JP5036064B2

JP5036064B2 - 偏肉形状部品の圧粉体成形方法および圧粉体成形金型装置

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Publication number: JP5036064B2
Application number: JP2008168153A
Authority: JP
Inventors: 忠男増田
Original assignee: Hitachi Powdered Metals Co Ltd
Current assignee: Hitachi Powdered Metals Co Ltd
Priority date: 2008-06-27
Filing date: 2008-06-27
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2028-06-27
Also published as: JP2010007132A

Description

本発明は、粉末冶金法によって部品を製造するにあたって粉末の圧縮成形体（圧粉体）を成形する技術に係り、特に、圧縮方向厚さが、圧縮方向と直交する一方向に向かうにしたがって漸次大きくなる形状部分を有する偏肉形状部品の圧粉体を成形する方法および金型装置に関する。

図１７は本発明が対象とする偏肉形状部品の一例を示している。この部品１は、外形が立方体状であるが、全体が中実ではなく、１組の連続する２面の部分にわたり、コ字状で等幅の縁面２、３を残して、外部に開放する内部空間４が形成されている。ここで一方の縁面２を、両側の側縁面２ａ，２ａと、これら側縁面２ａをつなぐ中縁面２ｂとし、他方の縁面３を、両側の側縁面３ａ，３ａと、これら側縁面３ａをつなぐ中縁面３ｂとする。内部空間４の底面５は長方形状の平面であり、一方のコ字状の縁面２における中縁面２ｂの内側のエッジ２ｃから、他方のコ字状の縁面３における中縁面３ｂの内側のエッジ３ｃから僅かに内側に入った位置にわたり、各縁面２，３に対して約４５°の角度で傾斜した状態に形成されている。内部空間４は、この底面（以下、傾斜面）５と、他方の縁面３から傾斜面５に至るまでの短い短壁部６の内面６ａと、傾斜面５の両側の三角形状の２つの三角壁部７，７の内面７ａとによって囲繞されている。

この部品１の形状を言い換えるならば、図１８に示す壁部が一定厚さのコ字状体８の内部に図１９に示す三角ブロック９が嵌め込まれて一体化した形状と言える。三角ブロック９は二等辺三角形状であるが、ほぼ同じ角度をなす２つの鋭角部のうちの一方は角部がカットされた形態になっており、上記一方の縁面２の中縁面２ｂがカットされて形成された面と言える。

上記部品１に近似する形状の圧粉体を成形するにあたっては、各三角壁部７が厚さ方向に直交する面方向に圧縮されて成形されるような態様が考えられる。図２０（ａ），（ｂ）はそのような態様の圧縮前後を示しており、この場合では、各三角壁部７を含む２つの面の縦・横方向が鉛直・水平方向となり、短壁部６が下側に配され、かつ、内部空間４が下方および側方に開放する状態に、ダイス１０と下パンチ１２とでキャビティを形成し、該キャビティに充填した粉末Ｐを、上パンチ１１と下パンチ１２とで軸方向に加圧して圧縮する。

さて、この態様のように上下のパンチ１１，１２が単純な１段構成の場合にあっては、各三角壁部７および短壁部６と、各三角壁部７および短壁部６が上方に投影される部分とを合わせた外形の肉部、すなわち図１８で示したコ字状体８の部分は、圧縮方向の高さが同じであって圧縮量が同じであるから、均一な圧粉密度に圧縮成形される。

ところが、これ以外の部分、すなわち図１９の三角ブロック９の部分は、圧縮方向厚さが図２０において左から右に向かうにしたがって漸次大きくなるクサビ状を呈しているため、一定荷重で圧縮した場合、圧縮方向厚さが最も大きい左端と最も低い右端とでは、圧縮比が極端に異なる（左端＜右端）。図２０に示す下パンチ１１は、コ字状体８に対応する外側下パンチ１２Ａと、三角ブロック９に対応する内側下パンチ１２Ｂとの組み合わせで構成されている。そして、コ字状体８に対応する部位における粉末Ｐの圧縮前の圧縮方向厚さをＡ１、三角ブロック９の右端および左端に対応する部位における粉末Ｐの圧縮前の圧縮方向厚さをそれぞれａ１，ｅ１、これら部位の圧縮後の圧縮方向厚さをＡ２，ａ２，ｅ２としており、圧縮比を比較すると、（Ａ１／Ａ２）＜（ｅ１／ｅ２）＜（ａ１／ａ２）である。

そこで、図２１に示すように、三角ブロック９に相当するキャビティと、該キャビティの上方に、上下対称の状態に粉末Ｐを充填して、粉末Ｐの充填高さを圧縮方向厚さに比例したものにすれば、三角ブロック９の圧縮比を均一にすることができる。しかしながら、三角ブロック９の上方に上下対称の状態に粉末を充填し、しかもこれを崩壊させることなく保持しながら上パンチ１１で粉末Ｐを加圧することは極めて困難である。

なお、部品に形成される傾斜面が比較的緩やかなクサビ状のものであれば、図２２に示すようにダイス１０の上面を傾斜させて対応することができるが、上記部品１のような傾斜面の傾斜角度が大きい場合には、ダイスの上面を傾斜させたとしても、充填した粉末の最上端（図２２、Ｐ１で示す部分）に上パンチ１１が接触すると粉末の崩壊を招くおそれがあり、現実的ではない。なお、図２２で１３は下パンチである。

