特許 7403525 焼結体の製造方法

(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】

(24)【登録日】2023-12-14

(45)【発行日】2023-12-22

(54)【発明の名称】焼結体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B22F 3/10 20060101AFI20231215BHJP

   B22F 5/08 20060101ALI20231215BHJP

   B22F 3/02 20060101ALI20231215BHJP

【ＦＩ】

B22F3/10 B

B22F5/08

B22F3/02 P

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021503974

(86)(22)【出願日】2020-02-21

(86)【国際出願番号】 JP2020007219

(87)【国際公開番号】W WO2020179520

(87)【国際公開日】2020-09-10

【審査請求日】2022-09-21

(31)【優先権主張番号】P 2019039866

(32)【優先日】2019-03-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】593016411

【氏名又は名称】住友電工焼結合金株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100100147

【弁理士】

【氏名又は名称】山野 宏

(74)【代理人】

【識別番号】100116366

【弁理士】

【氏名又は名称】二島 英明

(72)【発明者】

【氏名】嶋内 一誠

(72)【発明者】

【氏名】上野 友之

(72)【発明者】

【氏名】伊志嶺 朝之

【審査官】岡田 隆介

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／０２６７８３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１８６６２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｆ ３／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の粉末成形体に工具で機械加工を施して歯車形状の加工成形体を作製する工程と、
前記加工成形体を焼結して焼結体を作製する工程とを備え、
前記機械加工では、前記歯車形状の歯形と同一仕様の歯形が形成された板状部材で前記第１の粉末成形体における前記工具が抜ける側の面を支持し、前記工具で前記第１の粉末成形体における前記板状部材の歯溝に対応した箇所を加工する、
焼結体の製造方法。

【請求項2】

歯形を有さない素材板と第２の粉末成形体とを積層し、前記素材板と一緒に前記第２の粉末成形体に機械加工を施すことにより前記素材板に歯形を形成して前記板状部材を作製する工程を更に備える請求項１に記載の焼結体の製造方法。

【請求項3】

前記板状部材は、
前記第１の粉末成形体を支持する第一面と、
前記第一面と交差する方向に延びており、かつ前記歯車形状の歯形と同一仕様の歯形が形成された第三面と、
前記第一面と前記第三面とで構成される角部が面取りされて形成された第二面とを備え、
前記第１の粉末成形体を前記板状部材で支持した状態において、前記第一面と前記第二面との間の稜線が、前記第１の粉末成形体の外縁よりも外方に位置する請求項１又は請求項２に記載の焼結体の製造方法。

【請求項4】

前記板状部材は、
前記第１の粉末成形体を支持する第一面と、
前記第一面と交差する方向に延びており、かつ前記歯車形状の歯形と同一仕様の歯形が形成された第三面とを備え、
前記第一面と前記第三面とが直接的に稜線で繋がっており、
前記第１の粉末成形体を前記板状部材で支持した状態において、前記稜線が前記第１の粉末成形体の外縁よりも外方に位置する請求項１又は請求項２に記載の焼結体の製造方法。

【請求項5】

前記第１の粉末成形体の外縁から前記稜線までの長さが、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である請求項３又は請求項４に記載の焼結体の製造方法。

【請求項6】

前記歯車形状がヘリカルギアの形状である請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の焼結体の製造方法。

【請求項7】

前記板状部材が溶製法で作製された金属板である請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の焼結体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、焼結体の製造方法に関する。
本出願は、2019年3月5日出願の日本出願第2019-039866号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、圧粉成形体（粉末成形体）に機械加工を施して歯車形状の加工成形体を作製する工程と、加工成形体を焼結して焼結体を作製する工程とを備える焼結体の製造方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－１８６６２５号公報

【発明の概要】

【0004】

本開示の焼結体の製造方法は、
第１の粉末成形体に工具で機械加工を施して歯車形状の加工成形体を作製する工程と、
前記加工成形体を焼結して焼結体を作製する工程とを備え、
前記機械加工では、前記歯車形状の歯形と同一仕様の歯形が形成された板状部材で前記第１の粉末成形体における前記工具が抜ける側の面を支持し、前記工具で前記第１の粉末成形体における前記板状部材の歯溝に対応した箇所を加工する。

【図面の簡単な説明】

【0005】

【図1】図１は、実施形態の焼結体の製造方法における加工工程を説明する説明図である。

【図2】図２は、実施形態の焼結体の製造方法における加工工程で用いる粉末成形体及び板状部材の外寸を説明する説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0006】

