(57)【要約】  本発明はプレス機２内に配置用の金型１に関し、金型１は、２つの端面４、５間で軸方向３に延び、端面４、５間に内周面６を形成し、金型１は、内周面６から径方向７に、外周面８と、第１直径９上で径方向７に配置される１以上の中心合わせ面１０と、に向かって延び、金型１は、端面４、５から離間したプレス領域１１を有し、また、端面４、５上に配置された金型１の領域１２、１３と少なくとも相対的に、法線ベクトル３２の方向で内周面６に働くプレス力１４と比較してより大きい最大第１剛性をプレス領域１１の近傍において有し、最大第１剛性は、端面４、５上に配置された１以上の領域１２、１３における最小第２剛性よりも少なくとも１０％大きい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレス機（２）内に配置用の金型（１）であって、
前記金型（１）は、第１端面（４）及び第２端面（５）との間で軸方向（３）に延び、前記端面（４、５）間に内周面（６）を形成し、
前記金型（１）は、前記内周面（６）から径方向（７）に、外周面（８）と、第１直径（９）上で径方向（７）に配置される１以上の中心合わせ面（１０）と、に向かって延び、
前記金型（１）は、前記端面（４、５）から離間したプレス領域（１１）を有し、また、前記端面（４、５）上に配置された前記金型（１）の領域（１２、１３）と少なくとも相対的に、法線ベクトル（３２）の方向で前記内周面（６）に働くプレス力（１４）と比較してより大きい最大第１剛性を前記プレス領域（１１）の近傍において有し、
前記最大第１剛性が、前記端面（４、５）上に配置された１以上の領域（１２、１３）における最小第２剛性よりも少なくとも１０％大きいことを特徴とする金型（１）。
【請求項２】
前記第１剛性が周方向（１５）に沿って異なることを特徴とする請求項１に記載の金型（１）。
【請求項３】
前記１以上の中心合わせ面（１０）が、前記軸方向（３）に沿って前記プレス領域（１１）に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の金型（１）。
【請求項４】
前記１以上の中心合わせ面（１０）が前記軸方向（３）に沿って第１高さ（１６）を有し、第１高さ（１６）が前記端面（４、５）間の最短距離（１７）の８０％以下に相当することを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３に記載の金型（１）。
【請求項５】
前記金型（１）が、前記径方向（７）に沿って前記内周面（６）と前記第１直径（９）との間に、少なくとも、
少なくとも前記軸方向（３）に縮小する一の断面（１８）、又は
前記周方向（１５）に互いに離間して配置された接続領域（１９）を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の金型（１）。
【請求項６】
前記接続領域（１９）が、前記軸方向（３）にも互いに離間して配置されていることを特徴とする請求項５に記載の金型（１）。
【請求項７】
前記内周面（６）と前記第１直径（９）との間に第２直径（２０）が配置され、前記第２直径（２０）上の前記金型（２）の断面積（２１）が、前記内周面（６）の８０％以下に相当することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の金型（１）。
【請求項８】
複数の中心合わせ面（１０）が前記第１直径（９）上に配置され、前記中心合わせ面（１０）が周方向（１５）に互いに離間するように配置されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の金型（１）。
【請求項９】
前記１以上の中心合わせ面（１０）が、周方向（１５）に円周状に延びるよう実装されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の金型（１）。
【請求項１０】
前記金型（１）が、前記１以上の中心合わせ面（１０）から前記軸方向（３）に離間するように配置される１以上の保持部（２２）を有することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の金型（１）。
【請求項１１】
プレス機（２）によって１以上の圧粉体（２５）を製造する方法であって、前記プレス機（２）は、請求項１から１０のいずれか一項に記載の１以上の金型（１）と、前記金型（１）の端面（４、５）を通じて前記内周面（６）によって形成された前記圧粉体（２５）用の容器へと前記軸方向（３）に沿って移動可能な１以上のパンチ（２６、２７）とを有し、前記方法が、
（ａ）粉末を前記容器に配置する工程と、
（ｂ）前記１以上のパンチ（２６、２７）を前記金型（１）内で前記軸方向（３）に沿って移動し、前記プレス領域（１１）内で前記粉末を圧縮して圧粉体とする工程と、
