(57)【要約】      （修正有）【課題】ダイキャビティ内での金属粉末の充填密度の不均一化、また混合粉末を用いる場合における各金属粉末成分の偏析を防止しする。【解決手段】ダイキャビティ５に所定量の金属粉末７を充填した後、粉箱６の底部開口部のシャッター８を閉じ、その後、再び、下パンチ３をダイ１及びコアロッド４に対して相対的に下降移動させる。その後、粉箱６をダイ１の上面１ｂに沿ってダイキャビティ５の位置から退去移動させる。その際、ダイキャビティ５に充填された粉末７の上面と粉箱６の底部開口部のシャッター８との間に所定の空間が形成されていることにより、シャッター８の下面はダイキャビティ５に充填された金属粉末７の上面とは接触しなくなる。そのため、粉箱６の退却移動時、金属粉末７はシャッター８との接触によってダイキャビティ５の上面から掻き出されることがなく、粉箱６の退却移動後も、ダイキャビティ５内での均一な充填状態が維持される。【選択図】図２
2008075157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形孔を有するダイと、該ダイの成形孔内に配置された下パンチとを少なくとも備えた成形金型に、金属粉末を収容し、かつ、底部に開閉自在のシャッターを備えた開口部を有する粉箱から金属粉末を充填する方法であって、
前記シャッターが閉じた状態の前記粉箱を前記ダイの成形孔を包含する位置まで進出移動させ、
前記進出位置で前記粉箱のシャッターを開いた後、前記下パンチを前記ダイに対して相対的に下降させることにより、前記下パンチの相対的な下降移動に伴い前記ダイの成形孔内に漸次形成されるダイキャビティに、前記粉箱の開口部から金属粉末を充填し、
前記ダイキャビティに所定量の金属粉末が充填された時点で、前記下パンチの相対的な下降移動を停止させ、
前記粉箱のシャッターを閉じた後、再び、前記下パンチを前記ダイに対して所定量だけ相対的に下降させ、
その後、前記粉箱を前記進出位置から退却移動させることを特徴とする金属粉末の充填方法。
【請求項２】
前記下パンチの上面を前記ダイの上面に一致させた状態で、前記シャッターが閉じた前記粉箱を前記進出位置まで進出移動させることを特徴とする請求項１記載の金属粉末の充填方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形金型への金属粉末の充填方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、焼結金属部材は、原料となる金属粉末を成形金型により所定形状に圧縮成形し（以下、この圧縮成形したものを「圧粉成形体」と呼ぶ。）、焼結して得られるものであり、成形の自由度が高く、安価に製造可能である。
【０００３】
図３は、リング形状の圧粉成形体を成形する成形金型の一例を模式的に示している。この金型は、成形孔１ａを有するダイ１と、ダイ１の成形孔１ａに挿入されるコアロッド４と、上パンチ２及び下パンチ３とを備えている。通常、コアロッド４はその上面４ａがダイ１の上面１ｂと一致する位置にあり、下パンチ３はその上面３ａがダイ１の上面１ｂから所定量退避した位置まで下降し、ダイ１の成形孔１ａとコアロッド４の外周面４ｂ及び下パンチ３の上面３ａとによって環状のダイキャビティ５が形成される。そして、このダイキャビティ５に原料となる金属粉末が充填され、上パンチ２と下パンチ３とで上下方向から加圧され圧縮されて、所定のリング形状に圧縮成形される。
【０００４】
ところで、上記のダイキャビティ５に金属粉末を充填する際、金属粉末を収容した粉箱と呼ばれるものが使用される。
【０００５】
粉箱は、通常、その底部が開口した構成ものが使用されており、ダイキャビティ５への金属粉末の充填は、粉箱の底部の開口部をダイ１の上面１ｂによって閉塞した状態で、粉箱をダイ１の上面１ｂに沿って移動させ、底部の開口部がダイキャビティ５の上端開口を包含する位置で停止させることで行なわれる。
【０００６】