［本開示が解決しようとする課題］
更なる量産に適した焼結体の製造方法の開発が望まれている。

【0007】

本開示は、生産性に優れる焼結体の製造方法を提供することを目的の一つとする。
［本開示の効果］
本開示の焼結体の製造方法は、生産性に優れる。

【0008】

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施形態の内容を列記して説明する。

【0009】

（１）本開示の実施形態に係る焼結体の製造方法は、
第１の粉末成形体に工具で機械加工を施して歯車形状の加工成形体を作製する工程と、
前記加工成形体を焼結して焼結体を作製する工程とを備え、
前記機械加工では、前記歯車形状の歯形と同一仕様の歯形が形成された板状部材で前記第１の粉末成形体における前記工具が抜ける側の面を支持し、前記工具で前記第１の粉末成形体における前記板状部材の歯溝に対応した箇所を加工する。

【0010】

粉末成形体に工具で機械加工を施すと、一般的に、粉末成形体における工具が抜ける側の面（以下、出口面と呼ぶことがある）近傍に引張応力が発生する。この引張応力は、粉末成形体を構成する粉末の粒子間の結合を切るように働き、機械加工によって粉末成形体に欠け等の発生を招き得る。そこで、本開示の焼結体の製造方法では、板状部材で粉末成形体の出口面を支持することで、機械加工によって生じる引張応力を打ち消す圧縮応力を粉末成形体に付与する。板状部材によって粉末成形体に圧縮応力を付与することで、粉末成形体（加工成形体）に欠け等が生じることを抑制できる。

【0011】

板状部材には、粉末成形体に形成される歯車形状の歯形と同一仕様の歯形が形成されている。そして、機械加工では、工具で粉末成形体における板状部材の歯溝に対応した箇所を加工する。粉末成形体における板状部材の歯溝に対応した箇所には、板状部材の歯溝に合わせて粉末成形体を加工した結果、板状部材の歯溝に連続する歯溝が形成される。このような機械加工では、粉末成形体に加工を施すが、板状部材に加工を施すことはない。工具は、板状部材の歯溝に噛み合うからである。そのため、上記歯形が形成された板状部材で粉末成形体を支持することで、加工速度を速くでき、かつ加工時間を短縮できる。よって、本開示の焼結体の製造方法は、効率的に歯車形状の加工成形体を作製できる。

【0012】

（２）本開示の焼結体の製造方法の一例として、
歯形を有さない素材板と第２の粉末成形体とを積層し、前記素材板と一緒に前記第２の粉末成形体に機械加工を施すことにより前記素材板に歯形を形成して前記板状部材を作製する工程を更に備える形態が挙げられる。

【0013】

素材板ごと粉末成形体に機械加工を施す場合、複数の粉末成形体のうち一つ目の粉末成形体（第２の粉末成形体）に機械加工を施す際に、素材板も併せて機械加工を施すことになる。この一つ目の粉末成形体への機械加工では、素材板で粉末成形体における工具が抜ける側の面を支持すると共に、粉末成形体に形成される歯車形状の歯形と同一仕様の歯形を素材板に形成する。よって、効率的に板状部材が得られる。二つ目以降の粉末成形体（前記第１の粉末成形体）への機械加工は、一つ目の粉末成形体への機械加工の際に得られた板状部材を用いることになる。

【0014】

（３）本開示の焼結体の製造方法の一例として、
前記板状部材は、前記粉末成形体を支持する第一面と、前記第一面に繋がる第二面とを備え、
前記粉末成形体を前記板状部材で支持した状態において、前記第一面と前記第二面との間の稜線が、前記粉末成形体の外縁よりも外方に位置する形態が挙げられる。

【0015】

上記構成によれば、粉末成形体の出口面を全面にわたって板状部材で支持することができ、板状部材によって粉末成形体に圧縮応力を適切に付与し易い。特に、板状部材の周縁を構成する角部を面取りすることで第二面が形成されている場合でも、粉末成形体の出口面を全面にわたって板状部材で支持することができる。

【0016】

（４）板状部材における第一面と第二面との間の稜線が粉末成形体の外縁よりも外方に位置する本開示の焼結体の製造方法の一例として、
前記粉末成形体の外縁から前記稜線までの長さが、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である形態が挙げられる。

【0017】

粉末成形体の外縁から稜線までの長さが０．０５ｍｍ以上であることで、粉末成形体の寸法誤差によらず、粉末成形体の出口面を全面にわたって板状部材で支持することができ、板状部材によって粉末成形体に圧縮応力を適切に付与し易い。一方、粉末成形体の外縁から稜線までの長さが０．５ｍｍ以下であることで、板状部材の大型化を抑制できる。

【0018】

［本開示の実施形態の詳細］
本開示の実施形態の詳細を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲及びそれと均等の範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。図中の同一符号は、同一名称物を示す。

