JPH06285696A - 冷間等方加圧成形方法及びそれに用いる成形型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 内部に成形用粉末が充填される弾性体製の上
下開口の容器本体と、該容器本体の開口部を閉塞する蓋
体とを備えた成形型を用いて前記成形用粉末を冷間等方
加圧成形する方法において、前記蓋体として、該蓋体の
容器本体内部側の面に、少なくとも一部が弾性膜体で囲
まれた流体充填部が設けられた蓋体を用いて、前記容器
本体内に成形用粉末を充填すると共に、前記流体充填部
に摩擦抵抗を低減する流体を充填した後、前記成形型に
流体圧力を作用させて前記成形用粉末を等方加圧成形す
ることを特徴とする。 【効果】 充填部に充填された流体の潤滑作用により蓋
体の接触面での摩擦抵抗が低減され、容器本体の端部で
も粉末の収縮に追随して収縮できるので、成形精度が向
上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体圧力を利用して粉
末を成形するいわゆる冷間等方加圧成形方法及びそれに
用いられる成形型に関するものであり、特に成形精度に
優れた冷間等方加圧成形方法及びそれに用いられる成形
型に関する。

【０００２】

【従来の技術】ゴム材料等の弾性体で構成された成形型
に、成形しようとする粉末を充填して、加圧された圧力
媒体により、該粉末に一様に等しい圧力を加えて成形を
行う等方加圧成形方法は、１０００ｋｇ／ｃｍ² 以上の
高圧を容易に作用させることができて、高密度で均質な
成形体が得られること、プレス成形では製造困難な長尺
の丸棒の成形が容易であること等から、セラミックス粉
末や黒鉛粉末、金属粉末の成形に利用されている。

【０００３】長尺の丸棒を等方加圧成形する方法とし
て、図５に示す成形型を用いる方法がある。図５に示す
成形型１は、容器本体２を軟質のゴム材からなるゴムチ
ューブで構成し、容器本体２の上下開口部に蓋体３、３
を挿入し、蓋体３、３の外周をゴムバンド等のクランプ
材４で縛ってシールしたものである。このような成形型
１に粉末６を充填した後、成形型１を気密にシールした
状態で、圧力媒体たる流体（一般に液体）内に浸漬す
る。そして、流体の圧力により成形用粉末６を等方的に
加圧して成形する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような方法におい
て、蓋体３、３及び容器本体２を、圧縮性が大きく且つ
剛性の低い材料で、しかも薄肉に構成すれば、流体圧力
がそのまま成形型１内部の粉末６に作用できるので、相
似形に収縮した粉末成形体が得られる。しかし、一般に
成形型６において、粉末の充填作業でのハンドリング性
や成形型１の製造上、加工上及び耐久性の観点から、あ
る程度剛性のある材料で肉厚に構成されるのが実情であ
る。特に、棒状の成形体を製造する場合、蓋体３、３と
して、圧縮性が小さく、高剛性の材料（例えば金属）か
らなる栓等が用いられるため、蓋体３、３の圧縮収縮量
が小さくなる。また、粉末６と蓋体３との間で摩擦力が
発生するために、成形型１の上下端部は胴部程収縮でき
ない。この結果、得られる成形体は、図６に示すような
上下両端部の外径が中央部の外径に比して大きい、いわ
ゆる象の足現象を呈した成形体７となる。象の足現象を
呈した成形体７では、最終製品とする前に、上下両端部
分を旋盤等で削り取るなどの加工が必要となり、面倒で
ある。

【０００５】「象の足現象」を改善する方法として、図
７に示すようなゴム製の成形型８が提案されている。こ
の成形型８は、成形時に円柱体の胴部は収縮するが、蓋
体９との接触部分はほとんど収縮できないことを想定し
て、容器本体１０の内部形状を設計したものである。す
なわち、容器本体１０において、上下端部の内径Ｄ₁を
胴部の内径Ｄ₂ よりもやや小さめに設定し、その連接部
１１には断面形状がアール（Ｒ）となるようにしたもの
である。このような成形型８を用いると、加圧時には、
胴部は点線で示すように収縮し、胴部の外径と上下端部
の外径がほぼ等しい成形体を得ることが可能である。し
かし、胴部の内径Ｄ₂ 及び連接部１１のＲの大きさは、
粉末６の成形特性や冷間等方加圧（以下、ＣＩＰとい
う）処理条件等に応じて選択しなければならず、非常に
煩雑な上に、種々の粉末に適用できず汎用性に欠けると
いう問題がある。

