(57)【要約】【課題】キャビティ内に供給する粉末をキャビティの各部に均等に充填し、粉末の充填密度に差が発生しないように充填する。【解決手段】ダイと、上下パンチと、前記下パンチの貫通穴を摺動自在に貫通してキャビティ内に突出するコアロッドとを備えた粉末成形用金型であって、前記コアロッドの上面に気体噴出穴を有することを特徴としている。該記粉末成形金型のキャビティ内への粉末供給時に、前記コアロッドの気体噴出穴より気体を上向きに噴出し供給される粉末をキャビティ内で拡散および流動させながら充填している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイと、上下パンチと、前記下パンチの貫通穴を摺動自在に貫通してキャビティ内に突出するコアロッドとを備えた粉末成形用金型であって、
前記コアロッドの上面に気体噴出穴を有することを特徴とする粉末成形用金型。
【請求項２】
前記気体噴出穴は複数の貫通穴からなり、各貫通穴の径はキャビティ内に充填される粉末が流入しない径である請求項１に記載の粉末成形用金型。
【請求項３】
前記キャビティは広幅部と細幅部とを有する請求項１または請求項２に記載の粉末成形用金型。
【請求項４】
前記キャビティの広幅部に面する前記コアロッドの上面に、前記細幅部に近接する位置に前記気体噴出穴が設けられた請求項３に記載の粉末成形金型。
【請求項５】
請求項１に記載の粉末成形金型への粉末充填方法であって、
前記キャビティ内への粉末供給時に、前記コアロッドの気体噴出穴より気体を上向きに噴出し、供給される粉末をキャビティ内で拡散および流動させながら充填することを特徴とする粉末充填方法。
【請求項６】
請求項３または請求項４に記載の粉末成形金型への粉末充填方法であって、
前記広幅部に供給される前記粉末を前記気体噴出穴から噴出する気体の圧力で前記細幅部側へ拡散させる請求項５に記載の粉末充填方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は粉末成形用金型および該粉末成形用金型への粉末充填方法に関し、詳しくは、金型のキャビティに粉末を均一に充填できるようにするものである。
【背景技術】
【０００２】
粉末を圧縮成形して成形体を製造する場合、通常、ダイとパンチからなる金型を用い、ダイに充填した粉末をパンチで圧縮して成形している。このように粉末を圧縮成形して成形した成形体は、その後、所要の温度で所要時間加熱して焼結されるが、この焼結後の寸法収縮による寸法のバラツキ低減を図るため、焼結を行わない場合がある。また、圧粉磁心のように絶縁性被膜で被覆された鉄系粉末の場合には、焼結により絶縁被覆が消失する恐れがあるため、成形後に焼結は行われない。
このように、圧縮成形後に焼結を行わない場合があるため、成形体の密度を飛躍的に向上させることが望まれている。
【０００３】
成形体の密度を向上させるためには、キャビティ内への粉末の充填量を多くすると共に均一に充填する必要がある。しかし、形状が複雑な部品を成形する場合には、キャビティの形状も複雑となり広幅部と細幅部とが連続した形状となる。
キャビティ内に上端開口から投入して供給する粉末は、主として広幅部に投入されるため、細幅部には粉末は充填されにくく、粉末が均一に充填されにくいため、部位毎に充填量のばらつきが発生しやくなる。
このように、充填量にバラツキが発生その結果、圧縮成形される成形体に密度差が生じる。そのため、成形体の磁気特性や強度が部位で異なり、性能に影響を及ぼすこととなる。また、充填量が不均一であると、充填量が多い部分のパンチやダイに局所的に大きな負荷がかかり、パンチやダイが破損しやすくなる問題がある。
【０００４】
そこで、本出願人は、特開２００４−２０２５０３号公報（特許文献１）において、粉末を均一に充填して充填量を増加させる粉末成形装置を提供している。