（ｃ）前記金型（１）の端面（４、５）を通じて前記圧粉体（２５）を前記金型（１）から離型する工程と、を備え、
前記金型（１）は、前記端面（４、５）から離間して前記プレス領域（１１）を有すると共に、少なくとも工程（ｂ）において、前記端面（４、５）上に配置された前記金型（１）の領域（１２、１３）と少なくとも相対的に、法線ベクトル（３２）の方向で前記内周面（６）に働くプレス力（１４）と比較してより大きい最大第１剛性を前記プレス領域（１１）の近傍において有し、
前記最大第１剛性が、前記端面（４、５）上に配置された１以上の領域（１２、１３）における最小第２剛性よりも少なくとも１０％大きいことを特徴とする方法。
【請求項１２】
工程（ｃ）において、前記第１端面（４）上に配置される第１領域（１２）を通じて前記圧粉体（２５）が前記金型から取り出され、前記最大第１剛性が前記第１領域（１２、１３）における最小第２剛性よりも少なくとも１０％大きいことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプレス機用、特には圧粉体を製造するための粉末プレス機用の、金型に関する。具体的には、当該プレス機は焼結可能な圧粉体、すなわちプレス工程後に焼結できる圧粉体、を製造するために用いられる。具体的には、金属及び／又はセラミックの粉末を金型内でプレスして圧粉体を形成可能である。
【背景技術】
【０００２】
このような金型で公知のものは、いわゆるシュリンクリングを含む。このシュリンクリングの内部には、コア（特に硬質金属からなる）が配置可能であり、コアは金型の内周面を形成する。同時に、金型の内周面は、粉末、又は形成される圧粉体のための容器を形成する。具体的には、プレス機の１以上の上部パンチは、金型の上向きに開口した第１端面を通じて、軸方向に金型内へと移動可能である。１以上の上部パンチは、金型の内周面に沿って摺動し、粉末を徐々に圧縮する。具体的には、金型の下向きに開口した第２端面を通じて軸方向に金型内へと移動する、又は金型内の上位置と下位置との間で移動する、１以上の下部パンチが更に設けられてよい。これにより、１以上の上部パンチと１以上の下部パンチ間で粉末が圧縮されて圧粉体が形成され、特に、金型の内周面が圧粉体の側面外形を画定する。
【０００３】
具体的には、金型は外周面にカラーを有し、金型はこれによってプレス機内に受け入れられて固定される。カラーは外周面を越えて径方向に延出し、それにより金型はプレス機の支持部上に配置及び／又は支持される。更に、このような金型は略円筒形であり、円筒形の外周面は通常、プレス機内の径方向のクリアランスを通じて受け入れられ、それによりパンチと金型との相互の中心合わせ、すなわちパンチと金型との同軸的な配置、が可能となる。
【０００４】
金型はそのそれぞれの端面にパンチ案内領域を有してよく、この場合、プレス領域は端面から離間して、かつ、パンチ案内領域に隣接して存在する。プレス領域では、最大プレス力で粉末が圧縮される。プレス領域は、金型内で明確に画定され、軸方向に沿って境界を有する。更に、離型領域、すなわちプレス機からの取り出しのために圧粉体が金型から押し出され（離型され）る金型上の領域、が１以上の端面に設けられてよい。粉末の圧縮中、等しい強さの接合圧力が金型の内周面にかけられる。この工程中、金型の内周面は径方向（または、内周面上にそれぞれ存在し、それによって内周面のそれぞれの表面に対して垂直に配置される法線ベクトルの方向）に弾性的に拡張する。プレス領域におけるこの拡張は、離型中の強い摩擦力をもたらす。金型は通常円筒形であり、それにより軸方向に沿って略一定の剛性（すなわち、径方向、または、内周面上にそれぞれ存在し、それによって内周面のそれぞれの表面に対して垂直に配置される法線ベクトルの方向、の弾性拡張に対する略一定の抵抗）を有するため、これらの摩擦力は、離型領域へと伝わり得る。
【０００５】
金型のプレス領域のみのこの拡張は、寸法精度の高い圧粉体を製造できないという結果をもたらす。具体的には、圧粉体の離型中に、圧粉体が円錐化するおそれがある。この場合、離型が進行するにしたがって金型がプレス領域内で反発し、それにより圧粉体が下端に向かってますます圧縮され、全体的に円錐状となる。
【０００６】
これらの摩擦力を軽減するために、圧粉体がプレス領域から軸方向に沿って離型領域を通じて端面へと移動する際に圧粉体の緩和が起きるよう、金型の内周面に抜き勾配を設けることが提案されている。
【０００７】
