JP4535296B2 - 粉末成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、粉末成形方法に関するものである。

粉末成形は、金属粉末を配合した原料粉末を成形金型に充填し、プレスで圧縮成形して成形体を得るものである。かかる粉末成形を実施するための従来の粉末成形装置の一例として、特許文献１に開示されたものがある。

この粉末成形装置では、成形体の主に側面の成形を担うダイと、成形体の主に底面の成形を担う下パンチとによって、上方が開放された成形室を持った金型が構成されている。粉末成形装置には、さらに、ダイと下パンチとによって画定される成形室に、上方から加圧力を付与するための上パンチも設けられている。そして、上パンチ及びダイが下降しながら、成形室内の原料粉末を加圧して成形体を得る。

一回の成形サイクルとしては、成形室に原料粉末を充填する充填工程と、成形室に圧力を加え成形体を得る加圧工程と、できあがった成形体を回収する排出工程とを含む。そして、そのような成形サイクルを繰り返し行い、多数の成形体を量産製造する。

しかしながら、本発明者の研究によると、長期に亙って成形サイクルを実施するうちに徐々にクラックが生じた成形体が増加することが分ってきた。
特開平５−１３８３９９号公報

本発明は、これに鑑みてなされたものであり、成形体におけるクラックの発生を抑制することができる、粉末成形方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するための本発明は、ダイ及び下パンチによって画定される成形室に対し上パンチにより加圧力を付与して粉末成形を行い、成形体をダイから抜出す粉末成形方法であって、前記成形室に原料粉末を充填する充填工程と、前記上パンチを前記成形室に挿入し原料粉末の加圧を行う加圧工程と成形体を取り出す排出工程とを少なくとも含み、前記充填工程、前記加圧工程及び前記排出工程を含む成形サイクルを複数回繰り返し行い、複数回の成形サイクルに亙って、前記上パンチの前記ダイに対する加圧完了位置は、予め複数用意されているものである。

前記加圧完了位置は、成形サイクル毎に一つ前の成形サイクルとは異なる位置が予め設定されているようにしてもよい。

あるいは、前記加圧完了位置は、予め用意されている複数の加圧完了位置の中から一の位置が予め設定されて、複数回連続して成形サイクルが繰り返され、次に、前記一の位置で設定されている複数回の成形サイクルの後、前記加圧完了位置は、それまで選択された位置を除く、他の一の位置が設定されて、複数回連続して成形サイクルが繰り返されることを含むようにしてもよい。

前記加圧完了位置の変更幅は、一回の変更につき、成形体の高さ寸法の範囲内に設定されていると好適である。

前記成形サイクルには、アンダーフィル工程がさらに含まれており、前記アンダーフィル工程における前記ダイのアンダーフィル完了位置は、予め複数用意されていると好適である。

その場合、一回の変更における、前記加圧完了位置の変更幅と前記アンダーフィル完了位置の変更幅とは同一であるようにしてもよい。

上述した本発明によれば、成形体におけるクラックの発生を抑制することができる。

なお、本発明の他の特徴及びそれによる作用効果は、添付図面を参照し、実施の形態によって更に詳しく説明する。

以下、本発明に係る粉末成形方法の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。

図１は、本実施の形態に係る粉末成形方法を実施する粉末成形装置の正面図である。粉末成形装置１は、ダイ３、下パンチ５、上パンチ７を少なくとも備えている。ダイ３は、ダイプレート１１に設けられており、ダイプレート１１は、ヨークプレート１３上に立設されたガイドロッド１５の上部に設けられている。下パンチ５は、下パンチホルダ１７に設けられており、下パンチホルダ１７は、ベースプレート１９に設けられている。成形体の主に側面の成形を担うダイ３と、成形体の主に底面の成形を担う下パンチ５とによって、上方が開放された成形室が画定されている。

ダイプレート１１上には、ガイドポスト２１が立設されており、それらの上部には、ガイドポスト２１を接続するように上パンチプレート２３が設けられている。上パンチプレート２３の下方には、上パンチ７が垂設されている。具体的には、上パンチ７は、上パンチ受け板２５を介して支持されている。