以上のような状況から、上記部品１の圧粉体成形は不可能と推測され、粉末冶金法で製造するとなれば、単純な立方体の焼結体を得た後に、その焼結体に切削などの機械加工を施して中空部４にある肉を除去して傾斜面５および内面６ａを形成することで、部品１を得ることが考えられた。ところが、除去する部分が多いと生産効率が低下するとともに材料が無駄になり、また、形状によっては切削刃を届かせることができずに切削が不可能な場合もある。また、磁性材料からなるものは機械加工を適用することができない。したがって、やはり圧粉体成形を可能とする技術が望まれた。

そこで部品１の圧粉体成形を可能とする技術をさらに検討した結果、図２３に示すように、ダイス１０内に下側から挿入されて傾斜面５を形成する内側下パンチを傾斜方向に分割して、単独で昇降する複数の分割下パンチ（１２ａ〜１２ｅ）で構成した金型が考えられた。これによると、まず図２３（ａ）に示すように、各分割下パンチ１２ａ〜１２ｅの上端面の連続面である下パンチ面の傾斜角度を、形成すべき傾斜面５よりも急角度で、かつ、粉末Ｐの圧縮比が均一になるように調整して、ダイス１０のダイス孔１０ａ内に三角ブロック９のキャビティを形成し、該キャビティに粉末Ｐを充填する。

次いで図２３（ｂ）に示すように、上パンチ１１をダイス孔１０ａに挿入するとともに、分割下パンチ１２ａ〜１２ｅを上昇させて下パンチ面を傾斜面５の角度に一致させる。分割下パンチ１２ａ〜１２ｅの上昇量は異なっていて、圧縮方向厚さが大きいほど上昇量が大きくされ、これにより圧縮比が分割下パンチ１２ａ〜１２ｅで圧縮される部位ごとに一定にされる。図２３においては、分割下パンチ１２ａ，１２ｅに対応する部位の圧縮前における粉末Ｐの圧縮方向厚さをａ１，ｅ１、外側下パンチ１２Ａに対応する部位の圧縮前における粉末Ｐの圧縮方向厚さをＡ１とし、これら部位の圧縮後の圧縮方向厚さをａ２，ｅ２，Ａ２として例示しており、圧縮比（ａ１／ａ２），（ｅ１／ｅ２），（Ａ１／Ａ２）はほぼ同値である。

しかしながら、傾斜面を形成する複数の分割下パンチ１２ａ〜１２ｅは、上端が尖鋭に形成されていて欠けやすく、大きな荷重を受けるものの形状としては不適切である。また、分割下パンチ１２ａ〜１２ｅをそれぞれ単独で昇降させるための機構を設計することは、小型で精密な動作が求められるなどの理由から極めて難しい。分割下パンチの数を少なくすれば小型の度合いも緩和されて設計は可能になるかもしれないが、そうなると今度は圧縮比を均一にする分布が粗くなってしまい、圧縮比の均一化という目的が果たせなくなる。さらに、複数の下パンチで形成される傾斜面には、下パンチの境界部分が転写したり凹凸面になるなど、下パンチの痕跡が残ることが推測される。すなわち、部品１の圧粉体を成形することは依然として困難である状況は変わらず、成形を可能とする技術が待望されているのが現状である。

なお、圧縮方向に対して傾斜する面を有する圧粉体を成形する技術に関しては、特許文献１，２等に開示されており、また、傾斜面を複数の金型で成形して圧縮比を均一にするといった技術に関しては特許文献３等で知られている。

特開２００７−１１３０７４号公報特開２０００−１４４２１１号公報特開２０００−３２６１００号公報

よって本発明は、比較的急角度な傾斜面などがあって圧縮方向厚さが漸次大きくなる偏肉形状部品を、均一な圧粉密度に圧縮成形することを実現可能とする成形方法および金型装置を提供することを目的としている。

本発明の圧粉体成形方法は、圧縮方向に対して傾斜する傾斜面を有することにより、圧縮方向厚さが圧縮方向と直交する一方向に向かうにしたがって大きくなる偏肉形状部品に近似する形状の圧粉体を成形する方法であって、ダイスのダイス孔内に、前記部品の前記傾斜面を形成する下パンチ傾斜面を有する下パンチをセットするとともに、この下パンチの上方に、圧縮方向厚さが前記部品と同一で前記下パンチ傾斜面と平行なスライダ傾斜面を有するスライダを、ダイス孔に対して圧縮方向と直交する方向に沿って進退自在に配設し、前記スライダをダイス孔から退避させた状態でダイス孔内に粉末を充填し、次いで前記スライダをダイス孔内に進出させて前記スライダ傾斜面を前記下パンチ傾斜面に上下方向に重畳させた状態で、ダイス孔内に粉末を充填し、次いで、上パンチをダイス孔内に挿入するとともに、この上パンチの挿入動作に同期させて前記スライダをダイス孔からしだいに退避させながら、ダイス孔内の粉末を圧縮することを特徴としている。

