JP5230999B2

JP5230999B2 - 粉末成形用金型装置

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Publication number: JP5230999B2
Application number: JP2007306484A
Authority: JP
Inventors: 忠男増田
Original assignee: Hitachi Powdered Metals Co Ltd
Current assignee: Hitachi Powdered Metals Co Ltd
Priority date: 2007-11-27
Filing date: 2007-11-27
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2027-11-27
Also published as: JP2009125796A

Description

本発明は、粉末を圧縮して圧粉体を得る粉末成形技術において、全域に亘って均一な密度の圧粉体を成形するための粉末成形用金型装置に関する。

粉末冶金法（押型成形法）は、成形工程で圧粉体を成形した後、この圧粉体を焼結し、サイジングや含油などを施して製品を得る方法である。粉末冶金法の成形工程には、片押成形法、両押成形法、フローティングダイ法、ウィズドロアル法などの方法がある。これら方法は、ダイに形成され、圧粉体の外形を形成するダイ孔と、下端面を形成する下パンチによってキャビティを形成し、そのキャビティ内に金属粉末などの原料粉末を充填し、上端面を形成する上パンチと下パンチによって目標寸法になるまで上下方向から加圧して圧粉体を形成する単軸成形法である。これら方法では、上下のパンチのみでキャビティ内に充填された原料粉末を加圧している。また、これら方法では、圧粉体に中空を形成するコアロッドが用いられる場合もある。

上記各方法で円筒状やパイプ状などの比較的長い圧粉体を成形すると、上下のパンチに近いところでは密度が高くなるが、上下のパンチから遠ざかるにつれて密度が低くなるという傾向がある。すなわち、上下のパンチからもっと遠い圧粉体の中間領域が低密度になる。これは、次を理由としている。上下のパンチによる加圧力は、原料粉末とダイ、または、原料粉末とコアロッドの間に生じる摩擦抵抗によって損失される。また、上下のパンチから遠ざかるにつれ、原料粉末を鉛直方向に圧縮する加圧力がダイ孔やコアロッドの側面を加圧する側圧となり、圧粉体に対する鉛直方向の加圧力が損失される。このため、中間領域に近づくにつれて加圧力が減少し、中間領域に低密度の領域が形成される。この低密度の領域は、ニュートラルゾーン（Neutral Zone：以下、ニュートラルゾーンを中立層と称する）と言われ、製品の機械的強度や耐摩耗性の低下を招いてしまう。このような中立層の発生を防ぐ方法として、例えば特許文献１〜３に記載の方法がある。

特許第２８０９２８８号公報特開２００２−３２１０９８号公報特開２００２−３２１０９９号公報

上記各特許文献では、コアロッドやダイ孔を特殊な形状に形成し、コアロッドを反復させるなどの動作を加えて、中立層の発生を防止している。上記特許文献１では、コアロッドに段差が形成されている。このようなコアロッドを用いると、圧粉体は、内径の一端が広がる形状になる。このため、内径が直線に形成されたパイプ状の圧粉体を得ることが難しく、圧粉体の形状が制限される。また、上記特許文献２、３では、ダイが、外径の一端が萎んだ形状になっている。このため、外径が均一のパイプ状の圧粉体を得ることが難しく、圧粉体の形状が制限される。

上記のように一般的な各成形方法では、キャビティ内に充填された原料粉末が上下のパンチだけによって加圧されている。しかしながら、上記各特許文献では、コアロッドを反復させるなどの動作を加えているため、一般的な各成形方法に比べ、成形ストロークが長くなり、生産効率が低下する。このように、上記各特許文献の成形方法では中立層の発生を防ぐことはできるが、圧粉体の形状に制限が生じたり、生産効率が低下するといった問題が生じる。

よって、本発明は原料粉末を圧縮して圧粉体を得る粉末成形技術において、内径および外径が均一のパイプ状の圧粉体であっても、中立層の発生を効果的に防止することができ、結果として全域に亘って均一な密度の圧粉体を得ることができる粉末成形用金型装置を提供することを目的としている。

