(57)【要約】【課題】成形品の平滑度を高めることができること。【解決手段】焼結ダイ１１、下パンチ１２、上パンチ１３の何れも表面が緻密な平坦面に形成されている。即ち、焼結ダイ１１は、母材粉末として平均粒径０．２〜０．５μｍからなる超硬合金の超微粒子で構成され、例えばタングステンやカーバイト等の超微粒子からなっている。下パンチ１２、上パンチ１３も母材粉末として平均粒径０．２〜０．５μｍからなる導電性セラミックスの超微粒子で構成され、例えばジルコニア系の超微粒子からなっている。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形孔に充填された成形品原料粉末をパンチによって圧縮して所望の成形品を形成する焼結処理されたダイであって、
０．２〜０．５μｍの平均粒径からなる母材粉末で形成されていることを特徴とするダイ。
【請求項２】
ダイの成形孔に嵌挿されて該ダイの成形孔に充填された成形品原料粉末を圧縮して所望の成形品を形成する焼結処理されたパンチであって、
０．２〜０．５μｍの平均粒径からなる母材粉末で形成されていることを特徴とするパンチ。
【請求項３】
請求項１記載のダイと、請求項２記載のパンチとを備えてなることを特徴とする成形装置。
【請求項４】
請求項３記載の成形装置において、
前記ダイと前記パンチとは、φ２〜φ６ｍｍの外径からなる成形品成形用として構成されていることを特徴とする成形装置。
【請求項５】
請求項３又は４記載の成形装置において、
前記焼結ダイと前記焼結パンチとは、歯車成形用として構成されていることを特徴とする成形装置。
【請求項６】
母材粉末を圧縮してダイ用成形体を形成し、次いで、そのダイ用成形体を焼結してダイ用中間体を形成した後、そのダイ用中間体を矯正仕上げしてダイを作製するダイの製造方法において、
前記ダイ用成形体を、０．２〜０．５μｍの平均粒径からなる母材粉末で形成することを特徴とするダイの製造方法。
【請求項７】
母材粉末を圧縮してパンチ用成形体を形成し、次いで、そのパンチ用成形体を焼結してパンチ用中間体を形成した後、そのパンチ用中間体を矯正仕上げしてパンチを作製するパンチの製造方法において、
前記パンチ用成形体を、０．２〜０．５μｍの平均粒径からなる母材粉末で形成することを特徴とするパンチの製造方法。
【請求項８】
母材粉末を圧縮してダイ用成形体及びパンチ用成形体をそれぞれ形成する成形工程と、それらダイ用成形体及びパンチ用成形体を焼結してダイ用中間体及びパンチ用中間体を形成する焼結工程と、ダイ用中間体及びパンチ用中間体を矯正仕上げする矯正仕上げ工程とを順次経てダイ及びパンチを作製する成形装置の製造方法において、
前記成形工程は、０．２〜０．５μｍの平均粒径からなる母材粉末を圧縮してダイ用成形体及びパンチ用成形体をそれぞれ形成することを特徴とする成形装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、母材粉末を圧縮して成形する焼結用のダイ及びパンチと、それらダイ及びパンチを備えた成形装置と、その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
成形装置、特に小形のモジュール品（成形品）を成形するための成形装置には、ダイとパンチとが焼結処理によって形成されたものがある。これら焼結ダイ及びパンチは、小形モジュール品の表面の面精度を高めるようにするため、何れも平均粒径が数μｍ程度の母材粉末によって形成されている。
つまり、平均粒径が数μｍ程度の超硬合金の母材粉末を圧縮してダイ用成形体が形成されると共に、同程度の平均粒径からなる合金工具鋼の母材粉末を圧縮してパンチ用成形体が形成された後、それらを焼結してダイ用成形体からダイ用中間体が、かつパンチ用成形体からパンチ用中間体がそれぞれ形成され、更にそれらを矯正仕上げすることによって焼結ダイ及び焼結パンチが形成される。
【０００３】
