JPWO2013161744A1 - 混合粉末の高密度成形方法および高密度成形装置 - Google Patents

Abstract

基金属粉末と低融点の潤滑剤粉末との混合物である混合粉末１００を第１の金型２１Ｄに充填し、第１の加圧力を加えて混合粉末完成圧縮体１２０の形態に比較して加圧方向に突出する突出部分１１０Ａを有する形態の混合粉末中間圧縮体１１０を成形し、この混合粉末中間圧縮体１１０を加熱して混合粉末中間圧縮体１１０の温度を当該潤滑剤粉末の融点相当温度に積極的に昇温し、第２の金型４１Ｄ内で昇温された混合粉末中間圧縮体１１０に第２の加圧力を加えて突出部分１１０Ａを加圧方向に潰し圧縮しつつ加圧成形して高密度で所期形態の混合粉末完成圧縮体１２０を完成する。

Description

混合粉末を２回加圧により高密度（例えば、７．７５ｇ／ｃｍ^３）の圧粉体を成形することができる高密度成形方法および高密度成形装置に関する。

一般的に、粉末冶金技術は、金属粉末を加圧（圧縮）して所定形状の圧粉体に成形処理し、次いで圧粉体を当該金属粉末の融点近傍温度に加熱して粒子間結合（固化）を促す焼結処理を行う一連の技術である。これにより、形状複雑で寸法高精度の機械部品を低コストで製造することができる。

機械部品の一段の小型軽量化要請に伴い、圧粉体の機械的強度の向上が求められる。他方、圧粉体を高温雰囲気に晒すと磁気特性が劣悪化すると言われている。かくして、例えば、磁心用圧粉体の実際製造に際しては、その後の高温処理（焼結処理）を省略する場合がある。換言すれば、高温処理（焼結処理）をしなくても、機械的強度を高める方法が模索されている。

ここに、機械的強度は、圧粉体の密度を高めるにしたがって大幅（双曲線的）に高まるとされている。代表的な高密度化方法としては、金属粉末に潤滑剤を混合させることで摩擦抵抗力の低減を図りつつ加圧成形する方法が提案（例えば、特開平１−２１９１０１号公報（特許文献１））されている。一般的には、基金属粉末に約１重量％（１ｗｔ％）の潤滑剤を混合した混合粉末を加圧成形する。さらなる高密度化を目指した幾多の提案がされている。これら提案は、潤滑剤自体の改善と、加圧成形・焼結処理に係るプロセスの改善に大別される。

前者に属するものとしては、潤滑剤をボール状炭素分子と板状炭素分子を組み合わせた炭素分子複合体とする提案（特開２００９−２８０９０８号公報（特許文献２））、２５℃における針入度が０．３〜１０ｍｍである潤滑剤とする提案（特開２０１０−３７６３２号公報（特許文献３））を挙げることができる。いずれも金属粉末同士、並びに金属粉末と金型との摩擦抵抗力を低減する考え方である。

後者に属するものとしては、温間成形・焼結粉末冶金方法（特開平２−１５６００２号公報（特許文献４））、ハンドリング容易化前置温間成形粉末冶金方法（特開２０００−８７１０４号公報（特許文献５））、２回プレス−２回焼結粉末冶金方法（特開平４−２３１４０４号公報（特許文献６））および１回成形−焼結粉末冶金方法（特開２００１−１８１７０１号公報（特許文献７））が知られている。

最初の温間成形・焼結粉末冶金方法は、固体潤滑剤および液体潤滑剤を混合した金属粉末を予熱することで潤滑剤の一部（または、全部）を溶融させかつ粒子間に潤滑剤を分散させる。これにより、粒子間および粒子・金型間の摩擦抵抗力を下げることで、成形性を向上しようとするものである。ハンドリング容易化前置温間成形粉末冶金方法は、温間成形工程に先立ち混合粉末を加圧してハンドリング可能な低密度（例えば、密度比が７６％未満）の一次成形体を成形する一次成形工程を設け、この一次成形体を青熱脆性が生じる温度よりも低温の状態でかつ一次成形体を一旦崩壊しつつ二次成形工程を実施して二次成形体（圧粉体）を得るものである。２回プレス−２回焼結粉末冶金方法は、合金化成分を含む鉄粉末混合物をダイ内で加圧しつつ生の圧縮体を生成し、この圧縮体（圧粉体）を８７０℃で５分間だけ予備焼結して予備焼結体を生成し、この予備焼結体を加圧することで２回プレス済の予備焼結体を生成し、しかる後に２回プレス済の予備焼結体を１０００℃で５分間焼結することにより焼結部品を生成する方法である。最後の１回成形−焼結粉末冶金方法は、金型を予め予熱しかつ内面に潤滑剤を帯電付着しておく、次いでこの金型内に加熱された鉄基粉末混合物（鉄基粉末＋潤滑剤粉末）を充填し、所定温度で加圧成形して鉄基粉末成形体となし、次いで鉄基粉末成形体に焼結処理を施し、さらに光輝焼入れを行い、その後に焼き戻し処理を施して鉄基焼結体を製造する方法である。

このように、潤滑剤や加圧成形・焼結処理プロセスに関するいずれの改善策でも、圧粉体の密度は最高でも７．４ｇ／ｃｍ^３（真密度の９４％）程度である。機械的強度が不十分である。さらに、焼結処理（高温雰囲気）を施す場合には、温度・時間に応じて酸化が進むので粉末粒子コーティング状態の潤滑剤が燃焼しかつ残渣が発生する結果、加圧成形後の圧粉体品質の劣化を招くから、製造上の密度は７．３ｇ／ｃｍ^３以下となるであろう。しかも、いずれの改善策も、複雑でコスト高となる虞が強い。取扱も面倒で実用性に難点がある。

特に、電磁機器（モータやトランス等）用の磁心（磁芯）を圧粉体から作製することを考えると、この程度の密度（７．３ｇ／ｃｍ^３以下）では、極めて不満足との指摘が強い。損失（鉄損、ヒステリス損）量を減少し、磁束密度を高くするには圧粉体の一層の高密度化が必要である。例えば、平成２１年度粉体粉末冶金協会秋季大会での発表資料（株式会社豊田中央研究所殿提供）からしても、明白である。磁心の密度は、例えば７．５ｇ／ｃｍ^３でも、実用的には、磁気的特性のみならず機械的強度も不満足であるとの指摘がある。

この磁心用圧粉体の製造に関しては、２回成形−１回焼結（１回焼鈍）粉末冶金方法（特開２００２−３４３６５７号公報（特許文献８））が提案されている。この提案粉末冶金方法は、磁性金属粉末の表面にシリコーン樹脂と顔料とを含む被膜を形成しておけば、その後に高温処理が施されても絶縁性が低下しないという技術事項を根拠とするものである。すなわち、圧粉磁心の製造方法は、表面がシリコーン樹脂と顔料とを含む被膜で被覆された磁性粉末を予備成形して予備成形体を成形し、この予備成形体に５００℃以上の温度で熱処理を施して熱処理体とし、次いでこの熱処理体に圧縮成形を施すことを特徴とする。熱処理用の温度は、５００℃以下ではその後の圧縮成形時に破断が生じやすく、１０００℃以上では絶縁被膜が分解して絶縁性が焼失するので、５００〜１０００℃の範囲内とする。この高温処理は、予備成形体の酸化を防止する観点から、真空中、不活性ガス雰囲気または還元性ガス雰囲気中で行われる。かくして、真密度９８％（７．７ｇ／ｃｍ^３）の圧粉磁心を製造できると記載されている。

しかしながら、２回成形−１回焼結粉末冶金方法（特許文献８）は、他の提案方法に比較して、ますます複雑化、個別化されるとともに具現化と実施化が難しく、製造コストの大幅高を招く。また、予備成形体を５００℃以上で熱処理することを要件としている。圧粉磁心の品質が劣悪化を防止する意味で格別の雰囲気中で行わなければならないので、大量生産には不向きである。特に、ガラス質被膜被覆磁性金属粉末の場合には、ガラス質が変質・溶解してしまうので、適応できない。

また、上記したいずれの提案方法・装置（特許文献１〜８）においても、比較的に高温雰囲気内の焼結処理についての実施可能な記述はあるが、加圧成形工程に関する詳細は定かでない。加圧成形機の仕様・機能、加圧力と密度の関係やその限界に関する分析も新たな改善についての記載は認められない。

かくして、小型軽量化に伴う一段の機械的強度が求められる点からも、高密度圧粉体（特に、磁心用高密度圧粉体）を確実・安定かつ低コストで製造できる方法・装置の開発が急務とされている。

本発明の目的は、混合粉末に加温を挟んだ２回の加圧形成を施すことにより高密度圧粉体を製造できかつ製造コストを大幅に低減することができる混合粉末の高密度成形方法および高密度成形装置を提供することにある。

圧粉体は焼結冶金技術より製造される慣行ゆえに、加圧成形された圧粉体を高温雰囲気（例えば、８００℃以上）での焼結処理を施すことが必須とされてきた。しかし、焼結用高温処理は、エネルギー消費が大量でコスト負担が膨大であるばかりか地球的環境保全上も弊害が大きいので、見直す必要がある。

