JPH1190695A - 圧粉体成形方法及びその成形装置 - Google Patents

圧粉体成形方法及びその成形装置

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JPH1190695A
JPH1190695A JP10202634A JP20263498A JPH1190695A JP H1190695 A JPH1190695 A JP H1190695A JP 10202634 A JP10202634 A JP 10202634A JP 20263498 A JP20263498 A JP 20263498A JP H1190695 A JPH1190695 A JP H1190695A
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green compact
rubber
mold
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Masato Sagawa
眞人 佐川
Hiroo Shirai
啓雄 白井
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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】少なくとも側方部がゴムからなるゴムモー
ルド10に、粉末5を、自然充填密度の1.15倍以上
の密度に充填する工程、ダイ1に装着された前記ゴムモ
ールドをパンチにより圧縮する工程、圧縮成形された圧
粉体をゴムモールドから取り出す工程及び圧粉体が取り
出されたゴムモールド内に残存する粉末を清掃する清掃
工程とからなる圧粉体成形方法に関するものである。 【効果】ゴムモールドに粉末を高密度に充填した後に、
粉末を圧縮して圧粉体を成形するようにしたので、割
れ、欠けや象の脚変形等の変形のない圧粉体を成形する
ことができるとともに、圧粉体を焼結して得られる焼結
体の形状に近似した、所謂、ニア ネット シェイプ
(near net shape)の圧粉体を成形する
ことができ、且つ、このような圧粉体の焼結により、高
密度のニア ネット シェイプ焼結体を得ることができ
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、焼結用圧粉体(以
下、単に、「圧粉体」という。)の成形方法及びその成
形装置に関し、更に詳しく述べるならば、通常のダイプ
レス法を改良して、より微細な粉末の圧粉成形をも可能
にした圧粉体成形方法及びその成形装置に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】粉末冶金技術では、使用する粉末の粒径
を小さくすることによって、圧縮成形された圧粉体を焼
結することにより製造される焼結体が高密度化するのみ
ならず焼結体の結晶粒径が微細化し、この結果AlやT
i及びそれらの合金の焼結材料では機械的強度が著しく
向上し、鉄系軟磁性材料では磁気特性が向上する。
【0003】しかし、この微粉末化による焼結体の強度
及び信頼性向上は粉末の流動性の低下を招くことにな
る。粒径が小さく流動性が低い粉末をダイに自然充填す
ると、ダイ中で粉末が架橋現象を起こしやすくなり、粉
末の充填密度が大きく変動する。その結果、個々の圧粉
体の重量、即ち、圧粉体単重のばらつきが極めて大きく
なり、また、平均充填密度も低下するという欠点を生ず
る。
【0004】以上のような理由によって、特に、微細な
粉末を通常のダイプレス法により圧縮成形し、所望の圧
粉体を成形することは困難であるので、粉末を圧粉成形
するためには有機バインダーを40%もの多量に添加し
たスラリーを成形する射出成形法によらなければならな
い。しかし、この方法では脱バインダー処理に数日を必
要とし、また有機バインダーの分解生成物が炭素として
焼結体に残留して製品の特性を劣化させる。
【0005】また、粉末は、微細になるほど、粉末の比
表面積が増大するため、極めて活性になり、大気中で酸
化劣化し易い。特に航空機用等に高い信頼度が要求され
るAl−Li合金やTi合金などの微細な粉末は大気中
で急速に酸化し、甚だしい場合には自然発火する。また
微細な粉末は着火源に対しても極めて鋭敏化し、ダイプ
レス法ではダイとパンチの間の潤滑が粉かみ等によって
低下すると、摩擦によって火花を生じるので発火の危険
が高い。
【0006】粉末成形に最も良く使われるダイプレスで
は成形できる製品の形状には制限がある。ネジのように
くびれや凹凸のある形状やあまり細長い成形品はダイプ
レスで成形できない。ダイプレスにおける粉末の圧縮を
等方的にするための改良方法として、ダイにゴムモール
ドを設置して、粉末を充填したゴムの弾性変形を利用し
て粉末をパンチの動く方向と垂直な方向からも圧縮する
方法が開発されている(例えば特開昭49−13580
5号公報)。この方法を以下ゴムモールドダイプレス法
(GDP法)と呼ぶ。
【0007】ゴムモールドダイプレス法では凹凸のある
異形品の成形が原理的に可能であるがゴムの変形が不均
一になりがちで、割れや欠け或いは圧粉体の変形が頻繁
に起こる。ゴムなどの袋に入れられた粉末を液体中で静
水圧的に圧縮することにより密度が均一な圧粉体を得る
静水圧プレス法(CIP法)は能率が低く、圧粉体の高
能率連続生産には適していない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来の通常のダイプレ
ス法ではバインダなしで微細な粉末の圧粉体を成形する
ことは困難である。従ってアルミニウムのように元来軟
質で圧粉体密度の上げやすい材質でも、粒径が大きい粗
粉末を使用してあえて低密度成形が実施されており、低
い焼結密度に甘んじている。
【0009】一方、射出成形法により、バインダーが添
加された微細な粉末の圧粉体を製造し、これを焼結して
密度が90%以上の高密度焼結体を製造することは可能
であるが、脱バインダー時間が著しい長時間に及ぶの
で、通常のダイプレス法に比べ著しく生産性が低い。さ
らに、この圧粉体を焼結した製品は炭素等の不純物が多
くなり、Ti合金などの場合は焼結品の機械的性質が劣
化する。
【0010】従来、粗粉の圧粉体を焼結して得た製品を
高密度化するためにはサイジングなどの工程が必要であ
った。しかしサイジングは軟質材料にのみ可能であっ
た。
【0011】本発明の目的は、通常のダイプレス法と同
等の生産性で圧粉体を成形するとともに、割れや欠けの
ない圧粉体を成形することができる圧粉体成形方法及び
その装置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、上述した目的
を達成するために、圧粉体成形方法において、少なくと
も側方部がゴムからなるゴムモールドに、粉末を、自然
充填密度の1.15倍以上の密度に充填する工程、ダイ
に装着された前記ゴムモールドをパンチにより圧縮する
工程、圧縮成形された圧粉体をゴムモールドから取り出
す工程及び圧粉体が取り出されたゴムモールド内に残存
する粉末を清掃する清掃工程を有するものであり、ま
た、上記各工程が周回経路に沿って順次配置されている
ものである。そして、圧粉体成形装置に、少なくとも側
方部がゴムからなるゴムモールドに、粉末を、自然充填
密度の1.15倍以上の密度に充填する充填手段、ダイ
