JP5543753B2 - Method for forming powder compact of fine gear - Google Patents
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本発明は、粉末冶金法により、金属粉末にバインダを添加した可塑性原料から、軸部を一体に有する微小歯車を製造するプロセスにおいて、原料を微小歯車に近似する形状に押し型成形する粉末成形体成形方法に関する。 The present invention relates to a powder molded body in which a raw material is press-molded into a shape approximating that of a micro gear in a process of manufacturing a micro gear having an integral shaft portion from a plastic raw material obtained by adding a binder to a metal powder by a powder metallurgy method. The present invention relates to a molding method.
近年、デジタル家電製品や先端医療機器、あるいはIT機器等の生産分野においては、デバイスの小型化・高機能化に伴い、構成部品に対する小型化・薄肉化の要求が益々高まってきており、元来が小型・薄肉のいわゆる微小部品にあっても、さらなる小型化・薄肉化が要求されてきている。この種の微小部品を製造するには、従来の一般部品の製造方法である機械加工や放電加工の他に、半導体デバイスの製造プロセスなどの利用も検討されているが、上記粉末冶金法は、高精度で、かつ、大量に製造することができる点で大いに有効とされている。 In recent years, in the field of production of digital home appliances, advanced medical equipment, IT equipment, etc., with the downsizing and high functionality of devices, the demand for downsizing and thinning of components has been increasing. However, there is a demand for further miniaturization and thinning even in the case of small and thin so-called micro parts. In order to manufacture this kind of microparts, in addition to machining and electrical discharge machining, which are conventional general part manufacturing methods, the use of semiconductor device manufacturing processes and the like has been studied. It is highly effective in that it can be manufactured with high accuracy and in large quantities.
粉末冶金法は、原料粉末を製品に近似した形状に加圧成形して粉末成形体を成形し、次いでこの粉末成形体を焼結して所望形状の製品を得る方法である。ここで、粉末成形体を成形する方法としては、押し型内に形成したキャビティに原料粉末を充填し、この原料粉末をパンチで一軸方向に加圧して圧縮成形する押し型成形法と、原料粉末に多量のバインダ(樹脂とワックスなど)を混練した可塑性原料を金型内のキャビティに射出して充填する射出成形法に大別される。押し型成形法で得られた粉末成形体は、ほぼそのままの状態で焼結工程に移されるが、射出成形法で得られた粉末成形体は、加熱によりバインダが除去されてから焼結工程に移される。 The powder metallurgy method is a method in which a raw material powder is pressure-molded into a shape approximate to a product to form a powder compact, and then the powder compact is sintered to obtain a product having a desired shape. Here, as a method for forming a powder compact, a raw material powder is filled in a cavity formed in a press die, and the raw material powder is compressed in a uniaxial direction by a punch, and a raw material powder is used. It is roughly classified into an injection molding method in which a plastic raw material kneaded with a large amount of binder (resin and wax, etc.) is injected into a cavity in a mold and filled. The powder compact obtained by the injection molding method is transferred to the sintering process almost as it is, but the powder compact obtained by the injection molding method is subjected to the sintering process after the binder is removed by heating. Moved.
上記押し型成形法は、粉末成形体をほぼ直接焼結工程に移すことができるため、製造時間が比較的短いといった利点があるものの、きわめて薄肉な部分(例えば0.1〜0.3mm程度の肉厚)を成形する場合、その薄肉部を形成する押し型側の狭小な空間への原料粉末の充填が困難とされている。この問題は、原料粉末の粒径を小さいものとすることで解決されると考えられるが、この方策では、原料粉末の流動性が低下して充填性が低下するといった新たな問題を招く。 Although the above-mentioned stamping molding method has the advantage that the powder molded body can be transferred almost directly to the sintering step, the production time is relatively short, but the extremely thin portion (for example, about 0.1 to 0.3 mm) In the case of molding (thickness), it is considered difficult to fill the raw material powder into a narrow space on the side of the pressing die that forms the thin portion. This problem is considered to be solved by reducing the particle size of the raw material powder. However, this measure causes a new problem that the fluidity of the raw material powder is lowered and the filling property is lowered.