成形装置は、上記のようにして形成された焼結ダイと焼結パンチとを用いて小形モジュール品を成形すると、焼結ダイの成形孔の面精度が小形モジュール品の外周面に転写されると共に、焼結パンチの先端面の面精度が小形モジュール品の上下面に転写されることにより、小形モジュール品の表面が良好な面精度を得られるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の成形装置は、成形品として例えば外径が数ｍｍからなる微小なモジュール品を成形する場合、平均粒径が数μｍ程度の母材粉末で形成された焼結ダイと焼結パンチとを用いても、成形されたモジュール品が小さいので、モジュール品の表面の凹凸が目立ってしまう問題があった。
即ち、焼結ダイ及び焼結パンチは、上記粒径の母材粉末で形成されても、図４に示すように、各母材粉末ａの間に空孔ｂ（オープンポア）が生じてこれが微妙な凹凸を発生させ、しかもこの空孔ｂは、各母材粉末ａ間に存在するので、表面をいくら仕上げ加工しても一定以上の面粗さにしか仕上げることができず、成形品の表面の凹凸をそれ以下に小さくすることが困難であった。
【０００５】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、成形品の平滑度を高めることができる焼結ダイ及び焼結パンチ並びに成形装置を提供することにあり、他の目的は、その製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、成形孔に充填された成形品原料粉末をパンチによって圧縮して所望の成形品を形成する焼結処理されたダイであって、０．２〜０．５μｍの平均粒径からなる母材粉末で形成されていることを特徴とする。
【０００７】
この発明に係るダイによれば、０．２〜０．５μｍの平均粒径からなる母材粉末で形成されるので、各粒子間に発生するオープンポアの寸法が極小になり、オープンポアが目立つおそれがなくなり、成形孔の周面を緻密な平坦度に形成することができる。これにより、上記ダイを用いて形成された成形品の面粗度を向上させることができ、結果的に成形品の粒子間の高密度化が提供できる。また、成形品をダイから抜き出す時に、成形品とダイとの摩擦抵抗を軽減することができるのでダイの長寿命化も実現できる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、ダイの成形孔に嵌挿されて該ダイの成形孔に充填された成形品原料粉末を圧縮して所望の成形品を形成する焼結処理されたパンチであって、
０．２〜０．５μｍの平均粒径からなる母材粉末で形成されていることを特徴とする。
【０００９】
この発明に係るパンチによれば、０．２〜０．５μｍの平均粒径からなる母材粉末で形成されるので、パンチの先端部を緻密な平坦度に形成することができる。これにより、上記パンチを用いて形成された成形品の面粗度を向上させることができ、結果的に成形品の粒子間の高密度化が提供できる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、成形装置において、請求項１記載のダイと、請求項２記載のパンチとを備えてなることを特徴とする。
この発明に係る成形装置によれば、上述したダイとパンチとを備えることで、表面が平滑度の高い成形品が得られるので、良質の成形装置が得られるばかりでなく、種々の小形モジュール品にも容易に対処することができる。又、結果的にダイとパンチとの摩擦抵抗が軽減されるのでダイおよびパンチの長寿命化も実現できる。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項３記載の成形装置において、前記ダイと前記パンチとは、φ２〜φ６ｍｍの外径からなる成形品成形用として構成されていることを特徴とする。
この発明に係る成形装置によれば、小形の成形品を緻密な平滑面に形成できるので、小形であっても、オープンポアが目立つおそれがなくなり、良好な成形品を形成できる。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項３又は４記載の成形装置において、前記焼結ダイと前記焼結パンチとは、歯車成形用として構成されていることを特徴とする。
この発明に係る成形装置によれば、前記ダイと前記パンチとで歯車を成形するので、歯車の全表面、即ち、歯車の外周面と両端面を緻密な平坦面に形成することができ、これにより、特に歯車のギヤ部の硬度等を高めることができ、小形であっても、良好な歯車を得ることが可能となる。
