(57)【要約】【課題】密度が均一な長尺合金ビレットの製造方法を提供する。【解決手段】長尺合金ビレットの製造方法は、第１の合金ビレット（１）、第２の合金ビレット（１）および合金粉末（２）を用意する工程と、型（３）内に下から順に第１合金ビレット（１）、合金粉末（２）および第２合金ビレット（１）を積層する工程と、合金粉末粒子を第１合金ビレットおよび第２合金ビレットに食込ませるように型（３）内の積層体を加圧圧縮して一体化した１個の長尺合金ビレット（４）を作製する工程とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の合金ビレット、第２の合金ビレットおよび合金粉末を用意する工程と、
型内に下から順に前記第１合金ビレット、合金粉末および第２合金ビレットを積層する工程と、
前記合金粉末粒子を前記第１合金ビレットおよび第２合金ビレットに食込ませるように前記型内の積層体を加圧圧縮して一体化した１個の長尺合金ビレットを作製する工程とを備える、長尺合金ビレットの製造方法。
【請求項２】
前記型の内壁面と前記第１および第２合金ビレットの外面との間には、隙間がある、請求項１に記載の長尺合金ビレットの製造方法。
【請求項３】
前記型の内壁面と前記第１および第２合金ビレットの外面との間の隙間は、前記合金粉末粒子の粒径と同じか、それよりも小さい、請求項２に記載の長尺合金ビレットの製造方法。
【請求項４】
前記型内に投入する合金粉末の全量は、前記第１および第２合金ビレットの各ビレットの体積と同じか、それよりも少ない、請求項１〜３のいずれかに記載の長尺合金ビレットの製造方法。
【請求項５】
前記第１合金ビレット、第２合金ビレットおよび合金粉末は、同じ組成の合金である、請求項１〜４のいずれかに記載の長尺合金ビレットの製造方法。
【請求項６】
前記第１合金ビレットおよび第２合金ビレットは、合金粉末の圧粉固化体である、請求項１〜５のいずれかに記載の長尺合金ビレットの製造方法。
【請求項７】
前記第１合金ビレットおよび第２合金ビレットを、前記型内に入れるのに先立ち加熱しておく、請求項１〜６のいずれかに記載の長尺合金ビレットの製造方法。
【請求項８】
前記合金粉末を常温の状態で前記型内に投入する、請求項７に記載の長尺合金ビレットの製造方法。
【請求項９】
前記各合金ビレットと前記合金粉末との温度差を１００℃以上にして前記積層体の加圧圧縮を行なう、請求項８に記載の長尺合金ビレットの製造方法。
【請求項１０】
第１の合金粉末を第１の穴径を有する第１の型内に投入して加圧圧縮することにより第１の合金ビレットを作製する工程と、
第２の合金粉末を前記第１の穴径を有する第１の型内に投入して加圧圧縮することにより第２の合金ビレットを作製する工程と、
前記第１および第２の合金ビレットを加熱する工程と、
前記第１の穴径よりも大きな第２の穴径を有する第２の型内に、下から順に加熱された前記第１合金ビレット、常温状態の第３の合金粉末および加熱された前記第２合金ビレットを積層する工程と、
前記第３合金粉末粒子を前記第１および第２合金ビレットに食込ませるように前記第２の型内の積層体を加圧圧縮して一体化した１個の長尺合金ビレットを作製する工程とを備える、長尺合金ビレットの製造方法。
【請求項１１】
前記第２の穴径と前記第１の穴径との差は、前記第３合金粉末粒子の粒径と同じか、それよりも小さい、請求項１０に記載の長尺合金ビレットの製造方法。
【請求項１２】
前記第２の型内での前記積層体の加圧圧縮は、加熱された前記各合金ビレットと常温の前記第３合金粉末との温度差を１００℃以上にして行う、請求項１０または１１に記載の長尺合金ビレットの製造方法。
【請求項１３】
前記第１合金粉末、第２合金粉末および第３合金粉末は、同じ組成の合金である、請求項１０〜１２のいずれかに記載の長尺合金ビレットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、押出加工等に供される長尺合金ビレットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
