JPH06262398A - 静水圧成形用型および粉末成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はセラミックス粉末や金属粉末を原料
として、大型の複雑形状部品の製造に用いられる静水圧
成形用型並びにそれを用いた粉末成形方法に関する。 【構成】 弾性体形状を規定する多孔質材料の外型枠と
粉末成形体の外周面を規定し、かつ所定の成形圧力での
弾性収縮後の復元力が成形体強度よりも小さくなる肉厚
を有する弾性体、および粉末成形体内周面を規定する剛
性のある中心型あるいは弾性膜内に難成形性の第２粉末
を挿入した中心型より構成された静水圧成形用型をＣＩ
Ｐ装置内に挿入し加圧成形することにより、中空部を有
する部材をたやすく成形することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はセラミックス粉末や金属
粉末を原料として、大型の複雑形状部品、特に中空を有
する部材の製造に用いられる静水圧成形用型並びにそれ
を用いた粉末成形方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、金属，セラミックス等の粉末
を成形する方法としては金型プレス成形法や冷間静水圧
成形（ＣＩＰ）法が知られている。

【０００３】特に、大型製品の成形には通常、ＣＩＰ法
が用いられ、そして成形型としては弾性体のゴム素材が
一般的に使用されている。

【０００４】このため、図３に示すような中空を有する
複雑形状部材のＣＩＰ法による成形では、成形後の減圧
時に収縮した中空部を形成するゴム型が復元し、成形体
に破壊が生じＣＩＰ法による中空を有する部材の成形は
困難となる。

【０００５】また、このゴム型の復元力を減少させるた
めにゴム型の肉厚を薄くする方策も考えられるが、薄肉
化により粉末充填時の形状規定が困難になり目的とする
形状は得難くなる。

【０００６】このため、このような中空部を有する部材
の製造には、目的とする成形体をいくつかに分割して成
形し、その後、各部材をホットプレス等の方法により接
合を行い製造する方法あるいは大きな粉末ブロックを成
形し、このブロックから目的とする形状の製品を削り出
す方法が一般的に行われている。

【０００７】しかし、この両者の方法とも加工工数が多
く、製造コストが高い短所を持っている。

【０００８】ＣＩＰ成形では成形可能な形状が制限され
るため、このような問題を解決するため種々の方法が検
討され提案されている。

【０００９】たとえば、特公平３―３７４７７号公報で
は多孔性材料からなる分割できる外側支持型の内壁に沿
ってバリア性薄壁弾性おおいを配置し、外側支持型内部
を低圧にすることにより、バリア性薄壁弾性おおいを外
側支持型に密着させ、バリア性薄壁弾性おおい内に粉末
状成形材料を充填し、次いでバリア性薄壁弾性おおいを
閉じ、外側支持型内に空気を流入させ、且つバリア性薄
壁弾性おおい内に低圧を生じさせることにより、冷間ア
イソスタテックプレスする前に粉末状成形材料から外側
支持型を除去し、冷間アイソスタチックプレスすること
により圧縮機またはタービン羽根車の成形が可能になる
としている。

【００１０】また、特公平４―１３０７９号公報では成
形される第１粉体と同程度の機械的収縮率と第１粉体よ
りも大きい熱収縮を有する第２粉体を弾性膜内に充填し
た内面型と、弾性外面型との間に、第１粉体を充填し、
弾性外面型に外部より圧力を加えて第１粉体を成形し、
その後、内面型をつけた状態で第１粉体を焼成すること
により、薄肉管を成形することが可能になるとしてい
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記の方法の提案によ
り、従来に比較してより複雑形状の成形が可能となり、
これらの方法は有効ではあるが、以下の問題が残る。

【００１２】特公平３―３７４７７号公報に開示されて
いる多孔性材料からなる分割できる外側支持型の内壁に
沿ってバリア性薄壁弾性おおいを配置し、外側支持型内
部を低圧にすることにより、バリア性薄壁弾性おおいを
外側支持型に密着させ、バリア性薄壁弾性おおい内に粉
末状成形材料を充填した後、外側支持型を除去し、成形
を行う方法では成形までの工程が複雑なため、目的とす
る成形体が大型化あるいは外周形状がより複雑になった
場合、バリア性薄壁弾性おおいを外側支持型に均一に密
着させること、さらに成形後の成形体からのバリア性薄
壁弾性おおいの除去が困難となる。

