JP2013173996A - 可塑性を有する原料の成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金型内に可塑性を有する原料を供給する際に、効率よく、かつ空気が残留しないように行うことができ、成形不良の発生を抑える。
【解決手段】下部ダイス３０および下部ダイス３０側の下パンチ３２，６０の上端面と、上部ダイス２０および上部ダイス２０側の上パンチ５０の上端面とを揃え、金型内にキャビティが形成されない状態とし、この状態から、上パンチ５０を駆動して上部ダイス２０内のゲート２８を開き、さらに、下パンチ３２，６０を下降させてキャビティ１１を形成しながら、上部ダイス２０内の原料貯留部２６の原料Ｐをプランジャ４０によってキャビティ１１内に充填していく。キャビティ１１内が負圧になることで原料Ｐを円滑、かつ速やかに充填することができるとともに、キャビティ１１内に空気を残留させない。
【選択図】図２

Description

本発明は、可塑性を有する原料の成形方法に関する。

近年、デジタル家電製品や先端医療機器、あるいはＩＴ機器等の生産分野においては、デバイスの小型化・高機能化に伴い、構成部品に対する小型化・薄肉化の要求が益々高まってきており、元来が小型・薄肉のいわゆる微小部品にあっても、さらなる小型化・薄肉化が要求されてきている。このような微小部品を製造する方法として、粉末にバインダを混入した可塑性を有する原料を金型内に充填してパンチで圧縮することにより目的形状に近似した成形体を成形し、得られた成形体を焼結するといった方法が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００６−３４４５８１号公報

上記特許文献１に記載される成形体の成形方法によれば、薄肉の部分にも原料が十分に充填され、形状および寸法精度を高いレベルで得られるといった利点がある。ところが、この成形方法で用いられる原料は粉体と異なり可塑性を有しているため取り扱いが難しく、所定量を金型内に直接供給するような操作が求められ、この点が製造する上で煩雑であった。また、金型内への原料の充填を１回の成形のたびに行うことは粉末を圧縮成形する一般的な金型成形と同様ではあるが、微小部品の場合には１回の成形に要する原料の使用量がきわめて少ないため、非効率的であるとともに、金型内に空気が僅かに残留するだけで金型内への原料の充填が良好に行われず、成形不良となるおそれがある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、金型内に、効率よく、かつ空気を残留させることなく原料を充填することができ、成形不良の発生を抑えることができる可塑性を有する原料の成形方法を提供することにある。

本発明の可塑性を有する原料の成形方法は、型孔を有する下部ダイスと、下端面が前記下部ダイスの上端面と当接可能で、パンチ孔を有する上部ダイスと、前記下部ダイスの前記型孔に摺動自在に嵌合する下パンチと、前記上部ダイスの前記パンチ孔に摺動自在に嵌合する上パンチと、金属粉末に熱可塑性樹脂とワックスからなるバインダを３０〜６０体積％添加して、加熱混練した可塑性を有する原料を貯留する原料貯留部と前記原料貯留部に摺動自在に挿入され、該原料貯留部に貯留されている可塑性を有する原料を前記パンチ孔を経て前記下部ダイス、前記上部ダイスおよび前記下パンチから形成されるキャビティに注入するプランジャとを備え、前記上パンチが、前記プランジャ内に、該プランジャの摺動方向に沿って摺動自在に貫通され、往復摺動することにより、前記原料貯留部と前記パンチ孔との間に形成されるゲートを開閉し、前記キャビティ方向に摺動した時に、該ゲートを閉じるとともにキャビティ内の可塑性を有する原料を成形体に圧縮するよう設けられた成形金型装置を用い、前記下部ダイスの上端面と、前記上部ダイスの下端面と、前記上パンチの下端面と、前記下パンチの上端面とを揃えた状態で、前記上パンチを駆動して前記ゲートを開くとともに、前記プランジャを駆動して可塑性を有する原料を前記ゲートから前記パンチ孔に注入し、次いで、前記上パンチおよび前記下パンチの少なくとも一方を駆動してキャビティを形成しながら、さらに前記プランジャを駆動して、可塑性を有する原料を前記ゲートを経て前記キャビティ内に充填する充填工程と、前記キャビティへの可塑性を有する原料の充填が完了した後、前記上パンチを駆動して前記ゲートを閉じるとともに可塑性を有する原料を押圧して、キャビティ内の可塑性を有する原料を成形体に圧縮する成形工程と、前記成形体を前記型孔から抜き出す抜き出し工程とを有することを特徴とする。

本発明によれば、原料貯留部に貯留した原料をプランジャでキャビティに注入し、キャビティ内の原料をパンチで圧縮して型開きすることにより成形体が得られ、この動作を繰り返すことにより、成形体を連続的に得ることができる。プランジャの操作で少量の原料をキャビティ内に容易に供給することができ、パンチを抜く手間がかからず成形体を効率的に製造することができる。

