JPH0520244B2

JPH0520244B2 -

Info

Publication number: JPH0520244B2
Application number: JP28108087A
Authority: JP
Inventors: Yotaro Matsuo; Katsuhisa Jinbo
Original assignee: TOKYO KOGYO DAIGAKUCHO
Current assignee: TOKYO KOGYO DAIGAKUCHO
Priority date: 1987-11-09
Filing date: 1987-11-09
Publication date: 1993-03-19
Also published as: JPH01123702A

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野本発明は、セラミツクスおよびその複合材の焼結前の成
形加工、粉末焼結金属およびその複合材の焼結前の成
形加工、プラスチツクおよびその複合材の成形加工、に利用できる高密度で均質な静水圧成形体の製造
法に関する。（従来の技術）粉体等の成形体の製造法としては、一般的には
一軸プレスが用いられるが、粉体のブリツジング
現象などのために厚肉や複雑な形状の場合、高い
密度が得られず著しい密度分布の差が生じる。このため、厚肉や複雑な形状をしたセラミツク
スの焼結前の成形体のように高密度が要求される
場合には、静水圧成形法（CIP法）が用いられて
きた。（発明が解決しようとする問題点）ところが、最近の研究によつて、静水圧成形体
では高密度は得られても密度は均質でないことが
明らかにされた。第１図イ、ロは、従来法による静水圧成形体の
密度分布の一例で、密度は成形体表面で最も高
く、内部へ５〜６mmの所までは急激に低下し、そ
れより内部では鍋底状となり、うねりが現れてい
る。スラミツクスを例にとれば、こうした密度の不
均質な成形体を焼結すると、変形やクラツクの発
生の原因となり、さらに構造用セラミツクスの場
合には、機械的強度の低下とそのバラツキが大き
くなり、構造材として著しく信頼性の低い製品と
なる。上述の通り、これまでの静水圧成形法では、高
密度で均質な成形体を製造することはできない
が、その原因は主として粉体のブリツジング現象
によるものと思われる。（問題点を解決するための手段）本発明は、静水圧成形の最初の段階で加えられ
た圧力によつて形成されたブリツジグを、さらに
繰り返し圧力を負荷することにより崩かいし、ま
た二次粒子或いは粒子そのものをも繰返し負荷に
より崩かいさせ低密度領域を高密度化し成形体の
全体の高密度化と同時に均質化をはかろうとする
ものである。これまでの静水圧成形法では、成形の際の負荷
圧力を一度だけ準静的に負荷していた。これに対
し本発明では静水圧成形の負荷圧力を以下の方法
で負荷する。 (1) 準静的負荷圧力を繰り返し負荷する工程、 (2) 動的負荷圧力を繰り返し負荷する工程、 (3) 準静的負荷圧力に動的負荷圧力を重畳し、負
荷する工程、こうした方法により均質で高密度の成形体が製造
可能となる。（作用）成形体に負荷圧力を大気圧から設定圧力まで繰
り返し負荷した場合に、成形体内部には以下のよ
うなメカニズムがはたらく。最初の圧力負荷で、成形体には第１図のような
密度分布が生じ、表面近傍の密度の高い領域でブ
リツジングが形成される。ところで、成形体の見かけの弾性率は、密度が
高ければ大きく、低ければ小さい。このことから
圧力が負荷されている時に球形の成形体に生ずる
応力は第２図のようになる。第２図において、縦
軸のＰは負荷圧力であり、横軸は中心からの距離
Ｒを示す。σ_oは成形体表面と垂直方向の圧縮応
力、σ_tは成形体表面と水平方向の圧縮応力を示
す。すなわち、成形体の表面に垂直方向の圧縮応
力σ_oは、表面では負荷圧力Ｐであり、内部に向か
うと密度の低下に伴い減少する。また、面と水平
方向の圧縮応力σ_tは、表面が最大でＰより大き
く、内部に向かうと減少し、中心部付近でσ_t＝σ_o
となる。この結果、表面近傍の密度の高い領域に
は第２図Ｃ曲線のようなせん断応力τがはたら
く。粉体粒子（一次粒子、二次粒子等）接触部では
繰り返し圧縮による塑性変形や破砕によるつぶれ
だけでなく、繰り返しせん断ひずみによるすべり
が生じ、このため、粉体粒子等の空隙もつぶれ密
度の低い領域は高密度化され、高密度領域の著し
い密度分布は平準化されていく。こうしてブリツ
ジング現象等は崩され成形体全体が高密度化し、
均質化される。（構成）本発明による高密度で均質な静水圧成形体の製
造装置は、電気制御式油圧サーボ弁と油圧ブース
ト方式を用いたサイクリツク静水圧装置である。機能的には、制御部１、油圧部２、超高圧部３
