特許 6985118 金属部材の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6985118

(24)【登録日】2021年11月29日

(45)【発行日】2021年12月22日

(54)【発明の名称】金属部材の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B22F 7/06 20060101AFI20211213BHJP

   B22F 3/02 20060101ALI20211213BHJP

   B22F 3/10 20060101ALI20211213BHJP

   B22F 5/04 20060101ALI20211213BHJP

   F01D 1/08 20060101ALI20211213BHJP

   F01D 25/00 20060101ALI20211213BHJP

   F02C 7/00 20060101ALI20211213BHJP

   F02B 39/00 20060101ALI20211213BHJP

【ＦＩ】

   B22F7/06 D

   B22F3/02 S

   B22F3/10 C

   B22F3/10 J

   B22F5/04

   B22F3/02 M

   F01D1/08

   F01D25/00 X

   F01D25/00 L

   F02C7/00 C

   F02C7/00 D

   F02B39/00 Q

   F02B39/00 U

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-225685(P2017-225685)

(22)【出願日】2017年11月24日

(65)【公開番号】特開2019-94539(P2019-94539A)

(43)【公開日】2019年6月20日

【審査請求日】2020年10月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】514275772

【氏名又は名称】三菱重工航空エンジン株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】591163960

【氏名又は名称】大阪冶金興業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000785

【氏名又は名称】誠真ＩＰ特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】新藤 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】蘇武 信太郎

(72)【発明者】

【氏名】花田 忠之

(72)【発明者】

【氏名】花見 和樹

(72)【発明者】

【氏名】土井 研児

【審査官】 藤長 千香子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１７４０９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−１２０６０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−３０５８２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５２３４９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０２６９０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／２０２０００（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１７／２２８１６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／２５０５６０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２２Ｆ １／００−８／００

Ｃ２２Ｃ １／０４−１／０５、３３／０２

Ｂ２８Ｂ １／２４，１／２６

Ｆ０２Ｂ ３３／００，３３／３２−３４，

３７／００−３７／２４，

３９／００−３９／１６

Ｆ０１Ｄ ２５／００

Ｆ０２Ｃ ７／００

Ｆ０１Ｄ １／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属粉末射出成形法を用いた金属部材の製造方法であって、
金属粉末に有機バインダを添加して加熱して射出成形材料を得る混錬ステップと、
前記射出成形材料を射出成形して脱脂及び仮焼結することにより前記金属部材の外表面の少なくとも一部を占めるインサートを得るインサート形成ステップと、
前記インサートが設置された型の内部に前記射出成形材料を射出して前記金属部材のグリーン体を得る射出成形ステップと、
第１温度域の脱脂雰囲気下で前記グリーン体を脱脂してブラウン体を得る脱脂ステップと、
脱脂された前記ブラウン体を前記第１温度域よりも高温下で焼結する焼結ステップと、を備え、
前記焼結ステップは、
脱脂された前記ブラウン体を前記第１温度域よりも高温の第２温度域で仮焼結して仮焼結体を得る第１焼結ステップと、
前記仮焼結体を前記第２温度域よりも高温の第３温度域で本焼結する第２焼結ステップと、を含み、
前記インサート形成ステップは、
前記射出成形材料を射出成形して予備成形体を得る予備射出成形ステップと、
前記予備射出成形ステップの後、且つ、前記射出成形ステップよりも前に、前記脱脂ステップにおける脱脂温度と同じ温度域である前記第１温度域で前記予備成形体を脱脂する予備脱脂ステップと、
前記予備脱脂ステップの後、且つ、前記射出成形ステップよりも前に、脱脂された前記予備成形体を前記第１焼結ステップにおける焼結温度と同じ温度域である前記第２温度域で仮焼結する予備焼結ステップと、を含む
ことを特徴とする金属部材の製造方法。

【請求項2】

前記金属粉末は、鉄鋼材料を含む第１金属粉末、Ｎｉ合金を含む第２金属粉末、又はその他の合金を含む第３金属粉末の何れか一つのみを含むことを特徴とする請求項１に記載の金属部材の製造方法。

