JPH0373310A - セラミックス焼結体の製造方法 - Google Patents
セラミックス焼結体の製造方法Info
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- JPH0373310A JPH0373310A JP31783489A JP31783489A JPH0373310A JP H0373310 A JPH0373310 A JP H0373310A JP 31783489 A JP31783489 A JP 31783489A JP 31783489 A JP31783489 A JP 31783489A JP H0373310 A JPH0373310 A JP H0373310A
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Classifications
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- B29C2043/3628—Forming elements, e.g. mandrels or rams or stampers or pistons or plungers or punching devices moving inside a barrel or container like sleeve
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Press-Shaping Or Shaping Using Conveyers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
(産業上の利用分野)
本発明はセラミックス焼結体の製造方法に係り、特に複
雑な形状を有する焼結体であっても製造工程において割
れの発生が少なく、また寸法精度および原料の歩溜りが
高く、安価かつ効率的にセラミックス焼結体を製造する
ことができる量産性に優れたセラミックス焼結体の製造
方法に関する。
雑な形状を有する焼結体であっても製造工程において割
れの発生が少なく、また寸法精度および原料の歩溜りが
高く、安価かつ効率的にセラミックス焼結体を製造する
ことができる量産性に優れたセラミックス焼結体の製造
方法に関する。
(従来の技術)
窒化けい素や炭化けい素をはじめとするセラミックスは
硬度が大きく、耐摩耗性、高温強度、耐腐蝕性などの特
性が従来の金属材料と比較して優れ、また密度も約3g
/cilと軽量であることから、自動車、航空機や化学
電気機器などの精密部品材料として広く用途が開発され
量産されている。
硬度が大きく、耐摩耗性、高温強度、耐腐蝕性などの特
性が従来の金属材料と比較して優れ、また密度も約3g
/cilと軽量であることから、自動車、航空機や化学
電気機器などの精密部品材料として広く用途が開発され
量産されている。
ところでセラミックス焼結体は極めて高い硬度を有する
ため、最終的な製品寸法にまで研削研摩する作業は極め
て困難である。
ため、最終的な製品寸法にまで研削研摩する作業は極め
て困難である。
そのため従来の焼結体は平板状またはリング状などの単
純な形状のものが一般に使用されていた。
純な形状のものが一般に使用されていた。
すなわち製品の上下面側形状がいずれも平坦で、段差や
曲面等の起伏がない単純な形状の焼結体が主流となって
いた。
曲面等の起伏がない単純な形状の焼結体が主流となって
いた。
これらの焼結体は、原料粉末を一軸加圧プレス成形し、
得られた生成形体を脱脂焼結して形成される。ここで使
用する一軸加圧プレス機の上下パンチの加圧面はいずれ
も平坦に形成されている。
得られた生成形体を脱脂焼結して形成される。ここで使
用する一軸加圧プレス機の上下パンチの加圧面はいずれ
も平坦に形成されている。
したがって形成された生成形体の軸方向の寸法は一定で
あり生成形体の各部位における密度差は生じない。その
ため均一な強度分布を有する焼結体が得られる。
あり生成形体の各部位における密度差は生じない。その
ため均一な強度分布を有する焼結体が得られる。
しかしながらセラミックス焼結体の用途開発はその後さ
らに進展し、より複雑な形状を有するセラミックス焼結
体も製造されるに至っている。例えば第8図(a)に示
すようにベアリング用ボールとしての球状焼結体100
や、内燃機関の弁開閉用部材として第8図(b)に示す
ような両端部に曲面をする杆状焼結体200や、第8図
(c)に示すような、上面側形状が球である一方、下面
側形状が円柱であるリベット状焼結体300や、第8図
(d)に示すように上面側に段差を形成した突起付き焼
結体400など、複雑な形状を有する種々のセラミック
ス焼結体が、自動車、家電製品、医療機器の構成部品と
して採用されている。
らに進展し、より複雑な形状を有するセラミックス焼結
体も製造されるに至っている。例えば第8図(a)に示
すようにベアリング用ボールとしての球状焼結体100
や、内燃機関の弁開閉用部材として第8図(b)に示す
ような両端部に曲面をする杆状焼結体200や、第8図
(c)に示すような、上面側形状が球である一方、下面
側形状が円柱であるリベット状焼結体300や、第8図
(d)に示すように上面側に段差を形成した突起付き焼
結体400など、複雑な形状を有する種々のセラミック
ス焼結体が、自動車、家電製品、医療機器の構成部品と
して採用されている。
これらのセラミックス焼結体のうち、ベアリング用ボー
ルとして使用される球状セラミックス焼結体を例にとり
、従来の製造方法を以下に説明する。
ルとして使用される球状セラミックス焼結体を例にとり
、従来の製造方法を以下に説明する。
この球状セラミックス焼結体は一般に第9図(a)〜(
d)に示す製造工程によって製造される。
d)に示す製造工程によって製造される。
すなわち、まず金型プレス機等を使用してセラミックス
原料粉末を一軸方向に圧縮固化し、第9図(a)に示す
ような円柱状の生成形体1を形成する。
原料粉末を一軸方向に圧縮固化し、第9図(a)に示す
ような円柱状の生成形体1を形成する。
次に得られた円柱状の生成形体1の上下縁部を直線状ま
