(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の金型であって、鉛直方向に移動して、偏った位置に重心がある圧粉体を粉末成形するときに、金型の対向面同士が接触することで生じがちなカジリを防止すること。【解決手段】隣合う金型１Ｎ、２Ｎの対向面１Ｎａ、２Ｎａに、高さがずれあうように水平方向に平面を含む段部１Ｎ´、２Ｌを設けて、偏った位置に重心がある製品の粉末成形工程で、鉛直方向以外の方向に力が発生する結果、金型１Ｎ、２Ｎの対向面１Ｎａ、２Ｎａ同士が接触しようとしても、段部１Ｎ´、２Ｌに力がかかるようにし、隣合う金型１Ｎ、２Ｎがカジリを起こす要因となる鉛直方向以外の方向の力を分散して、カジリを防止し、併せて製品へのカジリに起因する転写跡を防止する。【選択図】図２
2011200924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏った位置に重心がある製品を、粉末成形によって製造するための粉末成形用金型構造体であって、
隣り合って鉛直方向に沿って相対的に移動可能に配置される長尺状の金型を少なくとも３つ備えた構造を含み、
第１の金型と第２の金型の間に第３の金型が配置されており、
第１の金型が鉛直下方に向く水平面からなる第１の段部を含み、
第２の金型が鉛直上方に向く水平面であって、前記水平面の少なくとも一部と点対称の位置に形成された第２の段部を含み、
第３の金型が、第１の段部及び第２の段部の前記水平面と、移動端部で当接するように形成された２つの段部を含み、
前記粉末成形の際、第１、第２の金型の側面及び第３の金型の頂面に囲まれたキャビティ空間に嵌合し、かつ該キャビティ空間に充填される粉末を加圧成形するために配置される上型と、
を含むことを特徴とする粉末成形用金型構造体。
【請求項２】
リング状大端部とリング状小端部と、両端部を結合するアーム部からなるコネクションロッドを、粉末成形によって製造する金型構造体であって、
前記コネクションロッドの平面形状を水平断面とするキャビティ空間を含むベース金型と、
前記リング状大端部の孔の内径部及び前記リング状小端部の孔の内径部に離間して嵌合するように鉛直方向に沿って配置された、第１の円柱状金型及び第２の円柱状金型と、
第１の円柱状金型及び第２の円柱状金型のそれぞれに離間して嵌合する第１の円筒状金型及び第２の円筒状金型と、
第１の円筒状金型及び第２の円筒状金型の間及び前記アーム部の真下に配置され、前記アーム部の水平断面と頂面が略一致するように形成された中央金型と、
前記コネクションロッド圧粉体を粉末成形する際、前記ベース金型と、
第１の円柱状金型及び第２の円柱状金型との間の第１キャビティ空間と、前記中央金型と、第１の円柱状金型及び第２の円柱状金型と、第１の円筒状金型及び第２の円筒状金型とによって形成される第２キャビティ空間に嵌合し、第１及び第２のキャビテイ空間に充填される粉末を加圧して前記コネクションロッド圧粉体を粉末成形するために配置される上型と、
を含むことを特徴とする金型構造体。
【請求項３】
前記金型の表面に硬質表面処理が施されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の金型構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末成形用金型構造体に関し、さらに詳細には、非単純形状の焼結金属製品の、粉末成形工程に使用する粉末成形用金型構造体（以下「金型構造体」と略す）に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、金型構造体によって圧粉体を粉末成形し、その圧粉体を焼結した非単純形状の焼結品が製造されている（本願明細書では、「非単純形状」とは、重心に偏りがあり、比較的長尺状の製品を指す）。
例えば、図３に示されたコネクティングロッド（以下適宜「コンロッド」と略す）１０である。なお、同図（頂面図）に示されたコンロッド１０は、後述するベース型１に嵌めこまれた状態で粉末成形される。
【０００３】
