(57)【要約】【課題】  二層圧粉体用の粉末成形装置や成形工程の簡易性を維持して、圧縮成形時の成形圧力を大きくしても不具合を生じないと共に、高精度かつ安定して形成可能にする。【解決手段】  ダイ１１、下パンチ１３、コアロッド１２、上パンチ１４、仮押しパンチ１５を備えた粉末成形装置を用いて、ダイの内孔とコアロッド並びに下パンチで形成されるキャビティに第一粉末５を充填する第一粉末充填工程と、仮押しパンチにより第一粉末５を仮圧縮する仮圧縮工程とを順に行った後、下パンチを降下又はダイを上昇させて、例えば、仮圧縮工程で仮圧縮した仮圧縮体の下に隙間を形成する隙間形成工程、仮圧縮体の上面とダイの内孔並びにコアロッドにより形成されるキャビティに第二粉末６を充填する第二粉末充填工程を行い、次いで、上パンチを降下して第二粉末及び仮圧縮体を前記隙間側へ下移動しながら圧縮して一体化させると共に緻密化させる本圧縮工程を経る。【選択図】  図２
2005305530.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を得る粉末成形方法であって、
圧粉体の外周面を形成する内孔を有したダイと、
前記ダイの内孔と摺動自在に嵌合して圧粉体の下端面を形成する円筒状の下パンチと、
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、
前記ダイの内孔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、
前記ダイの内孔と摺動自在に嵌合すると共に、前記コアロッドと摺動自在に嵌合する内孔を有し、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供給される前記第一粉末を仮圧縮する仮押しパンチとを少なくとも備えている粉末成形装置を用いて、
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イーダ等で供給し充填する第一粉末充填工程と、前記仮押しパンチを降下して前記第一粉末を仮圧縮する仮圧縮工程とを順に行った後、
前記下パンチを降下又は前記ダイを上昇させて、前記仮圧縮工程で仮圧縮した仮圧縮体の下に所定大の隙間を形成する隙間形成工程、前記仮圧縮体の上面と前記ダイの内孔並びにコアロッドにより形成されるキャビティに前記第二粉末をフイーダ等で供給し充填する第二粉末充填工程の順、あるいは前記第二粉末充填工程、前記隙間形成工程の順、または、前記隙間形成工程、前記第二粉末充填工程を同時に行い、
次いで、前記上パンチを降下して前記第二粉末及び前記仮圧縮体を前記隙間側へ下移動しながら圧縮して一体化させると共に緻密化させる本圧縮工程を経ることを特徴とする二層圧粉体の粉末成形方法。
【請求項２】
第二粉末充填工程を終了した後、前記ダイの内孔と連通される粉末飛散防止用の筒部材を前記ダイの上面に設置してから、前記本圧縮工程を実施することを特徴とする請求項１に記載の二層圧粉体の粉末成形方法。
【請求項３】
前記仮圧縮工程において、成形圧力を３０〜３００ＭＰａで仮圧縮することを特徴とする請求項１または２に記載の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に積層、つまり両成形体の境界面を斜めに積層形成している二層圧粉体の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、例えば、特許文献１や２のごとく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。
【０００３】
特許文献１の成形装置では内孔を形成しているダイ、下パンチ、上パンチ、仮押しパンチ等を備えている。該装置を用いた成形方法では、ダイの内孔及び下パンチ並びにコアロッドによりキャビティを区画形成した後、第一粉末がそのキャビティに充填される。その後は、ダイが少し上昇され、次に仮押しパンチを降下して第一粉末を仮圧縮する。仮押しパンチが後退された後、第二粉末が仮圧縮体の上に充填される。仮圧縮体と第二粉末とは、降下される上パンチにより圧縮されて一体化及び緻密化される。成形された圧粉体は、下パンチの上昇によりダイの内孔から押し上げられて離型される。
【０００４】
