JP4448472B2 - 複層筒状圧粉体の成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、複層筒状圧粉体の成形方法に関し、例えば、複層の滑り軸受のように、筒状部材の内周に異なる材料からなる第２層の摺動材が一体に形成されているような焼結製品を製造する複層筒状圧粉体の成形方法に関する。

複層の筒状の圧粉体を成形する方法として、ダイ、コア、及び内外に分割された上下のパンチを備えた金型装置を用い、外側の下パンチだけを下げて形成されるキャビティ内に第１の粉末を充填し、上パンチで充填粉末を塞いだ状態から下外パンチを上昇させて粉末圧縮し、次いで、内側の下パンチを降下さて形成される内側のキャビティに第２の粉末を充填したのち、前記の第１粉末の圧粉体と、内側キャビティ内の第２の粉末とを上下の各パンチで所定の長さ寸法になるまで圧縮し、２層が一体に形成された粉末圧粉体を金型から抜き出す技術がある（例えば、特許文献１参照。）。

また、第１の粉末を予備圧粉する手段として、上外パンチで粉末を圧縮し、その第１粉末圧粉体を押し上げて第１粉末圧粉体の上面とダイ面とを同一にしたのち、内側の下パンチを降下さて形成される内側のキャビティに第２の粉末を充填する方法がある。（例えば、特許文献２参照。）。

このような従来の粉末成形技術では、内側のキャビティの隙間が狭い（内側の層の厚さが薄い）場合には、粉末充填が困難であり、粉末が流動して充填できるような、適度な肉厚を有していることが必要であった。
特公昭５４−４３９６３号公報（３頁） 特開昭５２−２８１７号公報（６頁）

本発明の目的は、上述のように従来困難であった薄い円筒部材がより薄い複層筒状圧粉体を成形することができる複層筒状圧粉体の成形方法を提供することである。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、次の技術手段を講じたことを特徴とする複層筒状圧粉体の成形方法である。

すなわち、本発明は、厚い円筒部材とその内周面に形成した薄い円筒部材とが一体となっている複層筒状圧粉体の成形において、厚い円筒部材の上端上方又は下端下方のキャビティ内に粉末を充填し、充填された粉末をキャビティ内に閉塞させ、薄い円筒部材用のパンチを相対的に移動させて前記厚い円筒部材の内周面に薄いキャビティを形成しながらパンチを操作して前記粉末を前記薄いキャビティ内に順次移動させて圧密し、前記厚い円筒部材の端面にパンチが到達したとき成形を終了することを特徴とする複層筒状圧粉体の成形方法である。

この方法によれば、筒状の厚い円筒部材の内周面に薄い円筒部材を備えた圧粉体を形成することができる。厚い円筒部材としては、この成形方法で用いる金型装置により圧粉成形した圧粉体、事前に成形した圧粉体、焼結体、又は溶製材料を加工した部材等を適用することができる。

本発明の第２の発明は、前記厚い円筒部材の上端上方又は下端下方のキャビティ内に充填する粉末の量を、前記厚い円筒部材の内周面に形成される前記薄い円筒部材の所要量より多くし、前記厚い円筒部材の上又は下に残存した粉末を介して前記厚い円筒部材の端面にパンチが到達したとき成形を終了することを特徴とする。

この方法によれば、複層筒状圧粉体のより厚さの薄い層を備えた複層筒状圧粉体の成形方法を確実に成形することができると共に、厚い円筒部材の内周面及び片方の端面に成層した圧粉体を形成することができる。

本発明の成形方法は、キャビティの所定位置に厚い円筒部材及び粉末を配置した状態から対向パンチ側ヘダイ及びコアに対して全体を相対的に移動させつつ充填粉末を圧縮するとともに、薄い円筒部材用のパンチを相対的に順次移動させながら厚い円筒部材の内周面に順次形成しているキャビティ内に粉末を移動させて圧密し、薄い円筒部材が成形される。従って、滑り軸受や内燃機関のシリンダーライナー等の複層焼結製品を製造する際に、厚い円筒部材の内周面の摺動部材層をごく薄く成形することができる。

以下、図面を参照し説明する。各図面は模式図であって、理解しやすいように誇張して記載している。また、金型装置の作働は、相対的な昇降による成形の原理を示したものであって、ダイが昇降しない形態で記載しているが、もちろん、ダイが昇降する形態も含まれている。

図１（ａ）〜図１（ｇ）は、本発明の粉末成形方法の一実施例を示した縦断面図で、厚い円筒部材の内周面に薄い円筒部材を形成する工程を、特徴的な７工程に分けて示したものである。成形金型は、ダイ１、コア４、及び上下のパンチからなっている。パンチは内外に２分割されて、コア４側に内側下パンチ２ｂ及び内側上パンチ３ｂ、その外側に、外側下パンチ２ａ及び外側上パンチ３ａがある構造をしている。

