JPH091398A

JPH091398A - 粉体の成形方法

Info

Publication number: JPH091398A
Application number: JP17287695A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Nishio; 浩明西尾; Akira Kato; 加藤　　明
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1995-06-15
Filing date: 1995-06-15
Publication date: 1997-01-07

Abstract

(57)【要約】【目的】成形後の機械加工を軽減ないし省略できるよ
うな寸法・精度の高い成形体を、CIP 装置を用いて得る
ための粉体の成形方法を提供する。【構成】 CIP 装置を用いて剛性型1 内の粉体4 に実質
的１軸圧縮を施して成形する。充填口3 に隣接付近に補
給用粉体4aを配置した剛性型1 を、弾性型容器2内に収
納密封し、CIP 装置で加圧して１軸圧縮成形体を得る。
弾性型容器2 内に予め剛性型1 をセットしておいてもよ
い。上記方法で１軸圧縮に振動圧力を負荷する。粉体4
は金属又は／及びセラミックス粉体を90wt.%以上含む粉
体で、補給用粉体4a量を剛性型1 キャビティ体積の5 〜
100%とする。望ましくは圧力上限値を20〜5000kgf/c
m²、振動範囲を圧力上限値の0 〜70% から上限値まで
とする。また、黒鉛製剛性型、振動圧力での１軸圧縮、
圧力上限値20〜500kgf/cm²、振動範囲を圧力上限値の0
〜70% から上限値まで、5 サイクル以上負荷する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、粉末冶金工程、セラ
ミックスの製造工程および金属とセラミックスとの複合
材料の製造工程において、冷間等方圧縮法により金属、
セラミックス、または、金属とセラミックスとの粉末を
原料として成形体を得る方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、粉末冶金、セラミックス（エンジ
ニアリングセラミックス、機能性セラミックスおよび耐
火物を含む）製造、および、金属とセラミックスとの複
合材料（以下、「金属・セラミックス複合材料」とい
う）の製造工程における、原料粉末から成形体を得る方
法の１つとして、冷間等方圧縮（所謂、ＣＩＰ）法が知
られている。この方法は別名ラバープレスとも称される
ように、粉末をゴム型に充填し封入し、水や油等の加圧
媒体を用いてゴム型を加圧して粉末を成形する方法であ
る。

【０００３】ＣＩＰ法においては、通常、粉末を充填し
ても変形しないような硬くて厚肉のゴム型を用いるが、
ＣＩＰの過程でこの厚肉ゴム型は等方収縮をせずに変形
する。このため、成形体の形状は、液圧を負荷する前の
ゴム型のキャビティ形状と同じにはならない。例えば、
厚肉ゴム型の角部は、収縮が遅れて突出し、その結果得
られる成形体の角部は突出する。また、充填体から成形
体にいたる収縮の程度は、原料粉末の充填状態のバラツ
キによって変動し、成形体の寸法・形状のバラツキの原
因となる。即ち、通常のＣＩＰ法では成形体の変形およ
び寸法のバラツキは不可避である。

【０００４】従来、このような問題を解決しようとする
方法が提案されている。例えば、特公昭４７−３７３８
３号公報には、ゴム型の代わりにゴム袋を用い、所定形
状の型内にゴム袋を入れ、このゴム袋の中に粉末を充填
し、次いで、ゴム袋内を減圧し、型の形状を保持したま
ま粉末を充填したこのゴム袋を型から取出し、取り出さ
れた粉末入りのゴム袋をそのままＣＩＰして成形体を得
る方法（以下、「先行技術」という）が開示されてい
る。

【０００５】先行技術の方法によれば、肉厚の薄い柔ら
かなゴム袋が相似形状を保持したまま充填体を圧縮する
ので、型と相似形の成形体を得ることが原理的に可能と
なる。しかしながら、この方法においても、原料粉末の
充填状態のバラツキに起因する成形体の寸法のバラツキ
を回避することは困難である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで、通常、先行技
術の方法では、先ず、オーバーサイズの成形体をつく
り、成形後あるいは焼結後、機械加工により目的とする
形状・寸法に仕上げるという方法がとられている。その
結果、成形体の原料粉末の歩留が低下し、また、機械加
工工程が必須となる等の問題がある。

【０００７】従って、この発明の目的は、上述した問題
を解決することにより、冷間等方圧縮装置を用いて、粉
体圧縮後の成形体に対する機械加工を省略、あるいは軽
減することができ、しかも、成品の寸法・精度が高く、
且つ、原料粉末からの歩留が改善されるような粉体の成
形方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述した問題を解決する
ためのこの発明の特徴は、冷間における等方圧縮装置を
用いて、剛性型内の粉体に対して等方圧縮を施すのでは
なく、実質的な１軸圧縮を施す点にあり、下記の構成か
らなる。

【０００９】この発明の第１の粉体の成形方法は、冷間
等方圧縮装置内に剛性型を配置し、前記剛性型内に充填
された原料粉体に対して、前記冷間等方圧縮装置を用い
て実質的な１軸圧縮を施すことにより成形体を得ること
に特徴を有するものである。

