JP2013022784A - Ceramic sheet punch die - Google Patents

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涼 長沼
Kenichiro Shimizu
健一郎 清水
Shigeyuki Hamayoshi
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ceramic sheet punch die which is applicable to a manufacturing method in which a ceramic sphere having an excessive thickness to be removed can be manufactured with high efficiency.SOLUTION: There is provided the ceramic sheet punch die which punches a sphere out of a raw material body including ceramic powder and a binder binding the ceramic powder, and includes a first die with a recessed part, a second die with a recessed part, and a cavity formed by combining the recessed parts of the first die and the second die together, a sectional shape of the cavity in a punching direction being a substantially elliptic shape having the major axis in the punching direction.

Description

本発明は、セラミックスシートから球体を打ち抜くセラミックスシート打抜き金型に関する発明である。   The present invention relates to a ceramic sheet punching die for punching a sphere from a ceramic sheet.

ベアリング用ボールを代表的な用途とするセラミックス球体の製造方法の一例が、下記特許文献1に開示されている。特許文献1には、「セラミック粉末を球状に予備成形した予備成形体をゴム型内に収容し、該ゴム型を介して内部の予備成形体を加圧することによって該予備成形体を高密度化した球状成形体を得る成形工程と、その球状成形体を焼成する焼成工程とを含み、前記予備成形体を収容するゴム型のゴムの硬さが65以下であることを特徴とするセラミックボールの製造方法」が開示されている。なお、予備成形体の形成方法としては、金型プレス成形が例示されている。   An example of a method for producing a ceramic sphere using a bearing ball as a typical application is disclosed in Patent Document 1 below. In Patent Document 1, “a preformed body in which ceramic powder is pre-formed into a spherical shape is housed in a rubber mold, and the preformed body is densified by pressurizing the inside preformed body through the rubber mold. A ceramic ball comprising: a molding step for obtaining a spherical molded body; and a firing step for firing the spherical molded body, wherein the rubber mold containing the preform has a hardness of 65 or less. Manufacturing method "is disclosed. In addition, the die press molding is illustrated as a formation method of a preforming body.

特開2002−36216号公報JP 2002-36216 A

上記特許文献1に開示された、セラミックス粉末を金型プレス成形により成形した予備成形体を冷間静水圧プレス(CIP)成形で高密度化するセラミックス球体の製造方法は、現在、耐摩耗性と耐破損性が必要とされるベアリング用ボールに使用されるセラミックス球体の製造方法として広く利用されている。しかしながら、かかる製造方法によりセラミックス球体を製造するためには、セラミックス粉末を球状化するための金型プレス成形と、金型プレス成形で形成された予備成形体に存在する空孔や予備成形体の密度ムラを低減するためCIP成形と、二の成形工程を経る必要があり、製造工程が長期となるとともにセラミックス球体の製造コストが高くなるという問題があった。そして、近年の環境問題への対応からセラミックス製ベアリング用ボールの需要が上昇しており、高効率なセラミックス球体の製造方法の開発の要請が高まっている。   The manufacturing method of the ceramic sphere disclosed in the above-mentioned Patent Document 1 and densifying the preform formed by molding the ceramic powder by die press molding by cold isostatic pressing (CIP) molding is currently wear resistant. It is widely used as a method for producing ceramic spheres used in bearing balls that require breakage resistance. However, in order to manufacture ceramic spheres by such a manufacturing method, there are mold press molding for spheroidizing ceramic powder, and voids and preforms present in the preform formed by mold press molding. In order to reduce the density unevenness, it is necessary to go through CIP molding and two molding processes, and there is a problem that the manufacturing process becomes long and the manufacturing cost of the ceramic sphere increases. In response to recent environmental problems, the demand for ceramic ball bearings has increased, and there has been an increasing demand for the development of a highly efficient method for producing ceramic spheres.

また、特許文献1のセラミックス球体の製造方法のように、金型プレス成形でセラミックス球体を形成した場合には、いわゆる「帯」と呼ばれる、その中央部を包囲するように球面から環状に突起する部分が必然的に形成される。この帯は製品とならない余肉であるため、通常、焼結後に研削等で除去加工されているが、焼結後のセラミックスは難加工材であるため除去加工に長時間を費やす必要があり、除去すべき余肉の少ないセラミックス球体の製造方法の開発が要請されていた。   In addition, when the ceramic sphere is formed by die press molding as in the method of manufacturing the ceramic sphere of Patent Document 1, a so-called “band” is projected annularly from the spherical surface so as to surround its central portion. A part is inevitably formed. Since this band is a surplus that does not become a product, it is usually removed after grinding by grinding etc., but since sintered ceramics are difficult to process materials, it is necessary to spend a long time for removal processing, There has been a demand for the development of a method for producing ceramic spheres with a small excess to be removed.

本発明は、上記従来技術の問題点を鑑みてなされたものであり、除去すべき余肉の少ないセラミックス球体を高能率に製造可能な製造方法に適用できる打抜き金型を提供することを、その目的としている。   The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and provides a punching die that can be applied to a manufacturing method capable of manufacturing a ceramic sphere with a small excess wall to be removed with high efficiency. It is aimed.

上記目的を達成する、本発明の態様は、セラミックス粉末と前記セラミックス粉末を結合する結合剤とを含む原料体から球体を打抜く打抜き金型であって、凹部を有する第1の型と、凹部を有する第2の型と、前記第1の型および第2の型の各々の凹部の組合せにより形成されるキャビティーとを有し、打抜方向に沿う前記キャビティーの断面形状は、打抜方向が長軸である略楕円形状をなしていることを特徴とする打抜き金型である。   An aspect of the present invention that achieves the above object is a punching die for punching a sphere from a raw material containing a ceramic powder and a binder that binds the ceramic powder, the first mold having a recess, the recess And a cavity formed by a combination of the concave portions of each of the first mold and the second mold, and the cross-sectional shape of the cavity along the punching direction is stamped. A punching die having a substantially elliptical shape whose major axis is a major axis.

