JP2006205250A

JP2006205250A - 粉末成形金型及び圧分体の製造方法

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Publication number: JP2006205250A
Application number: JP2005024008A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Morita; 正森田
Original assignee: Diamet Corp
Current assignee: Diamet Corp
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2005-01-31
Publication date: 2006-08-10

Abstract

【課題】上面に直径が異なる二つの突起が形成された圧粉体の各突起の密度差を小さくする。
【解決手段】下パンチ３の加圧面３１には、第１収容孔３２及び第２収容孔３３が第１凹部２２及び第２凹部２３とそれぞれ上下方向に対向して形成され、第１収容孔３２及び第２収容孔３３には、第１加圧ロッド４及び第２加圧ロッド５がそれぞれ上下移動可能に嵌合され、第１収容孔３２の断面積が第１凹部２２の断面積より大きく設定され、第２収容孔３３の断面積が第２凹部２３の断面積より小さく設定されており、両加圧ロッド４，５を下降状態として各収容孔３２，３３の上端部を開放しておき、ダイ１の内部に粉末を充填した後、両加圧ロッド４，５によって第１収容孔３２及び第２収容孔３３内の粉末をダイ１の内部にそれぞれ押し上げながら、上パンチ２と下パンチ３とによって粉末を加圧し、第１、第２凹部２２，２３内に粉末を押し込む。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属やセラミック等の粉末を加圧成形するための粉末成形金型、及びその金型を用いた圧粉体の製造方法に関する。

一般に、金属やセラミック等の粉末を加圧成形するための粉末成形金型は、下記特許文献１に記載されているように、ダイと上下のパンチとから構成されている。上パンチと下パンチとは、上下方向に互いに接近移動させられ、ダイの内部に充填された粉末を加圧して、圧粉体を成形する。
特開平５−９３２０２号公報

図６は、粉末成形金型によって成形される圧粉体の一例を示す。この圧粉体Ａは、円板状の主部Ａ１と、この主部Ａ１の一端面に形成された円柱状をなす第１突起Ａ２及び第２突起Ａ３とを有している。第１突起Ａ２は、第２突起Ａ３より小径に形成されている。

このような圧粉体Ａを粉末成形金型によって成形する場合には、通常、下パンチの加圧面に第１突起Ａ２及び第２突起Ａ３を成形するための第１凹部及び第２凹部が形成される。しかしながら、下パンチに何等かの制約があり、第１、第２凹部を形成することができないことがある。そのような場合には、上パンチの加圧面に第１、第２凹部を形成する必要がある。

上パンチの加圧面に第１、第２凹部を形成した場合には、成形された圧粉体Ａの第１突起Ａ２の密度が第２突起Ａ３の密度より低くなってしまうという問題があることが判明した。すなわち、上パンチを下方へ移動させると、それに伴ってダイの内部の粉末が第１、第２凹部内に入り込む。この場合、第１、第２凹部の内径が同一であれば、粉末は第１、第２凹部にほぼ均等に入り込む。しかし、第１凹部の内径は、第１突起Ａ２の外径が第２突起Ａ３の外径より小径であることに対応して、第２凹部の内径より小径になっている。第１凹部の内径が第２凹部の内径より小径であると、第１凹部内への粉末の流入抵抗が第２凹部内への粉末の流入抵抗より大きくなる。このため、第１凹部には粉末が十分に加圧された状態で入り込むことができず、その結果、第１突起Ａ２の密度が第２突起Ａ３の密度より低くなってしまうのである。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、径の異なる複数の突起を有する圧粉体であっても、これら突起間の密度差を小さくすることができる粉末成形金型及び圧粉体の製造方法を提供することを目的とする。

前記の課題を解決するための手段として、次のような構成を採用する。
すなわち、この発明に係る粉末成形金型は、ダイと上パンチ及び下パンチとから構成される粉末成形金型において、前記上パンチの加圧面には、第１凹部と、この第１凹部より断面積が大きい第２凹部とが形成され、前記下パンチの加圧面には、前記第１凹部と上下方向に対向する位置に収容孔が形成され、該収容孔に加圧ロッドが上下移動可能に嵌合されていることを特徴とする。
そして、加圧ロッドを下降状態として前記収容孔の上端部を開放しておき、ダイの内部に粉末を充填した後、前記加圧ロッドによって前記収容孔内の粉末を前記ダイの内部に押し上げながら、前記上パンチと前記下パンチとによって粉末を加圧する。

