JPH021205B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ 発明の目的 (1) 産業上の利用分野 本発明は、金属焼結体を得る場合に用いられる
金属焼結体用原料シートおよびその製造方法に関
する。

(2) 従来の技術 本出願人は、先に、焼結性金属粉末に合成樹脂
バインダを混練して得られる金属焼結体用原料シ
ートを金属製ベース材の表面に積層し、その積層
原料シートを所定の形状に成形した後、その成形
体に焼結処理を施して焼結体を得ると同時にその
焼結体をベース材に溶着する技術を提案してい
る。

(3) 発明が解決しようとする問題点 上記技術について種々検討を加えた結果、合成
樹脂バインダの材質いかんによつては原料シート
の積層性が悪くなるため成形体に層間剥離を生じ
たり、またひび割れを発生するといつた問題のあ
ることを究明した。

本発明は上記問題を除去し得る前記原料シート
およびその製造方法を提供することを目的とす
る。

Ｂ 発明の構成 (1) 問題点を解決するための手段 本発明に係る金属焼結体用原料シートは、90〜
99重量％の焼結性金属粉末と、１〜10重量％の合
成樹脂バインダとよりシート状に構成され、前記
合成樹脂バインダは、耐ひび割れ性の優れた熱可
塑性合成樹脂に対して30〜70重量％の積層性の優
れた熱可塑性合成樹脂を含有し、前記耐ひび割れ
性の優れた熱可塑性合成樹脂は、四フツ化エチレ
ン樹脂、ポリスチレン樹脂およびナイロンから選
択される少なくとも一種であり、また積層性の優
れた熱可塑性合成樹脂は、アクリル樹脂、ポリエ
チレン樹脂およびブタジエン酢酸ビニル共重合体
から選択される少なくとも一種であることを特徴
とする。

また本発明に係る金属焼結体用原料シートの製
造方法は、四フツ化エチレン樹脂、ポリスチレン
樹脂およびナイロンから選択される少なくとも一
種の耐ひび割れ性の優れた熱可塑性合成樹脂に対
して、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂およびブ
タジエン酢酸ビニル共重合体から選択される少な
くとも一種の積層性の優れた熱可塑性合成樹脂を
30〜70重量％含有する液状合成樹脂バインダを調
製する工程と、90〜99重量％の焼結性金属粉末と
１〜10重量％の前記液状合成樹脂バインダとを混
練して可塑性物を得る工程と；前記可塑性物を加
熱乾燥する工程と；前記可塑性物を熱可塑化状態
でシート状に成形する工程と；を順次行うことを
特徴とする。

(2) 作用 合成樹脂バインダとして、前記耐ひび割れ性の
優れた熱可塑性合成樹脂および前記積層性の優れ
た熱可塑性合成樹脂を含有するものを用いると、
原料シートより得られる成形体に層間剥離を生じ
たり、またひび割れを発生することがなく、層間
接着強さが大きく、また表面性状の良好な成形体
を得、延いては寸法精度および表面性状の優れた
金属焼結体を得ることができる。

たゞし、合成樹脂バインダの添加量が１重量％
を下回ると、シート成形を行うことができず、一
方、10重量％を上回ると焼結体の気孔率が高くな
り、高強度な焼結体を得ることができない。

また績層性の優れた熱可塑性合成樹脂の配合量
が30重量％を下回ると、積層原料シート間に層間
剥離を生じ、一方、70重量％を上回ると積層原料
シートの成形時その表面にひび割れを生じる。

原料シートの製造に当り、焼結性金属粉末と前
記特定の材質を持つ液状合成樹脂バインダとを混
練して可塑性物を得、次いで、その可塑性物を加
熱乾燥することにより、少量の合成樹脂バインダ
を焼結性金属粉末に均一に塗布することができ
る。このように合成樹脂バインダを焼結性金属粉
末に均一に塗布することは、次工程におけるシー
ト成形作業において形状維持性の良いシートを得
る上に必要であり、また合成樹脂バインダを少量
使用することは気孔率の小さい高強度な焼結体を
得る上に必要である。

その後可塑性物を熱可塑化状態でシート状に成
形することにより、その成形作業を容易にし、ま
た常温において適当な可撓性と引裂き強度を有
し、取扱い性の優れた原料シートを得ることがで
きる。

