JPH08132298A - 焼結用圧粉体の製造方法、製造装置、ゴムモールドならびに焼結体の製造方法 - Google Patents

焼結用圧粉体の製造方法、製造装置、ゴムモールドならびに焼結体の製造方法

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JPH08132298A
JPH08132298A JP5948791A JP5948791A JPH08132298A JP H08132298 A JPH08132298 A JP H08132298A JP 5948791 A JP5948791 A JP 5948791A JP 5948791 A JP5948791 A JP 5948791A JP H08132298 A JPH08132298 A JP H08132298A
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rubber
powder
fine powder
die
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JP5948791A
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Masato Sagawa
眞人 佐川
Hiroo Shirai
啓雄 白井
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Intermetallics Co Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30PRESSES
    • B30BPRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/02Dies; Inserts therefor; Mounting thereof; Moulds
    • B30B15/022Moulds for compacting material in powder, granular of pasta form
    • B30B15/024Moulds for compacting material in powder, granular of pasta form using elastic mould parts

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 射出成形法によらないで、またバインダおよ
び潤滑剤を使用しないで微細粉末の圧粉体を成形する。 【構成】 少なくとも側方部がゴムからなるゴムモール
ド10に微細粉末5を高密度に充填し、ダイプレス機の
パンチによりゴムモールドおよび該ゴムモールドに充填
された微細粉末5を圧縮する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は焼結用圧粉体の成形法に
関し、さらに詳しく述べるならば、通常のダイプレス法
を改良して微細粉末の圧粉成形を可能にした圧粉体成形
法、及び圧粉体の成形装置とゴムモールドならびに焼結
体の製造方法に関する。粉末冶金技術では、使用する粉
末の粒径を小さくすることによって、焼結体が高密度化
するのみならず焼結体の結晶粒径が微細化し、この結果
AlやTi及びそれらの合金の焼結材料では機械的強度
が著しく向上し、鉄系軟磁性材料では磁気特性が向上す
る。しかし、この微粉末化による焼結体の強度および信
頼性向上は粉末の流動性の低下を招くことになる。粒径
が小さく流動性が低い粉末をダイに自然充填すると、ダ
イ中で粉末が架橋現象を起こしやすくなり、充填の密度
が大きく変動する。その結果、圧粉成形体単重のばらつ
きが極めて大きくなりまた平均充填密度も低下するとい
う欠点を生ずる。
【0002】
【従来の技術】以上のような理由によって微細粉末を通
常のダイプレス法により圧粉成形することはできないの
で、微細粉末を圧粉成形するためには有機バインダを4
0%もの多量に添加したスラリーを成形する射出成形法
によらなければならない。しかし、この方法では脱バイ
ンダ処理に数日を必要とし、また有機バインダの分解生
成物が炭素として焼結製品に残留して製品の特性を劣化
させる。
【0003】また、微細粉末は、粉末の比表面積が増大
するため、極めて活性になり、大気中で酸化劣化し易
い。特に航空機用等に高い信頼度が要求されるAl−L
i合金やTi合金などの微粉末は大気中で急速に酸化
し、甚だしい場合には自然発火する。また着火源に対し
ても極めて鋭敏化し、ダイプレス法ではダイとパンチの
間の潤滑が粉かみ等によって低下すると、摩擦によって
火花を生じるので発火の危険が高い。
【0004】粉末成形に最も良く使われるダイプレスで
は成形できる製品の形状には制限がある。ネジのように
くびれや凹凸のある形状やあまり細長い成形品はダイプ
レスで成形できない。ダイプレスにおける粉末の圧縮を
等方的にするための改良方法として、ダイにゴムモール
ドを設置して、粉末を充填したゴムの弾性変形を利用し
て粉末をパンチの動く方向と垂直な方向からも圧縮する
方法が考案されている(例えば特開昭49−13580
5号公報)。この方法を以下ゴムモールドダイプレス法
と呼ぶ。ゴムモールドダイプレス法では凹凸のある異形
品の成形が原理的に可能であるがゴムの変形が不均一に
なりがちで、割れや欠けが及び成形体の変形が頻繁に起
こる。ゴムなどの袋に入れられた粉末を液体中で静水圧
的に圧縮することにより密度が均一な成形体を得るCI
P法は能率が低く、圧粉体の高能率連続生産には適して
いない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の通常のダイプレ
ス法ではバインダなしで微細粉末の圧粉成形体を製造す
ることは困難である。従ってアルミニウムのように元来
軟質で成形体密度の上げやすい材質でも、粒径が大きい
粗粉末を使用してあえて低密度成形が実施されており、
低い焼結密度に甘んじている。
【0006】一方、射出成形法では微細粉末の圧粉成形
体を製造し、これを使用し密度が90%以上の高密度焼
結体を製造することは可能であるが、脱バインダー時間
が著しい長時間に及ぶので、通常のダイプレス法により
著しく生産性が低い。さらに、この圧粉成形体を焼結し
た製品は炭素等の不純物が多くなり、Ti合金などの場
合は焼結品の機械的性質が劣化する。従来、粗粉の圧粉
体を焼結して得た製品を高密度化するためにはサイジン
グなどの工程が必要であった。しかしサイジングは軟質
材料にのみ可能であった。したがって、本発明は通常の
ダイプレス法と同等の生産性で微細粉末を成形する方法
及び装置を提供することを目的とする。さらに、本発明
は焼結のみで各種材料につき高密度製品を得ることを目
的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明の方法
は、少なくとも側方部がゴムからなるゴムモールドに微
細粉末を自然充填し、次にゴムモールドを実質的に変形
させずに微細粉末を高密度充填し、ダイプレス機のパン
チによりゴムモールド及び微細粉末を圧縮することを特
徴とする。
【0008】本発明において微細粉末とは、密度が90
%以上の焼結体を提供しうる平均粒径50μm以下の粉
末である。望ましくは30μm以下、さらに望ましくは
20μm以下の粉末を使用して圧粉成形体を作り、これ
を焼結し真密度の90〜95%以上もの高密度焼結体を
得る。
【0009】粗粒、すなわち平均粒径が50μmを超え
る粉末をゴムモールドを使用して成形しても圧粉成形体
中の空隙の大きさ及び体積率が非常に大きくなるため、
焼結時にこの空隙がなかなか収縮せず、結果的には焼結
による成形体の収縮が1体積%程度と、極めて低くな
り、高密度の焼結体が得られない。例えば鉄系軟磁性材
料をこの方法で焼結すると、90%未満の焼結体密度と
なる。
【0010】本発明において粉末とはFe、Co、N
i、Cu、Mo、Al、Tiなどの金属および合金以外
にTiC、WC、などの化合物の粉末も含む。Fe系の
微細粉末は水もしくは不活性ガスによるアトマイズ粉末
が多くの場合使用され、また場合によりカルボニル粉末
も使用される。Al系微細粉末はガスアトマイズ粉末が
使用される。Ti系微細粉末は水素吸蔵処理と脱水素の
繰り返しにより作られたものが多く使用される。また機
械的粉砕法により作られる微細粉末も使用される。ま
た、Fe−Co、Ti合金など硬質で成形性の悪い微細
粉末でも、結合剤や潤滑剤を添加しないで成形すること
が本発明法の特徴である。また、本発明法ではゴムモー
ルドを使用するため、微細粉末がダイと直接接触せず、
通常のダイプレスのような粉かみが起こらない。従って
潤滑剤も使用しなくともよい。すなわち、結合剤などか
らの残留炭素の上述した悪影響を避けるために結合剤は
添加しない。但し、焼結品に炭素などの残留が許容され
るときは1重量%以下の結合剤を使用してもよい。
【0011】このような微細粉末は特に流動性が悪く、
自然充填されるとゴムモールド内で充填密度の粗密を生
じる。一般に、粉末のダイ中への充填にはシェーカー等
を利用し粉末を重量により落下させる自然充填が行われ
る。シェーカー式フィーダーによる方法では、粉末の入
ったボックスをダイを含むテーブル上ですべらせ、ダイ
孔中に粉末を自然落下により落としこみ、ボックスの退
去によりダイ孔中の粉末の盛り上がり部をすり切る方法
である。
【0012】ゴムモールドに自然充填された微細粉末を
次にダイプレスにより圧縮すると、ゴムモールドの弾性
変形により微細粉末はパンチの移動方向にも、これと直
交方向にも、言わば擬似静水圧的に圧縮されるので、一
つの圧粉体中での粉末密度の変動が小さくなる。
【0013】しかしながら、自然充填された微細粉末は
ゴムモールド中で圧縮成形すると必ず割れ、欠け、変形
が圧粉成形体に生じる。ゴムモールドを使用するダイプ
レス法において、かかる自然充填密度に粉末を充填した
場合割れが発生する原因について図32を参照して説明
する。
【0014】本願においてはゴムモールドの上面を形成
する材料を蓋部、下面を形成する材料を底部と、内面の
側面部を形成する材料を側方部と呼ぶ。自然充填密度は
11〜13%程度になる場合が多く、粉末の圧縮成形に
よる寸法収縮率は30〜40%もの多きに達する。する
とゴムモールドの部材10s、10k、10u相互間及
びゴムモールド10とダイ間に動く摩擦力等のためにゴ
ムモールド10は図32の(c)に示すように大きく変
形する。この変形のうちゴムモールドの蓋部10u及び
底部10kに生じる不均一変形dyはパンチによる加圧
方向と平行方向の亀裂5dの発生を助長し、ゴムモール
ドの側方部に生ずる不均一変形dxはパンチによる加圧
方向と垂直方向の亀裂5eの発生を助長する。また上記
の不均一変形dxは成形体のエッジ部に激しい「象の
足」変形を発生させる。このような割れ、欠け、変形を
防止するためには、ゴムモールドダイプレス法において
プレス成形前に微細粉末をゴムモールド中に高密度に充
填することが必要である。
【0015】高密度充填における「高密度」とは、少な
くとも自然充填密度の1.15倍以上であり、特に長尺
物及び凹凸の激しい成形体については好ましくは1.3
倍以上である。但し、充填時にゴムモールドが微細粉末
の圧入のために変形を起こし、所望の形状の成形体が得
られなくなる程度の高密度充填は避けなければならな
い。そのため密度は例えば真密度の60%以下が好まし
い。
【0016】微細粉末のゴムモールド中への高密度充填
にあたっては、微細粉末を一度自然充填を行ってから実
質的にゴムモールドを変形させることなく高密度に充填
することが望ましい。より具体的には高密度充填のため
にはゴムモールドに自然充填された微細粉末に振動を加
えることにより密度を高める。あるいはゴムモールドに
自然充填された微細粉末をプッシャーで押しあるいは突
き固めることにより充填密度を高める。又は、加振後プ
ッシャーによる押圧を行い充填密度を高めることもでき
る。
【0017】微細粉末をゴムモールドの上端まで充填す
るには、自然充填状態でゴムモールド内容積よりも多い
微細粉末を入れることになり、そのままでは微細粉末が
ゴムモールドからあふれる。従ってガイド枠を使って微
細粉末をゴムモールド上面よりも高い位置まで充填し、
その後振動を加えるかプッシャーで押し込んで、微細粉
末上面をゴムモールド上面に一致させる。このとき、ガ
イド枠の押し付けもしくはプッシャーによる押圧によっ
て生ずるゴムモールドの変形はモールド内の微細粉末の
充填状態に影響を与えない程度のものである。すなわち
実質的変形ではない。
【0018】これに対して高密度充填を行う場合に、ゴ
ムモールドを変形させる、例えば、ゴムモールドをパン
チにより圧縮して粉末を自然充填状態から高密度充填状
態とし、一旦圧縮を中断した後さらにパンチによる圧縮
を続けて圧粉成形体を得ると、この方法の前段で得られ
る充填状態では粉末の密度分布が不均一となりゴムモー
ルドの変形量も大きいため圧粉成形体の割れや変形など
の問題が起こる。
【0019】本発明の方法では、自然充填から高密度充
填に至る一連の工程はダイプレス機外で行うことが望ま
しい。ダイプレス機内ではパンチが上下するために粉末
を例えば請求項2記載の加振、押圧を行うための器具を
ダイプレス機内に設置して強制的高密度充填を実施する
ことはダイプレス機全体の構造が非常に複雑になるた
め、本発明では採用しない。また、ダイプレス機内でダ
イと共にゴムモールドを振動させることも考えられるが
現実的でない。
【0020】一方、これとはべつにゴムモールドを実質
的に変形させることなく高密度に微細粉末を充填する方
法としては、図33に示したように上パンチを微細粉末
のみを押圧できる内側9aとゴムモールドのみを押圧で
きる外側部9bからなる二層構造とし、内側パンチを用
いて微細粉末5をゴムモールド内へ圧入した後、外側パ
ンチ9bと内側パンチ9a両方を用いてゴムモールド1
0及び微細粉末5を圧縮し成形する。この方法によれ
ば、微細粉末の充填は必ずしもダイプレス機の外で行う
