JP6682601B2 - 圧粉体の成形方法および焼結軸受の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧粉体の成形方法、およびこの成形方法が適用される圧縮成形工程を含む焼結軸受の製造方法に関する。

下記の特許文献１には、外径側と内径側とで材質（金属組成）を異ならせた二層構造の圧粉体を成形するための技術手段が開示されている。より詳細には、圧粉体の外径面を成形する筒状のダイと、圧粉体の内径面を成形するコアと、ダイに対して相対的に昇降移動する筒状の上パンチ、下パンチおよび仕切り部材とを備え、下パンチとして、それぞれが独立して昇降可能な第１および第２下パンチを採用した成形装置が開示されている。このような成形装置を用いた場合、例えば以下のようにして二層構造の圧粉体が成形される。

まず、仕切り部材およびその内径側に配設された第２下パンチを上昇位置に配置すると共に、仕切り部材の外径側に配設された第１下パンチを下降位置に配置することにより、仕切り部材の外径側に第１空間（キャビティ）を形成し、この第１空間に第１シューボックスに装填された第１粉末を充填する。次いで、第２下パンチを下降させることにより仕切り部材の内径側に第２空間を形成し、この第２空間に第２シューボックスに装填された第２粉末を充填する。そして、仕切り部材を下降させた後、上パンチを下降させ、第１および第２粉末を同時に軸方向に圧縮する。これにより、例えば、外径側が高強度の第１粉末の圧縮成形層からなり、内径側が耐摩耗性に優れた第２粉末の圧縮成形層からなる二層構造の圧粉体が得られる。従って、この圧粉体を焼結すれば、外径側が高強度で、かつ内径面の耐摩耗性に優れた焼結金属製の機械部品（例えば、軸受や歯車）を得ることができる。要するに、特許文献１の技術手段を採用すれば、径方向における領域毎で特性の異なる焼結金属部品を容易に得ることができる。

特許文献１には、それぞれが独立して昇降可能な第１および第２仕切り部材を採用すると共に、それぞれが独立して昇降可能な第１〜第３下パンチを採用することにより、３つの圧縮成形層を径方向に積層してなる三層構造の圧粉体を成形することも記載されている。詳述すると、両仕切り部材および第２，第３下パンチを上昇位置に配置すると共に第１下パンチを下降位置に配置することにより、ダイと第１仕切り部材の間に形成した第１空間に第１粉末を充填し、その後、第２下パンチを下降移動させることによって両仕切り部材間に形成した第２空間に第２粉末を充填し、さらにその後、第３下パンチを下降移動させることによって第２仕切り部材とコアの間に形成した第３空間に第３粉末を充填する。そして、両仕切り部材を下降させた後に上パンチを下降させ、第１〜第３粉末を同時に軸方向に圧縮すると、三層構造の圧粉体が成形される。

なお、特許文献１の技術手段は、理論上、径方向に４つ以上の圧縮成形層を積層してなる圧粉体を成形する際にも適用できる。

特開２００５−９５９７９号公報

特許文献１に開示された技術手段は、多層構造の圧粉体、ひいては径方向における領域毎で異なる要求特性を同時に満足できる機械部品を比較的安価にかつ精度良く製造可能とする有益なものである。しかしながら、段階的にキャビティを形成して各原料粉末を充填するように構成されている関係上、サイクルタイムが長くなる他、成形金型の構造や動作制御が複雑化するという問題がある。

このような実情に鑑み、本発明の課題は、複数の圧縮成形層を径方向に積層してなる多層構造の圧粉体を効率良く、しかも低コストに成形可能とし、これを通じて、種々の要求特性を同時に満足することのできる焼結金属部品を低コストに製造可能とすることにある。

上記の課題を解決するために創案された本発明は、複数の圧縮成形層を径方向に積層してなる圧粉体を成形するための成形装置であって、内周にキャビティを形成する筒状のダイ、並びにキャビティに対して相対的に昇降移動する一対の上パンチおよび下パンチを有する成形金型と、それぞれが各圧縮成形層に成形される複数種の原料粉末をキャビティに充填する粉末充填ユニットと、を備え、粉末充填ユニットは、キャビティに対して挿脱可能に設けられ、キャビティへの挿入時に、複数種の原料粉末を圧粉体の径方向に相互に分離した状態でキャビティに充填可能とする仕切部材を備えることを特徴とする。なお、本発明でいう「圧粉体の径方向」とは、厳密に言うと“成形すべき圧粉体の径方向”である（以下同様）。

上記構成の成形装置であれば、複数の圧縮成形層を径方向に積層してなる圧粉体を成形するに際し、それぞれが各圧縮成形層に成形される複数種の原料粉末を圧粉体の径方向に相互に分離させた状態で成形金型のキャビティに同時に充填してから、上記相互分離状態を解除し、その後、複数種の原料粉末を同時に圧縮することができる。なお、ここでいう「相互分離状態」とは、厳密に言うと“複数種の原料粉末を径方向に相互に分離させた状態”である（以下同様）。

