JPS63206408A - 拡散接合による複合部材の製造方法 - 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、例えばバルブ部材の様にその両端の開口部の
口径よりも中間部の空洞部の径の方が大きな中空部を有
する部材や、その中空部内壁に１個以上の窪部を有する
部材の如く、中空部の径が部所により一様ではない様な
部材の中空部内壁に耐熱、耐摩耗等各種特性を有する表
面層を被覆する方法に関するものである。

〈従来の技術〉 この種部材は産業界では数多く用いられているが、中空
部の内壁面に各種素材を被覆しなければならない為に多
くの難点がある。即ちメッキ法では素材が限定される上
に複雑な形状の物ではその厚さを均一にする事は難しく
、溶射法は施工部所が内部である為に実際上採用出来ず
、かつ又クラッド法も中空部の口径が部所によって変化
する為に採用する事は難しい。

従って工程が増えるにも拘らず、対象部材を２つあるい
はそれ以上の分割型とし、上記各種の被覆法を採用せざ
るを得ないのが一般的である。

なお特殊な方法として、被覆材料を粉粒体状で用い、対
象部材の中空部内壁の所望表面上で焼結させる、即ち粉
粒体被覆材を何らかのケースを用い対象部材の所望部所
にて成型せしめ、それをケース毎熱間等方圧加圧焼結せ
しめるという方法が考えられる。しかるに対象部材の中
空部口径が部所によって一様でない場合、例えば第１３
図に示す様な部材（、）の場合には、用いるケース（ｂ
）としてその中空部の形状と同形の物では内部に挿入す
る事が出来ず、やむなく中空部開口端の口径よりも小さ
な径の筒状ケース（ｂ）を用い、部材（ａ）とケース（
ｂ）間に粉粒状被覆材（ｃ）を詰めた状態で焼結する方
法を採用せざるを得ない。しかしこの方法では目的とす
る製品が第１４図の様に中空部内壁に一様厚さの被覆Ｈ
（ｅ′）を有する物であるにも拘らず、不要に多量の粉
粒状被覆材（ｅ）を必要とし、高価な被覆材が無駄とな
る上に、その余分な部分を除去するのにそれが一般に難
削材であるが故に除去が困難であるという欠点がある。

〈発明が解決しようとする問題点〉 本発明は上記従来法の欠点を解消し、対象部材を分割型
とする事なく、かつ又必要量以上の被覆材料は用いる事
なく、シかも簡単に基材の中空部内表面に消耗する厚さ
の被覆層を形成すること力；出来る方法を提供する事を
目的とする。

〈問題点を解決する為の手段〉 上記本発明の目的は次の如き方法により達成出来る。即
ち少なくともその一端が外方に開口された中空部を有す
る塊状体から成り、しかも該中空部の径が部所により同
一ではない様な基材の上記中空部内に金属製筒状ケース
を内挿し、しかも上記基材とケース間に粉粒体を収容せ
しめ、上記基材とケースとの境界部外面をシールし、次
し）で上記ケースの長手方向中心軸を中心として自転さ
せ乍ら該ケース内周面からローラー等の加圧治具（こよ
り局部加圧をなしケースを所定形状に拡径させた後、熱
間等方圧加圧処理等の拡散接合（こより上記粉粒体を基
材の中空部内表面に装着することを特徴とする拡散接合
による複合部材の製造方法である。

なお本発明で用いる粉粒体は、金属（合金を含む）、セ
ラミックあるいはそれらの組み合わせであり、その後の
焼結がし易い様に粉粒体の表面に、焼結促進用の他の金
属（合金を含む）等がコーティングされた形態の物を用
いる事もある。この場合に於いて、後で詳記する如く、
充填する粉粒体の量をそれが収納される空間よりも小さ
な容積を占める量としておけば、粉粒体の充填が容易な
事は勿論、その後の操作で成型される圧粉体が、その密
度及び厚さの点でより均質となるので一層有効である。

しかし粉粒体をある空間それも特に細い空間へ充填する
場合には特別に押し込む或いは打撃振動等を与え乍ら極
く少量ずつ充填する等の特殊な方法を採用したとしても
、粉粒体の形状によっては、粉粒体間に生起する空隙あ
るいは「棚吊り部」、更には充填時の上端部に生じる避
けられない空隙の為に必然的に粉粒体の占める容積は上
記空間よりも小となるもので、これらの事実を考慮すれ
ば上記いずれの場合でもその程度の差はあるもの＼粉粒
体の量はそれが収納される空間よりも小さな占有容積し
か持たないという事となる。