本発明の粉末成形用金型装置は、ダイに形成され、圧粉体の外周面を成形する横断面円形状のダイ孔と、圧粉体の内周面を成形する円柱状のコアロッドと、該コアロッドが貫通し圧粉体の下端面を成形する下パンチとで形成されるダイキャビティ内に粉末を充填し、該粉末を、前記ダイ孔の軸心を回転軸として前記ダイをダイ回転手段により回転させるとともに、前記コアロッドの軸心を回転軸として前記コアロッドをコアロッド回転手段によりダイの回転方向と逆方向に回転させながら、圧粉体の上端面を成形する上パンチと前記下パンチとにより圧縮成形する金型装置であって、前記ダイ回転手段は、前記ダイの下端面に形成された凹部の内周面に形成されたダイはすば溝と、前記下パンチがパンチ止め具によって上面に取り付けられた下パンチ台の外周面に形成され、前記ダイはすば溝に係合することにより、該下パンチ台の上下動によって前記ダイを回転させるダイはすばと、を備えた手段、もしくは、前記ダイと同心状に形成されたラックと、該ラックに螺合し、一方向に回転することで該ラックを回転送りして前記ダイを回転させるピニオンと、を備えた手段、のうちのいずれか一方の手段であり、前記コアロッド回転手段は、前記コアロッドに形成されたコアロッドはすば溝と、前記下パンチの下端面に形成された凹部の内周面に形成され、前記コアロッドはすば溝に係合することにより、該下パンチの上下動によって前記コアロッドを前記ダイと逆方向に回転させるコアロッドはすばと、を備えた手段、もしくは、前記コアロッドの外周に形成された従動ギヤと、該従動ギヤに螺合し、回転することで該従動ギヤを介して前記コアロッドを前記ダイと逆方向に回転させる駆動ギヤと、を備えた手段、のうちのいずれか一方の手段であることを特徴としている。

本発明では、上下のパンチによる粉末の加圧時に、ダイ孔の軸心を回転軸としてダイ回転手段によってダイを回転させるとともに、コアロッドの軸心を回転軸としてコアロッド回転手段によってコアロッドをダイの回転方向と逆方向に回転させる。これにより、粉末の外周面がダイ孔と摺接し、また、粉末の内周面がコアロッドと摺接する。このような状態で、一般的な成形方法と同様に、粉末を上下のパンチによって圧縮、成形することにより、圧粉体が得られる。本発明によれば、ダイとコアロッドを回転させることにより、粉末とダイ孔間および粉末とコアロッド間に生じる摩擦抵抗が減少する。また、粉末とダイ孔および粉末とコアロッドが摺接することで側圧が減少する。この結果、上下のパンチによる加圧力が中間領域まで伝わり易くなり、中立層の発生を効果的に防ぐことができる。また、摩擦抵抗や側圧による鉛直方向の加圧力の損失が抑えられることから、従来と同密度の圧粉体を得るにあたっては、従来より少ない加圧力で済む。このように、本発明では、ダイ孔やコアロッドを特殊な形状に形成することなく中立層の発生を防止できるため、内径および外径が均一のパイプ状の圧粉体であっても、中立層のない密度が均一の圧粉体が得られる。また、本発明では、上下のパンチによる粉末の加圧動作中にダイおよびコアロッドを回転させるため、上下のパンチだけによって粉末を加圧する一般的な成形方法と同様な成形ストロークで成形が可能である。また、キャビティ内に充填された粉末に偏りが生じても、ダイおよびコアロッドを回転させることで粉末が均される。そのため、圧粉体は、径方向の密度差が無くなり、真円度が向上する。

本発明では、ダイキャビティ内への粉末の充填を、ダイ孔の軸心を回転軸としてダイをダイ回転手段により回転させるとともに、コアロッドの軸心を回転軸としてコアロッドをコアロッド回転手段によりダイの回転方向と逆方向に回転させながら行うことが好ましい。このように粉末の充填時にダイおよびコアロッドを回転させることで、キャビティ内の空気が円滑に追い出され、粉末がキャビティ内に一様に充填される。この結果、粉末の充填時に空気の混入が減少し、キャビティ内に充填された粉末が緻密で均一な状態になり、上下のパンチによる加圧力が粉末の中間領域まで伝わり易くなる。

