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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
【公報種別】再公表特許(A1)
(11)【国際公開番号】WO/0
(43)【国際公開日】2018年7月5日
【発行日】2018年12月27日
(54)【発明の名称】合金成形品の製造方法
(51)【国際特許分類】
   B22F 3/105 20060101AFI20181130BHJP
   B22F 3/16 20060101ALI20181130BHJP
   B33Y 10/00 20150101ALI20181130BHJP
   B22F 1/00 20060101ALI20181130BHJP
   B33Y 70/00 20150101ALI20181130BHJP
【FI】
   B22F3/105
   B22F3/16
   B33Y10/00
   B22F1/00 E
   B33Y70/00
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
【全頁数】20
【出願番号】特願2017-557231(P2017-557231)
(21)【国際出願番号】PCT/0/0
(22)【国際出願日】2016年12月28日
(11)【特許番号】特許第6362797号(P6362797)
(45)【特許公報発行日】2018年7月25日
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ
(71)【出願人】
【識別番号】000006013
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100118762
【弁理士】
【氏名又は名称】高村 順
(72)【発明者】
【氏名】鷲見 信行
(72)【発明者】
【氏名】加藤木 英隆
【テーマコード(参考)】
4K018
【Fターム(参考)】
4K018AA32
4K018BA14
4K018BA20
4K018BB01
4K018BB03
4K018BB04
4K018BC11
4K018CA09
4K018CA11
4K018CA44
4K018EA51
4K018EA60
(57)【要約】
本願発明は、粉末冶金において金型又はテーブル上での充填率の向上を図
ることができる冶金用粉末を得ることを目的とする。
本願発明の冶金用粉末は、複数の一次粒子(2)をバインダ(3)で結合
させた複数の二次粒子(1)を備える冶金用粉末であって、複数の一次粒子
(2)は、互いに形状が異なる第1の一次粒子(2a)と第2の一次粒子(2b)とを含み、第1の一次粒子(2a)同士の間隙に第2の一次粒子(2b)が入り込んでいること、複数の一次粒子(2)は、粒度分布において粒径のピークが互いに異なる第1の一次粉末(2c)と第2の一次粉末(2d)を含むこと、又は複数の二次粒子(1)は、粒度分布において粒径のピークが互いに異なる第1の二次粒子(1a)と第2の二次粒子(1b)を含むことのいずれかを有することを特徴とする。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の一次粒子をバインダで結合させた複数の二次粒子を備える冶金用粉末であって、
前記複数の一次粒子は、互いに形状の異なる第1の一次粒子と第2の一次粒子とを含み、
複数の前記第1の一次粒子同士の間隙に前記第2の一次粒子が入り込んでいることを特徴とする冶金用粉末。
【請求項2】
複数の一次粒子をバインダで結合させた複数の二次粒子を備える冶金用粉末であって、
前記複数の一次粒子は、粒度分布において粒径のピークが互いに異なる第1の一次粒子と第2の一次粒子とを含むことを特徴とする冶金用粉末。
【請求項3】
前記第1の一次粒子と前記第2の一次粒子とが異なる材質であることを特徴とする請求項1または2に記載の冶金用粉末。
【請求項4】
複数の一次粒子をバインダで結合させた複数の二次粒子を備える冶金用粉末であって、
前記複数の二次粒子は、粒度分布において粒径のピークが互いに異なる第1の二次粒子と第2の二次粒子とを含むことを特徴とする冶金用粉末。
【請求項5】
前記第1の二次粒子に含まれる前記複数の一次粒子と、前記第2の二次粒子に含まれる前記複数の一次粒子とが異なる材質であることを特徴とする請求項4に記載の冶金用粉末。
【請求項6】
前記複数の一次粒子は、金属、セラミックおよびサーメットの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の冶金用粉末。
【請求項7】
請求項1から6のいずれか1項に記載の冶金用粉末を用いた成形品の製造方法であって、
前記冶金用粉末を金型に充填するステップと、
前記金型に充填された前記冶金用粉末を圧縮するステップと、
前記金型に充填された前記冶金用粉末を焼結させて成形品とするステップと、
前記成形品を金型から取り出すステップと、を備えることを特徴とする成形品の製造方法。
【請求項8】
請求項1から6のいずれか1項に記載の冶金用粉末を用いた成形品の製造方法であって、
テーブル上に前記冶金用粉末を敷き詰めるステップと、
前記テーブル上の冶金用粉末の一部にレーザ光を照射または結合剤を噴射するステップと、
前記レーザ光が照射または前記結合剤が噴射された前記冶金用粉末上にさらに冶金用粉末を敷き詰める工程と、
さらに敷き詰められた前記冶金用粉末の一部にレーザ光を照射または結合剤を噴射するステップと、を備えることを特徴とする成形品の製造方法。
【請求項9】
請求項1から6のいずれか1項に記載の冶金用粉末を用いた成形品の製造方法であって、
テーブル上にレーザ光を照射するステップと、
前記レーザ光が照射されている箇所に向けて前記冶金用粉末を噴射するステップと、
