JP2004322156A

JP2004322156A - 粉末成形体の成形方法及び粉末成形金型装置

Info

Publication number: JP2004322156A
Application number: JP2003120624A
Authority: JP
Inventors: Takashi Nakai; 崇中井; Kinya Kawase; 欣也川瀬
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2003-04-24
Filing date: 2003-04-24
Publication date: 2004-11-18

Abstract

【課題】成形部に潤滑剤による潤滑層を均一に形成して、高密度の粉末成形体を安定して得ることができるようにする。
【解決手段】噴霧部６に帯電手段１０を設け、貫通孔１に溶液Ｌの帯電手段１０と逆の極性を帯電させる電極板１３を備えた逆極性帯電手段１４を設ける。上面２Ａに溶液Ｌの帯電装置１０と同じの極性を帯電させる電極板１５を備えた同極性帯電手段１６を設ける。溶液Ｌを帯電させて噴霧すると共に、電極板１３を溶液Ｌの帯電の極性と逆の極性に帯電させて、溶液Ｌを電極板１３に付着させる。上面２Ａを溶液Ｌの極性と同じ極性に帯電させた状態で、上面２Ａへの溶液Ｌの粒Ｌ´の付着を減少する。原料粉末が充填する成形部１Ａの表面に溶液Ｌを均一に付着させて、晶出層を均一に形成することができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉末成形体の成形方法及び粉末成形金型装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
焼結部品の製造に用いる圧粉末は、Ｆｅ系、Ｃｕ系等といった原料粉末を成形型内で加圧成形することにより形成され、この後焼結の工程を経て焼結体を作製する。そして、成形工程では、成形型を用いてプレスで加圧して成形体を成形する。このプレスのときには、成形体と成形型との間には摩擦が発生する。このため粉末混合時にステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸リチウム等の、水に不溶性の脂肪酸系潤滑剤を添加し、潤滑性を付与している。
【０００３】
しかしながら、このような原料粉末に潤滑剤を混合する方法では成形体の密度を向上するには限界がある。そこで、高密度の成形体を得るために、原料粉末に添加する潤滑剤を減らし、形成型に、原料粉末に添加するものと同一の潤滑剤を塗付し、潤滑性の不足を補うことができる粉末成形体の成形方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、金属素材の表面および／または成形金具の成形面に高級脂肪酸系潤滑剤を付着させる付着工程と、該金属素材および／または該成形金具を加熱する加熱工程と、該成形金具により該金属素材を温間状態で加圧成形する成形工程と、からなることを特徴とする加圧成形方法に関して、高級脂肪酸系潤滑剤の分散した水溶液の塗布には、例えば、塗装用のスプレーガンや静電ガン等を用いるスプレー法により行えることが開示されている。（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
この従来の成形方法は、加熱された金型の内面に、水に分散されている高級脂肪酸系潤滑剤を塗布する塗布工程と、前記金型に金属粉末を充填し、前記高級脂肪酸系潤滑剤が該金属粉末と化学的に結合して金属石鹸の被膜を生成する圧力で該金属粉末を加圧成形する加圧成形工程とを含む粉末成形体の成形方法であって、加熱され、内面にステアリン酸リチウムのような高級脂肪酸系潤滑剤が塗布された金型を用いて、この金型に加熱された金属粉末を充填して、この金属粉末と高級脂肪酸系潤滑剤とが化学的に結合して金属石鹸の被膜が生成される圧力でこの金属粉末を加圧成形すると、金属石鹸の被膜が金型の内面表面に生じ、その結果金属粉末の成形体と金型との間の摩擦力が減少し、成形体を抜出する圧力が少なくて済むことができるというものである。
【０００６】
【特許文献１】
特許第３３０９９７０号公報（段落００１２，００１３）
【特許文献２】
特開２００３−８０３３７公報（段落００３５）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献１等の従来技術においては、潤滑剤を水に分散した分散液を金型に付着させるものであるが、金型に潤滑剤を分散した分散液をスプレー状態で付着させる際に、分散液等の塊が表面に生じて潤滑層の厚みを均一に形成できない等という問題がある。
【０００８】
一方、前記分散液を金型にスプレー状態で付着する際には、分散液が成形部のみならず金型の上面に付着してしまう。この金型の上面にはフィーダー等と称せられる原料粉末の原料供給体が摺動するので、上面に付着した分散液によって原料粉末が固まりやすくなる等の弊害が懸念される。
【０００９】
さらに、潤滑剤を水に分散した分散液を金型に付着させるものであるが、この付着の際に表面張力により分散液は金型の表面よりはじかれてしまい、この結果金型における粉末を成形する成形部、すなわち貫通孔の表面に分散液が均一に付着せず、このため水が蒸発した後において、成形部（貫通孔）の表面に潤滑層を全面的に形成することができなくなるという問題がある。
【００１０】
