DE102011117316B4 - Umformwerkzeuganordnung für Mikrobauteile - Google Patents

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Kazunori Maekawa
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    • B30B11/00Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses
    • B30B11/02Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses using a ram exerting pressure on the material in a moulding space

Abstract

Umformwerkzeuganordnung für Mikrobauteile, enthaltend: ein Umformwerkzeug (10), das mit einem Hohlraum (11), einem mit dem Hohlraum (11) verbundenen äußeren oberen Stempelloch (21) umfassend einen unteren Endabschnitt, wobei der untere Endabschnitt im Durchmesser mittels eines verjüngten Abschnitts (21a) reduziert ist und mit einem Abschnitt (21b) mit kleinerem Durchmesser versehen ist, und einem Zuführungsweg (26) zum Zuführen eines Rohmaterials (P) mit einem Metallpulver und einem Bindemittel, was Plastizität aufweist, versehen ist, wobei der Zuführungsweg (26) mit dem Hohlraum (11) so verbunden ist, dass dazwischen ein Durchgang (27) vorhanden ist, und zum Zuführen des Rohmaterials (P) in den Hohlraum (11) verwendet wird; und einen Stempel, der dafür konfiguriert ist, den Durchgang (27) durch hin und her gehendes Gleiten zu öffnen und zu schließen, und zudem dafür konfiguriert ist, durch Gleiten in Richtung des Hohlraums (11) den Durchgang (27) zu schließen und das Rohmaterial (P) im Hohlraum (11) zu einem Grünkörper (1A) zu komprimieren, wobei der Grünkörper (1A) einen Flanschabschnitt und einen Schaftabschnitt (4) aufweist, der vom Flanschabschnitt hervorsteht, und der Stempel umfasst: einen äußeren oberen Stempel (22), der in das äußere obere Stempelloch (21) gleitend eingesetzt ist und eine Endoberfläche des Flanschabschnittes bildet, wobei der äußere obere Stempel (22) ein inneres oberes Stempelloch (23) hat, und einen inneren oberen Stempel (24), der in das innere obere Stempelloch (23) gleitend eingesetzt ist und eine Endoberfläche des Schaftabschnittes (4) bildet, wobei der äußere obere Stempel (22) einen unteren Endabschnitt umfasst, wobei der untere Endabschnitt im Außendurchmesser mittels eines verjüngten Abschnitts (22a) reduziert ist und mit einem Abschnitt (22b) mit kleinerem Durchmesser versehen ist, und der Abschnitt des äußeren oberen Stempels mit kleinerem Durchmesser (22b) gleitend in den Abschnitt mit kleinerem Durchmesser des äußeren oberen Stempellochs (21b) ...

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Umformwerkzeuganordnung, die Formwerkzeuge enthält, die zum Herstellen von Mikrobauteilen, wie z. B. Mikrozahnrädern, verwendet werden können. In den Formwerkzeugen wird ein Rohmaterial mit einem Metallpulver und einem Bindemittel, das Plastizität aufweist, zu einem Grünkörper mit einer Form ähnlich derjenigen des Mikrowerkstücks verdichtet.
  • Hintergrundtechnik
  • Seit kurzem gibt es bei der Herstelllung von digitalen Haushaltsgeräten, fortschrittlicher medizinischer Ausrüstung und IT-Geräten Tendenzen in Richtung einer Verringerung der Abmessungen und einer Erhöhung der Leistungsfähigkeiten der Geräte. Die Anforderungen zur Verringerungen von Abmessungen und Wanddicken sind daher für Bauteile solcher Vorrichtungen gestiegen. Obwohl Mikrobauteile grundsätzliche kleine Abmessungen und dünne Wände aufweisen, müssen diesbezüglich die Mikrobauteile noch kleiner sein und dünnere Wände aufweisen. Ein Herstellungsverfahren für solche Mikrobauteile ist in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2006-344581 offenbart. In diesem Verfahren wird ein Rohmaterial mit einem Metallpulver und einem Bindemittel, das Plastizität aufweist, in ein Formwerkzeug gefüllt und mittels eines Stempels komprimiert, wodurch ein Grünkörper mit einer Form ähnlich derjenigen der Zielform gebildet wird. Der Grünkörper wird anschließend gesintert.
