JPH06330104A

JPH06330104A - 中空部を有する部材製造用中子の製造方法および中空部を有する部材の製造方法

Info

Publication number: JPH06330104A
Application number: JP5142616A
Authority: JP
Inventors: Taku Saito; 卓斎藤; Tadahiko Furuta; 忠彦古田; Toshiya Yamaguchi; 登士也山口
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1993-05-21
Filing date: 1993-05-21
Publication date: 1994-11-29

Abstract

(57)【要約】【目的】複雑形状の中空部品が容易に成形でき、しか
も活性粉末金属に適用しても中子に起因する汚染等の問
題が無く健全な焼結体を得ることができる中空部を有す
る部材製造用中子および中空部を有する部材の製造方法
を提供する。【構成】伸縮性を有する薄い形状保持体を所定の中空
形状を有し分割可能な中子製造用メス型に配置する工程
と、該メス型と形状保持体の隙間部を減圧し形状保持体
をメス型の内側に拡張密着させる工程と、拡張密着され
る形状保持体の中に成形時の圧力で塑性変形しない耐力
を有しかつ流動度が５０ sec／50g 以下の粉末特性を有
する充填材を密に充填する工程と、形状保持体の内部を
真空脱気し密閉するとともにメス型と形状保持体との隙
間部の減圧を解除することにより中子を取り出す工程と
からなることを特徴とする中空部を有する部材製造用中
子の製造方法、および該中子を用いた中空部を有する部
材の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、中空部を有する部材製
造用中子の製造方法および中空部を有する部材の製造方
法に関し、より詳しくは、ＣＩＰ成形法などにより活性
金属粉末を成形するのに適した中空部を有する部材製造
用中子の製造方法および中空部を有する部材の製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】粉末冶金法の一成形法として、従来より
ＣＩＰ成形法が知られている。このＣＩＰ成形法は、原
料粉末を充填したゴム型に，流体を媒体として周囲より
方向性のない均等な圧力を加えながら加圧成形するもの
であり、均一密度の成形体を得ることができ、特に複雑
形状の成形品を容易に均一密度とすることができるとい
う特長を有する。

【０００３】ところで、ＣＩＰ成形法によって中空部品
を製造しようとした場合、成形圧力に耐え得る高剛性の
中子が必要である。一方、この中子は、圧粉後に成形体
を破壊せずに、成形体から分離できなければならない。
このため部品の形状は制限されてきた。

【０００４】このような問題を解決するため、中子を低
融点合金で作製し，圧粉成形後昇温して中子を融出させ
る方法（特開昭62−227603号公報，特開昭61−185413号
公報）、ナフタリン，アントラセン等により中子を製造
し，圧粉成形後昇温して中子を昇華させる方法（特開昭
61−163808号公報）等が、セラミックスのＣＩＰ成形用
中子として提案されている。これらの中子を使用するこ
とにより、ＣＩＰ成形品の形状の自由度が大幅に向上す
るとしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の中子をチタン等の活性金属粉末の成形に適用しようと
した場合、昇温時に除去しきれない残留中子成分により
成形体が汚染され、健全な焼結体が得られないという問
題を有していた。

【０００６】そこで、本発明者等は、上述の如き従来技
術の問題点を解決すべく鋭意研究し、各種の系統的実験
を重ねた結果、本発明を成すに至ったものである。

【０００７】（発明の目的）本発明の目的は、通常の中
子を使用したＣＩＰ成形法などの加圧成形法では形成不
可能であった複雑形状の中空部品が容易に成形でき、し
かもチタン合金のような活性金属に適用しても中子に起
因する汚染等の問題が無く健全な焼結体を得ることがで
きる中空部を有する部材製造用中子の製造方法および中
空部を有する部材の製造方法を提供するにある。

