JPH06293902A - 螺旋状小孔を有する焼結材およびその自転規制押出し成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 オイルホールドリル付ツイストドリル用等の
高精度の螺旋状の小孔を有する焼結材の提供。 【構成】 螺旋状の小孔の角度精度が±3.6°以下の螺
旋状小孔を有する焼結材および開口内に小孔に対応する
ピンを有するダイを通して押し出す第１の段階およびこ
れにより押し出された材料を外周面で拘束してその自転
を規制する第２の段階を包含することを特徴とする自転
規制押出し成形方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、切削油供給孔を有す
る、いわゆる油孔付ツイストドリルに代表される軸心の
回りに螺旋状に連なる小孔を有する焼結材およびその押
出し成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】粉末冶金材料、セラミックス等の素材分
野でも、中空製品が広く製造されている。このうち、押
出し成形法によるものは、可塑性混練体を中空部に対応
する形状のマンドレル、ピン等を有するダイから押出し
て中空材を得るもので、同一断面形状の長尺製品の製造
に適している。中空製品のうちでも油孔付ツイストドリ
ルに代表される中空製品は、中空孔が軸心の回りに螺旋
状に連なってねじれていることが必要であり、次に述べ
るような製造方法が採用されている。溶製材または粉末
材による棒状出発材から製造される油孔付ツイストドリ
ル用素材は、棒状素材に、軸心に平行にドリルでストレ
−トに一対の孔をあけ、この材料を所望の孔径となるま
で引抜き加工した後、該引抜き材を小孔が所定のリ−ド
になるように機械的にねじり加工を加えて製造される。

【０００３】粉末冶金焼結材であって高速度工具鋼等か
ら製造する場合は、押出し成形法によりストレ−ト孔の
素材を得て焼結後、さらに前記棒状出発材と同様に機械
的にねじりを与えて螺旋状の孔を形成する方法が行われ
ている。また、特開昭６１−２２７１０１号，特開平１
−１５６４０５号公報には、原料粉末による可塑性混錬
体を押出しと同時にねじりを付与して螺旋状の小孔を有
するドリル用成形体を得る成形方法が開示されている。

【０００４】本出願人は、成形ままで、直ちに切り粉排
出用のねじれ溝が得られる焼結用素材のねじり押出し方
法を、また、ねじれ孔とねじれ溝が得られる焼結用素材
のねじり押出し装置および押出し方法を開発し、特開平
１−９６３０５号，特願昭６３−１８２９９４号として
出願した。しかし、一般に焼結時の曲りの発生は避け難
く、曲り矯正に際し切り粉排出用のねじれ溝を有する焼
結材は、矯正精度、折損に対し、不利となり易いため、
ねじり溝は設けないものが多い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したような、スト
レ−トの小孔を有する素材を得た後、機械的にねじりを
与えて螺旋状の小孔を得る方法は、高価なねじり装置が
必要であり、製造工程も多くなるのでコスト高となると
いう問題点がある。これらのツイストドリルの製造にお
いて、切り粉排出用のねじれ溝のない素材の場合、切削
または研削により、ねじれ溝を形成する必要があり、こ
の際、素材は生産効率の面から、可能な限り長尺のもの
が望ましい。しかし、小孔の位置、つまり軸心に対する
小孔の角度やリードに誤差があると、小孔がねじれ溝内
に開口する危険がある。本発明の第１の目的は、小孔の
位置精度の高い螺旋状小孔を有する焼結材を提供するこ
とである。

【０００６】また、最近、可塑性混錬体の取扱い技術や
焼結技術等の進歩に従って、焼結時の収縮率を狭い範囲
内に収めることが可能となった。したがって、高寸法精
度の焼結体を得るためには、成形体（グリーン）の精度
向上が主要な課題となっている。また、押出し成形時と
同時に螺旋状小孔を得る方法は、特開昭６１−２２７１
０１号，特開平１−１５６４０５号にみられるような方
法があるが、これらの方法は、ダイの内周のねじれ溝を
形成し、これにより被成形材に自転性向を付与する方法
である。しかし、これらの方法ではダイの開口の中央部
を押出される被成形材は直進しようとする力が働くため
に金型の内周のねじれ溝に沿えきれず、成形された焼結
用素材の螺旋状小孔のリ−ドはダイの内周のねじれ溝の
リードと一致せず、ダイの内周のねじれ溝リ−ドよりも
大きくなり、かつ誤差の量は、混練体および押出速度等
の条件により、大きく変動するという問題点がある。

