(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
四弗化エチレン樹脂よりなる粉体を圧縮により成形した円筒状素材（１１）を焼成して円筒状部品を成形する成形方法であって、圧縮成形型（２１）を使用して粉体材料を圧縮成形して、肉厚が１．４〜３．０ｍｍの円筒状素材（１１）を成形し、ついで前記圧縮成形型（２１）より前記円筒状素材（１１）を取り出す工程と、円筒状の外径面を備え、熱の影響を受けても形状及び寸法が四弗化エチレン樹脂より変りにくい、前記円筒状素材（１１）の内径寸法より小さな外径寸法を備えた剛材製の内挿部材として中空のパイプ（３１）を用い、前記パイプ（３１）を前記円筒状素材（１１）の内周に挿入し、前記円筒状素材（１１）とパイプ（３１）との間に、前記円筒状素材（１１）の内径寸法の０．１〜０．４％の大きさの径方向間隙を設定した状態で前記円筒状素材（１１）をガラス転移点以上の温度で焼成する工程と、焼成後の温度低下により前記円筒状素材（１１）を径方向に収縮させ、前記円筒状素材（１１）を前記パイプ（３１）に抱きつかせることにより、前記円筒状素材（１１）の径方向寸法精度を向上させる工程と、収縮後に前記パイプ（３１）を前記円筒状素材（１１）の内周から抜き出す工程とを有し、前記円筒状素材（１１）の収縮を前記パイプ（３１）が抑えることを特徴とする円筒状部品の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉体圧縮により成形した円筒状素材を焼成して円筒状部品を成形する円筒状部品の成形方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
所定の粒径を備えた四弗化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）等よりなる粉体を成形材料として円筒状部品を成形する場合、先ず、粉体材料を圧縮成形して円筒状素材を成形し、次いで、この円筒状素材を焼成して円筒状部品を成形している。
【０００３】
しかしながら、従来の成形方法では、前半の粉体圧縮成形工程において、円筒状素材の高さ方向（軸方向）の圧力分布が不均一になることが多く、よってこれを原因として、焼成後における円筒状部品の径寸法にばらつきが発生している。そして、この径寸法のばらつきは特に、円筒状素材の肉厚が１．４〜３．０ｍｍ前後の比較的薄い場合に、圧力分布不均一の影響を大きく受けるために、顕著に発生している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上の点に鑑み、粉体圧縮により成形した円筒状素材を焼成して円筒状部品を成形する円筒状部品の成形方法において、焼成後における円筒状部品の径寸法精度を高めることが可能な円筒状部品の成形方法を提供することを目的とする。
【０００５】
また併せて、この円筒状部品の成形方法の実施に使用されるのに適した内挿部材を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１による円筒状部品の成形方法は、四弗化エチレン樹脂よりなる粉体を圧縮により成形した円筒状素材（１１）を焼成して円筒状部品を成形する成形方法であって、
圧縮成形型（２１）を使用して粉体材料を圧縮成形して、肉厚が１．４〜３．０ｍｍの円筒状素材（１１）を成形し、ついで前記圧縮成形型（２１）より前記円筒状素材（１１）を取り出す工程と、円筒状の外径面を備え、熱の影響を受けても形状及び寸法が四弗化エチレン樹脂より変りにくい、前記円筒状素材（１１）の内径寸法より小さな外径寸法を備えた剛材製の内挿部材として中空のパイプ（３１）を用い、前記パイプ（３１）を前記円筒状素材（１１）の内周に挿入し、前記円筒状素材（１１）とパイプ（３１）との間に、前記円筒状素材（１１）の内径寸法の０．１〜０．４％の大きさの径方向間隙を設定した状態で前記円筒状素材（１１）をガラス転移点以上の温度で焼成する工程と、焼成後の温度低下により前記円筒状素材（１１）を径方向に収縮させ、前記円筒状素材（１１）を前記パイプ（３１）に抱きつかせることにより、前記円筒状素材（１１）の径方向寸法精度を向上させる工程と、収縮後に前記パイプ（３１）を前記円筒状素材（１１）の内周から抜き出す工程とを有し、前記円筒状素材（１１）の収縮を前記パイプ（３１）が抑えることを特徴とするものである。
