JP2005330561A

JP2005330561A - 粉末および芯棒案内用治具並びに粉末充填方法

Info

Publication number: JP2005330561A
Application number: JP2004151657A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kato; 弘之加藤; Takayoshi Miyazaki; 隆好宮崎; Takashi Zaitsu; 享司財津; Tomonori Ueda; 友則上田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2005-12-02

Abstract

【課題】容器側面をタップまたは容器を振動させながら粉末を充填しても、容器内における１本若しくは複数本の芯棒の位置決めが正確に実行できるような粉末および芯棒案内用治具、並びにこうした案内用治具を用いて芯棒を正確に位置決めしつつ粉末を充填でき、必要により、容器が破壊されることなくCIPなどの圧縮成形加工が可能な粉末充填方法を提供する。
【解決手段】本発明の案内用治具１０は、筒状容器内に粉末Ｍを充填すると共に、充填される粉末内部に芯棒１２を埋設するために用いる案内用治具であって、こうした案内用治具を用いて、上方が開口した容器内への粉末の充填および該粉末内部への芯棒の埋設を行うに当たり、前記容器内に、粉末および芯棒案内用治具を挿入した後、容器の上方開口部から粉末を投入し、前記容器の側面をタップするかまたは容器を振動させることによって粉末の容器内への充填を行いつつ、案内用治具を上方に抜き出す。
【選択図】図４

Description

本発明は、筒状空間内に粉末の充填を行うと共に該粉末内に埋設される芯棒を所定位置に配置決めするための案内用治具、およびこうした案内治具を用いて容器内への芯棒の配設と共に粉末の充填を効果的に行うようにした粉末充填方法に関するものである。特に、芯棒を埋設した粉末を圧縮して成形体とするような製造工程を行う場合に、芯棒の位置決めを容易に行いつつ容器内への粉末の円滑な充填を可能とする粉末・芯棒案内用治具に関するものである。

筒状容器内に芯棒を挿入し、該芯棒と容器間の空間に粉末を充填することが有用な技術として、例えば粉末冶金法で円筒状製品を製造する技術が挙げられる。こうした技術においては、一本の芯棒を粉末内部に埋設した状態で圧縮成形を行い、これを焼結した後芯棒を引き抜くことによって円筒状製品を製造するようにされる。

また、別の例としては、金属粉末を用いた超伝導線材を製造する方法(粉末法)において、伸線加工性および超伝導特性を良好にする方法として、金属粉末内部にNbまたはNb合金芯を埋設した後、圧縮成形加工とビレットへの装填を行い、その後押し出し・伸線などの縮径加工を行う方法が採用されている。こうした方法として、例えば特許文献１には、Ｃｕ−Ｓｎ合金粉末内部に１本若しくは複数本のNbまたはNb合金芯を埋設した後、熱間静水圧プレス(以下、「HIP」と略記する)をかけることにより圧縮成形する工程が開示されている。

これらの加工方法において、粉末を充填するに際しては、１本若しくは複数の芯棒を容器内部に垂直（軸芯方向）に立てておく必要がある。例えば、冷間静水圧プレス(以下、「CIP」と略記する)などで圧縮加工を行う場合には、図１に示すように底蓋2(または底)に、芯棒3を立てるための穴を形成したゴム型１（筒状容器に相当）を使用し、この穴の中に芯棒の一端を挿入して固定すると共に、他端側が固定されていない状態で、ゴム型1の側面をタップ(軽く叩く) するかまたはゴム型１を振動させつつ粉末Mを充填するようにしている。

しかしながら、こうした状態で粉末Mを充填すると、芯棒の他端側が固定されていないので、図２に示すように、容器側面のタップや容器振動、更には粉末Mの不均一な流入によって芯棒３の位置が若干ずれ、寸法精度が低下するという事態が生じることがある。

また粉末充填後にCIPなどの成形加工を行う場合には、その上方に上蓋４を被せて行われるのであるが[図３（a）] 、芯棒３の軸芯方向には粉末Mは縮むが芯棒３は縮まないので、図３（ｂ）に示すように、上蓋４が芯棒によって破られ、露出した芯棒３が、圧媒とゴム型を遮断するシール(図示せず)を破るために、十分に圧縮成形ができないという問題がある。

