(57)【要約】【課題】  成形サイクルの短縮が可能で、成形型本体とパンチとによる原料粉末の圧縮を円滑に行うことができる粉末成形金型装置を提供する。【解決手段】  ダイ２に形成した成形部６に原料粉末Ｍを充填し、成形部６に下パンチ４を嵌合して原料粉末Ｍを圧縮した粉末成形体101を成形し、前記成形部６を冷却する冷却液通路14を備える。螺旋状に設けた冷却液通路14により成形部６を冷却することにより、成形部６の温度上昇に伴う熱膨張による不具合を解消し、ダイ２と下パンチ４とによる原料粉末Ｍの圧縮を円滑に行うことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形型本体に形成した成形部に原料粉末を充填し、前記成形部にパンチを嵌合して前記原料粉末を圧縮した粉末成形体を成形する粉末成形用金型装置において、前記成形部を冷却する冷却手段を備えることを特徴とする粉末成形用金型装置。
【請求項２】
前記冷却手段が、前記成形型本体内に設けた冷却液通路であることを特徴とする請求項１記載の粉末成形用金型装置。
【請求項３】
前記冷却液通路が前記成形部の周囲に設けられていることを特徴とする請求項２記載の粉末成形用金型装置。
【請求項４】
前記冷却液通路が螺旋状に形成されていることを特徴とする請求項３記載の粉末成形用金型装置。
【請求項５】
成形型本体に形成した成形部に原料粉末を充填し、前記成形部にパンチを嵌合して前記原料粉末を圧縮した粉末成形体を成形し、この粉末成形体を前記成形部から外部に排出する粉末成形方法において、前記成形型本体を冷却することを特徴とする粉末成形方法。
【請求項６】
前記成形型本体の温度を測定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、粉末成形金型装置と粉末成形体の成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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プレス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。前記圧粉体の成形に際して、原料粉末を加熱しておくと、同じ圧力で加圧しても、圧粉体の密度および強度を高くでき、焼結前の機械加工も可能になるなどの利点がある。
【０００３】
そこで、従来より、粉末成形プレスの給粉装置および成形金型に加熱手段を設け、加圧前に原料粉末を加熱する粉末成形方法（例えば特許文献１）が行われている。所謂、温間成形であり、そして、前記加熱のために、ダイに棒状のヒータを付設した装置（例えば特許文献２）や、電熱ヒータや電磁誘導加熱などの加熱手段を用いる装置（例えば特許文献３）や、臼型、下パンチ及び中棒を超硬鋼材で形成し、これらを高周波誘導加熱するために、高周波コイルヒーターを臼型（ダイ）の周囲に配置した装置（例えば特許文献４）がある。
【０００４】
そして、原料粉末を圧縮する成形部とは異なるが、上記のような金型装置では、ダイを設けたダイプレートのみが加熱され、ベースプレート及びヨークプレートが加熱されないため、それの熱膨張率の違いによりスムーズな作動ができなくなる場合があり、一方、成形時の熱膨張の相違を見込んで、各部材の寸法関係を設定すると、組み立て時あるいは通常の常温での粉末成形時などに円滑に作動させられなくなるという問題が開示されている（例えば特許文献５）。
【０００５】
前記特許文献５では、ダイ以外の金型部品を設けたプレートとダイを設けたプレートとをほぼ同温度に加熱することにより、熱膨張しても、各プレート及びガイドロッドの寸法関係が相対的に保たれ、各プレートの円滑な作動を可能としている。
【０００６】
ところで、この種の粉末成形体の成形において、生産性を向上するには、成形サイクルの短縮が必要となり、成形サイクルを短縮すると、成形部において原料粉末を圧縮する圧縮工程と、圧縮工程後の粉末成形体を成形部から抜き出す抜出工程の時間を短縮する必要がある。このようにして圧縮工程と抜出工程の時間を短縮すると、圧縮時における原料粉末の発熱と抜き出し時の摩擦熱などによりダイの温度が上昇し、加熱を行わない常温での粉末成形においても、成形部の温度が上昇する。また、成形サイクルを短縮しなくても、例えば可変動弁機構部品や種々長尺部品などで、通常に比べてパンチのストロークが長かったり、原料粉末の圧縮率が大きかったり、粉末成形体が抜出方向に長かったりすると、同様に圧縮時における原料粉末の発熱と抜き出し時の摩擦熱などによりダイの温度が上昇し、成形部の温度が上昇する。
