(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の貫通孔を有するダイと、該ダイの第一の貫通孔内に挿入され、第二の貫通孔を有する固定パンチと、該固定パンチの第二の貫通孔内に挿入され、先端にテーパー面を介して突出部を有する浮動パンチと、上記ダイの第一の貫通孔内に挿入され、上記浮動パンチの突出部が挿入される凹部又は第三の貫通孔を有する上パンチとからなる、粉末成形プレス装置における上記ダイの第一の貫通孔内に上記固定パンチの一部を挿入するとともに、上記固定パンチの第二の貫通孔内に上記浮動パンチの一部を挿入し、上記ダイ、上記固定パンチ、及び上記浮動パンチで段付き凹部を形成し、該段付き凹部内にセラミック原料粉末を充填した後、上記上パンチを降下させて上記セラミック原料粉末を加圧する際、上記浮動パンチの突出部を上記上パンチの凹部又は上記第三の貫通孔内に挿入し、ついで上記上パンチをさらに降下させて、圧縮完了手前で上記浮動パンチを強制的に降下させた後、上記上パンチを圧縮完了位置まで降下させて上記セラミック原料粉末を加圧することにより、段差部の底面が傾斜した段付き貫通孔を有するセラミック成形体を成形するようにしたことを特徴とする粉末成形方法。
【請求項２】
上記上パンチを降下させるにあたって、上記段付き凹部内に充填した上記セラミック原料粉末よりも上記浮動パンチの突出部が突出するように上記浮動パンチを上昇させることを特徴とする請求項１に記載の粉末成形方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の粉末成形方法により成形した、段差部の底面が傾斜した段付き貫通孔を有するセラミック成形体を焼成することを特徴とする流路部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、段付き貫通孔を有するセラミック成形体を成形するための粉末成形プレス装置及びその粉末成形方法並びにこれを用いた流路部材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、セラミック焼結体を効率良く量産するための粉末成形方法としてプレス成形法が用いられている。
【０００３】
一般的な粉末成形プレス装置のプレス工程の概略を図５（ａ）〜（ｃ）に示す。
【０００４】
まず図５（ａ）に示すように、ダイ３１と下パンチ３３とで形成された凹部３４内にセラミック原料粉末Ｐを充填し、図５（ｂ）に示すように、上パンチ３２を降下させてセラミック原料粉末Ｐを加圧することによりセラミック成形体を成形した後、図５（ｃ）に示すように、上パンチ３２を上昇させるとともに、ダイ３１を下降させ、セラミック成形体Ｓをダイ３１上面まで押し出すことにより取り出すようになっていた。
【０００５】
このように単なる板状の成形体を成形する場合、セラミック成形体の全面にほぼ均一に圧力を加えることができるため、得られたセラミック成形体内部の密度差は小さく、成形時やその後の焼成時におけるセラミック成形体内部の収縮差によるクラックの発生がない品質の良いセラミック焼結体を量産することができるという利点があった。
【０００６】
また、段形状を有するセラミック焼結体に関しては、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、金型を分割し、個別に加圧力を制御することにより、厚みの異なる部分における成形体密度差を抑える工夫がなされていた。
【０００７】
即ち、まず図６（ａ）に示すように、ダイ４１、固定パンチ４３、及び浮動パンチ４４で形成される凹部４５内にセラミック原料粉末を充填する。この際浮動パンチ４４をセラミック成形体の段差にセラミック原料粉末Ｐの圧縮比を乗じた分だけ固定パンチ４３より上昇させておく、次に、図６（ｂ）に示すように、上パンチ４２を降下させてセラミック原料粉末Ｐを加圧するのであるが、この時、加圧力により浮動パンチ４４がセラミック成形体の段差位置まで降下し、平面部と段差部の成形体密度を均一にした後、図６（ｃ）に示すように、上パンチ４２を上昇させるとともに、ダイ４１と浮動パンチ４４を降下させることでダイ４１上面までセラミック成形体Ｓを押し出して取り出すようになっていた。
【０００８】
一方、図４（ａ）〜（ｃ）に示すような段差部の底面が傾斜した段付き貫通孔を有するセラミック製の流路部材２１を製造する場合、図５（ａ）〜（ｃ）に示す粉末成形プレス装置にて板状のセラミック成形体を製作した後、ブラスト加工等にて溝部２２とこの溝部２２に連通する小径の貫通孔２３を形成したものを焼成するか、あるいは射出成形法により成形したものを焼成することにより製造されていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４（ａ）〜（ｃ）に示すようなセラミック製の流路部材２１を製作する場合、図５（ａ）〜（ｃ）に示す粉末成形プレス装置にて成形した板状のセラミック成形体に段付き貫通孔をブラスト加工等にて形成する方法では、形状が安定せず寸法がばらつくこと、及び加工時間がかかること等から製品品質に問題があるとともに、量産には適していなかった。
