JPH10152707A

JPH10152707A - 焼結管状体の製造方法

Info

Publication number: JPH10152707A
Application number: JP31322196A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Yamamoto; 裕史山本; Takahiro Kitagawa; 貴宏北川; Takashi Nishi; 隆西; Akira Kosaka; 晃小阪; Atsushi Funakoshi; 淳船越
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1996-11-25
Filing date: 1996-11-25
Publication date: 1998-06-09

Abstract

(57)【要約】【課題】柱状の内型体２の柱外面を包囲して管状体材
料の粒子から成る管状体１を成形し、前記内型体２を内
嵌した状態で前記管状体１を加圧焼結して焼結管状体を
製造するにつき、仕上げ以前の内面の加工を必要とせ
ず、且つ、製造の容易な焼結管状体の製造方法を提供す
る。【解決手段】内型体２を、熱膨張係数が前記管状体材
料とは異なる材料で形成して管状体１の加圧焼結後、前
記内型体２を、前記管状体１との熱膨張係数の差を利用
して前記管状体１から抜き取る。この際、前記加圧焼結
を熱間当方加圧法によって行い、前記内型体２と前記管
状体１との間に耐熱性潤滑材を介在させて焼結を行うこ
ともある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、焼結管状体の製造
方法に関し、詳しくは、柱状の内型体の柱外面を包囲し
て管状体材料の粒子から成る管状体を成形し、前記内型
体を内嵌した状態で前記管状体を加圧焼結する焼結管状
体の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、焼結管状体の製造方法において
は、外型体と内型体との間に管状体材料の粒子を充填し
て予備成形した管状体を成形し、成形後の管状体を前記
外型体と前記内型体とから外して予備焼結し、予備焼結
体を加圧焼結することが行われていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の焼結管状体
の製造方法においては、予備成形した管状体を成形後に
内型体を前記管状体から引き抜く際に、前記予備成形し
た管状体の内面が前記内型体に擦られて傷つき、或いは
崩壊することがあり、取扱いに多大な注意を要し、且
つ、歩留りも悪いという問題を有していた。また、高温
等方圧下で焼結する場合には、前記管状体の形成をカプ
セル内で行い、焼結することが行われるが、カプセルが
焼結管状体と一体化するので、焼結後の管状体の内外面
を加工削除する必要があり、製造原価の増加要因となっ
ている。こうした問題の一応の解決策として、内型体を
用いて予備成形した後に、成形後の管状体を前記内型体
と共に焼結することが試みられたが、加圧焼結した焼結
管状体に内嵌されている内型体が焼き締めに伴って前記
焼結管状体に締め付けられて抜き出すことが困難になる
ことが多く、時として芯抜き加工を必要とする等の問題
を有していた。そこで、本発明は上記の問題点を解決
し、仕上げ以前の内面の加工を必要とせず、且つ、製造
の容易な焼結管状体の製造方法を提供することを目的と
する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

〔第１特徴構成〕上記の目的のための本発明の焼結管状
体の製造方法の第１特徴構成は、請求項１に記載の如
く、内型体を、熱膨張係数が前記管状体材料とは異なる
材料で形成して前記管状体の加圧焼結後、前記内型体
を、前記管状体との熱膨張係数の差を利用して前記管状
体から抜き取る点にある。〔第１特徴構成の作用効果〕上記第１特徴構成によれ
ば、管状体に内嵌してある内型体を容易に抜き出すこと
ができる。つまり、焼結後の管状体の内面は内型体の表
面に倣ったものであり、特定の目的のための研削或いは
切削、及び寸法精度のための研削以外の加工を必要とし
ない、焼結後処理としての表面加工を省略できる焼結体
である。ところで、焼結後には管状体に内嵌された内型
体は、焼き締められて締まり嵌め状態にあるのである
が、室内温度迄の冷却に伴って、前記管状体と前記内型
体とは両者の熱膨張係数の差によって異なる温度収縮量
を示す。因みに、前記温度収縮量の差δ（ｍｍ）は、 δ＝ｄ（α−β）（Ｔ_H−Ｔ_L）／２ここに、ｄ・・・内型体の外径（ｍｍ） α・・・管状体の線膨張係数 β・・・内型体の線膨張係数Ｔ_H・・焼結温度（Ｋ）Ｔ_L・・室内温度（Ｋ）として示される。このとき、例えば、前記管状体が前記
内型体よりも小さな温度収縮量を示す（管状体の線膨張
係数が内型体のそれに比して小さい）ならば、冷却に伴
って前記管状体と前記内型体とは次第に緩んだ嵌め合い
になるので、場合によってはそのまま前記内型体を前記
管状体から抜き取ることが可能になる。尚、緩みの程度
が不十分であれば、冷却材を用いてさらに冷却すればよ
いのである。また、例えば、前記管状体が前記内型体よ
りも大きな温度収縮量を示す（管状体の線膨張係数が内
型体のそれに比して大きい）ならば、その締まり代を開
放するまでの加熱を施せばよいのである。尚、この加熱
は極短時間でよいので、焼結管状体に熱影響を残すおそ
れはない。その結果、加工コストを低減した焼結管状体
を容易に製造できる。〔第２特徴構成及び作用効果〕尚、本発明の焼結管状体
の製造方法の第２特徴構成は、請求項２に記載の如く、
前記第１特徴構成における内型体を、熱膨張係数が前記
管状体材料に比して小さい材料で形成して使用する点に
あり、これは、上記第１特徴構成の作用効果に例示した
後者に当たり、このようにすれば、加熱することによっ
て前記管状体の前記内型体への締まり嵌合状態を緩める
ことが可能である。この方法は例えば管状金属焼結体
を、セラミック材（例えばアルミナ）で形成した内型体
を用いて焼結する場合に適用できる。また、前記内型体
を冷却することによって前記管状体との温度差を与えれ
ば、加熱温度を低くすることも可能である。尚、前記内
型体に内部から冷却可能な冷却手段を備えるようにして
あればさらによい。その結果、焼結後の焼結体を内型体
と共に加熱するだけで、管状体内面に傷付けることな
く、前記内型体を前記管状体から抜き取ることが容易に
できるようになる。〔第３特徴構成及び作用効果〕また、本発明の焼結管状
体の製造方法の第３特徴構成は、請求項３に記載の如
く、前記第２特徴構成における内型体と管状体との間に
耐熱性潤滑材を介在させて焼結を行う点にあり、このよ
うにすることによって、耐熱性潤滑材を離型材としても
作用させながら、管状体の焼結による焼き締めに伴う内
型体への締め付けに対する緩衝材としても機能させて、
加熱による前記管状体の前記内型体への締まりを緩める
作用を助長することができる。前記耐熱性潤滑材の潤滑
作用を利用することは当然である。上記耐熱性潤滑材と
しては、例えば、二硫化モリブデンは好適に使用でき
る。その結果、前記第２特徴構成の内型体の管状体から
の抜き取りの容易さをさらに助長し、且つ、管状体内面
の保護をも容易にする。〔第４特徴構成及び作用効果〕そして、本発明の焼結管
状体の製造方法の第４特徴構成は、請求項４に記載の如
く、前記第１特徴構成における内型体を、熱膨張係数が
前記管状体材料に比して大きい材料を用いて形成して使
用する点にあり、このようにすれば、管状体の焼結後に
室内温度迄冷却することによって、前記管状体の焼結に
伴う内型体への締まり嵌合状態を緩めることが可能であ
る。従って、前記内型体の熱膨張係数が前記管状体のそ
れに比して大きな差を有すれば、そのまま前記内型体の
前記管状体からの抜き取りが可能になる。尚、室内温度
において締まり嵌合状態が維持されている場合には、全
体を冷却しても抜き取りは可能となり、前記内型体のみ
を冷却すれば、より抜き取り易くなる。また、前記管状
体の焼き締まりに伴う内型体への締め付け以上の締まり
嵌合状態を招くことがないので、前記内型体の外側表面
及び前記管状体の内面の保護が容易になる。その結果、
内型体の管状体からの抜き取りを一層容易にし、且つ、
管状体内面の保護をも容易にする。〔第５特徴構成及び作用効果〕さらに、本発明の焼結管
状体の製造方法の第５特徴構成は、請求項５に記載の如
く、前記第１特徴構成〜第４特徴構成における加圧焼結
を熱間等方加圧法によって行う点にあり、このようにす
ることによって、内型体を内嵌してある管状に成形され
た予備成形体に対して、その外周面から均一な加圧がで
きるので、均質な管状焼結体を製造できる。

【０００５】

【発明の実施の形態】上記本発明の焼結管状体の製造方
法の実施の形態の一例として、ステンレス粒子を予備成
形し、加圧焼結してステンレス焼結体を製造する工程の
例について、以下に、図面を参照しながら説明する。本
発明の実施の形態の加圧焼結工程の一例を説明する説明
図を図１に示し、図２には上記加圧焼結に供する管状体
の成形治具の一例を示した。

【０００６】図１に示すように、先ず内型体２の一例で
ある炭化珪素からなるセラミック芯材２Ａの外側表面２
ｂを包囲して管状体１として、ステンレス粒子成形体１
Ｂを形成する。前記ステンレス粒子成形体１Ｂの成形に
際して予め高温潤滑材７として二硫化モリブデン粉末ペ
ーストを前記セラミック芯材２Ａの外側表面２ｂ上に塗
布して、二硫化モリブデン層７Ａを形成しておく（図１
（イ）参照）。成形後の前記セラミック芯材２Ａを前記
二硫化モリブデン層７Ａを介して内嵌してあるステンレ
ス粒子成形体１Ｂにガラス被膜体６Ａを被せて（図１
（ロ）参照）、該被膜体６Ａの内部を吸引して真空（約
１ｋＰａ）にして、該被膜体６Ａの開口部を封止してカ
プセル６を形成する（図１（ハ）参照）。前記カプセル
６内に真空封入した前記ステンレス粒子成形体１Ｂは熱
間等方加圧法による焼結装置（所謂ＨＩＰ装置）に装入
し、前記ステンレス粒子成形体１Ｂを前記セラミック芯
材２Ａを内嵌した状態のままで焼結する。焼結完了後、
ステンレス焼結体１Ａ（管状体１の一例）をＨＩＰ装置
から取り出し、カプセル６を除去した後、前記ステンレ
ス焼結体１Ａを側方から加熱しながら前記セラミック芯
材２Ａを押し抜く（図１（ニ）参照）。この際、前記二
硫化モリブデン層７Ａの潤滑作用によって前記ステンレ
ス焼結体１Ａの内面を傷つけることなく前記セラミック
芯材２Ａは前記ステンレス焼結体１Ａから抜き取ること
ができる。さらに、前記二硫化モリブデン層７Ａには空
隙が存在し、緩衝性を有するので、前記ステンレス粒子
成形体１Ｂが焼結に際して収縮してもそれによる前記セ
ラミック芯材２Ａの締め付けを軽減でき、前記セラミッ
ク芯材２Ａの前記ステンレス焼結体１Ａからの抜き取り
を容易にする。

【０００７】前記ステンレス粒子成形体１Ｂの成形は、
例えば図２及び図３に示すような治具を用いて行うこと
ができる。図３は図２においてＸ−Ｘ方向に見た平面図
である。治具は下部支持体４と上部固定材５と外型体３
として、分割構成された割金型３Ａとで構成されてい
る。前記割金型３Ａは、円筒上で、軸芯に沿う１２０°
の面間角度を有する３枚の面に沿って分割されている。
前記ステンレス粒子成形体１Ｂの成形について詳しく説
明すると、先ず、前記下部支持体４にその周壁部４ｂに
沿って、３分割された前記割金型３Ａを嵌入し、前記下
部支持体４の底面部４ｃの中央に設けられた位置決め突
起４ａに内型体２であるセラミック芯材２Ａの両端面に
形成された位置決め孔２ａの一方を嵌合して前記内型体
２を立設する。次いで、前記割金型３Ａの上端部に上部
支持体５を被せ、前記上部支持体５の上方の梁５ｄ（図
では放射状に３本設けてある。）に支持される、前記上
部支持体５の周壁部５ｂの軸芯に合わせて設けられた位
置決め突起５ａに前記セラミック芯材２Ａの他方の位置
決め孔２ａを嵌合させながら、前記上部支持体５の下面
部５ｃが前記割金型３Ａの上面に接するまで押しつけ
る。尚、前記セラミック芯材２Ａの外側表面２ｂには、
予め高温潤滑材７の一種である二硫化モリブデンを塗布
して二硫化モリブデン層７Ａを形成しておく。

【０００８】以上のようにして準備した治具には、前記
割金型３Ａの内面と前記セラミック芯材２Ａの外側表面
２ｂとの間に、管状体１を成形するべき空間が形成され
ている。前記管状体１の成形は、例えば以下のようにし
て行う。前記治具を、前記下部支持体５を下にして、振
動台上に載置し、加震しながら、前記割金型３Ａの内面
と前記セラミック芯材２Ａの外側表面２ｂとの間に予め
粒度を調整して準備してあるステンレス粒子をバインダ
を溶解した媒液と共に供給して充填する。上記のように
加震しながら充填すれば、前記空間内にステンレス粒子
をむら無く充填できる。

【０００９】上記の充填後の治具を外部から加熱して媒
液を蒸発させて乾燥し、形成された予備成形体であるス
テンレス粒子成形体１Ｂは、前記外型体３の両端部から
上部固定材５と下部支持体４とを取り外せば、前記外型
体３は３分割してあるので解体し、前記セラミック芯材
２Ａを内嵌した状態で取り出せる。取出し後のステンレ
ス粒子成形体１Ｂは、上述のとおり、カプセル６に封入
し、ＨＩＰ処理をし、前記カプセル６を除去した後、全
体を加熱することにより、内嵌するセラミック芯材２Ａ
に対する締め付けを解除して、前記セラミック芯材２Ａ
を抜き出し、仕上げ加工に供する。

【００１０】次に、本発明の他の実施の形態について説
明する。〈１〉上記実施の形態に於いては、内型体２に炭化珪素
からなるセラミック芯材２Ａを用いて、管状のステンレ
ス焼結体１Ａを製造する場合の、管状体１の線膨張係数
が、内型体２の線膨張係数より大きい組み合わせの例を
示したが、前記セラミック芯材２Ａの材料は炭化珪素以
外のものであってもよく、これらの材料の組み合わせは
任意であって、両者の線膨張係数が異なっておればよ
い。尚、両者の線膨張係数の差が大きいことが好まし
い。また、例えば、内型体２にステンレス鋼丸棒を用
い、成形粒子にシリカ粉末を用いれば、筒状のシリカ成
形体を製造することが可能であり、これは、管状体１の
線膨張係数が、内型体２の線膨張係数より小さい組み合
わせの例を示すものである。〈２〉上記実施の形態に於いては、内型体２の外側表面
に高温潤滑材７として二硫化モリブデン層７Ａを形成さ
せて管状体材料の粒子を充填する例を示したが、他の固
体潤滑材を用いることも可能であり、内型体２の材料及
び管状体材料との相性が悪くなければ、黒鉛を用いるこ
とも可能である。尚、前記高温潤滑材７の使用は必須で
はなく、内型体２の外側表面に直接接するように管状体
材料の粒子を充填して成形してもよい。〈３〉上記実施の形態に於いては、ステンレス粒子成形
体１Ｂにガラス被膜体６Ａをカプセル６として被せてＨ
ＩＰ焼結する例を示したが、前記カプセル６の材料はガ
ラスに限定されるものではなく、アルミニウム、すず、
軟鉄その他の金属膜を用いることも可能である。尚、前
記カプセル６の使用は省略可能であり、また、、加圧焼
結の手段もＨＩＰ焼結に限定されるものではない。〈４〉上記実施の形態に於いては、ステンレス粒子成形
体１Ｂにカプセル６を被せてＨＩＰ焼結する例を示した
が、管状体材料の粒子の成形時に予め外型体３の内側に
カプセル膜を用意しておいて、前記カプセル膜内に管状
体材料の粒子を充填するようにしてもよく、また、カプ
セル材の中に内型体２を位置固定しておいて、その内型
体２の周囲に管状体材料の粒子を充填してもよい。尚、
後者の場合、バインダの使用を省略することも可能であ
る。これは、予備成形体としてカプセルに封入された状
態で取り扱うので、前記カプセルが保形材の役割を果た
し、予備成形体自身に保形性が要求されないからであ
る。〈５〉上記実施の形態に於いては、ステンレス焼結体１
ＡをＨＩＰ装置から取り出した後、カプセル６を削除す
る例を示したが、例えば、溶解等の手段によりカプセル
６を除去してもよく、一般の金属焼結体を焼結する場合
には、アルカリ可溶性のカプセル材料を用いて、アルカ
リ洗浄によりカプセルを除去することも可能である。〈６〉上記実施の形態に於いては、ステンレス焼結体１
Ａを側方から加熱しながらセラミック芯材２Ａを押し抜
く例を示したが、内型体２に線膨張係数の大きな材料を
用いる場合には、前記内型体２を冷却して抜き取るよう
にしてもよく、管状体１が前記内型体２の材料よりも小
さな線膨張係数を有する材料で形成される場合には、全
体を冷却することによっても、前記内型体２を抜き取る
ことが可能である。〈７〉管状体１成形用の治具は、上記実施の形態に示し
たものに限らず、任意の成形治具が使用可能である。要
するに、内型体２を内嵌させた状態で管状体材料の粒子
を管状体に成形できればよい。尚、上記実施の形態に示
した治具を使用する場合においても、３等分割した外型
体３の分割数は任意であり、また、必ずしも等分割され
ていなくてもよい。〈８〉上記実施の形態に於いては、位置決め突起５ａを
上部支持体５の上方に放射状に３本設けてある梁５ｄに
支持されるように構成した例を示したが、前記梁５ｄは
十字に組み合わされた４本の構成であってもよく、ま
た、一文字に形成された梁５ｄであってもよい。〈９〉上記実施の形態に於いては、加震しながら、外型
体３の内面と内型体２の外側表面２ｂとの間に予め粒度
を調整して準備してある管状体材料粒子をバインダを溶
解した媒液と共に供給して充填する例を示したが、前記
加震は必須ではなく静置しておいて充填してもよく、ま
た、媒液を使用せずにバインダと共に管状体材料粒子を
混和して充填してもよい。

【００１１】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による管状焼結体の製造工程の説明図

【図２】管状成形体を形成するための治具の例の説明用
縦断面図

【図３】図２に示した治具の平面図

【符号の説明】

１管状体２内型体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小阪晃大阪府枚方市中宮大池１丁目１番１号株式会社クボタ枚方製造所内 (72)発明者船越淳大阪府枚方市中宮大池１丁目１番１号株式会社クボタ枚方製造所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】柱状の内型体（２）の柱外面を包囲して
管状体材料の粒子から成る管状体（１）を成形し、前記
内型体（２）を内嵌した状態で前記管状体（１）を加圧
焼結する焼結管状体の製造方法であって、前記内型体（２）を、熱膨張係数が前記管状体材料とは
異なる材料で形成して前記管状体（１）の加圧焼結後、
前記内型体（２）を、前記管状体（１）との熱膨張係数
の差を利用して前記管状体（１）から抜き取る焼結管状
体の製造方法。
【請求項２】前記内型体（２）を、熱膨張係数が前記
管状体材料に比して小さい材料で形成して使用する請求
項１記載の焼結管状体の製造方法。
【請求項３】前記内型体（２）と前記管状体（１）と
の間に耐熱性潤滑材を介在させて焼結を行う請求項２記
載の焼結管状体の製造方法。
【請求項４】前記内型体（２）を、熱膨張係数が前記
管状体材料に比して大きい材料を用いて形成して使用す
る請求項１記載の焼結管状体の製造方法。
【請求項５】前記加圧焼結を熱間等方加圧法によって
行う請求項１〜４の何れかに記載の焼結管状体の製造方
法。