WO2010131672A1

WO2010131672A1 - 略円柱状の粉末成形体および粉末成形金型装置

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Publication number: WO2010131672A1
Application number: PCT/JP2010/058027
Authority: WO
Inventors: 治郎嶋; 和則前川
Original assignee: 日立粉末冶金株式会社
Priority date: 2009-05-13
Filing date: 2010-05-12
Publication date: 2010-11-18
Also published as: KR101313521B1; CN102421553B; JP5415821B2; DE112010002732T5; KR20120018338A; JP2010265503A; US20120058340A1; US9174278B2; CN102421553A; DE112010002732B4

Abstract

　両端部を除く主体部分の断面外形を、基礎円Ｐに沿った下部円弧面１２と、上頂部が基礎円Ｐに一致する上部円弧面１２とに概ね分け、上部円弧面１２の両側の側面１４に、基礎円Ｐから内側に延在する側面縁部１５を形成する。長さ方向の両端部に、側面縁部１５から端面１０に向けて凹状に反りながら上昇して端面１０に連なる湾曲縁部１５ａと、端面１０から側面１４にわたって、しだいに幅狭となりながら面取り状に湾曲形成された端部面取り部１６を形成する。

Description

略円柱状の粉末成形体および粉末成形金型装置

　本発明は、主として金属粉末からなる原料粉末を金型の型孔に充填し、上下のパンチで圧縮成形して成形体を造形するといった粉末冶金法（いわゆる押型法）により製造される焼結機械部品に係わり、特に、断面が略円形である略円柱状成形体と、このような成形体を高密度に成形可能とする金型装置に関する。

　上記粉末冶金法による焼結機械部品の製造方法は、（１）ニアネットシェイプに造形することができる、（２）大量生産に向く、（３）溶製材料では得られない特殊な材料を製造できる、等の特長を有するために、自動車用機械部品や各種産業用の機械部品に適用が進んでいる。

　上記特長のうちの、とりわけ（３）の特長を活かしたものの１つに、点火コイル等の鉄心に用いられる圧粉磁心がある（特許文献１～３等）。圧粉磁心は、一般に、鉄粉末等の軟磁性粉末の表面に絶縁被膜を設け、これに少量の樹脂粉末を添加して混合した混合粉を圧縮成形し、加熱処理して製造される。このような圧粉磁心においては、固有抵抗値が高いことから、使用時に発生する渦電流が軟磁性粉末の表面を被覆する絶縁被膜および樹脂によって軟磁性粉末の内部に閉じ込められるため、渦電流損が小さいという特性を有している。

　ところで、従来、鉄心等には積層珪素鋼板が用いられている。積層珪素鋼板は、電気抵抗を向上させる珪素を含有する珪素鋼板を結晶の容易磁化方向を圧延方向に揃えた方向性珪素鋼板とし、これを絶縁膜を介して複数積層させたものであって、固有抵抗値が高く、渦電流損が小さいという特性を有しており、このため、鉄心として広く用いられている。しかしながら、珪素鋼板は、硬く、造形性に乏しいため、小片に打ち抜いたものを積層して目的形状に造形されており、生産性の面では効率が低いという問題がある。この点、圧粉磁心は、上記（１）および（２）の特長を有することから、積層珪素鋼板に替わり適用が伸びている。

　点火コイル用の鉄心は、１次コイルと２次コイルに挿入されるが、これらコイルと鉄心との間には隙間がない状態において、磁気特性が最大限に発揮されることが知られている。したがって鉄心は、コイルの内径に応じた外径を有する断面円形の単純な円柱状のものが最適である。

　単純な円柱状に原料粉末を成形する場合、一般的には、図１９（ａ）に示すように、ダイス２に形成された縦に延びる型孔２１と、この型孔２１に下側から摺動自在に挿入された下パンチ４とによって形成されるキャビティ（型孔２１の下パンチ４より上方部分）に適量の原料粉末を充填し、型孔２１に摺動自在に挿入される上パンチ３を上側から挿入し、上下のパンチ３，４によって原料粉末を圧縮するといった方法が採られている。この方法により、図１９（ｂ）に示すように、上下のパンチ３，４により端面１０が形成され、ダイス２の型孔２１の内周面により軸方向に延びる側面が形成された成形体１が得られる。すなわち、この成形方法は、円柱状の成形体を得るにあたり、粉末を成形体の軸方向に加圧する方法である。

　しかしながらこの方法では、成形体１における上下の端部（軸方向の両端部）ａの密度が中央部ｂの密度よりも高くなり、中央部ｂの密度が低くなるといった現象、すなわち、圧縮方向の中央部にいわゆるニュートラルゾーンが生じてしまう。このニュートラルゾーンは、上下のパンチ３，４で圧縮された粉末は圧力により粉末界面で滑って再配列されるとともに塑性変形して緻密化するが、上下のパンチ３，４から印加された圧力は端部ａから中央部ｂに向かって再配列および塑性変形により消費されつつ伝播するので、成形体１の端面１０からの距離が大きくなるにしたがい原料粉末に加わる圧力が減衰するといった理由で生じる。

