(57)【要約】【課題】上下パンチによって成形された成形体は、その上端、下端部の密度は高く、中央部は密度が低い状態となり、この成形体を焼結すると不均一な焼結を生じ、焼結体は中央部が窪んだ形状になりやすい。【解決手段】成形用粉末６を充填するキャビティ４を有するダイ３と、上記キャビティ４内に挿入して成形用粉末６を圧縮する上、下パンチ１、２とからなる粉末成形用金型であって、上記ダイ３は、キャビティ４を成す貫通孔内周面の中央部に環状凹部５ａを備えるとともに該環状凹部５ａに連続する鉛直部５ｂを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形用粉末を充填するキャビティを有するダイと、上記キャビティ内に挿入して成形用粉末を圧縮する上、下パンチとからなる粉末成形用金型であって、上記ダイは、キャビティを成す貫通孔内周面の中央部に環状凹部を備えるとともに両端部に環状凹部に連続する鉛直部を備えたことを特徴とする粉末成形用金型。
【請求項２】
上記環状凹部は曲面状であることを特徴とする請求項１に記載の粉末成形用金型。
【請求項３】
上記環状凹部の最大径が、鉛直部の径に対して０．５〜２％大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の粉末成形用金型。
【請求項４】
上記環状凹部の鉛直方向の長さが、上記キャビティのうち成形用粉末を充填する長さの２５〜７５％であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の粉末成形用金型。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかに記載の粉末成形用金型を用いた成形方法であって、上記キャビティ内に成形用粉末を充填した後、上、下パンチによって圧縮し、次いで、上、下パンチの上昇によって上記環状凹部に充填された成形用粉末を鉛直部によって加圧して成形体を得ることを特徴とする成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属やセラミックスの粉末材料から円柱、角柱等の柱状成形体を製造する成形金型およびこれを用いた成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、円柱、角柱等の柱状成形体を作製するため、先ず、図４（ａ）に示すように、ダイ１３に設けられたキャビティ１４内に成形用粉末１６をフィーダー１８によって充填し、同図（ｂ）に示すように上パンチ１１、下パンチ１２によって圧縮し、次いで、同図（ｃ）に示すように下パンチ１２を上昇させて柱状成形体１６を得るものである。
【０００３】
しかし、このような粉末成形金型はダイ１３の形状が図４（ｄ）に示すようにキャビティ１４の径が端面から他端面まで同一であり、このような金型を用いた成形方法では、加圧時の成形体１７への加圧伝達は、図５（ａ）に示すように、上端、下端より矢印の方向に圧力伝達されるため、上端部、下端部の密度は高く、中央部１７ａは密度が低い状態となり、この成形体１７を焼結すると不均一な焼結を生じ、図５（ｂ）のように得られた焼結体１９は、密度の低い中央部１９ａが窪んだ形状に変形してしまうという問題を有していた。
【０００４】
このような問題を解決するために、図６（ａ）に示すようにダイ１３にストレート部１３ａと上端に連設されたテーパ部１３ｂとを有するキャビティ１４に成形用粉末１６を充填し、下パンチ１２からの片押しで成形することによって、図６（ｂ）に示すように成形体１７の下端部において最も密度が高いものとし、この成形体１７を焼成すると、下端部の収縮率が小さいため下端から上端まで均一な径を有する焼結体を得ることができる方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３１０４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１の成形方法では、ダイ１３上部の開口部寸法が大きくなっており、焼成後に上部と中央部と下部での寸法差は少なくなるものの、焼成後のセラミック体は上部の密度は低く、下部の密度は高いものとなるため、
この密度差によって得られた焼結体は、機械的強度等の各特性がばらつくという問題を有していた。