(3) 実施例 本発明において用いられる焼結性金属粉末とし
ては、Ni系、Co系、Fe系等の自溶性合金粉末、
Fe粉末、Cu粉末等の従来公知のものが該当する。
また自溶性合金粉末を用いる場合、その焼結温度
を合金の液相線を越える温度に設定して焼結体の
強度の向上を図るときは、高融点金属粉末を自溶
性合金粉末に添加してその高融点金属により自溶
性合金の流動を妨げて形状維持性を良好にするも
ので、この種高融点金属粉末としては、Mo，
Ｗ，ステンレス鋼，WC，Fe―Mo（フエロモリブ
デン）等の粉末の何れか一つ、またはそれらを混
合したものが用いられる。

耐ひび割れ性の優れた熱可塑性合成樹脂として
は、四フツ化エチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、
ナイロンから選択される少なくとも一種が該当
し、また積層性の優れた熱可塑性合成樹脂として
は、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ブタジエ
ン酢酸ビニル共重合体から選択される少なくとも
一種が該当する。

先ず、原料シートの製造について説明する。

10〜60μのNi自溶性合金粉末80重量％と、10〜
53μのMo粉砕粉末20重量％とをＶ―ブレンダに
より30分間混合して混合粉末を得る。

四フツ化エチレン樹脂エマルジヨンとアクリル
樹脂エマルジヨンを１：１に混合して液状合成樹
脂バインダを得る。

上記混合粉末に対し合成樹脂バインダ３重量％
を添加して常温にて卓上ニーダにより５分間混練
し可塑性物を得る。この場合、合成樹脂バインダ
はエマルジヨンタイプであるから分散性が良く、
短時間の混練作業で少量の合成樹脂バインダ混合
粉末中に均一に分散させることができる。

乾燥炉、ヒータ等の加熱器を用いて可塑性物を
80〜120℃に加熱し、合成樹脂バインダ中の水分
を蒸発させて可塑性物を乾燥する。得られた可塑
性物の性状は、合成樹脂バインダにより粘結され
て無数の団塊状を呈し、混合粉末は合成樹脂バイ
ンダにより均一に塗布されている。

乾燥後、略80℃の熱を保有して熱可塑化状態に
ある可塑性物を、直径245mm、長さ215mmのロール
を備えたロール機にＸおよびＹ方向に数回通し、
厚さ１mm、1.5mmおよび３mmの３種類の原料シー
トを成形する。成形圧力は、加圧成形したテスト
ピースとの密度換算で0.5Kg／mm²である。この場
合ロール機のロールを可塑性物と同程度の温度
（略80℃）に加熱すると原料シートの成形作業性
を良好にすることができる。

成形後、原料シートに80℃にて30分間の加熱処
理を施し、成形時に発生した歪を除去する。

得られた原料シートは常温において適度な可撓
性と引裂き強度を有する。

次に前記原料シートを用いたプレス用金型の製
造方法について説明する。

第１図はプレス用金型１を示し、それを鋳鋼
（JIS SC46材）より鋳造されたベース材２と、そ
のベース材２に溶着された金属焼結体Ｓよりなる
ワーク成形部３とより構成される。

第２図ａに示すように、ベース材２のワーク成
形部３を形成するベース面２ａは、完成された金
型１におけるワーク成形部３外面（鎖線示）より
も５〜20mm低くなるように成形されている。ベー
ス材２は鋳放しのまま使用されるもので、その黒
皮を持つベース面２ａにはサンドブラスト処理、
クリーニング処理を施した後アクリル樹脂接着剤
を塗布する。

第２図ｂに示すように、ベース面２ａに厚さ３
mmの原料シートStを３枚重ねて貼着し、プレス機
等に取付けられた合成樹脂製雌型Ｍにより原料シ
ートStを押圧して雌型Ｍの原料シートに対する当
り具合を調べ、当りの多い箇所では原料シートを
削り、また当りの無い箇所には新たに原料シート
Stを貼着する。この雌型Ｍの押圧並びに原料シー
トStの削りおよび貼着を繰り返して積層原料シー
トStの形状を雌型Ｍの形状にほぼ合致させる。こ
のような成形工程を経た積層原料シートStは層間
接着強さが大きく、またひび割れの発生も無く表
面性状が良好である。この場合の雌型Ｍの押圧力
は0.2〜0.3Kg／mm²である。

第２図ｃに示すように、積層原料シートStと共
にベース材２を加熱炉４に設置して80℃に加熱
し、積層原料シートStを可塑化する。

第２図ｄに示すように、可塑化した積層原料シ
ートStの上にさらに厚さ３mmの原料シートStを積
層して貼着し、得られた積層原料シートStを前記
雌型Ｍにより0.7Kg／mm²の押圧力を以て押圧して
ワーク成形部３の成形作業を終了する。