  • Gemäß dem Herstellungsverfahren für Grünkörper, das in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2006-344581 offenbart ist, wird das Rohmaterial in ausreichender Weise in einen Teil des Formwerkzeugs gefüllt, der einem dünnwandigen Teil der Zielform entspricht. Daher wird ein Grünkörper mit hoher Genauigkeit erhalten. Da in diesem Fall das Rohmaterial verschieden ist von einem Rohpulver, das in einem gewöhnlichen Pulvermetallurgieprozess verwendet wird, und Plastizität aufweist, ist das Rohmaterial schwierig zu verwenden. Das heißt, eine vorgegebene Menge des Rohmaterials muss direkt in das Formwerkzeug gefüllt werden, wobei dies die Schrittzahl im Prozess erhöht. Das Rohmaterial wird bei jedem Verdichten in das Formwerkzeug gefüllt, wie im Fall eines gewöhnlichen Umformens zum Verdichten eines Pulvers. Da jedoch im Fall des Formens eines Mikrobauteils die Menge an Rohpulver, die für eine Verdichtung benötigt wird, sehr klein ist, ist dieses Herstellungsverfahren nicht effizient.
  • Die US-Patentanmeldung 2009/0108970 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Magneten, dadurch erhaltene Magneten und einen Herstellungsapparat für gegossene Magnetteile. Der Herstellungsapparat umfasst eine Gießvorrichtung und eine davon extern angeordnete Vorrichtung für die Lagerung und Zufuhr der Magnetpulveraufschlämmung. Die Gießvorrichtung wiederum besteht aus drei Teilen, einer ersten Pressform mit einem Durchgangsloch für die Zufuhr der Magnetpulveraufschlämmung, einer zweiten Pressform, die in das Durchgangsloch der ersten Pressform eingesetzt ist und einer dritten Pressform, die einen Hohlraum bildet und das Durchgangsloch zusammen mit der zweiten Pressform verschließt. Das Rohmaterial, d. h. die Magnetpulveraufschlämmung, wird in dieser Druckschrift zwar durch eine Pumpe von der Lagereinheit zur Gießvorrichtung transportiert, eine solche Anordnung ist jedoch sehr platzintensiv und sollte der Wunsch bestehen, Magnetteile verschiedener Form mit dem selben Herstellungsapparat zu produzieren, erfordert dies jeweils die Bereitstellung einer neuen Gießvorrichtung mit veränderten Pressformen.
  • Die DE-Patentschrift 10 2007 040 502 B4 offenbart eine Pressvorrichtung zur Herstellung eines Vorkörpers für ein keramisches Bauteil, umfassend eine Pressform mit einem Aufnahmeraum für eine Pulverschüttung, und mindestens einen Stempel, über welchen auf das Pulver der Pulverschüttung im Aufnahmeraum ein Pressdruck ausübbar ist. Auch bei dieser Vorrichtung wird die Pulverschüttung für jedes Bauteil vor dem Verdichten in das Formwerkzeug gefüllt, was die Produktionseffizienz stark verringert.
  • ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der obigen Umstände gemacht, wobei es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Umformwerkzeuganordnung für Mikrobauteile zu schaffen. Gemäß der Umformwerkzeuganordnung wird ein Rohmaterial mit einem Metallpulver und einem Bindemittel, das Plastizität aufweist (im Folgenden als „Rohmaterial” bezeichnet), einfach den Formwerkzeugen zugeführt und somit effizient verdichtet, wobei ein Grünkörper erhalten wird.
  • Die vorliegende Erfindung schafft eine Umformwerkzeuganordnung für Mikrobauteile, wobei die Umformwerkzeuganordnung ein Umformwerkzeug und einen Stempel enthält. Das Umformwerkzeug ist mit einem Hohlraum, einem mit dem Hohlraum verbundenen Stempelloch und einem Zuführungsweg versehen. Der Zuführungsweg ist mit dem Hohlraum verbunden, so dass sich dazwischen ein Durchgang befindet, und wird zum Zuführen eines Rohmaterials mit Plastizität in den Hohlraum verwendet. Der Stempel ist gleitend in das Stempelloch eingesetzt und öffnet und verschießt den Durchgang durch hin und her gehendes Gleiten. Der Stempel verschließt den Durchgang und komprimiert das Rohmaterial im Hohlraum zu einem Grünkörper durch Gleiten in Richtung des Hohlraums.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Rohmaterial durch den Zuführungsweg in den Hohlraum des Umformwerkzeugs zugeführt, wobei das Rohmaterial im Hohlraum mittels des Stempels zu einem Grünkörper verdichtet wird. Anschließend wird die Umformwerkzeuganordnung geöffnet, wodurch der Grünkörper erhalten wird. Durch Wiederholen der obigen Operation werden kontinuierlich Grünkörper erhalten. Das Rohmaterial in einer kleinen Menge wird aufeinanderfolgend durch Zuführen des Rohmaterials durch den Zuführungsweg leicht in den Hohlraum gefüllt. Außerdem ist es nicht erforderlich, den Stempel für die Zuführung des Rohmaterials herauszuziehen. Dementsprechend werden Grünkörper effizient hergestellt.
  • In der vorliegenden Erfindung kann das Umformwerkzeug mit einem Speicherabschnitt versehen sein, der mit dem Zuführungsweg verbunden ist und verwendet wird, um das Rohmaterial zu speichern. Außerdem kann der Speicherabschnitt so geformt sein, dass ein Kolben darin gleitend eingesetzt ist, wobei der Kolben das in dem Speicherabschnitt gespeicherte Rohmaterial durch den Durchgang in den Hohlraum zuführen kann. Da in diesem Fall das Umformwerkzeug den Speicherabschnitt zum Zuführen des Rohmaterials zu dem Zuführungsweg aufweist, ist es nicht erforderlich, separat einen Speicherabschnitt anzuordnen und den Speicherabschnitt mit dem Zuführungsweg zu verbinden. Somit kann die Umformwerkzeuganordnung der vorliegenden Erfindung unabhängig betrieben werden, wobei die Zuführungsroute des Rohmaterials einfach ist.
  • In der vorliegenden Erfindung kann das Umformwerkzeug mit einem oberen Formwerkzeug und einem unteren Formwerkzeug versehen sein, die so angeordnet sind, dass sie relativ vertikal miteinander in Kontakt gebracht und voneinander getrennt werden können. Das Stempelloch und der Zuführungsweg können an einem der unteren und oberen Formwerkzeuge ausgebildet sein. Der Hohlraum kann gebildet werden, wenn das obere Formwerkzeug und das untere Formwerkzeug miteinander in Kontakt gebracht sind.
  • In der vorliegenden Erfindung weist der Grünkörper einen Flanschabschnitt und einen Schaftabschnitt auf, wobei der Schaftabschnitt vom Flanschabschnitt hervorsteht.
  • Um außerdem in der vorliegenden Erfindung die Fließfähigkeit des Rohmaterials zu verbessern und das Rohmaterial leicht in den Hohlraum zu führen, ist das Umformwerkzeug vorzugsweise mit einer Heizeinrichtung zum Heizen des Rohmaterials, das durch den Zuführungsweg läuft, versehen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Umformwerkzeuganordnung für Mikrobauteile geschaffen, wobei das Rohmaterial leicht dem Umformwerkzeug zugeführt wird, wodurch ein Grünkörper effizient erhalten wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Mikrozahnrad zeigt, das aus einem Grünkörper erhalten wird, der mittels einer Umformwerkzeuganordnung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet wird.
  • 2A bis 2C sind Querschnittsansichten, die einen frühen Teil eines Umformschrittes eines Grünkörpers unter Verwendung der Umformwerkzeuganordnung einer Ausführungsform zeigen.
  • 3A bis 3D sind Querschnittsansichten die den Rest des Umformschrittes zeigen.
  • 4 ist eine Teilquerschnittsansicht eines oberen Formwerkzeugs und eines unteren Formwerkzeugs, die für die Umformwerkzeuganordnung einer Ausführungsform vorgesehen sind.
  • 5 ist eine Querschnittsansicht, die ein weiteres Beispiel einer Umformwerkzeuganordnung einer Ausführungsform zeigt.
  • BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf Figuren beschrieben.
  • (1) Mikrozahnrad
  • 1 zeigt ein Mikrozahnrad eines Mikrobauteils. Das Zahnrad 1 wird durch Sintern eines Grünkörpers erhalten, der mittels einer Umformwerkzeuganordnung einer Ausführungsform gebildet wird. Das Zahnrad 1 ist ein zweistufiges Zahnrad, in welchem ein Stirnradabschnitt 6 an einer Seite (obere Seite in 1) eines Stirnradabschnitts 3 ausgebildet ist. Der Stirnradabschnitt 6 weist einen kleineren Durchmesser auf, während der Stirnradabschnitt 3 einen größeren Durchmesser aufweist. Das Zahnrad 1 weist Schaftabschnitte 4 und 5 auf. Der Schaftabschnitt 4 steht vom Stirnradabschnitt 4 hervor. Der Schaftabschnitt 5 steht vom Stirnradabschnitt 3 hervor und weist den gleichen Durchmesser auf wie der Schaftabschnitt 4. Jeder der Stirnradabschnitte 3 und 6 ist mit mehreren Zähnen 2 an dessen Außenumfangsoberfläche versehen. Das Zahnrad 1 kann die folgenden Abmessungen aufweisen. Zum Beispiel weist der Stirnradabschnitt 3 einen Außendurchmesser D1 von mehreren hundert Mikrometeren bis mehreren Millimeter auf, während die Schaftabschnitte 4 und 5 einen Durchmesser D2 von mehreren Dutzend bis mehreren hundert Mikrometern aufweisen.
  • (2) Umformwerkzeuganordnung
  • (2-1) Struktur
  • Die 2A bis 2C und die 3A bis 3D zeigen einen Umformschritt eines Grünkörpers des Zahnrades 1 unter Verwendung einer Umformwerkzeuganordnung einer Ausführungsform. Zuerst wird die Struktur der Umformwerkzeuganordnung mit Bezug auf die 2A bis 2C beschrieben. Wie in den 2A bis 2C gezeigt ist, bezeichnet ein Bezugszeichen 10 ein Umformwerkzeug, wobei das Umformwerkzeug 10 von einem oberen Formwerkzeug 20 und einem unteren Formwerkzeug 30 gebildet wird. Das obere Formwerkzeug 20 und das untere Formwerkzeug 30 sind vertikal beweglich vorgesehen und so angeordnet, dass sie relativ vertikal miteinander in Kontakt gebracht und voneinander getrennt werden können.
  • Das obere Formwerkzeug 20 ist mit einem äußeren oberen Stempelloch 21 versehen, das das obere Formwerkzeug 20 vertikal durchringt. Das äußere obere Stempelloch 21 ist so geformt, das ein äußerer oberer Stempel 22 von der Öffnung an der Unterseite her darin gleitend eingesetzt ist. Der äußere obere Stempel 22 weist ein Schaftzentrum auf, durch das ein inneres oberes Stempelloch 23 dringt. Das innere obere Stempelloch 23 ist so geformt, dass ein stabförmiger innerer oberer Stempel 24 dahin vertikal gleitend eingesetzt ist.
  • Das äußere obere Stempelloch 21 weist einen unteren Endabschnitt auf, wobei der untere Endabschnitt im Durchmesser mittels eines verjüngten Abschnitts 21a reduziert ist und mit einem Abschnitt 21b mit kleinerem Durchmesser versehen ist. Der äußere obere Stempel 22 weist einen unteren Endabschnitt auf, wobei der untere Endabschnitt im Außendurchmesser mittels eines verjüngten Abschnitts 22a reduziert ist. Das heißt, dieser untere Endabschnitt ist mit einem Abschnitt 22b mit kleinerem Durchmesser versehen, so dass er der Form des unteren Endabschnitts des äußeren oberen Stempellochs 21 entspricht. Der Abschnitt 22b mit kleinerem Durchmesser ist so geformt, dass er gleitend in den Abschnitt 21b mit kleinerem Durchmesser des äußeren oberen Stempellochs 21 eingesetzt wird.
  • Der Abschnitt 21b mit kleinerem Durchmesser des äußeren oberen Stempellochs 21 weist einen Innendurchmesser auf, der dem Außendurchmesser des Stirnradabschnitts 6 des Zahnrades 1 entspricht. Wie in 4 gezeigt ist, weist der Abschnitt 21b mit kleinerem Durchmesser eine Innenumfangsoberfläche auf, die mit Innenzähnen 21c zum Formen der Zähne 2 des Stirnradabschnitts 6 des Zahnrades 1 versehen ist. Das innere obere Stempelloch 23 des äußeren oberen Stempels 22 weist einen Innendurchmesser auf, der so festgelegt ist, das er der gleiche ist wie die Innendurchmesser der Schaftabschnitte 4 und 5 des Zahnrades 1.
  • Das obere Formwerkzeug 20 ist mit einem Speicherabschnitt 25 zum Speichern eines Rohmaterials versehen. Der Speicherabschnitt 25 ist parallel zu dem äußeren oberen Stempelloch 21 angeordnet und ist ein zylindrischer Raum, der sich in vertikaler Richtung erstreckt. Der Speicherabschnitt 25 weist an der Oberseite eine Öffnung auf, wobei ein Rohmaterial P mit Plastizität von der Öffnung ausgehend eingefüllt und im Speicherabschnitt 26 gespeichert wird. Das Rohmaterial P kann ein Pulver sein, das gebildet wird durch Mischen von 40 bis 60 Vol.-% eines Bindemittels mit einem Metallpulver und durch Kneten derselben. Das Metallpulver kann ein Eisenpulver sein, während das Bindemittel aus einem thermoplastischen Harz und Wachs gefertigt sein kann.
  • Das obere Formwerkzeug 20 weist einen unteren Endabschnitt auf, der mit einem Zuführungsweg 26 versehen ist. Der Zuführungsweg 26 verbindet den unteren Endabschnitt des Speicherabschnitts 25 und den Raum innerhalb des Abschnitts 21b mit kleinerem Durchmesser des äußeren oberen Stempellochs 21 und erstreckt sich horizontal. Wie in 2B gezeigt ist, wird der Raum innerhalb des Abschnitts 21b mit kleinerem Durchmesser des äußeren oberen Stempellochs 21 als Hohlraum 11 verwendet, wenn der äußere obere Stempel 22 und der innere obere Stempel 24 zu dem oberen Endabschnitt des Abschnitts 21b mit kleinerem Durchmesser angehoben werden. Das heißt, der Zuführungsweg 26 ist so geformt, dass er mit dem Hohlraum 11 verbindbar ist und eine Öffnung zu dem Hohlraum 11 aufweist. Die Öffnung wird als Durchgang 27 verwendet. Wie in 2A gezeigt ist, wird der Durchgang 27 durch den unteren Endabschnitt des äußeren oberen Stempels 22 verschlossen, wenn der äußere obere Stempel 22 niedergedrückt wird. Andererseits, wie in 2B gezeigt ist, wird der Durchgang 27 geöffnet, wenn der äußere obere Stempel 22 angehoben wird.
  • Der Speicherabschnitt 25 ist so geformt, dass darin ein Kolben 40 von der Öffnung an der Oberseite her gleitend eingesetzt ist. Wenn der Kolben 40 in einem Zustand, in dem der Durchgang 27 offen ist, niedergedrückt wird, fließt das Rohmaterial P im Speicherabschnitt 25 durch den Zuführungsweg 26 und wird aus dem Durchgang 27 in den Hohlraum 11 gefüllt.
  • Das untere Formwerkzeug 30 ist mit einem zylindrischen Loch 31 versehen, das sich vertikal erstreckt und das untere Formwerkzeug 30 durchdringt, wobei das zylindrische Loch 31 koaxial mit dem äußeren oberen Stempelloch 21 des oberen Formwerkzeugs 20 ist. Das zylindrische Loch 31 weist eine Innenumfangsoberfläche mit einer Form entsprechend der Form der Zähne des Stirnradabschnitts 3 des Zahnrades 1 auf. Wie in 4 gezeigt ist, kann alternativ das zylindrische Loch 31 einen oberen Endabschnitt aufweisen, der eine Innenumfangsoberfläche aufweist, die mit Innenzähnen 31c versehen ist. Die Innenzähne 31c werden verwendet, um die Zähne 2 des Stirnradabschnitts 3 zu formen. Das zylindrische Loch 31 ist so geformt, dass ein inneres Formwerkzeug 32 vertikal gleitend darin eingesetzt ist. Das innere Formwerkzeug 32 weist ein Schaftzentrum auf, das mit einem unteren Stempelloch 33 versehen ist, wobei sich das untere Stempelloch 33 in vertikaler Richtung erstreckt. Das untere Stempelloch 33 ist koaxial mit dem inneren oberen Stempelloch 23 und weist den gleichen Innendurchmesser auf wie das innere obere Stempelloch 23. Das untere Stempelloch 33 ist so geformt, dass ein Stabförmiger unterer Stempel 34 darin gleitend eingesetzt ist.
  • (2-2) Umformschritt
  • Ein Umformschritt für einen Grünkörper des Zahnrades 1 unter Verwendung der Umformwerkzeuganordnung der obigen Ausführungsform wird mit Bezug auf die 2A bis 2C und die 3A bis 3D beschrieben. Zuerst wird der äußere obere Stempel 22 in das obere Formwerkzeug 20 eingesetzt, so dass die Innenzähne 21c am unteren Endabschnitt des Abschnitts 21b mit kleinerem Durchmesser des äußeren oberen Stempellochs 21 freiliegen. Als Ergebnis der Durchgang 27 durch den äußeren oberen Stempel 22 verschlossen. Der innere obere Stempel 24 wird angehoben, wodurch die untere Oberfläche des inneren oberen Stempels 24 höher angeordnet ist als die untere Stirnfläche des äußeren oberen Stempels 22. Andererseits ist das innere Formwerkzeug 32 an der Seite des unteren Formwerkzeugs 30 niedriger angeordnet als das untere Formwerkezug 30, so dass die Innenzähne 31c am oberen Endabschnitt des zylindrischen Loches 31 freiliegen. Außerdem wird der untere Stempel 34 weiter gesenkt als das innere Formwerkzeug 32. In diesem Zustand wird die untere Oberfläche des oberen Formwerkzeugs 20 und die obere Oberfläche des unteren Formwerkzeugs 30 in Kontakt gebracht und festgeklemmt (2A). Somit wird ein Hohlraum 11 im Umformwerkzeug 10 ausgebildet. Der Hohlraum 11 weist an der Seite der oberen Formwerkzeugs 20 einen Abschnitt auf, der dem Stirnradabschnitt 6 und dem Schaftabschnitt 4 des Zahnrads 1 entspricht. Der Hohlraum 11 weist ferner an der Seite des unteren Formwerkzeugs 30 einen Abschnitt auf, der den Stirnradabschnitt 3 und dem Schaftabschnitt 5 des Zahnrades 1 entspricht.
  • Als nächstes wird der äußere Stempel 22 angehoben, so dass der obere Endabschnitt des Abschnitts 21b mit kleinerem Durchmesser des äußeren oberen Stempels 21 mit dem Hohlraum 11 verbunden wird und der Durchgang 27 geöffnet wird. Der Kolben 40 wird niedergedrückt, wodurch eine benötigte Menge an Rohmaterial P im Speicherabschnitt 25 aus dem Zuführungsweg 26 durch den Durchgang 27 in den Hohlraum 11 gefüllt wird (2B).
  • Anschließend werden der innere obere Stempel 24, das innere Formwerkzeug 32 und der untere Stempel 34 gesichert, wobei der äußere obere Stempel 22 niedergedrückt wird, um somit den Durchgang 27 zu verschließen und die Form des Hohlraums zu der Form des Zahnrades 1 zu machen. Der äußere obere Stempel 22 wird weiter niedergedrückt, um somit das Rohmaterial P im Hohlraum 11 zu verdichten (2C). Somit werden der Stirnradabschnitt 6 und der Schaftabschnitt 4 an der Seite des oberen Formwerkzeugs 20 gebildet, während des Stirnradabschnitt 3 und der Schaftabschnitt 5 an der Seite des unteren Formwerkzeugs 30 gebildet werden. Dementsprechend wird ein Grünkörper 1A des Zahnrades 1 gebildet.
  • Nachdem der Grünkörper 1A gebildet worden ist, wird das Umformwerkzeug 10 geöffnet, um somit den Grünkörper 1A herauszuziehen. In diesem Fall wird das obere Formwerkzeug 20 angehoben, um den Stirnradabschnitt 6 freizulegen (3A). Anschließend werden, während der innere obere Stempel 24 den Grünkörper 1A niederhält, der äußere obere Stempel 22 und das obere Formwerkzeug 20 angehoben, wodurch der Schaftabschnitt 4 freigelegt wird (3B). Nachdem die Gesamtheit der Strukturkomponenten an der Seite de oberen Formwerkzeugs 20 angehoben worden ist, wird das innere Formwerkzeug 32 angehoben, um somit den Stirnradabschnitt 3 herauszuziehen (3C). Der untere Stempel 34 wird angehoben und der Schaftabschnitt 5 nach oben aus dem unteren Stempelloch 33 herausgezogen (3D). Wie oben beschrieben worden ist, wird mittels der Operation ein Grünkörper 1A gebildet. Nachdem der Grünkörper 1A aus der Umformwerkzeuganordnung entnommen worden ist, wird der Zustand der Umformwerkzeuganordnung in den in 2A gezeigten zustand zurückgeführt. Anschließend werden durch Wiederholen der obigen Operation mehrere Grünkörper 1A erhalten.
  • (2-3) Wirkungen
  • Gemäß der Umformwerkzeuganordnung der obigen Ausführungsform wird der äußere obere Stempel 22 angehoben, um somit den Durchgang 27 zu öffnen, wobei das Rohmaterial P, das im Speicherabschnitt 25 im oberen Formwerkzeug 20 gespeichert ist, durch Niederrücken des Kolbens 40 in den Hohlraum 11 gefüllt wird. Anschließend wird der äußere obere Stempel 22 niedergedrückt, um somit den Durchgang 27 zu verschließen und das Rohmaterial P im Hohlraum 11 zu komprimieren. Anschließend wird die Umformwerkzeuganordnung geöffnet, wodurch ein Grünkörper 1A erhalten wird. Durch Wiederholen dieser Operation werden der Reihe nach Grünkörper 1A erhalten.
  • In dieser Ausführungsform wird eine kleine Menge an Rohmaterial P leicht in den Hohlraum 11 gefüllt, indem der Kolben 40 niedergedrückt wird, ohne den äußeren oberen Stempel 22 und den inneren oberen Stempel 24 aus dem oberen Formwerkzeug 20 herauszuziehen. Selbst wenn dementsprechend die Menge an Rohmaterial P in einer Umformung klein ist, wird der Grünkörper 1A effizient hergestellt. Der innere obere Stempel 24 weist einen vorderen Endabschnitt auf, der beim Verdichten einen hohen Druck aufnimmt, wobei der vordere Endabschnitt so geformt ist, dass er jederzeit im äußeren oberen Stempel 22 enthalten ist. Selbst wenn dementsprechend der innere obere Stempel 24 extrem dünn ist, werden Beschädigungen des inneren oberen Stempels 24, wie z. B. ein Biegen und Knicken, verhindert.
  • (3) Weiteres Beispiel der Umformwerkzeuganordnung
  • 5 zeigt ein weiteres Beispiel der Umformwerkzeuganordnung der obigen Ausführungsform. In diesem Fall ist der Speicherabschnitt 25 nicht am oberen Formwerkzeug 20 vorgesehen, wobei ein Behälter 50 zum Speichern des Rohmaterials P separat außerhalb als Speicherabschnitt angeordnet ist. Der Behälter 50 ist mit dem Zuführungsweg 26 über eine Rohrleitung 51 verbunden und so aufgebaut, dass das Rohmaterial P in Behälter 50 aus der Rohrleitung 51 in den Zuführungsweg 26 fließt. In diesem Fall ist der Behälter 50 so geformt, dass er in Verbindung mit dem oberen Formwerkzeug 20 vertikal beweglich ist, oder die Rohrleitung 51 ist so geformt, dass sie flexibel ist, um der Vertikalbewegung des oberen Formwerkzeugs 20 zu folgen.
  • In diesem Beispiel ist es nicht erforderlich, den Speicherabschnitt 25 im oberen Formwerkzeug 20 zu bilden, wie im Fall der obigen Ausführungsform. Außerdem kann das Rohmaterial P dem Behälter 50 zugefügt werden, während die Umformwerkzeuganordnung betrieben wird. Mit anderen Worten, in der obigen Ausführungsform, in der der Speicherabschnitt 25 in Baueinheit mit dem oberen Formwerkzeug 20 vorgesehen ist, ist es nicht erforderlich, einen Speicherabschnitt des Behälters 50 separat anzuordnen und mit dem Zuführungsweg 26 zu verbinden. Dementsprechend wird die Umformwerkzeuganordnung separat betrieben, wobei die Zuführungsroute des Rohmaterials P einfach ist.
  • (4) Variationen der vorliegenden Erfindung
  • In den obigen Ausführungsformen wird ein Zahnrad als ein Mikrobauteil gebildet, das Schaftabschnitte an beiden Seiten eines Stirnradabschnitts aufweist. Zusätzlich zu dem Mikrobauteil mit den Schaftabschnitten an beiden Seiten des Stirnradabschnitts kann ein Mikrobauteil gebildet werden, das den Schaftabschnitt an einer Seite des Stirnradabschnitts aufweist. Andererseits kann ein Mikrobauteil so gebildet werden, dass es Schaftabschnitte an beiden Seiten eines einfachen scheibenförmigen Flanschabschnitts anstelle des Stirnradabschnitts aufweist. In diesem Fall kann ein Mikrobauteil so gebildet werden, dass es einen Schaftabschnitt an einer Seite des Flanschabschnitts aufweist.
  • Ferner ist das obere Formwerkzeug 20 vorzugsweise mit einer Heizeinrichtung zum Erwärmen des Rohmaterials P, das durch den Zuführungsweg gelangt, versehen. Durch Erwärmen des Rohmaterials P mit dieser Heizeinrichtung wird die Fließfähigkeit des Rohmaterials P erhöht, wobei das Füllen des Rohmaterials P in den Hohlraum 11 gleichmäßig und effizient durchgeführt wird. In diesem Fall ist die Heiztemperatur so eingestellt, dass sie nahe dem Erweichungspunkt des thermoplastischen Harzes liegt, das dem Bindemittel des Rohmaterials P zugesetzt ist. Es ist zu beachten, dass die Heizeinrichtung sowohl am oberen Formwerkzeug 20 als auch am unteren Formwerkzeug 30 vorgesehen sein kann, um den Hohlraum 11 zu heizen.

Claims (4)

  1. Umformwerkzeuganordnung für Mikrobauteile, enthaltend: ein Umformwerkzeug (10), das mit einem Hohlraum (11), einem mit dem Hohlraum (11) verbundenen äußeren oberen Stempelloch (21) umfassend einen unteren Endabschnitt, wobei der untere Endabschnitt im Durchmesser mittels eines verjüngten Abschnitts (21a) reduziert ist und mit einem Abschnitt (21b) mit kleinerem Durchmesser versehen ist, und einem Zuführungsweg (26) zum Zuführen eines Rohmaterials (P) mit einem Metallpulver und einem Bindemittel, was Plastizität aufweist, versehen ist, wobei der Zuführungsweg (26) mit dem Hohlraum (11) so verbunden ist, dass dazwischen ein Durchgang (27) vorhanden ist, und zum Zuführen des Rohmaterials (P) in den Hohlraum (11) verwendet wird; und einen Stempel, der dafür konfiguriert ist, den Durchgang (27) durch hin und her gehendes Gleiten zu öffnen und zu schließen, und zudem dafür konfiguriert ist, durch Gleiten in Richtung des Hohlraums (11) den Durchgang (27) zu schließen und das Rohmaterial (P) im Hohlraum (11) zu einem Grünkörper (1A) zu komprimieren, wobei der Grünkörper (1A) einen Flanschabschnitt und einen Schaftabschnitt (4) aufweist, der vom Flanschabschnitt hervorsteht, und der Stempel umfasst: einen äußeren oberen Stempel (22), der in das äußere obere Stempelloch (21) gleitend eingesetzt ist und eine Endoberfläche des Flanschabschnittes bildet, wobei der äußere obere Stempel (22) ein inneres oberes Stempelloch (23) hat, und einen inneren oberen Stempel (24), der in das innere obere Stempelloch (23) gleitend eingesetzt ist und eine Endoberfläche des Schaftabschnittes (4) bildet, wobei der äußere obere Stempel (22) einen unteren Endabschnitt umfasst, wobei der untere Endabschnitt im Außendurchmesser mittels eines verjüngten Abschnitts (22a) reduziert ist und mit einem Abschnitt (22b) mit kleinerem Durchmesser versehen ist, und der Abschnitt des äußeren oberen Stempels mit kleinerem Durchmesser (22b) gleitend in den Abschnitt mit kleinerem Durchmesser des äußeren oberen Stempellochs (21b) eingesetzt ist und der Abschnitt des äußeren oberen Stempels mit größerem Durchmesser gleitend in den Abschnitt des äußeren oberen Stempellochs mit größerem Durchmesser eingesetzt ist.
  2. Umformwerkzeuganordnung für Mikrobauteile nach Anspruch 1, wobei das Umformwerkzeug (10) mit einem Speicherabschnitt (25) versehen ist, der mit dem Zuführungsweg (26) verbunden ist und verwendet wird, um das Rohmaterial (P) zu speichern, wobei der Speicherabschnitt (25) so geformt ist, dass ein Kolben (40) darin gleitend eingesetzt ist, und wobei der Kolben (40) das im Speicherabschnitt (25) gespeicherte Rohmaterial (P) über den Durchgang (27) in den Hohlraum (11) füllt.
  3. Umformwerkzeuganordnung für Mikrobauteile nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Umformwerkzeug (10) mit einem oberen Formwerkzeug (20) und einem unteren Formwerkzeug (30) versehen ist, die so angeordnet sind, dass sie relativ vertikal miteinander in Kontakt gebracht und voneinander getrennt werden können, wobei das Stempelloch und der Zuführungsweg (26) an einem der oberen und unteren Formwerkzeuge ausgebildet sind und wobei der Hohlraum (11) gebildet wird, wenn das obere Formwerkzeug (20) und das untere Formwerkzeug (30) miteinander in Kontakt gebracht sind.
  4. Umformwerkzeuganordnung für Mikrobauteile nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Umformwerkzeug (10) mit einer Heizeinrichtung zum Erwärmen des Rohmaterials (P), das durch den Zuführungsweg (26) gelangt, versehen ist.
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