タップや振動による芯棒の位置ずれを防止するという観点から、粉末冶金用途として例えば特許文献２のような技術も提案されている。この技術では、容器上部に芯棒固定用および粉末充填用のキャップを被せる方法が提案されている。しかしながらこの技術は、キャップの構造上芯棒が１本の場合にしか適用できないものであり、例えば超伝導線材のように粉末内に複数の芯棒を埋設する必要がある技術には適用できないという問題がある。
特開平５−３４２９３２号公報「特許請求の範囲」等特開２０００−１１９７０４号公報「特許請求の範囲」等

本発明はこうした状況の下になされたものであって、その目的は、容器側面をタップまたは容器を振動させながら粉末を充填しても、容器内における１本若しくは複数本の芯棒の位置決めが正確に実行できるような粉末および芯棒案内用治具、並びにこうした案内用治具を用いて芯棒を正確に位置決めしつつ粉末を充填でき、必要により、容器が破壊されることなくCIPなどの圧縮成形加工が可能な粉末充填方法を提供することにある。

上記目的を達成し得た本発明の粉末および芯棒案内用治具とは、筒状容器内に粉末を充填すると共に、充填される粉末内部に芯棒を埋設するために用いる案内用治具であって、粉末を案内する穴および芯棒を貫通する穴を有する複数の仕切り板を支柱にて連結したものである点に要旨を有するものである。

一方、上記目的を達成することのできる粉末充填方法とは、上記のような案内用治具を用いて、上方が開口した容器内への粉末の充填および該粉末内部への芯棒の埋設を行うに当たり、前記容器内に、粉末および芯棒案内用治具を挿入した後、容器の上方開口部から粉末を投入し、前記容器の側面をタップするかまたは容器を振動させることによって粉末の容器内への充填を行いつつ、支柱および仕切り板を上方に抜き出す点に要旨を有するものである。

また、上記のような案内用治具を用いて、上蓋および下蓋を有する容器内への粉末の充填および該粉末内部への芯棒の埋設を行うに当たり、前記容器内に、粉末および芯棒案内用治具を挿入した後容器に粉末を投入し、前記容器の側面をタップするかまたは容器を振動させることによって粉末の容器内への充填を行いつつ、案内用治具を上方に抜き出すと共に、前記容器を適宜反転させて前記上蓋および下蓋と芯棒の間の空間に粉末を充填し、その後充填粉末を圧縮成型することによっても上記目的が達成され、こうした構成を採用することによって、容器が破壊されることなく圧縮成形加工が可能となる。

本発明は以上の様に構成されており、粉末を案内する穴および芯棒を貫通する穴を有する複数の仕切り板を支柱にて連結する構成の治具を採用することによって、容器側面をタップし、または容器を振動させながら粉末を充填しても容器内における芯棒の位置決めが正確に行なわれつつ粉末の充填が有効に実行でき、後に圧縮成形加工する場合であっても容器が破壊されることなく効果的に粉末の充填が実現できる。

本発明の構成を、図面を参照しつつ説明する。図４は本発明に係る案内用治具の構成を示す概略説明図であり、図中１０は案内用治具、１１a、１１ｂは複数(この図では２個)の仕切り板、１２は芯棒、１３は粉末充填用容器、１４は充填用台、１８は支柱を夫々示す。

図５は仕切り板１１a、１１bの平面図であり、この仕切り板１１a、１１ｂには、一個または複数個(この図では７個)の芯棒案内用穴１５と、任意の位置に形成される粉末案内用穴１６a、１６ｂと、支柱接続用穴１７を有する構成となっている。また、各仕切り板１１a、１１ｂは、その形状は基本的に同一に形成される。尚、芯棒案内用穴１５の形状、位置は製品によって異なり、粉末案内用穴１６a、１６ｂと支柱接続用穴１７は、その形状、穴の個数、穴の位置などは任意に設定でき、図５に示した形状、個数に限定されるものではない。また粉末案内用穴１６a、１６ｂに関しては、各仕切り板１１a、１１ｂで軸芯方向位置が若干ずれた状態であっても良い。

本発明の案内用治具１０では、複数の仕切り板１１a、１１ｂが、支柱接続穴１７に支柱１８を通して所定間隔をおいて水平に固定されることによって連結され（図４参照）、各仕切り板１１a、１１ｂに形成された芯棒案内用穴１５が対応する位置となる(即ち、同一軸芯上となる)ように配置される。