なお、上記態様の打抜き金型において、打ち抜かれた球体の変形を防止するためには、前記第1の型および第2の型の少なくとも一方に、前記キャビティーに連通する脱気孔を有することが望ましい。   In the punching die of the above aspect, in order to prevent deformation of the punched sphere, at least one of the first mold and the second mold has a deaeration hole communicating with the cavity. desirable.

上記脱気孔を有する態様の打抜き金型において、原料体が空気抜き孔に侵入することにより形成された凸部を修正して余肉を減少させるためには、余肉をキャビティー側へ押し付けるため、脱気孔に挿入される先端面を備えた挿入部材を有することが好ましく、さらに前記挿入部材の先端面は、前記キャビティーの内面と滑らかに連結する球面の一部であることが望ましい。   In the punching die having the above-described deaeration hole, in order to reduce the surplus by correcting the convex portion formed by the raw material body entering the air vent, in order to press the surplus to the cavity side, It is preferable to have an insertion member having a distal end surface to be inserted into the deaeration hole, and it is desirable that the distal end surface of the insertion member is a part of a spherical surface smoothly connected to the inner surface of the cavity.

また、脱気孔を有する態様の打抜き金型において、脱気孔の開口は、当該脱気孔への前記原料体の浸入は阻止するが空気は流通可能な栓で塞がれていてもよく、その栓の先端面は、前記キャビティーの内面と滑らかに連結する球面の一部であることが、さらに望ましい。   Further, in the punching die having a deaeration hole, the opening of the deaeration hole may be blocked by a plug through which the raw material body can be prevented from entering the deaeration hole, but air can flow therethrough. It is further desirable that the front end surface is a part of a spherical surface that smoothly connects with the inner surface of the cavity.

さらに、上記態様の打抜き金型において、原料体から球体を円滑に分離するためには、前記第1の型の凹部および第2の型の少なくとも一方の凹部の周囲には、略円環状の突起部が設けられていることが望ましい。   Further, in the punching die of the above aspect, in order to smoothly separate the sphere from the raw material body, a substantially annular protrusion is formed around at least one of the recesses of the first mold and the second mold. It is desirable that a section is provided.

加えて、弾性による球体の変形を防止するためには、前記原料体はバインダーとして熱硬化性樹脂を含み、前記第1の型および第2の型の少なくとも一方を加熱する加熱手段を有することが望ましい。   In addition, in order to prevent deformation of the sphere due to elasticity, the raw material body includes a thermosetting resin as a binder, and has heating means for heating at least one of the first mold and the second mold. desirable.

本発明によれば、その課題を解決することが可能となる。   According to the present invention, the problem can be solved.

本発明に係わる第1態様の打抜き金型が組み込まれたセラミックス球体製造装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the ceramic sphere manufacturing apparatus with which the punching die of the 1st aspect concerning this invention was integrated. 図1のA部の拡大した正面断面図である。FIG. 2 is an enlarged front sectional view of a part A in FIG. 1. 図2の打抜き金型のキャビティーが球状である場合に生じる不具合を説明する図である。It is a figure explaining the malfunction which arises when the cavity of the punching die of FIG. 2 is spherical. 図2の打抜き金型の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the punching die of FIG. 図2の打抜き金型の別の態様の正面断面図である。It is front sectional drawing of another aspect of the punching die of FIG. 本発明に係わる第2態様の打抜き金型の正面断面図である。It is front sectional drawing of the punching die of the 2nd aspect concerning this invention.

本発明について、その第1態様および第2態様に基づき、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明では、セラミックス球体を形成する原料である原料体として、略平板状のセラミックス成形体であるセラミックスグリーンシートを利用しているが、原料体の形態はこれに限定されず、原料体は、セラミックス粉末とセラミックス粉末を結合する結合剤とを含む固形状の形態であればよい。さらに、本発明は、第1態様および第2態様に限定されることなく、その技術的思想において同一の範囲において適宜変形して実施することが可能である。   The present invention will be described based on the first and second aspects with reference to the drawings. In the following description, a ceramic green sheet that is a substantially flat ceramic molded body is used as a raw material body that is a raw material for forming a ceramic sphere, but the form of the raw material body is not limited to this, and the raw material body The body may be in a solid form including ceramic powder and a binder that binds the ceramic powder. Furthermore, the present invention is not limited to the first aspect and the second aspect, and can be appropriately modified and implemented within the same scope in the technical idea.

[第1実施形態]
本発明の第1実施形態について、図1〜4に基づき説明する。まず、概略構成図である図1を参照して、本発明に係わる第1態様の打抜き金型(以下、端に金型と言う場合がある。)が組み込まれたセラミックス球体製造装置10について説明する。
[First Embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, with reference to FIG. 1 which is a schematic configuration diagram, a ceramic sphere manufacturing apparatus 10 in which a punching die according to the first aspect of the present invention (hereinafter sometimes referred to as a die) is incorporated will be described. To do.