また、従来、加圧成形処理は混合粉末を具体的形態として確立するものであり、高温焼結処理の前段階（予備）的な機械的処理として考えられ、そのように取り扱われてきた。しかるに、電磁機器（モータ、トランス等）に供される磁心用圧粉体を製造する場合に限り、例外的に、焼結用高温処理を省略しているのが実状である。高温処理した場合の弊害（磁気特性の劣悪化）を回避するためである。つまり、機械的強度に対する不満足を忍従することを余儀なくされていた。機械的強度の不足は、密度の問題であるから、当然として磁気特性も不十分であった。

ここに、高温焼結処理をすることなくかつ加圧成形処理のみで圧粉体の高密度成形ができるならば、圧粉体の産業上の利用と普及を飛躍的に向上できる筈である。本発明は、加圧時の潤滑剤の有効性、潤滑剤粉末を含む圧縮限界性、潤滑剤粉末の混合粉末内での空間的占有性、基金属粉末と潤滑剤粉末の空間的配置状態やそれらの挙動性および潤滑剤の最終処分態様についての研究並びに一般的な加圧成形機の特性、圧縮限界性および圧粉体の密度が強度や磁性に及ぼす影響度についての分析に基づき、かつ加圧能力を有効利用しつつ液状潤滑剤の流動円滑化を促進して高品質圧粉体を確実に製造できるものとして、創出したものである。

すなわち、本発明は、基金属粉末に粉末潤滑剤を混合した混合粉末を第１の金型に充填し、潤滑剤の粉末状態を維持しつつ第１の加圧工程により突出部分を有する中間圧粉体を成形し、次いで潤滑剤を加熱して液化させることにより中間圧粉体内の潤滑様相の改変をなし、しかる後に第２の加圧工程により突出部分を加圧方向に潰し圧縮しつつ加圧成形して真密度に近い高密度の完成圧粉体を完成するものである。換言すれば、高温焼結処理を必須とする従来焼結冶金技術から脱した新たな粉末冶金技術（潤滑剤の液化工程を挟んだ２回の加圧成形）の創成に係り、高密度圧粉体を確実に安定してかつ低コストで製造することのできる画期的で実用的な方法と装置を提供するものである。

（１）詳しくは、本発明の第１の実施の態様に係る混合粉末の高密度成形方法は、基金属粉末と低融点の潤滑剤粉末との混合物である混合粉末を第１の金型に充填し、第１の金型内で混合粉末に第１の加圧力を加えて混合粉末完成圧縮体の形態に比較して加圧方向に突出する１または複数の突出部分を有する形態の混合粉末中間圧縮体を成形し、第１の金型から取出した混合粉末中間圧縮体を加熱して混合粉末中間圧縮体の温度を当該潤滑剤粉末の融点相当温度に積極的に昇温し、昇温された混合粉末中間圧縮体を第２の金型にセットし、第２の金型内で混合粉末中間圧縮体に第２の加圧力を加えて突出部分を加圧方向に潰し圧縮しつつ加圧成形して高密度で所期形態の混合粉末完成圧縮体を完成する、ことを特徴とする。

（２）上記（１）の発明において、混合粉末完成圧縮体を、中実かつ単純形状の形態である場合は突出部分が混合粉末中間圧縮体の平面中央部分に成形することができる。

（３）上記（１）または（２）の発明において、潤滑剤粉末の融点を、９０〜１９０℃の温度範囲内に属する低融点とすることができる。

（４）上記（１）または（２）の発明において、第２の金型を、混合粉末中間圧縮体の受入れ以前に融点相当温度に暖機することができる。

また、（５）上記（１）または（２）の発明において、第２の加圧力を、第１の加圧力と等しい値に選択することができる。

さらに、（６）本発明の第２の態様に係る混合粉末の高密度成形装置は、基金属粉末と低融点の潤滑剤粉末との混合物である混合粉末を外部に供給充填可能な混合粉末供給機と、この混合粉末供給機を用いて第１の金型に充填された混合粉末に第１の加圧力を加えて混合粉末完成圧縮体の形態に比較して加圧方向に突出する１または複数の突出部分を有する形態の混合粉末中間圧縮体を成形する第１の加圧成形機と、第１の金型から取出された混合粉末中間圧縮体の温度を当該潤滑剤粉末の融点相当温度に昇温させるための加熱昇温機と、第２の金型にセットされた昇温済の混合粉末中間圧縮体に第２の加圧力を加えて突出部分を加圧方向に潰し圧縮しつつ加圧成形して高密度で所期形態の混合粉末完成圧縮体を完成する第２の加圧成形機を具備してなる。

さらにまた、（７）上記（６）の発明において、加熱昇温機と第２の加圧成形機とを加熱加圧成形機から形成し、加熱加圧成形機を複数台の加熱加圧成形子機から形成しかつ各加熱加圧成形子機をサイクル毎に選択順次動作可能に形成されていることができる。

（８）上記（６）の発明において、前記第２の金型を暖機する暖機装置をさらに有することができる。

（９）上記（６）の発明において、前記第１の加圧成形機で成形された前記混合粉末中間圧縮体を前記加熱昇温機に移送し、前記加熱昇温機で加熱された前記混合粉末中間圧縮体を前記第２の加圧成形機まで移送し、かつ前記第２の加圧成形機で成形された前記混合粉末完成圧縮体を排出部まで移送するワーク移送装置をさらに有することができる。

上記（１）の発明によれば、高密度圧粉体を確実・安定して製造できかつ製造コストを大幅に低減することができるとともに、加圧能力を有効利用しつつ液状潤滑剤の流動円滑化を促進して高品質圧粉体を円滑に実際製造することができる。

上記（２）の発明によれば、中央部分から外側のキャビティ内壁面に向けた基金属粒子および液状潤滑剤の流動性を一段と高められる。つまり、液状潤滑剤の流動円滑化を一段と促進できかつ製造時間の短縮化が図れる。

上記（３）の発明によれば、第１の加圧工程中における潤滑剤の十分な潤滑作用を担保できる。しかも、酸化抑制を助長でき、潤滑剤の種類に関する選択性が広い。

また、上記（４）の発明によれば、第２の加圧成形中における溶解済み潤滑剤の全方向への流動性を一段と大幅に高められる。つまり、基金属粒子間のみならず粒子と第２の金型との間の摩擦抵抗力を大幅に軽減維持できる。

上記（５）の発明によれば、加圧成形工程の実施およびその取扱いが容易で、間接的に圧粉体の製造コストの一層の低減にも寄与できる。

さらに、上記（６）の発明によれば、上記（１）〜（５）に係る混合粉末の高密度成形方法を確実に実施することができるとともに具現化が容易で、取扱いが簡単である。生産性を一段と向上できる。

さらにまた、上記（７）の発明によれば、上記（６）の発明の場合に比較して、一段の装置簡素化を図れる。製造ラインの単純化も促進でき、取扱も一段と容易になる。

上記（８）の発明によれば、第２の金型を暖機することによって、完成圧粉体成形開始時点までに混合粉末中間圧縮体の温度が低下する恐れがある場合であっても混合粉末中間圧縮体を一定の温度範囲内に収めることができるため、良好な成形効果を得ることができる。

上記（９）の発明によれば、ワーク搬送装置を有することによって、第１の加圧成形機から前記加熱昇温機までの間、加熱昇温機から第２の加圧成形機までの間、そして第２の加圧成形機から排出部までの間でワークを確実に移送することができる。

なお、上記以外の本発明の構成および効果については、以下の説明から明らかとなろう。

図１は、本発明に係る高密度成形方法を説明するための図である。 図２は、本発明の第１の実施の形態に係る高密度成形装置（および動作）を説明するための正面図である。 図３Ａは、本発明の第１の実施の形態における混合粉末の高密度成形動作を説明するための図であって、第１の金型で中間圧粉体を成形している状態を示す。 図３Ｂは、本発明の第１の実施の形態における混合粉末の高密度成形動作を説明するための図であって、第１の金型内に次の混合粉末を充填している状態を示す。 図４は、本発明の第１の実施の形態における加圧力と当該加圧力で得られる密度との関係を説明するためのグラフであり、破線で示す特性Ａは第１の金型での成形状態を、実線で示す特性Ｂは第２の金型での成形状態を示す。 図５Ａは、本発明の第１の実施の形態における完成圧粉体（中間圧粉体）を説明するための外観斜視図であって、リング形状を示す。 図５Ｂは、本発明の第１の実施の形態における完成圧粉体（中間圧粉体）を説明するための外観斜視図であって、円柱形状を示す。 図５Ｃは、本発明の第１の実施の形態における完成圧粉体（中間圧粉体）を説明するための外観斜視図であって、細長丸軸形状を示す。 図５Ｄは、本発明の第１の実施の形態における完成圧粉体（中間圧粉体）を説明するための外観斜視図であって、円板形状を示す。 図５Ｅは、本発明の第１の実施の形態における完成圧粉体（中間圧粉体）を説明するための外観斜視図であって、複雑形状を示す。 図６は、本発明の第１の実施の形態における円板形状の完成圧粉体に対応する中間圧粉体の突出部分を説明するための図である。 図７は、本発明の第１の実施の形態における突出部分を設けた中間圧粉体および円板形状の完成圧粉体を成形するための第１の金型および第２の金型を模式的に表した図である。 図８は、本発明の第１の実施の形態における完成圧粉体の成形時の液状潤滑剤の流動状態を説明するための図である。 図９は、本発明の第１の実施の形態における複雑形状の完成圧粉体に対応する中間圧粉体の突出部分を説明するための図である。 図１０は、本発明の第２の実施の形態に係る高密度成形装置および動作を説明するための正面図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
本混合粉末の高密度成形装置１は、図１〜図８に示す如く、混合粉末供給機１０と第１の加圧成形機２０と加熱昇温機３０と第２の加圧成形機４０とを具備し、基金属粉末に低融点の潤滑剤粉末を混合した混合粉末１００を第１の金型（下型２１）に充填する混合粉末充填工程（ＰＲ１）、第１の金型（下型２１）内で加工成形機２０のスライド１に取り付けられた上型２５により混合粉末１００に第１の加圧力Ｐ１を加えて突出部分１１０Ａを有する形態の混合粉末中間圧縮体（以下では、中間圧粉体１１０という場合もある。）を成形する中間圧粉体成形工程（ＰＲ２）、第１の金型（下型２１）から取出された中間圧粉体１１０を加熱して当該潤滑剤粉末の融点相当温度に積極的に昇温する加熱昇温工程（ＰＲ３）、加熱された中間圧粉体１１０を第２の金型（下型４１）内にセットする工程（ＰＲ４）および第２の金型（下型４１）内で加工成形機４０のスライド５に取り付けられた上型４５により中間圧粉体１１０に第２の加圧力Ｐ２を加えて突出部分１１０Ａを加圧方向に潰し圧縮しつつ加圧成形して高密度で所期形態の混合粉末完成圧縮体（以下では、完成圧粉体１２０という場合もある。）を完成する完成圧粉体成形工程（ＰＲ５）からなる本混合粉末の高密度成形方法を、安定・確実に実施することができ、加圧能力を有効利用しつつ基金属粒子および液状潤滑剤の流動円滑化を促進しながら高品質圧粉体を円滑に実際製造可能に形成されている。

