(57)【要約】【課題】粉末材料を圧縮して歯車部品を圧粉成形する際に、ボス部での粉末材料密度を高め、該ボス部の強度を向上させる。【解決手段】圧粉成形金型装置１０は、円盤部１０２の外周に第１ギア部１０４が設けられ、円盤部１０２の中央には第１ギア部１０４より小径であり且つ円盤部１０２よりも軸線方向に肉厚なボス部１０５が設けられた歯車部品である２段ギア１００を圧粉成形する装置である。この圧粉成形金型装置１０には、円盤部１０２を軸線方向で挟んで加圧成形する上インナーパンチ１２及び下インナーパンチ１８と、これら上インナーパンチ１２及び下インナーパンチ１８の内周側に配置され、ボス部１０５を軸線方向で挟んで加圧成形する上ボスパンチ１６及び下ボスパンチ２２と、下インナーパンチ１８を軸線方向にフローティング支持する第２フローティングプレート５４及び油圧シリンダ機構６４とが備えられる。【選択図】図４
2008155259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円盤部の外周に歯車部が設けられ、前記円盤部の中央には前記歯車部より小径であり且つ前記円盤部よりも軸線方向に肉厚なボス部が設けられた歯車部品を圧粉成形するための圧粉成形金型装置であって、
前記円盤部を軸線方向で挟んで加圧成形する上パンチ及び下パンチと、
前記上パンチ及び前記下パンチの内周側に配置され、前記ボス部を軸線方向で挟んで加圧成形する上ボスパンチ及び下ボスパンチと、
前記下パンチを軸線方向にフローティング支持するフローティング機構と、
を備え、
前記上パンチからの押圧力に対する前記フローティング機構の反発力は、前記上パンチと前記下パンチにより前記円盤部を成形体に圧粉成形可能な反発力に設定されていることを特徴とする圧粉成形金型装置。
【請求項２】
円盤部の外周に歯車部が設けられ、前記円盤部の中央には前記歯車部より小径であり且つ該円盤部よりも軸線方向に肉厚なボス部が設けられた歯車部品を圧粉成形するための圧粉成形金型装置であって、
前記円盤部を軸線方向で挟んで加圧成形する上パンチ及び下パンチと、
前記上パンチ及び前記下パンチの内周側に配置され、前記ボス部を軸線方向で挟んで加圧成形する上ボスパンチ及び下ボスパンチと、
を備え、
前記下パンチよりも前記下ボスパンチの方が剛性の高い材質で構成されていることを特徴とする圧粉成形金型装置。
【請求項３】
請求項２記載の圧粉成形金型装置において、
前記下パンチを軸線方向にフローティング支持するフローティング機構を備えることを特徴とする圧粉成形金型装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧粉成形金型装置において、
前記フローティング機構は油圧シリンダ機構により構成されていることを特徴とする圧粉成形金型装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧粉成形金型装置において、
前記下ボスパンチは、超硬により構成されていることを特徴とする圧粉成形金型装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧粉成形金型装置において、
前記ボス部の外周には前記円盤部の外周に設けられた前記歯車部よりも小径且つ軸線方向に肉厚なボス側歯車部が設けられ、前記歯車部品は２段歯車として構成されていることを特徴とする圧粉成形金型装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末材料を圧縮して歯車部品を圧粉成形するための圧粉成形金型装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、金属、セラミックス等の粉末材料を金型内で加圧成形した圧粉成形体を焼結することにより、所望の形状を有する焼結成形体を得ることが行われている。
【０００３】
本出願人は、特許文献１において、はすば歯車を圧粉成形する際、得られる圧粉成形体の上下方向（加圧方向）の密度を均一化するため、圧粉成形の後半の段階でフローティングダイを強制的に降下させる強制作動機構を設けた圧粉成形金型装置を提案している。
【０００４】
さらに、特許文献２において、円盤部の外周に歯車部が形成されると共に、中央にボス部が形成された歯車部品を圧粉成形する際に、外側の円盤部から内側のボス部へと材料粉末が供給されるように圧粉成形を行い、ボス部での密度を要求レベルまで高めるための圧粉成形方法を提案している。
【０００５】
【特許文献１】特許３０５９４０６号公報
