JPH1046210A

JPH1046210A - 芯材

Info

Publication number: JPH1046210A
Application number: JP20705596A
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; Taneji Kitayama; 種二北山
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1996-08-06
Filing date: 1996-08-06
Publication date: 1998-02-17

Abstract

(57)【要約】【課題】所定空間内に納められた圧縮性材料を周囲か
ら加圧して成形体となす際に、圧縮性材料の内部に設置
しておき、加圧後に除去することで、成型体に空洞部を
形成する芯材において、複数回繰り返し用いることができ、消失操作や切削
など煩雑な工程や設備が不要で、成型後に芯材を抜き
取るだけで成型体の空洞部の寸法精度が得られる芯材を
提供する。【解決手段】内周面を備えた一環状体となるセット状
態と、環状の形態の周方向に少なくとも３つに別れた分
解状態との間で切り換え可能なアウター部材１４と、セ
ット状態のアウター部材に内嵌して内側空間を埋めつ
つ、アウター部材１４をセット状態に維持可能なインナ
ー部材１２とを設け、セット状態におけるアウター部材
１４の内周面とインナー部材１２の間に抜き勾配を設け
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮性材料の加圧
成形に用いられる芯材に関し、より具体的には、所定空
間内に納められた圧縮性材料を周囲から加圧することに
よって前記圧縮性材料を成形体となす際に、予め前記圧
縮性材料の内部に設置しておき、前記加圧工程終了後に
前記成形体から除去することによって、前記成型体に空
洞部を形成することの可能な芯材に関する（これらの、
消失型芯材や被切削型芯材は、成型後に鉄製等の中実筒
型中子を除去することは、成型体に形成された空洞部内
面と芯材との間の摩擦が強過ぎて、不可能であったり、
この摩擦に基づく成型体の破損の危険のために採用でき
ないことを前提としている）。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の芯材としては、加圧成形
を常温付近で行う成形法においては、成型後に芯材を成
型体と共に高温に加熱して消失されることによって成型
体から除去される消失型芯材が知られており、一方、消
失型芯材を使用出来ない程高い温度で加圧成形を行うＨ
ＩＰ（熱間等方圧プレス）成型法などにおいては、成型
後に機械的切削などによって成型体から除去される耐熱
材料からなる被切削型芯材が知られている。ＨＩＰ処理
を用いた成型法の内で、圧縮性材料を金属やガラス製等
のカプセル内に閉じ込めた状態で同カプセルの周囲から
圧縮して、圧縮性材料（粉末状に限らない）を同カプセ
ルもろとも減容することによって圧縮性材料を加圧成型
する所謂カプセル法があり、このカプセル法においてカ
プセル内の圧縮性材料の更に内部にカプセルと同様な材
質のスペーサを予め配置しておいて加圧成型し、成型終
了後にカプセルとスペーサの双方を切削などで除去する
手法をとれば、パイプ状の成型体も得ることができる
が、この手法で用いるスペーサは、前記被切削型芯材の
範疇に含まれると考えてよい。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の消失型
芯材、及び被切削型芯材では、いずれも１回の加圧成
型の度に芯材が消耗されてしまう点で省資源の観点から
見直すべき余地があり、また、消失操作や切削などの
煩雑な工程を必要とし、更にこれらの工程を実施するた
めに、消失操作用の燃焼炉、或いは芯材切削用の中ぐり
ドリル等の特別な設備を必要とする点でも改善が求めら
れていた。さらに、特にＨＩＰ成型法で用いられる被切
削型芯材では、カプセルとスペーサ自身も加圧成型に応
じて変形することを前提としているので、成型体の空洞
部に或る程度高い寸法精度が要求される場合には、芯材
を切削して除去しただけでは、所要寸法は得られず、
加圧成型と芯材除去を終えた後、新たに成型体自身の中
ぐり仕上げを行う等の後加工が必要があり、製品完成ま
での工程が更に複雑になるという欠点があり改善の余地
があった。本発明の目的は、上に例示した従来構造の消
失型芯材や被切削型芯材に見られる上記欠点に鑑み、
１回の加圧成型の度に芯材が消耗されてしまうことがな
く、（場合によっては何度でも）複数回繰り返し用いる
ことができて、省資源の効果があり、また、消失操作
や切削などの煩雑な工程やそのための特別な設備が不要
で、さらに、成型体の空洞部に或る程度高い寸法精度
が要求される場合にも、加圧成型後に芯材の単純な除去
操作を行うだけで（新たに成型体自身の中ぐり仕上げを
行うまでも無く）所要の寸法が得られる芯材を提供する
ことにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る芯材では、内周面を備えた一つの環状
の形態を取るセット状態と、前記セット状態における前
記環状の形態の周方向に、少なくとも３つの分割体に別
れた分解状態との間で形態を切り換え可能なアウター部
材と、前記セット状態における前記アウター部材に内嵌
することによって、前記環状の形態の内側の空間を埋め
つつ、前記アウター部材を前記セット状態に維持可能な
インナー部材とを有し、且つ、前記セット状態における
環状の前記アウター部材の内周面と前記インナー部材の
間に抜き勾配を設けている点を特徴構成としている。

【０００５】〔発明の効果〕上記の特徴構成のために、
本発明に係る芯材では、先ず、環状のアウター部材の
内周面とインナー部材の間に抜き勾配を利用して、芯材
の内、アウター部材をセット状態のまま残してインナー
部材のみを抜き取って除去し、次に環状の前記アウター
部材をなす少なくとも３つの分割体を一つずつ順に、前
記インナー部材の除去によって生じた空間側に引退させ
ながら抜き取って除去するという手順をたどることで、
加圧成型が終了する度に、（成型体に形成された空洞部
内面と芯材との間に強い摩擦と脱型抵抗が生じたり、延
いては成型体が破損したりすることもなく）円滑に芯材
を成型体から除去できるので、芯材を何度も繰り返し用
いることができて、省資源の意味で効果があり、また
芯材を抜き取りによって除去するので、当然のことに、
消失操作や切削などの工程やそのための設備が不要とな
ろ点も、成型に必要なコストの削減に寄与し、さらに、
芯材の材質として、中実の塊状の鉄などの実質的に非
圧縮性で加圧成型時に変形を伴わない材料を用いても、
成型後の抜き取りが可能となり、この抜き取り後に芯材
の寸法に略中実に対応した形状の空洞部が残るので、成
型体の空洞部に或る程度高い寸法精度が要求される場合
にも、芯材を抜き取るという単純な除去操作だけで少な
くとも空洞部には所要の寸法が得られ、除去後の後加工
が実質的に不要であり、製品完成までの工程が比較的単
純になることで製造コストの低減も得られるという特有
の効果が生じる。

【０００６】上記の特徴構成に加えて、さらに、アウタ
ー部材を構成する分割体の少なくとも一つに、隣接する
二つの分割体との接当面に抜き勾配を設けておけば、成
形体からインナー部材を抜き取った後に、アウター部材
を構成する分割体の少なくとも一つを他の分割体よりも
先行して抜き取り除去することが可能になり、芯材の抜
き取りを全体として円滑に行うことができて、より都合
が良い。同様に、当然のことに、一つ目の分割体を抜き
取った後に残る分割体同士の各接当面にも抜き勾配を設
けておけばなお都合が良い。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明に係る芯材を用いて空洞部
を備えた円筒状の多孔質金属（例えばフィルター用とし
て用いられる）を作製する方法と必要な設備の一例を示
す。主な設備としては、ＨＩＰ処理装置とその処理容
器、すなわち、内部を高圧の不活性ガスで満たした状態
で高温に加熱することのできる容器（図示せず）の他
に、軟鋼製カプセル２０（減容可能なカプセルの一
例）、及び芯材１０が必要である。図１、及び図２に示
すように、芯材１０は、アウター部材１４とインナー部
材１２からなる。また、図１によく示されているよう
に、アウター部材１４は、４つの分割体１６，１６，１
８，１８からなっており、これらを周方向に組み合わせ
ることによって、セット状態として一つの環状の形態を
取ることが可能である。そして、概して円錐台形の形状
を備えたインナー部材１２は、環状の形態を取っている
時のアウター部材１４の内周面に内嵌してフィットする
ことによって、図２に示されるように、環状の形態をと
ったアウター部材１４の内側の空間を実質的に隙間が無
いように埋め、同時にアウター部材１４を環状の状態に
保持し易くしている。図３に示された軟鋼製カプセル２
０は、概して有底円筒形状のカプセル本体２２、概して
円板状の蓋２８、及び脱気用パイプ３４を有し、カプセ
ル本体２２と蓋２８が形成する内部空間は、ＨＩＰ条件
としての下記に示す高温、高圧下で減容可能である。ま
た、ＨＩＰ処理を施すことによって多孔質金属の組織を
得るための、圧縮性粉末１００（圧縮性材料の一例）と
しては、ＳＵＳ３１６Ｌ相当の成分を有するステンレス
鋼のアトマイズ粉末（粒径は２５０〜５００μｍ）で、
その粒度分布が（Ｒ₉₅−Ｒ₅）／Ｒ₅₀≦２．５〔左式
中、Ｒ₉₅：粒子径の積算分布曲線における累積頻度９５
％の粒子径、Ｒ₅：同５％の粒子径、Ｒ₅₀：同５０％の
粒子径〕を満たすものを用いる。

【０００８】円筒状の多孔質金属の作製工程は例えば下
記のようになる。（芯材の設置）内部に実質的に隙間が無いようにセット
された状態の芯材１０をカプセル本体２２の内部の底の
中央に設置する（図３−イを参照）。（圧縮性材料の装入）カプセル本体２２内で、芯材１０
の周囲の空間（所定空間の一例）に圧縮性粉末１００を
充填し、軟鋼製の蓋２８を設置し、蓋２８を接点３２で
カプセル本体２２に対して溶接するこおとによって内部
を密封後、脱気用パイプ３４を介してカプセル２０内を
真空（約１×１０^-2Ｔｏｒｒ）にした後（図３−ロを参
照）、前記真空状態を維持したままで脱気用パイプ３４
の途中で密封し、真空ポンプと切り離す。ここで、充填
した圧縮性粉末１００と脱気用パイプ３４との間の通気
性を確保して、充填した圧縮性粉末１００からの脱気を
円滑にするために、上述した圧縮性粉末１００の充填の
際には、圧縮性粉末１００が芯材１０の上面を覆うよう
に配慮する。（ＨＩＰ処理）ＨＩＰ処理装置の前記処理容器内に、圧
縮性粉末１００の充填された軟鋼製カプセル２０を納
め、処理容器内部の空気を不活性ガスとしてのアルゴン
（Ａｒ）ガスで置換後、圧縮性粉末１００が約６５０℃
になるように処理容器内を加熱しつつ、軟鋼製カプセル
２０もろとも圧力媒体としてのアルゴン（Ａｒ）ガスを
介して約２時間加圧力１００ＭＰａで加圧保持すること
によって、圧縮性粉末１００はＨＩＰ処理されて加圧成
型体１１０（成型体の一例）となる（図３−ハを参
照）。

【０００９】（カプセルの開放）ＨＩＰ処理後の軟鋼製
カプセル２０を、加圧成型体１１０の放冷後、その底部
を回転ホイール等で切り取って開放することによって、
軟鋼製カプセル２０の下部に開口部２６を設ける（図３
−ニを参照）。（インナー部材の除去）前工程で開放された開口部２６
から、芯材１０のインナー部材１２を下向きに抜き取る
（図３−ホを参照）。インナー部材１２の円錐台形状
は、セット状態における環状のアウター部材１４の内周
面とインナー部材１２の間の抜き勾配として働くので、
比較的容易に抜き取ることができる。（アウター部材の除去）インナー部材１２と同様の要領
で、先ずアウター部材１８，１８を開口部２６から下向
きに抜き取る（図３−ヘを参照）。この時、一つの分割
体１８とそれに隣接する分割体１６，１６の間に設けて
ある抜き勾配の性質（図１と図２によって説明されてい
るように、分割体１８の側壁面１８ａ，１８ａ同士は芯
材１０の中心に向かって開くような角度をなす）のため
に、アウター部材１８，１８の各一つずつに対して、先
ず軟鋼製カプセル２０の径方向内側に引っ張り力を加え
て成型体１１０とアウター部材の間の縁切りを行い、次
に、軟鋼製カプセル２０の軸芯に沿って下向きに引っ張
り力を加えると比較的容易に抜き取ると比較的容易に抜
き取ることができる。次にアウター部材１６，１６を開
口部２６から下向きに抜き取る（図３−トを参照）。ア
ウター部材１６，１６は、アウター部材１８，１８が除
去された後の空間を利用して、軟鋼製カプセル２０の軸
芯に沿って下向きに引っ張り力を加えると抜き取ること
が出来る。

【００１０】（残ったカプセル部分の除去）カプセル本
体２６の残り部分、蓋２８、並びに脱気用パイプ３４を
回転ホイール等で切り取って開放することによって、加
圧成型体１１０を取り出す（図３−チを参照）。（再熱処理）得られた加圧成型体１１０を、再度、今度
はカプセル等で拘束されない状態で加熱することによっ
て機械的強度を更に強化することによって、多孔質材料
で構成されたパイプ状製品が得られる。具体的には、こ
こでは、アルゴン（Ａｒ）ガスによる非酸化雰囲気中で
１１００℃×４時間熱処理を行う。以上の工程によっ
て、平均孔径が４８μｍ、開気孔径が３５％、ガス抜き
性が２ｋｇｆ／ｃｍ²、曲げ強度が１２ｋｇｆ／ｃｍ²
のパイプ状焼結体が得られた。本発明の芯材は、それが
用いられる高温加圧条件下で大きく変形、破損すること
や、芯材同士が融着することは、それを被成形体をなる
べく損傷することなく除去すべきという目的から、望ま
しくないので、同条件下で軟化、破壊されない材料が必
要である。本実施形態ではステンレススチールを用いて
いる。

【００１１】〔別実施形態〕〈１〉高温加圧条件下で使用可能な芯材の材質として
は、ステンレススチールの他に、モリブデン等の耐熱金
属や超合金の他、アルミナ、安定化ジルコニア、炭化ケ
イ素、窒化ケイ素、タングステンカーバイド、炭化チタ
ン、炭化タンタル、黒鉛その他のセラミック材料などが
ある。また、圧縮性材料と芯材とが高温下での加圧成型
の際などに相互反応して互いに結合することは、芯材の
除去を円滑に行う上で大きな障害となり得るので、この
ような相互反応性は低いほど良く、実質的に相互反応性
が無いことが望ましい。したがって、もし、上記の相互
反応が起こり得る実施形態においては、圧縮性材料と芯
材との境界や、芯材同士（アウター部材とインナー部材
の間やアウター部材同士の間など）の境界に、両部材間
の相互反応を抑制する目的で、非反応性か反応性の低い
離型材を適用しても良い。これらの離型材としては、黒
鉛粉末、ボロンナイトライド（ＢＮ）粉末を用いること
ができるが、高温下で炭化する離型紙でも離型効果を発
揮する場合がある。

【００１２】〈２〉前述した実施形態では、先行して抜
き取るアウター部材１８に対して、先ず軟鋼製カプセル
２０の径方向内側に引っ張り力を加えて成型体１１０と
アウター部材の間の縁切りを行い、次に、軟鋼製カプセ
ル２０の軸芯に沿って下向きに引っ張り力を加えると比
較的容易に抜き取り易い構造を採用しているが、これと
は異なり、図５、及び図６に示すような、アウター部材
１８’，１８’の各々に対して、先ず軟鋼製カプセル２
０の軸芯に沿って下向きに引っ張り力を加えて成型体１
１０とアウター部材の間の縁切りを行い、次に、そのま
ま軟鋼製カプセル２０の軸芯に沿って下向きに、又は、
軟鋼製カプセル２０の軸芯に沿って下向きに且つ径方向
内側向き加減に引っ張り力を加えると比較的容易に抜き
取り易い構造を採用しても良い。図によって説明されて
いるように、一つの分割体１８’の側壁１８ｂ，１８ｂ
同士の間隔は、下向きに広がっているので、アウター部
材１８’に対して、軟鋼製カプセル２０の軸芯に沿って
下向きに引っ張り力を加えると成型体１１０とアウター
部材の間の縁切りが容易にできる。一旦縁切りが出来た
ら、分割体１８’の側壁１８ｂ，１８ｂの両側には空間
が生じ、後は分割体１８’を下向きに変位させて行けば
抜き取りが完了する。分割体１８’の抜き取りが完了し
たら、分割体１６’，１６’の両側にも大きな空間が生
じるので、後は分割体１６’，１６’を下向きに変位さ
せて行けば抜き取りが完了する。

【００１３】〈３〉本発明に係る芯材は、加熱を伴わな
い等方圧プレス成形（ＣＩＰ）や、通常のシリンダー内
でピストン状のプランジャーを変位させることで、シリ
ンダー内に納められた粉体などを一軸方向に加圧成形す
ることによって筒状などの成形体を得る場合の芯材とし
ても用いることが出来る。

【００１４】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】本発明に係る芯材のアウター部材がセット状態
における斜視図

【図２】本発明に係る芯材のアウター部材が分解状態に
おける斜視図

【図３】円筒状の多孔質金属の作製工程の前半を示す略
図

【図４】図３と同様の作製工程の後半を示す略図

【図５】芯材の別実施形態のアウター部材がセット状態
における斜視図

【図６】芯材の別実施形態のアウター部材が分解状態に
おける斜視図

【符号の説明】

１２インナー部材１４，１４’ アウター部材２０軟鋼製カプセル１００圧縮性粉末

───────────────────────────────────────────────────── 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 (72)発明者北山種二滋賀県犬上郡多賀町中川原338―４

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定空間内に納められた圧縮性材料を周
囲から加圧することによって前記圧縮性材料を成形体と
なす際に、予め前記圧縮性材料の内部に設置しておき、
前記加圧工程終了後に前記成形体から除去することによ
って、前記成型体に空洞部を形成することの可能な芯材
であって、内周面を備えた一つの環状の形態を取るセット状態と、
前記セット状態における前記環状の形態の周方向に、少
なくとも３つの分割体に別れた分解状態との間で形態を
切り換え可能なアウター部材（１４，１４’）と、前記
セット状態における前記アウター部材（１４，１４’）
に内嵌することによって、前記環状の形態の内側の空間
を埋めつつ、前記アウター部材を前記セット状態に維持
可能なインナー部材（１２）とを有し、且つ、前記セッ
ト状態における環状の前記アウター部材（１４，１
４’）の内周面と前記インナー部材（１２）の間に抜き
勾配を設けている芯材。
【請求項２】前記成形体から前記インナー部材（１
２）を抜き取った後に、前記アウター部材（１４，１
４’）を構成する前記分割体の少なくとも一つを他の分
割体よりも先行して除去することを可能にするために、
前記アウター部材（１４，１４’）を構成する前記分割
体の少なくとも一つに、隣接する二つの分割体との接当
面に抜き勾配を設けている請求項１の芯材。
【請求項３】前記加圧による成形工程はＨＩＰ処理装
置によって行う請求項１または２に記載の芯材。
【請求項４】前記圧縮性材料（１００）を収納するた
めの前記所定空間は、周囲からの加圧に応じて減容可能
なカプセル（２０）内に形成されている請求項１、２ま
たは３に記載の芯材。