JP2010144241A - 成形金型装置 - Google Patents

Abstract

【課題】溶製材からなる軸部の周囲に圧粉体からなる鍔部が一体成形された複合素材を、圧入によらずに、割れやひびといった損傷が生じることなく、一定、かつ高い接合強度で一体成形することが実現可能な成形金型装置を提供する。
【解決手段】軸部供給手段５０によって軸部セット位置に供給された軸部３を、軸部装填ロッド６１により上パンチ３３内に挿入し、さらに上パンチ３３の粉末圧縮動作に追従して軸部３をダイス孔１０ａ内に挿入し、この状態で、ダイス孔１０ａ内に充填した粉末を上パンチ３３と下パンチ２３によって軸方向に圧縮する構成とする。鍔部の圧粉体２を圧縮成形すると同時に、この圧粉体２を軸部３に一体成形することができ、圧入によらない成形を可能とする。
【選択図】図２

Description

本発明は圧粉体の成形金型装置に係り、特に、溶製材等からなる軸部の周囲に鍔部の圧粉体を一体成形する成形金型装置に関するものである。

溶製材からなる円柱状の軸部の一端部に、焼結体からなる円板状の鍔部を一体成形した焼結複合部品の需要がある。このような部品を得るには、従来、次のような方法が採られていた。すなわち、図１に示すように中心に孔２ａを有する鍔部の圧粉体２を、粉末の圧縮成形によって得、次いで鍔部（圧粉体）２の孔２ａに、溶製材からなる軸部３を圧入して両者を一体化した複合素材１を得る。この後、複合素材１全体を焼結温度で加熱して、鍔部２を焼結体とするとともに軸部３に拡散接合させる（特許文献１等参照）。

特開２０００−８７１１４号公報

ところが従来の方法では、圧粉体の孔径と軸部の径とにばらつきがあると接合強度にばらつきが生じることになって一定の品質のものが得られにくく、しかも、接合強度が低いと軸部の抜けが生じ、一方、接合強度が高いと圧粉体に割れやひびが生じるといった不具合を招いている。そもそも、圧粉体の孔に軸部を圧入すると圧粉体に応力がかかって割れやひびが生じるおそれもあり、その上、圧入工程自体が手間のかかるものであるという不満もあったため、圧入の必要がない技術が求められた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、軸部に対し鍔部の圧粉体を、圧入によらずに、割れやひびといった損傷が生じることなく、一定、かつ高い接合強度で好適に一体成形することが実現可能な成形金型装置を提供することを目的としている。

本発明は、軸部の周囲に鍔部が形成された部品を、少なくとも鍔部を粉末冶金法による焼結体で得るにあたり、軸部に対し鍔部に近似する形状の圧粉体を一体成形する成形金型装置であって、鍔部の外周面に対応した内周面を有する円筒状のダイス孔を有するダイスと、このダイス孔内に、下側から同軸的、かつ軸方向に移動自在に挿入され、軸部と同等の外径を有する円柱状のコアロッドと、ダイス孔の内周面とコアロッドとの間に摺動自在に嵌入され、ダイス孔内に充填された粉末を軸方向に圧縮する円筒状の上パンチおよび下パンチと、ダイス孔から離間した待機位置にある上パンチの近傍に配設され、軸部を該上パンチ内に挿入可能な軸部セット位置に供給する軸部供給手段と、この軸部供給手段によって軸部セット位置に供給された軸部を、待機位置にある上パンチ内に挿入し、さらに、該上パンチが待機位置からダイス孔内に嵌入されて粉末を圧縮する圧縮位置に達する動作に追従して、該軸部をダイス孔内に挿入する軸部装填ロッドとを備えることを特徴としている。

本発明の成形金型装置では、軸部供給手段によって軸部セット位置に供給された軸部を、軸部装填ロッドにより、上パンチ内に挿入し、さらに上パンチの粉末圧縮動作に追従してダイス孔内に挿入し、この状態で、ダイス孔内に充填された粉末を上パンチと下パンチによって軸方向に圧縮することにより、粉末が圧縮成形され、かつ軸部に圧着し、これによって軸部の周囲に鍔部の圧粉体が一体成形されたものを得る。本発明によれば、鍔部の圧粉体を圧縮成形すると同時に、この圧粉体を軸部に一体成形することができる。

