(57)【要約】【課題】予め潤滑剤を粉末に塗布している場合、圧縮時に粉末から染み出した潤滑剤がダイのキャビティから流れ出ることを防止し、抜き出し時に成形体とダイとの摩擦に寄与する潤滑剤を増加させることで、焼き付きを防止すると共に、ダイや成形体の破損を防止する。【解決手段】金型のダイのキャビティに粉末を充填し、該粉末を上下パンチ間で圧縮して成形体を形成する粉末成形用金型であって、前記ダイのキャビティを囲む型面と該型面と対向する前記下パンチの外周面との隙間が１０〜２０μｍであることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティに粉末が充填されるダイと、該粉末を圧縮する上下パンチとからなる粉末成形用金型であって、
前記ダイのキャビティを囲む型面と該型面と対向する前記下パンチの外周面との隙間が１０〜２０μｍであることを特徴とする粉末成形用金型。
【請求項２】
前記下パンチに設けられた貫通穴を通して下方から前記キャビティ内に突出するコアロッドを備えると共に、前記上パンチは前記コアロッドの貫通穴を備え、
前記下パンチの貫通穴の内周面と前記コアロッドの外周面の隙間が１０μｍ〜２０μｍである請求項１に記載の粉末成形用金型。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の粉末成形用金型を用いた粉末成形体の成形方法であって、
前記粉末には予め潤滑剤をコーティングしており、該潤滑剤は粘度が９０〜１５０℃において５〜３０ｍＰａ・ｓである固体脂肪酸エステルからなり、前記潤滑剤が圧縮成形時に染み出し、成形される粉末成形体と前記粉末成形用金型との間に潤滑層を形成する粉末成形体の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は粉末成形用金型に関し、高圧成形の場合に、ダイからの成形体の抜き出し力を低減させて焼き付きを防止すると共に、ダイと成形体との摩擦を低減させてダイや成形体の破損を防止するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁性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、ダイに充填した磁性粉末をパンチで圧縮して成形している。このように磁性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磁性粉末の場合には、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】
圧縮成形した成形体の密度を向上させるためには、成形時の成形面圧を高くする必要があるが、成形面圧を高くするとダイと成形体との間に発生する摩擦抵抗が大きくなり、成形後成形体をダイから抜き出す時に、ダイや成形体にクラックが発生しやすいことが問題となる。そこで、ダイの内周壁に摩擦抵抗を低下させるために潤滑剤を塗布したり、粉末に予め潤滑剤を添加して、成形体とダイとの摩擦抵抗を低減している。
【０００４】
粉末に予め潤滑剤を添加しているものとして、本出願人は特開２００６―９７１３０号公報（特許文献１）の粉末成形方法を提供している。
前記粉末成形方法では、図９に示すように、粉末治金鉄基粉末１に固体状のエステルワックス２を添加して混合粉末３を得た後、下パンチ６で下面を塞いだダイ４の内部空間に混合粉末３を充填して、上パンチ５を下方に移動させて混合粉末３を加圧成形する。加圧成形時に温度や混合粉末同士の摩擦によってエステルワックス２が溶解し、ダイ４と粉末治金鉄基粉末１との境界部に染み出して液体潤滑剤として機能し、成形体の抜き出し力と摩擦力を低減している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６―９７１３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、金型間の隙間は、通常、３０〜５０μｍに設定されている場合が多く、高圧成形においては、成形体の抜き出し力を低減させるために粒子径を小さくしており、液状化した潤滑剤の粘性が低いと潤滑剤が下パンチの外周面とダイの内周面との間から外部に流れ出てしまう。そのため、成形体抜き出し時に寄与する潤滑剤が減少して成形体と金型との摩擦係数が高くなり、成形体や金型にクラックを発生させやすい問題がある。
【０００７】