この様に被覆層の量によって決まる粉粒体を充填した後
は、中空部の開口部とケースとの間を直接的又は環状端
板等を当てシールするが、更に内部を真空状としておけ
ば、その後の操作中あるいは時期の為の放置中に内部の
粉粒体が酸化等の汚染を受けないので好ましい。

なお本発明方法は、その基材に中空部が複数個ある場合
をも含むものであるが、粉粒体の充填。

シール後の自転は、各中空部内へ挿入されたケースの長
軸を中心として行うものであり、従って複数個の中空部
を持つ基材を対象とする場合にはケース挿入、粉粒体充
填及びシールは同時に行ってもよいが、その後の自転し
乍らの局部加圧は各ケース毎に行うものとする。

なお本発明方法でケース内に粉粒体を充填した後に、そ
れを自転させる場合はそのケースの形状等を考慮してケ
ースを横置状、Ｈ首状あるいは斜首状とする。粉粒体の
均等配分という点から見れば、一般的にはケースが縦方
向に長尺物である場合には重力の作用を軽減する意味か
らは横置状が好ましく、ケースが短尺偏平状の場合には
縦置のま５でもさほど重力の影響はなく自転のさせ易さ
を考えると縦置状が好ましいが、粉粒体をケースの隅々
まで十分に詰める、特に基材に枝管が付いており、該枝
管内にも粉粒体を十分に詰めるという如き場合には、ケ
ースを縦置状で自転させ、遠心力に加え重力をも活用し
た方が望ましい事もある。またケースを縦置状で自転さ
せミその際の遠心力と重力とを調整する事で粉粒体の量
（厚さ）をケース上部から下部になるにつれ順次大とす
るという様な事も出来る。

従って自転を横向きでするか縦向きです１．るかは上記
諸事項を考慮して適宜選択し入場合によってはその両者
の中間としての斜方向もあり得るものである。

なおこの場合に於いて粉粒体の一部あるいは全部を一方
向に長い繊維状あるいはカットワイヤー状となす事によ
り、自転させ乍ら空間部を徐々に狭めて行く場合、上記
粉粒体をケースの長手方向に沿って揃わしめる事が出来
、最終的に形成される被覆層に強度の方向性をもたしめ
る事も出来る。

又上記局部加圧は、冷間の他に加圧する局部毎の加熱あ
るいは全体加熱による熱間状態で行う事もあり得る。

〈作用〉 以下図面を参酌し乍ら本発明方法を詳述する。

本発明は第１図に示す様に、中空部の中央部が開口部の
径よりも大となっている様な基材（１）、又は第２図に
示す様に中空部の径が部所により異なっている基材（１
）の中空部内壁面に所望特性の被覆層を形成する方法で
ある。基材（１）は、その外形はそれが断面円形でも断
面過度形でも、又は他の複雑な形状であっても構わない
。この第１図や第２図に示す如き基材（１）に対し、そ
の中空部の最も口径が小なる部所の口径よりもなお外径
が小なる筒状ケース（２）を挿入し、第３図に示す様に
基材（１）とケース（２）間に粉粒体（３）を収容し、
開口部に端板（４）を当接しシールする。この場合の粉
粒体（３）の量は得ようとする被覆層の厚さで決まるが
、基材（１）とケース（２）間の空間部に対する粉粒体
（３）の容量については前述の如くである。

なお第１図〜第３図で（よ基材（１）の中空部はその両
端共に開口状の場合を示したが、この中空部の一端は閉
塞状であってもよい、一方ケース（２）はそれを後に拡
径変形させる為にその操作のし易さ及び変形のし易さを
考えると原則としては両端開口状の物が好ましい。次い
でこれを第４図に示す如く例えば横置状となし、適宜回
転装置（図示せず）を用いケース（２）の長手方向の軸
を中心に自転させ乍ら、ローラー等の加圧治具（５）を
ケース（２）の内側から押圧し、それを順次移動させる
事でケース（２）を拡径して行く。この基金粉粒体（３
）は、自転による遠心力を受けるので粉粒体（３）の容
積が両ケース間の間隙空間よりも小の場合には即、又粉
粒体が見掛は上−ばいに詰められている場合でも、自転
に伴い上述した粉粒体間の空隙や棚吊り部が解消される
事で移動可となるので、そのいずれの場合にも粉粒体が
浮遊状態とされ、ある時間自転を続ければどの部所に於
いても均一密度下とされ、この状態で局部加圧の繰り返
しでケースを拡径していけば、ケースの変形の量の部所
による差て存在する粉粒体の量（厚さ）は一定あるいは
変化はするが、どの部所でも均一密度の圧粉粒体が得ら
れる。なお詳述すれば基材（１）の中空部形状に沿って
変形させれば第５図の様に均一厚さの圧粉粒体を得れ、
ケース中央部の変形を前者（第５図の場合）よりもや−
控え目とすればその部分のみにより厚さ圧粉粒体を存在
せしめる事が出来る。又第７図の様に中空部の両開口部
から中央部に向かうにつれ、順次圧粉粒体の厚さを増加
させる事も出来、更には基材（１）の中空部内壁面に条
溝や凹部を穿設した物を用いれば、その条溝や凹部のみ
に圧粉粒体を存在せしめる、あるいは他の内壁部と共に
該条溝や凹部に圧粉粒体を存在せしめる等も出来ろ。又
基材（１）に条溝や凹部を形成する事なく、基材（１）
の中空部内壁面は平滑であってももケース（２）の加圧
により第８図に示す様に所望形状の突条を形勢させる事
も出来る。