次に、上述した粉末成形装置により実施される、本実施の形態に係る粉末成形方法について説明する。図２に、一例として、ウィズドロアル法による粉末成形の工程を模式的に示す。まず、本発明の成形サイクルは、少なくとも、充填工程、加圧工程、排出工程を含む。その具体的一例として、本実施の形態に係る成形サイクルは、オーバーフィル工程、充填工程、アンダーフィル工程、加圧工程、排出工程を含む。

まず、図２の（ａ）に示されるように、オーバーフィル工程として、最終的な規定充填量よりも多量の原料粉末を収容できる成形室を生じるように、ダイ３がより上昇した位置に配置される。この状態で、ダイ３及び下パンチ５によって画定された成形室内に原料粉末３１がいったん供給される。かかる供給を行う手段としては、フィーダ３３を用いることができる。また、その供給方式は、粉末の自重落下を利用した落し込み供給方式でもよく、ダイの上昇または下パンチの下降を利用した吸込み供給方式でもよく、あるいは、他の態様であってもよい。

次に、図２の（ｂ）に示されるように充填工程が行われる。まず、最終的な充填量に対応する原料粉末を収容できる成形室を生じるようにダイ３が下降し、余分な原料粉末がフィーダ３３内に押し戻され、さらに、フィーダ３３が後退することで、摺切り作用によりダイ３上面に沿った規定充填量の原料粉末３１の充填が行われる。この状態が図２の（ｂ）に示されている。

次に、図２の（ｃ）に示されるようにアンダーフィル工程が行われる。図２の（ｂ）の充填完了から、ダイ３が下パンチ５等に対して上昇され、すなわち、ダイ３の開口を画定している上面部分が原料粉末３１の上面よりも上方に位置したアンダーフィル完了位置まで上昇される。この状態が図２の（ｃ）に示されている。

次に、図２の（ｄ）に示されるように加圧工程が行われる。上パンチ７が下降され、ダイ３に挿入されて、成形室内の原料粉末３１を圧縮する。また、この間、ウィズドロアル法の特徴的動作として、ダイ３も下パンチ５に対して下降され、原料粉末３１が両押成形される。最終的には、上パンチ７の位置が、ダイ３に対する位置として、加圧完了位置に達し、成形体３５が完成する。この状態が図２の（ｄ）に示されている。

次に、図２の（ｅ）に示されるように排出工程が行われる。本実施の形態では、一例として、ホールドダウン方式がとられている。すなわち、成形体３５の抜出しは、成形体３５を上パンチ７及び下パンチ５によって抑えた状態で、ダイ３が下降される。ダイ３の上部が下パンチ５の上部と揃う程度までダイ３が下降された後、上パンチ７が上昇されて、図２の（ｅ）に示される状態となり、完成した成形体３５の排出が行われる。なお、成形体３５の具体例としては、コイル装置のコアなどを挙げることができる。

このようにして一回の成形サイクルが終了し、以降、成形サイクルが繰り返し実施されて多数の成形体３５が量産されるが、本実施の形態では、上パンチ７のダイ３に対する加圧完了位置は、予め複数用意されており、成形サイクル毎に一つ前の成形サイクルとは異なる位置が予め設定されている。

図３に基づいて具体的に説明する。図３は、複数回分の成形サイクルに関し、アンダーフィル工程と加圧工程とを抜き出して並べたものである。図３の（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、Ｎ回目、Ｎ＋４回目、・・・Ｎ＋４ｎ回目の成形サイクルのアンダーフィル工程及び加圧工程を示し、図３の（ｃ）及び（ｄ）はそれぞれ、Ｎ＋１回目、Ｎ＋５回目、・・・Ｎ＋（４ｎ＋１）回目のアンダーフィル工程及び加圧工程、図３の（ｅ）及び（ｆ）はそれぞれ、Ｎ＋２回目、Ｎ＋６回目、・・・Ｎ＋（４ｎ＋２）回目のアンダーフィル工程及び加圧工程、図３の（ｇ）及び（ｈ）はそれぞれ、Ｎ＋３回目、Ｎ＋７回目、・・・Ｎ＋（４ｎ＋３）回目のアンダーフィル工程及び加圧工程を示す。これより了解されるように、本実施の形態では、加圧完了位置は、成形サイクル一回毎に変更されるが、かかる態様によって次のような利点がある。