【特許文献２】特許３５５４４４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記のように、円盤部の外周に歯車部が形成され、中央にボス部が形成された歯車部品では、使用時に最も負荷が生じる部分であるボス部の強度を向上させるため、圧粉成形時、ボス部から円盤部への材料粉末の流出による該ボス部での粉末材料密度の低下を防止する必要がある。
【０００７】
この場合、上記従来の技術では、前記ボス部での粉末材料密度を向上させる圧粉成形方法については開示されているが、該圧粉成形方法を有効に実施できる圧粉成形金型装置についての具体的な構成についての開示は少ない。従って、このような圧粉成形を一層効率的に且つ確実に実行でき、ボス部での粉末材料密度を十分に高めることができる圧粉成形金型装置が希求されている。
【０００８】
本発明は上記課題を考慮してなされたものであり、粉末材料を圧縮して歯車部品を圧粉成形する際に、ボス部での粉末材料密度を確実に高めることができ、該ボス部の強度を向上させることができる圧粉成形金型装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る圧粉成形金型装置は、円盤部の外周に歯車部が設けられ、前記円盤部の中央には前記歯車部より小径であり且つ前記円盤部よりも軸線方向に肉厚なボス部が設けられた歯車部品を圧粉成形するための圧粉成形金型装置であって、前記円盤部を軸線方向で挟んで加圧成形する上パンチ及び下パンチと、前記上パンチ及び前記下パンチの内周側に配置され、前記ボス部を軸線方向で挟んで加圧成形する上ボスパンチ及び下ボスパンチと、前記下パンチを軸線方向にフローティング支持するフローティング機構とを備え、前記上パンチからの押圧力に対する前記フローティング機構の反発力は、前記上パンチと前記下パンチにより前記円盤部を成形体に圧粉成形可能な反発力に設定されていることを特徴とする。
【００１０】
このような構成によれば、下パンチが高い耐荷重を有するフローティング機構により支持されるため、上パンチの下降による荷重に対して、下パンチが容易に下降してしまうことがない。このため、歯車部品のボス部の成形がなされる前に、円盤部の成形がほとんど完了に近い状態までなされることになり、すなわち、円盤部での粉末材料密度が先に向上する。従って、その後、ボス部が成形される段階において、ボス部を構成する粉末材料が円盤部側へと流動することが抑えられ、ボス部での粉末材料密度を十分に高めることができ、該ボス部の強度を向上させることができる。
【００１１】
また、本発明に係る圧粉成形金型装置は、円盤部の外周に歯車部が設けられ、前記円盤部の中央には前記歯車部より小径であり且つ該円盤部よりも軸線方向に肉厚なボス部が設けられた歯車部品を圧粉成形するための圧粉成形金型装置であって、前記円盤部を軸線方向で挟んで加圧成形する上パンチ及び下パンチと、前記上パンチ及び前記下パンチの内周側に配置され、前記ボス部を軸線方向で挟んで加圧成形する上ボスパンチ及び下ボスパンチとを備え、前記下パンチよりも前記下ボスパンチの方が剛性の高い材質で構成されていることを特徴とする。
【００１２】
この場合、前記下パンチを軸線方向にフローティング支持するフローティング機構を備えて構成することもできる。
【００１３】
このような構成によれば、歯車部品の圧粉成形時、高密度化が要求されるボス部において、該ボス部を成形する下ボスパンチの歪みを、下パンチの歪みに比べて大幅に低減することができ、該ボス部での粉末材料密度を一層高めることができる。
【００１４】
さらに、前記フローティング機構を油圧シリンダ機構により構成すると、上パンチからの荷重に対して下パンチを十分な反発力によりフローティング支持することが可能となる。このため、圧粉成形時、ボス部よりも円周部での粉末材料密度を先に向上させることができ、ボス部から円盤部への材料粉末の流動を防止して、該ボス部での材料粉末密度の低下を容易に防止することができる。
【００１５】
さらにまた、前記下ボスパンチを超硬により構成すると、該下ボスパンチでの歪みを一層低減することができるため好ましい。
【００１６】
またさらに、前記ボス部の外周には前記円盤部の外周に設けられた前記歯車部よりも小径且つ軸線方向に肉厚なボス側歯車部が設けられ、前記歯車部品は２段歯車として構成される場合には、本発明に係る圧粉成形金型装置で圧粉成形することにより、使用時に一層の負荷がかかる２段歯車のボス側歯車を必要な強度まで容易に高めることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、下パンチが高い耐荷重を有するフローティング機構により支持されるため、上パンチの下降による荷重に対して、下パンチが容易に下降してしまうことがなく、歯車部品のボス部よりも先に円盤部での粉末材料密度を向上させることができる。従って、ボス部を構成する粉末材料が円盤部側へと流動することが抑えられ、ボス部での粉末材料密度を十分に高めることができる。
