焼結体の製造方法及び焼結体の製造装置
【課題】本発明によれば、焼結体に密度のばらつきを抑制できる焼結体の製造装置及び焼結体の製造方法を提供する。
【解決手段】パンチ上面２５ａ又は治具下面の一方の形状は、凸状の球面形状であり、他方の形状は、凹状の球面形状である焼結体の製造装置１を用い、原料粉体１００をモールド１０に配置する原料配置工程Ｓ１と、モールド１０の上面側に押圧パンチ２０を配置し、押圧治具が押圧パンチ２０に接触するように押圧治具を配置する押圧部材配置工程Ｓ２と押圧治具を用いて、押圧パンチ２０に圧力を加える加圧工程と、原料粉体１００を加熱する加熱工程と、を含み、押圧部材配置工程Ｓ２において、パンチ上面２５ａと治具下面とが、面状に接触するように押圧治具を配置する。
【解決手段】パンチ上面２５ａ又は治具下面の一方の形状は、凸状の球面形状であり、他方の形状は、凹状の球面形状である焼結体の製造装置１を用い、原料粉体１００をモールド１０に配置する原料配置工程Ｓ１と、モールド１０の上面側に押圧パンチ２０を配置し、押圧治具が押圧パンチ２０に接触するように押圧治具を配置する押圧部材配置工程Ｓ２と押圧治具を用いて、押圧パンチ２０に圧力を加える加圧工程と、原料粉体１００を加熱する加熱工程と、を含み、押圧部材配置工程Ｓ２において、パンチ上面２５ａと治具下面とが、面状に接触するように押圧治具を配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結体の製造方法及び焼結体の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、焼結体の原料となる粉状の原料粉体が配置され、開口した上面を有する筒状のモールドと、モールドの上面側に位置し、原料粉体に圧力を加える押圧パンチとを備えた焼結体の製造装置を用いて、原料粉体に圧力を加えながら加熱する焼結体の製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。押圧パンチに向かってシリンダを移動させることによって、押圧パンチに圧力を加え、その結果、原料粉体に圧力が加えられる。原料粉体は、圧力を加えながら加熱されるため、密度の高い良好な焼結体が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１―４８６５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
原料粉体は、粉状であるため、原料粉体の高さが均一になるように、モールドに配置することは難しい。原料粉体の高さが異なった状態で、押圧パンチをモールドの上面側に配置した場合、原料粉体の高さが均一な場合に比べて押圧パンチが傾いて配置される。押圧パンチが傾いていなければ、シリンダと押圧パンチとは、面状に接触するが、押圧パンチが傾いていると、シリンダと押圧パンチとは、一部しか接触しない。このため、原料粉体の高さが高い位置にある押圧パンチ部分には、シリンダから強い圧力が加わる。その結果、原料粉体に加わる圧力の大きさが場所によって異なるため、押圧パンチが傾いたまま焼結体を製造した場合、密度にばらつきがある焼結体が得られていた。
【０００５】
そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、焼結体の密度のばらつきを抑制できる焼結体の製造方法及び焼結体の製造装置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】
【０００６】
上述した課題を解決するため、本発明は、次のような特徴を有している。本発明の特徴は、焼結体の原料となる粉状の原料粉体（例えば、原料粉体１００）が配置され、開口した上面を有する筒状のモールド（例えば、モールド１０）と、前記モールドの前記上面側に位置し、前記原料粉体に圧力を加える押圧パンチ（例えば、押圧パンチ２０）と、前記モールドの前記上面側において前記押圧パンチと接触し、前記押圧パンチに圧力を加える押圧治具（例えば、シリンダ４０）と、を備え、前記押圧パンチは、前記押圧治具と接触する表面であるパンチ上面（例えば、パンチ上面２５ａ）を有し、前記押圧治具は、前記押圧パンチと接触する表面である治具下面（例えば、シリンダ下面４５ｂ）を有し、前記パンチ上面又は前記治具下面の一方の形状は、凸状の球面形状であり、他方の形状は、凹状の球面形状である焼結体の製造装置（例えば、製造装置１）を用い、前記原料粉体を前記モールドに配置する原料配置工程（例えば、原料配置工程Ｓ１）と、前記モールドの前記上面側に前記押圧パンチを配置し、前記押圧治具が前記押圧パンチに接触するように前記押圧治具を配置する押圧部材配置工程（例えば、押圧部材配置工程Ｓ２）と、前記押圧治具を用いて、前記押圧パンチに圧力を加える加圧工程（例えば、加圧工程Ｓ３）と、前記原料粉体を加熱する加熱工程（例えば、加熱工程Ｓ４）と、を含み、前記押圧部材配置工程において、前記パンチ上面と前記治具下面とが、面状に接触するように前記押圧治具を配置することを要旨とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、焼結体の密度のばらつきを抑制できる焼結体の製造方法及び焼結体の製造装置を提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１実施形態に係る焼結体の製造装置１Ａの断面図である。
【図２】図２（ａ）は、第１実施形態に係る押圧パンチ２０の斜視図である。図２（ｂ）は、第１実施形態に係るシリンダ４０の斜視図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る焼結体の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図４】図４（ａ）は、従来の焼結体の製造方法を説明するための従来の焼結体の製造装置の概略断面図である。図４（ｂ）は、第１実施形態に係る焼結体の製造方法を説明するための第１実施形態に係る焼結体の製造装置１の概略断面図である。
【図５】図５は、第２実施形態に係る焼結体の製造装置１Ｂの断面図である。
【図６】図６は、第２実施形態に係る焼結体の製造装置１Ｂの斜視図である。
【図７】図７（ａ）は、第２実施形態に係る焼結体の製造装置１Ｂの断面図である。図７（ｂ）は、第２実施形態に係る焼結体の製造装置１Ｂの断面図である。
【図８】図８は、第３実施形態に係る焼結体の製造装置１Ｃの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明に係る焼結体の製造方法及び焼結体の製造装置１の一例について、図面を参照しながら説明する。具体的には、（１）焼結体の製造装置１Ａの概略構成、（２）焼結体の製造方法、（３）作用・効果、（４）その他実施形態、について説明する。
【００１０】
以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付している。図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれ得る。
【００１１】
（１）焼結体の製造装置１Ａの概略構成
本実施形態に係る焼結体の製造装置１の概略構成について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る焼結体の製造装置１Ａの断面図である。図２（ａ）は、本実施形態に係る押圧パンチ２０の斜視図である。図２（ｂ）は、本実施形態に係るシリンダ４０の斜視図である。
【００１２】
図１に示されるように、焼結体の製造装置１は、支持台５、モールド１０、押圧パンチ２０、スペーサ２８、シリンダ４０を備える。
【００１３】
支持台５は、モールド１０を支持する。支持台５上にモールド１０が設置される。
【００１４】
