JP2010005678A - 圧粉体成形金型装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外周面の軸方向中間部にくびれ部を有する円筒状の圧粉体をダイスから軸方向に抜き出し可能に圧縮成形する。
【解決手段】圧粉体１のキャビティＣの外周面形状を形成するダイス孔２５を有する内側ダイス２０を、軸方向に直交する水平方向に分割する複数の分割ダイス２１で構成し、各分割ダイス２１を、パンチホルダ１３上にスライダ２７を介して離接自在に設置する。スライダ２７を引っ張りバネ２８で互いに近付け、通常は分割ダイス２１が合体状態となるようにする。粉末を上下のパンチ３５，１５で圧縮した後は、内側ダイス２０の周囲の外側ダイス１０を相対的に下降させてカム棒３１をスライダ２７に装着したローラ２９間に押し込み、分割ダイス２１を分割させて圧粉体１を分割ダイス２１内から軸方向に抜き出し可能とする。
【選択図】図５

Description

本発明は圧粉体の成形金型装置に係り、特に、略鼓状の焼結部品の圧粉体を軸方向に圧縮して成形する金型装置に関するものである。

軸受等の精密な円筒状部品を製造する場合には、原料粉末を圧縮成形して得た圧粉体を加熱して焼結し、焼結部品として得ることが普及している。圧粉体の成形は、ダイスのダイス孔に形成されるキャビティに粉末を充填し、該粉末をダイス孔に挿入される上下パンチによって軸方向に圧縮して得ている（特許文献１等参照）。

特開２００２−２９５４７５号公報

ところで、外周面が円筒状であって、軸方向中間部に小径のくびれ部を有する鼓状をなした焼結部品の需要がある。このような焼結部品の圧粉体を成形するには、くびれ部がアンダーカット部となってダイス孔から抜き出すことができないため、例えば円筒状に成形して焼結したから、外周面を切削加工するなどの方法で、鼓状のものを得ることはできる。しかしながらこのような方法では、焼結後の後工程が増えたり材料が無駄になったりし、さらにこれらの理由でコストの上昇が問題となる。したがって、粉末の圧縮成形工程のみで製造可能な技術が望まれた。なお、上記特許文献１には軸方向端部の外周面が小径となる形状の成形技術が記載されてはいるが、軸方向中間部が小径のものについての技術は記載されていない。

よって本発明は、外周面の軸方向中間部にくびれ部を有する円筒状の圧粉体を好適に圧縮成形することができ、このため、焼結部品としてからの切削等の後工程が不要になるとともに材料の無駄も発生せず、その結果、工程やコストの増大を抑えることができて生産性の向上が図られる金型装置を提供することを目的としている。

本発明の金型装置は、外周面が円筒状で、該外周面の軸方向中間部に小径のくびれ部を有する略鼓状の焼結部品の圧粉体を軸方向に圧縮して成形する金型装置であって、合体状態で圧粉体の外周面形状を形成するダイス孔を有し、軸方向に直交する方向に分割可能とされた複数の分割ダイスと、これら分割ダイスを合体状態に付勢する付勢手段と、合体状態の分割ダイスのダイス孔に摺動自在に挿入され、ダイス孔内に充填された粉末を軸方向に圧縮する上パンチおよび下パンチと、分割ダイスを、付勢手段の付勢力に抗して分割させて、圧縮成形された圧粉体を分割ダイス内から軸方向に抜き出し可能とする分割手段とを備えることを特徴としている。

本発明によれば、合体状態の分割ダイスに粉末を充填して上下のパンチで圧縮成形した後、分割ダイスを分割させることにより、圧縮成形された圧粉体を分割ダイス内から軸方向に抜き出すことができる。分割ダイスを分割することにより、圧縮成形時には外周面のくびれ部に密着し、かつ、係合していたダイス孔内周面のくびれ形成部は、形成されたくびれ部から離間して、圧粉体が抜き出し可能となる。このため、外周面にくびれ部を有する円筒状部品の圧粉体を、１回の圧粉成形工程で成形し、次いで抜き出すことすることができる。

