JPH08142023A - 粉末成形金型 - 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
成形用粉末成形金型並びにそれを用いた粉末成形方法に
関する。 【構成】 ダイスとこのダイス内に内接する上パンチお
よび下パンチからなる金型内に粉末材料を充填しこの粉
末充填部を減圧状態にすることが可能であることを特徴
とする静水圧成形用金型を直接ＣＩＰ装置内に挿入し静
水圧成形することにより、たやすく粉末製品の成形が可
能でかつ大型複雑形状部材を得ることができる。

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、大型で、かつ複雑形状を有する成形
体の製造に用いられる静水圧成形による粉末成形方法に
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
を原料として金型プレス成形、焼結を行い最終製品を得
る技術は粉末製品の製造方法としてよく用いられてい
る。しかし、断面形状の大きな製品に対して金型プレス
成形を適用する場合、目標とする成形体密度を得るため
に適正な成形圧力を負荷するには大型のプレス機が必要
となってくる。

【０００３】通常、大型製品の成形には冷間静水圧加圧
法（ＣＩＰ法）が用いられているが、ＣＩＰ法では成形
型としてゴム等の弾性体を用いるため、成形後の寸法精
度は金型プレス成形よりも劣る。

【０００４】このため、高寸法精度でかつ大型の部材を
成形するには粉末材料を充填した金型をＣＩＰ浴中で成
形すれば可能になるものと考えられる。

【０００５】しかし、この成形方法では圧力媒体である
液体が金型内に流入するのを防ぎ、かつ圧力を十分に伝
達する事の可能な容器で金型を包み込む必要がある。

【０００６】さらに、金型を包み込んだ容器内部は十分
に圧力が伝達されるように減圧状態にすることが重要で
あるが、単純に通常のゴム型で封入しただけでは成形中
に金型を構成するパンチの摺動によりパンチとダイス間
へのゴムの巻き込み等により引裂等の可能性も生じてく
る。

【０００７】このように通常の金型を用いてＣＩＰ浴中
で加圧成形を行うためには金型の容器内への真空封入方
法に対して多くの課題が残る。

【０００８】上記の金型を用いたＣＩＰ浴中での成形を
実現させるために、本発明者らは金型を高分子材料製の
容器とゴム製の容器により二重に真空封入を行うことに
より成形を可能とする粉末成形方法を先に提案（特願平
０４―０８５３９１）した。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記の方法は高分子製
およびゴム製の容器で金型を二重の真空封入を行うこと
により、成形時に金型を構成するパンチが摺動しても真
空封入した容器の破損が防止されるため、金型内への液
体圧力媒体の流入がなく、健全な成形体を得ることがで
きることを特徴とするものである。

【００１０】ところがこの方法による場合に、金型への
粉末充填後に金型全体を高分子製の容器とゴム製の容器
で真空封入するため、成形工程が複雑になること、ま
た、対象とする成形体が大型になったときに、成形金型
のサイズも大きくなるため、真空封入に時間がかかるこ
と、金型の高分子製の容器への挿入等のハンドリングが
困難になることなど改善の余地が残されていた。

【００１１】本発明は上記のごとき条件の下でも、たや
すく粉末製品の成形が可能で、大型で、かつ複雑形状を
有する成形体を得るための成形方法を提供することを目
的とする。

【００１２】

【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、粉末を所定の形状に成形するための金型
を、粉末を充填した金型内部を減圧にすることを可能に
する粉末成形金型を用いることによる金型の高分子容器
への真空封入工程を省略する効果を利用し、たやすく粉
末成形体を製造することを特徴とする。