【０００７】
また、上記ダイ１３のテーパ部１３ｂの長さ、大きさは、ダイ１３がストレート部１３ａのみで形成された粉末成形用金型を用いて成形体を成形し、この成形体を焼結して得られた軸方向における収縮率の分布を求めることにより決定するため、原料粉末の条件によって寸法を変動させる必要があるという問題を有していた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の粉末成形用金型は、成形用粉末を充填するキャビティを有するダイと、上記キャビティ内に挿入して成形用粉末を圧縮する上、下パンチとからなる粉末成形用金型であって、上記ダイは、キャビティを成す貫通孔内周面の中央部に環状凹部を備えるとともに両端部に環状凹部に連続する鉛直部を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の粉末成形用金型は、上記環状凹部は曲面状であることを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明の粉末成形用金型は、上記環状凹部の最大径が、鉛直部の径に対して０．５〜２％大きいことを特徴とする。
【００１１】
またさらに、本発明の粉末成形用金型は、上記環状凹部の鉛直方向の長さが、上記キャビティのうち成形用粉末を充填する長さの２５〜７５％であることを特徴とする。
【００１２】
また、上記粉末成形用金型を用いた成形方法は、上記キャビティ内に成形用粉末を充填した後、上、下パンチによって圧縮し、次いで、上、下パンチの上昇によって上記環状凹部に充填された成形用粉末を鉛直部によって加圧して成形体を得ることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【００１４】
図１（ａ）は、本発明の粉末成形用金型を示す要部断面図であり、成形用粉末６を充填するキャビティ４を有するダイ３と、キャビティ４に挿入して成形用粉末６を圧縮する上パンチ１、下パンチ２からなるものである。
【００１５】
ここで、上記粉末成形用金型は、図１（ｂ）に示すようにダイ３のキャビティ４を成す貫通孔内周面の中央部に環状凹部５ａを備えるとともに両端部に環状凹部５ａに連続する鉛直部５ｂを備えることが重要であり、このようなダイ３を有する金型によって成形した成形体は、その密度が全体的に均一となるため、焼成後に得られた焼結体は全長にわたってその径が均一となり、寸法精度の高いものとなる。
【００１６】
通常、上下パンチ１、２によって加圧して得られる成形体は、中央部の密度が低いものとなる。しかし、上記環状凹部５ａを有する金型によって成形した場合、詳細を後述するが、環状凹部５ａに充填された成形用粉末６がキャビティ４から押出される際に、環状凹部５ａの上方の鉛直部５ｂによって両端部の成形用粉末６より高い圧力で押圧される。そのため、得られた成形体は中央部の密度と両端部の密度とが均一となり、焼結体も全長にわたってその径が均一となる仕組みである。
【００１７】
また、上記環状凹部５ａは、その鉛直方向の断面図において、外形が滑らかな曲面状であることが好ましく、成形体への圧力伝達と、成形体をキャビティ４から押出す際の抵抗力を和らげ、成形体にクラックが生じることなく均一な密度分布を有するものとできる。
【００１８】
さらに、上記環状凹部５ａの最大径Ｄは、鉛直部５ｂの径ｄに対して０．５〜２％大きくすることが好ましく、成形体の払い出し時において、成形体に無理な圧力がかからないため、密度が均一な、寸法精度の高い形状の成形体を得ることができる。
【００１９】
上記最大径Ｄの大きさが径ｄに対して０．５％未満で大きなものとなると、環状凹部５ａによってできる空間が小さすぎるため、成形用粉末６が必要な充填量とならず、成形体の中央部の密度が他の部分より低い状態となり、焼成後に中央部の径が小さくなる変形を発生させる。一方、２％を越えて大きくなると、必要以上に成形用粉末６が充填されるため、中央部の密度が高くなり、焼成後に中央部が膨らんだ形状となる。
【００２０】
したがって、上記環状凹部５ａの最大径Ｄは、ダイ３の鉛直部５ｂの径ｄに対して０．０５〜２％大きくすることが好ましく、１〜１．５％とすることがより好ましい。
【００２１】