一方、上記射出成形法は、単純な押し型構造では造形が困難なアンダーカット部分を有する形状のものでも成形可能であるという利点を有する。しかしながら、射出充填時の加圧力のみで原料をキャビティに充填するため、金型側の狭小な空間に原料が充填されにくい場合がある。また、原料を金型の外部から内部に導入しながら射出充填するため、原料の導入経路での圧力損失が生じ、これによっても原料の充填が不十分になる可能性がある。そこで、射出充填時の高圧化やバインダの増量による流動性の向上が検討されるが、射出充填時の高圧化は、バインダと原料粉末の分離を引き起こして流動しやすいバインダのみが先に金型の狭小な空間に充填されて良好な原料粉末の充填ができなくなる他、型の締め付け圧力も射出充填の高圧化にしたがい増加させなければならないため装置の大型化を招き、また、バインダの増量は焼結後の寸法収縮率を増大させて変形の問題を惹起する。 On the other hand, the injection molding method has an advantage that even a shape having an undercut portion, which is difficult to form with a simple stamp structure, can be molded. However, since the material is filled into the cavity only by the applied pressure at the time of injection filling, there is a case where the material is difficult to be filled in a narrow space on the mold side. In addition, since the raw material is injected and filled while being introduced from the outside to the inside of the mold, a pressure loss occurs in the raw material introduction path, which may result in insufficient filling of the raw material. Therefore, improvement in fluidity by increasing the pressure during injection filling and increasing the amount of binder is considered, but the increase in pressure during injection filling is due to separation of the binder and the raw material powder, and only the binder that tends to flow is the mold first. In addition to being unable to fill with good raw material powder because it is filled in a narrow space, the mold clamping pressure must be increased as the injection filling is increased, leading to an increase in the size of the device, and the increase in binder Increases the dimensional shrinkage after sintering and causes deformation problems.
そこで、上記の押し型成形法と射出成形法が抱える欠点を補い、薄肉な部分を有する微小部品を高精度に成形することができる方法が提案された(特許文献1)。 In view of this, a method has been proposed that can compensate for the drawbacks of the above-described die molding method and injection molding method, and can precisely mold a minute part having a thin portion (Patent Document 1).
上記特許文献1に記載される粉末成形体の成形方法は、上記射出成形法における可塑性原料を、製品形状を形成し得る押し型内に充填し、この原料をパンチで加圧するといった方法である。すなわち、押し型成形法と射出成形法とを組み合わせた方法であり、きわめて薄い肉部を製造することができるものである。
The method for molding a powder molded body described in
ところで、上記可塑性原料が加圧されてなる粉末成形体は、バインダが多量に混入されているため、原料粉末を加圧して得た通常の押し型成形法での粉末成形体よりも強度が低いといった特性を有する。このため、上記特許文献1に記載されるコップ状といったような比較的単純な形状のものの場合は、粉末成形体を損傷させることなく押し型から抜き出すことができるが、複数の歯部を有する微小歯車の粉末成形体を成形した場合には、押し型から抜き出す際に歯部が崩れるなどの損傷が生じやすく、健全な粉末成形体を得にくいといった問題が生じる。粉末成形体を抜き出しやすくするためには、抜きテーパを設けるといった手法があるが、微小部品では抜きテーパを確実に設けることは困難である。また、微小歯車の場合、微小であるが故に軸部を精度良く取り付けることが難しく、したがって軸部を一体に有する軸付き歯車として成形することが有効である。ところが、軸部を一体に有する歯車を成形する場合、微小な歯部が形成されたダイスに摺動自在に嵌合するパンチを作製することが難しく、ダイスと摺動自在に嵌合する多段パンチを用いる通常の押し型成形法とは異なる成形方法が求められる。
By the way, the powder molded body formed by pressurizing the plastic raw material has a lower binder than the powder molded body obtained by press molding the raw material powder and is obtained by pressing the raw material powder. It has the following characteristics. For this reason, in the case of a comparatively simple shape such as the cup shape described in
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、歯車部の外歯を損傷させることなく粉末成形体を型から円滑に抜き出すことができるとともに、軸部が一体に設けられた微小歯車の粉末成形体を上記可塑性原料から押し型成形法によって所望形状に高精度で成形することができる粉末成形体成形方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and the main object thereof is to smoothly extract the powder molded body from the mold without damaging the external teeth of the gear portion, and the shaft portion is integrally provided. Another object of the present invention is to provide a method for forming a powder molded body that can form a powder molded body of a micro gear from the above-mentioned plastic raw material into a desired shape with high accuracy by a press molding method.
本発明の微小歯車の粉末成形体成形方法は、外歯を有する歯車部に軸部が一体に設けられた微小歯車の粉末成形体を成形する方法であって、前記歯車部を形成する歯車部孔を有する歯車部ダイスと、前記軸部を形成する軸部孔を形成し、該軸部孔を中心に径方向外側に移動して分割可能とされた複数の可動分割ダイスからなる軸部ダイスとを備えた押し型を用い、前記歯車部ダイスと、前記複数の可動分割ダイスを合体させた前記軸部ダイスとを軸方向に積層して組み合わせることにより、前記歯車部孔と前記軸部孔とを連通させて前記微小歯車の形状に応じたキャビティを形成し、次いで、該キャビティに、金属粉末に熱可塑性樹脂とワックスからなるバインダを40〜60体積%の比率で添加し混練した可塑性を有する原料を充填し、次いで、前記キャビティに充填された前記原料をパンチで加圧して、前記歯車部に前記軸部が一体に設けられた前記微小歯車の粉末成形体を成形し、次いで、前記軸部ダイスを前記複数の可動分割ダイスに分割して、これら可動分割ダイスを前記粉末成形体の前記軸部から離間させ、次いで、前記粉末成形体の前記歯車部を、該歯車部の端面に当接させた抜き出し部材により前記歯車部ダイスの前記歯車部孔から軸方向に抜き出すことを特徴とする。 The fine gear powder molded body forming method of the present invention is a method of forming a fine gear powder molded body in which a shaft portion is integrally provided on a gear portion having external teeth, and the gear portion forming the gear portion. A shaft part die comprising a gear part die having a hole and a shaft part hole forming the shaft part, and a plurality of movable split dies that can be divided by moving radially outward about the shaft part hole. The gear part hole and the shaft part hole are combined by laminating and combining the gear part die and the shaft part die formed by combining the plurality of movable split dies in a shaft direction. To form a cavity according to the shape of the micro gear, and then, to the cavity, a plastic powder and a binder made of a thermoplastic resin and a wax are added in a ratio of 40 to 60% by volume, and the plasticity is kneaded. raw materials was filled with the following Then, the raw material filled in the cavity is pressurized with a punch to form a powder compact of the micro gear in which the shaft portion is integrally provided on the gear portion, and then the shaft portion die is formed into the plurality of the shaft dies. The movable dividing dies are separated, the movable dividing dies are separated from the shaft portion of the powder molded body, and then the gear portion of the powder molded body is brought into contact with the end face of the gear portion. In this manner, the gear unit die is extracted in the axial direction from the gear unit hole of the gear unit die.