本発明によれば、圧縮成形の工程において、上パンチの下降による粉末の圧縮動作に同期させてスライダを後退させていくことにより、圧縮方向厚さが異なる部分の粉末の充填高さを、圧縮方向厚さと比例した量とし、かつ、その状態を保持して粉末を圧縮するといった原理を実現することができる。このため、圧縮比を均一化させることができ、もって圧粉体全体を均一な圧粉密度に圧縮成形することができる。

次に、本発明の圧粉体成形金型装置は、上記本発明の成形方法を好適に実現し得る装置であり、ダイス孔を有するダイスと、前記ダイス孔内に下側から挿入されてセットされ、前記部品の前記傾斜面を形成する下パンチ傾斜面を有する下パンチと、前記ダイス孔内に上側から挿入され、前記下パンチと協働して粉末を圧縮する上パンチと、前記ダイス孔に対して圧縮方向と直交する方向に沿って進退自在であり、圧縮方向厚さが前記部品と同一で前記下パンチ傾斜面と平行なスライダ傾斜面を有し、ダイス孔内に進出した時、前記下パンチの上方に配設されてスライダ傾斜面が前記下パンチ傾斜面と上下方向に重畳する状態となるスライダと、前記上パンチが前記ダイス孔内に挿入する圧縮動作に同期させて前記スライダをダイス孔からしだいに退避させるスライダ退避機構とを備えることを特徴としている。

本発明の圧粉体成形金型装置における上記スライダ退避機構としては、簡素な構成ながら適確な動作が実現される形態として、前記スライダに設けられたカム受け部材と、前記上パンチと一体に昇降し、下降時に前記カム受け部材に作用して、該カム受け部材を介して前記スライダを後退させるカムとを備えるものが好ましいものとされる

本発明によれば、比較的急角度な傾斜面などがあって圧縮方向厚さが漸次大きくなる偏肉形状部品を、均一な圧粉密度に圧縮成形することが実現可能となるといった効果を奏する。

以下に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
（１）金型装置の構成
図１および図２は、図１７で示した部品１を粉末冶金法で製造するにあたって、原料の粉末を圧縮成形して部品１に近似する形状の圧粉体を得るための金型装置を示している。これら図中符号２０は、上面が水平に設定されたダイスである。このダイス２０には、該ダイス２０を上下方向に貫通するダイス孔２１が形成されている。ダイス孔２１は、横断面の形状・寸法が、部品１の図１７（ａ）における上面１ａとほぼ同じ形状・寸法の矩形状に形成されている。ダイス２０は図示せぬ昇降機構により、ダイス孔２１の軸方向（上下方向）に沿って昇降可能とされている。

ダイス孔２１内には、粉末が充填されるキャビティをダイス孔２１とともに形成し、後述する上パンチ４１とともにキャビティに充填された原料の粉末を軸方向に圧縮する２種類の下パンチ３１，３２が、下側から上下動自在に挿入される。一方の下パンチ：外側下パンチ３１は、横断面の形状・寸法が、図１８に示したコ字状体８の上面８ａと同じコ字状のものであり、側方への開口を図１および図２において右方（Ｘ２方向）に向き、かつ、外面がダイス孔２１の内面に摺動する状態で、ダイス孔２１に下側から挿入される。

もう１つの下パンチ：内側下パンチ３２は、主たる部分が、外側下パンチ３１とダイス孔２１の内面とで囲まれる矩形状の空間の横断面に対応した矩形状の横断面を有する直方体状のブロックである。内側下パンチ３２の横断面の形状・寸法は、図１９に示した三角ブロック９の上面９ａとほぼ同じ形状・寸法と言える。外側下パンチ３１の上端面は、幅方向の一端から他端（図１において左端から右端）にわたって上り勾配となる傾斜面に形成されている。この傾斜面（以下、下パンチ傾斜面）３３は、部品１の傾斜面５が反転した形態であり、傾斜角度θ１は４５°とされている。外側下パンチ３１は、下パンチ傾斜面３３が上方、かつ、図１において左方（Ｘ１方向）に向き、側面が外側下パンチ３１の内面（コ字状をなす３面）とダイス孔２１の内面に摺動する状態で、ダイス孔２１に下側から挿入される。

ダイス孔２１には、上方から上パンチ４１が摺動自在に挿入される。この上パンチ４１の下端面である上パンチ面４２は、水平で平坦とされている。上パンチ４１は、上下方向に移動する上ラム４３の下面に固定されており、上ラム４３の動作に伴ってダイス孔２１に上側から挿入され、また、上昇してダイス孔２１から上方に抜き出される。

ダイス２０の上面の、ダイス孔２１よりも図１および図２において右側には、左右方向（Ｘ１・Ｘ２方向）に延び、ダイス孔２１に連通する断面矩形状のガイド溝２２が形成されている。そしてこのガイド溝２２内に、スライダ５０が、該ガイド溝２２に沿って摺動自在に収容されている。スライダ５０は、主たる部分が、上記三角ブロック９の上面とほぼ同じ形状・寸法の矩形状の横断面を有する直方体状ブロックであり、ガイド溝２２内に横置きの状態で収容されている。

