JP5070626B2 - 粉末成形用金型 - Google Patents

Description

この発明は、筒状体の外面全周に亘ってフランジを有し、そのフランジに凹みを有する焼結製品を成形する粉末成形用金型に関する。

例えば、図６に示す、筒状体１の外面全周に亘ってフランジ２を有し、そのフランジ２の一面に凹み３を有する焼結製品Ｐは、例えば、図７、図８に示す粉末成形用金型によって成形する。
この金型は、ダイス（ダイアセンブリ）５と、そのダイス５の上下開口側にそれぞれ位置し、相対向して近接・離反可能に配置された一対のアッパーパンチ６及びロアパンチ７を備えている。そのロアパンチ７は、筒状体１の端面を形成するインナーパンチ７ａと、凹み３を形成するミドルパンチ７ｂ及び筒状体１の外周面を形成するアウターパンチ７ｃからなる。図中、４はコアロッドである。

そのインナーパンチ７ａとアウターパンチ７ｃは、焼結製品Ｐの筒状体１と同一形状（図示の場合、円筒状）とされて同一軸心上にある。また、その両パンチ７ａ、７ｃの両支持用フランジ８ａ、８ｃは筒状体１の外面全周に亘るもの（円環状）とされ、ミドルパンチ７ｂの支持用フランジ８ｂは、そのミドルパンチ７ｂの幅（図７（ａ）の上下方向の長さ）より少し大きな幅と厚み（図７（ａ）の左右方向の長さ）をした大きさとしている（図８（ａ）〜（ｃ）参照）。これらの各支持用フランジ８ａ、８ｂ、８ｃは、ホルダー９ａ、９ｂ、９ｃへの嵌め込みによって、常時固定なプレートＦや両パンチ７、８の近接に伴って（成形作用に伴って）適宜に昇降（上下）可能なプレートＦに強固に支持される。
なお、インナーパンチ７ａ、アウターパンチ７ｃとは別にミドルパンチ７ｂを設けるのは、その凹み３の部分がインナーパンチ７ａ、アウターパンチ７ｃによって成形される他の部分と厚み等が異なり、インナーパンチ７ａ、アウターパンチ７ｃとは別途の移動量を付与する必要があるからである。

この粉末成形用金型は、そのロアパンチ７をダイス５に嵌めた（入れた）状態で、それらで形成するキャビティ内に粉末ａを充填し、アッパーパンチ６をダイス５内に下降させ、そのアッパーパンチ６、ロアパンチ７、コアロッド４及びダイス５との協働によって、キャビティ内の粉末ａを成形し、その成形体を焼結して焼結製品Ｐを得る。（特許文献１段落００１８、図１〜図４参照）。
特開２００５−１０５３１６号公報

このような金型は、アッパーパンチ６とロアパンチ７との協働によって成形する際、ロアパンチ７の各パンチ７ａ、７ｂ、７ｃは、上下方向の成形圧を受けるとともに、相互の上下方向の動きに伴って互いに摺動する。
このとき、インナーパンチ７ａとアウターパンチ７ｃは、円筒状であってダイス５の中心周りの全周で成形圧を受けるため、横方向に撓む（振れる）恐れは少ない。

しかし、図６、図７（ａ）のように、凹み３が筒状体の外面半周に満たない形状であると、その凹み３を形成するミドルパンチ７ｂも、平面視、その凹み３の大きさとなって、ダイス５の中心から変位した図８（ｃ）に示す長尺物となる。
このため、ミドルパンチ７ｂは、上下方向の動きに伴う成形圧により、図９（ａ）の点線で示すように、その先端部がアウターパンチ７ｃ側等に撓む（振れる）。このようにミドルパンチ７ｂが撓むと、同図（ｂ）に示すように、アウターパンチ７ｃやインナーパンチ７ａに押し付けられることとなり、両者７ａ、７ｂ、７ｃの間にその表面のムシレｂや焼付きが生じる。

そのムシレｂや焼付きが生じれば、両パンチ７ａ、７ｂ、７ｃの相互間の円滑な摺動作用が確保できなくなり、製品Ｐの各寸法精度の劣化につながり、やがて、パンチ７ａ、７ｂ、７ｃを交換する必要が生じたり、金型破損の原因になったりする。
今日、製品Ｐの低廉化が要求され、そのためには、パンチ７ａ、７ｂ、７ｃを含めた各パンチの寿命を向上させる必要がある。