【特許文献１】特開平８−４１５０１号公報
【特許文献２】特開平９−２５３８９６号公報
【特許文献３】特開２０００−８７１０４号公報
【特許文献４】特開２０００−２３９７０６号公報（段落0016）
【特許文献５】特開平１０−２０４５０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように成形部の温度が上昇すると、成形部を構成するダイとパンチとの熱膨張率の違いなどにより、ダイとパンチとのクリアランスが減少又は増大し、スムーズな圧縮を行うことができなくなる問題がある。これに対して、上記特許文献１〜５のものは加熱により温度管理を行うことはできるが、上述した成形サイクルの短縮などにより成形部の温度が上昇する問題を解消することはできなかった。
【０００８】
そこで、本発明は、成形サイクルの短縮が可能で、成形型本体とパンチとによる原料粉末の圧縮を円滑に行うことができる粉末成形金型装置と粉末成形体の成形方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、成形型本体に形成した成形部に原料粉末を充填し、前記成形部にパンチを嵌合して前記原料粉末を圧縮した粉末成形体を成形する粉末成形用金型装置において、前記成形部を冷却する冷却手段を備えるものである。
【００１０】
また、請求項２の発明は、前記成形型本体内に設けた冷却液通路である。
【００１１】
また、請求項３の発明は、前記冷却液通路が前記成形部の周囲に設けられているものである。
【００１２】
また、請求項４の発明は、前記冷却液通路が螺旋状に形成されているものである。
【００１３】
また、請求項５の発明は、成形型本体に形成した成形部に原料粉末を充填し、前記成形部にパンチを嵌合して前記原料粉末を圧縮した粉末成形体を成形し、この粉末成形体を成形部から外部に排出する粉末成形方法において、前記成形型本体を冷却する製造方法である。
【００１４】
また、請求項６の発明は、前記成形型本体の温度を測定する製造方法である。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の構成によれば、冷却手段により成形部を冷却することにより、成形部の温度上昇に伴う熱膨張による不具合を解消し、原料粉末の圧縮を円滑に行うことができる。例えば、ダイとパンチとが熱膨張により両者のクリアランスが削減する場合は、冷却によりこれを防止することができる。
【００１６】
また、請求項２の構成によれば、冷却液通路に冷却液を通すことにより、冷却液と成形型本体と間で熱交換が行われ、成形型本体が冷却され、成形部を冷却することができる。
【００１７】
また、請求項３の構成によれば、成形部の周囲を均等に冷却することできる。
【００１８】
また、請求項４の構成によれば、成形部の周囲で成形部の長手方向を均一に冷却することができる。
【００１９】
請求項５の構成によれば、冷却することにより、成形部の温度上昇に伴う熱膨張による不具合を解消し、原料粉末の圧縮を円滑に行うことができる。
【００２０】
また、請求項６の構成によれば、測定した成形部の温度に基き、冷却条件を変更し、成形に適した温度に成形部を冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、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。各実施例では、従来とは異なる新規な粉末成形金型装置と粉末成形体の成形方法を採用することにより、従来にない粉末成形金型装置と粉末成形体の成形方法が得られ、その粉末成形金型装置と粉末成形体の成形方法について記述する。
【実施例１】
【００２２】
以下、本発明の実施例１を図１〜図４を参照して説明する。同図において、この成形金型１は、上下方向を軸方向（プレス上下軸方向）としており、成形型本体たるダイ２、コアロッド３、下パンチ４および上パンチ５を備えている。ダイ２はほぼ円筒形状で、このダイ２内にほぼ円柱形状のコアロッド３が同軸的に位置している。下パンチ４は、ほぼ円筒形状で、ダイ２およびコアロッド３間に下方から上下動自在に嵌合している。上パンチ５は、ほぼ円筒形状で、ダイ２およびコアロッド３間に上方から上下動自在にかつ挿脱自在に嵌合するものである。尚、ダイ２の外側には、該ダイ２を固定するダイプレート10が設けられている。尚、ダイ２をダイ押さえやダイホルダーなどによりダイプレート10に固定することができる。