前記レーザ光が照射される位置および前記冶金用粉末が噴射される位置を連動して移動させるステップと、を備えることを特徴とする成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数の一次粒子を結合剤であるバインダで結合させた複数の二次粒子を備える冶金用粉末およびその冶金用粉末を用いた成形品の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
成形品を製造する方法には、粉末を固めて成形品を製造する粉末冶金法がある。粉末冶金法には、粉末を金型に充填し、成形機で圧縮成形した後、焼結を行うことで成形品を製造する金型プレス成形法がある。
【0003】
また、粉末冶金法には、粉末積層造形法がある。粉末積層造形法の方式には、粉末床溶融方式および結合剤噴射方式が例示される。粉末床溶融方式は、テーブル上に敷き詰められた粉末に向けて、レーザまたは電子ビームの照射を繰り返して粉末を焼結または溶融させて成形品を製造する方式である。結合剤噴射方式は、テーブル上に敷き詰められた粉末に向けて結合剤の噴射を繰り返して粉末を結合させて成形品を製造する方式である。
【0004】
ここで、金型プレス成形法では、金型に充填された粉末の充填率が高いことが求められる。また、粉末床溶融方式および結合剤噴射方式に例示される粉末積層造形法でも、テーブル上に敷き詰められた粉末の充填率が高いことが求められる。粉末の充填率を向上するためには、粉末の流動性を高めることが重要となる。
【0005】
また、粉末積層造形法の方式には、指向性エネルギー方式も例示される。指向性エネルギー方式は、熱源であるレーザまたはアークを照射した箇所に粉末を噴射して、照射箇所で粉末を溶融凝固させて成形品を製造する方式である。指向性エネルギー方式に例示される粉末積層造形法でも、噴射される粉末が通過する流路での目詰まりを防ぐために、粉末の流動性が高いことが重要となる。
【0006】
特許文献1では、間隙を設けて一次粒子を三次元的に結合した二次粒子が、粉末冶金法に用いられる粉末に用いられている。特許文献1では、一次粒子を結合した二次粒子を用いることで、一次粒子よりも粒径を大きくして、粉末の流動性の向上が図られている。なお、粉末冶金法で用いられる粉末には、金属の粉末に加えて、非金属の粉末も挙げられる。粉末冶金法で用いられる非金属の粉末には、セラミックの粉末が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】国際公開第2015/194678号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、特許文献1に開示された粉末では、流動性の向上によって二次粒子間の間隙が縮小されて二次粒子の充填率は向上されるものの、一次粒子の間に設けられた間隙によって金型に充填された粉末全体における一次粒子の充填率またはテーブル上に敷き詰められた粉末全体における一次粒子の充填率が低下してしまう場合がある。
【0009】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、粉末冶金において金型またはテーブル上での充填率の向上を図ることのできる冶金用粉末を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数の一次粒子をバインダで結合させた複数の二次粒子を備える冶金用粉末であって、複数の一次粒子は、互いに形状の異なる第1の一次粒子と第2の一次粒子とを含み、第1の一次粒子同士の間隙に第2の一次粒子が入り込んでいることを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明にかかる冶金用粉末は、粉末冶金において金型またはテーブル上での冶金用粉末の充填率の向上を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0012】
図1】本発明の実施の形態1にかかる冶金用粉末に用いられる二次粒子と、その二次粒子に含まれる一次粒子の形状と流動性の関係を示す図
図2】実施の形態1にかかる冶金用粉末に用いられる二次粒子を示す図
図3】比較例にかかる二次粒子を示す図
図4】実施の形態1の変形例1にかかる冶金用粉末に用いられる二次粒子と、その二次粒子に含まれる一次粒子の形状と流動性の関係を示す図
図5】実施の形態1の変形例1にかかる冶金用粉末に用いられる二次粒子を示す図
図6】実施の形態1の変形例2にかかる冶金用粉末に用いられる二次粒子を示す図
図7】実施の形態1の変形例2における第1の一次粒子と第2の一次粒子の粒度分布を示す図
図8】実施の形態1の変形例3にかかる冶金用粉末に用いられる二次粒子を充填した状態を示す図
図9】実施の形態1の変形例3における第1の二次粒子と第2の二次粒子の粒度分布を示す図
図10】実施の形態1にかかる冶金用粉末を用いて金型プレス成形法によって成形品を製造する手順を説明するフローチャート
図11】実施の形態1にかかる冶金用粉末を用いて成形品を製造する粉末床溶融方式の粉末積層造形装置の概略構成を示す図
図12】実施の形態1にかかる冶金用粉末および粉末床溶融方式の粉末積層造形装置を用いて粉末積層造形法によって成形品を製造する手順を説明するフローチャート
図13】実施の形態1にかかる冶金用粉末を用いて成形品を製造する指向性エネルギー方式の粉末積層造形装置の概略構成を示す図
図14】実施の形態1にかかる冶金用粉末および指向性エネルギー方式の粉末積層造形装置を用いて粉末積層造形法によって成形品を製造する手順を説明するフローチャート
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下に、本発明の実施の形態にかかる冶金用粉末およびその冶金用粉末を用いた成形品の製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【0014】
実施の形態1.
