JP3063499B2 - 焼結部品用粉末成形体の製造方法 - Google Patents

焼結部品用粉末成形体の製造方法

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JP3063499B2 JP5311701A JP31170193A JP3063499B2 JP 3063499 B2 JP3063499 B2 JP 3063499B2 JP 5311701 A JP5311701 A JP 5311701A JP 31170193 A JP31170193 A JP 31170193A JP 3063499 B2 JP3063499 B2 JP 3063499B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、圧縮成形用金型に用
いる粉末成形体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】粉末成形体の製造は、普通、図６に示す
ように、金型２０のキャビィティ２１上に給粉シューボ
ックス２２を移動させ、その給粉シューボックス２２の
内部の粉末を上記キャビィティ２１内に落下供給したの
ち、給粉シューボックス２２を後退動させ、上パンチ２
３の下降によりキャビィティ２１の粉末を加圧して圧縮
成形している。
【０００３】粉末成形体は、普通、成形後に焼結される
ため、粉末成形体の密度が不均一であると、焼結時の寸
法変化が不均一となり、寸法精度の良好な焼結部品を得
ることができない。したがって、粉末成形体は密度のバ
ラツキが少ない方が好ましい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の粉末
成形体の製造方法においては、キャビィティ２１に対す
る粉末の充填が自然落下による充填であるため、キャビ
ィティ内において粉体にブリッジが生じ易く、粉末の充
填密度にバラツキが生じ易い。
【０００５】また、給粉シューボックス２２をキャビィ
ティ２１に向けて前進動させてキャビィティ２１の一端
から他端に粉末を供給し、キャビィティ２１への粉末の
充填後、給粉シューボックス２２を後退動させ、その給
粉シューボックス２２により充填粉末の擦り切りを行な
って、粉末の充填量を制御するため、キャビィティ内の
粉末に高充填部と低充填部が生じ易い。
【０００６】そこで、金型のキャビィティ内に粉末を充
填したのち、金型に振動を与えて粉末の充填密度の均一
化を図る試みが行なわれたが、金型を直接振動させるた
め、金型にずれや摩耗が生じ、ずれが生じた金型に上パ
ンチが干渉し、金型を破損させるおそれがあった。
【０００７】また、特開平５−６９１９５号公報に記載
された粉末充填方法においては、金型を囲むコイルに高
周波交流を流し、磁性体を含む原料粉末に渦電流を発生
させて粉末を微動させるようにしている。
【０００８】しかし、この方法では、原料粉末として磁
性をもつ粉末しか使用できない。また、コイルを設置す
るスペースが必要なため、ダイセットの剛性が低くな
り、しかも、磁界が発生するため、金型および粉末成形
体が不必要に磁化する問題がある。さらに、粉末に充分
な振動を与えるために高い電圧が必要であり、生産コス
トも高くなる問題がある。
【０００９】このほか、実開平２−２５５３７号公報
は、キャビティへの粉末充填経路の途中にふるいを設
け、そのふるいを振動させて粉末を分散させる技術を開
示してい るが、この方法ではキャビィティ内に生じた粉
末のブリッジを崩すことができない。
【００１０】また、実開平６１−１１０６４２号公報
は、ホッパやフィーダの粉体移動路中に振動棒を設けて
その棒で粉体を振動させることを述べているが、この方
法では局部加振となるので、キャビィティの全域での均
一加振が望めない。
【００１１】従って、どちらの方法も、密度均一化の効
果が充分とは言い難い。
【００１２】この発明の課題は、金型のキャビィティに
供給される粉末の充填密度の均一化を図り、粉末を高密
度に充填することができる粉末成形体の製造方法を提供
することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明に係る焼結部品用粉末成形体の製造方法に
おいては、給粉シューボックスの下部内側に縦横の、上