【００１３】
請求項６に係る発明は、母材粉末を圧縮してダイ用成形体を形成し、次いで、そのダイ用成形体を焼結してダイ用中間体を形成した後、そのダイ用中間体を矯正仕上げしてダイを作製するダイの製造方法において、前記ダイ用成形体を、０．２〜０．５μｍの平均粒径からなる母材粉末で形成することを特徴とする。
【００１４】
この発明に係るダイの製造方法によれば、母材粉末の平均粒径を変更するだけで良いので、確実に高密度の平坦面なダイを得ることができる。
【００１５】
請求項７に係る発明は、母材粉末を圧縮してパンチ用成形体を形成し、次いで、そのパンチ用成形体を焼結してパンチ用中間体を形成した後、そのパンチ用中間体を矯正仕上げしてパンチを作製するパンチの製造方法において、前記パンチ用成形体を、０．２〜０．５μｍの平均粒径からなる母材粉末で形成することを特徴とするパンチの製造方法。
【００１６】
この発明に係る焼結パンチの製造方法によれば、母材粉末の平均粒径を変更するだけで良いので、確実に高密度の平坦面な焼結パンチを得ることができる。
【００１７】
請求項８に係る発明は、母材粉末を圧縮してダイ用成形体及びパンチ用成形体をそれぞれ形成する成形工程と、それらダイ用成形体及びパンチ用成形体を焼結してダイ用中間体及びパンチ用中間体を形成する焼結工程と、ダイ用中間体及びパンチ用中間体を矯正仕上げする矯正仕上げ工程とを順次経てダイ及びパンチを作製する成形装置の製造方法において、前記成形工程は、０．２〜０．５μｍの平均粒径からなる母材粉末を圧縮してダイ用成形体及びパンチ用成形体をそれぞれ形成することを特徴とする。
【００１８】
この発明に係る成形装置の製造方法によれば、成形工程で取り扱う母材粉末の平均粒径が変更されただけであるので、製造工程を変更することなく高密度のダイ及びパンチを容易に製造できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図１から図３はこの発明の一実施の形態に係る成形装置を示す図であって、図１は成形装置を示す概略図、図２は成形装置の要部を示す拡大断面図、図３は成形装置の焼結ダイと焼結パンチとによって成形される成形品を示す図２のＡ−Ａ線に相当する断面図である。
この実施形態の焼結装置１０は、大別すると図１に示すように、焼結ダイ（ダイ）１１と、下パンチ１２、上パンチ１３からなる焼結パンチ（パンチ）とを備えて構成されている。
焼結ダイ１１は、成形品の外周を形成するための成形孔１１ａを備えており、例えばダイ取付体１４に嵌合されて焼嵌め等で固定されている。ダイ取付体１４は、下ホルダー１５にボルトＢを介して取り付けられ、また上面に上ホルダー１６が重ねて固定されている。
【００２０】
焼結装置１０を用いた成形品の成形時において、焼結パンチの下パンチ１２は、その上向きの先端面１２ａが下ホルダー１５に設けられたガイド部材１７を通って焼結ダイ１１の成形孔１１ａの所定位置に嵌挿入される。上パンチ１３は、成形孔１１ａ内に下パンチ１２が嵌挿入され、かつ、図２に示すように成形孔１１ａ内に成形品を形成するための成形品原料粉末１９が充填されたとき、下向きの先端面１３ａが成形孔１１ａに降下して嵌挿されることにより、成形孔１１ａ内の成形品原料粉末１９を圧縮して、成形孔１１ａと下パンチ１２と上パンチ１３とによって画成される空間で成形品が成形されるようになっている。
【００２１】
この実施形態では、成形品としては図３に示すように、外周にギヤ部２１を有する外径２ｍｍ程度の歯車２０からなっており、そのため、焼結ダイ１１の成形孔１１ａの周面が、歯車２０のギヤ部２１の外周に対応する形状に形成される一方、下パンチ１２及び上パンチ１３の先端面１２ａ、１３ａも成形孔１１ａに応じた形状で形成されている。そして、歯車２０が成形されると、焼結炉内で加熱されて焼結され、その後矯正仕上げされることで、最終的に焼結歯車として形成されることとなる。
【００２２】
なお、下パンチ１２及び上パンチ１３にはその軸線上に孔１２ｂ、１３ｂが形成されるとともに、これら孔内にコアロッド１８が挿通されるようになっており、歯車２０の内側にはコアロッド１８が位置することによって挿通孔２２が設けられるようになっている。焼結ダイ１１の成形孔１１ａは、例えば放電加工によって形状付与された後、それを特殊なラップ（仕上げ）棒で加工されることで仕上げられている。