本願明細書中でいう混合粉末１００とは、基金属粉末と低融点の潤滑剤粉末との混合物を意味する。また、基金属粉末としては、１種の主金属粉末だけからなる場合と、１種の主金属粉末およびこれに１または複数の合金化成分粉末を混合してなる場合とがあるが、いずれの場合も適応できる。低融点とは、基金属粉末の融点（温度）に比較して温度（融点）が著しく低い温度（融点）でかつ基金属粉末の酸化を大幅に抑制できる温度（融点）であることを意味する。

高密度成形装置１を示す図２において、高密度成形ラインの一番左側（上流側）に配置された混合粉末供給機１０は、混合粉末１００を第１の加圧成形機２０の一部を構成する第１の金型（下型２１）に供給してそのキャビティ２２内に充填する装置である。一定量の混合粉末１００を保留する機能および定量供給機能を有し、全体として初期位置（図２、図３Ａに実線で示した位置）と第１の金型（下型２１）の上方位置（図３Ｂに破線で示した位置）との間を選択的に往復移動可能である。

第１の金型（下型２１）内の何処にも混合粉末１００を均一かつ十分に充填させることが重要であるから、混合粉末１００はサラサラ状態でなければならない。つまり、第１の金型（下型２１）の内部空間（キャビティ２２）の形態は製品形態に応じた形態であるから、製品形態が複雑であるいは狭小部分を有する形態であっても、中間圧粉体１１０の寸法精度保証上、不均一充填や不十分充填は好ましくない。

完成圧粉体１２０（中間圧粉体１１０）の形態（寸法、形状）は、特に限定されないが、例として図５Ａ〜図５Ｅに示す。図５Ａはリング形状、図５Ｂは円柱形状、図５Ｃは細長丸軸形状、図５Ｄは円板形状で、図５Ｅは複雑形状を示す。

すなわち、第１の加圧成形機２０の上型２５（上パンチ２５ＰＵ）および下型２１のキャビティ２２は、中間圧粉体１１０の形態（形状）に対応する形状とされるので、中間圧粉体１１０の形態が例えば図５Ａ〜図５Ｅ示すものである場合、それぞれに対応した形状となる。中間圧粉体１１０の形態が図５Ａに示すリング形状の場合は、図２、図３Ａ、図３Ｂに示す如く上型（上パンチ２５ＰＵ）２５の形状が円環筒形状でかつ下型２１の形状が中空円環筒形状となる。図５Ｂに示す円柱形状の場合は、上型（上パンチ２５ＰＵ）２５の形状が中実円筒（円柱）形状でかつ下型２１の形状が中空円筒形状となる。図５Ｃの円板形状、図５Ｄの細長丸軸形状の場合も、同様な形態である（但し、深浅の相違はある）。図５Ｅに示す複雑形状の場合は、対応する複雑な形状となる。なお、第２の加圧成形機４０の上型（上パンチ４５ＰＵ）４５および下型４１のキャビティ４２についても同様である。

ここに、基金属粉末の粒子間の摩擦抵抗力および基金属粉末と金型内面との摩擦抵抗力を軽減するための潤滑剤は、常温においてサラサラ状態の固形状（非常に小さな粒状）つまり粉末であるものを選択する。例えば液状の潤滑剤を採用すると、混合粉末１００の粘度が高くかつ流動性が低くなるので、均一充填や十分充填ができない。

次いで、常温下の第１の金型（下型２１）内でかつ第１の加圧力Ｐ１を加えつつ実行される中間圧粉体成形中、潤滑剤は固形状で所定の潤滑作用を安定維持できなければならない。第１の加圧力Ｐ１の加圧により多少の温度上昇が生じる場合があったとしても、同様に安定維持されるべきである。

一方において、中間圧粉体成形後に実行される加熱昇温工程（ＰＲ３）との関係および基金属粉末の酸化抑制の観点から、潤滑剤粉末の融点は当該基金属粉末の融点に比較して非常に低い融点（低融点）とする必要がある。

この実施の形態では、潤滑剤粉末の融点は、９０〜１９０℃の温度範囲内に属する低融点として選択されている。下側温度（例えば、９０℃）は、中間圧粉体成形中にある程度の温度上昇が発生したとしても、この温度には到達しないであろう値（例えば、７０〜８０℃）の上限温度（８０℃）に対して余裕をもたせた値（例えば、９０℃）とし、さらに他の金属石鹸の融点（例えば、１１０℃）に着目して選択してある。つまり、中間圧粉体の加圧成形中に潤滑油粉末が溶解（液化）して流れ出てしまう心配を一掃する。

上側温度（例えば、１９０℃）は、潤滑剤粉末の種類に関する選択性の拡大の観点からは最小値で、特に加熱昇温工程に際する基金属粉末の酸化抑制の観点からは最大値として選択してある。つまり、この温度範囲（９０〜１９０℃）の下側温度と上側温度は、限界値ではなく境界値として理解されたい。

かくして、金属石鹸に属する多くの物質（ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウム等）を潤滑剤粉末として選択的に採用することができる。なお、潤滑剤は粉末状態でなければならないので、粘性のある液体のオクチル酸亜鉛等は採用できない。

この実施の形態では、融点１２０℃のステアリン酸亜鉛粉末を潤滑剤粉末として実施した。なお、本発明においては、特許文献７の発明のように加圧成形時の金型温度よりも低い温度（融点）の潤滑剤を用いかつ最初から潤滑剤を溶解（液化）させつつ加圧成形を実行する考え方は否定する。中間圧粉体１１０の成形終了以前に溶解した潤滑剤が流出してしまったのでは、途中で潤滑不足の部位が発生し易くなることから、十分な加圧成形を確実かつ安定して行えないからである。

潤滑剤粉末の量は、試験研究並びに実際生産を通じた経験則から選択した値とする。この実施形態に係る中間圧粉体成形工程（ＰＲ２）との関係では、潤滑剤粉末の量は、混合粉末全量の０．２３〜０．０８ｗｔ％とする。０．０８ｗｔ％は中間圧粉体１１０の成形終了まで潤滑作用を担保できる下限的な値であり、０．２３ｗｔ％は混合粉末１００から中間圧粉体１１０とする際に期待する圧縮比を得るために必要な上限的な値である。

次に、生産実務的な潤滑剤粉末の量は、第１の金型（下型２１）内で第１の加圧力を加えて成形される中間圧粉体１１０の真密度比の値並びに第２の金型（下型４１）内での発汗現象を担保できるものとして決定すべきである。この際、作業環境の劣悪化を招く金型から外部への液化潤滑剤の液垂れ（液垂れ現象）の発生を防止する観点を見逃してはならない。この実施形態では、中間圧粉体１１０の真密度比（真密度１００％に対する比）の値を８０〜９０％としたので、潤滑剤粉末の量は、０．２〜０．１ｗｔ％としている。上限側値（０．２ｗｔ％）は液垂れ現象の発生防止可能とする観点から決め、下限側値（０．１ｗｔ％）は過不足のない必要十分な発汗現象の発現可能とする観点から決める。上記従来提案例（１ｗｔ％）の場合に比較して極めて少々であり、産業上の利用性を大幅に向上できる。

液垂れ現象の発生防止は、実際生産に対しては極めて重要である。机上発案や研究段階では、加圧時の摩擦抵抗の低減化の観点から潤滑剤が不足することを心配するあまりに過分な潤滑剤を混合する傾向にある。例えば７．３ｇ／ｃｍ^３を超える高密度化ができるか否かの試行錯誤の段階にあることから、過分な潤滑剤が液状化して金型から流出する事象には全く無関心である。液垂れ現象の認識さえない。つまり、液化潤滑剤の液垂れは、潤滑剤使用料の増大によるコストアップ、作業環境の悪化による生産性の低下や作業者の負担増大を招くので、これを解決しなければ実用性に欠けかつ普及拡大に繋がらない。