に装着された前記ゴムモールドをパンチにより圧縮する
圧縮手段、成形された圧粉体をゴムモールドから取り出
す圧粉体取り出し手段及び圧粉体が取り出されたゴムモ
ールド内に残存する粉末を清掃する清掃手段とを具備し
たものであり、また、上記各工程を周回経路に沿って配
置したものである。
【0013】
【実施例】本発明において使用する粉末は、密度が90
%以上の焼結体を提供しうる平均粒径50μm以下の粉
末であることが好ましい。望ましくは30μm以下、さ
らに望ましくは20μm以下の粉末を使用して圧粉体を
作り、これを焼結し真密度の90〜95%以上もの高密
度焼結体を得る。以下、平均粒径50μm以下の粉末を
「微細粉末」ともいう。
【0014】粗粒、即ち、平均粒径が50μmを超える
粉末をゴムモールドを使用して成形しても圧粉体中の空
隙の大きさ及び空隙率が非常に大きくなるため、焼結時
にこの空隙がなかなか収縮せず、結果的には焼結による
圧粉体の収縮が1体積%程度と、極めて低くなり、高密
度の焼結体が得られない。例えば鉄系軟磁性材料をこの
方法で焼結すると、90%未満の焼結体密度となる。
【0015】本発明において粉末とはFe、Co、N
i、Cu、Mo、Al、Tiなどの金属及び合金以外に
TiC、WC、などの化合物の粉末も含む。
【0016】Fe系の微細粉末は水若しくは不活性ガス
によるアトマイズ粉末が多くの場合使用され、また場合
によりカルボニル粉末も使用される。Al系微細粉末は
ガスアトマイズ又は急冷粉末が使用される。Ti系微細
粉末は水素吸蔵処理と脱水素の繰り返しにより作られた
ものが多く使用される。また機械的粉砕法により作られ
る微細粉末も使用される。また、Fe−Co、Ti合金
など硬質で成形性の悪い微細粉末でも、結合剤や潤滑剤
を添加しないで成形することが本発明法の特徴である。
また、本発明法ではゴムモールドを使用するため、微細
粉末がダイと直接接触せず、通常のダイプレスのような
粉かみが起こらない。従って潤滑剤使用しなくともよ
い。また、結合剤などからの残留炭素の上述した悪影響
を避けるために結合剤は添加しない。但し、焼結体に炭
素などの残留が許容されるときは1重量%以下の結合剤
を使用してもよい。
【0017】このような微細粉末は特に流動性が悪く、
自然充填されるとゴムモールド内で充填密度の粗密を生
じるので、本発明ではダイプレス機による圧粉体の圧縮
成形前に、ゴムモールドへの粉末の高密度充填を行うこ
とが必須である。一般に、粉末のゴムモールドへの充填
にはシェーカー等を利用し粉末を自重により落下させる
自然充填が行われる。シェーカー式フィーダーによる方
法では、粉末の入ったボックスをゴムモールド、ダイを
含むテーブル上ですべらせ、ゴムモールド中に粉末を自
然落下により落としこみ、ボックスの退去によりゴムモ
ールド中の粉末の盛り上がり部をすり切る方法である。
【0018】ゴムモールドに自然充填された微細粉末を
次にダイプレスにより圧縮すると、ゴムモールドの弾性
変形により微細粉末はパンチの移動方向にも、これと直
交する方向にも、言わば擬似静水圧的に圧縮されるの
で、一つの圧粉体中での粉末密度の変動が小さくなる。
【0019】しかしながら、自然充填された微細粉末は
ゴムモールド中で圧縮成形すると必ず割れ、欠け、変形
が圧粉体に生じる。ゴムモールドを使用するダイプレス
法において、かかる自然充填密度に粉末を充填した場合
に圧粉体に割れが発生する原因について図32を参照し
て説明する。
【0020】本願においてはゴムモールドの上部を形成
する部材を蓋部、下部を形成する部材を底部、側方を形
成する部材を側方部と呼ぶ。上述したように、粉末を自
重による自然落下によりゴムモールドに充填した際の粉
末の密度(自然充填密度)は11〜13%程度になる場
合が多く、粉末の圧縮成形による寸法収縮率は30〜4
0%もの多きに達する。するとゴムモールドの側方部1
0s、底部10k、蓋部10u相互間及びゴムモールド
とダイ間に働く摩擦力等のために、ゴムモールドを構成
する側方部10s、底部10k、蓋部10uは図32
(c)に示すように大きく変形する。この変形のうちゴ
ムモールドの蓋部10u及び底部10kに生じる不均一
変形dyはパンチによる加圧方向と平行方向の亀裂5d
の発生を助長し、ゴムモールドの側方部10sに生ずる
不均一変形dxはパンチによる加圧方向と垂直方向の亀
裂5eの発生を助長する。また上記の不均一変形dxは
圧粉体のエッジ部に激しい「象の足」変形を発生させ
る。このような圧粉体の割れ、欠け、変形を防止するた
めには、ゴムモールドダイプレス法において、パンチに
より、粉末が充填されたゴムモールドを圧縮する前に、
あらかじめ、粉末をゴムモールド中に高密度に充填する
ことが必要である。なお、パンチにより圧縮するとは、
上下パンチのいずれか一方又は両方により、直接或いは
間接に、粉末が高密度に充填されたゴムモールドを圧縮
することにより圧粉体を成形することである。
【0021】高密度充填における「高密度」とは、少な
くとも自然充填密度の1.15倍以上であり、特に長尺
物及び凹凸の激しい圧粉体を成形する場合については好
ましくは1.3倍以上である。但し、充填時にゴムモー
ルドが粉末の圧入のために変形を起こし、所望の形状の
圧粉体が得られなくなる程度の高密度充填は避けなけれ
ばならない。そのため密度は例えば真密度の60%以下
が好ましい。
【0022】粉末のゴムモールド中への高密度充填にあ
たっては、粉末をゴムモールドに一度自然充填してから
高密度に充填するか、あるいはゴムモールドへの充填と
同時に高密度充填を行う。ダイプレス機外での具体的な
高密度充填方法としては、ゴムモールドに自然充填され
た粉末に振動を加える;ゴムモールドに自然充填された
粉末をプッシャーで押圧しあるいは突き固める;自然充
填に続く加振後プッシャーによる押圧を行う;給粉と同
時にゴムモールドを加振するなどが可能である。必要に
よりこれらを組み合わせたりあるいは前後して行っても
良い。なお、「ダイプレス機外」とは、ゴムモールドが
ダイプレス機のパンチの軸方向位置からずれた位置にあ
る状態を指し、必ずしも、完全にパンチ、ダイホルダ
ー、ラム等から構成されるダイプレス機の外に出ていな
くともよい。
【0023】粉末をゴムモールドの上端まで高密度に充
填するには、自然充填状態でゴムモールド内容積よりも
多い粉末を入れることになり、そのままでは粉末がゴム
モールドからあふれる。従って筒状等のガイド枠を使っ
て粉末をゴムモールド上面よりも高い位置まで充填し、
その後振動を加えるかプッシャーで押し込んで、粉末上
面をゴムモールド上面に一致させる。このとき、ガイド
枠の押し付け若しくはプッシャーによる押圧によって生
ずるゴムモールドの変形はモールド内の粉末の充填密度
の粗密(図32参照)を生じない程度のものである。
【0024】従来、上述したように、ダイ、パンチ等か
らなるダイプレス機にゴムモールドを配置し、次いで、
ダイプレス機に配置されたゴムモールドに粉末を自然落
下により自然充填密度状態に充填し、その後、粉末が自
然充填密度状態に充填されたゴムモールドをパンチによ
り圧縮して圧粉体を成形することが行われている。この
ように、粉末が自然充填密度状態に充填されたゴムモー
ルドをパンチにより圧縮すると、図32を用いて説明し
たように(段落番号0014を参照のこと。)、ゴムモ
ールドの変形が大きく、圧粉体に割れや欠けが発生した
