JPS62202003A - 粉体の成形方法 - 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】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、金属粉あるいはセラミックスなどの粉体を用
いて成形を行い、寸法精度の高い成形体を得る粉体の成
形方法に関する。

〔従来の技術〕

冷間静水圧プレス法は、金属あるいはセラミックスなど
の粉体Ｙゴム様弾性物質の袋に充填し密閉して外部から
水あるいは油のような液体乞加圧媒体として加圧底形す
る方法である。この方法では、通常、ラテックス、Ｐｖ
Ｃあるいはポリウレタンのようなゴム様モールドを用い
ている。このゴム様モールドは、充填される粉体の重量
によって変形しないような強度と肉厚をもったものでな
ければならない。

ところが上記の冷間静水圧プレス法ｔおこなうにあたっ
ては、ゴムと粉体の充填物の変形挙動が異なるのでゴム
様モールドの各部から加わる静水圧はそのまま内部の粉
体の充填物に伝わらず、角部の粉体は、ゴムに拘束され
て収縮しにくいことがある。このため成形体は、無負荷
時のゴム様モールドのキャビティ形状からはずれた形状
となるの入ならず、内部に応力が残留して割れを引き起
こすことがある。従って、通常の冷間静水圧プレス法で
は寸法精度が高く完全な成形体を得ることが困難である
という問題があった。このためこのような冷間静水圧プ
レス法に対し、薄肉のゴム様の袋に張力を働かせた状態
でモールドを形成させる方法が発明された〔特願昭５９
−１８３７８０号〕。

この方法によれば、粉体の充填物の収縮に追随してゴム
様の袋が収縮するので、この充填物は均一収縮し、初期
の充填物形状に相似の成形体が得られる。しかしこの方
法において用いる通気性のモールド支持体によれば、ゴ
ム様弾性物質が滑る十分な表面性状とキャビティの寸法
精度ｖｉａする必要があり、高価なものとなる。従って
比較的生産量の多いものに摘要が限定されてしまうとい
う問題があった。

このため上記の問題点を解決するため、この高価な通気
性のモールド支持体を粉体の充填物を負正にして形状を
保持したモールド支持体で代用するようにした方法もあ
る。この方法では、水溶性フィルムとフィルタとで主要
部分１を構成し、粉体の充填物を負正にして形状を保持
したモールド支持体のキャビティ部へ外面に水分を担持
させた薄肉のゴム様の袋を挿入し、ゴム様袋の接触によ
って水溶性フィルムを溶解し吸引の効果Ｙゴム様袋に及
ぼさせて、このゴム様袋に張力を働かせキャビテイ壁に
密着させ、このゴム様袋からなるモールドを作成するよ
うにした。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のように構成した方法の問題点として以下に示す２
点が挙げられる。まず第１点としては挿入すべくゴム様
袋に担持すべき水分子ｉｋを適切にコントロールしなけ
ればならない点である。担持すべき水分量が少なすぎる
場合には、水溶性フィルムが溶けずモールド支持体のキ
ャビテイ壁にゴム様モールドが密着しない。一方、担持
すべき水分量が多すぎる場合には、局部的に水溶性フィ
ルムが先に溶け、均一にゴム様モールドが密着せず、そ
の結果モールドが破断してしまうことである。

第２魚目としては、モールド支持体Ｙ構成する粉体が担
持した水分で湿めり、再利用する場合に粉体を乾燥する
操作が必要となる点である。

本発明は上記のような問題点を解決するためになされた
もので、寸法精度の高い粉体の成形方法を得ることを目
的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は上記の目的を達成するためＫなされたもので、
乾燥砂を通気性フィルムで真空バックして壊型をつくり
、該清型に表面を水で濡らしたゴム袋を挿入して前記通
気性フィルム’に溶解させてゴムを拡げ、前記鋳型内表
面に密着させた後原料扮を充填し前記ゴム内を真空吸引
して型状を保持させ、次に砂鋳型を除去して冷間静水圧
プレスにかげる粉体の成形方法７ｇｔ提供するものであ
る。

〔作　用〕

粉体の充填物乞負圧にして形状を保持した通気性のモー
ルド支持体の内側にゴム用の袋状物を拡張密着させてモ
ールドを形成しこれに原料粉体χ充ＪＲし、モールド内
を真空脱気したのち、モールドをシールし通気性のモー
ルド支持体を解体して袋状物に収容された予備成型体Ｙ
取り出し冷間静水圧プレス処理を施して緻密化させる。

