(57)【要約】      （修正有）【課題】非圧縮層を有する粉末充填層を圧縮成形する場合に適した粉末の充填方法と圧縮方法からなる粉末成形体の製造方法を提供する。【解決手段】成形体に軸孔２を形成する打ち抜きピンを挿通したまま充填粉末を圧縮成形する製造方法において、成形用パンチ７、９とは独立して作動する上下の粉末補充用パンチ８、１０を、打ち抜きピンの投影領域外の位置に設け、成形体の体積と圧縮率とから算定される所定の粉末充填量を充填粉末層３と粉末補充用パンチ８，１０で圧縮される補充粉末層４とに配分し、補充粉末層４の粉末を充填粉末層３に補充しながら圧縮成形する。【選択図】図３
2005034904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形体の外周面を形成するダイと、ダイ内部を相対的に移動する上下の成形用パンチと、該パンチの移動量を制御する制御手段とを備える成形装置により、非圧縮層を含む充填粉末層を圧縮して粉末成形体を製造する製造方法において、
前記成形用パンチとは独立して駆動可能な上下の粉末補充用パンチを前記非圧縮層の投影領域の外方位置に前記成形用パンチに隣接して設け、
前記非圧縮層の体積を除く粉末成形体の体積と圧縮率とから算出される粉末量を前記上下の成形用パンチ間に形成される充填粉末層と該充填粉末層の上下に前記粉末補充用パンチで圧縮可能に形成される補充粉末層とに配分する工程と、
前記成形用パンチと粉末補充用パンチとを同時に圧縮成形を完了するように移動量を制御することにより、補充粉末層の粉末を充填粉末層に補充しながら圧縮成形する圧縮工程とを有することを特徴とする粉末成形体の製造方法。
【請求項２】
前記充填粉末量を配分する工程は、前記ダイと下成形用パンチと該下成形パンチより下方に位置する下粉末補充用パンチとで形成される空間内に前記算出した粉末量を充填する充填工程と、
上成形用パンチ及び上粉末補充用パンチを充填粉末の上面まで下動し、上下成形用パンチの間隔を維持しながら上下粉末補充用パンチに対して下方に移動させて上下成形用パンチ間の充填粉末層と上下粉末補充用パンチにより前記充填粉末層の上下に形成される補充粉末層とを形成する移送工程とからなることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記充填粉末量を配分する工程は、前記ダイと下成形用パンチと該下成形パンチより下方に位置する下粉末補充用パンチとで形成される空間内に粉末を充填する充填工程と、
上成形用パンチを充填粉末の上面まで下動し、上下成形用パンチをその間隔を維持しながら下粉末補充用パンチとともに下方に移動させて、上下成形用パンチ間の充填粉末層と下側補充粉末層を形成する移送工程と、
該移送工程により前記充填粉末層の上面に上成形用パンチに形成された空間に更に粉末を充填して上側の補充粉末層とを形成する充填工程とからなることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
前記ダイの側面に粉末成形体に軸穴を形成する打ち抜きピン装置を備え、    
前記移送工程終了後に該打ち抜きピンを充填粉末層に挿通し、打ち抜きピンを挿通した状態で前記圧縮工程を行うものにおいて、
前記打ち抜きピンの投影領域の外方に、ダイの内面から離間して配置される粉末補充用パンチを上下に夫々設け、  
前記非圧縮層の体積を除く粉末成形体の体積と圧縮率とから算出される粉末量は、非圧縮層の体積を打ち抜きピンの体積として算出し、少なくとも該算出粉末量を前記充填粉末層と前記補充粉末層とに配分し、
前記圧縮工程完了後に打ち抜きピンを引き抜くことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の粉末成形体の製造方法。