り、「象の脚」等の変形を惹起することになる。そこ
で、本発明においては、パンチによる圧粉体の圧縮成形
に先立って、あらかじめ、粉末を、ゴムモールドに高密
度に充填しておくことを特徴としている。
【0025】高密度充填工程をダイプレス機外で行う方
法が、ダイプレス機内で行う方法よりも望ましい。ダイ
プレス機内ではパンチが上下するために、粉末を加振、
押圧を行うための器具をダイプレス機内に設置して強制
的高密度充填を実施することは、ダイプレス機全体の構
造が非常に複雑になるため、採用できず、また、ダイプ
レス機内でダイと共にゴムモールドを振動させることも
現実的でないために、ダイプレス機内での高密度充填の
手段は非常に制約があること、またダイプレス機内で計
量粉末を充填することが困難であることなどがその理由
である。
【0026】ゴムモールドを実質的に変形させることな
く高密度に粉末を充填する具体的方法としては、図33
に示したように上パンチを粉末のみを押圧できる内側パ
ンチ9aとダイ1に装着されたゴムモールド10のみを
押圧できる外側パンチ9bからなる二層構造とし、内側
パンチ9aを用いて粉末5をゴムモールド10内へ高密
度に充填した後、外側パンチ9bと内側パンチ9aの両
方を用いて、粉末5が充填されたゴムモールド10を圧
縮して圧粉体を成形する。
【0027】次に図1を参照して、粉末をゴムモールド
に高密度に充填するための加振方法を具体的に説明す
る。粉末受皿90から、予め重量を測定した微細粉末5
を、ガイド枠100を上部に固定したゴムモールド10
に自然充填する(図1(a)参照)。微細粉末5はゴム
モールド10の上面よりさらに上方まで堆積する。続い
てゴムモールド10を加振機41の上に載せ、振動を加
える(図1(b)参照)。加振機41としては電磁式若
しくはクランク式加振機などにより水平方向又は上下方
向の振動を発生するものを使用することができる。振動
の周波数は特に限定されないが、たとえば1〜60Hz
である。加振は、給粉時より行ってゴムモールド10に
供給された粉末に高密度を与えてもよく、あるいは給粉
が終了して一旦自然充填状態になった後に加振を行って
もよい。以下の説明では主として自然充填後に高密度充
填を行う実施態様の説明を行う。
【0028】その後、微細粉末5がゴムモールド10よ
りさらに上方に盛り上がっている時は、プッシャー10
2により微細粉末5の上面をゴムモールド10の上面ま
で押し下げる(図1(c)参照)。続いて、プッシャー
102及びガイド枠100をゴムモールド10から引上
げる(図1(d)参照)。ガイド枠100は図1に示す
ようにゴムモールド10と同一の断面をもつプレートで
も、図2のようにゴムモールド10の開口部と同一の内
法寸法を持つ筒状体、あるいは図3に示すように筒状体
の先端がゴムモールド10の上部に嵌込まれているもの
でもよい。ガイド枠の開口部は、ガイド枠の下面側でゴ
ムモールドの上部開口部とほぼ同じ形状をもっていれば
よく、例えば給粉を容易にするためにガイド枠の開口部
は上面側で多少広がっていてもよい。ゴムモールドに粉
末を自然充填する際に、ガイド枠を使用して微細粉末が
ゴムモールドから横溢することは防止できるが、流動性
が極めて悪い微細粉末をシェーカー式フィーダーの使用
によりゴムモールドに充填すると充填量のばらつきが著
しい。そこで、ゴムモールドにガイドを通じ、あらかじ
め計量した一定量の微細粉末を投入するようにすれば極
めて正確に圧粉体の単重を制御することができ、また微
細粉末は焼結時の収縮率が一定しているのでネット シ
ェイプ(net shape)の焼結体を安定して生産
することができる。
【0029】好ましい実施形態を示す図4において、コ
ンベアー2を通じて、微細粉末5を一旦、重量測定機6
と連動した振動メッシュ3に落下させる。微細粉末5は
流動性が低いため、凝集しやすく、直接容器4に落下さ
せると塊になって落下するため正確な重量のコントロー
ルが行いにくい。そこで振動メッシュ3により微細粉末
5の凝集塊を解砕しながら、測定器6で容器4内の微細
粉末5の重量をモニタしながら一定量の微細粉末7を採
取する。
【0030】振動メッシュ3上に投入された微細粉末5
は、振動メッシュ3の振動が停止している間はほとんど
振動メッシュ3から下方には落下しないので、振動メッ
シュ3の振動のON−OFFを繰り返すことにより、極
めて精密に容器4への落下量を制御することができる。
また微細粉末の重量を測定する代わりに、体積の測定を
行って制御してもよい。容器4の代わりに、ゴムモール
ドあるいはガイド枠付きゴムモールドを設置し微細粉末
の重量をゴムモールドなどと共に測定しながら、微細粉
末をゴムモールドに充填してもよい。
【0031】ゴムモールド中での微細粉末の充填密度が
非常に高い場合、あるいは成形される圧粉体の凹凸の度
合いによってはパンチの荷重を除いた後ゴムモールドが
原形に復帰しても、圧粉体とゴムモールドの間に充分な
空隙が形成されず、圧粉体のゴムモールドからの取り出
しが不可能あるいは甚だ困難になる。その場合には、図
5のようにゴムモールド10を割り型10a、10bに
することができる。即ちゴムモールドの少なくとも側方
部を2個以上に分割した割り型とし、成形後これらを分
離して圧粉体20をゴムモールド10から取り出す。
又、図6(a)に示すようにゴムモールドの側方部10
sに切り込み11を設け、これによる切断面からゴムモ
ールドを開いて圧粉体を取り出すようにしてもよい。さ
らに図6(b)に示すように側方部と底部10c、側方
部10a、10bどうしを分割してもよい。しかしなが
ら割り型を使用するとゴムモールドの分割面に微細粉末
がかみ込んだり、ゴムモールドのねじれ等の不均一変形
を起こしやすく、その結果圧粉体が変形若しくは割れる
おそれがある。さらに割り型をダイにセットする時間が
必要になる。
【0032】この対策として微細粉末を圧縮成形した
後、パンチにより圧縮力の除荷を行い、その後、ゴムモ
ールド内面をガスなどにより加圧するか且つ/又はゴム
モールドの外面を減圧して、ゴムモールドの内側の圧力
が、ゴムモールドの外側の圧力より高くなるように圧力
差を付与し、圧粉体とゴムモールドの間の空隙を拡大せ
しめ、その後、圧粉体をゴムモールドより取り出す方法
が有効である。この方法の実施例では図7に示すように
底付きゴムモールド10の頂部側に筒状カバー12を固
着し、且つ、ゴムモールド10と筒状カバー12の間を
密閉する。1〜5気圧程度の加圧ガスを筒状カバー12
内に導入することによりゴムモールド10を膨張させ
る。続いて、予め筒状カバー12内に突入されている吸
引管14の先端を圧粉体20の上面に押圧して、これを
吸引して、圧粉体20の取り出しを行う。また圧粉体2
0が磁性体である場合には、吸引の代わりに電磁石で吸
いつけて取り出してもよい。上記実施例とは異なり、図
8に示すようにゴムモールド10の外面を一部とする真
空チャンバー内を減圧にし、ゴムモールド10を膨張さ
せてもよい。
【0033】図8において、8は下パンチ、14は密閉
用カバー、14aは排気孔、15a及び15bはOリン
グ、17は電磁石である。密閉用カバー14は、Oリン
グ15bを介してダイ1に、また、下パンチ8の押上げ
により直接ゴムモールド10に押付けられている。ま
た、下パンチ8とダイ1の間にはOリング15aが嵌込
