JP2635569B2 - 粉粒体の成型方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は粉粒体の塊成化、又はある母材表面に粉粒体
を塊状体として結合する等に先立ち、それらの粉粒体を
塊成化後の形状に成型する成型方法に関するものであ
る。

〈従来の技術〉 各種金属やセラミックの粉粒体を所望形状に成型し、
その後焼結や粉末鍛造法によって塊成化する方法は粉末
冶金法として広く知られている。この粉末冶金法はその
粉粒体それ自体を塊成化するのみならず、例えばロール
等の外周に耐熱ケースを覆せ、該ロールとケースとの間
に粉粒体を充填し、その後熱間等方圧加圧法で代表され
る様な拡散結合法を利用し、該粉粒体を焼結せしめると
共にロール外周に強固な結合層として装着するという様
な方法にも応用されている。

ところが粉粒体をある空間内へ充填し、それを加圧成
型する場合は、粉粒体の重量が作用したり、あるいは加
圧力が方向によって異なったりするが為に全体に渡って
均質な成型体が得難く、特に上述したケース内にロール
芯材を挿入し、その両者間の間隙に粉粒体を充填する様
な場合には、一般にその隙間が細長いが為に充填する事
自体が困難で、かつ得られた成型体の充填密度や充填厚
さの偏りは著しいものとならざるを得ない。その為に本
来ならばロール等の外周面に装着すべき表面層は薄くて
よいにも拘らず、ケースとロール芯材との間の隙間を敢
て大きくし、その状態で焼結する方法も採用されてはい
るが、本来ロール等の表面層としての材料は、耐摩耗
性，耐熱性等ロール母材自体が具備しない特性を有する
材料が用いられ、この材料は高価である上に難削材であ
る事が多いのでその後不要部分の切削除去にも困難が伴
い、材料費及び作業費の双方で大きな無駄をしている事
となる。

更に例えばロールの場合について述べれば、その表面
層として装着する材料に強度の方向性を持たせると有利
な事がある。即ち表面層にロール軸方向に走る繊維状組
織を形成せしめ、それと直交する方向に対しての強度を
向上させようとするが如きである。しかるに現在なされ
ているロール外周にケースを覆せ、ケースとロールとの
間隙に表面層原材料を充填するという方法では、仮りに
その原材料に繊維状体を用いたとしてもそれを充填する
場合に、該繊維状体はせいぜいランダムにしかならず、
一般的にはこの様な場合はケースを立てた状態下で原材
料を上方開口部から下方へ落ち込む様にして充填するの
でその場合にはむしろ繊維状体はロールの長手方向と直
交する方向に走る状態に揃い、上記目的は達せられない
のである。

〈発明が解決しようとする問題点〉 本発明は、粉粒体それ自体の塊成化、又は粉粒体を他
の母材表面上に塊状体として結合せしめるに際し、上述
の諸問題を解決し、粉粒体の充填密度を部所による偏在
がない様にする方法、更には粉粒体を必要とする部位に
のみ存在せしめ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〉 本発明は、金属、セラミックス若しくはその混合粉の
ような焼結可能な粉粒体を金属製筒状容器内に充填し、
この容器の開口部を密閉したのち、その長手方向軸を中
心として自転させながら、外側より局部加圧し、この局
部加圧部を移動させることを特徴とする粉粒体の成型方
法である。また、他の発明は、金属製筒状容器内に遊嵌
状に筒状あるいは棒状の芯材を内挿し、この筒状容器と
芯材との間の間隙に焼結可能な粉粒体を充填し、その容
器の開口部を密閉したのち、その長手方向軸を中心とし
て自転させ乍ら、外側より局部加圧し、局部加圧の加圧
部を移動させることを特徴とする粉粒体の成型方法であ
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、それが収納されるべき容器内空間あるいは容
器と芯材との間の間隙の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粉粒体の成型体が、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
これも後で詳記する事ではあるが、粉粒体をある空間そ
れも特に狭い空間へ充填する場合には特別に押込むある
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。

又粉粒体を充填し、容器の開口部を密閉した後はその
内部を真空状としておけば、その後の操作中あるいは待
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。この密閉の方法としては芯材を用いな
い場合には通常円板状の端板、又芯材を用いる場合は円
板状端板の他円輪状端板を用いて行う。