【０００７】また、特開平１−９６３０５号，特願昭６
３−１８２９９４号では、ダイの内腔の上流側の中央部
にねじれフィンを配設して、ダイの内周のねじれ溝と供
に被成形材に自転性向を付与しているが、フィンとダイ
内周とに間隔があるため、この間では被成形材は直進し
ようとするため充分なねじれを付与できない。このた
め、成形された焼結用素材の螺旋状小孔のリ−ドはダイ
の内周のねじれ溝のリ−ドよりもやはり大きくなる。ま
た、被押出材のリードの誤差やバラツキを抑制するた
め、ダイや螺旋状孔に対応するピンを回転する提案もあ
るが、高い混練体の圧力をシールしつつ、これらを回転
することは、実用上ほぼ不可能である。

【０００８】本発明の第２の目的は、以上の問題点に鑑
み、粉末冶金法による焼結用素材の押出し成形に当たっ
て、ねじれの量またはリ−ドの精度の高い螺旋状小孔を
有する焼結用素材を得ることができる押出し方法を提供
することである。本発明でいう焼結用素材とは、成形の
後に焼結工程を経て製造される焼結部材の素材を意味す
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、精度の高
いリ−ドの螺旋状小孔を有する焼結用素材を得るために
種々検討を重ねた結果、ダイ開口から押出されてきた被
成形材の外周面を把持して回転する手段を設けることに
より、前述のように不足しがちである被成形材の自転を
補い、または不足分を見込んで、製作された押出ダイに
よる過度な自転を抑制する等、自転を規制することに想
到した。これにより、混練体のシールの問題を回避し得
るのである。また、この自転を規制する手段を得たこと
により、押出長さ測定装置、自転角度測定装置等を付加
することにより、閉ループ、フィードバック制御が可能
となる。この制御方法を採用することにより、また前述
のように焼結収縮率の変動幅の低下により、従来得られ
なかった高い小孔の位置精度の焼結材を得ることが可能
となった。

【００１０】すなわち、本発明は、軸心の回りに螺旋状
に連なる小孔を有する棒状の粉末焼結材であって、該棒
状材の両端部を除く少なくとも300mmの長さ内における
前記小孔が定リードの螺旋に沿うと仮定した時の該螺旋
と該小孔の前記軸心の回りの角度誤差が±3.6°以内で
あることを特徴とする螺旋状小孔を有する焼結材、可塑
性混練体を、軸心の回りに螺旋状に連なる小孔を有する
棒状に押出し成形する方法において、前記可塑性混練体
を、開口内に前記小孔に対応するピンを有するダイを通
して押出す第１の段階および前記により押出された被成
形材をその外周で拘束して該被成形材の自転を規制する
第２の段階を包含することを特徴とする自転規制押出し
成形方法、ならびに、軸心の回りに螺旋状に連なる小孔
を有する焼結用素材の押出し成形方法において、前記押
出しは、原料である可塑性混練体を、内周面に螺旋状に
連なる凹凸を有しかつ開口内に前記小孔に対応するピン
を有するダイを通して押出す第１の段階ならびに前記に
より押出された被成形材をその外周で拘束して前記被成
形材の自転を規制する自転規制手段による第２の段階か
らなり、前記第２の段階以降の前記被成形材の押出し長
さを測定する押出長さ測定装置、該第２の段階以降の被
成形材の回転角度を測定する回転角度測定装置および前
記両測定装置それぞれの測定値を入力され、これ等を予
め設定された値と比較して前記自転規制手段の回転角度
を制御する制御装置により、前記小孔の前記軸心に対す
る位置誤差を縮少する方向に制御することを特徴とする
螺旋状小孔を有する焼結用素材の自転規制押出し成形方
法である。

