JPH11256204A - 焼結用粉末材料の予備成形用金型 - Google Patents

焼結用粉末材料の予備成形用金型

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JPH11256204A
JPH11256204A JP7122698A JP7122698A JPH11256204A JP H11256204 A JPH11256204 A JP H11256204A JP 7122698 A JP7122698 A JP 7122698A JP 7122698 A JP7122698 A JP 7122698A JP H11256204 A JPH11256204 A JP H11256204A
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JP
Japan
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sintering
preforming
mold
die
warpage
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JP7122698A
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English (en)
Inventor
Akira Kani
明 可児
Yoshihiro Tejima
芳博 手嶋
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Eagle Industry Co Ltd
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Eagle Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 焼結用粉末材料による環状の予備成形体を焼
結する過程での歪の発生による端面の反りを少なくす
る。 【解決手段】 予備成形用金型10は、成形空間15に
充填した焼結用粉末材料1を軸方向に加圧する上型11
の成形面11a及び下型12の成形面12aは、この予
備成形用金型10によって得られる予備成形体4を焼結
した時に発生する微小な反りを相殺するように緩やかな
テーパ面又は曲面状に形成され、かつ上型11の成形面
11aには予備成形体4の端面4aにディンプルを形成
するための多数の微細な突起11bが形成されている。
この予備成形用金型10によって得られる予備成形体4
は、端面4a,4cにテーパ状の反りを有するが、この
反りは予備成形体4を焼結炉内で加熱して焼結させる過
程で解消され、両端面5a,5cがほぼ軸心と垂直な焼
結体5が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、粉末成形技術の分
野に属するものであって、特に例えば端面にパターン化
された微細なディンプルや溝等を有する円環状の焼結体
を得るために焼結用粉末材料を円環状に予備成形するた
めの金型に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に炭化珪素(SiC)等の硬質の焼
結体は、耐熱性、耐腐食性、耐摩耗性等に優れた特性を
有し、平滑性に優れ、摩擦係数が小さいため、例えば回
転機器におけるメカニカルシールや軸受等における円環
状の摺動材として広く使用されている。このような摺動
材は、相手摺動材に対して高速で摺動されるが、その摺
動面にディンプル加工もしくは溝加工を施しておくこと
によって、流体による潤滑及び冷却作用が促され、寿命
を著しく向上することができることは良く知られてい
る。したがって、このような摺動材の摺動面には、従来
から種々の方法によりディンプルや溝等の加工が行われ
ている。ところが、炭化珪素等の焼結体は極めて硬質で
あるため、ダイヤモンド砥石を用いた機械加工によって
ディンプル又は溝を形成する場合は、コストが極めて高
くなると共に加工に長時間を要するため、実用的ではな
い。
【0003】これに対し、摺動材の焼結用粉末材料を円
環状に予備成形する過程で用いる金型によって前記ディ
ンプルや溝の形成を行えば、製品ごとに個別に機械加工
等を施す必要がなくなるため、製造コストや工程上著し
く有利である。すなわち図2(A)に示すように、互い
に同心的に組まれた上型101、下型102、コア型1
03及び外型104の間に形成される環状の成形空間1
05に焼結用粉末材料1を充填して上型101で軸方向
に加圧することによって、図2(B)に示すような円環
状の予備成形体2を得る予備成形用金型100におい
て、前記予備成形体2の一端面2aと対応する上型10
1の成形面101aに、所定のパターンで微細な多数の
突起101bを形成しておけば、この金型100によっ
て得られる予備成形体2の一端面2aには前記突起10
1bと対応するディンプル又は溝2bが形成される。し
たがって、この予備成形体2を焼結炉で焼結させれば、
ダイヤモンド砥石を用いた機械加工によらず、摺動面に
ディンプル又は溝を有する摺動材が得られることにな
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、例えばメカニ
カルシールの摺動材のように、軸心に対して垂直な端面
を摺動面とする焼結体においては、実際には、予備成形
用金型100による予備成形体2の状態では、上型10
1及び下型102における軸心に対して垂直な成形面1
01a,102aによって、両端面2a,2cが極めて
高い平坦度に形成されていたにも拘らず、焼結過程での
僅かな歪によって、図2(C)に示すように、焼結体3
の端面3a,3cに微小なテーパ状又は曲面状の反りを
発生してしまう。このため図中一点鎖線で示すように、
特に密封摺動面となる端面2aは、前記反りを修正して
平坦にするための研削による仕上加工を行わなければな
らず、しかも反りが大きいほど研削量も大きくせざるを
得ないので、焼結体3の端面3aに形成されたディンプ
ル又は溝3bの深さよりも研削深さが大きくなる箇所を
生じて前記ディンプル又は溝3bが部分的に消滅した
り、潤滑液溜りとして機能し得ないほど浅くなってしま
う問題がある。
【0005】本発明は、上記のような事情のもとになさ
れたもので、その技術的課題とするところは、焼結用粉
末材料による環状の予備成形体の焼結過程での歪の発生
による端面の反りを少なくすることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上述した技術的課題を有
効に解決するための手段として、本発明は、焼結用粉末
材料を円環状に予備成形するのに用いる金型であって、
円環状の予備成形体の端面を成形する成形面が前記予備
成形体の焼結過程での反りの方向と逆向きかつ前記反り
の大きさと対応するテーパ状又は曲面状を呈するもので
ある。また本発明において一層好ましくは、前記成形面
のテーパ角度又は曲面に対する接線角度を金型の軸心と
直交する平面に対して10-3〜 3×10-2ラジアンとする。
【0007】すなわち本発明の予備成形用金型によれ
ば、端面にテーパ状又は曲面状の反りを有する円環状の
予備成形体が得られる。そしてこの予備成形体を加熱す
ることによって焼結すると、その過程で前記端面のテー
パ角度又は曲面に対する接線角度を減少させる方向の歪
が焼結体に発生する。これは、本発明の予備成形用金型
によって予備成形体の端面に与えられたテーパ面又は曲
面が、焼結過程での反りの方向と逆向きかつ反りの大き
さとほぼ対応するからである。したがって、焼結完了後
は前記端面はほぼ軸心に対して垂直な平面状となる。
