JPH04229205A - セラミック粉末プレス成形型及びそれを用いるセラミック粉末プレス成形方法 - 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】

本発明は、セラミック粉末プレス成形型及び成形方法に
関し、更に詳しくは肉厚不均一な形状を有するセラミッ
ク成形体に係るセラミック粉末プレス成形型及びそれを
用いるセラミック粉末プレス成形方法に関する。

【従来の技術】

セラミックスの成形方法には、機械プレス成形、静水圧
成形、鋳込成形、押出成形、射出成形等各種の方法があ
る。これらの中で機械プレス成形は、セラミックを粉末
を所定の金型に充填し上下のパンチにより一軸加圧して
金型に倣った形状品を得るものである。 この機械プレス成形方法は、比較的単純操作で成形でき
る上、成形速度が速く、自動化及び量産が可能で製造コ
ストが安価となり工業生産に適している。また、原料ロ
スが少なく、低水分含有量の原料を使用することができ
るため、乾燥収縮が小さく、また乾燥時間が不要である
等の利点もある。

【発明が解決しょうとする課題】

しかし、上記機械プレス成形方法は、肉薄品で比較的単
純形状の成形に適し、目的とする成形体の肉厚が不均一
で凹凸がある場合、従来の機械的プレス成形型を用いて
成形すると、金型に充填されたセラミック粉末への加圧
力が不均一となり易かった。従って、比較的単純な形状
であっても、不均一な肉厚を有するセラミック成形体を
機械プレス成形すると得られる成形体の均質性が劣った
り、また部分的に割れが生じたりして、所定の成形体が
得られない場合があった。 例えば、第３図に概略的な断面説明図を示した従来のプ
レス成形型を用いて、第４図に断面図を示した円形セラ
ミックピストンキャビティ成形体Ａを得る方法を説明す
る。 第３図において、プレス成形装置２０は、上パンチ２１
、シリンダ２２及び下パンチ２３と、それらにより形成
される成形部２４とで構成される。 この型において、下パンチ２３とシリンダ２２を組みセ
ラミック粉末、例えば窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）を成形部
２４に充填し、上パンチ２１を成形部上に配置して荷重
、例えば２０ｔの荷重で数乃至数十秒の所定時間保持し
た後、上パンチ２１を抜き取り、シリンダ２２を外して
プレス成形された成形体Ａを得ることができる。 この場合、成形体Ａにおける肉厚の差によりセラミック
粉末にたいする圧縮比が各部所にて均一とならないため
、特に肉厚が急激に変化するｘ域やｙ域にヒビや割れ等
の不良部が発生するものが多かった。 一方、静水圧プレス成形によれば、複雑な形状であって
も均質で、歩留よく成形体を得ることができるが、装置
的に費用が嵩み比較的単純な形状の成形体への適用は工
業的に好ましくない。 そのため、従来、不均一な肉厚を有する所定の成形体を
プレス成形で得る場合は、単純な等肉厚形状で成形し、
仮焼した後に機械加工する方法が採られていた。しかし
、この方法では成形後の機械加工が必要であり、コスト
的にも好ましいものでなく、改良が望まれていた。 本発明は、機械的プレス成形方法の有する利点を生かし
、比較的単純な形状で不均一な肉厚を有するセラミック
成形体を機械的プレス成形により簡単な操作で、ヒビ、
割れ等の不良がなく均質な成形体が効率よく得られ、成
形後の機械加工を省略することができるセラミック粉末
プレス成形型及びそれを用いるセラミック粉末プレス成
形方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

本発明によれば、肉厚不均一な形状の成形体を成形する
セラミック粉末プレス成形型であって、成形加圧用パン
チを上下に配置し、該上下のパンチ間に肉厚不均一な形
状の成形型を形成すると共に、該成形型の肉薄部分に対
応して該上下パンチの一方または双方の中間部に緩衝体
を配置してなるセラミック粉末プレス成形型が提供され
る。 また、上記セラミック粉末プレス成形型の該成形部に原
料セラミック粉末を充填して、該上パンチを加圧して肉
厚不均一な形状のセラミック成形体に成形することを特
徴とするセラミック粉末プレス成形方法が提供される。

