KR20050084880A

KR20050084880A - 분말 성형체의 성형 방법 및 분말 성형 금형 장치

Info

Publication number: KR20050084880A
Application number: KR1020057007328A
Authority: KR
Inventors: 다카시 나카이; 긴야 가와세
Original assignee: 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤
Priority date: 2002-11-21
Filing date: 2003-11-18
Publication date: 2005-08-29
Also published as: JP4178546B2; BR0316115A; EP1563986A4; WO2004045841A8; RU2005115253A; BRPI0316115B1; EP1563986B1; WO2004045841A1; CA2502030A1; CN1711165A; US20060022371A1; EP1563986A1; CN100506519C; RU2316412C2; AU2003280845A1; KR100706006B1; CA2502030C; JP2004167582A

Abstract

성형부에 윤활제에 의한 치밀한 피막을 형성하고, 고밀도의 분말 성형체를 안정적으로 얻도록 한다. 성형틀 본체 (2) 에 형성한 성형부 (1A) 에 원료 분말을 충전한 후에, 하측 및 상측 펀치 (3, 4) 를 성형부 (1A) 에 끼워 넣어 분말 성형체를 성형한다. 원료 분말 (M) 을 충전하기 전에, 윤활제를 용매에 균일한 상이 되도록 용해한 용액 (L) 을 성형부 (1A) 에 부착시키고, 그 용액 (L) 을 증발시켜 성형부 (1A) 에 결정을 형성시켜서 정출층 (B) 을 형성한다. 성형부 (1A) 의 둘레면에 치밀한 윤활용 층 (B) 이 형성되어, 분말 성형체 (A) 의 성형부 (1A) 로부터의 발출 압력을 저감할 수 있는 동시에, 분말 성형체 (A) 의 밀도도 향상시킬 수 있고, 또한 안정적으로 연속 성형할 수 있다.

Description

분말 성형체의 성형 방법 및 분말 성형 금형 장치{METHOD FOR FORMING COMPACT FROM POWDER AND MOLD APPARATUS FOR POWDER FORMING}

본 발명은, 원료 분말을 분말 성형 금형에 충전하여 성형하는 분말 성형체의 성형 방법 및 분말 성형 금형 장치에 관한 것이다.

소결부품의 제조에 사용되는 압축분말체는, Fe 계, Cu 계 등과 같은 원료 분말을 성형틀 내에서 가압 성형함으로써 형성되고, 이 후 소결 공정을 거쳐 소결체를 제작한다. 그리고, 성형 공정에서는, 성형틀을 사용하여 프레스에 의해 가압함으로써 성형체를 성형한다. 이 프레스시에는, 성형체와 성형틀 사이에는 마찰이 발생한다. 이 때문에 분말 혼합시에 스테아르산아연, 스테아르산칼슘, 스테아르산리튬 등의, 물에 불용성인 지방산계 윤활제를 첨가하여 윤활성을 부여하고 있다.

그러나, 이러한 원료 분말에 윤활제를 혼합하는 방법에서는 성형체의 밀도를 향상시키는 데에는 한계가 있다. 그래서, 고밀도의 성형체를 얻기 위해, 원료 분말에 첨가하는 윤활제를 줄이고, 성형틀에, 원료 분말에 첨가하는 것과 동일한 윤활제를 도포하여 윤활성의 부족을 보충할 수 있는 분말 성형체의 성형 방법이 제안되어 있다.

이 종래의 성형 방법은, 예를 들어, 일본 특허 제3309970호 (단락 0012, 0013) 에 기재되어 있고, 가열된 금형의 내면에, 고급 지방산계 윤활제에 분산되어 있는 물을 스프레이 건으로 분무하여 도포하는 도포 공정과, 상기 금형에 금속 분말을 충전하고, 상기 고급 지방산계 윤활제가 그 금속 분말과 화학적으로 결합하여 금속 비누의 피막을 생성하는 압력에 의해 그 금속 분말을 가압 성형하는 가압 성형 공정을 포함하는 분말 성형체의 성형 방법으로서, 가열되고, 내면에 스테아르산리튬과 같은 고급 지방산계 윤활제가 도포된 금형을 사용하여, 이 금형에 가열된 금속 분말을 충전하고, 이 금속 분말과 고급 지방산계 윤활제가 화학적으로 결합하여 금속 비누의 피막이 생성되는 압력에 의해 이 금속 분말을 가압 성형하면, 금속 비누의 피막이 금형의 내면 표면에 생기고, 그 결과 금속 분말의 성형체와 금형 사이의 마찰력이 감소하여, 성형체를 발출(拔出)시키는 압력을 적게 할 수 있다는 것이다.

