JPH03174945A - 空洞部を有する部材の加圧製造方法 - 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、加圧鋳型成形法、すなわち加圧法によって
空洞部を有する部材を製造するための方法に関する。

「従来の技術」 不定型の材料からなる部材を製造する方法として、該不
定型材料の粉末を変形可能なシースに充たして密封し、
静水圧によって加圧する熱間静水圧加圧法がよく知られ
ている。この静水圧は、圧縮、すなわち高密度化をなす
ことにより、同時に行なう加熱とともに上記粉末を溶融
せしめるのである。上記シースは、その後切り開かれて
捨てられ、そして上記材料は最終の機械的操作によって
正確な大きさとされる。なお、加熱することなしに静水
圧加圧を行なう方法も存在する。

空洞部を有する部材に関しては、それの典型的な例とし
て湯だまり　（るつば；　ｃｒｕｃｉｂｌｅ）があり、
それはときどき固体部分を加圧することによって得られ
ると考えられている。すなわち、そのシースは外表面を
形作るが、空洞部の形状を形作るものでなく、したがっ
て空洞部は加圧が終了した後機械的手段によって形成さ
れる。この解決法は、通常の場合十分満足のいく結果と
はならない。なぜなら、上記材料にあっては、その脆性
や硬度のため十分に機械加工ができないことがしばしば
あるからである。切削や研磨用の工具を用いて十分な表
面状態を得るのは困難であり、また切削具の磨耗も大き
い。付は加えるならば、機械加工における機械的応力に
より、上記部材はしばしば破壊され、すなわち粉砕され
てしまうのである。

他の解決法として、それの充填に先立ち、空洞部を規定
する変形不能なコアをシース内に配置する方法がある。

この鋳造用のコアは、加圧によって引き起こされる問題
は異なるものの、上述した機械加工と同一の役割を果た
すものとなる。なぜなら、粉末が硬化するとすぐに、シ
ース内、コア内さらには得られる部材内において、この
場合重要となる機械的応力が発生するからである。

これらの応力の中のいくつかは、一方では得られる部材
とシースとの間の熱膨張の差によって、他方では該部材
とコアとの間の熱膨張の差によって生じる。少なくとも
ある場合においては、同じような熱膨張率を有する材料
を選択することによってこの問題を未然に防ぐことがで
きる。上記シースおよびコアの型離れを容易にするため
には、非粘着性のコーティング層によって被覆するのが
有効である。温度と圧力とのサイクルを適切に選択する
ことにより、部分的に応力を減少することもできる。こ
れにより、シースが取り除かれるより先にクラックが発
生し、砕けてしまうことを回避することができる。

「発明が解決しようとする課題」 しかしながら、欠点を補うことが不可能な現象がまだあ
る。これは、高密度化の間のコアの収縮と、再び大気圧
下に置かれたとき、特にシースを取り除いた後のコアの
膨張である。

上記応力は、得られる部材の膨張によって生じ、特にシ
ースが取り除かれたとき、該応力は圧縮応力と逆の方向
に力を加えるものとなる。そして、もしその部材の材料
に十分な可塑性があるならば、その部材は変形するだけ
であるが、脆い材料である場合には、それが粉々になっ
てしまうことが避けられないのである。

この発明は上記問題を解決し、シース内で脆性材料を加
圧することを可能にし、これによって粉体から空洞部を
有する部材を直接得ることを目的とするものである。

「課題を解決するための手段］ この発明の空洞部を有する部材の加圧製造方法では、空
洞部を規定するためのコアを有しかつ密閉されてなるシ
ース内に前もって入れられた圧密化するための材料を加
圧することにより、空洞部を有する部材を製造するため
の方法において、上記コアが、加圧する以前において上
記空洞部より大きく、かつ加圧の間空洞部の外面によっ
て部分的に成形されることを上記課題の解決手段とした
。

すなわち、この方法は、コアの初期の体積が空洞部の初
期の容積より大きく、かつ加圧している間、コアが空洞
部の外面によって部分的に成形されることを特徴とする
ものである。

特別の場合の形態として、コアとシースとは一体でもよ
くまた分離したものでもよい。さらに、シースとコアと
は、離型を容易にするため非粘着性のコーティング層に
よって被覆されていてもよく、またそうでなくてもよい
。