【００１０】この発明の第２の粉体の成形方法は、１個
または複数個の粉体充填口を有する剛性型のキャビテ
ィ、即ち、成形所望形状対応内部空間に原料粉体を充填
し、そして、前記剛性型の外部にあって前記粉体充填口
に通じて隣接する充填口外部空間の一部または全部を前
記原料粉体で充填し、次いで、このように調製された前
記剛性型と前記粉体原料とからなる調製体を弾性型容器
内に封入し、次いで、このようにして前記調製体が封入
された前記弾性型容器を冷間等方圧縮装置に装入し、そ
して、次いで、前記冷間等方圧縮装置により前記原料粉
体に対して実質的な１軸圧縮を施すことにより成形体を
得ることに特徴を有するものである。但し、上記「充填
口外部空間」４ｂとは、図５に例示するように、剛性型
１のキャビティ１ｄを除いた空間であって、且つ、弾性
型容器２内部の空間を指す。そして、図６および図７
は、それぞれ「充填口外部空間の一部または全部を原料
粉体で充填し」た状態４ｂ’および４ｂ”を例示する。
従って、「粉体充填口に通じて隣接する充填口外部空間
の一部または全部を前記原料粉体で充填する」というの
は、図６および図７のように、「粉体充填口」が原料粉
体で完全に覆われた状態の場合のみを指すものである。

【００１１】この発明の第３の粉体の成形方法は、弾性
型容器内に１個または複数個の粉体充填口を有する剛性
型を装入し、次いで、前記剛性型のキャビティに原料粉
体を充填し、そして、前記剛性型の外部にあって前記粉
体充填口に通じて隣接する充填口外部空間の一部または
全部を前記原料粉体で充填し、次いで、前記弾性型容器
を密封し、次いで、このようにして前記剛性型と前記原
料粉体とが封入された前記弾性型容器を冷間等方圧縮装
置に装入し、そして、次いで、前記冷間等方圧縮装置に
より前記原料粉体に対して実質的な１軸圧縮を施すこと
により成形体を得ることに特徴を有するものである。

【００１２】この発明の第４の粉体の成形方法は、第１
から第３発明のいずれか１つにおいて、前記１軸圧縮
を、少なくとも２つの圧力値の間を振動する圧力を負荷
することにより行なうことに特徴を有するものである。

【００１３】この発明の第５の粉体の成形方法は、第１
から第４発明のいずれか１つにおいて、前記原料粉体
が、金属粉体、セラミックス粉体、または、金属粉体と
セラミックス粉体との混合物を９０ wt.％以上含む粉体
であり、且つ、前記充填口隣接空間の一部または全部を
占有する前記原料粉体の量が、前記剛性型のキャビティ
の体積の５〜１００％の範囲内にあることに特徴を有す
るものである。

【００１４】この発明の第６の粉体の成形方法は、第２
から第５発明のいずれか１つにおいて、前記１軸圧縮に
おける圧力の上限値が、２０〜５０００kgf/cm²の範囲
内にあり、且つ、前記圧力の振動範囲が前記圧力の上限
値の０〜７０％から前記上限値までにあることに特徴を
有するものである。

【００１５】この発明の第７の粉体の成形方法は、第２
または第３発明において、前記剛性型が黒鉛製であり、
前記１軸圧縮が、少なくとも２つの圧力値の間を振動す
る圧力を負荷することにより行ない、且つ、前記圧力の
上限値は２０〜５００kgf/cm²の範囲内にあり、前記圧
力の振動範囲が前記圧力の上限値（２０〜５００kgf/cm
²の範囲内の一定値）の０〜７０％から前記上限値まで
にあり、そして、このようにして定まった振動する前記
圧力を少なくとも５サイクル以上負荷することに特徴を
有するものである。

【００１６】

【作用】

１軸圧縮この発明においては、冷間等方圧縮装置を用いて、剛性
型内の原料粉体に対して、等方圧縮ではなく実質的な１
軸圧縮を施すので、剛性型内のキャビティ形状を忠実に
転写でき、目標の形状および寸法に対して精度よい成形
体を得ることができる。剛性型に原料粉体を充填し、得
られた剛性型を弾性型容器に収納して密封し、得られた
弾性型容器を冷間等方圧縮装置に装入して等方圧縮を施
すと、原料粉体に対しては実質的な１軸圧縮が施され
る。

【００１７】剛性型の粉体充填口に隣接する外部空間の
原料粉体による占有この発明においては、１個または複数個の粉体充填口を
有する剛性型のキャビティに原料粉体を充填し、原料粉
体が１軸圧縮されて圧密化されるに伴って必要とされる
原料粉体がキャビティに自動的に補給される。このため
に、剛性型の外側部分で粉体充填口に通じて隣接する部
分（以下、「充填口外部空間」という）に、更に、所定
量の原料粉体を占有させておく。

【００１８】原料粉体の種類と構成粉体は、粉末冶金、セラミックスの製造、金属・セラミ
ックス複合材料の製造原料に供されるものであれば特に
制限されない。

【００１９】金属としては、例えば、鉄、合金鋼、コバ
ルト、コバルト合金、ニッケル、ニッケル合金、クロ
ム、クロム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、ア
ルミニウム、アルミニウム合金、ケイ素、チタン、チタ
ン合金、ジルコニウム、ジルコニウム合金、モリブデ
ン、モリブデン合金、タングステン、タングステン合金
等が適する。

