(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スリーブと、当該スリーブの内周面を摺動して内容物を圧縮する、一対のパンチとを有するプレス型であって、
当該パンチの各々は、金属製の軸部と、当該軸部に固定されるセラミック製のヘッドとを有していて、
当該軸部の径が当該ヘッドの径より小さく、当該ヘッドの縁であって当該軸部に固定される側にあるものが面取りされていることを特徴とするプレス型。
【請求項２】
当該ヘッドが実質的に部分安定化ジルコニア、窒化珪素、サイアロン又は炭化珪素から構成されていることを特徴とする請求項１に記載のプレス型。
【請求項３】
当該スリーブは、金属製スリーブと、当該金属製スリーブの内側に固定されるセラミック製スリーブとを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のプレス型。
【請求項４】
当該スリーブは、金属製スリーブと、当該金属製スリーブの内側に固定されるセラミック層とを有し、当該セラミック層が、２以上のセラミック部材を有し、当該セラミック部材が交わって当該セラミック層の内周面に角を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載のプレス型。
【請求項５】
当該セラミック部材の少なくとも１つは、厚さが実質的に一定の板形状を有することを特徴とする請求項４に記載のプレス型。
【請求項６】
当該金属製スリーブ及び当該セラミック層を、これらの一対の端面で、挟む一対の保護層を有し、当該保護層の各々は、当該パンチが貫通できる穴を形成するための内周面を有することを特徴とする請求項４又は５に記載のプレス型。
【請求項７】
当該保護層の当該穴の径が当該パンチの圧縮方向に小さくなるように、当該保護層の当該内周面が形成されることを特徴とする請求項６に記載のプレス型。
【請求項８】
当該金属製スリーブと当該セラミック層との間の少なくとも一部には、当該金属製スリーブと当該セラミック層とを固定するための接着層を有することを特徴とする請求項４〜７の何れかに記載のプレス型。
【請求項９】
請求項１〜８の何れかに記載のプレス型を用い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、パンチのヘッドをセラミックスで形成した、耐摩耗性、耐食性に優れたプレス型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プレス型は、スリーブの内周面を一対のパンチが摺動して粉体等の内容物を圧縮して成形等するものである。そして、プレス型を使用するに従って、特にセラミックス粉末等の硬い粉末を成形するために使用するに従って、スリーブの内周面及びパンチの外周面が磨耗して、スリーブの内周面とパンチの外周面との間に隙間が生じ、成形体の縁にその隙間の形状に相当するバリが発生する場合がある。また、パンチのプレス面が磨耗して、成形体の寸法が変動する場合がある。
【０００３】
そこで、これらの問題を解決するため、実開昭６１−１９０３２１号は、上・下パンチ及びスリーブ等の本体部は鋳鉄等の金属材料で作製し、スリーブの摺動部及び上・下パンチのヘッドにアルミナを主成分とする無機質材にを用いることを提案する。確かに、アルミナは硬い材料であるが、アルミナは靱性が低いため、摺動部が欠け易く、プレス圧で破損し易い。
また、特開平６−２７７７７０号公報は、スリーブの摺動部及び上・下パンチのヘッドに、Ｓｉ3 Ｎ4 、サイアロン、部分安定化ジルコニア、ＳｉＣ又はＡｌ2 Ｏ3 （アルミナ）、望ましくはＳｉ3 Ｎ4 、サイアロン又は部分安定化ジルコニアを用いることを提案する。
更に、特願平７−２１９５号は、上・下パンチのヘッドにセラミックスを用いるのみならず、上・下パンチの金属製の軸部の周面等もセラミック層で被覆することを提案する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図８（ａ）で、従来のパンチでは、セラミック製ヘッド６４の周面６４ｓ及び金属製軸部６２の周面６２ｓが面一に形成されていた。そして、かかるパンチを使用していくと、ヘッド６４のセラミックスの方が軸部６２の金属より硬いので、スリーブ６８の内周面６８ｓとの摺動により、図８（ｂ）に示すように、軸部６２の方がヘッド６４より磨耗し、ヘッド６４の縁６４ｅが軸部６２の周面６２ｓより軸の垂直方向に出っ張てくる。更に、パンチを使用していくと、図８（ｃ）に示すように、ヘッド６４の縁６４ｅがかじり等のために破損してしまう。
