| 【発明の名称】 |
遠心成形体と遠心成形焼結体並びにそれらの製造方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】中村 恭之
|
| 【要約】 |
【課題】薄板、小物部品、複雑形状材、積層複合部品あるいは傾斜機能を有する成形体や焼結体の提供、またかかる種々の形態からなる成形体や焼結体を効率よく成形できる成形体並びに焼結体の製造方法の提供。
【解決手段】回転ドラムの内周面に小物部品用の型を多数形成した金型を配置して回転させ、所要バインダーを添加混練した所要温度の焼結用原料を投入し、回転ドラムを冷却して固化させることにより、簡単に大量の小物部品用成形体を成形でき、また、型寸法と投入量を制御することにより薄板用成形体も容易に成形でき、この成形固化を繰り返すことにより積層構造の成形体が成形でき、さらには組成、密度、粒度、粒形状の異なる粉体を用いることにより、ドラム回転時の遠心力で成形体内に性状の異なる粉体の層が形成されて容易に傾斜機能材料を作製でき、また成形時に外部より磁界を作用させて異方性材料を作製できる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項1】 組成、密度、粒度、粒形状のうち少なくともいずれか1つが異なる複数の粉体を原料にして、成形時に遠心力を作用させて所要方向に粉体層が形成された傾斜機能及び/又は積層構造を有する遠心成形体。
【請求項2】 組成、密度、粒度、粒形状のうち少なくともいずれか1つが異なる複数の粉体を原料にして、成形時に遠心力を作用させて所要方向に粉体層が形成されており、焼結後に傾斜機能及び/又は積層構造を有する遠心成形焼結体。
【請求項3】 請求項1または請求項2において、異方性を有する遠心成形体または遠心成形焼結体。
【請求項4】 内周面に金型を配置して所要回転数で回転するドラムの所要温度に保温された該金型内に流動性を付与した成形体材料を投入し、遠心力で成形し、その後該金型を冷却して金型内の材料を固化した遠心成形体の製造方法。
【請求項5】 予め流動性を付与した成形体材料を投入した金型をバケット内底部に配置して所要回転数で回転させ、遠心力で成形し、その後該金型を冷却して金型内の材料を固化した遠心成形体の製造方法。
【請求項6】 内周面に金型を配置して所要回転数で回転するドラムの所要温度に保温された該金型内に流動性を付与した焼結用成形体材料を投入し、遠心力で成形し、その後該金型を冷却して金型内の材料を固化し、ドラム内より取り出した焼結用成形体材料の固化品を脱バインダーし、焼結させて焼結材となす遠心成形焼結体の製造方法。
【請求項7】 予め流動性を付与した焼結用成形体材料を投入した金型をバケット内底部に配置して所要回転数で回転させ、遠心力で成形し、その後該金型を冷却して金型内の材料を固化し、金型より取り出した焼結用成形体材料の固化品を脱バインダーし、焼結させて焼結材となす遠心成形焼結体の製造方法。
【請求項8】 請求項4から請求項7のいずれかにおいて、成形体材料を冷却固化させた後、新たな別材料を投入する工程を1回又は複数回繰り返して積層材料を得る遠心成形体または遠心成形焼結体の製造方法。
【請求項9】 請求項4から請求項7のいずれかにおいて、外部より磁界を作用させて磁気異方性材料を作製する遠心成形体または遠心成形焼結体の製造方法。
【請求項10】 請求項4から請求項9のいずれかにおいて、成形用材料に組成、密度、粒度、粒形状の異なる粉体を混合して用いる遠心成形体または遠心成形焼結体の製造方法。
|
【発明の詳細な説明】【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、小物や薄板さらに複雑形状材、あるいは傾斜機能、積層構造あるいはさらに異方性を有する成形体や焼結体とその製造方法に係り、性状の異なる複数の粉末を用いた所要温度の粉体やゲル状の原料を、例えば回転ドラムの内周面の型内に冷却、成形固化するか、あるいは固化後に焼結することにより、成形体や焼結体に傾斜機能及び/又は積層構造を付与した遠心成形体と遠心成形焼結体並びにそれらの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】焼結材の製造において、例えば、電波吸収タイルや磁石などの薄板の成形方法としてプレス加圧成形法、機械加工法が一般的であるが、プレスは金型及びプレス機が高価で耐用年数が比較的短いという問題があり、機械加工は精度を向上させるには手間を要し、また形状性や歩留りの点でも問題がある。
