JPH035278B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、ガスタービン用部品等の複雑形状部
品の製造に用いられる静水圧加圧成形用型並びに
それを用いた粉末成形方法に係り、特に静水圧加
圧による加圧成形手法によつて、製品の最終形状
に近似した、複雑な外形形状を有する大型の粉末
成形体を有利に成形するための型、およびそれを
用いて、種々変化した外形形状を有する粉末成形
体を有利に成形し得る方法に関するものである。 （従来技術とその問題点） 従来から、セラミツクスや金属粉末等の粉体を
成形する方法として、例えば金型プレス（一軸加
圧）法、ラバープレス（静水圧加圧）法等が良く
知られている。 ところで、かかる金型プレス法は、所定の紛末
原料を押し型に入れて、一方よりパンチで圧縮成
形する方法であるが、その圧縮は粉末全体として
均一に惹起されるものではなく、パンチおよび押
し型の壁に近い部分が圧力は高く、これより遠ざ
かるに従い圧力は低くなり、このため、押し型内
に装入された粉末原料の存在する部分により圧力
の差が惹起される問題を内在している。また、こ
の金型プレス法に従えば、金型（押し型）のキヤ
ビテイ形状により、得られる粉末成形体の形状を
種々変化せしめ得る利点があるが、パンチによる
成形圧力が高くなると、得られる成形体の内部芯
力も高くなつて、かかる成形体が金型から離型で
きなくなる問題を惹起するところから高い成形圧
力を採用することは構造的に困難であり、また複
雑な形状の成形品を得ることが出来ないものであ
つた。 一方、ラバープレス法は、所定の粉末原料をゴ
ム袋若しくはゴム型に詰め、これを流体の媒体で
加圧成形する方法であつて、このように粉末を静
水圧成形するために、成形圧力のバラツキが比較
的少なく、密度の均一な且つ均質な高密度成形体
が得られる利点がある。 そして、このラバープレス法に従えば、前記金
型プレス法に比して、大きなものの成形が可能で
あるが、ゴム袋あるいはゴム型の如き弾性体内に
粉末原料を収容して、加圧せしめるものであると
ころから、実質的に棒状或いはパイプ形状などの
比較的単純な形状の成形体の製造に限られ、成形
体の形状が複雑になると、ラバープレス法にて直
ちに目的とする形状の成形体を得ることは不可能
であつた。 このため、一般に、形状が複雑な成形体を得る
場合においては、先ず、ラバープレス法にて大き
な粉末ブロツクを成形せしめ、そしてこのブロツ
ク成形体から、目的とする形状の成形製品を削り
出すようにしているが、この方法では、原料のロ
スが大きく、また削出しのための加工工数が増大
して、これが、目的とする成形製品の製造コスト
を著しく上昇せしめる大きな要因となつているの
である。 （解決手段） ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景に
して為されたものであつて、最終製品形状に近似
した、複雑な形状を有する粉末成形体を、静水圧
加圧手法によつて、離型上の問題を何等惹起せし
めることなく、有利に成形せしめ得る静水圧加圧
成形技術を提供するものである。 そして、そのために、本発明では、静水圧加圧
にて粉末原料を所定の形状に成形するための成形
型を、互いに重ね合わされて、それらの間で目的
とする粉末成形体を成形する、それぞれ剛性のあ
る凹型及び凸型と、該凹型と凸型との間で成形さ
れる粉末成形体の外周面を規定する弾性体とを含
むように構成し、且つ該凹型と凸型のうち少なく
とも凹型を、重ね合わせ方向に延び且つ該凹型の
中心に向つて延びるような分割面を有する複数の
分割型にて構成すると共に、該凹型と該凸型とを
それらの重ね合わせ方向に相対的に移動可能とな