本発明は、より具体的構成として、上記分割ダイスの周囲に、分割ダイスの周囲に、該分割ダイスに対して軸方向に相対移動可能であり、かつ、下方に延びるカム部材が上記分割手段として設けられた外側ダイスが配設され、分割ダイスには、該分割ダイスに対して外側ダイスが相対的に下降した際に、カム部材が作用して分割ダイスの分割動作を導くガイド部材が付設されている形態が挙げられる。

本発明によれば、粉末を圧縮成形した後に分割ダイスを分割することにより、外周面の軸方向中間部にくびれ部を有する円筒状の圧粉体をダイスから軸方向に抜き出すことができる。したがって、該円筒状部品の圧粉体を好適に圧縮成形することができる。このため、焼結部品としてからの切削等の後工程が不要になるとともに材料の無駄も発生せず、その結果、工程やコストの増大を抑えることができて生産性の向上が図られるといった効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
［１］焼結部品
図１は、一実施形態で圧縮成形して得る鼓形状の圧粉体を示している。この圧粉体１の中心には、内径が一定の孔２が形成されている。一方、円筒状の外径は一定の外径ではなく、軸方向両端部に大径部３が形成され、大径部３の間に、大径部３よりも小径のくびれ部４が形成されている。くびれ部４は、周方向に沿った均一径の底部４ａと、底部４ａから大径部３に至るテーパ部４ｂとからなっている。

［２」金型装置の構成
次に、図１に示した圧粉体１を原料粉末から圧縮成形する一実施形態の金型装置を説明する。図２はその金型装置を示しており、符号１０は外側ダイス、１１はヨークプレートである。外側ダイス１０とヨークプレート１１は、複数のガイドロッド１２によって連結されている。そして、外側ダイス１０とヨークプレート１１との間には、上方からパンチホルダ１３、ベースプレート１４が、それぞれガイドロッド１２に摺動自在に配設されている。

ベースプレート１４の上面の中心には、鉛直方向上方に延びる円柱状の下パンチ１５が、下パンチ押さえ１６によって固定されている。下パンチ１５の中心には、コアロッド挿通孔１７が貫通形成されている。コアロッド挿通孔１７は、下方のガイド孔１７ａと、このガイド孔１７ａよりも若干小径である上方の摺動孔１７ｂとが連続し、かつ、同心状に形成されてなるものである。

ヨークプレート１１の下面には、ヨークプレート１１および該ヨークプレート１１にガイドロッド１２を介して連結された外側ダイス１０を一体に昇降させる下ラム１８が固定されている。また、ヨークプレート１１の上面の中心には、鉛直方向に延びるコアロッド１９が、コアロッド押さえ１９ａによって固定されている。コアロッド１９は圧粉体１の孔２を形成するもので、ベースプレート１４のコアロッド貫通孔１４ａを貫通し、下パンチ１５のコアロッド挿通孔１７に対して下側のガイド孔１７ａから挿入され、摺動孔１７ｂに摺動する状態に貫通されている。コアロッド１９は、上端面が外側ダイス１０の上面と面一になる高さ（長さ）を有している。

パンチホルダ１３の上面には、図中左右方向に分割させられる分割ダイス２１が設けられている。分割ダイス２１は、合体すると円筒状の内側ダイス２０となるもので、換言すると、内側ダイス２０を左右対称に縦割りしたものが２つの分割ダイス２１を構成するということになる。

分割ダイス２１が合体して内側ダイス２０となった状態での外周部の、軸方向上端部には大径部２２が形成され、下端部には鍔部２３が形成され、大径部２２と鍔部２３との間が小径部２４となるように構成されている。また、内側ダイス２０の中心には、円筒状内周面のダイス孔２５が形成されるようになっている。このダイス孔２５の軸方向上端部には、くびれ部４を形成する周凸状２６が形成されている。ダイス孔２５には、パンチホルダ１３に形成された下パンチ貫通孔１３ａを貫通した下パンチ１５が下側から摺動自在に挿入される。

パンチホルダ１３の上面には、左右方向に移動自在に設けられた左右一対のスライダ２７が設けられている。そしてこれらスライダ２７上に、分割ダイス２１の鍔部２３がそれぞれ固定されており、各分割ダイス２１はスライダ２７ごとパンチホルダ１３上を左右方向に移動可能となっている。図３に示すように、各スライダ２７の分割ダイス２１の両側に当たる箇所には、それぞれ引っ張りバネ（付勢手段）２８が架け渡されており、これら引っ張りバネ２８によってスライダ２７は互いに近付く方向（図３（ｂ）で矢印方向）に付勢されている。この引っ張りバネ２８の付勢力により、通常、分割ダイス２１は接合面どうしが密着して合体し、内側ダイス２０を構成するようになっている。