特許文献２の成形装置は、図４に模式的に示したように、内孔を形成しているダイ１、コアロッド２、下パンチ３、上パンチ４等を備えている。コアロッド２は上側外周に溝部２ａを形成している。下パンチ３は、上側３ａが幅広の摺動部に形成され、下側３ｂが細くなっていてコアロッド２との間で隙間を形成する。下パンチ３とコアロッド２とは、図４（ｃ）のごとく溝部２ａがキャビティに連通する位置と、溝部２ａがキャビティより下方の原料排出位置とに移動可能に設けられている。そして、該装置を用いた成形方法では、図４（ａ）のごとく第一粉末５が第１フイーダ７Ａを介してキャビティに充填された後、図４（ｂ）のごとくコアロッド２を上昇或いは下パンチ３を降下して溝部２ａをキャビティに連通する。すると、第一粉末５は、その一部が溝部２ａに流れ込み、その上面を略臼状つまり外周側が高く、内周側が低くなった第二粉末用のキャビティを形成する。その後は、図４（ｃ），（ｄ）のごとく第二粉末６が第２フイーダ７Ｂを介して第二粉末用のキャビティに充填された後、上パンチ４を降下して下パンチ３とで第一粉末５及び第二粉末６を一体化させると共に緻密化させる。また、成形された圧粉体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。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２３９７９３号公報（図８等）
【特許文献２】特開２００３−２００２９４号公報（図１〜図５等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した各特許文献１，２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、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を作るものである。この場合、前者では仮押しパンチにより第一粉末の上面を略臼状に形成し、後者では充填された第一粉末の一部を溝部に逃がす際、溝部の位置及び形状により第一粉末の上面を略臼状となるよう形成する。しかし、特許文献１の構成では、前記臼状の傾斜面の角度を大きくするため、仮押しパンチのテーパ角を大きくすると、粉末は圧縮されながら移動することから上方への移動が難しく、且つ、粉末への加圧力は、前記テーパ面と鉛直方向に作用するため、パンチ加圧力のテーパ面鉛直方向分力しか作用せず、テーパ面を大きくするとテーパ面鉛直方向分力は小さくなるため、特にテーパ縁部の密度を上げ難く、第二粉末を充填するときの荷重等により崩れ易くなるという問題がある。これに対し、特許文献２の構成では、溝部の位置及び形状により前記臼状の傾斜面の傾き角を大きくしようとしても、第一粉末の安息角以上の角度には形成できず、第二粉末を充填するときの荷重等により崩れ易い。また、コアロッドは溝部を高精度に形成しなければならないため複雑高価となる。しかも、溝部に逃がされた第一粉末は、下パンチとコアロッドとの間の隙間から除去されるために無駄であり、再使用するには精製処理しなければならないため経済性に欠ける。
【０００７】
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、第一粉末と第二粉末の境界の傾斜面の傾きを大きくしても不具合を生じないと共に、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】
【０００８】
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を得る粉末成形方法であって、圧粉体の外周面を形成する内孔を有したダイと、前記ダイの内孔と摺動自在に嵌合して圧粉体の下端面を形成する円筒状の下パンチと、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、前記ダイの内孔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、前記ダイの内孔と摺動自在に嵌合すると共に、前記コアロッドと摺動自在に嵌合する内孔を有し、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供給される前記第一粉末を仮圧縮する仮押しパンチとを少なくとも備えている粉末成形装置を用いて、
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イーダ等で供給し充填する第一粉末充填工程と、前記仮押しパンチを降下して前記第一粉末を仮圧縮する仮圧縮工程とを順に行った後、前記下パンチを降下又は前記ダイを上昇させて、前記仮圧縮工程で仮圧縮した仮圧縮体の下に所定大の隙間を形成する隙間形成工程、前記仮圧縮体の上面と前記ダイの内孔並びにコアロッドにより形成されるキャビティに前記第二粉末をフイーダ等で供給し充填する第二粉末充填工程の順、あるいは前記第二粉末充填工程、前記隙間形成工程の順、または、前記隙間形成工程、前記第二粉末充填工程を同時に行い、次いで、前記上パンチを降下して前記第二粉末及び前記仮圧縮体を前記隙間側へ下移動しながら圧縮して一体化させると共に緻密化させる本圧縮工程を経ることを特徴としている。
【０００９】