本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであり、予め潤滑剤を粉末に塗布している場合、圧縮時に粉末から染み出した潤滑剤がダイのキャビティから流れ出ることを防止し、抜き出し時に成形体とダイとの摩擦に寄与する潤滑剤を増加させることで、成形体の焼き付きを防止すると共に、ダイや成形体の破損を防止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、第１の発明は、キャビティに粉末が充填されるダイと、該粉末を圧縮する上下パンチとからなる粉末成形用金型であって、
前記ダイのキャビティを囲む型面と該型面と対向する前記下パンチの外周面との隙間が１０〜２０μｍであることを特徴とする粉末成形用金型を提供している。
【０００９】
本発明の粉末成形用金型は、ダイのキャビティを囲む型面と該型面と対向する下パンチの外周面との隙間を１０〜２０μｍと通常より狭くすることで、成形体と粉末との境界部に存在する潤滑剤の前記隙間への流入を阻止することができる。従って、成形体とダイとの境界部の潤滑剤を増加させることができるため、成形体の抜き出し力を低下させて焼き付きを防止することができると共に、成形体とダイとの摩擦を低減することができ、成形体やダイのクラックの発生を防止することができる。
ダイの型面とパンチ外周面との間隔を１０〜２０μｍとすると、下パンチとダイとの摩擦力を低く抑えることができ、粉末圧縮時にも下パンチやダイの破損を防止することができ、かつ、潤滑剤が前記隙間に流れ込むことがなく、ダイと粉末との境界部に潤滑剤を保持することができる。
【００１０】
前記下パンチに設けられた貫通穴を通して下方から前記キャビティ内に突出するコアロッドを備えると共に、前記上パンチは前記コアロッドの貫通穴を備え、
前記下パンチの貫通穴の内周面と前記コアロッドの外周面の隙間が１０μｍ〜２０μｍとしているのが好ましい。
【００１１】
貫通穴を備えた成形体を成形する場合、粉末の圧縮時に下パンチを貫通させたコアロッドをキャビティに充填した粉末から突出させ、上下パンチで粉末を圧縮することで、成形体に貫通穴を成形している。
【００１２】
圧縮時には、粉末とコアロッドとの境界部に潤滑剤が染み出し、コアロッド外周面とコアロッドを挿通させている下パンチの貫通穴の内周面との隙間から潤滑剤が流れ出てしまいやすい。
本発明では、コアロッドを備えた粉末成形用の金型の場合、下パンチの貫通穴内周面とコアロッド外周面の隙間を１０μｍ〜２０μｍとすることで、粉末から染み出して流下する潤滑剤を前記隙間に流入しにくくし、コアロッド外周面と粉末との境界部の潤滑剤を増加させ、成形体抜き出し時の焼き付きやコアロッドおよび成形体の破損を防止している。
【００１３】
また、第２の発明として、前記粉末成形用金型を用いた粉末成形体の成形方法であって、
前記粉末には予め潤滑剤をコーティングしており、該潤滑剤は粘度が９０〜１５０℃において５〜３０ｍＰａ・ｓである固体脂肪酸エステルからなり、前記潤滑剤が圧縮成形時に染み出し、成形される粉末成形体と前記粉末成形用金型との間に潤滑層を形成する粉末成形体の成形方法を提供している。
【００１４】
粉末に予めコーティングした潤滑剤は、圧縮時の成形温度や粉末同士の摩擦によって、ダイ内周壁と粉末との境界部に染み出してくる。
圧縮成形時にはダイを９０〜１５０℃に加熱し、粉末を温間で圧縮成形している。潤滑剤の粘度を９０〜１５０℃において５〜３０ｍＰａ・ｓとすると、染み出してきた潤滑剤がダイと下パンチとの隙間に流入しにくくなり、ダイと成形体との境界部の潤滑剤を増加させることができるため、成形体抜き出し時の焼き付きやダイおよび成形体の損傷を防ぐことができる。
潤滑剤の粘度が５ｍＰａ・ｓ未満であるとすると、ダイと下パンチとの間に潤滑剤が流入しやすくなり、３０ｍＰａ・ｓより大きいと、粘度が大きすぎて潤滑剤がダイと下パンチの境界部に広がりにくい。
【００１５】
前記潤滑剤は、固体脂肪酸エステルからなる。固体脂肪酸エステルとは、長鎖脂肪酸とアルコールから形成される。脂肪酸としては、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキン酸、ベヘン酸、セロチン酸、モンタン酸、メリシン酸、ラウロレイン酸、ミリストレイン酸、オレイン酸、エライジン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸、ガドレイン酸、エルカ酸等が挙げられる。また、アルコールとしては、カプリルアルコール、ラウリルアルコール、ミリスチルアルコール、パルミチルアルコール、ステアリルアルコール、ベヘニルアルコール等の１価のアルコールや、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、グリセリン、ペンタエリスルトール、ソルビタン等の多価アルコールが挙げられる。
