JP2012171011A - 粉末成形品製造方法及び粉末成形品製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】除去加工工程等を行うことなくプレス成形のみで成形可能な粉末成形品製造方法及び粉末成形品製造装置を提供する。
【解決手段】内径側にアンダーカット形状を有する粉末成形品Ｓを成形する粉末成形品製造装置および粉末成形品製造方法である。自由状態において内径側に膨出する膨出部１０を有するアンダーカット型をダイ１に挿入した後、ダイ１とアンダーカット型２とで構成される原料充填空間Ａに、原料粉末Ｓ１を充填する。次に、アンダーカット型２の膨出部１０を外径側へ膨出させた状態で原料粉末Ｓ１を加圧することによって、内径側にアンダーカット形状を有する粉末成形品Ｓを成形する。その後、アンダーカット型２の膨出部１０を内径側へ膨出する元の状態に戻した後、ダイ１とアンダーカット型２とから粉末成形品Ｓを取り出す。
【選択図】図１

Description

本発明は、内径側にアンダーカット形状を有する粉末成形品（例えば、軸受のセラミックス製外輪等を構成する粉末成形品）の製造方法及び製造装置に関する。

内径側にアンダーカット形状を有する粉末成形品では、一般には、原料粉末をプレス成形機にて、粉末成形してプレス成形品を形成した後、旋削等の除去加工（アンダーカット形状を形成するための加工）を行って焼結するか、又はプレス成形品を焼結した後、旋削等の除去加工を行うことになる。

また、従来には、原料粉末により粉末成形体を形成する粉末成形工程と、粉末成形体を焼結して中間体を形成する焼結工程と、中間体に矯正仕上加工を施す矯正工程とを備えた軸受の製造方法がある（特許文献１）。

特開２００２-２９５４７５号公報

除去加工を行うものでは、プレス加工等に加えて旋削等の除去加工を行う必要があり、全体として加工工程が多く、生産性に劣るものである。また、前記特許文献１に記載のものでは、旋削等の除去加工を行う必要がないが、矯正工程を必要として、この場合も全体として加工工程が多くなる。しかも、矯正工程におけるアンダーカット形状形成時には、アンダーカット形状を金型で拘束していない。このため、形成される形状や精度面において制約や限界があった。

本発明の課題は、除去加工工程等を行うことなくプレス成形のみで成形可能な粉末成形品製造方法及び粉末成形品製造装置を提供することにある。

本発明の粉末成形品製造方法は、内径側にアンダーカット形状を有する粉末成形品を成形する粉末成形品製造方法であって、自由状態において内径側に膨出する膨出部を有するアンダーカット型をダイに挿入した後、ダイとアンダーカット型とで構成される原料充填空間に、原料粉末を充填し、次に、前記アンダーカット型の膨出部を外径側へ膨出させた状態で前記原料粉末を加圧することによって、内径側にアンダーカット形状を有する粉末成形品を成形し、その後、前記アンダーカット型の膨出部を内径側へ膨出する元の状態に戻した後、ダイとアンダーカット型とから前記粉末成形品を取り出すものである。

本発明の粉末成形品製造方法によれば、アンダーカット型をダイに挿入した状態で、ダイとアンダーカット型とで構成される原料充填空間に、原料粉末を充填し、アンダーカット型の膨出部を外径側へ膨出させ前記原料粉末を加圧すれば、内径側にアンダーカット形状を有する粉末成形品を成形することができる。また、粉末成形品を取り出す際には、アンダーカット型の膨出部は内径側へ膨出する元の状態に戻っており、形成されたアンダーカット形状に影響を受けることなく、粉末成形品を取り出すことができる。このため、粉旋削等の除去加工工程を必要とすることなく、内径側にアンダーカット形状を有する粉末成形品を形成することができる。