必要はない。
【0021】本出願人は平成3年2月14日にゴムモー
ルドを使用して永久磁石粉末を磁界中成形する方法の特
許出願をしたが、本願においては磁界中成形は行わな
い。次に図1を参照して加振方法を具体的に説明する。
粉末受皿90から予め重量を測定した微細粉末5をガイ
ド枠100を上部に固定したゴムモールド10に自然充
填する(図1の(a)参照)。微細粉末5はゴムモール
ド10の上面よりさらに上方まで堆積する。続いてゴム
モールド10を加振機41の上に載せ、振動を加える
(図1の(b)参照)。加振機41としては電磁式もし
くはクランク式加振機などにより水平方向又は上下方向
の振動を発生するものを使用することができる。振動の
周波数は特に限定されないが、たとえば1〜60Hzで
ある。加振は給粉時より行ってもよく、また給粉終了時
以降に行ってもよい。
【0022】その後、微細粉末5がゴムモールド10よ
りさらに上方に盛り上がっている時は、プッシャー10
2により微細粉末5の上面をゴムモールド10の上面ま
で押し下げる(図1の(c)参照)。続いて、プッシャ
ー102及びガイド枠100をゴムモールド10から引
上げる(図1の(d)参照)。ガイド枠100は図1に
示すようにゴムモールド10と同一の断面をもつプレー
トでも図2のようにゴムモールドの開口部と同一の内法
寸法を持つ筒状体、あるいは図3に示すように筒状体の
先端がゴムモールド10の上部に嵌込まれているもので
もよい。ゴムモールドに微細粉末を自然充填する際に、
ガイド枠を使用して微細粉末がゴムモールドから横溢す
ることは防止できるが、流動性が極めて悪い微細粉末を
シェーカー式フィーダーの使用によりゴムモールドに充
填すると充填量のばらつきが著しい。そこで、ゴムモー
ルドにガイドを通じ、あらかじめ計量した一定量の微細
粉末を投入するようにすれば極めて正確に圧粉成形体の
単量を制御することができ、また微細粉末は焼結時の収
縮率が一定しているのでnet−shapeの焼結体を
安定して生産することができる。
【0023】好ましい実施形態を示す図4において、コ
ンベアー2を通じて、微細粉末5を一旦、重量測定機6
と連動した振動メッシュ3に落下させる。微細粉末5は
流動性が低いため、凝集しやすく、直接容器4に落下さ
せると塊になって落下するため正確な重量のコントロー
ルが行いにくい。そこで振動メッシュ3により微細粉末
の凝集塊を解砕しながら、測定器6で容器4内の微細粉
末の重量をモニタしながら一定量の微細粉末7を採取す
る。
【0024】振動メッシュ3上に投入された微細粉末
は、振動メッシュ3の振動が停止している間はほとんど
振動メッシュ3から下方には落下しないので、振動メッ
シュ3の振動のON−OFFを繰り返すことにより、極
めて精密に容器4への落下量を制御することができる。
また微細粉末の重量を測定する代わりに、体積の測定を
行って制御してもよい。容器4の代わりに、ゴムモール
ドあるいはガイド枠付ゴムモールドを設置し微細粉末の
重量をゴムモールドなどと共に測定しながら、微細粉末
をゴムモールドに充填してもよい。
【0025】請求項3〜5の方法により、流動性の悪い
微細粉末でも有機潤滑剤を添加することなく高い重量精
度でゴムモールドに充填することができる。ゴムモール
ド中での微細粉末の充填密度が非常に高い場合、あるい
は成形体の凹凸の度合いによってはパンチの荷重を除い
た後ゴムモールドが原形に復帰しても、成形体とゴムモ
ールドの間に充分な空隙が形成されず、成形体のゴムモ
ールドからの取り出しが不可能あるいは甚だ困難にな
る。その場合図5の(A)のようにゴムモールド10を
割り型10a、10bにすることができる。すなわちゴ
ムモールドの少なくとも側方部を2個以上に分割した割
り型とし、成形後これらを分離して圧粉成形体20をゴ
ムモールド10から取り出す。又、図5の(B)に示す
ようにゴムモールドの側方部に切り込み11を設け、こ
れによる切断面からゴムモールドを開いて成形体を取り
出すようにしてもよい。さらに図6に示すように側方部
と底部、側方部どうしを分割してもよい。しかしながら
割り型を使用するとゴムモールドの分割面に微細粉末が
かみ込んだり、ゴムモールドのねじれ等不均一変形を起
こしやすく、その結果成形品が変形もしくは割れるおそ
れがある。さらに割り型をダイにセットする時間が必要
になる。
【0026】この対策として微細粉末を圧縮成形した
後、除荷を行い、その後、ゴムモールド内面を加圧する
かかつ/又はゴムモールドの外面を減圧して内面側の圧
力が高くなるように圧力差を付与し、成形体とゴムモー
ルドの間の空隙を拡大せしめその後成形体をゴムモール
ドより取り出す方法が有効である。この方法の実施例で
は図7に示すように底付きゴムモールド10の頂部側に
筒状カバー12を固着し、かつ両者10、12の間を密
閉する。1〜5気圧程度の加圧ガスを筒状カバー12内
に導入することによりゴムモールド10を膨張させる。
続いて、予め筒状カバー内に突入されている吸引管14
の先端を圧粉成形体20の上面に押圧して、これを吸引
して、圧粉成形体20の取り出しを行う。また圧粉成形
体20が磁性体である場合には、吸引の代わりに電磁石
で吸いつけて取り出してもよい。上記実施例とは異な
り、図8に示すようにゴムモールドの外面を一部とする
真空チャンバー内を減圧にし、ゴムモールド10を膨張
させてもよい。
【0027】図8において、8は下パンチ、14は密閉
用カバー、14aは排気孔、15a及び15bはOリン
グ、17は電磁石である。密閉用カバー14は、Oリン
グ15bを介してダイ1にまた、下パンチ8の押上げに
より直接ゴムモールド10に押付けられている。又、下
パンチ8とダイ1の間にはOリング15aが嵌込まれて
いる。したがって、ゴムモールドの外側には排気孔14
aからの排気により真空空間18が作られる。ゴムモー
ルド10が膨張した後は電磁石17により圧粉成形体2
0を吸引する。
【0028】ダイプレス成形した後ゴムモールドを逆向
きにし、ゴムモールドの内面を加圧しもしくは外面を減
圧にし、膨張したゴムモールドから重力を利用して成形
体を下側から落として取り出すことも出来る。割り型を
使用する方法は能率の面では減圧法(図7、8)に劣る
が、この方法ではなお圧粉成形体の取り出しが困難であ
る場合にも取り出しを可能にする。
【0029】パンチによる加圧方向に添った高さがそれ
に直角な方向の寸法より小さいへん平な形状の歯車等の
成形体を、超硬合金、Fe−Co、Ti合金あるいは各
種金属間化合物等脆く成形性の悪い材料の微細粉末を用
いて成形するためには、ゴムモールド内面のうち上下面
の少なくとも一方を形成するゴム(上面を形成するゴム
を蓋部、下面を形成するゴムを底部と呼ぶ)よりも硬質
であるように構成したゴムモールドを使用することが好
ましい。この構成とは逆に、底部が軟質で、側方部が硬
質であると、図9に模式的に示すように、側方部10s
の変形に伴って底部10kが縮もうとし、しわが底部1
0k表面に発生する。このしわがクラックの起点にな
り、圧粉体5′が割れてしまう。また軟質材は、表面に
粉末が噛み込まれやすく、また圧粉体とモールドとの間
の摩擦も大である。さらに、パンチによる圧力を取り除
いた時、軟質の底部10kは下の形状に戻ろうとし、逆
変形するが、このとき底部のゴムが圧粉体5′とかみ込
んで逆変形に追随させようとし、圧粉体5′が割れに至
る。これらのことが圧粉体の割れを生じさせる原因とな
る。側方部10sと底部10kの硬さが同じ場合は、パ
ンチによる圧縮量が多くなると同様に割れの危険が高ま
る。したがって、本発明では底部および/または蓋部を
側方部より硬いゴムとするか、あるいは底部および/ま
たは蓋部を金属もしくは硬い樹脂とする。
【0030】ゴムモールドの蓋部もしくは底部の少なく
とも一方の厚み(t、単位mm)が式:t≦16h/D
(ただし、hは圧粉体の厚み、Dは圧粉体の断面積の正
の平方根である)で表されるように構成する。ここで蓋
部もしくは底部の厚み及び圧粉体の厚みとはパンチによ
る加圧方向の厚みを言い、圧粉体の断面積とはパンチに
よる加圧方向に直交する圧粉体の断面積を言う。圧粉体
の面積が大になる(式の右辺が小さくなる)ほど、ゴム
が逆変形する時の力が大きくなり、圧粉体が割れやすく
なるので、ゴムモールドの蓋部および底部の厚みを小さ
くする。底部10kの厚みを小さくすることを示す図1
0において、底部10kは上パンチ1aの加圧力Paと
その反作用Pbにより押さえつけられている。一方、底
部10kにしわを作る力ゴムモールドの側方部10sお
よび粉末5が断面積を小さくするように縮小する力Pc
である。底部10kの厚みが小さくなるほど前者の押さ
えつけ力Pa、Pbが大になり、後者の力Pcを上回る
と、しわが発生しなくなる。また、上記の式の係数16
は下記の実験の結果割れ発生有無に対して臨界的である
ことが見出された。後述の図11の(e)及び(g)の
形状をもつゴムモールド(寸法30×30×5mm、h
/D=0.17)を用いて平均粒径10μmのFe−C
o粉末を1.0t/cm2 の圧力で成形した。この成形
を、ゴムモールドの底部厚み(t)を0.5〜3.5m
mの範囲で変化させて、各厚みにつき10回行い、10
個の成形体を作製した。その結果、次の割れ個数が得ら
れた。t=0.5、1.0、1.5mm、0個;t=
2.0mm、1個;t=2.5mm、4個;t=3.0
mm、10個。この割れ調査結果より上記した係数16
が求められた。
【0031】ゴムモールドの底部、蓋部を硬質とする代
わりに、上部及び/又は下部が開放されたゴムモールド
を直接金属パンチで加圧して、パンチに硬質部の代用を
させることができる。上述の二つの方法、すなわち底部
及び/又は蓋部を(イ)硬質ゴム、金属又は硬質樹脂と
する(ロ)上記の式を満たす薄いゴムとする方法を具体
化したゴムモールドの例を図11に示す。図中ハッチン
グは金属または硬質ゴムを示す。(a)は上蓋10uを
軟質ゴム、側方部10sを軟質ゴム、底部10kを硬質
ゴムまたは金属とした例である。(b)は上蓋10uを
軟質ゴム、側方部10sを軟質ゴム、底部10kを硬質
ゴムまたは金属とした例である。(c)は上蓋10uを
上記の式を満たす薄い(以下、単に「薄い」という)軟
質ゴム、側方部10sを軟質ゴム、底部10kを硬質ゴ
ムまたは金属とした例である。(d)は上蓋10uを上
記の式を満たす薄い(以下、単に「薄い」という)軟質
ゴム、側方部10s及び底部10kを一体の軟質ゴムと
した例である。(e)は上蓋10uを硬質ゴムまたは金
属、側方部10sおよび底部10kを一体の軟質ゴムと
した例である。(f)は上蓋10uを軟質ゴム、側方部
10sおよび薄い底部10kを一体の軟質ゴムとした例
である。(g)は上蓋10uを硬質ゴムまたは金属、側
方部10sおよび薄い底部10kを一体の軟質ゴムとし
た例である。(h)は上蓋10uを薄い軟質ゴム、側方
部10sおよび薄い底部10kを一体の軟質ゴムとした
例である。(i)は上蓋10uを硬質ゴムまたは金属、
側方部10sを軟質ゴム、底部10kを硬質ゴムまたは
金属とした例である。(j)は上蓋なし、側方部10s
を軟質ゴム、底部10kを軟質ゴム、底部10kを側方
部の切り欠きに固定した硬質ゴムまたは金属とした例で
ある。(k)は硬質ゴムまたは金属の底部10kを側方
部10sで側面と下面から取り囲んだ例である。底部が
薄い場合は、底部下側を金属もしくは硬質ゴムなど、底
部上側より硬質の材料で補強することができる。(l)
は(i)の上蓋10uに下向きの突起を設け、プレス機
外で上蓋により粉末を高密度に圧縮し、(1)に示され
た状態でプレスする例である。
【0032】図12の(a)には図11の(e)と同じ
作用を有するゴムモールドを示す。この(a)のゴムモ
ールドでは上パンチ1aが上蓋10uの作用を営み、圧
粉体の割れを防止する(請求項11の方法)。さらに図
12の(b)には図11の(i)における上蓋10u、
底部10kの作用をそれぞれ上パンチ1a及び下パンチ
1bが営むモールドの例を示す。さらに、図12の
(c)には、上パンチ1a及びしたパンチ1bが硬質材
料であり、硬質上蓋10u(例えば図11の(e)参
照)の作用を営むモールドが示されている。
【0033】長尺物の成形では、扁平物と全く逆の現象
が起こる。すなわち扁平物ではゴムモールドの影響は面
積の広い上下端面からのそれが支配的であるので、上下
端面の少なくとも一方を硬質とすることで、割れを防止
した。ところが長尺物では側面からのゴムモールドの影
響が支配的となる。従って側方を軟質とすると図9に図
解した原理によって、今度は層状割れを発生する(図1
3参照)。したがって層状割れを防止するためにはゴム
モールドがダイプレス機の上下パンチと面する上下側の
少なくとも一方の側の材料が、ゴムモールドがダイプレ
ス機のダイに面する側方側のゴムよりも軟質であるよう
に構成することが好ましい。
【0034】AlやFe系などのように比較的軟質で、
成形性のよい微細粉末を軟質ゴムモールドで成形する
と、粉末ゴムモールドの側壁をかみ込んで、除荷しても
ゴムモールドが成形体の外表面と分離できなくなること
がある。この場合、硬質ゴムモールドはかみ込みが起こ
り難いが、ゴムモールド全体を硬質ゴムより構成すると
ゴムモールドを膨張させて圧粉成形体を取り出すのが困
難になる。そこでゴムモールドの少なくとも側面部を二
層構造とし、微細粉末に面する側のみを硬質の材料で構
成することにより、ゴムモールド全体の柔軟性を保った
まま微細粉末のかみ込みを防止することが有利である。
蓋部、底部も同様の二層構造としてもよい。また、この
ような二層構造は二層材料を注型もしくは射出成形で作
ってもよく、又は予め作製したゴムモールドの内面に硬
質材料をコーティングしてもよい。硬質ゴムの代わり
に、二硫化モリブデン等の潤滑剤を配合した樹脂もしく
はゴム、あるいは四フッ化エチレン樹脂等低摩擦係数の
材質を内層に用いて同様の効果を得ることができる。
【0035】リングなどの中空体の製造方法においては
ゴムモールドが中空部形成のために該ゴムモールドより
硬質の材料からなるマンドレルを備えている構成とす