【００１３】すなわち、本発明の要旨とするところは、
ダイス（１）とこのダイス内周面に摺動自在に内接する
上パンチ（２）および下パンチ（３）、該上パンチ
（２）および下パンチ（３）それぞれと前記ダイスとの
相対位置を規定するための上パンチ固定治具（４）およ
び下パンチ固定治具（５）、さらに該上パンチ固定治具
（４）および下パンチ固定治具（５）を前記ダイス
（１）と固定するための固定部材（１０）から構成さ
れ、前記上パンチ（２）および下パンチ（３）は、該上
パンチ（２）および下パンチ（３）と前記上または下パ
ンチ固定治具（４）または（５）との摺動面および前記
ダイス（１）との接触面にシール部材（（６）、
（７）、（８）、（９））を配置した前記上パンチ固定
治具（４）および下パンチ固定治具（５）を介して、前
記固定部材（１０）により前記ダイス（１）に固定さ
れ、かつ、前記上パンチ（２）の前記上パンチ固定治具
（４）又は前記ダイス（１）との摺動面（２Ｘ）から上
パンチ（２）の加圧面（２Ｙ）との間、あるいは前記下
パンチ（３）の前記下パンチ固定治具（５）又は前記ダ
イス（１）との摺動面（３Ｘ）から下パンチ（３）の加
圧面（３Ｙ）との間の少なくとも一方に貫通穴を有し、
かつ加圧面（２Ｙまたは３Ｙ）の外方延長部には排気バ
ルブを設け、前記ダイスと前記上パンチおよび下パンチ
により形成される粉末充填部を排気バルブを介して減圧
状態にせしめることが可能であることを特徴とした粉末
成形体製造のための粉末成形金型。である。

【００１４】

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

【００１５】図１は本発明に従う粉末成形金型の一例の
縦断面図を示すものである。この例では、金型は軸対称
形状の円柱状とした。

【００１６】この粉末成形金型はダイス１、上パンチ
２、下パンチ３、上パンチ固定治具４、下パンチ固定治
具５、シール部材としてのＯ―リング６、７、８、９、
固定部材としての固定ボルト１０、排気バルブ１１より
構成される。なお、１２は粉末材料である。

【００１７】ダイス１の内周面は粉末材料９と接触し、
成形体の外周側面形状を規定する。また、ダイス１の上
下面にはＯ―リング７およびＯ―リング９を介して上パ
ンチ固定治具４および下パンチ固定治具５を固定するた
めのボルト穴が設けられている。

【００１８】上パンチ２は成形体の上面形状を規定し、
上パンチ固定治具４の上パンチ２との摺動側に設けたＯ
―リング６を介して、上パンチ固定治具４に保持され
る。

【００１９】また、上パンチ２の内部には上パンチ２の
上パンチ固定治具４又はダイス１との摺動面２Ｘから上
パンチの加圧面２Ｙ（上面）との間に貫通穴を設けると
ともに貫通穴の加圧面２Ｙからの外方延長部には排気バ
ルブ１１を設けている。

【００２０】なお、上パンチ２の摺動面２Ｘに設けられ
た貫通穴の開口位置は上パンチ固定治具４に設けたＯ―
リング６の位置よりも上パンチ２の圧縮面２Ｚ側にし、
即ちこの貫通穴の開口位置はＯ―リング６の位置よりも
粉末材料９に近い側に設けられる。

【００２１】上パンチ２の摺動面２Ｘに設けられた貫通
穴の位置が上パンチ２と接触するべく設けたＯ―リング
６の位置よりも加圧面２Ｙ側になると、ダイス１、上パ
ンチ２および下パンチ３により形成される粉末充填部の
減圧を行うことが不可能となり、適正な成形を行うこと
ができなくなる。

【００２２】下パンチ３は成形体の下面形状を規定し、
Ｏ―リング８を介して、下パンチ固定治具５に保持され
る。

【００２３】図２には図１に示した金型の下パンチ３の
方向からの横断面図（Ｉ―Ｉ断面）を示した。

【００２４】図１において、上パンチ固定治具４の加圧
側面４Ｙと上パンチ２の加圧面２Ｙとの距離（以下、突
出量Ａ）および下パンチ４固定治具５の加圧側面５Ｙと
下パンチ３の加圧面３Ｙとの距離（以下、突出量Ｂ）は
上パンチ２および下パンチ３の圧下量よりも大きくなけ
ればならない。

