上述した焼結部品の製造方法により製造することができ、溝部３を有する焼結部品１（図１参照）である。焼結部品１は溝部３が形成された第１面１１と第１面１１に連なる第２面１２と第２面１２に対向する第３面１３を有する。溝部は、第１面に連なる２つの内側面３１と底面３２を有する。溝部３は第２面１２から第３面１３に連通している。実施形態の焼結部品１は、相対密度が８８％以上で、溝部３の溝幅が１．０ｍｍ以下である。
　（相対密度）
　焼結部品１の相対密度が８８％以上であることで、高密度であるため、剛性が高く耐久性に優れる。好ましくは、相対密度が９０％以上、更に９３％以上である。
　（溝部の溝幅）
　溝部３の溝幅が１．０ｍｍ以下であることで、溝部３の溝幅が狭い。焼結部品１がベーンポンプ用ロータの場合、ベーンが挿入される溝部３の溝幅が狭いことで、使用するベーンの厚さを薄くすることができる。これにより、ベーンの先端部とカムリングの内周面並びにベーンの側面部とプレート材やポンプケースなどとの摺接抵抗を低減してポンプロスを低減できる。好ましくは、溝部３の溝幅が０．７ｍｍ以下である。溝幅の下限は、特に問わないが、例えば０．３ｍｍ以上である。ここにおいて溝幅は底面３２に交差する位置での対抗する２つの内側面３１の距離である。
　（溝部の深さ）
　溝部３の深さが２ｍｍ以上であることで、溝部３の深さが深い。焼結部品１がベーンポンプ用ロータの場合、ベーンが挿入される溝部３の深さが深いことで、ポンプの吐出量を増やすことができる。好ましくは、溝部３の深さが３ｍｍ以上である。ここにおいて溝部３の深さは、第１面１１から底面３２までの距離である。
　（溝部の内側面と底面との角度）
　底面３２と内側面３１との交線を通り底面３２に垂直な平面に対する内側面３１の角度は０．１５°以下、更に０．１２°以下である。ここにおいて角度は底面３２から第１面１１に向けて２つの内側面３１の距離が大きくなる方向についている。
　（溝部の内側面の表面粗さ）
　更に、溝部３の内側面の表面粗さが算術平均粗さＲａで５μｍ以下、更に３μｍ以下であることが好ましい。溝部３の内側面の表面粗さＲａが５μｍ以下であることで、内側面が平滑である。溝部３の内側面の表面粗さが小さいことで、ベーンポンプ用ロータの場合、溝部３に挿入されるベーンとの摺動抵抗を低減して、ベーンが摺動し易い。また、溝部３の内側面の表面粗さが最大高さＲｚで、例えば２５μｍ以下、更に１２．５μｍ以下であることが挙げられる。表面粗さの測定は、溝部３の内側面が露出するように焼結部品１を溝部３に平行に切断して行えばよい。
　（軸方向の長さ）
　焼結部品１の軸方向の長さ（高さ）は、例えば６ｍｍ以上であることが挙げられる。ベーンポンプ用ロータの場合、軸方向の長さが６ｍｍ以上であることで、ポンプ容量を増やしたり、ロータ径を小さくしてポンプの小型化を図ることができる。軸方向の長さの上限は、特に限定されないが、例えば４０ｍｍ以下である。
　｛作用効果｝
　上述した実施形態に係る焼結部品の製造方法は、後工程の加工工程で焼結前の圧粉成形体に溝加工して溝部を形成するため、成形工程において、従来のように溝部を成形するコアの制約がなく、圧縮成形する際の面圧を高くすることができる。よって、面圧を高くして圧粉成形体を高密度化でき、相対密度が８８％以上の高密度の圧粉成形体を容易に作製できる。また、加工工程において、焼結前の圧粉成形体に溝加工を行うため、切削が容易であり、溝幅が１．０ｍｍ以下の狭い溝部を容易に形成できる。したがって、実施形態の焼結部品の製造方法は、焼結部品を高密度化できながら、溝幅が狭い溝部を形成することができる。
　上述した実施形態に係る焼結部品は、高密度でありながら、溝幅が狭い溝部を有する。
焼結部品の相対密度が８８％以上であり、高密度であるため、剛性が高く耐久性に優れる。また、溝部の溝幅が１．０ｍｍ以下であり、溝部の溝幅が狭い。実施形態の焼結部品は、例えば、ベーンポンプ用ロータに好適に利用できる。
