JPH0191999A - 粉体の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、金属粉あるいはセラミックスなどの粉体を
用いて成形を行い、寸法精度の高い成形体として得るこ
との可能な粉体の成形方法に関するものである。

［従来の技術］ 冷間静水圧プレス（以下、ＣＩＰ）法は、金属あるいは
セラミックスなどの粉体をゴム様弾性物質の袋に充填し
、密閉して外部から水あるいは油のような液体を加圧媒
体として使用し、加圧成形する方法として良く知られて
いる。

このような成形方法を実施する場合には、通常では、ゴ
ムあるいは合成樹脂ラテックス、ＰＶＣまたはポリウレ
タンなどのゴム様モールド（以下車にゴムモールド）を
使用していた。

＝−こ−のゴムモールドは、成形するにあたり充填され
る粉体の重量によって変形しないような強度と肉厚を有
するものでなければならないことは言うまでもない。

ところで、上述したような方法を実施するに当たっては
、ゴムモールドと粉体である充填物との変形挙動が異な
ることから、ゴムモールドの外部から加わる静水圧は、
そのまま忠実に内部に充填されている粉体に伝わること
は少なく、特に、ゴムモールドの角部に位置している粉
末は、ゴムモ−ルトに拘束されて収縮しにくいことがあ
る。

このため成形体は、無負荷時のゴムモールドのキャビテ
ィ形状とは異なりた形状となるのみならず、内部と表層
部に密度差が生じたり、応力が残留して割れを引き起す
ことがある。

従って、通常のＣＩＰ法による場合では、寸法精度が高
く、かつ、均一な成形体を得ることは困難であるという
課題を常に抱えていた。

これを解決するために、特公昭４７−３７３８３号公報
では所定形状の型内にゴム袋を入れ、このゴム袋内に粉
粒物を充填し−次いで袋内を減圧にし、型の形状を保持
したまま、該粉粒物充填のゴム袋を型から取出し、これ
をそのままＣＩＰ成形する方法について記載している。

その他にまた、特公昭６０−５６４９９号公報、特開昭
５９−１８３７８０号公報などでは、さらに改良を加え
て多孔性材料などを使用した通気性モールドを外側支持
型に用い、この内側に薄肉の弾性覆いを、外側支持型を
低圧にさらしながら取り付け、その中に粉末成形材料を
充填した後外側支持型への低圧をゆるめ、さらに薄肉の
覆い内に低圧を生ぜしめた後、外側通気性支持型を除去
し粉末が充填され密閉された該薄肉弾性覆いをＣＩＰす
る方法を開示している。

さらに、特願昭６１−１３９１５８号では、前述の方法
を改良し、薄肉の弾性覆いを外側支持型と相似形にする
ことにより、寸法精度の高い成形体を取得することにつ
いて記載している。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、このような従来技術には、次のような問題点が
ある。

すなわち、 ■　型内に入れるゴム袋に制約があり、具体的に言えば
、市販のゴム風船（直径約７　ｃｍ）を型（例えば、約
２０ｃｍの立方体）に拡大し密着させることは、ゴム風
船の弾性限界を越えてしまい風船が破断する惧れがあり
、換言すれば、型の大きさに対応させて各種の大きさに
用意していたゴム袋を使い分けなくてはならない、 ■　ゴム風船のように球形の形をしたゴムモールドを立
方体ないしは直方体のような角のある形に拡大密着させ
ると、拡張されたゴム袋の厚さに不均一が生ずると共に
、その隅部は確実に型に密着せず、その結果として角が
丸くなるという現象が生じる、 という不都合な点がある、 これらの問題については、あらかじめゴム袋を型と相似
形に形成しておくことにより、ある程度回避することが
できるが、ゴム袋の形と型の形を相似形にしても、ゴム
袋を拡大密着させたとき型の内側にうまく当てはまるよ
うに確実にセットしなくてはならないという別の問題が
ある。

現実的な面から述べると、ゴムモールドと型には透光性
のないものを使用することが多いことから、ゴムモール
ドと型とがずれるという事故を視認して、予防すること
ができず、成形操作終了後に問題かしばしば生じている
のが現状であった。

この問題をクリヤしてもゴムモールドは、型に対して相
似形に作製しなくてはならず、ゴムモールドは、非常に
高価なものになってしまうのみならず、ゴムモールド製
造上の理由から、ゴムモールドの形に制約が付いてしま
う。