　ニュートラルゾーンの発生は、加圧面に対して圧縮方向の長さが長い成形体の場合には避けられないものであり、上下のパンチによる圧力を増大させても消失させることは難しい。上記鉄心用の圧粉磁心においては、特に磁束密度は軟磁性粉末の占積率に比例するため、密度の低いニュートラルゾーンが発生すると、その分、磁気特性が低下することとなるため、不都合である。

　そこで、軸方向に長い略円柱状の成形体を圧縮成形するにあたり、成形体の軸方向に対して直交する径方向に粉末を圧縮する方法が提案されている（特許文献４，５等）。この方法によれば、圧縮方向の距離が短く、また、上下のパンチにより側面全体を押圧するため、ニュートラルゾーンを発生させることなく密度が長さ方向にわたって均一で、かつ、高い成形体を得ることができるとされている。

特開平０３－２３８８０５号公報特開２００６－２７８４９９号公報（請求項８）特開２００８－１５３６１１号公報特公平０３－０１３２８１号公報特開２００５－２４００６０号公報

　上記特許文献４，５に記載される成形方法は、図２０（ａ）に示すように、上下対称をなし、ダイス２の型孔２１に摺動自在に挿入される上下のパンチ３，４に形成された断面半円弧状の各パンチ面３１，４２間に粉末を充填して圧縮することにより、図２０（ｂ）および（ｃ）に示すように、上部円弧面１１と下部円弧面１２が形成された円柱状の成形体１を得るものである。しかしながらこの方法で用いられる上下のパンチ３，４は、圧縮成形時に互いに突き合わせられる状態となる幅方向両端の肉厚が薄いため、破損しやすいという不具合がある。

　この不具合を回避するため、薄肉となる幅方向両端部をカットした状態として一定以上の幅を有する平坦部３３，４３を形成している。また、これら平坦部３３，４３どうしが当接して破損することを防止するために、粉末を最後まで圧縮した状態でも、平坦部３３，４３の間がある程度離されている。このため、成形体１の側面には、平坦部３３，４３間で粉末が圧縮成形されてなる軸方向に延びる鍔部１３（図２０（ｃ）の斜線部）が突出することとなる。この鍔部１３は不要であるため機械加工によって除去され、成形体１は断面円形状に加工される。

　すなわち上記特許文献４，５に記載される成形方法では、機械加工による鍔部１３の除去が必要であり、このことは、製造コストの増加を招くとともに、除去される部分の原料が無駄になるといった問題を生じさせることになる。そこで、鍔部１３を残したまま点火コイルの鉄心に用いることが考えられるが、その場合には、側面から突出する鍔部１３があることにより、コイルとの間の空隙が必然的に大きくなり、その分、磁気特性が低下することとなる。

　よって本発明は、機械加工が不要であり、成形体のままで断面円形に近い形状の略円柱状成形体を提供することを目的としている。具体的には、目標とする断面形状が円（基礎円）の円柱に対して、体積比が０．９５以上となる形状の成形体を提供することを目的とする。また、このような形状の成形体を成形する金型装置を提供することを目的としている。

　本発明の略円柱状の粉末成形体は、略円柱状を呈し、略円形状で該円形の軸心を中心とする基礎円に内接する断面外形を有する粉末成形体であって、前記断面外形は、少なくとも、周方向に互いに略１８０°離れた両側の側面にそれぞれ形成され、前記基礎円から内側に延在する一対の側面縁部と、これら側面縁部の内側端部間をつなぎ、少なくとも上頂部が前記基礎円に内接する上部円弧面と、前記各側面縁部の外側端部間をつなぎ、少なくとも下頂部が前記基礎円に内接する下部円弧面とから構成されており、さらに、当該成形体の長さ方向の両端部には、前記各側面縁部から端面に向けて凹状に反りながら上昇して該端面に連なる湾曲した湾曲縁部と、各端面から側面にわたって、しだいに幅狭となりながら面取り状に湾曲形成された端部面取り部とが形成されていることを特徴とする。ここで、本発明においては、断面外形の各頂部が基礎円に対し０～－０．５ｍｍの範囲に位置するものを内接したものとみなす。

　本発明の粉末成形体では、前記側面に、前記側面縁部に対して垂直に連続する側面平坦部が形成されている形態を含む。

　また、本発明の粉末成形体では、前記断面外形の前記下部円弧面が、前記基礎円に一致する中央下部円弧面と、該中央下部円弧面との間に形成された段差を介して該中央下部円弧面の両側に形成された側部下部円弧面とから構成されている形態を含む。

　また、本発明の粉末成形体では、前記側面縁部の幅が０．１～０．５ｍｍであり、前記湾曲縁部が、少なくとも１つの円弧面、楕円弧面、平面、またはこれらの面が連続した複合面を呈し、該湾曲縁部の長さが１～５ｍｍであるとともに、前記側面縁部からの上昇幅が１～５ｍｍであり、前記端部面取り部の長さが前記湾曲縁部の長さ以上であって、該湾曲縁部の長さより２ｍｍ以下、かつ、湾曲縁部の端面への投影像が前記基礎円から外側に出ないように設定されていることを一具体例とする。

　さらに本発明の粉末成形体では、前記側面平坦部の高さが０を超え２ｍｍ以下であること、また、前記中央下部円弧面の幅が前記基礎円の直径の４０～８０％であり、前記段差の高さが０を超え１ｍｍ以下であることを一具体例とする。

