(57)【要約】【課題】シャフト材と粉末冶金材からなる部品をインサート成型する金型構造及び方法を提供する。【解決手段】シャフト材と粉末冶金材からなる部品をインサート成型する方法であって、ダイと、該ダイ内に挿入された上パンチ及び下パンチと、前記上パンチ内に挿入されたシャフト押さえと、前記下パンチ内に挿入されたコアロッドとを具備する金型構造において、前記コアロッドのセット穴に前記シャフト材の一部をセットするステップと、前記シャフト押さえと前記コアロッドで、セットされた前記シャフト材を挟圧して所定位置まで移動させるステップと、前記上パンチまたは前記下パンチの一方、若しくは、両方を移動させて、前記上パンチ及び前記下パンチの間の前記ダイ内に充填された原料粉末を圧搾するステップとからなるインサート成型方法。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフト材（Ａ）と粉末冶金材（Ｃ）からなる部品（１）をインサート成型する金型構造であって、該金型構造は、ダイ（１０）と、該ダイ（１０）内にそれぞれ上下動可能に挿入された上パンチ（６）及び下パンチ（５）と、前記上パンチ（６）内に上下動可能に挿入されたシャフト押さえ（４）と、前記下パンチ（５）内に上下動可能に挿入されたコアロッド（３）とを具備し、
前記コアロッド（３）の上面には前記シャフト材の一部を保持するセット穴（２）が設けられており、前記シャフト押さえ（４）と前記コアロッド（３）で、セット穴（２）にセットされた前記シャフト材（Ａ）を上下から挟圧した状態で、前記上パンチ（６）及び前記下パンチ（５）の間の前記ダイ内に充填された原料粉末（Ｂ）を圧搾して、シャフト材（Ａ）と粉末冶金材（Ｃ）からなる部品（１）をインサート成型する金型構造。
【請求項２】
シャフト材（Ａ）と粉末冶金材（Ｃ）からなる部品（１）をインサート成型する方法であって、
ダイ（１０）と、該ダイ（１０）内に挿入された上パンチ（６）及び下パンチ（５）と、前記上パンチ（６）内に挿入されたシャフト押さえ（４）と、前記下パンチ（５）内に挿入されたコアロッド（３）とを具備する金型構造において、
前記コアロッド（３）のセット穴（２）に前記シャフト材（Ａ）の一部をセットするステップと、
前記シャフト押さえ（４）と前記コアロッド（３）で、セットされた前記シャフト材（Ａ）を挟圧して所定位置まで移動させるステップと、
前記上パンチ（６）または前記下パンチ（５）の一方、若しくは、両方を移動させて、前記上パンチ（６）及び前記下パンチ（５）の間の前記ダイ内に充填された原料粉末（Ｂ）を圧搾するステップとからなるインサート成型方法。
【請求項３】
請求項２に記載のインサート成型方法で成型された、シャフト材（Ａ）と粉末冶金材（Ｃ）からなる部品（１）。
【請求項４】
前記シャフト材（Ａ）と前記粉末冶金材（Ｃ）との接合面が複数の凹凸部から構成されている請求項３に記載のシャフト材（Ａ）と粉末冶金材（Ｃ）からなる部品（１）。
【請求項５】
ダイ（１０）と、該ダイ（１０）内にそれぞれ上下動可能に挿入された上パンチ（６）及び下パンチ（５）と、前記上パンチ（６）内に上下動可能に挿入されたシャフト押さえ（４）と、前記下パンチ（５）内に上下動可能に挿入されたコアロッド（３）とを具備する、シャフト材（Ａ）と粉末冶金材（Ｃ）からなる部品（１）をインサート成型する金型構造において、前記コアロッドの上面には前記シャフト材の一部を保持するセット穴（２）が設けられたコアロッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャフト材と粉末冶金材からなる部品をインサート成型する金型構造及び成型方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に見られるような拡散接合部品は、シャフト材Ａ、および、原料粉末Ｂが圧搾された粉末冶金材料Ｃからなる異なる２材質Ａ、Ｃを別工程にて各々製作し、組み込み機械や人手などからなる組み込み工程を経て、Ａ＋Ｃを作成し、拡散接合を施す焼結工程へと送られる。これは拡散接合自体の強固な接合を狙ったものであるが、組み込み工程における削減、および高精度化は実現できていない。すなわち、従来技術の場合、組み込まれる部分には適度なクリアランスが必要であり、二部材の直角度や同軸度の高精度化は見込めない。