たは曲線状に面取り加工を行ない、それぞれ第9図(b
)または第9図(C)に示すような球形に近い生成形体
1a、lbを形成する。
たは曲線状に面取り加工を行ない、それぞれ第9図(b
)または第9図(C)に示すような球形に近い生成形体
1a、lbを形成する。
そして得られた生成形体1a、lbは、脱脂焼結後にラ
ッピングやポリッシング処理等により表面加工を施し、
所定の真球度、直径不同、表面粗さや相互差を得るよう
に調整され、最終的に第9図(d)に示すような高い寸
法精度を有するセラミックス球体2が製造される。
ッピングやポリッシング処理等により表面加工を施し、
所定の真球度、直径不同、表面粗さや相互差を得るよう
に調整され、最終的に第9図(d)に示すような高い寸
法精度を有するセラミックス球体2が製造される。
ところで、ベアリング用ボールに使用されるセラミック
ス球体2の形状精度は、ベアリングの回転精度を保証す
るために、JIS B−1501等によって等級別に
規定されており、例えば第10等級(GIO)のベアリ
ングボールの直径不同は0.25μm10ツト中の寸法
のばらつきを示す相互差は0.5μm程度の値が規格値
とされている。
ス球体2の形状精度は、ベアリングの回転精度を保証す
るために、JIS B−1501等によって等級別に
規定されており、例えば第10等級(GIO)のベアリ
ングボールの直径不同は0.25μm10ツト中の寸法
のばらつきを示す相互差は0.5μm程度の値が規格値
とされている。
このように最終製品となるセラミックス球体2の仕上り
寸法は極めて厳格であり、成形段階から焼結、研摩加工
に至るまで高度な寸法管理が実施される。そのため製造
工程が複雑化し、加工コストが大幅に上昇する欠点があ
る。
寸法は極めて厳格であり、成形段階から焼結、研摩加工
に至るまで高度な寸法管理が実施される。そのため製造
工程が複雑化し、加工コストが大幅に上昇する欠点があ
る。
特に窒化けい素をはじめとするセラミックスの焼結体は
共有結合性が高い物質であり、硬度が極めて高く、非常
に研摩加工等が困難である。ちなみに従来の金属球と比
較した場合、セラミックス球体は、その数十倍ないし数
百倍の加工コストを要する欠点がある。
共有結合性が高い物質であり、硬度が極めて高く、非常
に研摩加工等が困難である。ちなみに従来の金属球と比
較した場合、セラミックス球体は、その数十倍ないし数
百倍の加工コストを要する欠点がある。
また第9図(a)に示すように円柱状の生成形体1の上
下縁部を削り取って、球形に近い生成形体1a、lbを
形成しているため、高純度で高価なセラミックス原料粉
末の少滴りが低く、経済性が低下する問題点もある。
下縁部を削り取って、球形に近い生成形体1a、lbを
形成しているため、高純度で高価なセラミックス原料粉
末の少滴りが低く、経済性が低下する問題点もある。
そのため焼結前の軟質な生成形体の段階で可及的に製品
寸法に近い形状に予め仕上げておくこと、いわゆるニア
ネット成形を行なうことが、この種のセラミックス部品
の加工工数および原料の無駄を低減する上で重要なポイ
ントとなる。
寸法に近い形状に予め仕上げておくこと、いわゆるニア
ネット成形を行なうことが、この種のセラミックス部品
の加工工数および原料の無駄を低減する上で重要なポイ
ントとなる。
そこで第1図に示すように、製品の半径に対応する半球
状押圧面3a、3bをそれぞれ形成した上バンチ4およ
び下バンチ5をダイス6内に上下方向から嵌入するよう
に設けた金型プレス機を使用して、上下パンチ4.5の
間にセラミックス原料粉末7を充填して押圧し、第2図
に示すようなほぼ球形に近い生成形体ICを一挙に形成
する試みもなされている。
状押圧面3a、3bをそれぞれ形成した上バンチ4およ
び下バンチ5をダイス6内に上下方向から嵌入するよう
に設けた金型プレス機を使用して、上下パンチ4.5の
間にセラミックス原料粉末7を充填して押圧し、第2図
に示すようなほぼ球形に近い生成形体ICを一挙に形成
する試みもなされている。
この生成形体1cの中央赤道部には帯状の円柱部8が形
成される。この円柱部8は、圧縮成形時に上下パンチ4
,5を相互に密着するまで押圧することが不可能である
ために形成されるものである。
成される。この円柱部8は、圧縮成形時に上下パンチ4
,5を相互に密着するまで押圧することが不可能である
ために形成されるものである。
上記金型プレス機による成形操作によれば、セラミック
ス原料粉末から、第2図に示すようなほぼ球形に近い生
成形体1cを形成することができるため、原料粉末の損
失が少なく、原料の歩溜りが向上し、経済性を向上させ
ることができる。
ス原料粉末から、第2図に示すようなほぼ球形に近い生
成形体1cを形成することができるため、原料粉末の損
失が少なく、原料の歩溜りが向上し、経済性を向上させ
ることができる。
(発明が解決しようとする課題)
しかしながら上記のような従来のセラミックス焼結体の
製造方法のように、金型プレス機を使用してセラミック
ス原料粉末7を一軸方向にのみ加圧して曲面を有する生
成形体を形成する方法においては、各曲面位置における
軸方向距離が異なるため生成形体ICの内部の密度が不
均一になり、寸法精度が低下したり、割れが発生する欠
点があった。特に密度が高い帯状の円柱部8に対して、
その上下の半球部Rの密度が低下し易く、第10図に示
すように円柱部8と半球部Rとの境界に割れ18が発生
し易く、その結果製品の歩溜りが低下し製造コストが上
昇する欠点があった。
製造方法のように、金型プレス機を使用してセラミック
ス原料粉末7を一軸方向にのみ加圧して曲面を有する生
成形体を形成する方法においては、各曲面位置における
軸方向距離が異なるため生成形体ICの内部の密度が不
均一になり、寸法精度が低下したり、割れが発生する欠
点があった。特に密度が高い帯状の円柱部8に対して、
その上下の半球部Rの密度が低下し易く、第10図に示
すように円柱部8と半球部Rとの境界に割れ18が発生
し易く、その結果製品の歩溜りが低下し製造コストが上
昇する欠点があった。
一方セラミックスのニアネット成形方法として、近年射
