JPH0647596A

JPH0647596A - 等方静水加圧成形型、これを用いた成形方法、等方静水加圧成形型の製造方法及び製造装置並びに等方静水加圧成形体

Info

Publication number: JPH0647596A
Application number: JP20882692A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Kato; 茂樹加藤
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1992-08-05
Filing date: 1992-08-05
Publication date: 1994-02-22
Anticipated expiration: 2012-03-19
Also published as: JP2591884B2

Abstract

(57)【要約】【目的】特定の樹脂被膜を備えて成る新規な等方静
水加圧成形型、その製造方法及び製造装置を提供する。【構成】製造装置１は、処理室１０内に、雄型３０
と多孔質の雌型４０とから成る割型２０を備える。処理
室１０は排気弁１２と給排水弁１４を備える。雌型３０
のキャビティ４２に被膜５０を被着し、粉体６０を充填
し、被膜５２を被着した雄型３０を粉体６０に載置す
る。処理室１０内を排気して粉体６０を脱気した後に、
被膜５０及び５２をヒータ６０により接合する。圧媒を
処理室１０内に導入する。成形体を離型し、等方静水加
圧した後に焼成して、等方静水加圧型を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、等方静水加圧成形型、
これを用いた成形方法、その製造方法及び装置並びに等
方静水加圧成形体に関し、更に詳細には、等方静水加圧
成形に用いる被膜保持体、その製造方法及び装置並びに
この被膜保持体を等方静水加圧処理して得られる成形体
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、粉体の成形方法としては、等方静
水加圧成形、ドライバック、鋳込成形、押出成形及び射
出成形等の各種の方法が知られている。この等方静水加
圧成形においては、単純形状で形状精度の良くない成形
体しか得ることができなかった。このような状況におい
て、近年、等方静水加圧成形では、例えば、特開昭６１
−２０２７９９号公報には、通気性の成形型を用いその
内面に樹脂等の被膜を形成して原料粉体を充填し冷間静
水加圧成形する方法が提案されている。また、特開昭６
３−１６９００号公報には、金属型内にブロー成形した
樹脂型に粉体を充填し、脱気、密封して、予め粉体充填
樹脂型を形成し、その粉体充填樹脂型を冷間静水加圧成
形する方法が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ような等方静水加圧成形法であっても、未だ等方静水加
圧成形法としては十分に満足されるものではなく、特開
昭６１−２０２７９９号公報に記載の方法においては、
通気性を有するとはいえ剛体の成形型自体が、原料粉体
の等方収縮を阻害し、形状精度の優れた成形体を得るこ
とができないという課題があった。また、特開昭６３−
１６９００号公報に記載の方法においては、原料粉体を
充填した後の脱気を、樹脂型を開封したまま充填粉体側
から真空吸引するため、樹脂型が変形され易く形状精度
のよい成形体が得られないという課題があった。本発明
は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、特定の樹脂被膜
を備えて成る新規な等方静水加圧成形型、その製造方法
及び製造装置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題を
解決すべく鋭意研究した結果、通気性かつ圧力媒体非透
過性の被膜を用い、減圧可能な装置内で加圧することに
より、前記課題が達成されることを見出し本発明を完成
するに至った。従って、本発明の等方静水加圧成形型
は、等方静水加圧成形に用いる成形型において、通気性
かつ圧力媒体非透過性の被膜を備えて成ることを特徴と
する。

【０００５】また、本発明の製造方法は、所定形状を有
し、通気性かつ圧力媒体非透過性の被膜内に粉体を高密
度に充填して成る等方静水加圧成形型を製造する方法で
あって、雄型部材と通気性を有する雌型部材とから成る
粉体充填用の割型を、排気口及び圧力媒体給排口を備え
る処理室内に配置し、前記被膜を、雄型部材の凸部及び
これに隣接するランド領域と、雌型部材の所定形状を有
するキャビティ及びこれに隣接するランド領域とに被着
し、粉体を、前記被膜を被着した雌型部材のキャビティ
に充填し、前記被膜を被着した雄型部材の凸部と粉体の
表面とを当接させ、次いで、処理室内を排気口を介して
減圧排気し、粉体に含まれる空気を雌型部材及び前記被
膜を介して排気除去しながら、前記雄型部材の凸部を雌
型部材のキャビティに嵌入させて、粉体をこの凸部で加
圧して粉体の充填密度を向上させ、次いで、雄型部材及
び雌型部材の少なくとも一方のランド領域に設けた加熱
器により、前記被膜同士を加熱して接合し、しかる後、
前記圧力媒体給排口を介して、処理室内に圧力媒体を導
入し、粉体が高密度に充填された等方静水加圧成形型を
得ることを特徴とする。