図１は、従来技術のシャフト材Ａ、粉末冶金材料Ｃを組み込む説明図であり、図２は、シャフト材Ａと粉末冶金材Ｃからなる部品１の一例を示す概略図である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１３３６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、拡散接合の高強度化、高精度化と省力化が広く望まれることを鑑み、原料粉末圧搾成型時にインサート成形するということにより、接合部の高強度化を実現し、接合精度の高精度化と組み込み工程の省力化とその後の加工工数低減を実現するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明は、シャフト材（Ａ）と粉末冶金材（Ｃ）からなる部品（１）をインサート成型する金型構造であって、該金型構造は、ダイ（１０）と、該ダイ（１０）内にそれぞれ上下動可能に挿入された上パンチ（１）及び下パンチ（２）と、前記上パンチ（１）内に上下動可能に挿入されたシャフト押さえ（４）と、前記下パンチ（２）内に上下動可能に挿入されたコアロッド（３）とを具備し、前記コアロッドの上面には前記シャフト材の一部を保持するセット穴（２）が設けられており、前記シャフト押さえ（４）と前記下パンチ（２）で、セット穴（２）にセットされた前記シャフト材（Ａ）を上下から挟圧した状態で、前記上パンチ（１）及び前記下パンチ（２）の間の前記ダイ内に充填された原料粉末（Ｂ）を圧搾して、シャフト材（Ａ）と粉末冶金材（Ｃ）からなる部品（１）をインサート成型する金型構造である。
【０００６】
これにより、接合部の構造強度の改善、接合部の直角度などの寸法精度が改善され組み込み工程の省力化とその後の加工工数低減を実現するものである。
【０００７】
請求項２の発明は、シャフト材（Ａ）と粉末冶金材（Ｃ）からなる部品（１）をインサート成型する方法であって、ダイ（１０）と、該ダイ（１０）内に挿入された上パンチ（６）及び下パンチ（５）と、前記上パンチ（６）内に挿入されたシャフト押さえ（４）と、前記下パンチ（５）内に挿入されたコアロッド（３）とを具備する金型構造において、
前記コアロッド（３）のセット穴（２）に前記シャフト材（Ａ）の一部をセットするステップと、前記シャフト押さえ（４）と前記コアロッド（３）で、セットされた前記シャフト材（Ａ）を挟圧して所定位置まで移動させるステップと、前記上パンチ（６）または前記下パンチ（５）の一方、若しくは、両方を移動させて、前記上パンチ（６）及び前記下パンチ（５）の間の前記ダイ内に充填された原料粉末（Ｂ）を圧搾するステップとからなるインサート成型方法である。これにより、請求項１の発明と同様な効果を実現できる。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項２の発明のインサート成型方法で成型された、シャフト材（Ａ）と粉末冶金材（Ｃ）からなる部品（１）である。これにより、二部材の直角度や同軸度の高精度化を図ることができる。
【０００９】
請求項４の発明は、前記シャフト材（Ａ）と前記粉末冶金材（Ｃ）との接合面が複数の凹凸部から構成されている請求項３の発明のシャフト材（Ａ）と粉末冶金材（Ｃ）からなる部品（１）である。
これにより、従来技術では組み込まれる部分の接合部の形状は直線でなければならなかったが、本発明では凹凸面とすることができ、接合面積が画期的に増大することから、従来の拡散接合では得ることが出来ない高強度拡散接合を実現することができる。すなわち、請求項２の発明のインサート加工を用いて製造された部品では、例えばシャフト材の頭部Ａ’’に山溝等がある場合、その隙間にＢが入り込みことができ、高強度拡散接合を実現することができる。
【００１０】
請求項５の発明は、ダイ（１０）と、該ダイ（１０）内にそれぞれ上下動可能に挿入された上パンチ（６）及び下パンチ（５）と、前記上パンチ（６）内に上下動可能に挿入されたシャフト押さえ（４）と、前記下パンチ（５）内に上下動可能に挿入されたコアロッド（３）とを具備する、シャフト材（Ａ）と粉末冶金材（Ｃ）からなる部品（１）をインサート成型する金型構造において、前記コアロッドの上面には前記シャフト材の一部を保持するセット穴（２）が設けられたコアロッドである。
なお、上記に付した符号は、後述する実施形態に記載の具体的実施形態との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来技術のシャフト材Ａ、粉末冶金材料Ｃを組み込む前の説明図である。
【図２】シャフト材Ａと粉末冶金材Ｃからなる部品の一例を示す概略図である。
【図３】本発明の一実施形態の金型構造とその作動を模式的に示す概略図である。（ａ）〜（ｃ）は、時系列順の作動を模式的に示す概略図である。
【図４】シャフト材Ａの別の実施形態の形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。各実施形態について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。従来技術に対しても同様に同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００１３】
本発明のシャフト材Ａと粉末冶金材Ｃからなる部品の一例としては、図２のようなものが挙げられる。シャフト材Ａとは、一般的な溶製材を対象としている。ＳＫＨ５１、ＳＫＨ１１、ＳＵＪ２など一般的に軸受けなどに使われる材質を含む。粉末冶金材としては、Ｆｅを主たる元素として、数種類の添加材と不可避な元素を含み、１０μ〜８０μに平均粒径を有する粉末材料が挙げられる。
【００１４】
