(57)【要約】【課題】原料粉末成形時の給粉方法を工夫して、端面に凹部があり、その凹部をパンチで成形して設ける粉末成形体を簡単な粉末成形装置を用いて各部の密度に大きな差を生じさせずに効率良く成形することを可能となす。【解決手段】キャビティ５に充填した原料粉末Ａを圧縮成形して上パンチ３によって成形された凹部２１を上面に有する粉末成形体を得る。粉末成形装置のダイ１の上部にキャビティ５を横切る溝７を設け、さらに、原料粉末Ａをキャビティ５に投入する給粉ボックス４に溝７に対応させた溝形状と相似形の粉末かき８を設け、給粉ボックス４を給粉後にダイ１上で溝７に沿って移動させるときに粉末かき８でキャビティ５に充填された原料粉末Ａの一部をかき取って凹部形成領域の粉末量を調整する。【選択図】図１
2006110601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上パンチによって成形された凹部を上面に有する粉末成形体を、キャビティに充填した原料粉末を圧縮成形して得る粉末成形において、粉末成形装置のダイの上部にキャビティを横切る溝を設け、さらに、原料粉末を前記キャビティに投入する給粉ボックスに、前記溝に形状を対応させた粉末かきを設け、前記給粉ボックスを給粉後に前記ダイ上で前記溝に沿って移動させて前記粉末かきでキャビティに充填された原料粉末の一部をかき取ることを特徴とする給粉方法。
【請求項２】
前記溝の両側面と粉末かきの両側縁をキャビティに投入される原料粉末の安息角を超えない角度で傾斜させた請求項１に記載の給粉方法。
【請求項３】
キャビティへの原料粉末投入を、吸い込み給粉法で前記ダイとそのダイに挿入した下パンチをキャビティの容積が拡大される方向に相対移動させながら実施する請求項１又は２に記載の給粉方法。
【請求項４】
吸い込み給粉によるキャビティへの原料粉末投入を、前記給粉ボックスに設けた吸気孔から給粉ボックス内に空気を吸い込みながら実施する請求項３に記載の給粉方法。
【請求項５】
上パンチによって成形された凹部を上面に有する粉末成形体を同時に複数個成形する粉末成形方法であって、複数のキャビティを有する粉末成形装置のダイに、各キャビティの上部を横切る溝を設け、さらに、原料粉末を各キャビティに投入する給粉ボックスに各溝に形状を対応させた粉末かきを設け、各溝とそれぞれの溝に収納した粉末かきとの間の隙間寸法の差をキャビティに投入される原料粉末の平均粒径よりも小さくした給粉装置を使用して給粉を行い、前記給粉ボックスを給粉後に前記ダイ上で前記溝に沿って移動させて前記粉末かきで各キャビティに充填された原料粉末の一部をかき取り、しかる後に、各キャビティ内の原料粉末を圧縮成形することを特徴とする粉末成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、品質の安定した焼結部品を量産性良く製造するための給粉方法と粉末成形方法、具体的には、密度差の少ない粉末成形体を簡単な粉末成形装置を用いて効率良く成形することを可能にした給粉方法と粉末成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
焼結部品は、粉末成形体を焼結して作られる。その焼結部品の一例を図６に示す。例示の焼結部品２０は、圧縮機用のベーンであり、一端に凹部２１を有する。その凹部２１は、側面２１ａ、２１ａが湾曲しているので、この凹部２１を粉末成形装置の金型で成形して設けるときには、成形後の型抜きのために、金型による原料粉末の圧縮を図のZ軸方向に向けて行う必要がある。
【０００３】
その規制を受けるときには、図７に示すように、下パンチ２を下第１パンチ２ａと下第２パンチ２ｂに分割した粉末成形装置を使用して凹部２１を下第１パンチ２ａで、凹部の両側の端面２２を下第２パンチ２ｂで各々成形する方法が通常採られる。
【０００４】
キャビティ５に対する原料粉末の投入は、下記特許文献１などが開示しているような給粉装置を使用して行われる。その給粉装置が給粉を終了してキャビティ５上から初期位置に復帰するときに給粉ボックス（図示せず）によるいわゆる枡切りが行われ、キャビティ５内にすりきり一杯の原料粉末が残される。このときに凹部成形部と端面成形部を一体に形成したパンチを使用して原料粉末の成形を行うと、凹部２１がある領域と無い領域の圧縮密度に差が生じて密度が均一な成形体が得られない。そこで、その不具合を無くし得る方法として図７の装置を用いた成形方法が採用される。
【０００５】