なお本発明方法で用いる基材（１）は前述した如（、そ
の中空部の少なくとも一端が開口状であればよく他端は
閉塞状であってもよい訳で、例えば第９図に示す様な形
状の基材（１）とケース（２）との組み合わせを採用す
る事も出来、この場合には基材（１）の内部の拡径空洞
部内周壁全面に被覆層を施す様な場合である。又基材（
１）はその内部に少なくとも一端が外部に開口状の中空
部を有しておれば、その外形はあるいは中空部の数につ
いては何ら制約される事はないという点については前に
も述べたが、基材（１）として具体的にバルブ部材を用
いる場合には、第１０図に示す様に基材（１）の中央部
に、両端部よりも広い空間部を有するが如き形状の物を
用いる事もあり、更には第１０図のＡ部に他の部材を挿
入する為の孔（枝管）を開け、かつその孔の内壁にも圧
粉粒体を存在せしめる必要がある場合には、基材（１）
の中空部内壁に設ける凹部を深くして、即ち第１１図に
示す様に、充填する粉粒体が洩れない程度に基材（１）
のその部分を残すかあるいは第１２図の様に凹部を基材
（１）の外面まで貫通せしめ、粉粒体洩出防止の為に別
途蓋体（４′）でシールをし、後で孔を開ける必要のあ
る部所にも圧粉粒体を形成させる方法を採る事もある。

なおこの場合後に孔を開ける部所に予め中子を入れてお
く事もあるのは勿論である。

この様にして、基材中空部内壁に、適宜形状で均一な充
填密度下に粉粒体を圧密化した後は、そのま＼の状態で
熱間等方圧加圧等各種の拡散接合手段により粉粒体をそ
の場で拡散結合させると共に基材に強固に接合させ、ケ
ースを切削等で除去し目的の製品を得るのである。

〈実施例〉 以下本発明の実施例につき説明する。

この実施例は、上記第１図に示した如き形状のバルブ部
材原料の中空部内壁に耐食、耐摩耗材料を被覆する方法
についてのものである。即ち第１図で示した如き形状の
５４５Ｃ材から成る基材に、その両端の開口径よりも、
１０ｍｍだけ小なる外径の軟鋼製ケースを挿入し、基材
とケース間の空間の約８０％の容積量のオーステナイト
系ステンレス（ＳＵＳ３１６）粉粒体を充填し、両開口
部間に軟鋼製環状端板を当てシールした後、内部を真空
引きし、全体を横置状となし自転させ乍らケース内壁面
側から小ローラーを当て、局部加圧をケース全域に渡り
行い、ケースを基材の中空部にならう形状となるまで拡
径した。次いで熱間等方圧加圧装置内へ装入し、１１５
０℃、　１０００ｋｇ／ｃｒｊの条件下で２時間保持し
た後取出し、ケースを切削除去し、ステンレス層が被覆
された基材を得た。

〈発明の効果〉 以上述べて来た如く、本発明方法によれば、基材の形状
及び被覆層を施すべき部所から考え、用いるケースある
いは該基材そのものを分割組立タイプとしなければ、粉
粒体からの焼結被覆層が得難い様なバルブ部材等の内部
に拡径状空洞部を有する如き部材の製造、及び補修が容
易かつ正確に行えるものである。

そして本発明方法では用いるケースの大きさ及び粉粒体
の量を調整する事で最終製品の被覆層の厚さを適宜調整
可能であるし、又ケースを外部から局部加圧により変形
をなす前に内部を真空引きしておけば、その状態で放置
しておいても内部の粉粒体がその後の処理で汚染される
事はなく、従って局部加圧変形の途中で加工硬化したケ
ースを軟化熱処理をし、再度より複雑な形状に変形する
処理も可能である。

