(57)【要約】【課題】  第１の型と、前記第１の型の側面に対して摺動可能な第２の型とを有する粉末成形金型において、前記第１の型と前記第２の型とのクリアランス内に入り込んだ粉末材料が、クリアランス外へ排出されやすい粉末成形金型を提供する。【解決手段】  アウターパンチ４１又はインナーパンチ４２との摺動面のうち、製品を成形するための金型面以外の部分に、クリアランス２００，２０１内に入り込んだ粉末材料を排出するための逃がし部３００，３０１を形成した。【選択図】図２
2005288530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の型と、
前記第１の型の側面に対して摺動可能な第２の型とを有し、
前記第１の型又は前記第２の型の摺動面のうち、製品を成形するための金型面以外の部分に、前記第１の型と前記第２の型とのクリアランス内に入り込んだ粉末材料をクリアランス外へ排出するための逃がし部を形成したことを特徴とする粉末成形金型。
【請求項２】
前記逃がし部は、凹状の切り欠きであることを特徴とする請求項１に記載の粉末成形金型。
【請求項３】
前記逃がし部は、前記クリアランス内に入り込んだ粉末材料が、前記逃がし部の下方から落下して前記クリアランス外へ排出されるように形成されることを特徴とする請求項２に記載の粉末成形金型。
【請求項４】
前記第２の型は、前記第１の型に対して相対的に鉛直方向に移動可能であり、
前記逃がし部は、前記第１の型又は前記第２の型の摺動面のうち、中間部から底部にかけて形成されることを特徴とする請求項２又は３に記載の粉末成形金型。
【請求項５】
前記逃がし部の深さ寸法は、粉末材料の平均粒径以上としたことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の粉末成形金型。
【請求項６】
前記第１の型は、内部が中空に形成され略円筒状であり、
前記第２の型は、前記第１の型の内部に配置され略円柱状であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の粉末成形金型。
【請求項７】
前記第１の型の側面に、第１の歯部が設けられ、
前記第２の型の側面に、前記第１の歯部と噛み合う第２の歯部が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の粉末成形金型。
【請求項８】
前記第１および第２の歯部は、はす歯状に形成されることを特徴とする請求項７に記載の粉末成形金型。
【請求項９】
前記逃がし部は、前記第１の歯部の凸部の先端面に設けられることを特徴とする請求項７又は８に記載の粉末成形金型。
【請求項１０】
前記逃がし部は、前記第１の歯部の凹部の底面に設けられることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１つに記載の粉末成形金型。
【請求項１１】
前記逃がし部は、前記第２の歯部の凸部の先端面に設けられることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１つに記載の粉末成形金型。
【請求項１２】
前記逃がし部は、前記第２の歯部の凹部の底面に設けられることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１つに記載の粉末成形金型。
【請求項１３】
前記第１および第２の型の摺動方向の上部に設けられ、前記粉末材料が投入され得る内部が中空に形成されたダイスと、
前記ダイスの上部に設けられ、前記粉末材料を圧するために、前記ダイスの内部に挿入可能な上パンチと、
をさらに有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の粉末成形金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末成形金型に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ダイスの内部に投入された粉末材料を、上下のパンチにより圧縮し、製品を成形する粉末成形金型が知られている。このうち、スプロケット等複数の歯を有する部品を成形する粉末成形金型において、内部が中空に形成され略円筒状を呈する下パンチと、前記下パンチの内部に配置され略円柱状を呈するコアロッドとを有する粉末成形金型がある。この粉末成形金型において、下パンチの内周面には第１の歯部が形成され、コアロッドの外周面には前記第１の歯部と噛み合う第２の歯部が形成され、材料充填、粉末移送、加圧、製品抜き出しの一連の成形工程において、下パンチが、前記第１の歯部と前記第２の歯部との噛み合いによりガイドされながら、コアロッドの外周面に対して摺動するものがある（特許文献１）。通常、前記摺動が円滑に行われるために、第１の歯部と第２の歯部との間には、一定の幅寸法を有するクリアランスが設けられている。
【０００３】
しかし、このクリアランス内に、ダイスの内部に投入された粉末材料が入り込み、かじり等を起こして金型の摺動を妨げることが生じ得る。最悪の場合には、金型が動かなくなり、金型破損に至るという問題がある。
【特許文献１】特開平１０−１１３７９３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで本発明の目的は、第１の型と、前記第１の型の側面に対して摺動可能な第２の型とを有する粉末成形金型において、前記第１の型と前記第２の型とのクリアランス内に入り込んだ粉末材料が、クリアランス外へ排出されやすい粉末成形金型を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の目的は、下記の手段により達成される。
（１）第１の型と、前記第１の型の側面に対して摺動可能な第２の型とを有し、前記第１の型又は前記第２の型の摺動面のうち、製品を成形するための金型面以外の部分に、前記第１の型と前記第２の型とのクリアランス内に入り込んだ粉末材料をクリアランス外へ排出するための逃がし部を形成したことを特徴とする粉末成形金型。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の粉末成形金型によれば、成形される製品形状に影響を与えることなく、第１の金型と第２の金型との間のクリアランス内に入り込んだ粉末材料が、逃がし部を介してクリアランス外へ排出されやすくなる。これにより、製品の連続生産可能数や金型寿命も大幅に向上し、粉末成形金型のメンテナンスも容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【０００８】
まず、本実施形態における粉末成形金型の構成について述べる。
【０００９】
図１は、本発明の実施形態における粉末成形金型１の概略断面図である。
【００１０】
本実施形態における粉末成形金型１は、内周面にはす歯状の歯部が形成されるはす歯歯車を成形するための金型である。この粉末成形金型１の主な構成は、上下に可動とされた図示しないダイプレートにより支持され、内部が円形の中空に形成されたダイス２と、ダイス２の上部に位置し、図示しない加圧部材によりダイス２の内部へ上から挿入可能とされた上パンチ３と、ダイス２の内部に下から挿入可能とされた下パンチ４とを有している。
【００１１】
下パンチ４は、ダイス２の内面に摺接する略円筒状に形成されたアウターパンチ４１（第１の型）と、アウターパンチ４１の内部に配置され、アウターパンチ４１の内面に摺接する略円柱状に形成されたインナーパンチ４２（第２の型）とから構成される。アウターパンチ４１は、静止位置にある第１のベースプレート５上に設けられている。インナーパンチ４２は、油圧シリンダ又はエアシリンダからなる高さ調整機構６と連結され上下に可動とされた第２のベースプレート７上に設けられ、第２のプレート７の上下動に伴って、アウターパンチ４１の内面に対して回転摺動することが可能とされている。
【００１２】
アウターパンチ４１がダイス２の内部に挿入された状態で、ダイス２の内面と、アウターパンチ４１の上面と、インナーパンチ４２の上面および側面とから構成され、圧縮すべき粉末金属が投入される収容部８が形成される。
【００１３】