【００１３】また、特公平４―１３０７９号公報に示さ
れる成形される第１粉体と同程度の機械的収縮率と第１
粉体よりも大きい熱収縮を有する第２粉体を弾性膜内に
充填した内面型と、弾性外面型との間に、第１粉体を充
填し、弾性外面型に外部より圧力を加えて第１粉体を成
形し、その後、内面型をつけた状態で第１粉体を焼成す
る方法では、粉末充填時の成形体外周形状を規定するた
めに、適当な弾性外型の肉厚が必要になる。

【００１４】成形体のサイズが大きくなると重量増加に
より形状保持のため弾性外型の肉厚も大きくなり、成形
後、成形体に付着した弾性外型の弾性復元により成形体
の破損を引き起こす可能性がある。

【００１５】また、焼成時の第１及び第２粉末の固着に
よる第２粉末除去が困難になる、さらに、場合によって
は両者の反応により目的とする特性を得られなくなる問
題が残る。

【００１６】従って、本発明は最終製品形状に近似した
中空部を有する部材を静水圧成形によりたやすく成形す
ることが可能である粉末成形型および成形技術を開発す
ることを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる課題を解
決するため、成形体外周面形状を規定する弾性外型を多
孔質材料よりなる外型枠により保持することで弾性外型
の薄肉化を可能にすることによる弾性外型の復元による
成形体の破損を防止できる効果あるいは内周面形状を規
定する中心型として成形固化しない第２粉末を用いるこ
とによる中心型の除去の容易化という効果を利用し中空
部を有する粉末成形体を製造することを特徴とする。

【００１８】すなわち、本発明の要旨とするところは （１）引張強さ１００ｋｇ／ｃｍ²以上、伸び１００％
以上である弾性体の外型３及び上蓋４、引張強さ４０ｋ
ｇ／ｍｍ²以上の強度を有する中心型５と前記外型、上
蓋及び中心型を包接する気孔率１０％以上の外型枠１及
び上蓋枠２とさらに前記外型３、上蓋４及び中心型５と
外型枠１及び上蓋枠２の間に引張強さ１００ｋｇ／ｃｍ
²以上、伸び１００％以上、ガス透過性０．００５ｃｍ³
／ｓｅｃ／ａｔｍ以下、厚さ０．１〜１．０ｍｍの弾性
膜６より構成されることを特徴とする静水圧成形用型。

【００１９】（２）前記中心型５の代わりに成形される
粉末材料７が、成形固化する圧力において、成形固化し
ない難成形性の第２粉末９を挿入し、前記第２粉末９と
成形される粉末材料７の間に前記弾性膜６を有すること
を特徴とする静水圧成形用型。

【００２０】（３）前記１または２記載の静水圧成形用
型をＣＩＰ装置内に挿入し５００Ｋｇ／ｃｍ²以上で加
圧成形することを特徴とする粉末成形方法。にある。

【００２１】ここで、第２粉末は成形される粉末材料の
成形圧力によって、その材質が異なるが一般的にはグラ
ファイト粉末、ガラス粉末、未造粒のセラミックス粉末
を指す。

【００２２】

【作用】以下、本発明に従う粉末成形用型および静水圧
成形（ＣＩＰ）による粉末成形方法について詳細に説明
する。

【００２３】図１は本発明に従う静水圧成形用型の一例
を示すものである。そしてこの静水圧成形用型は弾性体
形状を規定し、かつ液体を透過する気孔率１０％以上の
材料からなる外型枠１および上蓋枠２、成形体の外周面
形状を規定する引張強さ１００ｋｇ／ｃｍ²以上、伸び
１００％以上である弾性体からなる外型３および上蓋
４、そして成形体内周面形状を規定する引張強さ４０ｋ
ｇ／ｍｍ²以上の強度を有する中心型５より構成され
る。

【００２４】さらに６は弾性体外型３および弾性体上蓋
４、中心型５を真空封入するための引張強さ１００ｋｇ
／ｃｍ²以上、伸び１００％以上、ガス透過性０．００
５ｃｍ³／ｓｅｃ／ａｔｍ以下、厚さ０．１〜１．０ｍ
ｍの弾性膜、７は粉末材料である。

【００２５】なお、この時の成形体外周面形状を規定す
る弾性体外型３および上蓋４の肉厚は、使用する粉末の
種類および成形圧力によって定まる成形体強度よりも成
形収縮後の弾性体の復元力が小さくなるように適宜決定
される。

【００２６】また、図２には成形体内面型を規定する中
心型として、弾性膜内に成形される粉末材料７が成形固
化する圧力において、成形固化しない難成形性の第２粉
末を挿入した場合の一例を示す。ここで８は弾性膜、９
は難成形性の第２粉末である。

