(57)【要約】      （修正有）【課題】放電プラズマ焼結法で得られる耐磨耗性に優れた焼結体を提供する。更に、放電プラズマ焼結法で得られるテーパー付きの耐磨耗性に優れたノズル及びその製法を提供する。【解決手段】放電プラズマ焼結法により焼結され、０．０５重量％以上２．０重量％以下の炭素が含有され、内部が黒色又は灰色の焼結体から成り、出先側端部に向けて先細形状であるノズルである。焼結用の材料を装入する貫通中空部を有する成形ダイ３４と、装入された材料を間にして互いに対向することとなる円筒状のパンチの一対３６，３７と、貫通中空部の軸心に沿って配置される中子とを備え、貫通中空部が、一の側に柱状の小径中空部５６を、中間部に該小径中空部に向けて細まる先細中空部５４を、他の側に柱状の大径中空部５３をそれぞれ有し、先細中空部に焼結用粉体を装入し加圧し、次いで前記材料対向面と焼結用粉体の面とを乖離させて小径の柱状中空部に空間を作り、該空間に追加の焼結用粉体を装入し加圧して一体化し、被加圧物にパルス電流を通電して焼結するノズルの製造方法である。【選択図】  図１
2004168632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電プラズマ焼結法により焼結されて成り、炭素が含有されて内部が黒色又は灰色の焼結体。
【請求項２】
炭素含有量が０．０５重量％以上２．０重量％以下である請求項１に記載の焼結体。
【請求項３】
有機物から成るバインダ又は分散剤を含みセラミック粉体が造粒されて成る造粒物より焼結されて成り、該セラミック粉体の粒径が９０ｎｍ以上２００ｎｍ未満である請求項１又は２に記載の焼結体。
【請求項４】
焼結用粉体が放電プラズマ焼結法により焼結されて成る筒状のノズルであって、前記ノズルの外周面が、前記ノズルの長手方向にみた少なくとも中間部において出先側端部に向けて先細形状であるノズル。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれかに記載の焼結体から成る請求項４に記載のノズル。
【請求項６】
焼結用の材料を装入する貫通中空部を有する成形ダイと、該貫通中空部に挿入されて、装入された該材料を間にして互いに対向することとなる円筒状のパンチの一対と、該パンチの中空部に挿入されて該貫通中空部の軸心に沿って配置される棒状の中子と、を備え、前記貫通中空部に前記材料が装入され前記パンチを介して圧縮されるとともに該材料にパルス電流が通電される放電プラズマ焼結法によるノズル製造用焼結装置であって、
前記貫通中空部が、一の側に柱状の小径中空部を、中間部に該小径中空部に向けて細まる先細中空部を、他の側に柱状の大径中空部をそれぞれ有し、
前記一の側に位置するパンチの、装入された前記材料に対向する材料対向面が、前記小径中空部と前記先細中空部との境界又は該境界の近傍に位置するよう、前記一の側に位置するパンチが一時的に停留可能とされたノズル製造用焼結装置。
【請求項７】
前記中子が、少なくとも前記中子の長手方向にみた中間の部位で、前記小径中空部に向けて細まる円錐台形状を有する請求項７に記載のノズル製造用焼結装置。
【請求項８】
焼結用の材料を装入する貫通中空部を有する成形ダイと、該貫通中空部に挿入されて、装入された該材料を間にして互いに対向することとなる筒状のパンチの一対と、該パンチの中空部に挿入されて該貫通中空部の軸心に沿って配置される棒状の中子と、を備え、前記貫通中空部が、一の側に柱状の小径中空部を、中間部に前記小径中空部に向けて細まる先細中空部を、他の側に柱状の大径中空部をそれぞれ備え、装入された材料が前記パンチを介して圧縮されるとともに該材料にパルス電流が通電される、放電プラズマ焼結装置を準備するステップと、
前記貫通中空部の少なくとも前記先細中空部に焼結用粉体を装入するステップと、
前記パンチを介して、前記装入された焼結用粉体を加圧して一次加圧体を得る一次加圧ステップと、
前記一の側に位置する筒状のパンチと前記一次加圧体とを乖離させて、前記小径中空部に空間を作るステップと、
該空間に追加の焼結用粉体を装入するステップと、
前記パンチを介して、該空間に装入された前記追加の焼結用粉体と前記一次加圧体とを加圧する一体化のステップと、
前記一体化のステップで加圧された被加圧物にパルス電流を通電して焼結するステップと
を含むノズルの製造方法。
【請求項９】
前記焼結用粉体を有機バインダ又は有機分散剤を用いて造粒するステップを含む請求項８に記載のノズルの製造方法。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載のノズルの製造方法により製造されたノズル。
【請求項１１】
請求項８又は９に記載のノズルの製造方法により製造された、請求項４又は５に記載のノズル。
【請求項１２】
請求項８又は９に記載のノズル製造方法により製造され焼結が終了し前記中子と結合状態にある焼結済みノズル、から前記中子を抜出すために用いられ、
一端部が開放され他端部に前記押出し棒を挿通させる貫通孔が形成され、前記中子と、前記焼結済みノズルと、該焼結済みノズル及び前記中子と係合状態にある前記他の側に位置するパンチとを、前記中子の太まった側を前記一端部の側に、前記中子の細まった側を前記他端部の側に配して収納する、筒状ケースと、