モールド１０は、筒状である。モールド１０は、開口した上面を有する。本実施形態において、モールド１０の上面は、円形状に開口する。すなわち、モールド１０は、円管形状である。筒状とは、必ずしも円管形状だけを意味するのではなく、多角形状の開口した端面を有する管状の形状も含まれる。モールド１０の内部には、開口した上面から焼結体の原料となる粉状の原料粉体１００が配置される。
【００１５】
本実施形態において、モールド１０は、スリーブ１２とダイス１４とを有する。スリーブ１２は、筒状である。モールド１０の内側部分を構成する。本実施形態において、スリーブ１２は、原料粉体１００と接する。ダイス１４は、筒状である。ダイス１４は、モールド１０の外側部分を構成する。ダイス１４は、スリーブ１２の外側に接する。
【００１６】
押圧パンチ２０は、モールド１０の上面側に位置する。押圧パンチ２０は、原料粉体１００に圧力を加える。
【００１７】
押圧パンチ２０は、パンチ上面２５ａとパンチ下面２５ｂとを有する。パンチ上面２５ａは、シリンダ４０側に位置する押圧パンチ２０の表面である。パンチ上面２５ａは、シリンダ４０と接触可能である。図２（ａ）に示されるように、パンチ上面２５ａの形状は、凸状の球面形状である。パンチ上面２５ａ上にある点から等距離にある点（パンチ上面２５ａに沿った球面の中心点）は、パンチ上面２５ａよりも原料粉体１００側にあり、押圧パンチ２０の中心軸上にある。パンチ上面２５ａの曲率半径は、一定である。すなわち、パンチ上面２５ａを表面の一部とする仮想球体は、真球である。なお、押圧パンチ２０の中心軸は、パンチ上面２５ａ及びパンチ下面２５ｂを通る中心軸である。押圧パンチ２０のパンチ上面２５ａ側は、テーパー形状になっている。
【００１８】
パンチ下面２５ｂは、原料粉体１００側に位置する押圧パンチ２０の表面である。パンチ下面２５ｂは、スペーサ２８と接触する表面である。パンチ下面２５ｂは、円形状の平面である。
【００１９】
スペーサ２８は、押圧パンチ２０と原料粉体１００との間に配置される。スペーサ２８は、押圧パンチ２０と原料粉体１００とが密着することを防ぐ。
【００２０】
シリンダ４０は、押圧治具５０である。シリンダ４０は、モールド１０の上面側において押圧パンチ２０と接触する。シリンダ４０は、加圧軸方向ｚに沿って移動可能である。シリンダ４０は、モールド１０に向かって移動する。シリンダ４０は、加圧軸方向ｚに沿って移動し、押圧パンチ２０に圧力を加える。シリンダ４０は、加圧軸方向ｚに垂直な方向に移動可能であってもよい。
【００２１】
図２（ｂ）に示されるように、シリンダ４０は、シリンダ下面４５ｂを有する。シリンダ下面４５ｂは、押圧パンチ２０側に位置するシリンダ４０の表面である。シリンダ下面４５ｂは、押圧パンチ２０と接触可能である。具体的には、シリンダ下面４５ｂは、パンチ上面２５ａと接触する。シリンダ下面４５ｂの形状は、凹状の球面形状である。シリンダ下面４５ｂ上にある点から等距離にある点（シリンダ下面４５ｂに沿った球面の中心点）は、シリンダ下面４５ｂよりも原料粉体１００側にあり、シリンダ４０の中心軸上にある。シリンダ下面４５ｂの曲率半径は、一定である。すなわち、シリンダ下面４５ｂを表面の一部とする仮想球体は、真球である。加圧軸方向ｚにおいて、シリンダ下面４５ｂが位置するシリンダ４０の端部側は、テーパー形状になっている。
【００２２】
シリンダ下面４５ｂは、パンチ上面２５ａと勘合する。パンチ上面２５ａとシリンダ下面４５ｂとは、面状に接触する。パンチ上面２５ａとシリンダ下面４５ｂとの接触面は、球面状である。本実施形態において、接触面は、仮想真球の表面の一部を構成する。
【００２３】
なお、焼結体の製造装置１Ａは、原料粉体１００を加熱するホットプレス炉を有する（不図示）。このホットプレス炉は、モールド１０の周囲に設置される。
【００２４】
（２）焼結体の製造方法
本実施形態に係る焼結体の製造方法について、図１から図３を参照しながら説明する。図３は、本実施形態に係る焼結体の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【００２５】
図３に示されるように、本実施形態に係る焼結体の製造方法は、原料配置工程Ｓ１、押圧部材配置工程Ｓ２、加圧工程Ｓ３及び加熱工程Ｓ４を含む。
【００２６】
（２．１）原料配置工程Ｓ１
原料配置工程Ｓ１は、原料粉体１００をモールド１０に配置する工程である。
【００２７】
粉状の原料粉体１００を準備する。準備した原料粉体１００をモールド１０上面からモールド１０の内部に配置する。原料粉体１００の表面にスペーサ２８を配置する。
【００２８】
（２．２）押圧部材配置工程Ｓ２
押圧部材配置工程Ｓ２は、押圧パンチ２０及び押圧治具５０を配置する工程である。
【００２９】
押圧パンチ２０をモールド１０の上面側に配置する。本実施形態では、押圧パンチ２０のパンチ下面２５ｂがスペーサ２８に接するように、押圧パンチ２０をモールド１０に配置する。押圧パンチ２０の一部は、モールド１０の内部に位置する。押圧パンチ２０は、モールド１０の上面側に位置する。
【００３０】
次に、シリンダ４０が押圧パンチ２０に接触するようにシリンダ４０を配置する。パンチ上面２５ａとシリンダ下面４５ｂとが、面状に接触するようにシリンダ４０を配置する。押圧パンチ２０が傾いて配置された場合には、シリンダ４０を加圧軸方向ｚに垂直な方向に移動させて、パンチ上面２５ａとシリンダ下面４５ｂとを面状に接触させてもよい。パンチ上面２５ａとシリンダ下面４５ｂとの接触面は、球面状である。
【００３１】
（２．３）加圧工程Ｓ３
加圧工程Ｓ３は、シリンダ４０を用いて、押圧パンチ２０に圧力を加える工程である。
【００３２】
シリンダ４０をモールド１０側へ移動させて、押圧パンチ２０に圧力を加える。押圧パンチ２０は、原料粉体１００側に押される。これにより、押圧パンチ２０は、スペーサ２８を介して原料粉体１００に圧力を加える。
【００３３】
（２．４）加熱工程Ｓ４
加熱工程Ｓ４は、原料粉体１００を加熱する工程である。
【００３４】
加圧工程Ｓ３によって圧力が加えられた原料粉体１００を加熱する。圧力を加えながら加熱することにより、原料粉体１００を焼結する。これにより、焼結体が製造される。原料粉体１００がセラミックス材料の原料粉体１００であれば、セラミックス焼結体が得られる。
【００３５】
（３）作用・効果
本実施形態の作用効果について、図４を参照しながら説明する。図４（ａ）は、従来の焼結体の製造方法を説明するための従来の焼結体の製造装置の概略断面図である。図４（ｂ）は、本実施形態に係る焼結体の製造方法を説明するための本実施形態に係る焼結体の製造装置１の概略断面図である。
【００３６】
図４（ａ）に示されるように、原料粉体１００の高さが位置によって異なるように、原料粉体１００が配置された場合、押圧パンチ２０は、傾いて配置される。押圧パンチ２０が傾いたまま、シリンダ４０をモールド１０側へ移動させると、原料粉体１００が高く配置された側である高配置側（図４（ａ）における右側）において、押圧パンチ２０とシリンダ４０とが接触する。すなわち、パンチ上面２５ａとシリンダ下面４５ｂとが接触する接触部分Ｐは、高配置側に位置する。
【００３７】
押圧パンチ２０が傾いていない場合、シリンダ４０から押圧パンチ２０へ作用する外力の分布を平均して求められる平均外力ｆ０が作用する作用点は、パンチ上面２５ａの中心Ｏに位置する。
【００３８】
押圧パンチ２０が傾いている場合、接触部分Ｐは、パンチ上面２５ａの端部とシリンダ下面４５ｂの端部とが接触した部分である。このため、押圧パンチ２０が傾いている場合の平均応力ｆｐの作用する作用点ｐは、接触部分Ｐに位置する。平均応力ｆ０における作用点である中心Ｏと平均応力ｆｐの作用点ｐとの距離は、距離ｍである。従って、押圧パンチ２０が傾いている場合、押圧パンチ２０が傾いていない場合と比べて、シリンダ４０から押圧パンチ２０へ作用する外力の位置が、距離ｍだけずれる。