インナーパンチ４２の側面には、成形されるべきはす歯歯車の内周面に形成される歯部に対応したはす歯状を呈する歯部１１０（第２の歯部）が形成されている。アウターパンチ４１の内周面には、歯部１１０と噛合可能に同じくはす歯状とされた、歯部１００（第１の歯部）が形成されている。すなわち、はす歯歯車の内周面に形成される歯部１１０および歯部１００のねじれ角、モジュール、およびリードは同一である。この歯部１００および歯部１１０を構成する凸部と凹部とは、歯筋方向に垂直な平面で切断した場合に、略台形の形状を呈するように設けられている。
【００１４】
さらに、歯部１００と歯部１１０とは、噛合面の全周にわたり、所定のクリアランスを有するように形成されている。
【００１５】
また、第２のベースプレート７下面には、該下面から突出するように２つのブロック９が固設されている。また、各ブロック９の鉛直下には、スライディングブロック１０が、静止位置にある図示しない第３のベースプレート上に設けられ、図に示す設置位置から、Ａ方向へ可動とされている。
【００１６】
図２は、本実施形態における逃がし部３００，３０１が設けられた歯部１００および歯部１１０の拡大断面図である。図において、噛み合い相手の組である歯部１００の凸部の先端面（歯先面）１０１（第１の歯部の凸部の先端面）および歯部１１０の凹部の底面（歯底面）１１２（第２の歯部の凹部の底面）と、歯部１００の凹部の底面（歯底面）１０２（第１の歯部の凹部の底面）および歯部１１０の凸部の先端面（歯先面）１１１（第２の歯部の凸部の先端面）とが、説明の便宜上、同時に表されている。
【００１７】
歯部１００，１１０における先端面１０１，１１１および底面１０２，１１２は、前記略台形の形状における平行な２辺のうち短辺を形成する面である。先端面１０１と底面１１２との間にはクリアランス２００があり、および底面１０２と先端面１１１との間にはクリアランス２０１がある。
【００１８】
また、歯部１００，１１０における先端面１０１，１１１および底面１０２，１１２以外の面である中間面１０３，１１３は、前記略台形の形状における斜辺を形成する面（歯面）である。この中間面１０３，１１３においても、噛み合いの相手となる他方の歯部における中間面との間には、クリアランス（バックラッシ）がある。
【００１９】
先端面１０１の表面は、当該先端面１０１の中途から最下端まで達するように、１ｍｍ程度の深さ寸法に切り欠けられて第１の逃がし部３００が設けられる。つまり、クリアランス２００の幅寸法は、第１の逃がし部３００が設けられた範囲内において拡大されている。
【００２０】
また、先端面１１１の表面は、当該先端面１１１の中途から最下端まで達するように、１ｍｍ程度の深さ寸法に切り欠けられて第２の逃がし部３０１が設けられる。つまり、クリアランス２０１の幅寸法は、第２の逃がし部３０１が位置する範囲内において拡大されている。
【００２１】
次に、本実施形態における粉末成形金型の作用について説明する。
【００２２】
図３は、本実施形態における粉末成形金型の圧縮成形の手順を示している。
【００２３】
図３（ａ）は、上記手順における粉末金属の投入段階を示している。
【００２４】
初めに、上パンチ３は、粉末成形金型１より取り外されている。圧縮成形する金属製品の設計圧縮率に応じて収容部８の容積を所定のものとするために、高さ調整機構６は、第２のプレート７を上下動させて、インナーパンチ４２の上面の高さを調整する。この上下動の際に、インナーパンチ４２は、歯部１１０と歯部１００との噛み合いによりガイドされて、アウターパンチ４１の内面に対して回転摺動する。
【００２５】
該調整が完了した後においては、高さ調整機構６は、調整したインナーパンチ４２の上面の高さを一定に保つために第２のプレート７を支持する。そして、所定の容積とされた収容部８へ粉末金属を投入する。また、本実施形態において、当該調整の完了後において、ブロック９の底面と、スライディングブロック１０の上面とは、離隔している。
【００２６】
図３（ｂ）は、粉末金属の圧縮初期段階を示している。
【００２７】
粉末金属を収容部８へ投入した後に、上パンチ３を取り付けて、図示しない加圧部材を上パンチに対して押圧降下させ、上パンチ３を収容部８内に挿入して粉末金属を圧縮する。当該上パンチ３の圧縮力が、粉末金属およびインナーパンチ４２を介して、第２のベースプレート７へ伝達されることにより、第２のベースプレート７は、ブロック９の底面とスライディングブロック１０の上面とが接するまで、すなわち図３（ｃ）に示す状態になるまで降下する。なお、高さ調整機構６が第２のベースプレート７を支持する力は、通常、上パンチ３による圧縮力に比して小さいため、上パンチ３の圧縮時において、前記支持力に対して前記圧縮力が優勢となり、第２のベースプレート７は降下する。この第２のベースプレート７の降下に伴って、インナーパンチ４２は、再びアウターパンチ４１の内面に対して回転摺動を行なうこととなる。加えて、前記第２のベースプレート７の降下に合わせて、図示しないダイプレートをも降下させて、ダイス２の位置を下げる。
【００２８】
図３（ｃ）は、粉末金属の圧縮段階を示している。
【００２９】
ブロック９の底面とスライディングブロック１０の上面とが接した状態において、インナーパンチ４２は、アウターパンチ４１と同じく、静止位置に位置し粉末金属を支持する支持体となり、上パンチ３による圧縮力が、収容部８内の粉末金属へ最大限に負荷される状態になる。該状態において、上パンチ３は、収容部８内の粉末金属へ所定の圧縮負荷を与えるまで、粉末金属の圧縮を継続する。
【００３０】
また、該状態において、本実施形態における粉末成形金型１は、例えばスライディングブロック１０の厚さが調整されることにより、インナーパンチ４２の上面がアウターパンチ４１の上面よりも高く位置するように、設定されている。これは、アウターパンチ４１の上面の高さ位置から上に突出する歯部１１０は、はす歯歯車の内面の歯部を成形する金型として作用させるためである。
【００３１】
図３（ｄ）は、圧縮した粉末金属、すなわち成形品の取り出し段階を示している。
【００３２】
上パンチ３による圧縮が終了すると、成形品を、収容部８から取り出すために、上パンチ３を粉末成形金型１から取り外す。そして、スライディングブロック１０を、Ａ方向へ移動させて、ブロック９がさらに降下可能な空間を確保して第２のベースプレート７を降下させ、インナーパンチ４２の位置を下げる。この際にも、インナーパンチ４２はアウターパンチ４１の内面に対して回転摺動を行なうこととなる。続いて、ダイス２の上面が、インナーパンチ４２の上面と同じ高さ位置になるまで、図示しないダイプレートを降下させる。該降下が完了した後に、成形品は、上方へ取り出すことが可能となる。
【００３３】
上述したように、図３（ａ）に示す粉末金属の投入段階、図３（ｂ）に示す粉末金属の圧縮初期段階、図３（ｄ）に示す成形品の取り出し段階において、インナーパンチ４２は、歯部１１０と歯部１００との噛み合いによりガイドされて、アウターパンチ４１の内面に対して回転摺動する。このような回転摺動が円滑に行われることを目的として、従来より、摺動面には、一定の幅寸法を有するクリアランスを設けることが通例とされるが、収容部８内へ粉末金属が投入されると、圧縮のために投入される粉末金属のいくらかは、クリアランス内に入り込むこととなる。このクリアランス内に入り込んだ粉末金属のために、インナーパンチ４２とアウターパンチ４１とは、かじり等を起こして、上記のインナーパンチ４２の回転摺動を妨げることが生じ得る。これを回避するために、単純に、設計段階におけるクリアランスの幅寸法を小さくすることが考えられるが、金型の製作精度が、リミット一杯に設けられている場合には、歯部１１０と歯部１００との噛み合いがきつくなり、金型同士のメタル接触によるかじりの恐れがでてくる。このように、噛み合いの製作公差によって、クリアランスの幅寸法を設計上の理由から小さく出来ない場合がある。
【００３４】
また、一度、クリアランス内に入り込んだ粉末金属は、金型をばらして再研磨等の作業を施さないと完全には除去できず、その作業のために、金属製品の生産を中断したり、予備型に交換する時間が多く掛かる。
【００３５】
そこで、本実施形態において、歯部１００，１１０の表面に、上記の第１および第２の逃がし部３００，３０１を設けることにより、クリアランス２００，２０１内に入り込んだ粉末金属が、前記２つの逃がし部の下方から落下して、クリアランス２００，２０１外へ排出されやすくした。なお、第１および第２の逃がし部３００，３０１の深さ寸法は、通常、圧縮成形のために投入される粉末金属の平均粒径よりも大きい寸法とすることを前提として、本実施形態において１ｍｍ程度の深さ寸法としたが、０．２ｍｍ以上１．２ｍｍ以下の深さ寸法とすることが好ましい。第１および第２の逃がし部３００，３０１が、この範囲内の深さ寸法に設けられることによって、クリアランス２００，２０１に入り込んだ粉末金属をクリアランス外へ充分排出することが可能とされ、且つ金型の有効肉厚を減じるおそれもない。
【００３６】
なお、第２の逃がし部３０１は、上記したはす歯歯車の内面の歯部を成形する金型である前記アウターパンチ４１の上面の高さ位置から上へ突出する歯部１１０の表面に、設けられてはならない。このため、第２の逃がし部３０１は、アウターパンチ４１の内面と摺動するインナーパンチ４２の側面の中間部から底部に位置する歯部１１０の表面に設けられることが好ましい。
【００３７】
また、クリアランスの幅寸法を下方部において拡大するために設けられる逃がし部の構成は、上記に限定されない。図４に、図２とは別態様の逃がし部が設けられた歯部１００および歯部１１０の拡大断面図を示す。
【００３８】
底面１１２の表面は、当該底面１１２の中途から最下端まで達するように、１ｍｍ程度の深さ寸法に切り欠けられて第３の逃がし部３０２が設けられる。つまり、クリアランス２００の幅寸法は、第３の逃がし部３０２が設けられた範囲内において拡大されている。
【００３９】
また、底面１０２の表面は、当該底面１０２の中途から最下端まで達するように、１ｍｍ程度の深さ寸法に切り欠けられて第４の逃がし部３０３が設けられる。つまり、クリアランス２０１の幅寸法は、第４の逃がし部３０３が位置する範囲内において拡大されている。
【００４０】
このような第３および第４の逃がし部３０２，３０３が設けられても、クリアランス２００，２０１内部に入り込んだ粉末金属は、第３および第４の逃がし部３０２，３０３の下方から落下して、クリアランス２００，２０１外へ排出されやすくなる。また、第３および第４の逃がし部３０２，３０３の深さ寸法も、第１および第２の逃がし部３００，３０１と同様の理由で、０．２ｍｍ以上１．２ｍｍ以下の範囲内に設けられることが好ましい。
【００４１】
また、第３の逃がし部３０２は、第２の逃がし部３０１と同様に、上記したはす歯歯車の内面の歯部を成形する金型である前記アウターパンチ４１の上面の高さ位置から上へ突出する歯部１１０の表面に、設けられてはならない。このため、第３の逃がし部３０２は、アウターパンチ４１の内面と摺動するインナーパンチ４２の側面の中間部から底部に位置する歯部１１０の表面に設けられることが好ましい。
【００４２】
次に、本実施形態の粉末成形金型における効果を述べる。
【００４３】
上記の逃がし部を設けることによって、クリアランス２００，２０１内に入り込んだ粉末金属は、逃がし部の下方から落下してクリアランス２００，２０１外へ排出されやすくなり、インナーパンチ４２の回転、摺動とも良好となり、製品精度も目標のものが得られる。この結果、連続生産可能数や金型寿命も大幅に向上し、メンテナンス（再磨き）も容易となる。また、クリアランス２００，２０１内に粉末金属がつまった場合にも、余裕をもって排出することが可能となる。
【００４４】
また、上記の逃がし部を、歯部１１０および歯部１００の表面に設けられる切り欠きとすることにより、既製の金型にも、後加工により付与することが可能である。
【００４５】
さらに、上記の逃がし部の深さ寸法を調整することにより、粉末金属における材料の違いによる粒径の変化もしくは温間成形時による粒径の変化、又はインナーパンチ４２もしくはアウターパンチ４１の幅寸法などの変化にも対応して粉末金属を効率よくクリアランス外へ排出できる。
【００４６】
