JP2915565B2 - セラミック粉末プレス成形型及びそれを用いるセラミック粉末プレス成形方法 - Google Patents

セラミック粉末プレス成形型及びそれを用いるセラミック粉末プレス成形方法

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Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
本発明は、セラミック粉末プレス成形型及び成形方法
に関し、更に詳しくは肉厚不均一な形状を有するセラミ
ック成形体に係るセラミック粉末プレス成形型及びそれ
を用いるセラミック粉末プレス成形方法に関する。
【従来の技術】
セラミックスの成形方法には、機械プレス成形、静水
圧成形、鋳込成形、押出成形、射出成形等各種の方法が
ある。これらの中で機械プレス成形は、セラミック粉末
を所定の金型に充填し上下のパンチにより一軸加圧して
金型に倣った形状品を得るものである。 この機械プレス成形方法は、比較的単純操作で成形で
きる上、成形速度が速く、自動化及び量産が可能で製造
コストが安価となり工業生産に適している。また、原料
ロスが少なく、低水分含有量の原料を使用することがで
きるため、乾燥収縮が小さく、また乾燥時間が不要であ
る等の利点もある。
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記機械プレス成形方法は、肉薄品で比較的
単純形状の成形に適し、目的とする成形体の肉厚が不均
一で凹凸がある場合、従来の機械的プレス成形型を用い
て成形すると、金型に充填されたセラミック粉末への加
圧力が不均一となり易かった。従って、比較的単純な形
状であっても、不均一な肉厚を有するセラミック成形体
を機械プレス成形すると得られる成形体の均質性が劣っ
たり、また部分的に割れが生じたりして、所定の成形体
が得られない場合があった。 例えば、第3図に概略的な断面説明図を示した従来の
プレス成形型を用いて、第4図に断面図を示した円形セ
ラミックピストンキャビティ成形体Aを得る方法を説明
する。 第3図において、プレス成形装置20は、上パンチ21、
シリンダ22及び下パンチ23と、それらにより形成される
成形部24とで構成される。この型において、下パンチ23
とシリンダ22を組みセラミック粉末、例えば窒化珪素
(Si3N4)を成形部24に充填し、上パンチ21を成形部上
に配置して荷重、例えば20tの荷重で数乃至数十秒の所
定時間保持した後、上パンチ21を抜き取り、シリンダ22
を外してプレス成形された成形体Aを得ることができ
る。 この場合、成形体Aにおける肉厚の差によりセラミッ
ク粉末にたいする圧縮比が各部所にて均一とならないた
め、特に肉厚が急激に変化するx域やy域にヒビや割れ
等の不良部が発生するものが多かった。 一方、静水圧プレス成形によれば、複雑な形状であっ
ても均質で、歩留よく成形体を得ることができるが、装
置的に費用が嵩み比較的単純な形状の成形体への適用は
工業的に好ましくない。 そのため、従来、不均一な肉厚を有する所定の成形体
をプレス成形で得る場合は、単純な等肉厚形状で成形
し、仮焼した後に機械加工する方法が採られていた。し
かし、この方法では成形後の機械加工が必要であり、コ
スト的にも好ましいものでなく、改良が望まれていた。 本発明は、機械的プレス成形方法の有する利点を生か
し、比較的単純な形状で不均一な肉厚を有するセラミッ
ク成形体を機械的プレス成形により簡単な操作で、ヒ
ビ、割れ等の不良がなく均質な成形体が効率よく得ら
れ、成形後の機械加工を省略することができるセラミッ
ク粉末プレス成形型及びそれを用いるセラミック粉末プ
レス成形方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、肉厚不均一な形状の成形体を成形す
るセラミック粉末プレス成形型であって、成形加圧用パ
ンチを上下に配置し、該上下のパンチ間に肉厚不均一な
形状の成形型を形成すると共に、該成形型の肉薄部分に
対応して該上下パンチの一方または双方の中間部に緩衝
体を配置してなるセラミック粉末プレス成形型が提供さ
れる。 また、上記セラミック粉末プレス成形型の該成形部に
原料セラミック粉末を充填して、該上パンチを加圧して
肉厚不均一な形状のセラミック成形体に成形することを
特徴とするセラミック粉末プレス成形方法が提供され
る。
【作用】
本発明の成形型は、上記のように構成することによ
り、上下パンチと上下パンチ等構成部材により形成され
る成形型との間の一方または双方に設けられる緩衝体
