(57)【要約】【課題】  圧粉体を成形する粉末成形方法及びその装置において、同じキャビティを用いて所定箇所の密度を向上する。【解決手段】  キャビティ６内に第1の原料粉末Ｐ１を収容した後に、キャビティ６内に収容された第1の原料粉末Ｐ１の一部であるキャビティ６の周面側に加圧用突体９による非圧粉体成形用圧縮力を加えて脱気してキャビティ６内に第1の原料粉末Ｐ１の非収容空間13を形成する。次に非収容空間13に第２の原料粉末Ｐ２を第1の原料粉末Ｐ１と一体的に収容し、この後第１及び第２の原料粉末Ｐに下パンチ４及び上パンチ５により圧粉体成形用圧縮力を加えて圧粉体14を成形する。貫通孔14Ａ側より周面14Ｂ側において圧粉体14の密度の向上を図ることができる。【選択図】図５
2006305610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティ内に第1の原料粉末を収容した後に、前記キャビティ内に収容された第1の原料粉末の一部に非圧粉体成形用圧縮力を加えて前記キャビティ内に前記第1の原料粉末の非収容空間を形成し、次に前記非収容空間に追加補充用の第２の原料粉末を前記第1の原料粉末と一体的に収容し、この後前記第１及び第２の原料粉末に圧粉体成形用圧縮力を加えて前記キャビティ内に圧粉体を成形することを特徴とする粉末成形方法。
【請求項２】
下パンチが挿入したキャビティ内に第１の原料粉末を充填した後、該キャビティ内に充填された第1の原料粉末の上面の一部を加圧用突体によって加圧して前記第１の原料粉末を非圧粉体圧縮状態とすると共に、前記キャビティ内の前記加圧部に空間を形成し、この後前記空間内に追加補充用の第２の原料粉末を充填し、その後前記第２の原料粉末の上面及び該第２の原料粉末の上面を除く前記第１の原料粉末の上面を加圧するように上パンチをキャビティに挿入して前記下パンチと上パンチとの間に圧粉体を成形することを特徴とする粉末成形方法。
【請求項３】
ダイに上下方向に設けられた貫通孔と、前記貫通孔の上下方向にそれそれ配置され該貫通孔に挿入可能な圧粉体成形用の上パンチ及び下パンチと、前記貫通孔上を摺動すると共に下面を開口し原料粉末を収容可能なフィーダーと、前記貫通孔の上方に配置され該貫通孔に挿入可能な非圧粉体成形用の加圧用突体とを備えることを特徴とする粉末成形装置。
【請求項４】
前記加圧用突体は前記貫通孔に嵌合することを特徴とする請求項３記載の粉末成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末成形方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、粉末冶金においては、鉄などの金属を主成分とする原料粉末を粉末成形装置で圧縮して圧粉体を成形し、この圧粉体を焼結炉で加熱して焼結する。そして、粉末成形装置においては、一般的に、原料粉末を貯蔵した原料容器から、成形用金型上で移動するフィーダー内に原料粉末を供給し、キャビティ内に下パンチが挿入した状態でフィーダーから成形用金型のキャビティ内に原料粉末を充填し、そして上パンチが挿入して圧粉体を成形するようにしている。
【０００３】
このような圧粉体はそのまま或いはさらに雰囲気ガス中で焼成されて焼結品となる。焼結品としてローラや、カム、歯車或いは弁など種々の部品が製作される。
【０００４】
ところで、ローラや、カム、歯車のような力の伝達部品や或いは弁体においては、その滑動部、力伝達部やシール部の破損などを防ぐために周面や、カム面、歯面或いはシール面を強化することが好ましい。
【０００５】
このような対策として、例えば圧粉体としてのカム部材とベース部材とを焼結ばめにより行うことが考えられる（例えば特許文献１）。
【０００６】