【００２３】
この例の粉末成形体101は、図４に示すように、円筒形の回転体や軸受となるものであり、軸受の場合、その中央に回転軸が摺動する円筒状の孔たる摺動面102が形成される。そして、ダイ２とコアロッド３と下パンチ４との間に、粉末成形体101の成形部６が形成され、前記ダイ２の内周面７は、成形部６の内周部を形成する部分であって、粉末成形体101の外周面を形成し、前記コアロッド３の外周面８は、成形部６の中央外周部を形成する部分であって、摺動面102を形成し、前記下パンチ４の上面９は、成形部６の底面部を形成する部分であって、粉末成形体101の軸方向一側端面を形成する。
【００２４】
図１に示すように、成形型本体たる前記ダイ２は、前記内周面７を有するダイ本体11と、ダイ中間体12と、ダイ外周体13とを備え、これらダイ本体11，ダイ中間体12及びダイ外周体13は、それぞれほぼ円筒状であって、金属製の金型材からなる。そして、ダイ外周体13内にダイ中間体12を焼嵌し、このダイ中間体12にダイ本体11を焼嵌して固定している。前記ダイ中間体12の外周面12Ｓには、冷却手段たる冷却液通路14を構成する溝15が、螺旋状に形成され、この溝15はダイ２の軸方向にほぼ等間隔で形成され、前記溝15と前記ダイ外周体13の内周面13Ｕとにより前記冷却液通路14が形成される。尚、ダイ外周体13内にダイ中間体12を焼嵌することにより、ダイ軸方向に隣り合う冷却液通路14，14同士が液密に保たれている。また、この例では、溝15は略半円形状をなし、ダイ軸方向に隣り合う冷却通路14，14の間隔は、該冷却液通路14のダイ軸方向寸法以下に設定されている。
【００２５】
前記冷却液通路14の上端14Ａには、上側接続通路16が接続され、この上側接続通路16は前記ダイ外周体13内に略Ｌ型に形成され、前記冷却液通路14の上端14Ａに接続する横通路16Ａと、これと交差して連通する縦通路16Ｂからなり、この縦通路16Ｂは前記ダイ軸方向に形成されており、その下端が前記ダイ外周体13の下面に開口し、冷却液供給手段18に接続される。
【００２６】
また、前記冷却液通路14の下端14Ｂには、下側接続通路17が形成され、この下側接続通路17は前記ダイ外周体13内に略Ｌ型に形成され、前記冷却液通路14の下端14Ｂに接続する横通路17Ａと、これと交差して連通する縦通路17Ｂからなり、この縦通路17Ｂは前記ダイ軸方向に形成されており、その下端が前記ダイ外周体13の下面に開口し、冷却液供給手段18に接続される。
【００２７】
前記原料粉末Ｍとして鉄粉や鉄合金粉などの一般的な金属粉末冶金用のものを用いる。
【００２８】
また、前記ダイ２には温度センサ21が設けられ、この温度センサ21は前記ダイ本体11内に設けられている。また、前記冷却液通路14を通る冷却液の温度を測定する温度センサ22を備え、この温度センサ22は冷却液通路14の流出側に設けられ、この例では、前記縦通路16Ｂ近傍に設けられている。そして、それら温度センサ21，22は、制御手段23に測定した温度データを出力し、制御手段23はそれらの温度データに基き、前記冷却液供給手段18を制御してダイ２の内周面７を所定温度以下に保つように制御する。この場合、送り込む冷却液の流量や温度を変えることによりダイ２の温度を制御できる。
【００２９】
尚、図中31は原料供給体たるフィーダーであり、このフィーダー31は、該ダイ２の上面２Ａに摺動自在に設けられている。
【００３０】
そして、成形工程においては、ダイ２に下パンチ４が嵌合して成形部６が形成されている状態で、フィーダー31が前進して原料粉末Ｍを成形部６に落下させて充填する。次に、フィーダー31が後退し、成形部６の開口部６Ａに上方から上パンチ５を挿入し、上パンチ５と下パンチ４とで挟むようにして原料粉末Ｍを圧縮する。この時、下パンチ４は、下端が固定されており動かないようになっている。尚、前記上パンチ５を成形部６に挿入する前に、ダイ２を下方に移動させるようにしてもよい。このように加圧成形された粉末成形体101は、取出工程において、ダイ２とコアロッド３が下方に下がり、あるいは下パンチ４が上昇し下パンチ４の上面がダイ２の上面２Ａと略同じ高さになったとき取出し可能となり、同工程を繰り返すものである。
【００３１】