【請求項５】
前記補充粉末層に配分される粉末量は、前記算出された粉末量のうち非圧縮時における非圧縮層の水平投影領域の粉末量を（圧縮比−１）倍して算出される粉末量であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載する製造方法。
【請求項６】
前記圧縮工程は、前記上下成形用パンチと上下粉末補充用パンチとを、夫々の圧縮工程における全移動量の一定比に相当する移動量を夫々移動させて前記充填粉末層と補充粉末層とを予備圧縮する予備圧縮工程と、
前記予備圧縮工程後に前記上下成形用パンチを固定した状態で前記上下粉末補充用パンチを所定量移動して補充粉末層から粉末を予備圧縮された充填粉末層に補充する粉末補充工程と、
前記上下成形用パンチと上下粉末補充用パンチを駆動して所定形状の粉末成形体とする最終圧縮工程とからなることを特徴とする請求項１に記載の粉末成形体の製造方法。
【請求項７】
前記上下成形用パンチの何れか一方の成形用パンチにおいて、該成形用パンチの成形面から上下に貫通する少なくとも一つの柱状の通孔を設け、該通孔内に前記成形用パンチとは独立に移動する粉末補充用パンチを備える請求項１に記載の粉末成形体の製造方法で用いる成形用パンチ構造。
【請求項８】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の製造方法により製造された粉末成形体を焼結して製造されたことを特徴とする焼結部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は粉末成形体の製造方法に関し、特に、非圧縮層を有したまま圧縮成形する工程により成形される粉末成形体の製造方法及び当該粉末成形体を使用した高強度の燒結部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
粉末成形体の外周面を成形するダイと、上端面を形成する上パンチ及び下端面を形成する下パンチとにより画成されるキャビティ内に粉末を充填し、プレスを用いて上下パンチをストロークさせ所定の圧縮密度の成形体とし、該成形体を焼結して部品や工具を製造することが行われている。特開２００１−０８９８０２号には、キャビティに充填された材料粉末を上下パンチで圧縮成形した粉末成形体に軸孔を形成する方法が記載されている。図８（ａ）、（ｂ）を参照して打ち抜きピンの作動を説明する。図８（ａ）において、ダイ５の側面に打ち抜きピン１５を配設し、上下パンチ間の充填粉末層３の圧縮方向に生成するニュートラル・ラインに打ち抜きピン軸線を一致させて打ち抜きピン１５を充填粉末層３に挿入する。１６は打ち抜きピン１５が挿通する通孔である。図８（ｂ）は打ち抜きピン１５により軸孔が形成された後の状態を示す。充填粉末層３から打ち抜かれた粉体１７は通孔１６を介してダイ５に設けられた排出口から排出される。その後、打ち抜きピンを挿入した状態で、上端面からの上パンチ９の下降ストローク量と、下端面からの下パンチ７のストローク量とを同一に設定して充填された粉末を上下パンチにより圧縮して成形体とする。該成形体から打ち抜きピンを引き抜くことにより軸孔を有する粉末成形体を製造する。
【０００３】
上記方法においては、圧縮工程において圧縮される粉末層に打ち抜きピンという非圧縮物が存在する。かかる条件を考慮せず均一に粉末を充填して圧縮成形する場合は、図１（ａ）を参照して、圧縮時に打ち抜きピンと上下パンチとにより圧縮されるａ部と打ち抜きピンに影響されないｂ部とでは圧縮率が異なるためｂ部の密度が上がらないばかりではなく、良好な成形体が得られない。
【０００４】