さらに、キャビティ内に原料粉末を充填する充填工程後、該キャビティ内に充填された原料粉末を上パンチと下パンチとの間で加圧成形するパンチ駆動工程を行う粉末成形方法であって、前記パンチ駆動工程が、上下パンチ間に形成されるキャビティの厚さが成形目標厚さよりも若干大きい状態となるまでいずれか一方のパンチを駆動する一次駆動工程と、上下パンチ間隔を測定しその値が前記成形目標厚さとなるまで制御しながらいずれか一方のパンチを駆動する二次駆動工程とを有するものであって、両パンチ間隔を測定しながら原料粉末を成形目標厚さとなるまで加圧成形するので、原料粉末の充填量がばらついたり、フレームの伸びや撓みが生じたとしても、目的の厚さの圧粉体を安定して得られるものも公知である（例えば特許文献２）。
【特許文献１】特開平１１−３１５３０７号公報
【特許文献２】特開２００４−４２１２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、前者の従来技術においては予め複数の圧粉体を成形し、これらを焼結ばめするような場合には、それぞれの圧粉体の成形型を必要とし、さらに圧粉体をそれぞれ別々に成形を行うというものであるので、量産化を行いにくいという懸念がある。
【０００８】
さらに、後者の従来技術においては目的の厚さの圧粉体を安定して得られるものの原料粉末の充填率を向上できにくい。
【０００９】
解決しようとする問題点は、圧粉体を成形する粉末成形方法及びその装置において、同じキャビティを用いて所定箇所の密度を向上することができるようにする点である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明は、キャビティ内に第1の原料粉末を収容した後に、前記キャビティ内に収容された第1の原料粉末の一部に非圧粉体成形用圧縮力を加えて前記キャビティ内に前記第1の原料粉末の非収容空間を形成し、次に前記非収容空間に追加補充用の第２の原料粉末を前記第1の原料粉末と一体的に収容し、この後前記第１及び第２の原料粉末に圧粉体成形用圧縮力を加えて前記キャビティ内に圧粉体を成形することを特徴とする粉末成形方法である。
【００１１】
請求項２の発明は、下パンチが挿入したキャビティ内に第１の原料粉末を充填した後、該キャビティ内に充填された第1の原料粉末の上面の一部を加圧用突体によって加圧して前記第１の原料粉末を非圧粉体圧縮状態とすると共に、前記キャビティ内の前記加圧部に空間を形成し、この後前記空間内に追加補充用の第２の原料粉末を充填し、その後前記第２の原料粉末の上面及び該第２の原料粉末の上面を除く前記第１の原料粉末の上面を加圧するように上パンチをキャビティに挿入して前記下パンチと上パンチとの間に圧粉体を成形することを特徴とする粉末成形方法である。
【００１２】
請求項３の発明は、ダイに上下方向に設けられた貫通孔と、前記貫通孔の上下方向にそれそれ配置され該貫通孔に挿入可能な圧粉体成形用の上パンチ及び下パンチと、前記貫通孔上を摺動すると共に下面を開口し原料粉末を収容可能なフィーダーと、前記貫通孔の上方に配置され該貫通孔に挿入可能な非圧粉体成形用の加圧用突体とを備えることを特徴とする粉末成形装置である。
【００１３】
請求項４の発明は、前記加圧用突体は前記貫通孔に嵌合することを特徴とする請求項３記載の粉末成形装置である。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、キャビティ内の一部に原料粉末を追加補充することで、キャビティによる圧粉体の成形にあって圧粉体の所望箇所の密度を向上することができると共に、量産にも適することができる。
【００１５】
請求項２の発明によれば、下パンチが挿入したキャビティ内の一部に原料粉末を追加補充することで、同じキャビティによる圧粉体の成形にあって圧粉体の所望箇所の密度を向上することができると共に、量産にも適することができる。
【００１６】
請求項３の発明によれば、下パンチが挿入したキャビティ内に第１の原料粉末の充填並びにその脱気、さらには第２の原料粉末の充填及び圧粉体の成形を１つのキャビティ内で行ない、生産性を向上することができる。
【００１７】
請求項４の発明によれば、加圧用突体と貫通孔との位置合せを両者の嵌合によって容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照して説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。
