(57)【要約】【課題】  効率的に粉末成形におけるパンチの粉末の付着を防止し、粉末の付着による製品の精度の悪化を抑え、また、粉末の付着による２個押し成形を防止して、製品および金型の破損を抑える粉末成形装置を提供すること。【解決手段】  粉末成形用金型１において、加圧面２ａに形成された溝部２ｂに、溝部２ｂに対する粉末の付着を防止する被膜９が形成されている構成とした。また、被膜９は、溝部２ｂを形成する原表面よりも小さい表面粗さとされている構成とした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイと上下の各パンチとから構成される粉末冶金用金型において、前記パンチの加圧面に、該パンチの原表面よりも硬く、かつ表面粗さの小さい被膜が形成されていることを特徴とすることを特徴とする粉末冶金用金型。
【請求項２】
前記被膜が、少なくとも前記加圧面に形成された溝部に形成されていることを特徴とする請求項１記載の粉末冶金用金型。
【請求項３】
ダイと上下の各パンチとから構成される粉末成形用金型において、前記パンチの外周面に、該パンチの原表面よりも硬く、かつ表面粗さの小さい被膜が形成されていることを特徴とする粉末冶金用金型。
【請求項４】
ダイと上下の各パンチとコアロッドとから構成される粉末成形用金型において、前記コアロッドの外周面のうち、少なくとも粉末との接触部分に、該パンチの原表面よりも硬く、かつ表面粗さの小さい被膜が形成されていることを特徴とする粉末冶金用金型。
【請求項５】
前記被膜が、前記コアロッドの外周面の全域に形成されていることを特徴とする請求項４記載の粉末冶金用金型。
【請求項６】
前記被膜が窒化クロムによって形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項記載の粉末冶金用金型。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項記載の粉末冶金用金型を備えることを特徴とするプレス機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属等の粉末を加圧することにより成形し、成形品を焼成したのち矯正を行って製品を製造する粉末冶金に用いられる粉末冶金用金型およびプレス機に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属等の粉末を加圧することにより成形する粉末成形装置は、粉末を所定の金型の中に充填し、加圧して、所定の形状に圧縮成形するものであり、プレス機と粉末成形用金型とから構成されている。
典型的な粉末成形用金型は、ダイと上パンチと下パンチとからなり、これらに必要に応じてコアロッドが組み合わされることもある。
ダイと下パンチとにより形成された粉末収納部に粉末が充填され、この粉末が上パンチと下パンチとにより圧縮されて所定の形状に成形される。
粉末の成形品を焼成したのち矯正する矯正装置も、上記の粉末成形装置と同様にプレス機と矯正金型とから構成され、典型的な矯正金型は、ダイと上パンチと下パンチとからなり、これらに必要に応じてコアロッドが組み合わされることもある。
【０００３】
下記の特許文献１には、パンチからの圧粉体の離型性を向上させるとともに、パンチにおける圧粉体を成形する面に凹部を有する場合、凹部内の空気の圧縮によるパンチの破損を防止することを目的として、パンチ内に、このパンチにおける圧粉体を形成する面に露出する突き出し部材をパンチの移動方向に所定範囲移動自在に組み込むとともに、この突き出し部材を弾性部材により圧粉体の方へ付勢するようにした粉末成形用金型装置について記載されている。
【特許文献１】特開平１０−１１８７９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の粉末成形用金型においては、使用回数を重ねると粉末が上パンチ表面に付着するという問題が生じていた。特に、上パンチへの粉末の付着は、上パンチの表面に溝部が形成されている場合、その溝部の幅が狭くて深いと起こり易い。なぜなら、このような溝部では、成形の際の加圧力が十分に伝わり難いため、粉末どうしの結合力が小さく固まりきれない粉末が上パンチの表面に残ってしまうからである。
上パンチに粉末が付着したまま次の製品の成形を行うと、上パンチに付着した粉末が次の製品に付着し、製品の表面が粗くなり、製品の仕上げ精度が保てなくなるという問題も生じる。
【０００５】
上パンチに粉末が付着したまま次の製品の成形を行うと、上パンチと製品との摩擦力が強くなっており、また、粉末が上パンチと製品との間で双方に付着するために、上パンチと製品との間の離型性が悪化する。その際、上パンチに付着した製品は、製品が重い場合は自重により落下するが、製品が軽い場合には上パンチに製品が付着し、そのまま次の製品の成形を行ってしまう２個押し成形が起こり得る。２個押し成形が起こると、製品だけでなく金型を破損させる恐れがあるといった問題があった。