本発明に係る微小歯車は、外歯を有する歯車部の軸心に軸部が一体に設けられたものであり、外歯の1つ1つの歯部はきわめて薄肉であるとともに、歯部間の間隔もきわめて狭小である。本発明の成形方法は、可塑性原料を押し型成形法で加圧して粉末成形体を成形するものであって、原料の変形能が高く、微細な隙間に原料を入り込ませることができるため、上記のような微小歯車の粉末成形体を、押し型内において所望形状に高精度で成形することができる。 The micro gear according to the present invention is such that a shaft portion is integrally provided at the shaft center of a gear portion having external teeth, and each tooth portion of the external teeth is extremely thin and between the tooth portions. The interval is also very narrow. The molding method of the present invention is a method of molding a powder molded body by pressing a plastic raw material by a press molding method, and has high deformability of the raw material, so that the raw material can enter a fine gap. Such a fine gear powder molded body can be molded into a desired shape with high accuracy in a pressing die.
また、本発明では、成形した粉末成形体を押し型から抜き出す際には、まず、微小歯車の軸部を形成する軸部ダイスを、複数の可動分割ダイスに分割し、成形された軸部から離間させる。これにより、歯車部のみを型(歯車部ダイス)に接触している状態とすることができ、したがって型(歯車部ダイス)に摺動自在に嵌合するパンチを不要とすることができる。この後、歯車部を歯車部ダイスの歯車部孔から抜き出すことにより粉末成形体を抜き出すことができるが、この際には、歯車部の端面に当接させた抜き出し部材により歯車部を軸方向に抜き出す。すなわち、抜き出し部材により歯車部を直接支持しながら歯車部を歯車部孔から抜き出すため、外歯を損傷させることなく粉末成形体を押し型から円滑に抜き出すことができる。 In the present invention, when the molded powder molded body is extracted from the pressing die, first, the shaft portion die forming the shaft portion of the minute gear is divided into a plurality of movable split dies, and the formed shaft portion is Separate. As a result, only the gear portion can be brought into contact with the die (gear portion die), and therefore a punch that can be slidably fitted to the die (gear portion die) can be eliminated. Thereafter, the powder molded body can be extracted by extracting the gear portion from the gear portion hole of the gear portion die. In this case, the gear portion is axially moved by the extraction member abutted against the end surface of the gear portion. Extract. That is, since the gear portion is extracted from the gear portion hole while directly supporting the gear portion by the extraction member, the powder compact can be smoothly extracted from the pressing die without damaging the external teeth.
本発明に係る微小歯車は、前記軸部が前記歯車部の両端面に設けられた形状であり、これに応じて、前記押し型の前記軸部ダイスは、前記歯車部ダイスを挟んで該歯車部ダイスの両側に配設されていることを特徴とする。 The micro gear according to the present invention has a shape in which the shaft portion is provided on both end faces of the gear portion, and accordingly, the shaft die of the push die sandwiches the gear portion die. It is arranged on both sides of the part die.
また、本発明に係る微小歯車は、前記軸部が前記歯車部の一端面のみに設けられた形状であり、これに応じて、前記押し型の前記軸部ダイスは、前記歯車部ダイスの片側に配設されていることを特徴とする。 Further, the micro gear according to the present invention has a shape in which the shaft portion is provided only on one end surface of the gear portion, and according to this, the shaft portion die of the pressing die is one side of the gear portion die. It is characterized by being arranged.
また、本発明に係る微小歯車の前記軸部は、径の異なる段付き軸部であり、これに応じて、前記軸部ダイスを、異なる径に対応して複数有し、かつ、これら複数の軸部ダイスが軸方向に積層されて配設されていることを特徴とする。 Further, the shaft portion of the micro gear according to the present invention is a stepped shaft portion having a different diameter, and accordingly, the shaft portion dies have a plurality of shaft dies corresponding to different diameters, The shaft part dies are arranged so as to be laminated in the axial direction.
