JP2001089802A - 粉末成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】基部で連接する１対の脚部を備える粉末成形体
を破損や変形なく容易に製造できる方法を提供する。 【解決手段】キャビティー１６に充填された材料粉末１
７を上パンチ１３と下パンチ１４で仮圧縮し予備成形体
１８を得る。打ち抜きピン１５ａを予備成形体１８に挿
入して貫通孔６ａを打ち抜く。予備成形体１８を上下両
パンチ１３，１４により加圧圧縮し得られた第１の成形
体１ａから打ち抜きピン１５ａを引き抜く。貫通孔６ａ
から材料粉末１７を取り除き、成形体１ａを焼結する。
成形体１ａから接続部７を切除して、基部で連接する１
対の脚部４，４を形成し、第２の成形体１を得る。貫通
孔６ａを打ち抜く際に、材料粉末１７をキャビティー１
６外に退避させて保管すると共に、打ち抜きピン１５ａ
を引き抜く際に保管されていた材料粉末１７を貫通孔６
ａに埋め戻すようにしてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基部で連接する１
対の脚部を備える粉末成形体の製造方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、機械部品として、図１（ａ）に示
すような成形体１がある。成形体１は桿部２の先端に備
えられた鉤部３と、桿部２の後端部を基部４として、該
基部４で連接する１対の脚部５，５とからなり、脚部
５，５の間にアンダーカット部６を備えている。

【０００３】前記基部で連接する１対の脚部５，５を備
える機械部品を粉末成形によって製作する場合、アンダ
ーカット部６がない形状の粉末成形体を焼結した後で切
削加工等によってアンダーカット部６を設ける方法と、
粉末成形の際に同時にアンダーカット部６を成形し、該
粉末成形後に焼結する方法とがある。

【０００４】前者の場合の粉末成形は、所望の成形体の
外形に沿う形状のダイ孔を垂直方向に備えるダイスと、
前記ダイスの上下から前記ダイ孔に挿入される１対のパ
ンチとを用いて行われる。まず、前記ダイ孔と、前記ダ
イスの下方から前記ダイ孔に挿入された下パンチとによ
り形成されるキャビティーに材料粉末が充填される。次
に、上下パンチにより前記材料粉末を圧縮し、所定の厚
さにした後、得られた粉末成形体をダイ孔の上方に抜き
出す。そして、前記粉末成形体を焼結した後、切削加工
等によってアンダーカット部６を形成する。しかし、こ
の製造方法では、切削加工等に手間が掛かり、割高であ
る。

【０００５】一方、後者の場合、前記のダイス、上下パ
ンチに加え、アンダーカット部６を造形するための、加
圧方向と垂直な方向に進退可能な横パンチまたは中子を
備えた粉末成形装置が用いられる。

【０００６】まず、前記アンダーカット部６を造形する
ための横パンチを備えるものにおいては、前記ダイ孔と
下パンチとにより形成される前記キャビティーを前記横
パンチが貫通した状態で材料粉末を充填し、上下パンチ
により前記材料粉末を所定の厚さまで圧縮した後、得ら
れた粉末成形体から前記横パンチを抜き取り、次いで前
記粉末成形体をダイ孔の上方へ抜き出す方法が知られて
いる。この製造方法では、前記キャビティーを前記横パ
ンチが貫通した状態で材料粉末を充填するため、前記キ
ャビティーの中で前記横パンチの下方に前記材料粉末が
均一に充填されず、特にアンダーカット部６の周囲の肉
厚が薄い形状の場合には粉末成形体を造形することがで
きないことがある。

【０００７】次に、前記アンダーカット部６の形状に対
応する形状の中子を予め前記キャビティー内に配設して
おく製造方法では、前記中子が配設された前記キャビテ
ィー内に材料粉末を充填したのち、前記キャビティーの
開口部から上パンチを圧入して、前記材料粉末を加圧圧
縮して成形体を得る。前記中子は、前記加圧圧縮後の成
形体から除去自在とされており、前記成形体から引き抜
くことにより、アンダーカット部６を備える成形体を得
ることができる。しかし、前記製造方法によるときに
は、前記材料粉末を充填する際に、前記中子の上下で前
記材料粉末の密度を均一にすることが難しい。