【実施例１】
【００１９】
図１〜図９は実施例１を示しており、これら図において粉末成形装置はダイプレート１に固定されたダイ２と、ダイ２に形成された貫通孔３に下方側から挿入して嵌合される下パンチ４と、前記貫通孔３に上方側から挿入して嵌合される上パンチ５とで構成される。そして下パンチ４が挿入した貫通孔３によって原料粉末Ｐを収容するキャビティ６が形成されるようになっている。さらに、下方の底面を開口したシューボックスからなるフィーダー７をダイ２に形成された貫通孔３の上方位置で前後１回ないし数回往復して、フィーダー７内から貫通孔３内に原料粉末Ｐを供給する。尚、フィーダー７には原料粉末Ｐを該フィーダー７に供給するための供給装置８が接続している。さらに、コアピン４Ａをキャビティ６の軸芯（図示せず）上に位置して下パンチ４より上方に突設すると共に、上パンチ５の軸芯（図示せず）上に位置してコアピン４Ａが挿入可能な孔５Ａが形成されている。
【００２０】
さらに、貫通孔３に上方側から挿入して嵌合される加圧用突体９を備える。この加圧用突体９は下面に前記貫通孔３に嵌合し下向きに突設するリング状の突部９Ａを基板部９Ｂに有するものであって、リング状の突部９Ａは前記軸芯を中心に形成されている。そして加圧用突体９の上面には移動駆動装置10が接続されていると共に、この移動駆動装置10は例えば空気圧や油圧式のシリンダー装置であって、加圧用突体９を下向きに加圧可能な加圧手段を備えている。
【００２１】
次に製造方法について説明する。図1に示す第1工程では、上パンチ５、加圧用突体９はダイ２の上方にあり、また原料粉Ｐを内部に収容したフィーダー７はキャビティ６となる貫通孔３より後退している。そして、貫通孔３には下パンチ４が下方側から挿入、嵌合されていると共に、コアピン４Ａがダイ２の上面２Ａまで突設している。図２に示す第２工程では、フィーダー７をダイ２に形成されたキャビティ６の上方位置で前後１回ないし数回往復して、フィーダー７内からキャビティ６内に原料粉末Ｐを供給して、キャビティ６内に第1の原料粉末Ｐ１を充填する。この充填によってフィーダー７が後退した状態では図３に示す第３工程のように第1の原料粉末Ｐ１の上面11はダイ２の上面２Ａと同一面に形成される。これはフィーダー７の底面によって貫通孔３（キャビティ６）上の余分な原料粉末Ｐが摺り切りされることに起因する。
【００２２】
次に図４に示す第４工程では、移動駆動装置10によって加圧用突体９を貫通孔３（キャビティ６）上に配置した後に、基板部９Ｂの下面をコアピン４Ａの上端の上方に配置させて加圧用突体９の突部９Ａを上方側から挿入して貫通孔３に嵌合し、そしてさらに加圧手段によって基板部９Ｂの下面をコアピン４Ａの上端に当接するまで加圧して加圧用突体９を挿入することで貫通孔３（キャビティ６）内で第1の原料粉末Ｐ１が加圧されると共に、この加圧によって貫通孔３（キャビティ６）内の空気は貫通孔３の周面と加圧用突体９の縁との僅かな隙間や他の箇所の第1の原料粉末Ｐ１を通過して排気する。この結果、キャビティ６内の周面側では圧縮状態の非圧粉体12を成形する。この成形圧力は例えば原料粉末が鉄系である場合、圧粉体を成形する圧力Ｐが４００〜１０００ＭＰａ程度であるのに対して非圧粉体の成形にあっては圧力ｐを０．００１〜１００ＭＰａ程度とするように、非圧粉体を成形する圧力は、圧粉体を成形する圧力の０．０１〜１０％、好ましくは０．１〜１％となっている。この比率、（非圧粉体を成形する圧力）／（圧粉体を成形する圧力）は鉄系以外の原料においても適応される。この圧縮状態の非圧粉体12は、第1の原料粉末Ｐ１が固形状態となっておらず、例えばこの状態で下パンチ４を上面２Ａにあらわしたときには、非圧粉体12、すなわち第1の原料粉末Ｐ１の塊が型崩れする状態をいう。一方、キャビティ６内の内側、すなわちコアピン４Ａ側の第1の原料粉末Ｐ１は加圧されていないので通常の充填状態となっている。すなわち非圧縮状態の非圧粉体となっている。そして、図５に示す第５工程では、貫通孔３（キャビティ６）より加圧用突体９を抜き出すことで、貫通孔３（キャビティ６）の上部、すなわち上面２Ａと加圧された上面12Ａとの間には加圧用突体９による下方押圧によって形成された第1の原料粉末Ｐ１が収容されていない非収容空間13が形成される。尚、非圧粉体12にする加圧用突体９としては、加圧力を低減した上パンチ５を利用するようにしてもよい。
