JPH08500391A - プレス装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ２つ以上の個別に圧縮成形された層から成る粉末冶金物品を製造する方法および装置が説明されている。本装置は粉末を少なくとも１つ金型キャビティに堆積する複数の粉末堆積手段を含み、粉末堆積手段数は少なくとも圧縮成形される物品における異なる粉末組成の数に対応し、前記装置はさらに第１プレスラムに対して移動可能な雌型を有する金型組立体、機械的に駆動される第２プレスラム、前記第２プレスラムを駆動するための手段、および前記雌型、前記第１プレスラム、機械的に駆動される前記第２プレスラムおよび前記粉末堆積手段をこれらが同期して動作するように制御する制御システム手段を含み、前記制御システム手段は比例駆動手段を介してプレス装置によって駆動される角度カウンタを含み、角度カウンタの１サイクルが必要とされるプレス圧縮成形ストロークの回数に対応していることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】 プレス装置 本発明は焼結材料、その製造方法、およびその製造方法を実施するためのプレ ス装置に関する。 粉末冶金法により製造され、焼結前または焼結後に、２つの異なる層が形成さ れる物品は公知である。US-A-4 485 147は、内燃機関用の弁座インサートの製造 について述べている。この弁座インサートは２種類の粉末混合物を用いて作られ ており、一方の混合物は鉄をベースとする基材となる粉末で、他方の混合物は前 記の鉄ベース粉末への溶浸を目的とした銅ベースの材料である。先ず鉄ベースの 粉末層を粉末圧縮成形用の金型に充填し、次に銅ベースの粉末層を充填し、これ ら２層を同時に圧縮成形して比較的拡散した界面を有する未焼結体を形成する。 次に、圧縮成形された未焼結体は、銅ベースの層が溶融して鉄ベースの層に浸透 する温度で焼結される。この方法の重大な問題点は、焼結前の２層間の界面にお いて必然的に拡散が生じて界面の形成が不明確となり、最終焼結製品の表面品質 が悪くなり、焼結後の機械加工により比較的大量の金属を除去する必要があるこ とである。 他にも２層物品が提案されている。EP-A-0 283 464は内燃機関におけるバルブ の作動用ロッカアームについて述べている。このロッカアームは、粉末圧縮成形 と焼結 により製造された硬い耐摩耗材層から成り、さらに、その上に第２の鉄ベース粉 末を圧縮成形・焼結して本体を形成する。この物品は、硬い耐摩耗材層を先ず作 成し、次にそれを金型に入れてその上に本体を形成する２段階の工程で製造され る。特殊な方法によって、前もって形成した耐摩耗層に溝またはくぼみを形成し 、これによって、引き続いて圧縮成形される本体に対する機械的なキー止めを行 う。 EP-A-0 130 604は内燃機関用の２層弁座インサートの製造について述べている 。所定の物理的、機械的性質を有する異なる鉄ベースの粉末から成る２層の弁座 インサートで、粉末は個々に圧縮成形されて重ね合され、次に一緒に焼結される 。 従来、そのような複合体の圧縮成形は、油圧プレスによるプレス加工によって いた。金型やプレスラムの動きを高度なマイクロプロセッサ制御システムで制御 するようにした油圧プレスは、複合プレス動作を比較的容易に実行できる。しか し、そのようなプレスや制御システムは共に高価で、動作が遅い。 純機械的なプレスは動作が早く、比較的低価格ではあるが、上述の複合２重層 を有する型物品の製造に対しては、比較的柔軟性に乏しかった。 油圧動作は制御し易いという利点と、機械的プレスのプレス動作の繰り返し速 度が速いという利点とを組合わせることが知られている。