JPH0748178A

JPH0748178A - 粉末成形体の焼成方法及び焼成治具

Info

Publication number: JPH0748178A
Application number: JP5196481A
Authority: JP
Inventors: Toshiya Yamaguchi; 登士也山口
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1993-08-06
Filing date: 1993-08-06
Publication date: 1995-02-21

Abstract

(57)【要約】【目的】簡便かつ高い量産性の下、変形を防止しつつ粉
末成形体を焼成しうる焼成方法及び焼成治具を提供す
る。【構成・作用】粉末成形体１を焼成治具２で保持し、そ
の状態で粉末成形体１を焼成して焼成体とする粉末成形
体の焼成方法において、焼成治具２は、粉末成形体１が
接触する全ての接触点Ｐと下方に定められた焦点Ｏとを
結ぶ各放射線Ｌを含み、粉末成形体１を保持する傾斜面
２ａを有する。粉末成形体１が収縮して相似形を維持し
た状態で小さくなると、粉末成形体１の各接触点Ｐは焦
点Ｏに向かって焼成治具２の傾斜面２ａを滑り下りる。
このとき、粉末成形体１には自重以上の力が作用しない
ため、接触点Ｐには大きな抵抗が作用しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、粉末成形体の焼成方法
及び焼成治具に関し、詳しくは、セラミック粉末や金属
粉末の粉末成形体を加熱し、粉末同士を一体化する粉末
成形体の焼成方法と、この焼成に使用する焼成治具とに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、粉末成形体を焼成して粉末同士を
一体化する焼成方法として、焼成時の体積の収縮による
粉末成形体の反り等の変形を防止するため、色々な方法
が提案されている。実開平３−２３７９９号公報には、
粉末成形体の上端面を焼成治具で押圧しながら焼成する
方法が記載されている。

【０００３】また、特開平３−１３７０６５号公報、特
開昭５７−１８３３６８号公報及び特開昭５１−８３８
１１号公報には、粉末成形体を焼成治具で鉛直に吊り下
げて焼成する方法が記載されている。さらに、特開平３
−２３２７２号公報及び特開平３−２１８９８３号公報
には、粉末成形体を耐熱粉末等の媒体中に埋設して焼成
する方法が記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、実開平３−２
３７９９号公報記載の方法では、粉末成形体の焼成に伴
う三次元的な体積の収縮を見込んで粉末成形体と焼成治
具との位置決めを行なう必要がある。このため、この方
法では、焼成治具の設計が面倒であったり、焼成体の矯
正幅が大きくなる不具合を生じやすい。

【０００５】また、特開平３−１３７０６５号公報等記
載の方法では、吊り下げるための溝、穴等を粉末成形体
に設ける必要があり、焼成体に後加工を要することで量
産性に欠ける。また、かかる方法では、比較的脆い粉末
成形体を吊り下げる場合、完全に鉛直に吊り下げること
が困難であり、粉末成形体の密度むらや焼成温度の不均
一等により焼成体に変形を生じやすい。

【０００６】さらに、特開平３−２３２７２号公報等記
載の方法では、粉末成形体を均一に保持すべくある程度
深く埋設する必要がある。このため、媒体中の上方に埋
設された粉末成形体と媒体中の下方に埋設された粉末成
形体とで焼成にばらつきを生じやすかったり、粉末成形
体同士が干渉したりしやすく、一度に多数個の粉末成形
体を焼成することができない。

【０００７】したがって、これら従来の方法では、焼成
治具が複雑になったり、量産性が十分でない。本発明
は、簡便かつ高い量産性の下、変形を防止しつつ粉末成
形体を焼成しうる焼成方法及び焼成治具を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の粉末成形体の焼
成方法は、粉末成形体を焼成治具で保持し、その状態で
該粉末成形体を焼成して焼成体とする粉末成形体の焼成
方法において、前記焼成治具は、前記粉末成形体が接触
する全ての接触点と下方に定められた焦点とを結ぶ各放
射線を含み、該粉末成形体を保持する傾斜面を有するこ
とを特徴とする。

【０００９】本発明の粉末成形体の焼成治具は、粉末成
形体を保持し、その状態で該粉末成形体を焼成して焼成
体とする粉末成形体の焼成治具であって、前記焼成治具
は、前記粉末成形体が接触する全ての接触点と下方に定
められた焦点とを結ぶ各放射線を含み、該粉末成形体を
保持する傾斜面を有することを特徴とする。