또한, 성형용 금형에, 원료 분말에 첨부하는 것과 동일한 윤활제를 사용하기 때문에, 물에 불용성인 윤활제를 사용하게 되어, 금속에 도포하는 윤활제는 고체 분말의 상태로 도포하는 것으로 된다. 이 때문에, 윤활제의 분말을 정전 도장하거나, 물에 계면활성제에 의해 분산시켜 건조 도장하는 방법도 알려져 있다.

그러나, 상기 문헌 등에 기재된 종래 기술에서는, 물에 분산되어 있는 윤활제가 고체 분말의 상태, 즉 윤활제의 고체 분말이 수 중에 산재하여 혼합된 상태로 성형틀에 도포되어 있기 때문에, 치밀한 피막이 형성되지 않고, 안정적인 성형체의 생산이 곤란해진다는 문제가 있다.

그래서, 본 발명은, 성형부에 치밀하고 균일한 윤활제에 의한 피막을 형성하고, 고밀도의 분말 성형체를 안정적으로 얻을 수 있는 분말 성형체의 성형 방법 및 분말 성형 금형 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1A 는, 본 발명의 제 1 실시형태를 나타내는 제 1 공정의 모식도이다.

도 1B 는, 제 1 실시형태의 부분 P 의 확대 단면도이다.

도 2 는, 본 발명의 제 1 실시형태를 나타내는 제 2 공정의 모식도이다.

도 3 은, 본 발명의 제 1 실시형태를 나타내는 제 3 공정의 모식도이다.

도 4 는, 본 발명의 제 1 실시형태를 나타내는 제 4 공정의 모식도이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명의 제 1 실시형태를 도 1∼4 를 참조하여 설명한다. 도 1A 는 제 1 공정을 나타내고 있고, 동 도에 있어서, 부호 1 은 후술하는 압축분말체인 분말 성형체 (A) 의 측면을 성형하는 성형틀 본체인 다이 (2) 에 형성한 관통구멍이고, 그 관통구멍 (1) 의 하방으로부터 하측 펀치 (3) 가 끼워지고, 한편 관통구멍 (1) 의 상방으로부터 상측 펀치 (4) 가 끼워지도록 되어 있다. 또, 다이 (2) 상면에 원료 분말 (M) 을 공급하는 원료 공급체인 피더 (5) 가 슬라이딩이 자유롭게 설치되어 있다. 또, 관통구멍 (1) 의 상방에 윤활제 용액 (L) 을 분무하여 용액 (L) 을 성형부 (1A) 에 부착시키는 부착 수단인 분무부 (6) 가 형성되어 있고, 그 분무부 (6) 는 관통구멍 (1) 과 만나도록 형성됨과 함께, 용액 (L) 의 탱크 (도시 생략) 에 자동 개폐 밸브 (도시 생략) 를 통하여 접속되어 있다. 또한, 관통구멍 (1) 과 그 관통구멍 (1) 에 끼워진 하측 펀치 (3) 에 의해서 구획 성형되는 분말 성형체 (A) 의 성형부 (1A) 주위에 히터 (7) 와 온도 검출부 (8) 가 형성되고, 그리고, 이들 히터 (7) 와 온도 검출부 (8) 는 온도 제어 수단인 온도 제어 장치 (9) 에 접속되어, 그 온도 제어 장치 (9) 에 의해 관통구멍 (1) 의 온도를 용액 (L) 의 증발 온도보다 높고, 또 윤활제의 용융 온도보다도 낮게 제어하도록 되어 있다.

그리고, 제 1 공정에서는, 미리 온도 제어 장치 (9) 에 의해 제어된 히터 (7) 의 열에 의해 관통구멍 (1) 의 둘레면은 용액 (L) 의 증발 온도보다 높고, 또 윤활제의 용융 온도보다도 낮게 설정되어 있다. 그리고, 관통구멍 (1) 에 하측 펀치 (3) 가 끼워져 성형부 (1A) 가 형성되어 있는 상태에서, 자동 개폐 밸브를 열어 분무부 (6) 로부터 윤활제 용액 (L) 을, 히터 (7) 에 의해 가열된 다이 (2) 의 성형부 (1A) 에 분무하여 부착시킨다. 이 결과, 용액 (L) 이 증발, 건조되어 관통구멍 (1) 의 둘레면에는 결정이 성장하여, 도 1B 에 나타내는 바와 같이 상기 윤활제의 정출층 (B) 이 균일하게 형성된다.