　次に、本発明の粉末成形金型装置は、上記本発明の粉末成形体を好適に製造し得るものであり、略円柱状を呈する粉末成形体を、軸方向に直交する方向に圧縮して成形する粉末成形金型装置であって、上下方向に貫通し、平面視略長方形状であり、上下方向中間部には、前記成形体の軸心を中心とする基礎円に近似する断面凹円弧状の段部が形成され、該段部の上側に幅方向寸法が比較的大きい幅大部が形成され、前記段部の下側に幅方向寸法が前記幅大部よりも小さい幅小部が形成され、長さ方向両端部に、端部に向かうにしたがって幅が小さくなる曲面部が形成された型孔を有するダイスと、前記型孔の前記幅小部に摺動自在に挿入され、上端面に、幅方向断面が前記基礎円に近似する凹円弧状の下パンチ面が形成された下パンチと、前記型孔の前記幅大部に摺動自在に挿入され、下端面に、幅方向断面が前記基礎円に一致もしくは近似する凹円弧状の上パンチ面が形成された上パンチとを備え、前記上パンチは、下端面の幅方向両端部に、上下方向に直交して、長さ方向に延びる平坦部が形成されており、長さ方向両端部に、前記平坦部から端面にわたって、下端面側からしだいに高さが湾曲しながら減少する湾曲面が形成され、さらに、前記ダイスの前記曲面部に対応した曲面部が形成されていることを特徴とする。

　上記本発明の金型装置においては、前記平坦部の幅が０．１～０．５ｍｍであり、前記湾曲面が、少なくとも１つの円弧面、楕円弧面、平面、またはこれらの面が連続した複合面を呈し、該湾曲面の長さが１～５ｍｍであるとともに、前記平坦部からの上昇幅が１～５ｍｍであり、前記曲面部の長さが前記湾曲面の長さ以上であって、該湾曲面の長さより２ｍｍ以下、かつ、湾曲面の端面への投影像が前記基礎円から外側に出ないように設定されている形態を含む。

　本発明の略円柱状の粉末成形体によれば、成形体のままで、目標とする円（基礎円）の円柱に対して体積比が０．９５以上となる形状の成形体となり得るから、機械加工が不要となり、製造コストの増加を抑制できるとともに、材料の無駄がなく、例えば、点火コイル用鉄心のための圧粉磁心に適用すると、円形のコイルと鉄心の空隙が極少となって鉄心の磁気特性を最大限に発揮できるようになるといった効果を奏する。

本発明の第１実施形態に係る粉末成形体の（ａ）：端面図、（ｂ）：（ａ）のＡ部拡大図である。第１実施形態の粉末成形体の斜視図である。第１実施形態の粉末成形体の（ａ）：側面図、（ｂ）：（ａ）のＢ部拡大図である。第１実施形態の粉末成形体の（ａ）：上面図、（ｂ）：（ａ）のＣ部拡大図である。第１実施形態の金型装置の上パンチを示す端面図である。第１実施形態の上パンチの斜視図である。第１実施形態の上パンチの（ａ）：側面図、（ｂ）：（ａ）のＤ部拡大図である。第１実施形態の上パンチの（ａ）：上面図、（ｂ）：（ａ）のＥ部拡大図である。第１実施形態の金型装置におけるダイスの（ａ）：上面図、（ｂ）：（ａ）のＦ部拡大図である。第１実施形態の金型装置による粉末成形状態を示す断面図である。本発明の第２実施形態に係る金型装置による粉末成形状態を示す断面図である。第２実施形態の粉末成形体の端面図である。本発明の第３実施形態に係る粉末成形体の（ａ）：端部斜視図、（ｂ）：金型装置の上パンチの端部側面図である。本発明の検討経過で用いた金型装置による粉末成形状態を示す断面図である。本発明の検討経過における粉末成形体の（ａ）：端面図、（ｂ）：斜視図である。本発明の検討経過における金型装置の上パンチの斜視図である。第１実施形態に対する比較例における金型装置の上パンチの（ａ）：側面図、（ｂ）：斜視図である。第１実施形態に対する比較例の粉末成形体の（ａ）：端面図、（ｂ）：斜視図である。（ａ）：円柱状の粉末成形体を圧縮成型する従来の一般的な成形金型装置の断面図、（ｂ）：（ａ）の金型装置で得られた粉末成形体の斜視図である。（ａ）：円柱状の粉末成形体を圧縮成型する従来の成形金型装置の断面図、（ｂ）：（ａ）の金型装置で得られた粉末成形体の斜視図、（ｃ）：（ａ）の金型装置で得られた粉末成形体の端面図である。

　以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
［Ａ］本発明の検討経過
　はじめに、本発明に至った検討経過を説明する。

　まず、最初に検討した粉末成形金型装置を図１４に、また、この金型装置により得られる粉末成形体（以下、成形体と略称）１Ａを図１５に示す。図１４の金型装置は、段付きのダイス２と、上下のパンチ３，４とを備える。ダイス２は、上下方向に貫通する型孔２１を有している。型孔２１は、平面視が成形体の長さ方向に応じた長方形状であり（図１４で図面表裏方向に長く延びている）、上下方向の中間部には、左右対称をなす段部２２が形成されている。段部２２は、基礎円Ｐ（目標とする円）に一致する断面凹円弧状に形成されている。型孔２１における段部２２の上方および下方は、それぞれ一定幅の幅大部２４ａ、幅小部２４ｂとなっている。そして、上パンチ３が幅大部２４ａに上方から摺動自在に挿入され、下パンチ４が幅小部２４ｂに下方から摺動自在に挿入されるようになっている。

