JP5098567B2

JP5098567B2 - 粉体成形用金型

Info

Publication number: JP5098567B2
Application number: JP2007274979A
Authority: JP
Inventors: 芳伸加納; 力奈良; 哲彦末吉
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-10-23
Filing date: 2007-10-23
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2027-10-23
Also published as: JP2009102689A

Description

本発明は、特に長尺の粉体成形物を製造するための粉体成形方法とそれに用いる成形用金型に関するものである。

図７は従来の圧縮成形方法の一例である。複数からなる金型１、２、３で空隙を構成して金属粉末４などを充填した後、この空隙上から加圧用金型５により加圧することで金属粉末４を圧縮成形する。成形された成形物６は、金型１、２、３を開放、または一部の金型３を摺動させることで、空隙から押出して取出すわけであるが、この取出し時に発生する割れや残留応力の増大を、圧電素子７で金型１を振動させることにより防止するものである。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開平５−２９５４０５号公報

上記の成形方法では、圧電素子による金型の振動で成形体に残留する応力を緩和させて割れを防止する。短辺と長辺が一桁以上異なる長尺（棒状）の成形体を成形する場合、残留応力（歪み）は、短辺側と長辺側とで異なり、長辺側の特に端部ほど大きくなる。そのため、圧電素子は長辺に沿って複数設けるとともに、残留応力に応じてその振動を調整する必要があり、金型構成が複雑となる課題があった。

そこで本発明は、長尺の粉体成形物であっても簡素な金型構成で成形することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は粉体成形用金型であって、底面用金型と、この底面用金型上に設けられ、一定の間隔で略平行となるように配置された正面用金型と背面用金型と、これら正面用金型および背面用金型と当接し、前記底面用金型、正面用金型、背面用金型とで矩形の開口部を有する直方体の空隙を形成する一対の側面用金型と、前記開口部に嵌合する天面用金型とからなり、前記側面用金型は前記空隙側の一部に、内部を挿通して移動可能な第一の入れ子型と、この第一の入れ子型に直交して交差する第二の入れ子型を有し、これら第一、第二の入れ子型の一端を傾斜面として摺動可能に結合したものである。

本発明に係る粉体成形方法は、複数の金型を組合せて粉体成形物を成形するための直方体の空隙を設け、この空隙に粉体を供給した後、金型を介して加圧する方法であり、この加圧を以下の二段階に分けて行う。すなわち、金型を介して空隙の六側面から一定時間加圧する第一の加圧工程と、この第一の加圧工程の後に、四側面からの加圧を維持しながら、対向する二側面の加圧のみを先に解放するとともに、これらの二側面を構成する金型を移動自在としてから残りの四側面の加圧を解放する第二の加圧工程とした。こうすることにより、第一の加圧工程により成形体に残留した応力や歪みを、先に二側面の金型を解放して移動させることで解消あるいは緩和させることができる。その結果、加圧の解放時や取出し時に割れや欠けを発生させることなく、小型でかつ簡素な金型構成で長尺の粉体成形物を成形することができる作用効果を奏する。

以下本発明の詳細を、図を用いて説明する。

本実施の形態では、蛍光灯用の電極製造に用いられるタングステン粉体の粉体成形物を一例にして以下説明する。

蛍光灯などに用いられるタングステン電極は、まず初めに原材料であるタングステンなどの高融点金属粉体を金型に充填した後、この充填した金属粉体を、金型を介して加圧、圧縮することで棒状の長尺な粉体成形物を形成する。そして、還元雰囲気中でシンター処理などの熱処理を行って粉体成形物を焼結した後、この焼結体を延伸、再結晶化、整形（フォーミング）などの工程を経て最終的な電極に加工するものである。本実施の形態の粉体成形物は、最も初めの粉体成形工程で形成される中間物である。

この粉体成形工程では、後工程での生産性を考慮してできるだけ長尺の粉体成形物を成形する。一例を挙げると、断面形状が１５ｍｍ角で長さが５００ｍｍ以上であり、また、圧縮成形時の加圧力は１トン／ｃｍ²ちかくなるため、加圧を解放する際は、粉体成形物の、特に長辺側の残留応力や、金型の撓み等による圧縮応力により割れや欠けが発生しやすく、歩留り低下の要因となっていた。

