JP3403909B2 - 芯体と外層体との焼結接合体 - Google Patents
芯体と外層体との焼結接合体Info
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- JP3403909B2 JP3403909B2 JP01910197A JP1910197A JP3403909B2 JP 3403909 B2 JP3403909 B2 JP 3403909B2 JP 01910197 A JP01910197 A JP 01910197A JP 1910197 A JP1910197 A JP 1910197A JP 3403909 B2 JP3403909 B2 JP 3403909B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、略円柱形状の外形
を有する金属製芯体の外周面に、略円筒形状をなす焼結
材料粉末の加圧成形体を焼結接合させて外層体を形成し
た焼結接合体に係り、とりわけ、芯体と加圧成形体との
寸法関係、及び芯体の形状を改良することにより、外層
体に生ずる未接合部分を小さくするようにした焼結接合
体に関する。
を有する金属製芯体の外周面に、略円筒形状をなす焼結
材料粉末の加圧成形体を焼結接合させて外層体を形成し
た焼結接合体に係り、とりわけ、芯体と加圧成形体との
寸法関係、及び芯体の形状を改良することにより、外層
体に生ずる未接合部分を小さくするようにした焼結接合
体に関する。
【0002】
【従来の技術】例えばプラスチック成形機のスクリュの
ように、耐摩耗性と耐蝕性とが同時に要求される製品に
は、サーメットのような材料が適している。しかし、サ
ーメットには靭性に乏しいという欠点がある。このた
め、高応力を受ける内層部分に靭性に優れた合金鋼を配
し、プラスチック材料と接触する外層部分にサーメット
を配した、複合構造のスクリュエレメントが提案されて
いる。
ように、耐摩耗性と耐蝕性とが同時に要求される製品に
は、サーメットのような材料が適している。しかし、サ
ーメットには靭性に乏しいという欠点がある。このた
め、高応力を受ける内層部分に靭性に優れた合金鋼を配
し、プラスチック材料と接触する外層部分にサーメット
を配した、複合構造のスクリュエレメントが提案されて
いる。
【0003】このような複合構造のスクリュエレメント
を作製する場合、外層部分となるサーメット原料粉末の
成形体を、内層部分となる合金鋼製の芯体に焼結接合さ
せる製造方法が提案されている。このような焼結接合に
よる製造方法の例が、図4に示されている。すなわち、
まず、図4(a)に示すように、サーメット原料粉末を
円筒形状に加圧成形してなる成形体9を焼結台7上に載
置する。そして、成形体9の中心孔91内部に、合金鋼
製の円柱形状をなす芯体8を配置する。次に、これを真
空中で加熱すると、成形体9が焼結・収縮してその内周
面92が芯体8の外周面81に接合されて外層体90と
なり、図4(b)に示すような焼結接合体が完成する。
を作製する場合、外層部分となるサーメット原料粉末の
成形体を、内層部分となる合金鋼製の芯体に焼結接合さ
せる製造方法が提案されている。このような焼結接合に
よる製造方法の例が、図4に示されている。すなわち、
まず、図4(a)に示すように、サーメット原料粉末を
円筒形状に加圧成形してなる成形体9を焼結台7上に載
置する。そして、成形体9の中心孔91内部に、合金鋼
製の円柱形状をなす芯体8を配置する。次に、これを真
空中で加熱すると、成形体9が焼結・収縮してその内周
面92が芯体8の外周面81に接合されて外層体90と
なり、図4(b)に示すような焼結接合体が完成する。
【0004】しかし、図4に示すような従来の焼結接合
体は、図5に便宜上、誇張して示すように、外層体90
の略両端部93内周に対応する部分に比較的大きな未接
合部分100が生じ、十分な接合強度が得られないとい
う問題がある。
体は、図5に便宜上、誇張して示すように、外層体90
の略両端部93内周に対応する部分に比較的大きな未接
合部分100が生じ、十分な接合強度が得られないとい
う問題がある。
【0005】すなわち、図4(a)に示す成形体9の焼
結・収縮の過程で、成形体9の内周面92が芯体8の外
周面81に接触し、その後両者の接合が進行して行く
が、この両者の接合により成形体9の内周面92側の収
縮が拘束されてしまう。このため、図5に示すように、
外層体90の内周面92側に比べて外周面94側の収縮
量の方が大きくなって、外層体90の両端部93側が外
周方向へ反り、焼結接合体に全体の大きさに対して比較
的大きな未接合部分100を生じさせてしまうことにな
る。
結・収縮の過程で、成形体9の内周面92が芯体8の外
周面81に接触し、その後両者の接合が進行して行く
が、この両者の接合により成形体9の内周面92側の収
縮が拘束されてしまう。このため、図5に示すように、
外層体90の内周面92側に比べて外周面94側の収縮
量の方が大きくなって、外層体90の両端部93側が外
周方向へ反り、焼結接合体に全体の大きさに対して比較
的大きな未接合部分100を生じさせてしまうことにな
る。
【0006】そこで、このような未接合部分を小さくす
るために、芯体の形状を改良した焼結接合体が提案され
ている(特願平8−235336参照)。この従来の焼
結接合体においては、図6に示すように、芯体10は、
外層体3の略両端部内周に対応する一対の大径部11
a,11b(図6(c)参照)と、この一対の大径部1
1a,11b同士の間に形成された小径部120と、こ
の小径部120と大径部11a,11bとの間を芯体1
0の縦断面においてなだらかに連結する連結部13a,
13bとを有している。
るために、芯体の形状を改良した焼結接合体が提案され
ている(特願平8−235336参照)。この従来の焼
結接合体においては、図6に示すように、芯体10は、
外層体3の略両端部内周に対応する一対の大径部11
a,11b(図6(c)参照)と、この一対の大径部1
1a,11b同士の間に形成された小径部120と、こ
の小径部120と大径部11a,11bとの間を芯体1
0の縦断面においてなだらかに連結する連結部13a,
13bとを有している。
【0007】この芯体10の小径部120は、成形体2
0を単独で(その中心孔21内に芯体10を入れずに)
焼結させた場合におけるその内径寸法より僅かに大き