この発明は、以上の点に鑑み、ミドルパンチ７ｂの上記撓みを抑制することを課題とする。

上記課題を解決するために、この発明は、ミドルパンチの支持用フランジを、そのミドルパンチの両側面からインナーパンチの外周面に沿って、ミドルパンチが筒状体の径方向に撓んだ際、インナーパンチの外周面に引っかかる位置まで延ばしたものである。

従来のミドルパンチ７ａの支持用フランジ８ｂは、上述の図７（ａ）に示すように、平面視、ミドルパンチ７ｂより少し大きいだけの形状であるため、上記撓みを生じさせる成形圧が加わると、その長尺状ミドルパンチ７ａの剛性及びフランジ８ｂのホルダー９ｂによる支持力のみによってその成形圧に抗することとなる。
これに対し、この発明のように、ミドルパンチの支持用フランジが、筒状体の径方向に撓んだ際、そのミドルパンチの両側面からインナーパンチの外周面に沿ってインナーパンチの外周面に引っかかる位置まで延びたものであれば、その引っかかりによっても、その成形圧に抗することとなる。すなわち、撓みにくくなる。

因みに、従来の凹み３は、フランジ２の全周に無く、その凹み３を成形するミドルパンチ７ｂも当然に全周にないことから、金型設計者は、そのミドルパンチ７ｂを支持フランジ８ｂで支える場合、そのフランジ８ｂを全周に設けて支えようとは考えないのが常である。その全周に亘る支え部は、金型製作において、材料的に無駄であり、ホルダー９ａ、９ｂ、９ｃ等の治具も大きくなるため、金型費や治具費が高価になる、と感じるからである。
本願に係る発明は、上述の低価額化を要求される今日、金型の寿命を延ばすこともその製品の低価額化に繋がり、その寿命を延ばすべく、寿命を短くしている原因を探求したところ、その原因としてムシレｂや焼付きがあり、そのムシレｂや焼付きの原因として、ミドルパンチ７ｂの振れを認識したのである。
その振れは、長尺物の場合、その長さに比例するが、その長尺物を支える部分の大きさにも影響する。この点に鑑み、この発明は、その支え部（支持フランジ）の両端をインナーパンチの外周面に引っかかる位置まで延ばして支え強度を強くすることとしたのである。

ここで、「ミドルパンチの両側面からインナーパンチの外周面に沿ってインナーパンチの外周面に引っかかる位置まで延びる」とは、例えば、インナーパンチ７ａが円筒体の場合、図５（ａ）に示すように、その平面視において、円筒体７ａの中心線ｃを越える位置まで延びることを言う。中心線ｃを越える位置まで延びれば、そのフランジ８ｂの両端８ｂ_１、８ｂ_２の間隔Ｌはその円筒体（インナーパンチ）の直径より狭くなるため、長尺状ミドルパンチ７ｂに上記撓みを生じさせる矢印方向の力が加わっても、そのフランジ８ｂの両端８ｂ_１、８ｂ_２がインナーパンチ７ａの外面に引っかかってその力に抗する。
因みに、インナーパンチ７ａが、三角以上の多角筒であれば、図５（ｂ）に示すように、各形状の中心線ｃを越える位置まで延ばすこととなり、三角筒であれば、同図（ｃ）に示すようになる。その筒状は、等角筒状（正四角筒状など）に限らず、任意であり、楕円状も含む。

その抗する力は、その引っかかり度合が大きいほど、すなわち、フランジ８ｂの両端８ｂ_１、８ｂ_２が近づけば近づくほど大きくなる。このため、その両端８ｂ_１、８ｂ_２の延し度合はその抗力度合を考慮して、実験等によって適宜に設定すれば良いが、最もその抗力が望めるインナーパンチ７ａの外面全周に亘って連続した環状のもの、例えば、インナーパンチ７ａが円筒体であれば、円環状とすることが好ましい。

この発明の構成としては、筒状体の外面全周に亘ってフランジを有し、かつ、そのフランジの一面に前記筒状体の外面半周に満たない凹みを有する焼結製品を成形するものであって、ダイスと、そのダイスの上下開口側にそれぞれ位置する一対のパンチを備え、その少なくとも一方のパンチは、前記筒状体の端面を形成するインナーパンチと、前記凹みを形成するミドルパンチ及び筒状体の外周面を形成するアウターパンチからなる粉末成形用金型において、前記ミドルパンチの支持用フランジを、そのミドルパンチの両側面から前記インナーパンチの外周面に沿って、ミドルパンチが筒状体の径方向に撓んだ際、インナーパンチの外周面に引っかかる位置まで延びたものとした構成とすることができる。