【００２３】
これら焼結ダイ１１と、下パンチ１２、上パンチ１３の焼結パンチとは、上記歯車２０と同様の処理工程を経ることによって形成されている。つまり、焼結ダイ１１は、まず、母材粉末が圧縮されることによってダイ用成形体が形成され（成形工程）、次いで、そのダイ用成形体が焼結処理されることによってダイ用中間体が形成され（焼結工程）、その後、ダイ用中間体が矯正仕上げ（サイジング）されることで（矯正仕上げ工程）、所定寸法の焼結ダイ１１に形成されている。下パンチ１２、上パンチ１３も同様であり、母材粉末によってパンチ用成形体が形成され（成形工程）、次いで、そのパンチ用成形体が焼結処理されることによってパンチ用中間体が形成され（焼結工程）、その後、パンチ用中間体が矯正仕上げ（サイジング）されることで（矯正仕上げ工程）、所定寸法の下パンチ１２、上パンチ１３に形成されることとなる。
【００２４】
この実施形態においては、焼結ダイ１１、下パンチ１２、上パンチ１３の何れも、表面が緻密な平坦面に形成されている。即ち、焼結ダイ１１は、母材粉末として平均粒径０．２〜０．５μｍからなる超硬合金の超微粒子を用いて構成され、例えばタングステンカーバイト系の超微粒子からなっている。下パンチ１２、上パンチ１３も、母材粉末として平均粒径０．２〜０．５μｍからなる導電性セラミックスの超微粒子で構成され、例えばジルコニア系の超微粒子からなっている。
従って、焼結ダイ１１が、平均粒径０．２〜０．５μｍの母材粉末によってダイ用成形体が成形されることで形成され、また下、上パンチ１２、１３も同程度の母材粉末によってパンチ用成形体が成形されることで形成されている。
【００２５】
上記のように、焼結ダイ１１の成形孔１１ａの周面と、下パンチ１２及び上パンチ１３の先端面１２ａ、１３ａとが緻密な平坦面に形成されていると、それらによって成形された歯車２０の全表面の平滑度を確実に高めることができる。
つまり、焼結ダイ１１と両パンチ１２、１３が０．２〜０．５μｍの平均粒径からなる母材粉末で形成され、かつ仕上げ加工されると、それだけ粒子密度を高密度にでき、従って、各粒子が密に集合するばかりでなく、各粒子間に発生するオープンポアの寸法が小さくなり（図４参照）、オープンポアが目立つおそれがなくなるので、焼結ダイ１１の成形孔１１ａの周面と、両パンチ１２、１３の先端部とを緻密な平坦面に形成することができる。
【００２６】
そのため、焼結ダイ１１の成形孔１１ａを形成する周面が、歯車２０のギヤ部２１の外周面に転写されることで、ギヤ部２１の外周面を確実に緻密な平滑面に成形することができる。また、下パンチ１２、上パンチ１３の先端面が、歯車２０の上下面に転写されることで、歯車２０の上下面を確実に緻密な平滑面に成形することができる。
【００２７】
その結果、従来のように平均粒径数μｍの母材粉末で成形された焼結ダイ１１と両パンチ１２、１３によって形成された成形品に比較すると、歯車２０が２ｍｍ程度の小形モジュール品であっても、歯車２０の表面全体の平滑度を確実に高めることができる。また、歯車２０をダイ１１から抜き出す時に、歯車２０とダイ１１との摩擦抵抗を軽減することができるのでダイ１１の長寿命化も実現できる。また、ダイ１１と両パンチ１２、１３との摩擦抵抗が軽減されるので焼結ダイ１１だけでなく両パンチ１２、１３の長寿命化も実現できる。
【００２８】
そして、成形装置１０が、上述した焼結ダイ１１と、焼結パンチとを備えることで、平滑度の高い表面の歯車２０が得られるので、良質の成形装置１０を製造することができるばかりでなく、種々の小形モジュール品にも容易に対処することができる。
特に、この実施形態では、小形モジュール品として歯車２０に適用され、歯車２０の全表面、即ち、歯車２０の外周面と両端面が緻密な平滑面に形成されると、特に歯車２０のギヤ部２１の硬度等を高めることができ、小形であっても、良好な歯車２０を得ることも可能となる。
【００２９】