このような金型の公知の設計は、例えば、金型、及び／又は金型の取り扱い又はプレス機への取り付け及び取り外しのために必要な補助機器、の材料が原因で、高コストである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような背景を踏まえ、本発明の目的は、従来技術に関連する上述の問題を少なくとも部分的に解決することである。具体的には、処理に由来する、圧粉体の望ましくない円錐化を回避することである。また、回転対称でない部品を高精度で製造可能とすることである。具体的には、製造される圧粉体の寸法精度を損なうことなく、従来の金型よりも軽量なプレス機用金型を提供することである。更に、抜き勾配を設けることなく、圧粉体の離型中に発生する摩擦力を軽減可能であることが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するために、請求項１の構成による金型が提案される。従属項の主題は、有利な発展である。請求の範囲で個別に記載されている構成は、技術的に妥当な形で組み合わせられてよく、また、本明細書内の説明、及び本発明の設計の変形が示されている図面の詳細から、例示的な事項によって補完されてよい。
【００１０】
この目的のために、金型はプレス機内の配置に寄与し、金型は第１端面及び（対向する）第２端面との間で軸方向に沿って延びることで両端面間に内周面を形成する。金型は、内周面から径方向に、外周面と、第１直径上で径方向に配置される１以上の中心合わせ面と、に向かって延びる。金型は、両端面から離間したプレス領域を有し、また、端面上に配置された金型の領域と少なくとも相対的に、法線ベクトル（すなわち、内周面のそれぞれの部分に存在する法線ベクトルであって、内周面のその部分のそれぞれの表面に対して垂直に位置される法線ベクトル）の方向で内周面に働くプレス力（又はそこに働く接合圧力）と比較してより大きい最大第１剛性（すなわちそこに存在する最大第１剛性）をプレス領域の近傍において有する。最大第１剛性は、いずれかの端面上に配置された１以上の領域における最小第２剛性（すなわちそこに存在する最小第２剛性）よりも少なくとも１０％、特には少なくとも１５％、好ましくは少なくとも２０％、特に好ましくは少なくとも４０％大きい。これは端面に配置される両方の領域に適用されることが特に好ましい。
【００１１】
最大第１剛性は、いずれかの端面上に配置された１以上の領域における最大第２剛性（すなわちそこに存在する最大第２剛性）よりも少なくとも１０％、好ましくは少なくとも１５％、特に好ましくは少なくとも２０％、もしくは少なくとも４０％大きい。これは端面に配置される両方の領域に適用されることが特に好ましい。
【００１２】
剛性とは、具体的に、径方向（または、内周面上にそれぞれ存在し、それによって内周面のそれぞれの表面に対して垂直に配置される法線ベクトルの方向）の変形に対する、内周面の抵抗を指す。剛性の単位は、Ｎ／ｍ［ニュートン／メートル］である。
【００１３】
一例として、剛性は以下のように求めることができる。金型の内周面に特に垂直に加えられる特定のプレス力［Ｎ］における金型の変形、特に弾性変形、がＦＥＭ分析により、求められる（すなわち［ｍ］で表される、金型の内周面の法線ベクトル方向への金型の材料の移動）。これらの値の比率（プレス力［Ｎ］／材料の移動［ｍ］）が、金型の剛性を表す。
【００１４】
金型の剛性が低いほど、金型の弾性変形が大きい。したがって、圧粉体の寸法精度を確保するために、プレス領域において金型は可能な限り剛性である必要がある。具体的には、特に離型領域においてより高い弾性を有し、それによりこの領域の摩擦力が最小化され、必要に応じて圧粉体の表面に損傷がない、又はごく少ない損傷で済むようにするためには、金型は、下端面及び／又は上端面の近傍において最小の剛性を有する必要がある。
【００１５】
この金型は、特には圧粉体を製造するための粉末プレス機用である。具体的には、当該プレス機は焼結可能な圧粉体、すなわちプレス工程後に焼結できる圧粉体、を製造するために用いられる。具体的には、金属又はセラミックの粉末を金型内でプレスして圧粉体を形成可能である。
【００１６】
具体的には、金型は、いわゆるシュリンクリングを含み、コア（特に硬質金属からなる）が金型の内周面を形成可能である。同時に、金型の内周面は、粉末、又は形成される圧粉体のための容器を形成する。具体的には、プレス機の１以上の上部パンチは、金型の上向きに開口した第１端面を通じて、軸方向に金型内へと移動可能である。１以上の上部パンチは、金型の内周面に沿って摺動し、粉末を徐々に圧縮する。具体的には、金型の下向きに開口した第２端面を通じて軸方向に金型内へと移動する、１以上の下部パンチが更に設けられてよい。これにより、１以上の上部パンチと１以上の下部パンチ間で粉末が圧縮されて圧粉体が形成され、特に、金型の内周面が圧粉体の側面外形を画定する。プレス力は、パンチによって粉末に加えられる。プレス力は、パンチ及び金型にわたって維持される。同時に、プレス力は法線ベクトル方向に金型に働く。
【００１７】