前記アンダーカット型の内部に芯金を嵌入することによって、膨出部を外径側に膨出させ、この状態で前記原料粉末を加圧し、その後、芯金を抜いて、膨出部を弾性復元力にて内径側に膨出する元の状態に戻すようにできる。このように芯金を用いるものでは、アンダーカット型の内部に芯金を嵌入することによって、膨出部を外径側に膨出させることができる。このため、この状態で、原料粉末を加圧すれば、内径側にアンダーカット形状を有する粉末成形品を形成することができる。また、粉末成形品を形成した後、芯金を抜き出せば、アンダーカット型の膨出部は、その弾性復元力にて、内径側に膨出することになる。このため、膨出部を内径側に膨出させるための機構を別途必要としない。

前記アンダーカット型は、自由状態では、その外径面がストレートの円筒面であるとともにその内径面に内径側に膨出する膨出部が形成される円筒状の弾性体からなり、この外径面とダイの内径面との間に前記原料充填空間を形成するのが好ましい。このようなアンダーカット型を用いれば、アンダーカット型の外径面がストレートの円筒面であるので、原料粉末を充填する際に、充填の妨げとなるものがなくなって、充填性に優れる。

前記アンダーカット型は、粉末成形品の取り出し時には、粉末成形品との間に隙間が形成されるのが好ましい。このように隙間が形成されることによって、アンダーカット型との間に摩擦を生じさせることなく、粉末成形品を取り出すことができる。

前記アンダーカット型に嵌入される芯金の外径をアンダーカット型の内径よりも大きくして、芯金をアンダーカット型に嵌入した状態ではアンダーカット型の外径が拡径し、芯金をアンダーカット型から取り出すことによって、アンダーカット型の外径がダイの内径よりも小さい元の状態に戻るようなものであってもよい。

アンダーカット型と、このアンダーカット型に嵌入される芯金との関係が前記した関係であれば、芯金をアンダーカット型に嵌入して、アンダーカット型の外径を拡径した状態で、粉末成形品を成形することができる。そして、アンダーカット型から芯金を引き抜けば、アンダーカット型の外径がダイの内径よりも小さい径となって、前記隙間を安定して形成することができる。

本発明の粉末成形品は、前記粉末成形品製造方法にて成形されたものである。このため、粉旋削等の除去加工工程を必要とすることなく、内径側にアンダーカット形状を有する粉末成形品を形成することができる。

本発明の粉末成形品製造装置は、内径側にアンダーカット形状を有する粉末成形品を成形する粉末成形品製造装置であって、ダイと、このダイに挿入されるアンダーカット型と、ダイとアンダーカット型との間の原料充填空間に充填された原料粉末を加圧するプレス型とを備え、前記アンダーカット型は、自由状態では、その内径面に内径側に膨出する膨出部が形成される弾性体からなり、芯金が挿入されることによって、その膨出部が外径側に膨出し、芯金が挿入されることによって、膨出部が内径側に膨出する状態に戻るものである。

本発明の粉末成形品製造装置によれば、粉旋削等の除去加工工程を必要とすることなく、内径側にアンダーカット形状を有する粉末成形品を形成することができる。

本発明の粉末成形品製造方法では、粉旋削等の除去加工工程を必要とすることなく、内径側にアンダーカット形状を有する粉末成形品を形成することができて、プレス成形のみで成形可能となる。このため、生産性に優れ、しかも低コスト化を達成できる。

芯金を用いるものでは、膨出部が内径側に膨出させるための機構を別途必要としないので、製造装置のコンパクト化を達成できるとともに低コスト化を達成できる。

粉末成形品との間に隙間が形成されるものでは、アンダーカット型との間に摩擦を生じさせることなく、粉末成形品を取り出すことができ、作業性の向上を図ることができる。

芯金の外径がアンダーカット型の内径よりも大きくしたものを用いることによって、安定して前記隙間を形成することができ、粉末成形品の取り出し作業が安定する。

粉末成形品製造方法にて成形された粉末成形品は、アンダーカット形状を有する高品質の製品となっている。

本発明の粉末成形品製造装置では、内径側にアンダーカット形状を有する粉末成形品を、安定してしかも低コスト化にて形成することができる。

本発明の粉末成形品製造方法の前半の加工工程を示す説明図である。 本発明の粉末成形品製造方法の後半の加工工程を示す説明図である。 粉末成形品を取り出す直前のプレス型の拡大断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。

図１と図２とは粉末成形品製造方法に用いる製造装置の要部簡略断面図である。この粉末成形品製造方法は、内径側にアンダーカット形状を有する粉末成形品（例えば、軸受のセラミックス製外輪等を構成する粉末成形品）Ｓを製造するものである。このため、粉末成形品Ｓは焼結して焼結品とされる。

粉末成形品製造装置は、ダイ１と、ダイ１の孔部１ａに挿入されるアンダーカット型２と、上パンチ３と、下パンチ４とを有するプレス型８を備え、アンダーカット型２には芯金５が嵌入され、この芯金５は、下パンチ４に挿入される置き台６にて受けられる。

ダイ１は、軸心部にその内径面７がストレート形状である前記孔部１ａが形成された円盤体からなる。また、アンダーカット型２は、自由状態において、その軸方向中間部に内径側へ膨出する膨出部１０が形成された円筒形状体にて構成される。このアンダーカット型２はウレタン等の弾性材料にて構成される。

また、アンダーカット型２は自由状態において、その外径面１１がストレートの円筒面である。アンダーカット型２の外径をダイ１の孔部１ａの内径より小さく設定される。これによって、図１（ａ）に示すように、ダイ１の孔部１ａにアンダーカット型２が挿入された状態で、アンダーカット型２の外径面１１とダイ１の孔部１ａの内径面７とで原料充填空間Ａが形成される。

上パンチ３は、図１（ｃ）等に示すように、円筒体からなる本体パンチ部３ａを備える。この本体パンチ部３ａが前記原料充填空間Ａの上方開口部に上方から嵌入される。また、下パンチ４は、上パンチ３と同様、円筒体からなる本体パンチ部４ａを備える。この本体パンチ部４ａが前記原料充填空間Ａの下方開口部に下方から嵌入される。

芯金５は、短円柱体又は短円筒体からなり、その軸方向長さＬが原料充填空間Ａの軸方向Ｌ１よりも長い寸法とされる。また、芯金５の外径寸法Ｄをアンダーカット型２の内径寸法Ｄ０よりも大きく設定している。このため、アンダーカット型２内に芯金５を挿入することによって、アンダーカット型２の外径面１１が拡径することになり、前記原料充填空間Ａは、この拡径した外径面１１とダイ１の孔部１ａの内径面との間で形成されることになる。すなわち、原料充填空間Ａの内径寸法が、拡径した外径面１１の外径寸法となる。

そして、上パンチ３の本体パンチ部３ａの内径寸法及び下パンチ４の本体パンチ部４ａの内径寸法は、拡径した外径面１１の外径寸法と同一乃至この外径寸法よりも僅かに大きく設定される。また、上パンチ３の本体パンチ部３ａの外径寸法及び下パンチ４の本体パンチ部４ａの外径寸法は、ダイ１の孔部１ａの内径寸法と同一乃至この内径寸法よりも僅かに小さく設定されている。

また、下パンチ４に挿入される置き台６は、その上面６ａがダイ１の下面１ｂの同一高さ位置に設置され、この上面６ａにて芯金５を受けることになる。このように、下パンチ４に置き台６が挿入されている状態では、図１（ａ）（ｂ）に示すように、下パンチ４の本体パンチ部４ａの上端部位１５がダイ１の孔部１ａに嵌入されている。

次に前記のような製造装置を用いた製造方法を説明する。まず、図１（ａ）に示すように、下パンチ４の本体パンチ部４ａの上端部位１５がダイ１の孔部１ａに嵌入されている状態とし、この状態において、アンダーカット型２をダイ１の孔部１ａに挿入する。すなわち、アンダーカット型２の下端開口部を、下パンチ４の本体パンチ部４ａの上端部位１５と、置き台６の上面６ａとで構成される嵌合部１６に嵌合させた状態とする。この際のアンダーカット型２には外力が作用しない自由状態であるため、内径面の軸方向中央部に内径側へ膨出している膨出部１０が形成された状態となっている。この状態で、原料充填空間Ａ（アンダーカット型２の外径面が拡径していない状態の空間）に原料粉末Ｓ１を充填する。

次に、図１（ｂ）に示すように、アンダーカット型２に芯金５を挿入する。これによって、アンダーカット型２の外径面を拡径させるとともに、内径側へ膨出している膨出部１０をこの芯金５にて外径側へ膨出させることになる。

その後、図１（ｃ）に示すように、上パンチ３の本体パンチ部３ａの下端部位１７を原料充填空間Ａの上部に嵌入させて、この上パンチ３と下パンチ４とで、充填空間Ａ内の原料粉末Ｓ１を上下方向に加圧（圧縮）し、粉末成形品Ｓを成形する。すなわち、外径側へ膨出した膨出部１０によって、内径面に凹部２０が形成される前記粉末成形品Ｓが形成される。すなわち、両開口部に、内鍔部状の膨出部位が形成され、内径側にアンダーカット形状を有する粉末成形品Ｓが構成される。

次に、図２（ａ）に示すように、上パンチ３を上昇させてダイ１から離間させ、その後、図２（ｂ）に示すように、芯金５をアンダーカット型２から抜き出す。このように、芯金５をアンダーカット型２から抜き出せば、弾性復元力によって、膨出部１０は内径側へ膨出する状態となる。しかも、アンダーカット型２の内径寸法Ｄ０が芯金５の外径寸法Ｄよりも小さく設定しているので、芯金５をアンダーカット型２から抜き出せば、図３に示すように、アンダーカット型２の外径面１１と、粉末成形品Ｓの内径面２１との間に隙間Ｃが形成される。

そして、図２（ｂ）に示すように、芯金５をアンダーカット型２から抜いた後は、図２（ｃ）に下パンチ４を上昇させることによって、粉末成形品Ｓを取り出すことになる。なお、この装置から取り出された粉末成形品Ｓは、焼結することによって焼結品となる。

本発明によれば、アンダーカット型２をダイ１に挿入した状態で、ダイ１とアンダーカット型２とで構成される原料充填空間Ａに、原料粉末Ｓ１を充填し、アンダーカット型２の膨出部１０を外径側へ膨出させ原料粉末Ｓ１を加圧すれば、内径側にアンダーカット形状を有する粉末成形品Ｓを成形することができる。また、粉末成形品Ｓを取り出す際には、アンダーカット型２の膨出部１０は内径側へ膨出する元の状態に戻っており、形成されたアンダーカット形状に影響を受けることなく、粉末成形品Ｓを取り出すことができる。このため、粉旋削等の除去加工工程を必要とすることなく、内径側にアンダーカット形状を有する粉末成形品Ｓを形成することができ、プレス成形のみで成形可能となる。このため、生産性に優れ、しかも低コスト化を達成できる。

芯金５を用いるものでは、アンダーカット型２の内部に芯金５を嵌入することによって、膨出部１０を外径側に膨出させることができる。このため、この状態で、原料粉末Ｓ１を加圧すれば、内径側にアンダーカット形状を有する粉末成形品Ｓを形成することができる。また、粉末成形品Ｓを形成した後、芯金５を抜き出せば、アンダーカット型の膨出部は、その弾性復元力にて、内径側に膨出することになる。このため、膨出部１０を内径側に膨出させるための機構を別途必要としない。従って、製造装置のコンパクト化を達成できるとともに低コスト化を達成できる。

前記実施形態のような形状のアンダーカット型２を用いれば、アンダーカット型２の外径面がストレートの円筒面であるので、原料粉末Ｓ１を充填する際に、充填の妨げとなるものがなくなって、充填性に優れる。

粉末成形品Ｓとの間に隙間Ｃが形成されることによって、アンダーカット型２との間に摩擦を生じさせることなく、粉末成形品Ｓを取り出すことができる。

アンダーカット型２と、このアンダーカット型２に嵌入される芯金５との関係が前記した関係であれば、前記隙間Ｃを安定して形成することができる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、製造される粉末成形品Ｓとしては、軸受の外輪に限るものではなく、内径側にアンダーカット形状を有する種々の部品とすることができる。また、アンダーカット型の膨出部としては、１つに限るものではない。前記実施形態では、粉末成形品Ｓとの間に隙間Ｃが形成されるものであったが、このような隙間Ｃが形成されないものであってもよい。さらに、アンダーカット型全体を弾性材料で構成したが、膨出部のみを弾性材料で構成してもよい。

１ ダイ
２ アンダーカット型
７ 内径面
１０ 膨出部
１１ 外径面
Ａ 原料充填空間
Ｃ 隙間
Ｓ 粉末成形品
Ｓ１ 原料粉末

Claims (8)

1. 内径側にアンダーカット形状を有する粉末成形品を成形する粉末成形品製造方法であって、
   自由状態において内径側に膨出する膨出部を有するアンダーカット型をダイに挿入した後、ダイとアンダーカット型とで構成される原料充填空間に、原料粉末を充填し、次に、前記アンダーカット型の膨出部を外径側へ膨出させた状態で前記原料粉末を加圧することによって、内径側にアンダーカット形状を有する粉末成形品を成形し、その後、前記アンダーカット型の膨出部を内径側へ膨出する元の状態に戻した後、ダイとアンダーカット型とから前記粉末成形品を取り出すことを特徴とする粉末成形品製造方法。
2. 前記アンダーカット型の内部に芯金を嵌入することによって、膨出部を外径側に膨出させ、この状態で前記原料粉末を加圧し、その後、芯金を抜いて、膨出部を内径側に膨出する元の状態に弾性復元力にて戻すことを特徴とする請求項１に記載の粉末成形品製造方法。
3. 前記アンダーカット型は、自由状態では、その外径面がストレートの円筒面であるとともにその内径面に内径側に膨出する膨出部が形成される円筒状の弾性体からなり、この外径面とダイの内径面との間に前記原料充填空間を形成することを特徴とする請求項２に記載の粉末成形品製造方法。
4. 前記アンダーカット型は、粉末成形品の取り出し時には、粉末成形品との間に隙間が形成されることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の粉末成形品製造方法。
5. 前記アンダーカット型に嵌入される芯金の外径をアンダーカット型の内径よりも大きくして、芯金をアンダーカット型に嵌入した状態ではアンダーカット型の外径が拡径し、芯金をアンダーカット型から取り出すことによって、アンダーカット型の外径がダイの内径よりも小さい元の状態に戻ることを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載の粉末成形品製造方法。
6. 前記請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の粉末成形品製造方法にて成形されたことを特徴とする粉末成形品。
7. 前記請求項６に記載の粉末成形品を用いたことを特徴とする軸受の外輪。
8. 内径側にアンダーカット形状を有する粉末成形品を成形する粉末成形品製造装置であって、
   ダイと、このダイに挿入されるアンダーカット型と、ダイとアンダーカット型との間の原料充填空間に充填された原料粉末を加圧するプレス型とを備え、前記アンダーカット型は、自由状態では、その内径面に内径側に膨出する膨出部が形成される弾性体からなり、芯金が挿入されることによって、その膨出部が外径側に膨出し、芯金が挿入されることによって、膨出部が内径側に膨出する状態に戻ることを特徴とする粉末成形品製造装置。

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