(57)【要約】  非軸方向のアンダーカット特徴部を有する圧縮成形粉末金属部品を形成するための装置及び方法。アンダーカットダイは、上方ダイと下方ダイとの間に配置され、円形パターンで整列された複数の成形パンチを含む。成形パンチの各々は動作縁部を含む。動作縁部は収束して、アンダーカット特徴部を生成する内周を形成する。成形パンチの縁部は、互いに対し摺動して、最大直径位置から最小直径位置の内周の大きさを変化させる。圧縮成形中、成形パンチの回転により、内周がその最小直径位置に変更され、これによって、アンダーカットが最終の圧縮成形部品に形成される。成形パンチのその最大直径位置への引き込みにより、ツールセットからの部品のスムーズな取り除きが可能になる。
2010529292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの軸方向に移動可能な上方パンチを有する上方ダイと、少なくとも１つの軸方向に移動可能な下方パンチを有する下方ダイとを有するツールセットを使用して、非軸方向の特徴部を有する粉末金属部品に粉末金属を圧縮成形するための装置であって、
ａ）上方ダイの底面と下方ダイの上面との間に位置決めされたアンダーカットダイと、
ｂ）円周パターンの複数の成形パンチを含むアンダーカットダイと、
ｃ）外縁と、第１の側縁と、第２の側縁と、先端とを有する各々の成形パンチとを備え、
少なくとも１つの成形パンチの外縁が、互いに対し円周方向に移動するように成形パンチを付勢して内周を形成する駆動機構と動作可能に係合される装置。
【請求項２】
アンダーカットダイが２つの保持プレートの間に位置決めされ、保持プレートが基部プレート及び上方プレートとして示される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
アンダーカットダイ及び保持プレートが、２つの圧縮成形ダイの間に位置決めされる、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
アンダーカットダイが２つの圧縮成形ダイの間に位置決めされる、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
先端の近傍の各々の成形パンチの第１の側縁の一部が動作縁部を画定し、各々の成形パンチの第１の側縁が、隣接する成形パンチの第２の側縁に摺動可能に係合する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
すべての成形パンチの動作縁部の組み合わせが内周を形成する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
内周が設計形状を画定する、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
アンダーカットダイの複数の成形パンチがほぼ多角形の設計形状を形成するように、各々の成形パンチの動作縁部が直線である、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
アンダーカットダイの複数の成形パンチがほぼ円形の設計形状を形成するように、各々の成形パンチの動作縁部が曲げられる、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
成形パンチが少なくとも２つの部分に分割され、各々の部分の成形パンチが、粉末金属部品の非対称の非軸方向の特徴部を形成するために異なる長さのものである、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
非対称の非軸方向の特徴部がカムローブである、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
非対称の非軸方向の特徴部が外側方向に突出するタブを備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
駆動機構が、内周の最大直径位置から内周の最小直径位置に向かって回転かつ摺動するように成形パンチを付勢する、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