そこで、本発明は、成形部に潤滑剤による潤滑層を均一に形成して、高密度の粉末成形体を安定して得ることができる粉末成形体の成形方法及び粉末成形金型装置を提供することを目的とする。また、本発明は、成形部に潤滑剤による潤滑層を形成して、高密度の粉末成形体を安定して得る粉末成形金型装置において、成形部以外に潤滑剤を極力付着させないようにすることができる粉末成形体の成形方法及び粉末成形金型装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は、成形部に潤滑剤による潤滑層を形成して、高密度の粉末成形体を安定して得る粉末成形金型装置において、金型の上面における潤滑剤の弊害をなくすことができる粉末成形金型装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、成形型本体に形成した成形部に、潤滑剤を水に溶解した溶液又は潤滑剤を水に分散した分散液を前記成形部に付着させ、前記溶液の水分又は分散液の水分を蒸発させて前記成形部に潤滑層を形成して、原料粉末を充填し、その後パンチを前記成形部に嵌合して粉末成形体を成形する粉末成形体の成形方法において、前記溶液又は分散液を帯電させて噴霧すると共に、前記成形部を前記溶液又は分散液の帯電の極性と逆の極性に帯電又はアースさせて、前記溶液又は分散液を前記成形部に付着させることを特徴とする粉末成形体の成形方法である。
【００１２】
この請求項１の構成によれば、溶液又は分散液の粒が帯電して噴霧される共に、この粒は逆の極性に帯電又はアースした成形部に吸引されて付着する。
【００１３】
請求項２の発明は、成形型本体に形成した成形部に、潤滑剤を水に溶解した溶液又は潤滑剤を水に分散した分散液を前記成形部に付着させ、前記分散液の水分又は溶液の水分を蒸発させて前記成形部に潤滑層を形成して、原料粉末を充填し、その後パンチを前記成形部に嵌合して粉末成形体を成形する粉末成形体の成形方法において、前記溶液又は分散液を帯電させて噴霧すると共に、前記成形部以外の前記成形型本体の表面を、前記溶液又は分散液の極性と同じ極性に帯電させた状態で、前記溶液又は分散液を前記成形部に付着させることを特徴とする粉末成形体の成形方法である。
【００１４】
この請求項２の構成によれば、溶液又は分散液の粒が帯電して噴霧される共に、この粒は同じ極性に帯電した成形部以外の表面と反発して付着しにくくなる。
【００１５】
請求項３の発明は、粉末成形体の側面を形成する貫通孔を上面に縦向きに有する成形型本体と、前記貫通孔に下方から嵌合する下パンチと、前記貫通孔に上方から嵌合する上パンチと、潤滑液を前記貫通孔に付着させる付着手段を備え、前記下パンチが嵌合した貫通孔に原料粉末を上方から充填する前に前記潤滑液を前記貫通孔に付着させ、前記原料粉末を充填後に、前記上パンチを前記貫通孔に嵌合して粉末成形体を成形する粉末成形体の成形金型装置であって、前記付着手段に帯電手段を設け、前記潤滑液の前記帯電手段と逆の極性を前記貫通孔に帯電させる逆極性帯電手段を設けることを特徴とする粉末成形金型装置である。
【００１６】
この請求項３の構成によれば、溶液又は分散液の粒が帯電して付着される共に、この粒は逆極性帯電手段により帯電した貫通孔に吸引されて付着する。
【００１７】
請求項４の発明は、粉末成形体の側面を形成する貫通孔を上面に縦向きに有する成形型本体と、前記貫通孔に下方から嵌合する下パンチと、前記貫通孔に上方から嵌合する上パンチと、潤滑液を前記貫通孔に付着させる付着手段を備え、前記下パンチが嵌合した貫通孔に原料粉末を上方から充填する前に前記潤滑液を前記貫通孔に付着させ、前記原料粉末を充填後に、前記上パンチを前記貫通孔に嵌合して粉末成形体を成形する粉末成形体の成形金型装置であって、前記付着手段に帯電手段を設け、前記潤滑液の前記帯電手段と同じの極性を前記上面に帯電させる同極性帯電手段を設けることを特徴とする粉末成形金型装置である。
【００１８】
この請求項４の構成によれば、溶液又は分散液の粒が帯電して付着される共に、この粒は同じ極性に帯電した上面と反発して付着しにくくなる。
【００１９】
請求項５の発明においては、前記潤滑液は、潤滑剤を溶媒に溶解した溶液又は潤滑剤を溶媒に分散した分散液であることを特徴とする請求項３又は４の粉末成形金型装置である。
【００２０】
この請求項５の構成によれば、潤滑液を前記貫通孔に付着させ蒸発させて潤滑層を形成する。
【００２１】
請求項６の発明においては、前記成形型本体自体による前記潤滑液との接触角度より小さくなる前記潤滑液との接触角度を有するように前記貫通孔の表面を形成したことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の粉末成形金型装置である。
【００２２】
この請求項６の構成によれば、貫通孔に付着する潤滑液における接触角度を小さくできることで、貫通孔に対する潤滑液のぬれ性を向上することができる。
【００２３】
請求項７の発明においては、前記成形型本体自体による前記潤滑液との接触角度より大きくなる前記潤滑液との接触角度を有するように前記上面の表面を形成したことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の粉末成形金型装置である。
【００２４】
この請求項７の構成によれば、成形型本体の上面に付着する潤滑液における接触角度を大きくすることで、上面に対する潤滑液のぬれ性を低下することができる。
【００２５】
【発明の実施形態】