【００２５】これは、突出量ＡおよびＢが上パンチ２お
よび下パンチ３の圧下量よりも小さくなると、加圧成形
後に上パンチ２および下パンチ３の摺動面２Ｘ、３Ｘが
Ｏ―リング６および８の位置よりも圧縮面側に深く移動
する可能性もあり、この場合には圧力媒体である液体が
金型内部に浸入し、健全な成形体が得られなくなるため
である。

【００２６】したがって、上パンチ２および下パンチ３
の突出量ＡおよびＢは加圧成形後においても１０ｍｍ以
上は必要である。

【００２７】上パンチ固定治具４には上パンチ２を保持
するＯ―リング６を挿入する溝、およびダイス１との接
触面に配置されるＯ―リング７を挿入する溝が設けられ
ている。

【００２８】下パンチ固定治具５には下パンチ３を保持
するＯ―リング８を挿入する溝およびダイス１との接触
面に配置するＯ―リング９が挿入される溝が設けられて
いる。

【００２９】シール部材６、７、８、９は弾性体であ
る、アクリルニトリルゴム、ラテックスゴム、ブチルゴ
ム、シリコンゴム、ウレタンゴム等のゴム材質からな
り、その機械的特性は、ＣＩＰ浴内での加圧成形に耐え
うるものであることが必要であり、ＪＩＳ―Ｂ―２４０
１（Ｏ―リング）に従い、好ましくは、１種Ｂ（引張強
さ：１１．７ＭＰａ以上、伸び：８０％以上）に相当す
るものが望ましい。

【００３０】シール部材としてのＯ―リング６、７、
８、９はＪＩＳ―Ｂ―２４０１（Ｏ―リング）に従うも
のであり、Ｏ―リングの大きさは対象とする成形体の大
きさ、形状によって定まるダイス１、上パンチ２、下パ
ンチ３のサイズによって適宜決定される。

【００３１】本実施例の円筒状の金型ではシール部材と
してＯ―リングを用いたが、シール部材の外形状は金型
の断面形状に応じて選択することができる。

【００３２】また、その断面形状および断面直径の大き
さは成形圧力によって適宜決定されるが、好ましくはＪ
ＩＳ―Ｂ―２４０１において記述される運動用（記号
Ｐ）あるいは真空フランジ用（記号Ｖ）相当のものが望
ましい。

【００３３】下パンチ固定治具４および下パンチ固定治
具５の溝の位置、幅、深さは挿入されるシール部材のサ
イズによって、決めればよい。

【００３４】通常、ＪＩＳ―Ｂ―２４０６（Ｏ―リング
取り付け溝部の形状・寸法）に従うものが好ましい。

【００３５】ダイス１と上パンチ固定治具４および下パ
ンチ固定治具５を固定するための固定部材は、一般に用
いられている締結用の治具で、ボルト、キー、ピン等で
あり、ダイス１、上パンチ２および下パンチ３により形
成される粉末充填部の減圧が可能となる締め付け力が得
られればよい。

【００３６】以下に本発明の金型を用いた場合の粉末充
填および成形工程を示す。まず下パンチ固定治具５に下
パンチ３を保持するためのＯ―リング８およびダイス１
と下パンチ固定治具５とをシールするＯ―リング９を取
り付け、さらにＯ―リング８内に下パンチ３を挿入す
る。

【００３７】この一体となった下パンチ３、Ｏ―リング
８および下パンチ固定治具５をＯ―リング９を介して、
固定ボルト１０を用いて、ダイス１の下面に固定する。

【００３８】この後、金型内への粉末充填を行うが、上
記のままでは下パンチ３が下パンチ固定治具５よりもＢ
だけ突出しているため、金型が不安定となる。

【００３９】このため、図３に示すように内径が下パン
チ３の突出部の直径よりも大きく、ダイスの外径よりも
小さく、さらに高さが下パンチ突出量Ｂよりも長いパイ
プ状の支持台１３に仮置きするのが望ましい。

【００４０】そして、所定重量の粉末材料１２が金型内
に充填される。次に上パンチ固定治具４に上パンチ２を
保持するためのＯ―リング６およびダイス１と上パンチ
固定治具５とをシールするＯ―リングを取り付け、さら
に上パンチ２をＯ―リング６内に挿入する。

【００４１】そして、一体となった上パンチ２、Ｏ―リ
ング６、上パンチ固定治具４をＯ―リング７を介して、
固定ボルト１０によってダイス１の上面へ固定する。

【００４２】この時、排気バルブ１１を閉じた状態で固
定を行うと、粉末充填部に存在する空気が密閉されるた
め、ダイス１との固定が困難になる場合がある。

【００４３】このため、上パンチ２に設けられた排気バ
ルブ１１を開いた状態にして固定する。この状態で排気
バルブ１１に真空排気ポンプを取り付け、金型の粉末充
填部を減圧する。

【００４４】粉末充填部が減圧状態になったら、排気バ
ルブ１１を閉じて粉末の充填が完了する。排気バルブ１
１を介して粉末充填部を減圧状態にすることで、粉末充
填部の密閉が確認され、液体圧力媒体の金型内への浸入
が防止されるのと同時に成形時に発生する粉末内の残留
した空気の収縮、膨張による成形体の破損を防止するこ
とが可能となる。

【００４５】このように粉末充填部を減圧状態にした下
でＣＩＰ浴中に浸漬して所定の圧加圧成形が実施される
のである。

【００４６】そしてこれによって、かかるダイス１、上
パンチ２、下パンチ３の形状に即した粉末成形体の製造
が可能となる。

【００４７】

【実施例】図３に示すような形状の成形を行った。寸法
はｄ₁＝５００ｍｍ、ｄ₂＝２００ｍｍ、ｄ₃＝３００ｍ
ｍ、ｈ₁＝１００ｍｍ、ｈ₂＝２０ｍｍ、である。図３に
この粉末成形体を成形するための金型を示す。

【００４８】粉末材料にはアルミナ粉末（造粒後平均粒
径１００μｍ）を用いた。実際の金型の組付けは図４〜
５に従って、下パンチ固定治具５（ＳＳ製）に下パンチ
３（ＳＫＤ製）を保持するためのＯ―リング８（ＪＩＳ
―Ｂ２４０１に従う、１Ｂ―Ｖ２７５、内径２７２ｍ
ｍ）およびダイス１と下パンチ固定治具５との間をシー
ルするＯ―リング９（ＪＩＳ―Ｂ２４０１に従う、１Ｂ
―Ｖ５８５、内径５８５ｍｍ）を取り付け、Ｏ―リング
８内に下パンチ３（ＳＫＤ製、サイズｄ₁：５００ｍ
ｍ、ｄ₂：２００ｍｍ、ｄ₃：２７２ｍｍ、下パンチ固定
治具５からの突出量Ｂ：７０ｍｍ）を挿入した。

【００４９】この一体となった下パンチ３、Ｏ―リング
８および下パンチ固定治具５をＯ―リング９を介して、
固定ボルト１０を用いて、ダイス１（ＳＫＤ製、内径５
００ｍｍ、外径６００ｍｍ）の下面に固定した。

【００５０】一体となったダイス１、下パンチ固定治具
５および下パンチ３を内径４００ｍｍ、外径４２０ｍ
ｍ、高さ９０ｍｍのパイプ状の支持台１３上に仮置きし
た。そして、３６ｋｇのアルミナ粉末を充填した。

【００５１】次に上パンチ固定治具４（ＳＳ製）に上パ
ンチ２（ＳＫＤ製）を保持するためのＯ―リング６（Ｊ
ＩＳ―Ｂ２４０１に従う、１Ｂ―Ｖ２７５、内径２７２
ｍｍ）およびダイス１と上パンチ固定治具４との間をシ
ールするＯ―リング７（ＪＩＳ―Ｂ２４０１に従う、１
Ｂ―Ｖ５８５、内径５８５ｍｍ）を取り付け、上パンチ
２（ＳＫＤ製、サイズｄ₄：５００ｍｍ、ｄ₅：２７２ｍ
ｍ、上パンチ固定治具４からの突出量Ａ：７０ｍｍ）を
Ｏ―リング６内に挿入した。

【００５２】そして、上パンチ２に設けられた排気バル
ブ１１を開いた状態にして、一体となった上パンチ２、
Ｏ―リング６、上パンチ固定治具４をＯ―リング７を介
して、固定ボルト１０によってダイス１の上面へ固定し
た。

【００５３】そして、この状態で排気バルブ１１に真空
排気ポンプを取り付け、金型の粉末充填部をロータリー
ポンプにより減圧（０．１ｔｏｒｒ）し、排気バルブ１
１を閉じて粉末の充填を完了した。

【００５４】この時、減圧が可能であることから、粉末
充填部の密閉が確認された。この後、常法に従って、静
水圧成形（成形圧力１００ＭＰａ）を行った。

【００５５】この時の上パンチ２および下パンチ３の移
動量は５０ｍｍであるため、金型内に液体圧力媒体の流
入も無く、図３に示すような形状の健全な成形体が得ら
れた。

【００５６】

【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、粉末を所定の形状に成形するための金型の粉末
を充填した金型内部を減圧することが可能な粉末成形金
型を用い、この金型をゴム型等に封入すること無く直接
ＣＩＰ装置中に挿入し加圧成形することにより目的とす
る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】本発明に従う粉末成形金型の実施例の縦断面図
である。

【図２】図１に示した粉末成形金型のＩ―Ｉ断面図であ
る。

【図３】本発明の他の実施例である粉末成形金型を示す
縦断面図である。

【図４】図３の金型によって成形されたアルミナ成形体
の形状を示す平面図である。

【図５】図３の金型によって成形されたアルミナ成形体
の形状を示す立面図である。

【符号の説明】

１ ダイス ２ 上パンチ ３ 下パンチ ４ 上パンチ固定治具 ５ 下パンチ固定治具 ６ Ｏ―リング ７ Ｏ―リング ８ Ｏ―リング ９ Ｏ―リング １０ 固定ボルト １１ 排気バルブ １２ 粉末材料 １３ 支持台

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダイス（１）とこのダイス内周面に摺動
   自在に内接する上パンチ（２）および下パンチ（３）、
   該上パンチ（２）および下パンチ（３）それぞれと前記
   ダイスとの相対位置を規定するための上パンチ固定治具
   （４）および下パンチ固定治具（５）、さらに該上パン
   チ固定治具（４）および下パンチ固定治具（５）を前記
   ダイス（１）と固定するための固定部材（１０）から構
   成され、前記上パンチ（２）および下パンチ（３）は、
   該上パンチ（２）および下パンチ（３）と前記上または
   下パンチ固定治具（４）または（５）との摺動面および
   前記ダイス（１）との接触面にシール部材（（６）、
   （７）、（８）、（９））を配置した前記上パンチ固定
   治具（４）および下パンチ固定治具（５）を介して、前
   記固定部材（１０）により前記ダイス（１）に固定さ
   れ、かつ、前記上パンチ（２）の前記上パンチ固定治具
   （４）又は前記ダイス（１）との摺動面（２Ｘ）から上
   パンチ（２）の加圧面（２Ｙ）との間、あるいは前記下
   パンチ（３）の前記下パンチ固定治具（５）又は前記ダ
   イス（１）との摺動面（３Ｘ）から下パンチ（３）の加
   圧面（３Ｙ）との間の少なくとも一方に貫通穴を有し、
   かつ加圧面（２Ｙまたは３Ｙ）の外方延長部には排気バ
   ルブを設け、前記ダイスと前記上パンチおよび下パンチ
   により形成される粉末充填部を排気バルブを介して減圧
   状態にせしめることが可能であることを特徴とした粉末
   成形体製造のための粉末成形金型。