【０００８】本発明の他の目的は、特に、成形時には静
水圧に対する高い変形抵抗（剛性）と、剪断変形に対す
る小さい変形抵抗（可塑性）とを有し、成形後静水圧を
除荷した際には流動状態となり、成形体から容易に除去
可能で、しかも、成形体を汚染するような残渣は一切発
生せず、活性金属粉末を用いた場合でも、複雑形状を有
する成形品を実現できる中空部を有する部材のＣＩＰ成
形用中子の製造方法および中空部を有する部材のＣＩＰ
成形方法を提供するにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

（第１発明）第１発明の中空部を有する部材製造用中子
の製造方法は、伸縮性を有する薄い形状保持体を，所定
の中空形状を有し分割可能な中子製造用メス型に配置す
る工程と、該メス型と前記形状保持体の隙間部を減圧
し，前記形状保持体を前記メス型の内側に拡張密着させ
る工程と、前記拡張密着される形状保持体の中に，成形
時の圧力で塑性変形しない耐力を有しかつ流動度が５０
sec／50g 以下の粉末特性を有する充填材を密に充填す
る工程と、前記形状保持体の内部を真空脱気し密閉する
とともに，前記メス型と前記形状保持体との隙間部の減
圧を解除することにより中子を取り出す工程と、からな
ることを特徴とする。

【００１０】（第２発明）第２発明の中空部を有する部
材の製造方法は、伸縮性を有する薄い形状保持体を，所
定の中空形状を有し分割可能な中子製造用メス型に配置
する工程と、該メス型と前記形状保持体の隙間部を減圧
し，前記形状保持体を前記メス型の内側に拡張密着させ
る工程と、前記拡張密着される形状保持体の中に，成形
時の圧力で塑性変形しない耐力を有しかつ流動度が５０
sec／50g 以下の粉末特性を有する充填材を密に充填す
る工程と、前記形状保持体の内部を真空脱気し密閉する
とともに，前記メス型と前記形状保持体との隙間部の減
圧を解除することにより中子を取り出す工程と、該中子
を成形用型に配置して部材を加圧成形する工程と、前記
中子の真空を解除して，中子内部の充填材を前記形状保
持体から排出して前記成形体から中子を取り出す工程
と、からなることからなることを特徴とする。

【００１１】

【作用】本第１発明の中空部を有する部材製造用中子の
製造方法、および、第２発明の中空部を有する部材の製
造方法が優れた効果を発揮するメカニズムについては、
未だ必ずしも明らかではないが、次のように考えられ
る。

【００１２】（第１発明の作用）中空部品を例えばＣＩ
Ｐ成形する場合、成形体の形状によっては、中子に等方
圧以外の剪断力が作用する。ここで中子が弾性変形して
しまうと、圧力を除荷した際に中子の逆変形が生じ、こ
れにより成形体が破壊されたり、中子が除去できない等
の不備が発生する。したがって、中子は極めて剛性の高
い素材で製造されるのが一般的である。しかし、本発明
にかかる中子は、伸縮性を有する薄い形状保持体の中に
成形時の圧力で塑性変形しない耐力を有しかつ流動度が
５０ sec／50g 以下の粉末特性を有する充填材を密に充
填して真空脱気し密閉・形成してなるので、剪断力に対
して可塑的であるため、除荷した際にも加圧時の変形状
態が維持される。したがって、除荷した際にも成形体を
剪断破壊させるような弾性力は発生しない。

【００１３】一方、ＣＩＰ成形に使用される中子は、成
形後成形体を破壊せずに成形体から分離しなければなら
ないため、その形状は大いに制限されてきた。このた
め、前記従来技術の中子を融出させる方法（特開昭62−
227603号公報，特開昭61−185413号公報）や、ナフタリ
ン，アントラセン等により中子を製造し，圧粉成形後昇
温して中子を昇華させる方法（特開昭61−163808号公
報）等が提案されてきた。しかるに、これらの従来法で
は中子材の成分が成形体中に残留することは避けられ
ず、チタン合金のような活性金属の成形には適用できな
かった。

