コールドアイソスタティックプレス（CIP）は、材料加工技術の一種です。粉末を、あらゆる方向から加えられる流体圧力を使用して固体部品に圧縮します。単一の軸から材料を圧縮する従来のユニ軸プレスとは異なり、CIPはエラストマー（ゴム）製の金型を高圧流体に浸漬して、均一な密度を実現します。このプロセスを実行するための2つの主な方法は、ウェットバッグアイソスタティックプレスとドライバッグアイソスタティックプレスです。
主なポイント CIPは、複雑な形状や大型部品の場合に標準的な機械プレスが不可能な場合に、高密度で均一に圧縮された部品を実現するための決定的なソリューションです。アイソスタティック（全方向から均等に）圧力を加えることで、内部の密度勾配を排除し、焼結準備完了の堅牢な「グリーンボディ」を製造します。
CIPのメカニズム
パスカルの原理の応用
CIPの基本原理はパスカルの原理であり、密閉された流体に加えられた圧力は、あらゆる方向に均等に伝達されると述べています。
CIPシステムでは、流体媒体（通常は水または油）が金型を囲んでいます。これにより、部品の形状に関係なく、部品の表面のすべてのミリメートルが全く同じ量の力を受けることが保証されます。
柔軟な金型
他のプレス方法で使用される剛性金属ダイとは異なり、CIPはゴム、ポリウレタン、または同様の柔軟な材料で作られたエラストマー金型を使用します。
この柔軟性により、金型は油圧下で均一に変形し、剛性ダイプレスに一般的な摩擦問題なしに、内部の粉末に直接力を伝達できます。
「グリーンボディ」の作成
このプロセスの結果は「グリーンボディ」です。これは、形状を保持する圧縮された固体ですが、まだ完全に焼結（焼成）されていません。
使用される材料と圧力に応じて、CIPは通常、理論密度の60％から80％を達成し、一部の高圧用途では95％を超えることもあります。この高いグリーン密度は、最終焼結段階での収縮と歪みを低減します。
2つの主な方法
方法1：ウェットバッグアイソスタティックプレス
このアプローチでは、粉末は圧力容器の外側にある金型に充填されます。密閉された金型は、圧力容器内の流体に物理的に浸漬されます。
この方法は、大型、複雑、または特殊な形状に最適です。なぜなら、異なる形状の複数の金型を同じサイクルでプレスできるからです。汎用性はありますが、一般的にバッチプロセスとして動作するため、遅くなります。
方法2：ドライバッグアイソスタティックプレス
ドライバッグ方式では、柔軟な金型は圧力容器自体の中に固定されています。粉末は金型に注がれ、加圧され、金型が容器から出ることなく部品が排出されます。
この方法は、大量生産と自動化のために設計されています。ウェットバッグ方式よりも高速ですが、単純な形状に限定され、各部品の形状ごとに特定の工具が必要です。
ユニ軸プレスよりもCIPを選択する理由
優れた均一性
ユニ軸プレスはダイ壁との摩擦を生み出し、密度勾配につながります。部品の中心は端部よりも密度が低い場合があります。
CIPはこの問題を解消します。圧力はすべての側面から来るため、材料構造は均質であり、部品全体で一貫した強度と収縮が得られます。
複雑で大型の形状
CIPは、明確な垂直圧縮軸によって制限されません。これにより、標準プレスでは崩壊したりひび割れたりする複雑な形状、長いロッド、アスペクト比の高い部品の製造が可能になります。
また、巨大なセラミックビレットや耐火部品など、ユニ軸装置には大きすぎる部品を統合するための標準的な方法でもあります。
トレードオフの理解
寸法精度
金型が柔軟なため、CIP部品の外寸は硬質鋼ダイで製造された部品よりも精度が低くなります。
CIP部品は通常、厳密な最終公差を達成するために、プレス後（グリーン状態）または焼結後に二次加工が必要です。
生産速度
ドライバッグプレスはある程度の自動化を提供しますが、CIPは一般的に機械プレスよりも遅くなります。流体チャンバーの充填、加圧、減圧のサイクル時間は、ユニ軸プレスの高速ストロークよりも長くなります。
目標に合わせた適切な選択
CIPは強力なツールですが、すべてのプレス方法の普遍的な代替品ではありません。
- 単純形状の大量生産が主な焦点の場合：ユニ軸プレスまたはドライバッグCIPを使用してください。ただし、より高い密度均一性が厳密に必要とされる場合。
- 材料の品質と均一性が主な焦点の場合：CIPを選択して、内部欠陥と密度勾配を排除し、重要なアプリケーションで信頼性の高いパフォーマンスを確保してください。
- 大型または複雑な形状が主な焦点の場合：ウェットバッグCIPを使用してください。これにより、他の粉末冶金方法では形成できない部品の統合が可能になります。
CIPは、外部寸法精度よりも内部構造の均一性を優先することにより、緩い粉末を高整合性の固体に変換します。
概要表：
| 特徴 | ウェットバッグアイソスタティックプレス | ドライバッグアイソスタティックプレス |
|---|---|---|
| 最適な用途 | 大型、複雑、または少量生産の部品 | 単純形状の大量生産 |
| 自動化 | 低（手動/バッチ） | 高（自動/高速） |
| 柔軟性 | 1サイクルで複数の形状 | 特定の部品用の固定工具 |
| 密度 | 理論密度の60％～95％ | 理論密度の60％～95％ |
| 主な利点 | 最大限の形状自由度 | 高速サイクルタイム |
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