【０００８】また、別法として、前記ダイ孔と下パンチ
とにより形成される前記キャビティー内に材料粉末を充
填し、上下パンチにより前記材料粉末を加圧圧縮した
後、打ち抜きパンチで前記アンダーカット部６を打ち抜
く方法が知られている。しかし、この製造方法では、前
記加圧圧縮により得られた粉末成形体を前記打ち抜きパ
ンチで打ち抜く際に、前記粉末成形体に割れや欠け等が
生じることがある。

【０００９】さらに、前記後者の場合には、前記いずれ
の製造方法においても、図１（ａ）示のアンダーカット
部６の形成により脚部５が肉薄になるときには、前記ア
ンダーカット部６が形成された成形体を脱型する際に前
記肉薄となった脚部５が破損したり、粉末成形後に行わ
れる焼結の際に脚部５に反り等の変形が生じることがあ
るという不都合がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる不都
合を解消して、基部で連接する１対の脚部を備える粉末
成形体を破損や変形を生じることなく容易に製造するこ
とができる方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明の粉末成形体の製造方法は、基部に連接す
る部分に貫通孔を備えた第１の成形体の外形に沿う形状
のダイ孔を垂直方向に備えるダイスと該ダイス下方から
該ダイ孔に挿入される下パンチとにより形成されるキャ
ビティーに材料粉末を充填する工程と、前記キャビティ
ーに充填された材料粉末を、前記ダイスの上方から前記
ダイ孔に挿入される上パンチと前記下パンチとにより仮
圧縮して予備成形体を得る工程と、前記貫通孔の横断面
に対応する形状の打ち抜きピンを該予備成形体に挿入し
て該貫通孔の形状を打ち抜く工程と、該打ち抜きピンが
挿入されたままの状態で、該予備成形体を上下両パンチ
により加圧圧縮して第１の成形体を得る工程と、第１の
成形体から該打ち抜きピンを引き抜く工程と、第１の成
形体を該キャビティーから取り出す工程と、第１の成形
体を焼結する工程と、焼結された第１の成形体の貫通孔
の一部を切除して、基部で連接する１対の脚部を備える
第２の成形体を形成する工程とからなることを特徴とす
る。

【００１２】本発明の製造方法によれば、まず、前記下
パンチを前記ダイス下方から前記ダイ孔に挿入すること
により、該下パンチとダイ孔とにより形成されるキャビ
ティーに材料粉末が充填される。前記キャビティーには
中子が配設されていないので、前記材料粉末を均一な密
度に充填することができる。

【００１３】材料粉末が充填されたならば、次に、前記
上パンチを前記ダイス上方から前記ダイ孔に挿入するこ
とにより、前記材料粉末を上下パンチ間で仮圧縮し、予
備成形体を得る。そして、前記打ち抜きピンを前記予備
成形体に挿入する。このとき、前記材料粉末は前記のよ
うに仮圧縮されているので、前記打ち抜きピンにより、
容易に前記貫通孔の形状に打ち抜かれる。

【００１４】次に、前記打ち抜きピンが前記予備成形体
に挿入されたままの状態で上下両パンチにより前記予備
成形体を加圧圧縮する。すると、前記打ち抜きピンは中
子として作用するので、前記打ち抜きピンの外形に沿っ
た形状の貫通孔を備える第１の成形体が得られる。第１
の成形体は、前記のように均一な密度で充填された材料
粉末が仮圧縮されて得られた前記予備成形体をさらに加
圧圧縮することにより得られるので、前記打ち抜きピン
が挿入されていても、打ち抜きピンの上下で材料粉末の
密度が不均一になりにくい。