以下、本発明の第１実施形態を図１〜図４を参照して説明する。図１は第１工程を示しており、同図において、１は後述する圧粉末たる粉末成形体Ａの側面を成形する成形型本体たるダイ２の上面２Ａに縦方向に形成した成形部たる貫通孔であり、該貫通孔１の下方より下パンチ３が嵌合され、一方貫通孔２の上方より上パンチ４が嵌合されるようになっている。さらに、ダイ２の上面に原料粉末Ｍを供給する原料供給体たるフィーダー５が摺動自在に設けられている。さらに、貫通孔２の上方に潤滑剤を溶媒たる水に溶解した溶液Ｌを噴霧してこの溶液Ｌを貫通孔１に付着する付着手段たる噴霧部６が設けられており、該噴霧部６は貫通孔１に臨むように設けられると共に、溶液Ｌのタンク（図示せず）に自動開閉弁（図示せず）を介して接続されている。尚、溶液Ｌにかえて特許文献１に記載されたような潤滑剤を溶媒たる水に分散した分散液を用いてもよい。また、貫通孔１と該貫通孔１に嵌合した下パンチ３とで画成される粉末成形体Ａの成形部１Ａの周囲にヒータ７と温度検出部８が設けられ、そして、これらヒータ７と温度検出部８は温度制御手段たる温度制御装置９に接続され、該温度制御装置９により貫通孔２の温度を溶液Ｌの蒸発温度より高く、かつ潤滑剤の溶融温度よりも低く制御するようになっている。
【００２６】
さらに、前記噴霧部６には噴霧される溶液Ｌの帯電手段１０を設けると共に、プラス又はマイナスのいずれかの電極を付与するための電極装置１２を帯電手段１０に接続する。また、前記貫通孔１の表面１１に、耐摩耗性に優れ通電性を有する一方の電極板１３を設けると共に、この一方の電極板１３には前記帯電手段６と逆の極性が付与されるように電極装置１２が接続されて逆極性帯電手段１４が形成される。前記上面２Ａにも、耐摩耗性に優れ通電性を有する他方の電極板１５が設けられると共に、この他方の電極板１５には前記帯電手段６と同極性が付与されるように電極装置１２が接続されて、同極性帯電手段１６が形成される。尚、一方の電極板１３と表面１１との間には図示しない絶縁材が設けられ、他方の電極板１５と上面２Ａとの間にも図示しない別の絶縁材が設けられる。
【００２７】
さらに、貫通孔１における電極板１３の表面には、前記溶液Ｌの前記表面へのぬれ性を向上するための親水性処理を施したり親水性材料を配置したりして表面処理層２０を設ける。前記表面処理層２０における前記溶液Ｌとの接触角度Ｘは、前記ダイ２自体の材質によって形成される表面における前記溶液Ｌとの接触角度Ｙより小さくなることによりぬれ性を向上することができるものである。また、フィーダー５が摺動自在に設けられるダイ２の上面２Ａには、前記溶液Ｌの前記上面２Ａへのぬれ性を低下、すなわち撥水（疎水）性を向上するための撥水処理を施したり撥水材料を配置したりして表面処理層２１を設ける。前記表面処理層２１における前記溶液Ｌとの接触角度Ｙは、前記ダイ２の材質自体によって形成される表面より大きくなることにより前記ぬれ性を低下することができるものである。前記表面処理層２１としては、シリコーン系樹脂やフッ素系樹脂等のＳｉ−ＨやＣ−Ｈ結合等にみられる物質や無極性物質等により形成される。尚、前記接触角度Ｘ，Ｙの測定は、説明のために示した図１の状態ではなくそれぞれ表面１０、上面２Ａを水平に保つするなど同一条件で測定されるものである。そして前記表面処理層２０としては、表１にみられるような結合をもつ酸化物、フッ化物、窒化物、塩化物、硫化物、臭化物、ヨウ化物、炭化物、水酸化物等を溶射、ＰＶＤ、ＣＶＤ、ショットピーニング等で親水コーティングを施したもの、酸化チタン、酸化亜鉛等のコーティングに光照射による光触媒作用を施したもの、アルカリや熱水処理等による水酸化物生成、カリウムやナトリウムイオン等のスパッタリングによる表面処理、さらには溶射被膜や粉末冶金金型の利用等で表面に微細な空孔を形成することによる溶液Ｌの表面張力の変化の利用等として、表面処理層により貫通孔１の表面１０における溶液の接触角度を小さくして該箇所でのぬれ性を向上するようにしたものである。
【００２８】
【表１】

【００２９】
尚、表面１０を酸や火炎処理、電解研磨等による油性有機物等の処理を行って接触角度Ｘが小さくなるように前記貫通孔１の表面を形成してもよい。また、強度等に問題がなければ、金型の素材に親水性物質で構成する事が好ましい。強度や硬度を向上させるため、鉄や超硬等の金属に表１に見られるような物質を分散させても良いし、Ｔｉ、Ｖ、Ｓｉ、Ａｌ等の酸化しやすい金属と合金化させて金型の素材とする事も親水性向上に効果がある。コーティングする場合も、強度や硬度を向上させるために、鉄や超硬等の金属を親水性物質といっしょにコーティングする事も金型寿命と親水性とを両立させる上で好ましい。
【００３０】
そして、第１工程においては、予め温度制御装置９により制御されたヒータ７の熱により貫通孔１の表面１１は溶液Ｌの蒸発温度より高く、かつ潤滑剤の溶融温度よりも低く設定されている。貫通孔１の電極板１３に下パンチ３が嵌合して成形部１Ａが形成されている状態で、自動開閉弁を開いて噴霧部６より潤滑剤の溶液Ｌを、ヒータ７により加熱されたダイ２の成形部１Ａに吹き付けて付着させる。この際、電極装置１２によって例えばマイナスに帯電した溶液Ｌの粒Ｌ´は霧状態となって噴出する。また、一方の電極板１３は電極装置１２によりプラスに帯電され、さらに他方の電極板１５は電極装置１２によりマイナスに帯電される。このような状態で霧状の粒Ｌ´は一方の電極板１３に電気的に吸引され、粒Ｌ´は他方の電極板１５に電気的に反発することとなる。この結果、貫通孔１に設けた電極板１３の表面には粒Ｌ´が均一に付着し、そしてこの粒Ｌ´の水分が蒸発することで、乾燥して結晶が全面的に成長して前記潤滑剤の潤滑層たる晶出層Ｂが均一に形成される。一方、他方の電極板１５では粒Ｌ´の付着が少なくなる。