【0019】

＜焼結体の製造方法＞
実施形態の焼結体の製造方法は、下記工程を備える。

【0020】

加工工程：粉末成形体に工具で機械加工を施して歯車形状の加工成形体を作製する。

【0021】

焼結工程：加工成形体を焼結して焼結体を作製する。

【0022】

以下、ヘリカルギアを製造する場合を例として、各工程を詳細に説明する。

【0023】

≪加工工程≫
加工工程では、粉末成形体に工具で機械加工を施して歯車形状の加工成形体を作製する。実施形態の焼結体の製造方法は、粉末成形体に機械加工を施すにあたり、粉末成形体に加工する歯車形状の歯形と同一仕様の歯形が形成された板状部材によって、粉末成形体における工具が抜ける側の面を支持する点を特徴の一つとする。即ち、工具の刃が粉末成形体に接触しながら移動して粉末成形体を加工する際に、工具の刃が粉末成形体から離れる位置において、粉末成形体の加工された面と稜線（エッジ）を形成する面が上記板状部材によって支持される。以下、図１及び図２を参照して、まず粉末成形体１と板状部材２について説明し、その後に機械加工の条件について説明する。

【0024】

図１は、板状部材２で粉末成形体１を支持した状態で、工具３で粉末成形体１に機械加工を施している途中を示す。図１では、板状部材２にハッチングを付している。板状部材２の上に配置されたハッチングの無い部分（上半分が加工されてない円筒状であり且つ下半分が加工されて歯溝が形成されている部分全体）が粉末成形体１である。図１に示す白抜き矢印は、粉末成形体１、板状部材２、及び工具３の回転方向や移動方向を示す。図２は、粉末成形体１と板状部材２の外寸を説明する図であり、板状部材２の歯形を省略している。図２では、粉末成形体１の大きさと板状部材２の大きさとの比率を誇張して示している。図２では、板状部材２で支持する前の粉末成形体１を実線で示し、板状部材２で支持した状態の粉末成形体１を二点鎖線で示す。

【0025】

〔粉末成形体〕
粉末成形体１は、金属粉末を含む原料粉末が加圧成形されたものである。粉末成形体１の形状は、例えば、円柱状、円筒状、円盤状等が挙げられる。図１に示す粉末成形体１は、円筒状である。

【0026】

金属粉末は、焼結体を構成する主たる材料である。金属粉末は、鉄（いわゆる純鉄）又は鉄合金からなる粉末が挙げられる。鉄合金は、添加元素を含み、残部が鉄（Ｆｅ）及び不可避不純物からなるものが挙げられる。Ｆｅ合金におけるＦｅの含有量は、５０質量％超であってよく、好ましくは８０質量％以上、更に好ましくは９０質量％以上であってよい。添加元素としては、例えば、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、スズ（Ｓｎ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）、及び炭素（Ｃ）から選択される１種以上の元素が挙げられる。上記添加元素は、鉄系焼結体の機械的特性の向上に寄与する。上記添加元素のうち、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＭｎの含有量は、合計で０．５質量％以上５．０質量％以下であってよく、より好ましくは１．０質量％以上３．０質量％以下であってよい。Ｃの含有量は、０．２質量％以上２．０質量％以下であってよく、より好ましくは０．４質量％以上１．０質量以下であってよい。原料粉末における金属粉末の含有量は、９０質量％以上であってよく、より好ましくは９５質量％以上であってよい。金属粉末は、例えば、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法、カルボニル法、還元法等により作製してよい。

【0027】

金属粉末の平均粒径は、例えば、２０μｍ以上２００μｍ以下であってよく、より好ましくは５０μｍ以上１５０μｍ以下であってよい。金属粉末の平均粒径を上記範囲内とすることで、粉末成形体が取り扱い易く、粉末成形体を作製する際に加圧成形し易い。更に、金属粉末の平均粒径を２０μｍ以上とすることで、原料粉末の流動性を確保し易い。一方、金属粉末の平均粒径を２００μｍ以下とすることで、緻密な組織の焼結体を得易い。金属粉末の平均粒径は、金属粉末を構成する粒子の平均粒径のことであり、レーザ回折式粒度分布測定装置により測定した体積粒度分布における累積体積が５０％となる粒径（Ｄ５０）とする。

【0028】

原料粉末には、上記金属粉末に加えて、有機バインダーを添加してもよい。有機バインダーは、機械加工の際に、粉末成形体に割れや欠けが生じることを抑制する機能を有する。有機バインダーは、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオレフィン、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアミド、ポリエステル、ポリエーテル、ポリビニルアルコール、酢酸ビニル、パラフィン、各種ワックス等であってよい。有機バインダーは、必要に応じて添加すればよく、添加しなくてもよい。