本発明によれば、圧粉体の孔に軸部を圧入することなく鍔部の圧粉体と軸部の一体化が図られる。このため、従来の圧入工程を省略することができるとともに、圧入で生じていた圧粉体の割れやひびといった損傷が圧粉体には生じず、不良品の発生が抑えられる。また、必要十分、かつ一定の圧縮荷重で圧粉体を圧縮成形することにより、高く、かつ一定の接合強度を得ることができ、歩留まりの向上が図られる。そして、圧入工程の省略や歩留まりの向上により、安価に成形することができるといった利点も得られる。

本発明の上記軸部供給手段の具体例としては、軸部を、軸方向が上下方向に沿った状態で水平方向に移動自在に収容するカセットと、該カセット内の軸部を押し込んで軸部セット位置まで移動させるプッシュロッドとを備え、カセットの軸部セット位置に対応する箇所には、軸部装填ロッドが貫通する貫通孔が形成されている形態が挙げられる。

また、軸部装填ロッドによって上パンチ内に挿入された軸部が不用意に落下することを防ぐ手段として、上パンチ内に該上パンチ内に軸部が挿入された状態を保持する保持手段が設けられている形態は、本発明の好ましい形態とされる。

本発明によれば、軸部に対し鍔部の圧粉体を、圧入によらずに、割れやひびといった損傷が生じることなく、一定、かつ高い接合強度で好適に一体成形することができ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］成形金型装置の構成
図２は、図１で示した圧粉体からなる鍔部２に軸部３が一体成形された複合素材１を成形する一実施形態の成形金型装置を示している。図２中、符号１０はダイス、１１はベースプレート、１２はヨークプレートである。ダイス１０とヨークプレート１２は、複数のガイドロッド１３によって連結されている。そして、ダイス１０とヨークプレート１２との間に、ベースプレート１１がガイドロッド１３に摺動自在な状態に配設されている。

ダイス１０の中心には、ダイス孔１０ａが形成されている。このダイス孔１０ａは、複合素材１の鍔部２の外径と同等の内径を有する円筒状で、軸方向が鉛直方向に沿っており、その内周面によって鍔部２の外周面が形成されるものである。ダイス１０の上面には、ダイス孔１０ａに対して進退して粉末Ｐをダイス孔１０ａにすり切り状態で充填する粉末フィーダ１４が設けられている。

ベースプレート１１の上面には、複数のベースシリンダ２１を介して下パンチホルダ２２が昇降可能に設けられており、この下パンチホルダ２２上に、円筒状の下パンチ２３がダイス孔１０ａと同軸的に固定されている。下パンチ２３の内径および外径は、それぞれ鍔部２の内径（孔２ａの内径）および外径と同等であり、下パンチ２３の上端面によって鍔部２の一方の端面（軸部３が突出しない側の端面）が形成されるものである。下パンチ２３は、ベースシリンダ２１によって昇降する下パンチホルダ２２と一体に昇降し、上昇するとダイス孔１０ａに下側から摺動しながら嵌入するようになされている。

ヨークプレート１２の上面の中心には、鉛直方向に延びる円柱状のコアロッド４０が設けられている。このコアロッド４０は、外径が軸部３と同等で、ダイス孔１０ａと同軸的に配されている。コアロッド４０は、ベースプレート１１と下パンチホルダ２２を貫通して下パンチ２３内に摺動自在に挿入される。コアロッド４０は、ヨークプレート１２の上面に設けられたコアロッドシリンダ４１により軸方向に沿って昇降するようになされており、上昇限位置が、コアロッド４０に螺合されてベースプレート１１の下面に当接させられるナット４２の位置によって調整可能となっている。ヨークプレート１２の下面には、ヨークプレート１２と、ヨークプレート１２にガイドロッド１３を介して連結されたダイス１０およびベースプレート１１をともに一体に昇降させる図示せぬ下ラムが設けられている。