【００３９】
また、接触部分Ｐの面積は、押圧パンチ２０が傾いていない場合におけるパンチ上面２５ａとシリンダ下面４５ｂとの接触面積に比べると狭い。このため、接触部分Ｐのパンチ上面２５ａに強い外力が加わる。
【００４０】
これらの結果、高配置側に強い圧力が加わるため、高配置側に位置する原料粉体１００には、強い圧力が加わる。原料粉体１００が低く配置された側である低配置側（図４における左側）に位置する原料粉体１００には、弱い圧力しか加わらない。高配置側と低配置側とに加わる圧力の差が大きくなるため、密度にばらつきのある焼結体が得られていた。高配置側に位置した焼結体部分は、密度が大きく、低配置側に位置した焼結体部分は、密度が小さかった。
【００４１】
本実施形態において、パンチ上面２５ａの形状は、凸状の球面形状であり、シリンダ下面４５ｂの形状は、凹状の球面形状である。図４（ｂ）に示されるように、押圧部材配置工程Ｓ２において、パンチ上面２５ａとシリンダ下面４５ｂとが、面状に接触するようにシリンダ下面４５ｂを配置する。このため、原料粉体１００の高さが位置によって異なるように原料粉体１００が配置された場合であっても、パンチ上面２５ａとシリンダ下面４５ｂとが接触した部分である接触部分Ｑは、高配置側だけでなく、低配置側にも位置する。押圧パンチ２０が傾いている場合における平均外力ｆｑの作用する作用点ｑは、シリンダ下面４５ｂの中心に一致する。押圧パンチ２０が傾いていない場合における平均外力ｆ０の作用点である中心Ｏと平均外力ｆｐの作用点ｑとの距離は、距離ｎである。距離ｎは、押圧パンチ２０の傾きに応じて変化する。押圧パンチ２０の傾きが小さければ、距離ｎも小さくなり、押圧パンチ２０の傾きが大きければ、距離ｎも大きくなる。距離ｎは、パンチ上面２５ａの中心Ｏからパンチ上面２５ａの端部に位置する作用点ｐまでの距離ｍに比べると小さくなる。このため、従来の焼結体の製造装置に比べると、平均外力が作用する位置のずれが抑制される。
【００４２】
また、パンチ上面２５ａとシリンダ下面４５ｂとが、面状に接触するため、外力が放射状に分散して向かうとともに、接触部分Ｑの面積を充分に確保することができる。このため、接触部分Ｑのパンチ上面２５ａに平均的に外力が加わる。また、パンチ上面２５ａとシリンダ下面４５ｂとが、面状に接触するため、押圧パンチ２０がどの向きに傾いても、上述した作用を得ることができる。
【００４３】
これらの結果、パンチ２０が傾いていても、高配置側に強い圧力が加わることがなくなるため、高配置側と低配置側とに加わる圧力の差を小さくできるため、従来の焼結体の製造装置に比べて、密度にばらつきのない焼結体を得ることができる。
【００４４】
（４）その他実施形態
その他実施形態について、図５から図８を参照しながら説明する。上述した実施形態と同様の部分は、適宜省略する。
【００４５】
図５は、第２実施形態に係る焼結体の製造装置１Ｂの断面図である。図６は、第２実施形態に係る焼結体の製造装置１Ｂの斜視図である。図７（ａ）は、第２実施形態に係る焼結体の製造装置１Ｂの断面図である。図７（ｂ）は、第２実施形態に係る焼結体の製造装置１Ｂの断面図である。図８は、第３実施形態に係る焼結体の製造装置１Ｃの断面図である。
【００４６】
（４．１）第２実施形態
第２実施形態について、図５から図７を参照しながら説明する。
【００４７】
（４．１．１）焼結体の製造装置１Ｂの概略構成
図５及び図６に示されるように、本実施形態に係る焼結体の製造装置１は、支持台５、モールド１０、押圧パンチ２０、押圧環パンチ２３、ラム３０、シリンダ４０、中子６０を備える。
【００４８】
図５及び図６に示されるように、押圧環パンチ２３の形状は、円環形状である。押圧環パンチ２３は、押圧パンチ２０と原料粉体１００との間に配置される。押圧パンチ２０は、環パンチ上面２３ａと環パンチ下面２３ｂとを有する。環パンチ上面２３ａは、押圧パンチ２０側に位置する表面である。環パンチ上面２３ａは、押圧パンチ２０と接触可能である。環パンチ下面２３ｂは、原料粉体１００側に位置する表面である。本実施形態において、環パンチ下面２３ｂは、原料粉体１００と接触する。押圧環パンチ２３は、押圧パンチ２０から圧力が加えられ、原料粉体１００に圧力を加える。
【００４９】
加圧軸方向ｚと直交する直交方向ｘにおいて、押圧環パンチ２３の内側には、中子６０が位置する。直交方向において、押圧環パンチ２３の外側には、モールド１０が位置する。
【００５０】
ラム３０は、押圧パンチ２０とシリンダ４０との間に位置する。ラム３０は、ラム上面３５ａとラム下面３５ｂとを有する。ラム上面３５ａは、シリンダ下面４５ｂと接触する。ラム上面３５ａは、平面であり、シリンダ下面４５ｂも平面である。ラム下面３５ｂは、パンチ上面２５ａと接触可能である。パンチ上面２５ａの形状は、凹状の球面形状である。ラム下面３５ｂの形状は、凸状の球面形状である。パンチ上面２５ａとラム下面３５ｂとは、面状に接触する。パンチ上面２５ａとラム下面３５ｂとの接触面は、球面状である。ラム３０は、シリンダ４０から圧力を加えられ、押圧パンチ２０に圧力を加える。ラム３０は、押圧治具５０に含まれる。
【００５１】
中子６０は、柱形状である。本実施形態において、中子６０は、円柱形状である。中子６０は、環状の焼結体を製造するために用いられる。中子６０は、直交方向ｘにおけるモールド１０の中央に配置される。中子６０は、多角柱形状であってもよい。
【００５２】
（４．１．２）焼結体の製造方法
第２実施形態における焼結体の製造方法について、説明する。
【００５３】
原料配置工程Ｓ１では、中子６０をモールド１０の中央に配置する。図５及び図６に示されるように、中子の中心軸が加圧軸方向ｚと一致するように、中子６０を配置する。スリーブ１２と中子６０との距離が均等になるように、中子６０を配置することが好ましい。中子６０を配置した後に、中子６０の外周側に原料粉体１００を配置する。
【００５４】
押圧部材配置工程Ｓ２では、中子６０とスリーブ１２との間に押圧環パンチ２３を配置する。原料粉体１００上に位置するように、押圧環パンチ２３を配置する。
【００５５】
配置した押圧環パンチ２３上に押圧パンチ２０を配置する。パンチ下面２５ｂと環パンチ上面２３ａとが接触するように、押圧パンチ２０を配置する。
【００５６】
配置した押圧パンチ２０上にラム３０を配置する。パンチ上面２５ａとラム下面３５ｂとが球面形状に接触するように、ラム３０を配置する。パンチ上面２５ａとラム下面３５ｂとが面状に接触するため、押圧パンチ２０上に配置したラム３０は、パンチ上面２５ａとラム下面３５ｂとの接触面に沿ってスライドさせることができる（図７（ａ）参照）。このため、ラム３０をスライドさせて、ラム上面３５ａが加圧軸方向ｚに直交するように調整することができる。
【００５７】
配置したラム３０上にシリンダ４０を配置する。ラム上面３５ａが加圧軸方向ｚに直交するようにラム３０をスライドさせている場合、シリンダ４０を加圧軸方向ｚに移動させるだけで、ラム上面３５ａとシリンダ下面４５ｂとが面状に接触する（図７（ｂ）参照）。
【００５８】
シリンダ４０をモールド１０に向かって移動させることにより、ラム上面３５ａとシリンダ下面４５ｂとが接触する。このため、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示されるように、ラム３０を接触面に沿ってスライドさせていなくても、ラム上面３５ａとシリンダ下面４５ｂとが接触によって、ラム３０が接触面に沿ってスライドする。これにより、ラム上面３５ａとシリンダ下面４５ｂとが面状に接触する。
【００５９】
このように、本実施形態によれば、ラム３０によって、パンチ上面２５ａとラム下面３５ｂとの接触面を球面状にし、ラム上面３５ａとシリンダ下面４５ｂとの接触面を平面状に調整することができる。このため、直交方向ｘにシリンダ４０を移動させなくてもよいため、焼結体の密度のばらつきをより容易に抑制することができる。