【0003】小型モーター用の焼結磁石などの小物部品の成形には、精密な金型の製作が必要であり、一度に成形する数は品質を確保するには10ケ程度であるため、装置を多く設置したり、精密加工装置が必要になるなど、多大の設備を要するだけでなく、取り出し等の手間もかかり、量産するには種々問題があった。
【0004】焼結材の積層複合部品の成形は、MIMやプレスで極まれに成形されるが、歪や強度などの問題があり、量産することができない。また、印刷的な手法や装置を採用して作製できるが、装置が複雑で量産化には多大の設備投資を要する問題があった。
【0005】裏面から表面へ特性が変化するなどの傾斜機能材料の成形には、種々の方法が想定できるが、その工程や製造装置が確立されていないのが現状である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】電波吸収タイル、永久磁石、ヒートシンク等に種々材料からなる焼結材が使用されている。上述の薄板、小物部品、複雑形状材、積層複合部品あるいは傾斜機能材料を簡単に効率よく製造するためには、所要形状の成形体を効率よく成形する必要があるが、かかる成形体の製造方法や装置については、何らの提案もされていない。
【0007】この発明は、薄板、小物部品、複雑形状材、積層複合部品あるいは傾斜機能を有する成形体や焼結体を提供することを目的とし、また、かかる種々の形態からなる成形体や焼結体を効率よく成形できる成形方法を主体とする成形体並びに焼結体の製造方法の提供を目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】発明者は、薄板、小物部品、複雑形状材、積層複合部品あるいは傾斜機能を有するボンド磁石などの成形体や焼結体の成形方法について種々検討した結果、回転ドラムの内周面に小物部品用の型を多数形成した金型を配置して回転させ、所要バインダーを添加混練した所要温度の成形用原料を投入し、回転ドラムを冷却して固化させることにより、簡単に大量の小物部品用成形体を成形でき、また、型寸法と投入量を制御することにより薄板用成形体も容易に成形でき、この成形固化を繰り返すことにより積層構造の成形体が成形でき、さらには組成、密度、粒度、粒形状の異なる粉体を用いることにより、ドラム回転時の遠心力で成形体内に性状の異なる粉体の層が形成されて容易に傾斜機能材料を作製できることを知見した。
【0009】また、発明者は、上記の回転ドラムに代えてバケットを用い、この中に金型を入れて金型が遠心力を受けるように回転させると、複雑な形状の成形体を容易に作成でき、かつ成形用原料に混入するバインダー量を低減しても成形が可能で、バインダー量の低減が可能で、又寒天バインダーを用いると遠心成形時に分離回収が容易になり、さらには、上記の回転ドラムの場合と同様に、積層構造及び/又は傾斜機能を有した成形体が得られ、これより所定の特性を備えた成形体が得られることを知見し、この発明を完成した。
【0010】すなわち、この発明は、内周面に金型を配置して所要回転数で回転するドラムの所要温度に保温された該金型内に流動性を付与した成形体材料を投入し、遠心力で成形し、その後該金型を冷却して金型内の材料を固化し、ドラム内より取り出して、ボンド磁石などの所要の製品となしたり、また原料に焼結用成形体材料を用いて、その固化品を脱バインダーし、焼結させて焼結体となすドラム法と、成形体材料を投入した金型をバケット内底部に配置して所要回転数で回転させ、遠心力で成形し、その後該金型を冷却して金型内の材料を固化し、ドラム内より取り出して、ボンド磁石などの所要の製品となしたり、原料に焼結用成形体材料を用いて、その固化品を脱バインダーし、その後焼結して焼結体となすバケット法など、流動性を付与した成形体材料を遠心力で成形することを要旨とする。
