(57)【要約】  粉末金属部材の壁を貫いて延伸する一以上の穴を、ポンチの側面と、このポンチの側面に極めて近接して面する金型セットのもう一つの側面との間の接合部で、圧縮成形中、金型セット中に粉末金属が存在しないところを生じさせることにより、当該接合部に粉末金属の欠如を生じさせて形成する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末金属を成形体に圧縮成形する際、該粉末金属を収納する粉末収納用の空洞を有する金型を有し、該金型の中へ圧縮成形の方向に及び該金型の外へ後退方向に、軸方向に沿って移動可能な少なくとも１つのポンチを有し、粉末金属を前記金型中に充填できるように開くことができ、前記金型中にあらかじめ充填された前記粉末金属を該金型中で圧縮成形するときに閉じることができる金型セットであって、
前記金型が閉じるときには、前記軸方向に沿って延伸する前記ポンチの接合部表面が、前記軸方向に沿って延伸する前記金型セットのもう一つの接合部表面と面対面接合部で摺動接触し、該面対面接合部で前記二つの面間に粉末金属の欠如を生成し、前記面対面接合部に前記軸方向に垂直な方向に前記成形体の壁を貫く開口を生成する金型セットを提供する工程と、
前記金型中に粉末金属を充填する工程と、
前記金型セットを閉じて前記面対面接合部を生成する工程と、
前記金型中の前記粉末金属に圧力を加える工程と、
前記金型から前記ポンチを後退させる工程と、
前記金型から前記成形体を排出する工程と、
を備える焼結のための粉末金属成形体を形成する方法。
【請求項２】
前記ポンチの表面が、該ポンチの前記接合部表面から後退する方向へ前記軸方向に沿って延伸し、前記開口に隣接する前記成形体の表面を形成し、該成形体を形成した後に、前記ポンチが前記金型から後退できるように、連続していることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
粉末金属は、前記開口の一方側で、該開口から後退方向ではなく圧縮成形される方向に圧縮成形され、かつ、前記開口の他方の側で、該開口から圧縮成形の方向ではなく後退する方向に圧縮成形されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記軸方向が重力の方向と一致していることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記開口が、穴であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記穴が、重力方向にほぼ直交して延伸していることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記開口が、溝に合体することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記溝が、重力の方向に垂直に延伸していることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記他方の表面がもう一つのポンチの上にあることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
双方のポンチが前記軸方向に沿って移動可能であることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記軸方向が、重力方向と一致することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法により形成されたことを特徴とする粉末金属部品。
【請求項１３】
粉末金属を成形体に圧縮成形する際、該粉末金属を収納する粉末収納用の空洞を有する金型と、
前記金型の前記空洞の内外に軸方向に沿って移動可能な少なくとも一つのポンチを有し、
金型セットが、粉末金属を前記金型の前記空洞中に充填できるように開くことができ、前記金型中にあらかじめ充填された前記粉末金属を該金型中で圧縮成形するときに閉じることができ、前記金型が閉じるときには、前記軸方向に沿って延伸する前記ポンチの表面が、前記軸方向に沿って延伸する前記金型セットのもう一つの表面と面対面接合部で摺動接触し、該面対面接合部では、前記成形体の壁を貫く開口を生成するために、前記二つの面間に粉末金属がほとんど存在せず、該開口は、前記面対面接合部で前記軸方向に垂直な方向に延伸することを特徴とする焼結のための粉末金属成形体を形成するための金型セット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願に関する引照）
本出願は、２００３年６月１０日に米国特許商標局に出願された米国出願第６０／４７７，２６４号の優先権を主張する。
【０００２】
（米国政府資金による研究又は開発に関する陳述）
適用無し。
【０００３】
本発明は、粉末金属（ＰＭ）部材に係り、特に粉末金属部材の壁を貫いて延伸する穴及び溝の形成に関する。
【背景技術】
【０００４】
