JP5949492B2 - 粉末成形用金型及び粉末成形品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、粉末成形用金型、及び、これを用いた粉末成形品の製造方法に関し、特に、少なくとも３つの分割型を含む粉末成形用金型、及び、これを用いた粉末成形品の製造方法に関する。

少なくとも３つの分割型を含む粉末成形用金型を用いて粉末成形品を得る粉末成形方法が知られている。

例えば、特許文献１では、分割型として、円形の断面形状を有する成形用孔部を含むダイスと、成形用孔部に嵌め込まれる上パンチと、この上パンチに対向するように成形用孔部に嵌め込まれる下パンチとを含む粉末成形用金型が開示されている。詳細には、下パンチは、円筒体状の下外パンチと、下外パンチに内挿される下内パンチとを備える。このような粉末成形用金型では、上パンチ、下外パンチ及び下内パンチを成形用孔部に沿ってそれぞれ摺動させて、粉末材料を加圧して、張出部と、この張出部の縁から突き出すツバ部とを有する帽子状の粉末成形品を得ることができる。

特開２００１−０３００９８号公報

ところで、特許文献１に開示される粉末成形用金型では、粉末成形品を取り出す際に、ツバ部がダイスの成形用孔部の内壁面から摩擦力を受けて割れてしまうことがあった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、粉末成形品を取り出す際に、分割型から受ける摩擦力による割れの発生を抑制する粉末成形用金型、及び、このような粉末成形用金型を用いた粉末成形品の製造方法を提供することを目的とする。

本発明にかかる粉末成形用金型は、
キャビティの側面を構成するキャビティ側面を含む第１側面を有する第１分割型と、
前記キャビティの下面を構成し、前記第１側面に沿って摺動する第２分割型と、
前記キャビティの上面を構成し、前記第１側面に沿って摺動する第３分割型とを含み、
前記第２分割型、及び、前記第３分割型の少なくとも一方を前記第１側面に沿って摺動させて、粉末材料を加圧成形し、粉末成形品を前記第１側面に沿った方向の取出方向へ取り出して得られる粉末成形用金型であって、
前記第１側面は、前記第２分割型に対向する第１対向面と、前記第３分割型に対向する第２対向面とを含み、
前記キャビティ側面は、前記第１対向面及び前記第２対向面を接続するとともに、前記取出方向に対して垂直な前記キャビティの断面積を前記取出方向へ進行するに従って増加させるように傾斜する傾斜面を含むことを特徴とする。

このような構成により、粉末材料を第３分割型から加工力を加えることで加圧成形した場合には、第２分割型が弾性的に圧縮変形されて、キャビティ側面を転写して傾斜面を有する粉末成形品を成形することができる。その後、除圧すると、粉末成形品は、第２分割型の復元力により、取出方向に向かうように移動し、第１分割型との間に隙間を形成して接触面積を減じる。第１分割型との接触面積の減少により、第１分割型からかかる摩擦力を減じて、粉末成形品を粉末成形用金型から取り出すことができる。つまり、粉末成形品を取り出す際に、分割型から受ける摩擦力による割れの発生を抑制する粉末成形用金型を提供することができる。

本発明にかかる粉末成形品の製造方法は、
上記した粉末成形用金型を用いて粉末成形品を製造する製造方法であって、
粉末材料を前記キャビティに充填する充填ステップと、
前記第３分割型を前記第１側面に沿って摺動させて、前記粉末材料を加圧するとともに、前記第２分割型を弾性的に圧縮変形させて、前記粉末成形品を成形する加圧ステップと、
前記第３分割型を前記粉末成形品から離間するように前記第１側面に沿って摺動させて、前記第２分割型を復元させて、前記粉末成形品を押し上げる除圧ステップと、
前記粉末成形品を前記キャビティから取り出す取出ステップを含むことを特徴としてもよい。