前記中子を、前記ノズルから前記他の側に位置するパンチの方向に押出す押出し棒と、
前記筒状ケースの前記一端部に配され、前記他の側に位置するパンチの、前記ノズルと接する端面と反対側の端面を受け、押出される前記中子を挿通させる挿通孔が形成された受け台と
を含んで構成された中子押出し用治具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼結体、この焼結体から成るノズル及びその製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のノズルとして、アルミナ粉体に焼結助剤と場合により有機バインダを加えて筒状に成形後、大気中で高温焼成したもの（例えば、特許文献１、３、４参照。）、アルミナ粉体に焼結助剤を加えてホットプレスで筒状に成形したもの（例えば、特許文献２参照。）が知られている。ノズルの内周には流体通路が形成されるとともに、外周にはブラストガンに取付けるためのフランジ（例えば、特許文献５参照。）あるいはテーパー（例えば、特許文献１参照。）が設けられる。
【０００３】
従来のノズルは過酷な条件で使用されると流体通路の磨耗が激しく頻繁に交換しなければならず耐久性が不足していた。
【０００４】
これに対処するために、近年、放電プラズマ焼結法（以下ＳＰＳ法とも称する）によりセラミック製ノズルを製作することが試みられている。ＳＰＳ法は、粉末状の材料を成形ダイ中に装入し、パンチで圧縮した状態でパンチを通してパルス状電流を通電することにより焼結体を得る方法である。（例えば、特許文献６参照。）
【０００５】
ＳＰＳ法によれば、従来のセラミック製ノズルの製造におけるよりも低温で焼結を行なうことが出来る。図１１に従来の焼結装置２を用いたＳＰＳ法によるノズルの製造の態様を示す。従来のＳＰＳ法による焼結は、減圧容器（図示せず）内に円筒型の成形ダイ４と成形ダイ４に挿入される円筒型のパンチ６ａ、６ｂを配設し、成形ダイ４内に粉末状の成形材料Ｍを装入してパンチ６に荷重Ｐによりおおよそ１０〜２００ｋＮ の圧縮応力を付加し、材料Ｍを圧縮したのち、減圧下又は実質的な無酸素状態でパンチ６を通して材料Ｍにパルス状電流を通電することにより行われる。パンチ６は、中央に円柱状の棒状部材１２を備える。符合５０、５２はそれぞれ上下のプレス基盤である。
【０００６】
しかし、ＳＰＳ法を用いても必ずしも耐磨耗性に優れた焼結体を得ることは出来なかった。ＳＰＳ法においては、パンチで圧縮した状態でパンチを通してパルス状電流を通電するので、複雑な形状のものを製作することができない。例えば、上記のフランジ付きのものや、テーパー付きのものは圧縮時に圧力が均一に伝わりにくく、圧縮率の相違によって成形密度が不均一になるという問題のため、製造が困難であり、円筒状のもののみが実用化されている。しかし、円筒状のノズルは外壁の軸方向に突起やテーパーがないためノズルホルダーに固定することが難しく、流体にあまり高圧をかけることができないので、高い吐出圧が得られない。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−１８９４５７号公報（第３頁）
【特許文献２】
特開昭５６−１７９８０号公報（第２頁）
【特許文献３】
特公平４−１５６１３号公報（第３頁）
【特許文献４】
特公昭６２−６０３７号公報（第２頁）
【特許文献５】
実開平３−７５９７１号公報（第１図）
【特許文献６】
特開平５３６６０４号公報（第２〜３頁、第２図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、これら問題点に鑑み、ＳＰＳ法で得られる耐磨耗性に優れた焼結体を提供しようとする。更に、ＳＰＳ法で得られるテーパー付きの耐磨耗性に優れたノズル及びその製法を提供しようとする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨とするところは、ＳＰＳ焼結法により焼結されて成り、炭素が含有されて内部が黒色又は灰色の焼結体であることにある。
【００１０】
前記焼結体は、炭素含有量が０．０５重量％以上２．０重量％以下であり得る。
【００１１】
前記焼結体は、有機物から成るバインダ又は分散剤を含みセラミック粉体が造粒されて成る造粒物より焼結されて成り得、該セラミック粉体の粒径が９０ｎｍ以上２００ｎｍ未満であり得る。
【００１２】
更に、本発明の要旨とするところは、焼結用粉体がＳＰＳ焼結法により焼結されて成る筒状のノズルであって、前記ノズルの外周面が、前記ノズルの長手方向にみた中間部において出先側端部に向けて先細形状であるノズルであることにある。
【００１３】
前記ノズルは、前記焼結体から成り得る。
【００１４】
又、本発明の要旨とするところは、焼結用の材料を装入する貫通中空部を有する成形ダイと、該貫通中空部に挿入されて、装入された該材料を間にして互いに対向することとなる円筒状のパンチの一対と、該貫通中空部の軸心に沿って配置される棒状の中子と、を備え、前記貫通中空部に前記材料が装入され前記パンチを介して圧縮されるとともに該材料にパルス電流が通電される放電プラズマ焼結法によるノズル製造用焼結装置であって、
前記貫通中空部が、一の側に柱状の小径中空部を、中間部に該小径中空部に向けて細まる先細中空部を、他の側に柱状の大径中空部をそれぞれ有し、