例えば、特開平６−１９８４９７号に、同心的に嵌合された３分割の下パンチを用い、ダイ内部に充填された粉末を圧縮して下端部が段状をなす成形体を得る成形方法が開示されている。この場合、上パンチと各下パンチのダイに対する相対的な移動速度を、成形品各段部の圧縮量の比率と同一速度比に設定して制御する。かかる多段状の粉末成形体を圧縮成形する場合、各段部の圧縮率を変えることは圧縮成形中に、圧縮密度の高い段部から低い段部へ粉末の移動が起こり良好な成形体が得られない。これと同様の粉末の移動が圧縮される充填粉末層内部に打ち抜きピンのような非圧縮層が存在する時にも生ずる。
【０００５】
このような現象は非圧縮層の体積及び充填する粉末の圧縮量によって影響を受ける。例えば、加工工具などを燒結により製造する場合、粉末成形体に軸孔を形成し、更に圧縮密度を２．５程度に高くして燒結後の強度を向上することがある。また、製造する部品によっては圧縮率を３に設定して圧縮成形する場合もある。このような場合は粉末の充填量が増加するため上記の不都合が更に顕著となる。したがって、非圧縮層に係る充填層と他の充填層とが一定圧縮比となるように、粉末を充填するときに打ち抜きピンなどの非圧縮層の形状に適合する粉末の充填をする必要がある。
【０００６】
図1（ａ）に示す粉末成形体１は、上記先行技術に開示された打ち抜きピンにより形成された軸孔２を有し、図２示すようにダイ内部に打ち抜きピンの外形形状に適合するように充填された粉末を上下パンチにより圧縮率を３として圧縮成形したものである。図２において、２は軸孔を形成する位置を示し、粉末成形体１の体積と圧縮率とから算出された粉末量を均一な粉末の充填層３（以下、充填粉末層という）と該充填粉末層３の上下に形成される充填層４に配分して充填し、充填層４は充填粉末層３の上下に打ち抜きピンの形状を考慮して配分した粉末層（以下、補充粉末層という）である。得られた粉末成形体１は、圧縮率が３と高いためパンチに近接する上下層とニュートラルゾーンｂ部の圧縮密度差又はａ部と他の部分との圧縮密度差が大きくなり、粉末成形体１を燒結すると例えば図１（ｂ）に示すような変形が生じた。更に、図２に示すように打ち抜きピンのような非圧縮層の形状に適合するように粉末を充填することは、上下パンチにより規制される粉末成形品の端面形状と非圧縮層の上下端面形状が一致しない場合は困難である。
【特許文献１】特開２００１−０８９８０２号公報
【特許文献２】特開平６−１９８４９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、非圧縮層を有する充填粉末層を圧縮成形する場合に適した粉末の充填方法と圧縮方法からなる粉末成形体の製造方法を提供し、更にかかる製造方法による粉末成形体を用いた高強度の燒結部品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため本発明は、成形体の外周面を形成するダイと、ダイ内部を相対的に移動する上下の成形用パンチと、該パンチの移動量を制御する制御手段とを備える成形装置により、非圧縮層を含む充填粉末層を圧縮して粉末成形体を製造する製造方法において、前記成形用パンチとは独立して駆動可能な上下の粉末補充用パンチを前記非圧縮層の投影領域の外方位置に前記成形用パンチに隣接して設け、前記非圧縮層の体積を除く粉末成形体の体積と圧縮率とから算出される粉末量を前記上下の成形用パンチ間に形成される充填粉末層と該充填粉末層の上下に前記粉末補充用パンチで圧縮可能に形成される補充粉末層とに配分する工程と、前記成形用パンチと粉末補充用パンチとを同時に圧縮成形を完了するように移動量を制御することにより、補充粉末層の粉末を充填粉末層に補充しながら圧縮成形する圧縮工程とを有することを特徴とする。