０．２ｗｔ％の混合粉末１００を真密度比８０％まで圧縮した中間圧粉体１１０の場合は、加熱昇温工程（ＰＲ３）で当該潤滑剤粉末の融点相当温度に積極的に昇温すると、中間圧粉体１１０内に点在する粉末潤滑剤が溶融して金属粉末粒間の空孔を満たし、次いで金属粉末粒間を通過して中間圧粉体１１０の表面に一様に液状潤滑剤が染み出る（噴出する）。つまり、発汗現象が誘発される。この中間圧粉体１１０を第２の金型（下型４１）内で第２の加圧力Ｐ２を加えて圧縮する際に、基金属粉末とキャビティ内面壁との摩擦抵抗は大幅に低減される。

０．１ｗｔ％の混合粉末１００を真密度比９０％まで圧縮した中間圧粉体１１０の場合も、０．１ｗｔ％を超えかつ０．２ｗｔ％未満の範囲内の値の混合粉末１００を真密度比９０％未満かつ８０％を超える範囲内の値まで圧縮した中間圧粉体１１０である場合も、同様な発汗現象を発現できる。液垂れ現象の発生防止もできる。

かくして、高密度成形でき、磁気的特性のみならず機械的強度も満たす圧粉体（例えば、磁心）を製造できる、金型破損の虞も一掃できる。しかも、潤滑剤の消費量を大幅に削減でき、第２の金型（下型４１）からの液状潤滑剤の垂れ流しがなくなり作業環境が良好となる。全体として生産性向上および圧粉体製造コスト低減ができるから産業上の利用性を格段に向上できる。

上記したいずれの従来方法・装置（特許文献１〜８）にも、潤滑剤の含有率と混合粉末の圧縮率との関係、潤滑剤の多少による液垂れ現象、発汗現象についての認識がない。

特に、温間粉末冶金方法（特許文献５）でさえ、ハンドリング容易化のために密度比７６％未満の一次成形体を成形する点については理解できるが、高密度成形に関する技術的根拠並びに実施可能な事項は何も開示されていない。いわんや、その後に一旦、一次成形体を崩壊してから二次成形体を成形する点からすれば、一次成形、二次成形の積み上げにより高密度化を図る技術思想を否定することに他ならない。

第１の加圧成形機２０は、混合粉末供給機１０を用いて第１の金型（下型２１）に充填された混合粉末１００に第１の加圧力Ｐ１を加えて混合粉末中間圧縮体（中間圧粉体１１０）を成形する装置であり、この実施の形態ではプレス機械構造である。

図２において、第１の金型装置は、ボルスタ側の下型２１（ダイス２１Ｄ）とスライド５側の上型２５（上パンチ２５ＰＵ）とからなる。下型２１のキャビティ２２は、図５Ａに示す中間圧粉体１１０の形態（リング形状）に対応する形状（中空円環筒形状）とされている。すなわち、上型２５（上パンチ２５ＰＵ）は下型２１（キャビティ２２）内に押込み可能な形態（図２、図３Ａ，図３Ｂに示す円環筒形状）とされ、スライド５により昇降運動される。キャビティ２２の下方には、可動部材２３が上下方向に変位可能に嵌装されている。

可動部材２３は、グランドレベルＧＬ以下に設けられた貫通穴２４を通して突き上がるノックアウトピン（図示省略）によって上方に変位される。つまり、第１の金型［下型２１（キャビティ２２）］内の中間圧粉体１１０を、移送レベルＨＬまで押し上げることができる。外部からみれば、第１の金型（下型２１）内の中間圧粉体１１０を外部（ＨＬ）に取出すための第１の取出装置として働く。中間圧粉体１１０が加熱昇温機３０側に移送された後に、可動部材２３はノックアウトピンとともに初期位置に戻る。もっとも、他の格別の装置から第１の取出装置を形成してもよい。

第１の加圧成形機２０における加圧力Ｐ（第１の加圧力Ｐ１）とこれに対応して得られる中間圧粉体１１０の真密度比（密度ρ）との関係を、図４を参照して説明する。横軸は加圧力Ｐを指数で示してある。この実施形態における最大能力（加圧力Ｐ）は１０Ｔｏｎ／ｃｍ^２であり、これを横軸指数１００とする。Ｐｂは金型破損圧力で、横軸指数１４０（１４Ｔｏｎ／ｃｍ^２）である。縦軸は真密度比（密度ρ）を指数で示している。縦軸指数（１００）は真密度比（密度ρ）が９７％（７．６ｇ／ｃｍ^３）に当たる。

この実施の形態では、基金属粉末が磁心用ガラス質絶縁被膜被覆鉄粉末（真密度が７．８ｇ／ｃｍ^３）とされ、潤滑剤粉末が０．２〜０．１ｗｔ％の範囲内のステアリン酸亜鉛粉末でありかつ第１の加圧力Ｐ１が混合粉末中間圧縮体を縦軸指数８２〜９２［密度ρ（６．２４〜７．０２ｇ／ｃｍ^３）相当］に当たる真密度比８０〜９０％に圧縮できるものと選択されている。

因みに、縦軸指数１０２は密度ρ（７．７５ｇ／ｃｍ^３）に当たり、真密度比（密度ρ）は９９％に相当する。

なお、基金属粉末としては、磁心用鉄系アモルファス粉末（磁心用Ｆｅ−Ｓｉ合金粉末）、磁心用鉄系アモルファス粉末、磁心用Ｆｅ−Ｓｉ合金粉末、機械部品用純鉄粉末等でもよい。

第１の加圧力Ｐ１を上げて行くと、第１の加圧成形機２０で得られる密度ρは、破線（曲線）で示す特性Ａに従って高くなる。第１の加圧力Ｐ１（横軸指数１００）で、密度ρが７．６ｇ／ｃｍ^３となる。真密度比は９７％である。第１の加圧力Ｐ１をこれ以上の値に上昇させても、密度ρの向上は極微である。金型破損の虞が強い。

従来は、加圧成形機（プレス機械）の最大能力で加圧して得られた密度ρに満足できない場合には、一段と大型のプレス機械を装備しなければならなかった。しかし、最大能力を例えば１．５倍に大型化しても、密度ρの向上は軽微である。かくして、現在プレス機械で得られるが低い密度ρ（例えば、７．５ｇ／ｃｍ^３）で妥協していたのが実状であった。

ここに、現在プレス機械をそのまま利用して、縦軸指数１００（７．６ｇ／ｃｍ^３）から１０２（７．７５ｇ／ｃｍ^３）まで向上できることになれば、画期的と理解できる。つまり、密度ρを２％向上できるなら、磁気特性を大幅（双曲線的）に向上できかつ機械的強度をも飛躍的に向上できるからである。しかも、高温雰囲気での焼結処理を一掃化できるので、圧粉体の酸化を大幅に抑える（磁心性能の低下を防止できる）。

以上を実現化するために、第１の加圧成形機２０で成形した中間圧粉体１１０を加熱することで潤滑剤の溶解（液化）を促し、しかる後に第２の加圧成形機４０で２回目の加圧成形処理を施すように形成されている。第２の加圧成形機４０おいて中間圧粉体１１０を加圧すると、図４の特性Ｂ（実線）に示すように縦軸指数１０２に相当する高密度（７．７５ｇ／ｃｍ^３）を達成できる。詳細は、第２の加圧成形機４０の説明において、追記する。

加熱昇温機３０は、第１の金型（下型２１）から取出された混合粉末中間圧縮体（中間圧粉体１１０）を加熱して当該中間圧粉体１１０の温度を当該潤滑剤粉末の融点相当温度に積極的に昇温する装置である。図２において、加熱昇温機３０は、図示しない温風発生源と、吹付けフード３１、排気循環フード３３等を含み、金網状保持部材３２に位置づけされた中間圧粉体１１０に温風を吹付けて加熱し、その温度を潤滑剤粉末の融点相当温度（例えば、１２０℃）に昇温する。

この低温加熱処理の技術的意義を第１の加圧成形処理との関係において説明する。下型２１（キャビティ２２）内に充填された混合粉末１００を観察してみると、基金属粉末との関係において潤滑剤粉末の存在が比較的に疎である部分（疎部分）と密である部分（密部分）とが認められる。密部分は、基金属粉末の粒子間の摩擦抵抗力および基金属粉末と金型内面との摩擦抵抗力を小さくできる。疎部分は、これら摩擦抵抗力が大きくなる筈である。

第１の加圧成形機２０での加圧中、密部分は低摩擦なので圧縮性が勝り、圧縮化進行し易い。疎部分は高摩擦なので圧縮性が劣り、圧縮化が遅れる。いずれにしても、予め設定された第１の加圧力Ｐ１の値に応じた圧縮進行困難化現象が発生する。つまり、圧縮限界が生じる。この状態下で第１の金型（下型２１）から取出した中間圧粉体１１０の破断面を拡大観察すると、上記密部分であった部分は基金属粉末が一体的様相で圧接されている。しかし、潤滑剤粉末も紛れ込んでいる。疎部分であった部分は、圧接された基金属粉末間に僅かな隙間（空間）が残っている。潤滑剤粉末は殆ど見当たらない。