これら潤滑剤の平均粒子径は０．５〜１．５μｍであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
前述したように、本発明によれば、成形体と粉末との境界部に存在する潤滑剤の前記隙間への流入を阻止することができる。従って、成形体とダイとの境界部の潤滑剤を増加させることができるため、成形体の抜き出し力を低下させて焼き付きを防止することができると共に、成形体とダイとの摩擦を低減することができ、成形体やダイのクラックの発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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７に本発明の第１実施形態を示す。
【００１８】
本実施形態の粉末成形用金型１０は、図１に示すように、キャビティ１１ａに粉末２０を充填するダイ１１と、該粉末２０を圧縮する上下パンチ１２、１３と、粉末圧縮時にダイ１１のキャビティ１１ａに突出させるコアロッド１４とを備えている。
該粉末成形用金型１０は、キャビティ１１ａを形成するダイ１１の内周面を型面１１ｂとし、該型面１１ｂに上下パンチ１２、１３を摺接させてキャビティ１１ａに充填した粉末２０を圧縮成形して成形体６０を成形している。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。
粉末２０を圧縮して成形する成形体６０は、図３に示すように円柱形状とし、中央にコアロッド１４で成形される貫通穴６０ｄを設けている。
【００１９】
該粉末２０は、図４に示すように、鉄成分９９．８％以上の純鉄系の粒子２１に固体脂肪酸エステルからなる潤滑剤２２を表面に塗布して形成している。圧縮時には、ダイ１１の熱や圧縮時に発生する発熱で該潤滑剤２２は溶融し、図１および図２に示すように、粉末２０とダイ１１との境界部１１ｃ、粉末２０とコアロッド１４との境界部１１ｄ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、圧縮時の潤滑剤の温度は８０℃とし、該温度における潤滑剤２２の粘度は１０ｍＰａ・ｓとしている。また、潤滑剤２２の平均粒子径を１．０μｍとする。
【００２０】
上下パンチ１２、１３は円柱形状としており、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２０を圧縮成形する構成としている。
【００２１】
上パンチ１２および下パンチ１３の中央部には、コアロッド１４を挿通する貫通穴１２ｃ、１３ｃを設けており、該貫通穴１２ｃ、１３ｃにコアロッド１４を挿通させた状態で、上パンチ１２の下面１２ａで成形体６０の上面６０ａを成形すると共に、下パンチ１３の上面１３ａで成形体６０の下面６０ｂを成形する。
上下パンチ１２、１３の上部および下部には、摺動方向と直交方向に突出した当接部１２ｆ、１３ｆを設けており、ダイ１１の上面あるいは下面に当接して、上下パンチ１２、１３が反対側へ抜けない構成としている。
【００２２】
ダイ１１は、図１（Ｂ）に示すように、外形を円筒形状としており、上下パンチ１２、１３の摺動方向に断面矩形状のキャビティ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。ダイ１１の型面１１ｂは、図２に示すように、下パンチ１３の外周面１３ｄと隙間ｓ１をあけて対向しており、隙間ｓ１の幅ｄ１を２０μｍとしている。
図７に示すような上下パンチ１２、１３の圧縮により発生する圧縮力Ｎにより、成形体６０を加圧成形する。
【００２３】
コアロッド１４は、図１に示すように、下パンチ１３の貫通穴１３ｃに挿通する円柱形状のロッド部１４ｂと、ロッド部１４ｂの下部から摺動方向と直交方向に突設している当接部１４ａとを備えており、コアロッド外周面１４ｃで成形体６０の貫通穴６０ｄを成形する。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）に固定しており、下パンチ１３およびダイ１１に対して上下方向に移動可能となっている。前記当接部１４ａは下パンチ下面に当接して、上パンチ１２側に抜けない構成としている。コアロッド１４はハイス鋼から形成している。
コアロッド１４の外周面１４ｃは、図２に示すように、下パンチ１３の貫通穴内周面１３ｅと隙間ｓ２をあけて対向しており、該隙間ｓ２の幅ｄ２を２０μｍとしている。
【００２４】