本実施の形態では、簡素な金型構成で粉体成形時の変形を極力抑制するとともに、特に長辺側に残留する応力や歪みを、加圧を完全に解放する直前に緩和することで、粉体成形物に生じる割れや欠けなどを低減するものである。まず初めに、金型の構造に関して説明する。

図１は、本発明の一実施の形態における粉体成形用金型の構成を説明する斜視図である。

本実施の形態における粉体成形用金型８は、六個の金型から主に構成されている。すなわち、底面用金型９と、この底面用金型９上に、略平行となるように一定の間隙を設けて載置された正面用金型１０および背面用金型１１と、これら正面用、背面用金型１０、１１の側面と当接して載置された一対の側面用金型１２、１３と、これら底面用金型９、正面用金型１０、背面用金型１１、一対の側面用金型１２、１３とで囲まれた空隙（凹部）１４の開口部１４ａに嵌合して挿通する天面用金型１５である。図１では、金型の構成を説明するため、天面用金型１５のみをｚ方向上方に離して配置している。

正面用金型１０および背面用金型１１は、その両端部の上部を、ブラケット１６を介して側面用金型１２、１３に固定するとともに、下部側を凸形状として側面用金型１２、１３に嵌合させている。こうすることにより、粉体成形時の加圧で正面用金型１０、背面用金型１１の外れや浮き上がり等を防止することができる。

また、正面用金型１０および背面用金型１１の上面には、バネなどの弾性体からなるフロートピン１７と固定用ブロック１８とを、それぞれの上端部に設けている。これらフロートピン１７および固定用ブロック１８とで、開口部１４ａに挿通した後の天面用金型１５を挟持する。こうすることにより、正面用金型１０、背面用金型１１をガイドとするとともに、天面用金型１５は、フロートピン１７により一定圧力で挟持されるため、粉体成形時に１トン／ｃｍ²近くの圧力がかかった場合であっても、座屈することなく、底面用金型９に対して略垂直に天面用金型１５を加圧することができる。

図２は、図１のＡ−ＡＡ断面図であり、天面用金型１５を挿通した状態での粉体成形用金型８の内部構造を説明する図である。

底面用金型９、正面用金型１０、背面用金型１１（図示していないが、側面用金型１２、１３）とでそれぞれ側面を構成した空隙１４に、スペーサ１９、材料となるタングステン粉体２０を充填した後、天面用金型１５を挿通したものである。

尚、空隙１４にタングステン粉体２０を充填する際、天面用金型１５はフロートピン１７および固定用ブロック１８とで挟持されて、このタングステン粉体２０の上方に略平行となるように支持されている。こうすることにより、局所的なタングステン粉体２０の供給ばらつきがあった場合であっても、天面用金型１５の底面の一部がタングステン粉体２０に埋没することがなく、平滑化してから均一に加圧、圧縮することができる。

次に、本発明のポイントである側面用金型１２、１３の構造に関して説明する。

図３は、本発明の一実施の形態における側面用金型１２、１３の構造を説明するための分解斜視図である。

本実施の形態では、側面用金型１２、１３はそれぞれ、上ブロック２１とスライダブロック２２とからなり、スライダブロック２２は、端部（円Ｂ）を傾斜面として支持し、略直交に配置した第一の入れ子型２３と、第二の入れ子型２４を備えている。上ブロック２１の端面（正面用金型１０、背面用金型１１に当接する端面）には天面用金型１５の厚みと略等しい突起２１ａを設けてあり、天面用金型１５のガイドとして機能する。また、第一の入れ子型２３の断面形状は、空隙１４（図２）と略等しくなるように設計されており、傾斜面と反対側の端面が、粉体成形時における空隙１４の二側面となる。

第一の入れ子型２３は、ｘ方向に移動自在であり、第二の入れ子型２４はｙ方向に移動自在であるが、押しピン２５により移動可能な位置は一定の範囲内（例えば数ｍｍ程度）に規制可能となっている。これら第一の入れ子型２３、第二の入れ子型２４のいずれか一方を移動させることにより、傾斜面どうしを摺動させて他方を移動させることができる。粉体成形時には、圧縮による応力がタングステン粉体２０を介して六側面を構成する各金型に加わるわけであるが、第一の入れ子型２３を応力や歪みに比例して移動させることにより、第二の入れ子型２４も移動させて、その結果、粉体成形物に残留した応力をこれら第一、第二の入れ子型２３、２４を介して緩和するものである。