また、図３に示すように、各スライダ２７における引っ張りバネ２８の装着部分のさらに外側には、分割方向に直交する水平方向（図３（ａ）で上下方向）を軸として回転するローラ（ガイド部材）２９が、それぞれ回転自在に装着されている。これらローラ２９は、離れたり近付いたりする各スライダ２７の互いの対向端部から相手側のスライダ２７側に突出した状態に配置されている。ローラ２９は、互いに対向する２つが１組とされ、これら１組のローラ２９はスライダ２７の移動方向に並び、かつ、所定の間隔をおいて装着されている。

図２に示すように、分割ダイス２１が合体してなる内側ダイス２０の大径部２２は外側ダイス１０の厚さと同等とされ、その大径部２２は、外側ダイス１０に形成された内側ダイス嵌合孔１０ａに摺動自在に嵌合される。図４に示すように、外側ダイス１０の下面の、内側ダイス嵌合孔１０ａの周囲には、下方に突出する２つのカム棒（カム部材）３１が固定されている。これらカム棒３１は、上記１組のローラ２９間の中央部分に対応する箇所に配置されている。カム棒３１の先端は、左右の側面がテーパ状に形成されてクサビ状となっている。

図５（ｄ）に示すように、外側ダイス１０がパンチホルダ１３に対して相対的に下方に移動して、内側ダイス嵌合孔１０ａが内側ダイス２０の大径部２２から抜けると、カム棒３１は１組のローラ２９の間に上方から入り込み、双方のローラ２９の接触を受けながら下降する。これにより、双方のローラ２９は、引っ張りバネ２８の付勢力に抗して転動しながら離間していき、これに追従して各スライダ２７および分割ダイス２１が離間していく。外側ダイス１０は内側ダイス２０の小径部２４の周囲に下降して内側ダイス嵌合孔１０ａの内周面と小径部２４との間に分割ダイス２１が外側に移動するスペースができるので、スライダ２７が外側へ移動して分割ダイス２１が離間することが可能となる。

カム棒３１のテーパ状先端部よりも上方の部分である主体部がローラ２９の間に挟み込まれた状態になると、分割ダイス２１が最も離れた分割完了の状態となり（図５（ｅ）参照）、この時、離れた分割ダイス２１の各周凸状２６で囲まれるスペースは、圧粉体１の大径部３の外径よりも大きく、内側ダイス２０内で圧縮成形された圧粉体１が軸方向に抜けることが可能となる。

内側ダイス２０の上方には、ダイス孔２５に上側から摺動可能に挿入される上パンチ３５が配設されている。上パンチ３５は、外側ダイス１０に対して上下動するように設けられた上パンチプレート３６に、上パンチ押さえ３７によって固定されている。上パンチ３５の中心には、コアロッド１９の挿通孔３５ａが形成されている。

［３］圧粉体の成形
以上が一実施形態の金型装置であり、次いで図５を参照して金型装置で圧粉体１を成形する手順を説明する。
図５（ａ）は原料の粉末を充填する過程であり、分割ダイス２１が合体した内側ダイス２０の大径部２２が、外側ダイス１０の内側ダイス嵌合孔１０ａに嵌合している。そして下パンチ１５が、ダイス孔２５とともに圧粉体１のキャビティＣを形成する高さ位置に調整され、そのキャビティＣに粉末フィーダ４０から粉末が充填される。

次いで図５（ｂ）に示すように、上パンチ３５を下降させてダイス孔２５内に挿入し、粉末を圧縮して圧粉体１を成形する。圧粉体１が成形されたら、図５（ｃ）に示すように上パンチ３５を上方に退避させるとともに、外側ダイス１０を下降させる。図５（ｄ）〜（ｅ）に示すように、外側ダイス１０をさらに下降させることにより、カム棒３１が左右１組のローラ２９の間に入り込み、これによって分割ダイス２１が左右方向に離れて分割されていく。図５（ｅ）は分割完了の状態を示し、この後、図５（ｆ）に示すように、パンチホルダ１３が下降して下パンチ１５上に載った圧粉体１が分割ダイス２１内から上方に抜き出される。

