| 【発明の名称】 |
金属焼結品の製造方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】牧野 功
【氏名】荒井 毅
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| 【要約】 |
【課題】成形体と焼成台との間の摩擦抵抗を低減し，該摩擦抵抗による成形体の変形を防止することができる金属焼結品の製造方法を提供すること。
【解決手段】金属粉末とバインダとを混合させた成形材料を型内に射出成形して成形体を作製する。次いで，該成形体からバインダを除去する脱脂工程を行った後，上記金属粉末を焼結させる焼成工程を行って，金属焼結品を製造する。上記焼成工程では，焼成炉２において，上記脱脂工程を終えた上記成形体１を焼成台３の上に載置すると共に，上記成形体１と上記焼成台３の間に転動可能な介在物４を介在させて焼結を行う。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 金属粉末とバインダとを混合させた成形材料を型内に射出成形して成形体を作製し，次いで該成形体からバインダを除去する脱脂工程を行った後，上記金属粉末を焼結させる焼成工程を行って，金属焼結品を製造する方法であって，上記焼成工程においては，上記脱脂工程を終えた上記成形体を焼成台の上に載置すると共に，上記成形体と上記焼成台の間に転動可能な介在物を介在させて焼結を行うことを特徴とする金属焼結品の製造方法。
【請求項２】 請求項１において，上記介在物は，球状物であることを特徴とする金属焼結品の製造方法。
【請求項３】 請求項２において，上記球状物は，その粒径が上記成形体の上記金属粉末の粒径以上であることを特徴とする金属焼結品の製造方法。
【請求項４】 請求項２又は３において，上記球状物は，焼結後の金属焼結体の底面に，４個以上接触し得る粒径を有していることを特徴とする金属焼結品の製造方法。
【請求項５】 請求項２〜４のいずれか一項において，上記球状物は，複数段に積層した状態で介在していることを特徴とする金属焼結品の製造方法。
【請求項６】 請求項２〜５のいずれか一項において，上記球状物は，その粒径が０．０５〜１ｍｍであることを特徴とする金属焼結品の製造方法。
【請求項７】 請求項１において，上記介在物は，棒状物であることを特徴とする金属焼結品の製造方法。
【請求項８】 請求項７において，上記棒状物は，その直径が上記成形体の上記金属粉末の粒径以上であることを特徴とする金属焼結品の製造方法。
【請求項９】 請求項７又は８において，上記棒状物は，焼結後の金属焼結体の底面に，２個以上接触し得る直径を有していることを特徴とする金属焼結品の製造方法。
【請求項１０】 金属粉末とバインダとを混合させた成形材料を型内に射出成形して成形体を作製し，次いで該成形体からバインダを除去する脱脂工程を行った後，上記金属粉末を焼結させる焼成工程を行って，金属焼結品を製造する方法であって，上記焼成工程においては，上記脱脂工程を終えた上記成形体を焼成台の上に載置し，上記成形体と上記焼成台との接触面における上記焼成台の表面粗さは，十点平均粗さＲｚが６．５以下であることを特徴とする金属焼結品の製造方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【技術分野】本発明は，金属粉末射出成形法により，金属焼結品を製造する場合のバインダの除去後の金属粉末を焼結させる焼成工程に関する。
【０００２】
【従来技術】近年，金属粉末射出成形法（MIM法：Metal Powder Injection Molding）が金属部品の製造法として利用されている。この方法は，金属粉末をバインダと混合させて流動性を持たせて，これを射出成形し，得られた成形体から加熱等によりバインダの大部分を除去する脱脂工程と，更に高い温度で加熱して金属粉末を焼結させる焼成工程を行うことによって所望の製品を得る方法である。