まれている。従って、ゴムモールド10の外側には排気
孔14aからの排気により真空空間18が作られる。ゴ
ムモールド10が膨張した後は電磁石17により圧粉体
20を吸引する。
【0034】ダイプレス成形した後ゴムモールドを逆向
きにし、ゴムモールドの内側を加圧し若しくはゴムモー
ルドの外側を減圧にし、膨張したゴムモールドから重力
を利用して圧粉体を下側から落として取り出すことも出
来る。割り型を使用する方法は能率の面では減圧法(図
7、8)に劣るが、この方法ではなお圧粉体の取り出し
が困難である場合にも取り出しを可能にする。
【0035】パンチによる加圧方向に沿った高さがそれ
に直角な方向の寸法より小さい偏平な形状の歯車等の圧
粉体を、超硬合金、Fe−Co、Ti合金あるいは各種
金属間化合物等脆く成形性の悪い材料の微細粉末を用い
て成形するためには、ゴムモールド内面のうち上下面の
少なくとも一方を形成する部材(上面を形成する部材を
蓋部、下面を形成する部材を底部と呼ぶ)がゴムモール
ドの側方部を形成するゴムよりも硬質であるように構成
したゴムモールドを使用することが好ましい。この構成
とは逆に、底部が軟質で、側方部が硬質であると、図9
に模式的に示すように、側方部10sの変形に伴って底
部10kが縮もうとし、しわが底部10k表面に発生す
る。このしわがクラックの起点になり、圧粉体5′が割
れてしまう。また軟質材は、表面に粉末が噛み込まれや
すく、また圧粉体とゴムモールドとの間の摩擦も大であ
る。さらに、パンチによる圧力を取り除いた時、軟質の
底部10kは元の形状に戻ろうとし、逆変形するが、こ
のとき底部10kのゴムが圧粉体5′とかみ込んで逆変
形に追随させようとし、圧粉体5′が割れに至る。これ
らのことが圧粉体の割れを生じさせる原因となる。側方
部10sと底部10kの硬さが同じ場合は、パンチによ
る圧縮量が多くなると同様に割れの危険が高まる。従っ
て、本発明では底部及び/又は蓋部を側方部より硬いゴ
ムとするか、あるいは底部及び/又は蓋部を金属若しく
は硬い樹脂とする。
【0036】ゴムモールドの蓋部若しくは底部の少なく
とも一方の厚み(t、単位mm)が式:t≦16h/D
(ただし、hは圧粉体の厚み、Dは圧粉体の断面積の正
の平方根である)で表されるように構成する。ここで蓋
部若しくは底部の厚み及び圧粉体の厚みとはパンチによ
る加圧方向の厚みを言い、圧粉体の断面積とはパンチに
よる加圧方向に直交する圧粉体の断面積を言う。圧粉体
の断面積が大になる(式の右辺が小さくなる)ほど、ゴ
ムが逆変形する時の力が大きくなり、圧粉体が割れやす
くなるので、ゴムモールドの蓋部及び底部の厚みを小さ
くする。底部10kの厚みを小さくすることを示す図1
0において、底部10kは上パンチ1aの加圧力Paと
その反作用Pdにより押さえつけられている。一方、底
部10kにしわを作る力、ゴムモールドの側方部10s
を押圧する力及び粉末5が断面積を小さくするように縮
小する力がPcである。底部10kの厚みが小さくなる
ほど前者の押さえつけ力Pa、Pdが大になり、後者の
力Pcを上回ると、しわが発生しなくなる。また、上記
の式の係数16は下記の実験の結果、割れ発生有無に対
して臨界的であることが見出された。後述の図11
(e)及び(g)の形状をもつゴムモールド(寸法30
×30×5mm、h/D=0.17)を用いて平均粒径
10μmのFe−Co粉末を1.0t/cm2 の圧力で
成形した。この成形を、ゴムモールドの底部厚み(t)
を0.5〜3.5mmの範囲で変化させて、各厚みにつ
き10回行い、10個の圧粉体を作製した。その結果、
次の割れ個数が得られた。t=0.5、1.0、1.5
mmの場合は0個;t=2.0mmの場合は1個;t=
2.5mmの場合は4個;t=3.0mmの場合は10
個。この割れ調査結果より上記した係数16が求められ
た。
【0037】ゴムモールドの底部、蓋部を硬質とする代
わりに、上部及び/又は下部が開放されたゴムモールド
を直接金属パンチで加圧して、パンチに硬質部の代用を
させることができる。上述の二つの方法、即ち底部及び
/又は蓋部を(イ)硬質ゴム、金属又は硬質樹脂とする
(ロ)上記の式を満たす薄いゴムとする方法を具体化し
たゴムモールドの例を図11に示す。図中ハッチングは
金属又は硬質ゴムを示す。(a)は上蓋10uを軟質ゴ
ム、側方部10sを軟質ゴム、底部10kを硬質ゴムと
した例である。(b)は上蓋10uを軟質ゴム、側方部
10sを軟質ゴム、底部10kを金属とした例である。
(c)は上蓋10uを上記の式を満たす薄い(以下、単
に「薄い」という)軟質ゴム、側方部10sを軟質ゴ
ム、底部10kを硬質ゴム又は金属とした例である。
(d)は上蓋10uを上記の式を満たす薄い(以下、単
に「薄い」という)軟質ゴム、側方部10s及び底部1
0kを一体の軟質ゴムとした例である。(e)は上蓋1
0uを硬質ゴム又は金属、側方部10s及び底部10k
を一体の軟質ゴムとした例である。(f)は上蓋10u
を軟質ゴム、側方部10s及び薄い底部10kを一体の
軟質ゴムとした例である。(g)は上蓋10uを硬質ゴ
ム又は金属、側方部10s及び薄い底部10kを一体の
軟質ゴムとした例である。(h)は上蓋10uを薄い軟
質ゴム、側方部10s及び薄い底部10kを一体の軟質
ゴムとした例である。(i)は上蓋10uを硬質ゴム又
は金属、側方部10sを軟質ゴム、底部10kを硬質ゴ
ム又は金属とした例である。(j)は上蓋なし、側方部
10sを軟質ゴム、底部10kを軟質ゴム、底部10k
を側方部の切り欠きに固定した硬質ゴム又は金属とした
例である。(k)は硬質ゴム又は金属の底部10kを側
方部10sで側面と下面から取り囲んだ例である。底部
が薄い場合は、底部下側を金属若しくは硬質ゴムなど、
底部上側より硬質の材料で補強することができる。
(l)は(i)の上蓋10uに下向きの突起を設け、プ
レス機外で上蓋により粉末を高密度に充填し、その後、
(l)に示された状態で粉末を圧縮成形し圧粉体を製造
する例である。
【0038】図12(a)には図11(e)と同じ作用
を有するゴムモールド10が示されている。この図12
(a)のゴムモールド10では上パンチ1aが上蓋10
uの作用を営み、圧粉体の割れを防止する。さらに図1
2(b)には図11(i)における上蓋10u、底部1
0kの作用をそれぞれ上パンチ1a及び下パンチ1bが
営むゴムモールド10の例が示されている。さらに、図
12(c)には、上パンチ1a及び下パンチ1bが硬質
材料であり、上パンチ1aが硬質上蓋10u(例えば図
11(e)参照)の作用を営むモールドが示されてい
る。なお、ここで言うパンチの硬質材料とは、金属製パ
ンチの先端に固着された硬質ゴム又は硬質樹脂でもよ
い。
【0039】長尺物の成形では、扁平物と全く逆の現象
が起こる。すなわち扁平物ではゴムモールドの影響は面
積の広い上下端面からのそれが支配的であるので、上下
端面の少なくとも一方を硬質とすることで、成形される
圧粉体の割れを防止した。ところが長尺物では側面から
のゴムモールドの影響が支配的となる。従って側方部を
軟質とすると図9に図解した原理によって、今度は層状
割れを発生する(図13参照)。従って、圧粉体の層状
割れを防止するためにはゴムモールドがダイプレス機の
上下パンチと面する上下側の少なくとも一方の側の材料
が、ゴムモールドがダイプレス機のダイに面する側方部
のゴムよりも軟質であるように構成することが好まし
い。