スライダ５０の先端面（図１および図２で左側の端面）は、先端に向かって下り勾配となる傾斜面に形成されている。この傾斜面（以下、スライダ傾斜面）５１は、部品１の傾斜面５が反転した形態であり、傾斜角度θ２は内側下パンチ３２の下パンチ傾斜面３３と同じ４５°とされている。すなわちこのスライダ５０は、外形の形状・寸法が内側下パンチ３２と同様である。図１および図２に示すように、スライダ５０がガイド溝２２に沿って左方（Ｘ１方向）に移動し、スライダ傾斜面５１が形成された部分の先端部がダイス孔２１内に入り込むと、スライダ傾斜面５１は、内側下パンチ３２の下パンチ傾斜面３３と上下方向に重畳した状態になる。なお、この状態になる位置が、実際に粉末を圧縮する際のスライダ５０の圧縮開始位置とされる。

スライダ５０は、スライダ傾斜面５１が形成された先端方向（Ｘ１方向）への移動を前進、これとは逆方向（Ｘ２方向）への移動を後退とされる。図２に示すように、スライダ５０の中央部付近から後端部に近接する部分には、上下方向に貫通する平面視矩形状のスリット５２が形成されている。そしてこのスリット５２内の後端部には、スライダ５０の移動方向に対して水平に直交する方向に延びる軸５３を介して、カムローラ５４が回転自在に支持されている。

ガイド溝２２内におけるスライダ５０の後方には、エアシリンダ装置６０が配設されている。このエアシリンダ装置６０は、軸線方向がスライダ５０の進退方向に沿って延びている密閉構造のシリンダ６１と、このシリンダ６１のダイス孔２１側の端部に気密的に挿入されたピストンロッド６２とを備えている。シリンダ６１は、外形断面積がほぼスライダ５０と同じ断面矩形状の角筒であり、スライダ５０との間に所定の間隔をあけてガイド溝２２内に固定されている。

ピストンロッド６２はシリンダ６１からスライダ５０方向に向けて延びており、先端がスライダ５０の後端面に連結されている。このエアシリンダ装置６０によれば、シリンダ６１内に空気が供給されたりシリンダ６１内から空気が排出され、これに伴って変動するシリンダ６１内の圧力に応じて、ピストンロッド６２が図１および図２において左方に伸びたり右方に縮んだりする。そしてこのようなピストンロッド６２の伸縮動作に伴って、スライダ５０がダイス孔２１に対して進行したり後退したりする。

図１に示すように、カムローラ５４の上方には、スライダ５０を後退させるためのカム６６が配設されている。このカム６６は、下方のカムローラ５４に向けて突出しており、上ラム４３の下面に固定されている。カム６６は、上ラム４３の昇降動作によって上パンチ４１と一体的に昇降する。カム６６は、スライダ５０のスリット５２内に上方から入り込むことが可能な厚さの板状のものである。カム６６の下端部は、図１において右上から左下にわたってカットされた形状となっており、下面がスライダ５０の後退方向（Ｘ２方向）に向いた傾斜するカム面６７に形成されている。カム面６７の角度θ３は、下パンチ傾斜面３３およびスライダ傾斜面５１の傾斜角度と同じく４５°とされている。

スライダ５０が上記の圧縮開始位置にある状態で上ラム４３が下降すると、カム６６のカム面６７がカムローラ５４に接触し、さらに下降すると、カム面６７がカムローラ５４を矢印方向に回転させながら、Ｘ２方向へ押圧する。これによってスライダ５０はＸ２方向に後退するようになっている。カム６６の下降により、スライダ５０は先端がダイス孔２１からガイド溝２２に入り込む位置まで後退させられるようになっている。なお、ガイド溝２２におけるカム６６の下端部の下方に当たる位置には、カム６６の先端が入り込んでカム６６の下降を許容する逃げ孔２３が形成されている。

カム６６の下端は上パンチ４１の下端よりも下方にあるが、両者の上下方向の位置関係は、カム面６７がカムローラ５４に接触することと、上パンチ４１の上パンチ面４２がダイス孔２１に充填された粉末のすり切り面（上面）に接触することが同時に生じるように設定されている（図５参照）。これはすなわち、粉末の圧縮が開始されると同時に、スライダ５０の後退が開始するということである。

（２）圧粉体の成形
以上の構成からなる金型装置を用いて、部品１の形状に近似する形状の圧粉体を成形する手順を説明する。

（２−１）原料粉末の充填
図３に示すように、エアシリンダ装置６０のシリンダ６１内の圧力を調節して、スライダ５０を先端がダイス孔２１から退避してガイド溝２２に入り込んだ位置まで後退させる。また、ダイス孔２１に挿入した外側下パンチ３１と内側下パンチ３２を、キャビティ形成位置に停止させ、保持する。内側下パンチ３２のキャビティ形成位置は、上端がガイド溝２２よりも所定距離下がった位置であり、外側下パンチ３１のキャビティ形成位置は、上端が内側下パンチ３２の下パンチ傾斜面３３よりも下方であって、部品１の短壁部６を形成し得る位置である。