【００２０】セラミックスとしては、酸化物、窒化物、
炭化物、ホウ化物、ケイ化物および炭素が適する。

【００２１】酸化物としては、例えば、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｃ
ａＯ、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＨｆＯ₂、Ｌａ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、Ｓ
ｉＯ₂、ＴｉＯ₂、Ｙ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、および、上記
それぞれの酸化物同士の複合酸化物が適する。

【００２２】窒化物としては、例えば、ＡｌＮ、ＡｌＯ
Ｎ、ＢＮ、Ｃｒ₂Ｎ、ＨｆＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ｓｉ₂ＯＮ
₂、ＴｉＮおよびＺｒＮが適する。

【００２３】炭化物としては、例えば、Ａｌ₄Ｃ₃、Ｂ
₄Ｃ、Ｃｒ₃Ｃ₂、Ｃｒ₇Ｃ₃、ＳｉＣ、ＴｉＣ、Ｚｒ
ＣおよびＷＣが適する。

【００２４】ホウ化物としては、例えば、ＡｌＢ₂、Ｃ
ｒＢ、ＣｒＢ₂、ＴｉＢ₂および（ＴｉＺｒ）Ｂ₂が適
する。

【００２５】ケイ化物としては、例えば、ＣａＳｉ₂、
ＣｒＳｉ₂、ＭｏＳｉ₂、ＴｉＳｉ₂およびＷＳｉ₂が
適する。

【００２６】また、ＣａＣＯ₃、ＭｇＣＯ₃・ＣａＣＯ
₃のような炭酸塩やＭｇ（ＯＨ）₂のような水酸化物で
あってもよい。

【００２７】そして、粉体は、上記物質の単一粉体でも
よく、また、これらの混合粉体であってもよい。

【００２８】この発明における粉体には、有機物が添加
されてもよい。有機物添加の目的は、例えば、流動性の
悪い微粒子粉体を流動性のよい顆粒にするため、あるい
は、成形体の強度を向上させるためのバインダー等であ
り、各種ワックスや各種樹脂が適する。

【００２９】樹脂としては、フェノール樹脂のように炭
素を残留させるものであってもよい。また、同様の目的
で、水分や有機溶剤を添加してもよい。有機溶剤として
は、例えば、メタノール、エタノールおよびイソ−プロ
パノール等の低級アルコールが適する。

【００３０】有機物の添加量は、目的を達成する範囲内
で少ない方がよい。１０ wt.％以上では成品の特性発揮
を期待する主原料である金属、セラミックス、または、
金属とセラミックスとの混合物の密度が低くなり、粉体
成形後の焼結過程において焼結が阻害される等の欠点が
顕著となるので望ましくない。即ち、有機物の添加量は
１０ wt.％未満が望ましい。従って、粉体としては、金
属、セラミックス、または、金属とセラミックスとの混
合物を９０ wt.％以上含むものが望ましい。

【００３１】剛性型剛性型は、適用される液圧の範囲内において、その収縮
および変形を無視することができる性質を有する型を指
す。この剛性型は外部から液圧により支持されるので、
１軸プレス用の型と比べて小型軽量のものでよい。その
材質としては、例えば、工具鋼、ジュラルミンおよび黒
鉛が適する。

【００３２】工具鋼の剛性型は肉厚を十分大きくすれば
５０００kgf/cm²までの液圧に耐える。また、ジュラル
ミンにより２０００kgf/cm²までの液圧に耐える剛性型
を作ることができ、黒鉛により５００kgf/cm²までの液
圧に耐える剛性型を作ることができる。このうち、黒鉛
はこのように耐圧に制限があるが、軽量で持ち運びが容
易であり、機械加工が容易であり、且つ、自己潤滑性を
有するので、粉体の均一な圧密に好都合であり、離型も
容易であるという特徴を有する。

【００３３】剛性型は、少なくとも１個の粉体充填口を
必要とするが、特に個数を限定するものではない。成形
体の形状によって、粉体の充填を容易にするように個数
を決定する。この粉体充填口より、金属または／および
セラミックスを９０ wt.％以上含む粉体を充填する。こ
のとき、充填を容易に行なうために、例えば、剛性型を
振動テーブルに載せて振動を与えつつ充填してもよい。
また、棒状バイブレーターで剛性型に振動を与えてもよ
いし、あるいは、充填口から直接、粉体にバイブレータ
ーを接触させて振動を与えてもよい。

【００３４】充填口外部空間の堆積粉体の占有体積次いで、剛性型のキャビティ容積の５〜１００％の範囲
内の体積の粉体の堆積層を充填口外部空間に占有させる
（以下、「充填口外部粉体」という）。堆積層の充填密
度については、特に限定するものではないが、ＣＩＰ装
置の効率的利用の観点から、充填密度は大きい方が望ま
しい。この発明にいおては、ＣＩＰによって、この充填
口外部粉体の一部または全部がキャビティ内に補給され
るが、充填口外部粉体が過少だと、キャビティ内への粉
体補給不足をきたし、所望の成形体形状を得ることがで
きない。一方、充填口外部粉体が過多だと、成形体の形
成に寄与しない粉体が発生し、材料歩留が低下する。従
って、充填口外部粉体の体積は、剛性型のキャビティの
容積の５〜１００％の範囲内であることが望ましい。