本実施の形態1では、複数の一次粒子をバインダで結合させた複数の二次粒子が、粉末冶金に用いられる冶金用粉末となる。まず、冶金用粉末に用いられる一次粒子について説明する。
【0015】
図1は、本発明の実施の形態1にかかる冶金用粉末に用いられる二次粒子と、その二次粒子に含まれる一次粒子の形状と流動性との関係を示す図である。一次粒子の材質には、金属、セラミックまたはサーメットが用いられる。
【0016】
一次粒子には、図1に示すように、球形、楕円形、角形、フレーク形状といった様々な形状のものがある。なお、ここでいう楕円形、角形は、一次粒子の断面形状を示したものであり、一次粒子自体は立体形状である。
【0017】
形状が球形である一次粒子は、その大きさに関わらず高い流動性を発揮する。したがって、一次粒子のまま冶金用粉末に用いても、金型への充填率の向上を図ることができる。ここで、球形の一次粒子は、プラズマアトマイズ法およびガスアトマイズ法によって製造することができる。しかしながら、プラズマアトマイズ法およびガスアトマイズ法による一次粒子の製造は、製造コストが高くなってしまう。
【0018】
一方、楕円形、角形およびフレーク形状の一次粒子、すなわち非球形の一次粒子は、プラズマアトマイズ法およびガスアトマイズ法に比べて製造コストを低く抑えることができる水アトマイズ法または粉砕によって製造することができる。しかしながら、非球形の一次粒子は、球形の一次粒子に比べて流動性が低くなる。そのため、一次粒子のまま冶金用粉末として用いた場合、金型への充填率が低くなり、成形品の品質の低下を招くおそれがある。
【0019】
なお、粉末の流動性の評価方法には安息角の大小が挙げられる。安息角は、粉体を落下させて積み上げた際に、崩れずに安定が保たれた状態で粉体の山の斜面と水平面とがなす角度のことである。安息角が小さいほど、流動性が高くなる。
【0020】
次に、一次粒子を結合させて得られる二次粒子について説明する。本実施の形態1では、非球形の一次粒子を結合させて二次粒子を得て、この二次粒子を冶金用粉末とする。図2は、実施の形態1にかかる冶金用粉末に用いられる二次粒子を示す図である。図2に示すように、本実施の形態1にかかる冶金用粉末は、複数の一次粒子2をバインダ3で結合させて、球形または球形に近い形状に成形した二次粒子1である。なお、1個の二次粒子1には、3個以上の一次粒子2が含まれるものとする。バインダ3には、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドンが挙げられる。また、図2では、非球形の一次粒子2に角形の一次粒子2を用いた例を示したが、これに限られず、楕円形またはフレーク形状の一次粒子2を用いてもよいし、他の形状の一次粒子2を用いてもよい。
【0021】
二次粒子1では、一次粒子2同士の間隙が最小となるように、複数の一次粒子2同士が結合されている。以下の説明において、間隙が最小となるように複数の一次粒子2同士が結合された状態を、最密充填状態ともいう。また、最密充填状態とは、二次粒子1の単位体積当たりに占める一次粒子2の割合が最も大きい状態とも換言できる。一次粒子2同士が最密充填状態で結合されることで、二次粒子1が球形になりやすくなる。一次粒子2同士を結合させる方法には、回転する容器の内部で造粒する転動造粒法、気流中に材料を噴霧して造粒する噴霧造粒法が挙げられる。
【0022】
図3は、比較例にかかる二次粒子を示す図である。比較例にかかる二次粒子51では、非球形の複数の一次粒子52がバインダ3で結合されているが、一次粒子52間の間隙は最密充填状態よりも大きくなっている。比較例にかかる二次粒子51では、二次粒子51自体の充填率を高めても、一次粒子52間の間隙によって、一次粒子52の充填率が低下してしまう場合がある。また、間隙が大きいため、一次粒子52の配列がばらついた状態となり、二次粒子51が球形になりにくい。
【0023】
一方、本実施の形態1にかかる冶金用粉末である二次粒子1では、最密充填状態で一次粒子2同士が結合されているため、粉末冶金において一次粒子2の充填率の向上を図ることができる。これにより、粉末冶金によって製造される成形品の品質の向上を図ることができる。
【0024】
また、二次粒子1が球形または球形に近い形状に成形されているので、図1にも示すように、二次粒子1の流動性の向上を図ることができる。したがって、粉末冶金において二次粒子1の充填率の向上を図ることができる。
【0025】
