JPS60208401A - 粉末状材料製継目無中空材の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は粉末状材料製継目無中空材の製造法に係り、特
に粉末状材料を間接マンドレル押出法により押し出して
、長尺の継目無中空材を効果的に製造する方法に関する
ものである。

アルミニウム若しくはその合金粉末等の金属粉末や、こ
れにセラミック材料を加えてなる混合物などの粉末状材
料から、長尺状の所定の形状物を形成せしめることは、
従来から極めて困難とされ、押出加工法は勿論、他の加
工法にあっても、種々なる問題を内在していることが認
められている。

例えば、従来からの粉末状材料の成形手段として採用さ
れている圧縮成形法は、一般に金型が組み込まれた複動
プレスにて行なわれるものであって、一方向からの加圧
方式であるが故に、長尺状物（長物）の成形加工が極め
て困難であるのであり、また円柱体及び矩形体く角状ブ
ロック）以外の異形の圧縮加工物を形成せしめることは
容易ではなく、更にこの圧縮成形物をその焼結後に加工
しようとする場合にあっても、それが硬化しているため
、巨大な加工力を必要とするか、また非常に小さい加工
度しか得られない問題があり、しかも材ｉの脆性が大き
いため、その加工も著しく困難である。

このため、本願出願人は、先に特願昭５４−３９０３０
号（特開昭５５−１３（１４００号）として、粉末状材
料の新しい押出加工方法を提案した。すなわち、予め用
意された金属材料からなるカプセル内に粉末状材料を充
填し、予備圧縮した後、かかるカプセルを脱気シールし
、これを静水圧押出法にて押出加工することを特徴とす
る、粉末状材料の押出加工方法であり、このような特定
の静水圧押出手法を利用することによって、粉末状材料
から種々なる形状の長尺状物を任意に形成し得ることと
なったのであるが、この方式とても、継目無管等の中空
の押出材（ホロー材）の如き特殊な形状のｔ−■を形成
せしめることは容易なことではないのである。

ここにおいて人事発明は、かかる事情を背景にして為さ
れたものであって、その目的とするところは、粉末状材
料から継目無中空材を有利に製造し得る方法を提供する
ことにあり、また他の目的は中空の押出用粉末状材料圧
縮物を有利に形成して、これを円環状のビレット容器内
に収容せしめてなるホロービレットを用いて、間接マン
ドレル押出法にて、直接、継目の無い、品質の良好な中
空材、特に管を製造する手法を提供することにある。

そして、本発明に係る粉末状材料製継目無中空材の製造
法は、かかる目的を達成するために、（ａ）所定の金属
粉末又はこれにセラミック材料を混入せしめてなるもの
を、圧縮可能な中空圧縮動形成用治具に充填する工程と
、（ｂ）該所定の粉末若しくは混合物を充填した中空圧
縮動形成用治具を、高圧の液体にて加圧を行ない得る加
圧容器内に収容し、所定の高圧液体を作用せしめること
によって、該治具を圧縮せしめ、中空の押出用粉末状材
料圧縮物を形成する工程と、（ｃ）前記治具から取り出
された中空の粉末状材料圧縮物を略同−形状の円環状筒
状容器内に密に収容せしめて密封した後、加熱状態下に
真空排気せしめることによって、該円環状筒状容器にて
該粉末状材料圧縮物を被覆した形態の押出用ホロービレ
ットを形成する工程と、（ｄ）該ホロービレットを所定
の間接マンドレル押出装置のコンテナ内に装填せしめる
と共に、該ホロービレットの中空部にマンドレルを挿入
、位置せしめ、そしてそれらコンテナとボロービレット
との間に相月変位が実質的に惹起されないようにして、
所定のダイスを通じて間接マンドレル押出せしめること
により、前記円環状筒状容器が表皮部分となった所定形
状の中空押出物を形成する工程とを含んで、構成される
ようにしたことにある。

以下、図面を参照しつつ、本発明について更に詳細に説
明することとする。

まず、本発明に従って形成される中空の押出用粉末状材
料圧縮物を構成する粉末状材料としては、一般の金属粉
末の何れをも使用することができるものであるが、本発
明にあっては、特にアルミニウム若しくはその合金粉末
の粉末成形操作に有利に適用され得るものである。また
、このような成形に供される粉末状材料として、上述の
如き金属粉末の他、そのような金属粉末にセラミック材
料を混入せしめた混合粉末状材料であっても良いが、そ
のようなセラミック材料は、例えば粉末状の他、長繊維
状、短繊維状、ウィスカー状などの形態のものであって
、一般に容量基準で５０％以下、特に１０〜３０％程度
の割合で金属粉末に混入せしめられることとなる。なお
、かかるセラミック材料は、一般に、粉末にあっては０
．１μｒｎ−１００μｍ程度の粒径において、また長繊
維にあっては太さ：０．１μｍ−１００μｍ程度の寸法
において、更に短繊維にあっては太さ；０．１μｍ−ｔ
ｏ。