다음으로 도 2 의 제 2 공정에 나타내는 바와 같이, 피더 (5) 가 전진하여 원료 분말 (M) 을 성형부 (1A) 에 낙하시켜 충전한다. 다음으로 도 3 의 제 3 공정에 나타내는 바와 같이, 다이 (2) 를 하방으로 이동시킴과 함께 관통구멍 (1) 의 성형부 (1A) 에 상방으로부터 상측 펀치 (4) 를 삽입하여, 상측 펀치 (4) 와 하측 펀치 (3) 사이에 끼워지도록 하여 원료 분말 (M) 을 압축한다. 이 때, 하측 펀치 (3) 는, 하단이 고정되어 있어 움직이지 않도록 되어 있다. 그리고, 이 제 3 공정에서, 원료 분말 (M) 은, 윤활제에 의해 형성된 정출층 (B) 에 윤활 상태로 압축된다.

이와 같이 가압 성형된 분말 성형체 (A) 는, 다이 (2) 가 더욱 하방으로 내려가, 도 4 의 제 4 공정에서 나타내는 바와 같이 하측 펀치 (3) 의 상면이 다이 (2) 의 상면과 대략 같은 높이가 되었을 때 꺼내는 것이 가능해진다. 이 꺼낼 때에도, 윤활제에 의해 형성된 정출층 (B) 에 분말 성형체 (A) 는 윤활상태로 접촉된다. 이렇게 해서, 분말 성형체 (A) 를 꺼낸 후, 다시 제 1 공정으로 되돌아가 다시 성형부 (1A) 에 용액 (L) 이 분무되고 정출층 (B) 이 형성된 후에, 원료 분말 (M) 이 성형부 (1A) 에 충전되는 것이다.

발명의 개시

본 발명의 청구항 1 은, 성형틀 본체에 형성한 성형부에 원료 분말을 충전한 후에, 펀치를 상기 성형부에 끼워 넣어 분말 성형체를 성형하는 분말 성형체의 성형 방법에 있어서, 상기 원료 분말을 충전하기 전에, 윤활제를 용매에 용해시킨 용액을 상기 성형부에 부착시키고, 그 용액을 증발시켜 상기 성형부에 정출층(晶出層)을 형성하는 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법이다. 이것에 의하면, 성형부에 윤활을 위한 치밀한 정출층이 형성되어, 분말 성형체의 발출 압력을 작게 하거나, 또한 분말 성형체의 밀도의 향상을 꾀할 수 있다.

또한, 청구항 2∼12 의 발명은 상기 윤활제를 옥소산계 금속염의 군 중에서 1종 또는 2종 이상을 사용하는 것, 또, 청구항 13 의 본 발명의 상기 용액은, 수용성의 상기 윤활제를, 상기 정출층의 두께가 상기 윤활제의 1분자에 의해 형성되는 농도 이상이고 포화 농도 미만에서 물에 완전히 용해시킨 것임과 함께, 청구항 14 의 본 발명은, 상기 윤활제가 칼륨염 또는 나트륨염인 것이다.

그리고, 청구항 15 의 본 발명은 상기 윤활제에 방부제를 첨가한 것, 또한 청구항 16 의 본 발명은 상기 윤활제에 기포제거제를 첨가한 것, 또한 청구항 17 의 본 발명은 상기 윤활제에 수용성의 용매를 첨가한 것임과 함께, 청구항 18 의 본 발명은 상기 수용성 용매가 알코올 또는 케톤인 것, 또한 청구항 19 의 본 발명은 상기 윤활제에 할로겐족 원소를 함유시키지 않는 것이다. 이들에 의하면, 성형부에 윤활을 위한 치밀한 정출층을 확실하게 형성할 수 있다.

이러한 분말 성형체의 성형 방법에 있어서는, 예를 들어, 성형체의 마찰면에, 인산수소 2 칼륨, 인산수소 2 나트륨 등과 같은 수용액의 인산계 금속염을 1PPM 이상 포화 농도 미만에서 물에 완전히 녹혀 균일한 상이 되도록 용해시킨 후, 성형부의 표면에 부착, 증발시킴으로써 윤활제의 결정이 성장하여 정출층이 형성되는 것이다.

또한, 청구항 20 의 발명은, 분말 성형체의 측면을 성형하는 관통구멍을 갖는 성형틀 본체와, 상기 관통구멍에 하방으로부터 끼워 넣는 하측 펀치와, 상기 관통구멍에 상방으로부터 끼워 넣는 상측 펀치와, 상기 관통구멍과 마주 보는 윤활제 용액의 분출부와, 상기 관통구멍과 그 관통구멍에 끼워 넣은 하측 펀치에 의해서 구획 성형되는 분말 성형체의 성형부 주위에 형성되는 히터와, 그 히터를 상기 용액의 증발 온도보다 높게 제어하는 온도 제어 수단을 형성한 것을 특징으로 하는 분말 성형 금형 장치이다.