図３に示されるように、コンロッド１０は、クランク側の大リング部１０Ｂと、ピストンピン側の小リング部１０Ｓと、アーム部１０Ａとからなる。このように、コンロッド１０は、長尺、かつ、その重心は長尺対称軸上にあるが大リング部１０Ｂ寄りの位置にある。そして、このコンロッド１０の圧粉体は、一般に、大リング部１０Ｂ、小リング部１０Ｓ及びアーム部１０Ａに対応して駆動する複数に分割された金型（上型、下型等）を含む金型構造体２０によって粉末成形される。
【０００４】
図４は、コンロッド１０の圧粉体１０Ｍの粉末成形用の金型構造体２０を概略的に示した一部拡大断面図である。
図４に示されるように、金型構造体２０は、ベース型１と、下型２、３、４、５及び６と、上型７とを含む。金型構造体２０によれば、ベース型１、並びに下型２、３、４、５及び６のうち隣り合う金型同士は、通常、金型摺動面に一定のクリアランスを維持して、ガイドされながら粉末成形が行われ、圧粉体を得ることができる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−９８４６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、金型構造体２０を用いたコンロッド１０の粉末成形では、非単純形状のコンロッド１０に成形圧が不均等にかかる。そのため、従来の金型構造体２０を用い、圧粉体用の金属粉（以下「粉末」と略す）を鉛直方向に沿って一定の成形圧を加えて圧粉体を作製した際、コンロッド１０の圧粉体１０Ｍを粉末成形すると、金型のクリアランスの箇所でカジリが発生し、このカジリが粉末成形体に転写される不具合が発生しうる。
【０００７】
かかる不具合を図４を参照しながらさらに詳説する。
金型構造体２０では、コンロッド１０のアーム部１０Ａの形状に起因して下型３の左右側壁の面積が違う（図３、参照符号１０Ａ参照）ため、成形加圧中に下型４から下型６の方向に移動する力が加わり、下型３と下型４との接触ならびに下型４とベース型１との接触が起こる。
併せて、下型５と下型６との間に挟まれた圧粉体により、下型５と下型６との間隔が広がる方向に力が加えられ、その間に挟まれた下型２と下型４との接触が起こる。
【０００８】
当該接触が起こると、鉛直方向に成形加圧が付与されたままで各金型が移動するときに、本来鉛直方向（黒太矢印の方向）のみに成形加圧が付与されるべきところ、非鉛直方向（白太矢印の方向）に向かう力が作用する。その結果、金型同士が接触することからカジリが生じ、さらにカジリが圧粉体に転写してしまうことがある。結果として、製品歩留りを低下させてしまう。
【０００９】
そこで、本発明者は、鋭意検討の結果、非単純形状の粉末成形体の一例、コンロッドの圧粉体を成形するときに生じがちであったカジリを防止することができる金型構造体を見出した。なお、非単純形状の粉末成形体はコンロッドに限るものではない。また、各図の寸法は実寸又は実寸を縮尺したものでもない。特に、金型同士のクリアランス部は、実際のものは、数μｍから数１０μｍオーダの間隔で形成されている。
本発明は、以上を鑑み、非単純形状の圧粉体の粉末成形に発生しがちな金型摺動面における金型同士のカジリを防止し、カジリが粉末成形体へ転写される不具合を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（発明の態様）
以下、本発明の態様を示し、それらについて説明する。なお、（１）項から（３）項が、請求項１から請求項３に対応する。
（１）偏った位置に重心がある製品を粉末成形によって製造するための粉末成形用金型構造体であって、隣り合って鉛直方向に沿って相対的に移動可能に配置される長尺状の金型を少なくとも３つ備えた構造を含み、第１の金型と第２の金型の間に第３の金型が配置されており、第１の金型が鉛直下方に向く水平面からなる第１の段部を含み、第２の金型が鉛直上方に向く水平面であって、前記水平面の少なくとも一部と点対称の位置に形成された第２の段部を含み、第３の金型が、第１の段部及び第２の段部の前記水平面と、移動端部で当接するように形成された２つの段部を含み、
前記粉末成形の際、第１、第２の金型の側面及び第３の金型の頂面に囲まれたキャビティ空間に嵌合し、かつ該キャビティ空間に充填される粉末を加圧成形するために配置される上型と、を含むことを特徴とする粉末成形用金型構造体。