このような治具を用いて粉末を充填するに当たっては、まず粉末充填用容器１３の底に充填用台１４を配置し、仕切り板１１a、１１ｂを支柱１８にて連結した案内治具１０を粉末充填用容器１３内に入れる。このとき、図４に示したように、仕切り板１１a、１１ｂが２枚のときには、仕切り板１１a、１１ｂの相互の間隔は芯棒１２の長さの半分程度としておくことが好ましいい。

そして、１本または複数本(図４、５では７本)の芯棒１２を案内用治具１０(即ち、仕切り板１１a、１１ｂ)の芯棒案内用穴１５に通して充填用台１４の上に垂直に立てる。こうした状態で、容器の開放された上方から粉末Mを投入すると、当該粉末Mは上方に位置する仕切り板１１aに一旦留まるが、タップまたは振動させることによって、仕切り板１１aの粉末案内用穴１６ａ、１６ｂから下方に流下し、仕切り板１１ｂ上に到達することになる。仕切り板１１ｂ上に到達した粉末Mは同様にして順次下方に流下していき、最終的に充填用台１４までに到達することになる。

このようにして粉末Mが粉末充填用容器１３内にある程度充填されると、芯棒１２の下方側は粉末Mによって動かない状態となる。その後、粉末Mの充填とあわせて案内用治具１０を上方に引き抜くことによって、芯棒１２の配置が変わることなく粉末M内に埋設させた状態で芯棒１２が残ると共に、粉末を効果的に充填することができる。尚、前記粉末充填用容器１３は筒状(図４では有底円筒状)に形成されるものであるが、その材質はCIP成形加工に適用するときにはゴム製となるのが一般的である。

こうした案内用治具１０を用いてCIP成形加工を行うための粉末充填方法について、図６に基づいて説明する。まず上記と同様にして、ゴム型１９(前記粉末充填用容器１３に相当)の底に充填用台１４を置くと共に、ゴム型１９内に案内用治具１０を入れる。そして、粉末Mを充填しつつ案内用治具１０を引き抜くまでは上記と同様である[図６(a)〜(c)]。その後、芯棒１２の上方を覆うまで粉末Mを充填し、ゴム製の蓋２５で覆う。この状態では、芯棒１２と蓋２５(最終的間に下蓋となる)の間に、粉末Mが介在された状態となる[図６(d)] 。

次に、ゴム型１９を反転してゴム型１９の上下が逆になるようにしてから、上方にくる充填用台１４を取り除き、粉末Mを更に充填し[図６(e)]、上方にゴム製の蓋２６を被せる[図６（ｆ）]。この蓋２６の厚みは、充填用台１４の厚みよりも薄く設定され、その厚み差によって生じる空間に粉末が充填されることになる。このようにして粉末Mが充填されたゴム型１９では、芯棒１２の上下と各蓋２５、２６との間においても粉末Mが充填されたものとなる。

こうした状態で粉末Mが充填されたゴム型１９をCIP成形して取り出すと、図６(g)に示すような、芯棒１２の全体を粉末Mで覆った成形体２１が得られることになる。こうした方法では、芯棒１２の端部が露出して蓋２５、２６を破損することもなく、その結果シール破れなどの不都合も起こすことなくCIP成形できることになる。こうした効果を達成するためには、前記充填台１４の高さ(厚さ) は、(蓋２6の厚さ)+(介在させる粉末の厚さ)に設定することが重要となる。

尚、上記のようなCIP成形を行うに当たっては、芯棒１２の数が多くなると芯棒の軸方向には粉末が動きにくくなり、通常の粉末単体のCIP成形加工条件では、図７[模式的に示した説明図]に示すような粉末部に横割れ２２が生じやすくなる。こうしたことから、昇圧速度を平均１MPa/秒以下とし、１MPa以下の圧力で３０秒以上保持した後、１MPa以上に保持することが望ましいCIP条件となる。

以下本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に応じて適宜設計変更することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。

実施例１
両端蓋付きの内径：φ４０ｍｍ×長さ：１５０ｍｍの円筒状CIP成形用ゴム型を用いて、底部に充填用台を入れて立てた。前記図４に示した構成の案内用治具１０をゴム型１９内に挿入し、外径が３ｍｍφのNb芯棒１２(７本) を充填台の上に立て、ゴム型19の上方より３２５メッシュ以下の純Sn粉末を充填した。

