(57)【要約】  オーバーモールド成形用粉末金属インサート及びその成形方法が、各端部から延びる外面上に、互いに角度的にオフセットされる保持部を有する。【選択図】図２（ａ）
2014500396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーバーモールド材料によってオーバーモールド成形される焼結粉末金属インサートにおいて、
焼結粉末金属の本体、を備え、
前記本体が、対向する端面と、前記端面の間に延びる外面と、を有し、
前記外面が、一方の前記端部から他方の前記端部に向かって延び、かつ、前記他方の端部の手前で終了し、間隔を置いて配置される凹部として形成される第１セット保持部と、  前記他方の端部から前記一方の端部に向かって延び、かつ、前記一方の端部の手前で終了し、間隔を置いて配置される凹部として形成される第２セット保持部と、を有し、
前記第１セット保持部が、前記第２セット保持部の間に配置されるように、前記第１セット保持部が、前記第２セット保持部から角度的にオフセットされている
ことを特徴とする焼結粉末金属インサート。
【請求項２】
前記第１及び第２セット保持部のそれぞれが、前記第１セット保持部と前記第２セット保持部とが重なる手前で終了する長さで、軸方向に延びている
ことを特徴とする請求項１に記載の焼結粉末金属インサート。
【請求項３】
前記第１及び第２セット保持部が、円周方向以外の縦方向に延びている
ことを特徴とする請求項１に記載の焼結粉末金属インサート。
【請求項４】
前記第１及び第２セット保持部の各凹部の半径方向内側の面が、通常断面円筒状である
ことを特徴とする請求項１に記載の焼結粉末金属インサート。
【請求項５】
前記第１及び第２セット保持部のそれぞれが、行き止まりの端部で終わる端壁を成形する
ことを特徴とする請求項１に記載の焼結粉末金属インサート。
【請求項６】
前記外面が、通常、円筒状である
ことを特徴とする請求項１に記載の焼結粉末金属インサート。
【請求項７】
前記端壁が、軸方向に対して垂直である平面である
ことを特徴とする請求項５に記載の焼結粉末金属インサート。
【請求項８】
前記第１セット保持部が、互いに交差していない
ことを特徴とする請求項１に記載の焼結粉末金属インサート。
【請求項９】
前記第２セット保持部が、互いに交差していない
ことを特徴とする請求項１に記載の焼結粉末金属インサート。
【請求項１０】
前記インサートが、穴を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の焼結粉末金属インサート。
【請求項１１】
前記穴が、軸によって動かされるために、非円形状を有する
ことを特徴とする請求項１０に記載の焼結粉末金属インサート。
【請求項１２】
前記第１セット保持部が、前記第２セット保持部と交差しない
ことを特徴とする請求項１に記載の焼結粉末金属インサート。
【請求項１３】
請求項１に記載の焼結粉末金属インサートを製造する方法において、
上金型を備えた上部工具と下金型を備えた下部工具とを有する、圧縮ツールセットで、粉末金属を圧縮するステップを含み、
前記第１及び第２セット保持部の一方が、前記上金型及び前記下金型の一方で成形され、前記第１及び第２セット保持部の他方が、前記上金型及び前記下金型の他方で成形される
ことを特徴とする焼結粉末金属インサートを製造する方法。
【請求項１４】
前記方法が、
前記下金型の第１キャビティを粉末金属で満たすステップと、
前記上金型を前記下金型に隣接させるステップと、
前記上金型及び前記下金型でキャビティを塞ぐように、前記第１キャビティの前記粉末金属を移動させるステップと、そして、
前記粉末金属を前記キャビティで圧縮するステップと、
を含む
ことを特徴とする請求項１３に記載の焼結粉末金属インサートを製造する方法。
【請求項１５】
前記圧縮ツールセットが、前記粉末金属で満たされる前記第１キャビティを前記下金型と共に定義するのに役立つ少なくとも１つのコアピンを有し、
前記少なくとも１つのコアピンが、前記粉末金属部品の圧縮完了時に前記粉末金属の部品の穴を定義する
ことを特徴とする請求項１４に記載の焼結粉末金属インサートを製造する方法。
【請求項１６】
前記粉末金属部品の圧縮完了時に前記粉末金属部品で大きな直径及び小さな直径を有する段のある穴を定義するために、前記コアピンが、段のある形状である
ことを特徴とする請求項１５に記載の焼結粉末金属インサートを製造する方法。
【請求項１７】
前記第１キャビティの下側には、前記コアピンの一部を取り囲むチューブ状のポンチ、が設けられ、
前記ポンチは、前記粉末金属部品の圧縮完了時に前記粉末金属部品の端面を定義する端面を有する