この発明は、従来の発想を転換して、このようなゴムモ
ールドを使用することなしに金属セラミックスなどの粉
体の成形体を作製することを目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ この発明は、前述の目的を達成するために種々検討を加
えて到達したものであって、ｎ分割（ｎ≧２）した通気
性モールド支持体の内側にそれぞれ合成樹脂フィルムを
拡張密着させてから、通気性モールド支持体を組み立て
、合成樹脂フィルムｎ枚により開口部１個を有するモー
ルドを形成し、このモールドに原料粉体を充填し、つい
てこの開口部を経てモールド内を真空脱気したのち、通
気性モールド支持体を解体して合成樹脂フィルムに収納
された形の予備成形体を取り出し、これを冷間静水圧プ
レス処理に付して緻密化させることを特ｉ数とする粉体
の成形方法、である。

［作　用］ この発明で用いる分割された通気性モールド支持体とは
、組み立てることにより一つの開口部を有するモールド
を形成する部材をいう。

この分割された通気性モールド支持体は、組み立ててモ
ールドを形成する面（内側）に対して４、合成樹脂フィ
ルムを拡張密着さることを要するが、通気性モールド支
持体内側より吸引することによりフィルムを密着させる
ことができる。

従って、通気性モールド支持体として利用可能な材質と
して４１．石膏、通気性樹脂などのいわゆる多孔質材料
があるが、これとは別に木、金属、アクリル樹脂などの
本来は通気性のない材料ではあるが、これにベントホー
ル、ピンホールをあけることにより通気性を持たせたも
のを使用することも可能である。

一方、この発明では、通気性を利用して合成樹脂フィル
ムを拡張密着させるので、拡張される合成樹脂フィルム
には引き裂きに対する抵抗性、適度の伸び、大きい引張
り強度を保有して適度の厚さを有していることが必要で
ある。

このような特性を有するもののうち、具体的なものとし
てポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、軟
質ポリ塩化ビニルフィルム、ポリビニルアルコール系合
成樹脂フィルム、塩化コムフィルム、ポリブチレンフィ
ルムなどのフィルムであり、その厚さは対称となる通気
性モール［・支持体の凹凸や形状により異なるので一律
には定められないが、必要に応じて２０〜５００μｍ程
度のものの中から適宜選択使用する。

また、通気性モールド支持体からの吸引力のみでは、フ
ィルムを完全に密着させることができない場合には、必
要に応じて加熱したり、あるいけ、水や溶媒を噴霧して
、フィルムに可塑性を与えることができる。

このような可塑性を有するフィルムを完全に密着させた
のちは、通気性モールド支持台のｎ個を組み立てて、ｎ
枚の合成樹脂フィルムで構成された開口部１個所を有す
る通気性モールドが完成するが、この通気性モールドに
原料粉体を充填し、ついで開口部を経て通気性モールド
内を真空脱気したのちこの通気性モールドをシールする
。

従って、ｎ枚の合成樹脂フィルムで作られる通気性モー
ルドは、当然のことながら、フィルム間で形成される隙
間からの真空溢れの事故を生じ易い。

そのために、この隙間を通気性モールド支持体組み立て
、時に接着剤などで充満したり、通気性モールド支持体
に組み込んだヒーターを加熱してフィルムを加熱圧着し
たりするなどの方法により真空溢れの生じない開口部１
個所を有する通気性モールドを完成させるのである。

このようにして形成した通気性モールドに対して、充填
を行なう粉体としては、原料として流動性のよい粒度と
形状に処理されているものの方が均一に、しかも細部ま
で充填されやすいという理由から、このような形状の粉
体を使用することが望ましい。

具体的には、例えば、ステンレス鋼、工具鋼、超合金な
どの場合では、アルゴンガスアトマイズ法、真空噴ｎ法
、回転電極法で製造した球状粉が適しており、チタンお
よびチタン合金も回転電極法による球状粉が良い。

また、カーボン鉄、カーボンニッケルなどの金属微粉、
超硬合金などの分散強化合金粉、アルミナ、ジルコニア
、窒化ケイ素、炭化ケイ素、サイアロン１２と通常１μ
ｍ以下の微粉が多く、流動１生が良くないので、顆粒状
に処理した球状粉のものを用いた方が好ましい。

［作　用］ 以下、−具体例を引用しながらこの発明の作用をさらに
具体的に説明する。

第１図〜第９図は、この発明方法を実施するに当り、採
用することのできる動作の一例を示したものであり、こ
の場合では、説明の単純化のために通気性モールド支持
体の分割数ｎ＝２の場合について説明する。

第１図に示した通気性モールド支持体１は、木製であっ
て、そのコーナ一部には数多くのピンホール２を設りて
おり、この通気性モール１〜支持体１を吸引ボックス５
の上に載せている。