【００６０】
パンチ上面２５ａの形状は、凹状の球面形状である。ラム下面３５ｂの形状は、凸状の球面形状である。下側に位置するパンチ上面２５ａの形状が凹状であることにより、ラム３０をパンチ上面２５ａに沿って移動させても、ラム３０の重心は移動しない。このため、押圧部材配置工程Ｓ２において、ラム３０を安定して配置することができる。
【００６１】
中子６０が配置されたモールド１０に原料粉体１００を配置した場合、中子６０によって、原料粉体１００の移動が制限される。このため、原料粉体１００の高さをならすことが困難になる。従って、中子６０を配置する場合、中子６０を配置しない場合に比べて、原料粉体１００の高さが異なることが多かった。このため、押圧パンチ２０が傾きやすかった。
【００６２】
本実施形態によれば、押圧パンチ２０が傾いていても、高配置側と低配置側とに加わる圧力の差を小さくできるため、従来の焼結体の製造装置に比べて、密度にばらつきのない焼結体を得ることができる。従って、環状の焼結体を製造する場合により好適に用いることができる。
【００６３】
（４．２）第３実施形態
第３実施形態について、図８を参照しながら説明する。図８に示されるように、押圧治具５０は、シリンダ４０とラム３０とを含む。ラム３０は、球体である。従って、ラム上面３５ａ及びラム下面３５ｂの形状は、凸状の球面形状である。
【００６４】
パンチ上面２５ａは、凹状の球面形状である。シリンダ下面４５ｂは、凹状の球面形状である。パンチ上面２５ａとラム下面３５ｂとは、面状に接触する。ラム上面３５ａとシリンダ下面４５ｂとは、面状に接触する。ラム３０は、押圧パンチ２０及びシリンダ４０に嵌合する。
【００６５】
ラム３０は、球体であるため、押圧パンチ２０が傾いても、パンチ上面２５ａとラム下面３５ｂとは、全面に接触する。また、押圧パンチ２０が傾いても、ラム上面３５ａとシリンダ下面４５ｂとは、全面に接触する。このため、接触面積を充分に確保することができるため、焼結体の密度のばらつきをより抑制することができる。
【００６６】
（４．３）その他実施形態
本発明の実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。本発明はここでは記載していない様々な実施形態を含む。従って、本発明はここでは記載していない様々な実施形態を含む。
【００６７】
上述した第１実施形態では、パンチ上面２５ａの曲率半径は、一定であり、シリンダ下面４５ｂの曲率半径は、一定であったが、必ずしもこれに限られない。押圧パンチ２０が傾いたときに、パンチ上面２５ａとシリンダ下面４５ｂとが実際に面状に接触すれば、パンチ上面２５ａの曲率半径及びシリンダ下面４５ｂの曲率半径は、厳密に一定でなくてもよい。例えば、パンチ上面２５ａに沿って押圧パンチ２０の中心軸から外側に向かうにつれ、曲率半径が微小に変化してもよい。シリンダ下面４５ｂもパンチ上面２５ａに合わせて同様に曲率半径が微小に変化する。この場合、パンチ上面２５ａを表面の一部とする仮想球体及びシリンダ下面４５ｂを表面の一部とする仮想球体は、真球に近い回転楕円体となる。曲率半径が微小に変化する押圧パンチ２０が傾いた場合、パンチ上面２５ａとシリンダ下面４５ｂとの各接触点において、パンチ上面２５ａの曲率半径とシリンダ下面４５ｂの曲率半径とが微小に異なっても、パンチ上面２５ａとシリンダ下面４５ｂとは、実際には面状に接触可能である。上述した第２実施形態及び第３実施形態でも同様である。
【００６８】
従って、凸状の球面形状及び凹状の球面形状には、真球となる球面形状だけでなく、回転楕円体となる球面形状も実質的に含まれ得る。また、例えば、設計上の誤差によって、厳密には曲率半径が一定でない凸状の球面形状及び凹状の球面形状も、凸状の球面形状及び凹状の球面形状に含まれ得る。
【００６９】
なお、所定の点から等しい距離にある点の集合体が、真球である。所定の点は、真球の中心点である。回転楕円体とは、楕円を長軸又は短軸を回転軸として得られる回転体である。
【００７０】
上述した実施形態では、モールド１０は、円管形状であったが、必ずしもこれに限られない。例えば、多角形状の開口した端面を有する管状の形状も含まれる。多角形状とは、例えば、四角形状、五角形上、六角形状、八角形状等が含まれる。従って、多角形状の対向した端面を有するモールド１０を用いた場合、多角柱状の焼結体が得られる。中子６０が用いられた第２実施形態及び第３実施形態についても同様である。
【００７１】
上述した実施形態は、発明を損なわない範囲において、適宜組み合わせることが可能である。
【００７２】
上述の通り、本発明はここでは記載していない様々な実施形態を含む。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００７３】
Ｓ１…原料配置工程、 Ｓ２…押圧部材配置工程、 Ｓ３…加圧工程、 Ｓ４…加熱工程、 ｘ…直交方向、 ｚ…加圧軸方向、 １，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…製造装置、 ５…支持台、 １０…モールド、 １２…スリーブ、 １４…ダイス、 ２０…押圧パンチ、 ２３…押圧環パンチ、 ２３ａ…環パンチ上面、 ２３ｂ…環パンチ下面、 ２５ａ…パンチ上面、 ２５ｂ…パンチ下面、 ２８…スペーサ、 ３０…ラム、 ３５ａ…ラム上面、 ３５ｂ…ラム下面、 ４０…シリンダ、 ４５ｂ…シリンダ下面、 ５０…押圧治具、 ６０…中子、 １００…原料粉体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結体の製造方法及び焼結体の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、焼結体の原料となる粉状の原料粉体が配置され、開口した上面を有する筒状のモールドと、モールドの上面側に位置し、原料粉体に圧力を加える押圧パンチとを備えた焼結体の製造装置を用いて、原料粉体に圧力を加えながら加熱する焼結体の製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。押圧パンチに向かってシリンダを移動させることによって、押圧パンチに圧力を加え、その結果、原料粉体に圧力が加えられる。原料粉体は、圧力を加えながら加熱されるため、密度の高い良好な焼結体が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１―４８６５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
原料粉体は、粉状であるため、原料粉体の高さが均一になるように、モールドに配置することは難しい。原料粉体の高さが異なった状態で、押圧パンチをモールドの上面側に配置した場合、原料粉体の高さが均一な場合に比べて押圧パンチが傾いて配置される。押圧パンチが傾いていなければ、シリンダと押圧パンチとは、面状に接触するが、押圧パンチが傾いていると、シリンダと押圧パンチとは、一部しか接触しない。このため、原料粉体の高さが高い位置にある押圧パンチ部分には、シリンダから強い圧力が加わる。その結果、原料粉体に加わる圧力の大きさが場所によって異なるため、押圧パンチが傾いたまま焼結体を製造した場合、密度にばらつきがある焼結体が得られていた。
【０００５】
そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、焼結体の密度のばらつきを抑制できる焼結体の製造方法及び焼結体の製造装置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】
【０００６】
