(57)【要約】      （修正有）【課題】粉末をダイキャビティーに充填する際に、生産効率を低下させずに、成形体密度を均一できる粉末成形装置と成形体の製造方法を提供すること。【解決手段】給粉ボックス４の底面に開口を形成し、後部に粉末を供給するホース８が接続され、前後移動する給粉ボックスと、その給粉ボックスの開口の後部に孔面積の異なる大孔と小孔を形成された多孔体５を用いて給粉する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
底面に開口部が形成され、後部に粉末を供給するホースが接続された、前後移動する給粉ボックスを備え、前記給粉ボックスの前記開口部の後部に孔面積の異なる二種以上の孔で形成された多孔体を設けたことを特徴とする粉末成形装置。
【請求項２】
多孔体を大小二種類の孔で形成し、その大孔の孔面積を、その小孔の孔面積の５倍以上３９倍以下としたことを特徴とする請求項１記載の粉末成形装置。
【請求項３】
前記多孔体の孔の長さを前記最大孔の最大幅よりも長くしたことを特徴とする請求項1又は２記載の粉末成形装置。
【請求項４】
多孔体は管を束ねて構成されたことを特徴とする請求項１乃至３記載の粉末成形装置。
【請求項５】
給粉ボックスの底面開口部の、前後移動する方向から見て左右部分に傾斜板を設けたことを特徴とする請求項１乃至４記載の粉末成形装置。
【請求項６】
給粉ボックスの底面開口部に取付られる、孔面積の異なる二種以上の孔で形成された多孔体。
【請求項７】
ダイキャビティーに粉末を充填し、加圧成形する成形体の製造方法において、孔面積の異なる二種類以上の多孔を設けた給粉ボックスにより、粉末を充填することを特徴とする成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、粉末成形装置および成形体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
実開昭６１−１６４２２７号公報
【特許文献２】
実開平６−４８９９８号公報
【特許文献３】
特開２００２−２３９７９２号公報
【０００３】
焼結部品は粉末を圧縮成形して成形体を製造し、その成形体を焼結して製造される。その成形体は、成形体の材料を混合した粉末をダイとパンチで形成されるダイキャビティーに充填し、ダイとパンチで圧縮成形して製造される。
【０００４】
かかるダイキャビティーへの粉末充填においては、成形体の寸法や密度のバラツキを小さくするため、粉末を均一に充填する必要がある。
【０００５】
成形体の密度の均一化を図る技術として、例えば、
【特許文献１】には、給粉ボックスの底部開口に多数の孔が形成された底を設けた考案が開示されている。
また、
【特許文献２】には、給粉ボックスの底部開口にハニカム構造の板を設けた考案が開示されている。
【０００６】
これらの考案では成形体全体の粉末充填均一化は改善されるものの、更に改善が望まれるものであった。これは、多数の孔が同一径で成形されると、すべての孔で同様に粉末とキャビティー内のエアーが共に通り抜けようとするため、結果的に孔間で粉末の充填量に差が生じ、成形体内の密度差を十分に抑えることが難しいためである。
【０００７】
また、図９は給粉ボックスにその後部から給粉する場合の給粉ボックス内の粉末の状態を示す概念図である。図９ｂに示すように粉末量が前後方向の前部は後部に比べ少なくなる。更に、図９ｃに示すようにホースからの粉末供給方向からそれる左右部分は粉末量が少なくなる。このような給粉ボックスで、給粉量が少なくなりやすい給粉ボックスの前部、左右部分も多数の孔を通して粉末を充填するため、給粉ボックスに多数の孔が形成された底を設けないものに比して、充填量が減少する。この対策として充填時間を長くすれば生産効率が低下するという問題があった。
【０００８】
一方、
【特許文献３】には、給粉ボックスに傾斜板を設け粉末が充填されにくい部分で粉末に下方向の力を加えて、成形体の密度の均一化を図る発明が開示されている。
【０００９】
かかる発明においては粉末の充填時間が従来と同等であり生産効率の低下の問題はない。しかし、例えばリング状の成形体で給粉ボックスの前後方向の密度差を小さくする必要がある場合には、その前後方向の両方に傾斜板による力が加わるため、密度差を小さくすることには限界がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の目的とするところは、給粉ボックスの充填時間が長くなって生産効率を低下させることなく、給粉ボックスの移動前後左右方向に対応する成形体全体の密度を更に均一にすると共に、密度が高くなり易い部分においても成形体の密度を均一にすることである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決手段に従った粉末成形装置は、底面に開口部が形成され、後部に粉末を供給するホースが接続された、前後移動する給粉ボックスを備え、前記給粉ボックスの前記開口部の後部に孔面積の異なる二種以上の孔で形成された多孔体を設けたことを特徴とする。