ところが、上記の充填方法では、粉箱が停止するまでの間にも、粉箱の底部の開口部がダイキャビティ５の上端開口に重なり始めた時点から、ダイキャビティ５に粉箱の底部の開口部から金属粉末が充填され始める。そして、この時に充填される金属粉末は、粉箱の減速に起因する慣性力が金属粉末に加わるために、粉箱が停止してから充填される金属粉末より密度が高くなる（特許文献１参照）。この充填される金属粉末内での密度の不均一化は、成形される圧粉成形体に残り、最終的に焼結金属部材にも残る。これは圧粉成形体の割れや焼結金属部材の寸法精度悪化の原因となる。
【０００７】
この問題を解決するために、特許文献１では、底部の開口部に篩板よりなるシャッター機構を有する粉箱を使用して金属粉末を充填する方法を開示している。すなわち、同文献では、底部の開口部のシャッターを閉じた状態で、金属粉末を収容した粉箱を移動させ、底部の開口部がダイキャビティの上端開口を包含する位置で停止させた後に、底部の開口部のシャッターを開いて、金属粉末を底部の開口部からダイキャビティに充填するようにしている。
【特許文献１】特開２００６−３７２１９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、上記のような底部の開口部にシャッター機構を有する粉箱を使用した充填方法であっても問題がある。この問題について、図４を参照しながら説明する。尚、図４において、図３で既に説明したものと同じものについては、同じ番号を付している。
【０００９】
図４（ａ）は、粉箱６の底部開口部のシャッター８が閉じた状態で底部開口部がダイキャビティ５の上端開口を包含する位置まで、粉箱６が移動して停止した後に、粉箱６の底部開口部のシャッター８が開いた状態を示している（粉箱６の底部開口部のシャッター８は、開いた状態のため図示をしていない。）。図４（ｂ）は、ダイキャビティ５への金属粉末７の充填が完了した後に、粉箱６の底部開口部のシャッター８が閉じた状態を示している。図４（ｃ）は、図４（ｂ）に示した状態から、粉箱６が図中の白矢印の方向に退去していく状態を示している。
【００１０】
図４（ａ）の状態では、図中の矢印で示すように、シャッター８が開くことにより、粉箱６内の金属粉末７が自重で落下してダイキャビティ５に充填される。しかしながら、金属粉末７がダイキャビティ５に自重落下する際、金属粉末７の一部がダイ１の成形孔１ａやコアロッド４の外周面４ａと接触することに伴う摩擦力によって、ダイキャビティ５の半径方向中心部と内周部及び外周部とで金属粉末７の充填密度が不均一になる傾向がある。また、金属粉末７として複数種類の金属粉末を混合した混合粉末を用いる場合、自重落下する際に、各金属粉末成分の比重の差により偏析が発生する傾向もある。
【００１１】
また、ダイキャビティ５への金属粉末の充填が終了した後、粉箱６の底部開口部のシャッター８を閉じるが｛図４（ｂ）の状態｝、このときシャッター８の下面はダイキャビティ５に充填された金属粉末７の上面に接触している。そして、この状態から、粉箱６を移動させて退却させると｛図４（ｃ）の状態｝、シャッター８の下面と接触しているダイキャビティ５の上面の金属粉末７が、粉箱６（シャッター８）の移動に伴ってダイキャビティ５の上面から掻き出され、ダイキャビティ５の上部とその他の部分とで金属粉末７の充填密度が不均一になる。
【００１２】
そして、ダイキャビティ５内での金属粉末の充填密度が不均一になることによって、圧粉成形体の密度が不均一になり、圧粉成形体の割れや焼結金属部材の寸法精度悪化の原因となる。
【００１３】
そこで、本発明は、上記のようなダイキャビティ内での金属粉末の充填密度の不均一化を防止又は抑制し、また、金属粉末として複数種類の金属粉末を混合した混合粉末を用いる場合における各金属粉末成分の偏析を防止又は抑制することにより、圧粉成形体の割れや焼結金属部材の寸法精度悪化を防止することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を解決するため、本発明は、成形孔を有するダイと、ダイの成形孔内に配置された下パンチとを少なくとも備えた成形金型に、金属粉末を収容し、かつ、底部に開閉自在のシャッターを備えた開口部を有する粉箱から金属