　下パンチ４の上端面には、基礎円Ｐに一致する単純な断面凹円弧状の下パンチ面４２が形成されている。圧縮成形時において下パンチ４は、下パンチ面４２が段部２２と同心状に一致する圧縮成形位置まで型孔２１の幅小部２４ｂに挿入される。

　上パンチ３の下端面には、基礎円Ｐに近似する円弧状の上パンチ面３１が形成されている。この上パンチ面３１の幅方向両端部には、上下方向に直交して長さ方向に延びる平坦部３５が形成されている。すなわち上パンチ面３１は、主たる上パンチ円弧面３１ａと、上パンチ円弧面３１ａの両側に延びる平坦部３５とから構成されている。平坦部３５は基礎円Ｐから内側に延びており、したがって上パンチ円弧面３１ａは基礎円Ｐよりも僅かに小径である。圧縮成形時において上パンチ３は、両側の平坦部３８と段部２２の上端との間に平坦面２４（幅大部の下端部）を空け、上頂部が基礎円Ｐの上頂部に重畳する圧縮成形位置まで型孔２１の幅大部２４ａに挿入される。

　上記構成からなる金型装置で成形体を得るには、まず、ダイス２の型孔２１の幅小部２４ｂに挿入されている下パンチ４を、上記圧縮成形位置よりもやや下側の位置に停止させ、上方に開口した型孔２１のキャビティに適量の原料粉末を充填する。次いで、下パンチ４を上記圧縮成形位置に上昇させるとともに、上パンチ３を上記圧縮成形位置まで下降させ、原料粉末を上下のパンチ３，４で圧縮する。圧縮後は、上パンチ３を上方に抜いて退避させ、下パンチ４を上昇させて成形体を脱型する。

　このようにして得られる成形体１Ａは、図１５に示すように、下部円弧面１２は、ダイス２の両側の段部２２と下パンチ４の下パンチ面４２との連続面から形成されることから、基礎円Ｐに一致するものとなる。また、成形体１の側面には、上記平坦面２４により、長さ方向に延びる側面平坦部１４が形成されている。この側面平坦部１４は、側面縁部１５の外側端部１５ｃを上端とし、下端が下部円弧面１２に連なっている。また、成形体１の上部は、周方向に互いに略１８０°離れた上パンチ３の平坦部３５により形成される両側の上記側面縁部１５と、これら側面縁部１５の内側端部１５ｂ間をつなぐ上パンチ３の上パンチ円弧面３１により形成される上部円弧面１１を有するものとなる。

　この成形体１Ａは、次の利点がある。まず、側面縁部１５が基礎円Ｐの内側に延在しているため、基礎円Ｐを断面とする円柱に対する体積比が若干減少するものの、基礎円Ｐに近い、すなわち高い体積比を有する。また、下パンチ４においては、成形体１Ａの直径よりもかなり幅が小さいため、図２０（ａ）で示した下パンチ４のように両側の平坦部４３を形成する必要がない。一方、上パンチ３については平坦部３５が必要であるが、これを基礎円Ｐの内側に設けたことにより、図２０に示した基礎円Ｐの外部に突出する鍔部１３のようなものは形成されず、鍔部１３を除去する機械加工の必要がなくなる。

　ところで、鉄心用の圧粉磁心は、軟磁性粉末の占積率に比例して磁気特性が向上することから、成形圧力を高めることにより高密度の成形体を得るようにしている。このような状況の下で上記の金型装置を用い実際に成形を行ったところ、上パンチ３の平坦部３５の角部３９（図１６に示す）に欠けが発生した。この欠けは、平坦部３５が長さ方向に真っ直ぐ延びており、幅方向側からの支持がなされていないため、高荷重の下で角部３９に応力が集中することにより発生したものである。

［Ｂ］本発明の第１実施形態
　本発明は上記の検討を踏まえてなされたものであり、以下に第１実施形態に係る成形体および金型装置について説明する。

　図１～図４は、第１実施形態の成形体１Ｂを示す図であり、図１は端面図、図２は斜視図、図３は側面図、図４は上面図である。また、図５～図８は、第１実施形態の金型装置の上パンチ３の形状を示す図であり、図５は端面図、図６は斜視図、図７は側面図、図８は上面図である。また、図９は金型装置のダイスの上面図、図１０は金型装置の断面図である。