【０００９】
かかる構成によれば、上記充填工程と移送工程とにより非圧縮層の体積を除く粉末成形体の体積と圧縮率とから算出される粉末量を前記上下の成形用パンチ間の充填粉末層と、該充填粉末層の上下に前記粉末補充用パンチで圧縮可能に形成される補充粉末層とに配分し、補充粉末層の粉末を粉末補充用パンチにより圧縮して充填粉末層に補充しながら圧縮成形される。それにより、圧縮工程において非圧縮層による影響を回避することができ、所定の圧縮比の粉末成形体を得ることができると共に、成形された粉末成形体の内層における圧縮密度の偏差も少なく燒結により変形することがない。
【００１０】
更に本発明は、前記充填粉末量を配分する工程は、前記ダイと下成形用パンチと該下成形パンチより下方に位置する下粉末補充用パンチとで形成される空間内に前記算出した粉末量を充填する充填工程と、上成形用パンチ及び上粉末補充用パンチを充填粉末の上面まで下動し、上下成形用パンチの間隔を維持しながら上下粉末補充用パンチに対して下方に移動させて上下成形用パンチ間の充填粉末層と上下粉末補充用パンチにより前記充填粉末層の上下に形成される補充粉末層とを形成する移送工程とからなることを特徴とする。
【００１１】
かかる構成により、一度の充填工程と一度の移送工程で充填粉末層の上下に補充粉末層を形成することが可能となる。
【００１２】
更に本発明においては、前記ダイの側面に粉末成形体に軸穴を形成する打ち抜きピン装置を備え、前記移送工程終了後に該打ち抜きピンを充填粉末層に挿通し、打ち抜きピンを挿通した状態で前記圧縮工程を行うものにおいて、前記打ち抜きピンの投影領域の外方に、ダイの内面から離間して配置される粉末補充用パンチを上下に夫々設け、前記非圧縮層の体積を除く粉末成形体の体積と圧縮率とから算出される粉末量は、非圧縮層の体積を打ち抜きピンの体積として算出し、少なくとも該算出粉末量を前記充填粉末層と前記補充粉末層とに配分し、前記圧縮工程完了後に打ち抜きピンを引き抜くことを特徴とする。  
【００１３】
かかる構成によれば、軸孔を備える設計通りの圧縮密度の粉末成形体が従来の多段プレスを用いて容易に製造することができ、かかる製造方法により製造された粉末成形体を燒結することにより、支持するための軸孔を備えて且つ強度が大きい加工工具を安価に製造することができる。
【００１４】
更に本発明によれば、前記補充粉末層に配分される粉末量は、前記算出された粉末量のうち非圧縮時における非圧縮層の水平投影領域の粉末量を（圧縮比−１）倍して算出される粉末量であることを特徴とする。かかる構成によれば、適切な補充粉末層の粉末量が粉末成形体の設計時点で算出できるので、補充粉末層の配置が容易に設定でき、パンチの設計や、充填工程における粉末補充パンチの位置制御が容易となる。
【００１５】
更に本発明においては、前記圧縮工程は、前記上下成形用パンチと上下粉末補充用パンチとを、夫々の圧縮工程における全移動量の一定比に相当する移動量を夫々移動させて前記充填粉末層と補充粉末層とを予備圧縮する予備圧縮工程と、前記予備圧縮工程後に前記上下成形用パンチを固定した状態で前記上下粉末補充用パンチを所定量移動して補充粉末層から粉末を予備圧縮された充填粉末層に補充する粉末補充工程と、前記上下成形用パンチと上下粉末補充用パンチを駆動して所定形状の粉末成形体とする最終圧縮工程とからなることを特徴とする。
【００１６】