【００１４】これに対し本発明にかかる中子は、ＣＩＰ
成形などの加圧成形後に、中子の真空を解除することに
より、中子内部に充填されていた球状粒子などからなる
充填材は流動状態となり、容易に中子内部から排出させ
ることができると共に、上記充填材を抜き取った後、中
子表面を形成していたウレタンゴム袋などの形状保持体
は成形体の内面にへばり付いているが、これも容易に除
去し得る。このように、本発明にかかる中子を用いるこ
とにより、成形体を全く汚染せずに、複雑形状の中空成
形体を容易に得ることができる。

【００１５】以上のように、本発明により、通常の中子
を使用したＣＩＰ成形法等の加圧成形法では成形不可能
であった複雑形状の中空部品も容易に成形でき、しか
も、チタン合金のような活性金属に適用しても、中子に
起因する汚染が全く発生しない健全な焼結体を得ること
ができるものと思われる。

【００１６】（第２発明の作用）本発明の中空部を有す
る部材の製造方法において、中子は、伸縮性を有する薄
い形状保持体の中に成形時の圧力で塑性変形しない耐力
を有しかつ流動度が５０sec／50g 以下の粉末特性を有
する充填材を密に充填して真空脱気し密閉・形成してな
るので、剪断力に対して可塑的であるため、除荷した際
にも加圧時の変形状態が維持される。したがって、除荷
した際にも成形体を剪断破壊させるような弾性力は発生
しない。

【００１７】また、この中子は、ＣＩＰ成形などの加圧
成形後に、中子の真空を解除することにより、中子内部
に充填されていた球状粒子などからなる充填材は流動状
態となり、容易に中子内部から排出させることができる
と共に、上記充填材を抜き取った後、中子表面を形成し
ていたゴム袋などの形状保持体は成形体の内面にへばり
付いているが、これも容易に除去し得る。このように、
本発明にかかる中子を用いることにより、成形体を全く
汚染せずに、複雑形状の中空成形体を容易に得ることが
できる。

【００１８】これより、通常の中子を使用したＣＩＰ成
形法等の加圧成形法では成形不可能であった複雑形状の
中空部品も容易に成形でき、しかも、チタン合金のよう
な活性金属に適用しても、中子に起因する汚染が全く発
生しない健全な焼結体を得ることができるものと思われ
る。

【００１９】

【発明の効果】

（第１発明の効果）本発明の製造方法により得られた中
子を用いることにより、通常の中子を使用したＣＩＰ成
形法などの加圧成形法では形成不可能であった複雑形状
の中空部品が容易に成形でき、しかもチタン合金のよう
な活性金属に適用しても中子に起因する汚染等の問題が
無く健全な焼結体を得ることができる。

【００２０】特に、本発明により得られた中子を用いて
ＣＩＰ成形を行った場合は、成形時には静水圧に対する
高い変形抵抗（剛性）と、剪断変形に対する小さい変形
抵抗（可塑性）とを有し、成形後静水圧を除荷した際に
は流動状態となり、成形体から容易に除去可能で、しか
も、成形体を汚染するような残渣は一切発生しないた
め、活性金属粉末を用いた場合でも、複雑形状を有する
成形品を容易に製造することができる。

【００２１】（第２発明の効果）本発明の製造方法によ
り、通常の中子を使用したＣＩＰ成形法などの加圧成形
法では形成不可能であった複雑形状の中空部品が容易に
成形でき、しかもチタン合金のような活性金属に適用し
ても中子に起因する汚染等の問題が無く健全な焼結体を
得ることができる。

【００２２】特に、本発明によりＣＩＰ成形を行った場
合は、成形時には静水圧に対する高い変形抵抗（剛性）
と、剪断変形に対する小さい変形抵抗（可塑性）とを有
し、成形後静水圧を除荷した際には流動状態となり、成
形体から容易に除去可能で、しかも、成形体を汚染する
ような残渣は一切発生しないため、活性金属粉末を用い
た場合でも、複雑形状を有する成形品を容易に製造する
ことができる。