〔英施例〕

本発明はフィルムとフィルターとで主要部分を構成する
所望のモールド形状の空間であって少なくともキャビテ
ィに相当てる壁を通気性のあるフィルムとする空間に支
持体形成用粉体を封入し、フィルタ一部からの吸引によ
ってこの空間な負圧として形状を保持し粉体からなる通
気性のモールド支持体とする工程と、該モールド支持体
のキャビティ部へ薄肉のゴム様弾性物質からなる袋を挿
入し、通気性のあるフィルムを介して、吸引の効果をゴ
ム様の袋に及ぼさせて張力を働かせてキャビテイ壁に密
着したゴム様の袋からなるモールドとする工程と、該モ
ールドの内部へ金属またはセラミックスなどの粉体を充
填する工程と、該モールドの内部を吸引し負圧としたの
ち該モールドを密閉する工程と、モールド支持体を構成
する粉体を除去する工程と、かくして得たモールドに封
入された予備成形体を冷間静水圧プレスにかけて成形体
とする工程とからなる金１ムおよびセラミックスの粉体
の成形方法に関する、 本発明で使用するフィルムは、引裂きに対する抵抗性と
適度の伸びおよび大きい引惧り強度を持った適度の厚さ
ｔ有していることが必要である。

このような特性を有するもののうち具体的なものとして
は、ポリエチレンフィルム、ポリブロビレンフイルム、
軟質ポリ塩化ビニルフィルム、ポリビニルアルコール系
合成樹脂フィルム、塩化ゴムフィルム、ポリブチレンフ
ィルム等のフィルムであり、その厚さは対象となるモー
ルドの形状、フィルムの適用場所などにより異なるので
一律には定められないが、必要に応じ２０μｍ〜２００
μｍ程度のものの中から適宜選択して使用する。またキ
ャビテイ壁に適用する通気性フィルムは、前述のフィル
ムに対し、機械的、化学的処理によりピンホールをあげ
ても使用できる。ポリオレフィン系の通気性フィルムを
そのまま適用することもできる。ピンホールをあける手
段として具体的には、針状のものであける方法、レーザ
ー光な用いる方法、溶媒を用いる方法等が挙げられ、適
宜選択、組み合せて使うこともできる。これら通気性の
あるフィルムは、ゴム様の袋を挿入するまでは、粉体の
充填物を負圧にすることが必要であるため、フィルムの
前後で圧力差が生じなければならない。

このため、フィルターからの吸引力で適用できる通気性
のあるフィルムの適用の範囲は異なるが、フィルム面１
００部に対し、貫通細孔の占める面積が０．００１部〜
２部が望ましく、細孔直径は１關以下が望ましい。モー
ルド支持体形成用粉体を構成する粒子は、支持体形状の
平空間への投入によって容易に粉化あるいは変形するも
のであってはならないが、砂、プラスチック粉、セラミ
ック扮、金属粉等の中から幅広く選択することが可能で
ある。成形する金属またはセラミックスの粉体は流動性
の良い粉径と形状に処理されていることが望ましい。具
体的には、例えばステンレス鋼、工具鋼、超合金などの
場合ではアルゴンガスアトマイズ法、真空噴霧法、回転
電極法で製造した球状粉が適しており、またチタンおよ
びチタン合金もプラズマ回転電極法によって得た球状粉
がよい。またカーボニル鉄、カーボニルニッケル等の金
属微粉、超硬合金粉、アルミナ、ジルコニア、窒化ケイ
素、炭化ケイ素、サイアロンなどは通常数μｍ以下の異
形微粉であり流動性がよくないので、顆粒状に処理した
球状粉のものｔ用いた方が好ましい。

第１図乃至第１２図は本発明の実施例な示す説明図であ
る。まず、第１図に示すように、吸引ボックス１の上に
ベントホーＡＩヲ有する定盤、２・を設ゆ、定盤２の上
の所定の位置には模型３’＆設ける。

次に第２図に示すように三方切替弁４、ダストフィルタ
ー５、真空ポンプ６からなる真空吸引系を吸引ボックス
１に取り付けると共に、模型３の上方に、通気性フィル
ムあるいは通気性のないフィルム７な挾むクランプ・フ
レーム８と電気ヒーター９を設置する。なお加熱は電気
ヒーター９に限定されるものではなく、ガスヒーターま
たは温風ヒーターであってもよい。真空ポンプ６を作動
させた後、フィルム７を電気ヒーター９で加熱し、成形
適温に達したら、クランプフレーム８を定盤２まで移動
し、真空吸引することによって第３図に示すようにフィ
ルム７を模型３及び定盤２に密着させ、その後クランプ
フレーム８を取り外し、第４図に示すよ５に全体を振動
テープＩＬ／１７に固定する。なお単純形状の場合には
、フィルム７を電気ヒーター９で加熱する工程は必ずし
も必要としない。次に定盤２の上に模型５’ｌｋ：囲む
ようＫ。

