WO2019181976A1 - 機械部品およびその製造方法 - Google Patents

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WO2019181976A1
WO2019181976A1 PCT/JP2019/011575 JP2019011575W WO2019181976A1 WO 2019181976 A1 WO2019181976 A1 WO 2019181976A1 JP 2019011575 W JP2019011575 W JP 2019011575W WO 2019181976 A1 WO2019181976 A1 WO 2019181976A1
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WO
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green compact
sintered body
metal powder
powder
mechanical
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PCT/JP2019/011575
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English (en)
French (fr)
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尚樹 八代
大平　晃也
Original Assignee
Ntn株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/11—Making porous workpieces or articles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/08—Alloys with open or closed pores
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/02—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/12—Structural composition; Use of special materials or surface treatments, e.g. for rust-proofing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/14—Special methods of manufacture; Running-in
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys

Definitions

  • the present invention relates to a machine part and a manufacturing method thereof, and more particularly to a machine part made of sintered metal and a manufacturing method thereof.
  • a plain bearing which is a kind of mechanical part
  • a so-called oil-impregnated bearing which is made of a porous body having countless internal pores and in which internal pores are impregnated with lubricating oil
  • Such a plain bearing is, for example, a compression molding process for obtaining a green compact of a raw material powder containing metal powder as a main component, a high-strength processing process for applying a high-strength process to the green compact, and a high-strength process. It is obtained by sequentially performing an oil impregnation step of impregnating lubricating oil into the internal pores of the green compact.
  • the high-strength treatment a sintering treatment in which metal powder particles are neck-bonded is widely employed.
  • the above sintering treatment is usually performed by heating the green compact to a temperature higher than the sintering temperature of the metal powder (for example, 1100 ° C. or higher in the case of iron-based metal powder). It is said that it occupies about 1/4 to 1/2. Further, a large dimensional change accompanying thermal expansion and contraction occurs in the sintered body obtained by heating the green compact at the high temperature as described above. For this reason, in order to ensure a level of dimensional accuracy that can be used as a machine part in each part of the sintered body, additional sizing (dimension correction processing) or machining by a mold is applied to the sintered body. It is essential to finish the sintered body into a finished product shape. From the above, when the sintering process is adopted as the strengthening process, there is a problem that the manufacturing cost increases.
  • the sintering process is adopted as the strengthening process, there is a problem that the manufacturing cost increases.
  • the steam blackening treatment is the surface of the metal powder particles (between particles) by heating the green compact and reacting the metal powder (metal powder capable of forming an oxide film) constituting the green compact with water vapor.
  • the oxide film substitutes for the role of necking that bonds the metal particles together.
  • the steam blackening process has a lower processing temperature than the sintering process. Therefore, it is possible to suppress the dimensional change amount of the green compact accompanying thermal expansion and contraction, and there is an advantage that finishing processing after processing can be simplified or omitted.
  • Patent Document 1 “a sintered part having a certain degree of strength and durability is manufactured” (page 2, upper right column, lines 8-9). However, there is no mention of what specific strength the sintered part can be obtained.
  • the object of application of the method disclosed in Patent Document 1 is actually limited to “not much required strength” like magnetic material parts (page 2, left upper column, lines 6-7). It is presumed that the method is not suitable as a method for manufacturing a part that is required to have a crushing strength of 150 MPa or more (see JIS Z 2507), such as a mechanical part such as a bearing.
  • an object of the present invention is to enable low-cost provision of sintered metal mechanical parts having desired mechanical strength and dimensional accuracy.
  • the present invention devised to achieve the above object comprises a porous sintered body comprising a metal structure portion formed by neck-bonding metal powder particles and a void portion.
  • a mechanical part having a crushing strength of 150 MPa or more, and the vacancy part is mainly composed of vacancies existing at the grain boundary of the metal structure part, and is formed into a spheroidized vacancy generated with the growth of the neck bond. It is characterized by not containing holes.
  • the structure of the structure changes as follows as the heating temperature rises.
  • the green compact as a starting material is merely a compacted raw material powder
  • a structure in which large voids (holes) 32 exist between the metal particles 31 as shown in FIG. 4A. Have.
  • a predetermined temperature sining start temperature
  • FIG. 4B a coupling portion 33 in which the particles 31 are neck-coupled is formed.
  • the heating temperature further rises, as shown in FIG.
  • the bonding portion 33 grows and the bonding strength between the particles 31 increases, while the void 32 further shrinks.
  • the heating temperature is further increased, as shown in FIG. 4D, the voids 32 are further reduced (a part of the voids 32 disappears) to form crystal grains 34 in which a plurality of particles 31 are bonded and integrated.
  • the structure shown in FIGS. 4B to 4D is obtained when the heating temperature is approximately 600 ° C. or higher, 800 ° C. or higher, and 1100 ° C. or higher, respectively. It is. However, the temperature at which the structure as shown in FIGS. 4B to 4D is changed slightly depending on the composition of the metal powder.
  • the mechanical component according to the present invention is composed of a porous sintered body provided with a metal structure portion formed by neck-bonding particles of metal powder, and a void portion.
  • the portion is mainly composed of vacancies existing in the grain boundaries of the metal structure, and does not include the spheroidized vacancies formed as the neck bond grows.
  • the mechanical component according to the present invention has a tissue structure as shown in FIG. 4B or 4C and does not have a tissue structure as shown in FIG. 4D.
  • the heating temperature of the green compact can be set lower than in the case of obtaining a general sintered body having a structure as shown in FIG. 4D, the void 32 accompanying heating (sintering).
  • the dimensional change amount of the workpiece In addition to suppressing the amount of reduction (the dimensional change amount of the workpiece), it is possible to reduce the energy consumption required for heating. If the amount of dimensional change can be suppressed, it is not always necessary to perform finish processing such as dimensional correction processing on the sintered body, and the design of the molding die is facilitated. On the other hand, since the metal structure portion of the sintered body is formed by neck bonding of metal particles, the mechanical strength at a level that can be practically used as a machine part, specifically, a pressure ring of 150 MPa or more. Strength can be secured. From the above, according to the present invention, it is possible to provide a mechanical component having desired mechanical strength and dimensional accuracy at low cost.
  • a metal powder whose main component is iron is used, a mechanical part having a crushing strength of 150 MPa or more can be easily obtained.
  • the present invention can be preferably applied to, for example, a mechanical part having a bearing surface for supporting a shaft to be supported, that is, a bearing (sintered bearing). At this time, if a dynamic pressure generating portion is molded on the bearing surface, a so-called dynamic pressure bearing can be easily obtained.
  • the pores of the sintered body can be impregnated with lubricating oil.
  • lubricating oil can be oozed out through the surface opening when the machine part is used, a machine part having excellent slidability and wear resistance with the counterpart member can be easily obtained.
  • the sintered body may be subjected to various treatments and processing according to the application and purpose. Specific examples thereof include a sealing treatment for sealing the surface openings of the sintered body.
  • the mechanical component having the above-described configuration includes at least a compression molding process for obtaining a green compact of a raw material powder mainly composed of metal powder, and a green compact in a temperature range of 45 to 65% of the melting point of the main component element of the metal powder. It can manufacture by implementing the sintering process of obtaining the said sintered compact by heating a body.
  • the compression molding step it is preferable to produce a green compact having a relative density of 70% or more and less than 100% based on the density calculated by the dimension measurement method.
  • the “density calculated by the dimension measurement method” here is, for example, when the green compact has an annular shape (cylindrical shape), the mass of the green compact, the inner diameter dimension of the green compact, The density is calculated by dividing by the volume of the green compact calculated based on the measured values of the radial dimension and the axial dimension.