各々の成形パンチが、少なくとも１つの保持プレートに形成された複数の湾曲スロットの１つを通して横断する少なくとも１つの直立ピンを有し、少なくとも１つの保持プレートとピンとが係合して、基部プレートとアンダーカットダイの上方プレートとの間でほぼ円周方向に回転するように各々の成形パンチを案内する、請求項２に記載の装置。
【請求項１５】
複数のスロットが基部プレートに形成される、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
複数のスロットが上方プレートに形成される、請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
アンダーカットダイの外周の近傍に配置されたスロットの曲率が、円の円周の経路に近似する、請求項１４に記載の装置。
【請求項１８】
アンダーカットダイの内周の近傍に配置されたスロットの曲率が、螺旋の経路に近似するような、請求項１４に記載の装置。
【請求項１９】
基部プレートが、複数のピンによってアンダーカットダイの上方プレートに接続される、請求項２に記載の装置。
【請求項２０】
ピンの各々が、アンダーカットダイ内でほぼ円周方向に移動するように各々の成形パンチを案内するために、各々の成形パンチに形成された少なくとも１つのスロット内に摺動可能に係合される、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
駆動機構が、少なくとも１つの成形パンチの外縁に形成された歯と動作可能に噛合するウォームギヤである、請求項１に記載の装置。
【請求項２２】
駆動機構が、成形パンチの外縁に接続されたシャフト部材を有する油圧式又は空気圧式に作動されるシリンダであり、シャフト部材が成形パンチと動作可能に係合される、請求項１に記載の装置。
【請求項２３】
アンダーカットダイの外周に、他方の駆動機構から約１８０度に位置決めされた第２の駆動機構をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項２４】
駆動機構が、少なくとも１つの保持プレートの表面の溝内に摺動可能に挿入されたリングを含み、リングが、歯を含む外径と、複数のガイドタブを有する内径とを有し、各々のガイドタブが、各々の成形パンチの外縁のガイドスロットに非永続的に係合する、請求項２に記載の装置。
【請求項２５】
非軸方向の特徴部が、粉末金属部品のより大きな直径の２つの円周特徴部の間のアンダーカットである、請求項１に記載の装置。
【請求項２６】
アンダーカットがほぼ円形である、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
アンダーカットがほぼ多角形である、請求項２５に記載の装置。
【請求項２８】
多角形のアンダーカットが、実質的に等しい長さのセグメントを含む、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
多角形のアンダーカットが、様々な長さを有するセグメントを含む、請求項２７に記載の装置。
【請求項３０】
アンダーカットが非対称である、請求項２５に記載の装置。
【請求項３１】
粉末金属部品が、アンダーカットのいずれかの側面に配置された２つの円周列の歯を有するギヤ又はスプロケットである、請求項２５に記載の装置。
【請求項３２】
３〜３００の成形パンチを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３３】
６〜３６の成形パンチを有する、請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
約１２の成形パンチを有する、請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
非軸方向の特徴部を有する粉末金属部品に粉末金属を圧縮成形するための方法であって、
ａ）粉末金属をツールセットのキャビティに挿入するステップであって、ツールセットが、少なくとも１つの軸方向に移動可能な上方パンチを有する上方ダイと、少なくとも１つの軸方向に移動可能な下方パンチを有する下方ダイと、上方ダイと下方ダイとの間に配置されたアンダーカットダイとを備え、アンダーカットダイが、円周パターンを形成する複数の同一平面の成形パンチを含み、円周方向に配置された成形パンチが外周と内周とを有し、各々の成形パンチが第１の側縁と、第２の側縁と、外縁と、先端とを有するステップと、