【0029】

粉末成形体１は、原料粉末を金型に充填し、プレス装置を用いて加圧成形することで得られる。金型は、代表的には、貫通孔を有するダイと、ダイの内周面と共に成形空間を形成し、上記貫通孔に挿入して原料粉末を圧縮成形する一対の上下パンチとを備える。筒状の粉末成形体を成形する場合には、ダイの貫通孔に挿入配置されるロッドを利用する。加圧成形の成形圧力は、１ＧＰａ以上であってよく、好ましくは１．５ＧＰａ以上、より好ましくは２ＧＰａ以上であってよい。成形圧力を大きくすることで、粉末成形体１の密度を高くできる。粉末成形体１の密度は、７．４ｇ／ｃｍ^３以上であってよく、好ましくは７．５ｇ／ｃｍ^３以上、より好ましくは７．６ｇ／ｃｍ^３以上であってよい。

【0030】

金型を用いたプレス成形では、金型への金属粉末の焼き付きを防止するために、金属粉末と内部潤滑剤とを混合した原料粉末を用いてよい。内部潤滑剤として、ステアリン酸リチウム又はステアリン酸亜鉛等の金属石鹸を利用することができる。また、金型を用いたプレス成形では、金型への金属粉末の焼き付きを防止するために、金型の内周面（ダイの内周面やパンチの押圧面）に外部潤滑剤を塗布してもよい。外部潤滑剤としては、例えば、ステアリン酸リチウム又はステアリン酸亜鉛等の金属石鹸等を利用することができる。その他、ラウリン酸アミド、ステアリン酸アミド、若しくはパルミチン酸アミド等の脂肪酸アミド、又はエチレンビスステアリン酸アミド等の高級脂肪酸アミドを外部潤滑剤として利用することもできる。

【0031】

〔板状部材〕
板状部材２は、粉末成形体１に機械加工を施す際に、粉末成形体１を支持する当て板である。粉末成形体１に工具３で機械加工を施すと、一般的に、粉末成形体１における工具３が抜ける側の面（以下、出口面１２（図２）と呼ぶ）近傍に引張応力が発生する。ここで出口面１２とは、工具３の刃が粉末成形体１に接触しながら移動して粉末成形体１を加工する際に、工具３の刃が粉末成形体１から離れる位置において、粉末成形体１の加工された面との間に稜線（エッジ）を形成する面である。この引張応力は、粉末成形体１を構成する金属粉末の粒子間の結合を切るように働き、機械加工によって粉末成形体１に欠け等の発生を招き得る。板状部材２は、粉末成形体１の出口面１２を支持することで、機械加工によって生じる引張応力を打ち消す圧縮応力を粉末成形体１に付与する機能を有する。

【0032】

板状部材２の材質や厚みは、機械加工によって粉末成形体１に生じる引張応力を打ち消す圧縮応力を粉末成形体１に付与できる剛性を実現できればよい。この例の板状部材２は、溶製法で作製された金属板である。金属板は、鋼からなってよい。

【0033】

板状部材２は、図２に示すように、粉末成形体１を支持する第一面２１と、第一面２１と交差する方向に延びる第三面２３とを備える。第三面２３には、歯形が形成されている（図１）。図１に示す板状部材２は、円筒状部材であり、一方の端面が第一面２１であり、外周面が第三面２３である。図２に示す板状部材２は、その外周縁を構成する角部が面取りされており、第一面２１と第三面２３とは第二面２２を介して繋がっている。この例の第二面２２は、Ｃ面取りにより形成されている。

【0034】

第三面２３に形成された歯形は、粉末成形体１に形成される歯車形状の歯形と同一仕様である。歯形とは、歯車の歯の噛み合いに関わる面（歯面）の断面形状のことである。ここでの歯形の仕様とは、歯数、基準円直径、モジュール、及び圧力角である。基準円直径は、歯車が実際に噛み合ったときの歯が接触する点を繋いだ円の直径である。モジュールは、歯の大きさであり、基準円直径／歯数で求められる。圧力角は、歯の傾きである。ヘリカルギアの場合、歯形の仕様には、更に、ねじれ角も含むものとする。ねじれ角は、歯車の回転軸と歯すじの向きのなす角度である。この例では、粉末成形体１にヘリカル形状の歯形を形成する例を示すため、板状部材２の第三面２３に形成された歯形は、粉末成形体１に形成される歯形と歯数、基準円直径、モジュール、圧力角、及びねじれ角が同一である。