ダイス孔１０ａの上方には、ダイス孔１０ａに上方から摺動可能に嵌入される円筒状の上パンチ３３がダイス孔１０ａと同軸的に配設されている。上パンチ３３は下パンチ２３と対をなすもので下パンチ２３と同一寸法を有している。すなわち、上パンチ３３の内径および外径は、それぞれ鍔部２の内径（孔２ａの内径）および外径と同等であり、下端面によって鍔部２のもう一方の端面（軸部３が突出する側の端面）が形成されるものである。上パンチ３３は、上ラム３１によって昇降させられる筒状の上パンチホルダ３２の下面に固定されており、上パンチ３３は上パンチホルダ３２とともに昇降し、下降するとダイス孔１０ａに上側から摺動しながら嵌入するようになされている。

図２に示すように、上パンチホルダ３２の近傍（図２で右側）には、予め製造された溶製材からなる多数の軸部３を、軸方向がほぼ上下方向に沿った状態で落下させて下方に供給する可撓性を有するホース５１が配設されている。そしてこのホース５１から落下する軸部３は、軸方向が上下方向に沿った状態でカセット５２内に収容される。このカセット５２は筒状で水平方向に延びており、上パンチホルダ３２の下端部に支持されている。カセット５２の一端部にはホース５１から落下する軸部３を受けてカセット５２内に導く軸部導入口５２ａが設けられており、他端部は上パンチ３３の直上に配置されている。

カセット５２内には、軸部導入口５２ａが設けられた側の一端部の開口５２ｂからプッシャシリンダ５３のプッシュロッド５４が往復動自在に挿入されるようになっている。プッシュロッド５４は、プッシャシリンダ５３に引き込まれた後退時には先端が軸部導入口５２ａの手前側（図２で右側）に位置する。そして軸部導入口５２ａからカセット５２内に導入された１つの軸部３は、後退したプッシュロッド５４が図２で左方に進出することにより、軸方向が上下方向に沿った状態が保持されたまま、そのプッシュロッド５４に押されてカセット５２内の左側の端部である軸部セット位置まで移送される。軸部３はセット位置において、プッシュロッド５４にカセット５２の端部に押し付けられて保持される。なお、軸部３をセット位置に保持するには、プッシュロッド５４でカセット５２の端部に押し付けるのではなく、例えばカセット５２の下側の貫通孔５２ｃを開閉するシャッタを設けるなどの手段を採ってもよい。
本実施形態では、上記ホース５１、プッシュロッド５４を備えたプッシャシリンダ５３およびカセット５２により、軸部供給手段５０が構成されている。

上パンチホルダ３２には、軸部セット位置に位置付けられた１つの軸部３を上パンチ３３内に挿入し、さらに上パンチ３３の下方に押し込む軸部装填シリンダ６０が設けられている。軸部装填シリンダ６０は、ダイス孔１０ａと同軸的に配され、かつ軸方向に沿って上下動する軸部装填ロッド６１を備えている。カセット５２の軸部セット位置に対応する端部には、軸部装填ロッド６１が貫通する貫通孔５２ｃが形成されている。軸部装填ロッド６１は、上方からカセット５２の貫通孔５２ｃを貫通して下降し、上パンチ３３内に摺動しながら挿入可能とされている。ここで、カセット５２内の軸部セット位置に軸部３がセットされている状態で軸部装填ロッド６１がカセット５２の上方から下降すると、その軸部３が軸部装填ロッド６１で下方に押し込まれ、下側の貫通孔５２ｃを通って上パンチ３３内に摺動しながら挿入されるようになっている。

上パンチ３３には、上パンチ３３内に連通するチューブ７１の一端部が接続されており、このチューブ７１の他端部は、上パンチ内圧調整シリンダ（保持手段）７２に接続されている。上パンチ内圧調整シリンダ７２が膨張動作すると、チューブ７１を介して上パンチ３３内の空気が吸引されて上パンチ３３内の圧力が負圧となる。これによって、軸部装填ロッド６１で上パンチ３３内に挿入された軸部３は不用意に落下することが防がれ、上パンチ３３内に挿入された状態が保持される。また、上パンチ内圧調整シリンダ７２が圧縮動作すると、チューブ７１から上パンチ３３内に空気が送り込まれるようになっている。なお、上記各シリンダ２１，４１，５３，６０，７２は、油圧、空気圧等の流体圧を利用したものであって、用途に応じて流体圧の種類が適宜に選択されて用いられる。