なお、上記環状凹部５ａの最大径Ｄが鉛直部５ｂの径ｄに対して０．５〜２％大きいとは、図１（ｂ）に示すように鉛直部５ｂの径ｄを１としたとき、環状凹部５ａの最大径Ｄが１．００５ｄ〜１．０２ｄとなっていることが好ましいことを示し、また、環状凹部の最大径Ｄ、ダイ３の鉛直部５ｂの径ｄとは、成形体の形状が円柱の場合にはその直径を、角柱の場合にはその外接円の直径を示すものである。
【００２２】
またさたらに、上記環状凹部５ａの鉛直方向の長さＬが、上記キャビティ４のうち成形用粉末６を充填する長さｌの２５〜７５％であることが好ましく、成形体の密度がより均一となり、払い出し時にクラック等が生じることなく均一な密度の成形体を得ることができる。
【００２３】
上記Ｌがｌに対して２５％未満となると、鉛直部５ｂとの勾配が小さいため、環状凹部５ａの両端部でも密度差が生じやすく、一方、７５％を越えると、長さｌに対しての比率が小さくなるため加圧効果が少なくなり、均一な密度を有する成形体を得ることができない。
【００２４】
したがって、環状凹部５ａの長さＬは、キャビティ４のうち成形用粉末６を充填する長さｌに対して２５〜７５％とすることが好ましく、さらに４５〜６５％とすることがより好ましい。
【００２５】
また、ダイ３の環状凹部５ａとその上、下方の鉛直部５ｂとの境界は、Ｒ形状とすることが好ましく、成形体への加圧伝達がスムーズになり、成形体を払い出す際にクラック等が生じるのを防止することができる。
【００２６】
さらに、上記環状凹部５ａは、その最大径Ｄと長さＬとの関係によって、上記範囲内で所望の値を設定する。
【００２７】
このような、粉末成形用金型を用いて柱状成形体を得るには、先ず、図２（ａ）に示すような、上パンチ１、下パンチ２、ダイ３からなる粉末成形用金型を準備する。
【００２８】
次いで、図２（ｂ）に示すように、下パンチ２の下降によってできたキャビティ４内に、フィーダー８によって成形用粉末６を充填する。このとき、ダイ３の環状凹部５ａには鉛直部５ｂより多量の成形用粉末６が過充填される。
【００２９】
次に、図２（ｃ）の加圧工程へと移り、上パンチ１が下降してキャビティ４内に挿入され、成形用粉末６を加圧する。
【００３０】
このときの加圧状態は、図３（ａ）に示すようになり、成形体７の中央部７ａは、両端より密度は低い状態となっている。
【００３１】
しかる後、図２（ｄ）に示すように、上パンチ１、下パンチ２が上昇して成形体７を得ることができる。この上下パンチ１、２の上昇にともなって、成形体７は、図３（ｂ）に示すような加圧状態となり、ダイ３の環状凹部５ａの上方の鉛直部５ｂによって、成形体７の中央部の凸部のみが加圧される状態となる。中央部７ａが加圧されることによって、払い出された成形体７は、図２（ｄ）に示すような、全長にわたって密度、径が均一になった成形体８を得ることができる。
【００３２】
なお、上記環状凹部５ａに充填された成形用粉末６を加圧して平坦にするためには、成形体７の外径の２倍以上の鉛直方向の長さを有する鉛直部５ｂを設けることが好ましい。
【００３３】
本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。
【００３４】
【実施例】
次いで、本発明の実施例を説明する。
【００３５】
先ず、図２（ａ）に示すような、上パンチ１、下パンチ２、ダイ３からなり、環状凹部を有する粉末成形用金型を準備する。
【００３６】
なお、ダイ３は図１（ｂ）に示すようにキャビティ４の直径ｄが５ｍｍ、長さｌが１５ｍｍであり、環状凹部５ａの最大径Ｄ、長さＬを表１に示す如く値とした。
【００３７】
次いで、図２（ｂ）に示すように、下パンチ２の下降によってできたキャビティ４内に、フィーダー８によって純度９６％のアルミナ粉末からなる成形用粉末６を充填する。
【００３８】
次に、図２（ｃ）に示すように、上パンチ１の下降によって成形用粉末６を加圧する。
【００３９】
しかる後、図２（ｄ）に示すように、上パンチ１、下パンチ２が上昇して成形体７を作製した。
【００４０】
得られた各成形体の両端面、中央部の径をマイクロメーターによって測定し、その最大値−最小値を算出して径の変形量とした。
【００４１】
また、成形体が払い出し時に形を変えずに成形できたかどうか、成形時の割れやクラックの有無の確認を行い、成形性を○、×で評価とした。