【００１０】本発明の焼成治具は、理論的には粉末成形
体の形状を問わない。どの様な形状の粉末成形体にも対
処可能である。しかし、粉末成形体の形状によっては、
接触点に作用する荷重が大きく、接触点が崩れるとか、
接触点間に作用する曲げ荷重により粉末成形体が折れる
場合も考えられる。このため、実際上使用できる粉末成
形体の形状は限られる。

【００１１】最もシンプルな焼成治具は、上端が開口
し、下方に向かって内周径が小さくなるロート状凹部を
もち、このロート状凹部の内周面が粉末成形体を保持す
る傾斜面とするものである。この場合、ロート状凹部は
下方の頂点が焦点となる円錐状凹部の少なくとも一部に
より構成される。また、焼成治具としては焦点から放射
状に伸びる複数の棒状の壁部をもち、傾斜面が各該壁部
の上面であるものとすることができる。

【００１２】また、焼成治具の少なくとも一つの放射線
を含む部分は他の部分と機械的に分離しており、所定応
力以上の力が作用したとき、互いに分離している該部分
は互いに離れる状態にあるものとすることもできる。さ
らに、焼成治具の熱膨脹係数が粉末成形体の熱膨脹係数
よりも大きい場合、傾斜面の下端には、焼成治具及び粉
末成形体の熱膨脹係数よりも小さな熱膨脹係数を有し、
焼成時に粉末成形体の下降を防止するストッパを設ける
ことが好ましい。

【００１３】

【作用】本発明の粉末成形体の焼成方法では、粉末成形
体自体に作用する引力を利用して粉末成形体を焼成治具
の傾斜面で移動させ、焼成時に生ずる粉末成形体の体積
の収縮に起因する焼成治具との相対移動を吸収する。す
なわち、粉末成形体を保持する焼成治具の傾斜面は、粉
末成形体が接触する全ての接触点と下方に定められた焦
点とを結ぶ各放射線を含んでいる。このため、粉末成形
体が収縮して相似形を維持した状態で小さくなると、粉
末成形体の各接触点は焦点に向かって焼成治具の傾斜面
を滑る。この粉末成形体と焼成治具との相対移動に際
し、粉末成形体には粉末成形体の自重以上の力が作用し
ない。このため、焼成治具と接触する粉末成形体の接触
点には大きな抵抗が作用せず、粉末成形体の接触点は容
易に焼成治具の傾斜面を滑る。このため、粉末成形体の
接触点には変形が生じ難く、変形が防止されて焼成され
る。

【００１４】この際、接触点に作用する荷重がさほど大
きくなければ、傾斜面はいかなる形状の粉末成形体にも
対処可能である。また、焼成治具の少なくとも一つの放
射線を含む部分が他の部分と機械的に分離している場合
には、粉末成形体と焼成治具との間に熱膨脹差があるこ
とにより、焼成の前段階である昇温時、あるいは焼成の
後段階である降温時に両者間に力が作用しても、所定応
力以上の力が作用したとき、互いに分離している部分が
互いに離れ、熱膨脹により生じる力を開放するため、粉
末成形体や焼成治具の破損が防止される。

【００１５】さらに、傾斜面の下端にストッパを介在さ
せた焼成治具を採用した場合には、降温時に粉末成形体
の下降が防止されるため、降温時に生じる焼成体と焼成
治具との間の力が防止され、焼成体や焼成治具の破損が
確実に防止される。

【００１６】

【実施例】以下、本発明を具体化した実施例１〜３を図
面を参照しつつ説明する。（実施例１）焼成に先立ち、まず純チタン粉末とＡｌ₃
Ｖ粉末とを所定量秤量・混合し、この合金粉末を静水圧
加圧法により成形し、図１に示す粉末成形体１を得る。
この粉末成形体１は、長さ９５ｍｍ、直径６．５ｍｍの
円柱状のバルブステム部１０と、バルブステム部１０の
一端に一体的に成形された最大外径３５ｍｍの傘部１１
とからなる。この粉末成形体１の線熱膨脹係数βは約９
×１０^-6／℃である。また、粉末成形体１の質量ｍは３
５ｇである。

【００１７】次に、ジルコニア製の焼成治具２を用意す
る。この焼成治具２は、粉末成形体１が接触する全ての
接触点Ｐと下方に定められた焦点Ｏとを結ぶ各放射線Ｌ
を含む傾斜面２ａを有しており、この傾斜面２ａにより
粉末成形体１を保持している。この傾斜面２ａは、上端
が開口し、下方に向かって内周径が小さくなるロート状
凹部２０の内周面である。ロート状凹部２０は下方の頂
点が焦点Ｏとなる円錐状凹部の一部により構成され、頂
点部分には円孔２１（長さ４７．４ｍｍ、直径５．５ｍ
ｍ）が焼成治具２の下端へ開口されている。この傾斜面
２ａはラップにより０．８Ｒｚに仕上げられており、粉
末成形体１と焼成治具２との間の摩擦係数μは０．１３
である。また、焼成治具２の線熱膨脹係数βは約１１×
１０^-6／℃、粉末成形体１と焼成治具２との接線（放射
線Ｌ）が鉛直方向となす角度θは１２°である。