なお上記金属製粉粒体あるいは金属製容器に於ける
「金属」は、純金属は勿論合金も包含するものとし、同
時に「セラミック」は、それがある１種のセラミックの
場合も２種以上のセラミックの混合である場合のいずれ
をも包含するものとする。

また粉粒体の中には粉体，粒体の他に繊維状体，小片
状体あるいはカットワイヤー等の短尺棒状体をも含むも
のとする。

又局部加圧とは、例えば小ローラーを押圧する，ヘラ
を押圧する若しくはハンマー等で局部的に打圧する等各
種手段を採用する事が出来、又その局部加圧は、容器の
変形を容易にするために容器全体あるいは加圧部のみを
加熱して行う熱間状態の加圧を採用する事もある。

なお本発明で容器内に粉粒体を充填した後に、それを
自転させる場合は、その容器の形状等を考慮して容器を
横置状，縦置状あるいは斜置状とする。即ち粉粒体の均
等配分という点から見れば、一般的には容器が縦方向に
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、容器が短尺偏平状の場合には縦置の
まゝ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、粉粒体を容器の隅々まで十分
に詰める、特に容器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、容器を縦置
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。また容器を縦置状で自転させ、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
容器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、縦向きでするかは上記
諸事項を考慮して適宜選択し、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のである。

〈作用〉 以下本発明方法につき詳述する。

まず金属製筒状容器の内部に、粉粒体のみが充填され
る方法について述べる。

この方法では、例えば第１図に示す様に筒状容器
（１）の中に、粉粒体（２）を入れ、容器（１）の開口
部を密閉し、それを第２図に示す様に例えば横置状とな
し適宜回転装置（図示せず）を用い、該容器（１）の長
手方向軸を中心として自転させ乍ら、ローラー等の加圧
治具（３）を局部的に押し当て、その加圧部を移動させ
乍ら容器（１）を絞り加圧せしめる。この場合容器
（１）内の粉粒体（２）は、容器（１）が自転している
ので、粉粒体（２）の量が容器（１）の内部空間に比し
少ない場合には第３図に示す様にこの粉粒体（２）は自
由に浮遊状態とされ、容器（１）の自転速度を適当に選
ぶ事によりその浮遊粉粒体（２）は容器（１）の内壁側
へ寄りはするが内円周上のどの部所に於いても略均一な
量を保持し続ける事が出来る。この様な状態で局部加圧
による絞り加工を施して行くと順次絞り加工がなされる
部所から、その加工度及び充填する粉粒体の量によって
決まるある定まった充填密度下に充填されて行くのであ
る。

又上記ケースとは異なり、粉粒体（２）を一応内部空
間に一ぱいに詰まるだけの量とした場合にあっても通常
の方法で製造される粉粒体は、その個々の粒子間に空隙
があったりあるいは「棚吊り部」を持っているものであ
るから、容器（１）を自転させておけばその棚吊り部が
解消されたり、空隙が詰められたりする結果、やはり容
器（１）内には粉粒体（２）が自由に移動出来るだけの
間隙が出来、結果的には上記粉粒体（２）の量を少なく
したケースと同様に粉粒体（２）が浮遊動をなすもので
ある。

この際加圧治具（３）による加圧量を、容器（１）の
部所によって変える、例えばその中央部を両側部より大
きく変形せしめる等の調整をすれば、例えば第４図に示
す如き形状に仕上げる事が出来る。

次に、第５図に示す様に容器（１）内に筒状あるいは
棒状の芯材（４）を、容器（１）内壁との間に間隙が出
来る如く挿入し、その間隙内に粉粒体（２）を充填し、
上記同様にこれも例えば横置状となし自転させ乍ら順次
局部加圧を施して行けば、局部加圧の移動に伴って上記
間隙は狭められ、そこに存在していた粉粒体はやはり浮
遊状態を取りつゝ順次均一密度、均一厚さを保つ状態に
なる。そしてこの様に芯材（４）を採用する場合にも、
局部加圧による変形量を部所で変化せしめると、例えば
上記第４図と同様に部所によってその径の違う容器を得
る事が出来るのである。又用いる芯材（４）の表面に、
例えば第６図で示す様な条溝（５）がある如き物を用い
ると、粉粒体（２）の量及び局部加圧による変形量を適
宜調整する事で、第７図や第８図に示す如き形態の物を
得る事も出来る。上記本発明方法に於いて、その一部或
いは全部に、繊維状やカットワイヤー状の如く一方向に
長い形状の粉粒体（２）を用い上記同様に容器（１）を
自転し乍ら局部加圧を繰り返して行くと、間隙が序々に
狭くなるにつれ、これらの一方向に長い粉粒体（２）は
容器（１）の自転に伴い、容器（１）の長手方向になら
う様な方向性をもって揃う様になるので、必要程度まで
加圧変形して得られた粉粒体（２）はその向きに方向性
を持つ圧粉体となす事も出来るのである。