粉末が付着した場合はその部分を磨くことによって付着した粉末を取り除くことが考えられる。しかし、この方法では手間がかかり効率的ではないといった問題があった。
【０００６】
下パンチやダイにおいても粉末の付着に起因する２個押し成形が考えられる。しかし、量産設備では、下パンチやダイに残った製品は自動的に回収されるようになっている。このため、下パンチおよびダイに残った製品は問題にはならない。これに対して、上パンチに付着した製品については、通常の生産工程では回収することを予定していないために２個押し成形が問題となる。
【０００７】
また、従来の粉末成形用金型、および矯正金型においては、型締めを繰り返し行っているうちに、ダイと各パンチとの摺動部分、各パンチとコアロッドとの摺動部分に摩擦が生じ、摩耗してパンチやコアロッドの移動に無理な力を要するようになって型締め操作が行い難くなる可能性がある。
さらに、型締めを繰り返し行っているうちに、粉末成形品や焼結品に接するコアロッドの外周面にも摩擦が生じ、摩耗してコアロッドに沿う製品の抜けが悪くなる可能性がある。
【０００８】
上記特許文献１では、離型性を向上させるために圧粉体を突き出す突き出し部材をパンチに設けているが、この場合だと、型の構造が複雑になるという問題がある。また、突き出し部材がパンチに対して摺動するので、突き出し部材に摩耗が生じると突き出し部材の動作に無理な力が作用して結果的に型締め操作が行い難くなる可能性がある。
【０００９】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、効率的に粉末成形における上パンチへの粉末の付着を防止し、粉末の付着による製品の精度の悪化を抑え、また、粉末の付着による２個押し成形を防止して、製品および金型の破損を抑えること、ダイと各パンチとの摺動部分、各パンチとコアロッドとの摺動部分における摩擦を抑制して型締め操作を行い易くすること、コアロッドと製品との摩擦を抑制して型締め操作を行い易くすること、以上を可能にする粉末冶金用金型およびプレス機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するための手段として、次のような構成を採用する。すなわち本発明に係る請求項１記載の粉末冶金用金型は、ダイと上下の各パンチとから構成される粉末成形用金型において、前記パンチの加圧面に、該パンチの原表面よりも硬く、かつ表面粗さの小さい被膜が形成されていることを特徴とすることを特徴とする。
【００１１】
本発明においては、粉末成形を行う際、被膜に接して加圧される粉末の加圧面に沿う流動性が高められるので、製品が満遍なく均一な圧力で押し固められる。これにより、成形の際の加圧力が製品全体に十分に伝わり、粉末どうしの結合力が高まるので、粉末が加圧面に付着することがない。
【００１２】
請求項２記載の粉末冶金用金型は、請求項１記載の粉末冶金用金型において、前記被膜が、少なくとも前記加圧面に形成された溝部に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明においては、加圧面に形成された溝部に被膜を形成することにより、粉末成形を行う際、被膜に接して加圧される粉末の溝部に沿う流動性が高められ、抵抗少なく溝部の奥まで押し込まれるので、製品が満遍なく均一な圧力で押し固められる。これにより、成形の際の加圧力が製品全体に十分に伝わり、粉末どうしの結合力が高まるので、粉末が溝部に付着することがない。ここで、溝部とは、例えば幅が１ｍｍ〜２ｍｍ、深さが２ｍｍ以上、直径１０ｍｍ以下、溝側面の立ち上がり角度が２０°以下の深溝を指す。
【００１４】
請求項３記載の粉末冶金用金型は、ダイと上下の各パンチとから構成される粉末成形用金型において、前記パンチの外周面に、該パンチの原表面よりも硬く、かつ表面粗さの小さい被膜が形成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明においては、パンチの外周面に被膜を形成することにより、パンチとダイとの摩擦が抑制される。これにより、パンチのダイへの挿入や離脱が無理な力を要さずに行えるので、粉体の加圧操作や成形品の離脱操作が支障なく行える。さらに、パンチの耐摩耗性が向上するので、パンチの長寿命化が図れる。
【００１６】
請求項４記載の粉末冶金用金型は、ダイと上下の各パンチとコアロッドとから構成される粉末成形用金型において、前記コアロッドの外周面のうち、少なくとも粉末との接触部分に、該パンチの原表面よりも硬く、かつ表面粗さの小さい被膜が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明においては、コアロッドの外周面のうち、少なくとも粉末との接触部分に被膜を形成することにより、コアロッドに沿う成形品の抜けが良くなる。
【００１８】
請求項５記載の粉末冶金用金型は、請求項４記載の粉末成形用金型において、前記被膜が、前記コアロッドの外周面の全域に形成されていることを特徴とする。
【００１９】