すなわち、上記の成形装置（および成形方法）によれば、（１）複数種の原料粉末が装填された単一の粉末充填ユニットに設けた仕切部材をキャビティに挿入（キャビティ内に配置）し、その状態で粉末充填ユニットから複数種の原料粉末を同時にキャビティに充填し、その後、（２）キャビティ内に配置した仕切部材をキャビティから離脱させる、という手順を踏むだけで、複数種の原料粉末を成形すべき圧粉体の径方向に積層させた状態でキャビティに充填することができる。要するに、本発明に係る技術手段を採用すれば、複数種の原料粉末を径方向に積層させた状態でキャビティに充填する際に、従来技術のように、複数のシューボックス（粉末充填ユニットに対応）を段階的に動作させて段階的に原料粉末をキャビティに充填したり、それぞれが独立して昇降移動する複数の下パンチや仕切部材を備えた成形金型を用い、かつ複数の下パンチや仕切部材を段階的に動作させたりする必要がなくなる。そのため、成形装置の動作開始〜キャビティへの粉末充填完了までに要する時間、ひいては圧粉体の成形１サイクル時間を大幅に短縮することができ、しかも成形装置を全体として簡素化およびコンパクト化することができる。従って、本発明によれば、複数の圧縮成形層を径方向に積層してなる多層構造の圧粉体を効率良く、しかも低コストに成形することができる。

上記の成形方法においては、キャビティが未形成の成形金型の外部に複数種の原料粉末を径方向に相互に分離した状態で配置した後、上記相互分離状態を維持したまま成形金型の可動側と静止側とを相対移動させることにより、キャビティの形成と、キャビティに対する複数種の原料粉末の同時充填とを同時進行させることができる。このようにすれば、原料粉末を滑らかにかつ効率良くキャビティに充填することができる。

上記の相互分離状態の解除作業は、（キャビティに充填すべき）複数種の原料粉末のうち、少なくとも一種の原料粉末をキャビティに補充可能な状態で実行するのが好ましい。相互分離状態の解除作業に伴って（仕切部材をキャビティから離脱させるのに伴って）キャビティ内に形成されるスペースを原料粉末で満たし、所定密度の圧粉体を成形可能とするためである。

上記構成の成形装置においては、ダイの内周に配置され、圧粉体の内径面を成形するコアを有する成形金型を採用しても良い。このようにすれば、筒状の圧粉体を成形することが可能となる。

上記構成の成形装置では、粉末充填ユニットが、複数種の原料粉末をキャビティに充填可能な充填位置と、キャビティに対して径方向に離間した退避位置との間を相互に移動するように構成することができる。これにより、粉末充填ユニットと上パンチの干渉に伴う装置故障を確実に防止することができる。

ところで、以上の構成を有する成形装置においては、粉末充填ユニットから複数種の原料粉末をキャビティに充填する際（粉末充填ユニットが充填位置に位置する際）に、粉末充填ユニットと上パンチが干渉するのを回避する必要があることから、粉末充填プロセスの実行中におけるダイの上面と上パンチの下面との間の上下方向離間距離は十分に確保しておく必要がある。しかしながら、粉末充填プロセスの実行完了後には、上パンチを下パンチに対して相対的に接近移動させて、キャビティに充填された原料粉末を上パンチと下パンチとで圧縮する粉末圧縮プロセスを実行する必要があることから、粉末充填プロセスの実行中における上記の上下方向離間距離があまりに大きいと、上パンチを昇降移動させる（上パンチに下向きの加圧力を付与する）ためのプレスユニットとして、上下方向のストローク量が大きい大型のプレスユニットを用いる必要が生じる。

そこで、上記の成形装置として、上パンチを昇降可能に保持した昇降ユニットをさらに有するものを用い、この昇降ユニットに、上パンチに、下パンチとの間でキャビティ内の原料粉末を圧縮するための加圧力を付与可能な加圧位置と、上パンチに上記加圧力を付与しない加圧不可位置との間を相互に移動する可動スペーサを設け、可動スペーサを、上パンチの下降移動に伴って上記加圧不可位置から上記加圧位置に移動し、上パンチの上昇移動に伴って上記加圧位置から上記加圧不可位置に移動するように構成する。

このようにすれば、適当な上下方向寸法を有する可動スペーサを選択使用することにより、粉末充填プロセスの実行中には、ダイと上パンチの間に上パンチと粉末充填ユニットが干渉しないだけの上下方向離間距離（大きな空間）を確保することができる一方で、粉末圧縮プロセスを実行する際に必要となる、上パンチの上下方向におけるストローク量を小さくすることができる。従って、上パンチを下方に加圧するためのプレスユニット、ひいては成形装置がむやみに大型化するのを回避することができる。