以上の粉末成形方法では、第二粉末充填工程を終了した後、前記ダイの内孔と連通される粉末飛散防止用の筒部材を前記ダイの上面に設置してから、前記本圧縮工程を実施することが好ましい（請求項２）。また、前記仮圧縮工程において、成形圧力を３０〜３００ＭＰａで仮圧縮することが好ましい（請求項３）。なお、本発明の二層圧粉体は、焼結合金製のバルブシート素材として開発されたものである。このバルブシート素材では、特にシート部の傾斜角つまり上パンチの上方に拡大するテーパー部として、７〜５０度のテーパ角度においても良好に成形できるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１０】
以上の本発明方法では、形成した仮圧縮体の下に隙間を保った状態から上側に充填された第二粉末と仮圧縮体とを、本圧縮工程において降下される上パンチにより傾斜面を形成しつつ前記隙間側へ仮圧縮体が変形しながら下移動し、圧縮及び緻密化するものである。この仮圧縮体の下方隙間方向への変形は、テーパ面鉛直分力ではなく、加圧方向であるため、特許文献１の方法に比べて、圧力利用の効率が高いと共に、上方への粉末の移動を利用するものでもないため、傾き角の大きい傾斜面を容易に得ることができる。特許文献２の方法に比べて第一粉末の成形体と第二粉末の成形体との境界面の傾斜角を大きくしたり成形型を単純化でき、しかも第一粉末を効率よく使用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図１〜図３を参照して本発明の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（ｄ）に示されてい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等にて所定寸法形状のバルブシートに仕上げられる。
【００１２】
（装置構造）本発明方法に使用される粉末成形装置は、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の外周面を形成する内孔１１ａを有したダイ１１と、ダイ１１の内孔１１ａと摺動自在に嵌合して圧粉体１０の下端面を形成する円筒状の下パンチ１３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の内孔１１ａ等に対応した上パンチ１４と、ダイ１１の内孔１１ａ及びコアロッド１２と摺動自在に嵌合する仮押しパンチ１５と、不図示の粉末供給用フイーダなどを備えている。上パンチ１４は、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の内孔に嵌合した状態で下パンチ１３との間で粉末を圧縮する。テーパ部１４ｃは７〜５０度のテーパ角度に形成されて急勾配となっている。仮押しパンチ１５は、外周がダイ１１の内孔１１ａと摺動自在に嵌合すると共に、コアロッド１２と摺動自在に嵌合する内孔を有し、ダイ１１の内孔１１ａとコアロッド１２並びに下パンチ１３により形成されるキャビティに供給される第一粉末５を仮圧縮する。
【００１３】
以上の構成部材は、ダイ１１、下パンチ１３、上パンチ１４、仮押しパンチ１５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第１フイーダと、第二粉末用第２フイーダとから構成されている。
【００１４】
（成形方法）以上の粉末成形装置により二層圧粉体１０を作る粉末成形方法を説明する。図１及び図２の成形方法は、特許文献１の方法に対し、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と、図１（ｂ）に示す仮圧縮工程と、図１（ｄ）に示す第二粉末充填工程と、図２（ａ）〜（ｃ）に示す本圧縮工程と、図２（ｄ）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、仮圧縮工程の後に図１（ｃ）に示す隙間形成工程が追加される点で相異している。細部は以下の通りである。
【００１５】
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１１ａに対し図１（ａ）の状態に配置されて、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。
【００１６】
仮圧縮工程では、仮押しパンチ１５を降下して充填された第一粉末５を仮圧縮する。ここでは、成形後の仮圧縮体５ｂが図１（ｃ）のようにダイ１１の内孔内面に所定圧で当接し、該当接力によりダイ１１の内孔に単独で保持可能になるようにする。このため、成形圧力は３０〜３００ＭＰａの範囲で設定されることが好ましい。理由は、成形圧力が３０ＭＰａより小さいと仮圧縮体としてダイ１１の内孔に単独で保持できず、又、成形圧力が３００ＭＰａより大きくなると本圧縮工程において、仮圧縮体の変形が生じ難くなり、仮圧縮体がそのままの形状で下方移動するのみとなって良好な第二粉末の傾斜面が得られなくなるからである。
【００１７】