【００２３】

【実施例】以下に、本発明の実施例を説明する。

【００２４】第１実施例本実施例は、形状保持体としてウレタンゴム袋を、充填
材として球状鋼粉を用いて中子を作製し、該中子を用い
てＣＩＰ成形により中空成形体を製造した。

【００２５】図１〜図５は、本実施例におけるＣＩＰ成
形用中子の製造方法、図６〜図１０は、該中子を用いた
ＣＩＰ成形法を、それぞれ実施するに当たって採用し得
る実施態様例の動作を具体的に示したものである。

【００２６】図において、１は真空容器、２は中子成形
用通気性分割型、３は上蓋、４はオーリング、５は形状
保持体としての薄肉弾性容器（ゴム袋）、６は通気性
栓、７は第１真空ポンプ、８は第２真空ポンプ、９は充
填材としての球状鋼粉、１０はクランプ、１１は中子、
１２はＣＩＰ成形用弾性型、１３は成形体基材原料とし
てのＴｉとＡｌ₃Ｖの混合粉末、１４は圧力容器、１５
は圧力媒体、１６はＣＩＰ成形体、である。

【００２７】図１に示すように、真空容器１はオーリン
グ４を介し、上蓋３と共に構成されている。真空容器１
の内部には、中子成形用通気性分割型２が、その上面を
上蓋３に密着させた状態で設置されている。上蓋３上部
の開口部から、図２に示すように、中子成形用通気性分
割型２の空洞部に薄肉弾性容器（ウレタンゴム袋）５を
挿入し、薄肉弾性容器５の開口部を上蓋３の開口部に設
けたリブに固着させた。次いで、真空容器１の側面に設
けた排気口から、第１真空ポンプ７にて脱気することに
より、薄肉弾性容器５を中子成形用通気性分割型２の内
面に沿って密着させた。

【００２８】次いで、図３に示すごとく、球状鋼粉９
（流動度：２５ sec／50g 以下； JISZ 2502-1979）を
薄肉弾性容器５の内部に充填した。この際、真空容器１
全体を適度に振動させることにより、粉末を密に充填す
ることが可能になる。

【００２９】薄肉弾性容器５の開口部まで密に該粉末９
を充填した後、薄肉弾性容器５の開口部に通気性栓６を
挿入してから、該開口部より第２真空ポンプ８にて、薄
肉弾性容器５の内部を脱気した（図４）。その後、第１
真空ポンプ７を停止し、真空容器１の真空を解除した。
これにより、中子成形用通気性分割型２を通過して、大
気圧が薄肉弾性容器５に作用するため、薄肉弾性容器５
は中子成形用通気性分割型２の内面の形状を転写した形
状のまま中子成形用通気性分割型２から分離可能とな
る。

【００３０】薄肉弾性容器５の開口部をクランプ１０に
て封じてから第２真空ポンプ８を停止し、開口部から分
離した。その後、図５に示すごとく上蓋３を取り外し、
中子成形用通気性分割型２を取り出し分割することによ
り、中子１１を製造した。

【００３１】上記のようにして作製した中子１１を、図
６に示すような分割可能なＣＩＰ成形用弾性型１２の所
定の位置に固定し、次いで、ＣＩＰ成形用弾性型１２の
開口部からＴｉとＡｌ₃Ｖの混合粉末１３を該弾性型内
に密に充填し、開口部を封じた（図７）。これを、図８
に示すごとく、ＣＩＰ成形用圧力容器１４の内部に挿入
し、圧力媒体１５を介して４００ＭＰaの静水圧をかけ
ＣＩＰ成形を行った。除圧後、ＣＩＰ成形用弾性型１２
を圧力容器１４から取り出し、ＣＩＰ成形体１６を得
た。次いで、該成形体１６に内包されている該中子１１
に付随しているクランプ１０を取り外し、該中子１１内
部の真空を解除した。これにより、該中子１１内部に充
填してあった球状鋼粉９は流動状態となり、該開口部か
ら容易に流出除去することができた（図９）。該粉末９
を流出後、該成形体１６の中空部の内壁に付着していた
薄肉弾性容器（ウレタンゴム袋）５は容易に剥離した
（図１０）。