本発明においては、粉末成形を行う際、第２凹部内には、その直下の粉末が下パンチの加圧面によって圧力を受けながら入り込む。一方、第１凹部の下方では、下パンチの収容孔内に充填されている粉末が、加圧ロッドによってダイの内部に押し上げられ、それがダイの内部の粉末を第１凹部に向かって押し、該第１凹部内に入り込ませる。つまり、小径の第１凹部に粉末を入り込ませる場合に、その下方の下パンチに予め拡張した粉末溜りを作っておいて、その粉末の押し上げ力を利用して第１凹部に粉末を入り込ませるのである。

この場合、加圧ロッドの軸線の延長線付近では加圧ロッドによる押し上げ力が粉末に直接作用するが、それから半径方向に離れると分散して弱められる。したがって、前記収容孔及び加圧ロッドの断面積を第１凹部よりも大きくしておくことにより、加圧ロッドによる押し上げ力を第１凹部に向けて有効に作用させ得て、該第１凹部内に入り込ませる粉末の量を多くすることができる。

また、本発明では、次のような手段としてもよい。
すなわち、下パンチの加圧面には、第１収容孔及び第２収容孔が前記第１凹部及び第２凹部とそれぞれ上下方向に対向して形成され、前記第１収容孔及び第２収容孔には、第１加圧ロッド及び第２加圧ロッドがそれぞれ上下移動可能に嵌合され、前記第１収容孔の断面積が前記第１凹部の断面積より大きく設定され、前記第２収容孔の断面積が前記第２凹部の断面積より小さく設定されていることを特徴とする。
そして、前記第１加圧ロッド及び第２加圧ロッドを下降状態として前記第１収容孔及び第２収容孔の上端部を開放しておき、ダイの内部に粉末を充填した後、前記第１加圧ロッド及び第２加圧ロッドによって前記第１収容孔及び第２収容孔内の粉末を前記ダイの内部にそれぞれ押し上げながら、前記上パンチと前記下パンチとによって粉末を加圧する。

この発明においては、粉末成形を行う際、第１、第２収容孔内の粉末が第１、第２加圧ロッドによってダイの内部にそれぞれ押し上げられる。各収容孔から押し上げられた粉末は、ダイの内部に充填されている粉末を第１、第２凹部に向かって押し、第１、第２凹部内に入り込ませる。このとき、第２収容孔の断面積は第２凹部の断面積より小さいので、第２加圧ロッドで押し上げられることにより第２凹部に入り込む粉末の量は、比較的少ない。一方、第１凹部に関しては、第１収容孔の断面積が第１凹部の断面積より大きいので、第１加圧ロッドで押し上げられた比較的多量の粉末が第１凹部に入りこむ。

本発明の粉末成形金型及び圧粉体の製造方法によれば、第１凹部内の粉末の圧力を高めることができ、それによって第１突起の密度を高くすることができる。その結果、第１突起と第２突起との密度差を小さくすることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して説明する。
まず、本発明に係る粉末成形金型の一実施の形態を説明する。本実施形態の粉末成形金型は、図６に示す圧粉体Ａを成形するためのものであり、図１及び図２に示すように、ダイ１、上パンチ２及び下パンチ３を備えている。
ダイ１は、その上端面から下端面まで貫通する加圧孔１１を有している。この加圧孔１１は、圧粉体Ａの本体部Ａ１に対応して断面円形に形成されている。

上パンチ２は、加圧孔１１の断面形状に対応して断面円形に形成されている。上パンチ２の少なくとも下部は、加圧孔１１の上部に摺動可能に嵌合される。上パンチ２の加圧面（下端面）２１には、第１凹部２２及び第２凹部２３が形成されている。第１凹部２２は第１突起Ａ２を成形するためのものであり、第２凹部２３は第２突起Ａ３を成形するためのものである。したがって、第１凹部２２の形状寸法は第１突起Ａ２の形状寸法に対応し、第２凹部２３の形状寸法は第２突起Ａ３の形状寸法に対応して定められている。

下パンチ３は、加圧孔１１の断面形状に対応して断面円形に形成されている。下パンチ３の少なくとも上部は、加圧孔１１の下部に摺動可能に嵌合される。下パンチ３には、その加圧面（上端面）３１から下端面まで貫通する第１、第２収容孔３２，３３が形成されている。