の三つの部分からなるが、装置としては、それぞ
れ制御計測用スタンド、油圧ユニツト、テストス
タンドの三つに別れている。制御部１は、関数発生器４、サーボ増幅器５、
フイードバツク増幅器６、計測器７で構成され、
油圧部２は油圧源８、電気制御式油圧サーボ弁
９、増圧機１０の油圧アクチユエータで構成さ
れ、超高圧部３は、増圧機１０の超高圧発生機１
２、圧力容器１５、圧力変換器１６で構成されて
おり、増圧機１０の油圧アクチユエータのピスト
ン１１と超高圧発生機１２のピセトン１３は直結
してある。装置全体の系統図を第３図に示す。次に装置の動作について説明する。関数発生器４からの信号（目標値α）と、圧力
変換器１６からの超高圧部３の圧力信号（制御量
β）をフイードバツク増幅器６を介してサーボ増
幅器５に入力する。サーボ増幅器５では二つの入
力信号α，βの偏差（α−β）をとり、増幅して
油圧サーボ弁９に出力する。油圧源８からの供給
油圧を受けた油圧サーボ弁９は、サーボ増幅器５
からの入力信号（α−β）に比例した油量を増圧
機１０のアクチユエータに送りピストン１１を駆
動する。圧力容器１５には、あらかじめゴム等で真空密
封した成形材料の粉体等を収納しておく。さらに
超高圧部３の内部を圧力媒体で充填し密封する。
増圧機のピストン１１が駆動すると、増圧した圧
力が超高圧器３に生ずる。この圧力が圧力容器１
５内の成形材料の粉体等に負荷された同時に圧力
変換器にも負荷される。圧力変換器１６からは圧力信号βが出力されフ
イードバツク増幅器６を経てサーボ増幅器５にフ
イードバツクされる。この装置により準静的、動
的およびそれらの組み合わせによるあらゆる波形
の負荷圧力を成形体に負荷することができる。本発明の装置を用いて製造された成形体の密度
分布を第４図ａに示す。第４図ｂには従来のCIP
成形による密度分布が示してあるが、本発明の成
形法によるものａは従来法によるものｂに比較し
て密度も高くその分布もほぼ一様である。実施例本発明者らは、通常の静水圧成形法（CIP）に
圧力波を重畳させることにより、粉体の成形体密
度を向上させることのできるサイクリツク静水圧
成形法（サイクリツクCIP）法を新たに開発し
た。本発明法を用いて圧密特性の異なる２種類の
アルミナ粉体の成形を行い、成形体密度の変化
と、ビツカース硬さの分布を測定し、サイクリツ
ク静水圧成形（CIP）法の有効性を明らかにす
る。実験方法：２種類の易焼結性低ソーダアルミナ
（昭和軽金属製、AL−160SG、AL−150SG）を
用い一軸成形（10MPa）により３種類の試験片
を作成した。５×６×50mmの直方体状試料（Ａ試料） Φ11×10mmの円筒状試料（Ｂ試料） Φ30×30mmの円筒状試料（Ｃ試料）各試料について、通常のCIPでは圧力を変え
て、サイクリツク静水圧成形体法では最高圧力と
繰り返し数を変えて、静水圧成形を行つた。密度
測定後、試料を仮焼し、試料断面のビツカース硬
さを測定した。実験結果と考察：従来の静水圧成形法によるＢ
試料のCIP圧力〜密度変化を第５図に示す。圧力
の増加にともない密度の増加率は次第に小さくな
つている。サイクリツク静水圧成形法によるAL−160SG
成形体（Ａ試料）の密度に及ぼす繰り返し数の効
果、圧力の効果を第６図に示す。いずれの圧力で
も繰り返し数の増加にしたがい密度が直線的に増
加している。その増加の割合は、繰り返し圧力が
高いほど大きくなつている。すなわち、サイクリ
ツク静水圧成形法は繰り返し圧力が高いほど有効
であることがわかる。最高圧力200MPaで成形したAL−160SG仮焼
体（Ａ試料）のビツカース硬さの分布を第７図に
示す。繰り返し数の増大とともに、硬さが著しく
増加しており、試料内での硬さ分布もほぼ一様と
なつている。以上の実験結果から、成形体のブリ
ツジング等が圧力の繰り返し負荷効果により消滅
していくため、成形体密度が向上したものと考え
られる。実験に使用した装置の略図を第８図に示す。第８図は第３図に示した本発明のサイクリツク
静水圧成形（CIP）装置の系統図を更に具体的が
わかるようにしたもので、同一符号は同一構成部
分を示すものとして、その説明を省略する。１７
はハンドポンプ、１８はコントロールサーキツト
を示す。第１０図は第８図の増圧機１０、超高圧発生機
１２、圧力容器１５の詳細を示す図であり、第８
図と同一符号は同一部分を示すものである。１２
ａは超高圧発生機の架台、９は油圧サーボ弁、１
４は油圧源に通ずるバツクプレツシヤーユニツト
を示す。実験に使用したサイクリツクCIP装置の装置設
計上の基本要求は、発生させる静水圧成形
（CIP）圧の波形、振幅、周波数などが種々選択
でき、しかも正確に制御できることである。具体
的な仕様を表１に示す。

