(57)【要約】      （修正有）【課題】  成形装置や成形工程を複雑化することなく、二層圧粉体を高精度かつ安定して形成可能にすることを提供する。【解決手段】  第一粉末５の成形体５ａに第二粉末６の成形体６ａを傾斜状態で積層した二層圧粉体１０の成形に用いられる粉末成形装置において、圧粉体の下端面を形成する円筒状の下パンチ１３と、圧粉体の外周面を形成する大径孔部１１ａ及び下パンチと摺動自在に嵌合する小径孔部１１ｂ並びに前記大径孔部と小径孔部との間を接続している断面円弧状でかつ滑らかな段差部１１ｃからなる内孔を有するダイ１１と、下パンチ１３の内孔と摺動自在に嵌合する円柱状のコアロッド１２と、ダイ１１の大径孔部と摺動自在に嵌合する円柱状の胴部１４ａに延設されて、下端面１４ｂがコアロッド１２の径と等しく、該下端面より上方に向かうに従い径が増大するテーパ部１４ｃ及び圧粉体の上端面を形成する段差部１４ｄとを有する上パンチ１４とを備えている。【選択図】  図２
2005305518.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一粉末の成形体に第二粉末の成形体を傾斜状態で積層した二層圧粉体の成形に用いられる粉末成形装置において、
圧粉体の下端面を形成する円筒状の下パンチと、
圧粉体の外周面を形成する大径孔部及び前記下パンチと摺動自在に嵌合する小径孔部並びに前記大径孔部と小径孔部との間を接続している断面円弧状でかつ滑らかな段差部からなる内孔を有するダイと、
前記下パンチの内孔と摺動自在に嵌合する円柱状のコアロッドと、
前記ダイの大径孔部と摺動自在に嵌合する円柱状の胴部に延設されて、下端面が前記コアロッドの径と等しく、該下端面より上方に向かうに従い径が増大するテーパ部及び該テーパ部と前記胴部との間に設けられて圧粉体の上端面を形成する段差部とを有する上パンチ
とを少なくとも備えていることを特徴とする二層圧粉体の粉末成形装置。
【請求項２】
請求項１の粉末成形装置を用いて、第一粉末の成形体に第二粉末の成形体を傾斜状態で積層した二層圧粉体を得る粉末成形方法であって、
前記ダイの内孔と前記コアロッド並びに前記下パンチにより形成されるキャビティに前記第一粉末をフィーダ等で供給し充填する第一粉末充填工程と、
前記下パンチを降下又は前記ダイを上昇させて、前記充填された第一粉末の中央部を陥没した形状で前記第二粉末を充填するための第二粉末用キャビティを形成する第二粉末キャビティ形成工程と、
前記第二粉末用キャビテイに前記第二粉末をフィーダ等で供給し充填する第二粉末充填工程と、
前記下パンチを降下又は前記ダイを上昇させることにより前記第一粉末及び第二粉末を相対的に下移動して前記第二粉末の上に上パンチ進入用のキャビティを形成する調整工程と、
前記上パンチの降下及び前記下パンチの上昇により前記第二粉末及び前記第一粉末を圧縮して一体化させると共に緻密化させる圧縮工程
とを順に経ることを特徴とする二層圧粉体の粉末成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二層圧粉体のうち、特に、第一粉末の成形体に第二粉末の成形体を傾斜状態で積層、つまり両成形体の境界面を斜めに形成している二層圧粉体の粉末成形装置及び粉末成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関用のバルブシートは、金属間化合物や炭化物が分散している鉄系焼結合金が使用されていると共に、エンジン等の高性能化に伴うより優れた耐摩耗性に応えるため高温耐摩耗特性に寄与する元素（Ｎｉ、Ｃｒ等）を鉄粉に添加している。このため、製造費も自ずと高くなっている。この対策としては、バルブと接する傾斜したシート部には高級な焼結合金を用い、その他の本体には低級な鉄系焼結合金とした二層バルブシートが実用化されている。図３はその一例として特許文献１や２の成形を模式的に示している。同（ａ）は、ダイ１の内孔及びコア２並びに下パンチ３で区画されるダイキャビティに第一粉末５を充填し擦り切った状態を示している。同（ｂ）は、下パンチ３を所定量降下させることにより、第一粉末５の上面が臼状になり上から下に向かってコア側に接近する傾斜面Ｓが形成された状態である。同（ｃ）は、フイーダ等で第二粉末６を前記臼状部に充填した状態である。同（ｄ）は、上パンチ４を降下させて下パンチ３とで第一粉末５及び第二粉末６を圧縮した状態である。同（ｅ）は、上パンチ４を上昇させると共に下パンチ３で圧粉体１０を押し上げ金型から抜き出した状態である。圧粉体１０は、バルブシートの成形素材であり、第一粉末５の成形体５ａの傾斜部に第二粉末６の成形体６ａを層状に一体化している。