【００３５】弾性型容器の種類弾性型容器は、粉体が充填された剛性型と充填口外部粉
体とを収納するための、弾性を有する容器である。弾性
型容器の形態は、軟質の袋であってもよいし、また、保
形性を有する蓋付きの容器であってもよい。その材質は
特に限定しないが、例えば、天然ゴム、または、スチレ
ン−ブタジエンゴム、ポリイソプレン、イソブチレンイ
ソプレンゴム、シリコーンゴムおよびウレタンゴム等の
合成ゴムが適する。

【００３６】このような弾性型容器内に、所定の粉体が
充填された剛性型および充填口外部粉体とを収納し密封
する。なお、密封前に弾性型容器内部を真空吸引により
脱気することが望ましい。これにより、ＣＩＰの負荷過
程において粉体を構成する粒子の間隙にある気体が圧縮
され、次いで、負荷除去過程においてこの気体が膨張
し、成形体の破損を引き起こすのを防止することができ
る。

【００３７】冷間等方圧縮装置（ＣＩＰ装置）上述したように調製された弾性型容器が装入される圧力
容器は、ＣＩＰ装置の一部を構成するものであって、公
知の圧力容器を適用することができる。液圧を負荷する
液体としては、水、油、水・油エマルジョン等公知のも
のでよい。ＣＩＰ装置の液圧を負荷することにより、Ｃ
ＩＰ装置に装入された剛性型内の粉体は、粉体充填口か
ら充填口外部粉体を介して加圧され、圧密が進行して体
積が減るので、充填口外部粉体の一部がキャビティ内部
へ移動する。この方法には下記問題点がある。

【００３８】少なくとも２つの圧力値の間を振動する圧
力の負荷即ち、液圧を除去すると圧縮された粉体層に復元力が働
き、この過程で粉体層に亀裂が発生することである。こ
れに対して、本発明者は、液圧の振動を繰り返すことに
より、この亀裂を修復することができることを見い出し
たのである。望ましい負荷液圧の振動方法は、液圧の上
限値を２０〜５０００kgf/cm²の範囲内とし、液圧の振
動範囲を、上記液圧の上限値の０〜７０％から前記上限
値までの範囲内とし、また、このような液圧条件下で５
サイクル以上の液圧を負荷することである。下記に更に
詳細に述べる。

【００３９】液圧の上限値については、これが２０kgf/
cm²未満では、圧密が不十分であり、望ましくない。一
方、液圧の上限値が５０００kgf/cm²を超えても、液圧
上昇による圧密効果が飽和する。従って、液圧の上限値
を２０〜５０００kgf/cm²の範囲内にすることが望まし
い。

【００４０】液圧の振動範囲について具体例で説明する
と、例えば、液圧の上限値が２０kgf/cm²の場合は、振
動幅は６〜２０kgf/cm²であって下限値は０〜１４kgf/
cm²、液圧の上限値が３００kgf/cm²の場合は、振動幅
は９０〜３００kgf/cm²であって下限値は０〜２１０kg
f/cm²、液圧の上限値が５０００kgf/cm²の場合は、振
動幅は１５００〜５０００kgf/cm²であって下限値は０
〜３５００kgf/cm²となる。

【００４１】本発明者は、初期の減圧で亀裂が発生する
のに十分な低いレベルまで液圧を下げ、再加圧によって
亀裂の修復を図ることを繰り返すことにより、除荷して
も亀裂が発生しなくなることを見い出し、除荷したとき
の液圧の振動幅が負荷液圧の上限値の７０％を超える
と、減圧が不十分で亀裂の発生が見られず、そのために
ＣＩＰ終了後に亀裂が発生し易い。従って、液圧の振動
範囲の下限値を、液圧振動範囲の上限値の７０％以下と
することが望ましい。

【００４２】このようにして、成形体の亀裂を修復する
ためには、成形体に対して負荷する振動液圧が５サイク
ル未満では、亀裂後の修復が十分でない場合がある。従
って、亀裂を修復するためには、上記液圧条件下で、５
サイクル以上の振動液圧を負荷することが望ましい。な
お、このような亀裂は成形体には認められないが、焼結
後に発生することもあるので、一層望ましくは１０サイ
クル以上負荷するのがよい。

【００４３】

【実施例】次に、この発明を実施例により更に詳細に説
明する。本発明法および比較法のそれぞれにより、アル
ミナ製ノズルを成形した。

【００４４】（実施例）図１は、本発明法により成形
し、そして、完成させたアルミナ製ノズル成品の形態を
示す概略斜視図を示し、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図
である。アルミナ製ノズル７の入口径Ｄ₁は９１ｍｍ、
出口径Ｄ₂は２０ｍｍ、長さＨ₀は９２ｍｍであり、ノ
ズル孔６は入口から出口に向かって滑らかな曲線状で絞
られている。