この場合雌型Ｍの積層原料シートStからの離型
性を良好にするために、雌型Ｍにタルク粉末を塗
布する、または雌型Ｍと積層原料シートSt間にポ
リ塩化ビニリデン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポ
リエチレン樹脂等の極薄の膜体を介装する。

成形作業終了後ベース材２および積層原料シー
トStの温度が常温まで冷却されたとき、そのシー
トStより余分な部分を除去する。

第２図ｅに示すように、積層原料シートStに厚
さ１mmのアルミナシートSaを積層してベース材
２を容器５内に設置し、その容器５内にバツクア
ツプとしての直径0.75mmの鋼球６を流し込む。こ
のアルミナシートSaはアルミナ粉末と前記同様
の合成樹脂バインダとより構成され、鋼球６の粗
面が積層原料シートStに転写されるのを阻止して
焼結体Ｓの面粗度の低下を防止する機能を有す
る。また鋼球６は、その重さにより後述するNi
自溶性合金―Mo粉末の焼結時焼結体Ｓの寸法変
化、即ち膨脹を抑制するものである。

次いで、上記ベース材２を真空焼結炉７に設置
して第３図に示す加熱―冷却条件で有機物質の分
解とNi自溶性合金とMo粉末との焼結を行う。キ
ヤリヤガスは窒素ガスまたは還元性の強い水素ガ
スが用いられる。

(A) 第１加熱ゾーン（第３図Ａ） この加熱ゾーンＡは常温から650℃までであ
り、昇温速度は10〜20℃／分である。この加熱
ゾーンＡでは先ず水分が蒸発し、次いで原料シ
ートStおよびアルミナシートSaにおける合成
樹脂バインダ中の四フツ化エチレン樹脂および
アクリル樹脂が分解してガス化する。これら合
成樹脂は300〜400℃でガス化するが、熱伝導を
考慮して600〜650℃に90分間均熱保持して殆ど
の有機物質を除去し、Ni自溶性合金―Mo粉末
体を残置する。この有機物質のガス化を真空焼
結炉７内の真空度の変化により説明すると、常
温では1Torrであるが、650℃で90分間均熱保
持したときは最高2Torrに真空度が低下する。
これは主として有機物質の分解ガスの生成によ
る。そして90分を経過した後は真空度は再び
1Torrに上昇するもので、これは真空焼結炉７
内より分解ガスが除去されたことを意味する。

(B) 第２加熱ゾーン（第３図Ｂ） この加熱ゾーンＢは900〜1000℃の範囲であ
り、Ni自溶性合金―Mo粉末体をNi自溶性合金
の固相線（1010〜1020℃）以下の温度、例えば
950℃に30分間均熱保持して固相焼結処理を施
し、これを仮焼結する。第１加熱ゾーンＡから
の昇温速度は10〜20℃／分である。

真空焼結炉７内のNi自溶性合金―Mo粉末体
は、その表面から加熱されて昇温するので、そ
の粉末体全体が均一温度に達するまでは所定の
加熱時間が必要である。若し焼結温度である
1000〜1200℃にいきなり加熱するとNi自溶性
合金―Mo粉末体の表面部分とベース面２ａに
接する部分との間に温度差ができて、気孔率の
ばらつきが多くなり均一な焼結体が得られない
だけでなく、焼結後クラツク等の欠陥を生じ易
くなる。

第２加熱ゾーンＢでは未分解の有機物質が完
全にガス化して除去される。このガス化等によ
り真空焼結炉７内の真空度は一時的に4Torrに
低下するが30分経過後には1Torrに復帰する。

(C) 第３加熱ゾーン（第３図Ｃ） この加熱ゾーンＣは、Ni自溶性合金の固相
線（1010〜1020℃）直下から液相線（1075〜
1085℃）を越える温度、即ち1000〜1200℃の範
囲であり、Ni自溶性合金―Mo仮焼結体を、例
えば液相線を越える温度である1100〜1180℃、
好ましくは1160℃に120分間恒温保持してNi自
溶性合金の溶融により液相焼結処理を施し焼結
体Ｓを形成する。この場合Ni自溶性合金の流
動はMoの存在により妨げられ、したがつて形
状維持性が良い。第２加熱ゾーンＢからの昇温
速度は15〜20℃／分であり、Ni自溶性合金―
Mo仮焼結体は第２加熱ゾーンＢで既に高温加
熱されているので、第３加熱ゾーンＣまでの昇
温時間は僅かである。この第３加熱ゾーンＣの
保持時間が不充分であると焼結が完全に行われ
ず、焼結体Ｓに欠陥を生ずる。