【００１８】
また、本発明によれば、歯車部品の圧粉成形時、歯車部品のボス部を成形する下ボスパンチの歪みを下パンチの歪みに比べて大幅に低減することができ、ボス部での粉末材料密度を一層高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る圧粉成形金型装置について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態に係る圧粉成形金型装置１０によって圧粉成形される歯車部品である２段ギア１００を示す斜視図である。図２は、図１に示す２段ギア１００を第２ギア部１０６側から見た斜視図である。
【００２１】
図１及び図２に示すように、２段ギア１００には、円盤部１０２の外周に第１ギア部（歯車部）１０４が設けられ、前記円盤部１０２の中央には第１ギア部１０４よりも小径のボス部１０５が突設され、該ボス部１０５の外周には第２ギア部（ボス側歯車部）１０６が設けられる。ボス部１０５及び第２ギア部１０６は、円盤部１０２及び第１ギア部１０４よりも軸線方向に肉厚とされ、歯幅が広い。
【００２２】
さらに、第１ギア部１０４と第２ギア部１０６の間の円盤部１０２には、例えば、断面略楕円形状の中空部１０８ａ及び断面略矩形状の中空部１０８ｂが複数形成される。これら中空部１０８ａ、１０８ｂは、２段ギア１００の軽量化を図るためのものであり、省略することもできる。前記ボス部１０５には貫通孔１０９が設けられる。該貫通孔１０９は、２段ギア１００の回転軸が挿通される孔部である。
【００２３】
このような２段ギア１００は、例えば、自動二輪車のキックスタータを構成する歯車部品であり、この場合、前記第２ギア部１０６がキックギアとして用いられるため、第２ギア部１０６を含むボス部１０５には十分な強度が要求される。
【００２４】
次に、以上のように構成される２段ギア１００を圧粉成形するための圧粉成形金型装置１０について説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る圧粉成形金型装置１０を示す一部分解概略斜視図である。図４は、図３に示す圧粉成形金型装置１０の概略断面側面図である。図５は、図３に示す圧粉成形金型装置１０を構成する金型部分を拡大した一部省略拡大断面側面図である。
【００２５】
図３〜図５に示すように、圧粉成形金型装置１０は、２段ギア１００の上面側（第２ギア部１０６が突設される側と反対側）を成形する上ダイセット１０ａと、下面側（第２ギア部１０６が突設される側）を成形する下ダイセット１０ｂとから構成される。
【００２６】
上ダイセット１０ａには、２段ギア１００を成形するための金型として、上インナーパンチ（上パンチ）１２と、該上インナーパンチ１２の外周側に配置される上アウターパンチ１４と、前記上インナーパンチ１２の内周側に配置される上ボスパンチ１６とが備えられる。
【００２７】
下ダイセット１０ｂには、２段ギア１００を成形するための金型として、下インナーパンチ（下パンチ）１８と、該下インナーパンチ１８の外周側に配置される下アウターパンチ２０と、前記下インナーパンチ１８の内周側に配置される下ボスパンチ２２とが備えられる。前記上アウターパンチ１４及び下アウターパンチ２０の外周側にはダイス２４が噛合され、前記上ボスパンチ１６及び下ボスパンチ２２の内周側にはセンターコアロッド２６が挿通される。
【００２８】
前記下インナーパンチ１８は、２段ギア１００の円盤部１０２や第２ギア部１０６、中空部１０８ａ、１０８ｂ等を成形する金型である。図３及び図５に示すように、下インナーパンチ１８は、前記第２ギア部１０６を成形するギア成形金型２８と、該ギア成形金型２８が嵌挿されると共に、前記円盤部１０２を成形するリング状金型３０と、該リング状金型３０の一端面（上端面）に突設され、前記中空部１０８ａ、１０８ｂを成形するコア金型３２ａ、３２ｂとから構成される。
【００２９】
ギア成形金型２８は略円筒形状であり、その内周面には前記第２ギア部１０６を成形するための歯型２８ａが形成されている。リング状金型３０は、軸線方向に貫通する貫通孔３０ａにギア成形金型２８が嵌挿される円筒形状であり、その一端面（上端面）で円盤部１０２の第２ギア部１０６側を成形する。リング状金型３０とギア成形金型２８とは同軸状に一体に構成され、貫通孔３０ａにギア成形金型２８が焼き嵌め等により嵌挿される。さらに、リング状金型３０の上端面には、コア金型３２ａ、３２ｂを取り付けるためのボルト３４が螺入される雌ねじ部３０ｂが環状に複数個形成される。
【００３０】