出成形法も一部に採用されている。しかしながら射出成
形法によって形成した成形体は脱脂作業に長時間を要し
、製造効率が低下する欠点がある上に、プレス成形品と
比較して製品の歩留りが低く、安定した成形方法とはな
り得ず、いずれにしろ量産性が劣る問題点があった。
出成形法も一部に採用されている。しかしながら射出成
形法によって形成した成形体は脱脂作業に長時間を要し
、製造効率が低下する欠点がある上に、プレス成形品と
比較して製品の歩留りが低く、安定した成形方法とはな
り得ず、いずれにしろ量産性が劣る問題点があった。
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
あり、生成形体の密度を均一化し、寸法精度を向上させ
ることが可能であり、割れの発生を低減して製造コスト
を大幅に低減し得るセラミックス焼結体の製造方法を提
供することを目的とする。
あり、生成形体の密度を均一化し、寸法精度を向上させ
ることが可能であり、割れの発生を低減して製造コスト
を大幅に低減し得るセラミックス焼結体の製造方法を提
供することを目的とする。
(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に係るセラミックス焼結
体の製造方法は、形成しようとする焼結体の上面側形状
および下面側形状に合せて、押圧面をそれぞれ形成した
上パンチおよび下パンチによってセラミックス原料粉末
を一軸加圧して生成形体を形成した後に、上記生成形体
を湿式冷開静水圧プレス処理により加圧成形し、しかる
後に得られた生成形体を脱脂焼結後、最終的な表面加工
を行なうことを特徴とする。
体の製造方法は、形成しようとする焼結体の上面側形状
および下面側形状に合せて、押圧面をそれぞれ形成した
上パンチおよび下パンチによってセラミックス原料粉末
を一軸加圧して生成形体を形成した後に、上記生成形体
を湿式冷開静水圧プレス処理により加圧成形し、しかる
後に得られた生成形体を脱脂焼結後、最終的な表面加工
を行なうことを特徴とする。
また湿式冷間静水圧プレス処理は、可撓性を有する合成
樹脂製の収容袋に生成形体を収容し、袋内部の圧力を大
気圧以下に保持した状態で収容袋の入口開口部をヒート
シールして密封した後に、密封した収容袋を水中に浸漬
し、静水圧を作用させて等方圧縮することを特徴とする
。
樹脂製の収容袋に生成形体を収容し、袋内部の圧力を大
気圧以下に保持した状態で収容袋の入口開口部をヒート
シールして密封した後に、密封した収容袋を水中に浸漬
し、静水圧を作用させて等方圧縮することを特徴とする
。
(作用)
上記構成に係るセラミックス焼結体の製造方法によれば
、セラミックス原料粉末を一軸加圧して形成した生成形
体を、さらに湿式冷間静水圧プレス法によって加圧成形
しているため、生成形体の全表面は静水圧によって中心
方向に均等に加圧される。その結果、生成形体はより緻
密化され、その密度は全体に均一化される。したがって
寸法精度の低下が少なく、また成形段階および焼結段階
においても割れの発生が少なく、製品の歩溜りを向上さ
せることができる。
、セラミックス原料粉末を一軸加圧して形成した生成形
体を、さらに湿式冷間静水圧プレス法によって加圧成形
しているため、生成形体の全表面は静水圧によって中心
方向に均等に加圧される。その結果、生成形体はより緻
密化され、その密度は全体に均一化される。したがって
寸法精度の低下が少なく、また成形段階および焼結段階
においても割れの発生が少なく、製品の歩溜りを向上さ
せることができる。
また生成形体は、形成しようとする焼結体の上面側形状
および下面側形状に合せて押圧面をそれぞれ形成した上
下パンチを使用して原料セラミックス粉末を圧縮成形し
て得られるため、はぼ製品形状に近い、いわゆるニアネ
・ソトな生成形体が得られる。
および下面側形状に合せて押圧面をそれぞれ形成した上
下パンチを使用して原料セラミックス粉末を圧縮成形し
て得られるため、はぼ製品形状に近い、いわゆるニアネ
・ソトな生成形体が得られる。
そのため円柱状の生成形体から削り出して成形していた
従来法と比較して、原料粉末に対する製品の歩溜りを大
幅に向上させることができる上に、焼結後の研摩作業を
容易にする効果があり、複雑な形状を有するセラミック
ス焼結体の製造コストを大幅に低減することができる。
従来法と比較して、原料粉末に対する製品の歩溜りを大
幅に向上させることができる上に、焼結後の研摩作業を
容易にする効果があり、複雑な形状を有するセラミック
ス焼結体の製造コストを大幅に低減することができる。
また可撓性を有する合成樹脂製の収容袋に生成形体を収
容し、この収容袋の入口開口部をヒートシールして密封
した後に、密封した収容袋を水中に浸漬し、静水圧を作
用させる湿式冷間静水圧プレス処理を採用することによ
り、一般的に厚手のゴム袋を収容袋として使用し、その
ゴム袋の入口開口部を締結具で強固に締着する従来の冷
間静水圧プレス処理と比較して、密封処理が極めて容易
となり、作業コストを大幅に低減することができる。
容し、この収容袋の入口開口部をヒートシールして密封
した後に、密封した収容袋を水中に浸漬し、静水圧を作
用させる湿式冷間静水圧プレス処理を採用することによ
り、一般的に厚手のゴム袋を収容袋として使用し、その
ゴム袋の入口開口部を締結具で強固に締着する従来の冷
間静水圧プレス処理と比較して、密封処理が極めて容易
となり、作業コストを大幅に低減することができる。
(実施例)
次に本発明の一実施例について添付図面を参照して説明
する。第1図〜第4図は本発明に係るセラミックス焼結
体の製造方法を使用して第9図(d)に示すようなセラ
ミックス球体を製造する各工程を示した図である。
する。第1図〜第4図は本発明に係るセラミックス焼結
体の製造方法を使用して第9図(d)に示すようなセラ
ミックス球体を製造する各工程を示した図である。
すなわち本実施例に係るセラミックス焼結体の製造方法
は、まず第1図に示すように形成しようとする球状焼結
体の上下面側形状に合せて半球状抑圧面3a、3bを形
成した上下パンチ4,5をダイス6内に昇降自在に嵌挿
した金型プレス機を使用し、上下パンチ4.5間にセラ