かかる構成によれば、補充粉末層の粉末の大部分を充填粉末層の粉末密度が補充に適する時期に補充することができるので、粉末成形体内層の圧縮密度の偏差を少なくすることができ、粉末密度が高くなってからの粉末移動が回避され粉末成形体の品質の維持がはかれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に本発明による粉末成形体の製造方法について、図面を参照して説明する。図1（ａ）は軸孔を有する粉末成形体を示す図面で、図１（ｂ）は図１（ａ）の粉末成形体を燒結した後の状態を示す図。図２は図１に示す粉末成形体の圧縮成形前における粉末の充填状態を示す図である。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は本発明による粉末成形体の製造方法における充填粉末の配分工程をを説明するための断面図である。図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は本発明による粉末成形体の製造方法における粉末の圧縮工程を説明するための概略図である。図５（ａ）、（ｂ）は本発明による粉末成形体を燒結して得られる一実施形態の工具を示す平面図並びに側面図である。図６、図７は補充粉末量を説明するための説明図である。図８（ａ），（ｂ）は打ち抜きピンの作動を示す概略図である。
【００１８】
本実施形態においては、図４（ｄ）に示すニュートラルゾーンに軸孔２を有する単純な直方体の粉末成形体の製造方法について説明する。製造装置として図示しないＮＣ制御式の多段プレスを使用し、粉末としてバインダーを混合した炭化タングステンＷＣ粉末を使用して行った。図３（ｂ）に示す断面長方形のダイ５の側面には充填粉末層３に軸孔２を形成するための打ち抜きピン装置（図示せず）が図３（ｂ）の紙面に対して垂直方向に配設されている。多段プレスの下ラムに取り付ける下パンチは７ａ、７ｂ、７ｃと別の下ラムに取り付けられ、軸孔２の投影領域の外に位置するパンチ８ａ、８ｂとに分割されている。これと対応して多段プレスの上ラムに取り付けられる上パンチも９ａ、９ｂ、９ｃと別の上ラムに取り付けられる１０ａ、１０ｂとに分割されている。
【００１９】
後述するように本実施の形態においては、下パンチ７ａ、７ｂ、７ｃと上パンチ９ａ、９ｂ、９ｃとは夫々一体に作動して粉末を圧縮成形する成形用パンチを構成し、下パンチ８ａ、８ｂと上パンチ１０ａ、１０ｂとは夫々一体に作動して粉末を補充する粉末補充用パンチを構成する。上下の各パンチの作動及び移動量は多段プレスのＮＣ制御装置を構成する記憶装置に予め設定しておくことにより制御する。
【００２０】
粉末の充填工程において、各下成形用パンチ７ａ、７ｂ、７ｃ及び下補充用パンチ８ａ、８ｂはＮＣ制御装置の指令に基づいて移動してダイ５上端面からの距離を図３（ａ）に示す位置に固定した。公知の粉末充填装置によりダイ５内部にＷＣ粉末を上端面まで充填した。充填した粉末量は成形後の粉末成形体１を構成する粉末量、即ち軸孔２に相当する体積（打ち抜きピンの体積）を差し引いた粉末成形体１の実体積と圧縮率から算出し、打ち抜きピンによって打ち抜かれる粉末量を加算した。
【００２１】
粉末の充填が完了の後、各上成形用パンチ９ａ、９ｂ、９ｃ及び上粉末補充用パンチ１０ａ、１０ｂを充填されたＷＣ粉末上面に接するダイ５の上端位置まで下方に移動させ、続いて移送工程に移る。移送工程においては、上成形用パンチ９ａ、９ｂ、９ｃと下成形用パンチ７ａ、７ｂ、７ｃとを図示の間隔を維持したまま下方に図の４ｂに相当する量だけ移送させ、図３（ｂ）に示す状態とした。本実施形態の移送工程においては成形体に形成する軸孔の軸心をダイに設置してある打ち抜きピンの軸線に一致した位置に整合する必要があり、必要に応じて上粉末補充用パンチ１０ａ、１０ｂと下粉末補充用パンチ８ａ、８ｂとを含む全てのパンチをダイに対して相対的に同量移動させて軸孔２の軸心と打ち抜きピンの軸線とを一致させるための位置調整を行った。
【００２２】