そして、この成形装置１０によれば、焼結ダイ１１と両パンチ１２、１３との何れも、母材粉末の平均粒径を変更するだけで形成できるので、高密度の平坦面な焼結ダイ１１と両パンチ１２、１３を確実に得ることができる。これに加え、成形工程で取り扱う母材粉末の平均粒径が変更されただけであるので、製造工程を何等変更することなく高密度の焼結ダイ１１と両パンチ１２、１３との何れも容易に製造できる。
【００３０】
なお、この実施形態においては、焼結ダイ１１、下パンチ１２、上パンチ１３の何れも全体が上述した平均粒径からなる母材粉末で形成された例を示したが、全体を構成する必要はなく、少なくとも歯車２０を成形する部分だけその材料で構成されていればよく、従って、焼結ダイ１１においては成形孔１１ａを形成する周面、下パンチ１２と上パンチ１３とにおいては先端面１２ａ、１３ａを形成する部分がそれぞれ上述した平均粒径からなる母材粉末で構成されればよい。
また、歯車２０が外径２ｍｍの大きさに形成された例を示したが、この発明においては、それより径の小さなものでも確実に製作することができ、従って、略φ２〜φ６ｍｍの外径からなる歯車の製造に極めて有益となる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、ダイが０．２〜０．５μｍの平均粒径からなる母材粉末で形成され、粒子密度を高密度にできたので、各粒子が密に集合するばかりでなく、各粒子間に発生するオープンポアの寸法が小さくなり、オープンポアが目立つおそれがなくなるので、成形孔の周面を緻密な平坦度に形成することができる効果が得られる。また、成形品をダイから抜き出す時に、成形品とダイとの摩擦抵抗を軽減することができるのでダイの長寿命化も実現できる。
【００３２】
請求項２に係る発明によれば、パンチも請求項１と同様の平均粒径からなる母材粉末で形成されて粒子密度を高密度にでき、オープンポアが目立つおそれがなくなるので、パンチの先端部を確実に緻密な平滑面に形成することができる効果が得られる。
【００３３】
請求項３に係る発明によれば、上述したダイとパンチとを備えることで表面が平滑度の高い成形品が得られるので、良質の成形装置が得られるばかりでなく、種々の小形モジュール品にも容易に対処できる効果が得られる。また、ダイとパンチとの摩擦抵抗が軽減されるので、ダイおよびパンチの寿命を長くすることができる。
【００３４】
請求項４に係る発明によれば、小形の成形品を緻密な平滑面に形成できるので、小形であっても、オープンポアが目立つおそれがなくなり、良好な成形品を形成できる効果が得られる。
【００３５】
請求項５に係る発明によれば、前記ダイと前記パンチとで歯車を成形するので、歯車の外周面と両端面を緻密な平坦面に形成することができ、これにより、小形であっても、良好な歯車を得ることが可能となる効果が得られる。
【００３６】
請求項６に係る発明によれば、母材粉末の平均粒径を変更するだけで良いので、確実に高密度の平坦面なダイを得る効果が得られる。
【００３７】
請求項７に係る発明によれば、母材粉末の平均粒径を変更するだけで良いので、確実に高密度の平坦面なパンチを得る効果が得られる。
【００３８】
請求項８に係る発明によれば、成形工程で取り扱う母材粉末の平均粒径が変更されただけであるので、製造工程を変更することなく高密度のダイ及びパンチを容易に製造できる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態に係る成形装置を示す概略図である。
【図２】図１の成形装置の要部を示す拡大断面図である。
【図３】成形装置のダイとパンチとによって成形される成形品を示す図２のＡ−Ａ線に相当する断面図である。
【図４】従来のダイおよびパンチの表面構造を示す拡大図である。
【符号の説明】
１０　　成形装置
１１　　焼結ダイ（ダイ）
１１ａ　　焼結ダイの成形孔
１２　　下パンチ（パンチ）
１２ａ　　下パンチの先端面
１３　　上パンチ（パンチ）
１３ａ　　上パンチの先端面
１９　　成形品原料粉末
２０　　小形モジュール品（成形品）としての歯車
２１　　歯車のギヤ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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