【００１１】
偏った位置に重心のある例として、自動車内で使用される動力伝達部品である両端にリング状大端部とリング状小端部とを含むコネクションロッド（コンロッド）が挙げられる。
コンロッドは、リング状大端部よりに重心が偏っており、コンロッドの圧粉体（粉末成形体）を従来の粉末整形用金型構造体に備わる上型（上パンチ）や下型（下パンチ）を複数個用いて粉末成形すると、本来鉛直方向にのみ成形加圧されればよいところ、上型、下型に意図しない水平成分を含むベクトルの力が作用して、隣合う金型面が接触し、いわゆるカジリや圧粉体にカジリに起因した転写跡が生じうる。転写跡が表面にある圧粉体を、焼結してコンロッド焼結品を作ると、焼結中膨張収縮するときに、転写跡を起点として、変形したり、クラックを生じがちとなり好ましくない。また外観的にも好ましくなく、不要な加工工程が必要となることもある。
【００１２】
本項では、上記の各段部を設けることで、上記不具合を防止した。すなわち、これらの段部によって、上型、下型に、意図しない水平成分を含むベクトルの力が作用しても、段部によって当該力が分散し、カジリ発生に至ることがなくなり、併せて転写跡も発生しなくなる。
【００１３】
（２）リング状大端部とリング状小端部と、両端部を結合するアーム部からなるコネクションロッドを粉末成形するための金型構造体であって、前記コネクションロッドの平面形状を水平断面とするキャビティ空間を含むベース金型と、前記リング状大端部の孔の内径部及び前記リング状小端部の孔の内径部に離間して嵌合するように鉛直方向に沿って配置された、第１の円柱状金型及び第２の円柱状金型と、第１の円柱状金型及び第２の円柱状金型のそれぞれに離間して嵌合する第１の円筒状金型及び第２の円筒状金型と、第１の円筒状金型及び第２の円筒状金型の間及び前記アーム部の真下に配置され、前記アーム部の水平断面と頂面が略一致するように形成された中央金型と、前記コネクションロッド圧粉体を粉末成形する際、前記ベース金型と、第１の円柱状金型及び第２の円柱状金型との間の第１キャビティ空間と、前記中央金型と、第１の円柱状金型及び第２の円柱状金型と、第１の円筒状金型及び第２の円筒状金型とによって形成される第２キャビティ空間に嵌合し、第１及び第２のキャビテイ空間に充填される粉末を加圧して前記コネクションロッド圧粉体を粉末成形するために配置される上型と、を含むことを特徴とする金型構造体。
【００１４】
本項は、コネクションロッド（コンロッド）を目的製品とする、粉末成形用の金型構造体であって、（１）項で説明した不具合をコンロッドに関して解決することができるものである。
【００１５】
（３）  前記金型の表面に硬質表面処理が施されていることを特徴とする（１）又は（２）項に記載の金型構造体。
本項は、カジリ防止のためのさらなる予防手段、そして、金型寿命をより長くするための手段として、金型の表面、より好適には各金型が鉛直方向に移動するときに対向する面に数μｍ程度の膜厚の硬質表面処理を施すものである。硬質表面処理は、イオンプレーティング、蒸着等の乾式めっきにより、施すことが好ましい。膜種類は、ＢＮ（ボロンナイトライド）、ＴiＮ（チタンナイトライド）、ダイアモンド等の硬質材料からなるものが好ましい。
【００１６】
なお、（１）項の金型構造体は、偏った位置に重心がある製品を粉末成形するための金型構造体を用いて、相対的に直線移動する長尺状金型間の金型摺動部を形成し、前記長尺状金型の断面をＬ字状に形成し、対向する金型の一方の長尺状金型の断面Ｌ字状の底辺と垂直な右端面と、他方の長尺状金型の断面Ｌ字状の底辺と垂直な平面とを、垂直に配置することを特徴とする金型摺動部を形成する方法を指向するものでもある。
そして、かかる方法では、前記金型構造体中で前記圧粉体を成形加圧するときに、前記右端面（左端面の場合もある。以下同様）の前記鉛直面に対する面圧が大きくかかるほど、前記右端面の面積を大きく設定することができるため、製品の重心の偏りの違いによって、適宜面積を設定変更すればよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、非単純形状の製品の粉末成形工程において発生しがちなカジリを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態に係る金型構造体の概略断面図である。