本発明においては、コアロッドの外周面の全域に被膜を形成することにより、パンチとコアロッドとの摩擦が抑制される。これにより、コアロッドに沿うパンチの移動が無理な力を要さずに行えるので、粉体の加圧操作や成形品の離脱操作が支障なく行える。さらに、コアロッドの耐摩耗性が向上するので、コアロッドの長寿命化が図れる。
【００２０】
請求項６記載の粉末冶金用金型は、請求項１から請求項５のいずれか一項記載の粉末成形用金型において、前記被膜が窒化クロムによって形成されていることを特徴とする。
【００２１】
本発明においては、被膜を窒化クロムによって形成することにより、被膜を形成する被膜処理を低温環境の中で行うことが可能となるので、表面処理の際に熱応力が残留することがない。そのため、金型が熱応力によって変形することがない。また、被膜に熱応力が残らない。
【００２２】
請求項７記載のプレス機は、請求項１から請求項６のいずれか一項記載の粉末冶金用金型を備えることを特徴とする。
【００２３】
本発明においては、プレス機が、上記のごとく優れた粉末冶金用金型を備えることにより、加圧面への粉末の付着が防止され、製品の寸法精度が高く保持される。また、粉末成形や矯正の工程が円滑に行えるようになる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る粉末冶金用金型によれば、非常に簡単に、離型のための機構を別個に設けたりしないで製品への粉末の付着が抑えられるので、製品の仕上げ精度が向上する。加えて、加圧面と製品との間で双方に付着する粉末の量が減少することで加圧面と製品との間の離型性が向上する。これにより、製品が加圧面に付着したまま次の製品の成形を行う２個押し成形を防止でき、製品および金型を破損させることを回避できる。
【００２５】
窒化クロムの被膜を形成する処理を低温環境の中で行うことが可能となるので、表面処理の際に熱応力が残留することがない。そのため、金型が熱応力によって変形することがないので、寸法精度を高く保持できる。また、被膜に熱応力が残らないので、被膜が剥がれ難い。
【００２６】
パンチの外周面に被膜を形成することにより、パンチとダイとの摩擦が抑制される。これにより、パンチのダイへの挿入や離脱が無理な力を要さずに行えるので、型締め操作を円滑に行うことができる。さらに、パンチの耐摩耗性が向上するので、パンチの長命化が図れる。
【００２７】
コアロッドの外周面に被膜を形成することにより、パンチとコアロッドとの摩擦が抑制される。これにより、コアロッドに沿うパンチの移動が無理な力を要さずに行えるので、型締め操作を円滑に行うことができる。さらに、コアロッドの耐摩耗性が向上するので、コアロッドの長寿命化が図れる。
【００２８】
本発明に係るプレス機によれば、加圧面への粉末の付着を防止して、製品の寸法精度を高く保持するとともに、粉末成形や矯正の工程を円滑に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明に係る粉末成形用金型の第１の実施形態を、図１から図２に示して説明する。
粉末を加圧して成形を行う粉末成形装置は、粉末成形用金型と金型を圧縮するプレス機（図示せず）とを備えている。粉末成形用金型を図１に示す。粉末成形用金型１は、上パンチ２と下パンチ３とダイ４とコアロッド５とから構成されており、上パンチ２が可動型となっている。上パンチ２と下パンチ３とダイ４とによって囲まれた空間は、製品６を形成する粉末が入れられる粉末収容部７である。
【００３０】
上パンチ２は、粉末収容部７の上部に設けられている。製品６の形状に合わせて上パンチ２の下面である加圧面２ａの形状が形成される。円筒形をした上パンチ２の周縁には、周方向に環状の溝部２ｂが設けられている。下パンチ３は、粉末収容部７の下部に設けられており、円柱状とされている。
【００３１】
ダイ４は、粉末収容部７の側部を囲んでいる。円筒の断面における中心には、長手方向にダイ４を貫く貫通孔４ａが設けられている。ダイ４の断面は、ドーナツ状の形状とされている。ダイ４に設けられた貫通孔４ａの内部には、下部に下パンチ３が固定されており、貫通孔４ａ内部の上部には上パンチ２が上下に摺動可能に嵌合されて形成されている。コアロッド５は、ダイ４の貫通孔４ａ内に上下を貫いて形成されており、円柱状とされている。粉末成形用金型１は、高速度鋼（粉末ハイス）とされている。また、粉末は鉄であり、カーボンが含まれている。
【００３２】
上パンチ２の加圧面２ａには、窒化クロムの被膜９が形成されている。窒化クロムの被膜処理は５００℃以下の低温環境のもとに行われるており、処理が低温下で行われるために、被膜９が形成された部分に熱応力が残らず、被膜９が剥がれ難い。また、粉末成形用金型１に熱応力が残らないので、粉末成形用金型１としての寸法精度が高く保持される。また、窒化クロムの被膜処理はＰＶＤ（Physical Vapor Deposition;物理蒸着）法のホロカソード（ＨＣＤ）装置成膜方式によって被膜処理が行われる。また、本処理はマスキングによる部分被膜の形成も容易に行える特徴を有する。
【００３３】
また、上下のパンチ２，３の外周面にも、同様に窒化クロムの被膜処理による被膜９が形成されている。さらに、コアロッド５の外周面の全域にも、同様に窒化クロムの被膜処理による被膜９が形成されている。コアロッド５に形成された被膜９の領域には、製品６との接触部分が含まれている。
【００３４】
上パンチ２の加圧面２ａ、上下のパンチ２，３の外周面、コアロッド５の外周面のすべてに施されている被膜９の膜厚は、いずれも２μｍに形成されている。窒化クロムの被膜処理後の加圧面２ａの表面粗さは、窒化クロムの被膜処理を施す前の加圧面２ａの原表面よりも小さくされている。
【００３５】
粉末成形用金型１によって成形された製品６を図２に示す。製品６は、粉末収容部７の形状どおりであって、外径の異なる円盤を２枚重ねた形状となっている。また、コアロッド５によって成形時に孔８が形成されている。
【００３６】
上記のように構成された粉末成形用金型１を作動させると、まず、粉末が粉末収容部７内に収容される。そして、上パンチ２の加圧面２ａおよびダイ４が上から下降して、粉末収容部７に収容された粉末を上から押さえつける。こうして粉末収容部７に収容された粉末が加圧されることで、粉末が所定形状に成形される。所定の形状に成形された製品６は、粉末成形用金型１から取り出される。取り出された製品６は、焼結が行われて焼結体の製品６を形成する。その後も粉末成形用金型１には次々に粉末が入れられて成形を行い、製品６が大量に生産される。
【００３７】
上記粉末成形用金型１においては、上パンチ２の溝部２ｂを有する加圧面２ａに窒化クロムの被膜処理を施したことにより、被膜９が形成される。そのため、成形の際に粉末が上パンチ２の表面に付着しない。これにより、次に成形を行う製品６に粉末が付着せず、所定の形状どおりの製品６が得られる。
【００３８】
また、成形の際に粉末が上パンチ２に付着しないので、上パンチ２の加圧面２ａに製品を付着させたまま次の製品６を成形することがなく、２個押し成形を防止でき、製品６および粉末成形用金型１の破損を抑えることができる。
【００３９】
さらに、窒化クロムの被膜処理を施した上パンチ２の加圧面２ａにおける溝部２ｂの表面粗さが処理を施す前の溝部２ｂの表面粗さよりも小さいので、粉付きが抑えられる。
【００４０】
加えて、粉末成形用金型１を可動型としたことにより、摺動によってより多くの粉末が付着する可動型の粉末成形用金型１に対して粉末の付着を抑えることができる。
【００４１】
上記粉末成形用金型１においては、上下のパンチ２，３の外周面にも被膜９を形成することにより、上下のパンチ２，３とダイ４との摺動性が改善され、両者間の摩擦が抑制される。これにより、上下のパンチ２，３のダイ４への挿入や離脱が無理な力を要さずに行えるので、粉体の加圧操作や製品６の離脱操作が支障なく行える。さらに、上下のパンチ２，３の耐摩耗性が向上するので、パンチの長寿命化が図れる。
【００４２】
上記粉末成形用金型１においては、コアロッド５の外周面の全域にも被膜９形成することにより、上下のパンチ２，３とコアロッド５との摺動性が改善され、両者間の摩擦が抑制される。これにより、コアロッド５に沿う上下のパンチ２，３の移動が無理な力を要さずに行えるので、粉体の加圧操作や製品６の離脱操作が支障なく行える。さらに、コアロッド５の耐摩耗性が向上するので、コアロッド５の長寿命化が図れる。さらに特筆すべきは、コアロッド５の外周面には粉末との接触部分をも含んで被膜９が形成されており、これによってコアロッド５に沿う成形品の抜けが良くなることである。
【００４３】
ところで、本実施形態では粉末を鉄としたが、本発明の効果が発揮されるのであれば特に制限はなく、鉄以外の粉末における成形に適用したとしても構わない。
また、マスキングを行うことで、粉末の付着が予想される部分だけに窒化クロムの被膜処理を行うことも可能である。また、同様に磨耗しそうな部分だけに窒化クロムの被膜処理を行うことも可能である。
【００４４】
また、本実施形態においては、一連の粉末冶金の各工程のうち、粉末成形の工程において使用する粉末成形用金型、およびこの金型を具備する粉末成形装置について説明したが、本発明の粉末冶金用金型およびプレス機は、焼結品の矯正の工程において使用する矯正用金型およびこの金型を具備する矯正装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態における粉末成形用金型の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態における粉末成形用金型により成形された製品の断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１    粉末成形用金型
２    上パンチ
２ａ  上パンチ下面
２ｂ  溝部
３    下パンチ
４    ダイ
５    コアロッド
９    被膜
【図１】
2005161388.tif 000003
【図２】
2005161388.tif 000004