μｍ、長さ：ｌｌ１ｍ〜５０ｍｍ程度の寸法において、
そしてまたウィスカーにあっては太さ：０．１μｍ〜１
０／ｊｍ、長さｌｐｍ−１００μｍ程度の寸法において
、それぞれ用いられることとなる。

そし゛（、このような粉末状（Ａ料は、それから中空の
押出用１５）束状材料圧縮物を得るために、所定の中空
圧縮動形成用治具に充填されることとなる、この中空圧
縮動形成用治具は、例えば第１１ン１に示されるように
、中心部に芯金２、上下に上蓋４と底板６とを有し、こ
の上Ｍ４と底板６に円筒状のゴム容器８の両端部がそれ
ぞれハンド１０．１０にて密着さゼられて取り付けられ
ることにより、芯金２の軸心方向に延びるドーナツ状の
粉末状材料充填空間が形成されるようになっている。

なお、この治具において、芯金２は、得られる粉末状材
ね圧縮物の内径寸法を決める部材であり、その材質とし
ては、一般に炭素鋼が用いられ、そして粉末状材料圧縮
後に中空の押出用粉末状材料圧縮物を抜き出し易くする
ために、該芯金２には、ｌ／１００程度の上蓋４に向か
って細くなるテーパがつけられている。また、上蓋４と
底板６は、芯金２とゴム容器８を固定する部（Ａであり
、その材質は、通常炭素鋼であって、芯金２とはネジに
て連結されるようになっている。

また、ゴム容器８は、所定の粉末状材ｆ４１２を充填す
る容器であって、その両端は、上述の如く上ｒｉ４と底
板６に嵌め込まれて固定されるものであるとごろから、
当該円周部分には、通常、帆布等の繊維が埋め込まれて
、補強されるようになっている。なお、このゴム容器８
の肉厚は、適宜に決定されることとなるが、一般に約Ｉ
Ｑ＋ｕ程度が常用され、また内径と長さは、後述の圧縮
加工（ＣＩ　Ｐ）後の収縮量を考慮して決定されること
となる。

さらに、かかる治具におけるバンド１０は、ゴム容器８
を上Ｍ４と底板６に密着させ、後述の圧縮加工（ＣＩ　
Ｐ）時に、圧力媒体である水が内部の粉末状材料１２に
滲み込むのを阻止する作用を為すものであり、またゴム
容器８の外側に位置するように、上蓋４と底板６との間
には、半割構造のガイドパイプ１４．１４が該ゴム容器
８を取り囲むように設けられ、これによって圧縮加工（
ＣＩＰ）時に該上蓋４と底板６が変形するのが防止され
るようになっている。

なお、このガイドパイプ１４の材質は、通常炭素鋼であ
り、また圧縮加工（ＣＩ　Ｐ）時に加えられる液圧は、
それらガイドパイプ１４．１４間の間隙やそれらに設け
られた孔等を通じて、ゴム容器８に作用せしめられるよ
うになっており、これによってゴム容器８は、半径方向
の圧縮力を受けて、その内部に充填された粉末状材料１
２を圧縮せしめるようになっている。

また、このような中空圧縮動形成用治具内への粉末状材
料１２の充填は、上Ｍ４が開放された状態において、所
定の粉末状材料１２がゴム容器８内に投入せしめられる
ことによって実施されることとなるが、その際、適当な
振動充填機等を用いて振動を加えることが望ましく、こ
れによって充填密度が向上され得ると共に、均一な充填
を期待し得るのである。

次いで、このように七ノドされ、内部に所定の粉末状Ｉ
Ａ料１２が充填された中空圧縮物形成用治具は、高圧の
液体にて加圧を行ない得る加圧容器内に収容され、そし
て所定の高圧液体の作用によってｊ圧縮せしめられるこ
とにより、目的とする中空の押出用わ）束状材料圧縮物
が形成されることとなるのであるが、その操作は、通常
、冷間静水圧圧１ｉ１工程（Ｃｏｌｄ　ｌ５ｏｓｔａｔ
ｉｃ　Ｐｒｏｓｓｉｎｇ　：　ＣＩ　Ｐ）にて実施され
るものである。