【０００３】
【特許文献１】特公昭６３−３７１６１号公報（図５）
【特許文献２】特公平１−３９８７９号公報（図５〜図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記図３の方法では、圧粉体１０として成形体６ａの傾斜角を余り大きく形成できなかった。これは、第一粉末の物性、特に安息角によって定まるが、例えば、下パンチ３を（ｂ）の状態から更に降下すると第一粉末５の縁部が崩れて傾斜面Ｓはある程度の角度以上にはならず、また、傾斜面Ｓが第二粉末６の充填時に受ける負荷により崩れ易くなるためである。また、このような装置構成では、第二粉末６及び第一粉末５が（ｃ）の状態から上パンチ４の降下及び下パンチの上昇を伴って一体に圧縮されるが、その際、第二粉末６が上パンチ４の進入によってダイ１の内孔から飛散し易いこと、ダイ１の内孔のうち前記段差に対応する成形体５ａの角部分に微細なクラックを生じ易いこと、上パンチ４が筒状でかつ下端を傾斜しているため上パンチ下端を損傷し易いこと等の問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、以上のような課題を解消し、二層圧粉体用の粉末成形装置や成形工程を複雑化することなく、最終形状である第二粉末における成形体の傾斜角を厚さを抑えて増大できると共に、高精度かつ安定して形成可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の目的を達成するため請求項１の本発明は、第一粉末の成形体に第二粉末の成形体を傾斜状態で積層した二層圧粉体の成形に用いられる粉末成形装置において、圧粉体の下端面を形成する円筒状の下パンチと、圧粉体の外周面を形成する大径孔部及び前記下パンチと摺動自在に嵌合する小径孔部並びに前記大径孔部と小径孔部との間を接続している断面円弧状でかつ滑らかな段差部からなる内孔を有するダイと、前記下パンチの内孔と摺動自在に嵌合する円柱状のコアロッドと、前記ダイの大径孔部と摺動自在に嵌合する円柱状の胴部に延設されて、下端面が前記コアロッドの径と等しく、該下端面より上方に向かうに従い径が増大するテーパ部及び該テーパ部と前記胴部との間に設けられて圧粉体の上端面を形成する段差部とを有する上パンチとを少なくとも備えていることを特徴としている。
また、請求項２の発明は、請求項１の粉末成形装置を用いて、第一粉末の成形体に第二粉末の成形体を傾斜状態で積層した二層圧粉体を得る粉末成形方法であって、前記ダイの内孔と前記コアロッド並びに前記下パンチにより形成されるキャビティに前記第一粉末をフィーダ等で供給し充填する第一粉末充填工程と、前記下パンチを降下又は前記ダイを上昇させて、前記充填された第一粉末の中央部を陥没した形状で前記第二粉末を充填するための第二粉末用キャビティを形成する第二粉末キャビティ形成工程と、前記第二粉末用キャビテイに前記第二粉末をフィーダ等で供給し充填する第二粉末充填工程と、前記下パンチを降下又は前記ダイを上昇させることにより前記第一粉末及び第二粉末を相対的に下移動して前記第二粉末の上に上パンチ進入用のキャビティを形成する調整工程と、前記上パンチの降下及び前記下パンチの上昇により前記第二粉末及び前記第一粉末を圧縮して一体化させると共に緻密化させる圧縮工程とを順に経ることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
以上の本発明方法では、調整工程において、例えば、下パンチを降下することで、第一粉末が上側の第二粉末と共にダイの内孔を下移動しながら、第一粉末と第二粉末との境界面の角度を増大でき易くし、それに伴って第二粉末側成形体の傾斜角も相対的に大きく形成可能にし、同時に、第一粉末及び第二粉末を下移動することで圧縮工程において上パンチの進入に起因した第二粉末の飛散の虞も解消可能にしたものである。