【0008】なお、予備成形用金型の成形面のテーパ角
度又は曲面に対する接線角度を金型の軸心と直交する平
面に対して10-3〜 3×10-2ラジアンとしたのは、経験的
に、セラミック粉末や金属粉末を焼結する時の反りが、
ほぼこの範囲で発生していると判断されるためである。
【0009】
【発明の実施の形態】図1は、本発明に係る焼結用粉末
材料の予備成形用金型の好ましい一実施形態を示すもの
である。この予備成形用金型10は、例えば炭化珪素等
のセラミックスからなるメカニカルシール用摺動材を焼
結する際の予備成形のために用いられるもので、例えば
超硬合金からなり、先に説明した図2の予備成形用金型
100と同様、互いに同心的に組まれた上型11、下型
12、コア型13及び外型14を備えている。上型11
はコア型13と外型14との間を軸方向に移動可能に設
けられ、下型12との間の成形空間15に充填した焼結
用粉末材料1を軸方向に加圧することによって後述する
円環状の予備成形体4を成形するものである。
【0010】上型11の成形面(下面)11aは、例え
ば内周側が僅かに下方へ突出するような緩やかなテーパ
面又は曲面を呈すると共に、格子状あるいは螺旋状等の
規則的な配列パターンで配列した円形あるいは楕円形等
の多数の微細な突起11bが形成されている。一方、下
型12の成形面(上面)12aは、前記上型11の成形
面11aと対応して、例えば内周側が僅かに上方へ突出
するような緩やかなテーパ面又は曲面を呈する。
【0011】上型11の成形面11aにおける突起11
bは、例えば特開平9−125105号公報に開示され
た方法によって形成することができる。すなわち、フォ
トリソグラフィの手法による多数の小孔又はスリットか
らなる転写パターンが形成されたスクリーン印刷用の版
を、平滑に形成された成形面11aに密着させ、この版
の上から、ペースト状焼結材料をスクリーン印刷の手法
により刷り込むことによって、前記成形面11aに、ペ
ースト状焼結材料からなる多数の微細突起を形成し、乾
燥後、上型11を不活性ガスあるいは水素ガス等の雰囲
気中で所定の焼結温度で加熱することによって、成形面
11aと一体の組織からなる突起11bが形成される。
【0012】また、上型11の成形面11a及び下型1
2の成形面12aのテーパ角度又は曲面に対する接線の
角度は、この上型11あるいは下型12の軸心と直交す
る平面に対して10-3〜 3×10-2ラジアンの範囲で設定さ
れる。実際には、まず先に説明した図2に示す従来形
状、すなわち上型101の成形面101a及び下型10
2の成形面102aが軸心に対して垂直な予備成形用金
型100を用いて予備成形体2を加圧成形し、これを焼
結炉で焼結させることによって、焼結体3の端面3a,
3cに発生した微小な反りの大きさ(テーパ角度又は曲
面に対する接線の角度)を計測し、その計測値と対応し
て設定される。これは、焼結時の反りの大きさは、焼結
用粉末材料1の種類、予備成形体の大きさ及び厚み、成
形条件、焼結条件等によって異なるためである。また、
この時に焼結体3の端面3a,3cの高さがほぼ直線的
に変化していれば、図1(A)における上型11及び下
型12の成形面11a,12aはテーパ面とし、前記焼
結体3の端面3a,3cの高さが曲線的に変化していれ
ば、図1(A)における上型11及び下型12の成形面
11a,12aは曲面とする。
【0013】上記実施形態の予備成形用金型10におけ
る、上型11、下型12、コア型13及び外型14の間
の成形空間15で焼結用粉末材料1を加圧成形すると、
上型11及び下型12の成形面12aによって、図1
(B)に示すように、端面4a,4cを意図的に微小な
テーパ状又は曲面状とした予備成形体4が得られる。ま
た、予備成形体4の一方の端面4aには、上型11の成
形面11aの突起11bによって所定の配列パターンの
多数のディンプル4bが形成される。
【0014】次にこの予備成形体4を焼結炉内で所定温
度で所定時間加熱して焼結させると、その過程で前記端
面4a,4cの反りを相殺する方向に歪が発生するの
で、図1(C)に示すように、両端面5a,5cがほぼ
軸心と垂直な焼結体(メカニカルシール用摺動材)5が
得られる。このため、摺動面となる前記端面5aの反り
を修正して平坦にするための仕上研削量を少なくして、
ディンプル5bが研削によって部分的に消滅したり潤滑
液溜りとして機能し得ないほど浅くなってしまうのを防
止することができる。
【0015】
【実施例】まず焼結による反りの計測を目的として、図
2に示すように、上型101及び下型102の成形面1
01a,102aが軸心に対して垂直であって成形空間
105の外径φ1 =31mm、内径φ2 =16mmの予備成形用
金型100を用い、また焼結用粉末材料1には焼結助剤
とバインダを混合した50〜 100μmのSiC造粒粉を用
い、上型101による成形圧力P=1.5ton/cm2 で軸方
向厚さT=6mm の予備成形体2を加圧成形した。この予
備成形体2の両端面2a,2cの反りを計測したとこ
ろ、軸心に対してほぼ完全に垂直な平面であった。そし
て前記予備成形体2をアルゴンガスによる不活性雰囲気
中で温度= 2,100℃、加熱時間= 2時間で焼結させ、こ
れによって得られた焼結体3を下型102の成形面10
2aで成形された端面3cを上にして(図2(C)とは
天地逆にして)反りを計測したところ、内径側が外径側
よりも40μm低くなっており、その変化はほぼ直線的で
あった。
【0016】次に図1に示すように、上述の計測結果に
基づいて、外径φ1 及び内径φ2 は上述の予備成形用金
型100と同じであるが、上型11及び下型12の成形
面11a,12aを内径側が外径側よりも40μm低いテ
ーパ面とした予備成形用金型10を用い、上述と同じ焼
結用粉末材料1及び成形条件で予備成形体4を加圧成形
した。この予備成形体4の両端面4a,4cの反りを、
前記下型12の成形面12aで成形された端面4cを上
にして(図1(B)とは天地逆にして)反りを計測した
ところ、内径側が外径側よりも40μm高くなっており、
そのテーパ角度は軸心と垂直な平面に対して 6×10-3
ジアンであった。そして前記予備成形体4を上述と同じ
焼結条件で焼結させ、これによって得られた焼結体5の
反りを上記と同様にして計測したところ、内径側と外径
側の高低差は数μmであり、予備成形用金型10による
意図的な反りと焼結による反りが相殺されたことによる
著しい効果が認められた。
【0017】
【発明の効果】本発明の予備成形用金型は、端面に焼結
過程で発生する反りを相殺するための反りを有する予備
成形体を成形するものであり、この予備成形体を焼結す
ることによって、軸心に対してほぼ垂直な平面状の端面
を有する焼結体からなる摺動材を得ることができるた
め、前記端面の反りを修正して平坦にするための仕上研
削量が少なくて済み、特に、摺動面となる端面に潤滑液
溜りとしてのディンプル又は溝が前記予備成形において
形成される場合、このディンプルや溝が研削量の増大に
よって部分的に消滅したり潤滑液溜りとして機能し得な
いほど浅くなってしまうのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る焼結用粉末材料の予備成形用金型
の好ましい一実施形態を、この金型によって成形される
予備成形体及びその焼結によって得られる焼結体と共に
示す説明図である。
【図2】従来技術に係る焼結用粉末材料の予備成形用金
型の一例を、この金型によって成形される予備成形体及
びその焼結によって得られる焼結体と共に示す説明図で
ある。
【符号の説明】
1 焼結用粉末材料 4 予備成形体 5 焼結体 10 予備成形用金型 11a,12a 成形面