【０００７】
また、特開平６−２７７７７０号公報では、外側の金属製スリーブと内側のセラミック製スリーブとは、締まりばめで固定されていた。従って、スリーブが円筒形状の場合には、セラミック製スリーブに均一に応力がかかり、両者を固定することができる。
しかし、直方体等の多角柱形状を有する成形体を得る場合など、スリーブの内周面が軸方向に伸びる角部を有する場合には、締まりばめでセラミック製スリーブを固定することが難しかった。また、セラミック製スリーブに応力が均一にかからず、局所的な応力集中が発生し易く、セラミック製スリーブが破損する場合があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明では、金属製軸部の径をセラミック製ヘッドより小さくして、セラミック製ヘッドの縁を面取りすることにより、セラミック製ヘッドの破損を防止することにした。
【００１１】
本発明によれば、スリーブ（１０）と、当該スリーブの内周面を摺動して内容物を圧縮する、一対のパンチ（２０、３０）とを有するプレス型であって、当該パンチの各々は、金属製の軸部と、当該軸部に固定されるセラミック製のヘッド（２４、３４）とを有していて、当該軸部の径が当該ヘッド（２４、３４）の径より小さく、当該ヘッドの縁（２４ｅ、３４ｅ）であって当該軸部に固定される側にあるものが面取りされていることを特徴とするプレス型が提供される。
本発明において、当該ヘッド（２４、３４）が実質的に部分安定化ジルコニア、窒化珪素、サイアロン又は炭化珪素から構成されていることが好ましく、特に実質的に部分安定化ジルコニアから構成されていることが好ましい。
また、当該スリーブ（１０）が、金属製スリーブ（１２）と、当該金属製スリーブの内側に固定されるセラミック製スリーブ（１４）とを有していることが好ましい。
【００１２】
また、本発明において、当該スリーブ（７０）は、金属製スリーブ（７２）と、当該金属製スリーブの内側に固定されるセラミック層（７４）とを有し、当該セラミック層が、２以上のセラミック部材（７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄ）を有し、当該セラミック部材が交わって当該セラミック層の内周面に角（７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、７５ｄ）を形成することが好ましい。
更に、当該セラミック部材の少なくとも１つは、厚さが実質的に一定の板形状を有することが好ましい。
更にまた、当該金属製スリーブ及び当該セラミック層を、これらの一対の端面で、挟む一対の保護層（７８、７９）を有し、当該保護層の各々は、当該パンチが貫通できる穴を形成するための内周面（７８ｓ、７９ｓ）を有することが好ましい。
また、当該保護層の当該穴の径が当該パンチの圧縮方向に小さくなるように、当該保護層の当該内周面が形成されることが好ましい。
更に、当該金属製スリーブと当該セラミック層との間の少なくとも一部には、当該金属製スリーブと当該セラミック層とを固定するための接着層（７６）を有することが好ましい。
更に本発明によれば、上記のプレス型を用いることを特徴とする成形体の製造方法が提供される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のプレス型の一実施例を示す断面説明図である。プレス型は、スリーブ１０及びパンチ２０、３０を有する。パンチ２０は、パンチ３０と近似する構造であるので、説明の便宜上、パンチ３０を中心に説明する。
図２はパンチ３０についての説明図である。図３は、図２のＢ−Ｂ’の断面図である。図４は、図１のＡの断面拡大図である。
【００１４】
パンチ２０、３０の各々は、金属製の軸部２２、３２と、当該軸部に固定されているセラミック製のヘッド２４、３４とを有する。ヘッド２４、３４は、プレス面２６、３６で内容物に接触する。プレス面２６、３６がセラミックスから構成されているので、プレス面が磨耗等し難くなる。
プレス面３６は、平面３６ａと、平面３６ａに連続する斜面３６ｂ、３６ｃと、斜面３６ｂ、３６ｃにそれぞれ連続する平面３６ｄ、３６ｅとを有する。平面３６ａは、斜面３６ｂ、３６ｃにそれぞれ辺３８ａ、３８ｂで交わっている。斜面３６ｂは平面３６ｄに辺３８ｃで交わり、斜面３６ｃは平面３６ｅに辺３８ｄで交わる。また、プレス面３６の縁には突起部３７が形成されていて、プレス面３６は、更に突起部３７の表面３７ａ、３７ｂを包含し、表面３７ａと表面３７ｂは辺３７ｃで交わる。
【００１５】
