(57)【要約】　　　（修正有）【課題】全体的に均一な粉体密度を備えた複数の貫通孔を有する成形体を得ることとができる冷間静水圧成形用治具を提供する。【解決手段】被成型物を囲む筒状の弾性体枠１７と、弾性体枠１７の上下開口部を封止する下蓋１６及び上蓋１５と、弾性体枠１７内に配置される複数の芯金１１ａ、１１ｂとから成る冷間静水圧成形用治具１０であって、下蓋１６及び上蓋１５の各内面領域に、弾性部材１３、１４を当接するとともに、各芯金１１ａ、１１ｂの両端部を弾性部材１３、１４に固定したことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被成型物を囲む筒状の弾性体枠と、該弾性体枠の上下開口部を封止する下蓋及び上蓋と、前記弾性体枠内に配置される複数の芯金とから成る冷間静水圧成形用治具であって、前記下蓋及び上蓋の各内面領域に、弾性部材を当接するとともに、前記各芯金の両端部を前記弾性部材に固定したことを特徴とする冷間静水圧成形用治具。
【請求項２】
前記弾性部材の材質がショア硬さで３０°〜８０°の範囲の硬さであることを特徴とする請求項１に記載の冷間静水圧成形用治具。
【請求項３】
前記弾性体枠の外周に配置され、前記上下蓋体の双方に固定した複数の穴を有する外枠により、前記芯金の軸方向の移動を抑制したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷間静水圧成形用治具。
【請求項４】
静水圧をかけることのできる水槽中に、粉体を充填した請求項１〜請求項３のいずれかに記載の前記冷間静水圧成形用治具を挿入し、該冷間静水圧成形用治具に液圧を付与することによって加圧・圧縮を行うことで成形体を得ることを特徴とする成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静水圧を利用してセラミックス、金属あるいはそれらの複合材料からなる成形用粉体を加圧する冷間静水圧成形用治具に関する。特に、平行な複数の貫通孔を有する成形体を得ることが可能な冷間静水圧成形治具及びその成形体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セラミックス等の成形体は、ダイプレス法、冷間静水圧成形法（一般的に、ラバープレス、ＣＩＰ成形ともいう）、射出成形法、鋳込み成形法等により成形されることが一般的である。そして、成形体に貫通孔を有するセラミックスを製造する場合、切削等の後加工等により孔を形成することは工数増加につながり、材質によっては孔形成が困難であることや、材質の高価なものでは、材料ロスが製品の価格を上昇させる原因になるものがある。
【０００３】
従って、このような貫通孔の形成は、なるべく成形の段階で行うことが望まれる。この場合、金型のキャビティ内に棒状の芯金を配置して成形後、その芯金を抜き取ることにより成形体に貫通孔を形成する方法が採用されている。
【０００４】
近年、セラミックス等による製品は、液晶や半導体製造装置に使用され、大型化しており、その重量削減の為にも、複数の貫通孔を形成することが要求されてきている。
【０００５】
しかし、複数の貫通孔の形成を行う場合、大型形状のものに関しては、ダイプレスや射出成形法による成形方法では、装置が大がかりになることや、高価な装置になる理由から設備に制約があり、大型の粉末成形体を得ることが困難であった。
【０００６】
また、特許文献１〜５に示すような冷間静水圧成形装置が提案されているが、これらはいずれも単数の貫通孔の成形を行うものばかりで、生密度の均一な複数の貫通孔を有する成形体を提案するものではない。
【特許文献１】特開平１０−８５９９４号公報
【特許文献２】特開平１０―２４９８２６号公報
【特許文献３】特開平１０−８０９１０号公報
【特許文献４】特開平２−２０７９９７号公報