【０００６】また、本発明の製造装置は、雄型部材と雌
型部材とから成る割型を処理室内に配設して成る等方静
水加圧成形型の製造装置であって、前記処理室は、排気
口及び圧力媒体給排口を備え、前記雌型部材は、通気性
を有し、粉体を充填する所定形状のキャビティを備え、
前記雄型部材は、このキャビティと嵌合する凸部を備
え、前記雄型部材及び雌型部材の少なくとも一方が、被
膜接合用加熱器をそのランド領域に備え、この被膜は通
気性かつ圧力媒体非透過性であることを特徴とする。

【０００７】更にまた、本発明の等方静水加圧成形体
は、通気性かつ圧力媒体非透過性の被膜内に粉体を高密
度に充填して成る等方静水加圧成形型を等方静水加圧し
て得られることを特徴とする。

【０００８】以下、本発明の製造装置について詳細に説
明する。本発明の製造装置は、排気口及び圧力媒体給排
口を備える処理室を有し、この処理室内に、本発明の等
方静水加圧成形型、即ち特定の被膜保持体を成形するた
めの割型を備える。この処理室の形状、材質及び寸法等
は特に限定されるものではなく、室内の気密性を確保で
きれば十分であり、例えば、ドーム型、箱型、円柱型、
金属製及び樹脂製等であってもよい。また、排気口及び
圧力媒体（以下、「圧媒」と略す。）給排口の個数も限
定されるものではない。

【０００９】前記割型は雄型部材及び雌型部材から成
り、この雌型部材は前記被膜保持体に所定の形状を付与
するキャビティを備える。また、この雌型部材は空気が
透過可能に形成されている。例えば、雌型部材全体が多
孔質材料で形成されている場合を挙げることができる
が、これ以外に、雌型部材を金属及び／又は樹脂等で形
成し、適数個の細孔を穿設して前記キャビティと雌型部
材外部とを連通させてもよい。この場合、細孔の大き
さ、気孔率及び個数等は、処理室に導入する圧媒に応じ
て適宜変更することができる。即ち、雌型部材の材質
は、通気性を有していればよい。

【００１０】一方、前記雄型部材は、雌型部材のキャビ
ティに嵌入し粉体を加圧し得る凸部を備える。また、こ
の凸部と反対側の端部は、前記処理室を貫通して外部に
突出延在しているのが好ましい。これは、粉体の加圧を
雄型部材の自重でのみ行なってもよいが、前記突出延在
している端部を処理室外の加圧源と連結して加圧を行な
うこともできるからである。この雄型部材の材質は限定
されるものではなく、金属、セラミックス及び樹脂等の
剛性体で作製することができる。

【００１１】また、前記雄型部材及び／又は雌型部材
は、そのランド領域、即ち雄型部材と雌型部材とが型締
めされたときに互いに緊密に接触する合せ面の部分に、
粉体充填用の被膜を接合する加熱器を備える。雄型部材
及び雌型部材双方のランド領域に加熱器を設けてもよ
い。この加熱器の設置方法は、特に限定されるものでは
ないが、付設、埋設等が挙げられる。なお、前記雄型部
材及び雌型部材は、必ずしも一体的に形成されている必
要はなく、特に、雌型部材においては、複数の分割型を
組合わせることや、複雑な形状を有するタービンロータ
等ではスライドコア式とすることも可能である。

【００１２】次に、本発明の製造方法について詳細に説
明する。本発明の製造方法においては、まず、前記雄型
部材の凸部及びこれに隣接するランド領域と、雌型部材
のキャビティ及びこれに隣接するランド領域とに、通気
性を有し、かつ圧媒を透過させない被膜を被着する。こ
の被膜の例としては、シリコーン系重合体被膜を挙げる
ことができる。被着法としては、例えばブロー成形法を
挙げることができる。また、膜厚は、被膜構成物質、被
着方法、被膜保持体の形状及び粉体等により適宜選定で
きるが、通常は約０．０５〜０．５ｍｍであり、約０．
１ｍｍ〜０．３ｍｍが好ましい。

【００１３】次いで、粉体を、前記被膜を被着したキャ
ビティに充填する。この粉体としては、セラミックス粉
体、金属粉体、プラスチック等を挙げることができる。
次いで、前述のように処理した雄型部材の凸部とキャビ
ティに充填された粉体の表面とを当接させ、この状態で
前記処理室内に配置する。即ち、例えば、割型が縦型形
式の場合には、雄型部材を雌型部材の上に載置して前記
凸部と粉体表面とを当接させ、このままこれを処理室内
に配置する。この結果、粉体は前記被膜に包囲されるこ
とになる。この当接の際には、前述の如く、雄型部材に
おける前記凸部と反対側の端部（頂部）を処理室外に突
出させておくのがよい。