本発明では、平面３６ａ、斜面３６ｂ、３６ｃ、平面３６ｄ、３６ｅ、表面３７ａ、３７ｂの表面粗さＲaが焼成面のままで０．６μｍ以下であり、好ましくは０．３μｍ以下であり、更に好ましくは０．２μｍ以下である。表面粗さが小さくなるに従って、プレスをした際に原料がヘッドのプレス面に付着し難くなり、メンテナンスが容易になる。
「焼成面」とは、セラミック成形体を焼成してヘッドを製造した際に、更に研磨加工等の仕上げ加工をしていない状態をいう。
表面粗さＲaとは、ＪＩＳ  Ｂ０６０１に定める中心線平均粗さをいい、表面の形状を表す粗さ曲線ｆ（ｘ）の絶対値の平均に相当する。一般には、表面粗さ測定器に表示される目盛りから直読する。
【００１６】
辺３８ｃ、３８ｄでは、斜面３６ｂ、３６ｃと平面３６ｄ、３６ｅとが交わる空間の角度が約２１０度で１８０度より大きく、仕上げ加工等により従来でも辺３８ｃ、３８ｄの曲率を２ｍｍ以下にすることが容易にできた。
これに対して、辺３８ａ、３８ｂでは、平面３６ａと斜面３６ｂ、３６ｃとが交わる空間の角度が約１５０度で１８０度より小さく、従来では、辺３８ａ、３８ｂの曲率を２ｍｍ以下にすることは非常に困難であった。また、突起部３７の表面３７ｂは、平面３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３６ｅに辺３８ｅでほぼ９０度に交わっていて、従来では、辺３８ｅの曲率を２ｍｍ以下にすることは非常に困難であった。
しかし、本発明では、仕上げ加工をすることなく、焼成面のままでプレス面の形状を付与することができるので、辺３８ｃ、３８ｄのみならず、辺３８ａ、３８ｂ、３８ｅにおいても曲率を２ｍｍ以下にすることができ、曲率を１ｍｍ以下にすることもできる。また、辺３８ｃ、３８ｄにおける仕上げ加工を省略することができる。
なお、「辺」は、面と面とが交わって形成されるが、面は平面に限られず、曲面をも包含する。
【００１７】
ヘッド２４、３４は、それぞれ軸部２２、３２に締まりばめにより固定されている。ここで、締りばめとは、軸部２２、３２の凹部２３、３３の内周面２３ｓ、３３ｓと、ヘッド２４、３４の凸部２５、３５の外周面２５ｓ、３５ｓとの間に締めしろがあるものをいい、収縮ばめとも呼ばれる加工法である。締りばめは、部材の熱収縮を利用して互いに締結する方法で、これには焼きばめと冷却ばめとがある。
【００１８】
図１、図２、図３及び図４では、軸部３２の周面３２ｓにおける径が、ヘッド３４の周面３４ｓにおける径より小さい。そして、軸部３２に固定される側にあるヘッド３４の縁３４ｅが面取りされている。これにより、図８に示すように、軸部５４の周面５４ｓが磨耗することにより、軸部５４の縁５４ｅが欠けることを防止することができる。
また、図４にあるように、ヘッド３４の端面３４ｔと縁３４ｅの表面とが交わる辺３４ａが、軸部３２の凹部３３の周面３３ｔに交わることが好ましい。
【００１９】
図１では、スリーブ１０は、金属製スリーブ１２及びセラミック製スリーブ１４とを有する。しかし、スリーブが、金属製スリーブとセラミック製スリーブとの２層構造である必要はなく、セラミック製スリーブを設けることなく金属製スリーブのみから構成されていてもよい。
金属製スリーブ１２は、フランジ１３が設けられた筒形状を有する。セラミック製スリーブ１４は金属製スリーブ１２の内周面１２ｓに固定されている。セラミック製スリーブ１４が金属製スリーブ１２に締りばめ、接着等により固定されていることが好ましい。
【００２０】
セラミック製スリーブ１４の軸方向の長さは、金属製スリーブ１２の軸方向の長さより若干短く、セラミック製スリーブの両端面が当該金属製スリーブの両端面より軸方向に内側に位置することいことが好ましい。具体的には、セラミック製スリーブ１４の軸方向の長さが金属製スリーブ１２の軸方向の長さの９７〜９９．５％であることが好ましい。セラミック製スリーブ１４の両端面に、特に金属製スリーブ１２と接触する隅角部には応力が集中してクラックが発生し易いので、この配置により隅角部にかかる応力を軽減することができる。
【００２１】
一対のパンチ２０、３０がセラミック製スリーブ１４の内周面１４ｓを摺動して内容物を圧縮する。セラミック製スリーブ１４の内周面１４ｓ、セラミック製ヘッド２４、３４の周面２４ｓ、３４ｓの表面粗さＲaは０．６μｍ以下であることが好ましく、０．４μｍ以下であることが更に好ましい。これにより、一対のパンチ２０、３０がスリーブ１０の内周面１４ｓを円滑に摺動することができる。
【００２２】
図５では、図１及び図２と異なって、軸部３２の周面３２ｓとヘッド３４の周面３４ｓとが面一に形成されている。それ以外の事項は、図１及び図２と同様である。
