JP2008272795A - 筒状部材の圧粉成形用コア金型、圧粉成形装置、および圧粉成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】段付きコア金型を使用した、筒形状を有し内周側に軸方向の突出部或いは半径方向の窪み部を有する筒状部材の圧粉成形において、段付き部とそれに続く側面部とのコーナー部の曲率半径を小さくしてもコーナー部割れが生じにくいようにする。
【解決手段】筒形状を有し内周側に軸方向の突出部あるいは半径方向の段差または窪みを有する筒状部材を圧粉成形するためのコア金型であって、コア金型本体の外周面の少なくとも一部に半径方向に突出した段差部を有し、前記段差部の上面と同一面でコア金型本体が上下に２分割され、分割された面同士が機械的に締結又は接着材により接着されている構造にする。
【選択図】図７

Description

本発明は、圧粉成形によって筒状部材を製造するために使用するコア金型に係り、また、コア金型を備えた圧粉成形装置と圧粉成形方法に関する。なお、本明細書における筒状部材は、同心の内周面と外周面を有する部材であり、外径に比して高さが小さい環状のものも含むものである。

圧粉成形によって筒状圧粉成形体を製造する場合には、一般にコア金型、下パンチ、上パンチ及びダイが用いられる（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、上パンチと下パンチの間に粉末を充填し、上パンチまたは下パンチを相対的に移動させることによって、複層筒状圧粉体を成形する方法が記載されている。

特開２００６−３０５５７８号公報（要約）

圧粉成形法によって、ドーナツ状又は円筒状を有し、内周側に軸方向の突出部、あるいは半径方向の段差部あるいは窪み部を有する筒状成形体を製造する場合には、下記の点が問題になる。

１つは、パンチの最小幅が決まっているために、突起部の先端面、段差部、あるいは窪み部の半径方向の幅δが小さい筒状部材を得るのが難しいことである。

１つは、パンチで形成する成形体の段差高さをｈとしたときに、ｈ／δが大きい筒状部材を成形するのは、加える荷重が大きくなるために難しいことである。

これらの問題は、筒状成形体の内周面を形成するコア金型に、段付きコア金型を用いて、パンチに代えて段付きコアの金型の段差部で圧粉成形することによって解消できる可能性がある。

しかし、段付きコア金型を用いた場合には、筒状成形体の突起部先端面、あるいは段差部上面又は下面、あるいは窪み部上面又は下面と、それに連結する内周側面とのコーナー部の曲率半径Ｒが小さいものを成形することが難しい。

段付きコア金型では、段差部分のコーナー部に応力が集中する。このコーナー部には、段構造の上面に加わる力と、段構造の上部のコア側面に加わる力により引っ張り力が発生する。段付きコア金型の段差部におけるコーナーの曲率半径をＲとすると、そのコア金型を使用して成形された圧粉成形体の前記段差部に対応するコーナー部の曲率半径はＲとなる。このとき、段付きコア金型の段差部コーナー部での応力は１／Ｒ^λとなり、かつ、加える圧力に比例する。Ｒがゼロに近づき、段差部コーナー部での応力が破壊強度以上になると、他の部分では問題が生じないにもかかわらず、コーナー部のみに亀裂が生じる可能性がある。

本発明の目的は、段付きコア金型を使用した、筒形状を有し内周側に軸方向に突出した突出部或いは半径方向の窪み部を有する筒状部材の圧粉成形において、段付き部とそれに続く側面部とのコーナー部の曲率半径を小さくしてもコーナー部割れが生じにくいようにした段付きコア金型と、そのコア金型を備えた圧粉成形装置および圧粉成形法を提供することにある。また、段付きコア金型を用いて圧粉成形された筒状圧粉成形体を提供することにある。

本発明は、筒形状を有し内周側に軸方向の突出部あるいは半径方向の段差部または窪み部を有する筒状部材を圧粉成形するために用いるコア金型であって、外周面の少なくとも一部に半径方向に突出した段差部を有し、前記段差部の上面と同一面でコアが上下に２分割され、分割された面同士が締結部材により機械的に締結又は接着材により接着されていることを特徴とする段付きコア金型にある。

本発明の好ましい形態では、上下に分割されたコア同士が、分割面の中央部分でボルト締結、ネジ締結、あるいは一方のコアに凹部を形成し他方のコアに凸部を形成する嵌め込みによって締結される。

また、本発明の好ましい形態では、上下に分割されたコアの少なくとも一方の分割面にショットピーニングによる表面処理が施され、圧縮残留応力が与えられる。

本発明は、前記した構造のコア金型の外側に上パンチと下パンチを配置し、その外側にダイを配置し、上パンチと下パンチの間に充填された粉体を上パンチと下パンチを相対的に移動させることによって圧粉成形する筒状部材の圧粉成形装置にある。