く、かつ大径部11a,11bの外形寸法より僅かに小
さい外形寸法を有している。また、芯体10は、上方の
大径部11aから上方へ延び大径部11aと同一の外径
寸法を有する上方延長部14′と、下方の大径部11b
から下方へ短く延び大径部11bと同一の外径寸法を有
する下方延長部15とを有している。
0を単独で(その中心孔21内に芯体10を入れずに)
焼結させた場合におけるその内径寸法より僅かに大き
く、かつ大径部11a,11bの外形寸法より僅かに小
さい外形寸法を有している。また、芯体10は、上方の
大径部11aから上方へ延び大径部11aと同一の外径
寸法を有する上方延長部14′と、下方の大径部11b
から下方へ短く延び大径部11bと同一の外径寸法を有
する下方延長部15とを有している。
【0008】このような従来の焼結接合体によれば、図
6(a)〜(c)に示す焼結接合の過程において、成形
体20の焼結・収縮によって、図6(b)に示すよう
に、まず芯体10の大径部11a,11b付近の外周面
に成形体20の内周面230が接触する。その後、成形
体20の内周面230が芯体10の外周面形状に略対応
した形状に変形しながら芯体10の外周面に焼結接合し
てゆき、最終的に図6(c)に示すような外層体30が
形成され、焼結接合体が完成する。
6(a)〜(c)に示す焼結接合の過程において、成形
体20の焼結・収縮によって、図6(b)に示すよう
に、まず芯体10の大径部11a,11b付近の外周面
に成形体20の内周面230が接触する。その後、成形
体20の内周面230が芯体10の外周面形状に略対応
した形状に変形しながら芯体10の外周面に焼結接合し
てゆき、最終的に図6(c)に示すような外層体30が
形成され、焼結接合体が完成する。
【0009】すなわち、この従来の焼結接合体は、成形
体20の内周面230が芯体10の外周面形状に略対応
した形状に変形しながら芯体10の外周面に焼結接合し
て外層体30をなすようにすることで、芯体10と外層
体30との未接合部分4を小さくしようとするものであ
る。
体20の内周面230が芯体10の外周面形状に略対応
した形状に変形しながら芯体10の外周面に焼結接合し
て外層体30をなすようにすることで、芯体10と外層
体30との未接合部分4を小さくしようとするものであ
る。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の焼結接合体には、以下のような問題点があ
る。まず第1に、図7(a)に示すように、成形体20
Aの内周面230と芯体10Aの大径部11a,11b
との間の間隔d′が、全体の大きさに対して比較的広い
場合、図7(c)に示すように、焼結接合体の下部にお
いて、芯体10Aと外層体30Aとの間に大きな未接合
部分が生じてしまうことがある。
うな従来の焼結接合体には、以下のような問題点があ
る。まず第1に、図7(a)に示すように、成形体20
Aの内周面230と芯体10Aの大径部11a,11b
との間の間隔d′が、全体の大きさに対して比較的広い
場合、図7(c)に示すように、焼結接合体の下部にお
いて、芯体10Aと外層体30Aとの間に大きな未接合
部分が生じてしまうことがある。
【0011】その理由は、次の通りである。すなわち、
焼結接合の過程における成形体(外層体)の温度変化
は、図9に示すように、常温T0 から次第に温度が上昇
し、軟化温度Tb を経て、焼結温度Ts に達する。そし
て、一定時間の間、焼結温度Ts を保って焼結接合が行
われ、焼結接合の完了後、再び常温T0 まで温度が降下
する。ここで、成形体は、上記軟化温度Tb に達するま
では、その底面50が焼結台7上を滑りながら自由に収
縮できる。しかし、軟化温度Tb に達すると、成形体中
のマトリクス金属の軟化が進行し、その底面50と焼結
台7との間の摩擦の影響によって、成形体下部の半径方
向の自由な収縮が妨げられるようになる。
焼結接合の過程における成形体(外層体)の温度変化
は、図9に示すように、常温T0 から次第に温度が上昇
し、軟化温度Tb を経て、焼結温度Ts に達する。そし
て、一定時間の間、焼結温度Ts を保って焼結接合が行
われ、焼結接合の完了後、再び常温T0 まで温度が降下
する。ここで、成形体は、上記軟化温度Tb に達するま
では、その底面50が焼結台7上を滑りながら自由に収
縮できる。しかし、軟化温度Tb に達すると、成形体中
のマトリクス金属の軟化が進行し、その底面50と焼結
台7との間の摩擦の影響によって、成形体下部の半径方
向の自由な収縮が妨げられるようになる。
【0012】そして、図7に示すように、成形体20A
の内周面230と芯体10Aの大径部11a,11bと
の間の間隔d′が全体の大きさにに対して比較的広い場
合は、成形体20Aの収縮により両者が接触する前(図
7(b))に成形体20Aの温度が軟化温度Tb に達す
る場合がある。この場合、図9に符号a, b′, c,d
で示す各段階に、それぞれ図7(a), (b),
(c), (d)に示す状態が対応している。
の内周面230と芯体10Aの大径部11a,11bと
の間の間隔d′が全体の大きさにに対して比較的広い場
合は、成形体20Aの収縮により両者が接触する前(図
7(b))に成形体20Aの温度が軟化温度Tb に達す
る場合がある。この場合、図9に符号a, b′, c,d
で示す各段階に、それぞれ図7(a), (b),
(c), (d)に示す状態が対応している。
【0013】この場合、成形体20Aの上部では半径方
向の自由な収縮が保たれるのに対して、成形体20Aの
下部においては、上述したように半径方向の自由な収縮
が妨げられる(図7(c)〜(d))。このため、焼結
接合体の下部において、芯体10Aと外層体30Aとの
間に大きな未接合部分110が生じてしまうことになる
(図7(d))。特に、成形体20Aの重量が比較的重
い(例えば1. 5kg以上の)場合は、摩擦の影響が大き
くなりやすいので、このような未接合部分110の発生
が顕著となり易くなる。第2に、図8(a)に示すよう
に、成形体20Bの内周面230と芯体10Bの大径部
11a,11bとの間の間隔d″が、全体の大きさに対
して比較的狭く、成形体2の温度が軟化温度Tb に達す
る前に、成形体2の収縮により両者が接触し(図8
(b))、上述したような摩擦の影響による未接合部分
の発生の問題がない場合であっても、図8(d)に示す
ように、芯体10Bに対して外層体30Bが上下に斜め