前記粉末成形装置は、図９に示すように、ダイ１と、粉末２を圧縮する上下パンチ３、４と、粉末２を充填する前後方向に移動する給粉ボックス５とを備えている。給粉ボックス５の底部開口の後部に、図９（Ｂ）に示すように、大孔６ａと小孔６ｂから構成する多孔体６を設けており、大孔６ａを通って粉末２が供給される時に小孔６ｂを通して空気が逃げることで、前部の供給速さに適合した後部の供給速さが得られ、前後方向の供給量を均一としている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２０２５０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記特許文献１の装置では、粉末供給用の給粉ボックスから粉末の供給速度を前後方向に同等としているが、粉末が供給されるキャビティの形状が複雑で、広幅部と細幅部がある場合、粉末をキャビティ内に投入して充填するだけでは、細幅部の粉末充填量は広幅部の充填量と比較して少なくなりやすい。このように、キャビティに不均一に粉末が充填され、広幅部と細幅部とで充填密度に生じた状態で圧縮成形されると、成形体の密度が不均一になる問題を解消できない。
【０００７】
本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであり、金型のキャビティに供給する粉末を充填されにくいキャビティの部位にも均一に粉末を充填して充填密度に差を発生させないようにし、よって、圧縮成形して得られる成形体の密度を均一にして成形体の性能のバラつきを防止すると共に、圧縮時の局所的な応力負荷を防止してダイやパンチの破損を防止することができる粉末成形金型および該金型への粉末充填方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明は、ダイと、上下パンチと、前記下パンチの貫通穴を摺動自在に貫通してキャビティ内に突出するコアロッドとを備えた粉末成形用金型であって、
前記コアロッドの上面に気体噴出穴を有することを特徴とする粉末成形用金型を提供している。
【０００９】
また、前記粉末成形金型への粉末充填方法であって、
前記キャビティ内への粉末供給時に、前記コアロッドの気体噴出穴より気体を上向きに噴出し、供給される粉末をキャビティ内で拡散および流動させながら充填することを特徴とする粉末充填方法を提供している。
【００１０】
前記本発明の粉末成形用金型においては、コアロッドの上面に設ける気体噴出穴は複数の貫通穴からなり、各貫通穴の径はキャビティ内に充填される粉末が流入しない径であることが好ましい。
即ち、前記気体噴出穴の各貫通穴の直径は粉末の直径よりも小さくし、貫通穴に粉末が流入するのを防止している。前記粉末の直径は２００〜３５０μｍ、好ましくは２００〜３００μｍとしている。一方、コアロッドの気体噴出穴の直径は１００〜２００μｍ、好ましくは１００〜１５０μｍとしている。
前記コアロッドの上面に設けた気体噴出穴は、該コアロッドに貫通して設けた気体導入路と連通し、該気体導入路より供給する窒素または空気を前記気体噴出穴から噴出していが、噴出させる気体の種類は限定されない。
【００１１】
さらに、前記キャビティが広幅部と細幅部とを有する場合、前記キャビティの広幅部に面する前記コアロッドの上面には、前記細幅部に近接する位置に前記気体噴出穴が設けられていることが好ましい。
【００１２】
本発明の粉末充填方法においては、前記コアロッドの気体噴出穴から前記キャビティに噴出する気体圧力は、前記キャビティ上方から供給されて落下してくる粉末が飛散しない程度の圧力としている。
具体的には、前記気体圧力は０．１〜０．５ＭＰａが好ましく、特に０．１〜０．２ＭＰａが好ましい。
【００１３】