【００１５】次に、得られた第１の成形体から前記打ち
抜きピンを引き抜き、第１の成形体を脱型する。そし
て、脱型された第１の成形体を焼結する。第１の成形体
では前記貫通孔の周囲に肉薄の部分が形成されている
が、該肉薄の部分はそれ自体が該貫通孔の周壁であり、
前記基部に対向する部分で接続されているので、前記焼
結の際に変形が規制され、反り等の発生を確実に阻止す
ることができる。

【００１６】次に、前記焼結された第１の成形体から、
前記貫通孔の一部を切除する。この結果、基部で連接す
る１対の脚部が形成され、所望の形状の第２の成形体を
得ることができる。

【００１７】前記第２の成形体において、前記１対の脚
部を互いに平行なものとしたいときには、前記貫通孔を
基部から延在する一対の平行な部分を備えるものとし、
該貫通孔の基部に対向する部分を切除することにより、
基部で連接する１対の平行な脚部を備える第２の成形体
を形成することができる。本発明の製造方法によれば、
前述の焼結の際に前記貫通孔の周囲の肉薄の部分に反り
等の変形が起きないので、前記脚部に優れた平行度を付
与することができる。

【００１８】また、本発明の製造方法は、前記打ち抜き
ピンを前記予備成形体に挿入して前記貫通孔の形状を打
ち抜くときに、打ち抜かれた材料粉末を前記キャビティ
ー外に退避させて保管すると共に、第１の成形体から該
打ち抜きピンを引き抜くときに、保管されていた材料粉
末を該打ち抜きピンが引き抜かれた後の該貫通孔に埋め
戻すことを特徴とする。

【００１９】前記第１の成形体は、前記打ち抜きピンが
引き抜かれた後の前記貫通孔を空洞のままにして脱型す
ると、前記貫通孔の周囲の肉薄の部分が破損する虞があ
る。そこで、前記打ち抜きピンにより打ち抜かれた材料
粉末を、前記キャビティー外部に退避させて保管してお
くと共に、前記打ち抜きピンを引き抜くと同時に、前記
のように退避されていた材料粉末を前記打ち抜きピンを
引き抜かれた後の前記貫通孔に埋め戻す。前記退避され
ていた材料粉末は、前記のように仮圧縮されているの
で、前記のように退避されている間にもその形状が崩れ
ることがなく、容易に前記貫通孔に埋め戻すことができ
る。

【００２０】この結果、第１の成形体は前記貫通孔に充
填された材料粉末により、前記肉薄の部分が補強されて
いるので、脱型の際に前記肉薄の部分の破損を防止する
ことができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】次に、添付の図面を参照しながら
本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図
１は本実施形態の製造方法で得られる粉末成形体及び該
粉末成形体の予備成形体を示す斜視図であり、図２は図
１示の粉末成形体の製造方法を示す説明的断面図であ
り、図３は図１示の粉末成形体の製造方法を示す図であ
って図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図であり、図４は図１
示の粉末成形体の製造方法を示す図であって図１（ｂ）
のＩＶ−ＩＶ線断面図である。

【００２２】本実施形態では、図１（ａ）に示す形状の
粉末成形体１を製造する場合を例として説明する。粉末
成形体１は、前述のように機械部品として用いられるも
のであり、前述のように桿部２の先端に備えられた鉤部
３と、桿部２の後端部を基部４として、基部４で連接す
る１対の平行な脚部５，５とからなり、脚部５，５の間
にアンダーカット部６を備えている。本実施形態では、
前記粉末成形体１を成形するために、まず、図１ (ｂ）
示の粉末成形体１ａを製造する。粉末成形体１ａは、脚
部５，５を基部４に対向する部分に設けた接続部７で接
続し、図１（ａ）示のアンダーカット部６を脚部５，５
と接続部７で囲まれる貫通孔６ａとしたものである。こ
の結果、貫通孔６ａは基部４に連接すると共に、基部４
から延在する平行な部分５，５を備える形状となってい
る。