前記一の側に位置するパンチの、装入された前記材料に対向する材料対向面が、前記小径中空部と前記先細中空部との境界又は該境界の近傍に位置するよう、前記一の側に位置するパンチが一時的に停留可能とされたノズル製造用焼結装置であることにある。
【００１５】
前記中子は、少なくとも前記中子の長手方向にみた中間の部位で、前記小径中空部に向けて細まる円錐台形状を有し得る。
【００１６】
更に、本発明の要旨とするところは、焼結用の材料を装入する貫通中空部を有する成形ダイと、該貫通中空部に挿入されて、装入された該材料を間にして互いに対向することとなる円筒状のパンチの一対と、該貫通中空部の軸心に沿って配置される棒状の中子と、を備え、前記貫通中空部が、一の側に柱状の小径中空部を、中間部に前記小径中空部に向けて細まる先細中空部を、他の側に柱状の大径中空部をそれぞれ備え、装入された材料が前記パンチを介して圧縮されるとともに該材料にパルス電流が通電される、放電プラズマ焼結装置を準備するステップと、
前記貫通中空部の少なくとも前記先細中空部に焼結用粉体を装入するステップと、
前記パンチを介して、前記装入された焼結用粉体を加圧して一次加圧体を得る一次加圧ステップと、
前記一の側に位置する筒状のパンチと前記一次加圧体とを乖離させて、前記小径中空部に空間を作るステップと、
該空間に追加の焼結用粉体を装入するステップと、
前記パンチを介して、該空間に装入された前記追加の焼結用粉体と前記一次加圧体とを加圧する一体化のステップと、
前記一体化のステップで加圧された被加圧物にパルス電流を通電して焼結するステップと
を含むノズルの製造方法であることにある。
【００１７】
前記ノズルの製造方法は、前記焼結用粉体を有機バインダ又は有機分散剤を用いて造粒するステップを含み得る。
【００１８】
又更に、本発明の要旨とするところは、前記ノズルの製造方法により製造されたノズルであることにある。
【００１９】
又更に、本発明の要旨とするところは、前記ノズルの製造方法により製造された前記ノズルであることにある。
【００２０】
又、本発明の要旨とするところは、前記ノズル製造方法により製造され焼結が終了し前記中子と結合状態にある焼結済みノズル、から前記中子を抜出すために用いられ、
一端部が開放され他端部に前記押出し棒を挿通させる貫通孔が形成され、前記中子と、前記焼結済みノズルと、該焼結済みノズル及び前記中子と係合状態にある前記他の側に位置するパンチとを、前記中子の太まった側を前記一端部の側に、前記中子の細まった側を前記他端部の側に配して収納する、筒状ケースと、
前記中子を、前記ノズルから前記他の側に位置するパンチの方向に押出す押出し棒と、
前記筒状ケースの前記一端部に配され、前記他の側に位置するパンチの、前記ノズルと接する端面と反対側の端面を受け、押出される前記中子を挿通させる挿通孔が形成された受け台と
を含んで構成された中子押出し用治具であることにある。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る態様を図面に基づいて詳しく説明する。図１は本発明のノズルを製造するための、ＳＰＳ焼結法による本発明のノズル製造用焼結装置の一態様を示す断面図である。本発明のノズルは、ブラスト用ノズル等の耐磨耗性が要求される用途に好適に用いられるものである。（以下、放電プラズマ焼結装置はＳＰＳ装置とも称する。）本発明のノズル製造装置３２は、減圧容器あるいは不活性気体を満たす容器（図示せず）を備え、この容器内には円筒型の成形ダイ３４と成形ダイ３４に挿入される円筒状の上方パンチ（一の側に位置する円筒状のパンチ）３６及び円筒状の下方パンチ（他の側に位置する円筒状のパンチ）３７が配設されている。成形ダイ３４には粉末状の材料を装入する貫通中空部３１が形成されている。
【００２２】
貫通中空部３１は、下側に円柱状の小径中空部５６を、中間部に小径中空部５６に向けて細まる円錐台状の先細中空部５４を、上側に円柱状の大径中空部５３をそれぞれ備えている。大径中空部５３の径は上方パンチ３６の外径とはめあい公差を残してほぼ等しく、小径中空部５６の径はパンチ３７の外径とはめあい公差を残してほぼ等しくなっている。
【００２３】
上方パンチ３６は軸方向に貫通する貫通孔を備え、下端中心部に、ノズルの入り口側の内壁のテーパーを形成するための、先端に向けて窄まる円錐台状の外壁を有する突起３８が設けられている。又、下方パンチ３７には、中心に円孔が形成された円盤状の基板（スペーサ）４２が備えられている。基板（スペーサ）４２は、下方パンチ３７に外挿され成形ダイ３４を下から支える。更に、ノズル製造装置３２は、上方パンチ３６と下方パンチ３７の各中空部に挿通される円柱形の中子４４を備える。中子４４は、ノズルの中空部を形成するために用いられ、上端から下端にかけて僅かなテーパーを有し、上端部の径が下端部の径より僅かに太くなっている。上方パンチ３６は上方プレス基盤５０により下向きに加重される。下方パンチ３７は下方プレス基盤５２により上向きに加重されて力を受ける。
【００２４】
又、成形ダイ３４は、本体７３と、本体７３の下部に内挿される交換可能な円筒形の割子８７から構成されている。割子８７の内壁面は損耗が大きいので、割子８７を交換可能とするこのような構成となっている。
【００２５】