次いで、ダイス２０の上面を滑動する粉末フィーダＦをダイス孔２１上に進出させて、ダイス孔２１に原料の粉末Ｐを落下させる。粉末フィーダＦは、スライダ５０のスライダ傾斜面５１にも粉末Ｐが落下するようにガイド溝２２の先端部を覆う位置まで移動させられる。粉末Ｐは、粉末フィーダＦからダイス孔２１内およびガイド溝２２の空間部分を十分に充満する量が落下する。次に、図４に示すように、シリンダ６１のピストンロッド６２を伸ばしてスライダ５０をＸ１方向に進出させ、スライダ５０を、スライダ傾斜面５１がダイス孔２１内に入り込んだ圧縮開始位置に停止させる。この後、粉末フィーダＦを後退させて粉末Ｐのすり切りを行う。

（２−２）圧縮成形
以上で粉末の充填は完了し、続いて、図５〜図７に示すように、上ラム４３を下降させて上パンチ４１をダイス孔２１内に挿入して粉末Ｐを圧縮し、圧粉体１Ａを成形する。図５は、上パンチ４１の上パンチ面４２が粉末Ｐの上面（すり切り面）に接触した段階を示しており、この時、カム６６のカム面６７がカムローラ５４に接触する。この状態から引き続き上ラム４３が下降すると、カム６６によってスライダ５０はＸ２方向に後退する。すなわち上ラム４３の下降による粉末圧縮動作に同期して、スライダ５０は後退して粉末Ｐからしだいに引き抜かれていく。そして、最終的に図７に示すようにダイス孔２１から退避して抜き出される。この場合、カム面６７の傾斜角度θ３は４５°であるから、上パンチ４１の下降速度とスライダ５０の後退速度は同じである。なお、図７に示す圧縮成形の最後の段階では、下パンチ３１，３２を適宜上昇させて粉末の圧縮を完了する。

このような上パンチ４１の下降に伴うスライダ５０の後退といった連動時においては、スライダ傾斜面５１とカム面６７の傾斜方向・傾斜角度が同じであることから、上パンチ４１と、上パンチ４１の下降に伴って後退するスライダ５０との位置関係は、上パンチ面４２のＸ２側の端部がスライダ傾斜面５１に対して最も近接するといった状態が常に保持される。なお、スライダ５０の後退時において、スライダ５０はエアシリンダ装置６０によって常にＸ１方向に付勢されて常にカムローラ５４がカム面６７に当接している状態に保持され、カム６６は、エアシリンダ装置６０の付勢力に抗してスライダ５０を後退させる。

さて、この圧縮動作において、粉末Ｐは、各下パンチ３１，３２と上パンチ４１との間で圧縮されて成形されるが、外側下パンチ３１に対応する部品１のコ字状体８の部位は、圧縮初期の段階からスライダ５０がダイス孔２１から退避する最終段階まで、常に一様に軸方向の圧縮力を受けて成形される。一方、コ字状体８の内側の三角ブロック９に対応する内側下パンチ３２の上方部分においては、上パンチ４１からの圧縮力はスライダ５０によって遮断されることにより全域にわたって一括して圧縮されず、スライダ５０の先端が後退した直後の部位が、スライダ５０の後退に伴って圧縮されていく部位としてしだいに広がっていき、三角ブロック９の部分が圧縮成形されていく。

このようにしだいに増加していく圧縮部位における圧縮方向厚さは、上パンチ面４２と下パンチ傾斜面３３との間の距離から、さらに各圧縮部位におけるスライダ５０の先端部の厚さ（高さ）を差し引いた量となる。例えば、図６で示している圧縮部位ｇにおける圧縮方向厚さは、図１での（ｇ１＋ｇ２＋ｇ３）である。このようにスライダ５０を後退させながら粉末を圧縮していく形態は、図２１に示したように、圧縮方向厚さが大きいほど粉末の充填高さを大きくし、圧縮方向厚さが小さいほど充填高さを小さくして、圧縮方向厚さに比例した必要十分な充填高さを得るといった原理を実用化したものと言える。

（２−３）脱型
以上のようにして圧粉体１Ａが圧縮成形されたら、図８に示すように、上ラム４３を待機位置まで上昇させて、上パンチ４１をダイス孔２１から抜き出すとともにカム６６をスライダ５０のスリット５２から抜き出す。次いで、圧粉体１Ａが上方に出るまでダイス２０を下降させ、さらに内側下パンチ３２を下降させて圧粉体１Ａから抜く。圧粉体１Ａは外側下パンチ３１に載った状態となり、取り出すことができる。なお、圧縮成形が完了して脱型する際には、エアシリンダ装置６０によるスライダ５０の進出方向（Ｘ１方向）への付勢を解除して、エアシリンダ装置６０によりスライダ５０をダイス孔２１から退避した状態を保持する。そして、次の圧縮成形を行う時には、エアシリンダ装置６０によりスライダ５０を上記圧縮開始位置まで進出させる。

圧粉体１Ａは部品１に近似した形状に圧縮成形され、部品１のコ字状体８に相当する部分は、３つの側面がダイス孔２１の内面によって形成され、上面１ａが上パンチ４１によって形成され、下端面（縁面３）が外側下パンチ３１によって形成される。また、コ字状体８の短壁部６の内面６ａに相当する部分は、内側下パンチ３２の、下パンチ傾斜面３３から下方に連続する側面の上端部によって形成される。そして三角ブロック９に相当する部分は、上面９ａ（上面１ａの一部）が上パンチ４１によって形成され、傾斜面５が内側下パンチ３２によって形成される。また、三角ブロック９の中縁面２ｂに相当する部分は、ダイス孔２１の内面によって形成される。