図１（ａ）は、ダイ１、内側下パンチ２ｂ及びコア４の上面を同一面とし、外側下パンチ２ａを下降させて形成される円筒外側キャビティ５ａに、図示していない粉末フイーダにより第１の粉末を充填した状態を示している。

図１（ｂ）は、外側上パンチ３ａにより充填粉末を圧縮し、厚い円筒部材６を形成した状態である。

図１（ｃ）は、外側上パンチ３ａは上昇しており、ダイ１及びコア４に対して内側下パンチ２ｂ、外側下パンチ２ａ及び厚い円筒部材６を上昇させ、所定容積の第２キャビティ５ｂを形成し、第２の粉末を充填した状態を示している。

図１（ｄ）は、内側上パンチ３ｂと外側上パンチ３ａとで第２粉末を挟み込み、第２粉末が充填されている第２キャビティ５ｂと厚い円筒部材６とをダイ１の下方へ移動して、圧縮を開始する準備が完了した状態を示している。この圧縮準備段階において、コア４は上昇させてある。これは、後に第２粉末を厚い円筒部材の内周へ移動させる工程で、コア４を相対的に下降することができる充分な距離を確保しておくためである。なお、第２キャビティ５ｂ内の第２粉末は下方へ移動する過程で圧縮されて厚さが減少している。

図１（ｅ）は、ダイ１に対して相対的に上下のパンチ２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、厚い円筒部材６及び第２粉末を上方へ移動させ、上パンチ３ａ、３ｂと厚い円筒部材６の対向面距離を縮めて第２粉末を圧縮するとともに、内側下パンチ２ｂを相対的に下降させることにより、円筒内側キャビティ５ｃを形成し、その中に第２粉末を進入させている状態を示している。この際、コア４を相対的に下降（図ではダイ１に対して相対的に下降）させ、第２粉末が円筒内側キャビティ５ｃに移動するのを促進している。このように第２粉末は、相対的に上方へ移動しながら圧縮され、コア４が相対的に下降しているので、あたかも塑性流動していると同様な挙動を示し、コア４の外周に順次形成される円筒内側キャビティ５ｃ内に第２粉末が引き込まれるように充填していく。

図１（ｅ）では、ダイ１に対して、外側下パンチ２ａを上昇させ、上パンチ３ａ、３ｂと厚い円筒部材６との対向面距離を縮めて第２粉末を圧縮し、内側下パンチ２ｂ及びコア４を相対的に下降させる形態であるが、第２粉末を圧縮する形態は、外側下パンチ２ａを実質固定状態とし、外側上パンチ３ａを下降させることでも可能である。また、第２粉末が円筒内側キャビティ５ｃ内に流動し易い性状の場合には、コア４を相対的に下降させずに、ダイ１及びコア４に対して、相対的に外側下パンチ２ａ及び外側上パンチ３ａを上昇して第２粉末を圧縮し、内側下パンチ２ｂを相対的に下降して円筒内側キャビティ５ｃを形成する形態でもよく、又はこの第２粉末を圧縮する形態を、外側下パンチ２ａを実質固定状態とし、外側上パンチ３ａを下降させる形態でもよい。また、ダイ１、コア４、内側下パンチ２ｂに対して相対的に外側下パンチ２ａを上昇させ、これによって第２粉末を圧縮し、円筒内側キャビティ５ｃを形成する形態でもよい。

第２粉末としては、各種の金属粉において微粉（サブシーブ粉）を用いることが好適である。また、粒度が比較的粗い粉末や、比較的硬い粉末では、ワックス、蝋、樹脂などの粉末結合剤、造粒剤あるいは粉末潤滑剤を含有させ、圧縮変形し易い粉体にすることもよい手段である。第２粉末が樹脂などの加熱して軟化する物質を含む場合では、その物質が軟化あるいは溶融する温度に加熱された状態で成形することが好ましい。

図１（ｆ）は、外側上パンチ３ａが厚い円筒部材６の端面にほぼ当接した状態で、第２粉末が円筒内側キャビティ５ｃ内に充満して、厚い円筒部材６よりも円筒内側キャビティ５ｃが長くなった状態を示している。前述したように、第２粉末は、相対的に上方へ移動されながら圧縮されているので、厚い円筒部材６と外側上パンチ３ａの間に残る第２粉末の量は微小である。