また、二次粒子1に含まれる一次粒子2に非球形のものを用いても、二次粒子1が球形または球形に近い形状に成形されるので、冶金用粉末である二次粒子1の流動性の向上が図られる。したがって、球形の一次粒子2を用いるよりも、製造コストが抑えられる非球形の一次粒子2を用いて冶金用粉末を製造することができ、冶金用粉末の製造コストを抑えることができる。また、一次粒子2の形状および大きさに関わらず、二次粒子1を球形または球形に近い形状として流動性の向上を図ることができるので、一次粒子2に用いられる粉末の選択の自由度が高まる。これにより、形状および大きさの面から、よりコストの低い一次粒子2を採用することが可能となり、冶金用粉末の製造コストをより一層抑えることができる。
【0026】
また、複数の一次粒子2を結合して二次粒子1とすることで、冶金用粉末である二次粒子1の粒径を大きくすることができる。これにより、粒径の小さな一次粒子2をそのまま冶金用粉末に用いる場合よりも、粉末冶金を行う際の安全性の向上を図ることができる。なお、一次粒子2に帯電防止剤を付与しておくことで、二次粒子1を形成する際の安全性の向上も図ることができる。
【0027】
また、二次粒子1に含まれる一次粒子2の数を異ならせることで、二次粒子1の大きさが変更可能となる。したがって、様々な粒径の二次粒子1を容易に製造することが可能となる。
【0028】
次に、実施の形態1の変形例1にかかる冶金用粉末に用いられる二次粒子について説明する。図4は、実施の形態1の変形例1にかかる冶金用粉末に用いられる二次粒子と、その二次粒子に含まれる一次粒子の形状と流動性の関係を示す図である。図5は、実施の形態1の変形例1にかかる冶金用粉末に用いられる二次粒子1を示す図である。本変形例1にかかる冶金用粉末に用いられる二次粒子1は、非球形であって異なる形状の一次粒子2同士をバインダ3で結合させて形成される。
【0029】
図5では、二次粒子1が、角形の第1の一次粒子2aと、フレーク形状の第2の一次粒子2bと含む例を示している。図5に示すように、最密状態で結合された第1の一次粒子2a同士の間隙に、フレーク形状の第2の一次粒子2bが入り込むことで、二次粒子1全体に占める一次粒子2の割合を向上させることができる。これにより、粉末冶金において一次粒子2の充填率のより一層の向上を図ることができる。
【0030】
また、二次粒子1の表面で第1の一次粒子2aによって形成された凹凸に第2の一次粒子2bが入り込み、単一の形状の一次粒子2で形成された二次粒子1よりも表面が滑らかになる。これにより、粉末冶金において冶金用粉末が充填される金型および冶金用粉末を敷き詰めるための部材が、二次粒子1によって削られにくくなる。すなわち、冶金用粉末が充填される金型および冶金用粉末を敷き詰めるための部材の長寿命化を図ることができる。
【0031】
また、第1の一次粒子2aの形状と、第2の一次粒子2bの形状の組み合わせは、図4に示すように、楕円形と角形であってもよいし、楕円形とフレーク形状であってもよいし、他の形状同士の組み合わせであってもよい。なお、二次粒子1に含まれる一次粒子2の形状は2種類に限られず、3種類以上の形状の一次粒子2が含まれていてもよい。
【0032】
また、第1の一次粒子2aの材質と第2の一次粒子2bの材質とを異ならせてもよい。第1の一次粒子2aの材質と第2の一次粒子2bの材質とを異ならせ、成形の過程で第1の一次粒子2aと第2の一次粒子2bを溶融させれば、合金で形成された成形品を得ることができる。すなわち、予め合金とされた一次粒子2を用いずに、容易に合金で形成された成形品を得ることができる。例えば、第1の一次粒子2aに鉄を用い、第2の一次粒子2bにクロムを用いれば、鉄−クロム合金の成形品を得ることができる。なお、第1の一次粒子2aと第2の一次粒子2bとを焼結させた焼結体を成形品としてもよい。
【0033】
また、材質の異なる第1の一次粒子2aと第2の一次粒子2bとの混合比を変えることで、合金比率も容易に調整することができる。成形品が焼結体であれば、焼結体に含まれる複数の材質の比率を容易に調整することができる。
【0034】
次に、実施の形態1の変形例2にかかる冶金用粉末に用いられる二次粒子について説明する。図6は、実施の形態1の変形例2にかかる冶金用粉末に用いられる二次粒子1を示す図である。本変形例2にかかる冶金用粉末に用いられる二次粒子1は、第1の一次粒子2cと第2の一次粒子2dとをバインダ3で結合させて形成される。
【0035】
図7は、実施の形態1の変形例2における第1の一次粒子2cと第2の一次粒子2dの粒度分布を示す図である。図7に示すように、第1の一次粒子2cの粒度分布における粒径のピークと第2の一次粒子2dの粒径のピークとが異なっている。粒度分布は、粒径(μm)を横軸にし、粉末全体に対する存在比率(パーセント)を縦軸にしたものである。粒度分布の測定方法には、レーザ回折法、画像イメージング法、重力沈降法が例示される。粒径のピークは、粒度分布において最も出現率の大きい粒子径であり、粒度分布が測定された粉末のモード径とも呼ばれる。また、粒度分布から求められる粒径には、D50と呼ばれる値がある。具体的には、粉体をある粒径より大きい粒子とある粒径より小さい粒子との2つに分けて、ある粒径より大きい粒子とある粒径より小さい粒子とが等量となるときのある粒径がD50の値として示される。図7に示す例では、第1の一次粒子2cの粒径のピークとD50が10μmで一致し、第2の一次粒子2dの粒径のピークとD50とが2μmで一致している例を示しているが、これらは必ず一致するとは限らない。