かくして、密部分であった部分から潤滑剤粉末を除去すれば、圧縮可能な隙間が生まれる。疎部分であった部分の隙間に潤滑剤を補給することができれば、その部分の圧縮性を高められる。

すなわち、第１の加圧成形終了後の中間圧粉体１１０を加熱して潤滑剤粉末の融点相当温度（例えば、１２０℃）に昇温することで、潤滑剤粉末を溶解（液化）させその流動性を高める。密部分であった部分から溶け出した潤滑剤はその周辺に浸み込みかつ疎部分であった部分に補給される。したがって、基金属粉末の粒子間の摩擦抵抗力を小さくでき、潤滑剤粉末が占めていた空間も圧縮できることになるわけである。基金属粉末の粒子と金型内面との摩擦抵抗力も小さくできる。つまり、液状潤滑剤の流動性を利用しつつ第２の加圧成形処理を施す。

次に、第２の加圧成形機４０は、第２の金型（下型４１）にセットされた昇温済の中間圧粉体１１０に、第２の加圧力Ｐ２を加えて高密度の完成圧粉体１２０を成形するための装置である。

本実施の形態においては、第２の金型（下型４１）に暖機機能を設けている。しかし、昇温済の中間圧粉体１１０の温度が、第２の金型（下型４１）内において第２の加圧力Ｐ２を加えた完成圧粉体成形開始時点までに成形に支障が生じない一定の温度範囲内に収まっていれば、第２の金型（下型４１）を暖機しなくても本発明の高密度成形を実施できる。

しかし、中間圧粉体１１０の熱容量が小さい場合、第２の金型までの移送時間や移送経路が長い場合、混合粉末１００の組成や中間圧粉体１１０の形態などによって、昇温済の中間圧粉体１１０が完成圧粉体成形開始時点までに温度低下する虞のある場合には、第２の金型（下型４１）を暖機した方が良好な成形効果を得ることができる。後記する第２の暖機装置４７は、このために設けられている。

なお、この実施形態における第２の加圧成形機４０の最大加圧能力（加圧力Ｐ）は、第１の加圧成形機２０の場合と同じ１０Ｔｏｎ／ｃｍ^２である。かくして、第１の加圧成形機２０と第２の加圧成形機４０とは１台のプレス機械として構成され、図２に示す共通のスライド５で各上型２５、４５は同期昇降される。この点からも、装置経済が有利で、完成圧粉体１２０の製造コストを低減できる。

図２において、第２の金型装置は、ボルスタ側の下型４１（ダイス４１Ｄ）とスライド５側の上型（パンチ）４５とからなる。下型４１のキャビティ４２は、下部は完成圧粉体１２０の形態（リング状形態）に対応する形状（円環筒形状）とされ、上部が中間圧粉体１１０を受入れ可能に僅かに大きい形態とされている。上型４５は下型４１（キャビティ４２）内に押込み可能な形態とされ、スライド５により昇降運動される。キャビティ４２の下方には、可動部材４３が上下方向に変位可能に嵌装されている。なお、第２の金型（下型４１）と第１の金型（下型２１）とは、圧縮対象（中間圧粉体１１０と完成圧粉体１２０）との上下方向寸法差に相当する高さ（位置）調整がされている。

可動部材４３は、グランドレベルＧＬ以下に設けられた貫通穴４４を通して突き上がるノックアウトピン（図示省略）によって上方に変位される。つまり、第２の金型［下型４１（キャビティ４２）］内の完成圧粉体１２０を、移送レベルＨＬまで押し上げることができる。外部からみれば、第２の金型内の完成圧粉体１２０を外部（ＨＬ）に取出すための第２の取出装置として働く。なお、他の格別の装置から第２の取出装置を形成してもよい。完成圧粉体１２０が排出シュータ５９に排出され、加熱昇温機３０から新たな中間圧粉体１１０を受けた後に、可動部材４３はノックアウトピンとともに初期位置に戻る。

第２の金型（下型４１）には、設定温度変更可能な第２の暖機装置４７が設けられている。この第２の暖機装置４７は、中間圧粉体１１０を受入れる（セットされる）までに、潤滑剤粉末（ステアリン酸亜鉛）の融点相当温度（１２０℃）に第２の金型［下型４１（キャビティ４２）］を暖める（暖機する）。昇温済の中間圧粉体１１０を冷やすこと無く受入れることができる。これにより、先に溶解（液化）した潤滑剤の再固形化を防止しつつ潤滑作用を担保することができる。なお、第２の暖機装置４７は、この実施の形態では電熱加熱方式（ヒーター）としたが、温油や温水を循環して暖機する循環方式の加熱装置などでも実施することができる。

この意味において、第２の暖機装置４７は、完成圧粉体１２０が加圧成形完了となるまで、加熱可能とされている。かくすれば、加圧成形中における溶解済み潤滑剤の全方向への流動性を一段と高められるから、基金属粒子間のみならず粒子と金型［下型４１（キャビティ４２）］との間の摩擦抵抗力を大幅に軽減維持できる。

これに関連し、この実施の形態では、第１の金型（下型２１）を暖機するための図示しない暖機機能を設けている。しかし、昇温加熱工程前に第１の金型（下型２１）を暖機して中間圧粉体１１０を予備昇温しなくても本発明の高密度成形加工は実施できる。

しかし、混合粉末１００の組成や中間圧粉体１１０の形態が特異的である場合、中間圧粉体１１０の熱容量が大きい場合、大きな加熱昇温機３０を設けられない場合、あるいは作業環境温度が低い場合は、中間圧粉体１１０の加熱昇温に長時間を費やす虞がある。かかる場合には、第１の金型（下型２１）を暖機した方が好ましい。そのため、この実施の形態では、第１の金型（下型２１）を暖機している。

すなわち、第１の金型［下型２１（キャビティ２２）］にも、設定温度変更可能な第１の暖機装置（図示省略）を設け、中間圧粉体１１０の成形終了後で加熱昇温機３０に引き渡す以前に第１の金型（下型２１）を暖機して潤滑剤粉末を予熱可能に形成している。そうすることにより、加熱昇温時間を削減でき、生産サイクルの短縮化が実現できる。

第２の加圧成形機４０で得られる密度ρは、実線で示した特性Ｂに従う。すなわち、第１の加圧成形機２０の場合［特性Ａ（破線）］とは異なり、第２の加圧力Ｐ２を上げて行くに従って次第に密度ρが高まるわけでない。つまり、第１の加圧成形工程における最終の第１の加圧力Ｐ１（例えば、横軸指数５０、７５あるいは８５）を越えるまでは密度ρは高くならない。第２の加圧力Ｐ２が最終の第１の加圧力Ｐ１を超えると、一気に密度ρが高まる。第２の加圧成形は、あたかも第１の加圧成形を連続的に引き継いで行われるものと理解される。

かくして、第１の加圧成形工程において、第１の加圧力Ｐ１を何時でも最大能力に対応する値（横軸指数１００）まで上昇させた運転をしなくてもよいことになる。つまり、圧縮限界以降に第１の加圧成形を続行した場合の無駄な時間、消費エネルギーを排斥できる。製造コスト低減に繋がる。また、横軸指数１００を越える過負荷運転を回避し易くなるので、金型破損の心配がない。全体として、運転取扱いが容易で安全かつ安定運用ができる。

ワーク移送装置５０は、第１の取出装置（可動部材２３、貫通穴２４）によって第１の金型（下型２１）から取出された中間圧粉体１１０を加熱昇温機３０内の所定位置に移送可能で、昇温後の中間圧粉体１１０を加熱昇温機３０から第２の金型（下型４１）まで移送可能で、第２の取出装置（可動部材４３、貫通穴４４）によって第２の金型（下型４１）から取出された完成圧粉体１２０を高密度成形装置１外へ排出する排出部、例えば、排出シュータ５９に移送可能に形成されている。ワーク移送装置５０は、第１の加圧成形機２０から加熱昇温機３０までの間、加熱昇温機３０から第２の加圧成形機４０までの間、そして第２の加圧成形機４０から排出シュータ５９までの間でワークを確実に移送することができる。

この実施の形態のワーク移送装置５０は、図３Ｂに示す同期運転される３つの送りバー５１、５２、５３から構成されている。送りバー５１、５２、５３は、移送要求時に図３Ａの紙面奥行き側から手前図３Ｂの移送ラインに進行され、左から右へ移動させた後に元の位置に退行する。セット装置（送りバー５２、可動部材４３、貫通穴４４）は、昇温された混合粉末中間圧縮体１１０を該融点相当温度に暖機された第２の金型［下型４１（キャビティ４２）］にセットする。

なお、ワーク移送装置５０は、２次元あるいは３次元方向に駆動されるフィンガー等を含み、各金型等にワークを順次移送するトランスファー装置などから形成してもよい。

ここにおいて、一層の普及拡大を期して導入した加圧能力の有効利用化および液状潤滑剤の流動円滑化を促進しつつ一段の高品質圧粉体を製造完成できるようにするための技術事項について説明する。なお、完成圧粉体１２０（中間圧粉体１１０）の形態（寸法、形状）は特に限定されないが、説明便宜の点から、図６の（Ｂ）、図７の（Ｂ２）に示す円板形状として説明する。