【００４５】図３は、この発明の方法により、図１およ
び２に示したアルミナ製ノズル成品を成形する状況を説
明するための、剛性型、弾性型容器および原料粉体の概
略縦断面図であり、ＣＩＰ装置に装入する直前の弾性型
容器等の調製体Ｐを示す。図３において、１は剛性型、
２は弾性型容器、３は粉体充填口、４は剛性型のキャビ
ティに充填された原料のアルミナ粉、そして、４ａはア
ルミナ粉体の堆積からなる充填口外部粉体である。

【００４６】図４は、図３に示した調製体ＰをＣＩＰ装
置に装入し、次いで、等方圧縮負荷を作用させた後、Ｃ
ＩＰ装置から取出し、弾性型容器を除去したものの状態
を示す概略縦断面図である。

【００４７】（実施例−１）剛性型図３および４に示すように、剛性型１は、外型１ａと中
子１ｂとから構成されており、外型１ａは、内径が
Ｌ₁：１２２ｍｍからＬ₂：９２ｍｍまで直線的に減少
し、一方、外径Ｌ₃が一定値１４２ｍｍ、全高Ｈ₂が１
０２ｍｍ、そして、内高、即ち、剛性型のキャビティ深
さＨ₁が９２ｍｍである。なお、剛性型のキャビティ深
さＨ₁はノズルの長さＨ₀と実質的に同一である。外型
１ａの中に中子１ｂが同図のように配置されている。更
に、剛性型１はノズル孔６の出口６ａ相当位置側の端部
に、円環状の粉体充填口３を１個有する。このような剛
性型１を炭素工具鋼で製作して使用した。

【００４８】剛性型へのアルミナ粉体の充填および弾性
型容器への収納上記の剛性型１を粉体充填口３を上にした状態で振動テ
ーブル（図示せず）に配載し、３２５メッシュ通過の平
均粒径８μm のアルミナ粉体４に振動を与えながらこれ
を粉体充填口３から剛性型１に充填した。更に、充填口
外部空間４ｂに、手で押し固めたアルミナ粉体４の充填
口外部堆積層４ａを、剛性型１のキャビティ体積の約１
５％だけ形成させた。キャビティと充填口外部空間との
占有に用いたアルミナ粉体の合計重量は、２２２１ｇで
あった。このようにして調製されたアルミナ原料粉体と
剛性型１との剛性型調製体を弾性型容器２に収納した。

【００４９】弾性型容器２は、ウレタンゴム製のゴム型
であり、弾性型容器本体２ａと弾性型容器蓋２ｂとから
なっている。弾性型容器２の外径Ｌ₄は１６２ｍｍ、全
高Ｈ₃は１３８ｍｍであり、内径および内高は上記剛性
型調製体がスムーズに収納されうる寸法である。弾性型
容器２内に剛性型調製体を収納した後、弾性型容器本体
２ａと弾性型容器蓋２ｂとの嵌合部にビニールテープ５
を巻いて弾性型容器２を密閉した。次いで、このように
して得られた弾性型容器調製体Ｐを、ＣＩＰ装置に装入
してアルミナ製ノズルを成形した。

【００５０】ＣＩＰ装置による１軸圧縮成形ＣＩＰ装置内に装入された弾性型容器２に、水・油エマ
ルジョンにより液圧を負荷した。 (1)先ず、液圧を２０kgf/cm²に昇圧して５秒保持した
後、１０００kgf/cm²まで昇圧し、５秒保持した後２０
kgf/cm²まで減圧した。この操作を５回繰り返した。 (2)次いで、液圧を２０kgf/cm²で５秒保持した後、２
０００kgf/cm²まで昇圧し、５秒保持した後２０kgf/cm
²まで減圧した。この操作を５回繰り返した。 (3)次いで、液圧を２０kgf/cm²で５秒保持した後、３
０００kgf/cm²まで昇圧し、５秒保持した後２０kgf/cm
²まで減圧した。この操作を５回繰り返した。 (4)次いで、液圧を２０kgf/cm²で５秒保持した後、４
０００kgf/cm²まで昇圧し、５秒保持した後２０kgf/cm
²まで減圧した。この操作を５回繰り返した。 (5)次いで、液圧を２０kgf/cm²で５秒保持した後、５
０００kgf/cm²まで昇圧し、５秒保持した後２０kgf/cm
²まで減圧した。この操作を５回繰り返した。 (6)次いで、液圧を２０kgf/cm²で５秒保持した後、４
０００kgf/cm²まで昇圧し、５秒保持した後２０kgf/cm
²まで減圧した。この操作を５回繰り返した。 (7)次いで、液圧を２０kgf/cm²で５秒保持した後、３
０００kgf/cm²まで昇圧し、５秒保持した後２０kgf/cm
²まで減圧した。この操作を５回繰り返した。 (8)次いで、液圧を２０kgf/cm²で５秒保持した後、２
０００kgf/cm²まで昇圧し、５秒保持した後２０kgf/cm
²まで減圧した。この操作を５回繰り返した。 (9)次いで、液圧を２０kgf/cm²で５秒保持した後、１
０００kgf/cm²まで昇圧し、５秒保持した後２０kgf/cm
²まで減圧した。この操作を５回繰り返した。 (10) 次いで、液圧を２０kgf/cm²で５秒保持した後、
大気圧まで戻して処理物をＣＩＰ装置から取り出した。