にずれた焼結接合体ができてしまうことがある。なお、
この場合は、図9に符号a, b, c, dで示す各段階
に、それぞれ図8(a), (b), (c), (d)に示
す状態が対応している。
向の自由な収縮が保たれるのに対して、成形体20Aの
下部においては、上述したように半径方向の自由な収縮
が妨げられる(図7(c)〜(d))。このため、焼結
接合体の下部において、芯体10Aと外層体30Aとの
間に大きな未接合部分110が生じてしまうことになる
(図7(d))。特に、成形体20Aの重量が比較的重
い(例えば1. 5kg以上の)場合は、摩擦の影響が大き
くなりやすいので、このような未接合部分110の発生
が顕著となり易くなる。第2に、図8(a)に示すよう
に、成形体20Bの内周面230と芯体10Bの大径部
11a,11bとの間の間隔d″が、全体の大きさに対
して比較的狭く、成形体2の温度が軟化温度Tb に達す
る前に、成形体2の収縮により両者が接触し(図8
(b))、上述したような摩擦の影響による未接合部分
の発生の問題がない場合であっても、図8(d)に示す
ように、芯体10Bに対して外層体30Bが上下に斜め
にずれた焼結接合体ができてしまうことがある。なお、
この場合は、図9に符号a, b, c, dで示す各段階
に、それぞれ図8(a), (b), (c), (d)に示
す状態が対応している。
【0014】その理由は、次の通りである。すなわち、
この場合は、焼結の比較的初期の段階で、芯体10Bの
上方と下方の両大径部11a,11bに成形体20Bの
内周面230がほぼ同時に接触・接合する(図8
(b))。そして、その状態から成形体20Bの収縮が
更に進行して行くと、上下の接合部分の拘束によって、
成形体20Bが上下方向に引っ張られることになる。こ
のとき、成形体20Bはその円周方向の各部において、
上方と下方の両大径部11a,11bのうち、接合力の
強い方の側に引っ張られる。
この場合は、焼結の比較的初期の段階で、芯体10Bの
上方と下方の両大径部11a,11bに成形体20Bの
内周面230がほぼ同時に接触・接合する(図8
(b))。そして、その状態から成形体20Bの収縮が
更に進行して行くと、上下の接合部分の拘束によって、
成形体20Bが上下方向に引っ張られることになる。こ
のとき、成形体20Bはその円周方向の各部において、
上方と下方の両大径部11a,11bのうち、接合力の
強い方の側に引っ張られる。
【0015】このため、最終的に、芯体10Bに対して
外層体30Bが上下に斜めにずれた焼結接合体ができて
しまうことになる(図8(d))。また、このような外
層体30Bの上下方向のずれに伴って、外層体30Bの
ずれ方向とは反対側の部分に大きな未接合部分120,
130が生じてしまうという問題もある。
外層体30Bが上下に斜めにずれた焼結接合体ができて
しまうことになる(図8(d))。また、このような外
層体30Bの上下方向のずれに伴って、外層体30Bの
ずれ方向とは反対側の部分に大きな未接合部分120,
130が生じてしまうという問題もある。
【0016】本発明はこのような点を考慮してなされた
ものであり、成形体の収縮の不均衡に起因する外層体の
変形や大きな未接合部分の発生を防止できるような焼結
接合体を提供することを目的とする。
ものであり、成形体の収縮の不均衡に起因する外層体の
変形や大きな未接合部分の発生を防止できるような焼結
接合体を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明は、略円柱形状を
なす金属製の芯体と、略円筒形状をなす焼結材料粉末の
加圧成形体を、焼結台上において前記芯体の外周面に焼
結接合させてなる外層体とを備え、前記芯体は、前記外
層体の上部内周に対応する上方大径部と、この上方大径
部より下方に形成されるとともに、前記成形体を単独で
焼結させた場合におけるその内径寸法より大きく且つ前
記上方大径部の外径寸法より小さい外径寸法を有する小
径部と、この小径部と前記上方大径部との間を前記芯体
の縦断面においてなだらかに連結する連結部とを有し、
前記成形体の底面と前記焼結台との間の摩擦の影響によ
って、前記成形体の下部の自由な収縮が妨げられるよう
になる程度まで、前記成形体の軟化が進行するような前
記成形体の温度を軟化温度としたとき、前記芯体及び前
記成形体の寸法は、前記成形体の焼結途中における温度
が前記軟化温度に達する前に、前記成形体の収縮によっ
て、前記成形体の内周が前記芯体の上方大径部に接触す
るような寸法に、予め定められていることを特徴とする
芯体と外層体との焼結接合体である。
なす金属製の芯体と、略円筒形状をなす焼結材料粉末の
加圧成形体を、焼結台上において前記芯体の外周面に焼
結接合させてなる外層体とを備え、前記芯体は、前記外
層体の上部内周に対応する上方大径部と、この上方大径
部より下方に形成されるとともに、前記成形体を単独で
焼結させた場合におけるその内径寸法より大きく且つ前
記上方大径部の外径寸法より小さい外径寸法を有する小
径部と、この小径部と前記上方大径部との間を前記芯体
の縦断面においてなだらかに連結する連結部とを有し、
前記成形体の底面と前記焼結台との間の摩擦の影響によ
って、前記成形体の下部の自由な収縮が妨げられるよう
になる程度まで、前記成形体の軟化が進行するような前
記成形体の温度を軟化温度としたとき、前記芯体及び前
記成形体の寸法は、前記成形体の焼結途中における温度
が前記軟化温度に達する前に、前記成形体の収縮によっ
て、前記成形体の内周が前記芯体の上方大径部に接触す
るような寸法に、予め定められていることを特徴とする
芯体と外層体との焼結接合体である。
【0018】この発明によれば、芯体への成形体の焼結
接合の過程において、成形体が焼結・収縮してゆき、成
形体の温度が軟化温度に達する前に、芯体の上方大径部
の外周に成形体の上部内周が接触する。そして、この芯
体の上方大径部と成形体との接触部分の接合力と、成形
体の収縮の進行とによって、成形体の全体を上方へ引き
上げようとする力が発生する。また、成形体の収縮がさ
らに進行すると、芯体と成形体との接合力も増加し、成
形体の収縮に伴って、成形体の底面が焼結台から浮き上
がって行く。
接合の過程において、成形体が焼結・収縮してゆき、成
形体の温度が軟化温度に達する前に、芯体の上方大径部
の外周に成形体の上部内周が接触する。そして、この芯
体の上方大径部と成形体との接触部分の接合力と、成形