本発明によれば、ダイおよびコアロッドを各回転手段によって回転させることにより上下のパンチの加圧力を円滑に中間領域まで伝えることができるため、中立層の発生を防止することができる。また、ダイ孔やコアロッドを特殊な形状に形成する必要がなく、一般的な成形動作で圧粉体が得られる。この結果、内径および外径が均一のパイプ状の圧粉体であっても、中立層の発生を効果的に防止することができ、結果として全域に亘って均一な密度の圧粉体を得ることができるといった効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
［１］金型装置
図１および図２を参照して、本発明に係る一実施形態の金型装置を説明する。
図１は、金型装置１０のキャビティ３３内に、所定の組成に配合された金属粉末と成形潤滑剤とが混合した原料粉末１が充填された様子を示した断面図である。また、図２は、原料粉末１が上パンチ３４と下パンチ１７とにより圧縮された様子を示した断面図である。金型装置１０は、円筒状のダイ孔１２が形成されたダイ１１と、ダイ１１を回転自在に支持するダイプレート１５と、ダイ孔１２の中心に配置される円筒状のコアロッド２５と、原料粉末１を圧縮する上下一対の円筒状の上パンチ３４および下パンチ１７とを具備している。

ダイ１１の下端面には、円筒状の凹部１３が形成されており、ダイ孔１２は、ダイ１１の上端面１１ａから凹部１３の上面１３ａにわたって貫通している。この凹部１３の内周面には、全周に亘ってダイはすば溝１４が形成されている。ダイプレート１５には、ダイ１１が装着されるダイ挿入孔１５ａが形成されている。このダイ挿入孔１５ａの内周面には、複数の凹部１５ｂが、周方向に等間隔をおいて、かつ、軸方向に２組の状態で形成されている。これら凹部１５ｂ内には、ボール１６が転動可能に収納されている。ダイ１１は、ダイ挿入孔１５ａに、ダイ１１の外周面１１ｂがボール１６に接触する状態に、ダイ挿入孔１５ａと同心状に挿入されている。ボール１６を介してダイプレート１５に装着されたダイ１１は、ダイ孔１２の軸心１２ａを回転軸として回転自在となっている。

下パンチ１７は、外周面の全周に亘ってダイはすば２０が形成されている円筒状の下パンチ台１９の上面１９ａの中心に、パンチ止め具１８によってダイ孔１２と同心状に取り付けられている。下パンチ１７の外径は、ダイ孔１２内に摺動可能に挿入される寸法である。下パンチ１７の下端面には、円筒状の凹部２１が形成されており、貫通孔１７ｂが、下パンチ１７の上端面１７ａから凹部２１の上面２１ａにわたって貫通している。この凹部２１の内周面には、全周に亘って、コアロッドはすば２２が形成されている。コアロッドはすば２２のねじ山は、ダイはすば２０と逆方向にねじれて形成されている。下パンチ台１９は、台止め具２３によってグランドプレート２４の上面２４ａの中心に固定されている。グランドプレート２４は、金型装置１０の図示せぬ基台に固定されている。グランドプレート２４の中心には、コアロッド２５が貫通する貫通孔２４ｂが形成されている。また、下パンチ台１９の中心には、鉛直方向に貫通する貫通孔１９ｂが形成されている。

下部ラム３０の上端に固定されたコアプレート３１の上面３１ａの中心には、ボール受け具２７が配設されている。このボール受け具２７には、ボール２８が周方向に等間隔をおいて転動可動に装着されている。コアロッド２５は、下部２５ｂをボール受け具２７のボール２８と接触する状態で、コアロッド支持具２９によりボール受け具２７上に支持されている。ボール受け具２７を介してコアプレート３１に支持されたコアロッド２５は、コアロッド２５の軸心２５ｃを回転軸として回転自在となっている。コアロッド２５の中間部には、全周にわたってコアロッドはすば溝２６が形成されている。このコアロッドはすば溝２６は、コアロッドはすば２２のねじ山に対応するように形成されており、ダイはすば溝１４とは逆方向にねじれて形成されている。コアロッド２５は、下パンチ台１９の貫通孔１９ｂと、グランドプレート２４の貫通孔２４ｂとを貫通し、さらに、下パンチ１７の貫通孔１７ｂに摺動自在に挿入されている。コアロッド２５の上端面２５ａは、ダイ１１の上端面１１ａと同一の高さに位置付けられている。コアプレート３１の上面３１ａの両端には、複数（図では２本）のコラム３２が立設している。このコラム３２は、グランドプレート２４を貫通しており、このコラム３２の上端に、ダイプレート１５が固定されている。すなわち、ダイプレート１５とコアロッド２５は、下部ラム３０の昇降につれて同時に上下する。原料粉末１が充填されるキャビティ３３は、ダイ孔１２と、下パンチ１７の上端面１７ａと、コアロッド２５とによって円筒状に形成される。

