JP2019070194A - 焼結部品 - Google Patents

Abstract

【課題】圧粉成形体に貫通孔を形成する際にコバ欠けの発生を抑制できると共に、生産性に優れる焼結部品の製造方法を提供する。【解決手段】金属粉末を含有する原料粉末をプレス成形して圧粉成形体を作製する成形工程と、前記圧粉成形体にドリルで穴を形成する穴あけ加工工程と、前記穴あけ加工後、前記圧粉成形体を焼結する焼結工程と、を備え、前記穴あけ加工に使用する前記ドリルは、先端部に円弧状の切れ刃を有する焼結部品の製造方法。【選択図】図２

Description

本発明は、焼結部品の製造方法、焼結部品、並びに圧粉成形体に穴あけ加工を行うドリルに関する。特に、圧粉成形体に貫通孔を形成する際にコバ欠けの発生を抑制できると共に、生産性に優れる焼結部品の製造方法に関する。

鉄粉などの金属粉末の成形体を焼結してなる焼結体（焼結合金）が、自動車部品や機械部品などに利用されている。このような焼結合金部品（以下、単に「焼結部品」と呼ぶ）としては、例えばスプロケット、ロータ、ギア、リング、フランジ、プーリー、ベーン、軸受けなどが挙げられる。一般に、焼結部品は、金属粉末を含有する原料粉末をプレス成形して圧粉成形体（圧粉体）を作製し、これを焼結することで製造されており、焼結後、必要に応じて、仕上げ加工として機械加工が行われる。

ところで、焼結部品の中には、貫通している通し穴（貫通孔）や貫通していない止まり穴などの穴が形成されたものがある。例えば、外周面から端面や内周面に抜ける貫通孔（例、油孔）が形成された部品がある。このような部品については、成形時に圧粉成形体に対して貫通孔を一体に形成できないことから、焼結後にドリルで穴あけ加工を行っている（特許文献１を参照）。

穴あけ加工に使用するドリルとしては、先端部に投影形状がＶ字状の切れ刃を有するものが代表的である。超硬合金製のドリルの場合、切れ刃の先端角が１３０°〜１４０°程度に設定されていることが多い。

特開２００６−３３６０７８号公報

焼結部品に対してドリルで穴あけ加工を行う場合、焼結後の穴あけ加工は困難であり、生産性が低いという問題がある。

焼結部品は、金属粉末の粒子同士が焼結により拡散結合ならびに合金化して強固に結合しているため、硬い。そのため、焼結部品にドリルで穴あけ加工を行うと、切削抵抗が高くドリルが進入し難いため、切削が困難で、加工に時間がかかる上、工具寿命も短くなる。また、ドリルの喰い付き時の抵抗も高いため、ドリルが軸振れし易いなど、安定した加工穴精度を得ることが難しい。更に、切削抵抗が高く、スラスト荷重が高いことから、貫通孔を形成する際に、ドリルが抜ける出口側の開口縁に沿ってバリが発生し易い。バリは、ドリルが貫通する際に貫通孔の底部の厚さが薄くなることで、スラスト荷重に対して底部の強度が維持できなくなった場合に底部が切削できずに変形し、出口側に押し出されることで発生する。発生したバリは、後工程で除去する必要があり、その作業に時間と労力とを要する。バリの発生箇所によっては除去し難い、又はできないこともある。したがって、焼結部品の製造において、製造コストを低減する観点から生産性の改善が望まれる。

焼結前の圧粉成形体にドリルで穴あけ加工を行い、予め圧粉成形体に貫通孔を形成することが考えられる。圧粉成形体は、成形により原料粉末を固めただけであり、金属粉末の粒子同士が機械的に密着している状態であるので、焼結後のように強固に結合していない。そのため、焼結前の圧粉成形体に穴あけ加工した場合、焼結後に穴あけ加工する場合に比較して、金属粉末の粒子同士の結合が弱く、切削が容易であり、切削抵抗（スラスト荷重）が大幅に低減される。圧粉成形体に穴あけ加工した場合、金属粉末の粒子をドリルで削り落としながら切削し、貫通孔を形成していく。しかしながら、圧粉成形体にドリルで穴あけ加工を行うと、貫通孔を形成した際に、ドリルが抜ける出口側の開口縁が欠ける、所謂コバ欠けが発生し易い。

そこで、本発明の目的の一つは、圧粉成形体に貫通孔を形成する際にコバ欠けの発生を抑制できると共に、生産性に優れる焼結部品の製造方法を提供することにある。本発明の別の目的は、生産性に優れる焼結部品を提供することにある。本発明の更に別の目的は、圧粉成形体に貫通孔を形成する際にコバ欠けの発生を抑制できるドリルを提供することにある。

本発明の一態様に係る焼結部品の製造方法は、成形工程と、穴あけ加工工程と、焼結工程とを備える。成形工程は、金属粉末を含有する原料粉末をプレス成形して圧粉成形体を作製する。穴あけ加工工程は、前記圧粉成形体にドリルで穴を形成する。焼結工程は、前記穴あけ加工後、前記圧粉成形体を焼結する。前記穴あけ加工に使用する前記ドリルは、先端部に円弧状の切れ刃を有する。

本発明の一態様に係る焼結部品は、穴が形成された焼結部品である。上記焼結部品は、前記穴の内周面が梨地状である。

本発明の一態様に係るドリルは、被削物に穴あけ加工を行うドリルである。前記被削物は金属粉末を含有する原料粉末をプレス成形した圧粉成形体である。上記ドリルは、先端部に円弧状の切れ刃を有する。

上記焼結部品の製造方法は、圧粉成形体に貫通孔を形成する際にコバ欠けの発生を抑制できると共に、生産性に優れる。上記焼結部品は、生産性に優れる。上記ドリルは、圧粉成形体に貫通孔を形成する際にコバ欠けの発生を抑制できる。