また、本発明に係る微小歯車においては、前記歯車部の外径が0.3〜1mm、該歯車部のモジュール(ピッチ円直径/外歯の歯数)が0.01〜0.1であることを特徴とする。 Moreover, in the micro gear according to the present invention, the outer diameter of the gear portion is 0.3 to 1 mm, and the module (pitch circle diameter / number of external teeth) of the gear portion is 0.01 to 0.1. It is characterized by that.
本発明によれば、軸部が一体に設けられた微小歯車の粉末成形体を可塑性原料から押し型成形法によって所望形状に高精度で成形することができる。また、押し型から粉末成形体を抜き出す際に、歯車部の外歯を損傷させることなく円滑に抜き出すことができる。これらの結果、健全な微小歯車の粉末成形体を好適に成形することができるといった効果を奏する。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the powder molded object of the micro gear with which the axial part was provided integrally can be shape | molded with high precision from a plastic raw material to a desired shape by the press molding method. Moreover, when extracting a powder compact from a pressing die, it can extract smoothly, without damaging the external tooth of a gear part. As a result, it is possible to suitably form a sound micro-gear powder compact.
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
(1)微小歯車
図1は、一実施形態の成形方法によって成形した粉末成形体を焼結して得られる微小歯車(以下、歯車)の形状を示している。この歯車1は、複数の歯部14からなる外歯15が外周面に形成された歯車部13と、この歯車部13の両端面に、歯車部13の軸心と同心状、かつ、一体に形成された2つの円柱状の軸部11,12とを有している。軸部11,12の長さおよび外径は同一であり、以下、一方(図1(a)で上側)を第1軸部11、他方を第2軸部12とする。第1軸部11、第2軸部12とも、先端には山形状の凸部11a,12aをそれぞれ有している。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(1) Microgear FIG. 1 shows the shape of a microgear (hereinafter referred to as a gear) obtained by sintering a powder compact formed by the molding method of one embodiment. The
歯車1の寸法は、例えば歯車部13の外径が0.3〜1mm、各軸部11,12の外径が0.1〜0.9mm、歯車部13のモジュール(ピッチ円直径/歯部14の数)が0.01〜0.1といった寸法が挙げられる。
For example, the outer diameter of the
(2)金型の構成
図2(a)〜(c)、図3(a)〜(c)は、一実施形態に係る金型によって歯車1の粉末成形体を成形するプロセスを示している。金型は、上型5と下型(押し型)6に分けられる。
(2) Mold Configuration FIGS. 2A to 2C and FIGS. 3A to 3C show a process of molding a powder compact of the
(2−1)上型
上型5は、図2に示すように、上ラム51と、上ラム51の下面に配設されて鉛直下方に延びる円柱状の上パンチ52とを備えている。上パンチ52は上パンチ押さえ53によって上ラム51の下面に固定されている。上パンチ52は、歯車1の第1軸部11の外径に対応した外径を有している。上パンチ52の下端面には、歯車1の第1軸部11の凸部11aを形成するための凹部52aが形成されている。
(2-1) Upper Die As shown in FIG. 2, the
(2−2)下型
下型6は、図2に示すように、第1軸部ダイス61と第2軸部ダイス62との間に歯車部ダイス63が挟まれ、第2軸部ダイス62の下方に下ダイス64が配設され、下ダイス64に、イジェクトピン65と下パンチ66が設けられた構成である。各ダイス61〜64は、水平な状態で積層されている。下型6においては、歯車部ダイス63内で歯車1の歯車部13が形成され、第1軸部ダイス61内で歯車1の第1軸部11が形成され、第2軸部ダイス62内で歯車1の第2軸部12が形成される。
(2-2) Lower Die As shown in FIG. 2, the
図4は、下型6を分割した状態を示している。同図に示すように、歯車部ダイス63には、上下方向に貫通する歯車部孔631が形成されている。この歯車部孔631の断面形状および寸法は歯車部13の外歯15の外形に対応しており、すなわち歯車部孔631の内周面には、外歯15に対応した内歯635が形成されている。歯車部ダイス63の厚さは、歯車1の歯車部13に対応する厚さを有しており、すなわち歯車部孔631は歯車部13の高さに対応する深さを有している。歯車部ダイス63は、図示せぬダイスプレートなどに固定されており、歯車部孔631は上型5の上パンチ52と同心状に配置されている。
FIG. 4 shows a state where the