これは、軸方向に移動 可能な プレス型プレート上に搭載された雌型を使用し、型と型プレートを固定下部プレ スラムに対して移動可能とし、さらに機械的に作動される頂部プレスラムを使用 することによって実現される。このハイブリッドプレスでは、油圧動作と機械動 作の両方の利点を組合わせることができる。 本発明の目的は、油圧プレスの汎用性と制御性を有し、かつ機械プレスの繰り 返し動作の高速性を有するプレス装置を提供することである。 本発明の別の目的は、公知の方法よりも経済的な粉末冶金法による多層物品の 製造方法を提供することである。 本発明の第１の様相によれば、任意の焼結作業に先立って別々に圧縮成形され る少なくとも２つの異なる層を有する物品を粉末冶金法によって製造する方法が 提供される。この方法は、金属粉末を金型キャビティ内に順次堆積する工程と、 前記粉末の堆積と前記金型キャビティ内の前記粉末を圧縮成形する粉末圧縮成形 手段とを同期制御する工程とを含み、前記金型から物品を排出する前の最終圧縮 成形ストロークに先立って、少なくとも１つの粉末層に対しての少なくとも１回 の中間圧縮成形ストロークが行われ、さらに、粉末圧縮成形手段は少なくとも１ つの機械的に駆動されるラムを含む。 金型キャビティ内への粉末の堆積とその粉末の圧縮成形の順序は変更してもよ い。例えば、第１の化学成分の粉末を金型キャビティ内に堆積させ、続いてそれ を圧縮 成形し、そして第２の成分の粉末を第１化学成分の粉末の上に重ねて圧縮成形し てもよい。別の方法としては、金型キャビティ内に第１の粉末層を堆積させた後 で第２の粉末層を堆積し、その後これら２つの層を同時に圧縮成形するようにし てもよい。前者の場合、２つの層間に界面を明確に形成できる。この様にして形 成される界面は、例えば、第２の粉末層が銅ベースの溶浸材で、明確に形成され た面が焼結作業後も残る場合に望ましい種類の界面である。後者の場合、より拡 散した、明確でない界面が形成されるため、構造部品における２層間の機械的結 合強度や一体化の観点からは望ましい種類の界面である。 各種の変更を多層部品に加えてもよい。例えば、物品は３層以上でもよく、上 記した２種類の界面を有してもよい。具体的には、プレスしたままの未焼結体は 、例えば、２つの鉄ベース層を有し、この鉄ベース層は、機械的強度の理由から 形成される拡散型の界面と、中間圧縮成形ストロークにより形成される平面型の 界面とを有する。この場合、第３層が銅ベースの溶浸材となる。 対象となる物品は金属層を有するもののみに限定されるものではなく、金属層 に加え、あるいは、金属層の代わりにセラミックス、化学材料または他の非鉄材 料から成る層を含んだ物品も考えられる。 また、物品の圧縮成形も、任意の段階における圧縮成形の程度に関して順次段 階的に行ってもよい。例えば、 金型内に堆積された第１粉末は、第２粉末層を堆積する前の段階では非常に軽く 圧縮成形するだけに留め、最終圧縮成形ストロークを加えることにより、両方の 粉末層を同時に効果的に圧縮成形する。最初の軽い圧縮成形ストロークは、異な る粉末層、即ち異なる領域間に界面を明確に生成する。 本発明の第２の様相によれば、プレス装置が提供される。このプレス装置は、 少なくとも１つの金型キャビティ内に粉末を堆積するための多数の粉末堆積手段 を含み、この多数の粉末堆積手段数は、圧縮成形される物品における少なくとも 異なる粉末組成の数に対応している。さらに本プレス装置は第１プレスラムに対 して移動可能な雌型を有する金型組立体、機械的に駆動される第２プレスラム、 前記第２プレスラムを駆動する手段、および前記雌型、前記第１プレスラム、機 械的に駆動される前記第２プレスラムおよび前記粉末堆積手段をこれらが同期し て動作するように制御する制御システム手段を含み、前記制御システム手段は比 例駆動手段を介してプレス装置によって駆動される角度カウンタを含み、角度カ ウンタの１サイクルが必要とされるプレス圧縮成形ストロークの回数に対応して いる。 