　第１実施形態の成形体１Ｂは、上記の検討経過の成形体１Ａの技術思想により、従来例の鍔部１３をなくすとともに、新たな改良を追加することにより、検討経過において判明した上パンチ３の角部３９の欠け発生という課題を解決したものである。すなわち、
　（１）成形体の断面外形が軸心を中心とする基礎円Ｐに内接すること、
　（２）成形体の両側面に基礎円Ｐから内側に延在する側面縁部１５を形成すること、
　（３）上部円弧面１１が、側面縁部１５の内側端部１５ｂ間にわたって形成され、少なくとも上頂部で基礎円Ｐに接すること、
　（４）下部円弧面１２が、側面縁部１５の外側端部１５ｃ間にわたって形成され、少なくとも下頂部で基礎円Ｐに接すること、
については、上記の検討経過の成形体１Ａと共通している。
　ここで、本発明においては、断面外形の各頂部が基礎円に対し０～－０．５ｍｍの範囲に位置するものを内接したものとみなす。すなわち、工業生産上、寸法誤差が生じることはやむを得ないが、基礎円より断面がはみ出せば（すなわち＋となれば）、目標とするコイルの中空部に収容できず、その一方で、基礎円より小さすぎると、コイルとの間の空隙が大きくなってロスが増加するとともに、磁心の体積が減少して磁気特性が低下するからである。

　第１実施形態では、さらに、
　（５）成形体の長さ方向両端部に、各側面縁部１５から端面１０に向けて凹状に反りながら上昇して端面１０に連なる凹状に湾曲した湾曲縁部１５ａを形成すること、
　（６）成形体の長さ方向両端部に、各端面１０から側面にわたって、しだいに幅狭となりながら面取り状に湾曲形成された端部面取り部１６を形成すること、
といった要件を追加したものである。

　上記（５）の要件は、上パンチ３の角部３９の欠けの課題を解決するための要件であり、成形体１Ｂの湾曲縁部１５ａは、上パンチ３の平坦部３５の長さ方向両端部に形成された湾曲面３５ａ（図５～図８に示す）によって形成される。この湾曲面１５ａは、側面縁部１５から端面１０にわたって、下端面側からしだいに高さが湾曲しながら減少する凸面状に形成されている。このように、応力が集中して欠けが発生しやすかった角部３９（図１６参照）を応力が集中し難い湾曲面３５ａとすることで、応力の集中による欠けが効果的に防止される。

　次に、上記（６）の要件は、上記（５）の要件を追加した上で、成形体１Ｂの端面１０の形状を上記（１）の要件に合致させるために必要な要件であり、成形体１Ｂの端部面取り部１６は、図９に示すように、ダイス２の型孔２１の長さ方向両端部において、幅がしだいに縮小し、長さ方向に延びる側面２３から長さ方向両端部の端面２０に連なる曲面部２６を形成することで、形成される。また、上パンチ３は、ダイス２の型孔２１の曲面部２６に対応して、図５および図６に示すように、上パンチ３の長さ方向両端部において、幅がしだいに縮小し、端面３０に連なる凹面状の曲面部３６が形成される。これにより上パンチ３はダイス２の型孔２１と摺動自在に嵌合し、成形体１Ｂが成形可能となる。

　ちなみに、上記要件（５）のみを適用し、上記要件（６）を適用しない場合、図１７に示すように、上パンチ３は、図１６に示した角部３９が湾曲面３５ａに形成されるため、上パンチ３の欠けの問題は解消される。図１７に示す上パンチ３を用いて成形した場合、図１８に示すように、成形体の両端部に、側面縁部１５から端面１０に向けて反りながら上昇して端面１０に連なる凹状に湾曲した湾曲縁部１５ａが形成される。ところが、この湾曲縁部１５ａを形成したことにより、端面１０の形状が基礎円Ｐより外側にはみ出す部分（図１８（ａ）の斜線部分）が生じてしまう。このはみ出し部分は、機械加工等により除去する必要が生じるため、本発明の課題は依然として残る。そこで第１実施形態では、上記要件（６）の端部面取り部１６を形成することにより、上記はみ出し部分を除去している。

　上記要件（５）の成形体１Ｂに形成される側面縁部１５は、そもそも上パンチ３の平坦部３５により形成されるものであって、上パンチ３の破損を防止するための結果として形成されるものである。この観点から、側面縁部１５の幅ｔ１（図１に示す）、すなわち上パンチ３の平坦部３５の幅ｔ１（図５に示す）は、少なくとも０．１ｍｍ以上とすることが好ましい。しかしながら、縁部１５の幅ｔ１が大きくなると、その分、基礎円Ｐに対して成形体１Ｂの断面積が減少する。このため、縁部１５の幅ｔ１は０．５ｍｍ以下とすることが好ましく、０．３ｍｍ以下とすることがさらに好ましい。

　次に、上記要件（５）の成形体１Ｂの湾曲縁部１５ａは、上パンチ３の角部３９の欠けを防止するため、上パンチ３の湾曲面３５ａにより形成されるものである。この上パンチ３の湾曲面３５ａは、応力の集中を避けるため、上パンチ３の平坦部３５に連なる凹面状の円弧面もしくは楕円弧面とすることが好ましく、複数の円弧、楕円弧を滑らかに連続させて形成しても良い。図７に示すように、半径ｒ１の円弧で形成される上パンチ３の湾曲面３５ａは、短すぎると応力の集中を緩和できないことから、上パンチ３の長さ方向両端部の端面３０からの距離ｄ２、および上パンチ３の平坦部３５からの高さｄ３をいずれも１ｍｍ以上とすることが好ましい。