セラミックス球体製造装置10は、図1において左側である上流に配置され、原料体である未焼成のセラミックスグリーンシート(以下、単にシートと言う場合がある。)Wをその先端のダイから右方に向かい連続的に押出成形するオーガ型の押出成形部10bと、押出成形分10bから供給されたシートWを下流側である右側へ搬送する複数の送りローラ10cと、送りローラ10cにより搬送された打抜原料であるシートWを打抜き、球体(セラミックス球体)を形成する打抜部10aとで構成されている。なお、略平板状のセラミックス成形体であるシートは、例えば乾式成形であるプレス成形やCIP、湿式成形である鋳込成形や射出成形などで一葉の形態で形成し、そのシートを個別にバッチ的に打抜くことによりセラミックス球体を形成するようにしてもよい。しかしながら、押出成形により連続的にシートWを形成すれば、生産効率が高まるので望ましい。シートWは例えばテープ成形法で連続的に形成するようにしてもよいが、この場合には、打抜部10aの直前でシートWからキャリアテープを剥離しておく必要がある。   The ceramic sphere manufacturing apparatus 10 is disposed upstream of the left side in FIG. 1, and an unfired ceramic green sheet (hereinafter sometimes simply referred to as a sheet) W, which is a raw material body, is placed to the right from the die at the tip. An auger-type extrusion molding portion 10b that continuously extrudes oppositely, a plurality of feed rollers 10c that conveys the sheet W supplied from the extrusion molding portion 10b to the right side that is the downstream side, and a batting that is conveyed by the feed roller 10c. It is composed of a punching portion 10a that punches a sheet W as a raw material to form a sphere (ceramic sphere). The sheet, which is a substantially flat ceramic molded body, is formed in a single-leaf form by, for example, dry forming press forming or CIP, wet forming casting or injection molding, and the sheets are individually batch-like. The ceramic spheres may be formed by punching. However, it is desirable to form the sheet W continuously by extrusion because the production efficiency is increased. The sheet W may be continuously formed by, for example, a tape forming method. In this case, however, it is necessary to peel the carrier tape from the sheet W immediately before the punching portion 10a.

上記押出成形部10bには、セラミックス原料粉末、水または有機溶剤からなる溶媒および結合材・可塑剤・潤滑剤その他の成形助剤を混合した原料スラリーが供給され、その内部の圧縮域、計量域、定圧域を通過することで混練、脱泡されつつ圧密化、均質化し、その後ダイを通過することで所望の成形密度を有する気孔の少ない、セラミックス粉末とそのセラミックス粉末を結合する結合剤を含む原料体であるシートWが形成される。   The extrusion molding section 10b is supplied with a raw material slurry in which ceramic raw material powder, a solvent composed of water or an organic solvent, and a binder, plasticizer, lubricant, and other molding aids are mixed. It contains kneading by passing through a constant pressure region, compacting and homogenizing while being degassed, and then passing through a die, which contains a ceramic powder having a desired molding density and a binder that binds the ceramic powder with low porosity. A sheet W that is a raw material body is formed.

次に、打抜部10aについて説明する。本態様の金型1が組み込まれた打抜部10aは、油圧式または機械式のプレス装置であり、上下方向に昇降するシリンダーロッドの先端に装着された昇降部10dと、送りローラ10cで供給されたシートWを介し昇降部10dに相対するように配置されたベース部10eを有し、金型1の上型(第1の型)1aは昇降部10dに、下型(第2の型)1bはベース部10eに配置されている。   Next, the punching part 10a will be described. The punching unit 10a in which the mold 1 of this embodiment is incorporated is a hydraulic or mechanical press device, and is supplied by a lifting unit 10d mounted on the tip of a cylinder rod that moves up and down and a feed roller 10c. The base part 10e is disposed so as to face the lifting part 10d through the sheet W, and the upper mold (first mold) 1a of the mold 1 is connected to the lifting part 10d and the lower mold (second mold). ) 1b is disposed on the base portion 10e.

なお、符号10fおよび10hは、上型1aおよび下型1bを挟みこむように昇降部10dおよびベース部10eに配置された一対の平板状の保持部材である。打抜部10aに配置された好ましい構成要素である保持部材10fおよび10hは、シートWを打抜くため昇降部10aが降下した際に、打抜きに先立ち、双方でシートWを上下方向から挟持し、金型1で打抜かれたときにシートWが上下方向に移動しないようシートWの移動を規制する。また、符号10gおよび10iは、後述するように上型1aおよび下型1bの内部に配置される、好ましい構成要素としての挿入部材を上下方向に昇降させるための昇降手段である。また、符号10jおよび10kは、各々上型1aおよび下型1bを加熱する加熱手段である。加熱手段10jおよび10kは、後述するように、好ましい態様であるバインダーとして熱硬化性樹脂を含むシートWを打抜く場合に配置する必要がある要素であり、打抜部10aにおいて必須の構成ではない。   Reference numerals 10f and 10h are a pair of flat plate-shaped holding members disposed on the elevating part 10d and the base part 10e so as to sandwich the upper mold 1a and the lower mold 1b. The holding members 10f and 10h, which are preferable components disposed in the punching portion 10a, sandwich the sheet W from the top and bottom before punching when the elevating portion 10a is lowered to punch the sheet W. When the die 1 is punched, the movement of the sheet W is restricted so that the sheet W does not move in the vertical direction. Reference numerals 10g and 10i denote elevating means for elevating an insertion member as a preferred component arranged in the upper mold 1a and the lower mold 1b as will be described later. Reference numerals 10j and 10k are heating means for heating the upper mold 1a and the lower mold 1b, respectively. As will be described later, the heating means 10j and 10k are elements that need to be disposed when punching a sheet W containing a thermosetting resin as a binder which is a preferred embodiment, and are not an essential component in the punching portion 10a. .