【0035】

板状部材２の外径は、粉末成形体１の外径と同じであってもよい。ここでの板状部材２の外径は、歯先円直径である。板状部材２の外径と粉末成形体１の外径とが同じ場合、板状部材２の周縁を構成する角部は、面取りされていないことが好ましい。板状部材２の外径は、粉末成形体１の外径よりも大きくてもよい。この場合、板状部材２の外縁（歯先円）は、粉末成形体１を支持した状態において、粉末成形体１の外縁から外方に突出することになる。この突出長さＭ（図２）は、０．０５ｍｍ以上０．７ｍｍ以下であってよい。突出長さＭが０．０５ｍｍ以上であることで、粉末成形体１の寸法誤差によらず、板状部材２で出口面１２の全面にわたって粉末成形体１を支持し易い。一方、突出長さＭが０．７ｍｍ以下であることで、板状部材２の大型化を抑制できる。突出長さＭは、好ましくは０．１ｍｍ以上０．６ｍｍ以下、より好ましくは０．１５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であってよい。

【0036】

板状部材２の周縁を構成する角部が面取りされている場合、板状部材２は、図２に示すように、粉末成形体１を支持した状態において、第一面２１と第二面２２との間の稜線２４が、粉末成形体１の外縁よりも外方に位置することが好ましい。この場合、板状部材２の外径は、粉末成形体１の外径よりも大きい。よって、第三面２３に形成された歯形は、粉末成形体１に形成される歯形に対して、歯底円直径が同じであり、歯先円直径及び歯たけが大きくなる。粉末成形体１の外縁から上記稜線２４までの長さＮ（図２）は、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であってよい。上記長さＮが０．０５ｍｍ以上であることで、板状部材２の角部が面取りされていたとしても、板状部材２は、出口面１２の全面にわたって粉末成形体１を支持できる。一方、上記長さＮが０．５ｍｍ以下であることで、板状部材２の大型化を抑制できる。上記長さＮは、好ましくは０．０５ｍｍ以上０．３ｍｍ以下、より好ましくは０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であってよい。

【0037】

板状部材２の周縁を構成する角部が面取りされておらず、第二面２２を介することなく第一面２１と第三面２３とが直接的に稜線で繋がっていてもよい。この場合、板状部材２の外径は、粉末成形体１の外径と同じであってもよいし、大きくてもよい。板状部材２の外径と粉末成形体１の外径とが同じ場合、第三面２３に形成された歯形は、粉末成形体１に形成される歯形に対して、歯底円直径、歯先円直径、及び歯たけが同じである。一方、板状部材２の外径が粉末成形体１の外径よりも大きい場合、第三面２３に形成された歯形は、粉末成形体１に形成される歯形に対して、歯底円直径が同じであり、歯先円直径及び歯たけが大きくなる。板状部材２の周縁を構成する角部が面取りされていない場合でも、第一面２１と第三面２３との間の稜線が、粉末成形体１の外縁よりも外方に位置することが好ましい。そうすることで、粉末成形体１の寸法誤差によらず、板状部材２で出口面１２の全面にわたって粉末成形体１を支持できる。

【0038】

板状部材２は、例えば、歯形を有さない素材板（例えば歯形を形成される前の図２に示す板状部材２）と粉末成形体１とを積層し、素材板と一緒に粉末成形体１に機械加工を施すことで得られる。素材板の具体的形状としては、円盤状が挙げられる。この場合、複数の粉末成形体１のうち一つ目の粉末成形体１に機械加工を施す際に、素材板も併せて機械加工を施して板状部材２を作製することになる。つまり、この一つ目の粉末成形体１への機械加工では、素材板で粉末成形体１の出口面１２を支持すると共に、粉末成形体１に形成される歯形と同一仕様の歯形を素材板に形成する。この歯形の形成された素材板が、板状部材２となる。二つ目以降の粉末成形体１への機械加工では、一つ目の粉末成形体１への機械加工の際に得られた板状部材２を用いる。なお、粉末成形体１と共に素材板に歯形を形成する場合、素材板が金属板からなるため、粉末成形体１のみに歯形を形成する場合に比較して、加工速度が遅くなる。言い換えると、歯形が形成された板状部材２を用いると、歯形が形成されていない板状部材を用いる場合に比較して、板状部材２に加工を施すことがなく、粉末成形体１のみに加工を施すことになるため、加工速度を速くできる。歯形が形成された板状部材２を作製できれば、その板状部材２は、粉末成形体１に対する歯車形状の形成ごとに取り替える必要はない。板状部材２としては、粉末成形体１の歯形を形成する工程とは独立に、その歯形と同一仕様の歯形が形成された第三面２３を有する金属板を準備してもよい。

【0039】

〔機械加工の条件〕
機械加工は、代表的には切削加工であり、切削用の工具３を用いて粉末成形体１に歯車形状を形成する。歯車形状を形成する機械加工には、ホブ、ブローチ、又はピニオンカッタ等を用いてよい。機械加工では、粉末成形体１に加工する歯車形状の歯形と同一仕様の歯形が形成された板状部材２によって、粉末成形体１における工具３が抜ける側の面（出口面１２、図２）を支持する。

