(57)【要約】【課題】一端側に内鍔が設けられた筒部の内面に第１内歯斜歯歯車を有し、外周は凹凸などがあって異形になっている内径段付きヘリカル溝付き部品の粉末成形を可能にしてその部品を焼結して製造することを可能にし、部品の量産性の向上とコスト削減を図ることを課題としている。【解決手段】粉末成形体の筒部下面を成形する下パンチを、下第１パンチ２と下第２パンチ３の２つに同軸円筒上で分割して下第２パンチ３を回転可能に支持し、粉末１９の圧縮を、下第１パンチ２を定位置に固定、下第２パンチ３を第１ヘリカル溝成形部４ａの成形用斜歯のリードに従って定位置で回転、下第３パンチ４を回転なしで降下の状態で実施し、さらに、下第３パンチ４の抜き取りはその下第３パンチ４が回転降下してなされるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイと、このダイの成形穴に軸方向相対移動可能かつ回転方向固定で上部を挿入する下第１パンチと、
この下第１パンチの内側に挿入する、下第１パンチの内周面と同軸円筒の外周面を備えた下第２パンチと、
第１ヘリカル溝成形部を外周に有し、その第１ヘリカル溝成形部の成形用斜歯を前記下第２パンチの内周の歯溝に噛合させて下第２パンチの内側に軸方向相対移動可能に挿入する下第３パンチと、
下第１〜下第３パンチに対向させる上パンチと、
前記下第３パンチの回転を粉末圧縮開始から圧縮完了時までの圧縮工程では拘束し、圧縮完了後、粉末成形体を金型から抜き出す工程ではその回転拘束を解除する回転拘束手段を有し、
前記下第２パンチと下第３パンチが回転可能に支持され、内径段付きヘリカル溝付き粉末成形体の筒部下面の外周領域を前記下第１パンチの上面で、前記粉末成形体の筒部下面の内周領域を前記下第２パンチの上面で、前記筒部の内面に形成される第１のヘリカル溝と筒部の一端に設けられる内鍔の内側端面を前記下第３パンチで、前記内鍔の外側端面を前記上パンチでそれぞれ成形する粉末成形装置。
【請求項２】
外周に第２ヘリカル溝成形部を有し、その第２ヘリカル溝成形部の成形用斜歯を前記下第３パンチの内周の歯溝に噛合させて下第３パンチの内側に軸方向相対移動可能に挿入するコアロッドを含ませ、前記内鍔にあけた穴の内面に形成する第２のヘリカル溝を前記コアロッドの第２ヘリカル溝成形部で成形するようにした請求項１に記載の粉末成形装置。
【請求項３】
請求項１に記載の粉末成形装置のダイと下第１〜下第３パンチとの間に形成されるキャビティに粉末を充填した後、上パンチを降下させてその粉末を圧縮し、その圧縮を、下第１パンチを回転方向固定、下第２パンチを第１ヘリカル溝成形部の成形用斜歯のリードに従って下第１パンチと軸方向相対位置固定で回転、下第３パンチを回転方向固定で降下の状態で実施し、圧縮完了後、ダイを圧縮完了点から下第１、下第２、下第３パンチに対して降下させた後に下第３パンチの回転降下による引き抜きを行って成形体をダイから抜き出す粉末成形方法。
【請求項４】
請求項２に記載の粉末成形装置のダイと下第１〜下第３パンチとコアロッドとの間に形成されるキャビティに粉末を充填した後、上パンチを降下させてその粉末を圧縮し、その圧縮を、下第１パンチを回転方向固定、下第２パンチを第１ヘリカル溝成形部の成形用斜歯のリードに従って下第１パンチと軸方向相対位置固定で回転、下第３パンチを回転方向固定で降下、コアロッドを第２ヘリカル溝成形部の成形用斜歯のリードに従って回転の状態で実施し、圧縮完了後、ダイを圧縮完了点から下第１、下第２、下第３パンチに対して降下させた後にコアロッド、下第３パンチの順に回転降下による引き抜きを行って成形体をダイから抜き出す粉末成形方法。
【請求項５】