第１収容孔３２は、第１凹部２２が断面円形であることに対応して断面円形に形成されており、その軸線ｘ１を第１凹部２２の軸線Ｘ１の延長上に一致させて配置され、該第１収容孔３２の内径ｄ１は、第１凹部２２の内径Ｄ１より大径に設定されている。したがって、第１収容孔３２の断面積は第１凹部２２の断面積より大きくされている。
一方、第２収容孔３３は、第２凹部２３が断面円形であることに対応して断面円形に形成されており、その軸線ｘ２を第２凹部２２の軸線Ｘ２の延長上に一致させて配置され、該第２収容孔３３の内径ｄ２は、第２凹部２３の内径Ｄ２より小径に設定されている。したがって、第２収容孔３３の断面積は、第２凹部２３の断面積より小さくされている。

そして、第１収容孔３２には第１加圧ロッド４が、第２収容孔３３には第２加圧ロッド５がそれぞれ上下移動可能に嵌合されている。図１では、第１、第２加圧ロッド４，５の上端面は、下パンチ３の加圧面３１より下方に位置して示されており、この状態では、第１、第２収容孔３２，３３の各上部には、第１、第２ロッド４，５の上端面を底面とする第１、第２収容室６，７が形成される。
なお、第１、第２加圧ロッド４，５の各下端部は、下パンチ３から下方に突出しており、その突出した各下端部がプレス機の同一のプラテン（図示略）上に支持され、該プラテンを図示略の駆動機構によって操作して第１、第２加圧ロッド４，５を同時に上下方向へ移動させるようになっている。

次に、前記構成の粉末成形金型を用いて圧粉体Ａを製造する場合について説明する。
まず、図３に示すように、第１、第２加圧ロッド４，５の上端面を下パンチ３の加圧面３１より下方に位置させて、第１、第２収容室６，７を形成しておく。そして、加圧孔１１内に所定量の粉末８を装入する。加圧孔１１内に装入された粉末８の一部は、第１、第２収容室６，７にも入り込む。

次に、上パンチ２の下部を加圧孔１１の上部に嵌合させる。そして、上パンチ２を下方に移動させることによって加圧孔１１内の粉末８を加圧し、この上パンチ２の下方移動に合わせて、第１、第２加圧ロッド４，５を上方へ移動させる。
このとき、第１、第２ロッド４，５を上方へ移動させると、第１、第２収容室６，７内に収容された粉末８が加圧孔１１内に押し出される。第１、第２収容室６，７から押し出された粉末８は、それらの上方に存在する加圧孔１１内の粉末８を押し上げ、第１、第２凹部２２，２３内に入り込ませるとともに、第１、第２凹部２２，２３内の粉末８を加圧する。

ここで、第１、第２収容室６，７から粉末８を押し出すことによって加圧孔１１内の粉末８に発生する圧力は、図４において矢印で示すように、第１、第２収容室６，７から上方へ離間するにしたがって周囲に広がるように分散するが、第１、第２収容室６，７の中心線上及びその近傍では粉末８に作用する圧力が比較的高い状態に維持される。
この場合、第２収容室７の内径（第２収容孔３３の内径）、つまり第２加圧ロッド５の外径は第２凹部２３の内径より小さくなっているため、第２加圧ロッド５の押し上げ力による粉末８の圧力は、第２凹部２３の中心部付近では比較的高いものの、第２凹部２３の内周縁部付近では分散して弱められる。

これに対して、第１収容室６の内径（第１収容孔３２の内径）、つまり第１加圧ロッド４の外径は第１凹部２２の内径より大きいので、第１加圧ロッド４による押し上げ力が、その中心線から離れた付近では分散して弱められるが、その弱められた範囲よりも第１凹部２２の内径が小さいため、該第１凹部２２に対しては、そのほぼ全断面積をカバーできる広い範囲で圧力が伝わる。
したがって、第１凹部２２内の粉末８を第２凹部２３内に比べて高く加圧することができ、第１凹部２２内の粉末８の密度を高くすることができる。よって、圧粉体Ａの第１突起Ａ２の密度を高くすることができ、第１突起Ａ２と第２突起Ａ３との密度差を小さくすることができる。

なお、周知のように、上パンチ２を下方へ加圧移動させる際には、圧粉体Ａの本体部Ａ１の上下方向における各部の密度を均一にするために、ダイ１も上パンチ２の移動量の範囲で下方へ移動させるのが望ましい。また、ダイ１を位置固定するとともに、下パンチ３を上方へ移動させてもよい。
また、ダイ１の加圧孔１１の断面形状は、前記実施形態の円形に限らず、成形すべき圧粉体の断面形状に対応して、例えば四角形、楕円形等の形状が採用される。