合金粉末を加圧成形して押出加工用の合金ビレットを製造する方法は、例えば特開平６−５７３０５号公報（特許文献１）に開示されている。この合金ビレットから押出加工等により所定形状の合金成形体が製造される。一般に、押出加工された押出材の先端部および末端部は分離して廃棄されるので、材料歩留まりの観点からすると、押出材の長さは長い程良い。長い押出材を得るには、合金ビレットの長さを長くするのが良い。
【０００３】
長尺の合金ビレットを製造するために、成形用型内に投入する合金原料粉末の量を多くして、押込み型によって加圧圧縮することが考えられる。この場合、押込み型の押込み量が増大し、成形用型の内壁面と合金粉末との摩擦力も増大するので、大きな加圧力が必要になる。押込み型から合金粉末に付与される加圧力は、押込み型の近くに位置する粉末に対しては大きいが、押込み型から遠く離れて位置する粉末に対しては小さくなる。そのため、押込み型から離れている合金粉末には、押込み型の加圧力が十分に伝達されず、最終的に得られる合金ビレット内に大きな密度勾配が発生するおそれがある。
【０００４】
特開平５−７０８０２号公報（特許文献２）は、加圧成形される合金粉末とパンチとの間の距離を、見かけ上、縮めることを目的として、合金粉末を上下のパンチで抑えて、まず下側パンチを上方に動かして合金粉末を下から加圧し、次いで上側パンチを下方に動かして合金粉末を上から加圧する方法を開示している。この方法によれば、密度勾配の小さい長尺の合金ビレットを得ることができるが、加圧装置の構成が複雑になるという問題が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−５７３０５号公報
【特許文献２】特開平５−７０８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明の目的は、簡易な装置構成で密度勾配が発生し難い長尺合金ビレットの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に従った長尺合金ビレットの製造方法は、第１の合金ビレット、第２の合金ビレットおよび合金粉末を用意する工程と、型内に下から順に第１合金ビレット、合金粉末および第２合金ビレットを積層する工程と、上記合金粉末の粒子を第１合金ビレットおよび第２合金ビレットに食込ませるように型内の積層体を加圧圧縮して一体化した１個の長尺合金ビレットを作製する工程とを備える。
【０００８】
上記の本発明の製造方法によれば、合金粉末粒子が第１および第２合金ビレットの表層部に食込むので、第１合金ビレットと第２合金ビレットとは加圧圧縮されて表層部に食込んだ合金粉末圧縮体を介して強固に一体化されて接合する。第１合金ビレットおよび第２合金ビレットは、その長さが相対的に短く、予め密度勾配が生じないように成形されている。また、第１合金ビレットと第２合金ビレットとの間に位置する合金粉末の量は、第１および第２合金ビレットを接合するのに必要な分だけあれば良いので、比較的少量で足りる。したがって、積層体の加圧圧縮工程時に、中間の合金粉末には第１および第２ビレットを介して大きな加圧力が作用し、大きな食込み力を発生させる。こうして最終的に得られる長尺合金ビレットには密度勾配が発生し難く、全体的に均一な密度の長尺合金ビレットとなる。
【０００９】
さらに、上記の方法を実施するにあたり、第１合金ビレットおよび第２合金ビレットは既に成形されているので、装置の押込み型の必要なストロークは小さくてすみ、既存の通常の設備が利用可能である。
【００１０】
第１合金ビレット、第２合金ビレットおよび合金粉末は、それぞれ異なった組成の合金であっても良いが、好ましくは同じ組成の合金である。同じ組成の合金であれば、物性値が均一な長尺ビレットを作製できる。また、第１合金ビレットおよび第２合金ビレットは、鋳造ビレットであっても良いが、好ましくは合金粉末の圧粉固化体である。