［４］一実施形態の作用効果
上記実施形態の金型装置によれば、圧粉体１の圧縮成形後に外側ダイス１０を下降させることにより、カム棒３１が左右のローラ２９を押し分け、スライダ２７が左右方向に離れるといった動作が自動的になされて分割ダイス２１が分割する。このように分割ダイス２１が分割することにより、圧粉体１を内側ダイス２０内から上方に抜き出すことが可能となる。分割ダイス２１が分割されると、圧縮成形時に圧粉体１の外周面のくびれ部４に密着して係合していたダイス孔２５の内周面のくびれ形成部である周凸状２６は、形成されたくびれ部４から離間して圧粉体１が抜き出し可能となるのである。

このため、外周面にくびれ部４を有する圧粉体１を、１回の圧粉成形工程で成形し、次いで抜き出すといった動作を、一連の過程で遂行することができる。その結果、焼結部品としてからの切削等の後工程が不要になるとともに材料の無駄も発生せず、また、工程やコストの増大を抑えることができるため、生産性の向上が図られる。

［５］一実施形態の変形例
図６および図７は、上記一実施形態の金型装置の変形例を示している。この金型装置はパンチホルダ１３が浮動状態で支持されるウィズドロアル型であり、上記一実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付してある。この金型装置のベースプレート１４上には、パンチホルダ１３を浮動状態に支持する複数のシリンダ装置５１が設けられている。シリンダ装置５１は、ベースプレート１４上に固定されたシリンダ５２と、このシリンダ５２から上方に対して伸縮するピストン５３とを備えたもので、ピストン５３が上方に伸びると、該ピストン５３がパンチホルダ１３の下面に当接してパンチホルダ１３を浮動状態に支持するようになっている。

また、パンチホルダ１３の下面の、図６で奥行き方向の中央部（図７（ｃ）で上下方向の中央部に当たる位置）には、下パンチ１５を間に挟む状態で左右一対の加圧ブロック５５が固定されている。一方、ベースプレート１４上の各加圧ブロック５５に対応する箇所には、加圧ブロック５５を受けるスライドブロック５６が、左右方向に移動可能にそれぞれ設けられている。図７（ｃ）に示すように、各スライドブロック５６の左右方向の外側寄りの端部にはスリット５６ａが形成されており、そのスリット５６ａ内に、上記ローラ２９と回転軸が平行なローラ５７が回転自在に装着されている。さらに、外側ダイス１０の下面の各ローラ５７に対応する箇所には、下方に延びるのカム棒５８がそれぞれ固定されている。これらカム棒５８の先端は、左右方向の外側がテーパ面にカットされたクサビ状に形成されている。

各スライドブロック５６は、通常、図示せぬバネ等によって互いに近付く方向に付勢されており、その状態で、シリンダ装置５１によるパンチホルダ１３の浮動支持状態を解除すると、パンチホルダ１３が下降して加圧ブロック５５がスライドブロック５６に載った状態になる。そして、この状態から外側ダイス１０が下降するとカム棒５８の先端テーパ面がローラ５７に当接し、さらに下降すると、カム棒５８によってローラ５７およびスライドブロック５６が外側方向に押されて移動する。カム棒５８はスリット５６ａ内に入り込み、その時にスライドブロック５６は加圧ブロック５５よりも外側に外れ、これにより加圧ブロック５５がベースプレート１４に落下するまで、パンチホルダ１３が下降するようになっている。

図８は、図６および図７に示した金型装置による粉末の圧縮成形の過程を示している。この金型装置では、まずはじめに、図８（ａ）に示すようにシリンダ装置５１によってパンチホルダ１３が浮動状態に支持されて、内側ダイス２０内のキャビティＣに粉末が充填される。次いで、シリンダ装置５１による浮動支持状態が維持されながら、上下のパンチ３５，１５によって粉末が圧縮成形される。この時、パンチホルダ１３で支持されている内側ダイス２０がシリンダ装置５１によって上方へ付勢されることにより、その付勢力と圧縮力をバランスしながら、粉末を圧縮することができる。（図８（ｂ））。