【００１０】
一方、射出成形法により段差部の底面が傾斜した段付き貫通孔を有するセラミック成形体を成形する場合、このような複雑な形状をしたものでも比較的容易に精度良く成形することができるものの、複雑な製品形状に対応した複雑な形状の金型が必要となり高価なものになってしまうとともに、成形速度が遅いため、量産性が粉末成形プレス装置と比較して劣るといった課題があった。しかも、使用する原料には多量のバインダーが含まれているため、粉末成形プレス装置により成形したセラミック成形体と比較して脱脂に４〜５倍の時間を要し、生産性が悪いといった課題もあった。
【００１１】
そこで、本件発明者は、量産性に優れた図６（ａ）〜（ｃ）に示す粉末成形プレス装置にて図４（ａ）〜（ｃ）に示す段差部の底面が傾斜した段付き貫通孔を有する流路部材２１を成すセラミック成形体を一体的に成形することができないかを検討したが、図４（ａ）〜（ｃ）に示すセラミック成形体の場合、Ａ部に示す段差部底面２４が傾斜しているため、このように成形体の厚みが連続的に変化する成形体を図６（ａ）〜（ｃ）に示すように金型を分割するだけでは段差部底面２４の傾斜部の成形体密度を均一に保つことが難しく、成形クラックが発生したり、焼成時の収縮によって変形してしまうといった課題があった。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の粉末成形方法は、第一の貫通孔を有するダイと、該ダイの第一の貫通孔内に挿入され、第二の貫通孔を有する固定パンチと、該固定パンチの第二の貫通孔内に挿入され、先端にテーパー面を介して突出部を有する浮動パンチと、上記ダイの第一の貫通孔内に挿入され、上記浮動パンチの突出部が挿入される凹部又は第三の貫通孔を有する上パンチとからなる、粉末成形プレス装置における上記ダイの第一の貫通孔内に上記固定パンチの一部を挿入するとともに、上記固定パンチの第二の貫通孔内に上記浮動パンチの一部を挿入し、上記ダイ、上記固定パンチ、及び上記浮動パンチで段付き凹部を形成し、該段付き凹部内にセラミック原料粉末を充填した後、上記上パンチを降下させて上記セラミック原料粉末を加圧する際、上記浮動パンチの突出部を上記上パンチの凹部又は上記第三の貫通孔内に挿入し、ついで上記上パンチをさらに降下させて、圧縮完了手前で上記浮動パンチを強制的に降下させた後、上記上パンチを圧縮完了位置まで降下させて上記セラミック原料粉末を加圧することにより、段差部の底面が傾斜した段付き貫通孔を有するセラミック成形体を成形するようにしたことを特徴とする。
また、本発明の粉末成形方法は、上記構成において、上記上パンチを降下させるにあたって、上記段付き凹部内に充填した上記セラミック原料粉末よりも上記浮動パンチの突出部が突出するように上記浮動パンチを上昇させることを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明の流路部材の製造方法は、上記粉末成形方法により成形した、段差部の底面が傾斜した段付き貫通孔を有するセラミック成形体を焼成することにより、段差部の底面が傾斜した段付き貫通孔を有する流路部材を製造するようにしたことを特徴とする。
【００１５】
【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。
【００１６】
図１（ａ）〜（ｄ）は本発明の粉末成形プレス装置の成形工程を説明するための側面から見た断面図、図２（ａ）〜（ｄ）は本発明の粉末成形プレス装置の成形工程を説明するための正面から見た断面図、図３は本発明の粉末成形プレス装置における各構成部材の作動を示すタイムチャート図である。
【００１７】
この粉末成形プレス装置は、図４（ａ）〜（ｃ）に示すような段付き貫通孔を有する流路部材２１を成すセラミック成形体を一体的に成形するためのもので、１はダイ、２は上パンチ、３は固定パンチ、４は浮動パンチである。
【００１８】
ここで、ダイ１はセラミック成形体の外形を形成するための役割をなし、第一の貫通孔１ａを有している。固定パンチ３はセラミック原料粉末を加圧する役割をなし、ダイ１の第一の貫通孔１ａ内に挿入されるとともに、第二の貫通孔３ａを有している。浮動パンチ４は段差部の底面が傾斜した段付き貫通孔を形成する役割をなし、固定パンチ３の第二の貫通孔３ａ内に挿入されるとともに、その先端には図４（ａ）〜（ｃ）に示すセラミック成形体の段付き部に対応したテーパ面４ｂと、貫通穴２３に対応した突出部４ａを有している。上パンチ２は固定パンチ３と同様にセラミック原料粉末を加圧する役割をなし、ダイ１の第一の貫通孔１ａ内に挿入されるとともに、浮動パンチ４の突出部４ａが挿入される第三の貫通孔２ａを有している。
【００１９】
また、これらダイ１、上パンチ２、固定パンチ３、及び浮動パンチ４は、不図示の回転軸によって一連の動作を行うようになっており、上記回転軸に備える上ラムの回転角によって各構成部材の動きを管理するようになっている。
【００２０】