【００２７】より具体的に実際の粉末充填および成形工
程を図１を用いて以下に示す。弾性体形状を規定し、か
つ液体を透過する材料の外型枠１内に弾性膜６を介して
成形体の外周面形状を規定する弾性体である外型３およ
び成形体内周面形状を規定する剛性のある中心型５を挿
入する。そしてこの状態で粉末材料７を充填する。

【００２８】この充填の際に通常、外型枠１に振動を加
えることで均一な粉末材料の充填が可能となる。そし
て、弾性上蓋４を弾性外型３に取り付けた後、弾性膜６
により弾性外型３および４と中心型５を真空封入する。

【００２９】粉末材料７が成形固化する際に粉末内部に
空気が存在すると不均一変形あるいは成形体内部に空孔
が形成されるため、成形に際しては弾性膜６内を脱気す
る必要がある。

【００３０】このため、弾性膜６にはガス透過性０．０
０５ｃｍ³／ｓｅｃ／ａｔｍ以下の特性が要求される。
また、同時にＣＩＰ浴中の液体圧媒との遮断も達成され
る。

【００３１】また、引張強さ１００ｋｇ／ｃｍ²未満、
伸び１００％未満では成形時に圧力を受けた時に、弾性
膜の破断が生じる可能性がある。

【００３２】また、弾性膜の厚さが０．１ｍｍ未満では
弾性膜の破損の恐れがあり、１ｍｍを超えると粉末材料
への圧力の伝達が損なわれるとともに真空封入が困難と
なる。

【００３３】外型３及び上蓋４の弾性体が引張強さ１０
０ｋｇ／ｃｍ²未満、伸び１００％未満では成形時に圧
力を受けた時に、弾性体の破断が生じる可能性がある。

【００３４】また、中心型５の引張強さが４０ｋｇ／ｍ
ｍ²未満では成形時に曲がりなどの変形が生じる恐れが
ある。

【００３５】この後、弾性体形状を規定し、かつ液体を
透過する材料の上蓋２を外型１に取り付け成形準備が完
了する。この状態で通常の静水圧成形が実施されるので
ある。

【００３６】この時、弾性体形状を規定する外型枠１お
よび上蓋枠２として、液体を透過する材料を使用した場
合には、この材料内を液体が透過して弾性体型３および
４に圧力が作用する。

【００３７】外型枠１及び上蓋枠２の気孔率が１０％未
満では粉末材料への液体圧媒の圧力の伝達が損なわれ
る。

【００３８】なお、図２に示すような弾性膜内に難成形
性の粉末を挿入した中心型を用いる場合には、あらかじ
め難成形性第２粉末の所定の成形圧力における収縮率を
考慮したサイズの弾性膜８内に所定重量の難成形性の第
２粉末９を挿入後、真空封入し、上記図１を用いて説明
した同様の手法で成形を行う。

【００３９】弾性膜８は成形体内部形状を本来、形状規
定のできない第２粉末を用いて規定するために使用し、
さらに厚さが１ｍｍ以下のため、成形後の復元量が小さ
いため、弾性膜の弾性復元に起因する成形体の破損は生
じない。

【００４０】そしてこれによって、静水圧成形後の減圧
時に破損することもなく、中空部を有した部材の成形が
可能となる。

【００４１】

【実施例１】図３に示すような中空部を有する形状の成
形を図１に示すような型を用いて行った。

【００４２】寸法はｌ＝１０５ｍｍ，ｗ＝１０５ｍｍ，
ｈ＝６０ｍｍ，ｂ＝１５ｍｍ，ｃ＝３０ｍｍである。

【００４３】粉末材料にはアルミナ粉末（造粒後平均粒
径１００μｍ）を用いた。実際の工程は図１にしたがっ
て，弾性体外周面を規定しする多孔質材料の外型枠１
（多孔質セラミックス，Ａｌ₂Ｏ₃，気孔率：１５％）内
に弾性膜（ラテックスゴム，厚さ：０．５ｍｍ）６を介
して成形体の外周面を規定する弾性体である外型３（ア
クリルニトリルゴム製，肉厚２ｍｍ）および成形体内周
面を規定する剛性のある中心型５（ＳＫＤ１１）を挿入
した。

【００４４】そしてこの状態でアルミナ粉末を充填し
た。そして、弾性外型３に弾性上蓋４を取り付け、弾性
膜６により真空封入した。

【００４５】そして、弾性体外周面を規定する、多孔質
材料の上蓋２（多孔質セラミックス，Ａｌ₂Ｏ₃）をとり
付けた後、常法に従って静水圧成形を行うことにより、
図３に示すような粉末成形体が得られた。