【００１２】
かかる異なる二種以上の孔で形成された多孔体の大孔を粉末が通ってダイキャビティーに充填され、大孔に比して粉末が通り難い小孔を通ってキャビティー内のエアーが逆に押出されることで、キャビティー内のエアーと粉末の置換が容易となる。これにより、給粉ボックス底面開口部の前部の粉末充填速さに適合した後部の粉末充填が可能となる。そして、均一に且つ短時間に粉末の充填が可能となる。なお、後部とは給粉ボックスの前後移動方向から見て後部をいい、給粉ボックスにホースが接続され部分であって、最も粉末の充填量が多くなり易い部分のことである。
【００１３】
好ましくは、多孔体を大小二種類の孔で形成し、その大孔の孔面積を、その小孔の孔面積の５倍以上３９倍以下とする。孔の面積比を５倍以上とすることで、キャビティー内のエアーと粉末の置換が更に容易となる。また３９倍以下とすることで、大孔があまりに大きくなりその孔の範囲内での粉末の密度差を生じ易くなることを防止することができる。
【００１４】
好ましくは、多孔体の二種以上の孔で形成し、その多孔体の孔の長さを最大孔の最大幅よりも長くする。多孔体の孔の長さを長くすることで、粉末が大孔を通って充填される速さを均一化して、多孔体に対する部分での粉末充填量を均一化できる。
【００１５】
好ましくは、多孔体は管を束ねて構成する。多孔体の製作が容易かつ、低コストで製作できる。
【００１６】
好ましくは、粉末成形装置の給粉ボックス底面開口部の、前後移動方向から見て左右部分に傾斜板を設ける。傾斜板で粉末充填量が少なくなり易い左右部分に傾斜板で力を加えて充填密度を上げることができるので、充填時間を長くせずに成形体の密度の均一化が可能となる。
【００１７】
また、多孔体はそれ自体を既存の給粉ボックスにおいて、例えば粉末を供給するホースとの位置関係等から、粉末充填量の多くなり易い部分に取付け、粉末充填を均一かつ迅速にする事ができる。
【００１８】
このように本発明の解決手段に従った成形体の製造方法は、ダイキャビティーに粉末を充填し、加圧成形する成形体の製造方法において、孔面積の異なる二種類以上の多孔を設けた給粉ボックスにより、粉末を充填することを特徴とする方法である。この方法によれば、その大孔から主に粉末を充填し、その小孔からエアーが抜け易く、キャビティー内への粉末充填を均一かつ効率的にすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の粉末成形装置の実施形態を示す概念図である。粉末成形装置１は、成形体の形状を形成するダイ２、粉末を圧縮するための上パンチ１１、下パンチ１２、粉末を充填する給粉ボックス４を有している。ダイ２はダイプレート１０に固定されており、ダイ２と下パンチ１２はダイキャビティー３を形成する。そのダイキャビティー３に給粉ボックス４から充填された粉末１５を、上パンチ１１と下パンチ１２で加圧して成形体を製造する。上パンチ１１は上部ラム１３に、下パンチ１２は下部ラム１４にそれぞれ取り付けられ、上部ラム１３、下部ラム１４がそれぞれ上下から加圧運動を行う。
【００２０】
図２は給粉ボックス４の構造図の一例である。給粉ボックス４の底部開口の後部には多孔体５を設けている。図３ａと図３ｂと図３ｃはそれぞれ多孔体５の構造図を例示したものである。多孔体は図３ａに示すように２種類より多く、例えば３種類の孔から構成しても良い。ここで、大孔を均一に配置することは粉末の充填がより均一となり好ましく、小孔は各大孔に対して均一に設けることは空気の置換がより均一になり好ましい。
【００２１】
多孔体を図３ｂに示すように二種類の孔で形成する場合には、その大孔の孔面積を、その小孔の孔面積の５倍以上３９倍以下とすると好ましい。このように、孔の面積比を５倍以上にすることで、粉末が通り易い孔と通り難い孔の差がより明確になり、粉末と空気の置換がより容易となる。一方、孔の面積比を３９倍以下とすることでその大孔内における粉末の密度差の発生を抑制できる。これは、あまりに小さい孔は加工し難いため、その結果、孔面積を３９倍以上とすると大孔の孔面積が大きくなりすぎて、その大孔内での粉末の密度差が生じる易くなるからである。
【００２２】
また、多孔体の孔の長さをその最大孔の最大幅よりも長くすることが好ましく、４倍以上の長さとすることが更に好ましい。孔の長さを長くすることで、粉末が大孔を通って充填される速さを均一化して、多孔体に対する成形体の部分での充填量を均一化できる。