図１ａ〜図１ｃは、加圧成型の方向に直交する方向に形成された穴を有する従来の粉末金属部材の例を示す。常にではないが、典型的には、加圧成型の方向は鉛直方向である。したがって、粉末金属部材が鉛直方向に加圧された場合には、図１ａ〜図１ｃに示す穴が水平方向の軸に沿って延伸する。「鉛直方向」及び「水平方向」の語は、ここで用いる場合には、方向を限定する趣旨ではなく、加圧成型の方向が重力の方向と一致しているか否かとは無関係に、二つの方向が互いに直交すること、あるいは「水平方向」は加圧成型の方向に直交することを単に伝達する趣旨で用いる。
【０００５】
図１ａの部材１０、図１ｂの部材１５及び図１ｃの部材２０は、最終部材にその部品を貫く水平方向の穴又は溝が必要な場合における、考えうる金属部材の構成の中から３つの構成について示している。粉末金属部材を生産する従来の方法では、水平方向の穴又は溝が必要であるため、この穴又は溝を形成するための追加の工程が必要であった。粉末金属部材中に水平方向の穴又は溝を形成する一般的な従来方法では、二次製造工程として知られる追加の製造工程を付け加えて穴又は溝を形成していた。これらの追加の製造工程には、ドリルを用いた穴あけ、ポンチを用いた穴あけ、フライス加工による切断、熱変形切断、プラズマ切断、又はその他の穴又は溝を形成するための金属の除去工程が含まれた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
金属部材中に穴又は溝を形成する従来の工程には、幾つかの欠点がある。これらの欠点としては、追加の製造工程に必要な追加の資本設備と費用、追加の製造工程を完成させるために必要な追加の時間、この二次工程中に一以上の穴又は溝が作成され損なう追加の危険性、この二次工程に必要な追加の処理と場所、この二次工程で生じる廃物、及びこの二次工程に係わる追加の労働と維持費が含まれる。
【０００７】
この穴又は溝を作成するために必要な追加の工程のコストは、部品を形成する粉末金属工程をしばしば法外なコストとしてしまう。これらの部品は、これらの特質が必要であるために、見積もりすらなされない可能性がある。不幸なことに、このことにより、精密な許容誤差を用いて複雑な形状を製造できる等の、粉末金属工程を用いて製造される部材の多くの利点が失われてしまっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明においては、粉末金属部材は、加圧成型方向に圧縮成形される。加圧成型サイクルの間、金型とその他の工具部材との組み合わせが、圧縮成形された部材中に、その壁を貫いて延びる穴又は溝を加圧方向に直交する方向に形成する方法で、相互作用する。加圧動作中に水平方向の穴又は溝を形成することで、他の穴又は溝を形成する製造工程を除去することができる。
【０００９】
このような開口は、圧縮成形中、工具部材の極めて接近した側面間の接合部で、金型セット中に粉末金属が存在しない場所を生じさせることにより、当該接合部に粉末金属の欠如を生じさせて形成される。
【００１０】
本発明の前述した目的と利点、及びその他の目的と利点とは、以下の詳細な説明中に記載される。この説明において、本発明の望ましい実施の形態を示す添付した図面を参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に従って水平方向の穴又は溝が、加圧成型サイクルの間に生成される。図２ｂ〜図２ｄに示すように、この新しい工程は、周壁３２を貫いて軸方向に延伸する穴５１を有する複雑な部材３０及び３５の製造に適用できる。部材２５の各側壁４４及び４６中の各穴２８及び２９で溝２６及び２７と交わる単一の水平方向の溝４２を形成しながら、図２ａ及び図４に示すような単一の部材２５を作成するために実施される工程を図３ａ〜図３ｄに示す。
【００１２】
図３ａ〜図３ｄに示すように、単一部材２５は、本発明により、金型１０１、上方工具部材２２１及び２３１、並びに下方工具部材３５１、３６１及び３７１を有する粉末圧縮成形工具金型セットを用いて作成できる。上方及び下方工具部材は、ポンチと言う場合もある。金型１０１及び工具部材２２１，３５１，３６１及び３７１は、粉末金属圧縮成形プレス中に取り付けられたときに、機械的動力手段、油圧動力手段又は他の動力手段により動かされる。
【００１３】
開始位置は、図３ａに示される。この位置で、金型１０１は、下方工具部材３５１，３６１及び３７１と一線上に揃えられる。下方工具部材３５１，３６１及び３７１は、すべて、同じ高さにある上面を有する。
【００１４】
図３ｂに示す第二の工程は、工具部材３５１、３６１および３７１を互いに対して（及び、必要な場合には、金型１０１に対して）移動させて、部材２５の底面と外面とを形成する空洞３８１を形成する。このことは、ポンチ３５１，３６１及び３７１を下方に動かし、及び／又は金型１０１を上方に動かすことにより生じ得る。部材２５の上面と内面とは、ポンチ２２１及び２３１の下端部により形成され、ポンチ２２１及び２３１は、また、互いに軸方向に摺動可能である。
【００１５】
次に、図３ｃにおいて、第３の工程は、結果として生じた空洞３８１に粉末金属を充填することである。
【００１６】