本発明者の検討によると、長期に亙って成形サイクルを実施するうちに徐々にクラックが生じた成形体が増加することが分ってきたが、本発明者のさらなる検討によって、これは、金型の磨耗に起因しているものと分った。そこで、本実施の形態では、繰り返される成形サイクルに亙って加圧完了位置を変更していく。これによって、図３の（ｂ）の加圧工程において成形体３５の側方に位置するダイ３の磨耗対象部３７ｂは、その後の図３の（ｄ）の加圧工程においては、成形体３５の側方から外れる位置となる。すなわち、図３の（ｄ）の加圧工程において成形体３５の側方に位置するダイ３の磨耗対象部３７ｄは、一回前の磨耗対象部３７ｂとは完全に一致しないような位置となる。その後も同様に、磨耗対象部は順次変更される。したがって、既存の粉末成形方法のようにダイの一箇所に長期に亙るストレスが集中し極度に磨耗が進行した箇所が出現することを抑制することができる。これによって、クラックが生じた成形体の増加を抑制することができ、また、金型の寿命を大幅に増進することができるようになった。

さらに、本実施の形態では、加圧完了位置の変更幅は、一回の変更につき、成形体の高さ寸法の範囲内に設定されている。本発明者の実験によると、ダイにおける磨耗は、ダイの特定箇所で成形体の加圧を長期に亙って繰り返す限り、成形体の高さＨの範囲で生じ、また、特に成形体の上部側方のほうが下部側方よりも大きく磨耗することが分った。これに関し、前述したように加圧完了位置を変更するに際しても、図４の（ｂ）のように、加圧完了位置の変更幅を成形体の高さＨよりも大きくとることも可能である。すなわち、変更後の磨耗対象部３７ｄが変更前の磨耗対象部３７ｂと全く重ならないように加圧完了位置の変更幅を設定する態様である。しかしながら、その場合には、変更後の磨耗対象部３７ｄと変更前の磨耗対象部３７ｂとの間に、磨耗対象部とならなかった部分３９が生じる。このような態様では、ダイ３における成形室の画定面に、図４のような縦断面においてみて山谷の大きなノコギリ歯状の凹凸が生じることとなり、続く排出工程において、成形体３５が排出される際、それらの凹凸に引っ掛かり成形体３５の損傷の原因となりかねない。一方、本実施の形態では、図４の（ａ）のように、加圧完了位置の変更幅は、一回の変更につき、成形体の高さ寸法の範囲内に設定されている。このため、磨耗対象部とならなかった部分３９が生じにくく、ダイ３における成形室の画定面に山谷の大きなノコギリ歯状の凹凸も生じにくく、排出工程において、成形体３５が引っ掛かることを防止することができる。なお、本願の図面における磨耗対象部は、実際の磨耗を注実に再現したものではなく説明の趣旨の理解を助ける目的で図示したものである。

さらに、図３に戻り、本実施の形態では、一回の変更における、加圧完了位置の変更幅とアンダーフィル完了位置の変更幅とは同一に設定されている。このような態様によれば、加圧完了位置を変更するにあたっても、アンダーフィル完了位置を変更すればよく、アンダーフィル完了位置から加圧完了位置までのダイ３の移動量は、常に一定とすることでき、上パンチ７や原料粉末３１から圧力を受ける加圧状態においてダイ３の移動制御を、より均一且つ容易確実なものとすることができる。

以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。

例えば、図３で示したような加圧完了位置及びアンダーフィル完了位置の変更は、成形サイクル毎に行わなくてもよく、予め用意されている複数の加圧完了位置の中から一の位置が予め設定されて、複数回連続して成形サイクルが繰り返され、次に、その一の位置で設定されている複数回の成形サイクルの後に、それまで選択された位置を除く、他の一の位置が設定されて、複数回連続して成形サイクルが繰り返されるようにしてもよい。より具体的に示すと、例えば、１〜２５００００回目の成形サイクルでは、図３の（ａ）及び（ｂ）のアンダーフィル工程及び加圧工程が行われ、２５０００１〜５０００００回目の成形サイクルでは、図３の（ｃ）及び（ｄ）のアンダーフィル工程及び加圧工程が行われ、５００００１〜７５００００回目の成形サイクルでは、図３の（ｅ）及び（ｆ）のアンダーフィル工程及び加圧工程が行われ、７５０００１〜１００００００回目の成形サイクルでは、図３の（ｇ）及び（ｈ）のアンダーフィル工程及び加圧工程が行われるようにしてもよい。