【００１１】
用意する合金ビレットの数を多くし、隣接配置する合金ビレット間に合金粉末を配置して加圧成形すれば、より長い長尺合金ビレットを得ることができる。また、積層配置する合金ビレットの長さや、合金ビレットの数を調整することによって、長さ自在に長尺ビレットを作製することができる。
【００１２】
好ましくは、積層体を加圧圧縮する前の状態では、上記型の内壁面と第１および第２合金ビレットの外面との間には、隙間がある。その場合、型の内壁面と第１および第２合金ビレットの外面との間の隙間は、合金粉末粒子の粒径と同じか、それよりも小さいのが望ましい。このような隙間の大きさであれば、合金粉末粒子が隙間内に落下するのを防ぐことができる。隙間を設けることにより、合金ビレットと型の内壁面とが大きな圧力で接することが無いので、積層体の加圧圧縮時に大きな摩擦力は発生しない。
【００１３】
型内に投入する合金粉末の全量は、第１および第２合金ビレットの各ビレットの体積と同じか、それよりも少なくするのが望ましい。投入する合金粉末の全量がこの程度であるならば、積層体を加圧圧縮する設備として、１個の合金ビレットを製造するのに使用される既存設備を使用することができる。
【００１４】
好ましくは、第１合金ビレットおよび第２合金ビレットを、型内に入れるのに先立ち加熱しておく。さらに、好ましくは、合金粉末を常温の状態で型内に投入する。このような温度条件であれば、短尺の第１合金ビレットおよび第２合金ビレットは、合金粉末に比べて高温であるため相対的に硬度が低く、合金粉末は短尺ビレットの表層部に楔のように食込む効果が高くなり、さらなる一体化を促進する。各合金ビレットと合金粉末との温度差を、例えば、１００℃以上にして積層体の加圧圧縮を行なう。
【００１５】
この発明の他の局面における長尺合金ビレットの製造方法は、第１の合金粉末を第１の穴径を有する第１の型内に投入して加圧圧縮することにより第１の合金ビレットを作製する工程と、第２の合金粉末を第１の穴径を有する第１の型内に投入して加圧圧縮することにより第２の合金ビレットを作製する工程と、第１および第２の合金ビレットを加熱する工程と、第１の穴径よりも大きな第２の穴径を有する第２の型内に、下から順に加熱された第１合金ビレット、常温状態の第３の合金粉末および加熱された第２合金ビレットを積層する工程と、第３合金粉末粒子を第１および第２合金ビレットに食込ませるように第２の型内の積層体を加圧圧縮して一体化した１個の長尺合金ビレットを作製する工程とを備える。
【００１６】
好ましくは、第２の穴径と第１の穴径との差は、第３合金粉末粒子の粒径と同じか、それよりも小さい。第２の型内での積層体の加圧圧縮は、加熱された各合金ビレットと常温の第３合金粉末との温度差を例えば１００℃以上にして行う。第１合金粉末、第２合金粉末および第３合金粉末は、例えば、同じ組成の合金である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に従った製造工程を示す図解図である。
【図２】合金粉末、短尺合金ビレットおよび長尺合金ビレットを示す写真である。
【図３】本発明に従った製造工程の他の例を示す図解図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明に従った長尺合金ビレットの製造工程を図解的に示す図である。
【００１９】
まず、図１(ａ)に示すように、合金粉末を所定の径の型内に投入し、押込み型（パンチ）により適切な加圧力を与えて合金ビレット１を作製する。この合金ビレット１を複数個用意する。
【００２０】
次に、図１（ｂ）に示すように、合金ビレット１の外径よりも大きな内径を有する成形用型３内に、下から順に合金ビレット１、合金粉末２、合金ビレット１、合金粉末２および合金ビレット１を積層する。好ましくは、合金ビレット１と合金粉末２とは、同じ組成の合金である。