制御システムは、ソフトウェアプログラムを有するコンピュータベースの制御 システムによって構成され、このソフトウェアプログラムは製造する異なった物 品ごとに別々の制御コマンドシーケンスを持っている。 前記第２プレスラムを駆動する手段は、第２プレスラムに運動を伝える偏心機 構等に連結された、ベルトとギヤから成る公知の駆動系を介して第２プレスラム を駆動する電動モータでよい。駆動モータの回転運動は制御システム手段により 制御され、駆動される偏心機構の回転位置は、角度カウンタによって監視される 。この角度カウンタは、偏心機構の回転位置、即ち角度位置を示す信号をコンピ ュータ制御システムに伝える。偏心機構の回転位置は第２プレスラムの位置を示 す。角度カウンタは、１つの物品のプレス中のサイクルの段階を示す信号を、コ ンピュータ制御システムに送信する。角度カウンタはコンピュータ制御システム に信号を送信し、次いでコンピュータ制御システムは駆動モータに制御信号を送 信する。また、コンピュータプログラムからの制御信号は、プレス型プレートに 取り付けられた型の移動や位置を決める電気制御のバルブ系を介して、油圧シス テムを制御する。粉末堆積手段もまたコンピュータプログラムにより制御され、 第２プレスラムの位置を制御する偏心機構により駆動される角度カウンタにより 生成される信号に応答して、適切なタイミングで粉末が金型キャビティ内に堆積 される。 粉末堆積手段は、油圧的、空圧的あるいは電気的に駆動される粉末シューを含 んでいてもよい。シューは、粉末を金型キャビティ内に堆積するために、コンピ ュータプログラムからの信号に応答して動き、このコンピュー タプログラムは角度カウンタからの位置信号により起動される。粉末堆積手段は 金型キャビティ内に粉末を堆積するのに使用される手段のみを指すものである。 公知の種類の粉末シューを使用する場合、異なる組成の粉末用に粉末シューを２ 個以上の区画に分けてもよい。また、本技術分野で知られているように、その他 の関連機器を採用してもよく、このような機器には、生産を連続的に行うために 粉末堆積手段に粉末を継続的に供給する粉末ホッパが含まれる。 本発明の第３の様相によれば、本発明の第１および第２の様相の方法あるいは 装置により製造される物品が提供される。 本発明についての理解をさらに深めるため、例示としての実施例を、添付の図 面を参照して説明する。 図１は本発明によるプレス装置の斜視図を示し、 図２は図１のプレス装置の基盤と金型の配置を示す正面図であり、 図３は図１のプレス装置の制御システムの一部の概略正面図を示し、 図４Ａ，図４Ｂは図３のIV−IV平面での断面図（およびその側面図）を示し、 図５は本発明による制御システムの概略のブロック図を示し、 図６は本発明の方法及びプレス装置により作成された物品の平面及び正面図を 示し、 図７は本発明の方法及びプレス装置により作成された第２の物品の断面図を示 す。 図１〜図４について説明する。ここでは同じ部品は共通の参照番号で示されて いる。 図１は全体を１０で示されたプレスの斜視図を示す。このプレスは、後で詳述 する可動プレスラム用の作動手段を格納する、一部を切り欠いて示したベースユ ニット１２、プレス基盤と金型を格納する中心部１４、および可動のプレスクロ スヘッド組立体１６より成る。プレスクロスヘッド組立体１６は、ベースユニッ ト１２内の機械的装置により作動され、この機械装置は、後で図５を参照して詳 述する制御システムによって制御される電動モータ１８により駆動される。モー タプーリ２０は駆動ベルト２４を介して第２プーリ２２と連結される。プーリ２ ２は一端にウォームギヤ２８を有するシャフト２６に固着され、ウォームギヤ２ ８は、シャフト２６と直交する軸を有するシャフト３２に固着された歯付きギヤ ホイール３０と噛み合っている。