JP2010142861A - 粉末成形金型装置 - Google Patents

Abstract

【課題】キャビティの粉末充填密度を均一とし、密度の偏りで生じる軸振れを防ぐ。
【解決手段】ダイス１０のダイス孔１１の開口に対して進退自在に設けたフィーダボックス５１内に、フィーダボックス５１がダイス孔１１の開口に進出した粉末充填位置に配された時に、ダイス孔１１の開口の中心の両側に並列した状態となるように一対の箱状の振動部材５５を収容し、これら振動部材５５をエアシリンダ６１で振動させることにより、充填粉末Ｐを振動させて密度の均一化を図る。
【選択図】図１

Description

本発明は粉末成形金型装置に係り、特に、粉末充填手段の改良に関する。

例えば、軸受等の円筒状の部品を高い寸法精度で大量生産する場合、押し型内に充填した原料粉末を上下のパンチで圧縮して、図７に示すような中心に孔９ａを有する円筒状の圧粉体９を成形し、この圧粉体９を焼結して目的形状の部品を得る粉末冶金法が有効に利用されている。圧粉体９は、通常、図８に示すように、ダイス７０のダイス孔７０ａに下側からコアロッド７１と円筒状の下パンチ７２を挿入してダイス孔７０ａ内に円筒状のキャビティを形成し、このキャビティに上部開口から粉末Ｐを供給し、上パンチ７３を下降させて上下のパンチ７３，７２により粉末Ｐを軸方向に圧縮するといった手法で成形されている。

ダイス孔７０ａ内への粉末Ｐの充填は、粉末を貯留するホッパからホースを介して粉末の供給を受けているフィーダボックス７４を、ダイス孔７０ａの上部開口に対しダイス７の上面に滑動させながら進退させることにより、粉末Ｐをダイス孔７０ａ内に落とし込み、かつダイス７０の上面ですり切りを行ってキャビティに粉末Ｐを充満させている（特許文献１等参照）。

特開２００２−０２０８０２号公報

このようにフィーダボックスを進退させてキャビティに粉末を充填すると、フィーダボックスの進出時における手前側と奥側（図８で右側と左側）とでは、粉末の落下するタイミングに手前側の方が奥側よりも早いといった時間差が生じて、粉末が早く供給される手前側の方が奥側よりも粉末充填密度が高くなるといった現象が起こる。このように粉末充填密度に偏りが生じていると、圧縮成形された圧粉体の密度、ひいては焼結された部品の状態で均一な密度による均一な強度を得ることができず、低品質の部品となる。また、粉末充填密度に偏りがあるまま粉末を圧縮すると、高密度側から低密度側に粉末が流動し、その流動圧によってコアロッドが低密度側に僅かではあるが傾倒し、これによって圧粉体の孔の同軸度が低下する、いわゆる軸振れといった不具合を招く。

上記のように単純な円筒状ではなく、中心に孔を有する環状体であって、周縁や、周縁と孔との間に、環状の凸部、あるいは周方向に沿った複数の突起等が形成されている形状の部品は、圧粉体成形の際に、軸方向すなわち圧縮方向の厚さが異なることによる圧縮比の不均一を避けるため、上下のパンチ（あるいは上下いずれか一方のパンチ）を肉厚に応じた複数のパンチの組み合わせで構成している。

その場合、上下の複数のパンチは、それぞれ同軸的、かつ入れ子状に組み合わせて構成される。そしてこの場合にも、フィーダボックスによってキャビティに充填された粉末の充填密度に偏りが生じていると、パンチ間に存在する微小隙間によってパンチが傾倒し、形成された環状の凸部や突起の同軸度が低下するといった問題が生じる。このような問題は、特に高い精度で同軸度を求められる部品（例えばシンクロハブ、プーリ、スプロケット、オイルポンプ部品等）の場合に問題視され、改善が求められている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、キャビティに充填される粉末の密度を十分に均一とすることができ、高品質の圧粉体ないしは焼結体を得ることができる粉末成形金型装置を提供することを目的としている。