  • the “relative density” is a percentage of a value obtained by dividing the calculated density by the true density (theoretical density).
  • FIG. 1 It is a schematic sectional drawing of the machine component (slide bearing) which concerns on one Embodiment of this invention. It is sectional drawing which shows typically the compression molding process implemented when manufacturing the slide bearing shown in FIG. 1, Comprising: It is sectional drawing which shows the state which filled the raw material powder in the shaping die used at the same process. . It is sectional drawing which shows the state which is carrying out the compression molding of the raw material powder at the compression molding process. It is a schematic sectional drawing which shows the modification of the slide bearing shown in FIG. It is a figure which shows notionally the structure of a compact. It is a figure which shows notionally the structure of a sintered compact. It is a figure which shows notionally the structure of a sintered compact. It is a figure which shows notionally the structure of a sintered compact. It is a figure which shows notionally the measuring apparatus of oil permeability.
  • FIG. 1 shows mechanical parts according to an embodiment of the present invention.
  • the mechanical component shown in FIG. 1 is a slide bearing 1 for forming a cylindrical shape as a whole and for supporting a shaft S inserted in an inner periphery so as to be relatively rotatable in a radial direction. Therefore, this plain bearing 1 has a cylindrical bearing surface (radial bearing surface) 3 on its inner peripheral surface 2.
  • the slide bearing 1 is composed of a porous sintered body 6 having a metal structure portion 4 formed by neck-bonding particles 7 of metal powder and a hole portion 5, and has a crushing strength of 150 MPa or more.
  • the plain bearing 1 is formed by heating a green compact of a raw material powder containing metal powder as a main component to a predetermined temperature or higher.
  • the slide bearing 1 of this embodiment is used in a so-called oil-impregnated state in which the air holes 5 are impregnated with lubricating oil (not shown).
  • the slide bearing 1 has a structure similar to the structure shown in FIG. 4B or 4C.
  • the metal texture portion 4 is composed of innumerable metal particles (here, Fe particles) 7 and a joint portion 8 in which adjacent Fe particles 7 are partially neck-coupled.
  • hole part 5 is comprised mainly by the void
  • the plain bearing 1 having the above configuration is manufactured through, for example, a compression molding process, a degreasing process, a sintering process, and an oil impregnation process in this order.
  • a compression molding process for example, a compression molding process, a degreasing process, a sintering process, and an oil impregnation process in this order.
  • the green compact 10 is obtained by compression molding the raw material powder using a molding die apparatus 11 as shown in FIGS. 2A and 2B, for example.
  • the molding die apparatus 11 includes a cylindrical die 12 that molds the outer peripheral surface of the green compact 10, a core pin 13 that is disposed on the inner periphery of the die 12 and molds the inner peripheral surface 2 of the green compact 10, and a pressure
  • a pair of lower punch 14 and upper punch 15 for forming one end face (lower end face) and the other end face (upper end face) of the powder 10 are provided.
  • the core pin 13, lower punch 14, and upper punch 15 are pivoted with respect to the die 12. It is arranged coaxially with the die 12 so as to be relatively movable in the direction (up and down).
  • the lower punch 14 is lowered in a state where the core pin 13 is disposed on the inner periphery of the die 12, and the inner peripheral surface of the die 12, the core pin 13.
  • the raw material powder M is filled into the cavity 16.
  • FIG. 2B when the upper punch 15 is moved downward and the raw material powder M filled in the cavity 16 is compressed in the axial direction, a cylindrical surface in which a cylindrical surface serving as the radial bearing surface 3 is formed on the inner peripheral surface is formed. A green compact 10 is obtained.
  • the raw material powder M is a mixed powder in which a metal powder is a main component and a predetermined amount of a solid lubricant is added and mixed.
  • a solid lubricant for example, metal soap such as aluminum stearate and zinc stearate, fatty acid, higher alcohol, glycerin, ester, amine and derivatives thereof, wax such as fatty acid amide, various resins and the like can be used.
  • the illustrated solid lubricant may be used alone or in combination of two or more.
  • a powder containing a metal as a main component other than a hardly sinterable metal such as titanium or aluminum can be used.
  • the metal powder may be composed mainly of a single element, or may be composed mainly of a plurality of types of elements.
  • a metal powder even if what was manufactured by what kind of manufacturing method, it can be used without a problem. That is, for example, atomized powder produced by an atomizing method such as gas atomization or water atomization, reduced powder produced by a reduction method, electrolytic powder produced by an electrolytic method, carbonyl powder produced by a carbonyl method, and the like can be used.
  • pure iron powder manufactured by the reduction method is used among the pure iron powders suitable for obtaining the slide bearing 1 having excellent mechanical strength. Since the reduced iron powder has a spongy shape, it is suitable for obtaining the sliding bearing 1 excellent in oil impregnation.
  • a filler other than the solid lubricant can be added and mixed depending on the purpose and application.
  • examples of such fillers include carbon powder as a carbon solid solution source, sulfides for improving machinability, nitrides for improving wear resistance, and binders for suppressing dust generation. And so on.
  • the molding pressure of the raw material powder M is adjusted so that a green compact 10 having a relative density of 70% or more and less than 100% based on the density calculated by the dimension measurement method can be obtained.
  • the green compact 10 having a density of approximately 5.5 g / cm 3 or more is obtained.
  • the green compact 10 having such a density can be reliably obtained even by the uniaxial pressure molding method using the molding die device 11 described above.
  • the uniaxial pressure forming method other pressure forming methods (for example, forming using a multi-axis CNC press, cold isostatic pressing method, hot isostatic pressure) that can be used for obtaining the green compact 10 are used.
  • the green compact 10 can be obtained at a low cost as compared with a pressurizing method or the like.
  • the green compact 10 may be formed by using a multi-axis CNC press, a cold isostatic pressing method, a hot isostatic pressing method, or the like instead of the uniaxial pressing method. Absent.
  • a degreasing process for decomposing and removing the solid lubricant contained in the green compact 10 is performed.
  • the green compact 10 placed in a non-oxidizing gas atmosphere such as an inert gas, a reducing gas, or a vacuum is at or above the decomposition temperature of the solid lubricant (however, the green compact 10 in the sintering step described later).
  • the temperature is preferably lower than the heating temperature of 2).
  • This degreasing step does not necessarily need to be performed in a separate and independent manner from the sintering step described later, and may be performed as necessary.
  • the green compact 10 placed in a non-oxidizing gas atmosphere such as an inert gas, a reducing gas, or a vacuum is subjected to a predetermined time (for example, 30 minutes or more) according to its size and shape. 90 minutes or less)
  • a predetermined time for example, 30 minutes or more
  • the heating temperature of the green compact 10 in this sintering step is a temperature range of 45 to 65% of the melting point of the main component element of the metal powder.
  • the pressure is 45 to 65% of the melting point of iron (1538 ° C.), specifically about 700 to 1000 ° C. (eg, 800 ° C.).
  • the powder 10 is heated.
  • a heating temperature is a general heating temperature (1100 ° C. or higher, preferably 1200 ° C. or higher) employed for sintering a green compact obtained using only pure iron powder as a metal powder. Lower than.
  • Oil impregnation process In this oil impregnation process, the lubricating oil is impregnated into the pores 5 of the sintered body 6 obtained through the sintering process.
  • a method for impregnating the lubricating oil for example, vacuum impregnation can be employed. Thereby, the slide bearing 1 as a machine part shown in FIG. 1 is obtained. Note that this oil impregnation step is sufficient if necessary, and can be omitted in the case of mechanical parts not used in the oil impregnation state (slide bearing 1).