【００２３】本実施形態では、前記粉末成形体１ａを図
２示の装置により製造する。前記装置は、垂直方向にダ
イ孔１１を備えるダイス１２と、ダイス１２の下方から
ダイ孔１１に挿入される下パンチ１３と、ダイス１２の
上方からダイ孔１１に挿入される上パンチ１４とを備え
る。

【００２４】ダイ孔１１は図１（ｂ）示の粉末成形体１
ａの貫通孔６ａが水平に配置されたときの垂直方法の外
形に沿う形状であり、ダイス１２の内部には、打ち抜き
ピン１５ａ及び埋め戻しピン１５ｂが、ダイ孔１１に臨
んで相対向するように備えられている。

【００２５】下パンチ１３及び上パンチ１４は、いずれ
も３つの部分に分割されており、下パンチ１３ａ及び上
パンチ１４ａにより図１（ｂ）示の粉末成形体１ａの接
続部７、下パンチ１３ｂ及び上パンチ１４ｂにより脚部
５、下パンチ１３ｃ及び上パンチ１４ｃにより桿部２
（図示しない鉤部３を含む）が成形される。前記各パン
チは、いずれも独立に昇降自在に備えられている。

【００２６】前記装置において、ダイス１２、下パンチ
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ、上パンチ１４ａ，１４ｂ，１
４ｃ、打ち抜きピン１５ａ、埋め戻しピン１５ｂは、図
示しない制御装置により制御される。前記制御装置は、
ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ等を備えるマイクロコンピュー
タが用いられる。

【００２７】次に、図３（ａ）乃至図３（ｆ）及び図４
を参照して、本実施形態の製造方法について説明する。
尚、図３示の上下パンチは、実際にはそれぞれ下パンチ
１３ｂ及び上パンチ１４ｂであるが、下パンチ１３ａ，
１３ｃ及び上パンチ１４ａ，１４ｃの動作も合わせて示
しているので、説明を簡単にするために、下パンチ１３
及び上パンチ１４で代表させる。

【００２８】まず、図３（ａ）示のように、ダイス１２
が下パンチ１３の上面よりも上に位置することにより、
ダイ孔１１と下パンチ１３とによりキャビティー１６が
形成される。このとき、上パンチ１４はダイ孔１１の上
方に、打ち抜きピン１５ａ及び埋め戻しピン１５ｂはそ
の先端部がダイ孔１１を臨む位置に待機している。

【００２９】そこで、図示しないフィーダにより、キャ
ビティー１６に材料粉末１７を充填する。前記材料粉末
１７としては、鉄系金属、セラミックスの粉末等を用い
ることができる。

【００３０】次に、図３（ｂ）示のように、上パンチ１
４を下降させ、下パンチ１３との間でキャビティー１６
に充填された材料粉末１７を仮圧縮して予備成形体１８
を形成する。前記仮圧縮は、材料粉末１７が予備成形体
１８の形状を維持できる程度であればよく、過剰に圧縮
する必要はない。前記仮圧縮は、通常、材料粉末１７を
５〜３０％圧縮するように行われる。

【００３１】次に、図３（ｃ）示のように、打ち抜きピ
ン１５ａを予備成形体１８に圧入し、貫通孔６ａの形状
を打ち抜く。埋め戻しピン１５ｂは打ち抜きピン１５ａ
の前進に同期して、後退する。この結果、打ち抜きピン
１５ａはダイス１２内部の埋め戻しピン１５ｂが配置さ
れていた部分に挿入される。また、打ち抜きピン１５ａ
により予備成形体１８から打ち抜かれた材料粉末１７
（予備成形体１８の一部）は、打ち抜きピン１５ａ及び
埋め戻しピン１５ｂに挟まれた状態で、ダイス１２内部
の埋め戻しピン１５ｂが後退した後の部分に退避され
る。そして、前記材料粉末１７は、前記ダイス１２内部
に保管される。