また、本発明の充填工程は、はじめに、成形金型装置の、下部ダイスの上端面と、上部ダイスの下端面と、上パンチの下端面と、下パンチの上端面とを揃えた状態としており、金型内にはキャビティは形成されていない。この状態から上パンチを駆動してゲートを開くと、プランジャにより原料が注入されるパンチ孔内は負圧状態となる。このためパンチ孔には円滑、かつ速やかに原料が注入されていく。次に、上パンチおよび下パンチの少なくとも一方を駆動して形成されるキャビティ内も負圧状態である。このため、プランジャによってそのキャビティ内に原料を充填する際においては、キャビティ内には円滑、かつ速やかに原料が充填されていき、充填工程の効率化が図られる。また、負圧状態のキャビティ内に原料が充填されるので、原料充填後のキャビティ内に空気が残留することを防ぐことができ、その結果、成形不良の発生を抑えることができ、薄肉の部分にも原料が十分に充填され、形状および寸法の精度を向上させることができる。

本発明では、前記成形工程において、前記上パンチとともに前記下パンチを駆動して前記キャビティ内の可塑性を有する原料を成形体に圧縮する形態を含む。

また、 本発明では、前記上パンチおよび前記下パンチの少なくとも一方が複数のパンチで構成され、前記充填工程において、全てのパンチの端面を揃えた状態から充填工程を開始する形態を含む。

本発明によれば、金型内に、効率よく、かつ空気を残留させることなく原料を充填することができ、成形不良の発生を抑えることができる可塑性を有する原料の成形方法が提供されるといった効果を奏する。

本発明の第１実施形態および第２実施形態に係る成形方法で成形される成形体から得られる微小歯車を示す斜視図である。 第１実施形態の成形方法の充填工程から成形工程を示す断面図である。 第１実施形態の成形方法の抜き出し工程を示す断面図である。 第１実施形態で用いる成形金型装置の下ダイスの一部断面図である。 第１実施形態の成形方法における充填工程の変形例を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る成形方法の充填工程から成形工程を示す断面図である。 第２実施形態の成形方法の抜き出し工程を示す断面図である。 第２実施形態で用いる成形金型装置の上ダイスの一部断面図である。 本発明の第３実施形態および第４実施形態に係る成形方法で成形される成形体から得られる微小歯車を示す斜視図である。 第３実施形態の成形方法の充填工程から成形工程を示す断面図である。 第３実施形態の成形方法の抜き出し工程を示す断面図である。 第３実施形態で用いる成形金型装置の上下のダイスの一部断面図である。 本発明の第４実施形態に係る成形方法の充填工程から成形工程を示す断面図である。 第４実施形態の成形方法の抜き出し工程を示す断面図である。 第４実施形態で用いる成形金型装置の上下のダイスの一部断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
［１］第１実施形態
図１は、第１実施形態の成形方法によって成形した成形体を焼結して得られる微小部品である微小歯車を示している。この歯車１は、外周面に多数の歯２からなる歯列３が形成された平歯車部４の中心から両側に同じ長さの円柱状の軸部５，６が直交して延びている形状を有するものである。この歯車１は、例えば平歯車部４の外径Ｄ１が数百μｍ〜数ｍｍ、軸部５，６の直径Ｄ２が数十〜数百μｍといった寸法例が挙げられる。

（１−１）用いる成形金型装置の構成
図２（ａ）〜（ｅ）、図３（ａ）〜（ｄ）は、第１実施形態の成形方法によって上記歯車１の成形体を成形する工程を示している。まず、図２により第１実施形態の成形方法を好適に実施する成形金型装置１０１の構成を説明する。同図で符号１０は押し型であり、この押し型１０は、上部ダイス２０と下部ダイス３０とから構成されている。これらダイス２０，３０は、いずれも上下方向に移動可能に設けられ、上下方向に互いに離接可能に配設されている。

上部ダイス２０の内部には、上下方向に延び、上方に開口する原料貯留部２６が形成されている。原料貯留部２６は円筒状の内周面を有しており、その下端部は、下方に向かうにしたがって先細りとなる円錐状のテーパ部２６ａに形成されている。そして上部ダイス２０の内部には、テーパ部２６ａの下端から下方に延び、上部ダイス２０の水平な下端面２０ａに開口する上パンチ孔２７が形成されている。上パンチ孔２７は原料貯留部２６と同心状で、この上パンチ孔２７と原料貯留部２６との間が、ゲート２８として形成されている。上パンチ孔２７の内径は、歯車１の軸部５，６の直径と同等に設定されている。

原料貯留部２６には、上方の開口から、可塑性を有する原料Ｐが投入されて貯留される。原料Ｐは、例えば、鉄粉等の金属粉末に、熱可塑性樹脂とワックスからなるバインダを３０〜６０体積％程度の比率で添加し混練したもの等が用いられる。

原料貯留部２６には、上方の開口からプランジャ４０が摺動自在に挿入される。プランジャ４０の軸心には、水平な下端面５０ａを有する円柱状の上パンチ５０が、プランジャ４０の摺動方向である上下方向に沿って摺動自在に貫通されている。上パンチ５０は、下降すると下端部が上パンチ孔２７に摺動しながら挿入され、この時、ゲート２８は上パンチ５０で閉じられる。また、ゲート２８が閉じた状態から上パンチ５０を上昇させると、図２（ｂ）に示すように上パンチ５０は上パンチ孔２７から抜けてゲート２８が開くようになっている。

