(57)【要約】【課題】  簡単な金型構造であり、かつ均一な密度を有する圧粉体を成形できるとともに、粉体成形後の離型を容易にする圧粉体成形金型装置を提供する。【解決手段】  プレス荷重を受けて下降する上部パンチ１と、上部パンチ１と対向して配置される下部パンチ３と、その内壁面と下部パンチ３との間にキャビティが形成され、当該キャビティ内において圧粉体９が成形されるダイ２と、下部パンチ３と一体的に構成され、上部パンチ１およびダイ２を摺動可能にガイドするベース４と、ダイ２とベース４の間に配設されたスプリング５およびスプリングガイド６を備え、上部パンチ１にプレス荷重が加わると、スプリング５が撓むことにより、上部パンチ１と下部パンチ２の両押し加圧により圧粉体９の成形が行われる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレス荷重を受けて下降する上部パンチと、上部パンチと対向して配置される下部パンチと、その内壁面と下部パンチとの間にキャビティが形成され、当該キャビティ内において圧粉体が成形されるダイと、下部パンチと一体的に構成され、上部パンチおよびダイを摺動可能に支持するベースと、ダイとベースの間に配設された弾性部材とを備え、
上部パンチにプレス荷重が加わると、ダイを介して弾性部材が撓み、上部パンチと下部パンチの両押し加圧により圧粉体の成形が行われることを特徴とする圧粉体成形金型装置。
【請求項２】
圧粉体の離型時に、プレス加重を受けてダイを押し下げる押え板を上部パンチの代わりに配設し、弾性部材を取り除くとともに、ダイの落下による衝撃を緩和するための衝撃吸収部材を設けたことを特徴とする請求項１に記載の圧粉体成形金型装置。
【請求項３】
プレス荷重を受けて下降する上部パンチと、上部パンチと対向して配置される下部パンチと、その内壁面と下部パンチとの間にキャビティが形成され、当該キャビティ内において圧粉体が成形されるダイと、上部パンチおよびダイを摺動可能に支持するベースと、ダイと弾性支持部との間に配設された弾性部材と、下部パンチと弾性支持部とを一定油圧の連通管を介して支持する油圧回路とを備え、
上部パンチのプレス荷重時に、弾性部材および油圧回路を通して、上部パンチと下部パンチの両方の荷重が圧粉体に作用するようにしたことを特徴とする圧粉体成形金型装置。
【請求項４】
プレス荷重を受けて下降する上部パンチと、上部パンチと対向して配置される下部パンチと、その内壁面と下部パンチとの間にキャビティが形成され、当該キャビティ内において圧粉体が成形されるダイと、上部パンチおよびダイを摺動可能に支持するベースと、ダイを支持するダイ支持部と、下部パンチとダイ支持部とを一定油圧の連通管を介して支持する油圧回路とを備え、
上部パンチのプレス荷重時に、ダイ支持部および油圧回路を通して、上部パンチと下部パンチの両方の荷重が圧粉体に作用するようにしたことを特徴とする圧粉体成形金型装置。
【請求項５】
圧粉体の離型時に、プレス加重を受けてダイを押し下げる押え板を上部パンチの代わりに配設し、ダイの落下による衝撃を緩和するための衝撃吸収部材を設けたことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の圧粉体成形金型装置。
【請求項６】
上部パンチ、ダイ並びに下部パンチにおいて、粉体と接触する面に、摩擦係数を低減するための潤滑被膜を形成したことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の圧粉体成形金型装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、金属やセラミクス等の粉末材料を所望の形状の圧粉体に成形するための圧粉体成形金型装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、原料粉末をダイ内でパンチにより圧縮して圧粉体を成形する加圧工程と、この加圧工程の後にダイ内から圧粉体を抜き出す抜き出し工程とを備えた粉末成形方法において、抜き出し工程に際し、ダイから抜かれるパンチに組み込まれた突き出し部材を弾性部材の力により前進させて圧粉体をパンチから離型させ、加圧工程では、ダイ内の原料粉末の圧力により弾性部材の力に抗して突き出し部材を所定位置まで後退させるものがあった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１１８７９７号公報（課題を解決するための手段）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の粉末成形方法に用いる粉末成形用金型装置は、そのパンチ内に、圧粉体を形成する面に露出する突き出し部を移動自在に組み込むとともに、この突き出し部を弾性部材により圧粉体の方向へ付勢する構造となっている。しかしながら、これによると、パンチの金型構造が複雑になる問題点がある。