また、本発明は、前記した構成を有する圧粉成形装置を用い、上パンチと下パンチの間に充填された粉体を、上パンチと下パンチを相対的に移動させることによって圧密化し、筒形状を有し筒の内周側の少なくとも一部が軸方向に突出あるいは半径方向に窪んでいる筒状部材を製造する筒状部材の圧粉成形方法にある。

本発明のコア金型において、上下に分割されたコアのうち上部のコアは圧粉成形される筒状部材の形状に対応させて変更することが好ましい。

本発明の圧粉成形方法において、コア金型の外周面に設けた段差部よりも上方に下パンチを固定し、上パンチを移動させる場合には、内周側の少なくとも一部が軸方向に突出した形状を有する筒状部材を製造することができる。

また、本発明の圧粉成形方法において、コア金型の外周面に設けた段差部よりも下方に下パンチを固定し、上パンチを移動させる場合には、内周側の少なくとも一部が半径方向に窪んだ形状を有する筒状部材を製造することができる。

本発明の段付きコア金型は、段付き部を２分割されているため、下記理由によりコーナー部での破損が生じにくい。

１）側面と底面が材料的に一体化されていないので、コーナー部分に底面と側面の応力の加算がない。

２）強い荷重が段付き面に垂直に加わるが、コア金型の段差面と同一平面上での締結により、段差部での引っ張り応力が弱まる。

３）段付き部分でコアが分離されているので、亀裂の進展がない。

そのため、段差上面と、これに連結するコア側面との連結部であるコーナー部が曲面的ではないか、あるいは曲率半径が小さい場合であるにも関わらず、コーナー部の応力集中を低減できる。

さらに、コア接続前に段差面を含んだコア断面部のショットピーニングにより、コーナー部の応力集中部に初期圧縮力を加えることで、破壊寿命を大幅に長期化できる。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
［比較例］
まず、段付き部分で上下に分割されていない段付きコア金型を用いた場合について、図１〜４を用いて説明する。

図１は段付きコア金型３の形状を示したものであり、（ａ）は側面方向からみた斜視図、（ｂ）は上面からみた平面図である。段付きコア金型３は、円柱形状をしたコア本体１の外周面に、半径方向に突出した凸形状の段差部２が、周方向に３個設けられた構造を有する。

この段付きコア金型を備えた圧粉成形装置の構成を図２、図３に示す。また、製造された圧粉成形体を図４（ａ）（ｂ）に示す。図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ部の内周側を拡大して示したものである。

図２、図３の圧粉成形装置において、図２は圧粉成形前の装置構成を示し、図３は圧粉成形後の装置構成を示す。図２、図３の中心線から左側は段差構造有り部分のコア１０１での装置構成であり、右側は段差構造無し部分のコア１０２での装置構成である。

圧粉成形は、段付きコア金型３の外側に下パンチ１０３を配置し、更にその外側にダイ１０６を配置し、下パンチ１０３とダイ１０６と段付きコア金型３の間に粉体１０５を充填し、上パンチ１０４に荷重を加えることにより行われる。これにより、図４に示すように内周側に突起部を有する筒状の圧粉成形体２００が得られる。

図１に示す段付きコア金型３において、コア本体１に設けられた段差部２の上面すなわち段差部上面６は、圧粉成形体２００の突起部２０１の先端面２０２を形成する部分になる。

圧粉成形時には、粉体１０５を通して、コア金型の段差部上面６と、その上面に連結するコア側面６３に力が加わる。段差部上面６とコア側面６３に垂直な荷重の比率は、一定の割合である。段差部上面６とコア側面６３に荷重が加わるため、コーナー部２０５に引っ張り応力が集中する。

コーナー部２０５での曲率半径をＲとしたとき、コーナー部２０５での応力集中は１／Ｒ^λと、加える圧力に比例する。コーナー部２０５を曲面構造にして、その曲率半径を大きくした場合には、コーナー部２０５に亀裂は生じにくいが、曲率半径を小さくして、例えば曲率半径をゼロにすると、コーナー部での応力集中によってコア金型にコーナー部を起点とする亀裂が生じる。

なお、図４において、２０３，２０４，２０７の符号はそれぞれ、圧粉成形体の突起部内側面２０３、曲率半径２０４、圧粉成形体の突起部高さ２０７を示す。

本発明の第一の実施例を、図５、図６、図７、図８を用いて説明する。

図５は段付きコア金型３の構成を示したものであり、（ａ）は上部コア３１と下部コア３２が締結された状態の斜視図、（ｂ）は上部コア３１と下部コア３２が分離された状態の斜視図、（ｂ）は段付きコアを上方から見た平面図を示している。