【図２】図１の部分拡大断面図である。
【図３】金型構造体によって粉末成形されたコンロッドと金型構造体の頂面図である。
【図４】従来の金型構造体の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、図３に示されたコンロッド圧粉体１０と同様のコンロッド圧粉体１０Ｍが粉末成形可能な粉末成形加工機（不図示。以下同様）に取り付けられる金型構造体３０の一部拡大断面図である。
図１に示されるように、金型構造体３０は、ベース型１Ｎ、下型２Ｎ〜６Ｎ、及び上型７を含む。
【００２０】
ベース型１Ｎは円筒形状であるが、その外周には、外周面と垂直に形成された取り付け用フランジ部１Ｔがあり、ベース型１Ｎは、ボルト、ナット等の締結部材で粉末成形加工機に固定されている。
ベース型１Ｎは、圧粉体として製造されるべきコンロッドの長尺方向の長さよりも内径が少なくとも大きく形成された、ベース型１Ｎの上面から下面へと貫通する略円柱空間のキャビティ空間を含む（後述するが、一部内周に水平面に平行に段部１Ｎ´が設けられている）。
下型２Ｎは、円筒状の金型であって、コンロッド圧粉体１０Ｍの大リング（図３の参照符号１０Ｂ）側の下、かつベース型１Ｎと下型３Ｎとの間に配置され、かつ、下型３Ｎの左壁３ＮＬと隣り合うように配置されている。
【００２１】
ところで、上記の隣り合う２つの金型の対向面に構造的な特徴がある。
ここでは、図１及び図２を参照しながら、ベース型１Ｎと下型２Ｎの対向面を例に採り、当該特徴を説明する。
図１を参照すると、鉛直下方に向く水平面を含む段部１Ｎ´及び鉛直上方に向く水平面を含む段部２Ｎ´が、隣り合うベース型１Ｎ及び下型２Ｎのそれぞれに点対称状に形成されている。
【００２２】
図２は、図１に示された段部１Ｎ´、２Ｎ´を含む周辺部（特徴部に相当）を拡大した図である。
図２を参照すると、断面長尺状の金型（ベース型１Ｎ、下型２Ｎ）断面であって、ベース型１Ｎ、下型２Ｎが隣り合って対向する箇所の一部がＬ字状に形成されている。そして、対向して配置されるベース型１Ｎ、下型２Ｎのうち、一方の長尺状金型の断面Ｌ字状の底面と垂直な平面１Ｎａが、他方の長尺状金型の断面Ｌ字状の底辺と垂直な平面２Ｎａに対して、鉛直方向に沿って形成されている。
【００２３】
一方、従来の金型構造体２０では、隣り合う二つの金型は、ある一定の数μｍから数１０μｍのクリアランスが鉛直方向（成形加圧方向）に沿って直線状に形成されているだけであった。よって、鉛直方向以外の方向に力が向いた場合、鉛直方向で隣り合う金型が接触する面積が大きくなり、接触部分でカジリが生じる不具合が容易に発生しがちであった。
しかし、上述したように、本実施形態の金型構造体３０によれば、同様の場合に、段部１´及び２Ｌを設けたために、鉛直方向で隣り合う金型面同士が基本的に従来のように大きな接触面をもって接触することがない。そのため、コンロッドの圧粉体（図３、参照符号１０）のような、重心が偏った位置にある圧粉体を粉末成形しても、カジリが生じなくなり、併せてカジリに起因する転写跡がコンロッドに付かないようになる。
【００２４】
当該特徴は、本実施形態に係る金型構造体３０の中の、下型５Ｎと下型２Ｎの対向面、下型６Ｎとベース型１Ｎの対向箇所（参照符号２５、５２、６４に相当する箇所）にもあるが、それらの説明は上記と同様なので省略する。また、下型２Ｎと下型３Ｎ、下型３Ｎと下型４Ｎ、下型４Ｎと下型６Ｎ、以上の対の対向箇所では、コンロッド圧粉体１０Ｍの重心の偏りが、各箇所での接触を招来しにくいため、同様の段部形成をしていない。ただし、カジリが生じるようなことがあれば、同様の段部形成を施すことが望ましい。
【００２５】
ここで、図１に戻り、金型構造体３０全体の説明をする。
下型３Ｎは、コンロッド圧粉体１０Ｍのアーム部（図３、参照符号１０Ａ側）の直下に配置された六面体の金型であり、図３に示す左壁面３ＮＬ及び右壁面３ＮＲで、下型２Ｎ、４Ｎの外周と隣り合うように配置されている。
【００２６】