【００３２】次に、図３（ｄ）示のように、上パンチ１
４と下パンチ１３との間で、打ち抜きピン１５ａが挿入
されたままの状態で予備成形体１８を加圧圧縮し、図１
（ｂ）示の形状を備える粉末成形体（第１の成形体）１
ａを形成する。

【００３３】次に、図３（ｅ）示のように、打ち抜きピ
ン１５ａを粉末成形体１ａから引き抜く。このとき、ダ
イス１２と上パンチ１４とを予め極くわずかに上昇させ
ると、前記加圧圧縮により粉末成形体１ａに生じた内部
応力が解放され、打ち抜きピン１５ａを容易に引き抜く
ことができる。

【００３４】打ち抜きピン１５ａが後退すると、該後退
に同期して、埋め戻しピン１５ｂが前進する。そして、
図３（ｅ）示のように、打ち抜きピン１５ａ及び埋め戻
しピン１５ｂの先端が、ダイ孔１１に臨む状態に復帰す
る。

【００３５】この結果、打ち抜きピン１５ａ及び埋め戻
しピン１５ｂに挟まれた状態でダイス１２内部に保管さ
れていた材料粉末１７が、埋め戻しピン１５ｂに押され
て粉末成形体１ａの貫通孔６ａに埋め戻される。

【００３６】次に、図３（ｆ）示のように、粉末成形体
１ａが上パンチ１４と下パンチ１３とに軽く挟まれた状
態でダイス１２を下降させて、粉末成形体１ａをノック
アウトし、上パンチ１４を上昇させてダイ孔１１の上方
に移動させることにより、粉末成形体１ａが解放され
る。

【００３７】粉末成形体１ａは、貫通孔６ａに前記仮圧
縮された粉末材料１７が埋め戻されているので、貫通孔
６ａの周囲の肉薄になった部分（具体的には図１（ｂ）
示の脚部５）が補強されている。従って、前記のように
払い出しても前記肉薄の脚部５が折損することがない。

【００３８】粉末成形体１ａは、前記脱型の後、前記貫
通孔６ａに埋め戻された粉末材料１７を除去することに
より、図１（ｂ）示の形状とすることができる。前記粉
末材料１７は、単に貫通孔６ａに充填されているに過ぎ
ず、粉末成形体１ａと一体化しているわけではないの
で、エアブロー等により容易に除去することができる。
次に、粉末成形体１ａを焼結することにより、粉末材料
１７が相互に結合した成形体が得られる。前記焼結の際
に、脚部５，５は接続部７により接続されているので、
反り等の変形が発生することがなく、優れた平行度を得
ることができる。

【００３９】次に、前記焼結後の粉末成形体１ａを図４
示の仮想線の位置で切断し、接続部７を切除する。この
結果、貫通孔６ａの基部４に対向する側が開口され、図
１（ａ）示のように、基部で連接する１対の平行な脚部
５，５を備え、脚部５，５間のアンダーカット部６が形
成されている、所望の粉末成形体（第２の成形体）１を
得ることができる。

【００４０】前記接続部７の切除は単に切断するに過ぎ
ないので、塊状の粉末成形体に切削加工等を施すことに
比較して格段に容易にアンダーカット部６を形成するこ
とができる。前記接続部７の切除は、それ自体公知の装
置により行うことができる。

【００４１】尚、前記実施形態では、貫通孔６ａを基部
４から延在する平行な部分５，５を備える形状としてい
るが、貫通孔６ａの形状はこれに限定されるものではな
く、粉末成形体１の１対の脚部５，５も平行なものに限
定されることはない。