【０００６】また、板状部材の製造にあっては、象の足
現象に代わって平面度が問題となる。すなわち、使用す
る成形型の蓋体は、高剛性の硬質ウレタンゴム等でしか
も厚肉に構成されることが多いため、加圧時には、曲げ
応力が発生してこの蓋体の中央部がもっとも大きく変位
する。このため、得られる成形体は面方向における中央
部の厚みが端部の厚みより小さくなり、成形体の断面が
鼓状となる。

【０００７】本発明はこのような技術的背景に鑑みてさ
なされたものであり、その目的とするところは、象の足
現象等のいびつに変形した成形体が得られるのを防止
し、成形精度に優れた冷間等方加圧成形方法及びそれに
用いられる成形型を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の冷間等
方加圧成形方法は、内部に成形用粉末が充填される弾性
体製の上下開口の容器本体と、該容器本体の開口部を閉
塞する蓋体とを備えた成形型を用いて前記成形用粉末を
冷間等方加圧成形する方法において、前記蓋体として、
該蓋体の容器本体内部側の面に、少なくとも一部が弾性
膜体で囲まれた流体充填部が設けられた蓋体を用いて、
前記容器本体内に成形用粉末を充填すると共に、前記流
体充填部に摩擦抵抗を低減する流体を充填した後、前記
成形型に流体圧力を作用させて前記成形用粉末を等方加
圧成形することを特徴とする。

【０００９】請求項２に記載の冷間等方加圧成形用の成
形型は、内部に成形用粉末が充填される弾性体製の上下
開口の容器本体と、該容器本体の開口部を閉塞する蓋体
とを備えた成形型において、前記蓋体の容器本体内部側
の面に、少なくとも一部が弾性膜体で囲まれた流体充填
部が設けられていて、且つ前記流体充填部には流体が充
填されていることを特徴とする。

【００１０】請求項３に記載の冷間等方加圧成形用の成
形型は、内部に成形用粉末が充填される弾性体製の上下
開口の容器本体と、該容器本体の開口部を閉塞する蓋体
とを備えた成形型において、前記蓋体の容器本体内部側
の面に、少なくとも一部が弾性膜体で囲まれた流体充填
部が設けられており、前記蓋体には、該蓋体の外側と前
記流体充填部とを連通する連通部が開設されていること
を特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明の冷間等方加圧成形方法において、流体
充填部に充填された流体は、蓋体の容器本体内部側の面
の摩擦抵抗を低減する潤滑剤として作用する。すなわ
ち、流体充填部を形成する弾性膜体は、流体の潤滑作用
により、蓋体との接触面で発生する摩擦に阻害されるこ
となく、成形用粉末の収縮に追随して収縮することがで
きる。

【００１２】従って、ＣＩＰ処理において、膜体も容器
本体とともに収縮することができるので、容器本体の上
下端部は胴部と同様に粉末に追随して収縮できる。すな
わち、本発明の冷間等方加圧成形方法によれば、容器本
体の胴部と上下端部の収縮程度の差異によるいびつな変
形が防止され、成形精度の良い成形体を得ることができ
る。

【００１３】請求項２に係る成形型では、流体充填部に
流体が充填されているので、容器本体内に成形用粉末を
充填して蓋をすれば、粉末と蓋体との間は、膜体及び潤
滑作用を発揮する流体により隔てられた状態になってい
る。よって、この成形型を用いてＣＩＰ処理すると、容
器本体の上下端部では、容器本体とともに膜体が流体の
潤滑作用により粉末に追随して収縮できる。