또한, 청구항 21 의 발명은, 분말 성형체의 측면을 성형하는 관통구멍을 갖는 성형틀 본체와, 상기 관통구멍에 하방으로부터 끼워 넣는 하측 펀치와, 상기 관통구멍에 상방으로부터 끼워 넣는 상측 펀치와, 상기 관통구멍과 마주 보는 윤활제 용액의 분출부와, 상기 관통구멍과 그 관통구멍에 끼워 넣은 하측 펀치에 의해서 구획 성형되는 분말 성형체의 성형부 주위에 형성되는 히터와, 그 히터를 상기 용액의 증발 온도보다 높고, 또 상기 윤활제의 용융 온도보다도 낮게 제어하는 온도 제어 수단을 형성한 것을 특징으로 하는 분말 성형 금형 장치이다.

이 청구항 20 또는 청구항 21 의 구성에 의하면, 성형틀 본체의 관통구멍과, 그 관통구멍에 끼워 넣는 하측 펀치로 형성된 성형부에 원료 분말을 충전하기 전에, 윤활제 용액이 가열된 상기 성형부에 부착되고, 그 용액이 증발되어 상기 성형부 주위에 상기 윤활제의 정출층이 치밀하게 형성된다. 이 후, 원료 분말을 충전한 후에 상기 관통구멍에 상방으로부터 상측 펀치가 끼워지고, 분말 성형체가 성형된다. 이것에 의하면, 성형부에 윤활제 용액에 의한 정출층이 확실하게 형성되어 분말 성형체의 발출 압력을 작게 하거나, 또 분말 성형체의 밀도의 향상을 꾀할 수 있으며, 그리고 안정적으로 연속 성형할 수 있다.

이하에, 실시예 및 비교예를 표 1∼3 에 의해 설명한다. 표 1∼3 에 있어서의 실시예 및 비교예는, 모두 원료 분말로서 철분 (평균 입경 90㎛) 에, 윤활제로서 스테아르산리튬 (평균 입경 5㎛) 을 0.2중량% 첨가한 것을 회전 혼합기에서 30분간 혼합한 것을 사용하고, 가압 면적 1㎠ 의 원기둥을 성형하는 성형틀에, 상기 혼합한 원료 분말을 7g 충전하고, 이 후 8t/㎠ 의 성형 압력으로 분말 성형체를 연속적으로 100개 성형한 것이다. 그리고, 실시예에서는, 수용성 윤활제를 물에 용해시킨 용액을 150℃ 로 가열된 성형틀의 성형부에 부착시킨 후, 증발, 건조시켜서 정출층을 형성하고, 이 후에, 원료 분말을 충전하도록 한 것이다. 비교예 1 은, 스테아르산리튬 (평균 입경 5㎛) 을 아세톤에 분산시킨 것을 150℃ 로 가열된 성형틀의 성형부에 부착시킨 후에 건조시켜서 피막을 형성하고, 이 후에, 원료 분말을 충전하도록 한 것이다. 비교예 2 는 성형틀에는 윤활제를 사용하지 않은 경우이다. 표 중의 밀도의 R 은, 연속으로 100개 성형한 성형체 밀도의 최대치와 최소치의 차이다.

	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	실시예6	실시예7	실시예8	실시예9
성형틀 윤활성분	인산수소 2 칼륨	인산수소 2 나트륨	인산수소 3 나트륨	폴리인산나트륨	인산리보플라빈나트륨	황산칼륨	아황산나트륨	티오황산나트륨	도데실황산나트륨
용매	물	물	물	물	물	물	물	물	물
윤활성분의 형태	용해	용해	용해	용해	용해	용해	용해	용해	용해
농도	1%	1%	1%	1%	1%	1%	1%	1%	1%
성형 온도	150℃	150℃	150℃	150℃	150℃	150℃	150℃	150℃	150℃
평균 발출압력	6kN	8kN	6kN	8kN	20kN	18kN	20kN	18kN	16kN
평균 성형체 밀도	7.56g/㎤	7.55g/㎤	7.56g/㎤	7.54g/㎤	7.50g/㎤	7.52g/㎤	7.50g/㎤	7.51g/㎤	7.53g/㎤
밀도의 R	0.02	0.02	0.02	0.02	0.03	0.02	0.02	0.02	0.03