次に、上記打抜部10aに組み込まれる金型1の構成について、図1のA部を拡大した正面断面図である図2を参照し説明する。図2に示すように、水平方向において双方が同軸となるよう配置された略円柱形状の上型1aと下型1bは、先端面である加圧面1m・1nをくり貫くように形成された凹部1cおよび1hを有している。この上型1aが降下して双方の加圧面1m・1nが当接し上型1aと下型1bとが組合せられたとき、密閉された空間であるキャビティー1Lが金型1に形成される。そして、上型1aが降下すると、シートWは、上型1aと下型1bとの外周縁により切断され円形状に打抜かれるとともに、その一部がキャビティー1Lの中に充填され充填体P1を形成する。なお、シートWから充填体P1を確実に分離するとともに、上型1aおよび下型1bとの加圧面1m・1nの間にシートWが噛み込まないようにするためには、上型1aの凹部1cの周囲に略円環状の突起部1eを設け、この突起部1eの先端面を加圧面1mとすることが望ましい。この突起部1eは、上型1aに替え下型1bの凹部1hの周囲に設けてもよいし、上型1aおよび下型1bの双方に設けてもよい。さらに、上型1aおよび下型1bとの加圧面1m・1nの間へのシートWの噛み込みを抑制するためには、上型1aおよび下型1bにより加圧変形するシートWの外部への流動を円滑に行うため、上記突起部1mの周囲には上方に向け傾斜するテーパ面を形成しておくことが望ましい。   Next, the configuration of the mold 1 incorporated in the punching portion 10a will be described with reference to FIG. 2 which is an enlarged front sectional view of the portion A in FIG. As shown in FIG. 2, the substantially cylindrical upper mold 1a and lower mold 1b arranged so as to be coaxial with each other in the horizontal direction are concave portions formed so as to penetrate through the pressing surfaces 1m and 1n as the tip surfaces. 1c and 1h. When the upper mold 1a is lowered and the pressure surfaces 1m and 1n are brought into contact with each other and the upper mold 1a and the lower mold 1b are combined, a cavity 1L, which is a sealed space, is formed in the mold 1. When the upper mold 1a is lowered, the sheet W is cut by the outer peripheral edges of the upper mold 1a and the lower mold 1b and punched into a circular shape, and a part of the sheet W is filled in the cavity 1L and filled P1. Form. In order to reliably separate the filling body P1 from the sheet W and to prevent the sheet W from being caught between the pressing surfaces 1m and 1n of the upper mold 1a and the lower mold 1b, the concave portion of the upper mold 1a is used. It is desirable that a substantially annular projection 1e be provided around 1c, and the tip surface of the projection 1e be a pressure surface 1m. The protrusion 1e may be provided around the recess 1h of the lower mold 1b instead of the upper mold 1a, or may be provided on both the upper mold 1a and the lower mold 1b. Further, in order to suppress the biting of the sheet W between the pressing surfaces 1m and 1n of the upper mold 1a and the lower mold 1b, the sheet W that is pressure-deformed by the upper mold 1a and the lower mold 1b is connected to the outside. In order to make the flow smooth, it is desirable to form a tapered surface inclined upwards around the protrusion 1m.

ここで、上記のように上型1aおよび下型1bの各々の凹部1c・1hとの組合せにより形成されるキャビティー1Lの上型1aが昇降する方向、すなわち金型1による打抜方向に沿う断面形状は、打抜方向に直交する方向(以下水平方向と言う場合がある。)の短軸径Tよりも打抜方向に沿う長軸径L1が大きな、打抜方向が長軸である略楕円形状であり、中心線Cの周りのキャビティー1Lの断面形状は、ほぼ同一である。なお、図2では、理解のため短軸径Tに対し長軸径L1を極端に大きく描いているが、キャビティー1Lの断面形状は打抜方向が長軸である略楕円形状であればよい。キャビティー1Lを、上記形態とした理由について、図3を参照して説明する。   Here, as described above, the upper mold 1a of the cavity 1L formed by the combination of the recesses 1c and 1h of the upper mold 1a and the lower mold 1b moves up and down, that is, along the punching direction by the mold 1. The cross-sectional shape has a major axis diameter L1 along the punching direction larger than the minor axis diameter T in the direction orthogonal to the punching direction (hereinafter sometimes referred to as the horizontal direction), and the punching direction is the major axis. It has an elliptical shape, and the cross-sectional shape of the cavity 1L around the center line C is substantially the same. In FIG. 2, the long axis diameter L1 is drawn extremely large with respect to the short axis diameter T for the sake of understanding. However, the cross-sectional shape of the cavity 1L may be a substantially elliptical shape with the long axis in the punching direction. . The reason why the cavity 1L is configured as described above will be described with reference to FIG.

