JP2005290523A - 複合焼結機械部品及び粉末成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】第１領域とこの第１領域に対して段差を生じた第２領域とを有する第１部材の前記第２領域を成形する下パンチに肉薄部を生じさせずに、第１部材の第２領域に金型で成形して設ける下孔の寸法とその下孔に嵌める第２部材側の連結軸の寸法を十分に確保できるようにする。
【解決手段】第１部材２の第２領域となる鍔４に、軸方向に貫通した下孔５を粉末成形時に金型で成形して設け、その下孔５を、内周側孔縁５ａが第１部材１の第１領域となるボス部３の輪郭に沿う非円形孔にしてボス部３に接する位置に設け、その下孔５に第２部材７を取り付けて複合焼結機械部品１を構成するようにした。下孔５の内周側孔縁５ａは図３のように、ボス部３の外周輪郭よりもボス部中心側に入り込ませてもよい。
【選択図】図２

Description

この発明は、粉末冶金法で製造される複合焼結機械部品と、その部品の粉末成形に利用する粉末成形装置に関する。

構造の複雑な焼結部品は、一体成形するのが難しく、また、成形できても圧粉体の各部に密度差が発生して品質に問題が生じることから、複数の部品を組み合わせる方法が採られている。

その方法で製造される複合焼結機械部品の一例を図９及び図１０に示す。この複合焼結機械部品１は、ボス部３の外周に鍔４を設けた第１部材２と、鍔４の端面に取り付ける第２部材７とから成る。

第１部材２の鍔４には、粉末原料の成形時に、軸方向に貫通した下孔５が金型で成形して設けられる。その下孔５に第２部材７に設けた連結軸（図のそれは丸ピン）８を嵌め、下記特許文献１などに示される組み合せ焼結を行って第１部材２に第２部材７を取り付けている。組み合せ焼結を行うと下孔５が収縮して連結軸８が締まり嵌めの状態になり、成分の熱拡散も生じて第２部材７が第１部材２に固定される。

第１部材２用の粉末成形体は、図１１に示すように、下第１パンチ９、下第２パンチ１０、コアロッド１１、コアロッド１２、各下パンチに対向させた上パンチ１３及びダイ１４を組み合わせた粉末成形装置を使用して成形される。

コアロッド１１は、下第２パンチ１０に適合した孔１０ａをあけてその孔に組み込み、粉末成形時に受ける力に耐え得る強度が必要である。下第２パンチ１０は、孔１０ａを大きくすると、孔周りの肉が薄くなって強度が低下するので、孔周りの肉厚（図１１の寸法ａ、ｂ）を十分に確保できるように設計しており（寸法ａ、ｂは一般的には２ｍｍ程度以上必要とされる）、この肉厚確保のために、孔１０ａの設置箇所、大きさに制約が生じ、鍔４とボス部３の外径差が小さい場合には特に、連結軸８の折れ強度を十分に確保できず、部品全体の要求特性を満せないことがある。
特公昭６２−３５４４２号公報

この発明は、下孔成形用のコアロッドを組み付ける下第２パンチと下第１パンチの分割位置を工夫して下孔の大きさに対する制約を緩和し、第１部材の第２領域に設ける下孔の寸法とその下孔に嵌める第２部材の連結軸の寸法を十分に確保できるようにすることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、第１領域とその第１領域に対して段差を生じた第２領域とを有する第１部材の前記第２領域に、軸方向に貫通した下孔を設け、その下孔に第２部材を取り付けて構成される複合焼結機械部品において、前記下孔を、孔縁の一部が前記第１領域の輪郭に沿う非円形孔にして前記第１領域に接する位置に設けた複合焼結機械部品を提供する。

この複合焼結機械部品は、前記下孔の第１領域の輪郭に沿う孔縁部を第１領域内に入り込ませると好ましい。

また、下孔を、孔幅が孔の中央部で最大となり、かつ、その孔幅が孔の周方向両端に向かって次第に小さくなる形状の周方向長孔にするのも好ましい。

この発明においては、互いに分割された下第１パンチ及び下第２パンチと、下第２パンチに設けた切欠溝に軸方向スライド可能に嵌めて下第１パンチとの間に配置する下孔成形用のコアロッドと、上パンチと、ダイとを有し、
ダイのキャビティに充填した粉末原料を前記下第１、下第２パンチと上パンチとで加圧し、下第１パンチに加圧される第１領域と下第２パンチに加圧される第２領域の端面に段差があり、かつ、第２領域に前記コアロッドによって下孔が形成された粉末成形体を得るようにした粉末成形装置も併せて提供する。

下孔成形用のコアロッドは、下第２パンチに切欠溝を設けてその切欠溝に軸方向スライド自在に組み込む。この構造で、下第２パンチの切欠溝に対応させた切欠溝を下第１パンチに設け、この下第１パンチの切欠溝に前記コアロッドの一部を入り込ませると、第１部材に形成される下孔は、一部が第１領域側に入り込んだものになる。