【００１８】傾斜面２ａに粉末成形体１を保持した状態
で、１０^-5Ｔｏｒｒの真空下、１５℃／ｍｉｎの昇温速
度にて１３００℃まで過熱した後、約２時間保持し、そ
の後炉冷にて室温まで到達させる。この１３００℃で約
２時間保持する焼成時に、粉末成形体１は収縮して相似
形を維持した状態で小さくなり、粉末成形体１の各接触
点Ｐは焦点Ｏに向かって傾斜面２ａを滑り下りる。この
粉末成形体１と焼成治具２との相対移動に際し、粉末成
形体１には粉末成形体１の自重以上の力は作用しないた
め、焼成治具２と接触する粉末成形体１の接触点Ｐには
大きな抵抗が作用せず、粉末成形体１の接触点Ｐは容易
に焼成治具２の傾斜面２ａを滑り下りる。このため、粉
末成形体１の接触点Ｐには変形が生じ難い。こうして、
できあがった焼成体は反りがほとんどなく、機械加工工
程が大幅に削減可能であった。

【００１９】したがって、この焼成方法及び焼成治具２
によれば、焼成時に焼成体（粉末成形体１）が常に焼成
治具２に保持されるため、反りのほとんどない焼成体を
簡便かつ高い量産性の下で得ることができる。（実施例２）図２に示すように、ジルコニア製の焼成治
具３として、テーブル９上に載置される３分割された水
平台３１ａ、３２ａ、３３ａと、各水平台３１ａ、３２
ａ、３３ａから立ち上がって焦点Ｏ（図示せず）から放
射状に伸びる円柱棒状の壁部３１ｂ、３２ｂ、３３ｂと
からなるものを用意する。この焼成治具３の傾斜面３１
ｃ、３２ｃ、３３ｃは各壁部３１ｂ、３２ｂ、３３ｂの
上面である。

【００２０】この焼成治具３の各壁部３１ｂ、３２ｂ、
３３ｂ間に実施例１と同一の粉末成形体１を挟持させ
る。そして、実施例１と同様に焼成を行なう。ここで、
水平台３１ａ、３２ａ、３３ａとテーブル９との摩擦係
数μは０．３であり、粉末成形体１と焼成治具３間で熱
膨脹差が生じたときには、所定応力以上の力の作用によ
り、図中矢印のように摺動して互いに離れる。

【００２１】この焼成方法及び焼成治具３によれば、熱
膨脹差による力が水平台３１ａ、３２ａ、３３ａのスラ
イドにより緩和されているため、焼成体及び焼成治具３
の破損を防止することができる。つまり、粉末成形体１
に対し、焼成治具３の熱膨張係数が大きい場合でも、あ
るいは焼成治具３の熱膨張係数が小さい場合でも、使用
することができる。他の作用及び効果は実施例１と同一
である。（実施例３）図３及び図４（Ａ）に示すように、粉末成
形体１として図１に示す実施例１と同一のものを採用
し、実施例１の焼成治具２において、傾斜面２ａの下端
である円孔２１内にＡｌ₂Ｏ₃・ＺｒＯ₂製の円柱状の
ストッパ４（長さ５０ｍｍ、直径５ｍｍ）を設ける。こ
のストッパ４の線熱膨脹係数βは約８×１０^-6／℃であ
る。そして、実施例１と同様に焼成を行なう。

【００２２】ここで、昇温時には、粉末成形体１、焼成
治具２及びストッパ４は熱膨脹を生じるが、焼成治具２
の熱膨脹係数が最も大きいため、粉末成形体１には焼成
治具２の熱膨脹による力は作用しない。また、焼成時に
は、粉末成形体１は図４（Ａ）の状態から焼成体となる
まで収縮し、焼成治具２及びストッパ４は膨脹時の大き
さを維持する。このとき、実施例１と同様に、粉末成形
体１が収縮して相似形を維持した状態で小さくなると、
粉末成形体１の自重により粉末成形体１の各接触点Ｐは
焦点Ｏ（図示せず）に向かって傾斜面２ａを滑り下り
る。そして、焼成終了時に粉末成形体１（焼成体）はス
トッパ４の上端面に当接する。焼成時には、粉末成形体
１（焼成体）は常に焼成治具２に保持されるため、粉末
成形体１の接触点Ｐには変形が生じ難い。