下型４Ｎは、コンロッド圧粉体１０Ｍの小リング側（図３、参照符号１０Ｓ側）の下に配置された円筒状金型であり、図１に示される下型３Ｎの右壁面３ＮＲとベース型１Ｎの内周１Ｎｂ´面との間に配置されている。また、下型４Ｎは、下型２Ｎと同様にして、下型６Ｎと相対的に鉛直上下方向に移動する金型であり、段部６Ｎ´、４Ｎ´及び段部４Ｎ´、１Ｎ´が形成されている。その結果、この段部６Ｎ´、４Ｎ´及び段部４Ｎ´、１Ｎ´と垂直に形成されている下型４Ｎと下型１Ｎとが対向する面にも、図２を参照して上述した構成、作用と同様の理由により、カジリが生じることがない。
【００２７】
以上の構成の金型構造体３０を用いて、コンロッド圧粉体１０Ｍを粉末成形する際、下型２Ｎの頂面および下型４Ｎの頂面の位置と、下型３の頂面の位置の差がコンロッド圧粉体１０Ｍのアーム部と大小リング部との寸法差になったときに粉末成形完了時に、粉末成形加工機の各金型を自動制御により駆動可能なように予め設定しておくことが好ましい。
【００２８】
そして、ベース型１Ｎ、下型２Ｎ、下型３Ｎ及び下型４によって形成されたキャビティ空間に、コンロッド圧粉体用の粉末が充填されるように図示しないフィーダから鉛直下方に向けて投入する。そして、キャビティ空間に所定量の粉末の投入が終了したら、上型７を、コンロッド１０Ｍの圧粉体の上、並びに下型５Ｎ及び下型６Ｎに覆うようにして載置し、同粉末に各金型から一定圧力をかけて、コンロッド圧粉体１０Ｍを、好ましくは上記自動制御により粉末成形する。
【００２９】
粉末成形が完了後は、上型７を鉛直上方に移動させ、かつ下型２Ｎ、下型４Ｎを鉛直上方に向けて移動させて、コンロッド圧粉体１０Ｍを下方から上方に向けて押し上げて、適当な位置でコンロッド圧粉体１０Ｍを例えばロボットハンドのような自動機（不図示）で把持し、その後、一時ストッカ（焼結に耐えうるものが好ましい）まで移動させ、次のコンロッド圧粉体１０Ｍの粉末成形を同様にして続けるようにし量産する。なお、一時ストッカ中、所定個数に達したコンロッド圧粉体１０Ｍは、次工程（焼結工程）の焼結炉に搬送され焼結されて、コンロッド製品が製造される。
【００３０】
以上より、本発明に係る本実施形態によれば、金型摺動部と粉末成形部の機能を金型内で分離することができる。また、金型摺動部の隣合う金型同士のクリアランスは粉末成形部より小さく設定し、粉末成形部の金型同士が接触しないようにすることができる。さらに、金型摺動部の形状を平面形状のような単純形状とすることにより、金型製作時の精度を保証し易くすることができる。そして、金型摺動部の形状を平面形状のような単純形状とすることにより、接触面積を増加させ、成形加圧中に発生する力を分散して、カジリを防止する。粉末成形部は、製品形状に制約されるため、別途、金型摺動部を具備させることにより単純形状化が可能となる。併せて、金型摺動部は、表面処理を行うことで、さらに耐摩耗性を金型に具備させることができ、併せて、金型にカジリが発生した場合も、粉末成形体へのカジリ転写を防止する。
【００３１】
尚、本発明は、上記の、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
例えば、重心が偏った位置になる圧粉体を粉末成形したときでさえ、金型構造体の隣合う金型の中でも、カジリが発生しえない箇所を含む場合には、段部を、対向する金型両面に形成する必要は必ずしもない。例えば図１の下型３Ｎの左右壁面とその対向面を含む箇所がその一例である。
また、本発明に係る金型構造体は、コンロッド用以外にも、大小のボルトを両端の大小の六角孔で回転、締付けが可能なスパナ用にも適用できる。
【符号の説明】
【００３２】
１０Ｍ：圧粉体、３０：粉末成形用金型構造体、１Ｎ：第１の金型、５Ｎ：第２の金型、２Ｎ：第３の金型、１Ｎ´：第１の段部、２Ｎ´：第２の段部、第３の金型の２つの段部：２Ｎ´、２Ｎ´´、１Ｎｂ：第１の金型の側面、５Ｎｂ：第２の金型の側面、２Ｎｔ：第３の金型の頂面、７：上型。
【図１】
2011200924.tif 000003
【図２】
2011200924.tif 000004
【図３】
2011200924.tif 000005
【図４】
2011200924.tif 000006