円弧状の切れ刃を有するドリルで穴あけ加工した場合とＶ字状の切れ刃を有するドリルで穴あけ加工した場合の比較説明図である。 実施形態に係る焼結部品の製造方法を説明する工程説明図である。 実施形態に係るドリルの一例を説明する概略図である。 試験例１でＲドリルを使用して貫通孔を形成した場合の貫通孔の出口を示す顕微鏡写真である。 試験例１でＶドリルを使用して貫通孔を形成した場合の貫通孔の出口を示す顕微鏡写真である。 試験例２でＲドリルを使用して貫通孔を形成した場合のすくい角とスラスト荷重及びトルクとの関係を示すグラフである。 試験例３で作製した圧粉成形体の貫通孔の内周面を示す顕微鏡写真である。

［本発明の実施形態の説明］
本発明者らは、焼結部品の生産性を改善する技術を鋭意研究した結果、焼結後ではなく、焼結前の圧粉成形体に対してドリルで穴あけ加工を行うことで、生産性を向上できることを見出した。これは、圧粉成形体に穴あけ加工した場合、金属粉末の粒子同士の結合が弱く、切削が容易であり、切削抵抗（スラスト荷重）が大幅に低減されるからである。そして、従来、焼結後に行われていた穴あけ加工に比較して、加工時間を短縮でき、加工穴精度が向上する他、工具寿命も大幅に改善できる。また、圧粉成形体にドリルで穴あけ加工した場合、バリが発生し難い。たとえバリが発生したとしても、エアブローなどで容易にバリ取りが可能であり、バリ取り作業に要する時間と労力とを削減できる。

更に、本発明者らは研究を進めた結果、圧粉成形体の穴あけ加工に使用するドリルの形状、特に先端部の切れ刃の形状を工夫することで、貫通孔を形成する際のコバ欠けの発生を抑制できるとの知見を得た。具体的には、切れ刃の形状を円弧状（Ｒ形状）とすることで、コバ欠けの発生を抑制できるとの知見を得た。

コバ欠けの発生メカニズムは、次のように考えられる。圧粉成形体の場合、金属粉末の粒子同士の結合が弱いため、脆い。そのため、ドリルが貫通する際に貫通孔の底部の厚さが薄くなることで、スラスト荷重に対して底部の強度が維持できなくなった場合、ドリルが貫通するより先に、切削できずに底部が出口側に抜け落ちる（押し出される）。貫通孔の底部が切削されずに抜け落ちる際、底部近傍も一緒に崩れることで、ドリルが抜ける出口側の開口縁に欠けが発生する。

円弧状の切れ刃を有するドリル（以下、「Ｒドリル」と呼ぶ場合がある）を使用することで、コバ欠けの発生を抑制できる理由は次のように考えられる。図１の左図は、切れ刃の形状が円弧状のドリル（Ｒドリル）１０と、Ｒドリル１０で穴あけ加工を行った被削物（圧粉成形体）Ｇを示している。図１に例示するＲドリル１０は、説明を分かり易くするため、溝などを省略して簡易的に図示している。また、Ｒドリル１０は、図１の左側の上図に示すように、切れ刃１１０の形状が半円状であり、切れ刃１１０を形成する円弧の中心角αが１８０°で、かつ、円弧の半径Ｒがドリルの直径ｄの半径に等しい。Ｒドリル１０は、ドリルの軸方向に沿った先端部１００の長さｈが円弧の半径Ｒに等しい。先端部は、切れ刃１１０の先端（頂点）から外周コーナ１２０までの部分である。

図１の左側の下２図に示すように、Ｒドリル１０で圧粉成形体Ｇに穴あけ加工した場合（図中の白抜き矢印は、ドリルの送り方向を示す）、切れ刃１１０の形状が圧粉成形体Ｇに転写され、底面が断面円弧（半円）状、即ち半球状の穴が圧粉成形体Ｇに形成されることになる。Ｒドリル１０では、切れ刃１１０の形状が円弧（半円弧）であるため、図中の実線矢印のように、スラスト荷重が放射状に分散して作用することになる。一方、圧粉成形体Ｇにおいて、半球状の穴の底面は、図中の実線矢印のように、ドリルのスラスト荷重に対して円弧の辺（半球面）で支えるので、変形に強く、強度が高い。つまり、Ｒドリル１０で圧粉成形体Ｇに穴あけ加工した場合、スラスト荷重自体が低い上、底部に作用するスラスト荷重が分散されるので、応力集中も少なく、底部の強度が維持される。加えて、穴の底面の最大厚さＨｔは、先端部１００の長さｈに等しく、先端部１００の長さｈが大きいほど、大きくなる。Ｒドリル１０であれば、穴の底面の最大厚さＨｔを大きくとれるので、その厚さ分、底部の強度が高くなる。したがって、Ｒドリル１０で圧粉成形体Ｇに穴あけ加工した場合、スラスト荷重が低いことも相まって、ドリルが貫通する際に貫通孔の底部の厚さが薄くなっても、スラスト荷重に対して底部の強度が維持され易く、ドリルが貫通する間際まで切削できる。よって、ドリルが貫通するより先に、切削できずに底部が崩れることを抑制できるので、コバ欠けの発生を抑制できる。これは、貫通孔でなくても、貫通する手前の止まり穴でも効果があることを示している。具体的には、穴の底部の厚さ（穴の底面から対面までの最小厚さ）が薄い止まり穴であっても、Ｒドリルであれば、穴の底面が半球状に形成されるため、底部の強度が高くなる。つまり、穴の底部の厚さを薄くしても、底部が崩れることを抑制できるので、底部の厚さが薄い止まり穴を形成できる。例えば、底部の厚さがドリル径（穴径）の１／２、更に１／４となるまで加工できる。

一方で、従来多用されているＶ字状の切れ刃を有するドリル（以下、「Ｖドリル」と呼ぶ場合がある）を使用した場合、コバ欠けの発生を抑制することが難しい。図１の右図は、切れ刃の形状がＶ字状のドリル（Ｖドリル）１１と、Ｖドリル１１で穴あけ加工を行った被削物（圧粉成形体）Ｇを示している。図１に例示するＶドリル１１は、Ｒドリル１０と同様、溝などを省略して簡易的に図示している。また、この例では、Ｖドリル１１は、切れ刃１１０の先端角βが１３０°〜１４０°程度であり、ドリル径ｄがＲドリル１０と同等である。