ミックス原料粉末7を充填する。
は、まず第1図に示すように形成しようとする球状焼結
体の上下面側形状に合せて半球状抑圧面3a、3bを形
成した上下パンチ4,5をダイス6内に昇降自在に嵌挿
した金型プレス機を使用し、上下パンチ4.5間にセラ
ミックス原料粉末7を充填する。
次に上下パンチ4,5を所定圧力で押圧してセラミック
ス原料粉末7を一軸加圧して第2図に示すような生成形
体1Cを得る。
ス原料粉末7を一軸加圧して第2図に示すような生成形
体1Cを得る。
ここで生成形体1cは中央赤道部に幅すの帯状の円柱部
8を有し、その上下部にそれぞれ上下パンチ4.5によ
って形成された半球部R,Rを有する。この円柱部8の
幅すは上下パンチ4,5を完全に密着し得ないために発
生するものであり、後工程での研摩作業をより容易にす
るためには可及的に小さくすることが望ましい。
8を有し、その上下部にそれぞれ上下パンチ4.5によ
って形成された半球部R,Rを有する。この円柱部8の
幅すは上下パンチ4,5を完全に密着し得ないために発
生するものであり、後工程での研摩作業をより容易にす
るためには可及的に小さくすることが望ましい。
しかし上下パンチ4,5による圧縮度を考慮し、幅すの
生成形体の直径aに対する比率b / aは0゜3以下
に設定するとよい。0.3を超える値にすると最終仕上
工程における焼結体の必要研摩量が急激に増加し研摩工
数が増大するからである。
生成形体の直径aに対する比率b / aは0゜3以下
に設定するとよい。0.3を超える値にすると最終仕上
工程における焼結体の必要研摩量が急激に増加し研摩工
数が増大するからである。
次に、得られた生成形体1Cは第3図(a)〜(C)に
示す手順に従って湿式冷間静水圧プレス処理(CIP処
理)により加圧成形される。
示す手順に従って湿式冷間静水圧プレス処理(CIP処
理)により加圧成形される。
すなわち準備作業として、まず第3図(a)に示すよう
に可撓性を有する合成樹脂製の収容袋9としてのナイロ
ンーポリエチレン二層袋10を用意し、このナイロンー
ポリエチレン二層袋10内に生成形体1cを投入する。
に可撓性を有する合成樹脂製の収容袋9としてのナイロ
ンーポリエチレン二層袋10を用意し、このナイロンー
ポリエチレン二層袋10内に生成形体1cを投入する。
ここで、収容袋9としては、生成形体1cの全面に密着
し、水を透過せず可撓性を有する材料であればよいが、
特に靭性が高く水密性に優れ、かつ安価でヒートシール
が可能な点からナイロンとポリエチレンとで2屑に形成
した収容袋が望ましい。特に融点が比較的に低いナイロ
ンを内層にし、その外側に、ナイロンより融点が高いポ
リエチレンを外層として2層に形成した収容袋はシール
性が優れている。
し、水を透過せず可撓性を有する材料であればよいが、
特に靭性が高く水密性に優れ、かつ安価でヒートシール
が可能な点からナイロンとポリエチレンとで2屑に形成
した収容袋が望ましい。特に融点が比較的に低いナイロ
ンを内層にし、その外側に、ナイロンより融点が高いポ
リエチレンを外層として2層に形成した収容袋はシール
性が優れている。
次に、生成形体1Cを投入したナイロンーポリエチレン
二層袋10内に水が侵入することを防止するために、第
3図(b)で示すようにナイロンーポリエチレン二層袋
10の入口部を加熱して融着させる、いわゆるヒートシ
ール法によってヒートシール線11を形成し密封する。
二層袋10内に水が侵入することを防止するために、第
3図(b)で示すようにナイロンーポリエチレン二層袋
10の入口部を加熱して融着させる、いわゆるヒートシ
ール法によってヒートシール線11を形成し密封する。
ヒートシール時の加熱温度はナイロンの融点とポリエチ
レンの融点との中間温度に設定するとよい。この温度設
定によりナイロン製の内層のみが封止部において溶融し
、収容袋9を効果的に封止することができる。
レンの融点との中間温度に設定するとよい。この温度設
定によりナイロン製の内層のみが封止部において溶融し
、収容袋9を効果的に封止することができる。
このとき収容袋9の内部に空気が多量に残存すると、湿
式冷間静水圧プレス処理時に残存空気が加圧され、生成
した高圧空気によって収容袋9が破損するおそれが高く
なる。そのためヒートシール時における収容袋9内の圧
力は可及的に低いことが望ましいが、収容袋9内に生成
形体1cを収容した後に収容袋9を軽く押圧して内部の
気体を排除し、収容袋9内部の圧力が大気圧以下となっ
ていれば充分である。
式冷間静水圧プレス処理時に残存空気が加圧され、生成
した高圧空気によって収容袋9が破損するおそれが高く
なる。そのためヒートシール時における収容袋9内の圧
力は可及的に低いことが望ましいが、収容袋9内に生成
形体1cを収容した後に収容袋9を軽く押圧して内部の
気体を排除し、収容袋9内部の圧力が大気圧以下となっ
ていれば充分である。
そして第3図(C)に示すように密封したナイロンーポ
リエチレン二層袋10を冷間静水圧プレス装置(CI
P)内に浸漬し、加圧媒体としての水を所定圧力Pに加
圧する。生成形体1cはナイロンーポリエチレン二層袋
10の皮膜を介して全表面において等方向に静水圧Pを
受け、中心方向に加圧される。その結果、生成形体IC
はより緻密化され、その密度は全体について均一化され
る。
リエチレン二層袋10を冷間静水圧プレス装置(CI
P)内に浸漬し、加圧媒体としての水を所定圧力Pに加
圧する。生成形体1cはナイロンーポリエチレン二層袋
10の皮膜を介して全表面において等方向に静水圧Pを
受け、中心方向に加圧される。その結果、生成形体IC
はより緻密化され、その密度は全体について均一化され
る。
また加圧用水はナイロンーポリエチレン二層袋10によ
って遮断され、生成形体ICの内部に加圧用水が侵入す
ることによる品質の低下が防止される。
って遮断され、生成形体ICの内部に加圧用水が侵入す
ることによる品質の低下が防止される。
冷間静水圧プレス処理が完了すると、生成形体ICはナ
イロンーポリエチレン二層袋10ごと取り出される。そ
してナイロンーポリエチレン二層袋JOは破かれて開放
され、内部より生成形体ICが取り出される。