	실시예10	실시예11	실시예12	실시예13	실시예14	실시예15	실시예16	실시예17	실시예18
성형틀 윤활성분	도데실벤젠황산나트륨	식용 청색 1 호	식용 황색 5 호	아스코르브산황산에스테르나트륨	4 붕산나트륨	규산나트륨	텅스텐산나트륨	아세트산나트륨	벤조산나트륨
용매	물	물	물	물	물	물	물	물	물
윤활성분의 형태	용해	용해	용해	용해	용해	용해	용해	용해	용해
농도	1%	1%	1%	1%	1%	1%	1%	1%	1%
성형 온도	150℃	150℃	150℃	150℃	150℃	150℃	150℃	150℃	150℃
평균 발출압력	16kN	16kN	20kN	8kN	8kN	10kN	12kN	18kN	10kN
평균 성형체 밀도	7.53g/㎤	7.53g/㎤	7.51g/㎤	7.54g/㎤	7.54g/㎤	7.54g/㎤	7.53g/㎤	7.51g/㎤	7.54g/㎤
밀도의 R	0.02	0.03	0.04	0.02	0.02	0.03	0.03	0.02	0.02

	실시예20	실시예21	실시예22	실시예23	실시예24	실시예25	비교예1	비교예2
성형틀 윤활성분	아스코르브산나트륨	스테아르산나트륨	스테아르산칼륨	탄산수소나트륨	탄산나트륨	질산칼륨	스테아르산리튬	없음
용매	물	물	물	물	물	물	아세톤
윤활성분의 형태	용해	용해	용해	용해	용해	용해	분산
농도	1%	0.2%	0.5%	1%	1%	1%	1%
성형 온도	150℃	150℃	150℃	150℃	150℃	150℃	150℃	150℃
평균 발출압력	16kN	16kN	14kN	18kN	18kN	20kN	22kN	32kN
평균 성형체 밀도	7.53g/㎤	7.52g/㎤	7.53g/㎤	7.51g/㎤	7.52g/㎤	7.51g/㎤	7.50g/㎤	7.48g/㎤
밀도의 R	0.02	0.04	0.04	0.03	0.02	0.04	0.20	0.16

표 1∼3 의 비교 결과로서, 실시예에서는, 성형틀로부터 압축분말체를 발출시키는 발출 압력이 비교예 1 의 발출 압력 이하로 가능하고, 또한 실시예에서는, 비교예 1 보다 밀도의 향상을 꾀할 수 있으며, 나아가, 밀도의 R 이 매우 작아졌다. 이것에 의해, 실시예에 있어서는 연속 성형이라도 고밀도의 성형을 안정적으로 수행할 수 있다.

또, 상기 윤활제는, 수용성 인산계 금속염으로서, 인산수소 2 칼륨, 인산수소 2 나트륨, 인산 3 칼륨, 인산 3 나트륨, 폴리인산칼륨, 폴리인산나트륨, 인산리보플라빈칼륨, 인산리보플라빈나트륨 등과 같이 구조 중에 인산계의 기를 함유하는 것이 바람직하다는 것을 표 1∼3 으로부터 알 수 있다.

수용성의 황산염계 금속염으로서, 황산칼륨, 황산나트륨, 아황산칼륨, 아황산나트륨, 티오황산칼륨, 티오황산나트륨, 도데실황산칼륨, 도데실황산나트륨, 도데실벤젠황산칼륨, 도데실벤젠황산나트륨, 식용 청색 1 호 (C₃₇H₃₄N₂Na₂O₉S₃), 식용 황색 5 호 (C₁₆H₁₀N₂Na₂O₇S₂), 아스코르브산황산에스테르칼륨, 아스코르브산황산에스테르나트륨 등과 같이 구조 중에 황산계의 기를 함유하는 것이 바람직하다는 것을 표 1∼3 으로부터 알 수 있다.

수용성 붕산계 금속염으로서, 4 붕산칼륨, 4 붕산나트륨 등과 같이 구조 중에 붕산계의 기를 함유하는 것이 바람직하다는 것을 표 1∼3 으로부터 알 수 있다.

수용성 규산계 금속염으로서, 규산칼륨, 규산나트륨 등과 같이 구조 중에 규산계의 기를 함유하는 것이 바람직하다는 것을 표 1∼3 으로부터 알 수 있다.

수용성 텅스텐산계 금속염으로서, 텅스텐산칼륨, 텅스텐산나트륨과 같이 구조 중에 텅스텐산계의 기를 함유하는 것이 바람직하다는 것을 표 1∼3 으로부터 알 수 있다.

수용성 유기산계 금속염으로서, 아세트산칼륨, 아세트산나트륨, 벤조산칼륨, 벤조산나트륨, 아스코르브산칼륨, 아스코르브산나트륨, 스테아르산칼륨, 스테아르산나트륨 등과 같이 구조 중에 유기산계의 기를 함유하는 것이 바람직하다는 것을 표 1∼3 으로부터 알 수 있다.

수용성의 질소산계 금속염으로서, 질산칼륨, 질산나트륨 등과 같이 구조 중에 질소산계의 기를 함유하는 것이 바람직하다는 것을 표 1∼3 으로부터 알 수 있다.

