(57)【要約】【課題】金属粉末を圧縮して圧粉体を成形する際に、潤滑剤の添加量の如何にかかわらず、焼き付きの発生を抑制する。【解決手段】本発明の圧粉体成形装置１０は、外型が、第１環状部材１６と、第１環状部材１６に対する嵌合位置と非嵌合位置とに移動する第２環状部材１８とで構成され、第２環状部材１８が嵌合位置にある状態で第１環状部材１６の弾性変形を促して縮径させるように、第１環状部材１６の外周と第２環状部材１８の内周との各々にテーパ面１６ａ、１８ａが形成されている。このため、圧粉体Ｗｃの成形時は、第１環状部材１６の弾性変形を促して縮径させ、圧粉体Ｗｃを取り出す際は、第１環状部材１６の弾性変形を解放することで、成形前の金属粉末への潤滑剤の添加量を減らしても、圧粉体Ｗｃに対して第１環状部材１６をスライド移動させる際の摩擦を低減して、焼き付きの発生を抑制することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状の外型に一対の上下型を対向させる態様で成形空間を形成し、前記一対の上下型の少なくとも一方の他方に対する接近移動によって、前記成形空間に充填された金属粉末を圧縮して圧粉体を成形する装置であって、
前記外型は、前記成形空間を形成する内周面を有する第１環状部材と、少なくとも前記第１環状部材の外周に嵌合する嵌合位置と非嵌合位置との間を移動可能な第２環状部材とで構成され、該第２環状部材が嵌合位置にある状態で前記第１環状部材の弾性変形を促して縮径させるように、前記第１環状部材の外周と前記第２環状部材の内周との各々にテーパ面が形成されていることを特徴とする圧粉体成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属粉末を圧縮して圧粉体を成形する圧粉体成形装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、車両等に用いられる金属部品を製造する方法の１つとして、金属粉末を圧縮して圧粉体を成形し、強度を高めるために圧粉体を焼結して、金属部品を得る方法が挙げられ、更に、圧粉体を焼結した焼結体を鍛造することも行われている（例えば、特許文献１参照）。このような金属部品の製造方法において、圧粉体を成形する際には、例えば、図４に示すような圧粉体成形装置１００が用いられる。この圧粉体成形装置１００は、上型１１２と下型１１４と環状の外型１２０とにより成形空間Ｃを形成し、成形空間Ｃに金属粉末Ｗｐを充填した状態（図４（ａ））で、下型１１４に対して上型１１２を接近移動させることで、金属粉末Ｗｐを圧縮して圧粉体Ｗｃを成形する（図４（ｂ））ものである。そして、圧粉体Ｗｃを取り出す際には、上型１１２を上昇させると共に、外型１２０を下方へスライド移動させて、圧粉体Ｗｃを露出させる（図４（ｃ））。この際、成形空間を形成している外型１２０の内周面１２０ａと圧粉体Ｗｃとの間は、接触応力が高い状態にあり、この状態で外型１２０を下方へスライド移動すると、摩擦によって外型１２０と圧粉体Ｗｃとに焼き付きが発生する虞がある（符号Ａ参照）。このため、圧粉体Ｗｃへと成形される前の金属粉末Ｗｐには、摩擦を抑制するための潤滑剤が予め添加されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３７７４６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、例えばリアクトルのコアといった、高密度に圧縮する必要のある部品を製造する際に、一般的な部品を製造する場合と同等の量の潤滑剤を添加すると、潤滑剤によって密度上昇が阻害されることがある。このため、このような高密度の部品を製造する場合は、潤滑剤の添加量を減らす必要があるが、添加量を減らすと摩擦の抑制効果が十分に得られず、焼き付きが発生してしまうことが懸念されていた。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、金属粉末を圧縮して圧粉体を成形する際に、潤滑剤の添加量の如何にかかわらず、焼き付きの発生を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（発明の態様）