　また、図３に示すように、上記要件（６）の成形体１Ｂの端部面取り部１６の端面１０からの距離ｄ４は、成形体１Ｂの湾曲縁部１５ａに対応して形成されるため、大きすぎると成形体１Ｂの体積の減少率が増す。そこで、成形体１Ｂの湾曲縁部１５ａを形成する上パンチ３の湾曲面３５ａは、上パンチ３の長さ方向両端部の端面３０からの距離ｄ４（図８に示す）、および上パンチ３の平坦部３５からの高さｄ３（図７に示す）をいずれも５ｍｍ程度に抑えることが好ましい。すなわち、成形体１Ｂの湾曲縁部１５ａとしては、成形体１Ｂの端面１０からの距離ｄ２、および成形体１Ｂの側面縁部１５からの高さｄ３を１～５ｍｍとし、上パンチ３の湾曲面３５ａとしては、上パンチ３の端面３０からの距離ｄ２、および上パンチ３の平坦部３５からの高さｄ３を１～５ｍｍとすることが好ましい。

　また、上パンチ３の湾曲面３５ａと上パンチ３の端面３０とを、円弧もしくは楕円弧で連続させると、端面付近３０で原料粉末が圧縮し難くなるため、図７（ｂ）に示すように、平坦部３５と平行な比較的短い平面部３５ｂを介して連続させることが好ましい。この平面部３５ｂの、上パンチ３の端面３０からの距離ｔ２は、大きすぎると湾曲面３５ａとの接続部で応力が集中しやすくなる。このため、上パンチ３の平面部３５ｂの端面３０からの距離ｔ２は、０を超え０．５ｍｍ以下、好ましくは０．１～０．３ｍｍ程度とすることが好ましい。この上パンチ３の平面部３５ｂにより、成形体１Ｂには図３（ｂ）に示すように、端面１０と湾曲縁部１５ａとの間に長さｔ２の平面部１５ｂが形成されることとなる。

　次に、上記要件（６）の端部面取り部１６は、上記のように、成形体１Ｂに湾曲縁部１５ａを形成することにより、端面１０の形状が、基礎円Ｐから外側にはみ出すことを避けるために設けられるものである。このため、端部面取り部１６の端面１０からの距離ｄ４（図４（ｂ）に示す）は、少なくとも湾曲縁部１５ａの距離ｄ２（図２に示す）以上としなければならず、過大となるとそれに応じて成形体１Ｂの体積が減少することとなる。したがって距離ｄ４は距離ｄ２よりも２ｍｍ以下とすることが好ましく、ｄ２に一致させることが最も好ましい。

　また、成形体１Ｂの湾曲縁部１５ａは、側面縁部１５からしだいに高さが増して端面１０に連なるが、そこでの湾曲縁部１５ａの基礎円Ｐからのはみ出し量は湾曲縁部１５ａの高さに応じて決定される。したがって、端部面取り部１６における各部の幅の減少量ｄ５（図４（ｂ）に示す）は、湾曲縁部１５ａの高さの変化量に応じて決定され、湾曲縁部１５ａの端面１０への投影像が基礎円Ｐから外側にはみ出さないように設定される。

　このように形成される成形体１Ｂの端部面取り部１６は、ダイス２の型孔２１の曲面部２６、および上パンチ３の曲面部３６により形成されることから、ダイス２側の曲面部２６、および上パンチ３側の曲面部３６の距離ｄ４、これら曲面部２６，３６の幅の減少量ｄ５（図８（ｂ），図９（ｂ）に示す）は、成形体１の端面１０からの上記距離ｄ４、および端部面取り部１６の上記幅の減少量ｄ５に応じて決定される。

　本実施形態の成形体１Ｂにおいて、軸心を通過する水平面に側面縁部１５を一致させ、この水平面で上部円弧面１１と下部円弧面１３とが等分に分割することが理想であるが、上パンチ３の平坦部３５と、ダイス２の段部２２が当接すると、上パンチが３の平坦部３５に欠けが生じやすくなることから、上パンチ３の平坦部３５と、ダイス２の段部２２をある程度離間させて成形を行うことが好ましい。このようにして成形すると、成形体１Ｂには、上記側面平坦部１４が形成されることになるが、これはやむを得ない。

　ちなみにこの側面平坦部１４は、図１（ｂ）のように、基礎円Ｐの弦として、基礎円Ｐの内側に配置する必要がある。そのため、ダイス２の幅大部２４ａの幅は基礎円Ｐの径より若干小さい寸法に設定される。この側面平坦部１４の高さｄ１、すなわち上パンチ３の平坦部３５とダイス２の幅大部２４ａとの距離ｄ１（図１０に示す）は、大きくするとそれに応じて基礎円Ｐに対し成形体１Ｂの断面積が減少することとなる。このため、側面平坦部１４の高さｄ１は０を超え２ｍｍ以下とすることが好ましく、０を超え１ｍｍ以下とすることがさらに好ましい。

