JP5261818B2 - 粉末成形金型 - Google Patents

Description

この発明は、非対称形状の段付き焼結部品の製造に利用する粉末成形金型、特に、粉末成形時にパンチがダイやコアロッドなどに擦りつけられることに起因した傷つきや焼きつきの防止策を施した粉末成形金型に関する。

焼結部品は、ダイ、上パンチ及び下パンチを最小限の要素として備えた粉末成形装置を使用して粉末を圧縮成形し、得られた圧粉体を焼結して製造される。その焼結部品の中に非対称形状をなす段付き部品がある。

その段付き部品の一例（それ用の圧粉体）を図１２に示す。例示の圧粉体１０は、本体部１１の一端に突起１２を有する。その突起１２は、本体部の外周側に片寄った位置に部品の形状が非対象となるように設けられている。この圧粉体１０は、焼結後に本体部１１の中心にセンサ取付け穴（ねじ穴が一般的）を加工してセンサーボスとして提供されるものである。センサーボスは、酸素センサを車両のエキゾーストマニホールドに取り付けるときの台座となるものであって、本体部１１の外周をエキゾーストマニホールドに溶接し、本体部１１の中心のセンサ取付け穴に酸素センサをねじ込んで使用される。

図１２の圧粉体１０は、図１３に示す粉末成形金型で成形される。図１３の粉末成形金型は、ダイ１と、下１パンチ２_−１と下２パンチ２_−２の２者からなる下パンチ２と、上パンチ３とで構成されており、ダイと下パンチ間に形成されるキャビティ４に粉末Ｐを充填し、その粉末を上下の対向したパンチで圧縮して、圧粉体１０の本体部１１の外周面と突起１２の外径側側面１２ａをダイ１で、本体部１１の一端面と突起１２の内径側側面１２ｂと突起１２の周方向両端の側面１２ｃ，１２ｃを下１パンチ２_−１で、突起１２の先端を下２パンチ２_−２で、本体部１１の他端面を上パンチ３でそれぞれ成形する。

なお、下記特許文献１には、非対称形状の段つき圧粉体を成形する粉末成形金型が開示されている。
特開平８−４７８００号公報

図１３の粉末成形金型は、キャビティ４に充填された粉末Ｐを圧縮するときに下１パンチ２_−１に対して突起１２の部分から側圧Ａ（軸直角方向の力）が加わる。その側圧によって下１パンチ２_−１がダイ１に押し付けられ、その状態でダイ１と下１パンチ２_−１が軸方向に相対移動するため、ダイ１と下１パンチ２_−１の互いに擦りつけられた部分の表面が傷つき、それが原因でダイと下１パンチが焼きつくことがあった。

また、表面が傷ついた下１パンチ２_−１に攻撃されてダイの成形穴の内面の傷が広がり、その傷によって圧粉体の表面が傷つけられて製品（焼結部品）の表面性状が悪くなることもあった。

粉末冶金法で製造される非対称形状の段つき焼結部品の品質向上や同部品を成形する粉
末成形装置の稼働率向上を図るには、上記のような金型表面の傷つきや焼きつきを防止することが重要になるが、この問題の有効な解決策は見出されていない。例えば、前掲の特許文献１や他の同一技術分野の特許文献には、その課題の解決策は勿論、課題すら示されていない。

そこで、この発明は、金型の表面の傷つき、焼きつきが起こらないようにすることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、下パンチと上パンチの少なくとも一方を、第１パンチと端面視でその第１パンチの外周の一部分に接する第２パンチを組み合わせたパンチで構成した粉末成形金型において、前記第１、第２の各パンチのうち、軸方向上方に突出する側のパンチの先端に、端面視における第１、第２パンチ前面の重心を結んだ直線上において他方のパンチに近づくにつれて軸方向突出量が大となる方向に傾く斜面を設けた。