ダイ１１に形成されたダイはすば溝１４は、下パンチ台１９の外周面に形成されたダイはすば２０に螺合する状態で、常時係合している。また、コアロッド２５の中間部に形成されたコアロッドはすば溝２６は、下パンチ１７の内周面に形成されたコアロッドはすば２２に螺合状態で、常時係合している。ダイはすば２０とダイはすば溝１４またはコアロッドはすば２２とコアロッドはすば溝２６の噛合いは、一般的なはすば歯車の噛合いと同じである。下部ラム３０が上下動するのに伴って、ダイ１１は、ダイ孔１２の軸心１２ａを回転軸として回転しながら、下パンチ台１９に沿って上下動する。また、コアロッド２５は、コアロッド２５の軸心２５ｃを回転軸として回転しながら、下パンチ１７に沿って上下動する。各はすば２０、２２のねじ山は、互いに逆方向にねじれて形成されており、また、このねじ山に対応して各はすば溝１４、２６が形成されている。この結果、下部ラム３０昇降時のダイ１１とコアロッド２５は、図３に示すように、互いに逆方向に回転する。

図２に示すように、圧粉体の上端面を形成する上パンチ３４は、上パンチ止め具３５によって上部ラムプレート３６に固定されている。上パンチ３４の外径はダイ孔１２内に摺動可能に挿入される寸法であり、上パンチ３４は、ダイ孔１２と同心状に設置されている。また、上パンチ３４の中心には、鉛直方向に貫通する上パンチ貫通孔３４ａが形成されている。上部ラムプレート３６に固定された上パンチ３４は、上部ラム（図示省略）により上下動し、下降時に、キャビティ３３内に充填された原料粉末１が加圧される。

［２］圧粉体の成形方法
次に、図１〜図５を参照して金型装置１０を用いた圧粉体の成形方法を説明する。
まず最初に、図１に示すように下部ラム２５を上昇させ、ダイ孔１２と下パンチ１７の上端面１７ａと、コアロッド２５とによりキャビティ３３を形成する。このキャビティ３３内に原料粉末１がフィーダなどにより充填される。次いで、図２に示すように、上パンチ３４が待機位置から下降し、原料粉末１が圧縮される。このとき、下部ラム３０が、例えば、上パンチ３４の下降速度の２分の１程度の速度で下降する。下部ラム３０の下降に伴い、コラム３２の上端に固定されたダイプレート１５が下降する。このように、下パンチ１７を固定し、下パンチ１７に対して上パンチ３４とダイ１１を下降させることで、原料粉末１が上パンチ３４と下パンチ１７とによって上下両方向から圧縮される。ここで、上パンチ３４と下パンチ１７により原料粉末１が圧縮されるのと同時に、ダイ１１のダイはすば溝１４が下パンチ台１９のダイはすば２０に進入し、ダイ１１が軸心１２ａを回転軸として回転する。また、コアロッド２５のコアロッドはすば溝２６が下パンチ１７のコアロッドはすば２２に進入し、コアロッド２５が軸心２５ｃを回転軸としてダイ１１の回転と逆方向に回転する。このように、金型装置１０においては、ダイ１１およびコアロッド２５を回転させながら原料粉末１が所望の寸法になるまで、上パンチ３４と、下パンチ１７とによって原料粉末１が加圧、圧縮される。