又本発明方法では、粉粒体を充填した後に、局部加圧で
粉粒体を圧密成型するものである為に、粉粒体がその形
状によって見掛は密度が種々変化したとしても見掛は密
度とは無関係にその重量で正確な量を知る事が出来る為
に粉粒体の量の決定が容易かつ正確であると共に、圧密
化が乾式であが為に、例えば高圧液体を用いる湿式の場
合にあっては、万一ケースが破損したりした時には、そ
の高圧液体がケース内へ圧入し粉粒体全部を汚染すると
いう不安があるが、本発明方法ではその様す事態は考え
られず、万一ケースが破損したとしてもその場での補修
、取替えが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法で製造しようとする製品の概要説明
図、第２図〜第４図はそれぞれ本発明方法の各工程説明
図、第５図〜第９図はそれぞれ本発明方法で得られる各
種圧粉粒体の形状を示す説明図、第１０図〜第１２図は
それぞれ本発明方法で基材中空部に枝管がある場合につ
いての説明図、第１３図及び第１４図はそれぞれ従来方
法の説明図。 図中、　　　　（１）：基材 （２）二ケース （３）゛粉粒体 （４）゛端板 特許出願人　株式会社黒木工業所 代　理　人　有吉　教晴 第１１図 第１２図 第１３図 手続補正書（自制 昭和６２年　９月１７ 昭和６２年　特許願　第３８７１４号 ３、補正をする者 代表者　黒水　隔意 ４、代理人 明細書 （１）、明細書特許請求の範囲を下記の如く補正する。 ［１，少なくともその一端が外方に開口された日　　中
空部を有する塊状体から成９、しかも該中空部の径が部
所により同一ではない様な基材の上記中空部内に、金属
製筒状ケースを内挿し、しかも上記基材とケース　に 雪　　　　−との境界部外面をシールし、次いで上記ケ
ースの長手方向中心軸を中心として自転させ乍ら該ケー
ス内周面からローラー等の加圧治具により局部加圧をな
しケースを所定形状に拡径させた後、熱間等方圧加圧処
理等の拡散接合により上記粉粒体を基材の中空部内表面
に装着することを特徴とする拡散接合による複合部材の
製造方法。 ２、粉粒体の収容量を、上記基材とケースとの間の内部
空間の容積よ抄は小さな占有容積を有する量とすること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の拡散接合によ
る複合部材の製造方法。 により変化せしめ、該ケースを所望形状に変形せしめる
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項若しくは第２項
記載の拡散接合による複合部材の製造方法。 ４、基材がその中空部内周壁に、】本以上の円周状ある
いは螺旋状の条溝を有する形状であることを特徴とする
特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれかに記載の拡散
接合による複合部材の製造方法。 ５、基材がその中空部内周壁に、１個以上の凹部を有す
る形状であることを特徴とする特許請求の範囲第１項〜
第４項のいずれかに記載の拡散接合による複合部材の製
造方法。 ６、粉粒体の少なくとも一部が、繊維状、棒状等の一方
向に長い形状であることを特徴とする特許請求の範囲第
１項〜第５項のいずれかに記載の拡散接合による複合部
材の製造方法。」（２）明細書第５頁第２０行の「、セ
ラミックあるいは」を、「、所謂ガラスをも含むセラミ
ック。 カーボンあるいは」に補正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくともその一端が外方に開口された中空部を有
   する塊状体から成り、しかも該中空部の径が部所により
   同一ではない様な基材の上記中空部内に、金属製筒状ケ
   ースを内挿し、しかも上記基材とケースとの境界部外面
   をシールし、次いで上記ケースの長手方向中心軸を中心
   として自転させ乍ら該ケース内周面からローラー等の加
   圧治具により局部加圧をなしケースを所定形状に拡径さ
   せた後、熱間等方圧加圧処理等の拡散接合により上記粉
   粒体を基材の中空部内表面に装着することを特徴とする
   拡散接合による複合部材の製造方法。 ２、粉粒体の収容量を、上記基材とケースとの間の内部
   空間の容積よりは小さな占有容積を有する量とすること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の拡散接合によ
   る複合部材の製造方法。 ３、ケースに対する局部加圧の加圧量を、部所により変
   化せしめ、該ケースを所望形状に変形せしめることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項若しくは第２項記載の拡
   散接合による複合部材の製造方法。 ４、基材がその中空部内周壁に、１本以上の円周状ある
   いは螺旋状の条溝を有する形状であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれかに記載の拡散
   接合による複合部材の製造方法。 ５、基材がその中空部内周壁に、１個以上の凹部を有す
   る形状であることを特徴とする特許請求の範囲第１項〜
   第４項のいずれかに記載の拡散接合による複合部材の製
   造方法。 ６、粉粒体の少なくとも一部が、繊維状、棒状等の一方
   向に長い形状であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項〜第５項のいずれかに記載の拡散接合による複合部
   材の製造方法。