なお、この発明の適用対象は、円柱状をなす本体部の一端面に外周面の一部分に沿った突起を設けたセンサーボス用の金型である。センサーボス用の圧粉体を成形するその金型は、円柱状の下１パンチ及びその下１パンチの外周に設けられた円弧断面の縦溝に適合して嵌る下２パンチからなる下パンチを有し、前記圧粉体の本体部の一端面と前記突起の本体部内周側の側面とその突起の周方向両端の各側面を下１パンチで成形するように構成され、さらに、圧粉体の本体部の一端の面を成形する下１パンチの先端に、端面視における下１、下２パンチ前面の重心を結んだ直線上において前記縦溝に近づくにつれて軸方向突出量が大となる方向に傾く斜面が設けられたものになる。

そのセンサーボス用の金型は、前記斜面を、下１パンチの先端に描かれる、軸心と同心で、直径がセンサーボスの中心に設けられるセンサ取り付け穴の直径と等しい仮想円の内
側領域に設けると好ましい。

センサーボス用の金型で成形した圧粉体を焼結して製造される焼結合金製のセンサーボスは、端面に突起を有し、その突起の根元が端面からなだらかに立ち上がる曲線で形成されたものとなす。この発明は、そのセンサーボスも併せて提供する。

この発明の粉末成形金型は、分割された第１、第２のパンチのうち、軸方向前方に突出して成形時に側圧を受ける側のパンチ（以下分割パンチという）の先端に特定の方向に傾く斜面を設けており、粉末成形時に上記斜面の働きによってその斜面を設けた部分に軸直角方向の分力が発生する。

その分力は、粉末成形時に分割パンチに加わる側圧とは方向が正反対になっており、上記の側圧と斜面に発生する分力が互いに打ち消し合って分割パンチがダイなどに強く押し付けられることがなくなる。そのために、金型の傷つき、製品の表面性状の悪化、金型の焼きつきが減少する。

なお、この発明を特徴づける斜面の面積と傾斜角は、粉末成形時に分割パンチに作用する側圧の大きさによって適正値が変わる。分割パンチに作用する側圧の大きさは粉末の成形条件（成形圧や分割パンチの形状、サイズなど）に応じて変動するので、成形条件に合った適正な斜面の面積と傾斜角の設定が必要である。

この発明の金型で、前記斜面を下１パンチの先端に描かれる上記仮想円の内側領域に設けたものは、圧粉体を焼結して得られた焼結部品にセンサ取り付け用の穴を設けたときに斜面による成形の痕跡（底面が傾斜した凹部）が除去されて無くなる。従って、センサーボスの機能、外観に対する影響は皆無となるが、斜面によって成形された面を残存させてもよい焼結部品もあるので、斜面を上記の領域に設けることは必須の要件ではない。

この発明の金型で成形して製造される焼結合金製のセンサーボスは、下２パンチによって先端が成形された突起と下１パンチの先端の突起によって成形された凹部が端面に形成されたものになる。この構造でセンサーボスの端面に形成される突起の根元を端面からなだらかに立ち上がる曲線で形成したものは、圧粉体の成形時に突起根元に亀裂が発生しなかったが、突起の根元が端面から急激に立ち上がるものは突起根元に亀裂が発生した。従って、突起の根元はなだらかに立ち上がる曲線で形成する。

以下、この発明の粉末成形金型の実施の形態を、添付図面の図１〜図１１に基づいて説明する。図１の粉末成形金型は、図５、図６に示すセンサーボス用の圧粉体１０を成形するものであって、ダイ１と下パンチ２と上パンチ３とからなる。

ダイ１は、円形断面の成形穴１ａを有している。また、下パンチ２は、下１パンチ２_−１と下２パンチ２_−２の２者に分割されている。ここでは、下１パンチ２_−１がこの発明で言う第１パンチ、下２パンチ２_−２がこの発明で言う第２パンチとなっている。

下１パンチ２_−１は、成形穴１ａに適合させた円柱状のパンチであり、成形穴１ａに摺動隙間をもって挿入される。この下１パンチ２_−１の外周には軸心と平行な円弧断面の縦溝５が形成され、さらに、この下１パンチ２_−１の先端には、斜面７を有する突起６が設けられている。