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではない。そのため、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。
【０００７】
（１）環状の外型に一対の上下型を対向させる態様で成形空間を形成し、前記一対の上下型の少なくとも一方の他方に対する接近移動によって、前記成形空間に充填された金属粉末を圧縮して圧粉体を成形する装置であって、前記外型は、前記成形空間を形成する内周面を有する第１環状部材と、該第１環状部材の外周側に配置される第２環状部材とで構成され、更に、前記第１環状部材の弾性変形を促して縮径させるための縮径機構を含む圧粉体成形装置。
【０００８】
（２）上記（１）項において、前記外型は、前記成形空間を形成する内周面を有する第１環状部材と、少なくとも前記第１環状部材の外周に嵌合する嵌合位置と非嵌合位置との間を移動可能な第２環状部材とで構成され、該第２環状部材が嵌合位置にある状態で前記第１環状部材の弾性変形を促して縮径させるように、前記第１環状部材の外周と前記第２環状部材の内周との各々にテーパ面が形成されている圧粉体成形装置（請求項１）。
【０００９】
（３）上記（２）項において、前記一対の上下型の少なくとも一方と、前記第１環状部材と、前記第２環状部材との夫々の位置を、別箇に制御する制御手段を有している圧粉体成形装置。
【００１０】
（４）一対の上下型と、第１環状部材及び第２環状部材で構成される外型とを含み、前記第２環状部材が少なくとも前記第１環状部材の外周に嵌合する嵌合位置と非嵌合位置との間を移動可能な圧粉体成形装置を用い、前記第２環状部材を前記嵌合位置に移動することで、前記第１環状部材の外周と前記第２環状部材の内周との各々に形成したテーパ面を利用して、前記第１環状部材の弾性変形を促して縮径させ、前記第１環状部材に前記一対の上下型を対向させる態様で成形空間を形成し、前記一対の上下型の少なくとも一方を他方に対して接近移動することによって、前記成形空間に充填した金属粉末を圧縮して圧粉体を成形し、前記第２環状部材を前記非嵌合位置に移動することで、前記第１環状部材の弾性変形を解放し、前記一対の上下型の少なくとも一方を他方に対して離間移動すると共に、前記第１環状部材を上方向又は下方向に移動して、前記圧粉体を露出させる圧粉体成形方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明はこのように構成したので、金属粉末を圧縮して圧粉体を成形する際に、潤滑剤の添加量の如何にかかわらず、焼き付きの発生を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係る圧粉体成形装置の構成を概略的に示すイメージ図である。
【図２】図１の圧粉体成形装置により圧粉体を成形する様子を段階的に示す断面図である。
【図３】図２に引き続き、図１の圧粉体成形装置により圧粉体を成形する様子を段階的に示す断面図である。
【図４】従来の圧粉体成形装置により圧粉体を成形する様子を段階的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。ここで、図面の全体にわたって、同一部分は同一符号で示している。又、従来技術と同一部分、若しくは相当する部分については、詳しい説明を省略する。