この様にして容器内空間、又は容器と芯材との間隙
に、略均一な充填度下に成型した後は、それを容器毎に
熱間等方圧加圧焼結その他の焼結法で焼結し、該容器や
芯材はそのまゝ残す又は切削除去する等で粉粒体の焼結
体、あるいはその様な粉粒体が芯材の表面に結合装着さ
れた物を得るのである。

なお本発明で用いる容器は、少なくとも一端が開口状
であればよく、又他端は別に平板状でなく、湾曲状に膨
出した如き形状でもよく、例えば第９図に示す様に一端
のみが開口され他端は外方へ湾曲状に膨出した容器
（１）を用い、その中に該容器と略相似形の芯材（４）
を入れ、その両者間の粉粒体（２）を芯材（４）の外側
面のみならず膨出状先端外表面にも来たらしめる様にす
る事も出来る。

〈実施例〉 以下本発明の実施例につき詳述する。

実施例１ この実施例は、円筒状の軟鋼製容器（内径150mmφ×5
00mm）に、その内部中空部の約80％の容積を閉める量だ
けのオーステナイト系ステンレス（SUS316）粉粒体を入
れ、容器内部を真空引きしてその両端を密閉し、回転装
置上に横置して、自転させ乍ら容器外周から小ローラー
を押圧し局部的な絞り加工を容器全域に渡って行った。
次いで熱間等法圧加圧装置内へ入れ、温度1150℃，圧力
1000kg/cm²の条件下で２時間保持した後取出し、容器を
切削除去し、焼結塊成化されたステンレス体を得た。

実施例２ この実施例は、円筒状の軟鋼製容器（内径150mmφ×5
00mm）内に、S45C製の棒状芯材（130mmφ×495mm）を入
れ、その芯材と容器とが共に同軸状でかつ芯材が容器の
中央に位置する様にし、両者の間隙に、その間隙の約80
％の容積を閉める量のCo基耐熱合金粉粒体を充填した。
更に具体的に述べると、まず容器の一端開口部に、中央
に上記芯材が丁度嵌入する大きさの穴が開いた端板を当
て、該端板の外周縁部を容器内周縁部に溶接付けし、一
方端板の中央の穴に嵌入した芯材端部外周を該中央の穴
の内周との間で溶接付けをして芯材を容器の中央に保持
し、その後上記粉粒体を入れ、次いで容器の他端開口部
にも同様に中央に穴が開いた端板を当て、溶接付けた後
で真空引きをなし密閉した。この様にしたものを上記実
施例１と同様に横置状となし自転させ乍ら小ローラーで
局部加圧処理をして絞り加工をなし、その後容器毎熱間
等方圧加圧装置内に入れ、温度1150℃，圧力1000kg/cm²
の条件下で１時間保持した後取出し、容器を切削除去
し、S45C製芯材の表面に均一密度，均一厚さのCo基耐熱
合金焼結層が装着された製品を得た。

なお上記実施例１及び実施例２の他に、実施例２で用
いた芯材の表面に螺旋状の凹溝が穿設された物を用い、
該凹溝部のみに、芯材とは別の性質を有する焼結体が装
着された製品、又は実施例２に於いて小ローラーによる
局部加圧の量を部所により違える事により、容器外周に
複数個の鍔状膨出部を形成せしめ、容器を取去った後に
製品として第９図に示す様な複数個の鍔状体を有する形
態の物をも造る事が出来た。