図１の右側の下２図に示すように、Ｖドリル１１で圧粉成形体Ｇに穴あけ加工した場合、切れ刃１１０の形状が圧粉成形体Ｇに転写され、底面が断面三角形状、即ち円錐状の穴が圧粉成形体Ｇに形成されることになる。Ｖドリル１１では、切れ刃１１０の形状がＶ字（三角形）であるため、図中の実線矢印のように、スラスト荷重が三角形の辺（円錐面）に直交する方向に作用することになる。一方、圧粉成形体Ｇにおいて、円錐状の穴の底面は、図中の実線矢印のように、ドリルのスラスト荷重に対して三角形の辺（円錐面）で支えるので、半球状の穴の底面に比較して、応力が集中し、強度も低い。つまり、Ｖドリル１１で圧粉成形体Ｇに穴あけ加工した場合、Ｒドリル１０に比較して、底部に作用するスラスト荷重を分散できず、底部の強度が維持され難い。加えて、Ｖドリル１１の場合、穴の底面の最大厚さＨｔが小さいので、その厚さ分、底部の強度が低くなる。したがって、Ｖドリル１１で圧粉成形体Ｇに穴あけ加工した場合、ドリルが貫通する際に貫通孔の底部の厚さが薄くなることで、ドリルが貫通するより先に、切削できずに底部が崩れ易い。そのため、コバ欠けの発生を抑制することが難しい。

本発明者らは以上の知見を得て、本発明を完成するに至った、最初に、本発明の実施形態を列挙して説明する。

（１）本発明の一形態に係る焼結部品の製造方法は、成形工程と、穴あけ加工工程と、焼結工程とを備える。成形工程は、金属粉末を含有する原料粉末をプレス成形して圧粉成形体を作製する。穴あけ加工工程は、圧粉成形体にドリルで穴を形成する。焼結工程は、穴あけ加工後、圧粉成形体を焼結する。穴あけ加工に使用するドリルは、先端部に円弧状の切れ刃を有する。

上記焼結部品の製造方法によれば、焼結前の圧粉成形体に対してドリルで穴あけ加工を行うことから、切削が容易であり、切削抵抗（スラスト荷重）が大幅に低減される。そのため、焼結後にドリルで穴あけ加工を行う従来の製造方法に比較して、加工時間を短縮でき、加工穴精度が向上する他、工具寿命も大幅に改善できる。また、圧粉成形体にドリルで穴あけ加工した場合、バリが発生し難い。仮にバリが発生したとしても、例えばエアブローによりバリを容易に除去することが可能であり、バリ取り作業に要する時間と労力とを削減できる。上記「穴」には、貫通している通し穴（貫通孔）、貫通していない止まり穴が含まれる。

更に、上記焼結部品の製造方法によれば、先端部に円弧状の切れ刃を有するドリルを用いることで、圧粉成形体に貫通孔を形成する際にコバ欠けの発生を抑制できる。したがって、上記焼結部品の製造方法は、コバ欠けの発生を抑制できると共に、生産性に優れる。ここでいう「切れ刃の形状」とは、ドリルの中心軸を通り、軸に平行な面に対して切れ刃を平行にして、その平行な面に対して直交する方向から投影したときの切れ刃の投影形状のことである。そして、「円弧状の切れ刃」とは、投影形状が円弧状である切れ刃のことを指す（図３の左上図を参照）。切れ刃の形状が円弧状の場合、ドリルを回転させてドリルの回転軸に直交する方向から切れ刃を見たとき、切れ刃の回転軌跡が円弧状に見える。ここでは、切れ刃が水平面に対して平行となるようにドリルを配置して、水平面に直交する方向から見たときの面を平面と呼ぶ。

（２）上記焼結部品の製造方法の一形態として、上記ドリルは、上記切れ刃のすくい角が０°超１０°以下であることが挙げられる。

コバ欠けの発生を抑制する観点からすれば、切削抵抗（スラスト荷重）がより小さい方が有利であると考えられる。切れ刃のすくい角が０°超１０°以下であることで、スラスト荷重を低減できるため、コバ欠けの発生をより効果的に抑制できる。すくい角が０°超であることで、刃先が鋭利となり、スラスト荷重が小さくなる。一方で、すくい角を大きくすると、刃先が鋭利となるため刃先強度は低下するが、被削材が圧粉成形体であるので、刃先強度の低下による欠けは生じ難い。しかし、すくい角が１０°超であると、スラスト荷重が大きくなることから、すくい角は１０°以下が好ましい。すくい角は、スラスト荷重を低減する観点から、例えば５°以上８°以下がより好ましい。ここでいう「すくい角」とは、ドリルの中心軸に平行な面に対して切れ刃を平行にしたとき、その平行な面とすくい面とがなす角度のことである（図３の右下図を参照）。ここでは、切れ刃が水平面に対して平行となるようにドリルを配置して、ドリルの中心軸に直交し、かつ、水平面に平行な方向から見たときの面を側面と呼ぶ。

（３）上記焼結部品の製造方法の一形態として、上記ドリルは、上記切れ刃を形成する円弧の中心角が１３５°以上１８０°以下であることが挙げられる。

切れ刃を形成する円弧の中心角が１３５°以上１８０°以下であることで、コバ欠けの発生を十分に抑制できる。円弧状の切れ刃の中心角が１３５°以上であれば、切れ刃の形状が半円状に近づき、スラスト荷重が放射状に分散することによるスラスト荷重の低減効果が高く、穴あけ加工時のスラスト荷重を分散できる。また、穴の底面の形状が半球状に近づくので、スラスト荷重に対する強度を高くでき、加えて、穴の底面の最大厚さＨｔ（図１の左図を参照）も大きくなる分、強度が向上することから、底部の強度を十分に維持できる。円弧の中心角は、例えば１５０°以上がより好ましく、半円状の切れ刃になるように１８０°が特に好ましい。