ノズル製造装置３２を用いて本発明のノズルを製造する手順を説明する。まず、図１に示す配置で、成形原料であるセラミックの粉体等の焼結用粉体を成形ダイ３４の中空部に充填する。このとき、予め下方パンチ３７の上面（材料対向面）１０２が、小径中空部５６と先細中空部５４との境界又はその境界に近接する位置に位置するように、下方パンチ３７の位置を、所定の位置に停止する下方プレス基盤５２を介して一時的に固定する。このように、ノズル製造装置３２においては、下方パンチ３７はその位置で一時的に停留可能とされている。この状態で下方プレス基盤５２を上昇させて焼結用粉体から成る一次被成形物を一次加圧して一次成形体（圧粉物）を得る。
【００２６】
図２に、この一次加圧により成形ダイ３４の中に一次成形体６３が得られた様子を示す。
【００２７】
なお、本明細書においては、各図にわたって記される同じ符号は同一又は同様の部材やものを示す。
【００２８】
次いで、図３に示すように、下方プレス基盤５２を降下させ、一次成形体６３の下端８５と、下方パンチ３７の上面１０２との間に空間６４を作る。
【００２９】
次に、空間６４に焼結用粉体を追加充填し、下方プレス基盤５２を上昇させ、追加充填した焼結用粉体を下方パンチ３７を介して二次加圧する。この二次加圧により一次成形体６３と追加充填された焼結用粉体とが一体化して、二次成形物６９となる。この二次加圧の状態を図４に示す。
【００３０】
このように、本発明においては、被成形物の加圧を上述の一次加圧と二次加圧の２段階で行なうことにより、密度ムラのない緻密構造の焼結体が得られる。
【００３１】
この一次加圧及び二次加圧の操作は、成形ダイ３４、上方パンチ３６、下方パンチ３７、基板（スペーサ）４２及び中子４４を、減圧容器あるいは不活性気体を満たす容器から取り出して、ハンドプレス装置のような別置きの加圧装置（図示せず）を用いて行ってもよい。
【００３２】
又、この一次加圧の操作は、セラミックの粉体等の焼結用粉体の装入と加圧の操作を数段階にわけて行なってもよい。二次加圧の操作も、焼結用粉体の装入と加圧の操作を数段階にわけて行なってもよい。
【００３３】
又、この一次加圧の操作は、焼結用粉体を成形ダイ３４の中空部に充填するときに、予め下方パンチ３７の上面１０２が、小径中空部５６の、先細中空部５４に近接する位置より下方に位置するように、下方パンチ３７の位置を一時的に固定してもよい。この状態で焼結用粉体を充填後、下方プレス基盤５２を上昇させて一次被成形物を一次加圧して一次成形体を得る。この場合、一次加圧終了時には、基板（スペーサ）４２がストッパーとなって、下方パンチ３７の上面１０２が、小径中空部５６の、先細中空部５４に近接する位置に位置して、下方パンチ３７が停止する。
【００３４】
二次加圧が終了した後、上方パンチ３６、下方パンチ３７を介して二次成形物６９を加圧しつつ、上方パンチ３６、下方パンチ３７を通してパルス状電流を通電して焼結する。この通電により、二次成形物が焼結されてノズルが得られる。この成形ダイ３４と上方パンチ３６及び下方パンチ３７、被焼結物を含む加圧加熱系は減圧状態又は実質的な無酸素状態に保持される。
【００３５】
図５の断面図に、この焼結を行う好ましい態様を示す。図５において、二次成形物６９、成形ダイ３４、上方パンチ３６、下方パンチ３７及び中子４４が、二次加圧時と同じ配置を保って、減圧容器あるいは不活性気体を満たす容器（図示せず）に収められる。もしくは、収められている。更に、下方パンチ３７と下方プレス基盤５２との間にスペーサ７５を配して、上方プレス基盤５０から二次成形物６９までの電気抵抗と、下方プレス基盤５２から下方パンチ３７までの電気抵抗がほぼ等しくなるようにする。この配置で、減圧状態又は実質的無酸素状態で加圧及び通電を行なう。
【００３６】
図６の断面図に、この焼結が終了する時点での状態を示す。図６においては、加圧により、下方パンチ３７の上面１０２が、小径中空部５６の、先細中空部５４に近接する位置まで上昇し、スペーサ４２により停止している。
【００３７】
図７に、図２から図６に示す手順で得られた本発明のノズル７０の縦断面を示す。ノズル７０は径が全長にわたってほぼ等しいノズル中空部７２を有し、上部７４が、外径が長手方向にわたってほぼ等しい筒状であり、中間部７６から下部７８（出先側端部）にかけて外壁が円錐台形状であり、下端に向けて狭まるテーパーがつけられている。即ち、ノズル７０は、ノズルの外周面が、ノズルの長手方向にみた中間部７６から下部７８にかけて出先側端部に向けて先細形状となっている。なお、本発明のノズル７０は、入り先側端部から出先側端部にかけて先細形状となっていてもよい。このような、ノズル全体で外壁が円錐台形状のものは、、装入する焼結用粉体の量や、上方パンチ３６の長さを調節することにより製造が可能である。
【００３８】
図８に本発明により得られる他の態様のノズル７０ａの縦断面を示す。ノズル７０ａは径が全長にわたってほぼ等しいノズル中空部７２を有し、上部７４が、外径が長手方向にわたってほぼ等しい筒状であり、中間部７６ａが、外壁が円錐台形状であり、下端に向けて狭まるテーパーがつけられている。下部７８ａ（出先側端部）が、外径が長手方向にわたってほぼ等しい筒状である。即ち、ノズル７０ａは、出先側端部における輪切り外断面形状が前記ノズルの長手方向にわたって均一であり、かつノズルの外周面が、ノズルの長手方向にみた中間部において出先側端部に向けて先細形状となっている。この態様のノズルは、焼結が終了する時点で、図６における下方パンチ３７の上面１０２が、小径中空部５６の、先細中空部５４に近接する位置よりも下方の位置まで上昇し、スペーサ４２により停止する態様の加圧が行なわれる場合に得られる。