図７の粉末成形装置は、下第１パンチ２ａと下第２パンチ２ｂの相対位置（上端位置）を調整して粉末成形体の各部の密度差を小さくすることができる。しかしながら、分割パンチを使用すると、パンチの位置調整の手間が増えて生産性に悪影響がでる。また、分割パンチを組み合わせた位置で粉末成形体にバリが発生する。さらに、焼結部品の形状によっては下第１パンチや下第２パンチに鋭角なエッジができ、パンチの強度も低下し易い。
【特許文献１】特開平６−２１０４９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
パンチの位置調整をせずに各部の密度差が小さい凹部付粉末成形体を作れるようにすると、成形体の成形効率を向上させて焼結部品の生産性を高めることが可能になる。また、パンチを分割する必要がなくなるためバリのない粉末成形体を作ることも可能になり、分割パンチを使用するときに起こるパンチの強度低下の問題も解決できる。この発明は、その要求に応えた給粉方法と粉末成形方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、この発明においては、上パンチによって成形された凹部を上面に有する粉末成形体を、キャビティに充填した原料粉末を圧縮成形して得る粉末成形において、粉末成形装置のダイの上部にキャビティを横切る溝を設け、さらに、原料粉末を前記キャビティに投入する給粉ボックスに、前記溝に形状を対応させた粉末かきを設け、前記給粉ボックスを給粉後に前記ダイ上で前記溝に沿って移動させて前記粉末かきでキャビティに充填された原料粉末の一部をかき取るようにした。
【０００８】
この給粉方法は、ダイに設ける溝の両側面とその面に対応させた粉末かきの両側縁をキャビティに投入される原料粉末の安息角を超えない角度で傾斜させて実施すると好ましい。
【０００９】
また、キャビティへの原料粉末投入は、吸い込み給粉法を用いて行うと好ましい。吸い込み給粉法とは、ダイとそのダイに挿入した下パンチをキャビティの容積が拡大される方向に相対移動させながらキャビティに原料粉末を投入する方法である。その吸い込み給粉による原料投入を、給粉ボックスに設けた吸気孔から給粉ボックス内に空気を吸い込みながら実施するとなお好ましい。
【００１０】
この発明は、上記の給粉方法で給粉を行って同一形状、同一寸法の粉末成形体を１ショットで同時に複数個成形する粉末成形方法も併せて提供する。その方法では、複数のキャビティを有する粉末成形装置のダイに、各キャビティの上部を横切る溝を設け、さらに、原料粉末を各キャビティに投入する給粉ボックスに各溝に形状を対応させた粉末かきを設け、各溝とそれぞれの溝に収納した粉末かきとの間の隙間寸法の差をキャビティに投入される原料粉末の平均粒径よりも小さくした給粉装置を使用して給粉を行い、前記給粉ボックスを給粉後に前記ダイ上で前記溝に沿って移動させて前記粉末かきで各キャビティに充填された原料粉末の一部をかき取り、しかる後に、各キャビティ内の原料粉末を圧縮成形する。なお、ここで言う原料粉末の平均粒径とは、ふるい法によって測定した粒径のヒストラグラム中、粒径の小さいほうから質量の和が総質量の５０％に達する粒子の粒径を言う。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の給粉方法では、給粉ボックスに粉末かきを設けてその粉末かきでキャビティに充填した原料粉末の一部を充填域の上部に溝ができるようにかき取る。そのかき取りによって端面形成部と凹部形成部の粉末充填量に密度差調整のための差をつけることができ、端面成形部と凹部成形部を一体に形成した段付上パンチを使用して密度差の小さい凹部付粉末成形体を成形することが可能になる。
【００１２】
また、分割パンチを使わずに密度差を調整することができるので、分割パンチを使用したときに起こる生産性の低下、粉末成形体に対するバリの発生、パンチ強度低下の問題も解消できる。
【００１３】
なお、ダイに設ける溝の両側面と粉末かきの両側縁をキャビティに投入される原料粉末の安息角を超えない角度で傾斜させると、粉末かきで原料粉末に形成される溝の形が崩れずに保持されて成形体の密度のばらつきが起こり難くなる。
【００１４】
また、キャビティへの原料粉末投入を吸い込み給粉法で行うと、空気の閉じ込みを防止して投入を確実に迅速に行うことができる。給粉ボックスに設けた吸気孔から給粉ボックス内に空気を吸い込みながら吸い込み給粉を実施すると給粉ボックス内が負圧になることによる原料粉末の給粉時の密度ばらつきを小さくできる。
【００１５】