【００１４】請求項３に係る成形型では蓋体に成形型外
部と内部を連通する連通孔が開設されているので、当該
成形型をＣＩＰ処理をするために圧力媒体たる流体内に
浸漬すると、成形型外部と内部との圧力が等しくなるま
で、流体充填部に連通孔を通じて流体が流入する。この
流体が加圧時には潤滑剤として作用し、膜体の収縮に際
して発生する摩擦力を低減する。すなわち、膜体は容器
本体とともに粉末の収縮に追随して収縮できる。さら
に、流体充填部における流体圧力は成形型外部の圧力と
等しいので、膜体を介して圧力媒体たる流体の圧力が直
接的に粉末を加圧できる。

【００１５】

【実施例】まず、本発明の冷間等方加圧成形方法に用い
られる成形型の一実施例として、請求項１に係る成形型
を、図１に基づいて説明する。図１に示す成形型２０
は、内部に成形用粉末が充填される円筒状の弾性体製容
器本体２１と、該容器本体２１の上下開口部を閉塞する
蓋体２２とからなる。蓋体２２の容器本体２１内部側の
面を被うように膜体２４が設けられていて、蓋体２２と
膜体２４とで囲まれた部分が流体充填部２５を形成して
いる。充填部２５には流体２５が封入されている。

【００１６】容器本体２１を構成する弾性体は、剛性の
小さなゴムや樹脂等で、肉厚にもよるが、一般に従来よ
り用いられる成形用ゴム型の材質のうち、硬度２０〜７
０度程度のものが好ましく用いられる。容器本体２１の
厚みは、薄い程粉末と相似的に収縮できるので好ましい
が、耐久性との関係から、ある程度の肉厚を要する。蓋
体２２には、圧縮性が小さく、高剛性の材料、例えば金
属、硬質ゴム等が用いられる。

【００１７】膜体２４は、蓋体２２の側面にてクランプ
２６により、蓋体２２に気密に固定されている。クラン
プ等の締めつけ手段による固定に限らず、接着剤やヒー
トシール等により貼着していてもよい。膜体２４には、
気密で弾性に富んだ材料で、容器本体２１と同じ材質で
あることが好ましく、具体的には、ショア硬度６０度以
下の比較的軟らかい材料が好ましく用いられる。ショア
硬度６０度以下の軟質材料としては、例えば、軟質のウ
レタンゴム、ＮＢＲ、天然ゴム、ラテックス等が挙げら
れる。

【００１８】流体充填部２５に充填される流体として
は、蓋体２２と膜体２４との間に発生する摩擦抵抗を低
減又はほとんどゼロとすることができる流体で、圧力を
かけると固化したり、粘度が極端に高くなったりしない
流体であると共に、シールから漏れない程度の粘性を有
する流体が用いられる。気体のような圧縮性流体は、Ｃ
ＩＰ処理により圧縮されると、蓋体２２と膜体２４とが
接触状態に到り、潤滑作用を発揮できないので使用でき
ない。よって、本発明に好ましく用いられる流体として
は、水、グリセリン水やシリコンオイル、鉱物油等の油
類等などの液体が挙げられる。流体の充填量は、蓋体２
２と膜体２４との接触面において摩擦力を低減できるだ
けの量であればよい。

【００１９】以上のような構成を有する成形型２０にお
いて、上部蓋体２２を開口した状態で、容器本体２１内
部に原料粉末２８を充填した後、上部蓋体２２で蓋を
し、容器本体２１の上部外周をクランプ２７で締めつけ
ることにより蓋体２２を抜けないように気密にシールす
る。次いで、かかる状態で成形型２０を圧力媒体中に浸
漬し、圧力媒体たる流体の圧力により成形型２０内部の
粉末２８を等方的に加圧する。

【００２０】加圧時には、粉末２８が外部の圧力により
圧縮される際に、容器本体２１とともに膜体２４も直径
が小さくなる方向に収縮する。膜体２４が収縮する際に
発生する膜体２４と蓋体２２との間に摩擦抵抗は、充填
部２５に充填された流体の潤滑作用によりほとんどゼロ
となる。このため、膜体２４は容器本体２１とともに粉
末２８の収縮に追随して収縮できる。従来の成形型で
は、容器本体２１と蓋体２２との間で発生する摩擦力が
容器本体２１の収縮方向の滑りを阻害していたために、
胴部の外径より上下端部の外径の方が大きいという「象
の足現象」が発生したが、本発明の成形型では、摩擦力
の低減により上下端部でも容器本体が自由に収縮でき、
「象の足現象」の発生は抑制される。