これに対し、本発明装置では、前記本発明方法を実施可能にすることに加え、ダイの内孔において大径孔部と小径孔部との間が断面円弧状でかつ滑らかな段差部となっているため圧縮成形時の粉末流動性を良好に維持して上述した段差に起因した割れやクラックの発生を解消でき、しかも上パンチの下端が非筒状（柱状）であるため従来の筒タイプ比べて損傷し難いという利点を具備できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図１及び図２を参照して本発明を適用した粉末成形装置及びそれを用いた粉末成形方法を詳述する。ここで、発明対象の二層圧粉体１０は、例えば、図２（ｃ）に示されるように焼結合金製のバルブシート素材であり、焼結工程を経ると共に必要に応じサイジングや切削加工にて所定寸法形状のバルブシートに仕上げられる。
【０００９】
（装置構造）本発明の粉末成形装置は、第一粉末５の成形体５ａに第二粉末６の成形体６ａを傾斜状態で積層した二層圧粉体１０を成形に用いられる。構成部材は、圧粉体１０の下端面を形成する円筒状の下パンチ１３と、圧粉体１０に対応した内孔等を形成しているダイ１１と、下パンチ１３の内孔と摺動自在に嵌合する円柱状のコアロッド１２と、ダイ１の内孔等に対応した上パンチ１４と、粉末供給用フイーダなどを備えている。ダイ１１の内孔は、圧粉体１０の外周面を形成する大径孔部１１ａ及び下パンチ１３と摺動自在に嵌合する小径孔部１１ｂ並びに大径孔部１１ａと小径孔部１１ｂとの間を接続している断面円弧状でかつ滑らかな段差部１１ｃとからなる。上パンチ１４は、胴部１４ａに延設されて、下端面１４ｂがコアロッド１２の径と等しく、該下端面１４ｂより上方に向かうに従い径が増大するテーパ部１４ｃと、該テーパ部１４ｃと胴部１４ａとの間に設けられて圧粉体１０の上端面を形成する段差部１４ｄとを一体に有し、ダイ１の大径孔部１１ａに嵌合した状態で下パンチ１３との間で粉末を圧縮する。
【００１０】
以上の構成部材は、下パンチ１３、ダイ１１、上パンチ１４等は、例えば、公知のプレス機構部と同様な駆動手段により作動され、又、コアロッド１２が上方へ付勢されていて該付勢力に抗して降下される。具体的には、例えば、ダイ１１が固定の場合や、ウイズドロアル方式のように下パンチ１３が固定で、コアロッド１２とダイ１１が上下動する場合がある。また、粉末供給用フイーダは、図示を省略したが、ダイキャビティから遠ざかった位置に待機しており、粉末充填の際に前進する図示されていない第一粉末用の第１フイーダと、第二粉末用の第２フイーダとから構成されている。
【００１１】
（成形方法）以上の粉末成形装置により両成形体の境界面を斜めに形成している二層圧粉体１０を作る粉末成形方法を説明する。図１及び図２の粉末成形方法は、図３の従来方法に対し、第一粉末キャビティ形成工程、図１（ａ）に示す第一粉末充填工程、図１（ｂ）に示す第二粉末キャビティ形成工程、図１（ｃ）に示す第二粉末充填工程、図２（ａ）と（ｂ）に示す圧縮工程、図２（ｃ）に示す成形体１０を型抜出しする離型工程を経る点で類似し、第二粉末充填工程の後に図１（ｄ）に示す調整工程が追加される点で大きく相異している。これらの細部は以下の通りである。
【００１２】
まず、第一粉末キャビティ形成工程では、下パンチ１３及びコアロッド１２がダイ１１の内孔に対し図１（ａ）の状態に配置されて、ダイ１１の大径孔部１１ａ及び下パンチ１３の上側部分並びに下パンチ１３から突出したコアロッド１２の上側部分で第一粉末用のキャビティを区画形成する。第一粉末充填工程では、ダイ１１上に沿って進退駆動される第１フイーダにより前記第一粉末用キャビティ内に第一粉末５を充填し擦り切った状態にする。
【００１３】