【００１１】

【作用】本願の第１発明の焼結体は、高い螺旋精度の小
孔を有する。このため、研削、切削等によるドリルの切
り粉排出溝加工を行なう際、この加工を長尺のままで、
かつ加工機械への簡便な位置決めで行なえるから、この
加工を高能率化することが可能となる。次に、本願の方
法発明によると、被成形材をダイから出た所で、その外
周を拘束して前記被成形材の軸心の回りで前記被成形材
の押出し速度に合わせた速度で回転させることにより、
所望のリ−ド値の螺旋状小孔を有する焼結用素材を容易
に得ることができる。

【００１２】本願の第２発明において、ダイの内周面に
螺旋状に連なる凹凸をつけることにより、被成材体はダ
イの螺旋状凹凸で自転性向を与えられながら押出され、
さらに、外周で拘束して自転が規制されて目的のリ−ド
に成形されていくが、被成形材はダイの凹凸で予めねじ
られているため、拘束手段で与えられるべき回転力は小
さくてよく、拘束による変形やスリップを減少すること
が可能で、成形体の押出し速度に合わせた自転速度を前
記突起に与えることにより容易に正確なリ−ドの螺旋状
小孔を有し、また研削等による外径仕上代の少ない焼結
材を得ることができる。また、本願の第２発明におい
て、被成形材の自転を規制する第２の段階における被成
形材の拘束方法として、該被成形材の外周面に先端を食
い込ませて、該被成形材の軸心の回りで回転する複数の
突起によるものは、構造が簡単で、被成形材の押出方向
の運動に対する抵抗が少ないので望ましい。

【００１３】さらに、前記被成形材の自転を規制する手
段を得たことで、閉ループ自動制御系を構築することが
可能となった。本願の第３発明は、この閉ループ自動制
御系の構成を示したものであるが、自転規制手段以外の
構成要素に特に特色はない。しかし、この閉ループが完
成することにより、極めて高い螺旋精度のグリーンが製
造可能となり、これにより、高精度の焼結体を得ること
が可能となった。すなわち、前述のように混錬体の取扱
い技術、焼結技術の進歩により焼結に伴う収縮率を狭い
範囲内に制御することが可能となったことと相俟って、
高精度の焼結体が得られる。

【００１４】なお、被成形の自転を規制するための拘束
手段としては、後述の実施例に示す軸心方向に連なるフ
ィンまたはへら状の突起によるものが適当であり、被成
形材と同心の円への接線を軸心として遊転可能に支持さ
れた多数の円板もしくはルレットの回転駒用の円板とす
るもの（これらは、被成形材の外周面に先端部または円
周部を食い込ませる）、さらにはキャタピラ状の転動体
を被成形材の回りに多数配列するものであってもよい。

【００１５】

【実施例】次に実施例に基いて本発明を詳述する。図１
は、本願の第２発明による自転規制押出し成形を実施し
た装置の要部を示す断面図である。可塑性混練体は、シ
リンダ１ａとスクリュ１ｂからなる押出し機１により加
圧される。押出し機１の出口部に、内周面に螺旋状に連
なる凹凸を有し、この凹凸部の谷部２ａの谷径が１４．
６ｍｍ，山部２ｂの内径が１２．６ｍｍ，凸部８ヶ所，
螺旋リ−ド５６．７ｍｍのダイ２がねじにより取り付け
られている。前記ダイ２の内腔内には外径２．０８ｍｍ
φ，間隔６．２８ｍｍ，リ−ド５６．７ｍｍのねじれピ
ン３を有するマンドレルがそのスパイダホルダ４の外径
により位置決めされ保持されている。さらに、前記ダイ
２の出口に隣接して、突起先端５ａの内径が１４．３ｍ
ｍ，突起付け根５ｂの内径が１５ｍｍ，突起部の数８箇
の回転金型５がダイ２との間にボールベアリングを介し
て自由回転可能に装架されている。なお、回転金型５の
先方には、Ｖ字状溝を有するトレイを配し、押出し長さ
は、７００mmとした。

