(57)【要約】【課題】  圧粉体を成形する粉末成形において、生産性を向上し、さらに追加の原料粉末の量を短時間で正確に行なえるようにする。【解決手段】  上部開口部17には成形用穴12に連通する追加用原料粉末Ｃの追加用凹部23が形成されている。そして下パンチ20が成形用穴12に挿入された状態で、上部開口部17より原料粉末Ｂを成形用穴12に充填すると共に、追加用原料粉末Ｃを追加用凹部23に充填する。次に下パンチ20をダイ13に対して相対的にやや下降して成形用穴12の原料粉末Ｂ及び追加用原料粉末Ｃを下パンチ20の上面側に落し込み、上パンチ18を上部開口部17より挿入する。追加用凹部23に充填された追加用原料粉末Ｃを原料粉末Ｂの上面の縁側に自動的に落し込むことができるので、製造工程の増加もなく生産性を向上することができ、さらに追加用凹部23の容積に対応する追加用原料粉末Ｃを確実に計量して充填することができる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料粉末が充填される成形用穴を形成したダイと、前記成形用穴の上部開口部より挿入する上パンチと、前記上部開口部に形成され前記成形用穴に連通する前記原料粉末の追加収容部を設けることを特徴とする粉末成形金型装置。
【請求項２】
上下方向に貫通し原料粉末が充填される成形用穴を形成したダイと、前記成形用穴の上部開口部より挿入する上パンチと、前記成形用穴の下部開口部より挿入する下パンチと、前記上部開口部に形成され前記成形用穴に連通する前記原料粉末の追加用凹部を設けることを特徴とする粉末成形金型装置。
【請求項３】
前記追加用凹部は、下方に向かうにしたがい前記成形用穴の軸芯に近づくように傾斜していることを特徴とする請求項２記載の粉末成形金型装置。
【請求項４】
原料粉末が充填される成形用穴を形成したダイと、前記成形用穴の上部開口部より挿入する上パンチと、前記上部開口部に形成され前記成形用穴に連通する前記原料粉末の追加収容部を設けた粉末成形金型装置をウイズドロアル式粉末成形プレスに取り付けることを特徴とする粉末成形装置。
【請求項５】
ダイの成形用穴に原料粉末を充填した後、前記成形用穴の中で該成形用穴の上部開口部より挿入した上パンチと、成形用穴の下部開口部より挿入した下パンチとの間で前記原料粉末を圧縮して圧粉体を成形する粉末成形方法において、前記上部開口部には前記成形用穴に連通する前記原料粉末の追加用凹部が形成されており、前記下パンチが前記成形用穴に挿入された状態で、前記上部開口部より原料粉末を前記成形用穴に充填すると共に前記原料粉末を追加用凹部に充填し、次に下パンチを前記ダイに対して相対的にやや下降して前記成形用穴の原料粉末及び前記補充用凹部の追加用原料粉末を前記下パンチの上面側に落し込み、上パンチを上部開口部より挿入することを特徴とする粉末成形方法。
【請求項６】
前記補充用凹部は、下方に向かうにしたがい前記成形用穴の軸芯に近づくように傾斜しており、該補充用凹部に充填された追加用原料粉末が自重により前記下パンチの上面側に落し込んだ原料粉末の上面に載置することを特徴とする請求項５記載の粉末成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末成形金型装置、粉末成形装置及び粉末成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、外周面に多数の歯が形成されたスプロケットや歯車を粉末成形により成形する場合には、スプロケットや歯部の外周面を形成すると共に原料粉末を収容する成形用穴を形成したダイと、スプロケットや歯車の上下面を形成する上下一対のパンチとから構成された成形用金型を用いて圧粉体を成形している（例えば特許文献１）。このような圧粉体はこの後焼結され、さらに必要に応じて矯正プレスにて矯正している。
【０００３】
そして、スプロケットや歯車のための圧粉体の成形にあっては、歯部のみならず中心部においても、ほぼ同一な密度を有するものである。しかしながら、スプロケットや歯車においては、特に歯部の周面の強度が重要であり、このため圧粉体における歯部の周面の密度が中心部の密度より大きくなることが望まれている。
【０００４】