第２図には、このようなＣＩＰ工程の略図が示されてお
り、そこにおいて、前述の所定の粉末状材料１２を充填
した中空圧縮動形成用治具が上蓋１６及び下蓋１８を有
する高圧円筒２０内に装入され、そして水を圧力媒体２
２として加圧せしめて、該装入治具に対して高圧が作用
せしめられるのである。なお、この加圧圧力は、粉末状
材料１２０種類と所要圧縮密度により適宜に決定される
こととなるが、アルミニウム合金粉末の場合、圧縮密度
６５〜７０％を得るには、加圧圧力は１５ｋｌｌ　／　
ｍｍ　”以上必要である。また、この加圧保持時間は５
秒程度で充分であるが、目的とする圧力への急速な昇圧
は、治具内における粉末状材料１２の圧縮密度差を惹起
することとなるところから、そのような急速な昇圧は避
けることが望ましい。

また、かかる圧縮操作にて得られる中空の粉末状材料圧
縮物は、圧縮装置（高圧円筒２０）から取り出された治
具から、その上蓋４を取り外す等することによって取り
出され、そしてその後、それは略同−形状の円環状容器
内に密に収容せしめられて密封されることとなるが、そ
の−例が第３図に示されている。

すなわち、第３図において、前記治具がら取り出された
中空の粉末状材料圧縮物２４は、内筒２６、外筒２８、
底板３０及び上蓋３２にて構成される円環状（ドーナツ
状）の筒状容器内に密に収容・ヒしめられ、そしてかか
る容器を構成する各部品は、後述の真空排気のためにリ
ークしないように完全に溶接シールされることとなる。

なお、上Ｍ３２に設けられた孔３４は、真空排気のため
の排気孔であり、そしてこの排気孔３４に第４図の如く
真空排気管３６が取り付けられているのである。

また、かかる粉末状材料圧縮物２４を収容する筒状容器
の内筒２６及び外筒２８の材質としては、押出性の良好
な金属材料が好適に使用されるが、前記粉末状＋Ａｌ４
１２が、アルミニウム若しくはその合金わ）末又はそれ
とセラミック材料との混合粉末状材料である場合には、
Ａ６０６３、Ａ１０５０等の押出性の良好なアルミニウ
ム材料を選ぶことが望ましい。なお、それら内筒２６、
外筒２８の筒壁部の肉１７は、一般に２〜５１程度が採
用され、またその軸方向の長さは、粉末状材料圧縮物２
４の長さより１０〜３０龍長い程度にされる。

また、かかる内筒２６、外筒２８の両端部を覆蓋する底
板３０と上蓋３２にあっても、上記内筒２６や外筒２８
と同様な材質のものが使用され、上記Ａ６０６３、Ａ１
０５０等の押出性の良好なアルミニウム材料等の材質の
ものが選ばれることとなる。なお、それらの形状は、真
円の円盤形状を為し、またその肉厚は一般に１〜５ｍｍ
程度とされ、その外径及び内径は、外筒２８及び内筒２
６との間のクリアランスが０．５曹鳳程度以下となるよ
うに選定されることとなる。

さらに、このように所定の粉末状材料圧縮物２４が収容
されてなる容器の上蓋３２には、第４図に示されるよう
に、その排気孔３４に真空排気管３６が取り付けられ、
そし゛ζ図示しない真空排気装置によって、かかる真空
υト気管３６を通して、わ）末状材料圧縮物２４を収容
する容器内の気体が除去せしめられることとなるのであ
る。なお、この真空排気管３６は、例えばＡ１０５０等
のアルミニウム材料の如き加工し易い材質のものにて構
成されており、真空排気操作の後に、それを圧着・ｌし
めても漏洩がないように、その肉１￥は外径の１／１０
以上とされている。