体の収縮の進行とによって、成形体の全体を上方へ引き
上げようとする力が発生する。また、成形体の収縮がさ
らに進行すると、芯体と成形体との接合力も増加し、成
形体の収縮に伴って、成形体の底面が焼結台から浮き上
がって行く。
【0019】従って、芯体の上方大径部に成形体が接触
し、両者の接合が進行し始めた後では、成形体の底面と
焼結台との間の摩擦の影響は次第に減少し、最終的には
ゼロになる。このため、この段階に入ってから成形体の
温度が軟化温度に達しても、成形体の底面と焼結台との
間の摩擦の影響によって、成形体下部の半径方向の自由
な収縮が妨げられることはない。
し、両者の接合が進行し始めた後では、成形体の底面と
焼結台との間の摩擦の影響は次第に減少し、最終的には
ゼロになる。このため、この段階に入ってから成形体の
温度が軟化温度に達しても、成形体の底面と焼結台との
間の摩擦の影響によって、成形体下部の半径方向の自由
な収縮が妨げられることはない。
【0020】その後、成形体は、その収縮に伴って芯体
の外周面全体に渡って接触し、芯体に焼結接合して行
く。この際、芯体の上方大径部においては、成形体が芯
体の外周面形状に略対応した形状に変形しながら接合し
て行く。そして、最終的に芯体に接合した外層体が形成
され、焼結接合体が完成する。このように、成形体の全
体が芯体の上方大径部側に引っ張られながら接合して行
くので、外層体が上下に斜めにずれることはなくなる。
の外周面全体に渡って接触し、芯体に焼結接合して行
く。この際、芯体の上方大径部においては、成形体が芯
体の外周面形状に略対応した形状に変形しながら接合し
て行く。そして、最終的に芯体に接合した外層体が形成
され、焼結接合体が完成する。このように、成形体の全
体が芯体の上方大径部側に引っ張られながら接合して行
くので、外層体が上下に斜めにずれることはなくなる。
【0021】本発明の焼結接合体は、前記芯体が、前記
外層体の底部内周に対応するとともに、前記小径部の外
径寸法より大きく、前記上方大径部の外径寸法より小さ
い外径寸法を有する下方大径部と、この下方大径部と、
前記小径部との間を前記芯体の縦断面においてなだらか
に連結する下方連結部とを更に有することが好ましい。
外層体の底部内周に対応するとともに、前記小径部の外
径寸法より大きく、前記上方大径部の外径寸法より小さ
い外径寸法を有する下方大径部と、この下方大径部と、
前記小径部との間を前記芯体の縦断面においてなだらか
に連結する下方連結部とを更に有することが好ましい。
【0022】このような焼結接合体によれば、最終的に
外層体の底部内周が、芯体の下方大径部に対応し、しか
も芯体の下方大径部と小径部との間が下方連結部によっ
てなだらかに連結され、成形体の変形に対応するように
なっているので、外層体の底部内周における芯体との未
接合部分の大きさを極めて小さくすることができる。
外層体の底部内周が、芯体の下方大径部に対応し、しか
も芯体の下方大径部と小径部との間が下方連結部によっ
てなだらかに連結され、成形体の変形に対応するように
なっているので、外層体の底部内周における芯体との未
接合部分の大きさを極めて小さくすることができる。
【0023】
【発明の実施の形態】次に、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図1及び図2は本発明の一
実施形態を示す図であり、図3は、本発明の他の実施形
態を示す図である。なお、図1乃至図3に示す実施の形
態の説明において、必要に応じて図9を参照して説明す
る。
施の形態について説明する。図1及び図2は本発明の一
実施形態を示す図であり、図3は、本発明の他の実施形
態を示す図である。なお、図1乃至図3に示す実施の形
態の説明において、必要に応じて図9を参照して説明す
る。
【0024】図1において、焼結接合体は、略円柱形状
の外形を有する金属製の芯体1と、円筒形状をなす焼結
材料粉末の加圧成形体2(図1(a)参照)を、焼結台
7上において芯体1の外周面に焼結接合させてなる外層
体3(図1(d)参照)とを備えている。
の外形を有する金属製の芯体1と、円筒形状をなす焼結
材料粉末の加圧成形体2(図1(a)参照)を、焼結台
7上において芯体1の外周面に焼結接合させてなる外層
体3(図1(d)参照)とを備えている。
【0025】上記芯体1は、外層体3の上部内周に対応
する上方大径部11(図1(d)参照)と、この上方大
径部11より下方に形成された小径部12とを有してい
る。なお、この上方大径部11は、図6乃至図8に示す
上記従来例の芯体10, 10A, 10Bにおける上方大
径部11aのように、焼結接合時に外層体30, 30
A, 30Bの略上端部内周に対応する部分のみを指すも
のと異なり、一定の幅を持って外層体3の上部内周と接
合する部分を指すものである。また、芯体1は、上方大
径部11から上方へ延び上方大径部11と同一の外径寸
法を有する上方延長部14を有している。
する上方大径部11(図1(d)参照)と、この上方大
径部11より下方に形成された小径部12とを有してい
る。なお、この上方大径部11は、図6乃至図8に示す
上記従来例の芯体10, 10A, 10Bにおける上方大
径部11aのように、焼結接合時に外層体30, 30
A, 30Bの略上端部内周に対応する部分のみを指すも
のと異なり、一定の幅を持って外層体3の上部内周と接
合する部分を指すものである。また、芯体1は、上方大
径部11から上方へ延び上方大径部11と同一の外径寸
法を有する上方延長部14を有している。
【0026】また、小径部12は、成形体2を単独で
(その中心孔21内に芯体1を入れずに)焼結させた場
合におけるその内径寸法より僅かに大きく、かつ上記大
径部11の外形寸法より僅かに小さい外形寸法を有して
いる。
(その中心孔21内に芯体1を入れずに)焼結させた場
合におけるその内径寸法より僅かに大きく、かつ上記大
径部11の外形寸法より僅かに小さい外形寸法を有して
いる。
【0027】また、芯体1は、上方大径部11と小径部
12との間を、芯体1の縦断面において円弧、または円
弧以外の曲線、さらにはこれらと直線との組み合わせな
どによりなだらかに連結する連結部13を有している。
なお、上記芯体1は例えば合金鋼製であり、上記成形体
2の焼結材料粉末は例えばサーメット原料粉末である。
また、上記焼結台7は通常、黒鉛やアルミナ等のセラミ