るように構成したのである。 ところで、このような本発明に従う静水圧加圧
成形用型においては、それを構成する凹型と凸型
とは、一般に、それぞれ中芯型に挿通されて支持
され、該中芯型の軸心方向に重ね合わされて、配
置せしめられる一方、それら重ね合わされた凹型
及び凸型の外周部が前記弾性体にて一体的に覆わ
れて、かかる凹型と凸型との間の間〓が外部空間
から遮断せしめられるように構成されることとな
る。また、かかる弾性体は、好適には、所定厚さ
の弾性層を介して前記凹型及び凸型の外周面にそ
れぞれ装着せしめられるようにされる。更に、こ
れら凹型及び凸型のうちの少なくとも何れか一方
が前記中芯型に対してその軸心方向に摺動可能と
された構造が、好適に採用されることとなるので
ある。 そして、このような静水圧加圧成形用型を用い
て、所定の粉末原料、特にセラミツクス粉末を成
形するに際しては、先ず、そのような成形型を構
成する弾性体の内側に凹型を配置せしめた後、か
かる凹型の成形面上に所定の粉末原料を供給して
所定厚さに充填せしめ、そして、その充填された
粉末原料上に所定の凸型を重ね合わせて覆い、更
に流体密にシールして該粉末原料充填部分に圧力
流体が侵入しないようにした後、所定の静水圧加
圧を行なうことにより、かかる凹型及び凸型の成
形面の形状に実質的に対応した形状を有する粉末
成形体を得るようにするのである。 このように、静水圧加圧用の成形型として、従
来の金型プレスに用いられている如き、剛性のあ
る凹型及び凸型を組み合わせて用いることによつ
て、得られる粉末成形体の外面形状を、一定の形
状で、しかも最終製品形状に近似した複雑な形状
と為すことが出来ることとなり、また、それら凹
型及び凸型が相対的に移動（接近）し得るように
構成されていることにより、静水圧加圧にて大き
な成形圧力を粉末成形体に加えることが出来るの
である。加えて、粉末成形体の外周面を弾性体に
て形成すると共に、凹型を分割型として構成して
いることにより、成形後において、得られた成形
体が成形型から離形され難くなる等の問題も全く
惹起されることはないのである。 以下、本発明に従う具体例を図面に基づいて説
明しつつ、本発明の構成について具体的に説明す
ることとする。 まず、第１図及び第２図は、本発明に従う静水
圧加圧成形用型（成形型）の一例を示すものであ
つて、第３図及び第４図に示される如き、外周縁
にフランジ部を有する複雑な形状の円錐台状粉末
成形体を成形するためのものである。そして、こ
の成形型は、凹型（キヤビテイ型）としての剛性
のある下型２と、凸型（コア型）としての剛性の
ある上型４と、それら下型２、上型４の中心部を
貫通する中芯型６と、それら下型２、上型４の外
周部を覆い、それらの間の間隙を外部空間から遮
断する、ゴム等の適当な弾性材料からなる円筒状
の弾性筒体８とから構成されている。 より具体的には、下型２は、それぞれ金属の如
き適当な剛性材料から形成された、中芯型６が挿
通せしめられる略円盤状の下型中子１０と、その
外側に位置せしめられて、全体として円環形状を
呈する４分割された下型分割型１２とから構成さ
れており、これら下型中子１０、下型分割型１２
によつて目的とする粉末成形体の軸心方向の一方
の表面（下面）が規定されるようになつている。
なお、この４分割された下型分割型１２の分割面
１４は、重ね合わせ方向（第２図において上下方
向）に延びると共に、中芯型６に向かつて延び
る、換言すれば下型２の中心に向かつて延びるよ
うに形成されている。 そして、かかる下型中子１０及び下型分割型１
２からなる下型２は、中芯型６の下部フランジ部
に固定された円盤状の下型支持板１６上に載置さ
れて、取り付けられるようになつている。また、
この下型支持板１６の外周縁部には、円筒状の弾
性筒体８が、その下端部の内側フランジ部分にお