【００３１】
さらに、溶液Ｌを付着した際に貫通孔１０における溶液Ｌのぬれ性を向上して、該溶液Ｌを表面処理層２０、ひいては貫通孔１の全面に溶液を行き渡らせて、水を蒸発させることができる。一方、前記上面２Ａに表面処理層２１を形成したことにより、上面２Ａにおける撥水性を向上して、上面２Ａ（表面処理層２１）に溶液Ｌをいっそうたまりにくくできる。
【００３２】
次に図２の第２工程に示すように、フィーダー５が前進して原料粉末Ｍを成形部１Ａに落下させて充填する。次に図３の第３工程にに示すように、ダイ２を下方に移動させると共に、貫通孔１の成形部１Ａに上方から上パンチ４を挿入し、上パンチ４と下パンチ３とで挟むようにして原料粉末Ｍを圧縮する。この時、下パンチ３は、下端が固定されており動かないようになっている。そして、この第３工程において、原料粉末Ｍは、潤滑剤により形成されている晶出層Ｂに潤滑状態で圧縮される。
【００３３】
このように加圧成形された粉末成形体Ａは、ダイ２がさらに下方に下がり、図４の第４工程で示すように下パンチ３の上面がダイ２の上面と略同じ高さになったとき取出し可能となる。この取り出しの際においても、潤滑剤により形成されている晶出層Ｌに粉末成形体Ａは潤滑状態で接触する。このようにして、粉末成形体Ａが取出された後、再び第１工程に戻って再び成形部１Ａに溶液Ｌが噴霧されて晶出層Ｌが形成された後に、原料粉末Ｍが成形部１Ａに充填されるものである。
【００３４】
以上のように、前記実施形態では、前記噴霧部６に帯電手段１０を設け、前記貫通孔１に前記溶液Ｌの前記帯電手段１０と逆の極性を帯電させる電極板１３を備えた逆極性帯電手段１４を設けて、前記溶液Ｌを帯電させて噴霧すると共に、前記電極板１３を前記溶液Ｌの帯電の極性と逆の極性に帯電させて、前記溶液Ｌを前記電極板１３に付着させることにより、原料粉末Ｍが充填する成形部１Ａの表面に溶液Ｌを均一に付着させて、晶出層Ｂを均一に形成することができる。
【００３５】
さらに、前記噴霧部６に帯電装置１０を設け、前記上面２Ａに前記溶液Ｌの前記帯電装置１０と同じの極性を帯電させる電極板１５を備えた同極性帯電手段１６を設けて、前記溶液Ｌを帯電させて噴霧すると共に、前記上面２Ａを前記溶液Ｌの極性と同じ極性に帯電させた状態で、前記溶液Ｌを前記貫通孔１に付着させることにより、上面２Ａへの溶液Ｌの粒Ｌ´の付着を減少して上面２Ａにおける溶液Ｌの溜まりなどを防止しながら、粒Ｌ´を成形部１Ａ側に付着させることができる。
【００３６】
また、前記原料粉末Ｍを充填する前に、潤滑剤を溶媒に均一な相となるように溶解した溶液Ｌを前記成形部１Ａに付着させ、該溶液Ｌを蒸発させて前記成形部１Ａに結晶を形成させて晶出層Ｂを形成することにより、成形部１Ａの周面に緻密な潤滑用の層Ｂが形成され、粉末成形体Ａの成形部１Ａからの抜出圧力を低減できると共に、粉末成形体Ａの密度も向上することができる。
【００３７】
しかも、溶液Ｌを付着した際に貫通孔１０における溶液Ｌのぬれ性を向上して、該溶液Ｌを表面処理層２０、ひいては貫通孔１の全面に溶液を行き渡らせて、晶出層Ｂを全面的に形成することができ、この結果高密度の粉末成形体Ａを安定して得ることができる。また、前記上面２Ａに表面処理層２１を形成して、フィーダー５に収容されている原料粉末Ｍに溶液Ｌが触れ難くして溶液Ｌにより原料粉末Ｍが固まる粉だまりを防止することができる。
【００３８】
尚、前記第１実施形態の変形例として第２実施形態を図５、図６を参照して説明する。尚、前記第１実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。噴霧部６には噴霧される溶液Ｌの帯電手段１０を設けると共に、マイナスの電極を付与するための電極装置１２を帯電手段１０に接続する。また、前記貫通孔１の表面１１はアース側となるように、ダイ２にはアース手段たるアースコード２Ｂが接続されており、このアースにより逆極性となる。前記上面２Ａには、耐摩耗性に優れ絶縁性を有する板状の絶縁体１７が設けられる。この絶縁体１７は、粒Ｌ´の帯電で自然に同極性の帯電状態となる。尚、図中１２Ａは電極装置１２に接続したアースコードである。
【００３９】
そして、第１工程においては、予め温度制御装置９により制御されたヒータ７の熱により貫通孔１の表面１１は溶液Ｌの蒸発温度より高く、かつ潤滑剤の溶融温度よりも低く設定されている。貫通孔１の電極板１３に下パンチ３が嵌合して成形部１Ａが形成されている状態で、自動開閉弁を開いて噴霧部６より潤滑剤の溶液Ｌを、ヒータ７により加熱されたダイ２の成形部１Ａに吹き付けて付着させる。この際、電極装置１２によって例えばマイナスに帯電した溶液Ｌの粒Ｌ´は霧状態となって噴出する。このような状態で霧状の粒Ｌ´はアースされたダイ２の成形部１Ａに電気的に吸引され、粒Ｌ´は絶縁体１７には吸引されないこととなる。この結果、貫通孔１の表面には粒Ｌ´が均一に付着し、そしてこの粒Ｌ´の水分が蒸発することで、乾燥して結晶が全面的に成長して前記潤滑剤の潤滑層たる晶出層Ｂが均一に形成される。一方、上面２Ａでは粒Ｌ´の付着が少なくなる。
【００４０】
次に図２の第２工程に示すように、フィーダー５が前進して原料粉末Ｍを成形部１Ａに落下させて充填し、さらに原料粉末Ｍを圧縮する。この時、原料粉末Ｍは、潤滑剤により形成されている晶出層Ｂに潤滑状態で圧縮されるものである。
【００４１】