段付きコア金型３には、半径方向に凸形状の段差部２が、周方向に３個存在する。段つきコア金型は、段差部上面６と同一面で上下２つに分割され、上部コア３１と下部コアに分離している。段付きコア金型３の断面５は、段差部上面６と連結し同一面をなしている。

この断面５にて、上下のコアが分割可能な接続法で締結されている。図５では、下部コア３２の中央部分にボルト４０１を取り付け、上部コア３１の中央部分にナット４０２を取り付けることで、上下のコア同士を断面５にて強い接続でボルト締結している。上下コアの締結方法は、ボルト締結に限らず、上下コアの一方に凹部を形成し、他方に凸部を形成して、嵌め込みにより締結しても良い。

図５の段付きコア金型３には、断面５の上面と下面、段差部上面６、コア側面６３に、それぞれショットピーニングが施され、残留圧縮応力が加えられている。

図６と図７は、図５の段付きコア金型を備えた圧粉成形装置の構成図であり、図６は圧粉成形前の装置構成、図７は圧粉成形後の装置構成を示している。図６、図７において、中心線から左側は段差構造有り部分のコア１０１での装置構成図であり、右側は段差構造無し部分のコア１０２での装置構成図である。段付きコア金型の段差上面のコーナー部２０５は非曲面構造となっている。

この段付きコア金型の外周部分に下パンチ１０３を配置し、さらにダイ１０６を外周に配置し、ダイとコア金型、下パンチの間に粉体１０５を充填し、上パンチ１０４に荷重を加えて、圧粉成形体２００を製造する。

粉体１０５として圧粉磁心を用い、圧粉成形体の全体密度を、粉体を構成する物質の真密度の９２％以上とするように、プレス機により荷重を加え、図８に示す構造の圧粉成形体を製造した。

通常、このような状況では、前述の比較例においてはコア接続断面部で亀裂が生じ、コア金型が短期間で破損する。粉体の真密度が高いほど、コア金型の寿命は短くなる。しかし、本実施例では、コア金型が段差部上面と同一面で上下に分割され、さらに締結されているため、破損しない。３次元有限要素法によるコアに加わる応力計算を実施した結果では、コアに加わる最大の応力は、比較例の約半分であった。

さらにショットピーニングにより、残留圧縮応力が加えられているため、高サイクルの破壊寿命が長期化する。

本実施例によれば、図８に示すように、ドーナツ状構造の下面に突起部２０１を有し、その突起部が周方向に３個存在している圧粉成形体２００が成形される。なお、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ部を拡大したものである。

本実施例によれば、圧粉成形体２００は、突起部の先端面２０２と突起部内側面２０３との連結部が曲面構造ではなく、非曲面構造であることが分かる。本実施例では、図４（ｂ）に示す曲率半径２０４の部分の曲率半径をほぼゼロにすることができる。比較例の場合は、図４（ｂ）のように、曲率半径０．５ｍｍの曲面構造であるため、非曲面構造先端面でフラットな領域は図４（ｂ）よりも、図８（ｂ）の方が広いことがわかる。これより、突起部の先端面の幅２０６が狭い場合でも、先端面のフラットな領域の面積を大きくすることが可能である。

圧粉成形体の突起部２０１の先端面２０２の平坦性を向上すると、下記の効果が得られる。

１）圧粉成形体の突起部の先端面を近接させるＡｘｉａｌ Ｇａｐモータのような製品では、Ｇａｐ間隔が狭いので先端面がフラットの方が、回転が停止せず、かつ、接触時にノイズ発生を抑制できる。

２）突起部の先端面で重ね合わせていくとき、フラットの方が、密着力が向上する。

先端面と平面状の材料の接続時に、接続面を最大とすることができ、接触力を向上でき、さらには、無駄なスペースを無くすことができる。

３）全端面がフラットの方が幅の薄い機器向けに、薄型にできる点で好ましい。

本実施例は曲率半径Ｒがゼロの場合であるが、曲率半径Ｒが有限でもＲ／δ＜０．２、若しくはＲ＜０．１ｍｍであれば上記効果は十分得られる。ここでδは突起部の先端面の幅２０６である。Ｒ／δ＜０．１、Ｒ／δ＜０．０５になるにつれ、その効果は高まる。また、Ｒ＜０．１ｍｍ、Ｒ＜０．０５ｍｍになるにつれ、上記効果は高まる。