【0011】また、この発明は、前記の流動性を付与した成形体材料を遠心力で成形する際に、該材料を冷却固化させた後、新たな別材料を投入する工程を1回又は複数回繰り返して積層したり、あるいは成形体材料に組成、密度、粒度、粒形状のうち少なくともいずれか1つが異なる複数の粉体を混合して用い、傾斜機能材料を作製したり、さらには、外部より磁界を作用させて異方性材料を作製することを特徴とする遠心成形体と遠心成形焼結体の製造方法である。
【0012】
【発明の実施の形態】この発明は、同一又は性状の異なる単数又は複数の成形体材料を用いて、遠心成形、あるいは遠心成形を繰り返して積層形成することによって、薄板の成形体、小物部品用の成形体、複雑形状の成形体、積層複合部品用の成形体などを容易に成形するもので、また得られた成形体を焼結することによって前記種々の遠心成形焼結体を得ることができ、いずれも傾斜機能及び/または積層構造、さらには異方性を付与した高機能、多機能を有することを特徴とする遠心成形体と遠心成形焼結体を提供するものである。
【0013】この発明において、対象とする用途や材料としては、電波吸収タイルなどのソフトフェライト材料、小型モーター等の小物、帯状、薄板状磁石材料、ボンド磁石、あるいは種々の複雑形状材、さらにはW/Cu等の異種材を組合せたヒートシンク材料、改質された表面を有する磁石、位置により電気抵抗値が異なる磁石などの傾斜機能材料、いわゆるコバール、パーマロイなどの小物部品からなる電子金属材料、熱電変換素子材料などがある。
【0014】さらに、この発明は、後述する方法によりヨークと一体化した磁石、表面改質した磁石、磁場中成形により異方性高性能磁石や異方性の軟質磁性材料、小物サーモスタット、ヒートシンク、Wなどの傾斜機能を有する超音波探傷子のバッキング材、密度が順次変化または異なる密度層が積層された電波吸収タイル、Fe-Si系、Si-Ge系など熱電変換素子材料など新規な材料を提供できる。
【0015】図1に示す遠心成形装置は、自由に液温を制御できる加温冷却システムを用いて、回転ドラムの外周に冷媒液を流下させて温度制御する構成からなる。基台1上に載置された装置本体2内に、水平にした回転ドラム3をその外周下部の4ヶ所を図示しないモーターで回転するタイヤ4で支持して回転自在に配置してある。
【0016】装置本体2内の上部には回転ドラム3外周部に冷媒液を流下させるための散液ノズル5が配置され、装置本体2内の底部が液受け6となり、回収された冷媒液は配管7を通って一旦回収槽8に集められた後、液温を制御するための図示しない熱交換ユニットへ送られて所定温度にされた後、再び散液ノズル5へ送られるように構成されている。
【0017】ここでは、回転ドラム3外周部に冷媒液を流下させる構成を示したが、回転ドラム3外周部にジャケットを被覆配置してジャケット内に所定温度にした冷媒液を送給、循環させる構成、ジャケット内にヒーターを配置して併用するなど、種々の構成を採用できる。
【0018】回転ドラム3は筒状で両端に内周フランジを設けて断面凹状となして、内周面を直接型として使用する場合、装置本体2を分割型にして、容易に回転ドラム3を交換できるようにしたり、あるいはドラム3内周面を複数に区分して着脱自在に別の型枠を配置することもでき、さらにドラム3内には使用する焼結原料に応じた種々形態の材料供給ノズル10が挿入配置され、またこのノズル10を挿入出可能に配置することもできる。
【0019】対象となる焼結原料粉末と所要のバインダーを混練して所定の流動性、すなわち使用する型形状や回転ドラム3の回転数等に応じて決定した流動性を付与した液状原料を別途用意した後、上記構成からなる遠心成形装置において、ゾル・ゲル変態を起こすバインダーを用いた場合、回転ドラム3の内周面の型温度が、例えば40〜100℃となるように保温しておき、材料供給ノズル10より、例えば85〜100℃に保温された上記液状原料を注入する。