【００２１】
合金ビレット１と型３の内壁面とのクリアランスは、合金粉末粒子の径と同程度、またはそれよりも小さくするのが好ましい。このような寸法関係であれば、合金粉末粒子の落下等の問題を生じることなく、積層体を加圧成形できる。但し、クリアランスが小さすぎると、合金ビレット１の型３内への投入が困難となったり、合金ビレット１と型３の内壁面との間に大きな摩擦力が発生したりする。
【００２２】
既存の装置の押込み型の押込みストロークの観点から、型３内に投入する合金粉末２の全量を合金ビレット１の１個分未満にするのが良い。このような合金粉末投入量であれば、既存装置をそのまま利用できる。
【００２３】
型３内に配置された積層体を上方から加圧することにより、図１（ｃ）に示す長尺合金ビレット４が得られる。加圧力は、投入合金粉末２の量に依存するが、前述のように全量で合金ビレット１の一個分以下であれば、短尺の合金ビレット１の作製時と同程度で良い。
【００２４】
隣接する合金ビレット１間に投入される合金粉末２は、上下の合金ビレット１の表層部に食込み、継ぎ目となる。この合金粉末２が存在しなければ、上下の合金ビレット１の継ぎ目は、表面のひび割れとして認識できる状態であり、一体化せず、衝撃等で分離するおそれがある。合金粉末２が継ぎ目として作用するには、隣接する合金ビレット１間の合金粉末２の層高さは、１０ｍｍ程度あれば良い。
【００２５】
図３は、本発明に従った長尺合金ビレットの製造工程の他の例を示す図解図である。
【００２６】
まず、図３（ａ）に示すように、穴径Ｄ１を有する第１の型１２内に合金粉末１１を投入し、この合金粉末を加圧圧縮して図３（ｂ）に示す相対的に短尺の合金ビレット１３を作製する。円柱形状の合金ビレット１３の外径は、第１の型１２の穴径と同じＤ１である。同様の方法で、複数の合金ビレット１３を作製する。複数の合金ビレットは同じ組成のものであっても良いし、異なった組成のものであっても良い。
【００２７】
次に、図３（ｃ）に示すように、複数の合金ビレット１３を例えば加熱炉１４内で加熱する。
【００２８】
次に、図３（ｄ）に示すように、第１の型１２の穴径Ｄ１よりも大きな穴径Ｄ２を有する第２の型１６内に、下から順に加熱された合金ビレット１３、常温状態の合金粉末１５、加熱された合金ビレット１３、常温状態の合金粉末１５および加熱された合金ビレット１３を積層する。各合金ビレット１３の外径Ｄ１は、第２の型１６の穴径Ｄ２よりも僅かに小さいので、各合金ビレット１３の外周面と第２の型１６の内壁面との間には、（Ｄ２−Ｄ１）の大きさの隙間が生ずる。好ましくは、この隙間の大きさは、合金粉末１５の粒子の粒径と同じか、それよりも小さくする。このような寸法関係であれば、合金粉末１５の粒子の落下等の問題を生じることなく、積層体を加圧圧縮成形することができる。ただし、隙間が小さすぎると、合金ビレット１３の投入が困難となったり、合金ビレット１３の外周面と型１６の内壁面との間に大きな摩擦力が発生したりする。
【００２９】
型１６内に入れられた各合金ビレット１３は加熱され、その間に位置する各合金粉末１５は常温状態である。合金ビレット１３と合金粉末１５とが同じ合金組成であったとしても、常温状態の合金粉末１５の硬度は、加熱状態にある合金ビレット１５の硬度よりも相対的に高くなる。したがって、第２の型１６内の積層体に対する加圧圧縮工程時に、常温状態の合金粉末１５の粒子が上下の合金ビレット１５の表層部に楔のように食込み、全体として一体化した長尺合金ビレット１７が得られる。
【００３０】
図３（ｅ）は、第２の型１６内で加圧圧縮成形された長尺合金ビレット１７を示している。この円柱状の長尺合金ビレット１７の外径は、第２の型１６の穴径と同じＤ２である。
【００３１】
