JPS6318003A - 焼結部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の産業上の利用分野 本発明は、焼結部品の製造方法に関するものであり、よ
り詳細には、粉末冶金法において、各部の粉末圧縮成形
すべき粉体の体積量（以下、圧粉体積量という。）が異
なるような形状の焼結部品の製造方法に関するものであ
る。

先行技術 粉末冶金法は、他の製造方法に比べ、材料の歩留まりが
良い、寸法精度が良い、などの種々の利点を持っている
。そのため、近年に至り、粉末冶金法により製造した焼
結部品の用途は、益々広がり、機械部品などに広（利用
されるようになっている。しかし、その反面、焼結部品
に要求される形状は、益々多様化し、従来の金型プレス
法では対応することが不可能な形状の焼結部品が要求さ
れることもしばしばであった。自動車のコンロッドなど
、いわゆるアンダーカット部を有する製品も、その一つ
である。

特開昭５９−２１９４０１号は、かかるアンダ−カット
部を側面に有する焼結部品を製造する際に、アンダーカ
ント部を境に上下に分けて、粉末圧縮成形後、焼結して
焼結部品を製造する方法を提案している。すなわち、例
えば、歯車を製造する場合、第１図に示すように、ダイ
ス１と下パンチ２およびコアロッド３で構成された金型
に、まず原料金属粉末４を充填し、次いで、第２図に示
されるように、上パンチ５を降下させて、第一次の粉末
圧縮成形（以下、圧粉成形という。）を行い、下半部の
一次成形品６を得る。その後、上パンチ５を一旦上昇さ
せて、第３図に示すように、アンダーカット部に相当す
る部分に、セラミック等よりなるスペーサ７を装着し、
原料金属粉末４を充填して、再び上パンチ５を降下させ
て、一体的に本圧粉成形を行い、その後、スペーサ７を
取り外し、あるいは、焼結時に焼結体中へ溶浸させるこ
とにより、第４図に示されるようなアンダーカット部を
側面に有する焼結部品８を得る、というものである。

発明の解決すべき問題点 前記特開昭５９−２１９４０１号に開示された方法によ
れば、確かにアンダーカット部を有する焼結部品を製造
することが可能となるが、この方法によって製造された
焼結部品は、第４図のＢ部の密度がＡ部の密度に比し、
低（なり、製品の強度が十分得られないという問題のあ
ることが判明した。この密度差は最も厚い部分の厚み２
Ｔとアンダーカット部を除いた部分の厚み２ｔとの差が
大きい程、大きくなることが認められている。これは、
−次圧粉成形および本圧粉成形の際、厚みの小さい部分
、すなわち、圧粉体積量の少ない部分の圧縮が先に飽和
に達してしまい、それ以上圧縮することが困難な状態に
なるため、これに比して、厚みの大きい部分、すなわち
、圧粉体積量の多い部分は、未だ所望の程度の圧縮がな
されていないにもかかわらず、それ以上圧縮をすること
が困難になってしまい、そのため、所望の密度に圧縮す
ることができず、二つの部分の間の圧縮比が必然的に異
なって（ることに起因するものと考えられる。しかも、
この厚みの大きい部分、すなわち、圧粉体積量の多い部
分の密度は、アンダーカット部がない場合に同じ圧粉体
積量の部分を圧粉成形した場合の密度より小さくなるの
が通常であるため、その強度不足は、重大な欠陥となっ
ていた。このような圧粉体積量の多い部分における圧縮
不足を防止するために、更に、無理に圧縮をした場合に
は、粉体粒子間に存在する空気が逃げ場を失い、過度に
圧縮を受ける結果、圧粉時にクランクを生じることがし
ばしば認められた。この現象は、とくに圧粉体積量の少
ない部分において、また粉体として粒度の小さいものを
用いる場合に顕著であり、致命的な欠陥となっていた。

このような圧粉時における問題は、アンダーカット部を
有する部品に限らず、たとえば、Ｔ型断面を有する部品
のように、圧粉体積量に部分的な差異があるような形状
の部品に共通する問題であり、その解決が強（望まれて
いた。