（３）第１実施形態の作用効果
上記第１実施形態によれば、圧縮成形の工程において、上パンチ４１の下降による粉末の圧縮動作に同期させてスライダ５０を後退させていくことにより、上記のように三角ブロック９に相当する部分を、図２１に示したように粉末の充填高さを圧縮方向厚さと比例した量に設定し、かつ、その状態を保持して粉末を圧縮するといった動作を、形態は異なるものの実質的には同じ原理で実現することができる。このため、三角ブロック９に相当する部分の粉末の圧縮比を均一化させることができ、もって圧粉体全体を均一な圧粉密度に圧縮成形することができる。

第１実施形態においては、上パンチ４１とともにカム６６が下降すると、スライダ５０に設けたカムローラ５４をカム６６のカム面６７が押圧することで、スライダ５０を後退させる動きに変換するといった機構により、上パンチ４１による圧縮動作に同期させてスライダ５０を後退させている。このような機構は、上パンチ４１とともにスライダ５０が同期して後退するといった動作を、簡素な構成で適確に遂行させることができる。

例えば上パンチ４１に同期するスライダ５０の後退動作をエアシリンダ装置６０で行うとすると、シリンダ６１への空気の供給やシリンダ６１からの空気の排出といった空気圧の制御を精密に行う必要が生じる。また、エアシリンダ装置６０に代えてモータを用いた駆動機構を用いたとしても、上パンチ４１の下降に同期させてスライダ５０を適正な速度で後退させるには精密な制御が必要となる。その点、本実施形態は、精密な制御を必要とすることなく、上パンチ４１の下降に同期させてスライダ５０を後退させることができ、その結果、部品点数の増加やコストの上昇が抑えられる。

なお、圧縮成形時に上パンチ４１がスライダ５０のスライダ傾斜面５１に当接することを確実に防止する観点から、スライダ傾斜面５１の傾斜角度θ２をカム６６の先端角度θ３よりも若干大きくして、下降する上パンチ４１からスライダ傾斜面５１が常に早く後退するように構成することは好ましい形態である。

（４）第１実施形態の変形例
図９は上記第１実施形態の金型装置の変形例を示している。この変形例は、部品１の傾斜面５が平坦ではなく円筒状の凹面となっているものを成形する金型装置である。したがってこの凹状傾斜面を形成する内側下パンチ３２の下パンチ傾斜面３１は、凹状傾斜面が転写された形状の円筒状の凸面に形成されている。また、これに対応してスライダ傾斜面５１も同形状の円筒状凸面に形成されており、一方、カム６６のカム面６７は、スライダ傾斜面５１が転写された形状の円筒状の凹面に形成されている。このスライダ傾斜面５１が、部品の傾斜面とほぼ同じ形状となっている。

［２］第２実施形態
次に、図１０〜図６を参照して本発明の第２実施形態を説明する。なお、これら図においては、第１実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付してあり、それら構成要素の説明は簡略化する。

図１０は、第２実施形態で成形する部品７１を示している。この部品７１は、台形状のブロックの両側の傾斜面に溝７２が形成されることにより、両側の傾斜面が断面凸状に形成された形状をなしている。この部品７１は、換言すると、間隔をおいて平行に配された一対の台形板部７３の間の中央部分に、該台形板部７３よりも上面・下面が短い台形ブロック部７４が一体に形成されたものと言える。溝７２の両側の側壁部７５の厚さは同じであり、溝７２の深さは一定で、溝７２の底面７２ａと側壁部７５の斜面７５ａは平行である。

（１）金型装置の構成
図１１および図１２は、原料の粉末を圧縮して部品７１に近似した圧粉体を成形する金型装置を示している。これら図中、符号８０は横断面矩形状のダイス孔８１を有するダイスである。このダイス８０の上面のダイス孔８１の両側には、左右方向に延び、ダイス孔８１に連通する断面矩形状のガイド溝８２がそれぞれ形成されている。そしてこれらガイド溝８２内に、エアシリンダ装置６０によってダイス孔８１に対し進退するスライダ９０が、ガイド溝８２に沿って摺動自在に収容されている。

スライダ９０は、上記第１実施形態のスライダ５０に近似したものであり、スライダ５０と異なる点は、先端部の形状が部品７１の斜面が転写された形状をなしている点にある。すなわちスライダ９０の先端部は、図１３に示すように、全体的に先端に向かって下り勾配に傾斜しているが、この傾斜面の幅方向中央に、部品７１の溝７２を形成する凸部９１が形成されており、この凸部９１の両側には台形板部７５の斜面７５ａを形成する段差斜面９２が形成されている。凸部９１の幅は溝７２の幅に対応しており、段差斜面９２の幅は台形板部７５の幅に対応している。スライダ９０の先端斜面の角度θ４は、部品７１の斜面（図１０（ｂ）に示す底面７２ａおよび斜面７５ａの斜面）の角度θ５と同じである。