粉末が圧縮されて圧粉体１が成形されたら、シリンダ装置５１の浮動支持状態を解除し、加圧ブロック５５がスライドブロック５６に載せる。次に、図８（ｃ）〜（ｅ）に示すように外側ダイス１０を下降させて分割ダイス２１を離し、内側ダイス２０を分割させる。図８（ｅ）の段階で内側ダイス２０は分割完了の状態となっており、さらにここから外側ダイス１０を下降させる。すると、カム棒５８がローラ５７およびスライドブロック５６を外側方向に押し、スライドブロック５６が加圧ブロック５５よりも外側に外れ、加圧ブロック５５がベースプレート１４に落下するまで、パンチホルダ１３および各分割ダイス２１が下降する。すると、コアロッド１９上に載った圧粉体１が分割ダイス２１内から上方に抜き出される。

この変形例によっても、上記一実施形態と同様に、くびれ部４を有する鼓形状の圧粉体１を、ダイスから抜き出し可能に１回で圧縮成形することができる。なお、パンチホルダ１３を浮動状態に支持するものとしてのシリンダ装置５１は、上方への付勢力を調整可能な点で有効なものであるが、単に浮動状態としてパンチホルダ１３からの荷重を弾性的に受けるもので十分であるならば、図９に示すように、シリンダ装置５１に代えてコイル状のバネ６１でパンチホルダ１３を支持してもよい。

本発明の一実施形態に係る金型装置で圧縮成形する鼓状圧粉体の（ａ）平面図、（ｂ）側面図である。 本発明の一実施形態に係る金型装置の断面図である。 同金型装置の（ａ）パンチホルダ上の各構成要素を示す平面図、（ｂ）その正面図である。 同金型装置の（ａ）外側ダイスの平面図、（ｂ）その正面図である。 一実施形態の金型装置で粉末を圧縮成形する過程を（ａ）〜（ｆ）の順に示す断面図である。 一実施形態の金型装置にパンチホルダを浮動支持するシリンダ装置を付加した変形例の断面図である。 変形例の金型装置の（ａ）外側ダイスの平面図、（ｂ）パンチホルダ上の各構成要素を示す平面図、（ｃ）ベースプレートの平面図である。 変形例の金型装置で粉末を圧縮成形する過程を（ａ）〜（ｆ）の順に示す断面図である。 浮動支持装置をバネに代えた変形例の金型装置の断面図である。

符号の説明

１……圧粉体
４…くびれ部
１０…外側ダイス
１５…下パンチ
２０…内側ダイス
２１…分割ダイス
２５…ダイス孔
２８…引っ張りバネ（付勢手段）
２９…ローラ（ガイド部材）
３１…カム棒（カム部材）
３５…上パンチ
Ｃ…キャビティ

Claims (2)

1. 外周面が円筒状で、該外周面の軸方向中間部に小径のくびれ部を有する略鼓状の焼結部品の圧粉体を軸方向に圧縮して成形する金型装置であって、
   合体状態で前記圧粉体の外周面形状を形成するダイス孔を有し、前記軸方向に直交する方向に分割可能とされた複数の分割ダイスと、
   これら分割ダイスを合体状態に付勢する付勢手段と、
   合体状態の前記分割ダイスの前記ダイス孔に摺動自在に挿入され、前記ダイス孔内に充填された粉末を軸方向に圧縮する上パンチおよび下パンチと、
   前記分割ダイスを、前記付勢手段の付勢力に抗して分割させて、圧縮成形された圧粉体を分割ダイス内から軸方向に抜き出し可能とする分割手段と
   を備えることを特徴とする圧粉体成形金型装置。
2. 前記分割ダイスの周囲に、該分割ダイスに対して軸方向に相対移動可能であり、かつ、下方に延びるカム部材が前記分割手段として設けられた外側ダイスが配設され、
   前記分割ダイスには、該分割ダイスに対して前記外側ダイスが相対的に下降した際に、前記カム部材が作用して分割ダイスの分割動作を導くガイド部材が付設されていることを特徴とする請求項１に記載の圧粉体成形金型装置。

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