【００３２】以上の工程により得られた成形体は、複雑
形状であるにもかかわらず、クラック等の欠陥は一切認
められなかった。また、該成形体を１０^-5torrの真空下
において、１３００℃で４時間焼結した所、得られた焼
結体は９９％以上に緻密化しており、密度むらもほとん
ど無いことを確認した。さらに、該焼結体の酸素、炭
素、窒素を分析した結果、該中子を用いずに第１実施例
と同一条件で成形、焼結した中実の焼結体と全く同等で
あった。

【００３３】第１実施例において、極めて複雑形状であ
りながら健全な成形体が得られた理由は以下のように考
えられる。

【００３４】すなわち、ＣＩＰ成形用弾性型１２の肉厚
分布の不均一性、ならびに該成形型１２と中子１１との
間の空間領域（Ｔｉ＋Ａｌ₃Ｖ混合粉末１３が充填され
る）の分布の不均一性などの理由から、ＣＩＰ成形時
に、該混合粉末１３には純粋な静水圧だけではなく、剪
断力が作用する。ここで、中子が一体弾性構造物の場
合、中子は多少なりとも弾性変形（曲がり，反り，等）
し、このため除荷した際には、逆に中子が成形体に反力
（剪断力）を及ぼし、成形体に何らかの欠陥を導入す
る。これに対し、本実施例による中子は，成形・除荷時
のわずかな剪断力に対しても容易に永久変形し得ると共
に、静水圧に対しては弾性体として振る舞うという特異
な性質を有しているため、健全な成形体が得られたもの
と考えられる。

【００３５】ただし、本実施例による中子に充填する粉
末は、除荷後にも流動性を維持させなければならないこ
とと、スプリングバックによる除荷後の膨張を抑制しな
ければならないため、目的とする成形体を構成する金属
粉末よりも十分に高い圧縮耐力と弾性率とを有すること
が不可欠である。

【００３６】前記実施例においては、本発明にかかる中
子を用いＣＩＰ成形法により中空部材を製造する例を示
したが、成形法はＣＩＰ成形法に限らず、一方向プレス
法などの成形時に高温加熱を施さない成形法、すなわち
形状保持体の耐熱範囲内での成形方法であればどのよう
な成形法にも適用することができる。

【００３７】また、前記実施例においては、形状保持体
としてウレタンゴム袋を用いたが、これに限らず、伸縮
性を有する薄い材料で本発明の目的を達成することがで
きるものであればどのようなものでも適用することがで
きる。例えば、天然ゴム、ネオプレンゴム、シリコンゴ
ムなどが挙げられる。

【００３８】また、前記実施例においては、充填材とし
て球状鋼粉を用いたが、これに限らず、成形時の圧力で
塑性変形しない耐力を有しかつ流動度が５０ sec／50g
以下の粉末特性を有する材料で本発明の目的を達成する
ことができるものであればどのようなものでも適用する
ことができる。例えば、ジルコニア、アルミナ、窒化珪
素などのセラミックス粉末が挙げられる。特に、ヤング
率が２００ＧＰａ以上の高剛性材料からなる球状粉末で
あって粒径が１００〜５００μｍの範囲のものであるも
のが好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例のＣＩＰ成形用中子の製造方法を示
す概略説明図で、形状保持体を配置する前の中子製造用
メス型の概略縦断面図である。