【請求項3】

前記金属部材は、
円錐台状のハブ部と、前記ハブ部の外周面において周方向に間隔を開けて設けられる複数の動翼と、を含むタービンホイールからなり、
前記インサートは、前記ハブ部の背面の少なくとも一部を占めるように構成される
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の金属部材の製造方法。

【請求項4】

前記インサートは、前記ハブ部の背面から先端面側に向かって先細りの形状に形成されるテーパ部を含むことを特徴とする請求項３に記載の金属部材の製造方法。

【請求項5】

前記インサートは、前記タービンホイールの軸線周りに対称な形状に形成される
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の金属部材の製造方法。

【請求項6】

前記インサートは、その外表面が前記金属部材における厚肉部の表面から所定の距離未満となる形状に形成される
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の金属部材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は金属部材の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、金属粉末射出成形法（ｍｅｔａｌ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｍｏｌｄｉｎｇ：ＭＩＭ法）を用いた金属部材の製造方法が知られている。このＭＩＭ法は、金属粉末とバインダ（結合剤）との混合体を射出成形し、脱脂および仮焼結の後に本焼結によって部品を成形する製法であって、難加工材の複雑形状部材の成形に好適に用いられる。

【0003】

例えば、特許文献１には、タービンホイールの最終製品をＭＩＭ法によって直接的に得る技術が開示されている。また、特許文献２には、タービンホイールの最終製品と近似した形状を有する焼結品をＭＩＭ法により製造し、該焼結品に切削及びプレス加工を施した後、矯正ピンを用いてブレード位置を修正する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００４−１４９８２６号公報

【特許文献2】特開２０１１−１７４０９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、ＭＩＭによる金属部材の製造においては、成形体を形成した後、脱脂工程におけるバインダの除去及びその後の焼結工程により成形体が収縮して最終的に金属部材が得られる。しかし、肉厚の厚い部分においては射出後の金型内での冷却過程での熱収縮量が大きいため、グリーン体成形時に内部に割れが発生する。また、肉厚の厚い部分は上記脱脂工程の加熱によってもバインダが十分に除去されず、残留したバインダの周辺を起点として金属部材に割れが生じ得る。この点、上記特許文献１，２のいずれにも、残留バインダによる割れへの対策を考慮した構成が何ら開示されていない。

【0006】

上記問題に鑑み、本発明の少なくとも幾つかの実施形態は、金属粉末射出成形法を用いた金属部材の製造方法において、グリーン体成形における熱収縮による割れとバインダの残留を低減して射出後の収縮による金属部材の割れを防止することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る金属部材の製造方法は、
金属粉末射出成形法を用いた金属部材の製造方法であって、
金属粉末に有機バインダを添加して加熱して射出成形材料を得る混錬ステップと、
前記射出成形材料を射出成形して脱脂及び仮焼結することにより前記金属部材の外表面の少なくとも一部を占めるインサートを得るインサート形成ステップと、
前記インサートが設置された型の内部に前記射出成形材料を射出して前記金属部材のグリーン体を得る射出成形ステップと、
第１温度域の脱脂雰囲気下で前記グリーン体を脱脂してブラウン体を得る脱脂ステップと、
脱脂された前記ブラウン体を前記第１温度域よりも高温下で焼結する焼結ステップと、を備える。

【0008】

金属粉末射出成形法を用いた金属部材の製造においては、射出成形ステップにおける射出後の冷却過程において金型内でグリーン体の熱収縮が発生する。一方で、脱脂後のブラウン体では有機バインダ成分が除去されているため、加熱された場合の冷却過程における熱収縮はグリーン体よりも小さい。
この点、上記（１）の製造方法によれば、脱脂及び仮焼結済みのインサートを予め形成し、該インサート上に射出成形材料を射出してグリーン体を形成することにより、脱脂ステップ前のグリーン体において、収縮率の大きい有機バインダ含有部の厚さを薄くすることができる。即ち、射出成形後の冷却過程に供されるグリーン体に占める収縮部の厚さを低減することができるため、射出成形ステップでグリーン体に割れが発生することを防止することができる。また、インサートが本焼結ではなく仮焼結済みの状態であることにより、脱脂ステップにおいて加熱されて蒸発するバインダが通る通気回路としての隙間がインサート内に確保される。これにより、未焼結部を挟んでグリーン体の表面側とインサート側との両方の通気性を確保することができ、グリーン体からバインダを円滑に除去して脱脂不良を効果的に防止することができる。