この吸引ボックス５は、真空ポンプ４に接続されており
、通気性モールド支持体１のピンホール２を介して合成
樹脂フィルム３の内側の空気を吸引し、通気性モールド
支持体１に密着させることの可能なように形成されてい
る容器である。

いま、真空ポンプ４を作動させると、ピンホール２を通
し、通気性モールド支持体１の内側（第１図の場合には
上面）から吸引を開始する。

この状態で加熱された合成樹脂フィルム３を通気性モー
ルド支持体１の上面に載せ−る−と第１図に示したよう
にフィルムが通気性モールド支持体１に拡張密着される
。

第１図と全く同一の手法をとり、２ケ目の通気性モール
ド支持体１に合成樹脂フィルムを拡張密着させる。

第２図は、以上のようにして用意された合成樹脂フィル
ムを拡張密着させた２つのモールド支持体１を合わせた
状態であり、この場合、６は開口部、７はフィルム同志
が接着している部分、８はフィルムの余り部分である。

前述した通り、モールド内を真空に引くにあたっては、
フィルム同志が接着している部分７を通してリークする
恐れが多分にあるので、この部分には接着剤を介したり
、加熱圧着をすることによりモールドは一つの開口部６
を除きモールド支持体１内側に密着した形で作製するこ
とができる。

第２図に示したように作製したモールドは、第３図に示
したようにその開口部６が上面になるように　９０°回
転させて支持する。

この場合、第３図で明らかなように粉体の充填を良くす
るために、例えば、振動テーブル１０の上にセットする
のが良い。

以上のようにして準備の完了したモールドに対して、第
４図に示しているように開口部６より原料粉体１２を充
填するが、このとき適当なホッパ１１を使用するとした
方が偏析が少なく均一な成形体が得られる。

つぎに、第５図に示しているように、原料粉体１２の上
にフェルト状のフィルター１３を置き、開口部の形に合
ったゴム栓１４および吸引口　１５を取付け、真空ポン
プ　１６を作動させ、吸引口１５フイルター　１３を通
してモールド内を真空とする（第６図）。

真空ポンプ４．９によって吸引を行なう場合には、最低
限で通気性モールド支持体１に合成樹脂フィルム３を拡
張密着させるに充分な真空度があればよく、その値とし
て一般的には一４００ｍｍ　Ｈｇ程度であればよい。

しかしながら、モールド内の真空度が高ければ高いほど
よく、望ましくは、真空ポンプ４．９が達成する真空度
より高い方がよい。

次いで、真空ポンプ４，９を停止するが、その時期は第
７図に示したように自己の形態を維持することのできる
までとする。

なお、このとき真空ゲージ　１７の観察を行ない、真空
ポンプ４．９の停止後、真空度が低下する場合には、フ
ィルム同志が接着している部分７からのリークや第１図
におけるピンホール２へのフィルムの食い込みによるリ
ークが考えられるので、気体不透過性の接着テープなど
でリーク部を補修する。

また、リーク個所がわからない場合には、真空包装用の
袋にモールドを包み込むのが望ましい。

このようにして処理の終ったものは、第８図に示したよ
うに、合成樹脂フィルムの開口部６をシールしフィルム
に収納された型の予備成形体１８が得られる。

この予備成形体１８は内部が真空になっていることから
、大気圧が静水的にかかっているので通気性モールド支
持体１がなくてもその形状を保持しつづけることがてき
る。

この予備成形体１８をすぐに第９図に示したようＣＩＰ
装置に入れ、例え・ば、　１０００〜７ｏｏｏ気圧程度
にまでノー圧して数分間この圧力を保持することいより
、圧粉体を得ることかでざる。

なお、実際の工業的な装置においては、生産性向上の観
点から、前述のような予備成形体　１８は、数個あるい
は数十個ずつＣＩＰに収容できるようにする。

この場合には、第８図のまま放置しているよりは、第７
図のまま放置した方が真空が保持され望ましい。

［実施例］ 以下、具体的に実施例を示してこの発明の構成および効
果をさらに詳細に説明する。

実施例　１ （：　１０８１スチール球状粉（粒度８０〜２００メツ
シユ）およびアルミナ顆粒（粒度２０〜１００μｍ）の
２種類について圧粉体を作製した。

まず、厚さ　５０　ｍｍ、−辺３００　ｍｍのモールド
になるように上下の通気性モールド支持体を木で製作し
た。

このとき間口部に相当する径は　２５　ｍｍφどし、厚
さ　２５ｍｍのところで見切ったため上下２分割の通気
性モールド支持体とした。

この通気性モールド支持体を吸引ボックスの上に載せ、
市販のエチレン−酢酸ビニル樹脂（ＥＶＡ）フィルム（
厚さ　１００μｍ）を加熱して通気性モールド支持体に
密着させた。