前記第３パンチの回転を粉末圧縮開始時から圧縮完了時までの圧縮工程では拘束し、圧縮完了後、粉末成形体を金型から抜き出す工程ではその回転拘束を解除する回転拘束手段として、前記下第３パンチの側面にガイド溝を有し、このガイド溝が下第３パンチの軸心と平行な回転拘束用の溝と、第１ヘリカル溝成形部の斜歯と同一リードでねじれる回転拘束解除用の溝とを連結したものであり、端部が定位置に固定され、その反対側の端部がガイド溝と嵌合するガイドピンが粉末圧縮開始時から圧縮完了時までの間に回転拘束用の溝に沿って前記下第３パンチの回転を拘束し、圧縮完了後、粉末成形体を金型から抜き出す工程では回転拘束解除用の溝に沿って前記下第３パンチを回転させることを特徴とする請求項３又は４に記載の粉末成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内径段付きヘリカル溝付き焼結部品の製造工程で使用する粉末成形装置と、その装置を使用して前記部品の粉末成形体を成形する粉末成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車の動力系などに利用される機械部品の中に、図５に示すようなものがある。この部品２０は、筒部２１の一端に内鍔２２を有する。また、筒部２１の内面に第１内歯斜歯歯車２３を、内鍔２２の中心にあけた穴の内面に第２内歯斜歯歯車２４をそれぞれ有する。そして、筒部２１の外周は異形になっている。ここで言う異形は、角柱形状や外周に突起や溝などが設けられた形状を言う。このような形状の部品を、この発明では、内径段付きヘリカル溝付き部品と言う。
【０００３】
ところで、上述した内径段付きヘリカル溝付き部品を、量産性に優れ、コスト面で有利な粉末冶金法で製造する要求がある。ところが、筒部の一端に内鍔を有するとともに筒部の内側に斜歯を有し、しかも、筒部の外周が異形になっている図５に示すような部品を健全に成形できる装置はなかった。
【０００４】
例えば、下記特許文献１は、類似の機械部品の成形を行う装置として、同軸芯円上で正円筒形状をもつ内、外２つに分割された下パンチを採用し、筒部の内面の斜歯を成形する内下パンチを回転可能に支持し、この内下パンチの外周の斜歯を外下パンチの内周の斜歯にかみ合わせた成形装置を開示している。しかしながら、この特許文献１の成形装置で図５に示すような形状の部品を成形すると、第１内歯斜歯歯車２３と内鍔２２の境界付近に亀裂やすべりなどの欠陥が発生して健全な成形体が得られない。
【０００５】
成形体に亀裂やすべりなどの欠陥が発生する理由は、粉末の圧縮工程において、筒部の内面の第１内歯斜歯歯車２３を成形する内下パンチが斜歯のリードに沿って回転しながら降下し、そのために、第１内歯斜歯歯車を形成する粉末が内下パンチの回転方向に強制移動させられるが、内鍔を形成する粉末には第１内歯斜歯歯車を形成する粉末と同様な強制移動は起こらず、第１内歯斜歯歯車と内鍔の境界には亀裂やすべりの原因となる断層が生じてしまうからである。また、この特許文献１では、内下パンチを回転させないで外下パンチを回転させる例も開示しているが、筒部の外周が異形の部品を成形するには、外下パンチを回転させないようにする必要があるため、この方法は適用できない。
【０００６】
この不具合があるため、従来は、図５に示すような内径段付きヘリカル溝付き部品を焼結して作ることは行われていなかった。
【特許文献１】特公昭４８−２９９００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は、内径段付きヘリカル溝付き部品の粉末成形を可能にしてその部品の量産性の向上とコスト削減を可能ならしめることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、この発明においては、下記（１）、（２）の粉末成形装置を提供する。
（１）ダイと、このダイの成形穴に軸方向相対移動可能かつ回転方向固定で上部を挿入する下第１パンチと、
この下第１パンチの内側に挿入する、下第１パンチの内周面と同軸円筒の外周面を備えた下第２パンチと、
第１ヘリカル溝成形部を外周に有し、その第１ヘリカル溝成形部の成形用斜歯を前記下第２パンチの内周の歯溝に噛合させて下第２パンチの内側に軸方向相対移動可能に挿入する下第３パンチと、
下第１〜下第３パンチに対向させる上パンチと、
前記下第３パンチの回転を粉末圧縮開始から圧縮完了時までの圧縮工程では拘束し、圧縮完了後、粉末成形体を金型から抜き出す工程ではその回転拘束を解除する回転拘束手段を有し、