具体的には、金型はそのそれぞれの端面（任意で、それに直接隣接して）にパンチ案内領域を領域として有してよく、ここでプレス領域は端面から離間して、かつ、パンチ案内領域に（任意で直接）隣接して存在する。最大プレス力で粉末が圧縮されるのは、プレス領域においてである。具体的には、プレス領域は最大プレス力が加えられている際に粉末が配置される軸方向に沿った領域によって画定される。
【００１８】
更に、離型領域、すなわちプレス機からの取り出しのために圧粉体が金型から押し出され（離型され）る金型上の領域、が１以上の端面に存在する。
【００１９】
具体的には、金型は、１以上の（外側）中心合わせ面によってプレス機内のパンチと整列される。しかしながら、他の面、例えば外周面の一部、によって、パンチと相対的に金型を中心合わせすることも可能である。具体的には、中心合わせ面（又は中心合わせのために用いられるそれぞれの面）とプレス機との間が、金型とプレス機との間の最小の径方向クリアランス（冷却管等のための接続を除く）となる。具体的には、１以上の中心合わせ面が、金型の最大第１直径上にあり、つまり、金型は第１直径以内でのみ延在する。
【００２０】
具体的には、中心合わせ面、又は中心合わせ面のすぐ近傍の金型の上側と下側が、金型をプレス機の容器（アダプター）内で固定するためのカラーとして機能する。しかしながら、プレス機を受け入れることにより金型を固定するためのカラーとしては、他の面も好適である。
【００２１】
本明細書で提案される金型は、最大又は可能な限り大きい第１剛性が、プレス領域の近傍に（のみ）存在するよう特に設計されている。この高い第１剛性により、プレス機及びプレス工程により圧粉体を高い寸法精度で製造することが可能となる。一方、金型の端面近傍の第２剛性は、より略小さく設計されている。これは、プレス力成分が法線ベクトル方向に働くことによって、（軸方向に沿って境界を有する）これらの領域において、より略小さい荷重が金型に働くためである。
【００２２】
具体的には、より小さな第２剛性によって、円筒形の金型であれば通常用いられる材料の大部分が節約可能である。円筒形の金型と比較して、重量として２５％以上、好ましくは５０％以上、及び特に好ましくは７５％の節約が達成される。
【００２３】
具体的には、プレス作業中の金型の温度制御のために必要な冷却管及び／又は加熱管が、金型に一体化されている。
【００２４】
金型の設計及びレイアウトは、具体的には、金型の荷重及び変形の計算及びシミュレーションを通じて行われる（例えば、ＦＥＭ（有限要素法）による計算）。トポロジー最適化のためのプログラムを用いることもできる。
【００２５】
第２剛性が小さいほど、金型からの圧粉体の離型に際して、特に摩擦力軽減の効果が発揮される。具体的には、圧粉体及び／又は金型の内周面の抜き勾配は必ずしも必要でなくなり、それにより、寸法安定性の非常に高い円筒形の外周面を有する圧粉体を製造することができる。さらに、離型中の摩擦によって金型に加わる応力が軽減されることで、金型の摩耗が軽減できる。また、一の端面を通じて圧粉体を離型する際の金型の復元力が低下し、それにより圧粉体の圧縮が少なくなり、（望ましくない）円錐化が非常に少ないか全くなくなる。
【００２６】
金型材料の節約は、特に、大きな軽量化をもたらす。ただし、これにより、特にプレス機内への取り付け又はプレス機からの取り外し中の金型の扱いが容易になる。これにより、状況によっては、金型を手動のみで扱うこと、つまり機械的補助なしで金型を動かすこと（例えばクレーン、巻き上げ機など）も可能である。しかしながら、いずれの場合にも、使用される補助を軽量で設計でき、つまり、この点についても大きなコスト削減が達成可能である。現在、手動でセットアップ可能なプレス機は、プレス力が１５００ｋＮ（キロニュートン）以下のものだけである。本明細書で提案の軽量化の結果、プレス力が４０００ｋＮまでのプレス機が、将来的に手動でセットアップ可能となる。具体的には、手動セットアップの場合に金型用のアダプターを交換する必要もない。その結果、第２のアダプター及びアダプターステーションが不要になる。プレス機の角の鋭いパンチと金型が接触することによる、金型又はパンチの損傷のリスクも軽減可能である。
【００２７】
金型の周方向に沿った第１剛性は、周方向に異なっている、又は変化してよい。したがって、具体的には、金型は軸方向に平行な軸を中心に（又は、特には周方向に１８０°回転する場合）．回転対称に設計されていない。金型のこのような設計は、例えば、直方体などの回転対称でない圧粉体を製造する場合に有利である。
【００２８】
具体的には、１以上の中心合わせ面が、プレス領域において軸方向に沿って（少なくとも部分的に、又は全体的に）配置される。別の実施形態によれば、１以上の中心合わせ面が、端面に隣接する領域のうち１つ、具体的にはプレス領域の完全に外部、に少なくとも部分的に配置されてもよい。ただしこの場合、プレス領域における第１剛性が、その他の領域における第２剛性よりも高いことが重要である。