さらに、前記キャビティが広幅部と細幅部とを有する場合、前記広幅部に供給される前記粉末を前記コアロッドから噴出する気体の圧力で前記細幅部に拡散させることが好ましい。
【００１４】
粉末成形用金型への粉末供給時には、ダイのキャビティの下面を下パンチとコアロッドの上面とで閉鎖した状態で、キャビティの上面開口から粉末を供給している。
キャビティへの粉末供給時に、前記気体噴出穴から気体を噴出することにより、キャビティ内に供給される粉末を拡散させ、かつ、キャビティ内に堆積する粉末を流動させて、キャビティ全体に均一に粉末を充填し、充填密度に差が生じないようにしている。
なお、粉末供給前に下パンチをキャビティ内で上方へ移動させておき、粉末供給時に下パンチを下方へ移動させて負圧を発生させて、ダイの上方開口から自重落下してくる粉末を負圧で吸い込んで充填してもよい。
【００１５】
粉末供給手段は周知のフィーダーが用いられ、前記特許文献１に記載したキャビティの開口に沿って移動しながら粉末を供給するフィーダーでもよいし、キャビティの全面を覆う位置に移動させ、供給する全粉末が確実にキャビティ内に挿入されるように位置させてもよい。該フィーダーからキャビティへの粉末供給時、キャビティに広幅部と細幅部とがある場合、相対的に細幅部の方が広幅部より粉末が充填されにくくなっている。
【００１６】
前記問題に対して、本発明の粉末充填方法を用いると、キャビティが広幅部と細幅部を備えた形状であっても、前記コアロッドの上面の気体噴出穴から噴出する気体の圧力で、落下してくる粉末を拡散させ、かつ、既に広幅部に堆積する粉末を撹拌して流動性を高め、細幅部に粉末を拡散、流動させることができる。
このように、充填量が少なくなりやすい細幅部にも粉末を拡散、流動させることにより、広幅部と細幅部の充填量を均一とし、充填密度に差を発生させないようにすることができる。その結果、成形体の密度差の発生を防止できと共に、圧縮時の金型に局所的に大きな負荷がかからないようにして金型の破損を防止することができる。さらに、粉末の充填量を均一にすることができるため、キャビティ内の粉末の充填量を増加させることができ、成形体の密度を向上させることができる。
【００１７】
前記ダイに充填してパンチで圧縮して成形する粉末としては、鉄（Ｆｅ）、鉄（Ｆｅ）−シリコン（Ｓｉ）系合金、鉄（Ｆｅ）−窒素（Ｎ）系合金、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）系合金、鉄（Ｆｅ）−炭素（Ｃ）系合金、鉄（Ｆｅ）−ホウ素（Ｂ）系合金、鉄（Ｆｅ）−コバルト（Ｃｏ）系合金、鉄（Ｆｅ）−リン（Ｐ）系合金、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）系合金、および鉄（Ｆｅ）−アルミニウム（Ａｌ）−シリコン（Ｓｉ）系合金等が挙げられる。
磁性成形体を作製するため粉末を磁性粉末とする場合には、該磁性粉末の表面をリン酸処理した絶縁皮膜で被覆したもの、あるいは磁性粉末の表面をリン酸鉄、リン酸マンガン、リン酸亜鉛、リン酸カルシウム、リン酸アルミニウム、酸化シリコン、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどの酸化物を塗布しているもの、さらには、磁性粉末を絶縁樹脂で被覆しているもの等が用いられる。
【発明の効果】
【００１８】
前述したように、本発明の粉末成形用金型ではコアロッドの上面に気体噴出穴を設け、粉末充填時に気体噴出穴より気体を上向きに噴出し、落下してくる粉末を拡散し、かつキャビティ内に堆積する粉末を流動させて、キャビティ全体の粉末を均一に充填して充填密度に差が生じないようにすることができる。
【００１９】