【００３９】
これに対して、図９に示すように、下方パンチ３７ａを当初から製造すべきノズルの形状にあわせた位置に配置して、成形ダイ３４と下方プレス基盤５２の間に基板４２を介在させて一回の加圧成形で成形物を得ようとすると、成形物の下端部即ち小径中空部５６に充填された焼結用粉体は大径中空部５３や中間部５４に充填された焼結用粉体に比べて圧縮後の成形物の緻密性が劣るので、得られる焼結体は硬度や耐磨耗性に劣り、ノズル等の製品としては用いることが出来ない。
【００４０】
本発明においては、上述の態様で焼結用粉体の加圧を２回にわけて行なうことにより、ノズル全体にわたって緻密な焼結状態を得ることが出来、ノズル全体にわたって硬度や耐磨耗性の優れるノズルを得る。
【００４１】
なお、本発明における加圧は、下方プレス基盤５２を固定して上方プレス基盤５０を降下させて行なってもよい。
【００４２】
小径中空部５６及び大径中空部５３の形状は円柱状であることが好ましいが、楕円形や多角形や、その他の円形でない輪切り断面形状を有する柱状であってもよい。先細中空部５４の形状は円錐台状であることが好ましいが、楕円形や多角形や、その他の円形でない輪切り断面形状を有する錐台状であってもよい。
【００４３】
中子４４の形状は円柱状であることが好ましいが、楕円形や多角形や、その他の円形でない輪切り断面形状を有する柱状であってもよい。中子４４の形状は周面が長手方向に極めてゆるやかなテーパーを有する円錐台状であることが更に好ましいが、楕円形や多角形や、その他の円形でない輪切り断面形状を有する錐台状であってもよい。中子４４は、少なくとも長手方向にみた中間の部位を含む一部の部位で、錐台形状を有するものであってもよい。
【００４４】
本発明においては、焼結用粉体としてアルミナ粉体のようなセラミック粉体や、ステンレスやニッケルのような金属粉体が好適に用いられる。焼結用粉体の粒径は、１０〜５００ｎｍであることが、得られた焼結体、この焼結体を用いて得られるノズルの硬度や耐磨耗性が向上し好ましい。
【００４５】
又、本発明においては、粒径９０ｎｍ以上２００ｎｍ未満のセラミック粉体を原料素材として用いることにより、得られた焼結体、従ってノズルの硬度や耐磨耗性が更に向上し、ノズルとして更に好適なノズルを得ることが出来る。
なお、本発明においては、焼結用粉体は、予め有機バインダや有機分散剤を含む液と混合し、通常の造粒法、例えば転動造粒法や流動床噴霧乾燥法、攪拌造粒法等により、約５０〜１００μｍの径の粒子に造粒したのち前述の加圧成形がなされることが工程の安定性のうえで好ましい。有機バインダや有機分散剤としては、ビニルアルコール系ポリマや、アクリル系ポリマ、アルギン酸ソーダ、カルボオキシメチルセルロース、塩化ビニル系ポリマ、リグニン等が挙げられる。その他の公知の有機バインダや有機分散剤が用いられてもよい。
【００４６】
又、本発明においては、粒径９０ｎｍ以上２００ｎｍ未満のアルミナを原料素材として用いることが更に好ましい。粒径９０ｎｍ未満のアルミナは製造コストが高く、成形加工時の操作性が悪い。又、アルミナの粒が２００ｎｍ以上であると得られた焼結体の硬度や密度や耐磨耗性が低くなる傾向にある。
【００４７】
本発明のノズルは、粒径の小さいセラミックを用いてＳＰＳ焼結法により焼成されるため、従来の焼結体から成るノズルに比べて表面粗さが小さい。更に、本発明のノズルは、ノズルの中空部の内壁面の表面粗さが、従来の焼結体から成るノズルに比べて小さい。これは、中子４４がテーパー形状を有するため、焼結時のノズルの中空部の内壁面に相当する部分への加圧力の、内壁面と垂直な成分が、外周にテーパーを有さないストレートな中子を用いた場合に比べて大きくなり均一に加圧がなされるためである。
【００４８】
中子４４がテーパー形状を有することにより、本発明のノズル製造装置においては、焼結が終了した後に中子４４を焼結体から容易に引抜くことが可能となった。従来のＳＰＳ装置により、中空のノズルを製作する場合、中空部の径が１０ｍｍ以上であれば焼結が終了した後に中子を焼結体から比較的容易に引抜くことができたが、中子の径が１０ｍｍ未満であると中子を焼結体から引抜くことが困難であり、引き抜きの際中子を破壊せざるを得ない場合が多く、高価な中子を消耗品として扱わざるをえなかった。
【００４９】
しかし、テーパー形状を有する中子を使用しても、中空部の径が８ｍｍ以下であると、焼結が終了した後に中子を焼結体から比較的容易に引抜くことができない。本発明のノズル製造装置においては、図１０に示すような引抜き用の中子押出し用治具８０を用いることにより、中空部の径が８ｍｍ以下である場合においても焼結が終了した後に中子を焼結体から比較的容易に引抜くことができる。
【００５０】
この引抜きの一態様を説明するならば、図１０の断面図において、中子押出し用治具８０は、中子４４と結合状態にある焼結が終了した焼結体８２（ノズル）を収納する筒状ケース８６と、筒状ケース８６の下端部を挿入して筒状ケース８６を下から受ける筒状の受け台８８と、中子４４を上から押圧する押出し棒９１とを含んで構成されている。