本発明により、粉末成形品を取り出す際に、分割型から受ける摩擦力による割れの発生を抑制する粉末成形用金型、及び、このような粉末成形用金型を用いた粉末成形品の製造方法を提供することができる。

実施形態にかかる粉末成形用金型の断面図である。 実施形態にかかる粉末成形用金型の要部の断面図である。 粉末成形用金型により得られる粉末成形品の上面図である。 粉末成形用金型により得られる粉末成形品の断面図である。 粉末成形装置に取り付けられた粉末成形用金型の断面図である。 粉末成形品の製造方法を示す図である。 製造工程中の粉末成形用金型の要部の断面図である。 他の実施形態にかかる粉末成形用金型の要部の断面図である。

（実施の形態１）
以下、図１乃至図３Ｂを参照して本発明の第１実施形態にかかる粉末成形用金型について説明する。図１は、粉末成形用金型１の断面を示す。図２は、粉末成形用金型１の要部の断面を示す。図３Ａ及び図３Ｂは、粉末成形用金型１により得られる粉末成形品１０の上面及び断面をそれぞれ示す。

図１に示すように、粉末成形用金型１は、粉末成形装置に取り付けて、粉末材料を加圧して、粉末成形品１０（図３Ａ及び図３Ｂ参照）を成形するための粉末成形用金型である。ここで、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、粉末成形品１０は、径方向に沿って突き出す歯部１１を外周面１２に有する環状体であって、歯車として使用することができる。図１に戻って、粉末成形用金型１は、分割型として、外側ダイス２（第１分割型）と、下パンチ３（第２分割型）と、上パンチ４（第３分割型）と、内側ダイス５とを含む。また、粉末成形用金型１において、外側ダイス２、下パンチ３、上パンチ４、及び、内側ダイス５を組み合わせることで、キャビティ６が構成される。

外側ダイス２は、略円筒状の第１外側ダイス２１と、第１外側ダイス２１を包囲するように嵌め込む略円筒状の第２外側ダイス２２とを備える。第１外側ダイス２１は、成形用孔部２３を有する。成形用孔部２３には、粉末成形品１０（図３Ａ及び図３Ｂ参照）の歯部１１を成形できるように、歯車状の断面形状を有する孔が形成される。図２に示すように、成形用孔部２３の内壁面２４は、キャビティ６を構成する面であるキャビティ外側面２５と、上パンチ対向面２７（第２対向面）と下パンチ対向面２８（第１対向面）とを含む。キャビティ外側面２５は、上パンチ対向面２７と下パンチ対向面２８を接続している。キャビティ外側面２５は、粉末成形品１０を内壁面２４に沿った方向の取出方向Ａに対して垂直なキャビティ６の断面積を、取出方向Ａへ進行するに従って増加させるように傾斜した傾斜面２６を含む。傾斜面２６の上パンチ対向面２７又は下パンチ対向面２８に対する傾斜角度θは、２°が好ましい。図１に戻って、第２外側ダイス２２は、粉末成形装置に取り付けるためのダイス被保持部２９を外周面に有する。

下パンチ３は、下外パンチ３１と、下内パンチ３２とを含む。下外パンチ３１は、下端に径方向に突き出すツバ部３３を有する略円筒状の部材である。下外パンチ３１は、下パンチ対向面２８に対向するように、第１外側ダイス２１の成形用孔部２３に嵌め込まれる。さらに、下外パンチ保持用スペーサ３５と第２外側ダイス２２とをボルト３６により締結して、ツバ部３３を下外パンチ保持用スペーサ３５と第１外側ダイス２１との間に挟み込んで固定して、下外パンチ３１を保持する。下外パンチ３１は、キャビティ６を構成する上面３４を有する。また、下外パンチ３１は、弾性的に圧縮変形する材料からなる。つまり、下外パンチ３１は、ツバ部３３を固定されているので、上面３４から圧力を受けると、弾性的に圧縮変形する。一方、この圧力を除荷すると、下外パンチ３１は、圧縮する前の長さに復元する。