次に、前記粉末成形用金型１０を用いた成形体の成形方法について説明する。
まず、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の当接部１４ａを下パンチ１３の下方位置に配置させて
ロッド部１４ｂを下パンチの貫通穴１３ｃに挿通させ、ロッド部１４ｂの先端面１４ｄを下パンチ上面１３ａと同一面に配置する。ついで、下パンチ１３とコアロッド１４で底面を塞いだダイ１１のキャビティ１１ａ内に粉末２０を充填する。
【００２５】
その後、図６に示すように、コアロッド１４を上方に移動させてロッド部１４ｂをキャビティ１１ａに充填した粉末２０内を貫通させて粉末２０上部から突出させる。ついで、上パンチ１２を下降させ、粉末２０を充填しているキャビティ１１ａ内にゆっくりと押し込んでいき、粉末２０を成形体６０の形状に整える。その後、ダイ１１を８０〜１５０℃に加熱し、図７に示すように、上パンチ１２を下降させてショットする。
【００２６】
このとき、上下パンチ１２、１３で成形体６０の上面６０ａおよび下面６０ｂを成形すると共に、図６に示すような上下パンチ１２、１３の圧縮で発生する圧縮力Ｎによってダイ１１の型面１１ｂが成形体６０の側周面６０ｃを成形し、さらに、コアロッド１４の外周面１４ｃが成形体６０の貫通穴６０ｄを成形する。上パンチ１２を下方に移動させて粉末２０を圧縮する際には、上パンチ１２の貫通穴１２ｃにコアロッド１４のロッド部１４ｂの先端が挿通する。
上パンチ１２の速度は２０ｍ／ｓ、成形圧は８００ＭＰａとしている。
【００２７】
前記構成とすると、前記隙間ｓ１、ｓ２を通常の金型よりも狭い２０μｍとし、さらに、圧縮時の潤滑剤２２の粘度を１０ｍＰａ・ｓとすると、潤滑剤２２が前記隙間ｓ１、ｓ２への流入することを阻止することができる。従って、成形体６０とダイ１１との境界部１１ｃおよび成形体６０とコアロッド１４との境界部１１ｄの潤滑層１５、１６の潤滑剤２２を増加させることができるため、成形体６０の抜き出し力を低減し焼き付きを防止することができると共に、抜き出し時の成形体６０とダイ１１との摩擦を低減することができるため、成形体６０やダイ１１のクラックの発生を防止することができる。
【００２８】
図８に本発明の第２実施形態を示す。
本実施形態の粉末成形用金型１００は、成形する成形体６０を貫通穴６０ｄを有しない円柱形状としており、貫通穴６０ｄを成形するコアロッド１４を備えない構成を第１実施形態と相違させている。
上下パンチ１２、１３には貫通穴１２ｃ、１３ｃを設けておらず、ダイ１１のキャビティ１１ａに充填した粉末２０を上下パンチ１２、１３で圧縮する。該圧縮時にダイ１１と粉末２０の境界部１１ｃに潤滑剤２２が染み出して潤滑層１５を形成する。
他の構成および作用効果は第１実施形態と同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。
【００２９】
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】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態を示す図であり、（Ａ）は高圧成形用金型を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】図１（Ａ）の要部を拡大した図である。
【図３】成形体の斜視図である。
【図４】潤滑剤の概念図である。
【図５】ダイのキャビティに粉末を充填した状態の断面図である。
【図６】コアロッドを粉末の充填したダイのキャビティに突出させた状態の断面図である。
【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】第２実施形態を示す図であり、（Ａ）は高圧成形用金型を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図９】従来例を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
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
１４ｃ  外周面
１５、１６  潤滑層
２０  粉末
２２  潤滑剤
６０  成形体
ｓ１  ダイの型面と下パンチの外周面との隙間
ｓ２  下パンチの貫通穴内周面とコアロッド外周面との隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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