CN108788139A - 粉末压坯的成型方法 - Google Patents

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Abstract

一种粉末压坯的成型方法，用于对多个压缩成型层沿径向层叠而成的粉末压坯进行成型，其特征在于，将分别成型为各压缩成型层的多种原料粉末以在粉末压坯的径向上相互分离的状态配置在未形成腔室的成型模具的外部，然后维持着所述相互分离的状态而使成型模具的可动侧和静止侧相对移动，由此同时进行腔室的形成和多种原料粉末向腔室的填充，在多种原料粉末向腔室的填充完成后，将所述相互分离的状态解除，然后同时压缩多种原料粉末。根据本发明的粉末压坯的成型方法，能够同时进行腔室的形成和多种原料粉末向腔室的同时填充。这样，能够顺畅地高效地将原料粉末填充在腔室中。

Description

粉末压坯的成型方法
本申请是申请号为201580014158.7、申请日为2015年4月17日、发明名称为“烧 结机械部件、粉末压坯的成型装置及成型方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及烧结金属制的机械部件(烧结机械部件)、粉末压坯的成型装置及成型方法，特别是对于烧结机械部件，涉及随着从其它部件向外径面输入载荷，相对于 插入到内周的轴一边滑动一边旋转的烧结机械部件。
背景技术
近年来，以降低成本和提高滑动特性为目的进行了如下的尝试，例如将装配在减速机构等中的机械部件从金属(锭料)的机械加工品置换为烧结机械部件。在各种机 械部件例如行星齿轮减速机构中使用的行星齿轮(空转齿轮)中，在内径侧和外径侧 要求的需求特性不同。即，空转齿轮随着从其它部件(其它齿轮)向其外径面输入载 荷，而相对于插入内周的轴滑动着旋转，因而对空转齿轮的内径面要求较高的滑动性， 而对空转齿轮的外径侧要求比较高的机械强度，以便在反复输入来自其它部件的载荷 时也不会产生变形、破损等。例如，单独制作作为外侧层的齿轮部和作为内侧层的轴 承部，将轴承部压入齿轮部的内周，由此能够同时满足如上所述的需求特性(参照专 利文献1)。
但是，在如专利文献1那样通过将轴承部压入齿轮部的内周来得到由双层构造的烧结体构成的空转齿轮的情况下，在轴承部或者齿轮部的至少一方产生随着压入而形 成的变形等，有可能不能满足对作为完成品的空转齿轮要求的各部分的精度。并且， 为了得到完成品，需要多个工序(模具和设备)，在成本方面比较困难。
这样的问题可以考虑采用如下述的专利文献2公开的方法来解决，即对使材质(金属组成)在内径侧和外径侧不同的双层构造的粉末压坯进行成型。即，在专利文 献2所记载的方法中，例如能够在一个工序中(使用一个成型装置)得到粉末压坯， 该粉末压坯由高强度的第1粉末形成外径侧的外径层，并且由滑动性良好的第2粉末 形成内径侧的内径层。因此，如果对该粉末压坯进行烧结，则能够低成本地得到外径 侧是高强度、且内径面的滑动性良好的双层构造的烧结机械部件。
更详细地叙述专利文献2所公开的技术方案。在专利文献2中公开了成型装置， 该成型装置具有对粉末压坯的外径面进行成型的筒状的冲模、对粉末压坯的内径面进 行成型的型芯、以及相对于冲模进行相对升降移动的筒状的上冲头、下冲头和隔离部 件，下冲头采用彼此能够独立升降的第1及第2冲模。在使用这样的成型装置的情况 下，例如按照以下所述对双层构造的粉末压坯进行成型。
首先，将隔离部件及在其内径侧设置的第2下冲头配置于上升位置，将在隔离部件的外径侧设置的第1下冲头配置于下降位置，由此在隔离部件的外径侧形成第1 空间(腔室)，将装填在第1滑履中的第1粉末填充到该第1空间中。然后，通过使 第2下冲头下降，在隔离部件的内径侧形成第2空间，将装填在第2滑履中的第2 粉末填充到该第2空间中。并且，在使隔离部件下降后使上冲头下降，沿轴向同时压 缩第1及第2粉末。由此，得到例如外径侧由高强度的第1粉末的压缩成型层构成、 内径侧由耐磨性良好的第2粉末的压缩成型层构成的双层构造的粉末压坯。因此，如 果对该粉末压坯进行烧结，能够得到外径侧是高强度、且内径面的耐磨性良好的烧结 机械制的机械部件(例如轴承和齿轮)。总之，如果采用专利文献2的技术方案，则 能够容易得到在径向的每个区域中特性不同的烧结机械部件。
在专利文献2中也记载了，通过采用彼此能够独立升降的第1及第2隔离部件， 并且采用彼此能够独立升降的第1～第3下冲头，对将三个压缩成型层沿径向层叠而 成的三层构造的粉末压坯进行成型。具体而言，通过将两个隔离部件及第2、第3下 冲头配置在上升位置，并且将第1下冲头配置在下降位置，在形成于冲模和第1隔离 部件之间的第1空间中填充第1粉末，然后通过使第2下冲头下降移动来在形成于两 个隔离部件之间的第2空间中填充第2粉末，然后通过使第3下冲头下降移动来在形 成于第2隔离部件和型芯之间的第3空间中填充第3粉末。并且，在使两个隔离部件 下降后使上冲头下降，沿轴向同时压缩第1～第3粉末，由此对三层构造的粉末压坯 进行成型。
另外，从理论上讲，在对将四个以上的压缩成型层进行层叠而成的粉末压坯进行成型时也能够应用专利文献2的技术方案。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平7－238880号公报
专利文献2：日本特开2005－95979号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，在专利文献2所记载的双层构造烧结体中，为了提高相对于轴的滑动性， 需要将内径面(与轴的滑动面)形成为含有丰富的铜的富铜层。而另一方面，为了在 双层构造烧结体的外径侧确保较高的机械强度，需要将构成烧结体的外侧层的金属组 织设为例如以铁-碳为主体的珠光体组织。在这种情况下，为了得到珠光体组织，需 要在1130℃以上的高温下烧结粉末压坯。
但是，当在如上所述的高温下烧结粉末压坯的情况下，富铜层中含有的铜完全熔融，因而在滑动面中不能存在足够量的铜组织。而另一方面，如果只是单纯地降低烧 结温度，则不能确保在烧结体的外径侧需要的强度。
另外，专利文献2所公开的技术方案有利于能够比较低成本且高精度地制造多层构造的粉末压坯、以及能够在径向的每个区域中同时满足不同的需求特性的机械部 件。但是，由于是分阶段地形成腔室来填充各原料粉末的结构，因而除循环周期变长 以外，还存在成型模具的构造和动作控制复杂化的问题。
鉴于上述的实际情况，本发明的第1课题是提供同时提高了外径侧的机械强度及内径面(与轴的滑动面)的滑动性的烧结机械部件。
并且，本发明的第2课题是能够高效率且低成本地对将多个压缩成型层沿径向层叠而成的多层构造的粉末压坯进行成型，由此能够低成本地制造能够同时满足各种需 求特性的烧结机械部件。
用于解决问题的手段
为了解决上述第1课题而完成的本申请的第1发明的烧结机械部件由烧结体形成，随着从其它部件向外径面输入载荷，在相对于插入内周的轴一边滑动一边旋转， 其特征在于，烧结体由含有Cu的内侧层、和以与内侧层接触的状态与内侧层一起进 行烧结后的外侧层构成，外侧层以Fe、Cu和熔点比Cu低的低熔点金属为主成分， 而且其金属组织以Fe组织、以及Cu和所述低熔点金属的合金组织为主体，该Cu和 所述低熔点金属的合金组织位于Fe组织的晶粒边界而将Fe组织彼此结合。