［２］圧粉体の成形
以上が一実施形態の成形金型装置であり、次いでこの装置の動作手順を説明する。
図３に示すように、上ラム３１により上パンチ３３が上パンチホルダ３２ごと上昇し、上パンチ３３がダイス孔１０ａの上方に離間した待機位置で停止した状態とされる。また、軸部装填ロッド６１が上昇し、カセット５２内にホース５１から供給された１つの軸部３が、プッシャシリンダ５３のプッシュロッド５４で押されて軸部セット位置に位置付けられる。

一方、コアロッド４０がコアロッドシリンダ４１によって上昇し、その上端面がダイス１０の上面と同一高さとされる。また、下パンチ２３がベースシリンダ２１により下パンチホルダ２２ごと上昇してダイス孔１０ａ内に嵌入し、ダイス孔１０ａ内に所定の粉末充填用のキャビティＣが形成される。この後、粉末フィーダが図３〜図４に示すように往復動して、キャビティＣ内に粉末Ｐがすり切り状態で充填される。

次に、図４に示すように、軸部装填ロッド６１が下降し、カセット５２内の軸部セット位置にセットされていた軸部３が上パンチ３３内に押し込まれて挿入され、軸部３が上パンチ３３内から下方に突出する状態とされる。ここで、上パンチ内圧調整シリンダ７２を膨張動作させて上パンチ３３内を負圧とし、軸部３の落下を防ぐ。

続いて図５に示すように、上パンチ３３が下降して軸部３がコアロッド４０の上端に当接させられる。軸部３は軸部装填ロッド６１とコアロッド４０とに挟まれた状態となり、ここからさらに上パンチ３３が下降する。するとコアロッド４０は軸部３を介して上パンチ３３で押されて下降し、図６に示すように上パンチ３３が粉末Ｐの上面に達して粉末Ｐが加圧される状態になる。これにより下パンチ２３はやや下降するとともに、軸部３の下端部は下パンチ２３内に挿入される。この段階で、軸部３は、上端部が上パンチ３３内に、また下端部が下パンチ２３内に挿入した状態となっているため、圧縮成形後の鍔部２に対する軸部３の同心度が高い精度で定められる。

次に、図７に示すように、上パンチ３３が下降してダイス孔１０ａ内に嵌入する。また、軸部装填ロッド６１が僅かに下降して、コアロッド４０がヨークプレート１２に当接する下限位置に位置付けられ、これにより、軸部３は成形位置に位置決めされる。上パンチ３３がダイス孔１０ａ内に嵌入すると粉末Ｐに圧縮荷重がさらにかかり、下パンチ２３はベースシリンダ２１が最も圧縮して上端面が軸部３の下端面と同じ高さ位置になる下限位置で停止する。この状態からさらに上パンチ３３が下降し、粉末Ｐが所定荷重で軸方向に圧縮される。圧縮された粉末Ｐは鍔部２と同形状の圧粉体に成形され、かつ軸部３に圧着した状態となる。すなわち、軸部３の周囲に圧粉体からなる鍔部２が一体成形された複合素材１に成形される。

複合素材１が成形されたら、図示せぬ下ラムが下降して図８に示すようにダイス１０が下降し、複合素材１と下パンチ２３がダイス孔１０ａから上方に抜き出され、次いで、図９に示すように、上パンチ３３が上昇して、複合素材１が下パンチ２３上に載った脱型の状態となる。上パンチ３３を上昇させて複合素材１を脱型する際には、上パンチ内圧調整シリンダ７２を圧縮動作させてチューブ７１から上パンチ３３内に空気を送り込み、上パンチ３３内を正圧とする。これにより軸部３は上パンチ３３から抜けやすくなり、円滑な脱型が図られる。なお、複合素材１は、この後、鍔部２の焼結温度に全体が加熱され、鍔部２が焼結体とされるとともに軸部３と拡散接合した複合焼結部品とされる。

［３］一実施形態の作用効果
上記実施形態の成形金型装置によれば、圧粉体からなる鍔部２の成形と同時に鍔部２を軸部３に一体化させることができ、このような鍔部２と軸部３との複合素材１の成形を、従来のように圧粉体の孔に軸部を圧入することなく、容易に遂行することができる。したがって、従来の圧入工程を省略することができるとともに、圧入で生じていた圧粉体の割れやひびといった損傷が圧粉体には生じず、不良品の発生が抑えられる。また、必要十分、かつ一定の圧縮荷重で鍔部２を圧縮成形することにより、軸部３に対する鍔部２の接合強度を、高く、かつ一定とすることができ、歩留まりの向上が図られる。そして、圧入工程の省略や歩留まりの向上により、安価に成形することができる。

また、上パンチ内圧調整シリンダ７２は、上パンチ３３からの軸部３の落下を防ぐだけでなく、上パンチ３３内を正圧として脱型時に上パンチ３３から軸部３を抜けやすくする機能も有しているため、円滑な脱型や、部品点数の増加の抑制が図られる。

なお、上記実施形態では、上パンチ３３内に軸部３が挿入された状態を保持する保持手段として上パンチ内圧調整シリンダ７２が採用されているが、本発明の保持手段としてはこれに限定はされず、最低限度として軸部３を上パンチ３３に保持する機能さえ備えていればよい。例えば図１０に示すように、上パンチ３３の内周面にシリコン等からなるゴムリング９１を取り付け、このゴムリング９１の摩擦力で軸部３を保持して落下を抑えるように構成することができる。

また、上記実施形態では、軸部３が溶製材からなるものであるが、本発明では軸部３は溶製材に限定されず、例えば鍔部２と同様の圧粉体でもよい。鍔部２が圧粉体の場合には、軸部３との複合素材全体が焼結体とされる。

本発明の一実施形態に係る成形金型装置で圧縮成形する複合素材の（ａ）斜視図、（ｂ）断面図である。 本発明の一実施形態に係る成形金型装置の全体断面図である。 同装置で複合素材を成形する過程の初期段階を示す断面図である。 図３の次の過程を示す断面図である。 図４の次の過程を示す断面図である。 図５の次の過程を示す断面図である。 図６の次の過程であって圧縮完了の状態を示す断面図である。 圧縮完了後の脱型過程を示す断面図である。 脱型完了状態を示す断面図である。 上パンチに設ける保持手段の他の実施形態（ゴムリング）を示す断面図である。

符号の説明

１…複合素材、２…鍔部（圧粉体）、３…軸部、１０…ダイス、１０ａ…ダイス孔、２３…下パンチ、３３…上パンチ、４０…コアロッド、５０…軸部供給手段、５２…カセット、５２ｃ…貫通孔、５４…プッシュロッド、６１…軸部装填ロッド、７２…上パンチ内圧調整シリンダ（保持手段）、９１…ゴムリング（保持手段）、Ｐ…粉末。

Claims (3)

1. 軸部の周囲に鍔部が形成された部品を、少なくとも鍔部を粉末冶金法による焼結体で得るにあたり、軸部に対し鍔部に近似する形状の圧粉体を一体成形する成形金型装置であって、
   前記鍔部の外周面に対応した内周面を有する円筒状のダイス孔を有するダイスと、
   このダイス孔内に、下側から同軸的、かつ軸方向に移動自在に挿入され、前記軸部と同等の外径を有する円柱状のコアロッドと、
   前記ダイス孔の内周面と前記コアロッドとの間に摺動自在に嵌入され、ダイス孔内に充填された粉末を軸方向に圧縮する円筒状の上パンチおよび下パンチと、
   前記ダイス孔から離間した待機位置にある前記上パンチの近傍に配設され、前記軸部を該上パンチ内に挿入可能な軸部セット位置に供給する軸部供給手段と、
   この軸部供給手段によって前記軸部セット位置に供給された軸部を、前記待機位置にある前記上パンチ内に挿入し、さらに、該上パンチが前記待機位置から前記ダイス孔内に嵌入されて粉末を圧縮する圧縮位置に達する動作に追従して、該軸部をダイス孔内に挿入する軸部装填ロッドと
   を備えることを特徴とする成形金型装置。
2. 前記軸部供給手段は、前記軸部を、軸方向が上下方向に沿った状態で水平方向に移動自在に収容するカセットと、該カセット内の軸部を押し込んで前記軸部セット位置まで移動させるプッシュロッドとを備え、カセットの前記軸部セット位置に対応する箇所には、前記軸部装填ロッドが貫通する貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の成形金型装置。
3. 前記上パンチには、該上パンチ内に前記軸部が挿入された状態を保持する保持手段が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の成形金型装置。

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