【００２３】
図６では、ヘッド４４のプレス面４６に溝４６ａ、溝４６ｂが形成されている。溝４６ａ、４６ｂは突起部４７の表面４７ｂより延びているが、端部４６ｄまでは延びていない。溝４６ａの断面は四角形の形状を有し、溝４６ｂの断面は円弧形状を有する。溝の断面形状には制限がない。また、突起部４７の角には、切り欠き部４９が形成されている。
従来では、溝４６ａにおける辺４８ｃ、４８ｄの曲率を２ｍｍ以下にすることは非常に困難であった。しかし、本発明では、辺４８ｃ、４８ｄの曲率を２ｍｍ以下にすることができ、１ｍｍ以下にすることもできる。
本発明では、溝４６ａ、４６ｂと平面４６ｃとが交わる辺４８ａ、４８ｂ、及び、突起部の表面４７ａと切り欠き部４９とが交わる辺４９ａにおいて、仕上げ加工等をすることなく、２ｍｍ以下の曲率を得ることができる。なお、辺４８ｂは、曲面と平面とが交わって形成されている。
【００２４】
図６では、プレス面４６に溝が形成されていたが、溝の代わりに隆起部が形成されていてもよい。溝４６ａ、４６ｂは平面４６ｃより窪んで形成されていたが、隆起部は平面４６ｃより隆起することにより形成され、溝４６ａ、４６ｂと同様な断面形状を有していてもよい。
【００２５】
図７で、ヘッド５４のプレス面５６は、表面が石のような肌触りを有するセラミックタイルを得るために、表面粗さＲaより粗い凹凸を形成している。石にような肌触りを得るためには、表面が巨視的な粗さを有する必要があるが、かかる巨視的な粗さを成形体に付与するためには、プレス面はそれよりも微細な粗さを有していて、かかる巨視的な粗さを繰り返し成形体に再現しうる必要がある。そこで、ヘッド５４のプレス面５６は、表面粗さＲaより粗いが、一般的には微細な凹凸が形成されている。
【００２６】
セラミック製ヘッド及びセラミック製スリーブに用いるセラミックスは、特にその種類を限定するものではない。窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）、サイアロン、部分安定化ジルコニア、ＳｉＣ等の耐摩耗性、耐食性に優れたものが好ましく、この中では、Ｓｉ3 Ｎ4 、サイアロン、部分安定化ジルコニアが更に好ましく、部分安定化ジルコニアが更になお好ましい。部分安定化ジルコニアは、窒化珪素、サイアロン等と比べても、焼成面の表面粗さを小さくし易いからである。
【００２７】
本発明の製造方法では、成形面を有するマスターモデルを用いて、プレス面を有するセラミック成形体を製造する。成形体のプレス面は、マスターモデルの成形面の形状が転写された形状を有する。一般には、２０〜３００μｍに造粒されたセラミック粉末をマスターモデルによりプレス成形することによりかかる成形体が得られる。ここで、マスターモデルは、機械加工、放電加工及びラップ仕上げにより製造することができ、ラップ仕上げでは、成形面の表面粗さＲaを０．１μｍ以下に形成することができる。必要であれば、焼結前に、セラミック成形体に白加工を行い、凸部２５の寸法等を調製する。
【００２８】
セラミック成形体を焼結する際には、通常の焼結を行えばよい。焼結温度、雰囲気等は、セラミックスに応じて適宜選択される。例えば、部分安定化ジルコニアの場合には、大気中、１，４００〜１，５００℃で焼結することが好ましい。
本発明では、セラミック焼結体たるヘッドのプレス面について、砥石による研削加工等をすることなく、金属製の軸部に固定して、プレス型用パンチを製造することができる。具体的には、ヘッド２４、３４は、それぞれ軸部２２、３２に締まりばめにより固定することができる。
【００２９】
図９では、スリーブ７０は、金属製スリーブ７２及びセラミック層７４を有する。金属製スリーブ７２は、一方の端面７２ｓから他方の端面７２ｔを軸方向に貫く穴を形成する。図９では、この穴は四角柱形状を有する。しかし、本発明では、セラミック部材の内周面が角を形成する限り、金属製スリーブ７２の穴形状は制限されない。
【００３０】
セラミック層７４は、４つのセラミック部材７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄから構成され、各々のセラミック部材は隣のセラミック部材と交わって内周面７４ｕに４つの角を形成する。例えば、セラミック部材７４ａとセラミック部材７４ｂとが交わって内周面に角７５ａを形成する。同様に、セラミック部材７４ｂとセラミック部材７４ｃとが交わって内周面７４ｕに角７５ｂを形成する。２以上のセラミック部材が交わって摺動面たる内周面に角を形成するので、角を有するスリーブの応力集中を防止することができる。