第１部材は、ボス部の外周に鍔を備えたもの、中央に凹部が存在するもの、中心孔を有するものなどが考えられる。また、第２部材を第１部材に取り付ける方法は、焼結後に圧入等で取り付ける方法や、組み合せ焼結で取付ける方法などが考えられる。

第１部材の第２領域に設ける下孔を第１領域に接触させると、下孔のサイズ変動に伴う図１０の寸法ｂの考慮が不要となる。このために、下孔の寸法規制が緩和され、その下孔の寸法と、下孔に嵌める連結軸の断面寸法を大きくして、第１部材と第２部材の結合の信頼性及び第２部材の折れ強度を高めることができる。

なお、下孔の第１領域の輪郭に沿う孔縁部を第１領域内に入り込ませたもの、すなわち、第１領域と第２領域の境界をまたいで下孔を形成するものは、下孔の周方向端部を曲面で形成したときに下第２パンチに設けられる切欠溝の開放口側のコーナが尖鋭になること、そのために前記コーナが欠け易くなることを回避することができる。

特に、下孔の軸方向に垂直な平面上で第１領域と第２領域の下孔部に向かう境界線に対し、下孔の輪郭線を垂直に交わるようにすることが好ましい。第１領域と第２領域の下孔を形成する角部の角度がいずれも直角となり、その角部の欠け等を生じにくくすることができる。下孔の輪郭線と、第１、第２領域の下孔部に向かう境界線の交わる角度は、直角に限られず、第１、第２領域の下孔を形成する角部の角度が６０度以上であれば欠け等を生じにくくする効果が得られる。

また、下孔を、孔幅が孔の中央部で最大となり、かつ、その孔幅が孔の周方向両端に向かって次第に小さくなる形状の周方向長孔にしたものは、下第２パンチの下孔周りの肉厚確保が容易になる。

以下、添付図面の図１〜図８に基づいてこの発明の実施形態を説明する。図１乃至図３の複合焼結機械部品１は、ボス部３（第１領域）の外周に鍔４（第２領域）を設けた第１部材２と、連結軸８を有する第２部材７とからなる。

第１部材２の具体例としては、鍔４の外周に歯を形成した歯車やスプロケットなどが挙げられる。少なくともこの第１部材２は、粉末原料を混合した後に圧粉成形し、得られた成形体を焼結して作られる。この第１部材２の鍔４に、軸方向に貫通する下孔５を設けている。その下孔５は、非円形の孔であり、内周側孔縁５ａがボス部３の外周に沿い、ボス部３に接している。

その下孔５は、内周側孔縁５ａがボス部３の外周輪郭と重なる孔（図２参照）、内周側孔縁５ａがボス部３の外周輪郭よりもボス部中心側に入り込んでいる孔（図３参照）のどちらかを設ける。

下孔５の形状は、両端部を除いて孔幅ｗがほぼ一定している形状（図２参照）や、孔幅ｗが孔の中央部で最大となり、その孔幅が孔の周方向両端に向かって次第に小さくなる形状（図３参照）などが考えられる。中でも、外周側孔縁５ｂの曲率を内周側孔縁５ａの曲率よりも大きくした図３の下孔形状は、鍔４の外周から下孔５までの寸法が中央部のｈ₁ から両端のｈ₂ まで次第に増大するので、後述する下第２パンチの下孔周りの肉厚を確保し易い。

ボス部３に接したその下孔５は、図４及び図５に示すような金型、即ち、ボス部３の下面を成形する下第１パンチ９、鍔４の下面を成形する下第２パンチ１０、下孔５を成形するコアロッド１１、中心孔６を成形するコアロッド１２、鍔４の上面を成形する上パンチ１３、及び鍔４の外周を成形するダイ１４を備えた粉末成形装置を用いて第１部材２用の粉末成形体を作製するときに設ける。

下第２パンチ１０には、内周面に開放する縦長の切欠溝１６を設けており、この切欠溝１６に下孔成形用のコアロッド１１を軸方向スライド自在に組み込む。また、下孔５の内周側孔縁５ａを図３に示すようにボス部３の外周輪郭よりもボス部中心側に入り込ませるときには、図５に示すように、下第１パンチ９の外周にも切欠溝１６に対応させた切欠溝１７を設けてその切欠溝１７にコアロッド１１の一部を入り込ませる。

下第１パンチ９と下第２パンチ１０間に形成される境界線（第１領域と第２領域の下孔部に向かう境界線に相当）に対して、コアロッド１１と下第１パンチ９と下第２パンチ１０が接するＡ点におけるコアロッド１１の輪郭線（下孔の輪郭線に相当）が垂直に交わるようにすることが好ましい。

第１部材２用の粉末成形体は、混合された原料粉末を上述した粉末成形装置のキャビティに充填し、これを下第１パンチ９、下第２パンチ１０、上パンチ１３の３者で加圧して成形する。そしてこのときに、下孔５をコアロッド１１で、中心孔６をコアロッド１２でそれぞれ成形して設ける。