発明の目的 本発明は、圧粉成形時における圧粉体積量が部分により
異なるような形状の焼結部品を製造する方法において、
圧粉体積量が異なる部分間において、圧縮成形による圧
縮比、すなわち、密度を同等にすることを可能とし、も
って圧縮成形による密度差が部品の各部に存在すること
に起因する強度欠陥のない焼結部品を製造する方法を提
供することを目的とするものである。

発明の構成 本発明のかかる目的は、圧粉体積量の多い部分を粒度の
大きい粉体を用いて予備的に圧粉成形した後、該成形物
を減圧下に置いて粒度の小さい微粉末粒子をその内部に
供給し、次いで、該成形物を型内にセットし、他の部分
を構成する粉体を核型内に供給し、しかる後に、圧粉成
形、焼結することにより達成される。

本発明において、圧粉体積量の多い部分を予備成形する
際に用いる粉体は、他の部分を圧粉成形する際に用いる
粉体に比して、粒度の大きなものであることを要する。

ここに、いかなる粒度の粉体を選択すべきかは、部品の
形状、用いる粉体の種類等によっても異なり、−概に決
定することば困難であるが、通常は、＋　６０　ｍｅｓ
ｈ〜−１６＋ｎｅｓｈ（２５０〜９９０ミクロン）の粒
度の粉体を用いることが好ましい。

本発明において、圧粉体積量の多い部分を予備的にどの
程度圧粉成形するかは、部品の形状、粉体の種類等によ
っても異なり、−概に決定することは困難であるが、一
般的には、予備成形後の成形体の密度が３．０〜４．５
ｇ／ｃｍ”の多孔質状となるように成形することが望ま
しい。

本発明において、圧粉体積量の多い部分の予備成形体は
、予備成形の後、後工程でのハンドリングを容易にする
ために、焼結してもよい。

本発明において得られた予備成形体は、圧粉成形後に減
圧下に置き、粒度の小さい微粉末粒子を供給することが
必要である。予備成形により得られる成形体は、多孔質
で、かつ、その内部で気孔が連通しているため、減圧下
に置き、粒度の小さい微粉末粒子を供給すると、微粉末
粒子は、その内部の空隙内に入り込み、空隙を埋めて、
成形体の内部に保持される。これにより、予備成形によ
って得られた成形体の密度を、十分に高いものとするこ
とができる。ここに、微粉末粒子が成形体の内部に効率
よく充填されるように、微粉末粒子の供給にあたって、
成形体を振動させてもよい。

なお、上記操作により、微粉末粒子の一部は予備成形体
の表面にも付着することが認められた。

本発明において、予備成形によって得られた成形体に加
える減圧の程度は、該成形体に要求される密度、したが
って部品の形状、予備成形に用いた粉体の粒度、該成形
体の内部に供給する微粉末粒子の粒度等によっても異な
り、−概に決定することは困難であるが、一般的には、
７００Ｔｏｒｒ以下の高真空が好ましい。

また、本発明において、予備成形により得られた成形体
の内部に供給する微粉末粒子の粒度も、該成形体に要求
される密度、したがって部品の形状、予備成形に用いた
粉体の粒度、該成形体に加えられる減圧の程度等によっ
ても異なり、−概に決定することは困難であるが、通常
は、−３２５ｖｎｅｓｈ以上（４４ミクロン以下）が好
ましい。

本発明において、かようにして調製された圧粉体積量の
多い部分の予備成形体は、再び型内にセットされ、該型
内に供給された他の圧粉体積量の少ない部分を構成する
粉体とともに、再び圧粉成形が行われる。ここに、圧粉
成形により成形した成形体の上から粉体を供給し圧粉成
形しても、後に供給した粉体と予め圧粉成形した成形体
とは接合しないのが一般であるが、本発明においては、
予備成形体に微粉末粒子が予め供給され、該微粉末粒子
は、前述のように、予備成形体の表面にも一部存在して
いるため、後に供給した粉体と予め圧粉成形した予備成
形体とを接合することが可能となる。

本発明において、かようにして本圧粉成形された成形体
は、焼結処理を受ける。この焼結処理により、後に供給
した粉体と予め成形した予備成形体との接合は、より強
固なものとされる。