セラミック層７４の内周面７４ｓにおける角７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、７５ｄは、スリーブの軸方向に伸びることが好ましい。これにより、スリーブの軸方向に角を有する成形体、例えば、多角柱の形状を有する成形体も容易に得ることができる。
【００３１】
図９では、金属製スリーブ７２の内周面には、接着剤７６を充填するために、軸方向に溝７３が形成され、接着層７６によりセラミック部材７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄと金属製スリーブ７２とを固定する。
しかし、本発明では、金属製スリーブ７２とセラミック部材７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄとを固定する手段は、接着に限定されない。例えば、各々のセラミック部材と金属製スリーブとをボルト、ネジ等の締結具で固定してもよい。この場合、ボルト、ナット等はセラミック層７４の内周面７４ｕから突出しないように、セラミック部材の内部に埋める必要がある。また、一対の保護層７８、７９が金属製スリーブ７２及びセラミック層７４を挟む場合には、この保護層７８、７９とセラミック層とを互いにはめ込む形状に形成して、両者を組み合わせることにより、セラミック層７４を固定してもよい。例えば、各々のセラミック部材７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄの両端面７４ｓ、７４ｔに凸部を形成し、保護層７８、７９にはこの凸部に対応する形状の凹部を設けても良い。
【００３２】
図９では、保護層７８が、金属製スリーブ７２の端面７２ｓ及びセラミック層７４の端面７４ｓを被覆し、保護層７９が、金属製スリーブ７２の端面７２ｔ及びセラミック層７４の端面７４ｔを被覆する。即ち、一対の保護層７８、７９が、金属製スリーブ７２及びセラミック層７４を、これらの一対の端面で挟んでいる。保護層７８、７９には、パンチが貫通できるように穴が形成され、内周面７８ｓ、７９ｓが穴を付与する。
保護層７８、７９の内周面７８ｓ、７９ｓは、穴の径がパンチの圧縮方向７１ａ、７１ｂに小さくなるように、テーパをつけることが好ましい。これにより、パンチをセラミック層７４の内周面７４ｕに滑らかに導くことができる。
しかし、本発明で、保護層７８、７９は必須の要件ではなく、保護層７８、７９の内周面７８ｓ、７９ｓの代わりに、セラミック層７４の内周面７４ｕがテーパをつけてもよい。
【００３３】
また、保護層は、金属製スリーブ７２の端面７２ｓ、７２ｔ及びセラミック層７４の端面７４ｓ、７４ｔの全てを被覆する必要はなく、端面７２ｓ、７２ｔ、７４ｓ、７４ｔの一部を被覆してもよい。
保護層は、金属製でもよいし、セラミック製でもよい。金属製の場合には、パンチがスリーブに挿入される際の衝撃を緩和することができる。セラミック製、特に、パンチのヘッド、セラミック製スリーブ等と同様のセラミック製の場合には、金属製スリーブ７２の端面７２ｓ、７２ｔが腐食すること等を防止することができる。
一対の保護層７８、７９は、ボルト等の締結具７７により、金属製スリーブ７２に固定してもよく、図９（ｂ）では、ボルト等の締結具７７を貫通するために、金属製スリーブ７２には、軸方向に伸びる貫通孔が形成される。保護層７８、７９は、接着など他の手段で固定されてもよいことはいうまでもない。
【００３４】
本発明では、セラミック層の内周面に角を形成するようにセラミック部材が交わる態様は制限されない。図９（ｂ）では、セラミック部材７４ａの端面７４ｅがセラミック部材７４ｂの側面７４ｆに接触し、セラミック部材７４ａの端面７４ｅ、セラミック部材７４ｂの端面７４ｇ及び金属製スリーブ７２の内周面７２ｕが隙間を形成する。
図１０（ａ）では、図９（ｂ）と同様に、セラミック部材７４ａの端面７４ｅがセラミック部材７４ｂの側面７４ｆに接触する。しかし、金属製スリーブ７２の内周面７２ｕとの間には隙間が形成されていない。図１０（ｂ）では、セラミック部材７４ａの端面７４ｅがセラミック部材７４ｇの側面７４ｆと面一であり、かつ、セラミック部材７４ｂの端面７４ｇがセラミック部材７４ａの側面７４ｈと面一である。また、金属製スリーブ７２の内周面７２ｕとの間には、隙間が形成されている。図１０（ｃ）では、セラミック部材７４ａの側面７４ｉがセラミック部材７４ｂの端面７４ｇと面一である。
【００３５】