【００５１】
筒状ケース８６のケース中空部９７には、中子４４、中子４４と結合状態にある焼結体８２及び焼結体８２や中子４４と焼結時の配置状態で係合し組み合わされた上方パンチ３６が収納される。焼結体８２（ノズル）は、ノズルの出側の端部を上にして収納される。
【００５２】
押出し棒９１は加圧用キャップ９９を上端に備える。筒状ケース８６は上部に中実部９２を有し、中実部９２の中心に、中子４４と押出し棒９１を挿通させる上下方向に貫通する貫通孔９８が形成されている。又、受け台８８はパンチ３６の焼結体（ノズル）８２と接する端面と反対側の端面１０１を受け、受け台８８の中心には、押出し棒９１により下方に押出された中子４４の下端部を挿通させる上下方向に貫通する挿通孔１００が形成されている。
【００５３】
ケース中空部９７の径は上方パンチ３６の外径とほぼ等しく、上方パンチ３６がケース中空部９７に緩く嵌合された状態となっている。
【００５４】
このような配置で、受け台８８を固定し、押出し棒９１を貫通孔９８の上側の開口から貫通孔９８に挿入して、下方に移動させて中子４４を下方に押出すことにより、中子４４を焼結体（ノズル）８２から容易に抜出すことが出来る。抜出された中子４４は、損傷がなく再使用が可能である。
【００５５】
なお、中子押出し用治具８０は中子４４や焼結体８２や上方パンチ３６を含めて図１０の配置状態とは全体が上下逆に配置されてもよい。横に配置されてもよい。いずれの場合も、押出し棒９１は中子４４を焼結体（ノズル）８２から押出す方向に押圧する。
【００５６】
又、従来のセラミックの焼結方法においては、主原料のアルミナ等のセラミック粉体に焼結助剤を混入して焼結するので、白色系や、淡いピンク系や、淡い灰色系に着色されるのが一般的であるが、本発明においては、ほぼアルミナ粉体１００％の粉体を焼結して灰色（マンセル表示の明度７以下）ないしはほぼ黒色のノズルを得る。本発明のノズルを構成する焼結体の内部も灰色ないしはほぼ黒色を呈している。これは、上述の造粒に使用される造粒剤が焼結時に炭化し、アルミナ焼結体の内部に残留するためであると思われる。従って、本発明のノズルは、深みのある高級感に満ちた色合いを有する。なお、従来の焼結方法においては、焼結が有酸素状態で行なわれるので、造粒剤は燃焼ガスとなって散逸しこのような黒色化の現象は生じない。
【００５７】
又、従来のＳＰＳ法においては、有機バインダが使用されないので、焼結体は、表面だけが成形ダイを構成する炭素により黒色化し、内部は白色もしくはほぼ原料セラミックの色のままである。従って、深みのある高級感に満ちた黒色の色合いの外観は得られない。
【００５８】
更に、本発明においては、主原料のセラミック粉体等の焼結用粉体の粒子の間に有機バインダが炭化して成る炭素が介在した状態でＳＰＳ法による焼結がなされ、過度に焼結が進行する過焼結の現象が防止されるので、硬度、耐磨耗性に優れる焼結体が得られる。ＳＰＳ法による焼結においては、焼結時に含有される炭素の好ましい量は、焼結後の炭素含有量として０．０５〜２．０重量％である。焼結後の炭素含有量が０．０５重量％未満のときは、過焼結の現象を防止する効果が少なく、硬度、耐磨耗性に優れた焼結体が安定して得られない。焼結後の炭素含有量が２．０重量％以上であると、焼結が阻害される場合があり、硬度、耐磨耗性に優れた焼結体が安定して得られない。焼結時に含有される炭素の最も好ましい量は、焼結後の炭素含有量として０．０５重量％以上０．２重量％未満である。この場合は、硬度、耐磨耗性に更に優れた焼結体が安定して得られる。焼結体の炭素含有量は、造粒物に含有される有機バインダや有機分散剤の量により制御することが出来る。具体的には焼結により炭素化して減量する有機バインダや有機分散剤の減量率をみこして造粒物に含有される有機バインダや有機分散剤の量が決定される。
【００５９】
又更に、本発明の焼結体は、上述の含有率の範囲で炭素が含有されて外観及び内部が黒色乃至灰色を呈していることにより、過焼結による硬度の不足が生じていないことを、目視によりチェックすることができる。即ち、焼結体の色調を、例えば色見本や計器により定められた色調（明度等）と比較することにより、炭素の含有量や硬度の不足が生じていないかを非破壊検査で容易にチェックすることができる。
【００６０】
本発明のノズルをブラスト用ノズル等に使用するときには、内壁面をノズルの出先側端部の方向に向けて先細にしたテーパー部を有する筒状のノズルホルダーを用いることが出来る。本発明のノズルを、先端を先にしてそのノズルホルダーの根元からノズルホルダー先端に向けて挿入して装着することにより、装着されたノズルの外面に出先側端部の方向に向けて気体の大きな圧力がかかっても、ノズルをノズルホルダーに安定に保持できる。
【００６１】
ＳＰＳ法により得られる従来のノズルは、このようなテーパー部を付与すると前述の理由により十分な硬度が得られず、ストレートな円筒状のものであった。このような従来のノズルは、内壁がストレートな円柱面状のノズルホルダーに挿入して装着されるので、装着されたノズルの外面に出先側端部の方向に向けて気体の大きな圧力がかかるとノズルがその圧力で抜けてしまうおそれがあり、止めネジにより固定しないとノズルをノズルホルダーに強固に保持できない。止めネジの使用はノズルの損傷の原因となり、又、継続使用により緩みを生じやすくノズルをノズルホルダーに安定に保持できない。