図3(a)は、上記形態のキャビティー1Lに替え、上型9aと下型9bとの組合せにより球状のキャビティー9Lが形成されるよう構成した金型9でシートWを打抜いた状態を示す図である。このような構成の金型9でシートWを打抜いた場合には、上記と同様なプロセスでキャビティー9LにシートWが充填され、球状の充填体P1が形成される。ここで、上記した乾式成形、湿式成形何れの成形方法で成形したとしても結合剤・可塑剤その他有機成分を含むシートWは弾性を有しており、キャビティー9Lに充填された充填体P1は、金型1による加圧により弾性変形して圧縮された状態となっている。この充填体P1は球状であるため水平方向における打抜方向の弾性変形量は場所ごとに異なり、図3(a)に矢印B1・B2で示すように、中心線C上が弾性変形量B1と最も低く、中心線Cから外方に向かうにつれ高くなり、外縁が弾性変形量B2と最も高くなる。この充填体P1をキャビティー9Lから取り外すと弾性変形による弾性戻り(スプリングバック)のために打抜方向および水平方向に充填体P1は拡径することとなるが、打抜方向の充填体P1の弾性変形量は水平方向の位置により異なるため、図3(b)に示すように、中心線Cに沿う部分は弾性戻り量D1が小さく、外縁に向かうにつれ弾性戻り量D2が大きくなる。その結果、キャビティー9Lから取り外され弾性変形した後の充填体P1は球体とならず、歪んだ楕円球体Zとなる。   FIG. 3A shows a state in which the sheet W is punched with a mold 9 configured to form a spherical cavity 9L by a combination of the upper mold 9a and the lower mold 9b, instead of the cavity 1L having the above-described configuration. FIG. When the sheet W is punched with the mold 9 having such a configuration, the sheet W is filled into the cavity 9L by the same process as described above, and the spherical filling body P1 is formed. Here, the sheet W containing a binder, a plasticizer, and other organic components has elasticity even if it is molded by any of the above-described dry molding and wet molding methods, and the filling body P1 filled in the cavity 9L is It is in a state of being elastically deformed and compressed by pressurization by the mold 1. Since this filling body P1 is spherical, the amount of elastic deformation in the punching direction in the horizontal direction varies from place to place, and as indicated by arrows B1 and B2 in FIG. It is the lowest and becomes higher as it goes outward from the center line C, and the outer edge is the highest with the elastic deformation amount B2. When the filler P1 is removed from the cavity 9L, the diameter of the filler P1 is increased in the punching direction and the horizontal direction due to elastic return (springback) due to elastic deformation. Since the amount of elastic deformation varies depending on the position in the horizontal direction, as shown in FIG. 3B, the elastic return amount D1 is small in the portion along the center line C, and the elastic return amount D2 is increased toward the outer edge. As a result, the filler P1 after being removed from the cavity 9L and elastically deformed is not a sphere, but a distorted elliptical sphere Z.

そこで、本態様のキャビティー1Lは、シートWが弾性を有することに起因する打抜方向の充填体P1の弾性戻り量の各部の相違を考慮し、キャビティー1Lから取り出した後に充填体P1が球体となるよう、打抜方向に沿う断面形状を、打抜方向が長軸である略楕円形状とした。かかるキャビティー1Lにより形成された充填体P1によれば、図3(c)に示すように、弾性戻り量がD1と少ない中心線C上の長さが最も大きなL1であり、中心線Cから外方に向かうにつれ増大する弾性戻り量に応じ充填体P1の打抜方向の上半球と下半球との間の距離はL2〜L4と小さくなる。この水平方向における充填体P1の距離L1〜L4の分布により充填体P1の弾性戻り量の相違が相補され、キャビティー1Lから取り外され弾性変形した後の充填体P1は球体Pとなる。   Therefore, the cavity 1L of the present embodiment takes into account the difference in the elastic return amount of the filling body P1 in the punching direction due to the elasticity of the sheet W, and the filling body P1 is removed after being taken out from the cavity 1L. The cross-sectional shape along the punching direction was a substantially elliptical shape having a long axis in the punching direction so as to form a sphere. According to the filling body P1 formed by the cavity 1L, as shown in FIG. 3 (c), the elastic return amount is D1, and the length on the center line C is the smallest L1, and from the center line C, The distance between the upper hemisphere and the lower hemisphere in the punching direction of the filler P1 is reduced to L2 to L4 according to the amount of elastic return that increases toward the outside. The difference in elastic return amount of the filler P1 is complemented by the distribution of the distances L1 to L4 of the filler P1 in the horizontal direction, and the filler P1 after being removed from the cavity 1L and elastically deformed becomes a sphere P.

なお、キャビティー1Lの具体的な形状は、シートWの弾性率により適宜設定されるが、図3(a)で示した球状のキャビティー9Lを有する金型9でシートWを打抜き得られた楕円球体Zの形状から算出した弾性戻り量に基づき決定してもよい。   The specific shape of the cavity 1L is appropriately set depending on the elastic modulus of the sheet W, but the sheet W was obtained by punching with the mold 9 having the spherical cavity 9L shown in FIG. You may determine based on the elastic return amount computed from the shape of the ellipsoidal sphere Z.

次に、本態様の金型1において、好ましい構成要素として配置された脱気孔1d・1i、挿入部材1f・1jについて説明する。上型1aおよび下型1bに各々配置された脱気孔1d・1iは、キャビティー1Lに連通するよう凹部1cおよび1hの内面に開口している。このような脱気孔1d・1iを配置することにより、上型1aが下型1bに当接してシートWが充填されたとき、キャビティー1Lの中の空気は脱気孔1d・1iを通じ外部に抜けるので、シートWはキャビティー1Lへ円滑に充填され、充填体P1の形状不良の発生を抑制することができる。上記脱気孔1d・1jは、上型1aおよび下型1bの中に複数本設けてもよく、上型1aおよび下型1bの少なくとも一方に設けてもよい。   Next, the deaeration holes 1d and 1i and the insertion members 1f and 1j arranged as preferable components in the mold 1 of this aspect will be described. Deaeration holes 1d and 1i arranged in the upper mold 1a and the lower mold 1b are opened on the inner surfaces of the recesses 1c and 1h so as to communicate with the cavity 1L. By arranging such deaeration holes 1d and 1i, when the upper mold 1a contacts the lower mold 1b and the sheet W is filled, the air in the cavity 1L escapes to the outside through the deaeration holes 1d and 1i. Therefore, the sheet W is smoothly filled into the cavity 1L, and the occurrence of the shape defect of the filling body P1 can be suppressed. A plurality of the deaeration holes 1d and 1j may be provided in the upper mold 1a and the lower mold 1b, or may be provided in at least one of the upper mold 1a and the lower mold 1b.