ところで、このような問題を解決する一手段として、圧粉体の成形にあって原料粉末の充填時に、不均一に原料粉末が充填されると、その後の圧縮、焼結工程で焼結体の寸法精度等の特性に悪影響を及ぼす。このためダイのキャビティへ均一に原料粉末を充填する粉末充填方法として、粉末充填装置により金型内に原料粉末を充填し、円形状圧粉体を成形する方法において、得られる圧粉体の粉末不足箇所を予め検出しておき、原料粉末充填装置にて原料粉末を金型に充填後、原料粉末充填装置を用いて金型の充填粉末の１箇所又は２箇所以上にさらに不足量の原料粉末を載置するか、或いは１箇所又は２箇所以上の原料粉末不足箇所を所定の太さの棒で押圧して前記充填原料粉末面に凹部を作り、該凹部へさらに原料粉末を追加充填して、前記圧粉体の円周方向の円周方向の原料粉末充填量の不均一をなくすように原料粉末を補充するものが知られている（例えば特許文献２）。
【特許文献１】特開平７−９０３１５号公報
【特許文献２】特公昭６１−３９３６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、例えば特許文献２のような方法で原料粉末を補充するようにした場合には、原料粉末を補充する箇所にいちいち原料粉末を載置するか、或いは棒で押圧して充填原料粉末面に凹部を作って、該凹部へさらに原料粉末を追加充填するというものであるから、例えば圧粉体におけるスプロケットや歯車の歯部の周面の密度を向上するには、それそれの歯部に対応して原料粉末を載置したり、凹部へ原料粉末を追加充填しなければならない。したがって、このような圧粉体の成形方法においては、いったん原料粉末を成形用穴に充填した工程の後に、さらに原料粉末を追加充填する工程を経て、上パンチを成形用穴に挿入して成形を行うことになり、工程数が増加し、この結果生産性にやや劣ることとなる。また、追加の原料粉末の量を短時間で正確に充填しにくいというおそれもある。
【０００６】
解決しようとする問題点は、ダイの成形用穴に原料粉末を充填した後、前記成形用穴の中で、該成形用穴の上部開口部より挿入した上パンチと、成形用穴の下部開口部より挿入した下パンチとの間で前記原料粉末を圧縮して圧粉体を成形する粉末成形において、生産性を向上し、さらに追加の原料粉末の量を短時間で正確に行なえるようにする点である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、原料粉末が充填される成形用穴を形成したダイと、前記成形用穴の上部開口部より挿入する上パンチと、前記上部開口部に形成され前記成形用穴に連通する前記原料粉末の追加収容部を設けることを特徴とする粉末成形金型装置である。
【０００８】
請求項２の発明は、上下方向に貫通し原料粉末が充填される成形用穴を形成したダイと、前記成形用穴の上部開口部より挿入する上パンチと、前記成形用穴の下部開口部より挿入する下パンチと、前記上部開口部に形成され前記成形用穴に連通する前記原料粉末の追加用凹部を設けることを特徴とする粉末成形金型装置である。
【０００９】
請求項３の発明は、前記追加用凹部は、下方に向かうにしたがい前記成形用穴の軸芯に近づくように傾斜していることを特徴とする請求項２記載の粉末成形金型装置である。
【００１０】
請求項４の発明は、原料粉末が充填される成形用穴を形成したダイと、前記成形用穴の上部開口部より挿入する上パンチと、前記上部開口部に形成され前記成形用穴に連通する前記原料粉末の追加収容部を設けた粉末成形金型装置をウイズドロアル式粉末成形プレスに取り付けることを特徴とする粉末成形装置である。
【００１１】
請求項５の発明は、ダイの成形用穴に原料粉末を充填した後、前記成形用穴の中で該成形用穴の上部開口部より挿入した上パンチと、成形用穴の下部開口部より挿入した下パンチとの間で前記原料粉末を圧縮して圧粉体を成形する粉末成形方法において、前記上部開口部には前記成形用穴に連通する前記原料粉末の追加用凹部が形成されており、前記下パンチが前記成形用穴に挿入された状態で、前記上部開口部より原料粉末を前記成形用穴に充填すると共に前記原料粉末を追加用凹部に充填し、次に下パンチを前記ダイに対して相対的にやや下降して前記成形用穴の原料粉末及び前記補充用凹部の追加用原料粉末を前記下パンチの上面側に落し込み、上パンチを上部開口部より挿入することを特徴とする粉末成形方法である。
【００１２】