シャフト３２は強固なハウジング３６に固着さ れたベアリングブロック３４内で回転する。シャフト３２は偏心して取り付けら れた一対の駆動ピン４０を有する。シャフト３２の回転運動は連結ロッド４４を 介して一対の摺動可能コラム４２に伝達され、摺動可能コラム４２は垂直のプレ スフレームハウジング４６内を移動する。２つのコラム４２の上端は横クロスヘ ッド部材４８により連結され、この横クロスヘ ッド部材にはプレスラム５０が取り付けられ、また横クロスヘッド部材はハウジ ング４６により垂直方向のみ動くよう拘束されている。全体を５２で示されてい るプレス基盤／金型組立体は、プレス中心部１４の２つのプレスフレームハウジ ング４６の間に位置する。基盤５２は油圧制御されるもので、可動の水平プレー ト部材５４を含み、これに金型キャビティ５８を有する雌型５６が取り付けられ ている。この金型の構成部品は、油圧シリンダ６０を作動させる油圧バルブ（図 示されていない）により垂直方向の位置が制御される。このバルブ自身は以下に より詳述する制御システムにより作動される。固定下部プレスラム６２はハウジ ング４６間に取り付けられた固定プレート６４上に位置している。上部ラム５０ 、型５８および下部固定ラム６２は、型５６および取付プレート６４の案内孔７ ０および７２内を動くスライドピン６６および６８により、正確に軸方向のアラ イメントを保持して動くよう拘束されている。プレス基盤は図２により明瞭に図 解されている。図２はプレスのプレス基盤部分とクロスヘッド組立体１６の側面 図を示すものである。プレスを作動するには、制御システムの制御のもとで油圧 的、空圧的あるいは電気的に作動する粉末堆積シュー（図示されてない）など、 他の装置類が金型の充填のために必要であるが、説明を簡潔にするためそれら装 置類の説明は省略している。 図３および図４（簡潔にするため図１では省略されて いる）に示すように、偏心機構の１つの端部に、ピニオンギヤホイール８２を固 着したアーム８０が設けられ、その歯車はシャフト３２の軸８４と同軸である。 シャフト３２が回転すると、歯車８２がより大きな第２のギヤホイール８６を駆 動する。歯車８６は角度カウンタ８８のシャフトに固着されており、角度カウン タ８８は、以下に詳述する制御システムの角度位置デコードユニット１０４に電 気的に接続されている（９０）。角度カウンタ８８はブラケット９４（図４参照 ）に固着されている。歯車８２と８６の相対比は、プレスの金型組立体内で圧縮 成形される物品により変わる。例えば、別個に圧縮成形される２つの層を有する 物品を生産しようとする場合、歯車比は１：２、つまり、シャフト３２（および ピニオン歯車８２）が２回転するとギヤホイール８６、従って角度カウンタ８８ のシャフトは１回転する。同様に、圧縮成形される物品が別個に圧縮成形される ３つの層を有する場合、歯車８２と８６の比は１：３となり、４層の場合は１： ４となる。 図５において１００で概略的に示されている制御システムは、プレスで作られ る実際の物品に固有の制御プログラムを格納するコンピュータ中央処理装置１０ ２を含んでいる。上述のように、モータ１８はシャフト３２を、従って、歯車８ ２と８６を介して角度カウンタ８８を駆動する。角度カウンタ８８からの出力は 角度位置検出器１０４に送られ、角度位置検出器１０４はこの情報をコ ンピュータ中央処理装置１０２に供給する。角度位置検出器１０４から受け取っ た情報に基づいて動作する中央処理装置は、制御ユニット１０６と１０８に信号 を伝送し、この制御ユニット１０６と１０８は、金型粉末充填装置と、プレス基 盤／金型組立体５２を制御する電気制御の油圧バルブとを適宜制御する。