イロンーポリエチレン二層袋10ごと取り出される。そ
してナイロンーポリエチレン二層袋JOは破かれて開放
され、内部より生成形体ICが取り出される。
取り出された生成形体ICは脱脂焼結処理を施され、焼
結体15とされた後に、第4図に示すバレル研摩装fi
lll12によって、その表面を粗加工される。
結体15とされた後に、第4図に示すバレル研摩装fi
lll12によって、その表面を粗加工される。
ここでバレル研摩装置12は、例えば水平面上を回転す
る基板13上面に付設されたメタルボンド研摩砥石14
と、生成形体ICを焼結して得た焼結体15を収容する
円筒状の装置本体16と、装置本体16上部を閉止する
カバー17とから構成されている。
る基板13上面に付設されたメタルボンド研摩砥石14
と、生成形体ICを焼結して得た焼結体15を収容する
円筒状の装置本体16と、装置本体16上部を閉止する
カバー17とから構成されている。
回転するメタルボンド研摩砥石14上を転動することに
より、焼結体15は第2図に示す帯状の円柱部8が削り
取られ研摩される。こうして得られた焼結体15は、さ
らにラッピングやポリッシング処理によって所要の直径
不同、真球度、表面粗さ、相互差となるように最終的な
表面加工が付されて製品としてのセラミックス球体とな
る。
より、焼結体15は第2図に示す帯状の円柱部8が削り
取られ研摩される。こうして得られた焼結体15は、さ
らにラッピングやポリッシング処理によって所要の直径
不同、真球度、表面粗さ、相互差となるように最終的な
表面加工が付されて製品としてのセラミックス球体とな
る。
上記実施例に係るセラミックス焼結体の製造方法によれ
ば、セラミックス原料粉末7を一軸加圧して成形した生
成形体ICを、さらに湿式冷間静水圧プレス処理によっ
て等方圧縮して加圧成形しているため、生成形体1cは
全表面にわたり均等に加圧され、密度が均一化される。
ば、セラミックス原料粉末7を一軸加圧して成形した生
成形体ICを、さらに湿式冷間静水圧プレス処理によっ
て等方圧縮して加圧成形しているため、生成形体1cは
全表面にわたり均等に加圧され、密度が均一化される。
その結果、寸法精度の低下が少なく、製造途中における
割れの発生も少なく、製品の歩溜りを向上させることが
できる。
割れの発生も少なく、製品の歩溜りを向上させることが
できる。
また生成形体ICは、半球状押圧面3a、 3bを形
成した上下パンチ4.5を使用して原料粉末7を圧縮成
形して得られるため、はぼ球形に近い形状に形成される
。そのため円柱状の生成形体から削り出して成形してい
た従来法と比較して、原料粉末に対する製品の歩溜りを
大幅に向上させることができる上に、焼結後の研摩作業
を容易にする効果があり、セラミックス球体の製造コス
トを大幅に低減することができる。
成した上下パンチ4.5を使用して原料粉末7を圧縮成
形して得られるため、はぼ球形に近い形状に形成される
。そのため円柱状の生成形体から削り出して成形してい
た従来法と比較して、原料粉末に対する製品の歩溜りを
大幅に向上させることができる上に、焼結後の研摩作業
を容易にする効果があり、セラミックス球体の製造コス
トを大幅に低減することができる。
また冷間静水圧プレス処理において可撓性を有するナイ
ロンとポリエチレンとで2層に形成した収容袋9を使用
し、ヒートシールによって入口開口部を密封する方法を
採用しているため、生成形体1cを収容した後の開口部
の密封処理が極めて用意であり、作業コストを大幅に低
減することができる。
ロンとポリエチレンとで2層に形成した収容袋9を使用
し、ヒートシールによって入口開口部を密封する方法を
採用しているため、生成形体1cを収容した後の開口部
の密封処理が極めて用意であり、作業コストを大幅に低
減することができる。
すなわち従来一般的に採用されている冷間静水圧プレス
処理においては、ゴム製の厚手の収容袋に生成形体1c
を収容し、収容袋内部に空気が残留しないように、予め
収容袋内を真空引きする操作が必要とされた。しかし本
実施例のように収容袋として可撓性を有する薄手のナイ
ロンーポリエチレン二層袋10を使用すれば、手で収容
袋全体を押圧するのみで、内部の空気を迅速に排除する
ことが可能となり、冷間静水圧プレス処理の準備作業を
簡素にすることができる。
処理においては、ゴム製の厚手の収容袋に生成形体1c
を収容し、収容袋内部に空気が残留しないように、予め
収容袋内を真空引きする操作が必要とされた。しかし本
実施例のように収容袋として可撓性を有する薄手のナイ
ロンーポリエチレン二層袋10を使用すれば、手で収容
袋全体を押圧するのみで、内部の空気を迅速に排除する
ことが可能となり、冷間静水圧プレス処理の準備作業を
簡素にすることができる。
次に上記実施例のセラミックス焼結体の製造方法を使用
して具体的にセラミックス球体を製造した場合の効果に
ついて、従来法と比較して説明する。
して具体的にセラミックス球体を製造した場合の効果に
ついて、従来法と比較して説明する。
実施例1および比較例1
実施例1として513N4粉末に焼結助剤としてイツト
リア(Y2O2)およびアルミナ(AJ203)をそれ
ぞれ5重量%、5重量%配合し、ボールミルで48時間
、湿式混合して得られたスラリー状混合体にバインダー
を添加した後にスプレードライヤーで乾燥し、平均粒径
60μmを有する混合体の粉末を造粒した。次に造粒し
た粉末を使用して第1図に示す金型プレス機に圧力50
0kg/alで上下パンチを押圧して直径9.5閣の生
成形体を500個形成した。
リア(Y2O2)およびアルミナ(AJ203)をそれ
ぞれ5重量%、5重量%配合し、ボールミルで48時間
、湿式混合して得られたスラリー状混合体にバインダー
を添加した後にスプレードライヤーで乾燥し、平均粒径
60μmを有する混合体の粉末を造粒した。次に造粒し
た粉末を使用して第1図に示す金型プレス機に圧力50
0kg/alで上下パンチを押圧して直径9.5閣の生
成形体を500個形成した。
次に得られた生成形体1cを第3図(a)〜(C)に示
すようにナイロンとポリエチレンとの2層構造に形成し
た収容袋9に1個ずつ充填し、収容袋の入口開口部をヒ