  • the plain bearing 1 as the mechanical component according to the embodiment of the present invention includes the metal structure portion 4 formed by neck-bonding the Fe particles 7 and the hole portion 5.
  • the sinter 6 comprises the sinter 6 and the vacancies 5 are mainly composed of vacancies 9 that exist at the grain boundaries of the metallographic structure 4, and are formed with the growth of the joints 8 that neck-bond the particles 7 together. Does not contain spheroidized pores.
  • the plain bearing 1 has a structure similar to that shown in FIG. 4B or 4C (see FIG. 1) and does not have the structure shown in FIG. 4D.
  • the above-described structure can be obtained by setting the heating temperature when sintering the green compact 10 to a temperature range of 45 to 65% of the melting point of the main component elements constituting the green compact 10.
  • the temperature range is 700 to 1000 ° C.
  • the heating temperature of the green compact 10 is set to be significantly lower than the heating temperature (1100 ° C. or higher) in the case of obtaining a general sintered body having a structure as shown in FIG. 4D. Become. Therefore, the dimensional change accompanying the heating (sintering) of the green compact 10 can be suppressed, and the energy consumption required for heating the green compact 10 can be reduced.
  • the sintered body 6 does not necessarily need to be subjected to finishing processing such as dimensional correction processing, and the molding die device 11 can be easily designed.
  • the metallographic structure 4 of the sintered body 6 is formed by (partially) neck-bonding the Fe particles 7 to each other. Specifically, a crushing strength of 150 MPa or more can be ensured.
  • the slide bearing 1 of the present embodiment has a feature that it can be manufactured at a low cost and has desired mechanical strength and dimensional accuracy.
  • the mechanical strength (crushing strength) of the sintered body depends on the degree of growth of the joint portion in which the metal particles are neck-bonded to each other, and the growth of the joint portion proceeds to occupy the entire structure of the sintered body.
  • the crushing strength of the sintered body increases as the volume ratio (porosity) of the pores decreases. Therefore, when the heating (sintering) temperature of the green compacts produced under the same conditions is varied, the higher the heating temperature, the higher the crushing strength of the sintered body, while the lower the porosity of the sintered body. .
  • the porosity of the sintered body is, for example, a parameter [unit: g / 10 min] for quantitatively indicating how much lubricating oil can be circulated through the internal pores of the porous workpiece. It can be evaluated by a certain “oil permeability”.
  • the oil permeability increases as the porosity increases, and the oil permeability decreases as the porosity decreases. For this reason, like the machine part according to the present invention, a machine part having a structure as shown in FIG. 4B or 4C (a machine part having not only a relatively high porosity but also many communication holes) is shown in FIG.
  • the oil permeability is higher than that of a machine part having a structure as shown in 4D (a machine part having a relatively low porosity and more independent pores (closed pores) than communication holes). Therefore, whether or not the machine part is a mechanical part according to the present invention can be determined by measuring the crushing strength, and can also be determined by measuring and calculating the oil permeability.
  • the oil permeability can be measured and calculated using a test apparatus 100 as shown in FIG.
  • the test apparatus 100 shown in FIG. 1 holds cylindrical holding parts 101 and 102 in which a cylindrical sample W is clamped and fixed from both sides in the axial direction, a tank 103 that stores oil, and holds oil stored in the tank 103. And a pipe 104 for supplying to the section 101. A gap between both ends of the sample W in the axial direction and the holding portions 101 and 102 is sealed by a seal body (not shown).
  • a pressure of 0.4 MPa is applied to the oil stored in the tank 103 in a room temperature (26 to 27 ° C.) environment, and lubricating oil is supplied to the internal flow path of the pipe 104 and the inside of the holding unit 101.
  • the supply is continued for 10 minutes to the axial through hole of the specimen W through the flow path 105.
  • an oil absorbent body 106 made of paper or cloth is arranged, and oozes out from the surface opening that opens to the outer diameter surface of the sample W when the lubricating oil is supplied to the sample W in the above-described manner.
  • the dropped oil is collected by the oil absorber 106.
  • the oil penetration degree is calculated from the weight difference between the oil absorbent bodies 106 before and after the test.
  • the sintered body 6 may be subjected to dimensional correction processing or mechanical processing using a sizing die. Even when the dimensional correction processing is performed, the dimensional change before and after the sintering is suppressed in the mechanical component according to the present invention, and the dimensional correction processing is not necessary, so that the dimensional correction processing can be easily performed.
  • the sintered body 6 can be subjected to a sealing treatment for sealing the surface openings.
  • a sealing treatment for sealing the surface openings.
  • the surface layer portion of the sintered body 6 is impregnated with a sealing material such as a resin material, the so-called clogging treatment for sealing the surface opening of the sintered body 6, and the surface of the sintered body 6 is covered.
  • a film forming treatment for forming a film for the purpose.
  • this invention is a sliding bearing used in order to support both a radial load and a thrust load
  • the present invention can also be preferably applied to a sliding bearing used for supporting only a thrust load.
  • FIG. 3 is an example of a slide bearing 1 (dynamic pressure bearing) in which radial bearing surfaces 3 are provided at two locations separated in the axial direction, and a dynamic pressure generating portion 21 is provided on each of the radial bearing surfaces 3. .
  • the illustrated dynamic pressure generating portion 21 includes a plurality of dynamic pressure grooves 22 arranged in a herringbone shape. The dynamic pressure generator 21 shown in FIG.
  • the present invention can be preferably applied not only to the plain bearing 1 described above but also to other machine parts (for example, a sealing material).
  • the crushing strength [unit: MPa] is measured in accordance with the method specified in JIS Z 2507, and the mechanical properties of the test pieces are determined based on the crushing strength, ie, “ ⁇ ”, “ ⁇ ”, and “ ⁇ ”. Rated by stage.
  • the crushing strength here is an average value of crushing strength measured for three test pieces prepared under the same conditions. The crushing strength was measured using an autograph AG-5000A manufactured by Shimadzu Corporation. [Evaluation criteria for mechanical properties] “ ⁇ ”: crushing strength 200 MPa or more “ ⁇ ”: crushing strength 150 MPa or more and less than 200 MPa “ ⁇ ”: crushing strength less than 150 MPa
  • the dimensional change rate (unit:%) is calculated by measuring the inner diameter of the green compact and the inner diameter of the sintered body obtained by heating the green compact with a bore gauge. Based on this, the dimensional change rate was evaluated in three stages, “ ⁇ ”, “ ⁇ ” and “ ⁇ ”.
  • the dimensional change rate referred to here is an average value of the dimensional change rates calculated for three test pieces manufactured under the same conditions. For each test piece, the average value of the dimensional change rates at four locations in the circumferential direction is used. Calculated.
  • the dimensional change rate is ⁇
  • the inner diameter size of the green compact is X
  • the inner diameter size of the sintered body is X1
  • the dimensional change rate is calculated by the following calculation formula.
  • ⁇ [(X ⁇ X1) / X1] ⁇ 100 [Evaluation criteria for dimensional change rate] “ ⁇ ”: ⁇ 0.5% ⁇ ⁇ 0.5% “ ⁇ ”: ⁇ 1.0% ⁇ ⁇ ⁇ 0.5%, or 0.5% ⁇ ⁇ ⁇ 1.0% “ ⁇ ”: ⁇ ⁇ ⁇ 1.0%, or ⁇ ⁇ 1.0%
  • the raw material powder filled in the molding die made of SKD11 is compression-molded by a uniaxial pressure molding method to form a cylindrical green compact (inner diameter dimension: ⁇ 6, outer diameter dimension: ⁇ 12, axial dimension: 5 mm).
