JPH08333606A - 硬質ボールの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】硬質焼結体本来の特性を活かした新規な硬質ボ
ールの製造。 【構成】硬質ボールの形状の半分に対応する半球面状の
内面を有するキャビティを先端に備える第１パンチ１
と、硬質ボールの形状の頂点近傍に対応した形状の部分
球面状の内面を有するキャビティを、第１パンチ１キャ
ビティに対面した先端に備える第２パンチ２と、第１お
よび第２パンチ１、２キャビティの内面と共に硬質ボー
ルの形状を画成し得る内面形状を有し、且つ、第２パン
チ２を挿通可能な貫通孔を内面の底頂部に有するダイ３
とを用い、第１パンチ１およびダイ３により画成された
キャビティに原料粉末を装入した後、第２パンチ２を貫
通穴に挿入した後第２パンチ２後方から圧縮力を印加す
ることにより原料粉末を圧縮成形する工程を含む、原料
粉末を圧縮成形して成形体とした後、該成形体を焼結し
て球体または楕円体の硬質ボールを製造する方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、硬質ボールの製造方法
に関する。より詳細には、本発明は、硬質焼結体の原料
粉末の混合等に用いられる硬質ボールであって、それ自
体が粉末原料を圧縮成形した後焼結して製造される硬質
ボールの新規な製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】いわゆるセラミックスの製造において、
原料粉末の粒度調整並びに混合は極めて基礎的且つ重要
な工程である。ここで、所謂セラミックスの原料粉末
は、それ自体が硬質な粉末であり、原料粉末の調製に使
用する器具もそれ自体が硬質粉末に対する耐久性を有し
ていることが望まれる。

【０００３】図４は上記のような目的で使用される装置
の構成を模式的に示す図である。

【０００４】同図に示すように、この装置は、混合槽11
と攪拌装置とから主に構成されている。混合槽11内には
多数の硬質ボール12が収容されている。また、攪拌装置
は、混合槽11内の硬質ボール12を攪拌するための攪拌棒
13を備えており、更に、混合槽11の内部では複数の攪拌
腕14が攪拌棒13に装着されている。攪拌棒13の上端は攪
拌モータ15に結合されている。

【０００５】以上のように構成された混合装置を使用す
る場合、原料粉末は硬質ボール12と共に混合槽11内に装
入される。この状態で攪拌モータ15を駆動して攪拌棒13
を回転させ、硬質ボール12内で攪拌腕14を移動させるこ
とにより混合槽11内の硬質ボール12が攪拌される。攪拌
された硬質ボール12は相互に擦れ合うので、硬質ボール
12と共に混合槽11内にある原料粉末は万遍なく粉砕、混
合される。

【０００６】上記のような装置で用いる硬質ボール12
は、その用途に鑑みて、硬質材料の粉末である原料粉末
との摩擦により摩耗しない充分な硬度を有し、且つ、硬
質ボールどうしの衝突により割れ等が生じない充分な強
度を有している必要がある。即ち、硬質ボールの硬度が
不足した場合は、原料粉末の混合に際して硬質ボール自
体が摩耗し、それによって生じた硬質ボールの原料の粉
末が処理すべき原料粉末に混入してしまう。また、硬質
ボール自体の急速な消耗は、混合装置の運転コストにも
関わる。一方、硬質ボールの強度が不足した場合は、原
料粉末の混合に際して硬質ボールが破損し、さらにその
破損箇所から偏摩耗を生じる等の問題がある。尚、硬質
ボールは一般に硬質焼結体として製造されている。

【０００７】硬質焼結体により硬質ボールの製造におい
ては、まず、硬質ボール自体の原料粉末を球形の成形し
た後焼結する。ここで、原料粉末の成形には、図５に示
すような成形器具を用いた圧縮成形が行われる。

【０００８】即ち、図５は、上記のような用途で使用さ
れる硬質ボールの一般的な製造方法を説明するための図
である。この成形器具は、１対のパンチ21、22とひとつ
のダイ23とから主に構成されている。各パンチ21、22
は、互いに対抗する半球面または半楕円面の内面をそれ
ぞれ備えており、両者が対向することにより概ね球体状
または楕円体状のキャビティが形成されるように構成さ
れている。従って、このキャビティに硬質ボールの原料
粉末を充填した後、ダイ13の支持の下で各パンチ21、22
に圧縮力を印加することにより原料粉末が圧縮成形され
る。こうして得られる球体状または楕円体状の成形体を
焼結することにより、前述のような装置で使用できる硬
質焼結体製の硬質ボールが得られる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述のようにして製造
された硬質焼結体製の硬質ボールは、その材料である硬
質焼結体の特性から考えると充分な硬度と強度を有して
いるはずである。しかしながら、この種の硬質ボールを
用いた装置では、硬質ボールの微細な欠損や割れがかな
り頻繁に生じている。このために、硬質ボールの破片が
混入して混合装置で調製された原料粉末の品質が低下し
たり、硬質ボールの消耗のために混合装置の運転コスト
が上昇する等の問題が生じていた。

【００１０】そこで、本発明は、上記従来技術の問題点
を解決し、硬質焼結体本来の特性を活かした新規な硬質
ボールの製造方法を提供することをその目的としてい
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明により、原
料粉末を圧縮成形して成形体とした後、該成形体を焼結
して球体または楕円体の硬質ボールを製造する方法にお
いて、該硬質ボールの形状の半分に対応する半球面状ま
たは半楕円面状の内面を有するキャビティを先端に備え
る第１のパンチと、該硬質ボールの形状の頂点近傍に対
応した形状の部分球面状または部分楕円面状の内面を有
するキャビティを、該第１のパンチのキャビティに対面
した先端に備える第２のパンチと、該第１および第２の
パンチのキャビティの内面と共に該硬質ボールの形状を
画成し得る内面形状を有し、且つ、該第２のパンチを挿
通可能な貫通穴を該内面の底頂部に有するダイとを用
い、該第１のパンチおよび該ダイにより画成されたキャ
ビティに原料粉末を装入した後、該第２のパンチを該貫
通穴に挿通した後該第２のパンチの後方から圧縮力を印
加することにより該原料粉末を圧縮成形する工程を含む
ことを特徴とする硬質ボールの製造方法が提供される。

【００１２】

【作用】本発明に係る硬質ボールの製造方法は、特に、
その圧縮成形工程に主要な特徴がある。

【００１３】即ち、前述のようにして製造された硬質ボ
ールの形状は、理想的には完全な球体である。しかしな
がら実際には、図６に示すように、従来の製造方法で作
製された硬質ボール30では、その赤道に相当する位置の
表面に帯状のランド部31が形成されている。その理由は
以下のようなものである。

【００１４】図５を参照して説明したように、硬質ボー
ルの原料粉末の成形時には被成形体を圧縮する。即ち、
上下１対のパンチの間に形成されたキャビティに原料粉
末を装入した後、これら１対のパンチが近づくように圧
縮力を印加して原料粉末を圧縮成形する。このとき、１
対のパンチが互いに当接した状態で圧縮力を印加すると
装置自身が破壊されるので、実際にはパンチの先端の相
互の間に間隙を残している。この隙間に入り込んだ原料
粉末が、上下パンチの下端面および上端面とダイの内面
とによって画成される領域に入り込んで成形され、最終
的に前述の帯状のランド部31となる。

【００１５】上述のような事情で硬質ボールに形成され
た２次曲面の表面形状を有するランド部では、その角部
において局部的に強度が不足し、使用時に他の硬質ボー
ルと衝突したときに割れや欠損を生じる。また、図６中
で点線で囲った領域では応力集中が発生し、甚だしい場
合は、このランド部が硬質ボールから剥離する場合もあ
る。更に、上述の角部や剥離部から偏摩耗が生じ、硬質
ボールの形状が歪になってしまう場合もある。

【００１６】これに対して、本発明に係る製造方法によ
れば、硬質ボールの表面に、破損や偏摩耗を生じるよう
なランド部が形成されない。即ち、本発明に係る硬質ボ
ールの製造方法では、被成形体の球面を形成するために
１対のパンチのみならずダイも積極的に利用し、いわば
３分割されたキャビティで原料粉末を圧縮成形するとい
う独特の工程により、強度不足や応力集中が生じ易い２
次曲面を有するランド部が形成されないようにしてい
る。

【００１７】以下、図面を参照して本発明をより具体的
に説明するが、以下の開示は本発明の一実施例に過ぎ
ず、本発明の技術的範囲を何等限定するものではない。

【００１８】

【実施例】図１は、本発明に係る硬質ボールの製造方法
の特徴を、圧縮成形時に使用する器具の垂直断面形状に
より示す図である。

【００１９】同図に示すように、本発明に従う硬質ボー
ルの製造方法においては、上下１対のパンチ１、２とひ
とつのダイ３とからなるキャビティにおいて原料粉末の
圧縮成形を行う。

【００２０】ここで、上パンチ１は、従来の製造方法の
場合と同様に、被成形体の上半分に相当する半球状の内
面形状を有している。一方、下パンチ２は、被成形体の
下端からその直径の１／３までの部分球面状の内面を有
している。また、ダイ３の内面は、被成形体の下半分の
うち下パンチ２の内面により包囲されない残りの領域に
対応した内面形状を有している。

【００２１】上述のようなパンチ１、２およびダイ３を
使用する本発明の方法では、まず、ダイ３に対して上パ
ンチ１を当接させ、その後で下パンチ２を上昇させるこ
とによりキャビティ内の原料粉末を圧縮する。このた
め、被成形体の表面において原料粉末の支持が上パンチ
１からダイ３に切り換わる部分では、従来の製造方法と
は異なり、上パンチ１とダイ３とをほぼ完全に当接させ
ることができる。したがって、被成形体の赤道部分に帯
状のランド部が形成されることはなく、図２に示すよう
に、不可避な機械的誤差に起因する単一の段差42のみが
形成される。

【００２２】また、被成形体の表面において、原料粉末
の支持がダイ３から下パンチ２に切り換わる部分では、
下パンチ２に対応する領域が被成形体の表面から突出す
るように装入する原料粉末の量を調節する。従って、下
パンチ２により原料粉末が支持される領域には、段差41
により画成された円形のランド部が形成される。

【００２３】図３は、図２に示した形成体において、パ
ンチまたはダイの切替え部分に形成される段差またはラ
ンド部の縁部を拡大して示す図である。

【００２４】図３(a) に示すように、成形体の下頂部近
傍には、下パンチとダイとの切替え部に対応して段差が
形成される。しかしながら、この段差は成形体の赤道部
からは離れて形成されているので、その稜線部は何れも
鈍角を成している。また、従来の２次曲面の表面を有す
る帯状のランド部と異なり、このランド部は自身の面積
に対する周囲の段差の長さの割合が小さく、更に、段差
の高さＨも小さく、ランド部の剥離等が生じ難い。従っ
て、この部分で生じる応力集中は、従来の硬質ボールに
おいて生じていたものよりも遙かに小さい。

【００２５】尚、上記のような成形体を作製する際に使
用する成形器具における下パンチ内面の寸法は、被成形
体の下端からその表面においてその下パンチが原料粉末
を支持する領域が被成形体の直径の１／３以下、１／４
以上であることが好ましい。下パンチに支持される領域
が１／３よりも大きくなると、ランド部外周の段差が大
きくなり過ぎて真球との相違が大きくなるからである。
また、段差部からの摩耗、亀裂が進展し易くなるからで
ある。一方、下パンチに支持される領域が１／４よりも
小さくなると、下パンチからの圧力不足により、硬質ボ
ールの表面の剥離が発生し易くなる。

【００２６】また、図３(b) に示すように、上パンチと
ダイとの切替え部に形成される単一の段差42の高さｈ
は、従来の硬質ボールにおいて形成された帯状のランド
部の高さに比較すると相当に小さい。更に、単一の段差
しか形成されないので、この部分から硬質ボールの表面
が剥離することはなく、段差の角部が早期に摩耗する程
度である。従って、この部分は実質的に平坦な表面とな
る。

【００２７】以上説明したように、本願発明に係る硬質
ボールは、独特な形状のパンチ並びにダイを使用すると
いう点と、圧縮成形時の操作の順序が独特であるという
点を除けば、原料粉末の圧縮成形工程として特殊な操作
はなく、容易に実施することができる。

【００２８】〔作製例１〕91重量％のＷＣ粉末と９重量
％のCo粉末とを混合した原料粉末を用い、図１に示した
装置を使用して本発明に係る硬質ボールを作製した。

【００２９】作製した硬質ボールをメディアとし、90重
量％のＷＣ粉末と10重量％のCo粉末とを混合した超硬合
金の原料粉末を10時間湿式混合した後、硬質ボールの摩
耗を測定した。この結果、従来の方法で作製した硬質ボ
ールに比較して、本発明に係る硬質ボールは摩耗が約35
％少なかった。

【００３０】〔作製例２〕92重量％のＷＣ粉末と８重量
％のCo粉末とを混合した原料粉末を用い、図１に示した
装置を使用して本発明に係る方法で直径 4.5mmの硬質ボ
ールを作製した。また、同じ原料粉末を使用し、従来の
製造方法で同じ仕様の硬質ボールを作製した。

【００３１】上記のようにして作製した硬質ボールをメ
ディアとし、90重量％のＷＣ粉末、３重量％のCo粉末お
よび７重量％のCo粉末を混合した平均粒径 4.3μｍの原
料粉末を５時間湿式混合した。こうして調製した原料粉
末を乾燥並びに造粒した後、焼結して試料を作製した。
また、従来の硬質ボールを用いて同じ工程で同じ仕様の
試料を作製した。得られた各試料の抗折力を測定したと
ころ、本発明に係る硬質ボールを使用して作製した試料
の方が抗折力が約20％高かった。

【００３２】〔作製例３〕圧縮成形時に使用する下パン
チの径が異なるものを用意して、作製例２と同じ材料お
よび仕様で硬質ボールを作製した。尚、使用する下パン
チの径に合わせてダイに形成された穴の径も変更したこ
とは言うまでもない。使用した各下パンチの径は、硬質
ボールの直径に対して１／２、１／３、１／４、１／５
となるような寸法を選択した。

【００３３】上述のようにして作製した硬質ボールを用
い、作製例２と同じ原料粉末を同じ条件で調製した後、
やはり作製例２と同じ仕様の試料を作製して、各試料の
抗折力を測定した。その結果、下記の表１に示すよう
に、下パンチの径を小さくした場合の方が、最終的に得
られる焼結体試料の抗折力が高いことが判った。

【００３４】

【表１】 但し、Ｒは、硬質ボールの直径に対する、下パンチが成
形体に接触する部分の直径の割合を示す。

【００３５】

【発明の効果】以上詳述したように、従来の製造方法で
作製した硬質ボールでは、製造方法上不可避に形成され
る帯状のランド部の周辺で応力集中等が生じ、使用中に
欠損や偏摩耗が生じることが避けられなかった。これに
対して、本発明に係る製造方法で作製した硬質ボール
は、その独特の製造方法により、実質的に完全な球体で
あり、局部的な応力集中や摩耗が低減されている。従っ
て、硬質ボール自体の寿命が長くなると同時に、使用中
に硬質ボールの破片が原料粉末に混入することがなくな
り、焼結体製品の品質の低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る硬質ボールの製造方法を実施する
際に使用できる器具の構成例を示す図である。

【図２】図１に示した成形器具を使用して作製した被成
形体の形状を示す図である。

【図３】図２に示した被成形体の部分的な形状を拡大し
て示す図である。

【図４】硬質ボールを使用した混合装置の構成を模式的
に示す図である。

【図５】硬質ボールを製造する際に使用する成形器具の
形状を示す図である。

【図６】図５に示した成形器具を使用して従来の方法で
製造した硬質ボールの垂直断面形状を示す図である。

【符号の説明】

１、21・・・上パンチ、 ２、22・・・下パンチ、 ３、23・・・ダイ 11・・・混合槽、 12、30、40・・・硬質ボール、 13・・・攪拌棒、 14・・・攪拌腕、 15・・・攪拌モータ、 31、41・・・ランド部、 42・・・段差

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸山 正男 北海道空知郡奈井江町字奈井江776番地 北海道住電精密株式会社内 (72)発明者 前田 芳樹 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原料粉末を圧縮成形して成形体とした後、
   該成形体を焼結して球体または楕円体の硬質ボールを製
   造する方法において、 該硬質ボールの形状の半分に対応する半球面状または半
   楕円面状の内面を有するキャビティを先端に備える第１
   のパンチと、 該硬質ボールの形状の頂点近傍に対応した形状の部分球
   面状または部分楕円面状の内面を有するキャビティを、
   該第１のパンチのキャビティに対面した先端に備える第
   ２のパンチと、 該第１および第２のパンチのキャビティの内面と共に該
   硬質ボールの形状を画成し得る内面形状を有し、且つ、
   該第２のパンチを挿通可能な貫通穴を該内面の底頂部に
   有するダイとを用い、 該第１のパンチおよび該ダイにより形成されたキャビテ
   ィに原料粉末を装入した後、該第２のパンチを該貫通穴
   に挿通した後該第２のパンチの後方から圧縮力を印加す
   ることにより該原料粉末を圧縮成形する工程を含むこと
   を特徴とする硬質ボールの製造方法。
2. 【請求項２】請求項１に記載された硬質ボールの製造方
   法において、前記下パンチの前記成形体に接触する部分
   の直径が、該硬質ボールの直径の１／３以下、１／４以
   上であることを特徴とする硬質ボールの製造方法。