このように本方法は、最終的な製品の必須な部分を形成
するのにコアまたはシースが用いられるような部材に適
用されるものである。

このような部材としては、特にセラミック材料から形成
される。具体的には、酸化物（Ａ１２０３、ＣｅＯ、、
Ｚｒ０２）、ホウ化物（ＴｉＢ２）、窒化物（ＴｉＮ、
　ＴａＮ）　、炭化物（ＴａＣ，Ｎｂｃ）　、ケイ素化
物（Ｓｉ、Ｎ４．５ｉＣ）　、および粒状の混合物やセ
ラミックスの母体が繊維により強化されてなる複合物を
得るための上記セラミックスの混合物によって作られる
。本発明は、金属を母体とするもの、および金属やセラ
ミックスの強化体を有する複合体にも適用可能であり、
同様にタングステン、銑鉄、ニッケルーアルミニウム合
金のように非常に延性の高いもの以外の金属や合金にも
適用可能である。

コアは、例えばチタン、ニオブ、タンタルなどの高熱伝
導性のものからなる。また、純粋なシリカガラスやケイ
素を多く含むホウ素酸化物を用いることも可能である。

このよう材料としては、コニング社（Ｃｏｒｎｉｎｇ　
Ｃｏｒｐ、）の商標ＶＹＣＯＲで知られている。低融点
の金属やガラスのような材料は、加圧がより低温で行な
われるときに用いられる。

空洞部は種々の形状をとることが可能である。

例えば、離型が容易なように円柱状の空洞形状や円錐形
に漸次縮径した空洞形状をとる。コアから材料を脱離す
ことが容易でありさえすれば、化学的エツチングによっ
て除去されるものであっても、実質的には外側につなが
らない空洞部であると認識することができるのである。

高密度化される部材の材料としては、しばしば粉体が用
いられるが、予め溶融した材料や冷間にて予め圧縮した
材料も用いることができる。

「実施例」 本発明を非限定的な実施例とこれに付随する図面により
以下に詳細に説明する。

第１図Ａおよび第１図Ｂはそれぞれ加圧前後におけるチ
タン製シースの形状と該シースの内容物の状態を示す図
である。第１図Ａは初期状態を示す図であって、シース
１は高さ１０４　ｍｍ％直径３９゜６ｍｍの円筒形状の
ものである。これはチタン製コア２を収容するものであ
り、このコア２は、シースｌの底部に配置される直径３
９．６ｍｍ、高さ９ｍｍの円柱状の基部３と、シースｌ
の頂点に向かって２２ｍｍから２０ｍｍに漸次縮径して
登り、かつ３５ｍｍの高さで先端が切られたコーン４と
から構成されたものである。シース１にはまた、底部と
は異なる位置に直径３９．６ｍｍ、高さ２０ｍｍのグラ
ファイト製のくさび、すなわち詰め金５が内方に向けて
詰められている。シース１内の残りの部分には、空洞部
を有する部材を形成するための炭化タンタル（ＴａＣ）
粉末が充填されている。シース１の内面とコア２の表面
にはシート形状の非粘着性製品が被覆されている。

第２図に示すサイクルは、（時間を単位とする）時間と
温度との関係を表すカーブＴおよび時間と圧力との関係
を表すカーブＰを示すもので、これらカーブは単位をバ
ールと℃とする共通のスケールを有したものである。な
お、このサイクルは第１図Ｂに示した形状のものを得る
ためのものである。上記シースは変形し、特に目的とす
る部材（この後１′で示す）の周囲が半径方向に収縮し
ており、またコア２′　も形状を変化させている。元の
コーン４より収縮して体積が小さくなったコーン４が残
り、これによってその材料は全体が下方に移動し、基部
３の下方に、実質的に半球形状である高さ１３ｍｍのふ
くらみ６を作る。コーン４′は、高さがほぼ２５ｍｍ、
直径が１８ｍｍから１６．７ｍｍとなる。

基部３のわずか上をライン７に沿って切り離し、コーン
４′　を離型し、さらにシース１′を切り開いて該シー
ス１′　を離型した後、詰め金５に接触している部分に
おいて部材の旋盤加工を行なうことにより詰め金５を取
り除き、ライン８で示すような輪形のふくらみを有する
湯だまり　（るつぼ）を得る。

詰め金５に示したような詰め金は、この技術分野におい
てしばしば用いられるが、このような詰め金がいつも必
要というわけではなく、これらを用いないでも本発明を
正確に行なうことができるのはもちろんである。

本発明は二つの有利な現象を引き起こす。最初は、変形
可能なコアが、シース内の全ての部分において圧力が均
一になるようにし、これが、変形不能なコアを用いたと
き、シースに近い部分より該変形不能なコアに近い部分
での圧力が高くなることからこのような方法が適用でき
ないような部材を、より均一に高密度化することを可能
にする。