このような成形サイクルを短縮して行うと、原料粉末Ｍの圧縮工程や取出工程において、ダイ２や下パンチ４の温度が上昇する。そして、例えば、ダイ２に超硬合金、下パンチ４にハイス系合金などを用いると、温度上昇により、熱膨張率の違いに起因して両者のクリアランスが縮小する。これに対して、前記成形サイクル中において、冷却液供給手段18が駆動し、水などの冷却液が前記下側接続通路17から送り込まれ、その冷却液は、成形部６の周囲に位置する螺旋状の冷却液通路14を通る間にダイ２と熱交換を行い、ダイ２を冷却し、成形部６を構成するダイ本体11を冷却し、同時に該ダイ本体11内に嵌合する下パンチ４などを冷却し、前記冷却液は下側接続通路17から外部に流出し、冷却された後、再び、下側接続通路17から送り込まれ循環する。このようにして、冷却液によりダイ２と下パンチ４の温度上昇を抑制することができる。
【００３２】
このように本実施例では、請求項１に対応して、成形型本体たるダイ２に形成した成形部６に原料粉末Ｍを充填し、成形部６にパンチたる下パンチ４を嵌合して原料粉末Ｍを圧縮した粉末成形体101を成形する粉末成形用金型装置において、成形部６を冷却する冷却手段たる冷却液通路14を備えるから、冷却液通路14により成形部６を冷却することにより、成形部６の温度上昇に伴う熱膨張による不具合を解消し、原料粉末Ｍの圧縮を円滑に行うことができる。例えば、ダイ２と下パンチ４とが熱膨張によりクリアランスが削減する場合は、冷却によりこれを防止することができる。
【００３３】
また、このように本実施例では、請求項２に対応して、冷却手段が、成形型本体たるダイ２内に設けた冷却液通路14であるから、冷却液通路14に冷却液を通すことにより、冷却液とダイ２と間で熱交換が行われ、ダイ２が冷却され、下パンチ４と嵌合する部分である成形部６を冷却することができる。
【００３４】
また、このように本実施例では、請求項３に対応して、冷却液通路14が成形部６の周囲に設けられているから、成形部６の周囲を均等に冷却することできる。
【００３５】
また、このように本実施例では、請求項４に対応して、冷却液通路14が成形部６を囲む螺旋状に形成されているから、成形部６の周囲で長手方向（ダイ軸方向）に均一に冷却することができる。
【００３６】
このように本実施例では、請求項５に対応して、成形型本体たるダイ２に形成した成形部６に原料粉末Ｍを充填し、成形部６にパンチたる下パンチ４を嵌合して原料粉末Ｍを圧縮した粉末成形体101を成形し、この粉末成形体101を成形部６から外部に排出する粉末成形方法において、ダイ２を冷却するから、成形部６の温度上昇に伴う熱膨張による不具合を解消し、原料粉末Ｍの圧縮を円滑に行うことができる。
【００３７】
また、このように本実施例では、請求項６に対応して、成形型本体たるダイ２の温度を測定するから、測定した成形部６の温度に基き、冷却条件を変更し、成形に適した温度に成形部６を冷却することができる。
【００３８】
また、実施例上の効果として、冷却液通路14にはダイ２の下側から冷却液を送り込み、上側から流出するように構成したから、下パンチ４が嵌合している側から冷却することにより、下パンチ４の冷却効果に優れたものとなる。また、接続通路16，17がそれぞれダイ２の下面に開口するから、外部流路との接続を簡便に行うことができる。
【００３９】
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において、種々の変形実施が可能である。例えば、ダイ本体とダイ中間体との間に冷却液通路を設けてもよい。また、上側接続通路から冷却液を送り込み、下側接続通路から流出するように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施例１を示す金型装置の断面図である。
【図２】同上、ダイの要部の正面図である。
【図３】同上、ブロック図である。
【図４】同上、粉末成形体の斜視図である。
【符号の説明】
【００４１】
２  ダイ（成形型本体）
３  コアロッド
４  下パンチ（パンチ）
６  成形部
14  冷却液通路（冷却手段）
18  冷却液供給手段
21  温度センサ（ダイ）
22  温度センサ（冷却液）
23  制御手段
101  粉末成形体
Ｍ  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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