【０００３】図６（ａ）に示すごとく，一般に，焼成工程では，成形体９を載置するために焼成台９３を用いる。焼成工程では焼成炉２の内部を高温にするので，この焼成台９３には，アルミナ等の熱安定性の高いものが使用される。ところで，脱脂工程では成形体９のバインダの大部分が除去されるため，焼成工程においては，粉末が焼結する分，成形体９は収縮をする。バインダは成形体９に均一に介在しているため，成形体９は全体的に均一に収縮をする。このとき，熱安定性の高い焼成台９３はほとんど収縮しないため，成形体９における焼成台９３との接触面９２においては，成形体９と焼成台９３との間に摩擦抵抗が生じ，その収縮を阻害される。そのため，図６（ｂ）に示すごとく，焼成工程後の金属焼結体９１は，焼成台９３と接触している面が収縮できずに，底面面積が広くなった形状になってしまう。
【０００４】焼成台に関する知見としては，特開平６−３０５８４２号公報に示されるごとく，成形体に合わせた焼成治具を用いて焼結を行うという方法がある。この方法では，成形体の自重による変形を防止することができる。また，特開平１０−１５８０７０号公報に示されるごとく，焼成治具に凹凸，あるいは貫通孔を設けて焼結を行うという方法がある。この方法では，成形体と焼成治具との固着を防止することができる。
【０００５】
【解決しようとする課題】しかしながら，従来の方法は，成形体と焼成台具との間の摩擦抵抗による変形防止には効果が期待できない。
【０００６】本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，焼成工程において，成形体と焼成台との間の摩擦抵抗を低減し，該摩擦抵抗による成形体の変形を防止することができる金属焼結品の製造方法を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題の解決手段】請求項１に記載の発明は，金属粉末とバインダとを混合させた成形材料を型内に射出成形して成形体を作製し，次いで該成形体からバインダを除去する脱脂工程を行った後，上記金属粉末を焼結させる焼成工程を行って，金属焼結品を製造する方法であって，上記焼成工程においては，上記脱脂工程を終えた上記成形体を焼成台の上に載置すると共に，上記成形体と上記焼成台の間に転動可能な介在物を介在させて焼結を行うことを特徴とする金属焼結品の製造方法にある。
【０００８】本発明において最も注目すべきことは，上記脱脂工程を終えた上記成形体を焼成台の上に載置すると共に，上記成形体と上記焼成台の間に転動可能な介在物を介在させて焼結を行うことである。
【０００９】次に，本発明の作用効果につき説明する。本発明における焼成工程では，成形体と焼成台の間に転動可能な介在物を介在させている。そのため，焼結時における成形体の変形を防止することができる。即ち，焼成工程においては，成形体全体が収縮しようとするとき，焼成台との接触面以外の部分は摩擦抵抗がなく自由に収縮することができる。一方，焼成台との接触面には，焼成台との間の摩擦抵抗が収縮の妨げとなる。ここで，本発明では，成形体と焼成台との間には上記介在物を介在させている。そのため，成形体が収縮するとき，成形体が介在物を転がして収縮することができる。
【００１０】つまり，接触面においては，従来のような大きな摩擦抵抗を発生しうる滑り運動ではなく，非常に小さな摩擦抵抗しか発生させない転がり運動になる。そのため，成形体が収縮する際に，接触面に発生する摩擦抵抗を著しく低減させることができる。それ故，摩擦抵抗による成形体の変形を防止することができる。なお，介在物は，特殊な形状をしたものにする必要がなく，種々の形状のものを用いることができる。また，上記介在物のすべてが転がる必要はなく，その一部が転がることによっても，上記摩擦抵抗を大幅に低減させることができる。
【００１１】また，本発明による焼成工程では，介在物を成形体と焼成台との間に介在させるだけで良い。そのため，実施が容易であり，あまり費用がかからない。また，そのため，種々の形状の成形体に使用することができる。
【００１２】なお，上記介在物には，熱安定性の良いものを使用することが好ましい。例えば，アルミナ，窒化ケイ素等のセラミックス，焼結温度より高融点の金属，金属間化合物等とすることができる。これにより，上記介在物が，炉内で高温にさらされても変形することがなく，成形体が収縮するとき，該成形体が介在物の上を転がることができる。
【００１３】以上，本発明によれば，成形体と焼成台との間の摩擦抵抗を低減し，該摩擦抵抗による成形体の変形を防止することができる金属焼結品の製造方法を提供することができる。
【００１４】次に，請求項２に記載の発明のように，上記介在物は，球状物であることが好ましい。これにより，成形体が無理なく介在物の上を転がることができる。そのため，成形体と焼成台との間の介在物の転がりによる摩擦抵抗を小さくすることができる。
【００１５】次に，請求項３に記載の発明のように，上記球状物は，その粒径が上記成形体の上記金属粉末の粒径以上であることが好ましい。これにより，成形体が無理なく介在物の上を転がることができる。そのため，成形体と焼成台との間の介在物の転がりによる摩擦抵抗を小さくすることができる。なお，上記介在物の粒径が，成形体の金属粉末の粒径よりも小さい場合，介在物は，成形体の隙間の中に入り込んでしまうため，成形体が収縮するとき，介在物の上を転がることができないおそれがある。そのため，介在物の粒径は，成形体の金属粉末の粒径以上であることが好ましい。
【００１６】次に，請求項４に記載の発明のように，上記球状物は，焼結後の金属焼結体の底面に，４個以上接触し得る粒径を有していることが好ましい。これにより，成形体が無理なく介在物の上を転がることができる。そのため，成形体と焼成台との間の介在物の転がりによる摩擦抵抗を小さくすることができる。
【００１７】なお，上述したように，焼成工程では，粉末が焼結する分，成形体は収縮をする。この収縮は，例えば，図２に示すごとく，成形体１の辺の長さが約８０％の長さに収縮する。この場合，球状物４の直径Ｒは，以下の条件により決定することが好ましい。即ち，焼結前の成形体１における底面の各辺長さをａ，ｂとしたとき，焼結後の金属焼結体１１における各辺の長さは約８０％の長さに短くなるため，焼結前の面積をａｂとしたとき，焼結後の面積はおよそ０．６４ａｂとなる。一方，球状物４の直径をＲとしたとき，球状物４は金属焼結体１１を支え，どの方向にも転がるためには，４個以上介在していることが好ましい。
【００１８】更に具体的に説明すると，直径Ｒの球状物４が２個並んで各辺を形成する面積４Ｒ２は，焼結後の金属焼結体１１によって形成される面積０．６４ａｂと等しくなり，４Ｒ２＝０．６４ａｂとなる。従って，この場合には，球状物４の直径Ｒは，０．４（ａｂ）０．５以下とすることが好ましい。
【００１９】次に，請求項５に記載の発明のように，上記球状物は，複数段に積層した状態で介在していることが好ましい。これにより，介在物を成形体と焼成台との間に容易に介在させることができる。例えば，介在物は，成形体を焼成台の上に載置する前に，予め焼成台の上に敷き詰めておくことができる。この際，介在物を一段に整然と並べる必要はなく，敷き詰める作業の手間を省くことができる。
【００２０】次に，請求項６に記載の発明のように，上記球状物は，その粒径が０．０５〜１ｍｍであることが好ましい。これにより，成形体が無理なく介在物の上を転がることができる。そのため，成形体と焼成台との間の介在物の転がりによる摩擦抵抗を小さくすることができる。
【００２１】なお，上記球状物の粒径が０．０５ｍｍ未満の場合には，金属粉末の粒径は分布を持つため，その粒径が平均粒径を超える場合があり，球状物の転がりが悪くなるおそれがある。また，その粒径が小さくなると表面エネルギーが大きくなるため，球状物の転がりが悪くなるおそれがある。一方，１ｍｍを超える場合には，成形体と球状物との接触距離が長くなるので，成形体の形状によっては成形体が変形する可能性がある。
【００２２】次に，請求項７に記載の発明のように，上記介在物は，棒状物とすることもできる。この場合には，上記介在物が上記球状物である場合と同様に，上記接触面における摩擦抵抗を大幅に低減させることができる。