いてリング状の押え板１８を介してボルト２０に
よつて固定せしめられており、この弾性筒体８の
内側に下型２が位置せしめられている。なお、下
型２の外側の下型分割型１２の外周面と弾性筒体
８との間には、所定厚さの保護ゴム層２２が介装
せしめられている。そして、このように、下型２
が弾性筒体８の内側に位置するように中芯型６に
セツトせしめられた状態下において、かかる下型
２の上面（成形面）上に、所定の粉末原料２４、
例えばセラミツク粉末が供給されて、所定厚さに
充填せしめられるのである。 一方、上型４は、金属等の剛性のある材料から
形成されており、その下方に突出した下面が、粉
末成形体の軸心方向の他方の表面（上面）を規定
する成形面とされて、上記下型２上に充填された
粉末原料２４上にセツトせしめられることとな
る。また、この上型４は、その中心部において中
芯型６に挿通せしめられ、この中芯型６に沿つて
その軸心方向に移動可能とされている。従つて、
上型４は、下型２に対して、それらの重ね合わせ
方向に接近、移動せしめられ得るようになつてい
るのである。而して、上型４の上面の中心部に
は、有底円筒形状のキヤツプ２６がボルト２８に
て固定せしめられており、このキヤツプ２６の底
部内面と中芯型６の上端面との間に所定距離：ｌ
を与える空間が形成されることによつて、静水圧
加圧成形時において所定の静水圧が上型４に対し
て作用したときに、少なくともかかる距離：ｌの
範囲内において、かかる上型４が、下型２に向か
つて移動せしめられるようになつている。 また、かかる上型４の外周部には、下型２と同
様に保護ゴム層３０が設けられ、そしてその外周
面が下方の下型２側から延びる一体的な弾性筒体
８にて覆われるようになつている。従つて、この
弾性筒体８によつて、下型２と上型４との間に形
成される粉末原料２４の充填間隙の開口部が覆蓋
されて、外部空間から遮断せしめられ、以て静水
圧加圧成形時において、この弾性筒体８にて、成
形される粉末成形体の外周面が規定されることと
なるのである。なお、この弾性筒体８の上端部
は、上型４の上面に配置されるリング状のゴム板
３２に流体密に接続され、そしてこのゴム板３２
が、押え板３４を介して、ボルト３６にて上型４
の上面に固定せしめられるようになつている。 なお、このような成形型において、下型２と上
型４との間に充填せしめられた粉末原料２４部分
に静水圧加圧成形時における圧力流体が侵入しな
いように、Ｏ−リング４０，４２，４４及び４６
がそれぞれ設けられている。即ち、Ｏ−リング４
０は下型支持板１６と弾性筒体８の下部フランジ
部との間に設けられて、それらの間のシールを形
成しており、またＯ−リング４２は下型支持板１
６と中芯型６のフランジ部との間をシールするよ
うに、それらの間に設けられている。更に、Ｏ−
リング４４は弾性筒体８の上端部に接着されたゴ
ム板３２と上型４との間に設けられており、また
Ｏ−リング４６はキヤツプ２６と上型４との間の
シールを形成しているのである。 そして、このような構造の成形型は、第２図に
示される如く組み立てられ、その下型２と上型４
との間にセラミツク粉末等の粉末原料２４を充填
せしめた状態下において、所定の静水圧加圧操作
が実施されることとなるのである。 即ち、この成形型の組立てにおいては、先ず中
芯型６に下型支持板１６がＯ−リング４２を介し
て固定せしめられ、更にこの下型支持板１６の外
周縁部に弾性筒体８がＯ−リング４０を介して取
り付けられる一方、かかる弾性筒体８の内側に下
型中子１０及び下型分割型１２から構成される下
型２が保護ゴム層（ゴム筒）２２にて一体的に拘
束された状態下において配置せしめられた後、か
かる下型２の成形面（上面）上に所定の粉末原料