【００１６】（実施例１）上述した装置から、先ず、回
転金型５を取外し、押出し機１を駆動して、ＡＩＳＩ
Ｔ１５に相当する合金組成の粉末を、予め、バインダと
混合混練して可塑性混練体とした被成形材を押出した。
被成形材は、スパイダホルダ４を通過した後、ダイの内
径凹凸部に沿ってねじられながら、押出されていく。ダ
イ２でのねじれが不充分のため、螺旋状孔のリ−ドは７
９．４ｍｍ〜８５．６ｍｍとなった。すなわち、ダイお
よびピンのリード５６．７ｍｍに対し、被成形材のリー
ドは、４０〜５１％増であった。また、孔はマンドレル
に沿ってねじれていないため楕円形断面となった。な
お、この時の押出速度は、１８．９〜２０．６ｍｍ／se
cであった。なお、本実験のように、押出しのみによる
もののリードは、押出し速度依頼性が高く、押出し速度
の増加と共にリードも大きくなる関係となる。

【００１７】（実施例２）回転金型５を取付け、これを
２０ｒｐｍと一定駆動回転とし、他は、実施例１と同条
件で押出しテストを行なった。得られた被成形品のリー
ドは、５６．８〜６１．８ｍｍと、ダイおよびピンのリ
ードに対し、０．２〜９．０％増となり、回転金型の自
動規制効果が大きいことを伺わせる。しかし、実施例１
での実験によるリードのバラツキ（１１％）に対する改
善効果は少ないことがわかる。 （実施例３）実施例２で用いた装置に、被成形材の押出
し長さ測定装置、被成形材の前面の回転角を測定する角
度測定装置および制御装置を組込も自転回転の規制制御
系を構成し、実施例２とほぼ同様にして、成形品のリー
ド目標を５６．７ｍｍとして自動制御押出し成形した。

【００１８】被成形材の押出し速度は１８．９ｍｍ／ｓ
ｅｃ〜２０．６ｍｍ／ｓｅｃと変動したが、回転金型５
の回転数は２０．０ｒｐｍ〜２１．８ｒｐｍとこれに追
従制御された。そして、被成形材を所定の長さまで押出
して切断し、外形１４．７ｍｍφ，内径２．０９ｍｍ
φ，孔間隔６．２４ｍｍ，螺旋状孔のリ−ド５６．５〜
５６．９ｍｍ（リードの誤差率 ０．７％）の高螺旋精
度の焼結用素材を得た。この焼結用素材を乾燥後、還元
雰囲気中で４００〜６００℃で２時間保持して、脱バイ
ンダを行い、この脱バインダ体を１２００〜１２５０℃
で２時間の真空焼結を行った。焼結後、各部の寸法測定
を行った結果、外形１１．９ｍｍφ，内径１．７１ｍｍ
φ，孔間距離５．０８ｍｍ，螺旋状孔のリ−ド４６．０
〜４６．３ｍｍとなり、目標とする寸法を得ることがで
きた。このリードのバラツキの比は、０．３／４６．１
５＝０．６５％であり、軸心に対する角度誤差として
は、０．６５×３６０≒２．３°（±１．１５°）であ
る。

【００１９】図２は、実施例３とほぼ同じ要領でグリー
ンを成形した後、焼結した製品の斜視図である。該材料
１０は、軸心の回りに螺旋状に連なる小孔１０ａを有す
るとともに、その外周面１０ｂにはダイのねじれ溝に起
因する螺旋溝１０ｃと回転金型の突起に起因する筋状の
溝１０ｄが形成されている。本図の例においては、双方
の溝１０ｃと１０ｄをほぼ同じ深さとなるよう、したが
って焼結後の仕上代を最小となるよう配慮したものであ
る。なお、筋状の溝１０ｄは、軸心に平行でない（螺旋
状）。これは、自転規制作用を発揮していることを物語
るものである。尚、本実施例および比較例では、押出し
成形機はスクリュタイプを使用したが、ピストンによる
押出し機いわゆるプランジャタイプの押出し成形機を使
用しても効果は同様である。