図１３に示すように、ダイス孔８１の左右の内面には、上下方向に延びる凸条８３がそれぞれ形成されているとともに、これら凸条８３の両側には溝８４が形成されている。凸条８３の幅は部品７１の溝７２の幅に対応しており、溝８４の幅は部品７１の台形板部７５の厚さに対応している。このダイス孔８１には、３種類の下パンチ１０１，１０２，１０３が下側から挿入されてセットされる。

１つの下パンチ：ベース下パンチ１０１は横断面Ｈ状のもので、各溝部１０１ａを左右方向に向けてダイス孔８１の中心に摺動自在に挿入される。このベース下パンチ１０１の溝部１０１ａの幅は凸条８３の幅と同じであり、これら溝部１０１ａと、溝部１０１ａに対面する各凸条８３との間に、中央下パンチ１０２がそれぞれ摺動自在に挿入される。そして凸条８３の両側の溝８４には、側方下パンチ１０３が摺動自在に挿入される。

中央下パンチ１０２と側方下パンチ１０３の上端部は、内側に向かって同じ角度で下り勾配となる傾斜面に形成されている。これら傾斜面（下パンチ傾斜面）１０２ａ，１０３ａの角度θ６は互いに同じであって、スライダ９０の先端部と同じ角度である。中央下パンチ１０２と側方下パンチ１０３、および凸条１０２の一部によって、部品７１の溝７２および側壁部７５を形成するキャビティが形成される。

図１１に示すように、ダイス孔８１には、上ラム４３に固定された上パンチ１１１が、上ラム４３の下降に伴って摺動自在に挿入される。この上パンチ１１１は、断面矩形状の本体部１１２を主体としており、この本体部１１２における左右の外側面には、スライダ９０の段差斜面９２に対応した上下方向に延びる凸片１１３がそれぞれ形成されている。

上ラム４３には、第１実施形態と同様に、各スライダ９０のカムローラ５４に作用するカム１２１が２つ固定されている。これらカム１２１のカム面１２２の傾斜角度θ７は、それぞれが配置された側のスライダ９０の傾斜面θ４と同じ角度とされている。

（２）圧粉体の成形
以上の構成からなる金型装置を用いて、部品７１の形状に近似する形状の圧粉体を成形する手順を説明する。

（２−１）原料粉末の充填
部品７１の溝７２および側壁部７５を形成するキャビティが形成されるように各下パンチ１０１，１０２，１０３の上下位置を調節する（図１１参照）。また、左右のスライダ９０を先端がダイス孔８１から退避してガイド溝８２に入り込んだ位置まで後退させる。この状態から粉末をダイス孔８１に充填し、次いで各スライダ９０を、図１１に示すように、段差斜面９２の上端がダイス孔８１の縁にかかる位置まで進出させた後、さらに粉末を充填してすり切りを行う（図１４参照）。

（２−２）圧縮成形
図１４〜図１５に示すように、上ラム４３を下降させて上パンチ１１１をダイス孔８１内に挿入して粉末Ｐを圧縮し、圧粉体７１Ａを成形する。図１４は、上パンチ１１１の上パンチ面１１４が粉末Ｐの上面（すり切り面）に接触した段階を示しており、この時、カム１２１のカム面１２２がカムローラ５４に接触する。この状態から引き続き上ラム４３が下降すると、その動作に同期してスライダ９０が後退していき、粉末Ｐからしだいに引き抜かれていく。そして、最終的に図１５に示すようにスライダ９０は段差斜面９２よりも先端側の部分を残した状態になるまで後退する。粉末圧縮時においては、上パンチ１１１は本体部１１２がスライダ９０の凸部９１の上方部分を加圧し、凸片１１３が段差斜面９２の上方部分を加圧する。

図１５に示すように、上パンチ１１１のパンチ面１１４がガイド溝８２の底面高さに到達し、さらに各下パンチ１０１，１０２，１０３を若干上昇させて中央下パンチ１０２と側方下パンチ１０３の上端がガイド溝８２の底面高さに到達したら粉末Ｐの圧縮が完了し、粉末Ｐは部品７１に近似した形状の圧粉体７１Ａに成形される。

（２−３）脱型
以上のようにして圧粉体７１Ａが圧縮成形されたら、図１６に示すように、上ラム４３を待機位置まで上昇させて、上パンチ１１１をダイス孔８１から抜き出すとともにカム１２１をスライダ９０のスリット５２から抜き出す。次いで、圧粉体７１Ａが上方に出るまでダイス８０を下降させ、中央下パンチ１０２と側方下パンチ１０３を下降させる。圧粉体７１Ａはベース下パンチ１０１に載った状態となり、取り出すことができる。

以上により部品７１に近似した形状の圧粉体７１Ａが成形されるが、本実施形態によっても、第１実施形態と同様に、上パンチ１１１の下降による粉末の圧縮動作に同期させてスライダ９０を後退させていくことにより、圧縮方向厚さが異なる傾斜面（溝７２の底面７２ａと側壁部７５の傾斜面７５ａ）に対応する部分の粉末充填高さを、圧縮方向厚さと比例した量とすることができ、これによって圧粉体全体を均一な圧粉密度に圧縮成形することができる。