隙間形成工程では、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、仮圧縮工程で成形された仮圧縮体５ｂの下に所定大の隙間１７を形成する。この隙間１７は、仮圧縮体５ｂの大きさや圧縮度合い等を考慮して設定される。第二粉末充填工程では、仮圧縮体５ｂの上面とダイ１１の内孔並びにコアロッド１２により形成されるキャビティに第二粉末６をフイーダ等で供給し充填して擦り切った状態にする。
【００１８】
図２（ａ）は本圧縮工程の初期段階を示し、図２（ｂ）は本圧縮工程の途中段階を示し、図２（ｃ）は本圧縮工程の最終段階を示している。この工程では、まず、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降下される。そして、この本圧縮工程では、降下される上パンチ１４のテーパ部１４ｃが第二粉末６に当たり、第二粉末６が圧縮される。次いで、仮圧縮体はその上部に半圧縮状態の第二粉末６を載置したまま、コアロッド１２の下移動に伴う摩擦力、及び上パンチ１４のテーパ部１４ｃの加圧力により、コアロッド側で隙間側下方に変形する。そして、仮圧縮体５ｂの下端面全体が下パンチ１３に当接した後、上パンチ１４及び下パンチ１３により、仮圧縮体５ｂ及び第二粉末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、例えば、バルブシート素材として次の焼結工程へ送られる。
【００１９】
以上の圧粉成形方法では、特に隙間形成工程で仮圧縮体５ｂと下パンチ１３との間に隙間１７を形成しておき、仮圧縮体５ｂの上に充填された第二粉末６と仮圧縮体５ｂとを、本圧縮工程において降下される上パンチ１４により隙間１７側へ下移動しながら圧縮及び緻密化する。このため、この構成では、仮圧縮体５ｂが一旦変形することにより第一粉末と第二粉末の混ざりが調整され、成形体５ａや両成形体５ａ，６ａの境界部等に焼結後に生じ易い割れ発生を解消できる。また、仮圧縮体５ｂはその上部に半圧縮状態の第二粉末６を載置したまま変形するため、両粉末の境界面の角度を従来よりも高くできる。
【００２０】
（変形例）図３は上記粉末成形方法の変形例を示している。この変形例は、第二粉末充填工程と本圧縮工程との間に筒部材１６の配置工程を追加した例である。この筒部材１６は、ダイ１１の内孔１１ａとほぼ同径の内径寸法の筒であり、第二粉末充填工程を終了した後、ダイ１１の上面に設置される。上パンチ１４は、降下されて筒部材１６内からダイ１１の内孔１１ａへ進入し、第二粉末６及び仮圧縮体５ｂを上記したように圧縮成形する。この構成では、筒部材１６を付設することで第二粉末６の飛散を確実に防ぐことができるようにする。
【００２１】
（実施例）次に、上記した粉末成形方法の実施例として、仮圧縮工程において仮圧縮時の成形圧力の影響を調べたときの一例を挙げる。この例では、Ｆｅ−６．５Ｃｏ−１．５Ｎｉ−１．５Ｍｏ合金粉に１．２質量％の黒鉛粉を添加混合した第一粉末と、Ｆｅ−６．５Ｃｏ−１．５Ｎｉ−１．５Ｍｏ合金粉に１８質量％のＣｏ−２８Ｍｏ−８Ｃｒ−２５Ｓｉ合金粉と、１．２質量％の黒鉛粉を添加混合した第二粉末とを準備した。そして、仮圧縮工程では、仮圧縮の成形圧力を表１のように変えて、第一粉末を仮圧縮した後、第二粉末を充填して、成形圧力６００ＭＰａで本圧縮工程を行い、１１８０℃で焼結した。次の表１中、「界面の状態」は以上のようにして作成された各焼結体について、両粉末の界面を観察した結果を示している。
【００２２】
（表１）
2005305530.tif 000003
【００２３】
以上の実施例からは、仮圧縮時の成形圧力が３０〜３００ＭＰａであると、良好な接合界面を有する二層複合部材が得られることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【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】本発明方法のうち本圧縮工程の変形例を示す模式構成図である。
【図４】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】
【００２５】
１１…ダイ（１１ａは内孔）
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）
１５…仮押しパンチ
５…第一粉末（５ａは成形体、５ｂは仮圧縮体）
６…第二粉末（６ａは成形体）
１０…二層圧粉体
【図１】
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【図２】
2005305530.tif 000005
【図３】
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【図４】
2005305530.tif 000007