【0009】

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の製造方法において、
前記焼結ステップは、
脱脂された前記ブラウン体を前記第１温度域よりも高温の第２温度域で仮焼結して仮焼結体を得る第１焼結ステップと、
前記仮焼結体を前記第２温度域よりも高温の第３温度域で本焼結する第２焼結ステップと、を含んでもよい。

【0010】

上記（２）の製造方法によれば、焼結性が低い材料においては、焼結ステップを第２温度域で仮焼結を行う第１焼結ステップと、第３温度域で本焼結を行う第２焼結ステップとの２段階に構成したことにより、グリーン体においてインサートとそれ以外の部分とを適切に結合させることができる。なお、焼結性が高い材料では、仮焼結工程を省略してもよい。

【0011】

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）に記載の製造方法において、
前記インサート形成ステップは、
前記射出成形材料を射出成形して予備成形体を得る予備射出成形ステップと、
前記脱脂雰囲気下で前記予備成形体を脱脂する予備脱脂ステップと、
脱脂された前記予備成形体を前記第２温度域で仮焼結する予備焼結ステップと、を含んでもよい。

【0012】

上記（３）の製造方法によれば、インサートの仮焼結温度を金属部材のグリーン体の仮焼結温度と同じ第２温度域としたことにより、仮焼結後のグリーン体のうちインサートが占める部分とそれ以外の部分とを同程度の焼結度合いとすることができる。これにより、本焼結後の金属部材における残留応力を低減することができるため、割れの発生を効果的に防止することができる。

【0013】

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（３）の何れか一つに記載の製造方法において、
前記金属粉末は、鉄鋼材料を含む第１金属粉末、Ｎｉ合金を含む第２金属粉末又はその他の合金を含む第３金属粉末であってもよい。

【0014】

上記（４）の製造方法によれば、金属部材と、その外表面の少なくとも一部を占めるインサートとを、第１金属粉末、第２金属粉末又はこれら以外の第３金属粉末の何れか一つを主成分として同一材料で形成することができる。

【0015】

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（４）の何れか一つに記載の製造方法において、
前記金属部材は、
円錐台状のハブ部と、前記ハブ部の外周面において周方向に間隔を開けて設けられる複数の翼と、を含むタービンホイールからなり、
前記インサートは、前記ハブ部の背面の少なくとも一部を占めるように構成されてもよい。

【0016】

上記（５）の製造方法によれば、円錐台状のハブ部を含むタービンホイールのうち、肉厚が厚いハブ部の背面側において、その背面の少なくとも一部を占めるようにインサートを配置してタービンホイールを形成することができる。即ち、肉厚な部分を有する複雑形状の金属部材であるタービンホイールを、金属粉末射出成形法を用いて割れや脱脂不良を生ずることなく好適に形成することができる。

【0017】

（６）幾つかの実施形態では、上記（５）に記載の製造方法において、
前記インサートは、前記ハブ部の背面から先端面側に向かって先細りの形状に形成されるテーパ部を含んでもよい。

【0018】

上記（６）の製造方法によれば、肉厚である円錐台状のハブ部を含むタービンホイールにおいて、その一部として組み込まれるインサートをハブ部の背面から先端面側に向かって先細りのテーパ部を有する形状に形成することにより、グリーン体の状態においてハブ部の表面から背面側のインサートまでの距離を狭めて肉厚を抑えることができる。これにより、肉厚なハブ部を含むタービンホイールを、金属粉末射出成形法を用いて割れや脱脂不良を生ずることなく好適に形成することができる。

【0019】

（７）幾つかの実施形態では、上記（５）又は（６）に記載の製造方法において、
前記インサートは、前記タービンホイールの軸線周りに対称な形状に形成されてもよい。

【0020】

上記（７）の製造方法によれば、回転体であるタービンホイールにおいて、その一部として組み込まれるインサートを、該タービンホイールの軸線周りに対称な形状に形成することができるため、タービンホイールの重量配分が軸周りにアンバランスになることを防止することができる。つまり、製造過程においてタービンホイールの軸線周りの重心の偏りを抑制することができるため、完成後のタービンホイール（金属部材）の回転時におけるブレや振動の発生を効果的に抑制することができる。