可動スペーサは、圧粉体の径方向に進退移動することにより、上記加圧位置と上記加圧不可位置との間を相互に移動するものとすることができる。このようにすれば、可動スペーサを上記二位置間で相互に移動させるための駆動機構として、エアシリンダ等の簡素な構造のものを採用することができる。

昇降ユニットには、可動スペーサの上記二位置間での相互移動を案内する案内部材をさらに設けても良い。このようにすれば、可動スペーサを所定の加圧位置に正確に案内移動させることができるので、キャビティに充填された原料粉末を適切に圧縮することができる。

以上から、本発明によれば、複数の圧縮成形層を径方向に積層してなる多層構造の圧粉体を効率良く、しかも低コストに成形することが可能となる。

本発明に係る成形方法で成形した圧粉体を焼結してなる焼結金属部品の一例であり、（ａ）図および（ｂ）図は、それぞれ、同焼結金属部品の縦断面図および横断面図である。 本発明の実施形態に係る圧粉体の成形装置の部分断面を含む正面図であって、同成形装置の初期状態を示す図である。 上記の成形装置において、粉末充填ユニットが充填位置に移動した状態を示す図である。 上記の成形装置において、キャビティに原料粉末を充填している状態を示す図である。 上記の成形装置において、キャビティへの粉末充填が完了した状態を示す図である。 上記の成形装置において、キャビティへの粉末充填完了後に粉末充填ユニットが退避位置に移動した状態を示す図である。 上記の成形装置を、図６中に示す矢印Ｙ方向から見たときの平面図である。 上記の成形装置において、原料粉末の圧縮プロセスが開始された直後の状態を示す図である。 上記の成形装置において、原料粉末の圧縮プロセスがある程度進行した状態を示す図である。 上記の成形装置において、原料粉末の圧縮状態を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１（ａ）および図１（ｂ）のそれぞれに、焼結金属部品（焼結金属製の機械部品）の一種である焼結軸受１の縦断面図および横断面図を示す。同図に示す焼結軸受１は、例えば油圧ショベル車やブルドーザ等の建設機械のアーム同士を回転可能に連結する関節部での使用に適合するものであり、内径側に配置され、内径面２ａに軸受面Ａを有する円筒状の軸受層２と、外径側に配置され、外径面３ａに図示しない被取付け部材（アーム）に対する取り付け面Ｂを有する円筒状のベース層３とを互いに接触させた状態で一体に有する。

この焼結軸受１の内部気孔には、潤滑油等の潤滑剤を含浸させることができる。これにより、軸受面Ａの摩耗が抑制あるいは防止される。焼結軸受１全体の含油率は、例えば１０〜２５ｖｏｌ％とし、好ましくは１５〜２５ｖｏｌ％とする。含油率が１０ｖｏｌ％を下回ると、所望の潤滑特性を長期間に亘って安定的に維持・発揮することができず、含油率が２５ｖｏｌ％を上回ると、内部気孔率が高まる関係上、焼結軸受１に必要とされる機械的強度を確保することができない可能性がある。

以上で説明した焼結軸受１は、内径側の軸受層２と外径側のベース層３とで金属組成が異なっている。軸受層２は、内径面２ａに設けられる軸受面Ａの摺動特性を高める観点から、例えば、銅を１０〜３０質量％含み、残部の大半が鉄で構成される。一方、外径面３ａに被取付け部材に対する取り付け面Ｂを有するベース層３は、高い機械的強度を具備している必要があるので、その大半が鉄で構成される。

以上の構成を有する焼結軸受１は、主に、圧粉体１’（図１０参照）を得る圧縮成形工程と、圧粉体１’を焼結して焼結体を得る焼結工程と、焼結体の内部気孔に潤滑油等の潤滑剤を含浸させる含油工程とを順に経ることで製造される。以下、本発明に係る技術手段が適用される圧縮成形工程を中心に、各工程の実施態様について詳細に述べる。

圧縮成形工程は、焼結軸受１の形状に概ね対応した円筒状の圧粉体１’（図１０を参照）を得る工程であり、より具体的には、焼結工程を経ることでそれぞれが円筒状の軸受層２およびベース層３になる第１および第２の圧縮成形層２’，３’を一体に備えた圧粉体１’を得る工程である。この圧粉体１’は、第１の圧縮成形層２’に成形される第１粉末Ｍ１と第２の圧縮成形層３’に成形される第２粉末Ｍ２とを同時に圧縮することで得られる。以下、この圧縮成形工程について、図面（図２〜図１０）を参照しながら説明する。

まず、図２，図３および図６に基づき、圧縮成形工程で使用する成形装置１０の概要を説明する。成形装置１０は、主に、成形金型１１と、粉末充填ユニット２０と、成形金型１１の上パンチ１３を昇降可能に保持した昇降ユニット３０と、昇降ユニット３０を昇降移動させる図示外のプレスユニットとを備える。