【０００９】
上記工程および内容を備えた本発明の成形方法のように、円筒状の外径面を備えるとともに円筒状素材の内径寸法より小さな外径寸法を備えた剛材製の内挿部材を円筒状素材の内周に挿入した状態で円筒状素材を焼成すると、焼成後の温度低下による冷却ないし収縮過程において円筒状素材が径方向に収縮するが、円筒状素材がその内径面をもって内挿の外径面に抱き付いた状態で円筒状素材の収縮が停止される。したがって円筒状素材の内径面が内挿部材の外径面に倣った形状および寸法に成形されることになり、これにより円筒状部品の径寸法精度を向上させることが可能となる。内挿部材には、所定の硬度を備えるとともに熱の影響を受けても形状および寸法が変わりにくいものを使用し、例えば、高精度加工されたステンレス製のパイプを使用するのが好適である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
つぎに本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
【００１１】
当該実施形態に係る円筒状部品の成形方法は、所定の粒径を備えたＰＴＦＥよりなる粉体（粉粒体または粒体とも称する）を成形材料として円筒状の部品を成形するものであって、以下の工程を有している。
【００１２】
第一工程・・・すなわち先ず、図１（Ａ）に示すように、圧縮成形型２１を使用して粉体材料１を圧縮成形して円筒状素材を成形する。図示した圧縮成形型２１は、外型（シリンダまたはＣ型とも称する）２２と、この外型２２との間に型隙間２４を形成する内型（マンドレルまたはＭ型とも称する）２３と、型隙間２４に配置される下型（ワッシャまたはＷ型とも称する）２５と、型隙間２４に充填される粉体材料１を加圧する上型（パンチまたはＰ型とも称する）２６とを備えている。
【００１３】
第二工程・・・次いで、同図（Ｂ）に示すように、圧縮成形型２１から円筒状素材１１を取り出し、この素材１１の内周に内挿部材であるパイプ３１を挿入する。パイプ３１は、図２に拡大して示すように円筒形を呈しており、以下のようにステンレス（ＳＵＳ３０４）の母材を一次加工し、更に外径面を研磨することにより高精度に加工されている。但し、以下の寸法数値は、単なる一例である。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
第三工程・・・次いで、円筒状素材１１の内周にパイプ３１を挿入した状態で、図示しない焼成装置を使用して高熱で円筒状素材１１を焼成する。
【００１６】
第四工程・・・次いで、図１（Ｃ）に示すように、焼成装置から円筒状素材１１をパイプ３１とともに取り出し、これを冷却して径方向に収縮させ、この円筒状素材１１をパイプ３１の外周に全周に亙って抱き付かせる。冷却の方法は自然冷却を含むものである。
【００１７】
第五工程・・・次いで更に、同図（Ｄ）に示すように、円筒状素材１１の内周からパイプ３１を引き抜き、以上の工程をもって円筒状部品を成形する。
【００１８】
ＰＴＦＥの粉体圧縮成形では、円筒状素材１１が薄肉であればあるほど、素材１１の高さ方向（軸方向）に圧力が伝わりにくく、焼成後の径寸法精度を得ることが難しくなる（素材高さ方向圧力と径寸法は比例する）。ここで言う薄肉とは１．４〜３．０ｍｍの範囲を示しており、１．４ｍｍより薄いものは、素材１１を離型するときの壁面抵抗が強く、離型が困難となる（素材高さ５０ｍｍ以上の場合）。また３．０ｍｍ以上は、素材高さ方向への圧力が伝わり易くなるので、薄肉の範囲から除外している。
【００１９】
上記したように本発明による成形方法は、薄肉の円筒状素材１１を焼成する際に径寸法精度を向上させるべく、素材１１の内周にパイプ３１を挿入するものであって、このとき、焼成前の素材１１の内径面とパイプ３１の外径面との間に焼成前の素材１１の内径寸法の０．１〜０．４％に相当する大きさの径方向間隙（図示せず）を設定する。すなわちパイプ３１の外径寸法を素材１１の内径寸法より０．１〜０．４％ほど小さくする。径方向間隙の大きさをこのように０．１〜０．４％の値に設定するのは、パイプ３１を素材１１に傷を付けることなく挿入するためと、焼成後の径寸法精度を高めるためである。また焼成後は、素材１１が高さ方向に伸びるために、パイプ３１の高さを素材１１の高さの１．１倍以上とすることが必要である。またパイプ３１の肉厚は１〜２ｍｍ程あれば十分であって、これにより軽量化および省材化に貢献することができる。