ここで、上記のように脱気孔1d・1iを設けた場合、図4(b)に示すように、キャビティー1Lに充填されたシートWの一部が脱気孔1d・1iの中に入り込み、充填体P1の頂部および底部に余肉として突起P2・P3が形成される可能性がある。この突起P2・P3は、従来のセラミックス球体の製造方法で形成される帯に比較し体積が小さいので、その除去加工の手間はより少ないが、ベアリング用ボールを低コストで製造するためには余肉である突起P2・P3の体積は少ないことが望ましい。そこで、脱気孔1d・1iを設けた本態様の金型1では、その脱気孔1d・1iに挿入される一端に先端面1g・1kを備えた円柱状の挿入部材1f・1jが配置されている。そして、この挿入部材1f・1jは、その他端が図1に示した昇降手段10g・10iに連結されており、上下方向に位置制御されつつ脱気孔1d・1iの中を昇降する。かかる挿入部材1f・1jによれば、脱気孔1d・1iの中に入り込んでいる突起P2・P3を、その先端面1g・1kで押し付けることにより突起P2・P3の体積を減少させることができる。なお、突起P2・P3を消失せしめるためには、図2に示すように、挿入部材1f・1jの先端面1g・1kの形状を、キャビティー1Lの内面と滑らかに連結する球面の一部とし、その先端面1g・1kが脱気孔1d・1iの開口端と一致するようキャビティー1Lに向かい挿入部材1f・1jを押し込むことが望ましい。   Here, when the deaeration holes 1d and 1i are provided as described above, as shown in FIG. 4B, a part of the sheet W filled in the cavity 1L enters the deaeration holes 1d and 1i, There is a possibility that protrusions P2 and P3 are formed as surplus on the top and bottom of the filler P1. The protrusions P2 and P3 have a smaller volume than the band formed by the conventional method of manufacturing ceramic spheres, so that the removal process is less, but it is not enough to manufacture bearing balls at low cost. It is desirable that the volume of the protrusions P2 and P3 that are meat is small. Therefore, in the mold 1 of the present embodiment provided with the deaeration holes 1d and 1i, the columnar insertion members 1f and 1j having the tip surfaces 1g and 1k at one end inserted into the deaeration holes 1d and 1i are arranged. Yes. The other ends of the insertion members 1f and 1j are connected to the elevating means 10g and 10i shown in FIG. 1, and are moved up and down in the deaeration holes 1d and 1i while being position-controlled in the vertical direction. According to the insertion members 1f and 1j, the volumes of the protrusions P2 and P3 can be reduced by pressing the protrusions P2 and P3 entering the deaeration holes 1d and 1i with the tip surfaces 1g and 1k. In order to eliminate the protrusions P2 and P3, as shown in FIG. 2, the shape of the distal end surfaces 1g and 1k of the insertion members 1f and 1j is a part of a spherical surface that is smoothly connected to the inner surface of the cavity 1L. It is desirable to push the insertion members 1f and 1j toward the cavity 1L so that the front end surfaces 1g and 1k coincide with the open ends of the deaeration holes 1d and 1i.

脱気孔1d・1iを設けた上記金型1に生じる余肉である突起P2・P3を減少せしめる別の態様の金型2について、その一部を拡大した正面断面図である図5を参照して説明する。なお、図5において上記態様の金型1と同一の構成要素については同一符号を付しており、その詳細な説明を省略する(図6を参照し説明する第2態様の金型3についても同様である。)。   Refer to FIG. 5 which is a front sectional view showing an enlarged part of the mold 2 of another embodiment in which the protrusions P2 and P3 which are surplus portions generated in the mold 1 provided with the deaeration holes 1d and 1i are reduced. I will explain. In FIG. 5, the same components as those of the mold 1 of the above aspect are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted (the mold 3 of the second aspect described with reference to FIG. 6 is also omitted). The same).

図5に示す金型2は、基本的には上記金型1と同一の構成であるが、その脱気孔1d・1iのキャビティー1Lの側の開口の中に、脱気孔1d・1iへのシートWの浸入は阻止するが、空気は流通可能な栓2m・2nで塞がれている点で相違している。なお、栓2m・2nは、その先端面1g・1kが脱気孔1d・1iの開口端から離れた位置に配置してもよいが、突起P2・P3を発生させないためには、図に示すように、先端面1g・1kの形状を、キャビティー1Lの内面と滑らかに連結する球面の一部とし、その先端面1g・1kが脱気孔1d・1iの開口端と一致するよう配置することが望ましい。   The mold 2 shown in FIG. 5 has basically the same configuration as the mold 1, but the opening of the deaeration holes 1 d and 1 i on the side of the cavity 1 L is connected to the deaeration holes 1 d and 1 i. The sheet W is prevented from entering, but the air is blocked by the flowable plugs 2m and 2n. The plugs 2m and 2n may be disposed at positions where the front end surfaces 1g and 1k are separated from the opening ends of the deaeration holes 1d and 1i. However, in order not to generate the protrusions P2 and P3, as shown in FIG. In addition, the shape of the tip surfaces 1g and 1k is a part of a spherical surface that is smoothly connected to the inner surface of the cavity 1L, and the tip surfaces 1g and 1k are arranged so as to coincide with the open ends of the deaeration holes 1d and 1i. desirable.

脱気孔1d・1iを塞ぐ栓2m・2nとしては、通気性のある多孔質の金属またはセラミックスで構成された栓2m・2nを利用するとよい。また、シートWが入り込み難い微小な直径の長孔を中心線Cに沿って形成した栓2m・2nを利用してもよいが、その場合には、脱気孔1d・1iを有底の止まり孔とし、残存する部分に長孔を設けて栓2m・2nが上型1a・1bと一体となるようにしてもよい。このように、上型1a・1bと一体的に構成された場合でも、栓2m・2nとして機能しうる。   As the plugs 2m and 2n for closing the deaeration holes 1d and 1i, plugs 2m and 2n made of a porous metal or ceramic having air permeability may be used. Further, the stoppers 2m and 2n formed along the center line C may be used as long holes having a minute diameter that are difficult for the sheet W to enter. In this case, the deaeration holes 1d and 1i are formed as bottomed blind holes. In addition, a long hole may be provided in the remaining portion so that the plugs 2m and 2n are integrated with the upper molds 1a and 1b. Thus, even when it is configured integrally with the upper molds 1a and 1b, it can function as the stoppers 2m and 2n.