【００２３】
次に、図６に示す第６工程ではフィーダー７をダイ２に形成された貫通孔３の上方位置で再び前後１回ないし数回往復して、フィーダー７内から貫通孔３（キャビティ６）内に原料粉末Ｐを第1の原料粉末Ｐ１が収容されていない非収容空間13に供給して、第１の原料粉末Ｐ１によって成形した非圧粉体12の上面12Ａ上に第２の原料粉末Ｐ２を充填する。この充填後フィーダー７が後退した状態では第２の原料粉末Ｐ２の上面13Ａはダイ２の上面２Ａと同一面に形成される。これはフィーダー７の底面によって貫通孔３（キャビティ６）上の余分な原料粉末Ｐが摺り切りされることに起因する。この結果貫通孔３（キャビティ６）内において第１の原料粉末Ｐ１によって成形した非圧粉体12の上面12Ａからダイ２の上面２Ａまで第２の原料粉末Ｐ２が収容される。尚、この第２の原料粉末Ｐ２は前記第1の原料粉末Ｐ１とは異なる種類のものを用いてもよい。
【００２４】
そして、図７に示す第７工程では上パンチ５が下降してダイ２の貫通孔３に挿入、嵌合されると共に、コアピン４Ａが孔５Ａに挿入する。これによって下パンチ４及び上パンチ５により第1及び第２の原料粉末Ｐ１，Ｐ２が圧縮されて固められ、この成形状態で第1及び第２の原料粉末Ｐ１，Ｐ２をあらわしたときにはその塊が型崩れしない状態、すなわ
ち軸芯にコアピン４Ａにより軸芯に成形された貫通孔14Ａを形成した圧粉体14が成形される。尚、この成形にあっては例えば上パンチ５が下降してダイ２の貫通孔３に嵌合されると共に、ダイ２が下降して、下パンチ４及び上パンチ５により原料粉末Ｐが圧縮されて固められ、圧粉体ができるようにしてもよい。
【００２５】
尚、本実施例では追加補充用の第２の原料粉末Ｐ２を１回行なったものを示したが、１回目の追加補充用の第２の原料粉末Ｐ２を非収容空間13に収容した後、非圧粉体を形成する際、その上部に再び非収容空間を新たに形成し、この非収容空間に追加補充用の第２の原料粉末を再び収容し、そして２回目の非圧粉体を形成する。このように非収容空間の形成、追加補充用の第２の原料粉末の収容、非圧粉体を複数回繰り返し、この後圧粉体を成形するようにしてもよい。
【００２６】
その後、図８に示す第８工程では上パンチ５が上昇すると共に、ダイ２に対して下パンチ４が相対的に上昇して圧粉体がダイ２の上面２Ａ上に抜き出される。
【００２７】
そしてフィーダー７の前進に伴い、このフィーダー７により図９に示すように、貫通孔14Ａは第1の原料粉末Ｐ１が圧縮されて固められ、周面14Ｂ側には第1及び補充された第２の原料粉末Ｐ１，Ｐ２が圧縮されて固められた圧粉体14が払い出される。さらにこのような成形サイクルが繰り返されるものである。そして、このように成形した圧粉体14を雰囲気ガス中で焼成した焼結工程を経て焼結品とする。
【００２８】
以上のように、前記実施例においてはキャビティ６内に第1の原料粉末Ｐ１を収容した後に、前記キャビティ６内に収容された第1の原料粉末Ｐ１の一部であるキャビティ６の周面側に加圧用突体９による非圧粉体成形用圧縮力を加えて脱気してキャビティ６内に第1の原料粉末Ｐ１の非収容空間13を形成し、次に該非収容空間13に第２の原料粉末Ｐ２を第1の原料粉末Ｐ１と一体的に収容し、この後第１及び第２の原料粉末Ｐ１，Ｐ２に下パンチ４及び上パンチ５により圧粉体成形用圧縮力を加えて前記キャビティ６内に圧粉体14を成形することで、圧粉体14は通常キャビティ６に収容される第１の原料粉末Ｐ１の他に、加圧用突体９による非圧粉体成形用圧縮力によって形成した第１の原料粉末Ｐ１の非収容空間13に収容した第２の原料粉末Ｐ２をも加えてキャビティ６内に圧粉体14を成形することができるので、貫通孔14Ａ側より周面14Ｂ側において圧粉体14の密度の向上を図ることができる。この結果、同じ容積を有するキャビティ６による圧粉体14の成形にあってはその所望箇所、すなわち周面側の密度を向上することができる。