【００２３】次に，請求項８に記載の発明のように，上記棒状物は，その直径が上記成形体の上記金属粉末の粒径以上であることが好ましい。これにより，上記球状物の場合に述べたと同様の理由で，成形体は棒状物の上を無理なく転がることができる。
【００２４】次に，請求項９に記載の発明のように，上記棒状物は，焼結後の金属焼結体の底面に，２個以上接触し得る直径を有していることが好ましい。これにより，上記球状物の場合に述べたと同様の理由で，成形体は棒状物の上を無理なく転がることができる。
【００２５】具体的には，図３に示すごとく，棒状物４の直径Ｒは，以下の条件により決定することが好ましい。即ち，焼結後の金属焼結体１１の底面において棒状物４が転がる方向の辺の長さをＢとしたとき，棒状物４は，金属焼結体１１を安定して支えるために，２個以上介在していることが好ましい。よって，直径Ｒの棒状物４が２個並んで形成される長さ２Ｒは，辺の長さＢに等しくなり，２Ｒ＝Ｂとなる。従って，Ｒは，Ｂ／２以下とすることが好ましい。
【００２６】次に，請求項１０に記載の発明は，金属粉末とバインダとを混合させた成形材料を型内に射出成形して成形体を作製し，次いで該成形体からバインダを除去する脱脂工程を行った後，上記金属粉末を焼結させる焼成工程を行って，金属焼結品を製造する方法であって，上記焼成工程においては，上記脱脂工程を終えた上記成形体を焼成台の上に載置し，上記成形体と上記焼成台との接触面における上記焼成台の表面粗さは，十点平均粗さＲｚが６．５以下であることを特徴とする金属焼結品の製造方法にある。
【００２７】本発明において最も注目すべきことは，上記成形体と上記焼成台との接触面における上記焼成台の表面粗さを，上記特定の値に積極的に設定するということである。そして，これにより，成形体と焼成台との間の摩擦抵抗を小さくすることができ，成形体の変形を防止することができる。
【００２８】即ち，上記焼成台の十点平均粗さＲｚが６．５以下となるように，表面粗さを細かくすることにより，これよりも表面粗さが粗い場合に比べ，上記接触面の摩擦抵抗を大幅に低減することができる（図４参照）。そのため，この場合には，上記介在物を介在させた場合と同様の作用効果が得られ，焼結時の変形を抑制することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】実施形態例１本発明の実施形態例にかかる金属焼結品の製造方法につき，図１を用いて説明する。本例において，まずは，金属粉末とバインダとを混合させた成形材料を型内に射出成形して成形体を作製する。次いで，該成形体からバインダを除去する脱脂工程を行った後，上記金属粉末を焼結させる焼成工程を行って，金属焼結品を製造する。また，上記焼成工程においては，上記脱脂工程を終えた上記成形体を焼成台の上に載置すると共に，上記成形体と上記焼成台の間に転動可能な介在物を介在させて焼結を行う。以下，これを詳説する。
【００３０】本例では，成形体の成形材料として，平均粒径１０μｍのＳＵＳ３１６粉末とバインダとを混合したものを用いた。そして，図１（ａ）に示すごとく，直方体形状の成形体１を金属射出成形法により成形し，その後脱脂工程と焼成工程とを行った。
【００３１】ここで，上記焼成工程では，図１（ａ）に示すごとく，焼成炉２において，上記脱脂工程を終えた上記成形体１を焼成台３の上に載置すると共に，上記成形体１と上記焼成台３の間に転動可能な介在物４を介在させて焼結を行った。また，上記介在物４としては，平均粒径０．３ｍｍのアルミナ材料よりなる球状物を用いた。また，焼結は真空中で１３００℃に保持するという条件で行った。以上の工程を実施した結果，図１（ｂ）に示すごとく，上記成形体１は，全体的に約２０％均一に収縮して，優れた形状の金属焼結体１１となった。
【００３２】次に，本例の作用効果につき説明する。本例における焼成工程では，成形体１と焼成台３の間に，転動可能な介在物４を介在させている。そのため，焼結時における成形体１の変形を防止することができる。