ここで、「筒状体の外面全周に亘ってフランジを有し」の「外周全周に亘って」とは、外周全周に亘って連続しているのみならず、間欠的にフランジがある場合も含む。

この構成において、上記ミドルパンチの支持用フランジは、上記インナーパンチの外面全周に亘って連続したものとすることが好ましい。
ここで、「インナーパンチの外面全周に亘って連続したもの」の「外面全周に亘って連続」とは、外周全周に亘って切れ目無く連続しているのみならず、間欠的にフランジがある場合も含む。要は、各パンチの成形圧による撓みに対してフランジ全体（全周）で均等に抗する力を受け持つに十分なように全周に亘って連続形成されている状態を言う。

また、製品の上記筒状体とフランジは、上記各パンチの進退軸心（ダイスの中心）を含む面に対して、例えば、平面視、円形、正多角形等のその外周面が対称形状のものの軸線（中心線）を含む面に対して対称形状のものとすることが好ましい。筒状体とフランジが対称形であると、凹み３の設定位置にもよるが、ミドルパンチ７ｂに加わる成形圧の計算も容易になって、その支持フランジ８ｂの両端８ｂ_１、８ｂ_２を延ばす位置も最適なものを容易に決定し易いからである。

さらに、凹み３はフランジの一面に筒状体の外面半周に満たないものとしており、筒状体とフランジを各パンチの進退軸心を含む面に対してその外周面が対称の形状のものとすると、凹みはその対称面を境にした一方側に位置することとなって、その対称面を境にして左右にフランジを設ければ、ミドルパンチ７ｂはその反対側のフランジ片が成形圧に有効に抗して揺れは少なくなるため、そのフランジの大きさ（両端８ｂ_１、８ｂ_２等）も決定し易い。

この発明は、以上のように構成して、凹み３を成形するミドルパンチの支え部の支え強度を強くして、そのミドルパンチの成形圧による振れを抑制したので、各パンチ間のムシレや焼付けも生じ難くなって、各パンチの寿命が向上する。パンチの寿命が向上すれば、焼結製品Ｐの低廉化を図ることができる。
また、ミドルパンチの振れによる成形体の亀裂やメクレ等の不具合が減少して、焼結製品の品質向上を図ることもできる。

図１、図２に示す実施形態は、上述の図６に示した、円筒状体１の外面全周に亘ってフランジ２を有し、そのフランジ２の凹み３を有する焼結製品Ｐを成形する金型である。
この金型は、従来と同様に、ダイス５と、相対向して近接・離反する一対のアッパーパンチ６及びロアパンチ７を備えており、そのロアパンチ７は、インナーパンチ７ａと、ミドルパンチ７ｂ及びアウターパンチ７ｃからなる。
各パンチ７ａ、７ｂ、７ｃは、同様に、その下端に支持用フランジ８ａ，８ｂ，８ｃを有し、その各支持用フランジ８ａ、８ｂ、８ｃはホルダー９ａ、９ｂ、９ｃへの嵌め込みによってプレートＦに強固に支持されており、この各プレートＦは昇降可能又は固定可能である。

上記インナーパンチ７ａとアウターパンチ７ｃの両支持用フランジ８ａ、８ｃは、従来と同様に筒状体１の外面全周に亘り、一方、ミドルパンチ７ｂの支持用フランジ８ｂは、従来と異なり、図２に示すように、インナーパンチ７ａの外周面にピッタリ嵌る円環状となっている。

この粉末成形金型は、従来と同様に、ロアパンチ７をダイス５に嵌めた状態で、それらで形成されるキャビティ内に粉末ａを充填し、アッパーパンチ６をダイス５内に下降させ、そのアッパーパンチ６、ロアパンチ７、コアロッド４及びダイス５との協働によって、例えば、各プレートＦを昇降又は固定して、パンチ７ａを固定したパンチ７ｂ、７ｃの昇降によって、キャビティ内の粉末ａを成形し、その成形品を焼結して焼結製品Ｐを得る。