成形金型１１は、内周にキャビティ１６（図４等を参照）を形成する（圧粉体１’の外径面を成形する）円筒状のダイ１１と、ダイ１１の内周に配され、圧粉体１’の内径面を成形するコア１５と、圧粉体１’の上端面および下端面を成形する一対の上パンチ１３および下パンチ１４とを備え、上パンチ１３および下パンチ１４は、ダイ１２およびコア１５に対して相対的に昇降移動する。本実施形態の成形金型１１は、ダイ１２およびコア１５、並びに昇降ユニット３０に保持された上パンチ１３が可動側を構成し、下パンチ１４が静止側を構成する。ダイ１２は、昇降駆動される第１の昇降テーブル１７に保持されており、コア１５は、第１の昇降テーブル１７（ダイ１２）と共に昇降駆動される。

図３に示すように、粉末充填ユニット２０は、ケーシング２１と、ケーシング２１の内周に配置され、ケーシング２１の内部空間を内側収容部２５ａと外側収容部２５ｂに区分する仕切部材２２と、仕切部材２２をケーシング２１、さらには成形金型１１のキャビティ１６に対して挿脱可能に支持した支持機構とを備え、支持機構は、主に、仕切部材２２の上端部を支持した支持部材２３と、ケーシング２１と支持部材２３の間に配設された一対の昇降用シリンダ２４，２４とで構成される。ケーシング２１および仕切部材２２の双方は、下端が開口した筒状体で形成される。内側収容部２５ａおよび外側収容部２５ｂには、それぞれ、第１の圧縮成形層２’に成形される第１粉末Ｍ１および第２の圧縮成形層３’に成形される第２粉末Ｍ２が装填される。内側収容部２５ａの容積は、キャビティ１６のうち、第１粉末Ｍ１を充填すべき内径側領域の容積よりも大きく設定され、また、外側収容部２５ｂの容積は、キャビティ１６のうち、第２粉末Ｍ２を充填すべき外径側領域の容積よりも大きく設定されている。

ここで、本実施形態で使用する第１粉末Ｍ１は、軸受層２に対応して、例えば１０〜３０質量％の銅粉を含み、残部の大半を鉄粉とした銅粉と鉄粉の混合粉末で構成される。一方、第２粉末Ｍ２は、ベース層３に対応して、その略全体が鉄粉で構成される。

昇降シリンダ２４が、図３に示す伸長限にある状態において、ケーシング２１の下端と仕切部材２２の下端とは同一平面上に位置している。また、昇降シリンダ２４が短縮動作すると、仕切部材２２およびケーシング２１が下向きに加圧されるようになっている。

以上の構成を有する粉末充填ユニット２０は、内側収容部２５ａに装填された第１粉末Ｍ１、および外側収容部２５ｂに装填された第２粉末Ｍ２をキャビティ１６に対して同時に充填可能な充填位置と、キャビティ１６に対して径方向に離間した退避位置との間を相互に移動するように構成されている。内側収容部２５ａおよび外側収容部２５ｂのそれぞれには図示しない粉末供給管が接続されており、粉末充填ユニット２０が１サイクル動作（退避位置から充填位置に移動してキャビティ１６に第１および第２粉末Ｍ１，Ｍ２を充填し、その後充填位置から退避位置に移動）した後には、粉末供給管を介して内側収容部２５ａおよび外側収容部２５ｂのそれぞれに所定量の第１粉末Ｍ１および第２粉末Ｍ２が自動的に供給（補給）される。

昇降ユニット３０は、上パンチ１３を昇降可能に保持した第２の昇降テーブル３１と、第２の昇降テーブル３１を上下に案内移動させる一対の支柱３２，３２（以上、例えば図２を参照）と、図示外のプレスユニットから付与される下向きの加圧力を上パンチ１３に伝達する加圧力伝達手段４０（図６等を参照）と、第２の昇降テーブル３１の上側に配置された支持テーブル３４とを備え、第２の昇降テーブル３１は、一対の昇降用シリンダ（例えば、エアシリンダ）３３，３３を介して支持テーブル３４に支持されている。なお、この成形装置１０が具備する図示外のプレスユニットは、支持テーブル３４の上側に配置されている。

図６および図８−１０に示すように、加圧力伝達手段４０は、主に、上パンチ１３と同軸に配設され、支持テーブル３４に取り付け固定された加圧部材４１と、一対の可動スペーサ４２，４２と、可動スペーサ４２，４２のそれぞれを成形すべき圧粉体１’の径方向（水平方向）に進退移動させる一対のエアシリンダ４３，４３とで構成され、第２の昇降テーブル３１の上面には、可動スペーサ４２，４２の進退移動を案内する案内部材４４が固定されている。

図７に示すように、一対の支柱３２，３２は、平面視した第２の昇降テーブル３１の中心（加圧部材４１の軸心位置）を通って延びる一の対角線上に対称に配置されており、また、一対の昇降用シリンダ３３，３３は、平面視した第２の昇降テーブル３１の中心を通って延びる他の対角線上に対称に配置されている。

