(57)【要約】【課題】サイジングダイ中で、押し込みパンチと対向パンチによりサイジング後の焼結体を再加圧した際、再加圧された焼結体における押し込み方向先端側の縁部にバリが生じないようにすることができる焼結体の再加圧方法、およびこの方法に好適なサイジングダイを提供する。【解決手段】焼結体４０の再加圧の際に、以下の構成を備えるサイジングダイ１０を使用する。使用するサイジングダイ１０は、その軸方向に、サイジング後の焼結体４０の厚みに相当する長さを有する下死点領域３と、下死点領域３よりも内径が小さい細孔領域４とを有する。そして、細孔領域４において、サイジング後の焼結体４０の周面の延長面とサイジングダイ１０の内周面との間にクリアランスが形成されないようにする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粉末の成形体を焼結した焼結体を押し込みパンチでサイジングダイに押し込んで、サイジングダイの内周面に形成されるサイジング突起により焼結体の周面を外周側から押圧して当該周面を含む表面側領域を緻密にするサイジングを行なった後、
サイジング後の焼結体が前記サイジングダイ内における前記サイジング突起を通過した直後の位置で、サイジング後の焼結体を前記押し込みパンチとこの押し込みパンチに対向する対向パンチで圧縮する焼結体の再加圧方法であって、
前記サイジングダイは、
その軸方向に、前記サイジング突起よりも押し込み方向側でサイジング後の焼結体の厚みに相当する長さを有する下死点領域と、下死点領域よりも押し込み方向側で所定長を持った、下死点領域よりも内径が小さい細孔領域とを有し、
前記下死点領域において、サイジング後の焼結体の周面とサイジングダイの内周面との間に第１クリアランスが形成され、
前記細孔領域において、サイジングダイの内周面と対向パンチの外周面との間に第２クリアランスが形成され、かつ、サイジング後の焼結体の周面の延長面とサイジングダイの内周面との間にクリアランスが形成されないように構成され、
上記構成を備えるサイジングダイを使用して、押し込みパンチと対向パンチでサイジング後の焼結体を再加圧することで、再加圧された焼結体における押し込み方向先端側の縁部にバリが発生することを抑制することを特徴とする焼結体の再加圧方法。
【請求項２】
前記第１クリアランスＡは、０．１ｍｍ≦Ａ≦０.３ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の焼結体の再加圧方法。
【請求項３】
前記第２クリアランスＢは、０＜Ｂ≦０.０２ｍｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の焼結体の再加圧方法。
【請求項４】
金属粉末の成形体を焼結した焼結体の周面を含む表面側領域を緻密にするサイジングに用いられ、前記焼結体が押し込まれる空間の内周面に、焼結体の周面を外周側から押圧するサイジング突起を有するサイジングダイであって、
前記サイジングダイは、
その軸方向に、前記サイジング突起よりも押し込み方向側でサイジング後の焼結体の厚みに相当する長さを有する下死点領域と、下死点領域よりも押し込み方向側で所定長を持った、下死点領域よりも内径が小さい細孔領域とを有し、
前記下死点領域において、サイジング後の焼結体の周面とサイジングダイの内周面との間に第１クリアランスが形成され、
前記細孔領域において、サイジングダイの内周面と対向パンチの外周面との間に第２クリアランスが形成され、かつ、サイジング後の焼結体の周面の延長面とサイジングダイの内周面との間にクリアランスが形成されないように構成されることを特徴とするサイジングダイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結体の表面を緻密化するサイジングを施した焼結体に対してその平面度を矯正するための焼結体の再加圧方法、およびこの再加圧方法に好適なサイジングダイに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属粉末の成形体を焼結してなる焼結体が、自動車用部品、一般機械の部品などに利用されている。このような部品のうち、スプロケットや各種の歯車など部品は、使用時に他の部品、例えば、チェーンや別の歯車と接触して接触応力（ヘルツ応力）を受ける。そのような部品では、他の部品との接触箇所及びその近傍の疲労強さを高めるために、接触箇所（歯車の場合、代表的には歯面や歯底面）の表面側領域の気孔を低減して緻密化することが行われている。この緻密化には、特許文献１に記載されるように転造やサイジング、鍛造を行うことが挙げられる。