２４を供給して、所定厚さに充填せしめる。次い
で、この充填された粉末原料２４上に、上型４を
重ね合わせて、かかる粉末原料２４の充填層を覆
い、更にこの上型４と弾性筒体８との間、具体的
にはゴム板３２との間、更には上型４と中芯型６
との間、換言すればキヤツプ２６との間をＯ−リ
ング４４及び４６にて流体密にシールして、下型
２と上型４との間の粉末原料２４充填層部分に圧
力流体が侵入しないようにした後、所定の静水圧
加圧が行なわれる。 そして、これによつて、かかる下型２及び上型
４の成形面の形状に実質的に対応した、第３図及
び第４図に示される如き複雑な形状を有する粉末
形状粉体が得られることとなる。 ところで、このような静水圧加圧工程において
は、上記の如き成形型は、上型４が下型２に対し
てその重ね合わせ方向に移動せしめられ得るよう
に構成されているところから、所定の静水圧加圧
作用によつて上型４は下型２に対して接近、移動
せしめられることとなり、以てそれら下型２と上
型４との間において粉末原料２４が効果的に圧縮
成形せしめられて、目的とする高密度な粉末成形
体が有利に得られることとなるのである。そして
この得られる粉末成形体は、下型２及び上型４の
成形面に対応するものであるために、かかる下型
２及び上型４の成形面を適宜に選択することによ
り、複雑な形状の製品に近似した粉末成形体を有
利に形成し得るのである。 しかも、このようにして得られた粉末成形体
は、目的とする成形製品に近い複雑な形状におい
て成形することが可能であるところから、原料、
加工におけるコストを著しく低減することが可能
である。即ち、得られた粉末成形体から、目的と
する成形製品の外形形状と為すためには、かかる
粉末成形体を該成形製品の形状に削り出す必要が
あるが、本発明にあつては、目的とする成形製品
に近い複雑形状が容易に実現され得るところか
ら、その削出し加工を軽減せしめ、また粉末原料
の損失を減少せしめることが可能となるのであ
る。 また、かかる成形型にあつては、得られる粉末
成形体の外周面がゴム型としての弾性筒体８にて
形成され、且つその下型２が分割型とされている
ところから、所定の静水圧加圧による成形操作が
終了した後において、かかる下型２、特に下型分
割型１２が分割されて開き、また上型４も凸型と
されているために、容易に取り除くことが出来る
のであり、それ故に下型２と上型４との間に形成
された粉末成形体を良好に成形型から取り出すこ
とが可能である。 なお、かかる成形型の下型２からの粉末成形体
の離型を容易にするために、かかる下型２を分割
型と為すための分割面１４の数、換言すれば型片
１２の数や分割位置は、かかる下型２の形状や大
きさ等によつて適宜に決定されることとなる。ま
た、本実施例では、下型２が下型中子１０の周り
に下型分割型１２を配した分割構造型とされてい
るが、またそのような下型中子１０をも分割し
て、分割型とすることも可能である。更に、本実
施例では、上型４は一つの一体のコア型とさてい
るが、下型２と同様に、適当な分割型にて構成す
るようにしても何等差支えない。 また、上記の具体例にあつては、下型２及び上
型４の外周部と弾性筒体８との間に、それぞれ所
定厚さの保護ゴム層２２，３０を介在せしめ、静
水圧加圧成形時における中心方向への加圧作用を
緩衝せしめ、また弾性筒体８の下型２及び上型４
の角部での損傷を効果的に緩和せしめ得るように
なつているが、このような保護ゴム層２２，３０
は必ずしも必要なものではなく、そのような保護
ゴム層がなくても、本発明を実施することは可能
である。 さらに、上例の具体例であつては、上型４がス
ライド可能な構造となつているが、これと共に或
いはこれに代えて、下型２をスライド可能な構造
とすることも可能である。 その他、本発明には、上記例示の具体例の他に