図１（ｇ）は、コア４及び内側下パンチ２ｂが上昇し、円筒内側キャビティ５ｃ内の第２粉末がさらに圧縮され、厚い円筒部材６と薄い円筒部材９ａが等しい長さになった状態を示している。この手順においては、必要に応じて厚い円筒部材６を圧縮することがある。なお、前記図１（ｆ）の手順は省略して、図１（ｅ）の状態から図１（ｇ）に示す状態にする形態がある。この形態は、第２粉末が樹脂など溶融物質を含み、第２粉末の容積が管理しやすい場合に採用することができる。

このような手順により厚い円筒部材６と薄い円筒部材９ａとが一体に成形された圧粉体が得られる。

前述した厚い円筒部材６の形成は、この金型装置を用いて第１粉末を圧粉成形したものであったが、別の成形装置で成形した圧粉体、その焼結体、あるいは溶製材料を所定形状に加工したもの等を用いることができる。

このような厚い円筒部材６を準備しておき、図１（ｂ）のように外側上パンチ３ａで成形装置に装着する。そのあとは、図１（ｃ）〜図１（ｇ）に示した手順と要領により、厚い円筒部材６に薄い円筒部材９ａを一体に成形した複層筒状圧粉体が得られる。

図２（ａ）〜図２（ｇ）は、厚い円筒部材６を別に用意しておき、成形金型装置に装着してから第２粉末を充填し、前記したと同様な方法で相対的な移動、圧縮、内側円筒キャビティヘの第２粉末の充填を行う別の実施例を示したもので、図１と異なる点は、上パンチ側が分割されることなく１個の上パンチ３となっていることである。

成形の手順は図１の場合と同様であり、図２（ａ）は厚い円筒部材６を装着した状態、図２（ｂ）は所定の容積の第２キャビティを形成して第２粉末を充填した状態、図２（ｃ）は充填された第２粉末を上パンチ３で挾持して下方へ移動させコア４を上昇させた状態、図２（ｄ）は第２粉末を上方へ移動させながら上パンチ３と厚い円筒部材６の間隔を狭め内側下パンチ２ｂを相対的に上昇を遅くして（図では停止状態）、内側円筒キャビティ５ｃを形成しコア４を下降させている状態、図２（ｅ）は上パンチ３が厚い円筒部材６の端面にほぼ当接した状態、図２（ｆ）は圧縮が完了した状態、図２（ｇ）は圧粉体８を離型した状態を示したものである。

図２（ａ）においては、厚い円筒部材６をキャビティヘ挿入する際に上パンチ３で押し込んでいる。この上パンチ３に代えて、厚い円筒部材６をダイ１上へ供給する図示していないパーツフイーダに厚い円筒部材６を押し込むパンチを設けて、空圧や油圧で作動させることもでき、プレス機械の作動プロセスを減らすことができ好ましい。

図３（ａ）〜図３（ｇ）に示す実施例は、前記した図２の上下パンチの上下関係を逆にした実施例である。下側は１個の下パンチ２で、上側が内側上パンチ３ｂ及び外側上パンチ３ａの分割パンチとなっている。

図３（ａ）は、所定容積のキャビティ５内に粉末を充填した状態を示している。

図３（ｂ）は、充填粉末の上に予め準備してある厚い円筒部材６を載せて外側上パンチ３ａで挾持した状態を示している。

図３（ｃ）は、内側上パンチ３ｂが厚い円筒部材６の孔に装入され、厚い円筒部材６と内側上パンチ３ｂ及び下パンチ２とで充填粉末を挾持して、厚い円筒部材６の全体をダイ１の孔内に移動しコア４を下降させた状態である。

図３（ｄ）は、上下のパンチを相対的に下方へ移動するとともに、下パンチ２と厚い円筒部材の対向面間隔を狭め、内側上パンチ３ｂの降下を厚い円筒部材６の下降より遅くして（図では停止状態）円筒内側キャビティ５ｃを成形させ、コア４を上昇することにより粉末の圧粉体をそのキャビティ５ｃヘ移動させている状態を示したものである。

図３（ｅ）は、下パンチ２と厚い円筒部材６の対向面間隔がなくなり、厚い円筒部材６より円筒内側キャビティ５ｃが長くなった状態を示したものである。図３（ｆ）は厚い円筒部材６と薄い円筒部材９ａが同じ長さになり、内周面に圧粉体が形成された状態を示している。そして、図３（ｇ）は複層筒状圧粉体８が離型さた状態を示したものである。

いずれの成形方法においても、内側パンチとダイ内壁の間のダイキャビティ内に厚い円筒部材６が配置され、対向するパンチとの間に形成するキャビティに所定容積の粉末が充填されている。これらを相対的に対向するパンチ側へ移動しながら粉末を圧縮するとともに、内側パンチを相対的にずらして形成されるコア４の回りのキャビティ内に粉末を順次圧送することにより複層の健全な筒状圧粉体を形成することができる。さらに、圧送する方向にコア４を移動させることにより、第２粉末をキャビティへ引き入れる効果が得られ、よりスムースに健全な第２粉末の層を形成することができる。