如上所述，在构成烧结体的外侧层含有Cu和熔点比Cu低的低熔点金属(低熔 点金属)的情况下，在烧结时，首先外侧层(严格地讲是指粉末压坯中随着烧结而成 为外侧层的部分)中包含的低熔点金属熔融，其熔融液借助毛细管现象扩散至Fe微 粒的内部深处。并且，低熔点金属的熔融液将Cu微粒的表面润湿，由此Cu微粒熔 融而与低熔点金属之间形成液相状态的合金(Cu和低熔点金属的合金)，该液相状态 的合金进入Fe组织之间而成为将Fe组织彼此结合的组织。由此，能够得到Fe组织 彼此牢固结合的高强度的外侧层，因而即使将烧结温度设定为比Cu的熔点低的温度， 也能够在外侧层确保比较高的机械强度。而另一方面，如果使烧结温度比Cu的熔点 低，则内侧层(严格地讲是指粉末压坯中随着烧结而成为内侧层的部分)中包含的 Cu微粒不会通过烧结而熔融，而保持固体的状态。因此，内侧层中包含的Cu不会被 引入外侧层中，能够形成如下的富铜层，该富铜层在内侧层的内径面(与轴的滑动面) 分布了许多Cu组织。因此，能够同时实现烧结体的高强度化以及与轴的滑动面的滑 动性确保。
外侧层中包含的低熔点金属能够使用从锡(Sn)、锌(Zn)或者磷(P)的组中 选择的至少一种。并且，能够将外侧层中的低熔点金属的浓度设为0.5～2.0质量百分 比的范围内。
内侧层能够设为还含有Fe的层。在这种情况下，如果将内侧层的Cu浓度设为 10～30质量百分比的范围内，并使内侧层的Fe浓度大于Cu浓度，则能够确保内径面 (与轴的滑动面)的滑动特性，而且尽可能地防止因铜的过度使用而引起的高成本化 和强度降低。另外，作为本发明的应用对象的烧结机械部件的内侧层不需要那么高的 机械强度。因此，如果在成本方面没有特别问题，则内侧层例如也可以将Cu作为主 体来替代Fe。
外侧层含有用于使Fe微粒(Fe组织)彼此结合的Cu，如果使外侧层的Cu浓度 小于内侧层的Cu浓度，则能够抑制高价的铜的使用量，实现烧结机械部件的低成本 化。
外侧层能够在含有碳的氛围下与内侧层一起进行烧结。这样，与在不含碳的氛围下(例如，氢气、氮气、氩气或者它们的混合气体氛围)进行烧结的情况相比，除能 够降低烧结所需要的成本以外，还能够在构成外侧层的Fe组织(根据情况还有构成 内侧层的Fe组织)形成珠光体相，因而能够使烧结机械部件高强度化。
另外，外侧层也可以在不含碳的氛围下与内侧层一起进行烧结。这样，与在含有碳的氛围下(例如，将丁烷气体和丙烷气体等液化石油气体与空气进行混合，并用 Ni触媒进行热分解形成的吸热型气体(RX气体)氛围)进行烧结的情况相比，能够 使外侧层和内侧层双方高精度化。
内侧层的内径面(与轴的滑动面)能够形成为通过塑性加工被整形后的整形面。这样，能够容易使滑动面高精度化。并且，由于能够按照塑性加工的加工量调整滑动 面的表面开孔率，因而在使润滑油等润滑剂浸渍于内侧层的内部气孔中的情况下，能 够调整相对于滑动面的润滑油的渗出量(油膜的形成能力)。另外，塑性加工能够采 用例如校准加工。
在内侧层和外侧层的界面能够产生上述低熔点金属的浓度梯度。在这种情况下，在内侧层和外侧层的界面附近也形成Cu与低熔点金属的合金组织，因而内侧层和外 侧层的界面的强度提高，进而内侧层和外侧层的结合强度提高。另外，例如将内侧层 的形成用粉末和外侧层的形成用粉末供给到同一模具中，采用同时压缩成型的所谓二 色成型法制作粉末压坯，然后烧结该粉末压坯，由此能够得到如上所述的浓度梯度。
以上叙述的第1发明能够适合应用于外径面形成为例如齿面等驱动力传递面的烧结机械部件。第1发明能够适合应用于例如由双层构造烧结体构成的空转齿轮等。 当然，第1发明也能够适合应用于随着从其它部件向外径面输入载荷而相对于插入内 周的轴一边滑动一边旋转的其它烧结机械部件(例如皮带轮)。
为了解决上述第2课题而完成的本申请的第2发明的成型装置，用于对将多个压缩成型层沿径向层叠而成的粉末压坯进行成型，其特征在于，该成型装置具有：成型 模具，其具有在内周形成腔室的筒状的冲模、和相对于腔室进行相对升降移动的一对 的上冲头及下冲头；以及粉末填充单元，其将分别成型为各压缩成型层的多种原料粉 末填充在腔室中，粉末填充单元具有隔离部件，该隔离部件被设置成相对于腔室能够 插拔，并且该隔离部件在插入腔室时，能够将多种原料粉末以在粉末压坯的径向上相 互分离的状态填充在腔室中。另外，在本发明中所讲的“粉末压坯的径向”，严格地讲 是指“应该成型的粉末压坯的径向”(以下相同)。
根据上述结构的成型装置，在对将多个压缩成型层沿径向层叠而成的粉末压坯进行成型时，能够将分别成型为各压缩成型层的多种原料粉末以在粉末压坯的径向上相 互分离的状态同时填充在成型模具的腔室中，然后将上述相互分离状态解除，然后同 时压缩多种原料粉末。另外，此处所讲的“相互分离状态”，严格地讲是指“使多种原 料粉末在径向上相互分离的状态”(以下相同)。
即，根据上述的成型装置(及成型方法)，(1)将在装填了多种原料粉末的一个 粉末填充单元中设置的隔离部件插入腔室(配置在腔室内)，在该状态下从粉末填充 单元将多种原料粉末同时填充在腔室中，然后(2)使配置在腔室内的隔离部件从腔 室脱离，仅通过上述的步骤，即可将多种原料粉末以沿应该成型的粉末压坯的径向进 行层叠的状态填充在腔室中。总之，根据本发明，在将多种原料粉末以沿径向层叠的 状态填充在腔室中时，不需要如现有技术那样，使多个滑履(对应于粉末填充单元) 分阶段地进行动作，将原料粉末分阶段地填充在腔室中，也不需要使用具有彼此独立 地升降移动的多个下冲头和隔离部件的成型模具，使多个下冲头和隔离部件分阶段地 进行动作。因此，能够大幅缩短从成型装置的动作开始到向腔室的粉末填充结束所需 要的时间，进而缩短粉末压坯的成型一循环时间，而且能够使成型装置整体上简洁化 及紧凑化。因此，根据本申请的第2发明，能够高效率且低成本地对将多个压缩成型 层沿径向层叠而成的多层构造的粉末压坯进行成型。
在上述的成型方法中，将多种原料粉末以在径向上相互分离的状态配置在未形成腔室的成型模具的外部，然后在维持上述相互分离状态的状态下使成型模具的可动侧 和静止侧相对移动，由此能够同时进行腔室的形成、和多种原料粉末向腔室的同时填 充。这样，能够顺畅地高效地将原料粉末填充在腔室中。
上述的相互分离状态的解除作业优选在如下的状态下进行：能够将(应该填充在腔室中的)多种原料粉末中至少一种原料粉末补充在腔室中的状态。因为能够用原料 粉末充满随着相互分离状态的解除作业(随着使隔离部件从腔室脱离)而形成于腔室 内的空间，并对规定密度的粉末压坯进行成型。
在上述结构的成型装置中，也可以采用具有型芯的成型模具，该型芯配置在冲模的内周，用于对粉末压坯的内径面进行成型。这样，能够对筒状的粉末压坯进行成型。
在上述结构的成型装置中，粉末填充单元能够构成为在能够将多种原料粉末填充于腔室的填充位置、和相对于腔室沿径向离开的退避位置之间相互移动(运动)。由 此，能够可靠地防止随着粉末填充单元和上冲头的干涉而引起的装置故障。
可是，在具有以上的结构的成型装置中，在从粉末填充单元将多种原料粉末填充在腔室中时(粉末填充单元位于填充位置时)，需要避免粉末填充单元和上冲头的干 涉，因而需要充分确保粉末填充工艺的执行过程中的冲模的上表面与上冲头的下表面 之间的上下方向间隔距离。但是，在粉末填充工艺执行完成后，需要执行如下的粉末 压缩工艺：使上冲头相对于下冲头进行相对接近移动，利用上冲头和下冲头压缩被填 充在腔室中的原料粉末，因而在粉末填充工艺的执行过程中的上述的上下方向间隔距 离过大时，作为使上冲头升降移动(对上冲头施加向下的加压力)的冲压单元，需要 使用上下方向的行程量较大的大型的冲压单元。