【００５１】成形体このようにして、ＣＩＰ装置を用いて、アルミナ粉体に
対して実質的に１軸圧縮成形を施された処理物から、弾
性型容器２のゴム型を除去した（図４参照）。次いで、
このようにして１軸圧縮成形されたアルミナの充填口外
部堆積層４ａ’を削り取り、剛性型２を除去して、図１
および２に示したようなアルミナ製ノズル７の成形体を
得た。このようにして得られた成形体の完成品の重量は
１９３１ｇであった。成形体の表面状態、形状および寸
法はいずれも良好であり、原料粉体からの成形体歩留も
良好であった。

【００５２】（実施例−２）剛性型図３および４に示した実施例１で使用した剛性型１と同
じ形状・寸法であって、嵩密度１．９８ｇ／ｃｍ³の黒
鉛で剛性型１を製作して使用した。

【００５３】剛性型へのアルミナ粉体の充填および弾性
型容器への収納上記の剛性型１を粉体充填口３を上にした状態で振動テ
ーブル（図示せず）に配載し、３２５メッシュ通過の平
均粒径８μm のアルミナ粉体４に振動を与えながらこれ
を粉体充填口３から装入し充填した。更に、充填口外部
空間４ｂに、手で押し固めたアルミナ粉体４の充填口外
部堆積層４ａを、剛性型１のキャビティ体積の約１５％
だけ形成させた。キャビティと充填口外部空間との占有
に用いたアルミナ粉体の合計重量は、２００１ｇであっ
た。このようにして調製されたアルミナ原料粉体と剛性
型１との剛性型調製体を弾性型容器２に収納した。

【００５４】弾性型容器２は、ウレタンゴム製のゴム型
であり、弾性型容器本体２ａと弾性型容器蓋２ｂとから
なっている。弾性型容器２の外径Ｌ₄は１６２ｍｍ、全
高Ｈ ₃は１３８ｍｍであり、内径および内高は上記剛性
型調製体がスムーズに収納されうる寸法である。弾性型
容器２内に剛性型調製体を収納した後、弾性型容器本体
２ａと弾性型容器蓋２ｂとの嵌合部にビニールテープ５
を巻いて弾性型容器２を密閉した。次いで、このように
して得られた弾性型容器調製体Ｐを、ＣＩＰ装置に装入
してアルミナ製ノズルを成形した。

【００５５】ＣＩＰ装置による１軸圧縮成形ＣＩＰ装置内に装入された弾性型容器２に、水・油エマ
ルジョンにより液圧を負荷した。 (1)先ず、液圧を２０kgf/cm²に昇圧して５秒保持した
後、１００kgf/cm²まで昇圧し、５秒保持した後２０kg
f/cm²まで減圧した。この操作を５回繰り返した。 (2)次いで、液圧を２０kgf/cm²で５秒保持した後、２
００kgf/cm²まで昇圧し、５秒保持した後２０kgf/cm²
まで減圧した。この操作を５回繰り返した。 (3)次いで、液圧を２０kgf/cm²で５秒保持した後、３
００kgf/cm²まで昇圧し、５秒保持した後２０kgf/cm²
まで減圧した。この操作を５回繰り返した。 (4)次いで、液圧を２０kgf/cm²で５秒保持した後、２
００kgf/cm²まで昇圧し、５秒保持した後２０kgf/cm²
まで減圧した。この操作を５回繰り返した。 (5)次いで、液圧を２０kgf/cm²で５秒保持した後、１
００kgf/cm²まで昇圧し、５秒保持した後２０kgf/cm²
まで減圧した。この操作を５回繰り返した。 (6)次いで、液圧を２０kgf/cm²で５秒保持した後、大
気圧まで戻して処理物をＣＩＰ装置から取り出した。

【００５６】成形体このようにして、ＣＩＰ装置を用いて、アルミナ粉体に
対して実質的に１軸圧縮成形を施された処理物から、弾
性型容器２のゴム型を除去した（図４参照）。次いで、
このようにして１軸圧縮成形されたアルミナの充填口外
部堆積層４ａ’を削り取り、剛性型２を除去して、図１
および２に示したようなアルミナ製ノズル７の成形体を
得た。このようにして得られた成形体の完成品の重量は
１７４０ｇであった。成形体の表面状態、形状および寸
法はいずれも良好であり、原料粉体からの成形体歩留も
良好であった。

【００５７】（比較例）図８は、比較法による成形体の
切削部分および切削されて完成したアルミナ製ノズル成
品の形態を示し、ノズル孔の軸線を含む平面で切断した
概略縦断面図である。同図中、破線で示した外形と実線
で示した外形との間の斜線部分が上記の切削部分であ
る。アルミナ製ノズル７の入口径Ｄ₁は９１ｍｍ、出口
径Ｄ₂は２０ｍｍ、長さＨ₀'は９２ｍｍであり、ノズル
孔６は入口から出口に向かって滑らかな曲線状で絞られ
ている。