수용성의 탄산계 금속염으로서, 탄산칼륨, 탄산나트륨, 탄산수소칼륨, 탄산수소나트륨 등과 같이 구조 중에 탄산계의 기를 함유하는 것이 바람직하다는 것을 표 1∼3 으로부터 알 수 있다.

이들에 예시한 윤활제의 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다.

그리고, 수용성 윤활제의 농도는, 상기 정출층 (B) 의 두께가 상기 윤활제의 1분자에 의해 형성되는 농도 이상이고 포화 농도 미만으로 한다. 구체적으로는 1PPM∼포화 농도로 한다. 이것은, 1PPM 미만에서는, 성형틀에 부착되는 윤활제가 다량이 아니면 안정적으로 윤활성이 얻어지는 정출상의 피막을 얻기 어렵기 때문이고, 포화 농도 이상에서는, 윤활제가 완전히 용해되지 않고 고체로서 침전되어, 분무부 (6) 에 의해 부착을 실시하는 경우, 분무부 (6) 가 막히는 등의 문제가 발생하기 때문이다.

또한, 용해하는 물은, 증류수나 이온 교환수와 같은 금속 성분이나 할로겐원소 성분을 제거한 물이 바람직하다. 윤활제의 종류에 따라서는, 용이하게 물 속의 금속 성분과 치환되어 침전물을 생성함으로써 문제를 일으키는 경우가 있고, 또한, 할로겐 성분이 다량으로 함유되어 있는 경우, 압축분말체가 결합되기 쉬워지고, 소결시에 다이옥신 등의 유해 물질이 생성되거나 하는 문제를 일으키는 경우가 있기 때문이다.

또, 윤활제의 종류에 따라서는, 미생물이 번식하여 썩기 쉽다는 문제가 있어, 성분이 변화하거나 악취가 발생하는 경우가 있지만, 방부제를 첨가함으로써 미생물의 발생을 방지할 수 있다. 방부제에는, 벤조산나트륨 등과 같이 윤활성을 손상시키지 않고, 인체에 대한 유해성이 낮으며, 할로겐원소 성분을 함유하지 않은 것이 바람직하다.

또한, 윤활제의 종류에 따라서는, 기포가 발생하기 쉽다는 문제가 있어, 용액 (L) 을 성형부 (1A) 에 부착시켰을 때에 기포가 발생하여 원료 분말이 굳어질 우려가 있지만, 알코올이나 케톤과 같은 수용성 용매나 기포제거제를 첨가함으로써 기포의 발생을 방지할 수 있다. 알코올이나 케톤에는, 에탄올이나 아세톤 등과 같이 윤활성을 손상시키지 않고, 인체에 대한 유해성이 낮으며, 할로겐원소 성분을 함유하지 않은 것이 바람직하다.

알코올이나 케톤과 같은 수용성 용매에는, 물보다도 비등점이나 증발 잠열이 낮은 것을 사용함으로써, 증발 및 건조 시간을 짧게 하거나, 성형틀 본체 (2) 를 고온으로 할 필요가 없어지는 경우도 있다.

이들 윤활제 및 첨가물, 용해하는 물에 할로겐원소가 함유되어 있으면, 탄소 성분의 공존 중에서 소결한다고 하는 철계의 분말 야금에서 자주 사용되는 조건에서는 다이옥신 등과 같이 미량으로 독성이 높은 성분의 생성이 우려되기 때문에, 할로겐원소를 함유시키지 않는 것이 바람직하다.

성형틀 본체 (2) 의 온도나 혼합한 원료 분말 (M) 은, 고온으로 하는 쪽이 건조 시간의 단축이나 온간 성형의 효과 등이 있기 때문에 바람직하지만, 문제가 없다면 상온이어도 된다. 고온으로 하는 경우에는, 원료 분말이 굳어지거나 윤활제가 금형 (성형부 (1A)) 의 바닥으로 흘러 떨어지기 때문에 안정적으로 온간 성형하기가 곤란해지므로 설정 온도에서 용융되지 않는 윤활제를 선정하는 것이 바람직하지만, 문제가 없다면 반용융 상태나 고점성 상태, 2종 이상의 윤활제 배합의 1종 이상이 용융 상태여도 된다. 종래 사용되고 있던 스테아르산아연은 약 120℃, 스테아르산리튬은 약 220℃ 에서 용융되기 때문에 그 이상의 온도에서 안정적으로 온간 성형하기가 곤란했지만, 본 발명의 윤활제 중에는 220℃ 이상에서 용융되지 않는 것이 다수 존재하고, 그 중에는 1000℃ 를 초과해도 용융되지 않는 것도 포함되어 있기 때문에, 금형 (성형부 (1A)) 의 내열 온도나 원료 분말의 산화 온도의 한계점까지 고온으로 하여 용이하게 안정적으로 온간 성형하는 것이 가능하다. 단, 그 경우는, 원료 분말의 유동성 문제 등이 있기 때문에, 혼합한 원료 분말 (M) 에 첨가하는 윤활제도 고온에서 녹지 않는 것, 예를 들어, 본 발명의 윤활제를 분말형태로 한 것이나 고체 윤활제인 흑연이나 2 황화몰리브덴 등으로 하거나, 윤활제를 넣지 않고서 성형틀 윤활에 의해서만 성형한 쪽이 바람직하다.