図３（ｂ）において、上記移送工程後に形成される４ａ、４ａが下側の補充粉末層であり、４ｂ、４ｂが上側の補充粉末層である。本実施形態においては、補充粉末層４ａ、４ｂの補充粉末層の全粉末量は、圧縮工程において非圧縮層（打ち抜きピン）の影響を受ける粉末量に相当する量である。この粉末量が充填粉末層３の上下に、図２において破線で示す打ち抜きピンの投影領域の外方において、左右に且つダイ５の内面から離間した位置に４つに分割された補充粉末層として配分されている。非圧縮層の影響を受ける補充粉末量については後述する。本実施の形態においては、移送工程終了後に軸孔２と同径の打ち抜きピンを充填粉末層３に挿入して、打ち抜きピンを充填粉末層３に挿通させた状態のまま以降の圧縮工程を行った。
【００２３】
次に補充粉末層を構成する粉末量について説明する。図６は軸孔２が偏奇している粉末成形体１の圧縮方向の断面を示す。この断面において、軸孔２の上端近傍即ち非圧縮層の上端近傍を通る圧縮方向と直角をなす水平面Ｐ１と、軸孔２の下端近傍即ち非圧縮層の下端近傍を通る圧縮方向と直角をなす水平面Ｐ２とにより上層Ｗ１、中間層Ｗ２、下層Ｗ２に区分すると、上層Ｗ１及び下層Ｗ３は非圧縮層の影響は受けない。
【００２４】
図から明らかなように中間層Ｗ２に相当する粉末が圧縮時に非圧縮層２の影響を受ける。図７が粉末の充填状態を模式的に示す図で、符号は図３に示す符号と同一の符号を付してある。図７（ａ）は圧縮率が３の場合における粉末充填の状態を単位粉末量に区画して示したものである。３は充填粉末層であり、４（ａ）、４（ｂ）が補充粉末層である。補充粉末層の量は、圧縮率が１に相当する粉末量は圧縮時の横方向移動とは関係がないので、図７（ｃ）に示す成形後の非圧縮層に影響を受ける中間層Ｗ２に圧縮率３を掛けた粉末量から圧縮率１に相当する量を差し引いた粉末量、即ち非圧縮時における非圧縮層の水平投影領域における粉末量の２倍の量である。図７（ｂ）は圧縮率２の場合であり、補充粉末層４（ａ）、４（ｂ）の粉末量は、図７（ｃ）に示す成形後の非圧縮層に影響を受ける中間層Ｗ２に相当する量、即ち非圧縮時における非圧縮層の水平投影領域における粉末量に圧縮率２を掛けた粉末量から圧縮率１に相当する粉末量を差し引いた粉末量である。以上の結果から非圧縮層に影響を受ける粉末量を一般式で表すと、充填状態における非圧縮層の水平領域における粉末量×（圧縮比−１）となり、これが補充粉末層に配分される粉末量となる。
【００２５】
非圧縮層の断面形状が方形に近似する場合は上記式により補充粉末層の粉末量が算出されるが、上部または下部に凸部を有する非圧縮層等の場合、必ずしも凸部の頂点を通る水平面により非圧縮層の影響を受ける層を限定する必要はなく、圧縮時に前記粉末移動に影響を及ぼす非圧縮層の実質的体積を概算して求めればよい。また、非圧縮層の形状によっては実験によって適切な補充粉末層の粉末量を求めてもよい。
【００２６】
図３（ｃ）、（ｄ）は充填粉末層及び補充粉末層を形成する他の実施形態を示す図である。図３（ｃ）において、ダイ５の上端面からの下成形用パンチ７ａ、７ｂ、７ｃと下粉末補充用パンチ８ａ、８ｂとの位置を充填粉末層３とその下側の補充粉末層４ａを形成する位置に保持して粉末の充填を行う。下成形用パンチ７ａ、７ｂ、７ｃの上面と下粉末補充用パンチ８ａ、８ｂの上面との距離は、前述した補充粉末量算出法により算出した粉末量に基づいて設定される。次いで、上成形用パンチ９ａ、９ｂ、９ｃを充填粉末層３の上端面に接するまで下動させ、上下成形用パンチの間隔を維持したまま上成形用パンチ９ａ、９ｂ、９ｃ及び下成形用パンチ７ａ、７ｂ、７ｃと下粉末補充用パンチ８ａ、８ｂとを共に前記補充粉末量に基づいて設定される４ａの高さに相当する量だけ下方に移送して、図３（ｄ）に示すように上側の補充粉末層の空間１０’ａ、１０’bを形成する。空間１０’ａ、１０’bの高さは前記補充粉末量に基づいて設定される４ａの高さに等しい。次に、この空間１０’ａ、１０’bに粉末を充填して補充粉末層４ｂを形成したのち、上粉末補充用パンチ１０ａ、１０ｂを補充粉末層４ｂの上面まで下動させて充填を完了する。即ち、図３（ｂ）に示す状態と同一となる。この状態で破線２で示す位置に打ち抜きピンが一致するように全体を移送する。