  • the green compact was heated in a nitrogen gas atmosphere for 60 minutes to obtain test pieces according to Example 1-4 and Comparative Example 1-4.
  • Table 1 The production conditions and evaluation results for each test piece used in this test are shown in Table 1 below.
  • the “green compact density” in Table 1 is the density of the green compact calculated based on the dimension measurement method. The same applies to Tables 2 to 5 below.
  • any one of the test pieces with an evaluation of “x” is given.
  • the overall evaluation was evaluated as “x” because it did not satisfy the required characteristics and could not be used as it is.
  • the overall evaluation was “ ⁇ ” because it can be used as it is.
  • Example 12 The newly prepared test piece according to example 12 is the test piece according to example 2 except that the green compact was degreased prior to heating (sintering) the green compact at 800 ° C. It was produced under the same conditions and procedures as those described above.
  • the processing conditions for the degreasing treatment were as follows: atmosphere: nitrogen gas, processing temperature: 350 ° C., processing time: 60 minutes.
  • Table 5 below shows the heating atmosphere and the like employed in the production of each test piece, along with the evaluation of each test piece.
  • the heat treatment of the green compact is performed in a nitrogen gas atmosphere (inert gas atmosphere), a hydrogen gas is added to the nitrogen gas (addition amount is 10 vol%), a reducing gas atmosphere, a vacuum atmosphere, and the like If it is carried out in the same non-oxidizing gas atmosphere as in the case of obtaining a normal sintered body, it is possible to obtain a sintered body having desired mechanical characteristics and small dimensional change before and after heat treatment. .
  • the test piece according to Comparative Example 7 obtained by performing the heat treatment of the green compact in a water vapor atmosphere the dimensional change can be suppressed by setting the heating temperature of the green compact to 500 ° C.
  • the desired crushing strength could not be ensured. Therefore, it is considered difficult to obtain a mechanical component having a desired crushing strength by the steam treatment disclosed in Patent Document 1.
  • the present invention is extremely useful for making a sintered metal mechanical part having desired mechanical strength and dimensional accuracy at low cost.

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Abstract

金属粉末の粒子７同士がネック結合することで形成された金属組織部４と、空孔部５と、を備えた多孔質の焼結体６からなり、１５０ＭＰａ以上の圧環強さを有する機械部品としてのすべり軸受１であって、空孔部５は、金属組織部４の粒界に存在する空孔９を主体としており、ネック結合の成長に伴って形成される球状化した空孔を含まないすべり軸受１である。

Description

機械部品およびその製造方法
　本発明は、機械部品およびその製造方法に関し、より詳細には、焼結金属製の機械部品およびその製造方法に関する。
　例えば、機械部品の一種であるすべり軸受としては、無数の内部空孔を有する多孔質体からなり、内部空孔に潤滑油を含浸させた、いわゆる含油軸受が好適に使用されている。このようなすべり軸受は、例えば、金属粉末を主成分とした原料粉末の圧粉体を得る圧縮成形工程、圧粉体に高強度化処理を施す高強度化処理工程、および高強度化された圧粉体の内部空孔に潤滑油を含浸させる含油工程などを順に経ることで得られる。上記の高強度化処理としては、金属粉末の粒子同士をネック結合させる焼結処理が広く採用されている。
　上記の焼結処理は、通常、金属粉末の焼結温度以上（例えば、鉄系の金属粉末の場合、１１００℃以上）に圧粉体を加熱することにより行われ、そのコストは、製造コスト全体の１／４～１／２程度を占めるとされている。また、圧粉体を上記のような高温で加熱することにより得られる焼結体には、熱膨張および収縮に伴う大きな寸法変化が生じている。このため、焼結体の各部に機械部品として実用可能なレベルの寸法精度を確保するには、焼結体に対して金型によるサイジング（寸法矯正加工）や機械加工を追加的に施すことで焼結体を完成品形状に仕上げることが必要不可欠になる。以上のことから、高強度化処理として焼結処理を採用した場合、製造コストが嵩むという問題がある。