下に幅のある仕切板を取付けて上下に開口する複数の区
画室を形成し、給粉シューボックスに粉末を給粉した
後、給粉シューボックスを金型のキャビティ上に前進さ
せると同時に振動付与装置を稼働させ、この給粉シュー
ボックスを加振して給粉シューボックス内の粉末に振動
を付与した状態で、給粉シューボックスの下部開口から
圧縮成形用金型のキャビティに粉末を供給し、その供給
を給粉シューボックス内の粉末を介してキャビティ内の
粉末に振動を伝播させつつ行ってキャビティ内の粉末に
振動を伝播させつつ行ってキャビティ内の粉末の充填密
度を見掛け密度の１．１倍以上としたのち、圧縮成形す
る構成としている。見掛け密度とは、自然落下で充填さ
れるときの重量／体積の比、即ち単位体積当りの重量を
言う。
【００１４】
【作用】上記のように、区画室に給粉後、金型のキャビ
ティ上へ前進させると同時に給粉シューボックスに振動
を与え、その状態でその給粉シューボックスから金型の
キャビティに粉末を供給することにより、給粉シューボ
ックス内の粉末を介してキャビティ内の粉末に振動が伝
播され、その振動でキャビティ内に生じたブリッジが崩
される。その為に、キャビティ内に粉末を均一高密度に
充填することができる。
【００１５】ここで、キャビィティ内の粉末を見掛け密
度の１．１倍以上とすると、粉末の充填限界に近づき、
粉末の密度が均一化されるが、充填が見掛け密度の１．
１倍以下であれば、充填限界近くまで充填されている部
分と充填されていない部分の差が大きく、充填密度にバ
ラツキが生じる。
【００１６】
【実施例】以下、この発明の実施例を図１乃至図３に基
づいて説明する。
【００１７】図１は、粉末成形体の製造装置を示す。こ
の製造装置は、金型１と、その金型１に粉末を供給する
給粉装置１０とから成る。
【００１８】金型１は、昇降動されるダイホルダ２でダ
イ３を支持し、そのダイ３の内側に筒状の下パンチ４を
挿入し、その下パンチ４の内側にコアロッド５を挿入
し、下パンチ４上に形成されたキャビィティ６に対して
上パンチ７を昇降動させるようにしている。
【００１９】給粉装置１０は、原料が充填されたホッパ
１１とダイホルダ２上に設けた給粉シューボックス１２
とを可とう性を有する供給ホース１３で接続している。
【００２０】給粉シューボックス１２は、金型１のキャ
ビィティ６に向けて往復動される。
【００２１】この給粉シューボックス１２には振動付与
装置１４が取付けられている。
【００２２】振動付与装置１４は気体圧力により稼動す
る気圧式のものであってもよく、電気式のものであって
もよい。好ましくは、騒音の発生が少なく、経済性に優
れた気圧式の振動付与装置を用いるのがよい。
【００２３】図２および図３は、給粉シューボックス１
２を示す。給粉シューボックス１２は下部が開口してい
る。この給粉シューボックス１２の内側下部には複数の
縦仕切板１５ａと複数の横仕切板１５ｂとが取付けら
れ、その縦横の仕切板１５ａ、１５ｂによって上下で開
口する複数の区画室１６が設けられている。
【００２４】ここで、仕切板１５ａ、１５ｂは、振動付
与装置１４の作動によって給粉シューボックス１２に付
与される振動をボックス内部の粉末に伝達するものであ
り、上記区画室１６が必要以上に大きい場合は、振動の
減衰が大きくなって粉末を効果的に振動させることがで
きず、また、小さ過ぎると、仕切板１５ａ、１５ｂの内
面との接触摩擦により詰まりを生じるおそれがある。
【００２５】そこで、区画室１６の大きさは、中心位置
から縦横の仕切板１５ａ、１５ｂの内面までの寸法を
０．５ｍｍ以上２０ｍｍ以下とするのが好ましい。
【００２６】なお、区画室１６の形状は図示のような角
筒形の他、円筒形等の任意の形状を採ることができる。
【００２７】いま、金型１のキャビィティ６上まで給粉
シューボックス１２を移動させると、ホッパ１１から供
給ホース１３を介して給粉シューボックス１２内に供給
された粉末は、区画室１６のそれぞれ内部に流入し、各
区画室１６の下部開口からキャビィティ６内に自然落下
する。
【００２８】上記のような粉末の充填時、振動付与装置
１４を作動させて給粉シューボックス１２に振動を付与
する。
【００２９】給粉シューボックス１２に振動を与える
と、その振動は、区画室１６内の粉末に伝達され、その