も、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて当業
者の知識に基づいて種々なる変更、修正、改良等
が加えられ得るものであり、本発明がそのような
実施形態のものをも含むべきものであることは、
言うまでもないところである。 （発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明に従つ
て、剛性を有する凹型（キヤビテイ型）及び凸型
（コア型）にて構成され、且つ少なくとも該凹部
が分割型とされると共に、成形される粉末成形体
の外周面を規定する弾性体を含む成形型を用いる
ことによつて、所定の静水圧加圧成形手法によ
り、一定の形状で且つ目的とする製品形状を近似
した形状の粉末成形体を、離型等の問題を惹起す
ることなく、有利に成形することが出来ることと
なり、また凹型及び凸型の成形面形状によつて粉
末成形体の形状を規定することが出来るところか
ら、大型の粉末成形製品であつても、粉末成形体
を削出し加工が効果的に軽減され得て、その原料
コストや加工コストが著しく低減せしめられ得る
のであり、そこに本発明の大きな工業的意義が存
するのである。 （実施例） 次に、本発明を更に具体的に明らかにするため
に、本発明の実施例を示すが、本発明がそのよう
な実施例の記載によつて何等制約を受けるもので
はないことが理解されるべきである。 先ず、第１図乃び第２図に示される如き成形型
を用い、その中芯型（材質：SKD11、焼入れ後
研磨）６にＯ−リング４２を介して下型支持板
（材質：S45C、外径：210mm、厚さ：10mm）１６
を取り付け、そしてこの下型支持板１６上に、下
型中子（材質：S45C）１０及び下型分割型（材
質：S45C、４分割）１２からなる下型２を載置
せしめた後、円筒状のゴム筒（材質：ニトリルゴ
ム、厚さ：５mm）２２により下型全体を固定し
た。そして、更に、この下型支持板１６に、Ｏ−
リング４０を介して、押え板（材質：S45C、厚
さ：２mm）１８により、弾性筒体（材質：天然ゴ
ム、厚さ：２mm）８を押さえてボルト２０にて固
定せしめ、粉末原料を充填するためのキヤビテイ
を形成せしめた。 次いで、このようにして下型２上に形成された
キヤビテイ内に、粉末原料としてのシリコンナイ
トライド粉末２４を供給して、所定厚さに充填し
た後、上型（材質：S45C）４を中芯型６に嵌め
込み、その外周部に円筒状のゴム筒（２２と同じ
もの）３０を取り付けた。更に、上型４の上面
に、Ｏ−リング４６を介して、キヤツプ（材質：
S45C）２６を取り付け、更にリング状のゴム板
（８と同じもの）３２をＯ−リング４４を介して
押え板３４及びボルト３６により固定せしめ、更
にまた、このゴム板３２と弾性筒体８との間をラ
テツクスゴムのコーテイングにより接着せしめて
シールを行なつた。なお、原料２４は、下型２，
１０，１２、上型４、弾性筒体８、ゴム板３２、
中芯型６、Ｏ−リング４０，４２，４４，４６に
より、圧力媒体と隔離されている。 そして、このように組み立てられた成形型に、
常法に従つて静水圧をかけることにより、第３図
及び第４図に示される如き粉末成形体の成形を行
なつた。その際、静水圧の圧力は中芯型６の軸心
方向にかかり、上型４が中芯型６に沿つて移動せ
しめられた。そして、１トンの静水圧力をかけた
ときに、原料２４は中芯型６の軸心方向に約40％
収縮した。 かかる静水圧加圧成形操作を終了した後、得ら
れた粉末成形体を成形型から取り出し、更にこの
成形体の全体を弾性体（ラテツクスゴム）にて被
覆し、そして更に高圧（2.5トン）をかけて静水
圧加圧処理（ラバープレス）することにより、そ
れから得られる焼成体の密度は略均一となり、そ