本発明は、ダイス孔を有するダイスと、ダイス孔に嵌入される上パンチおよび下パンチと、ダイス孔に下パンチが嵌入されてダイス孔内に形成されるキャビティに、粉末を充填する粉末充填手段とを備え、キャビティに充填された粉末を、上パンチと下パンチにより圧縮して圧粉体を成形する金型装置であって、粉末充填手段は、ダイスの上面を滑動しながらダイス孔の開口に対して進退自在に設けられ、進出時に、内部に供給されている粉末をキャビティに落下させて充填するフィーダボックスと、このフィーダボックス内に、該フィーダボックスがダイス孔の開口に進出した粉末充填位置に配された時に、ダイス孔の開口の中心の両側に並列した状態で配設され、上下方向に開放している箱状の一対の振動部材と、これら振動部材を、ダイスの上面と略平行な方向に個別に振動させる振動手段とを備えることを特徴としている。

本発明に係る粉末充填手段によれば、フィーダボックスをダイス孔の開口に進出させてキャビティに粉末を充填する際、フィーダボックス内の振動部材を振動させることにより、振動した振動部材の下方の粉末に振動が伝わって振動する。これにより、キャビティ内の粉末は、充填密度を高くなるとともに、粉末が密の状態となっている部分から粗になっている部分に流動し、全体の充填密度が均一化する。また、キャビティの充填密度が低くなりがちな部分に対して、少なくとも１つの振動部材を位置付けて振動させることにより、その部分の粉末充填密度を高くすることができる。本発明では、このように振動部材を適宜に振動させることによりキャビティ内の粉末充填密度を調整することができ、結果として粉末充填密度を均一化させることができる。

本発明は、上記ダイスのダイス孔は円筒状であって、該ダイス孔の中心に、圧粉体の中心に貫通孔を形成するためのコアロッドが挿入され、上パンチおよび下パンチは、該コアロッドが摺動自在に挿通するコアロッド挿通孔を有する円筒状に形成されている形態を含む。この形態では、圧粉体はコアロッドにより中心に孔が形成された円筒状のものとなる。そして、キャビティ内のコアロッドの周囲において粉末の充填密度が低くなりがちな部分に対し振動部材を位置付けて振動させることにより、コアロッドの周囲の粉末の充填密度を周方向に均一化させることができる。したがって、粉末を圧縮してもコアロッドが傾倒することが防がれ、中心の孔を高精度で同軸的に形成することができ、軸振れのない圧粉体を成形することができる。

また、本発明は、上パンチおよび下パンチを、いずれも複数備えており、それぞれが同軸的、かつ入れ子状に組み合わされる形態を含む。この形態では、振動部材によってキャビティ内の粉末充填密度を周方向に均一化させることにより、圧縮時に各パンチが傾倒することが防がれる。したがって、各パンチによって環状の凸部や突起を形成する場合、これら凸部や突起を高精度で同軸的に形成することができる。

本発明の振動部材の振動方向は、粉末に振動を与えて密度が高まりやすくなる点から、フィーダボックスの進退方向と平行な方向か、もしくは該進退方向と直交する方向のいずれかの方向が好ましい。

本発明によれば、フィーダボックス内の振動部材を振動させることにより、キャビティ内の粉末充填密度を均一に調整することができ、その結果、高品質の圧粉体ないしは焼結体を得ることができるといった効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
［１］粉末成形金型装置の構成
図１は一実施形態の粉末成形金型装置を示しており、図１で符号１０はダイスである。このダイス１０には、軸方向が鉛直方向に沿った円筒状の内周面を有するダイス孔１１が形成されている。ダイス孔１１には、下側からコアロッド２０が中心に挿入され、このコアロッド２０とダイス孔１１の内周面との間に、円筒状の３つの下パンチ３１，３２，３３が、摺動しながら嵌入されるようになっている。コアロッド２０および下パンチ３１〜３３は、ダイス孔１０と同軸的に配設されている。

３つの下パンチ３１〜３３は、外側の第１下パンチ３１、中間の第２下パンチ３２および内側の第３下パンチ３３であり、互いに摺動可能な状態で入れ子状に組み合わされている。第３下パンチ３３の中心には、コアロッド２０が摺動して挿通されるコアロッド挿通孔３３ａが形成されている。これら下パンチ３１〜３３は、第１下パンチ３１の外周面がダイス孔１１の内周面に摺動し、第３下パンチ３３の内周面がコアロッド２０の外周面に摺動しながら、ダイス孔１１内に下側から嵌入されるようになっている。各下パンチ３１〜３３は個々に昇降自在とされ、各下パンチごとに設けられた図示せぬ昇降機構によって昇降させられる。