【0020】この際、回転ドラム3は所定の回転数、例えば毎分100回転程度に駆動されており、液状原料を注入後に冷媒液の温度を降下させて、回転ドラム3の内面の型温度を冷やすことにより、例えば常温で原料を固化させる。
【0021】例えば合金粉末を用いた薄板状成形体の成形では、図2aに示す状態の液状原料11が回転ドラム3内で回転、冷却、固化したのち、内面型から固化品を取り出し、恒温槽で50℃程度保温し、図2bに示すように合金粉の密部分12と疎部分13に分離する。密部分12のみ脱バインダー、焼結で焼結部品とする。
【0022】あるいは上述の図2bに示すように一旦固化した後、図2cに示すごとく液状原料14を注入して回転ドラム3内で回転、冷却、固化させることにより、図2dに示すごとく2層の合金粉の密部分12、15と疎部分16に分離する。その後、内面型から固化品を取り出し、50℃程度保温し金属粉の密部分と疎部分に分離する。密部分のみ脱バインダー、焼結で焼結部品とする。
【0023】小物部品の成形には、上記回転ドラム3の内周面の型を所要の小物部品形状とすることにより、同様に形成でき、積層複合部品の成形の場合は、再度同じ液状原料、あるいは別の組成又は性状違いの液状原料を注入して同工程を取ることにより積層でき、多層の場合はこれを繰り返して実施することにより、容易にかつ確実に積層構造となすことができる。
【0024】図3Aに示す遠心成形装置は、水平回転可能に保持された回転板20にここでは2つのバケット21,21を架け止めし、回転板20の回転に伴い、これに垂下していたバケット21,21は水平回転に移行して、所定の回転数で定常回転するように構成してある。
【0025】また、ここでは図3Bに示すごとく、バケット21,21にはその中に挿入可能なキャリア22を用いており、別途キャリア22内に金型23を配置してからバケット21,21に装着することができる。また、キャリアを介して金型の温度管理を行ったり、さらにはキャリア自体が金型を兼ねた構成であっても利用できる。
【0026】このバケット回転型の遠心成形装置は、特に異形形状の製品を製造するのに最適であり、例えば、厚みが大きいものや筒状、角錐状などの場合、製品の厚みや軸方向に遠心力が作用するように分割型の金型を作成しておくことにより、容易に複雑形状のものが成形でき、前述の回転ドラムと同様に積層構造、傾斜機能を付与することが可能である。また、製品形状によっては、回転ドラムのよりも原料粉体に流動性を与える必要がない場合があり、バインダー量を少なくできる利点がある。
【0027】傾斜機能材料の成形に際しては、所望の機能について順次変化するように複数層を設けることになるが、焼結用成形体原料に組成、密度、粒度、粒形状の異なる粉体を用い、これらを混合した液体原料を注入して、粉体への遠心力の作用の違いを利用して成形体の厚み方向に異なる性状の粉体の層を形成するか、前記の多層化する手法を用いて組成違いの層を形成することにより、実現できる。
【0028】また、傾斜機能材料の成形体の焼結に際し、焼結温度は使用した焼結用成形体原料粉に応じて適宜選定調整する。具体的には、原料粉体の溶融温度の3/4程度から+50℃程度に設定することができる。
【0029】焼結用成形体原料粉末に均一性と流動性を付与するためのバインダーには、公知のいずれのバインダーも採用できる。例えば、所定温度によりゾル・ゲル変態を起こすメチルセルロースまたは寒天あるいはそれらを複合したものに水を添加したものを用いた場合、型の保温温度を40〜100℃に、流動性を付与した成形体材料温度を85〜100℃に保持して遠心力成形すると、寒天が成形体の最上層に分離しやすく、脱バインダーが容易になる利点がある。
【0030】脱バインダー方法には、脱水処理は昇温乾燥方法、冷凍真空乾燥により脱水したり、脱水処理後の脱バインダー処理は、真空中で加熱する一般的な方法を用いてもよいが、前記の方法に代えて、水素流気中で100〜200℃/時間で昇温し、300〜600℃で1〜2時間程度保持する処理を施すことにより、ほぼメチルセルロース、寒天バインダーあるいは被覆樹脂中の全炭素が脱炭される。