また、下内パンチ３２は、下端に径方向に突き出すツバ部３７を有する略円筒状の部材である。下内パンチ３２は、下外パンチ３１の内周面に沿って移動できるように下外パンチ３１に挿入されている。下内パンチ３２は、キャビティ６を構成する上内面３８を上端面に有する。下内パンチ３２は、ツバ部３７をクランプ等の固定具により固定されて、粉末成形装置に取り付けられる。

上パンチ４は、上パンチ対向面２７に沿って摺動できるように、第１外側ダイス２１の成形用孔部２３に挿入される略環状体のパンチである。上パンチ４は、キャビティ６を構成する面を下面４１に有する。上パンチ４は、下面４１近傍において、成形用孔部２３に隙間無く嵌め込まれるように、歯車状の断面形状を有する。上パンチ４は、粉末成形装置に取り付けられるための上パンチ昇降手段取付部（図示略）を上面に有する。

内側ダイス５は、下パンチ３及び上パンチ４に包囲される略円筒状体のダイスである。内側ダイス５の外周面５１は、キャビティ６の内側面を構成するキャビティ内側面５５と、上パンチ４に対向する上パンチ内対向面５７と、下パンチ３に対向する下パンチ内対向面５８とを含む。キャビティ内側面５５は、上パンチ内対向面５７と下パンチ内対向面５８を接続している。内側ダイス５は、粉末成形装置に取り付けるためのボルト雌ねじ部５３を有する。

（使用方法）
以下、図４を用いて、粉末成形用金型１の使用方法について説明する。図４は、粉末成形装置９０に取り付けた粉末成形用金型１を示す図である。図４に示すように、粉末成形用金型１は、各分割型を、粉末成形装置９０の外側ダイス保持手段９１、下パンチ昇降手段９２、上パンチ昇降手段９３、内側ダイス保持手段９４にそれぞれ取り付けて使用される。詳細には、外側ダイス２は、粉末成形装置９０の外側ダイス保持手段９１にダイス被保持部２９を取り付けて保持される。また、下内パンチ３２は、ツバ部３７をクランプにより固定して下パンチ昇降手段９２に取り付けられる。また、下内パンチ３２は、下パンチ昇降手段９２により、下パンチ対向面２８に沿って昇降できる。また、上パンチ４は、上パンチ対向面２７に沿って昇降できるように、上パンチ昇降手段取付部（図示略）を上パンチ昇降手段９３に取り付けられる。上パンチ４は、上パンチ昇降手段９３により上パンチ対向面２７に沿って摺動できる。内側ダイス５は、ボルト雌ねじ部５３にボルト５９を締結して、内側ダイス保持手段９４に保持される。

ここで、下内パンチ３２及び上パンチ４を、成形用孔部２３の内壁面２４に沿って、それぞれ所定の位置に降下又は上昇させると、外側ダイス２のキャビティ外側面２５、下内パンチ３２の上内面３８、下外パンチ３１の上面３４及び内周面、上パンチ４の下面４１、及び、内側ダイス５のキャビティ内側面５５により、キャビティ６が構成される。

なお、必要に応じて、外側ダイス保持手段９１及び内側ダイス保持手段９４を、図示しない駆動手段にそれぞれ接続して、外側ダイス２及び内側ダイス５をそれぞれ昇降できるように保持してもよい。また、下外パンチ保持用スペーサ３５を省略して、下内パンチ３２を下外パンチ３１に一体化させた下パンチを上下方向に移動できるように保持しても構わない。

（製造方法）
次に、図４乃至図６を用いて、粉末成形用金型１を用いて粉末成形品１０を製造する製造方法について説明する。図５は、粉末成形用金型１を使用した粉末成形品の製造工程のフローチャートを示す。図６は、製造工程中における粉末成形品及び粉末成形用金型の要部の断面図を示す。