上述した課題を解決するため、本発明は、次のような特徴を有している。本発明の特徴は、焼結体の原料となる粉状の原料粉体（例えば、原料粉体１００）が配置され、開口した上面を有する筒状のモールド（例えば、モールド１０）と、前記モールドの前記上面側に位置し、前記原料粉体に圧力を加える押圧パンチ（例えば、押圧パンチ２０）と、前記モールドの前記上面側において前記押圧パンチと接触し、前記押圧パンチに圧力を加える押圧治具（例えば、シリンダ４０）と、を備え、前記押圧パンチは、前記押圧治具と接触する表面であるパンチ上面（例えば、パンチ上面２５ａ）を有し、前記押圧治具は、前記押圧パンチと接触する表面である治具下面（例えば、シリンダ下面４５ｂ）を有し、前記パンチ上面又は前記治具下面の一方の形状は、凸状の球面形状であり、他方の形状は、凹状の球面形状である焼結体の製造装置（例えば、製造装置１）を用い、前記原料粉体を前記モールドに配置する原料配置工程（例えば、原料配置工程Ｓ１）と、前記モールドの前記上面側に前記押圧パンチを配置し、前記押圧治具が前記押圧パンチに接触するように前記押圧治具を配置する押圧部材配置工程（例えば、押圧部材配置工程Ｓ２）と、前記押圧治具を用いて、前記押圧パンチに圧力を加える加圧工程（例えば、加圧工程Ｓ３）と、前記原料粉体を加熱する加熱工程（例えば、加熱工程Ｓ４）と、を含み、前記押圧部材配置工程において、前記パンチ上面と前記治具下面とが、面状に接触するように前記押圧治具を配置することを要旨とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、焼結体の密度のばらつきを抑制できる焼結体の製造方法及び焼結体の製造装置を提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１実施形態に係る焼結体の製造装置１Ａの断面図である。
【図２】図２（ａ）は、第１実施形態に係る押圧パンチ２０の斜視図である。図２（ｂ）は、第１実施形態に係るシリンダ４０の斜視図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る焼結体の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図４】図４（ａ）は、従来の焼結体の製造方法を説明するための従来の焼結体の製造装置の概略断面図である。図４（ｂ）は、第１実施形態に係る焼結体の製造方法を説明するための第１実施形態に係る焼結体の製造装置１の概略断面図である。
【図５】図５は、第２実施形態に係る焼結体の製造装置１Ｂの断面図である。
【図６】図６は、第２実施形態に係る焼結体の製造装置１Ｂの斜視図である。
【図７】図７（ａ）は、第２実施形態に係る焼結体の製造装置１Ｂの断面図である。図７（ｂ）は、第２実施形態に係る焼結体の製造装置１Ｂの断面図である。
【図８】図８は、第３実施形態に係る焼結体の製造装置１Ｃの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明に係る焼結体の製造方法及び焼結体の製造装置１の一例について、図面を参照しながら説明する。具体的には、（１）焼結体の製造装置１Ａの概略構成、（２）焼結体の製造方法、（３）作用・効果、（４）その他実施形態、について説明する。
【００１０】
以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付している。図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれ得る。
【００１１】
（１）焼結体の製造装置１Ａの概略構成
本実施形態に係る焼結体の製造装置１の概略構成について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る焼結体の製造装置１Ａの断面図である。図２（ａ）は、本実施形態に係る押圧パンチ２０の斜視図である。図２（ｂ）は、本実施形態に係るシリンダ４０の斜視図である。
【００１２】
図１に示されるように、焼結体の製造装置１は、支持台５、モールド１０、押圧パンチ２０、スペーサ２８、シリンダ４０を備える。
【００１３】
支持台５は、モールド１０を支持する。支持台５上にモールド１０が設置される。
【００１４】
モールド１０は、筒状である。モールド１０は、開口した上面を有する。本実施形態において、モールド１０の上面は、円形状に開口する。すなわち、モールド１０は、円管形状である。筒状とは、必ずしも円管形状だけを意味するのではなく、多角形状の開口した端面を有する管状の形状も含まれる。モールド１０の内部には、開口した上面から焼結体の原料となる粉状の原料粉体１００が配置される。
【００１５】
本実施形態において、モールド１０は、スリーブ１２とダイス１４とを有する。スリーブ１２は、筒状である。モールド１０の内側部分を構成する。本実施形態において、スリーブ１２は、原料粉体１００と接する。ダイス１４は、筒状である。ダイス１４は、モールド１０の外側部分を構成する。ダイス１４は、スリーブ１２の外側に接する。
【００１６】
押圧パンチ２０は、モールド１０の上面側に位置する。押圧パンチ２０は、原料粉体１００に圧力を加える。
【００１７】
押圧パンチ２０は、パンチ上面２５ａとパンチ下面２５ｂとを有する。パンチ上面２５ａは、シリンダ４０側に位置する押圧パンチ２０の表面である。パンチ上面２５ａは、シリンダ４０と接触可能である。図２（ａ）に示されるように、パンチ上面２５ａの形状は、凸状の球面形状である。パンチ上面２５ａ上にある点から等距離にある点（パンチ上面２５ａに沿った球面の中心点）は、パンチ上面２５ａよりも原料粉体１００側にあり、押圧パンチ２０の中心軸上にある。パンチ上面２５ａの曲率半径は、一定である。すなわち、パンチ上面２５ａを表面の一部とする仮想球体は、真球である。なお、押圧パンチ２０の中心軸は、パンチ上面２５ａ及びパンチ下面２５ｂを通る中心軸である。押圧パンチ２０のパンチ上面２５ａ側は、テーパー形状になっている。
【００１８】
パンチ下面２５ｂは、原料粉体１００側に位置する押圧パンチ２０の表面である。パンチ下面２５ｂは、スペーサ２８と接触する表面である。パンチ下面２５ｂは、円形状の平面である。
【００１９】
スペーサ２８は、押圧パンチ２０と原料粉体１００との間に配置される。スペーサ２８は、押圧パンチ２０と原料粉体１００とが密着することを防ぐ。
【００２０】
シリンダ４０は、押圧治具５０である。シリンダ４０は、モールド１０の上面側において押圧パンチ２０と接触する。シリンダ４０は、加圧軸方向ｚに沿って移動可能である。シリンダ４０は、モールド１０に向かって移動する。シリンダ４０は、加圧軸方向ｚに沿って移動し、押圧パンチ２０に圧力を加える。シリンダ４０は、加圧軸方向ｚに垂直な方向に移動可能であってもよい。
【００２１】
図２（ｂ）に示されるように、シリンダ４０は、シリンダ下面４５ｂを有する。シリンダ下面４５ｂは、押圧パンチ２０側に位置するシリンダ４０の表面である。シリンダ下面４５ｂは、押圧パンチ２０と接触可能である。具体的には、シリンダ下面４５ｂは、パンチ上面２５ａと接触する。シリンダ下面４５ｂの形状は、凹状の球面形状である。シリンダ下面４５ｂ上にある点から等距離にある点（シリンダ下面４５ｂに沿った球面の中心点）は、シリンダ下面４５ｂよりも原料粉体１００側にあり、シリンダ４０の中心軸上にある。シリンダ下面４５ｂの曲率半径は、一定である。すなわち、シリンダ下面４５ｂを表面の一部とする仮想球体は、真球である。加圧軸方向ｚにおいて、シリンダ下面４５ｂが位置するシリンダ４０の端部側は、テーパー形状になっている。
【００２２】
シリンダ下面４５ｂは、パンチ上面２５ａと勘合する。パンチ上面２５ａとシリンダ下面４５ｂとは、面状に接触する。パンチ上面２５ａとシリンダ下面４５ｂとの接触面は、球面状である。本実施形態において、接触面は、仮想真球の表面の一部を構成する。