上記のように焼結温度を1160℃に選定する理
由は、焼結温度が1200℃程度となると、焼結体
Ｓの寸法変化が大きくなり、また炉温制御が容
易でなく、その上炉内温度がばらつくといつた
不具合があり、これらの不具合を除去するため
の作業温度としては1160℃が適当であるからで
ある。

(D) 冷却ゾーン（第３図Ｄ） この冷却ゾーンＤは、前記焼結温度から略
800℃までの１次冷却ゾーンD₁と、略800℃か
ら略400℃までの２次冷却ゾーンD₂と、略400
℃から常温までの３次冷却ゾーンD₃とに分け
られる。

１次冷却ゾーンD₁は、焼結体Ｓの高温下に
おける安定域であり、この冷却ゾーンD₁では
できるだけ熱的な刺激を避け、同時に冷却効率
を考慮して最高２℃／分程度のゆつくりした速
度で冷却する。この冷却ゾーンD₁で急冷が行
われると焼結体Ｓにクラツクが多発する。

２次冷却ゾーンD₂では、ベース材２の線膨
脹とAr₁変態における寸法変化を吸収するため
に最高３℃／分程度のゆつくりした速度で冷却
する。この場合焼結体Ｓの線収縮は14.6×
10^-6／℃であるが、多孔質であるためベース材
２の収縮に追随する。この冷却ゾーンD₂で急
冷が行われると焼結体Ｓにクラツクが多発す
る。

３次冷却ゾーンD₃では、水，油等の液冷以
外のガス冷却（空冷を含む）により焼結体Ｓお
よびベース材２の温度を常温まで冷却する。

上記加熱―冷却処理を経て、第１図に示すよ
うにワーク成形部３をNi自溶性合金―Moより
なる焼結体Ｓによつて形成された金型１が得ら
れる。

上記焼結体Ｓはベース材２との溶着性が良好
で、クラツク等の欠陥の発生がない。また３次
元測定機によりＸ，Ｙ方向に50mm間隔で形状測
定を行い雌型Ｍと比較したところ、金型１の寸
法を縦300mm、横250mm、高さ180mmとした場合、
最大５mmだけ膨脹している箇所が３箇所あり、
その他の箇所は０〜0.3mmの膨脹を示し、寸法
精度の優れていることが判明した。またアルミ
ナシートSaを用いることにより鋼球６の粗面
が積層原料シートStに転写されることが防止さ
れるので、焼結体Ｓの面粗度が良好である。

したがつて前記工程を経て得られた金型１は
簡単な仕上げ加工を施すことにより直ちにプレ
ス作業に使用することができる。

次に前記原料シートを用いた摺動部材の製造方
法について説明する。

縦および横がそれぞれ100mm、厚さ1.5mmの冷間
圧延鋼板の表面に脱脂処理を施した後、その鋼板
に厚さ３mmの前記原料シートをアクリル樹脂接着
剤により２枚積層して貼着し、その原料シートの
表面を平滑に仕上げる。

得られた積層体を真空焼結炉に設置して前記同
様の加熱―冷却条件で有機物質の分解とNi自溶
性合金粉末とMo粉末の焼結を行う。なお焼結処
理時間は30分間である。

上記工程を経て得られた鋼板と焼結体とよりな
る積層体に多数の貫通孔を穿設し、焼結体を摺動
面とする軽荷重用摺動部材を作製する。

上記摺動部材は焼結体の面粗度が良好で、優れ
た摺動性能を有し、また焼結体が鋼板に確実に溶
着されているので層間剥離を生じることがない。
焼結体の潤滑性能を向上させるためには、焼結体
に四フツ化エチレン樹脂等の潤滑性合成樹脂を含
浸―硬化させる、または原料シート中にWS₂，
MoS₂等の固体潤滑材を混合しておくとよい。

上記摺動部材の焼結体の厚さを増すために、そ
の焼結体に厚さ３mmの前記原料シートをアクリル
樹脂接着剤により貼着し、その表面を平坦に仕上
げた後前記同様の手法で焼結処理を行い、２層構
成の焼結体を持つ摺動部材を得る。

この摺動部材においては、両焼結体間が確実に
溶着され、使用中において層間剥離を生じること
がない。

比較のため、四フツ化エチレン樹脂エマルジヨ
ンのみからなる液状合成樹脂バインダを調製し
て、前記と同様の手法により原料シートを成形
し、この原料シートを用いて前記と同様のプレス
用金型の製造プロセスを実施したところ、成形工
程を経た積層原料シートに層間剥離の生じている
ことが確認された。

また比較のため、アクリル樹脂エマルジヨンの
みからなる液状合成樹脂バインダを調製して、前
記と同様の手法により原料シートを成形し、この
原料シートを用いて前記と同様のプレス用金型の
製造プロセスを実施したところ、成形工程を経た
積層原料シートにひび割れが発生しており、表面
性状が悪化していることが確認された。