突起６は、下１パンチ２_−１の先端に描かれる、軸心と同心の、直径がセンサーボスの中心に設けられるセンサ取付け穴の直径と等しい仮想円Ｓ（図５参照）の内側領域に設けられている。また、斜面７は、図３の端面視における下１、下２パンチ２_−１，２_−２前面の重心ｃｇ１，ｃｇ２を結んだ直線Ｌ上において前記縦溝５に近づくにつれて軸方向突出量が大となる方向に傾いた面になっている。図４、図７は、前記直線Ｌに沿った断面を表している。その斜面７は、ここでは、図４、図７に示した傾斜角θを５°に設定したが、粉末成形時に下１パンチ２_−１に作用する側圧の大きさは成形条件よって変動するので、斜面７の傾斜角θは成形条件にあった数値を選ぶ。

下２パンチ２_−２は、上記の溝縦５に適合する形状にしてあり、縦溝５に嵌めて下１パ
ンチ２_−１と共に成形穴１ａに挿入される。

このように構成された粉末成形金型は、図５に示す圧粉体１０の本体部１１の外周面と本体部の一端に設けられる突起１２の外径側側面１２ａをダイ１の成形穴１ａの内面で成形する。また、前記圧粉体１０の本体部１１の一端面を下１パンチ２_−１の先端で、突起１２の内径側側面１２ｂを下１パンチ２_−１の外周に設けた縦溝５の溝底で、突起１２の周方向両端の側面１２ｃを縦溝５の平行な２側面でそれぞれ成形し、さらに、突起１２の先端を下２パンチ２_−２の先端で、本体部１１の他端面を上パンチ３で各々成形する。

この図１の粉末成形金型を用いてキャビティ４に充填した粉末Ｐを成形すると、図７に示すように、斜面７による成形部に軸直角方向の分力Ｂが生じて圧粉体１０に設けられる突起１２の部分から下１パンチ２_−１に加わる側圧Ａが相殺され、その側圧による下１パンチ２_−１のダイ１への押付けが緩和される。これにより、金型（ダイと下１パンチ）の摺動面の傷つきが減少し、その傷に起因した圧粉体（焼結部品）の表面性状の悪化や金型の焼きつきが防止されるようになる。

なお、例示の粉末成形金型で成形された圧粉体１０とそれを焼結して得られる焼結部品には、下１パンチ２_−１の先端中心の突起６に対応した凹部１３が一端面の中央部に形成される。その凹部１３は、焼結部品の本体部１１にセンサ取付け穴を設けるときに削り取られて消滅するので、完成したセンサーボスに突起６と斜面７による成形の痕跡が残ることはないが、凹部１３を除去する必要がなければ、突起６は図５の仮想円Ｓの外側領域に設けてもよい。図６に示すように、圧粉体１０の端面に形成される突起１２は、既に述べた理由により根元部を端面からなだらかに立ち上がる曲線で形成する。その立ち上がり部のｒ半径は、１ｍｍ〜５ｍｍが適当であった。

図８、図９に、他の実施の形態を示す。この粉末成形金型は、下パンチ２を角断面の下１パンチ２_−１と、その下１パンチ２_−１の一側面に添わせる下２パンチ２_−２の２者で構成し、下２パンチ２_−２を下１パンチ２_−１よりも軸方向前方に突出させてその下２パンチ２_−２で、図１０に示す圧粉体１０Ａの一側面に、軸方向途中まで入り込んだ段部１４を成形するようにしたものであって、粉末成形時に下２パンチ２_−２に側圧が作用する。そこで、下２パンチ２_−２の先端に斜面７を有する突起６を設けており、この金型も斜面７の部分に生じる分力によって側圧が打ち消されて小さくなる。