【０００３】
緻密化の手法のうち、サイジングは、従来、焼結体の寸法矯正に利用されている手法である。この設備を転用する、或いは部分的に変更することで緻密化を容易に行え、生産性に優れる。
【０００４】
図３は、円筒状の焼結体をサイジングする手順を模式的に示す説明図であって、サイジングに使用するサイジングダイ１００の中心線（一点鎖線で示す）に平行に切断した断面の中心線から左半分のみを示す図である。この図３を用いて、サイジングの具体的な手法を説明すると、以下のようになる。
【０００５】
焼結体のサイジングを行うには、まず、図３（Ｉ）に示すように、内周面にサイジング突起１１を有するサイジングダイ１００を用意し、このサイジングダイ１００の中に押し込みパンチ２０を用いて焼結体４０を押し込む。焼結体４０は、その中心孔に挿入されるコアロッド３０に支持される。そして、図３（ＩＩ）に示すように、焼結体４０はサイジング突起１１を通過する際、サイジング突起１１によりサイジングされる。より具体的には、焼結体４０の周面がサイジング突起１１により外周側から押圧され、その結果、焼結体４０の周面の表面側領域が緻密化される。押し込まれた焼結体４０は、最終的に図３（ＩＩＩ）に示すように、押し込みパンチ２０とは反対側からサイジングダイ１００にはめ込まれた対向パンチ２１に当て止めされる。
【０００６】
ところで、押し込みパンチ２０で押し込まれた焼結体４０には、サイジング突起１１を通過する際に撓む力が働くため、焼結体４０の平面度が若干ではあるが低下する。そこで、サイジング後の焼結体４０の平面度を矯正するために、サイジング後の焼結体４０を押し込みパンチ２０と対向パンチ２１とで圧縮する再加圧を行うことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−０１０９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、サイジング後の焼結体を再加圧すると、図３（ＩＩＩ）に示すように、焼結体４０の押し込み方向先端側の縁部にバリ４１が生じることがあった。
【０００９】
バリが生じる理由は、図４（上記図３（ＩＩＩ）の部分拡大図）に示すように、サイジングダイ１００において、その軸方向に挿入領域１、サイジング領域２、および下死点領域３を規定したときに、下死点領域３の形状に原因があると考えられる。これら領域の定義は以下の通りである。
挿入領域１…焼結体４０の挿入端からサイジング突起１１までの領域
サイジング領域２…サイジング突起１１が存在する領域
下死点領域３…焼結体４０を再加圧する際に、その焼結体４０を留めおくための領域
【００１０】
この下死点領域３を具体的に説明すると、下死点領域３の長さは、サイジング後の焼結体４０の厚みに対して余裕を持った長さに形成されている。これは、種々の厚みを有する焼結体４０をサイジングすることを想定しているためである。このような下死点領域３の形状によれば、再加圧の際に焼結体４０は径方向外方（紙面左方向）に広がるだけでなく、押し込み方向（紙面下側）先端側へも広がってしまい、その広がった焼結体４０の一部がバリ４１となって焼結体４０に形成されてしまう。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、サイジングダイ中で、押し込みパンチと対向パンチによりサイジング後の焼結体を再加圧した際、再加圧された焼結体における押し込み方向先端側の縁部にバリが生じないようにすることができる焼結体の再加圧方法、およびこの再加圧方法に好適なサイジングダイを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明焼結体の再加圧方法は、金属粉末の成形体を焼結した焼結体をサイジングした後に行う焼結体の再加圧方法に係る。サイジングは、焼結体を押し込みパンチでサイジングダイに押し込んで、サイジングダイの内周面に形成されるサイジング突起により焼結体の周面を外周側から押圧して当該周面を含む表面側領域を緻密にする操作である。また、再加圧は、サイジング後の焼結体が前記サイジングダイ内における前記サイジング突起を通過した直後の位置で、サイジング後の焼結体を前記押し込みパンチとこの押し込みパンチに対向する対向パンチで圧縮する操作である。そして、本発明焼結体の再加圧方法は、以下の構成を備えるサイジングダイを使用して、押し込みパンチと対向パンチでサイジング後の焼結体を再加圧することで、再加圧された焼結体における押し込み方向先端側の縁部にバリが発生することを抑制することを特徴とする。
【００１３】