以上のように、第２実施形態では前記噴霧部６に帯電手段１０を設け、前記貫通孔１側をアースして、前記溶液Ｌを帯電させて噴霧すると共に、前記溶液Ｌを成形部１Ａ（貫通孔１）の表面に付着させることにより、原料粉末Ｍが充填する成形部１Ａの表面に溶液Ｌを均一に付着させて、晶出層Ｂを均一に形成することができる。
【００４２】
次に第３実施形態を図７を参照して説明する。尚、前記第１実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４３】
第３実施形態においては、前記表面１１には、前記溶液Ｌのぬれ性を向上するための親水性処理を施したり親水性材料を配置したりして表面処理を施したダイ２の成形部１Ａを設ける。前記ダイ２の成形部１Ａにおける前記溶液Ｌとの接触角度Ｘは、前記ダイ２自体の材質によって形成される表面１１又は材質が直接表れる上面２Ａにおける前記溶液Ｌとの接触角度Ｙより小さくなる（Ｘ＜Ｙ）ことにより前記ぬれ性を向上することができるものである。尚、前記接触角度Ｘ，Ｙの測定は、それぞれ表面１１、上面２Ａを水平に保つなど同一条件で測定されるものである。そして前記ダイ２の成形部１Ａの表面処理としては、酸化物、フッ化物、窒化物、塩化物、硫化物、臭化物、ヨウ化物、炭化物、水酸化物を溶射、ＰＶＤ、ＣＶＤ、ショットピーニング等で親水コーティングを施したもの、酸化チタン、酸化亜鉛等のコーティングに光照射による光触媒作用を施したもの、アルカリや熱水処理等による水酸化物生成、カリウムやナトリウムイオン等のスパッタリングによる表面処理、さらには溶射被膜や粉末冶金金型の利用等で表面に微細な空孔を形成することによる溶液Ｌの表面張力の変化の利用等として、表面処理により貫通孔１における溶液Ｌの接触角度Ｘを小さくして該箇所でのぬれ性を向上するようにしたものである。また親水コーティングはできるだけ導電性を付与させるとよい。尚、表面１１を酸や火炎処理等による油性有機物処理を行って接触角度Ｘが小さくなるように前記貫通孔１の表面を形成してもよい。
【００４４】
したがって、第３実施形態では、自動開閉弁を開いて噴霧部６より潤滑剤の溶液Ｌを、ヒータ７により加熱されたダイ２の成形部１Ａに吹き付けて付着させる。この際、溶液Ｌの噴霧状態の粒Ｌ´は、電気的吸引によりダイ２の成形部１Ａに均一に付着することができる。そして、前記ダイ２自体における前記溶液Ｌとの接触角度Ｙより小さくなる前記溶液Ｌとの接触角度Ｘを有するように前記貫通孔１の表面１１に表面処理を有するダイ２の成形部１Ａを設けたことにより、溶液Ｌを付着した際に貫通孔１における溶液Ｌのぬれ性を向上して、該溶液Ｌをダイ２の成形部１Ａに行き渡らせて、水を蒸発させることにより晶出層を全面的に形成することができ、この結果高密度の粉末成形体を安定して得ることができる。
【００４５】
また、フィーダー５が摺動自在に設けられるダイ２の上面２Ａには、前記溶液Ｌの前記上面２Ａへのぬれ性を低下、すなわち撥水（疎水）性を向上するための撥水処理を施したり撥水材料を配置したりして表面処理を施した絶縁体１７を設ける。前記絶縁体１７における前記溶液Ｌとの接触角度Ｙは、前記ダイ２の材質自体によって形成される表面、第３実施形態では貫通孔１の表面１１における前記溶液Ｌとの接触角度Ｘより大きくなる（Ｙ＞Ｘ）ことにより前記ぬれ性を低下することができるものである。前記絶縁体１７としては、固形油含浸絶縁体等非親水性材質により形成したり、シリコーン系樹脂やフッ素系樹脂の撥水コーティングなどにより施される。また、固形油を塗布する等の油層によって形成するようにしてもよい。又、撥水コーティング自体が絶縁性であればダイ２の上面２Ａに直接コーティングしてもよい。
【００４６】
したがって、自動開閉弁を開いて噴霧部６より潤滑剤の溶液Ｌを、ヒータ７により加熱されたダイ２の成形部１Ａに吹き付けて付着させる。この際、溶液Ｌの噴霧状態の粒は、電気的に反発して上面に付着し難くなるが、その一部が上面２Ａに付着してしまったとしても、この上面２Ａおける接触角度Ｙは前記表面処理層２１によりダイ２に直接触れた溶液Ｌの接触角度Ｘよりも大きくなり、この結果溶液Ｌがはじかれて上面２Ａに溶液Ｌが溜まるようなことを抑止するようになる。
【００４７】
以上のように、粒Ｌ´が上面２Ａの絶縁体１７より反発して付着しにくくなり、万一粒Ｌ´が絶縁体１７に付着してもダイ２自体における溶液Ｌとの接触角度Ｘより大きくなる前記溶液Ｌとの接触角度Ｙを有するように絶縁体１７を形成したことにより、溶液Ｌをたまりにくくしてフィーダー５に収容されている原料粉末に溶液Ｌが触れ難くして溶液Ｌにより原料粉末が固まる粉だまりを防止することができる。
【００４８】
尚、以下に実施例及び比較例を表２〜４により説明する。表２〜４における実施例及び比較例は、いずれも原料粉末として鉄粉（平均粒径９０μｍ）に、潤滑剤としてステアリン酸リチウム（平均粒径５μｍ）を０．２重量％添加したものを回転混合機で３０分混合したものを用い、加圧面積１ｃｍ^２の円柱を成形する成形型に、前記混合した原料粉末を７ｇ充填し、この後８ｔ／ｃｍ^２の成形圧力で粉末成形体を連続で１００個成形したものである。そして、実施例のものでは、水溶性潤滑剤を水に溶解した溶液を１５０°Ｃに加熱された成形型の成形部に付着させた後に、蒸発、乾燥させて晶出層を形成し、この後に、原料粉末を充填するようにしたものである。比較例１は、ステアリン酸リチウム（平均粒径５μｍ）をアセトンに分散させたものを１５０°Ｃに加熱された成形型の成形部に付着させた後に、乾燥させて被膜を形成し、この後に、原料粉末を充填するようにしたものである。比較例２は成形型には潤滑剤を用いない場合である。表中の密度のＲは、連続１００個成形した成形体密度の最大値と最小値の差である。