本発明の適用される一例としては、燃料噴射弁のアーマチャ（例えば、特開２００８−１５１０４８号公報等参照）等に利用することができる。本発明により、燃料噴射弁の場合、高圧化・低価格化に大きく貢献する。なお、シャフト材と粉末冶金材の拡散接合部材において、その拡散接合面が成形プレスの圧搾方向と平行な場合なら、任意の形状材に適用でき、図２の形状に限定されるものではなく、燃料噴射弁のアーマチャ以外の広い用途が考えられる。
【００１５】
図３は、本発明の一実施形態の金型構造とその作動を時系列に沿って模式的に示す概略図である。
図３において、本金型構造は、固定されたダイ１０の内部に、上パンチ６及び下パンチ５がそれぞれ上下動可能に挿入されている。上パンチ６及び下パンチ５ともに可動である。上パンチ６の内部７には、シャフト押さえ４が、上下動可能に挿入されており、ばね、または、空気圧等により加圧できるようになっている。下パンチ５内には、コアロッド３が、上下動可能に挿入されている。Ｂは充填された原料粉末である。
上パンチ６または下パンチ５の一方を移動させて、上パンチ６及び下パンチ５の間のダイ１０内に充填された原料粉末Ｂを圧搾するようにしてもよい。すなわち、加圧成型としては、両押し法に適用した場合に限らず、片押し法に適用してもよい。
【００１６】
コアロッド３の上面にはシャフト材Ａの一部を保持するセット穴２が設けられている。本実施形態では、シャフト材Ａの軸部Ａ’を利用してセット穴２に嵌合する。セット穴の形状はインサート材の形状に合わせて保持できるように設ければよい。
図４は、シャフト材Ａの別の実施形態の形状を示す図である。
【００１７】
次に、本発明の一実施形態の金型構造を用いた作動、インサート成型を行うプロセスについて、説明する。
まず、シャフト材Ａをセット穴２にセットし、上パンチ６及び下パンチ５の間のダイ内に原料粉末Ｂを充填する。そして、シャフト押さえ４とコアロッド３で、セット穴２にセットされたシャフト材Ａを上下から挟圧した状態で、上パンチ６及び下パンチ５の間の前記ダイ内に充填された原料粉末Ｂを圧搾して、シャフト材Ａと粉末冶金材Ｃからなる部品１）をインサート成型する。
【００１８】
図３の（ａ）〜（ｃ）を参照して、このプロセスを説明する。中心線αはシャフト材Ａの頭部Ａ’’の垂直物理的中央を示す線である。βは、上パンチ６及び下パンチ５の間の初期状態での垂直物理的中央を示す線である。図３（ａ）において、シャフト押さえ４とコアロッド３で、セット穴２にセットされたシャフト材Ａを上下から挟圧した状態となっている。次に、図３（ｂ）のように、シャフト押さえ４が、空気圧等により加圧が開始されて、線αが線βに一致するように下降する。この状態で上パンチ６及び下パンチ５の間に所望の圧搾圧力をかけることで、図３（ｃ）のようにインサート成形を実現する。なお、圧搾について圧力等の圧搾条件の一例は６５０Ｍｐａ〜１２００ＭＰａである。
【００１９】
その後、シャフト材Ａと粉末冶金材Ｃからなる部品１は、一例として１０００度〜１３００度の温度にて焼結することにより粉末冶金材Ｃがシャフト材Ａと拡散接合された焼結部品が完成する。
【００２０】
別の一実施形態として、図４のシャフト材Ａの形状を用いた場合を説明する。
この場合は、シャフト材Ａの頭部Ａ’’には、断面が矩形波状の溝が多数形成されている。図１のような従来技術では直線でなければならなかった。この実施形態の場合、先に述べたように、シャフト押さえ４とコアロッド３で、セット穴２にセットされたシャフト材Ａを上下から挟圧した状態で、上パンチ６及び下パンチ５の間の前記ダイ内に充填された原料粉末Ｂを圧搾して、シャフト材Ａと粉末冶金材Ｃからなる部品１）をインサート成型する。このため、溝に原料粉末Ｂが入り込んで、成形が完成する。  このように頭部Ａ’’に溝が多数形成することで、接合面積が画期的に増大することから、従来の拡散接合では得ることが出来ない高強度拡散接合を実現することができる。
なお、図４のシャフト材Ａの頭部溝形状に限らず、ねじ溝でもよく、一般的に任意の凹凸形状にすることも可能である。
【００２１】
上記一実施形態の金型構造では、固定されたダイ１０の内部に、上パンチ６及び下パンチ５がそれぞれ上下動可能に挿入されていたが、別の一実施形態として、上パンチ６または下パンチ５の一方を移動させて、上パンチ６及び下パンチ５の間のダイ１０内に充填された原料粉末Ｂを圧搾するようにしてもよい。すなわち、加圧成型としては、両押し法に適用した場合に限らず、片押し法に適用してもよい。片押し法で成型する場合には、図３（ｂ）において、αの線が、βの線より下方となるように位置決め制御して、最終的に図３（ｃ）の状態になるように制御されればならない。
【符号の説明】
【００２２】
Ａ    シャフト材
Ｂ    原料粉末
Ｃ    粉末冶金材
３    コアロッド
４    シャフト押さえ
５    下パンチ
６    上パンチ
１０    ダイ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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