ｂ）駆動機構を作動して、成形パンチを内周の最大直径位置から最小直径位置に回転させる間に、漸次圧力を増加させつつ、上方パンチと下方パンチとを互いに向かってキャビティ内に移動させて、圧縮成形粉末金属部品を形成するステップと、
ｃ）上方及び下方パンチに対する圧力を解放し、上方及び下方パンチをキャビティから引っ込める間に、成形パンチを最小直径位置から最大直径位置に回転させるステップと、
ｄ）圧縮成形粉末金属部品をキャビティから取り除くステップと、
を含む方法。
【請求項３６】
アンダーカットダイが２つの保持プレートの間に位置決めされ、保持プレートが基部プレート及び上方プレートとして示される、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
アンダーカットダイ及び保持プレートが、２つの圧縮成形ダイの間に位置決めされる、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
アンダーカットダイが２つの圧縮成形ダイの間に位置決めされる、請求項３５に記載の方法。
【請求項３９】
先端の近傍の各々の成形パンチの第１の側縁の一部が、粉末金属部品に非軸方向の特徴部を生成する内周を形成するために組み合わさる動作縁部を画定する、請求項３５に記載の方法。
【請求項４０】
粉末金属部品が、２つの円周列の歯を有するギヤ又はスプロケットである、請求項３５に記載の方法。
【請求項４１】
非軸方向の特徴部が、２つの円周列の歯の間のアンダーカットである、請求項３５に記載の方法。
【請求項４２】
アンダーカットがほぼ円形である、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
アンダーカットがほぼ多角形である、請求項４１に記載の方法。
【請求項４４】
多角形のアンダーカットが成形パンチの動作縁部によって形成され、成形パンチが実質的に等しい長さのものである、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
多角形のアンダーカットが成形パンチの動作縁部によって形成され、成形パンチが様々な長さのものである、請求項４３に記載の方法。
【請求項４６】
アンダーカットが非対称である、請求項４１に記載の方法。
【請求項４７】
駆動機構が、完全な圧力を圧縮成形ダイに加える前に成形パンチを内周の最小直径位置に回転させる、請求項４１に記載の方法。
【請求項４８】
駆動機構が、成形パンチを内周の最小直径位置に徐々に回転させて、圧縮成形ダイに加えられる漸次増加する圧力に対応させる、請求項４１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末金属の圧縮成形によって金属部品を形成する分野に関する。より詳細には、本発明は、工具排出運動の軸線に対し直角であるほぼ円形又は偏心のアンダーカットを作製するための新規な装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
粉末金属圧縮成形処理は、ある特徴部又は次元的な特性をこれらの工作物内に機械加工する必要なしに、様々な形状及び構造を有する工作物を製造することを可能にしてきた。粉末金属圧縮成形は、円周列の歯又は螺旋列の歯さえも有するギヤを製造するための普及した手段となっている。考慮しなければならない１つの重要な要素は、このような構成部品を製作するために使用されるダイを設計する際に、あるいはどの種類の構成部品をこのプロセスによって製作すべきかを選択する際に、圧縮成形プロセスにより部品が形成された後、ダイが部品を分離し、自由に排出できなければならないことである。
【０００３】
従来の粉末金属圧縮成形は、一般に、ツールセットを収納する圧縮成形プレスから構成される。典型的なツールセットは、所望の最終製品の形状のキャビティを含む単一のダイと、製品の底面における特徴部の形成を容易にする１つ以上の底部パンチと、製品の上面における特徴部の形成を容易にする１つ以上の頂部パンチと、１つ以上の連続する成形された内径の形成を促進するコアロッドとから構成される。この典型的なツールセットの変形例は、製品形状の様々な形態を獲得するために使用することが可能である。
【０００４】