なお、ここで使用した木製の支持体としては、約２ｃｍ
の間隔で直径０．３ｍｍの穴をあけた。

前述したような方法に従って、原料粉末を入れて予備成
形体を作り、スチール粉の場合５０００　Ｋｇ／ｃｍ２
、アルミナ粉の場合３０００にｇ／ｃｍ’でＣＩ　Ｐ、
％埋を行ない圧密化した後、圧粉体平板について測定し
たところ、以下の結果が得られた。

圧粉体寸法（ｍｍ） スチール球状粉　　　２５６．８ｘ　２５６．６　ｘ　
４３．２アルミナ粉　　　　　２２９．１　ｘ　２２９
゜ｌＸ３８．’１このようにして得られた平板は、見た
−限りではそりや曲がりが見られなかった。

実施例　２ Ｓｉ３Ｎ、粉に５ｗｔ％の　ＭｇＯを入れ、ＰＶＡバイ
ンダーを用い５０〜１００μｍに造粒Ｌ７て圧粉体を作
製した。

一方、真ちゅうで第１０図に示したごどき形状の物体（
図中、ａ　：　４０　ｍｍφ、ｂ　：　４０　ｍｍφ、
Ｃ９１２０ｍｍφ、ｄ　：３０ｍｍ、　　ｅ　：９Ｏｎ
＋ｍ、　　ｆ　：３０ｍｍである）を製作し、これを型
にして従来法の厚ゴムをシリコンゴムで作った。

なお、このときのゴム厚は　１０　ｍｍとした。

さらに、この型を用いて石膏型を作り３分割の通気性モ
ールド支持体を作製した。

この石膏型と　２００μｍ厚さのＥＶＡフィルムを用い
て前述の作用の項において述べた方法に準拠して　Ｓｉ
３Ｎ４　　基造粒粉末を成形したところ、ａ。

３１．４±０．２　ｍｍφ、ｂ　：　９４．３±０．４
　ｍＩｒ１φ、ｃ：３１．５±０．２　ｍｍφという寸
法を有する圧粉体を作ることができた。

一方、従来法であるシリコンゴムを使って成形したとこ
ろ、第　１１図に示したよう３分割されたＣＩＰ体しか
得られず、一体物の成形体を得ることできな力じた。

［発明の効果］ この発明方法は、射出成形用金型のような高価な工具鋼
を使用することなく成形体の寸法精度を向上させ得るも
のである。

従来モールドを形成していたコム袋をフィルムに置き換
えることにより、今までネックとなっていたゴム袋の問
題を一挙に解決した。

【図面の簡単な説明】

第１図は通気性モールド支持体と吸引ボックスどの位置
関係を示した一部断面図、第２図は２圭（１の通気性モ
ールド支持体と吸引ボックスを向い合せて干−ルドとし
た場合の一部断面図、第３図は第２図のモールドを振動
テーブル上に直立させた場面を示した一部断面図、第４
図はモールドに原料粉体を供給する場面を示した一部断
面図、第５図はモールド中の原料粉体を封止する場面を
示した一部断面図、第６図はモールド内容物から脱気す
る場面を示した一部断面図、第７図は真空リークの状態
を測定する場面を説明する一部断面し１、第８図はモー
ルドの開口部を閉止して予＋’（ｆｉ成形体とした断面
図、第９図は予備成形体をｃＩｐ装置に設置した場面を
示す断面図、第１０図はモールドの斜視図、第１１図は
成形体の斜視図である。 １・・・通気性モールド支持体、２・・・ピンホール、
３・・・合成樹脂フィルム、４，９，１６・・・真空ポ
ンプ、５・・・吸引ボックス、６・・・開口部、７・・
・フィルム同志が接着している部分、８・・・フィルム
の余り部分、１０・・・振動テーブル、１１・・・ホッ
パ、１２・・・原料粉体、１３・・・フィルター、１４
・・・ゴム栓、１５川吸引口、１７・・・真空ゲージ、
１８・・・予備成形体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ｎ分割（ｎ≧２）した通気性モールド支持体の内側に、
   それぞれ合成樹脂フィルムを密着させてから、通気性モ
   ールド支持体を組みたて、合成樹脂フィルムｎ枚により
   開口部１個所を有するモールドを形成し、このモールド
   に原料粉体を充填し、ついでこの開口部を経てモールド
   内を真空脱気したのち、通気性モールド支持体を解体し
   て合成樹脂フィルムに収納された形の予備成形体を取り
   出し、これを冷間静水圧プレス処理に付して緻密化させ
   ることを特徴とする粉体の成形方法。