圧粉成形体の全体密度を、粉体を構成する物質の真密度の９２％以上と高密度化することにより下記効果が得られる。

１）成形体強度が向上。

２）搭機部品の様に限られたスペースでの搭載に有効。

３）ネットシェイプで成形可能であり、生産性が向上。

圧粉磁心材を使ったモータコアなどの成形に活用した場合には、さらに下記の効果がある。

４）磁束密度が向上し、モータ出力や、モータトルクが大きくなる。

５）従来と同等の磁束密度とした場合、圧粉磁心を小型化することができる。

圧粉成形体の全体密度が、粉体を構成する物質の真密度の９４％以上、９６％以上と高くなるにつれ、上記効果はさらに高まる。

さらに、最大応力が削減されるので、下記効果がある。

１）応力が平均化し、成形体密度を均一化できる。

２）一部に集中する残留応力を低減でき、ヒステリシス損が低減する。

３）粉体に絶縁被覆を施した圧粉磁心材を利用している場合、応力が平均化して集中しないため、その絶縁被覆の破壊が低減し、渦電流損が削減する。

４）金型寿命が長くなる。

本実施例では突起部２０１の数が３個の場合を示したが、３個以外のものでも同様の効果がある。

窪みつき成形体を成形する場合について、図９と、図１０（ａ）（ｂ）を用いて説明する。図９(ａ)は成形前の装置構成であり、図９（ｂ）は成形後の装置構成である。

実施例１と同様の圧粉成形装置構成により、円筒状、若しくは環状を有し、内周に窪みを有する圧粉成形体を成形できる。ただし、図９に示したように、下パンチ１０３は段付きコア金型の段差部２の上面位置よりも下方に取り付ける。

本実施例でも、実施例１と同じく、圧粉成形体の全体密度を、粉体を構成する物質の真密度の９２％以上とするように、プレス機により荷重を加えている。

図９のような圧粉成形装置の構成では、図１０（ｂ）のように環状構造の下面に窪み構造３０１が周方向に３個存在している窪みつき圧粉成形体１１１が成形される。

このとき、窪み構造３０１の上面３０２にて、窪み面をフラット的に、すなわち、（符号３０４に示す曲率半径Ｒ）／（幅３０６）＝０．１９となる。

これから、幅３０６が狭い場合でも、窪み面のフラット面積を大きくできる。

窪み面の下面の平坦性を向上すると下記効果がある。

１）窪み構造の窪み面は、フラットの方が、密着力が向上する。

窪み面と平面状の材料の接続時に、接続面を最大とすることができ、接触力を向上でき、さらには、無駄なスペースを無くすことができる。

２）フラットの方が幅の薄い機器向けに、薄型に出来る点でこのましい。

本実施例はＲ／δ＝０．１９のケースであった。ここでδは窪みの幅２０６である。

Ｒ／δ＜０．１、Ｒ／δ＜０．０５であれば、上記効果はさらに高まる。

圧粉成形体の全体密度を、粉体を構成する物質の真密度の９２％以上と高密度化することで下記効果がある。

１）成形体強度が向上。

２）搭機部品のように限られたスペースでの搭載に有効。

３）ネットシェイプにて成形可能であり、生産性が向上。

さらには圧粉磁心材を使ったモータコアなどの成形に活用した場合、下記の効果がある。

４）磁束密度が向上し、モータ出力や、モータトルクが大きくなる。

５）従来と同等の磁束密度とした場合、圧粉磁心を小型化することができる。

圧粉成形体の全体密度が、粉体を構成する物質の真密度の９４％以上、９６％以上と高くなるにつれ、上記効果はさらに高まる。

さらに、最大応力が削減されるので、下記効果がある。

１）応力が平均化し、成形体密度を均一化できる。

２）一部に集中する残留応力を低減できヒステリシス損が低減する。

３）粉体に絶縁被覆を施した圧粉磁心材を利用している場合、応力が平均化して集中しないため、その絶縁被覆の破壊が低減し、渦電流損が削減する。

４）金型寿命が長くなる。

本実施例では窪みが３個の例を示したが、３個以外でも同様の効果がある。

円筒状の段差部を有するコア金型を用いた場合について、図１１（ａ）（ｂ）、図１２、図１３を用いて説明する。

図１１（ａ）（ｂ）に示す段付きコア金型３には、円筒状段差部２０が存在する。コア金型は円筒状段差部２０の段差部上面６と同一面で上下２つに分割され、上部コア３１と下部コア３２に分かれている。上部コアと下部コアは分割面でボルト締結されている。下部コア３２の段差部上面６と分割面である断面５、および上部コア３１の外周面には、ショットピーニングが施され、残留圧縮応力が加えられている。

図１２は圧粉成形装置の構成図であり、圧粉成形後の状態を示している。段差構造有り部分のコアでのコーナー部は非曲面構造となっている。

この段付きコア金型３の外周部分に下パンチ１０３を配置し、さらにダイ１０６を外周に配置し、ダイと段付きコア金型、下パンチの間に粉体を充填し、上パンチ１０４に圧力を加えて、筒形圧粉成形体１５０を成形する。