第1軸部ダイス61は、左右方向に2分割する左右一対の第1可動分割ダイス612によって構成される。各第1可動分割ダイス612は、粉末成形体の成形時に、互いに対向する合わせ面613が当接されて合体状態とされるもので、各合わせ面613には、当接した状態で、第1軸部11の外径に対応する内径の第1軸部孔611(図2参照)を形成する断面半円弧状の切欠き614がそれぞれ形成されている。
The first shaft die 61 is constituted by a pair of left and right first movable division dies 612 that are divided into two in the left-right direction. Each of the first movable split dies 612 is brought into a united state by contacting the mating surfaces 613 facing each other at the time of molding the powder molded body. A
左右の第1可動分割ダイス612は、左右方向に移動可能に設置されており、合わせ面613が当接されて合体し第1軸部ダイス61が構成された状態で、2つの切欠き614が同心状に合わせられ、上下方向に貫通する1つの第1軸部孔611が形成される。この第1軸部孔611には、上記上型5の上パンチ52が摺動自在に挿入される。左右の第1可動分割ダイス612は、合体状態から、第1軸部孔611を中心に左右方向(径方向外側)にそれぞれ移動して分割が可能となっている。左右の第1可動分割ダイス612の厚さ、すなわち各切欠き614の深さ(第1軸部孔611の長さとなる)は、歯車1の第1軸部11の長さよりもある程度長く設定されている。
The left and right first movable split dies 612 are installed so as to be movable in the left-right direction, and the two
また、第2軸部ダイス62は、第1軸部ダイス61と同様の構成を有しており、合わせ面623に断面半円弧状の切欠き624が形成された左右一対の第2可動分割ダイス622によって構成される。左右の第2可動分割ダイス622の合わせ面623が当接されて合体すると、両者の切欠き624が同心状に合わせられ、上下方向に貫通する1つの第2軸部孔621が形成される(図2参照)。この第2軸部孔621の内径は、歯車1の第2軸部12の外径に対応している。左右の第2可動分割ダイス622は、合体状態から、第2軸部孔621を中心に左右方向(径方向外側)にそれぞれ移動し、分割が可能となっている。左右の第2可動分割ダイス622の厚さ、すなわち各切欠き624の深さ(第2軸部孔621の長さとなる)は、歯車1の第2軸部12の長さと同等に設定されている。
The second shaft die 62 has the same configuration as the first shaft die 61, and a pair of left and right second movable split dies in which a
下ダイス64には、円筒状の内周面を有するイジェクトピンガイド孔641が上下方向に貫通して形成されている。下ダイス64は、上記ダイスプレートなどに固定されており、イジェクトピンガイド孔641は、歯車部ダイス63の歯車部孔631と同心状に配置されている。
The
イジェクトピンガイド孔641には、中空状のイジェクトピン65が摺動自在に挿入される。イジェクトピン65は、図5に示すように、断面の外縁が、歯車部13の外歯15の外縁と概略的に近似する形状であり、かつ、寸法が外歯15よりも僅かに小さく形成されている。イジェクトピン65は、外歯15の歯部14に対応する歯部651が、歯車部孔631の内歯635と位相が揃うようにセットされ、歯部651の歯先がイジェクトピンガイド孔641の内周面に摺動して該イジェクトピンガイド孔641に挿入される。なお、イジェクトピンガイド孔641はイジェクトピン65を上下方向に沿って真っ直ぐガイドできる孔であればよく、図示例のように単なる円筒状の他には、例えば断面形状がイジェクトピン65に対応した歯車状であってもよい。
A
イジェクトピン65の軸心には円筒状の下パンチ挿入孔652が形成されており、この下パンチ挿入孔652に、円柱状の下パンチ66が摺動自在に挿入される。下パンチ66の上端面には、歯車1の第2軸部12の凸部12aを形成するための凹部66aが形成されている(図2(a)参照)。
A cylindrical lower
なお、図示は省略しているが、上記下型6には、内部に充填された可塑性原料を加熱して流動性を高めるための加熱手段と、その原料が加圧されて成形された粉末成形体を冷却する冷却手段を備えている。
Although not shown, the
(3)成形
次に、上記金型を用いて歯車1の粉末成形体を成形する手順を説明する。
(3−1)型締めによるキャビティ形成
はじめに、図2(a)に示すように、下型6の型締めを行う。すなわち、左右の第1可動分割ダイス612を合体させて第1軸部ダイス61を構成し、左右の第2可動分割ダイス622を合体させて第2軸部ダイス62を構成する。各軸部ダイス61,62の各軸部孔611,621は、歯車部ダイス63の歯車部孔631および下ダイス64のイジェクトピンガイド孔641と同心状に配置され、かつ、歯車部孔631と各軸部孔611,621とが連通した状態となる。
(3) Molding Next, a procedure for molding a powder compact of the
(3-1) Cavity Formation by Clamping First, the
また、イジェクトピン65を、下ダイス64のイジェクトピンガイド孔641に上端面が第2軸部ダイス62の下面に当接するまで挿入し、さらに下パンチ66を、イジェクトピン65の内部に上端面が第2軸部ダイス62の下面に当接するまで挿入する。この型締めにより、下型6内には、歯車部孔631と各軸部孔611,621が連通した空間であって、下パンチ66により下方が閉塞されたキャビティ10が形成される。このキャビティ10は、歯車1の外形に対応した形状に形成される。