一方、切れ刃を形成する円弧の半径は、ドリル径の半径と略同等であることが好ましく、例えば、ドリル径の０．４倍以上０．６倍以下が好ましい。特に、切れ刃の形状は半円状であることが好ましく、円弧の中心角が１８０°で、かつ、円弧の半径がドリル径の０．５倍、即ちドリル径ｄの半径に等しいことが好ましい。ここでいう「ドリルの直径（ドリル径）」とは、切れ刃が形成される部分（所謂、刃部）の外径寸法のことである。

（４）本発明の一形態に係る焼結部品は、穴が形成された焼結部品である。そして、穴の内周面が梨地状である。

上述したように、焼結前の圧粉成形体にドリルで穴あけ加工した場合、金属粉末の粒子同士の結合が弱いため、金属粉末の粒子をドリルで削り落としながら切削し、穴を形成していく。そのため、圧粉成形体に形成された穴の内周面は、粒子による凹凸が全体的に形成され梨地状となる。穴の内周面の表面性状は焼結後も実質的に維持されることから、穴が形成された圧粉成形体を焼結した焼結部品においても穴の内周面は梨地状となる。つまり、焼結部品に形成された穴の内周面が梨地状であるということは、焼結前の圧粉成形体に対してドリルで穴あけ加工したことを表している。したがって、上記焼結部品は、焼結後に穴を形成した従来の焼結部品に比較して、生産性に優れる。

これに対し、焼結後にドリルで穴あけ加工した場合は、金属粉末の粒子同士が焼結により強固に結合しているため、金属粉末の粒子をドリルで切断しながら切削し、穴を形成していく。そのため、焼結部品に対してドリルで穴あけ加工を行うことによって形成された穴の内周面は全体的に凹凸の少ない平滑な面となり、光沢を有する。

（５）上記焼結部品の一形態として、上記穴の内周面の十点平均粗さＲｚが２０μｍ以上であることが挙げられる。

焼結前の圧粉成形体にドリルで穴を形成して焼結した場合、焼結部品に形成された穴の内周面の十点平均粗さＲｚは、金属粉末の粒子の形状・サイズにもよるが、例えば２０μｍ以上であることが挙げられる。穴の内周面の十点平均粗さＲｚの上限は、例えば１５０μｍ以下であることが挙げられる。一方、焼結後にドリルで穴を形成した場合、焼結部品に形成された穴の内周面の十点平均粗さＲｚは、通常２０μｍ未満、更に１５μｍ以下である。

（６）本発明の一形態に係るドリルは、被削物に穴あけ加工を行うドリルである。被削物は金属粉末を含有する原料粉末をプレス成形した圧粉成形体である。ドリルは、先端部に円弧状の切れ刃を有する。

上記ドリルによれば、先端部に円弧状の切れ刃を有することで、圧粉成形体に貫通孔を形成する際にコバ欠けの発生を抑制できる。

［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る焼結部品の製造方法、焼結部品、並びにドリルの具体例を、以下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、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

＜焼結部品の製造方法＞
本発明の実施形態に係る焼結部品の製造方法は、圧粉成形体を作製する成形工程と、圧粉成形体にドリルで穴を形成する穴あけ加工工程と、穴あけ加工後、圧粉成形体を焼結する焼結工程とを備える。焼結部品の製造方法は、穴あけ加工工程において、先端部に円弧状の切れ刃を有するドリルを使用することを特徴の１つとする。以下、主に図２を参照しながら、製造方法の各工程について詳しく説明する。

（成形工程）
成形工程では、金属粉末を含有する原料粉末をプレス成形して圧粉成形体Ｇを作製する（図２の上図を参照）。圧粉成形体Ｇは、焼結部品の素材であり、製造する焼結部品Ｓ（図２の下図を参照）に対応した形状に成形されている。ここでは、圧粉成形体Ｇ（焼結部品Ｓ）として、中心に円形状の軸孔３０が形成された円筒状のものを例として挙げている。

〈原料粉末〉
原料粉末は、金属粉末を主体として含有する。金属粉末の材質は、製造する焼結部品の材質に応じて適宜選択でき、代表的には、鉄系材料が挙げられる。「鉄系材料」とは、鉄又は鉄を主成分とする鉄合金のことである。鉄合金としては、例えば、Ｎｉ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ｃ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｐ，Ｂ，Ｎ及びＣｏから選択される１種以上の添加元素を含有するものが挙げられる。具体的な鉄合金としては、ステンレス鋼、Ｆｅ−Ｃ系合金，Ｆｅ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｏ系合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｍｎ系合金，Ｆｅ−Ｐ系合金，Ｆｅ−Ｃｕ系合金，Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃ系合金，Ｆｅ−Ｃｕ−Ｍｏ系合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｃｕ−Ｃ系合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｕ系合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｃ系合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｃｒ系合金，Ｆｅ−Ｃｒ系合金，Ｆｅ−Ｍｏ−Ｃｒ系合金，Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃ系合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃ系合金，Ｆｅ−Ｍｏ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｃ系合金などが挙げられる。鉄系材料の粉末を主体とすることで、鉄系焼結部品が得られる。鉄系材料の粉末を主体とする場合、その含有量は、原料粉末を１００質量％とするとき、例えば９０質量％以上、更に９５質量％以上とすることが挙げられる。

鉄系材料の粉末、特に鉄粉を主体とする場合、合金成分としてＣｕ，Ｎｉ，Ｍｏなどの金属粉末を添加してもよい。Ｃｕ，Ｎｉ，Ｍｏは、焼入れ性を向上させる元素であり、その添加量は、原料粉末を１００質量％とするとき、例えば０質量％超５質量％以下、更に０．１質量％以上２質量％以下とすることが挙げられる。また、炭素（黒鉛）粉などの非金属無機材料を添加してもよい。Ｃは、焼結体やその熱処理体の強度を向上させる元素であり、その含有量は、原料粉末を１００質量％とするとき、例えば０質量％超２質量％以下、更に０．１質量％以上１質量％以下とすることが挙げられる。