【００２１】また、減圧時には成形型は収縮した状態か
ら元の状態に復元するが、成形体はほとんどそのままの
寸法にとどまる。従って、従来の摩擦力が発生する成形
型では、減圧時に成形体が引っ張られて割れてしまう場
合があるが、成形型２０では、特に蓋部分では復元力の
非常に小さな膜体２４があるために、減圧時に成形体が
割れたりしない。

【００２２】なお、本実施例では、蓋体２２を被うよう
に膜体２４を取りつけ、膜体２４と蓋体２２とで囲まれ
る部分を流体充填部としたが、袋状の膜体を用いて、袋
状体の中に流体を封入して、これを蓋体の容器本体側の
面に貼着してもよい。この場合、充填部は袋状の膜体の
みで構成されることになり、流体は膜体同士の摩擦抵抗
を低減する役目を果たす。

【００２３】次に、請求項３に係る成形型の一実施例に
ついて、図２に基づいて説明する。図２に示す成形型３
０において、板状部材の厚み部分を形成する容器本体３
１として、弾性に富んだ薄いゴムチューブを用い、ゴム
チューブ３１の上下開口部は蓋体３２ａ、３２ｂで閉塞
されるようになっている。上側蓋体３２ａ及び下側蓋体
３２ｂの各容器内面側の面を被うように、それぞれ膜体
３４ａ、３４ｂが設けられ、当該膜体３４ａ、３４ｂは
各々クランプ３６にて蓋体３２ａ、３２ｂに気密に取り
つけられている。下側蓋体３２ｂにおいては、蓋体３２
ｂと膜体３４ｂとで囲まれている部分が流体充填部３５
ｂとなっており、充填部３５ｂには流体が充填されてい
る。上側蓋体３２ａのほぼ中央部には連通孔３９が貫通
しており、膜体３４ａと上側蓋体３２ａとで囲まれてい
る部分が流体充填部３５ａとなっており、充填部３５ａ
には空気がはいっている状態にある。

【００２４】連通孔３９の大きさは、成形型３０の大き
さ、加圧条件等により適宜選択されるが、一般には直径
１〜１０ｍｍ程度の大きさである。ゴムチューブ３１と
しては、ラテックス、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢ
Ｒ）等の軟質ゴムが用いられる。蓋体３２ａ、３２ｂ及
び膜体３４ａ、３４ｂの構成材料、並びに潤滑剤３５と
しては、図１の成形型２０と同様のものが用いられる。

【００２５】以上のような構成を有する成形型３０にお
いて、蓋体３２とゴムチューブ３１とから構成される空
間部分に粉末３８を充填し、気密にシールした後、圧力
媒体内に浸漬する。浸漬すると、連通孔３９を通じて、
上側蓋体３２ａに設けられた流体充填部３５ａに圧力媒
体たる流体が入り込む。次いで、圧力媒体たる流体を加
圧することにより成形型３０を等方加圧する。加圧によ
り粉末３８の収縮に伴って胴部を形成するゴムチューブ
３１が収縮するが、このとき上側蓋体３２ａ及び下側蓋
体３２ｂに設けられた膜体３４ａ、３４ｂも収縮する。
下側蓋体３２ｂにおいては当初から充填部３５ｂに充填
された流体が、蓋体３２ｂと膜体３４ｂとの間で生じる
摩擦抵抗を低減するので、膜体３４ｂは摩擦による阻害
を受けることなく、粉末３８の収縮に追随して収縮でき
る。一方、上側蓋体３２ａにおいては、連通孔３９を通
じて充填部３５ａに流入した圧力媒体が潤滑剤として作
用し、上側蓋体３２ａと膜体３４ａとの間で生じる摩擦
抵抗を低減するので、膜体３４ａは粉末３８に収縮に追
随して収縮できる。