尚、規制ピン２６は、上ブロック２１を挿通して第二の入れ子型２４に挿入、その位置を固定するためのものであり、主に準備工程におけるタングステン粉体２０の充填時に用いるものである。

次に、上記の粉体成形用金型８を用いた粉体成形方法に関して説明する。

図４は、本発明の粉体成形方法の一実施の形態を説明する工程断面図であり、（ａ）は図１のＣ−ＣＣ断面図（ｘ−ｙ断面図）、（ｂ）は同じく図１のＡ−ＡＡ断面図（ｚ−ｙ断面図）である。（ａ）は、側面用金型１２、１３における、上ブロック１２とスライダブロック２２の境界での断面である。

まず初めに図４（ａ）に示すごとく、粉体成形用金型８の背面用金型１１側を規制ブロック２７に当接させて、一方の正面用金型１０を軽く加圧しながら、内部に設けた空隙１４にタングステン粉体２０を充填する。このとき、天面用金型１５は、図４（ｂ）に示すごとく、粉体成形用金型８の上方に回避させておき、空隙１４の開口部１４ａからタングステン粉体２０を供給するものである。このタングステン粉体２０の充填時では、第二の入れ子型２４は、規制ピン２６により上ブロック２１を挿通して支持されており、摺動可能に支持された第一の入れ子型２３は固定された状態にある。

次に図５（ａ）、図５（ｂ）に示すごとく、開口部１４ａから天面用金型１５を挿入した後、プレス機等（図示せず）を用いて正面用金型１０を圧力Ｐ１で押圧、加圧する。そして、次に天面用金型１５を、同様にプレス機等を用いて圧力Ｐ２で押圧、加圧することでタングステン粉体２０を圧縮成形する。この圧力Ｐ２は、約１トン／ｃｍ²と非常に大きく、タングステン粉体２０にかかる応力で正面用金型１０は中央付近が撓むように変形する。金型の構造上、特に長辺側の剛性確保は困難であり、粉体成形物の形状精度を劣化させるとともに、圧力解放時の挙動で粉体成形物に割れや欠けを発生させる原因となる。そのため、この長辺側の撓みを抑制するため、天面用金型１５の加圧とともに、正面用金型１０も横型のプレス機等を用いて圧力Ｐ１で加圧するものである。このとき、第一の入れ子型２３は、第二の入れ子型２４を介して圧力Ｐ３で加圧することで移動しないように固定されている。このようにすることで、空隙１４に充填されたタングステン粉体２０は、六側面から加圧圧縮されて所定の形状に成形される。尚、正面用金型１０を加圧する圧力Ｐ１は、Ｐ２とほぼ同等の圧力とする。

次に図６（ａ）、図６（ｂ）に示すごとく、正面用金型１０および天面用金型１５から加圧を維持しながら、第二の入れ子型２４の圧力Ｐ３のみを解放する。このとき重要なのが、第一の入れ子型２３、すなわち短辺側の側面に相当する金型の加圧をまず先に解放させることである。天面用金型１５による圧力Ｐ２は、上述したように最大１トン／ｃｍ²を超えるものであるため、本実施の形態のごとく長尺の粉体成形物を成形する場合、短辺方向に比べて長辺方向にかかる応力、歪みが大きくなり、特に加圧の解放時に残留応力で粉体成形物に割れ、欠けが発生しやすい。そのため、加圧の解放時に、まず第二の入れ子型の加圧Ｐ３を解放して短辺側の側面、すなわち第一の入れ子型２３を移動自在とする。こうすることにより、粉体成形物にかかる応力や歪みに比例して第一の入れ子型２３は矢印方向（外方）に移動し、残留する応力や歪みを解消、あるいは緩和するものである。

最後に、正面用金型１０、天面用金型１５の加圧Ｐ１、Ｐ２を順に、あるいは同時に解放した後、天面用金型１５を上方に回避させ、その他の金型を分解して内部の粉体成形物を取出すものである。