まず、第２の加圧成形機４０は、図６の（Ｂ）に示す円板形状の完成圧粉体１２０を成形する場合は、図７の（Ｂ１）に模式的に表した上型を中実円柱形状の上パンチ４５ＰＵとし、下型を中空円筒形状のダイス４１Ｄおよび中実円柱形状の下パンチ４１ＰＤとする。基本的には、第１の加圧成形機２０は、完成圧粉体１２０の前段階的な中間圧縮体１１０を成形するので、第２の加圧成形機４０の場合と同様に、図７の（Ａ１）に示す上型を中実円柱形状の上パンチ２５ＰＵとし、下型を中空円筒形状のダイス２１Ｄおよび中実円柱形状の下パンチ２１ＰＤから形成すればよい。なお、下パンチ２１ＰＤの上端面２１ＰＤＳは、詳細後記の上向き凹形状とされる。

ところで、第２の加圧成形機４０内における中間圧粉体１１０は、上面が上パンチ４５ＰＵに全面的に当接しかつ下面が下パンチ４１ＰＤに全面的に当接する。つまり、上・下面のいずれの部位に加わる単位面積当たりの押圧力は一定で、その値は第２の加圧力Ｐ２の値に依存して決まる。出願人は思考する。中間圧粉体１１０から完成圧粉体１２０を成形完了するまでに必要な成形時間を短縮するには、第２の加圧力Ｐ２を大きくして基金属粒子および液状潤滑剤の流動性を高めればよいと考えられる。しかし、設備経済および運用コスト上の問題（不利）から、第２の加圧力Ｐ２の限りない増強は、認められ難い。

次に、中間圧粉体１１０内の液状潤滑剤の流動性を考察する。中間圧粉体１１０の外周面側に近い部位では、液状潤滑剤はキャビティ内壁面に向かって急速に流動できる筈である。中央部に近い部位の液状潤滑剤は、３次元的全方向のいずれにも流動可能であるが、実際には進行方向の先々に所在する液状潤滑剤が先に流動した後でないと流動を開始することができない。かくして、進行方向先の流動性を高めるには、中央部の液状潤滑剤を積極的に付勢して、その流動性を増強すれば良いと発想する。この場合も、複雑で大掛かりな構造・装置を付設するのでは、産業上の利用性は低い。

本発明では、第２の加圧力Ｐ２を一定としながら、圧縮開始時には、中間圧粉体１１０の一部分に局部的に大きな圧縮力を加える。中間圧粉体１１０の形態を工夫することにより実現化する。具体的には、完成圧粉体１２０の形態に比較して、中間圧粉体１１０に加圧方向（プレス荷重方向）に突出する１または複数の突出部分を設け、中間圧粉体１１０の形態を完成圧粉体１２０の形態と異なる形態としておく。例えば、中間圧粉体１１０の下面側に、図６の（Ａ）、図７の（Ａ２）に示す加圧方向（下向き方向）に突出した突出部分１１０Ａを設ける。この場合の突出部分１１０Ａは山形形状であるが、他の形状としてもよい。また、突出部分１１０Ａを上面側にも設けることもできる。

すなわち、完成圧粉体１２０の形態が図６の（Ｂ）、図７の（Ｂ２）に示すような中実かつ単純形状の形態（円板形状等）である場合は、図６の（Ａ）、図７の（Ａ２）に示す突出部分１１０Ａを中間圧粉体１１０の平面中央部分に設けるのが望ましい。第２の加圧成形時の圧粉体と金型（下パンチ４１ＰＤ）上面との加圧方向に直交する方向の接触面積を当初は小さくかつ次第に大きくする。当初に押出流動を強め、後に流動の平均的かつ円滑化を促進できる。

なお、完成圧粉体１２０の形態が、例えば図９の（Ｂ）に示す複雑形状の形態である場合は、液化潤滑剤は空間部１２０Ｓ、１２０Ｔに流動することもできるから、図９の（Ａ）に示すようにキャビティ内壁面に近い各突出円弧部分の下方に加圧方向に突出する突出部分１１０Ｂを設けるようにしてもよい。

中間圧粉体１１０に突出部分１１０Ａを設けるために、第１の加圧成形機２０は、上記の通り、図７の（Ａ１）の中実円柱形状の上パンチ２５ＰＵ、中空円筒形状のダイス２１Ｄおよび中実円柱形状の下パンチ２１ＰＤから形成する。下パンチ２１ＰＤの形態（上端面２１ＰＤＳ）は、上向き凹形状に形成しておく。すると、第１の加圧成形機２０では、図７の（Ａ２）に示す加圧方向（下向き方向）に突出した突出部分１１０Ａを有する中間圧粉体１１０を成形することができる。

第２の加圧成形機４０においては、図７の（Ｂ１）に示すように中間圧粉体１１０の上面側は、平面全域に上パンチ４５ＰＵの下面が全面当接する。その下面側は、突出部分１１０Ａにのみが下パンチ４１ＰＤの上面中央部位に部分当接する。その余の下面は、下パンチ４１ＰＤの上面に当接されない。すなわち、第２の加圧開始時に中間圧粉体１１０に掛る第２の加圧力Ｐ２を通常の場合に比較して増強する。加圧能力（第２の加圧力Ｐ２）の巧みな有効利用として理解できる。

かくして、スライド下降により上パンチ４５ＰＵから第２の加圧力Ｐ２を付与すると、中間圧粉体１１０の上面と突出部分１１０Ａとに大きな圧縮力が加わり、中間圧粉体１１０は加圧方向に圧縮される。この際の中央部分（突出部分１１０Ａ）に加わる単位面積当たりの加圧力は大きく、中間圧粉体１１０の液状潤滑剤は押出流動される。つまり、図８に示す上面中央ポイントＰｕから全方向かつ斜め下向き方向に押出流動され、下面中央ポイントＰｄから全方向かつ斜め上向き方向に押出流動される。この円滑流動は、安定かつ迅速な圧縮効果を助長する。突出部分１１０Ａは、次第に押し潰されつつ円板形状に近づく平面形状となる。突出部分１１０Ａが押し潰されるにしたがって、単位面積当たり加圧力は次第に低下する。

なお、第１の金型（下型２１）の内部空間（キャビティ２２）の形態は中間圧粉体１１０の形態（形状）に対応する形態とされ、第２の金型（下型４１）の内部空間（キャビティ４２）の形態は完成圧粉体１２０の形態（形状）に対応する形態として仕上げられる。円板形状の圧粉体（中間圧粉体１１０、完成圧粉体１２０）の場合は、各圧粉体１１０、１２０の各形状は当該各外寸法（直径ｄ１、ｄ２）として把握され、各キャビティ２２、４２の各形態は当該各内寸法（直径ｄ１、ｄ２）として把握できる。当然として、第１の金型［下型２１（キャビティ２２）］の内寸法ｄ１に比較して第２の金型［下型４１（キャビティ４２）］の内寸法ｄ２の方が大きく選定される。直径ｄ１の中間圧粉体１１０を内寸法ｄ２の第２の金型（下型４１）内に挿入セットする必要があることを理由とする。つまり、第２の金型（下型４１）内への挿入セットが難しく長時間が必要となれば、生産性が低下に直結するからである。

完成圧粉体１２０の形状に対応する第２の金型（ダイス４１Ｄ）のキャビティ４２の内寸法ｄ２を１００％とした場合、第１の金型（ダイス２１Ｄ）のキャビティ２２の内寸法ｄ１は第２の金型（下型４１）のキャビティ４２の内寸法ｄ２に対して１〜５％＝｛［（ｄ２−ｄ１）／ｄ２］×１００％｝だけ小さくする。５％を超えると、圧粉体にキレツが発生する。１％未満とすると、過負荷、金型破損の虞がある。この実施の形態では、２．５％だけ小さくしているので、亀裂の発生を確実に防止できる。

かかる実施の形態に係る混合粉末の高密度成形装置１では、次のような工程により高密度成形を実施する。

（混合粉末の調達）
基金属粉末（磁心用ガラス質絶縁被膜被覆鉄粉末）と０．２ｗｔ％の潤滑剤粉末（ステアリン酸亜鉛粉末）を混合してサラサラ状態の混合粉末１００を調達する。所定量だけ混合粉末供給機１０に補給する（図１の工程ＰＲ０）。

（混合粉末の充填）
所定タイミングにおいて、混合粉末供給機１０が図３Ｂに示すように所定位置（実線）から補給位置（破線）に移動される。次いで、混合粉末供給機１０の供給口が開放され、第１の加圧成形機２０の空の下型２１（キャビティ２２）内に定量の混合粉末１００が充填される（図１の工程ＰＲ１）。例えば２秒間で充填できる。充填後に供給口が閉鎖され、混合粉末供給機１０は所定位置（実線）に戻る。図７の（Ａ１）に示す場合は、充填された混合粉末１００の下方部が下パンチ２１ＰＤの上面形状（上端面２１ＰＤＳ）に応じた逆さ山形形状となり、上方部はすり切りによる水平形状とされる。