クスで作られたものか、又は鋼で作られ表面にセラミク
スの離型剤が塗布されたものである。
12との間を、芯体1の縦断面において円弧、または円
弧以外の曲線、さらにはこれらと直線との組み合わせな
どによりなだらかに連結する連結部13を有している。
なお、上記芯体1は例えば合金鋼製であり、上記成形体
2の焼結材料粉末は例えばサーメット原料粉末である。
また、上記焼結台7は通常、黒鉛やアルミナ等のセラミ
クスで作られたものか、又は鋼で作られ表面にセラミク
スの離型剤が塗布されたものである。
【0028】ここで、焼結接合の過程における成形体2
(外層体3)の温度変化は、図9に示すように、常温T
0 から次第に温度が上昇し、軟化温度Tb を経て、焼結
温度Ts に達する。そして、一定時間の間、焼結温度T
s を保って焼結接合が行われ、焼結接合の完了後、再び
常温T0 まで温度が降下する。この場合、上記軟化温度
Tb とは、成形体2の底面5と焼結台7との間の摩擦の
影響によって、成形体2の下部の自由な収縮が妨げられ
るようになる程度まで、成形体2の軟化が進行するよう
な成形体2の温度として定義される。
(外層体3)の温度変化は、図9に示すように、常温T
0 から次第に温度が上昇し、軟化温度Tb を経て、焼結
温度Ts に達する。そして、一定時間の間、焼結温度T
s を保って焼結接合が行われ、焼結接合の完了後、再び
常温T0 まで温度が降下する。この場合、上記軟化温度
Tb とは、成形体2の底面5と焼結台7との間の摩擦の
影響によって、成形体2の下部の自由な収縮が妨げられ
るようになる程度まで、成形体2の軟化が進行するよう
な成形体2の温度として定義される。
【0029】すなわち、成形体2は、上記軟化温度Tb
に達するまでは、その底面50が焼結台7上を滑りなが
ら自由に収縮できる。しかし、軟化温度Tb に達する
と、成形体2中のマトリクス金属の軟化が進行し、その
底面50と焼結台7との間の摩擦の影響によって、成形
体2の下部の自由な収縮が妨げられるようになる。
に達するまでは、その底面50が焼結台7上を滑りなが
ら自由に収縮できる。しかし、軟化温度Tb に達する
と、成形体2中のマトリクス金属の軟化が進行し、その
底面50と焼結台7との間の摩擦の影響によって、成形
体2の下部の自由な収縮が妨げられるようになる。
【0030】そして、芯体1及び成形体2の寸法は、成
形体2の焼結途中における温度が軟化温度Tb に達する
前に、成形体2の収縮によって、成形体2の内周面23
上部が芯体1の上方大径部11に接触(図1(b)参
照)するような寸法に、予め定められている。具体的に
は、成形体2の内周面23と芯体1の大径部11との間
の間隔dが、全体の大きさに対して十分狭くなるよう
に、芯体1と成形体2との間の寸法関係が定められてい
る。
形体2の焼結途中における温度が軟化温度Tb に達する
前に、成形体2の収縮によって、成形体2の内周面23
上部が芯体1の上方大径部11に接触(図1(b)参
照)するような寸法に、予め定められている。具体的に
は、成形体2の内周面23と芯体1の大径部11との間
の間隔dが、全体の大きさに対して十分狭くなるよう
に、芯体1と成形体2との間の寸法関係が定められてい
る。
【0031】次に、このような構成よりなる本実施形態
の焼結接合の過程および作用について説明する。なお、
以下の説明において、図9に符号a, b, c, dで示す
各段階に、それぞれ図1(a), (b), (c),
(d)に示す状態が対応している。
の焼結接合の過程および作用について説明する。なお、
以下の説明において、図9に符号a, b, c, dで示す
各段階に、それぞれ図1(a), (b), (c),
(d)に示す状態が対応している。
【0032】まず、図1(a)に示すように、焼結台7
上に載置した成形体2の中心孔21内に芯体1を同軸に
配置し、これを真空中または無酸素雰囲気中で加熱す
る。すると、成形体2が焼結・収縮してゆき、成形体2
の温度が軟化温度Tb に達する前に、芯体1の上方大径
部11の外周面に成形体2の内周面23が接触する(図
1(b)及び図9の符号b参照)。
上に載置した成形体2の中心孔21内に芯体1を同軸に
配置し、これを真空中または無酸素雰囲気中で加熱す
る。すると、成形体2が焼結・収縮してゆき、成形体2
の温度が軟化温度Tb に達する前に、芯体1の上方大径
部11の外周面に成形体2の内周面23が接触する(図
1(b)及び図9の符号b参照)。
【0033】そして、この芯体1と成形体2との接触部
分の接合力と、成形体2の収縮の進行とによって、成形
体2の全体を上方へ引き上げようとする力が発生する。
また、成形体2の収縮がさらに進行すると、芯体1と成
形体2との接合力も増加し、成形体2の収縮に伴って、
成形体2の底面5が焼結台7から浮き上がって行く(図
1(c))。
分の接合力と、成形体2の収縮の進行とによって、成形
体2の全体を上方へ引き上げようとする力が発生する。
また、成形体2の収縮がさらに進行すると、芯体1と成
形体2との接合力も増加し、成形体2の収縮に伴って、
成形体2の底面5が焼結台7から浮き上がって行く(図
1(c))。
【0034】従って、芯体1の上方大径部11に成形体
2が接触し、両者の接合が進行し始めた後では、成形体
2の底面5と焼結台7との間の摩擦の影響は次第に減少
し、最終的にはゼロになる。このため、この段階に入っ
てから成形体2の温度が軟化温度Tb に達しても、成形
体2下部の半径方向の自由な収縮が妨げられることはな
い。
2が接触し、両者の接合が進行し始めた後では、成形体
2の底面5と焼結台7との間の摩擦の影響は次第に減少
し、最終的にはゼロになる。このため、この段階に入っ
てから成形体2の温度が軟化温度Tb に達しても、成形
体2下部の半径方向の自由な収縮が妨げられることはな
い。
【0035】その後、成形体2は、その収縮に伴って芯
体1の外周面全体に渡って接触し、芯体1に焼結接合し
て行く。この際、芯体1の上方大径部11の付近におい
ては、成形体2が芯体1の外周面形状に略対応した形状
に変形しながら接合して行く(図1(c)〜(d))。
そして、最終的に図1(d)に示すような外層体3が形
成され、焼結接合体が完成する。このように、成形体2
の全体が芯体1の上方大径部11側に引っ張られながら
接合して行くので、外層体3が上下に斜めにずれること
はなくなる。
体1の外周面全体に渡って接触し、芯体1に焼結接合し
て行く。この際、芯体1の上方大径部11の付近におい