【００４２】また、前記実施形態では、打ち抜きピン１
５ａを予備成形体１８に圧入し、貫通孔６ａの形状を打
ち抜くときに、打ち抜かれた材料粉末１７をダイス１２
内部に保管し、打ち抜きピン１５ａを引き抜くときに材
料粉末１７を貫通孔６ａに埋め戻すようにしている。し
かし、打ち抜かれた材料粉末１７は必ず貫通孔６ａに埋
め戻す必要はなく、例えば、打ち抜かれた材料粉末１７
をダイス１２内に設けられた空洞に落下させて回収する
ようにしてもよい。このようにすることにより、回収さ
れた材料粉末１７を再利用することができる。

【００４３】さらに、前記実施形態では、下パンチ１３
及び上パンチ１４を成形体１ａの形状に対応する３つの
部分に分割したものを示しているが、成形体の大きさに
よっては分割せずに単一の下パンチ１３及び上パンチ１
４を用いてもよい。また、成形体の外形が単純である場
合には、該外形に対応する下パンチ１３または上パンチ
１４を単一のパンチとしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】粉末成形体及びその予備成形体の一例を示す斜
視図。

【図２】本発明に従う粉末成形体の製造方法を示す説明
的断面図。

【図３】本発明に従う粉末成形体の製造方法を示す図２
のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図。

【図４】本発明に従う粉末成形体の製造方法を示す図１
（ｂ）のＩＶ−ＩＶ線断面図。

【符号の説明】

１…第２の成形体、 １ａ…第１の成形体、 ４…基
部、 ５…脚部（平行な部分）、 ６ａ…貫通孔、 ７
…接続部、 １１…ダイ孔、 １２…ダイス、１３…下
パンチ、 １４…上パンチ、 １５ａ…打ち抜きピン、
１５ｂ…埋め戻しピン、 １６…キャビティー、 １
７…材料粉末、 １８…予備成形体。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２８Ｂ 11/12 Ｂ２８Ｂ 11/12 Ｂ３０Ｂ 11/00 Ｂ３０Ｂ 11/00 Ｒ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基部に連接する部分に貫通孔を備えた第１
   の成形体の外形に沿う形状のダイ孔を垂直方向に備える
   ダイスと該ダイス下方から該ダイ孔に挿入される下パン
   チとにより形成されるキャビティーに材料粉末を充填す
   る工程と、 前記キャビティーに充填された材料粉末を、前記ダイス
   の上方から前記ダイ孔に挿入される上パンチと前記下パ
   ンチとにより仮圧縮して予備成形体を得る工程と、 前記貫通孔の横断面に対応する形状の打ち抜きピンを該
   予備成形体に挿入して該貫通孔の形状を打ち抜く工程
   と、 該打ち抜きピンが挿入されたままの状態で、該予備成形
   体を上下両パンチにより加圧圧縮して第１の成形体を得
   る工程と、 第１の成形体から該打ち抜きピンを引き抜く工程と、 第１の成形体を該キャビティーから取り出す工程と、 第１の成形体を焼結する工程と、 焼結された第１の成形体の貫通孔の一部を切除して、基
   部で連接する１対の脚部を備える第２の成形体を形成す
   る工程とからなることを特徴とする粉末成形体の製造方
   法。
2. 【請求項２】前記貫通孔は基部から延在する一対の平行
   な部分を備え、該貫通孔の基部に対向する部分を切除す
   ることにより、基部で連接する１対の平行な脚部を備え
   る第２の成形体を形成することを特徴とする請求項１記
   載の粉末成形体の製造方法。
3. 【請求項３】前記打ち抜きピンを前記予備成形体に挿入
   して前記貫通孔の形状を打ち抜くときに、打ち抜かれた
   材料粉末を前記キャビティー外に退避させて保管すると
   共に、第１の成形体から該打ち抜きピンを引き抜くとき
   に、保管されていた材料粉末を該打ち抜きピンが引き抜
   かれた後の該貫通孔に埋め戻すことを特徴とする請求項
   １または請求項２記載の粉末成形体の製造方法。