【0031】一般的な着磁条件としては、磁性材料の飽和磁束密度を越えた磁場を静的又はパルスにて付与する。また、磁気異方性を持たせるために回転中に静磁界又はパルス磁界をかける磁石を設置することができる。
【0032】
【実施例】実施例1原料粉末に平均粒径20μmのSUS430L粉末500gを用い、これに寒天粉末20gと、水1リットルを混合した原料を90℃に保温し、図1に示す回転ドラム型の遠心成形装置を用いてドラムを90℃に保温しながらドラム回転数を100rpmに設定し、ドラム中に厚みが20mmとなるように前記混合物を装填して10分間遠心成形を行い、その後、常温まで冷却し、成形体を固化させた。
【0033】得られた成形体は、原料合金粉末が密な部分と疎な部分とに分れていた。成形体を50℃に保温し、密部分と疎部分とを分離し、密部分の成形体を1250℃×1hrで焼結したところ、焼結体の収縮率は19.5%、密度は99%であった。
【0034】実施例2実施例1において、遠心成形で密部分のみの成形体を得た後、さらに同様方法で該成形体上に前記混合物を装填して2層目の厚みが20mmとなるように遠心成形を行い、その後、常温まで冷却し、成形体を固化させ、また形体を50℃に保温して疎な部分を分離してから、密部分の成形体を1250℃×1hrで焼結したところ、焼結体の収縮率は19.5%、密度は99%であった。
【0035】実施例3原料粉末に平均粒径12μmのW粉末と平均粒径20μmのNi粉末をW95wt%:Ni5wt%の割合で混合した粉末500gを用い、これに寒天粉末20gと、水1リットルを混合した原料を90℃に保温し、図3に示すバケット型の遠心成形装置を用いてバケットを90℃に保温しながらドラム回転数を3000rpmに設定し、バケットに原料を装填して10分間遠心成形を行い、その後、常温まで冷却し、成形体を固化させた。
【0036】得られた成形体は、原料合金粉末が密な部分と疎な部分とに分れていた。成形体を50℃に保温し、密部分と疎部分とを分離した。得られた成形体を分析の結果、バケットの底部分はW濃度が高く、バケットの口部分へ向かうにつれ、W濃度が低くなり、Ni濃度が高くなる傾斜機能を有していた。
【0037】得られた密部分の成形体を1450℃×1hrで焼結したところ、焼結体の収縮率は19.5%、密度は99%であった。
【0038】
【発明の効果】この発明は、実施例に示すごとく、回転ドラムの内周面に小物部品用の型を多数形成した金型を配置することにより、簡単に大量の小物部品用成形体を成形でき、型寸法と投入量を制御することにより薄板用成形体も容易に成形でき、この成形固化を繰り返すことにより積層構造の成形体が成形でき、さらには組成、密度、粒度、粒形状の異なる粉体を用いることにより、ドラム回転時の遠心力で成形体内に性状の異なる粉体の層が形成されて容易に傾斜機能材料を作製できる。
【0039】さらに、この発明は、ヨークと一体化した磁石、表面改質した磁石、磁場中成形により異方性高性能磁石や異方性の軟質磁性材料、小物サーモスタット、ヒートシンク、Wなどの傾斜機能を有する超音波探傷子のバッキング材、密度が順次変化または異なる密度層が積層された電波吸収タイル、Fe-Si系、Si-Ge系など熱電変換素子材料など新規な材料を提供できる。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００１８３４１７
【氏名又は名称】住友特殊金属株式会社
|
| 【出願日】 |
平成１０年１１月２日（１９９８．１１．２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７３９００
【弁理士】
【氏名又は名称】押田 良久
|
| 【公開番号】 |
特開２０００−１４４２０７（Ｐ２０００−１４４２０７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年５月２６日（２０００．５．２６） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−３１２３１８ |
|