各可動スペーサ４２は、上パンチ１３に、下パンチ１４との間でキャビティ１６内に充填された粉末Ｍ１，Ｍ２を同時に圧縮するための加圧力を付与（伝達）可能な加圧位置（図９，１０を参照）と、上パンチ１３に上記加圧力を付与しない加圧不可位置（図６および図８を参照）との間を相互に移動するように構成されている。より詳細には、上パンチ１３（昇降ユニット３０）が上死点にある状態から下降移動するのに伴ってエアシリンダ４３のロッド部４３ａが伸長動作し、可動スペーサ４２が上記の加圧不可位置から加圧位置へと移動する（図６および図８−１０参照）。これとは反対に、上パンチ１３（昇降ユニット３０）が下死点にある状態から上昇移動するのに伴ってエアシリンダ４３のロッド部４３ａが短縮動作し、可動スペーサ４２が上記の加圧位置から加圧不可位置へと移動する。

成形装置１０は主に以上の構成を有し、以下の手順を踏むことで圧粉体１’を自動的に成形する。

まず、図２に示すように、ダイ１２、下パンチ１４およびコア１５の上端面を同一平面上に位置させた状態（成形金型１１にキャビティ１６が形成されていない状態）で、退避位置に位置している粉末充填ユニット２０を、キャビティ１６に対して粉末Ｍ１，Ｍ２を充填可能な充填位置（キャビティ１６と同軸位置）に移動させる（図３参照）。このとき、ケーシング２１を含む粉末充填ユニット２０は、図示しない押付機構により下方に加圧されつつ移動され、充填位置にてケーシング２１の下端がダイ１２（第１の昇降テーブル１７）の上端面に押し付けられつつ停止する。また、このとき、上パンチ１３を昇降可能に保持した昇降ユニット３０は例えば作動しておらず、略上死点に位置している。詳細な図示は省略しているが、粉末充填ユニット２０が充填位置まで移動した後、昇降用シリンダ２４が所定量短縮動作する。これにより、仕切部材２２が下方に加圧され、仕切部材２２の下端が下パンチ１４の上端面に押し付けられる。

図３に示すように、充填位置まで移動した粉末充填ユニット２０の内部空間には、第１粉末Ｍ１および第２粉末Ｍ２が成形すべき圧粉体１’の径方向に相互に分離した状態で装填されている。つまり、キャビティ１６が未形成の成形金型１１の外部に、第１および第２粉末Ｍ１，Ｍ２が圧粉体１’の径方向に相互に分離した状態で配置される。なお、内側収容部２５ａおよび外側収容部２５ｂの少なくとも一方には、キャビティ１６の内径側領域および外径側領域のそれぞれに充填すべき第１および第２粉末Ｍ１，Ｍ２の量よりも多量の原料粉末が装填されている。

次いで、図４に示すように、第１の昇降テーブル１７を上昇移動させ、ダイ１２およびコア１５を下パンチ１４に対して上昇移動させる。また、これと同時に、粉末充填ユニット２０の昇降用シリンダ２４を短縮動作させてケーシング２１のみを上昇移動させる。すなわち、ダイ１２およびコア１５を、下パンチ１４および仕切部材２２に対して上昇移動させる。これにより、仕切部材２２の下端が下パンチ１４の上端面に押し付けられた状態で成形金型１１にキャビティ１６が徐々に形成されるのと同時に、第１粉末Ｍ１および第２粉末Ｍ２が成形すべき圧粉体１’の径方向に相互に分離した状態でキャビティ１６の内径側領域および外径側領域に充填される。

上記のように、キャビティ１６が未形成の成形金型１１の外部に両粉末Ｍ１，Ｍ２を成形すべき圧粉体１’の径方向に相互に分離した状態で配置した後、上記相互分離状態を維持したまま成形金型１１の可動側と静止側とを相対移動させることにより、キャビティ１６の形成と、キャビティ１６に対する両粉末Ｍ１，Ｍ２の同時充填とを同時進行させるようにすれば、キャビティ１６への粉末充填作業を滑らかにかつ効率良く行うことができる。

以上のようにしてキャビティ１６に両粉末Ｍ１，Ｍ２が充填された後、粉末充填ユニット２０の昇降用シリンダ２４を伸長動作させて、仕切部材２２をキャビティ１６から離脱させる（図５参照）。すなわち、両粉末Ｍ１，Ｍ２の成形すべき圧粉体１’の径方向における相互分離状態を解除する。これにより、キャビティ１６内で第１粉末Ｍ１と第２粉末Ｍ２とが接触する。このとき、前述したように、粉末充填ユニット２０の内側収容部２５ａおよび外側収容部２５ｂの少なくとも一方には、キャビティ１６の内径側領域および外径側領域のそれぞれに充填すべき第１粉末Ｍ１および第２粉末Ｍ２の量よりも多量の粉末が装填されている（すなわち、上記の相互分離状態の解除作業が、キャビティ１６に充填すべき複数種の原料粉末のうち、少なくとも一種の原料粉末を補充可能な状態で実行される）ことから、仕切部材２２がキャビティ１６から離脱されることで形成されたスペースに、両収容部２５ａ，２５ｂの何れか一方又は双方に装填されていた粉末が充填される。これにより、ダイ１１の内径面、コア１５の外径面および下パンチ１４の上端面で区画形成されるキャビティ１６が、第１粉末Ｍ１および第２粉末Ｍ２で満たされた状態となるので、所定密度の圧粉体１’を成形することができる。そして、図６に示すように、粉末充填ユニット２０を、充填位置から退避位置に移動させる。