【0036】
なお、以下の説明において、粒度分布における粒径のピークを、単に粒径とも表現する。
【0037】
図7に示すように、第1の一次粒子2cの粒径よりも第2の一次粒子2dの粒径のほうが小さくなっている。図6に示すように、最密状態で結合された第1の一次粒子2c同士の間隙に、粒径の小さな第2の一次粒子2dが入り込むことで、二次粒子1にしめる一次粒子2の割合を向上させることができる。これにより、粉末冶金において一次粒子2の充填率のより一層の向上を図ることができる。
【0038】
また、二次粒子1の表面で第1の一次粒子2cによって形成された凹凸に第2の一次粒子2dが入り込み、第1の一次粒子2cのみで形成された二次粒子1よりも表面が滑らかになる。これにより、粉末冶金において冶金用粉末が充填される金型および冶金用粉末を敷き詰めるための部材が、二次粒子1によって削られにくくなる。すなわち、冶金用粉末が充填される金型および冶金用粉末を敷き詰めるための部材の長寿命化を図ることができる。
【0039】
また、第1の一次粒子2cの材質と第2の一次粒子2dの材質とを異ならせてもよい。第1の一次粒子2cの材質と第2の一次粒子2dの材質とを異ならせ、成形の過程で第1の一次粒子2cと第2の一次粒子2dを溶融させれば、合金で形成された成形品を得ることができる。すなわち、予め合金とされた一次粒子2を用いずに、容易に合金で形成された成形品を得ることができる。例えば、第1の一次粒子2cに鉄を用い、第2の一次粒子2dにクロムを用いれば、鉄−クロム合金の成形品を得ることができる。なお、第1の一次粒子2cと第2の一次粒子2dとを焼結させた焼結体を成形品としてもよい。
【0040】
また、材質の異なる第1の一次粒子2cと第2の一次粒子2dとの混合比を変えることで、合金比率も容易に調整することができる。成形品が焼結体であれば、焼結体に含まれる複数の材質の比率を容易に調整することができる。
【0041】
また、本変形例2では、二次粒子1に含まれる一次粒子2の粒径が2種類である例を示したが、二次粒子1に含まれる一次粒子2の粒径が3種類以上であってもよい。
【0042】
次に、実施の形態1の変形例3にかかる冶金用粉末に用いられる二次粒子について説明する。図8は、実施の形態1の変形例3にかかる冶金用粉末に用いられる二次粒子1を充填した状態を示す図である。本変形例3にかかる冶金用粉末に用いられる二次粒子1は、互いに粒径の異なる第1の二次粒子1aと第2の二次粒子1bとを含んでいる。
【0043】
図9は、実施の形態1の変形例3における第1の二次粒子1aと第2の二次粒子1bの粒度分布を示す図である。図9に示すように、第1の二次粒子1aの粒度分布における粒径のピークと第2の二次粒子1bの粒径のピークとが異なっている。図9に示す例では、第1の二次粒子1aの粒径のピークとD50が100μmで一致し、第2の二次粒子1bの粒径のピークとD50とが20μmで一致している例を示している。第1の二次粒子1aと第2の二次粒子1bとでは、含まれる一次粒子2の個数を異ならせることで、互いの粒径を異ならせている。
【0044】
図9に示すように、第1の二次粒子1aの粒径よりも第2の二次粒子1bの粒径のほうが小さくなっている。図9に示すように、第1の二次粒子1a同士の間隙に、粒径の小さな第2の二次粒子1bが入り込むことで、粉末冶金において二次粒子1の充填率の向上を図ることができる。これにより、粉末冶金において一次粒子2の充填率が向上し、成形品の品質向上を図ることができる。
【0045】
また、第1の二次粒子1aに含まれる一次粒子2の材質と第2の二次粒子1bに含まれる一次粒子2の材質とを異ならせてもよい。材質を異ならせた一次粒子2を成形の過程で溶融させれば、合金で形成された成形品を得ることができる。すなわち、予め合金とされた一次粒子2を用いずに、容易に合金で形成された成形品を得ることができる。例えば、鉄の一次粒子2とクロムの一次粒子2とを用いれば、鉄−クロム合金の成形品を得ることができる。なお、一次粒子2同士を焼結させた焼結体を成形品としてもよい。
【0046】
また、材質の異なる一次粒子2同士の混合比を変えることで、合金比率も容易に調整することができる。成形品が焼結体であれば、焼結体に含まれる複数の材質の比率を容易に調整することができる。
【0047】