このように、キャビティ内の粉末充填密度に差異を発生させないようにしているため、圧縮時の金型の破損を防止することができると共に、成形体の密度のバラツキを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図８に本発明の実施形態を示す。
【００２１】
粉末成形用の金型１０は、図１に示すように、ダイ１１と、上下パンチ１２、１３を備えている。さらに、粉末供給時には下パンチ１３と同一面に位置させると共に圧縮成形時に下パンチ１３より突出させ、キャビティ１１ａ内を貫通させて、成形体に貫通穴を形成するためのコアロッド１４を備えている。
【００２２】
前記金型１０のキャビティ１１ａ内には、キャビティの開口全面を覆う位置に移動させるフィーダー３０から粉末４０を供給している。
前記フィーダー３０は、その下面開口に粉末落下用孔を設けた多孔体３０ａを備え、該フィーダー３０をダイ１１の上面に沿って矢印方向に移動させ、前記多孔体３０ａの孔から、ダイ１１のキャビティ１１ａの上端開口へ粉末４０を自重落下で供給している。
【００２３】
前記金型１１を用いて成形する粉末成形体２０は、本実施形態では、円環状に配置してステータ（図示せず）を形成する分割ステータコア２０とし、図１（Ｂ）に示すように、金型１１で一対の分割ステータコア２０を成形している。
分割ステータコア２０は、図２に示すように、断面矩形状のティース部２１と、該ティース部２１の一側端から突設するバックヨーク部２２を設けていると共に、他側端から鍔部２３を突設している。該分割ステータコア２０は、上下面２０ａ、２０ｂをそれぞれ上パンチ１２、下パンチ１３で成形される成形面としている。また、側周面２０ｃをダイ１１の型面１１ｂで成形する成形面とし、鍔部内周面２３ａを後述するコアロッド１４の側周面１４ｃで成形される成形面としている。
【００２４】
前記コアロッド１４は、コアロッド１４は、ハイス鋼で形成していることが好ましいが、超硬合金、鉄または鉄系合金から形成しても良い。
該コアロッド１４は図１および図３に示すように、土台部１４ａと該土台部１４ａから上方に向かって突設している円柱形状のロッド部１４ｂとを備えている。該コアロッド１４は、下パンチ１３とは異なる駆動機構（図示せず）に固定し、下パンチ１３およびダイ１１に対して上下方向に摺動可能としている。粉末圧縮時には、図１に示すように、コアロッド１４のロッド部１４ｂを後述する下パンチ１３の貫通穴１３ｃからキャビティ１１ａ内に突出させている。
【００２５】
コアロッド１４には、その上端面に開口する複数の小径の貫通穴からなる気体噴出穴１４ｅを形成し、これら気体噴出穴１４ｅの下端開口をコアロッド１４の軸線に沿って穿設した共通の気体供給路１４ｆに連通し、該気体供給路１４ｆをコアロッド１４の下部で外周面に開口し、気体供給管１８と連通している。該気体供給管１８より所要圧力の気体（窒素）を供給し、気体供給路１４ｆを通して、気体噴出穴１４ｅの先端の噴出口１４ｄより所要圧力の気体を上向きに噴出する構成としている。本実施形態では、前記気体を窒素としているが、窒素に限定されず空気でもよい。
【００２６】
前記噴出口１４ｄから噴出する気体圧力Ｐ２は０．１ＭＰａとし、キャビティ１１ａ上方から充填される粉末４０が飛散しない圧力としている。
前記気体噴出穴１４ｅは先端の噴出口１４ｄを含めて同一径の貫通穴とし、該気体噴出穴１４ｅの直径は、１００μｍとし、充填する粉末４０の直径２５０μｍよりも小さくし、粉末４０が気体噴出穴１４ｅに流入しないようにしている。
【００２７】
前記金型のダイ１１は超硬合金で形成し、上下パンチ１２、１３はハイス鋼で形成している。
下パンチ１３はダイ１１の下端を閉鎖するように固定している一方、上パンチ１２を昇降させてダイ１１のキャビティ１１ａに充填した粉末４０を圧縮成形する構成としている。
下パンチ１３の中央部には、コアロッド１４を挿通する貫通穴１３ｃを設け、コアロッド１４は該貫通穴１３ｃに対して上下方向に摺動可能としている。