次は、コアの下方のふくらみが、シースの底部と円筒状
壁部とにおける接合部が挟まれることを制限し、これに
より基部３の上部が破壊される危険を制限している。

第３図Ａないし第３図りに他の実施例を示す。シース１
０はここでは特に重要であり、肉厚が厚く、円柱状のコ
ア１１を有する一個の部品からなるものである。その外
部形状は円柱状である。その組立品はチタン製であり、
かつその内部には予め圧縮された炭化タンタルが充たさ
れている。肉厚の厚いシースの代わりに、内部を予め溶
融したチタンでコーティングした薄いシースを用いても
よい。

シース１０の充填されたくび部を押し潰し閉塞すること
によって得られるコード１２を、正確に示す。

第３図Ａにこのシステムの初期状態を示す。第３図Ｂは
熱間静水圧加圧を行なった後の最終的な状態を示すもの
であり、先の実施例にあるように、シース１０の底部に
ふくらみ１３が形成されている。

ここでこのふくらみ１３は、より小さな円柱状のコア１
１′　を形成するため、コア１１を部分的に押し出すこ
とによって生じるものである。この後１０’　で示すシ
ースは、この位置において実質的に円筒形状を保持して
いる間、炭化タンタルの周りで半径方向に収縮している
。

第３図Ｃに示すように、複合化されたシリンダー１４は
、構成部品の二つの端面を滑らかにすることによって得
られるものであり、これは特に、チタンからなる覆いが
炭化タンタルの周りで実質的に均一な厚さを有するよう
にするためだけに、上記コード１２とふくらみ１３とを
なくしたものである。最後に、複合化されたシリンダー
１４の底部を炭化タンタルに到達するまで平らにし、さ
らに機械的加工操作あるいは化学的加工操作を適宜用い
てコア１１′をなくすことにより、第３図りに示すよう
に複数の要素で構成された湯だまり　（るつば〉を得る
。この場合に炭化タンタルは、その外側の面がチタン層
によってのみ囲まれている。

本発明の方法の効果は、特に従来技術では可塑性材料が
受ける応力によって破壊限界に近づくようなときに有用
である点である。

なお、この方法は、原則として従来技術の方法において
用いられていた可塑性材料にも適用することが可能であ
る。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明の空洞部を有する部材の加
圧製造方法は、空洞部を規定するためのコアを有し、か
つ密閉されてなるシース内に前もって入れられた圧密化
するための材料を加圧することにより、空洞部を有する
部材を製造するための方法において、上記コアが、加圧
する以前において上記空洞部より大きく、かつ加圧の間
空洞部の外面によって部分的に成形されるものである。

したがって本発明によれば、特に従来技術では可塑性材
料が受ける応力によって破壊限界に近づくような場合に
も、コアが応力を吸収することから、シース内で脆性材
料を加圧することが可能になり、これによって粉体から
空洞部を有する部材を直接得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａおよび第１図Ｂは第１の実施例を示す図であっ
て、第１図Ａは加圧前におけるチタン製シースの形状と
該シースの内容物の状態を示す断面図、第１図Ｂは加圧
前におけるチタン製シースの形状と該シースの内容物の
状態を示す断面図、第２図は上記第１の実施例に用いら
れる温度および圧力のサイクルを示すグラフ、 第３図Ａないし第３図りは第２の実施例を示す図であっ
て、第３図Ａはこの製造方法のシステムの初期状態を示
す図、第３図Ｂは熱間静水圧加圧を行なった後の最終的
な状態を示す図、第３図Ｃは複合化されたシリンダー１
４を示す図、第３図りは得られた湯だまり　（るつぼ）
を示す図である。 １．１０．１０’・・・シース、 ２．１１．１１’　・・・コア、 ９・・・コーティング層。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）空洞部を規定するためのコア２を有しかつ密閉さ
   れてなるシース１内に前もって入れられた圧密化するた
   めの材料を加圧することにより、空洞部を有する部材を
   製造するための方法であって、上記コア２が、加圧する
   以前において上記空洞部より大きく、かつ加圧の間空洞
   部の外面によって部分的に成形されることを特徴とする
   空洞部を有する部材の加圧製造方法。
2. （２）請求項１記載の空洞部を有する部材の加圧製造方
   法において、 シース１０とコア１１とが一個の部品からなることを特
   徴とする請求項１記載の空洞部を有する部材の加圧製造
   方法。
3. （３）請求項１記載の空洞部を有する部材の加圧製造方
   法において、 シースおよびコアのうち少なくとも一方の部材間内面が
   、非粘着性のコーティング層によって被覆されてなるこ
   とを特徴とする請求項１記載の空洞部を有する部材の加
   圧製造方法。