【0040】AlやFe系などのように比較的軟質で、
成形性のよい微細粉末を軟質ゴムモールドで成形する
と、粉末がゴムモールドの側壁をかみ込んで、除荷して
もゴムモールドが圧粉体の外表面と分離できなくなるこ
とがある。一方、硬質ゴムモールドの場合には、かみ込
みが起こり難いが、ゴムモールド全体を硬質ゴムより構
成するとゴムモールドを膨張させて圧粉体を取り出すの
が困難になる。そこでゴムモールドの少なくとも側方部
を二層構造とし、微細粉末に面する側のみを硬質の材料
で構成することにより、ゴムモールド全体の柔軟性を保
ったまま微細粉末のかみ込みを防止することが有利であ
る。蓋部、底部も同様の二層構造としてもよい。また、
このような二層構造は二層材料を注型若しくは射出成形
で作ってもよく、又は予め作製したゴムモールドの内面
に硬質材料をコーティングしてもよい。硬質ゴムの代わ
りに、二硫化モリブデン等の潤滑剤を配合した樹脂若し
くはゴム、あるいは四フッ化エチレン樹脂等低摩擦係数
の材質を内層に用いて同様の効果を得ることができる。
【0041】リングなどの中空体の製造方法においては
ゴムモールドが中空部形成のために該ゴムモールドより
硬質の材料からなるマンドレルを備えている構成とす
る。この構成とは逆にマンドレルが軟質であると、パン
チの加圧力により圧粉体と一緒にマンドレルが径方向に
収縮し、つぎにパンチを後退させ、ゴムモールドと圧粉
体に加えられていた荷重を除く、即ち、除荷するとマン
ドレル10mが成形された圧粉体5′の穴を押し広げる
ように膨張する(図14参照)。この結果圧粉体5′に
割れが発生する。従ってマンドレル10m(図14参
照)は、ゴムモールドの側方部10sよりも硬質である
ことが好ましい。
【0042】図15はマンドレルを使用して図16に示
すような二つの中空部を有する圧粉体を作る成形法の一
具体例を示し、マンドレル10m、10m′を金属から
構成し、マンドレル10mが入る凹部9′を上パンチ9
の中に形成している。図17に示すような中空部を有す
る圧粉体を作るときは、ゴムモールドの略中央部に配置
された硬質マンドレルの一部が圧粉体の側面部まで貫通
する。本発明の方法では通常のダイプレスよりも圧縮は
はるかに等方的であり、ゴムモールドの存在により、金
型と粉末の摩擦も皆無である。従って上パンチのみの片
押しでも粉末が偏らず均一に成形される。これによりダ
イプレス機が極めて簡単化される。
【0043】本発明法を自動化するには、複数のゴムモ
ールドを周回経路で搬送する方法が望ましい。本発明法
では,微細粉末を用いて、割れや欠け或いは変形のな
い、しかも、最終製品に近い、所謂、ニア ネット シ
ェイプ (near netshape)な圧粉体を製
造することが目的であるので、前記自動化を実現する一
つの方法として、1)微細粉末の計量及びガイド枠を用い
たゴムモールドへの給粉工程、2)微細粉末の振動及び/
又はプッシャー押圧によるゴムモールドへの高密度充填
工程、3)ダイプレスによりゴムモールドに高密度充填さ
れた微細粉末を圧縮することによる圧粉体の成形工程、
及び、4)ゴムモールドからの圧粉体の取り出し工程など
の各工程を、ゴムモールドを間欠的に搬送する周回経路
で順次繰り返し行う。これを実施するための装置として
は、前記ゴムモールドを間欠的に搬送する周回経路に沿
って1)微細粉末の計量機、2)微細粉末をゴムモールドに
供給するフィーダ、3)高密度充填を行うためのプッシャ
ーや加振機により構成される定量高密度充填部(a)、
ダイプレス機(b)、圧粉体をゴムモールドから取り出
す治具より構成される取り出し部(c)を順次配列した
装置を用いることが望ましい。プッシャーの代わりにあ
るいはプッシャーとともに加振機を配列することができ
る。加振機はフイーダーと同じ位置に設置するかあるい
はフイーダーとダイプレス機の中間に配置することがで
きる。ここで圧粉体の搬送が連続であるとゴムモールド
が動いている間に(a)〜(c)の各工程がなされなけ
ればならず、フィーダー、パンチ等がゴムモールドと共
に動く必要が生ずる。なぜならば微細粉末はゴムモール
ド中でブリッジングを起こし易いので、自由落下すりき
りによる給粉機は使えず、ゴムモールドとともにフィー
ダー及びガイドを移動させて計量された微細粉末をゴム
モールド中に充填する必要があるからである。これは各
治具を固定配置する場合に比べ、大幅な装置の複雑化を
招く。
【0044】本発明の方法により、粉末の給粉、高密度
充填、圧粉体の取り出しの間にプレス機が占有されない
ため、極めて生産性は向上する。ダイがゴムモールドと
ともに搬送される方法の一実施例を図18を参照として
説明する。ゴムモールド10i(図19参照)は底なし
の筒状に形成されており、ゴムモールド10iの開放底
部は回転ダイ40の一部に閉じられている。従って、回
転ダイ40がゴムモールド10iの底部を構成してい
る。ゴムモールド10iがリング状回転ダイ40と共に
順次回転移動しながらフィーダーによる粉末のゴムモー
ルド10iへの高密度充填、ダイプレス装置60による
粉末の圧縮成形、圧粉体取り出し装置62による圧粉体
の取り出しなどの一連の操作(A〜D)を行うことがで
きる。
【0045】Aでは、図20に示されているように、定
量供給装置で秤量された微細粉末5をガイド枠100を
通じてゴムモールド10iに投入し加振器41により振
動させ密度を上げ、さらにプッシャー22にて所望の高
密度まで上げる。この方法のように微細粉末のゴムモー
ルド10iへの供給とゴムモールド10iへの高密度充
填は同じ場所で行うことが好ましい。微細粉末のゴムモ
ールド10iへの供給とゴムモールド10iへの高密度
充填を別の場所で行うと、ガイド枠100を給粉場所か
らプッシャー22などによる高密度充填場所まで移動さ
せなければならず、ガイド枠100の個数が増え、また
装置の複雑化を招く。なお、図20ではダイは図示が省
略されている。図18のBは予備位置であり、Cでダイ
プレス装置60によりゴムモールド10に高密度充填さ
れた微細粉末を圧縮し圧粉体を成形する。A、B、C及
びDにおける操作が開始し完了するまで回転ダイ40は
移動を停止している。なお圧粉体成形後ゴムモールド1
0iは原形に復帰するので圧粉体63の周りにリング状
間隙10rが作られる。この間隙10rは上記した吸引
により圧粉体63をゴムモールド10iから取り出すの
に十分な大きさを有する。66は制御ユニット50によ
り駆動されるステップモーター67により駆動されるコ
ンベヤーである。アーム64が該コンベヤー66上方に
振回し、圧粉体63をコンベヤー66上に載せた後に、
コンベヤー66が移動する。かかる一連の動作は制御ユ
ニット50により制御される。
【0046】28は、エアーピストン24、エアーユニ
ット25、電磁石26、電磁石励磁電源27からなるゴ
ムモールド清掃装置である。電磁石26は、圧粉体63
がゴムモールド10iから取り出された後、ダイキャビ
ティ上方に移動し、そして電磁石電源27により励磁さ
れて磁力によりゴムモールド10i内に残存する残粉を
吸引して、ゴムモールド10iの清掃を必要により行
う。なお、粉末が非磁性である場合は吸引等の清掃手段
を用いることができる。ダイがゴムモールドと共に前記
周回経路に沿って搬送されるようにしてもよい。また、
図18においてリング状回転ダイ40は安価な炭素鋼製
とし、ダイス鋼製のダイはゴムモールド10iとともに