原料粉末１が所望の寸法まで圧縮されると、図４に示すように、上パンチ３４は上部ラムによって上昇し、待機位置まで戻される。上パンチ３４が待機位置に戻されたら、下部ラム３０を、ダイ１１の上端面１１ａが下パンチ１７の上端面１７ａと同一平面をなす位置まで下降させる。下部ラム３０の下降が完了すると、図６に示すような、コアロッド２５によって中空が形成された円筒状の圧粉体２がダイ孔１２内から取り出される。

図５の中心線の左側は、ダイ４１およびコアロッド２５を回転させずに、上パンチ３４と下パンチ１７とによって原料粉末１を加圧する一般的な方法（非回転式）を実施する金型装置４０のキャビティ３３内に、原料粉末１が充填された様子を示している。また、図５の中心線の右側は、原料粉末１が上パンチ３４と下パンチ１７とによって圧縮されている様子を示している。なお、本実施形態の金型装置１０と同一構成要素には、同一の符号を付している。図５に示すように、非回転式では、ダイ４１およびコアロッド２５を回転させずに、上パンチ３４と下パンチ１７とによって原料粉末１を加圧して、圧粉体を成形している。非回転式では、原料粉末１とダイ４１、または、原料粉末１とコアロッド２５の間に生じる摩擦抵抗や、ダイ４１およびコアロッド２５の外周面を加圧する側圧によって、上パンチ３４および下パンチ１７による軸方向の加圧力が損失する。このため、非回転式で得られた圧粉体には、中間領域に低密度な領域である中立層が発生してしまい、製品の機械的強度や耐摩耗性の低下を招くおそれがある。

本実施形態では、上パンチ３４と下パンチ１７とによる原料粉末１の加圧時に、下パンチ台１９の外周面に形成されたダイはすば２０と、ダイ１１の凹部１３内周面に形成されたダイはすば溝１４が螺合することによって、軸心１２ａを回転軸としてダイ１１が回転する。また、下パンチ１７の凹部２１の内周面に形成されたコアロッドはすば２２と、コアロッド２５の中間部に形成されたコアロッドはすば溝２６が螺合することによって、軸心２５ｃを回転軸としてコアロッド２５が回転する。これにより、原料粉末１の外周面がダイ孔１２と摺接し、また、原料粉末１の内周面がコアロッド２５と摺接する。このような状態で、非回転式と同様に、原料粉末１を上パンチ３４と下パンチ１７とによって圧縮することにより圧粉体２が成形される。本実施形態によれば、ダイ１１とコアロッド２５を回転させることにより、原料粉末１とダイ孔１２の内周面および原料粉末１とコアロッド２５の外周面との間に生じる摩擦抵抗が減少する。また、原料粉末１とダイ孔１２の内周面および原料粉末１とコアロッド２５の外周面が摺接することで、原料粉末１の加圧によって生じる側圧が減少する。この結果、上パンチ３４と、下パンチ１７とによる加圧力が原料粉末１の中間領域まで伝わり易くなり、中立層の発生を効果的に防ぐことができる。

また、摩擦抵抗や側圧による鉛直方向の加圧力の損失が抑えられることから、従来と同密度の圧粉体を得るにあたっては、従来より少ない加圧力で済む。このように、本実施形態では、ダイ孔１２やコアロッド２５を従来のような特殊な形状に形成することなく中立層の発生を防止できるため、図６に示すような内径および外径が均一のパイプ状の圧粉体２であっても、中立層のない密度が均一の圧粉体が得られる。また、本実施形態では、原料粉末１の加圧動作中にダイ１１およびコアロッド２５が回転するため、非回転式と同様な成形ストロークで成形が可能である。また、キャビティ３３内に充填された原料粉末１に偏りが生じても、ダイ１１およびコアロッド２５を回転させることで原料粉末１が均される。そのため、圧粉体２は、径方向の密度差が無くなり、真円度が向上する。

図７は、図５に示すような非回転式の方法および本実施形態で得られたそれぞれの圧粉体（全長４０ｍｍ）の軸方向の密度分布を示した図である。Ａは、非回転式の方法で得られた圧粉体、Ｂは本実施形態で得られた圧粉体を示している。図７に示すように、非回転式の方法で得られた圧粉体は、端部と中間領域との密度差が０．５ｇ／ｃｍ^３であった。しかしながら、本実施形態で得られた圧粉体は、端部と中間領域との密度差が０．１ｇ／ｃｍ^３であった。このように、本実施形態では、全域に亘って密度が均一な圧粉体が成形される。