の特性も向上した。 なお、第３図及び第４図に示される如き、得ら
れた粉末成形体のＡ部及びＢ部における静水圧加
圧成形後及びラバープレス後における嵩比重及び
開気孔率は、それぞれ下表の通りである。 【表】

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従う静水圧加圧成形用型の
一つの具体例を示す、中芯型に下型をセツトせし
めた状態の一部切欠き説明図であり、第２図は、
そのような型に粉末原料を充填せしめて静水圧加
圧する形態を示す縦断面部分図（半図）であり、
第３図乃び第４図は、それぞれ、そのような静水
圧加圧成形用型を用いて得られる製品の縦断面図
及び斜視説明図である。 ２：下型、４：上型、６：中芯型、８：弾性筒
体、１０：下型中子、１２：下型分割型、１４：
分割面、１６：下型支持板、１８，３４：押え
板、２２，３０：保護ゴム層、２４：粉末原料、
２６：キヤツプ、２０，２８，３６：ボルト、３
２：ゴム板、４０，４２，４４，４６：Ｏ−リン
グ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 静水圧加圧により粉末原料を所定の形状に成
   形するための成形型にして、互いに重ね合わされ
   て、それらの間で目的とする粉末成形体を成形す
   る、それぞれ剛性のある凹型及び凸型と、該凹型
   と凸型との間で成形される粉末成形体の外周面を
   規定する弾性体とを含み、且つ該凹型と凸型のう
   ち少なくとも凹型を、重ね合わせ方向に延び且つ
   該凹型の中心に向つて延びるような分割面を有す
   る複数の分割型にて構成すると共に、該凹型と該
   凸型とをそれらの重ね合わせ方向に相対的に移動
   可能としたことを特徴とする静水圧加圧成形用
   型。 ２ 前記凹型と凸型とがそれぞれ中芯型に挿通さ
   れて該中芯型の軸心方向に重ね合わされ、配置せ
   しめられる一方、それら重ね合わされた凹型及び
   凸型の外周部が前記弾性体にて一体的に覆われ
   て、該凹型と凸型との間の間〓が外部空間から遮
   断せしめられる特許請求の範囲第１項記載の静水
   圧加圧成形用型。 ３ 前記弾性体が、所定厚さの弾性層を介して前
   記凹型及び凸型の外周面にそれぞれ装着される特
   許請求の範囲第２項記載の静水圧加圧成形用型。 ４ 前記凹型及び凸型のうちの少なくとも何れか
   一方が、前記中芯型に対してその軸心方向に摺動
   可能とされている特許請求の範囲第２項又は第３
   項に記載の静水圧加圧成形用型。 ５ 互いに重ね合わされて、それらの間で目的と
   する粉末成形体を成形する、それぞれ剛性のある
   凹型及び凸型と、該凹型と凸型との間で成形され
   る粉末成形体の外周面を規定する弾性体とを含
   み、且つ該凹型と凸型のうち少なくとも該凹型
   を、重ね合わせ方向に延び且つ該凹型の中心に向
   つて延びるような分割面を有する複数の分割型に
   て構成すると共に、該凹型と該凸型とをそれらの
   重ね合わせ方向に相対的に移動可能とした成形型
   を用いて、かかる弾性体の内側に前記凹型を配置
   せしめた後、該凹型の成形面上に所定の粉末原料
   を供給して所定厚さに充填せしめ、そしてその充
   填された粉末原料上に前記凸型を重ね合わせて覆
   い、更に流体密にシールして前記粉末原料充填部
   分に圧力流体が侵入しないようにした後、所定の
   静水圧加圧を行なうことにより、かかる凹型及び
   凸型の成形面の形状に実質的に対応した形状を有
   する粉末成形体を得ることを特徴とする粉末成形
   方法。 ６ 前記粉末原料が、セラミツクス粉末である特
   許請求の範囲第５項記載の粉末成形方法。