次に、昇降ユニット３０（上パンチ１３）を下降させて、上パンチ１３と下パンチ１４との間でキャビティ１６に充填された第１および第２粉末Ｍ１，Ｍ２を同時に圧縮し、第１粉末Ｍ１が圧縮成形されてなる第１の圧縮成形層２’と、第２粉末Ｍ２が圧縮成形されてなる第２の圧縮成形層３’とからなる圧粉体１’を成形する。

ここで、本実施形態の成形装置１０では、上パンチ１３（昇降ユニット３０）の下降移動、すなわちキャビティ１６に充填された第１および第２粉末Ｍ１，Ｍ２の圧縮が以下のようにして行われる。

まず、図示外のプレスユニットによって支持テーブル３４が下方に加圧され始めると、図８に示すように、昇降用シリンダ３３のロッド部３３ａが伸長動作することにより、可動スペーサ４２，４２の上端面が加圧部材４１の下端面よりも下側に位置するように、第２の昇降テーブル３１が（急速に）下降移動する。次いで、図９に示すように、一対のエアシリンダ４３，４３のロッド部４３ａが伸長動作し、両可動スペーサ４２，４２が加圧部材４１の下側に配置される（図示例では、両可動スペーサ４２，４２の内側面同士が上パンチ１３および加圧部材４１の軸心位置で衝合している）。これにより、可動スペーサ４２，４２は、上パンチ１３に、下パンチ１４との間でキャビティ１６内に充填された第１および第２粉末Ｍ１，Ｍ２を圧縮するための加圧力を付与（伝達）しない加圧不可位置から、上記加圧力を付与（伝達）可能な加圧位置に移動することになる。そして、この状態を保持したまま、プレスユニットによって支持テーブル３４がさらに下方に加圧されると、加圧部材４１の下端面が可動スペーサ４２，４２の上端面に当接し、プレスユニットからの加圧力が、支持テーブル３４、加圧部材４１、可動スペーサ４２，４２および第２の昇降テーブル３１を介して上パンチ１３に伝達される。これにより、上パンチ１３と下パンチ１４とで第１および第２粉末Ｍ１，Ｍ２が同時に圧縮され、第１の圧縮成形層２’および第２の圧縮成形層３’を径方向に積層してなる圧粉体１’が成形される（図１０を参照）。

図示は省略するが、圧粉体１’の成形後には、以上で述べた手順と逆の手順で昇降ユニット３０を上昇移動させながら、下パンチ１４に対してダイ１２（第１の昇降テーブル１７）およびコア１５を下降移動させることにより、成形金型１１のキャビティ１６から圧粉体１’が取り出される。そして、昇降ユニット３０（上パンチ１３）が上死点まで移動すると、圧粉体１’の成形１サイクル動作が完了する。なお、キャビティ１６から取り出された圧粉体１’は、後続の圧粉体１’の成形１サイクル動作が開始されて粉末充填ユニット２０が退避位置から充填位置に移動するのに伴って、成形装置１外に払い出される。

以上のようにして得られた圧粉体１’は、図示しない焼結工程において所定の条件で加熱・焼結されることにより焼結体となる。圧粉体１’の焼結時、第１の圧縮成形層２’は、第２の圧縮成形層３’に接した状態で第２の圧縮成形層３’と共に焼結されるため、圧粉体１’を焼結すると、軸受層２とベース層３とが一体化した焼結体を得ることができる。

焼結工程で得られた焼結体は、必要に応じてサイジング等による寸法矯正が行われた上で、含油工程で内部気孔に潤滑油等の潤滑剤が含浸される。これにより、図１に示す焼結軸受１が完成する。

以上で説明したように、本発明に係る圧粉体１’の成形装置１０は、成形金型１１のキャビティ１６に対して挿脱可能に設けられ、キャビティ１６への挿入時に、複数種の原料粉末（第１および第２粉末Ｍ１，Ｍ２）を圧粉体１’の径方向に相互に分離した状態でキャビティ１６に充填可能とする仕切部材２２を備えた粉末充填ユニット２０を具備している。