粉末材料から部品を圧縮成形するためのこのような１つのツールセットの変形例は、上方ダイと下方ダイとを使用する。各々のダイは、圧縮成形プレスによって軸方向に加えられる圧力に応答して軸方向に移動できる少なくとも１つの可動のパンチを収納する。この方法により、底部ダイ及び頂部ダイは、ダイが閉位置にあり、頂部パンチが持ち上げられて頂部ダイから分離されるときに粉末材料を受容するためのキャビティを形成するために、下方ダイに係合された下方パンチと接触して最初に位置決め可能である。粉末フィードシューは、頂部ダイの上面にわたって粉末を運び、粉末は、頂部ダイ、底部ダイ及び底部パンチによって形成されたキャビティを充填する。フィードシューが引っ込められ、次に、頂部パンチが頂部ダイに導入され、圧縮成形プロセスを開始する。
【０００５】
粉末金属圧縮成形による製造のより広範囲の使用を従来制限してきた１つの問題は、一般に、圧縮プロセスにより、ダイの移動、パンチの移動、及びこのような移動が軸方向にのみ実行される完成品の取り除きプロセスの組み合わせによって形作られる特徴部から構成される工作物が製造されることである。アンダーカットのような所望の非軸方向の特徴部を有する工作物は、材料を取り除いてこのような特徴部を形成するための圧縮成形プロセスの後に、機械加工又は研削のような二次処理を加える必要なしには製造不可能である。非軸方向の特徴部を有する工作物のこのような例は、周方向アンダーカットによって分離される少なくとも２列の円周歯を有する円形形状のギヤである。圧縮成形部品に補完機械加工又は研削操作を実行する必要よりもむしろ、粉末圧縮成形プロセスのみのような単一のプロセスによってこのような部品を製造できることが非常に望ましい。
【０００６】
粉末金属圧縮成形部品にアンダーカットを設ける試みが行われてきた。１つのこのようなプロセスが米国特許第４，０８７，２２１号明細書に開示されており、このプロセスでは、取り除き可能なインサートを使用することによって形成されるアンダーカット部分を有する部品を製造するために、粉末金属ダイが使用される。このプロセスは、圧縮成形プロセスの完了後にインサートを完成部品から手動で取り除かなければならないので、なお追加の操作ステップを必要とする。この構想に関する変形例が米国特許第４，２５５，１０３号明細書に開示されている。この特許では、環状フランジが成形インサートを使用して円形部品に形成される。しかし、部品が圧縮成形ダイから取り除かれると、成形インサートは、リーチング又は機械加工のような追加の処理によって取り除かれなければならない。
【０００７】
二重列の歯を有するギヤのような工作物にアンダーカットを設ける問題を解決する最近の方法は、米国特許第５，３７８，４１６号明細書に示されている。この特許には、下方ダイと、上方ダイと、下方ダイの上面にわたって横方向に移動する「カムダイ」とから構成されるダイセットが開示されている。圧縮成形プロセスが始まるとき、カムダイの２つの対向するセグメントが横方向に互いに向かって移動して、２列の歯の間の周方向アンダーカットを形成する間に、上方ダイパンチ及び下方ダイパンチは、軸方向に互いに向かって移動してキャビティの粉末金属を圧縮する。この設計に関する問題は、２つのカムダイセグメントが単一の軸線に沿って互いに向かって移動するので、各々の半球に成形されたカムの中心に隣接する部品の部分と、２つのカムダイの間の接触点に隣接する部品の部分との間に、圧縮成形粉末金属部品の密度の差が生じることである。密度分散は、部品に対する不均一な応力分布に寄与し、これにより、早期の破砕及びより短い寿命サイクルをもたらす可能性がある。さらに、部品の圧縮成形後のダイキャビティからの２つのカムの引き込みの際に、カムの異なる部分は、完成部品に対し異なって移動する。各々のカムの中心は、各々のカムの端部が実質的に接線方向に摺動する間に、完成部品から半径方向に摺動する。これらの異なる摺動運動により、完全に部品から解放されるまで、各々のダイ部分が接触している工作物に異なる応力が生成される。この差は、応力破砕の予測不可能なパターン形成の可能性をもたらすことがある。さらに、横方向に移動するカムダイが完全に合致できない場合、間隙ができ、この結果、機械加工のような手段によって取り除かれなければならない超過材料の「タブ」又はシームの形成をもたらす。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、非軸方向のアンダーカット特徴部を有する粉末金属部品を圧縮成形するための装置及び方法である。従来の粉末金属圧縮成形プレス及びツールセットは、上方ダイと、下方ダイと、各々のダイの内部の軸方向に移動可能なパンチとから構成される。下方ダイと上方ダイとの当接により、所望の工作物の形状にキャビティが形成される。本発明は、上方ダイの底面と下方ダイの上面との間に位置決めされたアンダーカットダイから構成される。アンダーカットダイは、円形パターンで整列された複数の成形パンチを含む。成形パンチの先端は、内周を形成するために収束する。成形パンチは、互いに対し移動して、最大直径位置から最小直径位置の内周の大きさを変化させ、非軸方向の特徴部を形成する。