フィルター１０！有する金枠１１ｆｔ乗せ、これにパル
プ１２．フィルター１３．ポンプ１４よりなる真空吸引
系を接線し、フィルム７で覆ったスリーブ１５を模型３
の上に乗せ、モールド支持体成形用粉体１６を投入する
。次に振動テーブル１７を作動させてモールド支持体形
成用粉体１６を金枠１１の内部に圧密充填し、余剰の粉
体をすり切って除去する。このようにしたのち、第５図
に示すように真空ポンプ１４を作動させ、金枠１１の上
方を通気性のないフィルム１日で覆い、真空ポンプ６Ｙ
停止した後、第６因に示すように、金枠１１ｙｋ：上方
に移動して型抜きを行う。

以上に述べた上型の造型と同様の手順により金枠１９を
用いて下型を造型し、第７図のように上下金枠１１．１
９’Ｙ合せる。上下金枠１１．１９を合せることにより
生じるキャビテイ壁は通気性のあるフィルムであること
が必要である。第２図に用いたフィルム７が通気性のあ
るものならば以下に述べることを必要としない。

第６図で出来たモールド支持体に、型合せにより将来キ
ャビテイ壁となるべきところにビンボールを開ける必要
がある。円柱、球体、直方体等の単純な形を作る場合に
は、キャビティ壁１肩当り０．５１直径の穴を１〜２個
開けるだけで十分である。複雑な形の場合にはキャビテ
イ壁の稜線部、頂点部に優先的に穴をあけることが望ま
しい。穴は出来る限り小さい穴を多数あけた方がモール
ド支持体のキャビテイ壁の形を忠実に写しとる点で有利
となる。もちろん通気性のあるフィルムを用いても、さ
らにピンホールｔあゆてもかまわないキャビティ部の壁
を上枠はフィルムに穴をあけたものを用い、下枠に通気
性フィルムを用いる等、複合的利用をした方が形状によ
っては有利になることもある。

次に第８図に示すようにスリーブ１５に薄肉のゴム用弾
性物質の袋２０Ｙ取り付けたゲート２１にス’）−ブ１
５に固定し、ゴム袋２０Ｌ’キヤビテイ壁に通気性フィ
ルムを介して拡大密着させる。

もし、フィルムの開孔面積が大きすぎる場合には、モー
ルド支持体が崩壊しない範囲でポンプの吸引力を低くて
ろことＫよりゴム袋２ｏの急、〉な膨張を押さえること
が出来、ゴム袋２ｏの破断を防止することができる。こ
のようにして、ゴム袋２゜はキャビテイ壁全体に密着し
て薄肉のゴム様物質からなるモールドを形成する。この
モールドが完成したのちは、第９図に示すよ５に、振動
テーブル１７Ｙ作動させながら原料粉２２を供給装置２
３を用いてモールド内に供給するが、その際真空ポンプ
１４．ポンプ６の運転は継続しておく。原料？２の充填
後は、第１０図に示すようにデート２１内にダストフィ
ルター２４’Ｙ設はバルブ２５、フィルター２６を介し
て真空ポンプ２７により内圧ｆｔ１００　ｔｏｒｒ以下
、好ましくは１Ｑ　ｔｏｒｒ以下まで減圧して原料粉の
間隙に存在する空気を脱気する。

この作業を行っている間は、ボ／プ１４．ポンプ６は作
動しつづけ、ゴムモールド２８にかかる内圧が所定の値
に達した後に真空ポンプ１４馨停止し、三方切替弁１２
の切替えによって上型のゴムモールド２８の外部７大気
圧に戻すと、ゴムモールド２８の入口部のゴムが漬れる
ので、ゲート２１を引き上げて、入口部のゴムをクラン
プ２９で挾みシールして真空ポンプ２７を停止し、ダス
トフィルター２４とゲート２１を取り外す。この間真空
ポンプ６の運転は継続する。ついで、金枠１１゜１９１
ｊｔ！ねたまま第１１図に示すスクリーン６゜の上ＫＭ
せてから真空ポンプ６を停止し、三方切替弁４の切替に
よって下型のゴムモールド外部を大気圧に戻す。この操
作を行５と金枠１１．１９内のモールド支持体成形用の
粉体は自重によって崩し、通憚性のあるフィルム及びフ
ィＡ／ＡＶ破ってスクリーン３０乞通過して落下し、予
備成形体３１がスクリーン上に残る。この予備成形体３
１の内部は負圧になっているので、大気圧との差圧に相
当する静水圧が予備成形体３１にがかっており、このた
めに外部からの支持がなくても、その形状を保持するこ
とができる。