この粉末成形プレス装置にて図４（ａ）〜（ｃ）に示す流路部材２１を成すセラミック成形体を一体的に成形するには、まず、図３のａ領域において図１（ａ）及び図２（ａ）に示すように、ダイ１の第一の貫通孔１ａ内に固定パンチ３の一部を挿入するとともに、固定パンチ３の第二に貫通孔３ａ内に浮動パンチ４の一部を挿入し、これらダイ１、固定パンチ３、及び浮動パンチ４で段付き凹部８を形成する。
また、この段階では、浮動パンチ４の突出部４ａがダイ１の上面より若干低く位置するように配置され、また上パンチ２は段付き凹部８の上方に配置されている。
【００２１】
そして、段付き凹部８内にセラミック原料粉末を供給し、ダイ１上面まで充填する。
【００２２】
次に、図３のｂ領域において、図１（ｂ）及び図２（ｂ）に示すように、浮動パンチ４を若干上昇させ、浮動パンチ４の突出部４ａの一部をセラミック原料粉末上面より突出させる。この時、同時に上パンチ２を下降させ始める。
【００２３】
次いで、上パンチ４をさらに降下させて上パンチ２の第三の貫通孔２ａに浮動パンチ４の突出部４ａを挿入させるとともに、さらに上パンチ２を徐々に降下させ、セラミック原料粉末を徐々に加圧する。この時、浮動パンチ４も上パンチ２の降下とともに徐々に降下させる。
【００２４】
そして、図３のｃ領域である上パンチ２が圧縮完了手前（下死点手前）まで来た時に、図１（ｃ）及び図２（ｃ）に示すように、浮動パンチ４を強制的に若干降下させた後、上パンチ２を圧縮完了位置（下死点）まで降下させることにより成形を完了する。
【００２５】
このように、上パンチ２の圧縮完了手前（下死点手前）で浮動パンチ４を若干降下させ、さらに上パンチ２を圧縮完了位置（下死点）まで降下させることにより、図４（ｂ）のＡ部におけるセラミック原料粉末を流動化させてセラミック原料粉末の詰まりを良くすることができるため、Ａ部の成形密度とＡ部以外の部分における成形密度を近似させことができる。
【００２６】
しかる後、図３のｄ領域において、図１（ｄ）及び図２（ｄ）に示すように、上パンチ２を上昇させるとともに、ダイ１を下降させることによりセラミック成形体を取り出すようになっている。
【００２７】
このように本発明の粉末成形プレス装置を用いて粉末成形すれば、図４（ａ）〜（ｃ）に示すような段差部の底面が傾斜した段付き貫通孔を有するセラミック成形体でも成形密度のバラツキを抑え、精度の高い段付き貫通孔を有するセラミック成形体を量産することができる。
【００２８】
その為、本発明の粉末成形プレス装置により成形したセラミック成形体を焼成することにより、図４（ａ）〜（ｃ）に示すセラミック製の流路部材２１を破損なく製作することができる。
【００２９】
なお、本実施形態におけるダイ１、上パンチ２、固定パンチ３、浮動パンチ４の形状としては、図１，２に示す形状のものに限定されるものではなく、セラミック成形体の外形や段付き貫通孔の形状にあわせて適宜選択して用いれば良く、本発明の要旨を逸脱しない範囲で改良や変更したものにも適用できることは言う迄もない。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、成形密度のバラツキを抑え、段差部の底面が傾斜した段付き貫通孔を有するセラミック成形体を精度良く量産することができる。
【００３１】
さらに、本発明によれば、上記粉末成形方法により、段差部の底面が傾斜した段付き貫通孔を有するセラミック成形体を成形し、次いで焼成することにより、段差部の底面が傾斜した段付き貫通孔を有する流路部材を製造するようにしたことから、精度の高い流路部材を効率良く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は本発明の粉末成形プレス装置の成形工程を説明するための側面側から見た断面図である。図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は本発明の粉末成形プレス装置の成形工程を説明するための正面側から見た断面図である。
【図３】本発明の粉末成形プレス装置における各構成部材の作動を示すタイムチャート図である。
【図４】段付き貫通孔を有するセラミック製の流路部材を示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ線断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は従来の粉末成形プレス装置におけるプレス工程を側面側から見た断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は従来の他の粉末成形プレス装置におけるプレス工程を側面側から見た断面図である。
【符号の説明】
１：ダイ  １ａ：第一の貫通孔  ２：上パンチ  ２ａ：第三の貫通孔
３：固定パンチ  ３ａ：第二の貫通孔  ４：浮動パンチ  ４ａ：突出部
８：段付き凹部
【図１】
0004054186.tif 000002
【図２】
0004054186.tif 000003
【図３】
0004054186.tif 000004
【図４】
0004054186.tif 000005
【図５】
0004054186.tif 000006
【図６】
0004054186.tif 000007