【0040】

機械加工のイメージを図１に基づいて説明する。図１では、工具３としてホブカッターを用いて、粉末成形体１にヘリカル形状の歯車形状を形成する例を示す。ホブカッターは、円筒状の本体部の外周面に複数の刃部を有する。ホブカッターは、その軸方向を粉末成形体１の軸方向と直交するように配置される。その状態から、ホブカッターは回転しつつ、粉末成形体の軸方向に移動する。この例では、ホブカッターは、紙面下側から上側に向かって移動しながら、紙面上側から粉末成形体１の外周面１１に刃部が入るように回転（自転）する。一方、粉末成形体１は、ホブカッターの刃部が進行する方向に合わせて回転する。この例では、粉末成形体１は、図２の上から見て、反時計回りに回転（自転）する。このようなホブカッターの動きの場合、ホブカッターの刃部は、粉末成形体１の外周面１１から紙面下側の面（出口面１２、図２）に向かって抜けることになる。よって、粉末成形体１における出口面１２近傍に引張応力が発生するため、この出口面１２を板状部材２で支持する。板状部材２は、粉末成形体１と同様に回転（自転）する。機械加工では、工具３で粉末成形体１における板状部材２の歯溝に対応した箇所を加工する。粉末成形体１における板状部材２の歯溝に対応した箇所には、板状部材２の歯溝に合わせて粉末成形体１を加工した結果、板状部材２の歯溝に連続する歯溝が形成される。両歯溝が連続する形状を実現するために、工具３の回転、粉末成形体１及び板状部材２の回転、及び工具３による粉末成形体１の加工開始位置が適宜設定される。具体的には、工具３による粉末成形体１の加工開始位置を、板状部材２の歯溝に対してホブカッターの刃部を位置合わせした状態とし、ホブカッターの回転に同期して粉末成形体１及び板状部材２を回転させる。

【0041】

≪焼結工程≫
焼結工程では、粉末成形体を機械加工して得られた加工成形体を焼結する。粉末成形体を焼結することで、金属粉末の粒子同士が接触して結合された焼結体が得られる。粉末成形体の焼結は、金属粉末の組成に応じた公知の条件を適用できる。例えば、金属粉末が鉄粉や鉄合金粉の場合、焼結温度は、１０００℃以上１４００℃以下であってよく、好ましくは１１００℃以上１３００℃以下であってよい。焼結時間は、１５分以上１５０分以下であってよく、好ましくは２０分以上６０分以下であってよい。

【0042】

ここで、焼結体の実寸法と設計寸法との差に基づいて、加工工程における加工度合いを調整しても良い。高密度の粉末成形体を加工した加工成形体は、焼結時にほぼ均等に収縮する。そのため、焼結後の実寸法と設計寸法との差に基づいて、加工工程の加工度合いを調整することで、焼結体の実寸法を設計寸法に近づけることができる。その結果、次の仕上げ加工の手間と時間を少なくすることができる。

【0043】

≪仕上げ工程≫
仕上げ工程では、焼結体の表面を研磨する等して、焼結体の表面粗さを小さくすると共に、焼結体の寸法を設計寸法に合わせる。

【0044】

≪効果≫
実施形態の焼結体の製造方法は、加工成形体に欠け等が生じることを抑制できる。機械加工において、粉末成形体１における工具３が抜ける側の面（出口面１２、図２）を板状部材２で支持するため、板状部材２によって粉末成形体１に圧縮応力を付与できるからである。特に、板状部材２における粉末成形体１を支持する第一面２１と第一面２１に繋がる第二面２２との間の稜線２４が、粉末成形体１の外縁よりも外方に位置することで、粉末成形体１の出口面１２を全面にわたって板状部材２で支持し易く、板状部材２によって粉末成形体１に圧縮応力を適切に付与し易い。

【0045】

また、実施形態の焼結体の製造方法は、効率的に歯車形状の加工成形体を作製できる。板状部材２には、粉末成形体１に形成される歯車形状の歯形と同一仕様の歯形が形成されており、機械加工では、工具３で粉末成形体１における板状部材２の歯溝に対応した箇所を加工するからである。工具３が板状部材２の歯溝に噛み合うことで、粉末成形体１に加工を施すが、板状部材２に加工を施すことはないため、加工速度を速くでき、かつ加工時間を短縮できる。