【００２９】
具体的には、１以上の中心合わせ面が軸方向に沿って第１高さを有し、第１高さが端面間の最短距離の８０％以下に相当する。最短距離は、端面から内周面への移行領域において求められることが好ましい。
【００３０】
好適な実施形態によれば、金型は、径方向に沿って内周面と第１直径との間に、少なくとも、
少なくとも軸方向に縮小する一の断面、又は
周方向に互いに離間して配置された接続領域
を有する。
【００３１】
軸方向に縮小する断面は、内周面及び第１直径との間の領域における、端面での金型の形状を反映している。金型形状の収縮の一種をここに設けることが可能である。つまり、金型のこの領域においては、内周面の近傍よりも、端面間の距離が短い。
【００３２】
接続領域は、金型の周方向の形状を反映している。ここで、内周面と第１直径との間に、自由空間（すなわち、金型材料のない空間）が存在してよい。この場合、内周面と、第１直径上に配置される中心合わせ面とを接続するスポークが、接続領域によって形成されてよい。
【００３３】
具体的には、接続領域は、軸方向にさらに離間して配置される。具体的には、少なくとも部分的に周方向の同じ位置に配置されるが、軸方向には異なる位置に配置されるスポークが、このように形成可能である。
【００３４】
具体的には、第２直径は内周面と第１直径との間に配置され、第２直径上にある金型の断面積は、内周面の８０％以下、特には６０％以下、好ましくは４０％以下である。上述のとおり、材料のない領域、すなわち自由空間は、この第２直径上に設けられる。具体的には、第２直径と第１直径との間に、第２直径上の断面積よりも大きい追加の断面積が設けられる。
【００３５】
具体的には、複数の中心合わせ面が第１直径上に配置され、中心合わせ面が周方向に互いに離間するように配置される。具体的には、３以上の中心合わせ面が、周方向に互いに離間するように配置される。
【００３６】
１以上の中心合わせ面は、周方向に円周状に延びるよう実施されてよい。これは例えば、この中心合わせ面が外周にわたって連続していることを意味する。
【００３７】
金型は、１以上の中心合わせ面から軸方向に離間して配置される１以上の保持部を有してよい。保持部は、特に金型の扱いを容易にする目的で設けられる。具体的には、保持部は金型を手動で扱う際にハンドルとして機能する。好ましくは、保持部は金型と一体に、すなわち一体的に接続されるよう、実施される。もしくは、保持部は、例えばネジによって金型に固定されてもよい。
【００３８】
具体的には、保持部は内周面と第１直径との間に、径方向に配置される。
【００３９】
保持部は、環状に延在することが好ましい。
【００４０】
容易に理解されるとおり、本明細書で提案される金型の特別な形状は、旋盤加工、フライス加工、鋸断、穿孔・研削、ワイヤ切断、型彫、ハードフライス加工などの公知の製造方法で製造可能である。ただし、金型又は少なくともシュリンクリングの製造は、レーザー焼結（粉末状の出発材料から、焼結を経て、工作物を層状に製造する３Ｄ印刷）などのいわゆる付加的方法で行われるのが特に有利である。これにより、金型が可能な限り軽量化された、真に自由な金型の設計が可能になる。
【００４１】
プレス機によって１以上の圧粉体を製造する方法が更に提案される。プレス機は、上述の１以上の金型と、金型の端面を通じて内周面によって形成された圧粉体用の容器へと軸方向に沿って移動可能な１以上のパンチとを有し、該方法は、
（ａ）粉末を前記容器に配置する工程と、
（ｂ）１以上のパンチを金型内で軸方向に沿って移動し、プレス領域内で粉末を圧縮して圧粉体とする工程と、
（ｃ）金型の端面を通じて圧粉体を金型から取り出す工程と、を備え、
金型は、端面から離間してプレス領域を有すると共に、少なくとも工程（ｂ）において、端面上に配置された金型の領域と少なくとも相対的に、法線ベクトルの方向で内周面に働くプレス力と比較してより大きい最大第１剛性をプレス領域の近傍において有し、最大第１剛性が、端面上に配置された１以上の領域における最小第２剛性よりも少なくとも１０％大きい。
【００４２】
具体的には、工程（ｃ）において、第１端面上に配置される第１領域を通じて圧粉体が金型から取り出され、最大第１剛性が第１領域における最小第２剛性よりも少なくとも１０％大きいことが提案される。
【００４３】
金型に関する記載は方法にも適用され、逆も同様である。
【００４４】
なお、本明細書で用いられる数詞（「第１」、「第２」等）は、主に複数の同様のものや数量を区別するために（のみ）使われ、これらのものや数量の互いに対する従属性及び／又は順序を表すものではない。従属性及び／又は順序が必要な場合には、本明細書内に明示的に記載されるか、又は、具体的に記載された実施形態を解釈する際には当業者の解釈に従う。
【００４５】