【０００９】
操作時、ある量の粉末金属が、上方ダイ、下方ダイ、下方パンチ、アンダーカットパンチとの間に形成されるキャビティに装入される。上方パンチ及び下方パンチは、圧縮成形プレスからの圧力下で軸方向に互いに向かって移動可能である。圧力の適用の前に又は完全な圧力の適用中に徐々に、駆動機構は成形パンチを回転させ、ダイキャビティ内のその最大直径位置からその最小直径位置に移動するように内周を付勢する。内周の最小直径は、非軸方向のアンダーカットがパンチ運動及び部品排出運動の軸線に対し直角に圧縮成形部品に形成されるように、一方又は両方のダイの壁部の直径よりも小さい。圧縮成形プロセスが完了すると、駆動機構は、反対方向に成形パンチを回転させて、内周をその最小直径位置からその最大直径位置に増大させる。内周の最大直径はキャビティの壁部の直径よりも大きいので、成形パンチは、排出運動に、結果として生じるツールセットのキャビティからの圧縮成形部品の取り除きに干渉しない。
【００１０】
本発明は、非軸方向のアンダーカット又は非軸方向に形成された特徴部を有する圧縮成形粉末金属部品を製造するための装置及び方法を提供する。アンダーカットの全周にわたる圧縮成形粉末金属の均一な密度により、最終部品の構造的完全性及び機能的な長い寿命が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】粉末金属を充填した後の上方及び下方のコアロッドを有する二重パンチの粉末金属圧縮成形ツールセットの断面図である。
【図１Ｂ】粉末金属を充填した後の単一の下方コアロッドを有する二重パンチの粉末金属圧縮成形ツールセットの断面図である。
【図１Ｃ】粉末金属を充填した後の単一の下方コアロッドを有する二重上方パンチ及び二重下方パンチの粉末金属圧縮成形ツールセットの図面である。
【図１Ｄ】粉末金属を充填した後の単一の下方コアロッドを有する単一の上方パンチ及び二重下方パンチの粉末金属圧縮成形ツールセットの図面である。
【図２】本発明のアンダーカットダイの平面図である。
【図３】アンダーカットダイの三角形プレートの構造の等角図である。
【図４Ａ】三角形プレートの内周の最大直径に引っ込められた当該三角形プレートの図面である。
【図４Ｂ】三角形プレートの内周の最大直径位置に回転された当該三角形プレートの図面である。
【図５】スロット用の可能な位置及び角度を有する単一の三角形プレートの図面である。
【図６】三角形プレートの第１の側縁及び第２の側縁の両方に相互ロックの行程制限手段を有する単一の三角形プレートの図面である。
【図７】アンダーカットダイの回転手段の変形例の分解等角図である。
【図８Ａ】２列の歯を有するスプロケットの等角図である。
【図８Ｂ】図８Ａに示したスプロケットの線Ｂ−Ｂの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１Ａと図１Ｂに示したツールセットは、従来の粉末金属圧縮成形プレスの断面図であり、本発明の構造と操作を示すための背景を提供する。粉末金属圧縮成形プレス１０は上方ダイ１４と下方ダイ１８とを含む。圧縮成形力は軸線９９に沿って両方向に加えられる。１つ以上のガイド支柱２４により、軸方向の互いに対するダイの運動が制限される。上方ダイ１４は、上方の円筒状穴１１を通して摺動可能に移動する円筒状に成形された上方パンチ１５を含む。同じように、下方ダイ１８は、下方の円筒状穴１２を通して摺動可能に移動する円筒状に成形された下方パンチ１９を含む。キャビティ１３は、上方ダイ１４、下方ダイ１８と、パンチ１５と１９の各々の内端の内壁との間に形成される。コアロッド１６と２０は、キャビティ１３内に収束して、圧縮成形工作物を通して穴を形成する。図１Ｂは、図１Ａに示したツールセットの変形例を示しており、圧縮成形工作物を通して穴を形成するための単一のコアロッド２０を有する。
【００１３】