【0021】

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（７）の何れか一つに記載の製造方法において、
前記インサートは、その外表面が前記金属部材における厚肉部の表面から所定の距離未満となる形状に形成されてもよい。

【0022】

上記（８）の製造方法によれば、金属部材のグリーン体におけるインサートを除いた部分の肉厚を、所定の距離未満（例えば、１０ｍｍ以下）となるように薄く形成することができる。これにより、金属粉末射出成形法を用いた金属部材の製造において、厚肉部を有する金属部材であっても脱脂不良や割れを防止して品質の向上を図ることができる。

【発明の効果】

【0023】

本発明の幾つかの実施形態によれば、金属粉末射出成形法を用いた金属部材の製造方法において、グリーン体成形における熱収縮による割れとバインダの残留を低減して射出後の収縮による金属部材の割れを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】一実施形態に係る金属部材の製造方法の流れを示すフローチャートである。

【図2】一実施形態に係る金属部材の製造方法を示す概略図であり、（Ａ）は混錬、（Ｂ）はインサート形成、（Ｃ）は射出成形、（Ｄ）は脱脂、（Ｅ）は焼結、の各工程を示す。

【図3】一実施形態における焼結ステップの流れを示すフローチャートである。

【図4】一実施形態におけるインサート形成ステップの流れを示すフローチャートである。

【図5】一実施形態におけるインサート形成ステップを示す概略図である。

【図6】一実施形態における金属部材（タービンホイール）を示す概略図であり、（Ａ）は水平断面を示し、（Ｂ）は動翼の一部を省略した平面視を示す。

【図7】一実施形態における射出成形ステップを示す概略図である。

【図8】第１温度域、第２温度域及び第３温度域を示す概略図である。

【図9】他の実施形態における金属部材（タービンブレード）を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

【0026】

図１は、一実施形態における焼結ステップの流れを示すフローチャートである。図２は、一実施形態に係る金属部材の製造方法を示す概略図である。
図１及び図２に示すように、本発明の少なくとも一実施形態に係る金属部材の製造方法は、金属粉末射出成形法（ｍｅｔａｌ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｍｏｌｄｉｎｇ：ＭＩＭ法）を用いた金属部材１の製造方法であって、混錬ステップＳ１と、インサート形成ステップＳ２と、射出成形ステップＳ３と、脱脂ステップＳ４と、焼結ステップＳ５と、を備えている。

【0027】

まず、ＭＩＭ法は、プラスチック射出成形と金属粉末冶金とを組み合わせた製造技術であり、原料として金属塊を溶融するのではなく金属微粉末を用い、これを溶融せずにつなぎ材として樹脂を加えて射出成形し、その成形体を脱脂及び焼結することで高精度な金属部材を得る技術である。このＭＩＭ法によれば、複雑な３次元形状の金属部材であっても、焼結後には最終製品として扱い得る焼結体を得ることができる。以下、各工程について詳説する。

【0028】

混錬ステップＳ１では、例えば図１及び図２（Ａ）に示すように、金属粉末１２に有機バインダ（結合剤：以下、単にバインダとも称する）１６を添加して加熱して射出成形材料（ペレット）１８を得る。その際、混錬機１７に金属粉末１２と、つなぎ材としての有機バインダ１６とを投入して均質に混ぜ合わせる。
金属粉末１２は、ＭＩＭ法による最終製品である金属部材１の材質として適した耐熱性及び耐食性等を備えた上限粒径１００μｍ程度、より好ましくは上限粒径４５μｍ程度の金属粉体を用いることが好ましい。なお、金属粉末１２の粒径は篩で分類され、目の小さな篩で分類するほど上限粒径が小さくなり射出成形における流動性や焼結性などの成形性が向上する。
有機バインダ１６は、例えば、ポリアセタール、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル、アクリル樹脂等の有機（樹脂）材料からなる粉末状のバインダであってもよい。有機バインダ１６の材質は、後述する射出成形ステップＳ３において金型５０の内部に射出成形材料１８を完全に充填できる流動性（粘度）を付与するとともに、焼結後に炭化物となって残留しにくいものが選定される。なお、金属粉末１２及び有機バインダ１６の材質や粒径等の選定方法は従来技術として公知のものを適用してよいため、以下の説明では殊更詳しく説明しないものとする。
混錬後には、得られた混合体を加熱して樹脂成分を溶融し、例えば、ペレタイザーを用いてペレット状の上記射出成形材料１８を得る（造粒）。他の実施形態では、上記混合体を加熱してインゴットを形成した後、これを粉砕して粒状の射出成形材料１８を得てもよい。なお、本明細書では、限定的ではないが、上記の混錬及び造粒の両方を含めて混錬ステップＳ１としている。