【００３３】即ち，焼成工程においては，成形体１の全体が収縮しようとするとき，焼成台３との接触面１４以外の部分は摩擦抵抗がなく自由に収縮することができる。一方，焼成台３との接触面１４には，焼成台３との間の摩擦抵抗が収縮の妨げとなる。ここで，本例では，成形体１と焼成台３との間には上記介在物４を介在させている。そのため，成形体１が収縮するとき，成形体１が介在物４を転がして収縮することができる。
【００３４】つまり，接触面１４においては，従来のような大きな摩擦抵抗を発生しうる滑り運動ではなく，非常に小さな摩擦抵抗しか発生させない転がり運動になる。そのため，成形体１が収縮する際に，接触面１４に発生する摩擦抵抗を著しく低減させることができる。それ故，摩擦抵抗による成形体１の変形を防止することができる。なお，介在物４は特殊な形状をしたものにする必要がなく，種々の形状のものを用いることができる。また，上記介在物４のすべてが転がる必要はなく，その一部が転がることによっても，上記摩擦抵抗を大幅に低減させることができる。
【００３５】また，本例による焼成工程では，介在物４を成形体１と焼成台３との間に介在させるだけで良い。そのため，実施が容易であり，あまり費用がかからない。また，そのため，種々の形状の成形体に使用することができる。
【００３６】実施形態例２本例においては，実施形態例１における介在物４を用いる代わりに，上記焼成台３の表面粗さを調整することにより，成形体１と焼成台３との間の摩擦抵抗を低減させる場合において，焼成台３の面粗度の好ましい範囲を求めた。即ち，上記焼成工程では，図５（ａ）に示すごとく，焼成炉２において，上記脱脂工程を終えた上記成形体１を焼成台３の上に載置した。そして，上記成形体１と上記焼成台３との接触面１４における，上記焼成台３の表面粗さを幾通りか変化させたときの，焼結前の成形体１と焼結後の金属焼結体１１の変形の度合いを調べた。その他は，実施形態例１と同様である。
【００３７】上記変形の度合いの表示方法としては，種々の方法があるが，本例では，以下に示す変形率差［％］を用いた。ここで，図４における変形率差［％］は，以下により定義する。図５（ａ）に示すごとく，焼結前における成形体１の上記接触面１４での辺の長さをａ１，接触していない面での辺の長さをｂ１とし，一方，図５（ｂ）に示すごとく，焼結後における上記接触面１４での辺の長さをａ２，接触していない面での辺の長さをｂ２とする。このとき，変形率差［％］は，（（ｂ１−ｂ２）／ｂ１−（ａ１−ａ２）／ａ１）×１００で表す。
【００３８】本例では，表面粗さを，十点平均粗さが約２［μｍ］から約１２［μｍ］まで変化させた。そして，それにより得られた変形率差［％］をグラフ化したものを図４に示す。同図は横軸に十点平均粗さＲｚ［μｍ］を，縦軸に変形率差［％］をとったものである。同図に示すごとく，十点平均粗さＲｚが６．５［μｍ］を境に，それ以下では変形率差［％］が著しく低減していることがわかる。そのため，この場合には，実施形態例１と同様の作用効果が得られ，焼結時の成形体の変形を抑制することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４２６０
【氏名又は名称】株式会社デンソー
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| 【出願日】 |
平成１２年３月７日（２０００．３．７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７９１４２
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 祥泰 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２４７９０４（Ｐ２００１−２４７９０４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年９月１４日（２００１．９．１４） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−６２２２２（Ｐ２０００−６２２２２） |
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