　そこで、高強度化処理として、水蒸気黒化処理を採用する場合がある（例えば、下記の特許文献１）。水蒸気黒化処理とは、圧粉体を加熱しつつ、圧粉体を構成する金属粉末（酸化膜を形成可能な金属粉末）を水蒸気と反応させることにより、金属粉末の粒子表面（粒子間）に酸化膜を形成する処理であり、酸化膜が金属粒子同士を結合させるネッキングの役割を代替する。そして、水蒸気黒化処理は、その処理温度が焼結処理よりも低い。そのため、熱膨張および収縮に伴う圧粉体の寸法変化量を抑制することが可能となり、処理後の仕上げ加工を簡略化、または省略できるという利点がある。
特開昭６３－７２８０３号公報
　特許文献１の方法によれば、「或る程度の強度、耐久性を有する焼結部品が製造される」とある（第２頁右上欄第８－９行）。しかしながら、具体的にどの程度の強度を有する焼結部品が得られるのか、については何ら言及されていない。特許文献１に開示された方法の適用対象は、実際のところは、磁性材料の部品のように「あまり強度が要求されないもの」に限定され（第２頁左上欄第６－７行）、すべり軸受などの機械部品のように、１５０ＭＰａ以上の圧環強さ（ＪＩＳ　Ｚ　２５０７を参照）を有することが求められる部品を製造するための方法としては不適であると推察される。
　そこで、本発明は、所望の機械的強度および寸法精度を具備した焼結金属製の機械部品を低コストに提供可能とすることを目的とする。
　上記の目的を達成するために創案された本発明は、金属粉末の粒子同士がネック結合することで形成された金属組織部と、空孔部と、を備えた多孔質の焼結体からなり、１５０ＭＰａ以上の圧環強さを有する機械部品であって、空孔部は、金属組織部の粒界に存在する空孔を主体としており、ネック結合の成長に伴って生成される球状化した空孔を含まないことを特徴とする。
　ここで、金属粉末を主成分とする原料粉末の圧粉体を加熱すると、加熱温度が上昇するのに伴って組織構造が以下のように変化する。まず、出発材である圧粉体は、原料粉末が押し固められたものに過ぎないため、図４Ａに示すように、金属粒子３１間に大きな空隙（空孔）３２が存在するといった組織構造を有する。次に、圧粉体を加熱し、その加熱温度が所定温度（焼結開始温度）を超えると、図４Ｂに示すように、粒子３１同士をネック結合した結合部３３が形成される。これに伴い、粒子３１間に存在する空隙３２が縮小する。以降、加熱温度がさらに上昇すると、図４Ｃに示すように、結合部３３が成長して粒子３１同士の結合強度が増加する一方、空隙３２は一層縮小する。そして、加熱温度がより一層上昇すると、図４Ｄに示すように、空隙３２が一層縮小して（空隙３２の一部が消失して）複数の粒子３１が結合一体化した結晶粒３４が形成される。結晶粒３４が形成されるのに伴って、結晶粒３４の内部には球状化した空孔（独立空孔）３５が形成される。
　なお、金属粉末の主成分元素が鉄の場合、図４Ｂ～図４Ｄに示すような組織構造となるのは、それぞれ、加熱温度が概ね６００℃以上、８００℃以上および１１００℃以上になったときである。但し、図４Ｂ～図４Ｄに示すような組織構造になる温度は、金属粉末の組成等に応じて多少変化する。
　上記のとおり、本発明に係る機械部品は、金属粉末の粒子同士がネック結合することで形成された金属組織部と、空孔部と、を備えた多孔質の焼結体からなり、空孔部は、金属組織の粒界に存在する空孔を主体としており、ネック結合の成長に伴って形成される球状化した空孔を含まない。これはすなわち、本発明に係る機械部品が、図４Ｂ又は図４Ｃに示すような組織構造を有し、図４Ｄに示すような組織構造は有していないことを意味する。この場合、圧粉体の加熱温度は、図４Ｄに示すような組織構造を有する一般的な焼結体を得る場合に比べて低く設定することができるため、加熱（焼結）に伴う空隙３２の縮小量（ワークの寸法変化量）を抑制することができる他、加熱に必要なエネルギー消費量を削減することができる。寸法変化量を抑制することができれば、焼結体に寸法矯正加工等の仕上げ加工を必ずしも施す必要がなくなることに加え、成形金型の設計も容易となる。その一方で、焼結体の金属組織部は、金属粒子同士がネック結合することで形成されたものであるから、機械部品として実用可能なレベルの機械的強度、具体的には１５０ＭＰａ以上の圧環強さを確保することができる。以上のことから、本発明によれば、所望の機械的強度および寸法精度を具備した機械部品を低コストに提供することができる。
　金属粉末として、その主成分元素が鉄であるものを用いれば、１５０ＭＰａ以上の圧環強さを有する機械部品を容易に得ることができる。
　本発明は、例えば、支持すべき軸を支持するための軸受面を有する機械部品、すなわち、軸受（焼結軸受）に好ましく適用することができる。このとき、上記軸受面に動圧発生部を型成形しておけば、いわゆる動圧軸受を容易に得ることができる。
　焼結体の空孔部には潤滑油を含浸させることができる。この場合、機械部品の使用時には、その表面開孔を介して潤滑油を滲み出させることができるので、相手部材との摺動性や耐摩耗性に優れた機械部品を容易に得ることができる。
　特にコスト面で問題がなければ、焼結体には、用途や目的に応じて種々の処理・加工を施しても良い。その具体例としては、焼結体の表面開孔を封孔する封孔処理を挙げることができる。
　以上の構成を有する機械部品は、少なくとも、金属粉末を主成分とする原料粉末の圧粉体を得る圧縮成形工程と、金属粉末の主成分元素の融点の４５～６５％の温度域で圧粉体を加熱することにより上記焼結体を得る焼結工程と、を実施することによって製造することができる。
　圧粉体の密度が低すぎると、圧粉体の取り扱い性が低下する、金属粉末の粒子間距離が大きいために金属粒子間に所定のネック結合を形成すること（所定の圧環強さを確保すること）が難しくなる、などといった懸念がある。そのため、圧縮成形工程では、寸法測定法により算出した密度に基づく相対密度が７０％以上１００％未満の圧粉体を作製するのが好ましい。なお、ここでいう「寸法測定法により算出した密度」とは、例えば圧粉体が円環状（円筒状）をなすものである場合、圧粉体の質量を、圧粉体の内径寸法、外径寸法および軸方向寸法の測定値に基づいて算出された圧粉体の体積で除すことにより算出される密度である。また、「相対密度」とは、上記の算出密度を真密度（理論密度）で除した値の百分率である。
　以上より、本発明によれば、所望の機械的強度および寸法精度を具備した焼結金属製の機械部品を低コストに提供することが可能となる。
本発明の一実施形態に係る機械部品（すべり軸受）の概略断面図である。 図１に示すすべり軸受を製造する際に実施される圧縮成形工程を模式的に示す断面図であって、同工程で使用される成形金型に原料粉末を充填した状態を示す断面図である。 圧縮成形工程で原料粉末を圧縮成形している状態を示す断面図である。 図１に示すすべり軸受の変形例を示す概略断面図である。 圧粉体の組織構造を概念的に示す図である。 焼結体の組織構造を概念的に示す図である。 焼結体の組織構造を概念的に示す図である。 焼結体の組織構造を概念的に示す図である。 通油度の測定装置を概念的に示す図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
　図１に、本発明の一実施形態に係る機械部品を示す。同図に示す機械部品は、全体として円筒状をなし、内周に挿入される軸Ｓをラジアル方向に相対回転自在に支持するためのすべり軸受１である。従って、このすべり軸受１は、その内周面２に円筒状の軸受面（ラジアル軸受面）３を有する。
　すべり軸受１は、金属粉末の粒子７同士がネック結合することで形成された金属組織部４と、空孔部５とを備えた多孔質の焼結体６からなり、１５０ＭＰａ以上の圧環強さを有する。すなわち、詳細は後述するが、すべり軸受１は、金属粉末を主成分とする原料粉末の圧粉体を所定温度以上に加熱することで形成される。本実施形態のすべり軸受１は、空孔部５に潤滑油（図示せず）を含浸させた、いわゆる含油状態で使用される。そのため、すべり軸受１と軸Ｓとが相対回転すると、これに伴って、すべり軸受１の空孔部５に保持された潤滑油がすべり軸受１の内周面２（ラジアル軸受面３）と軸Ｓの外周面との間のラジアル軸受隙間に滲み出して油膜を形成し、この油膜を介して軸Ｓがラジアル方向に相対回転自在に支持される。