本発明焼結体の再加圧方法に使用するサイジングダイは、その軸方向に、前記サイジング突起よりも押し込み方向側でサイジング後の焼結体の厚みに相当する長さを有する下死点領域と、下死点領域よりも押し込み方向側で所定長を持った、下死点領域よりも内径が小さい細孔領域とを有することを特徴とする。これら領域のうち、下死点領域では、サイジング後の焼結体の周面とサイジングダイの内周面との間に第１クリアランスが形成される。また、細孔領域では、サイジングダイの内周面と対向パンチの外周面との間に第２クリアランスが形成され、かつ、サイジング後の焼結体の周面の延長面とサイジングダイの内周面との間にクリアランスが形成されないように構成される。
【００１４】
上記構成を備える焼結体の再加圧方法によれば、サイジング後の焼結体を再加圧した際、再加圧された焼結体における押し込み方向先端側の縁部にバリが発生することを抑制することができる。これは、下死点領域と細孔領域との境界近傍に形成される段差により、押し込み方向先端側への圧縮された焼結体の張り出しを物理的に押さえ込むことができるからである。
【００１５】
上記本発明焼結体の再加圧方法において、第１クリアランスと第２クリアランスを所定値とすることが好ましい。
【００１６】
まず、第１クリアランスＡは、０．１ｍｍ≦Ａ≦０．３ｍｍとすることが好ましい。第１クリアランスＡは、下死点領域におけるサイジングダイの内周面とサイジング後の焼結体の外周面とのクリアランスであり、サイジング後の焼結体を再加圧する際、その焼結体が径方向の外方に広がったときにその広がりを許容する部分である。そのため、第１クリアランスＡには、ある程度の大きさが要求される。焼結体の径方向への広がりは、焼結体のサイズによって変化するが、上記範囲の第１クリアランスＡであれば、焼結体とサイジングダイとが焼け付くことを防止できる。より好ましくは、第１クリアランスＡは、０．１ｍｍ≦Ａ≦０．２ｍｍとする。
【００１７】
次に、第２クリアランスＢは、０＜Ｂ≦０.０２ｍｍとすることが好ましい。第２クリアランスは、細孔領域におけるサイジングダイの内周面と対向パンチの外周面とのクリアランスであるため、極力小さいことが好ましい。上記範囲の第２クリアランスＢであれば、サイジングダイ内での対向パンチの移動を円滑にすることができる。また、第２クリアランスＢが小さいということは、下死点領域におけるサイジングダイの内径と細孔領域におけるサイジングダイの内径の差が大きく、両領域間に形成される段差により再加圧時における焼結体のバリの発生を抑制する効果も高くなる。より好ましい第２クリアランスＢは、０．０１ｍｍ≦Ｂ≦０．０２ｍｍである。
【００１８】
また、本発明サイジングダイは、金属粉末の成形体を焼結した焼結体の周面を含む表面側領域を緻密にするサイジングに用いられ、前記焼結体が押し込まれる空間の内周面に、焼結体の周面を外周側から押圧するサイジング突起を有するサイジングダイに係る。この本発明サイジングダイは、その軸方向に、前記サイジング突起よりも押し込み方向側でサイジング後の焼結体の厚みに相当する長さを有する下死点領域と、下死点領域よりも押し込み方向側で所定長を持った、下死点領域よりも内径が小さい細孔領域とを有する。そして、本発明サイジングダイは、下死点領域において、サイジング後の焼結体の周面とサイジングダイの内周面との間に第１クリアランスが形成されるように構成されると共に、細孔領域において、サイジングダイの内周面と対向パンチの外周面との間に第２クリアランスが形成され、かつ、サイジング後の焼結体の周面の延長面とサイジングダイの内周面との間にクリアランスが形成されないように構成されることを特徴とする。
【００１９】
本発明サイジングダイは、上述した本発明焼結体の再加圧方法に好適に利用可能である。もちろん、このサイジングダイは、焼結体をサイジングすることのみに利用して、焼結体を再加圧することには利用しない、といった使い方をしてもかまわない。
【発明の効果】
【００２０】
本発明焼結体の再加圧方法は、サイジング後の焼結体の平面度を矯正するためにサイジングダイ内で焼結体を再加圧しても、その再加圧後の焼結体にバリが生じ難い。その結果、再加圧後の焼結体に対してバリを除去する手間を低減することができるし、バリが生じることによる焼結体の物理特性の低下、例えば、機械的特性や電磁気的特性の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のサイジングダイを使用して焼結体にサイジングと再加圧を施す手順を模式的に示す工程説明図であって、サイジングダイの中心線（一点鎖線で示す）に平行に切断した断面の中心線から左半分のみを示す図である。