【００１４】次いで、処理室内を密閉し、その後に排気
口を開けて真空ポンプ等により処理室内を減圧排気す
る。この排気に際して、粉体の脱気が前記通気性の被膜
及び雌型部材の壁部を介して行なわれるとともに、雄型
部材の前記凸部が自重によりキャビティに嵌入し、粉体
を押圧して粉体の充填密度を向上させる。この際、処理
室外に突出させた端部に外力を負荷して押圧力を増大さ
せてもよい。この排気・加圧処理により、粉体はキャビ
ティ及び前記凸部により所定の形状を正確に付与され
る。処理室内圧力は、粉体、被膜の性質等により適宜選
定できるが、通常は約１０Ｔｏｒｒ程度が好ましい。

【００１５】次に、排気口を閉め、前記凸部及びこれに
隣接するランド領域とキャビティ及びこれに隣接するラ
ンド領域とに被着した被膜のうち、双方のランド領域の
被膜同士を、前記加熱器により接合して粉体を封入す
る。従って、この接合によっては、得られる被膜保持体
の形状が損なわれることはなく、形状精度に優れてい
る。なお、被膜の接合においては、接着剤等を用いても
よい。

【００１６】次いで、圧媒給排口を開け、処理室内に圧
媒を導入して雄型部材と雌型部材を浸漬する。この圧媒
導入による浸漬により、前述の如く脱気した粉体に空気
が流入することを防止できる。また、雌型部材は圧媒透
過性を有してもよく、この場合には、圧媒は雌型部材の
壁部を通過してキャビティに到達し、前記被膜を介して
粉体を加圧する。これにより、得られる被膜保持体の充
填密度は一層高いものとなる。使用する圧媒は、特に限
定されず、水、油及び等方静水加圧に用いる圧媒を挙げ
ることができる。そして、その後に離型し、被膜保持
体、即ち等方静水加圧成形型を得る。

【００１７】次に、本発明の等方静水加圧成形型につい
て説明する。本発明の等方静水加圧成形型は、保型性が
よく、柔軟性に優れ、形状転写性がよく、粉体が高密度
に充填されている。従って、圧媒を用いて等方静水加圧
すれば形状の追従性が良好であるため、等方的に収縮
し、形状精度が高く均一な密度を有する成形体を得るこ
とができる。このため、タービンロータの如き複雑な形
状を有する部品であっても等方静水加圧成形が可能とな
り得るのである。しかも、粉体が高密度に充填されてお
り、粉体に混入している空気は極めて少量であるため、
被膜が破れたり、圧媒漏れ等の歩留りの低下を防止する
ことができる。

【００１８】また、被膜は、一般に、５００℃以上で行
うバインダー除去等の処理によって分解除去することが
できるが、酸素雰囲気下で焼成可能な粉体であれば焼成
工程で焼却すればよい。５００℃以上での熱処理ができ
ない場合や、焼成中に成形体が悪影響を及ぼされる可能
性がある場合には、予めナイフ等の適当な器具で除去す
ることができる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明を、図面を参照して実施例によ
り説明する。図１は、本発明の製造装置の一実施例を示
す断面図である。同図において、この製造装置１は、処
理室１０内に、雄型３０と多孔質の雌型４０とから成る
割型２０を配設して構成されている。前記処理室１０は
排気弁１２及び圧媒給排弁の一例である給排水弁１４を
備え、この排気弁１２は図示しない真空ポンプに接続さ
れており、給排水弁１４は図示しない給水源及び排水管
に接続されている。

【００２０】前記雌型４０は気孔径１２０μｍのセラミ
ックス製であり、通気性を有する。また、この雌型４０
は、その頂部に環状のキャビティ４２を備える。なお、
本実施例においては、雌型４０は一体的に形成されてい
るが、分割された複数の型から形成されていてもよい。
一方、前記雄型３０はＳＵＳ製であり、その底部に前記
キャビティ４２に嵌入する環状の凸部３２を備えてい
る。また、この雄型３０の頂部３４は、前記処理室１０
の頂部に設けられている開口部１６を介して外部に突出
して配置されている。この場合、前記開口部１６と雄型
３０との間にＯリング１８を装着することにより、処理
室１０内の気密性が保持されている。