また、このように真空排気管３６を通じて真空排気せし
めるに際しては、この粉末状材料圧縮物２４を収容した
容器は、加熱せしめられる必要がある。これによって、
該容器内の粉末状材料圧縮物２４申に存在する気体や水
等の揮発性物質が気化せしめられて、効果的に追い出さ
れ、そし−Ｃ容器外に除去せしめられることにより、か
かる容器内にガスや揮発性液体等が存在しないようにさ
れるのであり、以て後の間接マンドレル押出工程におけ
るトラブルの発生が極力防止されている。なお、この際
の容器の加熱温度としては、粉末状材料圧縮物２４の押
出工程以後に受ける熱履歴の程度によって、そのような
熱履歴の温度よりも低くない温度にて適宜に決定される
こととなり、例えば押出後に熱処理される場合にあって
は、その熱処理（焼入れ）温度若しくはそれ以上の温度
が、また押出物に熱処理をしない場合には、押出温度若
しくはそれ以上の温度が適宜に採用されることとなるの
である。そして、この加熱状態下における真空排気によ
って、円環状の筒状容器（２６゜２８．３０．３２）に
て粉末状材料圧縮物２４を被覆した形態の押出用ホロー
ビレット３８が形成されることとなるのである。

次いで、か（して得られたわｊ末状拐料圧縮物２４を密
封した状態にある押出用ホロービレット３８は、その押
出成形加工のために、３００〜５００℃で１〜５時間程
度予熱せしめられることとなる。このビレット３８の加
熱温度は、−ａに母材の押出前の予熱温度となるもので
ある。そして、このように予熱されたホロービレット３
８は、例えば第５図に示されるように、所定の間接マン
ドレル装置のコンテナ４０のビレット装填孔４２内に装
填せしめられる。また、このビレット装填孔４２内には
、目的とする中空Ｈの押出形状を与えるダイス４４が、
該ビレット３８と同程度の温度に予熱されて、予めセッ
トされている。

そして、この装填せしめられたホロービレット３８には
、押盤４６を貫通してダイス４４位置に至るマンドレル
４８が挿通位置せしめられ、そしてそのような状態下に
おいて、ステム５０にてホローヒレノド３８が押盤４６
を介して加圧せしめられて、押出が開始されることとな
る。この加圧押出の際、コンテナ４０は、図示の如く、
別駆動による移動機構によって矢印方向の押出向にステ
ム５０と等速度にて移動せしめられ、これによってコン
テナ４０のビレット装填孔４２の内面とホロービレット
３８　（具体的には外筒２８）の外面との間に相対変位
が惹起されないようにして、間接マンドレル押出が行な
われるのである。

従って、このような粉末状材料圧縮物２４を円環状筒状
容器（２６，２８，３０，３２）に収容してなる押出用
ホロービレット３８の間接マンドレル押出操作にあって
は、コンテナ４０のピレノｌ装填孔４２の内面との間に
おいて、摩擦力は働かず、またダイス４４とこれに押圧
されるボロービレット３８の前端との当接部に形成され
るデッドメタル部が微少となることとなって、これによ
り円環状筒状容器を構成する外筒２８や上蓋３２等が、
押出圧力によって変形作用を受ける粉末状材料圧縮物２
４に混じり込まないようになり、それらの構成材料がそ
のままダイス４４がら押し出される中空材５２などの押
出品の表皮５４として、その全面に残り、以て表皮５４
の巻込みがない、中空材５２を効果的に得ることができ
るのである。なお、この中空材５２の表面を覆う表皮５
４は、適当な機械加工、例えば表面切削等によってｆｉ
Ｈ単に除去することができ、それによって、目的とする
継目無中空形状の長尺状の管材を得ることができるので
ある。

また、かくの如き継目無中空材の製造手法に従えば、間
接マンドレル押出成形手法の適用される中空の押出用粉
末状材料圧縮物が、前述の如き０１２手法にて効果的に
形成され、しかも所要の圧縮密度が均一となって、その
粉末状材料圧縮物２４が割れ難いという優れた利点を有
しているのであり、更には圧縮時に潤滑剤が不要である
ところから、潤滑剤の除去工程も必要でなく、そのよう
な潤滑剤による粉末状材料圧縮物２４、ひいては最終製
品たる中空材５２の品質劣化も全く顧慮する必要がなく
なったのである。

さらに、そのようにして得られた良好な性状を有する押
出用ボロービレット３８を間接マンドレル押出すること
により、直接、継目の無い、品質の良好な長尺の中空材
が製造し得ることとなり、しかもホロービレット３８の
容器や蓋等は良加工性材料で形成されているところから
、押出ダイス４４の摩耗、損傷や得られる中空材５２の
割れ等も良好に防止され得るのであり、これによって金
属粉末にセラミック材料を混入した混合粉末状材料から
、品質の良好な継目無中空材を得ることができることと
なったのである。