また制 御信号は、中央処理装置１０２内の制御プログラムに格納されている製造中の特 定の物品についての要求事項に従って、モータ制御ユニット、パワーパック１１ ０を介してモータ１８にも供給される。従って、角度カウンタ８８が３６０度回 転する間における物品の製造に必要な情報の全てが中央処理装置１０２内のプロ グラムに格納されている。 プレスと制御システムの動作を、各層が連続して圧縮成形される２層のリング 状物品の製造に関して説明する。実際の金型構成は当業者には既に知られており 、理解されているので、詳細には説明しない。生産される物品の側面（図６Ａ） 図と平面（図６Ｂ）図を示す図６を参照する。この物品は、例えば、異なる鉄粉 末組成を有する２つの層１２０と１２２から成る。中央処理装置１０２から制御 信号を受け取るユニット１０６を介しての制御のもとでの油圧システムによる金 型構成部品の適切な動きによって作られた前の物品は、上部ラム５０が金型キャ ビティ５８から引き離されると排出される。上部ラム５０が引っ込むと、金型キ ャビティ５８には、ユニット１０８による制御のもとで粉末分配シュー（図示さ れて ない）内の区画から層１２０に対応する組成の粉末が充填される。また中央処理 装置１０２におけるこれらの制御信号は、上部ラム５０の後退に伴う角度カウン タの回転に対応している。第１圧縮成形ストローク時のシャフト３２の回転とラ ム５０の下降に起因して角度カウンタがさらに回転すると、ユニット１０６によ る油圧制御のもとでの金型構成部品の適切な動作が行われ、第１粉末層１２０が 金型キャビティ５８の適切な部分において圧縮成形される。第１圧縮成形ストロ ーク後ラム５０が後退すると、第２層の粉末１２２が金型キャビティ内の第１の 圧縮成形された層１２０の上に堆積される。ラムの第２圧縮成形ストローク時の シャフト３２の回転とラム５０の下降に起因して角度カウンタがさらに回転する と、第２層１２２の粉末が圧縮成形されるようにユニット１０６は金型構成部品 に適当な動作を行わせる。金型キャビティ５８からラム５０が後退すると、角度 カウンタからの出力に応答して中央処理装置１０２はユニット１０６へ命令を出 力し、プレスされた部品を排出する。上記の動作サイクルを繰り返すことにより 、次の物品の製造に関するサイクルが継続される。 上記２層物品は、プレスが完全に２回転する間に作られ、ラム５０には２回の 圧縮成形ストロークが与えられる。プレスが２回転することにより角度カウンタ ８８が完全に１回転し、これにより、１つの物品を製造するために必要な中央処 理装置１０２から出力される１組の命 令が実行される。同様に、作られる物品が別個に圧縮成形された３つの層から成 る場合、角度カウンタ８８が１回転する間に、ラム５０に３回の圧縮成形ストロ ークを与える必要があるため、歯車８２と８６の比を１：３にする必要がある。 歯車８２と８６間の比は、上部ラム５０に与えるべき圧縮成形ストロークの数 により決まり、必ずしも粉末層の数によるものではない。例えば、第７図に示す ような別個の５層の粉末層を有する物品では、層１４２、１４４および１４６が 中間圧縮成形ストロークなしで堆積されているので、３回の圧縮成形ストローク が必要となる。圧縮成形ストロークは、層１４０、１４６および１４８を堆積し た後で行われ、層１４２と１４４の間および層１４４と１４６の間の界面は、界 面結合強度を最大にするために拡散界面となっている。歯車８２と８６間の比は この場合１：３となるであろう。図７に示す物品において、層１４２、１４４お よび１４６は鉄ベースの粉末とし、１４２と１４６をこれと同じものとしてもよ く、一方、層１４０と１４８は、例えば、銅ベースの溶浸材料の層とされる。 位置情報に加え、中央処理装置１０２内のプログラムは駆動モータ１８の回転 速度に関する制御命令を格納してもよい。これにより、回転速度を比較的低く、 従って上部ラム５０の速度を比較的低くすることによって、例えば、製造サイク ルの適宜な段階で実施される金型充填 動作のために十分な時間を提供できる。 角度カウンタ８８は、任意の好適な装置によって駆動でき、圧縮成形ストロー クの数と角度カウンタのフルサイクルと間の比率を適切できる。直接歯車駆動装 置８２，８６の代わりとなる装置は、チェーンを駆動するギヤホイール、歯車と 歯付きベルト、プーリとベルト等を含む。 本発明の方法や装置により製造される物品の例には、カム、ガイド、ブッシュ 、摩擦プレート、構造部品、粉末冶金法により一般に作られるその他多くの物品 が含まれる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）粉末冶金法による物品の製造方法であって、物品は任意の焼結動作前に別 々に圧縮成形された少なくとも２つの異なる層を有し、その方法は、金属粉末を 金型キャビティに順次堆積する工程と、前記粉末の堆積と前記金型キャビティ内 で前記粉末を圧縮成形するための粉末圧縮成形手段とを同期制御する工程とを含 み、前記金型から物品を排出する前の最終圧縮成形ストロークに先立って少なく とも１つの粉末層に対しての少なくとも１回の中間圧縮成形ストロークが行われ 、前記粉末圧縮成形手段は少なくとも１つの機械的に駆動されるラムを有するこ とを特徴とする製造方法。 ２）請求項１に記載の方法であって、中間圧縮成形ストローク時の圧縮成形の 程度が制御されることを特徴とする方法。 ３）プレス装置であって、前記装置は少なくとも１つの金型キャビティ内に粉 末を堆積する複数の粉末堆積手段を含み、この粉末堆積手段の数は少なくとも圧 縮成形される物品における異なる粉末組成の数に対応し、前記装置はさらに第１ プレスラムに対して移動可能な雌型を有する金型組立体、機械的に駆動される第 ２プレスラム、前記第２プレスラムを駆動するための手段、および前記雌型、前 記第１プレスラム、機械的に駆動される前記第２プレスラムおよび前記粉末堆積 手段をこれらが同期して動作するように制御する制御システム手段を含み、前 記制御システム手段は比例駆動手段を介してプレス装置によって駆動される角度 カウンタを含み、角度カウンタの１サイクルが必要とされるプレス圧縮成形スト ロークの回数に対応していることを特徴とするプレス装置。 ４）請求項３に記載のプレス装置であって、制御システムがプログラムを有す るコンピュータを含み、前記プログラムが作られる異種の物品ごとに別個の制御 コマンドシーケンスを有することを特徴とするプレス装置。 ５）請求項３または請求項４に記載のプレス装置であって、前記角度カウンタ は比例駆動装置を介して前記第２プレスラム用の駆動手段により駆動されること を特徴とするプレス装置。 ６）上記請求項３乃至請求項５のいずれかに記載のプレス装置であって、プレ ス圧縮成形ストロークが２回であり、角度カウンタに対する比例駆動は１：２の 比率であることを特徴とするプレス装置。 ７）上記請求項３乃至請求項５のいずれかに記載のプレス装置であって、プレ ス圧縮成形ストロークが３回であり、角度カウンタに対する比例駆動は１：３の 比率であることを特徴とするプレス装置。 ８）上記請求項３乃至請求項７のいずれかに記載のプレス装置であって、比例 駆動手段は歯車駆動装置であることを特徴とするプレス装置。 ９）上記請求項３乃至請求項８のいずれかに記載のプレス装置であって、前記 第１プレスラムは前記プレスに 対して固定されていることを特徴とするプレス装置。 １０）上記請求項３乃至請求項９のいずれかに記載のプレス装置であって、前 記第２プレスラムは機械的駆動連結を介して電動モータにより駆動されることを 特徴とするプレス装置。 １１）請求項１０に記載のプレス装置であって、前記電動モータの回転運動お よび速度が前記制御システム手段により制御されることを特徴とするプレス装置 。