原料粉末は、潤滑剤を含有することが好ましい。原料粉末が潤滑剤を含有することで、原料粉末をプレス成形して圧粉成形体Ｇを作製する際に成形時の潤滑性が高められ、成形性が向上する。よって、プレス成形の圧力を低くしても、緻密な圧粉成形体Ｇを得易く、圧粉成形体Ｇの密度を高めることで、高密度の焼結部品Ｓを得易い。更に、原料粉末に潤滑剤を混合すると、圧粉成形体Ｇ中に潤滑剤が分散することになるため、後工程で圧粉成形体Ｇにドリル１０で穴あけ加工する（図２の中図を参照）際にドリルの潤滑剤としても機能する。したがって、切削抵抗（スラスト荷重）を低減したり、工具寿命を改善できる。潤滑剤としては、例えば、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸リチウムなどの金属石鹸、ステアリン酸アミドなどの脂肪酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミドなどの高級脂肪酸アミドなどが挙げられる。潤滑剤は、固体状や粉末状、液体状など形態を問わない。潤滑剤の含有量は、原料粉末を１００質量％とするとき、例えば２質量％以下、更に１質量％以下とすることが挙げられる。潤滑剤の含有量が２質量％以下であれば、圧粉成形体Ｇに含まれる金属粉末の割合を多くできる。そのため、プレス成形の圧力を低くしても、緻密な圧粉成形体Ｇを得易い。更に、後工程で圧粉成形体Ｇを焼結した際に潤滑剤が消失することによる体積収縮を抑制でき、寸法精度が高く、高密度の焼結部品Ｓを得易い。潤滑剤の含有量は、潤滑性の向上効果を得る観点から、０．１質量％以上、更に０．５質量％以上が好ましい。

原料粉末は、有機バインダーを含有していない。原料粉末に有機バインダーを含有しないことで、圧粉成形体Ｇに含まれる金属粉末の割合を多くできるため、プレス成形の圧力を低くしても、緻密な圧粉成形体Ｇを得易い。更に、圧粉成形体Ｇを後工程で脱脂する必要もない。

原料粉末は、上述した金属粉末を主体とし、不可避不純物を含むことを許容する。

上述した金属粉末は、水アトマイズ粉、還元粉、ガスアトマイズ粉などが利用でき、中でも、水アトマイズ粉又は還元粉が好適である。水アトマイズ粉や還元粉は、粒子表面に凹凸が多く形成されていることから、成形時に粒子同士の凹凸が噛み合って、圧粉成形体Ｇの保形力を高められる。一般に、ガスアトマイズ粉では、表面に凹凸の少ない粒子が得られ易いのに対し、水アトマイズ粉又は還元粉では、表面に凹凸が多い粒子が得られ易い。また、金属粉末の平均粒径は、例えば２０μｍ以上、５０μｍ以上１５０μｍ以下とすることが挙げられる。「金属粉末の平均粒径」とは、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）のことである。金属粉末の平均粒径が上記範囲内であれば、取り扱い易く、プレス成形が行い易い。

〈プレス成形〉
プレス成形は、最終製品である焼結部品に対応した形状に成形できる成形装置（成形用金型）を用いる。図２に例示する円筒状の圧粉成形体Ｇでは、軸孔３０を成形時に一体に形成している。この圧粉成形体Ｇは、例えば、圧粉成形体Ｇの両端面を形成する円環状のプレス面を有する上下のパンチと、上下パンチの内側に挿通されて、圧粉成形体Ｇの内周面を形成する円柱状の内側ダイと、上下パンチの外周を囲み、圧粉成形体Ｇの外周面を形成する円形状の挿通孔が形成された外側ダイとを用いて形成できる。この圧粉成形体Ｇの軸方向両端面は上下のパンチでプレスされたプレス面、内周面と外周面とは内外のダイとの摺接面であり、軸孔３０は成形時に一体に形成される。プレス成形の圧力は、例えば２５０ＭＰａ以上８００ＭＰａ以下とすることが挙げられる。

（穴あけ加工工程）
穴あけ加工工程では、圧粉成形体Ｇにドリル１０で穴５０を形成する（図２の中図を参照）。穴５０は、貫通孔又は止まり穴である。ここでは、ドリル１０によって、圧粉成形体Ｇの外周面から内周面に抜ける貫通孔を形成している。つまり、圧粉成形体Ｇに成形された軸孔（成形孔）３０とドリル１０で形成した貫通孔（ドリル孔）５０とが繋がっており、貫通孔５０の出口側の開口が圧粉成形体Ｇの内周面（軸孔３０の内周面）に設けられている。この例では、貫通孔５０の内周面と圧粉成形体Ｇの外側面（端面）との距離（厚さ）が貫通孔５０の径と同じ以上になる箇所に貫通孔５０を形成している。図３を参照して、圧粉成形体Ｇの穴あけ加工に使用するドリル１０について説明する。

〈ドリル〉
図３の左上図はドリルの概略平面図であり、図３の左下図はドリルを先端側から見た概略正面図であり、図３の右下図はドリルの先端部を部分的に示す概略側面図である。ドリル１０は被削物に穴あけ加工を行うものであり、被削物は金属粉末を含有する原料粉末をプレス成形した圧粉成形体Ｇ（図２の中図を参照）である。ドリル１０は、本発明の実施形態に係るものである。

図３に例示するドリル１０は、先端部１００に円弧状の切れ刃１１０を有する、所謂Ｒドリルである。先端部１００は、切れ刃１１０の先端（頂点）から外周コーナ１２０までの部分である。