【００２１】更に、雄型３０のランド領域３６には、通
気性かつ非透水性の被膜５０及び５２を接合するための
ヒータ７０が埋設されている。なお、本実施例において
は、前記凸部３２の外周壁部３２ａより外側のランド領
域にヒータ７０を設置したが、これに限定されるもので
はなく、前記被膜５０及び５２の被着の仕方によって適
宜配置を変更することができる。

【００２２】次に、本発明の製造方法の一例につき説明
する。まず、前記被膜の一例であるシリコーン系被膜５
０および５２を、それぞれ前記雄型の凸部３２及びラン
ド領域３６と、雌型のキャビティ４２及びランド領域４
４とにブロー成形法により被着した。被膜５０及び５２
の膜厚は約０．３ｍｍである。次いで、窒化珪素の噴霧
乾燥粉末６０（平均粒径７０μｍ）をキャビティ４２に
充填し、雄型３０を雌型４０上に載置して前記凸部３２
と粉体たる窒化珪素粉末６０の表面とを当接させた。こ
の際、前記雄型３０の頂部３４を前記処理室１０の開口
部１６を介して処理室１０外に突出配置した。

【００２３】次に、処理室１０を密閉し、前記排気弁１
２を介して処理室１０内を約１０Ｔｏｒｒに減圧排気し
た。この際、粉体６０に混入している空気が前記被膜５
２及び雌型４０の壁部を介して除去されるとともに、前
記凸部３２が雄型３０の自重によりキャビティ４２に嵌
入して粉体６０を押圧し、充填密度が向上した。その
後、排気弁１２を閉じ、被膜５０と５２とを、前記ヒー
タ７０により熱溶着し、粉体６０をこれら被膜内に封入
した。

【００２４】次いで、前記給排水弁１４を介して処理室
１０内に水を導入し、前記割型２０を浸漬した。この処
理に際し、導入された水は、雌型４０の壁部を通過し
てキャビティ４２に到達し、被膜５０及び５２浸漬し
た。そして、給排水弁１４を介して排水し、割型２０か
ら離型して、高さ１０ｍｍ、内径１００ｍｍφ、外径１
５０ｍｍφの環状をなす被膜保持体（等方静水加圧成形
型）２を得た。

【００２５】図２に、得られた被膜保持体２の断面図を
示す。同図において、この保持体２は、粉体６０が前記
被膜５０及び５２に包囲されて構成されている。なお、
本実施例において、被膜５０及び５２は双方とも通気性
かつ非透水性の被膜から成るが、被膜５０は非透水性で
あれば十分であり、通気性を有さなくともよく、例えば
塩化ビニル系被膜であってもよい。

【００２６】このようにして得られた被膜保持体２は、
粉体が高密度に充填されているため、適度な弾性及び剛
性を有するとともに、所定形状を有し、通気性かつ非透
水性の被膜５０及び５２に包囲されて構成されている。
従って、この被膜保持体２を等方静水加圧成形型として
好適に用いることができる。

【００２７】次に、前記被膜保持体２を用いて得られる
等方静水加圧成形体の製造方法の一例について説明す
る。被膜保持体２を等方静水圧プレス機に配置し、７ｔ
／ｃｍ²の静水圧で３０秒間加圧成形した。次いで、被
膜５０及び５２を除去して高密度の環状等方静水加圧成
形体を得た。得られた環状等方静水加圧成形体を、大気
中５００℃で１時間仮焼してバインダーを除去し、次い
で、窒素雰囲気とし、昇温速度１０００℃／ｈｒで昇温
して１７００℃とし、この温度で１時間焼成して、高さ
７．７ｍｍ、内径７７ｍｍ、外径１１５ｍｍの環状焼成
体を得た。

【００２８】次に、本発明の製造方法を用いて、セラミ
ックスタービンロータを製造する方法の一例について説
明する。図３は、セラミックスタービンロータを製造す
るための型部材の一例を示す断面図である。同図におい
て、雌型部材は４０’は、通気性を有する上型４０Ａ、
スライド型４０Ｂ及び下型４０Ｃにより構成されてい
る。そして、これら分割型４０Ａ、４０Ｂ及び４０Ｃに
より規定されるキャビティには、前述のように窒化珪素
粉末６０が充填されており、また、この粉末６０は、シ
リコーン系被膜５０及び５２により包囲されている。ま
た、この粉末６０には前述の如き雄型部材３０’が載置
されている。

【００２９】図３に示したように粉体を充填した後、前
述の如く、粉体６０を脱気し、シリコーン系被膜５０と
５２とを接合し、圧媒を導入して粉体６０を所定形状に
成形した。次いで、スライド型４０Ｂをスライドさせて
離型し、所定形状を有する被膜保持タービンロータを得
た（図４参照）。この被膜保持タービンロータの外径
は、１５０ｍｍφであった。この被膜保持タービンロー
タを前述の如く、等方静水加圧し、焼成して外径１１５
ｍｍφのセラミックスタービンロータを得た。このセラ
ミックスタービンロータは、複雑な形状を有し、形状欠
陥はなかった。