粉末を介してキャビィティ６内の粉末に伝達される。
【００３０】このため、自然落下による粉末の充填に比
較して、粉末を高密度に充填することができる。その充
填密度を見掛け密度の１．１倍以上にすると、粉末の充
填限界に近付き、キャビィティ６内の全体において粉末
の密度が均一化される。
【００３１】ここで、振動付与装置１４の振動周波数が
１０Ｈｚより低い振動周波数であると、粉末を均一に充
填するまでに時間を要する。また、２００Ｈｚを越える
振動周波数であると、高周波のため振動の振幅が小さく
なり、粉末が振動に追従できず、充分な粉末充填が行わ
れなくなる。
【００３２】したがって、振動付与装置１４の振動周波
数は、１０Ｈｚ〜２００Ｈｚとするのがよい。
【００３３】その周波数の振動を得るのに必要な加圧振
動力（加振力）は、実験に用いた装置の場合１ｋｇｆ〜
５０ｋｇｆの範囲が好ましかった。加振力が１ｋｇｆ以
下では、給粉シューボックス１２内の粉末を充分に振動
させることができず、キャビィティ６内の粉末が均一に
なるまでに時間を要し、５０ｋｇｆ以上であると、振幅
が大きくなり過ぎ、粉末の運動が激しく、重力による充
填が起こらなくなる。また、振幅の増大に伴ない、給粉
シューボックス１２の振動による摩耗量が大きくなり、
給粉シューボックス１２等の寿命に影響を与え、経済的
に問題が生じる。
【００３４】さらに、１サイクル当りの振動付与時間が
１０秒以上であると、粉末成形時間が長くなり、量産す
る際に製造コストが高くなる。したがって、１サイクル
当りの振動付与時間は、１０秒以下とするのがよい。
【００３５】上記のようにしてキャビィティ６に粉末を
充填すると、給粉シューボックス１２を後退動させ、上
パンチ７を下降させてキャビィティ６内の粉末を圧縮成
形する。
【００３６】以下、この発明に係る給粉装置を用いた粉
末成形体の成形方法の実験例を述べる。
【００３７】〔実験１〕 図１に示すホッパ１１に平均粒子径１００μｍの純鉄粉
末を投入し、供給ホース１３を介して給粉シューボック
ス１２内に粉末を供給した。
【００３８】給粉シューボックス１２を金型１のキャビ
ィティ６上まで前進させると同時に振動付与装置１４を
稼動させ、粉末に振動を与えた状態で上記キャビィティ
６に粉末を充填した。
【００３９】ここで、給粉シューボックス１２は、１辺
が１１０ｍｍの正四角形とされ、内部に仕切板１５ａ、
１５ｂのないものを用いた。
【００４０】また、金型１として、キャビィティ６がリ
ング状とされ、その外径が４０φ、内径が２７φとされ
たものを用いた。
【００４１】さらに、振動付与装置１４として、気体圧
力式のものを用い、その振動条件を、振動周波数３０Ｈ
ｚ、加振力１０ｋｇｆ、振動付与時間５秒とした。
【００４２】粉末の充填後、上パンチ７を下降させ、６
ｔｏｎ／ｃｍ2 の圧力で圧縮成形したのち、ダイホルダ
２を下降させて成形品を取出し、その成形品の粉末充填
量と成形密度バラツキとを測定した。その測定結果を表
１に示す。
【００４３】また、給粉シューボックス１２に振動を与
えないでキャビィティ６に粉末を充填し、圧縮成形した
成形品を比較例として同時に掲載する。
【００４４】なお、成形密度バラツキとは、リング状の
成形品を径方向に８分割し、それぞれの密度を測定した
際の最大密度と最小密度の差をいう。
【００４５】
【表１】
【００４６】上記の表１から明らかなように、本発明に
係る成形方法によって成形された成形品１の粉末充填量
は比較品に比べ、１．１倍以上となり、成形密度のバラ
ツキが小さいことが分る。
【００４７】〔実験２〕 内部に仕切板１５ａ、１５ｂを縦横に設けた給粉シュー
ボックス１２を用い、その縦仕切板１５ａおよび横仕切
板１５ｂの間隔を４０ｍｍ、３０ｍｍ、１０ｍｍ、１ｍ
ｍとして、実験１と同様にして粉末成形体を形成した。
給粉シューボックス１２として仕切板１５ａ、１５ｂの
間隔が４０ｍｍとされたものから形成された成形品２、
３０ｍｍとされたものから形成された成形品３、１０ｍ
ｍとされたものから形成された成形品４および１ｍｍと
されたものから成る成形品５の粉末充填量と成形密度バ
ラツキとを測定した。その測定結果を表２に示す。
【００４８】
【表２】
【００４９】表２から明らかなように、成形品２は、縦
横の仕切板１５ａ、１５ｂの間隔が大きいため実験１の