他のツールセット構造が図１Ｃと図１Ｄに示されている。図１Ｃを参照すると、二重の上方パンチ１５ａと１５ｂと二重の下方パンチ１９ａと１９ｂとを有するツールセットが示されている。圧縮成形工作物を通して穴孔を作製するために、単一の下方コアロッド２０が使用される。図１Ｄは、二重の下方パンチ１９ａと１９ｂと関連して単一の上方パンチ１５のみを有するツールセットを示している。再び、圧縮成形工作物を通して穴を作製するために、単一の下方コアロッド２０が使用される。
【００１４】
キャビティ１３を粉末金属材料１７で充填するために、多数の方法が使用可能である。使用される方法の１つは、例えば、第１に、上方ダイ１４を下方ダイ１８から分離し、下方パンチ１９をその最低の位置に下げ、下方ダイ１８の内壁内に位置するキャビティ１３の部分を充填し、上方ダイを落として下方ダイと完全に係合させ、かつ下方パンチ１９を上向きに移動させて、上方パンチ１５が軸方向に下向きに移動しているときに、キャビティ１３を粉末金属材料１７で完全に充填することを含むことが可能である。他の方法は、上方ダイ１４と下方ダイ１８との接触を維持しつつ、上方パンチ１５を上方ダイ１４から引っ込め、上方の円筒状ダイ壁１１を通して粉末金属材料１７を注ぎ、次に、上方パンチ１５を上方ダイ１４に再挿入することを含むことが可能である。当該技術分野で知られているこれらの又は他の任意の適切な手段を本発明に使用することが可能である。
【００１５】
本発明の装置及び方法により、さらなる機械加工又は切断を必要とすることなく、スプロケット７２（図８Ａと図８Ｂ参照）のような圧縮成形された粉末金属工作物に非軸方向の特徴部を形成できる。非軸方向の特徴部は、軸線９９の方向に対し実質的に直角の方向に移動する工具によってのみ形成することができる形状と規定される。本発明は、歯列の間にアンダーカットを必要とする２つ以上の円筒状の歯列を有するギヤ又はスプロケットの製造に最適である。特に図８Ａを参照すると、２つの平行の円周列の歯７４ａと７４ｂを有するスプロケット７２の等角図が示されている。アンダーカット７６は歯列を分離する。アンダーカット７６の直径は、スプロケット歯プロフィール根元７８ａと７８ｂを連結することによって形成された直径よりも小さい。第１の歯列７４ａは、アンダーカットダイ３０に隣接する上方の円筒状穴１１の歯形状のカットアウトによって、上方ダイ１４に形成され、第２の歯列７４ｂは、アンダーカットダイ３０に隣接する下方の円筒状穴１２の歯形状のカットアウトによって形成される。歯列は、各々の歯７４ａが歯７４ｂと整列され、各々の根元７８ａが根元７８ｂと整列されるように、互いに整列してもよい。代わりに、歯列は、任意の段階的な向きの、不整合状態で、あるいは１つの列の各々の歯が他方の列の歯の根元と整列するように互いにオフセットされてもよく、段階的な組のスプロケット又はモースジェミニ（ＭＯＲＳＥ  ＧＥＭＩＮＩ）（商標）スプロケットとしばしば称される。スプロケット７２の中央孔８２は、軸方向に移動可能なコアロッド１６と２０を一緒にすることによって、又はキャビティ１３を通して単一のコアロッド２０を通過させることによって形成することが可能である。後者の場合、単一のコアロッド２０は、下方パンチ１９から上方パンチ１５内に延在する。噛合コアロッドが使用される場合、上方コアロッド１６は、上方パンチ１５内で軸方向に移動可能であり、下方コアロッド２０は、下方パンチ１９内で軸方向に移動可能であり、この結果、工作物の圧縮成形の間、それらがキャビティ１３内で合致するまでそれらは軸方向に移動する。
【００１６】
アンダーカットダイ３０（図１Ａ〜図１Ｄ参照）は、上方ダイ１４の下面と下方ダイ１８の上面との間に位置決めされる。アンダーカットダイ３０は、任意の上方の保持プレート３２と、任意の基部保持プレート３４とを含む。これらの保持プレートの間に、複数の成形パンチ４０がある。図５を参照すると、ほぼ三角形の形状を有するものとして成形パンチの一例が示されている。各々の成形パンチ４０は、第１の側縁４２、第２の側縁４４、先端４６及び外縁４８を含む。先端４６の近傍の第１の縁部の部分は、図６に示したように、動作縁部４２ａであると識別される。動作縁部の長さは線ａ−ａの間で変化し得る。この線は、工作物のアンダーカットを実際に形成する表面である。動作縁部４２ａは多くの形状の形態をとってもよい。動作縁部は、第１の縁部（４２ａ）の直線を維持してもよいか、又は４２ｂとして仮想線に示したように湾曲して成形してもよいか、又は仮想線４２ｃに沿って示したように、成形パンチ４０の先端を突然中断してもよい。