　ダイス２の幅小部２４ｂに摺動自在に挿入される下パンチ４の幅Ｌ（図１０に示す）は、大きくすると下パンチ面４２と長さ方向に延びる側面４４がなす角度が小さくなって肉厚が薄くなるので、下パンチ４が破損するおそれが大きくなる。一方、下パンチ４の幅Ｌを小さくすると、成形に必要な量の原料粉末を充填するためにダイス２の幅小部２４ｂと下パンチ面４２とにより形成されるキャビティの深さを深くしなければならず、下パンチ４の長さを長くする必要が生じる。また、原料粉末は上パンチ３および下パンチ４で加圧されるが、下パンチ４の下パンチ面４２の面積が小さいと、原料粉末全体に下パンチ４からの加圧力を十分に伝達させることができず、原料粉末全体を良好に圧縮成形することが困難となる。さらに、下パンチ４の加圧力を大きくせざる得ず、長くした下パンチ４が折損するおそれが生じることとなる。このため、下パンチ４の幅Ｌは基礎円Ｐの４０～８０％程度とすることが好ましい。

　上記本実施形態の成形体１Ｂにおいて、例えば、直径を１０ｍｍ、全長を８０ｍｍとし、側面平坦部１４の高さを１ｍｍ、側面縁部１５の幅を０．２ｍｍとするとともに、湾曲縁部１５ａを半径３ｍｍの円弧で形成し、かつ、湾曲縁部１５ａの距離ｄ２を３ｍｍ、湾曲縁部１５ａの高さｄ２を２ｍｍとした成形体１Ｂの体積は、６１９２ｍｍ^３である。これに対し、直径が１０ｍｍ、全長が８０ｍｍの基礎円Ｐが断面である目標とする円柱の体積は６２８３ｍｍ^３である。したがって本実施形態の成形体１Ｂは、目標円柱に対する体積比が０．９８６と高い体積比を示す。

［Ｃ］本発明の第２実施形態
　次に、上記第１実施形態に基づく本発明の第２実施形態を説明する。
　上記第１実施形態の成形体１Ｂは、下部円弧面１２が、ダイス２の段部２２と、下パンチ４の下パンチ面４２とから形成されるが、金型装置の組み付けにおいて、ダイス２の段部２２と、下パンチ面４２を完全に一致させることが難しい場合がある。そこで、図１１に示すように、ダイス２の段部２２の形状を、型孔２１の幅小部２４ｂに移行する箇所において基礎円Ｐよりも内側寄りの円弧面とし、高さｔ３の段差を設けて金型装置を組み立てるようにしても良い。

　このように金型装置を組み立てると、ダイス２と下パンチ４の組み付け時の誤差を段差ｔ３で吸収することができ、組み付けが容易となる。しかしながら、段差ｔ３を設けると、それに応じて成形体の体積が減少することから、段差ｔ３は０を超え１ｍｍ以下とすることが好ましく、０を超え０．５ｍｍ以下とすることがさらに好ましい。

　また、下パンチ４は、下パンチ面４２と側面４４とがなす角部が尖鋭とはならないため破損し難いものの、加圧力を大きくすると欠けが生じるおそれはある。そのため、図１１に示すように、その角部に平面４７ａを設け、下パンチ面４２を、基礎円Ｐに一致する円弧面４７（元の下パンチ面４２の大部分）と、基礎円Ｐに接し基礎円Ｐの内側に短く延びる平面４７ａと、円弧面４７と平面４７ａとをつなぐ短い円弧面４７ｂとにより構成することが好ましい。しかしながら、平面４７ａを設けると、それに応じて成形体の体積が減少することから、平面４７ａの幅ｔ４は０を超え０．５ｍｍ以下、好ましくは０．１～０．３ｍｍ以下とすることが好ましい。

　図１２は、上記のようにダイス２と下パンチ４との間に段差ｔ３を設け、下パンチ４に幅ｔ４の平面４７ａを設けた金型装置により成形される成形体１Ｃを示しており、段差ｔ３により段差１７ａが形成されている。この成形体１Ｃの下部円弧面１２は、段差１７ａ間の中央下部円弧面１２ａと、段差１７ａを介して中央下部円弧面１２ａの両側に形成された側部下部円弧面１２ｂとから構成されている。ここで、上記により体積計算した第２実施形態の成形体１Ｃの形状に、段差１７ａの高さｔ３を０．２ｍｍ、平面４７ａの幅ｔ４を０．２ｍｍの条件を付加した場合の成形体１の体積は６１４６ｍｍ^３であり、目標とする円柱の体積（６２８３ｍｍ^３）に対し、体積比が０．９７８と高い体積比を示す。

［Ｄ］本発明の第３実施形態
　次に、上記第１実施形態に基づく本発明の第３実施形態を説明する。
　第１実施形態の成形体１において、図１３（ａ）に示すように、端面１０と上部円弧面１１とを滑らかな凸面状の曲面１１ａを介して連続させると、この部分の密度が向上しやすくなるため好ましい。曲面１１ａは、図１３（ｂ）のように、上パンチ３の上パンチ円弧面３１から上パンチ３の端面３０にわたって形成された曲面３１ａにより形成される。

　この第３実施形態の成形体１Ｄにおいて、半径１ｍｍの滑らかな曲面１１ａを形成したものの体積は６１８８ｍｍ^３であり、目標とする円柱の体積（６２８３ｍｍ^３）に対し、体積比が０．９８５と高い体積比を示す。また、上記第２実施形態の成形体１Ｃに半径１ｍｍの滑らかな曲面１１ａを形成したものの体積は６１４２ｍｍ^３であり、目標とする円柱の体積（６２８３ｍｍ^３）に対し、体積比が０．９７７と高い体積比を示す。