図１は、本発明の実施の形態に係る圧粉体成形装置１０の構成を概略的に示している。図示のように、圧粉体成形装置１０は、一対の上下型である上型１２及び下型１４と、環状の外型２０と、制御手段２２とを含んでいる。一対の上下型１２、１４は、図１の例では、上型１２が可動型、下型１４が固定型であり、上型１２が下型１４に対して接近及び離間移動（図１の上下方向に移動）するものである。すなわち、一対の上下型１２、１４は、図４に示した従来の上下型１１２、１１４と略同様の構成である。上型１２の先端面１２ａと、下型１４の先端面１４ａとは、圧粉体成形装置１０によって成形する圧粉体Ｗｃ（図３参照）の形状に応じた形状を有している。なお、図１に示す上型１２は、最上位置まで退避した状態である。
【００１４】
外型２０は、第１環状部材１６と第２環状部材１８とで構成されるものであり、第１環状部材１６と第２環状部材１８とは、図１に示す退避状態の位置を最下位置として、成形空間Ｃを形成する際の最上位置（図２（ｂ）（ｃ）参照）まで、別個に移動可能なものである。又、第２環状部材１８は、第１環状部材１６との相対的な位置関係に応じて、第１環状部材１６の外周に嵌合した嵌合位置（図２（ｂ）（ｃ）、図３（ｄ）に示す位置）にある状態と、非嵌合位置（図１、図２（ａ）、図３（ｅ）（ｆ）に示す位置）にある状態とを取り得る。第１環状部材１６は、図１における上方から下方へ向かって内側へ傾斜したテーパ面１６ａを外周に備え、又、後に説明する成形空間Ｃを形成する内周面１６ｂを備えている。第２環状部材１８は、図１における上方から下方へ向かって内側へ傾斜したテーパ面１８ａを内周に備えている。そして、第１環状部材１６のテーパ面１６ａと、第２環状部材１８のテーパ面１８ａとは、第１環状部材１６と第２環状部材１８との位置関係に応じて摺接し、第１環状部材１６を縮径させるための縮径機構を成すものである。
【００１５】
第１環状部材１６の内周面１６ｂは、圧粉体成形装置１０によって成形する圧粉体Ｗｃ（図３参照）の形状に応じた形状を有している。又、テーパ面１６ａが形成される、第１環状部材１６の外周は、平面視で、円形や、内周面１６ｂの平面視形状に倣った形状等に形成される。例えば、圧粉体Ｗｃの形状に対応した内周面１６ｂの平面視形状が略円形である場合には、それに倣った第１環状部材１６の外周の平面視形状は略円形となる。又、第１環状部材１６の内周面１６ｂの平面視形状が略矩形である場合には、第１環状部材１６の外周の平面視形状は、円形であってもよく、或いは、内周面１６ｂに倣った略矩形であってもよい。又、テーパ面１８ａが形成される、第２環状部材１８の内周は、平面視で第１環状部材１６の外周形状を倣った形状に形成される。すなわち、第１環状部材１６の外周形状及び第２環状部材１８の内周形状は、嵌合位置にある第２環状部材１８によって、第１環状部材１６が均一に締め付けられるような形状であればよい。又、第２環状部材１８は、第１環状部材１６を均一に締め付けることができれば、例えば、一部に切欠きや割れ目が設けられた不連続な環状であってもよい。
【００１６】
又、第１環状部材１６と第２環状部材１８とは、嵌合位置にある第２環状部材１８が第１環状部材１６の弾性変形を促して縮径させ、この状態で、第１環状部材１６の内周面１６ｂと上下型１２、１４の先端面１２ａ、１４ａとにより、隙間なく成形空間Ｃが形成されるような大きさに形成される。すなわち、第１環状部材１６は、第２環状部材により縮径されていない通常時では、縮径時と比較して僅かに拡径した大きさになるように形成される。又、第２環状部材１８の内周は、嵌合位置にある状態で第１環状部材１６を縮径させるような大きさに形成される。
【００１７】
又、第１環状部材１６と第２環状部材１８とは、嵌合位置にある第２環状部材１８によって第１環状部材１６を縮径させることができ、かつ、圧粉体Ｗｃの成形時の圧力に耐え得る、適切な材料で形成される。例えば、第１環状部材１６と第２環状部材１８とは、図４に示した従来の外型１２０と同じ材料で形成されていてもよく、例を挙げると、ＳＫＤ（合金工具鋼）や超硬合金のＶ５０等で形成することができる。そして、第１環状部材１６と第２環状部材１８とは、同じ材料で形成されていてもよく、異なる材料で形成されていてもよい。