ことを特徴とする請求項１６に記載の焼結粉末金属インサートを製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結粉末金属の製造に関し、特に、構成部品において、成形組立品の部品となる軸方向及び径方向の固定特徴部（locking features）を成形することに関する。
【背景技術】
【０００２】
焼結粉末金属部品の使用は、複数材料（multi-materials）の成形品の部品となる基本の構成部品やインサートとして、近年増加している。それら材料は、必要に応じて、プラスチック、ゴム、アルミニウム、他の材料であってもよい。複数材料の製品の利点は、低コスト、生産性の増加、及び、設計の融通性である。粉末金属部品が、単一材料の製品として達成することができない成形構成部品に対して、追加の強度及び特性を提供することができる。また、粉末金属部品が、さまざまな合金で網目状や網目状に近い形状に製造することができ、ほとんど材料を無駄にすることなく、機械加工を省いたり最小に抑えたりすることが可能である。このため、上述の利点は、ある程度達成される。
【０００３】
一般的に、粉末金属部品は、製品の消費者使用に必要とされる特徴（features）を定義する内面を有する。必要に応じて、その内面が、まっすぐな貫通孔、鍵穴、ダブルＤホール（double D hole）などであってもよい。外面は、他の構成部品の材料と係合する。これは、オーバーモールド成形と称される粉末金属部品の周りで材料を成形することによって、頻繁に達成される。シンプルな粉末金属部品やインサートは、ほとんど保持部を有しない。このため、粉末金属インサートが、構成部品から取れたり、抜け落ちたりする。この問題を解決するため、あるインサートは、構成部品とより確実な接続を提供するために、保持部を有する。例えば、ある粉末金属インサートが、一方向で保持を提供するために、フランジを有する。他には、回転方向の保持または半径方向の保持を提供するために、回転リブ、鍵穴、多角形などのような外面特徴（outer surface features）を有する。他の構造としては、軸方向の保持を提供するために、ローレット切り（knurling）、アンダーカット（undercut）、または、成形物が流れることができる送り穴（perforation）を有する。
【０００４】
しかしながら、回転方向及び軸方向の保持の両方を達成するために、通常、追加の工程が、必要とされ、複数材料の構成部品の全体の製造時間及びコストをかなり増加させる。例えば、ローレット加工、回転加工、アンダーカット加工、アンダーカットや側面の送り穴のスライス加工は、すべて追加の処理ステップを必要とする。上述の構造のこれらの欠点を考慮すると、簡単に製造することが可能な回転方向及び軸方向の保持を有する改良された粉末金属部品が必要とされる。
【発明の概要】
【０００５】
一形態において、本発明は、第１端面（上端面）と、第２端面（下端面）と、を有する、粉末金属部品を提供する。各端面の間の距離は、軸方向（縦方向）を定義する。粉末金属部品は、内面と、外面と、をさらに有する。その内面は、製品の消費者使用によって必要に応じて構成される通路を定義する。また、その外面は、粉末金属部品が配置される材料構造と係合するように構成されている。内面と外面との間の距離は、軸方向（縦方向）と垂直である半径方向を定義する。粉末金属部品は、外面から内側に向かって突出し、かつ、第１端面から縦方向に延びる第１セット保持部、をさらに有する。第２セット保持部は、外面から内側に向かって突出し、かつ、第２端面から縦方向に延びる。この第２セット保持部は、第１セット保持部の中間に角度的に位置付けられている。このため、第１及び第２セット保持部は、角度的に互いにオフセットされて、交差しない。また、第１及び第２セット保持部は、接線方向と垂直である表面の少なくとも一部を有する。さらに、それら保持部は、縦方向と垂直である保持部面の一部を有する。したがって、第１及び第２セット保持部は、軸方向における粉末金属部品でポンチに抵抗するために、軸方向（縦方向）の保持、及び、それを囲んでいる材料に関連して粉末金属の回転に抵抗するために、径方向の保持、を提供する。
【０００６】