第２部材７は、焼結したもの、溶製金属を機械加工したものを問わないが、この発明では、図１の連結軸８の断面形状が非円形になるので、製造の容易さの面では焼結したものが有利である。

この第２部材７が、例えば、荷重を受けるカムなどである場合、連結軸８は十分な強度を確保する必要がある。この発明によれば、下孔５を成形するコアロッド１１が下第１パンチ９に接して両者間に下第２パンチ１０が介在されることがなくなる。そのために、下第２パンチ１０の肉厚による寸法規制が緩和されて連結軸８を従来の丸ピンに比べて太くすることが可能になり、上記の要求に応えることができる。

なお、下孔５は、周方向の両端部を応力集中が起こり難い円弧面やそれに近い曲面で形成すると好ましく、図３のように、内周側孔縁５ａをボス部３と重なる位置に入り込ませたものは、そのときに切欠溝１６の開放口側のコーナ１６ａが図６のように尖鋭になって下第２パンチ１０が欠けやすくなることを防止することができる。

この発明の複合焼結部品の第１部材は、図７に示すようなものであってもよい。図７の第１部材２２は、円筒部２３の一端側に内フランジ２４を設けたものである。この第１部材２２は、図８に示す粉末成形装置で粉末原料を加圧成形し、得られた粉末成形体を焼結して作製する。図８の粉末成形装置は金型の名称が図４と共通しているので、同一名称の金型に図４と同一符号を付して再説明を省く。

図７の第１部材２２は、第２部材（図示せず）の連結軸を嵌める下孔２５を内フランジ２４に設けており、内フランジ２４がこの発明で言う第１部材の第２領域となっている。円筒部２３を第２領域にしてこの円筒部２３に下孔２５を設けることもでき、そのときには、図８の外側の下パンチ（図の９）が下第２パンチ、内側の下パンチ（図の１０）が下第１パンチとなる。

この発明の複合焼結機械部品の一実施形態を示す断面図 図１の複合焼結機械部品の正面図 この発明の複合焼結機械部品の他の実施形態の正面図 図２の部品の第１部材を成形する粉末成形装置の要部の断面図 図４の装置の下パンチとコアロッドの軸直角断面図 下第２パンチの切欠溝の開放口側のコーナが尖鋭になった例を示す この発明の複合焼結機械部品のさらに他の例を示す端面図 図７の部品の第１部材を成形する粉末成形装置の要部の断面図 複合焼結機械部品の従来例を示す正面図 図９の複合焼結機械部品の断面図 図９の部品の第１部材を成形する従来の粉末成形装置の要部の断面図

符号の説明

１ 複合焼結機械部品
２ 第１部材
３ ボス部
４ 鍔
５ 下孔
５ａ 内周側孔縁
５ｂ 外周側孔縁
６ 中心孔
７ 第２部材
８ 連結軸
９ 下第１パンチ
１０ 下第２パンチ
１１ コアロッド
１２ コアロッド
１３ 上パンチ
１４ ダイ
１６、１７ 切欠溝
２２ 第１部材
２３ 円筒部
２４ 内フランジ
２５ 下孔

Claims (6)

1. 第１領域とこの第１領域に対して段差を生じた第２領域とを有する第１部材の前記第２領域に、軸方向に貫通した下孔を設け、その下孔に第２部材を取り付けて構成される複合焼結機械部品において、前記下孔を、孔縁の一部が前記第１領域の輪郭に沿う非円形孔にして前記第１領域に接する位置に設けたことを特徴とする複合焼結機械部品。
2. 前記下孔の第１領域の輪郭に沿う孔縁部を、前記第１領域内に入り込ませた請求項１に記載の複合焼結機械部品。
3. 前記第１部材が、第１領域となるボス部の外周に第２領域となる鍔を備えた部品であり、この第１部材の鍔に、孔幅が孔の中央部で最大となり、かつ、その孔幅が孔の周方向両端に向かって次第に小さくなる形状の周方向長孔が前記下孔として前記ボス部に接して設けられている請求項１又は２に記載の複合焼結機械部品。
4. 前記第２部材を、第１部材を構成する粉末成形体に組み合せ焼結して取り付けた請求項１乃至３のいずれかに記載の複合焼結機械部品。
5. 互いに分割された下第１パンチ及び下第２パンチと、下第２パンチに設けた切欠溝に軸方向スライド可能に嵌めて下第１パンチとの間に配置する下孔成形用のコアロッドと、上パンチと、ダイとを有し、
   ダイのキャビティに充填した粉末原料を前記下第１パンチ、下第２パンチと、上パンチとで加圧し、下第１パンチに加圧される第１領域と下第２パンチに加圧される第２領域の端面に段差があり、かつ、第２領域に前記コアロッドによって下孔が形成された粉末成形体を得るようにした粉末成形装置。
6. 下第２パンチの切欠溝に対応させた切欠溝を下第１パンチに設け、この下第１パンチの切欠溝に前記コアロッドの一部を入り込ませた請求項５に記載の粉末成形装置。

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