前記下第２パンチと下第３パンチが回転可能に支持され、内径段付きヘリカル溝付き粉末成形体の筒部下面の外周領域を前記下第１パンチの上面で、前記粉末成形体の筒部下面の内周領域を前記下第２パンチの上面で、前記筒部の内面に形成される第１のヘリカル溝と筒部の一端に設けられる内鍔の内側端面を前記下第３パンチで、前記内鍔の外側端面を前記上パンチでそれぞれ成形する粉末成形装置。
【０００９】
（２）上記（１）の粉末成形装置にさらに、外周に第２ヘリカル溝成形部を有し、その第２ヘリカル溝成形部の成形用斜歯を前記下第３パンチの内周の歯溝に噛合させて下第３パンチの内側に軸方向相対移動可能に挿入するコアロッドを含ませ、前記内鍔にあけた穴の内面に形成する第２のヘリカル溝を前記コアロッドの第２ヘリカル溝成形部で成形するようにした粉末成形装置。
【００１０】
さらに、下記（３）、（４）、(５)の粉末成形方法も併せて提供する。
（３）上記（１）の粉末成形装置のダイと下第１〜下第３パンチとの間に形成されるキャビティに粉末を充填した後、上パンチを降下させてその粉末を圧縮し、その圧縮を、下第１パンチを回転方向固定、下第２パンチを第１ヘリカル溝成形部の成形用斜歯のリードに従って下第１パンチと軸方向相対位置固定で回転、下第３パンチを回転方向固定で降下の状態で実施し、圧縮完了後、ダイを圧縮完了点から下第１、下第２、下第３パンチに対して降下させた後に下第３パンチの回転降下による引き抜きを行って成形体をダイから抜き出す粉末成形方法。
（４）上記（２）の粉末成形装置のダイと下第１〜下第３パンチとコアロッドとの間に形成されるキャビティに粉末を充填した後、上パンチを降下させてその粉末を圧縮し、その圧縮を、下第１パンチを回転方向固定、下第２パンチを第１ヘリカル溝成形部の成形用斜歯のリードに従って下第１パンチと軸方向相対位置固定で回転、下第３パンチを回転方向固定で降下、コアロッドを第２ヘリカル溝成形部の成形用斜歯のリードに従って回転の状態で実施し、圧縮完了後、ダイを圧縮完了点から下第１、下第２、下第３パンチに対して降下させた後にコアロッド、下第３パンチの順に回転降下による引き抜きを行って成形体をダイから抜き出す粉末成形方法。
（５)上記（３）、又は（４）の粉末成形方法において、前記第３パンチの回転を粉末圧縮開始時から圧縮完了時までの圧縮工程では拘束し、圧縮完了後、粉末成形体を金型から抜き出す工程ではその回転拘束を解除する回転拘束手段として、前記下第３パンチの側面にガイド溝を有し、このガイド溝が下第３パンチの軸心と平行な回転拘束用の溝と、第１ヘリカル溝成形部の斜歯と同一リードでねじれる回転拘束解除用の溝とを連結したものであり、端部が定位置に固定され、その反対側の端部がガイド溝と嵌合するガイドピンが粉末圧縮開始時から圧縮完了時までの間に回転拘束用の溝に沿って前記下第３パンチの回転を拘束し、圧縮完了後、粉末成形体を金型から抜き出す工程では回転拘束解除用の溝に沿って前記下第３パンチを回転させる粉末成形方法。
【発明の効果】
【００１１】
粉末成形体の筒部下面を成形する下パンチを、この発明では、下第１パンチと下第２パンチの２つに同軸円筒上で分割して下第２パンチを回転可能に支持し、粉末の圧縮を、下第１パンチを定位置に固定、下第２パンチを第１ヘリカル溝成形部の成形用斜歯のリードに従って定位置で回転、下第３パンチを回転なしで降下の状態で実施するので、圧縮工程で成形体の第１内歯斜歯歯車と内鍔との境界に亀裂やすべりの原因となる断層が発生しない。また、圧縮完了時点で成形体に噛合している下第３パンチの抜き取りは下第３パンチが回転降下してなされるので抜き出し工程においても成形体にはねじり力が作用せず、そのために、亀裂やすべりのない健全な粉末成形体が得られる。
【００１２】