【0046】

［試験例］
粉末成形体に工具で機械加工を施して歯車形状の加工成形体を作製し、加工成形体の欠けを調べた。

【0047】

＜試験例１＞
試験例１では、以下に示す試験Ａ及び試験Ｂの条件によってそれぞれ１０００個の加工成形体を作製し、加工成形体の欠けを調べた。

【0048】

〔試験Ａ〕
外径４５ｍｍ×内径２０ｍｍ×高さ２０ｍｍの円筒状の粉末成形体を準備した。粉末成形体の内外径の同軸度は、０．０１以下であった。粉末成形体の密度は、７．７１ｇ／ｃｍ^３であった。また、外径４５ｍｍ×内径２０ｍｍ×高さ５ｍｍの円筒状の板状部材を準備した。板状部材は、溶製法で作製された鋼板である。この板状部材の外周面には、粉末成形体に形成される歯車形状の歯形と同一仕様の歯形が形成されている。この歯形を有する板状部材は、一つ目の粉末成形体に機械加工を施す際に、この粉末成形体と歯形を有さない素材板とを積層し、素材板と一緒に粉末成形体に機械加工を施すことにより素材板に歯形を形成することで作製した。歯形の仕様は、歯数が２９、モジュールが１．４、圧力角が１７．５°、ねじれ角が１５．８°である。二つ目以降の粉末成形体を機械加工する際は、一つ目の粉末成形体への機械加工の際に得られた板状部材を用い、その板状部材で粉末成形体における工具が抜ける側の面を支持し、工具で粉末成形体における板状部材の歯溝に対応した箇所を加工した。試験体Ａでは、二つ目以降の粉末成形体を機械加工する際は、板状部材を取り替えていない。粉末成形体に形成する歯車形状の歯形の仕様は、歯数が２９、モジュールが１．４、圧力角が１７．５°、ねじれ角が１５．８°である。機械加工の加工速度は、一つ目の粉末成形体への機械加工では、０．８ｍｍ／ｒｅｖとし、二つ目以降の粉末成形体対への機械加工では、４．０ｍｍ／ｒｅｖとした。

【0049】

試験Ａでは、粉末成形体の外径と板状部材の外径とが同じである。よって、粉末成形体を板状部材で支持した状態において、粉末成形体の外縁から外方に突出する板状部材の突出長さ（図２の長さＭを参照。以下、最大突出長さと呼ぶ）は、０ｍｍである。また、試験Ａでは、板状部材の周縁を構成する角部は面取りされていない。つまり、粉末成形体を支持する面と、歯形が形成された外周面とが直接的に稜線で繋がっている。よって、粉末成形体を板状部材で支持した状態において、粉末成形体の外縁から板状部材の外縁（上記稜線）までの長さ（図２の長さＮを参照。以下、稜線突出長さと呼ぶ）も、０ｍｍである。

【0050】

〔試験Ｂ〕
上記粉末成形体と、歯形を有さない板状部材とを準備した。板状部材は、外径４５ｍｍ×内径２０ｍｍ×高さ５ｍｍの円筒状であり、溶製法で作製された鋼板である。板状部材で粉末成形体における工具が抜ける側の面を支持し、工具で粉末成形体を加工した。試験Ｂでは、粉末成形体に対する歯車形状の形成ごとに、歯形を有さない板状部材に取り替えた。そのため、試験Ｂでは、粉末成形体に対する歯車形状の形成ごとに、板状部材にも歯車形状が形成される。粉末成形体に形成する歯車形状の歯形の仕様は、歯数が２９、モジュールが１．４、圧力角が１７．５°、ねじれ角が１５．８°である。機械加工の加工速度は、０．８ｍｍ／ｒｅｖとした。

【0051】

試験Ｂでは、粉末成形体の外径と歯形を有さない板状部材の外径とが同じである。よって、歯形を有さない板状部材で粉末成形体を支持した状態において、板状部材の最大突出長さは、０ｍｍである。また、試験Ｂでは、歯形を有さない板状部材の周縁を構成する角部は面取りされていない。よって、歯形を有さない板状部材で粉末成形体を支持した状態において、板状部材の稜線突出長さは、０ｍｍである。

【0052】

〔加工成形性〕
歯形を有する板状部材で粉末成形体を支持して機械加工を施した試験Ａでは、１．５％の欠け不良であった。また、試験Ａでは、粉末成形体に対する歯車形状の形成ごとに板状部材を取り替える必要がなく、一つの粉末成形体の実加工時間は、４．５秒であった。更に、試験Ａでは、板状部材を取り替えずに、加工成形体を１０００個作製しても、板状部材に形状変化がなく、繰り返し使用できることがわかった。試験Ｂでは、試験Ａと同様の欠け不良であった。しかし、試験Ｂでは、粉末成形体に対する歯車形状の形成ごとに、歯形を有さない板状部材に取り替えており、一つの粉末成形体の実加工時間は、１０．３秒であった。つまり、試験Ａでは、試験Ｂに比較して、実加工時間を大幅に短縮できた。また、試験Ａでは、加工速度を試験Ｂの加工速度の５倍とでき、高速で機械加工を施せた。このことからも、試験Ａでは、試験Ｂに比較して、実加工時間を大幅に短縮できた。以上より、歯形を有する板状部材で粉末成形体を支持して機械加工を施した場合、機械加工による欠けの発生を低減できる上に、生産性に優れることがわかった。