〈発明の効果〉 以上述べて来た如く、本発明方法によれば、粉粒体そ
れ自体の塊成化、又は粉粒体の塊状物を他部材外周に装
着するに際し、原料である粉粒体の装入が容易であり、
かつ粉粒体を充填すべき空間が狭くても粉粒体装入時は
未だ容器が縮径されていないので、それだけ広くする事
も出来、後の回転（自転）と局部変形とにより各部所で
それら粉粒体は均一な密度下に充填される結果、焼結や
粉末鍛造による塊成化による製品の部所による密度や寸
法の不揃いが無く、均質，正確な製品が出来る。

又本発明方法では、粉粒体を容器内へ入れた後に局部
加圧変形を行なうので、用いる容器の大きさ，形状はさ
ほど厳格な要性はなく、安価な溶接管で十分であり、又
粉粒体は一般にその形状で見掛け密度は異なり、それを
一定となるべく管理して製造する事は困難であるが本発
明では充填後に外部から加圧し圧密化するので正確な量
としては重量をもってその量を決定すればよく粉粒体の
見掛密度に無関係に正確な量を求め易い。

又本発明方法は、粉粒体の圧密化を乾式で行っている
為に、万一容器の一部が破割した様な場合にもその補
修，取替えが容易であり、これを例えば高圧液を用いて
圧密化する方法と比べると、高圧液採用の場合にはケー
スの一部が破割すれば、そこから液が内部へ圧入し全体
的に使用不能となる等の問題があるのに対し、本発明の
方がこの様な万一の事故にも対処し易いものである。

更には、外部からの局部加圧変形の量を部所によって
違える、あるいは芯材の外周面に予め凹部や条溝を形成
せしめておくという事を併用する事により得られる製品
として外周に鍔状体を持つ形態の物や、螺旋状等所望形
状に耐摩耗性材等が装着された形態の物をも造る事が出
来、又容器の補強リブを形成する事も出来るものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ本発明方法の粉粒体充填時
及び局部加圧時を示す説明図、第３図は本発明方法で粉
粒体が浮遊している状態を示す説明図、第４図は本発明
方法により得られる成型品の一例を示す説明図、第５図
は本発明方法で芯材を用いた場合の説明図、第６図は同
芯材表面に条溝がある場合の説明図、第７図及び第８図
は同芯材表面に条溝がある場合に得られる成型品の説明
図、第９図は同他端が膨出状容器を用いた場合の説明
図、第10図は本発明の他の実施例で得られた製品の表面
形状の説明図。 図中、（１）：容器 （２）：粉粒体 （３）：加圧治具 （４）：芯材 （５）：条溝

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】焼結可能な粉粒体を金属製筒状容器内に充
   填し、この容器の開口部を密閉したのち、その長手方向
   軸を中心として自転させながら、外側より局部加圧し、
   この局部加圧部を移動させることを特徴とする粉粒体の
   成型方法。
2. 【請求項２】粉粒体の充填量を、容器内容積よりも小さ
   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項記載の粉粒体の成型方法。
3. 【請求項３】金属製筒状容器に対する外側よりの局部加
   圧の加圧量を部所により変化せしめ、その容器を所望形
   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項記載の粉粒体の成型方法。
4. 【請求項４】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３項のいずれかに記載の粉粒体の成型方
   法。
5. 【請求項５】金属製筒状容器内に、遊嵌状に棒状の芯材
   を内挿し、この筒状容器と芯材との間の間隙に焼結可能
   な粉粒体を充填し、その容器の開口部を密閉したのち、
   その長手方向軸を中心として自転させながら、外側より
   局部加圧し、局部加圧の加圧部を移動させることを特徴
   とする粉粒体の成型方法。
6. 【請求項６】粉粒体の充填量を、容器と芯材との間の間
   隙の容積よりも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５項記載の粉粒体の成型方
   法。
7. 【請求項７】金属製筒状容器に対する外側よりの局部加
   圧の加圧量を部所により変化せしめることを特徴とする
   特許請求の範囲第５項若しくは第６項記載の粉粒体の成
   型方法。
8. 【請求項８】芯材がその外周に、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５項から第７項のいずれかに記載の粉
   粒体の成型方法。
9. 【請求項９】芯材がその外周に、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５項〜
   第７項のいずれかに記載の粉粒体の成型方法。
10. 【請求項１０】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５項〜第９項のいずれかに記載の粉粒体の成
    型方法。