（中間圧粉体の成形１）
図２のスライド５とともに第１の加圧成形機２０の上型２５が下降して下型２１（キャビティ２２）内の混合粉末１００を第１の加圧力Ｐ１で加圧する第１の加圧成形処理が始まる。固形状の潤滑剤は十分な潤滑作用を営む。圧縮された中間圧粉体１１０の密度ρは、図４の特性Ａ（破線）にしたがって高くなる。第１の加圧力Ｐ１が横軸指数（例えば、３０）相当の圧力（３．０Ｔｏｎ／ｃｍ^２）になると、真密度比が８５％つまり密度ρが６．６３ｇ／ｃｍ^３（縦軸指数８７相当）に高まる。例えば８秒間の加圧成形が終了すると、図３Ａに示すように第１の金型（下型２１）内に中間圧粉体１１０が成形されている（図１の工程ＰＲ２）。その後、スライド５により上型２５が上昇する。因みに、第２の加圧成形機４０では、先の中間圧粉体１１０に関する第２の加圧成形処理が同期して行われている。

（中間圧粉体の成形２）
図７の（Ａ１）に示す第１の加圧成形の場合は、図７の（Ａ２）に示す突出部分１１０Ａを有する形態の中間圧粉体１１０が成形される。

（中間圧粉体の取出し）
第１の取出装置（可動部材２３）が働き、中間圧粉体１１０が移送レベルＨＬに突き上げられる。つまり、下型２１から取出される。すると、図３Ｂに示すように、ワーク移送装置５０が働き、その送りバー５１により中間圧粉体１１０は加熱昇温機３０へ向けて移送される。この段階で、可動部材２３が下方の初期位置に戻される。移送後の中間圧粉体１１０は、図３Ａに示す如く金網状保持部材３２上に位置決めされている。

（加熱昇温）
図３Ａにおいて、加熱昇温機３０が起動する。吹付けフード３１から温風が吹付けられ中間圧粉体１１０は、潤滑剤粉末の融点相当温度（例えば、１２０℃）に昇温される（図１の工程ＰＲ３）。つまり、潤滑剤が溶解され、その流動により中間圧粉体１１０内の潤滑剤分布を均一的に改変する。加熱昇温時間は例えば８〜１０秒である。なお、温風は金網状保持部材３２、排気循環フード３３を通して再循環利用される。図７の（Ａ２）に示す突出部分１１０Ａを有する形態の中間圧粉体１１０の場合も同様に加熱昇温される。

（昇温済の中間圧粉体のセット）
昇温された中間圧粉体１１０は、図３Ｂに示すように、ワーク移送装置５０（送りバー５２）により第２の加圧成形機４０へ移送され、下型４１の上方に位置決めさられ、下型４１（キャビティ４２）内の可動部材４３上にセットされる（図１の工程ＰＲ４）。図７の（Ｂ１）の場合は、上型が上パンチ４５Ｐで、下型がダイス４１Ｄおよび下パンチ４１Ｐである。

（金型の暖機）
第２の加圧成形機４０において、起動選択されている場合は、第２の暖機装置４７が働く。中間圧粉体１１０を受入れる（セットされる）以前に、金型（ダイス４１Ｄ）を潤滑剤粉末の融点相当温度（１２０℃）に暖める。その後に受入れた昇温済み中間圧粉体１１０内の潤滑剤の再固形化を防止することができる。図７の（Ｂ１）の場合は、ダイス４１Ｄに、第２の暖機装置（ヒーター）４７を設けておけばよい。

（完成圧粉体の成形１）
図２のスライド５とともに上型４５が、図３Ａに示すように下降して下型４１（キャビティ４２）内の中間圧粉体１１０を第２の加圧力Ｐ２で加圧し始める。液状の潤滑剤が十分な潤滑作用を営む。特に、加圧成形の進行に伴い潤滑剤が全方向に流出する発汗現象が発生する。基金属粒子間のみならず粒子と金型との摩擦抵抗力を効率よく軽減できる。圧縮された中間圧粉体１１０の密度ρは、図４の特性Ｂにしたがって高くなる。つまり、第２の加圧力Ｐ２が横軸指数（例えば、３０…加圧力３．０Ｔｏｎ／ｃｍ^２）を超えると、密度ρが６．６３ｇ／ｃｍ^３から急激に縦軸指数１０２相当の密度ρ（７．７５ｇ／ｃｍ^３）に高まる。第２の加圧力Ｐ２を横軸指数１００（１０Ｔｏｎ／ｃｍ^２）まで上げると、密度ρ（７．７５ｇ／ｃｍ^３）は全体的に均一となる。例えば、８秒間の第２の加圧成形処理が終了すると、第２の金型（下型４１）内に完成圧粉体１２０が成形されている（図１の工程ＰＲ５）。その後、スライド５により上型４５が上昇する。なお、第１の加圧成形機２０では、後の中間圧粉体１１０に関する第１の加圧成形処理が同期して行われている。

（完成圧粉体の成形２）
図７の（Ｂ１）の場合は、スライド下降により上パンチ４５ＰＵから下パンチ４１ＰＤ側に第２の加圧力Ｐ２を付与すると、図８に示す中間圧粉体１１０の上面側と下面側の突出部分１１０Ａとの間に大きな圧縮力が加わる。中央部分（突出部分１１０Ａ）に加わる単位面積当たりの加圧力が大きいので、中間圧粉体１１０の基金属粒子および液状潤滑剤は上面中央ポイントＰｕから全方向かつ斜め下向き方向に押出流動され、下面中央ポイントＰｄから全方向かつ斜め上向き方向に押出流動される。かくして、円滑かつ確実な流動が担保される。安定かつ迅速な圧縮効果を助長することができる。突出部分１１０Ａは、次第に押し潰されつつ円板形状に近づき、最終的には図７の（Ｂ２）［図６の（Ｂ）］に示す所定形状で高品質の完成圧粉体１２０を完成することができる。

（製品取り出し）
第２の取出装置（可動部材４３）が働き、完成圧粉体１２０が移送レベルＨＬに突き上げられる。つまり、下型４１から取出される。すると、図３Ｂに示すように、ワーク移送装置５０が働き、その移送バー５３により完成圧粉体１２０は排出シュータ５９に向けて移送される。この段階で、可動部材４３が下方の初期位置に戻される。縦軸指数１０２に当たる密度ρ（７．７５ｇ／ｃｍ^３）の完成圧粉体１２０は、潤滑剤粉末が低融点であるからガラス質が変質・溶解することが無い。よって、渦電流損失が小さく、磁束密度を高められる高品質の磁心用圧粉体を能率よく製造することができると理解される。

（製造サイクル）
以上の各工程による高密度成形方法によれば、順番に供給充填される金属粉末（混合粉末１００）についての第１の加圧成形処理、加熱昇温処理および第２の加圧成形処理を同期実行できるので、最長の加熱昇温処理時間（例えば、１０秒）にワーク移送時間（例えば、２〜４秒）を加えた１２〜１４秒のサイクル時間で高密度圧粉体（完成圧粉体１２０）を製造することができる。従来例における３０分以上の高温焼結処理時間だけとの比較においても、製造・生産時間を飛躍的に向上できると理解される。例えば、小型軽量複雑形状で機械的強度の高い自動車用部品や、磁気特性および機械的強度が優れた電磁機器用部品の供給を安定化できそれらの生産コストの低減にも大きく貢献できる。

しかして、この実施の形態によれば、第１の金型（下型２１）に基金属粉末に低融点の潤滑剤粉末を混合した混合粉末１００を充填し、第１の金型内で第１の加圧力Ｐ１を加えて加圧方向に突出する突出部分１１０Ａを有する中間圧粉体１１０を成形し、加熱して潤滑剤粉末の融点相当温度に積極的に昇温された中間圧粉体１１０を第２の金型（下型４１）にセットしかつ第２の加圧力Ｐ２を加えて突出部分１１０Ａを加圧方向に潰し圧縮しつつ加圧成形して高密度で所期形態の完成圧粉体１２０を完成する高密度成形方法であるから、高密度圧粉体を確実・安定して製造できかつ製造コストを大幅に低減することができ、加圧能力を有効利用しつつ液状潤滑剤の流動円滑化を促進することで、高品質圧粉体を円滑に実際製造することができる。

加圧能力の有効利用により基金属粒子および液状潤滑剤の流動性を強化することで、所定の高密度かつ高品質の完成圧粉体１２０を完成することができる観点からすれば、第２の加圧成型機の設計段階での加圧能力を軽減できると言える。つまり、プレス機械等の小容量・小型化が可能である。

また、高温で長時間の焼結処理を一掃することができるので、圧粉体１１０、１２０の酸化を大幅抑制できるばかりか、エネルギー消費の極限化および製造コストの大幅削減化を達成できる。地球的環境保全上も歓迎される。

また、完成圧粉体１２０が図６の（Ｂ）に示すような中実かつ単純形状の形態である場合には、図６の（Ａ）に示す如く突出部分１１０Ａを中間圧粉体１１０の平面中央部分に成形するものとされているので、中央部分から外側のキャビティ内壁面に向けた基金属粒子および液状潤滑剤の流動性を一段と高められる。製造時間の短縮化も促進できる。

潤滑剤粉末の融点が９０〜１９０℃の温度範囲内に属する低融点とされているので、第１の加圧工程中における潤滑剤の酸化抑制を助長しつつ十分な潤滑作用を担保できる。しかも、潤滑剤の種類に関する選択性が広い。

第２の暖機装置４７により中間圧粉体１１０の受入れ前に第２の金型（下型４１）を暖機することができるから、第２の加圧成形中における溶解済み潤滑剤の全方向への流動性を一段と大幅に高められる。つまり、基金属粒子間のみならず粒子と第２の金型（下型４１、ダイス４１Ｄ）との間の摩擦抵抗力を大幅に軽減維持できる。