粉体として軟磁性粉末を用いて圧粉磁心用の圧粉成形体を作製した。このとき、圧粉成形体の全体密度を、粉体を構成する物質の真密度の９２％以上とするように、プレス機により荷重を加えた。通常、このような状況では、コア接続断面部で亀裂が生じ、コア金型が短期間で破損する可能性がある。しかし、本実施例ではコア接続断面部にて、コアが分割後締結されているため、破損しない。さらにショットピーニングにより、残留圧縮応力が加えられているため、コア金型の高サイクルの破壊寿命が長期化する。

本実施例によれば、図１３に示したように、環状構造の下面に突起構造３０１が存在している筒形圧粉成形体１５０が得られる。

また、突起構造の先端面３０２の幅３０６が狭い場合でも、先端面のフラットな領域の面積を大きくできる。

成形体の突起構造先端面の平坦性を向上すると下記効果がある。

１）圧粉成形体の突起構造の先端面を近接させるＡｘｉａｌ Ｇａｐモータのような製品では、間隔が狭いので先端面がフラットの方が、回転が停止せず、かつ、接触時にノイズ発生を抑制できる。

２）突起構造の先端面で重ね合わせていくとき、フラットの方が、密着力が向上する。

先端面と平面状の材料の接続時に、接続面を最大とすることができ、接触力を向上でき、さらには、無駄なスペースを無くすことができる。

３）フラットの方が幅の薄い機器向けに、薄型に出来る点で好ましい。

本実施例は曲率半径Ｒがゼロの場合であるが、曲率半径Ｒが有限でも、Ｒ／δ＜０．２、若しくはＲ＜０．１ｍｍであれば上記効果は十分得られる。ここで、δは先端面の幅３０６である。

Ｒ／δ＜０．１、Ｒ／δ＜０．０５になるにつれ、上記効果はさらに高まる。また、Ｒ＜０．１ｍｍ、Ｒ＜０．０５ｍｍになるにつれ、上記効果は高まる。

圧粉成形体の全体密度を、粉体を構成する物質の真密度の９２％以上と高密度化することで下記効果がある。
１）成形体強度が向上。
２）搭機部品の様に限られたスペースでの搭載に有効。
３）ネットシェイプで成形可能であり、生産性が向上。

さらには圧粉磁心材を使ったモータコアなどの成形に活用した場合、下記の効果がある。
４）磁束密度が向上し、モータ出力や、モータトルクが大きくなる。
５）従来と同等の磁束密度とした場合、圧粉磁心を小型化することができる。

圧粉成形体の全体密度が、粉体を構成する物質の真密度の９４％以上、９６％以上と高くなるにつれ、上記効果は高まる。

さらに、最大応力が削減されるので、下記の効果がある。

１）応力が平均化し、成形体密度を均一化できる。

２）一部に集中する残留応力を低減できヒステリシス損が低減する。

３）粉体に絶縁被覆を施した圧粉磁心材を利用している場合、応力が平均化して集中しないため、その絶縁被覆の破壊が低減し、渦電流損が削減する。

４）金型寿命が長くなる。

図１１に示した段付きコア金型を用いた場合の別の実施例を、図１４、図１５により説明する。

本実施例では、図１４に示したように、下パンチ１０３を、コア金型の円筒状段差部２０の上面位置よりも上方に取り付けている。これにより、図１５に示すような形状をした筒形圧粉成形体１６０が得られる。

粉体として圧粉磁心を用いた。このとき、圧粉成形体の全体密度を、粉体を構成する物質の真密度の９２％以上とするように、プレス機により荷重を加えた。通常、このような状況では、コア接続断面部で亀裂が生じ、コア金型が短期間で破損する可能性がある。しかし、コア接続断面部にて、コアが分割後締結されているため、破損しない。