本発明の第１実施形態に係る金型装置を示す一部断面側面図である。第１実施形態の金型装置の一部を示す平面図である。第１実施形態の圧縮成形過程の粉末充填段階を示す一部断面側面図である。同過程のスライダ進出段階を示す一部断面側面図である。同過程の粉末圧縮初期段階を示す一部断面側面図である。同過程の粉末圧縮中期段階を示す一部断面側面図である。同過程の粉末圧縮最終段階を示す一部断面側面図である。同過程の脱型後の状態を示す一部断面側面図である。第１実施形態に係る金型装置の変形例を示す一部断面側面図である。本発明の第２実施形態に係る偏肉形状部品の（ａ）平面図、（ｂ）側面図、（ｃ）下面図、（ｄ）斜視図である。本発明の第２実施形態に係る金型装置を示す一部断面側面図である。第２実施形態の金型装置の一部を示す平面図である。第２実施形態の金型装置の一部を示す斜視図である。第２実施形態の圧縮成形過程の粉末圧縮初期段階を示す一部断面側面図である。同過程の粉末圧縮最終段階を示す一部断面側面図である。同過程の脱型後の状態を示す一部断面側面図である。本発明が対象とし、かつ、第１実施形態で圧粉体を成形する偏肉形状部品の（ａ）側面図、（ｂ）正面図、（ｃ）下面図、（ｄ）斜視図である。図１７に示した部品を分解したコ字状体の（ａ）斜視図、（ｂ）側面図である。図１７に示した部品を分解した三角ブロックの（ａ）斜視図、（ｂ）側面図である。図１７に示した部品の圧粉体を単純に軸方向に圧縮して成形する場合を示す断面図であって、（ａ）圧縮前、（ｂ）圧縮後である。図１７に示した部品の圧粉体を圧縮比が均一となるように成形する方法の原理を示す断面図である。斜面角度が比較的小さい部品を圧縮成形する金型の一例である。下パンチを複数に分解することにより圧粉体の圧縮比が均一となるように成形する方法を示す断面図であって、（ａ）圧縮前、（ｂ）圧縮後である。

符号の説明

１，７１…偏肉形状部品
１Ａ，７１Ａ…圧粉体
５…部品の傾斜面
２０，８０…ダイス
２１，８１…ダイス孔
３１…外側下パンチ
３２…内側下パンチ
３３，１０２ａ，１０３ａ…下パンチ傾斜面
４１，１１１…上パンチ
５０，９０…スライダ
５１…スライダ傾斜面
５４…カムローラ（カム受け部材）
６６，１２１…カム
１０１…ベース下パンチ
１０２…中央下パンチ
１０３…側方下パンチ

Claims

圧縮方向に対して傾斜する傾斜面を有することにより、圧縮方向厚さが圧縮方向と直交する一方向に向かうにしたがって大きくなる偏肉形状部品に近似する形状の圧粉体を成形する方法であって、
ダイスのダイス孔内に、前記部品の前記傾斜面を形成する下パンチ傾斜面を有する下パンチをセットするとともに、この下パンチの上方に、圧縮方向厚さが前記部品と同一で前記下パンチ傾斜面と平行なスライダ傾斜面を有するスライダを、ダイス孔に対して圧縮方向と直交する方向に沿って進退自在に配設し、
前記スライダをダイス孔から退避させた状態でダイス孔内に粉末を充填し、
次いで前記スライダをダイス孔内に進出させて前記スライダ傾斜面を前記下パンチ傾斜面に上下方向に重畳させた状態で、ダイス孔内に粉末を充填し、
次いで、上パンチをダイス孔内に挿入するとともに、この上パンチの挿入動作に同期させて前記スライダをダイス孔からしだいに退避させながら、ダイス孔内の粉末を圧縮することを特徴とする偏肉形状部品の圧粉体成形方法。
圧縮方向に対して傾斜する傾斜面を有することにより、圧縮方向厚さが圧縮方向と直交する一方向に向かうにしたがって大きくなる偏肉形状部品に近似する形状の圧粉体を成形する金型装置であって、
ダイス孔を有するダイスと、
前記ダイス孔内に下側から挿入されてセットされ、前記部品の前記傾斜面を形成する下パンチ傾斜面を有する下パンチと、
前記ダイス孔内に上側から挿入され、前記下パンチと協働して粉末を圧縮する上パンチと、
前記ダイス孔に対して圧縮方向と直交する方向に沿って進退自在であり、圧縮方向厚さが前記部品と同一で前記下パンチ傾斜面と平行なスライダ傾斜面を有し、ダイス孔内に進出した時、前記下パンチの上方に配設されてスライダ傾斜面が前記下パンチ傾斜面と上下方向に重畳する状態となるスライダと、
前記上パンチが前記ダイス孔内に挿入する圧縮動作に同期させて前記スライダをダイス孔からしだいに退避させるスライダ退避機構と
を備えることを特徴とする偏肉形状部品の圧粉体成形金型装置。
前記スライダ退避機構は、
前記スライダに設けられたカム受け部材と、
前記上パンチと一体に昇降し、下降時に前記カム受け部材に作用して、該カム受け部材を介して前記スライダを後退させるカムとを備えることを特徴とする請求項２に記載の偏肉形状部品の圧粉体成形金型装置。