図１１では、スリーブ８０は、金属製スリーブ８２及びセラミック層８４を有する。セラミック層８４は、５つのセラミック部材８４ａ、８４ｂ、８４ｃ、８４ｄ、８４ｅから構成され、内周面８４ｓに４つの角８５ａ、８５ｂ、８５ｃ、８５ｄを形成する。
セラミック部材８４ａ、８４ｃ、８４ｄ、８４ｅは板形状を有し、各々の部材では、厚さが実質的に一定である。セラミック部材８４ａ、８４ｄ、８４ｅは平板であり、何ら湾曲していない。これに対して、セラミック部材８４ｃは平板ではなく、湾曲している。
【００３６】
本発明において、「角」は、セラミック部材８４ｂとセラミック部材８４ａ又はセラミック部材８４ｃとが交わり、内周面に形成する角８５ａ又は角８５ｂを包含する。更に、「角」は、曲率が２ｍｍ以下のものをも包含する。
しかし、セラミック部材８４ｃ及びセラミック部材８４ｄは、継ぎ目８７における内周面８４ｓで滑らかに連続するので、セラミック部材８４ｃとセラミック部材８４ｄとでは角を形成しない。
図１１では、接着層８６が金属製スリーブ８２の内周面８２ｓとセラミック層８４の外周面８４ｔとの間を充填し、両者を接着して固定する。
図１２は、図１のプレス型の変形例を示す。セラミック製スリーブ１４が、接着層１６により金属製スリーブ１２に固定される。また、セラミック製スリーブ１４の端面、接着層１６の端面及び金属製スリーブ１２の端面の一部に、連続的に保護層１８ａ、１８ｂが被覆されている。
【００３７】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づき更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１〜３及び比較例１）
実施例１〜３及び比較例１では、マスターモデルの成形面の表面粗さＲa及びヘッド２４、２４のプレス面２６、３６の焼成面のままにおける表面粗さＲaを変化させた。即ち、実施例１〜３及び比較例１において、パンチ２０、３０は異なるが、スリーブは同じものを用いた。
図５に示すパンチ２０、３０を作成した。即ち、軸部２２、３２の周面２２ｓ、３２ｓとヘッド２４、３４の周面２４ｓ、３４ｓとを面一に形成した。
高さが１００ｍｍである柱形状の合金工具鋼ＳＫＤ１１より軸部２２、３２を作製した。軸部２２、３２の水平断面形状は長方形であり、長方形の長辺に平行に幅１８ｍｍの溝が形成されるように軸部２２、３２の一方の端面を機械加工して、凹部２３、３３を形成した。この凹部２３、３３の幅の公差は−０．０２〜０ｍｍである。
【００３８】
一方、ヘッド２４、３４を作成した。平均粒径が０．５μｍの酸化ジルコニウム粉末１００重量部、Ｙ2Ｏ3２．８重量部を調合し、スプレードライヤーにより平均粒径を２０〜３００μｍに造粒した。マスターモデルでこの造粒粉末を１０００ｋｇ／ｃｍ2の圧力でプレス成形することによりセラミック成形体を得た。マスターモデルの成形面により、セラミック成形体のプレス面を形成した。ここで、マスターモデルは、放電加工及びラップ仕上げで形成した。次いで、セラミック成形体を大気中で１５００℃×３時間保持して焼成し、ヘッド２４、３４を得た。
【００３９】
ヘッド２４、３４はほぼ直方体をしていて、ヘッド２４、３４の水平断面形状は長方形であった。断面形状の長方形の長辺に平行に幅１８ｍｍの凸部２５、３５が形成された。この凸部２５、３５の幅の公差は０〜０．０１ｍｍであった。
軸部２２、３２を電気炉にて２５０℃に加熱した。そして、電気炉より軸部２２、３２を取り出した後、即座にヘッド２４、３４の凸部２５、３５を軸部２２３２の凹部２３、３３に挿入した。そして、そのまま放置して室温まで冷却した。
【００４０】
スリーブを作製した。図１と異なって、セラミック製スリーブを設けることなく、金属製スリーブの一層構造とした。合金工具鋼ＳＫＤ１１より、内面の水平断面形状が長方形であり、高さが１００ｍｍである金属製スリーブを作製した。次いで、スリーブの内面を機械加工して、内径の公差を０．０３ｍｍ以下に仕上げた。
かかるプレス型を用いて酸化珪素系粉末を成形し、成形体の離型性を判断した。この結果を表１にまとめる。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
（実施例４、５及び比較例２）
実施例４、５及び比較例２では、プレス型の耐久性を試験した。実施例４、５及び比較例２では、パンチの形状等は異なるが、スリーブは同じものを用いた。実施例４では、図５の形状のパンチを用いた。即ち、軸部２２、３２の周面２２ｓ、３２ｓとヘッド２４、３４の周面２４ｓ、３４ｓとを面一に形成した。