前記した方法による複層筒状圧粉体８は、薄い円筒部材９ａが厚い円筒部材６の内周面に形成されるものであるが、内周面と端面の両方に形成することもできる。このような圧粉体は、例えば、滑り面がラジアル面とスラスト面の両方にある滑り軸受の製造に利用することができる。

図４は、図１（ａ）〜図１（ｇ）に示す工程を利用して厚い円筒部材６の内周面と端面の両方に薄い層を形成する状態を示したもので、図１（ｇ）に相当する工程である。図１（ｃ）において、第２キャビティ５ｂを端面の形成に必要な量だけ容積を大きく設定すると、図４に示すように、スラスト部材９ｂが残った状態で薄い円筒部材９ａが厚い円筒部材６の内周面全面に形成された圧粉体を得ることができる。

図５は、図３（ａ）〜図３（ｇ）に示した製法を利用した場合を示している。前記と同様に、図３（ａ）の工程において、キャビティ５の容積を大きくすることにより、図５に示すような薄い円筒部材９ａとスラスト部材９ｂとが形成された圧粉体を得ることができる。

本発明の実施例の成形手順を説明する成形金型装置の縦断面図である。 本発明の実施例の成形手順を説明する成形金型装置の縦断面図である。 本発明の実施例の成形手順を説明する成形金型装置の縦断面図である。 本発明の実施例の成形手順を説明する成形金型装置の縦断面図である。 本発明の実施例の成形手順を説明する成形金型装置の縦断面図である。 本発明の実施例の成形手順を説明する成形金型装置の縦断面図である。 本発明の実施例の成形手順を説明する成形金型装置の縦断面図である。 本発明の実施例の成形手順を説明する別の成形金型装置の縦断面図である。 本発明の実施例の成形手順を説明する別の成形金型装置の縦断面図である。 本発明の実施例の成形手順を説明する別の成形金型装置の縦断面図である。 本発明の実施例の成形手順を説明する別の成形金型装置の縦断面図である。 本発明の実施例の成形手順を説明する別の成形金型装置の縦断面図である。 本発明の実施例の成形手順を説明する別の成形金型装置の縦断面図である。 本発明の実施例の成形手順を説明する別の成形金型装置の縦断面図である。 本発明の実施例の成形手順を説明するもう一つの成形金型装置の縦断面図である。 本発明の実施例の成形手順を説明するもう一つの成形金型装置の縦断面図である。 本発明の実施例の成形手順を説明するもう一つの成形金型装置の縦断面図である。 本発明の実施例の成形手順を説明するもう一つの成形金型装置の縦断面図である。 本発明の実施例の成形手順を説明するもう一つの成形金型装置の縦断面図である。 本発明の実施例の成形手順を説明するもう一つの成形金型装置の縦断面図である。 本発明の実施例の成形手順を説明するもう一つの成形金型装置の縦断面図である。 本発明の成形方法によりスラスト面を形成した状態を説明する成形金型装置の縦断面図である。 本発明の成形方法によりスラスト面を形成した状態を説明する別の戌形金型装置の縦断面図である。

符号の説明

１ ダイ
２ 下パンチ
２ａ 外側下パンチ
２ｂ 内側下パンチ
３ 上パンチ
３ａ 外側上パンチ
３ｂ 内側上パンチ
４ コア
５ キャビティ
５ａ 円筒外側キャビティ
５ｂ 第２キャビティ
５ｃ 円筒内側キャビティ
６ 厚い円筒部材
７ 第２粉末
８ 複層筒状圧粉体
９ａ 薄い円筒部材
９ｂ スラスト側部材

Claims (2)

1. 厚い円筒部材とその内周面に形成した薄い円筒部材とが一体となっている複層筒状圧粉体の成形において、厚い円筒部材の上端上方又は下端下方のキャビティ内に粉末を充填し、充填された粉末をキャビティ内に閉塞させ、薄い円筒部材用のパンチを相対的に移動させて前記厚い円筒部材の内周面に薄いキャビティを形成しながらパンチを操作して前記粉末を前記薄いキャビティ内に順次移動させて圧密し、前記厚い円筒部材の端面にパンチが到達したとき成形を終了することを特徴とする複層筒状圧粉体の成形方法。
2. 前記厚い円筒部材の上端上方又は下端下方のキャビティ内に充填する粉末の量を、前記厚い円筒部材の内周面に形成される前記薄い円筒部材の所要量より多くし、前記厚い円筒部材の上又は下に残存した粉末を介して前記厚い円筒部材の端面にパンチが到達したとき成形を終了することを特徴とする請求項１記載の複層筒状圧粉体の成形方法。

Images