【００２３】
なお、焼結体の製造装置１Ａは、原料粉体１００を加熱するホットプレス炉を有する（不図示）。このホットプレス炉は、モールド１０の周囲に設置される。
【００２４】
（２）焼結体の製造方法
本実施形態に係る焼結体の製造方法について、図１から図３を参照しながら説明する。図３は、本実施形態に係る焼結体の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【００２５】
図３に示されるように、本実施形態に係る焼結体の製造方法は、原料配置工程Ｓ１、押圧部材配置工程Ｓ２、加圧工程Ｓ３及び加熱工程Ｓ４を含む。
【００２６】
（２．１）原料配置工程Ｓ１
原料配置工程Ｓ１は、原料粉体１００をモールド１０に配置する工程である。
【００２７】
粉状の原料粉体１００を準備する。準備した原料粉体１００をモールド１０上面からモールド１０の内部に配置する。原料粉体１００の表面にスペーサ２８を配置する。
【００２８】
（２．２）押圧部材配置工程Ｓ２
押圧部材配置工程Ｓ２は、押圧パンチ２０及び押圧治具５０を配置する工程である。
【００２９】
押圧パンチ２０をモールド１０の上面側に配置する。本実施形態では、押圧パンチ２０のパンチ下面２５ｂがスペーサ２８に接するように、押圧パンチ２０をモールド１０に配置する。押圧パンチ２０の一部は、モールド１０の内部に位置する。押圧パンチ２０は、モールド１０の上面側に位置する。
【００３０】
次に、シリンダ４０が押圧パンチ２０に接触するようにシリンダ４０を配置する。パンチ上面２５ａとシリンダ下面４５ｂとが、面状に接触するようにシリンダ４０を配置する。押圧パンチ２０が傾いて配置された場合には、シリンダ４０を加圧軸方向ｚに垂直な方向に移動させて、パンチ上面２５ａとシリンダ下面４５ｂとを面状に接触させてもよい。パンチ上面２５ａとシリンダ下面４５ｂとの接触面は、球面状である。
【００３１】
（２．３）加圧工程Ｓ３
加圧工程Ｓ３は、シリンダ４０を用いて、押圧パンチ２０に圧力を加える工程である。
【００３２】
シリンダ４０をモールド１０側へ移動させて、押圧パンチ２０に圧力を加える。押圧パンチ２０は、原料粉体１００側に押される。これにより、押圧パンチ２０は、スペーサ２８を介して原料粉体１００に圧力を加える。
【００３３】
（２．４）加熱工程Ｓ４
加熱工程Ｓ４は、原料粉体１００を加熱する工程である。
【００３４】
加圧工程Ｓ３によって圧力が加えられた原料粉体１００を加熱する。圧力を加えながら加熱することにより、原料粉体１００を焼結する。これにより、焼結体が製造される。原料粉体１００がセラミックス材料の原料粉体１００であれば、セラミックス焼結体が得られる。
【００３５】
（３）作用・効果
本実施形態の作用効果について、図４を参照しながら説明する。図４（ａ）は、従来の焼結体の製造方法を説明するための従来の焼結体の製造装置の概略断面図である。図４（ｂ）は、本実施形態に係る焼結体の製造方法を説明するための本実施形態に係る焼結体の製造装置１の概略断面図である。
【００３６】
図４（ａ）に示されるように、原料粉体１００の高さが位置によって異なるように、原料粉体１００が配置された場合、押圧パンチ２０は、傾いて配置される。押圧パンチ２０が傾いたまま、シリンダ４０をモールド１０側へ移動させると、原料粉体１００が高く配置された側である高配置側（図４（ａ）における右側）において、押圧パンチ２０とシリンダ４０とが接触する。すなわち、パンチ上面２５ａとシリンダ下面４５ｂとが接触する接触部分Ｐは、高配置側に位置する。
【００３７】
押圧パンチ２０が傾いていない場合、シリンダ４０から押圧パンチ２０へ作用する外力の分布を平均して求められる平均外力ｆ０が作用する作用点は、パンチ上面２５ａの中心Ｏに位置する。
【００３８】
押圧パンチ２０が傾いている場合、接触部分Ｐは、パンチ上面２５ａの端部とシリンダ下面４５ｂの端部とが接触した部分である。このため、押圧パンチ２０が傾いている場合の平均応力ｆｐの作用する作用点ｐは、接触部分Ｐに位置する。平均応力ｆ０における作用点である中心Ｏと平均応力ｆｐの作用点ｐとの距離は、距離ｍである。従って、押圧パンチ２０が傾いている場合、押圧パンチ２０が傾いていない場合と比べて、シリンダ４０から押圧パンチ２０へ作用する外力の位置が、距離ｍだけずれる。
【００３９】
また、接触部分Ｐの面積は、押圧パンチ２０が傾いていない場合におけるパンチ上面２５ａとシリンダ下面４５ｂとの接触面積に比べると狭い。このため、接触部分Ｐのパンチ上面２５ａに強い外力が加わる。
【００４０】
これらの結果、高配置側に強い圧力が加わるため、高配置側に位置する原料粉体１００には、強い圧力が加わる。原料粉体１００が低く配置された側である低配置側（図４における左側）に位置する原料粉体１００には、弱い圧力しか加わらない。高配置側と低配置側とに加わる圧力の差が大きくなるため、密度にばらつきのある焼結体が得られていた。高配置側に位置した焼結体部分は、密度が大きく、低配置側に位置した焼結体部分は、密度が小さかった。
【００４１】
本実施形態において、パンチ上面２５ａの形状は、凸状の球面形状であり、シリンダ下面４５ｂの形状は、凹状の球面形状である。図４（ｂ）に示されるように、押圧部材配置工程Ｓ２において、パンチ上面２５ａとシリンダ下面４５ｂとが、面状に接触するようにシリンダ下面４５ｂを配置する。このため、原料粉体１００の高さが位置によって異なるように原料粉体１００が配置された場合であっても、パンチ上面２５ａとシリンダ下面４５ｂとが接触した部分である接触部分Ｑは、高配置側だけでなく、低配置側にも位置する。押圧パンチ２０が傾いている場合における平均外力ｆｑの作用する作用点ｑは、シリンダ下面４５ｂの中心に一致する。押圧パンチ２０が傾いていない場合における平均外力ｆ０の作用点である中心Ｏと平均外力ｆｐの作用点ｑとの距離は、距離ｎである。距離ｎは、押圧パンチ２０の傾きに応じて変化する。押圧パンチ２０の傾きが小さければ、距離ｎも小さくなり、押圧パンチ２０の傾きが大きければ、距離ｎも大きくなる。距離ｎは、パンチ上面２５ａの中心Ｏからパンチ上面２５ａの端部に位置する作用点ｐまでの距離ｍに比べると小さくなる。このため、従来の焼結体の製造装置に比べると、平均外力が作用する位置のずれが抑制される。
【００４２】
また、パンチ上面２５ａとシリンダ下面４５ｂとが、面状に接触するため、外力が放射状に分散して向かうとともに、接触部分Ｑの面積を充分に確保することができる。このため、接触部分Ｑのパンチ上面２５ａに平均的に外力が加わる。また、パンチ上面２５ａとシリンダ下面４５ｂとが、面状に接触するため、押圧パンチ２０がどの向きに傾いても、上述した作用を得ることができる。
【００４３】
これらの結果、パンチ２０が傾いていても、高配置側に強い圧力が加わることがなくなるため、高配置側と低配置側とに加わる圧力の差を小さくできるため、従来の焼結体の製造装置に比べて、密度にばらつきのない焼結体を得ることができる。
【００４４】
（４）その他実施形態
その他実施形態について、図５から図８を参照しながら説明する。上述した実施形態と同様の部分は、適宜省略する。
【００４５】
図５は、第２実施形態に係る焼結体の製造装置１Ｂの断面図である。図６は、第２実施形態に係る焼結体の製造装置１Ｂの斜視図である。図７（ａ）は、第２実施形態に係る焼結体の製造装置１Ｂの断面図である。図７（ｂ）は、第２実施形態に係る焼結体の製造装置１Ｂの断面図である。図８は、第３実施形態に係る焼結体の製造装置１Ｃの断面図である。
【００４６】
（４．１）第２実施形態
第２実施形態について、図５から図７を参照しながら説明する。
【００４７】
（４．１．１）焼結体の製造装置１Ｂの概略構成
図５及び図６に示されるように、本実施形態に係る焼結体の製造装置１は、支持台５、モールド１０、押圧パンチ２０、押圧環パンチ２３、ラム３０、シリンダ４０、中子６０を備える。