【特許文献５】特開平９−２４４９６号公報
【発明が解決しようとする課題】
冷間静水圧成形法においては、大型品の成形も容易で、圧力が均一な粉末成形体を理想的に得ることが可能であるが、複数の貫通孔を形成する場合、一般的な単数の貫通孔の成形と同様に、図３に示すように、被成型物である粉体４０を囲む筒状の弾性体枠３７と、弾性体枠３７の上下開口部を下蓋３６及び上蓋３５で封止し、弾性体枠３７内に下蓋３６及び上蓋３５に複数の芯金３１ａ、３１ｂを固定することによって成形が可能なように考えられたが、加圧を行った際に、芯金３１ａと芯金３１ｂの間は、成形に必要な圧力伝播が芯金３１ａ、３１ｂ自体に阻害されてしまい、中央部の生密度が不均一な成形体しか得られなかった。
【０００７】
特に、芯金３１が多くなればなるほど、芯金３１によって圧力伝播が阻害され、中央部分は詰まりの悪い生密度の粉末成形体となっていた。
【０００８】
また、冷間静水圧成形方法では、どの方向からも圧力が働き、冷間静水圧成形用治具３０は全体的に収縮される。その為、芯金３１ａ、３１ｂの軸方向に冷間静水圧成形用治具３０も収縮してしまい、芯金３１ａ、３１ｂと上蓋３５、下蓋３６は圧接し、成形体が動かずに取り出せなくなることがあった。
【０００９】
そこで、複数の貫通孔の形状を得る方法としては、粉体を泥沼状にし、石膏型または、木型等に流し込む鋳込み成形が主となっていた。
【００１０】
しかしながら、この鋳込み成形法では、石膏型や木型等が必要で、型の製作が困難な上高額であるといった問題があった。また、セラミックを泥沼状にし、型に流し込み、成形体を乾燥、外枠を外し、中子を抜き取る必要があるが、乾燥と離型のタイミングが難しく、遅く抜くと成形体の収縮でクラックの発生となることが多く、また、早く抜き取ると成形体が柔らかく保形出来なく、必要とする形状の成形体が得られないと言う問題があった。また、鋳込み成形を行う場合、成形体の乾燥に熟練を要し、さらに、加工で中抜きを行うには工具に長さ方向に限りがあり難しいという問題があるばかりか、鋳込み成形の成形体では内部に巣と呼ぶ空洞があるものや、異物の混入などが入るといった課題があった。
【００１１】
従って、複数の貫通孔の形状を有する大型の成形体を得るには、冷間静水圧成形法によって成形した成形体に対して、切削加工で孔開け加工をすることが一般的であったが、上述したように工数の増加や、材質のロスによる製品の価格上昇が課題となっており、複数の孔形状有する大型の粉末成形体を得る方法が切望されていた。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は上記課題を鑑み、被成型物を囲む筒状の弾性体枠と、該弾性体枠の上下開口部を封止する下蓋及び上蓋と、前記弾性体枠内に配置される複数の芯金とから成る冷間静水圧成形用治具であって、前記下蓋及び上蓋の各内面領域に、弾性部材を当接するとともに、前記各芯金の両端部を前記弾性部材に固定したことを特徴としている。
【００１３】
また、本発明は、前記弾性部材の材質がショア硬さで３０°〜８０°の範囲の硬さであることを特徴としている。
【００１４】
さらに、前記弾性体枠の外周に配置され、前記上下蓋体の双方に固定した複数の穴を有する外枠により、前記芯金の軸方向の移動を抑制したことを特徴としている。
【００１５】
そして、静水圧をかけることのできる水槽中に、粉体を充填した前記冷間静水圧成形用治具を挿入し、該冷間静水圧成形用治具に液圧を付与することによって加圧・圧縮を行うことで成形体を得ることを特徴としている。
【００１６】
【作用】