Further, the
(3−2)原料投入
下型6は予め上記加熱手段により適宜な保温温度に保温されている。そして、図2(b)に示すように、第1軸部ダイス61の第1軸部孔611の上部開口から、キャビティ10に原料Pを適量投入する。原料Pは、鉄粉等の金属粉末に、熱可塑性樹脂とワックスからなるバインダを例えば40〜60体積%の比率で添加し混練した可塑性を有するものが用いられる。原料Pの形態は特に限定はされず、粉末状やペレット状のものが用いられる。下型6の保温温度は、バインダに添加されるワックスの軟化点よりも高く、かつ、バインダに添加される熱可塑性樹脂の軟化点よりも低い温度に設定される。なお、熱可塑性樹脂は、軟化点が例えば160〜170℃程度のものが用いられ、また、ワックスは、軟化点が例えば60℃程度のものが用いられる。この場合、上記保温温度は120℃程度とされる。
(3-2) Feeding raw material The
(3−3)加圧成形
次に、原料Pの加圧成形に移るが、そのためには上記加熱手段により下型6を加熱してキャビティ10内の原料を成形温度に加熱する。成形温度は、原料Pの熱可塑性樹脂の軟化点以上である。そして、図2(c)に示すように、上型5を下降させ、上パンチ52の下端部を第1軸部孔611に挿入し、これによってキャビティ10内の原料Pを所定荷重で軸方向に加圧する。キャビティ10内の原料Pは、下降する上パンチ52によって圧縮されることにより塑性変形しながらキャビティ10の形状、すなわち歯車1の形状に造形され、歯車1に近似した形状を有する所定密度の粉末成形体1Aに成形される。
(3-3) Pressure Molding Next, the process proceeds to pressure molding of the raw material P. For this purpose, the
(3−4)型開き
次に、下型6を型開きするが、その前に、上記加熱手段による加熱を停止するとともに、上記冷却手段により下型6を冷却して、キャビティ10内の粉末成形体1Aの温度を上記保温温度程度まで下げる。したがって粉末成形体1Aにあっては、バインダのワックスは軟化しているものの、可塑性樹脂は硬化した状態となる。
(3-4) Mold Opening Next, the
続いて上型5を上昇させて上パンチ52を第1軸部孔611から抜き出し、上型5を上方に退避させる。続いて、図3(a)に示すように、第1軸部ダイス61と第2軸部ダイス62を型開きする。すなわち、左右の第1可動分割ダイス612と左右の第2可動分割ダイス622をそれぞれ分割する。各可動分割ダイス612,622は、歯車部孔631が開放して粉末成形体1Aの歯車部13Aの両端面が露出するまで分割する。粉末成形体1Aは、歯車部13Aが歯車部ダイス63に拘束された状態で保持され、かつ、第2軸部12Aの下端部が下パンチ66に支持された状態となっている。
Subsequently, the
(3−5)粉末成形体の抜き出し
各軸部ダイス61,62を分割したら、図3(b)に示すように、イジェクトピン65を上昇させ、粉末成形体1Aの歯車部13Aを歯車部ダイス63の歯車部孔631から上方に抜き出す。イジェクトピン65が上昇すると、その上端面が、図5に示すように、粉末成形体1Aの歯車部13Aの下端面に当接する。この状態からイジェクトピン65がさらに上昇することにより、イジェクトピン65は粉末成形体1Aの歯車部13Aを押し上げ、これによって歯車部13Aが歯車部孔631から軸方向に抜き出される。歯車部13Aが歯車部孔631から抜き出されたら、粉末成形体1Aは下型6による拘束から解放され、図3(c)に示すように外部に取り出すことができる。粉末成形体1Aの歯車部13Aが歯車部孔631から抜き出される時には、歯車部13Aの外歯が歯車部孔631の内歯635に摺動するが、軟化しているワックスの作用で円滑に抜き出される。
(3-5) Extraction of Powder Molded Body After the shaft dies 61 and 62 are divided, as shown in FIG. 3B, the
(4)作用効果
上記一実施形態の成形方法は、バインダを多量に含む可塑性原料Pを、下型6内のキャビティ10に充填し、上パンチ52で加圧して圧縮するといった押し型成形法であるため、原料Pの変形能が高く、微細な隙間に原料Pを入り込ませることができる。したがって、きわめて小型の部品であって、外歯15の各歯部14の肉厚および歯部14間の間隔がきわめて狭小である歯車1の粉末成形体1Aを、所望形状に高精度で成形することが可能である。
(4) Operational Effect The molding method according to the above-described embodiment is a press molding method in which the plastic raw material P containing a large amount of binder is filled in the
また、成形した粉末成形体1Aを下型6から抜き出す際には、まず、上下の軸部ダイス61,62を左右に分割し、成形された各軸部11A,12Aから離間させることにより、歯車部13Aのみが歯車部ダイス63に接触している状態となる。したがって型(歯車部ダイス63)に摺動自在に嵌合するパンチを不要とすることができる。この後、粉末成形体1Aの歯車部13Aの下端面に当接させたイジェクトピン65により、歯車部13Aを軸方向に抜き出すことにより粉末成形体1Aを下型6から取り出すことができるが、この際には、図5に示すように歯車部13Aの特に歯部の根元がイジェクトピン65で直接支持されながら抜き出されるため、歯車部13Aの外歯を損傷させることなく円滑に抜き出すことができる。これらの結果、健全な歯車1の粉末成形体1Aを好適に成形することができるといった効果を奏する。
When the molded powder molded
(5)歯車の他の形状