ダイス孔１１の上方には、３つの下パンチ３１〜３３と上下対称、かつ同軸的に構成された３つの円筒状の上パンチ４１，４２，４３が昇降可能に配設されている。すなわち上パンチは、円筒状の第１上パンチ４１、第２上パンチ４２および第３上パンチ４３から構成されており、これら上パンチ４１〜４３は、それぞれ第１下パンチ３１、第２下パンチ３２および第３下パンチ３３と上下対称に構成されたもので、ダイス孔１１と同軸的で、互いに摺動可能な状態で入れ子状に組み合わされている。第３上パンチ４３の中心には、コアロッド２０が摺動して挿通されるコアロッド挿通孔４３ａが形成されている。これら上パンチ４１〜４３は、第１上パンチ４１の外周面がダイス孔１１の内周面に摺動し、第３上パンチ４３の内周面がコアロッド２０の外周面に摺動する状態に、ダイス孔１１内に上側から嵌入されるようになっている。各上パンチ４１〜４３は個々に昇降自在とされ、各上パンチごとに設けられた図示せぬ昇降機構によって昇降させられる。

ダイス孔１１の中心に挿入されたコアロッド２０が上端面をダイス１０の上面と一致させ、ダイス孔１１に嵌入された各下パンチ３１〜３３の高さ位置を、成形する圧粉体に応じた状態とすることにより、ダイス孔１１内に、粉末Ｐが充填される所定形状のキャビティＣが形成される。

ダイス１０の上面には、キャビティＣ内に粉末Ｐをすり切り状態で充填するフィーダボックス５１が配設されている。このフィーダボックス５１は、図１〜図３に示すように、ダイス孔１１よりも十分に大きな正方形状の箱体で、下方が開放しており、上部の中心には、粉末導入口５２が形成されている。粉末導入口５２には、原料粉末を貯留するホッパから粉末Ｐを導入するホース（いずれも図示略）が接続されている。粉末は、ホッパからホースを経てフィーダボックス５１内に導入され、フィーダボックス５１内で常に充満するように供給される。

フィーダボックス５１は、ダイス１０の上面を滑動してダイス孔１１に対し進退するよう待機位置から往復動自在に設けられている。図１においてフィーダボックス５１の待機位置（二点鎖線で示す）はダイス孔１１の右方であり、この待機位置から、フィーダボックス５１はダイス１０の上面を滑動し、図１および図３に示すようにダイス孔１１を覆う粉末充填位置まで進出し、粉末充填がなされる。そして粉末充填後は、待機位置に戻る。このようなフィーダボックス５１の往復動は、フィーダボックス５１に連結したフィーダアーム５３を介して、図示せぬ往復動機構によりなされる。

フィーダボックス５１内には、２つの振動部材５５が収容されている。これら振動部材５５は直方体状で上下に開放する箱状に形成されたもので、フィーダボックス５１の進退方向に直交する方向に、一対の並列状態で配設されている。そして、フィーダボックス５１の待機位置側の板部５１ａには、各振動部材５５ごとに、振動部材５５を個別に振動させるエアシリンダ６１が取り付けられている。

エアシリンダ６１は、板部５１ａに固定されたシリンダ本体６２と、シリンダ本体６２から板部５１ａを貫通してフィーダボックス５１の進退方向に延び、先端が振動部材５５に固定されたピストンロッド６３とを備えている。図１に示すように、シリンダ本体６２には、シリンダ本体６２内に対して空気を供給／排出し、ピストンロッド６３をフィーダボックス５１内に対して伸縮させるエア配管６４が接続されている。エアシリンダ６１は、ピストンロッド６３が自身の長手方向に振動するように作動し、これによって各振動部材５５はフィーダボックス５１の進退方向に振動するようになっている。各振動部材５５は、図１〜図３に示すように、フィーダボックス５１がダイス孔１１を覆う粉末充填位置に配された時に、ダイス孔１１の開口の中心の両側に並列した状態となるように設定されている。本実施形態では、フィーダボックス５１、各振動部材５５および各振動部材５５を振動させるエアシリンダ６１によって粉末充填手段５０が構成されている。