請求項６の発明は、前記補充用凹部は、下方に向かうにしたがい前記成形用穴の軸芯に近づくように傾斜しており、該補充用凹部に充填された追加用原料粉末が自重により前記下パンチの上面側に落し込んだ原料粉末の上面に載置することを特徴とする請求項５記載の粉末成形方法である。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、キャビティに原料粉末を充填する際に、追加用凹部に充填された追加用原料をキャビティに追加収容することができるので、原料粉末の充填後に上パンチにより原料粉末及び追加用原料粉末を圧縮することができ、生産性を向上することができる。また、例えば圧粉体の縁側の密度を他の箇所の密度より大きくすること等ができる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、追加用凹部は上部開口に形成するのみのため、簡便に形成することができ、さらに追加用凹部の容積に対応する追加用原料粉末を確実に計量して充填することができる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、追加用凹部に充填された追加用原料粉末は自重によって落下するので、追加用原料粉末を充填した原料粉末の上面に追加用原料粉末を載置するための特別な手段を必要とすることはない。
【００１６】
請求項４の発明によれば、上パンチに対しダイが下降することにより、追加用凹部に充填された追加用原料粉末を、予め落し込まれて充填された原料粉末の上面の縁側に自動的に落し込むことができ、製造工程の増加もなく生産性を向上することができる。
【００１７】
請求項５の発明によれば、製造工程の増加もなく生産性を向上することができ、さらに追加用凹部の容積に対応する追加用原料粉末を確実に計量して充填することができる。また、例えば圧粉体の縁側の密度を他の箇所の密度より大きくすること等ができる。
【００１８】
請求項６の発明によれば、追加用凹部に充填された追加用原料粉末は自重によって落下するので、追加用原料粉末を充填した原料粉末の上面に追加用原料粉末を載置するための特別な手段を必要とすることはない方法となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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】
【００２０】
実施例１は図４に示すように軸線Ｘを中心にその周面に歯先１と歯底２を連続して形成した歯部３を連続形成したスプロケットのための圧粉体４の場合を示している。
【００２１】
金型装置11は、中心軸芯Ｘに成形用穴12を上下方向に貫通成形したダイ13がダイホルダー14に保持されている。成形用穴12はその周面に軸芯Ｘを中心として歯部３に対応して歯先成形部15と歯底成形部16が連続して形成されている。そして、成形用穴12の上方には成形用穴12の上部開口17より挿入可能な上パンチ18が昇降自在に設けられ、一方、成形用穴12の下方には該成形用穴12の下部開口19より挿入可能な下パンチ20が昇降自在に設けられている。これら上パンチ18、下パンチ20の周面はそれぞれ歯先成形部15と歯底成形部16に摺動する形状を有している。さらに、ダイ13の上面21には上部開口17を覆うことができるように金属粉末等の原料粉末Ａを収容し、下部を開口した粉箱22が往復駆動手段（図示せず）により往復動できるように配置されている。尚、粉箱22には自在ホース（図示せず）を介してホッパー（図示せず）が接続されており、粉箱22は常時原料粉末Ａでほぼ充填されるようになっている。
【００２２】
さらに、前記上部開17に原料粉末Ａの追加収容部たる追加用凹部23を設ける。追加用凹部23は、成形用穴12の上縁に沿ってその外側、すなわち軸芯Ｘと反対方向に形成される。したがって、追加用凹部23の上縁も連続している歯先成形部15と歯底成形部16の外側に追加用凹部23の開口部24による間隔Ｌをおいて連続して形成されている。この開口部24は上部開口17の全周に沿って環状に配置されている。そして、追加用凹部23の上部にある前記開口部24は上方に開口して粉箱22の下部開口部より原料粉体Ａが直接入り込むことができるようになっており、追加用凹部23の内側部25、すなわち軸芯Ｘ側は成形用穴12に連通するように臨んでおり、追加用凹部23の下端26は、成形用穴12に充填された原料粉末Ｂの下端よりやや上方に位置している。すなわち内側部25の下端26は、原料粉末Ｂの充填時における下パンチ20の上面よりやや上方に位置している。尚、この内側部25の下端26は後述する当初のキャビティにおける下パンチ20の上面の上方にあることが好ましい。さらに、追加用凹部23の外側部27の断面は開口部24の端から下端26へ向けて傾斜している。この傾斜は直線状であるが、曲線状等であってもよく、一様に下端26へ向けて傾斜していればよい。このように追加用凹部23の外側部27は下方に向かうにしたがい前記成形用穴12の軸芯Ｘに近づくように傾斜しており、追加用凹部23は全体的には軸芯Ｘを中心としたほぼ裁頭円錐形を上下逆に形成した形状となっている。そして、追加用凹部23の容積は、成形用穴12に上パンチ18が挿入した状態における追加用凹部23へ充填可能な追加用原料粉末Ｃの量となる。