　上述した実施形態では、焼結部品がベーンポンプ用ロータである場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、溝部を有する焼結部品としては、自動車や産業機械などの各種部品に利用できる。例えば、図４に示すような焼結部品１でヒートシンクを構成することが挙げられる。ヒートシンクの場合、溝部３の溝幅が狭いことで、単位面積にあたりにおける溝部３の本数を増やすことができ、これにより、表面積を大きくして、ヒートシンクの放熱性能を向上できる。ヒートシンクの場合、金属粉末には、熱伝導性が高いアルミニウム系材料や銅系材料を使用することが挙げられる。
　１　焼結部品
　１０　圧粉成形体
　１１　第１面
　１２　第２面
　１３　第３面
　２　軸孔
　３　溝部
　３１　内側面
　３２　底面
　４０　切削工具
　４１　切れ刃
　４２　ボス孔
　５０　治具
　５１　拘束面
　５２　位置決め機構
　５２１　軸部
　５２２　ナット

Claims (10)

  1. 　金属粉末を含む原料粉末を金型で圧縮成形して、相対密度が８８％以上の圧粉成形体を作製する工程と、
    　前記圧粉成形体に切削工具で溝加工することにより、前記圧粉成形体に溝幅が１．０ｍｍ以下の溝部を形成する工程と、
    　前記溝部を形成する工程の後、前記溝部が形成された前記圧粉成形体を焼結する焼結工程と、を備える焼結部品の製造方法。
  2. 　前記切削工具は、外周に切れ刃を有するフライスであり、前記切れ刃の側面に逃げ面が実質的にない請求項１に記載の焼結部品の製造方法。
  3. 　前記溝部を形成する工程において、前記溝加工は、前記圧粉成形体を治具に保持して行い、
    　前記治具は、前記圧粉成形体の前記切削工具が抜ける側の端面に押し当てられる拘束面を有する請求項１又は請求項２に記載の焼結部品の製造方法。
  4. 　前記治具が、前記圧粉成形体の軸心を位置決めする位置決め機構を有する請求項３に記載の焼結部品の製造方法。
  5. 　前記切削工具は、外周に切れ刃と側面を有するフライスであり、前記切れ刃の外周縁を通り径方向に平行な直線に対する前記側面の角度が０．１５°以下であり、
    前記溝部を形成する工程において、前記溝加工は、前記圧粉成形体を治具に保持して行い、
    　前記治具は、前記圧粉成形体の前記切削工具が抜ける側の端面に押し当てられる拘束面を有し、
    前記治具が、前記圧粉成形体の軸心を位置決めする位置決め機構を有する請求項１に記載の焼結部品の製造方法。
  6. 　相対密度が８８％以上であり、
    　溝幅が１．０ｍｍ以下である溝部を有する焼結部品。
  7. 　前記溝部の内側面の表面粗さが算術平均粗さＲａで５μｍ以下である請求項６に記載の焼結部品。
  8. 　前記焼結部品の軸方向の長さが６ｍｍ以上である請求項６又は請求項７に記載の焼結部品。
  9. 　前記焼結部品がベーンポンプ用ロータである請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の焼結部品。
  10. 前記溝部が形成された円筒状の第１面と前記第１面に連なる第２面と第２面に対向する第３面とを有し、
    　前記溝部は前記第２面から前記第３面まで連通しており
    前記溝部は底面と２つの内側面を有し、
    前記底面と前記内側面との交線を通り前記底面に垂直な平面に対する前記内側面の角度が０．１５°以下であり、
    前記溝部の溝幅が０．３ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下であり、
    前記内側面の表面粗さが算術平均粗さＲａで５μｍ以下であり、
    　前記焼結部品の軸方向の長さが６ｍｍ以上であり、
    　前記溝部の深さが２ｍｍ以上であり、
    請求項６に記載の焼結部品。
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