また、本変形例3では、二次粒子1の粒径が2種類である例を示したが、二次粒子1の粒径が3種類以上であってもよい。また、図8では、図面の簡単化のために、一次粒子2を円形形状で示しているが、上述した二次粒子1に用いられる一次粒子2と同様に、本変形例3でも非球形の一次粒子2を用いる。また、二次粒子1において、一次粒子2は最密充填状態で結合されていることが望ましい。
【0048】
次に、上述した冶金用粉末を用いた粉末冶金によって成形品を製造する工程について説明する。図10は、実施の形態1にかかる冶金用粉末を用いて金型プレス成形法によって成形品を製造する手順を説明するフローチャートである。
【0049】
金型プレス成形法では、まず、金型に冶金用粉末を充填させる(ステップS1)。次に、金型に充填された冶金用粉末を圧縮して成形する(ステップS2)。次に、金型に充填された冶金用粉末を、焼結炉にて焼結させて焼結体である成形品とする(ステップS3)。金型から成形品を取り出して、必要に応じて後加工を加えることで、成形品が製造される(ステップS4)。
【0050】
次に、冶金用粉末を用いて粉末床溶融方式の粉末積層造形法で成形品を製造する手順を説明する。図11は、実施の形態1にかかる冶金用粉末を用いて成形品を製造する粉末床溶融方式の粉末積層造形装置の概略構成を示す図である。
【0051】
粉末積層造形装置21は、ステージ22、テーブル23、タンク24、スキージ25、およびレーザ照射部26を備える。ステージ22には、水平に形成された冶金用粉末である二次粒子1が載置される載置面22aを有する。ステージ22の載置面22aには、テーブル23が上下移動可能に収容される凹部22bが形成されている。
【0052】
テーブル23が凹部22b内を上下に移動することで、テーブル23の天面23aとステージ22の載置面22aとの段差の高さが変更される。タンク24には、内部に冶金用粉末である二次粒子1が収容されている。タンク24に形成された供給口24aから載置面22a上に冶金用粉末が供給される。
【0053】
スキージ25は、載置面22aに沿って移動可能な板状または棒状の部材である。載置面22aに沿ってスキージ25が移動することで、載置面22a上に載置された冶金用粉末がスキージ25に押されて移動する。スキージ25が凹部22b上を移動することで、載置面22aと天面23aとの段差部、すなわち凹部22bと天面23aとに囲まれた空間の内部に冶金用粉末が敷き詰められる。
【0054】
レーザ照射部26は、段差部に敷き詰められた冶金用粉末に向けてレーザ光28を照射する。レーザ光28が照射された部分では、冶金用粉末が焼結または溶融されて固化する。すなわち、段差部に充填された冶金用粉末の一部をレーザ光28によって選択的に固化させることができる。
【0055】
図12は、実施の形態1にかかる冶金用粉末および粉末床溶融方式の粉末積層造形装置21を用いて粉末積層造形法によって成形品を製造する手順を説明するフローチャートである。まず、テーブル23を下げて、載置面22aと天面23aとの間に段差を形成する(ステップS11)。次に、冶金用粉末を載置面22aに供給する(ステップS12)。次に、スキージ25を移動させて、段差部に冶金用粉末を敷き詰める(ステップS13)。次に、敷き詰められた冶金用粉末の一部にレーザ光28を照射し、照射位置を移動させることで所望の箇所で冶金用粉末を固化させる(ステップS14)。
【0056】
ここで、天面23a上に目的の形状の成形品を形成するために必要な層数で冶金用粉末が積層されていない場合には(ステップS15,No)、テーブル23を一段下げて(ステップS16)、先に段差に充填された冶金用粉末の天面23aと載置面22aとの間に段差を形成させてから、ステップS12に戻り、冶金用粉末の供給と固化を繰り返す。
【0057】
ステップS15において必要な層数で冶金用粉末が積層されている場合には(ステップS15,Yes)、テーブル23上から冶金用粉末の固化部分を取り出す(ステップS17)ことで、成形品が製造される。なお、レーザ光28が照射される位置の移動は、図示しないミラーでレーザ光28を走査して実現してもよいし、レーザ照射部26を移動させる移動機構を設けて実現してもよい。
【0058】
なお、図11に示す粉末積層造形装置21において、レーザ照射部26に代えて結合剤であるバインダを噴射する結合剤噴射部を設けて、結合剤噴射方式の粉末積層造形装置21としてもよい。この場合、ステップS14において冶金用粉末の一部に結合剤を噴射して、結合剤が噴射された部分の冶金用粉末を固化させることで、成形品が製造される。
【0059】
次に、冶金用粉末を用いて粉末積層造形法によって成形品を製造する他の手順を説明する。図13は、実施の形態1にかかる冶金用粉末を用いて成形品を製造する指向性エネルギー方式の粉末積層造形装置の概略構成を示す図である。
【0060】