［３］他の実施形態
上記実施形態では、下部ラム３０の上下動と同期させてダイ１１とコアロッド２５を回転させていたが、回転手段を別途設けてダイ１１およびコアロッド２５を独立して回転させる構成も本発明は含んでいる。以下、この実施形態について図８〜図１０を参照して説明する。なお、上記実施形態の金型装置１０と同一構成要素には、同一の符号を付している。

図８および図９に示すように、金型装置５０は、円筒状のダイ孔１２が形成された円筒状のダイ１１と、ダイ１１を回転自在に支持するダイプレート１５と、ダイ孔１２の中心に配置されるコアロッド２５と、原料粉末１を圧縮する上下一対の円筒状の上パンチ３４および下パンチ１７とを具備している。ダイプレート１５には、上記実施形態と同様に、ダイ挿入孔１５ａが形成されており、このダイ挿入孔１５ａの内周面には複数の凹部１５ｂが、周方向に等間隔をおいて、かつ、軸方向に２組の状態で形成されている。これら凹部１５ｂ内には、ボール１６が転動可能に収納されている。ダイ１１は、ダイ挿入孔１５ａに、ダイ１１の外周面１１ｂがボール１６に接触する状態に、ダイ挿入孔１５ａと同心状に挿入されている。ダイプレート１５に装着されたダイ１１は、ダイ孔１２の軸心１２ａを回転軸として回転自在となっている。また、ダイ１１の下部には、ダイ１１を回転させるダイ回転装置５１が配設されている。このダイ回転装置５１は、ダイ１１の下端面１１ｃに、ダイ１１と同心状に形成された環状のラック５２と、ラック５２に螺合するピニオン５３と、ピニオン５３を回転させるモータ（図示省略）とにより構成されている。このダイ回転装置５１によれば、ピニオン５３が一方向に回転することにより、ピニオン５３が螺合しているラック５２が回転送りさせられる。したがって、ラック５２と一体のダイ１１が、軸心１２ａを回転軸として回転するようになっている。

下パンチ１７は、グランドプレート２４の中心に、パンチ止め具１８によってダイ孔１２と同心状に取り付けられている。下パンチ１７の外径は、ダイ孔１２内に摺動可能に挿入される寸法である。下パンチ１７の中心には、鉛直方向に貫通する貫通孔１７ｂが形成されている。グランドプレート２４は、上記実施形態と同様に、金型装置５０の図示せぬ基台に固定されている。グランドプレート２４の中心には、コアロッド２５が貫通する貫通孔２４ｂが形成されている。

コアロッド２４は、上記実施形態と同様に、ボール受け具２７を介して、下部ラム３０の上端に固定されたコアプレート３１の上面３１ａにコアロッド支持具２９によって支持されている。ボール受け具２７を介してコアプレート３１に支持されたコアロッド２５は、コアロッド２５の軸心２５ｃを回転軸として回転自在となっている。コアロッド２５の下方には、コアロッド２５を、ダイ１１の回転と逆方向に回転させるコアロッド回転装置５４が配設されている。このコアロッド回転装置５４は、コアロッド２５の下方の外周全面にわたって形成された従動ギヤ５５と、従動ギヤ５５に螺合する駆動ギヤ５６と、駆動ギヤ５６を回転させるモータ（図示省略）とにより構成されている。従動ギヤ５５と駆動ギヤ５６には、例えば、すぐばかさ歯車が用いられる。このコアロッド回転装置５４によれば、駆動ギヤ５６が一方向に回転することにより、駆動ギヤ５６が螺合している従動ギヤ５５が回転送りさせられる。したがって、従動ギヤ５５と一体のコアロッド２５が、軸心２５ｃを回転軸としてダイ１１の回転と逆方向に回転するようになっている。コアロッド２５の上端面２５ａは、ダイ１１の上端面１１ａと同一の高さに位置付けられている。コアロッド２５は、グランドプレート２４の貫通孔２４ｂを貫通し、さらに、下パンチ１７の貫通孔１７ｂに摺動自在に挿入されている。