る。この構成とは逆にマンドレルが軟質であると、パン
チの加圧力により圧粉体と一緒にマンドレルが径方向に
収縮し、つぎにパンチを後退させ、ゴムモールドと圧粉
体に加えられていた荷重を除くとマンドレル10mが収
縮した圧粉体5′の中心穴を押し広げるように膨張する
(図14参照)。この結果圧粉体5′に割れが発生す
る。したがってマンドレル10m(図14参照)は側方
部10sよりも硬質であることが好ましい。
【0036】図15はマンドレルを使用して図16に示
すような二つの中空部を有する圧粉体を作る成形法の一
具体例を示し、マンドレル10m、10m′を金属から
構成し、マンドレル10mが入る凹部9′を上パンチ9
の中に形成している。図17に示すような中空成形体を
作るときは、硬質マンドレルの一部が成形体の側面部ま
で貫通する。本発明の方法では通常のダイプレスよりも
圧縮ははるかに等方的であり、ゴムモールドの存在によ
り、金型と粉末の摩擦も皆無である。従って上パンチの
みの片押しでも粉末が偏らず均一に成形される。これに
よりプレス機が極めて簡単化される。
【0037】本発明法を自動化するには、複数のゴムモ
ールドを周回経路で搬送する方法が望ましい。本発明法
では割れや欠けを生ずることなく微細粉末を用いたne
t−shape成形体を製造することが目的であるの
で、前記自動化を実現する一つの方法として、微細粉
末の計量およびガイド枠を用いた自然充填、微細粉末
の自然充填後に行う、振動及び/又はプッシャー押圧に
よるゴムモールドへの高密度充填、ダイプレス、及
びゴムモールドからの圧粉成形体の取り出しをゴムモー
ルドを間欠的に搬送する周回経路で順次繰り返し行う。
これを実施するための装置としては、前記ゴムモールド
を間欠的に搬送する周回経路に沿って微細粉末の計量
機、微細粉末をゴムモールドに自然充填させるフィー
ダ、高密度充填を行うための加振機及びもしくはプッ
シャー、圧粉成形体をゴムモールドから取り出す治具
を順次配列した装置を用いることが望ましい。ここで成
形体の搬送が連続であるとモールドが動いている間に
〜の各工程がなされなければならず、フィーダー、パ
ンチ等がモールドと共に動く必要が生ずる。なぜならば
微細粉末はゴムモールド中でブリッジングを起こし易い
ので、自由落下すりきりによる給粉機は使えず、ゴムモ
ールドとともにフィーダー及びガイドを移動させて計量
された粉末をモールド中に充填する必要があるからであ
る。これは各治具を固定配置する場合に比べ、大幅な装
置の複雑化を招く。
【0038】本発明の方法により、粉末の給粉、充填、
成形体の取り出しの間にプレス機が占有されないため、
極めて生産性は向上する。ダイがゴムモールドとともに
搬送される方法の一実施例を図18を参照として説明す
る。ゴムモールド10i(図19参照)のゴム自体は底
なしモールドを形成し、ゴムモールドの開放底部は回転
ダイ40の一部に閉じられている。したがって、回転ダ
イ40がゴムモールドの底部を構成している。ゴムモー
ルド10iがリング状回転ダイ40と共に順次回転移動
しながらフィーダーによる粉末のゴムモールド10iへ
の充填、ダイプレス装置60によるダイプレス、成形体
取り出し装置62による成形体の取り出しなどの一連の
操作(A〜D)を行うことができる。
【0039】Aでは定量供給装置で秤量された微細粉末
5(図20参照)をガイド100を取り付けたゴムモー
ルド10に投入し加振器41により振動させ密度を上
げ、さらにプッシャー22にて所望の高密度まで上げ
る。なお、図20ではダイは図示が省略されている。図
18のBは予備位置であり、Cでダイプレスで加圧す
る。A、B、C及びDにおける操作が開始し完了するま
で回転ダイ40は移動を停止している。なお圧粉成形後
ゴムモールド10iは原形に復帰するので圧粉体63の
周りにリング状間隙10rが作られる。この間隙10r
は上記した吸引により圧粉体63をゴムモールド10i
から取り出すのに十分な大きさを有する。66は制御ユ
ニット50により駆動されるステップモータ67により
駆動されるコンベヤーである。アーム64が該コンベヤ
ー66上方に振回、圧粉体63をコンベヤー66上に載
せた後に、コンベヤー66が移動する。かかる一連の動
作は制御ユニット50により制御される。
【0040】28は、エアーピストン24、エアーユニ
ット25、電磁石26、電磁石励磁電源27からなるゴ
ムモールド清掃装置である。電磁石26は圧粉体をダイ
から取り出した後、ダイキャビティ上方に移動し、そし
て電磁石電源27により励磁されて磁力によりゴムモー
ルド10内に残存する残粉を吸引して、ゴムモールドの
清掃を必要により行う。なお、粉末が非磁性である場合
は吸引等の清掃手段を用いることができる。ダイがゴム
モールドと共に前記周回経路で搬送されるようにしても
よい。すなわち図18においてリング状回転台40は安
価な炭素鋼製とし、ダイス鋼製のダイはゴムモールド1
0とともにリング状回転台40に着脱されるように構成
してもよい。活性度の高い合金の微細粉末を成形するた
めに、ゴムモールドの周回経路内での搬送を不活性ガス
チャンバー内で行うことが好ましい。周回経路装置で
は、微細粉末および成形体の経路が一定するため装置全
体がコンパクト化できるので雰囲気化が容易である。図
18に二点鎖線30で示したようにプレス機周辺と経路
の部分を選択的に不活性ガス容器(30)に収納するこ
とも可能である。
【0041】図21はゴムモールドのみが搬送され、ダ
イが周回経路のごく一部分に沿ってのみ移動する場合の
本発明の実施例に係る装置の平面図、図22は図21の
側面図、但し一部断面図である。この装置では、ダイを
円盤状回転ダイ1aとし、穿設した複数個(図面では2
個のみが示されているが3個以上でもよい)の円筒形孔
部により形成し、それぞれのダイが円形経路に沿って移
動するように回転ダイ1aをモーター91により回動さ
せ、上下パンチ9、8をダイ内に上下から奘入する第一
の位置P1 に設け、第二の位置P2 で回転ダイに微細粉
末をゴムモールドとともに奘入するモールドローダー7
0を設け、さらに、第三の位置P3 において回転ダイ1
aから圧粉成形体を包含するゴムモールドを取り出す取
出器78、84を設けている。回転ダイ1aはモーター
91によりP1 、P3 、P2 を順次循環される。
【0042】円盤ダイ1aはすべてが高価なダイス鋼で
なくパンチと接触する周囲だけ使用すればよく、他は軽
量化低コスト化の為に、その一部をプラスチック、鉄等
を使用できる。モールドローダー70は2基の油圧シリ
ンダー71、80により駆動される。油圧シリンダー7
1は先端に吸引口を取り付けた中空ロッド79を前進後
退させる。図22の位置では右側に示されたゴムモール
ド10がダイ中に挿入されている。油圧シリンダー80
はそのピストン92に固着されたシリンダー71を全体
として昇降させる。上昇状態では、吸引口はベルトコン
ベヤー45上でゴムモールド10を吸引し、その後上昇
状態のまま中空ロッド79が前進し、ダイの上方まで移
動する。その後シリンダー71は下降し、ダイ中にゴム
モールド10を挿入する。76、81は油圧ユニットで
ある。75は固定カムであって、回転ダイ1aが回転す
ると、ダイ中に設けられた昇降底1dが固定カム75の
上面輪郭に沿って図23に示すように摺動する。すなわ
ち、まずプレス中にはダイは固定カム75からは完全に
はなれているが((a)図参照)、次に固定カム75の
裾の部分に乗り((b)図参照)さらに山の斜面に沿っ
て上昇し((c,d)図参照)、頂上の平坦部に達する
と、圧粉成形体を内部に配置したゴムモールド10は回
転ダイ1aの上面と同じレベルに達する((e)図参
照)。この時ゴムモールドは第三の位置P3 に達してい
る(図22参照)。その後再び昇降底1dは下降するの
で、未成形の微細粉末をダイに受け入れできるようにな
る((f)図参照)。第二の位置P2 近傍に末端が位置
する第一のコンベヤー45を設け、第一のコンベヤー4
5により微細粉末を充填したゴムモールドを搬送する。
第三の位置P3 の近傍に末端が位置する第二のコンベヤ
ー140を設けている。ゴムモールド10は回転ダイ1
aの回転運動によってゴムモールド回収板78に沿って
案内され、さらに固定式の台84上を若干滑って第二の
コンベヤー140上に受け渡される。
【0043】
【実施例】
実施例1 使用したゴムモールドを図24に示す。上蓋部10uは
硬質ゴム(硬度90)、側方部10sは軟質ゴム(硬度
40)、底部10kは硬質ゴム(硬度90)製であっ
た。ゴムモールドのキャビティ部内法寸法は30×30
×3(mm)であった。このゴムモールドの製作は次の
ようにして行った。図25に示すキャビティと同じ形状
の金型36の底に、あらかじめ硬化させ、切り抜いた硬
質ウレタン板34をセットし、あらかじめ真空脱泡した
未硬化のゴム35(大日本インキ化学工業製ウレタンゴ
ム、2液混合常温硬化型)を注型して、底部10kと側
方部10sを成型した。
【0044】以下の実施例で使用するすべてのゴムモー
ルドはこの方法に準じて作成した。微細粉末としてはF
e−45wt%Coアトマイズ粉(平均粒度15μm、
真密度8.3g/cc)をプレス圧:1.0t/cm2
で成形した。得られた圧粉成形体を焼結温度1200℃
焼結時間6時間で焼結した。結果を表1に示す。粉末は
すべて潤滑剤、バインダーを全く添加しなかった。
【0045】(1)表において左端のデータが自然充填
による比較例である。自然充填では粉箱より微細粉末を
ゴムモールドへ自由落下させた後、ゴムモールド上方へ
の盛り上がり部をすり切りした。粉末の重量は測定しな
かった。これに対して実施例ではすべてあらかじめ各充
填密度ごとに微細粉末の重量を±1%の誤差範囲で測定
した。 (2)充填方法 N・・・・自然充填(自由落下後すり切り) NV・・・ガイドを通じて粉末をキャビティ内に落下さ
せながら振動させ、粉末上面をゴムモールドと一致させ
るために軽くプッシャーで押す NVP・・ガイドを通じて粉末をキャビティ内に落下さ
せながら振動させ。プッシャーで強く押し込む (3)割れ、欠け判定基準(n=50)
【0046】○ 割れ、欠けが発生しない △ 全数の10%未満の割れ、欠けが発生 × 全数の10%以上の割れ、欠けが発生
【0047】(4)変形判定基準 × 不均一変形が著しく、後の加工による寸法調整が
不可能、ゴムモールドの形状を修正しても改善が困難 △ 若干不均一変形があるが、後の加工もしくはサイ
ジングによる寸法調整により補える程度 ○ ほとんど不均一変形しない。若干の不均一変形が
残るがゴムモールドの内側面の形を若干変えるだけで良
好な成形体が得られる 以上(1)から(4)はすべて
の実施例について同じである。
【0048】
【表1】
【0049】Fe−Co粉の場合と同様にTi粉(水素
化分解粉末(平均粒度10μm、真密度4.5g/c
c)をプレス圧1.0t/cm2 で成形し、得られた圧
粉体を1150℃、6時間の条件で焼結した。結果を表
2に示す。
【0050】
【表2】
【0051】実施例2 図26に示すゴムモールドの上蓋10uは硬質ゴム(硬
度90)より、底付き側方部10sは軟質ゴム(硬度4
0)より作り、キャビティ部内法寸法は内径4×高さ1
7mmとした。使用した粉末、プレス圧、焼結条件は以
下のとおりであり、結果をそれぞれの表に示す。 (1)Fe−2wt%Si(平均粒度10μm、真密度
7.7g/cc) プレス圧:1.0t/cm2 、焼結温度1200℃ 焼結時間:6時間 (表3) (2)Fe−0.3wt%C(水アトマイズ→水素還
元) (平均粒度20μm、真密度7.8g/cc) プレス圧:1.0t/cm2 、焼結温度1200℃ 焼結時間:6時間 (表4) (3)Fe−0.3wt%C(水アトマイズ→水素還
元) (平均粒度12μm、真密度7.8g/cc) プレス圧:1.0t/cm2 、焼結温度1200℃ 焼結時間:6時間 (表5) (4)Fe−42wt%Ni(アトマイズ粉) (平均粒度30μm、真密度8.1g/cc) プレス圧:1.0t/cm2 、焼結温度1200℃ 焼結時間:6時間 (表6) (5)Fe−42wt%Ni(アトマイズ粉) (平均粒度12μm、真密度8.1g/cc) プレス圧:1.0t/cm2 、焼結温度1200℃ 焼結時間:6時間 (表7) (6)Ti (水素化分解粉末) (平均粒度10μm、真密度4.5g/cc) プレス圧:1.0t/cm2 、焼結温度1150℃ 焼結時間:6時間 (表8) (7)焼結用Al (アトマイズ粉) (平均粒度10μm、真密度2.7g/cc) プレス圧:1.0t/cm2 、焼結温度600℃ 焼結時間:6時間(表9)
【0052】
【表3】
【0053】
【表4】
【0054】
【表5】
【0055】
【表6】
【0056】
【表7】
【0057】
【表8】
【0058】
【表9】
【0059】実施例3 実施例2と同一のゴムモールドを使用し、各種材質の微
細粉末毎に表10中記載の充填密度にガイド枠、振動及
びプッシャーを使用して充填し、実施例2と同一条件で
プレスし、焼結した。但し、Fe−45%Coは後述の
実施例6の条件でプレスし、焼結した。一方、比較のた
めにゴムモールドで成形したものとほぼ同じ形状が成形
できるダイ(ダイ内径3.9mm)によるダイプレス法
を実施したところ、ゴムモールドによる成形に用いたの
と同じ微細粉末は流動性が低いため金型への充填が不可
能であった。そこで表10中記載の粗粉を使用し、自然
充填後1.5t/cm2の圧力で成形した後、微粉の場
合と同一条件で焼結した。焼結体の密度を表10、表1
1に示す。
【0060】
【表10】
【0061】
【表11】
【0062】実施例4 図27に示すゴムモールドを使用してボルトを成形し
た。ゴムモールドの上蓋10u及び側方部10sは軟質
ゴム(硬度40)より製作した。使用した粉末は、Fe
−2wt%Si(平均粒度10μm、真密度7.7g/
cc、アトマイズ粉)−表12−及びTi粉末(平均粒
径30μm、真密度4.5g/cc、水素化分解粉末−
表13−であった。前者の粉末はプレス圧1.2t/c
2 で成形し、得られた圧粉成形体を焼結温度1200