本発明と技術環境を、図面を参照して詳述する。実施形態は、本発明を限定する意図を有するものではない。具体的には、特に記載がない限り、図面に記載された構成の一部を抽出して、明細書の記載及び／又は図面内の他の部品及び知見と組み合わせることも可能である。図面と、特に図示される寸法関係は、模式的なものにすぎないことが特に指摘される。同じ参照記号は、同じものを指すため、必要に応じて他の図面の説明を参照してよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】公知の金型の側面断面図である。
【図２】図１に示す金型の斜視図である。
【図３】第１の設計変形による金型の斜視図である。
【図４】図３の金型の上面図である。
【図５】図３及び４の金型の側面図である。
【図６】図３〜５に示す金型の側面断面図である。
【図７】第２の設計変形による金型の斜視図である。
【図８】第３の設計変形による金型の斜視図である。
【図９】第４の設計変形による金型の斜視図である。
【図１０】第５の設計変形による金型の斜視図である。
【図１１】図１０に示す金型の側面断面図である。
【図１２】図１０及び１１に示す金型の側面断面図である。
【図１３】第６の設計変形による金型の斜視図である。
【図１４】第７の設計変形による金型の斜視図である。
【図１５】第８の設計変形による金型の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
図１は、公知の金型１の側面断面図である。図２は、図１に示す金型１の斜視図である。図１及び図２を合わせて以下に説明する。
【００４８】
金型１は、いわゆるシュリンクリング２３と、シュリンクリング２３内に配置され．金型１の内周面６を形成するコア２４と、を有する。一例として、金型１の内周面６は、粉末、及び形成される圧粉体２５のための容器を形成する。プレス機２の上部パンチ２６は、軸方向３に沿って、金型１の上向きに開口した端面４を通じて金型１内へと移動可能である。上部パンチ２６は、金型１の内周面２６に沿って摺動し、粉末を徐々に圧縮する。ここで、（金型１の取り付け中に）軸方向３に沿って、金型１の下向きに開口した第２端面５を通じて金型１内へと移動し、金型１が取り外されるまで金型１内で上下に移動する下部パンチ２７が更に設けられる。粉末はこのように、圧粉体２５へのプレス力１４によって上部パンチ２６と下部パンチ２７との間で圧縮され、特に、金型１の内周面６が圧粉体２５の側面外形を画定する。
【００４９】
金型１は外周面８にカラー２８を有し、金型１はこれによってプレス機２内に受け入れられて固定される。カラー２８は外周面８を越えて径方向７に延出し、それにより金型１はプレス機２の支持部２９上に配置される。金型１は円筒形であり、円筒形の外周面８はプレス機２内の径方向のクリアランスを通じて受け入れられ、それによりパンチ２６、２７と金型１との中心合わせ、すなわちパンチ２６、２７と金型１との同軸的な配置、が可能となる。
【００５０】
金型１は第１端面４上に第１領域１２を、第２端面５上に第２領域１３を有し、それぞれパンチ案内領域３０と呼ばれる。プレス領域１１は、端面４、５から離間して、かつ、パンチ案内領域３０と隣接して存在する。プレス領域１１では、最大プレス力１４で粉末が圧縮される。プレス領域１１は、金型１内で明確に画定され、軸方向３に沿って境界を有する。更に、離型領域３１、すなわちプレス機２からの取り出しのために圧縮済みの圧粉体２５が金型１から押し出され（離型され）る金型１上の領域、が第１端面４に存在する。粉末の圧縮中、等しい強さの接合圧力が金型１の内周面６にかけられる。金型１の内周面６は、法線ベクトル３２方向に弾性的に拡張する。プレス領域１１におけるこの拡張は、離型中の強い摩擦力をもたらす。金型１は通常円筒形であり、それにより軸方向３に沿って略一定の剛性（すなわち、法線ベクトル３２の方向の弾性拡張に対する略不変の抵抗）を有するため、これらの摩擦力は、離型領域３１へと伝わる。金型１のプレス領域１１のみのこの拡張は、寸法精度の高い圧粉体２５を製造できないという結果をもたらす。圧粉体２５の離型中に、圧粉体２５が円錐化するおそれがある。この場合、離型が進行するにしたがって金型１がプレス領域１１内で反発し、それにより圧粉体２５が下端に向かってますます圧縮され、全体的に円錐状となる。
【００５１】
図３は、第１の設計変形による金型１の斜視図である。図４は、図３に示す金型１の上面図である。図５は、図３及び４の金型の側面図である。図６は、図３〜５に示す金型１の側面断面図である。図３〜図６を合わせて以下に説明する。
【００５２】