前記実施例においては、合成樹脂バインダとし
て四フツ化エチレン樹脂およびアクリル樹脂を含
有するものについて述べたが、耐ひび割れ性の優
れた他の熱可塑性合成樹脂と、積層性の優れた他
の熱可塑性合成樹脂とを組合わせた場合にも前記
実施例と同様の効果が得られる。

なお、前記アルミナシートは以下に述べる工程
を経て製造される。

２〜50μのアルミナ粉末に対し前記原料シート
の製造に用いたのと同様の合成樹脂バインダ８重
量％を添加して常温にて卓上ニーダにより５分間
混練し、この混練中に水を３重量％添加する。

得られた可塑性物を加熱器により120℃にて60
分間加熱し、合成樹脂バインダ中の水分を蒸発し
て可塑性物を乾燥する。

乾燥後、略80℃の熱を保有して熱可塑化状態に
ある可塑性物に前記原料シートの製造に用いたの
と同様のロール機を用いて同様の手法により成形
処理を施し、厚さ１mmのアルミナシートを成形す
る。この場合ロール機のロールを可塑性物と同程
度の温度（略80℃）に加熱するとシート成形作業
が容易に行われる。

成形後アルミナートに80℃にて30分間の加熱処
理を施し、成形時に発生した歪を除去する。

Ｃ 発明の効果 本発明によれば、原料シートの合成樹脂バイン
ダに、耐ひび割れ性の優れた熱可塑性合成樹脂お
よび積層性の優れた熱可塑性合成樹脂を含有させ
るので、原料シートより得られる成形体に層間剥
離を生じたり、またひび割れを発生することがな
く、層間接着強さが大きく、また表面性状の良好
な成形体を得、延いては寸法精度および表面性状
の優れた金属焼結体を得ることができる。

また第２発明によれば、原料シートの製造に当
り、焼結性金属粉末と前記特定の材質を持つ液状
合成樹脂バインダとを混練して可塑性物を得、次
いでその可塑性物を加熱乾燥することにより、少
量の合成樹脂バインダを焼結性金属粉末に均一に
塗布することができる。このように合成樹脂バイ
ンダを焼結性金属粉末に均一に塗布することによ
り、次工程におけるシート成形作業において形状
維持性の良いシートを得ることが可能となり、ま
た合成樹脂バインダを少量使用することにより気
孔率の小さい高強度な焼結体を得ることが可能と
なる。

その後可塑性物を熱可塑化状態でシート状に成
形することにより、その形成作業を容易にし、ま
た常温において適当な可撓性と引裂き強度を有
し、取扱い性の優れた原料シートを得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る原料シートを用いて製造
されたプレス用金型の断面図、第２図ａ〜ｅはプ
レス用金型の製造工程説明図、第３図は焼結工程
における温度と時間の関係を示すグラフである。 Ｓ…焼結体、St…原料シート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 90〜99重量％の焼結性金属粉末と、１〜10重
   量％の合成樹脂バインダとよりシート状に構成さ
   れ、前記合成樹脂バインダは、耐ひび割れ性の優
   れた熱可塑性合成樹脂に対して30〜70重量％の積
   層性の優れた熱可塑性合成樹脂を含有し、前記耐
   ひび割れ性の優れた熱可塑性合成樹脂は、四フツ
   化エチレン樹脂、ポリスチレン樹脂およびナイロ
   ンから選択される少なくとも一種であり、また積
   層性の優れた熱可塑性合成樹脂は、アクリル樹
   脂、ポリエチレン樹脂およびブタジエン酢酸ビニ
   ル共重合体から選択される少なくとも一種である
   ことを特徴とする金属焼結体用原料シート。 ２ 四フツ化エチレン樹脂、ポリスチレン樹脂お
   よびナイロンから選択される少なくとも一種の耐
   ひび割れ性の優れた熱可塑性合成樹脂に対して、
   アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂およびブタジエ
   ン酢酸ビニル共重合体から選択される少なくとも
   一種の積層性の優れた熱可塑性合成樹脂を30〜70
   重量％含有する液状合成樹脂バインダを調製する
   工程と、90〜99重量％の焼結性金属粉末と１〜10
   重量％の前記液状合成樹脂バインダとを混練して
   可塑性物を得る工程と；前記可塑性物を加熱乾燥
   する工程と；前記可塑性物を熱可塑化状態でシー
   ト状に成形する工程と；を順次行うことを特徴と
   する金属焼結体用原料シートの製造方法。