【００４６】

【実施例２】図３に示すような中空部を有する形状の成
形を図２に示すような型を用いて行った。粉末材料には
アルミナ粉末（造粒後平均粒径１００μｍ）を用いた。

【００４７】内周面を規定する中心型として弾性膜（ラ
テックスゴム）８に難成形性第２粉末としてガラス粉末
（粒径４５μｍ以下）を充填し真空封入を行った。

【００４８】そして、実施例１と同様の工程で成形を行
うことにより、成形後に破損の無い図３に示すような成
形体が得られた。

【００４９】

【発明の効果】以上の結果から明らかなように本発明に
よって、弾性体形状を規定し、かつ液体を透過、あるい
は液中に挿入した際に溶解する材料と粉末成形体の外周
面を規定し、かつ所定の成形圧力での成形後の復元力が
成形体強度よりも小さくなる肉厚を有する弾性体および
粉末成形体内周面を規定する剛性のある中心型あるいは
弾性膜内に難成形性の第２粉末を挿入した中心型より構
成された静水圧成形用型をＣＩＰ装置内に挿入し加圧成
形することにより目的とするる中空部を有した製品形状
に近い粉末成形体を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従う静水圧成形用型の一例を示す説明
図である。

【図２】本発明に従う静水圧成形用型の一例を示す説明
図である。

【図３】実施例であるアルミナ成形体の縦断面図および
斜視説明図である。

【符号の説明】

１ 外周面を規定し、かつ液体を透過する材料の外型枠 ２ 外周面を規定し、かつ液体を透過する材料の上蓋枠 ３ 成形体の外周面を規定する弾性体である外型 ４ 成形体の外周面を規定する弾性体である上蓋 ５ 成形体内周面を規定する剛性のある中心型 ６ 弾性膜 ７ 粉末材料 ８ 弾性膜 ９ 難成形性第２粉末

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【手続補正書】

【提出日】平成６年２月１８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４３】粉末材料にはアルミナ粉末（造粒後平均粒
径１００μｍ）を用いた。実際の工程は図１にしたがっ
て，弾性体外周面を規定する多孔質材料の外型枠１（多
孔質セラミックス，Ａｌ₂Ｏ₃，気孔率：１５％）内に弾
性膜（ラテックスゴム，厚さ：０．５ｍｍ）６を介して
成形体の外周面を規定する弾性体である外型３（アクリ
ルニトリルゴム製，肉厚２ｍｍ）および成形体内周面を
規定する剛性のある中心型５（ＳＫＤ１１）を挿入し
た。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４９】

【発明の効果】以上の結果から明らかなように本発明に
よって、弾性体形状を規定し、かつ液体を透過する材料
と粉末成形体の外周面を規定し、かつ所定の成形圧力で
の成形後の復元力が成形体強度よりも小さくなる肉厚を
有する弾性体および粉末成形体内周面を規定する剛性の
ある中心型あるいは弾性膜内に難成形性の第２粉末を挿
入した中心型より構成された静水圧成形用型をＣＩＰ装
置内に挿入し加圧成形することにより目的とする中空部
を有した製品形状に近い粉末成形体を得ることができ
る。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 引張強さ１００ｋｇ／ｃｍ²以上、伸び
   １００％以上である弾性体の外型（３）及び上蓋
   （４）、引張強さ４０ｋｇ／ｍｍ²以上の強度を有する
   中心型（５）と前記外型、上蓋及び中心型を包接する気
   孔率１０％以上の外型枠１及び上蓋枠（２）とさらに前
   記外型（３）、上蓋（４）及び中心型（５）と外型枠
   （１）及び上蓋枠（２）の間に引張強さ１００ｋｇ／ｃ
   ｍ²以上、伸び１００％以上、ガス透過性０．００５ｃ
   ｍ³／ｓｅｃ／ａｔｍ以下、厚さ０．１〜１．０ｍｍの
   弾性膜６より構成されることを特徴とする、中空部を有
   した形状の粉末成形体の製造を行うための静水圧成形用
   型。
2. 【請求項２】 前記中心型（５）の代わりに、成形され
   る粉末材料（７）が成形固化する圧力において、成形固
   化しない難成形性の第２粉末（９）を挿入し、前記第２
   粉末（９）と成形される粉末材料（７）の間に前記弾性
   膜（６）を有することを特徴とする請求項１記載の静水
   圧成形用型。
3. 【請求項３】 請求項１、又は２記載の静水圧成形用型
   をＣＩＰ装置内に挿入し５００Ｋｇ／ｃｍ²以上で加圧
   成形することを特徴とする中空部を有する部材の粉末成
   形方法。