【００６２】
本発明においては、成形ダイの形状をかえることにより、ノズルのみならず、先端に向けて先細の形状の耐磨耗性に優れた焼結体を得ることが出来る。
【００６３】
更に、本発明においては、粒径１０〜５００ｎｍの焼結用粉体を焼結体の原料素材として用いることにより、ノズルのみならず、硬度と耐磨耗性に優れた焼結体を得ることが出来る。
【００６４】
所定の形状に成形された本発明の焼結体は、押し出し成形用ノズル、走行用ガイド、線引きダイス、金型パーツ、溶射ノズル等の耐磨耗性を必要とする用途に広く適用することが出来る。
【００６５】
本発明において用いられるセラミック粉末としては、アルミナに限らず、アルミナ、窒化アルミニウム、チタン酸アルミニウム、チタン酸鉛、窒化ホウ素、珪素、炭化珪素、サイアロン、窒化ジルコニウム、炭化ジルコニウム、ホウ化ジルコニウム、炭化ホウ素、タングステンカーバイド、ホウ化タングステン、酸化スズ、酸化ルテニウム、酸化イットリウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、フェライト、窒化珪素、酸化珪素、酸化鉛、酸化ジルコニウム、酸化チタン、ステアタイト（凍石岩）、チタン酸バリウム、ジルコン酸チタン酸鉛、クレー、フェライト、酸化亜鉛、酸化ネオジムおよびこれらの混合物からなる群より選択されたセラミック粉末が挙げられる。これらは、焼結体の用途に応じて用いられる。
【００６６】
実施例１
図１に示すノズル製造装置３２を用いて図１〜図４に示す態様によりノズルを製造した。減圧容器内の圧力は、２．６７Ｐａ、成形ダイ３４の全長は１３０ｍｍ、大径中空部５３の内径は３０ｍｍ、長さは６０ｍｍ、中間部５４の長さ６０ｍｍ、小径中空部５６の内径は２０ｍｍ、長さは１９ｍｍである。中子４４の径は６ｍｍで、上端部の径が下端部に径に比べて０．０５ｍｍ太くなっており、全体として円錐台形状になっている。中子４４の表面粗さは０．１Ｓである。一次成形における上方パンチ３６への加重は３ｋＮ、二次成形における下方パンチ３７への加重は３ｋＮであった。焼結時の加重は２１．２ｋＮ、パルス電流の周波数１００ｋＨｚ、電流１４００〜２０００Ａ、焼結温度は１２５０〜１３００℃、焼結温度保持時間は２５分であった。セラミック粉体としては粒径１２０ｎｍ、純度９９．９９％のアルミナ粉体を用い、予め水造粒装置により有機分散剤（ポリアクリル酸アンモン）を用いて径６０μｍに造粒して造粒物を得て、その造粒物を成形した。造粒物の有機バインダの含有率は、０．２ｗｔ％である。
【００６７】
得られたノズルは、入り側の外径が３０ｍｍ、出側の外径が２０ｍｍで、入り側端部から出側に向けて外壁面に円錐面状に窄まるテーパーを有していた。テーパー部のノズル軸方向の長さは６０ｃｍである。ノズルのビッカース硬さＨＶは外周壁の全面にわたるほぼ均等に選ばれた１０箇所で測定し２１００〜２２００であった。
【００６８】
ノズルの内壁の表面粗さ（Ｒａ）は、０．０２〜０．０４μｍ（平均で０．０２７μｍ）と極めて平滑であった。
【００６９】
ノズルを構成する焼結体の炭素含有量は０．０８ｗｔ％であった。
【００７０】
又、耐久試験における耐久日数は５日であった。耐久試験５日後のノズル磨耗量は、１０．１ｇであった。又、このノズルを構成する焼結体の内部の色は濃い灰色であり、ノズルの外観は重厚な黒色系の光沢を有していた。この焼結体の粒径は、０．９〜１．６μｍ、密度は、３．９５ｇ／ｃｍ３（相対密度９９．６７％）であった。
【００７１】
耐久試験：市販のブラスト装置を使用。砥粒としてＳｉＣ（主にβ相）粒径♯３０を使用。砥粒噴射圧７．４５ＭＰａ、噴射時間３ｍｉｎ、休止３ｍｉｎで、ノズル寿命に達するまで繰り返し噴射を行なった。ノズル寿命は目視で判断した。
【００７２】
実施例２
実施例１と同様にしてノズルを製造した。ただし、セラミック粉体としては粒径１．２μｍ、純度９９．９９％のアルミナ粉体を用いた。得られたノズルの形状は実施例１で得られたものと同様であった。ノズルのビッカース硬さＨＶは外周壁の全面にわたるほぼ均等に選ばれた１０箇所で測定し１５００〜１８００であった。又、耐久試験における耐久日数は２日であった。耐久試験２日後のノズル磨耗量は、１０．１ｇであった。この焼結体の粒径は、１．５〜５．３μｍ、密度は、３．６０４ｇ／ｃｍ３  （相対密度９１．０１％）であった。
【００７３】
実施例３
実施例１と同様にしてノズルを製造した。ただし、焼結用粉体としては粒径２μｍのステンレス（ＳＵＳ３０４）粉体を用い焼結温度は１０５０℃とした。得られたノズルの形状は実施例１で得られたものと同様であった。ノズルのビッカース硬さＨＶは外周壁の全面にわたるほぼ均等に選ばれた１０箇所で測定しほぼ均一であった。又、このノズルを構成する焼結体の内部の色は濃い灰色であり、ノズルの外観は重厚な黒色系の光沢を有していた。
【００７４】
比較例１
図１に示すノズル製造装置３２を用いて図９に示す態様によりノズルを製造した。減圧容器内の減圧度、成形ダイ３４等のノズル製造装置３２における各サイズ、は実施例１と同様である。圧粉における上方パンチ３６への加重は３ｋＮ、焼結時の加重は２１．２ｋＮ、パルス電流の周波数、電流、焼結温度、焼結温度保持時間、用いるセラミック粉体、造粒、は実施例１と同様である。得られたノズルは、実施例１で得られたノズルと同様の形状を有していた。