【００１８】
一方、制御手段２２は、可動型である上型１２と、外型２０の第１環状部材１６と、第２環状部材１８との位置を、別個に制御するものである。制御手段２２は、例えば、図４に示した従来の上型１１２を移動させるための移動機構と同様の移動機構を備え、これによって上型１２を移動させ、又、従来の外型１２０を移動させるための移動機構と同様の移動機構を２組備え、これらによって第１環状部材１６と第２環状部材１８とを別々に移動させてもよい。このような移動機構には、油圧式や機械式等の、用途に応じた適切な移動機構を用いることができる。
【００１９】
次に、図２、図３を参照して、本発明の実施の形態に係る圧粉体成形装置１０を用いた、圧粉体の成形方法について説明する。なお、図２、図３では、制御手段２２の図示は省略している。
まず、図２（ａ）に示すような、上型１２と外型２０の第１環状部材１６及び第２環状部材１８とが退避位置にあり、かつ、第２環状部材１８が第１環状部材１６に対する非嵌合位置にある状態から、制御手段２２により、第１環状部材１６及び第２環状部材１８を、下型１４に沿って上昇させる。この際、第１環状部材１６と第２環状部材１８とは、図２（ａ）に示す位置関係を維持した状態で、双方を同時に上昇させてもよく、或いは、第１環状部材１６を最上位置まで上昇させた後、第２環状部材１８を最上位置まで上昇させてもよい。
【００２０】
上述したいずれの場合においても、第１環状部材１６と第２環状部材１８とを、最終的には図２（ｂ）に示すような最上位置まで移動させ、第１環状部材１６の外周に第２環状部材１８を嵌合させる。すると、第２環状部材１８が非嵌合位置から嵌合位置へ移動する過程で、互いに摺接する第１環状部材１６の外周のテーパ面１６ａと、第２環状部材１８の内周のテーパ面１８ａとを介して、第１環状部材１６の弾性変形が促されて第１環状部材１６が縮径する。これにより、下型１４に対して第１環状部材１６が密着した状態で、第１環状部材１６の内周面１６ｂと下型１４の先端面１４ａとにより、無蓋の成形空間Ｃが形成される。
【００２１】
続いて、図２（ｃ）に示すように、無蓋の成形空間Ｃ内に、金属粉末Ｗｐを充填する。この金属粉末Ｗｐには、後に成形する圧粉体Ｗｃの密度上昇を阻害しない程度の量で、潤滑剤が添加されていてもよく、或いは、潤滑剤が添加されていなくてもよい。そして、成形空間Ｃ内に金属粉末Ｗｐを充填した状態で、制御手段２２により上型１２を下降させ、上型１２を下型１４へ接近させる。上型１２を下降させていくと、上型１２は、やがて第１環状部材１６に達し、その先端面１２ａで成形空間Ｃの上方を塞ぐ態様となる。更に上型１２を下降させ、図３（ｄ）に示すように、一対の上下型１２、１４の先端面１２ａ、１４ａと第１環状部材１６の内周面１６ｂとにより形成された成形空間Ｃにおいて、金属粉末Ｗｐを圧縮し、所定密度の圧粉体Ｗｃを成形する。
【００２２】
圧粉体Ｗｃの成形が完了したら、図３（ｅ）に示すように、制御手段２２により上型１２を上昇させて、圧粉体Ｗｃの上部を露出させる。又、第１環状部材１６の位置を維持した状態で、制御手段２２により第２環状部材１８のみを下降させて、縮径していた第１環状部材１６の弾性変形を解放し、元の状態に復元させる。すると、第２環状部材１８により嵌合されていた状態と比較して、第１環状部材１６が僅かに拡径し、第１環状部材１６と圧粉体Ｗｃとの間の接触応力が、第１環状部材１６の縮径によって高められていた状態から低減される。続いて、図３（ｆ）に示すように、制御手段２２により第１環状部材１６を下降させて、圧粉体Ｗｃの周囲を露出させる。その後、焼結工程や鍛造工程を行うために、圧粉体成形装置１０から圧粉体Ｗｃを取り出し、本発明の実施の形態に係る圧粉体成形装置１０を用いた圧粉体の成形方法が終了となる。
【００２３】