【００２３】そして、冷却後には、図４（Ｃ）に示すよ
うに、焼成体、焼成治具２及びストッパ４は収縮する
が、焼成治具２の熱膨脹係数が最も大きく、ストッパ４
の熱膨脹係数が最も小さいため、焼成体はストッパ４に
支えられた状態で焼成治具２との間にクリアランスを生
じ、焼成体には焼成治具２の収縮による力は作用しな
い。

【００２４】降温時、焼成治具２は相似形に収縮する。
ここで、焼成治具２の形状によっては、焼成治具２の収
縮により焼成体を挟み込んでしまい、焼成治具２と焼成
体との間に過大な作用力を生じ、焼成治具２あるいは焼
成体の破損を招くため、焼成体を挟み込むことなく収縮
する形状（構成）にすることが必要となる。このとき、
図４（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、降温直前の接触点
Ｐ₀における焼成治具２の冷却後の内径をｄ₁、冷却後
の焼成体におけるバルブステム部１０の下端の径を
ｄ₂、焼成時から冷却後までにストッパ４の上端面が焼
成治具２の接触点Ｐ₀に対し相対的にΔＨだけ変位する
とすれば、 ΔＨ≧（ｄ₁−ｄ₂）／２ｔａｎθ …（３）式が成立する。

【００２５】このため、この場合には、降温時に生じる
焼成体と焼成治具２間の力が防止され、焼成体や焼成治
具２の破損が防止される。他の作用及び効果は実施例１
と同一である。なお、上記実施例１〜３では、焦点Ｏが
傾斜面２ａ等の中心線上に存在する焼成治具２等を説明
したが、焦点Ｏがこのような中心線から偏心した位置に
存在する焼成治具であっても、本発明の効果を得ること
ができる。

【００２６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の粉末成形
体の焼成方法及び焼成治具によれば、簡便かつ高い量産
性の下、変形を防止しつつ粉末成形体を焼成することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１に係る焼成治具等を示す断面図であ
る。

【図２】実施例２に係る焼成治具等を示す斜視図であ
る。

【図３】実施例３に係る焼成治具等を示す拡大断面図で
ある。

【図４】実施例３に係り、（Ａ）は焼成前の断面図、
（Ｂ）は降温直前の断面図、（Ｃ）は降温後の断面図で
ある。

【符号の説明】

１…粉末成形体２、３…焼成治具Ｐ…
接触点Ｏ…焦点Ｌ…放射線２０
…ロート状凹部２ａ、３１ｃ、３２ｃ、３３ｃ…傾斜面３１ａ、３２ａ、３３ａ…水平台３１ｂ、３２ｂ、
３３ｂ…壁部４…ストッパ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粉末成形体を焼成治具で保持し、その状態
で該粉末成形体を焼成して焼成体とする粉末成形体の焼
成方法において、前記焼成治具は、前記粉末成形体が接触する全ての接触
点と下方に定められた焦点とを結ぶ各放射線を含み、該
粉末成形体を保持する傾斜面を有することを特徴とする
粉末成形体の焼成方法。
【請求項２】粉末成形体を保持し、その状態で該粉末成
形体を焼成して焼成体とする粉末成形体の焼成治具であ
って、前記焼成治具は、前記粉末成形体が接触する全ての接触
点と下方に定められた焦点とを結ぶ各放射線を含み、該
粉末成形体を保持する傾斜面を有することを特徴とする
粉末成形体の焼成治具。
【請求項３】傾斜面は、上端が開口し、下方に向かって
内周径が小さくなるロート状凹部の内周面であることを
特徴とする請求項２記載の粉末成形体の焼成治具。
【請求項４】焼成治具は焦点から放射状に伸びる複数の
棒状の壁部をもち、傾斜面は各該壁部の上面である請求
項２記載の粉末成形体の焼成治具。
【請求項５】焼成治具の少なくとも一つの放射線を含む
部分は他の部分と機械的に分離しており、所定応力以上
の力が作用したとき、互いに分離している該部分は互い
に離れる状態にある請求項２記載の粉末成形体の焼成治
具。
【請求項６】焼成治具の熱膨脹係数が粉末成形体の熱膨
脹係数よりも大きい場合、傾斜面の下端には、該焼成治
具及び該粉末成形体の熱膨脹係数よりも小さな熱膨脹係
数を有し、焼成時に該粉末成形体の下降を防止するスト
ッパが介在されていることを特徴とする請求項２記載の
粉末成形体の焼成治具。