【0029】

インサート形成ステップＳ２では、例えば図１及び図２（Ｂ）に示すように、射出成形材料１８を射出成形して脱脂及び仮焼結することにより金属部材１の外表面４（図６（Ａ）参照）の少なくとも一部を占めるインサート２０を得る。仮焼結の状態のインサート２０は、金属粒子同士が緩やかに結合（ネッキング）された状態であり、内部に隙間を有する構造であって通気性を有する。幾つかの実施形態において、インサート２０は、最終製品において金属部材１と一体化されてその一部に組み込まれ得る。

【0030】

射出成形ステップＳ３では、例えば図１及び図２（Ｃ）に示すように、インサート２０が設置された金型（型）５０の内部空間（キャビティ）内に射出成形材料１８を射出して金属部材１の成形体すなわちグリーン体３０を得る。その際、一方の金型５０Ａにインサート２０を設置し（図７（Ａ）参照）、設置後の金型５０Ａに他方の金型５０Ｂを合致させ、これにより形成される内部空間を減圧して真空引きを行い、その後に射出成形機５２を用いて上記の内部空間に射出成形材料１８を射出する（図７（Ｂ）参照）。
この射出成形ステップＳ３では、金型５０の内部に前述の射出成形材料１８を射出し、金属部材１となるグリーン体３０を成形する（図７（Ｃ）参照）。射出成形材料１８は、射出成形機５２のシリンダー内で予め１２０〜２４０℃程度の熱で十分に加熱、混練され、滑らかな流動性を持たせた状態で所定の圧力により金型５０の内部に射出される。金型５０の内部形状、即ちグリーン体３０の形状は、焼結ステップＳ５における収縮量を見込んで、焼結後の金属部材１よりも９〜１２％程度大きなものとしてもよい。

【0031】

脱脂ステップＳ４では、例えば図１及び図２（Ｄ）に示すように、第１温度域Ｔ１（例えば４００〜５００℃：図８参照）の脱脂雰囲気下でグリーン体３０を加熱して脱脂する。その際、インサート２０が仮焼結済みの状態で通気性を有することから、加熱によってグリーン体３０中の樹脂成分が溶融及びガス化し、外表面４側に加えてインサート２０側からも蒸発する。脱脂後のグリーン体をブラウン体という。グリーン体３０から樹脂成分が全てなくなるまで脱脂を行い、有機バインダ１６の含有率を低下させてもよい。
なお、この脱脂ステップＳ４では、グリーン体３０を焼結治具６２の上に載置して加熱する。焼結治具６２は、所定の厚みを有する平板状に形成されており、その材質としては、後述する焼結ステップＳ５における焼結温度下において溶解や変形（軟化）を起こすことがなく、且つ焼結材料であるＴｉＡｌ合金等との反応を防止するため、アルミナ、イットリアおよびジルコニア等のセラミックス材としてもよい。

【0032】

焼結ステップＳ５では、例えば図１及び図２（Ｅ）に示すように、脱脂されたグリーン体３０を第１温度域Ｔ１よりも高温下で焼結し、焼結体（シルバー体）としての金属部材１を得る。