合金粉末粒子の食込み効果を高めるためには、第２の型１６内に投入される短尺合金ビレット１３と合金粉末１５との温度差は大きいほど好ましい。例えば、短尺合金ビレット１３と合金粉末１５との温度差を１００℃以上にして積層体を加圧圧縮すれば、良好な楔効果によって全体として一体化した長尺合金ビレット１７を効率的に作製することができる。一方、合金ビレットの温度が高すぎると表面酸化するおそれがあるので、そのような酸化現象を生じない程度の温度にしておくことも必要である。
【００３２】
合金ビレットを加熱する方法として、上述したように加熱炉内で加熱するようにしても良いし、第１の型１２にヒータを設けておき、短尺合金ビレット１３の加圧圧縮成形と同時に加熱するようにしても良い。また、第２の型１６内に配置された加熱合金ビレット１３の温度低下防止のために、第２の型１６の内壁面近傍にヒーターを設けるようにしても良い。
【実施例１】
【００３３】
直径数ｍｍの平板状マグネシウム合金片からなる合金粉末を所定量、成形用型内に投入し、適切な加圧力を与えて直径７８ｍｍ、長さ６０ｍｍの短尺円柱状合金ビレットを３個作製した。
【００３４】
内径７９ｍｍの成形用型内に、下から順に円柱状合金ビレット、合金粉末（層高さ１０ｍｍ）、円柱状合金ビレット、合金粉末（層高さ１０ｍｍ）および円柱状合金ビレットを積層した。合金ビレットおよび合金粉末は、同一組成のマグネシウム合金である。
【００３５】
成形用型内に配置された積層体に対して、押込み型（パンチ）で加圧力を与えて、直径７９ｍｍ、長さ１８５ｍｍの長尺合金ビレットを得た。長尺合金ビレットを得るための加圧力と、短尺合金ビレットを得るための加圧力とは、同程度であった。
【００３６】
図２は、上から順に、合金粉末、３個の短尺円柱状合金ビレットおよび最終的に得られた長尺合金ビレットを示す写真である。
【００３７】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【実施例２】
【００３８】
（１）短尺合金ビレットの作製
直径数ｍｍの平板状マグネシウム合金片からなる合金粉末を所定量、成形用型内に投入し、適切な加圧力を与えて直径７８ｍｍ、長さ６０ｍｍの短尺円柱状合金ビレットを３個作製した。
【００３９】
（２）短尺合金ビレットの加熱
３個の短尺合金ビレットを加熱炉内で加熱した。所定温度に達した後に、３個の合金ビレットを加熱炉から取り出し、速やかに穴径７９ｍｍの成形用型内に常温状態の合金粉末を間に介在させて投入した。成形用型内では、下から順に、合金ビレット、合金粉末（層高さ約１０ｍｍ）、合金ビレット、合金粉末（層高さ約１０ｍｍ）および合金ビレットが積層された。成形用型は、その穴径が７９ｍｍであり、内壁面近傍に棒状のカートリッジヒーターを８本備えている。ヒーターは、成形用型を短尺合金ビレットと同程度の温度に予め加熱していた。
【００４０】
（３）長尺合金ビレットの作製
成形用型内の積層体を加圧圧縮成形して直径７９ｍｍ、長さ１８５ｍｍの長尺合金ビレットを得た。この加圧圧縮成形時における短尺合金ビレットと合金粉末との温度差は１００℃以上であった。このようにして作製した長尺合金ビレットは、全体として一体化したものであった。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
この発明は、密度が均一な長尺合金ビレットを製造するための方法として、有利に利用され得る。
【符号の説明】
【００４２】
１  合金ビレット、２  合金粉末、３  型、４  長尺合金ビレット、１１  合金粉末、１２  第１の型、１３  短尺合金ビレット、１４  加熱炉、１５  合金粉末、１６  第２の型、１７  長尺合金ビレット。
【図１】
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【図３】
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【図２】
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