粉末を充填する方法であって、シャッターが閉じた状態の粉箱をダイの成形孔を包含する位置まで進出移動させ、前記進出位置で粉箱のシャッターを開いた後、下パンチをダイに対して相対的に下降させることにより、下パンチの相対的な下降移動に伴いダイの成形孔内に漸次形成されるダイキャビティに、粉箱の開口部から金属粉末を充填し、ダイキャビティに所定量の金属粉末が充填された時点で、下パンチの相対的な下降移動を停止させ、粉箱のシャッターを閉じた後、再び、下パンチをダイに対して所定量だけ相対的に下降させ、その後、粉箱を前記進出位置から退却移動させる構成とした。
【００１５】
上記構成において、下パンチの上面をダイの上面に一致させた状態で、シャッターが閉じた粉箱を前記進出位置まで進出移動させるようにするのが好ましい。
【００１６】
上記の構成によれば、シャッターが閉じた状態の粉箱をダイの成形孔を包含する位置まで進出移動させ、この進出位置で粉箱のシャッターを開いた後、下パンチをダイに対して相対的に下降させることにより、下パンチの相対的な下降移動に伴い、ダイの成形孔内に漸次形成されるダイキャビティに粉箱の開口部から金属粉末を充填するので、ダイキャビティ内での金属粉末の密度の不均一化や金属粉末として複数種類の金属粉末を混合した混合粉末を用いる場合における各金属粉末成分の偏析が生じにくい。
【００１７】
また、ダイキャビティに所定量の金属粉末が充填された時点で、下パンチの相対的な下降移動を停止させ、粉箱のシャッターを閉じた後、再び、下パンチをダイに対して所定量だけ相対的に下降させ、その後、粉箱を退却移動させるので、粉箱の退却移動時、金属粉末はシャッターとの接触によってダイキャビティの上面から掻き出されることがなく、粉箱の退却移動後も、ダイキャビティ内での均一な充填状態が維持される。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明によれば、ダイキャビティ内での金属粉末の充填密度の不均一化を防止又は抑制し、また、金属粉末として複数種類の金属粉末を混合した混合粉末を用いる場合における各金属粉末成分の偏析を防止又は抑制することができ、これにより、圧粉成形体の割れや焼結金属部材の寸法精度悪化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】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、金属粉末からリング状の圧粉成形体を成形する場合を例にして、図１及び図２に基づいて説明する。尚、図１及び図２において、図３で既に説明したものと同じものについては、同じ番号を付して説明を省略する。
【００２０】
金属粉末７を収容した粉箱６は、底部に開閉自在のシャッター８を備えた開口部を有している。
【００２１】
まず、図１（ａ）に示すように、下パンチ３の上面３ａ及びコアロッド４の上面４ａがダイ１の上面１ｂと一致するようにしておき、この状態で、底部開口部のシャッター８が閉じた状態の粉箱６をダイ１の成形孔１ａに向かって進出移動させる（図中白矢印方向）。
【００２２】
そして、図１（ｂ）に示すように、粉箱６の底部開口部がダイ１の成形孔１ａを包含する位置で、粉箱６を停止させる。
【００２３】
次に、図１（ｃ）に示すように、粉箱６の底部開口部のシャッター８を開き、その後、下パンチ３をダイ１及びコアロッド４に対して相対的に下降移動させる（図中白矢印方向）。そうすると、下パンチ３の相対的な下降移動に伴い、ダイ１の成形孔１ａとコアロッド４の外周面４ｂ及び下パンチ３の上面３ａとの間に環状のダイキャビティ５が形成され、かつ、その容積が漸次増大してゆくと同時に、このダイキャビティ５に金属粉末７が漸次充填されてゆく。これにより、金属粉末７がダイキャビティ５に均一に充填される。
【００２４】
そして、図２（ａ）に示すように、下パンチ３が相対的に所定量だけ下降することにより、ダイキャビティ５が所定容積になり、そのダイキャビティ５に所定量の金属粉末７が充填された時点で、下パンチ３の相対的な下降移動を停止させる。
【００２５】