【００２３】
次に前記金型装置11の作用を説明する。この金型装置11は後述するウイズドロアル式粉末成形プレスに取り付けられる。そして図５に示す第１工程においては、予め成形用穴12の下部開口19より下パンチ20が挿入して成形用穴12と下パンチ20に囲まれて上方を上部開口としたキャビティ28が形成されており、そしてダイ13上を摺動する粉箱22が上部開口17上を通過すると原料粉末Ａはキャビティ28に落下収容される。この際に追加用凹部23にも原料粉末Ａが落下収容される。そして、ダイ13上を摺動して粉箱22が戻ると、キャビティ28の上方の原料粉末Ａは摺り除かれて、その収容されて充填した原料粉末Ｂの上面は上部開口17とほぼ同一平面となる。同様に追加用凹部23に収容された追加用原料粉末Ｃも摺り除かれて、その上面は上部開口17、上部の開口部24とほぼ同一平面となる。
【００２４】
次に図６の第２工程に示すように下パンチ20がダイ13に対して相対的に下降する。この相対的な下降は下パンチ20がダイ13に対して下降したり、或いは下パンチ20に対してダイ13が上昇することにより行われる。このようにしてキャビティ28に充填された原料粉末Ｂが上部開口17より下方に落ち込むと、追加用凹部23の軸芯Ｘ側は空洞となり、この結果続いて追加の原料粉末Ｃが落し込まれる。したがって追加用凹部23に充填されていた追加用原料粉末Ｃが自動的に原料粉末Ｂの上面へ滑り落ちて、追加用原料粉末Ｃが原料粉末Ｂの上面の縁、すなわち成形用穴12の周面に沿って原料粉末Ｂの上面に均一に載置される。この追加用原料粉末Ｃの自動的な滑り落ちは、追加用凹部23の外側部27の断面が開口部23の端から下端26へ向けて直線状に傾斜していることに起因する。
【００２５】
次に図７の第３工程に示すように、上パンチ18が上部開口17より挿入することで、落し込まれてキャビティ28に充填されている充填された原料粉末Ｂ及び追加用原料粉末Ｃは、成形用穴12と下パンチ20と上パンチ18に囲まれて圧縮されてスプロケット形状の圧粉体４を成形する。この圧粉体４においては、軸芯Ｘ側においては、充填された原料粉末Ｂのみが圧縮されて固着するものの、歯先成形部15、歯底成形部16側のような圧粉体４の縁においては、原料粉末Ｂと追加用原料粉末Ｃとが圧縮されて固着することにより、その密度は軸芯側の密度より大きくなる。尚、図４における拡大図は概略的に示したものである。
【００２６】
次に図８の第４工程に示すように、このように成形された圧粉体４は、上パンチ18が上部開口17より抜き出て、そして下パンチ20が相対的にダイ13に対して上昇することで、圧粉体４を上部開口17より取り出すことができる。
【００２７】
尚、前記金型を取り付ける粉末成形プレスとしては、例えばウイズドロアル粉末成形ブレスが用いられる。これは図９に示すように、フローティングダイプレスにおいて、プレス上ラム31の下部には一体的に下圧プレート32が取付けられ、この下圧プレート32にダイセットの上パンチ18の上パンチプレート33が継手34を介して連結されている。また、プレス下ラム35の上部には下ラム35と一体的に下部下圧プレート36が取付けられ、この下部下圧プレート36には押し出しプレート37が継手38を介して連結されている。尚、図９は圧縮開始位置を示している。さらに、ダイ13を備えたダイホルダー14にはガイドロッド39が複数本直立状に埋設されており、上パンチプレート33は摺動可能にガイドロッド39に嵌合され、上パンチ18がダイ13に出入りできるようになっている。一方、プレスのボルスタ40に固定されているダイセット固定プレート41には、下パンチ20が取付けられており、上部はダイ13と嵌合され、上下動が可能に構成されている。従って、上ラム31によって締め固めのための作動を行うと共に、締め固めの完了に伴い、下ラム35は、上パンチ18に対しダイ13が下降するタイミング及び速比を決めるカム等の調節手段（図示せず）によって引き下げられ、圧粉体４はダイプレート14が下パンチ20の上面まで降下することによって押し出しを完了するようになっている。
【００２８】
以上のように、前記実施例では、原料粉末Ｂが充填される成形用穴12を形成したダイ13と、前記成形用穴12の上部開口部17より挿入する上パンチ18と、上部開口部17に形成され成形用穴12に連通する追加用原料粉末Ｃの追加用凹部23を設けることにより、キャビティ28に原料粉末Ｂを充填する際に、追加用凹部23に充填された追加用原料Ｃを成形用穴12に連通する内側部25を介してキャビティ28に追加収容することができるので、原料粉末Ｂの充填後に直ちに上パンチ18により原料粉末Ｂ及び追加用原料粉末Ｃを圧縮することができ、生産性を向上することができる。また、圧粉体４の縁側、すなわち歯先１や歯底２の周面の密度を他の箇所の密度より大きくすることができる。