また、第２の加圧力Ｐ２を第１の加圧力Ｐ１と等しい値としたので、加圧成形工程の実施およびその取扱いが容易で、間接的に圧粉体の製造コストの一層の低減にも寄与できるとともに、装置具現化に際しては例えば１台のプレス機械をベースとして簡単に構築することができる。

また、基金属粉末を磁心用ガラス質絶縁被膜被覆鉄粉末から磁心用鉄系アモルファス粉末、磁心用Ｆｅ−Ｓｉ合金粉末のいずれに変更しても、他の条件を同一としても、基金属粉末の種類に対応する優れた磁気特性を有する磁心部品を能率よくかつ安定して製造できる。

顧みて、従来装置（例えば、プレス機械）の能力（図４の横軸指数１００）では縦軸指数１００に相当する密度以上に高めることが不可能であったのに対して、本発明によれば同一装置で縦軸指数１０２に相当する密度まで高めることができる。この事実は、当該技術分野において画期的なことと賞賛される。

さらに、高密度成形装置１が、混合粉末供給機１０と第１の加圧成形機２０と加熱昇温機３０と第２の加圧成形機４０とから構成されているので、上記の高密度化方法を確実かつ安定して生産することができる。

例えば図９の（Ｂ）に示す複雑形状の形態である場合は、突出部分１１０Ｂを一段と大きくして混合粉末１００の充填量を増量しておけば、各突出円弧部分の密度（強度）を他の部分に比較して大きくすることもでき得る。

（第２の実施の形態）
この実施の形態は、図１０に示されている。第１の実施形態の場合に比較して、混合粉末供給機１０および第１の加圧成形機２０はそのままとし、加熱昇温機３０と第２の加圧成形機４０とを一体的に形成したことを特徴とする。

すなわち、高密度成形装置１は、第１の実施形態の場合における加熱昇温機３０と第２の加圧成形機４０とをこれら機能を一体的に組み込んだ加熱加圧成形機７０から形成されている。加熱加圧成形機７０は、複数台（この実施形態では、２台）の加熱加圧成形子機７０Ａ、７０Ｂから形成され、各加熱加圧成形子機７０Ａ、７０Ｂは図示しない制御装置によって製造サイクル毎に選択順次動作可能とされている。

各加熱加圧成形子機７０Ａ、７０Ｂは、基本構造が第１の実施の形態における第２の加圧成形機４０に相当するものとされている。また、各加熱加圧成形子機７０Ａ、７０Ｂには、第１の実施形態の場合における加熱昇温機３０および第２の暖機装置４７の各機能に対応する複合機能をもたせた複合機能型加熱装置４８を設けてある。

すなわち、複合機能型加熱装置４８は、設定温度切換機能を有する電熱方式とされている。予め（中間圧粉体１１０を受け入れる以前に）、下型４１を潤滑剤融点相当温度（例えば、１２０℃）に暖機することができる。中間圧粉体１１０を受け入れた後は、中間圧粉体１１０の全体を潤滑剤融点相当温度（例えば、１２０℃）に加熱昇温可能に発熱量を大きく切り換える。加熱部位を選択切換えすることもできる。この加熱昇温終了後に第１の実施の形態における第２の加圧成形機４０の場合と同じ第２の加熱成形処理を行う。複合機能型加熱装置４８は、第２の加熱成形処理中に中間圧粉体１１０の温度を潤滑剤融点相当温度（例えば、１２０℃）以上に保持可能に働く。

図１０に示すように、各加熱加圧成形子機２０、７０Ａ、７０Ｂは、独立プレス機械構造とされ、各スライド５、５Ａ、５Ｂは各機用モータの回転制御によりそれぞれに昇降駆動される。つまり、各加熱加圧成形子機７０Ａ、７０Ｂの一方（他方）が加圧成形動作する場合は他方（一方）は予熱であり加圧成形動作はしない。加熱加圧成形機７０を製造サイクルタイムとの関係から３台以上の加熱加圧成形子機から形成する場合も同様である。

かかる実施の形態の装置では、第１の加圧成形機２０で第３番目の中間圧粉体１１０を加圧成形中に、一方加熱加圧成形子機７０Ａ（または、加熱加圧成形子機７０Ｂ）で第２番目の中間圧粉体１１０を加熱昇温しかつ他方加熱加圧成形子機７０Ｂ（または、加熱加圧成形子機７０Ａ）で第１番目の中間圧粉体１１０を完成圧粉体１２０とするように加圧成形中である。

しかして、この実施の形態によれば、加熱加圧成形機７０を同一構造の複数台の加熱加圧成形子機７０Ａ、７０Ｂから構築すればよいから、第１の実施形態の場合に比較して一段の装置簡素化を図れる。製造ラインの単純化も促進でき、取扱も一段と容易になる。

もとより、第１の実施形態の場合（図６〜図９）と同様に、第１の加圧力Ｐ１を加えて加圧方向に突出する突出部分１１０Ａを有する中間圧粉体１１０を成形し、昇温済み中間圧粉体１１０に第２の加圧力Ｐ２を加えて突出部分１１０Ａを加圧方向に潰し圧縮しつつ加圧成形して高密度で所期形態の完成圧粉体１２０を完成することができる。

なお、第１の加圧成形機２０と加熱加圧成形子機７０Ａ（または、加熱加圧成形子機７０Ｂ）あるいは第１の加圧成形機２０および各加熱加圧成形子機７０Ａ、７０Ｂを、１台のプレス機械構造として構築することも可能である。

１ 高密度成形装置
１０ 混合粉末供給機
２０ 第１の加圧成形機
３０ 加熱昇温機
４０ 第２の加圧成形機
４７ 第２の暖機装置
４８ 複合機能型加熱装置
５０ ワーク移送装置
７０ 加熱加圧成形機
７０Ａ，７０Ｂ 加熱加圧成形子機
１００ 混合粉末
１１０ 中間圧粉体（混合粉末中間圧縮体）
１１０Ａ 突出部分
１１０Ｂ 突出部分
１２０ 完成圧粉体（混合粉末完成圧縮体）

Claims (9)

1. 基金属粉末と低融点の潤滑剤粉末との混合物である混合粉末を第１の金型に充填し、
   第１の金型内で混合粉末に第１の加圧力を加えて混合粉末完成圧縮体の形態に比較して加圧方向に突出する１または複数の突出部分を有する形態の混合粉末中間圧縮体を成形し、
   第１の金型から取出した混合粉末中間圧縮体を加熱して混合粉末中間圧縮体の温度を当該潤滑剤粉末の融点相当温度に積極的に昇温し、
   昇温された混合粉末中間圧縮体を第２の金型にセットし、
   第２の金型内で混合粉末中間圧縮体に第２の加圧力を加えて突出部分を加圧方向に潰し圧縮しつつ加圧成形して高密度で所期形態の混合粉末完成圧縮体を完成する、ことを特徴とする混合粉末の高密度成形方法。
2. 前記混合粉末完成圧縮体が中実かつ単純形状の形態である場合は前記突出部分が当該混合粉末中間圧縮体の平面中央部分に成形されている、請求項１記載の混合粉末の高密度成形方法。
3. 前記潤滑剤粉末の融点が９０〜１９０℃の温度範囲内に属する低融点とされている、請求項１または請求項２に記載された混合粉末の高密度成形方法。
4. 前記第２の金型が混合粉末中間圧縮体の受入れ以前に前記融点相当温度に暖機される、請求項１または請求項２に記載された混合粉末の高密度成形方法。
5. 前記第２の加圧力が前記第１の加圧力と等しい値に選択されている、請求項１または請求項２に記載された混合粉末の高密度成形方法。
6. 基金属粉末と低融点の潤滑剤粉末との混合物である混合粉末を外部に供給充填可能な混合粉末供給機と、
   この混合粉末供給機を用いて第１の金型に充填された混合粉末に第１の加圧力を加えて混合粉末完成圧縮体の形態に比較して加圧方向に突出する１または複数の突出部分を有する形態の混合粉末中間圧縮体を成形する第１の加圧成形機と、
   第１の金型から取出された混合粉末中間圧縮体の温度を当該潤滑剤粉末の融点相当温度に昇温させるための加熱昇温機と、
   第２の金型にセットされた昇温済の混合粉末中間圧縮体に第２の加圧力を加えて突出部分を加圧方向に潰し圧縮しつつ加圧成形して高密度で所期形態の混合粉末完成圧縮体を完成する第２の加圧成形機を具備してなる、混合粉末の高密度成形装置。
7. 前記加熱昇温機と前記第２の加圧成形機とをこれら機能を一体的に組み込んだ加熱加圧成形機から形成するとともに、加熱加圧成形機を複数台の加熱加圧成形子機から形成しかつ各加熱加圧成形子機をサイクル毎に選択順次動作可能に形成されている請求項６記載の混合粉末の高密度成形装置。
8. 前記第２の金型を暖機する暖機装置をさらに有する請求項６記載の混合粉末の高密度成形装置。
9. 前記第１の加圧成形機で成形された前記混合粉末中間圧縮体を前記加熱昇温機に移送し、前記加熱昇温機で加熱された前記混合粉末中間圧縮体を前記第２の加圧成形機まで移送し、かつ前記第２の加圧成形機で成形された前記混合粉末完成圧縮体を排出部まで移送するワーク移送装置をさらに有する請求項６記載の混合粉末の高密度成形装置。

Images