【００５８】図９は、比較法により、図８に示したアル
ミナ製ノズルを成形する状況を説明するための、型およ
び原料粉体の概略縦断面図であり、ＣＩＰ装置に装入す
る直前の、アルミナ粉体が充填された弾性型であるゴム
型調製体Ｑを示す。図９において、８ａはウレタンゴム
製ゴム型本体、８ｃは炭素工具鋼製のゴム型中子、８ｂ
はウレタンゴム製ゴム型蓋、そして、４は型のキャビテ
ィに充填された原料のアルミナ粉である。

【００５９】図１０は、図９に示したゴム型調製体Ｑを
ＣＩＰ装置に装入し、次いで、等方圧縮負荷を作用させ
た後、ＣＩＰ装置から取出し、ゴム型本体８ａおよびゴ
ム型蓋８ｂを除去したものの状態を示す概略縦断面図で
ある。

【００６０】ゴム型図９に示すように、ゴム型８は、ゴム型本体８ａとゴム
型蓋８ｂと炭素工具鋼製の中子８ｃとから構成されてい
る。ゴム型８の内径Ｌ₃'は１４２ｍｍ、外径Ｌ₄'は１６
２ｍｍ、内高、即ち、ゴム型８のキャビティ深さＨ₁'は
９２ｍｍ、そして全高Ｈ₃'は１３８ｍｍである。なお、
ゴム型８のキャビティ深さＨ₁'は、ノズルの長さＨ₀'
（図８参照）と実質的に同一である。更に、ゴム型８は
ノズル孔の出口６ａ相当位置側の端部に、円環状の粉体
充填口３を１個有する。

【００６１】ゴム型へのアルミナ粉体の充填上記のゴム型８を粉体充填口３を上にした状態で振動テ
ーブル（図示せず）に配載し、３２５メッシュ通過の平
均粒径８μm のアルミナ粉体４に振動を与えながらこれ
を粉体充填口３からゴム型８に充填した。ゴム型８のキ
ャビティを充填した後、更に、充填口外部空間に、手で
押し固めたアルミナ粉体４の充填口外部堆積層４ａを形
成させた。次いでゴム型蓋８ｂを被せた後、ゴム型本体
８ａとゴム型８ｂとの嵌合部にビニールテープ５を巻い
てゴム型８を密閉した。キャビティと充填口外部空間と
の占有に用いたアルミナ粉体の合計重量は、２９３６ｇ
であった。このようにして調製されたアルミナ原料粉体
とゴム型８とのゴム型調製体ＱをＣＩＰ装置に装入して
アルミナ製ノズルを成形した。

【００６２】ＣＩＰ装置による等方圧縮成形ＣＩＰ装置内に装入されたゴム型８に、水・油エマルジ
ョンにより従来法で液圧を負荷した。即ち、先ず、液圧
を５０００kgf/cm²まで昇圧して５分保持した後、２０
kgf/cm²まで減圧し、１分保持した後、大気圧まで戻し
て処理物をＣＩＰ装置から取り出した。

【００６３】成形体このようにして、ＣＩＰ装置を用いて、アルミナ粉体に
対して等方圧縮成形を施された処理物から、ゴム型本体
８ａおよびゴム型蓋８ｂを除去した（図１０参照）。次
いで、ゴム型中子８ｃを除去した。図１１はこのように
して得られた成形体の形状を示す概略縦断面図である。
この成形体の重量は２９３６ｇであった。これを図１１
に示したように削って図２と同一の寸法に仕上げたとこ
ろ、成形体の完成品の重量は１９１３ｇであった。

【００６４】成形体の表面状態については、成形体の表
面にゴム型の皺が転写されており、また、形状について
は、成形体の角部に突起が発生し、いずれも本発明法に
より製作された成形体より劣るものであった。所望の形
状・寸法のノズルを削り出すことができる体積はぎりぎ
り確保されたが、ぎりぎりでもアルミナ粉体使用量は多
かった。即ち、アルミナ粉体使用量については、実施例
１の本発明法では２２２１ｇであったが、比較法では２
９３６ｇと多かった。

【００６５】

【発明の効果】上述したように、この発明によれば、冷
間等方圧縮装置を用いて剛性型内の原料粉体に対して、
実質的な１軸圧縮を施すことができ、このようにするこ
とによって小型軽量の型を用いて寸法精度の良好な成形
体を得ることができる。従って、成形体の機械加工工程
を軽減ないし省略することができ、しかも、原料粉体か
らの成品歩留が向上する粉体の成形方法を提供すること
ができ、工業上極めて有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明法により成形し、そして完成させたアル
ミナ製ノズル成品の形態を示す概略斜視図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】この発明の方法によりアルミナ製ノズルを成形
する状況を説明するための、剛性型、弾性型容器および
充填原料粉体の概略縦断面図である。

【図４】この発明の方法によりアルミナ製ノズルを成型
した後、弾性型容器を除去した状態の剛性型および成形
体を示す概略縦断面図である。

【図５】この発明の方法における「充填口外部空間」を
説明する図である。

【図６】この発明の方法における「充填口外部空間の一
部」を説明する図である。

【図７】この発明の方法における「充填口外部空間の全
部」を説明する図である。

【図８】比較法による成形後の切削部分と完成されたア
ルミナ製ノズル成品の形態とを示す概略縦断面図であ
る。

【図９】比較法によりアルミナ製ノズルを成形する状況
を説明するための、ゴム型および充填原料粉体の概略縦
断面図である。この発明によるスクラップの予熱装置の
一実施態様を示す系統図である。