【００２７】
次に図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）を参照して圧縮工程の説明をする。図４は簡明のため総てのパンチ及びダイを省略してある。圧縮工程において、第１ステップとして予備圧縮を行った。図４（ａ）において、上成形用パンチ９ａ、９ｂ、９ｃと下成形用パンチ７ａ、７ｂ、７ｃとは圧縮開始から圧縮成形終了までの全移動量の２０％に相当する移動量で充填粉末層３を圧縮し、同時に上粉末補充用パンチ１０ａ、１０ｂと下粉末補充用パンチ８ａ、８ｂも圧縮開始から圧縮成形終了までの全移動量の２０％に相当する移動量で補充粉末層４ａ，４ｂの圧縮を行い、充填粉末層３に粉末を補充しながら図４（ｂ）に示す状態まで予備圧縮を行った。
【００２８】
続いて第２ステップとして粉末補充を行った。図４（ｂ）において、上成形用パンチ９ａ、９ｂ、９ｃと下成形用パンチ７ａ、７ｂ、７ｃとを停止したまま、上粉末補充用パンチ１０ａ、１０ｂと下粉末補充用パンチ８ａ、８ｂとを圧縮成形終了までの全移動量の略６０％の移動量で補充粉末層４ａ、４ｂを圧縮して充填粉末層３に粉末の補充を行い図４（ｃ）に示す状態とした。第３ステップは最終圧縮工程であって、図４（ｃ）に示す状態から図４（ｄ）に示す粉末成形体１１となるまで上成形用パンチ９ａ、９ｂ、９ｃと下成形用パンチ７ａ、７ｂ、７ｃとを圧縮成形終了までの全移動量の８０％の移動量で充填粉末層３を圧縮させるように移動し、同時に上粉末補充用パンチ１０ａ、１０ｂと下粉末補充用パンチ８ａ、８ｂとを圧縮成形終了までの全移動量の略２０％の移動量で補充粉末層４ａ、４ｂの圧縮を行うように移動させて同時に圧縮を完了した。
【００２９】
圧縮成形完了後、打ち抜きピンを粉末成形体より引き抜き、下成形用パンチ７ａ、７ｂ、７ｃと下粉末補充用パンチ８ａ、８ｂとをダイ５の上端まで上昇させるか、またはダイ５を下動させるかして粉末成形体１１をダイから取出し、焼結工程に搬送する。上記記載から理解できるように、上パンチ及び下パンチは成形用パンチとそれとは独立に駆動可能な充填用パンチとで構成されていればよい。また、成形用パンチが複数に分割されていて多段状の粉末成形体を成形する場合にも、粉末補充層を形成して粉末を補充しながら圧縮成形する本発明の製造方法が適用できる。本実施形態のように単純な形状の粉末成形体の場合は、ＮＣ制御の多段プレスを使用する必要もなく、独立に駆動可能な粉末補充用パンチを上下の成形用パンチに挿通させて成形プレスに装着し、油圧制御等によるパンチの速度制御やリミットスイッチなどによるパンチの移動量制御によっても本発明の実施は可能である。上記実施形態の上下パンチの移動量はダイに対する相対的な移動量であって、ダイ固定方式でもウイズドロアル方式でもよい。
【００３０】
また上記実施の形態においては充填粉末層の非圧縮層として打ち抜きピンについて説明したが、固体部品の外周に粉末成形体を形成する場合や中空の粉末成形体を形成するための中子を使用する場合などにも本発明の製造方法は適用できる。このような場合は、充填する粉末量は粉末成形体の全体の体積から非圧縮層の体積を差し引いた体積と圧縮率とから算出でき、補充粉末層の粉末量は非圧縮時における非圧縮層が存在する圧縮方向に対して水平な層の粉末量、即ち非圧縮時における非圧縮層の水平投影領域の粉末量×（圧縮率−１）の式により算出できる。補充粉末層を形成する位置は非圧縮層の投影領域の外方で、粉末成形品の形状に応じて均等な補充が可能な位置に一または複数に分割して設定することができる。更に、補充粉末層はダイ内面より離間して設定することが望ましい。