℃、焼結時間6時間の条件で焼結した。後者の粉末はプ
レス圧1.4t/cm2 で成形し、得られた圧粉成形体
を焼結温度1150℃、焼結時間6時間の条件で焼成し
た。結果を表12および表13に示す。いずれの材質も
自然充填の場合にねじ山の損傷が特に激しく、またねじ
の足と頭の境目で折れた。ねじ山の損傷は粉末がゴムモ
ールドのねじ山を形成する溝のすみずみまで均一に充填
されなかったために生じ、又成形体の折れはゴムモール
ドの不均一変形によると考えられる。
【0063】
【表12】
【0064】
【表13】
【0065】実施例5 図28に示すゴムモールドA及びゴムモールドBを使用
してFe−45wt%Co微細粉末(平均粒度12μ
m)を充填密度3.70g/ccにて充填した。キャビ
ティ内法寸法は何れのゴムモールドでも30×30×3
mmあった。ゴムモールドAは全体(10u、10s)
が軟質ゴム(硬度40)より作成され、ゴムモールドB
は側方部が上記軟質ゴムより作製され、その他の部分
(10u、10k)が硬質ゴム(硬度90)より作製さ
れた。充填方法としてはあらかじめ計量した微細粉末を
ガイドを用いて自然充填後、振動およびプッシャーによ
り強制充填した。プレス圧1.0t/cm2 で成形を1
0回行ったところゴムモールドAで成形した圧粉体は全
数に割れを生じ、ゴムモールドBは全数良好な成形体を
得た。
【0066】実施例6 図29にそれぞれ示し、下記材質よりなるゴムモールド
A、B(キャビティ内法寸法4×17mm)を使用し
て、微細粉末、充填密度、方法、プレス条件、n数は実
施例4に同じ条件で成形した。 ゴムモールドA ゴムモールドB 上蓋 軟質ゴム(硬度40) 硬質ゴム(硬度80) 側方部 硬質ゴム(硬度80) 軟質ゴム(硬度40) 底部 軟質ゴム(硬度40) 硬質ゴム(硬度80) ゴムモールドBで成形した圧粉成形体は全数層状割れを
生じ、ゴムモールドAで成形した圧粉成形体は全数良好
であった。
【0067】実施例7 図30に示し下記材質よりなるゴムモールド(A)、
(B)、(C)を使用し、アルミニウム粉末(平均粒度
30μm、アトマイズ粉)を成形した。 上蓋 側方部 内面皮膜(10n) ゴムモールド(A) 硬質ゴム 軟質ゴム なし (硬度90) (硬度40) ゴムモールド(B) 同上 同上 四フッ化エチレン樹脂 (硬度80) (t=0.5mm) ゴムモールド(C) 同上 同上 40%MoS2 (硬度80) 配合軟質ゴム (硬度40) (t=1.0mm) ゴムモールド(A)を使用する成形では、圧粉成形体が
ゴムモールドにかみ込み、モールドを逆さにしてモール
ド内を1.0kg/cm2 の圧縮空気で加圧しても成形
体がそのままモールド内に残留した。ゴムモールド
(B)、(C)を使用する成形ではかみ込みは全く生じ
ずゴムモールドを逆さにして膨らませると容易に成形体
は落下し、取り出し可能であった。
【0068】実施例8 図31の(A)、(B)、(C)に示す形状を有しマン
ドレルが下記表の材質からなるゴムモールドを使用し、
Fe−2wt%Si(アトマイズ粉、粒度12μm)を
1t/cm2 でプレス成形して、マンドレルの材質別に
よる割れ発生数を調べた。ゴムモールド(A)、(B)
の形状は外径φ33mm×内径φ24mm×高さ18m
m、マンドレル10mの形状はセット状態で外径φ12
mm×高さ15mm((A)の場合)、外径φ12mm
×高さ7.5mm((B)の場合)であった。ゴムモー
ルド(C)は外径φ33mm、内径φ24mm,高さ1
8mmの寸法であり、マンドレルとしては厚み1.5m
m、高さ7.5mmのブレードを8枚放射状に配置し
た。割れ状況を10回成形中の割れ回数として表14に
示す。
【0069】
【表14】 表14より、マンドレルが軟らかいと成形体と一緒にマ
ンドレルが径方向に収縮し、この状態で除荷すると縮ん
だ成形体の穴を押し広げるようにマンドレルが戻るので
割れが生ずることが確かめられた。マンドレルの材質と
して最も望ましいのは金属、次に高硬度ゴムであり、変
形しにくい材質が適していると言える。
【0070】実施例9 高純度Al及び高純度LiをAl−2.84wt%Li
の組成になるように配合後、Ar雰囲気で溶解し、Ar
ガス・アトマイズにより平均粒度8μmのAl−Li合
金粉末を得た。この粉末を用い、内法寸法が内径30φ
×高さ10mmのウレタンゴム(硬度60)製貫通ゴム
モールドを固定配置した周回経路式圧粉体製造装置(図
18)により円板状圧粉体を製造した。ここで、成形は
装置全体が大気中に暴露される(チャンバー内に置かな
い)例について行ったところ、粉末が頻繁に発火して成
形が不可能であった。
【0071】一方、図18の二点鎖線30で示される部
分をドーム状チャンバーで覆い、チャンバー内の空気を
アルゴンガスで置換し、成形を行ったところ、成形が可
能になった。
【0072】
【発明の効果】請求項1の方法によれば従来の射出成形
法より高能率で微細粉末の圧粉成形体が得られる、すな
わち、本発明の方法は高密度充填を行うので通常のダイ
プレスより能率は劣るが、射出成形法の脱バインダー処
理を行うよりは遥かに高能率である。また請求項1の方
法ではバインダー及び潤滑剤を必要とせずに微細粉末を
成形することができる。
【0072】請求項2、3の方法によれば高密度充填を
能率的に行うことができる。請求項4及び5の方法によ
れば焼結体の単重のばらつきを極めて小さくすることが
でき、焼結体の最終機械加工代を少なくすることができ
る。請求項6及び7の方法及び請求項29のゴムモール
ドによるとパンチの除荷後圧粉成形体の取り出しが容易
になる。請求項8から11及び23から29のゴムモー
ルドの構成は特に割れが起こり易い圧粉成形体の成形に
有効である。
【0073】請求項12及び13のゴムモールドの構成
はゴムモールドへのかじりを防止する。請求項14の方
法ではダイプレス機の構造を簡単にすることができる。
請求項15の方法は中空体を割れを生ぜずに成形するこ
とができる。請求項16、17、19、20、21の発
明は微細粉末をダイプレス機外でゴムモールドに高密度
に充填することを利用して、ダイプレス機の能率を低下
させずに高能率でプレス成形を可能にする。請求項18
の方法は高活性粉末の発火を防止するのに有効である。
請求項30の方法では焼結のみで微細粉末の高密度焼結
体を作ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】微細粉末をゴムモールドに高密度に充填する方
法を示す図である。
【図2】ガイド枠の図である。
【図3】ガイド枠の図である。
【図4】微細粉末の計量法を示す図である。
【図5】割り型モールドの図である。
【図6】割り型モールドの図である。
【図7】ゴムモールドを膨張させる方法を示す図であ
る。
【図8】ゴムモールドを膨張させる方法を示す図であ
る。
【図9】成形体の割れの説明図である。
【図10】ゴムモールドにかかる圧力の図である。
【図11】各種ゴムモールドの図である。
【図12】上下端の少なくとも一方が開放されたゴムモ
ールドによる成形法を示す図である。
【図13】層状割れの説明図である。
【図14】中空体成形用ゴムモールドの図である。
【図15】中空体成形用ゴムモールドの図である。
【図16】中空体の図である。
【図17】中空体の図である。
【図18】周回路式装置の図である。
【図19】図18の装置に設けられたゴムモールドの図
である。
【図20】プッシャー及び加振器を備えたゴムモールド
の図である。
【図21】周回経路式装置の図である。
【図22】図21の装置の側面図及び一部断面図であ
る。
【図23】カム板の動作説明図である。
【図24】実施例1で使用されたゴムモールドの図であ
る。
【図25】図24のゴムモールドの作製法を示す図であ
る。
【図26】実施例3で使用されたゴムモールドの図であ
る。
【図27】実施例4で使用されたゴムモールドの図であ
る。
【図28】実施例5で使用されたゴムモールドの図であ
る。
【図29】実施例6で使用されたゴムモールドの図であ
る。
【図30】実施例7で使用されたゴムモールドの図であ
る。
【図31】実施例8で使用されたゴムモールドの図であ
る。
【符合の説明】
1 ダイ 2 コンベヤー 3 振動メッシュ 4 容器 5 微細粉末 6 重量測定器 7 微細粉末 8 下パンチ 9 上パンチ 10 ゴムモールド 11 切り込み 12 筒状カバー 14 密閉用カバー 15 Oリング 17 電磁石 18 真空空間 20 圧粉成形体 22 プッシャー 30 不活性ガス容器 31 油圧ユニット 32 油圧シリンダー 33 中子 34 硬質ウレタン板 35 未硬化のゴム 36 金型 40 リング状回転台 41 加振機 42 フィーダー 44 モーター 45 ベルトコンベヤー 50 制御ユニット 60 ダイプレス装置 62 成形体取り出し装置 70 モールドローダー 71 油圧シリンダ 75 カム 76 油圧ユニット 78 ゴム型回収板 79 中空ロッド 80 油圧シリンダ 81 油圧ユニット 82 油圧ユニット 90 受皿 91 モーター 92 ピストン 100 ガイド枠 102 プッシャー
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成3年3月28日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 焼結用圧粉体の製造方法、製造装置、
ゴムモールドならびに焼結体の製造方法
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は焼結用圧粉体の成形法に
関し、さらに詳しく述べるならば、通常のダイプレス法
を改良して微細粉末の圧粉成形を可能にした圧粉体成形
法、及び圧粉体の製造装置とゴムモールドならびに焼結
体の製造方法に関する。粉末冶金技術では、使用する粉
末の粒径を小さくすることによって、焼結体が高密度化
するのみならず焼結体の結晶粒径が微細化し、この結果
AlやTi及びそれらの合金の焼結材料では機械的強度
が著しく向上し、鉄系軟磁性材料では磁気特性が向上す
る。しかし、この微粉末化による焼結体の強度および信
頼性向上は粉末の流動性の低下を招くことになる。粒径
が小さく流動性が低い粉末をダイに自然充填すると、ダ
イ中で粉末が架橋現象を起こしやすくなり、充填の密度
が大きく変動する。その結果、圧粉成形体単重のばらつ
きが極めて大きくなりまた平均充填密度も低下するとい
う欠点を生ずる。
【0002】
【従来の技術】以上のような理由によって微細粉末を通
常のダイプレス法により圧粉成形することはできないの
で、微細粉末を圧粉成形するためには有機バインダを4
0%もの多量に添加したスラリーを成形する射出成形法
によらなければならない。しかし、この方法では脱バイ
ンダ処理に数日を必要とし、また有機バインダの分解生
成物が炭素として焼結製品に残留して製品の特性を劣化
させる。
【0003】また、微細粉末は、粉末の比表面積が増大
するため、極めて活性になり、大気中で酸化劣化し易
い。特に航空機用等に高い信頼度が要求されるAl−L
i合金やTi合金などの微粉末は大気中で急速に酸化
し、甚だしい場合には自然発火する。また微細粉末は
火源に対しても極めて鋭敏化し、ダイプレス法ではダイ
とパンチの間の潤滑が粉かみ等によって低下すると、摩
擦によって火花を生じるので発火の危険が高い。
【0004】粉末成形に最も良く使われるダイプレスで
は成形できる製品の形状には制限がある。ネジのように
くびれや凹凸のある形状やあまり細長い成形品はダイプ
レスで成形できない。ダイプレスにおける粉末の圧縮を
等方的にするための改良方法として、ダイにゴムモール
ドを設置して、粉末を充填したゴムの弾性変形を利用し
て粉末をパンチの動く方向と垂直な方向からも圧縮する
方法が考案されている(例えば特開昭49−13580
5号公報)。この方法を以下ゴムモールドダイプレス法
と呼ぶ。ゴムモールドダイプレス法では凹凸のある異形
品の成形が原理的に可能であるがゴムの変形が不均一に
なりがちで、割れや欠けが及び成形体の変形が頻繁に起
こる。ゴムなどの袋に入れられた粉末を液体中で静水圧
的に圧縮することにより密度が均一な成形体を得るCI
P法は能率が低く、圧粉体の高能率連続生産には適して
いない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の通常のダイプレ
ス法ではバインダなしで微細粉末の圧粉成形体を製造す
ることは困難である。従ってアルミニウムのように元来
軟質で成形体密度の上げやすい材質でも、粒径が大きい
粗粉末を使用してあえて低密度成形が実施されており、
低い焼結密度に甘んじている。
【0006】一方、射出成形法では微細粉末の圧粉成形
体を製造し、これを使用し密度が90%以上の高密度焼
結体を製造することは可能であるが、脱バインダー時間
が著しい長時間に及ぶので、通常のダイプレス法により
著しく生産性が低い。さらに、この圧粉成形体を焼結し
た製品は炭素等の不純物が多くなり、Ti合金などの場
合は焼結品の機械的性質が劣化する。従来、粗粉の圧粉
体を焼結して得た製品を高密度化するためにはサイジン
グなどの工程が必要であった。しかしサイジングは軟質
材料にのみ可能であった。したがって、本発明は通常の
ダイプレス法と同等の生産性で微細粉末を成形する方法
及び装置を提供することを目的とする。さらに、本発明
は焼結のみで各種材料につき高密度製品を得ることを目
的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明の方法
は、少なくとも側方部がゴムからなるゴムモールドに
細粉末を高密度充填し、ダイプレス機のパンチによりゴ
ムモールド及び微細粉末を圧縮する方法であって、その
第一はダイプレス機外で高密度充填を行い、その第二は
ダイプレス機内でゴムモールドを実質的に変形させるこ
となくダイプレス機のパンチにより高密度充填を行うこ
とを特徴とする。ここで、「ダイプレス機外で」とはゴ
ムモールドがダイプレス機のパンチの軸方向位置からず
れた位置にある状態を指し、必ずしも完全にパンチ、ダ