【００４９】
【表２】

【００５０】
【表３】

【００５１】
【表４】

【００５２】
表２〜４の比較結果として、実施例では、成形型より圧粉末を抜き出す抜出圧力は、比較例１の抜出圧力以下ですみ、また実施例では、比較例１より密度の向上を図ることができ、さらに、密度のＲが非常に小さくなった。これにより、実施例においては連続成形でも高密度の成形を安定して行うことができる。
【００５３】
尚、前記潤滑剤は、水溶性のりん酸系金属塩として、りん酸水素２カリウム、りん酸水素２ナトリウム、りん酸３カリウム、りん酸３ナトリウム、ポリりん酸カリウム、ポリりん酸ナトリウム、りん酸リボフラビンカリウム、りん酸リボフラビンナトリウム等の様に構造中にりん酸系の基を含むものが好適である事が表２〜４からわかる。
【００５４】
水溶性の硫黄酸塩系金属塩として、硫酸カリウム、硫酸ナトリウム、亜硫酸カリウム、亜硫酸ナトリウム、チオ硫酸カリウム、チオ硫酸ナトリウム、ドデシル硫酸カリウム、ドデシル硫酸ナトリウム、ドデシルベンゼン硫酸カリウム、ドデシルベンゼン硫酸ナトリウム、食用青色１号（Ｃ_３７Ｈ_３４Ｎ_２Ｎａ_２Ｏ_９Ｓ_３）、食用黄色５号（Ｃ_１６Ｈ_ｌＯＮ_２Ｎａ_２Ｏ_７Ｓ_２）、アスコルビン酸硫酸エステルカリウム、アスコルビン酸硫酸エステルナトリウム等の様に構造中に硫酸系の基を含むものが好適である事が表２〜４からわかる。
【００５５】
水溶性のほう酸系金属塩として、四ほう酸カリウム、四ほう酸ナトリウム等の様に構造中にほう酸系の基を含むものが好適である事が表２〜４からわかる。
【００５６】
水溶性のけい酸系金属塩として、けい酸カリウム、けい酸ナトリウム等の様に構造中にけい酸系の基を含むものが好適である事が表２〜４からわかる。
【００５７】
水溶性のタングステン酸系金属塩として、タングステン酸カリウム、タングステン酸ナトリウムの様に構造中にタングステン酸系の基を含むものが好適である事が表２〜４からわかる。
【００５８】
水溶性の有機酸系金属塩として、酢酸カリウム、酢酸ナトリウム、安息香酸カリウム、安息香酸ナトリウム、アスコルビン酸カリウム、アスコルビン酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム、ステアリン酸ナトリウム等の様に構造中に有機酸系の基を含むものが好適である事が表２〜４からわかる。
【００５９】
水溶性の窒素酸系金属塩として、硝酸カリウム、硝酸ナトリウム等の様に構造中に窒素酸系の基を含むものが好適である事が表２〜４からわかる。
【００６０】
水溶性の炭酸系金属塩として、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素ナトリウム等の様に構造中に炭酸系の基を含むものが好適である事が表２〜４からわかる。
【００６１】
これらの挙げられた様な潤滑剤の１種又は２種以上を用いることができる。
【００６２】
そして、水溶性潤滑剤の濃度は、前記晶出層Ｂの厚みが前記潤滑剤の１分子により形成される濃度以上で飽和濃度未満とする。具体的には１ＰＰＭ〜飽和濃度とする。これは、１ＰＰＭ未満では、成形型に付着する潤滑剤が多量でなければ安定して潤滑性が得られる晶出相の被膜が得難いためであり、飽和濃度以上では、潤滑剤が溶解しきれず固体となって沈殿し、噴霧部６による付着を行なう場合、噴務部６が詰まる等の不具合が発生するためである。
【００６３】
また、溶解する水は、蒸留水やイオン交換水といった金属成分やハロゲン元素成分を取り除いた水が好ましい。潤滑剤の種類によっては、容易に水中の金属成分と置換して沈殿物を生成して不具合を起こす場合があり、また、ハロゲン成分が多量に含まれていた場合、圧粉体が錆びやすくなったり、焼結時にダイオキシン等の有害物質が生成したりする不具合を起こす場合があるためである。
【００６４】
さらに、潤滑剤の種類によっては、微生物が繁殖して腐りやすいという問題があり、成分が変化したり悪臭が発生する場合があるが、防腐剤を添加することで微生物の発生を防止することができる。防腐剤には、安息香酸ナトリウム等の潤滑性を損なわず、人体に対する有害性が低く、ハロゲン元素成分を含まないものが好ましい。
【００６５】
また、潤滑剤の種類によっては、泡が発生しやすいという問題があり、溶液Ｌを成形部１Ａに付着させたときに、泡が発生して原料粉末が固まるおそれがあるが、アルコールやケトンといった水溶性の溶媒や消泡剤を添加することで泡の発生を防止することができる。アルコールやケトンには、エタノールやアセトン等の潤滑性を損なわず、人体に対する有害性が低く、ハロゲン元素成分を含まないものが好ましい。
【００６６】
アルコールやケトンといった水溶性の溶媒には、水よりも沸点や蒸発潜熱の低いものを使用することで、蒸発、乾燥時間を短くしたり、成形型本体２を高温にする必要がなくなる場合もある。
【００６７】
これらの潤滑剤及び添加物、溶解する水にはハロゲン元素が含まれていると、炭素成分の共存中で焼結するという鉄系の粉末冶金でよく使用される条件ではダイオキシン等の微量で毒性の高い成分の生成が懸念されるため、ハロゲン元素を含ませないことが好ましい。
【００６８】