そして、このようにダイス摩耗や押出材（５２）の割れ
等が無いところから、その押出速度を上げることができ
、これによって生産性を著しく向上せしめ得ることとな
ったのであり、また中空ビレットから管等の中空材を押
し出すことができるところから、中実ビレットを用いて
、それから棒材を押し出し、そしてそのような棒材に対
して切削、孔開けする中空材の製造工程に比較しても、
大幅なコストダウンが可能となったのである。

なお、本発明は、上記例示の具体例にのみ限定して解釈
されるものでは決してなく、本発明の趣旨を逸脱しない
限りにおいて、当業者の知識に基づいて種々なる変更、
修正、改良等を加える得るものであって、そのような実
施形態のものをも含むものであること、また、言うまで
もないところである。

例えば、第１図に例示された中空圧縮物形成用治具にあ
っては、それが圧縮可能であり、且つ中空の圧縮物を形
成し得る円環状の粉末状材料充填空間を有する限りにお
いて、例示のもの以外の各種の構造の治具が用いられ得
るものであり、また第３図及び第４図に例示の如きホロ
ービレ、ト３８を形成するための粉末状材１４圧縮物２
４を収容する容器（２６，２８，３０，３２）にあって
も、内筒２６と外筒２８とが、底板３０にて一体的に接
合、構成された有底円筒形状の二重の筒体に対して、上
１３２を組み合わせたものを用いることが、可能である
。

さらに、間接マンドレル押出手法にあっても、前例の如
くコンテナ４０とステム５０とを等速度に移動せしめる
方式に代えて、それらコンテナ４０及びステム５０を固
定して、ダイス４４をステム５０に向かって押圧せしめ
る方式、換言すればダイス４４が第５図において左方に
移動せしめられる方式を採用することも可能である。

また、本発明手法に従って得られる中空材は、そのまま
（表皮５４が付いたまま）の状態で使用される他、…１
述の如く表皮が除去された状態においても使用され得る
ものであり、更には前記押し出された中空材には、適当
な熱処理や焼結などの操作も、必要に応じて適宜に加え
られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にて用いられる中空圧縮物成形用治具の
一例を示す断面説明図であり、第２図は中空圧縮物成形
用治具の液圧による圧縮手法の一例を示す断面説明図で
あり、第３図は中空の粉末状材料圧縮物を収容せしめる
容器の分解図であり、第４図はそれを組み付けて、真空
排気している状態を示す断面説明図であり、第５図は本
発明に従う間接マンドレル押出の一形態を示す断面説明
図である。 ２：芯金　４＝上蓋 ６：底板　８：ゴム容器 １１ｔｎ末状材料　１４ニガイドバイブ１６：上蓋　１
８：下蓋 ２０：高圧円筒　２２：圧力媒体 ２４：粉末状材料圧縮物 ２６：内筒　２８：外筒 ３′ｏ：底板　３２：上蓋 ３６：真空排気管　３８：ホロービレノト４０：コンテ
ナ　４２：ビレット装填孔４４：ダイス　４８：マンド
レル ５０：ステム　５２：中空材 ５４；表皮 出願人　住友軽金属工業株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 所定の金属粉末または゛これにセラミック材料を混入せ
   しめてなるものを、圧縮可能な中空圧縮動形成用治具に
   充填する工程と、 該所定の粉末若しくは混合物を充填した中空圧縮動形成
   用治具を、高圧の液体にて加圧を行ない得る加圧容器内
   に収容し、所定の高圧液体を作用せしめることによって
   、該治具を圧縮せしめ、中空の押出用粉末状材料圧縮物
   を形成する工程と、前記治具から取り出された中空の粉
   末状材料圧縮物を略同−形状の円環状筒状容器内に密に
   収容せしめて密封した後、加熱状態下に真空排気せしめ
   ることによって、該円環状筒状容器にて該粉末状材料圧
   縮物を被覆した形態の押出用ホロービレットを形成する
   工程と、 該ホロービレットを所定の間接マンドレル押出装置のコ
   ンテナ内に装填せしめると共に、該ホロービレットの中
   空部にマンドレルを挿入、位置せしめ、そしてそれらコ
   ンテナとホロービレットとの間に相対変位が実質的に惹
   起されないようにして、所定のダイスを通じて間接マン
   ドレル押出せしめることにより、前記円環状筒状容器が
   表皮部分となった所定形状の中空押出物を形成する工程
   とを、 含むことを特徴とする粉末状材料製継目無中空材の製造
   法。