　すべり軸受１は、図４Ｂ又は図４Ｃに示す組織構造と同様の組織構造を有する。すなわち、金属組織部４は、無数の金属粒子（ここではＦｅ粒子）７と、隣接するＦｅ粒子７同士を部分的にネック結合した結合部８とで構成される。また、空孔部５は、金属組織部４の粒界に存在する（隣接するＦｅ粒子７間に形成された）空孔９を主体として構成されており、ネック結合（結合部８）の成長に伴って形成される球状化した空孔３５（図４Ｄを参照）を含まない。従って、金属組織部４は、ネック結合（結合部８）の成長に伴って形成される結晶粒３４（図４Ｄ参照）を有さない。
　以上の構成を有するすべり軸受１は、例えば、圧縮成形工程、脱脂工程、焼結工程および含油工程を順に経て製造される。以下、各工程について詳細に説明する。
　［圧縮成形工程］
　圧縮成形工程では、例えば図２Ａおよび図２Ｂに示すような成形金型装置１１を用いて原料粉末を圧縮成形することにより圧粉体１０を得る。成形金型装置１１は、圧粉体１０の外周面を成形する円筒状のダイ１２と、ダイ１２の内周に配され、圧粉体１０の内周面２を成形するコアピン１３と、圧粉体１０の一端面（下端面）および他端面（上端面）を成形する一対の下パンチ１４および上パンチ１５とを備え、コアピン１３、下パンチ１４および上パンチ１５はダイ１２に対して軸方向（上下）に相対移動可能にダイ１２と同軸に配置されている。
　以上の構成を有する成形金型装置１１において、まず、図２Ａに示すように、ダイ１２の内周にコアピン１３を配置した状態で下パンチ１４を下降させ、ダイ１２の内周面、コアピン１３の外周面および下パンチ１４の上端面でキャビティ１６を画成してから、キャビティ１６に原料粉末Ｍを充填する。そして、図２Ｂに示すように上パンチ１５を下降移動させ、キャビティ１６に充填した原料粉末Ｍを軸方向に圧縮すると、内周面にラジアル軸受面３となる円筒面が成形された円筒状の圧粉体１０が得られる。
　ここで、原料粉末Ｍは、金属粉末を主成分とし、これに所定量の固体潤滑剤を添加・混合した混合粉末である。原料粉末Ｍに固体潤滑剤を含めることにより、金属粒子同士の摩擦、さらには金属粒子と金型間の摩擦を低減して圧粉体１０の成形性や離型性を高めることができる。固体潤滑剤としては、例えば、ステアリン酸アルミニウムやステアリン酸亜鉛等の金属石けん、脂肪酸、高級アルコール、グリセリン、エステル、アミンおよびその誘導体、脂肪酸アミドなどのワックス、各種樹脂などが使用できる。例示した固体潤滑剤は、一種のみを使用しても良いし、二種以上を混合して使用しても良い。
　金属粉末としては、チタンやアルミニウムなどの難焼結性金属以外の金属を主成分とする粉末を使用することができる。金属粉末は、単一の元素を主成分とするものであっても良いし、複数種の元素を主成分とするものであっても良い。また、金属粉末としては、どのような製法で製造されたものであっても問題なく使用することができる。すなわち、例えば、ガスアトマイズや水アトマイズ等のアトマイズ法により製造されるアトマイズ粉、還元法により製造される還元粉、電解法により製造される電解粉、カルボニル法により製造されるカルボニル粉などが使用できる。なお、本実施形態では、機械的強度に優れたすべり軸受１を得る上で好適な純鉄粉末のうち、還元法により製造されたもの（純鉄還元粉末）を使用する。還元鉄粉は、海綿状をなすことから、含油性に優れたすべり軸受１を得る上で好適である。
　原料粉末Ｍには、目的や用途に応じて固体潤滑剤以外の充填材を添加・混合することもできる。このような充填材としては、例えば、炭素固溶源としての炭素系粉末、被削性を向上するための硫化物、耐摩耗性を向上するための窒化物、発塵を抑制するためのバインダーなどを挙げることができる。
　原料粉末Ｍの成形圧は、寸法測定法により算出した密度に基づく相対密度が７０％以上１００％未満の圧粉体１０を得ることができるように調整される。金属粉末として純鉄粉末を使用する本実施形態では、密度が概ね５．５ｇ／ｃｍ3以上の圧粉体１０を得る。このような密度を有する圧粉体１０は、上記の成形金型装置１１による一軸加圧成形法であっても確実に得ることができる。一軸加圧成形法であれば、圧粉体１０を得る際に利用できるその他の加圧成形法（例えば、多軸ＣＮＣプレスを用いた成形、冷間等方圧加圧法、熱間等方圧加圧法等）に比べて圧粉体１０を低コストに得ることができるという利点がある。もちろん、一軸加圧成形法に替えて、多軸ＣＮＣプレスを用いた成形、冷間等方圧加圧法、熱間等方圧加圧法等を利用して圧粉体１０を成形しても構わない。
　［脱脂工程］
　この脱脂工程では、圧粉体１０に含まれる固体潤滑剤を分解・除去するための脱脂処理が実施される。脱脂処理は、不活性ガス、還元性ガスあるいは真空等の非酸化性ガス雰囲気下に配置した圧粉体１０を、固体潤滑剤の分解温度以上（但し、後述する焼結工程における圧粉体１０の加熱温度よりも低い温度が好ましい）で所定時間加熱することにより行われる。なお、この脱脂工程は、必ずしも後述する焼結工程と分離独立したかたちで実施する必要はなく、必要に応じて実施すれば足りる。
　［焼結工程］
　この工程では、脱脂工程と同様に、不活性ガス、還元性ガスあるいは真空等の非酸化性ガス雰囲気下に配置した圧粉体１０を、その大きさや形状に応じて所定時間（例えば３０分以上９０分以下）加熱することにより、図１の拡大図中に示すような組織構造を有する焼結体６を得る。この焼結工程における圧粉体１０の加熱温度は、金属粉末の主成分元素の融点の４５～６５％の温度域とする。金属粉末として純鉄粉末を使用する本実施形態では、鉄の融点（１５３８℃）の４５～６５％の温度域、具体的には、概ね７００～１０００℃の温度域（例えば８００℃）で圧粉体１０を加熱する。なお、このような加熱温度は、金属粉末として純鉄粉末のみを使用して得た圧粉体を焼結するために採用される一般的な加熱温度（１１００℃以上、好ましくは１２００℃以上）よりも低い。
　［含油工程］
　この含油工程では、上記の焼結工程を経て得られた焼結体６の空孔部５に潤滑油を含浸させる。潤滑油の含浸方法としては、例えば真空含浸を採用することができる。これにより、図１に示す機械部品としてのすべり軸受１が得られる。なお、この含油工程は、必要に応じて実施すれば足り、含油状態で使用しない機械部品（すべり軸受１）の場合には省略することができる。
　以上で説明したように、本発明の一実施形態に係る機械部品としてのすべり軸受１は、Ｆｅ粒子７同士がネック結合することで形成された金属組織部４と、空孔部５と、を備えた焼結体６からなり、空孔部５は、金属組織部４の粒界に存在する空孔９を主体としており、粒子７同士をネック結合する結合部８の成長に伴って形成される球状化した空孔を含まない。これはすなわち、すべり軸受１が、図４Ｂ又は図４Ｃに示す組織構造と同様の組織構造を有し（図１参照）、図４Ｄに示すような組織構造は有していないことを意味する。
　上記のような組織構造は、圧粉体１０を焼結する際の加熱温度を、圧粉体１０を構成する主成分元素の融点の４５～６５％の温度域に設定することにより得ることができ、上記主成分元素が鉄である場合には７００～１０００℃の温度域である。この場合、圧粉体１０の加熱温度は、図４Ｄに示すような組織構造を有する一般的な焼結体を得る場合の加熱温度（１１００℃以上）に比べて格段に低く設定されることになる。そのため、圧粉体１０の加熱（焼結）に伴う寸法変化を抑制することができる他、圧粉体１０の加熱に必要なエネルギー消費量を削減することができる。寸法変化を抑制することができれば、焼結体６に寸法矯正加工等の仕上げ加工を必ずしも施す必要がなくなることに加え、成形金型装置１１の設計も容易となる。その一方で、焼結体６の金属組織部４は、Ｆｅ粒子７同士が（部分的に）ネック結合することで形成されたものであるから、すべり軸受１として実用可能なレベルの機械的強度、具体的には１５０ＭＰａ以上の圧環強さを確保することができる。