ここでは、粉末成形用金型１を取り付けた粉末成形装置９０を用いて、粉末成形品１０を製造することを例として、図４乃至図６を参照しつつ説明する。

図４、図５及び図６（ａ）に示すように、充填ステップＳ１では、上パンチ４の下面４１を成形用孔部２３の開口部２３１より高い位置に位置するよう上パンチ４を上昇させて、粉末成形品１０の材料となる粉末材料を成形用孔部２３に入れて充填する。ここで、下外パンチ３１の上面３４は、充填時位置２８０にある。

次いで、図６（ｂ）に示すように、加圧ステップＳ２では、上パンチ４を降下させて、粉末材料を上パンチ４から加工力を加えて、粉末成形品１０を加圧成形する。ここで、下外パンチ３１は、加圧成形による圧力を、粉末材料を介して受けて、弾性的に圧縮変形する。この圧縮変形により、下外パンチ３１の上面３４は、充填時位置２８０から加圧時位置２８１まで降下する。なお、図６において、充填時位置２８０と加圧時位置２８１との距離は、分かり易くするため、実際の距離よりも長くなるように描写されている。

さらに、図６（ｃ）に示すように、除圧ステップＳ３では、上パンチ４を粉末成形品１０から離間させるように上昇させて、粉末成形品１０にかかる圧力を除く。上面３４の受ける圧力が低下すると、下外パンチ３１は復元し、粉末成形品１０に取出方向Ａに移動させるよう押し上げる。下外パンチ３１の上面３４は、加圧時位置２８１から充填時位置２８０に復元する。粉末成形品１０は、下外パンチ３１の復元により、取出方向Ａに向かって移動し、外側ダイス２との間に隙間を生じる。

最後に、図６（ｄ）に示すように、取出ステップＳ４では、上パンチ４に加えて下内パンチ３２を上昇させて、粉末成形品１０を取出方向Ａに移動させ、粉末成形用金型１から取り出す。ここで、外側ダイス２と粉末成形品１０との間には隙間が生じているので、外側ダイス２と粉末成形品１０との接触面積が低下したまま、粉末成形品１０を取出方向Ａに力を与えることができる。つまり、外側ダイス２の内壁面２４から粉末成形品に加わる摩擦力を減じて、粉末成形品１０を粉末成形用金型１から取り出すことができる。すなわち、粉末成形品１０を粉末成形用金型１から取り出した時における割れの発生を抑制することができる。

以上より、実施形態にかかる粉末成形用金型を用いると、分割型である外側ダイスから受ける摩擦力による割れの発生を抑制して、粉末成形品を製造することができる。

（実施の形態２）
以下、図７を参照して本発明の第２実施形態にかかる粉末成形用金型について説明する。第２実施形態にかかる粉末成形用金型は、上記した第１実施形態にかかる粉末成形用金型と比較して、内側ダイス及び下内パンチを異にしており、他の部材については共通するため説明を省略する。また、第１実施形態の内側ダイス５及び下内パンチ３２と共通する箇所には相当する符号を付することにより説明を簡略化する。

図７は、第２実施形態にかかる粉末成形用金型の要部の断面を示す。図７に示すように、第２実施形態にかかる粉末成形用金型の内側ダイス１０５（第１分割型）の外周面１５１は、キャビティ１０６の内側面を構成するキャビティ内側面１５５と、上パンチ１０４（第３分割型）に対向する上パンチ内対向面１５７（第２対向面）と、下パンチ１０３（第２分割型）に対向する下パンチ内対向面１５８（第１対向面）とを含む。キャビティ内側面１５５は、外周面１５１に沿った方向である取出方向Ａに対して垂直なキャビティ１０６の断面積を、取出方向Ａへ進行するに従って増加させるように傾斜した傾斜面１５６を含む。傾斜面１５６の上パンチ内対向面１５７又は下パンチ内対向面１５８に対する傾斜角度θ２は、２°が好ましい。また、下内パンチ１３２は、弾性的に圧縮変形する材料からなる。下内パンチ１３２とほぼ同じ形状のパンチである。つまり、下内パンチ１３２は、上内面１３８から圧力を受けると、弾性的に圧縮変形し縮む。一方、この圧力を除荷すると、下内パンチ１３２は、圧縮変形する前の長さに復元する。