ートシール後、圧力2000kg/corで5分間湿式
冷間静水圧プレス処理を行なった。
すようにナイロンとポリエチレンとの2層構造に形成し
た収容袋9に1個ずつ充填し、収容袋の入口開口部をヒ
ートシール後、圧力2000kg/corで5分間湿式
冷間静水圧プレス処理を行なった。
次に得られた生成形体1cをN2ガス雰囲気において7
00℃で脱脂後、1800℃で常圧焼結し、さらに温度
1800℃、圧力1000kg/adで1時間熱間静水
圧プレス(HI P)処理を行なった。
00℃で脱脂後、1800℃で常圧焼結し、さらに温度
1800℃、圧力1000kg/adで1時間熱間静水
圧プレス(HI P)処理を行なった。
さらにHIP処理によって得た焼結体を第4図に示すバ
レル研摩装置で処理後、ダイヤモンドペーストをコンパ
ウンドとしてラップ研摩加工を行ない、直径不同0.4
μm1真空度0.4μm1表面粗さ0.032μmRa
、相互差0.8μmの寸法精度が得られるまでの合計製
造時間および製造途中において割れを生じた焼結体数を
計測した。
レル研摩装置で処理後、ダイヤモンドペーストをコンパ
ウンドとしてラップ研摩加工を行ない、直径不同0.4
μm1真空度0.4μm1表面粗さ0.032μmRa
、相互差0.8μmの寸法精度が得られるまでの合計製
造時間および製造途中において割れを生じた焼結体数を
計測した。
一方、比較例1として実施例1と同様な寸法を有する生
成形体を用い、湿式冷間静水圧プレス処理を行なわない
従来の製造方法に従って同数のセラミックス球体を製造
した場合における製造時間および割れが発生した焼結体
数を同様に計測し、第1表に示す結果を得た。
成形体を用い、湿式冷間静水圧プレス処理を行なわない
従来の製造方法に従って同数のセラミックス球体を製造
した場合における製造時間および割れが発生した焼結体
数を同様に計測し、第1表に示す結果を得た。
第1表
第1表の結果から明らかなように本実施例のセラミック
ス球体の製造方法によれば、生成形体段階における寸法
精度の低下が少ないため、研摩加工による仕上げが容易
となり製造時間が短縮される。
ス球体の製造方法によれば、生成形体段階における寸法
精度の低下が少ないため、研摩加工による仕上げが容易
となり製造時間が短縮される。
また湿式冷間静水圧プレス処理によって生成形体の緻密
化および密度の均一化を図っているため、割れの発生も
少なく、製品の少滴りも大幅に改善された。
化および密度の均一化を図っているため、割れの発生も
少なく、製品の少滴りも大幅に改善された。
実施例2として実施例1と同様な原料組成および処理条
件によって一軸加圧成形した後に、生成形体をナイロン
−ポリエチレン二層袋に充填し、湿式冷間静水圧プレス
処理を行ない、さらに脱脂焼結してセラミックス球体を
100個製造した。
件によって一軸加圧成形した後に、生成形体をナイロン
−ポリエチレン二層袋に充填し、湿式冷間静水圧プレス
処理を行ない、さらに脱脂焼結してセラミックス球体を
100個製造した。
一方比較例として実施例1の一軸加圧プレス成形機で形
成した生成形体を従来の厚手のゴムモールド(収容袋)
に装填後、内部を真空引きしゴムモールドの開口部を金
具で封止した後に、実施例2と同様な加圧条件で湿式冷
間静水圧プレス処理を行ない、かつ実施例2と同一の条
件で脱脂焼結して100個の焼結体を製造した。また比
較例3として実施例1の一軸加圧プレス成形機で形成し
た生成形体をそのまま脱脂焼結して100個の焼結体を
製造した。
成した生成形体を従来の厚手のゴムモールド(収容袋)
に装填後、内部を真空引きしゴムモールドの開口部を金
具で封止した後に、実施例2と同様な加圧条件で湿式冷
間静水圧プレス処理を行ない、かつ実施例2と同一の条
件で脱脂焼結して100個の焼結体を製造した。また比
較例3として実施例1の一軸加圧プレス成形機で形成し
た生成形体をそのまま脱脂焼結して100個の焼結体を
製造した。
そして実施例2および比較例2〜3にて得られた各焼結
体について焼結密度、ボアの発生状況、クラックの発生
状況および最終的に製品として合格した焼結体の歩留り
を測定算出し下記第2表に示す結果を得た。
体について焼結密度、ボアの発生状況、クラックの発生
状況および最終的に製品として合格した焼結体の歩留り
を測定算出し下記第2表に示す結果を得た。
第2表の結果から明らかなように実施例2に係るセラミ
ックス焼結体の製造方法によれば、焼結体密度が高く、
欠陥がない高品質のセラミックス焼結体を高い歩留りで
製造することができる。
ックス焼結体の製造方法によれば、焼結体密度が高く、
欠陥がない高品質のセラミックス焼結体を高い歩留りで
製造することができる。
一方比較例2によればゴムモールド内に生成形体を収容
しCIP処理を行なっているため、焼結体密度は実施例
2ど同様ではあるが、ゴムモールドの開口を完全に封止
することが困難であり、CIP処理時に加圧水がゴムモ
ールド内に侵入して生成形体を汚染する割合が高く、製
品の歩留りは80%程度に低下した。
しCIP処理を行なっているため、焼結体密度は実施例
2ど同様ではあるが、ゴムモールドの開口を完全に封止
することが困難であり、CIP処理時に加圧水がゴムモ
ールド内に侵入して生成形体を汚染する割合が高く、製
品の歩留りは80%程度に低下した。
また比較例3ではCIP処理を行なっていないため、生
成形体の緻密化および密度の均一化が進行せず、大部分
の焼結体にボアが発生し、クラックの発生も多く、歩留
りは10%程度に低下してしまう。
成形体の緻密化および密度の均一化が進行せず、大部分
の焼結体にボアが発生し、クラックの発生も多く、歩留
りは10%程度に低下してしまう。
次に本発明の他の実施例について第5図〜第7図を参照
して説明する。第5図に示す一軸加圧プレス成形機は第
8図(C)に示すようなリベット状焼結体300を形成
するために使用される成形機であり、焼結体300の上
面側形状に合せて形成した半球状押圧面3Cを有する上
バンチ4aと、焼結体300の下面側形状に合せて形成
した段状押圧面19を形成した下バンチ5aとをダイス
6内に上下方向からそれぞれ嵌入するようにして構成さ
れる。下バンチ5aの軸穴にはコアパンチ20が昇降自