実施例５では、図１、図２、図３及び図４の形状のパンチを用いた。即ち、軸部２２、３２の周面２２ｓ、３２ｓにおける径が、ヘッド２４、３４の周面２４ｓ、３４ｓにおける径より小さく、軸部２２、３２に固定される側にあるヘッド２４３４の縁２４ｅ、３４ｅが面取りされている。
比較例２では、実施例４と同様に、図５の形状のパンチを用いた。ただし、パンチには、セラミック製のヘッドが設けられおらず、パンチ全体が金属製であった。
実施例４、５及び比較例２における、マスターモデルの成形面の表面粗さＲa及びヘッド２４、３４のプレス面２６、３６の焼成面のままにおける表面粗さＲaを表２にまとめる。
【００４３】
【表２】
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【００４４】
かかるプレス型を用いて、酸化珪素系粉末を成形するプレス成形耐久試験を行った。
一回のショットで、ホッパーより粉末をプレス型の内部に充填し、そして、一対のパンチを操作して、５００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で酸化珪素系粉末のプレス成形をし、最後に、成形体をイジェックターにて押し出して取り出した。ここで、１回のプレス操作は１０秒に設定し、１分に６回のプレスを行った。このプレス操作を１日に８時間繰り返した。
【００４５】
実施例４では、６５，０００ショットで、ヘッド２４、３４の縁２４ｅ、３４ｅが破損した。しかし、酸化珪素系成形体にバリは発生しなかった。
実施例５では、１００，０００ショットでも何ら問題は発生しなかった。ヘッド２４、３４の縁２４ｅ、３４ｅは破損しなかったし、酸化珪素系成形体にバリは発生しなかった。
比較例２では、２０，０００ショットで、酸化珪素系成形体にバリが発生した。バリとは、成形体の縁に形成される、先細りで薄い突起物であり、その形状はスリーブの内周面とパンチの外周面との間の隙間の形状に相当する。
【００４６】
（実施例６及び７）
図９のスリーブ７０を作成した。平均粒径が０．５μｍの酸化ジルコニウム粉末１００重量部、Ｙ2Ｏ3２．８重量部を調合し、スプレードライヤにより平均粒径を２０〜３００μｍに造粒した。成形助剤として、２重量％のポリビニルアルコールを添加し、所定の金型に充填し、２０００ｋｇ／ｍｍ2の圧力でプレス成形することによりセラミック成形体を得た。次いで、セラミック成形体を大気中で１５００℃×３時間保持して焼成し、次いで、研磨加工を施し、部分安定化ジルコニアからなるセラミック部材７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄを得た。
一方、炭素鋼Ｓ４５Ｃより、内面の水平断面形状が長方形であり、高さが１００ｍｍである溝７３が形成された金属製スリーブ７２を作製した。次いで、スリーブ７２の内周面７２ｕを機械加工して、内径の公差を０．０３ｍｍ以下に仕上げた。
【００４７】
金属製スリーブ７２の溝７３にエポキシ系接着剤を塗布し、接着層７６を形成しつつ、金属製スリーブ７２の内周面７２ｕにセラミック部材７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄを固定した。次いで、金属製スリーブ７２及びセラミック層７４の一対の端面７２ｓ、７２ｔ、７４ｓ、７４ｔに、それぞれ金属からなる保護層７８、７９を被覆し、締結具７７で金属製スリーブ７２に固定した。
パンチとしては、実施例１〜３と同様に、図５に示すパンチ２０、３０を用いた。
【００４８】
実施例７では、合金工具鋼ＳＫＤ１１で作成した１層構造の金属枠をスリーブに用いた。内周面の水平断面形状及び高さは、実施例６と同様である。次いで、スリーブの内周面を機械加工して、内径の公差を０．０３ｍｍ以下に仕上げた。
スリーブの内周面とパンチとの隙間を表３に示す。この隙間は、パンチの４つの側面の各々と、対応するスリーブの内周面との距離を示す。
かかるプレス型を用いて、酸化珪素系粉末を成形する耐久試験を行った。
一回のショットで、ホッパーより粉末をプレス型の内部に充填し、そして、一対のパンチを操作して、３００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で酸化珪素系粉末のプレス成形をし、最後に、成形体をイジェックターにて押し出して取り出した。耐久試験として、３００，０００ショット繰り返した。
【００４９】
【表３】
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【００５０】