イホルダー、ラムなどから構成されるダイプレス装置の
外に出ていなくともよい。「ダイプレス機のパンチによ
り圧縮する」とは上下パンチのいずれか一方又は両方に
より直接または間接にゴムモールド及び高密度充填され
た微細粉末を圧縮することにより圧粉体をつくることで
ある。ここで、ゴムモールドの圧縮に伴いパンチの移動
方向とほぼ直交方向に発生する圧縮力と、パンチの移動
方向の圧縮力の両方を微細粉末に加えることが微細粉末
を密度が均一でかつ高い圧粉体に成形するために必要で
ある
【0008】本発明において微細粉末とは、密度が90
%以上の焼結体を提供しうる平均粒径50μm以下の粉
末である。望ましくは30μm以下、さらに望ましくは
20μm以下の粉末を使用して圧粉成形体を作り、これ
を焼結し真密度の90〜95%以上もの高密度焼結体を
得る。
【0009】粗粒、すなわち平均粒径が50μmを超え
る粉末をゴムモールドを使用して成形しても圧粉成形体
中の空隙の大きさ及び体積率が非常に大きくなるため、
焼結時にこの空隙がなかなか収縮せず、結果的には焼結
による成形体の収縮が1体積%程度と、極めて低くな
り、高密度の焼結体が得られない。例えば鉄系軟磁性材
料をこの方法で焼結すると、90%未満の焼結体密度と
なる。
【0010】本発明において粉末とはFe、Co、N
i、Cu、Mo、Al、Tiなどの金属および合金以外
にTiC、WC、などの化合物の粉末も含む。Fe系の
微細粉末は水もしくは不活性ガスによるアトマイズ粉末
が多くの場合使用され、また場合によりカルボニル粉末
も使用される。Al系微細粉末はガスアトマイズまたは
急冷粉末が使用される。Ti系微細粉末は水素吸蔵処理
と脱水素の繰り返しにより作られたものが多く使用され
る。また機械的粉砕法により作られる微細粉末も使用さ
れる。また、Fe−Co、Ti合金など硬質で成形性の
悪い微細粉末でも、結合剤や潤滑剤を添加しないで成形
することが本発明法の特徴である。また、本発明法では
ゴムモールドを使用するため、微細粉末がダイと直接接
触せず、通常のダイプレスのような粉かみが起こらな
い。従って潤滑剤も使用しなくともよい。すなわち、結
合剤などからの残留炭素の上述した悪影響を避けるため
に結合剤は添加しない。但し、焼結品に炭素などの残留
が許容されるときは1重量%以下の結合剤を使用しても
よい。
【0011】このような微細粉末は特に流動性が悪く、
自然充填されるとゴムモールド内で充填密度の粗密を生
じるので、本発明ではダイプレス機による成形前に高密
度充填を行うことが必須である。一般に、粉末のダイ中
への充填にはシェーカー等を利用し粉末を重量により落
下させる自然充填が行われる。シェーカー式フィーダー
による方法では、粉末の入ったボックスをダイを含むテ
ーブル上ですべらせ、ダイ孔中に粉末を自然落下により
落としこみ、ボックスの退去によりダイ孔中の粉末の盛
り上がり部をすり切る方法である。
【0012】ゴムモールドに自然充填された微細粉末を
次にダイプレスにより圧縮すると、ゴムモールドの弾性
変形により微細粉末はパンチの移動方向にも、これと直
交方向にも、言わば擬似静水圧的に圧縮されるので、一
つの圧粉体中での粉末密度の変動が小さくなる。
【0013】しかしながら、自然充填された微細粉末は
ゴムモールド中で圧縮成形すると必ず割れ、欠け、変形
が圧粉成形体に生じる。ゴムモールドを使用するダイプ
レス法において、かかる自然充填密度に粉末を充填した
場合割れが発生する原因について図32を参照して説明
する。
【0014】本願においてはゴムモールドの上面を形成
する材料を蓋部、下面を形成する材料を底部と、内面の
側方部を形成する材料を側方部と呼ぶ。自然充填密度は
11〜13%程度になる場合が多く、粉末の圧縮成形に
よる寸法収縮率は30〜40%もの多きに達する。する
とゴムモールドの部材10s、10k、10u相互間及
びゴムモールド10とダイ間に動く摩擦力等のためにゴ
ムモールド10は図32の(c)に示すように大きく変
形する。この変形のうちゴムモールドの蓋部10u及び
底部10kに生じる不均一変形dyはパンチによる加圧
方向と平行方向の亀裂5dの発生を助長し、ゴムモール
ドの側方部に生ずる不均一変形dxはパンチによる加圧
方向と垂直方向の亀裂5eの発生を助長する。また上記
の不均一変形dxは成形体のエッジ部に激しい「象の
足」変形を発生させる。このような割れ、欠け、変形を
防止するためには、ゴムモールドダイプレス法において
プレス成形前に微細粉末をゴムモールド中に高密度に充
填することが必要である。
【0015】高密度充填における「高密度」とは、少な
くとも自然充填密度の1.15倍以上であり、特に長尺
物及び凹凸の激しい成形体については好ましくは1.3
倍以上である。但し、充填時にゴムモールドが微細粉末
の圧入のために変形を起こし、所望の形状の成形体が得
られなくなる程度の高密度充填は避けなければならな
い。そのため密度は例えば真密度の60%以下が好まし
い。
【0016】本発明の第一により、微細粉末のゴムモー
ルド中への高密度充填にあたっては、微細粉末を一度
然充填を行ってから高密度に充填するか、あるいはゴム
モールドへの充填と同時に高密度充填を行う。ダイプレ
ス機外での具体的高密度充填方法としては、ゴムモール
ドに自然充填された微細粉末に振動を加える;ゴムモー
ルドに自然充填された微細粉末をプッシャーで押しある
いは突き固める;自然充填に続く加振後プッシャーによ
る押圧を行う;給粉と同時にゴムモールドに加振するな
どが可能である。必要によりこれらを組み合わせあるい
は前後して行っても良い
【0017】微細粉末をゴムモールドの上端まで充填す
るには、自然充填状態でゴムモールド内容積よりも多い
微細粉末を入れることになり、そのままでは微細粉末が
ゴムモールドからあふれる。従ってガイド枠を使って微
細粉末をゴムモールド上面よりも高い位置まで充填し、
その後振動を加えるかプッシャーで押し込んで、微細粉
末上面をゴムモールド上面に一致させる。このとき、ガ
イド枠の押し付けもしくはプッシャーによる押圧によっ
て生ずるゴムモールドの変形はモールド内の微細粉末の
充填密度の粗密(図32参照)を生じない程度のもので
ある
【0018】これに対して本発明の第二により、ダイプ
レス機内で高密度充填を行う場合はゴムモールドの変形
が伴う。例えば、ゴムモールドをパンチにより圧縮して
粉末を自然充填状態から高密度充填状態とし、一旦圧縮
を中断した後さらにパンチによる圧縮を続けて圧粉成形
体を得ると、この方法の前段で得られる充填状態では粉
末の密度分布が不均一となりゴムモールドの変形量も大
きいため圧粉成形体の割れや変形などの問題が起こる
で、本発明の第二においてはゴムモールドの実質的変形
を伴わないようにして高密度充填を行う必要がある
【0019】本発明では、高密度充填工程はダイプレス
機外で行う第一の方法がダイプレス機内で行う第二の方
法よりも望ましい。ダイプレス機内ではパンチが上下す
るために粉末を加振、押圧を行うための器具をダイプレ
ス機内に設置して強制的高密度充填を実施することはダ
イプレス機全体の構造が非常に複雑になるため、採用で
きず、また、ダイプレス機内でダイと共にゴムモールド
を振動させることも現実的でないために、ダイプレス機
内での高密度充填の手段は非常に制約があること、また
ダイプレス機内で計量粉末を充填することが困難である
こと、などがその理由である。
【0020】ゴムモールドを実質的に変形させることな
く高密度に微細粉末を充填する本発明の第二の具体的方
法としては、図33に示したように上パンチを微細粉末
のみを押圧できる内側9aとゴムモールドのみを押圧で
きる外側部9bからなる二層構造とし、内側パンチを用
いて微細粉末5をゴムモールド内へ圧入した後、外側パ
ンチ9bと内側パンチ9a両方を用いてゴムモールド1
0及び微細粉末5を圧縮し成形する。
【0021】本出願人は平成3年2月14日にゴムモー
ルドを使用して永久磁石粉末を磁界中成形する方法の特
許出願をしたが、本願においては磁界中成形は行わな
い。次に図1を参照して加振方法を具体的に説明する。
粉末受皿90から予め重量を測定した微細粉末5をガイ
ド枠100を上部に固定したゴムモールド10に自然充
填する(図1の(a)参照)。微細粉末5はゴムモール
ド10の上面よりさらに上方まで堆積する。続いてゴム
モールド10を加振機41の上に載せ、振動を加える
(図1の(b)参照)。加振機41としては電磁式もし
くはクランク式加振機などにより水平方向又は上下方向
の振動を発生するものを使用することができる。振動の
周波数は特に限定されないが、たとえば1〜60Hzで
ある。加振は、給粉時より行ってゴムモールドに落下し
た粉末に高密度を与えてもよく、あるいは給粉が終了し
て一旦自然充填状態になった後に加振を行ってもよい。
以下の説明では主として自然充填後に高密度充填を行う
実施態様の説明を行う。
【0022】その後、微細粉末5がゴムモールド10よ
りさらに上方に盛り上がっている時は、プッシャー10
2により微細粉末5の上面をゴムモールド10の上面ま
で押し下げる(図1の(c)参照)。続いて、プッシャ
ー102及びガイド枠100をゴムモールド10から引
上げる(図1の(d)参照)。ガイド枠100は図1に
示すようにゴムモールド10と同一の断面をもつプレー
トでも図2のようにゴムモールドの開口部と同一の内法
寸法を持つ筒状体、あるいは図3に示すように筒状体の
先端がゴムモールド10の上部に嵌込まれているもので
もよい。ガイド枠の開口部は、ガイド枠の下面側でゴム
モールドの上部開口部とほぼ同じ形状をもっていればよ
く、例えば給粉を容易にするためにガイド枠の開口部は
上面側で多少広がっていてもよい。ゴムモールドに微細
粉末を自然充填する際に、ガイド枠を使用して微細粉末
がゴムモールドから横溢することは防止できるが、流動
性が極めて悪い微細粉末をシェーカー式フィーダーの使
用によりゴムモールドに充填すると充填量のばらつきが
著しい。そこで、ゴムモールドにガイドを通じ、あらか
じめ計量した一定量の微細粉末を投入するようにすれば
極めて正確に圧粉成形体の単量を制御することができ、
また微細粉末は焼結時の収縮率が一定しているのでne
t−shapeの焼結体を安定して生産することができ
る。
【0023】好ましい実施形態を示す図4において、コ
ンベアー2を通じて、微細粉末5を一旦、重量測定機6
と連動した振動メッシュ3に落下させる。微細粉末5は
流動性が低いため、凝集しやすく、直接容器4に落下さ
せると塊になって落下するため正確な重量のコントロー
ルが行いにくい。そこで振動メッシュ3により微細粉末
の凝集塊を解砕しながら、測定器6で容器4内の微細粉
末の重量をモニタしながら一定量の微細粉末7を採取す
る。
【0024】振動メッシュ3上に投入された微細粉末
は、振動メッシュ3の振動が停止している間はほとんど
振動メッシュ3から下方には落下しないので、振動メッ
シュ3の振動のON−OFFを繰り返すことにより、極
めて精密に容器4への落下量を制御することができる。
また微細粉末の重量を測定する代わりに、体積の測定を
行って制御してもよい。容器4の代わりに、ゴムモール
ドあるいはガイド枠付ゴムモールドを設置し微細粉末の
重量をゴムモールドなどと共に測定しながら、微細粉末
をゴムモールドに充填してもよい。
【0025】請求項3〜5の方法により、流動性の悪い
微細粉末でも有機潤滑剤を添加することなく高い重量精
度でゴムモールドに充填することができる。ゴムモール
ド中での微細粉末の充填密度が非常に高い場合、あるい
は成形体の凹凸の度合いによってはパンチの荷重を除い
た後ゴムモールドが原形に復帰しても、成形体とゴムモ
ールドの間に充分な空隙が形成されず、成形体のゴムモ
ールドからの取り出しが不可能あるいは甚だ困難にな
る。その場合図5の(A)のようにゴムモールド10を
割り型10a、10bにすることができる。すなわちゴ
ムモールドの少なくとも側方部を2個以上に分割した割
り型とし、成形後これらを分離して圧粉成形体20をゴ
ムモールド10から取り出す。又、図5の(B)に示す
ようにゴムモールドの側方部に切り込み11を設け、こ
れによる切断面からゴムモールドを開いて成形体を取り
出すようにしてもよい。さらに図6に示すように側方部
と底部、側方部どうしを分割してもよい。しかしながら
割り型を使用するとゴムモールドの分割面に微細粉末が
かみ込んだり、ゴムモールドのねじれ等不均一変形を起
こしやすく、その結果成形品が変形もしくは割れるおそ
れがある。さらに割り型をダイにセットする時間が必要
になる。
【0026】この対策として微細粉末を圧縮成形した
後、除荷を行い、その後、ゴムモールド内面をガスなど
により加圧するかかつ/又はゴムモールドの外面を減圧
して内面側の圧力が高くなるように圧力差を付与し、成
形体とゴムモールドの間の空隙を拡大せしめその後成形
体をゴムモールドより取り出す方法が有効である。この
方法の実施例では図7に示すように底付きゴムモールド
10の頂部側に筒状カバー12を固着し、かつ両者1
0、12の間を密閉する。1〜5気圧程度の加圧ガスを
筒状カバー12内に導入することによりゴムモールド1
0を膨張させる。続いて、予め筒状カバー内に突入され
ている吸引管14の先端を圧粉成形体20の上面に押圧
して、これを吸引して、圧粉成形体20の取り出しを行
う。また圧粉成形体20が磁性体である場合には、吸引
の代わりに電磁石で吸いつけて取り出してもよい。上記
実施例とは異なり、図8に示すようにゴムモールドの外
面を一部とする真空チャンバー内を減圧にし、ゴムモー
ルド10を膨張させてもよい。
【0027】図8において、8は下パンチ、14は密閉
用カバー、14aは排気孔、15a及び15bはOリン
グ、17は電磁石である。密閉用カバー14は、Oリン
グ15bを介してダイ1にまた、下パンチ8の押上げに
より直接ゴムモールド10に押付けられている。又、下
パンチ8とダイ1の間にはOリング15aが嵌込まれて
いる。したがって、ゴムモールドの外側には排気孔14
aからの排気により真空空間18が作られる。ゴムモー
ルド10が膨張した後は電磁石17により圧粉成形体2