【００２９】
さらに、追加用凹部23は上部開口17に形成するのみでよいので、特別な装置などを必要とすることなく簡便に形成することができ、さらに追加用凹部23の容積に対応する追加用原料粉末Ｃを確実に計量して充填することができる。
【００３０】
また、追加用凹部23は、下方に向かうにしたがい成形用穴12の軸芯Ｘに近づくように傾斜していることにより、追加用凹部23に充填された追加用原料粉末Ｃは自重によって落下することができるので、追加用原料粉末Ｃを充填した原料粉末Ｂの上面に載置する特別な手段を必要とすることはない。
【００３１】
しかも、金型装置11を上パンチ18に対しダイ13が下降する状態で圧縮するウイズドロアル式粉末成形プレスに取り付けることで、ダイ13の上面21と上面が同じように充填された原料粉末Ｂが落し込められた後に、追加用凹部23に充填された追加用原料粉末Ｃを原料粉末Ｂの上面の縁側に自動的に落し込むことができるので、製造工程の増加もなく生産性を向上することができる。
【００３２】
また、上部開口部17には成形用穴12に連通する追加用原料粉末Ｃの追加用凹部23が形成されており、下パンチ20が成形用穴12に挿入された状態で、上部開口部17より原料粉末Ｂを成形用穴12に充填すると共に、追加用原料粉末Ｃを追加用凹部23に充填し、次に下パンチ20をダイ13に対して相対的にやや下降して成形用穴12の原料粉末Ｂ及び追加用原料粉末Ｃを下パンチ20の上面側に落し込み、上パンチ18を上部開口部17より挿入することで、追加用凹部23に充填された追加用原料粉末Ｃを原料粉末Ｂの上面の縁側に自動的に落し込むことができるので、製造工程の増加もなく生産性を向上することができ、さらに追加用凹部23の容積に対応する追加用原料粉末Ｃを確実に計量して充填することができる。
【００３３】
また、補充用凹部23は、下方に向かうにしたがい成形用穴12の軸芯Ｘに近づくように傾斜しており、該補充用凹部23に充填された追加用原料粉末Ｃが自重により下パンチ20の上面側に落し込んだ原料粉末Ｂの上面に載置することにより、追加用原料粉末Ｃを充填した原料粉末Ｂの上面に載置する特別な手段を必要とすることはない。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
以上のように本発明はスプロケット、歯車などの他にローラや各種部品等種々の用途にも適用できる。さらに、追加用凹部は実施例のように環状に設ける必要はなく、例えば歯先成形部のみに設ける等所望箇所にのみ設けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施例１を示す歯先成形部に対応する金型装置の縦断面図である。
【図２】本発明の実施例１を示す歯底成形部に対応する金型装置の縦断面図である。
【図３】本発明の実施例１を示す金型装置の平面図である。
【図４】本発明の実施例１を示す圧粉体の一部を拡大断面とした平面図である。
【図５】本発明の実施例１を示す第１工程の縦断面図である。
【図６】本発明の実施例１を示す第２工程の縦断面図である。
【図７】本発明の実施例１を示す第３工程の縦断面図である。
【図８】本発明の実施例１を示す第４工程の縦断面図である。
【図９】本発明の実施例１を示す粉末成形プレスの一部切り欠き正面図である。
【符号の説明】
【００３６】
４  圧粉体
11  金型装置
12  成形用穴
13  ダイ
17  上部開口
18  上パンチ
19  下部開口
20  下パンチ
23  追加用凹部（追加収容部）
Ａ  Ｂ  原料粉末
Ｃ  追加用原料粉末
Ｘ  軸線
【図１】
2006142313.tif 000003
【図２】
2006142313.tif 000004
【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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【図８】
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【図９】
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