【００２３】
この多孔体は図２に示すように、その多孔体に設けた取付具５ａを給粉ボックス４の取付フレーム４ａに着脱可能に取付けている。これにより、成形体の形状や粉末の種類に応じて型替えが可能となっている。この取付は溶接等であっても良いが、ボルト、ピン等着脱可能に取り付けることが好ましい。
【００２４】
または図３ｃに示すように管を束ねて管で大孔を形成し、管間の隙間で小孔を形成すれば、大孔と小孔の均一化が容易に低コストでできる。但し、管は必ずしも円径である必要はなく、四角形等多角形でも楕円形等であっても良い。この点、図３ａ、図３ｂに示す多孔体においても同様に孔は円径に限定されるものではない。また、管を束ねる形態も図３ｃに示すものは例示であって、これに限られものではない。
【００２５】
更に、図５に示すように、給粉ボックス４の底部開口部の、前後移動する方向から見て左右方向に傾斜板６を設けることで、前後方向と併せて、充填量が低下し易い左右方向の充填量を高めて、成形体全体の密度の均一化が図れる。傾斜板６の傾斜角θは成形体の密度に合わせて調整するが、２０°から７０°で設定すると粉末の充填効果が得られ易い。
【００２６】
図１に示すように、これらの給粉ボックスには予め混合された粉末１５を貯蔵したホッパー７が給粉ボックスの後部にホース８を介して接続されている。このため、給粉ボックスの後部での粉末充填量が多くなり易く、その後部に多孔体を取り付けている。更に給粉ボックス４には油圧シリンダー９が接続されており、ダイプレート１０の上を前後方向に往復運動するようになっている。
【００２７】
次に成形体の製造方法について図１と図５の給粉ボックスに基づいて説明する。ホッパー７に貯蔵された粉末１５がホース８を介して給粉ボックス４に供給される。給粉ボックス４は油圧シリンダー９によりダイプレート１０上を前方のダイ２上に移動する。そして、給粉ボックス４の底部開口部からダイキャビティー３内に粉末１５が充填される。
【００２８】
ダイキャビティー３に粉末１５を充填する際に、給粉ボックス底部開口部の後部において、多孔体５の大孔を通って粉末１５が充填されるときに、小孔から容易に空気が逃げるので、前部の充填速さと適合した後部での充填速さが得られ、前後方向の成形体の密度均一化が図られる。
【００２９】
給粉後に給粉ボックス４は油圧シリンダー９により後方に移動する。この後方移動時に給粉ボックス４の底面でダイキャビティー３に充填した余分な粉末は擦り切られる。給粉ボックス４の左右方向では傾斜板６により粉末１５にダイキャビティー３内に押し込む力が加わる。給粉ボックスが後退後、上パンチ１１に接続した上部ラム１３および下パンチ１２に接続した下部ラム１４が上下から、ダイ２の内側で粉末１５を加圧成形する。成形後、下部ラム１４が下パンチを押し上げ、成形体がダイキャビティー３から抜き出される。
【００３０】
【実施例１】
以下、具体的実施に基づいて説明する。図２に示す給粉ボックスに、図３ｂに示す多孔体を取り付けた。図４はその多孔体の平面図とその拡大図である。図４に示すように、その多孔体の孔をいずれも円径として、図４にＤで示す大孔径を５ｍｍの円形、図３ｂにｔで示す多孔体の長さを３０ｍｍとした。小孔の径はその小孔径に対する大孔径の倍率を変化させるため０．５ｍｍから３ｍｍまで変化させ、成形体を各５個製作した。比較例１として図８に示すように同一孔径５ｍｍを設けた、厚さｔ３０ｍｍの板を給粉ボックスに取付け、同様に５個製作した。なお、いずれもの場合にも、図４に示す５ｍｍの孔のピッチｐは７ｍｍとした。成形体は直径９０ｍｍ、内径５０ｍｍ、高さ１０ｍｍのリング形状とした。その材料粉末は、鉄を主成分とする粉末（９６．４重量％鉄粉＋２重量％銅粉＋０．８重量％黒鉛粉＋０．８重量％ステアリン酸）を使用した。充填時間は全て同じにした。成形体の加圧は５８８Ｍｐａとした。図６はその成形体と給粉ボックスの位置関係を示す図である。図６ａに示す給粉ボックス前後方向ａ，ｂの成形密度を測定し、その平均をそれぞれ求め、その差を比較した。その結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】
2004202503.tif 000003
※面積比＝（大孔面積／小孔面積）
【００３２】
更に、試料４と比較例１の成形体のｂ部分を図６ｂに示すように三分割してそれぞれｂ１からｂ３の部分の成形密度を測定し、その平均をそれぞれ求めた。その結果を表２に示す。
【００３３】
【表２】
2004202503.tif 000004
【００３４】
【実施例２】