図３ｄに示す第４の工程は、工具部材２２１及び２３１を金型１０１の空洞３８１に移動させ、上側から粉末の圧縮成形を開始し、同時に工具部材３５１，３６１及び３７１が金型１０１に対して移動して、底面側から粉末を圧縮成形する。つまり見方を変えれば、ポンチが互いの方向に移動して、空洞３８１内に含まれる粉末を金型１０１により各ポンチの間で圧縮成形する。
【００１７】
第５の工程は、工具部材２３１が工具部材３６１を通り過ぎるまでポンチを互いの方向に移動させ続ける工程である。この工程においては、粉末は、四つの異なるゾーンで圧縮成形されている。図４に示すこれらのゾーンは、以下の如くである。工具部材２２１と３６１との間のゾーン３９２、工具部材２３１と３５１との間のゾーン３９４、工具部材２３１と３６１との間のゾーン３９６、及び工具部材２２１と３７１との間のゾーン３９８。
【００１８】
第６の工程は、工具部材２２１と２３１が下方の工具部材１０１，３５１，３６１及び３７１に対して上方移動して、これらの下方の工具部材１０１，３５１，３６１及び３７１から離れる工程である。
【００１９】
最終工程は、残りの工具、即ち、金型１０１及び工具部材３５１，３６１及び３７１が相互に、図３ａに示すように全てが互いに同一の高さにある開始位置方向に戻り、圧縮成形された部材２５を排出する工程である。
【００２０】
水平方向の穴又は溝は、工具部材２２１の外側の表面２２３が工具部材３５１の内側の側面３５３の至近距離、即ち、表面２２３と３５３との間の接合部にあって表面３５３に対向して存在するすべての粉末金属をほぼ排出するのに十分なほど近接した側面を通過したときに第４及び第５の工程で生成された。そして、これらの二つのポンチの対向する側面間の接合部をほぼ粉末の存在しない状態とした。この殆ど粉末が存在しないが、工具部材３５１の上方と側面方向、及び工具部材２２１の下方に圧縮成形された粉末を有する領域は、溝２６及び２７と交わる溝４２を生じ、この溝４２と、溝２６及び２７との間の接合部に材料の空白箇所を有する。それにより、部材２５のそれぞれの壁４４及び４６中に穴２８及び２９を生じる。
【００２１】
ポンチ３６１及び３７１は、ゾーン３９８の厚さがゾーン３９２の厚さと著しく異なっているので、二つの独立片として作られることに留意されたい。ポンチを２片とすることにより、ゾーン３９２の領域よりも少ない粉末金属でゾーン３９８の領域中の金型を均一に満たすことが可能となる。またその一方、部材２５は底面が平坦なので、最終成形体２５の圧縮工程の終了までに、ポンチ３７１の上面はポンチ３６１の高さまで持ち上げられる。
【００２２】
図２ｂ〜図２ｄの部材３０及び３５は、本発明を含む別の部材を示す。これらの部材において、各穴５１に対して、圧縮成形の間、（図２ｂ及び図２ｄに示すように上向きに）一方向に開口した一つの溝５３が形成され、溝４３が開口する方向から１８０度反対側に（図２ｂ及び図２ｄに示すように下向きに）開口した接続溝５５が形成されている。各穴５１は、各溝５３及び５５を形成する二つのポンチの側面の間の接合部で、金型の空洞中に粉末材料がほぼ存在しないことにより形成される。部材３５はフランジ５７を有するので、内部の溝５５は、フランジ５７中に穴５９（図２ｃ）を形成するポンチにより形成される。
【００２３】
本発明の望ましい実施の形態をかなり詳細に説明した。上述した好ましい実施の形態に対する多くの変更や変形が当業者には明白であろう。例えば、粉末金属部材は、鉛直方向にも追加された穴が水平方向に形成された穴や溝と交わりながら、多くの穴若しくは溝、又は複雑な多くの高さを有してもよい。したがって、本発明は、上述した実施の形態に限定されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１ａは、加圧方向に直交する部材の側壁を貫いて延伸する溝を有する従来の粉末金属部材の斜視図、図１ｂは、加圧方向に直交して延伸する部材の壁を貫通する穴を有する従来の粉末金属部材の底面の斜視図、図１ｃは、加圧方向に直交して延伸する部材の壁を貫通する穴を有する別の粉末金属部材の図２と同様な図である。
【図２ａ】本発明を具体化して再設計した図１ａの部材の斜視図である。
【図２ｂ】本発明を具体化して再設計した図１ｂの部材の底面の斜視図である。
【図２ｃ】本発明を具体化して再設計した図１ｃの部材の頂部斜視図である。
【図２ｄ】本発明を具体化して再設計した図１ｃの部材の頂部斜視図である。
【図３ａ】図２ａの粉末金属部材を形成するための工具の斜視図である。
【図３ｂ】図２ａの粉末金属部材を形成するための工具の斜視図である。
【図３ｃ】図２ａの粉末金属部材を形成するための工具の斜視図である。
【図３ｄ】図２ａの粉末金属部材を形成するための工具の斜視図である。
【図４】部材のどの領域が工具のどの領域より形成されるのかを示す図２と同様な図である。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図４】
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【国際調査報告】
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