【0033】

ここで、図１に非限定的に例示した上記の製造方法によれば、脱脂及び仮焼結済みのインサート２０を予め形成し、該インサート２０上に射出成形材料１８を射出してグリーン体３０を形成することにより、焼結ステップＳ５前のグリーン体３０において、熱収縮で割れが発生しやすい部分の厚さを薄くすることができる。即ち、射出成形ステップの冷却に供されるグリーン体３０に占める収縮部の厚さを低減することができるため、焼結後の金属部材１に割れが発生することを防止することができる。また、インサート２０が本焼結ではなく仮焼結済みの状態であることにより、脱脂ステップＳ４において加熱されて蒸発する有機バインダ１６が通る通気回路としての隙間がインサート２０内に確保される。これにより、未焼結部を挟んでグリーン体３０の外表面４側とインサート２０側との両方の通気性を確保することができ、グリーン体３０から有機バインダ１６を円滑に除去して脱脂不良を効果的に防止することができる。

【0034】

幾つかの実施形態では、例えば図３に示すように、上記製造方法において、焼結ステップＳ５は、第１焼結ステップＳ５１と、第２焼結ステップＳ５２と、を含んでもよい。

【0035】

第１焼結ステップＳ５１では、ブラウン体３０を第１温度域Ｔ１よりも高温の第２温度域Ｔ２（例えば８００〜１２００℃：図８参照）で仮焼結して仮焼結体４０を得る。より詳細には、第１焼結ステップＳ５１では、射出成形されたグリーン体３０を金型５０ごと所定の温度で仮焼結させる。仮焼結では、金属粒子同士が緩やかに結合（ネッキング）された状態であり、グリーン体３０の大きさに対しては殆ど縮小しない。
第２焼結ステップＳ５２では、仮焼結体４０を第２温度域Ｔ２よりも高温の第３温度域Ｔ３（例えば１２００〜１５００℃：図８参照）で本焼結して金属部材１（シルバー体）を得る。以上の各焼結ステップの温度は、金属粉末１２の材種により適正に選択される。

【0036】

この製造方法によれば、焼結ステップＳ５を、第２温度域Ｔ２で仮焼結を行う第１焼結ステップＳ５１と、第３温度域Ｔ３で本焼結を行う第２焼結ステップＳ５２との２段階に構成したことにより、第３温度域Ｔ３で本焼結のみ行う場合に比べてグリーン体３０の収縮を緩やかなものとすることができる。従って、グリーン体３０においてインサート２０とそれ以外の部分とを適切に結合させることができる。

【0037】

幾つかの実施形態において、インサート形成ステップＳ２は、例えば、図４に示すように、予備射出成形ステップＳ２１と、予備脱脂ステップＳ２２と、予備焼結ステップＳ２３と、を含んでもよい。

【0038】

予備射出成形ステップＳ２１では、射出成形材料１８を射出成形して予備成形体２４を得る（図５（Ａ）参照）。すなわち、予備成形体２４は、金属部材１のうちインサート２０が占める分に相当するグリーン体である。予備脱脂ステップＳ２２では、第１温度域Ｔ１の脱脂雰囲気下で予備成形体２４を加熱して脱脂する。予備焼結ステップＳ２３では、脱脂された予備成形体２４を第２温度域Ｔ２で仮焼結してインサート２０を得る（図５（Ｂ）参照）。

【0039】

この製造方法によれば、インサート２０の仮焼結温度を金属部材１のグリーン体３０の仮焼結温度と同じ第２温度域Ｔ２としたことにより、仮焼結後のグリーン体３０のうちインサート２０が占める部分とそれ以外の部分とを同程度の焼結度合いとすることができる。これにより、製品自体の焼結では、インサート２０とその周囲の製品母材は同質の材料となる。

【0040】

幾つかの実施形態において、金属粉末１２は、金属射出成形法に用いることができる粉末であればよく、例えば、鉄鋼材料を含む第１金属粉末１２Ａ、Ｎｉ合金を含む第２金属粉末１２Ｂ、又はその他の金属を含む第３金属粉末１２Ｃの何れか一つのみを含んでいてもよい。このようにすれば、金属部材１と、その外表面の少なくとも一部を占めるインサート２０とを同一材料で形成することができる。