次に、実施例１の図３ｂに示す多孔体で、歯先径８０ｍｍ、内径４０ｍｍ、厚さ１０ｍｍのギア形状の成形体を製作した。図３ｂに示す多孔体のそれぞれの寸法を、大孔径Ｄは５ｍｍ、小孔径ｄは０．５ｍｍ、長さｔは５ｍｍから３０ｍｍまで変えたのものを用意して、成形体を各５個製作した。その他の条件は実施例１と同じである。比較例として多孔体の長さｔを２．５ｍｍとし、他の条件は同じにした成形体を５個製作した。
【００３５】
図７はその成形体と給粉ボックスの位置関係を示す図である。それぞれサンプル５個の図７に示す後部ｂのｂ１からｂ４の各４箇所の成形密度を測定し、各５個の平均値を求め、４箇所の差を比較した。その結果を表３に示す。表３に示すように、孔の長さが短いと粉末が多孔体を通して充填される部分における充填密度差が生じ易い。
【００３６】
【表３】
2004202503.tif 000005
【００３７】
【実施例３】
次に、図３ｃに示す多孔体５を図５に示す給粉ボックス４に取り付けて、歯先径８０ｍｍ、内径４０ｍｍ、厚さ１０ｍｍのギア形状の成形体、試料１２を３０個製作した。この多孔体は内径５ｍｍ外形６．５ｍｍ、長さｔ３０ｍｍの円管を図３ｃに示すように束ねたものである。図５に示す傾斜板の傾斜角θは４５°とした。成形体の材料粉末は、実施例１と同じものを使用した。また、傾斜板６を取り付けない以外は条件を同じにして成形体、試料１３を３０個製作した。ダイキャビティーへの粉末の充填時間はいずれも同じにした。
【００３８】
その成形体を図７に示すようにａ、ｂ、ｃ、ｄの４箇所に分割して各部分の成形体の密度を測定し、その平均をそれぞれ求めた。その結果を表４に示す。傾斜板を用いることで、粉末充填量が少なくなり易い部分の成形体密度が高くなり、粉末充填時間を長くすることなく、全体として成形体の密度がより均一化できる。
【００３９】
【表４】
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【００４０】
【実施例４】
次に、図３ｃに示す多孔体５を図５に示す給粉ボックス４に取り付けて、図１０に示す、外形Ｄ、長径ｄｌ、短径ｄｓ、厚さｔ１が、それぞれ９０ｍｍ、８２ｍｍ、６８ｍｍ、９ｍｍで歯数１１枚のトロコイドポンプ用アウターギア形状の成形体を成形した。比較のための多孔体５を取り付けない以外は同じ条件として同様に成形体を成形した。その他の成形条件は実施例３と同じである。それぞれ成形体を５個ずつ製作し、１１枚の各歯部毎の密度を測定し、各歯部毎の平均密度を求めた。
【００４１】
その結果、本発明にかかる多孔体５を用いた成形体では各歯部毎の平均密度の最小値と最大値の差が０．０６ｇ／ｃｍ３であったのに対し、多孔体５を取り付けない比較例では各歯部毎の平均密度の最小値と最大値の差が０．１２ｇ／ｃｍ３と明らかな差が認められた。このように成形体の密度を均一にし、高い寸法精度が要求される部品、例えばトロコイドポンプ用ギアの成形体の製作に適するものである。
【００４２】
【発明の効果】
このように本発明によれば、焼結製品となる成形体の生産効率を低下させることなく、成形体の前後左右方向を含む全体の密度を均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による粉末成形装置の模式図である。
【図２】本発明による給粉ボックスの実施の形態の一例の断面模式図である。
【図３】本発明による多孔体の実施の形態の一例を示す模式図である。
【図４】図３ｂに示す多孔体の平面図とその拡大図である。
【図５】本発明による粉末成形装置にかかる給粉ボックスの実施の形態の別の実施例の断面模式図である。
【図６】本発明の一の実施例にかかる成形体と給粉ボックスの位置関係を示す概念図である。
【図７】本発明の別の実施例にかかる成形体と給粉ボックスの位置関係を示す概念図である。
【図８】従来の同一径の多数の孔を形成した板の模式図である。
【図９】給粉ボックス内の粉末の分布状態を示す概念図である。
【図１０】本発明の別の実施例にかかる成形体の外形図である。
【符号の説明】
１  粉末成形装置、２  ダイ、３  ダイキャビティー、４  給粉ボックス、
４ａ  取付フレーム、５  多孔体、５ａ  取付具、６  傾斜板、
７  ホッパー、８  ホース、９  油圧シリンダー、１０  ダイプレート、
１１ 上パンチ、１２  下パンチ、１３  上部ラム、  １４  下部ラム、
１５  粉末。
【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】
2004202503.tif 000013
【図８】
2004202503.tif 000014
【図９】
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【図１０】
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