冷間静水圧成形装置にて成形する際に、外周から加圧される弾性体枠の圧縮に伴って、複数の芯金が中央に向けて圧力を受けるが、芯金が上下蓋の内面領域に当接した弾性部材に固定されているので、芯金の移動に伴って、各芯金間の弾性部材も収縮しながら複数の芯金が移動することになる。これにより、芯金間の部分の粉体にも充分な圧力の伝播が行われ、全体的に均一な粉体密度を備えた成形体を得ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明に係る冷間静水圧成形用治具の一例を示す概略断面図である。
また、図２は一般に用いられている静水圧を利用して成形する冷間静水圧成形装置を示す。
【００１８】
本発明の冷間静水圧成形用治具１０は、被成型物である粉体２０を囲む筒状の弾性体枠１７、この弾性体枠１７内の上下開口部を封止する上蓋１５及び下蓋１６と、弾性体枠１７内にその筒状の側面と平行に配置される棒状の芯金１１ａ、１１ｂと、下蓋１６及び上蓋１５の各内面領域に当接する弾性部材１３、１４とから成り、各芯金１１ａ、１１ｂの両端部を弾性部材１３、１４に固定している。
【００１９】
そして、本発明の冷間静水圧成形装置にて成形する際に、外周から加圧される弾性体枠１７の圧縮に伴って、複数の芯金１１ａ、１１ｂが中央に向けて圧力を受けるが、芯金１１ａ、１１ｂが上下蓋１５、１６の内面領域に当接した弾性部材１３、１４に固定されているので、複数の芯金１１ａ、１１ｂが移動することになる。これにより、芯金１１ａ、１１ｂ間の部分の粉体２０にも充分な圧力の伝播が行われ、全体的に均一な粉体密度を備えた成形体を得ることができる。
【００２０】
芯金１１ａ、１１ｂは成形体の貫通孔を形成するためのものである。従って、貫通孔の形成しやすいステンレス、鋼材、超硬などの金属材質のものが用いられ、その長さとしては、上蓋１５下蓋１６との間隔は同じか、もしくは若干上蓋１５と下蓋１６の距離の方がやや大きい状態が望ましい。同じ長さ、もしくは上下蓋１５、１６との間隔をやや大きくする事で、芯金１１ａ、１１ｂに自由度ができ、圧力が働いて収縮を行う際に、スムーズに芯金１１ａ、１１ｂが弾性体枠１７の中心軸方向に移動することが可能となる。また、芯金１１ａ、１１ｂ端部には、その径が、その他の径に比べて小さく形成した支持部１１０が形成されている。
【００２１】
そして、弾性部材１３、１４に、芯金１１ａ、１１ｂを固定する構造としては、図１のように弾性部材１３、１４を貫通した芯金１１ａ、１１ｂ両端の支持部１１０の端面が上下蓋１５、１６に当接、または若干の隙間を有する構造としたものが好ましい。この理由は、収縮時において弾性部材１３、１４が長手方向の内側方向に膨らむことを抑制するからである。しかし、弾性部材１３、１４の支持部１１０が貫通せず、ザグリ形状の穴を形成し、芯金１１ａ、１１ｂが挿通された構造であっても使用できる。
【００２２】
また、芯金１１ａ、１１ｂの表面に硬質薄膜のメッキやコーティングを行ったものであれば、粉体２０との滑り性の向上や離型性を向上させることができ、さらに芯金１１ａ、１１ｂの錆防止とすることが可能となる。具体的には硬質クロムメッキ、ＴｉＮコーティング、ＴｉＣコーティング、ＤＬＣコーティングなどがあげられる。そして、芯金１１ａ、１１ｂの端面部分の形状はストレート形状、テーパを有する形状、段形状を有する形状であっても、いずれも問題なく使用できる。
【００２３】
また、上下蓋１５、１６はその材質として金属であればよく、ステンレスや鋼材などの金属材料であればよい。
【００２４】
さらに、上側となる弾性部材１３には、粉体投入口１９、エアー抜き口２１が形成されており、弾性体枠１７に上下弾性体１３、１４がシールされて閉塞した構造を取っているが、粉体２０を投入する場合に、エアーがエアー抜き口２１より逃げて、粉体２０がスムーズに均一に充填することが可能となる。
【００２５】