リング状回転ダイ40に着脱されるように構成してもよ
い。活性度の高い合金の微細粉末を成形するために、ゴ
ムモールドの周回経路内での搬送を不活性ガスチャンバ
ー内で行うことが好ましい。周回経路装置では、微細粉
末及び圧粉体の経路が一定するため装置全体がコンパク
ト化できるので、不活性ガスによる雰囲気化が容易であ
る。図18に二点鎖線30で示したようにプレス機周辺
と経路の部分を選択的に不活性ガス容器に収納すること
も可能である。
【0047】図21にはゴムモールドのみが搬送され、
ダイが周回経路のごく一部分に沿ってのみ移動する場合
の本発明の別の実施例が示されている。この装置では、
ダイを円盤状回転ダイ1aとし、穿設した複数個(図面
では2個のみが示されているが3個以上でもよい)の円
筒形孔部により形成し、それぞれのダイが円形経路に沿
って移動するように回転ダイ1aをモーター91により
回動させる。また、上下パンチ9、8を、ダイ内に上下
から挿入して微細粉末が高密度に充填されたゴムモール
ド10iを圧縮する第一の位置P1 に設け、第二の位置
P2 には、回転ダイ1aに、微細粉末が高密度に充填さ
れたゴムモールド10iを挿入するゴムモールドローダ
ー70を設け、さらに、第三の位置P3 には、回転ダイ
1aから圧粉体を包含するゴムモールド10iを取り出
す取出装置78、84が設けられている。回転ダイ1a
はモーター91によりP1 、P3 、P2 を順次循環され
る。
【0048】円盤ダイ1aはすべてが高価なダイス鋼で
なくパンチと接触する周囲だけ使用すればよく、他は軽
量化低コスト化の為に、その一部をプラスチック、鉄等
を使用できる。ゴムモールドローダー70は2基の油圧
シリンダー71、80により駆動される。油圧シリンダ
ー71は先端に吸引口を取り付けた中空ロッド79を前
進後退させる。図22の位置では右側に示されたゴムモ
ールド10が回転ダイ1a中に挿入されている。油圧シ
リンダー80はそのピストン92に固着されたシリンダ
ー71を全体として昇降させる。上昇状態では、吸引口
はベルトコンベヤー45上でゴムモールド10を吸引
し、その後上昇状態のまま中空ロッド79が前進し、回
転ダイ1aの上方まで移動する。その後シリンダー71
は下降し、回転ダイ1a中にゴムモールド10を挿入す
る。76、81は油圧ユニットである。75は固定カム
であって、回転ダイ1aが回転すると、回転ダイ1a中
に設けられた昇降底1dが固定カム75の上面輪郭に沿
って図23に示すように摺動する。すなわち、まずプレ
ス中には回転ダイ1a中に設けられた昇降底1dは固定
カム75からは完全にはなれているが((a)図参
照)、次に固定カム75の裾の部分に乗り((b)図参
照)さらに山の斜面に沿って上昇し((c,d)図参
照)、頂上の平坦部に達すると、圧粉体を内部に有する
ゴムモールド10は回転ダイ1aの上面と同じレベルに
達する((e)図参照)。この時ゴムモールド10は第
三の位置P3 に達している(図22参照)。その後再び
昇降底1dは下降するので、未成形の微細粉末が充填さ
れたゴムモールド10を回転ダイ1aに受け入れできる
ようになる((f)図参照)。第二の位置P2 近傍に末
端が位置する第一のコンベヤー45を設け、第一のコン
ベヤー45により微細粉末を充填したゴムモールド10
iを搬送する。第三の位置P3 の近傍に末端が位置する
第二のコンベヤー140を設けている。ゴムモールド1
0は回転ダイ1aの回転運動によってゴムモールド回収
板78に沿って案内され、さらに固定式の台84上を若
干滑って第二のコンベヤー140上に受け渡される。
【0049】実施例1 使用したゴムモールドを図24に示す。蓋部10uは硬
質ゴム(硬度90)、側方部10sは軟質ゴム(硬度4
0)、底部10kは硬質ゴム(硬度90)製であった。
ゴムモールドのキャビティの内法寸法は30×30×3
(mm)であった。このゴムモールドの製作は次のよう
にして行った。図25に示すようにゴムモールドの外形
と同じ形状の凹部を有する金型36の底に、底部10k
を構成する、あらかじめ硬化させ切り抜いた硬質ウレタ
ン板34をセットし、次いで、底部10kを構成する硬
質ウレタン板34の中央部上面にゴムモールドのキャビ
ティと同じ形状を有する中子33を載置する。次いで、
あらかじめ真空脱泡した未硬化のゴム35(大日本イン
キ化学工業製ウレタンゴム、2液混合常温硬化型)を、
中子33の高さまで注入して、底部10kと側方部10
sを成型した。
【0050】以下の実施例で使用するすべてのゴムモー
ルドは上述した方法に準じて作成した。微細粉末として
はFe−45wt%Coアトマイズ粉(平均粒度15μ
m、真密度8.3g/cc)をプレス圧:1.0t/c
m2 で成形した。得られた圧粉体を焼結温度1200
℃、焼結時間6時間で焼結した。結果を表1に示す。微
細粉末にはすべて潤滑剤、バインダーを全く添加しなか
った。
【0051】(1)表において左端のデータが自然充填
による比較例である。自然充填では粉箱より微細粉末を
ゴムモールドへ自由落下させた後、ゴムモールド上方の
盛り上がり部をすり切りした。粉末の重量は測定しなか
った。これに対して実施例ではすべてあらかじめ各充填
密度ごとに微細粉末の重量を±1%の誤差範囲で測定し
た。 (2)充填方法 N・・・・自然充填(自由落下後すり切り) NV・・・ガイドを通じて粉末をキャビティ内に落下
させながら振動させ、充填終了後粉末上面をゴムモール
ドと一致させるために軽くプッシャーで押す NVP・・ガイドを通じて粉末をキャビティ内に落下
させながら振動させ、充填終了後粉末をプッシャーで粉
末を強く押し込む (3)成形された圧粉体の割れ、欠け判定基準(試料数
n=50) ○・・割れ、欠けが発生しない △・・全数の10%未満の割れ、欠けが発生 ×・・全数の10%以上の割れ、欠けが発生 (4)成形された圧粉体の変形判定基準 ×・・不均一変形が著しく、後の加工による寸法調整が
不可能、ゴムモールドの形状を修正しても改善が困難 △・・若干不均一変形があるが、後の加工若しくはサイ
ジングによる寸法調整により補える程度 ○・・ほとんど不均一変形しない。若干の不均一変形が
残るがゴムモールドの内側面の形を若干変えるだけで良
好な圧粉体が得られる 以上(1)から(4)はすべての実施例について同じで
ある。
【0052】
【表1】
【0053】Fe−Co粉の場合と同様にTi粉(水素
化分解粉末(平均粒度10μm、真密度4.5g/c
c))をプレス圧1.0t/cm2 で成形し、得られた
圧粉体を1150℃、6時間の条件で焼結した。結果を
表2に示す。
【0054】
【表2】
【0055】実施例2 図26に示すゴムモールドの蓋部10uは硬質ゴム(硬
度90)より、底付き側方部10sは軟質ゴム(硬度4
0)より作り、ゴムモールドのキャビティ部内法寸法は
内径4×高さ17mmとした。使用した粉末、プレス
圧、焼結条件は以下のとおりであり、結果をそれぞれの
表3〜9に示す。 (1)使用粉末:Fe−2wt%Si(平均粒度10μ
m、真密度7.7g/cc) プレス圧:1.0t/cm2 焼結温度:1200℃ 焼結時間:6時間 結果は表3に示されている。 (2)使用粉末:Fe−0.3wt%C(水アトマイズ
→水素還元)(平均粒度20μm、真密度7.8g/c
c) プレス圧:1.0t/cm2 焼結温度:1200℃ 焼結時間:6時間 結果は表4に示されている。 (3)使用粉末:Fe−0.3wt%C(水アトマイズ