第１、第２凹部２２，２３も、成形すべき圧粉体の突起形状に合わせて、円形断面の他、四角形や楕円形等の断面形状が採用される。この場合、下パンチ３の第１、第２収容孔３２，３３並びに第１、第２加圧ロッド４，５の断面形状は、必ずしも第１、第２凹部２２，２３と相似形状でなくともよく、例えば、断面円形の第１、第２凹部２２，２３に対して、断面四角形の第１、第２収容孔３２，３３並びに第１、第２加圧ロッド４，５としてもよい。その場合でも、第１収容孔３２及び第１加圧ロッド４の断面は、第１凹部２２の断面全体を投影できる大きさであることが望ましく、第２収容孔３３及び第２加圧ロッド５の投影断面は、第２凹部２３の断面に比べて十分小さいものとされる。そのような関係のものも含めて、本発明では、第１収容孔の断面積が第１凹部の断面積より大きく設定され、第２収容孔の断面積が第２凹部の断面積より小さく設定されている、というものとする。

また、図示例では、第１、第２凹部２２，２３は、上パンチ２にめくら穴として形成した例を示しているが、第１、第２凹部２２，２３と同一の内径の貫通孔を形成し、各貫通孔に、その下端部を残してロッドをそれぞれ嵌合固定することにより、これら貫通孔の下端部をそれぞれ第１、第２凹部２２，２３としてもよい。

この発明に係る粉末成形金型の一実施の形態を示す縦断面図である。同実施の形態の分解斜視図である。図１及び図２に示す金型の加圧孔内に粉末を装入した状態を示す縦断面図である。加圧孔内に装入された粉末を上下のパンチによって加圧しているときの状態を示す縦断面図である。上下のパンチによる加圧が完了した状態を示す縦断面図である。本発明の成形対象である圧粉体の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１ダイ、２上パンチ、３下パンチ、４第１加圧ロッド、５第２加圧ロッド、８粉末、１１加圧孔、２１加圧面、２２第１凹部、２３第２凹部、３１加圧面、３２第１収容孔、３３第２収容孔

Claims

ダイと上パンチ及び下パンチとから構成される粉末成形金型において、前記上パンチの加圧面には、第１凹部と、この第１凹部より断面積が大きい第２凹部とが形成され、前記下パンチの加圧面には、前記第１凹部と上下方向に対向する位置に収容孔が形成され、該収容孔に加圧ロッドが上下移動可能に嵌合されていることを特徴とする粉末成形金型。
前記収容孔及び加圧ロッドは、前記第１凹部よりも断面積が大きいことを特徴とする請求項１記載の粉末成形金型。
請求項１又は２記載の粉末成形金型を用いて圧粉体を製造する方法であって、前記加圧ロッドを下降状態として前記収容孔の上端部を開放しておき、ダイの内部に粉末を充填した後、前記加圧ロッドによって前記収容孔内の粉末を前記ダイの内部に押し上げながら、前記上パンチと前記下パンチとによって粉末を加圧することを特徴とする圧粉体の製造方法。
ダイと上パンチ及び下パンチとから構成される粉末成形金型において、前記上パンチの加圧面には、第１凹部と、この第１凹部より断面積が大きい第２凹部とが形成され、前記下パンチの加圧面には、第１収容孔及び第２収容孔が前記第１凹部及び第２凹部とそれぞれ上下方向に対向して形成され、前記第１収容孔及び第２収容孔には、第１加圧ロッド及び第２加圧ロッドがそれぞれ上下移動可能に嵌合され、前記第１収容孔の断面積が前記第１凹部の断面積より大きく設定され、前記第２収容孔の断面積が前記第２凹部の断面積より小さく設定されていることを特徴とする粉末成形金型。
請求項４記載の粉末成形金型を用いて圧粉体を製造する方法であって、前記第１加圧ロッド及び第２加圧ロッドを下降状態として前記第１収容孔及び第２収容孔の上端部を開放しておき、ダイの内部に粉末を充填した後、前記第１加圧ロッド及び第２加圧ロッドによって前記第１収容孔及び第２収容孔内の粉末を前記ダイの内部にそれぞれ押し上げながら、前記上パンチと前記下パンチとによって粉末を加圧することを特徴とする圧粉体の製造方法。