0を吸引する。
【0028】ダイプレス成形した後ゴムモールドを逆向
きにし、ゴムモールドの内面を加圧しもしくは外面を減
圧にし、膨張したゴムモールドから重力を利用して成形
体を下側から落として取り出すことも出来る。割り型を
使用する方法は能率の面では減圧法(図7、8)に劣る
が、この方法ではなお圧粉成形体の取り出しが困難であ
る場合にも取り出しを可能にする。
【0029】パンチによる加圧方向に添った高さがそれ
に直角な方向の寸法より小さいへん平な形状の歯車等の
成形体を、超硬合金、Fe−Co、Ti合金あるいは各
種金属間化合物等脆く成形性の悪い材料の微細粉末を用
いて成形するためには、ゴムモールド内面のうち上下面
の少なくとも一方を形成する材料(上面を形成する材料
を蓋部、下面を形成する材料を底部と呼ぶ)がゴムモー
ルドの側方部を形成するゴムよりも硬質であるように構
成したゴムモールドを使用することが好ましい。この構
成とは逆に、底部が軟質で、側方部が硬質であると、図
9に模式的に示すように、側方部10sの変形に伴って
底部10kが縮もうとし、しわが底部10k表面に発生
する。このしわがクラックの起点になり、圧粉体5′が
割れてしまう。また軟質材は、表面に粉末が噛み込まれ
やすく、また圧粉体とモールドとの間の摩擦も大であ
る。さらに、パンチによる圧力を取り除いた時、軟質の
底部10kはの形状に戻ろうとし、逆変形するが、こ
のとき底部のゴムが圧粉体5′とかみ込んで逆変形に追
随させようとし、圧粉体5′が割れに至る。これらのこ
とが圧粉体の割れを生じさせる原因となる。側方部10
sと底部10kの硬さが同じ場合は、パンチによる圧縮
量が多くなると同様に割れの危険が高まる。したがっ
て、本発明では底部および/または蓋部を側方部より硬
いゴムとするか、あるいは底部および/または蓋部を金
属もしくは硬い樹脂とする。
【0030】ゴムモールドの蓋部もしくは底部の少なく
とも一方の厚み(t、単位mm)が式:t≦16h/D
(ただし、hは圧粉体の厚み、Dは圧粉体の断面積の正
の平方根である)で表されるように構成する。ここで蓋
部もしくは底部の厚み及び圧粉体の厚みとはパンチによ
る加圧方向の厚みを言い、圧粉体の断面積とはパンチに
よる加圧方向に直交する圧粉体の断面積を言う。圧粉体
の面積が大になる(式の右辺が小さくなる)ほど、ゴム
が逆変形する時の力が大きくなり、圧粉体が割れやすく
なるので、ゴムモールドの蓋部および底部の厚みを小さ
くする。底部10kの厚みを小さくすることを示す図1
0において、底部10kは上パンチ1aの加圧力Paと
その反作用Pbにより押さえつけられている。一方、底
部10kにしわを作る力ゴムモールドの側方部10sお
よび粉末5が断面積を小さくするように縮小する力Pc
である。底部10kの厚みが小さくなるほど前者の押さ
えつけ力Pa、Pbが大になり、後者の力Pcを上回る
と、しわが発生しなくなる。また、上記の式の係数16
は下記の実験の結果割れ発生有無に対して臨界的である
ことが見出された。後述の図11の(e)及び(g)の
形状をもつゴムモールド(寸法30×30×5mm、h
/D=0.17)を用いて平均粒径10μmのFe−C
o粉末を1.0t/cm2 の圧力で成形した。この成形
を、ゴムモールドの底部厚み(t)を0.5〜3.5m
mの範囲で変化させて、各厚みにつき10回行い、10
個の成形体を作製した。その結果、次の割れ個数が得ら
れた。t=0.5、1.0、1.5mm、0個;t=
2.0mm、1個;t=2.5mm、4個;t=3.0
mm、10個。この割れ調査結果より上記した係数16
が求められた。
【0031】ゴムモールドの底部、蓋部を硬質とする代
わりに、上部及び/又は下部が開放されたゴムモールド
を直接金属パンチで加圧して、パンチに硬質部の代用を
させることができる。上述の二つの方法、すなわち底部
及び/又は蓋部を(イ)硬質ゴム、金属又は硬質樹脂と
する(ロ)上記の式を満たす薄いゴムとする方法を具体
化したゴムモールドの例を図11に示す。図中ハッチン
グは金属または硬質ゴムを示す。(a)は上蓋10uを
軟質ゴム、側方部10sを軟質ゴム、底部10kを硬質
ゴムまたは金属とした例である。(b)は上蓋10uを
軟質ゴム、側方部10sを軟質ゴム、底部10kを硬質
ゴムまたは金属とした例である。(c)は上蓋10uを
上記の式を満たす薄い(以下、単に「薄い」という)軟
質ゴム、側方部10sを軟質ゴム、底部10kを硬質ゴ
ムまたは金属とした例である。(d)は上蓋10uを上
記の式を満たす薄い(以下、単に「薄い」という)軟質
ゴム、側方部10s及び底部10kを一体の軟質ゴムと
した例である。(e)は上蓋10uを硬質ゴムまたは金
属、側方部10sおよび底部10kを一体の軟質ゴムと
した例である。(f)は上蓋10uを軟質ゴム、側方部
10sおよび薄い底部10kを一体の軟質ゴムとした例
である。(g)は上蓋10uを硬質ゴムまたは金属、側
方部10sおよび薄い底部10kを一体の軟質ゴムとし
た例である。(h)は上蓋10uを薄い軟質ゴム、側方
部10sおよび薄い底部10kを一体の軟質ゴムとした
例である。(i)は上蓋10uを硬質ゴムまたは金属、
側方部10sを軟質ゴム、底部10kを硬質ゴムまたは
金属とした例である。(j)は上蓋なし、側方部10s
を軟質ゴム、底部10kを軟質ゴム、底部10kを側方
部の切り欠きに固定した硬質ゴムまたは金属とした例で
ある。(k)は硬質ゴムまたは金属の底部10kを側方
部10sで側面と下面から取り囲んだ例である。底部が
薄い場合は、底部下側を金属もしくは硬質ゴムなど、底
部上側より硬質の材料で補強することができる。(l)
は(i)の上蓋10uに下向きの突起を設け、プレス機
外で上蓋により粉末を高密度に圧縮し、(1)に示され
た状態でプレスする例である。
【0032】図12の(a)には図11の(e)と同じ
作用を有するゴムモールドを示す。この(a)のゴムモ
ールドでは上パンチ1aが上蓋10uの作用を営み、圧
粉体の割れを防止する(請求項11の方法)。さらに図
12の(b)には図11の(i)における上蓋10u、
底部10kの作用をそれぞれ上パンチ1a及び下パンチ
1bが営むモールドの例を示す。さらに、図12の
(c)には、上パンチ1a及びパンチ1bが硬質材料
であり、硬質上蓋10u(例えば図11の(e)参照)
の作用を営むモールドが示されている。なお、ここで言
うパンチの硬質材料とは金属製パンチの先端に固着され
た硬質ゴムまたは樹脂でもよい。
【0033】長尺物の成形では、扁平物と全く逆の現象
が起こる。すなわち扁平物ではゴムモールドの影響は面
積の広い上下端面からのそれが支配的であるので、上下
端面の少なくとも一方を硬質とすることで、割れを防止
した。ところが長尺物では側面からのゴムモールドの影
響が支配的となる。従って側方を軟質とすると図9に
図解した原理によって、今度は層状割れを発生する(図
13参照)。したがって層状割れを防止するためにはゴ
ムモールドがダイプレス機の上下パンチと面する上下側
の少なくとも一方の側の材料が、ゴムモールドがダイプ
レス機のダイに面する側方側のゴムよりも軟質であるよ
うに構成することが好ましい。
【0034】AlやFe系などのように比較的軟質で、
成形性のよい微細粉末を軟質ゴムモールドで成形する
と、粉末ゴムモールドの側壁をかみ込んで、除荷して
もゴムモールドが成形体の外表面と分離できなくなるこ
とがある。この場合、硬質ゴムモールドはかみ込みが起
こり難いが、ゴムモールド全体を硬質ゴムより構成する
とゴムモールドを膨張させて圧粉成形体を取り出すのが
困難になる。そこでゴムモールドの少なくとも側面部を
二層構造とし、微細粉末に面する側のみを硬質の材料で
構成することにより、ゴムモールド全体の柔軟性を保っ
たまま微細粉末のかみ込みを防止することが有利であ
る。蓋部、底部も同様の二層構造としてもよい。また、
このような二層構造は二層材料を注型もしくは射出成形
で作ってもよく、又は予め作製したゴムモールドの内面
に硬質材料をコーティングしてもよい。硬質ゴムの代わ
りに、二硫化モリブデン等の潤滑剤を配合した樹脂もし
くはゴム、あるいは四フッ化エチレン樹脂等低摩擦係数
の材質を内層に用いて同様の効果を得ることができる。
【0035】リングなどの中空体の製造方法においては
ゴムモールドが中空部形成のために該ゴムモールドより
硬質の材料からなるマンドレルを備えている構成とす
る。この構成とは逆にマンドレルが軟質であると、パン
チの加圧力により圧粉体と一緒にマンドレルが径方向に
収縮し、つぎにパンチを後退させ、ゴムモールドと圧粉
体に加えられていた荷重を除くとマンドレル10mが収
縮した圧粉体5′の中心穴を押し広げるように膨張する
(図14参照)。この結果圧粉体5′に割れが発生す
る。したがってマンドレル10m(図14参照)は側方
部10sよりも硬質であることが好ましい。
【0036】図15はマンドレルを使用して図16に示
すような二つの中空部を有する圧粉体を作る成形法の一
具体例を示し、マンドレル10m、10m′を金属から
構成し、マンドレル10mが入る凹部9′を上パンチ9
の中に形成している。図17に示すような中空成形体を
作るときは、硬質マンドレルの一部が成形体の側面部ま
で貫通する。本発明の方法では通常のダイプレスよりも
圧縮ははるかに等方的であり、ゴムモールドの存在によ
り、金型と粉末の摩擦も皆無である。従って上パンチの
みの片押しでも粉末が偏らず均一に成形される。これに
よりプレス機が極めて簡単化される。
【0037】本発明法を自動化するには、複数のゴムモ
ールドを周回経路で搬送する方法が望ましい。本発明法
では割れや欠けを生ずることなく微細粉末を用いたne
t−shape成形体を製造することが目的であるの
で、前記自動化を実現する一つの方法として、微細粉
末の計量およびガイド枠を用いたゴムモールドへの給
、微細粉末の振動及び/又はプッシャー押圧による
ゴムモールドへの高密度充填、ダイプレス、及びゴ
ムモールドからの圧粉成形体の取り出しをゴムモールド
を間欠的に搬送する周回経路で順次繰り返し行う。これ
を実施するための装置としては、前記ゴムモールドを間
欠的に搬送する周回経路に沿って微細粉末の計量機、
微細粉末をゴムモールドに供給するフィーダ、高密
度充填を行うためのプッシャーより構成される定量高密
度充填部(a)、ダイプレス機(b)、圧粉成形体をゴ
ムモールドから取り出す治具より構成される取り出し部
(c)を順次配列した装置を用いることが望ましい。プ
ッシャーの代わりにあるいはプッシャーとともに加振機
を配列することができる。加振機はフイーダーと同じ位
置に設置するかあるいはフイーダーとダイプレス機の中
間に配置することができる。ここで成形体の搬送が連続
であるとモールドが動いている間に(a)〜(c)の各
工程がなされなければならず、フィーダー、パンチ等が
モールドと共に動く必要が生ずる。なぜならば微細粉末
はゴムモールド中でブリッジングを起こし易いので、自
由落下すりきりによる給粉機は使えず、ゴムモールドと
ともにフィーダー及びガイドを移動させて計量された粉
末をモールド中に充填する必要があるからである。これ
は各治具を固定配置する場合に比べ、大幅な装置の複雑
化を招く。
【0038】本発明の方法により、粉末の給粉、充填、
成形体の取り出しの間にプレス機が占有されないため、
極めて生産性は向上する。ダイがゴムモールドとともに
搬送される方法の一実施例を図18を参照として説明す
る。ゴムモールド10i(図19参照)のゴム自体は底
なしモールドを形成し、ゴムモールドの開放底部は回転
ダイ40の一部に閉じられている。したがって、回転ダ
イ40がゴムモールドの底部を構成している。ゴムモー
ルド10iがリング状回転ダイ40と共に順次回転移動
しながらフィーダーによる粉末のゴムモールド10iへ
の充填、ダイプレス装置60によるダイプレス、成形体
取り出し装置62による成形体の取り出しなどの一連の
操作(A〜D)を行うことができる。
【0039】Aでは定量供給装置で秤量された微細粉末
5(図20参照)をガイド100を取り付けたゴムモー
ルド10に投入し加振器41により振動させ密度を上
げ、さらにプッシャー22にて所望の高密度まで上げ
る。この方法のように微細粉末のゴムモールドへの供給
とゴムモールドへの高密度充填は同じ場所で行うことが
好ましい。ゴムモールドへの供給とゴムモールドへの高
密度充填を別の場所で行うと、ガイド100を給粉場所
からプッシング場所まで移動させなければならず、ガイ
ド100の個数が増え、また装置の複雑化を招く。な
お、図20ではダイは図示が省略されている。図18の
Bは予備位置であり、Cでダイプレスで加圧する。A、
B、C及びDにおける操作が開始し完了するまで回転ダ
イ40は移動を停止している。なお圧粉成形後ゴムモー
ルド10iは原形に復帰するので圧粉体63の周りにリ
ング状間隙10rが作られる。この間隙10rは上記し
た吸引により圧粉体63をゴムモールド10iから取り
出すのに十分な大きさを有する。66は制御ユニット5
0により駆動されるステップモータ67により駆動され
るコンベヤーである。アーム64が該コンベヤー66上
方に振回、圧粉体63をコンベヤー66上に載せた後
に、コンベヤー66が移動する。かかる一連の動作は制
御ユニット50により制御される。
【0040】28は、エアーピストン24、エアーユニ
ット25、電磁石26、電磁石励磁電源27からなるゴ
ムモールド清掃装置である。電磁石26は圧粉体をダイ
から取り出した後、ダイキャビティ上方に移動し、そし
て電磁石電源27により励磁されて磁力によりゴムモー
ルド10内に残存する残粉を吸引して、ゴムモールドの
清掃を必要により行う。なお、粉末が非磁性である場合
は吸引等の清掃手段を用いることができる。ダイがゴム
モールドと共に前記周回経路で搬送されるようにしても
よい。すなわち図18においてリング状回転台40は安
価な炭素鋼製とし、ダイス鋼製のダイはゴムモールド1
0とともにリング状回転台40に着脱されるように構成
してもよい。活性度の高い合金の微細粉末を成形するた
めに、ゴムモールドの周回経路内での搬送を不活性ガス