窪み構造４０１の上面４０２にて、窪み面をフラット的に、すなわち、曲率半径Ｒ＝０．１９ｍｍとなる。

窪み面の下面の平坦性を向上すると下記の効果がある。

１）窪み構造の窪み面は、フラットの方が、密着力が向上する。

窪み面と平面状の材料の接続時に、接続面を最大とすることができ、接触力を向上でき、さらには、無駄なスペースを無くすことができる。

２）フラットの方が幅の薄い機器向けに、薄型に出来る点で好ましい。

本実施例はＲ／δ＝０．１９のケースであった。ここでδは窪みの幅４０６である。

Ｒ＜０．１ｍｍ、Ｒ＜０．０５ｍｍになるにつれ、上記効果はさらに高まる。

圧粉成形体の全体密度を、粉体を構成する物質の真密度の９２％以上と高密度化することで下記の効果がある。

１）成形体強度が向上。

２）搭機部品の様に限られたスペースでの搭載に有効。

３）ネットシェイプにて成形可能であり、生産性が向上。

さらには圧粉磁心材を使ったモータコアなどの成形に活用した場合、下記の効果がある。

４）磁束密度が向上し、モータ出力や、モータトルクが大きくなる。

５）従来と同等の磁束密度とした場合、圧粉磁心を小型化することができる。

圧粉成形体の全体密度が、粉体を構成する物質の真密度の９４％以上、９６％以上と高くなるにつれ、上記効果はさらに高まる。

さらに、最大応力が削減されるので、下記の効果がある。

１）応力が平均化し、成形体密度を均一化できる。

２）一部に集中する残留応力を低減できヒステリシス損が低減する。

３）粉体に絶縁被覆を施した圧粉磁心材を利用している場合、応力が平均化して集中しないため、その絶縁被覆の破壊が低減し、渦電流損が削減する。

４）金型寿命が長くなる。

３Ｄモータコアを圧粉成形する場合を、図１６〜１９を用いて説明する。

図１６は、圧粉成形装置の構成図であり、圧粉成形後の状態を示している。図１６の左側は段差構造有り部分のコア１０１での装置構成、右側は段差構造無し部分のコア１０２での装置構成を示している。コア金型は段差部２の上面と同一面で上下に２分割され、上部コア３１と下部コア３２は、分割面である断面５の中央部分で凹形状と凸形状の嵌め込みで締結されている。凹形状と凸形状の嵌め込みとしたことで簡易に締結できる。段付きコア金型の段差部上面とそれに連結する側面とのコーナー部は非曲面構造となっている。

上部コア３１と上部コア３２の断面５の部分と、断面５と同一面をなす段差部上面と、それに連結する側面には、ショットピーニングが施され、残留圧縮応力が加えられている。

段付きコア金型の外周部分に下パンチ１２０と下パンチ１２１を配置し、さらにその外周にダイ１０６を配置し、ダイとコア金型と２つの下パンチの間に粉体を充填し、上パンチ１０４に圧力を加えて、３Ｄモータコアよりなる圧粉成形体５００を成形した。コアに隣接する下パンチ１２０，１２１には内周方向に段差構造を有する。

鉄の圧粉磁心を利用し、成形体の突起部構造の密度と成形体の全体の密度を９２％以上とするように荷重を印加した。通常、このような高密度では、段付きコアのコーナー部で亀裂が生じ、コア金型が短期間で破損する。この状況は材料の密度が高くなるほど寿命が短くなる。しかし、本発明ではコア金型のコーナー部にて、コアが分割され、さらに締結されているため、破損が抑えられる。さらにショットピーニングにより、残留圧縮応力が加えられているため、高サイクルの破壊寿命が長期化する。

本実施例により、図１７〜１９に示すように、環状構造の上面に突起状構造５０１が周方向に１２個および３０個存在している圧粉成形体５００が成形された。このとき、突起状構造２０１の先端面５０２にて、突起状構造の内周側面５０３と先端面の連結部は非曲面構造となり、先端面をフラットにすることができる。

圧粉成形体の突起先端面と内周側面との連結部を詳細に分析すると、曲面構造ではなく、非曲面構造であることが分かった。

これから、先端面２０２の幅が狭い場合でも、先端面のフラットな領域の面積を大きくできる。

圧粉成形体の突起状構造の先端面の平坦性を向上することにより、下記の効果が得られる。

１）突起構造の先端面で重ね合わせていくとき、フラットの方が、密着力が向上する。

先端面と平面状の材料の接続時に、接続面を最大とすることができ、接触力を向上でき、さらには、無駄なスペースを無くすことができる。

２）フラットの方が幅の薄い機器向けに、薄型にできる点で好ましい。

本実施例は曲率半径Ｒがゼロの場合であるが、曲率半径Ｒが有限でも、Ｒ／δ＜０．２、若しくはＲ＜０．１ｍｍであれば上記効果は十分得られる。ここでδは突起状構造の先端面５０２の幅である。