在に配設される。
して説明する。第5図に示す一軸加圧プレス成形機は第
8図(C)に示すようなリベット状焼結体300を形成
するために使用される成形機であり、焼結体300の上
面側形状に合せて形成した半球状押圧面3Cを有する上
バンチ4aと、焼結体300の下面側形状に合せて形成
した段状押圧面19を形成した下バンチ5aとをダイス
6内に上下方向からそれぞれ嵌入するようにして構成さ
れる。下バンチ5aの軸穴にはコアパンチ20が昇降自
在に配設される。
そして上下バンチ4a、5aおよびコアバンチ20の間
隙部にセラミックス原料粉末7を充填して押圧すると、
第6図に示すようなリベット形状の生成形体1dが得ら
れる。
隙部にセラミックス原料粉末7を充填して押圧すると、
第6図に示すようなリベット形状の生成形体1dが得ら
れる。
次に得られた生成形体1dを第7図に示すようにナイロ
ンーポリエチレン二層袋10で形成した収容袋9内に配
置し、密封する。各生成形体1dは、収容袋9に縦横に
形成したヒートシール線11によって区画される各領域
21・・・毎に1個ずつ密封される。
ンーポリエチレン二層袋10で形成した収容袋9内に配
置し、密封する。各生成形体1dは、収容袋9に縦横に
形成したヒートシール線11によって区画される各領域
21・・・毎に1個ずつ密封される。
密封された生成形体1dはCIP装置に装填される。そ
して所定静水圧が、収容袋9を介して各生成形体1d表
面に等方向に作用し、生成形体1dは緻密化される。
して所定静水圧が、収容袋9を介して各生成形体1d表
面に等方向に作用し、生成形体1dは緻密化される。
本実施例方法によれば、複雑なリベット形状を有する焼
結体であっても同様に効率よく製造することが可能であ
る上、特に1枚の収容袋9に収容する複数の生成形体1
dをヒートシール線11によって区画形成された各領域
21・・・に1個ずつ分離して配置しているため、CI
P処理時において隣接した生成形体同志が接触すること
が少ない。
結体であっても同様に効率よく製造することが可能であ
る上、特に1枚の収容袋9に収容する複数の生成形体1
dをヒートシール線11によって区画形成された各領域
21・・・に1個ずつ分離して配置しているため、CI
P処理時において隣接した生成形体同志が接触すること
が少ない。
そのため、生成形体の損傷が少なく、製品の歩留りを大
きくすることができる。
きくすることができる。
以上説明の通り本発明に係るセラミックス焼結体の製造
方法によれば、セラミックス原料粉末を一軸加圧して形
成した生成形体を、さらに湿式冷間静水圧プレス法によ
って加圧成形しているため、生成形体の全表面は等方向
に静水圧によって中心方向に均等に加圧される。その結
果、緻密化がより進行し、生成形体の密度は全体につい
て均一化される。したがって寸法精度の低下が少なく、
また成形段階および焼結段階においても割れの発生が少
なく、製品の歩溜りを大幅に向上させることができる。
方法によれば、セラミックス原料粉末を一軸加圧して形
成した生成形体を、さらに湿式冷間静水圧プレス法によ
って加圧成形しているため、生成形体の全表面は等方向
に静水圧によって中心方向に均等に加圧される。その結
果、緻密化がより進行し、生成形体の密度は全体につい
て均一化される。したがって寸法精度の低下が少なく、
また成形段階および焼結段階においても割れの発生が少
なく、製品の歩溜りを大幅に向上させることができる。
また生成形体は、形成しようとする焼結体の上面側形状
および下面側形状に合せて押圧面を形成した上下パンチ
を使用して、原料セラミックス粉末を圧縮成形して得ら
れるため、はぼ焼結体の形状に近いニアネットな生成形
体が得られる。
および下面側形状に合せて押圧面を形成した上下パンチ
を使用して、原料セラミックス粉末を圧縮成形して得ら
れるため、はぼ焼結体の形状に近いニアネットな生成形
体が得られる。
そのため円柱状の生成形体から削り出して成形していた
従来法と比較して、原料粉末に対する製品の歩溜りを大
幅に向上させることができる上に、焼結後の研摩作業を
容易にする効果があり、セラミックス焼結体の製造コス
トを大幅に低減することができる。
従来法と比較して、原料粉末に対する製品の歩溜りを大
幅に向上させることができる上に、焼結後の研摩作業を
容易にする効果があり、セラミックス焼結体の製造コス
トを大幅に低減することができる。
また可撓性を有する合成樹脂製の収容袋に生成形体を収
容し、この収容袋の入口開口部をヒートシールして密封
した後に、密封した収容袋を水中に浸漬し、静水圧を作
用させて等方圧縮する湿式冷間静水圧プレス処理を採用
することにより、厚手のゴム袋を収容袋として使用し、
そのゴム袋の入口部を締結具で強固に締着する従来の冷
間静水圧プレス処理と比較して、密封処理が極めて容易
となり、作業コストを大幅に低減することができる。
容し、この収容袋の入口開口部をヒートシールして密封
した後に、密封した収容袋を水中に浸漬し、静水圧を作
用させて等方圧縮する湿式冷間静水圧プレス処理を採用
することにより、厚手のゴム袋を収容袋として使用し、
そのゴム袋の入口部を締結具で強固に締着する従来の冷
間静水圧プレス処理と比較して、密封処理が極めて容易
となり、作業コストを大幅に低減することができる。
第1図は本発明の一実施例であり、セラミックス原料粉
末を一軸加圧して生成形体を形成する状態を示す断面図
、第2図は生成形体の形状例を示す正面図、第3図(a
)〜(C)は湿式冷間静水圧プレス処理の実施手順を示
す正面図であり、第3図(a)は収容袋に生成形体を投
入する状態を示す正面図、第3図(b)は収容袋の開口
をヒートシールして密封した状態を示す正面図、第3図
(c)は生成形体を収容した収容袋に静水圧を作用させ
た状態を示す正面図、第4図はバレル研磨装置の構成を
示す断面図、第5図は本発明方法で使用する一軸加圧プ
レス成形機の他の構成例を示す断面図、第6図は第5図
に示す成形機を使用して形成した生成形体の形状例を示
す正面図、第7図は収容袋内に複数の生成形体を相互に
分離して配置密封した状態を示す斜視図、第8図(a)
〜(d)はそれぞれセラミックス焼結体の形状例を示す