［２］圧粉体の成形
次に、上記粉末成形金型装置により圧粉体を成形する動作手順を説明する。
各上パンチ４１〜４３を上昇させてダイス孔１１から退避させ（図１参照）、フィーダボックス５１を待機位置で待機させる。また、ダイス孔１１の中心に挿入したコアロッド２０の上端面をダイス１０の上面と一致させる。そして、ダイス孔１１内に嵌入した各下パンチ３１〜３３の高さ位置を、成形する圧粉体に応じた位置に調整し、ダイス孔１１内にキャビティＣを形成する。この場合は、第２下パンチ３２、第１下パンチ３１、第３下パンチ３３の順で高さが低くなっており、キャビティＣは、ダイス孔１１の内周面、コアロッド２０および各下パンチ３１〜３３の上端面によって形成される。

次に、図１に示すように、フィーダボックス５１を粉末充填位置まで進出させ、キャビティＣ内に粉末Ｐを落とし込んで充填する。粉末Ｐは、振動部材５５の内側および外側を通って落下する。そして、フィーダボックス５１を粉末充填位置まで進出させると同時に、各振動部材５５を所定時間振動させ、フィーダボックス５１をキャビティＣ上に止めておく。この後、振動部材５５の振動を停止し、フィーダボックス５１を待機位置まで戻す。キャビティＣ内の粉末Ｐの上面は、フィーダボックス５１が滑動することによってダイス１０の上面と面一になり、これによって粉末Ｐはすり切り状態でキャビティＣ内に充填される。

次に、図４に示すように各上パンチ４１〜４３を下降させてダイス孔１１内に嵌入し、これら上パンチ４１〜４３と各下パンチ３１〜３３の高さ位置を調整してから、各下パンチ３１〜３３を固定し、各上パンチ４１〜４３を所定荷重で下降させ、粉末Ｐを圧縮する。この場合、上パンチ４１〜４３の高さ位置は下パンチ３１〜３３と上下対称の位置とする。なお粉末Ｐの圧縮は下パンチ３１〜３３の上昇を伴わせて行ってもよい。粉末Ｐを圧縮したら、各上パンチ４１〜４３を上昇させて退避させ、続いて各下パンチ３１〜３３を上昇させて、圧縮成形した粉末Ｐを型抜きし、図５に示す圧粉体１を得る。

この場合の圧粉体１は、図５に示すように、縦断面形状が上下対称であって、中心に貫通孔１ａを有し、内周部に環状凸部２が形成され、外周部に内周側の環状凸部２よりも低い環状凸部３が形成された円板状のものである。貫通孔１ａはコアロッド２０により、また、外周面はダイス孔１１の内周面により形成される。また、表面側および裏面側の内周側の環状凸部２は、第３上パンチ４３および第３下パンチ３３により形成され、外周側の環状凸部３は、第１上パンチ４１および第１下パンチ３１により形成され、環状凸部２，３間の凹部４は、第２上パンチ４２および第２下パンチ３２により形成される。

［３］振動部材の作用効果
上記のように、フィーダボックス５１を粉末充填位置に進めた状態で、各振動部材５５を振動させることにより、振動部材５５の振動が、下方のキャビティＣ内の粉末に伝わって振動する。これによりキャビティＣ内の粉末は、充填密度を高くなるとともに、粉末が密の状態となっている部分から粗になっている部分に流動し、充填密度が均一化する。また、２つの振動部材５５は、キャビティＣの開口（ダイス孔１１の開口）の中心の両側に並列しているため、キャビティＣ内の粉末を一様に振動させることができ、この点からも粉末充填密度は均一化しやすい。なお、双方の振動部材５５の振動方向は、粉末に剪断を起こして流動しやすい状態にするため、互い違いの方向に振動させると好ましい。

このようにキャビティＣ内に粉末の充填密度が均一になるため、粉末を圧縮した際に、コアロッド２０および各下パンチ３１〜３３が、粉末の密度が粗になっている方向に傾倒するといった軸振れは起こらない。このため、コアロッド２０および各下パンチ３１〜３３の同軸度が高精度に保たれた状態で粉末は圧縮される。その結果、圧縮成形された圧粉体１の密度、ひいては圧粉体１を焼結した後の焼結部品の密度を均一化させることができ、結果として高品質の焼結部品を得ることができる。

また、本実施形態の振動部材５５では、キャビティＣに充填された粉末の充填密度が低くなる部分の直上に振動部材５５を配して振動させることにより、充填密度を他の部分と同等に調整することができる。例えば、フィーダボックス５１の進出方向の手前側よりも奥側の方が落下する時間差によって粉末の充填密度が低くなることは前述した通りである。したがって、粉末充填後、フィーダボックス５１を粉末充填位置からさらに進めて、キャビティＣの奥側の上方に振動部材５５を配置して振動させることにより、その奥側の充填密度を高めて、全体の充填密度を均一化せることができる。このように、粉末の充填密度を均一にする上では、場合によっては一方の振動部材５５のみを振動させたり、フィーダボックス５１の位置をずらして振動部材５５を目的箇所に配置したりする操作を行って、粉末の充填密度が均一に調整される。