ては、成形体2が芯体1の外周面形状に略対応した形状
に変形しながら接合して行く(図1(c)〜(d))。
そして、最終的に図1(d)に示すような外層体3が形
成され、焼結接合体が完成する。このように、成形体2
の全体が芯体1の上方大径部11側に引っ張られながら
接合して行くので、外層体3が上下に斜めにずれること
はなくなる。
【0036】以上のことにより、成形体の収縮の不均衡
に起因する外層体の変形や大きな未接合部分の発生が防
止される。なお、本実施形態においても、外層体3と芯
体1との間に若干、上下の未接合部分4a, 4bが生ず
るので、これらの未接合部分4a, 4bを除いた接合良
好部分のみを製品に供することになる。また、上部の未
接合部分4aについては、芯体1の上部における成形体
2との接合部分である上方大径部11の幅(軸方向長
さ)を適切な値に抑えることで、その大きさを小さくす
ることができる。なお、下部の未接合部分4bの大きさ
を小さくする手段については、他の実施形態として後述
する。
に起因する外層体の変形や大きな未接合部分の発生が防
止される。なお、本実施形態においても、外層体3と芯
体1との間に若干、上下の未接合部分4a, 4bが生ず
るので、これらの未接合部分4a, 4bを除いた接合良
好部分のみを製品に供することになる。また、上部の未
接合部分4aについては、芯体1の上部における成形体
2との接合部分である上方大径部11の幅(軸方向長
さ)を適切な値に抑えることで、その大きさを小さくす
ることができる。なお、下部の未接合部分4bの大きさ
を小さくする手段については、他の実施形態として後述
する。
【0037】ここで、図1(d)に示すように、焼結接
合体の外層体3の上部外周部分には、芯体1の上方大径
部11に対応した張出し部分35が生ずる。しかし、こ
の焼結接合体は通常、切削加工等の機械加工によって所
定の形状に加工され、その際に張出し部分35も切削等
により同時に除去できるので、この張出し部分35の存
在は問題とならない。
合体の外層体3の上部外周部分には、芯体1の上方大径
部11に対応した張出し部分35が生ずる。しかし、こ
の焼結接合体は通常、切削加工等の機械加工によって所
定の形状に加工され、その際に張出し部分35も切削等
により同時に除去できるので、この張出し部分35の存
在は問題とならない。
【0038】ここで、図2(a)を参照して、芯体1及
び成形体2の具体的な寸法関係について説明する。芯体
1の各部の寸法は、成形体2を単独で焼結させた場合に
おけるその内径D0 及び軸方向長さL0 の寸法を基準と
して定められる。そして、図2(a)において、芯体1
の小径部12の外径D1 =D0 ×1.004〜1.03
0、大径部11の外径D2 =D1 ×1.030〜1.0
70であることが好ましい。
び成形体2の具体的な寸法関係について説明する。芯体
1の各部の寸法は、成形体2を単独で焼結させた場合に
おけるその内径D0 及び軸方向長さL0 の寸法を基準と
して定められる。そして、図2(a)において、芯体1
の小径部12の外径D1 =D0 ×1.004〜1.03
0、大径部11の外径D2 =D1 ×1.030〜1.0
70であることが好ましい。
【0039】小径部12の外径D1 が上記の範囲より小
さいと、芯体1と外層体3との接合が不十分となり、上
記の範囲より大きいと、外層体3が変形するなどの問題
を生ずるからである。また、上方大径部11の外径D2
が上記の範囲より大きいと、小径部12側の部分に未接
合部分が発生するおそれがあるからである。
さいと、芯体1と外層体3との接合が不十分となり、上
記の範囲より大きいと、外層体3が変形するなどの問題
を生ずるからである。また、上方大径部11の外径D2
が上記の範囲より大きいと、小径部12側の部分に未接
合部分が発生するおそれがあるからである。
【0040】次に、芯体1の上方大径部11より下方の
部分の長さL1 はL0 とほぼ等しいことが好ましい。L
1 がL0 より一定以上大き過ぎると、上述したような成
形体2の引き上げの効果が生じないからであり、L1 が
L0 より小さ過ぎると、芯体1の上方大径部11と成形
体2との接合部分の長さが大きくなり過ぎるので、上部
の未接合部分4aが大きくなってしまうからである。
部分の長さL1 はL0 とほぼ等しいことが好ましい。L
1 がL0 より一定以上大き過ぎると、上述したような成
形体2の引き上げの効果が生じないからであり、L1 が
L0 より小さ過ぎると、芯体1の上方大径部11と成形
体2との接合部分の長さが大きくなり過ぎるので、上部
の未接合部分4aが大きくなってしまうからである。
【0041】また、小径部12と上方大径部11との間
をなだらかに連結する連結部13の長さL2 は、短かす
ぎると連結部13のカーブが急になって、連結部13周
辺に未接合部分が発生するおそれがあるため、L2 =D
1 ×0.50〜L1 の範囲とすることが好ましい。ま
た、この連結部13の縦断面におけるカーブの形状は、
小径部12と大径部11との間をなだらかに連結するも
のであればよく、上記のように円弧、円弧以外の曲線、
又はこれらと直線とを組み合わせたもの等とすることが
できる。
をなだらかに連結する連結部13の長さL2 は、短かす
ぎると連結部13のカーブが急になって、連結部13周
辺に未接合部分が発生するおそれがあるため、L2 =D
1 ×0.50〜L1 の範囲とすることが好ましい。ま
た、この連結部13の縦断面におけるカーブの形状は、
小径部12と大径部11との間をなだらかに連結するも
のであればよく、上記のように円弧、円弧以外の曲線、
又はこれらと直線とを組み合わせたもの等とすることが
できる。
【0042】
【実施例】次に、図2を参照して、本実施形態の一実施
例について説明する。本実施例において、成形体2は、
B(粉末):2.2重量%,Si:3.2重量%,WC
(粉末):30重量%,Mo(粉末):15重量%, N
i(粉末):Bal.の組成の焼結材料を回転ボールミ
ルによりエチルアルコール中で48時間、混合粉砕し、
この粉砕粉末をCIP(冷間静水圧加圧)成形したもの
であり、芯体1はSUS420J2製である。また、図
2に示す芯体1と加圧成形体2の各部の寸法は、それぞ
れ次の表1に示す値とした。
例について説明する。本実施例において、成形体2は、
B(粉末):2.2重量%,Si:3.2重量%,WC