が、特にその圧力収縮率が、200kg/cm2の加圧時におい
て30〜70%である場合、従来の機械プレス成形において
ヒビ割れ等が生じていたセラミック成形体断面の肉厚が
急激に変化する箇所において、異方性の圧力がかからな
いように作用して、成形型に充填されたセラミック粉末
原料が全体的に均一に加圧されヒビ割れ等の発生がな
く、且つ均質な不均一な肉厚を有するセラミック成形体
を得ることができる。 なお、本発明において圧力収縮率とは、一軸方向に加
圧された場合の加圧方向の寸法変化率を意味する。 緩衝体域の大きさは、成形体を形成するセラミック粉
末原料の種類、成形体の形状、荷重圧力等により適宜選
択すればよい。通常は、成形型4の最大肉厚と、肉薄部
平均厚さ即ち、凹凸部の平均厚さとの差にほぼ等しい厚
さとなるように形成させるのが好ましいが、下記する緩
衝体の圧力収縮率との関係によるため、一義的に定める
ことはできない。 また、緩衝体域に配置する緩衝体も、セラミック粉末
原料の種類、成形体の形状及び不均一性の度合、荷重圧
力等により適宜選択することができる。例えば、セラミ
ック成形体を形成するセラミック原料粉末やアルミナ、
シリカ、金属等の粉末、或いはゴム、金属ばね等の弾性
体を用いることができる。一般的には200kg/cm2加圧時
の圧力収縮率が30〜70%、好ましくは45〜55%である材
質のもので構成するのが好ましい。 セラミック粉末を用いる場合は、必ずしも成形体を構
成するセラミック粉末と同一のものでなくても、同様の
圧力収縮率特性を有するものであればよい。しかし、圧
力収縮率特性をできるだけ成形体原料に近づけるため、
成形体原料とほぼ同等の粒子径のセラミック粉末を用い
るのが好ましく、成形体原料粉末の圧力収縮率を予め測
定し、その成形体原料粉末の圧力収縮率特性に合わせる
ように緩衝体用のセラミック粉末を調合するのがより好
ましい。 圧力収縮率が30%より小さい場合は、緩衝作用が不十
分になり、成形体の肉薄部の密度が肉厚部の密度に比較
して高くなりすぎ均一な密度とならず、肉厚部と肉薄部
との境界にクラックが発生する。一方、圧力収縮率が70
%を超えると逆に緩衝作用が大きくなりすぎ肉薄部の密
度が十分に高まらず、同様に得られる成形体が不均一な
密度分布を有することになり好ましくない。 更に、本発明において緩衝体域は、通常は肉厚の不均
一により凹凸を有する面側のパンチの中間部に配置する
が、配置部域は特に限定されるものでなく、成形体の凹
凸の有無に拘らず上下パンチのいずれかの中間部に設け
ることができ、更にまた、双方に設けることもできる。
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面に基づき詳細に説明す
る。但し、本発明は下記実施例により制限されるもので
ない。 第1図に本発明の一実施例であるセラミック粉末プレ
ス成形型の断面説明図を示した。 第1図に示したような型を用いて第4図に示した円形
セラミックピストンキャビティ成形体Aを得る方法を説
明する。 第1図において、セラミック粉末プレス成形型10は、
主に上パンチ1、外シリンダ2、中シリンダ3に接して
配備されるスペーサ6及び支持型5と、それらにより形
成される成形部4と、中シリンダ3、支持型5及び下パ
ンチ7と、それらにより形成される空間内に上記成形部
4の凹凸部分に対応して配置される緩衝体域9とから構
成されている。 第1図に示したセラミック粉末プレス成形型10におい
て、第4図に示した成形体Aを成形する場合、中シリン
ダ3と下パンチ7を組み形成される緩衝体域9にセラミ
ック粉末、例えば窒化珪素(Si3N4)を83g充填し、次い
で直径61.0mmφで、下部が平坦で、上部円周部が曲率半
径13mmの曲面状に切削され、更に中心部が曲率半径12mm
を有して凹部を有する支持型5を充填されたSi3N4粉末
緩衝体上に、及び平板ドーナツ状のスペーサ6を中シリ
ンダ3に接して配置する。この場合、支持型5及びスペ
ーサ6は、中シリンダ3及び下パンチ7と共に、全体と
して従来の機械プレス成形方法における下パンチを構成
して作動することになる。 また、第1図における円で囲んだB部分には支持型5
に装着された4ヶのピン29が嵌合して下方向に移動可能
となる嵌合部25が中シリンダ3の上部4ヶ所に設けられ
る。 第2図に、第1図B部分における中シリンダ3の上部
に設けられる嵌合部の説明図を示した。第4図におい
て、嵌合部25は、突起部26とピン通過部27と突起部26及
びピン通過部27の下部に続く切削部28からなる。支持型
5を装着する場合、支持型のピン29をピン通過部27に嵌
合させて切削部28まで下降した後、支持型を回転させ突
起部26下部の切削部に嵌めて、支持型5と中シリンダ3
とが上下の相対移動により分離できない状態にする。上
記のように中シリンダ3の嵌合部25に嵌合された支持型
5のピン29は、突起26下部の切削部を上下に移動可能と
なり、加圧時には緩衝体9上の支持型5が下方に移動す
ることができる。 次いで、外シリンダ2をスペーサ8で支持して組み込
み、緩衝体域9に充填したSi3N4と同一のSi3N4粉末を25
0g充填し、更に上パンチ1を充填したSi3N4粉末上に配
置して荷重をかけると同時に、外シリンダー2は内圧を
受け外方向に押しつけられ保持されることになるため、
スペーサ8を取り去ることができる。 上記のようにセットされたセラミック粉末プレス型10
において、上パンチ1に成形圧が200kg/cm3となるよう
に20tの荷重をかけて、数乃至数十秒間保持する。その
後、型10の全体を上下逆にして、中シリンダ3を引き抜
き、それと同時に緩衝体及び支持型5及び下パンチ7も
引き抜かれる。次に、外シリンダ2より上パンチ1を用
いて成形体Aを押し出すことにより成形体Aを得ること
ができる。 ここで得られる成形体Aは、外径dが103mmφ、内径
eが61mmφ、肉厚aが26mm、x域及びy域の曲率半径が
13mm、肉厚b及びcの平均が8mmであり、また、得られ
る成形体は、x域及びy域においてもヒビや割れが生ず
ることなく、全体的に均質となる。従って、肉厚不均一
なセラミックキャビテイが、均質に、しかも成形後の機
械加工を極力削減して製造することができる。 緩衝体域の大きさは、セラミックピストンキャビティ
の成形体においては、成形部4の最大肉厚26.2mmと、薄
部平均厚さ即ち、凹凸部の平均厚さ8.2mmとの差の18mm
とすることにより、均質で不良箇所の無い成形体を得る
ことができる。
【発明の効果】
本発明のセラミック粉末プレス成形型を用いる場合に
は、表面が凹凸等である不均一な肉厚を有する成形体
を、従来の機械プレス成形方法と同様に簡単な単純操作
で成形速度が速く、原料ロスも少なく効率的に得ること
ができる。従って、肉厚不均一な形状のセラミック成形
体もセラミック粉末プレス成形方法で得ることができ、
自動化及び量産可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例であるセラミック粉末プレス
成形型の断面説明図であり、第2図は第1図B部分の嵌
合部の説明図であり、第3図は従来のプレス成形型の概
略的な断面説明図であり、第4図は円形セラミックピス
トンキャビティ成形体の断面図である。 A……円形セラミックピストンキャビティ成形体 1、21……上パンチ、2……外シリンダ 7、23……下パンチ、3……中シリンダ 4、24……成形部、5……支持型 6、8……スペーサ、9……緩衝体域 10……セラミック粉末プレス成形型 20……プレス成形型、22……シリンダ 25……嵌合部、26……突起部 27……ピン通過部、28……切削部
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B28B 3/02

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】肉厚不均一な形状の成形体を成形するセラ
    ミック粉末プレス成形型であって、成形加圧用パンチを
    上下に配置し、該上下のパンチ間に肉厚不均一な形状の
    成形部を形成すると共に、該成形部の肉薄部分に対応し
    て該上下パンチの一方または双方の中間部に緩衝体を配
    置してなるセラミック粉末プレス成形型。
  2. 【請求項2】該緩衝体が平板状であって、200kg/cm2
    加圧時に圧力収縮率が30〜70%である請求項(1)記載
    のセラミック粉末プレス成形型。
  3. 【請求項3】該緩衝体が、該成形型で成形されるセラミ
    ック粉末と同等の圧力収縮率特性曲線を有するセラミッ
    ク粉末を、該成形型の最大肉厚と肉薄部平均厚さとの差
    とほぼ等しい厚さに充填してなる請求項(1)または
    (2)記載のセラミック粉末プレス成形型。
  4. 【請求項4】請求項(1)、(2)または(3)記載の
    セラミック粉末プレス成形型の該成形部に原料セラミッ
    ク粉末を充填して、該上パンチを加圧して肉厚不均一な
    形状のセラミック成形体に成形することを特徴とするセ
    ラミック粉末プレス成形方法。
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