図１１は、さらに他の実施の形態を示している。この図１１の粉末成形金型は、下パンチ２と上パンチ３の双方を分割したもので、下パンチ２は、下１パンチ２_−１と下１パンチ２_−１の一側面に添わせた下２パンチ２_−２の２者で構成され、上パンチ３も、上１パンチ３_−１とその上１パンチ３_−１の一側面に添わせた上２パンチ３_−２の２者で構成されている。この金型は、下１パンチ２_−１が下２パンチ２_−２よりも軸方向前方に突出し、さらに、上２パンチ３_−２が上１パンチ３_−１よりも軸方向前方に突出する状態で圧粉体１０Ｂの成形を行ったときに、下１パンチ２_−１だけでなく上２パンチ３_−２にも側圧が作用するので、下１パンチ２_−１と上２パンチ３_−２（両者ともこの発明でいう第１パンチ）の先端にそれぞれ斜面７を有する突起６を設けている。なお、下１パンチ２_−１に作用する側圧と上２パンチ３_−２に作用する側圧は方向が正反対になるので、下１パンチ２_−１に設けた斜面７は下２パンチ２_−２に近づくにつれて（図中右側で）軸方向突出量が大きくなる方向に傾け、上２パンチ３_−２に設けた斜面７は上記とは反対向きに傾けている。

このように、この発明は上パンチにも適用することができる。

この発明の粉末成形金型の実施の形態を示す断面図 図１の粉末成形金型の下パンチの斜視図 図１の粉末成形金型の下パンチの平面図 図３のＸ−Ｘ線に沿った端面図 図１の粉末成形金型で成形された圧粉体の斜視図 図５の圧粉体の断面の一部を示す図 図１の粉末成形金型の作用説明用の線図 この発明の粉末成形金型の他の実施の形態を示す断面図 図８の粉末成形金型の下パンチの斜視図 図８の粉末成形金型で成形された圧粉体の斜視図 この発明の粉末成形金型のさらに他の実施の形態を示す断面図 センサーボス用圧粉体の一例を示す斜視図 図１２の圧粉体を成形する金型の断面図

符号の説明

１ ダイ
１ａ 成形穴
２ 下パンチ
２_−１ 下１パンチ
２_−２ 下２パンチ
３ 上パンチ
３_−１ 上１パンチ
３_−２ 上２パンチ
４ キャビティ
５ 縦溝
６ 突起
７ 斜面
１０、１０Ａ，１０Ｂ 圧粉体
１１ 本体部
１２ 突起
１２ａ 外径側側面
１２ｂ 内径側側面
１３ 凹部
１４ 段部
Ｐ 粉末
Ａ 側圧
Ｂ 分力
Ｓ 仮想円
θ 傾斜角

Claims (3)

1. 円柱状をなす本体部（１１）の一端面に断面円弧状の突起（１２）を設けた焼結センサ
   ーボス用の圧粉体（１０）を成形する金型であって、
   円柱状の下１パンチ（２_−１）及びその下１パンチ（２_−１）の外周に設けられた円弧
   断面の縦溝（５）に適合して嵌る下２パンチ（２_−２）からなる下パンチ（２）を有し、
   前記圧粉体の本体部（１１）の一端面と前記突起（１２）の内径側側面（１２ｂ）とそ
   の突起（１２）の周方向両端の各側面（１２ｃ，１２ｃ）を前記下１パンチ（２_−１）で成形するように構成され、さらに、前記本体部（１１）の一端面を成形する下１パンチ（２_−１）の先端に、端面視における下１、下２パンチ前面の重心を結んだ直線上において前記縦溝（５）に近づくにつれて軸方向突出量が大となる方向に傾く斜面（７）が設けられていることを特徴とする粉末成形金型。
2. 前記斜面（７）を、下１パンチ（２_−１）の先端に描かれる、軸心と同心の、直径がセ
   ンサーボスの中心に設けられるセンサ取付け穴の直径と等しい仮想円（Ｓ）の内側領域に
   設けた請求項１に記載の粉末成形金型。
3. 請求項１又は２に記載の粉末成形金型を用いて製造した焼結合金製のセンサーボスであ
   って、端面に突起（１２）を有し、その突起（１２）の根元が端面からなだらかに立ち上
   がる曲線で形成されていることを特徴とするセンサーボス。

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