図３の概略図に示したように、多数の形状のパンチ４０は、同一平面の円周パターンで配列され、各々の成形パンチ４０の第１の縁部４２は、それが隣接する成形パンチの第２の縁部４４に当接する。成形パンチ４０の動作縁部４２ａは内周を形成する。内周は、動作縁部４２ａの形状によって指定されるように、ほぼ円形又は多角形であり得る。アンダーカットが多角形である場合、動作縁部４２ａの平坦なセグメントは、実質的に等しい長さであるか、又は様々な長さでもよい。成形パンチ４０の外縁４８は、外周３８を画定する。アンダーカットダイ３０の成形パンチの数は、製造される部品の寸法及び複雑さに応じて、３〜３００の範囲にあり得る。好ましくは、成形パンチの数は６〜３６の範囲にある。最も好ましくは、この数は約１２であるが、設計上の要件の必要に応じてより少なくてもよい。
【００１７】
成形パンチ４０は、特にそれらの動作縁部４２ａに関しすべて同一でなくてもよい。例えば、パンチの一部分、例えば円周全体の６０〜１２０度は、段付き又は非対称のアンダーカットを形成するために、残りのパンチの長さよりも短くてもよい。スプロケットに利用するとき、これにより、カムローブ特徴部を形成するために、アンダーカットの残りよりも遠くに延在するアンダーカットの部分に向かって部品の重心がシフトした当該部品が作製される。このような部品は、例えば内燃機関のカウンタバランスシャフトに使用するために適切である。さらに、成形パンチ４０の１つ以上は、例えばエンジンタイミング用途のセンサライザとして使用可能な外側方向に突出するタブ又はバンプを生成するために、残りのパンチよりも短くてもよい。
【００１８】
成形パンチ４０の移動は回転して実行される。各々の成形パンチ４０の第１の側縁４２は、隣接する成形パンチの第２の縁部４４に摺動可能に当接する。図４Ａに概略的に示したように、内周３６は、実線によって示された最大直径の位置にあり、一方、成形パンチ４０の外縁４８は外周３８において整列される。図４Ｂに示したように、外周３８に沿った外縁４８に対する実質的に接線方向の力の適用により、成形パンチ４０の縁部は、互いに対し移動し、実線で示したように、内周３６の直径を最小直径位置に縮小させる。
【００１９】
図２を参照すると、アンダーカットダイ３０内の成形パンチ４０の動作が概略的に示されている。駆動機構６０は、成形パンチ４０を回転するために必要な力を提供するために使用される。駆動機構６０は、必要に応じて、１つ以上の成形パンチ４０の外縁４８に取り付けてもよい。２つの駆動機構を使用する場合、実質的に互いに１８０度、外周に沿って互いに反対側にそれらを配向することが望ましい。駆動機構６０は、回転運動を複数の成形パンチ４０に提供できる任意の公知の装置であってもよい。駆動機構の例は、ウォームギヤ、内側／外側ギヤセット、ステッパモータあるいは油圧駆動又は空気圧式作動のピストンあるいはチェーンドライブを含むが、それらに限定されない。駆動機構６０によって加えられる力は、例えばサーボ又は油圧モータ６２によって提供し、接続シャフト６４を介して外周３８に伝達することが可能である。駆動機構６０に加えられる力は、例えば、アンダーカットダイ３０を作動するためのプラテン及び支柱延長部を使用して圧縮成形プレスによって提供してもよい。
【００２０】
一実施形態において、成形パンチの移動は、各々の成形パンチ４０に形成された少なくとも１つのスロット５０によって案内かつ制限される。図５に示したように、スロット５０は、多数の仮想線によって示唆されているように、成形パンチ４０の表面の様々な位置に配置することが可能である。スロットの位置は、外周３８の円形経路に対するスロットの角度に影響を及ぼす。各々の成形パンチ４０の外縁４８に密に近接してかつほぼ平行に配置されたスロットは、ほぼ円形の経路の外周３８の曲率角度からほんの僅かに曲がる角度を有する。スロットの位置が成形パンチ４０の先端４６に接近するとき、曲率角度はより鋭角になる。各々の成形パンチ４０の先端４６に密に近接して形成されたスロットは、
螺旋状の経路に接近する非常に鋭角の角度を有する。
【００２１】
図２を参照すると、ピン５２は、基部保持プレート３４又は上方保持プレート３２に確実に取り付けられるか、あるいはピン５２は、両方の保持プレートに永続的に取り付けてもよい。各々ピン５２は、各々のスロット５０に嵌合するように配置される。成形パンチ４０がそれらの最大直径位置にあるとき、各々のピンは、それが含まれるスロットの一方の端部に当接する。駆動機構６０が成形パンチ４０の外周に力を加えて、成形パンチの最小直径位置に向かって成形パンチを回転させるとき、ピンがスロットの反対側端部に当接するまで、スロットは固定ピン５２に対し移動し、このように、成形パンチの移動を停止させる。