このような構成の成形装置１０であれば、（１）第１および第２粉末Ｍ１，Ｍ２が装填された単一の粉末充填ユニット２０に設けた仕切部材２２をキャビティ１６に挿入（キャビティ１６内に配置）し、その状態で粉末充填ユニット２０内に装填された両粉末Ｍ１，Ｍ２を同時にキャビティ１６に充填し、その後、（２）キャビティ１６内に配置した仕切部材２２をキャビティ１６から離脱させる、という手順を踏むだけで、両粉末Ｍ１，Ｍ２を成形すべき圧粉体１’の径方向に積層させた状態でキャビティ１６に充填することができる。

要するに、本発明に係る技術手段を採用すれば、両粉末Ｍ１，Ｍ２を成形すべき圧粉体１’の径方向に積層させた状態でキャビティ１６に充填する際に、従来技術のように、複数のシューボックス（粉末充填ユニット２０に対応）を段階的に動作させて段階的に原料粉末をキャビティに充填したり、それぞれが独立して昇降移動する複数の下パンチや仕切部材を備えた成形金型を用い、かつ複数の下パンチや仕切部材を段階的に動作させたりする必要がなくなる。そのため、成形装置１０の動作開始〜キャビティ１６への粉末充填完了までに要する時間、ひいては圧粉体１’の成形１サイクル時間を大幅に短縮することができ、しかも成形装置１０を全体として簡素化およびコンパクト化することができる。

また、本発明に係る成形装置１０では、上パンチ１３を昇降可能に保持した昇降ユニット３０として、上パンチ１３に、下パンチ１４との間でキャビティ１６内に充填された粉末Ｍ１，Ｍ２を圧縮するための加圧力を付与（伝達）可能な加圧位置と、上パンチ１３に上記加圧力を付与しない加圧不可位置との間を相互に移動する可動スペーサ４２を有するものを用い、かつ可動スペーサ４２を、上パンチ１３（第２の昇降テーブル３１）の下降移動に伴って上記加圧不可位置から上記加圧位置に移動し、上パンチ１３の上昇移動に伴って上記加圧位置から上記加圧不可位置に移動するように構成した。

このような構成を採用すれば、適当な上下方向寸法を有する可動スペーサ４２を選択使用することにより、粉末充填プロセスの実行中には、ダイ１２と上パンチ１３の間に上パンチ１３（の下端面）と粉末充填ユニット２０（の上端部）が干渉しないだけの上下方向離間距離（大きな空間）を確保することができる一方で、粉末圧縮プロセスを実行する際に必要となる、上パンチ１３の上下方向におけるストローク量を小さくすることができる。従って、上パンチ１３（昇降ユニット３０）を下方に加圧するためのプレスユニット、ひいては成形装置１０がむやみに大型化するのを回避することができる。さらに言えば、既存の成形装置（例えば、単層構造の圧粉体を成形するための成形装置）を用いて多層構造の圧粉体１’を成形することができる。

また、可動スペーサ４２を、圧粉体１’の径方向に進退移動させることにより、上記加圧位置と上記加圧不可位置との間を相互に移動するようにしたので、可動スペーサ４２を上記二位置間で相互に移動させるための駆動機構として、エアシリンダ４３等の簡素な構造のものを採用することができる。

さらに、昇降ユニット３０には、可動スペーサ４２の上記二位置間での相互移動を案内する案内部材４４をさらに設けたので、可動スペーサ４２を所定の加圧位置に正確に案内移動させることができる。従って、キャビティ１６に充填された第１および第２粉末Ｍ１，Ｍ２を適切に圧縮することができる。

以上のことから、本発明によれば、複数の圧縮成形層（以上では第１の圧縮成形層２’および第２の圧縮成形層３’）を径方向に積層してなる多層構造の圧粉体１’を効率良く、しかも精度良く成形することができる。

以上、本発明の実施形態に係る圧粉体１’の成形装置１０および成形方法について説明を行ったが、成形装置１０および成形方法には、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜の変更を施すことができる。

例えば、以上で述べた成形装置１０では、ダイ１２およびコア１５が可動側を構成し、下パンチ１４が静止側を構成する成形金型１１を使用したが、これとは逆に、下パンチ１４が可動側を構成し、ダイ１２およびコア１５が静止側を構成する成形金型１１を使用することもできる。

また、図示は省略するが、可動スペーサ４２は、成形すべき圧粉体１’の径方向に分割されたものではなく、単一部材で構成することも可能である。

また、以上で説明した実施形態では、中空（円筒状）の焼結軸受１になる圧粉体１’を成形するに際して、本発明に係る成形装置１０（および成形方法）を採用しているが、本発明に係る成形装置１０は、中実の圧粉体を成形する際にも好ましく用いることができる。すなわち、中実の圧粉体を成形する際には、成形金型１１として、コア１５が省略されたものを用いれば良い。これに関連して、本発明に係る成形装置１０は、焼結軸受以外の焼結金属部品（例えば、ギヤやカム等）になる圧粉体を成形する際にも好ましく用いることができる。