チャンバー内で行うことが好ましい。周回経路装置で
は、微細粉末および成形体の経路が一定するため装置全
体がコンパクト化できるので雰囲気化が容易である。図
18に二点鎖線30で示したようにプレス機周辺と経路
の部分を選択的に不活性ガス容器(30)に収納するこ
とも可能である。
【0041】図21はゴムモールドのみが搬送され、ダ
イが周回経路のごく一部分に沿ってのみ移動する場合の
本発明の実施例に係る装置の平面図、図22は図21の
側面図、但し一部断面図である。この装置では、ダイを
円盤状回転ダイ1aとし、穿設した複数個(図面では2
個のみが示されているが3個以上でもよい)の円筒形孔
部により形成し、それぞれのダイが円形経路に沿って移
動するように回転ダイ1aをモーター91により回動さ
せ、上下パンチ9、8をダイ内に上下から奘入する第一
の位置P1 に設け、第二の位置P2 で回転ダイに微細粉
末をゴムモールドとともに奘入するモールドローダー7
0を設け、さらに、第三の位置P3 において回転ダイ1
aから圧粉成形体を包含するゴムモールドを取り出す取
出器78、84を設けている。回転ダイ1aはモーター
91によりP1 、P3 、P2 を順次循環される。
【0042】円盤ダイ1aはすべてが高価なダイス鋼で
なくパンチと接触する周囲だけ使用すればよく、他は軽
量化低コスト化の為に、その一部をプラスチック、鉄等
を使用できる。モールドローダー70は2基の油圧シリ
ンダー71、80により駆動される。油圧シリンダー7
1は先端に吸引口を取り付けた中空ロッド79を前進後
退させる。図22の位置では右側に示されたゴムモール
ド10がダイ中に挿入されている。油圧シリンダー80
はそのピストン92に固着されたシリンダー71を全体
として昇降させる。上昇状態では、吸引口はベルトコン
ベヤー45上でゴムモールド10を吸引し、その後上昇
状態のまま中空ロッド79が前進し、ダイの上方まで移
動する。その後シリンダー71は下降し、ダイ中にゴム
モールド10を挿入する。76、81は油圧ユニットで
ある。75は固定カムであって、回転ダイ1aが回転す
ると、ダイ中に設けられた昇降底1dが固定カム75の
上面輪郭に沿って図23に示すように摺動する。すなわ
ち、まずプレス中にはダイは固定カム75からは完全に
はなれているが((a)図参照)、次に固定カム75の
裾の部分に乗り((b)図参照)さらに山の斜面に沿っ
て上昇し((c,d)図参照)、頂上の平坦部に達する
と、圧粉成形体を内部に配置したゴムモールド10は回
転ダイ1aの上面と同じレベルに達する((e)図参
照)。この時ゴムモールドは第三の位置P3 に達してい
る(図22参照)。その後再び昇降底1dは下降するの
で、未成形の微細粉末をダイに受け入れできるようにな
る((f)図参照)。第二の位置P2 近傍に末端が位置
する第一のコンベヤー45を設け、第一のコンベヤー4
5により微細粉末を充填したゴムモールドを搬送する。
第三の位置P3 の近傍に末端が位置する第二のコンベヤ
ー140を設けている。ゴムモールド10は回転ダイ1
aの回転運動によってゴムモールド回収板78に沿って
案内され、さらに固定式の台84上を若干滑って第二の
コンベヤー140上に受け渡される。
【0043】
【実施例】 実施例1 使用したゴムモールドを図24に示す。上蓋部10uは
硬質ゴム(硬度90)、側方部10sは軟質ゴム(硬度
40)、底部10kは硬質ゴム(硬度90)製であっ
た。ゴムモールドのキャビティ部内法寸法は30×30
×3(mm)であった。このゴムモールドの製作は次の
ようにして行った。図25に示すキャビティと同じ形状
の金型36の底に、あらかじめ硬化させ、切り抜いた硬
質ウレタン板34をセットし、あらかじめ真空脱泡した
未硬化のゴム35(大日本インキ化学工業製ウレタンゴ
ム、2液混合常温硬化型)を注型して、底部10kと側
方部10sを成型した。
【0044】以下の実施例で使用するすべてのゴムモー
ルドはこの方法に準じて作成した。微細粉末としてはF
e−45wt%Coアトマイズ粉(平均粒度15μm、
真密度8.3g/cc)をプレス圧:1.0t/cm2
で成形した。得られた圧粉成形体を焼結温度1200℃
焼結時間6時間で焼結した。結果を表1に示す。粉末は
すべて潤滑剤、バインダーを全く添加しなかった。
【0045】(1)表において左端のデータが自然充填
による比較例である。自然充填では粉箱より微細粉末を
ゴムモールドへ自由落下させた後、ゴムモールド上方の
盛り上がり部をすり切りした。粉末の重量は測定しなか
った。これに対して実施例ではすべてあらかじめ各充填
密度ごとに微細粉末の重量を±1%の誤差範囲で測定し
た。 (2)充填方法 N・・・・自然充填(自由落下後すり切り) NV・・・ガイドを通じて粉末をキャビティ内に落下さ
せながら振動させ、充填終了後粉末上面をゴムモールド
と一致させるために軽くプッシャーで押す NVP・・ガイドを通じて粉末をキャビティ内に落下さ
せながら振動させ、充填終了後粉末をプッシャーで粉末
強く押し込む (3)割れ、欠け判定基準(n=50)
【0046】○ 割れ、欠けが発生しない △ 全数の10%未満の割れ、欠けが発生 × 全数の10%以上の割れ、欠けが発生
【0047】(4)変形判定基準 × 不均一変形が著しく、後の加工による寸法調整が
不可能、ゴムモールドの形状を修正しても改善が困難 △ 若干不均一変形があるが、後の加工もしくはサイ
ジングによる寸法調整により補える程度 ○ ほとんど不均一変形しない。若干の不均一変形が
残るがゴムモールドの内側面の形を若干変えるだけで良
好な成形体が得られる 以上(1)から(4)はすべて
の実施例について同じである。
【0048】
【表1】
【0049】Fe−Co粉の場合と同様にTi粉(水素
化分解粉末(平均粒度10μm、真密度4.5g/c
c)をプレス圧1.0t/cm2 で成形し、得られた圧
粉体を1150℃、6時間の条件で焼結した。結果を表
2に示す。
【0050】
【表2】
【0051】実施例2 図26に示すゴムモールドの上蓋10uは硬質ゴム(硬
度90)より、底付き側方部10sは軟質ゴム(硬度4
0)より作り、キャビティ部内法寸法は内径4×高さ1
7mmとした。使用した粉末、プレス圧、焼結条件は以
下のとおりであり、結果をそれぞれの表に示す。 (1)Fe−2wt%Si(平均粒度10μm、真密度
7.7g/cc) プレス圧:1.0t/cm2 、焼結温度1200℃ 焼結時間:6時間 (表3) (2)Fe−0.3wt%C(水アトマイズ→水素還
元) (平均粒度20μm、真密度7.8g/cc) プレス圧:1.0t/cm2 、焼結温度1200℃ 焼結時間:6時間 (表4) (3)Fe−0.3wt%C(水アトマイズ→水素還
元) (平均粒度12μm、真密度7.8g/cc) プレス圧:1.0t/cm2 、焼結温度1200℃ 焼結時間:6時間 (表5) (4)Fe−42wt%Ni(アトマイズ粉) (平均粒度30μm、真密度8.1g/cc) プレス圧:1.0t/cm2 、焼結温度1200℃ 焼結時間:6時間 (表6) (5)Fe−42wt%Ni(アトマイズ粉) (平均粒度12μm、真密度8.1g/cc) プレス圧:1.0t/cm2 、焼結温度1200℃ 焼結時間:6時間 (表7) (6)Ti (水素化分解粉末) (平均粒度10μm、真密度4.5g/cc) プレス圧:1.0t/cm2 、焼結温度1150℃ 焼結時間:6時間 (表8) (7)焼結用Al (アトマイズ粉) (平均粒度10μm、真密度2.7g/cc) プレス圧:1.0t/cm2 、焼結温度600℃ 焼結時間:6時間(表9)
【0052】
【表3】
【0053】
【表4】
【0054】
【表5】
【0055】
【表6】
【0056】
【表7】
【0057】
【表8】
【0058】
【表9】
【0059】実施例3 実施例2と同一のゴムモールドを使用し、平均粒度(μ
m)を変えた各種材質の粉末毎に表10中記載の充填密
度にガイド枠、振動及びプッシャーを使用して実施例1
のNVPの方法により充填し、実施例2と同一条件でプ
レスし、焼結した。但し、Fe−45%Coは後述の実
施例6の条件でプレスし、焼結した。一方、比較のため
にゴムモールドで成形したものとほぼ同じ形状が成形で
きるダイ(ダイ内径3.9mm)によるダイプレス法を
実施したところ、ゴムモールドによる成形に用いたのと
同じ微細粉末は流動性が低いため金型への充填が不可能
であった。そこで表10中記載の粗粉を使用し、自然充
填後1.5t/cm2の圧力で成形した後、微粉の場合
と同一条件で焼結した。焼結体の密度を表10、表11
に示す。
【0060】
【表10】
【0061】
【表11】
【0062】実施例4 図27に示すゴムモールドを使用してボルトを成形し
た。ゴムモールドの上蓋10u及び側方部10sは軟質
ゴム(硬度40)より製作した。使用した粉末は、Fe
−2wt%Si(平均粒度10μm、真密度7.7g/
cc、アトマイズ粉)−表12−及びTi粉末(平均粒
径30μm、真密度4.5g/cc、水素化分解粉末−
表13−であった。前者の粉末はプレス圧1.2t/c
2 で成形し、得られた圧粉成形体を焼結温度1200
℃、焼結時間6時間の条件で焼結した。後者の粉末はプ
レス圧1.4t/cm2 で成形し、得られた圧粉成形体
を焼結温度1150℃、焼結時間6時間の条件で焼成し
た。結果を表12および表13に示す。いずれの材質も
自然充填の場合にねじ山の損傷が特に激しく、またねじ
の足と頭の境目で折れた。ねじ山の損傷は粉末がゴムモ
ールドのねじ山を形成する溝のすみずみまで均一に充填
されなかったために生じ、又成形体の折れはゴムモール
ドの不均一変形によると考えられる。
【0063】
【表12】
【0064】
【表13】
【0065】実施例5 図28に示すゴムモールドA及びゴムモールドBを使用
してFe−45wt%Co微細粉末(平均粒度12μ
m)を充填密度3.70g/ccにて充填した。キャビ
ティ内法寸法は何れのゴムモールドでも30×30×3
mmあった。ゴムモールドAは全体(10u、10s)
が軟質ゴム(硬度40)より作成され、ゴムモールドB
は側方部が上記軟質ゴムより作製され、その他の部分
(10u、10k)が硬質ゴム(硬度90)より作製さ
れた。充填方法としてはあらかじめ計量した微細粉末を
ガイドを用いて自然充填後、振動およびプッシャーによ
り強制充填した。プレス圧1.0t/cm2 で成形を1
0回行ったところゴムモールドAで成形した圧粉体は全
数に割れを生じ、ゴムモールドBは全数良好な成形体を
得た。
【0066】実施例6 図29にそれぞれ示し、下記材質よりなるゴムモールド
A、B(キャビティ内法寸法4×17mm)を使用し
て、微細粉末、充填密度、方法、プレス条件、n数は実
施例4に同じ条件で成形した。 ゴムモールドA ゴムモールドB 上蓋 軟質ゴム(硬度40) 硬質ゴム(硬度80) 側方部 硬質ゴム(硬度80) 軟質ゴム(硬度40) 底部 軟質ゴム(硬度40) 硬質ゴム(硬度80) ゴムモールドBで成形した圧粉成形体は全数層状割れを
生じ、ゴムモールドAで成形した圧粉成形体は全数良好
であった。
【0067】実施例7 図30に示し下記材質よりなるゴムモールド(A)、
(B)、(C)を使用し、アルミニウム粉末(平均粒度
30μm、アトマイズ粉)を成形した。 上蓋 側方部 内面皮膜(10n) ゴムモールド(A) 硬質ゴム 軟質ゴム なし (硬度90) (硬度40) ゴムモールド(B) 同上 同上 四フッ化エチレン樹脂 (硬度80) (t=0.5mm) ゴムモールド(C) 同上 同上 40%MoS2 (硬度80) 配合軟質ゴム (硬度40) (t=1.0mm) ゴムモールド(A)を使用する成形では、圧粉成形体が
ゴムモールドにかみ込み、ゴムモールドを逆さにして
モールド内を1.0kg/cm2 の圧縮空気で加圧し
ても成形体がそのままゴムモールド内に残留した。ゴム
モールド(B)、(C)を使用する成形ではかみ込みは
全く生じずゴムモールドを逆さにして膨らませると容易
に成形体は落下し、取り出し可能であった。
【0068】実施例8 図31の(A)、(B)、(C)に示す形状を有しマン
ドレルが下記表の材質からなるゴムモールドを使用し、
Fe−2wt%Si(アトマイズ粉、粒度12μm)を
1t/cm2 でプレス成形して、マンドレルの材質別に
よる割れ発生数を調べた。ゴムモールド(A)、(B)
の形状は外径φ33mm×内径φ24mm×高さ18m
m、マンドレル10mの形状はセット状態で外径φ12
mm×高さ15mm((A)の場合)、外径φ12mm
×高さ7.5mm((B)の場合)であった。ゴムモー
ルド(C)は外径φ33mm、内径φ24mm,高さ1
8mmの寸法であり、マンドレルとしては厚み1.5m
m、高さ7.5mmのブレードを8枚放射状に配置し
た。割れ状況を10回成形中の割れ回数として表14に
示す。
【0069】
【表14】 表14より、マンドレルが軟らかいと成形体と一緒にマ
ンドレルが径方向に収縮し、この状態で除荷すると縮ん
だ成形体の穴を押し広げるようにマンドレルが戻るので
割れが生ずることが確かめられた。マンドレルの材質と
して最も望ましいのは金属、次に高硬度ゴムであり、変
形しにくい材質が適していると言える。
【0070】実施例9 高純度Al及び高純度LiをAl−2.84wt%Li
の組成になるように配合後、Ar雰囲気で溶解し、Ar
ガス・アトマイズにより平均粒度8μmのAl−Li合
金粉末を得た。この粉末を用い、内法寸法が内径30φ
×高さ10mmのウレタンゴム(硬度60)製貫通ゴム
モールドを固定配置した周回経路式圧粉体製造装置(図
18)により円板状圧粉体を製造した。ここで、成形は
装置全体が大気中に暴露される(チャンバー内に置かな
い)例について行ったところ、粉末が頻繁に発火して成
形が不可能であった。
【0071】一方、図18の二点鎖線30で示される部
分をドーム状チャンバーで覆い、チャンバー内の空気を
アルゴンガスで置換し、成形を行ったところ、成形が可
能になった。
【0072】
【発明の効果】請求項1及び6の方法によれば従来の射
出成形法より高能率で微細粉末の圧粉成形体が得られ