成形型本体２の温度や混合した原料粉末Ｍは、高温にした方が乾燥時間の短縮や温間成形の効果等があるため好ましいが、不具合がなければ常温でもよい。高温にする場合は、原料粉末が固まったり潤滑剤が金型（成形部１Ａ）の底へ流れ落ちるため安定して温間成形することが困難であるため設定温度で溶融しない潤滑剤の選定が好ましいが、不具合がなければ半溶融状態や高粘性状態、２種以上の潤滑剤配合の１種以上が溶融状態でもよい。従来使用されていたステアリン酸亜鉛は約１２０°Ｃ、ステアリン酸リチウムは約２２０°Ｃで溶融するためそれ以上の温度で安定して温間成形することが困難であったが、本発明の潤滑剤の中には２２０°Ｃ以上で溶融しないものは多数存在し、中には１０００°Ｃを超えても溶融しないものも含まれているため、金型（成形部１Ａ）の耐熱温度や原料粉末の酸化温度ぎりぎりまで高温にして容易に安定して温間成形することが可能である。但し、その場合は、原料粉末の流動性の問題等があるため、混合した原料粉末Ｍに添加する潤滑剤も高温で溶けないもの、例えば、本発明の潤滑剤を粉末状にしたものや固体潤滑剤である黒鉛や２硫化モリブデン等にしたり、潤滑剤を入れずに成形型潤滑だけで成形した方が好ましい。
【００６９】
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において、種々の変形実施が可能である。例えば、第２実施形態と第３実施形態のものを組み合せるようにしてもよい。また、前記実施形態において潤滑剤を溶媒に溶解した溶液とは、潤滑剤を溶媒に一部でも溶解したものを含んでいるものでもよい。また、前記原料粉末を充填する前に、前記溶液を前記成形部に付着させ、該溶液を蒸発させて前記成形部に晶出層を形成した後にパンチを前記成形部に嵌合して粉末成形体を成形するものであるが、前記原料粉末を充填する前に必ず溶液を前記成形部に付着させ、該溶液を蒸発させて前記成形部に晶出層を形成する必要はなく、例えば始めの粉末成形体の成形後に、溶液を前記成形部に付着させずに始めの晶出層を利用してそのまま原料粉末を充填して次の成形を行い、次に３回目の原料粉末を充填する前に溶液を前記成形部に付着させ、該溶液を蒸発させて前記成形部に２回目の晶出層を形成するように断続的な連続により溶液を前記成形部に付着させるようにしてもよい。さらに、第１実施形態では、表面処理層２０，２１を電極板１３の表面、上面２Ａに全面的に設けるものを示したが、図８に示すように、表面処理層２０，２１を電極板１３の表面、上面２Ａに部分的に、すなわち点在するように設けてもよい。
【００７０】
【発明の効果】
請求項１の発明は、成形型本体に形成した成形部に、潤滑剤を水に溶解した溶液又は潤滑剤を水に分散した分散液を前記成形部に付着させ、前記溶液の水分又は分散液の水分を蒸発させて前記成形部に潤滑層を形成して、原料粉末を充填し、その後パンチを前記成形部に嵌合して粉末成形体を成形する粉末成形体の成形方法において、前記溶液又は分散液を帯電させて噴霧すると共に、前記成形部を前記溶液又は分散液の帯電の極性と逆の極性に帯電又はアースさせて、前記溶液又は分散液を前記成形部に付着させることを特徴とする粉末成形体の成形方法であり、成形部における溶液又は分散液の付着を均一にして、潤滑層を均一に形成できる。
【００７１】
請求項２の発明は、成形型本体に形成した成形部に、潤滑剤を水に溶解した溶液又は潤滑剤を水に分散した分散液を前記成形部に付着させ、前記分散液の水分又は溶液の水分を蒸発させて前記成形部に潤滑層を形成して、原料粉末を充填し、その後パンチを前記成形部に嵌合して粉末成形体を成形する粉末成形体の成形方法において、前記溶液又は分散液を帯電させて噴霧すると共に、前記成形部以外の前記成形型本体の表面を、前記溶液又は分散液の極性と同じ極性に帯電させた状態で、前記溶液又は分散液を前記成形部に付着させることを特徴とする粉末成形体の成形方法であり、成形部以外の表面における溶液又は分散液の付着を少なくして、成形部以外の表面に付着した溶液又は分散液の弊害をなくすことができる。
【００７２】
請求項３の発明は、粉末成形体の側面を形成する貫通孔を上面に縦向きに有する成形型本体と、前記貫通孔に下方から嵌合する下パンチと、前記貫通孔に上方から嵌合する上パンチと、潤滑液を前記貫通孔に付着させる付着手段を備え、前記下パンチが嵌合した貫通孔に原料粉末を上方から充填する前に前記潤滑液を前記貫通孔に付着させ、前記原料粉末を充填後に、前記上パンチを前記貫通孔に嵌合して粉末成形体を成形する粉末成形体の成形金型装置であって、前記付着手段に帯電手段を設け、前記潤滑液の前記帯電手段と逆の極性を前記貫通孔に帯電させる逆極性帯電手段を設けることを特徴とする粉末成形金型装置であリ、貫通孔における溶液又は分散液の付着を均一にして、潤滑層を均一に形成できる。
【００７３】
請求項４の発明は、粉末成形体の側面を形成する貫通孔を上面に縦向きに有する成形型本体と、前記貫通孔に下方から嵌合する下パンチと、前記貫通孔に上方から嵌合する上パンチと、潤滑液を前記貫通孔に付着させる付着手段を備え、前記下パンチが嵌合した貫通孔に原料粉末を上方から充填する前に前記潤滑液を前記貫通孔に付着させ、前記原料粉末を充填後に、前記上パンチを前記貫通孔に嵌合して粉末成形体を成形する粉末成形体の成形金型装置であって、前記付着手段に帯電手段を設け、前記潤滑液の前記帯電手段と同じの極性を前記上面に帯電させる同極性帯電手段を設けることを特徴とする粉末成形金型装置であり、上面における溶液又は分散液の付着を少なくして、上面に付着した溶液又は分散液の弊害をなくすことができる。
【００７４】
請求項５の発明においては、前記潤滑液は、潤滑剤を溶媒に溶解した溶液又は潤滑剤を溶媒に分散した分散液であることを特徴とする請求項３又は４の粉末成形金型装置であり、貫通孔に均一な潤滑層が形成され、粉末成形体の密度等を向上することができる。