第２実施形態にかかる粉末成形用金型を用いて、粉末材料を上パンチ１０４から加工力を加えることで加圧成形すると、下内パンチ１３２が弾性的に圧縮変形するとともに、キャビティ内側面１５５を転写して傾斜面を有する粉末成形品を形成することができる。その後、除圧すると、粉末成形品は、下内パンチ１３２の復元力により、取出方向Ａに移動し、内側ダイス１０５との接触面積を減じる。内側ダイス１０５との接触面積の減少により、内側ダイス１０５から受ける摩擦力を減じて、粉末成形品を第２実施形態にかかる粉末成形用金型から取り出すことができる。つまり、粉末成形品を取り出す際に、内側ダイス１０５の外周面１５１から受ける摩擦力による割れの発生を抑制する粉末成形用金型を提供することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、分割型の形状を適宜変更することで、粉末成形品１０のような歯車だけでなく、略円筒体や略円柱体などの様々な形状の粉末成形品を取出す際に、分割型から受ける摩擦による割れの発生を抑制する粉末成形用金型を提供することができる。

１ 粉末成形用金型、２ 外側ダイス、３ 下パンチ、４ 上パンチ、
５ 内側ダイス、６ キャビティ、１０ 粉末成形品、２４ 内壁面、
２５ キャビティ外側面、２６ 傾斜面、２７ 上パンチ対向面、
２８ 下パンチ対向面、３４ 上面、４１ 下面

Claims (2)

1. キャビティの側面を構成するキャビティ側面を含む第１側面を有する第１分割型と、
   前記キャビティの下面を構成し、前記第１側面に沿って摺動する第２分割型と、
   前記キャビティの上面を構成し、前記第１側面に沿って摺動する第３分割型とを含み、
   前記第２分割型、及び、前記第３分割型の少なくとも一方を前記第１側面に沿って摺動させて、粉末材料を加圧成形し、粉末成形品を前記第１側面に沿った方向の取出方向へ取り出して得られる粉末成形用金型であって、
   前記第１側面は、前記第２分割型に対向する第１対向面と、前記第３分割型に対向する第２対向面とを含み、
   前記キャビティ側面は、前記第１対向面及び前記第２対向面を接続するとともに、前記取出方向に対して垂直な前記キャビティの断面積を前記取出方向へ進行するに従って増加させるように傾斜する傾斜面を含み、
   前記第２分割型は、前記第３分割型を前記第１側面に沿って摺動させて前記粉末材料を加圧すると、弾性的に圧縮変形し、前記第３分割型を前記第１側面に沿って摺動させて前記粉末成形品から離間させると、前記粉末成形品を前記取り出し方向へ押し上げるよう復元する、
   ことを特徴とする粉末成形用金型。
2. 請求項１に記載される粉末成形用金型を用いて粉末成形品を製造する製造方法であって、
   粉末材料を前記キャビティに充填する充填ステップと、
   前記第３分割型を前記第１側面に沿って摺動させて、前記粉末材料を加圧するとともに、前記第２分割型を弾性的に圧縮変形させて、前記粉末成形品を成形する加圧ステップと、
   前記第３分割型を前記粉末成形品から離間するように前記第１側面に沿って摺動させて、前記第２分割型を復元させて、前記粉末成形品を押し上げる除圧ステップと、
   前記粉末成形品を前記キャビティから取り出す取出ステップを含む粉末成形品の製造方法。

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