→水素還元)(平均粒度12μm、真密度7.8g/c
c) プレス圧:1.0t/cm2 焼結温度:1200℃ 焼結時間:6時間 結果は表5に示されている。 (4)使用粉末:Fe−42wt%Ni(アトマイズ
粉)(平均粒度30μm、真密度8.1g/cc) プレス圧:1.0t/cm2 焼結温度:1200℃ 焼結時間:6時間 結果は表6に示されている。 (5)使用粉末:Fe−42wt%Ni(アトマイズ
粉)(平均粒度12μm、真密度8.1g/cc) プレス圧:1.0t/cm2 焼結温度:1200℃ 焼結時間:6時間 結果は表7に示されている。 (6)使用粉末:Ti(水素化分解粉末)(平均粒度1
0μm、真密度4.5g/cc) プレス圧:1.0t/cm2 焼結温度:1150℃ 焼結時間:6時間 結果は表8に示されている。 (7)使用粉末:焼結用Al(アトマイズ粉)(平均粒
度10μm、真密度2.7g/cc) プレス圧:1.0t/cm2 焼結温度:600℃ 焼結時間:6時間 結果は表9に示されている。
【0056】
【表3】
【0057】
【表4】
【0058】
【表5】
【0059】
【表6】
【0060】
【表7】
【0061】
【表8】
【0062】
【表9】
【0063】実施例3 実施例2と同一のゴムモールドを使用し、平均粒度(μ
m)を変えた各種材質の粉末毎に表10中記載の充填密
度にガイド枠、振動及びプッシャーを使用して実施例1
のNVPの方法により、ゴムモールドに粉末を高密度に
充填し、次いで、実施例2と同一条件でパンチにより圧
縮して圧粉体を成形し、その後、成形された圧粉体を焼
結した。但し、Fe−45%Coの粉末は後述の実施例
6の条件で圧縮して圧粉体を成形し、その後、成形され
た圧粉体を焼結した。一方、比較のためにゴムモールド
ダイプレス法により成形したものとほぼ同じ形状の圧粉
体が成形できるダイ(ダイ内径3.9mm)によるダイ
プレス法を実施したところ、ゴムモールドダイプレス法
による成形に用いたのと同じ微細粉末は流動性が低いた
め金型への充填が不可能であった。そこで表10に記載
の粗粉を使用し、自然充填後1.5t/cm2 の圧力で
成形した後、微細粉末の場合と同一条件で焼結した。焼
結体の密度を表10、表11に示す。なお、表中の成形
法に示されている「GDP」は、上述したようにゴムモ
ールドダイプレス法を意味し、また、「DP」は、ダイ
プレス法を意味する。
【0064】
【表10】
【0065】
【表11】
【0066】実施例4 図27に示すゴムモールドを使用してボルトを成形し
た。ゴムモールドの蓋部10u及び側方部10sは軟質
ゴム(硬度40)より製作した。使用した粉末は、Fe
−2wt%Si(平均粒度10μm、真密度7.7g/
cc、アトマイズ粉)及びTi粉末(平均粒径30μ
m、真密度4.5g/cc、水素化分解粉末)であっ
た。前者の粉末はプレス圧1.2t/cm2 で成形し、
得られた圧粉体を焼結温度1200℃、焼結時間6時間
の条件で焼結した。後者の粉末はプレス圧1.4t/c
m2 で成形し、得られた圧粉体を焼結温度1150℃、
焼結時間6時間の条件で焼成した。その結果を表12及
び表13に示す。いずれの材質も自然充填の場合にねじ
山の損傷が特に激しく、また、ねじの足と頭の境目で折
れた。ねじ山の損傷は粉末がゴムモールドのねじ山を形
成する溝のすみずみまで均一に充填されなかったために
生じ、また、圧粉体の折れはゴムモールドの不均一変形
によると考えられる。
【0067】
【表12】
【0068】
【表13】
【0069】実施例5 図28に示すゴムモールドA及びゴムモールドBを使用
してFe−45wt%Coの微細粉末(平均粒度12μ
m)を充填密度3.70g/ccにて充填した。ゴムモ
ールドのキャビティ内法寸法は何れのゴムモールドでも
30×30×3mmあった。ゴムモールドAは全体(蓋
部10u、側方部10s、底部10k)が軟質ゴム(硬
度40)より作成され、ゴムモールドBは側方部10s
が上記軟質ゴムより作製され、その他の部分(蓋部10
u、底部10k)が硬質ゴム(硬度90)より作製され
た。粉末の高密度充填方法としてはあらかじめ計量した
微細粉末をガイド枠を用いて自然充填後、振動及びプッ
シャーにより高密度に充填した。プレス圧1.0t/c
m2 で圧粉体の成形を10回行ったところゴムモールド
Aで成形した圧粉体は全数に割れを生じ、ゴムモールド
Bは全数良好な圧粉体を得た。
【0070】実施例6 図29に示されているとともに、下記材質よりなるゴム
モールドA、B(キャビティの内法寸法4×17mm)
を使用して、上述した実施例4と同じ条件で圧粉体を成
形した。 ゴムモールドA ゴムモールドB 蓋部 軟質ゴム(硬度40) 硬質ゴム(硬度80) 側方部 硬質ゴム(硬度80) 軟質ゴム(硬度40) 底部 軟質ゴム(硬度40) 硬質ゴム(硬度80) ゴムモールドBで成形した圧粉体は全数層状割れを生
じ、ゴムモールドAで成形した圧粉体は全数良好であっ
た。
【0071】実施例7 図30に示されているとともに、下記材質よりなるゴム
モールド(A)、(B)、(C)を使用し、アルミニウ
ム粉末(平均粒度30μm、アトマイズ粉)により圧粉
体を成形した。 蓋部 側方部 内面皮膜(10n) ゴムモールド(A) 硬質ゴム 軟質ゴム なし (硬度90) (硬度40) ゴムモールド(B) 同上 同上 四フッ化エチレン樹脂 (硬度80) (t=0.5mm) ゴムモールド(C) 同上 同上 40%MoS2 (硬度80) 配合軟質ゴム (硬度40) (t=1.0mm) ゴムモールド(A)を使用する成形では、圧粉体がゴム
モールドにかみ込み、ゴムモールドを逆さにしてゴムモ
ールド内を1.0kg/cm2 の圧縮空気で加圧しても
圧粉体がそのままゴムモールド内に残留した。ゴムモー
ルド(B)、(C)を使用する成形ではかみ込みは全く
生じず、ゴムモールドを逆さにするとともにゴムモール
ドを膨らませると容易に圧粉体は落下し、取り出し可能
であった。
【0072】実施例8 図31の(A)、(B)、(C)に示す形状を有しマン
ドレルが下記表の材質からなるゴムモールドを使用し、
Fe−2wt%Si(アトマイズ粉、粒度12μm)の
粉末を1t/cm2 で圧縮成形して、マンドレルの材質
別による圧粉体の割れ発生数を調べた。ゴムモールド
(A)、(B)の形状は外径φ33mm×内径φ24m
m×高さ18mm、マンドレル10mの形状はセット状
態で外径φ12mm×高さ15mm((A)の場合)及
び外径φ12mm×高さ7.5mm((B)の場合)で
あった。ゴムモールド(C)は外径φ33mm、内径φ
24mm,高さ18mmの寸法であり、マンドレル10
mとしては厚み1.5mm、高さ7.5mmのブレード
を8枚放射状に配置した。圧粉体の割れ状況を10回成
形中の割れ回数として表14に示す。
【0073】
【表14】 表14より、マンドレルが軟らかいと圧粉体と一緒にマ
ンドレルが径方向に収縮し、この状態で除荷すると圧粉
体の穴を押し広げるようにマンドレルが戻るので圧粉体
に割れが生ずることが確かめられた。マンドレルの材質
として最も望ましいのは金属、次に高硬度ゴムであり、
変形しにくい材質が適していると言える。
【0074】実施例9 高純度Al及び高純度LiをAl−2.84wt%Li
の組成になるように配合後、Ar雰囲気で溶解し、Ar