実施例 以下、添付図面に基づき、本発明の実施例について詳細
に説明を加える。

第５図は、自動車のコンロッドの上面図、第６図は、そ
のＡ−Ａ断面図である。第６図から明らかなように、コ
ンロッドを粉末冶金法によって製造する場合、前述した
特開昭５１−２１９４０１号に開示された方法によると
きは、圧粉体積量の多いウェブ部（０部）の密度が、こ
れに比べて圧粉体積量の少ないフランジ部（Ｄ部、Ｅ部
）に比し、必然的に小さくなり、十分な強度が得られな
（なってしまう。

これに反し、本発明の好ましい実施例においては、まず
、コンロッドの、圧粉体積量の多いウェブ部（０部）が
、次のようにして予備圧粉成形された。１重量％の炭素
を含むＦｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｍｏ系合金粉末と潤滑剤とし
てのステアリン酸亜鉛を混合した粉体１０を粒形約５０
０〜８００ミクロンに造粒したものを用い、この粉体１
０の造粒粉を第７図に示されるようにして型１１に入れ
、１００ｋｇ／　ｃＪの圧力で予備圧粉成形し、しかる
後に、型１１に入れたまま、窒素雰囲気中で１時間にわ
たって１１００℃で焼結した。こうして得られた焼結成
形体１２の密度は、３．１ｇ／ｄであった。ここに、型
１１としては、焼結の際、粉体１０が型１１と付着する
ことを防止するために、黒鉛よりなるものを使用した。

次いで、第８図に示すようにして、ホッパ１３に、粉体
１０で粒径が４４ミクロン以下に造粒された微粉末粒子
１４を入れ、焼結成形体１２の下方に設けたフィルタ１
５を介してポンプ（図示せず）により、５００Ｔｏｒｒ
の減圧で引き、微粉末粒子１４を焼結成形体１２の内部
の空隙に充填させるとともにその一部を焼結成形体１２
０表面に付着せしめた。こうして、微粉末粒子１４が内
部空隙に充填された焼結成形体１２の密度は６．５ｇ／
ｄであった。

その後、第９図に示すように、フランジ部（Ｅ部）を圧
粉成形するため、粉体１０を５ＫＤＩＩよりなる型１６
と下パンチ１７との間に充填し、さらに、第１０図に示
すように、下パンチ１７を下げて、５ＫＤＩＩよりなる
スペーサ１８と焼結成形体１２とをセットした。次いで
、他方のフランジ部（Ｄ部）を成形するため、第１１図
に示すように、粉体１０を充填し、７．Ｑｔｏｎ／−の
圧力を上パンチ１９に加えて、コンロッドを圧粉成形し
た。圧粉成形後、スペーサ１８を取り除き、窒素雰囲気
中で１時間にわたって１１５０℃で焼結した。焼結後の
密度は、ウェブ部（０部）もフランジ部（Ｄ部およびＥ
部）もともに７．２ｇ／ｄであった・ このように、本発明によれば、圧粉体積量の多い部分を
まず粒度の大きな粉体を用いて予備成形し、さらに、そ
の内部の空隙に粒度の小さい粉体を充填させ、予備成形
体の密度を高めて、その後の本圧粉成形における圧縮不
足を予め補うようにしているので、本圧粉成形後の密度
を各部間等とすることが可能となり、強度欠陥のない焼
結部品を得ることができる。

本発明は、以上の実施例に限定されることなく特許請求
の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変更が可能であ
り、それらも又本発明の範囲に包含されることは言うま
でもない。

１ま たとえば、前記実施例においては、圧粉体積量の多い部
分を予備成形した後、焼結し、しかる後に、他の部分を
圧粉成形しているが、前述のように、焼結を省略しても
よい。また、前記実施例においては、圧粉体積量の少な
い部分（Ｄ部およびＥ部）を、予備成形体とともに圧粉
成形して、成形しているが、圧粉体積量の少ない部分も
また個々に予備成形し、しかる後に、焼結体積量の多い
部分の予備成形体とともに圧粉成形し、焼結することも
できる。この場合には、各予備成形体が本圧粉成形およ
び焼結により十分な強度で接合するように、たとえば、
圧粉体積量の多い部分の予備成形体の両端部に突起を設
けるとともに、圧粉体積量の少ない部分の予備成形体の
、圧粉体積量の多い部分の予備成形体と圧粉成形時に接
触する部分に前記突起と噛み合い、両者がより強固に接
合するような形状の凹部を設けてお（ことが望ましい。