【0041】

図６は、一実施形態における金属部材の構成例を示す概略図であり、（Ａ）は側断面図、（Ｂ）は平面図を示す。
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に例示するように、幾つかの実施形態において、金属部材１は、例えば、過給機のタービンホイール１Ａであってもよい。
タービンホイール１Ａは、円錐台状のハブ部２と、該ハブ部２の外周面において周方向に間隔を開けて設けられる複数の翼（動翼）６と、を含んで構成されてもよい。
ハブ部２は、タービンホイール１Ａの回転の軸線Ｏを中心として軸対称に形成されており、背面５側が広く、正面の先端側が細くなるように形成されている。このハブ部２は、タービンホイール１Ａにおいて肉厚が厚い厚肉部となっている。
動翼６は、作動流体（例えば、内燃機関の排気）のエネルギーを受けてタービンホイール１Ａの回転力に変換するものであり、ハブ部２の周方向に一定の間隔で複数設けられている。一般に、これらの動翼６は、ハブ部２を基端として外周側ほど厚さが薄くなるように形成される。なお、図６（Ｂ）では動翼６を一部のみ示し他を省略している。
そして、インサート２０は、ハブ部２の背面５の少なくとも一部を占めるように構成されてもよい。例えば、インサート２０は、タービンホイール１Ａの背面５のうち、該タービンホイール１Ａの回転の軸線Ｏを含む範囲に形成されてもよい。

【0042】

このようにすれば、円錐台状のハブ部２を含むタービンホイール１Ａのうち、肉厚が厚いハブ部２の背面５の少なくとも一部を占めるようにインサート２０を配置してタービンホイール１Ａを形成することができる。即ち、肉厚な部分を有する複雑形状の金属部材１を、金属粉末射出成形法を用いつつ、割れや脱脂不良を生ずることなく好適に形成することができる。

【0043】

幾つかの実施形態において、インサート２０は、タービンホイール１Ａの軸線Ｏ周りに対称な形状に形成されてもよい。この場合、軸線Ｏ周りに軸対称であれば特に形状は限定されず、例えば、円柱、円錐、円錐台、多角柱、多角錐等であってもよい。

【0044】

このようにすれば、回転体であるタービンホイール１Ａにおいて、仮にインサートとタービン母材に密度差があったとしても、タービンホイールの重量配分が軸周りにアンバランスになることを防止することができる。したがって、製造過程においてタービンホイール１Ａの軸線Ｏ周りの重心の偏りを抑制することができるため、完成後のタービンホイール１Ａ（金属部材）の回転時におけるブレや振動の発生を効果的に抑制することができる。

【0045】

幾つかの実施形態において、インサート２０は、ハブ部２の背面５から正面の先端側に向かって先細りの形状に形成されるテーパ部２０Ａを含むように構成されていてもよい。
テーパ部２０Ａは、その先端が例えば鋭角となるように先鋭に形成されていてもよい。また、テーパ部２０Ａの先端は、軸線Ｏと垂直な平面（図示略）を含むように平らに形成されていてもよいし、任意の曲面（図示略）で形成されていてもよい。
幾つかの実施形態において、インサート２０は、例えば、図６（Ａ）に非限定的に例示するように、テーパ部２０Ａに連続して円柱状の円柱部２０Ｂを含む形状に形成されていてもよい。

【0046】

このようにすれば、グリーン体３０の状態でハブ部２の外表面４から背面５側のインサート２０までの距離を狭めて肉厚を抑えることができる。これにより、肉厚なハブ部２を含むタービンホイール１Ａを、金属粉末射出成形法を用いつつ、割れや脱脂不良を生ずることなく好適に形成することができる。

【0047】

幾つかの実施形態において、インサート２０は、その外表面２２が金属部材１における厚肉部であるハブ部２の外表面４から所定の距離未満となる形状に形成されてもよい。この場合、所定の距離は、上記ハブ部（厚肉部）２の脱脂を好適に行える範囲であればよく、特に限定しないが、例えば、１５ｍｍ以下、好ましくは１０ｍｍ以下であってもよい。

【0048】

このようにすれば、金属部材１のグリーン体３０におけるインサート２０を除いた部分の肉厚を、所定の距離未満（例えば、１０ｍｍ以下）となるように薄く形成することができる。これにより、金属粉末射出成形法を用いた金属部材１の製造において、厚肉部を有する金属部材１であっても脱脂不良や割れを防止して品質の向上を図ることができる。