上記第1態様の金型1を用いたセラミックス球体の製造方法について、金型1の動作を示す図4を参照して説明する。まず、図4(a)に示すように、不図示の押出成形部で形成されたシートWを、初期位置である上型1aが上昇している状態において上型1aと下型1bとの間に形成された隙間にシートWを供給する。次いで、図4(b)に示すように、上型1aと下型1bの加圧面1m・1nが当接する位置まで上型1aを降下させ、上型1aと下型1bの外周縁でシートWを円形状に打抜くとともに、キャビティー1LにシートWを充填し、圧密化された充填体P1を形成する。この際、キャビティー1Lの中の空気は脱気孔1d・1iより外部に抜けるが、脱気孔1d・1iにシートWが入り込み突起P2・P3が形成される。   A method for manufacturing a ceramic sphere using the mold 1 of the first aspect will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 4 (a), a sheet W formed by an unillustrated extrusion molding portion is placed between the upper mold 1a and the lower mold 1b in a state where the upper mold 1a as the initial position is raised. The sheet W is supplied to the gap formed in the above. Next, as shown in FIG. 4B, the upper mold 1a is lowered to a position where the pressing surfaces 1m and 1n of the upper mold 1a and the lower mold 1b come into contact with each other, and the sheet W is formed at the outer peripheral edges of the upper mold 1a and the lower mold 1b. Is punched into a circular shape, and the sheet W is filled into the cavity 1L to form a compacted filling body P1. At this time, the air in the cavity 1L escapes to the outside through the deaeration holes 1d and 1i, but the sheet W enters the deaeration holes 1d and 1i to form projections P2 and P3.

次いで、図4(c)に示すように、先端面が脱気孔1d・1iの開口端と一致するよう脱気孔1d・1iに挿入部材1f・1jを挿入し、脱気孔1d・1iの中に形成された突起P2・P3を消失させる。その後、図4(d)に示すように、上型1aを初期位置まで上昇させ、上型1aの凹部1cから充填体P1を取り出すと、充填体P1は弾性変形により拡径し、所望のセラミックス球体Pが形成される。なお、上型1aから充填体P1を取り出す際には、図示のようにその脱気孔1dに挿入されている挿入部材1fを降下せしめ、凹部1cから充填体P1を押出すようにしてもよい。また、バインダーとして熱硬化性樹脂を含んだシートWを打抜いて充填体P1を形成した後、上記した加熱手段10j・10kにより上型1aおよび下型1bを加熱し、セラミックス球体Pを形成するようにすると、熱硬化した樹脂により充填体P1の弾性変形が緩和されるので望ましい。この場合、金型1のキャビティー1Lは、より球に近い形態となる。   Next, as shown in FIG. 4 (c), the insertion members 1f and 1j are inserted into the deaeration holes 1d and 1i so that the front end faces the opening ends of the deaeration holes 1d and 1i, and the deaeration holes 1d and 1i are inserted. The formed protrusions P2 and P3 are lost. Thereafter, as shown in FIG. 4D, when the upper die 1a is raised to the initial position and the filler P1 is taken out from the recess 1c of the upper die 1a, the filler P1 expands due to elastic deformation, and the desired ceramics are obtained. A sphere P is formed. In addition, when taking out the filling body P1 from the upper mold | type 1a, as shown in the figure, the insertion member 1f inserted in the deaeration hole 1d may be dropped, and the filling body P1 may be extruded from the recessed part 1c. Further, after the sheet W containing a thermosetting resin as a binder is punched to form the filling body P1, the upper mold 1a and the lower mold 1b are heated by the heating means 10j and 10k to form the ceramic sphere P. This is desirable because the elastic deformation of the filler P1 is alleviated by the thermoset resin. In this case, the cavity 1L of the mold 1 has a form closer to a sphere.

[第2実施形態]
本発明の第2実施形態である金型3について、図6を参照し説明する。第2態様の金型3は、上記第1態様の金型1と、基本的には同一の技術的思想により構成されているが、セラミックス球体の量産性をより高めた構造である。すなわち、第2態様の金型3は、中空部3oを有する円筒形状の上ロール(第1の型)3aと、左方から供給されるシートWを介し上ロール3aと相対するように配置された中空部3pを有する円筒形状の下ロール(第2の型)を有し、中心軸を結んだ位置に接点3rが配置されるよう両者の位置は調整されている。そして、上ロール3aおよび下ロール3bには、その外周面に等角度で、上記第1態様と同一の凹部1c・1hが複数個形成されており、上ロール3aおよび下ロール3bが図示する回転方向に回転し、両者の接点3rで凹部1cと1hが組合せられたときにキャビティー1Lが形成されるよう、上ロール3aおよび下ロール3bは配置されている。なお、キャビティー1Lに充填されたシートWが脱気孔3d・3iに入り込まないよう、その直径は、第1態様の金型1の脱気孔1d・1iに対し小径となっている。
[Second Embodiment]
The metal mold | die 3 which is 2nd Embodiment of this invention is demonstrated with reference to FIG. The mold 3 according to the second aspect is basically constituted by the same technical idea as the mold 1 according to the first aspect, but has a structure in which the mass productivity of the ceramic sphere is further improved. That is, the mold 3 of the second mode is disposed so as to face the upper roll 3a through the cylindrical upper roll (first mold) 3a having the hollow portion 3o and the sheet W supplied from the left side. A cylindrical lower roll (second mold) having a hollow portion 3p is provided, and the positions of the two are adjusted so that the contact 3r is disposed at a position connecting the central axes. The upper roll 3a and the lower roll 3b are formed with a plurality of recesses 1c and 1h identical to those in the first aspect at equal angles on the outer peripheral surfaces thereof. The upper roll 3a and the lower roll 3b are arranged so that the cavity 1L is formed when the concave portions 1c and 1h are combined at the contact point 3r of the two. The diameter of the sheet W filled in the cavity 1L is smaller than that of the deaeration holes 1d and 1i of the mold 1 of the first mode so that the sheet W does not enter the deaeration holes 3d and 3i.