これにより、鍛造、鋳造、機械加工などに頼っていた内径段付きヘリカル溝付き部品を焼結して製造することが可能になり、部品の量産性の向上とコスト削減が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、この発明の実施の形態を添付図面の図１〜図４に基づいて説明する。図１は、この発明の粉末成形装置の実施形態を示している。図中１はダイ、２は下第１パンチ、３は下第２パンチ、４は下第３パンチ、５はコアロッド、６は粉末圧縮時に下第３パンチ４の回転を拘束する回転拘束手段、７−１は上第１パンチ、７−２は上第２パンチである。
【００１４】
ダイ１は、昇降可能なダイプレート８に取付けられる。このダイ１に設けた成形穴１ａは、断面が非円形になっており、粉末を圧縮して得られる成形体はダイの中にある間は回転が許容されない。
【００１５】
下第１パンチ２は、ベースプレート９に取付けられて定位置に保持される。この下第１パンチ２の上部側は、成形穴１ａの形状に合致する軸直角断面形状を有しており、その上部側が、ダイの成形穴１ａに軸方向相対移動可能、相対回転不可に挿入される。
【００１６】
下第２パンチ３は、ベースプレート９に回転可能に取付けられる。この下第２パンチ３は、下第１パンチ２の内周面と同軸円筒の外周面を有しており、その外周面を下第１パンチ２の内周面に密着させて下第１パンチ２の内側に相対回転可能に配置される。
【００１７】
下第３パンチ４は、昇降可能な下パンチプレート１０に回転可能に取付けられる。この下第３パンチ４は、成形体の筒部内面の斜歯歯車を成形する第１ヘリカル溝成形部４ａを外周に有しており、その第１ヘリカル溝成形部４ａの成形用の斜歯と歯溝を下第２パンチ３の内周に設けた歯溝と斜歯に噛合させて下第２パンチ３の内側に軸方向相対移動可能に配置される。
【００１８】
コアロッド５は、外周に第２ヘリカル溝成形部５ａを有する。その第２ヘリカル溝成形部５ａの成形用斜歯と歯溝を下第３パンチ４の内周の歯溝と斜歯に噛合させて下第３パンチ４の内側にコアロッド５を軸方向相対移動可能に配置している。このコアロッド５は、回転可能に支持されてヨークプレート１１に軸方向相対移動可能（昇降可能）に取付けられる。図のコアロッド５は、ヨークプレート１１に取付けたアクチュエータ１２で昇降させる。また、ダイプレート８と下パンチプレート１０は、それぞれ連結ロッド１４、１３を介してヨークプレート１１に連結される。なお、連結ロッド１３は、ヨークプレート１１に取付けたアクチュエータ１５で駆動して昇降させることができる。１６は、下パンチプレート１０を圧縮完了点に受け止めるフォーク、１７はフォーク１６を下パンチプレート受け止め点から退避させるカムとカムフォロアである。
【００１９】
回転拘束手段６は、図４に示すように、下第３パンチ４に設けたガイド溝６ａと、このガイド溝６ａに先端を係合させたガイドピン６ｂとで構成される。ガイド溝６ａは、軸心と平行な回転拘束部Ｉと第１ヘリカル溝成形部４ａの斜歯と同一リードでねじれる回転拘束解除部IIとを連ならせて設けたものになっている。なお、回転拘束部Ｉは、その軸方向長さを下第３パンチ４の粉末圧縮工程での降下量とほぼ等しくしている。このガイド溝６ａに係合させるガイドピン６ｂは基端側が固定部に取付けられ、定位置に保持される。回転拘束部Ｉと回転拘束解除部IIの軸方向交点位置は、圧縮完了時にガイドピン６ｂの軸方向位置となるようにしたものである。
【００２０】
上第１パンチ７−１は、上パンチプレート（図示せず）に固定されている。また、上第２パンチ７−２は、上第１パンチ７−１から同軸円筒上で分割し、上パンチプレートで回転可能に支持して上第１パンチ７−１の内側に挿入している。
【００２１】
以上の構成にした粉末成形装置は、プレス機に組み込まれて使用される。その装置による成形は、先ず、ダイ１、下第１〜下第３の各パンチ２、３、４、およびコアロッド５の間に形成されるキャビティ１８に粉末１９を充填する。その充填は、給粉ボックス（図示せず）を使用して周知の方法で行われる。この後、上第１パンチ７−１と上第２パンチ７−２をプレス機の上ラム（これも図示せず）で駆動して降下させ、この上第１パンチ７−１と上第２パンチ７−２をダイ１の成形穴１ａに進入させてキャビティ１８内の粉末１９を圧縮する。その圧縮の進行に伴い、ダイ１、下第３パンチ４及びコアロッド５も降下を開始して圧縮完了点（図２参照）まで降下していく。このとき、下第３パンチ４は、回転拘束手段６によって回転が止められているので、下第２パンチ３を回転させながら自身は回転せずに降下する。なお、コアロッド５は、下第３パンチ４が回転せずに降下するため、下第３パンチ４の内周の歯溝に噛合しながら回転、降下する。