また、以上で説明した実施形態では、第１の圧縮成形層２’と第２の圧縮成形層３’とが径方向に積層されてなる二層構造の圧粉体１’を成形するに際して本発明に係る成形装置１０（および成形方法）を採用しているが、本発明に係る成形装置１０は、径方向に３つ以上の圧縮成形層が積層されてなる圧粉体１’を成形する際にも好ましく適用することができる。例えば、三層構造の圧粉体１’を成形する際には、図示は省略するが、粉末充填ユニット２０として、キャビティ１６（およびケーシング２１）に対して挿脱可能に設けられ、キャビティ１６への挿入時に、３種の原料粉末を径方向に相互に分離した状態でキャビティ１６に充填可能とする仕切部材２２を具備したもの（換言すると、ケーシング２１の内部空間を３つの空間に区分し、かつキャビティ１６およびケーシング２１に対して挿脱可能に設けられた仕切部材２２を具備したもの）を用いれば良い。

本発明に係る技術手段は、複数種の原料粉末を成形すべき圧粉体の径方向に積層させた状態で充填するプロセスを、以上で説明したような単一のプロセスを経るだけで実施可能としたことに特徴があることから、三層以上の多層構造の圧粉体１’を成形する際に適用すれば、三層以上の多層構造の圧粉体１’を従来方法に比べ、大幅に効率良く、しかも低コストに成形することができる。

１ 焼結軸受
１’ 圧粉体
２ 軸受層
２’ 第１の圧縮成形層
３ ベース層
３’ 第２の圧縮成形層
１０ 成形装置
１１ 成形金型
１２ ダイ
１３ 上パンチ
１４ 下パンチ
１５ コア
１６ キャビティ
２０ 粉末充填ユニット
２２ 仕切部材
３０ 昇降ユニット
４０ 加圧力伝達手段
４２ 可動スペーサ
４３ エアシリンダ
４４ 案内部材
Ａ 軸受面
Ｂ 取り付け面
Ｍ１ 第１粉末
Ｍ２ 第２粉末

Claims (5)

1. 複数の圧縮成形層を径方向に積層してなる圧粉体を成形するための方法であって、
   それぞれが各圧縮成形層に成形される複数種の原料粉末を前記圧粉体の径方向に相互に分離させた状態で成形金型のキャビティに同時に充填してから、前記相互分離状態を解除する粉末充填プロセスを実行し、その後、この粉末充填プロセスを実行した粉末充填ユニットをキャビティに対して径方向に離間した退避位置に移動させてから、成形金型に設けられた一対の上パンチおよび下パンチをキャビティに対して相対的に昇降移動させて複数種の原料粉末を同時に圧縮する粉末圧縮プロセスを実行することにより、前記圧粉体を成形するに際し、
   上パンチを昇降可能に保持した昇降ユニットに、該昇降ユニットの上側に配置されたプレスユニットから付与される下向きの加圧力を上パンチに付与可能な加圧位置と、上パンチに前記加圧力を付与しない加圧不可位置との間を相互に移動する可動スペーサを設け、
   前記粉末圧縮プロセスの実行時には、上パンチの下降移動に伴って前記可動スペーサを前記加圧不可位置から前記加圧位置に移動させ、上パンチと上パンチと同軸に配置された加圧部材との間に前記可動スペーサを配置することにより、キャビティ内の原料粉末を上パンチと下パンチとの間で圧縮し、その後、上パンチの上昇移動に伴って前記可動スペーサを前記加圧位置から前記加圧不可位置に移動させ、前記可動スペーサを前記加圧部材の径方向外側に配置することにより、内周にキャビティを形成する筒状のダイの上端面と上パンチの下端面との上下方向離間距離を前記可動スペーサが前記加圧位置に位置したときよりも大きくすることを特徴とする圧粉体の成形方法。
2. キャビティが未形成の成形金型の外部に複数種の原料粉末を前記圧粉体の径方向に相互に分離した状態で配置した後、前記相互分離状態を維持したまま成形金型の可動側と静止側とを相対移動させることにより、キャビティの形成と、キャビティへの複数種の原料粉末の同時充填とを同時進行させる請求項１に記載の圧粉体の成形方法。
3. 上パンチおよび前記ダイが前記可動側を構成し、下パンチが前記静止側を構成する請求項２に記載の圧粉体の成形方法。
4. 複数種の原料粉末のうち、少なくとも一種の原料粉末をキャビティに補充可能な状態で、前記相互分離状態を解除する請求項１〜３の何れか一項に記載の圧粉体の成形方法。
5. 内径面に軸受面を有する円筒状の軸受層と、該軸受層の外径側に配置された円筒状のベース層とを互いに接触させた状態で一体に有する焼結軸受の製造方法であって、
   焼結工程を経ることにより、それぞれが前記軸受層および前記ベース層になる第１および第２の圧縮成形層を一体に備えた圧粉体を得る圧縮成形工程を含み、該圧縮成形工程で前記圧粉体を得るにあたり請求項１〜４の何れか一項に記載の成形方法を適用した焼結軸受の製造方法。

Images