【００２６】図３は、流体内に浸漬され、加圧された状
態にある成形型３０を示している。上側蓋体３２ａに設
けられた充填部３５ａに、圧力媒体たる流体が成形型３
０外部と等圧になるまで流入した状態となっている。こ
のように、成形型３０外部の流体圧力と等しい圧力が膜
体３４ａを介して粉末を加圧することができる。よっ
て、板状部材を成形する場合、摩擦抵抗により蓋体端部
の収縮を粉末に追随させることができる上に、加圧時の
流体流入により、蓋体３２ａの曲げ変形を防止して、粉
末３８を流体圧力により加圧圧縮できる。従って、本実
施例の構成を有する成形型３０は、特に板状部材の成形
に好適であり、この成形型３０を用いれば、平面度が改
善された板状成形品を製造できる。

【００２７】なお、充填部３５ａに流入した流体は、減
圧時には流体が流出するために流体量は減少するものの
全くなることはないので、成形開始から成形終了時まで
潤滑剤として機能できる。また、蓋体の容器内部側の面
に若干の凹凸模様を設けた場合などには、減圧時に発生
する蓋体の復元力が成形体に影響を及ぼすのを流体潤滑
材が防止し、蓋体の復元力による成形体の割れを防止で
きる。

【００２８】さらに、成形型３０においては、蓋体の一
方だけ連通孔を開設したが、上下両方の蓋体に連通孔を
開設してもよい。さらにまた、成形型２０、成形型３０
の各蓋体２２、３２に、例えば、ボールとバネとから構
成され、成形型外側から流体充填部２５、３５内へのみ
流入できる逆止弁を組み込んでもよい。成形型３０の上
部蓋体３２ａでは連通孔３９に逆止弁を取り付けてもよ
い。図４に、成形型３０に逆止弁４０を取りつけた状態
を示す。逆止弁の流入圧力を調製することにより、ＣＩ
Ｐ処理初期には、充填部２５、３５内へ流体が流入して
蓋体２２、３２の曲げ変形を防止し、所定圧力以上では
流入した流体が潤滑剤として摩擦抵抗を低減する。ま
た、逆止弁を取りつけた蓋体を用いることにより、成形
型の製作作業における流体の充填作業が簡便化される上
に、適宜流体の不足分を容易に補充できるので、蓋体を
繰り返し使用することができるという利点もある。 〔具体的実施例〕 実施例１；図４に示す成形型２０を用いた。成形型２０
において、天然ゴム製の容器本体２１のサイズは胴部内
径４０ｍｍ、厚さ２ｍｍ、長さ１００ｍｍであり、蓋体
本体２３はショア硬度約８０度のウレタンゴムで、膜体
２４は厚さ１ｍｍの天然ゴムで構成されている。充填部
２５には水が充填されている。

【００２９】容器本体２１の下側開口部を下側の蓋体２
２で閉塞した後、容器本体２１内に、昭和電工製のアル
ミナ造粒粉末ＵＳ−３０６１Ｃを充填して、容器本体２
１の上側開口部を蓋した。次いで、ゴムバンド等のクラ
ンプ材２７を用いて、蓋体２２を容器本体２１に固定す
るとともに、成形型２０を気密にシールした。この後、
成形型２０を冷間等方加圧（ＣＩＰ）装置内に配置し
て、水を圧力媒体として、２０００ｋｇｆ／ｃｍ² まで
加圧し、加圧状態を３０秒間保持した。減圧後、ＣＩＰ
装置から成形型２０を取り出し、蓋体を開けて、成形体
を取り出した。

【００３０】成形体の密度、形状、寸法を測定したとこ
ろ、密度は約２．４０ｇ／ｃｍ³ （相対密度６１％）で
あった。また、形状はほぼ円柱状で、蓋体に接していた
端部の外径は約３５．２ｍｍ、成形体の胴部中央部の外
径は３４．８ｍｍであった。成形体断面が全長にわたっ
て真円でないことを考慮すると、ほぼ一様な直径を持つ
円柱状の成形体が得られたといえる。