上パンチ１２は、図１（Ｂ）に示すように、断面を分割ステータコア２０と同一とした第１上パンチ１２Ａと第２上パンチ１２Ｂとからなる。第１上パンチ１２Ａと第２上パンチ１２Ｂはコアロッド１４が挿通可能な間隔Ｄをあけて配置し、圧縮時には、図７に示すように、第１上パンチ１２Ａと第２上パンチ１２Ｂとの隙間Ｄにコアロッド１４を挿通させ、第１上パンチ１２Ａと第２上パンチ１２Ｂを下方に移動している。
第１、第２上パンチ１２Ａ、１２Ｂの下面１２ａで分割ステータコア２０の上面２０ａを成形する一方、下パンチ１３の上面１３ａで分割ステータコア２０の下面２０ｂを成形している。
【００２８】
ダイ１１は、図４に示すように、外形を円筒形状とし、上下パンチ１２、１３の摺動方向にキャビティ１１ａを貫通させて設け、該キャビティ１１ａを形成するダイ１１の内周面を型面１１ｂとしている。
前記キャビティ１１ａは、コアロッド１４が圧縮時に挿通する挿通空間Ｓ１と、該挿通空間Ｓ１を挟んで一対の分割ステータコア２０を対向させた断面形状を有する成形体形成空間Ｓ２を備えている。
【００２９】
前記成形体形成空間Ｓ２は、鍔部２３両側を成形する細幅部Ｓ３と、ティース部２１を成形する広幅部Ｓ４を連続して備えている。細幅部Ｓ３の幅ｄ１は広幅部Ｓ４の幅ｄ２の約１／１０である。該細幅部Ｓ３は、フィーダー３０から落とし込まれる粉末４０が充填されにくい構造となっている。
【００３０】
キャビティ内に充填する粉末４０は、鉄成分９９．８％以上の純鉄系の粒子に脂肪酸エステルからなる自己潤滑タイプの潤滑剤を表面に被覆して形成している。該粉末は、圧縮時には、ダイ１１の熱や圧縮時に発生する発熱で前記潤滑剤は溶融し、図７に示すように、粉末４０とダイ１１および粉末４０とコアロッド１４との境界に染み出して潤滑層１５、１６を形成する。成形圧は８００ＭＰａの高圧とし、潤滑剤の平均粒子径を１．０μｍとしている。
【００３１】
次に、前記粉末成形用の金型１０を用いた成形体の成形方法について説明する。
まず、ダイ１１を８０〜１５０℃に加熱し、下パンチ１３を、図５に示すように、予めダイ１１のキャビティ１１ａの底面に固定すると共に、コアロッド１４の土台部１４ａを下パンチ１３の下方位置に配置させてロッド部１４ｂを下パンチ１３の貫通穴１３ｃに挿通させ、ロッド部１４ｂの上面１４ｈを下パンチ上面１３ａと同一面に配置する。
【００３２】
ついで、フィーダー３０をダイ１１のキャビティ１１ａの上部に移動させ、図５に示すように、下パンチ１３とコアロッド１４の上面で底面を塞いだダイ１１のキャビティ１１ａ内にフィーダー３０の下面開口３０ａから粉末４０をキャビティ１１ａ内に自重落下で供給する。
【００３３】
前記フィーダー３０から粉末４０の供給と同時に、コアロッド１４内部へ供給管１８から気体供給路１４ｆに窒素を供給し、気体噴出穴１４ｅの上端の噴出口１４ｄから窒素を０．１ＭＰａの気体圧力Ｐ２で上向きに噴出する。
【００３４】
前記噴出する窒素の圧力で、キャビティ１１ａ内に落下してくる粉末４０を拡散させると共に、主として広幅部Ｓ４に供給される粉末４０を攪拌して流動させ、粉末４０が充填されにくい細幅部Ｓ３へ粉末４０を充填し、細幅部Ｓ３の粉末充填密度を広幅部Ｓ４の充填密度と同等とする。
前記粉末４０をキャビティ１１ａへ充填終了後、供給管１８からコアロッド１４の気体供給路１４ｆへの窒素の供給を停止する。
【００３５】
ついで、図６に示すように、コアロッド１４を上昇させ、ロッド部１４ｂをキャビティ１１ａに充填した粉末４０内に貫通させた後、フィーダーをキャビティ上から移動させて取り除く。
【００３６】
まず、上パンチ１２を下降し、粉末４０を充填しているキャビティ１１ａ内に押し込んでいき、粉末４０をキャビティ１１ａの形状に沿って均一の充填量となるように整える。