次に、図２（ｂ）に示すように、粉箱６の底部開口部のシャッター８を閉じ、その後、再び、下パンチ３をダイ１及びコアロッド４に対して相対的に下降移動させる（図中白矢印方向）。
【００２６】
そして、図２（ｃ）に示すように、ダイキャビティ５に充填された金属粉末７の上面と粉箱６の底部開口部のシャッター８との間に所定の空間が形成された時点で、下パンチ３の相対的な下降移動を停止させる。その後、粉箱６をダイ１の上面１ｂに沿ってダイキャビティ５の位置から退去移動させる（図中白矢印方法）。その際、ダイキャビティ５に充填された粉末７の上面と粉箱６の底部開口部のシャッター８との間に所定の空間が形成されていることにより、シャッター８の下面はダイキャビティ５に充填された金属粉末７の上面とは接触しなくなる。そのため、粉箱６の退却移動時、金属粉末７はシャッター８との接触によってダイキャビティ５の上面から掻き出されることがなく、粉箱６の退却移動後も、ダイキャビティ５内での均一な充填状態が維持される。
【００２７】
上記の態様でダイキャビティ５内に充填された金属粉末７は、上パンチ２と下パンチ３とで上下方向から加圧され圧縮されて、所定のリング形状に圧縮成形され、その後、焼結工程を経てリング状の焼結金属部材となる。金属粉末７がダイキャビティ５に均一に充填されていることにより、これを圧縮成形して得られた圧粉成形体は比較的均一な密度を有し、割れが生じにくく、また、この圧粉成形体を焼結して得られた焼結金属部材は比較的良好な寸法精度を有するものとなる。なお、金属粉末７として複数種類の金属粉末を混合した混合粉末を用いる場合には、ダイキャビティ５内で各金属粉末成分の偏析がほとんど発生せず、これを圧縮成形して得られた圧粉成形体は割れが生じにくく、また、この圧粉成形体を焼結して得られた焼結金属部材は比較的良好な寸法精度を有するものとなる。
【００２８】
尚、図１（ｃ）及び図２（ｂ）に示す工程において、ダイ１及びコアロッド４を固定とし、下パンチ３を下降駆動（上下方向に可動）しても良いし、あるいは、下パンチ３を固定とし、ダイ１及びコアロッド４を上昇駆動（上下方向に可動）するようにしても良い。
【００２９】
また、上記の実施形態では、下パンチ３の上面３ａ及びコアロッド４の上面４ａをダイ１の上面１ｂと一致させた状態で、粉箱６をダイ１の成形孔１ａを包含する位置まで進出移動させるようにしているが{図１（ａ）}、下パンチ３の上面３ａ及びコアロッド４の上面４ａをダイ１の上面１ｂから若干下降させた状態で、粉箱６を進出移動させるようにしても良い。
【００３０】
また、粉箱６の底部開口部のシャッター８の構成は特に限定されず、種々の構成を採用できる。例えば、シャッター８は、特許文献１に記載の構成でも良い。
【００３１】
また、本実施の形態ではリング状の圧粉成形体を成形対象としているため、ダイ１の成形孔１ａ内に１本のコアロッド４を配置しているが、本発明はこれに限定されるものでなく、例えば、中実の圧粉成形体を成形対象とする場合はコアロッドを省略することができ、逆に多穴の圧粉成形体を成形対象とする場合はダイの成形孔内に複数のコアロッドを配置するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施の形態に係る金属粉末の充填方法の各工程を模式的に示す図である。
【図２】実施の形態に係る金属粉末の充填方法の各工程を模式的に示す図である。
【図３】リング形状の圧粉成形体を成形するための金型を模式的に示す斜視図である。
【図４】シャッターを有する粉箱を使用した従来の金属粉末の充填方法の各工程を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１    ダイ
２    上パンチ
３    下パンチ
４    コアロッド
５    ダイキャビティ
６    粉箱
７    粉末
８    シャッター
【図１】
2008075157.tif 000003
【図２】
2008075157.tif 000004
【図３】
2008075157.tif 000005
【図４】
2008075157.tif 000006