【００２２】
上述のスロット及びピン設計に加えて又は代わりに、成形パンチ４０の互いに対する移動は、成形パンチの縁部の相互ロックタブの設計によって制限されてもよい。図６を参照すると、各々の成形パンチ４０の第２の縁部４４のストッパタブ４５は、その隣接する成形パンチ４０の第１の縁部４２のチャネル４３と相互ロックする。ストッパタブ４５の長さは、成形パンチ４０が限定された距離のみ互いに対し移動できるように、チャネル４３の長さよりも小さい。チャネル４３内のストッパタブ４５の完全な行程は、内周３６の最大直径位置と最小直径位置との差に相関する。
【００２３】
駆動機構６０の変形例が図７の分解等角図に示されている。リング９０の外径に歯を有し、その内径に複数のガイドタブ９２を有する当該リングは、基部保持プレート３４の表面の溝９１内に摺動可能に取り付けられる。各々のガイドタブ９２は、各々の三角形プレート４０の縁部４８のガイドスロット９４に非永続的に相互ロックする。上述のピン及びスロットガイド手段の代替実施形態が図７に示されており、各々の三角形プレート４０は、基部保持プレート３４及び上方保持プレート３２（この図面には図示せず）の両方の内面に配置された複数のスロット５０１の１つに摺動可能に係合する少なくとも１つのピン５０２を有する。ウォームギヤ又は同様のこのような駆動装置は、リング９０の外径の歯に係合し、リングを溝９１内で回転させる。上述のように、第１の方向のリングの回転は、それぞれのスロット５０１を通してピン５０２の各々の横断によって制御されるように、互いに対し移動するようにパンチ４０を付勢し、これによって、内周３６（本図では図示せず）がその最大直径位置からその最小直径位置に移動するようにさせる。圧縮成形プロセスの完了後、駆動機構は、第１の方向と反対に、第２の方向にリングを移動させ、内周がその最小直径位置からその最大直径位置に引っ込むように、成形パンチを移動させる。第１の方向のリングの移動中に、ガイドタブ９２の各々は、そのそれぞれのガイドスロット９４から後退し始める。ガイドタブ９２は、それらのそれぞれのガイドスロット９４から決して完全に後退せず、これによって、内周３６の最大及び最小の直径位置の間の成形パンチの行程の全範囲にわたって、成形パンチ４０の横方向移動を制限する。
【００２４】
図１Ｂ、図２と図８Ａは、アンダーカットダイを組み込む圧縮成形プロセスを最良に説明するために役立つ。粉末金属材料はキャビティ１３に注入され、次に、外部に加えられる圧縮成形力を加えることによって圧縮成形部品に圧縮成形される。パンチ１５と１９が圧縮成形力を粉末金属１７に伝達しているとき、駆動機構６０は、内周の最大直径位置から内周の最小直径位置に回転するように成形パンチ４０を付勢して、２列の歯７４ａと７４ｂの間にアンダーカット７６を形成する。成形パンチの最小直径位置への当該成形パンチの回転は、圧縮成形力の適用の前に完了してもよいか、あるいは圧縮成形力が漸次増大されているときに、成形パンチを最小直径位置に徐々に移動させてもよい。記載した移動順序を反転することにより、圧縮成形工作物をツールセットから取り除くことが可能である。上述したステップの順序は、このプロセスによって製造される各々の部品の大きさ及び特定の構造によって決定され、したがって、本発明の範囲及び目的から逸脱することなく、最適化することが可能である。
【００２５】
図８Ｂは、２列のオフセット歯を有する従来のスプロケット７２の断面図である。この例によって示した歯列はオフセットされるので、この図面は、アンダーカット７６の直径が、歯８０の各々の間のトラフ７８を連結する仮想線によって形成される直径よりも小さいことを示している。
【００２６】
したがって、本明細書に記載した本発明の実施形態は、単に本発明の原理の適用の例示目的に過ぎないことを理解すべきである。図示した実施形態の詳細に対する本明細書における言及は、それら自体が本発明に重要であると見なされるそれらの特徴を列挙する特許請求の範囲を限定するようには意図されない。
【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【国際調査報告】
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