〈切れ刃の形状〉
ドリル１０は、図３の左上図に示すように、ドリル１０の中心軸に平行な面に対して切れ刃１１０を平行にして、その平行な面に対して直交する方向から平面視したとき、切れ刃１１０の投影形状が円弧状である。切れ刃１１０を形成する円弧の中心角αは、例えば１３０°以上であり、好ましくは１３５°以上１８０°以下、より好ましくは１５０°以上である。この例では、円弧の中心角αが１８０°である。一方、切れ刃を形成する円弧の半径Ｒは、例えばドリルの直径ｄの０．４倍以上０．６倍以下であり、好ましくはドリル径ｄの０．５倍、即ちドリル径ｄの半径（ｄ／２）と同等である。この例では、切れ刃の形状が半円状であり、円弧の中心角αが１８０°で、かつ、円弧の半径Ｒがドリル径ｄの半径に等しい。ドリル１０の直径ｄは、特に限定されないが、例えば１．０ｍｍ以上２０．０ｍｍ以下である。

〈切れ刃のすくい角〉
切れ刃１１０のすくい角は、例えば０°以上であり、好ましくは０°超１０°以下、より好ましくは５°以上８°以下である。切れ刃１１０のすくい角は、図３の右下図に示すように、ドリル１０の中心軸に平行な面に対して切れ刃１１０を平行にして、ドリル１０の中心軸に直交し、かつ、水平面に平行な方向から側面視したとき、軸に平行な面Ｐと切れ刃１１０を構成するすくい面１１１とがなす角度γのことである。この例では、切れ刃１１０のすくい角が７°である。

〈切削条件〉
ドリル１０の回転数や送り速度（送り量）といった切削条件は、圧粉成形体Ｇ（金属粉末）の材質、形成する貫通孔５０の深さやドリル１０の直径などに応じて適宜設定すればよい（図２も参照）。例えば、回転数は１０００ｒｐｍ以上、更に２０００ｒｐｍ以上、送り速度は１００ｍｍ／ｍｉｎ以上、更に２００ｍｍ／ｍｉｎ以上、送り量は０．０１ｍｍ／ｒｅｖ．以上、更に０．１ｍｍ／ｒｅｖ．以上、とすることが挙げられる。圧粉成形体に対して加工する方が、焼結体を加工するよりも、より高速での加工が可能であることが、実験を通して判明している。

圧粉成形体Ｇにドリル１０で形成した穴（貫通孔）５０の内周面は梨地状である。圧粉成形体Ｇでは金属粉末の粒子同士の結合が弱いため、ドリルで穴あけ加工した場合、金属粉末の粒子をドリルで削り落としながら切削して貫通孔５０を形成していく。そのため、圧粉成形体Ｇに形成された貫通孔５０の内周面は、粒子による凹凸が全体的に形成され梨地状となる。

（焼結工程）
焼結工程では、穴あけ加工後、圧粉成形体Ｇを焼結する。焼結には、温度雰囲気制御が可能な適宜な焼結炉（図示略）を用いる。焼結条件は、圧粉成形体Ｇ（金属粉末）の材質などに応じて、焼結に必要な条件を適宜設定すればよい。焼結温度は、例えば１０００℃以上、更に１１００℃以上、１２００℃以上とし、主たる金属粉末の融点以下（例えば１４００℃以下）とすることが挙げられる。焼結時間は、例えば１５分以上１５０分以下、更に２０分以上６０分以下とすることが挙げられる。焼結により、穴（貫通孔）５０Ｓが形成された焼結部品Ｓが得られる（図２の下図を参照）。焼結部品Ｓは、本発明の実施形態に係るものである。

〈焼結部品〉
焼結部品Ｓには、穴（貫通孔）５０Ｓが形成されている。この貫通孔５０Ｓは、焼結前の穴あけ加工によって、圧粉成形体Ｇに対してドリル１０で形成した貫通孔５０である（図２の中図を参照）。上述したように、圧粉成形体Ｇにドリル１０で形成した貫通孔５０の内周面は梨地状である。焼結後も貫通孔５０の内周面の表面性状は実質的に維持されることになるから、圧粉成形体Ｇを焼結した焼結部品Ｓの貫通孔５０Ｓの内周面も梨地状となる。換言すれば、焼結部品Ｓに形成された貫通孔５０Ｓの内周面が梨地状であるということは、焼結前の圧粉成形体Ｇに対してドリル１０で穴あけ加工したことを表している。焼結部品Ｓにおいて、貫通孔５０Ｓの内周面の十点平均粗さＲｚは、例えば２０μｍ以上１５０μｍ以下であることが挙げられる。

この例では、貫通孔５０Ｓが、貫通孔５０Ｓの内周面と焼結部品Ｓの外側面（端面）との距離（厚さ）が貫通孔５０Ｓの径と同じ以上になる箇所に形成されている。

＜作用効果＞
上記実施形態に係る焼結部品の製造方法は、焼結前の圧粉成形体に対してドリルで穴あけ加工を行うことから、切削が容易であり、切削抵抗（スラスト荷重）が大幅に低減される。そのため、焼結後にドリルで穴あけ加工を行う従来の製造方法に比較して、加工時間を短縮でき、加工穴精度が向上する他、工具寿命も大幅に改善できる。更に、上記実施形態に係る焼結部品の製造方法は、先端部に円弧状の切れ刃を有するドリルを用いて穴あけ加工を行うことから、圧粉成形体に貫通孔を形成する際にコバ欠けの発生を抑制できる。したがって、上記焼結部品の製造方法は、コバ欠けの発生を抑制できると共に、生産性に優れる。

上記実施形態に係る焼結部品は、穴（貫通孔）が形成され、その穴の内周面が梨地状であることから、焼結前の圧粉成形体に対してドリルで穴あけ加工しており、生産性に優れる。

上記実施形態に係るドリルは、先端部に円弧状の切れ刃を有することから、圧粉成形体に貫通孔を形成する際にコバ欠けの発生を抑制できる。

上記実施形態では、圧粉成形体にドリルで貫通孔を形成する場合を例に挙げて説明したが、形成する穴は、止まり穴であってもよい。止まり穴の場合、穴の底部の厚さを薄くできる。例えば、底部の厚さがドリル径（穴径）の２倍以下の止まり穴を形成する場合に好適である。底部の厚さの下限は、ドリル径（穴径）の１／４以上、１／２以上程度とすることが挙げられる。