下部ダイス３０は、上部ダイス２０の下端面２０ａが当接する水平な上端面３０ａを有している。下部ダイス３０には、上下に開口する円筒状の歯車部型孔３１が形成されており、この歯車部型孔３１に、水平な上端面３２ａを有する外側下パンチ３２が上下方向に摺動自在に挿入されている。図４（ａ）に示すように、歯車部型孔３１の内周面には、歯車１の平歯車部４の歯列３を造形する内歯列３１ａが形成されている。一方、外側下パンチ３２の外周面には、歯車部型孔３１の内周面の内歯列３１ａに摺動自在に嵌合する外歯列３２ｂが形成されている。また、外側下パンチ３２の中心には、歯車１の軸部５，６の直径と同等の内径の軸部型孔３３が形成されており、この軸部型孔３３には、水平な上端面６０ａを有する内側下パンチ６０が摺動自在に挿入されている。外側下パンチ３２および内側下パンチ６０は、上部ダイス２０側のプランジャ４０および上パンチ５０と同軸的に配設されている。なお、図４（ｂ）に示すように、歯車１の平歯車部４の歯列３を造形する内歯列３１ａは歯車部型孔３１の上端部のみに形成されていてもよく、この場合、内歯列３１ａより下方の歯車部型孔３１の内周面は単なる円筒状であり、外側下パンチ３２は歯車部型孔３１の円筒状内周面に摺動自在に挿入される円柱状のものとされる。

（１−２）成形方法
次に、図２および図３により、上記成形金型装置１０１を用いて歯車１の成形体を成形する方法を説明する。はじめに、図２（ａ）に示すように、上部ダイス２０側の下端面と下部ダイス３０側の上端面を一定の高さに揃え、押し型１０の内部にキャビティが形成されない状態とする。すなわち、上部ダイス２０の下端面２０ａと下部ダイス３０の上端面３０ａとを当接させるとともに、外側下パンチ３２の上端面３２ａを上部ダイス２０の下端面２０ａに当接させ、上パンチ５０の下端面５０ａと内側下パンチ６０の上端面６０ａとを、上下のダイス２０，３０の当接面と同じ高さで当接させる。上部ダイス２０内のゲート２８は、上パンチ５０が上パンチ孔２７に挿入されるため閉じられる。そして、上部ダイス２０内の原料貯留部２６に原料Ｐをほぼ充満させて、プランジャ４０の先端を原料貯留部２６に挿入する。

次いで、図２（ｂ）に示すように、上パンチ５０を上方に駆動して上パンチ孔２７から抜いてゲート２８を開き、原料貯留部２６と上パンチ孔２７とを連通させる。上パンチ孔２７はキャビティ１１の一部を構成し、続いてプランジャ４０を下方に駆動して、原料貯留部２６内の原料Ｐをゲート２８から上パンチ孔２７に注入していく。

次いで、図２（ｃ）に示すように、外側下パンチ３２と内側下パンチ６０を下方に駆動してキャビティ１１を形成しながら、さらにプランジャ４０を下降させ、原料Ｐを、ゲート２８を経て歯車１の形状に対応するキャビティ１１内に充填する。

キャビティ１１は、図４（ａ）に示すように、外側下パンチ３２を、歯車部型孔３１の内歯列３１ａの上端部が平歯車部４の厚さに対応する深さ露出するまで下降させ、内側下パンチ６０を外側下パンチ３２よりも下降させて、歯車１の平歯車部４と軸部６に対応する部分が、下部ダイス３０側に形成される。また、歯車１の軸部５に対応する部分が、上部ダイス２０側に形成される。このキャビティ１１内に、プランジャ４０を原料貯留部２６に押し込むことにより原料Ｐを充填する。ここまでが充填工程であり、キャビティ１１内への必要量の原料Ｐの充填が完了したら、成形工程に移る。

成形工程は、まず、図２（ｄ）に示すように上パンチ５０を下方に駆動してゲート２８を閉じ、さらに上パンチ５０を押し込むことにより、図２（ｅ）に示すようにキャビティ１１内の原料Ｐを押圧して圧縮する。これにより、キャビティ１１の下部ダイス３０側に平歯車部４と軸部６が造形され、キャビティ１１の上部ダイス２０側（上パンチ孔２７の一部）に軸部５が造形されて、歯車１の成形体１Ａが成形される。

このようにして成形体１Ａが押し型１０内に成形されたら、押し型１０を型開きして成形体１Ａを抜き出す抜き出し工程に移る。抜き出し工程は、図３（ａ）に示すように、上部ダイス２０を、下端面２０ａが上パンチ５０の下端面５０ａと同じ高さになるまで上昇させて上側の軸部５を露出させてから、図３（ｂ）に示すように上部ダイス２０側の全体を上昇させる。次いで、下部ダイス３０側において、図３（ｃ）に示すように下部ダイス３０を下降させて平歯車部４を露出させ、続いて図３（ｄ）に示すように下部ダイス３０と外側下パンチ３２を下降させるとともに内側下パンチ６０を上昇させ、下側の軸部６を軸部型孔３３から上方に抜き出し、成形体１Ａを得る。

以上が第１実施形態の成形方法の１サイクルであり、この後は、上部ダイス２０側および下部ダイス３０側の各パンチ５０，３２，６０をそのままの状態（上パンチ５０の下端面５０ａが上部ダイス２０の下端面２０ａに揃い、外側下パンチ３２および内側下パンチ６０の各上端面３２ａ，６０ａが下部ダイス３０の上端面３０ａに揃っている状態）として、各ダイス２０，３０を近づけ、再び図２（ａ）の状態として上記工程を繰り返すことにより、複数の成形体１Ａを連続的に得ることができる。原料貯留部２６の原料Ｐが消費されて不足になれば、原料Ｐを原料貯留部２６に補充する。

（１−３）作用効果
上記第１実施形態の成形方法によれば、上パンチ５０を上昇させてゲート２８を開けた状態で、原料貯留部２６に貯留した原料Ｐをプランジャ４０でキャビティ１１に注入し、次いで上パンチ５０を押し込んでゲート２８を閉じ、引き続き上パンチ５０でキャビティ１１内の原料Ｐを圧縮してから型開きすることにより、成形体１Ａが得られる。そしてこの動作を繰り返すことにより、成形体１Ａを連続的に得ることができる。上パンチ５０を抜き出すことなくプランジャ４０の押し込み操作で少量の原料Ｐをキャビティ１１内に容易に供給することができるため、１回の成形に要する原料Ｐの量が少なくても成形体１Ａを効率的に製造することができる。

また、充填工程においては、はじめに、上部ダイス２０側の下端面と下部ダイス３０側の上端面を一定の高さに揃え、押し型１０の内部にキャビティが形成されない状態としている。したがってこの状態から上パンチ５０を上方に駆動してゲート２８を開いて上パンチ孔２７に原料Ｐを注入する際、上パンチ孔２７内は負圧状態となっており、このため、上パンチ孔２７内には円滑、かつ速やかに原料が注入されていく。

次に、下部ダイス３０側の各パンチ３２，６０を下方に駆動して形成するキャビティ１１も負圧状態となり、このため、プランジャ４０を押し込んでそのキャビティ１１内に原料Ｐを充填する際においても、キャビティ１１内には円滑、かつ速やかに原料Ｐが充填されていき、充填工程の効率化が図られる。また、負圧状態のキャビティ１１内に原料Ｐが充填されるので、原料充填後のキャビティ１１内に空気が残留することを防ぐことができる。その結果、成形不良の発生を抑えることができるとともに、薄肉の部分にも原料が十分に充填され、形状および寸法の精度が向上する。

なお、原料貯留部２６を有する上部ダイス２０に原料Ｐを加熱する加熱手段を設け、この加熱手段で原料Ｐを加熱した状態としておくと、原料Ｐの流動性が高まるので好ましい。その場合の加熱温度は、原料Ｐのバインダに添加される熱可塑性樹脂の軟化点程度に設定される。なお、加熱手段は、上部ダイス２０とともに下部ダイス３０に設けてもよい。

（１−４）成形工程の変形例
図５は、上記第１実施形態の充填工程の変形例を示している。ここでは、図５（ｃ）〜（ｄ）に示す下部ダイス３０側のキャビティ１１を、図２の場合よりも外側下パンチ３２をさらに下降させることにより平歯車部４の成形部分を厚く形成しておき、図５（ｅ）に示す圧縮成形の段階で、外側下パンチ３２を上昇させ、平歯車部４を軸方向に直接圧縮している。この形態によれば、平歯車部４をより高い圧力で圧縮成形することができる。

次に、本発明の第２〜第４実施形態を説明する。これら実施形態で参照する図面においては、既出の実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付しており、その構成要素の説明を省略あるいは簡略化する場合がある。

［２］第２実施形態
第２実施形態は、上記第１実施形態で示した上記歯車１の成形体を得る別の成形方法である。

（２−１）用いる成形金型装置の構成
図６（ａ）〜（ｅ）、図７（ａ）〜（ｄ）は、第２実施形態の成形方法によって上記歯車１の成形体を成形する工程を示している。まず、図６により第２実施形態の成形方法を好適に実施する成形金型装置１０２の構成を説明する。

上部ダイス２０には、上下に開口する円筒状の歯車部パンチ孔２２が形成されており、この歯車部パンチ孔２２に、水平な下端面２５ａを有する外側上パンチ２５が上下方向に摺動自在に挿入されている。図８に示すように、歯車部パンチ孔２２の内周面には、歯車１の平歯車部４の歯列３を造形する内歯列２２ａが形成されている。そして、外側上パンチ２５の外周面には、歯車部パンチ孔２２の内周面の内歯列２２ａに摺動自在に嵌合する外歯列２５ｄが形成されている。

外側上パンチ２５の内部には、円筒状の内周面を有する原料貯留部２６が形成されている。原料貯留部２６の下端部は、下方に向かうにしたがって先細りとなる円錐状のテーパ部２６ａに形成されている。外側上パンチ２５の下端部には、テーパ部２６ａの下端から下方に延び、下端面２５ａに開口する軸部パンチ孔２９が形成されている。軸部パンチ孔２９は原料貯留部２６と同心状で、この軸部パンチ孔２９と原料貯留部２６との間が、ゲート２８として形成されている。軸部パンチ孔２９の内径は、歯車１の軸部５，６の直径と同等に設定されている。

外側上パンチ２５内には、上方の開口からプランジャ４０が摺動自在に挿入され、プランジャ４０の軸心には、内側上パンチ５０が上下方向に沿って摺動自在に貫通されている。内側上パンチ５０は、下降すると下端部が軸部パンチ孔２９に摺動しながら挿入され、ゲート２８は内側上パンチ５０の下端部で開閉される。原料貯留部２６には、外側上パンチ２５の上方の開口から、可塑性を有する原料Ｐが投入されて貯留される。

下部ダイス３０には、上下方向に延びる軸部型孔３３が、外側上パンチ２５の軸部パンチ孔２９と同軸的に貫通形成されている。軸部型孔３３は、軸部パンチ孔２９と同径、すなわち歯車１の軸部５，６の直径と同等の内径を有している。この軸部型孔３３には、下パンチ６０が摺動自在に挿入されている。

（２−２）成形方法
次に、図６および図７により、上記成形金型装置１０２を用いて歯車１の成形体を成形する方法を説明する。はじめに、図６（ａ）に示すように、上部ダイス２０側の下端面と下部ダイス３０側の上端面を一定の高さに揃え、押し型１０の内部にキャビティが形成されない状態とする。すなわち、上部ダイス２０の下端面２０ａと下部ダイス３０の上端面３０ａとを当接させるとともに、外側上パンチ２５の下端面２５ａを下部ダイス３０の上端面３０ａに当接させ、内側上パンチ５０の下端面５０ａと下パンチ６０の上端面６０ａとを、上下のダイス２０，３０の当接面と同じ高さで当接させる。上部ダイス２０内のゲート２８は、内側上パンチ５０が軸部パンチ孔２９に挿入されるため閉じられる。そして、外側上パンチ２５内の原料貯留部２６に原料Ｐをほぼ充満させて、プランジャ４０の先端を原料貯留部２６に挿入する。

次いで、図６（ｂ）に示すように、内側上パンチ５０を上方に駆動してゲート２８を開き、原料貯留部２６と軸部パンチ孔２９とを連通させる。軸部パンチ孔２９はキャビティ１１の一部を構成し、続いてプランジャ４０を下方に駆動して、原料貯留部２６内の原料Ｐをゲート２８から軸部パンチ孔２９に注入していく。

次いで、図６（ｃ）に示すように、外側上パンチ２５を上方に駆動し、かつ下パンチ６０を下方に駆動してキャビティ１１を形成しながら、さらにプランジャ４０を下降させ、原料Ｐを、ゲート２８を経て歯車１の形状に対応するキャビティ１１内に充填する。

キャビティ１１は、外側上パンチ２５を上昇させて歯車部パンチ孔２２の下端部の内歯列２２ａを平歯車部４の厚さに対応する高さまで露出させることにより、歯車１の平歯車部４と軸部５に対応する部分が上部ダイス２０側に形成され、下パンチ６０を下降させることにより歯車１の軸部６に対応する部分が下部ダイス３０側に形成される。このキャビティ１１内に、プランジャ４０を原料貯留部２６に押し込んで原料Ｐを充填する。

以上で充填工程が完了し、次いで、図６（ｄ）に示すように上パンチ５０を下方に駆動してゲート２８を閉じ、さらに図６（ｅ）に示すように上パンチ５０を押し込んでキャビティ１１内の原料Ｐを押圧して圧縮成形する（成形工程）。これにより、外側上パンチ２５と下部ダイス３０間に平歯車部４が造形され、軸部パンチ孔２９と軸部型孔３３にそれぞれ軸部５，６が造形されて、歯車１の成形体１Ａが成形される。

このようにして成形体１Ａが押し型１０内に成形されたら、図７に示す抜き出し工程を実施して押し型１０を型開きし、成形体１Ａを抜き出す。すなわち、図７（ａ）に示すように上部ダイス２０を上昇させて平歯車部４を露出させ、次いで図７（ｂ）に示すように内側上パンチ５０で成形体１Ａを押さえながら上部ダイス２０と外側上パンチ２５を上昇させて上側の軸部５を露出させる。この後、図７（ｃ）に示すように上部ダイス２０側の全体を上昇させてから、図７（ｄ）に示すように下パンチ６０を上昇させて下側の軸部６を軸部型孔３３から上方に抜き出し、成形体１Ａを得る。

（２−３）作用効果
上記第２実施形態の成形方法によっても第１実施形態と同様に押し型１０内に形成されるキャビティ１１内への原料Ｐの供給が容易となって効率的に成形体を得ることができるとともに、原料充填後のキャビティ１１内に空気が残留することに起因する成形不良の発生を抑えることができるといった作用効果を得ることができる。

また、第２実施形態では、プランジャ４０と内側上パンチ５０が挿入される外側上パンチ２５を１つのセットとし、このセットを複数用意して１セットを上部ダイス２０に挿入して稼働させる方式を採ることができる。この方式によれば、他のセットのプランジャ４０と内側上パンチ５０が挿入される外側上パンチ２５のメンテナンスを、当該装置１０２の稼働中において並行して行うことができる。また、原料Ｐの補給をセットごと行うことができ、原料Ｐの補給のために稼働が停滞することを防ぐことができ、生産効率がより向上するという利点もある。

［３］第３実施形態
図９は、第３実施形態の成形方法によって成形した成形体を焼結して得られる微小部品である微小歯車を示している。この歯車７は、大径側の平歯車部４の片側（図９で上側）に、外周面に多数の歯２からなる歯列３が形成された小径側の平歯車部８が積層された２段歯車であり、小径の平歯車部８から軸部５が突出し、大径の平歯車部４から軸部６が突出している。この歯車７は、例えば大径側の平歯車部４の外径Ｄ１が数百μｍ〜数ｍｍ、軸部５，６の直径Ｄ２が数十〜数百μｍといった寸法例が挙げられる。

（３−１）用いる成形金型装置の構成
図１０（ａ）〜（ｅ）、図１１（ａ）〜（ｄ）は、第３実施形態の成形方法によって上記歯車７の成形体を成形する工程を示している。図１０に示すように、第３実施形態の成形方法で用いる成形金型装置１０３は、押し型１０の上部ダイス２０側は同様の構成、すなわち、上部ダイス２０、内部に原料貯留部２６を有する外側上パンチ２５、内側上パンチ５０およびプランジャ４０から構成されている。図１２に示すように、上部ダイス２０の歯車部パンチ孔２２の下端部の内周面には、歯車７の大径側の平歯車部４の歯列３を造形する内歯列２２ａが形成されている。そして、外側上パンチ２５の外周面には、歯車部パンチ孔２２の内周面の内歯列２２ａに摺動自在に嵌合する外歯列２５ｄが形成されている。

一方、下部ダイス３０側は第１実施形態と同様に外側と内側の２つの下パンチ３２，６０を有しており、下部ダイス３０の歯車部型孔３１に外側下パンチ３２が摺動自在に挿入され、外側下パンチ３２の軸部型孔３３に内側下パンチ６０が摺動自在に挿入された構成となっている。図１２に示すように、下部ダイス３０の歯車部型孔３１の上端部の内周面には、歯車７の小径側の平歯車部８の歯列３を造形する内歯列３１ａが形成されており、外側下パンチ３２の外周面には、歯車部型孔３１の内周面の内歯列３１ａに摺動自在に嵌合する外歯列３２ｂが形成されている。

（３−２）成形方法
次に、図１０および図１１により第３実施形態の成形方法を説明する。はじめに、図１０（ａ）に示すように、上部ダイス２０側の下端面と下部ダイス３０側の上端面を一定の高さに揃え、押し型１０の内部にキャビティが形成されない状態とする。すなわち、上部ダイス２０の下端面２０ａと下部ダイス３０の上端面３０ａとを当接させるとともに、外側上パンチ２５の下端面２５ａを下部ダイス３０の上端面３０ａに当接させ、外側下パンチ３２の上端面３２ａを外側上パンチ２５の下端面２５ａに当接させ、内側上パンチ５０の下端面５０ａと内側下パンチ６０の上端面６０ａとを、上下のダイス２０，３０の当接面と同じ高さで当接させる。上部ダイス２０内のゲート２８は、内側上パンチ５０が軸部パンチ孔２９に挿入されるため閉じられる。そして、外側上パンチ２５内の原料貯留部２６に原料Ｐをほぼ充満させて、プランジャ４０の先端を原料貯留部２６に挿入する。

次いで、図１０（ｂ）に示すように内側上パンチ５０を上方に駆動してゲート２８を開き、原料貯留部２６と軸部パンチ孔２９とを連通させる。軸部パンチ孔２９はキャビティ１１の一部を構成し、続いてプランジャ４０を下方に駆動して、原料貯留部２６内の原料Ｐをゲート２８から軸部パンチ孔２９に注入していく。

次いで、図１０（ｃ）に示すように、外側上パンチ２５を上方に駆動し、かつ外側下パンチ３２と内側下パンチ６０を下方に駆動してキャビティ１１を形成しながら、さらにプランジャ４０を下降させ、原料Ｐを、ゲート２８を経て歯車７の形状に対応するキャビティ１１内に充填する。

キャビティ１１は、外側上パンチ２５を上昇させて歯車部パンチ孔２２の下端部の内歯列２２ａを露出させることにより、歯車７の大径側の平歯車部４と軸部６に対応する部分が上部ダイス２０側に形成され、外側下パンチ３２を下降させて歯車部型孔３１の上端の内歯列３１ａを露出させ、かつ内側下パンチ３２を下降させることにより、歯車７の小径側の平歯車部８と軸部５に対応する部分が下部ダイス３０側に形成される。このキャビティ１１内に、プランジャ４０を原料貯留部２６に押し込んで原料Ｐを充填する。

以上で充填工程が完了し、次いで、図１０（ｄ）〜（ｅ）に示すように上パンチ５０を下方に駆動してキャビティ１１内の原料Ｐを押圧して圧縮成形する（成形工程）。これにより、上部ダイス２０側に大径側の平歯車部４と軸部６が造形され、下部ダイス３０側に小径側の平歯車部８と軸部５が造形されて、歯車７の成形体７Ａが成形される。

このようにして成形体７Ａが押し型１０内に成形されたら、上記第２実施形態と同様にして成形体７Ａの抜き出し工程に移る。すなわち、図１１（ａ）〜（ｄ）に示すように、上部ダイス２０を上昇させて平歯車部４を露出させ、内側上パンチ５０で成形体７Ａを押さえながら上部ダイス２０と外側上パンチ２５を上昇させて上側の軸部６を露出させ、上部ダイス２０側の全体を上昇させてから内側下パンチ６０を上昇させて下側の軸部５を軸部型孔３３から上方に抜き出し、成形体７Ａを得る。

［４］第４実施形態
第４実施形態は、第３実施形態で示した上記歯車７の成形体を得る別の成形方法である。

（４−１）用いる成形金型装置の構成
図１３（ａ）〜（ｅ）、図１４（ａ）〜（ｄ）は、第４実施形態の成形方法によって上記歯車７の成形体を成形する工程を示している。図１３に示すように、第４実施形態の成形方法で用いる成形金型装置１０４は、上記第３実施形態の成形金型装置１０３と同様に、上部ダイス２０側と下部ダイス３０側にそれぞれ２組のパンチ（外側と内側の上パンチ２５，５０、外側と内側の下パンチ３２，６０）が挿入され、外側上パンチ２５内に原料貯留部２６が形成されているとともにプランジャ４０が挿入される構成であるが、次の点で異なっている。

上部ダイス２０の歯車部パンチ孔２２の下端部は、テーパ部２２ｂを介して縮径し小径部２２ｃに形成されている。そしてこれに対応して、歯車部パンチ孔２２に摺動自在に挿入される外側上パンチ２５の下端部の外径はテーパ部２５ｂを介して先細りに縮径し、小径部２５ｃが形成されており、この小径部２５ｃが歯車部パンチ孔２２の小径部２２ｃに摺動自在に挿入されるようになっている。図１５に示すように、上部ダイス２０側の上記小径部２２ｃの内周面には、歯車７の小径側の平歯車部８の歯列３を造形する内歯列２２ｄが形成されている。そして、外側上パンチ２５の小径部２５ｃの外周面には、上部ダイス２０の内歯列２２ｄに摺動自在に嵌合する外歯列２５ｄが形成されている。

下部ダイス３０には、歯車７の大径側の平歯車部４の外径に対応する内径の歯車部型孔３１が形成されており、この歯車部型孔３１に、外側下パンチ３２が摺動自在に挿入されている。図１５に示すように、歯車部型孔３１の上端部の内周面には、平歯車部４の歯列３を造形する内歯列３１ａが形成されており、外側下パンチ３２の外周面には、歯車部型孔３１の内歯列３１ａに摺動自在に嵌合する外歯列３２ｂが形成されている。

（４−２）成形方法
次に、図１３および図１４により第４実施形態の成形方法を説明する。はじめに、図１３（ａ）に示すように、上部ダイス２０側の下端面と下部ダイス３０側の上端面を一定の高さに揃え、押し型１０の内部にキャビティが形成されない状態とする。すなわち、上部ダイス２０の下端面２０ａと下部ダイス３０の上端面３０ａとを当接させるとともに、外側下パンチ３２の上端面３２ａを上部ダイス２０の下端面２０ａに当接させ、外側上パンチ２５の上端面２５ａを外側下パンチ３２の上端面３２ａに当接させ、内側上パンチ５０の下端面５０ａと内側下パンチ６０の上端面６０ａとを、上下のダイス２０，３０の当接面と同じ高さで当接させる。上部ダイス２０内のゲート２８は、内側上パンチ５０が軸部パンチ孔２９に挿入されるため閉じられる。そして、外側上パンチ２５内の原料貯留部２６に原料Ｐをほぼ充満させて、プランジャ４０の先端を原料貯留部２６に挿入する。

次いで、図１３（ｂ）に示すように内側上パンチ５０を上方に駆動してゲート２８を開き、原料貯留部２６と軸部パンチ孔２９とを連通させる。軸部パンチ孔２９はキャビティの一部を構成し、続いてプランジャ４０を下方に駆動して、原料貯留部２６内の原料Ｐをゲート２８から軸部パンチ孔２９に注入していく。

次いで、図１３（ｃ）に示すように、外側上パンチ２５を上方に駆動し、かつ外側下パンチ３２と内側下パンチ６０を下方に駆動してキャビティ１１を形成しながら、さらにプランジャ４０を下降させ、原料Ｐを、ゲート２８を経て歯車７の形状に対応するキャビティ１１内に充填する。

キャビティ１１は、外側上パンチ２５を上昇させて歯車部パンチ孔２２の下端部の内歯列２２ａを露出させることにより、歯車７の小径側の平歯車部８と軸部５に対応する部分が上部ダイス２０側に形成され、外側下パンチ３２を下降させて歯車部型孔３１の上端の内歯列３１ａを露出させ、かつ内側下パンチ３２を下降させることにより、歯車７の大径側の平歯車部４と軸部６に対応する部分が下部ダイス３０側に形成される。このキャビティ１１内に、プランジャ４０を原料貯留部２６に押し込んで原料Ｐを充填する。

以上で充填工程が完了し、次いで、図１３（ｄ）〜（ｅ）に示すように上パンチ５０を下方に駆動してキャビティ１１内の原料Ｐを押圧して圧縮成形する（成形工程）。これにより、上部ダイス２０側に小径側の平歯車部８と軸部５が造形され、下部ダイス３０側に大径側の平歯車部４と軸部６が造形されて、歯車７の成形体７Ａが成形される。

このようにして成形体７Ａが押し型１０内に成形されたら、抜き出し工程に移る。すなわち、図１４（ａ）〜（ｄ）に示すように、上部ダイス２０を上昇させて平歯車部４を露出させ、内側上パンチ５０で成形体７Ａを押さえながら上部ダイス２０と外側上パンチ２５を上昇させて上側の軸部５を露出させ、上部ダイス２０側の全体を上昇させてから内側下パンチ６０を上昇させて下側の軸部６を軸部型孔３３から上方に抜き出し、成形体７Ａを得る。

［５］第３実施形態と第４実施形態について
上記第３実施形態および第４実施形態によれば、大径と小径の平歯車部４，８を同軸的に有する２段構成の軸付き歯車７の成形体７Ａを得ることができる。そしてこれら実施形態でも、第２実施形態と同様に、押し型１０内への原料Ｐの供給を容易として効率的に成形体を得られることや、原料充填後のキャビティ１１内に空気が残留することに起因する成形不良の発生の抑制、ならびにプランジャ４０と内側上パンチ５０が挿入される外側上パンチ２５を複数セット用意することによるメンテナンスおよび原料Ｐの補給の効率化といった効果を、同様に得ることができる。

１Ａ，７Ａ…成形体、１１…キャビティ、２０…上部ダイス、２０ａ…上部ダイスの下端面、２２…歯車部パンチ孔、２５…外側上パンチ、２６…原料貯留部、２７…上パンチ孔、２８…ゲート、２９…軸部パンチ孔、３０…下部ダイス、３０ａ…下部ダイスの上端面、３１…歯車部型孔、３２…外側下パンチ、３３…軸部型孔、４０…プランジャ、５０…上パンチ、内側上パンチ、６０…下パンチ、内側下パンチ、１０１，１０２，１０３，１０４…成形金型装置、Ｐ…原料。

Claims (3)

1. 型孔を有する下部ダイスと、
   下端面が前記下部ダイスの上端面と当接可能で、パンチ孔を有する上部ダイスと、
   前記下部ダイスの前記型孔に摺動自在に嵌合する下パンチと、
   前記上部ダイスの前記パンチ孔に摺動自在に嵌合する上パンチと、
   金属粉末に熱可塑性樹脂とワックスからなるバインダを３０〜６０体積％添加して、加熱混練した可塑性を有する原料を貯留する原料貯留部と
   前記原料貯留部に摺動自在に挿入され、該原料貯留部に貯留されている可塑性を有する原料を前記パンチ孔を経て前記下部ダイス、前記上部ダイスおよび前記下パンチから形成されるキャビティに注入するプランジャと、を備え、
   前記上パンチが、前記プランジャ内に、該プランジャの摺動方向に沿って摺動自在に貫通され、往復摺動することにより、前記原料貯留部と前記パンチ孔との間に形成されるゲートを開閉し、前記キャビティ方向に摺動した時に、該ゲートを閉じるとともにキャビティ内の可塑性を有する原料を成形体に圧縮するよう設けられた成形金型装置を用い、
   前記下部ダイスの上端面と、前記上部ダイスの下端面と、前記上パンチの下端面と、前記下パンチの上端面とを揃えた状態で、
   前記上パンチを駆動して前記ゲートを開くとともに、前記プランジャを駆動して可塑性を有する原料を前記ゲートから前記パンチ孔に注入し、次いで、前記上パンチおよび前記下パンチの少なくとも一方を駆動してキャビティを形成しながら、さらに前記プランジャを駆動して、可塑性を有する原料を前記ゲートを経て前記キャビティ内に充填する充填工程と、
   前記キャビティへの可塑性を有する原料の充填が完了した後、前記上パンチを駆動して前記ゲートを閉じるとともに可塑性を有する原料を押圧して、キャビティ内の可塑性を有する原料を成形体に圧縮する成形工程と、
   前記成形体を前記型孔から抜き出す抜き出し工程と、
   を有することを特徴とする可塑性を有する原料の成形方法。
2. 前記成形工程において、前記上パンチとともに前記下パンチを駆動して前記キャビティ内の可塑性を有する原料を成形体に圧縮することを特徴とする請求項１に記載の可塑性を有する原料の成形方法。
3. 前記上パンチおよび前記下パンチの少なくとも一方が複数のパンチで構成され、前記充填工程において、全てのパンチの端面を揃えた状態から充填工程を開始することを特徴とする請求項１または２に記載の可塑性を有する原料の成形方法。

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