【表】これを満たす装置として油圧ブースト方式を採
用し、制御方法は油圧サーボ弁を用いたフイード
バツク制御とした。その概念略図を第８図に示
す。上述の設計概念に基づき、サイクリツクCIP装
置を試作した。試作機は設計の通りの性能を持つ
ことが分かつた。本装置を用いて、第９図Ｂに示
す圧力波形プログラム（Pmax＝200MPa、Po／
Pmax＝0.4）の基で、予備実験を行つた。試料は
易焼結性アルミナ（昭和軽金属製、AL−160SG）
を用いた。圧力の繰り返し数が１回のCIP（通常
のCIP）では成形体のかさ密度が55.5％であつた
が、繰り返し数1000回のかさ密度は59.0％に達し
た（通常のCIPでは300MPaで57.2％に過ぎな
い）。このことから、通常のCIP法に比べ、本発
明を用いることにより、同一のかさ密度を得るた
めのCIP圧力を著しく低下させうることが明らか
となつた。（発明の効果）本発明が工業化されることにより、下記の効果
が生ずる。 (1) スラミツクスおよびその複合材の焼結前の成
形加工に本発明を用いることにより、焼結時の
変形やクラツクの発生が防止でき、機械的強度
が改善され、そのバラツキが小さくなり、構造
材料として信頼性の高い製品が製造可能とな
る。 (2) 本発明を用いて従来の静水圧成形による平均
密度と同程度の密度を得るには、負荷する繰り
返し圧力は大幅に低くてよい。 (3) 機械的強度だけでなく、誘電材料、磁気材
料、超伝導材料などの電磁気的機能材料、およ
び光学的材料、生体材料、医薬品等において
も、それらの特性を大幅に改善することができ
る。 (4) 粉末金属およびその複合材による粉末成形冶
金は、多くはHIP成形やホツトプレスが用いら
れてきたが生産性が悪くコストのかかる製造法
であつた。こうした従来の加工法の代わりに本
発明を用いることにより大幅なコストダウンを
計ることができる。 (5) プラスチツクおよびその複合材料において、
粉末成形加工に本発明を用いることにより機械
的強度をはじめる各種材料特性を改善すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図イ，ロは従来方法による静水圧成形体の
中心からの距離（横軸）とかさ密度（％）（縦軸）
による密度分布を示す特性図、第２図は半径Ｒの
球形成形体に静水圧Ｐが負荷された時に、成形体
に生ずると考えられる応力分布図、第３図は本発
明のサイクリツク静水圧成形装置の回路系統図、
第４図は従来のCIP法と本発明のサイクリツク
CIP成形法との負荷応力2000Kgｆ／cm²における密
度比較図、第５図は通常CIP法によるかさ密度の
増加を示す特性図、第６図は本発明のサイクリツ
クCIP成形法によるかさ密度の増加を示す特性
図、第７図は本発明により得られたＡ試料AL−
160SG（Pmax＝200MPa）の中心からの距離Ｒに
対するビツカース硬度Hvの特性図、第８図は本
発明のサイクリツク静水圧成形装置（CIP）の回
路系統の詳細図、第９図Ａ，Ｂは従来のCIP法Ａ
と、本発明の静水圧成形法Ｂとの負荷パターンの
それぞれを比較した負荷圧力波形図、第１０図は
第８図の増圧機、超高圧発生機、圧力容器の詳細
を示す図である。１……制御部、２……油圧部、３……超高圧
部、４……関数発生器、５……サーボ増幅器、６
……フイードバツク増幅器、７……計測器、８…
…油圧源、９……油圧サーボ弁、１０……増圧
機、１１……アクチユエータピストン、１２……
超高圧発生機、１３……超高圧発生機のピスト
ン、１４……バウリプレツシヤーユニツト、１５
……圧力容器、１６……圧力変換器、１７……ハ
ドポンプ、１８……コントロールサーキツキ。

Claims

【特許請求の範囲】

１各種材料の粉体、繊維体、それらの複合体、
およびそれらの予備成形品を静水圧成形する際
に、負荷圧力を繰り返し負荷し、あるいは静的負
荷に動的負荷を重畳することにより得られること
を特徴とする高密度で均質な静水圧成形体の製造
法。