そして、ゴム型１９の側面をタップし、粉末を充填しながら案内用治具１０を徐々に抜き取り、芯棒１２の上端部よりも５ｍｍ上方までSn粉末を更に充填して蓋をした。

ゴム型１９(容器)の上下を反転して、充填用台１４を抜き取ると、粉末に埋設された芯棒端部が見え、それに更に５ｍｍ高さの位置までSn粉末を充填し、蓋をした。

その後、CIP成形加工で平均１MPa/秒の速度で昇圧した。この昇圧中には、０．１MPaと３０MＰaで１分間保持をした後、１００MPaまで昇圧した。そこで１分間保持した後減圧してCIP装置からゴム型１９を取り出し、その内部の成形体を取り出したところ、芯棒は露出することなく、横割れのない成形体を得ることができた。

また、粉末で覆われている端部より内側５ｍｍの位置で両端とも成形体を切断したところ、芯棒に位置ずれは治具の芯棒案内穴の径と芯棒の外径のクリアランスである０．２ｍｍ以下であった。こしたことから、本発明の粉末および芯棒案内治具を用いた粉末充填方法では、芯棒の配置がずれることなく、また芯棒と蓋の間の空間に粉末を介在させることで蓋を破ることなくCIP成形が可能であることがわかる。

比較例１
両端蓋付きの内径φ４０ｍｍ×長さ１５０ｍｍの円筒状CIP成形用ゴム型１９を立て、外径φ３２ｍｍ、長さ１０ｍｍの芯棒固定用くぼみを７個有するゴム蓋で底部の蓋をした。底部蓋のくぼみにφ３ｍｍのNb芯棒７本を立てた。

そして、そのまま容器上方から３２５メッシュ以下の純Sn粉末を入れながら容器側面をタップし、粉末を充填した。芯棒の上端部までSn粉末を充填して蓋をした。その後、CIP成形加工で昇圧速度を２MPa/秒として１００MPaまで昇圧した。そこで１分間保持した後減圧してCIP装置からゴム型を取り出し、その内部の成形体を取り出したところ、両端とも芯棒によりゴム蓋が破れはしないまでも大きく変形していた。また成形体中央部と両端部より１０ｍｍ付近の位置に横割れ（前記図７参照）が見られた。

また、成形体の両端部より５ｍｍの位置を切断したところ、充填時にゴム型に固定されていた下端に比べ、上端部は芯棒同士の距離が２ｍｍ程度大きく開いていて芯棒の配置がずれていることが確認できた。

芯棒を粉末内部埋め込む従来の方法を説明する図である。従来の方法で芯棒を粉末内部に埋設する際に生じる芯棒の倒れを示した概略説明図である。従来方法で生じる蓋割れの状態を示す説明図である。本発明に係る案内用治具の構造を示す概略説明図である。仕切り板１１a、１１ｂを示す平面図である。本発明の粉末充填方法を実施してCIP成形する場合の工程を説明する図である。 CIP成形したときに生じる横割れを模式的に示した説明図である。

符号の説明

１０案内用治具
１１a、１１ｂ仕切り板
１２は芯棒
１３粉末充填用容器
１４充填用台
１５芯棒案内用穴
１６ａ、１６ｂ粉末案内用穴
１８支柱
１９ゴム型
２５、２６蓋

Claims

筒状容器内に粉末を充填すると共に、充填される粉末内部に芯棒を埋設するために用いる案内用治具であって、粉末を案内する穴および芯棒を貫通する穴を有する複数の仕切り板を支柱にて連結したものであることを特徴とする粉末および芯棒案内用治具。
請求項１に記載の粉末および芯棒案内用治具を用いて、上方が開口した容器内への粉末の充填および該粉末内部への芯棒の埋設を行うに当たり、前記容器内に、粉末および芯棒案内用治具を挿入した後、容器の上方開口部から粉末を投入し、前記容器の側面をタップするかまたは容器を振動させることによって粉末の容器内への充填を行いつつ、案内用治具を上方に抜き出すことを特徴とする粉末充填方法。
請求項１に記載の粉末および芯棒案内用治具を用いて、上蓋および下蓋を有する容器内への粉末の充填および該粉末内部への芯棒の埋設を行うに当たり、前記容器内に、粉末および芯棒案内用治具を挿入した後容器に粉末を投入し、前記容器の側面をタップするかまたは容器を振動させることによって粉末の容器内への充填を行いつつ、案内用治具を上方に抜き出すと共に、前記容器を適宜反転させて前記上蓋および下蓋と芯棒の間の空間に粉末を充填し、その後充填粉末を圧縮成型することを特徴とする粉末充填方法。