他の実施形態では、本発明は、粉末金属から部品を成形する方法を提供する。この方法は、縦方向で粉末金属を押し付ける工程を含む。この方法は、下部ポンチ、下部コア、下金型、上金型、上部ポンチ、及び、上部コアを有する圧縮金型セットを利用して、達成されることができる。粉末金属部品の上面は、上部ポンチによって成形される。上部保持部を含む粉末金属部品の上部外面は、上金型キャビティによって成形される。下部保持部を含む粉末金属部品の下部外面は、下金型キャビティによって成形される。粉末金属部品の下部の下面は、下部ポンチによって成形される。粉末金属部品の上面は、コアで成形される。また、この方法は、部品の取り出し工程をさらに有する。最初に、粉末金属部品から上金型及び上部ポンチを上げて、最後に下金型及びコアを下げて部品を取り出す。
【０００７】
本発明の他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明で明らかになるだろう。この説明において、参照は、本発明の好ましい実施形態を示す添付の図面で行われる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１（ａ）は、軸方向及び半径方向の保持に対して、ローレット加工され、かつ、円形のアンダーカット部を有する、従来の粉末金属部品の斜視図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の粉末金属部品の断面図であり、マルチ材料製品として他の材料５２でオーバーモールド成形された部品５１を示す。
【図２】図２（ａ）は、本発明を組み込むために再設計された粉末金属部品の斜視図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の粉末金属部品の断面図であり、マルチ材料製品として他の材料５４でオーバーモールド成形された部品５３を示す。
【図３ａ】図２（ａ）の粉末金属部品を成形するための工具の断面概略図である。
【図３ｂ】図２（ａ）の粉末金属部品を成形するための工具の断面概略図である。
【図３ｃ】図２（ａ）の粉末金属部品を成形するための工具の断面概略図である。
【図３ｄ】図２（ａ）の粉末金属部品を成形するための工具の断面概略図である。
【図３ｅ】図２（ａ）の粉末金属部品を成形するための工具の断面概略図である。
【図３ｆ】図２（ａ）の粉末金属部品を成形するための工具の断面概略図である。
【図３ｇ】図２（ａ）の粉末金属部品を成形するための工具の断面概略図である。
【図４】工具によって成形された粉末金属部品の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明によれば、軸方向または縦方向、及び、半径方向の保持部が、プレスサイクル中に生成される。図２（ａ）に示すように、粉末金属部品は、内面９０と、外面と、を有する。その内面９０は、製品の消費者使用によって、必要に応じて構成される通路を定義する。その外面は、粉末金属部品が配置される材料構造とかみ合うように構成されている。内面と外面との間の距離は、軸方向または縦方向と垂直である半径方向を定義する。粉末金属部品は、外面から内側に向かって突出し、かつ、上面９２から縦方向に延在する第１セット上部保持部（a first set of upper retention features）９１、をさらに有する。第２セット下部保持部(a second set of lower retention features)９３は、外面から内側に向かって突出し、かつ、下面９４から縦方向に延在する。第２セット下部保持部９３は、角度的にオフセットされて、第１セット上部保持部９１の間で部品の周りに位置付けられる。このため、第１セット上部保持部９１及び第２セット下部保持部９３の一方が、他方の領域に延びるはずだったが、第１セット上部保持部９１及び第２セット下部保持部９３は交わらない。２つのセット保持部は、通常、部品の軸方向と平行に、かつ、部品の軸方向の長さ未満で延びているので、各保持部は、行き止まりの端面９５（blind end surface）を定義する。行き止まり端面９５は、半径方向及び円周方向に延びて、軸方向に対して垂直な面である。
【００１０】
上述したように、上部保持部及び下部保持部は、半径方向に対して垂直である面の一部を少なくとも有し、また、縦方向に対して垂直である保持部の面の一部を有する。このため、それらは、軸方向及び半径方向の両方の保持を提供する。
【００１１】
この保持部を作るために行われるプロセスは、図３ａ〜図３ｇに示されている。図３ａ〜図３ｇに示すように、オーバーモールド成形するための粉末金属インサートは、本発明に従って、圧縮工具セットを用いて、成形することができる。圧縮工具セットは、工具部材として、下金型５０１、上金型５０２、上部ポンチ６０１、上部ピン７０１、下部ポンチ７０１、および、下部コアピン１０１、を有する。それら工具部材は、粉末金属圧縮プレスに取り付けられる際、機械的手段、油圧手段、電力の他の手段によって、動かされる。