コア金型３２ａ、３２ｂは、上記のように２段ギア１００の中空部１０８ａ、１０８ｂを成形する金型であり、該中空部１０８ａ、１０８ｂの形状に対応するブロック形状である。すなわち、コア金型３２ａは断面略楕円形状であって中空部１０８ａを成形し、コア金型３２ｂは断面略矩形状であって中空部１０８ｂを成形する。このようなコア金型３２ａ、３２ｂの中央には、ボルト孔３６が貫通しており、ボルト３４によりリング状金型３０の一端面に確実に締結固定される。
【００３１】
この場合、リング状金型３０における雌ねじ部３０ｂの開口端近傍、及び、コア金型３２ａ、３２ｂにおけるボルト孔３６のリング状金型３０側の開口端近傍は、円の一部を切り欠いた形状とされる。従って、雌ねじ部３０ｂとボルト孔３６を連結するようにして、円筒形状部材の一部の周面を切り欠いた形状のノック部材３８を嵌挿することにより、コア金型３２ａ、３２ｂをリング状金型３０に対して、位置決め及び回り止めをした状態で確実に固定することができる。
【００３２】
前記下アウターパンチ２０は、ダイス２４と共に２段ギア１００における第１ギア部１０４周辺部を成形する金型である。図５に示すように、下アウターパンチ２０は、貫通孔２０ａを有する略円筒形状であり、外周面上部には歯型２０ｂが周設されている。貫通孔２０ａには下インナーパンチ１８が嵌挿される。歯型２０ｂはダイス２４の歯型２４ａに噛合する。なお、前記歯型２０ｂと歯型２４ａとは、嵌合及び摺動させる必要があるため、２段ギア１００を構成するための粉末材料が侵入しない程度の適度なクリアランスを有して噛合するように構成される。
【００３３】
前記下ボスパンチ２２は、貫通孔２２ａを有する円筒形状であり、外周面上部には歯型２２ｂが周設されている。図５に示すように、下ボスパンチ２２は、歯型２２ｂが下インナーパンチ１８の前記歯型２８ａに噛合しながら、その上端面がリング状金型３０の上端面よりも下方にオフセットした状態で嵌挿されることで、前記第２ギア部１０６の端面を成形する金型である。
【００３４】
前記上インナーパンチ１２は、２段ギア１００における円盤部１０２の第２ギア部１０６側とは反対側を成形する金型である。図５に示すように、上インナーパンチ１２は、圧粉成形時に下インナーパンチ１８のコア金型３２ａ、３２ｂが挿し込まれる逃げ部であるコア金型挿込孔４０ａ、４０ｂと、中心を貫通する貫通孔１２ａとを有する。前記コア金型挿込孔４０ａ、４０ｂの中心には、貫通孔４２ａ、４２ｂが貫通している。すなわち、上インナーパンチ１２は、下インナーパンチ１８と共に前記円盤部１０２を軸線方向（厚さ方向）で挟んで加圧成形する。
【００３５】
前記上アウターパンチ１４は、下アウターパンチ２０と同様、ダイス２４と共に２段ギア１００における第１ギア部１０４周辺部を成形する金型である。図５に示すように、上アウターパンチ１４は、貫通孔１４ａを有する略円筒形状であり、外周面下部には歯型１４ｂが周設されている。貫通孔１４ａには上インナーパンチ１２が嵌挿される。歯型１４ｂはダイス２４の歯型２４ａに噛合する。なお、前記歯型１４ｂと歯型２４ａとは、嵌合及び摺動させる必要があるため、２段ギア１００を構成するための粉末材料が侵入しない程度の適度なクリアランスを有して噛合するように構成される。
【００３６】
前記上ボスパンチ１６は、貫通孔１６ａを有する円筒形状である。図５に示すように、上ボスパンチ１６は、上インナーパンチ１２の貫通孔１２ａに、該上インナーパンチ１２の下端面よりやや上方にオフセットした状態で嵌挿されることで、前記第２ギア部１０６側とは反対側のボス部１０５の端面を成形する金型である。すなわち、上ボスパンチ１６は、下ボスパンチ２２と共に前記第２ギア部１０６を含むボス部１０５を軸線方向（厚さ方向）で挟んで加圧成形する。
【００３７】
前記ダイス２４は、下アウターパンチ２０及び上アウターパンチ１４と共に２段ギア１００における第１ギア部１０４を成形する金型である。図５に示すように、ダイス２４は圧粉成形時に生じる内圧に耐え得るよう、十分な肉厚を有する円筒形状からなり、その内周面には、前記第１ギア部１０４を成形する歯型２４ａが形成されている。そして、該歯型２４ａに、下アウターパンチ２０の歯型２０ｂ及び上アウターパンチ１４の歯型１４ｂが挿入され噛合し、歯型２０ｂ及び歯型１４ｂが歯型２４ａの高さ方向中心部付近から所定距離（第１ギア部１０４の歯幅分）オフセットして対向配置されることで、第１ギア部１０４が成形される。
【００３８】
前記センターコアロッド２６は、大径部４４と小径部４６とからなる段付き円柱棒形状からなり、前記大径部４４が下ボスパンチ２２の貫通孔２２ａから上ボスパンチ１６の貫通孔１６ａまで嵌挿されることで、２段ギア１００における貫通孔１０９を成形する金型である。
【００３９】
以上のように構成される金型を備える圧粉成形金型装置１０には、各金型を駆動させ圧粉成形を行うための駆動機構が備えられる。
【００４０】