成形品と余り変わらない。
【００５０】また、成形品３、４においては、粉末充填
量および成形密度バラツキが大幅に改善され、成形品５
においては、仕切板１５ａ、１５ｂの間隔が小さいた
め、粉末が目詰まりし、充填量のバラツキが大きいこと
が分る。
【００５１】〔実験３〕 縦仕切板１５ａおよび横仕切板１５ｂの間隔を１０ｍｍ
とした給粉シューボックス１２を用い、振動周波数と加
振力を変化させ、他は実験１と同様にして成形品を形成
し、成形密度バラツキを測定した。
【００５２】振動周波数１〜２５０Ｈｚ、加振力１０ｋ
ｇｆの条件での結果を図４に示し、振動周波数３０Ｈ
ｚ、加圧振動力０．５〜１００ｋｇの条件での結果を図
５に示す。振動付与時間はいずれも５秒とした。
【００５３】図４から明らかなように、振動周波数１０
Ｈｚ以下および２００Ｈｚ以上では成形密度のバラツキ
が大きく、３０Ｈｚ付近が最も効果的であることが分
る。
【００５４】また、図５から明らかなように、このケー
スでは加振力が１ｋｇｆ以下では充分な振動が得られ
ず、成形密度バラツキが大きく、５０ｋｇｆ以上になる
と振動振幅が大きくなりすぎて成形密度バラツキが大き
くなることが分る。
【００５５】
【発明の効果】以上のように、この発明においては、給
粉シューボックス内の粉末を介してキャビィティに投入
された粉末に振動を与えながら金型のキャビィティに粉
末を充填したから、粉末の充填密度を均一化することが
できると共に、粉末を充填限界に近い高密度（見掛け密
度の１．１倍以上）に充填するので、きわめて良好な圧
縮成形品を得ることができる。
【００５６】また、給粉シューボックスに振動を与える
ため、金型を損傷させるという不都合の発生は無く、し
かも粉末の種類に制限を受けることもない。
【００５７】さらに、給粉シューボックスの内部に複数
の区割室を設けたことにより、給粉シューボックスに付
与される振動をボックス内部の粉体に効果的に伝えるこ
とができ、金型のキャビィティに対して粉末を短時間に
均一高密度に充填することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る製造方法に用いる製造装置概略
図
【図２】同上の給粉シューボックスの横断平面図
【図３】図２の縦断正面図
【図４】本発明の方法により成形した成形体の振動周波
数と密度バラツキの関係を示す図表
【図５】本発明の方法により成形した成形体の加圧振動
力と密度バラツキの関係を示す図表
【図６】従来の製造装置を示す概略図
【符号の説明】
１ 金型 ６ キャビィティ １２ 給粉シューボックス １４ 振動付与装置 １６ 区画室
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−56805（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−25537（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−110642（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B30B 11/00 B22F 3/035

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 給粉シューボックスの下部内側に縦横
    の、上下に幅のある仕切板を取付けて上下に開口する複
    数の区画室を形成し、給粉シューボックスに粉末を給粉
    した後、給粉シューボックスを金型のキャビティ上に前
    進させると同時に振動付与装置を稼働させ、この給粉シ
    ューボックスを加振して給粉シューボックス内の粉末に
    振動を付与した状態で、給粉シューボックスの下部開口
    から圧縮成形用金型のキャビティに粉末を供給し、その
    供給を給粉シューボックス内の粉末を介してキャビティ
    内の粉末に振動を伝播させつつ行ってキャビティ内の粉
    末の充填密度を見掛け密度の１．１倍以上としたのち、
    圧縮成形することを特徴とする焼結部品用粉末成形体の
    製造方法。
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