【００１２】
開始位置は、図３ａに示されている。この位置では、下金型５０１が、下部工具部材の下部コアピン１０１及び下部ポンチ２０１と一直線上に並んで配置されており、下部工具部材のすべてが、お互いに同じ高さの上面を有する。下部ポンチ２０１は、チューブ状であり、粉末金属が満たされたキャビティの下側で下部コアピン１０１を取り囲むために、下金型５０１及び下部コアピン１０１に関連して後退することができる。
【００１３】
図３ｂに示す第２ステップは、キャビティ５８２を形成するために、下部ポンチ２０１に関連して、工具部材の下部コアピン１０１及び下金型５０１を動かす。この動作は、下部ポンチ２０１を下に動かすことによって、または、下部コアピン１０１及び下金型５０１を上に動かすことによって、行うことができる。
【００１４】
次に、図３ｃに示す第３ステップは、結果として生じたキャビティ５８２を粉末金属で満たす。
【００１５】
図３ｄに示す第４ステップは、上金型５０２が下金型５０１に接触し、かつ、上部ピン７０１が下部コアピン１０１に接触する位置まで、工具部材の上金型５０２、上部ピン７０１、及び、上部ポンチ６０１を下に動かす。
【００１６】
図３ｅに示す第４ステップは、下部ポンチ２０１によって関係位置に保持される粉末金属を上側に移動させるために、上金型５０２を下に移動し続けて下部工具部材の下金型５０１を押し付ける。キャビティ５８２の粉末金属は、上金型５０２及び下金型５０３によって、部分的に成形される。
【００１７】
図３ｆに示す第６ステップは、粉末金属が上下金型の間で圧縮されるまで、互いに向かい合ってポンチを動かし続ける。粉末金属成形品５８５は、下部コアピン１０１によって成形される内部形状と、上金型５０２及び下金型５０１によって部分的に成形される外部形状と、で成形される。上金型は、上面からの保持部を成形し、また、下金型は、下面からの保持部を成形する。上金型５０２及び下金型５０１は、角度的にオフセットされた上下の保持部の位置で、角度的にオフセットする。このため、軸方向及び半径方向の保持の両方を提供する各セット保持部において、一方のセット保持部は、他方のセットの保持部の間に設けられている。上金型５０２と下金型５０１との調整は、設定ガイドツールで完成させることができる。あるいは、この調整を容易にするために、追加の工具特性を利用することもできる。
【００１８】
図３ｇに示す最後の第７ステップは、上金型５０２に続いて上部ポンチ６０１を上に動かし、その後、下金型５０１と下部コアピン１０１を下に動かして、部品を完全に取り出して、最初の位置に戻す。その結果、図４に示すように、内面９０が下部コアピン１０１によって成形され、上面９２が上部ポンチ６０１によって成形され、下面９４が下部ポンチ２０１によって成形され、上部外面部９６が上金型５０２によって成形され、そして、下部外面部９８が下金型５０１によって成形される。
【００１９】
次に、圧縮された部品は、その圧縮部品の形状をほぼ維持しつつ、圧縮された粉末を溶かし固めて構造的に十分に成形するために、焼結オーブンで焼結される。
【００２０】
本発明の好適な実施形態は、かなり詳細に説明されているが、記載されている好ましい実施形態に対して多くの修正や変更は、当業者において明らかである。例えば、粉末金属部品が、さまざまな保持形状やサイズを有することができ、また、複雑な付加的レベルを有することもできる。したがって、本発明は、実施形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００２１】
９０  内面
９１  第１セット上部保持部（第１セット保持部）
９２  上面
９３  第２セット下部保持部（第２セット保持部）
９４  下面
９５  端面（行き止まりの端面）
１０１  下部コアピン
２０１  下部ポンチ
５０１  下金型
５０２  上金型
５８２  キャビティ
６０１  上部ポンチ
７０１  上部ピン
【図１】
2014500396.tif 000003
【図２】
2014500396.tif 000004
【図３ａ】
2014500396.tif 000005
【図３ｂ】
2014500396.tif 000006
【図３ｃ】
2014500396.tif 000007
【図３ｄ】
2014500396.tif 000008
【図３ｅ】
2014500396.tif 000009
【図３ｆ】
2014500396.tif 000010
【図３ｇ】
2014500396.tif 000011
【図４】
2014500396.tif 000012
【国際調査報告】
2014500396.tif 000013