［試験例１］
金属粉末を含有する原料粉末をプレス成形して圧粉成形体を作製し、切れ刃の形状が異なるドリルを使用して圧粉成形体に穴あけ加工試験を行った。

（圧粉成形体）
水アトマイズ鉄粉（平均粒径（Ｄ５０）１００μｍ）と、水アトマイズ銅粉（平均粒径（Ｄ５０）３０μｍ）と、炭素（黒鉛）粉（平均粒径（Ｄ５０）２０μｍ）と、潤滑剤としてエチレンビスステアリン酸アミドを用意し、これらを混合して原料粉末を準備した。

準備した原料粉末を所定の成形用金型に充填し、６００ＭＰａの圧力でプレス成形して、縦５０ｍｍ×横２０ｍｍ×厚さ１０ｍｍの板状の圧粉成形体を作製した。この圧粉成形体の密度は６．９ｇ／ｃｍ^３であった。この密度は圧粉成形体の体積と質量とから算出した見かけ密度である。

次に、作製した圧粉成形体にドリルで穴あけ加工を行い、圧粉成形体の厚さ方向に貫通孔を形成した。そして、貫通孔の出口側の開口部を観察し、コバ欠けの発生状況を調べた。

ドリルには、図３に示すような、切れ刃の形状が半円状のＲドリルを用意した。用意したＲドリルは、ドリル径ｄが８．０ｍｍであり、切れ刃を形成する円弧の中心角αが１８０°で、かつ、円弧の半径Ｒが４．０ｍｍ（ドリル径ｄの０．５倍）である。また、切れ刃のすくい角が０°である。このＲドリルは、住友電工ハードメタル株式会社製のドリル（型番：ＭＤＷ０８００ＧＳ４、材質：超硬合金）の先端部の切れ刃を研磨加工して作製した。

更に、切れ刃の形状がＶ字状のＶドリルを用意した。用意したＶドリルは、日立ツール株式会社製のドリル（型番：０５ＷＨＮＳＢ０４００−ＴＨ、材質：超硬合金）である。このＶドリルは、ドリル径ｄが４．０ｍｍ、切れ刃の先端角が１４０°である。

上記Ｒドリル及びＶドリルを使用して圧粉成形体に穴あけ加工を行い、貫通孔を形成した。Ｒドリルを使用した場合の切削条件は、回転数４０００ｒｐｍ、送り速度１６００ｍｍ／ｍｉｎとした。Ｖドリルを使用した場合の切削条件は、回転数４０００ｒｐｍ、入口側から穴深さが５ｍｍに達するまでの送り速度８００ｍｍ／ｍｉｎ、穴深さが５ｍｍの位置から貫通するまでの送り速度１６００ｍｍ／ｍｉｎとした。

穴あけ加工後、各ドリルで貫通孔を形成した圧粉成形体について、貫通孔の出口側の開口部を光学顕微鏡で観察した。その結果を図４及び図５に示す。図４はＲドリルを使用した場合、図５はＶドリルを使用した場合である。図４及び図５の顕微鏡写真において、中央の円形部分が貫通孔である。図４において、中央の円形部分（貫通孔）の周囲を縁取るような一定幅の黒い環状部分は、貫通孔の内周面が見えている部分である。図５において、貫通孔の周囲に広がっているグレーの部分は、コバ欠けである。図４に示すように、上記Ｒドリルで貫通孔を形成した場合、貫通孔の出口側の開口においてコバ欠けが非常に少なく、この例ではコバ欠けが確認できなかった。一方、上記Ｖドリルで貫通孔を形成した場合、図５に示すように、貫通孔の出口側の開口に大きなコバ欠けが発生していることが分かる。また、Ｖドリルで貫通孔を形成した場合のコバ欠け量を測定したところ１．５５ｍｍであった。コバ欠け量は、図５の顕微鏡写真から、コバ欠け部分の輪郭上に位置する点のうち、貫通孔の中心から最も離れた点までの距離を計測し、その長さと貫通孔の直径との差を算出することで求めた。この結果から、円弧状の切れ刃を有するＲドリルを使用することで、コバ欠けの発生を抑制できることが分かる。

［試験例２］
切れ刃のすくい角が異なるＲドリルを使用して圧粉成形体に穴あけ加工を行い、貫通孔を形成する際のスラスト荷重を比較した。

加工対象の圧粉成形体には、試験例１と同じものを用いた。

使用したＲドリルは、試験例１と同様、切れ刃の形状が半円状であり、住友電工ハードメタル株式会社製のドリル（型番：ＭＤＷ０８００ＧＳ４、材質：超硬合金）の先端部の切れ刃を研磨加工して作製した。このＲドリルは、ドリル径ｄが８．０ｍｍ、切れ刃を形成する円弧の中心角αが１８０°、円弧の半径Ｒが４．０ｍｍ（ドリル径ｄの０．５倍）である。そして、すくい角が０°，７°，１０°の３種類のＲドリルを作製し、すくい角が０°のＲドリルをＲ０、すくい角が７°のＲドリルをＲ７、すくい角が１０°のＲドリルをＲ１０とした。

上記３種類の各ドリル（Ｒ０，Ｒ７，Ｒ１０）で圧粉成形体に穴あけ加工を３回行い、圧粉成形体の厚さ方向に貫通孔を３つ形成した。切削条件は、回転数２０００ｒｐｍ、送り速度２００ｍｍ／ｍｉｎ（送り量０．１ｍｍ／ｒｅｖ．）とした。そして、１回目から３回目までのそれぞれの穴あけ加工において、貫通孔を形成する際のスラスト荷重及びトルクを測定した。スラスト荷重及びトルクは、切削動力計（日本キスラー株式会社製、型番９２７２）を使用して、穴あけ加工の開始から貫通孔が形成されるまで測定し、その最大値を求めた。また、各回の穴あけ加工における各スラスト荷重及びトルクからその平均値も求めた。