【００２９】
さらに、下パンチ４が挿入したキャビティ６内に第１の原料粉末Ｐ１を充填した後、加圧用突体９によって第１の原料粉末Ｐ１の上面の周面側を加圧して第１の原料粉末Ｐ１を非圧粉体圧縮状態とすると共に、前記キャビティ６内の上部に第1の原料粉末Ｐ１の非収容空間13を形成し、この後第1の原料粉末Ｐ１の非収容空間13内に第２の原料粉末Ｐ２を充填した後、第２の原料粉末Ｐ２の上面13Ａを加圧するように上パンチ５をキャビティ６に挿入して前記下パンチ４と上パンチ５との間に圧粉体14を成形することにより、下パンチ４が挿入したキャビティ６内に第１の原料粉末Ｐ１の充填並びにその脱気、さらには第２の原料粉末Ｐ２の充填及び圧粉体14の成形を１つのキャビティ６内で行なうことで、生産性を向上することができる。
【００３０】
また、ダイ２に上下方向に設けられた貫通孔３と、前記貫通孔３の上下方向にそれそれ配置され該貫通孔３に挿入可能な圧粉体成形用の上パンチ５及び下パンチ４と、前記貫通孔３上を摺動すると共に下面を開口し原料粉末Ｐを収容可能なフィーダー７と、前記貫通孔３の上方に配置され該貫通孔３に挿入可能な非圧粉体成形用の加圧用突体９とを備えることにより、貫通孔３に下パンチ４を挿入した状態で第1の原料粉末Ｐ１を充填し、この後加圧用突体９を貫通孔３に挿入して第1の原料粉末Ｐ１の上面12Ａの一部を突部12Ａにより押圧し脱気して、空間13を形成することで第２の原料粉末Ｐ２をキャビティ６内に追加充填し、この後上パンチ５及び下パンチ４との圧縮力により圧粉体14を成形することで、圧粉体14における貫通孔14Ａ側より周面14Ｂの密度の向上等を図ることができる。
【００３１】
さらに、基板部９Ｂの下面をコアピン４Ａの上端の上方に配置させて加圧用突体９の突部９Ａを上方側から挿入して貫通孔３に嵌合することで、貫通孔３（キャビティ６）に対する加圧用突体９の位置決めを容易に行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上のように本発明にかかる粉末成形方法及びその装置は、種々の圧粉体に適用できる。また、キャビティ内に収容された第1の原料粉末に非圧粉体成形用圧縮力を加える第1の原料粉末の一部の箇所は周面に限定されるものではなく、軸芯側でもよく、さらに周面と軸芯との間でもよいなど適宜設定することができる。また、尚、加圧用突体９における突部９Ａ以外の箇所に原料粉末が容易に通過可能な孔や切り欠き等による原料粉末通過部を形成しておいてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施例１を示す第１工程の断面図である。
【図２】本発明の実施例１を示す第２工程の断面図である。
【図３】本発明の実施例１を示す第３工程の断面図である。
【図４】本発明の実施例１を示す第４工程の断面図である。
【図５】本発明の実施例１を示す第５工程の断面図である。
【図６】本発明の実施例１を示す第６工程の断面図である。
【図７】本発明の実施例１を示す第７工程の断面図である。
【図８】本発明の実施例１を示す第８工程の断面図である。
【図９】本発明の実施例１を示す圧粉体の斜視図である。
【符号の説明】
【００３４】
３  貫通孔
４  下パンチ
５  上パンチ
６  キャビティ
７  フィーダー
９  加圧用突体
13  非収容空間
14  圧粉体
Ｐ１  第1の原料粉末
Ｐ２  第２の原料粉末
【図１】
2006305610.tif 000003
【図２】
2006305610.tif 000004
【図３】
2006305610.tif 000005
【図４】
2006305610.tif 000006
【図５】
2006305610.tif 000007
【図６】
2006305610.tif 000008
【図７】
2006305610.tif 000009
【図８】
2006305610.tif 000010
【図９】
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