このとき、ミドルパンチ７ｂの支持用フランジ８ｂが、そのミドルパンチ７ｂの両側面からインナーパンチ７ａの外周面に沿ってその外周面に引っかかる位置まで延びた円環状であるため、成形圧によって、ミドルパンチ７ｂが筒状体１（アウターパンチ７ｃ）の径方向に撓もうとすると、その円環状フランジ８ｂがインナーパンチ７ａの外周面に引っかって（圧接して）、その成形圧に抗して、ミドルパンチ７ｂの撓みを抑制する。このため、上記のパンチ７ａ、７ｃとパンチ７ｂの間のムシレｂや焼付きが生じ難い。また、成形体の亀裂やメクレ等の不具合も生じ難い。

上記の実施形態において、アッパーパンチ６とロアパンチ７を上下逆の態様とすることができる。また、凹み３の大きさ、数も、フランジ２の一面に筒状体１の外面半周に満たない範囲において任意とすることもでき、例えば、図３に示す二個等として、その個数に対応するミドルパンチ７ｂ、７ｂを有するものとし得る。さらに、凹み３の形状も、長方形に限らず、図４（ａ）、（ｂ）に示す、三角形状、半月状等と任意である。
また、製品Ｐの筒状体１の形状も、角筒、例えば、図４（ａ）の正四角筒状、同（ｂ）の正六角筒状、正三角筒状、楕円筒状などと任意である。フランジ２も、平面視、筒状体１と同一形状としても良いが、異ならせても良い。例えば、図４（ｂ）に示す四角形のフランジ２とし得る。

さらに、凹み３がフランジ２の上面（図１において上側面）にある場合は、アッパーパンチ６がミドルパンチを有することとなり、この場合は、その支持フランジは上記ミドルパンチ７ｂの支持フランジ８ｂと同様の態様とする。また、凹み３がフランジ２の両面（図１において上下側面）にある場合は、アッパーパンチ６及びロアパンチ７の両者がミドルパンチを有することとなり、この場合も同様に、両ミドルパンチは上記ミドルパンチ７ｂの支持フランジ８ｂと同様の態様とすれば良いことは勿論である。

このように、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本願に係る発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の一実施形態を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は切断正面図 同実施形態のミドルパンチの斜視図 他の実施形態のミドルパンチを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は斜視図 （ａ）、（ｂ）は、この発明に係る焼結成形製品の各例の斜視図 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、この発明の作用説明図 この発明に係る焼結成形製品の一例の斜視図 従来例を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は切断正面図 同従来例の（ａ）アウターパンチ、（ｂ）インナーパンチ及び（ｃ）ミドルパンチの斜視図 （ａ）、（ｂ）は、従来例の作用図

符号の説明

Ｐ 焼結成形製品
１ 焼結成形製品の筒状体
２ 同フランジ
３ 凹み
４ コアロッド
５ ダイス
６ アッパーパンチ
７ ロアパンチ
７ａ ロアパンチのインナーパンチ
７ｂ 同ミドルパンチ
７ｃ 同アウターパンチ
８ａ インナーパンチの支持用フランジ
８ｂ ミドルパンチの支持用フランジ
８ｃ アウターパンチの支持用フランジ

Claims (3)

1. 筒状体（１）の外面全周に亘ってフランジ（２）を有し、かつ、そのフランジ（２）の一面に前記筒状体（１）の外面半周に満たない凹み（３）を有する焼結製品（Ｐ）を成形するものであって、ダイス（５）と、そのダイス（５）の上下開口側にそれぞれ位置する一対のパンチ（６、７）を備え、その少なくとも一方のパンチ（６、７）は、前記筒状体（１）の端面を形成するインナーパンチ（７ａ）と、前記凹み（３）を形成するミドルパンチ（７ｂ）及び筒状体（１）の外周面を形成するアウターパンチ（７ｃ）からなる粉末成形用金型において、
   上記ミドルパンチ（７ｂ）の支持用フランジ（８ｂ）を、そのミドルパンチ（７ｂ）の両側面から前記インナーパンチ（７ａ）の外周面に沿って、ミドルパンチ（７ｂ）が筒状体（１）の径方向に撓んだ際、インナーパンチ（７ａ）の外周面に引っかかる位置まで延びたものとしたことを特徴とする粉末成形用金型。
2. 上記ミドルパンチ（７ｂ）の支持用フランジ（８ｂ）を上記インナーパンチ（７ａ）の外面全周に亘って連続したものとしたことを特徴とする請求項１に記載の粉末成形用金型。
3. 上記焼結製品Ｐの筒状体１及びフランジ２が、平面視、円形、楕円形又は正多角形であることを特徴とする請求項１又は２に記載の粉末成形用金型。

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