【００４８】
図５及び図６に示されるように、押圧環パンチ２３の形状は、円環形状である。押圧環パンチ２３は、押圧パンチ２０と原料粉体１００との間に配置される。押圧パンチ２０は、環パンチ上面２３ａと環パンチ下面２３ｂとを有する。環パンチ上面２３ａは、押圧パンチ２０側に位置する表面である。環パンチ上面２３ａは、押圧パンチ２０と接触可能である。環パンチ下面２３ｂは、原料粉体１００側に位置する表面である。本実施形態において、環パンチ下面２３ｂは、原料粉体１００と接触する。押圧環パンチ２３は、押圧パンチ２０から圧力が加えられ、原料粉体１００に圧力を加える。
【００４９】
加圧軸方向ｚと直交する直交方向ｘにおいて、押圧環パンチ２３の内側には、中子６０が位置する。直交方向において、押圧環パンチ２３の外側には、モールド１０が位置する。
【００５０】
ラム３０は、押圧パンチ２０とシリンダ４０との間に位置する。ラム３０は、ラム上面３５ａとラム下面３５ｂとを有する。ラム上面３５ａは、シリンダ下面４５ｂと接触する。ラム上面３５ａは、平面であり、シリンダ下面４５ｂも平面である。ラム下面３５ｂは、パンチ上面２５ａと接触可能である。パンチ上面２５ａの形状は、凹状の球面形状である。ラム下面３５ｂの形状は、凸状の球面形状である。パンチ上面２５ａとラム下面３５ｂとは、面状に接触する。パンチ上面２５ａとラム下面３５ｂとの接触面は、球面状である。ラム３０は、シリンダ４０から圧力を加えられ、押圧パンチ２０に圧力を加える。ラム３０は、押圧治具５０に含まれる。
【００５１】
中子６０は、柱形状である。本実施形態において、中子６０は、円柱形状である。中子６０は、環状の焼結体を製造するために用いられる。中子６０は、直交方向ｘにおけるモールド１０の中央に配置される。中子６０は、多角柱形状であってもよい。
【００５２】
（４．１．２）焼結体の製造方法
第２実施形態における焼結体の製造方法について、説明する。
【００５３】
原料配置工程Ｓ１では、中子６０をモールド１０の中央に配置する。図５及び図６に示されるように、中子の中心軸が加圧軸方向ｚと一致するように、中子６０を配置する。スリーブ１２と中子６０との距離が均等になるように、中子６０を配置することが好ましい。中子６０を配置した後に、中子６０の外周側に原料粉体１００を配置する。
【００５４】
押圧部材配置工程Ｓ２では、中子６０とスリーブ１２との間に押圧環パンチ２３を配置する。原料粉体１００上に位置するように、押圧環パンチ２３を配置する。
【００５５】
配置した押圧環パンチ２３上に押圧パンチ２０を配置する。パンチ下面２５ｂと環パンチ上面２３ａとが接触するように、押圧パンチ２０を配置する。
【００５６】
配置した押圧パンチ２０上にラム３０を配置する。パンチ上面２５ａとラム下面３５ｂとが球面形状に接触するように、ラム３０を配置する。パンチ上面２５ａとラム下面３５ｂとが面状に接触するため、押圧パンチ２０上に配置したラム３０は、パンチ上面２５ａとラム下面３５ｂとの接触面に沿ってスライドさせることができる（図７（ａ）参照）。このため、ラム３０をスライドさせて、ラム上面３５ａが加圧軸方向ｚに直交するように調整することができる。
【００５７】
配置したラム３０上にシリンダ４０を配置する。ラム上面３５ａが加圧軸方向ｚに直交するようにラム３０をスライドさせている場合、シリンダ４０を加圧軸方向ｚに移動させるだけで、ラム上面３５ａとシリンダ下面４５ｂとが面状に接触する（図７（ｂ）参照）。
【００５８】
シリンダ４０をモールド１０に向かって移動させることにより、ラム上面３５ａとシリンダ下面４５ｂとが接触する。このため、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示されるように、ラム３０を接触面に沿ってスライドさせていなくても、ラム上面３５ａとシリンダ下面４５ｂとが接触によって、ラム３０が接触面に沿ってスライドする。これにより、ラム上面３５ａとシリンダ下面４５ｂとが面状に接触する。
【００５９】
このように、本実施形態によれば、ラム３０によって、パンチ上面２５ａとラム下面３５ｂとの接触面を球面状にし、ラム上面３５ａとシリンダ下面４５ｂとの接触面を平面状に調整することができる。このため、直交方向ｘにシリンダ４０を移動させなくてもよいため、焼結体の密度のばらつきをより容易に抑制することができる。
【００６０】
パンチ上面２５ａの形状は、凹状の球面形状である。ラム下面３５ｂの形状は、凸状の球面形状である。下側に位置するパンチ上面２５ａの形状が凹状であることにより、ラム３０をパンチ上面２５ａに沿って移動させても、ラム３０の重心は移動しない。このため、押圧部材配置工程Ｓ２において、ラム３０を安定して配置することができる。
【００６１】
中子６０が配置されたモールド１０に原料粉体１００を配置した場合、中子６０によって、原料粉体１００の移動が制限される。このため、原料粉体１００の高さをならすことが困難になる。従って、中子６０を配置する場合、中子６０を配置しない場合に比べて、原料粉体１００の高さが異なることが多かった。このため、押圧パンチ２０が傾きやすかった。
【００６２】
本実施形態によれば、押圧パンチ２０が傾いていても、高配置側と低配置側とに加わる圧力の差を小さくできるため、従来の焼結体の製造装置に比べて、密度にばらつきのない焼結体を得ることができる。従って、環状の焼結体を製造する場合により好適に用いることができる。
【００６３】
（４．２）第３実施形態
第３実施形態について、図８を参照しながら説明する。図８に示されるように、押圧治具５０は、シリンダ４０とラム３０とを含む。ラム３０は、球体である。従って、ラム上面３５ａ及びラム下面３５ｂの形状は、凸状の球面形状である。
【００６４】
パンチ上面２５ａは、凹状の球面形状である。シリンダ下面４５ｂは、凹状の球面形状である。パンチ上面２５ａとラム下面３５ｂとは、面状に接触する。ラム上面３５ａとシリンダ下面４５ｂとは、面状に接触する。ラム３０は、押圧パンチ２０及びシリンダ４０に嵌合する。
【００６５】
ラム３０は、球体であるため、押圧パンチ２０が傾いても、パンチ上面２５ａとラム下面３５ｂとは、全面に接触する。また、押圧パンチ２０が傾いても、ラム上面３５ａとシリンダ下面４５ｂとは、全面に接触する。このため、接触面積を充分に確保することができるため、焼結体の密度のばらつきをより抑制することができる。
【００６６】
（４．３）その他実施形態
本発明の実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。本発明はここでは記載していない様々な実施形態を含む。従って、本発明はここでは記載していない様々な実施形態を含む。
【００６７】
上述した第１実施形態では、パンチ上面２５ａの曲率半径は、一定であり、シリンダ下面４５ｂの曲率半径は、一定であったが、必ずしもこれに限られない。押圧パンチ２０が傾いたときに、パンチ上面２５ａとシリンダ下面４５ｂとが実際に面状に接触すれば、パンチ上面２５ａの曲率半径及びシリンダ下面４５ｂの曲率半径は、厳密に一定でなくてもよい。例えば、パンチ上面２５ａに沿って押圧パンチ２０の中心軸から外側に向かうにつれ、曲率半径が微小に変化してもよい。シリンダ下面４５ｂもパンチ上面２５ａに合わせて同様に曲率半径が微小に変化する。この場合、パンチ上面２５ａを表面の一部とする仮想球体及びシリンダ下面４５ｂを表面の一部とする仮想球体は、真球に近い回転楕円体となる。曲率半径が微小に変化する押圧パンチ２０が傾いた場合、パンチ上面２５ａとシリンダ下面４５ｂとの各接触点において、パンチ上面２５ａの曲率半径とシリンダ下面４５ｂの曲率半径とが微小に異なっても、パンチ上面２５ａとシリンダ下面４５ｂとは、実際には面状に接触可能である。上述した第２実施形態及び第３実施形態でも同様である。
【００６８】