さらに、Ｒ／δ＜０．１、Ｒ／δ＜０．０５になるにつれ、上記効果は高まる。あるいは、Ｒ＜０．１ｍｍ、Ｒ＜０．０５ｍｍになるにつれ、上記効果は高まる。

圧粉成形体の全体密度を、粉体を構成する物質の真密度の９２％以上と高密度化することで下記の効果がある。

１）成形体強度が向上。

２）搭機部品の様に限られたスペースでの搭載に有効。

３）ネットシェイプで成形可能であり、生産性が向上。

さらには圧粉磁心材を使ったモータコアなどの成形に活用した場合、下記の効果がある。

４）磁束密度が向上し、モータ出力や、モータトルクが大きくなる。

５）従来と同等の磁束密度とした場合、圧粉磁心を小型化することができる。

圧粉成形体の全体密度が、粉体を構成する物質の真密度の９４％以上、９６％以上と高くなるにつれ、上記効果はさらに高まる。

さらに、最大応力が削減されるので、下記効果がある。

１）応力が平均化し、成形体密度を均一化できる。

２）一部に集中する残留応力を低減できヒステリシス損が低減する。

３）粉体に絶縁被覆を施した圧粉磁心材を利用している場合、応力が平均化して集中しないため、その絶縁被覆の破壊が低減し、渦電流損が削減する。

４）金型寿命が長くなる。

５）モータの部品、アクチュエータの部品、電装部品に効果がある。

実施例１〜５において、圧粉成形体の先端面あるいは窪み面に連結する複数面の中で、２面以上との連結コーナー部が非曲面構造である場合、下記に示すように先端面或いは窪み面をフラットにしたことの効果はさらに高まる。

１）圧粉成形体の突起構造の先端面を近接させるＡｘｉａｌ Ｇａｐモータのような製品では、間隔が狭いので先端面がフラットの方が、回転が停止せず、かつ、接触時にノイズ発生を抑制できる。

２）突起構造の先端面で重ね合わせていくとき、フラットの方が、密着力が向上する。

先端面と平面状の材料の接続時に、接続面を最大とすることができ、接触力を向上でき、さらには、無駄なスペースを無くすことができる。

３）フラットの方が幅の薄い機器向けに、薄型にできる点で好ましい。

モータの部品、アクチュエータの部品、電装部品に効果がある。

実施例１〜５で圧粉成形体の外周の平均半径をＡとするとき、突起先端面、若しくは窪み構造の径方向の幅δはδ／Ａ＜０．２若しくは、δ＜３ｍｍでリングの幅が狭くなる。リングの幅を狭くても、先端面がフラットであるため、部品特性を変化させず、成形体がコンパクトにできる。δ／Ａ＜０．１、δ／Ａ＜０．０５となるにつれ、またはδ＜２ｍｍ、δ＜１ｍｍとなるにつれ、より、コンパクト性が高まる。モータの部品、若しくはアクチュエータの部品、電装部品に効果がある。

実施例１〜５において、圧粉成形体の突起高さ、若しくは段差高さ、若しくは窪みの高さをｈとすると、ｈ／δ＞２では、成形体のリングの幅は狭くかつ、厚みがある部品となる。リングの幅を狭くしても、先端面がフラットであるため、部品特性を変化させず、成形体がコンパクトにできる。また、ｈ／δ＞４、ｈ／δ＞８となるにつれ、よりコンパクト性が高まる。

比較的厚さがあるモータの部品、アクチュエータの部品、電装部品に効果がある。

実施例１〜５による圧粉成形体の成形において、突起の部分に加わる荷重を大きくして、突起の部分の密度を真密度の９４％以上とすることで下記の効果がある。

１）成形体強度が向上。

２）搭機部品の様に限られたスペースでの搭載に有効。

３）ネットシェイプで成形可能であり、生産性が向上。

さらには圧粉磁心材を使ったモータコアなどの成形に活用した場合、下記の効果がある。

４）従来と同等の磁束密度とした場合、圧粉磁心を小型化することができる。

突起の部分の密度が真密度の９６％以上、９８％以上となるにつれ、上記効果はさらに高まる。

５）モータの部品、アクチュエータの部品、電装部品に効果がある。

実施例１〜５で成形した成形体の突起部分、若しくは窪み部分の形状に対応させて、コア金型分割面の上部の分割金型要素のみを変更することで、低コストでかつ、早く金型を変更できる。

コア金型の別の例を図２０にて説明する。

図２０のコア金型３には、半径方向に突出した凸形状の段差部２が、周方向に３個存在する。このとき、コア金型は段差部２の下面９５と同一面で上部コア９１と下部コア９２に分割され、分割面でボルト締結されている。上下のコアの分割面である断面５は、段差部の下面９５と連結している。このような形状のコア金型を使用した場合でも、実施例１〜５に示したような圧粉成形体を成形可能である。

比較例で用いた段付きコア金型の概略図である。 比較例で用いた圧粉成形装置の構成図であり、成形前の状態を示す。 比較例で用いた圧粉成形装置の構成図であり、成形後の状態を示す。 比較例で得られた圧粉成形体の概略図である。 実施例１で用いた段付きコア金型の概略図である。 実施例１で用いた圧粉成形装置の構成図であり、成形前の状態を示す。 実施例１で用いた圧粉成形装置の構成図であり、成形後の状態を示す。 実施例１で得られた圧粉成形体の概略図である。 実施例２で用いた圧粉成形装置の構成図であり、成形前と成形後の状態を示す。 実施例２で得られた圧粉成形体の概略図である。 実施例３で用いた段付きコア金型の概略図である。 実施例３で用いた圧粉成形装置の構成図であり、成形後の状態を示す。 実施例３で得られた圧粉成形体の概略図である。 実施例４で用いた圧粉成形装置の構成図であり、成形後の状態を示す。 実施例４で得られた圧粉成形体の概略図である。 実施例５で用いた圧粉成形装置の構成図であり、成形後の状態を示す。 実施例５で得られる圧粉成形体の一例を示した概略図である。 実施例５で得られる圧粉成形体の別の例を示した概略図である。 実施例５で得られる圧粉成形体の概略図である。 段付きコア金型の別の例を示した概略図である。

符号の説明

１…コア本体、２…段差部、３…段付きコア金型、５…断面、６…段差部上面、２０…円筒状段差部、３１…上部コア、３２…下部コア、６３…段差部側面、９１…上部コア、９２…下部コア、９５…下面、１０１…段差構造有り部分のコア、１０２…段差構造無し部分のコア、１０３…下パンチ、１０４…上パンチ、１０５…粉体、１０６…ダイ、１１１…窪みつき圧粉成形体、１２０…下パンチ、１２１…下パンチ、１５０…筒形圧粉成形体、１６０…筒形圧粉成形体、２００…圧粉成形体、２０１…突起部、２０２…突起部の先端面、２０３…圧粉成形体の突起部内側面、２０４…曲率半径、２０５…コーナー部、２０６…突起部の先端面の幅、４０１…ボルト、４０２…ナット。

Claims (9)

1. 筒形状を有し、内周側に軸方向の突出部または半径方向の段差部または窪み部を有する筒状部材を圧粉成形するために使用するコア金型であって、コア金型本体の外周面の少なくとも一部に半径方向に突出した段差部を有し、前記段差部の上面と同一面でコア金型本体が上下に２分割され、分割された面同士が機械的に締結又は接着材により接着されていることを特徴とする筒状部材の圧粉成形用コア金型。
2. 請求項１において、前記上下に分割されたコア同士が、分割面の中央部分でボルト締結、ネジ締結、あるいは一方のコアに凹部を形成し他方のコアに凸部を形成して嵌め込みによって締結されていることを特徴とする筒状部材の圧粉成形用コア金型。
3. 請求項１において、前記上下に分割されたコアの少なくとも一方の分割面にショットピーニングによる表面処理が施され、圧縮残留応力が与えられていることを特徴とする筒状部材の圧粉成形用コア金型。
4. 請求項１において、圧粉成形される筒状部材の形状に対応させて上下に２分割されたコアのうち上部のコアが変更可能であることを特徴とする圧粉成形用コア金型。
5. 前記段差部の上面と前記コア金型本体との連結部であるコーナー部が、
   １）非曲面構造である
   ２）前記コーナー部の曲率半径をＲ、前記段差部の半径方向の幅をδとするとき、Ｒ／δ＜０．２を満足する
   ３）前記コーナー部の曲率半径をＲとするとき、Ｒ＜０．２ｍｍである
   の条件の少なくとも１つを満足することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の筒状部材の圧粉成形用コア金型。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のコア金型の外側に上パンチと下パンチを配置し、その外側にダイを配置した構造を有し、前記上パンチと前記下パンチの間に充填された粉体を前記上パンチと前記下パンチを相対的に移動させることによって圧粉成形することを特徴とする筒状部材の圧粉成形装置。
7. コア金型本体の外周面の少なくとも一部に半径方向に突出した段差部を有し、前記段差部の上面と同一面でコア金型本体が上下に２分割され、分割面で上下のコアが締結部材により機械的に締結又は接着材により接着されているコア金型の外側に上パンチと下パンチを配置し、その外側にダイを配置して、前記上パンチと前記下パンチの間に充填した粉体を前記上パンチと前記下パンチを相対的に移動させることにより圧粉成形し、筒形状を有し内周側に段差または窪みを有する筒状部材を製造することを特徴とする筒状部材の圧粉成形方法。
8. 請求項７において、前記コア金型の外周面に設けた前記段差部よりも上方に前記下パンチを固定し、前記上パンチを移動させることによって前記上パンチと前記下パンチの間に充填された粉体を圧粉成形し、内周側の少なくとも一部が軸方向に突出している筒状部材を製造することを特徴とする筒状部材の圧粉成形方法。
9. 請求項７において、前記コア金型の外周面に設けた前記段差部よりも下方に前記下パンチを固定し、前記上パンチを移動させることによって前記上パンチと前記下パンチの間に充填された粉体を圧粉成形し、内周側の少なくとも一部が半径方向に窪んでいる筒状部材を製造することを特徴とする筒状部材の圧粉成形方法。

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