【００３１】比較例１；流体充填部が設けられていない
従来の蓋体を備えた成形型を用いて、実施例１と同様の
アルミナ粉末を、実施例１と同様の条件にて冷間等方加
圧成形をした。得られた成形体の密度は２．３５ｇ／ｃ
ｍ³ で実施例１とほぼ同様であった。しかし、成形体の
形状は全体に鼓状となっており、胴部中央部の外径が３
４．６ｍｍであるのに対し、端部の外径は約３８ｍｍで
あった。

【００３２】

【発明の効果】本発明の成形型を用いて等方加圧成形す
れば、硬質材料からなる蓋体を用いても、充填部に充填
された流体の潤滑作用により収縮時に問題となる蓋体の
接触面での摩擦をほとんどゼロにすることができる。よ
って、蓋体の容器内部側の面に充填部を構成している膜
体は、流体の潤滑作用により、粉末の収縮に追随して胴
部たる容器本体とともに収縮できる。従って、容器本体
は、胴部中央部と同様に上下端部においても、粉末の収
縮に追随して収縮できるので、象の足現象等のいびつな
変形が防止された成形体を得ることができる。よって、
成形体の成形精度が高くなるとともに、後工程が不要と
なり、生産効率の向上が図れる。

【００３３】また、蓋体に連通孔を開設することによ
り、圧力媒体たる流体が充填部に充填され、当該流体が
圧力媒体としてだけでなく、潤滑作用も発揮する。よっ
て、請求項３の成形型では、流体圧力と等しい圧力が薄
い膜体を介して成形型内部の粉末に作用するために、板
状部材の製造にあっては平面度が改善された成形体を得
ることができる上に、蓋体の製作を簡便化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項２の等方加圧用成形型に係る一実施例の
構成を示す図である。

【図２】請求項３の等方加圧用成形型に係る一実施例の
構成を示す図である。

【図３】図２の等方加圧用成形型が加圧された状態の構
成を示す図である。

【図４】図２の等方加圧用成形型に逆止弁を取りつけた
状態を示す図である。

【図５】従来の等方加圧用成形型を示す図である。

【図６】従来の問題点を説明するための図である。

【図７】従来の等方加圧用成形型を示す図である。

【符号の説明】

２０ 成形型 ２１ 容器本体 ２２ 蓋体 ２４ 膜体 ２５ 流体充填部 ２８ 粉末 ３０ 成形型 ３１ 容器本体 ３２ａ 上部蓋体 ３２ｂ 下部蓋体 ３４ａ 膜体 ３４ｂ 膜体 ３５ａ 流体充填部 ３５ｂ 流体充填部 ３８ 粉末 ３９ 連通部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に成形用粉末が充填される弾性体製
   の上下開口の容器本体と、該容器本体の開口部を閉塞す
   る蓋体とを備えた成形型を用いて前記成形用粉末を冷間
   等方加圧成形する方法において、 前記蓋体として、該蓋体の容器本体内部側の面に、少な
   くとも一部が弾性膜体で囲まれた流体充填部が設けられ
   た蓋体を用いて、 前記容器本体内に成形用粉末を充填すると共に、前記流
   体充填部に摩擦抵抗を低減する流体を充填した後、 前記成形型に流体圧力を作用させて前記成形用粉末を等
   方加圧成形することを特徴とする冷間等方加圧成形方
   法。
2. 【請求項２】 内部に成形用粉末が充填される弾性体製
   の上下開口の容器本体と、該容器本体の開口部を閉塞す
   る蓋体とを備えた成形型において、 前記蓋体の容器本体内部側の面に、少なくとも一部が弾
   性膜体で囲まれた流体充填部が設けられていて、且つ前
   記流体充填部には流体が充填されていることを特徴とす
   る冷間等方加圧成形用の成形型。
3. 【請求項３】 内部に成形用粉末が充填される弾性体製
   の上下開口の容器本体と、該容器本体の開口部を閉塞す
   る蓋体とを備えた成形型において、 前記蓋体の容器本体内部側の面に、少なくとも一部が弾
   性膜体で囲まれた流体充填部が設けられており、 前記蓋体には、該蓋体の外側と前記流体充填部とを連通
   する連通部が開設されていることを特徴とする冷間等方
   加圧成形用の成形型。