【００２２】
次に、圧縮を完了したら圧抜きを行い、次いで、ダイを引き下げた後、コアロッド５を成形体Ａから引き抜く。その引き抜きは、第２ヘリカル溝成形部５ａの斜歯が下第３パンチ４の内面の歯溝に噛合しているコアロッド５が回転降下して行われ、成形体Ａは回転しない。
【００２３】
この後、下第３パンチ４が降下して成形体Ａから抜き取られる際には、回転拘束手段６は、ガイドピン６ｂが回転拘束解除部IIの位置に移って下第３パンチ４の回転拘束を解除し、さらに、第１ヘリカル溝成形部４ａの斜歯と同一リードでねじれる回転拘束解除部IIによって下第３パンチ４は回転しながら降下して成形体Ａから抜ける。従って、このときにも、成形体Ａにはねじり力が作用しない。
【００２４】
以上の工程を経て粉末の成形がなされるので、得られる成形体に亀裂やすべりが発生せず、このために、従来は断念していた内径段付きヘリカル溝付き部品を粉末冶金法で製造することが可能になる。
【００２５】
なお、ここでの説明は、図５で説明した部品、即ち、筒部２１の一端に内鍔２２を有し、さらに、筒部２１の内面に第１内歯斜歯歯車２３を、内鍔２２の中心の穴の内面に第２内歯斜歯歯車２４をそれぞれ有し、筒部２１の外周は異形になっている部品の成形を例に挙げて行ったが、前記第１内歯斜歯歯車２３或いは第２内歯斜歯歯車２４の少なくとも一方が一定のリードでねじれた溝に置き換わった部品の粉末成形も、この発明の成形装置（第１或いは第２ヘリカル溝成形部の形状を変えたもの）とこの発明の方法を用いて行うことができる。
【００２６】
また、例示の金型は、コアロッド５を備えているが、成形体の内鍔の中心に設ける穴が軸心と同心の単純な丸穴である場合には、図１の下第３パンチに丸穴成形用のコア部を一体に形成し、独立したコアロッドをもたない金型にしてもよい。その金型を使用する場合には、コアロッドの引き抜き工程がなくなるが、成形のその他の工程は上記の金型を使用したときと同じである。従って、この場合にも、上記の方法と同じ効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の粉末成形装置の一例の概要を示す断面図
【図２】図１の粉末成形装置の圧縮完了状態の断面図
【図３】成形体の抜き出し工程を示す断面図
【図４】回転拘束手段のガイド溝の展開図
【図５】異形内歯斜歯歯車付き部品の一例を示す断面図
【符号の説明】
【００２８】
１          ダイ
１ａ        成形穴
２          下第１パンチ
３          下第２パンチ
４          下第３パンチ
４ａ        第１ヘリカル溝成形部
５          コアロッド
５ａ        第２ヘリカル溝成形部
６          回転拘束手段
６ａ        ガイド溝
６ｂ        ガイドピン
Ｉ          回転拘束部
II          回転拘束解除部
７−１        上第１パンチ
７−２        上第２パンチ
８          ダイプレート
９          ベースプレート
１０        下パンチプレート
１１        ヨークプレート
１２、１５  アクチュエータ
１３、１４  連結ロッド
１６        フォーク
１７        カムフォロア
１８        キャビティ
１９        粉末
Ａ          成形体
【図１】
2006334661.tif 000003
【図２】
2006334661.tif 000004
【図３】
2006334661.tif 000005
【図４】
2006334661.tif 000006
【図５】
2006334661.tif 000007