また、弾性部材１３、１４の材質は、ショア硬さで３０°〜８０°の範囲の硬さであることが必要で、３０°未満であれば、芯金１１ａ、１１ｂを支える事が出来ず芯金１１ａ、１１ｂ間のピッチ精度を保てない。また、８０°を超えると反発性、収縮性が悪くなり均一な成形体が得られない。その為、弾性部材１３、１４の材質の硬さは、ショア硬さで３０°〜８０°の範囲が必要で、好ましくは５０°〜７０°の範囲がよい。
【００２６】
ところで、ショア硬さの測定方法としては、ＪＩＳ　Ａで規定される測定方法あるいはそれに準じて測定した方法であればよい。
【００２７】
これらの材質を満足させるものとして、軟質で、収縮性、耐水性に優れたものであれば良く、ネオプレンゴムやラテックスゴム、ウレタンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、スチレンブタジエンゴムなどのゴムでよい。
【００２８】
さらに、本発明の冷間静水圧成形用治具は、水圧をかけるために形成した複数の孔を備えた外枠１８ａ、１８ｂが、弾性体枠１７の外周に形成され、上下蓋体１５、１６の双方に固定している。従って、外枠１８ａ、１８ｂによって、芯金１１ａ、１１ｂの軸方向の移動を抑制することが可能となるだけでなく、細径のものや、長尺のものを成形する場合においても弾性体枠１７の中心軸方向に圧力を受けなくなるので、成形体が屈曲することなく成形することが可能となる。
【００２９】
外枠１８ａ、１８ｂは複数に分割でき、例えば、弾性体枠１７よりも短い長さの円筒状の外枠１８ａと、その残りの長さを有する円筒状の外枠１８ｂから構成され、後者の外枠１８ｂは不図示ではあるが、半割になる形状をしている。
【００３０】
外枠１８ａは下蓋１６の鍔部に当接し、さらに外枠１８ａの上部には、半割の外枠１８ｂが配置され、上蓋１５の鍔部下部に挟み込み、外れないように粘着テープ等で固定している。
【００３１】
ところで、外枠１８ａ、１８ｂの材質は、高圧に耐え得る材質であれば良く、安価に入手、加工ができることから、鋼材、ステンレス鋼などで良い。
【００３２】
冷間静水圧成形装置２１は、図２に示すように、円筒状の圧力容器２２内の圧力室２３に被加工物を設置し圧力容器２２に蓋２５を被せ密閉する。密閉された圧力室２３に水等の高圧液体２４を注入し、被加工物を加圧する装置であり、一般的に既知の装置を使用できる。
【００３３】
本発明の冷間静水圧成形用治具１０を用いて成形する方法については、静水圧をかけることのできる圧力室２３に、粉体を充填した冷間静水圧成形用治具１０を挿入し、高圧液体２４を満たし、蓋２５を被せて密閉する。そして、冷間静水圧成形用治具１０を介して間接的に６０〜２００ＭＰａの液圧を徐々に上昇させ、液圧を付与することによって加圧・圧縮を行うことで成形体が得られる。
【００３４】
【実施例】
（実験１）
図１に示す本発明の冷間静水圧成形用治具と、図３に示す従来の冷間静水圧成形用治具を用いて、冷間静水圧成形装置を用いて、２つの貫通孔の成形体が得られるように成形する実験を行った。
【００３５】
冷間静水圧成形用治具１０は、図１に示すように、被成型物である粉体２０を囲む筒状の弾性体枠１７、この弾性体枠１７内の上下開口部を封止する上蓋１５及び下蓋１６と、弾性体枠１７内にその筒状の側面と平行に配置される棒状の芯金１１ａ、１１ｂと、下蓋１６及び上蓋１５の各内面領域に当接する弾性部材１３、１４とから成り、各芯金１１ａ、１１ｂの両端部を弾性部材１３、１４に固定したものを準備し、弾性体枠１７の外周には外枠１８ａ、１８ｂがあるものを使用した。また、この時の弾性部材１３、１４のショア硬さを６０°とした。
【００３６】
冷間静水圧成形用治具３０は、図３に示すように、被成型物を囲む筒状の弾性体枠３７、上下開口部を封止する上蓋３５及び下蓋３６と、複数の芯金３１ａ、３１ｂとから成るものを準備した。
【００３７】
粉体はバインダーの含有している９９．５％純度アルミナの粉末で、単数の貫通孔を成形する場合に、圧縮比が１．２となる粉末を用いた。