【作用】

本発明の成形型は、上記のように構成することにより、
上下パンチと上下パンチ等構成部材により形成される成
形型との間の一方または双方に設けられる緩衝体が、特
にその圧力収縮率が、２００ｋｇ／ｃｍ２の加圧時にお
いて３０〜７０％である場合、従来の機械プレス成形に
おいてヒビ割れ等が生じていたセラミック成形体断面の
肉厚が急激に変化する箇所において、異方性の圧力がか
からないように作用して、成形型に充填されたセラミッ
ク粉末原料が全体的に均一に加圧されヒビ割れ等の発生
がなく、且つ均質な不均一な肉厚を有するセラミック成
形体を得ることができる。 なお、本発明において圧力収縮率とは、一軸方向に加圧
された場合の加圧方向の寸法変化率を意味する。 緩衝体域の大きさは、成形体を形成するセラミック粉末
原料の種類、成形体の形状、荷重圧力等により適宜選択
すればよい。通常は、成形型４の最大肉厚と、肉薄部平
均厚さ即ち、凹凸部の平均厚さとの差にほぼ等しい厚さ
となるように形成させるのが好ましいが、下記する緩衝
体の圧力収縮率との関係によるため、一義的に定めるこ
とはできない。 また、緩衝体域に配置する緩衝体も、セラミック粉末原
料の種類、成形体の形状及び不均一性の度合、荷重圧力
等により適宜選択することができる。例えば、セラミッ
ク成形体を形成するセラミック原料粉末やアルミナ、シ
リカ、金属等の粉末、或いはゴム、金属ばね等の弾性体
を用いることができる。一般的には２００ｋｇ／ｃｍ２
加圧時の圧力収縮率が３０〜７０％、好ましくは４５〜
５５％である材質のもので構成するのが好ましい。 セラミック粉末を用いる場合は、必ずしも成形体を構成
するセラミック粉末と同一のものでなくても、同様の圧
力収縮率特性を有するものであればよい。しかし、圧力
収縮率特性をできるだけ成形体原料に近づけるため、成
形体原料とほぼ同等の粒子径のセラミック粉末を用いる
のが好ましく、成形体原料粉末の圧力収縮率を予め測定
し、その成形体原料粉末の圧力収縮率特性に合わせるよ
うに緩衝体用のセラミック粉末を調合するのがより好ま
しい。 圧力収縮率が３０％より小さい場合は、緩衝作用が不十
分になり、成形体の肉薄部の密度が肉厚部の密度に比較
して高くなりすぎ均一な密度とならず、肉厚部と肉薄部
との境界にクラックが発生する。一方、圧力収縮率が７
０％を超えると逆に緩衝作用が大きくなりすぎ肉薄部の
密度が十分に高まらず、同様に得られる成形体が不均一
な密度分布を有することになり好ましくない。 更に、本発明において緩衝体域は、通常は肉厚の不均一
により凹凸を有する面側のパンチの中間部に配置するが
、配置部域は特に限定されるものでなく、成形体の凹凸
の有無に拘らず上下パンチのいずれかの中間部に設ける
ことができ、更にまた、双方に設けることもできる。

【実施例】

以下、本発明の一実施例を図面に基づき詳細に説明する
。但し、本発明は下記実施例により制限されるものでな
い。 第１図に本発明の一実施例であるセラミック粉末プレス
成形型の断面説明図を示した。 第１図に示したような型を用いて第４図に示した円形セ
ラミックピストンキャビティ成形体Ａを得る方法を説明
する。 第１図において、セラミック粉末プレス成形型１０は、
主に上パンチ１、外シリンダ２、中シリンダ３に接して
配備されるスペーサ６及び支持型５と、それらにより形
成される成形部４と、中シリンダ３、支持型５及び下パ
ンチ７と、それらにより形成される空間内に上記成形部
４の凹凸部分に対応して配置される緩衝体域９とから構
成されている。 第１図に示したセラミック粉末プレス成形型１０におい
て、第４図に示した成形体Ａを成形する場合、中シリン
ダ３と下パンチ７を組み形成される緩衝体域９にセラミ
ック粉末、例えば窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）を８３ｇ充填
し、次いで直径６１．０ｍｍφで、下部が平坦で、上部
円周部が曲率半径１３ｍｍの曲面状に切削され、更に中
心部が曲率半径１２ｍｍを有して凹部を有する支持型５
を充填されたＳｉ３Ｎ４粉末緩衝体上に、及び平板ドー
ナツ状のスペーサ６を中シリンダ３に接して配置する。 この場合、支持型５及びスペーサ６は、中シリンダ３及
び下パンチ７と共に、全体として従来の機械プレス成形
方法における下パンチを構成して作動することになる。 また、第１図における円で囲んだＢ部分には支持型５に
装着された４ヶのピン２９が嵌合して下方向に移動可能
となる嵌合部２５が中シリンダ３の上部４ヶ所に設けら
れる。 第２図に、第１図Ｂ部分における中シリンダ３の上部に
設けられる嵌合部の説明図を示した。第４図において、
嵌合部２５は、突起部２６とピン通過部２７と突起部２
６及びピン通過部２７の下部に続く切削部２８からなる
。支持型５を装着する場合、支持型のピン２９をピン通
過部２７に嵌合させて切削部２８まで下降した後、支持
型を回転させ突起部２６下部の切削部に嵌めて、支持型
５と中シリンダ３とが上下の相対移動により分離できな
い状態にする。上記のように中シリンダ３の嵌合部２５
に嵌合された支持型５のピン２９は、突起２６下部の切
削部を上下に移動可能となり、加圧時には緩衝体９上の
支持型５が下方に移動することができる。 次いで、外シリンダ２をスペーサ８で支持して組み込み
、緩衝体域９に充填したＳｉ３Ｎ４と同一のＳｉ３Ｎ４
粉末を２５０ｇ充填し、更に上パンチ１を充填したＳｉ
３Ｎ４粉末上に配置して荷重をかけると同時に、外シリ
ンダー２は内圧を受け外方向に押しつけられ保持される
ことになるため、スペーサ８を取り去ることができる。 上記のようにセットされたセラミック粉末プレス型１０
において、上パンチ１に成形圧が２００ｋｇ／ｃｍ３と
なるように２０ｔの荷重をかけて、数乃至数十秒間保持
する。その後、型１０の全体を上下逆にして、中シリン
ダ３を引き抜き、それと同時に緩衝体及び支持型５及び
下パンチ７も引き抜かれる。次に、外シリンダ２より上
パンチ１を用いて成形体Ａを押し出すことにより成形体
Ａを得ることができる。 ここで得られる成形体Ａは、外径ｄが１０３ｍｍφ、内
径ｅが６１ｍｍφ、肉厚ａが２６ｍｍ、ｘ域及びｙ域の
曲率半径が１３ｍｍ、肉厚を及びｃの平均が８ｍｍであ
り、また、得られる成形体は、ｘ域及びｙ域においても
ヒビや割れが生ずることなく、全体的に均質となる。従
って、肉厚不均一なセラミックキャビティが、均質に、
しかも成形後の機械加工を極力削減して製造することが
できる。 緩衝体域の大きさは、セラミックピストンキャビティの
成形体においては、成形部４の最大肉厚２６．２ｍｍと
、薄部平均厚さ即ち、凹凸部の平均厚さ８．２ｍｍとの
差の１８ｍｍとすることにより、均質で不良箇所の無い
成形体を得ることができる。

【発明の効果】

本発明のセラミック粉末プレス成形型を用いる場合には
、表面が凹凸等である不均一な肉厚を有する成形体を、
従来の機械プレス成形方法と同様に簡単な単純操作で成
形速度が速く、原料ロスも少なく効率的に得ることがで
きる。従って、肉厚不均一な形状のセラミック成形体も
セラミック粉末プレス成形方法で得ることができ、自動
化及び量産可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるセラミック粉末プレス
成形型の断面説明図であり、第２図は第１図Ｂ部分の嵌
合部の説明図であり、第３図は従来のプレス成形型の概
略的な断面説明図であり、第４図は円形セラミックピス
トンキャビティ成形体の断面図である。 Ａ…円形セラミックピストンキャビティ成形体１、２１
…上パンチ　２…外シリンダ ７、２３…下パンチ　３…中シリンダ ４、２４…成形部　５…支持型 ６、８…スペーサ　９…緩衝体域 １０…セラミック粉末プレス成形型 ２０…プレス成形型　２２…シリンダ ２５…嵌合部　２６…突起部 ２７…ピン通過部　２８…切削部 代理人　弁理士　渡邊一平

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】肉厚不均一な形状の成形体を成形するセラ
   ミック粉末プレス成形型であって、成形加圧用パンチを
   上下に配置し、該上下のパンチ間に肉厚不均一な形状の
   成形部を形成すると共に、該成形部の肉薄部分に対応し
   て該上下パンチの一方または双方の中間部に緩衝体を配
   置してなるセラミック粉末プレス成形型。
2. 【請求項２】該緩衝体が平板状であって、２００ｋｇ／
   ｃｍ２の加圧時に圧力収縮率が３０〜７０％である請求
   項（１）記載のセラミック粉末プレス成形型。
3. 【請求項３】該緩衝体が、該成形型で成形されるセラミ
   ック粉末と同等の圧力収縮率特性曲線を有するセラミッ
   ク粉末を、該成形型の最大肉厚と肉薄部平均厚さとの差
   とほぼ等しい厚さに充填してなる請求項（１）または（
   ２）記載のセラミック粉末プレス成形
4. 【請求項４】請求
   項（１），（２）または（３）記載のセラミック粉 末プレス成形型の該成形部に原料セラミック粉末を充填
   して、該上パンチを加圧して肉厚不均一な形状のセラミ
   ック成形体に成形することを特徴とするセラミック粉末
   プレス成形方法。