金型１は、端面４、５間で軸方向３に延び、端面４、５間に内周面６を形成する。金型１は、内周面６から径方向７に、外周面８と、第１直径９上で径方向７に配置される３つの中心合わせ面１０と、に向かって延びる。金型１は、両端面４、５から離間したプレス領域１１を有する。金型１は、端面４、５上に配置された領域１２、１３と少なくとも相対的に、法線ベクトル３２の方向で内周面６に働くプレス力１４と比較してより大きい最大第１剛性（すなわち、そこに存在する最大の第１剛性）を、プレス領域１１の近傍において有する。
【００５３】
金型１は、特には圧粉体２５を製造するための粉末プレス機用である。焼結可能な圧粉体２５は、プレス作業後に焼結できるプレス機２で製造される。金属又はセラミックの粉末を金型１内でプレスして圧粉体２５を形成可能である。
【００５４】
金型１は、いわゆるシュリンクリング２３と、シュリンクリング２３内に配置され．金型１の内周面６を形成するコア２４と、を有する。一例として、金型１の内周面６は、粉末、及び形成される圧粉体２５のための容器を形成する。プレス機２の上部パンチ２６は、軸方向３に沿って、金型１の上向きに開口した端面４を通じて金型１内へと移動可能である。上部パンチ２６は、金型１の内周面２６に沿って摺動し、粉末を徐々に圧縮する。金型１の下向きに開口した第２端面５を通じて軸方向３に金型１内へと移動する下部パンチ２７が更に設けられる。粉末はこのように、圧粉体２５へのプレス力１４によって上部パンチ２６と下部パンチ２７との間で圧縮され、特に、金型１の内周面６が圧粉体２５の側面外形を画定する。プレス力１４は、パンチ２６、２７によって粉末に加えられる。プレス力１４は、パンチ２６、２７及び金型１にわたって維持される。同時に、プレス力１４は法線ベクトル３２方向に金型１に働く。
【００５５】
金型１はそのそれぞれの端面４、５にパンチ案内領域３０を有してよく、ここでプレス領域１１は端面４、５から離間して、かつ、パンチ案内領域３０に隣接して存在する。最大プレス力で粉末が圧縮されるのは、プレス領域１１においてである。プレス領域１１は最大プレス力１４が加えられている際に粉末が配置される軸方向３に沿った領域によって画定される（図１参照）。
【００５６】
更に、離型領域３１、すなわちプレス機２からの取り出しのために圧粉体２５が金型１から押し出され（離型され）る金型１上の第１領域１２、が少なくとも第１端面４に設けられる。
【００５７】
金型１は、中心合わせ面１０により、プレス機２内でパンチ２６、２７に対して整列される。中心合わせ面１０は、金型１の最大第１直径９上にあり、つまり、金型１は第１直径９以内でのみ延在する。
【００５８】
本明細書で提案される金型１において、プレス領域１１の近傍においてのみ最大剛性が存在するべきであることが前提とされる。この高い第１剛性により、プレス機２及びプレス工程により圧粉体２５を高い寸法精度で製造することが可能となる。一方、金型１の端面４、５近傍の第２剛性は、より略小さく設計されていてよい。これは、プレス力（成分）１４が法線ベクトル３２方向に働くことによって、（軸方向３に沿って境界を有する）これらの領域において、より略小さい荷重が金型１に働くためである。
【００５９】
より小さな第２剛性によって、円筒形の金型１（図１〜３参照）であれば通常用いられる材料の大部分が節約可能である。
【００６０】
中心合わせ面１０は、軸方向３に沿って、プレス領域１１にのみ配置される。
【００６１】
中心合わせ面１０は、軸方向３に沿って第１高さ１６を有し、この第１高さ１６は端面４、５間の最短距離１７よりも小さい。
【００６２】
金型１は、内周面６と第１直径９との間に径方向７に沿って、少なくとも軸方向に縮小する１以上の断面１８を、又は、周方向１５に互いに離間して配置された接続領域１９を有する。
【００６３】
軸方向に縮小する断面１８は、内周面６及び第１直径９との間の領域における、端面４、５での金型１の形状を反映している。金型１の形状はここで収縮しており、つまり、金型１のこの領域においては、内周面６の近傍よりも、端面４、５間の距離が短い。
【００６４】
接続領域１９は、金型１の周方向１５の形状を反映している。ここで、内周面６と第１直径９との間に、自由空間（すなわち、金型１の材料のない空間）が存在する。内周面６と、第１直径９上に配置される中心合わせ面１０とを接続するスポークが、接続領域１９によって形成される。
【００６５】
ここで、３つの中心合わせ面１０は第１直径９上に配置され、中心合わせ面１０は周方向１５に互いに離間するように配置される。
【００６６】
さらに、金型１は、中心合わせ面１０から軸方向３に離間して配置された保持部２２を有する。
【００６７】
保持部２２は、金型１の扱いを容易にする目的で設けられる。保持部２２は金型１を手動で扱う際にハンドルとして機能する。この場合、保持部２２はネジで金型１に固定されている（図４参照）。
【００６８】
具体的には、保持部２２は内周面６と第１直径９との間に、径方向７に配置される。保持部２２は、環状に延在することが好ましい。
【００６９】