ついで、図７に示すように、上パンチ１２を下降してショットし、粉末４０を圧縮成形する。上パンチ１２の速度は２０ｍ／ｓ、成形圧は８００ＭＰａとしている。
上下パンチ１２、１３の圧縮によりダイ１１の型面１１ｂで分割ステータコア２０の側周面２０ｃを成形すると共に、コアロッド１４の側周面１４ｃで鍔部２３の内周面２３ａを成形する。
【００３７】
本発明の粉末充填方法では、前記のように、フィーダー３０からキャビティ１１ａ内に粉末４０を供給する際、コアロッド１４の気体噴出口１４ｄから気体を上向きに噴出することで、粉末４０を拡散および流動させ、粉末４０を細幅部Ｓ３と広幅部Ｓ４とに均一に粉末４０を充填することができる。よって、圧縮時にダイ１１や上下パンチ１２、１３が粉末の偏在によって破損を防止することができると共に、分割ステータコア２０の密度のバラツキを防ぐことができる。また、均一に粉末４０を充填することで、キャビティ１１ａ全体の粉末４０の充填量を増加することができ、成形体となる分割ステータコア２０の高密度化を図ることもできる。
【００３８】
また、コアロッド１４の気体噴出口１４ｄからキャビティ１１ａに噴出する気体圧力Ｐ２はキャビティ１１ａへ供給する粉末４０が飛散しない程度としているため、キャビティ１１ａの上方へ粉末４０が舞い上がり、キャビティ１１ａ外に粉末４０が飛散することを防止できる。
【００３９】
図８はコアロッド１４に設ける気体噴出穴１４ｅの形成位置の変形例を示す。
キャビティ１１ａの広幅部Ｓ４の下面にコアロッド１４が位置し、該広幅部Ｓ４の両側に細幅部Ｓ３が位置する場合、コアロッド１４の上面には細幅部Ｓ３に近い左右両側に気体噴出穴１４ｅを設け、その先端の気体噴出口からキャビティ１１ａ内に気体を噴出している。
このように、細幅部Ｓ３に近接した位置から気体を噴出することで、広幅部Ｓ４に堆積する粉末を効率よく細幅部Ｓ３へと流動化させることができる。
【００４０】
なお、本発明は、前記実施形態は限定されず、本発明の特許請求の範囲内の種々の形態が含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態を示す図であり、（Ａ）は粉末成形用金型を示す断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】（Ａ）は分割ステータコアの斜視図、（Ｂ）は左側面図である。
【図３】（Ａ）はコアロッド先端の拡大斜視図、（Ｂ）はコアロッドの断面図である。
【図４】（Ａ）はダイの平面図、（Ｂ）は（Ａ）の要部を拡大した図である。
【図５】フィーダーからキャビティへ粉末を充填している状態を示す断面図である。
【図６】コアロッドをキャビティ内に突出させた状態を示す断面図である。
【図７】上パンチで粉末を圧縮している状態の断面図である。
【図８】変形例を示す概略平面図である。
【図９】（Ａ）（Ｂ）は従来例を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  粉末成形用金型
１１  ダイ
１１ａ  キャビティ
１１ｂ  型面
１２  上パンチ
１２ａ  上パンチ下面
１３  下パンチ
１３ａ  下パンチ上面
１３ｃ  貫通穴
１４  コアロッド
１４ｄ  噴出口
１４ｅ  気体噴出穴
４０  粉末
Ｐ１  供給圧力
Ｐ２  気体圧力
Ｓ３  細幅部
Ｓ４  広幅部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2009034715.tif 000006
【図５】
2009034715.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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