【０００５】
この発明は、上記の問題点を解消するためになされたものであり、簡単な金型構造であり、かつ均一な密度を有する圧粉体を成形できるとともに、粉体成形後の離型を容易にする圧粉体成形金型装置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】
【０００６】
この発明による圧粉体成形金型装置は、プレス荷重を受けて下降する上部パンチと、上部パンチと対向して配置される下部パンチと、その内壁面と下部パンチの間にキャビティが形成され、当該キャビティ内において圧粉体が成形されるダイと、下部パンチと一体的に構成され、上部パンチおよびダイを摺動可能に支持するベースと、ダイとベースの間に配設された弾性部材とを備え、上部パンチにプレス荷重が加わると、ダイを介して弾性部材が撓み、上部パンチと下部パンチの両押し加圧により圧粉体の成形が行われる。
【０００７】
また、圧粉体の離型時に、プレス加重を受けてダイを押し下げる押え板を上部パンチの代わりに配設し、弾性部材を取り除くとともに、ダイの落下による衝撃を緩和するための衝撃吸収部材を設けたことを特徴とする。
【０００８】
上記の構成において、下部パンチとダイによって形成されるキャビティ（空間）に所定量の粉末を入れ、上部パンチをプレス機械等によって下降させ、圧粉体の密度が所定値になるまでプレス荷重を上部パンチに作用させる。上部パンチに作用するプレス荷重のうち、粉体とダイ壁面との摩擦によってロスする荷重はダイを下降させる荷重へと変換される。本発明による金型装置では、ダイと下部パンチを設けたベースとの間に設置した弾性部材によって、この荷重を下部パンチが粉体を金型上面へ押し上げる荷重に変換することにより、プレス荷重をロスすることなく粉体に作用させることができ、一方向のプレス荷重であるにも関わらず、パンチの上下面から荷重が作用する両押し成形とすることができる。
【０００９】
圧粉体成形後は、上部パンチに代えて圧粉体を取出せるような空間を設けた押え板を用い、この押え板にプレス荷重をかけてダイから圧粉体を取り出すよう構成している。
【発明の効果】
【００１０】
この発明による圧粉体成形金型装置によれば、圧粉体の成形時に、一方向のプレス荷重であるにも関わらず、上部および下部パンチの両方向から荷重が作用する両押し成形とすることができる。したがって、粉体内部の圧力分布を緩和し、一様な密度を有する圧粉体を成形することができる。
【００１１】
さらに圧粉体の成形後は、上部パンチに代わり押え板を用い、この押え板にプレス荷重をかけてダイから圧粉体を取り出すため、簡素な金型構造により圧粉体を容易に離型させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による圧粉体成形金型装置およびその金型装置を用いた圧粉体成形方法を説明するための断面図である。図において、中心線Ｘ−Ｘの右側と左側は、紙面の正面方向の断面とそれに直行する方向の断面を示しており、それぞれの断面に対して各部材が対称に配置されている。
【００１４】
本実施の形態１による圧粉体成形金型装置は、金型プレス荷重を受けて下降する上部パンチ１と、上部パンチ１と対向して配置される下部パンチ３と、その内壁面と下部パンチ３との間にキャビティが形成され、当該キャビティ内において圧粉体９が成形されるダイ２と、下部パンチ３と一体的に構成されたベース４と、ダイ２とベース４の間に配設され一方向のプレス荷重から両押し成形を可能にするためのスプリング５と、スプリング５を支持するスプリングガイド６と、プレス成形後の圧粉体を離型するための押え板７と、圧粉体離型時にダイ２の落下による衝撃を緩和するための衝撃吸収部材８とから主要構成されている。
【００１５】
上部パンチ１は上部パンチ支持部１Ａにより支持され、上部パンチ支持部１Ａに金型プレス加重が加わる。上部パンチ支持部１Ａには、ベース４に立設されたガイド２０に沿って摺動することができるガイド孔１Ｂが設けられている。ダイ２には、プレス時にスプリングガイド６が挿入されるスプリングガイド孔２Ａが設けられている。また、ダイ２には、ベース４のガイド２０に沿って摺動することができるガイド孔２Ｂが設けられている。押え板７には、離型時にダイ２を抑えると共に離型後の圧粉体９を取り出すための空間を形成する押え棒７Ａが設けられる。また、押え板２には、ベース４のガイド２０に沿って摺動することができるガイド孔７Ｂが設けられている。
【００１６】
次に、本実施の形態の動作を、図１（ａ）〜図２（ｇ）の圧粉体の成形工程に沿って説明する。
【００１７】
まず、図１（ａ）に示すように、金属やセラミクス等の成形材料となる粉体９を所定量だけ計量し、下部パンチ３とダイ２の内壁面によって形成される空間（キャビティ）に導入する。次に、図１（ｂ）に示すように、上部パンチ支持部１Ａをハンドプレスあるいはプレス機等（図示せず）によって下降させ、粉体９の寸法（あるいは、かさ密度）が所定値になるまでプレス荷重を上部パンチ１に作用させる。この時、上部パンチ１に作用するプレス加重は、粉体９を加圧する加圧力Ｆとなり、この加圧力Ｆによる粉体の圧縮に伴って、粉体９とダイ２の壁面との間に摩擦力μＦ（μは粉体とダイ壁面との摩擦係数）が発生する。そして、粉体９とダイ２壁面との摩擦によってロスする荷重は、ダイ２を下降させる荷重へと変換される。本実施の形態では、ダイ２と下部パンチ３を設けたベース４との間に設置したスプリング５によって、上記荷重を下部パンチ３が粉体９を金型装置の上面へ押し上げる荷重に変換する。
【００１８】
次に、プレスによる加重が完了すると、図１（ｃ）に示すように抜重され、ダイ２はスプリング５の反発力により上面へ押し上げられる。これにより、圧粉体の成形工程は完了し、離型工程に入る。離型工程では、図１（ｄ）に示すように、上部パンチ１に代えて、離型後の圧粉体９を取り出すための空間を有する押え板７を取り付け、この押え板７によりダイ２にプレス荷重を作用させるが、プレス加重を作用させる前にスプリング５およびスプリングガイド６を取外して、ダイ２をベース４まで下降できるようにする。押え板７による離型時には、圧粉体９とダイ２の壁面との摩擦力が発生するが、プレス荷重によりダイ２はベース４まで下降し、図２（ｅ）に示すように圧粉体９が取出される。圧粉体９がダイ２から完全に取り出された瞬間に、ダイ２はベース４上に落下するため、図２（ｆ）に示すように、ゴムなどの弾性体により形成される衝撃吸収部材８により落下時の衝撃を緩和する。最後に、図２（ｇ）に示すように押え板７を上昇させ、圧粉体９の取出しが完了する。
【００１９】
以上のように、本実施の形態１によれば、ダイ２と下部パンチ３と一体となったベース４の間にスプリング５とスプリングガイド６を設けたことにより、粉体９とダイ２の壁面との間に発生する摩擦に起因したプレス荷重をロスすることなく粉体９に作用させることができ、一方向のプレス荷重であるにも関わらず、上部および下部パンチの両方向から荷重が作用する両押し成形とすることができる。したがって、粉体内部の圧力分布を緩和し、一様な密度を有する圧粉体を成形することができる。
【００２０】
さらに圧粉体の成形後は、上部パンチ２に代わり押え板７を用い、この押え板７にプレス荷重をかけてダイ２から圧粉体９を取り出すため、簡単な金型構造により圧粉体を容易に離型させることができる。
【００２１】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２による圧粉体成形金型装置を説明するための断面図である。なお、実施の形態１に示した圧粉体成形金型と同様、中心線Ｘ−Ｘの右側と左側は、紙面の正面方向の断面とそれに直行する方向の断面を示しており、それぞれの断面に対し各部材が対称に配置されている。本実施の形態では、上部パンチ１、ダイ２、並びに下部パンチ３において粉体９と接触する面に、粉体９との摩擦係数を低減するための潤滑被膜１０を形成したことが特徴であり、その他の構成については、実施の形態１で示した圧粉体成形金型装置と全く同様である。
【００２２】
成形材料である粉末９が金属あるいはセラミクスなどの硬度の高い材料である場合が多いため、潤滑被膜１０の材質としては、耐摩耗性の観点からこれらの材料よりも硬い材質であることが望まれる。このような特性を発揮させる手段としては、例えば窒化処理を施して表面に窒化膜を形成する、あるいはＤＬＣ（ダイアモンドライクカーボン）膜のコーティングなどがあるが、低摩擦、耐磨耗性を向上させるにはＤＬＣ被膜を用いるのが望ましい。
【００２３】
以上のように、本実施の形態２によれば、上部パンチ１、ダイ２、並びに下部パンチ３において粉体９と接触する面に、粉体９との摩擦係数を低減するための潤滑被膜１０を形成したので、粉体９とダイ２の壁面との間に発生する摩擦に起因したプレス荷重をロスすることなく粉体９に作用させることができるため、粉体内部の圧力分布を緩和し、一様な密度を有する圧粉体を成形することができる。
【００２４】
さらに、圧粉体の成形後についても、潤滑被膜１０によってダイ壁面と圧粉体９の摩擦が低減されるため、実施の形態１に示した金型装置よりもさらに離型性が向上する効果がある。
【００２５】
実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３による圧粉体成形用金型装置を説明するための断面図である。図において、実施の形態１および２に示した圧粉体成形金型装置と同様に、中心線の右側と左側は、紙面の正面方向の断面とそれに直行する方向の断面を示しており、それぞれの断面に対し各部材が対称に配置されている。
【００２６】
本実施の形態では、上記実施の形態１および２で一体構造とした下部パンチ３とベース４を別体に構成して、下部パンチ３とスプリング５を取付けたスプリングガイド６とを油圧回路１１によって接続したことを特徴とする。すなわち、油圧回路１１の連通管１１Ａにはスプリング５を取付けたスプリングガイド６が、連通管１１Ｂには下部パンチ３が配置され、スプリングガイド６および下部パンチ３の下面には、それぞれ油圧回路１１により接続された一定の油圧が作用する構成になっている。
【００２７】
上記のような構成とすることにより、図４（ａ）に示すように、成形工程では粉体９とダイ２の壁面の摩擦によってロスするプレス荷重を、スプリング５および油圧回路１１を介して下部パンチ３に作用させることができる。また、圧粉体９の取出し工程では、図４（ｂ）に示すように、押え板７に作用するプレス荷重がダイ２に直接作用するので、スプリング５およびスプリングガイド６はこの荷重によって下降することにより、油圧回路１１を通じて下部パンチ３が上方に押し上げられ、圧粉体９が取出される。
【００２８】
以上のように、本実施の形態３によれば、上記実施の形態１および２と同様の効果が得られるだけでなく、圧粉体の成形工程から取出し工程に移行する際にダイ２が自動的にスプリング５を下降させるため、スプリング５を金型から取外す必要がなくなり、成形から取出しまでを含めた成形サイクルの短縮を図ることができる。また、取出し工程においても、ダイ２の下降にともないスプリング６および油圧回路１１を介して下部パンチ３が上方に押し上げられるので、実施の形態１および２に示した金型装置と比較して、小さなプレスのストロークで圧粉体９を取出すことができるので、さらなる成形サイクルの短縮が可能である。
【００２９】
実施の形態４．
図５は、この発明の実施の形態４による圧粉体成形用金型装置を説明するための断面図である。図において、上記実施の形態に示した圧粉体成形金型と同様、中心線の右側と左側は、紙面の正面方向の断面とそれに直行する方向の断面を示しており、それぞれの断面に対し各部材が対称に配置されている。
【００３０】
本実施の形態では、上記実施の形態１および２で一体構造とした下部パンチ３とベース４を別体に構成し、下部パンチ３とダイ２を支持するダイ支持部６０とを油圧回路１１によって接続したことを特徴とする。すなわち、油圧回路１１の連通管１１Ａにはダイ支持部６０が、連通管１１Ｂには下部パンチ３が配置され、ダイ支持部６０および下部パンチ３の下面には、それぞれ油圧回路１１により接続した一定の油圧が作用するようになっている。
【００３１】
上記のような構成とすることにより、図５（ａ）に示すように、成形工程では粉体９とダイ２の壁面の摩擦によってロスするプレス荷重を、油圧回路１１を介して下部パンチ３に作用させることができる。また、圧粉体９の取出し工程では、図５（ｂ）に示すように、押え板７に作用するプレス荷重がダイ２に直接作用するので、ダイ支持部６０はこの荷重によって下降することにより、油圧回路１１を通じて下部パンチ３が上方に押し上げられ、圧粉体９が取出される。
【００３２】
以上のように、本実施の形態４によれば、上記実施の形態１および２と同様の効果が得られるだけでなく、圧粉体の成形工程から取出し工程に移行する際にダイ２が自動的にダイ支持部６０を下降させるため、スプリング５やスプリングガイド６を金型から取外す必要がなくなり、成形から取出しまでを含めた成形サイクルの短縮を図ることができる。また、取出し工程においても、ダイ２の下降にともない油圧回路１１を介して下部パンチ３が上方に押し上げられるので、実施の形態１および２に示した金型と比較して、半分のプレスのストロークで圧粉体９を取出すことができるので、さらなる成形サイクルの短縮が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明の実施の形態１による圧粉体成形金型装置およびその金型装置を用いた圧粉体成形方法を説明するための断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１による圧粉体成形金型装置を用いた圧粉体成形方法を説明するための断面図である。
【図３】この発明の実施の形態２による圧粉体成形金型装置を説明するための断面図である。
【図４】この発明の実施の形態３による圧粉体成形用金型装置を説明するための断面図である。
【図５】この発明の実施の形態４による圧粉体成形用金型装置を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  上部パンチ、２  ダイ、３  下部パンチ、４  ベース、５  スプリング、
６  スプリングガイド、７  押え板、８  衝撃吸収材、９  粉体もしくは圧粉体、
１０  潤滑被膜、１１  油圧回路、６０  ダイ支持部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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