ここで、図１〜図３に例示した圧粉体成形装置１０は、第１環状部材１６の弾性変形を促して縮径させるための縮径機構として、第１環状部材１６と第２環状部材１８とに形成された、互いに摺接するテーパ面１６ａ、１８ａを備えている。このような縮径機構の別形態として、例えば、第２環状部材１８を、環状に配置した複数の分割片により構成し、隣接する分割片の間を狭めて第１環状部材１６の外周に嵌合する嵌合状態と、隣接する分割片の間を広げた非嵌合状態とに変形させ、嵌合状態にすることで第１環状部材１６を縮径させる機構等が挙げられる。又、第１環状部材１６は、一体の部材として構成されていることが好ましいが、縮径機構によって縮径された状態で、上下型１２、１４と共に成形空間Ｃを隙間なく形成できれば、環状に配置された複数の分割片により構成されていてもよい。
【００２４】
なお、図１〜図３に示した圧粉体成形装置１０は、固定型である下型１４に対して上型１２が接近及び離間移動するものであるが、本発明の実施の形態に係る圧粉体成形装置１０は、これに限定されるものではなく、例えば、上下型１２、１４の双方が可動型であってもよい。又、図１〜図３では、第１環状部材１６と第２環状部材１８との双方が、下方に退避するものであったが、第１環状部材１６が上方に退避し、第２環状部材１８が下方に退避するものであってもよい。又、図１〜図３の例では、第１環状部材１６に対して第２環状部材１８が下方から接近するものであったが、上方から接近するものであってもよい。この場合には、第２環状部材１８により第１環状部材１６を縮径させるために、第１環状部材１６と第２環状部材１８とに対して、上方から下方へ向かって外側へ傾斜したテーパ面１６ａ及びテーパ面１８ａを形成する。
【００２５】
さて、上記構成をなす本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能である。すなわち、本発明の実施の形態に係る圧粉体成形装置１０は、図１に示すように、一対の上下型１２、１４と共に成形空間Ｃ（図２、図３参照）を形成する外型２０が、第１環状部材１６と第２環状部材１８とで構成されているものである。第１環状部材１６は、その内周面１６ｂが成形空間Ｃを形成するものであり、第２環状部材１８は、第１環状部材１６の外周側に配置される。そして、圧粉体成形装置１０は、第１環状部材１６の弾性変形を促して縮径させるための縮径機構（第１環状部材１６のテーパ面１６ａ及び第２環状部材１８のテーパ面１８ａ）を備えている。
【００２６】
上記のような構成により、圧粉体成形装置１０は、成形空間Ｃを形成する際には、図２（ｂ）（ｃ）に示すように、縮径機構によって第１環状部材１６の弾性変形を促して縮径させる。そして、縮径された状態の第１環状部材１６に、一対の上下型１２、１４を対向させる態様で、第１環状部材１６の内周面１６ｂと上下型１２、１４の先端面１２ａ、１４ａとにより囲われた成形空間Ｃを形成する。又、圧粉体Ｗｃの成形は、図３（ｄ）に示すように、上型１２を下型１４に対して接近移動させることにより、成形空間Ｃに充填された金属粉末Ｗｐを圧縮して行われる。すなわち、圧粉体Ｗｃの成形時には、第１環状部材１６が弾性変形して縮径した状態で、第１環状部材１６と上下型１２、１４とが十分に密着し、金属粉末Ｗｐを所定の密度まで圧縮するための圧力に耐え得る、必要十分な成形空間Ｃを確保することができる。
【００２７】
一方、本発明の実施の形態に係る圧粉体成形装置１０は、成形した圧粉体Ｗｃを取り出す際には、図３（ｅ）に示すように、縮径機構による第１環状部材１６の弾性変形を解放して、第１環状部材１６を通常時の状態に復元させる。そして、上型１２を下型１４に対して離間移動させると共に、通常状態（拡径した状態）の第１環状部材１６を下方へ移動させることで、図３（ｆ）に示すように、圧粉体Ｗｃを下型１４の先端面１４ａに載置した状態で、圧粉体Ｗｃの周囲及び上方を露出させる。この際、第１環状部材１６は、圧粉体Ｗｃに対してスライド移動することとなる。
【００２８】