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 焼結用粉末材料を円環状に予備成形する
    のに用いる金型であって、 円環状の予備成形体の端面を成形する成形面が前記予備
    成形体の焼結過程での反りの方向と逆向きかつ前記反り
    の大きさと対応するテーパ状又は曲面状を呈することを
    特徴とする焼結用粉末材料の予備成形用金型。
  2. 【請求項2】 請求項1の記載において、 成形面のテーパ角度又は曲面に対する接線角度が金型の
    軸心と直交する平面に対して10-3〜 3×10-2ラジアンで
    あることを特徴とする焼結用粉末材料の予備成形用金
    型。
JP7122698A 1998-03-06 1998-03-06 焼結用粉末材料の予備成形用金型 Withdrawn JPH11256204A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1951489A1 (en) 2005-11-15 2008-08-06 Meccanotecnica Umbra S.p.A. Surface treatment process for ceramic mechanical seal rings of pumps and ring obtained with said process

Cited By (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1951489A1 (en) 2005-11-15 2008-08-06 Meccanotecnica Umbra S.p.A. Surface treatment process for ceramic mechanical seal rings of pumps and ring obtained with said process
JP2009516130A (ja) * 2005-11-15 2009-04-16 メッカノテクニカ ウンブラ エス.ピー.エー. ポンプのセラミック製機械用シールリングに対する表面処理工程および前述の工程により得られたリング

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