　以上のことから、本実施形態のすべり軸受１は、低コストに作製可能でありながら、所望の機械的強度および寸法精度を具備する、といった特長を有する。
　ところで、焼結体の機械的強度（圧環強さ）は、金属粒子同士をネック結合した結合部の成長度合いに依存しており、結合部の成長が進行し、焼結体の組織全体に占める空孔の体積比率（空孔率）が小さくなるほど焼結体の圧環強さは高まる。そのため、同一条件で作製した圧粉体の加熱（焼結）温度を異ならせた場合、加熱温度が高いほど焼結体の圧環強さは高まる一方で、焼結体の空孔率は低くなる。
　焼結体の空孔率は、例えば、多孔質のワークがその内部空孔を介してどの程度潤滑油を流通させることができるのかを定量的に示すためのパラメータ［単位：ｇ／１０ｍｉｎ］である「通油度」によって評価することができ、空孔率が高くなるほど通油度は高くなり、空孔率が低くなるほど通油度は低くなる。このため、本発明に係る機械部品のように、図４Ｂ又は図４Ｃに示すような組織構造を有する機械部品（空孔率が相対的に高いだけでなく連通孔が多い機械部品）は、図４Ｄに示すような組織構造を有する機械部品（空孔率が相対的に低く連通孔よりも独立気孔（閉気孔）の方が多い機械部品）よりも通油度が高くなる。従って、本発明に係る機械部品であるか否かは、圧環強さを測定することによって判別可能である他、通油度を測定・算出することによっても判別可能である。
　なお、通油度は、図５に示すような試験装置１００を用いて測定・算出することができる。同図に示す試験装置１００は、円筒状の試料Ｗを軸方向両側から挟持固定した筒状の保持部１０１，１０２と、油を貯留するタンク１０３と、タンク１０３内に貯留された油を保持部１０１に供給するための配管１０４とを備える。試料Ｗの軸方向両端部と保持部１０１，１０２との間は、図示しないシール体によりシールされている。以上の構成において、室温（２６～２７℃）環境下でタンク１０３内に貯留された油に０．４ＭＰａの加圧力を負荷し、潤滑油を、配管１０４の内部流路および保持部１０１の内部流路１０５を介して試験体Ｗの軸方向貫通孔に１０分間供給し続ける。試料Ｗの下方には、紙製又は布製の吸油体１０６が配されており、上記態様で試料Ｗに潤滑油が供給されたときに試料Ｗの外径面に開口した表面開口から滲み出して滴下した油を吸油体１０６で採取する。そして、試験前後における吸油体１０６の重量差から通油度を算出する。
　参考までに、内径寸法×外径寸法×軸方向寸法がφ１．５×φ３×３．３ｍｍである円筒状の圧粉体を作製し、この圧粉体を１２００℃で加熱することで得られた焼結体と、圧粉体を８００℃で加熱することで得られた焼結体との間で通油度にどの程度の差が生じるかを確認した。前者の通油度は０．０１ｇ／１０ｍｉｎであり、後者の通油度は０．０４ｇ／１０ｍｉｎであった。
　以上、本発明の一実施形態に係る機械部品としてのすべり軸受１およびその製造方法について説明を行ったが、本発明の実施の形態はこれに限定されない。
　例えば、機械部品の用途や要求品質によっては、焼結体６に対してサイジング金型を用いた寸法矯正加工や機械加工を施しても構わない。なお、寸法矯正加工を施す場合でも、本発明に係る機械部品では焼結前後での寸法変化が抑制され、大幅な寸法矯正が必要なくなることから、寸法矯正加工を容易に実施することができる。
　また、焼結体６に対しては、その表面開孔を封孔するための封孔処理を施すことも可能である。封孔処理としては、焼結体６の表層部に樹脂材料等の封孔材を含浸させる処理、焼結体６の表面開孔を封止するいわゆる目潰し処理、焼結体６の表面を覆うための皮膜を形成する皮膜形成処理などを挙げることができる。
　また、以上では、ラジアル荷重を支持するために用いられるすべり軸受１に本発明を適用した場合について説明したが、本発明は、ラジアル荷重およびスラスト荷重の双方を支持するために用いられるすべり軸受や、スラスト荷重のみを支持するために用いられるすべり軸受にも好ましく適用することができる。
　また、本発明は、ラジアル軸受面３に、ラジアル軸受隙間内の潤滑油に流体動圧を発生させるための動圧発生部が設けられた、いわゆる動圧軸受を製造する際に適用することもできる。図３は、軸方向に離間した二箇所にラジアル軸受面３が設けられ、かつ両ラジアル軸受面３のそれぞれに動圧発生部２１が設けられたすべり軸受１（動圧軸受）の一例である。図示例の動圧発生部２１は、ヘリングボーン形状に配置された複数の動圧溝２２で構成されている。なお、図３に示す動圧発生部２１はあくまでも一例であり、ラジアル軸受隙間内の潤滑油に流体動圧を発生させ得るものであればその形態は特に問わない。また、図示は省略するが、本発明は、スラスト荷重を支持するためのスラスト軸受面に動圧発生部が設けられたすべり軸受１にも好ましく適用することができる。
　また、本発明は、以上で述べたすべり軸受１のみならず、その他の機械部品（例えばシール材）にも好ましく適用することができる。
　本発明の有用性を実証するため、（１）圧粉体の加熱温度、（２）圧粉体の密度、（３）金属粉末の材質（組成）、（４）脱脂処理の有無、および（５）圧粉体の加熱雰囲気のそれぞれが、圧粉体を加熱することで得られる焼結体（機械部品）の機械的特性および寸法変化率に与える影響を調査・確認するための試験を実施した。なお、各試験では、リング状（円筒状）の試験片を使用した。機械的特性の評価方法および評価基準、並びに寸法変化率の評価方法および評価基準は以下のとおりである。
［機械的特性の評価方法］
　ＪＩＳ　Ｚ　２５０７に規定の方法に準拠して圧環強さ［単位：ＭＰａ］を測定し、この圧環強さに基づいて試験片の機械的特性を「◎」、「○」および「×」の三段階で評価した。なお、ここでいう圧環強さは、同一条件で作製した試験片３個について測定した圧環強さの平均値である。圧環強さは、島津製作所社製のオートグラフＡＧ－５０００Ａを用いて測定した。
［機械的特性の評価基準］
　「◎」：圧環強さ２００ＭＰａ以上
　「○」：圧環強さ１５０ＭＰａ以上２００ＭＰａ未満
　「×」：圧環強さ１５０ＭＰａ未満
［寸法変化率の評価方法］
　圧粉体の内径寸法と、この圧粉体を加熱することで得られた焼結体の内径寸法とをボアゲージで測定することで寸法変化率［単位：％］を算出し、この算出値に基づいて寸法変化率を「◎」、「○」および「×」の三段階で評価した。なお、ここでいう寸法変化率は、同一条件で作製した試験片３個について算出した寸法変化率の平均値であり、各試験片では、周方向の４箇所での寸法変化率の平均値を算出した。寸法変化率をσ、圧粉体の内径寸法をＸ、焼結体の内径寸法をＸ１とした場合、寸法変化率は以下の算出式で算出される。
　σ＝［（Ｘ－Ｘ１）／Ｘ１］×１００
［寸法変化率の評価基準］
　「◎」：－０．５％＜σ＜０．５％
　「○」：－１．０％＜σ≦－０．５％、又は０．５％≦σ＜１．０％
　「×」：σ≦－１．０％、又はσ≧１．０％
　以下、各試験の実施態様および試験結果を説明する。
（１）第１の確認試験
　圧粉体の加熱温度が、焼結体の機械的特性および寸法変化率に与える影響を調査・確認した。この確認試験の実施に際して、８種類の試験片（実施例１－４および比較例１－４）を作製した。８種類の試験片は、圧粉体の加熱温度を相互に異ならせる以外は、同様の条件・手順で作製した。詳細は、以下のとおりである。
［試験片の作製手順］
　まず、金属粉末（ここでは還元純鉄粉末が質量比で１００％の金属粉末）に対し、アミドワックス系の潤滑剤粉末を０．５質量％添加・混合することで原料粉末を得た。次いで、ＳＫＤ１１製の成形金型に充填した上記原料粉末を一軸加圧成形法で圧縮成形することにより円筒状の圧粉体（内径寸法：φ６、外径寸法：φ１２、軸方向寸法：５ｍｍ）を得た。次いで、圧粉体を窒素ガス雰囲気下で６０分間加熱することにより、実施例１－４および比較例１－４に係る試験片を得た。