加えて、同じく逃がし部の深さ寸法を調整することにより、金型であるインナーパンチ４２又はアウターパンチ４１において、金型の有効肉厚や金型同志の嵌合長を減らすことがなく、金型同士の嵌合精度を維持でき、金型の倒れや芯ずれを防止し、さらに側面に設けられる歯部がはす歯状の場合などにも、金型の回転精度を維持できる。
【００４７】
本発明は、上記の実施形態のみに限定されず、特許請求の範囲内において、種々改変することができる。
【００４８】
例えば、逃がし部は、クリアランス２００，２０１内に入り込んだ粉末金属がクリアランス２００，２０１外へ充分に排出される限りにおいて、先端面１１１，先端面１１２、底面１０２，底面１１２、および前記中間面のうち、いずれか１つ以上に設けることとしてよい。なお、中間面１０３，１１３の表面を切り欠いて逃がし部を設けることも可能である。
【００４９】
また、ダイス２とアウターパンチ４１との摺動面にも、上記と同様にクリアランスが設けられるが、当該摺動面における製品を成形する金型面以外の面に、同様に逃がし部が設けられることとしてよい。これにより、当該クリアランス内に入り込んだ粉末金属は、当該クリアランス外へ排出されやすくなり、図示しないダイプレートの上下動が円滑となる。
【００５０】
さらに、逃がし部が適用可能な粉末成形金型は、本実施形態に限定されず、下パンチが複数のパンチから構成され、当該下パンチを構成するパンチのうち、他のパンチの側面を対して摺動するパンチが存在する粉末成形金型の全てに適応可能である。
【００５１】
例えば、平歯形状が内周面に形成されるギヤを成形する粉末成形金型としてもよい。この際には、インナーパンチ４２およびアウターパンチ４１の表面に設けられる歯形状は、当該ギヤの内周面に設けられる歯部に対応した形状に設けられ、インナーパンチ４２は、粉末金属を投入する際および成形品を取り出す際などに、アウターパンチ４１の内面に対して摺動することが考えられる。
【００５２】
さらに、外周面に歯部が設けられるギヤを成形する粉末成形金型とすることも出来る。この際には、ダイス２の内周面およびアウターパンチ４１の外周面に、当該ギヤの歯部に対応した歯形状が形成され、インナーパンチ４２は、粉末金属を投入する際および成形品を取り出す際などに、アウターパンチ４１の内面に対して摺動することが考えられる。
【００５３】
加えて、本実施形態のように下パンチが一つの金型の内部に他の金型が配置されるものではなく、例えば、直方体に形成された複数のパンチが、並列配置されて下パンチを構成し、当該下パンチを構成するパンチのうち、他のパンチの側面に対して摺動する１つ以上のパンチが存在する粉末成形金型とすることも出来る。この際も、当該摺動する１つ以上のパンチは、粉末金属を投入する際および成形品を取り出す際などに、当該他のパンチの側面に対して摺動することが考えられる。
【００５４】
さらに、上記に示した粉末成形金型は圧縮成形する粉末は、粉末金属に限定されず、圧縮成形が可能なあらゆる粉末とすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施形態における粉末成形金型１の概略断面図である。
【図２】本実施形態における歯部１００および歯部１１０の拡大断面図である。
【図３】本実施形態における粉末成形金型の圧縮成形の手順を示す図である。
【図４】図２とは別態様の逃がし部が設けられた歯部１００および歯部１１０の拡大断面図を示す。
【符号の説明】
【００５６】
１    粉末成形金型、
２    ダイス、
３    上パンチ、
４１    第１の型（アウターパンチ）、
４２    第２の型（インナーパンチ）、
１００  第１の歯部、
１１０  第２の歯部、
１０１  第１の歯部の凸部の先端面、
１０２  第１の歯部の凹部の底面、
１１１  第２の歯部の凸部の先端面、
１１２  第２の歯部の凹部の底面、
２００，２０１  クリアランス、
３００，３０１，３０２，３０４  逃がし部。
【図１】
2005288530.tif 000003
【図２】
2005288530.tif 000004
【図３】
2005288530.tif 000005
【図４】
2005288530.tif 000006