すなわち、上ダイセット１０ａにおいて、上インナーパンチ１２、上アウターパンチ１４及び上ボスパンチ１６には、上パンチプレート４８が連結される。下ダイセット１０ｂにおいて、下ボスパンチ２２にはベースプレート５０が連結され、下アウターパンチ２０には第１フローティングプレート５２が連結され、下インナーパンチ１８には第２フローティングプレート５４が連結される。また、ダイス２４にはダイスプレート５６が連結され、センターコアロッド２６には下ラムプレート５８が連結される。
【００４１】
本実施形態の場合、上パンチプレート４８、ベースプレート５０、第１フローティングプレート５２、第２フローティングプレート５４、ダイスプレート５６及び下ラムプレート５８は、上インナーパンチ１２や下インナーパンチ１８等の各金型よりも大きな外径からなり、例えば、円盤状に構成される（図３参照）。なお、これら各プレートは矩形状や他の形状とすることもできる。
【００４２】
前記上パンチプレート４８は、上インナーパンチ１２、上アウターパンチ１４及び上ボスパンチ１６を下降させ、対向する下インナーパンチ１８や下ボスパンチ２２等との間での加圧作用により、２段ギア１００の成形空間であるキャビティＣ（図５参照）に充填された粉末材料を圧粉成形する。図４に示すように、上アウターパンチ１４及び上ボスパンチ１６の上端側が上パンチプレート４８に固定され、上インナーパンチ１２の上端側は油圧シリンダ機構６０を介して上パンチプレート４８に連結される。
【００４３】
前記ベースプレート５０は、上面側に下ボスパンチ２２の下端側が固定され、下面側が床面に対して直接又は脚部等（図示せず）により固定される。従って、ベースプレート５０及び下ボスパンチ２２は、２段ギア１００の圧粉成形時、上下（加圧）方向には移動せず、一定位置に保持される。
【００４４】
前記第１フローティングプレート５２は、上面側に下アウターパンチ２０の下端側が固定され、下面側が油圧シリンダ機構６２を介してベースプレート５０に連結される。これにより、第１フローティングプレート５２及び下アウターパンチ２０は、ベースプレート５０に対して上下（加圧）方向にフローティング支持される。
【００４５】
前記第２フローティングプレート５４は、上面側に下インナーパンチ１８の下端側が連結固定され、下面側が油圧シリンダ機構６４を介してベースプレート５０に連結される。これにより、第２フローティングプレート５４及び下インナーパンチ１８は、ベースプレート５０に対して上下（加圧）方向にフローティング支持される。
【００４６】
このような第１フローティングプレート５２と第２フローティングプレート５４の間には、第１フローティングプレート５２の下降（下方向変位）を規制するストッパ６３ａ、６３ｂが設けられる。また、第２フローティングプレート５４とベースプレート５０との間には、第２フローティングプレート５４の下降（下方向変位）を規制するストッパ６５ａ、６５ｂが設けられる。
【００４７】
前記ダイスプレート５６は、内周側にダイス２４の外側面が連結固定され、下面側にガイドポスト６６が突設される。該ガイドポスト６６は、第１フローティングプレート５２、第２フローティングプレート５４及びベースプレート５０を貫通するガイド孔５２ａ、５４ａ、５０ａを挿通し、下ラムプレート５８に連結固定される。すなわち、第１フローティングプレート５２及び第２フローティングプレート５４は、ガイドポスト６６によりガイドされた状態でフローティングする。
【００４８】
前記下ラムプレート５８は、ベースプレート５０の下方に配置され、上面側にセンターコアロッド２６及びガイドポスト６６の下端側が固定される。また、下ラムプレート５８の上面側は油圧シリンダ機構６８を介してベースプレート５０に連結される。つまり、下ラムプレート５８及びダイスプレート５６はガイドポスト６６により一体に構成され、これらは油圧シリンダ機構６８を介してベースプレート５０に連結されている。
【００４９】
前記ガイドポスト６６や油圧シリンダ機構６０、６２、６４、６８は、上記した各金型を避けた位置、例えば、図３に示すように、第２フローティングプレート５４では、下インナーパンチ１８を避けて周状に等間隔で複数個配置される。
【００５０】
また、このような圧粉成形金型装置１０では、上インナーパンチ１２や下インナーパンチ１８の材質としては、高速度工具鋼（ＳＫＨ）や熱間ダイス鋼（ＳＫＤ６１）が好ましく、コア金型３２ａ、３２ｂや下ボスパンチ２２の材質としては、超硬（超硬合金）が好ましい。
【００５１】
次に、基本的には以上のように構成される圧粉成形金型装置１０により、歯車部品である２段ギア１００を圧粉成形する方法及び作用効果について、図６〜図９を参照して説明する。図６〜図９は、図３に示す圧粉成形金型装置１０により２段ギア１００を圧粉成形する様子を示す一部省略断面側面図である。図６〜図９では、簡単のため、圧粉成形金型装置１０及び２段ギア１００は中心線ＣＬで分割した一方側のみを図示しており、他方側は省略している。