【００２０】
図３は、焼成時の寸法変化率を示している。この図３は、素材１１とパイプ３１との間の径方向間隙の大きさが零の場合を示している。そして同図に示されているように、パイプ３１には焼成の前後で寸法変化が見受けられない。これに対して素材１１の方は、焼成中の寸法変化が大きく、焼成後は焼成前より寸法が小さくなる（径方向寸法変化に相当する）。焼成後の素材１１の寸法変化率はその材質や圧力によって異なるものである。また粉体圧縮においては、成形圧が一定であっても、素材１１の高さ方向で圧力分布が生じるものである。図４に肉厚が２ｍｍの場合の例を示す。素材１１の高さ方向の圧力は４００〜２２００ｋｇｆ／ｃｍ２であり、素材１１の高さ方向でのばらつきが大きくなっている。図３の寸法変化率データは、圧力１０００ｋｇｆ／ｃｍ２一定で作成したテストピースを使用した結果であり、圧力が高くなると、寸法変化率は更に小さくなる。また寸法変化率は材質によっても異なるものであり、その一例を図５に示す。素材１１の高さ方向の全てにおいて焼成時に素材のガラス転移点（１３０℃前後）以上の温度で素材１１とパイプ３１とを接触させる必要があるために、素材１１の内周面とパイプ３１の外周面との間の間隙の大きさを小さく設定している。素材１１とパイプ３１の隙間（すきま）許容値は、図３に示すとおり、ガラス転移点１３０℃における素材寸法変化率とパイプ寸法変化率との関係で決まることになる。そして素材１１の高さ方向の圧力分布や材質の違いを考慮し、またパイプ３１の入れ易さを考慮して、径方向隙間の大きさを上記したように０．１〜０．４％の値に設定したものである。
【００２１】
以上のように、円筒状素材１１の内周にパイプ３１を挿入した状態で円筒状素材１１を焼成し、その後、この素材１１を冷却により収縮させてパイプ３１に抱き付かせることにより、円筒状部品の径寸法精度を向上させることが可能となる。例えば、素材１１の高さが５０ｍｍの場合、薄肉の円筒状素材１１をパイプ無しで焼成すると、その径寸法精度は±０．２ｍｍが限度であったが、本発明方法のように円筒状素材１１の内周にパイプ３１を入れて、このパイプ３１によって寸法管理を行なうと、±０．０５ｍｍまで円筒状部品の径寸法精度を向上させることが可能である。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は、以下の効果を奏する。
【００２３】
すなわち、円筒状の外径面を備えるとともに円筒状素材の内径寸法より小さな外径寸法を備えた剛材製の内挿部材（パイプ）を円筒状素材の内周に挿入した状態で円筒状素材を焼成し、焼成後の温度低下による円筒状素材の収縮を内挿部材（パイプ）によって抑えるようにしたために、円筒状素材の内径面の形状および寸法を内挿部材（パイプ）の外径面の形状および寸法と同じに成形することが可能となる。したがって予め内挿部材（パイプ）の径寸法を高精度に加工しておくことにより、これに倣う円筒状部品の径寸法精度を向上させることができる。
【００２４】
またこれに加えて、請求項２においては、粉体が四弗化エチレン樹脂であって円筒状素材の肉厚が１．４〜３．０ｍｍと薄肉である場合にも、円筒状部品の径寸法精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る成形方法の工程説明図
【図２】内挿部材であるパイプの断面図
【図３】ＰＴＦＥ素材テストピースによる焼成時の寸法変化率を示すグラフ図
【図４】肉厚２ｍｍテストピースによる素材の高さ方向の圧力分布を示すグラフ図
【図５】素材に作用する圧力と寸法変化率の関係を示すグラフ図
【符号の説明】
１  粉体材料
１１  円筒状素材
２１  圧縮成形型
２２  外型
２３  内型
２４  型隙間
２５  下型
２６  上型
３１  パイプ（内挿部材）
【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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