コアプレート３１の上面３１ａの両端には、複数（図では２本）のコラム３２が立設している。このコラム３２は、グランドプレート２４を貫通しており、このコラム３２の上端に、ダイプレート１５が固定されている。すなわち、ダイプレート１５とコアロッド２５は、下部ラム３０の昇降につれて同時に上下動する。原料粉末１が充填されるキャビティ３３は、ダイ孔１２と、下パンチ１７の上端面１７ａと、コアロッド２５とによって円筒状に形成される。

図９に示すように、上記実施形態と同形状である上パンチ３４は、上パンチ止め具３５によってダイ孔１２と同心状に上部ラムプレート３６に固定されている。上部ラムプレート３６に固定された上パンチ３４は、上部ラム（図示省略）により上下動し、下降時にキャビティ３３内に充填された原料粉末１が加圧される。

この金型装置５０による圧粉体の成形方法は、まず最初に、ダイ回転装置５１によってダイ１１を回転させるとともに、コアロッド回転装置５４によってコアロッド２５を回転させる。次いで、ダイ１１およびコアロッド２５が回転しているキャビティ３３内に、金属粉末などの原料粉末１がフィーダなどにより充填される。次いで、ダイ１１およびコアロッド２５を回転させたまま、上記実施形態と同様に、上パンチ３４と下部ラム３０が下降し、原料粉末１が所望の寸法になるまで加圧、圧縮される。

原料粉末１が所望の寸法まで圧縮されると、図１０に示すように、上パンチ３４は上部ラムによって上昇し、待機位置に戻される。上パンチ３４が待機位置に戻されたら、ダイ回転装置５１によるダイ１１の回転を停止させる。また、コアロッド回転装置５４によるコアロッド２５の回転を停止させる。ダイ１１およびコアロッド２５の回転を停止させたら、下部ラム３０を、ダイ１１の上端面１１ａが下パンチ１７の上端面１７ａと同一平面をなす位置まで下降させる。これにより、図６に示すような、コアロッド２５によって中空が形成された円筒状の圧粉体２がダイ孔１２内から取り出される。

この実施形態では、上記実施形態と同様に、原料粉末１の加圧時にダイ１１およびコアロッド２５を回転させることができる。このため、内径および外径が均一のパイプ状の圧粉体２であっても、中立層の発生を効果的に防止することができ、結果として全域に亘って均一な密度の圧粉体を得ることができる。

また、上記実施形態では下部ラム３０を下降させることで、ダイ１１とコアロッド２５が回転したが、この実施形態ではダイ回転装置５１とコアロッド回転装置５４を備えているため、ダイ１１とコアロッド２５の回転動作は、下部ラム３０などの動作と係わりを持たず独立して行える。このため、原料粉末１をキャビティ３３内へ充填させるとき、ダイ回転装置５１とコアロッド回転装置５４によりダイ１１およびコアロッド２５を回転させことができる。このように原料粉末１の充填時にダイ１１およびコアロッド２５を回転させることで、キャビティ３３内の空気が円滑に追い出され、原料粉末１がキャビティ３３内に一様に充填される。この結果、原料粉末１の充填時に空気の混入が減少し、キャビティ３３内に充填された原料粉末１が緻密で均一な状態になり、上パンチ３４、下パンチ１７による加圧力が原料粉末１の中間領域まで伝わり易くなる。

上記各実施形態では、ダイ１１およびコアロッド２５を、下部ラム３０の上下動に同期させることのみで回転させたり、各回転装置５１、５４のみで回転させている。しかしながら、これらを組み合わせてダイ１１およびコアロッド２５を回転させても、上記各実施形態と同様な効果が得られる。図１１に示す金型装置６０では、ダイ１１をダイはすば２０とダイはすば溝１４により回転させ、また、コアロッド２５をコアロッド回転装置５４により回転させる構成としている。図１２に示す金型装置６１では、ダイ１１をダイ回転装置５１により回転させ、また、コアロッド２５をコアロッドはすば２２とコアロッドはすば溝２６により回転させる構成としている。これら回転手段の組み合わせは、製品の仕様や製造コストなどを考慮して適宜選択される。