　この試験で用いた各試験片の作製条件および評価結果を下記の表１に示す。なお、表１中の「圧粉密度」とは、寸法測定法に基づいて算出した圧粉体の密度である。後掲する表２－表５においても同様である。また、この第１の確認試験および後述する第２－第５の確認試験では、圧環強さおよび寸法変化率に関する評価において、何れか一つにでも「×」の評価が付いた試験片については、要求特性を満足せず、そのままでは実使用できないものであるとして総合評価を「×」とした。一方、圧環強さおよび寸法変化率に関する評価において「◎」又は「○」の評価が付いた試験片については、そのままでも実使用できるものであるとして総合評価を「○」とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示すとおり、圧粉体の加熱温度を７００℃よりも低く設定した場合（比較例１－３）には、加熱後のワークに所望の圧環強さを確保することができず、圧粉体の加熱温度を１０００℃よりも高く設定した場合（比較例４）には、加熱処理の前後でワークの寸法変化率が所望のレベルを超えていた。これに対し、圧粉体を７００～１０００℃の範囲内で加熱した場合には、所望の機械的特性を具備しつつ、加熱処理の前後で寸法変化の小さい焼結体を得ることができた（実施例１－４）。上記の加熱温度を鉄の融点（１５３８℃）に対する百分率で表現すると、７００℃：４５．５％であり、１０００℃：６５％である。従って、当該第１の確認試験の試験結果から、圧粉体の加熱温度は、圧粉体を構成する金属粉末の主成分元素の融点の４５～６５％の温度域に設定するのが好ましいことが理解される。
（２）第２の確認試験
　圧粉体の密度が焼結体の機械的特性および寸法変化率に与える影響を調査・確認した。この確認試験の実施に際しては、新たに６種類の試験片（実施例５－９および比較例５）を準備した。新たに準備した６種類の試験片は、圧粉体の密度を異ならせる以外は、上記の実施例２に係る試験片と同様の条件・手順で作製した。
　この試験で用いた実施例および比較例に係る試験片の詳細および評価結果を下記の表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２からも明らかなように、圧粉体の密度が５．５ｇ／ｃｍ3未満の場合（比較例５）、所望の圧環強さを有する焼結体が得られなかった。上記の密度を鉄の理論密度（７．８７ｇ／ｃｍ3）に対する百分率（相対密度）で表現すると約７０％である。従って、当該第２の確認試験の試験結果から、圧粉体としては、相対密度が７０％以上１００％未満のものを使用するのが好ましく、相対密度が８０％以上１００％未満のものを使用するのが一層好ましいことが理解される（∵実施例７－９）。
（３）第３の確認試験
　金属粉末の材質（組成）が焼結体の機械的特性および寸法変化率に与える影響を調査・確認した。この確認試験の実施に際しては、新たに３種類の試験片（実施例１０－１１および比較例６）を準備した。新たに準備した３種類の試験片は、使用する金属粉末の材質（組成）を異ならせる以外は、実施例２に係る試験片と同様の条件・手順で作製した。
　この試験で用いた各試験片の詳細および評価結果を下記の表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３に示す試験結果からも明らかなように、焼結体の形成材料として広く使用されている鉄基粉末を用いた場合には、所望の機械的特性を具備しつつ、加熱処理の前後で寸法変化の小さい焼結体を得ることができる。これに対し、難焼結性材料であるアルミニウムの粉末を用いた場合（比較例６）、加熱後のワークに所望の圧環強さを確保することができなかった。なお、アルミニウムの理論密度および融点は、それぞれ２．７ｇ／ｃｍ3および６６０℃である。
（４）第４の確認試験
　固体潤滑剤を含む原料粉末を用いて圧粉体を成形した場合、脱脂処理の有無（実施又は非実施）が、焼結体の機械的特性および寸法変化率に与える影響を調査・確認した。この確認試験の実施に際しては、新たに１種類の試験片（実施例１２）を準備した。新たに準備した実施例１２に係る試験片は、圧粉体を８００℃で加熱（焼結）するのに先立って圧粉体に脱脂処理を施した点以外は、実施例２に係る試験片と同様の条件・手順で作製した。なお、脱脂処理の処理条件は、雰囲気：窒素ガス、処理温度：３５０℃、処理時間：６０分とした。
　この試験の評価結果を下記の表４に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表４に示す試験結果からも明らかなように、脱脂処理の実施／非実施は、圧粉体を加熱することで得られる焼結体の機械的特性や寸法変化率に大きな影響を及ぼさないことが理解される。
（５）第５の確認試験
　圧粉体の加熱雰囲気が焼結体の機械的特性および寸法変化率に与える影響を調査・確認した。この確認試験の実施に際しては、新たに３種類の試験片（実施例１３－１４および比較例７）を準備した。新たに準備した試験片は、圧粉体を加熱するときの雰囲気を異ならせる以外は、実施例２に係る試験片と同様の条件・手順で作製した。
　各試験片の作製に際して採用した加熱雰囲気等を、各試験片についての評価とともに下記の表５に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　表５からも明らかなように、圧粉体の加熱処理を窒素ガス雰囲気（不活性ガス雰囲気）、窒素ガスに水素ガスを添加した（添加量は１０ｖｏｌ％）還元性ガス雰囲気、および真空雰囲気等、通常の焼結体を得る場合と同様の非酸化性ガス雰囲気下で実施すれば、所望の機械的特性を具備しつつ、加熱処理の前後で寸法変化の小さい焼結体を得ることができる。一方、圧粉体の加熱処理を水蒸気雰囲気下で実施することにより得られた比較例７に係る試験片では、圧粉体の加熱温度を５００℃に設定したことにより寸法変化は抑えることができたが、所望の圧環強さを確保することができなかった。従って、特許文献１に開示されている水蒸気処理では、所望の圧環強さを有する機械部品を得ることが難しいと考えられる。
　以上の確認試験結果から、本発明は、所望の機械的強度および寸法精度を具備した焼結金属製の機械部品を低コストに作製可能とする上で極めて有用であることが理解される。
１　　　　すべり軸受（機械部品）
３　　　　ラジアル軸受面
４　　　　金属組織部
５　　　　空孔部
６　　　　焼結体
７　　　　粒子
８　　　　結合部
９　　　　空孔
１０　　　圧粉体
１１　　　成形金型装置
３４　　　結晶粒
３５　　　球状化した空孔
Ｍ　　　　原料粉末
Ｓ　　　　軸

Claims (7)

  1. 　金属粉末の粒子同士がネック結合することで形成された金属組織部と、空孔部と、を備えた多孔質の焼結体からなり、１５０ＭＰａ以上の圧環強さを有する機械部品であって、
    　前記空孔部は、前記金属組織部の粒界に存在する空孔を主体としており、前記ネック結合の成長に伴って形成される球状化した空孔を含まないことを特徴とする機械部品。
  2. 　前記金属粉末の主成分元素が鉄である請求項１に記載の機械部品。
  3. 　支持すべき軸を支持するための軸受面を有する請求項１又は２に記載の機械部品。
  4. 　前記軸受面に形成された動圧発生部を有する請求項３に記載の機械部品。
  5. 　前記空孔部に含浸された潤滑油を有する請求項１～４の何れか一項に記載の機械部品。
  6. 　請求項１～５の何れか一項に記載の機械部品を製造するための方法であって、
    　金属粉末を主成分とする原料粉末の圧粉体を得る圧縮成形工程と、
    　前記金属粉末の主成分元素の融点の４５～６５％の温度域で前記圧粉体を加熱することにより前記焼結体を得る焼結工程と、を有することを特徴とする機械部品の製造方法。
  7. 　前記圧粉体は、寸法測定法により算出した密度に基づく相対密度が７０％以上１００％未満である請求項６に記載の機械部品の製造方法。
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