すなわち、成形が終了した直後は、第１環状部材１６の弾性変形によって高められていた、圧粉体Ｗｃと第１環状部材１６との間の接触応力が、圧粉体Ｗｃを取り出す際には、第１環状部材１６の弾性変形状態の解放により、低減されている。このため、圧粉体Ｗｃに対して第１環状部材１６をスライド移動しても、圧粉体Ｗｃと第１環状部材１６との間の摩擦を低減することができる。これにより、圧粉体Ｗｃと外型２０との間の摩擦を抑制する潤滑剤の、金属粉末Ｗｐへの添加量を減らしても、或いは、潤滑剤の添加を行わなくとも、圧粉体Ｗｃと外型２０との焼き付きの発生を抑制することが可能となる。ひいては、例えばリアクトルのコアといった、高密度に圧縮する必要がある金属部品を製造する場合であっても、焼き付きの発生を抑制しながら、潤滑剤の阻害を受けずに安定して圧粉体Ｗｃの密度を上昇させることができる。
【００２９】
又、本発明の実施の形態に係る圧粉体成形装置１０は、第１環状部材１６の弾性変形を促して縮径させるための縮径機構を、第１環状部材１６の外周と第２環状部材１８の内周との各々に形成されたテーパ面１６ａ、１８ａで実現するものである。すなわち、第１環状部材１６の外周に形成されたテーパ面１６ａと、第１環状部材１６の外周に嵌合する嵌合位置に移動可能な、第２環状部材１８の内周に形成されたテーパ面１８ａとは、互いに摺接する位置関係となる。このため、図２（ｂ）に示すように、成形空間Ｃを形成する際に、第２環状部材１８を第１環状部材１６の外周に嵌合する嵌合位置へ移動させると、互いに摺接するテーパ面１６ａ、１８ａを介して、第１環状部材１６の弾性変形を促して縮径させる動作へと変換される。又、成形した圧粉体Ｗｃを取り出す際に、図３（ｅ）に示すように、第２環状部材１８を嵌合位置から非嵌合位置へ移動させると、第１環状部材１６の弾性変形が解放され、第１環状部材１６が通常時の状態に復元することとなる。このように、簡単な構成で縮径機構を実現しながらも、第１環状部材１６の弾性変形による縮径及び復元を、より確実に実行し、焼き付きの発生を抑制することができる。
【００３０】
更に、本発明の実施の形態に係る圧粉体成形装置１０は、上型１２の下型１４に対する接近及び離間移動と、第２環状部材１８の第１環状部材１６に対する嵌合位置及び非嵌合位置への移動と、第１環状部材１６の上下方向の移動とを、制御手段２２（図１参照）を用いて別箇に制御するものである。これにより、第１環状部材１６の弾性変形を促した状態で実行する、成形空間Ｃの形成及び圧粉体Ｗｃの成形のための動作（図２（ａ）〜（ｃ）、図３（ｄ））や、第１環状部材１６の弾性変形を解放した状態で実行する、圧粉体Ｗｃを露出させるための動作（図３（ｅ）、（ｆ））を、各構成部材の位置を適切に制御することで、より確実に実行することができる。
【００３１】
一方、本発明の実施の形態に係る圧粉体成形方法は、上述した本発明の実施の形態に係る圧粉体成形装置１０を利用して実行されることにより、本発明の実施の形態に係る圧粉体成形装置１０に対応する同等の作用効果を奏するものである。
【００３２】
なお、図１、図２（ａ）、図３（ｅ）及び（ｆ）では、第１環状部材１６が弾性変形していない（縮径していない）状態を図示しており、第１環状部材１６と下型１４との間に隙間が確認できる。しかしながら、この隙間は、第１環状部材１６が縮径した状態と縮径していない状態との差を明確に示すために、過大に図示したものである。すなわち、第１環状部材１６と下型１４とは、第１環状部材１６が圧粉体Ｗｃに対してスライド移動する際の摩擦を低減できれば、例えば、接触していても問題ないものである。
【符号の説明】
【００３３】
１０：圧粉体成形装置、１２：上型、１４：下型、１６：第１環状部材、１６ａ：テーパ面、１６ｂ：内周面、１８：第２環状部材、１８ａ：テーパ面、２０：外型、Ｗｐ：金属粉末、Ｗｃ：圧粉体、Ｃ：成形空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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