本発明の一実施形態の金型装置のキャビティ内に原料粉末が充填された様子を示した断面図である。一実施形態の金型装置によって、原料粉末を圧縮している様子を示した断面図である。図２のＡ−Ａ断面図である。一実施形態の金型装置で得られた圧粉体を取り出す様子を示した断面図である。非回転式を実施する金型装置によって圧粉体を成形する様子を示した断面図である。一実施形態の金型装置で得られた圧粉体を示した斜視図である。一実施形態の金型装置および非回転式を実施する金型装置で得られた圧粉体の密度を示した図である。本発明の他の実施形態の金型装置のキャビティ内に原料粉末が充填された様子を示した断面図である。他の実施形態の金型装置によって、原料粉末を圧縮している様子を示した断面図である。他の実施形態の金型装置で得られた圧粉体を取り出す様子を示した断面図である。下部ラムの上下動と同期させることによりダイを回転させ、また、回転装置によってコアロッドを回転させる金型装置を示した断面図である。回転装置によりダイを回転させ、また、下部ラムの上下動と同期させることによりコアロッドを回転させる金型装置を示した断面図である。

符号の説明

１…原料粉末
２…圧粉体
２ａ…圧粉体の上端面
２ｂ…圧粉体の下端面
２ｃ…圧粉体の内周面
２ｄ…圧粉体の外周面
１１…ダイ
１２…ダイ孔
１２ａ…ダイ孔の軸心
１４…ダイはすば溝（ダイ回転手段）
１７…下パンチ
２０…ダイはすば（ダイ回転手段）
２２…コアロッドはすば（コアロッド回転手段）
２５…コアロッド
２５ｃ…コアロッドの軸心
２６…コアロッドはすば溝（コアロッド回転手段）
３３…キャビティ
３４…上パンチ
５１…ダイ回転装置
５４…コアロッド回転装置

Claims

ダイに形成され、圧粉体の外周面を成形する横断面円形状のダイ孔と、圧粉体の内周面を成形する円柱状のコアロッドと、該コアロッドが貫通し圧粉体の下端面を成形する下パンチとで形成されるダイキャビティ内に粉末を充填し、該粉末を、前記ダイ孔の軸心を回転軸として前記ダイをダイ回転手段により回転させるとともに、前記コアロッドの軸心を回転軸として前記コアロッドをコアロッド回転手段によりダイの回転方向と逆方向に回転させながら、圧粉体の上端面を成形する上パンチと前記下パンチとにより圧縮成形する金型装置であって、
前記ダイ回転手段は、
前記ダイの下端面に形成された凹部の内周面に形成されたダイはすば溝と、前記下パンチがパンチ止め具によって上面に取り付けられた下パンチ台の外周面に形成され、前記ダイはすば溝に係合することにより、該下パンチ台の上下動によって前記ダイを回転させるダイはすばと、を備えた手段、
もしくは、
前記ダイと同心状に形成されたラックと、該ラックに螺合し、一方向に回転することで該ラックを回転送りして前記ダイを回転させるピニオンと、を備えた手段、
のうちのいずれか一方の手段であり、
前記コアロッド回転手段は、
前記コアロッドに形成されたコアロッドはすば溝と、前記下パンチの下端面に形成された凹部の内周面に形成され、前記コアロッドはすば溝に係合することにより、該下パンチの上下動によって前記コアロッドを前記ダイと逆方向に回転させるコアロッドはすばと、を備えた手段、
もしくは、
前記コアロッドの外周に形成された従動ギヤと、該従動ギヤに螺合し、回転することで該従動ギヤを介して前記コアロッドを前記ダイと逆方向に回転させる駆動ギヤと、を備えた手段、
のうちのいずれか一方の手段である
ことを特徴とする粉末成形用金型装置。
前記ダイキャビティ内への前記粉末の充填を、前記ダイ孔の軸心を回転軸として前記ダイを前記ダイ回転手段により回転させるとともに、前記コアロッドの軸心を回転軸として前記コアロッドを前記コアロッド回転手段によりダイの回転方向と逆方向に回転させながら行うことを特徴とする請求項１に記載の粉末成形用金型装置。