因此，上述的成型装置构成为使用还具有以能够升降的方式保持上冲头的升降单元的装置，在该升降单元中设置可动分隔件，该可动分隔件能够在加压位置和不可加 压位置之间相互移动(运动)，在该加压位置处能够对上冲头施加用于在上冲头与下 冲头之间压缩腔室内的原料粉末的加压力，在该不可加压位置不对上冲头施加所述加 压力，使可动分隔件随着上冲头的下降移动而从所述不可加压位置移动到所述加压位 置，并随着上冲头的上升移动而从所述加压位置移动到所述不可加压位置。
这样，通过选择使用具有合适的上下方向尺寸的可动分隔件，在粉末填充工艺的执行过程中能够在冲模和上冲头之间确保使上冲头和粉末填充单元不干涉的上下方 向间隔距离(较大的空间)，另一方面，能够减小在执行粉末填充工艺时所需要的上 冲头的上下方向上的行程量。因此，能够避免用于向下加压上冲头的冲压单元乃至成 型装置的不必要的大型化。
可动分隔件能够设为通过沿粉末压坯的径向进退移动而在所述加压位置与所述不可加压位置之间相互移动的结构。这样，作为用于使可动分隔件在上述两个位置之 间相互移动的驱动机构，能够采用气缸等简单构造的驱动机构。
还可以在升降单元设置用于引导可动分隔件在上述两个位置之间的相互移动的引导部件。这样，能够正确引导可动分隔件移动到规定的加压位置，因而能够将填充 在腔室中的原料粉末适当压缩。
发明效果
如上所述，根据本申请的第1发明，能够低成本地提供提高了外径侧的机械强度和内径面的滑动性的烧结机械部件。
并且，根据本申请的第2发明，能够高效率且低成本地对将多个压缩成型层沿径向层叠而成的多层构造的粉末压坯进行成型。
附图说明
图1是本申请的第1发明的第1实施方式的烧结机械部件的概略主视图。
图2A是示意地示出内侧层的组织的放大图。
图2B是示意地示出外侧层的组织的放大图。
图3是示出在被加工成图1所示的烧结齿轮用的粉末压坯的成型模具装置中填充了第1粉末的状态的剖面图。
图4是示出在成型模具装置中填充了第2粉末的状态的剖面图。
图5是示出在成型模具装置中使隔离部件下降的状态的剖面图。
图6是示出在成型模具装置中将剩余粉末去除的状态的剖面图。
图7是示出在成型模具装置中将粉末压缩的状态的剖面图。
图8是示出从成型模具装置中取出粉末压坯的状态的剖面图。
图9是在烧结工序中使用的烧结炉的概略图。
图10是示意地示出烧结体的尺寸矫正工序的剖面图。
图11是示意地示出压缩成型工序以后的制造步骤的图。
图12是示出低熔点金属的浓度梯度的图。
图13A是将利用本申请的第2发明的成型方法成型的粉末压坯烧结而成的烧结 机械部件的纵剖面图。
图13B是所述烧结机械部件的横剖面图。
图14是包括第2发明的一实施方式的粉末压坯的成型装置的部分截面的主视图，是示出该成型装置的初始状态的图。
图15是示出在上述的成型装置中粉末填充单元移动到填充位置的状态的图。
图16是示出在上述的成型装置中将原料粉末填充在腔室中的状态的图。
图17是示出在上述的成型装置中向腔室的粉末填充完成的状态的图。
图18是示出在上述的成型装置中向腔室的粉末填充完成后粉末填充单元移动到退避位置的状态的图。
图19是从在图18中示出的箭头Y1方向观察上述的成型装置时的俯视图。
图20是示出在上述的成型装置中原料粉末的压缩工艺刚刚开始后的状态的图。
图21是示出在上述的成型装置中原料粉末的压缩工艺进行到某种程度的状态的图。
图22是示出在上述的成型装置中原料粉末的压缩状态的图。
具体实施方式
下面，根据附图说明本申请的第1发明的实施方式。
图1示出作为第1发明的第1实施方式的烧结机械部件的烧结齿轮1的一例。该 烧结齿轮1被用作例如构成行星齿轮减速机的行星齿轮(空转齿轮)，更具体地讲， 以例如间隙嵌入轴S的外周的状态使用。并且，例如在配置于烧结齿轮1的内径侧的 未图示的太阳轮旋转时，烧结齿轮1接受太阳轮的旋转而相对于轴S滑动的同时旋转， 并且在烧结齿轮1的外径侧配置的未图示的内齿轮旋转。由此，太阳轮的旋转转矩经 由烧结齿轮1传递给内齿轮。
图1所示的烧结齿轮1具有将以内径面2a作为与轴S的滑动面A的内侧层2、 和外侧层3以相互接触的状态一体形成的结构，外侧层3在外周具有作为被从其它部 件(此处指太阳轮及内齿轮)输入载荷的载荷作用面(在太阳轮和内齿轮之间传递驱 动力的驱动力传递面)B发挥作用的齿面。在本实施方式中，烧结齿轮1中内侧层2 的内径面2a(滑动面A)形成为通过塑性加工被整形后的整形面，而外侧层3的外 径面(载荷作用面B)未形成如滑动面A那样的整形面。因此，滑动面A的表面开 孔率小于载荷作用面B(齿面)的表面开孔率。
在该烧结齿轮1的内部气孔中浸渍了例如矿物油和合成油等润滑油作为润滑剂。因此，在烧结齿轮1相对于轴S旋转时，在内侧层2的内部气孔中保持的润滑油从内 侧层2的内径面2a的表面开孔中渗出，在内径面2a(滑动面A)与轴S的外周面之 间形成有润滑油的油膜。由此，抑制或者防止滑动面A的磨损。烧结齿轮1整体的 含油率例如为10～25vol％，优选15～25vol％。因为在含油率低于10vol％时，不能长 期稳定地维持/发挥期望的润滑特性，在含油率超过25vol％时，由于内部气孔率提高 的关系，有可能不能确保烧结齿轮1整体所需要的机械强度。
并且，在浸渍于烧结齿轮1的内部气孔中的润滑油过度低粘度时，润滑油容易流出到外部，此外有可能油膜刚性降低，使得滑动面A的磨损抑制效果不足。另一方 面，在润滑油过度高粘度时，来自滑动面A的表面开孔的润滑油的渗出量不足，有 可能不能形成规定厚度/刚性的油膜。基于这些观点，作为润滑油，优选40℃时的运 动粘度为大致5mm2/s以上大致600mm2/s以下的润滑油，更优选大致30mm2/s以上 大致550mm2/s以下的润滑油，特别优选大致50mm2/s以上大致500mm2/s以下的润 滑油。
另外，也可以在烧结齿轮1的内部气孔中浸渍液状润滑脂替代上述的润滑油。关于液状润滑脂，例如能够使用以40℃时的运动粘度在上述范围内的润滑油为基础油， 在该基础油中添加了锂皂等皂类增长剂或者尿素等非皂类增长剂的润滑油。
以上说明的烧结齿轮1的金属组成在内侧层2和外侧层3中不同。本实施方式的 内侧层2由如图2A所示的主体为以Fe为母体的Fe组织和由Cu构成的Cu组织、将 相邻的金属组织彼此进行固相接合得到的Cu-Fe类烧结金属形成。石墨(游离石墨) 散布于内侧层2的金属组织中。详细的图示被省略了，但各Fe组织至少在表层部具 有珠光体相。在该内侧层2中，Fe组织多于Cu组织，石墨最少。具体而言，内侧层 2例如包含10～30(优选15～20)质量百分比的Cu、0.5～3质量百分比的C(游离石 墨)，剩余部分由Fe及不可避免的不纯物构成。另外，构成内侧层2的金属(元素) 的比率大致仿照后述的第2粉末M2中的各种粉末的配合比率。