【００３１】
図５（ａ）、（ｂ）は、本発明による製造方法により成形された粉末成形体を焼結して得られた軸孔１２を有する圧縮密度が高く強度の大きい切削工具１３を示す図であって、上下パンチの形状を選択して上記の方法と同様の工程を行うことにより複雑な形状の粉末成形体を製造できることを示す。
【００３２】
本発明による非圧縮層を含む充填粉末層を圧縮して粉末成形体を形成する製造方法によれば、上下の成形用パンチと該成形用パンチとは独立に駆動可能な上下の粉末補充用パンチを設け、非圧縮層の体積を除く粉末成形体の体積と圧縮率とから算出される粉末量を上下の成形用パンチ間に形成される充填粉末層と該充填粉末層の上下に前記粉末補充用パンチで圧縮可能に形成される補充粉末層とに配分して、圧縮される粉末の密度があまり高くならない時期に、粉末を充填粉末層に補充しながら圧縮成形を行う。それにより、圧縮密度を高くするために粉末の充填量が増加しても、非圧縮層による影響を回避でき、所定の圧縮比の粉末成形体を得ることができると共に、成形された粉末成形体の内層における密度の偏差も少なく焼結により変形することがない。
【００３３】
粉末補充用パンチの移動による補充粉末層からの粉末補充の時期は、成形用パンチによる充填粉末層の粉末の密度に関連して設定することができる。粉末密度がかなり低い内に補充粉末量が全量補充されても補充効果がなく、粉末密度がある程度高くなった時点では先に述べた粉末の移動による成形体の不良と同等の影響をもたらす。成形用パンチの移動を停止して粉末補充用パンチを移動する予備圧縮工程後の粉末補充も、予備圧縮量及びその時に行う補充粉末量などは実験的に定める必要があるが、本実施形態の粉末成形体の場合、即ち通常燒結により製造されている部品、工具の場合で圧縮率を２．５〜３にする場合は２０％前後の予備圧縮量のときに粉末の補充を行うのが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】軸孔を有する粉末成形体及び燒結した後の状態を示す図である。
【図２】図１に示す粉末成形体の圧縮成形前の粉末の充填状態を示す図である。
【図３】本発明による粉末成形体の製造方法における充填粉末を配分する充填工程及び移送工程を説明するための断面図である。
【図４】本発明による粉末成形体の製造方法における粉末の圧縮工程を説明するための概略図である。
【図５】本発明による粉末成形体を焼結して得られる一実施形態の工具を示す平面図並びに側面図である。
【図６】補充粉末量を説明するための本発明による粉末成形体の断面図である。
【図７】補充粉末量を説明するための粉末充填状態を示す模式図である。
【図８】打ち抜きピンの作動を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３５】
１    粉末成形体、２    軸孔、３    充填粉末層、４    補充粉末層、５    ダイ、７    下成形用パンチ、８    下粉末補充用パンチ、９    上成形用パンチ、１０    上粉末補充用パンチ、１５    打ち抜きピン    
【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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