第二粉末キャビティ形成工程では、図１（ａ）の状態において下パンチ１３を所定寸法だけ降下（これに代えて、ダイ１１及びコアロッド１２を所定寸法上昇してもよい）することにより、第一粉末５の一部が大径孔部１１ａから径小孔部１１ｂへ落ち込むようにする。この結果、前記充填された第一粉末５は、大径孔部１１ａから径小孔部１１ｂに落ち込んだ分だけダイ１１の内孔を下方に移動して、大径孔部１１ａ内に第二粉末用のキャビティを形成する。この場合、第一粉末５がコアロッド１２の外周つまり中央部側を主にして下移動するため、当該粉末上面が第一粉末５の中央部を陥没した形状つまり略臼状となる。該臼状の傾斜面Ｓは、その傾斜角が大径孔部１１ａとコアロッド１２との間の隙間や粉末物性（特に安息角）等により決まり、又、崩れ易い状態となっている。
【００１４】
第二粉末充填工程では、ダイ１１上に沿って進退駆動される第２フイーダにより前記第二粉末用キャビティ内に第二粉末６を充填し擦り切った状態にする。その後、調整工程では、下パンチ１３を降下（これに代えて、ダイ１１及びコアロッド１２を所定寸法上昇してもよい）することにより、充填されている第一粉末５及び第二粉末６を相対的に下方に移動して第二粉末６の上に上パンチ進入用のキャビティを形成する。ここで、調整工程で形成される上パンチ進入用キャビティは、下側の第一粉末５が下パンチ１３の相対的な降下量、つまり大径孔部１１ａから径小孔部１１ｂに落ち込んだ量に比例した大きさとなる。そして、この形態では、第一粉末５が上側の第二粉末６の荷重を受け拘束された状態でコアロッド１２の外周つまり中央部側を主にして下方に移動し、第二粉末６がその第一粉末５の下移動に伴って下降される。このため、この構成では、まず、第一粉末５の上面（第二粉末６との間の境界面）が図１（ｃ）の状態に比べ、図１（ｄ）の調整後の状態の方が急勾配となって、該傾斜面Ｓ1の傾斜角を増大する。すなわち、傾斜面Ｓ1の傾斜角は、図１（ｂ）の第一粉末５の傾斜面Ｓよりも大きくなっている。また、第二粉末６は第一粉末５の中央部側を主とした移動に追随して下降するため、その上面は略臼状となる。該臼状の傾斜面Ｓ2は第二粉末６の安息角に相等する傾斜角となる。
【００１５】
図２（ａ）は圧縮工程の初期段階を示し、図２（ｂ）は圧縮工程の最終段階を示している。この工程では、上パンチ１４がその下端面１４ｂをコアロッド１２の上端面に当接した後、コアロッド１２を付勢力等に抗して押し下げながら前記上パンチ進入用のキャビティ内へ降下される。そして、圧縮過程では、例えば、テーパ部１４ｃが第二粉末６に達する直前から、上パンチ１４を継続して降下すると共に、下パンチ１３を上昇することにより、第二粉末５及び第一粉末６を圧縮して一体化させると共に緻密化させる。離型工程では、上パンチ１４を上昇させ、又、下パンチ１３を上昇して圧粉体１０を押し上げダイ１１の内孔から抜き出す。これにより、圧粉体１０は、バルブシート素材として次の焼結工程へ送られる。
【００１６】
以上の方法では、特に調整工程において、下パンチ１３を降下することにより、第一粉末５が上側の第二粉末６と共にダイ１１の内孔を下移動しながら、第一粉末５と第二粉末６との境界面の角度を増大でき易くし、そのように傾斜面Ｓ1の傾斜角を大きくすることでそれに伴って第二粉末６の成形体６ａを厚さを抑えてその傾斜角も大きく形成可能にしたものである。同時に、以上の方法では、上述したように第一粉末５及び第二粉末６を下移動することによりダイ１１の内孔に上パンチ進入用キャビティを形成するため、従来のごとく圧縮工程において上パンチ１４の進入に起因した第二粉末６の飛散の虞も解消できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の装置及び成形方法を示す模式構成図である。
【図２】図１と同様に本発明の装置及び成形方法を示す模式構成図である。
【図３】従来の問題を説明するための模式構成図である。
【符号の説明】
【００１８】
１１…ダイ（１１ａは大径孔部、１１ｂは小径孔部、１１ｃは段差部）
１２…コアロッド
１３…下パンチ
１４…上パンチ（１４ａは胴部、１４ｂは下端面、１４ｃはテーパ部）
５…第一粉末（５ａは成形体）
６…第二粉末（６ａは成形体）
Ｓ，Ｓ1，Ｓ2…傾斜面
１０…二層圧粉体
【図１】
2005305518.tif 000003
【図２】
2005305518.tif 000004
【図３】
2005305518.tif 000005