実施例６では、３００，０００ショット後であっても、パンチとスリーブとの隙間がほとんど変わらず、成形体の外観も良好で、バリが無かった。
これに対して、実施例７では、３００，０００ショット後には、スリーブの内周面が磨耗してパンチとスリーブとの隙間が０．３１ｍｍに増加し、また、成形体にはバリが生じた。
【００５１】
【発明の効果】
本発明では、ヘッドの所定の縁を面取りすることにより、プレス型の耐久性が向上する。更に、所定のセラミック部材を有するセラミック層を用いる場合には、局所的な応力集中を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のプレス型の一実施態様を示す断面説明図である。
【図２】  パンチの一実施態様についての説明図である。（ａ）正面図である。（ｂ）右側面図である。（ｃ）平面図である。
【図３】  図２のＢ−Ｂ’の断面図である。
【図４】  図１のＡの拡大断面図である。
【図５】  パンチの他の実施態様についての説明図である。（ａ）正面図である。（ｂ）右側面図である。（ｃ）平面図である。
【図６】  パンチの他の実施態様についての説明図である。（ａ）Ｃ−Ｃ’の断面図である。（ｂ）平面図である。
【図７】  パンチの他の実施態様についての説明図である。（ａ）正面図である。（ｂ）右側面図である。（ｃ）平面図である。
【図８】  図１のＡに相当する部分の拡大断面図である。
【図９】  本発明のプレス型用スリーブの一実施態様を示す断面説明図である。（ａ）Ｅ−Ｅ’線に沿って切断した縦断面図である。（ｂ）Ｄ−Ｄ’線に沿って切断した横断面図である。
【図１０】  図９のＦに相当する部分の拡大断面図である。
【図１１】  本発明のプレス型用スリーブの他の実施態様を示す横断面の説明図である。
【図１２】  本発明のプレス型の他の実施態様を示す断面説明図である。
【符号の説明】
１０・・・スリーブ、１２・・・金属製スリーブ、１２ｓ・・・内周面、１３・・・フランジ、１４・・・セラミック製スリーブ、１４ｓ・・・内周面、１６・・・接着層、１８ａ・・・保護層、１８ｂ・・・保護層、２０・・・上パンチ、２２・・・軸部、２２ｓ・・・周面、２３・・・凹部、２３ｓ・・・内周面、２４・・・ヘッド、２４ｅ・・・縁、２４ｓ・・・周面、２５・・・凸部、２５ｓ・・・外周面、２６・・・プレス面、３０・・・下パンチ、３２・・・軸部、３２ｓ・・・周面、３３・・・凹部、３３ｓ・・・内周面、３４・・・ヘッド、３４ａ・・・辺、３４ｅ・・・縁、３４ｓ・・・周面、３４ｔ・・・端面、３５・・・凸部、３５ｓ・・・外周面、３６・・・プレス面、３６ａ・・・平面、３６ｂ・・・斜面、３６ｃ・・・斜面、３６ｄ・・・平面、３６ｅ・・・平面、３８ａ・・・辺、３８ｂ・・・辺、３８ｃ・・・辺、３８ｄ・・・辺、３８ｅ・・・辺、３７・・・突起部、３７ａ・・・表面、３７ｂ・・・表面、３７ｃ・・・辺、４２・・・軸部、４４・・・ヘッド、４５・・・凸部、４６・・・プレス面、４６ａ・・・溝、４６ｂ・・・溝、４６ｃ・・・平面、４６ｄ・・・端部、４７・・・突起部、４７ａ・・・表面、４７ｂ・・・表面、４８ａ・・・辺、４８ｂ・・・辺、４８ｃ・・・辺、４９・・・切り欠き部、４９ａ・・・辺、５２・・・軸部、５４・・・ヘッド、５４ｅ・・・縁、５５・・・凸部、５６・・・プレス面、６２・・・軸部、６２ｓ・・・周面、６４・・・ヘッド、６４ｅ・・・縁、６４ｓ・・・周面、６８・・・スリーブ、６８ｅ・・・周面、７０・・・スリーブ、７２・・・金属製スリーブ、７２ｓ、７２ｔ・・・端面、７２ｕ・・・内周面、７３・・・溝、７４・・・セラミック層、７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄ・・・セラミック部材、７４ｓ、７４ｔ・・・端面、７４ｕ・・・内周面、７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、７５ｄ・・・角、７６・・・接着層、７７・・・締結具、７８、７９・・・保護層、７８ｓ、７９ｓ・・・内周面、８０・・・スリーブ、８２・・・金属製スリーブ、８２ｓ・・・内周面、８４・・・セラミック層、８４ａ、８４ｂ、８４ｃ、８４ｄ、８４ｅ・・・セラミック部材、８４ｓ・・・内周面、８４ｔ・・・外周面、８５ａ、８５ｂ、８５ｃ、８５ｄ・・・角、８６・・・接着層、８７・・・つなぎ目
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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