【００５２】
先ず、図６に示すように、圧粉成形金型装置１０を成形開始前の初期状態とする。すなわち、油圧シリンダ機構６２を延伸させることにより第１フローティングプレート５２を介して下アウターパンチ２０を上死点位置とし、油圧シリンダ機構６４を延伸させることにより第２フローティングプレート５４を介して下インナーパンチ１８を上死点位置とする。さらに、油圧シリンダ機構６８を収縮させることによりガイドポスト６６により連結されたダイスプレート５６及び下ラムプレート５８を介して、ダイス２４及びセンターコアロッド２６を上死点位置とする。なお、図６〜図９では、ダイスプレート５６や第１フローティングプレート５２等の上記初期状態における上下（加圧）方向での位置を、矢印Ｓ１〜Ｓ５により示している。
【００５３】
また、上ダイセット１０ａでは、油圧シリンダ機構６０が延伸され、上アウターパンチ１４や上ボスパンチ１６よりも上インナーパンチ１２がやや突出した状態とされる。
【００５４】
そして、ダイス２４、下アウターパンチ２０、下インナーパンチ１８、下ボスパンチ２２及びセンターコアロッド２６で囲まれるキャビティＣに、所定量の粉末材料Ｐを充填する（図６参照）。
【００５５】
次いで、上パンチプレート４８の下降を開始して、図７に示すように、上ダイセット１０ａを構成する上インナーパンチ１２、上アウターパンチ１４及び上ボスパンチ１６と、下ダイセット１０ｂを構成する下インナーパンチ１８、下アウターパンチ２０、下ボスパンチ２２、ダイス２４及びセンターコアロッド２６との間で粉末材料Ｐの圧縮（圧粉成形）を開始する。
【００５６】
本実施形態の場合、油圧シリンダ機構６２、６４により第１フローティングプレート５２及び第２フローティングプレート５４のフローティング機構を構成している。さらに、上インナーパンチ１２等からの押圧力に対する上下（加圧）方向での前記フローティング機構の反発力（耐荷重）は、２段ギア１００の円盤部１０２を所定の粉末材料密度以上からなる成形体に予備的に成形できる程度に、十分に高く設定されている。
【００５７】
従って、上パンチプレート４８がある程度下降し、下インナーパンチ１８や下アウターパンチ２０に対する上インナーパンチ１２や上アウターパンチ１４からの押圧力（荷重）が所定値以上となるまでは、下インナーパンチ１８や下アウターパンチ２０はほとんど下降することなく（図７中の矢印Ｓ１〜Ｓ５参照）、２段ギア１００の円盤部１０２が、第２ギア部１０６を含むボス部１０５に先んじて成形される。
【００５８】
続いて、上パンチプレート４８がさらに下降し、下インナーパンチ１８に対する上インナーパンチ１２等から粉末材料Ｐを介した押圧力（荷重）が油圧シリンダ機構６４の前記所定値を超えると、図８に示すように、ストッパ６５ａとストッパ６５ｂとが当接する。これにより、第２フローティングプレート５４が下死点位置となり、すなわち、下インナーパンチ１８が下死点位置となってそれ以上の下降が規制される。
【００５９】
また、このような成形時、次第に成形されつつ下降する粉末材料Ｐ（成形体）の位置に応じて油圧シリンダ機構６８が伸長され、ダイスプレート５６及び下ラムプレート５８を介して、ダイス２４及びセンターコアロッド２６も下降する。
【００６０】
そして、上パンチプレート４８がさらに下降し、下アウターパンチ２０に対する上アウターパンチ１４等から粉末材料Ｐを介した押圧力（荷重）が油圧シリンダ機構６２の前記所定値を超えると、図９に示すように、ストッパ６３ａとストッパ６３ｂとが当接する。これにより、第１フローティングプレート５２が下死点位置となり、すなわち、下アウターパンチ２０が下死点位置となってそれ以上の下降が規制される。
【００６１】
従って、さらに上パンチプレート４８が下降して、所定の圧縮力で粉末材料Ｐが圧縮されることで圧粉成形が完了し、２段ギア１００を構成する圧粉成形体が得られることになる（図９参照）。なお、この後、２段ギア１００の圧粉成形体を図示しない焼結装置へ移送し、該焼結装置で焼結させることで２段ギア１００（焼結体）が完成する。この場合、２段ギア１００を構成する前記粉末材料Ｐとしては、焼き入れ性等を考慮して、例えばＦｅ（鉄）を主体とし、Ｎｉ（ニッケル）、Ｍｏ（モリブデン）及びＣｕ（銅）等が添加されたものが好適である。
【００６２】
以上のように、本実施形態に係る圧粉成形金型装置１０では、第１フローティングプレート５２及び第２フローティングプレート５４のフローティング機構が油圧シリンダ機構６２、６４により構成されるため、上インナーパンチ１２等からの押圧力に対し、高い剛性（反発力）を有して構成されている。
【００６３】
従って、上パンチプレート４８の下降による上インナーパンチ１２や上ボスパンチ１６からの荷重（負荷）に対して、下インナーパンチ１８や下ボスパンチ２２が容易に下降してしまうことがない。このため、第２ギア部１０６を含むボス部１０５の成形がなされる前に、円盤部１０２の成形がほとんど完了に近い状態までなされることになり、すなわち、円盤部１０２での粉末材料Ｐの密度が先に向上し、該円盤部１０２が所定の密度以上からなる成形体（予備成形体）に成形される。これにより、図８に示すように、下インナーパンチ１８が下死点位置に到達した後のボス部１０５の成形段階において、図８中の粉末材料Ｐ中に矢印で示す、第２ギア部１０６を含むボス部１０５から、円盤部１０２側への粉末材料Ｐの流動が極めて少ないものとなる。このため、第２ギア部１０６を含む肉厚のボス部１０５での粉末材料Ｐの密度を十分に高めることができ、該ボス部１０５の強度を向上させることができる。
【００６４】
また、圧粉成形金型装置１０では、上記のように、下インナーパンチ１８にＳＫＨが用いられ、下ボスパンチ２２に超硬が用いられている。ここで、ＳＫＨのヤング率は２１０００ｋｇｆ／ｍｍ2程度であり、超硬のヤング率は約５３０００ｋｇｆ／ｍｍ2程度であり、つまり、下インナーパンチ１８よりも下ボスパンチ２２の方が高い剛性とされている。従って、荷重がかけられた際、下インナーパンチ１８に比べて、下ボスパンチ２２での歪み量は大幅に少なく、例えば、下インナーパンチ１８が約１ｍｍ歪む場合に、下ボスパンチ２２は約０．３ｍｍ歪むことになる。
【００６５】
このため、圧粉成形時、高密度化が要求されるボス部１０５において、該ボス部１０５を成形する下ボスパンチ２２の歪みを大幅に低減することができ、該ボス部１０５での粉末材料Ｐの密度を一層高めることができる。さらに、下インナーパンチ１８に比べて、下ボスパンチ２２での歪み量が少なく設定されているため、ボス部１０５での粉末材料Ｐの密度は一層向上する。しかも、下ボスパンチ２２は、長尺でやや細い棒状であることから、その材質をヤング率の高い超硬とすることで、圧粉成形時の歪み量の低減効果を一層顕著に得ることができる。
【００６６】
さらに、圧粉成形金型装置１０では、下インナーパンチ１８において、中空部１０８ａ、１０８ｂを成形するためのコア金型３２ａ、３２ｂが、リング状金型３０の一端面にボルト３４により固定されている。つまり、コア金型３２ａ、３２ｂが分割構造（分離自在な構造）とされており、このため、その根元部付近への応力集中が回避される。従って、下インナーパンチ１８では、前記応力集中によりコア金型３２ａ、３２ｂやリング状金型３０に亀裂や破損が生じることを確実に防止することができる。
【００６７】
ここで、図１０〜図１４を参照して、第１フローティングプレート５２及び第２フローティングプレート５４をフローティング支持する油圧シリンダ機構６２、６４を、エアシリンダ機構７２、７４に変更した圧粉成形金型装置１１による圧粉成形について説明する。なお、前記油圧シリンダ機構６２、６４の耐荷重である前記反発力は、例えば、約２０ｔｏｎであり、エアシリンダ機構７２、７４での耐荷重である前記反発力は、例えば、約４００ｋｇである。
【００６８】
この場合、先ず、図１０に示すように、圧粉成形金型装置１０の場合（図６参照）と同様に、圧粉成形金型装置１１が成形開始前の初期状態とされる。
【００６９】
次いで、上パンチプレート４８の下降が開始され、図１１に示すように、上ダイセット１０ａを構成する上インナーパンチ１２、上アウターパンチ１４及び上ボスパンチ１６と、下ダイセット１０ｂを構成する下インナーパンチ１８、下アウターパンチ２０、下ボスパンチ２２、ダイス２４及びセンターコアロッド２６との間で粉末材料Ｐの圧縮が開始される。
【００７０】
圧粉成形金型装置１１では、エアシリンダ機構７２、７４により第１フローティングプレート５２及び第２フローティングプレート５４のフローティング機構を構成している。このため、上インナーパンチ１２等からの押圧力に対する上下（加圧）方向でのフローティング機構の反発力は、油圧シリンダ機構６２、６４の場合に比べて大幅に小さく、２段ギア１００の円盤部１０２を成形できる反発力（耐荷重）は有していない。従って、上パンチプレート４８の下降に応じて、下インナーパンチ１８や下アウターパンチ２０が下降してしまうため（図１１中の矢印Ｓ１〜Ｓ５参照）、圧粉成形金型装置１０の場合（図７参照）のような円盤部１０２の成形は行われないことになる。
【００７１】
すなわち、圧粉成形金型装置１１では、上パンチプレート４８がさらに下降し、これに伴って下インナーパンチ１８がさらに下降して、図１２に示すように、ストッパ６５ａとストッパ６５ｂとが当接し、第２フローティングプレート５４及び下インナーパンチ１８が下死点位置となるまでは円盤部１０２の成形はほとんどなされない。このため、図１２中の粉末材料Ｐ中に矢印で示す、第２ギア部１０６を含むボス部１０５から、円盤部１０２側への粉末材料Ｐの流動が極めて大きいものとなり、該第２ギア部１０６を含む肉厚のボス部１０５での粉末材料Ｐの密度が低下して、該ボス部１０５の強度が低下する。
【００７２】
従って、圧粉成形金型装置１１では、下アウターパンチ２０が下降して、ストッパ６３ａとストッパ６３ｂとが当接した段階から（図１３参照）、２段ギア１００の圧粉成形が部品全体として開始されることになり、第２ギア部１０６を含むボス部１０５での強度を向上させることが困難となる。
【００７３】
なお、上記実施形態に係る圧粉成形金型装置１０にて圧粉成形される歯車部品は２段ギア１００に限らず、例えば、ボス部１０５に第２ギア部１０６が形成されないもの（１段ギア）であってもよい。この場合にも、圧粉成形金型装置１０によれば、使用時に大きな負荷がかかるボス部１０５の強度を向上させることができる。
【００７４】
また、２段ギア１００の形状や２段ギア１００における中空部１０８ａ、１０８ｂの形状は、図１及び図２に示す形状には限定されないのは勿論である。同様に、コア金型３２ａ、３２ｂ等の形状も図１等に示す形状に限定されるものではない。
【００７５】
なお、本発明は上記実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは当然可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の一実施形態に係る圧粉成形金型装置によって圧粉成形される歯車部品である２段ギアを示す斜視図である。
【図２】図１に示す２段ギアを第２ギア部側から見た斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る圧粉成形金型装置を示す一部分解概略斜視図である。
【図４】図３に示す圧粉成形金型装置の概略断面側面図である。
【図５】図３に示す圧粉成形金型装置を構成する金型部分を拡大した一部省略拡大断面側面図である。
【図６】図３に示す圧粉成形金型装置による２段ギアの圧粉成形を開始する直前の状態を示す一部省略断面側面図である。
【図７】図６に示す状態から、上パンチプレートの下降を開始した状態を示す一部省略断面側面図である。
【図８】図７に示す状態から、上パンチプレートがさらに下降され、下インナーパンチが下死点位置に到達した状態を示す一部省略断面側面図である。
【図９】図８に示す状態から、上パンチプレートがさらに下降され、２段ギアの圧粉成形が完了した状態を示す一部省略断面側面図である。
【図１０】図３に示す圧粉成形金型装置の比較例に係る圧粉成形金型装置による２段ギアの圧粉成形を開始する直前の状態を示す一部省略断面側面図である。
【図１１】図１０に示す状態から、上パンチプレートの下降を開始した状態を示す一部省略断面側面図である。
【図１２】図１１に示す状態から、上パンチプレートがさらに下降され、下インナーパンチが下死点位置に到達した状態を示す一部省略断面側面図である。
【図１３】図１２に示す状態から、上パンチプレートがさらに下降され、２段ギアの圧粉成形が完了した状態を示す一部省略断面側面図である。
【符号の説明】
【００７７】
１０、１１…圧粉成形金型装置        １０ａ…上ダイセット
１０ｂ…下ダイセット                １２…上インナーパンチ
１４…上アウターパンチ              １６…上ボスパンチ
１８…下インナーパンチ              ２０…下アウターパンチ
２２…下ボスパンチ                  ２４…ダイス
２６…センターコアロッド            ２８…ギア成形金型
３０…リング状金型                  ３２ａ、３２ｂ…コア金型
４８…上パンチプレート              ５０…ベースプレート
５２…第１フローティングプレート    ５４…第２フローティングプレート
５６…ダイスプレート                ５８…下ラムプレート
６０、６２、６４、６８…油圧シリンダ機構
６６…ガイドポスト                  ７２、７４…エアシリンダ機構
１００…２段ギア                    １０２…円盤部
１０４…第１ギア部                  １０５…ボス部
１０６…第２ギア部
Ｃ…キャビティ                      Ｐ…粉末材料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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