る、すなわち、本発明の方法は高密度充填を行うので通
常のダイプレスより能率は劣るが、射出成形法の脱バイ
ンダー処理を行うよりは遥かに高能率である。また請求
項1及び6の方法ではバインダー及び潤滑剤を必要とせ
ずに微細粉末を成形することができる。請求項2、3の
方法によれば高密度充填を能率的に行うことができる。
請求項4及び5の方法によれば焼結体の単重のばらつき
を極めて小さくすることができ、焼結体の最終機械加工
代を少なくすることができる。請求項7及び8の方法及
び請求項31のゴムモールドによるとパンチの除荷後圧
粉成形体の取り出しが容易になる。請求項9から12及
び25から31のゴムモールドの構成は特に割れが起こ
り易い圧粉成形体の成形に有効である。
【0073】請求項13及び14のゴムモールドの構成
はゴムモールドへのかじりを防止する。請求項15の方
法ではダイプレス機の構造を簡単にすることができる。
請求項16の方法は中空体を割れを生ぜずに成形するこ
とができる。請求項17、18、20から23の発明は
微細粉末をダイプレス機外でゴムモールドに高密度に充
填することを利用して、ダイプレス機の能率を低下させ
ずに高能率でプレス成形を可能にする。請求項19の方
法は高活性粉末の発火を防止するのに有効である。請求
32の方法では焼結のみで微細粉末の高密度焼結体を
作ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】微細粉末をゴムモールドに高密度に充填する方
法を示す図である。
【図2】ガイド枠の図である。
【図3】ガイド枠の図である。
【図4】微細粉末の計量法を示す図である。
【図5】割り型モールドの図である。
【図6】割り型モールドの図である。
【図7】ゴムモールドを膨張させる方法を示す図であ
る。
【図8】ゴムモールドを膨張させる方法を示す図であ
る。
【図9】成形体の割れの説明図である。
【図10】ゴムモールドにかかる圧力の図である。
【図11】各種ゴムモールドの図である。
【図12】上下端の少なくとも一方が開放されたゴムモ
ールドによる成形法を示す図である。
【図13】層状割れの説明図である。
【図14】中空体成形用ゴムモールドの図である。
【図15】中空体成形用ゴムモールドの図である。
【図16】中空体の図である。
【図17】中空体の図である。
【図18】周回路式装置の図である。
【図19】図18の装置に設けられたゴムモールドの図
である。
【図20】プッシャー及び加振器を備えたゴムモールド
の図である。
【図21】周回経路式装置の図である。
【図22】図21の装置の側面図及び一部断面図であ
る。
【図23】カム板の動作説明図である。
【図24】実施例1で使用されたゴムモールドの図であ
る。
【図25】図24のゴムモールドの作製法を示す図であ
る。
【図26】実施例3で使用されたゴムモールドの図であ
る。
【図27】実施例4で使用されたゴムモールドの図であ
る。
【図28】実施例5で使用されたゴムモールドの図であ
る。
【図29】実施例6で使用されたゴムモールドの図であ
る。
【図30】実施例7で使用されたゴムモールドの図であ
る。
【図31】実施例8で使用されたゴムモールドの図であ
る。
【符合の説明】 1 ダイ 2 コンベヤー 3 振動メッシュ 4 容器 5 微細粉末 6 重量測定器 7 微細粉末 8 下パンチ 9 上パンチ 10 ゴムモールド 11 切り込み 12 筒状カバー 14 密閉用カバー 15 Oリング 17 電磁石 18 真空空間 20 圧粉成形体 22 プッシャー 30 不活性ガス容器 31 油圧ユニット 32 油圧シリンダー 33 中子 34 硬質ウレタン板 35 未硬化のゴム 36 金型 40 リング状回転台 41 加振機 42 フィーダー 44 モーター 45 ベルトコンベヤー 50 制御ユニット 60 ダイプレス装置 62 成形体取り出し装置 70 モールドローダー 71 油圧シリンダ 75 カム 76 油圧ユニット 78 ゴム型回収板 79 中空ロッド 80 油圧シリンダ 81 油圧ユニット 82 油圧ユニット 90 受皿 91 モーター 92 ピストン 100 ガイド枠 102 プッシャー ─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年2月5日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図32
【補正方法】追加
【補正内容】
【図32】 ゴムモールドにより成形を行う際に圧粉体
に発生する割れの状況を説明する図面である。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図33
【補正方法】追加
【補正内容】
【図33】 外側パンチと内側パンチより構成させるパ
ンチを使用して圧粉する方法を説明する図面である。

Claims (30)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 微細粉末の圧粉体を成形して焼結用圧粉
    体を製造する方法において、少なくとも側方部がゴムか
    らなるゴムモールドに微細粉末を自然充填し次に該ゴム
    モールドを実質的に変形させずに微細粉末を高密度に充
    填し、ダイプレス機のパンチにより前記ゴムモールドお
    よび該ゴムモールドに充填された微細粉末を圧縮するこ
    とを特徴とする焼結用圧粉体の成形方法。
  2. 【請求項2】 前記ゴムモールドに加振及び/又は押圧
    によって微細粉末を高密度充填することを特徴とする請
    求項1記載の焼結用圧粉体の成形方法。
  3. 【請求項3】 前記ゴムモールドの上部開放口に設置さ
    れた該開放口とほぼ同じ大きさの開口部を有するガイド
    を通じて、微細粉末をゴムモールド内に自然充填し、こ
    のガイドに沿ってプッシャーをゴムモールド内に押入
    し、及び/又はガイドとともにゴムモールドを振動する
    ことを特徴とする請求項2記載の焼結用圧粉体の成形方
    法。
  4. 【請求項4】 あらかじめ計量した一定量の微細粉末を
    自然充填することを特徴とする請求項3記載の焼結用圧
    粉体の成形方法。
  5. 【請求項5】 微細粉末の自然充填中にゴムモールドお
    よび微細粉末の重量を測定し、あらかじめ定められた重
    量に到達後自然充填を中止することを特徴とする請求項
    3記載の焼結用圧粉体の成形方法。
  6. 【請求項6】 ゴムモールドの少なくとも側方部が2個
    以上に分割されているか、又は切断面を有することを特
    徴とする請求項1から5までの何れか1項記載の焼結用
    圧粉体の成形方法。
  7. 【請求項7】 微細粉末を圧縮成形した後除荷を行い、
    その後、ゴムモールド内面を加圧するかかつ/又はゴム
    モールドの外面を減圧して内面側の圧力が高くなるよう
    に圧力差を付与し、圧粉成形体とゴムモールドの間の空
    隙を拡大せしめその後圧粉成形体をゴムモールドより取
    り出すことを特徴とする請求項1から6までの何れか1
    項記載の焼結用圧粉体の成形方法。
  8. 【請求項8】 ゴムモールドがダイプレス機の上下パン
    チと面する上下側の少なくとも一方の側の材料が、ゴム
    モールドがダイプレス機のダイに面する側方側のゴムよ
    りも硬質であることを特徴とする請求項1から7までの
    何れか1項記載の焼結用圧粉体の成形方法。
  9. 【請求項9】 ゴムモールドがダイプレス機の上下パン
    チと面する上下側の少なくとも一方の側の材料が、ゴム
    モールドがダイプレス機のダイに面する側方側のゴムよ
    りも軟質であることを特徴とする請求項1から7までの
    何れか1項記載の焼結用圧粉体の成形方法。
  10. 【請求項10】 前記ゴムモールドの上蓋部もしくは底
    板部の少なくとも一方の厚み(t、単位mm)が式:t
    ≦16h/D(ただし、hは圧粉体の厚み、Dは圧粉体
    の断面積の正の平方根である)で表されることを特徴と
    する請求項1から7までの何れか1項記載の焼結用圧粉
    体の成形方法。
  11. 【請求項11】 少なくとも上部が開放されたゴムモー
    ルドの上下面のうち少なくとも一方の、開放口を有する
    面をパンチで直接加圧することを特徴とする請求項1か
    ら7までの何れか1項記載の焼結用圧粉体の成形方法。
  12. 【請求項12】 ゴムモールドが、前記側方部の微細粉
    末に面する側がダイに面する側の材質よりも硬質である
    ことを特徴とする請求項1から11までの何れか1項記
    載の焼結用圧粉体の成形方法。
  13. 【請求項13】 ゴムモールドが、前記側方部の粉末に
    面する側が、ダイに面する側の材質よりも摩擦係数が小
    さい材質からなることを特徴とする請求項1から12ま
    でのいずれか1項記載の焼結用圧粉体の成形方法。
  14. 【請求項14】 底部が閉じたダイに設置されたゴムモ
    ールドを上パンチによって加圧することを特徴とする請
    求項1から13までの何れか1項記載の焼結用圧粉体の
    成形方法。
  15. 【請求項15】 前記圧粉体が中空体であり、前記ゴム
    モールドが中空部形成のために該ゴムモールドより硬質
    の材料からなるマンドレルを備えていることを特徴とす
    る請求項1から14までの何れか1項記載の焼結用圧粉
    体の成形方法。
  16. 【請求項16】 一定量計量された微細粉末のゴムモー
    ルドへの自然充填、ゴムモールドへの高密度充填、ダイ
    プレス、及び圧粉成形体のゴムモールドからの取り出し
    をゴムモールドを間欠的に搬送する周回経路で順次繰り
    返し行うことを特徴とする請求項1から15までの何れ
    か1項記載の焼結用圧粉体の成形方法。
  17. 【請求項17】 ダイがゴムモールドと共に前記周回経
    路で搬送されることを特徴とする請求項16記載の焼結
    用圧粉体の成形方法。
  18. 【請求項18】 前記ゴムモールドの周回経路内での搬
    送を不活性ガスチャンバー内で行うことを特徴とする請
    求項16又は17記載の焼結用圧粉体の成形方法。
  19. 【請求項19】 少なくとも側面部がゴムからなりかつ
    底を有するゴムモールドを間欠的に周回搬送させる経路
    に沿って、微細粉末の計量機、微細粉末をゴムモールド
    に自然充填させるフィーダー、加振機及びもしくはプッ
    シャー、及び圧粉成形体をゴムモールドから取り出す治
    具を順次配列したことを特徴とする焼結用圧粉体の成形
    装置。
  20. 【請求項20】 少なくとも側面部がゴムからなるゴム
    モールドおよびダイプレス機のダイを間欠的に周回搬送
    させる経路に沿って、微細粉末の計量機、微細粉末をゴ
    ムモールドに自然充填させるフィーダー、加振機及びも
    しくはプッシャー、及び圧粉成形体をゴムモールドから
    取り出す治具を順次配列したことを特徴とする焼結用圧
    粉体の成形装置。
  21. 【請求項21】 ダイプレス機のパンチがダイプレス機
    に固定配置されていることを特徴とする請求項19また
    は20記載の焼結用圧粉体の成形装置。
  22. 【請求項22】 前記周回搬送経路が不活性ガスチャン
    バー内に設けられていることを特徴とする請求項19か
    ら21までの何れか1項記載の焼結用圧粉体の成形装
    置。
  23. 【請求項23】 ゴムモールドがダイプレス機の上下パ
    ンチと面する上下側の少なくとも一方の側の材料が、ゴ
    ムモールドがダイプレス機のダイに面する側方側のゴム
    よりも硬質であることを特徴とする微細粉末成形用ゴム
    モールド。
  24. 【請求項24】 ゴムモールドがダイプレス機の上下パ
    ンチと面する上下側の少なくとも一方の側の材料が、ゴ
    ムモールドがダイプレス機のダイに面する側方側のゴム
    よりも軟質であることを特徴とする微細粉末成形用ゴム
    モールド。
  25. 【請求項25】 前記ゴムモールドの上蓋部もしくは底
    部の少なくとも一方の厚み(t、単位mm)が式:t≦
    16h/D(ただし、hは圧粉体の厚み、Dは圧粉体の
    断面積の正の平方根である)で表されることを特徴とす
    る微細粉末成形用ゴムモールド。
  26. 【請求項26】 前記圧粉体が中空体であり、前記ゴム
    モールドが中空部形成のために該ゴムモールドより硬質
    の材料からなるマンドレルを備えていることを特徴とす
    る微細粉末成形用ゴムモールド。
  27. 【請求項27】 少なくとも側面部がゴムからなるゴム
    モールドが、前記側面部の粉末に面する側とダイに面す
    る側とで互いに異なる材質によって構成される複合ゴム
    モールドであり、かつ粉末に面する側の材質がダイに面
    する側の材質よりも硬質であることを特徴とする微細粉
    末成形用ゴムモールド。
  28. 【請求項28】 少なくとも側面部がゴムからなるゴム
    モールドが、前記側面部の粉末に面する側とダイに面す
    る側とで互いに異なる材質によって構成される複合ゴム
    モールドであり、かつ粉末に面する側の材質が、ダイに
    面する側の材質よりも摩擦係数が小さい材質からなるこ
    とを特徴とする微細粉末成形用ゴムモールド。
  29. 【請求項29】 少なくとも側方部が2個以上に分割さ
    れているかあるいは切断面を有することを特徴とする請
    求項23から28の何れか1項記載の微細粉末成形用ゴ
    ムモールド。
  30. 【請求項30】 請求項1から18までの何れか1項記
    載の方法で成形した圧粉体を焼結することを特徴とする
    焼結体の製造方法。
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