また、図５に示されるように、アンダーフィル完了位置は変更せずに、加圧完了位置のみを変更するようにしてもよい。さらに、図６に示されるように、アンダーフィル工程を行わないプロセスにおいて、加圧完了位置を変更するようにしてもよい。さらに、図７に示されるように、ウィズドロアル法以外のアンダーフィル工程を行うプロセスにおいて、加圧完了位置及びアンダーフィル完了位置の変更を行うようにしてもよい。さらに、図８に示されるように、ウィズドロアル法以外のアンダーフィル工程を行うプロセスにおいて、加圧完了位置のみ変更を行うようにしてもよい。なお、このような図５〜図８に示した改変形態においても、図３の場合と同様、加圧完了位置等の変更は、１回の成形サイクル毎でもよく、あるいは、複数回の成形サイクル毎にまとめてでもよい。

また、上述した説明における動作方向や動作対象は具体例であり、本発明の説明は、あくまでも相対的な動作関係で同視できる態様を開示しているものとする。よって、一例を示すと、下パンチが固定されダイが下降する態様は、ダイを固定し下パンチを上昇させる態様も含む相対的な動作を開示しているものとする。

本発明の実施の形態に係る粉末成形方法を実施する粉末成形装置の正面図である。 ウィズドロアル法による粉末成形の工程を模式的に示す。 複数回分の成形サイクルに関し、アンダーフィル工程と加圧工程とを抜き出して並べて示す図である。 本実施の形態と比較例とに関する磨耗対象部を説明する縦断面図である。 アンダーフィル完了位置は変更せずに、加圧完了位置のみを変更するように改変された形態の、図３と同態様の図である。 アンダーフィル工程を行わないプロセスにおいて、加圧完了位置を変更するように改変された形態の、図３と同態様の図である。 ウィズドロアル法以外のアンダーフィル工程を行うプロセスにおいて、加圧完了位置及びアンダーフィル完了位置の変更を行うように改変された形態の、図３と同態様の図である。 ウィズドロアル法以外のアンダーフィル工程を行うプロセスにおいて、加圧完了位置のみ変更を行うように改変された形態の、図３と同態様の図である。

符号の説明

１ 粉末成形装置
３ ダイ
５ 下パンチ
７ 上パンチ
３５ 成形体

Claims (6)

1. ダイ及び下パンチによって画定される成形室に対し上パンチにより加圧力を付与して粉末成形を行い、成形体をダイから抜出す粉末成形方法であって、
   前記成形室に原料粉末を充填する充填工程と、
   前記上パンチを前記成形室に挿入し原料粉末の加圧を行う加圧工程と
   成形体を取り出す排出工程とを少なくとも含み、
   前記充填工程、前記加圧工程及び前記排出工程を含む成形サイクルを複数回繰り返し行い、
   複数回の成形サイクルに亙って、前記上パンチの前記ダイに対する加圧完了位置は、予め複数用意されている、
   粉末成形方法。
2. 前記加圧完了位置は、成形サイクル毎に一つ前の成形サイクルとは異なる位置が予め設定されている、
   請求項１に記載の粉末成形方法。
3. 前記加圧完了位置は、予め用意されている複数の加圧完了位置の中から一の位置が予め設定されて、複数回連続して成形サイクルが繰り返され、
   次に、前記一の位置で設定されている複数回の成形サイクルの後、前記加圧完了位置は、それまで選択された位置を除く、他の一の位置が設定されて、複数回連続して成形サイクルが繰り返される、
   ことを含む請求項１に記載の粉末成形方法。
4. 前記加圧完了位置の変更幅は、一回の変更につき、成形体の高さ寸法の範囲内に設定されている、
   請求項１乃至３の何れか一項に記載の粉末成形方法。
5. 前記成形サイクルには、アンダーフィル工程がさらに含まれており、
   前記アンダーフィル工程における前記ダイのアンダーフィル完了位置は、予め複数用意されている、
   請求項１乃至４の何れか一項に記載の粉末成形方法。
6. 一回の変更における、前記加圧完了位置の変更幅と前記アンダーフィル完了位置の変更幅とは同一である、
   請求項５に記載の粉末成形方法。

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