이상과 같이, 상기 실시형태에서는, 성형틀 본체 (2) 에 형성한 성형부 (1A) 에 원료 분말 (M) 을 충전한 후, 하측 및 상측 펀치 (3, 4) 를 상기 성형부 (1A) 에 끼워 넣고 분말 성형체를 성형하는 분말 성형체의 성형 방법에 있어서, 상기 원료 분말 (M) 을 충전하기 전에, 윤활제를 용매에 균일한 상이 되도록 용해시킨 용액 (L) 을 상기 성형부 (1A) 에 부착시키고, 그 용액 (L) 을 증발시켜 상기 성형부 (1A) 에 결정을 형성시켜서 정출층 (B) 를 형성함으로써, 성형부 (1A) 의 둘레면에 치밀한 윤활용 층 (B) 이 형성되어 분말 성형체 (A) 의 성형부 (1A) 로부터의 발출 압력을 저감할 수 있는 것과 함께, 분말 성형체 (A) 의 밀도도 향상시킬 수 있다.

또한, 분말 성형체 (A) 의 측면을 성형하는 관통구멍을 갖는 성형틀 본체 (2) 와, 상기 관통구멍 (1) 에 하방으로부터 끼워 넣는 하측 펀치 (3) 와, 상기 관통구멍 (1) 에 상방으로부터 끼워 넣는 상측 펀치 (4) 와, 상기 관통구멍 (1) 과 마주 보는 윤활제 용액 (L) 의 분출부 (6) 와, 상기 관통구멍 (1) 과 그 관통구멍 (1) 에 끼워진 하측 펀치 (3) 에 의해서 구획 성형되는 분말 성형체 (A) 의 성형부 (1A) 주위에 형성되는 히터 (7) 와, 그 히터 (7) 를 상기 용액 (L) 의 증발 온도보다 높고, 또 필요에 따라서 상기 윤활제의 용융 온도보다도 낮게 제어하는 온도 제어 수단 (9) 을 설치하여, 성형부 (1A) 에 원료 분말 (M) 을 충전하기 전에, 윤활제 용액 (L) 을 가열된 상기 성형부 (1A) 에 부착시키고, 그 용액 (L) 을 증발시켜 상기 성형부 (1A) 주위에 상기 윤활제의 정출층 (B) 을 치밀하게 형성함으로써, 성형부 (1A) 의 둘레면에 치밀한 윤활용 층 (B) 이 형성되어 분말 성형체 (A) 의 성형부 (1A) 로부터의 발출 압력을 저감할 수 있는 것과 함께, 분말 성형체 (A) 의 밀도도 향상시키고, 또한 안정적으로 연속 성형할 수 있다.

그리고, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지 범위 내에서 각종 변형 실시가 가능하다. 또한, 상기 실시형태에 있어서 윤활제를 용매에 용해시킨 용액이란, 윤활제를 용매에 일부라도 용해시킨 것을 함유하고 있는 것이어도 된다. 또한, 상기 원료 분말을 충전하기 전에, 상기 용액을 상기 성형부에 부착시키고, 그 용액을 증발시켜 상기 성형부에 정출층을 형성한 후에 펀치를 상기 성형부에 끼워 넣어 분말 성형체를 성형하는 것이지만, 상기 원료 분말을 충전하기 전에 반드시 용액을 상기 성형부에 부착시키고 그 용액을 증발시켜 상기 성형부에 정출층을 형성할 필요는 없고, 예를 들어 최초의 분말 성형체의 성형 후에, 용액을 상기 성형부에 부착시키지 않고 최초의 정출층을 이용하여 그대로 원료 분말을 충전하여 다음회의 성형을 실시하고, 다음으로 3회째로 원료 분말을 충전하기 전에 용액을 상기 성형부에 부착시키고, 그 용액을 증발시켜 상기 성형부에 2회째의 정출층을 형성하도록 단속적인 연속에 의해 용액을 상기 성형부에 부착시키도록 해도 된다.