正面図、第9図(a)〜(d)は従来のセラミックス球
体の製造手順を示す図であり、第9図(a)は円柱状に
形成した生成形体の斜視図、第9図(b)、 (c)
はそれぞれ円柱状生成形体の角部をそれぞれ直線状また
は曲線状に面取りした状態を示す斜視図、第9図(d)
は最終的な表面加工を完了したセラミックス球体を示す
斜視図、第10図は第2図におけるX部拡大断面図であ
る。 1、 la、 Ib、 lc・・・生成形体、2
・・・セラミックス球体、3a、3b、3c・・・半球
状押圧面、4.4a・・・上ハンチ、5.5a・・・下
バンチ、6・・・ダイス、7・・・セラミックス原料粉
末、8・・・円柱部、9・・・収容袋、10・・・ナイ
ロン−ポリエチレン二層袋、11・・・ヒートシール線
、12・・・バレル研摩装置、13・・・基板、14・
・・メタルボンド研摩砥石、15・・・焼結体、16・
・・装置本体、17・・・カバー18・・・割れ、19
・・・段状押圧面、20・・・コアパンチ、2・・・領
域、R・・・半球部。 $ 1図 $2回 (a) こIノ (() 第 4 図 基 回 2/ 2/ 回 第 θ 回
末を一軸加圧して生成形体を形成する状態を示す断面図
、第2図は生成形体の形状例を示す正面図、第3図(a
)〜(C)は湿式冷間静水圧プレス処理の実施手順を示
す正面図であり、第3図(a)は収容袋に生成形体を投
入する状態を示す正面図、第3図(b)は収容袋の開口
をヒートシールして密封した状態を示す正面図、第3図
(c)は生成形体を収容した収容袋に静水圧を作用させ
た状態を示す正面図、第4図はバレル研磨装置の構成を
示す断面図、第5図は本発明方法で使用する一軸加圧プ
レス成形機の他の構成例を示す断面図、第6図は第5図
に示す成形機を使用して形成した生成形体の形状例を示
す正面図、第7図は収容袋内に複数の生成形体を相互に
分離して配置密封した状態を示す斜視図、第8図(a)
〜(d)はそれぞれセラミックス焼結体の形状例を示す
正面図、第9図(a)〜(d)は従来のセラミックス球
体の製造手順を示す図であり、第9図(a)は円柱状に
形成した生成形体の斜視図、第9図(b)、 (c)
はそれぞれ円柱状生成形体の角部をそれぞれ直線状また
は曲線状に面取りした状態を示す斜視図、第9図(d)
は最終的な表面加工を完了したセラミックス球体を示す
斜視図、第10図は第2図におけるX部拡大断面図であ
る。 1、 la、 Ib、 lc・・・生成形体、2
・・・セラミックス球体、3a、3b、3c・・・半球
状押圧面、4.4a・・・上ハンチ、5.5a・・・下
バンチ、6・・・ダイス、7・・・セラミックス原料粉
末、8・・・円柱部、9・・・収容袋、10・・・ナイ
ロン−ポリエチレン二層袋、11・・・ヒートシール線
、12・・・バレル研摩装置、13・・・基板、14・
・・メタルボンド研摩砥石、15・・・焼結体、16・
・・装置本体、17・・・カバー18・・・割れ、19
・・・段状押圧面、20・・・コアパンチ、2・・・領
域、R・・・半球部。 $ 1図 $2回 (a) こIノ (() 第 4 図 基 回 2/ 2/ 回 第 θ 回
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、形成しようとする焼結体の上面側形状および下面側
形状に合せて、押圧面をそれぞれ形成した上パンチおよ
び下パンチによってセラミックス原料粉末を一軸加圧し
て生成形体を形成した後に、上記生成形体を湿式冷間静
水圧プレス処理により加圧成形し、しかる後に得られた
生成形体を脱脂焼結後、最終的な表面加工を行なうこと
を特徴とするセラミックス焼結体の製造方法。 2、湿式冷間静水圧プレス処理は、可撓性を有する合成
樹脂製の収容袋に生成形体を収容し、袋内部の圧力を大
気圧以下に保持した状態で収容袋の入口開口部をヒート
シールして密封した後に、密封した収容袋を水中に浸漬
し、静水圧を作用させて等方圧縮することを特徴とする
請求項1記載のセラミックス焼結体の製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1-120385 | 1989-05-16 | ||
JP12038589 | 1989-05-16 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0373310A true JPH0373310A (ja) | 1991-03-28 |
JP3026304B2 JP3026304B2 (ja) | 2000-03-27 |
Family
ID=
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000337386A (ja) * | 1999-05-31 | 2000-12-05 | Kyocera Corp | セラミックス製転動体用素材とその製造方法及びこれを用いた転動体 |
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US7029623B2 (en) | 2000-07-21 | 2006-04-18 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Ceramic ball, ball bearing, motor having bearing, hard disk drive, polygon scanner, and method for manufacturing ceramic ball |
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WO2024117112A1 (ja) * | 2022-11-28 | 2024-06-06 | 株式会社 東芝 | セラミックスボール用素材およびそれを用いたセラミックスボールの製造方法並びにセラミックスボール |
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---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |