(57)【要約】      （修正有）【課題】中空部を有する形状の２段ギアを圧粉成型するための２段ギア圧粉成型用金型において、亀裂や破損の発生を防止する。【解決手段】下型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の中央部に第２ギア部１０６が突設され、第１ギア部１０４と第２ギア部１０６との間には中空部１０８ａ、１０８ｂが形成される２段ギア１００を成型するための２段ギア圧粉成型用金型である。この下型１０は、第２ギア部１０６を成型するギア成型金型１６と、ギア成型金型１６に圧縮応力を付与するリング状金型１８と、リング状金型１８の一端面に分離自在に突設され、前記中空部１０８ａ、１０８ｂを成型するコア金型２０ａ、２０ｂとを有し、コア金型２０ａ、２０ｂとリング状金型１８とは、ノック部材３０を介して互いに位置決め固定されている。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円盤部の外周に第１ギア部が設けられ、前記円盤部の中央部には前記第１ギア部より小径の第２ギア部が突設され、
前記円盤部における前記第１ギア部と前記第２ギア部との間には中空部が形成されてなる２段ギアを成型するための２段ギア圧粉成型用金型であって、
前記第２ギア部を成型するギア成型金型と、
前記ギア成型金型に圧縮応力を付与するリング状金型と、
前記リング状金型の一端面に分離自在に突設され、前記中空部を成型するコア金型とを有し、
前記コア金型と前記リング状金型とは、回転防止手段を介して互いに位置決め固定されていることを特徴とする２段ギア圧粉成型用金型。
【請求項２】
請求項１記載の２段ギア圧粉成用金型において、
前記回転防止手段は、前記コア金型及び前記リング状金型に形成された位置決め孔に嵌挿されるノック部材からなることを特徴とする２段ギア圧粉成型用金型。
【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２段ギアを成型するための２段ギア圧粉成型用金型に関する。
【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圧粉（加圧）成型し、成型体を焼結することにより所望の形状を有する焼結成型体を得ることが行われている。
【０００３】
この種の従来技術において、例えば、特許文献１には、円盤部の外周に大径のギア部が設けられ、それより小径のギア部が該円盤部の中央部に突設された２段ギアを成型するための装置が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１９５０１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のような２段ギアは、ギア部が２つ設けられる構造のため重量が増加する傾向にある。しかしながら、その使用条件によっては、必要な強度を保持しつつも、十分な軽量化が要求されることがある。
【０００６】
そこで、２段ギアの軽量化を図る考案として、例えば、図７及び図８に示すような形状からなる２段ギア１００を挙げることができる。この２段ギア１００は、円盤部１０２の外周に第１ギア部１０４が設けられ、前記円盤部１０２の中央部には第１ギア部１０４よりも小径の第２ギア部１０６が突設される。そして、第１ギア部１０４と第２ギア部１０６との間の円盤部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。２段ギア１００では、これら中空部１０８ａ、１０８ｂを設けることに、強度をほとんど損失することなく、軽量化を実現している。なお、２段ギア１００において、その中央部に設けられた貫通孔１０９は、例えば、該２段ギア１００の回転軸が挿通する孔部である。
【０００７】
ところが、上記のような中空部を有する２段ギアの圧粉成型については、上記従来技術では全く考慮がなく、特に、その金型形状等についての記載はない。
【０００８】
そこで、２段ギアの中空部を成型するための圧粉成型用金型として、例えば、図９及び図１０に示す形状のものを考えてみる。図９及び図１０に示す下型１１０（下パンチ）は、前記２段ギア１００の中空部１０８ａ、１０８ｂを成型する部位を有する金型である。すなわち、下型１１０には、中空部１０８ａ、１０８ｂの形状に対応する突起部１１２ａ、１１２ｂが、ギア成型金型１１４と一体に構成されるリング状金型１１６の一端面に形成されている。この構成によれば、図示しない上型等を用いることで、前記突起部１１２ａ、１１２ｂにより、２段ギア１００の中空部１０８ａ、１０８ｂを容易に圧粉成型することができる。
【０００９】
しかしながら、このような下型１１０では、圧粉成型時、突起部１１２ａ、１１２ｂの根元部付近に応力集中が生じることが認められ、この応力集中により、前記根元部だけでなく、その近傍のリング状金型１１６端面や突起部１１２ａ、１１２ｂの周面（垂立面）等にも亀裂（クラック）や破損が発生することが確認された。
【００１０】
本発明は上記課題を考慮してなされたものであり、中空部を有する形状の２段ギアを圧粉成型するための２段ギア圧粉成型用金型において、圧粉成型時、前記中空部を成型するためのコア金型の根元部等への応力集中を回避して、亀裂や破損の発生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】
【００１１】
本発明の２段ギア圧粉成型用金型は、円盤部の外周に第１ギア部が設けられ、前記円盤部の中央部には前記第１ギア部より小径の第２ギア部が突設され、前記円盤部における前記第１ギア部と前記第２ギア部との間には中空部が形成されてなる２段ギアを成型するための２段ギア圧粉成型用金型であって、前記第２ギア部を成型するギア成型金型と、前記ギア成型金型に圧縮応力を付与するリング状金型と、前記リング状金型の一端面に分離自在に突設され、前記中空部を成型するコア金型とを有し、前記コア金型と前記リング状金型とは、回転防止手段を介して互いに位置決め固定されていることを特徴とする。
【００１２】
このような構成によれば、前記中空部を成型するためのコア金型が分離自在にリング状金型の一端面に突設されているため、圧粉成型時における該コア金型の根元部付近への応力集中が回避される。従って、前記応力集中によりコア金型やリング状金型に亀裂や破損が生じることを防止することができる。また、コア金型とリング状金型とは回転防止手段を介して互いに位置決め固定されるため、コア金型をリング状金型へと所望の位置（姿勢）で確実に取り付けできる。しかも、回転防止手段を設けたことにより、コア金型の固定位置（姿勢）がずれることもない。
【００１３】
また、前記回転防止手段が、前記コア金型及び前記リング状金型に形成された位置決め孔に嵌挿されるノック部材から構成されると、前記応力集中が該ノック部材に生じることになるが、該ノック部材はコア金型やリング状金型に比べて相当に簡素且つ安価に製作することができる。このため、仮に、ノック部材に亀裂や破損が生じたとしても、容易に交換可能であるため、結果として、コア金型やリング状金型の耐久性（金型寿命）を大幅に向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、２段ギアにおける中空部を成型するためのコア金型を分離自在にリング状金型の一端面に突設している。このため、コア金型をリング状金型と一体に形成した場合に比べ、圧粉成型時における該コア金型の根元部付近への応力集中を回避して、これらコア金型やリング状金型に亀裂や破損が生じることを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る２段ギア圧粉成型用金型について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係る２段ギア圧粉成型用金型を構成する下型１０（下パンチ）の一部分解斜視図である。図２は、図１に示す下型１０の平面図である。図３は、図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図である。
【００１７】
下型１０は、２段ギアの一例である２段ギア１００（図７及び図８参照）を圧粉（加圧）成型する際に用いられる金型の１つであって、具体的には第２ギア部１０６や中空部１０８ａ、１０８ｂ等を成型する金型である。そして、下型１０は、図４及び図５に示すように、下アウターパンチ４０、上型１２（上パンチ）、上アウターパンチ４２、上部段差成型パンチ４４、歯型成型金型１４（ダイ）、下部段差成型パンチ４６及びセンターコアロッド４８と共に用いられることで２段ギア１００を圧粉成型する。
【００１８】
この下型１０は、２段ギア１００の第２ギア部１０６を成型するギア成型金型１６と、該ギア成型金型１６が嵌挿されると共に、２段ギア１００の円盤部１０２を成型するリング状金型１８と、該リング状金型１８の一端面（図１の上端面）に突設され、２段ギア１００の中空部１０８ａ、１０８ｂを成型するコア金型２０ａ、２０ｂとから構成される。
【００１９】
ギア成型金型１６は、略円筒形状であって、内周面には前記第２ギア部１０６を成型するための歯型１６ａ（ギア型）が形成されている。図３に示すように、ギア成型金型１６の肉厚ｔは、後述するリング状金型１８からの圧縮応力に確実に耐え得る（受けとめ得る）十分な厚さ、例えば、歯型１６ａの歯丈ｈよりも十分に大きな厚さとされる。
【００２０】
リング状金型１８は、貫通孔１８ａ内にギア成型金型１６が嵌挿可能な円筒形状からなり、その一端面（図１の上端面）で２段ギア１００における円盤部１０２の第２ギア部１０６側を成型する。また、貫通孔１８ａにはギア成型金型１６が、例えば焼き嵌めにより嵌挿される。つまり、リング状金型１８とギア成型金型１６とは同軸状に配置されており、ギア成型金型１６の外周面側にリング状金型１８の内周面が当接し、両者は確実に固着される。
【００２１】
さらに、リング状金型１８の前記一端面には、コア金型２０ａ、２０ｂを取り付けるためのボルト２２が螺入される雌ねじ部１８ｂが環状に形成される。一方、リング状金型１８の他端面（図１の下端面）には、図示しない成型装置に該リング状金型１８（下型１０）を固定するための雌ねじ部２３が形成される。
【００２２】
コア金型２０ａ、２０ｂは、上記のように２段ギア１００の中空部１０８ａ、１０８ｂを成型するための金型であり、該中空部１０８ａ、１０８ｂの形状に対応するブロック形状からなる。すなわち、コア金型２０ａは断面略楕円形状であり、中空部１０８ａを成型し、コア金型２０ｂは断面略矩形状であり、中空部１０８ｂを成型する。
【００２３】
また、コア金型２０ａ、２０ｂの中央部には、ボルト孔２４が貫通している。これにより、コア金型２０ａ、２０ｂは、リング状金型１８の一端面に、ボルト２２と雌ねじ部１８ｂとにより確実に締結固定される。
【００２４】
そして、図３に示すように、リング状金型１８における雌ねじ部１８ｂの開口端近傍、及び、コア金型２０ａ、２０ｂにおけるボルト孔２４のリング状金型１８側（図３の下側）開口端近傍には、夫々の開口端と連通する位置決め孔２６、２８が形成される。位置決め孔２６、２８には、円筒形状部材の一部の周面を切欠いた形状からなるノック部材３０（図１参照）が嵌挿される。すなわち、位置決め孔２６、２８の形状（径方向断面形状）もノック部材３０と同様、円の一部を切り欠いた形状からなる（図１及び図２参照）。
【００２５】
従って、下型１０では、ノック部材３０と位置決め孔２６、２８とによる位置決め作用により、コア金型２０ａ、２０ｂがリング状金型１８の一端面において、確実に所望の位置（姿勢）で固定される。さらに、ノック部材３０と位置決め孔２６、２８とは、上記のような形状から構成されるため、使用時にコア金型２０ａ、２０ｂが回転するような不都合も防止することができる。このように、ノック部材３０は位置決め孔２６、２８と共に、コア金型２０ａ、２０ｂの回転防止手段（位置決め手段）として機能する。
【００２６】
なお、このような下型１０の材質としては、ギア成型金型１６及びリング状金型１８の上端面（パンチ）には、例えば粉末ハイス（高速度工具鋼）が用いられ、リング状金型１８の外周部には、例えば熱間ダイス鋼（ＳＫＤ６１）が用いられ、コア金型２０ａ及び２０ｂには、例えば超硬が用いられる。
【００２７】
一方、図４及び図５に示すように、下アウターパンチ４０は、前記歯型成型金型１４と共に２段ギア１００における第１ギア部１０４周辺部を成型する金型である。この下アウターパンチ４０は、貫通孔５０を有する略円筒形状からなり、外周面上部には歯型５２が周設されている。そして、貫通孔５０には下型１０が嵌挿され、歯型５２は歯型成型金型１４の後述する歯型３８（ギア型）に噛合する。なお、前記歯型５２と歯型３８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いる。
【００２８】
上型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（ボス側）を成型する金型である。この上型１２は、円盤部１０２の前記ボス側を成型する円盤状の円盤金型３２と、圧粉成型時に下型１０のコア金型２０ａ、２０ｂが挿通する逃げ部であるコア金型挿通孔３４ａ、３４ｂと、中心部を貫通する貫通孔３６とを有する。さらに、前記コア金型挿通孔３４ａ、３４ｂの中心部には、貫通孔３５ａ、３５ｂが貫通している。
【００２９】
上アウターパンチ４２は、前記下アウターパンチ４０と同様、前記歯型成型金型１４と共に２段ギア１００における第１ギア部１０４周辺部を成型する金型である。この上アウターパンチ４２は、貫通孔５６を有する略円筒形状からなり、外周面下部には歯型５８が周設されている。そして、貫通孔５６には上型１２が嵌挿され、歯型５８は歯型成型金型１４の歯型３８に噛合する。なお、前記歯型５８と歯型３８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いる。
【００３０】
上部段差成型パンチ４４は、中心部を貫通する貫通孔６０を有する円筒形状である。この上部段差成型パンチ４４は、前記上型１２の貫通孔３６に下端面が円盤金型３２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（図５参照）、２段ギア１００における第２ギア部１０６側とは反対側の貫通孔１０９周縁の段差部（ボス部）を成型する金型である。
【００３１】
歯型成型金型１４は、下アウターパンチ４０及び上アウターパンチ４２と共に２段ギア１００における第１ギア部１０４を成型する金型である。この歯型成型金型１４は圧粉成型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、２段ギア１００における第１ギア部１０４を成型する歯型３８が形成されている。そして、歯型３８に下アウターパンチ４０の歯型５２及び上アウターパンチ４２の歯型５８が挿入され噛合し、歯型５２及び歯型５８が該歯型３８の高さ方向中心部付近から所定距離（第１ギア部１０４の高さ分）オフセットして対向配置されることで、第１ギア部１０４が成型される。
【００３２】
下部段差成型パンチ４６は、中心部を貫通する貫通孔６２を有する円筒形状からなり、外周面上部には歯型６４が周設されている。この下部段差成型パンチ４６は、歯型６４が下型１０の歯型１６ａに噛合するように、その上端面がリング状金型１８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（図５参照）、２段ギア１００における第２ギア部１０６の端面を成型する金型である。
【００３３】
センターコアロッド４８は、大径部６６と小径部６８とからなる段付き円柱形状からなり、前記大径部６６が下部段差成型パンチ４６の貫通孔６２から上部段差成型パンチ４４の貫通孔６０まで嵌挿されることで、２段ギア１００における貫通孔１０９を成型する金型である。
【００３４】
次に、基本的には以上のように構成される下型１０の実施態様として、上型１２や歯型成型金型１４等と共に、図７及び図８に示す２段ギア１００を焼結圧粉成型する方法及び作用効果について説明する。
【００３５】
先ず、下型１０のリング状金型１８の外周面を下アウターパンチ４０の貫通孔５０に嵌挿させ、上型１２の外周面を上アウターパンチ４２の貫通孔５６に嵌挿させる（図５参照）。次いで、下アウターパンチ４０の歯型５２を歯型成型金型１４の歯型３８へと噛合させると共に、下部段差成型パンチ４６及びセンターコアロッド４８を下型１０の歯型１６ａ下方から挿入し、２段ギア１００が成型される成型空間Ｓに、図示しない粉末材料を充填する。その後、図示しない駆動源により、上型１２の貫通孔３６に上部段差成型パンチ４４を嵌挿させた状態で、これらを下型１０及び歯型成型金型１４に対して下降変位させ、同時に図示しないプランジャにより上部段差成型パンチ４４を変位させることで、前記粉末材料を圧粉（加圧）成型する（図６参照）。
【００３６】
そして、上型１２及び上アウターパンチ４２を下型１０及び歯型成型金型１４から離間させると共に、下部段差成型パンチ４６及びセンターコアロッド４８を嵌脱させ、さらに、下型１０と歯型成型金型１４とを嵌脱させることにより、図７及び図８に示す形状からなる２段ギア１００（成型体）を得る。この後、２段ギア１００（成型体）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。なお、このような２段ギア１００を構成する前記粉末材料としては、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を用いるとよい。
【００３７】
ところで、前記圧粉成型時、上記のように、図９及び図１０に示す形状の下型１１０では、突起部１１２ａ、１１２ｂの根元部付近に応力集中が生じるため、該根元部及びその周辺部に亀裂や破損が生じてしまう可能性があった。
【００３８】
これに対して、本実施形態に係る下型１０では、中空部１０８ａ、１０８ｂを成型するためのコア金型２０ａ、２０ｂが、リング状金型１８の一端面にボルト２２により固定されている。つまり、コア金型２０ａ、２０ｂ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、下型１０では、前記応力集中によりコア金型２０ａ、２０ｂやリング状金型１８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。
【００３９】
なお、コア金型２０ａ、２０ｂは、リング状金型１８に対してノック部材３０及びボルト２２を介して取り付けられている。このため、前記圧粉成型時にコア金型２０ａ、２０ｂへと生じる応力は、ノック部材３０やボルト２２へと集中することが考えられる。ところが、これらノック部材３０やボルト２２は、リング状金型１８等と比べて相当に簡素且つ安価であり、予備部品の用意も比較的容易である。従って、仮に、ノック部材３０やボルト２２に亀裂や破損が生じたとしても、これらは簡単に交換可能であるため、結果として、下型１０の耐久性（金型寿命）を大幅に向上させることが可能となる。
【００４０】
また、前記圧粉成型時には、リング状金型１８からギア成型金型１６へと、図６の矢印Ａにて示すような圧縮応力が付与される。この際、リング状金型１８では、ボルト２２による締結補強作用により、ギア成型金型１６に対して一層高い圧縮応力を生じさせることができる。これにより、第２ギア部１０６が一層高精度且つ高強度に成型される。しかも、上記のように、ギア成型金型１６の肉厚ｔを歯型１６ａの歯丈ｈよりも十分に厚くしているため、ギア成型金型１６に撓み等が生じることがなく、前記圧縮応力を歯型１６ａに確実に伝達させることができる。
【００４１】
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。
【００４２】
例えば、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７及び図８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２０ａ、２０ｂ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。
【００４３】
また、ノック部材３０及び該ノック部材３０が嵌挿される位置決め孔２６、２８の形状は、コア金型２０ａ、２０ｂの回転防止及び位置決めが可能な形状であればよく、例えば、中心にボルト２２が挿通する孔部を有する矩形等でもよい。
【００４４】
さらに、２段ギア１００を成型するために下型１０と共に用いられる各金型は、上記した下アウターパンチ４０、上型１２、上アウターパンチ４２、上部段差成型パンチ４４、歯型成型金型１４、下部段差成型パンチ４６及びセンターコアロッド４８に限定されるものではなく、下型１０と共に用いられることで２段ギア１００を成型可能な構成であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態に係る２段ギア圧粉成型用金型を構成する下型の一部分解斜視図である。
【図２】図１に示す下型の平面図である。
【図３】図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図である。
【図４】図１に示す下型と共に２段ギアの成型に使用される各金型を説明するための斜視図である。
【図５】図４に示す下型及び各金型の縦断面図である。
【図６】図４に示す下型及び各金型により２段ギアを成型している状態を説明するための縦断面図である。
【図７】図４に示す下型及び各金型により成型される２段ギアのボス側を示す斜視図である。
【図８】図７に示す２段ギアの第２ギア部側を示す斜視図である。
【図９】図１に示す下型の比較例に係る金型を示す平面図である。
【図１０】図９の線Ｘ−Ｘにおける断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０、１１０…下型                  １２…上型
１４…歯型成型金型                  １６、１１４…ギア成型金型
１６ａ、３８、５２、５８、６４…歯型
１８、１１６…リング状金型
１８ａ、３５ａ、３５ｂ、３６、５０、５６、６０、６２、１０９…貫通孔
１８ｂ、２３…雌ねじ部              ２０ａ、２０ｂ…コア金型
２２…ボルト                        ２４…ボルト孔
２６、２８…位置決め孔              ３０…ノック部材
３２…円盤金型                      ３４ａ、３４ｂ…コア金型挿通孔
４０…下アウターパンチ              ４２…上アウターパンチ
４４…上部段差成型パンチ            ４６…下部段差成型パンチ
４８…センターコアロッド            １００…２段ギア
１０２…円盤部                      １０４…第１ギア部
１０６…第２ギア部                  １０８ａ、１０８ｂ…中空部
１１２ａ、１１２ｂ…突起部
【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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