　本発明によれば、ニュートラルゾーンがなく、機械加工が不要であり、成形体のままで断面円形に近い形状の略円柱状の粉末成形体を提供することができるので、このような粉末成形体を低コストで製造することができる。したがって本発明による粉末成形体は、各種円筒形状部品、特に、鉄心用の圧粉磁心に好適なものである。

　　１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…粉末成形体
　１０…成形体の端面
　１１…上部円弧面
　１２…下部円弧面
　１２ａ…中央下部円弧面
　１２ｂ…側部下部円弧面
　１４…側面平坦部
　１５…側面縁部
　１５ａ…湾曲縁部
　１５ｂ…側面縁部の内側端部
　１５ｃ…側面縁部の外側端部
　１６…端部面取り部
　　２…ダイス
　２１…型孔
　２２…段部
　２４ａ…型孔の幅大部
　２４ｂ…型孔の幅小部
　２６…ダイスの曲面部
　　３…上パンチ
　３０…上パンチの端面
　３１…上パンチ面
　３５…平坦部
　３５ａ…上パンチの湾曲面
　３６…上パンチの曲面部
　　４…下パンチ
　４２…下パンチ面
　　Ｐ…基礎円

Claims

　略円柱状を呈し、略円形状で該円形の軸心を中心とする基礎円に内接する断面外形を有する粉末成形体であって、
　前記断面外形は、少なくとも、
　周方向に互いに略１８０°離れた両側の側面にそれぞれ形成され、前記基礎円から内側に延在する一対の側面縁部と、
　これら側面縁部の内側端部間をつなぎ、少なくとも上頂部が前記基礎円に内接する上部円弧面と、
　前記各側面縁部の外側端部間をつなぎ、少なくとも下頂部が前記基礎円に内接する下部円弧面と、から構成されており、
　さらに、当該成形体の長さ方向の両端部には、
　前記各側面縁部から端面に向けて凹状に反りながら上昇して該端面に連なる湾曲した湾曲縁部と、
　各端面から側面にわたって、しだいに幅狭となりながら面取り状に湾曲形成された端部面取り部とが形成されていることを特徴とする略円柱状の粉末成形体。
　前記側面に、前記側面縁部に対して垂直に連続する側面平坦部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の略円柱状の粉末成形体。
　前記断面外形の前記下部円弧面が、前記基礎円に一致する中央下部円弧面と、該中央下部円弧面との間に形成された段差を介して該中央下部円弧面の両側に形成された側部下部円弧面とから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の略円柱状の成形体。
　前記側面縁部の幅が０．１～０．５ｍｍであり、
　前記湾曲縁部が、少なくとも１つの円弧面、楕円弧面、平面、またはこれらの面が連続した複合面を呈し、該湾曲縁部の長さが１～５ｍｍであるとともに、前記側面縁部からの上昇幅が１～５ｍｍであり、
　前記端部面取り部の長さが前記湾曲縁部の長さ以上であって、該湾曲縁部の長さより２ｍｍ以下、かつ、湾曲縁部の端面への投影像が前記基礎円から外側に出ないように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の略円柱状の粉末成形体。
　前記側面平坦部の高さが０を超え２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の略円柱状の粉末成形体。
　前記中央下部円弧面の幅が前記基礎円の直径の４０～８０％であり、
　前記段差の高さが０を超え１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の略円柱状の粉末成形体。
　略円柱状を呈する粉末成形体を、軸方向に直交する方向に圧縮して成形する粉末成形金型装置であって、
　上下方向に貫通し、平面視略長方形状であり、上下方向中間部には、前記成形体の軸心を中心とする基礎円に近似する断面凹円弧状の段部が形成され、該段部の上側に幅方向寸法が比較的大きい幅大部が形成され、
前記段部の下側に幅方向寸法が前記幅大部よりも小さい幅小部が形成され、
長さ方向両端部に、端部に向かうにしたがって幅が小さくなる曲面部が形成された型孔を有するダイスと、
　前記型孔の前記幅小部に摺動自在に挿入され、上端面に、幅方向断面が前記基礎円に近似する凹円弧状の下パンチ面が形成された下パンチと、
　前記型孔の前記幅大部に摺動自在に挿入され、
下端面に、幅方向断面が前記基礎円に一致もしくは近似する凹円弧状の上パンチ面が形成された上パンチとを備え、
　前記上パンチは、
　下端面の幅方向両端部に、上下方向に直交して、長さ方向に延びる平坦部が形成されており、長さ方向両端部に、前記平坦部から端面にわたって、下端面側からしだいに高さが湾曲しながら減少する湾曲面が形成され、さらに、前記ダイスの前記曲面部に対応した曲面部が形成されていることを特徴とする粉末成形金型装置。
　前記平坦部の幅が０．１～０．５ｍｍであり、
　前記湾曲面が、少なくとも１つの円弧面、楕円弧面、平面、またはこれらの面が連続した複合面を呈し、該湾曲面の長さが１～５ｍｍであるとともに、前記平坦部からの上昇幅が１～５ｍｍであり、
　前記曲面部の長さが前記湾曲面の長さ以上であって、該湾曲面の長さより２ｍｍ以下、かつ、湾曲面の端面への投影像が前記基礎円から外側に出ないように設定されていることを特徴とする請求項７に記載の粉末成形金型装置。