【図１０】比較法によりアルミナ製ノズルを成型した
後、ゴム型本体およびゴム型蓋を除去した状態の中子お
よび成形体を示す概略縦断面図である。

【図１１】比較法により得られた成形体の切削前の形状
を示す概略縦断面図である。

【符号の説明】

１剛性型１ａ外型１ｂ中子１ｃ型定盤１ｄキャビティ２弾性型容器２ａ弾性型容器本体２ｂ弾性型容器蓋３粉体充填口４アルミナ粉４ａ充填口外部堆積層４ａ’１軸圧縮後の充填口外部堆積層４ｂ充填口外部空間４ｂ’ 充填口外部空間の一部の充填原料粉体４ｂ” 充填口外部空間の全部の充填原料粉体５ビニールテープ６ノズル孔６ａ出口７ノズル成品７ａノズル体８ゴム型８ａゴム型本体８ｂゴム型蓋８ｃゴム型中子Ｐ弾性型容器調製体Ｑゴム型調製体Ｄ₁ アルミナ製ノズルの入口径Ｄ₂ アルミナ製ノズルの出口径Ｌ₁ 外型のノズル孔始端の内径Ｌ₂ 外型のノズル孔終端の内径Ｌ₃ 外型の外径Ｌ₄ 弾性型容器の外径Ｌ₁' 圧縮成形後のゴム型上端面の外径Ｌ₂' 圧縮成形後のゴム型下端面の外径Ｌ₃' ゴム型本体の内径Ｌ₄' ゴム型本体の外径Ｈ₀，Ｈ₀' アルミナ製ノズルの長さＨ₁ 剛性型のキャビティ深さＨ₂ 剛性型の全高Ｈ₃ 弾性型容器の全高Ｈ₁' ゴム型のキャビティ深さＨ₃' ゴム型の全高

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷間等方圧縮装置内に剛性型を配置し、
前記剛性型内に充填された原料粉体に対して、前記冷間
等方圧縮装置を用いて実質的な１軸圧縮を施すことによ
り成形体を得ることを特徴とする、粉体の成形方法。
【請求項２】１個または複数個の粉体充填口を有する
剛性型のキャビティに原料粉体を充填し、そして、前記
剛性型の外部にあって前記粉体充填口に通じて隣接する
充填口外部空間の一部または全部を前記原料粉体で充填
し、次いで、このように調製された前記剛性型と前記原
料粉体とからなる調製体を弾性型容器内に封入し、次い
で、このようにして前記調製体が封入された前記弾性型
容器を冷間等方圧縮装置に装入し、そして、次いで、前
記冷間等方圧縮装置により前記原料粉体に対して実質的
な１軸圧縮を施すことにより成形体を得ることを特徴と
する、粉体の成形方法。
【請求項３】弾性型容器内に１個または複数個の粉体
充填口を有する剛性型を装入し、次いで、前記剛性型の
キャビティに原料粉体を充填し、そして、前記剛性型の
外部にあって前記粉体充填口に通じて隣接する充填口外
部空間の一部または全部を前記原料粉体で充填し、次い
で、前記弾性型容器を密封し、次いで、このようにして
前記剛性型と前記原料粉体とが封入された前記弾性型容
器を冷間等方圧縮装置に装入し、そして、次いで、前記
冷間等方圧縮装置により前記原料粉体に対して実質的な
１軸圧縮を施すことにより成形体を得ることを特徴とす
る、粉体の成形方法。
【請求項４】前記１軸圧縮を、少なくとも２つの圧力
値の間を振動する圧力を負荷することにより行なうこと
を特徴とする、請求項１〜３のいずれか１つに記載の粉
体の成形方法。
【請求項５】前記原料粉体は、金属粉体、セラミック
ス粉体、または、金属粉体とセラミックス粉体との混合
物を９０ wt.％以上含む粉体であり、且つ、前記充填口
隣接空間の一部または全部を占有する前記原料粉体の量
は、前記剛性型のキャビティの体積の５〜１００％の範
囲内にあることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか
１つに記載の粉体の成形方法。
【請求項６】前記１軸圧縮における圧力の上限値は、
２０〜５０００kgf/cm²の範囲内にあり、且つ、前記圧
力の振動範囲は、上限値の０〜７０％から前記上限値ま
での範囲内にあることを特徴とする、請求項２〜５のい
ずれか１つに記載の粉体の成形方法。
【請求項７】前記剛性型は黒鉛製であり、前記１軸圧
縮は、少なくとも２つの圧力値の間を振動する圧力を負
荷することにより行ない、且つ、前記圧力の上限値は２
０〜５００kgf/cm²の範囲内にあり、前記圧力の振動範
囲は、上限値の０〜７０％から前記上限値までの範囲内
にあり、そして、このようにして定まった振動する前記
圧力を少なくとも５サイクル以上負荷することを特徴と
する、請求項２または３記載の粉体の成形方法。