更には、圧粉体積量の少ない部分の一方（Ｄ部またはＥ
部）のみを予備成形して、他方は本圧粉成形の際に、成
形することもできる。この場合には、圧粉体積量の多い
部分の予備成形体の突起は、一端にのみ設ければよいの
は、当然である。

なお、圧粉体積量の少ない部分を予備成形する場合には
、圧粉体積量の多い部分を予備成形する場合とは異なり
、粒度の小さい微粉末粒子の充填は行わないのはもとよ
りである。また、前記実施例においては、スペーサ１８
は、本圧粉成形後、焼結前に取り除いているが、焼結に
より溶浸するような材料によって構成してお（ことによ
り、取り除（ことな（、そのまま焼結してもよい。スペ
ーサ１８としては、金属その他の剛体の表面に、Ｃｕな
どの焼結により溶浸するような材料をメンキしたもの、
あるいは、かかる材料よりなる箔を貼付したものも好ま
しく使用しうる。

さらには、前記実施例においては、いわゆるアンダーカ
ット部を有するコンロッドを製造する例を示したが、本
発明は、このようにアンダーカット部を有するような形
状の焼結部品の製造にその適用範囲が限られるというわ
けではないのは、もとよりであって、たとえば、Ｔ型断
面を有する焼結部品のように、広く、圧粉成形すべき粉
体の体積量が部分的に異なるような形状の焼結部品の製
造に好適に使用しうるものである。

発明の効果 本発明によれば、圧粉体積量の多い部分を粒度の大きい
粉体を用いて予備圧粉成形した後、予備成形体の内部空
隙に粒度の小さい微粉末粒子を充填させ、本圧粉成形に
おいて、不可避的に生ずる圧縮不足を予め補っているの
で、本圧粉成形の結果、部分的な圧粉体積量の多少によ
る圧縮比、すなわち、密度の部分的な差は生ぜず、従っ
て、各部の圧粉体積量が異なるような形状にもかかわら
ず、強度欠陥のない焼結部品の得ることが可能となる。

また、本発明によれば、圧粉成形時にクラックを生ずる
おそれもなく、圧粉体積量の多い部分を所望の程度に圧
縮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は、先行技術における焼結部品の製造
ステップを示す概略図である。 第５図は、本発明の一実施例において製造すべき焼結部
品である自動車のコンロッドの路上面図であり、第６図
は、そのＡ−Ａ略断面図である。 第７図乃至第１１図は、本発明の一実施例における焼結
部品の製造ステップを示す概略断面図である。 １・・・ダイス、　２・・・下パンチ、４・・・原料金
属粉末、　５・・・上バンチ、６・・・−次成形品、　
７・・・スペーサ、８・・・焼結部品、　１０・・・粉
体、１１．１６・・・型、 １２・・・焼結成形体、 １３・・・ホッパ、　１４・・・微粉末粒子、１５・・
・フィルタ、　　１７・・・下パンチ、１８・・・スペ
ーサ、　１９・・・上パンチと 第３図　　　第４図 第　５　図 第６　図 第７図 第８図 第９図 Ｏ 第１０図 第　ＩＩ　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 粉末圧縮成形すべき粉体の体積量が部分的に異なるよう
   な形状の焼結部品を製造する方法において、粉末圧縮成
   形すべき粉体の体積量の多い部分を粒度の大きい粉体を
   用いて予備的に粉末圧縮成形した後、該成形物を減圧下
   に置き粒度の小さい微粉末粒子をその内部に供給し、次
   いで、該成形物を型内にセットし、他の部分を構成する
   粉体を該型内に供給し、しかる後に、粉末圧縮成形し、
   焼結することを特徴とする焼結部品の製造方法。