このほか、この発明の粉末成形方法では、各キャビティへの給粉を、各溝とそれぞれの溝に収納する粉末かきとの間の隙間寸法の差をキャビティに投入される原料粉末の平均粒径よりも小さくした給粉装置を使用して行うので、各粉末かきによる原料粉末のかき取り量に殆ど差がつかず、重量差、寸法差の小さい粉末成形体を同時に複数個成形して生産性を高めることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面に基づいてこの発明の給粉方法の実施形態を説明する。図1は、図６の焼結部品２０を製造するときに使用する粉末成形装置の金型を表している。図中１はダイ、２はベースプレート（図示せず）で保持した下パンチ、３はプレス機の上ラムで駆動する上パンチ、４は給粉装置の給粉ボックスである。下パンチ２は、断面が長方形で上端が平坦な単純な形のパンチである。また、上パンチ３は下面３ａから下方に垂下する凸部３ｂを有し、下面３ａで焼結部品２０用の粉末成形体の端面２２を、凸部３ｂで凹部２１をそれぞれ成形する。
【００１７】
給粉ボックス４は、ダイ１上をスライドして初期位置（待機点）からキャビティ５上に移動し、ホース６を通してホッパ（図示せず）から送り込まれる原料粉末Ａをキャビティ５に投入する。その投入は、吸い込み給粉法を用いて行うと好ましい。
【００１８】
この発明の給粉方法では、上パンチ３を凸部３ｂのついた段付パンチにして粉末成形体の片側の端面を、その面に形成される凹部も含めて上パンチ３で成形する。また、粉末成形装置のダイ１にキャビティ５の上部を横切る溝７を設け、給粉ボックス４には溝７に対応させた粉末かき８を設ける。溝７に挿入する粉末かき８は、給粉ボックス４の少なくとも前端（図１〜図３、図５の右側）下部に設ける。この粉末かき８は、図１〜図３あるいは図５に示すように、給粉ボックス４の後部側（図１〜図３、図５の左側）にも設けるのがよい。この後部側の粉末かき８は、原料粉末Ａが溝７から漏れるのを防止する。従って、必須ではないが、実用上は極めて好ましいものといえる。
【００１９】
溝７は、粉末成形体に設ける凹部２１の形状に近似させた溝が粉末成形時の圧縮量のばらつきが小さく抑えられて好ましい。また、この溝７の両側面７ａと粉末かき８の両側縁は、原料粉末Ａの安息角以下の角度αで傾斜させておくのがよい。こうすると、かき取りによって原料粉末に形成された溝の形が崩れ難くなる。溝の形が崩れると給粉不足になる部分と給粉過剰になる部分ができて成形体の各部の密度がばらつくが、形成した溝の形が保持されれば、溝形状の崩れに起因した密度のばらつきは発生しない。
【００２０】
ここで、溝７の形状を粉末成形体に設ける凹部の形状と等しくすると角度αが原料粉末Ａの安息角を超える場合にも、角度αは安息角以下の角度に設定するとよい。
【００２１】
粉末かき８は、給粉ボックス４の前壁の下縁に垂下させて取り付けている。溝7と相似形にしたこの粉末かき８を給粉ボックス４と一緒に移動させ、キャビティ５に投入した原料粉末Ａの上側部分の一部をこの粉末かき８によってかき取る。
【００２２】
図２に落し込み給粉法の動作を、図３に吸い込み給粉法の動作をそれぞれ示す。図２の落し込み給粉法では、ダイ１を下パンチ２に対して予め上昇させておいてこのダイ１上で給粉ボックス４を初期位置からキャビティ５上にスライドさせる。その過程で給粉ボックス４内の原料粉末Ａがキャビティ５内の空気を押し出しながらキャビティ５内に落ち込む。
【００２３】
一方、図３の吸い込み給粉法では、ダイ１上で給粉ボックス４を初期位置からスライドさせ、この給粉ボックス４が給粉開始点に到達したら下パンチ２とダイ１をキャビティ５の容積が拡大する方向に相対移動させ、その動作を継続してダイ１と下パンチ２とによって作り出されるキャビティ５に原料粉末Ａを吸い込む。この方法は、原料粉末Ａの充填がスムーズに確実になされ、落とし込み給粉法よりも重量、寸法の安定した粉末成形体が得られる。また、この方法で給粉中に給粉ボックス４に設けた吸気孔９から給粉ボックス４内に空気を導入すると、給粉ボックス４の内圧が負圧になることがなく、原料粉末Ａの流動性の悪化が防止されて充填量のばらつきが抑制される。
【００２４】
図２の落し込み給粉、図３の吸い込み給粉のどちらも、給粉ボックス４をキャビティ５上から初期位置に復帰させるときに、給粉ボックス４でいわゆる枡切りを行って余剰粉末を回収する。また、このときに同時に溝7内を移動する粉末かき８によってキャビティ５に充填された原料粉末Ａの一部をかき取り、その原料粉末Ａの上部に溝7を延長した形の溝を生じさせる。その溝の深さを変えると成形体の凹部形成領域の圧縮比が変化し、従って、分割パンチを使わずに凹部形成領域の圧縮比を他の領域の圧縮比とほぼ等しくすることができ、分割パンチを使用するときの問題が発生しない。
【００２５】
図４は、この発明の粉末成形方法の実施形態である。例示の方法では、使用する粉末成形装置のダイ１に２組のキャビティ５を設け、各キャビティ５に投入した原料粉末Ａをそれぞれ下パンチ２と上パンチ３で圧縮して同一仕様（同一形状、同一寸法）のベーン用粉末成形体を同時に2個成形する。