【0049】

幾つかの実施形態において、金属部材１は、上述したタービンホイール１Ａ以外の部材であってもよく、例えば、圧縮機のコンプレッサホイール（図示略）であってもよいし、航空機エンジン用のタービンブレードであってもよい。

【0050】

図９に、本発明を適用した金属部材の製造方法の幾つかの実施形態において、金属部材１の一例として適用され得る航空機用のタービンブレード１Ｂを示す。
タービンブレード１Ｂは、略円盤形状をなすタービンディスク（図示略）の外周部に、周方向に所定間隔で複数取付けられ、タービンディスクとともに回転する動翼として機能する。このタービンブレード１Ｂは、タービンディスクの半径方向に沿って延在するブレード本体１０２と、ブレード本体１０２の基端部側に設けられたプラットホーム１０６と、ブレード本体１０２の先端部側に設けられたチップシュラウド１０８と、を備えている。なお、各チップシュラウド１０８は、全てのタービンブレード１Ｂに装着されることで、リング形状をなすシュラウドを形成する。そして、プラットホーム１０６とチップシュラウド１０８とに囲まれた円環状（ドーナッツ形状）の通路により燃焼ガス通路Ａが構成される。
タービンブレード１Ｂは、その翼根側がタービンディスクの外周に取り付けられる複雑形状の厚肉部となっている。幾つかの実施形態では、この厚肉部を含むタービンブレード１Ｂが、金属粉末射出成形（ＭＩＭ）法を用いて一体に形成され得る。より詳細には、タービンブレード１Ｂの製造に際して、翼根側外表面１０４の少なくとも一部を占めるインサート１２０が準備される。
インサート１２０は、例えばタービンディスクの軸方向視における断面形状が台形状となるように形成してもよい。
そして、上述した各ステップＳ１〜Ｓ５（或いは、追加的にＳ２１〜Ｓ２３及び／又はＳ５１〜Ｓ５２）と同様の工程を経ることで、タービンブレード１Ｂが製造され得る。

【0051】

このようにすれば、タービンブレード１Ｂのうち、肉厚が厚い翼根側の少なくとも一部を占めるようにインサート１２０を配置してタービンブレード１Ｂを形成することができる。従って、肉厚な部分を有する複雑形状の金属部材１を、金属粉末射出成形法を用いつつ、割れや脱脂不良を生ずることなく好適に形成することができる。

【0052】

以上述べた構成によれば、金属粉末射出成形法を用いた金属部材１の製造方法において、脱脂及び焼結後におけるバインダ１６の残留、即ち、脱脂不良を低減して射出後の収縮による金属部材１の割れを効果的に防止することができる。

【0053】

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変更を加えた形態や、これらの形態を組み合わせた形態も含む。

【符号の説明】

【0054】

１ 金属部材（シルバー体）
１Ａ タービンホイール
１Ｂ タービンブレード
２ ハブ部
４ 外周面
５ 背面
６ 動翼
１２ 金属粉末
１２Ａ 第１金属粉末
１２Ｂ 第２金属粉末
１２Ｃ 第３金属粉末
１６ 有機バインダ（バインダ）
１７ 混錬機
１８ ペレット（射出成形材料）
２０，１２０ インサート
２０Ａ テーパ部
２０Ｂ 円柱部
２２，１２２ 外表面
２４ 予備成形体
３０ グリーン体（成形体）
４０ 仮焼結体
５０、５０Ａ，５０Ｂ 金型（型）
５２ 射出成形機
６０ 焼結機
６２ 焼結治具
１０２ ブレード本体
１０４ 翼根側外表面
１０６ プラットホーム
１０８ チップシュラウド
Ｏ 軸線
Ｓ１ 混錬ステップ
Ｓ２ インサート形成ステップ
Ｓ３ 射出成形ステップ
Ｓ４ 脱脂ステップ
Ｓ５ 焼結ステップ
Ｓ２１ 予備射出成形ステップ
Ｓ２２ 予備脱脂ステップ
Ｓ２３ 予備焼結ステップ
Ｓ５１ 第１焼結ステップ
Ｓ５２ 第２焼結ステップ
Ｔ１ 脱脂温度（第１温度域）
Ｔ２ 仮焼結温度（第２温度域）
Ｔ３ 本焼結温度（第３温度域）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】