上記歯車1の形状は本発明に係る成形方法で得られる一例であり、この他には、図6に示す形状の歯車を本発明は好適に成形することができる。
(5) Other shapes of gear The shape of the
(5−1)段付き軸部を有する歯車
上記歯車1の各軸部11,12は径が均一であったが、軸部の径が異なる段付き軸部を有する歯車の粉末成形体を成形する場合を説明する。図6(a)の歯車2は、上記第1軸部11が、歯車部13側が太く、先端側が細い段付き軸部となっている。すなわち、第1軸部11は、大径軸部117と小径軸部118とを有している。
(5-1) Gear having stepped shaft portion The
この歯車2の粉末成形体を成形する下型6の第1軸部ダイス61は、図7に示すように上下に分割されたものとし、大径軸部117に対応した大径側ダイス67と、小径軸部118に対応した小径側ダイス68とで構成する。これら各ダイス67,68は、第1軸部ダイス61と同様に、左右に分割される可動分割ダイス672,682で構成され、これら可動分割ダイス672,682をそれぞれ合体した状態で、大径軸部117を形成する大径軸部孔671、および小径軸部118を形成する小径軸部孔681がそれぞれ形成される。各可動分割ダイス672,682の合わせ面には、大径軸部孔671および小径軸部孔681を形成する断面半円弧状の切欠き674,684がそれぞれ形成されている。一方、上型5の上パンチ54は、小径軸部孔681に摺動自在に挿入されるように先端部が小径となっている。
The first shaft part die 61 of the
歯車2の粉末成形体を成形するには、図7(a)に示すように、上記第2軸部ダイス62とともに、大径側ダイス67および小径側ダイス68を合体させ、下型6内に歯車2に応じた形状のキャビティ20を形成する。次いで、上記と同様にキャビティ20内に原料を投入して、図7(b)に示すように上型5を下降させて上パンチ54により原料を加圧・圧縮して粉末成形体2Aを成形する。この後、図7(c)に示すように第2軸部ダイス62、大径側ダイス67および小径側ダイス68を分割して型開きした後、イジェクトピン65により粉末成形体2Aの歯車部13Aを歯車部ダイス63から抜き出して、粉末成形体2Aを取り出す。
In order to mold the powder molded body of the
(5−2)歯車部の片側に軸部を有する歯車
上記歯車1,2は歯車部13の両側に軸部(第1軸部11と第2軸部12)が一体に設けられているが、図6(b)の歯車3のように、軸部(ここでは上記第2軸部12とする)が歯車部13の一端面のみに設けられた形状のものであっても、本発明を適用して粉末成形体を成形することができる。この場合には、図8(a)に示すように、下型6は上記第1軸部ダイス61が省略され、歯車部ダイス63の歯車部孔631は歯車部13の高さよりもやや深く形成されている。一方、上型5の上パンチ55の外周面は、歯車部13の外歯15に対応した寸法および形状の外歯状に形成されており、歯車部孔631に摺動自在に挿入される。
(5-2) A gear having a shaft portion on one side of the gear portion The
歯車3の粉末成形体を成形するには、図8(a)に示すように、第2軸部ダイス62を合体させ、下型6内に歯車3に応じた形状のキャビティ30を形成する。この後は、上記方法と同様にキャビティ30内に原料を投入して、図8(b)に示すように上型5を下降させて上パンチ55により原料を加圧・圧縮して粉末成形体3Aを成形し、図8(c)に示すように第2軸部ダイス62を分割して型開きした後、イジェクトピン65により粉末成形体3Aの歯車部13Aを歯車部ダイス63から抜き出して、粉末成形体3Aを取り出す。
In order to form a powder compact of the gear 3, as shown in FIG. 8A, the second shaft die 62 is combined to form a
(5−3)軸部を上側に成形する下型
図8の下型6は、第2軸部12を歯車部13の下側に成形する形態であったが、図9(a)に示すように、上記第2軸部ダイス62を省略し、上型5は上記上パンチ52をそのまま用いることにより、第2軸部12Aを歯車部13Aの上側に成形して同じ形状の歯車3の粉末成形体1Aを成形することができる。
(5-3) Lower Mold Forming Shaft Part Upward The
この場合には、図9(a)に示すように第1軸部ダイス61を合体させ、下型6内に歯車3に応じた形状のキャビティ30を形成する。次いで、上記と同様にキャビティ30内に原料を投入し、図8(b)に示すように上型5を下降させて上パンチ52により原料を加圧・圧縮して粉末成形体3Aを成形し、図8(c)に示すように第1軸部ダイス61を分割して型開きした後、イジェクトピン65により粉末成形体3Aの歯車部13Aを歯車部ダイス63から抜き出して、粉末成形体3Aを取り出す。
In this case, as shown in FIG. 9A, the first shaft die 61 is combined to form a
1,2,3…微小歯車、1A,2A,3A…粉末成形体、10,20,30…キャビティ、11…第1軸部、12…第2軸部、13…歯車部、15…外歯、5…上型、52,54,55…上パンチ、6…下型(押し型)、61…第1軸部ダイス、611…第1軸部孔、612…第1可動分割ダイス、62…第2軸部ダイス、621…第2軸部孔、622…第2可動分割ダイス、63…歯車部ダイス、631…歯車部孔、65…イジェクトピン(抜き出し部材)、66…下パンチ、672…可動分割ダイス、682…可動分割ダイス、P…可塑性原料。
1, 2, 3 ... fine gears, 1A, 2A, 3A ... powder compact, 10, 20, 30 ... cavity, 11 ... first shaft portion, 12 ... second shaft portion, 13 ... gear portion, 15 ...