【図２】再加圧された焼結体が配置された状態にある本発明サイジングダイの部分拡大図である。
【図３】従来のサイジングダイを使用して焼結体にサイジングと再加圧を施す手順を模式的に示す説明図であって、サイジングダイの中心線（一点鎖線で示す）に平行に切断した断面の中心線から左半分のみを示す図である。
【図４】再加圧された焼結体が配置された状態にある従来のサイジングダイの部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図１および図２に基づいて説明する。
【００２３】
本発明焼結体の再加圧方法は、焼結体の周面の表面側領域を緻密化するサイジングを行なった後、サイジングに使用したサイジングダイ内で焼結体の平面度を矯正するためのものである。まず、サイジングについて簡単に説明し、次に本発明焼結体の再加圧方法について詳しく説明する。
【００２４】
［サイジング］
焼結体をサイジングするには、図１（Ｉ）に示すように、押し込みパンチ２０を使用してサイジングダイ１０の貫通孔にコアロッド３０で支持された焼結体４０を押し込む。貫通孔の内周面には焼結体４０の周面を外周側から押圧するためのサイジング突起１１が設けられている。そのため、図１（ＩＩ）に示すように、押し込みパンチ２０により貫通孔の奥に移動する焼結体４０の周面は焼結体４０の径方向内方に向かって押圧され、当該周面の表面側領域が緻密化される。そして、図１（ＩＩＩ）に示すように、押し込みパンチ２０で押された焼結体４０は、最終的に予めサイジングダイ１０にはめ込まれていた対向パンチ２１に当て止めされる。ここで、緻密化された焼結体４０は、サイジング突起１１を通過した後、若干ではあるが径方向外方にスプリングバックする。
【００２５】
［本発明焼結体の再加圧方法］
次いで、サイジング後の焼結体４０を再加圧するには、図１（ＩＩＩ）に示すように、サイジングダイ１０の内部に焼結体４０を留めおいたまま押し込みパンチ２０と対向パンチ２１とを互いに近づく方向に向かって駆動させ、両パンチ２０，２１の間で焼結体４０を圧縮する。つまり、本発明焼結体の再加圧方法は、焼結体４０をサイジングする際に使用したサイジングダイ１０を流用して行われる。ここで、本発明焼結体の再加圧方法で使用するサイジングダイ１０は、従来のサイジングダイの一部に設計変更を施した本発明サイジングダイである。なお、この設計変更は、焼結体をサイジングすることに対して従来サイジングダイと異なる影響を与えるものではない。
【００２６】
＜サイジングダイ＞
図２（図１（ＩＩＩ）の部分拡大図）に示す本発明サイジングダイ１０は、図４を用いて説明した従来のサイジングダイと同様に、挿入領域１、サイジング領域２、および下死点領域３を有する。このサイジングダイ１０の最も特徴とするところは、従来のサイジングダイに比べて下死点領域３の長さ（サイジングダイ１０の軸方向）を短くした点と、下死点領域３よりも押し込み方向側で所定長を持ち、かつ下死点領域３よりも内径の小さい細孔領域４を規定した点にある。
【００２７】
まず、下死点領域３は、サイジング後の焼結体４０を留めおくための領域である。この下死点領域３の長さは、再加圧する焼結体４０の厚みに対応する長さ、即ち、サイジング後の焼結体４０の厚み方向の長さとほぼ同じ長さに形成されている。また、下死点領域３の内径は、サイジング領域２の内径よりも大きく形成されている。
【００２８】
この下死点領域３におけるサイジングダイ１０の内周面とサイジング後の焼結体４０の外周面との間の第１クリアランスＡは、０．１ｍｍ≦Ａ≦０.３ｍｍとすることが好ましい。より好ましい第１クリアランスＡは、０．１ｍｍ≦Ａ≦０．２ｍｍである。第１クリアランスＡは、サイジング後の焼結体４０がスプリングバックして径方向外方へ広がったときに、その広がりを許容するためのものである。また、第１クリアランスＡは、サイジング後の焼結体４０を再加圧する際、その焼結体４０が径方向の外方に広がったときにその広がりを許容する部分でもある。
【００２９】
一方、細孔領域４は、下死点領域３よりも内径の小さな領域である。この細孔領域４は、サイジングダイ１０の内周面と対向パンチ２１の外周面との間に第２クリアランスＢが形成され、かつ、サイジング後の焼結体４０の周面の延長面とサイジングダイ１０の内周面との間にクリアランスが形成されないように構成される。
【００３０】
まず、第２クリアランスＢの意義について述べると、第２クリアランスＢは、サイジングダイ１０にはめ込まれた対向パンチ２１を円滑に移動させつつ、サイジングダイ１０から容易に抜け出ないようにするためのクリアランスである。そのため、第２クリアランスＢは極力小さいことが好ましい。具体的には、第２クリアランスＢは０＜Ｂ≦０.０２ｍｍとすることが好ましい。より好ましい第２クリアランスＢは、０．０１ｍｍ≦Ｂ≦０．０２ｍｍである。
【００３１】
次に、焼結体４０の周面の延長面とサイジングダイ１０の内周面との間にクリアランスが形成されないようにする意義について述べる。このような構成にすれば、図２に示すように、下死点領域３と細孔領域４との内径の相違に起因した段差が形成され、その段差が、押し込み方向先端側の焼結体４０の面に配された構成とすることができる。その結果、圧縮された焼結体４０が押し込み方向先端側に広がろうとしても、その広がりを段差により物理的に押さえ込むことができる。
【００３２】
［焼結体の再加圧方法の効果］
本発明焼結体の再加圧方法によれば、既に述べたように、サイジングダイ１０の下死点領域３において焼結体４０を再加圧したときに、焼結体１０の押し込み方向先端側に焼結体１０が広がろうとすることを抑制できる。そのため、サイジング後の焼結体４０の平面度を矯正するために焼結体４０を再加圧しても、焼結体１０の押し込み方向先端側の縁部にバリが生じ難い。
【００３３】
因みに、焼結体１０の押し込み方向とは反対方向の縁部では、再加圧された焼結体１０が当該反対方向に広がることをサイジング突起１１が機械的に抑制するので、当該部分にバリが生じ難いし、仮に生じたとしても容易に除去できる程度のバリとなる。
【実施例】
【００３４】
本実施形態では、まず金属粉末の成形体を複数作製し、それらを焼結することで複数の焼結体を用意した。そして、この焼結体に対して焼結体の周面を緻密化するためのサイジングを行なった後、サイジング後の焼結体の平面度を矯正する再加圧を行なった。再加圧に際しては、図１，２を参照して説明した本発明焼結体の再加圧方法、または図３，４を参照して説明した従来の焼結体の再加圧方法のいずれかを実施し、ぞれぞれの方法を経て得られた試料についてバリの発生状態を調べた。
【００３５】
焼結により焼結体となる成形体の原料として、Ｆｅ系合金粉末と潤滑剤とを混合した混合粉末を用意した。この混合粉末を冷間金型で圧縮成形し、円柱成形体を得た。得られた成形体をプッシャー型炉に配置し、窒素（Ｎ２）雰囲気中で焼結して、焼結材を得た。次いで、焼結材の中心に貫通孔を形成する切削加工を行い、円筒状の素材を得た。そして、この素材に緻密化のためのサイジングを施した。なお、サイジングについては既に説明したように、本発明のサイジングダイを使用しても従来のサイジングダイを使用しても焼結体の緻密化度合いに有意的な差は生じない。
【００３６】
次いで、サイジングを施した後の焼結体をサイジングダイ内に配置したまま、押し込みパンチと対向パンチとの間で焼結体を再加圧した。
【００３７】
以上のようにして得られた再加圧後の焼結体を目視で確認したところ、従来のサイジングダイを使用して再加圧された焼結体では焼結体の押し込み方向先端側の縁部においてバリが生じており、樹脂製ブラシでこすってもそのバリを除去できなかった。一方、本発明サイジングダイを使用して再加圧された焼結体では、焼結体の押し込み方向先端側の縁部にバリは発生したものの、樹脂製ブラシで容易に除去できるバリであった。そのため、再加圧後のバリの除去には、切削などの別工程を経る必要が無く、ブラシがけのみで対応可能である。
【００３８】
なお、上述した実施形態は、本発明の要旨を逸脱することなく、適宜変更することが可能であり、上述した構成に限定されるものではない。例えば、焼結体の組成、焼結体の形状を適宜変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明焼結体の再加圧方法は、ホイールギアなどの各種の歯車、スプロケット、その他の部品であって、金属粉末の成形体を焼結した焼結体からなる部材をサイジングすることで低下した焼結体の平面度を矯正することに好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１０，１００  サイジングダイ  １１  サイジング突起
１  挿入領域
２  サイジング領域
３  下死点領域
４  細孔領域
２０  押し込みパンチ  ２１  対向パンチ
３０  コアロッド
４０  焼結体  ４１  バリ
Ａ  第１クリアランス  Ｂ  第２クリアランス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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