【００３０】以上、本発明を実施例により説明したが、
本発明はこれに限定されるものではなく本発明の要旨の
範囲内で種々の変形が可能である。例えば、割型２０は
縦型形式のみならずで横型形式であってもよい。また、
キャビティ４２の形状は意図する物品に応じて適宜変更
することができる。更に、本実施例においては、窒化珪
素の粉末を充填したが、これのみならず種々の粉状体、
粒状体を用いることもできる。また、これら充填物は通
気性を有すればよいので、多孔質体、例えば発泡性樹脂
等を用いることも可能である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
通気性かつ圧力媒体非透過性の被膜を用い、減圧可能な
装置内で加圧することとしたため、樹脂被膜を備えて成
る新規な等方静水加圧成形型、その製造方法及び製造装
置を提供することができる。また、従来、タービンロー
タの如き複雑形状部品は、射出成形、鋳込み成形により
製造されていたが、本発明によれば、等方静水加圧によ
り、安価且つ形状精度に優れ、品質の良い大型のタービ
ンロータが製造可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造装置の一実施例を示す断面図であ
る。

【図２】本発明の被膜保持体（等方静水加圧成形型）の
一実施例を示す断面図である。

【図３】セラミックスタービンロータ製造用の型部材の
一例を示す断面図である。

【図４】被膜保持セラミックタービンロータの平面図で
ある。

【符号の説明】

１製造装置２被膜保持体（等方静水加圧成形型）１０処理室１２排気弁１４給排水弁２０割型３０、３０’ 雄型３２凸部３６ランド領域４０雌型４０Ａ上型４０Ｂスライド型４０Ｃ下型４２キャビティ４４ランド領域５０被膜５２被膜６０粉体７０ヒータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】等方静水加圧成形に用いる成形型におい
て、通気性かつ圧力媒体非透過性の被膜を備えて成るこ
とを特徴とする等方静水加圧成形型。
【請求項２】通気性かつ圧力媒体非透過性の被膜内に
粉体を高密度に充填して成ることを特徴とする請求項１
記載の等方静水加圧成形型。
【請求項３】請求項１記載の成形型を用い、この成形
型の形状付与部に粉体を充填して等方静水加圧すること
を特徴とする等方静水加圧成形法。
【請求項４】所定形状を有し、通気性かつ圧力媒体非
透過性の被膜内に粉体を高密度に充填して成る等方静水
加圧成形型を製造する方法であって、雄型部材と通気性を有する雌型部材とから成る粉体充填
用の割型を、排気口及び圧力媒体給排口を備える処理室
内に配置し、前記被膜を、雄型部材の凸部及びこれに隣接するランド
領域と、雌型部材の所定形状を有するキャビティ及びこ
れに隣接するランド領域とに被着し、粉体を、前記被膜を被着した雌型部材のキャビティに充
填し、前記被膜を被着した雄型部材の凸部と粉体の表面とを当
接させ、次いで、処理室内を排気口を介して減圧排気し、粉体に
含まれる空気を雌型部材及び前記被膜を介して排気除去
しながら、前記雄型部材の凸部を雌型部材のキャビティ
に嵌入させて、粉体をこの凸部で加圧して粉体の充填密
度を向上させ、次いで、雄型部材及び雌型部材の少なくとも一方のラン
ド領域に設けた加熱器により、前記被膜同士を加熱して
接合し、しかる後、前記圧力媒体給排口を介して、処理室内に圧
力媒体を導入し、粉体が高密度に充填された等方静水加
圧成形型を得ることを特徴とする等方静水加圧成形型の
製造方法。
【請求項５】雄型部材と雌型部材とから成る割型を処
理室内に配設して成る等方静水加圧成形型の製造装置で
あって、前記処理室は、排気口及び圧力媒体給排口を備え、前記雌型部材は、通気性を有し、粉体を充填する所定形
状のキャビティを備え、前記雄型部材は、このキャビティと嵌合する凸部を備
え、前記雄型部材及び雌型部材の少なくとも一方が、被膜接
合用加熱器をそのランド領域に備え、この被膜は通気性
かつ圧力媒体非透過性であることを特徴とする等方静水
加圧成形型の製造装置。
【請求項６】請求項４記載の製造方法により得られた
等方静水加圧成形型を等方静水加圧して得られることを
特徴とする等方静水加圧成形体。