(粉末):30重量%,Mo(粉末):15重量%, N
i(粉末):Bal.の組成の焼結材料を回転ボールミ
ルによりエチルアルコール中で48時間、混合粉砕し、
この粉砕粉末をCIP(冷間静水圧加圧)成形したもの
であり、芯体1はSUS420J2製である。また、図
2に示す芯体1と加圧成形体2の各部の寸法は、それぞ
れ次の表1に示す値とした。
【0043】そして、焼結台7上において、芯体1を加
圧成形体2の中心孔21内に同軸に配置し、真空中で加
熱して焼結接合体を得たところ、その上下の未接合部分
4a及び4bの深さは、それぞれ4mm及び5mmであっ
た。
圧成形体2の中心孔21内に同軸に配置し、真空中で加
熱して焼結接合体を得たところ、その上下の未接合部分
4a及び4bの深さは、それぞれ4mm及び5mmであっ
た。
【0044】
【表1】
次に、図3により、本発明の他の実施形態について説明
する。図3に示すように、本実施形態の焼結接合体は、
芯体1Aと、加圧成形体2を焼結台7上において芯体1
Aの外周面に焼結接合させてなる外層体3A(図3
(d)参照)とを備えている。そして、本実施形態の芯
体1Aは、外層体3Aの底面6側内周(底部内周)に対
応する下方大径部16を有する点で、上記の実施形態と
異なり、その他の構成は上記の実施形態と同様である。
すなわち、本実施形態の芯体1Aにおいては、上方大径
部11と下方大径部16との間に小径部12′が形成さ
れている。
する。図3に示すように、本実施形態の焼結接合体は、
芯体1Aと、加圧成形体2を焼結台7上において芯体1
Aの外周面に焼結接合させてなる外層体3A(図3
(d)参照)とを備えている。そして、本実施形態の芯
体1Aは、外層体3Aの底面6側内周(底部内周)に対
応する下方大径部16を有する点で、上記の実施形態と
異なり、その他の構成は上記の実施形態と同様である。
すなわち、本実施形態の芯体1Aにおいては、上方大径
部11と下方大径部16との間に小径部12′が形成さ
れている。
【0045】この芯体1Aの下方大径部16は、小径部
12′の外径寸法より大きく、上方大径部11の外径寸
法より小さい外径寸法を有している。なお、この下方大
径部16は、上方大径部11の場合と異なり、外層体3
Aの底面6側内周に対応する部分のみを指すものであ
る。
12′の外径寸法より大きく、上方大径部11の外径寸
法より小さい外径寸法を有している。なお、この下方大
径部16は、上方大径部11の場合と異なり、外層体3
Aの底面6側内周に対応する部分のみを指すものであ
る。
【0046】また、芯体1Aは、その下方大径部16と
小径部12′との間を、芯体1Aの縦断面において円
弧、または円弧以外の曲線、さらにはこれらと直線との
組み合わせなどによりなだらかに連結する下方連結部1
7を有している。さらに、芯体1Aは、下方大径部16
から下方へ延び下方大径部16と同一の外径寸法を有す
る下方延長部18を有している。なお、この下方延長部
18は、成形体2又は外層体3Aとの接合に直接関与す
るものではなく、主に上記下方大径部16を外層体3A
の底面6側内周に対応する高さに形成するための製法上
の都合によるものである。
小径部12′との間を、芯体1Aの縦断面において円
弧、または円弧以外の曲線、さらにはこれらと直線との
組み合わせなどによりなだらかに連結する下方連結部1
7を有している。さらに、芯体1Aは、下方大径部16
から下方へ延び下方大径部16と同一の外径寸法を有す
る下方延長部18を有している。なお、この下方延長部
18は、成形体2又は外層体3Aとの接合に直接関与す
るものではなく、主に上記下方大径部16を外層体3A
の底面6側内周に対応する高さに形成するための製法上
の都合によるものである。
【0047】次に、このような構成よりなる本実施形態
の焼結接合の過程および作用について説明する。図3
(a)〜(c)に示すように、本実施形態においても上
記の実施形態の場合と同様、焼結接合の過程において、
成形体2の温度が図9に示す軟化温度Tb に達する前
に、芯体1Aの上方大径部11の外周面に成形体2の内
周面23が接触し、成形体2の収縮の進行に伴って、成
形体2の底面5が焼結台7から浮き上がって行く(図3
(c))。
の焼結接合の過程および作用について説明する。図3
(a)〜(c)に示すように、本実施形態においても上
記の実施形態の場合と同様、焼結接合の過程において、
成形体2の温度が図9に示す軟化温度Tb に達する前
に、芯体1Aの上方大径部11の外周面に成形体2の内
周面23が接触し、成形体2の収縮の進行に伴って、成
形体2の底面5が焼結台7から浮き上がって行く(図3
(c))。
【0048】その後、成形体2は、その収縮に伴って芯
体1Aの外周面全体に渡って接触し、芯体1Aに焼結接
合して行く。従って、本実施形態においても、上記の実
施形態と同様の作用効果を得ることができる。
体1Aの外周面全体に渡って接触し、芯体1Aに焼結接
合して行く。従って、本実施形態においても、上記の実
施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【0049】しかるに、本実施形態においては、最終的
に外層体3Aの底面6側内周が、芯体1Aの下方大径部
16に対応し、しかも芯体1Aの下方大径部16と小径
部12′との間が下方連結部17によってなだらかに連
結され、成形体2の変形に対応するようになっているの
で、芯体1Aと外層体3Aとの間の下部の(外層体3A
の底面6側内周における)未接合部分4b′の大きさを
極めて小さくすることができる。
に外層体3Aの底面6側内周が、芯体1Aの下方大径部
16に対応し、しかも芯体1Aの下方大径部16と小径
部12′との間が下方連結部17によってなだらかに連
結され、成形体2の変形に対応するようになっているの
で、芯体1Aと外層体3Aとの間の下部の(外層体3A
の底面6側内周における)未接合部分4b′の大きさを
極めて小さくすることができる。
【0050】
【発明の効果】本発明によれば、成形体の底面と焼結台
との間の摩擦の影響によって、成形体下部の半径方向の
自由な収縮が妨げられることはなく、成形体の全体が芯
体の上方大径部側に引っ張られながら接合して行くの
で、外層体が上下に斜めにずれることもなくなる。この
ため、成形体の収縮の不均衡に起因する外層体の変形や
大きな未接合部分の発生を防止することができる。
との間の摩擦の影響によって、成形体下部の半径方向の