【００３８】
成形体はφ２００ｍｍ×長さ３００ｍｍのものに、φ４０ｍｍの穴がピッチ１００ｍｍで開くように狙って成形した。
【００３９】
この結果、本発明の冷間静水圧成形用治具を用いて成形した成形体は、生密度も一定な成形体であったのに対し、従来の冷間静水圧成形用治具を用いて成形した成形体は芯金が曲がり芯金が抜けない状態となり成形体を得ることが出来なかった。
【００４０】
さらに、１７００℃で焼成を行ったところ、本発明の冷間静水圧成形用治具による成形体は穴ピッチ間及び穴径、外径等収縮率０．８３〜０．８２で所望する寸法に問題なく焼成することができた。
（実験２）
次に、弾性部材のショア硬さを２０°、３０°、５０°、６０°、７０°、８０°、９０°と硬さを変えたものについて実験を行った。
【００４１】
この結果、２０°のものについては芯金を充分に固定しづらくなり、芯金間の距離を保つことが難しい傾向が現れた。
また、９０°のものについては収縮が少なくなる傾向にあり中央部分が３０°〜８０°に比べて不均一になる傾向にあった。３０°〜８０°のものについては、全体的に均一な生密度を有する成形体を得ることができた。特に５０°〜７０°の範囲のものは、生密度のバラツキがほとんどなく、そのまま所望の形状に切削し、焼成した際に、良好な収縮を示す成形体となり良好であった。
【００４２】
【発明の効果】
上記したように、本発明によれば、被成型物を囲む筒状の弾性体枠と、該弾性体枠の上下開口部を封止する下蓋及び上蓋と、前記弾性体枠内に配置される複数の芯金とから成る冷間静水圧成形用治具であって、前記下蓋及び上蓋の各内面領域に、弾性部材を当接するとともに、前記各芯金の両端部を前記弾性部材に固定したことを特徴としているので、冷間静水圧成形装置にて成形する際に、外周から加圧される弾性体枠の圧縮に伴って、複数の芯金が中央に向けて圧力を受け、芯金が上下蓋の内面領域に当接した弾性部材に固定されているので、複数の芯金が移動することになる。これにより、芯金間の部分の粉体にも充分な圧力の伝播が行われ、全体的に均一な粉体密度を備えた成形体を得ることができる。
【００４３】
また、本発明は、前記弾性部材の材質がショア硬さで３０°〜８０°の範囲の硬さであることにより、成形圧の伝播が更に向上することができ、さらに、全体的に均一な粉体密度を備えた成形体を得ることができる。
【００４４】
さらに、前記弾性体枠の外周に配置され、前記上下蓋体の双方に固定した複数の穴を有する外枠により、前記芯金の軸方向の移動を抑制したことによって、細径や長尺な成形体であっても成形可能となり、屈曲していない成形体を得ることが可能となる。
【００４５】
そして、静水圧をかけることのできる水槽中に、粉体を充填した前記冷間静水圧成形用治具を挿入し、該冷間静水圧成形用治具に液圧を付与することによって加圧・圧縮を行い得た成形体は均一な粉体密度を備えた複数の貫通孔穴を有する成形体を形成することができる。
【００４６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る冷間静水圧成形用治具の一例を示す概略断面図である。
【図２】冷間静水圧成形装置の一例を示す概略断面図である。
【図３】従来の冷間静水圧成形用治具の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１０、３０…冷間静水圧成形用治具
１１、３１…芯金
１３…上弾性体
１４…下弾性体
１５、３５…上蓋
１６、３６…下蓋
１７…弾性体枠
１８…外枠
１９…粉体投入口
２０、４０…粉体
２１…エアー抜き口
２２…圧力容器
２３…圧力室
２４…高圧液体
２５…蓋
【図１】
2004114139.tif 000003
【図２】
2004114139.tif 000004
【図３】
2004114139.tif 000005