(57)【要約】【課題】  複雑な形状の粉体成形体を製造するに際しても、モールドのスプリングバックによる粉体成形体の破壊を生じないようにする。【解決手段】  モールド４は、加熱すると固形状態から流動性が増加した状態へと変化する性質を有する物質である。好ましくは、室温で固形状態である。モールド４への粉体原料５投入工程時に、モールド４が固形状態になる温度とする。温度調節器１７により、モールド４の加圧工程時には、モールド４を加熱して流動性を増加させて半固形状態とし、また、モールド４の減圧工程時には、同じくモールド４を加熱して融解させるなど、流動性を増加させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モールドに粉体原料を投入し、モールドごと粉体原料を加圧して粉体原料を粉体成形体に変化させ、モールドを減圧して粉体成形体をモールドからはずすことで、粉体成形体を製造する粉体成形体の製造方法において、
上記モールドへの粉体原料投入工程時には、温度を調整して、モールドを固形状態とし、
上記モールド加圧工程時には、温度を調整して、モールドの流動性を固形状態のときより高くして半固形状態とし、
上記モールド減圧工程時には、温度を調整して、モールドの流動性を固形状態のときより高くすることを特徴とする粉体成形体の製造方法。
【請求項２】
上記モールド減圧工程時には、モールドを加熱して融解させることを特徴とする請求項１に記載の粉体成形体の製造方法。
【請求項３】
上記モールドが、室温で固形状態である性質を有することを特徴とする請求項１または２に記載の粉体成形体の製造方法。
【請求項４】
上記モールドがパラフィンワックスであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の粉体成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属、セラミックスなどの粉体原料を用いて、異方収縮が少なく、均一性に優れ、かつ割れを生じない粉体成形体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の粉体成形法には、金型成形法（金型プレス法）、冷間等方加圧成形法（冷間静水圧プレス法）（ＣＩＰ法）、ゴム型等方加圧成形法（ＲＩＰ法）など多くの方法がある。
【０００３】
金型プレス法においては、通常所望形状のキャビティ（空洞部）を有する金型のキャビティ内に充填した粉体原料をプレスすることにより、成形を行う。このプレス成形には、単純一軸プレス法、ＣＮＣ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）プレスなどによる多軸プレス法などの方法が用いられている。
【０００４】
一度の成形で最終形状を得るＮｅｔＳｈａｐｅの観点からは金型成形が有利であり、また生産性の高さもあいまって工業的に広く用いられてきた。しかし、金型成形で作製された粉体成形体の内部には密度むらが生じやすく、焼結体の歪み、割れ等の原因となってしまう。
【０００５】
さらに、複雑な形状の粉体成形体（複雑構造体）を作製しようとすれば、粉体成形体と金型との幾何学形状的関係のために、金型から製品を取り出すことが困難または不可能となる場合がある。したがって、複雑な所望の最終製品を得るためには、比較的単純な形状の粉体成形体を得た後、これを焼結し、あるいは焼結することなく、さらに機械加工することが必要となるので、生産効率の低下および材料の大きな損出が発生することとなる。また、使用する金型の製作費用が高くつくという問題もあり、特に高硬度の粉体原料を使用する場合には、金型の消耗も激しくなる。
【０００６】
特に、複雑形状部品の製造に多く使われているＣＮＣプレスで利用される金型は、作製に際し、高額の費用と長い時間が必要である。
【０００７】
ＣＩＰ成形、ＲＩＰ成形に代表される等方加圧成形は、均質な粉体成形体を得ることができるため、金型成形の欠点を補うことができる。