【0053】

＜試験例２＞
試験例２では、試験Ａに対して板状部材の大きさを変えて、それぞれ１０００個の加工成形体を作製し、加工成形体の欠けを調べた（試験Ｃ、試験Ｄ、試験Ｅ）。各試験では、粉末成形体の大きさや形状、機械加工の条件は、試験Ａと同様である。

【0054】

〔試験Ｃ〕
試験Ａで用いた板状部材の外周縁を構成する角部をＣ面取りした板状部材を準備した。Ｃ面取りの幅は、０．１ｍｍである。このＣ面取りされた板状部材で粉末成形体を支持して機械加工を施した。試験Ｃでは、粉末成形体の外径と板状部材の外径とが同じである。よって、粉末成形体を板状部材で支持した状態において、板状部材の最大突出長さは、０ｍｍである。一方で、試験Ｃでは、板状部材の周縁を構成する角部がＣ面取りされている。つまり、粉末成形体を支持する面（支持面）と、歯形が形成された外周面とが、Ｃ面取りにより形成された面（面取り面）を介して繋がっている。よって、粉末成形体を板状部材で支持した状態において、板状部材の角部の外縁を構成する支持面と面取り面との間の稜線が、粉末成形体の外縁よりも径方向内側に位置する。そのため、板状部材の稜線突出長さは、負の値となる。

【0055】

〔試験Ｄ〕
外径４５．２ｍｍ×内径２０ｍｍ×高さ５ｍｍの円筒状の板状部材を準備した。この板状部材で粉末成形体を支持して機械加工を施した。試験Ｄでは、粉末成形体の外径よりも板状部材の外径が大きい。よって、粉末成形体を板状部材で支持した状態において、板状部材の最大突出長さは、０．１ｍｍである。また、試験Ｄでは、板状部材の周縁を構成する角部は面取りされていない。よって、粉末成形体を板状部材で支持した状態において、板状部材の稜線突出長さも、０．１ｍｍである。

【0056】

〔試験Ｅ〕
外径４５．４ｍｍ×内径２０ｍｍ×高さ５ｍｍの円筒状の板状部材を準備した。この板状部材で粉末成形体を支持して機械加工を施した。試験Ｅでは、粉末成形体の外径よりも板状部材の外径が大きい。よって、粉末成形体を板状部材で支持した状態において、板状部材の最大突出長さは、０．２ｍｍである。また、試験Ｅでは、板状部材の周縁を構成する角部は面取りされていない。よって、粉末成形体を板状部材で支持した状態において、板状部材の稜線突出長さも、０．２ｍｍである。

【0057】

〔加工成形性〕
その結果、試験Ｃでは、６．５％の欠け不良が発生した。これは、板状部材の外径が粉末成形体と同じであるにも関わらず、板状部材の外周縁を構成する角部が面取りされていることで、その面取りされた箇所は粉末成形体の出口面を支持できなかったからと考えられる。なお、試験Ａは、上述したように、１．５％の欠け不良であり、試験Ｃに比較して、欠け不良を低減できた。これは、粉末成形体を板状部材で支持した状態において、板状部材の最大突出長さ及び稜線突出長さが０ｍｍであるからである。つまり、粉末成形体の出口面の略全面を板状部材で支持できたからと考えられる。試験Ｄでは、０．１２％の欠け不良であり、試験Ａに比較して、欠け不良を更に低減できることがわかった。これは、粉末成形体を板状部材で支持した状態において、板状部材の稜線突出長さが正の値であるからである。つまり、各部材の公差を考慮しても、粉末成形体の出口面の全面をより確実に板状部材で支持できたからと考えられる。試験Ｅは、欠け不良が０．０６％であり、試験Ｄに比較して、欠け不良を更に低減できることがわかった。これは、粉末成形体を板状部材で支持した状態において、板状部材の稜線突出長さが試験Ｄよりも大きな正の値であるからである。つまり、各部材の公差や回転によるずれ等を考慮しても、粉末成形体の出口面の全面を更により確実に板状部材で支持できたからと考えられる。

【符号の説明】

【0058】

１ 粉末成形体
１１ 外周面
１２ 出口面
２ 板状部材
２１ 第一面
２２ 第二面
２３ 第三面
２４ 稜線
３ 工具

【図1】

【図2】