従って、凸状の球面形状及び凹状の球面形状には、真球となる球面形状だけでなく、回転楕円体となる球面形状も実質的に含まれ得る。また、例えば、設計上の誤差によって、厳密には曲率半径が一定でない凸状の球面形状及び凹状の球面形状も、凸状の球面形状及び凹状の球面形状に含まれ得る。
【００６９】
なお、所定の点から等しい距離にある点の集合体が、真球である。所定の点は、真球の中心点である。回転楕円体とは、楕円を長軸又は短軸を回転軸として得られる回転体である。
【００７０】
上述した実施形態では、モールド１０は、円管形状であったが、必ずしもこれに限られない。例えば、多角形状の開口した端面を有する管状の形状も含まれる。多角形状とは、例えば、四角形状、五角形上、六角形状、八角形状等が含まれる。従って、多角形状の対向した端面を有するモールド１０を用いた場合、多角柱状の焼結体が得られる。中子６０が用いられた第２実施形態及び第３実施形態についても同様である。
【００７１】
上述した実施形態は、発明を損なわない範囲において、適宜組み合わせることが可能である。
【００７２】
上述の通り、本発明はここでは記載していない様々な実施形態を含む。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００７３】
Ｓ１…原料配置工程、 Ｓ２…押圧部材配置工程、 Ｓ３…加圧工程、 Ｓ４…加熱工程、 ｘ…直交方向、 ｚ…加圧軸方向、 １，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…製造装置、 ５…支持台、 １０…モールド、 １２…スリーブ、 １４…ダイス、 ２０…押圧パンチ、 ２３…押圧環パンチ、 ２３ａ…環パンチ上面、 ２３ｂ…環パンチ下面、 ２５ａ…パンチ上面、 ２５ｂ…パンチ下面、 ２８…スペーサ、 ３０…ラム、 ３５ａ…ラム上面、 ３５ｂ…ラム下面、 ４０…シリンダ、 ４５ｂ…シリンダ下面、 ５０…押圧治具、 ６０…中子、 １００…原料粉体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結体の原料となる粉状の原料粉体が配置され、開口した上面を有する筒状のモールドと、
前記モールドの前記上面側に位置し、前記原料粉体に圧力を加える押圧パンチと、
前記モールドの前記上面側において前記押圧パンチと接触し、前記押圧パンチに圧力を加える押圧治具と、を備え、
前記押圧パンチは、前記押圧治具と接触する表面であるパンチ上面を有し、
前記押圧治具は、前記押圧パンチと接触する表面である治具下面を有し、
前記パンチ上面又は前記治具下面の一方の形状は、凸状の球面形状であり、他方の形状は、凹状の球面形状である焼結体の製造装置を用い、
前記原料粉体を前記モールドに配置する原料配置工程と、
前記モールドの前記上面側に前記押圧パンチを配置し、前記押圧治具が前記押圧パンチに接触するように前記押圧治具を配置する押圧部材配置工程と、
前記押圧治具を用いて、前記押圧パンチに圧力を加える加圧工程と、
前記原料粉体を加熱する加熱工程と、を含み、
前記押圧部材配置工程において、前記パンチ上面と前記治具下面とが、面状に接触するように前記押圧治具を配置する焼結体の製造方法。
【請求項２】
前記原料配置工程において、前記モールドの中央に柱形状の中子を配置し、前記中子の外周側に前記原料粉体を配置する請求項１に記載の焼結体の製造方法。
【請求項３】
前記パンチ上面の形状は、凸状の球面形状であり、
前記治具下面の形状は、凹状の球面形状である請求項１又は２に記載の焼結体の製造方法。
【請求項４】
前記パンチ上面の形状は、凹状の球面形状であり、
前記治具下面の形状は、凸状の球面形状である請求項１又は２に記載の焼結体の製造方法。
【請求項５】
前記押圧治具は、前記治具下面を有するラムとを含み、
前記ラムは、球体である請求項１から４の何れか１項に記載の焼結体の製造方法。
【請求項６】
焼結体の原料となる粉状の原料粉体が配置され、開口した上面を有する筒状のモールドと、
前記モールドの前記上面側に位置し、前記原料粉体に圧力を加える押圧パンチと、
前記モールドの前記上面側において前記押圧パンチと接触し、前記押圧パンチに圧力を加える押圧治具と、を備え、
前記押圧パンチは、前記押圧治具と接触する表面であるパンチ上面を有し、
前記押圧治具は、前記押圧パンチと接触する表面である治具下面を有し、
前記パンチ上面又は前記治具下面の一方の形状は、凸状の球面形状であり、他方の形状は、凹状の球面形状であり、
前記パンチ上面と前記治具下面とは、面状に接触する焼結体の製造装置。
【請求項１】
焼結体の原料となる粉状の原料粉体が配置され、開口した上面を有する筒状のモールドと、
前記モールドの前記上面側に位置し、前記原料粉体に圧力を加える押圧パンチと、
前記モールドの前記上面側において前記押圧パンチと接触し、前記押圧パンチに圧力を加える押圧治具と、を備え、
前記押圧パンチは、前記押圧治具と接触する表面であるパンチ上面を有し、
前記押圧治具は、前記押圧パンチと接触する表面である治具下面を有し、
前記パンチ上面又は前記治具下面の一方の形状は、凸状の球面形状であり、他方の形状は、凹状の球面形状である焼結体の製造装置を用い、
前記原料粉体を前記モールドに配置する原料配置工程と、
前記モールドの前記上面側に前記押圧パンチを配置し、前記押圧治具が前記押圧パンチに接触するように前記押圧治具を配置する押圧部材配置工程と、
前記押圧治具を用いて、前記押圧パンチに圧力を加える加圧工程と、
前記原料粉体を加熱する加熱工程と、を含み、
前記押圧部材配置工程において、前記パンチ上面と前記治具下面とが、面状に接触するように前記押圧治具を配置する焼結体の製造方法。
【請求項２】
前記原料配置工程において、前記モールドの中央に柱形状の中子を配置し、前記中子の外周側に前記原料粉体を配置する請求項１に記載の焼結体の製造方法。
【請求項３】
前記パンチ上面の形状は、凸状の球面形状であり、
前記治具下面の形状は、凹状の球面形状である請求項１又は２に記載の焼結体の製造方法。
【請求項４】
前記パンチ上面の形状は、凹状の球面形状であり、
前記治具下面の形状は、凸状の球面形状である請求項１又は２に記載の焼結体の製造方法。
【請求項５】
前記押圧治具は、前記治具下面を有するラムとを含み、
前記ラムは、球体である請求項１から４の何れか１項に記載の焼結体の製造方法。
【請求項６】
焼結体の原料となる粉状の原料粉体が配置され、開口した上面を有する筒状のモールドと、
前記モールドの前記上面側に位置し、前記原料粉体に圧力を加える押圧パンチと、
前記モールドの前記上面側において前記押圧パンチと接触し、前記押圧パンチに圧力を加える押圧治具と、を備え、
前記押圧パンチは、前記押圧治具と接触する表面であるパンチ上面を有し、
前記押圧治具は、前記押圧パンチと接触する表面である治具下面を有し、
前記パンチ上面又は前記治具下面の一方の形状は、凸状の球面形状であり、他方の形状は、凹状の球面形状であり、
前記パンチ上面と前記治具下面とは、面状に接触する焼結体の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−１８２４３（Ｐ２０１３−１８２４３Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５５１０３（Ｐ２０１１−１５５１０３）
【出願日】平成２３年７月１３日（２０１１．７．１３）
【出願人】（０００００５２７８）株式会社ブリヂストン (11,469)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１３日（２０１１．７．１３）
【出願人】（０００００５２７８）株式会社ブリヂストン (11,469)
【Ｆターム（参考）】
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