Claims

성형틀 본체에 형성한 성형부에 원료 분말을 충전한 후에, 펀치를 상기 성형부에 끼워 넣어 분말 성형체를 성형하는 분말 성형체의 성형 방법에 있어서, 상기 원료 분말을 충전하기 전에, 윤활제를 용매에 용해시킨 용액을 상기 성형부에 부착시키고, 그 용액을 증발시켜 상기 성형부에 정출층을 형성하는 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 윤활제는, 옥소산계 금속염인 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 윤활제는, 인산계 금속염, 황산계 금속염, 붕산계 금속염, 규산계 금속염, 텅스텐산계 금속염, 유기산계 금속염, 질소산계 금속염 또는 탄산계 금속염인 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법.
제 3 항에 있어서, 상기 윤활제는, 인산수소 2 칼륨, 인산수소 2 나트륨, 인산 3 칼륨, 인산 3 나트륨, 폴리인산칼륨, 폴리인산나트륨, 인산리보플라빈칼륨, 또는 인산리보플라빈나트륨인 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법.
제 3 항에 있어서, 상기 윤활제는, 황산칼륨, 황산나트륨, 아황산칼륨, 아황산나트륨, 티오황산칼륨, 티오황산나트륨, 도데실황산칼륨, 도데실황산나트륨, 도데실벤젠황산칼륨, 도데실벤젠황산나트륨, 식용 청색 1 호, 식용 황색 5 호, 아스코르브산황산에스테르칼륨, 또는 아스코르브산황산에스테르나트륨인 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법.
제 3 항에 있어서, 상기 윤활제는, 4 붕산칼륨, 또는 4 붕산나트륨인 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법.
제 3 항에 있어서, 상기 윤활제는, 규산칼륨, 또는 규산나트륨인 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법.
제 3 항에 있어서, 상기 윤활제는, 텅스텐산칼륨, 또는 텅스텐산나트륨인 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법.
제 3 항에 있어서, 상기 윤활제는 아세트산칼륨, 아세트산나트륨, 벤조산칼륨, 벤조산나트륨, 아스코르브산칼륨, 아스코르브산나트륨, 스테아르산칼륨, 또는 스테아르산나트륨인 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법.
제 3 항에 있어서, 상기 윤활제는, 질산칼륨, 또는 질산나트륨인 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법.
제 3 항에 있어서, 상기 윤활제는, 탄산칼륨, 탄산나트륨, 탄산수소칼륨, 또는 탄산수소나트륨인 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 윤활제는, 제 2 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 윤활제를 1종 또는 2종 이상 사용한 것을 특징으로 하는 분말 성형 방법.
제 2 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용액은, 수용성의 상기 윤활제를, 상기 정출층의 두께가 상기 윤활제의 1분자에 의해 형성되는 농도 이상이고 포화 농도 미만에서 물에 완전히 용해시킨 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법.
제 13 항에 있어서, 상기 윤활제가, 칼륨염 또는 나트륨염인 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법.
제 2 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 윤활제에, 방부제를 첨가한 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법.
제 2 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 윤활제에, 기포제거제를 첨가한 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법.
제 2 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 윤활제에, 수용성의 용매를 첨가한 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법.
제 17 항에 있어서, 상기 용매가 알코올 또는 케톤인 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법.
제 2 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 윤활제에, 할로겐족 원소를 함유시키지 않는 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법.
분말 성형체의 측면을 성형하는 관통구멍을 갖는 성형틀 본체와, 상기 관통구멍에 하방으로부터 끼워 넣는 하측 펀치와, 상기 관통구멍에 상방으로부터 끼워 넣는 상측 펀치와, 상기 관통구멍과 마주 보는 윤활제 용액의 분출부와, 상기 관통구멍과 그 관통구멍에 끼워 넣은 하측 펀치에 의해서 구획 성형되는 분말 성형체의 성형부 주위에 형성되는 히터와, 그 히터를 상기 용액의 증발 온도보다 높게 제어하는 온도 제어 수단을 형성한 것을 특징으로 하는, 분말 성형 금형 장치.
분말 성형체의 측면을 형성하는 관통구멍을 갖는 성형틀 본체와, 상기 관통구멍에 하방으로부터 끼워 넣는 하측 펀치와, 상기 관통구멍에 상방으로부터 끼워 넣는 상측 펀치와, 상기 관통구멍과 마주 보는 윤활제 용액의 분출부와, 상기 관통구멍과 그 관통구멍에 끼워 넣은 하측 펀치에 의해서 구획 성형되는 분말 성형체의 성형부 주위에 형성되는 히터와, 그 히터를 상기 용액의 증발 온도보다 높고, 또 상기 윤활제의 용융 온도보다도 낮게 제어하는 온도 제어 수단을 형성한 것을 특징으로 하는, 분말 성형 금형 장치.