かかる金型3によれば、供給されたシートWは、回転する上ロール3aおよび下ロール1bにおいて、まず接点3rよりも左方に存在する凹部1c・1hに充填されていき、両者の接点3rに形成されたキャビティー1Lにおいて圧密化され充填体P1となる。次いで、接点3rよりも左方において上ロール3aと下ロール3bとの外周面が離れていくと、充填体P1は、上ロール3aの凹部1cから離脱し、弾性変形により拡径し、所望のセラミックス球体が形成される。そして、金型3では、円筒形状の上ロール3aおよび下ロール3bの外周面に凹部1c・1hが複数個形成されているので、上記のプロセスが連続的に繰り替えされセラミックス球体Pが次々と効率よく形成される。   According to the mold 3, the supplied sheet W is first filled in the concave portions 1c and 1h existing on the left side of the contact 3r in the rotating upper roll 3a and the lower roll 1b, and both the contact 3r. In the cavity 1L formed in the above, it is consolidated and becomes the filling body P1. Next, when the outer peripheral surfaces of the upper roll 3a and the lower roll 3b are separated on the left side of the contact 3r, the filler P1 is detached from the concave portion 1c of the upper roll 3a, and is expanded in diameter by elastic deformation. Ceramic spheres are formed. In the mold 3, a plurality of recesses 1 c and 1 h are formed on the outer peripheral surfaces of the cylindrical upper roll 3 a and lower roll 3 b, so that the above process is continuously repeated and the ceramic spheres P become more efficient one after another. Well formed.

1(2、3) 金型
1a(3a) 第1の型
1b(3b) 第2の型
1c(1h) 凹部
1d(1i、3d、3i) 脱気孔
1f(1j) 挿入部材
1m(1n) 加圧面
1L(3L) キャビティー
10 セラミックス球体製造装置
10a 打抜部
10b 押出成形部
10c 送りローラ
1 (2, 3) Mold 1a (3a) First mold 1b (3b) Second mold 1c (1h) Recess 1d (1i, 3d, 3i) Deaeration hole 1f (1j) Insert member 1m (1n) Addition Pressure surface 1L (3L) Cavity 10 Ceramic sphere manufacturing apparatus 10a Punching part 10b Extrusion part 10c Feed roller

Claims (8)

セラミックス粉末と前記セラミックス粉末を結合する結合剤とを含む原料体から球体を打抜く打抜き金型であって、凹部を有する第1の型と、凹部を有する第2の型と、前記第1の型および第2の型の各々の凹部の組合せにより形成されるキャビティーとを有し、打抜方向に沿う前記キャビティーの断面形状は、打抜方向が長軸である略楕円形状をなしていることを特徴とする打抜き金型。   A punching die for punching a sphere from a raw material body including a ceramic powder and a binder that binds the ceramic powder, the first mold having a recess, the second mold having a recess, and the first mold A cavity formed by a combination of the concave portions of the mold and the second mold, and the cross-sectional shape of the cavity along the punching direction is a substantially elliptical shape with the punching direction being the long axis. Punching die characterized by having 前記第1の型および第2の型の少なくとも一方に、前記キャビティーに連通する脱気孔を有する請求項1に記載の打抜き金型。   The punching die according to claim 1, wherein at least one of the first die and the second die has a deaeration hole communicating with the cavity. 前記脱気孔に挿入される先端面を備えた挿入部材を有する請求項2に記載の打抜き金型。   The punching die according to claim 2, further comprising an insertion member having a distal end surface to be inserted into the deaeration hole. 前記挿入部材の先端面は、前記キャビティーの内面と滑らかに連結する球面の一部である請求項3に記載の打抜き金型。   The punching die according to claim 3, wherein a distal end surface of the insertion member is a part of a spherical surface that is smoothly connected to an inner surface of the cavity. 前記脱気孔の前記キャビティー側の開口は、当該脱気孔への前記原料体の浸入は阻止するが、空気は流通可能な栓で塞がれている請求項2に記載の打抜き金型。   3. The punching die according to claim 2, wherein the opening of the deaeration hole on the cavity side prevents the raw material from entering the deaeration hole, but the air is closed with a plug through which air can flow. 前記栓の先端面は、前記キャビティーの内面と滑らかに連結する球面の一部である請求項5に記載の打抜き金型。   The punching die according to claim 5, wherein a distal end surface of the stopper is a part of a spherical surface smoothly connected to an inner surface of the cavity. 前記第1の型の凹部および第2の型の少なくとも一方の凹部の周囲には、略円環状の突起部が設けられている請求項1乃至6のいずれかに記載の打抜き金型。   The punching die according to any one of claims 1 to 6, wherein a substantially annular protrusion is provided around at least one of the concave portion of the first die and the concave portion of the second die. 前記原料体はバインダーとして熱硬化性樹脂を含み、前記第1の型および第2の型の少なくとも一方を加熱する加熱手段を有する請求項1乃至7のいずれかに記載の打抜き金型。   The punching die according to any one of claims 1 to 7, wherein the raw material body includes a thermosetting resin as a binder, and has heating means for heating at least one of the first mold and the second mold.
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