【００２６】
キャビティ５、５は、給粉ボックス４が進退する方向と直角方向に並べて設けている。そして、各キャビティ５の上部を横切る2組の溝７をダイ1に設け、さらに、給粉ボックス４に、その給粉ボックス４が粉末投入位置から復帰するときに各溝７の内部を移動してキャビティ５に充填された原料粉末Ａの一部を溝７の形状に対応した形にかき取る粉末かき８と、給粉ボックス４の後部側において原料粉末の溝７からの漏れを防止する粉末かき８をそれぞれ2組設けている（図４は、給粉ボックスの前側の粉末かきのみを開示）。
【００２７】
給粉ボックス４は、内部を2部屋に仕切り、それぞれの部屋に独立したホース６（図４参照）や図５に示すような分岐管１０を経由してホッパから原料粉末Ａを送り込み、各部屋に流入した原料粉末が互いに仕切られた２つのキャビティに別々に投入されるようにしておくと原料粉末の偏在を抑制することができる。
【００２８】
ダイ１に設けた２組の溝７、７と、各溝７に挿入した粉末かき８、８は、基本的にはそれぞれが同一寸法となるようにし、さらに、許容誤差を例えば、０．０５ｍｍ以下にして各溝７に挿入した粉末かき８と溝７底との間の隙間寸法Ｌ1とＬ2の差（Ｌ1−Ｌ2）が原料粉末Ａの平均粒径よりも小さくなるようにしており、２箇所の給粉部における枡切り後の原料粉末の残り方が同一になり、各キャビティ５に充填される粉末量が均一になる。
【００２９】
このために、得られる粉末成形体の重量と高さに大きな差がつかず、規格を満たす粉末成形体を複数個取りして効率よく成形することが可能になる。なお、給粉を図３の吸い込み給粉法で行うと、同時成形して得られる粉末成形体の重量差と高さの差が十分に小さくなる。
【００３０】
例えば、図2の落し込み給粉法で給粉を行って作られる粉末成形体と図３の吸い込み給粉法で給粉を行って作られる粉末成形体の各部の重量分布を調べた結果、落し込み給粉法を採用したものは、３０個の試料のうち約４割が重量中央値±０．１５ｇから外れたのに対し、吸い込み給粉法を採用したものは、３０個の試料のすべてが重量中央値±０．１５ｇ内におさまった。
【００３１】
また、左右のキャビティで同時に形成される２個の粉末成形体（目標重量１５ｇ）の重量の平均値（３０個の平均値）の差を調べたところ、落し込み給粉法を採用した場合の差が０．２９ｇであったのに対し、吸い込み給粉法を採用した場合の差は０．０３２ｇであり、その差が極端に小さかった。
【００３２】
さらに、左右のキャビティで同時に形成される粉末成形体の高さ（全長）の差を調べたところ、落し込み給粉法を採用したものは、右側のキャビティで形成したものの中に長さの目標値±０．０７ｍｍを上回ったものが、また、左側のキャビティで形成したものの中に目標値±０．０７ｍｍを下回ったものがそれぞれあり、しかも、左右のキャビティで成形された粉末成形体の長さの平均値の差が０．０６ｍｍあった。これ対し、吸い込み給粉法を採用したものは、左右のキャビティで形成した粉末成形体のどちらにも長さの目標値±０．０７ｍｍを超えたものがなく、左右のキャビティで成形された粉末成形体の長さの平均値の差も０．０１ｍｍと非常に小さかった。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】（ａ）この発明で用いる粉末成形装置の金型の断面図、（ｂ）図１（ａ）のＸ−Ｘ線に沿った断面図、（ｃ）溝と粉末かきの拡大正面図
【図２】落し込み給粉法の動作を示す図
【図３】吸い込み給粉法の動作を示す図
【図４】（ａ）この発明の粉末成形方法の実施形態を示す図、（ｂ）要部の拡大図
【図５】（ａ）図４の方法で使用する給粉ボックスの一例を示す平面図、（ｂ）同給粉ボックスの断面図
【図６】この発明を適用して製造する焼結部品の一例を示す斜視図
【図７】図６の焼結部品を成形する従来の粉末成形装置の金型の断面図
【符号の説明】
【００３４】
１          ダイ
２          下パンチ
３          上パンチ
３ａ        下面
３ｂ        凸部
４          給粉ボックス
５          キャビティ
６          ホース
７          溝
７ａ        側面
８          粉末かき
９          吸気孔
１０        分岐管
２０        焼結部品
２１        凹部
２２        端面
Ａ          原料粉末
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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