【００４２】
そして、この成形体を１６３０℃で焼成し、得られた焼結体の寸法を同様にマイクロメーターによって測定し、焼結体の径の変形量とした。
【００４３】
また、比較例としてダイに環状凹部を備えない金型を準備し、上記と同様な評価を行なった。
【００４４】
結果を表１に示す。
【００４５】
【表１】
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表１に示す通り、ダイの中央部に環状凹部を設けた金型で成形した試料（Ｎｏ．１〜１２）は、焼結体の径の変形量が１．１３ｍｍ以下と小さなものとすることができた。
【００４６】
特に、環状凹部５ａの最大径Ｄが、他の部位の径ｄに対して０．５〜２％大きく、環状凹部の鉛直方向の長さＬが、成形用粉末を充填する長さｌの２５〜７５％
となっている試料（Ｎｏ．２、３、５〜９、１１）は、成形体の密度を全長にわたって均一とでき、焼結体の径の変形量は０．１２ｍｍ以下と非常に小さなものにすることができた。
【００４７】
これに対し、環状凹部を有しない金型にいって成形した試料（Ｎｏ．１３）は、成形体の密度が中央部で低いものとなり、焼結体の径の変形量が０．２ｍｍと非常に大きなものとなった。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の粉末成形用金型は、ダイの中央部に環状凹部を備えるとともに両端部に環状凹部に連続する鉛直部を備えたことから、環状凹部に充填された成形用粉末が鉛直部によって両端部より高い圧力で押圧され、得られた成形体は中央部の密度と両端部の密度とが均一となり、焼成後の焼結体も全長にわたってその径が均一とすることができる。
【００４９】
また、本発明の粉末成形用金型は、上記環状凹部は曲面状であることから、成形体への圧力伝達と、抵抗力を和らげ、成形体にクラックが生じることなく均一な密度分布を有するものとできる。
【００５０】
さらに、本発明の粉末成形用金型は、上記環状凹部の最大径が、他の部位の径に対して０．５〜２％大きいことから、成形体の払い出し時において、成形体に無理な圧力がかからないため、密度が均一で、寸法精度の高い形状の成形体を得ることができる。
【００５１】
またさらに、本発明の粉末成形用金型は、上記環状凹部の鉛直方向の長さが、上記キャビティのうち成形用粉末を充填する長さの２５〜７５％であることから、
成形体の密度がより均一となり、払い出し時にクラック等が生じることなく均一な密度の成形体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の粉末成形用金型の一実施形態を示す要部断面図であり、（ｂ）は同図（ａ）におけるダイを示す部分断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は本発明の粉末成形用金型を用いて成形体を得る成形方法を示す断面図であり、（ａ）は準備工程、（ｂ）は加圧工程、（ｃ）は下パンチ上昇工程、（ｄ）は払い出し工程を示す。
【図３】（ａ）、（ｂ）は本発明の粉末成形用金型を用いた際の成形体への加圧状態を示す平面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は従来の粉末成形用金型を用いて成形体を得る成形方法を示す断面図であり、（ａ）は準備工程、（ｂ）は加圧工程、（ｃ）は下パンチ上昇工程をそれぞれ示し、（ｄ）はダイの要部拡大断面図である。
【図５】（ａ）は従来の粉末成形用金型を用いた際の成形体への加圧状態を示す平面図であり、（ｂ）は焼成後の焼結体を示す平面図である。
【図６】（ａ）は従来の従来の粉末成形用金型を示す断面図であり、（ｂ）は同図（ａ）の粉末成形用金型を用いて成形した成形体を示す平面図である。
【符号の説明】
１  ：上パンチ
２  ：下パンチ
３  ：ダイ
４  ：キャビティ
５ａ：環状凹部
５ｂ：鉛直部
６  ：成形用粉末
７  ：成形体
７ａ：成形体中央部
８  ：フィーダー
９  ：焼結体
【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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