粉末積層造形装置31は、テーブル33、レーザ照射部36、およびノズル37を備える。テーブル33上には、レーザ照射部36からレーザ光38が照射される。ノズル37は、レーザ光38が照射されている箇所に向けて、冶金用粉末を噴射する。
【0061】
レーザ光38が照射されている箇所では、冶金用粉末が溶融または焼結されて固化される。レーザ光38が照射される位置および冶金用粉末が噴射される位置を移動させることで、所望の箇所で冶金用粉末を固化させて、目的の形状に沿った成形品を成形することができる。
【0062】
図14は、実施の形態1にかかる冶金用粉末および指向性エネルギー方式の粉末積層造形装置31を用いて粉末積層造形法によって成形品を製造する手順を説明するフローチャートである。まず、テーブル33に向けてレーザ光38を照射する(ステップS21)。次に、レーザ光38が照射されている箇所に向けて冶金用粉末を噴射する(ステップS22)。次に、レーザ光38が照射される位置および冶金用粉末が噴射される位置を連動して移動させることで(ステップS23)、所望の位置で冶金用粉末を固化させて成形品を製造することができる。なお、レーザ光38が照射される位置の移動は、図示しないミラーによってレーザ光38を走査して実現してもよいし、レーザ照射部36を移動させて実現してもよい。また、冶金用粉末が噴射される位置の移動は、ノズル37の噴射角度を異ならせて実現してもよいし、ノズル37を移動させる移動機構を設けて実現してもよい。また、本実施の形態1で示した冶金用粉末であれば流動性の向上が図られているので、ノズル37内で粉末の詰まりが発生することを抑えることができる。
【0063】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【0064】
1 二次粒子、1a 第1の二次粒子、1b 第2の二次粒子、2 一次粒子、2a,2c 第1の一次粒子、2b,2d 第2の一次粒子、3 バインダ、21,31 粉末積層造形装置、22 ステージ、22a 載置面、22b 凹部、23,33 テーブル、23a 天面、24 タンク、24a 供給口、25 スキージ、26,36 レーザ照射部、37 ノズル、28,38 レーザ光、51 二次粒子、52 一次粒子。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14

【手続補正書】
【提出日】2017年11月1日
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
冶金用粉末を用いた異なる金属が溶け合った合金成形品の製造方法であって、
テーブル上に前記冶金用粉末を敷き詰めるステップと、
前記テーブル上の冶金用粉末の一部にレーザ光を照射して前記冶金用粉末を溶融させるステップと、
前記レーザ光が照射された前記冶金用粉末上にさらに冶金用粉末を敷き詰めるステップと、
さらに敷き詰められた前記冶金用粉末の一部にレーザ光を照射して前記冶金用粉末を溶融させるステップと、を備え、
前記冶金用粉末は、複数の一次粒子をバインダで結合させた複数の二次粒子を有し、
前記複数の一次粒子は、互いに形状の異なる第1の一次粒子と第2の一次粒子とを含み、
複数の前記第1の一次粒子同士の間隙に前記第2の一次粒子が入り込んでおり、
前記第1の一次粒子と前記第2の一次粒子とが異なる材質であることを特徴とする合金成形品の製造方法
【請求項2】
冶金用粉末を用いた異なる金属が溶け合った合金成形品の製造方法であって、
テーブル上に前記冶金用粉末を敷き詰めるステップと、
前記テーブル上の冶金用粉末の一部にレーザ光を照射して前記冶金用粉末を溶融させるステップと、
前記レーザ光が照射された前記冶金用粉末上にさらに冶金用粉末を敷き詰めるステップと、
さらに敷き詰められた前記冶金用粉末の一部にレーザ光を照射して前記冶金用粉末を溶融させるステップと、を備え、
前記冶金用粉末は、複数の一次粒子をバインダで結合させた複数の二次粒子を有し、
前記複数の一次粒子は、粒度分布において粒径のピークが互いに異なる第1の一次粒子と第2の一次粒子とを含み、
前記第1の一次粒子と前記第2の一次粒子とが異なる材質であることを特徴とする合金成形品の製造方法
【請求項3】
冶金用粉末を用いた異なる金属が溶け合った合金成形品の製造方法であって、
テーブル上に前記冶金用粉末を敷き詰めるステップと、
前記テーブル上の冶金用粉末の一部にレーザ光を照射して前記冶金用粉末を溶融させるステップと、
前記レーザ光が照射された前記冶金用粉末上にさらに冶金用粉末を敷き詰めるステップと、
さらに敷き詰められた前記冶金用粉末の一部にレーザ光を照射して前記冶金用粉末を溶融させるステップと、を備え、
前記冶金用粉末は、複数の一次粒子をバインダで結合させた複数の二次粒子を有し、