【００７５】
請求項６の発明においては、前記成形型本体自体による前記潤滑液との接触角度より小さくなる前記潤滑液との接触角度を有するように前記貫通孔の表面を形成したことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の粉末成形金型装置であり、貫通孔に潤滑液を全面的に配置することにより、粉末成形体の成形にあって潤滑性能を向上することができる。
【００７６】
請求項７の発明においては、前記成形型本体自体による前記潤滑液との接触角度より大きくなる前記潤滑液との接触角度を有するように前記上面の表面を形成したことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の粉末成形金型装置であり、前記上面より潤滑液を排除することにより、充填される原料粉末の品質低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す第１工程の断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態を示す第２工程の断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態を示す第３工程の断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態を示す第４工程の断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態を示す第１工程の断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態を示す第２工程の断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態を示す断面図である。
【図８】本発明の第４実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１貫通孔
１Ａ成形部
２ダイ（成形型本体）
３下パンチ
４上パンチ
６噴霧部（付着手段）
１０帯電装置
１４逆極性帯電手段
１６同極性帯電手段
１７絶縁体
２０２１表面処理層
Ｂ潤滑層
Ｌ溶液
Ｍ原料粉末

Claims

成形型本体に形成した成形部に、潤滑剤を水に溶解した溶液又は潤滑剤を水に分散した分散液を前記成形部に付着させ、前記溶液の水分又は分散液の水分を蒸発させて前記成形部に潤滑層を形成して、原料粉末を充填し、その後パンチを前記成形部に嵌合して粉末成形体を成形する粉末成形体の成形方法において、前記溶液又は分散液を帯電させて噴霧すると共に、前記成形部を前記溶液又は分散液の帯電の極性と逆の極性に帯電又はアースさせて、前記溶液又は分散液を前記成形部に付着させることを特徴とする粉末成形体の成形方法。
成形型本体に形成した成形部に、潤滑剤を水に溶解した溶液又は潤滑剤を水に分散した分散液を前記成形部に付着させ、前記分散液の水分又は溶液の水分を蒸発させて前記成形部に潤滑層を形成して、原料粉末を充填し、その後パンチを前記成形部に嵌合して粉末成形体を成形する粉末成形体の成形方法において、前記溶液又は分散液を帯電させて噴霧すると共に、前記成形部以外の前記成形型本体の表面を、前記溶液又は分散液の極性と同じ極性に帯電させた状態で、前記溶液又は分散液を前記成形部に付着させることを特徴とする粉末成形体の成形方法。
粉末成形体の側面を形成する貫通孔を上面に縦向きに有する成形型本体と、前記貫通孔に下方から嵌合する下パンチと、前記貫通孔に上方から嵌合する上パンチと、潤滑液を前記貫通孔に付着させる付着手段を備え、前記下パンチが嵌合した貫通孔に原料粉末を上方から充填する前に前記潤滑液を前記貫通孔に付着させ、前記原料粉末を充填後に、前記上パンチを前記貫通孔に嵌合して粉末成形体を成形する粉末成形体の成形金型装置であって、前記付着手段に帯電手段を設け、前記潤滑液の前記帯電手段と逆の極性を前記貫通孔に帯電させる逆極性帯電手段を設けることを特徴とする粉末成形金型装置。
粉末成形体の側面を形成する貫通孔を上面に縦向きに有する成形型本体と、前記貫通孔に下方から嵌合する下パンチと、前記貫通孔に上方から嵌合する上パンチと、潤滑液を前記貫通孔に付着させる付着手段を備え、前記下パンチが嵌合した貫通孔に原料粉末を上方から充填する前に前記潤滑液を前記貫通孔に付着させ、前記原料粉末を充填後に、前記上パンチを前記貫通孔に嵌合して粉末成形体を成形する粉末成形体の成形金型装置であって、前記付着手段に帯電手段を設け、前記潤滑液の前記帯電手段と同じの極性を前記上面に帯電させる同極性帯電手段を設けることを特徴とする粉末成形金型装置。
前記潤滑液は、潤滑剤を溶媒に溶解した溶液又は潤滑剤を溶媒に分散した分散液であることを特徴とする請求項３または４に記載の粉末成形金型装置。
前記成形型本体自体による前記潤滑液との接触角度より小さくなる前記潤滑液との接触角度を有するように前記貫通孔の表面を形成したことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の粉末成形金型装置。
前記成形型本体自体による前記潤滑液との接触角度より大きくなる前記潤滑液との接触角度を有するように前記上面の表面を形成したことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の粉末成形金型装置。