ガス・アトマイズにより平均粒度8μmのAl−Li合
金粉末を得た。この粉末を用い、内法寸法が内径30φ
×高さ10mmのウレタンゴム(硬度60)製貫通ゴム
モールドを固定配置した周回経路式圧粉体製造装置(図
18)により円板状圧粉体を製造した。ここで、成形は
装置全体が大気中に暴露される(チャンバー内に置かな
い)例について行ったところ、粉末が頻繁に発火して成
形が不可能であった。
【0075】一方、図18の二点鎖線30で示される部
分をドーム状チャンバーで覆い、チャンバー内の空気を
アルゴンガスで置換し、成形を行ったところ、成形が可
能になった。
【0076】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載する効果を奏することができ
る。
【0077】ゴムモールドに粉末を高密度に充填した後
に、粉末を圧縮して圧粉体を成形するようにしたので、
割れ、欠けや象の脚変形等の変形のない圧粉体を成形す
ることができるとともに、圧粉体を焼結して得られる焼
結体の形状に近似した、所謂、ニア ネット シェイプ
(near net shape)の圧粉体を成形する
ことができ、且つ、このような圧粉体の焼結により、高
密度のニア ネットシェイプ焼結体を得ることができ
る。
【0078】また、流動性を高めるためのバインダーや
潤滑剤を添加することなく粉末を圧縮して圧粉体を成形
することができるので、脱バインダー処理等が省略で
き、従って、圧粉体の生産性が向上し、炭素汚染のない
高品質焼結体が生産できる。
【0079】更に、圧粉体の単重のばらつきを極めて小
さくすることができるので、製品単重のばらつきのない
ニア ネット シェイプ焼結体が得られ、焼結体の最終
機械加工代を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】粉末をゴムモールドに高密度に充填する方法を
示す一部断面を含む概略側面図である。
【図2】ガイド枠が載置されたゴムモールドの垂直断面
図である。
【図3】ガイド枠が載置されたゴムモールドの垂直断面
図である。
【図4】粉末の計量法を示す一部断面を含む概略側面図
である。
【図5】割り型に形成されたゴムモールド及び圧粉体の
垂直断面図である。
【図6】別の実施例のゴムモールドの斜視図及び割り型
に形成されたゴムモールドと圧粉体の垂直断面図であ
る。
【図7】ゴムモールドを膨張させる方法を示す垂直断面
図である。
【図8】ゴムモールドを膨張させる別の方法を示す垂直
断面図である。
【図9】圧粉体の割れの説明図である。
【図10】ゴムモールドにかかる圧力を説明するための
ゴムモールドやパンチ等の垂直断面図である。
【図11】各種ゴムモールドを説明するためのゴムモー
ルドの垂直断面図である。
【図12】上下端の少なくとも一方が開放されたゴムモ
ールドによる成形法を示すゴムモールド及びパンチの垂
直断面図である。
【図13】圧粉体の層状割れの説明図である。
【図14】中空圧粉体成形用ゴムモールド等の垂直断面
図及び平面図である。
【図15】中空圧粉体成形用ゴムモールド等の垂直断面
図である。
【図16】成形される中空圧粉体の斜視図である。
【図17】成形される別の中空圧粉体の斜視図である。
【図18】周回経路式の圧粉体製造装置の回路を含む概
略平面図である。
【図19】図18に示されている圧粉体製造装置に使用
されるゴムモールド等の垂直断面図である。
【図20】プッシャー及び加振器が配置されたゴムモー
ルド等の垂直断面図である。
【図21】別の周回経路式の圧粉体製造装置の回路を含
む概略平面図である。
【図22】図21に示されている圧粉体製造装置の一部
断面を含む側面図である。
【図23】図21に示されている圧粉体製造装置のカム
板の動作説明図である。
【図24】実施例1において使用されたゴムモールドの
垂直断面図である。
【図25】図24に示されているゴムモールドの作製法
を説明するための金型等の垂直断面図である。
【図26】実施例3において使用されたゴムモールドの
垂直断面図である。
【図27】実施例4において使用されたゴムモールドの
垂直断面図である。
【図28】実施例5において使用されたゴムモールドの
垂直断面図である。
【図29】実施例6において使用されたゴムモールドの
垂直断面図である。
【図30】実施例7において使用されたゴムモールドの
垂直断面図である。
【図31】実施例8において使用されたゴムモールドの
垂直断面図である。
【図32】ゴムモールドにより成形を行う際に圧粉体に
発生する割れの状況を説明するためのゴムモールドの垂
直断面図である。
【図33】外側パンチと内側パンチにより構成されるパ
ンチを使用して圧粉体を製造する方法を説明するための
ゴムモールド等の垂直断面図である。
【符合の説明】
1・・・・・・・ダイ 5、7・・・・・粉末、微細粉末 6・・・・・・・重量測定器 1b、8・・・・下パンチ 1a、9・・・・上パンチ 10、10i・・ゴムモールド 10k・・・・・底部 10m・・・・・マンドレル 10s・・・・・側方部 10u・・・・・蓋部 12・・・・・・筒状カバー 20・・・・・・圧粉体 22、102・・プッシャー 33・・・・・・中子 34・・・・・・硬質ウレタン板 35・・・・・・未硬化のゴム 36・・・・・・金型 40・・・・・・リング状回転ダイ 41・・・・・・加振機 60・・・・・・ダイプレス装置 62・・・・・・圧粉体取り出し装置 70・・・・・・ゴムモールドローダー 100・・・・・ガイド枠

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも側方部がゴムからなるゴムモー
    ルドに、粉末を、自然充填密度の1.15倍以上の密度
    に充填する工程、ダイに装着された前記ゴムモールドを
    パンチにより圧縮する工程、圧縮成形された圧粉体をゴ
    ムモールドから取り出す工程及び圧粉体が取り出された
    ゴムモールド内に残存する粉末を清掃する清掃工程とか
    らなることを特徴とする圧粉体成形方法。
  2. 【請求項2】上記各工程が周回経路に沿って順次配置さ
    れていることを特徴とする請求項1に記載の圧粉体成形
    方法。
  3. 【請求項3】少なくとも側方部がゴムからなるゴムモー
    ルドに、粉末を、自然充填密度の1.15倍以上の密度
    に充填する充填手段、ダイに装着された前記ゴムモール
    ドをパンチにより圧縮する圧縮手段、成形された圧粉体
    をゴムモールドから取り出す圧粉体取り出し手段及び圧
    粉体が取り出されたゴムモールド内に残存する粉末を清
    掃する清掃手段とからなることを特徴とする圧粉体成形
    装置。
  4. 【請求項4】上記各工程を周回経路に沿って配置したこ
    とを特徴とする請求項3に記載の圧粉体成形装置。
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JP2012236379A (ja) * 2011-05-13 2012-12-06 Bridgestone Corp 焼結体の製造方法
JP2020009886A (ja) * 2018-07-06 2020-01-16 Tdk株式会社 焼結磁石の製造方法

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