前記複数の二次粒子は、粒度分布において粒径のピークが互いに異なる第1の二次粒子と第2の二次粒子とを含み、
前記第1の二次粒子に含まれる前記複数の一次粒子と、前記第2の二次粒子に含まれる前記複数の一次粒子とが異なる材質であることを特徴とする合金成形品の製造方法
【請求項4】
冶金用粉末を用いた異なる金属が溶け合った合金成形品の製造方法であって、
テーブル上にレーザ光を照射するステップと、
前記レーザ光が照射されている箇所に向けて前記冶金用粉末を噴射して前記冶金用粉末を溶融させるステップと、
前記レーザ光が照射される位置および前記冶金用粉末が噴射される位置を連動して移動させるステップと、を備え、
前記冶金用粉末は、複数の一次粒子をバインダで結合させた複数の二次粒子を有し、
前記複数の一次粒子は、互いに形状の異なる第1の一次粒子と第2の一次粒子とを含み、
複数の前記第1の一次粒子同士の間隙に前記第2の一次粒子が入り込んでおり、
前記第1の一次粒子と前記第2の一次粒子とが異なる材質であることを特徴とする合金成形品の製造方法。
【請求項5】
冶金用粉末を用いた異なる金属が溶け合った合金成形品の製造方法であって、
テーブル上にレーザ光を照射するステップと、
前記レーザ光が照射されている箇所に向けて前記冶金用粉末を噴射して前記冶金用粉末を溶融させるステップと、
前記レーザ光が照射される位置および前記冶金用粉末が噴射される位置を連動して移動させるステップと、を備え、
前記冶金用粉末は、複数の一次粒子をバインダで結合させた複数の二次粒子を有し、
前記複数の一次粒子は、粒度分布において粒径のピークが互いに異なる第1の一次粒子と第2の一次粒子とを含み、
前記第1の一次粒子と前記第2の一次粒子とが異なる材質であることを特徴とする合金成形品の製造方法。
【請求項6】
冶金用粉末を用いた異なる金属が溶け合った合金成形品の製造方法であって、
テーブル上にレーザ光を照射するステップと、
前記レーザ光が照射されている箇所に向けて前記冶金用粉末を噴射して前記冶金用粉末を溶融させるステップと、
前記レーザ光が照射される位置および前記冶金用粉末が噴射される位置を連動して移動させるステップと、を備え、
前記冶金用粉末は、複数の一次粒子をバインダで結合させた複数の二次粒子を有し、
前記複数の二次粒子は、粒度分布において粒径のピークが互いに異なる第1の二次粒子と第2の二次粒子とを含み、
前記第1の二次粒子に含まれる前記複数の一次粒子と、前記第2の二次粒子に含まれる前記複数の一次粒子とが異なる材質であることを特徴とする合金成形品の製造方法。
【請求項7】
前記複数の一次粒子は、金属、セラミックおよびサーメットの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の合金成形品の製造方法

【手続補正書】
【提出日】2018年3月20日
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
冶金用粉末を用いた異なる金属が溶け合った合金成形品の製造方法であって、
テーブル上に前記冶金用粉末を敷き詰めるステップと、
前記テーブル上の冶金用粉末の一部にレーザ光を照射して前記冶金用粉末を溶融させるステップと、
前記レーザ光が照射された前記冶金用粉末上にさらに冶金用粉末を敷き詰めるステップと、
さらに敷き詰められた前記冶金用粉末の一部にレーザ光を照射して前記冶金用粉末を溶融させるステップと、を備え、
前記冶金用粉末は、複数の一次粒子をバインダで結合させた複数の二次粒子を有し、
前記複数の二次粒子は、粒度分布において粒径のピークが互いに異なる第1の二次粒子と第2の二次粒子とを含み、
前記第1の二次粒子に含まれる前記複数の一次粒子と、前記第2の二次粒子に含まれる前記複数の一次粒子とが異なる材質であることを特徴とする合金成形品の製造方法。
【請求項2】
冶金用粉末を用いた異なる金属が溶け合った合金成形品の製造方法であって、
テーブル上にレーザ光を照射するステップと、
前記レーザ光が照射されている箇所に向けて前記冶金用粉末を噴射して前記冶金用粉末を溶融させるステップと、
前記レーザ光が照射される位置および前記冶金用粉末が噴射される位置を連動して移動させるステップと、を備え、
前記冶金用粉末は、複数の一次粒子をバインダで結合させた複数の二次粒子を有し、
前記複数の二次粒子は、粒度分布において粒径のピークが互いに異なる第1の二次粒子と第2の二次粒子とを含み、
前記第1の二次粒子に含まれる前記複数の一次粒子と、前記第2の二次粒子に含まれる前記複数の一次粒子とが異なる材質であることを特徴とする合金成形品の製造方法。
【請求項3】
前記複数の一次粒子は、セラミックおよびサーメットの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1または2に記載の合金成形品の製造方法。
【国際調査報告】