自由な収縮が妨げられることはなく、成形体の全体が芯
体の上方大径部側に引っ張られながら接合して行くの
で、外層体が上下に斜めにずれることもなくなる。この
ため、成形体の収縮の不均衡に起因する外層体の変形や
大きな未接合部分の発生を防止することができる。
【図1】本発明による焼結接合体の一実施形態を、その
焼結接合の過程に従って示す縦断面図。
焼結接合の過程に従って示す縦断面図。
【図2】図1に示す芯体と成形体の、各部の寸法記号を
示す側面図。
示す側面図。
【図3】本発明による焼結接合体の他の実施形態を、図
1の場合と同様に示す図。
1の場合と同様に示す図。
【図4】従来の焼結接合体の第1の例を、その焼結接合
の過程に従って示す縦断面図。
の過程に従って示す縦断面図。
【図5】図4に示す焼結接合体における、未接合部分の
発生原理を模式的に示す縦断面図。
発生原理を模式的に示す縦断面図。
【図6】従来の焼結接合体の第2の例を、その焼結接合
の過程に従って示す縦断面図。
の過程に従って示す縦断面図。
【図7】従来の焼結接合体の第3の例を、図6の場合と
同様に示す図。
同様に示す図。
【図8】従来の焼結接合体の第4の例を、図6の場合と
同様に示す図。
同様に示す図。
【図9】焼結接合体の焼結接合の過程における、温度変
化の例を示すグラフ。
化の例を示すグラフ。
1, 1A, 8, 10, 10A 芯体
2, 9, 20, 20A 成形体
3, 3A, 30, 30A, 90 外層体
5, 50 成形体の底面
6 外層体の底面
7 焼結台
11 上方大径部
11a, 11b 大径部
12, 12′, 120 小径部
13, 13a 上方連結部
16 下方大径部
13b, 17 下方連結部
Tb 軟化温度
Ts 焼結温度
Claims (2)
- 【請求項1】略円柱形状をなす金属製の芯体と、 略円筒形状をなす焼結材料粉末の加圧成形体を、焼結台
上において前記芯体の外周面に焼結接合させてなる外層
体とを備え、 前記芯体は、前記外層体の上部内周に対応する上方大径
部と、この上方大径部より下方に形成されるとともに、
前記成形体を単独で焼結させた場合におけるその内径寸
法より大きく且つ前記上方大径部の外径寸法より小さい
外径寸法を有する小径部と、この小径部と前記上方大径
部との間を前記芯体の縦断面においてなだらかに連結す
る連結部とを有し、 前記成形体の底面と前記焼結台との間の摩擦の影響によ
って、前記成形体の下部の自由な収縮が妨げられるよう
になる程度まで、前記成形体の軟化が進行するような前
記成形体の温度を軟化温度としたとき、 前記芯体及び前記成形体の寸法は、前記成形体の焼結途
中における温度が前記軟化温度に達する前に、前記成形
体の収縮によって、前記成形体の内周が前記芯体の上方
大径部に接触するような寸法に、予め定められているこ
とを特徴とする芯体と外層体との焼結接合体。 - 【請求項2】前記芯体は、 前記外層体の底部内周に対応するとともに、前記小径部
の外径寸法より大きく、前記上方大径部の外径寸法より
小さい外径寸法を有する下方大径部と、 この下方大径部と、前記小径部との間を前記芯体の縦断
面においてなだらかに連結する下方連結部とを更に有す
ることを特徴とする請求項1記載の芯体と外層体との焼
結接合体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP01910197A JP3403909B2 (ja) | 1997-01-31 | 1997-01-31 | 芯体と外層体との焼結接合体 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP01910197A JP3403909B2 (ja) | 1997-01-31 | 1997-01-31 | 芯体と外層体との焼結接合体 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10219309A JPH10219309A (ja) | 1998-08-18 |
JP3403909B2 true JP3403909B2 (ja) | 2003-05-06 |
Family
ID=11990096
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP01910197A Expired - Fee Related JP3403909B2 (ja) | 1997-01-31 | 1997-01-31 | 芯体と外層体との焼結接合体 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3403909B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR3030324A1 (fr) * | 2014-12-17 | 2016-06-24 | Commissariat Energie Atomique | Procede de fabrication d'une couche conductrice sur une face d'une piece metallique par frittage par compression uniaxiale d'une poudre |
-
1997
- 1997-01-31 JP JP01910197A patent/JP3403909B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR3030324A1 (fr) * | 2014-12-17 | 2016-06-24 | Commissariat Energie Atomique | Procede de fabrication d'une couche conductrice sur une face d'une piece metallique par frittage par compression uniaxiale d'une poudre |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH10219309A (ja) | 1998-08-18 |
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LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |