JP2917761B2 - 粉末成形品の成形装置及びその成形方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、圧縮成形される粉末
成形品の側面から内側に向けて形成される横方向の空間
成形部、例えば横孔を成形可能な粉末成形品の成形装置
及びその成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】粉末成形品は、上金型及び下金型により
形成される型空間内に材料となる粉末を充填し、この状
態で圧縮成形した後焼結して得られるが、このような粉
末成形品に横孔を成形する場合には、従来例えば次のよ
うな方法が用いられていた。

【０００３】一つは、圧縮成形した後に焼結された成形
品に対し、ドリルやボール盤などの孔明け加工機械を用
いて機械的に横孔を加工する方法である。

【０００４】他の方法は、実公平２−１６８７９号公報
に開示されているように、金型を貫通して型空間を水平
に横切る態様で出没自在に装着された横孔加工の打抜き
パンチを設け、上下の各金型で鉛直方向に圧縮成形され
ている環状の成形品に対し、前述した打抜きパンチで横
孔を形成するものがある。打抜きカスは成形品の下金型
の軸心を貫通する中空のコアロッドを介して外部へ排出
される。

【０００５】ところが、前者の方法は、焼結された成形
品は硬度が極めて高く微小な空孔を有し、断続的な切削
となるため、加工性が悪く作業能率が低下するととも
に、孔明け工具の摩耗や損傷も多いので工具費の負担が
大きくなり、しかも加工が別工程になるので作業に連続
性がないなど、製造コストが高くなるという問題があ
る。

【０００６】一方、後者の方法は、圧縮成形された焼結
前の成形品は脆いので、打抜きパンチで横孔を形成した
場合には、割れや欠けなどの欠損が発生しやすく、形成
した横孔分の圧縮粉末をカスとして排出するので、その
分だけ材料粉末の歩留まりが悪くなるとともに、このカ
スを中空のコアロッドへ排出するために成形品は中空な
環状部品以外には適用することができない。しかも、横
孔加工用の打抜きパンチは大きな加圧力で駆動する必要
があるので、油圧シリンダなどによる駆動装置が大型化
するなどの問題があった。

【０００７】このため、本願出願人は、上記したような
問題を解決すべく、上金型と下金型との間に形成される
型空間内に対し、成形品の横孔の内径と等しい外径を備
えた水平ロッドを横方向から水平に出没可能に設け、水
平ロッドを型空間内に露出させた状態で上金型を上昇さ
せることで形成される上部開口から材料粉末を型空間内
に充填し、上下両金型間の材料粉末を圧縮成形した後、
水平ロッドを引抜くようにした技術を開発した。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
技術では、焼結後の成形品に横孔を機械加工する方法
や、圧縮成形された焼結前の成形品に打抜きパンチで横
孔を形成する方法で発生する種々の問題は解消されるも
のの、圧縮成形後の粉末成形品の各部の粉末の密度を測
定したところ、横孔を堺にして上金型側の上部と下金型
側の下部とで顕著な差が発生していることが判明し、粉
末成形品全体として均一な密度が得られていないことが
分かった。

【０００９】図７は、密度測定に使用した横孔１を備え
た圧縮成形後の矩形状の粉末成形品の斜視図であり、こ
の粉末成形品に対し、切断線３によって分けた上部５と
下部７との所定部位の密度をそれぞれ測定した。図８
は、縦軸を密度、横軸を成形数として、実線が上部５の
もので、破線が下部７のものである。これによれば、下
部７の密度が上部５の密度より、最大で０．１０ｇ／ｃ
ｍ³ 低いことが分かる。これは、型空間内への材料粉末
の供給に際し、横孔成形用の水平ロッドが下側への流れ
を阻害し、下側の粉末量が上側の粉末量に比べて不足す
るためと考えられる。

【００１０】そこで、この発明は、型空間内に横方向か
ら出没可能な成形部材を使用して粉末成形品の側面から
内側に向けて空間成形部、例えば横孔を形成するような
場合でも、粉末成形品の空間成形部を境にした上部と下
部とで、上部から供給する粉末の密度が均一になるよう
にすることを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は、第１に、材料粉末が上部から充填され
る型空間を形成する上金型及び下金型を有する金型本体
と、この金型本体に対し少なくとも一方の側部を貫通し
て前記型空間へ側方から出没可能な成形部材とを有し、
この成形部材に、粉末成形品の側面から内側に向けて形
成する横方向の空間成形部の形状と等しい形状の粉末成
形部と、この粉末成形部の前記型空間内における上下方
向の投影面積より小さい同投影面積を備えた粉末供給部
とをそれぞれ設けた構成としてある。

【００１２】第２に、材料粉末が上部から充填される型
空間を形成する上金型及び下金型を有する金型本体に対
し、粉末成形品の側面から内側に向けて形成する横方向
の空間成形部の形状と等しい形状の粉末成形部の前記型
空間内における上下方向の投影面積より小さい同投影面
積を備えた粉末供給部を有する成形部材を、この粉末供
給部が前記型空間に露出する状態となるよう金型本体の
少なくとも一方の側部を貫通して挿入させ、前記型空間
内に上部から材料粉末を充填した後、粉末成形部を型空
間内に露出させるべく成形部材を金型本体に対して移動
させ、この状態で材料粉末を上下から圧縮して加圧さ
せ、加圧終了後に成形部材を引き抜く方法としてある。

【００１３】第３に、第１の構成において、粉末成形品
の側面から内側に向けて形成する横方向の空間成形部を
横孔としてある。

【００１４】第４に、第１の構成において、成形部材
は、金型本体に対し左右両側方から貫通するよう一対設
けられて型空間へ左右両側方から出没可能であり、粉末
成形品の側面から内側に向けて形成する横方向の空間成
形部を、周方向に延長して形成される凹部としてある。

【００１５】第５に、第３の構成において、粉末供給部
は、上下方向に貫通する粉末供給孔を備えている。

【００１６】第６に、第４の構成において、粉末供給部
は、上下方向に貫通する粉末供給孔を備えており、かつ
粉末供給孔は型空間に露出した状態で型空間と整合する
形状である。

【００１７】

【作用】第１ないし第６の成形装置または成形方法によ
れば、金型本体を貫通する成形部材を型空間内に粉末供
給部が露出するように挿入し、この状態で型空間の上部
から材料粉末を充填することで、充填される材料粉末
は、型空間に露出している粉末供給部の上下方向の投影
面積が粉末成形部の同面積より小さいので、粉末供給部
が型空間に露出していても、下部への粉末の供給不足が
抑制され、粉末成形品の密度は上部と下部とで均一化し
たものとなる。

【００１８】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づき説明
する。

【００１９】図１は、この発明の一実施例の粉末成形品
の成形装置を示している。この実施例は、円柱状の粉末
成形品に対し、側面から内側に向けて形成する横方向の
空間成形部である横孔を成形する場合に適用される。こ
の装置に使用されるプレス金型は、図示しないダイプレ
ートに固定された円筒状のダイス９と、図示しない加圧
駆動装置、例えば油圧シリンダによって昇降されてダイ
ス９の軸心孔９ａ内へ下方から嵌入される円柱状の下パ
ンチ１１と、図示しない加圧駆動装置、例えばクランク
機構によって昇降されてダイス９の軸心孔９ａ内へ上方
から嵌入される円柱状の上パンチ１３とで構成されてい
る。ここでは、ダイス９と下パンチ１１とで下金型を、
上パンチ１３で上金型をそれぞれ構成し、上下両金型で
金型本体を構成するものとする。

【００２０】ダイス９の軸心孔９ａと下パンチ１１の上
端面との間の金型本体内に、材料粉末１５が充填される
型空間１７が形成される。ダイス９の上面には、材料粉
末１５を型空間１７内へ案内するためのフィーダ１９が
設置されている。フィーダ１９は、材料粉末１５が型空
間１７内へ供給された後は、左右方向に移動して余分な
材料粉末を除去するようになっている。

【００２１】ダイス９の上下方向のほぼ中心位置には、
左右方向に貫通する円形の貫通孔９ｂが形成され、この
貫通孔９ｂに、図中で右側から型空間１７へ水平に出没
可能な成形部材としての水平ロッド２１が挿入されてい
る。水平ロッド２１は、例えば油圧または空気圧の流体
シリンダからなる水平駆動機構２３により水平駆動され
る。

【００２２】水平ロッド２１は、図２にその詳細を示す
ように、先端側のほぼ半分が、粉末成形品に形成する横
孔の内径と等しい外径に形成されており、さらにその先
端側のほぼ半分における型空間１７の左右方向の寸法と
同長の部位が粉末成形部Ａとなる。この粉末成形部Ａに
隣接した位置には、図２（ａ）及び図１にて上下方向に
貫通する粉末供給孔２１ａが形成され、ここが粉末供給
部Ｂとなる。粉末供給孔２１ａの左右方向の寸法は、粉
末成形部Ａの左右方向の寸法と同等となっている。これ
により、型空間１７内における粉末供給部Ｂの上下方向
の投影面積は、粉末成形部Ａの同投影面積より粉末供給
孔２１ａを設けた分だけ小さいものとなる。

【００２３】このように構成された粉末成形品の成形装
置において、横孔を有する粉末成形品を成形するには図
１の（ａ）〜（ｃ）の順序で行う。

【００２４】まず、下パンチ１１がダイス９の軸心孔９
ａに下方から嵌入されて所定位置で停止し、これにより
型空間１７が形成される。ダイス９の貫通孔９ｂに挿入
する水平ロッド２１は、粉末供給部Ｂが型空間１７に露
出する位置となるよう水平駆動機構２３により移動させ
る。この状態でフィーダ１９を介して型空間１７内に材
料粉末１５を充填する。充填時には、水平ロッド２１が
存在する部位は、材料粉末１５は粉末供給孔２１ａを通
過するので、水平ロッド２１が邪魔になることなく水平
ロッド２１の下方にも充分供給される。充填量は、図１
（ａ）のように、型空間１７から食み出すように充分な
量とする。このとき、水平ロッド２１にバイブレーショ
ンをかけることで、材料粉末１５による粉末供給孔２１
ａの目詰まりが防止される。また、水平ロッド２１を、
図３に示すように軸心を中心に回転するよう所定角度θ
の範囲で揺動させる動きを追加することで、粉末供給可
能な部分が拡大し、より効果的である。

【００２５】図１（ａ）の状態で、フィーダ１９を左右
方向に移動させて上部に供給された余分な材料粉末１５
を除去するとともに、水平駆動機構２３を動作させて水
平ロッド２１をダイス９から引抜くよう図中で右方向に
移動させ、先端の粉末成形部Ａが型空間１７に露出する
位置となるようにする。この状態が図１（ｂ）である。
このとき、粉末供給部Ｂの粉末供給孔２１ａに入り込ん
でいる材料粉末１５は、水平ロッド２１の移動とともに
ダイス９内に持ち込まれることになるが、この持ち込ま
れた材料粉末１５ａは、次の成形サイクルで粉末供給部
Ｂが型空間１７に露出するときに型空間１７内に供給さ
れるこになるので、無駄になることない。

【００２６】次に、図１（ｃ）のように、上パンチ１３
を下降させて型空間１７内に嵌入させると同時に、下パ
ンチ１１も上昇させて型空間１７内に深く嵌入させる。
これにより、材料粉末１５が上パンチ１３と下パンチ１
１とで上下双方から加圧されることになって材料粉末１
５が所定の密度まで圧縮成形され、圧縮成形品２５が得
られる。このとき、型空間１７内には水平ロッド２１の
粉末成形部Ａが存在しているので、粉末成形部Ａによっ
て横孔２５ａが形成されることになる。

【００２７】この加圧に際しては、偏荷重が加わって変
形しないようにするために、上下方向から均等な圧縮比
で加圧する必要がある。そのためには、上パンチ１３が
材料粉末１５の上面に対して加圧を完了するまでの移動
距離と、下パンチ１１が材料粉末１５の下面に対して加
圧を完了するまでの移動距離との比率に比例するよう
に、上パンチ１３の下降スピードに対する下パンチ１１
の上昇スピードを設定しておく。例えば、上パンチ１３
と下パンチ１１の移動距離が等しい場合には、上パンチ
１３の下降スピードと下パンチ１１の上昇スピードとを
等しく設定し、また下パンチ１１の移動距離に対して上
パンチ１３の移動距離が２倍の場合には、上パンチ１３
の下降スピードを下パンチ１１の上昇スピードの２倍に
設定する。

【００２８】圧縮成形後は、圧縮成形品２５の高さ寸法
の例えば５％以内の僅かな距離だけ上下の各パンチ１
３，１１をそれぞれ等しく後退させ、この状態で水平ロ
ッド２１を引き抜く。これにより、水平ロッド２１を引
き抜く際に水平ロッド２１に加わる力が軽減され、水平
駆動装置２３の大型化や金型の寿命低下が防止される。

【００２９】水平ロッド２１を引き抜いた後は、上下の
各パンチ１３，１１で圧縮成形品２５を挟持したまま、
下パンチ１１の上端面がダイス９の上面と一致する位置
まで上下の各パンチ１３，１１を上昇させることで、圧
縮成形品２５は型空間１７内から外部に抜き出される。
抜き出された圧縮成形品２５は、フィーダ１９によって
金型上から次工程へ排出される。その後、下パンチ１１
を下降させて図１（ａ）のようにダイス９との間に型空
間１７を形成させるとともに、この型空間１７に水平ロ
ッド２１を挿入し、次の成形サイクルに備える。

【００３０】このようにして得られた圧縮成形品２５
は、材料粉末１５が水平ロッド２１の下方にも充分充填
されているので、水平ロッド２１の下方部位についても
上部に比べて材料粉末の密度が低くなることはなく、全
体として均一な密度分布が得られる。図４は、水平ロッ
ド２１により形成される横孔２５ａの上部側における材
料粉末１５の密度（実線図示）と下部側の同密度（破線
図示）とを示しており、これら両者間には図８で示した
従来のもと比べてに大きな密度差がないことがわかる。
また、全体として均一に材料粉末１５を供給できるの
で、圧縮成形時に水平ロッド２１に掛かる曲げ応力を低
減でき、水平ロッド２１の寿命向上も図ることができ
る。

【００３１】なお、粉末供給孔２１ａの大きさは、水平
ロッド２１の形状により大きく異なるが、水平ロッド２
１を直径８ｍｍのものとした場合、実験結果により型空
間１７に露出した粉末供給部Ｂの上下方向の投影面積
が、粉末成形部Ａの同投影面積の１％以上を確保できる
範囲で自由である。

【００３２】図５は、上記実施例における水平ロッド２
１の粉末供給孔２１ａに代え、両側部に凹部２１ｂを設
け、この部位を粉末供給部Ｂとしたものである。この場
合には、型空間１７に供給される際の材料粉末１５は、
水平ロッド２１の凹部２１ｂを通過するので、水平ロッ
ド２１の下方においても材料粉末１５の供給が充分とな
り、図２のものと同様の効果が得られる。

【００３３】図６は、この発明の他の実施例を示してい
る。この実施例は、粉末成形品の側面から内側に向かう
横方向の空間成形部を成形するための成形部材を、金型
本体の左右両側方から貫通して型空間１７へ水平に出没
可能な２つの平板状のカムダイス２７，２９とし、これ
を用いることで、周囲に凹部としての環状の溝を有する
全周アンダカット部を備えた粉末成形品を得るようにし
たものである。上記カムダイス２７，２９は、前記実施
例における水平ロッド２１と同様に、例えば油圧または
空気圧の流体シリンダからなる図示しない水平駆動機構
により、個別に水平駆動される。

【００３４】この場合のダイス３１は、下ダイス３３と
上ダイス３５とが分離可能であり、各ダイス３３，３５
に円形の軸心孔３３ａ，３５ａが形成されている。下ダ
イス３３の軸心孔３３ａには下方から下パンチ３７が、
上ダイス３５の軸心孔３５ａには上方から上パンチ３９
がそれぞれ嵌入する。ここでは、ダイス３１と下パンチ
３７とで下金型を、上パンチ３９で上金型をそれぞれ構
成し、上下各金型で金型本体を構成することになる。上
ダイス３５の上面にはフィーダ４１が設けられ、上下各
ダイス３５，３３の軸心孔３３ａ，３５ａと下パンチ３
７の上端面との間の金型本体内には、材料粉末１５が充
填される型空間４３が形成される。

【００３５】カムダイス２７，２９は、下ダイス３３と
上ダイス３５との間に、左右方向に移動可能に配置さ
れ、先端に半円形部２７ａ，２９ａがそれぞれ形成さ
れ、両者の先端同志を突き合わせると、円形孔を有する
粉末成形部Ａが形成されることになる。粉末成形部Ａの
円形孔は、軸心孔３３ａ，３５ａより小さいものとなっ
ている。この粉末成形部Ａに隣接したカムダイス２９に
は、軸心孔３３ａ，３５ａとほぼ同径の粉末供給孔２９
ｂが形成されて粉末供給部Ｂを構成している。

【００３６】このように構成された粉末成形品の成形装
置において、全周アンダカット部を有する粉末成形品を
成形するには、図６（ａ）〜（ｄ）の順序で行う。

【００３７】まず、（ａ）に示すように、下パンチ３７
が下ダイス３３の軸心孔３３ａに下方から嵌入されて所
定位置で停止し、これにより型空間４３が形成される。
カムダイス２７，２９は、下ダイス３３と上ダイス３５
との間にて、カムダイス２７が引き出されカムダイス２
９が押し込まれてカムダイス２９の粉末供給孔２９ｂが
軸心孔３３ａ，３５ａに整合するような位置とする。こ
の状態でフィーダ４１を介して型空間４３内に材料粉末
１５を充填する。充填量は、型空間４３から食み出すよ
うに充分な量とする。

【００３８】材料粉末１５を型空間４３内に充填する際
には、カムダイス２９は粉末供給孔２９ｂが軸心孔３３
ａ，３５ａに整合していることから、型空間４３にはカ
ムダイス２９が露出することはなく、したがってこのと
き材料粉末１５は、カムダイス２９が邪魔になることな
くカムダイス２９の下方側にも充分に供給されることに
なる。

【００３９】（ａ）の状態から、フィーダ４１を左右方
向に移動させて上部に供給された余分な材料粉末１５を
除去するとともに、カムダイス２７，２９を相互の先端
を突き合わせた状態のまま図中で右方向に移動させ、粉
末成形部Ａの中心と軸心孔３３ａ，３５ａの中心とが同
位置となるようにする。この状態が（ｂ）である。この
とき、粉末供給部Ｂの円形孔に入り込んでいる材料粉末
は、カムダイス２７，２９の移動とともに下ダイス３３
と上ダイス３５との間に持ち込まれることになるが、こ
の持ち込まれた材料粉末１５ａは、次の成形サイクルで
この粉末供給部Ｂが型空間４３に移動するとき型空間４
３内に供給されることなるので、無駄になることはな
い。

【００４０】次に、（ｃ）のように、上パンチ３９を下
降させて型空間４３内に嵌入させると同時に、下パンチ
３７も上昇させて型空間４３内に深く嵌入させる。これ
により、材料粉末１５が上パンチ３９と下パンチ３７と
で上下双方から加圧されることになって材料粉末１５が
所定の密度まで圧縮成形され、圧縮成形品４５が得られ
る。このとき、型空間４３内にはカムダイス２７，２９
の粉末成形部Ａが存在しているので、粉末成形部Ａによ
って環状の溝４５ａが形成されることになる。その後、
カムダイス２７，２９をそれぞれ個別に左右に引き抜
き、上パンチ３９，上ダイス３５及び、下パンチ３７を
上昇させることで、圧縮成形品４５は型空間４３内から
外部に抜き出される。

【００４１】この実施例においても、圧縮成形品４５
は、カムダイス２７，２９によって成形される溝４５ａ
の下方にも材料粉末１５が充分充填されているので、溝
４５ａの下方部位についても材料粉末の密度が低くなる
ことはなく、全体として均一な密度分布が得られる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、粉末成形品の側面から内側に向かう横方向の空間
成形部を成形するための粉末成形部を有する成形部材
に、粉末成形部の型空間内における上下方向の投影面積
より小さい同投影面積を備えた粉末供給部を設け、この
粉末供給部を型空間内に露出させた状態で型空間の上部
から材料粉末を充填するようにしたので、充填される材
料粉末は、上下方向の投影面積が小さい粉末供給部を通
して供給されることになり、成形部材より下方への供給
不足が抑制され、粉末成形品の密度を上部と下部とで均
一化したものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す粉末成形品の成形装
置の作業工程図である。

【図２】図１の成形装置に用いる水平ロッドの詳細図で
ある。

【図３】図２の水平ロッドに揺動運動をさせる状態を示
す作用説明図である。

【図４】図１の成形装置による粉末成形品の横孔上部と
下部とにおける材料粉末の密度を示す説明図である。

【図５】図２の水平ロッドの他の例を示す詳細図であ
る。

【図６】この発明の他の実施例を示す粉末成形品の成形
装置の作業工程図である。

【図７】横孔を備えた圧縮成形後の矩形状の粉末成形品
の斜視図である。

【図８】従来例による粉末成形品の横孔上部と下部とに
おける材料粉末の密度を示す説明図である。

【符号の説明】

９，３１ ダイス（下金型） １１，３７ 下パンチ（下金型） １３，３９ 上パンチ（上金型） １５ 材料粉末 １７，４３ 型空間 ２１ 水平ロッド（成形部材） ２１ａ 粉末供給孔 ２５，４５ 圧縮成形品（粉末成形品） ２５ａ 横孔（横方向の空間成形部） ４５ａ 凹部（横方向の空間成形部） ２７，２９ カムダイス（成形部材） ２９ｂ 粉末供給孔 Ａ 粉末成形部 Ｂ 粉末供給部

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 材料粉末が上部から充填される型空間を
   形成する上金型及び下金型を有する金型本体と、この金
   型本体に対し少なくとも一方の側部を貫通して前記型空
   間へ側方から出没可能な成形部材とを有し、この成形部
   材に、粉末成形品の側面から内側に向けて形成する横方
   向の空間成形部の形状と等しい形状の粉末成形部と、こ
   の粉末成形部の前記型空間内における上下方向の投影面
   積より小さい同投影面積を備えた粉末供給部とをそれぞ
   れ設けたことを特徴とする粉末成形品の成形装置。
2. 【請求項２】 材料粉末が上部から充填される型空間を
   形成する上金型及び下金型を有する金型本体に対し、粉
   末成形品の側面から内側に向けて形成する横方向の空間
   成形部の形状と等しい形状の粉末成形部の前記型空間内
   における上下方向の投影面積より小さい同投影面積を備
   えた粉末供給部を有する成形部材を、この粉末供給部が
   前記型空間に露出する状態となるよう金型本体の少なく
   とも一方の側部を貫通して挿入させ、前記型空間内に上
   部から材料粉末を充填した後、粉末成形部を型空間内に
   露出させるべく成形部材を金型本体に対して移動させ、
   この状態で材料粉末を上下から圧縮して加圧させ、加圧
   終了後に成形部材を引き抜くことを特徴とする粉末成形
   品の成形方法。
3. 【請求項３】 粉末成形品の側面から内側に向けて形成
   する横方向の空間成形部が横孔であることを特徴とする
   請求項１記載の粉末成形品の成形装置。
4. 【請求項４】 成形部材は、金型本体に対し左右両側方
   から貫通して型空間へ側方から出没可能であり、粉末成
   形品の側面から内側に向けて形成する横方向の空間成形
   部が周方向に延長して形成される凹部であることを特徴
   とする請求項１記載の粉末成形品の成形装置。
5. 【請求項５】 粉末供給部は、上下方向に貫通する粉末
   供給孔を備えていることを特徴とする請求項３記載の粉
   末成形品の成形装置。
6. 【請求項６】 粉末供給部は、上下方向に貫通する粉末
   供給孔を備えており、かつ粉末供給孔は型空間に露出し
   た状態で型空間と整合する形状であることを特徴とする
   請求項４記載の粉末成形品の成形装置。