【００７５】
ノズルのビッカース硬さＨＶは外周壁のノズルの入り側近辺のほぼ均等に選ばれた１０箇所で測定し２１００〜２２００であった。又、外周壁のノズルの出側近辺ほぼ均等に選ばれた１０箇所で測定し１２００〜１３００であった。又、ノズルの耐久試験における耐久日数は０．６日であった。
【００７６】
比較例２
実施例１で得られたノズルとほぼ同形状のノズルを従来の加圧成形・焼結法により製作した。原料粉末としては、アルミナ粉末９７％、シリカ粉末０．６％、酸化マグネシウム粉末１．７％、酸化ホウ素粉末０．７％（いずれも重量％、粒径はいずれも０．６μｍ）を用い、ＰＶＡ系有機バインダを２重量％混入して成形枠で加圧成形した。成形圧は平均９８ｋＮであった。成形後、電気炉により１５００℃で１２０分加熱して焼結した。得られたノズルのビッカース硬さＨＶは外壁の全面にわたるほぼ均等に選ばれた１０箇所で測定し１１００〜１３００であった。又、耐久試験における耐久日数は０．５日であった。耐久試験０．５日後のノズル磨耗量は、１０．４ｇであった。又、このノズルを構成する焼結体の内部の色は白色であった。この焼結体の平均粒径は、１〜４μｍ、相対密度は９１％であった。ノズルの内壁の表面粗さ（Ｒａ）は、平均で０．５５μｍであった。
【００７７】
以上本発明のノズル及びその製法の態様を説明したが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変形を加えた態様で実施し得るものであり、これらの態様はいずれも本発明の範囲に属するものである。
【００７８】
【発明の効果】
【００７９】
本発明の焼結体は硬度が高く耐磨耗性に優れる。
【００８０】
本発明の焼結体は内部まで黒色あるいは灰色であり、高級感のある重厚な色調を有し、使用者に安心感を与えるので、製品の差別化に寄与する。更に、本発明の焼結体は、過焼結による硬度の不足が生じていないことを、目視により非破壊で容易にチェックすることができる。
【００８１】
本発明の焼結体製造方法により、硬度が高く耐磨耗性に優れる焼結体を製造することが出来る。
【００８２】
本発明のノズルの製法により、耐久性に優れ、かつ、ノズルホルダーに確実に装着でき、高圧流体を用いたブラストに好適に使用できるノズルを製造することが出来る。
【００８３】
本発明のノズルは耐久性に優れ、かつ、ノズルホルダーに確実に装着できるので、高圧流体を用いたブラストに好適に使用できる。
【００８４】
本発明のノズル製造装置により、耐久性に優れ、かつ、ノズルホルダーに確実に装着でき、高圧流体を用いたブラストに好適に使用できるノズルを製造することが出来る。
【００８５】
本発明のノズルの製法により、耐久性に優れ、かつ、ノズルホルダーに確実に装着でき、高圧流体を用いたブラストに好適に使用できるノズルを製造することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明のノズルを製造するためのノズル製造用焼結装置の一例を示す断面図である。
【図２】一次加圧により成形ダイの中に一次成形体が得られた様子を示す断面図である。
【図３】一次成形体の下端と下方パンチの上面との間に空間が形成された様子を示す断面図である。
【図４】二次加圧の状態を示す断面図である。
【図５】本発明のノズル製造用焼結装置による焼結を行う好ましい態様を示す断面図である。
【図６】本発明のノズル製造用焼結装置による、焼結が終了する時点での状態を示す断面図である。
【図７】本発明のノズルの一例を示す縦断面図である。
【図８】本発明のノズルの他の一例を示す縦断面図である。
【図９】加圧の態様の比較例を示す断面図である。
【図１０】本発明の中子押出し用治具の一例を示す断面図である。
【図１１】従来の放電プラズマ焼結装置の態様を示す説明用断面図である。
【符号の説明】
２：従来の焼結装置
４：成形ダイ
６ａ、６ｂ：パンチ
１２：棒状部材
３１：貫通中空部
３２：ノズル製造装置
３４：成形ダイ
３６：上方パンチ（一の側に位置する筒状のパンチ）
３７：下方パンチ（他の側に位置する筒状のパンチ）
４４：中子
５０、５２：プレス基盤
５３：大径中空部
５４：先細中空部
５６：小径中空部
６３：一次成形体
６４：空間
６９：二次成形物
７０：ノズル
７２：ノズル中空部
７４：上部
７６：中間部：
７８：下部
８０：中子押出し用治具
８２：焼結体（ノズル）
８６：筒状ケース
８８：受け台
９１：押出し棒
９２：中実部
９７：ケース中空部
９８：貫通孔
８８：受け台
１００：挿通孔
１０２：下方パンチ３７の上面（材料対向面）
【図１】
2004168632.tif 000003
【図２】
2004168632.tif 000004
【図３】
2004168632.tif 000005
【図４】
2004168632.tif 000006
【図５】
2004168632.tif 000007
【図６】
2004168632.tif 000008
【図７】
2004168632.tif 000009
【図８】
2004168632.tif 000010
【図９】
2004168632.tif 000011
【図１０】
2004168632.tif 000012
【図１１】
2004168632.tif 000013