図６では、圧粉体２５はプレス領域１１内に配置される。圧粉体２５は、本実施形態の方法の工程（ｂ）で、プレス領域内で粉末を圧縮することで形成される。プレス領域１１において、接合圧力が最大に達する。本実施形態の方法の工程（ｃ）で（図示せず）、圧粉体２５は、離型領域３１として第１端面４に設けられている第１領域１２を通じて金型から取り出される。
【００７０】
図７は、第２の設計変形による金型１の斜視図である。図３〜６についての記載が参照される。第１の設計変形とは異なり、金型１は、接続領域１９の近傍に、追加の自由空間又は凹部を有する。金型１への、及びシュリンクリング２３への保持部２２の接続も異なっている。
【００７１】
図８は、第３の設計変形による金型１の斜視図である。図３〜６についての記載が参照される。第１の設計変形とは異なり、接続領域１９が、軸方向３にも互いに離間して配置されている。少なくとも部分的に周方向１５の同じ位置に配置されるが、軸方向３には異なる位置に配置されるスポークが、このように形成される。また、中心合わせ面１０は、周方向１５に円周状に延びるよう実施される。
【００７２】
接続領域１９は金型１を手動で扱う際にハンドルとして用いることができる。
【００７３】
図９は、第４の設計変形による金型１の斜視図である。図３〜６及び図８についての記載が参照される。図８とは異なり、ここでは、内周面６と、周方向の中心合わせ面１０との間に追加の周方向の中間環が設けられている。
【００７４】
図１０は、第５の設計変形による金型１の斜視図である。図１１は、図１０の金型１の、金型１の中心軸を通って切断された側面断面図である。図１２は、図１０及び図１１の金型１の側面断面図であり、切断線が中心軸よりも横方向にオフセットされている。図３〜６及び図８についての記載が参照される。図８とは対照的に、周方向１５に円周状に延びる波型領域が形成されており、軸方向に大幅に縮小する断面１８を有する。
【００７５】
第２直径２０は、内周面６と第１直径９との間に配置され、第２直径２０上の金型１の断面積２１は内周面６よりも大幅に小さい。第２直径２０と第１直径９との間に、第２直径２０上の断面積２１よりも大きい追加の断面積が設けられる。
【００７６】
ここで、中心合わせ面１０、又は中心合わせ面１０のすぐ近傍の金型１の上側と下側が、金型１をプレス機２の容器（アダプター；容器の支持部２９のみ図示）内で固定するためのカラー２８として機能する。
【００７７】
図１３は、第６の設計変形による金型１の斜視図である。図１４は、第７の設計変形による金型１の斜視図である。図１５は、第８の設計変形による金型１の斜視図である。図１３〜図１５を合わせて以下に説明する。図３〜６及び図８についての記載が参照される。図８とは対照的に、ここでは、内周面６は回転対称でない。内周面６の形状、又は圧縮する粉末用の容器の形状によって、パンチ２６、２７によって内周面６に加えられるプレス力１４の量は、周方向１５に沿った位置に応じて変化する。このため、金型１は周方向１５に沿って異なる第１剛性を有するよう設計される。ここで金型１は、軸方向３に平行な軸の周りに１８０°の角度間隔で、回転対称に設計される。周方向１５に沿って第１剛性が異なる、金型１のこのような構成は、非回転対称な圧粉体２５（又は１８０°の角度間隔でのみ対称な圧粉体２５）、例えば、図示のような直方体状の圧粉体２５、を製造する場合に特に有利である。金型のこの特殊な設計変形によって、非対称な圧粉体２５が理想的な方法で支持可能となり、その結果、金型１の、ひいては圧粉体２５の、径方向に非対称な変形を防止できる。
【符号の説明】
【００７８】
１  金型
２  プレス機
３  軸方向
４  第１端面
５  第２端面
６  内周面
７  径方向
８  外周面
９  第１直径
１０  中心合わせ面
１１  プレス領域
１２  第１領域
１３  第２領域
１４  プレス力
１５  周方向
１６  第１高さ
１７  距離
１８  断面
１９  接続領域
２０  第２直径
２１  断面積
２２  保持部
２３  シュリンクリング
２４  コア
２５  圧粉体
２６  上部パンチ
２７  下部パンチ
２８  カラー
２９  支持部
３０  パンチ案内領域
３１  離型領域
３２  法線ベクトル方向
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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2020514060.tif 000019
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2020514060.tif 000022
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