另一方面，外侧层3由如图2B所示的所谓Fe-Cu-Sn类的烧结金属形成，其主体 为以Fe为母体的Fe组织、和存在于Fe组织之间的将Fe组织进行结合的Cu-低熔点 金属的合金组织(此处指Cu-Sn的合金组织)。详细的图示被省略了，构成外侧层3 的各Fe组织与构成内侧层2的Fe组织一样至少在表层部具有珠光体相。该外侧层3 的Fe组织多于Cu-Sn的合金组织。即，在比较外侧层3中的Fe浓度和Cu浓度时， Fe浓度大于Cu浓度。并且，外侧层3的Cu浓度小于内侧层2的Cu浓度。具体而 言，外侧层3例如包含1～10(优选2～5)质量百分比的Cu、0.5～2.0质量百分比的Sn， 剩余部分由Fe及不可避免的不纯物构成。另外，构成外侧层3的金属(元素)的比 率大致仿照后述的第1粉末M1中的各种粉末的配合比率。
具有以上的结构的烧结齿轮1主要依次经过压缩成型工序、烧结工序、尺寸矫正工序及含油工序而制造。下面，对各工序的实施方式进行详细说明。
压缩成型工序是得到与烧结齿轮1的形状大致对应的粉末压坯M(参照图8)的 工序，其中，采用如下的所谓二色成型法得到粉末压坯M：将作为外侧层3的形成 用粉末的第1粉末M1和作为内侧层2的形成用粉末的第2粉末M2供给到同一个模 具中同时进行压缩。该二色成型用于在形成于模具内的两个腔室中分别填充粉末，然 后对两种粉末进行压缩成型，例如使用图3～图8所示的成型模具装置10进行该二色 成型。
根据图3说明成型模具装置10的具体结构。成型模具装置10具有：冲模11， 其对粉末压坯M的外径面进行成型；型芯12，其配置在冲模11的内周，对粉末压坯 M的内径面进行成型；第1下冲头13、隔离部件14及第2下冲头15，它们配置在 冲模11和型芯12之间，对粉末压坯M的一个端面进行成型；以及上冲头16(参照 图8)，其对粉末压坯M的另一个端面进行成型。第1下冲头13、隔离部件14及第 2下冲头15能够分别独立地升降。
在具有以上的结构的成型模具装置10中，首先如图3所示，通过使隔离部件14 及第2下冲头15上升到上死点，并且使第1下冲头13下降到下死点，由冲模11的 内周面11a、型芯12的外周面12a、隔离部件14的外壁面14a及第1下冲头13的上 端面13a形成横截面形状与外侧层3的横截面形状对应的第1腔室17。在形成第1 腔室17后，在该第1腔室17中填充第1粉末M1。关于第1粉末M1的组成，在后 面进行说明。
然后，如图4所示，使第2下冲头15下降到下死点，由隔离部件14的内壁面 14b、型芯12的外周面12a及第2下冲头15的上端面15a形成横截面形状与内侧层 2的横截面形状对应的第2腔室18。该第2腔室18由于隔离部件14的存在而形成为 与第1腔室17隔绝的状态。在按照以上所述形成第2腔室18后，在该第2腔室18 中填充第2粉末M2。此时，使第2粉末M2从第2腔室18溢出并覆盖隔离部件14 的上方。关于第2粉末M2的组成，在后面进行说明。
然后，如图5所示，在使隔离部件14下降时，覆盖隔离部件14的上方的第2 粉末M2被填充在通过去除隔离部件14而形成的空间中，第1粉末M1和第2粉末 M2接触。由此，由冲模11的内周面11a、两个下冲头13和15的上端面13a和15a、 隔离部件14的上端面14c及型芯12的外周面12a形成的腔室19，处于被第1粉末 M1和第2粉末M2充满的状态。并且，如图6所示，将从腔室19溢出的多余的第2 粉末M2去除。
然后，如图7所示，使上冲头16下降，同时压缩被填充在腔室19中的第1及第2粉末M1、M2，对第1及第2粉末M1、M2的粉末压坯M进行成型。在对粉末压 坯M进行成型后，如图8所示，使两个下冲头13和15及隔离部件14上升移动，将 粉末压坯M从成型模具10中取出。
其中，第1粉末M1是以铁粉、铜粉及低熔点金属粉为主成分粉末进行混合得到 的混合粉末，但以提高粉末压坯的成型性为目的，在该混合粉末中添加了微量的石蜡 类填充剂。关于第1粉末M1中包含的铁粉，如果是一般被用作烧结金属的形成用粉 末的铁粉，则能够没有问题地使用，例如能够使用还元铁粉、雾化铁粉、或者将它们 混合得到的铁粉。在本实施方式中，使用呈多孔质状、含油性良好的还元铁粉。所使 用的铁粉(还元铁粉)优选粒度为40～150μm、表观密度约为2.0～2.8g/cm3的铁粉。 另外，此处所讲的表观密度依据于日本JIS Z8901的规定(以下相同)。并且，关于 铜粉，如果是一般被用作烧结金属的形成用粉末的铜粉，则能够没有问题地使用，例 如能够使用电解铜粉、雾化铜粉、或者将它们混合得到的铜粉。所使用的铜粉优选粒 度为20～100μm、表观密度约为2.0～3.3g/cm3的铜粉。关于低熔点金属粉，能够使用 熔点比铜低的低熔点金属的粉末，具体地讲是具有大致700℃以下的熔点的金属的粉 末，例如使用从锡(Sn)粉、锌(Zn)粉、磷(P)粉等的组中选择的至少一种。在 本实施方式中，使用粒度为10～50μm、表观密度约为1.8～2.6g/cm3的Sn粉。
另外，作为第1粉末M1，也可以使用在铁和低熔点金属(从磷、锌、锡等的组 中选择的至少一种)的合金钢粉中混合了铜粉的粉末。
关于本实施方式的第1粉末M1中的各粉末的具体的配合比率，例如Cu粉：1～10(优选2～5)质量百分比、Sn粉：0.5～2.0质量百分比，剩余的为Fe粉。其中，按照 重量比计算的话，Sn粉相对于Cu粉的配合比率为1/5以上1以下。按照以上所述设 定各粉末的配合比率的理由如下所述。首先，铜粉是为了在烧结粉末压坯M时将Fe 粉彼此进行结合(将构成由烧结体构成的外侧层3的Fe组织彼此结合)而配合的， 因而在其配合量过少时将导致外侧层3的强度降低。但是，在Cu粉的配合量增大时， 由于与跟Fe粉相比相当高价的Cu粉的配合比率增大的部分相应地，导致烧结齿轮1 的高成本化，而且由于与Fe粉的配合比率下降的部分相应地，导致外侧层3的强度 降低。然后，Sn粉是为了在烧结粉末压坯M时形成Cu-Sn合金组织而配合的，Cu-Sn 合金组织用于通过使Cu粉熔融而将外侧层3的Fe组织彼此结合。因此，在Sn粉的 配合量过少时，不能充分提高烧结体M’(外侧层3)的强度，而在Sn粉的配合量过 多时，有可能导致烧结体M’的高成本化。鉴于以上情况，将Cu粉及Sn粉的配合比 率设为上述的范围。
另一方面，第2粉末M2是Fe粉和Cu粉的混合粉末，在本实施方式中还混合了 石墨粉。关于第2粉末M2中的各粉末的配合比率，例如Cu粉：10～30质量百分比 (优选15～20质量百分比)、石墨粉：0.5～3质量百分比，剩余的为Fe粉。关于Cu 粉的配合比率，在该比率过少时滑动面A的滑动性降低，而过多时滑动面A的耐磨 性产生问题，因而设为上述的范围。并且，石墨粉是作为游离石墨而残留在烧结体M’ (内侧层2)中、并在内侧层2中作为固体润滑剂发挥作用而配合的。因此，关于石 墨粉的配合比率，在该比率过少时作为固体润滑剂的效果降低，而过多时由于与Fe、 Cu相比，石墨的比重较小，引发粉末的偏析、流动性的恶化、粉末填充性的恶化， 因而设为上述的范围。
另外，根据第1粉末M1和第2粉末M2的组成的不同，两种粉末M1、M2的表 观密度无论怎样都产生差异，两种粉末M1、M2之间的表观密度差有可能导致在同 时压缩两种粉末M1、M2来对粉末压坯M进行成型时，使产生粉末压坯M的一部分 崩溃等问题。但是，如果是如本实施方式这样的状态：使应该形成的内侧层2比外侧 层3薄、而且使与外侧层3对应的第1粉末M1的表观密度比与内侧层2对应的第2 粉末M2的表观密度低的状态(具体而言，两种粉末的密度差为0.5g/cm3以下)，则 即使是同时压缩两种粉末M1、M2，也能够高精度地对粉末压坯M进行成型。因此， 优选第1粉末M1的表观密度比第2粉末M2的表观密度低，而且将该密度差抑制在 0.5g/cm3以下。
将如上所述得到的粉末压坯M移送到烧结工序。烧结工序如图9所示能够使用 连续烧结炉20进行实施，连续烧结炉20具有相连续的、设置有加热器21的烧结区 20a和进行自然散热的冷却区20b。粉末压坯M的烧结是在含有碳的气体氛围下实施 的。关于含有碳的气体，例如使用将丁烷气体和丙烷气体等液化石油气体与空气进行 混合，并用Ni触媒进行热分解形成的吸热型气体(含有CO、CO2气体/RX气体)。 烧结温度被设定成比第1粉末M1的粉末压坯中包含的低熔点金属粉(此处指Sn粉) 的熔点高、而且比Cu的熔点低的温度，但在本实施方式中设定为第2粉末M2的粉 末压坯中包含的石墨粉中的碳开始与铁反应的温度(大致727℃)以上。具体而言， 将烧结温度设定为大致727℃以上大致900℃以下，更优选设定为大致750℃以上大 致880℃以下。该温度比得到铁类烧结体时的一般的烧结温度低。
在上述的烧结条件下烧结粉末压坯M，得到烧结体M’(参照图9～图11)。在烧 结粉末压坯M时，第1粉末M1的粉末压坯以与第2粉末M2的粉末压坯接触的状 态，和第2粉末M2的粉末压坯一起进行烧结，因而在烧结粉末压坯M时，能够得 到作为外侧层3的部分M1’和作为内侧层2的部分M2’被一体化的烧结体M’。另外， 随着烧结，作为润滑剂而包含在第1粉末M1的粉末压坯中的石蜡类填充剂挥发。
将在烧结工序中得到的烧结体M’移送到尺寸矫正工序，对烧结体M’的规定部位进行尺寸矫正加工。由此，烧结体M’被加工成完成品形状。在本实施方式中，如图 10所示，使用具有被同轴配置的冲模23、型芯24及上下的冲模25、26的模具装置， 对烧结体M’的内径面实施作为塑性加工的校准，由此烧结体M’的内径面被加工成完 成品形状。另外，烧结体M’的外径面呈现与烧结齿轮1的外径面对应的复杂的齿面 形状，并且齿面不需要对滑动面A要求的那种精度，因而在本实施方式中省略对烧 结体M’外径面的尺寸矫正加工。通过以上处理，内侧层2的内径面2a(滑动面A) 形成为通过塑性加工被整形后的整形面，而外侧层3的外径面(载荷作用面B)不形 成为如滑动面A那样的整形面。在实施尺寸矫正工序后，在含油工序中将润滑剂(上 述的润滑油或者液状润滑脂)浸渍于烧结体M’的内部气孔中，完成图1等中所示的 烧结齿轮1。
在图9所示的烧结工序中的烧结时，粉末压坯M中首先第1粉末M1的粉末压 坯中包含的低熔点金属(Sn)粉熔融。Sn的熔融液借助毛细管现象扩散至Fe微粒的 内部深处。并且，Sn的熔融液将第1粉末M1中包含的Cu微粒的表面润湿，Cu微 粒在低于Cu的熔点的温度时熔融，因而由熔融的Cu和Sn形成液相状态的Cu-Sn合 金。该液相状态的Cu-Sn合金进入Fe组织之间，形成为将Fe组织彼此结合的Cu-Sn 合金组织。由此，能够得到Fe组织彼此牢固结合的外侧层3，因而即使将粉末压坯 M的烧结温度设定为比Cu的熔点低的温度，也能够在外侧层3确保比较高的机械强 度。特别是在本实施方式中，在含有碳的气体氛围下进行粉末压坯M的烧结，因而 在构成外侧层3的各Fe组织中至少表层部形成有高硬度的珠光体相。因此，即使是 将粉末压坯M的烧结温度设定为比得到铁类烧结体时的一般的烧结温度足够低的情 况下，也能够确保外侧层3所需要的强度。
并且，通过将粉末压坯M的烧结温度设定为比Cu的熔点低的温度，第2粉末M2的粉末压坯M中包含的Cu粉不会随着烧结而熔融，而保持固体的状态。因此， 内侧层2中包含的Cu不会被引入到外侧层3中，能够形成在与轴S的滑动面A上分 布了大量Cu组织的富铜层。并且，通过将粉末压坯M的烧结温度设定为上述的范围， 第2粉末M2的粉末压坯中包含的石墨粉随着粉末压坯M的烧结而扩散，如图2A所 示，过剩的石墨作为游离石墨而残留在内侧层2的金属组织中。残留在内侧层2的金 属组织中的石墨粉的至少一部分露出于与轴S的滑动面A上，作为固体润滑剂发挥 作用。
并且，内侧层2含有Fe，而且Fe浓度大于Cu浓度，因而能够确保与轴S的滑 动面A的滑动性，而且尽可能地防止因Cu的过剩使用导致的高成本化和强度降低。 并且，外侧层3含有用于使Fe组织彼此结合的Cu，但外侧层3的Cu浓度小于内侧 层2的Cu浓度，因而能够抑制高价的Cu的使用量，抑制烧结齿轮1的成本增加。
根据以上所述，能够低成本地得到烧结齿轮1，该烧结齿轮1在设于内侧层2的 与轴S的滑动面A确保良好的滑动性和耐磨性，而且确保具有被从其它齿轮输入载 荷的载荷作用面B的外侧层3所需要的机械强度。
并且，设于内侧层2的内径面2a的与轴S的滑动面A形成为通过塑性加工(校 准)被整形的整形面，因而实现了耐磨性的提高。并且，由于实质上是随着校准而对 滑动面A实施表面钝化处理的状态，因而能够使浸渍于烧结齿轮1的内部气孔中的 润滑油相对于滑动面A的渗出量得到优化。因此，即使是烧结齿轮1反复与轴S滑 动的情况下，也能够有效地抑制烧结齿轮1的滑动面A的磨损。
另外，由于在形成内侧层2用的第2粉末M2中不含Sn粉，因而从理论上讲在 内侧层2中不含Sn，但由于图3～图8所示的压缩成型工序的步骤的关系，实际上如 图12所示，在内侧层2和外侧层3的界面处产生Sn的浓度梯度。因此，导致在内侧 层2和外侧层3的界面附近存在使Fe组织彼此结合的Cu-Sn合金组织，因而内侧层 2和外侧层3的结合强度提高。另外，基于上述的理由，在内侧层2中距离外侧层3 足够远的区域(例如滑动面A)中不存在Cu-Sn合金组织。产生Sn的浓度梯度的层 的半径方向尺寸R能够根据设于成型模具装置10的隔离部件14(参照图3等)的厚 度进行调整。
以上，对作为第1发明的第1实施方式的烧结机械部件的烧结齿轮1及其制造方 法进行了说明，但第1发明的实施方式不限于上述的方式。
例如，在以上进行了说明的第1实施方式中，在含有碳的气体(RX气体)氛围 下烧结粉末压坯M，但粉末压坯M也可以在不含碳的气体氛围下(例如，氢气、氮 气、氩气或者它们的混合气体氛围下)或者真空下进行烧结。在这种情况下，构成内 侧层2及外侧层3的Fe组织成为以相对软质的铁氧体相为主体的组织，而非相对硬 质的珠光体相。这样即使是外侧层3的Fe组织以铁氧体相为主体时，如果是例如输 入的载荷不怎么大的烧结齿轮1，基本上不会产生诸如对烧结齿轮1的耐久寿命产生 不良影响的情况。在重视强度方面和成本方面的情况下，虽然优选粉末压坯M的烧 结在RX气体等含有碳的气体氛围下进行，但如果是在含有碳的气体氛围下进行烧 结，则与在含有碳的气体氛围(例如RX气体氛围)下进行烧结的情况相比，具有能 够使构成烧结齿轮1的外侧层3及内侧层2双方高精度化的优点。这主要源自于随着 烧结而形成的Fe组织的尺寸变化在铁氧体相中比在珠光体相中小。
如上所述，即使是在不含碳的气体氛围下烧结粉末压坯M时，也与在含有碳的 气体氛围下烧结粉末压坯M时一样，将烧结温度设定为比第1粉末M1的粉末压坯 中包含的低熔点金属粉(此处指Sn粉)的熔点高、比Cu的熔点低的温度。
在以上说明的实施方式中，在形成外侧层3用的第1粉末M1中不包含石墨粉， 但也可以在第1粉末M1中配合适量的石墨粉。
并且，在以上说明的实施方式中，通过对烧结体M’(烧结齿轮1)中与轴S的 滑动面A进行作为塑性加工的校准加工，实现滑动面A的尺寸矫正(精度提高)以 及强度及耐磨性提高，但只要根据需要进行校准加工即足以，不一定需要进行校准。
并且，例如内侧层2的外径面(或者外侧层3的内径面)的横截面形状能够设为 任意的形状。即，内侧层2的外径面的横截面形状例如也可以是沿周向交替地设置凹 部和凸部的波形状(省略图示)。这样，内侧层2与外侧层3的接触面积扩大，因而 能够进一步提高两个层2、3的结合强度。在采用了上述的制造方法的情况下，内侧 层2的外径面的横截面形状仿照在压缩成型工序中使用的隔离部件14(参照图3等) 的内径面的横截面形状，因而仅变更所使用的隔离部件14的形状，即可变更内侧层 2的外径面的横截面形状。
并且，以上说明的烧结齿轮1除能够用于构成行星齿轮减速机构的行星齿轮以外，也能够用作例如在复印机、激光打印机等图像形成装置的显影部、感光部、定影 部等以及这些部分的周边部安装的空转齿轮。
并且，以上对将第1发明适用于作为烧结机械部件的烧结齿轮1的情况进行了说明，但第1发明也能够适合用于其它的烧结机械部件，特别是随着从其它部件向外径 面输入载荷而相对于插入内周的轴一边滑动一边旋转的烧结机械部件(例如皮带轮 等)。
下面，根据附图说明本申请的第2发明的实施方式。
图13A及图13B分别示出作为烧结机械部件(烧结金属制的机械部件)的一种 的烧结轴承101的纵剖面图和横剖面图。该图所示的烧结轴承101是适合在关节部中 使用的部件，该关节部将例如液压铲车和推土机等建筑机械的臂彼此可旋转地连接起 来，是将圆筒状的轴承层102和圆筒状的基座层103以相互接触的状态一体地形成的， 轴承层102配置在内径侧，在内径面102a具有轴承面C，基座层103配置在外径侧， 在外径面103a具有相对于未图示的被安装部件(臂)的安装面D。
在该烧结轴承101的内部气孔中能够浸渍润滑油等润滑剂。由此，抑制或者防止轴承面C的磨损。烧结轴承101整体的含油率例如为10～25vol％，优选15～25vol％。 在含油率低于10vol％时，将不能长期稳定地维持/发挥期望的润滑特性，在含油率超 过25vol％时，由于内部气孔率提高的关系，有可能不能确保烧结轴承101所需要的 机械强度。
以上说明的烧结轴承101在内径侧的轴承层102和外径侧的基座层103中金属组成不同。从提高在内径面102a设置的轴承面C的滑动特性的观点考虑，轴承层102 例如构成为含有10～30％质量的铜，剩余部分的大半部分为铁。另一方面，在外径面 103a具有相对于被安装部件的安装面D的基座层103需要具备较高的机械强度，因 而其大半部分由铁构成。
具有以上结构的烧结轴承101主要依次经过如下工序进行制造：压缩成型工序，得到粉末压坯101’(参照图22)；烧结工序，对粉末压坯101’进行烧结而得到烧结体； 含油工序，使润滑油等润滑剂浸渍于烧结体的内部气孔中。下面，以应用第2发明的 技术方案的压缩成型工序为中心，对各工序的实施方式进行详细说明。
压缩成型工序是得到与烧结轴承101的形状大致对应的圆筒状的粉末压坯101’(参照图22)的工序，更具体地讲，是经过烧结工序将分别呈圆筒状的轴承层102 及成为基座层103的第1及第2压缩成型层102’、103’设成为一体的粉末压坯101’ 的工序。该粉末压坯101’是通过同时压缩在第1压缩成型层102’成型的第1粉末N1 和在第2压缩成型层103’成型的第2粉末N2得到的。下面，对该压缩成型工序，参 照图14～图22进行说明。
首先，根据图14、图15及图18，说明在压缩成型工序中使用的成型装置(成型 模具装置)110的概要。成型装置110主要具有成型模具111、粉末填充单元120、以 能够升降的方式保持成型模具111的上冲头113的升降单元130、使升降单元130(上 冲头113)升降移动的未图示的冲压单元。
成型模具111具有：圆筒状的冲模112，在内周形成腔室116(参照图16等)(成 型粉末压坯101’的外径面)；型芯115，设于冲模112的内周，成型粉末压坯101’的 内径面；一对的上冲头113及下冲头114，它们成型粉末压坯101’的上端面和下端面， 上冲头113及下冲头114相对于冲模112及型芯115进行升降移动。本实施方式的成 型模具111由冲模112及型芯115和被保持于升降单元130的上冲头113构成可动侧， 由下冲头114构成静止侧。冲模112由被实施升降驱动的第1升降台117进行保持， 型芯115与第1升降台117(冲模112)一起被实施升降驱动。
如图15所示，粉末填充单元120具有：外壳121；隔离部件122，将外壳121 的内部空间划分成内侧收纳部125a和外侧收纳部125b；支撑机构，支撑隔离部件122 能够相对于外壳121及成型模具111的腔室116进行插拔，支撑机构主要由支撑隔离 部件122的上端部的支撑部件123、和支撑支撑部件123(及隔离部件122)能够升 降的一对升降用缸体124、124构成。外壳121及隔离部件122双方由下端开口的筒 状体形成。在内侧收纳部125a和外侧收纳部125b中分别装填了成型为第1压缩成型 层102’的第1粉末N1及成型为第2压缩成型层103’的第2粉末N2。将内侧收纳部 125a的容积设定成比腔室116中用于填充第1粉末N1的内径侧区域的容积大，并且 将外侧收纳部125b的容积设定成比腔室116中用于填充第2粉末N2的外径侧区域 的容积大。
其中，在本实施方式中使用的第1粉末N1对应于轴承层102，例如由铜粉和铁 粉的混合粉末构成，在该混合粉末中包含10～30质量百分比的铜粉，剩余部分的大半 部分为铁粉。另一方面，第2粉末N2对应于基座层103，其大致整体由铁粉构成。
在升降缸体124处于图15所示的伸长临界的状态下，外壳121的下端和隔离部 件122的下端位于同一平面上。
具有以上结构的粉末填充单元120构成为在填充位置和退避位置之间相互移动，在填充位置能够将被装填在内侧收纳部125a中的第1粉末N1及被装填在外侧收纳 部125b中的第2粉末N2同时填充在腔室116中，在退避位置，粉末填充单元120 沿径向(应该成型的粉末压坯101’的径向)离开腔室116。内侧收纳部125a和外侧 收纳部125b分别与未图示的粉末供给管连接，粉末填充单元120在进行一循环动作 (从退避位置移动到填充位置，向腔室116中填充第1及第2粉末N1、N2，然后从 填充位置移动到退避位置)后，经由粉末供给管向各个内侧收纳部125a和外侧收纳 部125b自动供给(补给)规定量的第1粉末N1及第2粉末N2。
升降单元130具有：第2升降台131，其保持上冲头113能够升降(例如参照图 14)；一对支柱132、132，其引导第2升降台131上下移动(例如参照图14)；加压 力传递单元140(参照图18等)，其将由未图示的冲压单元施加的向下的加压力传递 给上冲头113；以及支撑台134，其配置在第2升降台131的上侧，第2升降台131 经由一对升降用缸体(例如气缸)133、133被支撑在支撑台134上。另外，该成型 装置110具备的未图示的冲压单元配置在支撑台134的上侧。
如图18及图20-22所示，加压力传递单元140主要由以下部分构成：加压部件 141，其与上冲头113同轴配置，被安装固定在支撑台134上；一对可动分隔件142、 142；一对气缸143、143，其使各个可动分隔件142、142沿应该成型的粉末压坯101’ 的径向(水平方向)进退移动，在第2升降台131的上表面设有引导可动分隔件142、 142的进退移动的引导部件144。
如图19所示，一对支柱132、132对称地配置在当俯视观察时通过第2升降台 131的中心(加压部件141的轴心位置)并延伸而成的一条对角线上，而且一对升降 用缸体133、133对称地配置在当俯视观察时通过第2升降台131的中心并延伸而成 的另一条对角线上。
各个可动分隔件142构成为在加压位置(参照图21-图22)和不可加压位置(参 照图18及图20)之间相互移动(运动)，在加压位置能够对上冲头113施加(传递) 在上冲头113和下冲头114之间同时压缩被填充于腔室116内的粉末N1、N2用的加 压力，在不可加压位置不对上冲头113施加上述加压力。更具体地讲，随着上冲头 113(升降单元130)从处于上死点的状态进行下降移动，气缸143的缸盖部143a进 行伸长动作，可动分隔件142从上述的不可加压位置向加压位置移动(参照图18及 图20-图22)。与此相反，随着上冲头113从处于下死点的状态进行上升移动，气缸143的缸盖部143a进行缩短动作，可动分隔件142从上述的加压位置向不可加压位 置移动。
成型装置110主要具有以上的结构，通过执行以下的步骤而自动地对粉末压坯101’进行成型。
首先，如图14所示，在使冲模112、下冲头114及型芯115的上端面位于同一 平面上的状态下(在成型模具111未形成腔室116的状态下)，使位于退避位置的粉 末填充单元120移动到能够向腔室116中填充粉末N1、N2的填充位置(与腔室116 同轴的位置)(参照图15)。此时，包括外壳121在内的粉末填充单元120被未图示 的推压机构向下加压而移动，在填充位置处外壳121的下端被推压在冲模112(第1 升降台117)的上端面上并停止。并且，此时以能够升降的方式保持上冲头113的升 降单元130例如不进行动作，而位于大致上死点。详细的图示被省略了，但在粉末填 充单元120移动到填充位置后，升降用缸体124进行缩短规定量的动作。由此，隔离 部件122被向下方加压，隔离部件122的下端被推压在下冲头114的上端面上。
如图15所示，第1粉末N1及第2粉末N2以在应该成型的粉末压坯101’的径向 上相互分离的状态被装填在移动到填充位置的粉末填充单元120的内部空间中。即， 第1粉末N1及第2粉末N2以在粉末压坯101’的径向上相互分离的状态被配置在未 形成腔室116的成型模具111的外部。另外，在内侧收纳部125a及外侧收纳部125b 至少一方装填了比在腔室16的各个内径侧区域及外径侧区域中应该填充的第1及第 2粉末N1、N2的量多的原料粉末。
然后，如图16所示，使第1升降台117上升移动，使冲模112及型芯115相对 于下冲头114进行上升移动。并且，与此同时，使粉末填充单元120的升降用缸体 124进行缩短动作，仅使气缸121上升移动。即，使冲模112及型芯115相对于下冲 头114及隔离部件122进行上升移动。由此，以隔离部件122的下端被推压在下冲头 114的上端面的状态，在成型模具111逐渐形成腔室116，同时第1粉末N1及第2 粉末N2以在应该形成的粉末压坯101’的径向上相互分离的状态被填充在腔室116的 内径侧区域和外径侧区域中。
如上所述，在将两种粉末N1、N2以在应该形成的粉末压坯101’的径向上相互分 离的状态配置在未形成腔室116的成型模具111的外部后，在维持上述相互分离状态 的状态下使成型模具111的可动侧和静止侧相对移动，由此如果同时进行腔室116的 形成和两种粉末N1、N2向腔室116的同时填充，则能够顺畅且高效率地进行向腔室 116的粉末填充作业。
在如上所述向腔室116填充了两种粉末N1、N2后，使粉末填充单元120的升降 用缸体124进行伸长动作，使隔离部件122从腔室116脱离(参照图17)。即，将两 种粉末N1、N2在应该形成的粉末压坯101’的径向上的相互分离状态解除。由此，第 1粉末N1和第2粉末N2在腔室116内接触。此时，如前面所述，在粉末填充单元 120的内侧收纳部125a及外侧收纳部125b至少一方装填了比在腔室116的各个内径 侧区域及外径侧区域中应该填充的第1粉末N1及第2粉末N2的量多的粉末(即， 上述的相互分离状态的解除作业是在能够补充用于填充在腔室116中的多种原料粉 末中至少一种原料粉末的状态下执行的)，所以被装填到两个收纳部125a、125b任意 一方或者双方的粉末被填充在通过使隔离部件122从腔室116脱离而形成的空间中。 由此，由冲模112的内径面、型芯115的外径面及下冲头114的上端面划分而成的腔 室116处于被第1粉末N1和第2粉末N2填满的状态，因而能够对规定密度的粉末压坯101’进行成型。并且，如图18所示，使粉末填充单元120从填充位置移动到退 避位置。
然后，使升降单元130(上冲头113)下降，在上冲头113和下冲头114之间同 时压缩被填充于腔室116的第1及第2粉末N1、N2，形成由将第1粉末N1压缩成 型的第1压缩成型层102’和将第2粉末N2压缩成型的第2压缩成型层103’构成的粉 末压坯101’。
其中，在本实施方式的成型装置110中，按照以下所述进行上冲头113的下降移 动即被填充于腔室116的第1及第2粉末N1、N2的压缩。
首先，通过驱动未图示的冲压单元，在支撑台134开始下降移动(支撑台134 开始被向下加压)时，如图20所示，升降用缸体133的缸盖部133a进行伸长动作， 由此可动分隔件142、142的上端面位于比加压部件141的下端面靠下侧的位置，第 2升降台131(快速地)下降移动。然后，如图21所示，一对气缸143、143的缸盖 部143a进行伸长动作，两个可动分隔件142、142被配置在加压部件141的下侧(在 图示例子中，两个可动分隔件142、142的内侧面彼此在上冲头113及加压部件141 的轴心位置重合)。由此，两个可动分隔件142、142从不对上冲头113施加(传递) 加压力的不可加压位置移动到能够施加(传递)上述加压力的加压位置移动，该加压 力用于在上冲头113和下冲头114之间压缩被填充于腔室116的第1及第2粉末N1、 N2。并且，在保持该状态的状态下，在支撑台134被冲压电压继续向下加压时，加 压部件141的下端面与可动分隔件142、142的上端面抵接，来自冲压单元的加压力经由支撑台134、加压部件141、可动分隔件142、142及第2升降台131传递给上冲 头113。由此，第1及第2粉末N1、N2被上冲头113和下冲头114同时压缩，对将 第1压缩成型层102’及第2压缩成型层103’沿径向层叠而成的粉末压坯101’进行成 型(参照图22)。
图示被省略了，在粉末压坯101’成型后，按照与以上叙述的步骤相反的步骤使升降单元130上升移动，并使冲模112(第1升降台117)及型芯115相对于下冲头114 下降移动，由此从成型模具111的腔室116取出粉末压坯101’。并且，在上冲头113 移动到上死点时，粉末压坯101’的成型一循环动作结束。另外，随着后续的粉末压坯 101’的成型一循环动作开始，粉末填充单元120从退避位置移动到填充位置，从腔室 116取出的粉末压坯101’被送出到成型装置101外部。
经过以上所述处理得到的粉末压坯101’在未图示的烧结工序中，通过在规定的条件下进行加热及烧结而成为烧结体。在粉末压坯101’的烧结时，第1压缩成型层102’ 在与第2压缩成型层103’接触的状态下与第2压缩成型层103’一起进行烧结，因而 在烧结粉末压坯101’时，能够得到将轴承层102和基座层103一体化的烧结体。
在烧结工序中得到的烧结体根据需要被实施基于精压等的尺寸矫正，然后在含油工序中向内部气孔中浸渍润滑油等润滑剂。由此，完成图13所示的烧结轴承101。
如以上说明的那样，粉末压坯101’的成型装置110具备粉末填充单元120，该粉 末填充单元120具有隔离部件122，隔离部件122相对于成型模具111的腔室116可 插拔地设置，在插入腔室116时，能够将多种原料粉末(第1及第2粉末N1、N2) 以在粉末压坯101’的径向上相互分离的状态填充在腔室116中。
根据这种结构的成型装置110，(1)将在装填了第1及第2粉末N1、N2的一个 粉末填充单元120设置的隔离部件122插入腔室116中(配置在腔室116内)，在该 状态下将装填于粉末填充单元120的两种粉末N1、N2同时填充在腔室116中，然后， (2)使配置在腔室116内的隔离部件122从腔室116脱离，仅经过以上的步骤，即 可将两种粉末N1、N2以沿应该成型的粉末压坯101’的径向层叠的状态填充在腔室 116中。
总之，如果采用第2发明的技术方案，在将两种粉末N1、N2以沿应该成型的粉 末压坯101’的径向层叠的状态填充在腔室116中时，不需要使多个滑履(对应于粉末 填充单元120)分阶段地进行动作，将原料粉末分阶段地填充在腔室中，也不需要使 用具有彼此独立地升降移动的多个下冲头和隔离部件的成型模具，使多个下冲头和隔 离部件分阶段地进行动作。因此，能够大幅缩短成型装置110的动作开始～向腔室116 的粉末填充结束所需要的时间，进而缩短粉末压坯101’的成型一循环时间，而且能够 使成型装置100整体上简化及紧凑化。
并且，在成型装置110中，作为以能够升降的方式保持上冲头113的升降台130， 采用具有在加压位置和不可加压位置之间相互移动的可动分隔件142的结构，在加压 位置能够对上冲头113施加(传递)用于在上冲头113和下冲头114之间压缩被填充 于腔室116内的粉末N1、N2的加压力，在不可加压位置不对上冲头113施加上述加 压力，而且构成为使可动分隔件142随着上冲头113的下降移动而从上述不可加压位 置向上述加压位置移动，并随着上冲头113的上升移动而从上述加压位置向上述不可 加压位置移动。
这样，通过有选择地使用具有合适的上下方向尺寸的可动分隔件142，在粉末填充工艺的执行过程中，能够在冲模112和上冲头113之间仅确保上冲头113和粉末填 充单元120不干涉的上下方向间隔距离，另一方面，能够缩小在执行粉末压缩工艺时 所需要的上冲头113的上下方向的行程量。因此，能够避免对上冲头113向下加压用 的冲压单元乃至成型装置110不必要地大型化。换言之，能够使用已有的成型装置(例 如成型单层构造的粉末压坯用的成型装置)成型多层构造的粉末压坯101’。
并且，通过使可动分隔件142沿粉末压坯101’的径向进退移动，使可动分隔件 142在上述加压位置和上述不可加压位置之间相互移动，因而能够采用气缸143等简 洁的构造物作为用于使可动分隔件142在上述两个位置之间移动的驱动机构。
另外，在升降单元130还设置用于引导可动分隔件142在上述两个位置之间相互移动的引导部件144，因而能够正确引导可动分隔件142移动到规定的加压位置。因 此，能够适当压缩被填充在腔室116中的第1及第2粉末N1、N2。
根据以上所述的第2发明，能够高效率且高精度地对将多个压缩成型层(在以上说明中是指第1压缩成型层102’和第2压缩成型层103’)沿径向层叠而成的多层构 造的粉末压坯101’进行成型。
以上对第2发明的实施方式的粉末压坯101’的成型装置110及成型方法进行了说明，但能够在不脱离本发明的宗旨的范围内对成型装置110及成型方法进行适当的变 更。
例如，在以上叙述的成型装置110中，使用了由冲模113和型芯115构成可动侧、 由下冲头114构成静止侧的成型模具111，但也能够使用与此相反的由下冲头114构 成可动侧、由冲模113和型芯115构成静止侧的成型模具111。
并且，图示被省略了，可动分隔件142也能够利用一个部件构成，而不沿应该成 型的粉末压坯101’的径向进行分割。
并且，在以上说明的实施方式中，在成型中空的粉末压坯101’时采用了第2发明的成型装置110(及成型方法)，但在对实心的粉末压坯进行成型时也能够适合使用 成型装置110。即，在对实心的粉末压坯进行成型时，作为成型模具111使用省略了 型芯115的模具即可。与此相关联地，在对成为烧结轴承以外的烧结机械部件(例如 齿轮和凸轮等)的粉末压坯进行成型时，也能够适合使用上述的成型装置110。
并且，在以上说明的实施方式中，将本发明应用于对沿径向层叠两层的压缩成型层而成的双层构造的粉末压坯101’进行成型，但成型装置110也适合应用于对沿径向 层叠三层以上的压缩成型层而成的粉末压坯101’进行成型。例如，图示被省略了，但 在对三层构造的粉末压坯101’进行成型时，作为粉末填充单元120，使用具有隔离部 件122的构造即可，该隔离部件122相对于腔室116(及外壳121)可插拔地进行设 置，在插入腔室116时，能够将三种原料粉末以在径向上相互分离的状态填充在腔室 116中(换言之，将外壳121的内部空间划分成三个空间，而且具备相对于腔室116 及外壳121可插拔地设置的隔离部件122)。
第2发明的技术方案的特征在于，仅经过如以上说明的一个工艺，即可实施将多种原料粉末以沿应该成型的粉末压坯的径向层叠的状态进行填充的工艺，因而如果应 用于对三层以上的多层构造的粉末压坯101’进行成型，则能够格外高效率而且低成本 地对三层以上的多层构造的粉末压坯101’进行成型。
标号说明
1 烧结齿轮(烧结机械部件)
2 内侧层
2a 内径面
3 外侧层
10 成型模具装置
14 隔离部件
20 烧结炉
A 滑动面
B 载荷作用面
M 粉末压坯
M’ 烧结体
M1 第1粉末
M2 第2粉末
S 轴
101 烧结轴承
101’ 粉末压坯
102 轴承层
102’ 第1压缩成型层
103 基座层
103’ 第2压缩成型层
110 成型装置
111 成型模具
112 冲模
113 上冲头
114 下冲头
115 型芯
116 腔室
120 粉末填充单元
122 隔离部件
130 升降单元
140 加压力传递单元
142 可动分隔件
143 气缸
144 引导部件
C 轴承面
D 安装面
N1 第1粉末
N2 第2粉末

Claims (2)

1.一种粉末压坯的成型方法，用于对多个压缩成型层沿径向层叠而成的粉末压坯进行成型，其特征在于，
将分别成型为各压缩成型层的多种原料粉末以在粉末压坯的径向上相互分离的状态配置在未形成腔室的成型模具的外部，然后维持着所述相互分离的状态而使成型模具的可动侧和静止侧相对移动，由此同时进行腔室的形成和多种原料粉末向腔室的填充，
在多种原料粉末向腔室的填充完成后，将所述相互分离的状态解除，然后同时压缩多种原料粉末。
2.根据权利要求1所述的粉末压坯的成型方法，其特征在于，
在能够将多种原料粉末中至少一种原料粉末补充到腔室中的状态下，解除所述相互分离状态。
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