【００２０】

【発明の効果】以上述べたように、本願の第１発明の焼
結材は、高い螺旋精度の小孔を有するので、長尺材のま
ま、かつ簡便なチャッキング方法で、切り粉排出溝加工
が行なえ、油孔付ツイストドリルの大幅なコストダウン
を実現可能とするものである。また、本願の第２発明
は、高い螺旋精度の押出し製品の製造に際し、被押出し
材の自転を償い、または抑制することを可能とするもの
であり、さらに本願の第３発明である閉ループを構成す
るための一要素をなすものである。本願の第３発明は、
第２発明の自転規制手段を用いて極めて高い螺旋精度を
有するグリーンを容易に製造可能とするもので、これに
より本願の第１発明の焼結品を得ることを可能としたも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る螺旋状孔を有する焼結用素材のね
じり押出し成形方法を実施するための装置の一例を示す
断面図である。

【図２】実施例３とほぼ同様にして成形、焼結した製品
の斜視図である。

【符号の説明】 １ 押出し機 １ａ シリンダ １ｂ スクリュ ２ ダイ ２ａ ダイの凹凸部の谷部 ２ｂ ダイの凹凸部の山部 ３ マンドレル ４ スパイダホルダ ５ 回転金型 ５ａ 回転金型の突起先端 ５ｂ 回転金型の突起付け根 １０ 焼結品 １０ａ 螺旋状小孔 １０ｂ 外周面 １０ｃ 溝 １０ｄ 溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柏木 巌 島根県安来市安来町2107番地の２ 日立金 属株式会社安来工場内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸心の回りに螺旋状に連なる小孔を有す
   る棒状の粉末焼結材であって、該棒状材の両端部を除く
   少なくとも300mmの長さ内における前記小孔が定リード
   の螺旋に沿うと仮定した時の該螺旋と該小孔の前記軸心
   の回りの角度誤差が±3.6°以内であることを特徴とす
   る螺旋状小孔を有する焼結材。
2. 【請求項２】 角度誤差が±2.5°以内である請求項１
   の螺旋状小孔を有する焼結材。
3. 【請求項３】 可塑性混練体を、軸心の回りに螺旋状に
   連なる小孔を有する棒状に押出し成形する方法におい
   て、前記可塑性混練体を、開口内に前記小孔に対応する
   ピンを有するダイを通して押出す第１の段階および前記
   により押出された被成形材をその外周で拘束して該被成
   形材の自転を規制する第２の段階を包含することを特徴
   とする自転規制押出し成形方法。
4. 【請求項４】 被成形材の外周での拘束は、該外周面に
   先端を食い込ませて、前記軸心の回りで回転する複数の
   突起によるものである請求項３の自転規制押出し成形方
   法。
5. 【請求項５】 ダイは内周面に螺旋状に連なる凹凸を有
   し、かつ突起は被成形材の進行に対し前記螺旋状のねじ
   れと同方向、かつ同等もしくはほぼ同等のリ−ドとなる
   ような回転速度を与えることを特徴とする請求項３また
   は４の自転規制押出し成形方法。
6. 【請求項６】 軸心の回りに螺旋状に連なる小孔を有す
   る焼結用素材の押出し成形方法において、前記押出し
   は、原料である可塑性混練体を、内周面に螺旋状に連な
   る凹凸を有しかつ開口内に前記小孔に対応するピンを有
   するダイを通して押出す第１の段階ならびに前記により
   押出された被成形材をその外周で拘束して前記被成形材
   の自転を規制する自転規制手段による第２の段階からな
   り、前記第２の段階以降の前記被成形材の押出し長さを
   測定する押出長さ測定装置、該第２の段階以降の被成形
   材の回転角度を測定する回転角度測定装置および前記両
   測定装置それぞれの測定値を入力され、これ等を予め設
   定された値と比較して前記自転規制手段の回転角度を制
   御する制御装置により、前記小孔の前記軸心に対する位
   置誤差を縮少する方向に制御することを特徴とする螺旋
   状小孔を有する焼結用素材の自転規制押出し成形方法。