【０００８】
特公平７−４４１２１号公報は、永久磁石の製造において、弾性モールドに永久磁石粉体を充填した後、一軸プレス処理（Ｒｕｂｂｅｒ  Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓ：ＲＩＰ法）を行う技術を開示している。
【０００９】
また、ＣＩＰ成形は、ゴムなどの弾性モールド内に金属、セラミックスなどの粉体原料を密閉充填した後、水、油などの加圧媒体を用いてモールドに静水圧を加え、均一な粉体成形体を得る方法である。例えば、特許第３，０９９，３５７号公報は、所望形状のキャビティを有する塑性モールドを用いて、キャビティ内に金属、セラミックスなどの粉体成形材料を充填し、これを封止した後、冷間静水圧プレス処理を行う方法を開示している。
【００１０】
また、特開２００３−１５４４９４号公報は、半固形のモールドを用いて粉体成形体を製造する技術を開示している。
【特許文献１】特公平７−４４１２１号公報（公開日平成７年５月１５日）
【特許文献２】特許第３，０９９，３５７号公報（公開日平成１２年１０月１６日）
【特許文献３】特開２００３−１５４４９４号公報（公開日平成１５年５月２７日）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述のように、ＣＩＰ成形、ＲＩＰ成形に代表される等方加圧成形は、均質な粉体成形体を得ることができるため、金型成形の欠点を補うことができる。
【００１２】
しかし、ＲＩＰ成形では、モールドにゴム等の弾性体を用いるため、加圧により収縮したモールドが除荷（加圧を終了させること）時に膨張し元に戻る、いわゆるスプリングバック現象が起き、これにより粉体成形体が壊れやすいという問題がある。したがって、特に凹凸のある複雑な形状の製品を作製する際には、モールドが粉体成形体を破壊するので、所望の粉体成形体を得ることが困難である。
【００１３】
また、ＣＩＰ成形においては、モールドが塑性変形するので、大きな弾性変形は避けられるものの、固形モールドであるため、やはり弾性変形が残り、スプリングバックを生じて、粉体成形体を押し割る力が発生することは避けがたい。
【００１４】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、複雑な形状の粉体成形体を製造するに際しても、モールドのスプリングバックによる粉体成形体の破壊を生じない粉体成形体の製造方法を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題を解決するため、本発明に係る粉体成形体の製造方法は、モールドに粉体原料を投入し、モールドごと粉体原料を加圧して粉体原料を粉体成形体に変化させ、モールドを減圧して粉体成形体をモールドからはずすことで、粉体成形体を製造する粉体成形体の製造方法において、上記モールドへの粉体原料投入工程時には、温度を調整して、モールドを固形状態とし、上記モールド加圧工程時には、温度を調整して、モールドの流動性を固形状態のときより高くして半固形状態とし、上記モールド減圧工程時には、温度を調整して、モールドの流動性を固形状態のときより高くすることを特徴としている。
【００１６】
上記の構成により、上記モールドへの粉体原料投入工程時に、モールドが固形状態になる温度とする。そして、モールド加圧工程時には、温度を調整して、モールドの流動性を固形状態のときより高くして半固形状態とし、モールド減圧工程時には、温度を調整して、モールドの流動性を固形状態のときより高くする。例えば、モールド加圧工程時には、モールドを加熱して流動性を増加させて半固形状態とする。また、モールド減圧工程時には、モールドを加熱して流動性を固形状態のときより高くする（例えば、融解させる）。なお、粉体成形体をモールドからはずした後は、適宜、粉体成形体を焼結させるなどの加工を行うことができる。
【００１７】
この結果、上記モールド加圧工程時やモールド減圧工程時には、モールドが半固形状態であるため、圧力が粉体原料に均一に加わるので、粉体成形体が割れにくい。また、上記モールド減圧工程時には、モールドが流動性の高い状態であるため、モールドが除荷時に膨張し元に戻るスプリングバック現象を抑制できる。したがって、加圧時や減圧時に粉体成形体が壊れにくい。それゆえ、複雑な形状の粉体成形体を製造するに際しても、モールドのスプリングバックによる粉体成形体の破壊を生じないようにすることができるという効果を奏する。
【００１８】
また、モールドへの粉体原料投入工程時にモールドがあまりにも柔らかいと、モールドが自重などにより曲がるなどの変形を起こしてしまい、正しい形状の粉体成形体を製造することができなくなる。これに対し、上記の構成によれば、上記モールドへの粉体原料投入工程時には、モールドは固形状態である。したがって、上記モールドへの粉体原料投入工程時に、モールドが自重などにより曲がったりする恐れがない。それゆえ、正しい形状の粉体成形体を作ることが容易に行えるという効果を奏する。
【００１９】
また、加圧のための装置としては、従来からある例えばＣＩＰ法やＲＩＰ法で用いるのと同様の装置を利用可能である。したがって、別途新たな装置を作り出す必要がなく、その分製造コストを抑えることができるという効果を奏する。
【００２０】
このように、粉体成形体の製造段階に応じてモールドの温度を変化させることによって、モールドの硬さを、製造段階ごとに好ましいレベルにすることができる。すなわち、形状保持のために硬くしたり、加圧を均一にするために柔らかくしたり、モールドと粉体原料とを分離しやすくして粉体成形体の破壊を抑えるために柔らかくしたり、と、各必要レベルに応じて硬さ・柔らかさを調整する。
【００２１】
なお、加圧時のモールドの流動性としては、粉体原料の内部（粒子間）に含浸（浸透）していかない程度の硬さを有するのが好ましい。
【００２２】
また、本発明に係る粉体成形体の製造方法は、上記の構成に加えて、上記モールド減圧工程時には、モールドを加熱して融解させることを特徴としている。
【００２３】
上記の構成により、上記モールド減圧工程時には、モールドを加熱して融解させる。そして、流体となったモールドを取り除く。したがって、減圧時に粉体成形体がいっそう壊れにくいとともに、複雑な形状の粉体成形体であっても、モールドをいっそう簡単に除去できる。それゆえ、上記の構成による効果に加えて、複雑な形状の粉体成形体製造がいっそう容易に行えるという効果を奏する。
【００２４】
また、本発明に係る粉体成形体の製造方法は、上記の構成に加えて、上記モールドが、室温で固形状態である性質を有することを特徴としている。
【００２５】
上記の構成により、上記モールドが、室温で固形状態である性質を有する。したがって、モールドの作成や保管が容易に行える。それゆえ、上記の構成による効果に加えて、粉体成形体をいっそう容易に製造することができるという効果を奏する。
【００２６】
また、本発明に係る粉体成形体の製造方法は、上記の構成に加えて、上記モールドがパラフィンワックスであることを特徴としている。
【００２７】
上記の構成により、上記モールドがパラフィンワックスである。したがって、室温では固形状態であり、４０℃前後の温度で、加圧・減圧時の粉体成形体の破壊を防げる程度の柔らかさを十分得ることができる。それゆえ、上記の構成による効果に加えて、極度の低温や極度の高温が不要であり、製造を容易にすることができるという効果を奏する。
【発明の効果】
【００２８】
以上のように、本発明に係る粉体成形体の製造方法は、上記モールドへの粉体原料投入工程時には、温度を調整して、モールドを固形状態とし、上記モールド加圧工程時には、温度を調整して、モールドの流動性を固形状態のときより高くして半固形状態とし、上記モールド減圧工程時には、温度を調整して、モールドの流動性を固形状態のときより高くする構成である。
【００２９】
これにより、加圧時や減圧時に粉体成形体が壊れにくい。それゆえ、複雑な形状の粉体成形体を製造するに際しても、モールドのスプリングバックによる粉体成形体の破壊を生じないようにすることができるという効果を奏する。
【００３０】
また、これにより、上記モールドへの粉体原料投入工程時に、モールドが自重などにより曲がったりする恐れがない。それゆえ、正しい形状の粉体成形体を作ることが容易に行えるという効果を奏する。
【００３１】
また、これにより、別途新たな装置を作り出す必要がなく、その分製造コストを抑えることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
まず概要を述べれば以下の通りである。すなわち、金型成形法、ＣＩＰ法、ＲＩＰ法に代表される従来の成形法では、不均一な密度分布や割れの問題があった。そのため、従来法では、後加工による処理が必要であった。また、複雑形状製品の作製は困難であった。これに対し、本発明では、このような複雑形状製品を一度の成形で作製することが可能となる。温度制御により、形状自由度および割れの危険度は大幅に改善される。一般の方法では加工の不可能な、内部に複雑な孔状部位を持つサンプル等、自由に作製できる。成形性の悪い粉体材料においても、幅広く製品形状の自由度が増加する。また、工程数が減り被加工部も減少するため、時間もエネルギーも製造コストも改善される。
【００３３】
密度の均質性が比較的高く形状の自由度の大きい静水圧または疑似静水圧の粉体成形プロセスの流れを簡単に示すと以下のようになる。なお、ここでは代表として金属粉体を用いた成形について述べるが、セラミックスなど、金属以外の粉体についても同様である。
（１）目的物体である粉体成形体と同一形状、同じ大きさの母型を作る。ただし実際には、収縮分や、完全な相似収縮ではない分も考慮して設計する。
（２）上記の母型を基準にして、ゴム、砂、鉄粉、磁性粉、セラミック粉などを用いてモールドを作る。
（３）モールドから母型を抜き、金属粉体原料（粉体原料）をモールドの内部に充填する。
（４）充填された金属粉体原料をモールドもろとも加圧成形して金属粉体原料を金属粉体成形体（粉体成形体）にする。
（５）減圧（除荷）して（すなわち、加圧をやめて）モールドを取り除き、成形された金属粉体原料（すなわち金属粉体成形体）を取り出す。
（６）上記成形金属粉体原料を焼結して金属焼結体（焼結体）を得る。なお、本明細書中では、特に断りのない限り、焼結後のものだけでなく、焼結前のものも、粉体成形体と称する。
【００３４】
本発明においては、上記プロセス（１）・（６）としては、公知の方法を適宜採用できる。
【００３５】
本発明は上記プロセスの（２）〜（５）に関するものであり、プロセス（２）におけるモールドのための素材に特徴がある。すなわち、本実施形態においては、モールドの原料に半固形ワックスを用いて、低温で硬い状態（固形状態）にてモールドを作る。
【００３６】
そして、加圧（プロセス（４））時には、加熱によってモールドを、固体ではあるが目的の柔らかさまで軟らかく、流動性のある状態（半固形状態）にするようになっている。また、減圧（プロセス（５））時には、加熱によってモールドを、流動性のある、半固形状態または完全な流体状態にするようになっている。その結果、本発明では、加圧時、減圧時には、固体状態のモールドを用いた場合とは異なり、モールド内部に一様に圧力がかかるため、全方位から均一な圧力が金属粉体原料に加わる。したがって、成形工程や取り出す工程で、成形された金属粉体原料に「割れ」が発生するのを抑えることができる。
【００３７】
また、本発明では、（プロセス（５））で、加熱によりモールドは流動性を増し、取り除きやすくなる。この結果、流動性を増したモールドから成形金属粉体原料を速やかに取り出すことができる。例えば、加熱によりモールドを完全に融解させて流体（液体）とすれば、非常に簡単に取り除くことができる。なお、流体として取り除くことができればよく、融解に至らなくともよい。このようにモールドを取り除きやすいので、複雑な形状の粉体成形体であってもモールドを簡単に除去でき、粉体成形体取り出し時に粉体成形体がいっそう壊れにくくなる。それゆえ、複雑な形状の粉体成形体の製造がより容易に行える。
【００３８】
また、本発明では、滑らかで微細なモールド材料を用いるので、形状について、モールドから粉体原料への精度の高い転写が可能となる。すなわち、比較的安価な材料を用いて、仕上げ精度の高い金属焼結体を作ることが可能となる。
【００３９】
また、前述の特開２００３−１５４４９４号公報の技術は、半固形ワックスのモールドを用いる粉体成形法（Ｂｉｎｇｈａｍ  Ｓｅｍｉ  ｓｏｌｉｄ／ｆｌｕｉｄ  ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓｉｎｇ；以下ＢＩＰ法）である。この方法では、モールドにビンガム流体を用いる。ビンガム流体とは、せん断応力が小さな値（降伏値）を超えるとはじめて流動を生ずる流体である。このため、加圧時には粉体にほぼ静水圧が作用し、粉体が等方的に加圧されるため、粉体成形体内部に密度むらが生じにくく、モールド材料の流体的性質により除荷時のスプリングバック現象による粉体成形体の割れを回避できる。
【００４０】
一方、この方法を用いた、複雑な形状の粉体成形体（複雑構造体）の作製では、降伏応力の小さいビンガム流体は自重や温度の影響を受け変形しやすいため、モールドを作るのは容易でない。したがって、より降伏応力の大きいビンガム流体の使用が必要となる。しかしそれを用いた場合、除荷時に高圧下でモールドが弾性的な挙動を示すため、特に内部に複雑な構造を持つ粉体成形体においては、スプリングバック現象の影響を受けやすいと考えられる。
【００４１】
これに対し、本発明においては、温度を制御しながらＢＩＰ法を実施するものであり、プロセスの特徴は次の通りである。
・固形ワックスで複雑構造体のモールドを作る。
・加圧前にモールドを加熱し、固形ワックスを半固形ワックスへと変化させて流動性を増加させる。
・成形後、減圧（除荷）し、モールドを完全に融解させるなど、流動性を増加させて粉体成形体を取り出す。
【００４２】
すなわち、加圧時や減圧時以外は、モールドの流動性が低く、固形状態である。したがって、モールドの自重や温度の影響を受けて変形（曲がる・倒れるなど）の恐れが低いという特徴がある。
【００４３】
モールドは、加熱すると固形状態から流動性が増加した状態へと変化する性質を有する物質である。また、モールドが、室温で固形状態である性質を有するようにすれば、モールドの作成や保管が容易に行える。それゆえ、粉体成形体をいっそう容易に製造することができる。なお、それ以外にも、例えば、室温より低い温度で固形状態で、室温で半固形状態になるものも、モールドに粉体原料を投入するときは室温より低い温度で、加圧・減圧時には室温で行えばよく、利用可能である。
【００４４】
また、モールドとしてパラフィンワックスを用いれば、室温では固形状態であり、４０℃前後の温度で、加圧・減圧時の粉体成形体の破壊を防げる程度の柔らかさを十分得ることができる。それゆえ、極度の低温や極度の高温が不要であり、製造を容易にすることができる。
【００４５】
パラフィンワックス以外のモールドの例としては、
マイクロクリスタリンワックスや、
パラフィンワックスやマイクロクリスタリンワックス等のワックスの金属塩など、ワックスを基材として酸化、ケン化、エステル重合等の化成処理を行ったもの
が挙げられる。また、有機系の樹脂材料の多くに、パラフィンワックスと同等の温度による力学的変化をとるものがあり、これらの利用も可能である。
【００４６】
本発明では、半固形状態すなわち加熱時のモールドの柔らかさ（流動性）は、粉体原料の粒径や材質も考慮したうえで、粉体原料を壊すことのない柔らかさと、成形前の粉体原料内部への半固形ワックスの含浸が回避できる程度の硬さとを両立できるような値を選べばよい。柔らかさの指標としては、例えば、モールドの温度を変えて、外部から加圧したときに、降伏応力によって判断が可能である。粘性流動によって静水圧的な効果を得るためには、５００ｋＰａ以下の降伏応力が好ましい。
【００４７】
なお、加圧のための装置としては、従来からある例えばＣＩＰ法やＲＩＰ法で用いるのと同様の装置を利用可能である。したがって、別途新たな装置を作り出す必要がなく、その分製造コストを抑えることができる。また、加熱のための装置も、特殊な装置は必要なく、公知の装置を適宜使用できる。
【００４８】
なお、加圧時の圧力値としては、特に限定されず、一般に粉末固化に利用される圧力値で問題ない。例えば、粉体原料がセラミックスの場合、ハンドリング可能な強度の成形体を得るためには１０ＭＰａ以上が好ましく、含侵の影響を抑えるためには１０００ＭＰａ以下が好ましい。また、減圧時は、例えば常圧まで減圧する。
【００４９】
また、モールドへ粉体原料を投入するときの温度は、粉末を投入するときの振動や刺激による変形を避けられる温度が好ましい。例えば、モールドが、一般に利用されるパラフィンワックスである場合、３５℃以下が好ましい。また、加圧時の温度は、融点に達しない温度が好ましく、また、十分に降伏応力を下げることができる温度が好ましい。例えば、同じくパラフィンワックスの場合、十分に降伏応力を下げるため、４０℃以上が好ましく、融点に達しないようにするため、５０℃以下が好ましい。また、減圧時の温度は、十分に降伏応力を下げ、弾性変形をなくし、割れを防ぐことができる温度が好ましい。例えば、同じくパラフィンワックスの場合、４０℃以上が好ましい。
【００５０】
製造装置の例を図１に示す。製造装置１０は、モールド４および粉体原料を格納するコンテナ１１を備えている。コンテナ１１は筒状であり、その中央の空洞部の上部に上パンチ１８、同じく底に下パンチ１９がそれぞれ嵌め込まれている。その空洞部に、モールド４を入れ、シール１５・１６を介して上記上パンチ１８・下パンチ１９がそれぞれ接触している。上パンチ１８には上から圧力Ｐがかけられるようになっている。
【００５１】
モールド４は、本体４ａと蓋部４ｂとに分かれており、蓋部４ｂをはずして中に粉体原料５を充填した後、蓋部４ｂをはめるようになっている。
【００５２】
コンテナ１１の周囲にはバンドヒーター１２が取り付けられており、断熱材や断熱布からなる断熱部１３・１４でその周囲が覆われ、温度調節器１７で温度制御されるようになっている。
【００５３】
したがって、モールド４に粉体原料５を充填し、温度制御のもとで一軸加圧が行えるようになっている。
【００５４】
モールド４は、例えば、モールド原料を加熱溶融し、予め作製した母型（図示せず）に流し込んで冷却することで作製することができる。モールド４内の空洞部を形成するには、母型にモールド原料を入れ、空洞部と同じ形状の物体（空洞部用物体）を押し込んだ後引き抜けばよい。
【００５５】
上記空洞部内に複雑な構造物（例えば螺旋状の棒など）（空洞部内構造物）があるなど、複雑な形状のモールドの場合は、その構造物部分とそれ以外の周囲の容器部分など、いくつかの部分に分けて作製した後、それらを結合させることによって作製が可能である。例えば、溶融ワックスを接合材として使って固定することによって結合させることができる。また、固形ワックス同士を圧接（押し当てる）することでも結合可能である。
【００５６】
母型や空洞部用物体や空洞部内構造物の作り方は特に限定されず、公知の適切な成形方法を用いればよい。
【００５７】
図２ないし図４は、モールドの例を示している。２１および２２は、合わさって一つのモールド２３となる部品である。部品２１は、円柱に径の異なる円柱を刺したような形状である。部品２１は、モールド原料にて３つの円柱をそれぞれ作製し、同軸となるように貼り合わせれば形成できる。部品２２は、円柱状の本体２２ａを有し、その内部が円柱状の空洞部２２ｃとなっている。また、空洞部２２ｃの上部に蓋部２２ｂが位置している。空洞部２２ｃに部品２１がちょうど嵌め込まれ、部品２１の下部が本体２２ａと結合して、モールド２３となる。２３、２２ａ、２２ｂが図１の４、４ａ、４ｂにそれぞれ対応する。
【００５８】
図５は、図４のモールド２３によって製造される粉体成形体の例を示している。粉体成形体２５は、その内部に空洞部２５ａを有している。この空洞部２５ａの形状は、部品２１の形状に応じて粉体原料が削り取られたような形状となっている。
【００５９】
図６ないし図８は、モールドの別の例を示している。３１および３２は、合わさって一つのモールド３３となる部品である。部品３１は、螺旋状の棒のような形状である。部品３１は、モールド原料にて線（紐）状に伸びる形状に作製し、それを螺旋形状に加工すれば形成できる。部品３２は、図３のものと基本的に同じであり、円柱状の本体３２ａを有し、その内部が円柱状の空洞部３２ｃとなっている。また、空洞部３２ｃの上部に蓋部３２ｂが位置している。空洞部３２ｃに部品３１がちょうど嵌め込まれ、部品３１の下部が本体３２ａと結合して、モールド３３となる。３３、３２ａ、３２ｂが図１の４、４ａ、４ｂにそれぞれ対応する。
【００６０】
図９は、図８のモールド３３によって製造される粉体成形体の例を示している。粉体成形体３５は、その内部に空洞部３５ａを有している。この空洞部３５ａの形状は、部品３１の形状に応じて粉体原料が削り取られたような形状となっている。
【００６１】
〔実施例〕
本実施例では、この新プロセスにより複雑構造体の作製を行った。またその成形特性について考察を行った。
【００６２】
〔実験試料と実験方法〕
本実施例では試料粉体として、アルミナ造粒粉（ＤＳ−８１：大明化学工業、１次粒子の平均粒径０．１５μｍ、造粒された２次粒子の平均粒径６５μｍ）を用いた。また、モールド材料としてパラフィンワックス（ｐａｒａｆｆｉｎ  ｗａｘ−１３０：日本精鑞）を用いた。
【００６３】
成形実験に先立ち、まず、温度によるワックスの変形特性を調べるために、ワックスの温度を３５℃、４０℃と変化させて単軸圧縮試験を行った。３５℃ではワックスが脆性的に割れ、亀裂が観察された。４０℃の場合は亀裂は観察されなかった。また、パラフィンワックスの降伏応力は３５℃では２．４ＭＰａ、４０℃では２３ｋＰａと温度が上昇するとともに約１００分の１に急激に低下した。これまで報告されているＢＩＰにおける半固形ワックス（ペトロラタム）の降伏応力は数百ｋＰａであり、パラフィンワックスの場合３５℃では降伏応力が大きすぎるが、４０℃ではペトロラタムのそれに近い。加圧前に保持する温度を３５℃または４０℃と変化させ、実際に単純な円柱形を成形したところ、３５℃のときは粉体成形体に割れや歪みが生じ、４０℃のときは生じなかった。単純な形状でこのようなことが生じたことから、複雑な形状でも生じると考えられる。そのため、以下の実験では加圧時の温度を４０℃とした。
【００６４】
図１に示す製造装置を用いた。用いるモールドは、モールド原料としてのパラフィンワックスを加熱溶融し、予め作製した母型に流し込み冷却することで作製した。このモールドに粉体原料を充填し、温度制御のもとで最高圧３０ＭＰａの一軸加圧を行った。
【００６５】
以下に示す４通りの実験（ア）〜（エ）を行った。モールドの形状は、スプリングバックによる割れの影響が大きく見られる形状の一例として、図４のようなものを選んだ。すなわち、粉体成形体は図５のような形状である。なお、ここでは、各寸法は、ａ：８ｍｍ、ｂ：１５ｍｍ、ｃ：１０ｍｍ、ｄ：３ｍｍ、ｅ：７ｍｍ、ｆ：２０ｍｍ、ｇ：３０ｍｍ、ｈ（＝ｃ＋ｄ＋ｅ）：２０ｍｍ、ｉ：３０ｍｍである。また、ここでは、成形時に上パンチ１８の上からかける圧力の値は３０ＭＰａとした。また、除荷時には常圧に戻した。
（ア）モールドを常温下で加圧、除荷し成形する。
（イ）モールドを常温下で加圧成形後、除荷前に加熱しモールドを融解させ、除荷して粉体成形体を取り出す。
（ウ）加圧前にモールドを４０℃に予備加熱して降伏応力を下げ加圧成形し、除荷前にモールドを融解させ、除荷して粉体成形体を取り出す。
（エ）加圧前にモールドを４０℃に予備加熱して降伏応力を下げ加圧成形し、除荷前に常温まで温度を下げた後、常圧へと減圧する。
【００６６】
複雑構造体の例として、図９に示すような、内部に螺旋状の管を持つ円柱の作製を試みた。モールドとしては、図８に示すような、円柱の粉体成形体を作製するためのモールドに、線状（直径約１ｍｍ）のワックスを螺旋形状に加工したものを結合し、目標とするモールドを作製した。
【００６７】
〔結果および考察〕
常温で加圧した（ア）、（イ）の場合には粉体成形体に割れが生じ、４０℃で予備加熱を行った（ウ）の場合では割れなく成形できた。（ア）、（イ）のプロセスでは特に粉体成形体側面や上部に割れやひびが生じていた。モールドが固形のまま加圧されたことが原因で粉体成形体に密度むらが生じ、強度的に弱い部分ができたため割れが生じやすくなった可能性がある。また、（ウ）のプロセスにおいて加圧前にワックスを固形から半固形へと変化させ降伏応力を下げていることから、降伏応力を小さくすることが複雑な構造を持つ粉体成形体を作製するのに有効であるといえる。（エ）の場合は、（ウ）と同様に加圧時には問題は発生しないが、除荷時にモールドのスプリングバックにより内側から押し割られる力が発生し、割れが発生した。
【００６８】
複雑構造体として、内部に螺旋状の管を持つ円柱の作製も可能であった。割れることなく粉体成形体が得られた。
【００６９】
以上のように、本発明は、固形ワックスをモールドとして用い、温度制御を行う新たなＢＩＰプロセスである。パラフィンワックスで作った複雑構造体のモールドを、温度制御をすることにより半固形へと変化させて従来のＢＩＰプロセスへ近づけ、複雑構造体を成形することに成功した。
【００７０】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
利用が想定される分野・製品などとしては、セラミックスや超硬合金等における複雑形状粉体冶金製品が想定される。特に、ドリル等の工具や内部冷却路を持つ金型、冷却用プレート等の応用が考えられる。超硬工具や複雑形状・流路冷却板等、人工関節の部品等のような用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明に係る製造装置の構成例を示すものであり、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’矢視斜視図である。
【図２】モールドの部品の構成例を示す斜視図である。
【図３】モールドの部品の構成例を示す斜視図である。
【図４】モールドの構成例を示す斜視図である。
【図５】粉体成形体の構成例を示すものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’矢視断面図である。
【図６】モールドの部品の構成例を示す斜視図である。
【図７】モールドの部品の構成例を示す斜視図である。
【図８】モールドの構成例を示す斜視図である。
【図９】粉体成形体の構成例を示すものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’矢視断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
４    モールド
４ａ  本体
４ｂ  蓋部
５    粉体原料
１０    製造装置
１１    コンテナ
１２    バンドヒーター
１３、１４    断熱部
１５、１６    シール
１７    温度調節器
１８    上パンチ
１９    下パンチ
２１    部品
２２    部品
２２ａ  本外
２２ｂ  蓋部
２２ｃ  空洞部
２３    モールド
２５    粉体原料
２５ａ  空洞部
３１    部品
３２    部品
３２ａ  本外
３２ｂ  蓋部
３２ｃ  空洞部
３３    モールド
３５    粉体原料
３５ａ  空洞部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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