【図２】第１実施例のＣＩＰ成形用中子の製造方法を示
す概略説明図で、形状保持体を中子製造用メス型に拡張
密着させる状態を示した概略縦断面図である。

【図３】第１実施例のＣＩＰ成形用中子の製造方法を示
す概略説明図で、形状保持体の中に充填材を充填する状
態を示した概略縦断面図である。

【図４】第１実施例のＣＩＰ成形用中子の製造方法を示
す概略説明図で、充填材を密に充填した形状保持体を真
空脱気し密閉した状態を示した概略縦断面図である。

【図５】第１実施例のＣＩＰ成形用中子の製造方法を示
す概略説明図で、中子を中子製造用メス型から取り出す
状態を示した概略縦断面図である。

【図６】第１実施例のＣＩＰ成形方法を示す概略説明図
で、中子をＣＩＰ成形用弾性型に配置する状態を示した
概略縦断面図である。

【図７】第１実施例のＣＩＰ成形方法を示す概略説明図
で、ＣＩＰ成形用弾性型内に中子と中空成形体基材を配
設した状態を示した概略縦断面図である。

【図８】第１実施例のＣＩＰ成形方法を示す概略説明図
で、ＣＩＰ成形用圧力容器内にＣＩＰ成形用弾性型を配
置してＣＩＰ成形する状態を示した概略縦断面図であ
る。

【図９】第１実施例のＣＩＰ成形方法を示す概略説明図
で、ＣＩＰ成形後の成形体から中子の充填材を除去する
状態を示した概略縦断面図である。

【図10】第１実施例のＣＩＰ成形方法を示す概略説明図
で、ＣＩＰ成形後の成形体から中子の形状保持材を除去
する状態を示した概略縦断面図である。

【符号の説明】

１・・・真空容器２・・・中子成形用通気性分割型３・・・上蓋４・・・オーリング５・・・形状保持体としての薄肉弾性容器（ウレタンゴ
ム袋）６・・・通気性栓７・・・第１真空ポンプ８・・・第２真空ポンプ９・・・充填材としての球状鋼粉１０・・・クランプ１１・・・中子１２・・・ＣＩＰ成形用弾性型１３・・・成形体基材原料としてのＴｉとＡｌ₃Ｖの混
合粉末１４・・・圧力容器１５・・・圧力媒体１６・・・ＣＩＰ成形体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山口登士也愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】伸縮性を有する薄い形状保持体を，所定
の中空形状を有し分割可能な中子製造用メス型に配置す
る工程と、該メス型と前記形状保持体の隙間部を減圧し，前記形状
保持体を前記メス型の内側に拡張密着させる工程と、前記拡張密着される形状保持体の中に，成形時の圧力で
塑性変形しない耐力を有しかつ流動度が５０ sec／50g
以下の粉末特性を有する充填材を密に充填する工程と、前記形状保持体の内部を真空脱気し密閉するとともに，
前記メス型と前記形状保持体との隙間部の減圧を解除す
ることにより中子を取り出す工程と、からなることを特
徴とする中空部を有する部材製造用中子の製造方法。
【請求項２】伸縮性を有する薄い形状保持体を，所定
の中空形状を有し分割可能な中子製造用メス型に配置す
る工程と、該メス型と前記形状保持体の隙間部を減圧し，前記形状
保持体を前記メス型の内側に拡張密着させる工程と、前記拡張密着される形状保持体の中に，成形時の圧力で
塑性変形しない耐力を有しかつ流動度が５０ sec／50g
以下の粉末特性を有する充填材を密に充填する工程と、前記形状保持体の内部を真空脱気し密閉するとともに，
前記メス型と前記形状保持体との隙間部の減圧を解除す
ることにより中子を取り出す工程と、該中子を成形用型に配置して部材を加圧成形する工程
と、前記中子の真空を解除して，中子内部の充填材を前記形
状保持体から排出して前記成形体から中子を取り出す工
程と、からなることからなることを特徴とする中空部を
有する部材の製造方法。