［４］振動部材の変形例
図６は、上記実施形態の変形例であり、フィーダボックス５１内の２つの振動部材５５は、フィーダボックス５１の進退方向に沿って配置され、フィーダボックス５１がダイス孔１１を覆う粉末充填位置に配された時に、ダイス孔１１の開口の中心の前後に並列した状態となるように設定されている。そして、各振動部材５５を振動させるエアシリンダ６１は、フィーダボックス５１の左右の側板５１ｂにそれぞれ取り付けられている。この場合、各振動部材５５はフィーダボックス５１の進退方向と直交する方向に振動するようになっている。フィーダボックス５１は、フィーダアーム５４を介して図示せぬ往復動機構によりダイス孔１１に対して進退させられる。

図１〜図５で示した実施形態では、振動部材５５がフィーダボックス５１の進退方向と直交する方向に並列しているため、その方向へのコアロッド２０や各下パンチ３１〜３３の軸振れを防止しやすい構成となっている。そして、図６の例では、振動部材５５がフィーダボックス５１の進退方向に並列しているため、その方向へのコアロッド２０や各下パンチ３１〜３３の軸振れを防止しやすい構成となっている。

本発明の一実施形態に係る粉末成形金型装置の全体を示す側断面図である。 図１のII方向での断面図である。 図１のIII−III線矢視断面図である。 一実施形態の粉末成形金型装置で粉末を圧縮した状態を示す断面図である。 圧縮後の圧粉体１の断面図である。 一実施形態の振動部材の変形例を示す断面図である。 粉末を圧縮成形して得られる単純円筒状の圧粉体を示す斜視図である。 従来のフィーダボックスによる粉末供給を示す断面図である。

符号の説明

１…圧粉体
１ａ…圧粉体の貫通孔
１０…ダイス
１１…ダイス孔
２０…コアロッド
３１…第１下パンチ
３２…第２下パンチ
３３…第３下パンチ
３３ａ…下パンチのコアロッド挿通孔
４１…第１上パンチ
４２…第２上パンチ
４３…第３上パンチ
４３ａ…上パンチのコアロッド挿通孔
５０…粉末充填手段
５１…フィーダボックス
５５…振動部材
Ｃ…キャビティ
Ｐ…粉末

Claims (4)

1. ダイス孔を有するダイスと、
   前記ダイス孔に嵌入される上パンチおよび下パンチと、
   前記ダイス孔に前記下パンチが嵌入されてダイス孔内に形成されるキャビティに、粉末を充填する粉末充填手段とを備え、
   前記キャビティに充填された粉末を、前記上パンチと前記下パンチにより圧縮して圧粉体を成形する金型装置であって、
   前記粉末充填手段は、前記ダイスの上面を滑動しながら前記ダイス孔の開口に対して進退自在に設けられ、進出時に、内部に供給されている粉末をキャビティに落下させて充填するフィーダボックスと、
   このフィーダボックス内に、該フィーダボックスが前記ダイス孔の開口に進出した粉末充填位置に配された時に、ダイス孔の開口の中心の両側に並列した状態で配設され、上下方向に開放している箱状の一対の振動部材と、
   これら振動部材を、前記ダイスの上面と略平行な方向に個別に振動させる振動手段と
   を備えることを特徴とする粉末成形金型装置。
2. 前記ダイス孔は円筒状であって、該ダイス孔の中心に、前記圧粉体の中心に貫通孔を形成するためのコアロッドが挿入され、
   前記上パンチおよび前記下パンチは、該コアロッドが摺動自在に挿通するコアロッド挿通孔を有する円筒状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の粉末成形金型装置。
3. 前記上パンチおよび前記下パンチを、いずれも複数備えており、それぞれが同軸的、かつ入れ子状に組み合わされることを特徴とする請求項２に記載の粉末成形金型装置。
4. 前記振動部材は、前記フィーダボックスの進退方向と平行な方向か、もしくは該進退方向と直交する方向のいずれかの方向に振動することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の粉末成形金型装置。

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