最後に、この予備底形体５１％ｒ：、第１２図に示すよ
うに冷間静水圧プレス装置３２に配置し、ここに水を送
りおよそ２０００気圧〜６０００気圧まで昇圧して数分
間この圧力を保持すると、予備成形体３１は収縮緻密化
し成形体５６となる。この操作を行ったのちは、装置内
を減圧して常圧に戻し、成形体５３′１￥：取り出す。

このようにして得た成形体６３は、クランプ２９を外し
、さらにゴムモールド２９を引きはがすことＫより容易
に取り出すことができる。なお成形体３３ｔｉ、必要に
応じて焼結をし焼結体とすることもできる。

具体的には、ＷＣ−ＩＱ％ｃｏの超硬合金顆粒を原料と
して上記の方法によって得た成形体を脱脂、真空焼結、
熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）処理をして高密度焼結体と
することもできるし、またＳｊ、Ｎ、−１３％ｙ、ｏ、
の顆粒を原料として上記の方法によって得た成形体を脱
脂後、窒素雰囲気中で常圧焼結して焼結体とすることも
できる。またさらに、回転電極法で製造されたＩＮＩ　
Ｄｏ超合金の球状粉を原料として上記の方法によって得
た成形体を真空で焼結し、さらにＨＩＰ処理を行って高
密度焼結体とすることもできる。

上記実施例における具体例では、Ｃ１０１８スチール球
状粉（粒度８０〜２００メツシユ）とアルミナ顆粒（粒
度２０〜１００μｍ〕の２種類について成形体を作った
。まず、直径２０階、長さ６０腸のシャフトと、その端
から２０ｍの位置に取りつけた直径８０ｍ５．厚さ１５
■のディスクからなる模型を使用し、モールド支持体用
粉体として砕砂（粒度１００〜１５０メツシユ）、フィ
ルムとして厚さ５０μのＥ、Ｖ、　Ａ、フィルムを、ま
た薄肉のゴム様弾性物質からなる袋として厚さおよそ２
００μｍ１口径およそ１０ｍ、長さ５０ｍのゴムラテッ
クスの袋を使用した。モールド支持体キャビティ内壁に
０．３　ｍｍ径の加熱したピアノ線を押し当てて、５−
おきに穴をあけて、前記の方法によって予備成形体を得
、３０００気圧の圧力で冷間静水圧プレス処理な行い圧
密化して成形体ディスクを得た。このディスクの真円度
を測定したところ、ディスク径のバラツキはほとんどな
く、その変化率は、１．５％以下に収まった。なおこの
ときのディスク径は次の通りであった。

スチール球形料　　７２．９２±０．１５ａｓアルミナ
顆粒　　　６８．１３±０．１１ｍ〔発明の幼児〕 以上の説明から明らかなように１本発明によれば通気性
のモールド支持体として高価な成形体を使うことなく、
安価な粉体からなるモールド支持体を使用することが可
能となり、さらに通気性のあるフィルムを使用すること
によって、水分による粉の汚染？なくすことができるう
え、金属およびセラミックスの粉体から寸法精度の高い
成形体を安価に製造することができろという顕著な効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図、第４図、第５図、第６図、第
７図、第８図、第９図％第１０図、第１１図、第１２図
は本発明の実施例を示す説明図である。 ７．１８・・・フィルム、１６・・・支持体形成用粉体
、２０・・・袋。 なお各図中、同一符号は同−又は相当部分を示６：１穴
不°〉フ。 ブくエ フ；　フィルム ８　；　クラ〉ブフレーム 第２図　９１じ−２− 第７図 第８図 第９図 第１ＯＮ ２空

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 乾燥砂を通気性フィルムで真空パックして鋳型をつくり
   、該鋳型に表面を水で濡らしたゴム袋を挿入して前記通
   気性フィルムを溶解させてゴムを拡げ、前記鋳型内表面
   に密着させた後原料粉を充填し前記ゴム内を真空吸引し
   て型状を保持させ、次に砂鋳型を除去して冷間静水圧プ
   レスにかける粉体の成形方法。