Ｒ０，Ｒ７，Ｒ１０のドリルを使用して穴あけ加工した場合のスラスト荷重及びトルクを表１〜表３にそれぞれ示す。例えば表１中、「Ｒ０−１」とは、Ｒ０のドリルを使用した１回目の穴あけ加工であることを示しており、前半の記号は使用したドリル、後半の数字は何回目の加工であるかを表している（表２、表３も同じ）。更に、各ドリルにおけるスラスト荷重及びトルクの平均値を元に、すくい角とスラスト荷重及びトルクとの関係を図６に示す。図６のグラフにおいて、横軸がすくい角の角度（°）、左側の縦軸がスラスト荷重（Ｎ）、右側の縦軸がトルク（Ｎ・ｍ）を示し、■印がスラスト荷重、◇印がトルクである。

表１〜表３及び図６の結果から、すくい角が７°のＲドリルの方が、すくい角が０°又は１０°のＲドリルに比較して、スラスト荷重が小さいことが分かる。すくい角が０°超１０°以下の範囲内であれば、すくい角が０°の場合に比較して、スラスト荷重を低減できると考えられる。したがって、すくい角が０°超１０°以下のＲドリルを使用することで、コバ欠けの発生をより効果的に抑制できると考えられる。一方、トルクは、すくい角が大きくなるほど小さくなる傾向があることが分かる。

［試験例３］
Ｒドリルを使用して圧粉成形体に穴あけ加工した後、Ｒドリルで貫通孔を形成した圧粉成形体を焼結して焼結部品を作製した。

加工対象の圧粉成形体には、試験例１と同じものを用いた。

ここでは、切れ刃の形状が半円状であり、ドリル径ｄが３．５ｍｍのＲドリルを使用した。このＲドリルは、住友電工ハードメタル株式会社製のドリル（型番：ＭＤＷ０３５０ＧＳ４、材質：超硬合金）の先端部の切れ刃を研磨加工して作製した。このＲドリルは、切れ刃を形成する円弧の中心角αが１８０°、円弧の半径Ｒが１．７５ｍｍ（ドリル径ｄの０．５倍）、すくい角が０°である。

上記Ｒドリルを使用して圧粉成形体に穴あけ加工を行い、圧粉成形体の厚さ方向に貫通孔を形成した。切削条件は、回転数２０００ｒｐｍ、送り速度２００ｍｍ／ｍｉｎ（送り量０．１ｍｍ／ｒｅｖ．）とした。穴あけ加工後、貫通孔を形成した圧粉成形体を１１３０℃×２０分で焼結して焼結部品を作製した。

同様にして貫通孔を形成した圧粉成形体を貫通孔の中心軸を通るように厚さ方向に切断し、貫通孔の内周面を光学顕微鏡で観察した。その断面写真を図７に示す。図７において、中央の左右方向に延びる帯状部分が貫通孔の内周面である。図７に示すように、貫通孔の内周面は梨地状であった。また、この貫通孔の内周面の十点平均粗さＲｚを測定したところ、４０μｍであった。更に、上記作製した焼結部品を貫通孔の中心軸を通るように厚さ方向に切断し、貫通孔の内周面を光学顕微鏡で観察したところ、上述した圧粉成形体における貫通孔の内周面の表面性状と同様であり、内周面の十点平均粗さＲｚも同等であった。十点平均粗さＲｚは、「製品の幾何特性仕様（ＧＰＳ）−表面性状：輪郭曲線方式−用語、定義及び表面性状パラメータ ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３」に準拠して測定した値である。

焼結後の焼結部品に対してドリルで貫通孔を形成し、同じように貫通孔の内周面を観察した結果、図示は省略するが、貫通孔の内周面は凹凸の少ない平滑な面となっており、光沢を有していた。また、この貫通孔の内周面の十点平均粗さＲｚを測定したところ、１１μｍであった。焼結部品の穴あけ加工に使用したドリルは、住友電工ハードメタル株式会社製のＭＤＷ０３５０ＧＳ４であり、切れ刃の形状がＶ字状で、ドリル径ｄが３．５ｍｍ、切れ刃の先端角が１３５°である。

本発明の一態様に係る焼結部品の製造方法は、自動車部品や機械部品などの各種焼結部品（例、スプロケット、ロータ、ギア、リング、フランジ、プーリー、ベーン、軸受けなど）の製造に利用可能である。本発明の一態様に係る焼結部品は、自動車部品や機械部品などの各種焼結部品に利用可能である。本発明の一態様に係るドリルは、圧粉成形体の穴あけ加工に利用可能である。

１０ ドリル（Ｒドリル） １１ ドリル（Ｖドリル）
１００ 先端部
１１０ 切れ刃 １１１ すくい面
１２０ 外周コーナ
３０ 軸孔
５０ 穴（貫通孔）
５０Ｓ 穴（貫通孔）
Ｇ 圧粉成形体（被削物）
Ｓ 焼結部品

Claims (6)

1. 金属粉末を含有する原料粉末をプレス成形して圧粉成形体を作製する成形工程と、
   前記圧粉成形体にドリルで穴を形成する穴あけ加工工程と、
   前記穴あけ加工後、前記圧粉成形体を焼結する焼結工程と、を備え、
   前記穴あけ加工に使用する前記ドリルは、先端部に円弧状の切れ刃を有する焼結部品の製造方法。
2. 前記ドリルは、前記切れ刃のすくい角が０°超１０°以下である請求項１に記載の焼結部品の製造方法。
3. 前記ドリルは、前記切れ刃を形成する円弧の中心角が１３５°以上１８０°以下である請求項１又は請求項２に記載の焼結部品の製造方法。
4. 穴が形成された焼結部品であって、
   前記穴の内周面が梨地状である焼結部品。
5. 前記穴の内周面の十点平均粗さＲｚが２０μｍ以上である請求項４に記載の焼結部品。
6. 被削物に穴あけ加工を行うドリルであって、
   前記被削物は金属粉末を含有する原料粉末をプレス成形した圧粉成形体であり、
   先端部に円弧状の切れ刃を有するドリル。