上記の粉体成形方法を用いることにより、加圧の解放時や取出し時に割れや欠けを発生させることなく、簡素な金型構成で長尺の粉体成形物を成形することができるものである。

上記実施の形態は、圧力解放時に、まず先に側面用金型１２、１３にかかる圧力Ｐ３を解放することにより、圧縮成形時の歪みをこれら側面用金型１２、１３側より解消、緩和した後、天面用金型の圧力Ｐ２、正面用金型１０の圧力Ｐ１を解放するものである。尚、粉体成形物の残留応力や、それに起因する歪みのみを解放、緩和するのであれば、上記Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の圧力の解放を同時に行っても同様の効果が得られる。すなわち、粉体成形物に関して、長辺方向に残留する応力は、短辺側に残留する応力より大きく、従って歪みも大きくなる。そのため、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を同時に解放した場合であっても、残留する応力および歪みにより側面用金型１２、１３の第一の入れ子型２３、第二の入れ子型２４を移動させることで解消あるいは緩和することができる。

また、側面用金型１２、１３の入れ子型を第一の入れ子型２３のみとして、両側面よりこの第一の入れ子型２３を加圧、保持してもよいが、第二の入れ子型２４と傾斜面を介して摺動可能に支持することにより、第二の入れ子型２４を直交して配置することができる。その結果、粉体成形時の加圧を天面用金型１５による上方側と、正面用金型１０による正面側の二方向のみとすることができるので、加圧機構を含む製造装置の小型化が可能となるものである。

尚、上記実施の形態は、蛍光灯の電極製造に用いられるタングステン粉体の粉体成形物の一例であるが、他の金属や磁性体などの粉体成形、特に長辺と短辺との差が大きな長尺の粉体成形物の形成にも適用可能である。

本発明に係る粉体成形方法は、複数の金型を組合せて粉体成形物を成形するための直方体の空隙を設け、この空隙に粉体を供給した後、金型を介して加圧する方法であり、この加圧を以下の二段階に分けて行う。すなわち、金型を介して空隙の六側面から一定時間加圧する第一の加圧工程と、この第一の加圧工程の後に、四側面からの加圧を維持しながら、対向する二側面の加圧のみを先に解放するとともに、これらの二側面を構成する金型を移動自在としてから残りの四側面の加圧を解放する第二の加圧工程とした。こうすることにより、第一の加圧工程により成形体に残留した応力や歪みを、先に二側面の金型を解放して移動させることで解消あるいは緩和させることができる。その結果、加圧の解放時や取出し時に割れや欠けを発生させることなく、簡素な金型構成で長尺の粉体成形物を成形することができる作用効果を奏するので、特に長尺の粉体成形物を製造するための粉体成形方法とそれに用いる成形用金型に有用である。

本発明の一実施の形態を説明する粉体成形用金型の斜視図図１におけるＡ−ＡＡ断面図特に側面用金型の構成を説明する分解斜視図（ａ）本発明の一実施の形態を説明する粉体成形方法の工程であり、図１のＣ−ＣＣ断面図、（ｂ）本発明の一実施の形態を説明する粉体成形方法の工程であり、図１のＡ−ＡＡ断面図（ａ）本発明の一実施の形態を説明する粉体成形方法の工程の断面図、（ｂ）本発明の一実施の形態を説明する粉体成形方法の工程の断面図（ａ）本発明の一実施の形態を説明する粉体成形方法の工程の断面図、（ｂ）本発明の一実施の形態を説明する粉体成形方法の工程の断面図従来の粉体成形方法を説明する工程図

符号の説明

８粉体成形用金型
９底面用金型
１０正面用金型
１１背面用金型
１２、１３側面用金型
１４空隙
１４ａ開口部
１５天面用金型
２０粉体（タングステン粉体）
２３第一の入れ子型
２４第二の入れ子型

Claims

底面用金型と、この底面用金型上に設けられ、一定の間隔で略平行となるように配置された正面用金型と背面用金型と、これら正面用金型および背面用金型と当接し、前記底面用金型、正面用金型、背面用金型とで矩形の開口部を有する直方体の空隙を形成する一対の側面用金型と、前記開口部に嵌合する天面用金型とからなり、前記側面用金型は前記空隙側の一部に、内部を挿通して移動可能な第一の入れ子型と、この第一の入れ子型に直交して交差する第二の入れ子型を有し、これら第一、第二の入れ子型の一端を傾斜面として摺動可能に結合した粉体成形用金型。