Claims (5)
前記歯車部を形成する歯車部孔を有する歯車部ダイスと、
前記軸部を形成する軸部孔を形成し、該軸部孔を中心に径方向外側に移動して分割可能とされた複数の可動分割ダイスからなる軸部ダイスと、
を備えた押し型を用い、
前記歯車部ダイスと、前記複数の可動分割ダイスを合体させた前記軸部ダイスとを軸方向に積層して組み合わせることにより、前記歯車部孔と前記軸部孔とを連通させて前記微小歯車の形状に応じたキャビティを形成し、
次いで、該キャビティに、金属粉末に熱可塑性樹脂とワックスからなるバインダを40〜60体積%の比率で添加し混練した可塑性を有する原料を充填し、
次いで、前記キャビティに充填された前記原料をパンチで加圧して、前記歯車部に前記軸部が一体に設けられた前記微小歯車の粉末成形体を成形し、
次いで、前記軸部ダイスを前記複数の可動分割ダイスに分割して、これら可動分割ダイスを前記粉末成形体の前記軸部から離間させ、
次いで、前記粉末成形体の前記歯車部を、該歯車部の端面に当接させた抜き出し部材により前記歯車部ダイスの前記歯車部孔から軸方向に抜き出す
ことを特徴とする微小歯車の粉末成形体成形方法。 A method of molding a powder compact of a micro gear in which a shaft portion is provided integrally with a gear portion having external teeth,
A gear part die having a gear part hole forming the gear part;
A shaft die formed of a plurality of movable split dies formed by forming a shaft hole that forms the shaft portion and moving radially outwardly about the shaft hole,
Using a stamping die with
By combining the gear part die and the shaft part die in which the plurality of movable split dies are combined in the axial direction, the gear part hole and the shaft part hole are communicated with each other, and Form a cavity according to the shape,
Next, the cavity is filled with a raw material having plasticity in which a binder made of a thermoplastic resin and a wax is added to the metal powder at a ratio of 40 to 60% by volume and kneaded ,
Next, the raw material filled in the cavity is pressurized with a punch to form a powder compact of the micro gear in which the shaft portion is provided integrally with the gear portion,
Next, the shaft die is divided into the plurality of movable division dies, and these movable division dies are separated from the shaft portion of the powder compact,
Subsequently, the gear portion of the powder molded body is extracted in the axial direction from the gear portion hole of the gear portion die by an extraction member brought into contact with the end face of the gear portion. Molding method.
これに応じて、前記押し型の前記軸部ダイスは、前記歯車部ダイスを挟んで該歯車部ダイスの両側に配設されていることを特徴とする請求項1に記載の微小歯車の粉末成形体成形方法。 The micro gear has the shaft portion provided on both end faces of the gear portion,
In response to this, the shaft part die of the pressing die is disposed on both sides of the gear part die with the gear part die interposed therebetween, Powder molding of the micro gear according to claim 1 Body molding method.
これに応じて、前記押し型の前記軸部ダイスは、前記歯車部ダイスの片側に配設されていることを特徴とする請求項1に記載の微小歯車の粉末成形体成形方法。 The minute gear has the shaft portion provided only on one end surface of the gear portion,
In response to this, the shaft die of the push die is disposed on one side of the gear die, and the method for forming a powder compact of a micro gear according to claim 1.
これに応じて、前記軸部ダイスを、異なる径に対応して複数有し、かつ、これら複数の軸部ダイスが軸方向に積層されて配設されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の微小歯車の粉末成形体成形方法。 The shaft portion of the micro gear is a stepped shaft portion having a different diameter,
Accordingly, a plurality of the shaft dies are provided corresponding to different diameters, and the plurality of shaft dies are laminated in the axial direction. 4. A method for forming a powder compact of a micro gear according to any one of 3 above.
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